JP5937159B2 - ダンパ - Google Patents

Description

本発明は、入力振動のエネルギを回生するダンパに関する。

特許文献１では、制御対象入力に対してアクティブな制御を行いながらも、制御対象以外の入力に対してはパッシブに対処することができ、アクティブ制御が簡単になるばかりでなく、エネルギ効率を向上させることができる車両用電磁サスペンション装置を提供することを目的としている（［０００５］、要約）。

当該目的を達成するため、特許文献１の車両用電磁サスペンション装置は、ばね上とばね下との間にばね要素７と並列に介装され、電気モータ８により駆動される電磁アクチュエータ４と、電磁アクチュエータ４への変位入力を演算し、変位入力に応じた最適な減衰力になるように電気モータ８を制御するモータコントローラ１７とを備える（要約、図３）。電気モータ８の制御回路には、ばね下からの変位入力に対し電気モータ８の発電制動によりパッシブに減衰力を発生する電気的減衰要素（電気抵抗器２０又は電気共振回路２１）を、電気モータ８と並列に接続する（要約、図４、図７）。電気モータ８は、ばね下からの変位入力に伴うボールねじナット１０の変位に伴って、ボールねじ９が回転することにより発電（回生）する（図２）。

電気的減衰要素のうち電気共振回路２１（図７）は、共振周波数をばね下共振周波数（例えば、１０Ｈｚ〜２０Ｈｚ）に合わせた抵抗ＲとコイルＬとコンデンサＣからなる（［００４５］）。これにより、ばね上共振周波数を含む低周波数域の制御対象入力に対する効果的なアクティブ制御と、共振周波数であるばね下共振周波数付近の制御対象入力に対する効果的なパッシブ制御との両立を達成することができるとされている（［００５９］、図９）。ここにいうアクティブ制御は、姿勢制御を含む低周波振動制御を目的とした電気モータ８の電流制御とされている（［００３７］）。

特開２００４−２３７８２４号公報

上記のように、特許文献１では、電気モータ８の電流制御を用いるアクティブ制御により、ばね上共振周波数を含む低周波数域の制御対象入力に対応する。また、抵抗ＲとコイルＬとコンデンサＣを合わせた電気共振回路２１を用いるパッシブ制御により、ばね下共振周波数付近の制御対象入力に対応する。

パッシブ制御において電気共振回路２１を動作させた場合、電気モータ８の出力電流の向きが連続的に変化することとなる。この場合、コンデンサＣ（キャパシタ）が有極性であると、コンデンサＣの劣化が早まるおそれがあるが、特許文献１ではこの点について検討されていない。

本発明は上記のような課題を考慮してなされたものであり、キャパシタの劣化を抑制することが可能なダンパを提供することを目的とする。

本発明に係るダンパは、シリンダと、前記シリンダの内部を第１流体室及び第２流体室に区画するピストンヘッドと、前記ピストンヘッドに一端が固定されて前記第２流体室側に配置されたピストンロッドとを備えるダンパ本体と、前記シリンダの外部を介して前記第１流体室と前記第２流体室とを連通する連通路と、前記連通路に設けられた流体ポンプと、前記流体ポンプを介して入力される入力振動のエネルギを回生することでばねに対する減衰力を発生させる電磁モータと、前記電磁モータに電気的に接続されたキャパシタとを備えるものであって、前記キャパシタは有極性のキャパシタであり、前記ピストンヘッドでは、前記第１流体室側の表面積と、前記第２流体室側の表面積とが異なり、前記有極性のキャパシタの正極側は、前記ピストンヘッドが前記第１流体室側に変位する際に前記電磁モータの出力電圧が正となる側で前記電磁モータに接続されることを特徴とする。

本発明によれば、ピストンヘッドでは、ピストンロッドが存在しない第１流体室側の表面積と、ピストンロッドが存在する第２流体室側の表面積とが異なる。このため、ピストンヘッドの変位方向によってピストンヘッドの変位量と電磁モータの回転角度の変化量の関係を相違させることができる。

すなわち、ピストンヘッドが第１流体室側に変位するとき、ピストンヘッドの変位量に対するモータの回転角度の変化量（モータの回転速度）を大きくすることが可能となる。また、ピストンヘッドが第２流体室側に変位するとき、ピストンヘッドの変位量に対するモータの回転角度の変化量（モータの回転速度）を小さくすることが可能となる。これにより、ピストンヘッドがシリンダ内を進退する際、ピストンヘッドが第１流体室側に変位するときの発電量を大きくし、キャパシタの電圧を正の値に偏らせることができる。従って、有極性のキャパシタを用いた場合でもキャパシタの劣化を抑制し易くなる。

前記電磁モータのインダクタンス及び前記キャパシタの容量によりＬＣ共振回路が構成されてもよい。これにより、ＬＣ共振回路が構成される場合であっても、上記のような作用により有極性のキャパシタを保護することが可能となる。

前記電磁モータのインダクタンス及び前記キャパシタの容量により特定される電気共振周波数がばね下共振周波数の±２０％以内に設定されることで、前記ばね下共振周波数に対応する前記入力振動の成分に加え、ばね上共振周波数に対応する前記入力振動の成分が受動的に抑制されてもよい。

これにより、電磁モータをアクティブ制御することなしに、ばね下共振周波数及びばね上共振周波数それぞれに対応する入力振動の成分を抑制することが可能となる。

すなわち、本発明の発明者は、電気共振周波数をばね下共振周波数又はその近傍値（例えば、ばね下共振周波数の±２０％以内）に設定した場合、アクチュエータとしてのダンパ本体に発生する力には、ばね上共振周波数に対応する入力振動の成分を低減する効果（以下「負ばね効果」という。）が顕著に現れることを発見した。このため、特許文献１と異なり、ばね上共振周波数に対応する入力振動の成分について電磁モータによるアクティブ制御を行わなくても、ばね下共振周波数及びばね上共振周波数それぞれに対応する入力振動の成分を抑制することが可能となる。従って、ばね上共振周波数に対応する入力振動の成分を抑制するために電力消費をすることなく、むしろ回生により電力を蓄えることで、エネルギ利用効率を改善することが可能となる。なお、「負ばね効果」との名称は、ばねとは反対の作用を奏することに因んでいる。また、負ばね効果の理論的根拠については後述する。

前記キャパシタには、電気負荷が接続されてもよい。これにより、キャパシタの電圧が正の値に偏るように構成した場合でも、キャパシタの充電電力を放出することが可能となる。このため、キャパシタが満充電状態になり難くし、ダンパの性能を維持し易くなる。

本発明に係る車両は、前記ダンパを有するサスペンション装置を搭載したことを特徴とする。これにより、ダンパのために車両の電力を消費せずに優れた制振性能を実現することが可能となる。

本発明によれば、キャパシタの劣化を抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るダンパを有するサスペンション装置を搭載した車両の一部を簡略的に示す概略構成図である。 前記実施形態において、ばね下部材とばね上部材が接近するときの様子を示す図である。 前記実施形態において、前記ばね下部材と前記ばね上部材が離間するときの様子を示す図である。 前記実施形態の前記サスペンション装置の動作を説明するための等価モデルを示す図である。 図５Ａは、伝達関数について周波数と振幅の関係の例を、電磁モータのインダクタンス及びキャパシタの容量から特定される電気共振周波数毎に示す図である。図５Ｂは、前記伝達関数について前記周波数と位相の関係の例を、前記電気共振周波数毎に示す図である。 ばね上加速度について周波数とパワースペクトル密度の関係の例を、前記電気共振周波数毎に示す図である。 ばね下加速度について周波数とパワースペクトル密度との関係の例を、前記電気共振周波数毎に示す図である。 前記実施形態におけるキャパシタの電圧の変化の一例を示すタイムチャートである。 変形例に係る電磁モータの構成を簡略的に示す断面図である。

Ａ．一実施形態
［Ａ１．車両１０の構成］
（Ａ１−１．車両１０の全体構成）
図１は、本発明の一実施形態に係るダンパ２２を有するサスペンション装置１２を搭載した車両１０の一部を簡略的に示す概略構成図である。サスペンション装置１２は、各車輪２４に対応するコイルばね２０及びダンパ２２を有する。

（Ａ１−２．コイルばね２０）
コイルばね２０は、車体２６とスプリングシート４８との間に配置され、路面３００から車輪２４に入力される振動（路面振動）を吸収する。

（Ａ１−３．ダンパ２２）
（Ａ１−３−１．ダンパ２２の全体構成）
ダンパ２２は、コイルばね２０（又は車体２６）の変位を減衰させる。図１に示すように、ダンパ２２は、ダンパ本体３０と、油圧機構３２と、モータ回路３４とを備える。

（Ａ１−３−２．ダンパ本体３０）
ダンパ本体３０は、スプリングシート４８に加え、油圧シリンダ４０、ピストンヘッド４２、ピストンロッド４４及びピストンバルブ４６を備える。油圧シリンダ４０は、円筒状の部材であり、ピストンヘッド４２により、その内部が第１油圧室５０及び第２油圧室５２に区画される。第１油圧室５０及び第２油圧室５２には油が充填されている。ピストンロッド４４は、油圧シリンダ４０の内周面と略等しい直径のピストンヘッド４２をその一端に固定すると共に、他端が車体２６に固定されている。ピストンバルブ４６は、ピストンヘッド４２内に形成され、第１油圧室５０と第２油圧室５２とを連通させる。スプリングシート４８は、油圧シリンダ４０の外周に形成されてコイルばね２０の一端を支持する。なお、上記のような構成を有することにより、ダンパ本体３０は、アクチュエータとして機能する。

（Ａ１−３−３．油圧機構３２）
油圧機構３２は、ダンパ２２における油の流通を制御するものであり、油圧ポンプ６０と、油流路６２と、アキュムレータ６４と、電磁モータ６６（以下「モータ６６」ともいう。）とを備える。モータ６６は、ダンパ本体３０に入力される入力振動のエネルギを回生することでコイルばね２０に対する減衰力Ｆｄを発生させる。本実施形態のモータ６６は、直流（ＤＣ）式であるが、交流（ＡＣ）式としてもよい。

（Ａ１−３−４．モータ回路３４）
モータ回路３４は、モータ６６と電気的に連結された回路であり、キャパシタ７０（第１蓄電装置）と、バッテリ７２（第２蓄電装置、電気負荷）を備える。なお、図１のモータ回路３４では、モータ６６のインダクタンスＬとモータ６６の抵抗Ｒを併せて図示している。モータ６６とモータ回路３４を組み合わせることにより、モータ６６の逆起電力によりモータ反力Ｆｍｒ（換言すると、コイルばね２０に対する減衰力Ｆｄ）を発生させることが可能となる。加えて、モータ６６による回生により発電を行うことができる。

キャパシタ７０は、電磁モータ６６の回生電力を充電し、バッテリ７２又は図示しない他の電気機器（例えば、オーディオ機器、ナビゲーション装置、インスツルメントパネルの表示装置）に対して充電した電力を供給する。本実施形態のキャパシタ７０は、有極性キャパシタである。バッテリ７２は、電磁モータ６６の回生電力又はキャパシタ７０の放電電力を充電し、前記他の電気機器に対して充電した電力を供給する。

モータ回路３４は、構成が簡素であるため、動作の信頼性が高い。

［Ａ２．ダンパ２２の動作］
図２は、本実施形態において、ばね下部材８０とばね上部材８２が接近するときの様子を示す。図３は、本実施形態において、ばね下部材８０とばね上部材８２が離間するときの様子を示す。

図２に示すように、路面３００から路面入力Ｆｉｎがあると、これに伴ってばね下部材８０（車輪２４、油圧シリンダ４０等）がばね上部材８２（車体２６、ピストンヘッド４２、ピストンロッド４４等）に向かって接近する（矢印１００参照）。この際、ピストンヘッド４２に対する圧力は、主として下面９０に作用する。これにより、油圧機構３２（油流路６２等）内の油は、矢印１０２で示す方向に流れる。

これに伴って、油圧ポンプ６０の回転軸にトルクＴｐが発生する。油圧ポンプ６０の回転軸は、電磁モータ６６の回転軸に連結されている（図１では簡略的に記載している。）。このため、油圧ポンプ６０の回転軸からのトルクＴｐ（出力トルク）は、モータ６６の回転軸に入力される。以下では、モータ６６に発生するトルク（入力トルク）をトルクＴｍ又は入力トルクＴｍという。

モータ６６への入力トルクＴｍに伴ってモータ６６が回転すると、モータ６６は、入力トルクＴｍに対応した発電（換言すると、入力振動のエネルギの回生）を行う。これにより、モータ回路３４内には電圧Ｖｍが発生し、電流Ｉが流れる。モータ６６が入力トルクＴｍに対応した発電を行う際、逆起電力が発生し、モータ６６の回転軸には反力Ｔｒが発生する。当該反力Ｔｒが油圧ポンプ６０の回転軸に発生すると、路面入力Ｆｉｎに伴って油に作用する力（矢印１０２参照）に対する反力として作用する。これに伴って、ばね下部材８０（車輪２４、油圧シリンダ４０等）にはコイルばね２０に対する減衰力Ｆｄが発生する。従って、コイルばね２０の振動を収束させることが可能となる。

一方、図３に示すように、路面３００から路面入力Ｆｏｕｔがあると、これに伴ってばね下部材８０（車輪２４、油圧シリンダ４０等）がばね上部材８２（車体２６、ピストンヘッド４２、ピストンロッド４４等）から離間する（矢印１１０参照）。この際、ピストンヘッド４２に対する圧力は、主として上面９２に作用する。これにより、油圧機構３２（油流路６２等）内の油は、矢印１１２で示す方向に流れる。これに伴って、ポンプ６０及びモータ６６は図２の場合と反対に作動する。これに伴い、モータ６６の電圧Ｖｍ及び電流Ｉの向きは、図２と反対になる。

［Ａ３．ダンパ２２の減衰特性］
次に、本実施形態におけるダンパ２２の減衰特性について説明する。本実施形態の特徴には、負ばね効果を考慮して電気共振周波数ωｍを設定することと、有極性のキャパシタ７０を使用するための構成をダンパ２２（油圧機構３２）が備えることが含まれる。電気共振周波数ωｍ（以下「共振周波数ωｍ」ともいう。）は、モータ６６のインダクタンスＬとキャパシタ７０の容量Ｃから特定される値である。すなわち、電気共振周波数ωｍは、１／｛２√（Ｌ・Ｃ）｝である。上記各特徴については以下に詳述する。

（Ａ３−１．定義）
図４は、本実施形態のサスペンション装置１２の動作を説明するための等価モデルを示す図である。図４における各種の値の内容は、下記の通りである。
ｘ₀：路面３００の上下方向変位量［ｍ］
ｘ₁：ばね下部材８０の上下方向変位量［ｍ］
ｘ₂：ばね上部材８２の上下方向変位量［ｍ］
Ｍ₁：ばね下部材８０の質量［ｋｇ］
Ｍ₂：ばね上部材８２の質量［ｋｇ］
ｋ₁：ばね下部材８０のばね定数［Ｎ／ｍ］
ｋ₂：コイルばね２０のばね定数［Ｎ／ｍ］
Ｃ₂：ダンパ本体３０の減衰係数［Ｎ／ｍ／ｓ］
ｕ：電磁モータ６６の制御量

ばね下部材８０としては、例えば、車輪２４及び油圧シリンダ４０が含まれる。ばね上部材８２としては、例えば、車体２６、ピストンヘッド４２及びピストンロッド４４が含まれる。なお、本実施形態におけるモータ６６の制御量ｕは、例えば、回生エネルギで示すことができる。

（Ａ３−２．ダンパ本体３０（アクチュエータ）に発生する力Ｆａ（負ばね効果））
（Ａ３−２−１．理論的な説明）
次に、ダンパ本体３０（アクチュエータ）に発生する力Ｆａに言及しながら、負ばね効果を説明する。

本実施形態のダンパ２２では、次の関係が成り立つ。
Ｆａ＝λ・Ｔｐ （１）
λ＝θ／（ｘ₂−ｘ₁） （２）
Ｉｍｐ・θ’’＝Ｔｍ−Ｔｐ （３）
Ｌ・Ｉ’’＋Ｒ・Ｉ’＋Ｉ／Ｃ＋Ｖｍ’＝０ （４）
Ｔｍ＝Ｋｅ・Ｉ （５）
Ｖｍ＝Ｋｅ・θ’ （６）

式（１）〜式（６）における各種数値の内容は、下記の通りである。
Ｃ：キャパシタ７０の容量［Ｆ］
Ｆａ：ダンパ本体３０（アクチュエータ）に発生する力［Ｎ］
Ｉ：モータ回路３４に流れる電流［Ａ］
Ｉ’：モータ回路３４に流れる電流の速度［Ａ／ｓ］
Ｉ’’：モータ回路３４に流れる電流の加速度［Ａ／ｓ／ｓ］
Ｉｍｐ：油圧ポンプ６０及びモータ６６の慣性モーメント［ｋｇ・ｍ²］
Ｋｅ：モータ６６の誘起電圧定数（＝モータ６６のトルク定数）
Ｌ：モータ６６のリアクタンス［Ω］
Ｒ：モータ６６の抵抗［Ω］
Ｔｍ：モータ６６のトルク［Ｎ・ｍ］
Ｔｐ：油圧ポンプ６０のトルク［Ｎ・ｍ］
Ｖｍ：モータ６６の出力電圧（モータ電圧）［Ｖ］
Ｖｍ’：モータ電圧Ｖｍの時間微分値［Ｖ］
ｘ₁：ばね下部材８０の上下方向変位量［ｍ］
ｘ₂：ばね上部材８２の上下方向変位量［ｍ］
λ：等価ギヤ比［−］
θ：モータ６６の回転軸の回転角度［ｄｅｇ］
θ’：モータ６６の回転軸の回転速度［ｄｅｇ／ｓ］
θ’’：モータ６６の回転軸の回転加速度［ｄｅｇ／ｓ／ｓ］

式（１）〜式（６）についてラプラス変換を行うと、ダンパ本体３０（アクチュエータ）に発生する力Ｆａは、次の式（７）で表すことが可能である。

式（７）の右辺第１項の「−λ²・Ｉｍｐ（ｘ₂’’−ｘ₁’’）」は、負ばね効果を示す。すなわち、ばね下部材８０はばね上部材８２に対して上下方向の進退を繰り返すため、ばね下部材８０とばね上部材８２の位置関係は三角関数で近似することが可能である。このため、「λ²・Ｉｍｐ（ｘ₂’’−ｘ₁’’）」は、「Ｋ（ｘ₂−ｘ₁）」と同等といえる（Ｋはばね定数である。）。また、式（７）の右辺第１項は「−」を含む。このため、式（７）の右辺第１項は、コイルばね２０と逆向きの力を意味することとなる。その結果、式（７）の右辺第１項は、ばね上共振周波数ω２又はその周辺の振動を抑制する効果を発揮することとなる。

式（７）の右辺第２項の「−λ²・Ｋｅ²・ｓ／｛Ｌ・ｓ²＋Ｒ・ｓ＋（１／Ｃ）｝・（ｘ₂’−ｘ₁’）」は、ダンパ本体３０（アクチュエータ）による減衰力を示す。

式（７）を伝達関数Ｆａ／（ｘ₂’−ｘ₁’）の形で表すと、次の式（８）となる。

上記のように、ダンパ本体３０（アクチュエータ）に発生する力Ｆａは、ばね上共振周波数ω２又はその近傍について負ばね効果を生じる。このため、モータ６６及びモータ回路３４の電気共振周波数ωｍをばね下共振周波数ω１を基準として設定すれば、ばね上及びばね下のいずれについても制振効果を効果的に発揮することが可能となる。

（Ａ３−２−２．伝達関数Ｇの例）
上記のような負ばね効果を踏まえ、モータ６６及びモータ回路３４の電気共振周波数ωｍをばね下共振周波数ω１を基準として設定した例について、比較例と対比しながら説明する。

図５Ａは、伝達関数Ｇについての周波数ｆｇと振幅Ｍｇの関係の例を、モータ６６のインダクタンスＬ及びキャパシタ７０の容量Ｃから特定される電気共振周波数ωｍ毎に示す。図５Ｂは、伝達関数Ｇについての周波数ｆｇと位相Ｐｇの関係の例を、電気共振周波数ωｍ毎に示す。図５Ａ及び図５Ｂを合わせて、本実施形態におけるダンパ２２の周波数特性を示すボード線図を構成する。

図５Ａ及び図５Ｂにおいて、線２００、２１０は、共振周波数ωｍをばね下共振周波数ω１（本実施形態では、７６．６［ｒａｄ／ｓ］）よりも約６．５％大きい周波数（本実施形態では、８１．６［ｒａｄ／ｓ］）とした第１例を示す。線２０２、２１２は、共振周波数ωｍをばね下共振周波数ω１と等しい値とした第２例を示す。線２０４、２１４は、共振周波数ωｍをばね下共振周波数ω１よりも約１７．５％小さい周波数（本実施形態では、６３．２［ｒａｄ／ｓ］）とした第３例を示す。線２０６、２１６は、共振周波数ωｍをばね下共振周波数ω１よりも約３０．０％小さい周波数（本実施形態では、５３．６［ｒａｄ／ｓ］）とした比較例を示す。

図５Ａ及び図５Ｂにおいて、車両１０の乗員の乗り心地に影響する周波数領域Ｒｒｑ（以下「乗り心地制御領域Ｒｒｑ」ともいう。）では、第１例、第２例、第３例及び比較例のいずれについてもそれほど振幅Ｍｇが変化しないが、位相Ｐｇが変化している。

（Ａ３−２−３．ばね上の特性の例）
図６は、ばね上加速度ｘ₂’’について周波数ｆ２とパワースペクトル密度Ｄ２の関係の例を、電気共振周波数ωｍ毎に示す。図６の横軸に示す周波数ｆ２の数値については、単位Ｈｚで理解し易くするため、いずれも実際の数値を「１／３．１４」倍していることに留意されたい（図７も同様である。）。図６において、線２２０、２２２、２２４、２２６、２２８は、それぞれ第１例〜第３例及び第１・第２比較例を示す。図６の第１例〜第３例は、図５Ａ、図５Ｂの第１例〜第３例に対応する。図６の第１比較例は、図５Ａ及び図５Ｂの比較例に対応する。図６の第２比較例は、ＬＣ共振を伴わずにアクティブ制御を行うものである。

一般に、車両１０の乗員は、比較的低周波の領域（例えば、３〜８Ｈｚ）の振動に敏感である。図６からわかるように、比較的低周波の領域Ｒｌｏｗでは、共振周波数ωｍがばね下共振周波数ω１に近づくほどパワースペクトル密度Ｄ２が低減する傾向にある。このことは、共振周波数ωｍがばね下共振周波数ω１に近づくほどばね上の制振効果が高い傾向にあることを意味している。

（Ａ３−２−４．ばね下の特性の例）
図７は、ばね下加速度ｘ₁’’について周波数ｆ１とパワースペクトル密度Ｄ１の関係の例を、電気共振周波数ωｍ毎に示す。図７において、線２３０、２３２、２３４、２３６は、図６と同様、それぞれ第１例・第２例及び第１・第２比較例を示す（第３例については省略している。）。図７の第１例・第２例及び第１・第２比較例は、図６の第１例・第２例及び第１・第２比較例に対応する。

一般に、ばね下加速度ｘ₁’’は、車両１０の操縦安定性に影響する。図７からわかるように、比較的高周波の領域Ｒｈｉでは、パワースペクトル密度Ｄ１が略同等である。このため、いずれの例についても同等の操縦安定性を実現可能である。

（Ａ３−３．有極性のキャパシタ７０を使用可能とする構成）
（Ａ３−３−１．前提）
上記のような負ばね効果を発生させる前提として、路面入力Ｆｉｎ、Ｆｏｕｔ（図２及び図３）に伴う上下運動によるモータ６６の正転又は逆転によりモータ回路３４においてＬＣ共振を発生させる必要がある。モータ回路３４をＬＣ共振させる場合、モータ６６の出力電圧Ｖｍが正の値と負の値で連続的に切り替わる。ここで、キャパシタ７０が有極性であると、キャパシタ７０の耐久性を損うおそれがある。

そのための対策として、キャパシタ７０を無極性キャパシタにすることが考えられる。しかしながら、既存の無極性キャパシタは、寸法が比較的大きくなるため、例えば、車両１０に搭載するのに不向きであることが多い。

そこで、本実施形態では、キャパシタ７０を有極性キャパシタにした場合であっても、キャパシタ７０の耐久性を損う可能性を低くするような構成をダンパ２２（油圧機構３２）に持たせる。

（Ａ３−３−２．具体的内容）
キャパシタ７０を有極性キャパシタにした場合であっても、キャパシタ７０の耐久性を損う可能性を低くするため、本実施形態ではモータ６６の正転における発電量と逆転における発電量とを相違させる構成を用いる。

図２に示すように、ばね下部材８０とばね上部材８２が接近するとき、ばね上部材８２に含まれるピストンヘッド４２は、ばね下部材８０に接近する。この際、ピストンヘッド４２に対する圧力は、主として下面９０に作用する。

一方、図３に示すように、ばね下部材８０とばね上部材８２が離間するとき、ばね上部材８２に含まれるピストンヘッド４２は、ばね下部材８０から離間する。この際、ピストンヘッド４２に対する圧力は、主として上面９２に作用する。

図２及び図３から明らかなように、本実施形態では、ピストンロッド４４は、車体２６側に固定され、ばね上部材８２に含まれる。このため、下面９０の表面積Ａｌｏｗと比較して上面９２の表面積Ａｕｐは小さい。従って、モータ６６の回転軸の回転角度θの変化量又は等価ギヤ比λ｛＝θ／（ｘ２−ｘ１）｝は、ばね下部材８０とばね上部材８２が接近するとき（図２）とばね下部材８０とばね上部材８２が離間するとき（図３）とで異なる。具体的には、接近するときの方が、離間するときよりも、回転角度θの変化量及び等価ギヤ比λが大きくなる。

接近するときと離間するときとで等価ギヤ比λが異なると、接近するときと離間するときとでモータ６６の回生電力も異なる。このため、キャパシタ７０の電圧（以下「キャパシタ電圧Ｖｃ」という。）は、一方の極性に偏ることとなる。従って、キャパシタ７０として有極性キャパシタを用いても耐久性を損う可能性を低くすることが可能となる。

（Ａ３−３−３．キャパシタ７０の電圧変化の例）
図８は、本実施形態におけるキャパシタ７０の電圧（キャパシタ電圧Ｖｃ）の変化の一例を示すタイムチャートである。図８からわかるように、キャパシタ電圧Ｖｃは正の方に偏位していることがわかる。

［Ａ４．本実施形態における効果］
以上のような本実施形態によれば、ピストンヘッド４２では、ピストンロッド４４が存在しない第１流体室５０側の表面積Ａｌｏｗと、ピストンロッド４４が存在する第２流体室５２側の表面積Ａｕｐとが異なる（図２参照）。このため、ピストンヘッド４２の変位方向によってピストンヘッド４２の変位量と電磁モータ６６の回転角度θの変化量の関係を相違させることができる。

すなわち、ピストンヘッド４２が第１流体室５０側に変位するとき（図２）、ピストンヘッド４２の変位量に対するモータ６６の回転角度θの変化量（モータ６６の回転速度）を大きくすることが可能となる。また、ピストンヘッド４２が第２流体室５２側に変位するとき（図３）、ピストンヘッド４２の変位量に対するモータ６６の回転角度θの変化量（モータ６６の回転速度）を小さくすることが可能となる。これにより、ピストンヘッド４２が油圧シリンダ４０内を進退する際、ピストンヘッド４２が第１流体室５０側に変位するときの発電量を大きくし、キャパシタ電圧Ｖｃを正の値に偏らせることができる。従って、有極性のキャパシタ７０を用いた場合でもキャパシタ７０の劣化を抑制し易くなる。

本実施形態において、電磁モータ６６のインダクタンスＬ及びキャパシタ７０の容量ＣによりＬＣ共振回路が構成される（図１）。これにより、ＬＣ共振回路が構成される場合であっても、上記のような作用により有極性のキャパシタ７０を保護することが可能となる。

本実施形態において、モータ６６のインダクタンスＬ及びキャパシタ７０の容量Ｃにより特定される電気共振周波数ωｍがばね下共振周波数ω１の±２０％以内に設定する（図５〜図７の第１例〜第３例参照）。これにより、ばね下共振周波数ω１に対応する入力振動の成分に加え、ばね上共振周波数ω２に対応する入力振動の成分を受動的に抑制する（図６及び図７参照）。従って、電磁モータ６６をアクティブ制御することなしに、ばね下共振周波数ω１及びばね上共振周波数ω２それぞれに対応する入力振動の成分を抑制することが可能となる。

すなわち、本発明の発明者は、電気共振周波数ωｍをばね下共振周波数ω１又はその近傍値（例えば、ばね下共振周波数ω１の±２０％以内）に設定した場合、ダンパ本体３０（アクチュエータ）に発生する力Ｆａには、ばね上共振周波数ω２に対応する入力振動の成分を低減する効果（負ばね効果）が含まれることを発見した。このため、特許文献１と異なり、ばね上共振周波数ω２に対応する入力振動について電磁モータ６６によるアクティブ制御を行わなくても、ばね下共振周波数ω１及びばね上共振周波数ω２それぞれに対応する入力振動の成分を抑制することが可能となる。従って、ばね上共振周波数ω２に対応する入力振動を抑制するために電力消費をすることなく、むしろ回生により電力を蓄えることで、エネルギ利用効率を改善することが可能となる。

本実施形態において、キャパシタ７０には、バッテリ７２（電気負荷）が接続される（図１）。これにより、キャパシタ電圧Ｖｃが正の値に偏るように構成した場合でも、キャパシタ７０の充電電力を放出することが可能となる。このため、キャパシタ７０が満充電状態になり難くし、ダンパ２２の性能を維持し易くなる。

本実施形態の車両１０は、上記のようなダンパ２２を有するサスペンション装置１２を搭載する（図１）。これにより、ダンパ２２のために車両１０の電力を消費せずに優れた制振性能を実現することが可能となる。

Ｂ．変形例
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、本明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。

［Ｂ１．適用対象］
上記実施形態では、サスペンション装置１２又はダンパ２２を車両１０に適用した例を説明した（図１）。しかしながら、例えば、負ばね効果又は有極性のキャパシタ７０の利用に着目すれば、これに限らない。例えば、その他の装置（例えば、船舶、飛行機、エレベータ、測定装置又は製造装置）にサスペンション装置１２又はダンパ２２を適用することも可能である。

［Ｂ２．サスペンション装置１２］
（Ｂ２−１．コイルばね２０）
上記実施形態では、路面振動（入力振動）を吸収するためのばねとしてコイルばね２０を用いた（図１）。しかしながら、例えば、路面振動（入力振動）を吸収する観点からすれば、その他の種類のばね（例えば、板ばね）を用いることも可能である。

（Ｂ２−２．ダンパ２２）
上記実施形態では、油圧機構３２を備えるダンパ２２を用いた（図１）。しかしながら、例えば、負ばね効果又は有極性のキャパシタ７０の観点からすれば、これに限らない。例えば、ボールねじ式、ラック＆ピニオン式、ダイレクト式（リニアモータ）等の構成を適用可能である。なお、油圧機構３２を備えないダンパ２２において有極性のキャパシタ７０を用いる場合、モータ６６の正転時と逆転時とで等価ギヤ比λを変化させる構成（例えば、ワンウェイクラッチをモータ６６の回転軸又はこれに連結された他の回転軸に配置した構成）を用いることも可能である。

上記実施形態では、ピストンロッド４４を車体２６側に配置した（図１等）。しかしながら、例えば、負ばね効果又は有極性のキャパシタ７０の観点からすれば、これに限らず、ピストンロッド４４を車輪２４側に配置することも可能である。

（Ｂ２−３．油圧機構３２）
上記実施形態では、モータ６６による減衰力Ｆｄを、油を介して伝達した（図２及び図３）。しかしながら、例えば、モータ６６による減衰力Ｆｄを伝達する観点からすれば、油以外の流体（例えば、エア）を用いることも可能である。

（Ｂ２−４．電磁モータ６６）
上記実施形態では、電磁モータ６６は、直流式であった。しかしながら、例えば、負ばね効果又は有極性のキャパシタ７０の制御の観点からすれば、これに限らない。例えば、モータ６６は、交流式としてもよい。

図９は、変形例に係る電磁モータ６６ａ（以下「モータ６６ａ」ともいう。）の構成を簡略的に示す断面図である。モータ６６ａは、整流子型単相交流モータである。図９に示すように、モータ６６ａは、ロータ２４０とステータ２４２とを備える。ロータ２４０の回転軸２４４に形成された整流子２４６は、ステータ２４２のブラシ２４８に接している。本変形例では、整流子２４６とブラシ２４８はスリップリングとして構成される。

図９に示すような整流子型単相交流モータ６６ａを用いる場合、次の効果を奏する。すなわち、ロータ２４０に鉄心を有する一般的な直流モータと比較して、整流子型単相交流モータ６６ａは、慣性モーメントを大幅に減少させることができる。従って、例えば、図９のモータ６６ａを備えるダンパ２２を車両１０のサスペンション装置１２に用いた場合、高周波の路面振動が発生した際の乗り心地の悪化を防止することが可能となる。

（Ｂ２−５．キャパシタ７０）
上記実施形態では、モータ６６のインダクタンスＬ及びキャパシタ７０の容量Ｃにより特定される電気共振周波数ωｍがばね下共振周波数ω１の±２０％以内となるように容量Ｃを選択した。しかしながら、例えば、負ばね効果又は有極性のキャパシタ７０の観点からすれば、これに限らない。例えば、モータ６６のインダクタンスＬとは別にインダクタンスを設けることで電気共振周波数ωｍがばね下共振周波数ω１の±２０％以内となるようにすることも可能である。

上記実施形態では、キャパシタ７０を有極性キャパシタとした。しかしながら、例えば、ダンパ２２の用途又は負ばね効果の観点からすれば、キャパシタ７０として無極性キャパシタを用いることも可能である。

（Ｂ２−６．バッテリ７２）
上記実施形態では、キャパシタ７０に対してバッテリ７２を接続して、キャパシタ７０の電力をバッテリ７２に充電させた（図１）。しかしながら、例えば、負ばね効果又は有極性のキャパシタ７０の観点からすれば、これに限らない。例えば、バッテリ７２の代わりに他の電気機器（例えば、オーディオ機器、ナビゲーション装置、インスツルメントパネルの表示装置）をキャパシタ７０に接続することも可能である。或いは、バッテリ７２を省略することも可能である。

［Ｂ３．負ばね効果］
上記実施形態では、負ばね効果を考慮して電気共振周波数ωｍ等を設定した。しかしながら、例えば、有極性のキャパシタ７０を用いる観点からすれば、これに限らない。例えば、電気共振周波数ωｍをばね上共振周波数ω２又はその近傍に合わせて設定する構成に有極性のキャパシタ７０を適用することも可能である。或いは、特許文献１のようなＬＣ共振をばね下共振周波数ω１又はその周辺の範囲の制振に用いるために有極性のキャパシタ７０を用いてもよい。

１０…車両 １２…サスペンション装置
２０…コイルばね（ばね） ２２…ダンパ
３０…ダンパ本体 ４０…油圧シリンダ（シリンダ）
４２…ピストンヘッド ４４…ピストンロッド
５０…第１油圧室（第１流体室） ５２…第２油圧室（第２流体室）
６０…油圧ポンプ（流体ポンプ） ６２…油流路（連通路）
６６、６６ａ…電磁モータ ７０…キャパシタ
７２…バッテリ（電気負荷）
Ａｌｏｗ…下面の表面積（第１流体室側の表面積）
Ａｕｐ…上面の表面積（第２流体室側の表面積）
Ｃ…キャパシタの容量 Ｆｄ…減衰力
Ｌ…電磁モータのインダクタンス Ｖｍ…電磁モータの出力電圧
ω１…ばね下共振周波数 ω２…ばね上共振周波数
ωｍ…電気共振周波数

Claims (3)

1. シリンダと、前記シリンダの内部を第１流体室及び第２流体室に区画するピストンヘッドと、前記ピストンヘッドに一端が固定されて前記第２流体室側に配置されたピストンロッドとを備えるダンパ本体と、
   前記シリンダの外部を介して前記第１流体室と前記第２流体室とを連通する連通路と、
   前記連通路に設けられた流体ポンプと、
   前記流体ポンプを介して入力される入力振動のエネルギを回生することでばねに対する減衰力を発生させる電磁モータと、
   前記電磁モータに電気的に接続されたキャパシタと
   を備えるダンパであって、
   前記キャパシタは有極性のキャパシタであり、
   前記ピストンヘッドでは、前記第１流体室側の表面積と、前記第２流体室側の表面積とが異なり、
   前記有極性のキャパシタの正極側は、前記ピストンヘッドが前記第１流体室側に変位する際に前記電磁モータの出力電圧が正となる側で前記電磁モータに接続され、
   前記電磁モータのインダクタンス及び前記キャパシタの容量によりＬＣ共振回路が構成される
   ことを特徴とするダンパ。
2. 請求項１に記載のダンパにおいて、
   前記電磁モータのインダクタンス及び前記キャパシタの容量により特定される電気共振周波数がばね下共振周波数の±２０％以内に設定されることで、前記ばね下共振周波数に対応する前記入力振動の成分に加え、ばね上共振周波数に対応する前記入力振動の成分が受動的に抑制される
   ことを特徴とするダンパ。
3. 請求項１又は２に記載のダンパにおいて、
   前記キャパシタには、電気負荷が接続される
   ことを特徴とするダンパ。

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