JPH04197813A - 電磁サスペンション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電磁サスペンション装置に関する。

（従来の技術） 従来、電磁サスペンション装置としては、例えば、実開
平１−１１６７１０号公報に記載されたものが知られて
いる。

この従来装置は、車体と車輪との間に、シリンダ状に形
成されて車体に固定されたカバーと、このカバー内を摺
動可能に設けられて車輪側に取り付けられたピストンと
を有したサスペンションユニットが設けられ、前記カバ
ー内に固定コイル及び制御コイルが設けられ、前記ピス
トンに固定コイルが設けられ、前記カバーの外面には、
ピストン側の固定コイルとの相対位置を検出する位置セ
ンサが設けられた構造となっている。

そして、前記位置センサからの検出信号に基づき、各コ
イルへの通電の向き及び電流を制御することで、コイル
の軸方向に制御力（吸引・反発力）を発生させ、例えば
、車高を一定に保つような制御を行う。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の電磁サスペンション装
置は、上述のように、電磁コイルの軸方向に生じる制御
力によりサスペンションの制御を行うようにしていたた
め、サスペンションユニットがストロークして電磁コイ
ル間の距離が変化すると、それに応じてコイル間の吸引
・反発力が変化してしまい、正確な制御が難かしいとい
う問題がある。

また、サスペンションユニットがストロークすると、ピ
ストン側コイルと位置センサとの間の距離が変化するた
め、コイルの変位に対する位置センサの出力特性が非線
形特性となり、このため、精度のよい相対速度値が得ら
れないし、ストロークが大きくなると、出力ゲインが低
下し、相対速度の検出が難しくなるという問題がある。

また、制御力を発生する間は、常に、電磁コイルに通電
を必要とし、非常に大きな消費電力となるという問題が
ある。

本発明は、上述の問題に着目して成されたもので、サス
ペンションユニットがストロークしても一定の強い制御
力を得ることができて、制御性に優れ、かつ、消費電力
を少なくすることができ、さらに、ストロークが大きく
ても相対速度の検出が可能であり、しかも、この場合に
線形の出力特性が得られる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。

（課題を解決するだめの手段） 本発明では、上述の目的を達成するために、車体側部材
と車輪側部材の一方に半径方向に磁界を形成する磁界形
成部を形成し、この磁界形成部内に他方の部材を配置す
ると共に、この部分に駆動コイルを巻き付け、さらに、
この駆動コイルの中間部に速度検出用コイルを設けた。

即ち、本発明の電磁サスペンション装置では、車体と車
輪との間に介在されたサスペンションユニットが、軸方
向に相対移動可能に形成された車体側部材と車輪側部材
とで形成され、前記車体側部材と車輪側部材との一方に
、前記軸方向に直交する半径方向の磁界を形成する磁界
形成部が形成され、前記車体側部材と車輪側部材との他
方の部材の前記磁界形成部を横切って配置される部位に
、前記相対変位方向及び磁界方向と交差する向きに駆動
コイルが巻かれると共に、この駆動コイルの中間部分に
、同様に前記相対変位方向及び前記磁界方向と交差する
向きに速度検出用コイルが巻かれている手段とした。

（作　用） 本発明の電磁サスペンション装置では、駆動コイルに通
電した時には、サスペンションユニットのストローク方
向及び磁界方向と交差する向きに通電が成されるから、
前記磁界の向きと通電方向との両方に交差する方向、即
ち、サスペンションユニットのストローク方向に駆動力
が生じる。

従って、この駆動力により、サスペンションユニットは
伸長したり短縮したりする。

よって、この駆動力をサスペンションユニットに対する
入力に抗するように作用させて、外部入力によるサスペ
ンションユニットのストロークを抑制させることができ
る。

また、サスペンションユニットがストロークすると、速
度検出用コイルが磁界形成部内で磁界を横切る向きに相
対移動し、これにより、速度検出用コイルに相対速度に
１次比例の誘導起電力が発生する。

従って、この誘導起電力を測定することで相対速度を検
出し、この検出値に基づいてサスペンションユニットを
制御することができる。

一方、駆動コイルへ通電しない時には、サスペンション
ユニットが外部からの入力によりストロークすると、磁
界内を駆動コイルが相対移動し、駆動コイルにあっては
、相対速度に比例して誘導電流が発生する。

従って、この誘導電流がコイル抵抗や外部抵抗により消
費されると、これにより、サスペンションユニットへの
入力エネルギーが消費されて、減衰が成される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面により詳述する。

第１図は、本発明第１実施例の電磁サスペンション装置
の構成を示す全体図である。

この図において、Ｓはサスペンションユニットを示して
いる。このサスペンションユニットＳは、車体側に連結
される車体側部材１と、車輪側に連結される車輪側部材
２とを有している。

前記車体側部材１は、磁性体で形成されて、図示のよう
に軸心部に設けられた円柱状の内柱１ａと有底円筒状の
外筒１ｂとで、両者間に間隙部１Ｃを有した二重構造に
形成されている。前記内柱１ａは、上部に形成されたロ
ッド部１ｄを外筒１ｂの底部に貫通させた状態で、ロッ
ド部１ｄの先端をボルト部材１ｅに締結して外筒１ｂと
一体に形成されている。

また、車体側部材１には、外筒１ｂの下側路半分を内側
に膨出させ、該膨出部の内周面に沿って外側永久磁石１
ｊを設けると共に、内柱１ａの下側路半分を外側に膨出
させ、該膨出部の外周面に沿って内側永久磁石１ｋを設
けることによって、前記間隙部１ｃの間隔を狭めた磁界
形成部１９が形成されている。

また、前記両永久磁石１ｊ、ｌｋは、第３図に示すよう
に、それぞれ円周方向に４つに分割され、その磁界方向
が前記周状の間隙部１ｃを挟んだ半径方向となるように
、両永久磁石１ｊ、Ｉｋの極　、住方向が設定されてい
る。尚、この実施例では、内周側がそれぞれＳ極となる
ように設定されている。

そして、前記ロッド部１ｄの外周には円筒形状の補強用
永久磁石１ｆが設けられ、前記ロッド部１ｄとボルト部
材１ｅとの締結力により固定されている。尚、前記ボル
ト部材１ｅは、本体取付用のものである。

即ち、この重体側部材１は、磁性体で形成されているた
めに、前記両永久磁石１ｊ、１ｋ及び補強用永久磁石１
ｆにより、図中−点鎖線で示す磁路Ａが形成され、この
磁界形成部１９にあっては、第２図に示すように、半径
方向に磁界Ｂが形成されている。尚、磁路Ａの向きは、
各永久磁石１ｊ、ｌｋ、ｉｆの極性の向きにより異なる
。

また、磁界形成部１９と補強用永久磁石１ｆとの間の位
置の内柱１ａの外周には、補強用駆動コイル１ｈが巻き
付けられている。

一方、前記車輪側部材２は、下端部に底部を有した有底
円筒状に形成され、下端には、車輪側への取付用のポル
ト２ａが立設されている。そして、この車輪側部材２は
、開口端部がら間隙部１Ｃ内に挿入され、その外周には
車体側部材１に対して微少な隙間を有して駆動コイル３
が巻き付けられている。この駆動コイル３は、それぞれ
独立した第１〜第８駆動コイル３８〜３ｈで形成されて
いる。

そして、前記第４駆動コイル３ｄと第５駆動コイル３ｅ
との間には、速度検出用コイル７ｃが巻き付けられてい
る。尚、各駆動コイル３ａ〜３ｈ及び５は、１つのボビ
ン３ｋに巻き付けられている。

また、サスペンションユニットＳにおける圧倒のストロ
ーク範囲をＳ１％伸側のストローク範囲を８２、速度検
出用コイルＩＣが圧側に移動可能な範囲をり７、速度検
出用コイル７ｃが伸側に移動可能な範囲をＤ２とすると
、各長さの関係が、Ｓ　Ｉ＜ＤＩ　　　Ｓ２　＜Ｄ２ となるように磁界形成部１９の長さが設定されている。

即ち、サスペンションユニットＳのストローク範囲では
、速度検出駆動コイル７ｃが常に磁界Ｂの中に置かれた
状態となる。

また、前記車輪側部材２と、内柱１ａ及び外筒１ｂとの
間にはベアリング４ａ、４ｂ、４ｃが設けられている。

前記駆動コイル３、速度検出用コイル７ｃ及び補強用駆
動コイル１ｈは、制御回路６に接続されている。即ち、
制御回路６は、補強用駆動コイル１ｈに対し、前記車体
側部材１に形成される磁界と同じ向きに磁界が生じるよ
うに通電する。

また、この制御回路６は、駆動コイル３に対しては、各
駆動コイル３８〜３ｈの接続状態を第４図に示すように
直列接続としたり、第５図に示すように並列接続とした
り切り換え可能に形成され、カリ、各駆動コイル３ａ〜
３ｈの端子間に通電したり、短絡させたりすることが可
能に形成され、さらに、この通電時及び短絡時に、これ
ら駆動コイル３に対して可変抵抗を接続するよう構成さ
れている。

第６図は、前記制御回路６の構成を示す回路図であって
、この場合、第１駆動コイル３ａと第２駆動コイル３ｂ
とを制御する部分だけを示している。

この制御回路６は、可変抵抗６ａを備え、図表１に示す
ような組み合わせで、端子■、■、◎、■のそれぞれに
、０，１の信号を与えることにより、第１駆動コイル３
ａと第２駆動コイル３ｂとを並列接続・直列接続に切り
換えると共に、両駆動コイル３ａ、３ｂを短絡させたり
、両駆動コイル３ａ、３ｂに通電駆動させたりする構成
となっている。

〈図表１〉 ちなみに、駆動コイル３を短絡させた場合には、サスペ
ンションユニットＳがストロークすると、磁界形成部１
９の磁界臼を横切る向きに駆動コイル３が移動すること
で、駆動コイル３に相対速度に比例した誘導電流が生じ
、この誘導電流が可変抵抗６ａにより電力消費すること
で、移動エネルギーが減少するもので、即ち、減衰力が
得られる。

一方、駆動コイル３を通電駆動させた場合、磁界形成部
１９の磁界Ｂを横切る向きに通電が成されることで、通
電の向き強さに応じて、サスペンションユニットＳの伸
方向に駆動力が作用したり圧力面に駆動力が作用したり
する。

ところで、上述のようにして生じる減衰力や駆動力（以
後、これらを制御力という）は、駆動コイル３を直列接
続した場合よりも並列接続した場合の方が大きくなる。

即ち、磁界形成部１９を横切る駆動コイル３８〜３ｈの
数を５とし、また、全ての駆動コイル３８〜３ｈの長さ
を！。とじた場合、直列接続の場合の発生力Ｆ５は下記
の０式で表され、一方並列接続の場合の発生力ＦＰは０
式で表される。

即ち、 Ｂ２　（５［）２　　・ Ｅ・”　　　８ＲＸ ２５８２Ｌ２　・ ＝１×　８　・Ｘ・・・・・・・・・■８２Ｌ２　　・ Ｆｐ＝５Ｘ−ゴー・× Ｒ／８ ８２Ｌ２　　・ ＝４０×　Ｒ・×・・・・・・・・・■但し、Ｂ：磁界
形成部における磁束密度文：駆動コイルと磁界の相対速
度 し：駆動コイル１つ当りの巻線長さ Ｒ：駆動コイル１つ当りの抵抗値である。

従って、 Ｆｐ　／　Ｆｓ　＝４０／　（２５’／　８）　＃　１
３となり、並列接続では、直列接続の１３倍の制御力が
得られる。

尚、制御回路６は、車高センサ７ａ、加速度センサ７ｂ
及び前記速度検出駆動コイル７ｃからの入力に基づき制
御を行うようになっている。

前記車高センサ７ａは、サスペンションユニットＳの車
体側部材１と車輪側部材２との間に設けられていて、両
者のストローク量により車高を検出可能に構成されてい
る。

前記加速度センサ７ｂは、車体に取り付けられて車体の
上下方向加速度を検出するもので、上下方向の車体速度
を求めるために設けられている。

前記速度検出駆動コイル７Ｃは、車体側と車輪側との相
対速度を求めるために設けられている。

そして、制御回路６の演算部では、車高センサ７ａから
の入力に基づき、車両姿勢を一定に保つ制御を行うと共
に、加速度センサアｂ及び速度検出駆動コイル７Ｃから
の入力信号に基づき減衰力制御を行う構成となっている
。

尚、この減衰力制御は、例えば、本願出願人による特願
平１−１７７７９２号のような制御を行う。

次に、実施例の作用について説明する。

上述した構成の電磁サスペンション装置は、サスペンシ
ョンユニットＳを自動車の４輪のそれぞれと車体との間
に設け、また、制御回路６と、両センサ７ａ、７ｂ及び
速度検出駆動コイル７Ｃも、１つのサスペンションユニ
ットＳ毎に設けて使用するものである。

（イ）減衰力制御時 車両の走行状況に応じ、サスペンションユニットＳにお
いて減衰力を発生させる場合には、各駆動コイル３８〜
３ｈを短絡させる。

そうすると、車体側部材１と車輪側部材２との相対速度
に応じて、即ち、磁界形成部１９を通過する駆動コイル
３の速度に正比例して、減衰力（制御力）が生じる。

この時の減衰力特性を示す図が第７図であって、駆動コ
イル３の接続を第５図に示すような並列接続とした場合
には制御力が大きくなるため高減衰力特性となり、可変
抵抗６ａの抵抗値を任意に選択することで、第７図のＨ
ｉの範囲で減衰力特性を選択することができる。

一方、第４図に示すような直列接続の場合には、制御力
が小さくなり、この場合も可変抵抗６ａの抵抗値を任意
に選択することで、第７図のＬｏの範囲で減衰力特性を
選択することができる。

このように、減衰力制御を行う場合には、駆動コイル３
に通電することはなく、即ち、全く電力消費することな
く減衰力（制御力）を得ることができる。

尚、補強用駆動コイル１ｈに通電すると、この部位にお
ける磁束密度の低下が防止され、その結果、磁界形成部
１９の磁界Ｂが増大し、これにより、大きな減衰力（制
御力）を得ることができるし、大きな減衰力（制御力）
を必要としないときは通電を解除することで、消費電力
を節約することができる。

（ロ）姿勢制御時 姿勢制御を行う際には、各センサ７ａｚ７ｃからの入力
に基づいて得られる車両状況に応じて駆動コイル３に通
電し、サスペンションユニットＳの軸方向上向きや下向
きに駆動力（制御力）を発生させて、姿勢制御を行う。

この場合、通電の向き及び電力により、駆動力（制御力
）の向き及び強さが変化するもので、この時の駆動力（
制御力）特性を示すのが第８図である。

この時も、各駆動コイル３ａ〜３ｈを並列接続するか直
列接続するかで制御力の大きさが異なっており、Ｈｉｌ
、Ｈｉ２は並列接続の場合を示していて、可変抵抗６ａ
の抵抗値を任意に変化させることにより、Ｈｉｌ、Ｈｉ
２の範囲で駆動力（制御力）が変化する。尚、Ｈｉｌと
Ｈｉ２とでは、通電方向が逆になっている。

一方、直列接続の場合には、Ｌｏｌ、Ｌｏ２の範囲で駆
動力（制御力）が変化する。

このような、駆動力（制御力）を、例えば、車高変化を
打ち消す向きに発生させることで、車高を一定させるこ
とができる。また、駆動力（制御力）を、サスペンショ
ンユニットＳを介して車体へ伝達される路面入力を打ち
消す向きに発生させることで、車体への路面入力をキャ
ンセルして一定した車体姿勢が得られる。

（ハ）相対速度検出時 サスペンションユニットＳがストロークすると、磁界形
成部１９の磁界Ｂを横切る向きに速度検出用コイル７ｃ
が移動することで、速度検出用コイル７ｃに相対速度に
比例した誘導起電力が発生する。この時の出力特性を示
すのが第９図であって、サスペンションユニットＳの相
対速度に１次比例の線形特性となる。

尚、速度検出用コイルγＣが、磁界形成部１９の磁界Ｂ
の範囲内で移動することで、全ストロークに亘って相対
速度を検出することができる。

以上説明したような減衰力制御や姿勢制御を行うにあた
り、本発明実施例装置では、磁界形成部１９において、
半径方向に磁界臼を形成し、この磁界Ｂ内を駆動コイル
３が移動するように構成したため、サスペンションユニ
ットＳがストロークしても磁界Ｂと駆動コイル３の距離
が常に一定に保たれ、これにより、発生制御力を一定に
保つことができ、ストローク量により制御力が変化する
という不具合が生じることなく、制御性に優れていると
いう特徴を有している。

また、内側永久磁石１にと外側永久磁石１ｊとを磁界形
成部１９に配置したことで、該磁界形成部１９の磁界が
強くなり、これにより、大きな制御力が得られるという
特徴を有している。

また、駆動コイル３の中間部分に速度検出用コイル７ｃ
を配設し、磁界形成部１ｇの磁界Ｂの範囲内で速度検圧
用コイル７ｃを移動させるようにしたことで、全ストロ
ーク域において相対速度の検出が可能であると共に、速
度検出用コイルアＣが同じ強さの磁界Ｂ内を移動するこ
とで、相対速度に比例した線形の出力特性が得られ、こ
れにより、制御性の向上が図れるという特徴を有してい
る。

また、本実施例では、内柱１ａに補強用永久磁石１ｆを
設け、これにより内柱１ａに形成される磁路Ａの磁界の
強さを強化している構成としたため、内外永久磁石１ｊ
、１ｋを大きくすることなく、つまり、サスペンション
ユニットＳの外径を拡大することなく、磁界の強さを補
強できるという特徴を有している。

また、永久磁石１ｊ、ｌｋ及び補強用永久磁石１ｆによ
り形成される磁界の途中において、軸方向に磁界が形成
される部分に補強用駆動コイル１ｈを設けて各永久磁石
１ｊ、ｌｋ、ｉｆによる磁界と同一方向に磁界が生じる
ように通電しているため、この部分で、磁束密度の低下
が防止され、これにより、強い制御力が得られるし、大
きな制御力を必要としないときは、通電を解除すること
で、消費電力を節約することができるという特徴を有し
ている。

さらに、駆動コイル３を並列に接続可能とすることで、
駆動コイル３の長さに比べて大きな制御力を得ることが
できて高い効率が得られると共に、駆動コイル３の全長
が同じ直列の場合とし比較してインダクタンスが低下し
て応答性が向上するという特徴を有している。

しかも、サスペンションユニットＳに減衰力を生じさせ
る場合には、駆動コイル３に対して駆動電流を与える必
要がないもので、電力を消費することなく制御力（減衰
力）を得ることができるという特徴を有している。

次に、第１０図に示す本考案第２実施例について説明す
る。

この実施例は、第１実施例が、複数のボビンのそれぞれ
に第１〜第８駆動コイル３ａ〜３ｈをそれぞれ巻いてい
た、即ち、１つのボビンに１つの駆動コイルを巻いてい
たのに対して、１つのボビン２００に複数の駆動コイル
２０１，２０１，２０３を巻き付けるようにした例であ
る。

この第２実施例では、駆動コイル２０１〜２０３のトー
タルの巻き数を変えることなく、大電流が流せるため、
大出力が発生できる。

さらに、このように大出力が得られるから小径の駆動コ
イルを用いることを可能とし、このため、外形寸法を小
さくして、装置のコンパクト化を図ることができる。

しかも、各駆動コイル２０１〜２０３の駆動コイル長さ
が短くなるため、インダクタンスが低下して、応答性を
向上させることができる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述してきたが、本
発明の具体的な構成はこれらの実施例に限られるもので
はない。

例えば、実施例では、車体側部材の二重構造に形成した
例を示したが、実施例装置の車輪側と車体側とを逆にし
て、車輪側部材を二重構造に形成してもよい。

また、実施例では、車体側部材において、主に永久磁石
により磁界を形成するようにしたが、電磁石により磁界
を形成するようにしてもよい。この場合、電磁石は、実
施例の磁路Ａを形成するように設けるとよい。

また、実施例では、第１〜第８駆動コイルの各巻き数を
同一（抵抗値同一）としたが、ストローク位置によって
各駆動コイルの巻き数を相違させることにより、ストロ
ーク位置によってその制御力を任意に変化させることが
できる。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明の電磁サスペンション
装置では、車体側部材と車輪側部材の一方に磁界形成部
を形成し、両部材の他方の磁界形成部の位置に駆動コイ
ルを配設した手段としたため、サスペンションユニット
がストロークして車体側部材と車輪側部材とが相対移動
しても、磁界形成部と駆動コイルとの距離を一定に保つ
ことができ、これにより、ストローク量に影響されるこ
となく一定の駆動力・減衰力を得ることができ、制御性
に優れているという効果が得られる。

また、駆動コイルへの非通電時には、駆動コイルに発生
する誘導電流を消費するようにして減衰力を発生させる
ことができるもので、消費電力が全く不要でありながら
減衰力を得ることができるという効果が得られる。

さらに、本発明では、駆動コイルの中間部分に速度検出
用コイルを配設した手段としたため、サスペンションユ
ニットのストローク時には、この速度検出用コイルにお
いて相対速度に１次比例の誘導電流を発生させて、スト
ローク量を検出することができるもの、検出精度の向上
が図れるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第１実施例の電磁サスペンション装置を
示す全体図、第２図は第１実施例装置の要部を示す拡大
断面図、第３図は第１図の■−■線断面図、第４図及び
第５図は駆動コイルの接続を示す回路図、第６図は第１
実施例装置の制御回路の要部を示す回路図、第７図は第
１実施例装置の減衰力特性図、第８図は第１実施例装置
の駆動力特性図、第９図は第１実施例装置における速度
検出用コイルの出力特性図、第１０図は本発明第２実施
例装置の要部を示す側面図である。 Ｓ・・・サスペンションユニット ト・・車体側部材 １９・・・磁界形成部 ２・・・車輪側部材 ３・・・駆動コイル ６・・・制御回路 ７ｃ・・・速度検出用コイル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）車体と車輪との間に介在されたサスペンションユニ
   ットが、軸方向に相対移動可能に形成された車体側部材
   と車輪側部材とで形成され、 前記車体側部材と車輪側部材との一方に、前記軸方向に
   直交する半径方向の磁界を形成する磁界形成部が形成さ
   れ、 前記車体側部材と車輪側部材との他方の部材の前記磁界
   形成部を横切って配置される部位に、前記相対変位方向
   及び磁界方向と交差する向きに駆動コイルが巻かれると
   共に、この駆動コイルの中間部分に、同様に前記相対変
   位方向及び前記磁界方向と交差する向きに速度検出用コ
   イルが巻かれていることを特徴とする電磁サスペンショ
   ン装置。