JP2001311452A

JP2001311452A - 電磁サスペンション制御装置

Info

Publication number: JP2001311452A
Application number: JP2000131002A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Akami; 裕介赤見; Noriyuki Uchiumi; 典之内海
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】良好な減衰力特性を確保することができる電
磁サスペンション制御装置を提供する。【解決手段】昇圧回路１１への入力電圧（電磁ダンパ
６の誘導電圧）ひいてはストローク速度が大きいときに
は、減衰力が一定になるようにＦＥＴ１８のスイッチン
グのデューティ比を決め、この決められたデューティ比
に対応させてＦＥＴ１８をスイッチングさせ減衰力を得
る。電磁ダンパ６のストローク速度が大きくても、発生
する減衰力を一定値以下に抑えることができ、過減衰の
状態になることが抑制され、良好な減衰力特性を確保で
きる。また、デューティ比を変えることにより回路に流
れる電流値を調整でき、減衰力特性を広範囲にわたって
変えることができ、ひいては汎用性を向上できる。回路
に流れる電流値を調整して小さくすることにより、回路
の発熱を抑え過熱防止を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車、鉄道車
両、構造物及び建造物などに用いられる電磁サスペンシ
ョン制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電磁サスペンション制御装置の一
例として、相対伸縮可能に設けられた第１、第２部材か
らなる伸縮部材と、第１部材に設けた永久磁石と、この
永久磁石の磁界と交差可能に第２部材に設けたコイルと
からなる電磁ダンパを備え、コイルに通電することによ
り可動部（第１部材又は第２部材）を変位させ、モータ
（永久磁石及びコイル）をアクチュエータとしてアクテ
ィブに動作させる一方、モータ（永久磁石及びコイル）
を発電機として使用することにより(パッシブに)減衰力
を発生させるようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した電
磁サスペンション制御装置では、電磁ダンパのストロー
ク速度（すなわち、抵抗等への入力電圧）の低い領域で
は減衰力は小さく、入力電圧が高くなるに従い減衰力が
大きくなる〔ストローク速度（入力電圧）―減衰力特性
図において、減衰力を示す線分が立ち上がるようにな
る。〕。このため、入力電圧がさらに高くなれば、減衰
力が極めて高くなり、過減衰となってしまうことがあ
る。

【０００４】なお、油圧式のダンパでは、リリーフ弁が
設けられ、前記過減衰の発生を抑制することができる。
しかし、このようなリリーフ弁に相当するものは、上記
従来技術の電磁サスペンション制御装置には設けられて
おらず、良好な減衰力特性を得られていないというのが
実情であった。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、良好な減衰力特性を確保することができる電磁サス
ペンション制御装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
相対伸縮可能に設けられ、一方に永久磁石、他方にコイ
ルが設けられた第１、第２部材を有し、伸縮時に発生す
る電磁力によって減衰力を発生する電磁サスペンション
と、該電磁サスペンションに接続され、該電磁サスペン
ションが発生した電力を充電装置に蓄えるためのスイッ
チング手段を有する変圧機構とを備え、前記スイッチン
グ手段をＰＷＭ信号で駆動することを特徴とする。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１に記載の
構成において、前記変圧機構への入力電圧に応じて前記
ＰＷＭ信号のデューティ比を可変としたことを特徴とす
る。請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記
載の構成において、前記電磁サスペンションと変圧機構
との間に可変抵抗器を介装したことを特徴とする。

【０００８】請求項４記載の発明は、請求項３に記載の
構成において、前記変圧機構への入力電圧及び減衰力の
大きさに応じて前記可変抵抗器の抵抗値を可変としたこ
とを特徴とする。請求項５記載の発明は、請求項１ない
し請求項４のいずれかに記載の構成において、必要とす
る減衰力及び充電した電力に基づいて、前記電磁サスペ
ンションに電流を供給して駆動するか、又は、前記電磁
サスペンションが発生した電力を充電するかを判定する
判定手段を設けたことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施の形態に係る電
磁サスペンション制御装置を図１ないし図５に基づいて
説明する。この電磁サスペンション制御装置１は、図１
に示すように、相対伸縮可能に設けられた第１、第２部
材２，３からなる伸縮部材４と、第１部材２に設けた永
久磁石（図示省略）と、この永久磁石の磁界と交差可能
に第２部材３に設けたコイル５とからなる電磁ダンパ６
（電磁サスペンション）を備えている。伸縮部材４の第
１部材２が車両の車軸（タイヤ７）側（図１２参照）に
取付けられ、第２部材３が車両の車体８側（図１２参
照）に支持されるようになっている。電磁ダンパ６に
は、ストロークセンサ９が設けられており、伸縮部材４
の伸縮動（ストローク位置）を検出するようにしてい
る。そして、コイル５に通電することにより可動部（第
１部材２又は第２部材３）を変位させ、電磁ダンパ６
（永久磁石及びコイル５）をアクチュエータとしてアク
ティブに動作させる一方、電磁ダンパ６（永久磁石及び
コイル５）を発電機として使用することにより減衰力を
発生させる（パッシブな動作を行う）ようにしている。

【００１０】コイル５には、抵抗器１０、昇圧回路１１
及び電池１２を備えたコイル回路部１３が接続されてい
る。また、コイル回路部１３に分岐するようにコントロ
ーラ１４が接続されている。コイル回路部１３は、コイ
ル５に接続されて全波整流を行うブリッジ回路１５と、
このブリッジ回路１５、前記抵抗器１０及び昇圧回路１
１を介してコイル５に接続される電池１２（充電装置）
とから大略構成されている。電池１２は、昇圧回路１１
から供給される電気エネルギを蓄えることができるよう
になっている。

【００１１】そして、電池１２によるコイル５への電圧
印加により電磁ダンパ６をアクチュエータ（モータ）と
してアクティブに動作させるようにしている。また、車
両の上下動ひいては伸縮部材４の伸縮動に伴い、コイル
５には、その変位速度（ストローク速度）に概略比例す
る大きさの起電力（誘導電圧）が発生し、電磁ダンパ６
を発電機として動作させるようにしている。この場合、
抵抗器１０に電流が流れ、伸縮部材４の伸縮動に伴うエ
ネルギ（相対変位エネルギ）が消費され、この結果、電
磁ダンパ６は、ストローク速度（誘導電圧）に応じた減
衰力を発生することになる。

【００１２】昇圧回路１１は、コイル部（以下、昇圧回
路コイル部１６という。）、ダイオード１７及びＦＥＴ
１８（スイッチング手段）から大略構成されている。こ
の昇圧回路１１の機能について、電磁ダンパ６の伸縮動
により生じた誘導電圧（発生電圧）〔以下、ｅ_iとし、
また、その値もｅ_iとする。〕を電池１２に蓄える場合
を例にして、図３に示す昇圧回路１１、図４及びないし
図５に基づいて、以下に説明する。

【００１３】図３において、昇圧回路１１は、インダク
タンスＬの昇圧回路コイル部１６と、抵抗値がｒの内部
抵抗２０（図１では内部抵抗２０の記載を省略した。）
と、前記ＦＥＴ１８に代えて設けたスイッチ２１と、ダ
イオード１７とから大略構成されている。ここで、電池
１２の電圧をｅ_bとし、また、昇圧回路１１の電圧（内
部抵抗２０及び昇圧回路コイル部１６を含む電圧）をｅ
とする。

【００１４】スイッチ２１は、電池１２の負極側に接続
される第１固定接点２１ａと、ダイオード１７のアノー
ド側に接続される第２固定接点２１ｂと、昇圧回路コイ
ル部１６に接続される可動片２１ｃとから大略構成され
ている。可動片２１ｃと第１固定接点２１ａとが接続さ
れることにより、電池１２が分離され、スイッチ２１を
介して昇圧回路コイル部１６及び電磁ダンパ６のコイル
５からなる閉回路が形成される（以下、この閉回路形成
状態を、便宜上、Ｔ₀状態という。）。また、スイッチ
２１が切替えられて、可動片２１ｃと第２固定接点２１
ｂとが接続されることにより、昇圧回路コイル部１６、
ダイオード１７、電池１２及び電磁ダンパ６のコイル５
からなる閉回路が形成される（以下、この閉回路形成状
態を、便宜上、Ｔ₁状態という。）。

【００１５】昇圧回路１１の電圧ｅは、スイッチ２１の
切替え（Ｔ₀状態又はＴ₁状態）により、定常状態では、
図４に示すように変化する。すなわち、可動片２１ｃが
図３下方に回動し、第１固定接点２１ａと接続して閉回
路がＴ₀状態の閉回路になると、電圧ｅは誘導電圧ｅ_iに
相当する電圧ｅ_iになる。また、可動片２１ｃが図３上
方に回動し、第２固定接点２１ｂと接続して閉回路がＴ
₁状態の閉回路になると、電圧ｅは電圧「ｅ_i−ｅ_b」に
なる。

【００１６】このスイッチ２１を高速で切換えたときの
スイッチングのデューティ比γを γ＝１００×Ｔ₀／（Ｔ₀＋Ｔ₁）とすると、デューティ比γが１００％のとき、昇圧回路
１１には、常に電圧ｅ_iが加わるので、定常状態では、ｉ＝ｅ_i／ｒの電流ｉが流れる。電磁ダンパ６の伸縮エネルギは全て
抵抗で消費され、そのパワーＰ₁は、Ｐ₁＝ｅ_i ²／ｒとなる。

【００１７】また、デューティ比γが０％のときは、昇
圧回路１１への入力電圧（誘導電圧ｅ_i）の大きさがｅ_b
より小さいとき、すなわち、ｅ_i＜ｅ_bの場合は、昇圧回
路１１には、電流は流れないが、これより大きくなる、
すなわち、ｅ_i＞ｅ_bの場合は、昇圧回路１１には、常にｅ_i−ｅ_b の電圧が加わり、定常状態ではｉ＝（ｅ_i−ｅ_b）／ｒの電流ｉが流れる。このとき、抵抗で消費されるエネル
ギ（パワーＰ₁）は、Ｐ₁＝（ｅ_i−ｅ_b）²／ｒであり、電池１２に蓄えられるエネルギ（パワーＰ_b）
は、Ｐ_b＝ｅ_b（ｅ_i−ｅ_b）／ｒとなる。

【００１８】デューティ比γを０％から１００％の間で
変化させると電磁ダンパ６の誘導電圧ｅ_iを昇圧するこ
とができ、両者の中間的な特性が得られる。この際の、
入力電圧に対する昇圧回路１１に流れる平均電流の特性
を図５に示す。電流（平均電流）は、入力電圧とデュー
ティ比の大きさに略比例して変化し、入力電圧は電磁ダ
ンパ６のストローク速度に略比例し、回路電流は減衰力
と略比例することから、減衰力は電磁ダンパ６のストロ
ーク速度とスイッチ２１のデューティ比の大きさに比例
して変化することを意味する。従って、電磁ダンパ６の
ストローク速度によらず一定の減衰力が発生するような
特性を持つダンパとするには、電磁ダンパ６のストロー
ク速度によらず回路に流れる電流を一定にできればよ
い。例えば、入力電圧に応じてデューティ比を変化させ
ることにより、図５に示す減衰力一定となるような特性
を実現することができる。

【００１９】昇圧回路１１が上述したような特性を有し
ていることに基づいて、本実施の形態では、昇圧回路１
１（本実施の形態では、図３のスイッチ２１に代えてＦ
ＥＴ１８を設けている。）の電圧（整流された誘導電
圧）を検出し、この検出電圧（昇圧回路１１への入力電
圧）に応じてＦＥＴ１８のスイッチングのデューティ比
を変化させ、所望の減衰力が得られるように前記コント
ローラ１４が機能するようにしている。

【００２０】コントローラ１４は、演算手順などを示す
プログラムや固定的なデータ等を記憶するＲＯＭ３０
と、演算結果やストロークセンサ９のデータ等を記憶す
るＲＡＭ３１と、制御のサンプリング時間を生成するタ
イマ３２と、電磁ダンパ６の発生電圧を検出する電圧検
出回路３３と、電圧検出回路３３のアナログ出力値をデ
ィジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器３４と、昇圧回路１
１のＦＥＴ１８をオン／オフするためのＰＷＭ駆動回路
３５と、制御演算装置３６とから大略構成されている。
なお、入力電圧に対する減衰力（すなわち回路平均電
流）が、予め行われた実験などにより求められており、
その内容が入力電圧−回路平均電流テ−ブルとしてＲＯ
Ｍ３０に格納されている。また、回路平均電流とデュー
ティ比との対応関係が予め求められており、その内容が
回路平均電流−デューティ比テ−ブルとしてＲＯＭ３０
に格納されている。電磁ダンパ６のコイル５に発生し整
流された誘導電圧は、電圧検出回路３３を介してＡ／Ｄ
変換器３４に入力される。制御演算装置３６は、Ａ／Ｄ
変換器３４でディジタル化された検出値を入力し、この
検出値（昇圧回路１１への入力電圧に相当する）に応じ
てデューティ比を決めてその値をＰＷＭ駆動回路３５に
出力する。ＰＷＭ駆動回路３５は、デューティ比に対応
させてＦＥＴ１８をスイッチングさせ、所望の減衰力を
得ることができるようにしている。

【００２１】この実施の形態では、電磁ダンパ６のスト
ローク速度に応じて一定の減衰力を発生するようにして
いるが、このために、入力電圧を検出し、図４に示すよ
うに減衰力一定となるように入力電圧に応じてＦＥＴ１
８にスイッチングのデューティ比を変化させるようにし
ている。この制御内容を、図２のフローチャートに基づ
いて説明する。

【００２２】コントローラ１４は、サンプリング周期毎
に入力電圧を電圧検出回路３３及びＡ／Ｄ変換器３４を
介して取り込む（ステップＳ１）。そして、この取り込
んだ入力電圧に応じた目標の減衰力をＲＯＭ３０の入力
電圧−回路平均電流テ−ブルに基づいて決定する（ステ
ップＳ２）。次に、ステップＳ１で得た入力電圧に応じ
て、ＲＯＭ３０に記憶されている回路平均電流−デュー
ティ比テ−ブルに基づいてデューティ比を決める（ステ
ップＳ３）。この場合、入力電圧ひいてはストローク速
度が大きいときには、図５に示されるように減衰力が一
定になるようにデューティ比を決めるようにしている。
続いて、ＰＷＭ駆動回路３５は、デューティ比に対応さ
せてＦＥＴ１８をスイッチングさせ、所望の減衰力を得
るようにしている（ステップＳ４）。

【００２３】なお、回路に固有の値、例えば内部抵抗値
（内部抵抗２０の値）、リアクタンス、電池１２の端子
電圧などが既知である場合、回路平均電流ｉは入力電圧
（誘導電圧ｅ_i）とデューティ比γの大きさに略比例し
て増加し次式（１）のように近似できることから、入力
電圧（誘導電圧）に対する減衰力、すなわち回路平均電
流を計算により求めることができ、ステップＳ２に用い
た入力電圧−回路平均電流テ−ブル及びステップＳ３に
用いた回路平均電流−デューティ比テ−ブルに代えるこ
とが可能となる。ｉ＝{ｅ_i−（１−０．０１γ）・ｅ_b}／ｒ … （１）ｉ≧０

【００２４】上述したように構成した電磁サスペンショ
ン制御装置１では、入力電圧（誘導電圧ｅ_i）ひいては
ストローク速度が大きいときには、減衰力が一定になる
ようにデューティ比を決め、この決められたデューティ
比に対応させてＦＥＴ１８をスイッチングさせ減衰力を
得るようにしているので、電磁ダンパ６のストローク速
度が大きくても、発生する減衰力を一定値以下に抑える
ことができ、過減衰の状態になることが抑制され、良好
な減衰力特性を確保できる。また、ＦＥＴ１８のスイッ
チングのデューティ比を変えることにより回路に流れる
電流値を調整でき、これにより減衰力特性を広範囲にわ
たって変えることができ、ひいては、利用範囲が広くな
り汎用性を向上できる。また、回路に流れる電流値を調
整して小さくすることにより、回路の発熱を抑え過熱防
止を図ることができる。

【００２５】次に、本発明の第２実施の形態に係る電磁
サスペンション制御装置１を図６ないし図１１に基づい
て説明する。この電磁サスペンション制御装置１は、前
記第１実施の形態に比して抵抗器１０に代えて可変抵抗
器１０ａを設け、コントローラ１４にこの可変抵抗器１
０ａの抵抗値を変更させる抵抗値変更回路４０を設けた
ことが主に異なっている。なお、前記第１実施の形態と
同等の部分は同一の符号で示し、その説明は適宜、省略
する。

【００２６】可変抵抗器１０ａは、初期状態では、最小
の抵抗値に設定されている。コントローラ１４は、整流
された誘導電圧の大きさを検出し、この検出値に基づい
て可変抵抗器１０ａの抵抗値とＦＥＴ１８のスイッチン
グのデューティ比を変化させ、所望の減衰力を発生させ
ると共に、電池１２に電気エネルギを蓄えるように制御
するようにしている。

【００２７】ＦＥＴ１８は、図７に示すようにスイッチ
ングされる。そして、ＦＥＴ１８のスイッチングのデュ
ーティ比γを γ＝１００×Ｔ₀／（Ｔ₀＋Ｔ₁）とすると、デューティ比γが１００％のとき、電池１２
には電流が流れないため、エネルギを蓄えることができ
ない。そして、昇圧回路１１に流れる電流は、可変抵抗
器１０ａで熱として消費される。

【００２８】また、デューティ比γが０％のときは、誘
導電圧の大きさによって特性が変化する。誘導電圧の大
きさが電池１２の端子電圧より小さいときは、昇圧回路
１１には電流が流れないが、電池１２の端子電圧より大
きくなると、昇圧回路１１に電流が流れ、電池１２に電
気エネルギが蓄えられる。この際、電磁ダンパ６が吸収
したエネルギのうち、一部が可変抵抗器１０ａで消費さ
れ、一部は電池１２に蓄えられる。

【００２９】デューティ比γを０％から１００％の間で
変化させると両者の中間的な特性が得られる。電流は、
誘導電圧とデューティ比の大きさに略比例して変化す
る。誘導電圧は電磁ダンパ６のストローク速度に略比例
し、回路電流は減衰力と略比例することから、減衰力が
電磁ダンパ６のストローク速度とスイッチ２１のデュー
ティ比の大きさに比例して変化することを意味する。従
って、デューティ比を変化させることによりエネルギ回
生をしながら、電磁ダンパ６の減衰力−ストローク速度
特性を所望のものにすることができる。デューティ比を
変えたときの誘導電圧に対する回路に流れる平均電流の
特性を図８に示す。この場合、可変抵抗器１０ａの抵抗
値は最小に設定されている。

【００３０】上述した構成の電磁サスペンション制御装
置１では、電磁ダンパ６のコイル５に発生し整流された
誘導電圧は、電圧検出回路３３を介してＡ／Ｄ変換器３
４に入力される。制御演算装置３６は、Ａ／Ｄ変換器３
４でディジタル化された検出値を入力し、この検出値
（昇圧回路１１への入力電圧に相当する）に応じてデュ
ーティ比を決めてその値をＰＷＭ駆動回路３５に出力す
る。ＰＷＭ駆動回路３５は、上述したように決められた
デューティ比に対応させてＦＥＴ１８をスイッチングさ
せる。

【００３１】このとき、通常は可変抵抗器１０ａの抵抗
値を最小に設定するように、制御演算装置３６は抵抗値
変更回路４０に指令を出す。抵抗値変更回路４０は、可
変抵抗器１０ａを制御して、その抵抗値を指定された値
にするようにしている。

【００３２】そして、制御演算装置３６は、Ａ／Ｄ変換
器３４でディジタル化された誘導電圧の検出値とＲＯＭ
３０に記憶されている図８に示すような誘導電圧と減衰
力との対応関係を読み込み、設定されている減衰力がデ
ューティ比０％のときの減衰力より大きいか否かを判定
する。大きいと判定したときは、良好なデューティ比を
求め、その値をＰＷＭ駆動回路３５に入力し、かつ可変
抵抗器１０ａの抵抗値を最小値にさせる指令を抵抗値変
更回路４０に出力する。

【００３３】また、デューティ比を０％に固定して可変
抵抗器１０ａの抵抗値を最小から最大まで変更したとき
の誘導電圧−減衰力の特性を図８に追加して示すと図９
に示すようになる。すなわち、可変抵抗器１０ａの抵抗
値が最小で、デューティ比が０％のときに発生できる減
衰力より小さい値の減衰力を、抵抗値を変更することで
発生させるようにしている。図９に示すデータは、ＲＯ
Ｍ３０に記憶されていて、制御演算装置３６は、この図
９のデータを読み出し、誘導電圧の大きさと発生すべき
減衰力の大きさから可変抵抗器１０ａの抵抗値を決め
る。

【００３４】なお、ＲＯＭ３０には図８に示すデータ及
び図９に示すデータの両者を記憶するようにしてもよい
し、図９に示すデータのみを記憶するようにしてもよ
い。

【００３５】次に、制御演算装置３６が図９に示すデー
タを用いてＰＷＭ駆動回路３５に出力するデューティ比
と、抵抗値変更回路４０に出力する可変抵抗器１０ａの
抵抗値とを求め、それぞれ出力する手順を図１０のフロ
ーチャートを参照して説明する。この場合、タイマ３２
は一定サンプリング周期毎に信号を制御演算装置３６に
出力し、制御演算装置３６はこの信号を受け取って以下
の処理を行う。ステップＳ１１：Ａ／Ｄ変換器３４から整流された誘導
電圧の検出値を読込む。ステップＳ１２：読込んだ誘導電圧の検出値が電池１２
の端子電圧より低いか否か判断する。低いと判断した場
合は、ステップＳ１５へ進み、高いと判断した場合は、
ステップＳ１３に進む。

【００３６】ステップＳ１３：デューティ比０％のとき
の基準減衰力を次の計算式に基づいて算出し、ステップ
Ｓ１４に進む。計算式は基準減衰力＝係数×[（誘導電圧）−（電池１２電圧）] であり、この計算式は、ＲＯＭ３０に記憶され、当該ス
テップＳ１３で読み出され計算に用いられる。例えば図
１１に示すように、検出値ａのとき、基準減衰力はｆ_a
で、検出値ｂのとき、基準減衰力はｆ_bである。

【００３７】ステップＳ１４：基準減衰力が予め定めら
れた目標減衰力より小さいか否かを判定する。小さいと
判断した場合は、ステップＳ１５へ進み、大きいと判断
した場合は、ステップＳ１７に進む。前記基準減衰力及
び目標減衰力について例示すれば次のようになる。すな
わち、例えば図１１に示すように、基準減衰力ｆ_aが目
標減衰力ｆ₀より小さいときは、符号Ａ１で示す状態
（基準減衰力ｆ_a＜目標減衰力ｆ₀）であり、基準減衰力
ｆ _bが目標減衰力ｆ₀より大きいときは、符号Ｂ１で示す
状態（基準減衰力ｆ_b＞目標減衰力ｆ₀）である。

【００３８】ステップＳ１５：可変抵抗器１０ａの抵抗
値を最小の値に設定し、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６：ＲＯＭ３０に記憶されている図９に示
すデータを読み出し、この読み出しデータを用いて、目
標減衰力を与えるＰＷＭ駆動回路３５のデューティ比を
求め、ステップＳ１９に進む。ステップＳ１７：ＰＷＭ駆動回路３５のスイッチングの
デューティ比を０％に設定し、ステップＳ１８に進む。

【００３９】ステップＳ１８：ＲＯＭ３０に記憶されて
いる図９のデータを読み出し、この読み出しデータに基
づいて、目標減衰力を与える可変抵抗器１０ａの抵抗値
を求め、ステップＳ１９に進む。ステップＳ１９：デューティ比をＰＷＭ駆動回路３５に
出力する。ステップＳ２０：可変抵抗器１０ａの抵抗値を抵抗値変
更回路４０に出力する。

【００４０】上述したように構成した電磁サスペンショ
ン制御装置１では、昇圧回路１１への入力電圧及び減衰
力の大きさに応じて可変抵抗器１０ａの抵抗値を可変と
しており、必要とされる減衰力に応じた適切な抵抗値を
設定することが可能となり、これにより、可変抵抗器１
０ａにより不要なエネルギ消費が抑制された状態で所望
の減衰力を得ることができる。この際、電磁サスペンシ
ョンで得られる電気エネルギのうち抵抗器１０で消費さ
れるエネルギを除く分を、電池１２（充電装置）に充電
させることが可能であり、その分、エネルギ回生率の向
上を図ることができる。さらに、可変抵抗器１０ａの抵
抗値を変えることにより回路に流れる電流値を調整で
き、これにより減衰力特性を広範囲にわたって変えるこ
とができ、ひいては、利用範囲が広くなり汎用性を向上
できる。また、電磁ダンパ６では何らの対処もされてい
ないと、ストローク速度が高速になると得られる減衰力
が大きくなり、これに伴い実現できる最小減衰力が大き
くなり、高速ストローク時に低減衰力が必要とされる場
合に対処できないことが起こり得るが、本実施の形態で
は、電磁ダンパ６のコイル５と昇圧回路１１との間に可
変抵抗器１０ａを介装し、昇圧回路１１への入力電圧
（誘導電圧）及び減衰力の大きさに応じてその抵抗値を
調整するようにしているので、ストローク速度が高速
（誘導電圧ｅ_iが高い）である場合にも、抵抗値を大き
くすることにより、低減衰力を得ることができる。

【００４１】次に、本発明の第３実施の形態に係る電磁
サスペンション制御装置１を図１２ないし図１７に基づ
いて説明する。なお、前記第１、第２実施の形態と同等
の部分は同一の符号で示し、その説明は適宜、省略す
る。

【００４２】この電磁サスペンション制御装置１は、図
１２及び図１３に示すように、前記第１実施の形態に比
して、抵抗器１０を廃止してブリッジ回路１５及び昇圧
回路１１からなる回生回路５０を備え、電池１２に代え
てコンデンサ５１を設け、電磁ダンパ６（コイル５）を
駆動するドライブ回路５２をコントローラ１４に接続し
て設け、電磁ダンパ６（コイル５）に対するドライブ回
路５２または回生回路５０の接続を選択して行う切替ス
イッチ５３を設けている。また、この電磁サスペンショ
ン制御装置１は、図１２及び図１５に示すように、スト
ロークセンサ９に代えて、車体の上下振動を検出する加
速度センサ５４を設けると共に、加速度センサ５４の検
出値をディジタル信号化するＡ／Ｄ変換器３４ａ（加速
度センサ用Ａ／Ｄ変換器３４ａ）をコントローラ１４に
備えている。

【００４３】このコントローラ１４は、さらに、ドライ
ブ回路５２に対するＰＷＭ駆動回路３５ａ（ドライブ回
路用ＰＷＭ駆動回路３５ａ）と、回生回路５０に対する
ＰＷＭ駆動回路３５ｂ（回生回路用ＰＷＭ駆動回路３５
ｂ）と、コンデンサ５１の電圧を入力してその値をディ
ジタル化するＡ／Ｄ変換器（コンデンサ用Ａ／Ｄ変換
器）３４ｂと、コンデンサ用Ａ／Ｄ変換器３４ｂと制御
演算装置３６との間に介装されたアクティブ／パッシブ
判定装置５５とを備えたものになっている。

【００４４】昇圧回路１１は、コイル５、ＦＥＴ１８、
ダイオード１７から構成され、ＦＥＴ１８はオン／オフ
作動される。減衰力は回生回路５０（昇圧回路１１）に
流れる電流の大きさに比例するので、減衰力を可変とす
るために、回生回路５０（昇圧回路１１）に流れる電流
の大きさを調整する。そして、この電流の調整は、図１
４に示すように、ＦＥＴ１８のスイッチングのデューテ
ィ比を変化させることにより、設定された減衰力を得つ
つ、コンデンサ５１に電気エネルギが蓄えられるように
制御して行うようにしている。

【００４５】コンデンサ５１は、回生回路５０から供給
される電流を蓄えるようにしている。ドライブ回路５２
は、電磁ダンパ６をモータとして動作させるためのアン
プ回路などから構成されている。切替スイッチ５３は、
電磁ダンパ６をパッシブなダンパ（発電機）として動作
させるか、アクティブなモータとして動作させるかを切
替えるものである。

【００４６】コントローラ１４は、加速度センサ５４か
らの信号によって車体の振動が小さくなるように、切替
スイッチ５３を介して回生回路５０を制御して電磁ダン
パ６の減衰力を調整したり、ドライバ回路を調整する。
調整のための制御側として、例えばスカイフック理論を
用いるようにしてもよい。この場合、加速度センサ５４
からの信号を積分するなどして車体の振動速度に変換
し、車体の振動速度が小さくなるように調整する。

【００４７】次に、アクティブ／パッシブ判定装置５５
を用いて電磁ダンパ６を制御する場合について説明す
る。電磁ダンパ６のコイル５に発生し整流された誘導電
圧は、電圧検出回路３３及びＡ／Ｄ変換器３４を介して
制御演算装置３６に入力される。また、加速度センサ５
４からの信号は加速度センサ用Ａ／Ｄ変換器３４ａを介
して制御演算装置３６に入力される。制御演算装置３６
は、上記入力信号に基づいて、車体の振動が小さくなる
ように、必要な減衰力を計算する。計算された減衰力
が、パッシブダンパとして発生可能な場合は、減衰力を
発生させるために必要なデューティ比を決め、この決め
られたデューティ比を回生回路用ＰＷＭ駆動回路３５ｂ
に出力する。回生回路用ＰＷＭ駆動回路３５ｂは、デュ
ーティ比に対応させて回生回路５０内のＦＥＴ１８をス
イッチングさせる。

【００４８】一方、計算して得られた減衰力が、パッシ
ブダンパとして発生可能な減衰力を超えている場合に
は、ドライブ回路５２を介して電磁ダンパ６をモータと
して動作させるようにしている。この場合、制御演算装
置３６は、力を発生させる為に必要なデューティ比を決
め、この決められたデューティ比をドライブ回路用ＰＷ
Ｍ駆動回路３５ａに出力する。ドライブ回路用ＰＷＭ駆
動回路３５ａは、デューティ比に対応させてドライブ回
路５２内のアンプ回路を制御する。

【００４９】ここで、ドライブ回路５２を駆動するため
のエネルギは、コンデンサ５１にチャ−ジされた電荷で
ある。電磁ダンパ６をモータとして動作させる場合で
も、コンデンサ５１にチャ−ジされている電荷が不足し
ている場合には十分に力を出すことができない。最悪の
場合、コンデンサ５１にチャ−ジされた電荷がゼロのと
きには、減衰力がゼロになってしまうことになる。

【００５０】そこで、アクティブ／パッシブ判定装置５
５は、制御演算装置３６の計算した減衰力と、コンデン
サ５１にチャ−ジされているエネルギ（電荷）とから、
発生できる減衰力が、パッシブダンパとして発生可能な
減衰力を超えているかを判断し、制御演算装置３６に通
知する。制御演算装置３６は、アクティブ／パッシブ判
定装置５５の通知内容（判断結果）に基づいて切替スイ
ッチ５３を切替え作動する。例えば、計算した減衰力が
図１６中の減衰力Ａで、電磁ダンパ６がモータとして発
生可能な減衰力も減衰力Ａである場合には、電磁ダンパ
６として動作させることが可能である。また、計算した
減衰力が図１６中の減衰力Ａで、電磁ダンパ６がモータ
として発生可能な減衰力が減衰力Ｂである場合には、減
衰力は小さいが、電磁ダンパ６として動作させることに
より制御性能を向上させることができる。

【００５１】一方、計算した減衰力が図１６中の減衰力
Ａで、電磁ダンパ６がモータとして発生可能な減衰力が
減衰力Ｃである場合には、電磁ダンパ６をパッシブダン
パとして動作させることが望ましい。

【００５２】ここで、コントローラ１４の制御内容を図
１７に基づいて説明する。制御演算装置３６は、加速度
センサ用Ａ／Ｄ変換器３４ａを介して加速度センサ５４
からの信号を読込む（ステップＳ３１）。続いて、電磁
ダンパ６のコイル５に発生し整流された誘導電圧を、電
圧検出回路３３及びＡ／Ｄ変換器３４を介して読込む
（ステップＳ３２）。次に、両読込みデータに基づいて
車体の振動が小さくなるように、必要な減衰力を計算す
る（ステップＳ３３）。

【００５３】続いて、アクティブ／パッシブ判定装置５
５は、コンデンサ用Ａ／Ｄ変換器３４ｂを介してコンデ
ンサ５１の電圧を読込む（ステップＳ３４）。次に、ア
クティブ／パッシブ判定装置５５は、制御演算装置３６
の計算した減衰力をもとに、コンデンサ５１にチャージ
されているエネルギから発生できる減衰力がパッシブダ
ンパとして発生可能な減衰力を超えているか否かを比較
し（ステップＳ３５）、アクティブ制御が可能であるか
否かを判定する（ステップＳ３６）。

【００５４】ステップＳ３６でＹｅｓ（アクティブ制御
が可能）と判定すると、切替スイッチ５３を切替制御し
（ステップＳ３７）、ドライブ回路５２を制御するよう
に指令信号を出力する（ステップＳ３８）。また、ステ
ップＳ３６でＮｏ（アクティブに電磁ダンパ６を動作で
きない）と判定すると、切替スイッチ５３を切替制御し
（ステップＳ３９）、回生回路５０を制御するように指
令信号を出力する（ステップＳ４０）。

【００５５】上述したように構成した電磁サスペンショ
ン制御装置１では、アクティブ／パッシブ判定装置５５
が、電磁ダンパ６に電流を供給して駆動する（アクティ
ブ制御を行う）か、又は、電磁ダンパ６が発生した電力
を充電する（パッシブ制御を行う）かを判定するので、
電磁ダンパ６の作動状態及び充電状態により、アクティ
ブ制御又はパッシブ制御を選択でき、エネルギの不要な
消費を回避でき、エネルギの有効利用を図ることができ
る。

【００５６】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、スイッチ
ング手段のオンオフタイミングをＰＷＭ信号により変え
て電磁サスペンションが発生する減衰力を調整可能であ
り、これにより、電磁サスペンションのストローク速度
が大きいときにも、発生する減衰力を一定値以下に抑え
ることができ、過減衰の状態になることが抑制され、良
好な減衰力特性を確保できる。

【００５７】請求項２記載の発明によれば、ストローク
速度（誘導電圧）、減衰力及びデューティ比の対応関係
を予め求めておき、ストローク速度が大きくなった際
に、一定の減衰力が得られるようにデューティ比を設定
することにより、電磁サスペンションのストローク速度
が大きくても、発生する減衰力を一定値以下に抑えるこ
とができ、過減衰の状態になることが抑制され、良好な
減衰力特性を確保できる。また、スイッチング手段のス
イッチングのデューティ比を変えることにより回路に流
れる電流値を調整でき、これにより減衰力特性を広範囲
にわたって変えることができ、ひいては、利用範囲が広
くなり汎用性を向上できる。また、回路に流れる電流値
を調整して小さくすることにより、回路の発熱を抑え過
熱防止を図ることができる。

【００５８】請求項３又は請求項４に記載の発明によれ
ば、変圧機構への入力電圧及び減衰力の大きさに応じて
可変抵抗器の抵抗値を可変としており、必要とされる減
衰力に応じた適切な抵抗値を設定することが可能とな
り、これにより、可変抵抗器により不要なエネルギ消費
が抑制された状態で所望の減衰力を得ることができる。
この際、電磁サスペンションで得られる電気エネルギの
うち抵抗器で消費されるまた、可変抵抗器の抵抗値を変
えることにより回路に流れる電流値を調整でき、これに
より減衰力特性を広範囲にわたって変えることができ、
ひいては、利用範囲が広くなり汎用性を向上できる。

【００５９】請求項５記載の発明によれば、必要とする
減衰力及び充電した電力に基づいて、判定手段が、電磁
サスペンションに電流を供給して駆動するか、又は、電
磁サスペンションが発生した電力を充電するかを判定す
るので、電磁サスペンションの作動状態及び充電状態に
より、発電機としての作動（アクティブ制御）又はモー
タとしての作動（パッシブ制御）を選択でき、エネルギ
の不要な消費を回避でき、エネルギの有効利用を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態を示すブロック図であ
る。

【図２】図１のコントローラの制御内容を示すフローチ
ャートである。

【図３】図１昇圧回路の原理を説明するための回路図で
ある。

【図４】図３のスイッチのスイッチングのデューティ比
を示す図である。

【図５】図３の入力電圧と回路平均電流との関係をデュ
ーティ比を対応させて示す図である。

【図６】本発明の第２実施の形態を示すブロック図であ
る。

【図７】図６のＦＥＴのスイッチングのデューティ比を
示す図である。

【図８】図６の可変抵抗器の抵抗値を最小にしデューテ
ィ比を変えたときの誘導電圧と回路平均電流の関係を示
す特性図である。

【図９】デューティ比を変えたときの誘導電圧と回路平
均電流の関係を示す特性図である。

【図１０】図６のコントローラの制御内容を示すフロー
チャートである。

【図１１】デューティ比を変えたときの電池電圧〔誘導
電圧、電磁ダンパストローク速度〕と回路平均電流（減
衰力）との関係を示す図である。

【図１２】本発明の第３実施の形態を示すブロック図で
ある。

【図１３】図１２の回生回路を示すブロック図である。

【図１４】デューティ比を変えたときのコンデンサ電圧
〔誘導電圧、電磁ダンパストローク速度〕と回路平均電
流（減衰力）との関係を示す図である。

【図１５】図１２のコントローラを示すブロック図であ
る。

【図１６】デューティ比を変えたときの誘導電圧と回路
平均電流の関係を示す特性図である。

【図１７】図１２のコントローラの制御内容を示すフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１電磁サスペンション制御装置４伸縮部材６電磁ダンパ（電磁サスペンション）１０ａ可変抵抗器１１昇圧回路（変圧機構）１８ＦＥＴ（スイッチング手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3D001 AA02 DA17 EA03 EB00 ED02 ED16 3J048 AA07 AB11 AC08 BE09 DA01 EA15 EA38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相対伸縮可能に設けられ、一方に永久磁
石、他方にコイルが設けられた第１、第２部材を有し、
伸縮時に発生する電磁力によって減衰力を発生する電磁
サスペンションと、該電磁サスペンションに接続され、該電磁サスペンショ
ンが発生した電力を充電装置に蓄えるためのスイッチン
グ手段を有する変圧機構とを備え、前記スイッチング手段をＰＷＭ信号で駆動することを特
徴とする電磁サスペンション制御装置。
【請求項２】前記変圧機構への入力電圧に応じて前記
ＰＷＭ信号のデューティ比を可変としたことを特徴とす
る請求項１に記載の電磁サスペンション制御装置。
【請求項３】前記電磁サスペンションと変圧機構との
間に可変抵抗器を介装したことを特徴とする請求項１又
は請求項２に記載の電磁サスペンション制御装置。
【請求項４】前記変圧機構への入力電圧及び減衰力の
大きさに応じて前記可変抵抗器の抵抗値を可変としたこ
とを特徴とする請求項３に記載の電磁サスペンション。
【請求項５】必要とする減衰力及び充電した電力に基
づいて、前記電磁サスペンションに電流を供給して駆動
するか、又は、前記電磁サスペンションが発生した電力
を充電するかを判定する判定手段を設けたことを特徴と
する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電磁サ
スペンション制御装置。