図面 (/)

技術 ダンパ及びダンパの製造方法

出願人 本田技研工業株式会社
発明者 栗城信晴
出願日 2015年3月26日 (4年7ヶ月経過) 出願番号 2016-544978
公開日 2017年4月27日 (2年6ヶ月経過) 公開番号 WO2016-031285
状態 特許登録済
技術分野 車体懸架装置 防振装置 流体減衰装置 交流電動機の制御一般
主要キーワード 電気共振回路 単相交流モータ 電気抵抗器 エネルギ利用効率 上下方向変位 パッシブ制御 等価モデル 直流式
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年4月27日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (10)

課題・解決手段

ばね下共振周波数及びばね上共振周波数に対応する入力振動減衰するためのエネルギ効率を改善することが可能なダンパ及びダンパの製造方法を提供する。ダンパ(22)では、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、ばね下共振周波数に対応する入力振動に加え、ばね上共振周波数に対応する入力振動が受動的に抑制される。

概要

背景

米国特許出願公開第2004/0150361号公報(以下「US 2004/0150361 A1」という。)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([0003]〜[0005])。

当該目的を達成するため、US 2004/0150361 A1の車両用電磁サスペンション装置(要約、図3)は、ばね上とばね下との間にばね要素7と並列介装され、電気モータ8により駆動される電磁アクチュエータ4を備える。モータコントローラ17は、電磁アクチュエータ4への変位入力演算し、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を制御するように構成される。電気モータ8の制御回路(要約、図4、図7)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。

電気的減衰要素のうち電気共振回路21(図7)は、ばね下共振周波数(例えば、10Hz〜20Hz)に合わせた共振周波数であり、抵抗RとコイルLとコンデンサCを含む([0049])。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([0065]、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([0041])。

概要

ばね下共振周波数及びばね上共振周波数に対応する入力振動減衰するためのエネルギ効率を改善することが可能なダンパ及びダンパの製造方法を提供する。ダンパ(22)では、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、ばね下共振周波数に対応する入力振動に加え、ばね上共振周波数に対応する入力振動が受動的に抑制される。

目的

)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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

ばね(20)と並列に配置されたダンパ本体(30)と、前記ダンパ本体(30)に入力される入力振動エネルギ回生することで前記ばね(20)に対する減衰力を発生させる電磁モータ(66、66a)と、前記電磁モータ(66、66a)と電気的に直列に接続されたキャパシタ(70)とを備えるダンパ(22)であって、前記電磁モータ(66、66a)のインダクタンス及び前記キャパシタ(70)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(22)。

請求項2

請求項1に記載のダンパ(22)において、前記電気共振周波数は、前記ばね下共振周波数と等しい値に設定されることを特徴とするダンパ(22)。

請求項3

請求項1又は2に記載のダンパ(22)において、前記電磁モータ(66、66a)は、整流子単相交流モータであることを特徴とするダンパ(22)。

請求項4

ばね(20)と並列に配置されたダンパ本体(30)と、前記ダンパ本体(30)に入力される入力振動のエネルギを回生することで前記ばね(20)に対する減衰力を発生させる電磁モータ(66、66a)と、前記電磁モータ(66、66a)と電気的に直列に接続されたキャパシタ(70)とを備えるダンパ(22)の製造方法であって、前記電磁モータ(66、66a)のインダクタンス及び前記キャパシタ(70)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%以内となるように前記キャパシタ(70)の容量を選択することで、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を受動的に抑制することを特徴とするダンパ(22)の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、入力振動エネルギ回生するダンパ及びダンパの製造方法に関する。

背景技術

0002

米国特許出願公開第2004/0150361号公報(以下「US 2004/0150361 A1」という。)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([0003]〜[0005])。

0003

当該目的を達成するため、US 2004/0150361 A1の車両用電磁サスペンション装置(要約、図3)は、ばね上とばね下との間にばね要素7と並列介装され、電気モータ8により駆動される電磁アクチュエータ4を備える。モータコントローラ17は、電磁アクチュエータ4への変位入力演算し、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を制御するように構成される。電気モータ8の制御回路(要約、図4図7)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。

0004

電気的減衰要素のうち電気共振回路21(図7)は、ばね下共振周波数(例えば、10Hz〜20Hz)に合わせた共振周波数であり、抵抗RとコイルLとコンデンサCを含む([0049])。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([0065]、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([0041])。

0005

上記のように、US 2004/0150361 A1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。

0006

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の電流制御であるため([0041])、ばね上共振周波数に対応する入力振動を減衰するためには電気モータ8でのエネルギ消費が発生する。このため、US 2004/0150361 A1では、ばね下共振周波数及びばね上共振周波数に対応する入力振動を減衰するためのエネルギ効率の観点で改善の余地がある。

0007

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、ばね下共振周波数及びばね上共振周波数に対応する入力振動を減衰するためのエネルギ効率を改善することが可能なダンパ及びダンパの製造方法を提供することを目的とする。

0008

本発明に係るダンパは、ばねと並列に配置されたダンパ本体と、前記ダンパ本体に入力される入力振動のエネルギを回生することで前記ばねに対する減衰力を発生させる電磁モータと、前記電磁モータと電気的に直列に接続されたキャパシタとを備えるものであって、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。

0009

本発明によれば、電磁モータのインダクタンス及びキャパシタの容量により特定される電気共振周波数をばね下共振周波数の±20%以内に設定する。これにより、ばね下共振周波数に対応する入力振動の成分に加え、ばね上共振周波数に対応する入力振動の成分を受動的に抑制する。従って、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。

0010

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、US 2004/0150361 A1と異なり、ばね上共振周波数に対応する入力振動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。

0011

前記電気共振周波数が前記ばね下共振周波数と等しい値に設定されてもよい。これにより、負ばね効果を非常に有効に利用することが可能となる。

0012

前記電磁モータは、例えば、直流モータ又は整流子単相交流モータとすることができる。電磁モータとして整流子型単相交流モータを用いた場合、ロータ鉄心を有する一般的な直流モータと比較して、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、本発明に係るダンパを車両のサスペンション装置に用いた場合、高周波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。

0013

本発明に係るダンパの製造方法は、ばねと並列に配置されたダンパ本体と、前記ダンパ本体に入力される入力振動のエネルギを回生することで前記ばねに対する減衰力を発生させる電磁モータと、前記電磁モータと電気的に直列に接続されたキャパシタとを備えるダンパの製造方法であって、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%以内となるように前記キャパシタの容量を選択することで、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を受動的に抑制することを特徴とする。これにより、電磁モータの仕様に合わせてキャパシタを選択することで、簡易に上記効果を奏することが可能となる。

図面の簡単な説明

0014

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。

実施例

0015

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。

0016

(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。

0017

(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。

0018

(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。

0019

(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。

0020

(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。

0021

キャパシタ70は、電磁モータ66の回生電力充電し、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。

0022

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。

0023

[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。

0024

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。

0025

これに伴って、油圧ポンプ60の回転軸トルク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図3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。

0026

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。

0027

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。

0028

[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。

0029

(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

0030

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。

0031

(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。

0032

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)

0033

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]

0034

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。

0035

0036

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の位置関係三角関数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。

0037

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。

0038

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

0039

0040

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。

0041

(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。

0042

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。

0043

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。

0044

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。

0045

(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。

0046

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。

0047

(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。

0048

一般に、ばね下加速度x1’’は、車両10の操縦定性に影響する。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。

0049

(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。

0050

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。

0051

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。

0052

(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。

0053

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。

0054

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。

0055

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。

0056

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。

0057

(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。

0058

[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、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により特定される電気共振周波数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。

0059

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、US 2004/0150361 A1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。

0060

また、電気共振周波数ωmがばね下共振周波数ω1又はその近傍値となるようにキャパシタ70の容量Cを選択した場合、電磁モータ66の仕様に合わせてキャパシタ70を選択することで、簡易に上記効果を奏することが可能となる。

0061

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。

0062

[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。

0063

[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。

0064

(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。

0065

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。

0066

(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。

0067

(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。

0068

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。

0069

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。

0070

(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。

0071

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。

0072

(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。

0073

[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、US 2004/0150361 A1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。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 住友理工株式会社の「 木造建築物の補強構造及び補強方法」が 公開されました。( 2019/09/12)

    【課題】工数を削減して容易に施工可能とすると共に、面外変形や回転変形を防止して必要な制震性も確保する。【解決手段】木造建築物の補強構造は、フレーム1内の上側に固定される第1支持板11Aと、フレーム1内... 詳細

  • 株式会社タカミヤの「 制振装置の変形量検出装置」が 公開されました。( 2019/09/12)

    【課題】軸力が作用する芯材が拘束部材に対して芯材の長さ方向にどの程度変形したかを検出することができるようになる制振装置の変形量検出装置を提供すること。【解決手段】制振装置1は、長さ方向の両端部が構築物... 詳細

  • トヨタ自動車株式会社の「 捩り振動低減装置」が 公開されました。( 2019/09/12)

    【課題】製造コストを特には増大することなく、回転体の取り付け位置の精度を向上することのできる捩り振動低減装置を提供する。【解決手段】トルクが入力されて回転する回転体C82と、回転体C82の円周方向に回... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ