BR112017013112B1 - Amortecedor hidráulico regenerativo para suspensão de veículo - Google Patents

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Giordano Greco
Andrea Nepote
Francesco INGLESE
Mario MILAZZO
Cesare Stefanini
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Abstract

O amortecedor (10) compreende: um cilindro (12) que contém um fluido de operação hidráulica; um pistão (14) disposto de forma deslizável no cilindro (12) de modo a dividir o cilindro (12) em duas câmaras de operação de volume variável (22, 24), nomeadamente uma primeira câmara de operação (22) ou uma câmara de extensão e, uma segunda câmara de operação (24) ou câmara de compressão; um duto auxiliar (30) em comunicação fluída, em um lado, com a primeira câmara de operação (22) e, no outro, com a segunda câmara de operação (24); uma carreira de ímãs permanentes (32) disposta de forma deslizável no duto auxiliar (30) de modo a ser movida alternadamente ao longo do duto auxiliar (30), arrastada pelo fluido de operação que flui entre as primeira e segunda câmaras de operação (22, 24) através do duto auxiliar (30) como resultado do movimento alternado do pistão (14) no cilindro (12); e os meios de geração de energia elétrica (36, 36a, 36b; 72, 74, 76, 78) para gerar energia elétrica pela exploração do movimento da carreira de ímãs permanentes (32) ao longo do duto auxiliar (30).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção se refere, em geral, a um amortecedor hidráulico para suspensão de veículo, particularmente para a suspensão de veículo automotivo.
[002] Mais especificamente, a presente invenção se refere ao comumente denominado amortecedor hidráulico regenerativo, ou seja, um amortecedor hidráulico que compreende um cilindro, um pistão disposto de forma deslizável no interior do cilindro de modo a separar o espaço no interior do cilindro em duas câmaras de operação de volume variável e, os meios de geração de energia elétrica para gerar energia elétrica usando o fluxo de um fluido de operação que flui para dentro, ou para fora, das câmaras de operação do cilindro como resultado do movimento do pistão no cilindro. Um amortecedor hidráulico deste tipo possibilita, portanto, gerar energia elétrica usando os movimentos de extensão/compressão do amortecedor, ou seja, os movimentos relativos entre a roda e o corpo do veículo, devido, por exemplo, às irregularidades da superfície da estrada, às oscilações do corpo do veículo resultantes da aceleração longitudinal e/ou lateral, etc., além de desempenhar a função primária de um amortecedor do veículo, ou seja, para amortecer os movimentos relativos entre a roda e o corpo do veículo para garantir o conforto dos ocupantes do veículo e garantir uma boa estabilidade na estrada.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[003] Nos amortecedores hidráulicos normais para suspensão de veículo, ou seja, em amortecedores hidráulicos de tipo não regenerativo para suspensão de veículo, a energia cinética da suspensão é dissipada sob a forma de calor. A idéia sobre a qual os amortecedores regenerativos se baseiam é a de explorar a energia que de outra forma seria dissipada sob a forma de calor, para produzir energia elétrica, a ser usada, por exemplo, para alimentar os dispositivos e sistemas a bordo do veículo, para carregar a bateria do veículo e controlar ativamente as características de amortecimento do próprio amortecedor, garantindo ao mesmo tempo a função primária do amortecedor.
[004] Um amortecedor hidráulico regenerativo é conhecido, por exemplo, a partir dos documentos de patente WO2009/129363 e EP1878598 e, compreende um cilindro que contém um fluido de operação hidráulica, um pistão móvel de forma alternada no interior do cilindro de modo a dividir o cilindro em duas câmaras de operação de volume variável, um motor hidráulico, um gerador elétrico conectado ao eixo do motor hidráulico para gerar energia elétrica como resultado da rotação deste eixo e, um circuito hidráulico que conecta o motor hidráulico às duas câmaras de operação do cilindro de tal forma que, como resultado do movimento do pistão no cilindro, o fluido de operação flui através do motor hidráulico, provocando a rotação do eixo do motor hidráulico e, assim, acionando o gerador elétrico e, a seguir, retornando ao cilindro.
[005] Os amortecedores regenerativos do tipo indicado acima apresentam, principalmente, a desvantagem de que sua eficiência total na conversão da energia cinética para a energia elétrica é significativamente menor do que 100%, por exemplo, na ordem de 30%, como resultado, principalmente, das perdas hidráulica e mecânica no motor hidráulico. Além disso, o fornecimento, para cada amortecedor, de um motor hidráulico e de um gerador elétrico acoplado ao mesmo naturalmente torna o sistema de suspensão do veículo mais complexo, mais pesado e mais caro. Em adição, pode ser difícil encontrar o espaço necessário para dispor o motor hidráulico e o gerador elétrico associado a cada amortecedor.
[006] Um amortecedor hidráulico regenerativo de acordo com o preâmbulo da reivindicação independente 1 e da reivindicação independente 15 é conhecido a partir do documento de patente DE 10 2008 030 577.
[007] De acordo com esta solução conhecida, o amortecedor compreende um cilindro que contém um fluido de operação hidráulica, um pistão disposto de forma deslizável no cilindro de modo a dividir o cilindro em uma primeira e segunda câmara de operação de volume variável, um duto auxiliar em comunicação fluída, em um lado, com a primeira câmara de operação e, no outro lado, com a segunda câmara de operação, uma pluralidade de imãs permanentes dispostos de forma deslizável no duto auxiliar para serem movidos alternadamente ao longo do duto auxiliar, levados ou arrastados pelo fluido de operação que flui entre a primeira e a segunda câmara de operação através do duto auxiliar como resultado do movimento alternado do pistão no cilindro e, ao menos um enrolamento elétrico enrolado em torno de uma porção do duto auxiliar, de tal forma que o movimento dos imãs permanentes ao longo do duto auxiliar faz com que o fluxo magnético concatenado com o enrolamento altere-se, gerando assim uma força eletromotriz induzida no enrolamento. O duto auxiliar apresenta uma seção transversal de fluxo cuja área é menor do que a área da seção transversal de operação interna do cilindro, ou seja, a diferença entre a área da seção transversal interna do cilindro e a área da seção transversal da haste do amortecedor. O duto auxiliar apresenta uma porção intermediária que se estende paralelamente ao eixo do cilindro e apresenta um comprimento substancialmente igual ao curso do pistão no cilindro. Alternativamente, a porção intermediária do duto auxiliar é inclinada em relação ao eixo do cilindro.
[008] Esta solução conhecida apresenta uma série de desvantagens que a tornam praticamente inútil.
[009] Em primeiro lugar, dado que o fluido flui no duto auxiliar com uma velocidade igual à velocidade do pistão multiplicada pelo quociente entre área da seção transversal de operação interna do cilindro e a área da seção transversal de fluxo do duto auxiliar (um quociente que na solução conhecida é consideravelmente maior do que um) e, portanto, o curso dos imãs no duto auxiliar é igual ao curso do pistão multiplicado por esta razão, os imãs atingem a extremidade de seu curso no duto auxiliar (por exemplo, o imã que desliza ao longo da porção intermediária do duto auxiliar chega a um batente contra a extremidade superior ou a extremidade inferior do duto) bem antes do pistão ter atingido a posição de fim de curso.
[0010] Em segundo lugar, uma vez que apenas um pequeno número de espiras dos enrolamentos elétricos é afetado pelo fluxo magnético gerado pelos ímãs permanentes, a força eletromotriz gerada pelo amortecedor é, conseqüentemente, pequena. Em adição, o maior comprimento do enrolamento elétrico, igual ao comprimento da porção do duto auxiliar em torno do qual o enrolamento é disposto, implica em uma redução na eficiência elétrica do amortecedor.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO
[0011] Um objetivo da presente invenção é, portanto, o de fornecer um amortecedor hidráulico regenerativo para suspensão de veículo que não seja afetado pelas desvantagens do estado da arte comentadas acima. Mais especificamente, um primeiro objetivo da presente invenção é o de fornecer um amortecedor hidráulico regenerativo para suspensão de veículo que seja capaz de gerar uma força eletromotriz maior e que apresente uma eficiência elétrica maior do que a do estado da arte comentada acima.
[0012] Estes e outros objetivos são completamente alcançados de acordo com um primeiro aspecto da presente invenção em virtude de um amortecedor hidráulico regenerativo para suspensão de veículo conforme definido na reivindicação independente 1 anexa e, de acordo com um outro aspecto da presente invenção, em virtude de um amortecedor hidráulico regenerativo para suspensão de veículo conforme definido na reivindicação independente 15 anexa.
[0013] As formas de realização vantajosas da invenção formam o objeto das reivindicações dependentes, cujo conteúdo deve ser entendido como uma parte integral e integrante da descrição a seguir.
[0014] A invenção baseia-se, primeiramente, na idéia de conectar os imãs permanentes de modo a formar uma carreira de imãs permanentes que é movida substancialmente como um único corpo no interior do duto auxiliar, levada ou arrastada pelo fluido que flui de uma câmara de operação para a outra como resultado do movimento do pistão no cilindro.
[0015] De acordo com uma forma de realização, o duto auxiliar é envolto em espiral ao redor do cilindro, o que permite obter um duto auxiliar de um comprimento consideravelmente maior do que o curso do pistão no cilindro e, portanto, apresentar um grande efeito de multiplicação na velocidade com que os imãs permanentes são movidos no duto auxiliar, o que resulta em uma elevada força eletromotriz gerada.
[0016] Os meios de geração de energia elétrica podem compreender ao menos um enrolamento elétrico enrolado em torno de uma porção do duto auxiliar, de tal maneira que o movimento dos imãs permanentes ao longo do duto auxiliar altera o fluxo magnético concatenado com este(s) enrolamento(s), gerando dessa forma uma força eletromotriz induzida neste(s) enrolamento(s). Alternativamente, os meios de geração de energia elétrica podem compreender uma roda acoplada magneticamente à carreira de ímãs permanentes que desliza ao longo do duto auxiliar, de modo a rotacionar em uma ou outra direção como resultado do movimento da carreira de ímãs permanentes ao longo do duto auxiliar em uma ou outra direção e, uma máquina elétrica acoplada a esta roda de modo a ser rotacionada por esta última.
[0017] De acordo com outro aspecto da invenção, os meios de geração de energia elétrica compreendem ao menos um enrolamento elétrico enrolado em torno de uma porção do duto auxiliar, de tal maneira que o movimento dos imãs permanentes ao longo do duto auxiliar altera o fluxo magnético concatenado com este(s) enrolamento(s), gerando assim uma força eletromotriz induzida neste(s) enrolamento(s) e, em adição, o duto auxiliar é dimensionado de tal maneira que o quociente entre a seção transversal da área de fluxo do duto auxiliar e a área da seção transversal de operação interna do cilindro é igual a um dado valor menor do que um e, o quociente entre o comprimento do duto auxiliar e o comprimento do curso do pistão é maior do que o recíproco desse valor. Em adição, o comprimento da carreira de ímãs permanentes é maior do que o comprimento da porção do duto auxiliar em torno da qual o ao menos um enrolamento elétrico é enrolado. Isso possibilita maximizar a força eletromotriz gerada e, ao mesmo tempo, a eficiência elétrica do sistema. Por um lado, garante que todas as espiras do enrolamento sempre sejam afetadas pelo fluxo magnético, independentemente da posição da carreira de ímãs permanentes no interior do duto auxiliar, maximizando assim a força eletromotriz gerada. Por outro lado, limita o comprimento e, portanto, a resistência elétrica, do enrolamento, maximizando assim a eficiência elétrica.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[0018] Outras características e vantagens da presente invenção irão ser tornar mais evidentes a partir da descrição detalhada a seguir, dada puramente a título de exemplo não limitativo com referência aos desenhos anexos, nos quais: - a figura 1 é uma vista em seção axial de um amortecedor regenerativo para suspensão de veículo de acordo com uma primeira forma de realização da presente invenção; - a figura 2 é uma vista frontal do amortecedor da figura 1; - a figura 3 é uma ilustração esquemática do amortecedor da figura 1; - a figura 4 é uma ilustração esquemática de uma porção intermediaria do duto auxiliar de um amortecedor de acordo com a presente invenção; - as figuras 5a e 5b são ilustrações esquemáticas de uma porção de extremidade do duto auxiliar de um amortecedor de acordo com a presente invenção; - a figura 6 ilustra uma forma alternativa de imã permanente que pode ser utilizada em um amortecedor de acordo com a presente invenção; - a figura 7 é uma ilustração esquemática de uma segunda forma de realização de um amortecedor regenerativo para suspensão de veículo de acordo com a invenção; - a figura 8 é uma ilustração esquemática de uma terceira forma de realização de um amortecedor regenerativo para suspensão de veículo de acordo com a invenção; - a figura 9 é uma ilustração esquemática de uma quarta forma de realização de um amortecedor regenerativo para suspensão de veículo de acordo com a invenção; - a figura 10 ilustra um circuito elétrico equivalente com o qual um amortecedor regenerativo de acordo com a presente invenção pode ser modelado; - a figura 11 é uma ilustração esquemática de uma porção intermediaria do duto auxiliar de um amortecedor de acordo com a presente invenção, com dois enrolamentos dispostos em torno do duto auxiliar de modo a criar um circuito elétrico de duas fases; - a figura 12 é uma ilustração esquemática de uma porção intermediaria do duto auxiliar de um amortecedor de acordo com a presente invenção, com três enrolamentos dispostos em torno do duto auxiliar de modo a criar um circuito elétrico trifásico; - as figuras 13 e 14 ilustram esquematicamente um exemplo alternativo de meios de geração de energia elétrica adequados para gerar energia elétrica usando o movimento da carreira de ímãs permanentes ao longo do duto auxiliar de um amortecedor de acordo com a presente invenção; e - a figura 15 é uma ilustração esquemática de um amortecedor regenerativo para suspensão de veículo de acordo com outra forma de realização da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0019] Na descrição e nas reivindicações a seguir, os termos como "superior" e "inferior" etc., devem ser entendidos como se referindo à condição de montagem normal do amortecedor em um veículo, no qual o cilindro do amortecedor é conectado a uma montagem da roda ou a um braço de suspensão e no qual a haste do pistão do amortecedor se projeta para cima a partir do cilindro e é conectada ao corpo do veículo.
[0020] Com referência primeiro às figuras 1 a 3, é indicado um amortecedor regenerativo (daqui em diante, simplesmente referido como "amortecedor") de acordo com uma primeira forma de realização da presente invenção é indicado de modo geral como 10. O amortecedor 10 compreende, primeiramente, de uma forma conhecida, um cilindro 12 que apresenta um eixo longitudinal z (tipicamente orientado verticalmente ou ligeiramente inclinado em relação à vertical) e um pistão 14 montado de forma deslizável no interior do cilindro 12 ao longo do eixo z. O cilindro 12 é preenchido com um fluido de operação hidráulica (tipicamente óleo, que se prova um fluido quase incompressível). O cilindro 12 compreende uma parede lateral cilíndrica 16, uma parede inferior (ou parede de fundo) 18 e um conjunto de fechamento superior (ou tampa) 20. O pistão 14 divide o volume interno do cilindro 12 em duas câmaras de operação de volume variável, nomeadamente uma câmara de operação superior, ou uma câmara de extensão 22 e, uma câmara de operação inferior, ou uma câmara de compressão 24. Uma haste 26 é conectada de forma rígida ao pistão 14 e projeta-se partir do cilindro 12 através de um orifício 28 previsto no conjunto de fechamento superior 20. Os elementos de vedação adequados (juntas), não ilustrados, são fornecidos no orifício 28 para criar uma vedação com a haste 26. O pistão 14 e a haste 26 no mesmo movem-se reciprocamente ao longo do eixo z do cilindro 12 como resultado do movimento relativo entre a roda do veículo (não ilustrada), que é conectada ao cilindro 12 e, o corpo do veículo (também não ilustrado), que é conectado à haste 26.
[0021] O amortecedor 10 compreende ainda um duto auxiliar 30 que se encontra em comunicação fluída, por um lado, com a câmara de operação superior 22 e, por outro, com a câmara de operação inferior 24. O movimento para cima do pistão 14 (o chamado movimento de extensão do amortecedor) em relação ao cilindro 12 faz com que o fluido de operação flua através do duto auxiliar 30 a partir da câmara de operação superior 22 para a câmara de operação inferior 24. No sentido contrário, o movimento para baixo do pistão (o chamado movimento de compressão do amortecedor) em relação ao cilindro 12 faz com que o fluido de operação flua através do duto auxiliar 30 a partir da câmara de operação inferior 24 para a câmara de operação superior 22.
[0022] De preferência, conforme ilustrado nas figuras 1 e 2, o duto auxiliar 30 é envolto em espiral em torno da parede lateral 16 do cilindro 12. Tal formato, de fato, torna possível dispor de um duto auxiliar de grande comprimento, sem que isso leve a um aumento excessivo no tamanho radial do amortecedor. O duto auxiliar 30 apresenta, de preferência, uma seção transversal (seção transversal de fluxo do fluido) de formato circular. Em adição, a área da seção transversal do fluxo do duto auxiliar 30 é menor do que a área da seção transversal de operação interna do cilindro 12 (igual à diferença entre a área da seção transversal interna do cilindro e a área da seção transversal da haste), por exemplo, compreendida entre 5% e 25% da área da seção transversal de operação interna do cilindro 12. Isso torna possível dispor, no duto auxiliar 30, de um fluxo com uma velocidade significativamente maior do que a velocidade com a qual o pistão 14 desliza no cilindro 12, uma vez que a velocidade é inversamente proporcional à área da seção transversal. No caso, por exemplo, de um duto auxiliar 30 apresentando uma área de seção transversal igual a 1/20 da área da seção transversal de operação interna do cilindro 12, o fluxo de fluido no interior do duto auxiliar 30 apresentará uma velocidade igual a 20 vezes a velocidade relativa do pistão 14 em relação ao cilindro 12.
[0023] O amortecedor 10 compreende ainda uma carreira de ímãs permanentes 32 recebidos no duto auxiliar 30 de modo a deslizar ao longo deste duto, arrastados pelo fluido de operação que flui entre a câmara de operação superior 22 e a câmara de operação inferior 24 como resultado do movimento do pistão 14 no cilindro 12. Com referência em particular à figura 4, que ilustra a seção de uma porção (representada como plana) do duto auxiliar 30, os ímãs permanentes 32 são dispostos um atrás do outro com polaridades opostas. Os imãs permanentes 32 são conectados um ao outro, por exemplo, por uma malha flexível 34 (ilustrada apenas de forma esquemática na figura 4) de material polimérico que encerra os imãs permanentes 32. Desta forma, o passo entre os imãs permanentes 32, ou seja, a distância entre dois ímãs adjacentes, é mantido constante. Para este propósito, podem ser fornecidos espaçadores entre cada par de ímãs adjacentes. De preferência, conforme ilustrado na figura 4, os ímãs permanentes 32 apresentam o formato de um cilindro reto com um diâmetro substancialmente igual (além da folga mínima necessária para permitir que os imãs permanentes no duto auxiliar sejam movidos) ao diâmetro interno do duto auxiliar 30. Alternativamente, conforme ilustrado na figura 6, os ímãs permanentes 32 podem apresentar um formato de barril, com um diâmetro máximo substancialmente igual ao diâmetro interno do duto auxiliar 30. Os ímãs permanentes 32 são, de preferência feitos, como elementos vazados de modo que os mesmos apresentem inércia reduzida.
[0024] A carreira de ímãs permanentes 32 é movida, portanto, como um corpo único ao longo do duto auxiliar 30 substancialmente à mesma velocidade que a do fluido de operação que flui ao longo deste duto, cuja velocidade é um múltiplo da velocidade do pistão 14 em relação ao cilindro 12, conforme já mencionado acima. A fim de assegurar que a carreira de ímãs permanentes 32 permaneça confinada no interior do duto auxiliar 30 durante o seu movimento, o quociente entre o comprimento do duto auxiliar 30 e o comprimento do curso do pistão 14 deve ser maior que o recíproco do quociente entre a área da seção transversal de fluxo do duto auxiliar 30 e a área da seção transversal de operação interna do cilindro 12. Esta condição pode ser conseguida mesmo no caso de um pequeno quociente entre a área da seção transversal de fluxo do duto auxiliar 30 e a área da seção transversal de operação interna do cilindro 12, por exemplo, por meio do envolvimento em espiral do duto auxiliar 30 em torno do cilindro 12.
[0025] Com referência às figuras 5a e 5b, as porções de extremidade do duto auxiliar 30 (apenas uma das quais é ilustrada nas figuras 5a e 5b, onde é indicado 30a) apresentam um diâmetro maior do que a parte restante do duto auxiliar 30, de modo a permitir que o fluido de operação flua através do duto auxiliar 30 no caso em que a carreira de imãs permanentes 32 esteja estacionária, devido a ter atingido uma posição de fim de curso, adjacente a uma porção de extremidade deste duto.
[0026] Conforme é ilustrado esquematicamente nas figuras 3, 4, 5a e 5b, um enrolamento elétrico 36 (bobina) é disposto em torno do duto auxiliar 30. O movimento da carreira de ímãs permanentes 32 ao longo do duto auxiliar 30 provoca variações no fluxo magnético dos ímãs permanentes 32 concatenados com o enrolamento 36 e, portanto, gera neste enrolamento uma força eletromotriz induzida cuja intensidade é proporcional à velocidade da carreira de imãs permanentes 32. Conforme já mencionado acima, a velocidade da carreira de ímãs permanentes 32 corresponde à velocidade do fluido ao longo do duto auxiliar 30, uma velocidade que é igual à velocidade do pistão 14 multiplicada pelo recíproco do quociente entre a área da seção transversal do fluxo do duto auxiliar 30 e a área da seção transversal de operação interna do cilindro 12. O ajuste deste quociente entre estas áreas menor do que 1 permite obter um efeito de multiplicação na velocidade da carreira de imãs permanentes 32 no duto auxiliar 30 em relação à velocidade do pistão 14 e, portanto, um aumento na força eletromotriz gerada no enrolamento 36. De acordo com esta forma de realização, o enrolamento 36 disposto em torno do duto auxiliar 30 atua como um meio de geração de energia elétrica que gera energia elétrica por meio da exploração do movimento da carreira de ímãs permanentes 32 ao longo do duto auxiliar 30 resultante do movimento do pistão 14 em relação ao cilindro 12.
[0027] De acordo com uma forma de realização da invenção (conforme ilustrado na figura 15), o comprimento da carreira de ímãs permanentes 32 é maior do que o comprimento da porção do duto auxiliar 30 em torno da qual o enrolamento 36 é disposto. Isso possibilita maximizar a força eletromotriz gerada e, ao mesmo tempo, a eficiência elétrica do sistema. Por um lado, garante que todas as espiras do enrolamento 36 sempre sejam afetadas pelo fluxo magnético, independentemente da posição da carreira de ímãs permanentes 32 no interior do duto auxiliar 30, maximizando assim a força eletromotriz gerada. Por outro lado, limita o comprimento e, portanto, a resistência elétrica do enrolamento, maximizando assim a eficiência elétrica.
[0028] Em todos os casos em que a haste 26 do pistão 14 se projeta apenas em um lado (tipicamente o lado superior) do cilindro 12, é necessário fornecer um reservatório preenchido de fluido compressível (gás) para compensar a variação no volume de óleo no cilindro, que ocorre quando o pistão se move no interior do cilindro, devido ao fato de que, em cada ocasião, um dado volume da haste, igual ao produto da área da seção transversal da haste multiplicada pelo curso percorrido pelo curso deslocado pelo conjunto do pistão e da haste, entra no interior do cilindro (movimento de compressão) ou sai do cilindro (movimento de extensão).
[0029] Na forma de realização das figuras 1 a 3, o reservatório de gás é indicado como 38 e é fornecido na parte inferior do cilindro 12. Mais especificamente, o reservatório de gás 38 é delimitado lateralmente pela parede lateral 16 do cilindro 12, em sua parte inferior pela parede de fundo 18 do cilindro 12 e, na sua parte superior, por um elemento de separação 40 que é montado livremente, de forma deslizante, ao longo da parede lateral 16 do cilindro 12 e que separa o gás (à alta pressão, por exemplo, a 15-20 bar) contido no reservatório 38 a partir do óleo contido na câmara de operação inferior 24. De acordo com esta forma de realização, portanto, o amortecedor 10 apresenta uma arquitetura semelhante à de um amortecedor de tubo único tradicional. No entanto, ao contrário do caso de um amortecedor de tubo único tradicional, no qual o pistão é dotado de um par de válvulas unidirecionais, ou seja, uma válvula de compressão e uma válvula de rebote (ou extensão), dispostas de modo a colocar em comunicação uma com a outra, a câmara de operação superior e a câmara de operação inferior do cilindro durante o movimento do pistão ao longo do cilindro, na forma de realização das figuras 1 a 3 não há necessidade de válvulas unidirecionais montadas no pistão, uma vez que a função de comunicação entre a câmara de operação superior 22 e a câmara de operação inferior 24 já é realizada pelo duto auxiliar 30 e, o pistão 14 é, portanto, cego. Esta forma de realização é, portanto, simples em construção e, em adição, é capaz de operar em qualquer orientação, em particular mesmo quando orientada horizontalmente ou 180o para baixo, uma vez que o óleo e o gás são fisicamente separados um do outro pelo elemento separador 40.
[0030] De acordo com a forma de realização da figura 7, em que peças e elementos idênticos ou correspondentes aos da forma de realização das figuras 1 a 3 foram indicados com os mesmos números de referência, o amortecedor 10 apresenta uma arquitetura semelhante à de um amortecedor de tubo duplo tradicional, pelo fato de que o cilindro 12 (que opera como um tubo interno) é alojado no interior de um tubo externo 42. Neste caso, o reservatório de gás é constituído pelo espaço, indicado como 44, entre o cilindro 12 e o tubo externo 42. O espaço 44 contém óleo na parte inferior, enquanto na parte superior ele contém gás à baixa pressão, por exemplo, de 3 a 4 bar. O óleo e o gás contidos no espaço 44 estão em contato direto um com o outro. O tubo externo 42 compreende uma parede lateral cilíndrica 46, um conjunto de fechamento superior 48 (ou tampa) e uma parede de fundo, ou parede inferior 50. A parede lateral cilíndrica 46 do tubo externo 42 apresenta os orifícios 52 através dos quais o duto auxiliar 30 passa, o qual, de preferência, é envolto em espiral ao redor do tubo externo 42. O conjunto de fechamento superior 48 apresenta um orifício 28 através do qual a haste 26 se estende. A parede inferior 50 do tubo externo 42 é espaçada da parede inferior 18 do cilindro 12. Entre estas duas partes sempre há óleo contido na parte inferior do espaço 44. A parede inferior 18 do cilindro 12, como em uma arquitetura tradicional de tubo duplo, é dotada de uma válvula de compressão 56 e uma válvula de admissão 58. Conforme pode-se ver, a invenção é facilmente aplicável a uma arquitetura de tubo duplo, que é de fato a arquitetura mais difundida para carros produzidos em linha.
[0031] De acordo com a forma de realização ilustrada na figura 8, em que partes e elementos idênticos ou correspondentes aos da forma de realização das figuras 1 a 3 receberam os mesmos números de referência, é previsto um reservatório 60 que é localizado fora do cilindro 12 e contém gás à baixa pressão (3 a 4 bar) na parte superior e óleo na parte inferior. O reservatório 60 é conectado ao duto auxiliar 30 através de um circuito hidráulico contendo uma pluralidade de válvulas passivas configuradas de tal modo que o reservatório 60 esteja sempre conectado ao lado de baixa pressão do duto auxiliar 30, independentemente do pistão 14 e conjunto da haste 26 estarem em movimento na extensão ou na compressão. Esta pluralidade de válvulas passivas compreende ao menos uma válvula de retenção 62 e uma válvula de controle de fluxo bidirecional 64. A válvula de retenção 62 é disposta ao longo de uma linha 66 que conecta o reservatório 60 no lado do duto auxiliar 30 que leva à câmara de operação inferior 24 e permite que o óleo flua apenas na direção a partir do reservatório 60 para o duto auxiliar 30. A válvula de controle de fluxo 64 é disposta ao longo de uma linha 68 que conecta o reservatório 60 no lado do duto auxiliar 30 que leva à câmara de operação superior 22. A válvula de controle de fluxo 64 é controlada pela diferença entre as pressões nas duas câmaras de operação 22 e 24 do cilindro 12. Na fase de extensão, a válvula de controle de fluxo 64 se encontra na posição fechada, como resultado da diferença de pressão entre as duas câmaras de operação 22 e 24 do cilindro 12 e, o óleo flui a partir do reservatório 60 para a câmara de operação inferior 24 ao longo da linha 66, passando através da válvula de retenção 62. Na fase de extensão, a válvula de controle de fluxo 64 se encontra na posição fechada, como resultado da diferença de pressão entre as duas câmaras de operação 22 e 24 do cilindro 12 e, o óleo flui a partir do duto auxiliar 30 para o reservatório 60 ao longo da linha 68, passando pela válvula de retenção 64.
[0032] De acordo com a forma de realização ilustrada na figura 9, em que as partes e elementos idênticos ou correspondentes aos da forma de realização das figuras 1 a 3 receberam os mesmos números de referência, a haste 26 é configurada como uma haste passante, uma vez que se estende tanto através do conjunto de fechamento superior 20 do cilindro 12, passando através do orifício 28 previsto na mesma, quanto através da parede inferior 18, passando através de um orifício 70 previsto na mesma. Neste caso, não é necessário um reservatório de gás.
[0033] Todas as formas de realização descritas acima permitem, portanto, gerar energia elétrica por meio de indução de uma corrente elétrica em um enrolamento que envolve um duto auxiliar que se encontra em comunicação fluída com as duas câmaras de operação do cilindro e ao longo do qual uma carreira de imãs permanentes é movida com movimento alternado, arrastada pelo fluido de operação que flui de uma câmara de operação para a outra como resultado do movimento alternado do pistão em relação ao cilindro.
[0034] Conforme é ilustrado na figura 10, o amortecedor 10 descrito acima pode ser modelado com um circuito elétrico equivalente, no qual o conjunto formado pelo cilindro 12 e o pistão 14 é representado por uma força contra-eletromotriz FCEM, enquanto o enrolamento 36 disposto em torno do duto auxiliar 30 é representado por uma resistência R e uma indutância L. Este circuito é interconectado com uma ponte de diodos ou um retificador controlado síncrono D, capaz de retificar o sinal de tensão e, com uma resistência variável Rv, que por sua vez modela um dispositivo de conversão capaz de recuperar a energia elétrica. Este dispositivo de conversão é caracterizado por uma resistência de entrada equivalente controlável igual a Rv, cujo valor determina a intensidade da força de reação com a qual a carreira de ímãs permanentes 32 se opõe ao movimento do pistão 14 e, assim, determina as características de amortecimento do absorvedor. Por meio do ajuste do valor da resistência Rv através de meios eletrônicos de potência adequados, é possível obter as curvas de amortecimento desejadas (curvas de força-velocidade) para o controle da dinâmica do veículo (conforto e estabilidade na estrada).
[0035] A configuração ilustrada, por exemplo, na figura 4, com um único enrolamento 36 disposto em torno do duto auxiliar 30, é uma configuração de fase única. No entanto, é possível obter um sistema de duas, três ou mais fases, por meio da disposição de mais enrolamentos em torno do duto auxiliar 30 com a realocação espacial adequada dos ímãs permanentes a fim de minimizar o torque e o ripple da corrente. A figura 11 ilustra, por exemplo, uma configuração em duas fases, com um primeiro enrolamento 36 (primeira fase) e um segundo enrolamento 36a (segunda fase), enrolados alternadamente em torno do duto auxiliar 30. A figura 12, por outro lado, ilustra uma configuração trifásica, com um primeiro enrolamento 36 (primeira fase), um segundo enrolamento 36a (segunda fase) e um terceiro enrolamento 36b (terceira fase), enrolados alternadamente em torno do duto auxiliar 30.
[0036] Os enrolamentos vindos do amortecedor podem ser conectados de várias maneiras, todas as quais são conhecidas. Os enrolamentos podem, por exemplo, ser conectados em série, ou todos em paralelo, de acordo com uma configuração fixa de conexões em série e em paralelo ou, novamente, de acordo com uma configuração variável de conexões em série e em paralelo.
[0037] Com referência, por fim, às figuras 13 e 14, de acordo com uma variante da presente invenção, a energia elétrica é gerada não pela organização de um ou mais enrolamentos em torno do duto auxiliar ao longo do qual a carreira de ímãs permanentes 32 é movida, como nas formas de realização descritas acima, mas, pelo acionamento em rotação, por meio da carreira de ímãs permanentes 32, de uma roda 72 que é dotada de imãs permanentes 74 e é acoplada mecanicamente, por exemplo, por meio de um eixo 76, à uma máquina elétrica 78. Desta forma é obtido um mecanismo de transmissão de movimento sem contato, semelhante a um mecanismo de pinhão e cremalheira, no qual a carreira de imãs permanentes 32 atua como uma cremalheira e, a roda 72 com os imãs permanentes 74 atua como o pinhão. O movimento alternado da carreira de ímãs permanentes 32 ao longo do duto auxiliar 30 neste caso produz a rotação recíproca da roda 72 ao redor de seu eixo (indicado na figura 13) e, assim, a geração de energia elétrica através da máquina elétrica 78 operando como gerador.
[0038] O amortecedor hidráulico regenerativo da presente invenção também pode ser usado ativamente através do fornecimento de energia elétrica nas bobinas e, portanto, transmitindo trabalho mecânico e força para a carreira de imãs permanentes.
[0039] Naturalmente, o princípio da invenção permanecendo inalterado, as formas de realização e os detalhes de construção podem variar amplamente em relação aos descritos e ilustrados puramente a título de exemplo não limitativo, sem se afastar do escopo da invenção conforme definido nas reivindicações anexas.

Claims (25)

1. AMORTECEDOR HIDRÁULICO REGENERATIVO (10) PARA SUSPENSÃO DE VEÍCULO, compreendendo: - um cilindro (12) contendo um fluido de operação hidráulica; - um pistão (14) disposto de forma deslizável no cilindro (12) de modo a dividir o cilindro (12) em duas câmaras de operação de volume variável (22, 24), nomeadamente uma primeira câmara de operação (22) ou uma câmara de extensão e, uma segunda câmara de operação (24) ou câmara de compressão; - um duto auxiliar (30) em comunicação fluída, por um lado, com a primeira câmara de operação (22) e, por outro, com a segunda câmara de operação (24); - uma pluralidade de ímãs permanentes (32) dispostos de forma deslizante no duto auxiliar (30) para alternar ao longo do duto auxiliar (30), arrastados pelo fluido de operação que flui entre as primeira e segunda câmaras de operação (22, 24) através do duto auxiliar (30) como resultado do movimento alternado do pistão (14) no cilindro (12); e - os meios de geração de energia elétrica (36, 36a, 36b; 72, 74, 76, 78) para gerar energia elétrica a partir do movimento dos imãs permanentes (32) ao longo do duto auxiliar (30); caracterizado por o duto auxiliar (30) ser envolto em espiral em torno do cilindro (12) e, pelo fato de que os imãs permanentes (32) são conectados entre si de modo a formar uma carreira de ímãs permanentes.
2. AMORTECEDOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os ímãs permanentes (32) serem dispostos um atrás do outro com polaridades opostas e são conectados (34) um com o outro com um passo mecânico e magnético constante.
3. AMORTECEDOR, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender espaçadores interpostos entre os ímãs permanentes (32).
4. AMORTECEDOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender ainda uma haste (26), que é conectada de forma rígida ao pistão (14) e projeta-se a partir do cilindro (12) em um lado deste último e, um reservatório (38, 44, 60), que é ao menos parcialmente preenchido com um fluido compressível e é configurado para compensar mudanças no volume do fluido de operação no interior do cilindro (12) que ocorrem como resultado do movimento do conjunto formado pelo pistão (14) e a haste (26) em relação ao cilindro (12).
5. AMORTECEDOR, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o dito reservatório (38, 44, 60) ser formado por uma câmara (38) localizada no interior do cilindro (12) entre uma parede de fundo (18) do cilindro (12) e um elemento de separação (40) que é livremente deslizável no cilindro (12), o elemento de separação (40) separando o reservatório (38) a partir da segunda câmara de operação (24) do cilindro (12).
6. AMORTECEDOR, de acordo com a reivindicação 4, compreendendo ainda um tubo externo (42) no interior do qual o cilindro (12) é alojado e a partir do qual a haste (26) se projeta, caracterizado por o dito reservatório (38, 44, 60) ser formado por um espaço (44) entre o cilindro (12) e o tubo externo (42), o dito espaço (44) contém o fluido de operação em sua parte inferior e o fluido compressível em sua parte superior e, sendo que uma primeira válvula de retenção ( 56), ou válvula de compressão, disposta para permitir que o fluido de operação flua apenas na direção a partir da segunda câmara de operação (24) do cilindro (12) para o espaço (44) e, uma segunda válvula de retenção (58), ou válvula de admissão, disposta de modo a permitir que o fluido de operação flua apenas na direção a partir do intervalo (44) para a segunda câmara de operação (24) do cilindro (12), são fornecidas na parede de fundo (18) do cilindro (12).
7. AMORTECEDOR, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o dito reservatório (38, 44, 60) ser formado por um reservatório externo (60) que é disposto fora do cilindro (12) e contém, em uma parte, o fluido de operação e, em outra parte, o fluido compressível, o reservatório externo (60) é conectado ao duto auxiliar (30) através de um circuito hidráulico (62, 64, 66, 68) que compreende uma pluralidade de válvulas passivas (62, 64) configuradas de tal maneira que o reservatório externo (60) se encontra sempre conectado no lado de baixa pressão do duto auxiliar (30).
8. AMORTECEDOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por compreender ainda uma haste (26) que é conectada de forma rígida ao pistão (14) e se projeta a partir dos lados opostos do cilindro (12).
9. AMORTECEDOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por os ditos meios de geração de energia elétrica (36, 36a, 36b; 72, 74, 76, 78) compreendem ao menos um enrolamento elétrico (36, 36a, 36b) disposto em torno de uma porção do duto auxiliar (30), sendo que o movimento da carreira de ímãs permanentes (32) ao longo do duto auxiliar (30) faz com que o fluxo magnético concatenado com o dito ao menos um enrolamento (36, 36a, 36b) altere-se e, portanto, uma força eletromotriz induzida seja gerada no dito ao menos um enrolamento (36, 36a, 36b).
10. AMORTECEDOR, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o dito ao menos um enrolamento elétrico (36, 36a, 36b) é conectado a um dispositivo de conversão disposto para recuperar energia elétrica, o dispositivo de conversão sendo caracterizado por uma resistência de entrada equivalente (Rv) , o valor de dita resistência de entrada equivalente (Rv) determinando a intensidade da força de reação com a qual a carreira de ímãs permanentes (32) se opõe ao movimento do pistão (14), de tal modo que as curvas de amortecimento desejadas do amortecedor são passíveis de serem obtidas por meio do ajuste do valor de dita resistência de entrada equivalente (Rv).
11. AMORTECEDOR, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado por a carreira de ímãs permanentes (32) apresentam um comprimento maior do que o da porção do duto auxiliar (30) ao redor do qual o dito ao menos um enrolamento elétrico (36) é enrolado.
12. AMORTECEDOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por os ditos meios de geração de energia elétrica (36, 36a, 36b; 72, 74, 76, 78) compreenderem uma roda (72, 74) que é acoplada magneticamente à carreira de ímãs permanentes (32) de modo a rotacionar em um ou outro sentido como resultado do movimento da carreira de ímãs permanentes (32) ao longo do duto auxiliar (30) em uma ou outra direção e, uma máquina elétrica (78) mecanicamente acoplada (76) à dita roda (72, 74) de modo a ser rotacionada por esta última.
13. AMORTECEDOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o quociente entre a área da seção transversal de fluxo do duto auxiliar (30) e a área da seção transversal de operação interna do cilindro (12) é igual a um dado valor menor do que 1 e, sendo que o quociente entre o comprimento do duto auxiliar (30) e o comprimento do curso do pistão (14) é maior do que o recíproco de dito valor.
14. AMORTECEDOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por os ímãs permanentes (32) serem produzidos como elementos vazados.
15. AMORTECEDOR HIDRÁULICO REGENERATIVO (10) PARA SUSPENSÃO DE VEÍCULO, compreendendo: - um cilindro (12) contendo um fluido de operação hidráulica; - um pistão (14) disposto de forma deslizável no cilindro (12) de modo a dividir o cilindro (12) em duas câmaras de operação de volume variável (22, 24), nomeadamente uma primeira câmara de operação (22) ou uma câmara de extensão e, uma segunda câmara de operação (24) ou câmara de compressão; - um duto auxiliar (30) em comunicação fluída, por um lado, com a primeira câmara de operação (22) e, por outro, com a segunda câmara de operação (24); - uma pluralidade de ímãs permanentes (32) dispostos de forma deslizável no duto auxiliar (30) para alternar ao longo do duto auxiliar (30), arrastados pelo fluido de operação que flui entre a primeira e a segunda câmaras de operação (22, 24) através do duto auxiliar (30) como resultado do movimento alternado do pistão (14) no cilindro (12); e - os meios de geração de energia elétrica (36, 36a, 36b; 72, 74, 76, 78) para gerar energia elétrica a partir do movimento dos ímãs permanentes (32) ao longo do duto auxiliar (30), os ditos meios de geração de energia elétrica (36, 36a , 36b; 72, 74, 76, 78) compreendendo ao menos um enrolamento elétrico (36, 36a, 36b) enrolado em torno de uma porção do duto auxiliar (30), de tal maneira que o movimento dos imãs permanentes (32) ao longo do duto auxiliar (30) faz com que o fluxo magnético concatenado com o dito ao menos um enrolamento (36, 36a, 36b) altere-se, gerando assim uma força eletromotriz induzida no dito ao menos um enrolamento (36, 36a, 36b); sendo que o quociente entre a área da seção transversal de fluxo do duto auxiliar (30) e a área da seção transversal de operação interna do cilindro (12) é igual a um dado valor menor do que 1; caracterizado por o quociente entre o comprimento do duto auxiliar (30) e o comprimento do curso do pistão (14) é maior do que o recíproco de dito valor, sendo que os imãs permanentes (32) são conectados um ao outro de tal modo a formar uma carreira de ímãs permanentes e, sendo que o comprimento da carreira de ímãs permanentes (32) é maior do que o comprimento da porção do duto auxiliar (30) em torno da qual o dito ao menos um enrolamento elétrico (36) é enrolado.
16. AMORTECEDOR, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por o duto auxiliar (30) ser envolto em espiral em torno do cilindro (12).
17. AMORTECEDOR, de acordo com a reivindicação 15 ou 16, caracterizado por os ímãs permanentes (32) serem dispostos um atrás do outro com polaridades opostas e são conectados (34) uns aos outros com um passo mecânico e magnético constante.
18. AMORTECEDOR, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por compreender espaçadores interpostos entre os imãs permanentes (32).
19. AMORTECEDOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 18, caracterizado por compreender ainda uma haste (26), que é conectada de forma rígida ao pistão (14) e que se projeta a partir de apenas um lado do cilindro (12) e, um reservatório (38, 44, 60), que é ao menos parcialmente preenchido com um fluido compressível e é configurado de tal modo a compensar as mudanças no volume do fluido de operação no interior do cilindro (12) que ocorrem como resultado do movimento do conjunto formado pelo pistão (14) e haste (26) em relação ao cilindro (12).
20. AMORTECEDOR, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por o dito reservatório (38, 44, 60) ser formado por uma câmara (38) localizada no interior do cilindro (12) entre uma parede de fundo (18) do cilindro (12) e um elemento de separação (40) montado de modo a deslizar livremente no cilindro (12), o elemento de separação (40) separando o reservatório (38) da segunda câmara de operação (24) do cilindro (12).
21. AMORTECEDOR, de acordo com a reivindicação 19, compreendendo ainda um tubo externo (42) no interior do qual o cilindro (12) é recebido e a partir do qual a haste (26) projeta-se, caracterizado por o dito reservatório (38, 44, 60) ser formado por um espaço (44) entre o cilindro (12) e o tubo externo (42), cujo espaço (44) contém o fluido de operação em sua parte inferior e o fluido compressível em sua parte superior e, sendo que uma primeira válvula de retenção (56) ou válvula de compressão, disposta para permitir que o fluido de operação flua apenas na direção a partir da segunda câmara de operação (24) do cilindro (12) para o espaço (44) e, uma segunda válvula de retenção (58) ou válvula de admissão, disposta de modo a permitir que o fluido de operação flua apenas na direção a partir do espaço (44) para a segunda câmara de operação (24) do cilindro (12), são fornecidas na parede de fundo (18) do cilindro (12).
22. AMORTECEDOR, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por o dito reservatório (38, 44, 60) ser formado por um reservatório externo (60) que é disposto fora do cilindro (12) e contém, em uma parte, o fluido de operação e, em outra parte, o fluído compressível, o reservatório externo (60) sendo conectado ao duto auxiliar (30) através de um circuito hidráulico (62, 64, 66, 68) que compreende uma pluralidade de válvulas passivas (62, 64) configuradas de tal maneira que o reservatório externo (60) é conectado sempre no lado de baixa pressão do duto auxiliar (30).
23. AMORTECEDOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 18, caracterizado por compreender ainda uma haste (26) que é conectada de forma rígida ao pistão (14) e se projeta a partir dos lados opostos do cilindro (12).
24. AMORTECEDOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 23, caracterizado por o dito ao menos um enrolamento elétrico (36, 36a, 36b) ser conectado a um dispositivo de conversão disposto para recuperar energia elétrica, o dito dispositivo de conversão sendo caracterizado por uma resistência de entrada equivalente controlável (Rv), o valor de dita resistência de entrada equivalente controlável (Rv) determinando a intensidade da força de reação com a qual a carreira de ímãs permanentes (32) se opõe ao movimento do pistão (14), de tal modo que as curvas amortecimento desejadas do amortecedor podem ser obtidas por meio do ajuste do valor de dita resistência de entrada equivalente (Rv).
25. AMORTECEDOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 24, caracterizado por os ímãs permanentes (32) serem produzidos como elementos vazados.
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