CN104295657B - 减振器和减振器总成 - Google Patents

Abstract

本发明涉及减振器(10)且特别是转向轮减振器。减振器(10)具有支承机构(12)、飞轮质量(14)、各有至少一个绕组(30)的至少一个线圈部件(16)和至少一个永磁机构(18)。永磁机构(18)的永磁体(34)产生磁场，该磁场延伸经过永磁机构(18)的磁轭部件(36)并经过多个绕组(30)的一部分，以便在电流流过多个绕组(30)的情况下产生两个力，这两个力作用于支承机构(12)和永磁机构(18)之间并包夹形成一个不为零的角度。一种减振器总成(47)具有这样的减振器(10)。

Description

减振器和减振器总成

技术领域

本发明涉及减振器且特别是转向轮减振器，其具有支承机构、飞轮质量、各有至少一个绕组的至少一个线圈部件和永磁机构。本发明还涉及具有这种减振器的减振器总成。

背景技术

减振器被应用在例如机动车的转向轮中以消除由发动机或行走机构所引起而被传递到转向柱的振动。从现有技术中公开了这样的减振器。例如DE102011103817A1描述了一种主动减振器，它被设计成应用在转向轮上。在DE102011011823A1中描述了用于减小且特别是消除在机动车转向轮上的振动的方法和装置。

发明内容

本发明的任务是提出一种装置，它具有改善的减振效果。尤其是应该也能消除宽频带强烈振动以及非离散振动。

该任务通过根据请求保护的减振器以及根据请求保护的减振器总成来完成。

优选的实施方式是进一步请求保护的主题。

根据本发明的减振器且特别是转向轮减振器具有支承机构、飞轮质量、各有至少一个绕组的至少一个线圈部件尤其是至少两个线圈部件、以及至少一个永磁机构。该永磁机构的永磁体产生一个磁场，该磁场延伸经过该永磁机构的磁轭部件并经过所述绕组的一部分，以便在合适的电流流过多个绕组的情况下产生两个力，这两个力在所述支承机构和永磁机构之间作用并包夹形成一个不为零的角度。

在本发明的范围内，减振器应该是指大幅度主动减振的装置。在这种情况下，被动减振器是电驱动的以提高被动减振器的效率。

该转向轮减振器例如可被安装在机动车如轿车的转向轮内。

该永磁机构优选具有至少一个永磁体和至少一个由铁磁材料制成的磁轭部件。该线圈部件可被固定在该飞轮质量或支承机构上，而该永磁机构分别被固定在该飞轮质量和支承机构中的另一个上。

该支承机构尤其用于将减振器固定在特别是转向轮上。该飞轮质量优选可相对于该支承机构移动地设置并用于阻尼或消除出现在该支承机构上的振动或振荡。这是如此实现的，即，该飞轮质量朝向与振动相反的方向振动。被动减振可如此实现，即，该飞轮质量相对于支承机构弹性安装，从而可以在惯性和弹簧刚度适当协调情况下消除干扰性振动。

该线圈部件的绕组可被通以电流，从而该绕组在磁场中受力。

可这样构成该永磁机构，该线圈部件且特别是两个线圈部件可以与唯一的永磁机构相互作用。所述至少两个线圈部件最好安置在该永磁机构的不同侧面上。或者，可以使用两个永磁机构，于是它们分别与相应的磁轭部件相互作用。永磁机构的永磁体产生磁场，该磁场被引导经过对应于永磁体的磁轭部件。由于该磁轭部件由铁磁材料如铁、镍和钴及其合金制造，故可以引导由永磁体产生的场线。磁轭部件如此安置，即，由永磁体产生的磁场延伸经过相应绕组的一部分。尤其是，这将意味着一个线圈部件对应于一个永磁机构。如此布置由所述线圈部件和永磁机构组成的单元，即，通过磁场和电流产生的力如此对准方向，即，它们包夹形成一个不为零的角度，特别是在一个平面内。这样产生的力一方面作用于该线圈部件，另一方面作用于该永磁机构。由此，该飞轮质量可相对于该支承机构运动。该永磁体优选为磁片或磁环。

所产生的两个力是相互独立的，因而它们的叠加可以在线圈平面内在任意方向产生力。当所产生的力的分力相互垂直时，这尤其简单。这造成以下后果，即，飞轮质量也可在两个相互垂直的方向上偏移。因此，在飞轮质量可移动的平面内的振动也可被减小。这可被用于使转向轮减振器可以与转向轮角度位置无关地消除在一个空间方向上出现的振动。因而例如可能的是，在转向轮关于转向柱朝同一方向转动时起振的振动也在转向轮转动过程中和/或在转向轮已转动情况下被消除。此外，该减振器因为其具有在一个平面内在所有方向偏转飞轮质量的能力而提供以下可能，即，可被用在具有不同的激励方向的不同系统中。

于是，当转向轮的固有振动形式在竖向和水平方向具有不同的频率位置且两种固有振动形式应被克服时，这是很有利的。

所述减振器可在转向轮的任意角度位置上做到这一点。

因此，该减振器还可被用在汽车的其它区域内以消除振动。

本发明的一个优点是，借助该磁轭部件，由永磁体产生的磁场可被引导经过绕组，从而在磁场和流过电流的线圈之间出现相互作用即洛伦兹力。这意味着流过电流的导体在磁场中受力。

此外，该减振器还可通过利用控制信号的控制被用于产生振动，例如作为触觉报警功能在转向轮中产生报警振动。特别是，通过该减振器可产生飞轮质量的偏心旋转运动，其相当于旋转的不平衡质量。

此外，所出现的振动可在所有方向上减小，这是因为通过所产生的力的叠置可以产生合力，该合力可指向所有的方向。

当只使用具有一个绕组的一个线圈部件时，可提供一种减振器，它只允许飞轮质量朝一个方向偏转。于是，这种减振器构造很简单且特别轻。

所述两个力最好包夹形成90度角。这是两个线性不相关的力的优选布置形式。因此，可以很简单地产生可指向任一个方向的合力。另外，除了离散振动外，也可以主动减小非离散振动。

永磁机构最好被固定在飞轮质量上。

由于有永磁体和磁轭部件，故永磁机构通常比线圈部件重。通过将永磁机构安置在飞轮质量上，飞轮质量和永磁机构的系统质量可被简单增大，从而可减小振幅较大的振动。

该磁轭部件优选具有两个半磁轭，在这里，两个半磁轭的其中一端最好夹住各自永磁体，还优选的是两个半磁轭的另一端包夹形成气隙。

特别是所述半磁轭可具有基本呈U形的横截面，在这里，所述半磁轭的末端对应于U形半磁轭的支腿的自由端。

通过两个半磁轭的这种布置，由永磁体产生的磁场可从永磁体的其中一极经过其中一个半磁轭和另一个半磁轭被引回至永磁体的另一极。这意味着，磁场的几乎整个走向分布可在磁轭部件中被引导经过，从而可以非常好地引导该磁场。

该磁轭部件优选呈圆弓形且特别是圆环形构成，在此，该磁轭部件最好在相应的线圈部件附近具有弯曲结构。

此外，磁轭部件的永磁体优选设置在圆弓形磁轭部件的中点所在的侧面。因此，在其间包夹形成气隙的磁轭部件两端设置在背对上述中点的一侧。圆弓形磁轭部件和进而尤其是圆弓形永磁机构例如可占到圆形永磁机构的四分之一。尤其如此设置圆弓形磁轭部件，即，它靠近线圈部件安置。

在圆环形磁轭部件情况下，永磁体靠内，即在朝向该中点的一侧。尤其在圆环形磁轭部件情况下，但也在圆弓形磁轭部件情况下，可以只使用一个永磁体。在圆环形磁轭部件情况下，可以只使用一个永磁机构，在这里，该线圈部件安置在磁轭部件的几个不同侧面。在圆弓形磁轭部件情况下，可以使用多个永磁机构，它们可分别配属有一个线圈部件。

该磁轭部件在相应线圈部件附近具有弯曲结构，特别是圆形弯曲结构。这带来以下优点，永磁机构整体是圆的，这尤其适于安装在转向轮内。

每个线圈部件最好有一个线圈体，绕组缠绕在线圈体上，在这里，每个线圈部件最好具有彼此对置的两个线圈体。

线圈体是指其上绕有绕组的元件。因此，在具有两个线圈体的线圈部件的实施例中，每个线圈部件有尤其相互对置的两个绕组。在这种情况下尤其设有至少两个线圈部件。因此共有四个绕组，各有两个绕组相互对置。这些绕组尤其在周向上以90度间隔。

在一个有利的实施方式中，每个绕组上有一个永磁机构，从而设有四个绕组和四个永磁机构。或者，这四个永磁机构可由唯一的圆环形永磁机构形成。

该线圈体最好具有一个中心部和从中心部伸出的两个凸起，在这里，所述中心部和两个凸起最好形成安置该绕组的空间。

这两个凸起可被理解成是U形的两支腿，而中心部具有连接U形的两支腿的部分。因此，该线圈体的横截面在一侧优选呈U形。于是，绕组在两支腿之间被绕置在该中心部上。

该线圈体最好可以具有布置在气隙中的第一侧面，在这里，第一侧面最好是笔直的。

此时，该线圈体可呈长条形构成，在这里，尤其是其中一个较长侧面是第一侧面。第一侧面优选如此布置在间隙中，即，离开磁轭部件的磁场直接延伸穿过位于第一侧面的绕组。

这表明，当磁轭部件具有弯曲结构时，第一侧面的笔直构造产生很大的力。其原因在于，与第一侧面(平行于另一侧面)具有弧形轮廓时的情况相比，该线圈体的另一较长侧面更远离第一侧面，从而由线圈体的另一侧面产生的力略有损失(因磁散射场)并且不太强地反作用于第一侧面的力。该线圈体的背向第一侧面的侧面优选呈隆凸状构成。

在第一侧面的每个凸起优选具有至少一个孔，在此，这些凸起和/或中心部优选由不影响磁场并且电绝缘的材料制造。如果该材料不导电，则可避免在那里出现的涡流。例如，该材料具有接近1的导磁率。

由不导磁/非铁磁的材料制成的凸起优选未影响到磁场场线走向。

优选在线圈体和半磁轭末端之间设置两个间隙。

在磁路中，通常把磁极间隔在这里是磁通引导轭称作气隙。线圈/线圈载体距磁轭的距离是气隙的一部分。在这里，它最好是功能相关的间隙。

这两个间隙最好可设置在两个半磁轭和多个凸起之间。在凸起和相应的半磁轭之间的间隙最好小于2毫米，优选在0.1至0.3毫米范围内。

该线圈体且尤其是凸起最好作为用于磁轭部件且特别是半磁轭末端滑动支承面来构成。因此，飞轮质量连同永磁机构支承在作为滑动支承的线圈体上。于是，尤其当飞轮质量垂直于上述力偏移时，该轴承投入使用。此外，飞轮质量通过所使用的(弹性体)弹簧体在轴向上被支承，从而在适当协调情况下只垂直于永磁机构的力地出现大偏移的情况下才出现飞轮质量和线圈体之间的接触。

在有利的改进方案中，所述中心部和/或凸起由减摩材料制成，特别是由POM或PTFE制成或涂覆有PTFE。

当将这种材料用于第一侧面上的凸起且特别是由这种减摩材料制成的整个线圈体时，凸起和磁轭部件之间的摩擦可尤其被大幅度减小。

绕组优选由漆绝缘铜丝制成。铜丝横截面可呈圆形或矩形(具有倒圆边)。很高的封装密度和进而功率密度可利用作为绕组的薄铜带来获得。

这是很简单的且进而低成本制造的绕组变型。

该飞轮质量最好具有用于固定附加飞轮质量的固定机构，特别是一个和/或多个用于螺钉的孔。

作为附加飞轮质量，尤其可使用用于气囊的气体发生装置和/或气囊本身。减振器可有利地具有由弹性材料制成的弹簧体，借助该弹簧体，飞轮质量被弹性固定在支承机构上。该弹簧体相对于支承机构承载带有永磁机构的飞轮质量。通过该弹簧体，飞轮质量可相对于支承机构运动。在飞轮质量剧烈运动时，尤其当其从线圈体平面移出时，所述凸起和磁轭部件起到滑动支承面的作用。在绕组不通电的状态下，减振器作为被动减振器或地震阻尼器，这取决于所选的调谐频率。

飞轮质量和/或附加飞轮质量的质量最好与弹簧体弹性相关地具有固有频率，该固有频率与支承机构振动的最大振幅有关。例如在减振器的常见频率特性情况下，固有频率为待消除频率的80％至94％，特别是85％。

永磁机构的质量也计入飞轮质量。当支承机构被固定在机动车转向轮上时，通常有振幅很大的振动频率。通过飞轮质量和/或附加飞轮质量的质量以及弹簧体的弹性大小，可以如此调节固有频率，即，可以被动减小振幅最大的振动频率。

此外，本发明提供一种减振器总成，其具有本发明的减振器、传感器部件和控制装置。传感器部件适于在振幅、频率和方向方面探测在工作平面内的振动。控制装置适于如此控制减振器，即，上述振动被大幅度减小。

为此，调整算法在该控制装置中长时间运行。例如，必须并行地在与转向角相关的两个方向上进行闭环式最低程度调节。

运行模式“报警”同样可储存在该控制装置中。

传感器部件尤其探测如通过转向柱被传给减振器总成的振动的频率。传感器部件还探测振动方向以及还有当前的转向角。传感器部件和控制装置可被集成在支承机构中，从而减振器总成是一个自给自足的系统。

振动和振幅被继续传递到调节若干绕组中的电流流动的控制装置。

附图说明

以下将基于如图示意所示的多个实施例来进一步描述本发明，其中：

图1示出根据本发明的减振器的横截面；

图2示出根据本发明的减振器总成的透视图；

图3示出减振器的局部放大横截面；

图4a示出减振器的支承机构；

图4b示出支承机构及安装于其上的线圈部件；

图5a示出线圈部件的俯视图；

图5b示出线圈部件的侧视图；

图6a示出在第一实施例中的绕组的视图；

图6b示出在第二实施例中的绕组；

图7a示出绕组和支承机构，其中侧面绕组接受电流；和

图7b示出绕组和支承机构，其中上侧和下侧的绕组接受电流。

具体实施方式

图1示出减振器10，其具有支承机构12、飞轮质量14、由两对线圈体22组成的两个线圈部件16和永磁机构18。如图4a所示，支承机构12有多个固定孔13，借助该固定孔，支承机构12例如可被固定在转向轮上。同样如图4a所示，支承机构12还具有带有螺纹的多个线圈孔15，借助该线圈孔，线圈体22可用线圈螺钉24被固定。

飞轮质量14通过弹簧体20与支承机构12相连接。弹簧体20由弹性材料制成以使飞轮质量14可相对于支承机构12振动。飞轮质量14具有中心孔54，电缆或插头例如可被穿过该中心孔。电缆或插头可被连接至气囊，该气囊可作为附加飞轮质量例如用螺钉44被固定在飞轮质量14上，所述螺钉被拧进飞轮质量14的孔中。

如图4b所示，每个线圈部件16具有两个线圈体22a和22b并且错开90度地具有两个线圈体22c和22d，它们分别对置。线圈体22通过线圈螺钉24被固定在支承机构12上。

例如如图3和图5b所示，线圈体22具有一中心部26和从中心部26凸出的多个凸起28。在两个凸起28之间的空间中设有绕组30。绕组30围绕中心部26被卷绕。

线圈体22呈长条形构成。在线圈体22朝向永磁机构18的第一侧面31，所述凸起28具有多个孔32。中心部26和凸起28由POM或PTFE制成。线圈体22的端面也可以具有PTFE涂层。

如图3所示，永磁机构18具有永磁体34，永磁体的北极N在图3中设于上方，而南极S朝下设置。永磁机构18还具有磁轭部件36，磁轭部件由两个半磁轭38a和38b构成。半磁轭38a、38b的其中一端与永磁体34接触，而半磁轭38a、38b的另一端是对置的并在此形成气隙46。线圈体22且特别是其第一侧面31位于气隙46中。

半磁轭38a、38b在气隙46侧具有弯曲结构，该弯曲结构在所示实施例中为圆形。在图3中的上方示出的半磁轭38a具有延长部42，该延长部作为用于固定附加质量的固定机构。为此，延长部42例如具有用于螺钉44的螺纹孔，螺钉可被用于附加质量的固定。在此要指出，伴随更高的减振器质量，一般可获得更强的减振器效果。

由永磁体34产生的磁场经半磁轭38a通入气隙46，就是说经过线圈体22且特别是经过凸起28的孔32，然后穿过绕组30，并经过另一半磁轭38b回到永磁体34。分别在上方和下方在半磁轭38和凸起28之间有一间隙40，该间隙小于2毫米。这些凸起28用作半磁轭38a和38b的滑动支承面。

飞轮质量14相对于支承机构12的相对运动在一个平面内进行，该平面由线圈体22的端面或还由凸起28限定，如图1或图4b所示的那样。

在图6a和6b中示出线圈部件16的线圈体22的不同绕组。如图6a所示，绕组30可由具有矩形横截面和倒圆边的粗金属丝构成，在此未示出线圈金属丝的头尾。在图6b所示的另一个实施例中，绕组30由薄金属带构成。

第一侧面31如图6a所示是笔直的，第一侧面31如图6b所示是弯曲的。

图7a和7b示出具有线圈体22a和22b的线圈部件16a和具有线圈体22c和22d的线圈部件16b的布置形式。线圈部件16a和16b错开90度布置。线圈部件16a和16b设置在支承机构12的外周面上。

由此得出，由永磁体产生的磁场经过气隙46(所示出的环面53区域)从位于上方的北极延伸至位于下方的南极，并且线圈体22a和22b的线圈在转动方向上彼此反向地(如线圈体22a在顺时针方向上而线圈体22b在逆时针方向上)被电流流过，由此在双箭头51方向上针对支承机构12产生了力。对线圈部件16的线圈体22c和22d的线圈的同样控制得到如图7b所示的按照双箭头52的作用方向。

图2示出减振器总成47的透视图。减振器总成47具有减振器10、传感器部件48和控制装置50。传感器部件48用于测量出现在支承机构12上的振动。它尤其测量所出现的振动的频率和方向。控制装置50与绕组30电连接。控制装置50控制电流流过绕组30。

以下将介绍减振器总成47的工作方式原理。

传感器部件48探测出现在支承机构12上的振动的频率和方向，该振动例如由转向柱传来。根据这些测量值，控制装置50控制流过线圈部件16a、16b的绕组30的电流。现在电流流经绕组30，该电流在第一侧面31与磁场相互作用并产生洛伦兹力，所述磁场从永磁体34经半磁轭38a、38b被引导至第一侧面31的绕组30。

此时，该力处于由线圈部件16a、16b的线圈体22所限定的平面内。通过各自两个对置的线圈体22，在两个对置的线圈体22的连接方向上产生力。通过两对对置的线圈体22a、22b或22c、22d，可通过叠加在该平面内在任意方向上产生力。因而，电流如此流经在两个对置的线圈体22中的绕组30，即，所产生的作用于飞轮质量14的力指向同一方向。

通过在对置的线圈体22的两对绕组30中的电流流动变化，可在任何方向以不同的大小产生由此导致的合力。因此产生这样的力，该力在大小和方向上与该振动相克。

这允许作用于转向轮的振动在所有转动位置上被消除。

通过永磁机构18和线圈部件16(重的永磁机构18固定在飞轮质量14上)的布置和设计，尤其可产生大的力，该力也可移动重的飞轮质量14。因此，也可以消除振幅大的振动。

根据飞轮质量14的、由其质量和弹簧体20的弹性得出的固有频率，振动频率因飞轮质量14惯性可以被动地即无绕组30控制地被减小或消除。振动的宽带减小还得靠主动减振。

减振器总成47具有借助磁-线圈-相互作用的主动减振和依据弹簧体-振动测量-系统的被动减振。此外，减振器10可被用于提供在转向轮上的触觉报警功能。因此，在一个系统中实现了三个功能。

附图标记列表

10减振器；12支承机构；13固定孔；14飞轮质量；15线圈孔；16,16a,16线圈部件；18永磁机构；20弹簧体；22a,22b,22c,22d线圈体；24线圈螺钉；26中心部；28凸起；30绕组；31第一侧面；32孔；34永磁体；36磁轭部件；38a半磁轭；38b半磁轭；40间隙；42延长部；44螺钉；46气隙；47减振器总成；48传感器部件；50控制装置；51双箭头；52双箭头；53环面；54中心孔。

Claims (13)

1.一种减震器，该减震器具有支承机构(12)、飞轮质量(14)、各自具有被布置在单个平面内的至少一个绕组(30)的至少两个线圈部件(16)和至少一个永磁机构(18)，其特征在于，该永磁机构(18)的永磁体(34)产生磁场，该磁场延伸经过该永磁机构(18)的磁轭部件(36)并经过多个绕组(30)的一部分，从而在合适的电流流过绕组(30)的情况下能在所述平面内同时产生两个力，所述两个力在该支承机构(12)和该永磁机构(18)之间作用并包夹形成不为零的角度。

2.根据权利要求1所述的减震器，其特征在于，所述两个力包夹形成90度角。

3.根据权利要求1或2所述的减震器，其特征在于，该永磁机构(18)被固定在该飞轮质量(14)上。

4.根据权利要求1或2所述的减震器，其特征在于，该磁轭部件(36)具有两个半磁轭(38a，38b)，其中所述两个半磁轭(38a，38b)的其中一端夹住永磁体(34)，并且所述两个半磁轭(38a，38b)的另一端还包夹出气隙(46)。

5.根据权利要求1或2所述的减震器，其特征在于，该磁轭部件(36)呈圆弓形，其中该磁轭部件(36)在相应的线圈部件(16)附近具有弯曲结构。

6.根据权利要求4所述的减震器，其特征在于，每个所述线圈部件(16)具有线圈体(22)，在该线圈体上绕有绕组(30)，其中每个所述线圈部件(16)具有相互对置的两个线圈体(22)。

7.根据权利要求6所述的减震器，其特征在于，该线圈体(22)具有一中心部(26)和两个从该中心部(26)伸出的凸起(28)，其中所述中心部(26)和两个凸起(28)形成安置该绕组(30)的空间。

8.根据权利要求6或7所述的减震器，其特征在于，该线圈体(22)具有第一侧面(31)，该第一侧面布置在该气隙(46)中，其中该第一侧面是笔直的。

9.根据权利要求6所述的减震器，其特征在于，在该线圈体(22)和该两个半磁轭(38a，38b)的端面之间形成两个间隙(40)。

10.根据权利要求7所述的减震器，其特征在于，所述中心部(26)和/或凸起(28)由减摩材料制成。

11.根据权利要求1或2所述的减震器，其特征在于，该飞轮质量(14)具有用于固定附加飞轮质量的固定机构。

12.根据权利要求1或2所述的减震器，其特征在于，该减震器具有由弹性材料制成的弹簧体(20)，该飞轮质量(14)借助该弹簧体被弹性固定在该支承机构(12)上。

13.一种减震器总成(47)，具有根据前述权利要求之一所述的减震器(10)、适于探测振动和振动方向的传感器部件(48)以及适于控制流经该绕组(30)的电流流动的控制装置(50)，其中该控制装置(50)如此控制电流流过该绕组(30)，由所述两个力产生的合力与该振动方向相反。