FR2579283A1 - Amortisseur de vibrations electromagnetique - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION SE RAPPORTE A UN AMORTISSEUR DE VIBRATIONS MONTE ENTRE DEUX ORGANES MECANIQUES SOUMIS A DES VIBRATIONS ET COMPRENANT UN CORPS 3 DELIMITANT UNE CHAMBRE 6 REMPLIE DE FLUIDE ET RELIE, ELASTIQUEMENT OU TELESCOPIQUEMENT, PAR L'INTERMEDIAIRE DE PIECES D'ATTACHE 1, 2 AUXDITS ORGANES MECANIQUES. L'AMORTISSEUR SELON L'INVENTION EST CARACTERISE PAR LE FAIT QU'IL COMPREND UN EXCITATEUR ELECTROMAGNETIQUE 4 POURVU D'AU MOINS UNE BOBINE 41 ALIMENTEE EN COURANT ELECTRIQUE ET SUSCEPTIBLE DE CREER UN CHAMP MAGNETIQUE DANS LE FLUIDE FORME D'UN MELANGE DE LIQUIDE A CARACTERISTIQUES HYDRAULIQUES ET DE PARTICULES EN MATERIAU MAGNETIQUE DE MANIERE A PRESENTER UNE VISCOSITE REGLABLE PAR L'EFFET DU CHAMP MAGNETIQUE ET A CONTROLER AINSI L'AMORTISSEMENT . L'AMORTISSEUR SELON L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A LA SUSPENSION ELASTIQUE DE MOTEURS THERMIQUES DE VEHICULES SUR LEUR CHASSIS SUPPORT.

Description

La présente invention se rapporte à un amortisseur de vibrations monte entre deux organes mécaniques soumis à des vibrations et comprenant un corps délimitant une chambre remplie de fluide et relié, élastiquement ou télescopiquement, par l' intermédiaire de pièces d' attache auxdits organes mécaniques.

On contact des amortisseurs combinant un appui élastique en élastomère et un amortissement hydraulique obtenu par un étranglement, entre deux chambres de liquide hydraulique.

On connaît également des amortisseurs de types télescopiques.

La présente invention a pour but de fournir un amortisseur de vibrations à commande électrique, dans lequel on peut faire varier rapidement la raideur en fonction du courant électrique appliqué. La variation de raideur obtenue peut dépasser le rapport 10 en fonction du courant appliqué.

L' amortissement peut être assuré dans plusieurs directions.

L' amortisseur selon l' invention est caractérisé par le fait qu' il comprend un excitateur électromagnétique pourvu d1 au moins une bobine alimentée en courant électrique et susceptible de créer un champ magnétique dans le fluide formé d' un mélange de liquide à caractéristiques hydrauliques et de particules en matériau magnétique de manière à présenter une viscosité réglable par l' effet du champ magnétique et à contrôler ainsi l' amortissement.

Selon une caractéristique, le fluide contient, en poids, 5 à 40 % de
liquide à caractéristiques hydrauliques et constitué par de l' huile, les
particules magnétiques formant le solde.

Selon une autre caractéristique, les particules magnétiques ont une taille
inférieure au millimètre mais supérieure au micron.

Selon un ré ode -e réalisation, e corps comporte au moins un anneau en élastomère q:li délirite la chambre de fluide et assure la liaison rnécanique entre lesdites pièces d' attache qui sont des semelles.

Selon une variante, l'excitateur a la forme d' un cylindre et plonge dans la chambre en ménageant un entrefer annulaire rempli de fluide.

Selon une autre variante, l'excitateur a la forme d'un anneau dont l'alésage délimite une partie de la chambre de fluide et il est disposé, entre les semelles, avec interposition d' une épaisseur d' anneau en élastomère.

Selon une caractéristique, l' excitateur coopère avec une armature en matériau magnétique de manière à former un entrefer annulaire rempli de fluide.

Selon un autre mode de réalisation, le corps est un cylindre dans lequel coulisse une tige solidaire de 1' excitateur, cette tige étant pourvue d' une pièce d' attache.

Selon une caractéristique, I' amortisseur comporte, dans le cylindre, au moins un soufflet monté de manière à entourer la tige qui est coaxiale et fait la jonction entre l'excitateur et le cylindre, ce soufflet formant, avec le cylindre, un espace annulaire rempli de fluide.

L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à des modes de réalisation donnés à titre d' exemples et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - La figure l représente une coupe d' un amortisseur réalisé conformément
à l' invention et constituant un tampon élastique à amortissement.

- La figure 2 représente une coupe d' une variante du mode de réalisation
de la figure 1.

- La figure 3 représente une coupe d' une autre variante du mode de
réalisation de la figure 1.

- La figure 4 représente une coupe d1 un second mode de réalisation de
l' amortisseur réalisé conformément à l'invention et constituant un
tampon élastique à amortissement.

- La figure 5 représente une variante de la figure 4.

- La figure 6 donne l' effort statique F entre les parties mobiles de
l' amortisseur, en fonction du déplacement D relatif desdites parties
mobiles, pour trois valeurs Il = O, 12, 13 du courant de commande.

- La figure 7 représente une coupe d' un amortisseur réalisé conformément
à l'invention et pouvant être utilisé comme amortisseur réglable de
suspension de véhicule.

- La figure 8 représente une coupe d' une variante de la figure 7.

- La figure 9 montre schématiquement la structure du fluide
d; amortissement utilisé dans l' amortisseur selon l'invention.

L' amortisseur tel qu' il est représenté par les dessins est monté entre deux organes mécaniques non représentés qui sont soumis à des vibrations.

Par exemple, un des organes mécaniques est un moteur de véhicule, l' autre organe étant le châssis support. L' amortisseur comporte un corps 3 qui est relié élastiquement ou télescopiquement par l'intermédiaire de pièces d' attache 1 et 2 aux organes mécaniques soumis aux vibrations. Ce corps 3 délimite une chambre 6 contenant un fluide d' amortissement magnétique.

Le fluide d' amortissement confiné dans la chambre 6 est schématiquement illustré par la figure 9. Il est constitué par un mélange de liquide à caractéristiques hydrauliques de préférence d1 huile de silicone, et de fines particules de matériau magnétique. Les particules présentent des formes arrondies (sphériques ou ovoïdes) et leur taille est inférieure au millimètre mais supérieure au micron. La granulométrie des particules est choisie de manière que la poudre ait de bonnes caractéristiques d'écoulement à sec, même en 1' absence de champ magnétique. Le fluide se présente sous la forme d' une pâte onctueuse en 1' absence de champ magnétique.Dans une telle pâte, 1' huile ne doit représenter qu' une fraction relativement faible du milieu, car dans le cas contraire il y aurait au repos séparation en deux phases (huile au dessus et mélange d' huile et de particules au dessous).

A titre indicatif, le fluide est constitué en poids, par 5 à 40 % d' huile de silicone à haute viscosité, les particules métalliques formant le solde.

Un mélange préférentiel contient 10 % en poids d'huile de silicone et 90 % de particules métalliques. La viscosité de 1' huile est comprise entre 10 et 500 000 centistokes. Les particules ont une taille comprise entre 1 et 50 micromètres, 1 à 100 micromètres, 1 à 1000 micromètres suivant la taille du dispositif.

L' amortisseur comporte un excitateur électromagnétique 4 qui comprend des bobines excitatrices 41 associées à des pièces polaires 11 et 12 pour développer des champs magnétiques dans le fluide magnétique de la chambre 6. Les bobines 41 sont connectées en série de manière à faire apparaître des polarités alternées (N, S, N etc...). Ces bobines sont circulaires et centrées sur 1' axe de Il amortisseur. Les champs magnétiques engendrés par les bobines sont, à leur point de départ, perpendiculaires à la direction de déplacement de 1' excitateur magnétique. Cet excitateur présente extérieurement, au contact du fluide magnétique, une couche non magnétique 16. Cette couche qui réduit les phénomènes d' hystérésis magnétique peut être, par exemple, une couche métallique sur un isolant souple mécaniquement résistant.

Dans les modes de réalisation des figures 1 à 3, l'excitateur électro magnétique 4 a la forme d' un cylindre 42 portant les bobines excitatrices 41. I1 plonge dans la chambre de fluide 6 en ménageant avec le corps 3 un espace annulaire rempli de fluide. I1 est rattaché à la semelle 1 par l'intermédiaire d' une colonnette 13 dans laquelle passent les fils d'alimentation 14 et 15 des bobines.

Dans les modes de réalisation des figures 1 à 5, qui constituent des tampons d'amortissement, le corps 3 comporte un ou plusieurs anneaux 31 en élastomère qui délimitent au moins partiellement la chambre de fluide 6 et assurent la liaison entre les pièces d' attache 1 et 2 constituant des semelles.

Dans le mode de réalisation de la figure 1, le corps 3 comprend une armature métallique 5, en forme d'anneau, qui est enserrée entre deux anneaux en élastomère 31 adhérisés aux semelles 1 et 2. Cette armature annulaire 5 coopère avec 1' excitateur magnétique 4 pour former un entrefer annulaire rempli de fluide et pour renforcer 1' action du champ magnétique produit par les bobines. En variante si les efforts latéraux sont limités, l'un des anneaux en élastomère 31 peut être supprimé, 1' armature 5 étant alors soudée à une semelle.

Dans les modes de réalisation des figures 2 et 3, le corps 3 ne comporte qu'un anneau 31 en élastomère adhérisé aux semelles 1 et 2. L'armature 5, en forme d1 anneau, est réalisée en élastomère magnétique doux et elle est moulée dans 1' anneau 31. Cette armature peut être constituée de caoutchouc et de poudre de ferrite ou encore de poudre de métal magnétique et notamment de métal amorphe qui a une grande perméabilité.

Dans le mode de réalisation de la figure 3, 1' excitateur électro magnétique 4 a une forme en diabolo. Le corps 3 est un anneau 31 réalisé en élastomère magnétique. En variante, 1' excitateur électro magnétique 4 pourrait présenter une forme tronconique. Le déplacement de 1' excitateur électro magnétique introduit alors une variation de
I' entrefer.

Dans le mode de réalisation des figures 4 et 5, 1' excitateur électro magnétique 4 a la forme d1 un anneau dont 1' alésage délimite une partie de la chambre de fluide 6. Il est disposé, entre les semelles 1 et 2, avec interposition d' une épaisseur d' anneau en élastomère.

Dans le mode de réalisation de la figure 4, 1' excitateur électro magnétique 4- coopère avec une armature 5 constituant un noyau plongeur magnétique. Ce noyau plongeur est fixé par une colonnette 51 à la semelle 1.

Dans le mode de réalisation de la figure 5, l' excitateur électro magnétique 4, a une forme en anneau et est placé sensiblement au milieu du corps 3 en élastomère qui a aussi une forme en anneau. L' excitateur comporte en son centre un passage 61 séparant nettement 1' enceinte 6 en 2 cavités 6a et 6b. Un noyau magnétique 5 fixé à 1' excitateur 4 peut être placé au centre pour réduire la section. de passage 61 et améliorer la direction des lignes de force a travers le fluide magnétique.

Le mouvement à amortir est appliqué entre les deux pièces d' attache 1 et 2. La pièce d' attache ou semelle 1 a une forme de u réalisée par une partie lb réunissant deux branches la et îc entre lesquelles est logé le corps 3 en élastomère. L' autre pièce d' attache ou semelle 2 est rigidement liée à l'excitateur électro magnétique 4.

Tout mouvement de la semelle 2 qui tient à faire passer du fluide magnétique de la cavité Ga vers la cavité 6b et vice versa sera plus ou moins amorti suivant le courant d'excitation de la bobine 41 qui rigidifie le fluide magnétique dans le passage.

La disposition des figures 4 et 5, avec excitateur électro magnétique annulaire favorise l'alimentation électrique par les fils 14 et 15.

Dans le mode de réalisation des figures 7 et 8, le corps 3 est un cylindre métallique (en matériau magnétique doux) pourvu d' une pièce d' attache 1. Dans ce cylindre 3 coulisse une tige 7 qui est solidaire de 1' excitateur électro magnétique 4 et pourvue, à une extrémité, d' une pièce d' attache 2. L' excitateur magnétique 4 est logé dans le cylindre 3 en ménageant un espace annulaire.

Dans le mode de réalisation de la figure 7, la tige 7 présente deux parties qui coulissent dans les deux côtés opposés (flasques) du cylindre 3, 1' étanchéité étant assurée par des bagues d'étanchéité 23 et 24. Dans le mode de réalisation de la figure 8, la tige 7 ne présente qu' une seule sortie de tige qui coulisse dans un côté (flasque) du cylindre 3, 1' étanchéité étant assurée par une bague d' étanchéité 39. Le guidage est assuré par un tube borgne 81 qui est solidaire de la tige 7 et coulisse sur le cylindre 3 par l'intermédiaire de deux bagues 82. La chambre 51 au fond du tube borgne 81 contient de l'air. Un soufflet 52 sert à protéger le coulissement du tube 81 sur le corps 3.

Des soufflets 91, 92 sont montés de part et d'autre de l'excitateur magnétique 4, coaxialement à la tige 7. Chaque soufflet 91 ou 92 réunit avec étanchéité, un côté de 1' excitateur à un flasque du cylindre. Si nécessaire des ressorts à boudins 93 sont disposés à l'intérieur des soufflets pour les renforcer.

La chambre 6 contenant le fluide magnétique a une forme annulaire, autour des soufflets 91, 92 et de l'excitateur électro magnétique 4.

La disposition à soufflets décrite ci-dessus permet de protéger les joints d' étanchéité disposés pour assurer 1' étanchéité autour des sorties de tige.

Les chambres 29 internes aux deux soufflets 91 ou 92 communiquent entre elles et sont remplies de fluide. Dans le mode de réalisation de la figure 7, la communication est assurée par un canal 71 ménagé dans la tige 7 et débouchant par des orifices 72 dans les deux chambres internes aux soufflets. Un canal de dérivation 43 ménagé dans l'excitateur évite les excès de pression dûs à l'effet de piston de l'excitateur 4 sur les soufflets creux 91, 92 qui pourraient être aplatis. Dans le mode de réalisation de la figure 8, la communication est assurée par des canaux 45 ménagés dans 1' excitateur magnétique 4. Les chambres internes aux soufflets peuvent être remplies par de l'huile ou par un gaz sous pression.

Le fonctionnement de 1' amortisseur selon l'invention va maintenant être expliqué.

Lorsque les bobines ne sont pas alimentées (I1 = 0), 1' amortissement est faible. Lorsque le courant d' alimentation des bobines 3 augmente (I2, Ici), le fluide magnétique de la chambre 6 tend à devenir de plus en plus rigide par attraction des particules magnétiques entre elles, ce qui introduit du frottement interne et sur les parois et de 1' amortissement par déformation du fluide rigidifié. La courbe des efforts F en fonction un un déplacement D de 1' excitateur magnétique est représentée sur la figure 6 pour trois valeurs de courant. Par ses faces extrêmes 46 et 47, 1' excitateur magnétique 4 a un effet de piston.

L' amortisseur selon 1' invention s' applique notamment à la suspension élastique de moteurs thermiques de véhicules sur leur châssis support. I1 peut constituer un tampon moteur ou un organe séparé. Il peut également être utilisé dans un véhicule, pour amortir les oscillations des parties non suspendues par rapport à la caisse.

Il est bien entendu que 1' on peut sans sortir du cadre de l'invention imaginer des variantes et des perfectionnements de détails et de même envisager I' emploi de moyens équivalents.

Les soufflets pourraient être très épais ou même pleins pour obtenir un effet de butée élastique. L' armature 5 de la figure 2 pourrait être chargée de poudre de feinte dure constituant un aimant. La fonction de 1' excitateur électro magnétique 4 serait alors de contrarier le champ développé par Il armature 5.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Amortisseur de vibrations monté entre deux organes mécaniques soumis à des vibrations, comprenant un corps 3 délimitant une chambre 6 remplie de fluide et relié, élastiquement ou télescopiquement, par l'intermédiaire de pièces d' attache 1, 2 auxdits organes mécaniques, caractérisé par le fait qu'il comprend un excitateur électromagnétique 4 pourvu d'au moins une bobine d'excitation 41 alimentée en courant électrique et susceptible de créer un champ magnétique dans le fluide qui est formé par un mélange de liquide à caractéristiques hydrauliques et de particules en matériau magnétique de manière à présenter une viscosité réglable par I'effet du champ magnétique et à contrôler ainsi 1' amortissement.

2. Amortisseur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le fluide contient, en poids, 5 à 40 % de liquide à caractéristiques hydrauliques constitué par de l'huile} les particules magnétiques formant le solde.

3. Amortisseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les particules magnétiques ont une taille inférieure au millimètre mais supérieure au micron.

4. Amortisseur selon 1' une quelconque des revendications 1 à 3 > caractérisé par le fait que le corps 3 comporte au moins un anneau un élastomère 31 qui délimite la chambre de fluide 6 et assure la liaison mécanique entre les pièces d' attache 1, 2 qui sont des semelles.

5. Amortisseur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que 1' excitateur électro magnétique 4 a la forme d' un cylindre 42 et plonge dans la chambre 6 en ménageant un espace annulaire rempli de fluide magnétique.

6. Amortisseur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que 1' excitateur 4 a la forme d' un anneau dont l'alésage délimite une partie de la chambre de fluide et qui est disposé entre les semelles 1 et 2, avec interposition d' une épaisseur d' élastomère.

7. Amortisseur selon 1' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que 1' excitateur électromagnétique coopère avec une armature 5 en matériau magnétique de manière à former un entrefer annulaire rempli de fluide magnétique.

8. Amortisseur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que 1' armature 5 constitue un noyau plongeur.

9. Amortisseur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que 1' armature 5 constitue une bague annulaire qui est disposée entre les semelles 1, 2 avec interposition d'une épaisseur en élastomère.

10. Amortisseur selon 1' une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le corps 3 est un cylindre dans lequel coulisse une tige 7 solidaire de 1' excitateur électro magnétique 4, cette tige étant pourvue d' une pièce d' attache 2.

Il. Amortisseur selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu' il comporte, dans le cylindre 3, au moins un soufflet 91, 92 monté de manière à faire la jonction entre 1' excitateur et le cylindre, ce soufflet 91, 92 faisant, avec le cylindre 3, un espace annulaire rempli de fluide.

12. Amortisseur selon l'une quelconque des revendications 10 à 11, caractérisé par le fait que la tige 7 traverse les deux côtés du cylindre 3 et qu'il y a deux soufflets 91, 92 de part et d'autre de I'excitateur magnétique 4, les chambres internes aux deux soufflets 91, 92 étant remplies de fluide et communiquant 1' une avec 1' autre.

13. Amortisseur selon 1' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que 1' excitateur électro magnétique 4 présente une pluralité de bobines 41 alimentées en série.

14. Amortisseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que 1' excitateur électro magnétique 4 présente extérieurement, au contact du fluide magnétique, une couche non magnétique 16.

15. Amortisseur selon i' ur.e quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que 1' une des pièces d' attache 2 est rigidement liée à l'excitateur magnétique 4 et que l'autre pièce d' attache 1 a une forme en U et présente deux branches la et lb entre lesquelles est logé le corps 3 en élastomère.