JP2001525042A - 調整用及び減衰用の装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、作動用流体で満たされた少なくも１個の圧力室（４）、流体貯蔵室（１１）、圧力室を流体貯蔵室に連結するポンプ（５）、補償容積部（８）、及び通過弁（７）を有する戻り管路（１３）を具備した制御可能な調整用及び減衰用の装置に関する。電気レオロジー流体又は磁気レオロジー流体が作動用流体（６）として使用され、この作動用流体が、圧力室に出入するピストン（３）上に、又はダイヤフラム（１７）上に圧力を加えるために使用され、その圧力の強さは通過弁により制御される。

Description

【発明の詳細な説明】 調整用及び減衰用の装置 本発明は、作動用流体で満たされた少なくも１個の圧力室、流体貯蔵室、圧力 室を流体貯蔵室に連結するポンプ、補償容積部、及び通過弁を有する戻り通路を 具備した調整可能な作動用及び減衰用の装置であって、圧力室内に突き出ている ピストン上、又はダイヤフラム上に圧力を加える作動用流体として電気レオロジ ー流体又は磁気レオロジー流体が使用され、その圧力の強さを通過弁の手段によ り制御し得る装置に関する。 本発明は、更に、機械振動のエネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギ ー変換装置に関する。 特に、本発明は、特に自動車構成に使用する連結装置及びギヤボックス、主に 粘性連結装置又は多板クラッチの制御を改善するための電気レオロジー式アクチ ュエーターに向けられる。 従来技術は、作動用流体として電気レオロジー流体を使用して運転する種々の 形式の連結装置を明らかにしている（例えば、ＤＥ３９２２９３０号及びＧＢ２ ２１８７５８号を参照）。電気レオロジー連結装置においては、クラッチディス クのような互いに相対運動をしている面の間のトルク伝達用に電気レオロジー流 体（以下短くＥＲＦと呼ぶ）が直接に使用される。かかる連結装置の構造の主な 欠点は、使用可能な電気レオロジー流体が最大で約１０kPaの剪断応力しか伝達 できないため、大きいトルクの伝達には非常に大きい面積を必要とすることであ る。例えば、僅か約２０Nmのトルクを伝えるように意図された１個のディスクク ラッチについては、力の伝達面積が少なくも３０５cm²必要である。しかも、こ の大面積は総体積の大きいクラッチを必要とする。別の欠点は、 電気レオロジー流体の著しい発熱である。これにより、クラッチを制御するに要 するエネルギーが更に増大する。このため、電気レオロジー流体に基づく連結は 、これまで、低トルクの伝達のためのプロトタイプとして開発されただけである 。 前記形式のクラッチは、自動車の構成用として、補助装置、例えば発電機又は 冷却ファンの衝撃吸収用に特定して説明される。エンジン回転数の変化のためク ラッチディスクの部分では非常に大きい回転数の差が生じ、電気レオロジー流体 の基本的な粘性のため、電気レオロジー流体の非作動状態においても大きいトル クが生ずる。これがクラッチ制御の可能性を限定する。 本発明の一つの目的は、上述の欠点のない作動用流体として電気粘性流体に基 づく連結用の改良されたアクチュエーターを開発することである。特に、例えば 多板式クラッチの連続的調整を許すアクチュエーターを提供することが可能であ ろう。 作動用流体を使ったアクチュエーターが自動車構成より知られている。いわゆ るエルドロ（ＥＬＤＲＯ）装置が、例示（ＥＭＧ、ＡＥＧ）によりここに説明さ れる。この形式のアクチュエーターでは、作動ロッドを有するピストンが、ポン プに連結された圧力室内の作動用流体の圧力の手段により両方の端部位置の間で 動かされる。この配列においては、圧力室内の圧力は作動用流体用ポンプにより 維持される。この種のアクチュエーターは、ピストンが２位置に動かされるだけ であること、及びピストン行程の連続的な調整は製作上の大きな出費を伴っての み可能であることの欠点がある。 衝撃又はその他の機械的振動の能動的な逆位相補償が可能な能動的な 減衰装置を提供することが本発明の更に別の目的である。 電気レオロジー流体の作用に基づくショックアブソーバーが、特許文献の多く の箇所で説明される。参照し得る一例が米国特許５２５９４８７号である。ここ に説明されるショックアブソーバーの場合は、電気レオロジー流体は、ピストン の手段により電極の間隙を通るように強制される。圧力低下、従って減衰力は、 電極の間隙における電気レオロジー流体を使って低い値から最大値まで連続的に 変えることができる。 一般に、電気レオロジー式ショックアブソーバーの手段により、短時間内で減 衰を変化させ得る半能動的な懸架装置を得ることが可能である。ある場合には、 切替え時間が１０msecより小さい。ショックアブソーバーピストンの能動的な効 果は、説明されたショックアブソーバーでは不可能である。 従来技術は、作動用流体として電気レオロジー流体に基づく受動的なエンジン の取付機構も明らかにしている。例えば、出版物SAE 931324 of Proceedings of the 1993 Noise and Vibration Conference，Travers City，Michigan，10th-1 3th May 1993参照。 説明された取付機構は，種々の状態間を前方に及び後方に切り替え得る適応式 取付機構である。このいわゆるＥＲＦは、従来技術より知られる通常の油圧式取 付機構に勝る認められる技術的利点を何も持たない。これに反して、エンジン取 付機構としての使用に現在要求される能動的な取付機構は、例えば４気筒内燃機 関の場合でエンジン回転数の第２高調波のようなエンジン振動を完全に補償でき るものである。 最適な方法で作動するエンジン取付機構は、更に、少なくも２種の機能を満た さねばならない。積載重量の変動又は路面からの励振により生 ずるエンジン／ボデーの自然周波数は、典型的に約１２Hzの周波数範囲内で最適 方法で減衰させねばならない。約２０から１００Ｈｚの高周波範囲のエンジン振 動は、シャシ、特に乗員室から最適方法で隔離しなければならない。特にディー ゼルエンジンの場合は、約３０Hzのアイドリング範囲の振動（ディーゼルクラッ ター）を抑制しなければならない。 基本的に同様な構成で、例えば、能動型ショックアブソーバーとして使用に場 合に、機械的な振動を受けてこれを除去するだけでなく更に要求された場合はこ れを電気エネルギーに変換することができるような方法でアクチューエーターの 減衰特性を使用することが本発明のなお別の目的である。 この目的は、本発明の主題事項であって、ピストン又はダイヤフラムを有する 少なくも一つの圧力室、作動用流体を収容する流体貯蔵室、圧力室と流体貯蔵室 とを連結するポンプ、補償容積部、弁を有する戻り通路、及び周囲のハウジング を備えた制御可能な作動用及び減衰用の装置であって、作動用流体は電気レオロ ジー流体又は磁気レオロジー流体であり、この流体は、流体貯蔵室から圧力室内 に圧送され、そしてここから弁を経て流体貯蔵室に戻り、又はこの逆方向にポン プ手段により駆動され、圧力室内の作動用流体の圧力がピストン上に又はダイヤ フラム上に作用し、そして弁はＥＲＦ弁又はＭＲＦ弁として具体化され、この手 段により戻り通路を通る作動用流体の流れが制御され、これによりピストン又は ダイヤフラム上の作動用流体の圧力を調整を許すことを特徴とする装置により達 成される。 用語電気レオロジー流体は、疎水性の非導電性油の中の微細に粉砕された親水 性粒子の分散（一般に電気的に分極された非導電性粒子のコロ イド懸濁）を示すことを意図し、これは、十分に高い電場強さの電場の作用下で 、その降伏強度又はその剪断弾性係数を急速かつ可逆的に、ある状況下では数桁 以上変化する。この経過中に、ＥＲＦは低粘度からプラスチック状態を経て固体 状態の凝集体に変化する。 適切な電気レオロジー流体の例が以下のドイツ公開明細書に述べられる。ＤＥ ３５１７２８１Ａ１，ＤＥ３５３６９３４Ａ１，ＤＥ３９４１２３２Ａ１，ＤＥ ４０２６８８１Ａ１，ＤＥ４１３１１４２Ａ１及びＤＥ４１１９６７０Ａ１。 電気レオロジー流体の励振には直流電圧及び交流電圧の両方の電場が使用され る。これに必要な電力は比較的小さい。 連結用部材における電気レオロジー流体の流れの挙動を制御するために、ドイ ツ公開明細書ＤＥ３６０９８６１Ａ１号に説明されたようなセンサーを使うこと ができる。 用語磁気レオロジー流体（ＭＲＦ）は、ミネラルオイル又はシリコンオイルの ような適切な液体内の数μm又は数nmの粒子寸法の微細に粉砕された磁気粒子の 懸濁を呼び、この懸濁内の固体分は、典型的に体積で約２０ないし６０％である 。磁気レオロジー流体の流れの抵抗は、強い磁場の影響下で磁場の強さの関数と して変化する。剪断応力値は、形式に応じて１００kPaまでに達する。 本発明により、電気レオロジー流体又は磁気レオロジー流体は、トルク伝達用 ではなくて制御媒体として使用される。制御可能な作動用装置はクラッチに使用 され、クラッチのディスク間の距離は、作動用装置のＥＲＦの手段により明確に 定められた方法で制御される。このため、本発明による装置を用いて、例えば自 動車において、要求に従って補助ユ ニットを駆動するため、かかるクラッチの出力側の速度及びトルクの両者を広い 限度内で希望のように制御することが可能である。 アクチュエーターとしての本発明による装置の使用は、特に周波数が１Hzに等 しいかこれ以下でありかつ振幅が好ましくは１ないし３０mmの低周波数の運動に 向けられる。 公知の油圧式取付機構と同様に、本発明による作動用及び減衰用の装置に基づ く能動的なエンジン取付機構は、流体で満たされかつ硬質ゴムボデーにより一方 の側が閉鎖された空間を備える。ポンプ部材は、圧力室と流体貯蔵室との間の連 続した体積流を許すように意図される。戻り流路或いは戻り流路に設置されたＥ ＲＦ弁又はＭＲＦ弁の手段により希望の減衰が設定される。特定形式のエンジン 又は自動車のために設計された通常の公知の取付機構と比較して、本発明による 作動用及び減衰用の装置に基づく取付機構は、エンジン又は自動車の特定形式に かかわらず、単一の形式の取付機構で適切な減衰を設定することができる。本発 明の更なる利点は、種々の振動の励振及び積載重量の変化に対して減衰を能動的 に調節し得ることである。 能動的な取付機構としての本発明による装置の使用は、特に２００ないし１０ ０Hzの周波数及び０.０１から０.５mmの振幅を有する振動に向けられる。 特に、エンジン振動に関する電気レオロジー流体又は磁気レオロジー流体の逆 位相作用により比較的高い機械の周波数を除去する目的で、例えば、硬質ゴム取 付機構を振動させてエンジンの振動を完全に補償することが可能である。 本発明の別の目的は、機械振動を除去する能動的減衰装置としての本 発明の装置の使用である。 これに関連して、装置の圧力室内の圧力は、ピストンを介しての圧力の衝撃が 作動用ロッド上の衝撃を打ち消すようにされる。作動用ロッドの加速度は基本的 に公知のセンサーにより検知される。得られた信号は、電極の空隙におけるＥＲ Ｆを励起させる作動用信号として使うことができる。 能動型減衰装置としての本発明による装置の使用は、特に、振幅が１から３０ mmにおける１から２０Hzの範囲の振動に向けられる。 機械振動の減衰の場合に振動エネルギーを熱に変えるのではなく、これを電気 エネルギーに変換することにより振動エネルギーを有効化する方法で本発明によ る作動用及び減衰用の装置の構成を変えることが簡単であることが見いだされた 。最も簡単な事例では、圧力室と流体貯蔵室とを連結しているポンプの代わりに 、装置に発電ユニットを設け、この発電ユニットが、ピストンにより圧力室に伝 達される機械振動を、発電ユニットの駆動機構と軸とを介して発電機に伝達し、 この手段により軸の回転運動を電気エネルギーに変換する。 従って、本発明は、ピストン又はダイヤフラムを有する少なくも一つの圧力室 ；作動用流体を収容する流体貯蔵室；駆動歯車、流路、軸と発電機を有し圧力室 と流体貯蔵室とに連結された発電ユニット；補償容積部；戻り通路；弁；及び周 囲のハウジングを備えた機械振動のエネルギーを電気エネルギーに変換するため のエネルギー変換装置であって、作動用流体は電気レオロジー流体又は磁気レオ ロジー流体であり、この流体は、ピストン又はダイヤフラムの圧縮力又は引張り 力により、圧力室から発電装置ユニットの流路を経て、流体貯蔵室に、又はその 逆方向に 駆動されること、及び流路を通って流れている作動用流体が発電ユニットの駆動 機構を駆動して発電機において電流を発生させ、そして弁はＥＲＦ弁又はＭＲＦ 弁として具体化され、この手段により戻り通路内の作動用流体の流れが制御され ることを特徴とする装置にも関係する。 これに代わり得るものとして、本発明によるエネルギー変換装置は、駆動装置 、例えば電気モーターが発電機の代わりに発電ユニットの軸に連結されると、作 動用及び減衰用の装置として使用することができる。この場合は、駆動機構、軸 及びモーターは作動用流体用のポンプとして作用する。 本発明は、特に周波数が約０.５から２０Hz、振幅が１から３０mmの低周波の 機械振動から発電する目的の本発明のエネルギー変換装置の使用にも関係する。 本発明は、図面を参照し、例示の方法により、以下なお詳細に説明されるであ ろう。図面において、 図１は力の発生装置としてピストンを有する本発明による作動用及び減衰用の 装置を通る断面を示す。 図２は力の発生装置としてダイヤフラムを有する本発明による作動用及び減衰 用の装置の実施例を通る断面を示す。 図３は機械振動のエネルギーを電気エネルギーに変換するための本発明による エネルギー変換装置を通る断面を示す。 図４はＭＲＦ弁を有する図１による実施例を通る断面を示す。実施例 実施例１ 作動用流体としてのＥＲＦに基いて作動し、かつクラッチの調整に使 用されるアクチュエーターが次のように構成される。 クラッチ板又はクラッチディスク（図示せず）の間の距離を調整する作動用ロ ッド１がピストンに連結される。回転速度に応じた流体貯蔵室１１から圧力室４ 内への体積流が、ここでは２段式ベーンセル（vane-cell）ポンプとして設計さ れた水力ポンプ５の手段により作られる。ポンプ５はＶベルトプーリー（図示せ ず）を介して内燃機関のＶベルトにより駆動される。圧力室４はピストン３によ り閉鎖され、このピストンは戻しバネ２の手段により定められた反力を維持する 。 電気レオロギー作動用流体６は、電気レオロジー弁７のある戻り通路１３、１ ３’を通って流体貯蔵室１１内に入り更にポンプ５の入口側に戻る。弁７は、ポ ンプ５の回転速度の高いとき、従って流量の大きいときでもピストン３がその最 初の位置を維持するように設計される。電気レオロジー弁７は、絶縁体１４の中 に埋設され電気絶縁されたコンデンサー極板１２及び他方の電極として作用する 内側ハウジング１５により形成される。コンデンサー極板１２は外部高圧電源９ の活線に接続される。その他の全てのハウジング構成部品はアース電位に接続さ れる。 電気レオロジー弁７に高圧が印加されると、戻り通路１３内の強い電場がＥＲ Ｆの流れの抵抗を増加させ、その結果、圧力室４内の圧力が上昇する。ピストン １３は、この圧力による力と戻しバネ２のバネ力との比に応じた長さだけ上方に 押され、この過程中に、作動用ロッド１を動かし、その結果クラッチディスク又 はクタッチ板間の距離が連続可変に調整される。補償容積部８は気体で満たされ 、そしてダイヤフラムにより流体貯蔵室１１から遮断され、作動用ロッドの出入 の体積を補償するように作用する。 実施例２ 車両のエンジン振動を能動的に減衰させるために例１において説明された作動 用及び減衰用の装置の変更例が図２に断面図で示される。構成は図１の構成と大 部分同じである。戻しバネ２を有するピストン３の組合せの代わりに、例えば減 衰させるエンジン（図示せず）とアクチュエーターとの間で力を伝達するために 、ブロック１８を介して作動用ロッド１に連結されたゴムのダイヤフラム１７が 設けられる。エンジンは作動用ロッド１に直結される。車両のシャシ（図２には 図示せず）にハウジング１５が連結される。この装置の弁７が電圧の印加により 閉じられると、圧力室４内の圧力がダイヤフラム１７を圧し、これにより作動用 ロッド１を伸ばして機械振動を能動的に打ち消すであろう。例えば、適切なセン サーを使った振動の検知及び弁７の逆位相の活性化により、ＥＲＦ弁７の手段に よって振動周波数を減衰させることができる。 実施例３ 図１に示された構成は、図３によるエネルギー変換装置として装置を使用する ように変更され、エンジン又はＶベルト駆動の代わりに発電機がインペラー１６ 及び軸１９に連結される。このとき、この装置は、振動が作動用ロッド１により 圧力室４に伝達され、かつこの装置ではショックアブソーバーとして使用される ピストン３が例えばエンジンに連結されて作動する。戻り通路１３、１３’が閉 鎖されると、作動用流体は通路２０を通って流れるように強制され、インペラー １６が駆動される。インペラー１６の回転運動は、軸１９により、発電用に使わ れる発電機２１に伝達される。機械振動と組み合わせらた力の伝達のために、ピ ストン３と戻しバネ２との組合せの代わりに、例２に示されたようなダイ ヤフラム１７を設けることができる。 実施例４ 例１に示されたような本発明による作動用及び減衰用の装置の変更例が、図４ に断面で示される。この場合、ＥＲＦの代わりにＭＲＦ２２が使用される。従っ て、ＥＲＦ弁はＭＲＦ弁２３に置換される。ＭＲＦの流れの抵抗は、戻り通路１ ３及び１３’における強さ可変の磁場の手段により制御される。その結果、作動 用及び減衰用の装置の運転は、基本的に例１のものと同じである。 ＭＲＦ弁は、巻型２４、高磁気を形成する鉄部分２５と２６、ＭＲＦの戻り通 路１３と１３’、及び磁気絶縁体２７を備える。巻型２４内のコイルの制御電流 が磁場を作り、この磁場はヨークを形成している鉄部品２５と２６とを通過する 。これが、戻り通路１３及び１３７内の制御可能な磁場強度の磁場を強くさせる 。この磁場はＭＲＦの流れの方向と直角方向に作用している。磁気絶縁体２７は 、ヨークを形成している鉄部品２６における磁気の短絡を防止し、できるだけ一 様な磁場を得るために使用される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローゼンフエルト，ホルスト ドイツ連邦共和国デー―64846グロス―ツ イメルン・ブルメンシユトラーセ35 (72)発明者 ベント，エクハルト ドイツ連邦共和国デー―51373レーフエル クーゼン・バルター―フレツクス―シユト ラーセ13 (72)発明者 ビユジング，クラウス ドイツ連邦共和国デー―50676ケルン・フ ンボルトシユトラーセ24

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ピストン（３）又はダイヤフラム（１７）を有する少なくも一つの圧力室 （４）、作動用流体（６）を収容する流体貯蔵室（１１）、圧力室（４）と流体 貯蔵室（１１）とを連結するポンプ（５）、要すれば補償容積部（８）、弁（７ ）を有する戻り通路（１３）、及び周囲のハウジング（１０）を具備した制御可 能な作動用及び減衰用の装置であって、作動用流体（６）は電気レオロジー流体 又は磁気レオロジー流体であり、この流体は、ポンプにより駆動され、流体貯蔵 室（１１）から圧力室（４）内に圧送され、そしてここから弁（７）を経て流体 貯蔵室（１１）に戻り、さもなければその逆方向に、圧力室（４）内の作動用流 体（６）の圧力がピストン（３）上に又はダイヤフラム（１７）上に作用し、そ して弁（７）がＥＲＦ弁又はＭＲＦ弁として具体化され、これにより戻り通路（ １３）内の作動用流体（６）の流れの抵抗が制御されることを特徴とする装置。 ２．連結装置のアクチュエーターとして又は機械振動を減衰するための能動形 減衰装置としての請求項１による装置の使用。 ３．ピストン（３）又はダイヤフラム（１７）を有する少なくも一つの圧力室 （４）、作動用流体（６）を収容する流体貯蔵室（１１）、駆動機構（１６）と 流路（２０）と軸（１９）と発電機（２１）を有し圧力室（４）と流体貯蔵室（ １１）とに連結された発電ユニット（１６、１９、２１）、補償容積部（８）、 弁（７）を有する戻り通路（１３）、及び周囲のハウジング（１０）を具備した 機械振動のエネルギーを電気エネルギーに変換するためのエネルギー変換装置に おいて、作動用流体（６）は電気レオロジー流体又は磁気レオロジー流体であり 、この流体 は、ピストン（３）又はダイヤフラム（１７）の圧縮力又は引張り力により、圧 力室（４）から発電装置ユニット（１６、１９、２１）を経て、流体貯蔵室（１ １）に、又はその逆方向に駆動され、流路（２０）を通って流れている作動用流 体は電流を発電する発電機（２１）を駆動し、そして弁（７）はＥＲＦ弁又はＭ ＲＦ弁として具体化され、これにより戻り通路（１３）内の作動用流体（６）の 流れの抵抗が制御されることを特徴とする装置。 ４．低周波の機械振動から電流を発電させるための請求項３によるエネルギー 変換装置の使用。 ５．特に機械及びエンジンのための能動的な取付機構としての請求項１による 装置の使用。