JP2005529799A - 流体力学的ブレーキ - Google Patents

Abstract

本発明は、固定子１と回転子２とを備え、これらの固定子１と回転子２はトロイダル空間７を形成するように配置されており、また制動作用を行うためにトロイダル空間７に供給される媒体と、トロイダル空間７からの出口からトロイダル空間７への入口への媒体の移送を提供する第１パイプ回路３５と、貯蔵空間３４からトロイダル空間７への媒体の移送を提供する第２パイプ回路３７とを備えた、流体力学的ブレーキに関する。第２パイプ回路３７は、第１パイプ回路３５に対応する第１入口４２に対して個別に配置された第２入口４４を経てトロイダル空間７への媒体の移送を提供する。

Description

本発明は、特許請求の範囲における請求項１の前文に記載の流体力学的ブレーキに関する。

自動車における制動機など流体力学的ブレーキの作動媒体として、油が通常使用されている。油は、制動機の固定子と回転子とによって画成されたトロイダル空間（toroidal space）に供給される。油はトロイダル空間の中で回転子に、したがって回転子に連結された自動車の動力伝達系統に制動作用を加える。結果として生じる制動過程中に、油の運動エネルギーは熱エネルギーに変換される。トロイダル空間を離れると、油はパイプ回路を経て熱交換器に至り、その後、冷却された油はトロイダル空間に戻される。油の過熱を防止するために、トロイダル空間を通過する大量の流れを維持することが重要である。大量の油の流れによって、循環する油によるトロイダル空間につながる制動機の効果的な冷却もまた可能になる。トロイダル空間を通過する大量の油の流れを達成する簡単な方法は、回転子の動作中にトロイダル空間の中で発生する圧力差を利用することである。

ＷＯ０２／０４８３５は、上述の圧力差がトロイダル空間を通過する大量の油の流れを提供するために利用される、トロイダル空間に油の入口と出口とを有利に位置付けることを記載している。この目的のために、入口は固定子の表面に配置された複数の入口孔を組み込み、ここで制動機の動作中に低圧が発生する。出口は固定子の表面に配置された出口孔を組み込んでおり、ここで制動機の動作中に比較的高い圧力が発生する。したがって油は入口孔を経てトロイダル空間の中へ容易に導かれ、出口穴を経てトロイダル空間から高圧でパイプ回路へ押される。そのパイプ回路は、冷却後に油をトロイダル空間に再循環することを目的とするものである。オイル・サンプからの油も、制動機のブレーキ作動中にトロイダル空間に連続的に供給される。これは、冷却後にトロイダル空間に油を再循環するパイプ回路内で広がる高圧にまで、オイル・サンプからの油をポンプで昇圧することを必然的に伴う。したがってポンプは、少なくとも前記パイプ回路中の圧力と同じ高さの圧力をオイル・サンプからの油に分与するための十分な容量を有していなければならないという点で、厳しい要件が必要とされる。この場合、厳しい要件はまた、漏えいの発生を防ぐためにポンプに隣接するパイプ回路にも適用される。

本発明の目的は、比較的簡単でしたがって低廉なパイプ回路を通じて、貯蔵空間から流体力学的ブレーキのトロイダル空間への媒体の供給を可能にする、流体力学的ブレーキを提供することである。

この目的は、請求項１の特徴部分に指摘された性質を特徴とする冒頭に述べた種類の流体力学的ブレーキによって達成される。貯蔵空間からトロイダル空間への個別の第２入口まで延びる媒体用の個別の第２パイプ回路を使用することは、第１パイプ回路にあるものと同じ高さの媒体圧力を第２パイプ回路内の媒体に分与する必要はないことを意味する。媒体を比較的適度の正圧で移送するこのような第２パイプ回路における漏えいのリスクは、高圧の媒体が存在するパイプ回路におけるそれよりもはるかに少ない。これは、第２パイプ回路を比較的簡単に設計できて、比較的低コストで提供できることを意味する。

本発明の好ましい実施例によれば、第２入口は、少なくとも１つの入力孔を組み込み、この入力孔は、制動過程中の圧力が第１パイプ回路における媒体の圧力よりも実質的に常に低い領域に位置している。第２入口に隣接するトロイダル空間内の圧力が低いほど、通常大気圧が存在する貯蔵空間からトロイダル空間へ媒体を導くために必要な容量は小さい。トロイダル空間の前記領域内における圧力が、ほとんどの制動過程中に、実質的に大気圧に対応することは有利である。実質的に、トロイダル空間と貯蔵空間との間に圧力差はない。これは、媒体をトロイダル空間へ移送するために必要な容量は比較的小さいこと、及びしたがって第２パイプ回路における漏えいのリスクはわずかであることを意味する。

本発明の別の好ましい実施例によれば、前記入力孔はトロイダル空間において実質的に中央に位置する。トロイダル空間の中央領域は通常、実質的に大気圧と異ならない圧力を示す。したがって、第２パイプ回路が媒体をトロイダル空間の前記中央領域に供給することは有利である。第２入口をブレードの自由端部分に隣接して置くこともできる。固定子と回転子のブレードは、実質的に中央に位置する平面まで延びる自由端部分を有し、この平面は固定子と回転子との間のトロイダル空間を通って延在する。第２入口は固定子の中に位置することが好ましい。回転子とは異なり、固定子は定置しているので、第２パイプ回路を、固定子ブレードを通って延在するように配置することは、回転子ブレードを通るより複雑さが少なくなる。

本発明の別の好ましい実施例によれば、第２パイプ回路は、媒体をトロイダル空間へ移送するためのポンプを組み込んでいる。このようなポンプが必要とする容量は比較的小さく、比較的簡単な設計である。なぜなら、貯蔵空間における媒体圧力とトロイダル空間の第２入口に隣接する領域における媒体圧力との差が比較的小さいからである。したがって、そのようなポンプは、比較的わずかなコストで提供される可能性がある。前記ポンプはギヤ・ポンプであることが有利である。ギヤ・ポンプは、構成部品の個数が少ない比較的簡単な設計のポンプである。ギヤ・ポンプは、従来、自動車における制動機などの流体力学的ブレーキに使用されている。ここで該当する場合には、ギヤ・ポンプは回転子と同じシャフトに連結されて、かつこれによって駆動される。したがってギヤ・ポンプは自動車の動力伝達系統に連結され、自動車とともに連続的に作動し、自動車の動作中には媒体を連続的に貯蔵空間から供給する。ギヤ・ポンプは、制動機が作動しているときは媒体をトロイダル空間へ供給するが、制動機が作動しないときはトロイダル空間を通って媒体を貯蔵空間へ戻す。

本発明の別の好ましい実施例によれば、トロイダル空間への第１入口は、固定子の半径方向に外側の領域にある少なくとも１つの入力孔を組み込んでいる。第１入口のこのような位置決めは、トロイダル空間の周りに半径方向内側に延在する入口に隣接する第１パイプ回路の部分を不要とする。トロイダル空間からの出口はまた、固定子の半径方向に外側の領域に位置することが好ましい。出口のこのような位置決めは同様に、トロイダル空間の周りに半径方向内側に延在する出口に隣接する第１パイプ回路の部分を不必要にする。固定子の半径方向に外側の領域に位置する第１パイプ回路の入口と出口との両方を有する流体力学的ブレーキを、占有空間が小さくなるように作成することができる。

本発明の好ましい実施例を、添付の図面を参照して例示として以下に説明する。

図１は、流体力学的ブレーキを自動車の制動機の形で示す。制動機は固定子１と回転子２とを含む。固定子１は環状シェル３を有し、環状シェル３に沿って複数のブレード４が等間隔で配置されている。回転子２は環状シェル５と対応する設計で、環状シェル５は、これに沿ってやはり等間隔に配置された複数のブレード６を組み込んでいる。固定子１と回転子２のそれぞれのシェル３、５は互いに同軸に配置されているので、これらは一緒に１つのトロイダル空間７を形成する。回転子２は、回転可能シャフト９に堅く連結されたシャフト部分８を組み込んでいる。回転可能シャフト９はそれ自体、自動車の動力伝達系統の適切な駆動シャフトに連結されている。したがって回転子２は自動車の動力伝達系統とともに回転する。

図１に示す制動機は、第１要素１０と第２要素１１とを含むハウジングを組み込んでいる。第１要素１０は、とりわけ固定子１と回転子２が中に配置されている本体を組み込んでいる。第２要素１１は、カバー状の設計であり、連結領域１２に沿って第１要素１０に離脱可能に取り付けることができるので、取り付けた状態ではこれらは密封容器を形成する。連結領域１２には、ハウジングが密封された囲いを形成するようにガスケット１３が配置されている。第１要素１０は複数の凹部１４〜２３を組み込み、各凹部は、図１において破線Ａ−Ａで示された実質的に共通の平面Ａの中に開口部を有する。第１要素１０と第２要素１１の連結領域１２はまた前記平面Ａの中に範囲を有する。

凹部１４〜２３は各々、制動機の部分を形成する構成要素を収容するように設計されている。凹部１４〜２３の形状と寸法は、凹部が収容するそれぞれの特定の構成要素に適合する。この中の第１凹部１４は第１逆止弁２４を収容する。第２凹部１５は出口逆止弁２５を収容する。第３凹部１６はギヤ・ポンプ２６を収容する。第４凹部１７は第２逆止弁２７を収容する。第５凹部１８は放出（急速に空にする）弁２８を収容する。第６凹部１９は調整弁２９を収容する。第７凹部２０は入口調整弁３０を収容する。第８凹部２１は注入弁３１を収容する。第９凹部２２は蓄圧器３３を満たすための取入れ弁３２を収容する。第１０凹部２３は前記蓄圧器３３を収容する。したがって第１要素１０と第２要素１１は、油を蓄積するためのオイル・サンプ３４を組み込んだ密封容器を形成する。

制動機は第１部分３５ａを有する第１パイプ回路３５を組み込んでおり、第１部分３５ａは、トロイダル空間７から出口逆止弁２５まで油を導く。第１パイプ回路の第２部分３５ｂは、出口逆止弁２５から熱交換器３６まで油を導いて、油を冷却する。第１パイプ回路の第３部分３５ｃは、制動機が作動しているか作動していないかに応じて、冷却された油を入口調整弁３０に、又は代わりに調整弁２９へ導く。第１パイプ回路の第４部分３５ｄは、油をトロイダル空間７の入口へ導く。制動機は第１部分３７ａを有する第２パイプ回路３７を組み込んでおり、この第１部分３７ａを通じて油はオイル・サンプ３４からギヤ・ポンプ２６へ汲み出される。第２パイプ回路３７の第２部分３７ｂは油を第１逆止弁２４と第２逆止弁２７へ導く。制動機が作動していないときには、油は第１逆止弁２４と第２パイプ回路の第３部分３７ｃとを経て第１パイプ回路の第２部分３５ｂへ導かれる。制動機が作動している場合には、油は第２逆止弁２７と第２パイプ回路の第４部分３７ｄとを経てトロイダル空間７へ導かれる。制動機はまた第３パイプ回路３８も組み込んでおり、第３パイプ回路３８は蓄圧器３３を第１パイプ回路の第４部分３５ｄに連結する。第３パイプ回路３８は注入弁３１と蓄圧器の取入れ弁３２とを組み込んでいる。ハウジングの第１要素１０は、凹部１４〜２３に隣接して、前記のパイプ回路３５、３７、３８の一部を形成する占有ダクトを組み込んでいる。

第１制御弁３９は、必要なときに急速にトロイダル空間７から油を除去して空にすることができるように、安全弁１８の動作を制御圧によって制御することを目的とする。比例弁４０は、制動機を作動させ、かつ制動機の制動作用を抑制するために、調整弁１９の動作を制御圧によって制御することを目的とする。第２制御弁４１は、制動機の急速な制動作用を実施するために、急速にトロイダル空間に油を注入するように、蓄圧器３３の動作を制御圧によって制御することを目的とする。これら３つの制御弁３９、４０、４１及び熱交換器３６はハウジングの外側に位置する。

自動車の運転者は、自動車をどの制動作用にもかける必要はなく、比例弁４０は制御圧を調整弁２９に供給せず、調整弁２９は、第１パイプ回路の第３部分３７ｃ内の油が通路４２を経てオイル・サンプ３４に放出されるように、完全に開いている。これは、油が入口調整弁３０を通って流れず、入口調整弁３０はこれを開いてトロイダル空間７に油を導くためには比較的高い油圧を必要とすることを意味する。この状況では油はトロイダル空間７に導かれないので、トロイダル空間７内で存在する空気を循環させる回転子によって起るいわゆる無負荷損による小さな望まれない制動作用以外には、実質的に制動作用は行われない。

駆動シャフト９はまたギヤ・ポンプ２６を駆動し、ギヤ・ポンプ２６は自動車の作動中に油をオイル・サンプ３４から連続的に汲み出す。ギヤ・ポンプ２６から、油は正圧で第２パイプ回路の第２部分３７ｂへ導かれる。第１逆止弁２４はここでは、これが約０．５バール（５０ｋＰａ）の正圧で開くように予荷重がかけられたばねを有する。第２逆止弁２７は約２バール（２００ｋＰａ）の正圧で開くように予荷重がかけられたばねを有する。調整弁２９が開いているときは、第１パイプ回路３５には実質的に正圧は存在しない。これは、第１パイプ回路の第２部分３５ｂにおいて正圧はなく、そうでなければ第１逆止弁２４の開放圧を高めることになることを意味する。第１逆止弁２４は第２逆止弁２７よりも低い圧力で開くので、ギヤ・ポンプ２６によってオイル・サンプ３４から移送される油は、第１逆止弁２４と第２パイプ回路の第３部分３７ｃとを通じて第１パイプ回路の第２部分３５ｂに導かれるのみで、したがってこの第２部分は油の流れの方向に見てトロイダル空間７の後に位置する。その後、油は熱交換器３６、第１パイプ回路の第３部分３５ｃ、及び調整弁２９を経てオイル・サンプ３４に戻される。

自動車の運転者が自動車に制動作用を加えることを要求すると、比例弁４０は調整弁２９に、入口逆止弁３０の予荷重よりも高い制御圧を供給する。第２制御弁４１は蓄圧器３３を作動させるので、蓄圧器３３は第３パイプ回路３８と注入弁３１とを介して、油を高圧で第１パイプ回路の第４部分３５ｄとトロイダル空間７とに導く。蓄圧器３３は、正圧によって油の供給を開始し、トロイダル空間７の急速な充てんを引き起こし、これによって制動機の対応する急速制動作用を実施する。トロイダル空間７における油の循環の後に、油は高圧で出口を経て固定子１から第１パイプ回路の第１部分３５ａへ出される。出口逆止弁２５は高い油圧によって開かれ、油は第１パイプ回路の第２部分３５ｂへ導かれる。この段階で油は少なくとも５バール（５００ｋＰａ）の正圧にある。第１パイプ回路の第２部分３５ｂにおける油はまた第２パイプ回路の第３部分３７ｃへも導かれ、そこで圧力作用をかけて第１逆止弁２４を閉位置へ向けて動かす。したがって、第１逆止弁２４のために必要な開放圧は、約２バール（２００ｋＰａ）の予荷重を有していた第２逆止弁２７の対応する開放圧よりも高くなる。これは、オイル・サンプ３４からギヤ・ポンプ２６によって移送されるすべての油が第２逆止弁２７と第２パイプ回路の第４部分３７ｄを経てトロイダル空間７への入口へ導かれることを意味する。

トロイダル空間７への入口がトロイダル空間７における中心に配置されていることは有利である。トロイダル空間の中央部分では、比較的低い圧力が実質的にすべての動作状態において生じる。個別のパイプ部分３７ｄを使用して油をオイル・サンプ３４から大気圧でトロイダル空間７へ供給することは、この油を第１パイプ回路の第４部分３５ｄにおいて生じる高圧にまでポンプで昇圧する必要はないことを意味する。したがって、より小さなポンプ容量を有するより安価なギヤ・ポンプ２６を使用することができる。第２パイプ回路の第４部分３７ｄもまた比較的簡単な設計にすることができる。それは比較的低い正圧で油を運ぶような寸法にするだけでよいからである。

油は、第１パイプ回路の第２部分３５ｂから熱交換器３６へ導かれ、ここで冷却される。制動機の制動作用は比例弁４０からの制御圧によって調整される。調整弁２９の位置は比例弁４０からの制御圧によって調節されるので、熱交換器３６後の冷却された油のある一定の部分はオイル・サンプ３４に戻されるが、残りは入口逆止弁３０を通ってトロイダル空間７へ導かれる。この結果、所望の制動作用を実施するようにトロイダル空間７内を循環する油の量を調整することになる。

図２は環状シェル３を有する固定子１を示しており、この環状シェル３はこれに沿って等間隔で配置された複数のブレード４を有する。第１パイプ回路の第４部分３５ｄはトロイダル空間７への第１入口によって終り、この入口は、ブレード４の側部における固定子１の半径方向外側領域に位置する複数の入口孔４２を含み、この側部では比較的低い圧力が生じる。固定子１の同様な半径方向外側領域、しかしブレード４の反対側には、出力孔４３が出口に組み込まれて、油がトロイダル空間７から出ることを可能にする。ブレード４のこの側部では高い油圧が生じる。したがって、油はトロイダル空間７の低圧領域に供給されて、高圧領域を経てこれを出る。この圧力差は、結果的にトロイダル空間７を通過する大量の油の流れとなる。トロイダル空間７を通過する大量の油の流れは、油が過熱されないこと、及びトロイダル空間７につながる制動機の効果的な冷却があることという有利な効果を有する。

したがって第２パイプ回路３７は、制動機がその作動状態にあるときにはオイル・サンプ３４からトロイダル空間７に向う第２入口への油の移送を満たす。第２入口は、第１入口の入力孔４２に対して個別に配置された入力孔４４を組み込んでいる。完全に個別の第２パイプ回路３７を使用して冷たい油をオイル・パン３４からトロイダル空間７へ供給することは、第１パイプ回路３５において生じる圧力にまで油をポンプで昇圧する必要性を回避する。第１パイプ回路３５における正圧は通常５バール（５００ｋＰａ）よりも高い。第２入口の入力孔４４は、固定子１のブレード４の１つにおける自由端部分で排出する。したがって第２入口の入力孔４４は、トロイダル空間７の中央領域において油の供給を行う。ここでは制動機の開放状態とは実質的に関係なく実質的な大気圧が生じる。したがって、オイル・サンプ３４と油がオイル・サンプから供給されるトロイダル空間７の中央領域との間の圧力差は限界である。したがって、より小さなポンプ容量を有する比較的簡単なギヤ・ポンプ２６を使用することができる。したがって、高い正圧で油を運ぶ必要がないので、油を第２入口の入力孔４４へ移送する第２パイプ回路３７は、全体的に比較的簡単な設計にすることができる。こうして第２パイプ回路３７における漏えいのリスクは著しく低下する。

図３は、図２における固定子１の一部分を通る断面図である。第２パイプ回路の第４部分３７ｄはここで入力孔４４の中につながり、入力孔４４は固定子１のブレード４を通って延在している。入力孔４４は実質的にブレード４の中間において自由端部分の近くで排出する。したがって油はトロイダル空間７の比較的中央に位置する領域に供給される。

本発明は決して上に説明した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で自由に変更可能である。

本発明による制動機の断面図である。 本発明による固定子を示す図である。 図２の固定子の一部分を通る断面図である。

Claims (10)

1. 複数のブレード（４）を備えた環状シェル（３）を有する固定子（１）と、複数のブレード（６）を備えた対応する環状シェル（５）を有する回転子（２）とを備え、前記回転子（２）と固定子（１）との環状シェル（３、５）はトロイダル空間（７）を形成するように配置されており、さらにまた制動作用を行うためにトロイダル空間（７）に供給される媒体と、トロイダル空間（７）からの出口からトロイダル空間（７）への第１入口への媒体の移送を提供する第１パイプ回路（３５）と、貯蔵空間（３４）からトロイダル空間（７）への媒体の移送を提供する第２パイプ回路（３７）とを備える流体力学的ブレーキであって、第２パイプ回路（３７）が、第１パイプ回路（３５）への第１入口（４２）に対して個別に配置された第２入口（４４）を経てトロイダル空間（７）への媒体の移送を提供することを特徴とする、流体力学的ブレーキ。
2. 第２入口が、制動過程中の圧力が第１パイプ回路（３５）における媒体の圧力よりも常に実質的に低い第２領域に位置する少なくとも１つの入力孔（４４）を組み込んでいることを特徴とする、請求項１に記載の流体力学的ブレーキ。
3. 第２領域における圧力が実質的に大気圧に対応することを特徴とする、請求項２に記載の流体力学的ブレーキ。
4. 第２入口の入力孔（４４）が実質的にトロイダル空間（７）の中央に位置することを特徴とする、請求項２又は３に記載の流体力学的ブレーキ。
5. 第２入口の入力孔（４４）がブレード（４）の自由端部分の近くに位置することを特徴とする、請求項４に記載の流体力学的ブレーキ。
6. 第２入口の入力孔（４４）が固定子（１）の中に位置することを特徴とする、請求項５に記載の流体力学的ブレーキ。
7. 第２パイプ回路（３５）が、媒体をトロイダル空間（７）へ移送するためのポンプ（２６）を組み込んでいることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の流体力学的ブレーキ。
8. 前記ポンプがギヤ・ポンプ（２６）であることを特徴とする、請求項７に記載の流体力学的ブレーキ。
9. トロイダル空間（７）の第１入口が、固定子（１）の半径方向外側領域に位置する少なくとも１つの入力孔（４２）を組み込んでいることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の流体力学的ブレーキ。
10. トロイダル空間（７）からの前記出口が、固定子（１）の半径方向外側領域に位置する少なくとも１つの出力孔（４３）を組み込んでいることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の流体力学的ブレーキ。

Images