JP2013539524A - 自己給電／自己感知型磁性流体ダンパ - Google Patents

Abstract

本発明は自己給電／自己感知型ＭＲダンパ装置を開示する。この装置は、減震シリンダと、外部励磁の状態で前記減震シリンダに対して移動できる緩衝ピストンアセンブリとを有するＭＲダンパ部と、前記緩衝ピストンと前記減震シリンダアセンブリの相対的移動に応じて電力を発生させる発電部と、前記相対的移動を推算し、推算された速度に基づいて緩衝駆動電流を出力する回路と、を備え、ＭＲダンパ部は、更に、緩衝駆動電流によって減衰力を発生するように構成されている。また、前記装置に用いられる回路も提供する。

Description

発明の詳細な説明

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１０年１０月１日に出願した米国特許出願第１２／８９６，７６０号及び２０１１年８月５日に出願した中国特許出願第２０１０１０２５７３４８．０号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容を参照により本願に援用する。
［技術分野］
本願は、自己給電／自己感知型磁性流体（ＭＲ）ダンピング装置に関し、また、ＭＲダンピング装置において発電部の電圧から相対速度情報を抽出するための方法に関する。
［背景］
振動制御は、最近高速で発展する動力システムに対して、非常に重要になっている。磁界の応用において、磁性流体（ＭＲ流体）は知的材料の一つとして、数ｍｓ内に自由流動状態から半固体状態に高速的、可逆的かつ同調可能に変換できる。ＭＲ流体は、電子制御体と機械装置／システムとの間に対して簡素的で高速な応答インタフェースを提供し、半能動的振動制御に適用できると期待されている。ＭＲダンパは、例えば、制御可能な減衰力、広い操作温度範囲、高速応答、低い消費電力など、非常に魅力的な利点を持っている。

図１は、半能動的制御システムに基づく代表的なＭＲダンパを示している。図１を参照すると、従来のＭＲダンパシステムにおいては、互いに独立した電源６０とダイナミックセンサー６４を必要とする。電源６０は、ＭＲダンパ６２における電磁コイルを作動させてＭＲ流体に磁界を提供するためのものである。ダイナミックセンサーは、動的応答をテストするためのものであり、動的応答は、プラント６１のＭＲダンパ６２における変位または速度を含める。システム制御器６６は、速度を示す測定信号を使用して制御動作を決める。従来のＭＲダンパシステムはダンパ制御器６７を更に備え、ダンパ制御器６７は、システム制御器６６からの測定信号に基づいて電圧命令を生成し、生成した命令を電流駆動器６８に送信する。

従来のＭＲダンパシステムにおいて、外部励磁の状態でＭＲダンパ６７の両端が互いに相対的に移動する際に、ＭＲダンパからの機械エネルギーは熱エネルギーに変換され、変換された熱エネルギーは消散される。例えば、自動車の日常的な使用において、ただ１０−１６%だけの燃料が自動車を駆動して道路からの摩擦と空気の抵抗を克服するのに用いられる。自動車が不規則的な道路で走行する場合、多量の燃料エネルギーが浪費されてしまう。また、独立した電源（電池）の寿命も限定されるため、充電や取替の必要がある。それにより、ＭＲダンパシステムの装着スペース、重量、コストは更に膨大化してしまう。

また、従来のＭＲダンパシステムにおいては、ＭＲダンパの制御可能なダンピング特性を活かすために、ＭＲダンパの両端の相対速度／変位を測定するための速度／変位センサーを別途設置する必要がある。この場合は、センサーはＭＲダンパに対して独立して平行に設置するのが一般的である。それにより、ＭＲシステムの装着スペース、重量、コストが膨大化してしまう。そして、独立したセンサーとＭＲダンパシステムとの間のコネクタにより、システムの信頼性も低下する。
［概要］
本願は、振動緩和システムに用いられる理想的な解決策を提供する。本願の実施形態に係る自己給電／自己感知型ＭＲダンパは外部励起の状態で、自動的に必要な減衰力を発生することができ、外部電源とセンサーを設置する必要がなくなる。

本発明の一形態は、自己給電／自己感知型ＭＲダンパ装置を提供する。この装置は、減震シリンダと外部励磁の状態で前記減震シリンダに対して移動できる緩衝ピストンアセンブリとを有するＭＲダンパ部と、前記緩衝ピストンと前記減震シリンダアセンブリの相対的移動に応じて電力を発生させる発電部と、前記相対的移動を推算し、推算された速度に基づいて緩衝駆動電流を出力する回路と、を備え、ＭＲダンパ部は、更に、緩衝駆動電流によって減衰力を発生するように構成されている。

また、本発明の一形態は、自己給電／自己感知型ＭＲダンパ装置を提供する。この装置は、減震シリンダと外部励磁の状態で前記減震シリンダに対して移動できる緩衝ピストンアセンブリとを有するＭＲダンパ部と、前記緩衝ピストンと前記減震シリンダアセンブリの相対的移動に応じて電力を発生させる発電部と、前記緩衝ピストンアセンブリと前記減震シリンダの相対的移動を感知する感知部と、を備える。

上記ＭＲダンパ部によると、ＭＲダンパからの一部の磁力はＭＲダンパシステム自身に用いられる電力に変換され、ただ熱エネルギーとして浪費されることがない。また、上記ＭＲダンパ部は、外部センサーのない状況でＭＲダンパ両端の相対速度／変位を測定できる。そのため、従来のＭＲダンパシステムのようには独立した電源とダイナミックセンサーとを設置する必要がなくなる。このダンパシステムで、例えば、エネルギー蓄積、サイズと重量の減少、低費用及び少ないメンテナンスなど、いろいろな利点を更に取得できる。また、システムから独立した装置及びそのコネクタを除去して、そのＭＲダンパシステムの信頼性を向上することができる。

また、本願では、感知機能を利用してシステムの動力情報も提供できる。ＭＲダンパシステムにおいて、動力情報は、制御機能を提供するために用いられる。この感知機能は、異なる制御アルゴリズムに適用される。異なる制御アルゴリズムを使用することによって、上記装置は広い応用範囲において、例えば、車両懸架、建造及び修理などで、優れた性能を有する。

前記ＭＲダンパ部、発電部及び感知部は、簡単な組合せではない。これらの各部は一部のスペースと手段を共用する。上記した解決策は、三つの部分における運動や磁界干渉にも関する。また、磁界干渉のために、特定な手段も設計される。

半能動制御システムに基づく代表的なＭＲダンパを示す。 本願の一つの実施形態に係る自己給電／自己感知型ＭＲダンパを示す。 図２の部分的拡大図として、その詳細な機械構造を示す。 本願の他の一つの実施形態に係る自己給電／自己感知式ＭＲダンパを示す。 図３の部分拡大図として、溝を備えるマルチポール式発電部の詳細構造を示す。 本願の一つの実施形態による、溝を備えないマルチポール式発電部を示す。 本願の一つの実施形態に係る自己給電／自己感知式ＭＲダンパの電気部を示す。 本願の一つの実施形態による速度抽出感知機構を示す。 本願の一つの実施形態によるＭＲダンパ部と発電部の磁界分布を示す。 本願の一つの実施形態による、弾性部材に基づいた、溝を備えるマルチポール式発電部を示す。 本願の一つの実施形態による、弾性部材に基づいた、溝を備えないマルチポール式発電部を示す。 本願の一つの実施形態による、弾性部材に基づいた、溝を備えないマルチポール式発電部の機械部と移動スペーサ速度感知部を示す。 図１０の拡大図として、本願の一つの実施形態による移動スペーサ速度感知部の詳細構造を示す。 本願の一つの実施形態による移動スペーサ速度感知部を示す。 本願の一つの実施形態によるＭＲダンパ部と移動スペーサ速度感知部の磁界分布を示す。

［詳細な説明］
以下、図面を参照して本願の実施形態を説明する。
図２には、本願の一つの実施形態に係る自己給電／自己感知型ＭＲダンパ７９を示す。図面を参照すると、ＭＲダンパ７９はシングルエンド（ｓｉｎｇｌｅ−ｅｎｄｅｄ）ＭＲダンパ構造を有しており、その構造は溝を備えるマルチポール式（ｍｕｌｔｉ−ｐｏｌｅ ｓｌｏｔｔｅｄ）発電部を含む。ダンパ７９は速度抽出アルゴリズムを利用して感知機能を果たし、その速度抽出アルゴリズムは発電部の信号の中から速度に関する情報を抽出する。これは、ＭＲダンパ７９の感知部とＭＲダンパ７９の発電部が同一の機械機構を共用することを意味する。

図２を参照すると、ＭＲダンパ７９は、電気部７６と、機械部７８と、を含む。以下、まず機械部７８について説明する。
図３を参照すると、この図面には、本願の一つの実施形態による機械部７８が示されている。機械部７８は、ＭＲダンパ部８４と、発電部８６と、を含むことができる。発電部８６は、溝を備えるマルチポール式線形発電部でも良い。図面を参照すると、発電部８６は、ＭＲダンパ部８４とは同心で、且つ径方向にてＭＲダンパ部８４の外側に位置する。つまり、ＭＲダンパ部８４は発電部８６の内側に位置する。一方、従来の軸方向、外側の配置に比べて、このような構造はもっと小さい軸方向サイズ（長さ）を有して、軸方向の装着スペース（長さ）が限定された場合、このような配置は非常に好適である。尚、機械部７８の最も好適な部分は、磁界と電界を発生させるための外部部分であり、機械部７８の内側は一般的に固定のためのものとして、外部部分ほど重要ではない。ＭＲダンパ部８４が内側に設置されるため、従来の軸方向外側配置に比べて、機械部７８の内側スペースをもっと適切に利用できて、ＭＲダンパ部８４のスペースと機構が十分に利用されるようにする。発電部８６の発電能力は顕著に増加でき、サイズ（直径）はただ小さな部分だけ増加される。

ＭＲダンパ８４は油圧シリンダ１０６を含むことができ、油圧シリンダ１０６は一般的に高透磁性材料、例えば、低炭素スチールからなる。この実施形態において、油圧シリンダ１０６は、例えばＭＲ流体、空気、オイル及び／又はその他の液体又は材料／素材のような流体を収容するための中空な円筒１１６を提供する。油圧シリンダ１０６両端の２つの非磁性カバー１００と１１４によって、油圧シリンダ１０６を封止する。これらの部品は、一体に組み立てて、部分的に閉鎖したアセンブリを形成する。

ＭＲダンパ部８４は少なくとも一つのピストンロッド９６を更に含んでも良い。ピストンロッド９６は、カバー１００と１１４の二つの中央孔を介して、摺動可能に油圧シリンダ１０６に取り付けられる。ピストンロッド９６は非磁性である。密封部９８Ａは、ピストンロッド９６の周りに位置してピストンロッド９６を支持する。密封部９８Ａは、例えば、ワッシャー、Ｏリング、潤滑剤、軸受け及び／又は複合シール手段であって良い。尚、ピストンロッド９６は、軸方向に摺動可能であり、また、カバー１１０及び１１４に接触しない。ピストンロッド９６は中空部１１６の中のＭＲ流体を更に密封する。

ＭＲダンパ部８４は、ねじ又は溶接によってピストンロッド９６に連結されるピストンアセンブリ１０４を更に含んでもいい。ピストンアセンブリ１０４は、密封部９８Ａのガイドによって油圧シリンダ１０６の中で軸方向に沿って移動でき、油圧シリンダ１０６の中央に維持されるか、又は、油圧シリンダ１０６に対して配向される。ピストンアセンブリ１０４は、高透磁性材料からなるのが好ましく、且つ少なくとも一つのスプールとコイル巻線とを備える。この実施形態において、一つのコイル巻線１０８が図示されている。ＭＲダンパ部８４は一つのロッド状容積補償器を更に含む。この実施形態においては、浮動ピストン１５８を備える蓄電器１６０を使用する。

油圧シリンダ１０６の内壁（直径）とピストン１０４の外壁（直径）との間には動作領域、つまり環状流体孔１０９が形成される。コイル巻線１０８は、流体孔１０９の中のＭＲ流体に影響する磁界を発生させる。ピストンロッド９６が外部励磁の状態で移動すると、ＭＲ流体は環状孔１０９を流れる。

この実施形態において、コイル巻線１０８は、磁界を発生させるように、ソレノイドコイルとされても良い。コイル巻線１０８は、導線９２によって電気部７６に接続される。導線９２は、ピストン１０４とピストンロッド９６の導線孔を介してダンパ部を通過する。電流がコイル巻線１０８に印加されると、磁界が発生して環状孔１０９の中のＭＲ流体が凝固する。そして、環状孔１０９の中のＭＲ流体の降伏強度が増大し、ＭＲダンパ部８４の減衰力を増大する。コイル巻線１０８に対する入力電流を調整することによって、ＭＲダンパ部８４の減衰力を制御できる。ピストンロッド９６はねじロッドを備え、ねじロッドの端部は上部コネクタ９０Ａに隙間なく接合される。

図４は本願のまた一つの実施形態に係る自己給電／自己感知式ＭＲダンパを示す。この実施形態において、ＭＲダンパの、溝を備えるマルチポール式発電部は、ダブルエンド（ｄｏｕｂｌｅ−ｅｎｄｅｄ）ＭＲダンパ構造を有する。ダブルエンド構造は、図２及び図３に示されたシングルエンドＭＲダンパ構造とは違って、２つのピストンロッド７０と７１とを備える。実例として、ピストンロッド７０と７１は同じ直径を有するため、ＭＲ流体を含む中空部７２の体積には変化がない。この実施形態においては、ロッド状容積補償器、蓄電器又はその他の類似装置を必要としない。

発電部８６は、少なくとも四種の異なる構造を備えることができる。図３の一部分を示すための図５Ａには、溝を備えるマルチポール式線形発電機８６が示されている。一般的に、上述のとおり、発電機８６とＭＲダンパ部８４は同心で、径方向に沿ってＭＲダンパ部８４の外側に位置する。「マルチポール式」という用語は、発電部８６が複数組みの特別に配列された永久磁石とコイルを備えることを意味する。一方、複数組みの永久磁石とコイルの具体的な配置は、各コイルにて発生された電力が十分に利用可能にされるようにする。一方、この配置は磁束を、制御される通路を通させ、このようにして磁束の漏れを低下させると共に磁界強度を向上させることができる。上述した二つの内容は、マルチポール式発電部８６が高発電効率を持つようにする。

図５Ａを参照すると、発電部８６は、内部８６Ａと、外部８６Ｂと、を含む。内部８６Ａは、少なくとも一つの磁極片と永久磁石を含む。図５Ａには四つの永久磁石と五つの磁極片が示されている。内部８６Ａは、非磁性材料で形成された磁束遮蔽層１５４と、高透磁性システムガイド層１４０と、支持板１３８と、を更に含む。内部８６Ａのアセンブリは、ねじ又はピン９３によって、連結キャップ９４を介してピストンロッド９６に取り付けられる。そのため、内部８６Ａのアセンブリは、ピストンロッド９６と一緒に移動できる。

この実施形態において、希土類元素からなる環状永久磁石１５０Ａ〜Ｃは、径方向に沿って磁化されるか又は軸方向に沿って磁化される。隣接する磁石１５０Ａ〜Ｃの磁性は反対になる。説明の便宜を図るために、図面に示された永久磁石１５０Ａ〜Ｃは、軸方向にて磁化されている。永久磁石１５０Ａ〜Ｃはペアで堆積される。反対になる起磁力により、磁束が外部８６Ｂにおける分断されたスペーサ１４２を通過するように駆動する。永久磁石１５０Ａ〜Ｃの間には、磁束遮蔽層１５４上に取り付けられた高透磁性の磁極片１５２が配置されている。環状磁石が径方向に磁化されると、それに応じて、磁極片１５２の材料は非磁性になり、磁束遮蔽層１５４は高透磁になり、また磁束ガイド層１４０は非磁性になる。

外部８６Ｂは、少なくとも一つのコイル巻線と、少なくとも一つのスペーサと、を含むことができる。図５には、１１個のコイル巻線１４４と１２個のスペーサを示す。コイル巻線１４４の間には高透磁性のスペーサ１４２が配置されている。コイル巻線１４４とスペーサ１４２は外部８６Ｂでの溝あり構造を形成する。外部８６Ｂの内壁と内部８６Ａの外壁との間の間隙は、発電部８６の動作領域を形成する。スペーサ１４２は、動作間隙１５１の磁束密度を増加させて高電力を発生させるためのものである。

外部８６Ｂは、ねじ１３５を通じてＭＲダンパ部８４のシリンダー蓋１１４に取り付けられる。そのため、外部８６Ｂのアセンブリは、油圧シリンダ１０６と一緒に移動できる。一つの実施形態において、外部８６Ｂは、高透磁性殻体１３６と、ロッカ１５６と、を更に含むことができる。

特別に設計された磁束遮蔽層１５４と磁束ガイド層１４０は、発電部８６の磁界とダンパ部８４の相互干渉を最小に低下させるために用いられ、これにより、発電機８６とダンパ部８４との統合の問題を解決する。

ガイドレール１１２は、カバー１１４に連結され、その表面仕上げが低い。ガイドレール１１２は、摺動可能に内部アセンブリ８６Ａに組み立てられ、ガイドレール１１２とピストンロッド９６が一緒に移動すると、内部アセンブリ８６Ａが適切な中央に位置することを確保する。

図５Ａにおいて、点線で磁束通路を示している。内部アセンブリ８６Ａと外部アセンブリ８６Ｂは、ピストンロッド９６とＭＲダンパ部８４の油圧シリンダ１０６にそれぞれ連結されるため、励起器の作用下で、ピストンロッド９６と油圧シリンダ１０６との間の相対的移動は、内部アセンブリ８６Ａと外部アセンブリ８６Ｂとの間の相対的に線形運動も生じ得る。外部アセンブリ８６Ｂにおけるコイル巻線１４４と磁石１５０Ａ〜Ｃとの相対移動により、コイル巻線１４４を通過する可変的鎖交磁束が発生して電力を発生させる。種類又は形態の異なるコイル巻線は、各コイル巻線の電圧方向によって相互に連結されて最大の電力を得られる。導線１０２によって電力を電気部７６に出力する。

図５Ｂは発電部の他の一つの構造である、溝を備えないマルチポール式発電部１８０を示している。溝を備えないマルチポール式線形発電機１８０と図５Ａに示された溝を備えるマルチポール式線形発電機８６との異なる点は、溝を備えない構造において、二つの隣接するコイルの間にはスペーサ１４２が設けられないことにある。溝を備えないマルチポール式線形発電機１８０において、コイル１８２と１８４は順次に配列されているが、高透磁性のスペーサによって区画されていない。磁束はコイル１８２を直接通過する。図５Ａに示された、溝を備える発電機８６において、磁束はスペーサ１４２を通過する。溝を備える発電機８６と比べると、溝を備えないこの発電機１８０は、低発電力、簡素化した構造、低コギング力を備える。

以下に、図６と図７を参照しながら、電気部７６について説明する。
図６は、本願の一つの実施形態に係る自己給電／自己感知型ＭＲダンパ７９の電気部７６を示している。機械部７８によって、電気部７６の入力ＡＣ電圧を発生させる。出力は、ダンパコイル１０８に用いられる駆動用電流で、ＭＲ流体を凝固させるための磁界を作動させることができる。電気部７６は、エネルギー取得回路４８２と、感知推算器４８４と、制御器４８６と、電流駆動器４８８とを備えており、これらを以下で説明する。

エネルギー取得回路４８２は、電力調整回路４８２１と、エネルギー蓄積装置４８２２と、電圧調整器４８２３２３と、を含むことができる。電力調整回路４８２１は、エネルギー蓄積装置４８２２にカップリングされる。電力調整回路４８２１は機械部７８からＡＣ電圧を受け、ＡＣ電圧をＤＣ電圧に調整してエネルギー蓄積装置４８２２に充電電圧を供給する。電力調整回路４８２１は、ブリッジ整流器及び／又は例えば三倍電圧増倍器のような電圧増倍器を備えることができる。

エネルギー蓄積装置４８２２は、充電可能電池、キャパシター又はウルトラキャパシターであって良い。エネルギー蓄積装置４８２２は電力調整回路４８２１の充電電圧を受ける。エネルギー蓄積装置４８２２は、時間間隔を置いて使用するように、取得したエネルギーを蓄積するのに用いられる。エネルギー蓄積装置４８２２の取得した電気エネルギー出力は、負荷の直接使用に適用しないことが多い（例えば、制御器４８６が必要とする動作電圧は３．３ボルトであるが、エネルギー蓄積装置４８２２の出力電圧は１２ボルトである）。そのため、電圧調整器４８２３は、エネルギー蓄積装置４８２２から受信された電圧を負荷の使用できる適切な値に調整するのに用いられる。電圧調整器４８２３は電力を感知推算器４８４、制御器４８６、電流駆動器４８８へ出力する。電力の大部分は電流駆動器４８８に用いられる。この部分のエネルギーは最終的にＭＲダンパコイル巻線１０８の駆動に用いられるためである。一つの実施形態によると、電圧調整器４８２３においての物理回路はＤＣ−ＤＣ回路で良い。電圧調整器４８２３は、出力電圧を適切な値に調整するように設計される（例えば、制御器４８６、感知推算器４８４及び電流駆動器４８８に用いられる電源電圧はそれぞれ±３．３Ｖ、±５Ｖ及び１２Ｖである）。

感知推算器４８４は、発電部８６からのＡＣ電力信号又は感知部８２からの感知電圧を受信し、ＭＲダンパの両端の相対速度を出力する。感知推算器４８４が機械部２２０からの運動間隔速度感知部８２の、相対速度に比例する感知電圧を受信する場合、感知推算器４８４はアナログ増幅器を含むことができる。以下、図１１Ａを参照しながら運動間隔速度感知部８２について説明する。感知推算器４８４が発電部８６からのＡＣ電力信号を受信する場合は、感知推算器４８４は推算アルゴリズム２４２を運行するデジタル処理器を含むことができ、且つＡ／Ｄ及び／又はＤ／Ａ変換器を備えていても良い。

図７は、本願の一つの実施形態による感知推算器４８４に配置された速度感知アルゴリズム２４２を示す。速度抽出手段２４０は、発電部の電圧の一部分を初期感知電圧とし、その後感知推算器４８４はそのアルゴリズム２４２を使用してその電圧に対して処理を行う。速度抽出手段２４０は、溝を備えるマルチポール式発電機８６又は溝を備えないマルチポール式発電機１８０からの電圧を使用できる。説明の便宜を図るために、ここでは図５Ａに示された、溝を備えるマルチポール式線形発電機を使用する。

自己給電／自己感知式ＭＲダンパの両端の相対速度は、内部８６Ａと外部８６Ｂとの相対速度と同じである。二つの隣接するコイル１４１と１４４で発生された電圧は、速度抽出に用いることができ、以下の式によって内部８６Ａと外部８６Ｂとの相対速度を取得する。

ここで、Ｅ１とＥ２はそれぞれコイル１４１と１４４で発生した電圧であり、Ｎはコイルの巻き回数であり、φgは空隙磁束であり、τは磁極ピッチあり、zは相対変位であり、dz/dtは相対速度である。

感知アルゴリズム２４２は、正確な速度に関する情報を抽出する方法を提供する。先ず、感知推算器４８４に構造パラメーター（即ち、Ｎ、φg、τ及びz）を入力し、その後、式（２）によってＥ₁とＥ₂を計算して速度の絶対値
を取得する。そして、各絶対値がそれぞれ異なる二つの符号を有するとして二つの可能な速度、即ち、
を取得する。そして、共通積分変換を通じて、取得した二つの可能な速度の合計を求めて、二つの計算された変位
と
を得る。式（１）によって、
と
を確認する。そして、
が
より小さいかを確認する。もし小さい場合には
であり、そうではない場合には
である。そのため、感知推算器４８４の即時処理アルゴリズム２４２によって相対速度dz/dtを求める。この方法は即時信号処理を必要とするが、独立した機械部７８は必要としなく、また自己給電／自己感知式ＭＲダンパのサイズを小さくさせる。この方法は、マルチポール式線形電磁発電部に適する。本実施形態に記載されたＭＲダンパシステムだけではなく、他の応用にも適用できる。

制御器４８６は電気部７６の重要部分である。制御器４８６は感知推算器４８４からの速度感知信号を受信する。ある複雑な応用において、制御器４８６は一部外部感知信号も受信できる。制御器４８６に用いられる物理回路はＭＣＵ、ＤＳＰなどを含むことができる。制御器４８６は、容易に取得可能な測定値を使用して一部制御アルゴリズムを実行し、電流駆動器４８８によるＭＲダンパに必要である減衰力を指示できる電圧命令を生成する。制御器４８６からの電圧出力命令は電流駆動器４８８によって受信される。電流駆動器４８８は、制御器４８６からのアナログ電圧形式の入力命令を駆動電流に変換させるように操作される。上記したように、電流駆動器４８８の電源は電圧調整器４８２３から供給される。電流駆動器４８８に用いられる物理回路は、操作可能な増幅器とＭＯＳトランジスタから構成される。電流駆動器４８８の出力電流は、ＭＲ流体を動作させるようにＭＲダンパコイル巻線１０８に用いられる。

図８では、ＭＲダンパ部８４と発電部８６の磁界分布を示している。限定されたユニットについての分析によって、これらの磁界分布を得られる。発電部８６とＭＲダンパ部８４は、それぞれの磁界分布を有すると共に一部分の共通スペースを有するため、発電部８６とＭＲダンパ８４との間の磁束の干渉を低くしなければならない。ある実施形態において、磁界の相互作用のために特定の設計をする。磁束遮蔽層１５４と磁束ガイド層１４０は、発電部８６とＭＲダンパ部８４との間の相互磁界干渉を最小化させるのに用いられる。図８には、発電部８６の磁界１７０とＭＲダンパ部８４の磁界１７２が示されている。図面を参照すると、磁界１７０と１７２との相互磁界干渉が有効に避けられる。

図９Ａは、本願のまた一つの実施形態による、弾性部材に基づいた、溝を備えるマルチポール式発電部１９０を示している。発電機１９０は、特定な励起周波数を使用できる。弾性部材に基づいた、溝を備えるマルチポール式線形発電機１９０と溝を備えるマルチポール式線形発電機８６との異なる点は、弾性部材に基づいた発電機１９０の内部１９０Ａは弾性部材１９４に取り付けられ、弾性部材１９４は溶接又は圧着によって順次にカバー１９６に取り付けられることにある。そのため、内部１９０Ａは更に弾性部材１９４によってカバーと一緒に活動できる。ガイドレール１９２はカバー１９６に連結され、摺動可能に内部１９０Ａに組み立てられて、内部１９０Ａが移動する際に内部１９０Ａが適切な中央に位置することを確保する。弾性部材に基づいた発電機１９０の外部１９０Ｂはカバー１９６にも取り付けられる。特に、振動周波数のために弾性部材１９４の剛性を設計する。カバー１９６が外部励磁の状態で移動する際に、外部励磁は内部１９０Ａと外部１９０Ｂとの間に相対移動を発生させる。溝を備える発電機８６と類似に、「溝を備える」という用語は、隣接する二つのコイル１９７と１９９との間にスペーサ１９８が設けられていることを意味する。

図９Ｂは、本願のまた一つの実施形態による、弾性部材に基づいた、溝を備えないマルチポール式線形発電機２００を示している。発電機２００は、特定な振動周波数を使用できる。弾性部材に基づいた、溝を備えないマルチポール式線形発電機２００と、弾性部材に基づいた、溝を備えるマルチポール式発電部１９０との異なる点は、溝を備えない構造において、二つの隣接するコイル２０４と２０６との間にスペーサ１９８が設けられないことにある。弾性部材に基づいた、溝を備えない発電機２００に対して、コイル２０４と２０６が順次に配列されているが、高透磁性のスペーサによって区画されていない。

弾性部材に基づいた発電機１９０と２００の構造は、速度抽出手段２４０と一緒に動作できない。そのため、自己給電／自己感知型ＭＲダンパは、弾性部材に基づいた発電部１９０又は２００を使用する際に、他の感知方法を必要とする。二つの別途の感知方法を使用でき、且つ独立したされた機械機構、即ち、移動磁石速度感知部と移動スペーサ速度感知部が必要になる。図１０にはこのような二種類の感知方法が示されている。

図１０に示された機械部は、弾性部材に基づいた、溝を備えないマルチポール式発電部２００と、移動スペーサ速度感知部８２と、を備える。説明の便宜を図るために、機械部２２０は、溝を備えないマルチポール式発電部２００と、移動スペーサ速度感知部８２と、を含むようにする。カバーのベース励起は、溝を備えないマルチポール式発電機２００に電力を発生させる。

図１１Ａは図１０の部分拡大図として、移動磁石速度感知部の更なる詳細構造を示している。感知理論は一般的に電磁気理論に基づく。図１１Ａを参照すると、高透磁性外部油圧シリンダ１１８は、ねじ１１５によってカバー１１４に取り付けられるため、ロアーコネクタ２２３Ｂと一緒に移動できる。多層コイル１３０は、外部油圧シリンダ１１８内側のボビン１２８に巻かれている。容易に組み立てるために非磁性板１２６を設置する。

径方向に沿って磁化される環状磁石１３４は、外部油圧シリンダ１１８の上面に固定されている。非磁性スチール板１３２が更に設置されており、非磁性スチール板１３２は、締り嵌めによって外部油圧シリンダ１１８に取り付けられ、環状磁石１３４の位置を決める。磁石１３４の磁性は図１１Ａに示されたのと反対になってもいい。

高透磁性ピストンロッド１２０は、摺動可能に磁石１３４の中央孔を通り、密封機構９８Ｂによって中央に位置することを維持する。ピストンロッド１２０は、非磁性磁束遮蔽部１１０に取り付けられる。特に設計された磁束遮蔽部１１０は、速度感知部８２とＭＲダンパ部２２２の磁界相互干渉を最小化させ、速度感知部８２とＭＲダンパ部２２２との間の統合の問題を解決する。ピストンロッド１２０の他の端には高透磁性ワッシャー１２２が取り付けられている。

ボビン１２８の内壁（直径）とワッシャー１２２の外壁との間の間隙１２９は、速度感知部８２の動作領域を形成する。図１１Ａの点線は、主磁束通路を示している。図面を参照すると、主磁束通路は閉鎖した磁気回路として、そのパスは磁石１３４から、外油圧シリンダ１１８、コイル１３０、ボビン１２８と間隙１２９、ワッシャー１２２、ピストンロッド１２０を介して、磁石１３４に到達する。また、点線は、一つの漏れ磁束通路を更に示しているが、漏れ磁束が感知に対する影響は非常に小さい。主磁束通路のスチール機構の磁気抵抗を無視できれば、この位置の主磁気回路の総磁気抵抗は独立であるが、空隙により制限される。そのため、ピストンロッド１２０と外部油圧シリンダ１１８との間に相対線形運動がされる場合、コイル１３０を通過する磁束は一定に維持される。磁束通路が閉鎖したコイル１３０の巻き回数は、その移動に応じて変化するものである。コイル１３０は均一に巻かれる。そのため、コイル１３０を通過する総漏れ磁束は、移動変位に比例する。ファラデーの法則によると、コイル１３０において発生される電圧は、ピストンロッド１２０と外油圧シリンダ１１８との間の相対速度に比例する。そのため、感知電圧は、コネクタ２２３Ａと２２３Ｂとの間の相対速度に比例する。導線によって、感知電圧を電気部７６に出力する。

具体的に、緩衝ピストンアセンブリ９６と減震シリンダ１０６とが外部励起の状態で相対的に移動すると、コネクタ２２３Ａと２２３Ｂとの間には対応する相対速度が発生される。これは、更に、コイル１３０の通路によって封止されるコイル１３０の巻数がこの移動につれて変化されるように、ピストンロッド１２０と外部シリンダ１１８との間の相対的線形移動を発生させることをもたらす。これにより、コイル１３０において、ピストンロッド１２０と外部シリンダ１２８との間の相対速度に比例する電圧が発生される。ピストンロッド１２０と外部シリンダ１２８が緩衝ピストンアセンブリ９６と減震シリンダ１０６の移動に応じて移動することを説明したが、移動間隔速度感知部は、ピストンロッド１２０が減震シリンダ１０６の移動に応じて移動でき、外部シリンダ１１８が緩衝ピストンアセンブリ９６の移動に応じて移動できるように構成されても良いと理解すべきである。

図１１Ｂは、速度感知部移動磁石構造２１０のまた一つの構造を示している。一般的に、移動磁石の構造２１０の原理は移動スペーサの構造８２と類似する。移動スペーサの構造８２と移動磁石的構造２１０との主な異なる点は、移動磁石の構造２１０において径方向に沿って磁化される環状磁石２１６はピストンロッド２１２と一緒に移動するが、移動スペーサの構造８２においては高透磁性スペース１２２がピストンロッド１２０と一緒に移動することにある。磁石２１６は環状ワッシャー２１４に取り付けられ、環状ワッシャー２１４はねじによってピストンロッド２１２に固定される。点線で主磁気回路を示し、コイル２２０の感知電圧は、ピストンロッドと外部油圧シリンダ２１８との間の相対速度に比例する。

図１２は、ＭＲダンパ部と移動スペーサ速度感知部の磁界の間の異なる点を示している。本願で説明した実施形態における移動スペーサの構造８２と移動磁石の構造２１０を使用する場合、速度感知部とＭＲダンパ部との間の磁界干渉は異なる応用と認識されるべきである。

互換性がある限り、具体的な実施の形態と一緒に説明した構造素子、全体、特徴、機構、構成又は組み合わせ、本明細書で開示された実施形態、実施又は実例は、本明細書で記述されたその他の任意の態様、実施形態、実施又は実例に適用されることと理解するべきである。少なくとも一部分の相互排他的特徴及び／又はステップからなる組合せ以外に、本願で開示された全ての特徴（任意の請求項、要約と図面を含む）及び／又は開示された方法又は工程における全てのステップは、任意に組合せることができる。本願は上記した詳細な実施形態に限定されず、本明細書に開示された構造素子（任意請求項、要約と図面を含む）における任意の新しい機構、又は新しい組合せ、又は開示された任意方法のステップにおける新しいステップ又は新しい組合せを含む。

Claims (42)

1. 減震シリンダと、外部励磁の状態で前記減震シリンダに対して移動できる緩衝ピストンアセンブリとを有するＭＲダンパ部と、
   前記緩衝ピストンと前記減震シリンダアセンブリの相対的移動に応じて電力を発生させる発電部と、
   前記相対的移動を推算し、推算された速度に基づいて緩衝駆動電流を出力する回路と、
   を備え、
   ＭＲダンパ部は、更に、緩衝駆動電流によって減衰力を発生するように構成されている自己給電／自己感知型ＭＲダンパ装置。
2. 前記減震シリンダと前記緩衝ピストンアセンブリの間の環形流孔にはＭＲ流体が設けられている請求項１に記載の装置。
3. 前記緩衝ピストンアセンブリには少なくとも一つのコイル巻線が設けられ、前記コイル巻線は前記緩衝駆動電流を受けて前記ＭＲ流体の磁界を発生することにより、前記減震装置の減衰力に影響する請求項１に記載の装置。
4. 更に、前記緩衝ピストンアセンブリと前記減震シリンダとの相対的移動を感知する感知部を備える請求項１に記載の装置。
5. 更に、前記感知部は、
   前記緩衝ピストンアセンブリの移動によって移動できるピストンロッドと、
   前記減震シリンダの移動によって移動できる外部シリンダと、
   多層コイルと、
   を備え、
   前記緩衝ピストンアセンブリと前記減震シリンダとが外部励起の状態で相対的に移動すると、前記ピストンロッドと前記外部シリンダとの間には対応される相対的移動が発生し、ひいては、前記多層コイルの通路によって封止されるコイルの巻数を変化させることをもたらすことにより、前記コイルにおいて、前記ピストンロッドと前記外部シリンダとの間の相対速度に比例する電圧を発生させる請求項４に記載の装置。
6. 更に、前記感知部は、
   前記外部シリンダに取り付けられる、径方向に沿って磁化される環状磁石と、
   前記多層コイルを受けるための前記外部シリンダに取り付けられるボビンと、
   を備える請求項１に記載の装置。
7. 更に、前記感知部は、
   前記ロッドに同心に取り付けられる高透磁性スペーサと、
   前記ロッドと前記ＭＲダンパ部との間に取り付けられる非磁性磁束遮蔽セグメントと、
   を備える請求項６に記載の装置。
8. 更に、前記感知部は、
   前記高透磁性ロッドに同心に取り付けられる高透磁性ワッシャーと、
   前記高透磁性ワッシャーに同心に取り付けられる、径方向に沿って磁化される環状磁石と、
   を備える請求項６に記載の装置。
9. 前記ＭＲダンパ部は、前記発電部の内側に位置する請求項１に記載の装置。
10. 前記発電部は、前記ＭＲダンパ部と同心に設置されて前記ＭＲダンパ部の外側に位置する請求項２に記載の装置。
11. 前記発電部は、内部アセンブリと外部アセンブリとを備え、前記内部アセンブリと前記外部アセンブリはそれぞれ前記緩衝ピストンアセンブリと前記減震シリンダに連結される請求項１に記載の装置。
12. 前記内部アセンブリは少なくとも一つの磁極片と永久磁石とを含み、
    前記外部アセンブリは少なくとも一つのコイル巻線を含む請求項１に記載の装置。
13. 前記発電部と前記ＭＲダンパ部との間には磁界の相互作用するアセンブリが設けられている請求項１に記載の装置。
14. 更に、回路は、
    発電部から発生させる電力を緩衝ピストンアセンブリと減震シリンダとの相対速度の出力情報に推算する感知推算器を備える請求項１に記載の装置。
15. 更に、回路は、
    前記相対速度の情報に基づいて命令電圧を発生させる制御部と、
    発生された命令電圧を駆動電流に変換させて前記減震シリンダにおいてのＭＲ流体を動作させることにより、前記減衰力を発生させる電流駆動器と、
    を備える請求項１に記載の装置。
16. 更に、回路は、
    前記発電部の発生する電力を取得して、前記感知推算器、前記電流駆動器にエネルギーを供給するエネルギー取得部、
    を備える請求項１５に記載の装置。
17. 更に、前記エネルギー取得部は、
    前記電力をＤＣ電圧に整流する電力調整回路と、
    前記エネルギー蓄積装置を充電させるための前記ＤＣ電圧を受信するエネルギー蓄積装置と、
    前記エネルギー蓄積装置からの前記ＤＣ電圧を、前記感知推算器と前記電流駆動器に適用するようにそれぞれ調整する電圧調整器と、
    を備える請求項１６に記載の装置。
18. 更に、前記回路は、
    前記感知部からの前記多層コイルにおいての出力電圧を受信する感知推算器を備え、
    前記出力電圧は、前記感知部の前記ピストンロッドと前記外部シリンダとの間の相対速度に比例する請求項５に記載の装置。
19. 前記ＭＲダンパ部は中空部を提供し、前記中空部と前記緩衝ピストンアセンブリの位置は、少なくとも一つの動作領域が限定されるように設計される請求項１に記載の装置。
20. 前記ピストンアセンブリは、ＭＲ流体に作用する磁界を発生させるための磁界発生器を少なくとも一つ有する請求項１９に記載の装置。
21. 更に、前記磁界の相互作用するアセンブリは、非磁性磁束遮蔽層と、高透磁性磁束ガイド層とを備える請求項１３に記載の装置。
22. 更に、前記発電部は、少なくとも一組の環状永久磁石と磁極片とを含む内部アセンブリと、溝を備える構造を形成するように少なくとも一組のコイル巻線と高透磁性スペーサと含む外部アセンブリと、を備える請求項１に記載の装置。
23. 前記外部アセンブリは、高透磁性スペーサと、前記コイル巻線の外側に位置する高透磁性殻体とを更に備える請求項２２に記載の装置。
24. 更に、前記発電部は、少なくとも一組の環状永久磁石と磁極片を含む内部アセンブリと、溝がない構造を形成するように少なくとも一組のコイル巻線を含み、そして、前記コイル巻線外側に位置する高透磁性殻体を含む外部アセンブリと、を備える請求項１に記載の装置。
25. 更に、前記発電部は、
    少なくとも一組の環状永久磁石と磁極片を有する内部アセンブリと、
    前記内部アセンブリに連結される非磁性スプリングと、
    溝を備える構造を形成するように少なくとも一組のコイル巻線と高透磁性スペーサとを有し、前記コイル巻線と高透磁性スペーサとの組みの外側に高透磁性殻体が設置される外部アセンブリと、
    を備える請求項１に記載の装置。
26. 更に、前記発電部は、
    少なくとも一組の環状永久磁石と磁極片を有する内部アセンブリと、
    前記内部アセンブリに連結される非磁性スプリングと、
    溝を備えない構造を形成するように少なくとも一組のコイル巻線を有し、前記コイル巻線の外側に位置する高透磁性殻体を有する外部アセンブリと、
    を備える請求項１に記載の装置。
27. 減震シリンダと、外部励磁の状態で前記減震シリンダに対して移動できる緩衝ピストンアセンブリとを有するＭＲダンパ部と、
    前記緩衝ピストンと前記減震シリンダアセンブリとの相対的移動に応じて電力を発生させる発電部と、
    前記緩衝ピストンアセンブリと前記減震シリンダとの相対的移動を感知する感知部と、
    を備える自己給電／自己感知型ＭＲダンパ装置。
28. 前記減震シリンダと前記緩衝ピストンアセンブリとの間の環形流孔にはＭＲ流体が設けられている請求項２７に記載の装置。
29. 前記緩衝ピストンアセンブリには少なくとも一つのコイル巻線が設けられ、前記コイル巻線は前記緩衝駆動電流を受けて前記ＭＲ流体の磁界を発生することにより、前記減震装置の減衰力に影響する請求項２７に記載の装置。
30. 更に、前記感知部は、
    前記緩衝ピストンアセンブリの移動によって移動できるピストンロッドと、
    前記減震シリンダの移動によって移動できる外部シリンダと、
    多層コイルと、
    を備え、
    前記緩衝ピストンアセンブリと前記減震シリンダとが外部励起の状態で相対的に移動すると、前記ピストンロッドと前記外部シリンダとの間には対応される相対的移動が発生し、ひいては、前記多層コイルの通路によって封止されるコイルの巻数を変化させることをもたらすことにより、前記コイルにおいて、前記ピストンロッドと前記外部シリンダとの間の相対速度に比例する電圧を発生させる請求項２７に記載の装置。
31. 更に、前記感知部は、
    前記外部シリンダに取り付けられる、径方向に沿って磁化される環状磁石と、
    前記多層コイルを受けるための前記外部シリンダに取り付けられるボビンと、
    を備える請求項３０に記載の装置。
32. 更に、前記感知部は、
    前記ロッドに同心に取り付けられる高透磁性スペーサと、
    前記ロッドと前記ＭＲダンパ部との間に取り付けられる非磁性磁束遮蔽セグメントと、
    を備える請求項３１に記載の装置。
33. 更に、前記感知部は、
    前記高透磁性ロッドに同心に取り付けられる高透磁性ワッシャーと、
    前記高透磁性ワッシャーに同心に取り付けられる、径方向に沿って磁化される環状磁石と、
    を備える請求項３１に記載の装置。
34. 前記ＭＲダンパ部は、前記発電部の内側に位置する請求項２７に記載の装置。
35. 前記発電部は、前記ＭＲダンパ部と同心に設置されて前記ＭＲダンパ部の外側に位置する請求項２７に記載の装置。
36. 前記発電部は、内部アセンブリと外部アセンブリとを備え、前記内部アセンブリと前記外部アセンブリはそれぞれ前記緩衝ピストンアセンブリと前記減震シリンダに連結される請求項２７に記載の装置。
37. 前記内部アセンブリは少なくとも一つの磁極片と永久磁石とを含み、
    前記外部アセンブリは少なくとも一つのコイル巻線を含む請求項２７に記載の装置。
38. 前記発電部と前記ＭＲダンパ部との間には磁界の相互作用するアセンブリが設けられている請求項２７に記載の装置。
39. 自己給電／自己感知型ＭＲダンパ装置に用いられる回路であって、
    前記自己給電／自己感知型ＭＲダンパ装置は、減震シリンダと、外部励磁の状態で前記減震シリンダに対して移動できる緩衝ピストンアセンブリとを有するＭＲダンパ部と、前記緩衝ピストンと前記減震シリンダアセンブリとの相対的移動に応じて電力を発生させる発電部と、前記緩衝ピストンアセンブリと前記減震シリンダとの相対的移動を感知する感知部と、を備え、
    前記回路は、
    前記感知部によって感知される前記相対的移動の情報を受信するか、あるいは、前記発電部から発生させる前記電力を前記緩衝ピストンアセンブリと前記減震シリンダとの相対速度の出力情報に推算する感知推算器を備える、自己給電／自己感知型ＭＲダンパ装置に用いられる回路。
40. 更に、回路は、
    前記相対速度の情報に基づいて命令電圧を発生させる制御部と、
    発生された命令電圧を駆動電流に変換させて前記減震シリンダにおいてのＭＲ流体を動作させる電流駆動器と、
    を備える請求項３９に記載の回路。
41. 更に、回路は、
    前記発電部の発生する電力を取得して、前記感知推算器、前記電流駆動器にエネルギーを供給するエネルギー取得部、
    を備える請求項３９に記載の回路。
42. 更に、エネルギー取得部は、
    前記電力をＤＣ電圧に整流する電力調整回路と、
    前記エネルギー蓄積装置を充電させるための前記ＤＣ電圧を受信するエネルギー蓄積装置と、
    前記エネルギー蓄積装置からの前記ＤＣ電圧を、前記感知推算器と前記電流駆動器に適用するようにそれぞれ調整する電圧調整器と、
    を備える請求項４１に記載の回路。