JP2016211738A - 回転式流体調整装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】単純な構造にもかかわらず、小さい圧力降下で、流体流れの良好な調節または調整を可能にする回転式流体調整装置を提供する。【解決手段】吸入開口３および少なくとも１つの排出開口４を備えたハウジング２と、ハウジング２内に回転可能に収容され、かつ流体ダクト６を形成するために中空の形態である弁要素５とを有する回転式流体調整装置１であって、弁要素５を回転させることができる電動駆動要素が設けられ、中空形態の弁要素５の回転により、吸入開口３と、少なくとも１つの排出開口４との間の流体接続を調整または遮断することができる、回転式流体調整装置１に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、回転式流体調整装置、特に、自動車内の流体流れを制御する回転式流体調整装置に関する。
回転式流体調整装置は先行技術から公知である。例えば、（特許文献１）では、前記のタイプの回転式流体調整装置を開示している。この回転式流体調整装置では、開口を有する回転ディスクがハウジング内に回転可能な方法で収容される。流体流れは、開口を通って回転ディスクの平面に垂直に導入される。それにより、ハウジング内で１８０°にわたる流体の方向転換が行われる。これは圧力降下に悪影響を及ぼす。
（特許文献２）では、偏心弁の形態の回転式流体調整装置を開示している。この回転式流体調整装置は、弁座に接触して配置することができる少なくとも１つの旋回可能なディスクを有する。この場合、ディスクは、排出開口を通る流体流れを制御するために、弁座で旋回する。弁の開放時のディスク位置に起因して、圧力降下がそれでもなお非常に大きい。
独国特許出願公開第１０ ２０１１ １２０ ７９８Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１００ ５３ ８５０Ａ１号明細書
本発明の目的は、単純な構造からなり、それにもかかわらず、小さい圧力降下で、流体流れの良好な調節または調整を可能にする回転式流体調整装置を提供することである。この場合、信頼性が高く、それにもかかわらず省エネルギーな中間位置の位置合わせも可能でなければならない。
この目的は、請求項１の特徴によって達成される。
本発明の例示的な実施形態は、吸入開口および少なくとも１つの排出開口を備えたハウジングと、ハウジング内に回転可能に収容され、かつ流体ダクトを形成するために中空の形態である弁要素とを有する回転式流体調整装置であって、弁要素を回転させることができる電動駆動要素が設けられ、中空形態の弁要素の回転により、吸入開口と、少なくとも１つの排出開口との間の流体接続を調整または遮断することができる、回転式流体調整装置に関する。この方法では、流体流れを制御または調整することが可能である。この流体流れは、弁要素を通る流れが最大になったときに、弁要素の構造により、大きな圧力降下を受けない。貫通流と、場合によってはさらに様々な排出開口への配送とを簡単に減らすことも可能である。
上記の場合に、２つ以上の排出開口が設けられて、流体流れを一方および／または他方の排出開口に配送できることが特に有利である。したがって、流体流れが、一方の排出開口または他方の排出開口のいずれかに配送されるか、あるいは場合により両方の排出開口に配送されることさえ可能である。
上記の場合に、電動駆動要素が、特に、電気モータの形態であり、かつ弁要素を回転駆動するために、機構によって弁要素に連結された出力要素を有することも有利である。この方法では、特に効果的な駆動および良好な調整性が得られる。
本発明の１つの態様に従い、機構が、歯付きラック機構または歯車機構であることが有利である。この方法では、駆動要素の出力要素の回転動作を弁要素の回転動作に変換することができる。回転速度の調整も任意選択的に行われる。
ハウジング内での弁要素の位置を固定することができる制動要素が設けられることも有利である。前記制動要素により、弁要素が不動化されることと、それにもかかわらず、高いレベルの電流を必要とする駆動モータへの連続通電を不必要にすることとが可能になる。制動要素により、弁要素が設定位置に固定されるか、または不動にされるため、上記の動作状況において、前記固定作用を用いてモータの動作を停止することができる。
制動要素が磁気粘性制動要素であることも有利である。前記磁気粘性制動要素は、有利には、磁界を有効または無効にすることで制御することができる。磁界が印加されると、磁気粘性媒体は相互結合し、媒体の移動がより困難または不可能になる。したがって、媒体中の要素を不動化することが可能である。磁界が再度無効になると、相互結合が解消され、媒体中の移動が再度可能または容易になる。この場合に、制動要素を使用して、移動を完全に阻止するように、または単に速度が落ちるように移動を制動することができる。
上記の場合に、本発明によれば、磁気粘性媒体を磁気粘性流体とするか、または乾燥した磁気粘性成分を含むある種の粉末とすることも可能である。
磁気粘性制動要素が、チャンバ内に移動可能な方法で収容された要素を有し、チャンバ内には磁気粘性材料が収容され、この磁気粘性材料は、磁化状態では、チャンバ内での移動可能な要素の移動を抑制し、かつ非磁化状態では、移動可能な要素の移動を実質的に抑制しないことも有利である。この方法では、磁界の発生または無効化を通じて、チャンバ内での要素の制動、ひいては不動化を実現することが可能である。このチャンバ内の要素は、例えば、弁要素に連結されて、弁要素をそれぞれの位置に配置することもできる。
上記の場合に、移動可能な要素が、長手方向に移動可能な方法でチャンバ内に収容されたある種のピストンまたはスライダであることが特に有利である。したがって、長手方向の移動または軸方向の移動によって、弁要素の調整を行うことが可能である。
移動可能な要素が、回転移動可能な方法でチャンバ内に収容されたある種の回転ピストンまたは回転スライダであることも好都合である。したがって、回転動作を行う要素を調整および不動化することが可能である。この方法では、同様に回転動作を行うことができる要素によって、弁要素の回転動作を不動化することが可能である。
上記の場合に、非駆動状態において、力が弁要素の端位置の方向に作用して、弁要素が前記端位置に移動するようにするために、機構または弁要素に作用する、ばねなどの力蓄積要素が設けられることが特に有利である。この方法では、安全機能を実現することが可能である。この安全機能は、障害の場合に、または通電を切られた状態において、特定の設定位置を想定することで付与される。そのような状況では、力蓄積要素により、例えば、機構に作用を及ぼすことで弁要素を特定の位置に移動させる。
以下に、本発明が、例示的な実施形態に基づき、および図面を参照して詳細に説明される。
回転式流体調整装置の分解図である。 回転式流体調整装置の第１の例示的な実施形態の概略図を示す。 図２と同様の回転式流体調整装置の別の概略図を示す。 回転式流体調整装置のさらなる例示的な実施形態の概略図を示す。 図４と同様の回転式流体調整装置のさらなる概略図を示す。 図４と同様の回転式流体調整装置のさらなる概略図を示す。
図１は、回転式流体調整装置１の例示的な実施形態を分解図で示している。この場合に、回転式流体調整装置の個々の構成要素は、この構成要素をより明瞭に見ることができるようにするために、互いから分離して示されている。
回転式流体調整装置１は、吸入開口３および少なくとも１つの排出開口４が設けられたハウジング２を有する。例示的な実施形態では、２つの排出開口４が設けられている。この場合に、吸入開口３は、ハウジング２の軸方向の面側に配置されている。２つの排出開口４は、半径方向外側の壁に配置されている。
回転可能に配置される弁要素５は、ハウジング２内に収容される。この弁要素により、吸入開口３を排出開口４の少なくとも１つ、または排出開口４の１つのみに接続するか、あるいは排出開口４のいずれにも接続しない。ハウジング２内の弁要素５の位置に応じて、排出開口４の１つ、または排出開口４の両方が吸入開口３に接続されるか、あるいは排出開口４のいずれも吸入開口３に接続されない。
弁要素５は、中空の形態であり、流体ダクト６を形成している。前記流体ダクト６は、最初に右手側から軸方向に延び、次に湾曲し、弁要素５の半径上の円周壁７で半径方向に開放されている。弁要素５の入り口開口８は、吸入開口３と流体連通する。それに対して、弁要素５の出口開口９は、弁要素５がハウジング２内で回転することで、ハウジング２の排出開口４の少なくとも１つに流体接続することができる。この方法では、吸入開口３と排出開口４の少なくとも１つとの間の目標とする接続を形成することができる。
弁要素５は、吸入開口に接続するために、吸入開口に入り込む取付部を有するように設計されている。前記取付部は、半径方向外側に、ハウジング２内でスライドすることができる円周壁を有する。弁要素５の開口は、半径方向外側で円周壁に設けられ、弁要素の位置に応じて排出開口の少なくとも１つと整列させることができる。
弁要素５とハウジング２のハウジング内壁との半径方向の間に、漏出流れに対してそれぞれの排出開口を封止するように機能する封止要素１０が配置される。弁要素５の出口開口９がハウジング２の排出開口４と整列しない状況では、この方法で流体の流出が防止される。
流体接続器を具現化するために、封止具または接続具１１が外側から排出開口４に挿入される。
弁要素５は、吸入開口３の領域において、Ｏリングなどの封止リング１２によって、ハウジング２に対して封止されるように配置される。
ハウジング２には電動駆動要素１３が設けられている。弁要素５は、この電動駆動要素１３を用いて回転駆動することができる。
中空の形態の弁要素５が回転することで、吸入開口３と少なくとも１つの排出開口４との間の流体接続を調整するか、あるいは遮断することもできる。
電気モータなどの電動駆動要素１３は、固定して回転させることができる出力シャフトなどの出力要素１４を有する。
弁要素５はまた、シャフトを有するか、またはシャフトに連結することができる。電動駆動要素１３の駆動回転動作を弁要素の回転動作に変換するために、弁要素５と出力要素１４との間に機構１５を設けることができる。
図２および図３では、機構１５は、特に、２段の減速構成を有する歯車機構である。しかし、前記機構は、何らかの他の形態、例えば、ウォーム機構の形態、または単一段もしくは複数段の機構であってもよい。この場合に、機構１５は、ハウジング２の吸入開口から離れた側に配置される。
さらに、ハウジング２内での弁要素５の位置を検出するために、弁要素の回転位置を検出するセンサ１６が設けられている。前記センサは、例えば、ホールセンサなどとすることができる。
図４〜６は、図１〜３の例示的な実施形態を変形して、歯付きラック機構２０が設けられたさらなる例示的な実施形態の図を示している。この場合に、歯車２１が、電動駆動要素１３の出力要素１４に連結される。この歯車は、歯付きラック２３の歯２２と噛合している。歯車２４が、やはり弁要素５に連結される。前記歯車は、同様に、歯付きラック２３の歯２２と噛合している。歯付きラック２３の移動により、駆動動作が電動駆動要素１３から弁要素５に伝達される。
さらに、図４および５では、非駆動状態において、力が弁要素５の端位置の方向に作用して、弁要素５が前記端位置に移動するようにするために、機構、あるいは任意選択的に弁要素に作用する、ばねなどの力蓄積要素２５が設けられている。この場合に、力蓄積要素２５は、矢印２６の方向で歯付きラック２３に作用するために、長手方向で歯付きラック２３に作用するばねである。いわゆるフェイルセーフ機能がこの方法で得られる。力蓄積要素２５またはばねは、代替案として、機構の機構要素に作用する何らかの他の形態、例えば、回転ばねまたは巻付きばねなどの形態であってもよい。例えば、ばねは、例えば歯車に作用するように、図１〜３の例示的な実施形態に設けることもできる。ただし、これは図示されていない。
図６は、さらなる例示的な実施形態において、さらに制動要素３０が設けられ、この制動要素３０を用いて、ハウジング２内での弁要素５の位置を固定できることを示している。この場合に、制動要素３０は、チャンバ３１内に移動可能な方法で収容された要素３２を有する磁気粘性制動要素である。チャンバ３１内には磁気粘性材料３３が収容される。この磁気粘性材料３３は、磁化状態では、チャンバ３１内での移動可能な要素３２の移動を抑制し、かつ非磁化状態では、チャンバ３１内での移動可能な要素３２の移動を実質的に抑制しない。
移動可能な要素３２は、ロッド３４に配置されたピストンまたはスライダの形態で形成されている。ピストンは、移動可能な要素として、長手方向に移動可能な方法でチャンバ３１内に収容される。ロッド３４は、チャンバ３１から外に突出し、例えば、歯付きラック２３に連結することができる。
代替案として、移動可能な要素を、回転移動可能な方法でチャンバ内に収容されたある種の回転ピストンまたは回転スライダとして形成することも可能である。この構造は、図１〜３の実施形態の場合に好都合である。
上記の場合に、磁気粘性材料は、乾燥磁気粘性粉末か、または磁性材料を含む流体であることが好ましい。この場合に、磁界を印加することで、成分の相互結合が生じ、これにより材料中でのスライドを抑制する。磁界がなくなると、移動可能な要素は磁気粘性材料中をスライドすることができる。
１ 回転式流体調整装置
２ ハウジング
３ 吸入開口
４ 排出開口
５ 弁要素
６ 流体ダクト
７ 円周壁
８ 入り口開口
９ 出口開口
１０ 封止要素
１１ 接続具
１２ 封止リング
１３ 駆動要素
１４ 出力要素
１５ 機構
１６ センサ
２０ 歯付きラック機構
２１ 歯車
２２ 歯
２３ 歯付きラック
２４ 歯車
２５ 力蓄積要素
２６ 矢印、方向
３０ 制動要素
３１ チャンバ
３２ 要素
３３ 磁気粘性材料
３４ ロッド

Claims (10)

  1. 吸入開口（３）および少なくとも１つの排出開口（４）を備えたハウジング（２）と、前記ハウジング（２）内に回転可能に収容され、かつ流体ダクト（６）を形成するために中空の形態である弁要素（５）とを有する回転式流体調整装置（１）であって、前記弁要素（５）を回転させることができる電動駆動要素（１３）が設けられ、中空形態の前記弁要素（５）の回転により、前記吸入開口（３）と、前記少なくとも１つの排出開口（４）との間の流体接続を調整または遮断することができる、回転式流体調整装置（１）。
  2. ２つ以上の排出開口（４）が設けられて、流体流れを一方および／または他方の排出開口（４）に配送することができることを特徴とする、請求項１に記載の回転式流体調整装置（１）。
  3. 前記電動駆動要素（１３）は、特に、電気モータの形態であり、かつ前記弁要素（５）を回転駆動するために、機構（１５）によって前記弁要素（５）に連結された出力要素（１４）を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の回転式流体調整装置（１）。
  4. 前記機構（１５）は、歯付きラック機構（２０）または歯車機構であることを特徴とする、請求項３に記載の回転式流体調整装置（１）。
  5. 前記ハウジング（２）内での前記弁要素（５）の位置を固定することができる制動要素（３０）が設けられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転式流体調整装置（１）。
  6. 前記制動要素（３０）は、磁気粘性制動要素であることを特徴とする、請求項５に記載の回転式流体調整装置（１）。
  7. 前記磁気粘性制動要素は、チャンバ（３１）内に移動可能な方法で収容された要素（３２）を有し、前記チャンバ（３１）内には磁気粘性材料（３３）が収容され、前記磁気粘性材料（３３）は、磁化状態では、前記チャンバ（３１）内での前記移動可能な要素（３２）の移動を抑制し、かつ非磁化状態では、前記移動可能な要素（３２）の移動を実質的に抑制しないことを特徴とする、請求項６に記載の回転式流体調整装置（１）。
  8. 前記移動可能な要素（３２）は、長手方向に移動可能な方法で前記チャンバ（３１）内に収容されたある種のピストンまたはスライダであることを特徴とする、請求項７に記載の回転式流体調整装置（１）。
  9. 前記移動可能な要素（３２）は、回転移動可能な方法で前記チャンバ（３１）内に収容されたある種の回転ピストンまたは回転スライダであることを特徴とする、請求項７に記載の回転式流体調整装置（１）。
  10. 非駆動状態において、力が前記弁要素（５）の端位置の方向に作用して、前記弁要素が前記端位置に移動するようにするために、前記機構（１５）または前記弁要素（５）に作用する、ばねなどの力蓄積要素（２５）が設けられることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の回転式流体調整装置（１）。
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