JP2017505886A - 油圧ダンパー - Google Patents

Abstract

本発明は、ロータ（１）、ステータ（２）及び伝動軸（３）を備える油圧ダンパーを提供する。伝動軸（３）は、ロータ（１）を駆動する。ロータ（１）とステータ（２）とは、作業室（４）を形成する。作業室（４）内には、液体媒質が入っている。ステータ（２）には、出口（２１）、ノズル（２２）、排気通路（２３）、エジェクタ通路（２４）及び入口（２５）が順次に設けられている。出口（２１）、排気通路（２３）及び入口（２５）は、それぞれ作業室（４）と連通されている。エジェクタ通路（２４）は、出口（２１）、排気通路（２３）及び入口（２５）とそれぞれ連通されている。ノズル（２２）は、出口（２１）、排気通路（２３）及びエジェクタ通路（２４）の境界部に配置されている。ノズル（２２）は、出口（２１）の引き出し方向に向けて、排気通路（２３）及びエジェクタ通路（２４）の境界部まで延在している。ノズル（２２）の延在箇所の通路幅は、出口（２１）の通路幅及びエジェクタ通路（２４）の通路幅のそれぞれより小さい。ベルヌーイの定理を用いることによって、本発明に係る油圧ダンパーは、作業室（４）内の液体媒質の流失を効果的に回避することができる。

Description

本発明は、油圧ダンパーに関する。

油圧ダンパー（流体式リターダともいう。）は、力学的エネルギーを液体の熱エネルギーに変換するエネルギー吸収装置であり、特に自動車の補助ブレーキとして用いられる。２つのインペラ（即ち、１つの駆動可能なロータインペラ及び１つの固定されたステータインペラ）が相対的に隣接するように配置されることによって、液体媒質が流れる回路が内部に形成された１つの作業室が形成される。ロータインペラは、液体媒質が軸線を中心として回転するように液体媒質を駆動する。液体媒質は、ロータインペラの羽根方向に沿って運動し、ステータインペラに強い勢いで流れこむ。ステータインペラは、液体媒質に対して逆作用を生成し、液体媒質がステータから流れ出てから引き返してロータインペラに衝突する。これによって、ロータインペラに対する抵抗モーメントが形成され、ロータインペラの回転を妨げることによって、伝動軸に対する減速制動作用が実現される。

油圧ダンパーが動作する際に、作業室内の液体媒質の温度が上昇すると共に、一部の液体媒質が気化して気体媒質に変換する。油圧ダンパーが動作するときの温度が高い場合、特に用いられる液体媒質の蒸気圧が大きいときは、生成した気体媒質を排出する方法を考えなければならない。さもなければ、作業室内の過大な圧力によって、油圧ダンパーが損傷し、ひいては爆発する。

油圧ダンパーが動作する際に、作業室内の液体媒質と気体媒質との間には、明確な分割線がない。そのため、ほとんどの場合、作業室内の液体媒質及び気体媒質は、共存状態である。作業室内の気体媒質を排除したい場合、作業室内の一部の液体媒質も同時に排出されることが避けられず、その結果、作業室内の液体媒質の過剰流失が発生する。

本発明は、油圧ダンパーが動作する際に作業室内の液体媒質が流失する問題を解決することが可能な油圧ダンパーを提供する。

本発明に係る油圧ダンパーは、ロータ、ステータ及び伝動軸を備える。前記伝動軸は、前記ロータを駆動する。前記ロータと前記ステータとは、作業室を形成する。前記作業室内には、液体媒質が入っている。前記ステータには、出口、ノズル、排気通路、エジェクタ通路及び入口が順次に設けられている。前記出口、前記排気通路及び前記入口は、それぞれ前記作業室と連通されている。前記エジェクタ通路は、前記出口、前記排気通路及び前記入口とそれぞれ連通されている。前記ノズルは、前記出口、前記排気通路及び前記エジェクタ通路の境界部に配置されている。前記ノズルは、前記出口の引き出し方向に向けて、前記排気通路及び前記エジェクタ通路の境界部まで延在している。前記ノズルの延在箇所の通路幅は、前記出口の通路幅及び前記エジェクタ通路の通路幅のそれぞれより小さい。

１つの実施形態において、前記出口の引き出し方向と前記作業室内の隣接する液体媒質の速度方向との角度は、９０°より小さく、前記入口の吸引方向と前記作業室内の隣接する液体媒質の速度方向との角度は、９０°より小さい。

１つの実施形態において、前記ステータは、前ステータ及び後ステータを含み、前記作業室は、第１作業室及び第２作業室を含む。前記前ステータは、前記ロータの前側に配置され、前記ロータの前側と協働して前記第１作業室を形成している。前記後ステータは、前記ロータの後側に配置され、前記ロータの後側と協働して前記第２作業室を形成している。

１つの実施形態において、前記排気通路の出口は、外部の大気と連通されている。

１つの実施形態において、前記油圧ダンパーは、前記液体媒質を保存するための保存箱をさらに備えている。前記保存箱は、前記作業室と連通されている。

１つの実施形態において、前記液体媒質は、液体水である。

本発明の有益な効果は、下記の通りである。
本発明に係る油圧ダンパーにおいて、ステータに出口、ノズル、排気通路、エジェクタ通路及び入口が順次に設けられることによって、油圧ダンパーが動作する際に、作業室内の液体媒質が出口から引き出され、ノズルを介してエジェクタ通路に入る。ノズルの延在箇所の通路幅が出口の通路幅及びエジェクタ通路の通路幅のそれぞれより小さいため、液体媒質は、ノズルを通過する際に、高速液体媒質に変わる。ベルヌーイの定理に基づいて、排気通路及びエジェクタ通路の境界部に近い箇所において、高速液体媒質の動圧が増加し、静圧が減少する。従って、高速液体媒質が吸着作用を有し、排気通路が排出した少量の液体媒質を吸着し、エジェクタ通路及び入口を介して作業室に戻る。これによって、作業室内の液体媒質の流失が回避される。

本発明の実施形態に係る油圧ダンパーの構成概略図である。 本発明の実施形態に係るステータの構成概略図である。

以下、具体的な実施形態を介して図面と併せて本発明について詳細に説明する。

本発明に用いられるベルヌーイの定理は、ダニエル・ベルヌーイによって１７２６年に最初に提案されたものである。その内容は、流体である液体又は気体において、速度が小さい場合は、局所静圧が大きく、速度が大きい場合は、局所静圧が小さいことである。

図１に示すように、本実施形態に係る油圧ダンパーは、ロータ１、ステータ２及び伝動軸３を備えている。伝動軸３は、ロータ１を駆動する。ロータ１とステータ２との間には、一定の隙間が設けられている。ロータ１とステータ２とは、作業室４を形成している。作業室４内には、液体媒質が入っている。

ロータ１及びステータ２には、それぞれ羽根が設けられている。当該羽根は、流体力学によって設計されている。作業室４に液体媒質を充填するために、本実施形態に係る油圧ダンパーは、保存箱５をさらに備えている。保存箱５は、作業室４と連通されている。保存箱５内には、大量の液体媒質が保存されている。保存箱５内の液体媒質は、ニーズに応じて管路を介して作業室４内に入る。油圧ダンパーが動作する際に、ロータ１の羽根によって作業室４内の液体媒質が吸引され且つ加速される。加速された液体媒質は、作業室４の半径が大きい側からステータ２に流入する。ステータ２の羽根によって液体媒質の速度が大幅に減速され、ひいては液体媒質が逆方向に流れる。作業室４の半径が小さい側では、ステータ２によって液体媒質が再びロータ１に戻される。このような繰り返しの過程において、ロータ１は、自身の運動エネルギーを液体媒質に伝送し続ける。液体媒質は、ステータ２が方向を急変する際に（ロータ内の方向変更をも含む。）受けた強大な圧力によって運動エネルギーを熱に変換する。これによって、ロータの運動エネルギーが熱として消耗され、ロータ１に対するダンピング作用が実現される。

本実施形態に係る油圧ダンパーにおいて、作業室４内の液体媒質は、液体水である。しかしながら、ほかの実施形態では、作業室４内の液体媒質として、液体水以外の液体物質を採用してもよい。

本実施形態に係る油圧ダンパーが動作する際に、液体水によって、ロータ１の運動エネルギーが熱に変換され、温度が高くなると、液体水が水蒸気になる。当該水蒸気を作業室４内から排出する必要があるが、水蒸気が排出される際、一部の液体水も排出されてしまう。作業室４内の液体水の流失を低減させるために、本実施形態は、主に油圧ダンパーのステータ２に対して改良を行った。図２に示すように、ステータ２には、出口２１、ノズル２２、排気通路２３、エジェクタ通路２４及び入口２５が順次に設けられている。出口２１、排気通路２３及び入口２５は、それぞれ作業室４と連通されている。エジェクタ通路２４は、出口２１、排気通路２３及び入口２５とそれぞれ連通されている。ノズル２２は、出口２１、排気通路２３及びエジェクタ通路２４の境界部に設けられている。ノズル２２は、出口２１の引き出し方向に向けて、排気通路２３及びエジェクタ通路２４の境界部まで延在している。ノズル２２の延在箇所の通路幅は、出口２１の通路幅及びエジェクタ通路２４の通路幅のそれぞれより小さい。

本実施形態に係る油圧ダンパーのステータ２の構成によって、排気通路２３が排出した液体媒質を効果的に回収し、作業室４内の液体媒質の流失を回避することができる。排気通路２３が排出した液体媒質がステータ２によって回収される具体的な方式は、下記の通りである。

油圧ダンパーが動作する際に、作業室４内の液体媒質は、ステータ２の出口２１箇所から引き出され、ノズル２２を介してエジェクタ通路２４に入る。ここで、ノズル２２の延在箇所の通路幅が出口２１の通路幅及びエジェクタ通路２４の通路幅のそれぞれより小さいため、液体媒質は、ノズル２２を通過する際に、高速液体媒質に変わる。ベルヌーイの定理に基づいて、排気通路２３及びエジェクタ通路２４の境界部に近い箇所において、高速液体媒質の圧力が小さく、動圧が増加し、静圧が減少する。従って、高速液体媒質が吸着作用を有し、排気通路が排出した少量の液体媒質を吸着し、エジェクタ通路２４及び入口２５を介して作業室に戻る。これによって、作業室４内の液体媒質の流失が回避される。

本実施形態では、作業室４内の液体媒質が出口２１を介して引き出され、エジェクタ通路２４内の液体媒質が入口２５を介して作業室４内に戻される。そのため、出口２１の引き出し方向と作業室内４の隣接する液体媒質の速度方向との角度は、９０°より小さい。入口２５の吸引方向と作業室４内の隣接する液体媒質の速度方向との角度は、９０°より小さい。具体的には、出口２１は、作業室４内の液体媒質のエネルギーが出来る限り大きくなるように設計されている。入口２５は、液体媒質が作業室４内に戻るのに必要なエネルギーが出来る限り小さくなるように設計されている。本実施形態では、出口２１が複数であり、入口２５も複数である。排気通路２３には、複数の排気口が設けられている。排気通路２３によって、作業室４内の気体が外部に排出される。従って、排気通路２３の出口は、外気と連通されている。

本実施形態に係る油圧ダンパーの作業室４は、前作業室４１及び後作業室４２を含む。具体的には、本実施形態のステータ２は、前ステータ及び後ステータを含む。前ステータは、ロータ１の前側に配置されている。後ステータは、ロータ１の後側に配置されている。前ステータとロータ１の前側とは、前作業室４１を形成している。後ステータとロータ１の後側とは、後作業室４２を形成している。前ステータ及び後ステータを介してロータ１に共同に作用することにより、ダンピングロータ１の効果が向上し、さらに、油圧ダンパーのダンピング効果が向上する。実際のニーズに応じて、ほかの実施形態では、油圧ダンパーに前作業室４１又は後作業室４２のみが設けられてもよい。

上記内容は、具体的な実施形態と併せて本発明について詳細に説明したものであり、本発明の具体的な実施は、これらの説明に限定されない。本発明に係る分野の当業者は、本発明の発想から逸脱しない限り、複数の簡単な演繹又は変更が可能である。

Claims (6)

1. ロータ（１）、ステータ（２）及び伝動軸（３）を備え、
   前記伝動軸（３）は、前記ロータ（１）を駆動し、前記ロータ（１）と前記ステータ（２）とは、作業室（４）を形成し、前記作業室（４）内には、液体媒質が入っており、前記ステータ（２）には、出口（２１）、ノズル（２２）、排気通路（２３）、エジェクタ通路（２４）及び入口（２５）が順次に設けられ、
   前記出口（２１）、前記排気通路（２３）及び前記入口（２５）が、それぞれ前記作業室（４）と連通され、
   前記エジェクタ通路（２４）は、前記出口（２１）、前記排気通路（２３）及び前記入口（２５）とそれぞれ連通され、
   前記ノズル（２２）は、前記出口（２１）、前記排気通路（２３）及び前記エジェクタ通路（２４）の境界部に配置され、
   前記ノズル（２２）は、前記出口（２１）の引き出し方向に向けて、前記排気通路（２３）及び前記エジェクタ通路（２４）の境界部まで延在し、
   前記ノズル（２２）の延在箇所の通路幅は、前記出口（２１）の通路幅及び前記エジェクタ通路（２４）の通路幅のそれぞれより小さいことを特徴とする油圧ダンパー。
2. 前記出口（２１）の引き出し方向と前記作業室（４）内の隣接する前記液体媒質の速度方向との角度は、９０°より小さく、
   前記入口（２５）の吸引方向と前記作業室（４）内の隣接する前記液体媒質の速度方向との角度は、９０°より小さいことを特徴とする請求項１に記載の油圧ダンパー。
3. 前記ステータ（２）は、前ステータ及び後ステータを含み、前記作業室（４）は、前作業室（４１）及び後作業室（４２）を含み、
   前記前ステータは、前記ロータ（１）の前側に配置され、前記ロータ（１）の前側と協働して前記前作業室（４１）を形成し、
   前記後ステータは、前記ロータ（１）の後側に配置され、前記ロータ（１）の後側と協働して前記後作業室（４２）を形成していることを特徴とする請求項２に記載の油圧ダンパー。
4. 前記排気通路（２３）の出口は、外部の大気と連通されていることを特徴とする請求項１に記載の油圧ダンパー。
5. 前記液体媒質を保存するための保存箱（５）をさらに備え、
   前記保存箱（５）は、前記作業室（４）と連通されていることを特徴とする請求項１に記載の油圧ダンパー。
6. 前記液体媒質は、液体水であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の油圧ダンパー。

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