JP4270893B2 - 自動車ホイールのバランス調整方法およびその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車ホイールをバランス調整する次のような方法および装置に関する。すなわち、取り付け具の締め付け力によりホイールバランサーの主軸に固定されたホイールを、交流モーターの特定の駆動力により測定回転数まで加速し、測定回転を行った後制動トルクにより制動する、上記の方法および装置である。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の方法および装置の場合、交流モーターが生じた駆動トルクにより、自動車ホイールが測定回転数まで加速される。測定回転数に達すると、減じられた電源電流が測定回転の間にモーターのコイルに供給され、摩擦や空気抵抗によって生じる回転数低下をこの電流が補償するので、希望の測定回転数でアンバランス測定が行われる。測定回転終了後自動車ホイールを制動するが、その際交流モーターから必要な制動トルクの供給を受けることができる。この既知の装置の場合、この交流モーターは単相交流モーターとして形成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
独国特許出願公開第１００００２３５Ａ１号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ホイールバランサーの測定回転数までの回転数アップと、測定回転や制動のために必要なサイクル時間をできるだけ短く抑えて、ホイールバランサーを経済的に活用できるようにするため、駆動モーター特にこの単相交流モーターは、主軸駆動のため十分なトルクを、例えば約２４Ｎｍ規模のトルクを生じるように設計されている。この高いトルクを主軸から自動車ホイールに伝達するためには、駆動側からのそれに対応して高い締め付け力で、この自動車ホイールを主軸に互いに回転しないように固定する必要がある。そうしないと測定回転数に回転数アップするとき、そして／または測定回転を行った後で制動するとき、主軸に対して自動車ホイールが滑る危険がある。しかしながら、正確なアンバランス修正のためには、自動車ホイールが主軸に互いに回転しないように保持され、主軸に対する回転角度位置が維持されている必要がある。デザインリムを持つホイール、特に軽合金ホイールをバランス調整する場合、自動車ホイールを主軸に固定するために必要な高い締め付け力によって、ディスクホイールを損傷する危険がある。モーターサイクルホイールをバランス調整するときは、駆動側からの締め付け力を生じるために必要なクランピングレバーを高い押し付け力でタイヤに押し付ける必要があり、アンバランス測定回転の際にモーターサイクルホイールを回転させる取り付け軸が曲がり、ホイール中心が移動する危険がある。そうなるとモーターサイクルホイールの正確なバランス調整は不可能である。
【０００５】
したがって、本発明の課題は、冒頭に挙げた種類の方法および装置であって、かつ測定配置に煩雑な変更を加えることなく、異なるタイプのホイールに正確なバランス調整を行うことができるものを得ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この課題のうち方法に関しては請求項１に記載の諸特徴により、装置に関しては請求項３の諸特徴により解決する。
【０００７】
本発明は従来のホイールバランサーの動作とは異なり、測定回転数に回転数アップする際、主軸に固定されたホイールのタイプに応じて、駆動モーターが生じるトルクを調節する。ディスクホイールが頑丈な素材、例えばスチール製の自動車ホイールの場合、駆動モーターは高いトルク、例えば約２４Ｎｍを生じて、可能な限り迅速に測定回転数に達することができる。制動する際も高い制動トルクを生じて、測定回転を行った後できる限り短い時間で、自動車ホイールを希望のバランス調整位置に持ってくることができる。軽合金製ディスクホイールを持つ、また特にデザインリムを持つ自動車ホイールの場合、駆動モーターが生じるトルクを５０％、２５％またはさらに大きく削減する。このトルクの削減はモーターサイクルホイールに対しても行う。駆動体のクランピングレバーをタイヤに押し付ける締め付け力を削減して、取り付け軸が曲がるのを避けるためである。アンバランス測定回転の間、モーターサイクルホイールはこの取り付け軸の上を回転する。
【０００８】
１つの有利な方法として、自動車ホイールをバランス調整するとき、バランス調整されるべきホイールタイプに応じて、測定回転数に回転数アップする間のトルクと、測定回転を行った後制動する際の制動トルクとを、次のように調整する。すなわち、主軸と自動車ホイールの間で駆動側からの締め付け力を削減されている場合も、主軸と自動車ホイールの間の回転しない固定が維持される状態で調整する。
【０００９】
駆動トルクと制動トルクを削減することにより、傷つきやすい材料例えば軽合金性ディスクホイールを持つ自動車ホイールや、モーターサイクルホイールを、少ない締め付け力で主軸に互いに回転しないように取り付けることが可能となる。
【００１０】
【実施例】
１つの実施例の図面を用いて、本発明をさらに詳しく説明する。
図１は、ホイールバランサーの測定配置と駆動配置の概要を示すブロック図である。
【００１１】
ここに示す実施例ではホイールバランサーの主軸７を、伝動装置、例えばベルトドライブを介して電動機１により駆動することができる。この電動機は交流モーター、特に単相交流モーターとして形成され、例えばＤＥ１００００２３５Ａ１におけるホイールバランサー用として知られている。このホイールバランサーの主軸７には、公知の方法により自動車ホイール２が取り付けられている。ここに示す実施例はモーターサイクルホイールの場合である。アンバランス測定のため、主軸７と自動車ホイール２は電動機１により駆動されて、測定回転数まで回転数アップされる。測定回転の間、ローターのアンバランスから生じる力を主軸２で測定し、自動車ホイール２のバランス調整レベルを基準にアンバランス修正値に換算する。１つの適切な測定配置は、例えばＤＥ１９８４４９７５Ａ１により知られている。回転数アップの際の電源供給を制御するため、このホイールバランサーは、パルス幅変調装置（ＰＷＭ）５に制御されて直列開閉器Ｓ１と整流子開閉器Ｓ２とを持つ電圧コントローラーを備え、この電圧コントローラーを経由して電動機１の固定子コイル３、４に電流が供給される。好ましくはリレーとして形成された切り換えスイッチＫ１を用いて、電動機１の回転方向を設定する。切り換えスイッチＫ１が図に示したスイッチ位置にある場合は、例えば前進回転方向を示し、自動車ホイール２を測定回転数とする。１つのリアクタンス、特に図では固定子コイル３と直列に接続されているキャパシタンスによって、２つの固定子コイル３、４に、ある１つの位相差、特には９０°の位相差をもって、モーター電流が供給される。このモーター電流は交流電源Ｕｅから供給される。コンデンサーを１つとせず、キャパシタンスを変化させるため２つまたはそれ以上のコンデンサーを用い、これらのコンデンサーを回転数に応じてモーター電流回路に接続し、あるいはこの回路から分離する。これは例えばＤＥ１００００２３５Ａ１に記載されている。ここに示す実施例におけるこのキャパシタンスは、補助的相巻線において、２つの並列に接続可能なトルクコンデンサーＣ１およびＣ２から形成される。この場合、２つのコンデンサーの１つＣ１はつねに補助的相巻線中にあり、もう１つのコンデンサーＣ２はスイッチ（Ｋ２）１６により、希望のトルクに応じて接続あるいは接続解除される。
【００１２】
直列開閉器Ｓ１も整流子開閉器Ｓ２も、逆直列に接続された２つの半導体スイッチからなる。これらの半導体スイッチは、ＩＧＢＴとして形成されるのが好ましい。しかしながら、ＭＯＳＦＥＴも用いることができる。この電力用半導体スイッチは逆並列のダイオードを内蔵するので、極性が負の場合はその時々の半導体スイッチより上流でこのダイオードが電流を導き、いかなる電圧を生じることもあり得ない。これらの半導体スイッチは交流電圧を遮断するか、あるいは電圧コントローラーが動作するとき交流を導かなければならないが、これらの半導体スイッチは１つの極性の電圧だけを遮断するか、あるいは通過させるので、逆直列の２つの半導体スイッチはその時々に、直列開閉器Ｓ１としてもまた整流子開閉器Ｓ２としても用いられる。
【００１３】
切り替えスイッチＫ１が図に示すスイッチ位置にあるとき、直列開閉器Ｓ１から交流電源Ｕｅの交流電圧、例えば配電網電圧が電動機１に転送される。整流子開閉器Ｓ２は、直列開閉器Ｓ１が遮断されている限り（同期整流）、モーターインダクタンスの電流を受け入れるように、パルス幅変調装置（ＰＷＭ）によって制御される。このために、直列開閉器Ｓ１を形成する半導体スイッチの２つのゲート、例えば２つのＩＧＢＴは、整流子開閉器Ｓ２を形成する半導体スイッチの２つのゲートに対するプッシュ−プルの状態で制御される。この場合パルス幅変調装置５から、直列開閉器Ｓ１と整流子開閉器Ｓ２の各ゲートに加えられる制御電圧は、同時にではなく、交番パルスないし逆パルスとして供給されることが保証される。ＰＷＭ信号のデューティレシオによって、固定子コイル３、４に供給されるモーター電流の強さが決定される。ＰＷＭ信号のクロック周波数は、３〜１０ＫＨｚの範囲で変調されるのが好ましい。
【００１４】
測定回転後のローターを特定の位置に、例えばバランス調整回転角度位置で停止させるため、電動機１によって逆トルクを発生させる。このためには切り換えスイッチＫ１を、自動車ホイール２のその時々の回転方向に応じて対応するスイッチ位置に、例えば図の記載では上側のスイッチ位置に入れる。このスイッチ位置では、相巻線のキャパシタンスが固定子コイル４と直列に接続される。このエンジン制動動作のときスイッチＳ２は直列開閉器として、スイッチＳ１は整流子開閉器として働く。回転数アップのときのように、固定子コイル３、４には電圧コントローラーから交流電流が供給される。この場合逆トルクが生じ、これにより自動車ホイール２と主軸７の回転が制動される。この制動動作はパルス幅変調機５に制御されて、自動車ホイール２が希望のバランス調整回転角度位置で停止するように行われる。その他に、エンジン動作中のスイッチＫ１の切り替えを、次のような時点に行うものとすることができる。すなわち、その時点とは、電動機１のトルクによって生じる公知の制動作用の際、ローター２が、その時点の回転数に応じてバランス調整回転角度位置で停止する時点である。
【００１５】
切り換えスイッチＫ１とパルス幅変調装置５を制御するため、制御装置６を設けることができる。この制御装置はサンプリング装置８と接続され、このサンプリング装置によって、主軸７と自動車ホイール２のその時々の回転角度位置、および／または回転数ならびに回転方向をサンプリングする。
【００１６】
モーターサイクルホイールをバランス調整する場合、モーターサイクルホイール自体の軸受け１５を取り付け軸１０に載せる。この取り付け軸１０は主軸７の軸方向の穴に、例えば主軸７とのねじ山噛み合わせによって固定でき、あるいは主軸７と互いに回転しないように連結された駆動体１７に設けることができる。駆動体１７は、ほぼ半径方向に張り出す駆動レバー１１を備え、これにクランピングレバー１２が旋回可能な状態で取り付けられている。このクランピングレバー１２は、駆動レバー１１とクランピングレバー１２の間に働く締め付けバネ１３によって、モーターサイクルホイールのタイヤ１４の円周面に押し付けられている。図はホイールに対して直径方向に作用する駆動体１７を示す。ここに使用する駆動体１７は、片側からモーターサイクルホイールに作用するものとすることもできる。
【００１７】
ハブ直径に適合させるため、取り付け軸１０は比較的細く形成されている。しかしながら、クランピングレバー１２には、締め付けバネ１３によって、十分な締め付け力を加えなければならない。これは、十分な締め付け力によって、クランピングレバー１２をタイヤ１４の表面に押し付け、測定回転に回転数アップするときおよび測定回転後に制動するとき、ホイールが滑るのを防止するためである。従来型のホイールバランサーでは実際にあることであるが、駆動トルクないし制動トルクが高くて、締め付けバネ１３の締め付け力をそれに応じた大きさとする場合、比較的細い取り付け軸１０は曲がって、ホイール中心が主軸７に対して移動する危険がある。その場合正確なアンバランス測定は不可能となる。
【００１８】
表面が傷つきやすいディスクホイールを持つ、例えばデザインリムを持つ自動車ホイールの場合、主軸７に自動車ホイールを心合わせして取り付けるとき、損傷を生じる危険がある。この場合も回転数アップの際に十分に力を加えるため高い締め付け力を用いるときは、ホイール中心の移動が生じることがある。
【００１９】
本発明においては、今議論している問題のホイールタイプの場合、この問題を除去するため、測定回転数に回転数アップする際の電動機から供給されるトルクと、測定回転後に主軸を制動する際に用いられるトルクとを減じて、その自動車ホイールと主軸７を互いに回転しないように固定する締め付け力を軽減できるようにする。回転数アップと制動動作のとき、自動車ホイール２の中心が主軸７に対して移動すると、アンバランス測定にひずみを生じるが、これを防止できるまで上記締め付け力を軽減することができる。
【００２０】
ここに示す実施例の場合、主軸７に取り付けられたその時々のホイールタイプの入力装置９を設けている。このホイールタイプに応じて、駆動システムにおいて、特には必要な供給電流とトルクを生じるために、電動機１に対する供給電源回路を制御する。ここに示す実施例では、ホイールタイプ情報の転送先である制御装置６によって、電圧コントローラー（Ｓ１、Ｓ２）のためパルス幅変調装置５が調整される。さらには、回転数アップのときおよび／または制動動作のときに、制御装置６に制御されるスイッチ１６の開閉によって、トルクコンデンサーＣ１およびＣ２によって調整可能なその時々の補助的相巻線中のキャパシタンスを、追加的にあるいは独立に調整することができる。複数のトルクコンデンサーを設けている場合は、これらコンデンサーの１つまたは複数を分離することができる。これにより、主軸７に存在するホイールタイプに応じて、それに対応するトルクの調整が得られる。図に示す駆動装置によって、自動車ホイール２の測定回転数への回転数アップだけでなく、測定回転後の制動動作も行うのは有利なことである。このためにはすでに説明したように、切り換えスイッチＫ１を対応する位置に入れる。
【００２１】
しかしながら、別個のブレーキ装置を設け、その制動トルクを同様にホイールタイプに応じて調整し、場合によっては削減することも可能である。
【００２２】
測定回転数に回転数アップするとき、または、測定回転の後制動するときのトルクの削減ないし調節は、ＤＥ１００００２３５Ａ１に記載の装置を用いても行うことができる。その際トルク調整を行う制御装置は、ホイールタイプ入力に応じて、回転数アップの際および制動動作の際にそれに対応した作動が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ホイールバランサーの測定配置と駆動配置の概要を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 電動機（単相交流モーター）
２ ローター（自動車ホイール）
３ 固定子コイル
４ 固定子コイル
５ パルス幅変調装置
６ 制御装置
７ 主軸
８ サンプリング装置
９ ホイールタイプ入力装置
１０ 取り付け軸
１１ 駆動レバー
１２ クランピングレバー
１３ 締め付けばね
１４ タイヤ
１５ 軸受け
１６ スイッチ Ｋ２
１７ 駆動体
Ｓ１ 直列開閉器（あるいは整流子開閉器）
Ｓ２ 整流子開閉器（あるいは直列開閉器）
Ｋ１ 切り換えスイッチ（リレー）
Ｃ１ トルクコンデンサー
Ｃ２ トルクコンデンサー

Claims (11)

1. 駆動側の締め付け力によりホイールバランサーの主軸に互いに回転しないように固定されたホイールを、駆動トルクにより測定回転数に加速し、測定回転を行った後制動トルクで制動する自動車ホイールのバランス調整方法において、
   前記締め付けは、前記ホイールバランサー主軸から延在する取り付け軸と前記ホイールの軸受けとの固定、および、前記主軸と共に回転する駆動体による前記ホイールの外周部からの固定であり、
   測定回転数に達するまでは駆動トルクを、測定回転の後は制動トルクを、主軸に互いに回転しないように固定された自動車ホイールのタイプに応じて調整することを特徴とする自動車ホイールのバランス調整方法。
2. 測定回転数に回転数アップのときはトルクを、測定回転を行った後制動するときは制動トルクを、バランス調整されるべきホイールタイプに応じて調整する際、主軸に対する自動車ホイールの中心移動を生じることなく、主軸と自動車ホイールの間の互いに回転しない固定が維持される状態で調整されることを特徴とする請求項１に記載の自動車ホイールのバランス調整方法。
3. 機械フレームに互いに回転できるように取り付けられた主軸（７）と、主軸（７）を駆動する電動機（１）と、電動機（１）のための電力供給回路（Ｓ１、Ｓ２、Ｃ１、Ｃ２、３、４）と、自動車ホイール（２）を主軸（７）に互いに回転しないように固定する第１の固定手段と第２の固定手段を備える自動車ホイールのバランス調整装置において、
   前記第１の固定手段は、主軸（７）から延在する取り付け軸（１０）と自動車ホイールの軸受け（１５）との固定であり、前記第２の固定手段は、主軸（７）と共に回転し駆動側の締め付け力を生じる取り付け装置（１１〜１３）による自動車ホイール）（２）の外周部からの固定であり、
   電力供給回路から供給されるモーター供給電流を、調整手段（５、６、９、１６）によって、主軸（７）と互いに回転しないように固定された自動車ホイール（２）のタイプに応じて調整できることを特徴とする自動車ホイールのバランス調整装置。
4. 交流モーター特に単相交流モーターとして形成された電動機（１）に供給を行う電力供給回路が、パルス幅変調装置（５）に制御される電圧コントローラー（Ｓ１、Ｓ２）を備え、このパルス幅変調装置（５）を、主軸（７）に互いに回転しないよう固定された自動車ホイールのタイプに応じて調整できることを特徴とする請求項３に記載の自動車ホイールのバランス調整装置。
5. 電圧コントローラーが、パルス幅変調装置（５）に制御される直列開閉器（Ｓ１）と整流子開閉器（Ｓ２）とを備えることを特徴とする請求項４に記載の自動車ホイールのバランス調整装置。
6. 直列開閉器（Ｓ１）と整流子開閉器（Ｓ２）とがそれぞれ２つの逆直列に接続された半導体スイッチにより形成されていることを特徴とする請求項５に記載の自動車ホイールのバランス調整装置。
7. 単相交流モーターとして形成された電動機（１）が、２つの固定子コイル（３、４）と、回転方向に応じて２つの固定子コイルの一方と直列に接続されるとともに、位相をずらして電力を供給する少なくとも１つのトルクコンデンサー（Ｃ１、Ｃ２）とを備え、その少なくとも１つのトルクコンデンサー（Ｃ１、Ｃ２）を、主軸（７）に取り付けた自動車ホイール（２）のタイプに応じて、接続または接続解除できることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の自動車ホイールのバランス調整装置。
8. 切り替えスイッチ（Ｋ１）を用いて、上記の少なくとも１つのトルクコンデンサー（Ｃ１、Ｃ２）を、２つの固定子コイル（３、４）の一方と直列に接続できることを特徴とする請求項７に記載の自動車ホイールのバランス調整装置。
9. ２つの固定子コイル（３、４）に位相を９０°ずらして電流が供給されることを特徴とする請求項７または８に記載の自動車ホイールのバランス調整装置。
10. 半導体スイッチがＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴとして形成されていることを特徴とする請求項５または６に記載の自動車ホイールのバランス調整装置。
11. モーターサイクルホイールとして形成された自動車ホイール（２）が、ホイール中心の移動を防止する締め付け力により互いに回転しないように主軸（７）に固定できることと、測定回転数まで回転数アップし、または、制動する際に、電動機（１）が供給するトルクがあっても、モーターサイクルホイールと主軸（７）の間の互いに回転しない連結が維持されていることを特徴とする請求項３〜１０のいずれかに記載の自動車ホイールのバランス調整装置。

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