JP6053935B2 - 燃焼機関によって駆動される機械式流体ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関によって駆動され、液体、圧縮ガス又は負圧を自動車用ユニットに供給する、機械式流体ポンプに関する。

流体ポンプは、潤滑油ポンプ、冷却液ポンプ、負圧ポンプ、圧縮液体を供給するポンプ、又は圧縮ガス、例えば圧縮空気を供給するポンプであってよい。機械式流体ポンプは、電気モータによって駆動されるのではなく、燃焼機関に直接連結されている。結果として、流体ポンプの回転速度は燃焼機関の回転速度に比例しており、このため、たとえ流体供給の必要がなくても、又は負圧を形成するための吸引作用の必要がなくても、流体ポンプは常に回転している。

米国特許第７４２２０９３号明細書において、流体圧式パワーステアリングのために圧縮液体を供給する流体ポンプが記載されている。流体ポンプは磁気粘性クラッチを備えており、これにより、ポンプ能力はパワーステアリングの流体要求及び圧力要求に基づいて制御され得る。

例えば潤滑油ポンプ、冷却液ポンプ、又は空気圧式ブレーキ支援ユニット用の負圧ポンプなどの極めて重要な流体ポンプでは、故障のリスクを容認することができない。クラッチを有している流体ポンプは、可能な限りコンパクトであるべきである。多くの用途において、相対的に高いトルクがクラッチによって伝達される必要がある。

コンパクトな磁気粘性クラッチを有する、燃焼機関によって駆動される機械式流体ポンプを提供することが本発明の目的である。

この目的は、請求項１の特徴を有する、燃焼機関によって駆動される機械式流体ポンプによって解決される。

本発明における流体ポンプは、燃焼機関によって直接駆動される入力軸と、ポンプロータを有する圧送ユニットとを備え、当該圧送ユニットは、液体又はガスであり得る流体を圧送するためのものである。「直接駆動される」という用語は、エンジンの回転要素とポンプの入力軸との間に分離可能なクラッチが存在しないこととして理解される。ポンプの入力軸は、ベルト、歯車を介してエンジンによって、又はエンジンのカムシャフト或いはクランクシャフトと直接連結することによって駆動され得る。

クラッチは、多板クラッチの形態をした磁気粘性クラッチとして実現される。クラッチは、少なくとも２枚の半径方向入力クラッチディスクと、少なくとも２枚の半径方向出力クラッチディスクとを備え、この場合、これらのクラッチディスクの間には、多数の、半径方向のクラッチ液体間隙が形成される。磁気粘性クラッチにおける多板構成は、クラッチのコンパクトな直径を可能にするとともに、クラッチ入力側からクラッチ出力側に高トルクを伝達することを可能にする。

入力クラッチディスクと出力クラッチディスクとの間に軸線方向に配置された半径方向のクラッチ液体間隙は、磁気粘性クラッチ液体によって充填されており、当該磁気粘性クラッチ液体は、磁界が存在するときには相対的に高い粘性を有し、磁界が存在しないときには相対的に低い粘性を有する。磁気粘性液体を含む本文中における液体という用語は、文字通り解釈されるべきではなく、磁界によって活性化されるときに何らかの形で硬化し得る磁気粘性流体の一種として理解されるべきである。磁気粘性クラッチ液体の粘性を増加させるための磁界は、電磁気手段によって生じるものではなく、分離位置と係合位置との間を移動可能な永久磁石要素によって生じるものであり、当該分離位置において、クラッチ液体間隙内を貫通する永久磁石要素の磁界の磁束は小さく、当該係合位置において、クラッチ液体間隙内を貫通する磁界の磁束は大きい。その係合位置において、永久磁石はクラッチ液体間隙に近接して配置されており、分離位置において、永久磁石はクラッチ液体間隙からより遠くに離れて位置する。永久磁石要素は入力クラッチディスクと共に回転するように設けられ、この結果、永久磁石要素は常に入力軸の回転速度で回転する。

永久磁石要素は、係合位置と分離位置との間を、別個の磁石要素アクチュエータによって動かされる。

クラッチ液体間隙及び当該間隙内の磁気粘性クラッチ液体を貫通する磁界は電磁石によって生じるものではないので、ポンプの制御手段及びクラッチ作動のための制御手段が故障した場合でも、磁気粘性クラッチは係合され得る。

一般的に、磁気粘性渦電流クラッチは、エンジン近傍又は非近傍の他の自動車用装置と組み合わされてもよく、又は自動車外側での使用でさえも組み合わされ得る。

好ましくは、永久磁石要素は軸線方向に移動可能に設けられている。好ましくは、永久磁石は円周方向に磁化されている。

永久磁石要素は、好ましくは、受動的なプリテンション要素によって、その係合位置へと予めテンションをかけられている。アクチュエータが故障した場合、プリテンション要素は、永久磁石要素を係合位置に押し込む。このような構成は、完全なるフェイルセーフ機能を有するクラッチ構想を形成する。受動的なプリテンション要素は、例えばばね又は別の永久磁石であり得る。しかしながら、受動的なプリテンション要素は、プリテンション力を提供するために外部エネルギを必要としない。

好ましい実施形態によれば、磁石用チャンバーは、クラッチディスクの半径方向内側に設けられている。永久磁石要素は、磁石用チャンバー内において係合位置と分離位置との間を移動可能に設けられている。クラッチディスクは、磁石用チャンバーの半径方向外側に、且つ磁石用チャンバーに半径方向で隣接して配置されている。好ましくは、クラッチ液体間隙の半径方向平面は、永久磁石要素の係合位置において永久磁石要素と交差する。換言すれば、係合された状態にある永久磁石要素の磁界は、通常、流体液体間隙を半径方向に貫通する。このような構成は、永久磁石要素がその係合位置にあるときに、半径方向の流体液体間隙の一様な貫通を可能にする。

磁石用チャンバーは、永久磁石要素がその係合位置と分離位置との間で移動可能に配置されるチャンバーである。好ましくは、クラッチ液体間隙の平面と交差する、磁石用チャンバー壁の長手方向係合区分は、非強磁性材料から形成されている。結果として、永久磁石要素の磁界は、磁石用チャンバー壁の係合区分において半径方向に遮蔽されず、これにより永久磁石要素の磁界は、関連して何ら弱化することなくクラッチ液体間隙を貫通する。係合区分における磁石用チャンバー壁の半径方向厚さは可能な限り小さくするべきであり、これによって永久磁石要素とクラッチ液体間隙との間の磁気ギャップを最小化している。

好ましい実施形態によれば、磁石用チャンバー壁の長手方向分離区分は強磁性材料から形成されており、これにより、永久磁石要素の分離位置において、クラッチ液体間隙に対して永久磁石要素の磁界を遮蔽している。永久磁石の分離位置において永久磁石の磁気遮蔽が向上すればするほど、永久磁石要素の分離位置において、入力クラッチディスクと出力クラッチディスクとの間で伝達されるトルクは小さくなる。

好ましくは、アクチュエータは負圧アクチュエータとして設けられ得る。負圧アクチュエータは磁化されておらず、磁気粘性クラッチ液体によって充填されたクラッチ液体間隙を貫通する電磁場を生じることがない。

本発明の１つの実施形態は、添付の図面を参照することによって説明される。

磁気粘性式多板クラッチを有する、燃焼機関によって駆動される機械式流体ポンプを、係合状態において縦断面で示す。 図１の流体ポンプを、分離状態において示す。

図１及び図２は、内燃機関１２、及び内燃機関１２によって直接駆動される機械式流体ポンプ１０から成る、典型的な自動車の構成を示す。流体ポンプ１０は、負圧ポンプ１０として設計されてもよいが、潤滑油ポンプ、冷却液ポンプ等として設けられてもよい。内燃機関１２は、負圧ポンプ１０のクラッチ１６の入力軸２０に機械的に直接連結されており、これにより入力軸２０は、常に、内燃機関１２の回転速度に正比例する回転速度で共に回転する。

クラッチ１６は入力軸２０と出力軸２１との間に配置されており、このクラッチ１６は、磁気粘性式多板クラッチ１６として設計されている。クラッチ１６は、図１に示されたような係合されたクラッチ状態において入力軸２０を出力軸２１と接続し、図２に示されたような分離された状態において出力軸２１を入力軸２０から分離する。クラッチ１６の出力軸２１は、ポンプロータ１９を有する負圧圧送ユニット１８に直接連結されている。クラッチ１６は、４枚の半径方向入力クラッチディスク６２と、５枚の半径方向出力クラッチディスク６４とを備える。全てのクラッチディスク６２，６４は、それぞれ１つの半径方向の平面内に位置する。クラッチディスク６２，６４の間には、半径方向のクラッチ液体間隙６６が８個形成されており、これらの間隙６６は、磁気粘性クラッチ液体２８によって充填されている。クラッチ液体間隙６６は密封して閉ざされているので、磁気粘性クラッチ液体２８が消失することはない。

永久磁石要素３２は、クラッチディスク６２，６４の半径方向内側且つ中央に配置されている。永久磁石要素３２は、円筒状の磁石用チャンバー２２内で軸線方向に移動可能に設けられた円筒状の磁石本体３０として設けられている。磁石用チャンバー２２は、円筒状チャンバー壁２５，２７によって提供され且つ形成され、当該チャンバー壁２５，２７は、クラッチディスク６２，６４及びクラッチ液体間隙６６の半径方向平面と交差する係合区分２４と、クラッチディスク６２，６４及びクラッチ液体間隙６６の半径方向平面と交差しない分離区分２６とを形成している。係合区分２４の磁石用チャンバー壁２５は、例えばアルミニウム又はプラスチック等の非強磁性材料から形成されている。分離区分２６の磁石用チャンバー壁２７は強磁性材料から形成されており、これにより図２に示すような永久磁石要素３２の分離位置において、クラッチ液体間隙６６における永久磁石要素３０の磁界を遮蔽している。

係合位置において、永久磁石要素３２は、磁気粘性クラッチ液体２８を含む半径方向のクラッチ液体間隙に近接しており、これにより、永久磁石要素３２によって生じる磁界は、クラッチ液体間隙６６内の磁気粘性クラッチ液体２８を、最大磁束でもって貫通する。

軸線方向に移動可能な永久磁石要素３２は、図１に示されるように、プリテンション要素４４によって係合位置へと予めテンションがかけられている。空気圧式アクチュエータ４２が故障した場合でも、永久磁石要素３２は常に係合位置内に押し込まれているので、この構成はクラッチ１６のフェイルセーフ機能を形成する。

空気圧式アクチュエータ４２の駆動によってクラッチ１６が分離された状態を維持している限り、図２に示されるように、移動可能な永久磁石要素３２は、その分離位置内に引き込まれ且つ当該位置を維持する。永久磁石要素３２の分離位置において、磁界は、クラッチ液体間隙６６に対して離されて遮蔽されており、これによりクラッチ液体間隙６６内における磁束は相対的に小さくなり、この結果、磁気粘性クラッチ液体の粘性は相対的に低くなる。クラッチは分離される。

アクチュエータ４２を駆動停止することによって、クラッチ１６が係合状態に切り換えられるとすぐに、図１に示されるように、移動可能な磁石要素３２は、プリテンション要素４４によって係合位置に押し込まれる。この状態において、クラッチ液体間隙６６を貫通する磁界の磁束は相対的に大きく、これにより磁気粘性クラッチ液体の粘性は相対的に高くなる。この係合状態において、出力軸２１は、入力軸２０と同じ回転速度で回転する。出力軸２１は、圧送ユニット１８のポンプロータ１９を駆動し、これにより圧送ユニット１８は流体を圧送する。

Claims (7)

1. 燃焼機関（１２）によって直接駆動される入力軸（２０）と、
   ポンプロータ（１９）を有する圧送ユニット（１８）と、
   前記入力軸（２０）及び前記ポンプロータ（１９）の間にある磁気粘性式多板クラッチ（１６）であって、該クラッチ（１６）は、少なくとも２枚の半径方向入力クラッチディスク（６２）及び少なくとも２枚の半径方向出力クラッチディスク（６４）を備え、該クラッチディスク（６２，６４）の間には、磁気粘性クラッチ液体（２８）によって充填された、少なくとも２つの半径方向のクラッチ液体間隙（６６）が形成されている、磁気粘性式多板クラッチ（１６）と、
   係合位置と分離位置との間を移動可能な永久磁石要素（３２）であって、前記係合位置において、前記永久磁石要素の磁界は、相対的に大きい磁束でもって前記クラッチ液体間隙（６６）を貫通し、前記分離位置において、前記クラッチ液体間隙（６６）を貫通する前記永久磁石要素の磁界の磁束は、前記係合位置における磁束よりも小さい、移動可能な永久磁石要素（３２）と、
   前記永久磁石要素（３２）を、前記係合位置と前記分離位置との間で移動させるためのアクチュエータ（４２）と、
   を備え、
   前記クラッチディスク（６２，６４）の半径方向内側に磁石用チャンバー（２２）が設けられており、
   前記永久磁石要素（３２）は、前記磁石用チャンバー（２２）内に、前記係合位置と前記分離位置との間を移動可能に設けられていることを特徴とする燃焼機関によって駆動される機械式流体ポンプ（１０）。
2. 前記永久磁石要素（３２）は軸線方向に移動可能に設けられている、請求項１記載の燃焼機関によって駆動される機械式流体ポンプ（１０）。
3. 前記永久磁石要素（３２）は、受動的なプリテンション要素（４４）によって、前記係合位置へと予めテンションをかけられている、請求項１又は２記載の燃焼機関によって駆動される機械式流体ポンプ（１０）。
4. 前記クラッチ液体間隙（６６）の半径方向平面は、前記係合位置において、前記永久磁石要素（３２）と交差している、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃焼機関によって駆動される機械式流体ポンプ（１０）。
5. 前記クラッチ液体間隙（６６）の平面と交差している、前記磁石用チャンバーの壁（２５）の長手方向係合区分（２４）は、非強磁性材料から形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃焼機関によって駆動される機械式流体ポンプ（１０）。
6. 前記磁石用チャンバーの壁（２７）の長手方向分離区分（２６）は強磁性材料から形成されており、これにより、前記永久磁石要素（３２）の分離位置において、前記クラッチ液体間隙（６６）における前記永久磁石要素（３２）の磁界を遮蔽している、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃焼機関によって駆動される機械式流体ポンプ（１０）。
7. 前記アクチュエータは負圧アクチュエータ（４２）である、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃焼機関によって駆動される機械式流体ポンプ（１０）。

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