JP6268170B2 - エネルギー回生を行うフルード振動ダンパー - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に係る、エネルギー回生を行うフルード振動ダンパーに関する。

例えば自動車内で使用される従来の振動ダンパーは、外的刺激に基づく運動エネルギーを、緩衝フルードの絞りを通して排出することを介して熱に変換するという原理に従い動作する。この熱は、その後、振動ダンパーの壁部を介して、場合によって走行風を利用することによって放出される。この構造原理の大きなメリットは、振動ダンパーの簡易性と生産技術上の永年にわたる経験にある。

この構造原理は、しかし、生じるエネルギーが使用されず放出されるというデメリットとも結びついている。この理由から、振動ダンパーの刺激によって生じるエネルギーを利用することが長いこと試みられている。特許文献１は、フルード流が、ジェネレーターと接続されている液圧モーターによって駆動される一つの振動ダンパーを記載する。これによって、生じるエネルギーの刺激は、電流の形で使用可能となっている。

更に、特許文献１は一つの緊急運転機能を開示する。液圧モーターへのフルード配管内の圧力が上昇すると、並列接続された圧力制御弁が開く。

該機能原理は、ピストンロッド速度のより大きな変化が、電気エネルギーの発生と同じくらい影響を及ぼすというデメリットを含む。更に、液圧モーター内の過大なリークの問題に対する解決策は提示されていない。その様なリークの際には、ピストンロッド動作の際に、フルードが両方の作動室の間でほぼ絞りの無い状態でポンピングされる結果、十分な緩衝力が与えられない可能性がある。

国際公開第２００９／０６０ ２９６ Ａ２号明細書

本発明の課題は、先行技術より知られている問題を最小とすることである。

発明に従い、一つの部分課題は、バランス室に追加的に一つの圧力リザーバーが設けられており、この圧力リザーバーがフルードモーターと接続され、そして並列に接続されていることによって解決される。

追加的な圧力リザーバーは、突然の刺激の変化の際に発生する圧力振動を収容し、そしてこれによって、フルードモーターの一様な駆動の為に資する。これによってフルードモーターの機械的な負荷も減少する。

有利な下位の請求項に従い、圧力フルードの圧力リザーバーから作動室内への直接の流出は、少なくとも一つの逆止弁により遮断される。これによって、圧力リザーバーが空とならず、そして例えば一つの追加的なばね力に応じて車両構造を持ち上げるというメリットが得られる。

更に、追加的な圧力リザーバー内の静的圧力が、バランス室の最大の利用の際の作動圧力よりも高いことが意図されている。この措置によって、追加的な圧力リザーバーが、振動ダンパーへの全ての刺激に対するバランス室として使用されるべきでなく、単に圧力ピークを補償すべきということが達成される。

一つの実施形においては、フルードモーターへの流入方向毎に、一つの独立した追加的な圧力リザーバーが接続されていることが意図されている。これによって、追加的な圧力リザーバーを、互いに独立的に必要性に合わせるという可能性が生じる。

振動ダンパーの省スペース的な構造に関して、ディスプレーサはピストン−ピストンロッド構造群により形成される。その際、追加的な圧力リザーバーは、この構造群の内部に配置されている。

その際、ピストンロッドが管形状に形成されており、そして、追加的な圧力リザーバーがピストンロッドの内部に配置されていることが意図され得る。このバリエーションは、極めて大きな圧力リザーバー容量を可能とする。

代替として、圧力リザーバーは、ピストンの内部にも配置され得る。このバリエーションは、フルードモーターの接続部の為の構造を形成するのに特に有利である。というのは、中空のピストンロッドによって配管等が敷設されることが可能だからである。

第二の部分課題は、フルードモーターに緊急運転検出弁が前接続されており、この緊急運転検出弁が、緊急運転が生じた際にフルード流を緩衝弁へと供給することにより解決される。緩衝弁は、バルブディスクを有する従来式のバルブとして形成されていることが可能であるので、車両にあった緩衝力曲線が与えられる。

よって、緊急運転検出弁は、フルードモーターへの入口圧に比例している制御圧によって操作される。

更に、緊急運転検出弁は、フルードモーターからの出口圧に比例している制御圧によって操作される。例えば過剰なリークが存在すると、緊急運転検出弁は、フルード流を緩衝弁の方向に切り替える。

両方の制御圧の圧力比較によって、フルードモーターにおいて、またはフルードモーター内において発生する全ての圧力ばらつきが、検出されることが可能である。

以下の図面の記載に基づいて、本発明をより詳細に説明する。

追加的な圧力リザーバーを有する振動ダンパー。 作動方向毎の、追加的な圧力リザーバーを有する振動ダンパー。 緊急運転検出弁を有する振動ダンパー。

図１は、振動ダンパー１の原理図を示す。該振動ダンパー１は、一つのシリンダー３を有する。このシリンダー３内で、ディスプレーサ（独語：Ｖｅｒｄｒａｅｎｇｅｒ）が軸方向の運転動作を実施する。本発明は、しかし、この構造に限定されない。ディスプレーサとして、ピストン−ピストンロッド構造群が使用される。その際、ピストン５は、ピストンロッド７と固定的に接続されている。ピストンは、シリンダーを、ピストンロッド側とピストンロッドと反対側の作動室９；１１に区分する。その際、両方の作動室９；１１は、圧力フルード、例えば液圧オイルで完全に満たされている。ピストンシール１３はピストン５の横で流れるのを防止する。ピストンロッド７によって排除される容積は、バランス室１５によって収容される。この構造に応じて場合によっては圧力予負荷を作動室９；１１に及ぼす。この実施例においては、分離ピストンがバランス室１５をピストンロッド側の作動室１１から分離している。しかしその際、他の構造９；１１も可能である。

図１は、一つの実施形を示す。ピストン５がフルードネットワーク１７を有する。このフルードネットワーク内には、複数の逆止弁が、フルードモーター２７に向かう圧力フルード流の同じ方向を提供している。フルードネットワーク１７は、平行に接続された二つの主配管を介して両方の作動室９；１１を接続している。両方の主配管は、供給部分３１；３３と排出部分３５；３７を有している。供給部分３１；３３内には、フルードモーター２７に対する開放機能を有する逆止弁１９；２１が設けられている。排出部分３５；３７は、作動室９；１１の方向の開放機能を有する逆止弁２３；２５を有している。両方の主配管の間の接続配管３９内には、フルードモーター２７が組み込まれている。

両方の作動室９；１１の間の並列接続部内には圧力制限弁４３が設けられている。この圧力制限弁は、定められたある圧力レベルの上で開き、そしてこれによって振動ダンパー１の過負荷を防止する。

バランス室１５に追加的に、圧力リザーバー４５が設けられている。この圧力リザーバーは、一方で接続配管３９を介してフルードモーター２７と接続されており、そしてフルードモーター２７に対して機能的に並列に接続されている。フルードモーター２７の入口側の圧力は、圧力リザーバー４５内の圧力に比例している。逆止弁１９；２１とフルードモーター２７によって、圧力リザーバー４５から圧力フルードが作動室９；１１の一方へと直接流出することが防止される。その結果、圧力リザーバー４５はピストンロッド７に移動力を及ぼさない。例示的に、圧力リザーバー４５はピストン−ピストンロッド構造群の中に配置されている。構造空間の状況と圧力リザーバー４５の寸法取りに応じて、ピストンロッド７は管形状に形成され、そしてこれによって圧力リザーバー４５をピストンロッド７内に配置することができる。しかしまた、圧力リザーバー４５を直接ピストン５内に配置することも可能である。

追加的な圧力リザーバー４５内の圧力レベルは、バランス室１５内の圧力レベルに合わせられている。よって圧力リザーバー４５内の静的圧力は、静止したピストンロッドにおいてと、バランス室１５の最大利用、つまり最大圧縮の際に発生し、この条件において生じるバランス室１５内の作動圧よりも高い。

振動ダンパー１の外的刺激に基づくピストンロッド側の作動室９の圧縮の際には、圧力フルードは開かれた逆止弁１９を介して供給部分３１内へと排除される。同時に供給部分３３内の逆止弁２１が閉じられるので、両方の作動室９；１１の間の直接接続はブロックされる。圧力フルードは供給部分３３からフルードモーター２７およびリザーバー４５へと流れる。刺激が、このように大きな容積流へと通じるので、フルードモーター２７のインテーク能力の限界が越えられ、そして過剰の容積がリザーバー４５内へと流れる。ピストンロッド動作が遅くなることに基づいて容積流が下がると、圧力リザーバー４５内の圧力レベルは再び下がる。これは、圧力フルードが圧力リザーバー４５からフルードモーター２７へと供給され、そして排出部分３７を介してピストンロッドと反対側の作動室１１内へと流れ込むことによる。

圧力リザーバー４５の最大のリザーバー容積に達し、しかしフルードネットワーク１７内に臨界圧力が未だ残留していると、並列に接続された圧力制限弁４３が開き、そして並列接続部４１をリリースする。圧力リザーバー４５によって圧力ピークが、フルードネットワーク内で滑らかにされ、そしてこれによってフルードモーター１７のより均一な運転が達成される。

図２は、図１に対する一つのバリエーションを示す。このバリエーションにおいては、ピストン５の流入方向毎に、またはピストンロッド７の動作方向毎に、ジェネレーター２９ａ；２９ｂと独立した圧力リザーバー４５ａ；４５ｂが接続されている。この場合、二つの完全に独立したフルードネットワーク１７ａ；１７ｂが存在している。これらは、追加的に一つの独立した圧力制限弁４３ａ，４３ｂを有している。この為、フルードネットワーク１７ａ；１７ｂごとに各一つのみの逆止弁２３，２５が必要とされる。この構造のメリットは、ピストンロッド５の動作方向に依存するフルードモーター２７ａ；２７ｂの機能が達成され、これによって電気的なエネルギーの発生が達成される点にある。

図３は図１のバリエーションに基づく一つの実施形を示す。フルードネットワーク１７内には、２／３方向弁の構造の緊急運転検出弁４７が組み込まれている。緊急運転検出弁４７は、フルードモーターの前に接続されており、そして緊急運転の際にフルード流を緩衝弁４９；５１へと供給する。緩衝弁４９；５１として、一般的に公知の絞り開口部が少なくとも一つのバルブディスクと関連して使用される。この構造は、緊急運転状態においても良好な緩衝特性を可能とする。

緊急運転検出弁４７は、第一の制御配管５３を介して、フルードモーター２７へのフルード圧Ｐ１に比例する制御圧力でもって駆動される。フルードモーター２７における入口側の圧力ｐ１は、正常なフルードモーターにおいて常にフルードモーターの出口圧ｐ２よりも大きい。第二の制御圧は、出口圧―２に比例しており、そして緊急運転検出弁４７における第二の制御配管５５を介して第一の制御圧に反作用する。図３に表されているように、調整ばね５７が、緊急運転検出弁４７の通常運転位置１を安定化させる。

ピストンロッド側の作動室９の方向のピストン動作の際、圧力フルードは開かれた逆止弁１９および供給部分３１を通ってフルードモーター２７に供給される。入口圧ｐ１は、よってフルードモーター２７におよび、追加的な圧力リザーバー４５におよび、そして第一の制御配管５３を介して緊急運転検出弁４７におよんでいる。フルードモーターと追加的な圧力リザーバーが意図したとおり機能するとき、緊急運転検出弁４７は前記通常運転位置１に着く。供給部分３１；３３から出発して緊急運転検出弁４７の入口接続部へ至るバイパス配管５９は、出口接続部から切り離されている。これによって排除される全ての圧力フルードがフルードモーター２７によって、場合によっては追加的な圧力リザーバー４５内へと流れる。よって振動ダンパーは、運動エネルギーをジェネレーター２９と組合せたフルードモーター２７を介して電気的なエネルギーへと変換する。

例えばフルードモーター２７がブロックされたというような場合が発生すると、入口側の圧力ｐ１は所定のレベルを越えて出口側の圧力ｐ２へと上昇する。差圧ｐ１マイナスｐ２は、少なくとも比例的に、緊急運転検出弁４７に作用する。緊急運転検出弁４７は、その後スイッチ位置２を取り、そして緊急運転検出弁４７から出発して緩衝弁４９に至る第一の流出配管６１をリリースする。別の逆止弁６３が開き、これによって両方の作動室９；１１の間の流れ接続が作り上げられる。緊急運転検出弁４７のこのスイッチ位置において、振動ダンパー１は従来のフルード式の振動ダンパーのように機能する。

フルードモーター２７内部におけるリーク状況のような場合に、フルードモーター２７内での圧力降下は通常運転におけるよりも明らかに少ない。その結果、出口側の圧力ｐ２は通常運転におけるよりも比較的大きい。リークに起因して圧力フルードがフルードモーター２７から流出するのを防止するために、フルードモーター２７の出口側と両方の排出部分３５；３７の間には、同様に差圧ｐ１マイナスｐ２に駆動されて、配置されている。より小さな圧力差ｐ１マイナスｐ２は、緊急運転検出弁４７をスイッチ位置３へと動かす。遮断弁６５は、小さな差圧ｐ１マイナスｐ２の結果、遮断位置を取る。逆止弁２５を介しての流出はこれによって防止される。圧力フルードは、同様に緩衝弁４９を通って流れる。

同様の機能は、ピストンロッドと反対の作動室１１の圧縮によって達成される。補足的に、緊急運転検出弁４７に対して出口側の第二の流出配管６７が、第二の緩衝弁５１へと案内されることが述べられる。振動ダンパーのこの作動動作が、圧力フルードを逆止弁２１を介してフルードネットワーク１７内へと流入させ、そして、入口側でフルードモーター２７におよぶ。フルードモーターが意図した通り作動し、そして差圧ｐ１マイナスｐ２が所定の値であるとき、緊急運転検出弁４７と遮断弁６５は、表されたスイッチ位置を取る。フルードモーター２７が、フルード式または機械式にブロックした際には、入口圧ｐ１は、フルードモーター１７における出口圧ｐ２よりもはるかに大きい。その結果、緊急運転検出弁４７は、スイッチ位置２へと移行する。遮断弁６５は、その開かれたスイッチ位置を維持する。全ての圧力フルードは、バイパス配管５９を介して緊急運転検出弁４７および第二の流出配管６７を介して第二の緩衝弁５１へと流れる。

フルードモーター１７内でのリークの場合、緊急運転検出弁４７は、スイッチ位置３へ移行し、そして遮断弁６５は遮断位置へ移行する。その後、同様に、全ての圧力フルードが緊急運転検出弁４７を通り、そして第二の流出配管６７を介して更に第二の緩衝弁５１を通り逆止弁６９を介してピストンロッド側の作動室９へと流れる。

１ 振動ダンパー
３ シリンダー
５ ピストン
７ ピストンロッド
９ ピストンロッド側の作動室
１１ ピストンロッドと反対側の作動室
１３ ピストンシール
１５ バランス室
１７ フルードネットワーク
１９ 逆止弁
２１ 逆止弁
２３ 逆止弁
２５ 逆止弁
２７ フルードモーター
２９ ジェネレーター
３１ 供給部分
３３ 供給部分
３５ 排出部分
３７ 排出部分
３９ 接続配管
４１ 並列接続部
４３ 圧力制限弁
４５ 追加的な圧力リザーバー
４７ 緊急運転検出弁
４９ 緩衝弁
５１ 緩衝弁
５３ 第一の制御配管
５５ 第二の制御配管
５７ 調整ばね
５９ バイパス配管
６１ 第一の流出配管
６３ 逆止弁
６５ 遮断弁
６７ 第二の流出配管
６９ 逆止弁

Claims (8)

1. エネルギー回生を行う振動ダンパー（１）であって、一つのシリンダー（３）を有し、該シリンダー内で一つの作動室（９；１１）内の一つのディスプレーサ（５；７）が制限された運転動作を実施し、これによって圧力フルードがフルードモーター（２７）に供給され、このフルードモーターが、ジェネレーターを駆動し、その際、バランス室（１５）が圧力フルードの容積変化を相殺する振動ダンパーにおいて、バランス室（１５）に追加的に、一つの圧力リザーバー（４５）が設けられており、この圧力リザーバーがフルードモーター（２７）と接続されており、および並列に接続されており、フルードモーター（２７）に緊急運転検出弁（４７）が前方接続されていること、緊急運転が生じた際に、フルード流を緩衝弁（４９；５１）に供給することを特徴とする振動ダンパー。
2. 圧力フルードの圧力リザーバー（４５）から作動室（９；１１）内への直接の流出が、少なくとも一つの逆止弁（１９−２１）によって遮断させていることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー回生を行う振動ダンパー。
3. 追加的な圧力リザーバー（４５）内の静的圧力が、バランス室（１５）の最大限の利用の際の作動圧力よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー回生を行う振動ダンパー。
4. フルードモーター（２７）の流入方向ごとに、一つの独立した追加的圧力リザーバー（４５ａ；４５ｂ）が接続されていることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー回生を行う振動ダンパー。
5. ディスプレーサ（５；７）がピストン−ピストンロッド構造群から形成されており、その際、追加的な圧力リザーバー（４５）が、この構造群の内部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の振動ダンパー。
6. ピストンロッドが管形状に形成されており、および追加的な圧力リザーバー（４５）がピストンロッド（７）の内部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー回生を行う振動ダンパー。
7. 緊急運転検出弁４７が、フルードモーター（２７）への入口圧ｐ１に比例している制御圧によって操作されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のエネルギー回生を行う振動ダンパー。
8. 緊急運転検出弁（４７）が、フルードモーター（２７）からの出口圧ｐ２に比例している制御圧によって操作されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のエネルギー回生を行う振動ダンパー。

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