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課題・解決手段

本発明は、軸(4)の半径方向振動抵抗する半径方向力を、この軸(4)に加えるように構成かつ制御されている少なくとも1つの電磁式作用装置(7;10;15,16)を有している形式の、回転する軸(4)、特に、内燃機関(1)の駆動軸の半径方向振動を積極的に減少するための機構に関する。

概要

背景

概要

本発明は、軸(4)の半径方向振動抵抗する半径方向力を、この軸(4)に加えるように構成かつ制御されている少なくとも1つの電磁式作用装置(7;10;15,16)を有している形式の、回転する軸(4)、特に、内燃機関(1)の駆動軸の半径方向振動を積極的に減少するための機構に関する。

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請求項1

軸(4)の半径方向振動抵抗する半径方向力を、この軸に加えるように構成かつ制御されている少なくとも1つの電磁式作用装置(7;10,15,16)を有している、回転する軸(4)、特に、内燃機関(1)の駆動軸の半径方向振動を積極的に減少するための機構

請求項2

少なくとも1つの電磁式の作用装置がアクチュエータ(7)であることを特徴とする請求項1記載の機構。

請求項3

少なくとも1つの電磁式の作用装置が電気機械(10;15,16)であることを特徴とする請求項1または2記載の機構。

請求項4

電気機械が、少なくとも部分的に独立する進行磁界を発生する機能的に互いに独立した少なくとも2つの作用セクタ(15;16;23a,b,c,d)を有していることを特徴とする請求項3記載の機構。

請求項5

機能的に独立した作用セクタが、互いに別個の作用セクタ(15;16)であることを特徴とする請求項4記載の機構。

請求項6

機能的に独立した作用セクタ(23a,b,c,d)が、独立した巻線区分によって形成されており、この巻線区分が、磁気導体からなる固定子(19)に一緒に配置されていることを特徴とする請求項4または5記載の機構。

請求項7

電気機械(10;15,16)が、軸(4)に付加的にトルク加えるように設計されていることを特徴とする請求項3から6までのいずれか1記載の機構。

請求項8

電気機械(10;15,16)が、軸(4)の回転非一様性に抵抗するように設計されていることを特徴とする請求項3から7までのいずれか1記載の機構。

請求項9

電気機械(10;15,16)が、駆動する又は制動する作用を達成するために軸(4)をプラス又はマイナス均衡トルクを加えることができるように設計されていることを特徴とする請求項3から8までのいずれか1記載の機構。

請求項10

電気機械(10;15,16)が、内燃機関(1)のためのスターターの機能、電流供給のための発電機の機能、車両ブレーキの機能、車両のための加速援助の機能をさらに有しているように設計されていることを特徴とする請求項3から9までのいずれか1記載の機構。

請求項11

電気機械(10;15,16)が、付加的に駆動機構列における電磁式のクラッチ及び/又は積極的な変速機同期装置として作用するように設計されていることを特徴とする請求項3から10までのいずれか1記載の機構。

請求項12

制動作用又はスリップ作用の際に生じるエネルギーが部分的に貯蔵されて、少なくとも部分的に再使用されることを特徴とする請求項1から11までのいずれか1記載の機構。

請求項13

電気機械(10;15,16)がインバータ(28)によって制御されるようになっており、このインバータが、電磁界を発生するために電気機械に可変振幅周波数、及び位相電流及び電圧を供給することを特徴とする請求項1から12までのいずれか1記載の機構。

0001

回転する軸の半径方向振動を積極的に減少するための機構
並びにこのために適する方法
本発明は、回転する軸の半径方向振動を積極的に減少するための機構に関する

0002

往復ピストン内燃機関においては、往復運動する質量並びに不連続の燃焼
基づいて燃焼室内に多数の種々の振動が生じる。発動機全体の振動の他に、駆動
軸(即ち、クランク軸)は、この駆動軸を収容する発動機ケーシングに対して相
対的に半径方向振動を励起する。クランク軸は半径方向で実際に遊びなしに軸受
けされるために、クランク軸における振動は曲げ振動として形成されている。こ
の場合、振動励起は、クランクピンにおける慣性力半径方向成分によって主に
行なわれる。

0003

曲げ振動でクランク軸に高い応力が現れる。それ故、クランク軸は、強度的に
相応して強く設計されなければならない。このため、特に高級な材料及び不経済
製造法(例えば鍛造)が必要である。さらに、高負荷される発動機(例えばデ
ィーゼルエンジン)は、一般的にそれぞれのクランクスローによって支承されな
ければならない。このことは、大きな静力学的な精確さを必要とする。

0004

特に、少ない気筒数を有する発動機の場合には、クランク軸が一般的に必要な
はずみ車一緒に、内燃機関の運転範囲に入る低い固有振動数振動機構を形成
するので、共振を過剰に上昇させてしまう。これによって、クランク軸の破壊
招くことになる共振過剰上昇が生じてしまう。

0005

共振過剰上昇を排除するために、従来では振動消滅装置及び振動減衰装置が取
り付けられる。振動消滅装置は、振動機構に弾性的に連結された消極的な付加質
量である。付加質量の弾性的な連結は、振動機構の本来の共振周波数シフト
せることになる(正確には、本来の共振周波数を2つの別の共振周波数に分割す
る)。付加質量並びに弾性的な連結部の剛性を適当に設計することによって、多
くの場合は、新しい共振振動数が運転範囲にはもはや位置しない、あるいは少な
くとも運転範囲の特に危険な部分にはもはや位置しないようにすることができる

さらに、強く減衰される弾性的な連結部を選ぶことによって、振動機構から振動
エネルギーを(熱の消失によって)取り去ることができ、かつ場合によっては残
っている共振過剰上昇の大きさを減少することができる(振動減衰)。一般的に
、振動消滅装置/振動減衰装置によって、クランク軸に存在する半径方向振動の
問題点を抑えることができる。

0006

本発明の目的は、軸、特に内燃機関の駆動軸における半径方向振動の問題点を
さらに解決することにある。

0007

このような目的は、軸、特に、内燃機関の駆動軸の半径方向振動を積極的に減
少する機構によって達成される(請求項1)。その機構は、軸の半径方向振動に
抵抗する半径方向力をその軸に与えるように構成かつ制御されている少なくとも
1つの電磁式作用装置を有している。

0008

半径方向振動の励起は、発動機の回転数に対応する周波数又は数倍の周波数を
有する周期的に発生するガスカ及び慣性力に基づいて行なわれる。それと並んで
、例えば逆火によって引き起される半径方向振動の不規則な(場合によっては確
率的な)励起がある。

0009

半径方向振動の積極的な減少は、特に、電磁式の作用装置によって加えられる
力が、曲げ振動運動の瞬間的なそれぞれの方向に(あるいはこれらの少なくとも
1つの成分に)反対に向いているように行なわれる。言い替えれば、軸の半径方
向振動に対して反対の位相で、要するに180°移相されて力が加えられる。

0010

しかし、このような形式で車両の別の部材における一般的な位相で生じる振動
を減少させるために、他の位相関係(例えば、180°の変わりに190°)も
可能である。

0011

その半径方向振動に反対に向いている力が軸に加えられると、軸の不都合な半
径方向振動からエネルギーが取り去られ、つまり、軸は、電磁式の作用装置の制
動する力を受けて作業を行なう。振動振幅が減少する結果、半径方向振動が減衰
される。

0012

減衰の大きさ及び形式は、本発明による電気的な作用装置によって自由に調節
可能である。それ故、この機構は、一層弾性的な、あるいは一層減衰する特性を
有するように運転させることができる。この特性は、運転中に変化することがで
きる。

0013

原則的に、電磁式の作用装置は、隣接する2つのクランク軸軸受の間の、要す
るに内燃機関の内部の振動の腹の範囲に作用させることができる。しかし、一般
的に、内燃機関の外部に配置することが選ばれる。この場合、作用装置は、例え
ば、最後のクランク軸軸受の外部でクランク軸の外方へ突出する軸基部に作用す
る。内燃機関内の軸に半径方向振動が生じる場合に、軸基部も軸の剛性に基づい
て半径方向の振動を引き起こす。このような軸基部の減衰又は消去は、軸の剛性
のために内燃機関の内部における曲げ振動へ対応して作用する。

0014

本発明による機構は以下の利点を有している:

0015

− 特にクランク軸の、半径方向振動の減衰の極めて有効な消去を可能にする

0016

−消去/減衰を、広い周波数帯にわたって行なうことができる;

0017

減衰度及び減衰特性が、広い限度で自由に調整可能である;

0018

− 極めて有効な振動消去/振動減衰に基づいて、僅かな費用/極めて僅かな
コストを有する高負荷されるクランク軸を提供することができる(つまり、高級
でない材料から成り、製造費が僅かである)。

0019

軸の半径方向振動を積極的に減少する機構は、電磁式の作用装置として少なく
とも1つのアクチュエータを有している(請求項2)。アクチュエータはリニア
調整器として構成されており、このリニア調整器は、例えば、その調整部材に固
定された可動の軸受を介して力を半径方向で軸に及ほすことができる。有利には
、(例えば変速機によって)運動の変換なし直接、電気的な制御信号を力が加え
られている下での機械的な直線位置に変換するリニア調整器として構成されてい
る。アクチュエータを、例えば、電磁式の、又は電気力学的なアクチュエータと
して構成することができる。

0020

しかし、特に有利には、電磁式の作用装置は電気機械である(請求項3)。す
なわち、回転する機械(発動機/発電機)、要するに、その相対的に動くことが
てきる作用部材(例えば、回転子及び固定子)が回転一相対運動を実施するよう
な機械が存在している。特に有利には、作用部材の一方(例えば、回転子)は、
回転する軸に直接取り付けられており、それに固定的に結合されている。他方の
作用部材(あるいは、この場合には複数の作用部材)は、一般的には回転不能で
あり、例えばクランクケーシングに固定されている(それ故、固定子と呼ばれる
)。これらの作用部材の間に、電気機械のエアギャップが存在している。要する
に、回転する、及び半径方向で振動する軸へ加えられる力は、(十分に広く設計
された)エアギャップを介して加えられる。

0021

普通の電気機械の場合には、半径方向でのこのような力作用は不都合である。
むしろ、接線方向力(即ち、トルク)のみが生ぜしめられる。これは、普通、軸
対称的な磁界分配によって達成され、この磁界分配において、それぞれの半径方
向力は、対向する個所に発生される同じ大きさの反対向きの力によって相殺され
る。これに対して、本発明の特に有利な構成は、軸対称の磁界分配は有しておら
ず、従って、(相殺されない)半径方向力が積極的な半径方向振動減衰のために
残っている。

0022

電気機械は、固定子によって発生した磁気的な回転磁界が回転子を駆動する回
転磁界機械に類似している。このような機械において、磁界は、完全な360°
にわたって掃引され、かつ全体的に半径方向力相殺されて形成されている。

0023

半径方向力相殺を回避するために、磁界発生は、1つの円セクタ(要するに、
360°以下、例えば90°,120°又は180°)に限定されている。この
ような複数の磁界セクタが可能であり、並びにこれらの磁界セクタは互いに無関
係に制御可能である。ここでは、磁界は完全には回転しないので、(「回転磁界
」の代わりに、「進行磁界」と呼ばれる。

0024

回転子は、例えば、かご形回転子又は定置磁極を有する回転子であることが
でき、非同期機もしくは同期機の機械に類似している。同期機又は磁気抵抗器
これは、例えば、回転子における切欠き部によって同期される非同期機である)
が、特に有利である。なぜならば、これらは、固定子のセクタ状の構成を、実際
単数又は複数のセクタの端面に磁気的な漂遊磁界を発生することなしに可能に
するからである。

0025

電気機械が、機能的に互いに無関係な少なくとも2つの作用セクタ(これらは
ほぼ軸対称に対向していない)を有していると、軸に半径方向力を種々の(平行
でない)方向で加えることことができる。要するに、種々の方向の特別の半径方
向振動に抵抗することができる(請求項4)。半径方向振動減衰のために、以下
の場合が区別される。
i)1つだけの作用セクタで、固定している方向及び変化する大きさの半径方向
力が軸に加えられる。これは、振動方向の減衰を可能にし、一般的に、トルクが
加えられる。
ii)2つ以上の作用セクタの場合には、半径方向力の付加的な自由度、方向、及
び大きさを自由に選ぶことができる。この場合にも、一般的にトルクが軸に加え
られる。

0026

機能的に独立した作用セクタを構成上実現する種々の実施態様が存在する。有
利な実施態様では、セクタが、互いに別個の(特に、磁気的に別個の)セクタで
ある(請求項5)。この場合、機械は、1つの共通の回転子に作用する2つ以上
のセクタ機械に対応する。別の有利な実施態様では、機能的に独立した作用セク
タが独立した巻線区分によって形成され、この巻線区分が、磁気的導体からなる
固定子に一緒に配置されている(請求項6)。このような構成において、電気機
械は、固定子巻線を除いて、例えば、360°の普通の非同期機又は同期機に対
応する。このような構成の利点は、共通の固定子に基づいて漂遊磁界が広がらな
いことである。

0027

以下に、電気機械が単数又は複数の付加機能を行う特に有利な構成を説明する
。前述のように、電気機械は、トルクを軸に加えることができる(請求項7)の
が望ましい。

0028

特に有利には、電気機械は、さらに軸の回転非一様性の積極的な減少に役立る
。これは、電気機械が、例えば回転非一様性に反対の位相で、迅速に変化するト
ルクを軸に加えるからである(請求項8)。回転非一様性も、内燃機関において
は主としてガス力及び慣性力から生じる。

0029

加えられた逆トルクの「迅速な変化」とは、減少される回転非一様性の周波数
範囲における変化を意味している。3000回転数/分の場合に、二次の回転非
一様性に対して加えられたトルクが100Hzの周波数て変化する。

0030

電機機械又は渦電流ブレーキを用いた回転非一様性の積極的な減少は、従来技
術において公知である(例えば、日本国の特許要約,グループ11,28(M−
557)、1987年1月27日及び日本国特許61 200 333号;日本
国の特許要約,グループ4,29(M−002)、1980年3月14日;日本
国特許55 005 454号;ヨーロッパ特許第0 427 568号;ドイ
連邦共和国特許第32 30 607号;ヨーロッパ特許第0 175 95
2号、日本国の特許要約,グループ7,240(M−251)、1983年10
月25日及び日本国特許58 126 434号;ドイツ連邦共和国特許第41

0031

00 937号;ヨーロッパ特許第0 604 979号。公開されていない
特許出願のドイツ連邦共和国第44 23 577号参照)。

0032

しかし、本発明の特に有利な実施形態態様において、同一の電気機械が、半径
方向振動及び回転非一様性の減衰に役立つ。引用されたこのような従来技術は、
半径方向振動減衰及び、回転非一様性減衰と組み合わされた減衰をより少なくす
ることを提案していない。

0033

原則的に、回転非一様性の減衰は、電気機械が制動としてのみの動作(しかも
、プラスの回転非一様性の時に、即ち平均値以上のトルクの時に)又は駆動のみ
の動作(マイナスの回転非一様性の時に、即ち平均値以下のトルクの時に)をす
るように行なうことができる。この場合、電気機械は、継続するブレーキとして
、もしくは継続する発動機として働く。

0034

しかし、特に有効な回転非一様性の減少が、電気機械が迅速に交番する交番ト
ルクを生成する動作、すなわちプラスの回転非一様性の場合には制動、マイナス
の回転非一様性の場合には駆動する動作によって与えらる。

0035

長く持続する駆動する又は制動する作用を達成するために、電気機械は、軸に
プラス又はマイナスの均衡トルクを与えることができる(請求項9)。「均衡ト
ルク」とは、一定であり、あるいは回転非一様性減衰の場合に交番トルクに比べ
てゆっくり変化するトルクを意味する。制動する均衡トルクは、電気機械を、電
流供給のための(たとえば、バッテリー充電又は車内電源系統蓄電のための
)発電機として、及び/又は摩擦なしの車両ブレーキとして使用するために役立
つことができる。駆動する均一トルクは、内燃機関の始動のために、あるいは例
えば車両を加速する際の内燃機関を援助するために役立つことができる(この場
合、電機機械は「ブースター」として作用する)(請求項10)。

0036

第2の付加機能として、電気機械は、駆動機構列における電磁式のクラッチ
して、及び/又は積極的な変速機同期装置として作用する(請求項11)。電気
機械は、従来の摩擦クラッチ又は従来の流体力学変換器の代わりに、又はそれ
に付加的に配置されていることができる。有利な構成では、電気機械は全体的に
回転可能に支承されており、要するに、回転可能な回転子の他に回転可能な固定
子も有している。このような作用部材の一方は(回転子又は固定子)、例えは内
機関から来る駆動軸(例えば、クランク軸)と結合されており、他方は、例え
ば変速機まで通じる被駆動軸と結合されている。回転子と固定子との間で適当な
相対回転数(即ち適当なスリップ)を調節することによって、クラッチ機能が達
成される。例えば、振動するクラッチスリップは、連結された摩擦クラッチに対
応する。半径方向振動及び場合によっては回転非一様性のための減衰作用は、こ
こでも、回転子と固定子との間の迅速に交番する力を、及び場合によってはトル
クを発生することによって達成される。発電機機能を達成するために、僅かに制
動するクラッチ−スリップを調節する。始動するために、被駆動軸を例えば制動
装置によって固定し、この制動装置に対して、始動時に電気機械のトルク支持を
行なう。ASR−制御の枠内で、車輪における駆動スリップは、ブレーキによっ
て減少される代わりに、クラッチスリップの増大によっても減少される。積極的
な変速機同期装置として、電気機械は、変速機歯車同期回転を達成するために
ギアシフト動作の要求に応じて変速機に通じる被駆動軸を制動し、加速する。一
般的に半径方向振動減衰を必要としない始動は別として、このような追加機能
同時に半径方向振動減衰によって実施することもできる。この場合、(特に、電
気機械の形の)電磁式の作用装置の制御は、単数の交番方向で、又は複数の作用
セクタの場合には複数の交番方向で行うことが望ましい(請求項12)。これは
、電磁式の作用装置の巻線に、所望の進行波磁界を発生するために自由に調節可
能な振幅、周波数、及び/又は位相の電流及び電圧を供給する。有利には、イン
バータは脈動インバータとして構成されている。

0037

振動の積極的な減少は、上記のように、電気的な作用装置が振動とは反対向き
の力を軸に加えることに基づいている。これに必要な周波数及び位相は、例えば
、電磁式の作用装置に対応して制御又は調整することによって得ることができる
。制御においては、例えば、方向、周波数、振幅、及び位相のような半径方向振

予期される大きさが、例えば、内燃機関の回転数及びスロットルバルブ位置
ような単数又は複数のパラメータの機能として、特性フィールドに、又は機能的
な関係の形で一時記憶されている。継続測定によって検知された、その都度存在
するパラメータ値に対して、それから予期される振動値を検知し、かつ最終的に
電磁式の作用装置の必要な力作用を検知する。もちろん、必要な力作用がパラ
ータの関数として直接記憶することもできる。調整の場合には、曲げ振動の実際
の瞬間的な速度又は静止位置からの瞬間的な偏位が(例えば、磁界センサによっ
て)検出され、かつこれから、必要な力作用が検知される。これらの混合形も可
能であり、例えば、記憶された情報が確定ではなく、測定結果に基づいて実際に
存在する振動特性適合されるような特性フィールド制御が可能である。

0038

回転非一様性への場合によっては存在する作用は、調整、制御もしくは混合形
によって対応する形式で行なわれ、この場合、測定値は、(例えば、誘導電圧調
整器によって測定される)例えば瞬間的な回転数又は(例えば、トルク−測定波
によって測定される)瞬間的なトルクであることができる。

0039

機構のできるだけ高い全体効率を達成するために、制動する作用の場合に(即
ち、半径方向振動を減衰する場合に、及び場合によっては制動するトルクを加え
る場合に)生じるエネルギーが少なくとも部分的に貯蔵され、かつ再び使用され
る(即ち、必要であれば加速するトルクを加えるために)(請求項11)。

0040

制動エネルギーの貯蔵は、特に電気的なアキュムレータ、例えばキャパシタ
ス、インダクタンス、及び/又は迅速なバッテリーによって行なうことができる
動力学的なエネルギーの形で、例えばはずみ車形アキュムレータに貯蔵するこ
ともできる。

0041

以下に、本発明を実施形態及び添付の概略的な図面を用いて詳しく説明する。

0042

図面中:

0043

図1は、アクチュエータによって半径方向振動を積極的に減少するための機構
の概略的な断面図を示し;

0044

図2は、電気機械によって半径方向振動を積極的に減少するための機構の縮尺
でない一概略的な図を示し;

0045

図3は、電気機械を軸方向に対して垂直に断面した概略的な図を示し;

0046

図4は、電気機械の第2実施形態を軸方向に対して垂直に断面した概略的な図
を示し;

0047

図5は、振動減少の作用形式を概略的な実例図で示す。

0048

図1においては、例えば2気筒オット機関として構成されている内燃機関1
が、クランク軸2及び3つのクランク軸軸受3a,b,cを有している。クラン
ク軸2は、周期的に発生するガス力及び慣性力に基づいて半径方向振動を励起さ
れる。クランク軸2が剛性であるために、曲げ振動は外方へ、クランク軸4の延
長部へ続く。クランク軸4の延長部は、可動の軸受5に軸受けされており、この
軸受にリニア調整器7の調整部材6が固定されている。このようなリニア調整器
は、力を加えることによって電気的な制御信号を機械的な直線位置に変換する。
このことは、軸の半径方向速度に対して反対の位相で、要するに180°移相し
て行なわれる。これによって、軸はエネルギーを奪われる。振動振幅は減少し、
これによって半径方向振動が減衰される。

0049

図2に示す自動車、例えば乗用車の駆動機構は、駆動装置として内燃機関1を
有している。内燃機関1によって発生されたトルクは、駆動機構列8を介して駆
動輪9に伝達される。駆動機構列8において、駆動方向で内燃機関1の後方に、
まず電気機械10が配置されている。この電気機械に、クラッチ11、変速機1
2及び軸駆動装置13が続く。この軸駆動装置はトルクを駆動輪9に伝達する。
内燃機関1のクランク軸2は、ガスカ及び慣性力に基づいて半径方向に振動し、
この半径方向振動は、クランク軸4の延長部を介して外へ続く。

0050

電気機械10は、回転子17に一緒に作用する2つのセクタ機械15,16を
備えている。セクタ機械15,16は、内燃機関1、車両シャシー(図示せず)
、又はクラッチケーシング(図示せず)に相対回転不能に支持されており、それ
に対して、回転子17は内燃機関1のクランク軸4の延長部に直接取り付けられ
ており、かつこれと相対回転不能に連結されている。要するに、クランク軸4と
回転子17とは、変速機を介することなしに一緒に回転する。

0051

電気機械10の作用形式を図3において説明する。クランク軸4の延長部と相
対回転不能に結合された内側の回転子17は磁極を支持しており、この磁極は、
永久磁石によって、又はスリップリングを介して供給される磁気コイルによって
形成されることができる。セクタ機械15,16は、三相電流が供給されたとき
にそれぞれ2つの極を有する進行磁界を形成する三相巻線14を有している。極
毎に3つのスロット18が存在しており、要するに、全部合わせてセクタ機械1
5,16毎に6つのスロット18が存在している。極の瞬間的な位置は、記号
S」(南極)及び「N」(北極)で表わされている。クランク軸4における半径
方向力の惹起は、セクタ機械16の北極N1から回転子17の南極S1に及ぼさ
れる引力F1で明らかにしており、この引力は、半径方向成分FR1と接線方向成
分FT1とに分けることができる。半径方向力FR1によって、その方向での軸の半
径方向振動に直接抵抗することができる。しかも、接線方向力FT1の方向におけ
る半径方向振動に抵抗することができる。例えば、第2のセクタ機械15の南極
S3は、接線方向成分FT2を有する突き離す力を回転子17の南極S2に及ぼす
。力FT1及びFT2によって回転子17に及ぼされる両方のトルクは相殺される;
そのほかは、半径方向力FT3を残している。回転子17に作用する両方の半径方
向力FR1及びFR2は、合計されて合成された半径方向力FR3になる。要するに、
電気機械10は、任意の方向の半径方向力をクランク軸4にもたらすことができ
、これによって任意の方向の半径方向振動に抵抗することができる。

0052

図4は、半径方向振動減衰のための電気機械10の別の実施形態を示している
。この電気機械は、クランク軸4の延長部と相対回転不能に連結された回転子1
7と、磁気を導く材料(この実施形態では鉄)から成る円形状に連続する外部の
固定子19とから成っている。固定子19は、クランク軸4に向かう方向でスロ
ット18を有している。電気機械は、同期機又は非同期機として構成されること
ができる。内部の回転子17は、非同期機の場合には、ほぼ軸方向で延びていて
それぞれ端面側で短絡リング20と結合されている短絡棒を有するかご形回転子
として構成されている。同期機の場合、回転子17は、固定子19に対応する数
の極(ここでは12個の極)を支持しており、これらの極を、永久磁石によって
、又はスリップリングを介して供給される磁気コイルによって構成することもで
きる。図4においては同期機が示されており、同時にそれに存在する回転子極
1が概略的に示されている。回転子17と固定子19との間に、横断面において
リング状のエアギャップ22が存在している。

0053

固定子19は、この固定子の90°セクタ23a,b,c,dにわたってそれ
ぞれ延びている4つの独立した巻線14を支持している。これらの巻線は、三相
電流が供給されるとそれぞれ3つの極を有する4つの進行磁界を形成する。極毎
に3つのスロット18が存在しており、要するに全体としてセクタ毎に9つのス
ロット18が存在している。極の瞬間的な位置は、記号「S」(南極のために)
及び「N」(北極のために)で表わされている。

0054

このため、図4に示す電気機械4は、回転子17に一緒に作用する機能的には
4つのセクタ機械に対応する。4つのセクタ23a,b,c,dの4つの三相巻
線14は、電気的に独立している。このことは、4つの独立するインバータ(こ
こには示されていない)によって切換えることによって達成される。図3におい
てセクタ機械15,16として説明されているようなそれぞれ独立するセクタ2
3a,b,c,dは、半径方向力をクランク軸4に与えることができ、かつその
ようにして半径方向振動に抵抗することができる。

0055

図3において説明するように、セクタ機械は半径方向力(例えばFR1)の他に
トルクを発生する力(例えばFT1)も生成する。それ故、図4に示す電気機械1
0によって、半径方向振動の他にクランク軸4の捩じり振動にも抵抗することが
てき、この捩じり振動は、内燃機関1のガス力及び慣性力によって生成されるも
のてある。図5aは、クランク軸2の回転角bの作用としての内燃機関1のトル
クMvを(実線で)示している。

0056

図5bには、軸角度の関数としてトルクMeが示されており、このトルクは電
気機械10によって発生される。このようなトルクの経過は、機関トルクMvの
経過に極めて類似しており、しかし、方向は逆である。図5aにおいて破線によ
って示されているように、トルク変動Mvは減少し、しかも実際には消滅する。
図5bに示された運転形式において、マイナスのトルク最大値及びプラスのトル
最大値は同じ大きさである。要するに、ブレーキ段階において発生するエネル
ギーは、次の駆動段階において必要なエネルギーとほぼ同じ大きさである。

0057

半径方向振動に抵抗する際、又は制動するトルクを加える際には、機構から機
械的なエネルギーが取り去られ、かつ電気的なエネルギーに変換される。この場
合、電気機械10は、さらに発電機の作用を有しており、電流を、例えば、機構
の運転損失補償するため、車両バッテリー24を充電するため、及び電気的な
アクチュエータを運転するために供給することができる。

0058

電気機械10のトルクMeは、図5cに示すようにプラスの方向でずらすこと
もできる。この場合、電気機械10は、半径方向振動もしくは捩じり振動の減少
の他に、例えば、車両加速時に内燃機関1を援助するために、(駆動する)発動
機として役立つ。

0059

これによって、電気機械10は複数の機能を満たす:電気機械は、一面では、
クランク軸4の半径方向振動及び捩じり振動を減少し、他面では、車両バッテリ
ー24を充電するための発電機として働き、これによって自動車に普通の形式で
存在する発電機に代用されることができる。発電機機能は、さらに車両又は内燃
機関1を制動するために役立つことができる。さらに、電気機械は、例えば、車
両の加速時に内燃機関1を援助するために補助エンジン(「ブースター」)とし
て働くことができる。電気機械は、内燃機関1のためのスターターとしても役立
ち、これによって、自動車に普通の形式で別個に設けられたスターター(「起動
機」)の代用にすることもできる。さらに、電気機械は、回転子17の質量モー
メントに基づいてはずみ車として働き、要するに、自動車に普通存在しているク
ランク軸に取り付けられるはずみ車の代用ともなる。

0060

図2に示すように、固定子19の作用セクタ毎に、もしくはセクタ機械15,
16毎にそれぞれ1つのインバータ28(1つのインバータしか示されていない
)が、高いサイクル周波数(例えば100Hz)で、自由に選ばれる振幅、周波
数、及び位相の電圧パルスを供給する。

0061

インバータ28の中間回路には、キャパシタンス29と、このインバータ28
の中間回路と接続されているアキュムレータ26とが配置されており、これらは
、はずみ車、バッテリー、またはキャパシタンスとして構成されている。アキュ
ムレータ26及びキャパシタンス29は、軸4を制動する際に生じるエネルギー
一時貯蔵し、かつ続いて再び放出する。

0062

制御装置27は、半導体スイッチを相応して制御することによっていつでも、
どの振幅、周波数、及び位相が、発生された交流電力を有するかをインバータ2
8に前以て与える。例えば、適切にプログラミングされるマイクロコンピュータ
ステムによって形成することができる制御装置27は、まず、電気機械10が
一定時刻に発生する半径方向力及びトルクの値及び方向を決定する。制御装置は
、これらを例えば特性フィールド制御を用いて処理することができ、これは、制
御装置が、入力情報として、クランク軸4の角度位置及び半径方向位置、瞬間的
平均回転数、及び、場合によっては、例えばスロットルバルブ位置のような別
運転パラメータを維持し、かつ記憶された特性フィールドから、瞬間的に見込
まれる半径方向振動及び回転非一様性をこの運転パラメータに依存して検知する
からである。別の可能性は、実際に存在する半径方向振動及び回転非一様性を検
知することにある。調整装置と制御装置とを組み合わせることもできる。

0063

半径方向偏位及び半径方向速度を測定するために、2つのセンサ30が使用さ
れる(1つのセンサだけが示されている)。センサ30は、クランク軸4の周り
ヨーク状に形成された、交流が供給される巻線を有するフェライト鉄心を有し
ている。発生された電磁式のフィールド磁束線は、センサ30のフェライト鉄
心の一方の端部において出てきて、クランク軸4におけるエアギャップを通り、
クランク軸4から出てきて、かつセンサ30のフェライト鉄心の他方の端部にお
ける別のエアギャップを通る。クランク軸4が半径方向に振動すると、エアギ
ップの大きさが変化され、ひいてはセンサ30のインダクタンスが変化する。こ
の事から、クランク軸4の一方の半径方向での瞬間的な偏位及び速度を検知する
ことができる。クランク軸4の他方の半径方向での偏位及び速度を検出するため
に、第2のセンサが使用される。さらに、回転非一様性を測定するために、電気
機械10は誘導電圧調整器(所謂レゾルバ)を備えている(ここには示されてい
ない)。誘導電圧調整器は、隣接して配置された2つのプリント配線板から成っ
ており、これらの一方は定置でbあり、かつ他方はクランク軸4と一緒に回転す
る。プリント配線板は、その向かい合う表面に、回転角に依存する変圧器変圧
比を生じるように導体路によって形成された巻線を支持している。誘導電圧調整
器は、トランスポンダ原理により作動する:定置の巻線(定置の基板)は、電流
/電圧によって積極的に駆動され、かつ電磁的なエネルギーを回転可能な巻線(
回転可能な基板)の方へ放射する。回転可能な巻線は、このエネルギーの一部分
を再び反射する。その反射係数は回転角に依存している。反射された部分は、定
置の巻
線に回転角に依存する信号を発生する。この信号の評価は、少なくとも0.5度
の精度を有するクランク軸の瞬間的な回転角を供給する。

0064

瞬間的な半径方向振動及び瞬間的な回転非一様性に対する検知された値から、
電気機械10によって発生された迅速に変化する半径方向力及びトルクの(反対
位相の)値が導出され、場合によっては、この値に、所望の強さのプラス又はマ
ナス付加トルク加算されて重ねられる。内燃機関1を始動するために、目
標トルクが、記憶された値を基礎として決定される。この値は、始動動作中に電
気機械10の回転数又はトルクの時間的な経過を前以て与えており、場合によっ
ては、この大きさの測定及び、この与えられたもの維持を保証するフィードバッ
クされた調整によって補われている。

0065

第2段階では、どの電圧もしくは電流の振幅、周波数、及び位相をインバータ
28によって準備しなければならないかを制御装置27が決定し、これによって
電気機械10が所望の半径方向力及びトルクを加える。

0066

要するに、同一の電気機械10が、クランク軸4の半径方向振動にも、捩じり
振動にも抵抗することができ、この場合、振動減衰は、別の周波数帯にわたって
行なわれることができ、減衰度及び減衰特性は広い限度で自由に調節可能である

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