ES2265573T3 - Amortiguador electromagnetico. - Google Patents

Abstract

Amortiguador electromagnético compuesto de: una unidad de amortiguador (1), que realiza un movimiento telescópico en respuesta a un estímulo procedente del exterior; un mecanismo de tornillo de bolas (15) situado en la unidad de amortiguador (1) que convierte el movimiento telescópico en movimiento giratorio y que está compuesto por una tuerca de bolas (16) y un eje roscado (17); un motor (10) situado en la unidad de amortiguador (1) que genera resistencia electromagnética que se opone a la rotación que entra en el eje giratorio (11) del motor, caracterizado por una sección de transmisión de energía (13) que posee un elemento elástico que transmite el movimiento giratorio del mecanismo de tornillo de bolas (15) al eje giratorio (11) del motor (10) y que inicia una fase de transmisión del movimiento giratorio cuando cambia el par motor de giro del movimiento giratorio.

Description

Amortiguador electromagnético.

Campo técnico

El presente invento se refiere a un amortiguador electromagnético que transforma el movimiento telescópico de una unidad de amortiguador en movimiento giratorio de un motor a través de un mecanismo de tornillo de bolas y amortigua la vibración mediante la resistencia electromagnética generada por el motor.

Antecedentes

Es bien conocido el uso de una unidad de suspensión en la que se incluye un amortiguador hidráulico, en paralelo con un muelle de suspensión, entre la carrocería y el eje del vehículo.

Además, la publicación abierta sobre patentes japonesas n.º 5-44758A expone una unidad de suspensión en la que se incorporan bobinas magnéticas en un amortiguador hidráulico. En dicha unidad de suspensión, las bobinas están conectadas a un cilindro del amortiguador hidráulico y los imanes están dispuestos sobre la biela del pistón respectivamente. Cuando se aplica una corriente eléctrica, se genera fuerza motriz (fuerza electromagnética) a lo largo de la dirección de la carrera de la biela del pistón para controlar la cantidad de movimiento telescópico de la unidad de suspensión de acuerdo con el estado de movimiento del vehículo.

Sin embargo, en una unidad de suspensión de estas características en la que se incorporan bobinas magnéticas en el amortiguador hidráulico, es preciso contar con presión hidráulica, con un generador y similares, de modo que es un sistema complicado en cuanto a estructura y desventajoso en lo relativo a los costes.

Por otro lado, se está estudiando un amortiguador electromagnético nuevo que no necesite presión hidráulica, presión de aire, generador ni similares. Dicho amortiguador electromagnético está compuesto, básicamente, tal y como se muestra en el modelo de ejemplo de la figura 6.

En este amortiguador electromagnético, el movimiento telescópico del amortiguador se convierte en movimiento giratorio a través de un mecanismo de tornillo de bolas y el motor opera gracias al movimiento giratorio; asimismo, el movimiento telescópico del amortiguador queda amortiguado por la resistencia generada por el motor en forma de fuerza electromagnética.

El motor 50 se asienta en una estructura de apoyo 30; existe además una estructura de desplazamiento 40 que se desplaza guiado de forma que la estructura de desplazamiento 40 pueda deslizarse libremente con respecto a la estructura de apoyo 30. Entre el eje roscado 46 y la tuerca de bolas 47, que constituyen el mecanismo de tornillo de bolas 45, la tuerca de bolas 47 está conectada a la estructura de desplazamiento 40 mencionada anteriormente y el eje roscado 46, que está acoplado en espiral a la tuerca de bolas 47, está conectado coaxialmente con el eje giratorio 51 del motor 50 mencionado más arriba a través de una conexión 55.

La estructura de apoyo 30 está dotada de un soporte superior 31, un soporte inferior 32 y un soporte intermedio 33 que está situado entre el soporte superior 31 y el soporte inferior 32. La estructura de apoyo 30 está compuesta de tal manera que estos soportes están conectados entre sí por medio de varias varillas de conexión 34. El eje roscado 46 mencionado anteriormente está acoplado de manera que pueda girar mediante un cojinete 35 instalado en el soporte intermedio 33 de tal modo que el eje roscado atraviese el cojinete 35.

La estructura de desplazamiento 40 posee un soporte superior 41, un soporte inferior 42 y varias varillas guía 43 que conectan entre sí los susodichos soportes 41 y 42. Las varillas guía 43 de la estructura de desplazamiento 40 atraviesan por deslizamiento el soporte inferior 32 de la estructura de apoyo 30 mencionada anteriormente, guiando las varillas guía 43 la estructura de desplazamiento 40 de tal manera que dicha estructura de desplazamiento 40 puede deslizarse en paralelo con el eje roscado 46.

La tuerca de bolas 47 mencionada más arriba está conectada con el soporte superior 41 y, a lo largo del surco de la rosca, dentro de la tuerca de bolas 47, hay dispuesto un gran número de bolas que no aparecen en el dibujo. El eje roscado 46 está acoplado en espiral a la tuerca de bolas 47 a través de un gran número de bolas.

Cuando la tuerca de bolas 47 se mueve junto con la estructura de desplazamiento 40 a lo largo del eje roscado 46, se aplica movimiento giratorio al eje roscado 46 por medio del mecanismo de tornillo de bolas 45.

Si se intercala el amortiguador electromagnético entre la carrocería y el eje de un vehículo, por ejemplo, y se emplea como suspensión, se conectará al lateral de la carrocería un soporte de montaje 36 perteneciente a la estructura de apoyo 30, que estará situado por encima del motor 50 y en el extremo superior del amortiguador electromagnético, y al lateral del eje del vehículo se conectará un orificio de montaje 44, dispuesto en el soporte inferior 42 de la estructura de desplazamiento 40 en el extremo inferior del amortiguador electromagnético.

Cuando la superficie de la carretera produce vibraciones que pasan al amortiguador electromagnético y la tuerca de bolas 47 realiza junto con la estructura de desplazamiento 40 un movimiento lineal en la dirección de la flecha X, el eje roscado 46 realiza un movimiento giratorio en dicha posición debido al acoplamiento en espiral del surco de la rosca del eje roscado 46 y a las bolas dispuestas a lo largo del surco de la rosca de la tuerca de bolas 47.

El movimiento giratorio del eje roscado 46 se transmite en forma de movimiento giratorio del eje giratorio 51 en la dirección de la flecha Y a través de la conexión 55 acoplada al extremo superior del eje roscado 46, con lo cual se hace girar el motor 50.

En el motor 50, por ejemplo, se disponen imanes fijos en el rotor del motor 50, y las bobinas del estator con los polos magnéticos correspondientes se cortocircuitan directamente entre sí o se conectan las bobinas a través de un circuito de control para obtener la fuerza electromagnética deseada. Así pues, al progresar la rotación del rotor del motor 50, fluye corriente eléctrica a través de las bobinas debido a la fuerza electromotriz inducida y la fuerza electromagnética que se produce como resultado del flujo de corriente eléctrica se convierte en el par motor que se opone a la rotación del eje giratorio 51 del motor 50.

Es posible modificar libremente la fuerza del par motor de rotación, que está basado en la fuerza electromagnética y se opone a la dirección de rotación del eje giratorio 51, cambiando la fuerza de resistencia a través del circuito de control conectado a las bobinas.

El par motor electromagnético que se opone como resistencia a la rotación del eje giratorio 51 impide el giro del eje roscado 46 mencionado más arriba. En definitiva, el par motor funciona como resistencia para impedir el movimiento lineal de la tuerca de bolas 47 del mecanismo de tornillo de bolas 45, esto es, como fuerza amortiguadora contra la vibración que entra en el amortiguador electromagnético.

Sin embargo, con respecto a un amortiguador electromagnético realizado de tal manera que el eje roscado 46 esté conectado directamente al eje giratorio 51 del motor 50 a través de la conexión 55 y el movimiento del eje 46 se transmita al motor 50, se teme la aparición de los siguientes problemas si se aplica efectivamente el amortiguador electromagnético a un vehículo.

En primer lugar, se toman en consideración las características de la fuerza amortiguadora que genera el amortiguador electromagnético. Al progresar el movimiento lineal de la tuerca de bolas 47, el eje roscado 46 gira y el movimiento giratorio se transmite al motor 50. Como el momento de inercia del rotor situado en el interior del motor 50 es relativamente elevado, no puede despreciarse su influencia sobre la fuerza amortiguadora.

A continuación presentamos una descripción de cómo afecta el momento de inercia a la fuerza amortiguadora mencionada más arriba.

La fuerza amortiguadora generada por el amortiguador electromagnético, en concreto, la resistencia (carga) contra el movimiento telescópico es aproximadamente la suma total del momento de inercia del rotor del motor, el momento de inercia del eje roscado y la resistencia electromagnética generada por el motor. Como la aceleración angular del eje giratorio del motor es proporcional a la aceleración del movimiento telescópico del amortiguador, el momento de inercia del rotor es proporcional a la aceleración del movimiento telescópico del amortiguador.

Como se ha descrito anteriormente, el momento de inercia del rotor es proporcional a la aceleración del movimiento telescópico del amortiguador y, por tanto, la fuerza amortiguadora que no está basada en la fuerza electromagnética del motor se genera contra la fuerza en dirección axial del amortiguador, que llega al amortiguador procedente de la superficie de la carretera. Así, si llega una fuerza brusca en dirección axial, el rotor genera correspondientemente una mayor fuerza amortiguadora, es decir, una mayor resistencia contra la vibración. Esta fuerza amortiguadora excesivamente elevada no absorbe la vibración, sino que se transmite al lateral de la carrocería en toda su amplitud.

Por lo tanto, la fuerza amortiguadora debida al momento de inercia del rotor del motor siempre se produce con anterioridad a la generación de la fuerza amortiguadora que depende de la fuerza electromagnética del motor. Además, dado que el momento de inercia del rotor es relativamente superior, tal y como se ha descrito anteriormente, si es posible excluir o limitar la influencia que ejerce el momento de inercia del rotor sobre la fuerza amortiguadora, podrá aumentarse la capacidad de absorción de las vibraciones correspondientemente. Esto hace que conducir el vehículo sea más cómodo.

En especial, en lo que respecta a la capacidad de control de la fuerza amortiguadora por parte del amortiguador electromagnético, es difícil controlar la fuerza amortiguadora que se produce como resultado del momento de inercia del rotor del motor, estrechamente ligado a la aceleración del movimiento telescópico del amortiguador mencionado anteriormente. Así pues, es preferible que el momento de inercia mencionado tenga una influencia menor.

A continuación, se tiene en cuenta la durabilidad del motor 50. En función de la velocidad de entrada de fuerza de empuje procedente de la superficie de la carretera, la vibración, o similar, que se aplica desde la superficie de la carretera al amortiguador electromagnético mientras un vehículo se desplaza, la estructura de desplazamiento 40 se mueve y la tuerca de bolas 47 del mecanismo de tornillo de bolas 45 realiza un movimiento lineal a la misma velocidad que la velocidad de desplazamiento de la estructura de desplazamiento 40. El eje roscado 46 gira a una velocidad proporcional a la velocidad del movimiento lineal, y el eje giratorio 51 del motor 50 también gira a la misma velocidad que el eje roscado 46.

En este caso, cuando la velocidad de entrada de la vibración o la fuerza de empuje mencionada anteriormente aumenta repentinamente, es posible superar temporalmente la velocidad de giro permitida del motor 50. En especial, si se inicia un movimiento telescópico veloz cuando el amortiguador se encuentra en estado estacionario o cuando existe movimiento telescópico lento, la velocidad de giro del motor aumenta mucho en un momento. En ese caso, el valor calorífico de las bobinas del motor 50 será elevado y la calorificación induce un cambio químico o similar en la funda aislante de los hilos de conducción que conforman las bobinas. Esto provoca un deterioro de la capacidad de aislamiento. En consecuencia, se teme que se produzca una fuga eléctrica y que se dañe el motor.

El motor 50 es más caro que las otras piezas del amortiguador electromagnético. Por tanto, es deseable hacer todos los esfuerzos posibles para evitar que se dañe el motor 50.

En el documento JP-A-3-91551 se describe un amortiguador electromagnético con las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Descripción del invento

Una ventaja del presente invento es la obtención de un amortiguador electromagnético que es capaz de limitar la influencia que el momento de inercia del rotor de un motor ejerce sobre la fuerza amortiguadora y que es capaz de hacer más cómoda la conducción de un vehículo y de controlar con rapidez la fuerza amortiguadora en relación con las condiciones de desplazamiento en el caso de que el amortiguador se aplique al sistema de suspensión de un vehículo.

Otra ventaja del presente invento consiste en obtener un amortiguador electromagnético capaz de evitar al máximo que se produzcan daños a un motor por la calorificación del motor y permitir reparaciones de averías a bajo coste.

Para conseguir las ventajas descritas anteriormente, el amortiguador electromagnético según el presente invento está compuesto por: una unidad de amortiguador que realiza un movimiento telescópico en respuesta a un estímulo exterior; un mecanismo de tornillo de bolas que está dispuesto en la unidad de amortiguador, que convierte el movimiento telescópico en movimiento giratorio y que está constituido por una tuerca de bolas y un eje roscado; un motor dispuesto en la unidad de amortiguador que genera resistencia electromagnética que se opone a las rotaciones que entran en el eje giratorio del motor; y una sección de transmisión de energía que posee un cuerpo elástico que transmite el movimiento giratorio del mecanismo de tornillo de bolas al eje giratorio del motor y que también inicia la fase de transmisión del movimiento giratorio cuando se cambia el par motor de giro del movimiento giratorio.

Además, es preferible contar con una realización tal que al menos una parte de la sección de transmisión de energía incluya una barra de torsión.

La barra de torsión está hecha de manera que se rompe si el par motor de giro mencionado anteriormente es superior a un valor preestablecido.

Además está formada de tal manera que la sección de transmisión de energía está constituida por una sección conductora y una sección conducida y el cuerpo elástico está incluido en una superficie de transmisión de par motor que interviene entre la sección conductora y la sección conducida.

Las proyecciones incluidas en la sección de transmisión de energía están formadas de tal manera que se rompen si el par motor de giro transmitido mencionado anteriormente es superior a un valor preestablecido.

Es preferible que el valor preestablecido mencionado anteriormente se corresponda con el valor de par motor en un momento en el que la velocidad de giro del motor que gira debido al par motor de giro alcance una velocidad de giro admisible.

Por lo tanto, de acuerdo con el presente invento, cuando el movimiento telescópico de la unidad de amortiguador se transmite al eje giratorio del motor en forma de movimiento giratorio, se produce retraso de fase y es posible retardar la generación de una fuerza amortiguadora elevada provocada por el momento de inercia del rotor del motor o reducir dicha fuerza. Así pues, en el caso de aplicar el amortiguador electromagnético a la suspensión de un vehículo, puede hacerse más cómoda la conducción del vehículo y la fuerza amortiguadora puede controlarse rápidamente en función de las condiciones de desplazamiento.

Asimismo, cuando la velocidad del movimiento giratorio que puede originarse por un movimiento telescópico brusco de la unidad de amortiguador supera la velocidad giratoria admisible del motor, al menos una parte de la sección de transmisión de energía se rompe e impide que el motor gire en exceso. Por tanto, es posible impedir que el motor esté expuesto a daños que puedan originarse por calorificación del motor.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista de sección de un amortiguador electromagnético de acuerdo con una primera realización del presente invento.

La figura 2 es una vista de sección de un amortiguador electromagnético de acuerdo con una segunda realización del presente invento.

La figura 3 es una vista en perspectiva de una sección conductora o conducida, la cual forma parte de una conexión.

La figura 4 es una vista en perspectiva de un cuerpo elástico, el cual también forma parte de una conexión.

La figura 5 es una vista en perspectiva de un estado en el que la conexión está acoplada a un eje giratorio y a un eje roscado.

La figura 6 es un diagrama de bloque relacionado con el presente invento.

Modo óptimo de realizar la invención

A continuación se ofrece una descripción de las realizaciones de los dibujos.

La figura 1 es una vista de sección de un amortiguador electromagnético según una primera realización.

Una unidad de amortiguador 1 posee un cilindro externo 3 y un cilindro interno 6 que está insertado coaxialmente en el cilindro externo 3 de tal manera que el cilindro interno 6 puede deslizarse libremente en el interior del cilindro externo 3. Sin embargo, la posición en deslizamiento del cilindro interno 6 en el cilindro externo 3 se encuentra en la parte inferior del cilindro externo 3, omitida en el
dibujo.

Adicionalmente, existe una carcasa cilíndrica 7 conectada coaxialmente a la parte superior del cilindro externo 3 y un motor 10 dispuesto en un alojamiento 8 instalado en la parte superior de la carcasa 7.

En el extremo superior del cilindro interno 6 que se desliza con respecto al cilindro externo 3, hay instalada una tuerca de bolas 16 que forma parte de un mecanismo de tornillo de bolas 15. Un eje roscado 17, acoplado en espiral a dicha tuerca de bolas 16, se extiende hasta el interior del cilindro interno 6. El surco de la rosca del eje roscado 17 está guiado y acoplado en espiral a un gran número de bolas dispuestas sobre el surco de la rosca de la tuerca de bolas 16. Cuando la tuerca de bolas 16 se mueve en dirección axial junto con el cilindro interno 6, el eje roscado 17 gira, más específicamente, el movimiento lineal de la tuerca de bolas 16 se convierte en movimiento giratorio del eje roscado 17.

Adicionalmente, el mecanismo de tornillo de bolas 15 posee una función que convierte el movimiento lineal en movimiento giratorio de forma muy suave y sin resistencia gracias al acoplamiento en espiral con el gran número de bolas y el surco de la rosca, por ello, el mecanismo de tornillo de bolas 15 es el sistema preferible. Sin embargo, para convertir el movimiento lineal en movimiento giratorio no es necesario limitarse al mecanismo de tornillo de bolas 15. El mecanismo de tornillo de bolas 15 no debe suponer un obstáculo para la adopción de otros mecanismos con efectos similares.

El extremo superior del eje roscado 17 que atraviesa la tuerca de bolas 16 está sustentado por un cojinete de bolas 9 instalado dentro del extremo inferior de la carcasa 7 a través de un elemento de retención 8 de tal manera que el eje roscado 17 puede girar libremente y no se cae hacia abajo.

Adicionalmente, en la superficie inferior del elemento de retención 8 hay instalado un cojinete anular 5. Cuando el cilindro interno 6 sube, el cojinete anular 5 topa elásticamente con el cilindro interno 6 en su posición más elevada de modo que el choque queda amortiguado y se detiene cualquier movimiento del cilindro interno 6 que vaya más arriba de dicha posición.

Aunque los detalles se describen más adelante, en primer lugar se emplea una barra de torsión 13 a modo de sección de transmisión de energía en la sección central del eje de la carcasa 7. El extremo superior del eje roscado 17 se inserta en el extremo inferior de la barra de torsión 13 y se fija por medio de una chaveta o similar para impedir rotaciones mutuas. El extremo superior de la barra de torsión 13 está conectado de forma coaxial al eje giratorio 11 del motor 10 a través de la conexión 14.

Por encima del cilindro externo 3 y en el extremo superior del alojamiento 8 en el que se encuentra el motor 10 hay instalado un soporte que no aparece en el dibujo. También hay otro soporte instalado en el extremo inferior del cilindro interno 6. Entre los soportes, se realiza la conexión con el lateral de la carrocería del vehículo a partir del soporte superior y, a partir del soporte inferior, se hace el acoplamiento con el lateral del eje del vehículo.

Debido a la estructura descrita anteriormente, cuando una fuerza exterior, como puede ser una fuerza de empuje o una vibración, entra en el cilindro interno 6, que se encuentra en la parte inferior de la unidad del amortiguador 1 mientras un vehículo se desplaza, el cilindro interno 6 se mueve en dirección axial con respecto al cilindro externo 3 en respuesta a esta entrada de fuerza, o dicho de otro modo, se mueve de forma telescópica subiendo y bajando.

Gracias al mecanismo de tornillo de bolas 15 compuesto por la tuerca de bolas 16, que está instalada en el cilindro interno 6, y el eje roscado 17, que está conectado con el motor 10 a través de la sección de transmisión de energía, el movimiento lineal del cilindro interno 6 se convierte en movimiento giratorio del eje roscado 17 en ese momento. En este caso, la dirección del movimiento giratorio del eje roscado 17 cambia en función de la dirección del movimiento de la tuerca de bolas 16, y la dirección del movimiento giratorio varía según se alargue y se encoja el cilindro interno 6 con respecto al cilindro externo 3.

El movimiento giratorio del eje roscado 17 se transmite al eje giratorio 11 del motor 10 a través de la barra de torsión 13 y la conexión 14, con lo que la fuerza motriz giratoria actúa sobre el motor 10.

Con respecto al motor 10, existe una serie de bobinas con los polos magnéticos correspondientes conectadas entre sí o a través de un circuito de control. Así, cuando el par motor de giro se transmite al eje giratorio 11 del motor 10, se produce una fuerza electromotriz inducida que pasa a las bobinas y se genera siempre una fuerza electromagnética que se opone a la entrada de rotación al motor. Esta resistencia electromagnética restringe el movimiento giratorio del eje roscado 17 y, en última instancia, se aplica la resistencia al movimiento telescópico de la unidad del amortiguador 1, que se corresponde con el movimiento lineal del cilindro interno 6, con el fin de generar fuerza amortiguadora a partir del amortiguador electromagnético.

El motor 10 funciona como fuente de origen de la resistencia electromagnética; pueden aplicarse distintos motores tales como un motor de corriente continua, un motor de corriente alterna o un motor de inducción.

Si tomamos el caso de un motor de corriente continua con escobillas, aunque no aparezca este ejemplo en el dibujo, el motor dispone de un estator dotado de varios imanes fijos que generan campos magnéticos y de un rotor en el que hay alojadas varias bobinas con distintos polos magnéticos. Las bobinas con los polos magnéticos correspondientes están conectadas entre sí y, de este modo, el eje giratorio rota girando así el rotor. Sea cual sea la dirección en la que gire el motor cuando las bobinas generan fuerza electromotriz inducida al atravesar los campos magnéticos creados por los imanes fijos, se genera fuerza electromagnética que actúa sobre el motor como resistencia a las rotaciones del motor. Así, tal como se ha descrito anteriormente, se genera una fuerza amortiguadora que se opone a la vibración o fuerza similar que entra en el amortiguador electromagnético.

La intensidad de la fuerza electromagnética que generan las bobinas puede ajustarse libremente y de forma instantánea, por ejemplo, cambiando la intensidad de la resistencia del circuito de control conectado a las bobinas de los polos magnéticos correspondientes. Así pues, es posible controlar libre y rápidamente la fuerza amortiguadora generada en función del estado de conducción del vehículo o similar.

A continuación, se ofrece una descripción detallada de la sección de transmisión de energía. La sección de transmisión de energía está compuesta por la barra de torsión 13, que se trata de un elemento de deformación elástica, y la conexión 14, que está conectada a la barra de torsión 13.

La barra de torsión 13 está formada en un único cuerpo por una unidad de barra de torsión delgada tipo bastón 13c con un área de sección más pequeña, una sección de conexión inferior 13b, dispuesta en el extremo inferior de la unidad 13c y con un área de sección mayor que la de la unidad 13c, una abertura 13a situada de forma concéntrica en el extremo inferior de la sección de conexión 13b y una sección de conexión superior 13d, situada en el extremo superior de la unidad 13c.

A su vez, la conexión 14 dispone de un orificio dentado 14a en su interior y es prácticamente cilíndrica. El eje giratorio 11 del motor 10 se inserta en el orificio dentado 14a desde arriba y, por otro lado, la sección de conexión superior 13d de la barra de torsión 13 se inserta desde abajo.

El eje giratorio 11 y el orificio dentado 14a están provistos, respectivamente, de un orificio de chaveta; en dicho orificio se introduce una chaveta 12a de modo que el eje giratorio 11 y la conexión 14 quedan conectados para impedir su funcionamiento en vacío.

Asimismo, para fijar el eje giratorio 11 y la sección de conexión 13d, la conexión 14 dispone de un orificio roscado 14b y un orificio roscado 14c situados, respectivamente, en los extremos inferior y superior de un lateral, de tal modo que dichos orificios roscados 14b y 14c llegan, respectivamente, hasta el orificio dentado 14a. Los tornillos que no aparecen en el dibujo están insertados respectivamente en espiral en los orificios roscados 14b y 14c y, por tanto, es posible fijar el eje giratorio 11 y la barra de torsión 13 para impedir que se hagan girar el uno al otro en vacío.

Por otro lado, el extremo superior del eje roscado 17 se conecta al extremo inferior de la barra de torsión 13. De este modo, el extremo superior del eje roscado 17 se inserta en la abertura 13a de la barra de torsión 13, y se introduce una chaveta 12b en el orificio practicado en la superficie de inserción de la abertura 13a y el eje roscado 17 de modo que la barra de torsión 13 y el eje roscado 17 están conectados para impedir que se hagan girar el uno al otro en vacío.

A continuación, se describirá el funcionamiento.

En el caso en que se aplique el amortiguador electromagnético a la suspensión de un vehículo, cuando un impacto de la superficie de la carretera, como una fuerza de empuje o una vibración, actúa sobre el cilindro interno 6 mientras el vehículo se desplaza, este cilindro interno 6 realiza un movimiento lineal en la dirección del movimiento telescópico a lo largo del cilindro externo 3. El movimiento lineal de la tuerca de bolas 16, que se mueve junto con el cilindro interno 6 en un todo, se convierte en movimiento giratorio del eje roscado 17 mediante el mecanismo de tornillo de bolas 15.

Como el eje roscado 17 está conectado con el eje giratorio 11 del motor 10 a través de la barra de torsión 13 y la conexión 14, el eje giratorio 11 del motor 10 también gira.

Cuando el eje giratorio 11 del motor 10 gira, las bobinas del interior del motor 10 atraviesan los campos magnéticos de los imanes fijos. De este modo, se genera fuerza electromotriz inducida y se crea una fuerza electromagnética que se opone a las rotaciones del motor 10. Puesto que el eje giratorio 11 está conectado con el eje roscado 17 a través de la barra de torsión 13, la fuerza electromagnética actúa para limitar el movimiento giratorio del eje roscado 17 y se restringe el movimiento de la tuerca de bolas 16 en dirección del movimiento telescópico del amortiguador. Dicho de otro modo, la fuerza electromagnética actúa como fuerza amortiguadora limitando el movimiento lineal del cilindro interno 6 a lo largo del cilindro externo 3 y en la dirección del movimiento telescópico, la energía de los impactos de la superficie de la carretera se absorbe y se mitiga, la conducción del vehículo es más cómoda y se mejora la maniobrabilidad.

Además, cuando la fuerza giratoria, es decir, el par motor de giro se aplica a la barra de torsión 13, que está a punto de girar en respuesta al movimiento giratorio del eje roscado 17 debido a la vibración o fuerza similar que entra en el amortiguador electromagnético procedente del exterior, la barra de torsión 13 absorbe la fuerza giratoria y, al retorcerse en función del par motor, la barra de torsión 13 transmite el par motor no sólo a la conexión 14 sino también al eje giratorio 11 del motor 10.

Por tanto, el movimiento giratorio de la barra de torsión 13 no se transmite directamente al eje giratorio 11. En concreto, cuando el eje roscado 17 comienza a girar o cuando la velocidad de giro cambia, se produce un fenómeno en el que el cambio de la velocidad de giro del eje giratorio 11 del motor 10 es posterior al cambio de la velocidad de giro del eje roscado 17.

Así, cuando se inicia el movimiento lineal del cilindro interno 6 a lo largo del cilindro externo 3 o cuando se modifica la velocidad del movimiento lineal por la aplicación de una fuerza muy intensa en dirección axial al cilindro interno 6 del amortiguador electromagnético, se retrasa la generación del momento de inercia del rotor del motor 10.

Esto a su vez retrasa la generación de la fuerza amortiguadora derivada del momento de inercia del rotor del motor 10, ralentizando así la generación de la fuerza amortiguadora, la cual es difícil de controlar y se genera a partir del momento de inercia del rotor cuando se inicia el movimiento telescópico del amortiguador electromagnético o en la fase inicial de un cambio de velocidad. Así pues, sobre todo en el caso de que se utilice como amortiguador electromagnético de un vehículo, contribuye en gran medida a hacer que la conducción del vehículo sea más
cómoda.

Asimismo, como la barra de torsión 13 transmite el movimiento giratorio del eje roscado 17 al eje giratorio 11 del motor 10, bastará con que la barra de torsión 13 esté fabricada con materiales capaces de garantizar una fuerza preestablecida frente al par motor, que puede originarse a partir del eje roscado 17 o del motor 10. Sin embargo, el objetivo del presente invento consiste en que, cuando el eje roscado 17 inicie el movimiento giratorio o se produzca un cambio de la velocidad de giro, se retrase la transmisión de las rotaciones del eje roscado 17 hacia el eje giratorio 11 del motor 10. Así pues, es preferible que, al modificar el área de sección o los materiales del corte transversal de la barra de torsión 13 en el diseño, se ajuste la rigidez de torsión de la barra de torsión 13 y se optimice la diferencia de la velocidad de giro del vehículo en el que se haya aplicado el amortiguador electromagnético.

Por otro lado, por ejemplo, si la resistencia a la rotura de la barra de torsión 13 se establece de manera que la unidad 13c de la barra de torsión 13 se rompa cuando se aplique a la barra de torsión 13 un par motor de giro, cuya aceleración angular alcance la velocidad de giro admisible del motor 10 tras un periodo de tiempo concreto, por ejemplo, un segundo desde el inicio, la barra de torsión 13 se romperá cuando se aplique al cilindro interno 6 un fuerza repentina en dirección axial procedente de la superficie de la carretera. Así pues, es posible evitar que la velocidad de giro del eje giratorio 11 supere la velocidad de giro admisible del motor 10 causada por un movimiento telescópico brusco del amortiguador electromagnético.

De este modo, es posible impedir que la velocidad de giro del eje giratorio 11 del motor 10 supere la velocidad de giro admisible del motor 10, impidiendo así que el motor 10 esté sujeto a daños derivados del calor generado por las bobinas del motor 10.

Asimismo, es posible impedir que el motor 10, que es más caro que otras piezas, resulte dañado aun cuando la barra de torsión se rompa. Por tanto, puede recuperarse la función del amortiguador electromagnético simplemente cambiando la barra de torsión 13 cuando sea necesario reparar el amortiguador electromagnético, lo cual repercute positivamente en el ahorro de costes de reparación.

En caso de que el amortiguador electromagnético se aplique a un vehículo, tal y como se ha descrito anteriormente, aun cuando se rompa la barra de torsión 13, será posible evitar un estado en el que no se pueda seguir desplazándose, aunque las características de amortiguación se pierden si un muelle de suspensión está instalado junto con el amortiguador electromagnético, ya que el vehículo se apoya sobre el muelle de suspensión.

Asimismo, en esta realización, la barra de torsión 13 se utiliza a modo de sección de transmisión de energía teniendo en cuenta la facilidad de instalación y fabricación. Sin embargo, el presente invento está enfocado a retrasar la generación de la fuerza amortiguadora originada por el momento de inercia del rotor del motor 10, generando la diferencia de velocidad de giro mencionada anteriormente. Así pues, por ejemplo, puede emplearse un embrague electromagnético para la sección de transmisión de energía.

Además, la barra de torsión 13 está formada como un todo según se ha descrito anteriormente, pero no es imprescindible limitarse a esta tipología. Siempre y cuando posea una parte que se retuerza al aplicársele el par motor de giro, se admite otra configuración.

Por otro lado, desde el punto de vista del presente invento, es deseable que la conexión 14 tenga, a ser posible, un momento de inercia reducido.

A continuación, se ofrece una descripción de la segunda realización mostrada en las figuras 2 a la 5.

Esta realización está constituida de tal manera que la conexión 24, dotada de un cuerpo elástico, es la sección de transmisión de energía tal y como se describe más arriba, mediante la cual se retrasa la transmisión del par motor de giro y, cuando se aplica un par motor de giro cuya velocidad de giro del motor 10 supera un límite de velocidad admisible, se rompe una sección que sea frágil y se detiene la transmisión del par motor de giro.

En esta realización, el eje roscado 17 está conectado directamente al eje giratorio 11 del motor 10 a través de la conexión 24.

Como se muestra en las figuras de la 3 a la 5, la conexión 24 está compuesta por una pareja de sección conductora 25 y sección conducida 26, las cuales están constituidas de forma idéntica entre sí, y un cuerpo elástico 27 que está intercalado entre la sección conductora 25 y la sección conducida 26.

Como la sección conductora 25 y la sección conducida 26 poseen una constitución idéntica, sólo se describirá una de ellas.

Como también se muestra en la figura 3, se ha practicado un orificio 22 a través del centro del cuerpo cilíndrico 21 y se ha formado un chavetero 22a en la superficie circular interna del orificio 22. El eje giratorio 11 del motor 10 o el eje roscado 17 se inserta en el orificio 22; el eje giratorio 11 y el eje roscado 17 presentan, respectivamente, un chavetero, que no aparece en el dibujo, que se acopla al chavetero 22a. Se inserta una chaveta 19a o 19b entre el chavetero 22a y el chavetero del eje giratorio 11 o el chavetero del eje roscado 17. De este modo, el cuerpo cilíndrico 21 queda conectado al eje giratorio 11 o al eje roscado 17 para impedir que funcionen en vacío. Adicionalmente, existe un orificio roscado 22b, practicado a través del orificio 22, en la superficie del cuerpo cilíndrico 21; en ese orificio roscado 22b se encuentra conectado en espiral un tapón de inserción espiral 22c mediante el cual se fija el eje giratorio 11 o el eje roscado 17 para impedir que el eje giratorio 11 o el eje roscado 17 se desvíen de la dirección axial.

Asimismo, sobre la superficie de los extremos del cuerpo cilíndrico 21 existe un par de proyecciones 23 que son simétricas con respecto al orificio 22 y que se encuentran frente a frente. Dichas proyecciones 23 tienen forma trapezoidal y, como se describirá más adelante, son tan frágiles que se rompen de raíz cuando actúa un par motor intenso en la dirección de las rotaciones.

Como también aparece en la figura 5, la sección conductora 25 y la sección conducida 26 se combinan de tal forma que sus superficies finales quedan la una delante de la otra y las proyecciones 23 se engarzan de tal manera que el cuerpo elástico queda en medio de dichas proyecciones 23.

Por tanto, como indica la figura 4, el cuerpo elástico 27 está formado por un cuerpo cilíndrico 27a en el centro y un elemento espaciador 27b que se extiende transversalmente y en todas direcciones desde el cuerpo cilíndrico 27a. El elemento espaciador 27b posee una forma de trapezoide inverso de tal modo que este elemento espaciador 27b encaja entre proyección 23 y proyección 23 sin dejar espacio creando una superficie de transmisión de par motor de giro. Además, el grosor del cuerpo elástico 27 en dirección axial es aproximadamente igual a la altura de las proyecciones 23 en dirección axial de la sección conductora 25 y la sección conducida 26.

Es preferible que el cuerpo elástico 27 sea de un material que pueda deformarse elásticamente con facilidad, como el caucho, aunque también son aceptables otros materiales, como la resina sintética.

La figura 5 muestra un estado en el que el eje roscado 17 está conectado a la sección conductora 25 de la conexión 24 y el eje giratorio 11 del motor 10 está conectado con la sección conducida 26. De este modo, el eje roscado 17 y el eje giratorio 11 están conectados por medio de la conexión 24, la cual puede deformarse elásticamente en la dirección de la transmisión del par motor de giro. Así pues, los baches, las vibraciones y fenómenos similares procedentes de la superficie de la carretera actúan sobre el amortiguador electromagnético mientras el vehículo se desplaza. Cuando el movimiento lineal del cilindro interno 6 a lo largo del cilindro externo 3 se convierte en movimiento giratorio del eje roscado 17 a través del mecanismo de tornillo de bolas 15, los giros del eje roscado 17 se transmiten al eje giratorio 11 del motor 10 a través de la conexión 24.

En ese momento, cuando se aplica par motor de giro desde el eje roscado al cuerpo elástico 27, que interviene entre la sección conductora 25 y la sección conducida 26 y se encoge en respuesta al par motor, el cuerpo elástico 27 transmite el par motor al eje giratorio 11. En ese caso, si cambia la velocidad de giro del eje roscado 17, se retrasa la transmisión de la velocidad de giro al eje giratorio 11 en función de la cantidad de compresión del cuerpo elástico 27.

Dicho de forma más concreta, si se aplica fuerza externa en dirección axial al cilindro interno 6 del amortiguador electromagnético y cambia la aceleración del movimiento lineal del cilindro interno 6 a lo largo del cilindro externo 3, se retrasa la generación del momento de inercia del rotor del motor 10.

Así, y de forma similar a lo mencionado anteriormente, es posible limitar la generación de fuerza amortiguadora, que es difícil de controlar y se genera a partir del momento de inercia del rotor en la fase inicial del movimiento telescópico del amortiguador electromagnético. Asimismo, si el amortiguador electromagnético se utiliza como amortiguador de un vehículo, contribuirá a crear un vehículo más cómodo de conducir.

Por otro lado, haciendo que, cuando el par motor de giro cuya velocidad de giro del motor 10 sea superior a la velocidad de giro admisible que entra desde el eje roscado 17, se rompan las proyecciones 23 de la sección conductora 25 y de la sección conducida 26 de la conexión 24, es posible impedir que el motor 10 esté sujeto a daños que puedan originarse por la calorificación en el momento en el que se supera la velocidad de giro admisible del motor 10.

El corte transversal de la proyección 23 se hace en forma trapezoidal o de sector para facilitar el trabajo de procesamiento. Sin embargo, el presente invento tiene por objeto que la proyección 23 transmita el movimiento giratorio y que, cuando el par motor de giro sea mayor al nivel fijado, ésta se rompa. Así pues, no es necesario limitarse a la forma mencionada anteriormente y son aceptables otras formas.

Por otro lado, se prevén respectivamente dos proyecciones 23 en la sección conductora 25 y la sección conducida 26 pero pueden incluirse tres o más proyecciones en la sección conductora 25 o la sección conducida 26 respectivamente.

Cada una de las realizaciones descritas anteriormente ejemplifica cómo en el mecanismo de tornillo de bolas el eje roscado está conectado con el eje giratorio del motor y la tuerca de bolas está conectada con el cilindro interno, respectivamente. Sin embargo, esto no es imprescindible. Efectivamente, también es posible disponer de una construcción en la que el eje roscado esté fijado al cilindro interno y se deslice con el cilindro interno en un todo sin girar; por otro lado, la tuerca de bolas está conectada con el eje giratorio del motor; la tuerca de bolas gira en respuesta al movimiento del eje roscado y así se transmite el movimiento giratorio al motor.

Aplicabilidad industrial

El amortiguador electromagnético según el presente invento puede aplicarse como amortiguador de un vehículo o similar.

Claims (10)

1. Amortiguador electromagnético compuesto de: una unidad de amortiguador (1), que realiza un movimiento telescópico en respuesta a un estímulo procedente del exterior; un mecanismo de tornillo de bolas (15) situado en la unidad de amortiguador (1) que convierte el movimiento telescópico en movimiento giratorio y que está compuesto por una tuerca de bolas (16) y un eje roscado (17); un motor (10) situado en la unidad de amortiguador (1) que genera resistencia electromagnética que se opone a la rotación que entra en el eje giratorio (11) del motor, caracterizado por una sección de transmisión de energía (13) que posee un elemento elástico que transmite el movimiento giratorio del mecanismo de tornillo de bolas (15) al eje giratorio (11) del motor (10) y que inicia una fase de transmisión del movimiento giratorio cuando cambia el par motor de giro del movimiento giratorio.

2. Amortiguador electromagnético según la reivindicación 1 caracterizado por el hecho de que el eje roscado (17) está conectado de forma coaxial con el eje giratorio (11) del motor a través de la sección de transmisión de energía.

3. Amortiguador electromagnético según la reivindicación 2 caracterizado por el hecho de que la unidad de amortiguador está compuesta por un cilindro externo (3) y un cilindro interno (6) que se inserta de modo que pueda deslizarse dentro del cilindro externo, un motor (10) que está conectado al cilindro externo (3), una tuerca de bolas del mecanismo de tornillo de bolas (15) que está fijada al cilindro interno, y un eje roscado (17), acoplado en espiral a la tuerca de bolas, apoyado por el cilindro externo de manera que aquél pueda girar; dicho eje roscado también está conectado al eje giratorio (11) del motor a través de la sección de transmisión de energía.

4. Amortiguador electromagnético según cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 3 caracterizado por el hecho de que la sección de transmisión de energía está constituida de tal modo que al menos una parte de la sección de transmisión de energía incluya una barra de torsión (13).

5. Amortiguador electromagnético según la reivindicación 4 caracterizado por el hecho de que el eje giratorio (11) del motor (10) está conectado con un extremo de la barra de torsión (13) y el eje roscado (17) del mecanismo de tornillo de bolas está conectado con el otro extremo de la barra de torsión, respectivamente, y está configurado de modo que la barra de torsión (13) se rompa cuando el par motor de giro sea superior a un valor preestablecido.

6. Amortiguador electromagnético según cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 3 caracterizado por el hecho de que la sección de transmisión de energía está constituida de tal forma que la sección de transmisión de energía está compuesta por una sección conductora (25) y una sección conducida (26) y hay dispuesto un elemento elástico (27) sobre la superficie de transmisión de par motor que interviene entre la sección conductora y la sección conducida.

7. Amortiguador electromagnético según la reivindicación 6 caracterizado por el hecho de que el eje giratorio (11) del motor (10) está conectado con la sección conductora (25) y el eje roscado (17) del mecanismo de tornillo de bolas está conectado con la sección conducida, respectivamente.

8. Amortiguador electromagnético según la reivindicación 6 o la reivindicación 7 caracterizado por el hecho de que la sección conductora y la sección conducida están dispuestas coaxialmente en la sección de transmisión de energía de tal manera que la sección conductora (25) y la sección conducida (26) están la una enfrente de la otra; la sección conductora y la sección conducida poseen proyecciones (23) que se proyectan respectivamente hacia las superficies opuestas y que están acopladas entre sí en la dirección de la rotación, y se prevé un elemento elástico que interviene entre las superficies acopladas de las proyecciones.

9. Amortiguador electromagnético según la reivindicación 8 caracterizado por el hecho de que las proyecciones (23) están constituidas de tal manera que se rompen si el par motor de giro es superior a un valor preestablecido.

10. Amortiguador electromagnético según la reivindicación 5 o la reivindicación 9 caracterizado por el hecho de que el valor preestablecido se corresponde con el valor de par motor en el momento en el que la velocidad de giro del motor, que gira debido al par motor de giro, supera la velocidad de giro admisible.