具有可调节的刚度的电磁支承装置的制作方法

本发明涉及一种用于接收支承力fl的、尤其用于在车辆中作为发动机支承装置使用的电磁支承装置。

背景技术：

内燃机通过其气缸压力的动态变化以及通过在曲轴上的强烈振荡的惯性力和力矩变化产生强烈的振动激励，该振动激励传递到其他车辆部件上。此外，车身被激励产生扭转和振动，这被视为干扰的振动和/或噪声。

作为对应措施，在内燃机和车身之间的发动机支承装置中使用不同类型的被动和主动轴承装置。被动支承装置在一个或多个衰减元件中消耗通过作用的支承力fl引入的能量。主动支承装置通过反向力fg补偿作用的支承力fl。这种支承装置(在该支承装置中电磁式地施加反向力fg)例如在us5,820,113a、us2016/006333a1、wo2015/107012a1和wo2015/197390a1中公知。

混合式被动和主动支承装置也被使用。这样的混合支承装置例如实施为液压支承装置，在该液压支承装置中液压流体运动经过节流通道而产生衰减作用。通过附加的促动器可以对液压流体进行挤压或卸压，以便抑制其他振动分量。

技术实现要素：

根据本发明研发出用于接收作用的支承力fl的支承装置。该支承装置包括被加载以支承力fl并且通过支承力fl可沿一轴线轴向移动的轴。

根据本发明，轴附加地可转动地支承。与位置固定的电磁体共同作用的永磁体耦合到轴上，使得轴相对于位置固定的电磁体的转动角度α可通过由位置固定的电磁体产生的磁场b1的强度和/或极性调节。

永磁体与电磁体形成的组合构成一被动衰减元件，该被动衰减元件针对作用的支承力fl提供阻抗并且因此消耗不希望的振动的能量。这样的衰减元件比主动支承装置需要更少能量，在主动支承装置的情况下必须施加持续交变的反向力fg。由此换来的是，被动衰减元件不那么灵活。在传统的被动元件中尤其几乎没有可以用以改变固有频率的自由度。但对于周期性振动的有效衰减来说重要的是，衰减元件在频率f(该频率在不希望的振动的频谱中十分具有代表性)的情况下良好地吸收。这尤其适用在发动机支承装置中，在该发动机支承装置中振动的频谱取决于发动机负载和行驶速度。

现在已经认识到，通过轴和耦合到该轴上的永磁体的转动能够在宽的范围内改变支承装置的刚度，该转动可以通过对位置固定的电磁体通电来调节。所述刚度具有弹簧常数的作用并且因此是一重要影响因素，该影响因素涉及支承装置的固有频率和振幅。因此，可以在宽的范围内调整该固有频率。

对此的原因是，永磁体和电磁体分别不是完全地、而是部分地环绕促动器的围绕其轴的气隙区域。因此，通过轴相对于电磁体的转动可以将永磁体完全地或部分地从电磁体的影响区域中移除。但是如果电磁体不再与永磁体的全部体积共同作用，那么轴总体较弱地耦合到电磁体上，并且支承装置的刚度减小。

尤其可以通过变换电流方向(电流沿该电流方向流经电磁体)来转换电磁体与永磁体吸引地或者排斥地共同作用。在吸引的相互作用的情况下刚度较大，在排斥的相互作用的情况下刚度较小。

在本发明的一特别有利构型中，永磁体和位置固定的电磁体分别沿轴的外圆周和/或沿与轴同心的作用元件的外圆周相互对置。它们的作用可以沿磁轴线叠加。

在本发明的另一特别有利构型中，一方面永磁体的造型和另一方面位置固定的电磁体的极靴的造型相互对应。永磁体和极靴例如可以具有相互适配的弯曲部，使得在轴转动时，电磁体可以平行于极靴的表面地从该表面经过。永磁体和极靴之间的气隙的宽度构成对支承装置刚度产生影响的另一自由度。

在本发明的另一特别有利构型中，附加地设置用于将相对于支承力fl在轴向上反向指向的反向力fg施加到轴上的电磁磁阻促动器。在该组合中，一方面由位置固定的电磁体和永磁体构成的被动衰减元件与另一方面磁阻促动器以协同的方式相互补充。被动衰减元件需要用于电磁体的电流，磁阻促动器也需要。如果还将电磁被动衰减元件添加给磁阻促动器，乍看之下显得能量消耗整体提高。但是令人吃惊的是相反情况：为了抑制相同频谱的振动，所述组合比仅一个磁阻促动器需要更少的能量。

对此的原因是，通过磁阻促动器平衡周期性振动刚好需要过量的能量，因为磁阻促动器的电磁体必须总是反复变换磁性。当衰减元件的固有频率合适时(这根据本发明可以按照电路径调节)，可以通过被动衰减元件更有能效地抑制振动。相反地，作用的支承力fl的非周期性分量通过磁阻促动器可以比通过被动衰减元件更有效地抑制。通过将该任务传递给磁阻促动器的方式，可以给在衰减元件中的永磁体设计较小的尺寸。与此相应地，减少了所需要的非常昂贵的稀土磁性材料的用量。

总体来说，由被动衰减元件和磁阻促动器构成的组合在宽的频率范围内在能量需求同时明显减少的情况下具有可灵活构型的力-频率特性曲线。能量节省又导致，在所需要的最大电流方面对操控电子装置提出明显较少的要求。目前的主动发动机支承装置(该主动发动机支承装置在没有衰减元件的情况下仅通过磁阻促动器工作)在任何情况下需要的电流比通过发动机控制器能提供的电流更多。已经在发动机控制器中综合了许多其他控制任务，而仅针对主动发动机支承装置的操控需要一个单独的控制器。现在通过与衰减元件的组合使电流需求降低到发动机控制器可以满足所述能量需求的范围中。同时，用于操控的电子构件也可以针对较小电流来设计尺寸，使得可以使用更小的并且成本更有利的构件。这对于将发动机支承装置的操控集成到发动机控制器中的目的来说也是有益的。

有利地，如下区域沿支承装置的轴线彼此错开：在这些区域中轴的轴向运动一方面通过与位置固定的电磁体共同作用的永磁体被衰减并且另一方面通过借助磁阻促动器施加反向力fg被补偿。轴则仅须在有限的区段中而不是沿其整个长度配备有永磁体和/或磁阻促动器的铁磁作用元件。总体要与轴一起运动的质量由此减小，使得电磁体的电感l能够保持小，这又能够实现较高的工作频率。

这尤其与本发明的另一特别有利构型有关，在该构型中，磁阻促动器具有至少一个另外的位置固定的电磁体以及至少一个与轴同心的铁磁作用元件，其中，所述另外的位置固定的电磁体的电感l取决于轴沿支承装置的轴线的轴向位置p。该另外的电磁体也可以设计成具有较小的电感l，并且因此设计成用于较高的工作频率。

在本发明的另一特别有利构型中，铁磁作用元件和另外的位置固定的电磁体这样相互布置，使得在轴沿轴线的轴向位置p不变的情况下所述另外的位置固定的电磁体的电感l取决于轴的转动角度α。轴通过衰减元件的位置固定的磁体引起的转动不仅对衰减元件的刚度产生影响，而且也对磁阻促动器的刚度产生影响。磁阻促动器的刚度与转动角度α的函数相关性则是用于使整个支承装置适配于作用的支承力fl的频谱的另一自由度。

为了使得磁阻促动器的刚度取决于转动角度α，铁磁作用元件有利地具有至少一个外翻部，该外翻部沿铁磁作用元件外圆周的一部分延伸。在此，至少一个外翻部的造型与所述另外的位置固定的电磁体的极靴的造型对应。与永磁体和配属于其的位置固定的电磁体的共同作用类似地，外翻部可以转动进入到所述另外的位置固定的电磁体的作用区域中，或从该作用区域中转动出来。外翻部越多地位于作用区域中，则磁阻促动器越强烈并且越刚硬地作用到轴上。

在本发明的另一特别有利构型中，所述另外的位置固定的电磁体的磁化b2的方向相对于与永磁体共同作用的位置固定的电磁体的磁化b1的方向成直角。例如可以使用一个同心布置的叠片式定子来引导两个通量。该定子的体积通过相互成直角的磁通量而得到优化利用。

在本发明的另一特别有利构型中，沿支承装置的轴线布置了至少一个在所述另外的位置固定的电磁体的区域中与永磁体共同作用的电磁体。一方面在电磁方面变化的衰减元件和另一方面磁阻促动器在支承装置中不占用不相交的空间，而是似乎相互嵌套。这又提供了在可调节性方面的另一自由度并且还改善了在支承装置中的空间利用。改善的空间利用又导致，轴可以较短地制造并且由此减小其运动质量。由此可以进一步提高支承装置的固有频率。

通过衰减元件和磁阻促动器的相互嵌套所获得的空间还可以用于沿轴的方向延长永磁体。稀土磁体具有特别大的单位体积通量密度，但为此也例如比基于铁素体的永磁体贵大约50倍。因为铁素体磁体又远不会比稀土磁体弱50倍，所以铁素体磁体明显具有较好的性价比。通过构建用于放置体积大的铁素体磁体的空间的方式，明显减少了支承装置的总成本。

根据之前的说明，支承装置有利地构造为用于车辆的发动机支承装置，因为在这里作用的支承力fl的由支承装置接收的频率f持续地变换。在这里支承装置的多样的可调整性特别起作用。

在本发明的另一特别有利构型中，流经与永磁体共同作用的位置固定的电磁体的电流的电流强度i和/或频率f根据车辆的发动机转数而预控制。以该方式例如能够使衰减元件以固有频率运行，该固有频率覆盖包含在作用的支承力fl中的振动的绝大部分。衰减元件和磁阻促动器之间的分工则如此被优化：支承力fl的在仅通过磁阻促动器调整时引起最大能量消耗的周期性分量刚好在能量上明显更有利地被衰减元件吸收。

附图说明

改善本发明的其他措施在下面与本发明优选实施例的说明一起参照附图详细示出。

附图示出：

图1根据本发明的支承装置100的沿其轴线100a的俯视图；

图2在图1中示出的支承装置在yz平面中的剖面图。

具体实施方式

根据图1，支承装置100包括具有可调节的刚度的衰减元件，该衰减元件由与永磁体6a和6b结合的电磁体10和20构成。永磁体安装在铁磁作用元件4上，该作用元件与轴105同心地装配并且随着该轴既可以沿着支承装置100的轴线100a在轴向方向上移动又可以围绕该轴线100a转动。支承装置100的轴线100a在图1的坐标系(在该坐标系中轴线x和y位于图平面中)中对应于z轴，该z轴从图平面垂直出来。

电磁体10和20分别包括一极靴11或21和一线圈12或22。电磁体10和20的线圈12或22优选串联地连接。在对线圈12或22正向通电时电磁体10和20的磁化b1的方向分别通过一个箭头说明。

支承装置100还包括磁阻促动器2。磁阻促动器2由两个另外的位置固定的电磁体30和40和铁磁作用元件4构成。另外的电磁体30、40分别包括一极靴31或41和一电磁线圈32或42。在对线圈32或42正向通电时另外的电磁体30和40的磁化b2的方向分别通过一个箭头说明。电磁体30和40的磁化b2的方向与电磁体10和20的磁化b1的方向成直角。

另外的电磁体30和40通过在作用元件4上的外翻部4a和4b与作用元件4相互作用。所述另外的电磁体沿支承装置100的轴线100a相对于负责衰减的电磁体10和20向下错位，即在图平面下方才开始。同样地，在作用元件4上的外翻部4a和4b也完全位于图平面下方。

永磁体6a和6b以及在作用元件4上的外翻部4a和4b的造型与极靴11、21、31和41的造型对应。因此，轴105自身能够自由地转动，而不会使得永磁体6a和6b或外翻部4a和4b在极靴11、21、31和41中的一个极靴上发生碰撞。

由轴105、作用元件4和两个永磁体6a和6b构成的组件具有两个磁性轴线p和q，该组件构成整个运动质量(原动体)。第一磁性轴线p通过两个永磁体6a和6b的中垂线确定。与该第一磁性轴线成直角的第二磁性轴线q通过作用元件4的两个外翻部4a和4b的中垂线确定。

在不通电和不加载的状态下，原动体的第一磁性轴线p平行于x轴，原动体的第二磁性轴线q平行于y轴。同样情况在对电磁体10和20的两个电磁线圈12和22正向通电时也适用。对这两个电磁线圈12和22正向通电增大了支承装置100的针对振荡衰减的刚度。在对电磁线圈12和22负向通电时，原动体切向地扭转一角度α，如图1中示出的那样。则原动体的磁性q轴线平行于用y’标示的坐标轴。一方面原动体和另一方面位置固定的电磁体10、20、30和40的磁性轴线不再一致。支承装置100的针对沿支承装置的轴线100a方向的振荡的刚度由于两个效应而下降：一方面，永磁体6a和6b部分地从极靴11或21的作用区域中转动出来，另一方面，作用元件4的外翻部4a和4b部分地从极靴31或41的作用区域中转动出来。

所有极靴11、21、31和41优选通过冲压叠组法(stanzpaketierungsmethode)成叠片。这些极靴插入到共同的、环绕的叠片式定子1的内圆周上的凹部中。

图2是图1中示出的支承装置在yz平面中的剖面图，该剖面图阐明了衰减元件与磁阻促动器2在共同的轴105上的串联以及整个系统的组装。整个支承装置100装入到由两个法兰108c和108d限界的壳体106中。在法兰108c中布置有用于轴105的第一滑动支承部108a。在法兰108d中布置有用于轴105的第二滑动支承部108b。两个滑动支承部108a、108b分别既允许轴105沿支承装置100的轴线100a的轴向运动，又允许轴105自身的转动。

在图2的立体图中，衰减元件的电磁体10和永磁体6a位于图平面前方并因此未被画入，该电磁体与该永磁体共同作用。电磁体20和永磁体6b在该立体图中位于图平面的后方，该电磁体与该永磁体共同作用。它们用虚线或点划线标明。

磁阻促动器2位于图2的立体图中，在前面部分中可看到。因为属于该磁阻促动器的电磁体30和40处于一个平面中，因而磁阻促动器2仅可以引起轴105沿一个方向(这里向左)的轴向运动。为了沿另一方向的运动设置压力弹簧111，该压力弹簧在一侧支撑在铁磁作用元件4上并且另一侧支撑在壳体106中的盖板108e上。

衰减元件和磁阻促动器2原则上可以相互独立地操控。例如属于衰减元件的电磁线圈12和22能够以恒定电流来操控，该电流的强度取决于包含在作用的支承力fl中的振动的强度和频率f。但是，电磁线圈12和22也能够例如以交变电流来操控。磁阻促动器的电磁线圈32和42能够例如以脉冲链来操控，该脉冲链的频率适配于在轴105的运动中的在经过衰减元件后还剩余的振动分量。