CN101055014A

CN101055014A - 减振装置

Info

Publication number: CN101055014A
Application number: CNA2007100982039A
Authority: CN
Inventors: 水岛大地; 伏见武彦
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2007-04-13
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2027-04-13
Also published as: US8047512B2; JP4662163B2; US20070241489A1; CN100590328C; JP2007285378A

Abstract

一种减振装置(1)，通过向振源(2)加振而主动衰减振源的振动，该减振装置包括：振动状态检测装置(3、4)和振动器(5)，振动器包括磁极(6)、线圈(9)和控制装置(15)，通过控制线圈的通电状态以使线圈和磁极相对振动，振动器向振源加振，控制装置基于振源的振动状态选择方式切换加振模式和再生模式，在加振模式下，向振源加振，以使振源的振动衰减，而在再生模式下，使由振源的振动在线圈处产生的电动势所导致的再生电流流入再生电阻(14)。

Description

减振装置

技术领域

本发明涉及一种减振装置，通过对振源产生另外的振动(加振)，主动衰减振源的振动。

背景技术

当结构体振动时，例如具有发动机或者电动机的机器或者建筑物振动时，减振装置通过添加该振动的反相振动进行减振。例如，JP2005-299832A中所披露的减振装置，利用电磁执行器，对作为振源的发动机中所产生的振动添加反相振动。此外，减振装置设计成根据发动机的运行状态进行振动衰减。也就是，在衰减低频振动和衰减高频振动时，选择不同的方法，基于所选方法导出的信号，减振装置驱动电磁执行器。更具体地，当装备有发动机的车辆在惰速状态时出现低频振动，以及，当车辆在行驶状态时出现高频振动。

诸如发动机之类的振源安装在固定端。例如，将振源安装于车身。因此，由固定端和振源组成的振动系统具有共振频率。当振源以共振频率或者接近的频率振动时，使振动放大，并且振幅变大。根据振源和固定端的连接方式(例如，经由弹簧连接)或者振源的质量，共振频率改变。因此，如JP 2005-299832A中所披露的，仅仅在惰速状态与运行状态之间改变控制，不能处理共振系统的共振。

如果产生反相加振力的电磁执行器尺寸较大，那么，获得的输出功率足以衰减在共振状态下的振动系统的振幅。然而，在那种情况下，增加了装置的成本，而且，由于设有电磁执行器的减振装置的尺寸增大，难以保证布置该装置的空间。此外，增大了减振装置的尺寸，当振源以共振频率以外的频率振动因而振动系统的振幅较小时，不能充分发挥减振装置的能力。

另一方面，减振装置的尺寸保持较小，当振源以共振频率以外的频率振动时，能充分发挥装置的能力，实现有效的衰减。然而，当振源以共振频率振动时，即使装置试图实现衰减，但由于共振导致的较大振幅，也不能有效实现衰减，从而导致试图衰减所需电能的损失。

考虑到上述情况提出本发明，以及，本发明提供一种减振装置，该减振装置能实现有效减振而不会因此而损失能量。

发明内容

根据本发明的方面，提供一种通过向振源加振来主动衰减振源振动的减振装置，包括：振动状态检测装置，用于检测振源的振动状态；以及振动器，包括磁极、设置成切割由磁极形成的磁通的线圈、以及与线圈电连接的控制装置，通过控制线圈的通电状态以使线圈和磁极相对振动，振动器向振源加振，其中基于振源的振动状态，控制装置选择方式切换加振模式和再生模式，在加振模式中，向振源加振，以使振源的振动衰减，而在再生模式中，使由振源的振动在线圈处产生的电动势所导致的再生电流流入再生电阻。

根据上述结构，控制装置判断通过加振使振源的振动状态衰减是否合适。当合适时，控制装置执行加振模式。当不合适时，控制装置执行再生模式，而不是加振模式。换而言之，当通过向振源加振能有效衰减振动时，通过向线圈通电实现衰减。当通过向振源加振不能有效衰减振动时，则不向线圈通电，以减少能量的损失。此外，减振装置将振源的振动变换为再生电流(电能)，并且在再生电阻处以焦耳热(热能)的形式消耗该电能。也就是，即使在再生模式中也使振源的振动衰减。所以，可以提供一种减振装置，能实现有效减振而避免不必要的减振能量损失。

附图说明

根据下文结合附图进行的详细描述，本发明的这些以及其它的目的和优点将更为明了，其中：

图1是图示减振装置结构的示意图；

图2A和图2B是减振装置中控制电路的示意性电路图；

图3A和图3B是减振装置中控制电路的示意性电路图；

图4A是图示振动频率与振幅之间关系的曲线，以及，图4B是图示转数与振幅之间关系的曲线；以及

图5A是图示振幅的时间变化曲线，以及，图5B是图示对线圈通电的时间变化曲线。

具体实施方式

下面，参照附图描述根据本发明实施方式的减振装置。图1是图示减振装置1结构的示意图，以及，图2和图3是减振装置1中振动器5的控制电路C的示意性电路图。根据本发明实施方式的减振装置1包括振动器5。振动器5向作为振源的发动机2添加反相振动，从而主动衰减发动机2的振动。振动器5包括磁极6、线圈9、以及控制电路C。线圈9设置用于切割由磁极6形成的磁通，以及控制电路C具有线圈9。此外，控制电路C与处理单元15相连接，处理单元15控制下述开关SW1、SW2、SW3和SW4的通断。作为控制装置的处理单元15与线圈9电连接，并执行用于主动衰减发动机2振动的处理。

磁极6是永磁体。磁极6的一端与发动机2相连，以及，磁极6的另一端通过作为弹性件的弹簧13与固定端12相固定。例如，弹簧13可固定于车身。因此，弹簧13响应于发动机2的振动而伸缩，并且使振动衰减。也就是，在图1所示的减振装置1中，由发动机2和弹簧13组成被动振动系统P。然而，发动机2的振动频率成为近似于被动振动系统P的共振频率，在被动振动系统P中会发生共振，可导致发动机2的很大振动。

磁极6设有南极7和北极8，以及，线圈9可移动方式适配在南极7和北极8其间的筒形空间中。线圈9由圆筒状线圈保持件11保持，以及，线圈保持件11固定于支撑件10，支撑件10设置在诸如车身等固定端12上。因此，可通过向线圈9通电而形成磁场，以对磁极6加振。此外，线圈9所切割的磁通，响应于磁极6的振动而变化，因此在线圈9中产生电动势。

如上所述，在本发明实施方式的减振装置1中，当发动机2振动时，减振装置1通过由发动机2和弹簧13组成的被动振动系统P使振动衰减。另外，减振装置1通过主动振动系统A使振动衰减，主动振动系统A由发动机2、磁极6、具有线圈9的控制电路C、以及处理单元15组成。

如图2和图3所示，控制电路C由H桥电路组成。H桥电路包括4个开关SW1至SW4、线圈9、电源Vcc和电阻14。在H桥电路中，开关SW1和开关SW3、以及开关SW2和开关SW4分别串连。这两个串连电路彼此并联在电源Vcc与电阻14和地之间，经由上述线圈9，开关SW1和开关SW3之间的连接点与开关SW2和开关SW4之间的连接点相互连接。

开关SW1至SW4各由晶体管T1、T2、T3和T4与二极管D1、D2、D3和D4组成。具体地，开关SW1由晶体管T1和二极管D1组成，开关SW2由晶体管T2和二极管D2组成，开关SW3由晶体管T3和二极管D3组成，以及开关SW4由晶体管T4和二极管D4组成。开关SW1和开关SW2位于电源Vcc侧(正极侧)，并且将开关SW1和SW2称为高侧开关。开关SW3和开关SW4位于地侧(负极侧)，并且将开关SW3和SW4称为低侧开关。

图2A和图2B示意性图示当通过振动器5向发动机2加振时各开关和电流的状态。图3示意性图示没有通过振动器5加振而再生发动机2的振动时的电流状态。

图2A图示的状态为，高侧开关的开关SW1和低侧开关的开关SW4接通，而高侧开关的开关SW2和低侧开关的开关SW3断开。所以，电流按图中所示的箭头方向流进线圈9。因此，通过由线圈9产生的磁场，向磁极6加振。

同样，图2B图示的状态为，高侧开关的开关SW2和低侧开关的开关SW3接通，而高侧开关的开关SW1和低侧开关的开关SW4断开。所以，电流在与图2A所示情况相反的方向流进线圈9，因此，在与图2A中所示情况相反的方向，向磁极6加振。如上所述，通过切换控制电路C中所包括的开关SW1至SW4各自的通断状态，处理单元15控制向线圈9通电的方向等，从而执行加振模式，该加振模式控制磁极6和发动机2的加振力的幅度和相位。

图3A和图3B图示的状态为，高侧开关的开关SW1和开关SW2断开，而低侧开关的开关SW3和开关SW4接通。因此，电源Vcc不与线圈9相连接，当发动机2和磁极6没有振动时，不向控制电路C供给电能。然而，一旦发动机2和磁极6振动，线圈9所切割的磁通变化，因此，在线圈9中产生电动势，而且，由电动势所导致的再生电流流进线圈9。

图3A图示再生电流的状态，再生电流在线圈9中从图的左侧流到右侧，通过电阻14流出到地。图3B图示电流的状态，电流在线圈9中从图的右侧流到左侧，通过电阻14流出到地。也就是，电阻14起到再生电阻的作用，并且将再生电流从电能转换为热能(焦耳热)。向线圈9通电的方向根据发动机2和磁极6的振动方向而改变。如上所述，处理单元15切换控制电路C中所包括的各开关SW1至SW4的通断状态，从而控制由发动机2振动引起的向线圈9流入的再生电流的方向，从而执行再生模式，其中使线圈9中产生的再生电流流进电阻14(再生电阻)。

下面，参照图4和图5描述加振模式。图4A是图示发动机振动时振动频率与振幅之间关系的曲线。发动机2构造成由弹簧13进行支撑，以及，由于弹簧13的伸缩导致发动机2的振动。所以，具有最大幅度的振动频率是共振频率，对于具有发动机2和弹簧13的被动振动系统P而言，具有唯一的共振频率。因此，当发动机2的振动频率在设定范围时(共振频率和接近的频率)，没有大尺寸的减振装置，将难以使振动完全衰减。

根据本发明实施方式的减振装置1的处理单元15，构造成基于发动机2的振动状态选择方式切换加振模式和再生模式。基于安装在发动机2上的转动传感器4的检测结果，处理单元15确定发动机2的振动状态。发动机2是转动机器，并且取决于转数而振动。相应地，被动振动系统P中出现的振动频率也取决于转数。所以，检测出的转数与基于转数预测的振动频率预相关，因此，处理单元15可以存储图4B所示的转数与振幅之间的关系。于是，处理单元15构造成，当转数在设定范围时(预定转数和接近的转数)，从加振模式切换到再生模式。

可选择地，发动机2的振动状态可以通过作为振动状态检测装置的加速度传感器3进行检测。设置于发动机2的加速度传感器3，检测发动机2的振动加速度。因此，振动加速度的变化所代表的可变频率与发动机2的振动频率相等。据此，处理单元15构造成，当加速度传感器3检测出的振动加速度的可变频率在设定范围(预定频率或者接近的频率)时，将加振模式切换到再生模式。

如上所述，处理单元15切换运行模式使得减振装置1运行在再生模式，之后，振动器5不加振。代之以，将线圈9中产生的电动势所导致的再生电流消耗在电阻14处。在执行再生模式时，在减振装置1的控制电路C中的磁极6和线圈9处，将发动机2的振动(动能)转换为再生电流(电能)，并且使电能消耗在作为再生电阻的电阻14处。能量以焦耳热(热能)的形式消耗。也就是，即使在再生模式下也使振源的振动衰减。

此外，加振模式包括加振抑制模式和加振执行模式。当发动机2的振动状态在设定范围周围的边界范围时，运行加振抑制模式。处理单元15在加振执行模式中实施第一PWM(脉宽调制)控制，而在加振抑制模式中实施第二PWM控制。在第一PWM控制中，根据第一关系设定对线圈9通电的时间，在第一关系中，随着发动机2的振动变大(基于转动传感器4或者加速度传感器3检测的结果确定)，对线圈9通电的时间则变长。在第二PWM控制中，对线圈9通电的时间，设定成短于从第一关系中导出的对线圈9通电的时间。

如上所述，处理单元15实施PWM控制而不是所谓的PAM(脉幅调制)控制。在PAM控制中，随着发动机2的振动变大，向线圈9流入的电流变大。比较而言，在PWM控制中向线圈9供给的电流保持不变，对线圈9通电所用时间加长。因此，仅仅需要上述用于向线圈9通电的开关SW1至SW4，不需要对线圈9改变通电电流的机构。上述发动机2的转数与对线圈9通电时间之间的第一关系，可以预先存储在处理单元15所包括的存储器中。可以图形形式存储该关系。此外，振动在再生模式下未被充分衰减。为此，当控制从加振模式直接切换到再生模式时，在再生模式中可能突然出现振动。然而，当在加振模式中实施控制、以及发动机2的振动状态在上述设定范围周围的边界范围时，处理单元15运行加振抑制模式。在加振抑制模式中，实施第二PWM控制。在第二PWM控制中，对线圈9通电时间，设定成短于从第一关系中导出的对线圈9通电时间。也就是，在加振抑制模式中，有意削弱对发动机2振动的衰减。因此，当使加振模式切换到再生模式时，振动过渡方式出现而不是突然出现。

图5是图示发动机2的振动随时间改变时减振装置1的运行图。具体而言，图5A是图示发动机2振幅的时间变化曲线，而图5B图示向线圈9供给的电流量的时间变化曲线。在各时间点，根据上述转动传感器4(或者加速度传感器3)能导出发动机2的振幅。如图5A和图5B中所示，在t1时刻振幅较小，因此，对线圈9通电时间较短。随着时间从t2时刻到t3时刻，振幅变大，以及，对线圈9通电时间根据振幅而变长。然而，电流值不变。

振幅在t4时刻变大并超过第一门限值，于是，处理单元15确定在上述边界范围内存在振动状态，并且将实施第一PWM控制的加振执行模式切换到实施第二PWM控制的加振抑制模式，以向发动机2加振。在t4时刻，在T4时间段内对线圈9通电。如果在t4时刻实施第一PWM控制，在t4时刻对线圈9通电时间是T4’(＞T4)。因此，在第二PWM控制中的加振力比第一PWM控制中的小。也就是，当在第二PWM控制下向发动机2加振时，没有使发动机2的振动完全衰减。

在t5时刻振幅变大并超过第二门限值，于是，处理单元15确定在上述设定范围内存在发动机2的振动状态。处理单元15随后将加振模式切换到振动再生模式。此时，振动器5不产生振动，并且处理单元15在电阻14处消耗再生电流，再生电流是由发动机2的振动在线圈9中产生的电动势所导致的。所以，如图5B所示，当振幅超过第二门限值时，在时刻T5和T6向线圈9供给的电流量为零。

在时刻t7振幅变小并低于第二门限值。处理单元15确定在边界范围内存在发动机2的振动，并且将再生模式切换到加振抑制模式，从而在第二PWM控制下向发动机2加振。在t7时刻，在时间段T7内向线圈9通电。如果在t7时刻实施第一PWM控制，在t7时刻对线圈9通电时间为T7’(＞T7)。因此，在第二PWM控制中加振力比第一PWM控制中的小。也就是，在第二PWM控制下向发动机2加振时，没有使发动机2的振动完全衰减。

之后，随着时间从t8时刻到t10时刻，振幅变小。当振幅降至低于第一门限值时，处理单元15切换到加振执行模式，从而在第一PWM控制下向发动机2加振。

<另一实施方式>

在上述实施方式中，线圈9与支撑件10相连，而磁极6与发动机2相连。然而，该装置也可以配置成线圈9与发动机2侧相连，而磁极6与支撑件10侧相连。

根据上述结构，通过检测转数确定作为转动机器的振源的振动状态。因此，不需要使用昂贵的加速度传感器来检测振源的振动状态，得到了低成本的减振装置。

根据上述结构，基于振源的振动加速度确定振源的振动状态。所以，能更精确地检测振动状态。

根据上述结构，实施第一PWM控制而不是PAM控制。在PAM控制中，随着振源的振动变大，向线圈供给的电流变大。另一方面，在第一PWM控制中向线圈9供给的电流不变，使向线圈通电时间加长。因此，仅仅需要上述用于通电的开关SW1至SW4，而不需要能使向线圈供给的电流可变的机器。因此，能以简单的结构构造减振装置。此外，在振源的振动状态在设定范围时所执行的再生模式中，没有使振动完全衰减。因此，如果从加振模式直接切换到再生模式，在再生模式中可能突然出现振动。然而，当执行加振模式并且发动机2的振动状态在上述设定范围周围的边界范围时，处理单元15执行加振抑制模式，其中实施第二PWM控制。在第二PWM控制中，对线圈通电的时间，设定为短于从第一关系导出的对线圈通电的时间。也就是，在加振抑制模式中，有意削弱对振源振动的衰减，使振动出现。因此，当将加振模式切换到再生模式时，振动过渡方式出现而不是突然出现。

虽然本发明根据其特定的具体实施例加以描述，但是这些实施例仅为示例之用，本发明并不限于所披露的具体实施例。对于本领域技术人员来说，可以容易地对上述实施方案进行多种修改和改进，或应用于其它领域，而不偏离本发明的目的、精神和范围。所有这些改动均在本发明权利要求范围内。

Claims

1.一种减振装置(1)，通过向振源(2)加振，主动衰减所述振源的振动，所述减振装置包括：

振动状态检测装置(3、4)，用于检测所述振源的振动状态；以及

振动器(5)，包括：

磁极(6)；

线圈(9)，设置成切割由所述磁极形成的磁通；以及

控制装置(15)，与所述线圈电连接，通过控制所述线圈的通电状态，使所述线圈和所述磁极相对振动，所述振动器向所述振源加振，其特征在于：基于所述振源的振动状态，所述控制装置选择方式切换加振模式和再生模式，在所述加振模式中，向所述振源加振，以使所述振源的振动衰减，以及，在所述再生模式中，使由所述振源的振动在所述线圈处产生的电动势所导致的再生电流流入再生电阻(14)。

2.根据权利要求1所述的减振装置，其中所述振源具有转动机器(2)，所述振动状态检测装置(3、4)检测所述转动机器的转数作为所述振动状态，当所述转数在设定范围时，所述控制装置(15)切换到所述再生模式。

3.根据权利要求1所述的减振装置，其中所述振动状态检测装置(3、4)检测所述振源的振动加速度作为所述振动状态，当所述振动加速度的可变频率在设定范围时，所述控制装置(15)切换到所述再生模式。

4.根据权利要求2所述的减振装置，其中所述加振模式具有加振抑制模式和加振执行模式，当所述振动状态在所述设定范围周围的边界范围时，运行所述加振抑制模式，所述控制装置(15)在所述加振执行模式中实施第一PWM控制，而在所述加振抑制模式中实施第二PWM控制，所述第一PWM控制根据第一关系设定对所述线圈的通电时间，在所述第一关系中，随着所述振源(2)的振动加大，对所述线圈的通电时间加长，该振源(2)的振动基于所述振动状态检测装置(3、4)的检测结果确定，以及，所述第二PWM控制设定对所述线圈的通电时间，使其短于从所述第一关系中导出的对所述线圈(9)通电时间。

5.根据权利要求3所述的减振装置，其中所述加振模式具有加振抑制模式和加振执行模式，当所述振动状态在所述设定范围周围的边界范围时，运行所述加振抑制模式，所述控制装置(15)在所述加振执行模式中实施第一PWM控制，而在所述加振抑制模式中实施第二PWM控制，所述第一PWM控制根据第一关系设定对所述线圈的通电时间，在所述第一关系中，随着所述振源(2)的振动加大，对所述线圈的通电时间加长，所述振源(2)的振动基于所述振动状态检测装置(3、4)的检测结果确定，以及，所述第二PWM控制设定对所述线圈的通电时间，使其短于从所述第一关系中导出的对所述线圈(9)的通电时间。