JP2001153175A - 能動型吸振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置重量を軽減すると共に、駆動電圧の供給
が必要となる電磁石を吸振対象となる振動体に対して固
定配置する。 【解決手段】 振動センサ４２はエンジンが作動して車
体１１が振動すると、車体１１の振動を検出して検出信
号をコントローラへ出力する。検出信号に基づいてコン
トローラは、ヨーク３０が車体１１における振動の周波
数と等しい周波数で振動するように電磁石１２のコイル
１６へ駆動電圧を周期的に印加し、ヨーク３０を車体１
１の振動周波数と等しい周波数で振動させると共に、ヨ
ーク３０を車体の振動位相とは一定のずれを有する位相
で振動させる。これにより、アクティブダンパ１０から
の慣性力は車体１１の振動を打ち消し又は弱めるように
作用するので、エンジン１３の作動時における車体１１
の振動レベルを大幅に低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、自動車、
一般産業用機械等に適用され、振動を発生するエンジン
やエンジンからの振動が伝達される車体等の振動体の振
動を能動的に打ち消す能動型吸振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車には、エンジンと車体との間にエ
ンジンマウントとして防振装置が配置されている。この
ような防振装置は、ゴム状弾性体の内部抵抗や、ゴム状
弾性体の変形に伴って拡縮する主液室とこれに制限通路
（オリフィス）を通して繋がれた副液室との間に生じる
液柱共振により振動エネルギを吸収し、エンジンからの
振動を減衰して車体へ伝達される振動を抑制している。
但し、このような防振装置では、エンジンからの振動を
一定の減衰率で減衰できるものの、理論上、エンジンか
ら車体へ伝達される振動を完全に消失できない。

【０００３】そこで、振動発生部から振動受部へ伝達さ
れる振動を理論上、完全に打ち消すことができる能動型
吸振装置であるアクティブダンパの自動車への適用が検
討されている。アクティブダンパとしては、例えば、所
定の質量を有する質量体をコイルスプリング等により弾
性的に支持し、電磁石及びヨーク等からなる電磁アクチ
ュエータにより質量体を振動させるものがあり、このア
クティブダンパを振動受部に固定して振動の周波数に対
応させて質量体を振動させることで、その慣性力によっ
てエンジンから車体へ伝達された振動を能動的に打ち消
すことができる。このようなアクティブダンパでは、電
磁アクチュエータにおけるヨークが車体側へ固定される
と共に、質量体が電磁石へ連結固定される。これによ
り、例えば、電磁石へ周期的に駆動電圧を印加すれば、
電磁石とヨークとの間に電磁気力が周期的に作用して電
磁石が質量体と一体となって振動する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなアクティブダンパに用いられる電磁アクチュエー
タでは、通常、車体側へ固定されるヨークの重量が電磁
石を含む可動部全体の重量よりかなり重くなっている。
ここで、電磁アクチュエータにより振動する質量体の慣
性力は車体における被吸振領域と共にヨークにも作用す
る。このため、ヨークの質量が大きくなる程、車体にお
ける被吸振領域の振動を実際に打ち消す制振力が減少し
て行く。従って、アクティブダンパでは、被吸振領域の
質量とヨークの質量との和を実質的な被吸振領域の質量
と考え、この質量和に対応させて質量体の質量も十分大
きくしなければならならず、アクティブダンパの重量が
重くなってしまう。

【０００５】またアクティブダンパでは、電磁アクチュ
エータにおける電磁石が可動部に配置されることから、
電磁石のコイルへ駆動電圧を供給するための電源ケーブ
ルを可動部へ接続する必要がある。しかし、電源ケーブ
ルを可動部へ直接接続すると、可動部の振動時にケーブ
ルへ繰返し応力が作用し、長期的には電源ケーブルが断
線するおそれがある。

【０００６】本発明の目的は、上記事実を考慮し、装置
重量を軽減できると共に、駆動電圧の供給が必要となる
電磁石を被吸振対象となる振動体に対して固定に配置で
きる能動型吸振装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の能動型吸振装置
は、吸振対象となる振動体に連結固定される電磁石と、
前記電磁石に対して振動体における振動の振幅方向に沿
って相対的に変位可能とされたヨークと、前記ヨークを
前記電磁石に対して弾性的に支持する弾性部材と、前記
ヨークに設けられ、前記電磁石への駆動電圧の印加時に
該電磁石との間に前記振幅方向に沿った電磁気力を作用
させる永久磁石と、を有するものである。

【０００８】上記構成の能動型吸振装置によれば、ヨー
クが電磁石に対して振幅方向に沿って相対的に変位可能
とされると共に弾性部材によって電磁石に対して弾性的
に支持され、かつ電磁石への駆動電圧の印加時にヨーク
と電磁石との間に振動体における振動の振幅方向に沿っ
た電磁気力が作用することにより、電磁石へ駆動電圧を
印加すると、電磁気力によりヨークが振動の振幅方向に
沿って相対変位し、この状態から電磁石への駆動電圧の
印加を中止すると、ヨークが弾性部材の復元力により振
動の振幅方向に沿って電圧印加時とは逆方向へ変位する
ので、振動体の振動時に振動周波数に対応する周期で電
磁石へ駆動電圧を印加すれば、ヨークを振動周波数に対
応する周波数で振動させることができる。この結果、振
動体の振動を打ち消すような慣性力をヨークにより発生
できるので、振動体における振動を抑制又は消失でき
る。

【０００９】ここで、電磁アクチュエータの一部である
ヨークが質量体の一部又は全部となり、振動体における
振動を打ち消すための慣性力を発生させる。従って、本
発明の能動型吸振装置では、ヨークの質量を振動体の振
動を打ち消すために必要となる質量（適正質量）と等し
くすれば、ヨークとは別に質量体を設置する必要がなく
なり、またヨークの質量が適正質量より小さい場合に
は、ヨークの質量と適正質量との差と等しい質量を有す
る質量体を設置すればよい。この結果、装置重量を軽減
でき、かつヨークが振動体へ制振力を作用させヨーク自
体には制振力が作用しなくなるので、ヨークの質量が大
きくなっても振動体の振動を実際に打ち消す制振力が減
少することがなくなる。

【００１０】また電磁石が振動体に対して固定され、装
置作動時にも電磁石が振動体に対して変位しないことか
ら、電磁石にケーブル等の駆動電圧供給用の接続部材を
直接接続しても、接続部材に繰り返し応力等の外力が作
用しなくなるので、接続部材が経時的に劣化することが
なくなる。

【００１１】ここで、振動体における被吸振領域とは、
ヨーク（質量体）を振動させて発生させた慣性力により
振動が実質的に打ち消される領域であり、振動体が剛体
である場合には振動体の全体が被吸振領域となるが、自
動車の車体（フレーム）のように振動に対しては非剛性
体（弾性体）としての挙動を示すものが振動体である場
合には、振動体における能動型吸振装置との連結部近が
局部的に被吸振領域となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
アクティブダンパについて図面を参照して説明する。

【００１３】（実施の形態の構成）図１には本発明の実
施形態に係るアクティブダンパ１０が示されている。な
お、図中符号Ｓは装置の中心線である軸心を示し、この
軸心に沿った方向を軸方向として以下の説明を行う。

【００１４】アクティブダンパ１０は、図２に示される
ように自動車の車体１１に固定される。また車体１１上
には、振動発生部となるエンジン１３が複数の防振装置
１５を介してマウントされており、複数のアクティブダ
ンパ１０が車体１１のエンジン取付部を付近に配置され
ている。ここで、防振装置１５としては、例えば、吸振
主体となるゴム弾性体及び制限通路（オリフィス）によ
り互いに繋がれた複数の液室を備えた液体封入式のもの
が用いられる。

【００１５】アクティブダンパ１０は、図１に示される
ように略円柱状の電磁石１２を備えている。電磁石１２
は、軟鉄心により形成されたコア１４の外周部にコイル
１６が設けられたものであり、コイル１６は絶縁導線が
密に巻き付けられて構成されている。電磁石１２の下面
には、軸心Ｓに沿って連結ロッド１８が下方へ突出する
ように設けられている。連結ロッド１８には、軸方向中
間部に外周側へ延出する鍔部２０が一体的に設けられて
おり、この鍔部２０より下部は外周面にねじ山が形成さ
れた雄ねじ部２２とされている。また電磁石１２の上面
には、軸心Ｓに沿ってガイドロッド２４が上方へ突出す
るように設けられている。

【００１６】電磁石１２は、連結ロッド１８の雄ねじ部
２２が車体１１の取付穴２６内へ挿通し、鍔部２０が車
体１１における取付穴きの周縁部へ当接するように配置
され、取付穴２６から突出した雄ねじ部２２の先端部へ
ナット２８がねじ込まれる。これにより、電磁石１２は
車体１１へ連結固定されている。

【００１７】アクティブダンパ１０には、図1に示され
るように頂部側が閉止された有底円筒状のヨーク３０が
設けられている。ヨーク３０は鋳鉄又は鋳鋼鉄により形
成され、その頂板部には軸心Ｓに沿って貫通穴３２が穿
設されている。この貫通穴３２には円筒状の軸受部材３
４が圧入等により固定されている。ヨーク３０は、その
中空部内に電磁石１２が収納されるように上方から電磁
石１２へ被せられる。このとき、電磁石１２のガイドロ
ッド２４はヨーク３０の軸受部材３４内へ摺動可能に挿
通する。これにより、ヨーク３０は電磁石１２に対して
相対的に変位可能に支持される。

【００１８】電磁石１２の頂面とヨーク３０の頂板部下
面との間には、ガイドロッド２４の外周側に金属製のコ
イルスプリング３６が同軸的に配置されている。このコ
イルスプリング３６はヨーク３０の重量によって軸方向
へ所定量圧縮されている。これにより、コイルスプリン
グ３６は、ヨーク３０が図示の中立位置から変位する
と、その変位量に応じた大きさの弾性復元力をヨーク３
０へ作用させる。またヨーク３０の内周面には電磁石１
２のコイル１６の外周面に面するように永久磁石３８が
埋設固定される。

【００１９】すなわち、本実施の形態のアクティブダン
パ１０では、電磁石１２及びヨーク３０により電磁アク
チュエータが構成されており、電磁石１２のコイルへ駆
動電圧を印加することにより、電磁石１２と永久磁石３
８との間には電磁気的な駆動力が生じ、この駆動力はヨ
ーク３０を軸方向に沿って下方へ変位させるように作用
する。またコイル１６への駆動電圧の印加を中止する
と、電磁気力が消失してヨーク３０がコイルスプリング
３６の弾性復元力により軸方向に沿って上方へ変位す
る。このとき、ヨーク３０は慣性力により図１に示され
る中立位置よりも上方まで移動する。従って、コイル１
６への駆動電圧のオン／オフを周期的に繰り返すことに
より、ヨーク３０は駆動電圧のオン／オフの周期に応じ
た周波数で振動する。

【００２０】ここで、ヨーク３０の質量は、車体１１に
おけるアクティブダンパ１０から車体１１へ伝えられる
慣性力によって振動が実質的に打ち消される領域（被吸
振領域）の質量に応じて定められる。すなわち、ヨーク
３０の加速度は電磁アクチュエータにおけるヨーク３０
の振幅及び周波数に応じて予め定まっているので、ヨー
ク３０の慣性力を被吸振領域の振動エネルギに対抗でき
る大きさとするには、ヨーク３０の質量を被吸振領域の
質量に対応させて設定する必要がある。

【００２１】アクティブダンパ１０は電磁石１２を制御
するコントローラ４０を備えており、このコントローラ
４０には車体１１上に設置された振動センサ４２からの
信号伝送用ケーブル４４が接続されている。振動センサ
４２は、車体１１上におけるエンジン１３とアクティブ
ダンパ１０との中間部に設置されており、車体１１の振
動を検出して、この振動に対応する波形（例えば、正弦
波形）の電気信号を検出信号としてコントローラ４０へ
出力する。またコントローラ４０は、駆動電圧供給用の
ケーブル４６により電磁石１２のコイル１６と接続され
ている。

【００２２】コントローラ４０は、振動センサ４２から
の信号を受けてエンジン１３の作動時の車体１１におけ
る振動の周波数及び位相を判断する。コントローラ４０
は、車体１１における振動の周波数と等しい周波数でヨ
ーク３０が振動するように駆動電圧をオンするオン時間
とオフするオフ時間との比、すなわち駆動電圧のデュー
ティ比及び信号周期を設定する。更にコントローラ４０
は、ヨーク３０が車体１１における振動の位相とは一定
時間のずれを有する位相又は逆位相で振動するように駆
動電圧の位相を調整する。

【００２３】（実施の形態の作用）次に、本発明の実施
形態に係るアクティブダンパ１０の動作及び作用を説明
する。

【００２４】車体１１に搭載されるエンジン１３が作動
すると、エンジンの振動が防振装置１５を介して車体１
１へ伝達される。エンジン１３からの振動は、防振装置
１５により一定の減衰率で減衰されて車体１１へ伝達さ
れるが、防振装置１５では車体１１に伝達される振動を
完全に消失できず、エンジン１３からの振動によって車
体１１が振動する。

【００２５】振動センサ４２はエンジンが作動して車体
１１が振動すると、車体１１の振動を検出して検出信号
をコントローラ４０へ出力する。振動センサ４２からの
検出信号を受けたコントローラ４０は、ヨーク３０が車
体１１における振動の周波数と等しい周波数で振動する
ように電磁石１２のコイル１６へ駆動電圧を周期的に印
加する。

【００２６】アクティブダンパ１０では、ヨーク３０の
振動時にはヨーク３０の質量と加速度との積と等しい慣
性力を車体１１へ作用させる。このとき、ヨーク３０の
振動周波数を車体１１の振動周波数と等しくすると共
に、ヨーク３０を車体の振動位相とは一定のずれを有す
る位相（逆位相を含む）で振動させることにより、アク
ティブダンパ１０からの慣性力は車体１１の振動を打ち
消し、又は弱めるように作用する。従って、車体１１に
おける振動に対応させてヨーク３０を振動させることに
より、エンジン１３の作動時における車体１１の振動レ
ベルを大幅に低減できる。

【００２７】ここで、アクティブダンパ１０は車体１１
におけるエンジン１３の取付部を囲むように配置されて
いるので、車体１１におけるアクティブダンパ１０の取
付部から外側の領域に振動が伝達することを効果的に阻
止（振動遮断）できる。この結果、自動車の車内へ伝達
される振動レベルを大幅に低減できる。

【００２８】以上説明した本実施の形態に係るアクティ
ブダンパ１０では、電磁アクチュエータの一部であるヨ
ーク３０が質量体となり、車体１１における振動を打ち
消すための慣性力を発生させるので、装置重量を軽減で
き、かつヨーク３０が車体１１へ制振力を作用させヨー
ク３０自体には制振力が作用しなくなるので、ヨーク３
０の質量が大きくなっても車体１１の振動を実際に打ち
消す制振力が減少することがなくなる。

【００２９】また、電磁石１２が車体１１に対して連結
固定され、アクティブダンパ１０の作動時にも電磁石１
２が車体１１に対して変位しないことから、電磁石１２
のコイルにケーブル４６を直接接続しても、ケーブル４
６には繰り返し応力等の外力が作用しなくなるので、ケ
ーブル４６が経時的に劣化し、断線することを防止でき
る。

【００３０】なお、エンジン１３からの振動の種類に
は、例えば、車両が７０〜８０ｋｍ／ｈで走行すると生
じるシエイク振動（１５Ｈｚ未満）や、アイドリング運
転及び車速が５ｋｍ／ｈ以下の低速運転の場合に生じる
アイドル振動（２０〜３０Ｈｚ）等があるが、これらの
振動の種類をコントローラ４０により判断させ、特定の
振動、例えば、シエイク振動が車体１１に伝達されてい
るときにのみ、アクティブダンパ１０を作動させるよう
にしてもよい。

【００３１】但し、特定振動の発生時にコイル１６への
電圧印加を中断すると、コイルスプリング３６により弾
性的に支持されたヨーク３０の自由振動が可能となるこ
とから、車体１１の振動時にヨーク３０が共振して車体
１１の振動を却って助長するおそれがある。このような
不具合を防止するためには、例えば、特定振動の発生時
にもコイル１６への駆動電圧の印加を継続してヨーク３
０へ駆動力を作用させる。これにより、駆動力がヨーク
３０の軸方向に沿った変位に対する抵抗力となってヨー
ク３０の振動が抑制されるので、車体１１の振動時にも
ヨーク３０の共振を効果的に抑制できる。

【００３２】また、本実施の形態では、アクティブダン
パ１０を車体１１に配置する場合のみを説明したが、ア
クティブダンパ１０を振動発生部であるエンジン１３側
に配置してエンジン１３自体の振動を抑制するようにし
てもよい。

【００３３】（実施の形態の変形例）図３には本実施の
形態に係るアクティブダンパ１０の変形例が示されてい
る。図３に示されるアクティブダンパ１０では、ヨーク
５２の外周面にリング状の補助質量体５０が固定されて
いる。この補助質量体５０は、図１に示されるヨーク３
０と同様に、補助質量体５０の質量とヨーク５２の質量
との和が車体１１における被吸振領域の質量に対応する
大きさとなるように質量が設定されている。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の能動型吸振
装置によれば、装置の重量を軽減できると共に、駆動電
圧の供給が必要となる電磁石を被吸振対象となる振動体
に対して固定配置できるので、電磁石へ駆動電圧を供給
するケーブル等の断線を防止し装置の信頼性を向上でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係るアクティブダンパ
の一例を示す軸方向に沿った側面断面図である。

【図２】 本発明の実施形態に係るアクティブダンパ及
びエンジンが車体上へ搭載された状態を示す模式図であ
る。

【図３】 本発明の実施形態に係るアクティブダンパの
変形を示す軸方向に沿った側面断面図である。

【符号の説明】

１０ アクティブダンパ（能動型吸振装置） １１ 車体（振動体） １２ 電磁石 ３０ ヨーク ３６ コイルスプリング（弾性部材） ３８ 永久磁石 ４０ コントローラ（駆動制御手段） ４２ 振動センサ（駆動制御手段） ５０ 補助質量体 ５２ ヨーク

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸振対象となる振動体に連結固定される
   電磁石と、 前記電磁石に対して振動体における振動の振幅方向に沿
   って相対的に変位可能とされたヨークと、 前記ヨークを前記電磁石に対して弾性的に支持する弾性
   部材と、 前記ヨークに設けられ、前記電磁石への駆動電圧の印加
   時に該電磁石との間に前記振幅方向に沿った電磁気力を
   作用させる永久磁石と、 を有することを特徴とする能動型吸振装置。
2. 【請求項２】 前記ヨークは、該ヨークの慣性力により
   振動が打ち消される振動体の被吸振領域の質量に対応し
   た質量を有することを特徴とする請求項１記載の能動型
   吸振装置。
3. 【請求項３】 前記ヨークに補助質量体を固定し、前記
   ヨークの質量と前記補助質量体の質量との和を該ヨーク
   の慣性力により振動が打ち消される振動体の被吸振領域
   の質量に対応する大きさとしたことを特徴とする請求項
   １記載の能動型吸振装置。
4. 【請求項４】 振動体の振動時に振動周波数に対応する
   周期で前記ヨークが前記振幅方向に沿って振動するよう
   に前記電磁石に駆動電圧を印加する駆動制御手段を有す
   ることを特徴とする請求項１，２又は３記載の能動型吸
   振装置。