JP2002115742A - 可変ばね式制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】制振装置を設置した後でも制振対象物の振動特
性変化に追従して、制振装置のばね定数が自動調整され
る可変ばね式制振装置を提供する。 【解決手段】制振対象物１に取付けられた固定部磁石列
２と、可動質量３に取付けられ隙間９を介して前記固定
部磁石列にたいして対向配置された可動部磁石列４とを
有し、この可動部磁石列と前記固定部磁石列が隙間の長
さを保持して磁石面平行方向に相対移動するときに磁気
復元力を作用する磁気ばね要素と、前記制振対象物の振
動を検出する振動検出センサー11と、この振動検出セン
サーの出力を受けてその変化に応じ前記磁気ばね要素を
構成する前記磁石列の間の隙間の最適長さを求める制御
装置12と、この制御装置の出力を受けて前記磁石列の間
の隙間の長さを変化させる駆動機構14とを備えた構成と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は建造物や回転機械な
どの振動を抑制する可変ばね式制振装置に係り、動吸振
器の原理に基づく構造物の制振装置もしくは、ばね要素
と可動質量からなる付加質量系の固有振動数を、制振対
象物の励振振動数に一致させることにより、反共振を利
用して振動を抑制する制振装置において、制振対象物の
振動変化に追従して、最適な制振性能が得られる可変ば
ね式制振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、付加質量をばね要素と減衰要素を
介して建造物や回転機械などの制振対象物に取り付けた
動吸振器において、一つの可動質量により異なる２方向
の制振を可能としたうえに装置が小型化できるものとし
て、ばね要素と減衰要素に磁気力を利用した磁気ばね・
ダンパ要素を用いた動吸振器が提案されている。

【０００３】この動吸振器は、図８にその縦断面図を示
し、図９に横断面図を示すように、制振対象物１に取付
けられた固定部磁石列２と、可動質量３に取付けられ前
記固定部磁石列２に対向して設けられた可動部磁石列４
とからなる。

【０００４】すなわち、この動吸振器では可動質量３
に、厚さ方向に磁化した可動部磁石５を所定の距離を置
いて隣接する磁石どうしが互いに異なる磁極を持って縦
横に多数配列し、バックヨーク６を介して固定してい
る。可動部磁石５とバックヨーク６によって可動部磁石
列４が構成されている。これと対向する制振対象物１に
も、固定部磁石７とバックヨーク８からなる固定部磁石
列２を可動部磁石列４と同一形状、同一位置とした上、
対向する部分が異なる磁極を持つように構成して固定し
ている。

【０００５】ここで可動部磁石列４と固定部磁石列２の
間の隙間９は、受け座41，42を介して剛球43を挟み込む
ことにより一定に保たれている。この隙間９には導体板
10が配置されている。

【０００６】このような構成で、可動質量３が静止状態
から動き、対向している可動部磁石５と固定部磁石７が
水平方向にずれた場合、互いに異なる磁極を持つため、
吸引力が働くとともに、隣接する同一磁極に近づくこと
により反発力が働く。これらはいずれも２次元方向の移
動に対して可動質量３の移動量を元に戻す復元力として
作用する。さらに導体板10を通過する磁束は、可動質量
３の移動、すなわち可動部磁石５の移動に伴い、導体板
10と相対運動することとなり、導体板10に発生する渦電
流損による磁気減衰力として作用する。

【０００７】このように磁気力を利用して復元力と減衰
力が同時に得られる磁気ばね・ダンパ要素を構成して動
吸振器に適用することにより、動吸振器の大幅な小型化
が可能となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の磁気ばね・ダンパ要素を用いた動吸振器で
は、磁気ばね定数が一定であるため、制振対象物に動吸
振器を設置した後に、温度などの環境条件の変化、ある
いは機械などでは運転条件の変化に伴い、制振対象物の
固有振動数が変化した場合、動吸振器の最適調整状態が
崩れることによる制振効果の低下を防ぐことは困難であ
る。

【０００９】また回転機械など振動源を持つ制振対象物
の場合、磁気ばね要素と可動質量からなる付加質量系の
固有振動数を、制振対象物の振動数に一致させることに
より、反共振を利用して対象物の定常振動を抑制する制
振装置においても、制振装置を設置した後、振動源の振
動数変化があると追従できないため、制振効果の低下を
防ぐことは困難である。

【００１０】本発明はかかる従来の事情に対処してなさ
れたものであり、制振装置を設置した後でも制振対象物
の振動特性変化に追従して、制振装置のばね定数が自動
調整される可変ばね式制振装置を提供することを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、制振対象物に取付けられた
固定部磁石列と、可動質量に取付けられ隙間を介して前
記固定部磁石列にたいして対向配置された可動部磁石列
とを有し、この可動部磁石列と前記固定部磁石列が隙間
の長さを保持して磁石面平行方向に相対移動するときに
磁気復元力を作用する磁気ばね要素と、前記制振対象物
の振動を検出する振動検出センサーと、この振動検出セ
ンサーの出力を受けてその変化に応じ前記磁気ばね要素
を構成する前記磁石列の間の隙間の最適長さを求める制
御装置と、この制御装置の出力を受けて前記磁石列の間
の隙間の長さを変化させる駆動機構とを備えた構成とす
る。

【００１２】この発明によれば、制振対象物に制振装置
を設置した後に、温度などの環境条件の変化、あるいは
機械などでは運転条件の変化に伴い、制振対象物の振動
様態が変化した場合でも、その変化に対応して磁気ばね
要素を構成する磁石列の間の隙間長さが自動調整される
ことにより、磁気ばね定数が最適調整状態に保たれるた
め、制振対象物の振動を常に効果的に抑制することがで
きる。

【００１３】請求項２の発明は、請求項１の可変ばね式
制振装置において、制御装置は、振動検出センサーの出
力から振動数を抽出する振動数抽出手段と、前記振動数
と磁気ばね要素の磁石列の間の隙間長さとの関係から制
御量を算出する演算部とを備えた構成とする。この発明
によれば、制振対象物の振動数が変化した場合にもその
振動を効果的に抑制することができる。

【００１４】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、可動質量に取付けられた振動検出センサーを備え、
制御装置は、前記可動質量に取付けられた振動検出セン
サーの検出信号と制振対象物に取付けられた振動検出セ
ンサーの検出信号との位相差および振動数差を算出する
減算部と、この位相差および振動数差と磁気ばね要素の
磁石列の間の隙間長さとの関係から制御量を算出する演
算部とを備えた構成とする。この発明によれば、可動質
量の磁石面平行方向の振動の位相を制御して制振対象物
の振動を効果的に抑制することができる。

【００１５】請求項４の発明は、制振対象物である回転
機械に取付けられた回転数検出器と、前記制振対象物に
取付けられた固定部磁石列と可動質量に取付けられ隙間
を介して前記固定部磁石列にたいして対向配置された可
動部磁石列とを有しこの可動部磁石列と前記固定部磁石
列が隙間の長さを保持して磁石面平行方向に相対移動す
るときに磁気復元力を作用する磁気ばね要素と、前記回
転数検出器によって検出された制振対象物の回転数と前
記磁気ばね要素の磁石列の間の隙間の長さとの関係から
制御量を算出する演算部を有する制御装置と、この制御
装置の出力を受けて前記磁石列の間の隙間長さを変化さ
せる駆動機構とを備え、前記磁気ばね要素と前記可動質
量からなる付加質量系の固有振動数を制振対象物である
回転機械の回転数に一致させることにより反共振を利用
して制振対象物の振動を抑制する構成とする。この発明
によれば、回転機械の運転に伴う振動を特に効果的に抑
制することができる。

【００１６】請求項５の発明は、請求項２または３また
は４記載の発明において、駆動機構は、制御装置から制
御量に関する信号を受けて作動するモータと、このモー
タによって駆動され磁気ばね要素の磁石列の間の隙間長
さを変化させるボールねじとを備えた構成とする。この
発明によれば、磁気ばね要素の磁気ばね特性を簡単確実
に変化させることができる。

【００１７】請求項６の発明は、請求項５記載の発明に
おいて、ボールねじは、右ねじからなるボールねじ軸と
左ねじからなるボールねじ軸を連結した一体構造であ
り、右ねじ部と左ねじ部を各々可動質量の一方の対向す
る位置にある固定部磁石列の支持部材にボール保持器を
介して結合した構成とする。この発明によれば、磁気ば
ね要素の磁気ばね特性を簡単確実に変化させることがで
きる。

【００１８】請求項７の発明は、請求項１または４記載
の発明において、可動質量の両側に配置された固定部磁
石列を支持する支持部材を相互に予圧縮ばねにより結合
した構成とする。この発明によれば、磁石列間の隙間長
さの安定性、したがって磁気ばね特性の安定性を得るこ
とができる。

【００１９】請求項８の発明は、請求項１または４記載
の発明において、可動質量と磁気ばね要素と駆動機構は
制振対象物に取付けられた外容器の中に設けられている
構成とする。この発明によれば、剛性が高く、悪環境に
耐える制振装置本体を提供することができる。

【００２０】請求項９の発明は、請求項８記載の発明に
おいて、固定部磁石列を支持する支持部材は可動質量が
振動する２次元平面と直交する方向に移動可能な直動案
内機構を介して外容器に係合されている構成とする。こ
の発明によれば、固定部磁石列の磁石面平行方向の動き
が抑制され、磁石面垂直方向のなめらかな動きが実現さ
れて、磁気ばね特性の安定性を得ることができる。

【００２１】請求項10の発明は、請求項８記載の発明に
おいて、可動質量と外容器は、磁石列の間の隙間に平行
の方向に変位可能なベアリングと受け座によって係合さ
れている構成とする。この発明によれば、可動質量の磁
石面垂直方向の動きを抑制し、磁石面平行方向の動きの
みを許容して、磁気ばね特性の安定性を得ることができ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の可変ばね式制振
装置のいくつかの実施の形態を図面を参照して説明す
る。図１は本発明の第１の、そして基本的な実施の形態
の可変ばね式制振装置を示す。この可変ばね式制振装置
は主たる構成要素として、制振対象物１に取付けられた
振動検出センサー11と、振動しない安全な場所に設置さ
れた制御装置12と、制振対象物１にたいして強固に取付
けられた制振装置本体13とを有する。制振装置本体13
は、２対の固定部磁石列２および可動部磁石列４と、固
定部磁石列２の位置を変化させる駆動機構14を有する。

【００２３】２つの可動部磁石列は、可動質量３の上面
と下面に、厚さ方向に磁化した可動部磁石５を所定の間
隔をおいて隣接する磁石どうしが互いに異なる磁極を持
って縦横に多数配列し、バックヨーク６を介して固定し
て構成されている。

【００２４】制振対象物１に剛に結合された下部の支持
部材15ａには、固定部磁石７とバックヨーク８からなる
一方の固定部磁石列２が、可動部磁石列４と同一形状、
同一位置とした上、対向する部分が異なる磁極を持つよ
うに構成されており、一定の隙間９を介して対向するこ
とにより磁気ばね要素を構成している。

【００２５】他方の固定部磁石列２は、駆動機構14を介
して下部の支持部材15ａに係合された上部の支持部材15
ｂに取付けられている。このように、本実施の形態では
可動質量３の上下両側に２組の磁気ばね要素が配置され
ていることになる。

【００２６】制御装置12は、制振対象物１に取り付けら
れた振動検出センサー11からの信号を受けて、隙間９の
大きさを決定する演算部を備え、その制御信号を受けて
作動する駆動機構14により上部の支持部材15ｂが上下に
平行移動されるように構成されている。隙間９には導体
板10を配置して磁気減衰作用を利用しても良い。

【００２７】このような構成の本実施の形態の可変ばね
式制振装置においては、制振対象物１の振動特性の変化
に応じて、磁気ばね要素を構成する可動部磁石列４と固
定部磁石列２の隙間９の大きさが自動的に調整される。
従って、制振装置を設置した後でも制振対象物１の振動
特性変化に追従して、制振装置本体13の磁気ばね定数が
自動調整でき、制振対象物１の振動を常に効果的に抑制
することができる。

【００２８】次に本発明の第２の実施の形態の可変ばね
式制振装置を図２を参照して説明する。この実施の形態
は制御装置12と駆動機構14を具体化したものである。す
なわち、制御装置12として、制振対象物１に取付けられ
た振動検出センサー11からの検出信号を受けて振動数を
抽出するトラッキングフィルター16と、振動数とそれに
対応して必要な磁気ばね定数の関係、さらには磁気ばね
要素の可動部磁石列４と固定部磁石列２の間の隙間９と
の関係から制御量を算出する制御量演算部17を備えてい
る。なお、図示していないが、制御装置12は、Ａ／Ｄ変
換器、Ｄ／Ａ変換器および周波数フィルターも備えてい
る。

【００２９】また制振装置本体13は、可動質量３の一方
で可動部磁石列４と対向する位置にある固定部磁石列２
を固定している支持部材15ａおよび、可動質量３の他方
の位置に同様に設けられている支持部材15ｂに、左ねじ
部18ａと右ねじ部18ｂを連結して一体構造としたボール
ねじ軸18が、各々ボール保持器19を介して結合されてお
り、制御装置12からの制御信号を受けて回転するモータ
20より減速器21を介して駆動される構成となっている。
ボールねじ軸18は外容器22に設置された回転軸受23にお
いて支持されている。さらに、支持部材15ａ，15ｂはス
ライド軸受24を介して、外容器22に固定されたレール25
と連結している。

【００３０】この実施の形態によれば、制振対象物１の
振動数変化に応じて、上部の固定部磁石列２の円滑な上
下移動を可能とした上で、制振対象物１に対する水平支
持剛性が確保されており、磁気ばね要素を構成する可動
部磁石列４と固定部磁石列２の間の隙間９が可動質量３
の両側にある場合でも、同時に自動調整できることとな
る。

【００３１】従って、制振装置を設置した後でも制振対
象物１の振動特性変化に追従して、制振装置本体13の磁
気ばね定数が自動調整でき、制振対象物１の振動を常に
効果的に抑制することができる。

【００３２】次に本発明の第３の実施の形態の可変ばね
式制振装置を図３を参照して説明する。この実施の形態
は制御装置12をさらに具体化したもので、制振対象物１
に取付けた振動検出センサー11からの信号と可動質量３
に取付けた振動検出センサー26からの信号を受けて、位
相差検出回路27により制振対象物１と可動質量３の振動
の位相差を検出し、この位相差から磁気ばね定数の最適
ばね定数からのずれ量を算出するとともに、磁気ばね定
数と可動部磁石列４と固定部磁石列２の間の隙間９との
関係から制御量を算出する制御量演算部28を備え、この
制御量演算部28から駆動機構のモータ20へ制御信号を送
る構成となっている。なお、図示されていないが、制御
装置12は、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器および周波数フ
ィルターも備えている。

【００３３】この実施の形態によれば、制振対象物１と
可動質量３の振動の位相差に応じて、磁気ばね要素を構
成する可動部磁石列４と固定部磁石列２の間の隙間９が
自動調整できる。従って、制振装置を設置した後でも制
振対象物１の振動特性変化に追従して、制振装置本体13
の磁気ばね定数が自動調整でき、制振対象物１の振動を
常に効果的に抑制することができる。

【００３４】次に本発明の第４の実施の形態の可変ばね
式制振装置を図４を参照して説明する。この実施の形態
においては、制振対象物１は回転機械であり、磁気ばね
要素と可動質量３からなる付加質量系の固有振動数を、
回転機械の回転数に一致させることにより、反共振を利
用して回転機械の振動を抑制する場合、回転数検出器29
の信号を受けて、回転数と同期する磁気ばね定数を算出
し、磁気ばね定数と可動部磁石列４と固定部磁石列２の
間の隙間９との関係から制御量を算出する制御量演算部
30を備え、モータ20へ制御信号を送る構成となってい
る。

【００３５】この実施の形態によれば、回転機械の回転
振動を抑制する場合、回転数変動に追従して、制振装置
本体13の磁気ばね定数を自動的に調整することができ、
回転機械の振動を常に効果的に抑制することができる。

【００３６】次に本発明の第５の実施の形態の可変ばね
式制振装置を図５を参照して説明する。すなわち、図２
から図４に示した第２および第３の実施の形態におい
て、可動質量３の上下に配置した支持部材15ａ，15ｂど
うしを、固定座31，ガイド32および予圧縮ばね33を介し
て結合した構成とする。

【００３７】この実施の形態によれば、磁気ばね要素を
構成する可動部磁石列４と固定部磁石列２の間で上下方
向に作用する吸引力により、可動質量３の両側に配置さ
れた支持部材15ａ，15ｂどうしが吸引しあうが、その吸
引力に対して予圧縮ばね33による拡張力が釣り合うこと
により、支持部材15ａ，15ｂの円滑な上下移動が可能と
なり、磁気ばね要素を構成する可動部磁石列４と固定部
磁石列２の間の隙間９が円滑に自動調整できることとな
る。

【００３８】次に図６に示す実施の形態は、図２から図
４に示した第２，第３，第４の実施の形態において、可
動質量３または外容器22の一方にベアリング34を固定
し、他方に固着された受け座35を設け、ベアリング34は
受け座35に接触した構成としたものである。この実施の
形態によれば、可動質量３の上下移動は拘束され、２次
元平面内での自由な移動が可能である。

【００３９】図７は、図４から図６に示した第４から第
６の実施の形態を組み合わせた構成の横断面図を示して
いる。すなわち、可動質量３と外容器22の間に図２から
図６に示した各要素を任意に配置することで、制振装置
の磁気ばね定数が円滑に自動調整できる可変ばね式制振
装置が実現できる。

【００４０】

【発明の効果】本発明の可変ばね式制振装置において
は、制振対象物の振動特性変化に応じて磁気ばね要素を
構成する可動部磁石列と固定部磁石列の間の隙間が円滑
に変えられ、ばね定数が自動調整される。従って、制振
装置を設置した後に制振対象物の振動特性が変化して
も、その変化に追従して制振対象物の振動を常に効果的
に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を概念的に示す概略
縦断面図。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示す縦断面図。

【図３】本発明の第３の実施の形態を示す縦断面図。

【図４】本発明の第４の実施の形態を示す縦断面図。

【図５】本発明の第５の実施の形態の要部を示す縦断面
図。

【図６】本発明の第６の実施の形態の要部を示す縦断面
図。

【図７】図４のIV−IV線，図５のＶ−Ｖ線および図６の
VI−VI線に沿う横断面図。

【図８】従来の制振装置を示す縦断面図。

【図９】図８のIX−IX線に沿う横断面図。

【符号の説明】

１…制振対象物、２…固定部磁石列、３…可動質量、４
…可動部磁石列、５…可動部磁石、６…バックヨーク、
７…固定部磁石、８…バックヨーク、９…隙間、10…導
体板、11…振動検出センサー、12…制御装置、13…制振
装置本体、14…駆動機構、15ａ，15ｂ…支持部材、16…
トラッキングフィルター、17…制御量算出演算部、18…
ボールねじ軸、18ａ…左ねじ部、18ｂ…右ねじ部、19…
ボール保持器、20…モータ、21…減速器、22…外容器、
23…回転軸受、24…スライド軸受、25…レール、26…振
動検出センサー、27…位相差検出回路、28…制御量演算
部、29…回転数検出器、30…制御量演算部、31…固定
座、32…ガイド、33…予圧縮ばね、34…ベアリング、35
…受け座、41…受け座、42…受け座、43…剛球。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2E001 DG01 FA71 GA01 GA02 GA12 GA62 HB02 KA08 QA02 3J048 AA01 AB07 AD03 AD06 BE08 CB01 EA38

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制振対象物に取付けられた固定部磁石列
   と、可動質量に取付けられ隙間を介して前記固定部磁石
   列にたいして対向配置された可動部磁石列とを有し、こ
   の可動部磁石列と前記固定部磁石列が隙間の長さを保持
   して磁石面平行方向に相対移動するときに磁気復元力を
   作用する磁気ばね要素と、前記制振対象物の振動を検出
   する振動検出センサーと、この振動検出センサーの出力
   を受けてその変化に応じ前記磁気ばね要素を構成する前
   記磁石列の間の隙間の最適長さを求める制御装置と、こ
   の制御装置の出力を受けて前記磁石列の間の隙間の長さ
   を変化させる駆動機構とを備えたことを特徴とする可変
   ばね式制振装置。
2. 【請求項２】 制御装置は、振動検出センサーの出力か
   ら振動数を抽出する振動数抽出手段と、前記振動数と磁
   気ばね要素の磁石列の間の隙間長さとの関係から制御量
   を算出する演算部とを備えたことを特徴とする請求項１
   記載の可変ばね式制振装置。
3. 【請求項３】 可動質量に取付けられた振動検出センサ
   ーを備え、制御装置は、前記可動質量に取付けられた振
   動検出センサーの検出信号と制振対象物に取付けられた
   振動検出センサーの検出信号との位相差および振動数差
   を算出する減算部と、この位相差および振動数差と磁気
   ばね要素の磁石列の間の隙間長さとの関係から制御量を
   算出する演算部とを備えたことを特徴とする請求項１記
   載の可変ばね式制振装置。
4. 【請求項４】 制振対象物である回転機械に取付けられ
   た回転数検出器と、前記制振対象物に取付けられた固定
   部磁石列と可動質量に取付けられ隙間を介して前記固定
   部磁石列にたいして対向配置された可動部磁石列とを有
   しこの可動部磁石列と前記固定部磁石列が隙間の長さを
   保持して磁石面平行方向に相対移動するときに磁気復元
   力を作用する磁気ばね要素と、前記回転数検出器によっ
   て検出された制振対象物の回転数と前記磁気ばね要素の
   磁石列の間の隙間の長さとの関係から制御量を算出する
   演算部を有する制御装置と、この制御装置の出力を受け
   て前記磁石列の間の隙間長さを変化させる駆動機構とを
   備え、前記磁気ばね要素と前記可動質量からなる付加質
   量系の固有振動数を制振対象物である回転機械の回転数
   に一致させることにより反共振を利用して制振対象物の
   振動を抑制することを特徴とする可変ばね式制振装置。
5. 【請求項５】 駆動機構は、制御装置から制御量に関す
   る信号を受けて作動するモータと、このモータによって
   駆動され磁気ばね要素の磁石列の間の隙間長さを変化さ
   せるボールねじとを備えたことを特徴とする請求項２ま
   たは３または４記載の可変ばね式制振装置。
6. 【請求項６】 ボールねじは、右ねじからなるボールね
   じ軸と左ねじからなるボールねじ軸を連結した一体構造
   であり、右ねじ部と左ねじ部を各々可動質量の一方の対
   向する位置にある固定部磁石列の支持部材にボール保持
   器を介して結合したことを特徴とする請求項５記載の可
   変ばね式制振装置。
7. 【請求項７】 可動質量の両側に配置された固定部磁石
   列を支持する支持部材を相互に予圧縮ばねにより結合し
   たことを特徴とする請求項１または４記載の可変ばね式
   制振装置。
8. 【請求項８】 可動質量と磁気ばね要素と駆動機構は制
   振対象物に取付けられた外容器の中に設けられているこ
   とを特徴とする請求項１または４記載の可変ばね式制振
   装置。
9. 【請求項９】 固定部磁石列を支持する支持部材は可動
   質量が振動する２次元平面と直交する方向に移動可能な
   直動案内機構を介して外容器に係合されていることを特
   徴とする請求項８記載の可変ばね式制振装置。
10. 【請求項１０】 可動質量と外容器は、磁石列の間の隙
    間に平行の方向に変位可能なベアリングと受け座によっ
    て係合されていることを特徴とする請求項８記載の可変
    ばね式制振装置。