JP2003530522A - 電子的且つ電磁的作動を用いた振動減衰装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 振動及び雑音相殺システムは、電磁振動相殺アクチュエータ（２１）及び電子制御システム（１６）を含む。振動相殺アクチュエータ（２１）は、磁束コレクタ（４，１０）に近接した永久磁石（６）を含む。磁束コレクタは、それを通って磁石の磁界が指向されるギャップを有する。ギャップ内のコイル型枠（９）に巻かれたコイル又は１組のコイルを通して流れるよう指向された電流は磁界を発生し、その磁界を用いて、振動及び雑音を相殺する弱め合う干渉を生成するように、磁束コレクタ及び磁石から成るアクチュエータの質量を動かす。駆動電流が、電子制御システム（１６）及び増幅器により与えられる。電子制御システムは、雑音センサ（１９）及び振動センサ（１４）を含んでよい種々のセンサ（１４，１９，２２）からの入力を受け取る。センサは、フィードフォワード及びフィードバック情報を与え得る。電子制御システムは適応制御アルゴリズムを含み得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 ［発明の背景］ ［発明の分野］ 本発明は、振動する本体の多数の点からの振動又は振動本体全体からの振動を
減衰させる目的のためその振動する本体に機械的に装着される統合化された電磁
的及び電子的装置に関する。その統合化された電磁的及び電子的装置を適用する
ことができる対象物は、例えば、車両のエンジン、シャーシ又はボディのような
幾つかの下部構造体及び振動する本体から成る構造体を含む。本明細書に開示さ
れる１つ以上のアクチュエータは、車両の室内における振動及び構造体生成雑音
（固体伝ぱ雑音）を減衰させる目的のため、例えば、シャーシ上の任意に規定さ
れた点に装着されることができる。

【０００２】 ［技術の説明］ 振動制御システムは、３つの主要構成要素、即ち、振動についての情報を与え
る１つのセンサ又は複数のセンサと、センサ信号を利用し且つ要求された制御努
力を決定する制御器／増幅器と、制御信号を取り、且つ振動力を無効にする適切
な力を発生するアクチュエータとから成る。本発明は、構造体の振動、又は構造
的振動により引き起こされる、包囲体の内部の雑音を減衰させる統合化された電
子機器及び電磁アクチュエータに関連する。

【０００３】 幾つかの能動的振動制動器及び振動吸収器が従来技術で紹介されてきた。米国
特許Ｎｏ．５，４２７，３６２、Ｎｏ．５，７１８，４１８、Ｎｏ．４，４９３
，５９９、Ｎｏ．５，２９７，７８１、Ｎｏ．５，８１０，３３６及びＮｏ．５
，５２０，３７５は、従来技術の基本概念を含む。しかしながら、コスト、設計
の単純さ、製作可能性、動作の線形性、性能、小型等が非常に重要である応用に
適したアクチュエータに関して、入手可能な振動制御アクチュエータは、重要な
欠点を呈してきた。これらの従来技術の欠点は、自動推進車両、家庭電化製品及
び産業機械のような応用に対して低コスト、高性能の能動的振動制御システムの
実現において主要な隘路を生成してきた。

【０００４】 ２つの主要な欠点が従来技術に存在し、それらは、著しい高調波歪みの存在と
、従来技術で開発されたアクチュエータの非平坦な又はピークを有する伝達関数
とである。機械的表面滑りは、高調波歪みの主要原因である。そのような機械的
接触摩擦を、従って歪みを導入する、従来技術の鍵となる構成要素は、スルー・
シャフト（ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｈａｆｔ）及びガイドウエイである。

【０００５】 従って、前述の困難さ及び他のことを克服するであろう新しく且つ改善された
能動的振動制動システムを開発することが望ましいと考えられきた。 ［発明の概要］ 本発明の基本的な目的は、構造体の任意に且つ戦略的に規定された点又は位置
に容易に装着されることができる装置であって、電子機器を利用して、電磁回路
を駆動する適切な信号を導出し、次いでその電磁回路は干渉力を生成して、その
構造体又は第１の機械的構造体と機械的に伝達状態にある他の構造体のアプリオ
リに規定された位置での振動を減衰させる前記装置を提供することにある。従っ
て、従来技術とは異なり、本発明の具体化物は、励振源と関心の構造体との間に
、もっと細かに言えば、車両のエンジンとシャーシとの間に存在する必要がなく
、むしろ、それは、システム全体の動的解析に基づいて適切と考えられる構造体
上の任意の場所に装着されることができる。

【０００６】 本発明に従った振動制御システムは、その機械的便益のため共振の概念を利用
するため振動励振周波数内の狭帯域において動作し、又はその動作周波数を励振
周波数の外に移動させるためその電子機器を利用し、従って平坦な広帯域作動ス
ペクトル及び大きな帯域を生成するためのその磁気−機械的又は機械的剛性及び
その質量により特徴付けられる。従って、本発明に従った能動的振動制御システ
ムを用いるとき、励振源は、多数のソースからであってよく、即ち、自動車両に
おいて、道路励振、エンジン振動、トランスミッションの振動、ジェネレータ、
排気、空気移動機械等であってよい。本発明の実施形態の１つ以上のユニットは
、これら全部のソースを補償することができる。

【０００７】 前述のこと、及び本発明の目的に従って、 鉄の磁束コレクタに近接していて、従って電磁回路内での磁束収集を増大する
低コスト永久磁石と、 前記磁束コレクタに存在するコイル型枠に巻かれ、従って非常に高い磁束密度
に曝されるコイルであって、使用可能な電源のタイプに応じて単一のコイル又は
並列の組のコイルに作られることができる、前記コイルと、 円錐状に又は平坦な形状であってよく且つ頂部及び底部で用いられることがで
きる二重支持体又はスパイダ（ｓｐｉｄｅｒ）を有する非常に独特の設計のアク
チュエータと、を備えるスマートで適応的且つ能動的振動制御システムが開発さ
れる。スパイダは、非常に大きな半径方向の剛性及び非常に小さい軸方向の剛性
を有し、非常に大きな半径方向の剛性及び非常に小さい軸方向の剛性は、アクチ
ュエータがコイルと磁束コレクタとの間に一様に一定のギャップ幅を維持するの
を可能にし、それが実施形態に対して機械的歪みが低減された線形動作特性をも
たらす。

【０００８】 機械的、弾性的、又は他のタイプのコンプライアント構成要素（ｃｏｍｐｌｉ
ａｎｔ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）を上側磁束コレクタ及び上蓋の上側部分と、下側磁
束コレクタ及び底板の下側部分との間に加えて、可動部品の偏倚を制限し、並び
にアクチュエータの動作周波数帯域を規定することができ、 歪みをもたらす制限された機械的摩擦を用いて要求された剛性及び可動部品の
偏倚を一層良く制御するため、上蓋及び底板は、同じ極性の薄膜永久磁石を有し
、その薄膜永久磁石は上側及び下側磁束コレクタに装着され、従って、頂部及び
底部にコンプライアント構成要素を必要とすることを排除し得る機械的剛性より
むしろ、電気−磁気的剛性を生成する。

【０００９】 本発明の特徴によれば、可動部品の間にベアリングも、スルー・シャフトも、
案内ボルトも、摺動部も無く、従って従来技術とは異なり、歪みを低減すること
が分かる。

【００１０】 本発明の追加の特徴に従って、内部電子回路は、力出力スペクトルの形状を制
御し、従って機械的部品を用いることがなく、そしてこのアクチュエータを狭帯
域及び広帯域の両方の応用に対して用いることができ、即ち、自動車両の場合に
、それは、アイドル周波数（ｉｄｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）と同じ程低いエン
ジン振動減衰及び高周波数雑音減衰の両方のため用いられることができる。

【００１１】 本発明は、種々の構成要素、構成要素の配置、及び種々のステップ及びステッ
プの構成を取り得る。図面は、好適な実施形態を説明する目的のためのみであり
、拡大／縮小されるべきでない。図面は、本発明を制限すると解釈すべきでない
。

【００１２】 ［好適な実施形態の詳細な説明］ 一般的総括のための図１、図２、図３、図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、本発
明の好適な実施形態は、高調波歪みの低減を呈する新しい振動減衰アクチュエー
タ２１を含む。高調波特性におけるこの多大な改善は、そのアクチュエータの摩
擦の無い設計により達成される。更に、振動減衰システムの好適な実施形態は、
制御システム１６及び内部ループ電子機器１５を有し、該内部ループ電子機器１
５は、内部フィードバックを用いた調整可能で能動的で非機械的制動を組み込む
。これは、そのシステムを電子的に同調し、且つそのシステムが１つの応用にお
いて平坦な伝達関数と、ある一定の他の応用及び／又は動作条件において必要と
される程のピークを有する周波数応答とを有するのを可能にする能力を与える。

【００１３】 電磁アクチュエータの効率及び線形性は、用いられる磁束収集及び導き（ｓｔ
ｅｅｒｉｎｇ）の品質及び効率に、そして生じた磁界の対称性に直接関連する。
第１の即ち磁束コレクタ１０及び第２の即ち磁束コレクタ４を、磁石６と関連し
て相補的に且つ二重に椀状に覆う構造で用いることにより、本発明の好適な実施
形態は、１つの駆動コイル又は複数の駆動コイル８の周りに及びそれを通して対
称的磁界を発生し、そして線形特性を備える実効的アクチュエータを与える。

【００１４】 低減した摩擦作動は、対称的に角度を付けて配置された支持体又はスパイダを
利用することにより達成され、その対称的に角度を付けて配置された支持体又は
スパイダは、好適な設計（図４Ａ及び図４Ｂ）において、非常に低い軸方向剛性
を備えた非常に大きな半径方向剛性を有する円錐形ベローズ７に類似している。
スパイダのこの独特な特性は、中心剛性を与える。その剛性は、磁石及び磁束コ
レクタの構造と組み合わされて、アクチュエータが磁束コレクタ４、１０とコイ
ル８との間に一層一様な一定の半径方向ギャップ幅を維持するのを可能にする。
スパイダ７の高い半径方向剛性は、より一定のギャップ幅を維持する。スパイダ
の低い軸方向剛性は、アクチュエータの質量がその意図した運動方向に沿ってよ
り自由に運動するのを可能にする。

【００１５】 種々の応用のためアクチュエータ２１の構造及び動作における多大な柔軟性を
与えるため、軸方向磁性スティフナ２（図２）及び／又はコイルバネ２５（図３
）、又は任意のゴム弾性バネ（図示せず）が好適な実施形態に含まれる。共振ア
クチュエータのための軸方向剛性を生成するためのこの独特な組み合わせは、本
発明により最初に導入されるものである。

【００１６】 ここで好適な実施形態をより詳細に説明すると、図１は、典型的な応用例に設
けられた振動減衰システムの全体概略図を示す。その応用は、励振源２０、例え
ば、エンジン又は他の回転機械を含む。励振源２０は、構造体１３に取り付け装
置１７を介して装着される。励振源２０は、構造体１３を振動させ、そしてこの
振動を種々の下部構造体１８に伝達し、下部構造体１８は、センサ１４により検
知される振動と、センサ１９により検知される固体伝ぱ雑音との両方を生じさせ
る。例えば、振動センサ１４、雑音センサ１９及びフィードフォワード・センサ
２２のような所定の組み合わせのセンサは、主題対象物及び／又は環境全体にわ
たり戦略的に配置されている。我々の米国特許Ｎｏ．５，４１８，８５８、Ｎｏ
．５，５６４，５３７及びＮｏ．５，６２９，９８６及び他の係属特許出願に従
って設計された制御システムのような制御システム１６であって、フィードフォ
ワード、フィードバック及び組み合わされたフィードフォワード／フィードバッ
ク制御スキームを用いている制御システム１６は、センサ情報を、例えば、振動
センサ１４及び雑音センサ１９から受け取る。次いで、制御システム１６は、リ
アル・タイムで、適切な信号を計算して、用いられる場合、内部ループ電子機器
１５に送る。次いで、内部ループ電子機器１５は、電磁アクチュエータ２１のた
めの駆動信号を導出する。

【００１７】 図２は、電磁アクチュエータ２１の実施形態を図示する。この実施形態におい
て、永久磁石６は、接着、カプセル封入、締結具、又は他の装着手段により、第
１の又は上側磁束コレクタ１０及び第２の又は下側磁束コレクタ４内に装着され
る。磁束指向化コレクタ１０、４及び磁石６のこの組み合わせは、電磁アクチュ
エータ２１の慣性質量２４を形成する。上側及び下側磁束コレクタ１０、４は、
各々、底壁２６、及びそこから外側に延在する側壁２８を有する。従って、磁束
コレクタ１０、４は、大きなカップ又はどんぶりの形状をしており、上記で示し
たように、鉄材料から形成されている。下側磁束コレクタ４は、上側磁束コレク
タ１０により形成されたカップの側壁内に嵌められている。磁石６は、上側及び
下側磁束コレクタ１０、４の両方により形成された両方のカップ内に嵌められる
のが好ましい。磁石６は、両方の磁束コレクタ１０、４の底部の内側表面内に中
心付けされ即ち軸方向に整列され、且つその内側表面に装着される。この実施形
態においては、磁束コレクタ１０により形成されたカップは逆さまに配置され、
そして下側磁束コレクタ４により形成されたカップは正しい向きに配置される。
磁石６が両方の磁束コレクタ１０、４の内側表面に中心付けされ即ち軸方向に整
列され、且つその内側表面に装着されるので、下側磁束コレクタ４も、上側磁束
コレクタ１０内で軸方向に整列されるように中心付けされ又は収容される。環状
の又は半径方向ギャップ２６が、上側及び下側磁束コレクタ１０、４の双方の側
壁間に形成される。上側磁束コレクタ１０は、磁石６の一方の極と関連した磁束
を集め且つ方向を向け直し、そして下側磁束コレクタ４は、磁石６の他方の極に
関連した磁束を集め且つ方向を向け直す。２つの磁束コレクタ１０、４は、協働
して、磁束を等しく且つ対称的に環状ギャップ２６を横切るよう指向させる。

【００１８】 上側磁束コレクタ１０、従って慣性質量全体２４は、例えば蓋１１のような支
持表面から吊り下げられている。下側磁束コレクタは、同様に、例えば、底板５
のような第２の支持表面に装着されている。磁束コレクタ１０、４は、それらの
それぞれの支持表面１１、５に支持部材即ち円錐状スパイダ７により取り付けら
れ、それによりそれらのそれぞれの支持表面１１、５から吊り下げられる。

【００１９】 ここで、好適な実施形態における図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、各スパイダ
７は、円錐状ベローズ４２から形成されている。内部装着リング４６を用いて、
スパイダを磁束コレクタ１０、４のうちの１つに固定する。外側装着リング４４
を用いて、スパイダを、例えば、蓋１１又は底板５のような支持表面に固定又は
取り付ける。例えば、平坦な形状の構造を用いて、高い半径方向剛性及び低い軸
方向剛性の目的物を達成する他のスパイダ構造を用いることが可能であり、そし
てそれは依然本発明の範囲内に留まる。図示のスパイダ構造は、慣性質量２４の
運動方向（図４Ｂにおいて上下方向）において有益な柔軟性を与える一方、慣性
質量２４の運動の方向に対して垂直方向において高度の剛性を有益に与える。こ
の剛性は、慣性質量２４が横方向に運動するのを制限し、従って磁束コレクタ１
０、４とコイル８との間の実質的に一定の分離距離を維持する。次いで、この固
定されたギャップ、又は実質的に一定の分離は、アクチュエータの高調波、線形
性及び他の動作特性に有益な影響を与える。

【００２０】 図２を再度参照すると、コイル枠型９は、例えば、底板５のような支持表面に
装着されている。コイル枠型９は、意図する電源及び用途の電力要件に応じた単
一のコイル又は複数のコイル８を保持することができる。コイル８、従ってコイ
ル枠型９の少なくとも一部は、上側磁束コレクタ１０と下側磁束コレクタ４との
間に形成される環状又は半径方向ギャップ２６内に位置決めされる。コイル８、
磁石６及び磁束コレクタ１０、４は、効率的な電磁回路を形成する。

【００２１】 いずれの種類の永久磁石６もアクチュエータの動作環境に良く適している限り
、その永久磁石６を用いることができる。磁石６は安価で、且つ極度の温度、衝
撃及び振動により影響されないことが好ましい。本発明の好適な実施形態は、薄
く中実のセラミック円筒磁石を用いる。これらの磁石は、極端な環境に対して比
較的に不感受であり、大きな容積で入手可能であり、従って比較的安価である。

【００２２】 第１の支持表面（例えば蓋１１）、第２の支持表面（例えば底板５）及びセパ
レータ（例えば外殻３）は組み合って、アクチュエータを枠に入れ又は収容する
。ボルト１のような取り付け手段を用いて、アクチュエータを構造体１３に機械
的に取り付けることができる。アクチュエータの受動的重量を増大することなし
に、構造体１３への装着のため蓋１１に対して必要な強度及び剛性を与えるため
、リブ１２が用いられる。

【００２３】 バネを用いる程好ましいとはいえないが、磁気フィルム２は、磁気による剛性
特性を与え、そして上側カップと下側カップとの偏倚を制限することができる。
特に、磁気フィルムは、磁束コレクタに固定された磁気フィルムにより反発され
る。類似の極が近接関係で配設されて、磁石及び磁束コレクタを蓋と底板との間
に磁気により吊る。これらの磁気フィルムは、機械的、弾性的、又は空圧的なバ
ネのような他の偏倚部材と関係して用いられ、又はそれにより置換されることが
でき、それら他の偏倚部材はまた、アクチュエータの周波数応答特性を変えるた
め用いられることができる。

【００２４】 図３の好適な実施形態には、機械的コイル・バネ２５を用いて、図２の磁気フ
ィルム２の代わりに軸方向復元力を与えるアクチュエータが示されている。磁気
フィルムの場合におけるように、機械的コイル・バネ２５は、ハウジングの中で
中心付けられた慣性質量を保持する。ゴム弾性要素を含む、いずれの種類の適切
な低摩擦又は好ましくは低摩擦コンプライアント構成要素を、機械的コイル・バ
ネ２５に加えて、又はその代わりに用いることができる。その構成要素は、一部
、電磁アクチュエータ２１の周波数応答のような電磁アクチュエータ２１の動作
特性に基づいて選択される。例えば、より硬い構成要素は、より高い周波数でピ
ーク、即ち共振を生成する。

【００２５】 実質的に全ての他の点において、図３の好適な実施形態は、図２において前述
したそれと類似している。従って、類似の参照番号は類似の構成要素を参照し、
そして新しい構成要素は新しい参照番号により識別される。ハウジングは、永久
磁石及び磁束コレクタ４、１０を収容し、更にハウジングは、蓋と上側磁束コレ
クタとの間と、底板と下側磁束コレクタとの間のそれぞれに介挿されたバネ２５
とを収容し、そしてそれらバネ２５は、ハウジング内でその組立体を吊す。コイ
ル８は、ハウジングに固定され、且つ２つの磁束コレクタ間の半径方向ギャップ
内に位置決めされる。しかしながら、図２及び図３の実施形態は第１及び第２の
磁束コレクタを図示しているとはいえ、永久磁石と近接関係で又はそれと動作的
関係にある単一の磁束コレクタが本発明の範囲及び意図から離れることなく用い
られることができることが認められるであろう。スパイダ７は、依然、このアク
チュエータ組立体において所望の半径方向剛性及び軸方向柔軟性を与える。

【００２６】 ジェームス・クラーク・マクスウェルは、１８７３年に全ての電磁アクチュエ
ータ及び振動発生器の動作原理を表す電磁理論の基本方程式を確立した。これは
次式を含む。

【００２７】

【数１】 電荷ｑが速度：ベクトルｖ（注：本明細書においては、「ベクトルｘ」はｘが
ベクトル量であることを表し、太字のｘと同じ記号を示す。ここでは、ｖがベク
トル量であり、ベクトルｖは太字のｖと同じ記号を表す。）で走行し、且つ磁界
：ベクトルＢを受けているとき、電荷ｑは、次の関係により表される力：ベクト
ルＦを受けるであろう。

【００２８】

【数２】 電界も加えられる場合、電荷が受ける力は次のとおりである。

【００２９】

【数３】 ｌの長さを有するワイヤが磁界の中に置かれるた場合、電流がそのワイヤを流
れるときワイヤに力が存在するであろう。これは、全ての電動機の動作の原理で
ある。その結果生じる力は次のとおりである。

【００３０】

【数４】 電界と磁界が直交していて且つワイヤが半径ｒでｎターンを有する円形コイル
であると仮定すると、その結果生じる力は次のとおりである。

【００３１】

【数５】 これは、電流、磁界及び力の発生に関する原理的方程式である。図７に示され
るように、電磁アクチュエータ２１の好適な実施形態は、構造体に固定状態に取
り付けられた集中パラメータ・システムにより表すことができる。そこで、質量
Ｍは、磁石６と上側及び下側磁束コレクタ１０、４との組み合わされた質量の慣
性質量２４を表す。磁気フィルム又はバネ２、又は機械的バネ２５の組み合わさ
れた効果は、図７のＫに集中化することができる。スパイダ７がいずれの制動を
導入する場合、図７におけるＣがその制動を表す。

【００３２】 構造体１３からの振動がアクチュエータの外殻３に伝達され、内部ループ電子
機器１５により与えられる電流を流しながら、コイル枠型９及びコイル８が磁界
を通るよう動かし、従ってそれは磁力を発生する。ニュートンの運動法則に基づ
いて、次の式がもたらされる。

【００３３】

【数６】 アクチュエータの装着点での構造体１３の振動を完全に相殺するため、適切な
電流がアクチュエータ・コイルに送られるべきであり、それにより、その結果生
じる電磁力は、（ベクトルｆ_m）の力に対して同相及び１８０度位相ずれである
。従って、次の式が得られる。

【００３４】

【数７】 こうして、要求された電流と質量Ｍの変位との間の伝達関数は、

【００３５】

【数８】 であり、又は周波数領域において、我々は、

【００３６】

【数９】 を得て、そして加速度に対して、我々は、

【００３７】

【数１０】 を得る。

【００３８】 従って、装着点での構造体の加速度に関して表された所与の構造的振動に対し
て、アクチュエータのコイルを通る要求された電流は、次式から得られる。

【００３９】

【数１１】 周波数領域及びＳ領域のいずれかにおいて、Ｉ（ｓ）は、振動を相殺するため
要求される所望の電流である。しかしながら、構造体又は下部構造体上のある一
定の位置での振動減衰が他のものより重要であるので、本発明は、戦略的位置に
配置されたフィードバック・センサ１４及び／又は１９を組み込み、そして本発
明は、図８に表され且つ制御器１６内に埋め込まれた制御論理を利用する。図示
のように、構造体１３の反復的且つランダムな振動励起の両方を減衰させること
が可能であるように、疑似フィードフォワード及びフィードバック制御信号の両
方が用いられる。フィードフォワード・センサ２２は、到来振動励起についての
前もっての情報を与え、こうして制御器１６において動作しているソフトウエア
は、時間の前に何をなすことが必要であるを予測する。フィードバック又は性能
センサ１４、１９は、いかにうまくシステムが所望の位置での振動を減衰させつ
つあるかを表す。励振源についての正確な前もっての情報は常にアクセス可能で
あるというわけではないので、制御器１６は、疑似フィードフォワード制御ソフ
トウエアを用いて、フィードフォワード・タイプの情報を予測し且つ近似するこ
とができる。組み合わされた疑似フィードフォワード及びフィードバックの目的
は、

【００４０】

【数１２】 を最小にすることであり、ここでΘｉはｉ番目の場所であり、ｗは関心の周波数
範囲であり、Ｑｉは最適化において一層強調されることが必要である励振のｉ番
目のスペクトル・オーダである。伝達経路の特性に著しい変動が存在する場合、
図９に示されるように、フィードフォワード制御、フィードバック制御、又はそ
の双方を適応性にすることができる。

【００４１】 事前定義された性能センサ位置を用いて、アクチュエータのための最適な場所
を識別するため、演算撓み形状解析（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｄｅｆｌｅｃｔ
ｉｏｎ ｓｈａｐｅ ａｎａｌｙｓｉｓ）が用いられ、そこにおいて励振に起因
した所与の構造応答スペクトルにおけるパワー量が決定される。

【００４２】 ｍ個の応答点が識別されたと仮定し、ｘが長さＮを有するｘ（ｔ）のｍ個の測
定の各々に対する線形スペクトルであるとする。

【００４３】

【数１３】 重なりパワー・スペクトルを計算することにより、次の行列が得られる。

【００４４】

【数１４】 ここで、＊は複素共役転置演算を示す。重なりスペクトルＧｘｘについての固有
値問題を周波数毎に実行して、固有値［Ｇｘｘ］、及び各周波数での別個の値を
取る固有ベクトル［ｖ］を生じる。

【００４５】

【数１５】 この解析から、入力励振に関するモード形状、モデル参加（ｍｏｄｅｌ ｐａ
ｒｔｉｃｉｐａｔｉｏｎ）を用いて、アクチュエータの位置決めに対する最良の
位置を識別することができる。

【００４６】 従来技術のアクチュエータを悩ます図５及び図６に示される歪みを回避するた
め、電磁アクチュエータ２１は、機械的摩擦又は制動を避けるよう設計される。
従って、力及び変位に関する電磁アクチュエータ２１の伝達関数は次のとおりで
ある。

【００４７】

【数１６】 これは、電磁アクチュエータ２１が、制御システム１６及び内部ループ又は内
部フィードバック１５の特別な特徴なしで駆動された場合、非常にピークのある
応答を有し、そしてそれは、その固有周波数で共振するであろうことを意味する
。いずれの機械的摩擦を導入しないでこの問題を排除するため、内部フィードバ
ック・ループ１５は、能動電子機器を用いて、仮想的制動を与え、従って平坦な
アクチュエータ応答を形成することができる。図１０は、内部フィードバックを
備えるアクチュエータを示す。その結果生じた伝達関数は次のとおりである。

【００４８】

【数１７】 従って、この仮想的制動を加えるため、速度の測定が必要とされる。本発明は
、速度センサを用いないで、むしろ逆の問題（ｉｎｖｅｒｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍ
）、即ち、

【００４９】

【数１８】 又は、

【００５０】

【数１９】 を活用する。

【００５１】 従って、全てのパラメータｎ、ｒ、Ｂ、Ｍがアプリオリに決定される所与のア
クチュエータ構造に対して、電流を測定することにより、速度が決定される。電
流を測定するため、既知の抵抗が、アクチュエータと直列に設けてよく、その抵
抗に跨る電圧はその電流に比例するであろう。従って、１つの実施形態は、図１
及び図１１に示されるように、内部ループ電子機器１５を含み得て、その内部ル
ープ電子機器１５は、仮想的制動を導入し、従って種々のアクチュエータ周波数
応答スペクトル、即ち狭帯域、平坦な広帯域等を与える能力を導入する。

【００５２】 本発明は、代表的実施形態を参照して説明された。本明細書を読み理解したと
き修正及び変更が他の者に考えつくであろうことは明らかである。そのような修
正及び変更が特許請求の範囲の範囲又はその均等物内に入る限り、全てのそのよ
うな修正及び変更を含むことが意図されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明に従って、電子的且つ電磁的アクチュエータを用いた振動減衰
システムの代表的な実施形態の概略図である。

【図２】 図２は、また本発明に従ったアクチュエータ及びその独特の構成要素の断面図
を示す。

【図３】 図３は、磁気フィルム・バネの代わりに機械的バネを用いた場合の本発明の電
磁アクチュエータの好適な実施形態を示す。

【図４】 図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ、上蓋と底板に装着するための特別の上端部及び
下端部を備えるナイロンに成形された織物から作られた円錐状スパイダの上面図
及び断面図を示す。

【図５】 図５は、動作中の従来技術の電磁アクチュエータに基づいて生じる高調波であ
って本発明により軽減される主要短所を表す。

【図６】 図６は、種々の応用にとって理想的でない、従来技術により表されたピークを
有する伝達関数であって、本発明によりまた軽減される短所を示す。

【図７】 図７は、電磁アクチュエータと構造体との間の機械的伝達及び振動エネルギ伝
達を示す。

【図８】 図８は、１６に埋め込まれた数学的及び計算的ロジックを表すため用いられる
組み合わされた疑似フィードフォワード及びフィードバック制御の概念を示す。

【図９】 図９は、適応疑似フィードフォワード・フィードバック制御システムのブロッ
ク図を表す。

【図１０】 図１０は、仮想的制動を与えるアクチュエータに関して本発明の実施形態のた
めの内部フィードバック制御を示す。

【図１１】 図１１は、本発明の実施形態のアクチュエータにおいて電子的制動を生成する
ための自動センシングの内部ブロック図を図示する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ショアシ，ラーマト・エイ アメリカ合衆国コロラド州80401，ゴール デン，モンテーン・ドライブ・イースト 1992 (72)発明者 ベル，マーク・ジェイ アメリカ合衆国コロラド州80007，アルヴ ァダ，ウエスト・シックスティシックス ス・プレイス 15710 (72)発明者 デルー，アール・ブルース アメリカ合衆国コロラド州80004，アルヴ ァダ，ウエスト・シックスティナインス・ アベニュー 10944 Ｆターム(参考） 3J048 AB07 AD01 EA38

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その中に磁石を収容するハウジングと、 制御信号に応答して前記ハウジングに対する運動を制限するため前記ハウジン
   グに取り付けられ、且つ前記磁石を作動的に収容する磁束コレクタと、 前記ハウジングに固定され、且つ適切な力を発生して振動を無効にするため前
   記磁束コレクタと協働する部分を有するコイル組立体と、 前記磁束コレクタを前記ハウジングに固定する可撓性取り付け部材と を備える振動減衰アクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記磁束コレクタがコップ形状に形成されている請求項１記
   載の振動減衰アクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記磁束コレクタが第１及び第２の磁束コレクタを含む請求
   項１記載の振動減衰アクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記第１及び第２の磁束コレクタの側壁は、前記コイル組立
   体を収容するギャップを規定する軸方向に重なり且つ半径方向に離間した関係で
   配設されている請求項３記載の振動減衰アクチュエータ。
5. 【請求項５】 前記第２の磁束コレクタを前記ハウジングに固定する第２の
   可撓性取り付け部材を更に備える請求項４記載の振動減衰アクチュエータ。
6. 【請求項６】 前記ハウジングに対する前記磁束コレクタの偏倚運動を制限
   するため前記ハウジングと前記磁束コレクタとの間に介挿された第１の偏倚部材
   を更に備える請求項４記載の振動減衰アクチュエータ。
7. 【請求項７】 前記第１の偏倚部材が、前記ハウジングと１つの前記磁束コ
   レクタとの間に介挿されたバネである請求項６記載の振動減衰アクチュエータ。
8. 【請求項８】 前記第１の偏倚部材が、前記ハウジング上の磁気フィルムで
   ある請求項６記載の振動減衰アクチュエータ。
9. 【請求項９】 前記ハウジングと１つの前記磁束コレクタとの間に介挿され
   た第２の偏倚部材を更に備える請求項６記載の振動減衰アクチュエータ。
10. 【請求項１０】 前記可撓性取り付け部材が円錐形状を有する請求項４記載
    の振動減衰アクチュエータ。
11. 【請求項１１】 前記可撓性取り付け部材が平面形状を有する請求項４記載
    の振動減衰アクチュエータ。
12. 【請求項１２】 前記磁束コレクタは、底部と、それから外側に延在する側
    壁と、前記コイル組立体を収容するギャップとを有する請求項１記載の振動減衰
    アクチュエータ。
13. 【請求項１３】 前記可撓性取り付け部材は更に、第１の円錐状ベローズと
    、第２の円錐状ベローズとを備える、請求項４記載の振動減衰アクチュエータ。
14. 【請求項１４】 請求項１記載の振動減衰アクチュエータが、環境の振動又
    は雑音を低減する振動制御システムに含まれ、 前記振動制御システムは、 関連した環境の中に戦略的に設けられた少なくとも１つのセンサと、 前記センサからの信号を受け取り且つ１組の制御信号を発生する制御システム
    と を備える、振動制御システム。
15. 【請求項１５】 前記少なくとも１つのセンサが、振動センサ、雑音センサ
    、及びフィードフォワード・センサを含む請求項１４記載の振動制御システム。
16. 【請求項１６】 少なくとも１つの前記フィードフォワード・センサが、少
    なくとも１つの疑似フィードフォワード・センサを含む請求項１５記載の振動制
    御システム。
17. 【請求項１７】 前記制御システムは、ランダム振動及び反復振動の両方を
    減衰するためのフィードバック制御及びフィードフォワード制御の両方を含む請
    求項１５記載の振動制御システム。
18. 【請求項１８】 前記フィードバック制御及び前記フィードフォワード制御
    のうちの少なくとも１つが適応的である請求項１７記載の振動制御システム。