JP2006077982A - 能動消振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 より小型かつ軽量に構成され、低コストで実現できる、より高い周波数範囲の振動が加えられた場合でも動作可能な能動消振器を提供する。
【解決手段】 本発明の能動消振器は、案内機構（２）を介して消振質量体（３）に対して互いに弾性的に移動可能に連結されている支持体（１）を有する能動消振器であって、消振質量体（３）が、支持体（１）の運動、特に振動を抑制するように、駆動コイル装置により作動されて、案内機構（２）によって案内されて移動可能であり、駆動コイル装置が、少なくとも１つの永久磁石（９ａ、９ｂ）を備えている鉄心（５）とコイル（４）とを有するものにおいて、鉄心（５）が支持体（１）に取り付けられ、かつコイル（４）が消振質量体（３）として機能することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、案内機構を介して消振質量体に対して互いに弾性的に移動可能に連結されている支持体を有する能動消振器に関する。より詳細には、本発明は、消振質量体が、支持体の運動、特に振動を抑制するように、駆動コイル装置によって作動され、案内機構によって案内されて移動可能であり、また駆動コイル装置が少なくとも１つの永久磁石を備えている鉄心とコイルとを有する能動消振器に関する。さらに、本発明は少なくとも２つの能動消振器を備える消振装置システムに関する。

従来技術において、極めて種々の形式の受動消振器が知られている。そのうちの１つの形式の消振器では、振動可能な補助システムが、ある構造体の共振振動を低減するように、大きな振幅の複数の場所に可能な限り固定されている。この構成によって、その構造体の振動変位又は振動を大幅に低減することができる。この場合、振動を減衰すべき構造体に対する消振器の質量比又は慣性比に対応して、消振器の固有周波数と減衰率を適宜最適に同調させる必要がある。消振質量体が大きい場合には、振幅が小さく、消振質量体が小さい場合には、振幅が大きくなる。

振動可能なシステムをさらに電力によって作動させる能動消振器が公知である（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の能動消振器の構成によれば、消振質量体を小さくすることができるので、能動消振器に必要な構造空間を小さくすることができ、重量を低減することができる。この能動消振器は、周波数範囲が例えば20〜200 Hzである場合に使用可能であるように設計されている。このとき、この消振器は、周波数がより低い場合により大きな力を加えることができるので、構造体の振動を大幅に低減することができる。

上記のように、技術水準から既に知られている能動消振器は、周波数が比較的低い場合には振動を効果的に減衰し、使用可能であるが、周波数が高い場合には欠点を有する。第１に能動消振器の駆動コイルシステムは、複雑で比較的高い電気抵抗を有するので、高い振動周波数において使用する際には、大電力に適応する配線を使用可能であることが前提となる。また固有振動モードの固有周波数は、消振質量体が重いこと、及び消振質量体の一方の側にガイド式のばね部材が設けられている設計に起因して、通常は動作周波数の範囲内にある。
独国特許第196 05 551 C2号

本発明は、より高い周波数範囲の振動が加えられた場合でも動作可能な消振器を、より小型かつ軽量に構成し、また低コストで実現できるよう、冒頭に記載した形式の能動消振器を構成及び改良することを課題とし、またその能動消振器からなる消振装置システムの提供を課題とする。

上記課題は、案内機構を介して消振質量体に対して互いに弾性的に移動可能に連結されている支持体を有する能動消振器であって、消振質量体が、支持体の運動、特に振動を抑制するように、駆動コイル装置により作動されて、案内機構によって案内されて移動可能であり、駆動コイル装置が、少なくとも１つの永久磁石を備えている鉄心とコイルとを有するものにおいて、鉄心が支持体に取り付けられ、かつコイルが消振質量体として機能することを特徴とする能動消振器によって解決される。上記課題は、冒頭に記載した形式の能動消振器であって、請求項１に記載の特長を有する能動消振器により、すなわち特許請求の範囲の請求項１に記載のように、鉄心が支持体に取り付けられ、かつコイルが消振質量体として機能することを特徴とする能動消振器によって解決される。

本発明は、第１に、能動消振器が、例えば100〜500 Hzの高周波数範囲の振動を減衰するのに必要とする力は、例えば20 Hz以上で作動する能動消振器の必要とする力と比べて、明らかに小さいということに基づいている。したがって、より小さな可動式の消振質量体を選択することができる。さらに、振動が許容可能なほど小さい場合に、その振動を減衰するためには、駆動コイルシステムのコイルからなる質量体で十分であるということに基づく。このことは、能動的に作用するエネルギーが、加速されるべき質量体が存在するのと同じ場所に、すなわちコイル自身に作用するために、コイルの負荷が内部エネルギーに起因して小さいという点で有利である。

したがって本発明により、上記の課題を解決する能動消振器、すなわち高周波数範囲の振動を減衰可能な、小型かつ軽量の能動消振器を提供することができる。

コイルは、コイルに電力を供給する電力源、入力端子として機能するばね部材によって案内されて移動可能である。この構成によって、コイルの移動を妨げることなく恒久的に支持可能な部材によって、コイルに対して確実に電力を供給することが可能となる。

設計上特に好適な一実施形態によれば、消振質量体は、ばね部材によって案内されて移動可能である。ばね部材は、２つの離間した面に設けられ、正確で平行な案内又はガイドとして機能する。この実施形態によって、状況次第では妨げとなるような固有振動モードが、極めて高い共振周波数を有し、かつ動作周波数の場合に妨げとならないことに注意されなければならない。

平行な案内を、２つの平行な面にそれぞれ設けられている板ばねとして形成することができる。プレス技術を利用して製造された板ばねを使用することによって、特にコスト面で有利であるとともに頑強な平行な案内を形成することができる。さらに板ばねを鋼鉄から形成することができるので、耐久性に関する問題は生じない。加えて板ばねはほとんど摩耗することがない。

３つの板ばねが、同一面において、環形状を画定するように、それぞれが環の部分をなすように、環の弧の形状で、ストッパに固定されていることが好ましい。このような構成により、必要なばね定数及び正確で平行な案内を提供することができる。この具体的な実施形態によって、構成を小型化することも保証することができる。

板ばねを固定する点として機能するストッパは、消振質量体と支持体とに交互に設けられ、かつ環形状の弧をなすように配設されている。この実施形態によれば、消振質量体を、正確に、かつ遊びなく案内することが確実となる。この構成、原理によって、コイルと鉄心との間に小さな空隙が生じ、それによって使用する電気エネルギーを効率よく利用することが可能となる。

平行な案内を、コイルの軸方向両側に設けることができる。このとき、コイルの下側の端部に板ばねからなる装置を１つ、またコイルの上側の端部に板ばねからなる装置を１つ位置決めすることができる。この構成により、側方への変位を防ぎ、コイルを特に正確に案内することが可能となる。

少なくとも１つの永久磁石を鉄心に取り付けることができ、永久磁石と鉄心の中心を合わせて、同心に配置することができる。この場合、永久磁石を、鉄心及び支持体ならびにコイルと同軸に設けることが考えられる。この構成によって、能動消振器の構造を小型化することが可能となる。

以上のことをふまえて、鉄心の軸方向両側に、それぞれ永久磁石を取り付けることにより、電磁流量を特に良好にすることが考えられる。さらにハウジングを密封する設計によって、隣接する部材を損傷させるおそれのある漏れ磁界を極めて小さくすることができるという利点がもたらされる。この場合、構造を小型化するために、永久磁石をネオジム鉄ボロン（NdFeB）化合物から構成することができる。

コイルの巻き線の数を奇数とすることができる。この構成によって、単一の線に適した厚みを有する巻き線が実現可能となり、単一の線の一方の端部をコイルの下側の端部に、また他方の端部を電力源又は入力の上側の端部に取り付けることにより、ばね部材をコイルの電力源又は入力端子として機能させることができる。したがってコイルに対する電気接続を、耐久性のある部材を介して確実に行うことが可能となる。これらの部材の入力部は、少なくとも１つの端部において、電気的にハウジングから絶縁されている。

消振質量体を円筒形状に形成することができる。特にコイル及び接続部分を有する消振質量体は、中空円筒形状を有する。このように形成することによって、製造プロセスを低コストかつ簡単に実施することが可能となる。

消振質量体を、周波数範囲が100〜500 Hzの範囲の振動に対して作動可能とすることができる。能動消振器は、100〜500 Hzの範囲の周波数の振動に対して特に適している。これによって、消振器を利用する場合の完全に新規な適用範囲を実現することができる。

さらに、先に記載した課題は、特許請求の範囲の請求項14に記載の消振装置システムによって解決される。すなわち上記課題は、上記の本発明による能動消振器が、複数の空間方向の振動運動を補償するように、少なくとも２つ配列されている消振装置システムによって解決することができる。これは、本発明のシステムによれば、複数の空間方向の振動運動を補償するように能動消振器が配列されていることにより特徴付けられている。発明の作用に関する記載の繰り返しを避けるために、消振器の実施形態に関しては、上記の本発明による能動消振器についての記載を参照されたい。

振動減衰を、平面的かつ空間的に行うという観点から、本発明による消振器を消振装置システム内で使用することができる。２つの消振器を使用することで、振動運動を１つの平面上で低減することができる。振動する構造体の並進自由度及び回転自由度が厳密に組み合わせる場合には、２つの能動消振器の空間的な位置のずれによって、空間的な振動も低減することができる。３つの消振器を使用することで、空間内での並進運動による振動を減衰することができる。ここで、振動する構造体の並進自由度及び回転自由度を組み合わせることで、単なる並進振動の減衰以上の振動減衰が可能となる。したがって、好適な制御工学的な制御によって、平面的又は空間的な減衰効果を得ることが可能となる。

ここで、本発明の教示を好適な方法で構成及び改良する種々の可能な方法が存在する。これらについては、一方では特許請求の範囲の請求項１に従属する請求項を、また他方では、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する以下の記載を参照されたい。添付の図面に基づき、本発明の好適な実施形態の記載と合わせて、本発明の教示の一般的に好適な構成及び改良についても記載する。

案内機構（２）を介して消振質量体（３）に対して互いに弾性的に移動可能に連結されている支持体（１）を有する能動消振器であって、消振質量体（３）が、支持体（１）の運動、特に振動を抑制するように、駆動コイル装置により作動されて、案内機構（２）によって案内されて移動可能であり、駆動コイル装置が、少なくとも１つの永久磁石（９ａ、９ｂ）を備えている鉄心（５）とコイル（４）とを有する。本発明の課題は、このような形式の能動消振器において、より高い周波数範囲の振動が加えられた場合でも動作可能な消振器を、より小型かつ軽量に構成し、また低コストで実現できるよう構成及び改良することを課題とし、またその能動消振器からなる消振装置システムの提供を課題とする。本発明によれば、そのような課題は、鉄心（５）が支持体（１）に取り付けられ、かつコイル（４）が消振質量体（３）として機能することを特徴とする能動消振器によって解決される。さらに複数の空間方向の振動運動を補償するように、本発明による能動消振器が少なくとも２つ配列されている消振装置システムを提供する。

図１は、案内機構２によって消振質量体３に対して互いに弾性的に移動可能に連結されている支持体１を有する能動消振器を示す。消振質量体３は、支持体１の運動、特に振動を抑制できるよう、駆動コイル装置により作動されて、案内機構２によって案内されて移動可能であるように構成されている。駆動コイル装置は、永久磁石を備えている鉄心５及びコイル４を有する。鉄心５は支持体１に取り付けられ、またコイル４は消振質量体３として機能する。

消振質量体３は、平行な案内によって案内又はガイドされて移動可能である。この場合、平行な案内又はガイドは、少なくとも２つの平行な面にそれぞれ設けられている板ばね６から形成されている。

図２は、図１の能動消振器を軸方向上方より見た平面図であり、それぞれが環の部分をなすように、環の弧の形状で、ストッパ７、８内において同一面に固定されている３つの板ばね６を示す。ストッパ７、８は、消振質量体３と支持体１とに交互に取り付けられるとともに、環形状の弧をなすように、環状に設けられている。

図３は、図２の消振器を点線に沿って切った断面を示す図である。消振質量体３は中空円筒形状に形成されている。支持体１は、円筒形状に形成され、かつコイル４を取り囲んでいる。この実施例では、コイル４は、主に半径方向外側及び下方から支持体１により取り囲まれている。コイル４は、鉄心５を半径方向外側から取り囲んでいる。鉄心５には、軸方向に永久磁石９ａが取り付けられている。この実施例では、鉄心５の下部に永久磁石９ａが取り付けられている。

図４は、図３と同様の、本発明による能動消振器の断面を示す図である。消振質量体３は円筒形状に形成されている。支持体１は、円筒形状に形成され、かつコイル４を取り囲んでいる。またコイル４は、鉄心５を半径方向外側から取り囲んでいる。鉄心５の軸方向両側には、永久磁石９ａ及び９ｂが設けられている。この実施例では、コイル４は、半径方向外側及び軸方向の上下から支持体１により取り囲まれ、かつ鉄心５を半径方向外側から取り囲んでいる。また鉄心５の上部及び下部に、それぞれ永久磁石９ａ及び９ｂが取り付けられている。

本発明の教示のさらなる好適な構成及び変形に関しては、一方では明細書の全体を、他方では添付の特許請求の範囲を参照されたい。

最後に、上記で任意に選択した実施形態は、本発明の内容を説明するためのみに利用されるものであって、本発明の内容はこれらの実施形態には限定されないということに留意されたい。

本発明の消振装置を立体（３次元）的に示す断面図である。 図１の消振装置の軸方向上方から見た平面図である。 本発明の消振装置を図２の点線に沿って切った断面図である。 ２つの永久磁石を有する本発明の消振装置の断面図である。

符号の説明

１ 支持体
２ 案内機構
３ 消振質量体
４ コイル
５ 鉄心
６ 板ばね
７ ストッパ
８ ストッパ
９ａ 永久磁石
９ｂ 永久磁石

Claims (14)

1. 案内機構（２）を介して消振質量体（３）に対して互いに弾性的に移動可能に連結されている支持体（１）を有する能動消振器であって、前記消振質量体（３）が、前記支持体（１）の運動、特に振動を抑制するように、駆動コイル装置により作動されて、前記案内機構（２）によって案内されて移動可能であり、前記駆動コイル装置が、少なくとも１つの永久磁石（９ａ、９ｂ）を備えている鉄心（５）とコイル（４）とを有するものにおいて、
   前記鉄心（５）が前記支持体（１）に取り付けられ、かつ前記コイル（４）が前記消振質量体（３）として機能することを特徴とする能動消振器。
2. 前記コイル（４）がばね部材によって案内されて移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の能動消振器。
3. 前記ばね部材が前記コイル（４）の入力端子として機能することを特徴とする請求項２に記載の能動消振器。
4. 前記ばね部材が、平行な案内として形成されていることを特徴とする請求項３に記載の能動消振器。
5. 前記ばね部材が、少なくとも２つの平行な面にある板ばね（６）として形成されていることを特徴とする請求項４に記載の能動消振器。
6. ３つの板ばね（６）が、同一面において、環形状を画定するように、環の弧の形状で、ストッパ（７、８）に固定されていることを特徴とする請求項５に記載の能動消振器。
7. 前記ストッパ（７、８）が、前記消振質量体（３）と前記支持体（１）とに交互に取り付けられているとともに環状に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の能動消振器。
8. 前記ばね部材が、前記コイル（４）の軸方向両側に設けられていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の能動消振器。
9. 少なくとも１つの永久磁石（９ａ）が前記鉄心（５）に取り付けられ、該永久磁石（９ａ）と前記鉄心（５）が同心に配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の能動消振器。
10. 永久磁石（９ａ、９ｂ）が前記鉄心（５）の軸方向両側に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の能動消振器。
11. 前記永久磁石（９ａ、９ｂ）がネオジム鉄ボロン（NdFeB）化合物からなることを特徴とする請求項９又は１０に記載の能動消振器。
12. 前記コイル（４）の巻き線の数が奇数であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の能動消振器。
13. 前記消振質量体（３）が、周波数100〜500 Hzの範囲の振動に対して作動可能であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の能動消振器。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の能動消振器を少なくとも２つ備え、前記能動消振器が複数の空間方向の振動運動を補償するように配列されていること特徴とする消振装置システム。

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