JP2009243525A - Vibration isolation device and vibration isolation method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibration isolation device efficiently recovering electric energy required for active control from a generator disposed in a spring mass system. <P>SOLUTION: This vibration isolation device includes: a first spring 4 disposed between a base 1 and a first mass body 2; a rolling element screw device 5 having a screw shaft 7 connected to one of the base 1 and the first mass body, a nut 8 connected to the other of the base 1 and first mass body 2, and a plurality of rolling elements 10 rollably interposed between the screw shaft 7 and the nut 8, and converting the relative linear motion of the first mass body 2 with respect to the base 1 into the rotational movement of the screw shaft 7 or the nut 8; the generator 6 generating electricity from energy of the rotational movement of the screw shaft 7 or the nut 8 of the rolling element screw device 5; an electric energy storage means storing electric energy generated by the generator 6; and an actuator 14 actively controlling vibration of the first mass body 2 by using the electric energy stored by the electric energy storage means. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ばね質量系のモデルにおいて、ベースに外力が作用して生ずる質量体の振動をアクチュエータによってアクティブに制御する防振装置及び防振方法に関する。   The present invention relates to a vibration isolating apparatus and a vibration isolating method for actively controlling vibration of a mass body generated by an external force acting on a base in a spring mass system model by an actuator.

パッシブ制御法は、アクチュエータを用いずに質量体の振動をベースと質量体との間に配置されたばねとダンパのみによって制御する受動的な制振方法である。これに対し、アクティブ制御法は、アクチュエータを用いて質量体の振動をアクティブに制御する能動的な制振方法である。アクティブ制御法を用いることによって、従来のパッシブ制御法では実現できなかった優れた防振性能を得ることができる。   The passive control method is a passive vibration control method in which the vibration of the mass body is controlled only by a spring and a damper disposed between the base and the mass body without using an actuator. On the other hand, the active control method is an active vibration suppression method that actively controls the vibration of the mass body using an actuator. By using the active control method, it is possible to obtain an excellent anti-vibration performance that cannot be realized by the conventional passive control method.

しかし、アクティブ制御法では、振動を抑制するためにアクチュエータを駆動する必要があり、そのためには外部から電気エネルギーを加えてやらなければならない。電気エネルギーを必要とする点が、アクティブ制御法の課題である。このアクティブ制御法の課題を解消するために、特許文献1には、アクティブ制御に必要な電気エネルギーを、系の中に配置されている発電機(エネルギー回生ダンパ)から供給する防振装置が記載されている。   However, in the active control method, it is necessary to drive an actuator in order to suppress vibration, and for that purpose, electric energy must be applied from the outside. The point of requiring electric energy is a problem of the active control method. In order to solve the problem of this active control method, Patent Document 1 describes a vibration isolator that supplies electric energy necessary for active control from a generator (energy regeneration damper) arranged in the system. Has been.

この防振装置は、第一のばね質量系m1−k1の上に第二のばね質量系m2−k2を付加した二自由度系の防振装置である。第一のばね質量系m1−k1には、ばねk1と並列に第一の直流モータが配置される。第二のばね質量系m2−k2にも、ばねk2と並列に第二の直流モータが配置される。そして、第一のばね質量系m1−k1のばねk1に外乱を作用させると、第一のばね質量系m1−k1の質量m1が振動する。質量m1の振動に伴い、第一の直流モータが発電機(エネルギー回生ダンパ)として機能し、質量m1の振動エネルギーから電気を発電する。第一の直流モータが発電した電気はコンデンサに蓄えられる。コンデンサに蓄えられた電気は、第二のばね質量系の第二の直流モータに供給される。第二の直流モータは、アクチュエータとして機能し、コンデンサの電圧を利用してアクティブに第一のばね質量系の質量m1の振動を減衰させる。
特許第3943670号公報
The vibration isolator is a two-degree-of-freedom vibration isolator in which a second spring mass system m 2 -k 2 is added to the first spring mass system m 1 -k 1 . A first DC motor is disposed in parallel with the spring k 1 in the first spring mass system m 1 -k 1 . A second DC motor is also arranged in parallel with the spring k 2 in the second spring mass system m 2 -k 2 . When the action of the disturbance on the first spring k 1 of the spring-mass system m 1 -k 1, the first mass m 1 of the spring-mass system m 1 -k 1 vibrates. Along with the vibration of mass m 1 , the first DC motor functions as a generator (energy regeneration damper), and generates electricity from the vibration energy of mass m 1 . The electricity generated by the first DC motor is stored in a capacitor. The electricity stored in the capacitor is supplied to the second DC motor of the second spring mass system. The second DC motor functions as an actuator, and actively attenuates the vibration of the mass m 1 of the first spring mass system using the voltage of the capacitor.
Japanese Patent No. 3934670

従来の防振装置にあっては、第一の直流モータはリニアモータであり、可動子のストロークの速度に比例した電力を発電する。しかし、第一の直流モータの可動子は、第一の質量m1の振動に追従して振動するだけであるから、可動子の振幅及び速度がいずれも小さいものとなってしまう。このため、第一の直流モータが発電する電気エネルギーが小さくなってしまう。第二の直流モータが第一のばね質量系の質量m1の振動をアクティブに制御しても、質量m1の振動を十分に減衰させるこができない。 In the conventional vibration isolator, the first DC motor is a linear motor, and generates electric power in proportion to the stroke speed of the mover. However, since the mover of the first DC motor only vibrates following the vibration of the first mass m 1 , both the amplitude and speed of the mover are small. For this reason, the electrical energy generated by the first DC motor is reduced. Even if the second DC motor actively controls the vibration of the mass m 1 of the first spring mass system, the vibration of the mass m 1 cannot be sufficiently attenuated.

そこで、本発明は、ばね質量系の中に配置される発電機からアクティブ制御に必要な電気エネルギーを効率よく回収することができる防振装置及び防振方法を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the vibration isolator and the vibration isolating method which can collect | recover efficiently the electrical energy required for active control from the generator arrange | positioned in a spring mass system.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、ベースと第一の質量体との間に配置される第一のばねと、前記ベース及び前記第一の質量体の一方に連結されるねじ軸、前記ベース及び前記第一の質量体の他方に連結されるナット、及び前記ねじ軸の外周面の転動体転走溝と前記ナットの内周面の負荷転動体転走溝との間に転がり運動可能に介在される複数の転動体を有し、前記ベースに対する前記第一の質量体の相対的な直線運動を前記ねじ軸又は前記ナットの回転運動に変換する転動体ねじ装置と、前記転動体ねじ装置の前記ねじ軸又は前記ナットの回転運動のエネルギーから電気を発電する発電機と、前記発電機が発電した電気エネルギーを蓄える電気エネルギー貯蔵手段と、前記電気エネルギー貯蔵手段が蓄えた電気エネルギーを利用して、前記第一の質量体の振動をアクティブに制御するアクチュエータと、を備える防振装置である。   In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 is a first spring disposed between a base and a first mass body, and is connected to one of the base and the first mass body. A threaded shaft, a nut connected to the other of the base and the first mass body, a rolling element rolling groove on the outer peripheral surface of the screw shaft, and a loaded rolling element rolling groove on the inner peripheral surface of the nut A rolling element screw device having a plurality of rolling elements interposed between them so as to be capable of rolling motion, and converting a relative linear motion of the first mass body relative to the base into a rotational motion of the screw shaft or the nut A generator that generates electricity from the energy of rotational motion of the screw shaft or the nut of the rolling element screw device, an electrical energy storage means that stores electrical energy generated by the generator, and the electrical energy storage means Stored electrical energy By using an actuator to actively control the vibration of the first mass body, a vibration damping device comprising a.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の防振装置において、前記ベースと前記第一の質量体との間には、前記第一のばねと並列に、前記アクチュエータと第二のばねとが直列に配置され、前記アクチュエータと前記第二のばねとの間には、第二の質量体が介在されることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the vibration isolator according to the first aspect, between the base and the first mass body, the actuator and the second spring are arranged in parallel with the first spring. A spring is arranged in series, and a second mass body is interposed between the actuator and the second spring.

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の防振装置において、前記第一の質量体には付加質量体が取り付けられ、前記第一の質量体と前記付加質量体との間には、前記アクチュエータと第二のばねとが並列に配置されることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the vibration isolator of the first aspect, an additional mass body is attached to the first mass body, and the first mass body and the additional mass body are interposed between the first mass body and the additional mass body. Is characterized in that the actuator and the second spring are arranged in parallel.

請求項4に記載の発明は、ベースと第一の質量体との間に第一のばねを配置したばね質量系のモデルの防振方法において、前記ベース及び前記第一の質量体の一方に連結されるねじ軸、前記ベース及び前記第一の質量体の他方に連結されるナット、及び前記ねじ軸の転動体転走溝と前記ナットの負荷転動体転走溝との間に転がり運動可能に介在される複数の転動体を有する転動体ねじ装置を用いて、前記ベースに対する前記第一の質量体の相対的な直線運動を前記ねじ軸又は前記ナットの回転運動に変換し、発電機が前記転動体ねじ装置の前記ねじ軸又は前記ナットの回転運動のエネルギーから電気を発電し、前記発電機が発電した電気エネルギーを電気エネルギー貯蔵手段に蓄え、前記電気エネルギー貯蔵手段に蓄えた電気エネルギーを利用して、アクチュエータが前記第一の質量体の振動をアクティブに制御する防振方法である。   According to a fourth aspect of the present invention, in the vibration isolating method of the spring mass system model in which the first spring is disposed between the base and the first mass body, either the base or the first mass body is provided. Rolling motion is possible between a screw shaft to be connected, a nut connected to the other of the base and the first mass body, and a rolling element rolling groove of the screw shaft and a load rolling element rolling groove of the nut. Using a rolling element screw device having a plurality of rolling elements interposed between the first mass body and the rotary motion of the screw shaft or the nut, Electricity is generated from the rotational motion energy of the screw shaft or the nut of the rolling element screw device, the electric energy generated by the generator is stored in an electric energy storage means, and the electric energy stored in the electric energy storage means is stored. Profit To the actuator is a vibration reduction method for actively controlling vibration of the first mass body.

本願発明によれば、ベースと第一の質量体との間に転動体ねじ装置を介在させ、第一の質量体の振動をねじ軸又はナットの回転運動に変換している。そして、発電機がねじ軸又はナットの回転運動のエネルギーから電気を発電する。発電機はねじ軸又はナットの回転運動の速度に比例した電気エネルギーを出力する。第一の質量体の振動をねじ軸又はナットの回転運動に変換することで、第一の質量体の振動の速度を大きくすることができる。したがって、アクティブ制御に必要な電気エネルギーを効率よく回収することができる。   According to the present invention, the rolling element screw device is interposed between the base and the first mass body, and the vibration of the first mass body is converted into the rotational motion of the screw shaft or the nut. Then, the generator generates electricity from the energy of the rotational movement of the screw shaft or nut. The generator outputs electrical energy proportional to the rotational speed of the screw shaft or nut. By converting the vibration of the first mass body into the rotational movement of the screw shaft or the nut, the speed of the vibration of the first mass body can be increased. Therefore, it is possible to efficiently recover electrical energy necessary for active control.

添付図面に基づいて本発明の第一の実施形態の防振装置を詳細に説明する。図1は、防振装置のモデルを示す。防振装置は、ベース1に外乱として振動が加えられたとき、第一の質量体2の振動を制振することを目的とする。ベース1に加えられる振動は、力加振又は変位外乱である。   The vibration isolator according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a model of a vibration isolator. The vibration isolator is intended to suppress the vibration of the first mass body 2 when vibration is applied to the base 1 as a disturbance. The vibration applied to the base 1 is force excitation or displacement disturbance.

ベース1と第一の質量体2との間には、第一のばね4が配置される。ベース1と第一の質量体2との間には、第一のばね4と並列に、第一の質量体2の振動エネルギーを利用して発電するエネルギー回生ダンパ3が配置される。エネルギー回生ダンパ3は、転動体ねじ装置であるボールねじ5と、回転形のブラシレスモータ6と、から構成される。   A first spring 4 is disposed between the base 1 and the first mass body 2. Between the base 1 and the first mass body 2, an energy regenerative damper 3 that generates electric power using vibration energy of the first mass body 2 is arranged in parallel with the first spring 4. The energy regeneration damper 3 includes a ball screw 5 that is a rolling element screw device, and a rotary brushless motor 6.

ボールねじ5は、ベース1に回転可能に連結されるねじ軸7と、第一の質量体2にブラケット9を介して連結されるナット8と、ねじ軸7とナット8との間に介在される多数のボールと、を備える。ねじ軸7は、ベース1に対してその軸線の周りを回転できるように、かつ軸線の方向に移動できないように連結される。ナット8は、第一の質量体2に対して回転できないように、かつその軸線の方向に移動できるようにブラケット9に連結される。ボールねじ5は、ベース1に対する第一の質量体2の相対的な直線運動をねじ軸7の回転運動に変換する。   The ball screw 5 is interposed between a screw shaft 7 rotatably connected to the base 1, a nut 8 connected to the first mass body 2 via a bracket 9, and the screw shaft 7 and the nut 8. A large number of balls. The screw shaft 7 is connected to the base 1 so as to be able to rotate around its axis and not to move in the direction of the axis. The nut 8 is connected to the bracket 9 so that it cannot rotate with respect to the first mass body 2 and can move in the direction of its axis. The ball screw 5 converts the linear motion of the first mass body 2 relative to the base 1 into the rotational motion of the screw shaft 7.

図2はボールねじ5の詳細図を示す。ねじ軸7の外周面には、所定のリードを有する螺旋状のボール転走溝7aが形成される。ナット8の内周面には、ねじ軸7のボール転走溝7aに対向する負荷ボール転走溝8aが形成される。ねじ軸7のボール転走溝7aとナット8の負荷ボール転走溝8aとの間には、転がり運動可能に多数のボール10が介在される。ねじ軸7とナット8との間を転がるボール10が循環できるように、ナット8にはリターンパイプ11が取り付けられる。リターンパイプ11は、ナット8の負荷ボール転走溝8aの一端と数巻き離れた他端とを接続する。ナット8に対してねじ軸7が相対的に回転すると、多数のボール10がねじ軸7の周囲を公転する。ナット8の負荷ボール転走溝8aの一端まで転がったボール10は、リターンパイプ11内に掬い上げられ、数巻き手前の負荷ボール転走溝8aの他端に戻される。   FIG. 2 shows a detailed view of the ball screw 5. On the outer peripheral surface of the screw shaft 7, a spiral ball rolling groove 7a having a predetermined lead is formed. On the inner peripheral surface of the nut 8, a load ball rolling groove 8 a that faces the ball rolling groove 7 a of the screw shaft 7 is formed. A large number of balls 10 are interposed between the ball rolling groove 7a of the screw shaft 7 and the loaded ball rolling groove 8a of the nut 8 so as to be capable of rolling motion. A return pipe 11 is attached to the nut 8 so that the ball 10 rolling between the screw shaft 7 and the nut 8 can circulate. The return pipe 11 connects one end of the load ball rolling groove 8a of the nut 8 to the other end several turns away. When the screw shaft 7 rotates relative to the nut 8, a large number of balls 10 revolve around the screw shaft 7. The ball 10 that has rolled to one end of the load ball rolling groove 8a of the nut 8 is lifted into the return pipe 11 and returned to the other end of the load ball rolling groove 8a several turns before.

ねじ軸7とナット8との間に転がり運動可能にボール10を介在させることで、ボールねじ5の摩擦抵抗を低減できる。このため、ナット8の直線運動を効率よくねじ軸7の回転運動に変換することができる。また、ねじ軸7の回転速度はボールねじ5のリードによって調整することができる。発電機であるブラシレスモータ6が発電する電流は、ねじ軸7の回転速度に比例する。ボールねじ5のリードを調整することで、アクチュエータが動作するのに必要な電流を発電することができるようになる。   By interposing the ball 10 between the screw shaft 7 and the nut 8 so as to allow rolling motion, the frictional resistance of the ball screw 5 can be reduced. For this reason, the linear motion of the nut 8 can be efficiently converted into the rotational motion of the screw shaft 7. The rotational speed of the screw shaft 7 can be adjusted by the lead of the ball screw 5. The current generated by the brushless motor 6 that is a generator is proportional to the rotational speed of the screw shaft 7. By adjusting the lead of the ball screw 5, it is possible to generate a current necessary for the actuator to operate.

図1に示されるブラシレスモータ6は、界磁に永久磁石を使用する永久磁石同期モータである。ブラシレスとするために永久磁石が回転する。回転子である永久磁石の周囲は、固定子である三相コイルで囲まれる。永久磁石はねじ軸7に連結されている。ねじ軸7が回転すると、ねじ軸7の回転速度に比例して誘導電圧を発生させる。ブラシレスモータ6が発電した電気エネルギーはコンデンサ24(図4参照)に蓄えられる。   The brushless motor 6 shown in FIG. 1 is a permanent magnet synchronous motor that uses a permanent magnet for the field. The permanent magnet rotates to be brushless. The periphery of the permanent magnet that is a rotor is surrounded by a three-phase coil that is a stator. The permanent magnet is connected to the screw shaft 7. When the screw shaft 7 rotates, an induced voltage is generated in proportion to the rotational speed of the screw shaft 7. The electric energy generated by the brushless motor 6 is stored in the capacitor 24 (see FIG. 4).

図3に示されるように、ブラシレスモータ6には可変抵抗12が接続される。ブラシレスモータ6に可変抵抗12を接続したとき、ブラシレスモータ6は減衰力を発生する。ブラシレスモータ6が発する減衰力を説明する。上述したように、ブラシレスモータ6は、ねじ軸7の回転速度Vに比例した誘導電圧eを出力する。このときの比例定数をPとおくと、e=P・Vになる。可変抵抗12が接続される回路には、電圧eが発生するので、電流e/Rが流れる。このため、ブラシレスモータ6の三相コイルは電流P・P・V/Rを出力する。これが減衰力となる。ブラシレスモータ6は減衰係数P・P/Rのダンパとして機能することになる。可変抵抗12の抵抗値Rを変化させれば、ブラシレスモータ6の減衰力を調整することができる。   As shown in FIG. 3, a variable resistor 12 is connected to the brushless motor 6. When the variable resistor 12 is connected to the brushless motor 6, the brushless motor 6 generates a damping force. The damping force generated by the brushless motor 6 will be described. As described above, the brushless motor 6 outputs the induced voltage e proportional to the rotational speed V of the screw shaft 7. If the proportionality constant at this time is P, e = P · V. Since a voltage e is generated in the circuit to which the variable resistor 12 is connected, a current e / R flows. For this reason, the three-phase coil of the brushless motor 6 outputs the current P · P · V / R. This is the damping force. The brushless motor 6 functions as a damper having a damping coefficient P · P / R. If the resistance value R of the variable resistor 12 is changed, the damping force of the brushless motor 6 can be adjusted.

図1に示されるように、ベース1と第一の質量体2との間には、第一のばね4と並列にアクチュエータ14及び第二のばね16が配置される。アクチュエータ14と第二のばね16は直列に配置され、これらの間には第二の質量体15が介在される。アクチュエータ14は、リニアDCモータからなり、コンデンサ24が蓄えた電気エネルギーを利用して、第一の質量体2の振動をアクティブに制御する。アクチュエータ14には、リニアDCモータの替わりに、ボイスコイルモータ、レシプロモータ、空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ等を用いることができる。   As shown in FIG. 1, an actuator 14 and a second spring 16 are arranged between the base 1 and the first mass body 2 in parallel with the first spring 4. The actuator 14 and the second spring 16 are arranged in series, and a second mass body 15 is interposed between them. The actuator 14 is composed of a linear DC motor, and actively controls the vibration of the first mass body 2 using the electric energy stored in the capacitor 24. As the actuator 14, a voice coil motor, a reciprocating motor, a pneumatic actuator, a hydraulic actuator, or the like can be used instead of the linear DC motor.

例えば、防振装置で除去すべき外乱には、ベース1に加えられる地動外乱以外に第一の質量体2に加えられる直動外乱がある。前者の外乱を除去するには低剛性のばねが適していて、後者の直動外乱を除去するのには高剛性のばねが適している。ベース1と第一の質量体2との間に直列にアクチュエータ14及び第二のばね16を配置することで、地動外乱に対する振動絶縁性能を損なうことなく、直動外乱に対して高い剛性を確保することができる。   For example, disturbances to be removed by the vibration isolator include linear motion disturbance applied to the first mass body 2 in addition to ground motion disturbance applied to the base 1. A low-rigidity spring is suitable for removing the former disturbance, and a high-rigidity spring is suitable for removing the latter linear motion disturbance. By arranging the actuator 14 and the second spring 16 in series between the base 1 and the first mass body 2, high rigidity against direct acting disturbance is ensured without impairing vibration insulation performance against ground moving disturbance. can do.

以下にこの原理を説明する。図1に示されるように、ばね特性k2,k3を持つ二つのばねを直列に配置し、さらにこれにばね特性k1を持つばねを並列に接続して一つの合成ばねを作ると、合成ばねKcのばね特性は数式1で求められる。
(数式1)
kc={k2・k3/(k2+k3)}+k1
This principle will be described below. As shown in FIG. 1, when two springs having spring characteristics k 2 and k 3 are arranged in series, and further a spring having spring characteristics k 1 is connected in parallel to form one composite spring, spring characteristics of the combined spring K c is calculated by equation 1.
(Formula 1)
kc = {k 2 · k 3 / (k 2 + k 3 )} + k 1

したがって、k2=−k3という関係を満たすようにすれば、k1の値によらず、合成ばねのkc=∞となる。すなわち、負のばね特性を持つアクチュエータ14と正のばね特性を持つ第二のばね16とを直列に接続することで、直動外乱に対する剛性を無限大にすることができ、高い制振性能を発揮することができる。 Therefore, if the relationship of k 2 = −k 3 is satisfied, kc = ∞ of the composite spring is obtained regardless of the value of k 1 . That is, by connecting the actuator 14 having a negative spring characteristic and the second spring 16 having a positive spring characteristic in series, the rigidity against the direct acting disturbance can be made infinite, and a high damping performance can be obtained. It can be demonstrated.

図4は、防振装置の回路図を示す。ブラシレスモータ6が出力する三相交流電流は、ダイオードからなる整流器21によって直流電流に変換される。直流電流は可変抵抗12によって大きさが調整された後、コンデンサ24に蓄えられる。ブラシレスモータ6から三相交流電流を出力することで、ブラシレスモータ6が発電した交流電流を直流電流に効率よく変換することができる。   FIG. 4 shows a circuit diagram of the vibration isolator. The three-phase alternating current output from the brushless motor 6 is converted into direct current by a rectifier 21 made of a diode. The magnitude of the direct current is adjusted by the variable resistor 12 and then stored in the capacitor 24. By outputting a three-phase alternating current from the brushless motor 6, the alternating current generated by the brushless motor 6 can be efficiently converted into a direct current.

整流器21とコンデンサ24を接続する回路には、リレースイッチ25が配置される。ブラシレスモータ6が発電する電圧E1がコンデンサ24に蓄えられた電圧Ecよりも低いときは、コンデンサ24からブラシレスモータ6に電流が逆流する。電流の逆流を防止するため、このときはリレースイッチ25が電気回路からコンデンサ24を外す(図5(A)参照)。ブラシレスモータ6には可変抵抗12のみが接続されることになるので、ブラシレスモータ6は通常のダンパとして機能する。 A relay switch 25 is arranged in a circuit connecting the rectifier 21 and the capacitor 24. When the voltage E 1 generated by the brushless motor 6 is lower than the voltage Ec stored in the capacitor 24, current flows backward from the capacitor 24 to the brushless motor 6. At this time, the relay switch 25 removes the capacitor 24 from the electric circuit in order to prevent reverse current flow (see FIG. 5A). Since only the variable resistor 12 is connected to the brushless motor 6, the brushless motor 6 functions as a normal damper.

一方、ブラシレスモータ6が発電した電圧E1がコンデンサ24に蓄えられた電圧Ecよりも高いときは、リレースイッチ25がコンデンサ24に接続され、ブラシレスモータ6が発電した電流E1がコンデンサ24に蓄えられる(図5(B)参照)。 On the other hand, when the voltage E 1 generated by the brushless motor 6 is higher than the voltage Ec stored in the capacitor 24, the relay switch 25 is connected to the capacitor 24, and the current E 1 generated by the brushless motor 6 is stored in the capacitor 24. (See FIG. 5B).

図4に示されるように、コンデンサ24とアクチュエータ14を接続する回路には、抵抗器26が並列に配置されると共に、リレースイッチ25が配置される。また、この回路には、アクチュエータ14を制御する制御器27が配置される。制御器27は、センサが検出した第一の質量体2及び第二の質量体15の変位、速度又は加速度に基づいて、アクチュエータ14が出力する力(電圧)を決定する。具体的には、図6に示されるように、第二の質量体15が第一の質量体2とは逆位相で振動するようにアクチュエータ14が出す力を決定する。第二の質量体15を第一の質量体2とは逆位相で振動させることにより、第一の質量体2の振動を制振することが可能になる。   As shown in FIG. 4, in the circuit connecting the capacitor 24 and the actuator 14, a resistor 26 is arranged in parallel and a relay switch 25 is arranged. Further, a controller 27 for controlling the actuator 14 is disposed in this circuit. The controller 27 determines the force (voltage) output from the actuator 14 based on the displacement, velocity, or acceleration of the first mass body 2 and the second mass body 15 detected by the sensor. Specifically, as shown in FIG. 6, the force that the actuator 14 outputs is determined so that the second mass body 15 vibrates in a phase opposite to that of the first mass body 2. By vibrating the second mass body 15 in a phase opposite to that of the first mass body 2, the vibration of the first mass body 2 can be suppressed.

制御器27が算出したアクチュエータ14の力が、アクチュエータ14をダンパとして機能させたときに出すことができる減衰力の範囲内にあるとき、リレースイッチ25は、アクチュエータ14に抵抗器26を接続し、アクチュエータ14をダンパとして機能させる(図5(A)参照)。抵抗器に可変抵抗器を用い、抵抗の値を変化させることによってダンパの粘性を変えてもよい。   When the force of the actuator 14 calculated by the controller 27 is within the range of the damping force that can be generated when the actuator 14 functions as a damper, the relay switch 25 connects the resistor 26 to the actuator 14, The actuator 14 is caused to function as a damper (see FIG. 5A). A variable resistor may be used as the resistor, and the viscosity of the damper may be changed by changing the resistance value.

制御器27が算出したアクチュエータ14の力が、アクチュエータ14をダンパとして機能させたときに出すことができる減衰力の範囲を超えたとき、リレースイッチ25は、アクチュエータ14にコンデンサ24を接続し、コンデンサ24の蓄えた電圧を利用して、アクチュエータ14をアクティブに制御する(図5(C)参照)。ただし、アクチュエータ14の誘導電圧E2がコンデンサ24の電圧Ecよりも大きいときは、アクチュエータ14からコンデンサ24に電流が逆流してしまう。このときは、アクチュエータ14をダンパとして機能させるために、リレースイッチ25がアクチュエータ14からコンデンサ24を切り離し、抵抗器26に切り替える(図5(B)参照)。 When the force of the actuator 14 calculated by the controller 27 exceeds the range of the damping force that can be generated when the actuator 14 functions as a damper, the relay switch 25 connects the capacitor 24 to the actuator 14, The actuator 14 is actively controlled using the voltage stored in 24 (see FIG. 5C). However, when the induced voltage E 2 of the actuator 14 is larger than the voltage E c of the capacitor 24, a current flows backward from the actuator 14 to the capacitor 24. At this time, in order to make the actuator 14 function as a damper, the relay switch 25 disconnects the capacitor 24 from the actuator 14 and switches to the resistor 26 (see FIG. 5B).

図7は、本発明の第二の実施形態の防振装置のモデル図を示す。この第二の実施形態の防振装置においては、第一の質量体2、第一のばね4及びエネルギー回生ダンパ3から構成される主振動系に副振動系としてダイナミックダンパが取り付けられる。すなわち、第一の質量体2には、付加質量体31が取り付けられる。第一の質量体2と付加質量体31との間には、アクチュエータ32と第二のばね33とが並列に配置される。ベース1と第一の質量体2との間に配置される第一のばね4、及びエネルギー回生ダンパ3の構成は上記第一の実施形態の防振装置のモデルと同一である。   FIG. 7 is a model diagram of the vibration isolator according to the second embodiment of the present invention. In the vibration isolator of the second embodiment, a dynamic damper is attached as a sub vibration system to the main vibration system including the first mass body 2, the first spring 4 and the energy regenerative damper 3. That is, the additional mass body 31 is attached to the first mass body 2. An actuator 32 and a second spring 33 are arranged in parallel between the first mass body 2 and the additional mass body 31. The configurations of the first spring 4 and the energy regenerative damper 3 arranged between the base 1 and the first mass body 2 are the same as the model of the vibration isolator of the first embodiment.

この第二の実施形態の防振装置においても、エネルギー回生ダンパ3が発電した電気エネルギーはコンデンサに蓄えられる。アクチュエータ32はコンデンサが蓄えた電気エネルギーを利用して、第一の質量体2の振動をアクティブに制御する。第一の質量体2及び付加質量体31の変位はセンサによって検出される。制御器は、センサの出力信号に基づいて、付加質量体31が第一の質量体2の振動とは逆の位相で振動するようにアクチュエータ32を制御する。   Also in the vibration isolator of the second embodiment, the electric energy generated by the energy regenerative damper 3 is stored in the capacitor. The actuator 32 actively controls the vibration of the first mass body 2 using the electrical energy stored in the capacitor. The displacement of the first mass body 2 and the additional mass body 31 is detected by a sensor. Based on the output signal of the sensor, the controller controls the actuator 32 so that the additional mass body 31 vibrates at a phase opposite to the vibration of the first mass body 2.

なお、本発明は上記実施形態に限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々に変更可能である。例えば、ベースと第一の質量体との間、第一の質量体と第二の質量体との間、又は第一の質量体と付加質量体との間には、パッシブ制御を行うダンパを配置してもよい。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not change the summary of this invention, it can change variously. For example, a damper that performs passive control is provided between the base and the first mass body, between the first mass body and the second mass body, or between the first mass body and the additional mass body. You may arrange.

転動体ねじ装置には、ボールねじの替わりに転動体にローラを用いたローラねじを使用してもよい。   In the rolling element screw device, a roller screw using a roller as the rolling element may be used instead of the ball screw.

本発明の第一の実施形態の防振装置のモデル図Model diagram of the vibration isolator of the first embodiment of the present invention ボールねじの斜視図Ball screw perspective view ブラシレスモータに可変抵抗を接続した回路図Circuit diagram with variable resistance connected to brushless motor 上記防振装置の回路図Circuit diagram of the above vibration isolator リレースイッチの動作を示す回路図Circuit diagram showing operation of relay switch 第二の質量体を第一の質量体とは逆位相で振動させた状態を示す概念図The conceptual diagram which shows the state which vibrated the 2nd mass body in the antiphase with the 1st mass body 本発明の第二の実施形態の防振装置のモデル図Model diagram of vibration isolator of second embodiment of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1…ベース,2…第一の質量体,3…エネルギー回生ダンパ,5…ボールねじ(転動体ねじ装置),6…ブラシレスモータ(発電機),7…ねじ軸,7a…ボール転走溝(転動体転走溝),8…ナット,8a…負荷ボール転走溝(負荷転動体転走溝),10…ボール(転動体),14…アクチュエータ,15…第二の質量体,21…整流器,24…コンデンサ,27…制御器,31…付加質量体,32…アクチュエータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base, 2 ... 1st mass body, 3 ... Energy regeneration damper, 5 ... Ball screw (rolling body screw device), 6 ... Brushless motor (generator), 7 ... Screw shaft, 7a ... Ball rolling groove ( Rolling element rolling groove), 8 ... nut, 8a ... loaded ball rolling groove (loaded rolling element rolling groove), 10 ... ball (rolling element), 14 ... actuator, 15 ... second mass body, 21 ... rectifier , 24 ... capacitor, 27 ... controller, 31 ... additional mass, 32 ... actuator

Claims (4)

ベースと第一の質量体との間に配置される第一のばねと、
前記ベース及び前記第一の質量体の一方に連結されるねじ軸、前記ベース及び前記第一の質量体の他方に連結されるナット、及び前記ねじ軸の外周面の転動体転走溝と前記ナットの内周面の負荷転動体転走溝との間に転がり運動可能に介在される複数の転動体を有し、前記ベースに対する前記第一の質量体の相対的な直線運動を前記ねじ軸又は前記ナットの回転運動に変換する転動体ねじ装置と、
前記転動体ねじ装置の前記ねじ軸又は前記ナットの回転運動のエネルギーから電気を発電する発電機と、
前記発電機が発電した電気エネルギーを蓄える電気エネルギー貯蔵手段と、
前記電気エネルギー貯蔵手段が蓄えた電気エネルギーを利用して、前記第一の質量体の振動をアクティブに制御するアクチュエータと、を備える防振装置。
A first spring disposed between the base and the first mass;
A screw shaft coupled to one of the base and the first mass body; a nut coupled to the other of the base and the first mass body; and a rolling element rolling groove on an outer peripheral surface of the screw shaft; A plurality of rolling elements interposed between the rolling rolling grooves of the inner peripheral surface of the nut so as to be capable of rolling motion, and the linear movement of the first mass body relative to the base is performed by the screw shaft. Or a rolling element screw device that converts the rotational motion of the nut;
A generator for generating electricity from the energy of rotational movement of the screw shaft or the nut of the rolling element screw device;
Electrical energy storage means for storing electrical energy generated by the generator;
An anti-vibration device comprising: an actuator that actively controls vibration of the first mass body using the electrical energy stored by the electrical energy storage means.
前記ベースと前記第一の質量体との間には、前記第一のばねと並列に、前記アクチュエータと第二のばねとが直列に配置され、
前記アクチュエータと前記第二のばねとの間には、第二の質量体が介在されることを特徴とする請求項1に記載の防振装置。
Between the base and the first mass body, the actuator and the second spring are arranged in series in parallel with the first spring,
The vibration isolator according to claim 1, wherein a second mass body is interposed between the actuator and the second spring.
前記第一の質量体には付加質量体が取り付けられ、
前記第一の質量体と前記付加質量体との間には、前記アクチュエータと第二のばねとが並列に配置されることを特徴とする請求項1に記載の防振装置。
An additional mass is attached to the first mass,
The vibration isolator according to claim 1, wherein the actuator and the second spring are arranged in parallel between the first mass body and the additional mass body.
ベースと第一の質量体との間に第一のばねを配置したばね質量系のモデルの防振方法において、
前記ベース及び前記第一の質量体の一方に連結されるねじ軸、前記ベース及び前記第一の質量体の他方に連結されるナット、及び前記ねじ軸の転動体転走溝と前記ナットの負荷転動体転走溝との間に転がり運動可能に介在される複数の転動体を有する転動体ねじ装置を用いて、前記ベースに対する前記第一の質量体の相対的な直線運動を前記ねじ軸又は前記ナットの回転運動に変換し、
発電機が前記転動体ねじ装置の前記ねじ軸又は前記ナットの回転運動のエネルギーから電気を発電し、
前記発電機が発電した電気エネルギーを電気エネルギー貯蔵手段に蓄え、
前記電気エネルギー貯蔵手段に蓄えた電気エネルギーを利用して、アクチュエータが前記第一の質量体の振動をアクティブに制御する防振方法。

In the vibration isolation method of the spring mass system model in which the first spring is arranged between the base and the first mass body,
A screw shaft connected to one of the base and the first mass body, a nut connected to the other of the base and the first mass body, and a rolling element rolling groove of the screw shaft and a load of the nut Using a rolling element screw device having a plurality of rolling elements interposed between the rolling element rolling grooves so as to be capable of rolling motion, relative linear movement of the first mass body with respect to the base is performed by the screw shaft or Converted into rotational movement of the nut,
A generator generates electricity from the energy of rotational movement of the screw shaft or the nut of the rolling element screw device,
Storing the electrical energy generated by the generator in an electrical energy storage means;
An anti-vibration method in which an actuator actively controls vibration of the first mass body using electric energy stored in the electric energy storage means.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015094192A (en) * 2013-11-14 2015-05-18 学校法人慶應義塾 Energy self-supply type active vibration control system
CN105546037A (en) * 2016-02-24 2016-05-04 浙江大学台州研究院 Active control type inerter

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