JP2010014174A - Active vibration control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、能動型防振装置に関し、詳しくは、加振体を駆動振動させることにより、振動源からの振動を能動的に抑制する技術に関する。 The present invention relates to an active vibration isolator, and more particularly to a technique for actively suppressing vibration from a vibration source by driving and vibrating a vibrating body.
上記のように構成された能動型防振装置として特許文献1及び特許文献2に示されるものが存在する。
There exist what is shown by
特許文献1では、上下のヨーク金具20、12の中間の中間軸30の外周にコイル18を巻回し、これらの外周に加振金具14を配置している。上下のヨーク金具20、12のスペーサ62と加振金具14のスペーサ64とに亘って板バネ16を備えることにより、ヨーク金具20、21の系に対して加振金具14が上下方向に変位自在に支持された構成となる。
In
この構成の装置においてコイル18に対する電力を調節することにより、ヨーク金具20、21の系に対し、加振金具14を一方に作動させ、板バネ16の付勢力により元の位置に復元させる形態で上下方向に往復作動させ、共振の作用も利用して振動の抑制を実現している。
By adjusting the electric power to the coil 18 in the apparatus having this configuration, the vibration fitting 14 is operated in one direction with respect to the system of the
特許文献2では、主枠体2に対して軸4によって上下方向に案内される可動マス7を支持し、この可動マス7を弾性的に支持するコイルスプリング14、15を備え、可動マス7に備えた永久磁石10に主枠体2に備えた電磁コイル13に電磁力を作用させて振動を作り出す構成を備えている。軸4の下端に調整マス16を固定し、軸4に固定された円板17を可動マス7に対して磁着又は分離できるようにしている。
In Patent Document 2, a movable mass 7 guided up and down by a shaft 4 with respect to the main frame 2 is supported, and
この構成では、円板17が可動マス7に磁着しない状態ではコイルスプリング14、15に対して可動マス7、永久磁石10及びリング部材11によって構成される質量(小質量状態)が作用する。また、円板17が可動マス7に磁着する状態では、円板17、軸4、調整マス16が可動マス7と一体となり、コイルスプリング14、5に対して可動マス7、永久磁石10、リング部材11、円板17、軸4、調整マス16で構成される質量(大質量状態)が作用する。
In this configuration, when the disc 17 is not magnetically attached to the movable mass 7, a mass (small mass state) constituted by the movable mass 7, the
このように小質量状態と大質量状態とに切り換えることにより、共振周波数が変化し、抑制可能な複数の振動に対応できる。 By switching between the small mass state and the large mass state in this way, the resonance frequency changes and it is possible to cope with a plurality of vibrations that can be suppressed.
しかしながら、特許文献1に記載された装置では、バネ共振を利用して大きい加振力を作り出しているため、特定の周波数に対する振動抑制効果が得られるものの、異なる周波数の振動に対しては振動の抑制を効果的に行えず改善の余地がある。
However, in the apparatus described in
そこで、特許文献2に記載される構成を採用することも考えられる。しかしながら、この特許文献2ではバネに作用する質量の切り換えにより、共振周波数の切り換えを行う構成であるため、必然的に重量物を必要とするため装置の重量化や大型化に繋がる不都合を招くものであった。 Therefore, it is possible to adopt the configuration described in Patent Document 2. However, in Patent Document 2, since the resonance frequency is switched by switching the mass acting on the spring, a heavy object is inevitably required, resulting in inconvenience that leads to an increase in the weight and size of the device. Met.
特に、自動車で発生する振動を考えると、エンジンの回転数の変動や、変速系の変速段の設定や、車内の換気装置のファンの駆動等の要因により車体に伝わる振動が変動するものであり、このように異なる振動に対する抑制が求められている。 In particular, considering the vibrations generated in automobiles, the vibrations transmitted to the vehicle body fluctuate due to factors such as fluctuations in engine rotation speed, gear setting of the transmission system, and driving of fans in the ventilation system in the car. Therefore, suppression against such different vibrations is demanded.
本発明の目的は、異なる周波数の振動の抑制が可能な能動型防振装置を合理的に構成する点にある。 An object of the present invention is to rationally configure an active vibration isolator capable of suppressing vibrations of different frequencies.
本発明の特徴は、電磁ソレノイドから作用する磁気によって駆動軸芯方向に往復作動する加振体が支持バネを介してハウジングに支持されると共に、連係部を介して前記加振体に連係し、かつ、バネ定数の変更が可能なバネ体を有する共振ユニットが備えられている点にある。 A feature of the present invention is that a vibration body that reciprocates in the direction of the drive axis by magnetism acting from an electromagnetic solenoid is supported by the housing via a support spring, and is linked to the vibration body via a linkage portion. In addition, a resonance unit having a spring body capable of changing the spring constant is provided.
この構成により、電磁ソレノイドから作用する磁気によって、共振周波数に等しい周波数となるように振動軸線の方向に加振体を往復作動させることで、外部の振動源からの振動を抑制できる。また、共振ユニットのバネ体のバネ定数を変更することにより、連係部を介して加振体にバネ体から作用するバネ力も変化するため共振周波数を変更でき、振動源の周波数が変動する場合にも、その周波数の振動も抑制できる。更に、本発明では共振ユニットのバネ体のバネ定数を変更することで共振周波数を変更できるので、共振周波数を変更するために用いる重量物を備える必要もない。従って、異なる周波数の振動の抑制し得る能動型防振装置が大型化を招くことなく構成された。 With this configuration, the vibration from the external vibration source can be suppressed by reciprocating the vibrating body in the direction of the vibration axis so as to have a frequency equal to the resonance frequency by magnetism acting from the electromagnetic solenoid. Also, by changing the spring constant of the spring body of the resonance unit, the spring force acting from the spring body on the vibrating body also changes via the linkage part, so the resonance frequency can be changed, and the frequency of the vibration source varies In addition, vibration at that frequency can also be suppressed. Furthermore, in the present invention, since the resonance frequency can be changed by changing the spring constant of the spring body of the resonance unit, it is not necessary to provide a heavy object used for changing the resonance frequency. Therefore, an active vibration isolator capable of suppressing vibrations at different frequencies has been configured without causing an increase in size.
本発明は、前記共振ユニットが、半径方向での幅と厚みとが異なる断面形状となる棒状の前記バネ体と、このバネ体を、その長手方向の軸芯周りで回転自在に前記ハウジングに支持する軸受部とで構成されても良い。これによると、棒状のバネ体の回転姿勢を変更するだけで振動軸線方向でのバネ定数を変化させて共振周波数を変更し、結果として広い範囲の周波数の振動に対応して振動の抑制が可能となる。 In the present invention, the resonance unit has a rod-shaped spring body having a cross-sectional shape having a different width and thickness in the radial direction, and the spring body is supported by the housing so as to be rotatable around an axis in the longitudinal direction. It may be configured with a bearing portion. According to this, it is possible to change the resonance frequency by changing the spring constant in the vibration axis direction simply by changing the rotation posture of the rod-shaped spring body, and as a result, it is possible to suppress vibration corresponding to vibrations in a wide range of frequencies. It becomes.
本発明は、一対の前記バネ体が、前記振動軸線を挟む位置に平行姿勢で配置され、この一対のバネ体の回転姿勢を、前記振動軸線を挟んで対称となる姿勢に維持する連動機構が備えられ、夫々のバネ体における前記軸芯周りでの回転姿勢を設定するアクチュエータが備えられても良い。これによると、対称に配置した一対のバネ体の姿勢が等しく変更されるので、共振の偏りを招くことなく振動の抑制が実現する。 According to the present invention, there is provided an interlocking mechanism in which the pair of spring bodies are arranged in a parallel posture at a position sandwiching the vibration axis, and the rotational posture of the pair of spring bodies is maintained in a symmetric posture across the vibration axis. The actuator which is provided and sets the rotation attitude | position around the said axis center in each spring body may be provided. According to this, since the postures of a pair of symmetrically arranged spring bodies are changed equally, vibration can be suppressed without causing resonance bias.
本発明は、前記共振ユニットが、線材をコイル状に成形して成る前記バネ体と、このバネ体に対する嵌合量が調節可能となる溝部が形成された嵌合体とを備えても良い。これによると、コイル状のバネ体と、嵌合体との嵌合量の調節によってバネ体のバネ定数を変更することになり、バネ定数を無段階に変更して広い範囲の周波数の振動に対応して振動の抑制が可能となる。 In the present invention, the resonance unit may include the spring body formed by forming a wire rod in a coil shape, and a fitting body in which a groove portion capable of adjusting a fitting amount with respect to the spring body is formed. According to this, the spring constant of the spring body will be changed by adjusting the amount of fitting between the coiled spring body and the fitting body, and the spring constant will be changed steplessly to handle vibrations in a wide range of frequencies. Thus, vibration can be suppressed.
本発明は、前記共振ユニットが、前記振動軸線と直交する姿勢のアーム状の前記バネ体と、このバネ体に対して移動自在に支持されたウエイトとを備えても良い。これによると、アーム状のバネ体に対するウエイトの位置の調節を行うだけで、バネ定数を無段階に変更して広い範囲の周波数の振動に対応して振動の抑制が可能となる。 In the present invention, the resonance unit may include the arm-like spring body in a posture orthogonal to the vibration axis, and a weight supported movably with respect to the spring body. According to this, by simply adjusting the position of the weight with respect to the arm-shaped spring body, the spring constant can be changed steplessly to suppress vibration corresponding to vibrations in a wide range of frequencies.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第1の実施形態〕
図1に示すように、本発明の能動型防振装置は、シリンダ状のメインハウジング1と、基端側のベースハウジング2と、プレート状の底壁3とを重ねる位置関係で配置すると共に、メインハウジング1を覆うケース4を備えている。メインハウジング1には電磁ソレノイドSLを備え、メインハウジング1の内部に電磁ソレノイドSLからの磁気の作用により振動軸線Xに沿って往復移動自在に加振体10を備えている。更に、この能動型防振装置は、ベースハウジング2にバネ定数の変更が可能なバネ体21を有する共振ユニット20を備え、これらを制御する制御ユニット30を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, the active vibration isolator of the present invention is arranged in a positional relationship in which a cylindrical
この能動型防振装置は、自動車等の車両の車体や座席のフレーム等に備えられるものであり、エンジン等の振動源の周波数、位相、振動レベルに対応した共振振動を発生させることで能動的に振動の抑制を行うダンパ機能を有している。 This active vibration isolator is provided in the body of a vehicle such as an automobile or the frame of a seat, and is active by generating resonance vibration corresponding to the frequency, phase, and vibration level of a vibration source such as an engine. It has a damper function to suppress vibration.
自動車ではアイドリング状態におけるエンジンからの振動と、走行状態におけるエンジンからの振動とにおける周波数や加速度(振幅)が異なるものであり、走行状態においても変速段によってもエンジンからの周波数や加速度が異なるものである。このように周波数等が異なる振動も抑制できるように、この能動型防振装置では、振動軸線Xの方向での共振ユニット20のバネ体21のバネ定数を変更することにより共振周波数を変更できるように構成されている。
In automobiles, the frequency and acceleration (amplitude) of the vibration from the engine in the idling state and the vibration from the engine in the traveling state are different, and the frequency and acceleration from the engine differ depending on the shift stage even in the traveling state. is there. Thus, in this active vibration isolator, the resonance frequency can be changed by changing the spring constant of the
この能動型防振装置は図1に示す姿勢で設置されるとは限らないが、同図に示すように、メインハウジング1を上側、ベースハウジング2を下側として説明する。
Although this active vibration isolator is not necessarily installed in the posture shown in FIG. 1, the
メインハウジング1は、縦向き姿勢の振動軸線Xを中心としたシリンダ状内面を有し、その上部と下部とには絶縁皮膜を有した線状の導体をコイル状に巻回した電磁ソレノイドSLが配置され、夫々の電磁ソレノイドSLの内面側にリング状の固定ヨーク5が配置されている。また、電磁ソレノイドSLはボビン6に導体を巻回した構造を有しており、メインハウジング1はボビン6をセットできるように3つの部材を組み合わせた構造を有している。
The
上側と下側との電磁ソレノイドSLは駆動電力の供給時に逆方向に電流が流れるように、互いに逆向きに巻回され、(図4を参照)、駆動電力の供給時には上側の電磁ソレノイドSLの上側と、下側の電磁ソレノイドSLの下側とに同じ極性の磁極が現れる。 The upper and lower electromagnetic solenoids SL are wound in opposite directions so that current flows in the opposite direction when driving power is supplied (see FIG. 4), and the upper electromagnetic solenoid SL of the upper electromagnetic solenoid SL is supplied when driving power is supplied. Magnetic poles of the same polarity appear on the upper side and the lower side of the lower electromagnetic solenoid SL.
〔加振体〕
加振体10は、上面と下面とに異なる磁極(一方がN極、他方がS極)が現れる円盤状のマグネット11(永久磁石)と、この上面と下面とに密着状態で配置される鉄等の円盤状の磁性体で成る可動ヨーク12と、これらを上下方向に貫通するセンタロッド13とで構成されている。このような構成から、マグネット11と、可動ヨーク12と、メインハウジング1の固定ヨーク5と、電磁ソレノイドSLとで磁気回路が形成される。
[Exciter]
The vibrating
この加振体10は、メインハウジング1の上面と下面とに備えられた支持バネ14に挟み込まれる状態で配置され、センタロッド13は支持バネ14に上下方向に貫通し、上端のネジ部に螺合するナット15によって固定されている。
The
支持バネ14は、鋼板等のバネ材料を円盤状に成形すると共に、弾性変形を容易に行われるためのスリット(図示せず)が渦巻き状や放射状に形成されている。尚、この支持バネ14として、帯状の板バネや、コイル状のバネを用いても良い。
The
メインハウジング1の上面の支持バネ14と、メインハウジング1と、メインハウジング1の下側の支持バネ14とを貫通し、ベースハウジング2に螺合する連結ボルト16によってこれらが一体連結されている。
These are integrally connected by connecting
〔共振ユニット〕
図1〜図3に示すように、共振ユニット20は、振動軸線Xと直交する姿勢となる仮想平面上で、振動軸線Xを挟んで平行する位置に配置された棒状のバネ体21と、このバネ体21の長手方向に沿う軸芯周りで回転自在にベースハウジング2に支持する軸受部22とを備えている。
[Resonance unit]
As shown in FIGS. 1 to 3, the
更に、この共振ユニット20は、バネ体21の回転姿勢を、振動軸線Xを挟んで対称となる姿勢に維持させるように互いに咬合する一対のギヤ23(連動機構の一例)と、バネ体21の回転角度を計測するロータリエンコーダ24と、出力ギヤ25Aを介してバネ体21の回転姿勢を設定するアクチュエータとしての電動モータ25とを備えている。尚、連動機構として、歯付きベルトあるいは無端チェーン等を用いて良く、リンク部材やロッドを組み合わせた機械的な連係構造を用いても良い。
Further, the
バネ体21は、断面形状が円形となる素材の2箇所を加工することにより、幅が素材の直径と等しく、厚みTが幅Wより薄い寸法となる板状部21Aを有する形状に成形されている。また、このバネ体21の長手方向の中央位置の断面形状が円形の係合部21Bをセンタロッド13の下端部に形成された一対の凹部13Bに係合させている。この係合部21Bと凹部13Bとで本発明の連係部が構成されている。また、本発明では、連係部としてバネ体21の係合部21Bをセンタロッド13に穿設された貫通孔に挿通する構成であっても良い。
The
連動機構としての一対のギヤ23は、バネ体21の軸芯に沿う方向視において、板状部21Aの姿勢が図3(a)、(b)に示す如く、対称となる姿勢を維持するように同じ歯数の平歯ギヤが用いられている。
The pair of
本発明では、電動モータ25によってバネ体21の回転姿勢を設定する構成に代えて、バネ体21の回転姿勢を人為操作で設定する構成を採用して良い。
In the present invention, instead of the configuration in which the rotation posture of the
このような構成から、能動型防振装置の共振周波数は、支持バネ14のバネ定数と、バネ体21のバネ定数と、加振体10の重量とから決まる。
〔制御ユニット〕
制御ユニット30は、図4に示すように、外部の振動源の周波数、位相、振動レベルを検出するように加速度センサ等で成るセンサユニット30Sからの信号の入力系を備えている。
From such a configuration, the resonance frequency of the active vibration isolator is determined by the spring constant of the
〔Controller unit〕
As shown in FIG. 4, the
この制御ユニット30は、センサユニット30Sから入力する振動の周波数、振動の位相、振動のレベルを判定する振動判定部31を備えると共に、この振動判定部31の判定結果に基づいて電磁ソレノイドSLに供給する駆動電力と供給周期とを設定する電力設定部32と、この振動判定部31の判定結果のうち振動の周波数に基づいて、共振ユニット20における共振周波数を変更するようにバネ体21の回転姿勢を設定する姿勢制御部33とを備えている。
The
電力設定部32は、駆動電力として交流のように流れる方向が正逆に切り換わる電流が用いられる。この駆動電力により電磁ソレノイドSLが交互に作り出す磁極との吸引力と反発力とが順次切り換わり、結果として、駆動電力の周波数と同期した周期で、駆動電力に対応した振幅で振動軸線の方向に沿って加振体10が往復作動し、この振動によって外部の振動源からの振動を抑制する。
The
また、共振ユニット20の一対のバネ体21の回転姿勢を変更することにより、バネ体21のうち振動軸線Xの方向での板状部21Aのバネ定数が変化し、この変化とともに装置全体での共振周波数が変化し、これにより外部からの振動を無段階に抑制できる。
Further, by changing the rotational posture of the pair of
本発明の能動型防振装置では、バネ体21の回転姿勢と能動型防振装置の共振周波数との関係がテーブルデータ等の形態で制御ユニット30に保存されている。従って、外部の振動源の周波数をセンサユニット30Sで検出した場合には、保存されているデータに基づいて、検出した周波数に対応した共振周波数と一致する共振周波数を得るように共振ユニット20のバネ体21の回転姿勢を設定し、かつ、この共振周波数に対応した周波数で、検出した振動レベルで、検出した位相に対応した駆動電力を電磁ソレノイドSLに供給する制御が行われる。
In the active vibration isolator of the present invention, the relationship between the rotational posture of the
〔第2の実施形態〕
図5に示すように、第2の実施形態では、メインハウジング1、ベースハウジング2、加振体10等の振動を作り出す基本的な構成は第1の実施形態と変わるものではなく、共振ユニット20の構成が第1の実施形態と異なっている。
[Second Embodiment]
As shown in FIG. 5, in the second embodiment, the basic configuration for generating vibrations of the
つまり、ピアノ線等の線材をコイル状に成形して成るバネ体21を、そのバネ軸芯を振動軸線Xと同軸に配置し、その上端をセンタロッド13の下端に連結し、このバネ体21の下端側に嵌合体27を嵌合させている。
In other words, a
嵌合体27は、バネ体21が嵌り込む螺旋状の溝部27Aが形成された筒状の構造を有しており、この嵌合体27を振動軸線X周りで回転操作することにより、振動可能なバネの長さが変化することからバネ定数も変化し、結果として、共振周波数の変更を行えるのである。尚、嵌合体27は溝部27Aとバネ体21との摩擦力により、相対的な位置関係が維持される。
The
この嵌合体27を回転操作する手段は電動モータを想定しているが、人為的に操作する構造を備えても良い。
The means for rotating the
尚、このようなコイル状のバネ体21に代えて、棒状のバネ体21をセンタロッド13とベースハウジング2とに亘り、振動軸線Xに対して直交する姿勢で取り付けておき、この棒状のバネ体21の中間位置に備えた押え部材を長手方向に移動させるように構成しても良い。
In place of such a coil-shaped
この構成において、押え部材とは棒状のバネ体21が挿通する貫通孔を有し、底壁3やベースハウジング2に対し、棒状のバネ21の形成方向にスライド移動自在に支持された構造の部材である。この押え部材のスライド移動により棒状のバネ体21の有効長さを調節して共振周波数の変更が実現する。
In this configuration, the pressing member has a through hole through which the rod-shaped
〔第3の実施形態〕
図6に示すように、第3の実施形態では、メインハウジング1、ベースハウジング2、加振体10等の振動を作り出す基本的な構成は第1の実施形態と変わるものではなく、共振ユニット20の構成が第1の実施形態と異なっている。
[Third Embodiment]
As shown in FIG. 6, in the third embodiment, the basic configuration for generating vibrations of the
つまり、板状の鋼板等のアーム状のバネ体21をセンタロッド13の下端に対し、振動軸線Xと直交する姿勢(水平姿勢)で貫通して備え、このバネ体21の両端部に対して移動自在にウエイト28を外嵌する状態で備えている。
That is, an arm-shaped
ウエイト28にはバネ体21が挿通する貫通孔28Aが形成され、このウエイト28は貫通孔28Aの内面とバネ体21との摩擦力により相対的な位置関係が維持される。そして、このウエイト28の位置を変更することでバネ定数も変化し、結果として、共振周波数の変更を行えるのである。
A through
このウエイト28の位置を調節する際に、人為的な操作力を作用させることを想定しているが、電動モータの駆動力を用いる構成を採用しても良い。
Although it is assumed that an artificial operating force is applied when adjusting the position of the
1 ハウジング(メインハウジング)
2 ハウジング(ベースハウジング)
10 加振体
14 支持バネ
20 共振ユニット
21 バネ体
22 軸受部
23 連動機構(ギヤ)
25 アクチュエータ(電動モータ)
27 嵌合体
27A 溝部
28 ウエイト
SL 電磁ソレノイド
T 厚み
W 幅
X 振動軸線
1 Housing (Main housing)
2 Housing (base housing)
DESCRIPTION OF
25 Actuator (Electric motor)
27
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