JP2018119668A - Vibration absorbing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、機械的な振動エネルギーを、磁歪トランスデューサを介して電気エネルギーに変換することで構造体等の振動を吸収する振動吸収装置に関する。
特に、本発明は、磁歪トランスデューサのコイルに流れる電流の向きを反転させることで、この磁歪トランスデューサに蓄積されるエネルギーを増大させ、これにより構造体等の振動を吸収することができる前記振動吸収装置に関する。
The present invention relates to a vibration absorbing device that absorbs vibration of a structure or the like by converting mechanical vibration energy into electric energy via a magnetostrictive transducer.
In particular, the present invention relates to the vibration absorbing device capable of increasing the energy accumulated in the magnetostrictive transducer by reversing the direction of the current flowing in the coil of the magnetostrictive transducer, thereby absorbing the vibration of the structure or the like. About.
近年、磁歪トランスデューサを用いた振動エネルギーの収集技術（環境発電技術：Ｅｎｅｒｇｙ−Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）が注目されている。振動エネルギーの収集技術を振動する構造体等に適用することで、構造体等の振動を吸収することができる。以下に、振動吸収装置の従来技術を説明する。
図１は、磁歪トランスデューサを用いた典型的な振動吸収装置の説明図である。
図１において、振動吸収装置８は、磁歪トランスデューサ８１と、負荷回路８４と、構造体８５とからなる。
磁歪トランスデューサ８１は、コイル８１１と磁歪材８１２とからなる。
In recent years, a technique for collecting vibration energy using a magnetostrictive transducer (energy-harvesting technology) has attracted attention. By applying the vibration energy collection technology to a vibrating structure or the like, vibrations of the structure or the like can be absorbed. Below, the prior art of a vibration absorber is demonstrated.
FIG. 1 is an explanatory diagram of a typical vibration absorber using a magnetostrictive transducer.
In FIG. 1, the vibration absorber 8 includes a magnetostrictive transducer 81, a load circuit 84, and a structure 85.
The magnetostrictive transducer 81 includes a coil 811 and a magnetostrictive material 812.
コイル８１１および負荷回路８４が電気系を構成し、磁歪材８１２および構造体８５が機械系を構成し、電気系と機械系とは磁場を介して結合されている。
構造体８５は、振動マス８５１と構造剛性体８５２で表されている。振動マス８５１はバネとして機能する構造剛性体８５２により支えられており、加振外力ＥＦが加えられることで振動マス８５１は振動し、この振動は磁歪材８１２に伝えられる。なお、加振外力ＥＦがなくとも、構造体８５が取り付けられている床面が振動したり変形したりすることでも、振動マス８５１は振動し、この振動は磁歪材８１２に伝えられる。
The coil 811 and the load circuit 84 constitute an electric system, the magnetostrictive material 812 and the structure 85 constitute a mechanical system, and the electric system and the mechanical system are coupled via a magnetic field.
The structural body 85 is represented by a vibration mass 851 and a structural rigid body 852. The vibration mass 851 is supported by a structural rigid body 852 that functions as a spring. The vibration mass 851 is vibrated by applying an excitation external force EF, and this vibration is transmitted to the magnetostrictive material 812. Even if there is no external vibration force EF, the vibration mass 851 vibrates even when the floor surface to which the structure 85 is attached vibrates or deforms, and this vibration is transmitted to the magnetostrictive material 812.
磁歪材８１２が振動変位することにより磁場が発生し、コイル８１１には交流の誘導起電力（誘導電圧）が生じる。磁歪トランスデューサ８１の端子間に表れる起電力は負荷回路８４に与えられ負荷回路８４は電力を受け取ることができる。 When the magnetostrictive material 812 is oscillated and displaced, a magnetic field is generated, and an alternating induced electromotive force (induced voltage) is generated in the coil 811. The electromotive force appearing between the terminals of the magnetostrictive transducer 81 is given to the load circuit 84, and the load circuit 84 can receive the power.
図１に示した磁歪トランスデューサ８１はコイル８１１に磁歪材料８１２を巻回したものであり、等価回路は、図２に示すように電圧源ｖｍとインダクタＬｍと抵抗Ｒｍとの直列回路で表現される。負荷回路８４はコイルの端子間（磁歪トランスデューサの端子間）に接続される。
しかし、図２のように磁歪トランスデューサ８１に負荷回路８４を接続しただけでは電力（エネルギー）の収集は極めてわずかであり、振動吸収効率は極めて低い。
A magnetostrictive transducer 81 shown in FIG. 1 is obtained by winding a magnetostrictive material 812 around a coil 811, and an equivalent circuit is expressed by a series circuit of a voltage source vm, an inductor Lm, and a resistor Rm as shown in FIG. . The load circuit 84 is connected between the terminals of the coil (between the terminals of the magnetostrictive transducer).
However, when the load circuit 84 is simply connected to the magnetostrictive transducer 81 as shown in FIG. 2, the collection of electric power (energy) is extremely small, and the vibration absorption efficiency is extremely low.
本発明者は、この不都合を回避するべく、磁歪トランスデューサにコイル電流反転回路を接続した振動吸収装置を提案している。
この振動吸収装置９は、図３に示すように、磁歪トランスデューサ９１とコイル電流反転回路９２と制御装置９３とからなる。
図３では、振動源となる構造体９５を振動マス９５１と構造剛性体９５２とで示してある。
磁歪トランスデューサ９１は、電圧源ｖｍとインダクタＬｍと抵抗Ｒｍとの直列接続回路で表される。
In order to avoid this inconvenience, the present inventor has proposed a vibration absorbing device in which a coil current reversing circuit is connected to a magnetostrictive transducer.
As shown in FIG. 3, the vibration absorbing device 9 includes a magnetostrictive transducer 91, a coil current inverting circuit 92, and a control device 93.
In FIG. 3, the structure 95 serving as a vibration source is indicated by a vibration mass 951 and a structural rigid body 952.
The magnetostrictive transducer 91 is represented by a series connection circuit of a voltage source vm, an inductor Lm, and a resistor Rm.
磁歪トランスデューサ９１の両端子には電流反転回路９２が接続されている。
電流反転回路９２は、単極双投型（ＳＰＤＴ型）のスイッチＳＷと反転用キャパシタＣｒｖとから構成されている。
後述するように、スイッチＳＷは、磁歪トランスデューサ９１の出力電圧ｖｔ、コイル電流ｉｃおよび振動マス９５１の振動を検知するセンサ情報に応じて、コイル電流ｉｃの向きを反転させるように、制御装置９３により制御される。
スイッチＳＷは、制御装置９３からの制御信号ＤＳに応じて接点ｃを接点ａまたは接点ｂに接続することができる。
A current inverting circuit 92 is connected to both terminals of the magnetostrictive transducer 91.
The current inverting circuit 92 includes a single-pole double-throw (SPDT type) switch SW and an inverting capacitor Crv.
As will be described later, the switch SW is controlled by the control device 93 so as to reverse the direction of the coil current ic in accordance with sensor information for detecting the output voltage vt of the magnetostrictive transducer 91, the coil current ic, and the vibration of the vibration mass 951. Be controlled.
The switch SW can connect the contact c to the contact a or the contact b in accordance with the control signal DS from the control device 93.
図３では、コイル９１１のインダクタＬｍと抵抗ｒｍ、および反転用キャパシタＣｒｖは、コイル電流反転のためのＲＬＣ回路を構成する。このＲＬＣ回路の電気的な自由振動の周期をτとする。このＲＬＣ回路は自由振動の振幅が小さくならないように、インダクタＬｍと抵抗ｒｍ、および反転用キャパシタＣｒｖの値が選ばれている。
図３の振動吸収装置９では、制御装置９３は、磁歪トランスデューサ９１の出力電圧ｖｔ、コイル電流ｉｃ、振動情報（変位量と時間の関数）を検出しており、これらの検出結果に基づき、ＰＤ制御等の制御手法によりスイッチＳＷの制御を行っている。
In FIG. 3, the inductor Lm and resistance rm of the coil 911 and the inverting capacitor Crv constitute an RLC circuit for reversing the coil current. Let τ be the period of electrical free vibration of the RLC circuit. In this RLC circuit, the values of the inductor Lm, the resistance rm, and the inverting capacitor Crv are selected so that the amplitude of the free vibration does not decrease.
In the vibration absorbing device 9 of FIG. 3, the control device 93 detects the output voltage vt, the coil current ic, and vibration information (a function of displacement and time) of the magnetostrictive transducer 91, and based on these detection results, PD The switch SW is controlled by a control method such as control.
以下、図４を参照しながら、図３の振動吸収装置９の動作を説明する。
図３において、磁歪材９１２に繰り返しの応力または歪が与えられると、磁歪材９１２の変位ｄに応じてコイル９１１には誘導起電力ｖｍが生じる。
図４（Ａ）は、コイル９１１に生じる誘導起電力ｖｍを示し、図４（Ｂ）は、磁歪材９１２の変位ｄおよびコイル電流ｉｃを示し、図４（Ｃ）は、スイッチＳＷの接続状態（ｃ−ａまたはｃ−ｂ）の変化を示している。図４（Ｃ）においては、α１およびα２部分の拡大図を併記する。
Hereinafter, the operation of the vibration absorber 9 of FIG. 3 will be described with reference to FIG.
In FIG. 3, when repeated stress or strain is applied to the magnetostrictive material 912, an induced electromotive force vm is generated in the coil 911 according to the displacement d of the magnetostrictive material 912.
4A shows the induced electromotive force vm generated in the coil 911, FIG. 4B shows the displacement d of the magnetostrictive material 912 and the coil current ic, and FIG. 4C shows the connection state of the switch SW. The change of (c-a or cb) is shown. In FIG. 4C, enlarged views of the α1 and α2 portions are also shown.
図３の振動吸収装置９では、コイル９１１に蓄えられているエネルギーが反転用キャパシタＣｒｖに一時的に収容され、この収容されたエネルギーがコイル９１１に戻される際に電流の向きが反転するように、制御装置９３がスイッチＳＷの接続状態（ｃ−ａまたはｃ−ｂ）を制御する。
これにより、コイル９１１に蓄積されるエネルギー（ｉｃ２・Ｌｍ／２ジュール）を増大させることができ、構造体９５の振動を効率良く吸収することができる。
コイル電流ｉｃの反転が適性にできないと、磁歪トランスデューサ９１に蓄積されるエネルギーを増大することができなくなる。
このため、図３の振動吸収装置９では、コイル電流ｉｃの反転が終了する時点を予測し、次の反転が生じる前に（または生じたとしても速やかに）、反転用キャパシタＣｒｖを磁歪トランスデューサ９１から切り離す必要がある。
In the vibration absorber 9 of FIG. 3, the energy stored in the coil 911 is temporarily stored in the reversing capacitor Crv, and the direction of the current is reversed when the stored energy is returned to the coil 911. The control device 93 controls the connection state (ca or cab) of the switch SW.
Thereby, the energy (ic 2 · Lm / 2 joule) accumulated in the coil 911 can be increased, and the vibration of the structure 95 can be absorbed efficiently.
If the reversal of the coil current ic cannot be made appropriate, the energy stored in the magnetostrictive transducer 91 cannot be increased.
For this reason, the vibration absorbing device 9 of FIG. 3 predicts a time point at which the reversal of the coil current ic ends, and the reversal capacitor Crv is connected to the magnetostrictive transducer 91 before (or even immediately) the next reversal occurs. Need to be separated from
しかし、図３の振動吸収装置９では、反転用キャパシタＣｒｖを磁歪トランスデューサ９１から切り離すタイミングを予測することが容易ではない。
本発明の目的は、磁歪トランスデューサに対する反転用キャパシタの接続および切り離しを所定タイミングで繰り返し行う振動吸収制御において、前記磁歪トランスデューサに対する前記反転用キャパシタの切り離しを自動で行うことで、磁歪トランスデューサに蓄積される電流を効率良く増大させること、すなわち構造体等に生じた振動エネルギーを効率良く電気エネルギーに変換することである。
However, in the vibration absorber 9 of FIG. 3, it is not easy to predict the timing at which the inversion capacitor Crv is separated from the magnetostrictive transducer 91.
It is an object of the present invention to automatically store the reversing capacitor with respect to the magnetostrictive transducer in vibration absorption control for repeatedly connecting and disconnecting the reversing capacitor with respect to the magnetostrictive transducer at a predetermined timing. It is to increase current efficiently, that is, to efficiently convert vibration energy generated in a structure or the like into electric energy.
本発明は、以下を要旨とする。
（１）
繰り返しの応力または歪が生じる磁歪材と、前記磁歪材に設けられたコイルとからなる磁歪トランスデューサ、および、
前記コイルの両端子間に接続され、所定のタイミングで前記コイルに流れる電流の向きを反転させるコイル電流反転回路、
を備えて構成され、
前記コイル電流反転回路は、前記トランスデューサとの間でエネルギーの受け渡しを行うエネルギー蓄積部と、当該受け渡しを制御するスイッチ回路とを備え、
前記エネルギー蓄積部を前記磁歪トランスデューサに接続することで、前記磁歪トランスデューサに蓄えられているエネルギーを前記エネルギー蓄積部に送出するとともに、
前記エネルギー蓄積部に送出されて蓄積されたエネルギーを前記コイルに流れる電流の向きを反転させて前記磁歪トランスデューサに送り返し、
前記送り返しが終了したときに、前記エネルギー蓄積部を前記磁歪トランスデューサから切り離すことで、前記磁歪トランスデューサに流れる電流の反転状態を補償する、
振動吸収装置であって、
前記スイッチ回路は、
前記エネルギー蓄積部の前記磁歪トランスデューサへの接続を前記スイッチ回路のスイッチングにより行い、
前記エネルギー蓄積部の前記磁歪トランスデューサからの切り離しを、前記送り返しの完了により自律動作する切り離し回路により行う、
振動吸収装置。
構造体から発生する振動エネルギーは、電気エネルギーに変換されることで、当該構造体の振動は振動吸収装置により吸収される。本発明の振動吸収では、抵抗等の負荷は必須の構成要件ではない。
The gist of the present invention is as follows.
(1)
A magnetostrictive transducer comprising a magnetostrictive material in which repeated stress or strain occurs, and a coil provided in the magnetostrictive material, and
A coil current reversing circuit connected between both terminals of the coil and reversing the direction of the current flowing through the coil at a predetermined timing;
Configured with
The coil current reversing circuit includes an energy storage unit that transfers energy to and from the transducer, and a switch circuit that controls the transfer.
By connecting the energy storage unit to the magnetostrictive transducer, and sending the energy stored in the magnetostrictive transducer to the energy storage unit,
Reversing the direction of the current flowing through the coil and returning the energy stored in the energy storage unit to the magnetostrictive transducer;
When the return is finished, the inversion state of the current flowing through the magnetostrictive transducer is compensated by separating the energy storage unit from the magnetostrictive transducer.
A vibration absorber,
The switch circuit is
Connection of the energy storage unit to the magnetostrictive transducer is performed by switching the switch circuit,
The energy storage unit is separated from the magnetostrictive transducer by a separation circuit that operates autonomously upon completion of the return.
Vibration absorber.
The vibration energy generated from the structure is converted into electric energy, and the vibration of the structure is absorbed by the vibration absorber. In the vibration absorption of the present invention, a load such as a resistance is not an essential component.
（２）
（１）に記載の振動吸収装置において、
(2)
In the vibration absorber according to (1),
前記スイッチ回路（半導体スイッチ回路，機械スイッチ）は、単極双投型スイッチと、二つの一方向導通回路からなり、前記単極双投型スイッチの単極端子は前記磁歪トランスデューサの一方端に接続され、前記単極双投型スイッチの双投端子は相互に逆極性に配向した前記２つの一方向導通回路を介して前記磁歪トランスデューサの他方端に接続され、
前記エネルギー蓄積部は、前記磁歪トランスデューサに並列に接続されているキャパシタからなる、
振動吸収装置。
The switch circuit (semiconductor switch circuit, mechanical switch) includes a single pole double throw switch and two one-way conduction circuits, and the single pole terminal of the single pole double throw switch is connected to one end of the magnetostrictive transducer. A double-throw terminal of the single-pole double-throw switch is connected to the other end of the magnetostrictive transducer through the two one-way conduction circuits oriented in mutually opposite polarities,
The energy storage unit comprises a capacitor connected in parallel to the magnetostrictive transducer,
Vibration absorber.
（３）
（２）に記載の振動吸収装置において、
前記スイッチ回路の前記二つの一方向導通回路はダイオードにより構成されている、
振動吸収装置。
(3)
In the vibration absorber according to (2),
The two one-way conduction circuits of the switch circuit are constituted by diodes;
Vibration absorber.
（４）
（１）に記載の振動吸収装置において、
(4)
In the vibration absorber according to (1),
前記スイッチ回路（半導体スイッチ回路，機械スイッチ）は、単極双投型スイッチ（ａ接点またはｂ接点の何れかにｃ接点が接続されるスイッチ）と、二つの一方向導通回路からなり、前記単極双投型スイッチの単極端子は前記磁歪トランスデューサの一方端に接続され、前記単極双投型スイッチの双投端子は相互に逆極性に配向した前記２つの一方向導通回路を介して前記磁歪トランスデューサの他方端に接続され、
前記エネルギー蓄積部は、前記２つの一方向導通回路にそれぞれ並列に接続された２つのキャパシタからなる、
振動吸収装置。
The switch circuit (semiconductor switch circuit, mechanical switch) includes a single-pole double-throw switch (a switch in which the c contact is connected to either the a contact or the b contact) and two one-way conduction circuits. A single pole terminal of the pole double throw switch is connected to one end of the magnetostrictive transducer, and the double throw terminal of the single pole double throw switch is connected to the one through the two one-way conduction circuits oriented in opposite polarities. Connected to the other end of the magnetostrictive transducer,
The energy storage unit includes two capacitors respectively connected in parallel to the two one-way conduction circuits.
Vibration absorber.
（５）
（４）に記載の振動吸収装置において、
前記スイッチ回路の前記二つの一方向導通回路はダイオードにより構成されている、
振動吸収装置。
(5)
In the vibration absorber according to (4),
The two one-way conduction circuits of the switch circuit are constituted by diodes;
Vibration absorber.
本発明により、振動吸収装置の制御における、前記磁歪トランスデューサに対する前記反転用キャパシタの切り離しを自動で行うことができ、これにより磁歪トランスデューサに蓄積される電流を効率良く増大させること、すなわち構造体等に生じた振動エネルギーを効率良く電気エネルギーに変換することができる。 According to the present invention, the inversion capacitor can be automatically separated from the magnetostrictive transducer in the control of the vibration absorber, thereby efficiently increasing the current accumulated in the magnetostrictive transducer, that is, to the structure or the like. The generated vibration energy can be efficiently converted into electric energy.
図７（Ｂ）は、磁歪材１１２の変位ｄおよびコイル電流ｉｃを示す図である。 図７（Ｃ）は、スイッチＳＷの接続状態（ｃ−ａまたはｃ−ｂ）の変化を示す図である。
以下、本発明の振動吸収装置の第１実施形態を説明する。
図５は振動吸収装置１Ａの概略を示す図である。
図５に示すように、振動吸収装置１Ａは、磁歪トランスデューサ１１とコイル電流反転回路１２と制御装置１３とからなる。
図５では、振動源となる構造体１５を振動マス１５１と構造剛性体１５２とで示してある。
磁歪トランスデューサ１１は、電圧源ｖｍとインダクタＬｍと抵抗Ｒｍとの直列接続回路で表される。
Hereinafter, a first embodiment of the vibration absorber of the present invention will be described.
FIG. 5 is a diagram showing an outline of the vibration absorber 1A.
As shown in FIG. 5, the vibration absorbing device 1 </ b> A includes a magnetostrictive transducer 11, a coil current inverting circuit 12, and a control device 13.
In FIG. 5, the structure 15 serving as a vibration source is indicated by a vibration mass 151 and a structural rigid body 152.
The magnetostrictive transducer 11 is represented by a series connection circuit of a voltage source vm, an inductor Lm, and a resistor Rm.
インダクタＬｍは、磁歪トランスデューサ１１のコイル１１１のインダクタンスなので、図５ではインダクタＬｍをコイル１１１としても示す。また、図５では、コイル１１１のコアが磁歪材１１２である。 Since the inductor Lm is the inductance of the coil 111 of the magnetostrictive transducer 11, the inductor Lm is also shown as the coil 111 in FIG. In FIG. 5, the core of the coil 111 is the magnetostrictive material 112.
磁歪トランスデューサ１１の両端子にはコイル電流反転回路１２が接続されている。
電流反転回路１２は、単極双投型（ＳＰＤＴ型）のスイッチＳＷと、反転用キャパシタＣｒｖと、ダイオードＤ１，Ｄ２とから構成されている。
反転用キャパシタＣｒｖが本発明におけるエネルギー蓄積部に相当し、スイッチＳＷとダイオードＤ１，Ｄ２が本発明におけるスイッチ回路を構成している。
スイッチＳＷは、半導体スイッチであってもよいし、リレー等から構成した機械スイッチであってもよい。
A coil current inverting circuit 12 is connected to both terminals of the magnetostrictive transducer 11.
The current inverting circuit 12 includes a single-pole double-throw (SPDT type) switch SW, an inverting capacitor Crv, and diodes D1 and D2.
The inversion capacitor Crv corresponds to the energy storage unit in the present invention, and the switch SW and the diodes D1 and D2 constitute a switch circuit in the present invention.
The switch SW may be a semiconductor switch or a mechanical switch configured from a relay or the like.
制御装置１３は、たとえば磁歪トランスデューサ１１の出力電圧ｖｔ、コイル電流ｉｃ、振動情報（変位量と時間の関数）に基づき、コイル電流ｉｃの向きを反転させるように、スイッチＳＷの制御信号を生成することができる。 The control device 13 generates a control signal for the switch SW so as to reverse the direction of the coil current ic based on, for example, the output voltage vt of the magnetostrictive transducer 11, the coil current ic, and vibration information (a function of the displacement and time). be able to.
また、制御装置１３は、出力電圧ｖｔ、コイル電流ｉｃまたは振動情報とは異なるその他の情報（たとえば、電力情報）に基づき、スイッチＳＷの制御信号を生成することもできる。 Further, the control device 13 can generate a control signal for the switch SW based on other information (for example, power information) different from the output voltage vt, the coil current ic, or the vibration information.
振動情報（変位量と時間の関数）は、振動マス１５１の振動状態（変位・速度・加速度等）に係る情報であり、通常は、適宜の光学的手段、機械的手段または電磁気学的手段を用いて検出される。 The vibration information (a function of the displacement amount and time) is information relating to the vibration state (displacement, velocity, acceleration, etc.) of the vibration mass 151. Usually, appropriate optical means, mechanical means, or electromagnetic means are used. Detected.
なお、制御装置１３は、出力電圧ｖｔ、コイル電流ｉｃ、振動情報、その他の情報のうち１つに基づいてスイッチＳＷを制御してもよいし、これらの２つ以上の組み合わせに基づいてスイッチＳＷを制御してもよい。
スイッチＳＷは、可動接点ｃと固定接点ａ，ｂを備えており、制御装置１３からの制御信号ＤＳに応じて接点ｃを接点ａまたは接点ｂに接続することができる。
The control device 13 may control the switch SW based on one of the output voltage vt, the coil current ic, the vibration information, and other information, or the switch SW based on a combination of two or more of these. May be controlled.
The switch SW includes a movable contact c and fixed contacts a and b, and can connect the contact c to the contact a or the contact b in accordance with a control signal DS from the control device 13.
スイッチＳＷのｃ接点端子は磁歪トランスデューサ１１の一方の端子（グランドＧＮＤと反対側の端子）に接続されている。また、スイッチＳＷのｃ接点端子と磁歪トランスデューサ１１の他方の端子（グランドＧＮＤ側の端子）との間には反転用キャパシタＣｒｖが接続されている。 The contact c terminal of the switch SW is connected to one terminal (terminal opposite to the ground GND) of the magnetostrictive transducer 11. Further, an inversion capacitor Crv is connected between the c contact terminal of the switch SW and the other terminal (terminal on the ground GND side) of the magnetostrictive transducer 11.
スイッチＳＷのａ接点端子と磁歪トランスデューサ１１のグランＧＮＤ側の端子にはカソードがａ接点端子を向くようにダイオードＤ１が接続され、スイッチＳＷのｂ接点端子と磁歪トランスデューサ１１のグランＧＮＤ側の端子にはアノードがｂ接点端子を向くようにダイオードＤ２が接続されている。 A diode D1 is connected to the a-contact terminal of the switch SW and the ground GND side terminal of the magnetostrictive transducer 11 so that the cathode faces the a-contact terminal. The diode D2 is connected so that the anode faces the b contact terminal.
図５の磁歪トランスデューサ１１では、コイル１１１のインダクタＬｍと抵抗ｒｍ、および反転用キャパシタＣｒｖは、コイル電流反転のためのＲＬＣ回路を構成する。このＲＬＣ回路の電気的な自由振動の周期をτとする。このＲＬＣ回路は自由振動の振幅が小さくならないように、インダクタＬｍと抵抗ｒｍ、および反転用キャパシタＣｒｖの値が選ばれている。 In the magnetostrictive transducer 11 of FIG. 5, the inductor Lm and the resistor rm of the coil 111 and the inverting capacitor Crv constitute an RLC circuit for reversing the coil current. Let τ be the period of electrical free vibration of the RLC circuit. In this RLC circuit, the values of the inductor Lm, the resistance rm, and the inverting capacitor Crv are selected so that the amplitude of the free vibration does not decrease.
図５の振動吸収装置１Ａでは、制御装置１３は、磁歪トランスデューサ１１の出力電圧ｖｔおよびコイル電流ｉｃおよび振動マス９５１の振動を検知するセンサ情報を検出しており、ＰＤ制御等の制御手法によりスイッチＳＷの制御を行っている。 In the vibration absorbing device 1A of FIG. 5, the control device 13 detects sensor information for detecting the output voltage vt of the magnetostrictive transducer 11, the coil current ic, and the vibration of the vibration mass 951, and switches it by a control method such as PD control. SW is controlled.
以下、図６、図７および図８を参照しながら、図５の振動吸収装置１Ａの動作を説明する。 Hereinafter, the operation of the vibration absorber 1 </ b> A of FIG. 5 will be described with reference to FIGS. 6, 7, and 8.
なお、図５においては、グランドＧＮＤから磁歪トランスデューサ１１に流れるコイル電流ｉｃの向きを正、磁歪トランスデューサ１１からグランドＧＮＤに流れるコイル電流ｉｃの向きを負とする。 In FIG. 5, the direction of the coil current ic flowing from the ground GND to the magnetostrictive transducer 11 is positive, and the direction of the coil current ic flowing from the magnetostrictive transducer 11 to the ground GND is negative.
図６（Ａ）は、磁歪材１１２の変位ｄとコイル１１１に流れる電流（コイル電流）ｉｃとの関係を示す波形図、図６（Ｂ）はスイッチＳＷの接続状態（ｃ−ａまたはｃ−ｂ）の変化を示す図である。
図７（Ａ）は、コイル１１１に生じる誘導起電力ｖｍを示す図である。
図７（Ｂ）は、磁歪材１１２の変位ｄおよびコイル電流ｉｃを示す図である。図７（Ｂ）においては、β１およびβ２部分の拡大図を併記する。
図７（Ｃ）は、スイッチＳＷの接続状態（ｃ−ａまたはｃ−ｂ）の変化を示す図である。
図８は、図７（Ａ）の時刻ｔ１−ｔ６におけるコイル電流反転回路１２の動作を示す説明図である。
6A is a waveform diagram showing the relationship between the displacement d of the magnetostrictive material 112 and the current (coil current) ic flowing through the coil 111, and FIG. 6B is the connection state (ca or c−) of the switch SW. It is a figure which shows the change of b).
FIG. 7A is a diagram showing the induced electromotive force vm generated in the coil 111.
FIG. 7B shows the displacement d of the magnetostrictive material 112 and the coil current ic. In FIG. 7B, enlarged views of the β1 and β2 portions are also shown.
FIG. 7C is a diagram illustrating a change in the connection state (ca or cab) of the switch SW.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the operation of the coil current inverting circuit 12 at time t1-t6 in FIG.
なお、構造体１５から発生する振動エネルギーは、電気エネルギーに変換されることで、構造体１５の振動は振動吸収装置１Ａにより吸収される。な振動吸収装置１Ａでは、抵抗等の負荷は必須の構成要件ではない。 The vibration energy generated from the structure 15 is converted into electric energy, so that the vibration of the structure 15 is absorbed by the vibration absorber 1A. In such a vibration absorber 1A, a load such as a resistance is not an essential component.
図５の振動吸収装置１Ａにおいて、磁歪材１１２に繰り返しの応力または歪が与えられると、磁歪材１１２の変位ｄに応じてコイル１１１には誘導起電力ｖｍが生じる。
図７（Ａ）はコイル１１１に生じる誘導起電力ｖｍを示している。
In the vibration absorbing device 1 </ b> A of FIG. 5, when repeated stress or strain is applied to the magnetostrictive material 112, an induced electromotive force vm is generated in the coil 111 according to the displacement d of the magnetostrictive material 112.
FIG. 7A shows an induced electromotive force vm generated in the coil 111.
図５の振動吸収装置１Ａでは、コイル１１１に蓄えられているエネルギーが反転用キャパシタＣｒｖに一時的に収容され、この収容されたエネルギーがコイル１１１に戻される際に電流の向きが反転するように、制御装置１３がスイッチＳＷの接続状態（ｃ−ａまたはｃ−ｂ）を制御する。
これにより、コイル１１１に蓄積されるエネルギー（ｉｃ２・Ｌｍ／２ジュール）を増大させることができる。
In the vibration absorbing device 1 </ b> A of FIG. 5, the energy stored in the coil 111 is temporarily stored in the reversing capacitor Crv so that the current direction is reversed when the stored energy is returned to the coil 111. The control device 13 controls the connection state (ca or cab) of the switch SW.
Thereby, the energy (ic 2 · Lm / 2 joule) accumulated in the coil 111 can be increased.
以下、図７（Ａ）に示した時刻ｔ１−ｔ６における、コイル電流反転回路１２の動作を詳細に説明する。 Hereinafter, the operation of the coil current inverting circuit 12 at time t1 to t6 shown in FIG. 7A will be described in detail.
まず、コイル電流ｉｃが負でその振幅が大きい時刻ｔ１においては、図８（Ａ）に示すように、スイッチＳＷは接点ｃが接点ａに接続されており、コイル電流ｉｃは、グランドＧＮＤ、ダイオードＤ１、スイッチＳＷのａ接点端子・ｃ接点端子、磁歪トランスデューサ１１、グランドＧＮＤの順でループしている。なお、本実施形態では、このときには、反転用キャパシタＣｒｖは充電されていない。 First, at time t1 when the coil current ic is negative and its amplitude is large, as shown in FIG. 8A, the switch SW has the contact c connected to the contact a, and the coil current ic is connected to the ground GND, diode Looping is performed in the order of D1, a contact terminal / c contact terminal of the switch SW, the magnetostrictive transducer 11, and the ground GND. In this embodiment, the inversion capacitor Crv is not charged at this time.
次に、制御装置１３がスイッチＳＷの切り替えの命令を出す時刻ｔ２において、スイッチＳＷの接点ｃは、接点ａから接点ｂへの接続に切り替えられ、反転用キャパシタＣｒｖが磁歪トランスデューサ１１に接続される。時刻ｔ２は、コイル電流ｉｃが負かつコイル電流ｉｃの時間微分が正から負になる時刻とすることもできる。 Next, at time t <b> 2 when the control device 13 issues a command to switch the switch SW, the contact c of the switch SW is switched from the contact a to the contact b, and the inverting capacitor Crv is connected to the magnetostrictive transducer 11. . The time t2 can also be a time when the coil current ic is negative and the time differentiation of the coil current ic is positive to negative.
この切り替えにより、コイル電流ｉｃは、図８（Ｂ）に示すように、もとの電流の向きを維持しようとする。このとき、ダイオードＤ２は、コイル１１１の誘導起電力ｖｍの向きとは逆方向に配向されているので、コイル電流ｉｃは、グランドＧＮＤ、反転用キャパシタＣｒｖ、磁歪トランスデューサ１１、グランドＧＮＤの順でループする。 By this switching, the coil current ic tries to maintain the original current direction as shown in FIG. At this time, since the diode D2 is oriented in a direction opposite to the direction of the induced electromotive force vm of the coil 111, the coil current ic loops in the order of the ground GND, the inverting capacitor Crv, the magnetostrictive transducer 11, and the ground GND. To do.
前述したように、インダクタＬｍと抵抗ｒｍと反転用キャパシタＣｒｖとは、ＲＬＣ共振回路（共振周期をτとする）を構成している。 As described above, the inductor Lm, the resistor rm, and the inverting capacitor Crv constitute an RLC resonance circuit (resonance period is τ).
図５の振動吸収装置１Ａでは、τ／４の時間で、磁歪トランスデューサ１１に蓄えられていたエネルギー（ｉｃ２・Ｌｍ／２ジュール）が反転用キャパシタＣｒｖに転送され、つぎのτ／４の時間で反転用キャパシタＣｒｖに蓄えられたエネルギーが、磁歪トランスデューサ１１に戻される。 In the vibration absorbing device 1A of FIG. 5, the energy (ic 2 · Lm / 2 joules) stored in the magnetostrictive transducer 11 is transferred to the inversion capacitor Crv in the time τ / 4, and the next time τ / 4. Thus, the energy stored in the inversion capacitor Crv is returned to the magnetostrictive transducer 11.
なお、理論上は、反転開始時と反転終了時においては反転用キャパシタＣｒｖに蓄えられているエネルギーは０であり、コイル電流ｉｃが０となる時点で反転用キャパシタＣｒｖに蓄えられているエネルギーは最大（磁歪トランスデューサ１１に蓄えられていたエネルギーと等しい）とできる。ただし、反転開始時と反転終了時においては反転用キャパシタＣｒｖに蓄えられているエネルギーは０でなくてもかまわない。 Theoretically, the energy stored in the reversing capacitor Crv is 0 at the start and end of reversal, and the energy stored in the reversing capacitor Crv when the coil current ic becomes 0 is Maximum (equal to the energy stored in the magnetostrictive transducer 11). However, the energy stored in the inversion capacitor Crv may not be 0 at the start of inversion and at the end of inversion.
時刻ｔ３は、コイル電流ｉｃが０となる時刻を過ぎた時刻（ただし、スイッチＳＷの接点ｃは接点ｂに接続されている）を示している。この時刻ｔ３には、図８（Ｃ）に示すように、反転用キャパシタＣｒｖの充電電荷は放出されつつあり、コイル電流ｉｃの向きは負から正に反転している。このとき、ダイオードＤ２は、コイル１１１の誘導起電力ｖｍの向きとは逆方向に配向されているので、コイル電流ｉｃが、ダイオードＤ２を介して流れることはない。 Time t3 indicates the time after the time when the coil current ic becomes 0 (however, the contact c of the switch SW is connected to the contact b). At time t3, as shown in FIG. 8C, the charge of the inversion capacitor Crv is being released, and the direction of the coil current ic is reversed from negative to positive. At this time, since the diode D2 is oriented in the direction opposite to the direction of the induced electromotive force vm of the coil 111, the coil current ic does not flow through the diode D2.
時刻ｔ４では、反転用キャパシタＣｒｖの充電電荷が０になり、反転用キャパシタＣｒｖが磁歪トランスデューサ１１から切り離される。 At time t4, the charge of the inverting capacitor Crv becomes 0, and the inverting capacitor Crv is disconnected from the magnetostrictive transducer 11.
時刻ｔ４直前においては、コイル電流ｉｃは正の向きに流れているので、反転用キャパシタＣｒｖの充電電荷が０になった時点で、コイル電流ｉｃは、図８（Ｄ）に示すように、グランドＧＮＤ、磁歪トランスデューサ１１、スイッチＳＷのｃ接点端子・ａ接点端子、ダイオードＤ２、グランドＧＮＤを介してループする。 Immediately before time t4, since the coil current ic flows in the positive direction, the coil current ic is grounded as shown in FIG. It loops through GND, magnetostrictive transducer 11, c contact terminal / a contact terminal of switch SW, diode D2, and ground GND.
時刻ｔ５では、スイッチＳＷの接点ｃは、接点ｂから接点ａへの接続に切り替えられ、反転用キャパシタＣｒｖが磁歪トランスデューサ１１に接続される。時刻ｔ２は、コイル電流ｉｃが負かつコイル電流ｉｃの時間微分が正から負になる時刻とすることもできる。この切り替えにより、図８（Ｅ）に示すように、コイル電流ｉｃはもとの電流の向きを維持しようとする。このとき、ダイオードＤ１は、コイル１１１の誘導起電力ｖｍの向きとは逆方向に配向されているので、コイル電流ｉｃは、グランドＧＮＤ、磁歪トランスデューサ１１、反転用キャパシタＣｒｖ、グランドＧＮＤの順でループする。 At time t5, the contact c of the switch SW is switched to the connection from the contact b to the contact a, and the inversion capacitor Crv is connected to the magnetostrictive transducer 11. The time t2 can also be a time when the coil current ic is negative and the time differentiation of the coil current ic is positive to negative. By this switching, as shown in FIG. 8E, the coil current ic tries to maintain the original current direction. At this time, since the diode D1 is oriented in the direction opposite to the direction of the induced electromotive force vm of the coil 111, the coil current ic loops in the order of the ground GND, the magnetostrictive transducer 11, the inverting capacitor Crv, and the ground GND. To do.
時刻ｔ６は、コイル電流ｉｃが０となる時刻を過ぎた時刻（ただし、スイッチＳＷの接点ｃは接点ａに接続されている）を示している。この時刻ｔ６には、図８（Ｆ）に示すように、反転用キャパシタＣｒｖの充電電荷は放出されつつあり、コイル電流ｉｃの向きは負から正に反転している。このとき、ダイオードＤ１は、コイル１１１の誘導起電力ｖｍの向きとは逆方向に配向されているので、コイル電流ｉｃが、ダイオードＤ１を介して流れることはない。
この後、反転用キャパシタＣｒｖの充電電荷が全て放出されると、コイル電流Ｉｃは図８（Ａ）に示すように流れるようになる。
コイル電流ｉｃの反転制御が容易に行われる。これにより、制御装置１３の構成（または制御装置１３を動作させるプログラムの構成）が簡素化される。
Time t6 indicates the time after the time when the coil current ic becomes 0 (however, the contact c of the switch SW is connected to the contact a). At time t6, as shown in FIG. 8F, the charging charge of the inverting capacitor Crv is being released, and the direction of the coil current ic is reversed from negative to positive. At this time, since the diode D1 is oriented in the direction opposite to the direction of the induced electromotive force vm of the coil 111, the coil current ic does not flow through the diode D1.
Thereafter, when all of the charging charge of the inverting capacitor Crv is released, the coil current Ic flows as shown in FIG.
The inversion control of the coil current ic is easily performed. As a result, the configuration of the control device 13 (or the configuration of the program that operates the control device 13) is simplified.
以下、本発明の振動吸収装置の第２実施形態を説明する。
図９は振動吸収装置１Ｂの概略を示す図である。
図９に示すように、振動吸収装置１Ｂは、磁歪トランスデューサ１１とコイル電流反転回路１２と制御装置１３とからなる。
図９では、振動源となる構造体１５を振動マス１５１と構造剛性体１５２とで示してある。
磁歪トランスデューサ１１の構成は、図５に示した磁歪トランスデューサ１１の構成と同じである。
Hereinafter, a second embodiment of the vibration absorber of the present invention will be described.
FIG. 9 is a diagram showing an outline of the vibration absorber 1B.
As shown in FIG. 9, the vibration absorbing device 1 </ b> B includes a magnetostrictive transducer 11, a coil current inverting circuit 12, and a control device 13.
In FIG. 9, the structure 15 serving as a vibration source is indicated by a vibration mass 151 and a structural rigid body 152.
The configuration of the magnetostrictive transducer 11 is the same as that of the magnetostrictive transducer 11 shown in FIG.
電流反転回路１２は、単極双投型（ＳＰＤＴ型）のスイッチＳＷと、反転用キャパシタＣｒｖ１，Ｃｒｖ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とから構成されている。 The current inverting circuit 12 includes a single-pole double-throw (SPDT type) switch SW, inverting capacitors Crv1 and Crv2, and diodes D1 and D2.
スイッチＳＷの構成は、第１実施形態において使用されているスイッチＳＷと同じであり、その機能も第１実施形態において使用されているスイッチＳＷと概ね同じである。
スイッチＳＷのｃ接点端子は磁歪トランスデューサ１１の一方の端子（グランドＧＮＤと反対側の端子）に接続されている。
The configuration of the switch SW is the same as that of the switch SW used in the first embodiment, and its function is substantially the same as that of the switch SW used in the first embodiment.
The contact c terminal of the switch SW is connected to one terminal (terminal opposite to the ground GND) of the magnetostrictive transducer 11.
スイッチＳＷのａ接点端子と磁歪トランスデューサ１１のグランＧＮＤ側の端子には、カソードがａ接点端子を向くダイオードＤ１と反転用キャパシタＣｒｖ１との並列接続回路が接続されている。また、スイッチＳＷのｂ接点端子と磁歪トランスデューサ１１のグランＧＮＤ側の端子には、アノードがｂ接点端子を向くダイオードＤ２と反転用キャパシタＣｒｖ１との並列接続回路が接続されている。 A parallel connection circuit of a diode D1 whose cathode faces the a contact terminal and an inverting capacitor Crv1 is connected to the a contact terminal of the switch SW and the ground GND side terminal of the magnetostrictive transducer 11. Further, a parallel connection circuit of a diode D2 having an anode facing the b contact terminal and an inverting capacitor Crv1 is connected to the b contact terminal of the switch SW and the ground GND side terminal of the magnetostrictive transducer 11.
第１実施形態の振動吸収装置１Ａと同様、図９の振動吸収装置１Ｂでも、コイル１１１のインダクタＬｍと抵抗ｒｍ、および反転用キャパシタＣｒｖは、コイル電流反転のためのＲＬＣ回路を構成する。このＲＬＣ回路の電気的な自由振動の周期をτとする。また、第１実施形態の振動吸収装置１Ａと同様、図９の振動吸収装置１Ｂでも、このＲＬＣ回路は自由振動の振幅が小さくならないように、インダクタＬｍと抵抗ｒｍ、および反転用キャパシタＣｒｖの値が選ばれている。 Similarly to the vibration absorbing device 1A of the first embodiment, in the vibration absorbing device 1B of FIG. 9, the inductor Lm and the resistor rm of the coil 111 and the inverting capacitor Crv constitute an RLC circuit for reversing the coil current. Let τ be the period of electrical free vibration of the RLC circuit. Further, similarly to the vibration absorbing device 1A of the first embodiment, in the vibration absorbing device 1B of FIG. 9, the values of the inductor Lm, the resistance rm, and the inverting capacitor Crv are set so that this RLC circuit does not reduce the amplitude of free vibration. Is selected.
第１実施形態の振動吸収装置１Ａと同様、図９の振動吸収装置１Ｂでも、制御装置１３は、磁歪トランスデューサ１１の出力電圧ｖｔおよびコイル電流ｉｃおよび振動マス１５１の振動を検知するセンサ情報を検出しており、ＰＤ制御等の制御手法によりスイッチＳＷの制御を行っている。 Similarly to the vibration absorbing device 1A of the first embodiment, in the vibration absorbing device 1B of FIG. 9, the control device 13 detects sensor information for detecting the output voltage vt, the coil current ic, and the vibration of the vibration mass 151 of the magnetostrictive transducer 11. The switch SW is controlled by a control method such as PD control.
以下、図１０、図１１および図１２を参照しながら、図９の振動吸収装置１Ｂの動作を説明する。 Hereinafter, the operation of the vibration absorber 1 </ b> B of FIG. 9 will be described with reference to FIGS. 10, 11, and 12.
なお、第１実施形態の振動吸収装置１Ａと同様、図９の振動吸収装置１Ｂでも、グランドＧＮＤから磁歪トランスデューサ１１に流れるコイル電流ｉｃの向きを正、磁歪トランスデューサ１１からグランドＧＮＤに流れるコイル電流ｉｃの向きを負とする。 As with the vibration absorbing device 1A of the first embodiment, the vibration absorbing device 1B of FIG. 9 also has a positive coil current ic flowing from the ground GND to the magnetostrictive transducer 11 and a coil current ic flowing from the magnetostrictive transducer 11 to the ground GND. The direction of is negative.
図１０（Ａ）は、磁歪材１１２の変位ｄとコイル１１１に流れる電流（コイル電流）ｉｃとの関係を示す波形図、図１０（Ｂ）はスイッチＳＷの接続状態（ｃ−ａまたはｃ−ｂ）の変化を示す図である。 FIG. 10A is a waveform diagram showing the relationship between the displacement d of the magnetostrictive material 112 and the current (coil current) ic flowing through the coil 111, and FIG. 10B is the connection state (ca or c−) of the switch SW. It is a figure which shows the change of b).
図１１（Ａ）は、コイル１１１に生じる誘導起電力ｖｍを示す図であり、図１１（Ｂ）は、磁歪材１１２の変位ｄおよびコイル電流ｉｃを示す図である。図１１（Ｂ）においては、β１およびβ２部分の拡大図を併記する。
図１１（Ｃ）は、スイッチＳＷの接続状態（ｃ−ａまたはｃ−ｂ）の変化を示す図である。
図１２は、図１１（Ａ）の時刻ｔ１−ｔ６におけるコイル電流反転回路１２の動作を示す説明図である。
FIG. 11A is a diagram showing the induced electromotive force vm generated in the coil 111, and FIG. 11B is a diagram showing the displacement d of the magnetostrictive material 112 and the coil current ic. In FIG. 11B, enlarged views of the β1 and β2 portions are also shown.
FIG. 11C is a diagram illustrating a change in the connection state (ca or cb) of the switch SW.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing the operation of the coil current inverting circuit 12 at time t1-t6 in FIG.
なお、構造体１５から発生する振動エネルギーは、電気エネルギーに変換されることで、構造体１５の振動は振動吸収装置１Ａにより吸収される。な振動吸収装置１Ａでは、抵抗等の負荷は必須の構成要件ではない。 The vibration energy generated from the structure 15 is converted into electric energy, so that the vibration of the structure 15 is absorbed by the vibration absorber 1A. In such a vibration absorber 1A, a load such as a resistance is not an essential component.
図９の振動吸収装置１Ｂにおいて、磁歪材１１２に繰り返しの応力または歪が与えられると、磁歪材１１２の変位ｄに応じてコイル１１１には誘導起電力ｖｍが生じる。
図１１（Ａ）はコイル１１１に生じる誘導起電力ｖｍを示している。
In the vibration absorbing device 1B of FIG. 9, when a repetitive stress or strain is applied to the magnetostrictive material 112, an induced electromotive force vm is generated in the coil 111 according to the displacement d of the magnetostrictive material 112.
FIG. 11A shows an induced electromotive force vm generated in the coil 111.
図９の振動吸収装置１Ｂでは、コイル１１１に蓄えられているエネルギーが反転用キャパシタＣｒｖ１またはＣｒｖ２に一時的に収容され、この収容されたエネルギーがコイル１１１に戻される際に電流の向きが反転するように、制御装置１３がスイッチＳＷの接続状態（ｃ−ａまたはｃ−ｂ）を制御する。
これにより、コイル１１１に蓄積されるエネルギー（ｉｃ２・Ｌｍ／２ジュール）を増大させることができる。
In the vibration absorbing device 1B of FIG. 9, the energy stored in the coil 111 is temporarily stored in the reversing capacitor Crv1 or Crv2, and the direction of the current is reversed when the stored energy is returned to the coil 111. As described above, the control device 13 controls the connection state (ca or cb) of the switch SW.
Thereby, the energy (ic 2 · Lm / 2 joule) accumulated in the coil 111 can be increased.
以下、図１１（Ａ）に示した時刻ｔ１−ｔ６における、コイル電流反転回路１２の動作を詳細に説明する。 Hereinafter, the operation of the coil current inverting circuit 12 at time t1-t6 shown in FIG.
まず、コイル電流ｉｃが負でその振幅が大きい時刻ｔ１においては、図１２（Ａ）に示すように、スイッチＳＷは接点ｃが接点ａに接続されており、コイル電流ｉｃは、グランドＧＮＤ、ダイオードＤ１、スイッチＳＷのａ接点端子・ｃ接点端子、磁歪トランスデューサ１１、グランドＧＮＤの順でループしている。なお、このときには、反転用キャパシタＣｒｖは充電されていない。 First, at time t1 when the coil current ic is negative and the amplitude is large, as shown in FIG. 12A, the switch SW has the contact c connected to the contact a, and the coil current ic is connected to the ground GND, diode Looping is performed in the order of D1, a contact terminal / c contact terminal of the switch SW, the magnetostrictive transducer 11, and the ground GND. At this time, the inversion capacitor Crv is not charged.
次に、制御装置１３がスイッチＳＷの切り替えの命令を出す時刻ｔ２において、スイッチＳＷの接点ｃは、接点ａから接点ｂへの接続に切り替えられ、反転用キャパシタＣｒｖ２が磁歪トランスデューサ１１に接続される。時刻ｔ２は、コイル電流ｉｃが負かつコイル電流ｉｃの時間微分が正から負になる時刻とすることもできる。 Next, at time t <b> 2 when the control device 13 issues a switch switching instruction, the contact c of the switch SW is switched from the contact a to the contact b, and the inverting capacitor Crv <b> 2 is connected to the magnetostrictive transducer 11. . The time t2 can also be a time when the coil current ic is negative and the time differentiation of the coil current ic is positive to negative.
この切り替えにより、コイル電流ｉｃは、図１２（Ｂ）に示すように、もとの電流の向きを維持しようとする。このとき、ダイオードＤ２は、コイル１１１の誘導起電力ｖｍの向きとは逆方向に配向されているので、コイル電流ｉｃは、グランドＧＮＤ、反転用キャパシタＣｒｖ２、スイッチＳＷのｂ接点端子・ｃ接点端子、磁歪トランスデューサ１１、グランドＧＮＤの順でループする。 By this switching, the coil current ic tries to maintain the original current direction as shown in FIG. At this time, since the diode D2 is oriented in the direction opposite to the direction of the induced electromotive force vm of the coil 111, the coil current ic is the ground GND, the inverting capacitor Crv2, and the b contact terminal / c contact terminal of the switch SW. , The magnetostrictive transducer 11 and the ground GND are looped in this order.
前述したように、インダクタＬｍと抵抗ｒｍと反転用キャパシタＣｒｖとは、ＲＬＣ共振回路（共振周期をτとする）を構成している。 As described above, the inductor Lm, the resistor rm, and the inverting capacitor Crv constitute an RLC resonance circuit (resonance period is τ).
図９の振動吸収装置１Ｂでは、τ／４の時間で、磁歪トランスデューサ１１に蓄えられていたエネルギー（ｉｃ２・Ｌｍ／２ジュール）が反転用キャパシタＣｒｖ２に転送され、つぎのτ／４の時間で反転用キャパシタＣｒｖ２に蓄えられたエネルギーが、磁歪トランスデューサ１１に戻される。 In the vibration absorber 1B of FIG. 9, the energy (ic 2 · Lm / 2 joules) stored in the magnetostrictive transducer 11 is transferred to the inversion capacitor Crv2 in the time τ / 4, and the next time τ / 4. Thus, the energy stored in the inversion capacitor Crv2 is returned to the magnetostrictive transducer 11.
なお、理論上は、反転開始時と反転終了時においては反転用キャパシタＣｒｖ２に蓄えられているエネルギーは０であり、コイル電流ｉｃが０となる時点で反転用キャパシタＣｒｖ２に蓄えられているエネルギーは最大（磁歪トランスデューサ１１に蓄えられていたエネルギーと等しい）とできる。ただし、反転開始時と反転終了時においては反転用キャパシタＣｒｖに蓄えられているエネルギーは０でなくてもかまわない。 Theoretically, the energy stored in the inversion capacitor Crv2 is 0 at the start and end of inversion, and the energy stored in the inversion capacitor Crv2 when the coil current ic becomes 0 is Maximum (equal to the energy stored in the magnetostrictive transducer 11). However, the energy stored in the inversion capacitor Crv may not be 0 at the start of inversion and at the end of inversion.
時刻ｔ３は、コイル電流ｉｃが０となる時刻を過ぎた時刻（ただし、スイッチＳＷの接点ｃは接点ｂに接続されている）を示している。この時刻ｔ３には、図１２（Ｃ）に示すように、反転用キャパシタＣｒｖ２の充電電荷は放出されつつあり、コイル電流ｉｃの向きは負から正に反転している。このとき、ダイオードＤ２は、コイル１１１の誘導起電力ｖｍの向きとは逆方向に配向されているので、コイル電流ｉｃが、ダイオードＤ２を介して流れることはない。 Time t3 indicates the time after the time when the coil current ic becomes 0 (however, the contact c of the switch SW is connected to the contact b). At this time t3, as shown in FIG. 12C, the charge of the inversion capacitor Crv2 is being released, and the direction of the coil current ic is reversed from negative to positive. At this time, since the diode D2 is oriented in the direction opposite to the direction of the induced electromotive force vm of the coil 111, the coil current ic does not flow through the diode D2.
時刻ｔ４では、反転用キャパシタＣｒｖ２の充電電荷が０になる。このとき、ダイオードＤ２は、コイル１１１の誘導起電力ｖｍの向きに対して順方向に配向されることになるで、コイル電流ｉｃはダイオードＤ２を介して流れるようになる。すなわち、コイル電流ｉｃは、グランドＧＮＤ、磁歪トランスデューサ１１、スイッチＳＷのｃ接点端子・ｂ接点端子、ダイオードＤ２、グランドＧＮＤの順でループする。 At time t4, the charging charge of the inverting capacitor Crv2 becomes zero. At this time, the diode D2 is oriented in the forward direction with respect to the direction of the induced electromotive force vm of the coil 111, so that the coil current ic flows through the diode D2. That is, the coil current ic loops in the order of the ground GND, the magnetostrictive transducer 11, the c contact terminal / b contact terminal of the switch SW, the diode D2, and the ground GND.
なお、コイル電流ｉｃの反転特性は、図１１（Ｂ）の自由振動波形ＦＯに依存する。自由振動波形ＦＯからわかるように、コイル電流ｉｃの反転開始からτ／２の時間が過ぎると、何らかの手段を講じない限り次の反転動作が開始してしまう。コイル電流ｉｃの反転が適性にできないと、磁歪トランスデューサ１１に蓄積されるエネルギーを増大することができなくなる。 Note that the inversion characteristics of the coil current ic depend on the free vibration waveform FO in FIG. As can be seen from the free vibration waveform FO, when the time of τ / 2 has elapsed from the start of the inversion of the coil current ic, the next inversion operation starts unless some measure is taken. If the reversal of the coil current ic cannot be performed properly, the energy accumulated in the magnetostrictive transducer 11 cannot be increased.
既に説明したように、図３の振動エネルギー収集装置９（すなわち、振動吸収装置）では、コイル電流ｉｃの反転が終了する時点を予測し、次の反転が生じる前（または生じたとしても速やかに）、反転用キャパシタＣｒｖを磁歪トランスデューサ９１から切り離す必要があり、制御が容易ではなかった。 As already described, the vibration energy collection device 9 (ie, vibration absorption device) in FIG. 3 predicts the time point at which the reversal of the coil current ic is completed, and immediately before the next reversal occurs (or promptly if it occurs). ), The inversion capacitor Crv needs to be separated from the magnetostrictive transducer 91, and the control is not easy.
これに対して、図９の振動吸収装置１Ｂでは、反転用キャパシタＣｒｖ２が電荷の放出を終了した時点、すなわち、コイル電流ｉｃの反転が終了した時点で、反転用キャパシタＣｒｖ２が磁歪トランスデューサ１１から自動的に切り離されるので、コイル電流ｉｃの反転制御が容易に行われる。 On the other hand, in the vibration absorbing device 1B of FIG. 9, when the inversion capacitor Crv2 finishes discharging the charge, that is, when the inversion of the coil current ic ends, the inversion capacitor Crv2 is automatically supplied from the magnetostrictive transducer 11. Therefore, inversion control of the coil current ic is easily performed.
時刻ｔ５では、スイッチＳＷの接点ｃは、接点ｂから接点ａへの接続に切り替えられ、反転用キャパシタＣｒｖ１が磁歪トランスデューサ１１に接続される。この切り替えにより、図８（Ｅ）に示すように、コイル電流ｉｃはもとの電流の向きを維持しようとする。このとき、ダイオードＤ１は、コイル１１１の誘導起電力ｖｍの向きとは逆向きに配向されているので、コイル電流ｉｃは、グランドＧＮＤ、磁歪トランスデューサ１１、スイッチＳＷのｃ接点端子・ａ接点端子、反転用キャパシタＣｒｖ１、グランドＧＮＤの順でループする。 At time t5, the contact c of the switch SW is switched to the connection from the contact b to the contact a, and the inverting capacitor Crv1 is connected to the magnetostrictive transducer 11. By this switching, as shown in FIG. 8E, the coil current ic tries to maintain the original current direction. At this time, since the diode D1 is oriented in the direction opposite to the direction of the induced electromotive force vm of the coil 111, the coil current ic is the ground GND, the magnetostrictive transducer 11, the c contact terminal / a contact terminal of the switch SW, Loop in the order of the inversion capacitor Crv1 and the ground GND.
時刻ｔ６は、コイル電流ｉｃが０となる時刻を過ぎた時刻（ただし、スイッチＳＷの接点ｃは接点ａに接続されている）を示している。この時刻ｔ６には、図８（Ｆ）に示すように、反転用キャパシタＣｒｖ１の充電電荷は放出されつつあり、コイル電流ｉｃの向きは負から正に反転している。このとき、ダイオードＤ１は、コイル１１１の誘導起電力ｖｍの向きとは逆向きに配向されているので、コイル電流ｉｃが、ダイオードＤ１を介して流れることはない。
この後、反転用キャパシタＣｒｖ１の充電電荷が全て放出されると、コイル電流Ｉｃは図８（Ａ）に示すように流れるようになる。
Time t6 indicates the time after the time when the coil current ic becomes 0 (however, the contact c of the switch SW is connected to the contact a). At time t6, as shown in FIG. 8 (F), the charge of the inversion capacitor Crv1 is being released, and the direction of the coil current ic is reversed from negative to positive. At this time, since the diode D1 is oriented in the direction opposite to the direction of the induced electromotive force vm of the coil 111, the coil current ic does not flow through the diode D1.
Thereafter, when all of the charge in the inversion capacitor Crv1 is released, the coil current Ic flows as shown in FIG.
以上述べたように、本発明では振動吸収装置１Ａまたは１Ｂの制御における、磁歪トランスデューサ１１に対する反転用キャパシタＣｒｖの切り離しを自動で行うことができるので、磁歪トランスデューサに蓄積される電流を効率良く増大させること、すなわち、構造体１５に生じた振動を効率良く吸収することができる。 As described above, in the present invention, since the reversal capacitor Crv can be automatically separated from the magnetostrictive transducer 11 in the control of the vibration absorber 1A or 1B, the current accumulated in the magnetostrictive transducer is efficiently increased. That is, vibration generated in the structure 15 can be efficiently absorbed.
１Ａ，１Ｂ 振動吸収装置
１１ 磁歪トランスデューサ
１１１ コイル
１１２ 磁歪材
１２ コイル電流反転回路
１３ 制御装置
Ｒｍ 抵抗
Ｌｍ インダクタ
ｖｍ 電圧源
Ｃｒｖ 反転用キャパシタ
ＳＷ スイッチ
ｉｃ コイル電流
1A, 1B Vibration absorber 11 Magnetostrictive transducer 111 Coil 112 Magnetostrictive material 12 Coil current inversion circuit 13 Controller Rm Resistance Lm Inductor vm Voltage source Crv Inverting capacitor SW Switch ic Coil current
Claims (5)
前記コイルの両端子間に接続され、所定のタイミングで前記コイルに流れる電流の向きを反転させるコイル電流反転回路、
を備えて構成され、
前記コイル電流反転回路は、前記トランスデューサとの間でエネルギーの受け渡しを行うエネルギー蓄積部と、当該受け渡しを制御するスイッチ回路とを備え、
前記エネルギー蓄積部を前記磁歪トランスデューサに接続することで、前記磁歪トランスデューサに蓄えられているエネルギーを前記エネルギー蓄積部に送出するとともに、
前記エネルギー蓄積部に送出されて蓄積されたエネルギーを前記コイルに流れる電流の向きを反転させて前記磁歪トランスデューサに送り返し、
前記送り返しが終了したときに、前記エネルギー蓄積部を前記磁歪トランスデューサから切り離すことで、前記磁歪トランスデューサに流れる電流の反転状態を補償する、
振動吸収装置であって、
前記スイッチ回路は、
前記エネルギー蓄積部の前記磁歪トランスデューサへの接続を前記スイッチ回路のスイッチングにより行い、
前記エネルギー蓄積部の前記磁歪トランスデューサからの切り離しを、前記送り返しの完了により自律動作する切り離し回路により行う、
振動吸収装置。 A magnetostrictive transducer comprising a magnetostrictive material in which repeated stress or strain occurs, and a coil provided in the magnetostrictive material, and
A coil current reversing circuit connected between both terminals of the coil and reversing the direction of the current flowing through the coil at a predetermined timing;
Configured with
The coil current reversing circuit includes an energy storage unit that transfers energy to and from the transducer, and a switch circuit that controls the transfer.
By connecting the energy storage unit to the magnetostrictive transducer, and sending the energy stored in the magnetostrictive transducer to the energy storage unit,
Reversing the direction of the current flowing through the coil and returning the energy stored in the energy storage unit to the magnetostrictive transducer;
When the return is finished, the inversion state of the current flowing through the magnetostrictive transducer is compensated by separating the energy storage unit from the magnetostrictive transducer.
A vibration absorber,
The switch circuit is
Connection of the energy storage unit to the magnetostrictive transducer is performed by switching the switch circuit,
The energy storage unit is separated from the magnetostrictive transducer by a separation circuit that operates autonomously upon completion of the return.
Vibration absorber.
前記スイッチ回路（半導体スイッチ回路，機械スイッチ）は、単極双投型スイッチと、二つの一方向導通回路からなり、前記単極双投型スイッチの単極端子は前記磁歪トランスデューサの一方端に接続され、前記単極双投型スイッチの双投端子は相互に逆極性に配向した前記２つの一方向導通回路を介して前記磁歪トランスデューサの他方端に接続され、
前記エネルギー蓄積部は、前記磁歪トランスデューサに並列に接続されているキャパシタからなる、
振動吸収装置。 The vibration absorber according to claim 1.
The switch circuit (semiconductor switch circuit, mechanical switch) includes a single pole double throw switch and two one-way conduction circuits, and the single pole terminal of the single pole double throw switch is connected to one end of the magnetostrictive transducer. A double-throw terminal of the single-pole double-throw switch is connected to the other end of the magnetostrictive transducer through the two one-way conduction circuits oriented in mutually opposite polarities,
The energy storage unit comprises a capacitor connected in parallel to the magnetostrictive transducer,
Vibration absorber.
前記スイッチ回路の前記二つの一方向導通回路はダイオードにより構成されている、
振動吸収装置。 The vibration absorber according to claim 2,
The two one-way conduction circuits of the switch circuit are constituted by diodes;
Vibration absorber.
前記スイッチ回路は、単極双投型スイッチ（ａ接点またはｂ接点の何れかにｃ接点が接続されるスイッチ）と、二つの一方向導通回路からなり、前記単極双投型スイッチの単極端子は前記磁歪トランスデューサの一方端に接続され、前記単極双投型スイッチの双投端子は相互に逆極性に配向した前記２つの一方向導通回路を介して前記磁歪トランスデューサの他方端に接続され、
前記エネルギー蓄積部は、前記２つの一方向導通回路にそれぞれ並列に接続された２つのキャパシタからなる、
振動吸収装置。 The vibration absorber according to claim 1.
The switch circuit includes a single pole double throw switch (a switch in which a c contact is connected to either a contact or b contact) and two one-way conduction circuits. A child is connected to one end of the magnetostrictive transducer, and a double throw terminal of the single pole double throw switch is connected to the other end of the magnetostrictive transducer via the two one-way conducting circuits oriented in opposite polarities. ,
The energy storage unit includes two capacitors respectively connected in parallel to the two one-way conduction circuits.
Vibration absorber.
前記スイッチ回路の前記二つの一方向導通回路はダイオードにより構成されている、
振動吸収装置。 The vibration absorber according to claim 4,
The two one-way conduction circuits of the switch circuit are constituted by diodes;
Vibration absorber.
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