JP3039786B2 - 能動制振装置 - Google Patents
能動制振装置Info
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- JP3039786B2 JP3039786B2 JP2100206A JP10020690A JP3039786B2 JP 3039786 B2 JP3039786 B2 JP 3039786B2 JP 2100206 A JP2100206 A JP 2100206A JP 10020690 A JP10020690 A JP 10020690A JP 3039786 B2 JP3039786 B2 JP 3039786B2
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- displacement
- acceleration
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、磁気力によって支持及び防振を行う能動制
振装置に関する。
振装置に関する。
［従来の技術］ 本出願人は先に、宇宙空間などの微小重力環境におい
て使用される実験装置（ペイロード）を、外乱を遮断し
て適宜支持するシステム（「宇宙における装置の防振・
支持機構」，特願昭61−165011号、他）を提案した。
て使用される実験装置（ペイロード）を、外乱を遮断し
て適宜支持するシステム（「宇宙における装置の防振・
支持機構」，特願昭61−165011号、他）を提案した。
第５図に示すように、このシステムは、ペイロード１
をボイスコイル型電磁サスペンション２によって支持す
る支持枠３と、ペイロード１に作用する外乱を加速度或
いは変位として検出するセンサ４と、このセンサ４から
の出力信号によって電磁サスペンション２に供給する励
磁電流を制御する制御部５とにより主に構成されてい
る。
をボイスコイル型電磁サスペンション２によって支持す
る支持枠３と、ペイロード１に作用する外乱を加速度或
いは変位として検出するセンサ４と、このセンサ４から
の出力信号によって電磁サスペンション２に供給する励
磁電流を制御する制御部５とにより主に構成されてい
る。
第６図に示すように、電磁サスペンション２は、ペイ
ロード１に取り付けられた永久磁石６と、これに所定の
間隔を隔てて対向するコイル７とで成り、直角座標の三
軸方向に配設されている（第５図においては紙面直交方
向省略）。そしてその磁気力によってペイロード１を非
接触で支持すると共に、その支持力が励磁電流が一定な
らば変位にかかわらず一定であることを利用し、電流値
を適宜制御することによって支持枠３の振動（外乱）が
ペイロード１に伝わるのを防ぐようになっている。
ロード１に取り付けられた永久磁石６と、これに所定の
間隔を隔てて対向するコイル７とで成り、直角座標の三
軸方向に配設されている（第５図においては紙面直交方
向省略）。そしてその磁気力によってペイロード１を非
接触で支持すると共に、その支持力が励磁電流が一定な
らば変位にかかわらず一定であることを利用し、電流値
を適宜制御することによって支持枠３の振動（外乱）が
ペイロード１に伝わるのを防ぐようになっている。
このシステムによって、航空機、ロケット、スペース
シャトルなどにおける微小重力環境を劣化させる外乱を
遮断でき、μ−ｇ実験を行うことの出来る優れた環境が
得られることとなった。
シャトルなどにおける微小重力環境を劣化させる外乱を
遮断でき、μ−ｇ実験を行うことの出来る優れた環境が
得られることとなった。
［発明が解決しようとする課題］ ところでこのシステムは、第７図のボード線図に示す
ように、外乱遮断の状態をペイロード加速度ｐと外乱加
速度ｑとの比（p/q）で表わすと、設定した遮断周波数f
0以降の周波数領域の外乱に対して能動的に作用し、そ
の比値を小さくさせるものである。
ように、外乱遮断の状態をペイロード加速度ｐと外乱加
速度ｑとの比（p/q）で表わすと、設定した遮断周波数f
0以降の周波数領域の外乱に対して能動的に作用し、そ
の比値を小さくさせるものである。
言い換えると、遮断周波数f0よりも小さい低周波振動
の外乱（第８図Ａ参照）に対しては位置制御を行い（第
８図Ｂ参照）、大きい高周波振動（第９図Ａ参照）に対
してはこれを遮断する（第９図Ｂ参照）ものである。即
ち、遮断周波数f0が小さいほど、広い周波数領域に亘っ
て振動を略完全に遮断することができる。
の外乱（第８図Ａ参照）に対しては位置制御を行い（第
８図Ｂ参照）、大きい高周波振動（第９図Ａ参照）に対
してはこれを遮断する（第９図Ｂ参照）ものである。即
ち、遮断周波数f0が小さいほど、広い周波数領域に亘っ
て振動を略完全に遮断することができる。
しかしながら、遮断周波数f0と電磁サスペンション２
の許容変位δ及び外乱加速度ｑとの間には次式のような
関係がある。
の許容変位δ及び外乱加速度ｑとの間には次式のような
関係がある。
従って、遮断周波数f0を小さくしようとすると許容変
位δが大きくなると共に、外乱加速度ｑが大きい場合に
もそれだけ許容変位δが大きくならざるを得ない。この
ため外乱が大きい場合には、遮断周波数f0を小さくする
と、許容変位δの大きい電磁サスペンション２を有した
長大なシステムになってしまうという問題があった。
位δが大きくなると共に、外乱加速度ｑが大きい場合に
もそれだけ許容変位δが大きくならざるを得ない。この
ため外乱が大きい場合には、遮断周波数f0を小さくする
と、許容変位δの大きい電磁サスペンション２を有した
長大なシステムになってしまうという問題があった。
例えば航空機によるμ−ｇ環境を例にとると、最悪の
場合10-2Gオーダーまでの加速度外乱があり、それに対
して0.1Hzの遮断周波数f0を設定しようとすると、±25c
mもの許容変位が必要となってくる。μ−ｇ実験の場
合、搭載装置はできるだけコンパクトにする必要がある
ため、このように大きなストロークを要するシステムは
現実的でない。
場合10-2Gオーダーまでの加速度外乱があり、それに対
して0.1Hzの遮断周波数f0を設定しようとすると、±25c
mもの許容変位が必要となってくる。μ−ｇ実験の場
合、搭載装置はできるだけコンパクトにする必要がある
ため、このように大きなストロークを要するシステムは
現実的でない。
そこで本発明は、上記事情に鑑み、外乱加速度が大き
い場合にあっても遮断周波数を小さくでき、しかも全体
をコンパクトにできる能動制振装置を提供すべく創案さ
れたものである。
い場合にあっても遮断周波数を小さくでき、しかも全体
をコンパクトにできる能動制振装置を提供すべく創案さ
れたものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、基台に設けられる被支持体の外乱を検出す
るための外乱検出手段と、この外乱検出手段による検出
値に基づいて励磁電流が制御される電磁サスペンション
と、この電磁サスペンションを介して被支持体を直角三
軸方向で支持する支持枠体と、この支持枠体と基台との
間に設けられ検出値により支持枠体を外乱に対して追従
移動させる移動手段とを備えたものである。
るための外乱検出手段と、この外乱検出手段による検出
値に基づいて励磁電流が制御される電磁サスペンション
と、この電磁サスペンションを介して被支持体を直角三
軸方向で支持する支持枠体と、この支持枠体と基台との
間に設けられ検出値により支持枠体を外乱に対して追従
移動させる移動手段とを備えたものである。
［作 用］ 上記構成によって、支持枠体は、電磁サスペンション
の磁気力により非接触で被支持体を支持すると共に、外
乱検出手段の検出値に基づいて励磁電流が制御されるこ
とで外乱の伝達が遮断される。そして移動手段は、特定
方向の大きな加速度外乱に対して支持枠体を追従移動さ
せることで、電磁サスペンションの許容変位と併せて対
応し、外乱遮断作用を確保する。
の磁気力により非接触で被支持体を支持すると共に、外
乱検出手段の検出値に基づいて励磁電流が制御されるこ
とで外乱の伝達が遮断される。そして移動手段は、特定
方向の大きな加速度外乱に対して支持枠体を追従移動さ
せることで、電磁サスペンションの許容変位と併せて対
応し、外乱遮断作用を確保する。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を、添付図面に従って説明す
る。
る。
第１図及び第２図は、本発明に係る能動制振装置の一
実施例を示したものであり、航空機に基台11を介して搭
載された場合を示している。
実施例を示したものであり、航空機に基台11を介して搭
載された場合を示している。
この能動制振装置は、被支持体たるペイロード10の外
乱を検出するための外乱検出手段である変位センサ12,1
3,14と、その検出値に基づいて励磁電流が制御される従
来同様の電磁サスペンション15,16,17と、電磁サスペン
ション15…17を介してペイロード10を直角三軸方向（X,
Y,Z）で支持する支持枠体18と、支持枠体18と基台11と
の間に設けられ検出値により支持枠体18を特定方向で位
置制御する移動手段19とにより主として構成され、さら
に変位センサ12…14、電磁サスペンション15…17及び移
動手段19に接続されたコントローラ20が備えられてい
る。
乱を検出するための外乱検出手段である変位センサ12,1
3,14と、その検出値に基づいて励磁電流が制御される従
来同様の電磁サスペンション15,16,17と、電磁サスペン
ション15…17を介してペイロード10を直角三軸方向（X,
Y,Z）で支持する支持枠体18と、支持枠体18と基台11と
の間に設けられ検出値により支持枠体18を特定方向で位
置制御する移動手段19とにより主として構成され、さら
に変位センサ12…14、電磁サスペンション15…17及び移
動手段19に接続されたコントローラ20が備えられてい
る。
基台11は、機体上に載置される底板21と、底板21から
直角に折り曲げられた側板22とで成り、ペイロード10の
Z,X方向の側面を囲むようにＬ字形に形成されている。
直角に折り曲げられた側板22とで成り、ペイロード10の
Z,X方向の側面を囲むようにＬ字形に形成されている。
支持枠体18は、基台11の内方でペイロード10を囲繞す
る立方体構造で成り、その各辺を形成する断面Ｌ字状の
辺材23と、各面部に一本づつ、所定の方向で辺材23間に
適宜掛け渡された合計６枚の帯板24とで形成されてい
る。そしてこれら帯板24に、それぞれ二個づつの変位セ
ンサ12…14及び電磁サスペンション15…17が取り付けら
れている。なお、第１図中には各軸一組のもののみ示し
てある。
る立方体構造で成り、その各辺を形成する断面Ｌ字状の
辺材23と、各面部に一本づつ、所定の方向で辺材23間に
適宜掛け渡された合計６枚の帯板24とで形成されてい
る。そしてこれら帯板24に、それぞれ二個づつの変位セ
ンサ12…14及び電磁サスペンション15…17が取り付けら
れている。なお、第１図中には各軸一組のもののみ示し
てある。
本実施例にあっては、第３図に示すように、これら各
六個の変位センサ12…14及び電磁サスペンション15…17
によって、三軸に沿う方向の相対変位と、それぞれの軸
廻りの回転変位とを検出し、六自由度の制御を行うよう
になっている。例えばＸ軸側に設けられた変位センサ12
は、Ｘ軸に沿った変位量x1,x2を検出し、この検出値
を、コントローラ20のＸ軸方向制御回路25及びＹ軸廻り
制御回路26の入力部に入力させる。そして回路25,26の
演算処理部27,28が、これら変位量x1,x2を比較してＹ軸
廻りの回転変位量θｙを算出すると共に、これら検出・
算出値に基づいて、該当する電磁サスペンション15の励
磁電流を適宜出力させるようになっている。
六個の変位センサ12…14及び電磁サスペンション15…17
によって、三軸に沿う方向の相対変位と、それぞれの軸
廻りの回転変位とを検出し、六自由度の制御を行うよう
になっている。例えばＸ軸側に設けられた変位センサ12
は、Ｘ軸に沿った変位量x1,x2を検出し、この検出値
を、コントローラ20のＸ軸方向制御回路25及びＹ軸廻り
制御回路26の入力部に入力させる。そして回路25,26の
演算処理部27,28が、これら変位量x1,x2を比較してＹ軸
廻りの回転変位量θｙを算出すると共に、これら検出・
算出値に基づいて、該当する電磁サスペンション15の励
磁電流を適宜出力させるようになっている。
移動手段19は、本実施例にあっては、機体上下方向
（Ｚ方向）に沿って形成されている。これは、第４図に
示すように、航空機によるμ−ｇ環境においては、機体
上下方向の外乱加速度（Ａに示す）が、機体前後方向の
外乱加速度及び機体左右方向（B,C）よりも一桁大きい
ことによる。即ち、特に他の方向よりも大きい外乱加速
度に対応させるべく、移動手段19の特定方向（位置制御
方向）が設定されている。
（Ｚ方向）に沿って形成されている。これは、第４図に
示すように、航空機によるμ−ｇ環境においては、機体
上下方向の外乱加速度（Ａに示す）が、機体前後方向の
外乱加速度及び機体左右方向（B,C）よりも一桁大きい
ことによる。即ち、特に他の方向よりも大きい外乱加速
度に対応させるべく、移動手段19の特定方向（位置制御
方向）が設定されている。
第２図に示したように、移動手段19は、基台11の側板
22にフランジ29を介して取り付けられたネジロッド30
と、ネジロッド30にボールネジで螺合されていると共に
側板22と対面する支持枠体18の帯板24に取り付けられた
ナット体31と、ネジロッド30に連結されたサーボモータ
32とで構成されている。そしてサーボモータ32は、コン
トローラ20によってその回転速度、回転方向及び作動時
間を調節されるようになっている。即ち、Ｚ軸方向の検
出値に基づいて、支持枠体18を位置制御するようになっ
ている。
22にフランジ29を介して取り付けられたネジロッド30
と、ネジロッド30にボールネジで螺合されていると共に
側板22と対面する支持枠体18の帯板24に取り付けられた
ナット体31と、ネジロッド30に連結されたサーボモータ
32とで構成されている。そしてサーボモータ32は、コン
トローラ20によってその回転速度、回転方向及び作動時
間を調節されるようになっている。即ち、Ｚ軸方向の検
出値に基づいて、支持枠体18を位置制御するようになっ
ている。
また第１図に示したように、側板22にはネジロッド30
を挟んでこれと並行に延長されたガイドレール33が取り
付けられ、支持枠体18にはこれと遊嵌する脚ブロック34
が取り付けられている。即ち、ネジロッド30による支持
枠体18の移動を安定して案内するようになっている。
を挟んでこれと並行に延長されたガイドレール33が取り
付けられ、支持枠体18にはこれと遊嵌する脚ブロック34
が取り付けられている。即ち、ネジロッド30による支持
枠体18の移動を安定して案内するようになっている。
次に本実施例の作用を説明する。
航空機によるμ−ｇ環境の下で、ペイロード10は電磁
サスペンション15…17により支持枠体18に三軸方向で非
接触に支持される。そしてペイロード10への外乱は、変
位センサ12…14によって検出されて、その情報に基づい
てコントローラ20の励磁電流が制御される。この制御に
より、電磁サスペンション15…17の支持力は、振動を消
去するように加減され、外乱の伝達が遮断される。
サスペンション15…17により支持枠体18に三軸方向で非
接触に支持される。そしてペイロード10への外乱は、変
位センサ12…14によって検出されて、その情報に基づい
てコントローラ20の励磁電流が制御される。この制御に
より、電磁サスペンション15…17の支持力は、振動を消
去するように加減され、外乱の伝達が遮断される。
そして、特に他の方向の外乱よりも大きいＺ軸方向の
外乱に対しては、移動手段19が支持枠体18を位置制御す
る。即ち、基台11が大きな外乱を受けて移動した場合に
は、支持枠体18とペイロード10との相対位置が変化して
電磁サスペンション17の許容変位δを越えてしまい、接
触のおそれが生じる。これに対し、ネジロッド30がその
変位に追従させるべく回転動作することで、支持枠体18
は、ペイロード10に対して常に中立位置に保つように移
動する。これによりＺ軸方向の外乱に対しては、電磁サ
スペンションの許容変位δと移動手段19のストロークと
を足し合わせた量で応じることとなり、変位量の大きい
低周波領域の外乱に対しても充分に対応できる。
外乱に対しては、移動手段19が支持枠体18を位置制御す
る。即ち、基台11が大きな外乱を受けて移動した場合に
は、支持枠体18とペイロード10との相対位置が変化して
電磁サスペンション17の許容変位δを越えてしまい、接
触のおそれが生じる。これに対し、ネジロッド30がその
変位に追従させるべく回転動作することで、支持枠体18
は、ペイロード10に対して常に中立位置に保つように移
動する。これによりＺ軸方向の外乱に対しては、電磁サ
スペンションの許容変位δと移動手段19のストロークと
を足し合わせた量で応じることとなり、変位量の大きい
低周波領域の外乱に対しても充分に対応できる。
このように、電磁サスペンション15…17を取り付けた
支持枠体18によってペイロード10を非接触で支持し、こ
の支持枠体18を移動手段19によってＺ軸方向に移動可能
に基台11に支持させるようにしたので、小さい遮断周波
数f0を設定しても、移動手段19の位置制御によって衝突
などを未然に防ぎ、広い周波数領域に渡って外乱を遮断
できる。
支持枠体18によってペイロード10を非接触で支持し、こ
の支持枠体18を移動手段19によってＺ軸方向に移動可能
に基台11に支持させるようにしたので、小さい遮断周波
数f0を設定しても、移動手段19の位置制御によって衝突
などを未然に防ぎ、広い周波数領域に渡って外乱を遮断
できる。
言い換えると、電磁サスペンション15…17を許容変位
δの大きなものにする必要がなく、能動制振装置のサイ
ズをコンパクトにできるものである。例えば0.02G程度
の外乱に対応するに際して、電磁サスペンション15…17
の許容変位を±5mmにしても、ネジロッド30のストロー
クを±100mmとすれば、0.5Hz程度の遮断周波数f0を設定
することができる。
δの大きなものにする必要がなく、能動制振装置のサイ
ズをコンパクトにできるものである。例えば0.02G程度
の外乱に対応するに際して、電磁サスペンション15…17
の許容変位を±5mmにしても、ネジロッド30のストロー
クを±100mmとすれば、0.5Hz程度の遮断周波数f0を設定
することができる。
なお、本実施例にあっては外乱検出手段として変位セ
ンサを示したが、加速度センサを設けてコントローラに
接続させるようにしても構わない。この場合、例えば第
１図に示したように、ペイロードの重心位置に加速度セ
ンサＳを設けて、その加速度の方向及び大きさを検出す
るようにすればよい。
ンサを示したが、加速度センサを設けてコントローラに
接続させるようにしても構わない。この場合、例えば第
１図に示したように、ペイロードの重心位置に加速度セ
ンサＳを設けて、その加速度の方向及び大きさを検出す
るようにすればよい。
また本発明は航空機によるμ−ｇ環境だけでなく、ス
ペースシャトル或いはロケットなどによるμ−ｇ環境に
も適用できるものである。
ペースシャトル或いはロケットなどによるμ−ｇ環境に
も適用できるものである。
［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果
を発揮する。
を発揮する。
被支持体の外乱を検出する外乱検出手段と、その検出
値に基づいて励磁電流が制御される電磁サスペンション
と、電磁サスペンションを介して被支持体を支持する支
持枠体と、検出値により支持枠体を位置制御する移動手
段とを備えたので、外乱加速度が大きい場合にあっても
その方向の位置制御を移動手段と電磁サスペンションの
許容変位とで行うことで、電磁サスペンションの遮断周
波数を小さくでき、しかも装置全体をコンパクトにでき
る。
値に基づいて励磁電流が制御される電磁サスペンション
と、電磁サスペンションを介して被支持体を支持する支
持枠体と、検出値により支持枠体を位置制御する移動手
段とを備えたので、外乱加速度が大きい場合にあっても
その方向の位置制御を移動手段と電磁サスペンションの
許容変位とで行うことで、電磁サスペンションの遮断周
波数を小さくでき、しかも装置全体をコンパクトにでき
る。
第１図は本発明に係る能動制振装置の一実施例を示した
斜視図、第２図はその要部断面図、第３図は第１図の電
磁サスペンションの制御を説明するための制御回路図、
第４図は第１図の直角三軸方向の外乱加速度を示した周
波数別分布図、第５図は従来の能動制振装置たる防振・
支持機構を示した構成図、第６図はその電磁サスペンシ
ョンを示した側断面図、第７図は電磁サスペンションの
特性を説明するためのボード線図、第８図は電磁サスペ
ンションの作用を説明するための低周波振動における支
持枠加速度の時間変化図（Ａ）及びペイロード加速度の
時間変化図（Ｂ）、第９図は同じく高周波振動における
支持枠加速度の時間変化図（Ａ）及びペイロード加速度
の時間変化図（Ｂ）である。 図中、10は被支持体たるペイロード、11は基台、12,13,
14は外乱検出手段たる変位センサ、15,16,17は電磁サス
ペンション、18は支持枠体、19は移動手段である。
斜視図、第２図はその要部断面図、第３図は第１図の電
磁サスペンションの制御を説明するための制御回路図、
第４図は第１図の直角三軸方向の外乱加速度を示した周
波数別分布図、第５図は従来の能動制振装置たる防振・
支持機構を示した構成図、第６図はその電磁サスペンシ
ョンを示した側断面図、第７図は電磁サスペンションの
特性を説明するためのボード線図、第８図は電磁サスペ
ンションの作用を説明するための低周波振動における支
持枠加速度の時間変化図（Ａ）及びペイロード加速度の
時間変化図（Ｂ）、第９図は同じく高周波振動における
支持枠加速度の時間変化図（Ａ）及びペイロード加速度
の時間変化図（Ｂ）である。 図中、10は被支持体たるペイロード、11は基台、12,13,
14は外乱検出手段たる変位センサ、15,16,17は電磁サス
ペンション、18は支持枠体、19は移動手段である。
フロントページの続き (72)発明者 星 聖子 東京都千代田区丸の内１丁目６番２号 石川島播磨重工業株式会社本社別館内 (72)発明者 大久保 孝一 東京都杉並区高円寺南１丁目３番７号 (56)参考文献 特開 昭63−125839（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−20297（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16F 15/00 - 15/08 B64G 1/38 B60G 17/015
Claims (1)
- 【請求項１】基台に設けられる被支持体の外乱を検出す
るための外乱検出手段と、該外乱検出手段による検出値
に基づいて励磁電流が制御される電磁サスペンション
と、該電磁サスペンションを介して上記被支持体を直角
三軸方向で支持する支持枠体と、該支持枠体と上記基台
との間に設けられ上記検出値により上記支持枠体を外乱
に対して追従移動させる移動手段とを備えたことを特徴
とする能動制振装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2100206A JP3039786B2 (ja) | 1990-04-18 | 1990-04-18 | 能動制振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2100206A JP3039786B2 (ja) | 1990-04-18 | 1990-04-18 | 能動制振装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH044337A JPH044337A (ja) | 1992-01-08 |
| JP3039786B2 true JP3039786B2 (ja) | 2000-05-08 |
Family
ID=14267834
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2100206A Expired - Fee Related JP3039786B2 (ja) | 1990-04-18 | 1990-04-18 | 能動制振装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3039786B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4207226B4 (de) * | 1992-03-07 | 2005-12-15 | Robert Bosch Gmbh | Integrierte Schaltung |
| TR202007033A2 (tr) * | 2020-05-06 | 2021-11-22 | Aselsan Elektronik Sanayi Ve Tic A S | Ayarlanabilir esnekliğe sahip titreşim sönümleme sistemi |
-
1990
- 1990-04-18 JP JP2100206A patent/JP3039786B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH044337A (ja) | 1992-01-08 |
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