JP4365191B2 - Active vibration control device and system - Google Patents
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Description
本発明は、空気ばねを用いたアクティブ振動制御装置及びシステムに関するものである。 The present invention relates to an active vibration control apparatus and system using an air spring.
従来、微振動制御用のアクティブ振動制御装置では、電空変換制御弁であるノズルフラッパー型サーボ弁による空気ばね内の空気圧制御が行われてきた(例えば、特許文献1参照。)。
質量体を空気ばねにより浮上させて、この空気ばね内の空気圧を制御することにより振動制御を行うことができ、アクチュエータとしてこの空気ばねを用いた振動制御装置は他のアクチュエータを用いたものに比べて制御性能に優れ、コンパクトになるという長所を有している。また、空気圧制御用として、空気流路をオン/オフするだけの電磁弁では優れた振動制御特性が得られないため、高速動作に優れたノズルフラッパー型サーボ弁が用いられてきた。
Vibration control can be performed by levitating the mass body with an air spring and controlling the air pressure in the air spring. The vibration control device using this air spring as an actuator is compared with those using other actuators. It has the advantages of excellent control performance and compactness. In addition, since an excellent vibration control characteristic cannot be obtained with an electromagnetic valve that simply turns on / off an air flow path for air pressure control, a nozzle flapper type servo valve excellent in high-speed operation has been used.
上述した従来のアクティブ振動制御装置では、ノズルフラッパー型サーボ弁が用いられており、このノズルフラッパー型サーボ弁に関しては、その構造上、常時、圧縮空気を放出した状態で使用せざるを得ず、その放出量は弁の口径に比例する。このように、このノズルフラッパー型サーボ弁は、エネルギーを放出し続ける構造を有し、エネルギー効率の面で無駄が大きく、この無駄を小さくしようとすれば、弁の口径を小さくせざるを得ない。この弁の口径を小さくすれば、省エネルギーの要請に応えることはできても、圧縮空気の流量は絞られ、空気ばねの最大出力も低下してしまい、空気ばねを大ストロークのものにしたり、大きな負荷に耐え得るようにすることができないという問題が生じる。 In the conventional active vibration control device described above, a nozzle flapper type servo valve is used, and the nozzle flapper type servo valve must be used in a state in which compressed air is always discharged due to its structure. The amount of discharge is proportional to the diameter of the valve. As described above, this nozzle flapper type servo valve has a structure that continuously releases energy, and is wasteful in terms of energy efficiency. If this waste is to be reduced, the diameter of the valve must be reduced. . If this valve diameter is reduced, energy demands can be met, but the flow rate of compressed air will be reduced and the maximum output of the air spring will be reduced. The problem arises that it cannot be made to withstand the load.
本発明は、斯かる従来の問題をなくすことを課題としてなされたもので、省エネルギー、大型化、高速応答性の要請に応え得るアクティブ振動制御装置及びアクティブ振動制御システムを提供しようとするものである。 The present invention has been made with the object of eliminating such conventional problems, and an object of the present invention is to provide an active vibration control device and an active vibration control system that can meet demands for energy saving, an increase in size, and high-speed response. .
第1発明は、質量体とこの下方の設置部との間の3箇所に1台ずつ介在させた3台の第1のアクティブ振動制御装置と、上記質量体とこの下方の上記設置部との間の少なくとも1箇所に介在させた少なくとも1台の第2のアクティブ振動制御装置とからなる構成とした。上記第1のアクティブ振動制御装置は、上記質量体と上記設置部との間に介在し、上記質量体を支持する第1の空気ばねと、上記第1の空気ばねと圧縮空気源との間に介在し、上記第1の空気ばね内を上記圧縮空気源或いは大気に連通させ、或いはこの両者とは遮断する第1の電空変換制御弁と、上記質量体の振動状態を検出する振動センサと、上記質量体の上記設置部からの変位状態を検出する変位センサと、上記振動センサから検出された振動状態を示す信号を受け、この振動を打消す圧力変動を上記第1の空気ばね内に生じさせるように上記第1の電空変換制御弁を作動させる振動制御用駆動信号を生成する振動制御部、及び予め入力された上記質量体の目標位置と上記変位センサからの信号が示す変位状態との差を打消す圧力変動を上記第1の空気ばね内に生じさせるように上記第1の電空変換制御弁を作動させる位置制御用駆動信号を生成する位置制御部を有し、この両制御部で生成された信号を加算して得られた駆動信号を上記第1の電空変換制御弁に入力し、上記質量体の変位及び振動を抑制させる第1の演算制御器とを備え、上記第1の電空変換制御弁が、上記第1の空気ばね内に通じる第1の負荷ポート、上記圧縮空気源に通じる第1の供給ポート、及び大気に開口した第1の排気ポートを有する第1のハウジングと、それぞれ上記第1の負荷ポート、上記第1の供給ポート、及び上記第1の排気ポートを開閉するための複数の第1の弁体を有し、上記第1のハウジング内に非接触で進退可能に設けられたスプールであって、上記第1の演算制御器からの入力信号に対応して上記第1のハウジング内での直進駆動力を生じる第1の駆動部が一端部に設けられた第1のスプールとを備えたスプール弁である。上記第2のアクティブ振動制御装置は、上記質量体と上記設置部との間に介在し、上記質量体を支持する第2の空気ばねと、上記第2の空気ばねと上記圧縮空気源との間に介在し、上記第2の空気ばね内を上記圧縮空気源或いは大気に連通させ、或いはこの両者とは遮断する第2の電空変換制御弁と、上記第2の空気ばね内の圧力を検出する圧力センサと、上記圧力センサから検出圧力を示す信号を受け、予め入力された設定圧力と上記検出圧力との差を打消す圧力変動を上記第2の空気ばね内に生じさせるように上記第2の電空変換制御弁を作動させる圧力制御用駆動信号を生成する圧力制御部を有し、この圧力制御用駆動信号を上記第2の電空変換制御弁に入力し、上記第2の空気ばね内の圧力振動を抑制させる第2の演算制御器とを備え、上記第2の電空変換制御弁が、上記第2の空気ばね内に通じる第2の負荷ポート、上記圧縮空気源に通じる第2の供給ポート、及び大気に開口した第2の排気ポートを有する第2のハウジングと、それぞれ上記第2の負荷ポート、上記第2の供給ポート、及び上記第2の排気ポートを開閉するための複数の第2の弁体を有し、上記第2のハウジング内に非接触で進退可能に設けられたスプールであって、上記第2の演算制御器からの入力信号に対応して上記第2のハウジング内での直進駆動力を生じる第2の駆動部が一端部に設けられた第2のスプールとを備えたスプール弁である。
According to a first aspect of the present invention, there are provided three first active vibration control devices, each interposed at three locations between the mass body and the installation portion below the mass body, the mass body, and the installation portion below the mass body. And at least one second active vibration control device interposed at least at one location. The first active vibration control device is interposed between the mass body and the installation portion, and supports a first air spring that supports the mass body, and between the first air spring and a compressed air source. A first electro-pneumatic conversion control valve which is interposed between the first air spring and communicates with the compressed air source or the atmosphere or shuts off both, and a vibration sensor which detects a vibration state of the mass body A displacement sensor that detects a displacement state of the mass body from the installation portion, and a signal indicating the vibration state detected from the vibration sensor, and a pressure fluctuation that cancels the vibration is detected in the first air spring. A vibration control unit that generates a vibration control drive signal that activates the first electropneumatic conversion control valve so as to be generated, and a displacement indicated by a target position of the mass body input in advance and a signal from the displacement sensor Pressure fluctuation to cancel the difference with the state A position control unit for generating a position control drive signal for operating the first electropneumatic conversion control valve to be generated in the first air spring, and adding the signals generated by both the control units The first electropneumatic conversion control valve is provided with a first arithmetic controller that inputs the drive signal obtained in this manner to the first electropneumatic conversion control valve and suppresses displacement and vibration of the mass body. A first load port that communicates with the first air spring, a first supply port that communicates with the compressed air source, and a first housing that has a first exhaust port that is open to the atmosphere. A plurality of first valve bodies for opening and closing one load port, the first supply port, and the first exhaust port, and is provided in the first housing so as to be able to advance and retreat without contact. The spool is an input signal from the first arithmetic controller. In response to a spool valve having a first spool which first driver to produce linear driving force within said first housing is provided at one end. The second active vibration control device is interposed between the mass body and the installation portion, and includes a second air spring that supports the mass body, the second air spring, and the compressed air source. A second electro-pneumatic conversion control valve that is interposed between the second air spring and communicates with the compressed air source or the atmosphere, or shuts off the both, and the pressure within the second air spring. The pressure sensor to detect and a signal indicating the detected pressure from the pressure sensor, and a pressure fluctuation that cancels the difference between the preset pressure and the detected pressure that are input in advance is generated in the second air spring. A pressure control unit that generates a pressure control drive signal for operating the second electropneumatic conversion control valve, and inputs the pressure control drive signal to the second electropneumatic conversion control valve; A second arithmetic and control unit for suppressing pressure vibration in the air spring The second electropneumatic conversion control valve has a second load port communicating with the second air spring, a second supply port communicating with the compressed air source, and a second exhaust port opened to the atmosphere. A second housing having a plurality of second valve bodies for opening and closing the second load port, the second supply port, and the second exhaust port, respectively. A spool provided in a non-contact manner so as to be able to advance and retreat, and a second drive unit that generates a linear drive force in the second housing in response to an input signal from the second arithmetic controller. It is a spool valve provided with the 2nd spool provided in the one end part.
第2発明は、質量体とこの側方の設置部との間の3箇所に1台ずつ、支持方向をそれぞれ異ならせて介在させた3台の第1のアクティブ振動制御装置と、質量体とこの側方の設置部との間の上記3箇所とは異なる少なくとも1箇所に、支持方向を上記3台とは異ならせて介在させて少なくとも1台の第2のアクティブ振動制御装置とからなり、4台の上記アクティブ振動制御装置は上記質量体に同一平面内にて力を作用させ、その合力は零で、かつ、これらの力により上記質量体に生じるモーメントも零である構成とした。上記第1のアクティブ振動制御装置は、上記質量体と上記設置部との間に介在し、上記質量体を支持する第1の空気ばねと、上記第1の空気ばねと圧縮空気源との間に介在し、上記第1の空気ばね内を上記圧縮空気源或いは大気に連通させ、或いはこの両者とは遮断する第1の電空変換制御弁と、上記質量体の振動状態を検出する振動センサと、上記質量体の上記設置部からの変位状態を検出する変位センサと、上記振動センサから検出された振動状態を示す信号を受け、この振動を打消す圧力変動を上記第1の空気ばね内に生じさせるように上記第1の電空変換制御弁を作動させる振動制御用駆動信号を生成する振動制御部、及び予め入力された上記質量体の目標位置と上記変位センサからの信号が示す変位状態との差を打消す圧力変動を上記第1の空気ばね内に生じさせるように上記第1の電空変換制御弁を作動させる位置制御用駆動信号を生成する位置制御部を有し、この両制御部で生成された信号を加算して得られた駆動信号を上記第1の電空変換制御弁に入力し、上記質量体の変位及び振動を抑制させる第1の演算制御器とを備え、上記第1の電空変換制御弁が、上記第1の空気ばね内に通じる第1の負荷ポート、上記圧縮空気源に通じる第1の供給ポート、及び大気に開口した第1の排気ポートを有する第1のハウジングと、それぞれ上記第1の負荷ポート、上記第1の供給ポート、及び上記第1の排気ポートを開閉するための複数の第1の弁体を有し、上記第1のハウジング内に非接触で進退可能に設けられたスプールであって、上記第1の演算制御器からの入力信号に対応して上記第1のハウジング内での直進駆動力を生じる第1の駆動部が一端部に設けられた第1のスプールとを備えたスプール弁である。上記第2のアクティブ振動制御装置は、上記質量体と上記設置部との間に介在し、上記質量体を支持する第2の空気ばねと、上記第2の空気ばねと上記圧縮空気源との間に介在し、上記第2の空気ばね内を上記圧縮空気源或いは大気に連通させ、或いはこの両者とは遮断する第2の電空変換制御弁と、上記第2の空気ばね内の圧力を検出する圧力センサと、上記圧力センサから検出圧力を示す信号を受け、予め入力された設定圧力と上記検出圧力との差を打消す圧力変動を上記第2の空気ばね内に生じさせるように上記第2の電空変換制御弁を作動させる圧力制御用駆動信号を生成する圧力制御部を有し、この圧力制御用駆動信号を上記第2の電空変換制御弁に入力し、上記第2の空気ばね内の圧力振動を抑制させる第2の演算制御器とを備え、上記第2の電空変換制御弁が、上記第2の空気ばね内に通じる第2の負荷ポート、上記圧縮空気源に通じる第2の供給ポート、及び大気に開口した第2の排気ポートを有する第2のハウジングと、それぞれ上記第2の負荷ポート、上記第2の供給ポート、及び上記第2の排気ポートを開閉するための複数の第2の弁体を有し、上記第2のハウジング内に非接触で進退可能に設けられたスプールであって、上記第2の演算制御器からの入力信号に対応して上記第2のハウジング内での直進駆動力を生じる第2の駆動部が一端部に設けられた第2のスプールとを備えたスプール弁である。
The second invention includes three first active vibration control devices interposed at different positions in the three positions between the mass body and the side installation portion, respectively, and the mass body. It consists of at least one second active vibration control device with a support direction different from that of the above three units at least at one point different from the above three points between the side installation portions, The four active vibration control devices apply force to the mass body in the same plane, the resultant force is zero, and the moment generated in the mass body by these forces is also zero. The first active vibration control device is interposed between the mass body and the installation portion, and supports a first air spring that supports the mass body, and between the first air spring and a compressed air source. A first electro-pneumatic conversion control valve which is interposed between the first air spring and communicates with the compressed air source or the atmosphere or shuts off both, and a vibration sensor which detects a vibration state of the mass body A displacement sensor that detects a displacement state of the mass body from the installation portion, and a signal indicating the vibration state detected from the vibration sensor, and a pressure fluctuation that cancels the vibration is detected in the first air spring. A vibration control unit that generates a vibration control drive signal that activates the first electropneumatic conversion control valve so as to be generated, and a displacement indicated by a target position of the mass body input in advance and a signal from the displacement sensor Pressure fluctuation to cancel the difference with the state A position control unit for generating a position control drive signal for operating the first electropneumatic conversion control valve to be generated in the first air spring, and adding the signals generated by both the control units The first electropneumatic conversion control valve is provided with a first arithmetic controller that inputs the drive signal obtained in this manner to the first electropneumatic conversion control valve and suppresses displacement and vibration of the mass body. A first load port that communicates with the first air spring, a first supply port that communicates with the compressed air source, and a first housing that has a first exhaust port that is open to the atmosphere. A plurality of first valve bodies for opening and closing one load port, the first supply port, and the first exhaust port, and is provided in the first housing so as to be able to advance and retreat without contact. The spool is an input signal from the first arithmetic controller. In response to a spool valve having a first spool which first driver to produce linear driving force within said first housing is provided at one end. The second active vibration control device is interposed between the mass body and the installation portion, and includes a second air spring that supports the mass body, the second air spring, and the compressed air source. A second electro-pneumatic conversion control valve that is interposed between the second air spring and communicates with the compressed air source or the atmosphere, or shuts off the both, and the pressure within the second air spring. The pressure sensor to detect and a signal indicating the detected pressure from the pressure sensor, and a pressure fluctuation that cancels the difference between the preset pressure and the detected pressure that are input in advance is generated in the second air spring. A pressure control unit that generates a pressure control drive signal for operating the second electropneumatic conversion control valve, and inputs the pressure control drive signal to the second electropneumatic conversion control valve; A second arithmetic and control unit for suppressing pressure vibration in the air spring The second electropneumatic conversion control valve has a second load port communicating with the second air spring, a second supply port communicating with the compressed air source, and a second exhaust port opened to the atmosphere. A second housing having a plurality of second valve bodies for opening and closing the second load port, the second supply port, and the second exhaust port, respectively. A spool provided in a non-contact manner so as to be able to advance and retreat, and a second drive unit that generates a linear drive force in the second housing in response to an input signal from the second arithmetic controller. It is a spool valve provided with the 2nd spool provided in the one end part.
第1及び第2のアクティブ振動制御装置によれば、圧縮空気の無用な消費はなくなり省エネルギーが可能となり、圧縮空気の流量を制限する必要がなくなり、空気ばねを大ストロークにし、大きな負荷に耐え得るものにでき、空気ばね内の圧力を迅速かつ正確に所望値にすることができ、大型化、高速応答性、省エネルギーの要請に応えることができるという効果を奏する。
According to the first and second active vibration control devices, unnecessary consumption of compressed air is eliminated, energy saving is possible, there is no need to limit the flow rate of compressed air, the air spring can be made a large stroke, and can withstand a large load. The pressure in the air spring can be quickly and accurately set to a desired value, and the effect of increasing the size, high speed response, and energy saving can be achieved.
第1及び第2発明によれば、質量体が大きい場合にも、上記第1及び第2のアクティブ振動制御装置を適用でき、上述したのと同様の効果を奏する。
According to the first and second inventions, even when the mass body is large, the first and second active vibration control devices can be applied, and the same effects as described above can be obtained.
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図1は本発明に係るアクティブ振動制御装置1を示し、このアクティブ振動制御装置1には、アクチュエータとして空気ばね11が設けられている。
空気ばね11は、振動外乱Dが作用する質量体Mと設置部Lとの間に介在し、質量体Mを支持しており、電空変換制御弁であるスプール弁12を介して圧縮空気源13に接続されている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an active
The
スプール弁12は、図2に示すように、空気ばね11内に通じる負荷ポートLP、圧縮空気源13に通じる供給ポートSP、及び大気に開口した排気ポートEPを有するハウジング14と、ハウジング14内に収容されたスプール15とからなっている。このスプール15は三つの鍔状の弁体16,17及び18を有し、その両端部はばね21、22からの互いに対向する方向の力により軸方向に付勢され、他の力が作用していない状態下で、定位置に保持されるようになっている。また、スプール15の一端部には駆動部23が設けられている。この駆動部23は、リニアモータの一例としてボイスコイルモータを用いたもので、スプール15の筒状端部の外周に配設されたコイル部24と、このコイル部24を取巻くハウジング14側の永久磁石25とからなっている。そして、コイル部24に電流を流すことにより駆動部23からスプール15に直進駆動力が作用し、この電流の方向を変えて、スプール15をその軸方向に進退させることにより、スプール弁12が負荷ポートLPを閉じた状態、排気ポートEPを閉じ、負荷ポートLPと供給ポートSPとを連通させた状態、供給ポートSPを閉じ、負荷ポートLPと排気ポートEPとを連通させた状態のいずれかになり得るようになっている。
As shown in FIG. 2, the
さらに、弁体16の外周のランド部16Lには、弁体16のばね21側の端面に達しない長溝からなる表面絞り26が穿設されている。この表面絞り26は、弁体16の弁体17に面した端面側から上記長溝内に流入した圧縮空気を上記ばね21側に通過させることにより静圧軸受を形成するものである。また、弁体18の外周のランド部18Lには、弁体18のばね22側の端面に達しない長溝からなる表面絞り27が穿設されている。この表面絞り27は、一端が弁体16と弁体17との間の空間に連通し、他端が弁体18の外周に形成した溝部28に連通する貫通孔29を介して、弁体17側から弁体18の上記長溝内に流入した圧縮空気を上記ばね22側に通過させることにより静圧軸受を形成するものである。なお、図示するスプール15の場合、貫通孔29の弁体16と弁体17との間の空間への開口部、及び溝部28への開口部は、それぞれ複数形成されている。そして、静圧軸受を形成する表面絞り26及び27によりスプール15はハウジング14内において、非接触で直動可能となっている。
Further, a
上述した表面絞り26及び27に代えて、スプール15の一方の軸端部から圧縮空気を導入する圧縮空気流路をスプール15の軸部に穿設し、さらにこの圧縮空気流路からスプール15の弁体16及び18のそれぞれの外周面に開口した細孔をそれぞれに穿設し、この圧縮空気流路及び細孔を介して弁体内から弁体の外周部に圧縮空気を流出させることにより静圧軸受を形成することもできる。しかしながら、このような構造の場合、静圧軸受を形成するためだけに、圧縮空気供給のための流路を弁の外部に設けなければならないだけでなく、圧縮空気を導入する側におけるスプール端部の支持構造が複雑になり、これがスプールの迅速な動作の妨げとなるおそれがある。また、上記細孔は目詰まりを起こし易く、目詰まりを起こす前にも、その内径が変化するのは避けられず、これにより静圧軸受により支持力のバランスが崩れ、軸受としての信頼性が乏しいという問題がある。本発明におけるスプール弁12は、上述した表面絞り26及び27を採用しているため、静圧軸受を形成するためだけの圧縮空気流路を弁の外部に設ける必要はなく、上述した問題を生じることもない。
Instead of the above-described
質量体Mの振動状態は振動センサ31により検出され、検出された振動状態を示す信号は演算制御器32内の図示しない振動制御部に入力される。また、質量体Mの設置部Lからの変位状態は変位センサ33により検出され、検出された変位状態を示す信号は演算制御器32内の予め目標位置が入力された図示しない位置制御部に入力される。演算制御器32では、上記振動制御部において、振動センサ31からの信号が示す振動を打消す圧力変動を空気ばね11内に生じさせるようにスプール弁12を作動させる振動制御用駆動信号が生成され、上記位置制御部において上記目標位置と変位センサ33からの信号が示す変位状態との差を打消す圧力変動を空気ばね11内に生じさせるようにスプール弁12を作動させる位置制御用駆動信号が生成される。そして、上記振動制御用駆動信号と上記位置制御用駆動信号とが加算されて得られた駆動信号がスプール弁12に入力される。さらに詳しくは、この駆動信号がスプール弁12のコイル部24に入力され、スプール15がその軸方向に進退し、これにより質量体Mの変位、及び振動が抑制される。
The vibration state of the mass body M is detected by the
このように、アクティブ振動制御装置1では、電空変換制御弁として、静圧軸受を形成することにより非接触で直動可能なスプール15を備えたスプール弁12を用い、しかもこの静圧軸受は弁体16及び18の外周のランド部16L及び18Lに穿設された表面絞り26及び27により供給ポートSPからの圧縮空気だけで形成され、単純かつ目詰まり等の不具合が生じ難い構造となっている。また、このスプール弁12は、高速応答性にも優れるとともに、圧縮空気を放出した状態で使用されるノズルフラッパ型サーボ弁に比してより少ない量の圧縮空気で作動する故、大型化し易い。このため、アクティブ振動制御装置1についても、省エネルギー、大型化、高速応答性の要求に応えることが可能となる。
As described above, in the active
図3は本発明に係る別のアクティブ振動制御装置2を示し、図3において、図1に示すアクティブ振動制御装置1と互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
このアクティブ振動制御装置2では、空気ばね11は、質量体Mと振動外乱Dが作用する設置部Lとの間に介在し、質量体Mを支持している。また、質量体Mの振動状態に代えて、設置部Lの振動状態が振動センサ31により検出され、検出された振動状態を示す信号は演算制御器32内の図示しない振動制御部に入力されるように形成されている。
FIG. 3 shows another active
In the active
演算制御器32では、上記振動制御部において、振動センサ31からの信号が示す振動を打消す圧力変動を空気ばね11内に生じさせるようにスプール弁12を作動させる振動制御用駆動信号が生成され、上記位置制御部において上記目標位置と変位センサ33からの信号が示す変位状態との差を打消す圧力変動を空気ばね11内に生じさせるようにスプール弁12を作動させる位置制御用駆動信号が生成される。そして、上記振動制御用駆動信号と上記位置制御用駆動信号とが加算されて得られた駆動信号がスプール弁12に入力される。さらに詳しくは、この駆動信号がスプール弁12のコイル部24に入力され、スプール15がその軸方向に進退し、これにより設置部Lの変位、及び振動が抑制される。
In the
図4は本発明に係るさらに別のアクティブ振動制御装置3を示し、図4において、図1に示すアクティブ振動制御装置1と互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
このアクティブ振動制御装置3では、空気ばね11は、振動外乱Dが作用する質量体Mと設置部Lとの間に介在し、質量体Mを支持している。また、空気ばね11には、空気ばね11内の圧力を検出する圧力センサ34が設けられ、圧力センサ34から検出圧力を示す信号が演算制御器32内の圧力制御部に入力される。
FIG. 4 shows still another active
In the active
演算制御器32では、上記圧力制御部において、予め入力された設定圧力と上記検出圧力との差を打消す圧力変動を空気ばね11内に生じさせるようにスプール弁12を作動させる圧力制御用駆動信号が生成され、この圧力制御用駆動信号がスプール弁12に入力される。そして、これによりスプール15がその軸方向に進退し、空気ばね11内の圧力振動が抑制される結果、質量体Mの変位、及び振動が抑制される。
In the
図5は、上述したアクティブ振動制御装置1〜3において、スプール弁12に代えて使用される別のスプール弁12Aを示し、図3において図2と共通する部分については互いに同一番号が付してある。
このスプール弁12Aは、ばね21及び22に代えて、駆動部23から離れたスプール15の端部側に、スプール15の変位状態を検出するスプール用変位センサ41を設けて形成されている。そして、スプール用変位センサ41による検出変位量を示す変位量信号を演算制御器32に入力し、この変位量信号に基づき演算制御器32によりスプール15を所望の位置にする位置決め制御がなされ、スプール15の位置決めが確実になされるようになっている。
FIG. 5 shows another
The
図6は、上述したアクティブ振動制御装置1〜3において、スプール弁12或いは12Aに代えて使用されるさらに別のスプール弁12Bを示し、図4において図2と共通する部分については互いに同一番号が付してある。
このスプール弁12Bは、駆動部23から離れたスプール15の端部側に、スプール15の速度を検出する速度センサ42を設けて形成されている。そして、速度センサ42による検出速度を示す速度信号を演算制御器32に入力し、この速度信号に基づき演算制御器32により、スプール15にその直動に対するダンパー作用を加える制御がなされるようになっている。
FIG. 6 shows still another
The
図7及び8は、質量体Mが大きい場合で、質量体Mを下方から支持する場合に適用されるアクティブ振動制御システム4を示し、このアクティブ振動制御システム4は、3箇所に1台ずつ配置されたアクティブ振動制御装置1と1箇所に1台だけ配置されたアクティブ振動制御装置3からなっている。
FIGS. 7 and 8 show an active vibration control system 4 applied when the mass body M is large and the mass body M is supported from below, and this active vibration control system 4 is arranged one by one at three locations. Active
この場合、位置制御するアクティブ振動制御装置1の台数を増減することは質量体Mの安定した支持を阻害し、質量体Mを不安定にするため許されないが、圧力制御するアクティブ振動制御装置3の台数を2以上にしてもよい。
In this case, increasing / decreasing the number of active
図9は、質量体Mが大きい場合で、質量体Mを側方から支持する場合に適用されるアクティブ振動制御システム5を示し、質量体Mと設置部Lとの間の3箇所に1台ずつ、支持方向をそれぞれ異ならせて介在させた3台のアクティブ振動制御装置1と、質量体Mと設置部Lとの間の上記3箇所とは異なる1箇所に、支持方向を上記3台とは異ならせて介在させた1台のアクティブ振動制御装置3からなっている。また、このアクティブ振動制御システム5では、上述した4台のアクティブ振動制御装置1及び3は質量体Mに同一平面内にて力を作用させ、その合力は零で、かつ、これらの力により質量体Mに生じるモーメントも零となるように4台のアクティブ振動制御装置1及び3は配置されている。
FIG. 9 shows an active vibration control system 5 applied when the mass body M is large and the mass body M is supported from the side, and one system is provided at three positions between the mass body M and the installation portion L. The three active
この場合も、位置制御するアクティブ振動制御装置1の台数を増減することは質量体Mの安定した支持を阻害し、質量体Mを不安定にするため許されないが、圧力制御するアクティブ振動制御装置3の台数を2以上にしてもよく、その支持方向もそれぞれ異なる必要はない。
なお、図7〜9において、空気ばね11以外の構成部分は図示するのを省略しているが、正確には、図1或いは3に示す構成のものが適用される。
Also in this case, increasing / decreasing the number of active
7 to 9, the components other than the
本発明に係るアクティブ振動制御装置1〜3及びアクティブ振動制御システム4,5は、例えば、半導体、ナノテクノロジー、バイオサイエンス等の分野における精密機器の微振動制御若しくは上記分野における構造物の振動制御のための利用に適している。
The active
1〜3 アクティブ振動制御装置
4,5 アクティブ振動制御システム
11 空気ばね
12 スプール弁
13 圧縮空気源
14 ハウジング
15 スプール
16,17,18 弁体
16L,18L ランド部
21,22 ばね
23 駆動部
24 コイル部
25 永久磁石
26,27 表面絞り
28 溝部
29 貫通孔
31 振動センサ
32 演算制御器
33 変位センサ
34 圧力センサ
41 スプール用変位センサ
42 速度センサ
D 振動外乱
L 設置部
M 質量体
LP 負荷ポート
SP 供給ポート
EP 排気ポート
1-3 Active vibration control devices 4, 5 Active
Claims (4)
上記第1のアクティブ振動制御装置は、
上記質量体と上記設置部との間に介在し、上記質量体を支持する第1の空気ばねと、
上記第1の空気ばねと圧縮空気源との間に介在し、上記第1の空気ばね内を上記圧縮空気源或いは大気に連通させ、或いはこの両者とは遮断する第1の電空変換制御弁と、
上記質量体の振動状態を検出する振動センサと、
上記質量体の上記設置部からの変位状態を検出する変位センサと、
上記振動センサから検出された振動状態を示す信号を受け、この振動を打消す圧力変動を上記第1の空気ばね内に生じさせるように上記第1の電空変換制御弁を作動させる振動制御用駆動信号を生成する振動制御部、及び予め入力された上記質量体の目標位置と上記変位センサからの信号が示す変位状態との差を打消す圧力変動を上記第1の空気ばね内に生じさせるように上記第1の電空変換制御弁を作動させる位置制御用駆動信号を生成する位置制御部を有し、この両制御部で生成された信号を加算して得られた駆動信号を上記第1の電空変換制御弁に入力し、上記質量体の変位及び振動を抑制させる第1の演算制御器とを備え、
上記第1の電空変換制御弁が、上記第1の空気ばね内に通じる第1の負荷ポート、上記圧縮空気源に通じる第1の供給ポート、及び大気に開口した第1の排気ポートを有する第1のハウジングと、それぞれ上記第1の負荷ポート、上記第1の供給ポート、及び上記第1の排気ポートを開閉するための複数の第1の弁体を有し、上記第1のハウジング内に非接触で進退可能に設けられたスプールであって、上記第1の演算制御器からの入力信号に対応して上記第1のハウジング内での直進駆動力を生じる第1の駆動部が一端部に設けられた第1のスプールとを備えたスプール弁であり、
上記第2のアクティブ振動制御装置は、
上記質量体と上記設置部との間に介在し、上記質量体を支持する第2の空気ばねと、
上記第2の空気ばねと上記圧縮空気源との間に介在し、上記第2の空気ばね内を上記圧縮空気源或いは大気に連通させ、或いはこの両者とは遮断する第2の電空変換制御弁と、
上記第2の空気ばね内の圧力を検出する圧力センサと、
上記圧力センサから検出圧力を示す信号を受け、予め入力された設定圧力と上記検出圧力との差を打消す圧力変動を上記第2の空気ばね内に生じさせるように上記第2の電空変換制御弁を作動させる圧力制御用駆動信号を生成する圧力制御部を有し、この圧力制御用駆動信号を上記第2の電空変換制御弁に入力し、上記第2の空気ばね内の圧力振動を抑制させる第2の演算制御器とを備え、
上記第2の電空変換制御弁が、上記第2の空気ばね内に通じる第2の負荷ポート、上記圧縮空気源に通じる第2の供給ポート、及び大気に開口した第2の排気ポートを有する第2のハウジングと、それぞれ上記第2の負荷ポート、上記第2の供給ポート、及び上記第2の排気ポートを開閉するための複数の第2の弁体を有し、上記第2のハウジング内に非接触で進退可能に設けられたスプールであって、上記第2の演算制御器からの入力信号に対応して上記第2のハウジング内での直進駆動力を生じる第2の駆動部が一端部に設けられた第2のスプールとを備えたスプール弁である
ことを特徴とするアクティブ振動制御装置。 At least one location between the three first active vibration control devices interposed between the mass body and the installation portion below the mass body, and the mass body and the installation portion below the mass body. Do at least one second active vibration control device that is interposed Ri,
The first active vibration control device includes:
A first air spring interposed between the mass body and the installation portion and supporting the mass body;
A first electropneumatic conversion control valve that is interposed between the first air spring and a compressed air source and communicates the inside of the first air spring with the compressed air source or the atmosphere, or shuts off the both. When,
A vibration sensor for detecting a vibration state of the mass body;
A displacement sensor for detecting a displacement state of the mass body from the installation portion;
For vibration control that operates the first electropneumatic conversion control valve to receive a signal indicating the vibration state detected from the vibration sensor and cause a pressure fluctuation in the first air spring to cancel the vibration. A vibration control unit that generates a drive signal and a pressure fluctuation that cancels a difference between a target position of the mass body that is input in advance and a displacement state indicated by a signal from the displacement sensor are generated in the first air spring. And a position control unit that generates a position control drive signal for operating the first electropneumatic conversion control valve, and the drive signal obtained by adding the signals generated by both the control units is the first control signal. A first arithmetic controller that inputs to the electropneumatic conversion control valve of 1 and suppresses displacement and vibration of the mass body;
The first electropneumatic conversion control valve has a first load port communicating with the first air spring, a first supply port communicating with the compressed air source, and a first exhaust port opened to the atmosphere. A first housing and a plurality of first valve bodies for opening and closing the first load port, the first supply port, and the first exhaust port, respectively; A non-contact spool that is capable of advancing and retreating, and a first driving unit that generates a linear driving force in the first housing in response to an input signal from the first arithmetic controller is one end. A spool valve provided with a first spool provided in the section,
The second active vibration control device includes:
A second air spring interposed between the mass body and the installation portion and supporting the mass body;
Second electro-pneumatic conversion control that is interposed between the second air spring and the compressed air source, and communicates the inside of the second air spring with the compressed air source or the atmosphere, or blocks both of them. A valve,
A pressure sensor for detecting the pressure in the second air spring;
The second electropneumatic conversion receives a signal indicating the detected pressure from the pressure sensor and causes a pressure fluctuation in the second air spring to cancel the difference between the preset pressure input in advance and the detected pressure. A pressure control unit that generates a pressure control drive signal for activating the control valve; the pressure control drive signal is input to the second electropneumatic conversion control valve; and pressure oscillations in the second air spring A second arithmetic controller that suppresses
The second electropneumatic conversion control valve has a second load port communicating with the second air spring, a second supply port communicating with the compressed air source, and a second exhaust port opened to the atmosphere. A second housing, and a plurality of second valve bodies for opening and closing the second load port, the second supply port, and the second exhaust port, respectively, in the second housing A non-contact spool that is capable of advancing and retreating, and has a second drive unit that generates a linear drive force in the second housing in response to an input signal from the second arithmetic controller. An active vibration control device comprising a spool valve including a second spool provided in the section .
上記第2の空電変換制御弁の上記複数の第2の弁体の少なくとも1つの外周のランド部に、上記第2の供給ポートからの上記圧縮空気を導き、通過させる静圧軸受が穿設されていることを特徴とする、請求項1に記載のアクティブ振動制御装置。A hydrostatic bearing for guiding and passing the compressed air from the second supply port is formed in at least one outer peripheral land portion of the plurality of second valve bodies of the second aeroelectric conversion control valve. The active vibration control device according to claim 1, wherein
上記第1のアクティブ振動制御装置は、
上記質量体と上記設置部との間に介在し、上記質量体を支持する第1の空気ばねと、
上記第1の空気ばねと圧縮空気源との間に介在し、上記第1の空気ばね内を上記圧縮空気源或いは大気に連通させ、或いはこの両者とは遮断する第1の電空変換制御弁と、
上記質量体の振動状態を検出する振動センサと、
上記質量体の上記設置部からの変位状態を検出する変位センサと、
上記振動センサから検出された振動状態を示す信号を受け、この振動を打消す圧力変動を上記第1の空気ばね内に生じさせるように上記第1の電空変換制御弁を作動させる振動制御用駆動信号を生成する振動制御部、及び予め入力された上記質量体の目標位置と上記変位センサからの信号が示す変位状態との差を打消す圧力変動を上記第1の空気ばね内に生じさせるように上記第1の電空変換制御弁を作動させる位置制御用駆動信号を生成する位置制御部を有し、この両制御部で生成された信号を加算して得られた駆動信号を上記第1の電空変換制御弁に入力し、上記質量体の変位及び振動を抑制させる第1の演算制御器とを備え、
上記第1の電空変換制御弁が、上記第1の空気ばね内に通じる第1の負荷ポート、上記圧縮空気源に通じる第1の供給ポート、及び大気に開口した第1の排気ポートを有する第1のハウジングと、それぞれ上記第1の負荷ポート、上記第1の供給ポート、及び上記第1の排気ポートを開閉するための複数の第1の弁体を有し、上記第1のハウジング内に非接触で進退可能に設けられたスプールであって、上記第1の演算制御器からの入力信号に対応して上記第1のハウジング内での直進駆動力を生じる第1の駆動部が一端部に設けられた第1のスプールとを備えたスプール弁であり、
上記第2のアクティブ振動制御装置は、
上記質量体と上記設置部との間に介在し、上記質量体を支持する第2の空気ばねと、
上記第2の空気ばねと上記圧縮空気源との間に介在し、上記第2の空気ばね内を上記圧縮空気源或いは大気に連通させ、或いはこの両者とは遮断する第2の電空変換制御弁と、
上記第2の空気ばね内の圧力を検出する圧力センサと、
上記圧力センサから検出圧力を示す信号を受け、予め入力された設定圧力と上記検出圧力との差を打消す圧力変動を上記第2の空気ばね内に生じさせるように上記第2の電空変換制御弁を作動させる圧力制御用駆動信号を生成する圧力制御部を有し、この圧力制御用駆動信号を上記第2の電空変換制御弁に入力し、上記第2の空気ばね内の圧力振動を抑制させる第2の演算制御器とを備え、
上記第2の電空変換制御弁が、上記第2の空気ばね内に通じる第2の負荷ポート、上記圧縮空気源に通じる第2の供給ポート、及び大気に開口した第2の排気ポートを有する第2のハウジングと、それぞれ上記第2の負荷ポート、上記第2の供給ポート、及び上記第2の排気ポートを開閉するための複数の第2の弁体を有し、上記第2のハウジング内に非接触で進退可能に設けられたスプールであって、上記第2の演算制御器からの入力信号に対応して上記第2のハウジング内での直進駆動力を生じる第2の駆動部が一端部に設けられた第2のスプールとを備えたスプール弁である
ことを特徴とするアクティブ振動制御システム。 Three first active vibration control devices, one at three locations between the mass body and the side installation portion, with different support directions, and the mass body and the side installation At least one second active vibration control device with a support direction different from the above three units at least at one point different from the above three points between the unit and at least four of the above active vibration control device by applying a force in the same plane in the mass, the resultant force is zero, and by these forces Ri Ah at moments even zero occurring on the mass body,
The first active vibration control device includes:
A first air spring interposed between the mass body and the installation portion and supporting the mass body;
A first electropneumatic conversion control valve that is interposed between the first air spring and a compressed air source and communicates the inside of the first air spring with the compressed air source or the atmosphere, or shuts off the both. When,
A vibration sensor for detecting a vibration state of the mass body;
A displacement sensor for detecting a displacement state of the mass body from the installation portion;
For vibration control that operates the first electropneumatic conversion control valve to receive a signal indicating the vibration state detected from the vibration sensor and cause a pressure fluctuation in the first air spring to cancel the vibration. A vibration control unit that generates a drive signal and a pressure fluctuation that cancels a difference between a target position of the mass body that is input in advance and a displacement state indicated by a signal from the displacement sensor are generated in the first air spring. And a position control unit that generates a position control drive signal for operating the first electropneumatic conversion control valve, and the drive signal obtained by adding the signals generated by both the control units is the first control signal. A first arithmetic controller that inputs to the electropneumatic conversion control valve of 1 and suppresses displacement and vibration of the mass body;
The first electropneumatic conversion control valve has a first load port communicating with the first air spring, a first supply port communicating with the compressed air source, and a first exhaust port opened to the atmosphere. A first housing and a plurality of first valve bodies for opening and closing the first load port, the first supply port, and the first exhaust port, respectively; A non-contact spool that is capable of advancing and retreating, and a first driving unit that generates a linear driving force in the first housing in response to an input signal from the first arithmetic controller is one end. A spool valve provided with a first spool provided in the section,
The second active vibration control device includes:
A second air spring interposed between the mass body and the installation portion and supporting the mass body;
Second electro-pneumatic conversion control that is interposed between the second air spring and the compressed air source, and communicates the inside of the second air spring with the compressed air source or the atmosphere, or blocks both of them. A valve,
A pressure sensor for detecting the pressure in the second air spring;
The second electropneumatic conversion receives a signal indicating the detected pressure from the pressure sensor and causes a pressure fluctuation in the second air spring to cancel the difference between the preset pressure input in advance and the detected pressure. A pressure control unit that generates a pressure control drive signal for activating the control valve; the pressure control drive signal is input to the second electropneumatic conversion control valve; and pressure oscillations in the second air spring A second arithmetic controller that suppresses
The second electropneumatic conversion control valve has a second load port communicating with the second air spring, a second supply port communicating with the compressed air source, and a second exhaust port opened to the atmosphere. A second housing, and a plurality of second valve bodies for opening and closing the second load port, the second supply port, and the second exhaust port, respectively, in the second housing A non-contact spool that is capable of advancing and retreating, and has a second drive unit that generates a linear drive force in the second housing in response to an input signal from the second arithmetic controller. An active vibration control system comprising a spool valve including a second spool provided in the section .
上記第2の空電変換制御弁の上記複数の第2の弁体の少なくとも1つの外周のランド部に、上記第2の供給ポートからの上記圧縮空気を導き、通過させる静圧軸受が穿設されていることを特徴とする、請求項3に記載のアクティブ振動制御装置。A hydrostatic bearing for guiding and passing the compressed air from the second supply port is formed in at least one outer peripheral land portion of the plurality of second valve bodies of the second aeroelectric conversion control valve. The active vibration control device according to claim 3, wherein the active vibration control device is provided.
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