JP4370465B2 - 制振装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、振動ダンパ装置に関する。
【０００２】
所定の構造体における振動の増加を妨げるために、ダイナミックビーターが、業界において使用される。
【０００３】
それらは、マススプリングシステムに本質的に基づく。
【０００４】
いくつかの適用において、また特に航空機において、さらにヘリコプターについて特に、このようなビーターの性能を種々の飛行形態に応じて適用可能であることが望ましく、これは、ビーターの特性が圧力、温度及び／または湿度の状態にできるだけ影響されないように制御することによって行われる。
【０００５】
第１の態様において、本発明は、減衰を変化させるために使用される電気力学式モータを組み込むという案を基礎として、この問題を解決しようとするものである。
【０００６】
従って、本発明は、減衰される構造体への取り付け用のベースプレートに装着され機械エネルギーを電気エネルギーに変換する変換装置を備えた制振用ダンパ装置を提供し、該装置は、前記変換装置が、ベースプレートに機械的に連結されるコイルと、少なくとも１つのスプリングにより支持される磁気回路とを有した電気力学式モータを備えること、コイルが、抵抗素子を提供する電気負荷に結合されること、及び、前記抵抗素子の抵抗を少なくとも２つの値により変化させる制御装置を提供することを特徴とする。
【０００７】
第１の制御値は、（例えばコイルを開回路にしたままにして）第１の減衰量と対応させることもできるし、また、第２の制御値は、（例えばコイルを短絡させて）より多い減衰量に対応させることもできる。
【０００８】
本発明によって、航空機、特にヘリコプターにおいてダンパ装置を使用することもでき、航空機が定常飛行中の場合には第１の制御値を、航空機が飛行方向変更状態にある場合には第２の制御値を、制御装置がとるようにする飛行用コンピュータを利用することを特徴とする。
【０００９】
ダイナミックビーターの使用はまた、システムの対称軸線に対応する方向における作動という問題を引き起こす。
【００１０】
従って、提起された問題には、振動、干渉、摩擦、またはコイルの破損のような欠点を避けるためにのみこの主な方向に沿って動くことを保証する必要がある。
【００１１】
第２の態様において、本発明は、１つまたはそれ以上の適切なセンタリングスプリングを組み込むという案を基礎として、この問題を解決しようとするものである。
【００１２】
第２の態様において、本発明は、振動を減衰するダンパ装置を提供し、該装置は、構造体への取り付け用のベースプレートに装着されたエネルギー変換装置を備え、前記エネルギー変換装置は、コイル、ロッド及び前記ベースプレートからなる静止部分と、上下方向に沿って移動可能であり、二つの磁極片及び磁石を有し、少なくとも一つの戻りスプリングによって支持される可動部分とを備えており、前記可動部分は、その上下方向端部を挟んだ両側に配置される２つのフラットセンタリングスプリングを備え、前記各フラットセンタリングスプリングは、第１の直径を有し前記静止部分に固定される内側領域と、第２の直径を有し、前記可動部分の上下方向各端部に固定される外側領域との間を延びるように構成されており、前記各フラットセンタリングスプリングは、少なくとも２つのカットアウトを備えており、前記各カットアウトは、前記フラットセンタリングスプリングの外側に向かって凸側部に沿い巻回される少なくとも１つの部分を有した枝状である。
【００１３】
少なくとも１つのカットアウト部は、少なくとも部分的に螺旋状であり、例えば、放射線状の螺旋形にすることができる。
【００１４】
少なくとも１つのカットアウト部は、真っ直ぐな外側部分を提供するようにできる。
【００１５】
各カットアウト部は、スプリングの周縁を１巻きから１巻き半を巻回すると有利である。
【００１６】
３つのカットアウト部を存在させることができ、好適には、４つであり、この場合、各カットアウト部は、好適にはスプリングの周縁を実質的に１巻きして延びる。
【００１７】
センタリングスプリングが、フラットスプリングを重ねて構成され、特に積層構造体を形成すると特に有利である。得られる軸方向の剛性及び最大応力は、積み重ねられた層の数が多くなると低減し、従って、特にセンタリングスプリングの軸方向の剛性と径方向の剛性との比率を適合させることができる。さらに、得られる最大応力は、各層の厚さが増すと低減する。
【００１８】
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照して、非限定的例により行われる、以下の説明を読めばより明らかとなる。
【００１９】
図１に示したビーターには、減衰される構造体に固定するための平坦なプレート２を含んだベースプレート１が示される。コイル２０が、ベースプレート１に固定される。この目的のために、ロッド２３が、反対の端に２つのフランジ３及び２４を有し、フランジの一方３はベースプレート１に固定され、他方のフランジ２４はコイル２０を支持する。頂部磁極片１１、底部磁極片１２、及び磁石１０を備える可動部は、スプリング２２上に装着されるとともに、ハウジングまたは「サラダボール」４０上に装着された頂部スプリング３１及び底部スプリング３２を含む２つのセンタリングスプリングにより中央に配置される。
【００２０】
磁極片１１に装着された平坦なリング２５により支持される波形の織物２６によってコイル２０において密閉されることが分かる。
【００２１】
組み立てによって、電気力学式モータは、コイルがベースプレート１に対して静止するとともに可動部が本質的に磁気回路、すなわち磁極片１１及び１２と磁石１０とにより構成された主要部Ｍ_b（mass M_b）となる。
【００２２】
制御回路が、コイル２０の端子に接続された抵抗型負荷の値を変化させるように機能する。それは、電圧により抵抗が変わるバリアブルレジスター、例えばバリスタにより構成するか、または、制御装置により制御される加減抵抗器にすることができる。これによって、２つの極値間において、すなわち、コイル２０を開回路にしたままにすることによる非常に低いレベルの減衰と、コイル２０を短絡させて、よって負荷抵抗がコイル２０の抵抗素子の固有の抵抗値Ｒ₀と同じになる、最大減衰との間において、減衰を変化させることができる。
【００２３】
比較的低い第１のレベルの減衰に対して大きい抵抗Ｒ₁の負荷、及び、より高い減衰レベルに対して小さい抵抗Ｒ₂の負荷を選択可能である。
【００２４】
比較的低いかまたは最小の減衰は、特に、定常飛行中の航空機に適切であって、その場合、振動は定常状態にあるので、よって、ビーターは最大限有効となり、一方、高レベルの減衰は、ビーターを不安定化しかつ／または機内における振動レベルを増す可能性のある過渡現象の発生を防止するために、飛行方向の変更時に選択可能である。
【００２５】
ビーターが作動している間、主要部Ｍ_bの磁気回路とベースプレート１との間に相対的な動きが生じる。そこで、コイル２０は、電磁力Ｅ_b＝ＢＬ．ｖのジェネレータとして機能し、ここで、ＢＬは、電気力学式モータの力係数（Newton per amp (N/A)）を示し、ｖは、主要部Ｍ_bの磁気回路とベースプレート１との間の相対速度を示す。
【００２６】
インピーダンスＺ_bのコイル２０は、Ｚ_cの参照符号を付けた負荷に接続される。力Ｆ_aが、（レンツの法則が適用されて）速度ｖに抗してコイルと主要部Ｍ_bの回路との間において確定され、以下の式から得られる。
【００２７】
【式１】

【００２８】
これは、減衰力についての式を構成する。
【００２９】
負荷が（抵抗を調節可能な）加減抵抗器により構成されると想定した場合、減衰係数Ｃ_b（Ｃ_b＝Ｆ_a／ｖ）は、２つの極値間において変化させることができる。
【００３０】
最大のＣ_bを得るには、
比率（ＢＬ）²／Ｚ_bを最大にできる特性の電気力学式モータを選択する必要があり、かつ、
Ｚ_cを最小（完全短絡となるＺ_c＝０）としなければならない。
【００３１】
最小のＣ_bを得るためには、
電気回路を開く（Ｚ_c＝∞）だけで十分である。
【００３２】
ビーターが調節される周波数は、可動主要部と、前記主要部をベースプレートに連結する剛性のひずみとにより決まる。
１）センタリングスプリング３１及び３２の総剛性：Ｋｓ
２）戻りスプリング２２の総剛性：Ｋｒ
【００３３】
これは、
【式２】

の関係にある。
【００３４】
戻りスプリングとセンタリングスプリング３１及び３２との間に剛性を割り当てるためには、以下の束縛条件を考慮する。
１）主要部Ｍ_bが重力のみを受けている場合にセンタリングスプリング３１及び３２に圧力をかけないこと。
２）Ｋｓ＋Ｋｒの和が、式２を満たすように調節すること。
【００３５】
第１の束縛条件とは、可動の主要部Ｍ_bの静止重量が、スプリング２２により支持されなければならないということである。従って、その非荷重長さは、この静荷重を考慮して決定され、該静荷重は、力学的動きに加えて存在する。剛性Ｋｒが低くなるにつれ、非荷重長さを長くする必要がある。よって、Ｋｒは、（全体の大きさ、スプリングボトミング、巻き同士の接触を）調整することがそれほど困難でない程度高くなるように選択しなければならない。
【００３６】
実施に際して、以下の理由から、Ｋｓが任意の小さい値にならないようにできる。
【００３７】
説明するビーターは、システムの対称軸線（図１において装置の中央を貫通する垂直軸線Ｚ）に沿った単一の方向に作動する。
【００３８】
この軸線に沿った、磁気回路Ｍ_bとベースプレート１との間における相対的動きによるコイル２０の機械的損傷の回避を保証することが適切である。
【００３９】
よって、以下は、推測上除外される。
【００４０】
径方向の（Ｚ方向に垂直なＸ及びＹ方向への）移動、及び
軸線Ｘ及びＹの周りにおける回転。
【００４１】
この機能を保証するために、主要部Ｍ_bは、主要部Ｍ_bの回路の各側に配置された２つのスプリング３１及び３２によって案内される。それらの中央部は、次にベースプレート１に固定されるピン２３に固定され、周縁部は、主要部Ｍ_bの回路に固定される。
【００４２】
代替利用可能な他の案内用技術に言及する。
１）ボールブッシュ
この解決方法は、より高価であり、調整用のシャフトを要する。さらに、駆動摩擦特性が、非線形であり（接触領域の摩耗のために）時間が経つと変化するので、そのライフサイクル中におけるビーターの動作が変化してしまう。主要部Ｍ_bが軸線Ｚの周りを回転しないようにするシステムの追加が必要となる。
２）ポリマーベアリング
この解決方法もまた、調整用のシャフトが必要である。さらに、駆動摩擦特性が、非線形であり（接触領域の摩耗によって）時間が経つと変化するので、ライフサイクル中におけるビーターの動作が変化してしまう。主要部Ｍ_bが軸線Ｚの周りを回転しないようにするシステムの追加が必要となる。
【００４３】
図３は、４つのブランチを形成する４つのカットアウト５０（またはスルースロット）を提供する、金属製のセンタリングスプリング３１、３２を示し、４つのカットアウト５０は、開口部５５の周縁周りにおいて規則的に９０°の間隔をおいて配置され、直径Ｄ_iの中央開口部５５に接近した各内側端部５３から直径Ｄ_eの輪郭５７に接近した各外側端部５４へ延びる。これらのカットアウト５０は、丸い輪郭でスプリングの外側に向かって凸状であり、特に、螺旋状、好ましくは放物状の螺旋形である。
【００４４】
それらの端部５４に向かって、カットアウトが、以下に説明するように、応力の集中を避けるように機能する各直線状部分５２を提供することが非常に好ましい。示した例では、ブランチ５０は、端部５３と端部５４との間においてスプリングの周縁の周りで一巻き分をやや超える。
【００４５】
図４は、３つのブランチの実施形態を示し、該実施形態において、内側端部６３が、直径Ｄ_iの中央開口部の周縁の周りに１２０°で配置されるとともに、直径Ｄ_eの輪郭６７に接近した外側端部６４へ延びる。前述の場合におけるように、それらは、螺旋状の輪郭であると有利であり、放物線状の螺旋形であることが好ましい。それらは、スプリングの一巻きを若干超えて延びる。それぞれが応力の集中を避けるために直線状の端部６２を有すると有利である。
【００４６】
端部５３、５４は開口部５５と輪郭５７とから、端部６３、６４は開口部６５と輪郭６７とからそれぞれ、スプリングが前記端部に応力を集中させずに適切に取り付けられ得ることを保証するように間隔をおいて配置される。
【００４７】
スプリング３１、３２を、多層スプリング状に、例えば積層構造体状に、すなわち例えば接着剤により相互に固定された、別個のスプリングを積み重ねたものにすると特に有利である。これによって、層の数が増すと減少する軸方向の剛性を変更することができ、また、達成される最大応力を変更することができる。
【００４８】
これによって、特に、径方向の剛性に対する軸方向の剛性の割合を調節可能である。
【００４９】
センタリングスプリング３１及び３２によって以下の利点が得られる。
１）可動部分同士の接触がなくなって、非線形とならず、寄生摩擦（parasitic friction）がなくなる。
２）製造が容易になる。
【００５０】
センタリングスプリング３１及び３２は、いくつかの束縛条件に従うように形成されると有利である。
１）（軸線Ｚに沿った）軸方向剛性
それが、最大値Ｋｚ＝Ｍ_b（２πＦ_b）²を超えないようにしなければならない。
２）種々の径方向における（Ｘ、Ｙ平面の）径方向剛性
それを、コイルが損傷する結果となりかねないスプリングの座屈によりコイルと磁気回路とが径方向に相対的に移動することになる径方向の力がビーターに掛かることを妨げる程度十分に大きくしなければならない。この特性はまた、Ｚ軸線に沿った可動主要部の位置に拘わらず維持しなければならない。従って、可動主要部の最大偏倚運動時に座屈が起こる可能性のあるスプリング設計は避ける必要がある。外側に凸状になったブランチを形成するカットアウトを有したセンタリングスプリングを用いることによって、座屈を回避可能である。
３）スプリングの径方向移動の割合は、できるだけ小さくすべきである。
４）スプリング材料における最大応力は、その部分が（１０８サイクルを超える）非常に多数のサイクルを実行可能であるようにすべきである。最大移動のために最大応力の状態にする。
【００５１】
好適な実施形態では、カットアウトを放物線状の螺旋形（または、放物線状の螺旋の輪郭に近い１つまたはそれ以上の円弧形）にする。
【００５２】
設計のパラメータは以下の通りである。
１）ブランチの数（少なくとも２つ、好ましくは４つ）
２）内径Ｄ_i及び外径Ｄ_e
３）スプリングの剛性
４）（図４に詳細を示した、内径端における）カットアウトの開始角度θ。θが９０°に近づくにつれて、応力が次第に増していく。θがゼロに近づくと、応力は、端部領域において急激にゼロになる。
５）カットアウトが（外側端で）終わること。
【００５３】
実際に三角形状に広がる材料５６、６６の一部分上において次第に終わるので、小さい曲率半径において局所的に応力が集中することを避けられる。この目的のために、ブランチを直線状の終端形状５２、６２とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る装置の図式的な断面図である。
【図２ａ】 本発明の好適な実施形態を構成する装置の斜視図である。
【図２ｂ】 本発明の好適な実施形態を構成する装置の断面図である。
【図３】 ３つの枝型センタリングスプリングまたは「スパイダー」の実施形態を示す図である。
【図４】 ４つの枝型センタリングスプリングまたは「スパイダー」の実施形態を示す図である。

Claims (11)

1. 制振用ダンパ装置であって、構造体への取り付け用のベースプレート（１）に装着されたエネルギー変換装置を備え、
   前記エネルギー変換装置は、コイル（２０）、ロッド（２３）及び前記ベースプレート（１）からなる静止部分と、上下方向に沿って移動可能であり、二つの磁極片（１２）及び磁石（１０）を有し、少なくとも一つの戻りスプリング（２２）によって支持される可動部分とを備えており、
   前記可動部分は、その上下方向端部を挟んだ両側に配置される２つのフラットセンタリングスプリング（３１，３２）を備え、
   前記各フラットセンタリングスプリング（３１，３２）は、第１の直径（Ｄ _ｉ ）を有し前記静止部分に固定される内側領域（５５，６５）と、第２の直径（Ｄ _ｅ ）を有し、前記可動部分の上下方向各端部に固定される外側領域（５７，６７）との間を延びるように構成されており、
   前記各フラットセンタリングスプリング（３１、３２）は、少なくとも２つカットアウト（５０、６０）を備えており、
   前記各カットアウト（５０，６０）は、前記フラットセンタリングスプリング（３１、３２）の外側（６７）に向かって凸側部に沿い巻回される少なくとも１つの部分（５１、６１）を有した枝状であることを特徴とする制振用ダンパ装置。
2. 少なくとも１つのカットアウト（５０、６０）は、少なくとも一部分が螺旋状であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 少なくとも１つの前記部分（５１、６１）は、一部が放物線状の螺旋形状であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 少なくとも１つの前記カットアウト（５０、６０）は、真っ直ぐな外側部分（５２、６２）を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の装置。
5. 前記各カットアウトは、前記フラットセンタリングスプリング（３１、３２）の周縁周りを１から１．５巻きすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の装置。
6. 前記フラットセンタリングスプリング（３１、３２）は、３つのカットアウト（５０、６０）を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の装置。
7. 前記フラットセンタリングスプリング（３１、３２）は、４つのカットアウト（５０、６０）を有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の装置。
8. 各カットアウト（５０、６０）は、前記フラットセンタリングスプリング（３１、３２）の周縁を実質的に一巻きに渡り延びることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記各フラットセンタリングスプリング（３１、３２）は、別個のフラットセンタリングスプリングを積み重ねたものとされることを特徴とする請求項１から８の任意の請求項に記載の装置。
10. 前記別個のフラットセンタリングスプリングを積み重ねたものは、積層構造体を構成することを特徴とする請求項７に記載の装置。
11. 少なくとも一つの前記フラットセンタリングスプリングの外側領域は、前記可動部分のハウジングの上下方向端部に固定されている請求項１に記載の装置。

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