JP4714120B2 - Vibration damping device - Google Patents
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Description
本発明は、複数個の永久磁石を組み合わせて構成される振動減衰装置に関する。 The present invention relates to a vibration damping device configured by combining a plurality of permanent magnets.
電車などの交通車両に搭載される制御機器、空調設備機器、トイレ床、また、貨物輸送物や昇降機かご床などのゆれを防止する振動減衰装置は、対象とする物または人体に振動伝播を小さくするよう減衰を与える装置である。これらの振動減衰装置は、通常振動エネルギーを熱エネルギーなどに変えて振幅を小さくする作用を有する。その作用は振動速度の方向と反対方向への力を振動物体に与えることにより行われる。そしてこれらの振動減衰装置には、弾性体、流体、磁石等が多く応用されている。 Vibration damping devices that prevent fluctuations in control equipment, air conditioning equipment, toilet floors, and freight transports and elevator car floors mounted on transportation vehicles such as trains reduce vibration propagation to the target object or human body. It is a device that gives attenuation. These vibration damping devices usually have an action of changing the vibration energy to heat energy or the like to reduce the amplitude. The action is performed by applying a force in the direction opposite to the direction of the vibration speed to the vibrating object. In these vibration damping devices, many elastic bodies, fluids, magnets and the like are applied.
磁石応用の振動減衰装置で、5Hz〜15Hz程度の比較的低い周波数の振動減衰に対応する技術として、隣接して互いに異なる磁極を有する複数個の磁石を配列した可動部と、この可動部磁石と対向する位置に磁極の異なる磁石を配列して固定部を形成し、固定部と可動部間をベアリングで支持する提案が為されている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1に示された提案によれば、5Hz〜15Hz程度の比較的低い周波数の振動減衰に対して有効な振動減衰装置が得られる。しかしながら、磁石から漏洩する磁束が人体に悪影響を与える恐れがある。このため、また磁石の効率を向上させるために、磁石の背後にバックヨークを配する技術が開示されているが、構造が複雑になり、重量及び外形寸法も大きくなってしまう。 According to the proposal disclosed in Patent Document 1, a vibration damping device effective for vibration damping at a relatively low frequency of about 5 Hz to 15 Hz can be obtained. However, the magnetic flux leaking from the magnet may adversely affect the human body. For this reason, in order to improve the efficiency of a magnet, the technique which arrange | positions a back yoke behind a magnet is disclosed, However, A structure becomes complicated and a weight and an external dimension will also become large.
本発明は上記問題点に鑑みて為されたもので、その目的は、薄肉化軽量構造が可能で且つ電磁波の影響を抑制することができる振動減衰装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a vibration damping device that can have a thin and lightweight structure and can suppress the influence of electromagnetic waves.
上記目的を達成するため、本発明の振動減衰装置は、固定フレームに取り付けられ、磁極の向きを異方向配列とした複数個の永久磁石から成る第1配列磁石と、前記第1配列磁石とギャップを介して同磁極が対向するように可動フレームに取り付けられ、磁極の向きを異方向配列とした複数個の永久磁石から成る第2配列磁石と、前記固定フレームと前記可動フレームを連結する弾性体支持部材と、前記第1配列磁石と前記第2配列磁石とが対向する面に平行に前記ギャップ内に設けられ、前記固定フレームに支持された導電性板と
を備え、前記第1配列磁石と前記第2配列磁石のうち少なくとも一つをハルバッハ配列とすると共に、前記弾性体支持部材は回転ばねとし、その回転中心を前記固定フレームまたは前記可動フレームの平面部の略中心位置に配置したことを特徴としている。
In order to achieve the above object, a vibration damping device according to the present invention includes a first array magnet that is attached to a fixed frame and includes a plurality of permanent magnets having magnetic poles arranged in different directions, and the first array magnet and the gap. A second array magnet composed of a plurality of permanent magnets which are attached to the movable frame so that the magnetic poles face each other via the magnetic poles, and the magnetic poles are arranged in different directions, and an elastic body connecting the fixed frame and the movable frame A support member; and a conductive plate provided in the gap parallel to a surface where the first array magnet and the second array magnet face each other, and supported by the fixed frame, and the first array magnet; with the at least one Halbach array of the second magnet array, said elastic body support member is a rotary spring, the flat portion of the center of rotation the fixed frame or the movable frame It is characterized in that arranged in the central position.
本発明によれば、薄肉化軽量構造が可能で且つ電磁波の影響を抑制することができる振動減衰装置を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the vibration damping device which can make a thin-walled lightweight structure and can suppress the influence of electromagnetic waves.
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の実施例1に係る振動減衰装置を図1乃至図3を参照して説明する。図1(a)は本発明の実施例1に係る振動減衰装置の従断面図、図1(b)は振動減衰装置の可動部の斜視図である。 A vibration damping apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1A is a secondary sectional view of a vibration damping device according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 1B is a perspective view of a movable portion of the vibration damping device.
固定フレーム10は例えば車体の床に取り付けられる振動減衰装置の固定部を支える。この固定フレーム10の底部の平面部には第1配列磁石11が固着され、この第1配列磁石11の上部には導電性板12が磁気的ギャップを介して設けられている。この導電性板12は、固定フレーム10の底部平面部から図示しない支柱を立て、その支柱にネジ止め等によって固定している。
The
導電性板12の上部には、磁気的ギャップを介して可動フレーム30の上部平面部の内側に固着された第2配列磁石31が対向している。可動フレーム30の上部平面部の内側は、固定フレーム10の底部平面部との間に複数個設けられた弾性体支持部材20Aによって垂直方向に連結支持されている。また、可動フレーム30の側面部内側は、固定フレーム10の底部平面部に取り付けられたポストとの間に複数個設けられた弾性体支持部材20Bによって水平方向に連結支持されている。
A
図2(b)は可動フレーム30を固定フレーム10側から見た斜視図である。図示したように、破線で示した複数個の導電性板12の各々とギャップを介して可動フレーム30に固定された第2配列磁石31が設けられている。複数個の弾性体支持部材20Aは図示したように可動フレーム30の上面の内側の第2配列磁石31と干渉しない所定の位置に複数個設けられている。尚、図2(b)においては、弾性体支持部材20Bの図示は省略している。
FIG. 2B is a perspective view of the
図2に、配列磁石に関する説明図を示す。図示したように、第1配列磁石11は磁石11A、11B、11C、11B及び11Eを一列に配列して形成されている。磁石11A及び磁石11Eの磁極方向は上向き、磁石11Cは下向き、11Bの磁極方向は磁石11Cから磁石11Aに向かう向き、そして磁石11Dの磁極方向は磁石11Bと逆向きである。そして導電性板12を介した上方には第2配列磁石31が第1配列磁石11と対向して設けられているが、この第2配列磁石31の各々の磁石の磁極の配列は第1配列磁石11を上下反転させた配列、即ち同磁極が対向するような配列となっている。
FIG. 2 is an explanatory diagram related to the array magnet. As illustrated, the
図2に示したような磁石の配列、即ち磁石11A、11C、11Eは交互に極性の異なる縦方向の配列磁石とし、その間に入る磁石11B、11Dは交互に極性の異なる横方向の配列磁石としたものをハルバッハ配列と呼称する。図2の場合は磁石5個を1組とするハルバッハ配列の最小組み合わせとなっているが、更に磁石数を増やしてもハルバッハ配列は成立する。また、図1の振動減衰装置は5組のハルバッハ配列磁石を平面上に配置しているが、その組数は任意である。
As shown in FIG. 2, the
以下、ハルバッハ配列による配列磁石及び導電性板12の作用効果について説明する。
Hereinafter, the function and effect of the array magnet and the
図2の破線で示したように、第1配列磁石11をハルバッハ配列とすれば、その形成する磁束は原理的に配列の片側方向、即ち図2における導電性板12側のみとなり、その反対側の磁束はほぼゼロとなる。そしてその磁束密度は、従来の配列磁石即ち磁石11Bと11Dを設けない配列磁石に対して略2倍となる。
As shown by the broken line in FIG. 2, when the
図3には、所定の寸法構造を有する5個1組のハルバッハ配列磁石を対向させた本発明の振動減衰装置と、従来の横方向磁石の無い配列を対向させた振動減衰装置とのギャップ寸法に対する反発力特性比較図である。この例によれば、実用的なギャップ寸法7mmに対する反発力は、従来の約1200Nに対して本発明では4000N弱となっており、3倍以上の反発力が得られていることが分かる。 FIG. 3 shows a gap size between the vibration damping device of the present invention in which a set of five Halbach magnets having a predetermined dimensional structure is opposed to the conventional vibration damping device in which an array without a lateral magnet is opposed. It is a repulsive force characteristic comparison figure with respect to. According to this example, the repulsive force with respect to a practical gap size of 7 mm is less than 4000 N in the present invention with respect to the conventional about 1200 N, and it can be seen that the repulsive force is three times or more.
次に、導電性板12の作用について説明する。図2における導電性板12は、図1に示した固定フレーム10に図示しない支柱等を用いて固定されている。この状態で第2配列磁石31が振動したとき、第2配列磁石31が作る磁束が導電性板12を横切る。これによって導電性板12には電磁誘導の法則により電流が生じ、その電流は上記振動を減衰させるような方向に磁束を発生する。これを磁気減衰と呼称するが、この磁気減衰は無接触で作用し、減衰力が振動速度に極めて正確に比例するのが特徴である。
Next, the operation of the
次に図1における弾性体の弾性体支持部材20A及び20Bについて説明する。
Next, the elastic
上述したように、第1配列磁石11と第2配列磁石31は互いに反発するような磁極配置となっている。従って、振動抑制対象物の重量にもよるが、弾性体支持部材20Aは引っ張りばね特性を有する部材とすることが好ましい。これに対し、横方向の振動を吸収するための弾性体支持部材20Bは圧縮ばね特性を有する部材とすることが好ましい。
As described above, the
また、電車のトイレ等通常の振動抑制対象に適用する場合は、バネ力が線形で設計が容易で耐久力に優れ、且つメンテナンスが容易な炭素鋼、合金鋼、アルミニウム等の金属材料によって弾性体支持部材を形成することが好ましい。 Also, when applied to normal vibration suppression objects such as train toilets, elastic bodies are made of metal materials such as carbon steel, alloy steel, and aluminum that have a spring force that is linear, easy to design, durable, and easy to maintain. It is preferable to form a support member.
逆に、インバータ装置の内部部品等の絶縁が必要な振動抑制対象、或いは乗用車の荷台など軽い振動抑制対象に適用する場合は、ゴム、液体、流体などの非金属材料によって弾性体支持部材を形成することが好ましい。この場合、振動粘着減衰が大きい材料であれば更に振動を吸収するのに効果的である。 Conversely, when applied to vibration suppression targets that require insulation such as internal parts of inverter devices, or light vibration suppression targets such as passenger car platforms, elastic support members are formed from non-metallic materials such as rubber, liquid, and fluid. It is preferable to do. In this case, a material having a large vibration adhesion attenuation is more effective in absorbing vibration.
また、固定フレーム10及び可動フレーム30は、通常は溶接加工が可能で簡単に任意の形状を実現できる炭素鋼、合金鋼、銅合金、あるいはアルミニウムなどの金属材料を用いるが、量産時のコスト低減を期待する応用については、配列磁石の製造時にフレームと一体成型を行うことが可能な、モールド、プラスチック、木材などの非金属材料を用いても良い。
In addition, the
以上説明したように、本発明によれば磁束がギャップ内に集中するため、外部への磁束の漏れが少ない。また、従来と同一の反発力を得るには、従来の磁石に比べ薄い磁石を採用することができ、所謂薄肉化構造の採用が可能となる。この薄肉化構造を採用することによって一般に振動伝達率が小さくなり、大きくゆっくりした低周波の揺れに対しても効果的に振動を抑制することが可能となる。 As described above, according to the present invention, since the magnetic flux is concentrated in the gap, the leakage of the magnetic flux to the outside is small. Moreover, in order to obtain the same repulsive force as in the past, it is possible to employ a magnet that is thinner than a conventional magnet, and a so-called thinned structure can be employed. By adopting this thin-walled structure, the vibration transmissibility is generally reduced, and vibration can be effectively suppressed even for large and slow low-frequency fluctuations.
以下、本発明の実施例2に係る振動減衰装置を図4及び図5を参照して説明する。 A vibration damping apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図4(a)、図4(b)は本発明の実施例2に係る振動減衰装置の従断面図である。この実施例2の各部について、図1の本発明の実施例1に係る振動減衰装置の従断面図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例2が実施例1と異なる点は、図4(a)においては第2配列磁石31Aを2個1組の可動配列磁石とした点、図4(b)においては第1配列磁石11Aを2個1組の固定配列磁石とした点である。
4 (a) and 4 (b) are secondary sectional views of the vibration damping device according to Embodiment 2 of the present invention. In the second embodiment, the same parts as those in the sub-sectional view of the vibration damping device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The difference between the second embodiment and the first embodiment is that in FIG. 4A, the
図5に、図4(a)における配列磁石の説明図を示す。図示したように、第1配列磁石11は図2で説明した5個1組のハルバッハ配列である。一方第2配列磁石31Aは、横方向外側に磁極が向いた磁石31Aと31Bとによって構成されている。この場合、第2配列磁石31Aはハルバッハ配列とはなっていないので、配列磁石上部への磁束が存在する。この図5に示す磁石配列も、同極性の磁極が対向するように配列されている。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the array magnet in FIG. As shown in the figure, the
このように構成された配列磁石によれば、可動部の磁石を2個と少なくしているので、可動部の重量を小さくして振動抑制効果を大きくすることが可能となる。 According to the array magnet configured as described above, since the number of the magnets of the movable part is reduced to two, it is possible to reduce the weight of the movable part and increase the vibration suppressing effect.
図4(b)に示した配列磁石は、図5の配列磁石の固定部と可動部を反転させた配列となっている。即ち、第1配列磁石を、横方向外側に磁極が向いた異方向配列の2つの磁石で構成し、第2配列磁石を5個1組のハルバッハ配列とする。固定側の寸法制限がある場合等にはこの反転させた組み合わせも有効である。 The array magnet shown in FIG. 4B is an array in which the fixed portion and the movable portion of the array magnet in FIG. 5 are reversed. That is, the first array magnet is composed of two magnets arranged in different directions with the magnetic poles facing outward in the lateral direction, and the second array magnet is a set of five Halbach arrays. This inverted combination is also effective when there is a dimension restriction on the fixed side.
図6(a)、図6(b)は夫々本発明の実施例3に係る振動減衰装置の従断面図及び振動減衰装置の可動部の斜視図である。この実施例3の各部について、図1(a)、図1(b)の本発明の実施例1に係る振動減衰装置の従断面図及び振動減衰装置の可動部の斜視図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例3が実施例1と異なる点は、固定フレーム11の内側側面部に第3配列磁石13を設けた点、この第3配列磁石13と対向する可動フレーム30の外側側面部に第4配列磁石32A、32Bを設けた点、である。
6A and 6B are a sectional view of a vibration damping device and a perspective view of a movable part of the vibration damping device according to Embodiment 3 of the present invention, respectively. About each part of this Example 3, it is the same part as each part of the subordinate cross-sectional view of the vibration damping device and the perspective view of the movable part of the vibration damping device according to Example 1 of the present invention shown in FIGS. Are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The third embodiment is different from the first embodiment in that a third array magnet 13 is provided on the inner side surface portion of the fixed
尚、図6(a)においては第4配列磁石32Aに対向する第3配列磁石13のみが図示されている。また、第4配列磁石32A、32Bと第3配列磁石13のギャップ内に導電性板を設けても良い。更に、側面部の高さが高い場合は、平面部の場合と同様、側面部の第3配列磁石及び第4配列磁石を平面状に分布配列させても良い。 In FIG. 6A, only the third array magnet 13 facing the fourth array magnet 32A is shown. Further, a conductive plate may be provided in the gap between the fourth array magnets 32 </ b> A and 32 </ b> B and the third array magnet 13. Furthermore, when the height of the side surface portion is high, the third array magnet and the fourth array magnet on the side surface portion may be distributed in a planar manner as in the case of the flat surface portion.
このような構成を採用することにより、水平、垂直両方向の振動防止が可能となり、交通車両に搭載される制御機器、空調設備機器、及びトイレ等の可動部を3次元の振動抑制対象装置として扱うことが可能となる。 By adopting such a configuration, it is possible to prevent vibrations in both the horizontal and vertical directions, and to handle movable parts such as control equipment, air conditioning equipment, and toilets mounted on traffic vehicles as three-dimensional vibration suppression target devices. It becomes possible.
図7は本発明の実施例4に係る振動減衰装置の可動部の斜視図である。この実施例4の各部について、図1(b)の本発明の実施例1に係る振動減衰装置の可動部の斜視図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例4が実施例1と異なる点は、第2配列磁石31を可動フレーム30の平面の中心部から放射状に設けるようにした点、弾性体支持部材20Aのほかに可動フレーム30の回転方向に力が作用するねじり回転ばね21を設けた点である。
FIG. 7 is a perspective view of the movable portion of the vibration damping apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. In the fourth embodiment, the same parts as those in the perspective view of the movable part of the vibration damping device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The fourth embodiment is different from the first embodiment in that the second arrayed
可動フレーム30の平面部の中心から放射状に設けられた第2配列磁石31の固定フレーム側の対向面には第1配列磁石があり、ギャップに設けられた導電性板とともに可動部の回転方向の振動を抑制する。ねじり回転ばね21は、例えば巻き始めの端部が可動フレーム30に固定され、巻き終わりの端部を固定フレーム側に固定するようにする。このようにすれば、上記配列磁石による可動部の回転方向の力とのバランスによって回転方向の振動を抑制することが可能となる。
The
尚、放射状に設けられた第2配列磁石31とねじり回転ばね21は、必ずしも組み合わせて使用する必要はなく各々独立して使用することが可能である。
The radially arranged
図8は本発明の実施例5に係る振動減衰装置の従断面図である。この実施例5の各部について、図4(a)の本発明の実施例2に係る振動減衰装置の従断面図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例5が実施例2と異なる点は、弾性体支持部材20A、20Bに代え球面状の弾性体支持部材20Cを設けた点である。
FIG. 8 is a secondary sectional view of a vibration damping device according to Embodiment 5 of the present invention. Regarding the respective parts of the fifth embodiment, the same parts as those of the sub-sectional view of the vibration damping device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. The fifth embodiment differs from the second embodiment in that a spherical
球面状の弾性体支持部材20Cには非鉄金属材料の振動粘着係数の大きい弾性体を用いることが好ましい。このような球面状の弾性体支持部材を用いた構成を採用することにより、3次元方向の振動を吸収することが可能となる。
It is preferable to use an elastic body having a large vibration adhesion coefficient made of a non-ferrous metal material for the spherical elastic
10 固定フレーム
11、11F 第1配列磁石
11A、11B、11C、11D、11E 磁石
12 導電性板
13 第3配列磁石
20A、20B、20C:弾性体支持部材
21 ねじり回転ばね
30 可動フレーム
31、31A 第2配列磁石
31B、31C 磁石
32A、32B 第4配列磁石
10 fixed
20A, 20B, 20C: elastic
30
Claims (9)
前記第1配列磁石とギャップを介して同磁極が対向するように可動フレームに取り付けられ、磁極の向きを異方向配列とした複数個の永久磁石から成る第2配列磁石と、
前記固定フレームと前記可動フレームを連結する弾性体支持部材と、
前記第1配列磁石と前記第2配列磁石とが対向する面に平行に前記ギャップ内に設けられ、前記固定フレームに支持された導電性板と
を備え、
前記第1配列磁石と前記第2配列磁石のうち少なくとも1つをハルバッハ配列とすると共に、
前記弾性体支持部材は回転ばねとし、
その回転中心を前記固定フレームまたは前記可動フレームの平面部の略中心位置に配置したことを特徴とする振動減衰装置。 A first array magnet comprising a plurality of permanent magnets attached to a fixed frame and having magnetic poles arranged in different directions;
A second array magnet composed of a plurality of permanent magnets attached to the movable frame so that the same magnetic pole faces the first array magnet via a gap, and the orientation of the magnetic poles is arranged in a different direction;
An elastic support member for connecting the fixed frame and the movable frame;
A conductive plate provided in the gap parallel to a surface where the first array magnet and the second array magnet face each other, and supported by the fixed frame;
At least one of the first array magnet and the second array magnet is a Halbach array ,
The elastic body support member is a rotary spring,
The vibration damping device according to claim 1, wherein the center of rotation is arranged at a substantially central position of a plane portion of the fixed frame or the movable frame .
前記第2配列磁石は2個を一組とする可動磁石とし、
前記第1配列磁石の磁極中心位置と前記第2配列磁石の反発する磁極中心位置が互いに対向するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の振動減衰装置。 The first array magnet has a Halbach array of 5 magnets,
The second array magnet is a movable magnet having a set of two,
2. The vibration damping device according to claim 1, wherein a magnetic pole center position of the first array magnet and a repulsive magnetic pole center position of the second array magnet face each other.
前記第2配列磁石は5個を1組とするハルバッハ配列とし、
前記第2配列磁石の磁極中心位置と前記第1配列磁石の反発する磁極中心位置が互いに対向するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の振動減衰装置。 The first array magnet is a fixed magnet composed of two pieces,
The second array magnet has a Halbach array of 5 pieces,
2. The vibration damping device according to claim 1, wherein a magnetic pole center position of the second array magnet and a repulsive magnetic pole center position of the first array magnet face each other.
前記第1配列磁石と前記第2配列磁石の反発する磁極中心位置が互いに対向するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の振動減衰装置。 Both the first array magnet and the second array magnet have a Halbach array in which a set of five is provided,
2. The vibration damping device according to claim 1, wherein repulsive magnetic pole center positions of the first array magnet and the second array magnet face each other.
前記固定フレームの平面部及び前記可動フレームの平面部に
夫々平面配列したこと特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の振動減衰装置。 4. A plurality of sets of the first array magnets and a plurality of sets of the second array magnets are arranged in a plane on the plane portion of the fixed frame and the plane portion of the movable frame, respectively. 2. The vibration damping device according to item 1.
磁極の向きを異方向配列とした複数個の永久磁石から成る複数組の第3配列磁石を前記固定フレームの側面部に、
各々の前記第3配列磁石とギャップを介して同磁極が対向するように可動フレームに取り付けられ、磁極の向きを異方向配列とした複数個の永久磁石から成る複数組の第4配列磁石を前記可動フレームの側面部に
夫々平面配列したこと特徴とする請求項5に記載の振動減衰装置。 Furthermore,
A plurality of sets of third array magnets composed of a plurality of permanent magnets having different orientations of magnetic poles on the side surface of the fixed frame,
A plurality of sets of fourth array magnets comprising a plurality of permanent magnets attached to the movable frame so that the same magnetic poles face each of the third array magnets through a gap, and the magnetic poles are arranged in different directions. The vibration damping device according to claim 5, wherein the vibration damping device is planarly arranged on each side surface of the movable frame.
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