JP5170545B2

JP5170545B2 - 能動型防振装置

Info

Publication number: JP5170545B2
Application number: JP2008173726A
Authority: JP
Inventors: 和己小川
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2028-07-02
Also published as: JP2010014174A

Description

本発明は、能動型防振装置に関し、詳しくは、加振体を駆動振動させることにより、振動源からの振動を能動的に抑制する技術に関する。

上記のように構成された能動型防振装置として特許文献１及び特許文献２に示されるものが存在する。

特許文献１では、上下のヨーク金具２０、１２の中間の中間軸３０の外周にコイル１８を巻回し、これらの外周に加振金具１４を配置している。上下のヨーク金具２０、１２のスペーサ６２と加振金具１４のスペーサ６４とに亘って板バネ１６を備えることにより、ヨーク金具２０、２１の系に対して加振金具１４が上下方向に変位自在に支持された構成となる。

この構成の装置においてコイル１８に対する電力を調節することにより、ヨーク金具２０、２１の系に対し、加振金具１４を一方に作動させ、板バネ１６の付勢力により元の位置に復元させる形態で上下方向に往復作動させ、共振の作用も利用して振動の抑制を実現している。

特許文献２では、主枠体２に対して軸４によって上下方向に案内される可動マス７を支持し、この可動マス７を弾性的に支持するコイルスプリング１４、１５を備え、可動マス７に備えた永久磁石１０に主枠体２に備えた電磁コイル１３に電磁力を作用させて振動を作り出す構成を備えている。軸４の下端に調整マス１６を固定し、軸４に固定された円板１７を可動マス７に対して磁着又は分離できるようにしている。

この構成では、円板１７が可動マス７に磁着しない状態ではコイルスプリング１４、１５に対して可動マス７、永久磁石１０及びリング部材１１によって構成される質量（小質量状態）が作用する。また、円板１７が可動マス７に磁着する状態では、円板１７、軸４、調整マス１６が可動マス７と一体となり、コイルスプリング１４、５に対して可動マス７、永久磁石１０、リング部材１１、円板１７、軸４、調整マス１６で構成される質量（大質量状態）が作用する。

このように小質量状態と大質量状態とに切り換えることにより、共振周波数が変化し、抑制可能な複数の振動に対応できる。

特開２００２‐１８１１２６号公報（段落番号〔００３０〜００５７〕、図１〜図３）特開平６‐７４２９４号公報（段落番号〔０００８〜００２３〕、図１〜図４）

しかしながら、特許文献１に記載された装置では、バネ共振を利用して大きい加振力を作り出しているため、特定の周波数に対する振動抑制効果が得られるものの、異なる周波数の振動に対しては振動の抑制を効果的に行えず改善の余地がある。

そこで、特許文献２に記載される構成を採用することも考えられる。しかしながら、この特許文献２ではバネに作用する質量の切り換えにより、共振周波数の切り換えを行う構成であるため、必然的に重量物を必要とするため装置の重量化や大型化に繋がる不都合を招くものであった。

特に、自動車で発生する振動を考えると、エンジンの回転数の変動や、変速系の変速段の設定や、車内の換気装置のファンの駆動等の要因により車体に伝わる振動が変動するものであり、このように異なる振動に対する抑制が求められている。

本発明の目的は、異なる周波数の振動の抑制が可能な能動型防振装置を合理的に構成する点にある。

本発明の特徴は、電磁ソレノイドから作用する磁気によって駆動軸芯方向に往復作動する加振体が支持バネを介してハウジングに支持されると共に、連係部を介して前記加振体に連係し、かつ、バネ定数の変更が可能なバネ体を有する共振ユニットが備えられ、前記電磁ソレノイドは前記振動軸線方向に重なるように複数設けられ、互いに逆向きに巻回されている点にある。

この構成により、電磁ソレノイドから作用する磁気によって、共振周波数に等しい周波数となるように振動軸線の方向に加振体を往復作動させることで、外部の振動源からの振動を抑制できる。また、共振ユニットのバネ体のバネ定数を変更することにより、連係部を介して加振体にバネ体から作用するバネ力も変化するため共振周波数を変更でき、振動源の周波数が変動する場合にも、その周波数の振動も抑制できる。更に、本発明では共振ユニットのバネ体のバネ定数を変更することで共振周波数を変更できるので、共振周波数を変更するために用いる重量物を備える必要もない。また、電磁ソレノイドに電流を供給した場合には、各々の電磁ソレノイドに逆方向に電流が流れ、異なる向きの磁力を加振体に作用させる。従って、異なる周波数の振動の抑制し得る能動型防振装置が大型化を招くことなく構成された。

本発明は、前記共振ユニットが、半径方向での幅と厚みとが異なる断面形状となる棒状の前記バネ体と、このバネ体を、その長手方向の軸芯周りで回転自在に前記ハウジングに支持する軸受部とで構成されても良い。これによると、棒状のバネ体の回転姿勢を変更するだけで振動軸線方向でのバネ定数を変化させて共振周波数を変更し、結果として広い範囲の周波数の振動に対応して振動の抑制が可能となる。

本発明は、一対の前記バネ体が、前記振動軸線を挟む位置に平行姿勢で配置され、この一対のバネ体の回転姿勢を、前記振動軸線を挟んで対称となる姿勢に維持する連動機構が備えられ、夫々のバネ体における前記軸芯周りでの回転姿勢を設定するアクチュエータが備えられても良い。これによると、対称に配置した一対のバネ体の姿勢が等しく変更されるので、共振の偏りを招くことなく振動の抑制が実現する。

本発明は、前記共振ユニットが、線材をコイル状に成形して成る前記バネ体と、このバネ体に対する嵌合量が調節可能となる溝部が形成された嵌合体とを備えても良い。これによると、コイル状のバネ体と、嵌合体との嵌合量の調節によってバネ体のバネ定数を変更することになり、バネ定数を無段階に変更して広い範囲の周波数の振動に対応して振動の抑制が可能となる。

本発明は、前記共振ユニットが、前記振動軸線と直交する姿勢のアーム状の前記バネ体と、このバネ体に対して移動自在に支持されたウエイトとを備えても良い。これによると、アーム状のバネ体に対するウエイトの位置の調節を行うだけで、バネ定数を無段階に変更して広い範囲の周波数の振動に対応して振動の抑制が可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１の実施形態〕
図１に示すように、本発明の能動型防振装置は、シリンダ状のメインハウジング１と、基端側のベースハウジング２と、プレート状の底壁３とを重ねる位置関係で配置すると共に、メインハウジング１を覆うケース４を備えている。メインハウジング１には電磁ソレノイドＳＬを備え、メインハウジング１の内部に電磁ソレノイドＳＬからの磁気の作用により振動軸線Ｘに沿って往復移動自在に加振体１０を備えている。更に、この能動型防振装置は、ベースハウジング２にバネ定数の変更が可能なバネ体２１を有する共振ユニット２０を備え、これらを制御する制御ユニット３０を備えている。

この能動型防振装置は、自動車等の車両の車体や座席のフレーム等に備えられるものであり、エンジン等の振動源の周波数、位相、振動レベルに対応した共振振動を発生させることで能動的に振動の抑制を行うダンパ機能を有している。

自動車ではアイドリング状態におけるエンジンからの振動と、走行状態におけるエンジンからの振動とにおける周波数や加速度（振幅）が異なるものであり、走行状態においても変速段によってもエンジンからの周波数や加速度が異なるものである。このように周波数等が異なる振動も抑制できるように、この能動型防振装置では、振動軸線Ｘの方向での共振ユニット２０のバネ体２１のバネ定数を変更することにより共振周波数を変更できるように構成されている。

この能動型防振装置は図１に示す姿勢で設置されるとは限らないが、同図に示すように、メインハウジング１を上側、ベースハウジング２を下側として説明する。

メインハウジング１は、縦向き姿勢の振動軸線Ｘを中心としたシリンダ状内面を有し、その上部と下部とには絶縁皮膜を有した線状の導体をコイル状に巻回した電磁ソレノイドＳＬが配置され、夫々の電磁ソレノイドＳＬの内面側にリング状の固定ヨーク５が配置されている。また、電磁ソレノイドＳＬはボビン６に導体を巻回した構造を有しており、メインハウジング１はボビン６をセットできるように３つの部材を組み合わせた構造を有している。

上側と下側との電磁ソレノイドＳＬは駆動電力の供給時に逆方向に電流が流れるように、互いに逆向きに巻回され、（図４を参照）、駆動電力の供給時には上側の電磁ソレノイドＳＬの上側と、下側の電磁ソレノイドＳＬの下側とに同じ極性の磁極が現れる。

〔加振体〕
加振体１０は、上面と下面とに異なる磁極（一方がＮ極、他方がＳ極）が現れる円盤状のマグネット１１（永久磁石）と、この上面と下面とに密着状態で配置される鉄等の円盤状の磁性体で成る可動ヨーク１２と、これらを上下方向に貫通するセンタロッド１３とで構成されている。このような構成から、マグネット１１と、可動ヨーク１２と、メインハウジング１の固定ヨーク５と、電磁ソレノイドＳＬとで磁気回路が形成される。

この加振体１０は、メインハウジング１の上面と下面とに備えられた支持バネ１４に挟み込まれる状態で配置され、センタロッド１３は支持バネ１４に上下方向に貫通し、上端のネジ部に螺合するナット１５によって固定されている。

支持バネ１４は、鋼板等のバネ材料を円盤状に成形すると共に、弾性変形を容易に行われるためのスリット（図示せず）が渦巻き状や放射状に形成されている。尚、この支持バネ１４として、帯状の板バネや、コイル状のバネを用いても良い。

メインハウジング１の上面の支持バネ１４と、メインハウジング１と、メインハウジング１の下側の支持バネ１４とを貫通し、ベースハウジング２に螺合する連結ボルト１６によってこれらが一体連結されている。

〔共振ユニット〕
図１〜図３に示すように、共振ユニット２０は、振動軸線Ｘと直交する姿勢となる仮想平面上で、振動軸線Ｘを挟んで平行する位置に配置された棒状のバネ体２１と、このバネ体２１の長手方向に沿う軸芯周りで回転自在にベースハウジング２に支持する軸受部２２とを備えている。

更に、この共振ユニット２０は、バネ体２１の回転姿勢を、振動軸線Ｘを挟んで対称となる姿勢に維持させるように互いに咬合する一対のギヤ２３（連動機構の一例）と、バネ体２１の回転角度を計測するロータリエンコーダ２４と、出力ギヤ２５Ａを介してバネ体２１の回転姿勢を設定するアクチュエータとしての電動モータ２５とを備えている。尚、連動機構として、歯付きベルトあるいは無端チェーン等を用いて良く、リンク部材やロッドを組み合わせた機械的な連係構造を用いても良い。

バネ体２１は、断面形状が円形となる素材の２箇所を加工することにより、幅が素材の直径と等しく、厚みＴが幅Ｗより薄い寸法となる板状部２１Ａを有する形状に成形されている。また、このバネ体２１の長手方向の中央位置の断面形状が円形の係合部２１Ｂをセンタロッド１３の下端部に形成された一対の凹部１３Ｂに係合させている。この係合部２１Ｂと凹部１３Ｂとで本発明の連係部が構成されている。また、本発明では、連係部としてバネ体２１の係合部２１Ｂをセンタロッド１３に穿設された貫通孔に挿通する構成であっても良い。

連動機構としての一対のギヤ２３は、バネ体２１の軸芯に沿う方向視において、板状部２１Ａの姿勢が図３（ａ）、（ｂ）に示す如く、対称となる姿勢を維持するように同じ歯数の平歯ギヤが用いられている。

本発明では、電動モータ２５によってバネ体２１の回転姿勢を設定する構成に代えて、バネ体２１の回転姿勢を人為操作で設定する構成を採用して良い。

このような構成から、能動型防振装置の共振周波数は、支持バネ１４のバネ定数と、バネ体２１のバネ定数と、加振体１０の重量とから決まる。
〔制御ユニット〕
制御ユニット３０は、図４に示すように、外部の振動源の周波数、位相、振動レベルを検出するように加速度センサ等で成るセンサユニット３０Ｓからの信号の入力系を備えている。

この制御ユニット３０は、センサユニット３０Ｓから入力する振動の周波数、振動の位相、振動のレベルを判定する振動判定部３１を備えると共に、この振動判定部３１の判定結果に基づいて電磁ソレノイドＳＬに供給する駆動電力と供給周期とを設定する電力設定部３２と、この振動判定部３１の判定結果のうち振動の周波数に基づいて、共振ユニット２０における共振周波数を変更するようにバネ体２１の回転姿勢を設定する姿勢制御部３３とを備えている。

電力設定部３２は、駆動電力として交流のように流れる方向が正逆に切り換わる電流が用いられる。この駆動電力により電磁ソレノイドＳＬが交互に作り出す磁極との吸引力と反発力とが順次切り換わり、結果として、駆動電力の周波数と同期した周期で、駆動電力に対応した振幅で振動軸線の方向に沿って加振体１０が往復作動し、この振動によって外部の振動源からの振動を抑制する。

また、共振ユニット２０の一対のバネ体２１の回転姿勢を変更することにより、バネ体２１のうち振動軸線Ｘの方向での板状部２１Ａのバネ定数が変化し、この変化とともに装置全体での共振周波数が変化し、これにより外部からの振動を無段階に抑制できる。

本発明の能動型防振装置では、バネ体２１の回転姿勢と能動型防振装置の共振周波数との関係がテーブルデータ等の形態で制御ユニット３０に保存されている。従って、外部の振動源の周波数をセンサユニット３０Ｓで検出した場合には、保存されているデータに基づいて、検出した周波数に対応した共振周波数と一致する共振周波数を得るように共振ユニット２０のバネ体２１の回転姿勢を設定し、かつ、この共振周波数に対応した周波数で、検出した振動レベルで、検出した位相に対応した駆動電力を電磁ソレノイドＳＬに供給する制御が行われる。

〔第２の実施形態〕
図５に示すように、第２の実施形態では、メインハウジング１、ベースハウジング２、加振体１０等の振動を作り出す基本的な構成は第１の実施形態と変わるものではなく、共振ユニット２０の構成が第１の実施形態と異なっている。

つまり、ピアノ線等の線材をコイル状に成形して成るバネ体２１を、そのバネ軸芯を振動軸線Ｘと同軸に配置し、その上端をセンタロッド１３の下端に連結し、このバネ体２１の下端側に嵌合体２７を嵌合させている。

嵌合体２７は、バネ体２１が嵌り込む螺旋状の溝部２７Ａが形成された筒状の構造を有しており、この嵌合体２７を振動軸線Ｘ周りで回転操作することにより、振動可能なバネの長さが変化することからバネ定数も変化し、結果として、共振周波数の変更を行えるのである。尚、嵌合体２７は溝部２７Ａとバネ体２１との摩擦力により、相対的な位置関係が維持される。

この嵌合体２７を回転操作する手段は電動モータを想定しているが、人為的に操作する構造を備えても良い。

尚、このようなコイル状のバネ体２１に代えて、棒状のバネ体２１をセンタロッド１３とベースハウジング２とに亘り、振動軸線Ｘに対して直交する姿勢で取り付けておき、この棒状のバネ体２１の中間位置に備えた押え部材を長手方向に移動させるように構成しても良い。

この構成において、押え部材とは棒状のバネ体２１が挿通する貫通孔を有し、底壁３やベースハウジング２に対し、棒状のバネ２１の形成方向にスライド移動自在に支持された構造の部材である。この押え部材のスライド移動により棒状のバネ体２１の有効長さを調節して共振周波数の変更が実現する。

〔第３の実施形態〕
図６に示すように、第３の実施形態では、メインハウジング１、ベースハウジング２、加振体１０等の振動を作り出す基本的な構成は第１の実施形態と変わるものではなく、共振ユニット２０の構成が第１の実施形態と異なっている。

つまり、板状の鋼板等のアーム状のバネ体２１をセンタロッド１３の下端に対し、振動軸線Ｘと直交する姿勢（水平姿勢）で貫通して備え、このバネ体２１の両端部に対して移動自在にウエイト２８を外嵌する状態で備えている。

ウエイト２８にはバネ体２１が挿通する貫通孔２８Ａが形成され、このウエイト２８は貫通孔２８Ａの内面とバネ体２１との摩擦力により相対的な位置関係が維持される。そして、このウエイト２８の位置を変更することでバネ定数も変化し、結果として、共振周波数の変更を行えるのである。

このウエイト２８の位置を調節する際に、人為的な操作力を作用させることを想定しているが、電動モータの駆動力を用いる構成を採用しても良い。

第１の実施形態の能動型防振装置の断面図第１の実施形態のバネ体の形状を示す斜視図第１の実施形態の一対のバネ体の回転姿勢を示す図第１の実施形態の能動型防振装置の制御系のブロック回路図第２の実施形態のバネ体の構成を示す図第３の実施形態のバネ体の構成を示す図

符号の説明

１ハウジング（メインハウジング）
２ハウジング（ベースハウジング）
１０加振体
１４支持バネ
２０共振ユニット
２１バネ体
２２軸受部
２３連動機構（ギヤ）
２５アクチュエータ（電動モータ）
２７嵌合体
２７Ａ溝部
２８ウエイト
ＳＬ電磁ソレノイド
Ｔ厚み
Ｗ幅
Ｘ振動軸線

Claims

電磁ソレノイドから作用する磁気によって振動軸線方向に往復作動する加振体が支持バネを介してハウジングに支持されると共に、連係部を介して前記加振体に連係し、かつ、バネ定数の変更が可能なバネ体を有する共振ユニットが備えられ、前記電磁ソレノイドは前記振動軸線方向に重なるように複数設けられ、互いに逆向きに巻回されている能動型防振装置。
前記共振ユニットが、半径方向での幅と厚みとが異なる断面形状となる棒状の前記バネ体と、このバネ体を、その長手方向の軸芯周りで回転自在に前記ハウジングに支持する軸受部とで構成されている請求項１記載の能動型防振装置。
一対の前記バネ体が、前記振動軸線を挟む位置に平行姿勢で配置され、この一対のバネ体の回転姿勢を、前記振動軸線を挟んで対称となる姿勢に維持する連動機構が備えられ、夫々のバネ体における前記軸芯周りでの回転姿勢を設定するアクチュエータが備えられている請求項２記載の能動型防振装置。
前記共振ユニットが、線材をコイル状に成形して成る前記バネ体と、このバネ体に対する嵌合量が調節可能となる溝部が形成された嵌合体とを備えている請求項１記載の能動型防振装置。
前記共振ユニットが、前記振動軸線と直交する姿勢のアーム状の前記バネ体と、このバネ体に対して移動自在に支持されたウエイトとを備えている請求項１記載の能動型防振装置。