JP6254707B2 - 磁石を用いた振動低減装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動源と構造物との間に形成される振動低減装置に関し、より詳細には、磁石の斥力を用いて振動源の振動を減衰する振動低減装置に関する。

人工衛星は様々なシステムで構成される。中でも、姿勢及び軌道制御システムは、人工衛星体の姿勢及び軌道に影響を与える撹乱要素に対してタスクを遂行する際に、所望の方向に人工衛星体を指向させながら安定化させる。外部撹乱により発生する姿勢誤差を検出するためには種々のセンサが用いられるが、正確度の要求条件に応じて高度の装置と技術が用いられている。

衛星の姿勢情報は種々のセンサを用いて測定及び予測され、検出された姿勢情報と、所望の値との間に差があるか否かを比較した後、差がある場合に駆動機が動いてその誤差を補正する。

衛星を所望の姿勢に指向または維持する際に、リアクションホイールのような駆動機などが用いられ、かかる振動源によって高周波微小振動が発生する。高周波微小振動は、衛星の指向安定性や搭載された様々なシステムの性能を低下させる主要要因の一つとして作用するため、高解像度衛星では、この微小振動を低減させる振動制御機が用いられる。

一般に、振動制御機は、受動、能動、及び半能動制御機に分類され得る。

能動低減装置は、能動素子を用いて振動を低減する装置であって、遮断しようとする周波数範囲及びシステム特性に応じて適切な制御技法を用いる。この際、能動低減装置は、遮断すべき対象が設計時における情報から変化した場合、再度設計しなければならないという問題がある。

受動低減装置は、振動源から発生したエネルギーを分散させる方法を用いる。受動低減装置は具現が容易であって、低減しようとする周波数が決まっている場合、高周波領域での振動低減特性に優れ、且つ機能的信頼性に優れるため、人工衛星の振動源の低減装置として多く用いられている。

通常、振動制御機の振動減衰材料として、エラストマーが多く用いられている。振動源と構造体との間に振動制御機が設けられ、振動源から発生する振動を弾性体のエラストマーにより減衰させることで、振動が構造体に至らないようにする。

特許文献１には、エラストマーを用いた振動低減装置について記載されている。

一般に、振動低減装置は、振動実験時に宇宙空間と同一の条件を形成するための無重力装置が必要である。エラストマーを用いた振動低減装置は、振動実験時に、エラストマーが振動の低減機能及び振動源の支持機能をともに担う。

韓国特許出願公開第２００８‐００８５１８０号（「エラストマー系モジュール式多軸振動／衝撃用防振装置」、２００８．０９．２３）

しかし、エラストマーは、持続的な振動源の荷重により変形が生じるという問題があり、大きい衝撃が加えられる場合や振動実験が長時間持続する場合、エラストマーの性能が低下したり破損したりする問題が発生する。また、振動低減装置の保管時にもエラストマーの永久変形が発生する恐れがあり、変形されたエラストマーを用いて振動実験を行ったり人工衛星に用いたりする場合、振動低減装置が本来の機能を担うことができず、人工衛星の性能が低下することになる。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、磁石の斥力を用いて振動低減装置を形成し、振動源の振動による装置の破損や変形の確率を減少させる振動低減装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、折り曲げ部が形成された磁石を用いて、振動減衰作業時に発生する中心軸（作動軸）の歪みを追加調整作業を行うことなく制御可能な振動低減装置を提供することにある。

本発明の磁石を用いた振動低減装置は、３次元ｘｙｚ座標系を基準として、ｚ方向に離間した振動源６００と構造物７００との間に備えられ、磁石を用いて前記振動源６００の振動を減衰する振動低減装置１００であって、ｘｙ平面上に形成され、前記振動源６００のｚ方向の前記構造物７００の方の前記振動源６００と結合される支持台２００と、前記支持台２００の端部の外側面の全体に複数形成される第１磁石２１０と、内部が中空となっており、且つ前記支持台２００を囲むように形成されていて、前記構造物７００のｚ方向の前記振動源６００の方の前記構造物７００と結合される本体３００と、前記第１磁石２１０と対応するように前記本体３００の内側面の全体に複数形成される第２磁石３１０と、を含んでなり、前記第１磁石（２１０）と第２磁石（３１０）の全ての外側面が同一の極からなり、前記第１磁石２１０と第２磁石３１０の斥力を用いて振動を減衰する。

前記磁石を用いた振動低減装置１００は、前記第１磁石２１０が内側方向に折り曲げられて形成され、前記第２磁石３１０が前記第１磁石２１０と対応するように折り曲げられて形成される。

前記磁石を用いた振動低減装置１００は、前記支持台２００と前記本体３００との間にエラストマー４００をさらに備える。

前記支持台２００は、前記支持台２００上に分離及び結合可能であるように形成される分離部を有する。

前記磁石を用いた振動低減装置１００は、前記分離部を介して分離されるモジュール１５０が形成されており、前記モジュール１５０は、前記支持台２００と様々な方向に結合可能である。

本発明の振動低減装置は、磁石間の斥力を用いて振動源の荷重を支持し、振動を減衰することで、地上で振動実験を行う際に無重力装置が不要であり、前記振動源の荷重及び振動による変形及び破損の危険が低減する効果がある。

また、本発明の振動低減装置は、支持台と本体との間に発生する斥力の大きさが全て同一であるようにすることで、振動減衰動作後に別の調整作業を行うことなく振動源の中心軸（作動軸）を一定に維持することができて、中心軸（作動軸）の歪みによる衛星の姿勢制御誤差を防止する効果がある。

本発明による振動低減装置の斜視図である。 本発明による振動低減装置の配置図（ａ）〜（ｃ）である。 本発明による振動低減装置モジュールの斜視図である。 本発明の第１実施例による振動低減装置モジュールの図３Ａ‐Ａ´線での断面図（ａ）及び図３Ｂ‐Ｂ´線での断面図（ｂ）である。 本発明の第２実施例による振動低減装置モジュールの断面図である。 本発明のエラストマーの様々な実施例による断面図（ａ）〜（ｃ）である。 本発明の振動低減装置の締結方法の他の実施例による断面図である。

以下、本発明の技術的思想を添付図面を用いてより具体的に説明する。

添付図面は、本発明の技術的思想をより具体的に説明するために示した一例に過ぎないため、本発明の技術的思想が添付図面の形態に限定されるものではない。

図１は本発明による振動低減装置の斜視図である。

本発明の磁石を用いた振動低減装置１００は、３次元ｘｙｚ座標系を基準として、ｚ方向に離間した振動源６００と構造物７００との間に備えられ、磁石の斥力を用いて振動源６００の振動を減衰する。

より詳細に説明すれば、本発明の磁石を用いた振動低減装置は支持台２００の一側に形成され、前記支持台２００の他側は前記振動源６００のｚ方向の前記構造物７００の方の前記振動源６００と結合され、本体３００は、前記構造物７００のｚ方向の前記振動源６００の方の前記構造物７００と結合される。

一方、前記支持台２００は、ｘｙ平面上に形成されており、前記支持台２００上に分離部が形成されて前記支持台２００から分離及び結合可能であって、前記支持台２００から分離される部分を振動低減装置モジュール１５０という。

図２は本発明による振動低減装置１００の配置図である。

前記振動源６００の振動は、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の全ての方向に発生可能であり、複数の方向に同時に振動が発生することができる。

例えば、前記振動源６００の振動がｘ軸及びｙ軸方向に発生していると仮定すると、前記モジュール１５０がｘ軸方向にのみ配置されている場合には、ｘ軸の振動を支持することは容易であるが、ｙ軸に発生する振動は支持しにくい。

したがって、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、前記モジュール１５０がｘｙ平面上に少なくとも３つ以上備えられ、放射状に配置されて、前記振動源６００を安定して支持して振動を減衰させる。

前記モジュール１５０は、前記振動源６００のサイズ、重量及び慣性モーメントなどの要求条件に応じて適切な個数備えられる。

本発明では、振動源６００と構造物７００が上下方向に離間して形成されているため、本発明では便宜上、上下方向をｚ方向と称している。

しかし、振動源６００と構造物７００が必ずしも上下方向に離間して形成されるわけではないため、必ずしも上下方向がｚ方向であるのではなく、ｘｙｚ座標系の回転により、振動源６００と構造物７００が様々な方向に備えられることができるということを説明する。

例えば、振動源６００と構造物７００が左右方向に離間して形成される場合、本発明は、ｘｙｚ座標系を回転して、左右方向をｚ方向と称することができる。

図３は本発明による振動低減装置モジュール１５０の斜視図である。図４（ａ）は、本発明の第１実施例による振動低減装置１００のモジュール１５０の図３Ａ‐Ａ´線の断面図であり、図４（ｂ）は図３Ｂ‐Ｂ´線の断面図である。

図３及び図４に示すように、本発明の振動低減装置１００は、支持台２００と、第１磁石２１０と、本体３００と、第２磁石３１０と、を含んでなる。

前記支持台２００はｘｙ平面上に形成されており、前記第１磁石２１０は前記支持台２００の端部の外側面に形成される。前記本体３００は、内部が中空となっており、前記支持台２００を囲むように形成される。前記第２磁石３１０は、前記第１磁石２１０と対応するように前記本体３００の内側面に形成される。

図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、前記第１磁石２１０は、前記支持台２００の外側面全体に備えられており、前記第２磁石３１０は、前記第１磁石２１０と対応するように前記本体３００の内側面全体に形成される。

図５は本発明の第２実施例による振動低減装置モジュール１５０の断面図である。

図５に示すように、第１実施例と異なって、第２実施例による本発明の振動低減装置１００は、前記第１磁石２１０と前記第２磁石３１０が折り曲げられて形成される。より詳細に説明すれば、第１磁石２１０は内側方向に折り曲げられて形成され、第２磁石３１０は第１磁石２１０と対応するように同じ方向に折り曲げられて形成される。図５では、前記第１磁石２１０が内側方向に折り曲げられて示されているが、反対に、前記第１磁石２１０が外側方向に折り曲げられて形成され、第２磁石３１０が前記第１磁石２１０と対応するように同じ方向に折り曲げられて形成されてもよい。

宇宙の軌道上で、振動源６００の中心軸（作動軸）が衛星の姿勢制御に影響するため、振動減衰後にも、振動源６００が中心軸（作動軸）を一定に維持するようにすることが非常に重要である。本発明の振動低減装置１００において、振動減衰動作後に、前記第１磁石２１０と前記第２磁石３１０上に形成された折り曲げ部は、対応する折り曲げ部の間に元の基準位置に戻ろうとする性質が強く発生して、変形された振動源６００の中心軸（作動軸）をより速かに原位置に戻すことができる。したがって、振動源６００の中心軸（作動軸）が速やかに且つ正確に一定の位置に維持されるため、衛星の姿勢制御時に発生し得る誤差を減少させる効果がある。

本発明の振動低減装置１００は、前述したように、前記振動源６００の振動を斥力を用いて減衰するものである。したがって、前記第１磁石２１０と前記第２磁石３１０は、前記振動源６００の重量に十分に耐えて、位置を一定に維持しなければならない。

したがって、前記第１磁石２１０と前記第２磁石３１０は、前記振動源６００の重量と最大衝撃荷重などを十分に支持できるように、必要に応じて適切なサイズに形成される。

また、本発明の振動低減装置１００は、振動源６００の荷重を十分に支持し、且つｘｙｚ軸の全方向に発生する振動を容易に減衰しなければならないため、前記支持台２００の外側面全体に第１磁石２１０が備えられることが好ましい。また、前記本体３００の内側が前記支持台２００の外側形状と対応するように形成され、この本体３００の内側面に、前記第２磁石３１０が前記第１磁石２１０と対応するように備えられることが好ましい。

一方、前記第１磁石２１０と第２磁石３１０は、全ての外側面が同一の極からなる。例えば、前記支持台２００の側面に形成された前記第１磁石２１０とこれに対応する前記第２磁石３１０がＮ極であり、前記支持台２００の上面に形成された前記第１磁石２１０とこれに対応する前記第２磁石３１０がＳ極である場合には、前記支持台２００と前記本体３００との間の引力が発生して、前記振動源６００の振動減衰性能が低下し、前記振動源６００の中心軸（作動軸）の歪み現象が発生し得る。したがって、前記第１磁石２１０と第２磁石３１０の外側面は、全てがＮ極からなるか、または全てがＳ極からなることが好ましい。

前記第１磁石２１０と第２磁石３１０の全ての外側面が同一の極からなるため、前記第１磁石２１０と第２磁石３１０により発生する斥力の大きさが全て同一である。すなわち、前記支持台２００と前記本体３００との間の間隔は、何れの位置でも同一であり、前記第１磁石２１０と第２磁石３１０により発生する斥力によって、振動減衰のための動作後にも、別の調整作業を行うことなく距離を一定に維持することができる。したがって、前記構造物７００と前記振動源の中心軸（作動軸）を容易に維持することができる。

従来の振動低減装置は、振動を減衰するための材料としてエラストマーのみを用いるため、地上で振動実験を行うためには、宇宙環境に近似した環境を作るための無重力装置が必要である。しかし、本発明の振動低減装置１００は、前記第１磁石２１０と前記第２磁石３１０により発生する斥力を用いて、無重力条件に近似した条件を維持することができるため、無重力装置を用いることなく実験を容易に行うことができる。また、本発明の振動低減装置１００を振動源６００と構造物７００との間に備えて保管する場合、振動源６００の荷重による変形や破損がないため、容易に長時間保管が可能であるという利点がある。

また、本発明の振動低減装置１００は、前記本体３００と前記支持台２００とが斥力によって所定間隔離間するように形成される。すなわち、前記本体３００と前記支持台２００が非接着式で結合されているため、接着部の剥れまたは衝撃荷重による変形や損傷がないという利点がある。

図６は本発明の振動低減装置に備えられたエラストマーの様々な実施例の断面図である。

図６に示すように、本発明の振動低減装置１００は、前記本体３００と前記支持台２００とを連結するエラストマー４００をさらに備える。

図６（ａ）に示すように、前記エラストマー４００は、前記支持台２００の頂点または角部分に備えられており、前記振動源６００から発生した定格荷重以上の振動によって発生可能な前記支持台２００と前記本体３００との衝突による破損を防止する効果がある。

または、図６（ｂ）、図６（ｃ）に示すように、前記エラストマー４００は、前記支持台２００の外側面と前記本体３００の内側面とを連結するように形成され、前記振動源６００の振動をより容易に減衰して、減衰効果を増大させる。

本発明の振動低減装置１００は、前記第１磁石２１０と前記第２磁石３１０の斥力を用いて、前記振動源６００の支持及び振動の低減を行うものであり、前記エラストマー４００は、前記振動源６００の振動減衰時に前記支持台２００の動きを制限するなどの補助機能を担う。

前記エラストマー４００は、図面に示された形態に限定されず、前記振動源６００の振動の大きさに応じて適宜設計し、様々な形態で形成されて備えられる。

図７は本発明の振動低減装置１００の締結方法の他の実施例を示した図である。

図７に示すように、前記モジュール１５０と前記支持台２００とが、互いに垂直となるように締結されることができる。または、前記モジュール１５０を所定角度回転させて、前記支持台２００と所定角度を維持するように形成されて結合されてもよい。前記モジュール１５０は、上記の実施例に限定されず、前記支持台２００と様々な方向及び様々な方法により締結されることができる。

本発明は上記の実施例に限定されず、適用範囲が多様であることは勿論、請求範囲にて請求する本発明の要旨を逸脱することなく様々な変形実施が可能である。

１００ 振動低減装置
１５０ 振動低減装置モジュール
２００ 支持台
２１０ 第１磁石
３００ 本体
３１０ 第２磁石
４００ エラストマー
６００ 振動源
７００ 構造物

Claims (5)

1. ３次元ｘｙｚ座標系を基準として、ｚ方向に離間した振動源（６００）と構造物（７００）との間に備えられ、磁石を用いて前記振動源（６００）の振動を減衰する振動低減装置（１００）であって、
   ｘｙ平面上に形成され、前記振動源（６００）のｚ方向の前記構造物（７００）の方の前記振動源（６００）と結合される支持台（２００）と、
   前記支持台（２００）の端部の外側面の全体に複数形成される第１磁石（２１０）と、
   内部が中空となっており、且つ前記支持台（２００）を囲むように形成されていて、前記構造物（７００）のｚ方向の前記振動源（６００）の方の前記構造物（７００）と結合される本体（３００）と、
   前記第１磁石（２１０）と対応するように前記本体（３００）の内側面の全体に複数形成される第２磁石（３１０）と、を含んでなり、前記第１磁石（２１０）と第２磁石（３１０）の全ての外側面が同一の極からなり、前記第１磁石（２１０）と第２磁石（３１０）の斥力を用いて振動を減衰する、磁石を用いた振動低減装置（１００）。
2. 前記第１磁石（２１０）が内側方向に折り曲げられて形成され、前記第２磁石（３１０）が前記第１磁石（２１０）と対応するように折り曲げられて形成される、請求項１に記載の磁石を用いた振動低減装置（１００）。
3. 前記支持台（２００）と前記本体（３００）との間にエラストマー（４００）をさらに備える、請求項１に記載の磁石を用いた振動低減装置（１００）。
4. 前記支持台（２００）は、前記支持台（２００）上に分離及び結合可能であるように形成される分離部を有する、請求項１に記載の磁石を用いた振動低減装置（１００）。
5. 前記分離部を介して分離されるモジュール（１５０）が形成されており、前記モジュール（１５０）は、前記支持台（２００）と様々な方向に結合可能である、請求項４に記載の磁石を用いた振動低減装置（１００）。

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