JP6594764B2 - Variable inertia mass damping device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば二部材間に生じる接近離反方向の相対振動を低減するための慣性質量を利用した制振装置に関する。 The present invention relates to a vibration damping device that uses an inertial mass to reduce relative vibration in the approaching / separating direction generated between two members, for example.
回転慣性質量型の制振装置は、特許文献1に記載のように、二部材間の直線的振動をボールねじ及びこれに螺合するボールナットで回転運動に変換し、ボールねじに一体的に結合された慣性体を回転させて、慣性体の慣性モーメントにより制振対象である二部材間の振動を抑制する。
As described in
本発明は、二部材間の振動の緩急に応じて慣性体の慣性モーメントを変更して効果的に制振することができる制振装置を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a vibration damping device capable of effectively damping vibration by changing the moment of inertia of an inertial body according to the speed of vibration between two members.
上記課題を解決するため、本発明においては、制振対象である一方の部材と制振対象である他方の部材との間に固定され、振動に伴う両者間の直線的相対移動を回転運動に変換する運動変換機構と、この運動変換機構に連結して共回りするようにケーシング2内に回転自在に支持される回転軸部材6と、この回転軸部材6と係合し、その慣性モーメントにより回転抵抗を付与する慣性体7とを具備させ、慣性体の慣性モーメントを運動変換機構により慣性質量に変換して振動を抑制する慣性質量型制振装置1を構成する。ケーシング2は、回転軸部材6及び慣性体7を磁気回路の一部として磁場Mを形成する電磁石8を備える。慣性体7は、ケーシング2内に回転軸部材6と同軸上に相対回転自在に支持され、回転軸部材6との間に密閉領域11を形成し、密閉領域11に、磁場Mの印加により粘性が変化する磁気粘性流体12を封入した。電磁石8により密閉領域11を横切る磁場Mを印加し、回転軸部材6と慣性体7との間の磁気粘性流体12に対する相対回転に粘性硬度を高めて、慣性体7を回転軸部材6と一体的に回転させる。
In order to solve the above-described problem, in the present invention, the linear relative movement between the two members fixed as a vibration target and the other member as a vibration control object is rotated. A motion conversion mechanism for conversion, a
本発明の制振装置は、電磁石への通電により、密閉領域を横切る磁界を形成し、密閉領域内の磁気粘性流体の粘性硬度を高め、慣性体を回転軸部材と一体的に回転させて、大きな慣性モーメントを付加することができ、運動変換機構により変換された大きな慣性質量が振動を抑制することができる。この制振装置を複数連設すれば、振動の緩急に応じた慣性質量に調整することができ、振動を効果的に抑制することができる。 The vibration damping device of the present invention forms a magnetic field across the sealed region by energizing the electromagnet, increases the viscosity hardness of the magnetorheological fluid in the sealed region, rotates the inertial body integrally with the rotary shaft member, A large moment of inertia can be added, and the large inertial mass converted by the motion conversion mechanism can suppress vibration. If a plurality of vibration control devices are provided in series, the inertial mass can be adjusted according to the speed of vibration, and vibration can be effectively suppressed.
図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1において、本発明における可変慣性質量型の制振装置1は、制振対象である一方の部材に接続部2aを介して固定されるケーシング2と、制振対象である他方の部材に接続部3aを介して固定されるスリーブ3とを具備する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, a variable inertia
ケーシング2は、同軸的に結合された大径シリンダ2bと、小径シリンダ2cとを具備する。大径シリンダ2bは、一端側において端壁2dで閉塞し、他端側において小径シリンダ2cに連通する。接続部2aは端壁2dの外側に固着されている。
The casing 2 includes a large-
ケーシング2の小径シリンダ2c内には、それの軸心を貫通するように、ボールねじ4が設けられる。ボールねじ4は、ケーシング2に、軸周り回転自在、軸方向移動不可能に支持される。
A
スリーブ3は、円筒状で、一端側が小径シリンダ2cに軸方向に進退動可能、軸周り回転不可能に挿入される。
The
小径シリンダ2cに挿入されるスリーブ3の一端部に、ボールねじ4に螺合するボールナット5が固着される。ボールねじ4は、ボールナット5を貫通してスリーブ3の軸心に沿って延びる。ボールナット5は、制振対象である二部材間の振動に伴うケーシング2とスリーブ3との間の軸方向の相対移動をボールねじ4の回転運動に変換する。
A
ボールねじ4には、軸心に沿って延び大型シリンダ2bの両端部に回転自在に支持される回転軸部材6が同軸的に結合される。
The
回転軸部材6周りには、回転軸部材6と隙間を置いて慣性体7が大径シリンダ2bの両端部に回転自在に支持される。慣性体7は、図2に示すように、非磁性材からなるホイール部7aと軟磁性材からなるヨーク部7bとが軸方向に交互に配置固定される。
Around the
大径シリンダ2bの内側壁には、概略円筒状の電磁石8が固定される。電磁石8は、概略円筒状の軟磁性材からなる磁石ケーシング8a内に、コイル8bとヨーク8cとが軸方向に交互に複数固定される。ヨーク8cは、慣性体7のヨーク部7bと対向して配置される。磁石ケーシング8aは、大径シリンダ2bの内壁に嵌合固定される。大径シリンダ2bと回転軸部材6との間には、それぞれ回転用のシール材9,10が介設される。これによって、回転軸部材6と慣性体7との間に密閉領域11が形成される。密閉領域11には、磁気粘性流体12が充填封入される。
A substantially
電磁石8は、図2に示すように、コイル8bの通電により、大径シリンダ2b,慣性体7及び回転軸部材6を磁気回路として、密閉領域11を軸線直交方向に横切る磁場Mを形成する。密閉領域11内の磁気粘性流体12は、電磁石8により印加される磁場Mにより、その粘性硬度が増す。この磁気粘性流体12を介する回転軸部材6と慣性体7との相対回転に対して通常より大きな摩擦力のような抵抗が発生し、実質的に慣性体7に回転が伝達されて、回転軸部材6の慣性モーメントに慣性体7のそれが加わった大きな慣性モーメントが得られる。逆に、コイル8bに電流を流した慣性モーメントの大きな状態から、通電を断つことにより磁場Mを消すと、磁気粘性流体12の粘性が復帰し、回転軸部材6は慣性体7に対して空回り状態となり、小さい慣性モーメントとなる。
As shown in FIG. 2, the
この可変慣性質量型制振装置1においては、制振対象である二部材間の振動に伴うケーシング2とスリーブ3との間の軸方向の相対移動をボールナット5及びボールねじ4により回転軸部材6の回転運動に変換する。回転軸部材6の慣性モーメントは、ボールナット5とボールねじ4により軸線方向の慣性質量に変換される。回転軸部材6と共に慣性体7が回転するときには、回転軸部材6のみが回転するときより大きな慣性モーメントになるため、大きな慣性質量に変換される。
In this variable inertia mass type
制振対象に緩慢な振動が加わると、回転軸部材6のみの小さな慣性モーメントによる小さな慣性質量が作用して振動を許容する。
一方、急激な振動が加わると、電磁石8のコイル8bが通電して、図2に示すように、大径シリンダ2b,慣性体7及び回転軸部材6を磁気回路とする密閉領域11を軸線直交方向に横切る磁場Mを形成し、密閉領域11内の磁気粘性流体12の粘性硬度を増す。この磁気粘性流体12を介して回転軸部材6と慣性体7の間で通常より大きな摩擦力のような抵抗が発生し、この抵抗力により回転軸部材6の回転が慣性体7に伝達される。従って、回転軸部材6と慣性体7が一体となって回転するため、大きな慣性モーメントになり、大きな慣性質量に変換されて、振動を抑制する。
When a slow vibration is applied to the object to be controlled, a small inertia mass due to a small moment of inertia of only the rotating
On the other hand, when a sudden vibration is applied, the
なお、地震等による振動の緩急は、例えば加速度計などのセンサーで検知し、所定値において直流電源に接続される回路が閉じることにより電磁石8に通電するものとする。
It is assumed that the vibration due to an earthquake or the like is detected by a sensor such as an accelerometer, and the
第2の実施形態を図3に示す。なお、以下において先の実施形態と同一の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。この可変慣性質量型制振装置13における回転軸部材6は、一端がボールねじ4に結合され、他端が慣性体14に相対回転自在に支持されている。回転軸部材6上には、大径シリンダ2b内において軸線直交方向に延出する拡径部6aが一体的に形成されている。拡径部6aは、大径シリンダ2bの内側壁の電磁石8の対応する位置に配置される。慣性体14は、回転軸部材6周りに大径シリンダ2bの内壁から隙間を置いて配置され、一端が回転軸部材6上に、他端が大径シリンダ2bの端壁に回転自在に支持される。慣性体14は、図4に示すように、回転軸部材6が貫通する略円柱状の軟磁性材からなる。慣性体14には、回転軸部材6の拡径部6aが内壁面から隙間を置いて配置される密閉領域14aが形成され、ここに磁気粘性流体12が充填封入される。
A second embodiment is shown in FIG. In the following description, the same components as those of the previous embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. One end of the
この可変慣性質量型制振装置13においても、制振対象である二部材間の振動に伴うケーシング2とスリーブ3との間の軸方向の相対移動をボールナット5及びボールねじ4により回転軸部材6の回転運動に変換する。緩慢な振動が加わると、回転軸部材6のみが回転して小さな慣性モーメントが軸線方向の小さな慣性質量に変換されて、振動を許容する。
一方、急激な振動が加わると、電磁石8のコイル8bへの通電により、図4に示すように、大径シリンダ2b、慣性体14及び回転軸部材6の拡径部6aを磁気回路とする密閉領域14aを軸方向に横切る磁場Mを形成し、密閉領域14aに満たされた磁気粘性流体12の粘性硬度が増す。従って、回転軸部材6と共に慣性体14が一体的に回転して、回転軸部材6のみが回転するときより大きな慣性モーメントが軸線方向の大きな慣性質量に変換され、振動を抑制する。
Also in the variable inertia mass type
On the other hand, when sudden vibration is applied, energization of the
第3の実施形態を図5に示す。この可変慣性質量型制振装置15は、第1の実施形態における可変慣性質量型制振装置1と略同一構造の第1及び第2の制振装置15a,15bを軸方向に二つ連設した概略構造である。即ち、ボールねじ4側の第1の可変慣性質量型制振装置15aの回転軸部材6及び大径シリンダ2bは、第2の可変慣性質量型制振装置15bの回転軸部材6及び大径シリンダ2bにそれぞれ軸方向に一体的に結合され、各慣性体7はそれぞれ独立している。密閉領域11内には、磁気粘性流体12が充填封入されている。第1,第2の制振装置15a,15bの電磁石8は、地震等による振動の緩急に応じた慣性質量に対応する慣性モーメントに設定するように一方又は両方が通電される。
A third embodiment is shown in FIG. The variable inertial mass damping
この可変慣性質量型制振装置15の第1及び第2の制振装置15a,15bにおいては、制振対象に緩慢な振動が加わると、これらの回転軸部材6のみの小さな慣性モーメントによる小さな慣性質量が作用して振動を許容する。急激な振動が加わると、第1及び第2の制振装置15a,15bの電磁石8のコイル8bへの通電により、回転軸部材6と共に慣性体7が一体的に回転して、二つの両制振装置15a,15bの大きな慣性モーメントが軸線方向の大きな慣性質量に変換され、振動を抑制する。この際、急激な振動の程度に応じて、第1,第2の可変慣性質量型制振装置15a,15bの一方又は両方の電磁石8を選択的に通電することにより、回転軸部材6に係合する慣性体7の数を変更できるので、振動に応じた慣性質量に調整できる。また、可変慣性質量型制振装置15a,15bの連結数をさらに増やすことにより、振動を抑制する慣性質量を大きくすることができるし、多段階に調整できる。
In the first and second damping
第4の実施形態を図6に示す。この可変慣性質量型制振装置16は、第2の実施形態における可変慣性質量型制振装置13と略同一構造の第1及び第2の制振装置16a,16bを軸方向に連設した概略構造である。即ち、第1,第2の可変慣性質量型制振装置16a,16bの大径シリンダ2bはそれぞれ軸方向に一体的に結合されている。第1の可変慣性質量型制振装置16aの回転軸部材6は、第2の可変慣性質量型制振装置16bの回転軸部材6から独立している。第1の可変慣性質量型制振装置16aの慣性体14は、第2の可変慣性質量型制振装置16bの回転軸部材6に一体に結合している。従って、第2の可変慣性質量型制振装置16bの回転軸部材6は第1の可変慣性質量型制振装置16aの慣性体14と共回りする。そして、第2の可変慣性質量型制振装置16bの慣性体14は、第1及び第2の可変慣性質量型制振装置16a,16bの両電磁石8が通電することにより回転する。
A fourth embodiment is shown in FIG. This variable inertial mass damping
この可変慣性質量型制振装置16の第1及び第2の制振装置16a,16bにおいては、緩慢な振動が加わると、第1の制振装置16aの回転軸部材6のみが回転し小さな慣性モーメントが軸線方向の小さな慣性質量に変換されて、振動を許容する。急激な振動が加わると、第1及び第2の制振装置15a,15bの電磁石8のコイル8bへの通電により、回転軸部材6と共に慣性体7が一体的に回転して、二つの両制振装置15a,15bの大きな慣性モーメントが軸線方向の大きな慣性質量に変換され、振動を抑制する。この際、急激な振動の程度に応じて、第1の可変慣性質量型制振装置15aの電磁石8又は両方の電磁石8を選択的に通電することにより、回転軸部材6に係合する慣性体7の数を変更できるので、振動に応じた慣性質量に調整できる。また、可変慣性質量型制振装置15a,15bの連結数をさらに増やすことにより、振動を抑制する慣性質量を大きくすることができるし、多段階に調整できる。また、可変慣性質量型制振装置16a,16bの連結数をさらに増やすことにより、振動に対して大きな減衰力を発生させることができるし、多段階に調整できる。
In the first and second damping
1 質量可変型慣性制振装置
2 ケーシング
2a 接続部
2b 大径シリンダ
2c 小径シリンダ
2d 端壁
3 スリーブ
3a 接続部
4 ボールねじ
5 ボールナット
6 回転軸部材
7 慣性体
7a ホイール部
7b ヨーク部
8 電磁石
8a 磁石ケーシング
8b コイル
8c ヨーク
9 シール材
10 シール材
11 密閉領域
12 磁気粘性流体
13 密閉領域
14 慣性体
14a ホイール部
14b ヨーク部
15 可変慣性質量型制振装置
15a 第1の可変慣性質量型制振装置
15b 第2の可変慣性質量型制振装置
16 可変慣性質量型制振装置
16a 第1の可変慣性質量型制振装置
16b 第2の可変慣性質量型制振装置
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ケーシングは、前記回転軸部材及び前記慣性体を磁気回路の一部として磁場を形成する電磁石を備え、
前記慣性体は、前記ケーシング内に回転軸部材と同軸上に相対回転自在に支持され、前記回転軸部材との間に密閉領域を形成し、
前記密閉領域には、磁場の印加により粘性が変化する磁気粘性流体を封入し、
前記電磁石により密閉領域を横切る磁場を印加し、前記回転軸部材の前記慣性体に対する相対回転に粘性抵抗を付与して、慣性体を回転軸部材と一体的に回転させることを特徴とする可変慣性質量型制振装置。 A motion conversion mechanism that is fixed between one member that is a vibration suppression target and the other member that is a vibration suppression target, and that converts linear relative movement between the two due to vibration into a rotational motion, and this motion conversion mechanism A rotating shaft member rotatably supported in the casing so as to be connected and rotated together, and an inertial body that engages with the rotating shaft member and applies rotational resistance by the moment of inertia. In inertial mass type damping device that suppresses vibration by converting inertial moment to inertial mass by motion conversion mechanism,
The casing includes an electromagnet that forms a magnetic field using the rotating shaft member and the inertial body as a part of a magnetic circuit,
The inertial body is supported in the casing so as to be relatively rotatable coaxially with the rotary shaft member, and forms a sealed region with the rotary shaft member;
In the sealed area, a magnetorheological fluid whose viscosity changes by application of a magnetic field is enclosed,
A variable inertia characterized by applying a magnetic field across a sealed region by the electromagnet, applying a viscous resistance to the relative rotation of the rotating shaft member with respect to the inertial body, and rotating the inertial body integrally with the rotating shaft member. Mass type damping device.
前記ケーシング内に軸周り回転自在、軸方向移動不可能に支持され、前記回転軸部材に同軸的に結合されるボールねじと、
制振対象である他方の部材に固定され前記ケーシングに軸方向に進退動可能、軸周り回転不可能に挿入され、前記ボールねじに螺合するボールナットを備えたスリーブとを具備することを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の可変慣性質量型制振装置。 The motion conversion mechanism includes a casing fixed to one member that is a vibration control target,
A ball screw rotatably supported about an axis in the casing and supported so as not to move in the axial direction, and coaxially coupled to the rotary shaft member;
A sleeve having a ball nut that is fixed to the other member that is the object of vibration control and that can be moved forward and backward in the axial direction and that cannot be rotated about the axis, and that is screwed into the ball screw. The variable inertial mass damping device according to any one of claims 1 to 5.
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