JPH03149430A - 慣性力発生装置 - Google Patents

慣性力発生装置

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JPH03149430A
JPH03149430A JP2187816A JP18781690A JPH03149430A JP H03149430 A JPH03149430 A JP H03149430A JP 2187816 A JP2187816 A JP 2187816A JP 18781690 A JP18781690 A JP 18781690A JP H03149430 A JPH03149430 A JP H03149430A
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rotor
pair
mass
rotating
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JP2187816A
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William S Jensen
ウィリアム・エス・ジャンセン
David Ng
デービッド・エング
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Hutchinson Aerospace and Industry Inc
Original Assignee
Barry Wright Corp
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D19/00—Control of mechanical oscillations, e.g. of amplitude, of frequency, of phase
    • G05D19/02—Control of mechanical oscillations, e.g. of amplitude, of frequency, of phase characterised by the use of electric means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/22—Compensation of inertia forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/001—Vibration damping devices
    • B64C2027/004—Vibration damping devices using actuators, e.g. active systems
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ∪産業上の利用分野） 本発明は、振動制御に関し、より詳細には、特に航空機
のエンジンあるいはそのようなものが発生する好ましく
ない振動を除去するために、制御可能な振動数、振幅、
方向、位相を備えた周期的な力を発生するアクティブな
慣性力発生！ｉ　Ｉｔ　Ｉｉ：　ＩＩＩする。
（従来技術）　 機械的に生じた振動の発生あるいは振動伝達を制御する
目的で、種々の機構や装置が知られている。これらは一
般に下記のカテゴリに区分される。すなわち、 （１）フライホイ　ルダンパのようなパッシブな振動ダ
ンパ。
（２）ショックマウントのような振動を絶縁するもの。
（３）好ましくない振動に対抗する周期的な力を発生す
る水力振動機。
（４）ＩＩ械的に且つアクティブに振動を相殺するもの
。
本発明は最後のグループに属する。本グループでは、往
復動、あるいは回転動のいずれか一方の装置が既に開示
されている。例えば、米国特許３．２０８，２９２には
、可変の力を生ずる発振機が開示されている。すなわち
、該発振機は４つの不均衡なフライホィールを有し、こ
れらフライホィール辻２つの平行軸上に、反対方向に回
転する対として配置されている。そして、デファレンシ
ャルギヤが、心重量部の間の角度を変更し得るように配
置され、これにより発生する振動の大きさが変更される
。米国特許３，２０９，５２５、米国特許４，２８９，
０４２並びに米国特許４゜６６７．５３２には２つまた
は３つの偏心ウェイトを備えた複数の装置が示されてい
る。しかしながら、これらの装置は、いずれも、発生さ
れた力の振動数、大きさ並びに方向を同時に制御するも
のではなく、また、本装置と他の振動源との間の位相を
修正するものでもない、米国特許４．６８８．３５５は
、研削機械用の水圧型自動バランサ装置が示されている
ものの、該装置は水圧を対向して作用させる不動の備品
を必要とし、また他の装置によって発生した振動を相殺
しあるいは除去するために、慣性力を発生し得るもので
はない。
このような従来の装置は、そのいずれも、作動中に、そ
の振動力の大きさ、振動数、位相、そして方向を同時に
変更することができない。つまり、直ちに可変とされる
振動数、大きさ、方向。
そして位相を備えた相殺周期力を作ると言う問題は、従
来技術によって部分的にだけ取り組まれているだけであ
り、解決済みの問題ではない。
前述の点に鑑み、本発明の目的は、種々の振動数、大き
さ、そして方向を持つエンジン振動等を除去するための
周期的な慣性力を発生する装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、好ましくない振動とこれを除去す
る力との間の適した位相を維持するための装置を提供す
ることにある。
本発明の更に他の目的は、共通平面内だけに力のベクト
ルを産み出すために、共通平面で入れ子とされた複数の
ロータを備えた回転式機械的な振動除去装置を提供する
ことにある。
本発明の更なる目的は、本装置の慣性力を、その周りの
慣性力に適合させるため務こ、本装置周りで検知された
振動ｉこ応して、自動的に振動除去装置を制御すること
である。
（問題点を解決するための手段） 上記目的は、好ましくない振動を除去する力を発生する
ための慣性力発生装置により達成される。この慣性力発
生装置は、不動のハウジングと、第１及び第２の対をな
す偏心ウェイトロータとを有し、該偏心ウェイトロータ
は上記ハウジング内において全てのロータに対して共通
とされた軸回りに回転される。
また。本慣性力発生装置は、ハウジングの中でロータを
回転させる手段と、各々のロータ対の２、　つの偏心質
量の中心間の角度を制御する手段とを有し、これにより
各ロータ対の有効な質量偏心が可変とされる。ここに、
ロータは、不均衡な部分を有し、この不均衡部の全てが
径方向に入れ子とされて、回転軸に対して垂直な共通平
面内で遠心力のベクトルを生じる様にされている。択一
的な形状として、不均衡部分は並置された並行な扱で構
成され、これらの板は回転軸に沿って並んで配置され、
互いに出来るだけ近接し、且つ回転軸に対して垂直に配
置される。
（実施例） 以下に、図面に示す慣性力発生装ｆＩＩＮ（ｌ：基づい
て本発明を具体的に説明する。
第１ａ因を参照すると、本装置は２つの対をなすロータ
１２．１４及び１６．１８を内蔵したハウジングｌＯか
らなり、該ロータ１２．１４及び１６．１Ｂは、共通軸
２０に同軸的に設けられて、該共通軸２０回りに回転可
能とされている。
内側のロータは、夫々、その内側に配置された対をなす
ころがり軸受を介して上記共通軸２０に軸支されている
。すなわち、第１ａ図において、上記ロータ１２を支え
る軸受（図面に向って左側に配置された一対の軸受）を
符号３２．３４で示し、前記ロータ１６を支える軸受（
図面に向って右側に配置された一対の軸受）を符号３６
．３８で示しである。
前記２つの外側軸受１４．１８は、夫々、対をなすころ
がり軸受、すなわち、図中左側に配置された一対の軸受
４２．４４と、図中右側に配置された一対の軸受４６．
４８によって支承されている。
各ロータは第１の直径を有する駆動スリーブからなり、
該駆動スリーブは、環状の肩によって、いくぶん大きな
径のシェル完全紀接読されている。該４つのシェルは第
１ａ図において５２．５４．５６．５８で示され、それ
らは十分に異なる直径を有し、装置を２分する縦軸紀対
して垂直な共通の面の回りでシェルが互いに入れ子にな
っている。一つのシェルの外径はその回りのシェルの内
径よりも小さく、シェルのどれもが隣接するシェルと接
触しないように空隙を残しである。このように、シェル
の間は機械的接続を有していない、各シェルは、偏心部
６０を残して、そのセグメントが切欠かれ【第２図参照
）、該偏心部６０は所望の偏心率を提供している。シェ
ルの寸法（直径と厚さ）と偏心部の寸法（扇形角と長さ
）は、異なった直径にもかかわらず、シェルの質量偏心
が同一となるように選ばれる。「質量偏心」はシェルの
質量を意味し、回転軸からの質量中心の半径方向の距離
によって増大する。質量中心は、そのうちの１つが示さ
れているが、第２図において参照符号Ｍで表され、ロー
タの共通軸に垂直な共通の平面の上あるいは近くにあり
、それにより有効な正味の慣性力は実質的に上記平面内
にある。
第１ａ図に戻って、環状の速度可変の駆動モータがロー
タの夫々番こ結合されており、ロータ１２．１４．１６
．１８に対するモータばそれぞれ６２．６４．６６．６
８で示されている。各々のロータは、静止部位と可動部
位とを有し、該静止部位は装置の静止部位（ハウジング
ｌＯあるいは軸２０の何れか）に結合され、可動部位は
対応するロータに結合されている。
第１ｂ図は装置の他の具体例を示しており、第１ａ図と
は主として外側のロータを支える軸受の配置が異なって
いる。第１ａ図と同一の部材は同一の参照番号によって
示され、一方、異なる構成要素は１００番台による第１
図のそれとは違う参照番号によって示されている。２つ
の外側のロータ１１４，１１８は、その外側に位置する
対のころがり軸受番こよって支えられて、図中左側の対
は１４２．１４４で示され、右側の対は１４６．１４８
で示される。ロータの配置と、本具体例の作用は第１ａ
図と同様なので、これ以上の説明を省略する。
第２図を参照すると、夫々のロータは、その外表面にお
いて、周回りに間隔をおいて付されたマーク、すなわち
磁石（特許請求の範囲において［トリガ」と総称する）
７０を備え、その通過を検出して信号を出力する手段の
近傍において、その信号から個々のロータの速度と角度
位置が求められる。第１図に７２．７４．７６．７８で
示されるセンサは光学的なものか磁気的なものであり。
ハウジングの開口に配置されている。
第３ａ図は多様な振動数、大きさ、そして方向の好まし
くない振動を作り出すであろうエンジン８０の上に据え
付けられた慣性力発生装置ｌＯを示している。加速度計
８２は装置の近傍にエンジンの上の装置ｌＯの上か、ま
たは装置から遠い構造物の上のどちらかに据え付けられ
ている。２つの加速度計が用いられるときには、一般に
、必ずしもそうではないが、力平面の中で、互いに直角
となるように載置される。センサの交互の配列は、本出
願に基づいて、ジオホン、またはマイクロホンを含む、
加速度計からの出力は、時間領域の振動の情報を取り込
み振動数領域へ変換するＦＦＴプログラムモジュール８
４に向けられる。該プログラムは励磁評価プログラム８
６に対する情報を用意する。該励磁評価プログラム８６
はＦＦＴプログラムからの振動数領域情報を取り込み、
またフォースキャンセラの影響を除去した後、その結果
に判定基準を与えて除去すべき振動を決定する。プログ
ラム８６の出力は、振動数が調整可能とされたフィルタ
８Ｂによって濾過され、該フィルタ８８は、更新プログ
ラム９０により同調と質量の偏心の調整のために、明瞭
な信号を与える。該コンピュータ更新プログラム９０は
好ましくない振動を除去するのに必要とされる質量偏心
と振動数を算出する。
プログラム９０からのデータはメモリ９２に蓄積され、
蓄積された値はコンピュータ８６によってアクセスされ
る。プログラムモジュール９４は、モジュール９０及び
モジュール９６からの信号を受取る。上記モジュール９
６は、装置ｌｏのセンサ７２．７４．７６．７８からの
振動数、オフセット角θ並びに位相情報を確定する。モ
ジュール９０は更に装置ｌＯの振動数（速度）、オフセ
ット角と位相（エンジンに関して）を変更するのに必要
なモータ駆動信号を生成する。
第３ｂ図には、自動制御システムの概略構成が示され、
第３ａ図に示す要素８４．８６．８８が１つのモジュー
ル１７５に置き換えられていることを除いては、同じコ
ンピュータプログラムモジュールとされている。この簡
単な構造け、他の手法で上述したものと同一であり、ま
た同一の作用を行なう、すなわ−ち、エンジン８０の振
動に対して発生された振動力の振動数、振幅、方向、そ
して位相の整合を行なう。
操作において、コンピュータ９４は、電源装置と共に、
上記装置の４つのモータに力を供給して、上記ロータを
駆動し、エンジン速度に関連して、エンジン速度あるい
はその積分フラクションと等しい望ましい速度とする。
ロータの左側の対１２．１４は一方向に回転し、右側の
対は、同じ速度で逆方向に回転する。第２図において、
個々のロータシェルによって生じた慣性力のベクトルが
Ｆで示され、この符号Ｆに対応するシェルの符号が付記
されている。個々の偏心による慣性力は、正味の有効な
力Ｆｅを生じ、この方Ｆｅの大きさと方向は、大きさと
、個々の力の間のオフセット角θとに依存する。角θが
１８０′″のとき、２つの質量中心は対向している。そ
して、対の有効な偏心は０となる。一方、それらが一直
線に並ぶとき（θ＝０°）、質量の偏心は最大となる。
このように、質量の偏心中心の間のオフセット角θを変
更することによって対をなすロータにより生じた慣性力
の大きさが制御される。
２つ対のオフセット角は、異なった値で、個々独立して
制御され得る。すなわち、両方の対のオフセットは、実
質的に同一に保持され、正弦曲線を持つ正味の力を往復
動させる。両方の対のオフセットが異なっているとき、
角の配置の大きさを変えるような偏心力が生じる。
生じた慣性力のピークの方向は２つのロータ対の間の位
相差を制御すること番こよって制御される。八ウジング
の中でロータ対が回転することにより、それぞれの回転
の間に、有効な質量の中心は２つの対向する点で一列に
並ぶ。
逆方向に回転している第１と第２のロータ対の有効な質
量中心が整合した点で、組み合わされた慣性力が最大に
なる。すなわち、質量中心が１８０°反対になっている
ときは最小、つまり零であり、実質的には第２図で示さ
れるようになる。右と左のロータ対の間の位相関係の制
御番こよって、不動の八ウジングに対して一列に並んだ
点の角度位置がセットされ、その結果、生じた最小と最
大の正味の力のベクトルの方向が思うままに変更される
。
エンジンが発生した振動の消去を目的とする上述の装置
によれば、ロータとエンジンの間の位相は制御システム
によって自動的に調節され、その結果、装置によって発
生された慣性力のピークは、それに対抗するエンジンの
慣性力に対して適した位相となる。
発生された慣性力の振動数はロータの速度を変えること
により変更される。これにより、その周囲に関する位相
に加えて、発生した最大及び最小の慣性力の振動数、振
幅及び方向は、装置の操作によって連続的に制御できる
。
第４図は、他の具体例を示し、入れ子になったシェル（
全ての偏心した質量の中心を共通の平面に並べることが
できる）の形状に代わる前記ロータが平行な偏心１！ｉ
ｔ２５２．２５４，２５６．２５８とされ、これらの板
は薄く、可能な限り近接されて、共通平面の近傍で力を
発生するようにされている。共通の平面上で結果として
力を得るという目的は、本実施例で達成される。
本装置の上述した使用方法、つまりエンジンに本装置を
付設することは一例としての例示であり、本装置ｔによ
りなし得る大きさと振動数の範囲内で、周期的に、かつ
モニタし得る振動数の変化が存在するいかなる環境に対
しても、本装置を使用し得るものである。
上述した装置を個々の振動数と大きさに適応させるよう
に変更することば、第３ａ図、１１３ｂ図に図示する制
御システムの詳細のように、当業者の範囲で考慮される
。
本発明の実施にあたり、２つの対をなすロータが好まし
く、同様に４の倍数を用いることが可能である。
本発明が適用される他の変形例において、特許請求の範
囲に示す発明が考慮されるべきであり、上記の説明は早
番こ本発明の一例として説明したにすぎない。
【図面の簡単な説明】
太１ａ図は、発明を具体化した装置を直径平面に沿って
示す断面図。 第１ｂ図は、他の具体例を第１ａ図と同様に直径平面に
沿って示す断面図、 第２図は、図示を明瞭にするために、ケーシングあるい
は他の部分を省略して示す第１ａ図の装置の分解斜視図
、 第３ａ図は、エンジンに据え付けられた時に、該エンジ
ンの発生した振動を除去するために、本発明に係る装置
を制御するシステムの主要な構成要素を示す図。 第３ｂ図け、第３ａ図に対応し、その変形例を示す図。 第４図は、本発明の第２の具体例を示し、第１ａ図に相
当する図である。 ＩＯ＝ハウジング １２．１４二対をなすロータ １６．１８二対をなすロータ ２０：共通軸 ４２．４４二対をなす軸受 ４６．４８二対をなす軸受 ５２．５４．５６．５８ニジエル ６０：偏心部 ６２．６４．６６．６８：モータ ７２．７４．７６．７８：センサ ２５２．２５４．２５６．２５８ ：偏心板 Ｆ：ベクトル θ：オフセット角 ′叡

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）好ましくない振動を除去するために周期的な力を
    発生する慣性力発生装置であって、 不動のハウジングと、 該ハウジング内に配置された第１、第２の偏心したロー
    タの対と、を有し、 該ロータは、その全てに対して共通する軸回りに回転し
    、各々のロータは、それぞれ偏心質量中心を含む不均衡
    部を有し、該不均衡部は径方向に入れ子とされて、前記
    軸に垂直な共通平面内で力のベクトルを発生させるよう
    にされ、 更に、 前記ロータの対を逆方向に回転させる回転手段と、 前記ロータの各対の内で、該ロータの質量中心間の角度
    を制御して、各ロータの対の有効な質量偏心を変更させ
    る制御手段と、 該装置によって発生された除去力の方向を制御するため
    にロータの対の間の位相角を調整する調整手段と、 からなる慣性力発生装置。 （２）請求項（１）において、 前記ロータの全てが、実質的に同一の質量偏心を有する
    もの。 （３）好ましくない振動を除去するために周期的な力を
    発生する慣性力発生装置であって、 不動のハウジングと、 該ハウジング内に配置された第１、第２の偏心したロー
    タの対と、を有し、 該ロータは、その全てに対して共通する軸回りに回転し
    、各々のロータは、それぞれ偏心質量中心を含む不均衡
    部を有し、該不均衡部は径方向に入れ子とされて、前記
    軸に垂直な共通平面内で力のベクトルを発生させるよう
    にされ、 更に、 前記ロータの対を逆方向に回転させる回転手段と、 前記ロータの各対の内で、該ロータの質量中心間の角度
    を制御して、各ロータの対の有効な質量偏心を変更させ
    る制御手段と、からなり、 前記ロータは、実質的に同一の質量偏心を有し、また前
    記各不均衡部が不均衡シェルからなり、該シェルは、同
    軸に且つ相互に非接触状態で配置されて、個々独立して
    回転可能とされている慣性力発生装置。 （４）請求項（３）において、 前記回転手段が複数のモータからなり、各モータは、前
    記ロータの対応する１つに連結されているもの。 （５）請求項（４）において、 前記モータの全てが、前記ロータを同一の絶対速度で回
    転させるもの。 （６）請求項（５）において、 前記シェルの各々は、質量中心が位置する第１平面を有
    し、また前記ロータの各対の内で、該ロータの前記第１
    平面の間のオフセット角を可変とする角度変更手段を有
    するもの。（７）請求項（５）において、 前記ロータの各対の内で、該ロータの質量中心間の角度
    を制御する前記制御手段が、絶えず変化する大きさの偏
    心力の発生のために、ロータの各対の内で異なるオフセ
    ットを維持するもの。 （８）好ましくない振動を除去するために周期的な力を
    発生する慣性力発生装置であって、 不動のハウジングと、 該ハウジング内に配置された第１、第２の偏心したロー
    タの対と、を有し、 該ロータは、その全てに対して共通する軸回りに回転し
    、各々のロータは、それぞれ偏心質量中心を含む不均衡
    部を有し、該不均衡部は径方向に入れ子とされて、前記
    軸に垂直な共通平面内で力のベクトルを発生させるよう
    にされ、 更に、 前記ロータの対を逆方向に回転させる回転手段と、 前記ロータの各対の内で、該ロータの質量中心間の角度
    を制御して、各ロータの対の有効な質量偏心を変更させ
    る制御手段と、 前記ハウジング内に支持され、前記共通の軸に沿って延
    びるシャフトと、からなり、 前記ロータの各対は内側ロータと外側ロータからなり、
    前記ロータの各対の内側ロータが前記シャフト上の軸受
    によって支持され、前記ロータの各対の外側ロータが前
    記ハウジング上の軸受によって支持されてなる慣性力発
    生装置。 （９）請求項（８）において、 前記ロータの各対の内で、該ロータの質量中心間の角度
    を制御する前記制御手段が、前記ロータの両対において
    、実質的に等しいオフセット角を維持するもの。 （１０）請求項（８）において、 更に、好ましくない振動の大きさ、方向並びにと振動数
    を測定する加速度計を含むもの。（１１）請求項（１０
    ）において、 更に、前記ハウジングの上に設けられ、前記各ロータに
    対して、該ロータの周回りに間隔をおいて記されたマー
    クを検出する２つの対をなすセンサと、 該センサからの信号を受け、前記各ロータの角速度と位
    置とを決定する決定手段と、 該決定手段及び前記加速度計からの信号を受け、前記回
    転手段を制御する回転制御手段と、を有し、 該回転制御手段は、好ましくない振動を除去するために
    、前記ロータの速度、オフセット並びに位相を調節する
    調整手段からなるもの。 （１２）好ましくない振動を除去するために周期的な力
    を発生する慣性力発生装置であって、 不動のハウジングと、 該ハウジング内に配置された第１、第２の偏心したロー
    タの対と、を有し、 該ロータは、その全てに対して共通する軸回りに回転し
    、各々のロータは、それぞれ偏心質量中心を含む不均衡
    部を有し、該不均衡部は径方向に入れ子とされて、前記
    軸に垂直な共通平面内で力のベクトルを発生させるよう
    にされ、 更に、 前記ロータの対を逆方向に回転させる回転手段と、 前記ロータの各対の内で、該ロータの質量中心間の角度
    を制御して、各ロータの対の有効な質量偏心を変更させ
    る制御手段と、からなり、 前記各ロータは、周回りに間隔を置いて配置された一連
    のマークを備え、 そして、更に前記ハウジングの上に設けられ、前記各ロ
    ータに対して、通過する前記マークを検出する２つの対
    をなすセンサと、からなる慣性力発生装置。 （１３）請求項（１２）において、 更に、前記センサからの信号を受け、前記各ロータの角
    速度と位置を決定する手段を有するもの。 （１４）請求項（１２）において、 更に、前記２つのロータの対の有効な質量中心の配置点
    を変更する手段を有するもの。 （１５）好ましくない振動を除去するために周期的な力
    を発生する慣性力発生装置であって、 不動のハウジングと、 該ハウジング内に配置された第１、第２の偏心したロー
    タの対と、を有し、 該ロータは、その全てに対して共通する軸回りに回転し
    、各々のロータは、それぞれ偏心質量中心を含む不均衡
    部を有し、該不均衡部は径方向に入れ子とされて、前記
    軸に垂直な共通平面内で力のベクトルを発生させるよう
    にされ、 更に、 前記ロータの対を逆方向に回転させる回転手段と、 前記ロータの各対の内で、該ロータの質量中心間の角度
    を制御して、各ロータの対の有効な質量偏心を変更させ
    る制御手段と、 該装置によって発生された除去力の方向を制御するため
    にロータの対の間の位相角を調整する調整手段と、から
    なり、 前記ロータが、前記軸に対して垂直なほぼ中央平面内に
    力のベクトルを生じさせるために、前記軸に対して垂直
    とされ、接近して隣り合う板からなる慣性力発生装置。 （１６）請求項（１５）において、 更に、好ましくない振動に対抗し、該振動を除去するた
    めに、該振動に対する前記装置の位相を調整する手段を
    有するもの。
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