JPH05240294A - 動吸振機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高効率で波形歪が小さく、対象としない周波
数以外には反応し難いアクティブ型の動吸振機を提供す
る。 【構成】 電動機８，１０の駆動軸９，１２に、互いの
回転が干渉するような位相をもたせて偏心回転体を取り
付ける。主振動体１に、偏心回転体を介して付加質量３
を変位自在に連結する。主振動体１の振動を検出する振
動検出器１６と、偏心回転体の回転角度を検出する角度
検出器１７，１８と、振動検出器１６及び角度検出器１
７，１８の信号に基づき電動機８，１０の速度制御器へ
速度指令を送る制振制御器２１とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は陸上や海上の構造物、あ
るいは、船舶等に取り付けて振動を減少させるために使
用する動吸振機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種動吸振機としては、パッシブ型と
アクティブ型が知られている。

【０００３】図６にパッシブ型動吸振機のモデルの一例
を示すと、構造物等の制振の対象となる主振動体ａに、
ばねｂ及びダンパーｃを介して付加質量ｄを接続し、付
加質量ｄが主振動体ａにより加振されて動かされると、
その運動エネルギーがダンパーｃに吸収されることによ
って振動を抑えるようにしたものである。ｅは加振源、
ｆは加振源ｅからの振動を主振動体ａに伝えるばねを示
す。

【０００４】しかしながら、上記パッシブ型の動吸振機
の場合、振動に同調するように装置を設計、調整して使
用するものであることから構造は比較的簡単であるが、
実際の振動数が想定した振動数と少しでもずれると、効
果が著しく損なわれるという欠点がある。一部には自動
的に相手の周波数に同調して自身の固有振動数を変える
ようにしたものもあるが、この場合も、実際には充分な
精度で固有振動数を一致させるのが難しい。

【０００５】一方、アクティブ型は、振動を検出し、こ
れに応じて付加質量を電気あるいは油圧で作動させて振
動を打ち消すもので、複数の異なる振動数の成分が含ま
れている場合にもそれぞれを同時に制振できる利点があ
るので、パッシブ型よりも効果が大きい。しかし、実使
用下では、主振動体の共振で複数の振動が発生するよう
なことはなく、どれか一つの振動が顕著に現れるので、
これを防止できればよいことが多い。かかるアクティブ
型動吸振機は、振動数が低い場合あるいは制振に必要な
力が大きくない場合には電動とすることが一般的である
が、周波数が高い場合、あるいは、大きな力を必要とす
る場合には油圧が使用される。

【０００６】図７に油圧式のアクティブ型動吸振機の一
例を示すと、図６に示すものと同様に、ａは加振源ｅに
ばねｆを介して支持させた制振対象となる主振動体であ
り、ｄは該主振動体ａの反加振源側に油圧シリンダｇを
介して連結した付加質量、ｈは油圧源ｉから吐出される
作動油を上記油圧シリンダｇに供給するサーボ弁、ｊは
上記主振動体ａの振動を検出する振動検出器、ｋは該振
動検出器ｊからの検出信号に基づいてサーボ弁ｈへ開度
指令を送る制御器である。

【０００７】今、加振源ｅが振動し、主振動体ａが加振
されて加振源ｅに対して近接するように移動し始める
と、振動検出器ｊがその加速度を検出し、検出信号が制
御器ｋへ送られる。制御器ｋでは、入力信号に基づき主
振動体ａの変位速度を演算し、それに基づく開度指令を
サーボ弁ｈへ出力する。これにより、油圧シリンダｇに
対して、油圧源ｉからの作動油が付加質量ｄの動きを抑
止する側に供給されることで、主振動体ａが制振され
る。

【０００８】上記アクティブ型動吸振機では、付加質量
ｄを制御器ｋからの指令で自由に動かせるので、主振動
体ａに外部から加えられる力と反対方向の力を主振動体
ａに与えて加振力を打ち消すことにより、対象の振動数
に係わりなく振動を抑えることができるものである。こ
の際、付加質量ｄは油圧シリンダｇからの反力を受けと
める働きをすることから、付加質量ｄの質量が大きいほ
ど付加質量ｄの変位は小さくなる。換言すると、付加質
量ｄに連結された油圧シリンダｇのピストンの変位の振
幅は小さくて済むので、消費される作動油の流量は少な
くて済む。これにより、消費電力が少なくて済むので、
油圧源ｉの容量や使用配管の径が小さくて済む。このよ
うに、消費電力の面では付加質量ｄをできるだけ大きく
し、油圧シリンダｇをできるだけ小さくするのが望まし
いものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
油圧式のアクティブ型動吸振機の場合、次の如き問題が
ある。 １）大きな付加質量ｄを小さな油圧シリンダｇで駆動す
るように設計すると、固有振動数の低い系となってしま
い制御は難しくなる。制振制御はサーボ系として構成さ
れているが固有振動数が、低い系を対象としたときには
制御のゲインを高くすることができず、指令した通りに
付加質量ｄを動かすことが困難になり高周波振動を制振
することができなくなる。 ２）又、作動油の流量はサーボ弁ｈの開度だけでなくサ
ーボ弁ｈ前後での差圧にも影響されるので、図７に示す
ような制御系は本質的に非線形で、このために付加質量
ｄの変位には、指令信号にはない高周波成分が発生して
しまい変位波形は歪んでしまう。この影響は油圧シリン
ダｇで発生する力にも現れるから、油圧シリンダｇは高
周波で主振動体ａを加振してしまうことになり騒音の原
因にもなる。 ３）更に、船のように全体が揺れる所では振動検出器
（通常は加速度検出器が使われる）ｊが揺れまで検出し
てしまうので、吸振機がこれには応じないようにしなけ
ればならないが（揺れは振幅が大きいので吸振機がこれ
に反応してしまうと機械的な許容ストロークの限界にか
かってしまう）、除きたい振動と揺れの周波数の差が充
分でないとフィルター等の手段を用いても揺れの成分を
充分に除くことができない。無理にフィルターをかける
と制振の対象となる振動成分の信号の位相が影響を受け
て制御ができない等の不具合が発生する。 ４）又、油圧装置では油圧源を特別に設置する必要があ
り、更に配管も必要である。その上にサーボ弁を使用す
るので効率が悪く、多量の熱を発生するので冷却のため
の水も供給しなければならない。

【００１０】そこで、本発明は、電動駆動方式とし、高
効率で波形歪が小さく、しかも高い振動数まで使用で
き、対象としない周波数以外には反応し難いアクティブ
型の動吸振機を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、それぞれ電動機の駆動軸に固設され且つ
互いの回転が干渉するような位相をもたせて主振動体の
振動方向に並べて配置した偏心回転体と、上記主振動体
に、上記偏心回転体を介して振動方向へ変位自在に連結
配置した付加質量と、上記主振動体の振動を検出する振
動検出器と、上記偏心回転体の回転角度を検出する角度
検出器と、上記振動検出器及び角度検出器からの信号に
基づいて上記電動機の速度制御器へ速度指令を送る制振
制御器とを備えてなる構成とする。

【００１２】又、駆動軸間に伝達ギヤを介在させて電動
機を１台のみとし、且つ一方の駆動軸の途中に差動歯車
装置を設けた構成としてもよい。

【００１３】

【作用】主振動体に振動が発生すると、その振動が制振
制御器へ送られ、電動機へ指令すべき回転速度と偏心回
転体が保つべき位相角が決定される。又、同時に、角度
検出器からの信号が制振制御器へ送られるため、付加質
量は主振動体の振動を減らすように正しい速度とタイミ
ングで動かされる。

【００１４】又、各駆動軸を１台の電動機で駆動し、一
方の駆動軸に差動歯車装置を設けた方式とすると、差動
歯車装置の遊星歯車の位置を変えることにより、位相角
を変えることができて付加質量の振幅を調整できること
になる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１６】図１及び図２は本発明の一実施例を示すも
ので、主振動体１の基礎部分２に、上記主振動体１の振
動方向へ変位自在に付加質量３を設け、該付加質量３の
変位方向線上に偏心回転体としての２つの偏心カム４，
５を所要間隔をあけて配置し、両偏心カム４，５を、該
両偏心カム４，５が回転自在となるようリンク６にて連
結し、偏心カム４を、電動機８によって回転させられる
駆動軸９に固設すると共に、偏心カム５を、電動機１０
によって回転させられ且つ中間部にユニバーサルスピン
ドル１１を有する駆動軸１２に固設し、更に、上記偏心
カム５を、上記付加質量３の一端側に張り出させたアー
ム３ａ，３ｂの先端間に、上記駆動軸１２を介し枢着連
結して動吸振機本体７を構成する。又、上記各駆動軸
９，１２を、主振動体１に固定した軸受１３，１４に支
持させ、且つ上記偏心カム４，５に、基準位置から設定
した位相角α、βをもたせ、上記電動機８，１０の駆動
で偏心カム４，５を回転させて位相角α、βの相対的な
角度に基づいて付加質量３を変位させられるようにす
る。なお、上記ユニバーサルスピンドル１１は、付加質
量３の変位に伴う軸方向の変位をスプライン機構によっ
て吸収できるような構造としてある。

【００１７】更に、上記位相角α、βを主振動体１の振
動と対応するように変えて付加質量３の変位ストローク
を最適なものとするための制御回路１５を設ける。該制
御回路１５は、主振動体１の振動を検出する振動検出器
１６と、偏心カム４，５の駆動軸系の途中に設置したロ
ータリーエンコーダの如き角度検出器１７，１８と、振
動検出器１６の検出信号に基づいて電動機８，１０の速
度制御器としてドライバ１９，２０へ速度指令を送る制
振制御器２１とを備え、且つ上記角度検出器１７，１８
の検出信号を制振制御器２１及びドライバ１９，２０へ
フィードバックさせるようにした構成としてある。

【００１８】主振動体１に振動が発生すると、その振動
が振動検出器１６で検出されて制振制御器２１へ送られ
る。上記振動検出器で検出された信号には、通常、対象
とする振動以外の成分も含まれているが、主振動体１が
共振している状態ではフーリエ級数解析あるいはフェイ
ズロック回路その他の方法を用いれば顕著な振動の振幅
と位相を容易に分離検出することができる。なお、上記
角度検出器１７，１８の出力からは回転角度と同時に出
力を微分すれば回転速度の検出もできる。したがって、
電動機８，１０へ指令すべき回転速度と偏心カム４，５
の保つべき位相角α、βを決定できる。上記制振制御器
２１からは速度指令信号がドライバ１９，２０へ送ら
れ、角度検出器１７，１８からフィードバックされた信
号と比較されて電動機８，１０の回転速度が制御され
る。又、同時に、角度検出器１７，１８の信号は制振制
御器２１へもフィードバックされ、制振制御器２１で
は、位相角α、βに誤差がある場合にこれらが正しくな
るように速度指令信号の値を増減する。

【００１９】これにより、偏心カム４，５の回転で付加
質量３を主振動体１の振動を減らすように正しい速度と
タイミングで動かすことができる。上記において、主振
動体１の振動は常時検出されてフィードバックされるた
め、主振動体１の振動数や振幅が変動してもこれに追従
して制振することができる。更に、付加質量は機械的に
正弦波状に動くように拘束されているので、対象とする
振動数以外の成分をほとんど含まず寄生的な余分な加振
をする虞がない。

【００２０】なお、上記実施例では、偏心カム５を付加
質量３に直接連結するようにした場合を示したが、図３
に示す如く、偏心カム５を付加質量３に連結部材２２を
介して連結するようにしてもよい。

【００２１】次に、図４は本発明の他の実施例を示すも
ので、図３に示したと同様な構成において、偏心カム
４，５を直接接触させるように配置し、且つ付加質量３
を加圧ばね２３によって偏心カム５側へ押し付けるよう
にしたものである。

【００２２】図４の実施例の場合にも、偏心カム４，５
の位相角α、βの相対的な角度により付加質量３を変位
させることができて、上記実施例と同様な作用効果が奏
し得られる。

【００２３】又、図５は本発明の更に他の実施例を示す
もので、図２又は図３、図４に示す構成において、駆動
軸９と１２を伝達ギヤ２４で連結して、一台の電動機８
（又は１０）により偏心カム４，５を回転させられるよ
うにし、且つ上記駆動軸１２の途中に、遊星歯車２５ａ
を有する差動歯車装置２５を介設したものである。

【００２４】図５の実施例の場合には、差動歯車装置２
５の遊星歯車２５ａの位置を変えると、入力軸に対して
出力軸の相対角度が変わるので、結果として、位相角
α、βの相対角度が変わり、付加質量３の動きの振幅を
調整することができる。

【００２５】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
るものではなく、たとえば、速度変動を小さくするため
に駆動軸９，１２にフライホイールを取り付けるように
してもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の動吸振機によ
れば、それぞれ電動機によって駆動される偏心回転体を
介して主振動体に付加質量を連結し、両偏心回転体の位
相を主振動体の振動に基づいて変えるようにしたので、
次の如き優れた効果を発揮する。 (1) 機械的に正弦波に近い動きが保証されるので、波形
の歪を少なくすることができて高周波成分による加振を
なくすことができる。 (2) 周波数の高い振動に対しても電動機の回転速度を上
げるだけでよく、サーボ制御のように応答を速くするた
めに機械装置の剛性を大きくする必要がないので、装置
が無駄に大きくなったり動力効率が低くなったりするこ
とがない。 (3) 基本的に単一の周波数でしか作動しないので、対象
とする振動以外の揺れのような低周波が存在してもこれ
に反応して動くようなことをなくすことができる。 (4) 油圧源や配管を必要とないので設置が容易である。 (5) 駆動軸を伝達ギヤで連結し、一方の駆動軸に差動歯
車装置を設けることにより、電動機を１台だけとするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動吸振機の一実施例を示す概要図であ
る。

【図２】動吸振機本体を拡大して示す斜視図である。

【図３】図２の変形例を示す概略図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す概略図である。

【図５】本発明の更に他の実施例を示す概略図である。

【図６】従来のパッシブ型動吸振機の一例を示す概要図
である。

【図７】従来の油圧式のアクティブ型動吸振機の一例を
示す概要図である。

【符号の説明】

１ 主振動体 ３ 付加質量 ４，５ 偏心カム（偏心回転体） ８，１０ 電動機 ９，１２ 駆動軸 １６ 振動検出器 １７，１８ 角度検出器 １９，２０ ドライバ（速度制御器） ２１ 制振制御器 ２４ 伝達ギヤ ２５ 差動歯車装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ電動機の駆動軸に固設され且つ
   互いの回転が干渉するような位相をもたせて主振動体の
   振動方向に並べて配置した偏心回転体と、上記主振動体
   に、上記偏心回転体を介して振動方向へ変位自在に連結
   配置した付加質量と、上記主振動体の振動を検出する振
   動検出器と、上記偏心回転体の回転角度を検出する角度
   検出器と、上記振動検出器及び角度検出器からの信号に
   基づいて上記電動機の速度制御器へ速度指令を送る制振
   制御器とを備えてなることを特徴とする動吸振機。
2. 【請求項２】 駆動軸間に伝達ギヤを介在させて電動機
   を１台のみとし、且つ一方の駆動軸の途中に差動歯車装
   置を設けた請求項１記載の動吸振機。