JPH05332394A - 制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高効率で波形歪が小さく、かつ高い振動数ま
で使用可能で、しかも対象としない周波数以外には反応
しにくい制振装置を得る。 【構成】 主振動体３０の振動は振動検出器４１を介し
て演算装置４４に入力され、前記振動の位相と振幅に換
算後、更に制御コントローラ４５に入力されて前記振動
に応じた偏心軸対３３，３４、３５，３６の相対的回転
角度が算出される。その結果、制振コントローラ４５の
出力信号に基づき電動モータ３８，４０の回転速度が制
御され、偏心軸対３３，３４、３５，３６がそれぞれ適
正な速度と位相で回転し、それぞれ一定方向への不平衡
モーメントを発生する。これら不平衡モーメントの合力
は制振力として加振力の位相と反対方向に作用し、主振
動体３０の振動が減少する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、陸上、海上の構造物、
船等に取り付けて振動を減少させる制振装置に係り、特
に、アクティブ型の動吸振機を適用した制振装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】制振装置に適用される動吸振機には大別
してパッシブ型とアクティブ型の二種類がある。パッシ
ブ型吸振機の例を図６に示す。符号１は制振の対象とな
る主振動体で、具体的には構造物等を指す。符号２はパ
ッシブ型吸振機で、付加質量３、バネ４、ダンパー５に
より概略構成されている。付加質量３は主振動体１から
の力によって加振され、付加質量３が動くことによって
ダンパー５にエネルギーが吸収されるので主振動体１の
振動が抑えられる。

【０００３】パッシブ型吸振機は振動に同調する様に装
置を設計、調整して使用するものであるため構造は比較
的簡単で済むが、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
り、実用上の効果はアクティブ型より劣る。一部には自
動的に相手の周波数に同調して吸振機の固有振動数を変
えるようにしたものもあるが、この場合も実際には十分
な精度で固有振動数を一致させることは困難である。

【０００４】一方、アクティブ型吸振機は、振動を検出
して、これに応じて制振装置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ある。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。油圧を用いたア
クティブ型吸振機の例を図７に示す。図７において、符
号６は油圧源、７は油圧シリンダー、８は振動検出器
（通常は加速度検出器が使われる）、９はコントローラ
である。更に、油圧源６と油圧シリンダー７とは、サー
ボ弁１０を介して配管１１で連結されている。

【０００５】アクティブ型吸振機においては、付加質量
３をコントローラ９からの指令により自由に動かせるの
で主振動体１の振動数に関わりなく振動を抑えることが
できる。更に、主振動体１の振動に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の成分を同時に
制振可能であるが、実際に使用されている状態では主振
動体１の共振で複数の振動が同時に発生することはな
く、どれか一つの振動が顕著に現れるのでこれを防止す
るだけでよい場合が多い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、上記従来のア
クティブ型吸振機の場合、制振時には、主振動体１に外
部から（図７の場合では左端の壁１２から）加えられる
力と反対方向の力を油圧シリンダー７で主振動体１に与
えることにより加振力を打ち消している。この際、油圧
シリンダー７からの反力は付加質量３により受け止めら
れるため、付加質量３の質量が大きいほど付加質量３の
変位は小さくなる。換言すれば、付加質量３の質量が大
きいほど付加質量３に連結された油圧シリンダー７のピ
ストン７ａの変位の振幅が小さくなり、消費される油の
流量も減少する。その結果、消費動力が少なくなるた
め、油圧源６の容量や油圧系に使用する配管１１の径も
小さくて済む。このように、消費動力の面では、付加質
量３を出来るだけ大きくして、油圧シリンダー７を出来
るだけ小さくすることが望ましい。

【０００７】しかしながら、大きな質量を小さな油圧シ
リンダー７で駆動するように設計すると、固有振動数の
低い系となって制御が難しくなる。すなわち、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
サーボ系では制御のゲインを高くすることが出来ず指令
した通りに付加質量３を動かすことが困難になり、その
結果、特に高周波振動の制御が不可能となるという問題
があった。

【０００８】更に、油の流量はサーボ弁１０の開度だけ
でなくサーボ弁１０前後での差圧にも影響されるので、
図３に示すような制御系は本質的に非線形となる。その
ため、付加質量３の変位には指令信号にはない高周波成
分が発生し変位波形が歪んでしまう。この影響は油圧シ
リンダー７で発生する力にも現れ、その結果、油圧シリ
ンダー７が高周波で主振動体１を加振するばかりではな
く騒音の原因ともなっていた。

【０００９】また、船のように全体が揺動する場所では
振動検出器８がその揺れまで検出することがあるが、こ
のような揺れは振幅が大きく、吸振機が反応すると吸振
機の機械的な許容ストロークの限界を越えてしまう。従
って、このような揺れに対しては吸振機を反応させない
様にする必要があるが、このような揺れと制御したい振
動との周波数の差が十分でないと、フィルター等の手段
を用いても揺れの成分を十分に除く事ができないばかり
ではなく、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場合があった。

【００１０】更に、制振装置を油圧で作動させる場合、
油圧源６や配管１１を特別に設置する必要がある。その
上、多量の熱を発生するので冷却水も供給しなければな
らないことから、制振装置の設置に際しては上記油圧お
よび冷却設備が必要不可欠となっていた。しかも、サー
ボ弁１０を使用するので効率が悪いという問題もあっ
た。

【００１１】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、従来油圧を使用すべきと
ころを電動で制振装置を駆動し、高効率で波形歪が小さ
く、かつ高い振動数まで使用可能で、しかも対象としな
い周波数以外には反応しにくいアクティブ型の動吸振機
を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、主振動体に軸
支された各一対の不平衡重錘を等速で反転させ、一定方
向への不平衡モーメントを発生させる２組の偏心軸対
と、前記偏心軸対をそれぞれ独立して回転させる２組の
電動モータと、前記主振動体の振動を検出する振動検出
器と、前記振動の位相と振幅とを求める演算装置と、前
記演算装置の出力信号に基づき、前記偏心軸対の相対的
回転角度を算出する制御装置と、前記制御装置の出力信
号に基づき、前記電動モータの回転速度を制御する速度
制御装置とを具備してなる制振装置である。

【００１３】

【作用】本発明の制振装置においては、主振動体の振動
は振動検出器を介して演算装置に入力され、前記振動の
位相と振幅に換算後、更に制御装置に入力されて前記振
動に応じた前記偏心軸対の相対的回転角度が算出され
る。その結果、前記制御装置の出力信号に基づき前記電
動モータの回転速度が制御され、２組の偏心軸対がそれ
ぞれ適正な速度と位相で回転し、それぞれ一定方向への
不平衡モーメントを発生する。そして、これら不平衡モ
ーメントの合力が制振力として加振力の位相と反対方向
に作用し、前記主振動体の振動が減少される。

【００１４】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の実施例について
更に詳しく説明する。本発明の制振装置に係る基本的な
機械装置の構成を図１に示す。符号２０，２１，２２お
よび２３はそれぞれ同一径の歯車で、歯車２０と２１、
２２と２３は互いに噛み合わされ、それぞれ減速歯車２
４を介して電動モータ２５により駆動され、それぞれ図
１中矢印方向に回転する。また、歯車２０，２１，２
２，２３の軸にはそれぞれ不平衡重錘ａが連結されて歯
車２０，２１，２２，２３と同一速度で回転する。

【００１５】この模様を図２ないし図４に示す。図２に
おいてそれぞれの円は図１の歯車２０，２１，２２，２
３を示し、黒丸が不平衡重錘ａの位置を示す。ここで、
互いに噛み合う歯車２０と２１、２２と２３の重錘は、
図２ないし図４に示すように不平衡モーメントが図の左
右に対して釣り合うように配置されているのため、歯車
の回転による不平衡モーメントの合力は図の上下方向に
発生する。これを制振力として図中矢印Ａで示す。な
お、図中矢印Ａの長さは制振力の大きさを表している。

【００１６】各歯車２０，２１，２２，２３が同速で回
転している場合、歯車２０と２１、２２と２３における
重錘ａの相対的回転角度によって制振力の大きさを変え
ることができる。図２は前記相対的回転角度が１８０度
に近いので制振力がほとんど出ない状態を、図３は前記
相対的回転角度がほぼ一致して最大の制振力を得た時
を、図４はその中間の状態を示す。ここで、不平衡重錘
ａと歯車２０と２１、あるいは２２と２３で構成される
系を、動的に重心軸から外れた軸の回りに回転している
一対の回転体、すなわち偏心軸回りに回転する一対の回
転体という意味で、便宜上「偏心軸対」と呼ぶ。つま
り、図２ないし図４ではそれぞれ別の電動モータ２５で
駆動される２組の偏心軸対が示されていることになる。

【００１７】本発明の制振装置の基本的な構造を図５に
示す。符号３０は主振動体で、支持台３１が固定されて
いる。支持台３１には２組の偏心軸対３３，３４および
３５，６の回転軸が回転自在に支持され、偏心軸対３
３，３４および３５，３６はそれぞれ減速歯車３７，３
９を介してモータ３８，４０により駆動される。なお、
各偏心軸対の円周上の黒い部分は不平衡重錘ａの位置を
示す。

【００１８】また、符号４２，４３は上記２組の偏心軸
対３３，３４および３５，３６における不平衡重錘ａの
相対的回転角度を検出する回転角検出器、符号４１は主
振動体３０の振動検出器である。更に、符号４４は振動
の位相と振幅を振動検出器４１の出力信号から算出する
演算装置、符号４５は上記２組の偏心軸対３３，３４お
よび３５，３６の回転速度の指令値をそれぞれ出力する
制振コントローラ（制御装置）、符号４６，４７はそれ
ぞれ電動モータ３８，４０の回転速度を制御する速度制
御装置である。

【００１９】次に、上記構成を有する制振装置の動作に
ついて説明する。制振装置が有効となるのは主振動体３
０がその共振点の近傍で振動している時であるが、この
際主振動体３０の加速度は加振力に対して約９０度だけ
位相が進んでいる。従って、主振動体３０の加速度の位
相がわかれば加振力の位相はほぼ正確に推定できる。ま
た、主振動体３０の加速度の振幅が加振力の振幅にほぼ
比例することは明らかである。ところで、主振動体３０
の振動を減らすためには加振力とほぼ等しい制振力を反
対の方向へ加えてやればよいが、加振力の位相は前記加
速度から推定できる。すなわち、主振動体３０の加速度
か速度、あるいは変位を検出できれば前記制振力を正し
い位相で主振動体３０に加えることが可能となる。

【００２０】主振動体３０の振動は振動検出器４１で検
出され、その出力値は演算装置４４へ送られる。通常、
振動検出器４１で検出された信号には制振対象とする振
動以外の成分も含まれているが、主振動体３０が共振し
ている状態では、フーリエ係数解析あるいはフェイズロ
ック回路その他の公知の方法を用いることにより顕著な
振動の振幅と位相および周波数は容易に分離検出可能で
ある。そして、この周波数から偏心軸対３３，３４およ
び３５，３６に与えるべき回転速度が決定される。

【００２１】また、前記振動の振幅から振動の大小を判
定すれば、偏心軸対３３，３４および３５，３６におけ
る不平衡重錘ａの相対的回転角度を減らすべきか増やす
べきかが決定できる。すなわち、それぞれの偏心軸対３
３，３４または３５，３６の不平衡軸錘ａの方向をしめ
す回転角をα，βとするとα−βの相対角度が決まるわ
けである。この場合、制御の結果を見て前記相対角度の
変更量が不適ならばさらに修正し、次第に最適な相対角
度に収束させる。更に、（α＋β）／２が制振力の位相
になるので、これが加振力の位相と１８０度の角度にな
るようにすればα、βの値が決定する。

【００２２】制振コントローラ４５では、このようにし
て電動モータ３８，４０へ指令すべき回転速度と不平衡
重錘ａが保つべき回転角α，βが決定される。同時に、
制振コントローラ４５には偏心軸対の回転角が回転角検
出器４２，４３からフィードバックされるので、この値
と前記α、βの値とを比較してこれらが一致するように
それぞれの偏心軸対３３，３４または３５，３６の回転
速度の指令値を修正する。これらが一致すれば、以後の
回転数の指令値は振動の周波数と等しくなる。

【００２３】決定された速度指令信号は、制振コントロ
ーラ４５から速度制御装置４６，４７に送られ、回転角
検出器４２，４３の結果からフィードバックされた回転
速度と比較されて電動モータ３８，４０の回転速度が制
御される。同時に、前記の通り回転角検出器４２，４３
の信号は制振コントローラ４５へもフィードバックさ
れ、回転角度α，βと比較して誤差がある場合には、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。

【００２４】以上のように、本発明の制振装置にあって
は、偏心軸対３３，３４および３５，３６を適正な速度
と位相で回転させることにより、主振動体３０の振動が
減少される。また、前記振動は常時検出されてフィード
バックされるので、主振動体３０の振動数や振幅が変動
してもこれに追従して制振を行うことができる。しか
も、この場合制振力は機械的に正弦波状に発生するの
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恐れがない。

【００２５】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の制振装置
は、電動モータにより駆動される２組の偏心軸対をそれ
ぞれ適正な速度と位相で回転させ、その結果発生する不
平衡モーメントの合力を制振力として加振力の位相と反
対方向に作用させることにより、前記主振動体の振動を
減少するものである。その結果、

【００２６】（１） 機構的に正弦波に近い動きが保証
されるので波形の歪が少なく高周波成分による加振がな
い。 （２） 周波数の高い振動に対しても電動モータの回転
速度をあげるだけでよいので、サーボ制御系の様に応答
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
く、装置が無駄に大きくなったり動力効率が低くなった
りしない。 （３） 基本的に単一の周波数でしか作動しないので揺
動のような低周波が存在してもこれに反応して作動する
ことがない。 （４） 油圧源や配管を必要としないので設置が容易で
ある。 等の優れた効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る偏心軸対の基本的な構造を示す図
である。

【図２】本発明に係る偏心軸対の回転に伴う不平衡モー
メントの合力の発生状況を示す図である。

【図３】本発明に係る偏心軸対の回転に伴う不平衡モー
メントの合力の発生状況を示す図である。

【図４】本発明に係る偏心軸対の回転に伴う不平衡モー
メントの合力の発生状況を示す図である。

【図５】本発明に係る制振装置の構造の例を示す図であ
る。

【図６】従来の制振装置の構造の例を示す図である。

【図７】従来の制振装置の構造の例を示す図である。

【符号の説明】

１，３０ 主振動体 ２ パッシブ型吸振機 ３ 付加質量 ４ バネ ５ ダンパー ６ 油圧源 ７ 油圧シリンダー ７ａ ピストン ８，４１ 振動検出器 ９ コントローラ １０ サーボ弁 １１ 配管 １２ 壁 ２０，２１，２２，２３ 歯車 ２４，３７，３９ 減速歯車 ２５，３８，４０ 電動モータ ３１ 支持台 ３３，３４，３５，３６ 偏心軸対 ４２，４３ 回転角検出器 ４４ 演算装置 ４５ 制振コントローラ ４６，４７ 速度制御装置 Ａ 制振力の大きさ ａ 不平衡重錘

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主振動体に軸支された各一対の不平衡重
   錘を等速で反転させ、一定方向への不平衡モーメントを
   発生させる２組の偏心軸対と、前記偏心軸対をそれぞれ
   独立して回転させる２組の電動モータと、前記主振動体
   の振動を検出する振動検出器と、前記振動の位相と振幅
   とを求める演算装置と、前記演算装置の出力信号に基づ
   き、前記偏心軸対の相対的回転角度を算出する制御装置
   と、前記制御装置の出力信号に基づき、前記電動モータ
   の回転速度をそれぞれ制御する速度制御装置とを具備す
   ることを特徴とする制振装置。