JPH07145848A - 振動消去装置 - Google Patents
振動消去装置Info
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- JPH07145848A JPH07145848A JP6126332A JP12633294A JPH07145848A JP H07145848 A JPH07145848 A JP H07145848A JP 6126332 A JP6126332 A JP 6126332A JP 12633294 A JP12633294 A JP 12633294A JP H07145848 A JPH07145848 A JP H07145848A
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- 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
- F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
- F16F15/03—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using magnetic or electromagnetic 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
- F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
- F16F15/18—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using electric, magnetic or electromagnetic means
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 非常に高い信頼性と耐衝撃性を有する能動型
振動消去装置を提供することである。 【構成】 本装置は、磁気浮揚によって構造から離して
支持された慣性質量、構造の振動を感知する手段、およ
び磁界を制御して慣性質量を振動させ、その反作用によ
り逆位相の振動を構造に加えて構造の振動を消去する制
御手段から成っている。
振動消去装置を提供することである。 【構成】 本装置は、磁気浮揚によって構造から離して
支持された慣性質量、構造の振動を感知する手段、およ
び磁界を制御して慣性質量を振動させ、その反作用によ
り逆位相の振動を構造に加えて構造の振動を消去する制
御手段から成っている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、振動消去装置に関する
ものである。機械構造の全体的振動を減らすことができ
る能動型振動消去装置についてはかなり可能性がある。
このような装置を振動力を受ける支柱、管、高い柱に取
り付けるか、埋設することによって、振動力を能動的に
除去することができ。また機械類は、一般に、その支持
構造へ伝わる過酷な振動を減らすために何らかの形式の
受動型マウントの上に設置されている。そのような受動
型マウントのベースの近くに取り付けた能動型振動消去
装置を使用し、支持構造へ伝わるであろう振動を相殺す
ることによって、機械類の総合性能をかなり改善するこ
とができる。
ものである。機械構造の全体的振動を減らすことができ
る能動型振動消去装置についてはかなり可能性がある。
このような装置を振動力を受ける支柱、管、高い柱に取
り付けるか、埋設することによって、振動力を能動的に
除去することができ。また機械類は、一般に、その支持
構造へ伝わる過酷な振動を減らすために何らかの形式の
受動型マウントの上に設置されている。そのような受動
型マウントのベースの近くに取り付けた能動型振動消去
装置を使用し、支持構造へ伝わるであろう振動を相殺す
ることによって、機械類の総合性能をかなり改善するこ
とができる。
【０００２】
【従来の技術】能動型振動消去法は、過去に、詳細には
振動エネルギースペクトルがエンジン回転速度のごくわ
ずかな高調波内にかなりの中身を有する一定速度で回転
しているエンジンについて試みられた。この場合は、最
も簡単に実施できる狭帯域の能動型消去法だけを使用す
ることができる。試みられた消去法は、振動する質量を
使用し、結果的に生じる狭帯域の機械的振動を抑制する
ものであった。しかし、これまでは、逆位相の運動量を
要求方向に発生させるために、振動する質量を機械的に
支持しなければならなかった。能動型振動消去装置の直
線振動する質量が、Journal of the Chartered Mechani
cal Engineer, January 1983,pages 41-47(particularl
y page 44 and Fig.13 ) に記載されている。別の能動
型振動消去装置が、英国特許第 1,601,096号および同第
2,222,279号に開示されている。通例、質量の運動を正
しい軸に拘束するため、何らかの形のダイヤフラムまた
はスパイダが設けられる。実際には、そのような直線支
持体、スパイダ、またはダイヤフラムは磨耗や疲労のた
め、信頼性のないことが判った。さらに、これらの支持
体が衝撃荷重に容易に耐えることができないという、よ
り重要な難点があった。これは、明らかになった信頼性
の無さに加えて、そのアイデアの評価を落とすことにな
った。
振動エネルギースペクトルがエンジン回転速度のごくわ
ずかな高調波内にかなりの中身を有する一定速度で回転
しているエンジンについて試みられた。この場合は、最
も簡単に実施できる狭帯域の能動型消去法だけを使用す
ることができる。試みられた消去法は、振動する質量を
使用し、結果的に生じる狭帯域の機械的振動を抑制する
ものであった。しかし、これまでは、逆位相の運動量を
要求方向に発生させるために、振動する質量を機械的に
支持しなければならなかった。能動型振動消去装置の直
線振動する質量が、Journal of the Chartered Mechani
cal Engineer, January 1983,pages 41-47(particularl
y page 44 and Fig.13 ) に記載されている。別の能動
型振動消去装置が、英国特許第 1,601,096号および同第
2,222,279号に開示されている。通例、質量の運動を正
しい軸に拘束するため、何らかの形のダイヤフラムまた
はスパイダが設けられる。実際には、そのような直線支
持体、スパイダ、またはダイヤフラムは磨耗や疲労のた
め、信頼性のないことが判った。さらに、これらの支持
体が衝撃荷重に容易に耐えることができないという、よ
り重要な難点があった。これは、明らかになった信頼性
の無さに加えて、そのアイデアの評価を落とすことにな
った。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、非常に高い信頼性と耐衝撃性を有し、構造内の振動
（機械的振動には一般に直線運動と角運動が含まれる）
の直線運動量および（または）角運動量をできるだけ小
さくする、すなわち消去することができる能動型振動消
去装置を提供することである。
は、非常に高い信頼性と耐衝撃性を有し、構造内の振動
（機械的振動には一般に直線運動と角運動が含まれる）
の直線運動量および（または）角運動量をできるだけ小
さくする、すなわち消去することができる能動型振動消
去装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、磁界によって
構造から離して支持された静止位置をもつ質量、振動を
感知する手段、および磁界を制御して質量を振動させ、
その反作用によって逆位相の振動を構造に加える制御手
段を備えた、構造の振動を低減する装置を提供する。
構造から離して支持された静止位置をもつ質量、振動を
感知する手段、および磁界を制御して質量を振動させ、
その反作用によって逆位相の振動を構造に加える制御手
段を備えた、構造の振動を低減する装置を提供する。
【０００５】本発明は、さらに、磁界によって構造のそ
ばに支持された補助質量、振動を感知する感知手段、お
よび感知した振動に応じて磁界を変化させ、補助質量を
振動させることにより、その反作用で逆位相の振動を構
造に加える手段を備えた、構造の振動を低減する装置を
提供する。
ばに支持された補助質量、振動を感知する感知手段、お
よび感知した振動に応じて磁界を変化させ、補助質量を
振動させることにより、その反作用で逆位相の振動を構
造に加える手段を備えた、構造の振動を低減する装置を
提供する。
【０００６】本発明は、さらに、少なくとも１つの平面
内および（または）少なくとも１つの軸のまわりに構造
に対し動くことができるように磁気浮揚によって支持さ
れた補助質量、振動で誘起された相対運動を感知する手
段、力を加える手段、および感知手段の出力を受け取
り、前記力を加える手段に前記補助質量に対し力を加え
させ、その反作用によって逆位相の力を与えて構造の振
動を減らす制御手段を備え、少なくとも１つの平面内お
よび（または）少なくとも１つの軸のまわりに振動を受
ける構造に固定して取り付けられた、またはその一部を
なす振動消去装置を提供する。
内および（または）少なくとも１つの軸のまわりに構造
に対し動くことができるように磁気浮揚によって支持さ
れた補助質量、振動で誘起された相対運動を感知する手
段、力を加える手段、および感知手段の出力を受け取
り、前記力を加える手段に前記補助質量に対し力を加え
させ、その反作用によって逆位相の力を与えて構造の振
動を減らす制御手段を備え、少なくとも１つの平面内お
よび（または）少なくとも１つの軸のまわりに振動を受
ける構造に固定して取り付けられた、またはその一部を
なす振動消去装置を提供する。
【０００７】
【実施例】図１〜図３に示すように、振動消去装置は、
振動源９から振動を受ける装置８に固定して取り付ける
ことができる、またはその一部をなすフレーム１０を有
する。フレーム１０は、大きな半球１１ａと小さい半球
１１ｂから成るフランジ付き中空非強磁性球形殻１１を
有する。各半球に付いているフランジ１１ｃの孔１１ｄ
にボルト（図示せず）を通して、２つの半球１１ａ，１
１ｂを互いに、かつフレーム１０または振動を受ける装
置に結合することができる。球形殻１１は３対（図に
は、２対だけを示す）の半径方向駆動電磁石１２を支持
している。各対の電磁石は、殻１１の球形内部の３つの
直交する直径の１の各端に１個づつ配置されている。殻
１１の内部に形成された球形空間の中に、中空鋼球１４
の形の防振体が置かれている。球１４は接合線１４ｃに
沿って互いに結合された２個の半球１４ａ，１４ｂから
成っている。電磁石１２は、球１４が球形空間と実質上
同心で静止状態にあるとき、磁気浮揚によって球１４を
支える役目を果たす。図１の平面と直交する直径上に、
１対の電磁石（図示せず）が配置されていることは理解
されるであろう。
振動源９から振動を受ける装置８に固定して取り付ける
ことができる、またはその一部をなすフレーム１０を有
する。フレーム１０は、大きな半球１１ａと小さい半球
１１ｂから成るフランジ付き中空非強磁性球形殻１１を
有する。各半球に付いているフランジ１１ｃの孔１１ｄ
にボルト（図示せず）を通して、２つの半球１１ａ，１
１ｂを互いに、かつフレーム１０または振動を受ける装
置に結合することができる。球形殻１１は３対（図に
は、２対だけを示す）の半径方向駆動電磁石１２を支持
している。各対の電磁石は、殻１１の球形内部の３つの
直交する直径の１の各端に１個づつ配置されている。殻
１１の内部に形成された球形空間の中に、中空鋼球１４
の形の防振体が置かれている。球１４は接合線１４ｃに
沿って互いに結合された２個の半球１４ａ，１４ｂから
成っている。電磁石１２は、球１４が球形空間と実質上
同心で静止状態にあるとき、磁気浮揚によって球１４を
支える役目を果たす。図１の平面と直交する直径上に、
１対の電磁石（図示せず）が配置されていることは理解
されるであろう。
【０００８】同様に、球形殻１１の表面に、３対（図に
は、２対だけを示す）の接線方向駆動電磁石１６が等間
隔に配置されている。
は、２対だけを示す）の接線方向駆動電磁石１６が等間
隔に配置されている。
【０００９】各対の半径方向駆動電磁石１２の少なくと
も１つに、近接センサ１８（図２および図３には示して
ない）が設置されており、接線方向駆動電磁石１６の少
なくとも１つに、光センサ２０（図２および図３には示
してない）が設置されている。
も１つに、近接センサ１８（図２および図３には示して
ない）が設置されており、接線方向駆動電磁石１６の少
なくとも１つに、光センサ２０（図２および図３には示
してない）が設置されている。
【００１０】近接センサ１８は、制御手段２２（図２）
を介して、球１４を無接触で支持し、球形空間と実質上
同心で、すなわちどの方向にも運動させずに、その静止
状態に保持する磁界を半径方向駆動電磁石１２に発生さ
せることによって、球１４の磁気浮揚状態を制御する役
目を果たす。同様に、光センサ２０は球表面のマーキン
グ２３と共同して制御手段２２へ出力を与える。制御手
段２２はその出力を受け取り、静止状態において、球１
４が確実にどの軸のまわりにも回転しないように、接線
方向駆動電磁石１６を駆動する。
を介して、球１４を無接触で支持し、球形空間と実質上
同心で、すなわちどの方向にも運動させずに、その静止
状態に保持する磁界を半径方向駆動電磁石１２に発生さ
せることによって、球１４の磁気浮揚状態を制御する役
目を果たす。同様に、光センサ２０は球表面のマーキン
グ２３と共同して制御手段２２へ出力を与える。制御手
段２２はその出力を受け取り、静止状態において、球１
４が確実にどの軸のまわりにも回転しないように、接線
方向駆動電磁石１６を駆動する。
【００１１】振動を消去すべき装置が移動プラットフォ
ームたとえばボートのエンジンに取り付けられていれ
ば、球１４の静止状態がその殻１１に対し動かないこと
であることは理解されるであろう。そのような低周波数
の運動を補償する駆動は単に相対的静止位置を維持する
役目を果たすだけである。
ームたとえばボートのエンジンに取り付けられていれ
ば、球１４の静止状態がその殻１１に対し動かないこと
であることは理解されるであろう。そのような低周波数
の運動を補償する駆動は単に相対的静止位置を維持する
役目を果たすだけである。
【００１２】たとえば、ボートの運動の周波数は一般に
１Ｈｚ以下である。これを最大プラットフォーム非振動
周波数とすれば、制御回路内で識別を行って、１Ｈｚ以
下の運動に対しては球１４がその殻１１に対し動かない
ようにし、１Ｈｚ以上の運動または回転の周波数につい
ては殻１１内で球１４の振動が生じるようにすることが
できる。
１Ｈｚ以下である。これを最大プラットフォーム非振動
周波数とすれば、制御回路内で識別を行って、１Ｈｚ以
下の運動に対しては球１４がその殻１１に対し動かない
ようにし、１Ｈｚ以上の運動または回転の周波数につい
ては殻１１内で球１４の振動が生じるようにすることが
できる。
【００１３】近接センサ１８と光センサ２０は第１およ
び第２感知手段を構成する。フレーム１０の少なくとも
１つの平面内の振動が、フレーム１０が固定して取り付
けられた装置または構造によって与えられる場合は、第
１感知手段（１個またはそれ以上の近接センサ１８）が
近接センサに対する球１４の近接の変化を感知する。感
知された近接の変化は、フィードバックループを介し
て、１個またはそれ以上の半径方向駆動電磁石１２が近
接の変化を相殺する方向に球１４に磁力を加えて球を動
かすために使用される。同様に、フレーム１０の少なく
とも１つの軸のまわりに振動が生じると、第２感知手段
（１個またはそれ以上の光センサ２０）が、光センサ２
０および殻１１に対する球１４の方位の変化を感知す
る。感知された方位の変化は、フィードバックループを
介して、１個またはそれ以上の接線方向駆動電磁石１６
が方位の変化を相殺する方向に球１４を回転させる磁力
を加えるために使用される、すなわち感知した構造の振
動の方向および（または）方位に一致する方向および
（または）方位に球１４を振動させるために使用され
る。加えられた磁力の反作用は、振動を消去する方向に
逆位相の運動量を構造に与える。
び第２感知手段を構成する。フレーム１０の少なくとも
１つの平面内の振動が、フレーム１０が固定して取り付
けられた装置または構造によって与えられる場合は、第
１感知手段（１個またはそれ以上の近接センサ１８）が
近接センサに対する球１４の近接の変化を感知する。感
知された近接の変化は、フィードバックループを介し
て、１個またはそれ以上の半径方向駆動電磁石１２が近
接の変化を相殺する方向に球１４に磁力を加えて球を動
かすために使用される。同様に、フレーム１０の少なく
とも１つの軸のまわりに振動が生じると、第２感知手段
（１個またはそれ以上の光センサ２０）が、光センサ２
０および殻１１に対する球１４の方位の変化を感知す
る。感知された方位の変化は、フィードバックループを
介して、１個またはそれ以上の接線方向駆動電磁石１６
が方位の変化を相殺する方向に球１４を回転させる磁力
を加えるために使用される、すなわち感知した構造の振
動の方向および（または）方位に一致する方向および
（または）方位に球１４を振動させるために使用され
る。加えられた磁力の反作用は、振動を消去する方向に
逆位相の運動量を構造に与える。
【００１４】近接センサ１８と半径方向駆動電磁石１２
が球１４の正しい運動を生じさせることが可能になる前
に、装置に加えられた衝撃によって球１４が１個または
それ以上の電磁石１２に当たり損傷するのを防止するた
めに、少なくとも半径方向駆動電磁石１２に、たとえば
合成ゴムの衝撃吸収面２４が付いている。（図１および
図２参照）。
が球１４の正しい運動を生じさせることが可能になる前
に、装置に加えられた衝撃によって球１４が１個または
それ以上の電磁石１２に当たり損傷するのを防止するた
めに、少なくとも半径方向駆動電磁石１２に、たとえば
合成ゴムの衝撃吸収面２４が付いている。（図１および
図２参照）。
【００１５】使用の際、殻１１はフランジ１１ｃの孔１
１ｄに通されたボルトでフレーム１０に取り付けられ、
フレーム１０は振動を受ける装置にボルト締めされる。
振動はどの方向および（または）どの軸のまわりのどの
角度であってもよい。球形空間内の球１４を矯正運動を
生じさせるために、近接センサ１８と光センサ２０は、
制御手段２２を介して、半径方向駆動電磁石１２および
（または）接線方向駆動電磁石１６へ電流を送り、最初
に球１４とフレーム１０の殻１１（および電磁石）間の
相対運動を除去する（または、できるだけ小さくする）
のに貢献する仕方で球１４を振動させる。球１４に加え
られた力の反作用は、フレーム１０（およびフレーム１
０が固定して取り付けられた構造）の振動を減らす、す
なわち消去する役目を果たす。従って、振動を消去する
場合、最終的なねらいは、駆動電磁石１２，１６の作用
の下で、フレーム１０（およびフレーム１０が固定して
取り付けられた構造）を静止状態に保ち、かつ球１４を
振動させることである。
１ｄに通されたボルトでフレーム１０に取り付けられ、
フレーム１０は振動を受ける装置にボルト締めされる。
振動はどの方向および（または）どの軸のまわりのどの
角度であってもよい。球形空間内の球１４を矯正運動を
生じさせるために、近接センサ１８と光センサ２０は、
制御手段２２を介して、半径方向駆動電磁石１２および
（または）接線方向駆動電磁石１６へ電流を送り、最初
に球１４とフレーム１０の殻１１（および電磁石）間の
相対運動を除去する（または、できるだけ小さくする）
のに貢献する仕方で球１４を振動させる。球１４に加え
られた力の反作用は、フレーム１０（およびフレーム１
０が固定して取り付けられた構造）の振動を減らす、す
なわち消去する役目を果たす。従って、振動を消去する
場合、最終的なねらいは、駆動電磁石１２，１６の作用
の下で、フレーム１０（およびフレーム１０が固定して
取り付けられた構造）を静止状態に保ち、かつ球１４を
振動させることである。
【００１６】第１および第２感知手段は、振動の比較的
低い周波数を消去する（または減らす）ことができる。
振動のより高い周波数では、追加または代替感知手段を
使用することが好ましい。これらの追加または代替感知
手段は、フレーム１０に取り付けて直接その振動を感知
することもできるし、球１４に取り付けて電磁石１２，
１６によって与えられた振動を測定することもできる
し、その両方を行うこともできる。加速度計たとえば圧
電素子は上記の追加または代替感知手段として使用でき
る。
低い周波数を消去する（または減らす）ことができる。
振動のより高い周波数では、追加または代替感知手段を
使用することが好ましい。これらの追加または代替感知
手段は、フレーム１０に取り付けて直接その振動を感知
することもできるし、球１４に取り付けて電磁石１２，
１６によって与えられた振動を測定することもできる
し、その両方を行うこともできる。加速度計たとえば圧
電素子は上記の追加または代替感知手段として使用でき
る。
【００１７】追加または代替感知手段を殻１１または振
動している装置に取り付けて、フレーム１０が取り付け
られた装置の振動を直接に、応答時間と異なり実時間
で、測定する場合には、電磁石１２および（または）１
６を駆動して球１４を振動させ、その結果フレーム１０
の運動をできるだけ小さくする、もしくは防止すること
ができる。また、たいていの振動は周期性を有し、識別
可能な周波数で反復するので、予測駆動も可能である。
動している装置に取り付けて、フレーム１０が取り付け
られた装置の振動を直接に、応答時間と異なり実時間
で、測定する場合には、電磁石１２および（または）１
６を駆動して球１４を振動させ、その結果フレーム１０
の運動をできるだけ小さくする、もしくは防止すること
ができる。また、たいていの振動は周期性を有し、識別
可能な周波数で反復するので、予測駆動も可能である。
【００１８】図１に示すように、球１４に与えられた振
動を測定するため球１４の内部に加速度計２６が設置さ
れている。加速度計２６は出力を球１４内に配置された
ボックス２８へ送る。ボックス２８には電子回路たとえ
ばＡ／Ｄ変換器、マルチプレクサ、および光電変換器が
入っており、加速度計２６からの信号は球１４から、た
とえば１本の光ファイバ３０（図２および図３には図示
せず）を通して提供される。光ファイバ３０は、球１４
を支持せず、しかも球の運動に対する減衰効果をできる
だけ小さくするため十分な柔軟性を有する。光ファイバ
３０の代わりに細い電線を使用してもよいが、減衰効果
をできるだけ小さくしなければならず、また球１４を支
持してはならない。
動を測定するため球１４の内部に加速度計２６が設置さ
れている。加速度計２６は出力を球１４内に配置された
ボックス２８へ送る。ボックス２８には電子回路たとえ
ばＡ／Ｄ変換器、マルチプレクサ、および光電変換器が
入っており、加速度計２６からの信号は球１４から、た
とえば１本の光ファイバ３０（図２および図３には図示
せず）を通して提供される。光ファイバ３０は、球１４
を支持せず、しかも球の運動に対する減衰効果をできる
だけ小さくするため十分な柔軟性を有する。光ファイバ
３０の代わりに細い電線を使用してもよいが、減衰効果
をできるだけ小さくしなければならず、また球１４を支
持してはならない。
【００１９】光ファイバ３０を通して送られた加速度計
２６の出力は球１４の振動を指示するため分析すること
ができる。理論上、球１４の振動は振動消去装置の振動
および振動消去装置が固定して取り付けられた装置の振
動を直接表している。従って、追加または代替感知手段
を上に示唆したようにフレーム１０に取り付けた場合に
は、加速度計２６は電磁石１２，１６に矯正駆動を加え
るための比較手段に成る。近接センサ１８の出力と光セ
ンサ２０の出力を制御手段２２において監視する場合に
は、それらの出力と加速度計２６の出力および電磁石１
２，１６の制御に作られたフィードバックループとを比
較し、振動を消去する際のヒステリシスをできるだけ小
さくするように、振動消去装置を調整することができ
る。
２６の出力は球１４の振動を指示するため分析すること
ができる。理論上、球１４の振動は振動消去装置の振動
および振動消去装置が固定して取り付けられた装置の振
動を直接表している。従って、追加または代替感知手段
を上に示唆したようにフレーム１０に取り付けた場合に
は、加速度計２６は電磁石１２，１６に矯正駆動を加え
るための比較手段に成る。近接センサ１８の出力と光セ
ンサ２０の出力を制御手段２２において監視する場合に
は、それらの出力と加速度計２６の出力および電磁石１
２，１６の制御に作られたフィードバックループとを比
較し、振動を消去する際のヒステリシスをできるだけ小
さくするように、振動消去装置を調整することができ
る。
【００２０】代わりに、一定周波数または広帯域の振動
を消去する、またはできるだけ小さくするように、振動
消去装置を調整することができる。
を消去する、またはできるだけ小さくするように、振動
消去装置を調整することができる。
【００２１】本発明の振動消去装置の重要な２つの特徴
は、（ｉ）磨耗する可動部品がないので、システムの信
頼性が非常に高いことと、（ii）システムが非常に大き
な直線衝撃に耐えれることである（衝撃により、最悪の
場合は球が電磁石に衝突するが、この衝撃は薄い合成ゴ
ムの被覆物２４を使用することで弱めることができ
る。）。
は、（ｉ）磨耗する可動部品がないので、システムの信
頼性が非常に高いことと、（ii）システムが非常に大き
な直線衝撃に耐えれることである（衝撃により、最悪の
場合は球が電磁石に衝突するが、この衝撃は薄い合成ゴ
ムの被覆物２４を使用することで弱めることができ
る。）。
【００２２】球の運動を全周波数帯域（たとえば、 0
〜 500 Hz またはそれ以上）にわたって正確に感知する
ために、図１に示すように、加速度計２６が球１４の表
面の近くに取り付けられ、３つの相互に直交する軸の両
端に配置されている。仮にこれらの軸に１，２，３の番
号を付ければ、軸１，２，３の両端にある加速度計の方
位は軸２，３，１に平行である。これらの加速度計の出
力を積分すれば、球１４の瞬間直線速度および角速度の
すべての成分を求めることができる。この配列法は、よ
り高い周波数において正確な測定結果を与えるであろ
う。より低い周波数における誤差の累積を避けるため
に、外部位置センサ１８と外部方位センサ２０が必要で
ある。これにより、制御装置は確実に球１４の中心の平
均位置と、正しく位置決めされた球１４の平均方位を正
確に維持することができる。さらに、適当なディジタル
信号処理によって、適当な相補クロスオーバーフィルタ
のほかに、近接センサ１８、方位センサ２０、および加
速度計２６を使用して全周波数帯域にわたって直線およ
び角加速度の最も正確な測定結果を得ることができる。
より低い一定の限界値たとえば１Hz 以下の周波数はプ
ラットフォームの運動として分析され、殻に対し球を静
止状態に維持するため、電磁石を介して駆動が加えられ
る。これに対し、このより低い限界値より高い周波数は
消去すべき振動として分析される。
〜 500 Hz またはそれ以上）にわたって正確に感知する
ために、図１に示すように、加速度計２６が球１４の表
面の近くに取り付けられ、３つの相互に直交する軸の両
端に配置されている。仮にこれらの軸に１，２，３の番
号を付ければ、軸１，２，３の両端にある加速度計の方
位は軸２，３，１に平行である。これらの加速度計の出
力を積分すれば、球１４の瞬間直線速度および角速度の
すべての成分を求めることができる。この配列法は、よ
り高い周波数において正確な測定結果を与えるであろ
う。より低い周波数における誤差の累積を避けるため
に、外部位置センサ１８と外部方位センサ２０が必要で
ある。これにより、制御装置は確実に球１４の中心の平
均位置と、正しく位置決めされた球１４の平均方位を正
確に維持することができる。さらに、適当なディジタル
信号処理によって、適当な相補クロスオーバーフィルタ
のほかに、近接センサ１８、方位センサ２０、および加
速度計２６を使用して全周波数帯域にわたって直線およ
び角加速度の最も正確な測定結果を得ることができる。
より低い一定の限界値たとえば１Hz 以下の周波数はプ
ラットフォームの運動として分析され、殻に対し球を静
止状態に維持するため、電磁石を介して駆動が加えられ
る。これに対し、このより低い限界値より高い周波数は
消去すべき振動として分析される。
【００２３】外部位置センサ１８は、すべて従来技術に
おいて知られている多くの形式のうちどれを使用しても
よい。センサ２０による方位の検出はより困難である
が、光学式コーディング法によって達成することができ
るであろう。光学式コーディング法は、一定の場所を通
過する球１４上のパターン２３の動きを観察することに
よって方向と全体の角運動を追跡することができる。代
わりに、球１４の表面が磁性的に均一でなければ、ホー
ル効果装置または線型微分トランスフォーマーを使用し
て球の回転を感知することができる。低い周波数の制御
には、これらのセンサ１８，２０は必要なすべての情報
を提供できるであろうが、より高い周波数の制御には、
球１４内、および（または）フレーム１０上に取り付け
た加速度計がはるかに正確である。
おいて知られている多くの形式のうちどれを使用しても
よい。センサ２０による方位の検出はより困難である
が、光学式コーディング法によって達成することができ
るであろう。光学式コーディング法は、一定の場所を通
過する球１４上のパターン２３の動きを観察することに
よって方向と全体の角運動を追跡することができる。代
わりに、球１４の表面が磁性的に均一でなければ、ホー
ル効果装置または線型微分トランスフォーマーを使用し
て球の回転を感知することができる。低い周波数の制御
には、これらのセンサ１８，２０は必要なすべての情報
を提供できるであろうが、より高い周波数の制御には、
球１４内、および（または）フレーム１０上に取り付け
た加速度計がはるかに正確である。
【００２４】運動している球から加速度計出力の取出し
は、必ずしも光ファイバケーブル３０によって行う必要
はない。加速度計の情報を外部制御手段２２へ送信する
非接触送信手法が幾つかある。これらの手法はすべて球
１４内で利用できる一定の電力を必要とする。この電力
は適当な電磁カップリング法による非接触伝送によって
利用することができる。
は、必ずしも光ファイバケーブル３０によって行う必要
はない。加速度計の情報を外部制御手段２２へ送信する
非接触送信手法が幾つかある。これらの手法はすべて球
１４内で利用できる一定の電力を必要とする。この電力
は適当な電磁カップリング法による非接触伝送によって
利用することができる。
【００２５】上に述べた振動消去装置に対する、より簡
単であるが、より制限的な代案は、停止具（図示せず）
たとえば電磁石１２，１６の側面に当たる数個のラグ
（図示せず）を球１４上に設けることによって、球１４
の最大角変位を制限することである。この構成の場合
は、球１４と外部制御手段２２の間を非常にゆるく結合
する１本の光ファイバを通して、加速度計からの出力を
多重送信することができるであろう。もし必要ならば、
球を装置上の電源へ接続する２本の細い可撓電線を通し
て、球１４へ電力を供給することもできる。球１４に対
するこれらの接続が、完成した振動消去装置の最も信頼
性の低い部分になるかもしれない可能性をできるだけ少
なくするために、かなりの注意が必要であろう。
単であるが、より制限的な代案は、停止具（図示せず）
たとえば電磁石１２，１６の側面に当たる数個のラグ
（図示せず）を球１４上に設けることによって、球１４
の最大角変位を制限することである。この構成の場合
は、球１４と外部制御手段２２の間を非常にゆるく結合
する１本の光ファイバを通して、加速度計からの出力を
多重送信することができるであろう。もし必要ならば、
球を装置上の電源へ接続する２本の細い可撓電線を通し
て、球１４へ電力を供給することもできる。球１４に対
するこれらの接続が、完成した振動消去装置の最も信頼
性の低い部分になるかもしれない可能性をできるだけ少
なくするために、かなりの注意が必要であろう。
【００２６】理論上、３個の半径方向駆動電磁石１２と
３個の接線方向駆動電磁石１６が必要である。球形空間
の表面にある３個の電磁石１２または１６は、適当なセ
ンサと共に球１４の運動を検出し、矯正駆動を球１４に
加えることができる。しかし、電磁駆動は非線形駆動で
あり、制御手段２２によって遂行される制御において、
電磁石によって加えるべき駆動を計算することが難し
い。
３個の接線方向駆動電磁石１６が必要である。球形空間
の表面にある３個の電磁石１２または１６は、適当なセ
ンサと共に球１４の運動を検出し、矯正駆動を球１４に
加えることができる。しかし、電磁駆動は非線形駆動で
あり、制御手段２２によって遂行される制御において、
電磁石によって加えるべき駆動を計算することが難し
い。
【００２７】また、各電磁石を２通りの方法のどちらか
一方、または両方で励磁し、球１４に直線駆動、または
回転駆動、または直線駆動と回転駆動の両方を与えるこ
とができるように、半径方向駆動磁石と接線方向駆動磁
石を組み合わせて使用することができる。
一方、または両方で励磁し、球１４に直線駆動、または
回転駆動、または直線駆動と回転駆動の両方を与えるこ
とができるように、半径方向駆動磁石と接線方向駆動磁
石を組み合わせて使用することができる。
【００２８】より簡単な、よりコンパクトな構造の装置
の場合、球１４は中実の強磁性体である。従って、その
サイズは同じ重量でかなり小さくすることができる。外
部センサ１８，２０，２６を使用して、構造と（また
は）フレーム１０の振動、および磁石１２，１６に加え
る駆動が決定される。もしこのやり方で振動を相殺しす
ぎれば、外部センサは、その結果生じた振動を感知する
ことによって自己補正する。
の場合、球１４は中実の強磁性体である。従って、その
サイズは同じ重量でかなり小さくすることができる。外
部センサ１８，２０，２６を使用して、構造と（また
は）フレーム１０の振動、および磁石１２，１６に加え
る駆動が決定される。もしこのやり方で振動を相殺しす
ぎれば、外部センサは、その結果生じた振動を感知する
ことによって自己補正する。
【００２９】別の実施例の場合、球１４は対称である
が、中空球に対するインサートまたは内部リブによって
生じた不均一な強磁性表面性質を有する。
が、中空球に対するインサートまたは内部リブによって
生じた不均一な強磁性表面性質を有する。
【図１】本発明による振動消去装置の略図である。
【図２】本発明による振動消去装置の断面図である。
【図３】図２の装置の部分切除斜視図である。
８ 振動を受ける装置 ９ 振動源 １０ フレーム １１ 中空球形殻 １１ａ 大きな半球 １１ｂ 小さい半球 １１ｃ フランジ １１ｄ 孔 １２ 半径方向駆動電磁石 １４ 中空球 １４ａ，１４ｂ 半球 １４ｃ 接合線 １６ 半径方向駆動電磁石 １８ 近接センサ ２０ 光センサ ２２ 制御手段 ２３ 球表面のマーキング ２４ 衝撃吸収面 ２６ 加速度計 ２８ ボックス ３０ 光ファイバ
Claims (28)
- 【請求項１】 構造の振動を減らす装置であって、 磁界によって構造から離して支持された静止位置をもつ
質量（１４）、 振動を感知する手段（１８，２０）、および磁界を制御
して質量（１４）を振動させ、その反作用によって逆位
相の振動を構造に加える手段（１２，１６，２２）、か
ら成ることを特徴とする装置。 - 【請求項２】 構造内の振動を減らす装置であって、 磁界によって構造のそばに支持された補助質量（１
４）、 振動を感知する手段（１８，２０）、および感知した振
動に従って磁界を変化させることにより補助質量（１
４）を振動させ、その反作用によって逆位相の振動を構
造に加える手段（１２，１６，２２）、から成ることを
特徴とする装置。 - 【請求項３】 振動源を含む構造内の振動を減らす装置
であって、 それぞれが磁界によって慣性質量（１４）を支持してい
る複数の装置、 振動を感知する手段（１８，２０）、および磁界を制御
して慣性質量（１４）を振動させ、構造に逆位相の振動
を加えることにより、振動源で誘起された構造の振動を
できるだけ小さくする、すなわち消去する制御手段（２
２）、から成ることを特徴とする装置。 - 【請求項４】 少なくとも１つの平面内および（また
は）少なくとも１つの軸のまわりに振動を受ける構造に
固定して取り付けられた、またはその一部を成している
振動消去装置であって、 磁力付与手段（１２，１６）による磁気浮揚によって支
持され、少なくとも１つの平面内および（または）少な
くとも１つの軸のまわりに構造に対し動くことができる
補助質量（１４）、 振動で誘起された相対運動を感知する手段（１８，２
０）、および前記感知手段（１８，２０）の出力を受け
取り、前記磁気力付与手段（１２，１６）に磁力を加え
させることにより質量（１４）を振動させ、その反作用
によって逆位相の力を与えて構造の振動を減らす制御手
段（２２）、から成ることを特徴とする装置。 - 【請求項５】 前記補助質量（１４）が３つの直交する
平面内で構造に対し動くことができるように無接触で支
持されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。 - 【請求項６】 前記補助質量（１４）が３つの軸のまわ
りに構造に対し動くことができるように無接触で支持さ
れていることを特徴とする請求項４または５に記載の装
置。 - 【請求項７】 前記感知手段が、少なくとも１つの平面
内の質量の相対運動を感知する第１感知手段（１８）を
含んでいることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに
記載の装置。 - 【請求項８】 前記第１感知手段（１８）がフレームに
取り付けられた１個またはそれ以上の近接センサから成
ることを特徴とする請求項７に記載の装置。 - 【請求項９】 前記感知手段が少なくとも１つの軸のま
わりの質量の相対運動を感知する第２感知手段（２０）
を含んでいることを特徴とする請求項１〜８のいずれか
に記載の装置。 - 【請求項１０】 前記第２感知手段（２０）が、質量
（１４）が少なくとも１つの軸のまわりに回転運動して
いるときその表面（２３）を監視する１個またはそれ以
上の光センサから成ることを特徴とする請求項９に記載
の装置。 - 【請求項１１】 前記第１および第２感知手段（１８，
２０）によって感知される周波数より高い周波数におい
て質量（１４）の相対運動を感知する別の感知手段（２
６）を備えていることを特徴とする請求項１〜１０のい
ずれかに記載の装置。 - 【請求項１２】 前記別の感知手段（２６）が構造の振
動および（または）質量（１４）の運動を感知するよう
に構成された加速度計から成ることを特徴する請求項１
１に記載の装置。 - 【請求項１３】 前記別の感知手段（２６）が質量（１
４）に取り付けられていることを特徴とする請求項１１
または１２に記載の装置。 - 【請求項１４】 前記質量（１４）が強磁性体であるこ
とを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の装
置。 - 【請求項１５】 前記質量（１４）が球形であることを
特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の装置。 - 【請求項１６】 前記質量（１４）が中空鋼球から成
り、前記別の感知手段として、質量（１４）の運動を感
知する加速度計（２６）が、３つの直交する直径の両端
に中空球の内面に直径方向に向かい合って固定されてい
ることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の
装置。 - 【請求項１７】 装置は少なくとも１つの平面と直交す
る質量（１４）の各側に電磁石（１２）を備えており、
前記制御手段（２２）が電磁石（１２）を励磁し、少な
くとも１つの平面と直交する質量（１４）に力を加えて
構造の振動を減らす役目を果たすことを特徴とする請求
項４またはそれに付随するすべての請求項に記載の装
置。 - 【請求項１８】 さらに、少なくとも１つの軸のまわり
の相対角運動に反対して、少なくとも１つの軸のまわり
に質量（１４）に回転力を加える手段（１６）を備えて
いることを特徴とする請求項４またはそれに付随するす
べての請求項に記載の装置。 - 【請求項１９】 前記回転力を加える手段（１６）が、
少なくとも１つの軸のまわりに質量（１４）の回転に対
し接線方向の力を発生する、少なくとも１対の向かい合
った電磁石（１６）から成ることを特徴とする請求項１
８に記載の装置。 - 【請求項２０】 前記質量（１４）の表面（２３）が、
少なくとも１つの軸のまわりの質量（１４）の相対運動
を感知手段（２０）の光センサに指示するように構成さ
れていることを特徴とする請求項１８または１９に記載
の装置。 - 【請求項２１】 フレーム（１０，１１）が振動を受け
る構造に取り付けるように構成されており、前記フレー
ム（１０，１１）が内部に質量（１４）が無接触で支持
される球形空間を形成しており、さらに感知手段（１
８，２０）と磁力付与手段（１２，１６）を支持する役
目を果たすことを特徴とする請求項４またはそれに付随
するすべての請求項に記載の装置。 - 【請求項２２】 前記フレーム（１０，１１）が内部に
質量（１４）が無接触で支持される球形空間を形成して
おり、また前記フレーム（１０，１１）が振動を受ける
構造にフランジで取り付けるように構成されたフランジ
付き球形殻から成ることを特徴とする請求項２１に記載
の装置。 - 【請求項２３】 前記フレーム（１０，１１）が非強磁
性物質でできていることを特徴とする請求項２１または
２２に記載の装置。 - 【請求項２４】 振動源を含む構造の振動を減らす方法
であって、 少なくとも１つの慣性質量（１４）を磁界によって、前
記構造から離して支持すること、 前記構造の振動を検出すること、および磁界を制御して
少なくとも１個の慣性質量（１４）を駆動して振動さ
せ、その反作用によって逆位相の振動を構造に加えるこ
と、の諸ステップから成ることを特徴とする方法。 - 【請求項２５】 さらに、質量（１４）の振動を感知
し、感知した構造および質量の振動を比較して矯正駆動
を質量（１４）に加えるステップを含むことを特徴とす
る請求項２４に記載の方法。 - 【請求項２６】 前記振動が直線振動であり、直線駆動
が質量（１４）に加えられることを特徴とする請求項２
４または２５に記載の方法。 - 【請求項２７】 前記振動が直線と回転の両方であり、
直線駆動と回転駆動が質量（１４）に加えられることを
特徴とする請求項２４または２５に記載の方法。 - 【請求項２８】 振動源を含む構造の振動を減らす方法
であって、 振動に従って質量（１４）を磁気的に駆動し、その反作
用で振動を消去する駆動を構造に加えることによって、
磁気的に無接触で支持された慣性質量（１４）に振動を
伝えるステップを含むことを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9312021A GB2281369A (en) | 1993-06-10 | 1993-06-10 | Vibration cancellation device |
| GB9312021:0 | 1993-06-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07145848A true JPH07145848A (ja) | 1995-06-06 |
| JP3561290B2 JP3561290B2 (ja) | 2004-09-02 |
Family
ID=10736968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12633294A Expired - Lifetime JP3561290B2 (ja) | 1993-06-10 | 1994-06-08 | 振動消去装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5609230A (ja) |
| EP (1) | EP0628745B1 (ja) |
| JP (1) | JP3561290B2 (ja) |
| DE (1) | DE69408727T2 (ja) |
| GB (1) | GB2281369A (ja) |
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-
1993
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