JPS59500578A - 振動源から支持構造物への振動伝達を減衰させるための装置 - Google Patents

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】 有効な撮動のアイソレーション方法と装置技術背景 本発明は、振動源からその源の取付部への振動伝達を、振動源から取付部への伝 達が少なくとも減少され、最もよくて防止できるように励磁される振動アクチュ エータ（例えば取付部と源との間に挿入された〉の使用によって減少さぜること に関する。

雑音や他の振動を有効に制御するということが最近では商業的に重要になってき ており、本発明は、レシプロエンジンのような振動源（例えば、海洋推進プラン ト）からその振動源の取付装置（例えば、振動源を搭載している自動車のシャー シ、あるいは船の胴）への振動伝達を減少あるいは防止することに関する。

本発明は繰返し的な振動源および非繰返し的な振動源の両者からの振動伝達を減 少させるために適用することができるが、全般的にいうと、繰返し振動源から派 生する振動を減衰させるという点に、最も重要な商業上の適用を考えるものとし て期待されている。

先行技術 有効な振動減衰のための方法は、米国特許明細書箱４１２２３０３および第４１ ５３８１５に開示されているが、前者は不規則振動の制御に関するものであり、 後者は繰返し振動の制御に関するものである。これらの米国特許明細書に開示さ れている技術は、ここで記述するアクチュエータの制御に適用可能であり、以下 の開示ではそのアクチュエータの設計に集中させることにし、アクチュエータの 励磁については上述の明細書から明らかになるものとして、ここでは前記明細書 の開示全体を参考として組入れるものとする。

機械的な取付部を介して伝達される振動を有効に相殺するためには、従来から、 各取付部において３つの互いに直交する方向において作用するアクチュエータを 用いる必要があった。その理由は振動源が普通は多方向性のものであるからであ る。さらに、機械取付部の振動モードは１つの軸線から他の軸線への振動を組合 わせたものである。

発明の要約 本発明の１つの観点についていうと、振動源からその振動源の取付部への振動伝 達を減衰させるための方法において、少なくとも１つの振動アクチュエータを採 用することと、前記取付は部にかかる振動源から派生した振動の影響を減少させ るために、そのアクチュエータあるいは各々のアクチュエータを励磁させること とを含み、前記振動源と直列的にシーヤ減結合装置が設けられていることを特徴 とする振動伝達の減衰方法が提供される。

従来から、前記シーヤ減結合装置はアクチュエータに組込まれており、それによ ってそのアクチュエータあるいは各々のアクチュエータは力のかかる軸線に沿っ てがなりの強固さを有することになるが、剪断方向においてはかなりのコンプラ イアンスを有していて、剪断方向と軸線方向とにおけるコンプライアンスの比率 は少なくとも１５対１である。

減衰させようとする振動が、単一の軸線のみに沿って、振動アクチュエータを介 して取付部に結合することができ、またその軸線に沿って対向的な振動を加える ことができるようにすることによって、各取付部において単一のアクチュエータ を用いて満足的に操作することが可能である。

減結合装置 各アクチュエータにおいて剪断方向の振動を減結合するために、以下に記載する もののいずれがあるいはそれらの組合わせを使用することができる。

１、　既知の技術を用いて、平坦な空気ベアリングあるいは平坦な流体ベアリン グを用いることができる。

２、　非対称的な弾性取付部を用いることができ、その］ンプライアンスは圧縮 方向よりも剪断方向における方が相当大きく、例えば、多層の弾性体−金属のシ ム挿入物を用いる。

３、　上の２．と同様であるが、中空取付部を提供するために弾性体−金属の座 金挿入物を用いる。

４．２．と同様な取付部であるが、シムの代わりに張力材料、例えば鋼、のスペ ーサコイルを有している。

５．３．あるいは４．で上述したものは２枚の板の間に挿入され、水のような適 当な流体で充填され、圧縮に対して堅固さを増大し、剪断方向にはコンプライア ンスを維持する。

６、　ボールベアリングあるいはローラベアリングを分散させた２つの平坦な表 面からなる機械式ベアリング。

ローラベアリングの場合、単一の接線軸線のみが減給され、第２の同様なベアリ ングは直角方向において必要とされる。しかしながら平坦なボールベアリングは ロードベアリング容量が極めて制限される。

７、　取付部と振動源に取付けられたサスペンションとの間において、両端をベ アリングで張力をかけられたばねワイヤあるいはスパー。

８、　電極間に閉じ込められた電気粘性材料。

９、　各種タイプの磁気ベアリング。

図面の簡単な説明 本発明を、添付図面を参照しながら、例をあげて以下詳細に説明する。

第１図は各取付部において３個のアクチュエータを必要とする先行技術による装 置の図、第２図は単一のアクチュエータを用いることの許される、取付部のシー ヤア１１表昭５９−５４）０５７８　（３）イソレーション作用を示した概略図 、第３図は本発明の方法に用いるための電気力計型アクチュエータの単純な形の 図、第４図は取付部が逆になっている時でも、ロードベアリング容量を得るため に用いられる１対のシーヤアイソレータの概略図、第５図は電気粘性制御技術に 基くシーヤアイソレーションアクチュエータの図、第６図は直列的に連結された 振動零化アクチュエータと受動的な弾性取付部との図、第７図は偏心シャフトの 振動影響を零にするための有効なベアリングの断面図、第８図、第９図および第 １０図は本発明の方法に用いるための磁気アクチュエータの図である。

好適実施例の説明 第１図は取付部２を有した装置１を示しており、前記取付部は３個のアクチュエ ータ４ｘ　、４ｙ　、４ｚによって支持構造物３に対してリンク結合されており 、前記アクチュエータはそれぞれ互いに直交したＸ方向、■方向、Ｚ方向におい て作用する。各取付部における装置１の三方向における振動を検出し、かつ各取 付部において振動ことによって、前記構造物３は振動のない状態にすることがで きる。

第２図は、第１図における３個のアクチュエータ４ｘ４Ｖ　、４ｚが取付部２ａ 、２ｂの軸線方向に作用する単一のアクチュエータ４ａによって、どのように置 き換えることかできるかを示しており、シーヤアイソレータ５は取付部２ａから アイソレータ５を介して取付部２ｂへ伝達されるｙ軸方向およびＺ軸方向におけ る全ての振動成分の伝達を無視できるようにしている。

取付部２ａの軸線方向における取付部２ａの振動は加速度計２０によって検出さ れ、前記加速度計はその出力を増幅器２１に送り、これがさらにアクチュエータ ４ａを駆動させる。アクチュエータ４ａと加速度計２０との間の電気的な結合は 、アクチュエータ４ａによって取付部２ｂに加えられた振動が、装置１からアイ ソレータ５を介して通過してくる振動を相殺するように調整されている。この相 殺作用を正確にするために、前記回路２０゜２１．４ａは残りの振動検出器２３ によって制御されるモディファイア２２を含んでいてもよい。

装置１が主として繰返し的な性質のある振動を発している場合には、この繰返し 成分は、加速度計２０を繰返し率に関する同期信号の源として使用し、かつ前記 増幅器２１を波形発生装置に置き換えること′によって消滅させることができ、 前記波形発生装置の波形は残りの検出器２３の出力によって制御される付属ユニ ットによって修正される。この制御方法は前述した米国特許明細書筒４１５３８ １５によく記述されており、ここではさらに詳細に説明することはしない。

第３図はシーヤアイソレータの１つの実際的な実施例を示しており、これは環状 になったコンプライアンスの大きな弾性材料７に埋込まれた、高張カワイヤでで きたコンプライアンスの大きならせんばね６を含み、上板と下板９との間に円筒 状容器８を郭定し、前記容器の中には非圧縮性流体１０が充填されている。前記 容器８の中へ突入したピストン１２を有する従来型の電流力計型アクチュエータ １１が、取付部３における必要な零化振動を発生させるために用いられる。前記 ばね６は環状弾性体７に対して半径方向の強度を与え（圧力上昇時にも半径方向 の膨張を防ぐ）、環状弾性体に対して半径方向にはいかなる力をも伝達させない 。代表的な場合、第３図に示したアイソレータの剪断方向におけるコンプライア ンスと、軸線方向におけるコンプライアンスとの比は、５０対１より大きいく好 ましくは１００対１より大きい）エンジンあるいは機械の本体的な動きを防ぐた めに（例えば、エンジンを搭載している自動車あるいは船が傾いたり、あるいは 側方へ加速した時）、前記取付部２は第１平面における側方運動を防ぐために角 度をつけて取付けてもよい。前記第１平面に対して直角をなした平面において角 度をなして取付けられた第２対の取付部も同様に、前記第２平面における動きを 防止するであろう。

しかしながら、この取付部の配置では、機械は動きのいずれかの軸線の周りで自 由に回転することがあり、もしこの動きが問題であることがわかれば、その動き を防ぐために回転に対して接線方向に作用する付属的な取付部を設けることもで きる。取付部に張力をかけた状態で配置するのには着座部の動きが極めて厳しい 場合には、第４図に示したように対向する１対のアイソレータ５ａ。

５ｂを用いてもよく、この場合には、いずれかの方向における取付力にもかかわ らず、機械１を構造物３に対して相対的な所定位置に維持することができる。

多くの大型機械の、自由吊下げ型になっている場合の動きは、従来型の振動アク チュエータの移動量に比べると小さく、最適な効率を確保するためには、力学イ ンピーダンス転換が望ましい。この転換は第３図に示したアクチュエータによっ て達成され、この場合のメカニカルアドバンテージは容器８とピストン１２の断 面積の比に等しくなる。あるいは、流体を充填された容器８に対してダイアフラ ムあるいは可撓管を連結してもよく、流体充填された取付部あるいは従来型の液 圧制御弁に対して振動を伝達させるために用いられるこのダイアフラムあるいは 可撓管は、容器８内の圧力を制御するために用いることができる。

第５図は、２つの押型取付板２６ａ　、２６ｂの間に配置された電気粘性流体２ ５を用いたアクチュエータがどのようにして形成することができるかを示してい る。下部の押型取付板２６ｂは流体２５に接触したアース面を有し、他方、取付 板２６ａは増幅器２８によって概略的に示された電圧供給部に結合された電導性 環状耶２７を有している。取付板２６ａは機械１に結合され、取付板２６ｂは支 持構造物３に結合され、かつそれにはダクト２９が設けられており、前記ダクト には流体２５のパルスが供給されて、さもなければ機械１から取付板２６ｂへ流 れる流体を通して通過していくような振動を吸収してしまう。

前記環状リング２７と取付板２６ｂとの間に電位差が存在すると、ソリッド状流 体２５の環状壁３０が板２６ａと２６ｂとの間にアクチュエータを形成、創造す ることになり、これは軸線方向の振動は伝達するが、板２６ｂの平面においては 大きなシーヤアイソレーション作用を有している。

板２６ａの上に一連の電導性物体の列（例えば、同心的な一連の環状物体）を設 けることによって、板２６ａと２６ｂとの間で壁３０によって閉じ込められた流 体２５の容積形状は任意に変化させることができる。これによってアクチュエー タによって提供される力学インピーダンスの制御が容易になる。

アクチュエータが静かなくおよび動きによって誘起される）力と、動的な振動力 との両方を支持しなければならない場合には、静的な力のアクチュエータを除去 し、動的な振動に対する使用を制限することが望ましい。例として、振動アクチ ュエータ、例えば、ピストン１２（第３図参照）に対して適当に連結されたステ ップモータ機構、からの静的な力および動きからくる力を除去するために、比較 的低周波数で使用する制御ループを設けてもよい。

従来型の弾性取付部を介して得られる有効な相殺作用の利点を、上述した減結合 機構を用いたアイソレーション作用と組合わすことができる。第６図に示したよ うに、電気−機械式アクチュエータ４０を弾性取付部４２の弾性体４１を介して 直接的に連結することができる。前記弾性取付部４２は、アクチュエータ４０に よって提供された有効な相殺システムと並置され、シーヤ減結合装置５とは直列 に連結される。

振動がベアリング５０（第７図参照）内の偏心したシャフトから誘起される場合 には、ベアリングの動きは、ベアリング５０の動的な位置決めをするために図示 したように取付けられた４個の振動アクチュエータ５１から５４を用いることに よって、シャフトの動きに追従させることができる。各アクチュエータとベアリ ングとの間にシーヤアイソレータ５が設けられている。各アクチュエータに対す る取付部を全ての周波数に対して堅固なものにすることができ、かつシャフトの 動きに対して同期しないようになっているので、米国特許第４１５３８１５に記 載されたように、そのシステムはロードベアリングとなるであろう。さらに、自 動車あるいは船に対してモータあるいは機械を連結しているベアリング５０の整 列に関する、自動車あるいは船の動きの影響は、１個あるいはそれ以上のアクチ ュエータ５１〜５４に作用する付加的な制御ループを用いることによって自動的 に補正することができ、ベアリング５０にかかる力あるいはその望みの整列状態 からの変位量を零に（あるいは部分的に零）することができる。前述した影響と は、例えば、エンジンあるいは機械の、その従来的な取付部に対する動きがあり 、あるいは、自動車あるいは船が不完全的な剛的な性質を有しているがゆえのそ れらの歪である。

あらゆる機械取付部において３つの互いに直交するアクチュエータを設けること が重要であると思われる場合には、これらの３つのアクチュエータ間の相互干渉 を防ぐために、上述したシーヤ減結合の原理を用いることができる。

本発明に関しては不磁気アクチュエータもまた採用することができ、そのような アクチュエータの多くの設計が必要な程度のシーヤアイソレーション作用を提供 する。

第８図はそのようなアクチュエータの１つを示しており、この場合、振動源に取 付けられた４重積層６０が、前記源の着座部（第８図に極めて概略的な連結状態 が示されている）に取付けられた２個の同様な４正極層６１゜６２の間で挾まれ ている。各゛々の４単極層は、４個の強磁性物質Ｇ）ブロック６３ど、これらの ブロック６３を相互結合した強磁性コア上に巻かれた４個のコイル６４とからな っている。前記コイル６４は層の対向コーナーに同一の極をつくり出す。第８図 には３層しか示していないが、実際には何層でも使用することができ、この場合 、連続した層は互いに他と交互に反発、引付けを行っている。前記コイルは振動 源からくる主振動を協力して吸収するために励磁されるが、ざらに、各層におけ る選択されたコイル対が、使用中に生じることのある層間のトルクを除去するた めに、制御されるようになっている。

第９図は多重に積んだ、可動的な、鉄の電磁アクチュエータを示している。交互 極片６０′と６１′とが機械的に連結されており、その１組６０′は支持されて いるエンジンあるいは他の振動源６２′に固定され、他の１組６１′は着座部あ るいは支持体６３′に機械的に結合されている。前記極片の構造支持体は非磁性 であり、従ってそれらが磁力線の径路を完全なものにすることはない。コイル６ ４’　、６５’が極片対６０’　、６１’に巻きつ（プられ交互になった極片対 が交互の方向に励磁されることになる。これによって交互になった反発力と引付 力とが生じ、支持力と振動力とに対して寄与することになる。コイル６４’　、 ６５’　は好ましくは弾性的に取付けられ、従ってそれらが振動を極６０’　、 ６１’の位置している場所に伝達することはない。

第１０図は、自動車の浮上りに対する既知の技術をシーヤアイソレーションアク チュエータを提供するために修正することのできる方法を説明している。増幅熱 ７０が振動源７２に取付けられた電磁石７１に対して励磁信号を供給する。磁石 ７１を通過する磁束は磁束検出器７２によって測定され、フィードバックループ ７３によって制御される。磁石７１の極と着座部７５との間にはギャップ７４が 存在し、その下で振動源（Ｓ）が非振動的に支持されるようになっている。前記 ギャップ７４はギャップ検出器７６によって制御され、この検出器は磁束検出フ ィードバックループ７３がらの要求される力を制御する。（磁束はこの力に比例 する。）前記磁束検出Ｂ７２はどのような従来型の設計のものであってもよい。

振動源７３によって発生される繰返し振動が着座部７５に対して確実に影響を与 えないようにするために、磁石７１の励磁を制御する必要があるが、このために 、振動源（Ｓ）から同期信号が導線７７上に取出され、これが波形発生器７８へ 送られ、その出力がフィードバックループ７３へ供給される。前記発生器７８に よって発生された波形を適用すると、それは加速度計７９を介して着座部７５に 対して効果を与え、前記加速度計の出力は付属ユニット８０へ供給される（例え ば、米国特許第４１５３８１５に記載されているようにして）。

浄書（内容に変更なし） 手続補正書（方式） 昭和５９年１月３０日１ 特許庁長官殿 ＋１　万 ２、発明の名称 」ハ嗜ハζ市妖１（７）Ｑ’ｌＡ□ルーシリン勿承に１距１３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人 ５、補正命令の日付 昭和５９　年　１月２４　日 ６、補正により増加する発明の数

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　振動源からその振動源の取付部への振動伝達を減衰させるための方法にお いて、少なくとも１つの振動アクチュエータを採用することと、前記取付部にか かる振動源から派生した振動の影響を減少させるために、そのアクチュエータあ るいは各々のアクチュエータを励磁させることとを含み、前記振動源と直列的に シーヤ減結合装置が設けられていることを特徴とする振動伝達の減衰方法。 ２、　請求の範囲第１項記載の方法において、前記シーヤ減結合装置は前記アク チュエータあるいは各アクチュエータに組込まれている振動伝達の減衰方法。 ３、　請求の範囲第２項記載の方法において、前記アクチュエータあるいは各ア クチュエータは、壁部を含む外周部によって部分的に郭定された、非圧縮性流体 の容器を含み、これは軸方向端部間の剪断方向の動きは許すが、圧力上昇時の半 径方向膨張に対しては抵抗する振動伝達の減衰方法。 ４、　請求の範囲第３項記載の方法において、前記壁部を含む外周部は、らせん ばねを埋込んだ弾性材料を含む振動伝達の減衰方法。 ５、　請求の範囲第３項記載の方法において、アクチュエータ内に閉じ込められ た非圧縮性流体の容積を変化させるための装置が設けられている振動伝達の減衰 方法。 ６、　請求の範囲第３項記載の方法において、前記壁部を含む外周部は、それに 与えられた電位によってソリッド状にされた電気粘性流体によって形成されてい る振動伝達の減衰方法。 ７、　請求の範囲第６項記載の方法において、前記壁部を含む外周部の半径は、 電位をかけている電極を変えることによって変化させられる振動伝達の減衰方法 。 ８、　請求の範囲第６項記載の方法において、前記アクチュエータあるいは各ア クチュエータは、極めて近接してはいるが、反対の極性を有する磁極を含み、１ あるいはそれ以上の反対極性の磁極は、振動源からの振動が近接した極間のギャ ップを変えることによって隔離されるような、位相と大きさを有した励磁電流を 供給される電磁コイルによって発生される振動伝達の減衰方法。 ９、　振動源からその振動源の取付部への振動伝達を減衰させるための装置にお いて、取付部を振動源に対して連結するための支持装置と、前記取付部に作用す る振動アクチュエータと、源泉的な振動が前記支持装置の中で減衰するように、 前記振動アクチュエータを励磁させるための装置とを含み、前記支持装置は、１ つの方向におけるコンプライアンスと、２つの互いに直交する方向の各々におけ るコンプライアンスとの比率が少なくとも１対１５であるようなシーヤ減結合装 置を含むことを特徴とする振動伝達の減衰装置。 １０、シーヤアイソレータにおいて、弾性材料によって隔置された第１および第 ２の剛的部材を含み、前記弾性材料はらせんばねによって強化された壁部を含む 外周部を有しており、前記第１部材と第２部材との間における、前記壁部内の容 積には、非圧縮性流体が充填されており、また、前記壁部を含む外周部の剪断方 向および軸線方向における、前記第１部材のコンプライアンスと前記第２部材の コンプライアンスとの比率は５０対１より大きいことを特徴とするシーヤアイソ レータ。