TWI482916B - 減振器以及減振器的操作方法 - Google Patents

Description

減振器以及減振器的操作方法

本發明是有關於一種減振器，特別是有關於一種使用馬達驅動齒輪以帶動質量塊滑移，進而使質量塊固定於指定位置之減振器，且本發明提供該減振器的操作方法。

結構物常會因地震、風力、機械運轉等外力作用而產生擾人的振動，輕者會影響結構物之舒適度及使用，嚴重者則會影響結構物之安全，所以減振、隔振或耐振之設計變成結構工程師的重要任務。這不僅是工程技術問題，而且也是一種設計藝術，如何應用傳統或創新工藝科技減少結構振動，這已是工程師長期努力的目標。減振也許是比隔振或耐振更容易達成結構物減低振動之方法，而且更經濟實用。結構物本身具有阻尼量，所以對結構物有減振效果，但這種結構本身阻尼量一般都很小，所以需要另外設計一振動控制裝置，以提供額外的阻尼量，使減少結構之振動量，而這種振動控制裝置一般稱阻尼器(damper)。工程師針對不同結構物或不同的目的設計各種不同阻尼器。

諧調質量阻尼器(Tuned Mass Damper，或簡稱TMD)因構造簡單故應用廣泛，常應用於結構物減振之用途，也是應用最早的一種阻尼器，多應用於機器、車床及設備減振之用，自從很多高樓建築物相繼引進諧調質量阻尼器後，引起廣泛的興趣，這些大樓所裝設之諧調質量阻尼器，主要是減少因風力所引起的震動。TMD也是其它阻尼器理論及設計之基礎。

TMD系統主要是根據共振頻率進行減振，而TVN(Tuned Vibration Neutralizer)系統則可針對非共振頻率進行減振。大多數的減振器仍停留於降低共振頻，因此本發明之優點在於二者皆可操作。若振動機台在操作頻率與結構之共振頻率下，可發揮TMD理論的機制，使水平臂齒條帶動質量塊運作到最佳的位置以進行減振。若為振動機台之操作頻率非在結構之共振頻率時，則可應用TVN理論，使質量塊到達相對應的最佳位置，以達到減振效果。

本發明與先前技術的最大差別在於：以往TMD減振器大多利用移動質量塊位置以達到調整頻率，例如：傳統移動質量塊位置的TMD減振器，大多利用鋼索等拖曳方式帶動質量塊，但此種方式都只能單一的減少垂直方向的振動振幅。而本發明減振方向不只是單一的減少垂直方向的振動振幅，最主要的優點在於更可以同時減少旋轉方向的迴轉振幅，例如：馬達轉動或其以皮帶、曲柄傳動會產生一旋轉振動，應用本發明除了質量塊的作用，還可加上整根水平臂旋擺產生的慣性矩，不但可減少垂直方向的振動，同時還可以減少旋轉方向的振動。更值得一提的是，本發明尚可移動調整彈簧的位置，以便因應減振的適用範圍。

本發明之目的在於提供一種減振器，本發明使用步進馬達搭配脈波訊號來控制馬達的轉動，經由微控制器控制 步進馬達之步進角進行定位，配合正齒輪傳動運轉，以齒輪調整質量塊位置；再者，本發明亦提供一種減振器的操作方法。

達到上述目的之一種減振器，包含：一基座，設有一齒部且於兩相對側壁各設有一導電軌；一質量塊，具有一馬達、一連接該馬達之第一齒輪與一導電夾，該導電夾連接該導電軌以使該質量塊滑動於該基座之導電軌；一第二齒輪，連接於該基座之齒部與該質量塊之第一齒輪；以及一電源輸入接頭，電連接該基座；該電源輸入接頭提供一電源予該基座之導電軌，該電源經由該導電軌與該導電夾而傳予該馬達，以驅動該第一齒輪轉動，進而帶動該第二齒輪轉動，使得該質量塊在該基座之齒部上移動。

較佳地，該基座包含一水平臂與一垂直臂，該水平臂於其該側壁設有一彈簧位置調整槽，該彈簧位置調整槽分別與一鎖件與一彈簧結合，以使該彈簧與該基座之水平臂固鎖在一起。

較佳地，該彈簧位置調整槽具有一槽孔，該彈簧上方設有一孔洞，該鎖件依序穿過該槽孔與該孔洞，而將該彈簧位置調整槽與該彈簧互相固鎖，其中該彈簧位置調整槽之延伸方向係與該水平臂平行。

較佳地，進一步包含一固定夾，該固定夾之一端連接於該質量塊之底部，而該固定夾之另一端係連接於該水平臂底部所設之一導軌。

較佳地，該固定夾之另一端的端部係為一矩形塊，以配合連接該水平臂之導軌。

較佳地，該減振器進一步包含一微控制器，該微控制器係連接於該質量塊，且電連接該導電夾與該馬達。

達到上述目的之一種減振器的操作方法，包含下列步驟：供應一電源，並且啟動一馬達；令一微控制器讀取一待減振設備的振動頻率狀況，並發送一距離訊號；令一第一齒輪與一第二齒輪轉動，以使一質量塊移動；判斷該質量塊是否到達一目標位置；以及令該馬達停止運轉。

較佳地，令該電源係藉由一電源輸入接頭所輸入，而該電源係流經一基座之一導電軌，並且再經由該質量塊之一導電夾到達該馬達。

較佳地，該微控制器所發出的該距離訊號係用以使該質量塊移動至一基座之一位置上，而其係藉由該微控制器控制該馬達之步進角，以調整該質量塊在該基座之該位置上。

較佳地，判斷該質量塊是否到達該目標位置係根據該待減振設備的振動頻率狀況，而決定該質量塊所需相對應位置。

較佳地，該馬達係為一步進馬達，藉由一脈波訊號來控制該馬達的轉動，該微控制器控制該馬達之步進角以對該質量塊進行定位。

雖然本發明將參閱含有本發明較佳實施例之所附圖式予以充分描述，但在此描述之前應瞭解熟悉本行之人士可修改本文之發明內容，同時獲致本發明之功效。因此，須瞭解以上之描述對熟悉本行技藝之人士而言為一廣泛之揭示，且其內容不在於限制本發明。

請參閱第一圖、第二圖、第三圖、第四圖與第五圖，係分別顯示本發明減振器之分解圖、前視立體圖、前視圖、後視立體圖與仰視立體圖。本發明減振器1係實施架設於一待減振設備(圖未示)上，用以降低該待減振設備所產生的振動振幅。該減振器1包含：一基座2，設有一齒部3且於兩相對側壁4各設有一導電軌41；一質量塊5，具有一馬達51、一連接該馬達51之第一齒輪52與一導電夾53，該導電夾53連接該導電軌41以使該質量塊5滑動於該基座2之導電軌41；一第二齒輪6，連接於該基座2之齒部3與該質量塊5之第一齒輪52；以及一電源輸入接頭7，電連接該基座2。其中該馬達51係為步進馬達，而一外部電源(圖未示)經由該電源輸入接頭7輸入一電源。

較佳地，該基座2包含水平方向之一水平臂21與垂直方向之一垂直臂22，其中該齒部3係設於該水平臂21的前端部分，該水平臂21於其該側壁4設有一彈簧位置調整槽42，該彈簧位置調整槽42具有一縱長形槽孔，該槽孔之延伸縱長方向係與該水平臂21平行。至少一鎖件8穿過該彈簧位置調整槽42之槽孔而與一彈簧9互相固鎖，以使該彈簧9與該基座2之水平臂21固鎖在一起。值得一提的是，該彈簧9之上端設有至少一孔洞91，以配合鎖接該鎖件8。該彈簧元件9可以以手動調整的方式而與該鎖件8固鎖在該彈簧位置調整槽42上不同的位置，用以支撐該水平臂21。該彈簧9主要功能為根據該待減振設備的振動頻率來調整位置，並支撐該水平臂21，改變不同的旋轉勁度，即可對應不同的頻率所引起的旋轉振動。

請參閱第一圖與第五圖，本發明減振器1進一步包含至少一固定夾10，該固定夾10之下端連接於該質量塊5之底部，而該固定夾10之上端係連接於該水平臂21底部所設之一導軌23。更詳細的來說，該固定夾10之上端的端部係為一矩形塊101，以配合連接該水平臂21之導軌23。較佳地，本發明減振器1進一步包含一微控制器11，而該微控制器11係連接於該質量塊5上，更詳細的來說，該微控制器11電連接該導電夾53與該馬達51。

電源經由該電源輸入接頭7而流經該基座2之導電軌41與該質量塊5之導電夾53，最後傳至該馬達51，使該馬達51得以驅動該第一齒輪52轉動，進而帶動該第二齒輪6轉動。之後再藉由該第二齒輪6與該齒部3的搭配，可以使該質量塊5在該基座2之齒部3上移動，其中控制該第一齒輪52與該第二齒輪6的正反轉，可使該質量塊5在該基座2之齒部3上來回移動。值得一提的是，本發明減振器1之步進馬達51係搭配一脈波訊號來控制該馬達51的轉動，經由該微控制器11控制該馬達51之步進角以對該質量塊5進行定位。

請參閱第六圖，係顯示本發明減振器的操作方法流程圖，包含下列步驟，並請配合第一圖、第二圖與第四圖：

步驟S1：在該減振器1開始運作之前，一外部電源經由該電源輸入接頭7輸出一直流電，該直流電流經該基座2之水平臂21之導電軌41，並且再經由該導電夾53而傳予 該馬達51，以使該馬達51運轉。

步驟S2：該微控制器11讀取一待減振設備的振動頻率狀況並且發送一距離訊號。該微控制器11先根據該待減振設備運轉之振動頻率狀況，以決定本發明減振器1之質量塊5所需要到達的一正確位置，並且該微控制器11會據此而發送出一移動距離訊號。

步驟S3：該質量塊5移動。該微控制器11因應該移動距離訊號，使該馬達51驅動該第一齒輪52轉動，進而帶動該第二齒輪6轉動，之後再藉由該第二齒輪6與該齒部3的搭配，可以使該質量塊5在該基座2之齒部3上移動至一位置。其中控制該第一齒輪52與該第二齒輪6的正反轉，可使該質量塊5在該基座2之水平臂21的齒部3上來回移動，接著進行步驟S4。

步驟S4：該微控制器11判斷該質量塊7是否到達目標位置。如果該質量塊5已到達該基座2之水平臂21的正確設定位置時，則會進行步驟S5。但如果該質量塊5尚未到達正確的設定位置時，則返回進行步驟S3，並持續進行其它複數個接下來的步驟。

步驟S5：該微控制器11控制該馬達51停止運轉，所以連帶地該第一齒輪52與該第二齒輪6停止轉動，該質量塊5亦停止移動。

本發明之優點在於：

1.使用步進馬達搭配脈波訊號來控制馬達的轉動，經由微控制器控制步進馬達之步進角進行定位，並且藉由第一齒輪第二齒輪與齒部之互相傳動，可調整質量塊在基座之水平臂的位置，進而對一待減振設備達到減振效果。

2.在減振方向上，本發明不只是單一的減少垂直方向的振動振幅，更可以同時減少旋轉方向的振動，馬達轉動或其以皮帶、曲柄傳動會產生一旋轉振動，應用本發明除了質量塊的作用，還可加上整根水平臂旋擺產生的慣性矩，不但可減少垂直方向的振動，同時還可以減少旋轉方向的振動。

3.本發明藉由鎖件、彈簧位置調整槽與彈簧的配合，進而可以移動調整彈簧的所在位置，以便因應一待減振設備的減振範圍。

在詳細說明本發明的較佳實施例之後，熟悉該項技術人士可清楚的瞭解，在不脫離下述申請專利範圍與精神下可進行各種變化與改變，且本發明亦不受限於說明書中所舉實施例的實施方式。

1．．．減振器

2．．．基座

21．．．水平臂

22．．．垂直臂

23．．．導軌

3．．．齒部

4．．．側壁

41．．．導電軌

42．．．彈簧位置調整槽

5．．．質量塊

51．．．馬達

52．．．第一齒輪

53．．．導電夾

6．．．第二齒輪

7．．．電源輸入接頭

8．．．鎖件

9．．．彈簧

91．．．孔洞

10．．．固定夾

101．．．矩形塊

11．．．微控制器

第一圖係顯示本發明減振器之分解圖。

第二圖係顯示本發明減振器之前視立體圖。

第三圖係顯示本發明減振器之前視圖。

第四圖係顯示本發明減振器之後視立體圖。

第五圖係顯示本發明減振器之仰視立體圖。

第六圖係顯示本發明減振器的操作方法流程圖。

1．．．減振器

2．．．基座

21．．．水平臂

22．．．垂直臂

3．．．齒部

4．．．側壁

41．．．導電軌

42．．．彈簧位置調整槽

5．．．質量塊

6．．．第二齒輪

7．．．電源輸入接頭

8．．．鎖件

9．．．彈簧

Claims (11)

1. 一種減振器，包含：一基座，設有一齒部且於兩相對側壁各設有一導電軌；一質量塊，具有一馬達、一連接該馬達之第一齒輪與一導電夾，該導電夾連接該導電軌以使該質量塊滑動於該基座之導電軌；一第二齒輪，連接於該基座之齒部與該質量塊之第一齒輪；以及一電源輸入接頭，電連接該基座；該電源輸入接頭提供一電源予該基座之導電軌，該電源經由該導電軌與該導電夾而傳予該馬達，以驅動該第一齒輪轉動，進而帶動該第二齒輪轉動，使得該質量塊在該基座之齒部上移動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之減振器，其中該基座包含一水平臂與一垂直臂，該水平臂於其該側壁設有一彈簧位置調整槽，該彈簧位置調整槽分別與一鎖件與一彈簧結合，以使該彈簧與該基座之水平臂固鎖在一起。
3. 如申請專利範圍第2項所述之減振器，其中該彈簧位置調整槽具有一槽孔，該彈簧上方設有一孔洞，該鎖件依序穿過該槽孔與該孔洞，而將該彈簧位置調整槽與該彈簧互相固鎖，其中該彈簧位置調整槽之延伸方向係與該水平臂平行。
4. 如申請專利範圍第2項所述之減振器，進一步包含一固定夾，該固定夾之一端連接於該質量塊之底部，而該固定夾之另一端係連接於該水平臂底部所設之一導軌。
5. 如申請專利範圍第4項所述之減振器，其中該固定夾之另一端的端部係為一矩形塊，以配合連接該水平臂之導軌。
6. 如申請專利範圍第1項所述之減振器，其中該減振器進一步包含一微控制器，該微控制器係連接於該質量塊，且電連接該導電夾與該馬達。
7. 一種減振器的操作方法，包含下列步驟：供應一電源，並且啟動一馬達；令一微控制器讀取一待減振設備的振動頻率狀況，並發送一距離訊號；令一第一齒輪與一第二齒輪轉動，以使一質量塊移動；判斷該質量塊是否到達一目標位置；以及令該馬達停止運轉。
8. 如申請專利範圍第7項所述之減振器的操作方法，其中令該電源係藉由一電源輸入接頭所輸入，而該電源係流經一基座之一導電軌，並且再經由該質量塊之一導電夾到達該馬達，並且再經由該質量塊之一導電夾到達該馬達。
9. 如申請專利範圍第7項所述之減振器的操作方法，其中該微控制器所發出的該距離訊號係用以使該質量塊移動至一基座之一位置上，而其係藉由該微控制器控制該馬達之步進角，以調整該質量塊在該基座之該位置上。
10. 如申請專利範圍第7項所述之減振器的操作方法，其中判斷該質量塊是否到達該目標位置係根據該待減振設備的振動頻率狀況，而決定該質量塊所需相對應位置。
11. 如申請專利範圍第7項所述之減振器的操作方法，其中該馬達係為一步進馬達，藉由一脈波訊號來控制該馬達的轉動，該微控制器控制該馬達之步進角以對該質量塊進行定位。