(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁石と磁性体を相互に接近させて配置し、電磁石と磁性体の相互間に発生した振動に応じて、電磁石の磁力を変更することにより、この振動を減衰する能動型制振用アクチュエータにおいて、
上下に配置された対の電磁石を備え、この上下の電磁石間に前記磁性体を配置し、この磁性体の上下面に前記電磁石の磁力線が略垂直方向に貫く非磁性体の導電板を配設し、前記上下の電磁石に同一レベルのバイアス電流を流し、この上下の電磁石の磁力の増減により高さ方向、即ちｚ軸方向の振動を減衰させ、さらに、前記バイアス電流により前記導電板と電磁石間に上下の電磁石間の磁力線と直交する方向の抵抗力を発生させて前記磁性体の、電磁石の磁力線と直交するｘ軸方向及びｘ軸と直角なｙ軸方向への変位を制御するようにした能動型制振用アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、電磁石の磁力によって、振動体の振動を減衰する能動型制振用アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のアクチュエータとしては、例えばボイスコイルモータ（リニアモータ）がある。このボイスコイルモータは、ロッドを介して振動体に連結され、振動体の振動に応じて、振動体を押し引きし、これにより振動体の振動を減衰させる。このボイスコイルモータの推力は、電流に比例するので、高精度の制御を行い易いという利点を持つ。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ボイスコイルモータは、その推力が１方向にだけ作用するので、１つのボイスコイルモータによって、１方向の振動しか制御することができない。このため、縦横高さという３つの方向のそれぞれの振動を制御する場合は、ボイスコイルモータの数が増加し、装置が複雑化して、高価になるという問題点があった。
【０００４】
そこで、この発明の課題は、複数の方向のそれぞれの振動を共に制御することが可能な能動型制振用アクチュエータを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は、電磁石と磁性体を相互に接近させて配置し、電磁石と磁性体の相互間に発生した振動に応じて、電磁石の磁力を変更することにより、この振動を減衰する能動型制振用アクチュエータにおいて、電磁石の磁力線が略垂直に貫く非磁性体の導電板を磁性体に配設している。
【０００６】
また、電磁石の磁力線に略直交する方向で、電磁石と磁性体の相互間に発生する振動を検出する振動検出手段と、バイアス電流を電磁石に流すバイアス手段とを更に備え、バイアス手段は、振動検出手段によって検出された振動に応じて、バイアス電流を変更している。
【０００７】
【作用】
この発明の能動型制振用アクチュエータでは、電磁石の磁力線が略垂直に貫く非磁性体の導電板を磁性体に配設している。このため、電磁石と磁性体の相互間に発生した振動を減衰させるときには、電磁石の磁力線が非磁性体の導電板を貫き、この導電板にうず電流が生じる。これにより、電磁石と導電板間には、抵抗力（ローレンツ力）が発生する。この抵抗力は、電磁石の磁力線と直交する方向に発生し、同一の方向に発生した電磁石と磁性体の相互間の振動を抑制する。すなわち、電磁石の磁力を変更することにより、電磁石と磁性体の相互間に発生した振動が減衰されるばかりか、電磁石と導電板間の抵抗力により、電磁石の磁力線と直交する方向に発生した電磁石と磁性体の相互間の振動が減衰される。ここで、前者の振動の方向は、この振動が電磁石の磁力によって減衰されるから、電磁石の磁力線の方向と一致し、後者の振動の方向と異なる。したがって、複数の方向のそれぞれの振動を共に制御することとなる。
【０００８】
また、この能動型制振用アクチュエータでは、振動検出手段と、バイアス手段とを更に備え、バイアス手段は、振動検出手段によって検出された振動に応じて、電磁石に流すバイアス電流を変更している。ここで、振動検出手段によって検出された振動は、電磁石の磁力線に略直交する方向に発生したものであり、この振動に応じて、電磁石のバイアス電流が増減される。したがって、この振動に応じて、導電板を貫く電磁石の磁力線の数が増減されて、電磁石と導電板間の抵抗力が増減されることとなり、これにより振動の速やかな減衰が可能になる。
【０００９】
【実施例】
以下、この発明の実施例を添付図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、この発明の能動型制振用アクチュエータの一実施例を示している。この能動型制振用アクチュエータの機構部は、上下に配置された一対の電磁石１，２と、これらの電磁石１，２間に配置された磁性体３とを備え、この磁性体３の上下面に、非磁性体の各導電板４，５を固定している。
【００１１】
図２は、このアクチュエータの機構部を側方から見て示し、また図３は、このアクチュエータの機構部を上方から見て示している。これらの図に示すように、電磁石用支持柱６を突設して、この電磁石用支持柱６に一対の電磁石１，２を固定している。同様に、磁性体用支持柱７を突設して、この磁性体用支持柱７に磁性体３を固定している。
【００１２】
この能動型制振用アクチュエータは、図４および図５に示すような防振台に適用される。この防振台では、基台１１の４箇所に、各空気バネ１２を配設し、これらの空気バネ１２の上に、振動絶縁板１３を載せている。
【００１３】
これらの空気バネ１２と同様に、基台１１の４箇所に、各電磁石用支持柱６を突設し、これらの電磁石用支持柱６によって、それぞれの一対の電磁石１，２を支持する。また、振動絶縁板１３の下面の４箇所に、各磁性体用支持柱６を突設し、これらの磁性体用支持柱７によって、各磁性体３を支持する。
【００１４】
ここで、振動絶縁板１３が振動すると、これに伴って、各磁性体３も振動する。このとき、各磁性体３毎に、磁性体３の振動が減衰するように、一対の電磁石１，２の磁力を調節すると、振動絶縁板１３の振動を減衰させるとことができる。
【００１５】
この振動を減衰させるための制御を次に述べる。なお、説明の簡単化のために、図１には、一対の電磁石１，２と、１つの磁性体３が示されている。
【００１６】
図１において、磁性体用支持柱７には、ｚ方向加速度検出器１４およびｚ方向変位検出器１５が固定されている。ｚ方向加速度検出器１４は、振動絶縁板１３の振動に伴う磁性体３のｚ方向（高さ方向）の加速度を検出し、検出信号Ｚg を積分回路１６に加える。積分回路１６は、加速度を示す検出信号Ｚg を積分して、ｚ方向の速度を示す信号Ｚv1を形成し、この信号Ｚv1をゲイン調整用アンプ１７を介して加算器１８に加える。
【００１７】
ｚ方向変位検出器１５は、当該変位検出器１５と磁性体３の間隙ｌ、つまり磁性体３のｚ方向の位置を検出し、検出信号Ｚl を出力する。この検出信号Ｚl は、ゲイン調整用アンプ１９を介して加算器１８に加えられるとともに、微分回路２０に加えられる。
【００１８】
微分回路２０は、位置を示す検出信号Ｚl を微分して、ｚ方向の速度を示す信号Ｚv2を形成し、この信号Ｚv2をゲイン調整用アンプ２１を介して加算器１８に加える。
【００１９】
したがって、加算器１８には、ｚ方向の加速度を積分して求められた速度を示す信号Ｚv1、ｚ方向の位置を示す信号Ｚl 、およびｚ方向の位置を微分して求められた速度を示す信号Ｚv2が加えられる。この加算器１８は、信号Ｚv1、信号Ｚl 、および信号Ｚv2を加算して、この和を示す信号（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）を出力する。この信号（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）は、加算器２２に加えられるとともに、反転回路２３によって反転されてから、加算器２４に加えられる。
【００２０】
一方、磁性体用支持柱７には、ｘ方向加速度検出器２５が固定されている。このｘ方向加速度検出器２５は、振動絶縁板１３の振動に伴う磁性体３のｘ方向の加速度、つまり横方向の加速度を検出し、検出信号Ｘg を積分絶対値回路２６に加える。積分絶対値回路２６は、加速度を示す検出信号Ｘg を積分して、ｘ方向の速度の絶対値を求め、この速度の絶対値を示す信号｜Ｘv ｜を形成し、この信号｜Ｘv ｜をバイアス調整用アンプ２７を介して加算器２８に加える。加算器２８は、信号｜Ｘv ｜と、予め設定されたバイアス電圧Ｖb を加算して、これらの和を示す信号（Ｖb ＋｜Ｘv ｜）を各加算器２２，２４に加える。
【００２１】
加算器２２は、信号（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）と、信号（Ｖb ＋｜Ｘv ｜）を加算し、この和を示す信号（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）＋（Ｖb ＋｜Ｘv ｜）を出力する。この信号（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）＋（Ｖb ＋｜Ｘv ｜）は、パワーアンプ２９に加えられて、ここで増幅され、下側の電磁石２に加えられる。また、加算器２４は、信号−（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）と、信号（Ｖb ＋｜Ｘv ｜）を加算し、この和を示す信号−（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）＋（Ｖb ＋｜Ｘv ｜）を出力する。この信号−（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）＋（Ｖb ＋｜Ｘv ｜）は、パワーアンプ３０に加えられて、ここで増幅され、上側の電磁石１に加えられる。
【００２２】
さて、例えば振動絶縁板１３が全く静止しているとすると、ｚ方向加速度検出器１４によって検出される加速度と、ｘ方向加速度検出器２５によって検出される加速度が「０」となるので、各信号Ｚv1，Ｚv2，｜Ｘv ｜によって示される速度も「０」となり、ｚ方向変位検出器１５からの信号Ｚl と、バイアス電圧Ｖb のみが残る。このため、信号（Ｚl ＋Ｖb ）が各パワーアンプ２９，３０を介して一対の電磁石１，２に加えられる。この場合、各電磁石１，２には、同一レベルのバイアス電流が流れ、これらの電磁石１，２は、同一の磁力を発生する。これにより、磁性体３は、各電磁石１，２の磁力によって、これらの電磁石１，２の略中央に保持される。
【００２３】
また、このときには、各電磁石１，２間の磁力線が磁性体３の各導電板４，５を略垂直に貫く。これにより、各導電板４，５には、うず電流が発生し、各導電板４，５と各電磁石１，２間に、抵抗力（ローレンツ力）が発生する。この抵抗力は、各電磁石１，２間の磁力線と略直交する方向に発生するので、磁性体３のｘ方向の変位が抑制される。
【００２４】
ここで、各電磁石１，２間には、磁性体３が位置するので、これらの電磁石１，２間に多数の磁力線が発生し易い。このため、各導電板４，５に大きなうず電流が発生して、各導電板４，５と各電磁石１，２間に充分な抵抗力が発生する。したがって、この抵抗力は、磁性体３の変位の抑制に有効であり、振動絶縁板１３の振動の減衰に充分に役立つ。
【００２５】
次に、振動絶縁板１３に振動が発生し、この振動の振幅がｘ方向とすると、ｘ方向加速度検出器２５によって加速度が検出され、積分絶対値回路２６からは信号｜Ｘv ｜が出力され、信号（Ｚl ＋Ｖb ＋｜Ｘv ｜）が各パワーアンプ２９，３０を介して各電磁石１，２に加えられる。
【００２６】
したがって、振動絶縁板１３にｘ方向の振動が発生したときには、各電磁石１，２の電流が増加して、各導電板４，５を貫く磁力線の数が増加し、各導電板４，５と各電磁石１，２間の抵抗力が大きくなる。これにより、振動絶縁板１３のｘ方向の振動が速やかに減衰される。
【００２７】
次に、振動絶縁板１３にｚ方向の振動が発生したとすると、ｚ方向加速度検出器１４によって加速度が検出され、ｚ方向変位検出器１５によって位置が検出される。このため、加算器１８には、積分回路１６からの信号Ｚv1、ｚ方向変位検出器１５からの信号Ｚl 、および微分回路２０からの信号Ｚv2が加えられ、ここで信号（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）が求められる。
【００２８】
このとき、振動絶縁板１３の振動にｘ方向の成分が含まれず、信号｜Ｘv ｜によって示される速度が「０」であれば、加算器２２は、信号（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）と、信号Ｖb を加算し、この和を示す信号（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）＋Ｖb を出力する。この信号（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）＋Ｖb は、パワーアンプ２９を介して下側の電磁石２に加えられる。また、加算器２４は、信号−（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）と、信号Ｖb を加算し、この和を示す信号−（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）＋Ｖb を出力する。この信号−（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）＋Ｖb は、パワーアンプ３０を介して上側の電磁石１に加えられる。
【００２９】
ここで、例えば振動絶縁板１３の振動によって、磁性体３が上方に変位したとすると、パワーアンプ２９の信号（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）＋Ｖb が大きくなって、下側の電磁石２の磁力が大きくなる。また、パワーアンプ３０の信号−（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）＋Ｖb が小さくなって、上側の電磁石１の磁力が小さくなる。つまり、磁性体３が上方に変位したときには、下側の電磁石２の磁力が大きくなるとともに、上側の電磁石１の磁力が小さくなり、これにより磁性体３が下方に引き戻される。
【００３０】
逆に、磁性体３が下方に変位したとすると、パワーアンプ２９の信号（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）＋Ｖb が小さくなって、下側の電磁石２の磁力が小さくなる。また、パワーアンプ３０の信号−（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）＋Ｖb が大きくなって、上側の電磁石１の磁力が大きくなる。これにより、磁性体３が上方に引き戻されることとなる。
【００３１】
すなわち、振動絶縁板１３にｚ方向の振動が発生したときには、各電磁石１，２の磁力に偏差が生じて、磁性体３が元の位置へと戻され、これにより振動絶縁板１３のｚ方向の振動が速やかに減衰される。
【００３２】
なお、振動絶縁板１３の振動に、ｘ方向の成分とｚ方向の成分が共に含まれている場合は、パワーアンプ２９から信号（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）＋（Ｖb ＋｜Ｘv ｜）が出力されるとともに、パワーアンプ３０から信号−（Ｚv1＋Ｚl ＋Ｚv2）＋（Ｖb ＋｜Ｘv ｜）が出力され、これによりｘ方向とｚ方向の振動が共に減衰される。
【００３３】
ところで、振動絶縁板１３が静止しているときには、先に述べたように信号（Ｚl ＋Ｖb ）に対応するバイアス電流が各電磁石１，２に流れる。そして、振動絶縁板１３がｚ方向に振動すると、これらの電磁石１，２の電流が増減される。したがって、バイアス電流が流れているときの各電磁石１，２の磁力を基準にして、これらの電磁石１，２の磁力が増減される。このバイアス電流は、各電磁石１，２の最大許容電流の略１／２に設定するのが最も好ましい。これは、各電磁石１，２の電流が最大許容電流の略１／２に近いときに、電流と磁力の比例関係が保たれるので、振動の減衰制御を安定に行えるからである。
【００３４】
また、各電磁石１，２間の磁力線と略直交する方向に発生する抵抗力は、磁性体３のｘ方向の変位ばかりでなく、ｙ方向（図３に示す）の変位も抑制する。したがって、ｘ方向の振動と同様に、磁性体３のｙ方向の加速度を検出し、このｙ方向の加速度に応じて、各電磁石１，２の電流を増加して、この抵抗力を大きくしても良い。これにより、ｘｙｚの３つの方向について、振動の減衰制御が可能になる。
【００３５】
なお、電磁石の構造、磁性体の材質、あるいは導電板の材質等は、適宜に選択できる。また、振動の検出から、電磁石に電流を流すまでの制御系の構成は、多様に変形することが可能である。
【００３６】
【効果】
以上説明したように、この発明の能動型制振用アクチュエータでは、電磁石の磁力線が略垂直に貫く非磁性体の導電板を磁性体に配設しているので、この導電板にうず電流が生じて、電磁石の磁力線と直交する方向に抵抗力が発生する。このため、電磁石の磁力を変更することにより、電磁石と磁性体の相互間に発生した振動を減衰できるばかりか、電磁石と導電板間の抵抗力により、電磁石の磁力線と直交する方向に発生した電磁石と磁性体の相互間の振動を減衰できる。すなわち、複数の方向のそれぞれの振動を共に制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の能動型制振用アクチュエータの一実施例を示す図
【図２】この実施例のアクチュエータの機構部を示す側面図
【図３】この実施例のアクチュエータの機構部を示す平面図
【図４】この実施例のアクチュエータを適用した防振台を示す側面図
【図５】この実施例のアクチュエータを適用した防振台を示す正面図
【符号の説明】
１，２  電磁石
３  磁性体
４，５  導電板
６  電磁石用支持柱
７  磁性体用支持柱
１４  ｚ方向加速度検出器
１５  ｚ方向変位検出器
１６  積分回路
１８，２２，２４，２８  加算器
２０  微分回路
２３  反転回路
２５  ｘ方向加速度検出器
２６  積分絶対値回路
２９，３０  パワーアンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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