(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制振対象物の上面に固定された外容器と、前記制振対象物の振動を検出する振動検出センサーと、前記外容器内に固定されて立設されたボールねじ軸と、このボールねじ軸にボール保持器を介して互いに離間して配置された２つの支持部材と、この２つの支持部材の間に隙間を介して配置された可動重量とを有する可変ばね式制振装置であって、
この可動重量の上面および下面に固定されかつ複数の可動部磁石を隣接する磁石どうしが互いに異なる磁極を持つように配置してなる可動部磁石列と、前記２つの支持部材の前記可動部磁石列側の面に固定されかつ複数の固定部磁石をそれぞれに対向する位置に配置された前記可動部磁石と異なる磁極を持つようにかつ前記可動部磁石列と隙間を介して配置してなる固定部磁石列とにより構成され、前記可動部磁石列と前記固定部磁石列が隙間長さを保持して磁石面並行方向に相対移動するときに磁気復元力を作用する磁気ばね要素と、
前記振動検出センサーからの検出信号によって振動数を検出する振動数抽出手段と、この振動数と前記磁気ばね要素の磁石列の間の隙間長さとの関係から制御量を算出する演算部とを有する制御装置と、
この制御装置の出力を受けて前記ボールねじ軸を回転させ、前記可動部磁石列と前記固定部磁石列の隙間長さを変化させることで前記磁気ばね要素の磁気ばね定数を制御する駆動機構と、
を備えたことを特徴とする可変ばね式制振装置。
【請求項２】
前記可動質量に取付けられた振動検出センサーを備え、前記制御装置は、前記可動質量に取付けられた振動検出センサーの検出信号と制振対象物に取付けられた振動検出センサーの検出信号との位相差および振動数差を算出する減算部と、この位相差および振動数差と磁気ばね要素の磁石列の間の隙間長さとの関係から制御量を算出する演算部と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の可変ばね式制振装置。
【請求項３】
前記振動検出センサーに代えて制振対象物である回転機械に取付けられた回転数検出器とし、更に、前記制御装置に代えて前記回転数検出器によって検出された制振対象物の回転数と前記磁気ばね要素の磁石列の間の隙間長さとの関係から制御量を算出する演算部を有する制御装置としたことを特徴とする請求項１記載の可変ばね式制振装置。
【請求項４】
前記駆動機構は、前記制御装置から制御量に関する信号を受けて作動するモータを有し、前記ボールねじ軸は、このモータによって駆動されて磁気ばね要素の磁石列の間の隙間長さを変化させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の可変ばね式制振装置。
【請求項５】
前記ボールねじ軸は、右ねじ部と左ねじ部を連結した一体構造であり、右ねじ部と左ねじ部を各々前記可動質量の一方の対向する位置にある固定部磁石列の支持部材にボール保持器を介して結合してなることを特徴とする請求項４記載の可変ばね式制振装置。
【請求項６】
前記可動質量の両側に配置された固定部磁石列を支持する支持部材を相互に予圧縮ばねにより結合したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか記載の可変ばね式制振装置。
【請求項７】
前記固定部磁石列を支持する支持部材は、前記可動質量が振動する２次元平面と直交する方向に移動可能な直動案内機構を介して外容器に係合されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか記載の可変ばね式制振装置。
【請求項８】
前記可動質量と外容器は、磁石列の間の隙間に平行の方向に変位可能なベアリングと受け座によって係合されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか記載の可変ばね式制振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建造物や回転機械などの振動を抑制する可変ばね式制振装置に係り、動吸振器の原理に基づく構造物の制振装置もしくは、ばね要素と可動質量からなる付加質量系の固有振動数を、制振対象物の励振振動数に一致させることにより、反共振を利用して振動を抑制する制振装置において、制振対象物の振動変化に追従して、最適な制振性能が得られる可変ばね式制振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、付加質量をばね要素と減衰要素を介して建造物や回転機械などの制振対象物に取り付けた動吸振器において、一つの可動質量により異なる２方向の制振を可能としたうえに装置が小型化できるものとして、ばね要素と減衰要素に磁気力を利用した磁気ばね・ダンパ要素を用いた動吸振器が提案されている。
【０００３】
この動吸振器は、図８にその縦断面図を示し、図９に横断面図を示すように、制振対象物１に取付けられた固定部磁石列２と、可動質量３に取付けられ前記固定部磁石列２に対向して設けられた可動部磁石列４とからなる。
【０００４】
すなわち、この動吸振器では可動質量３に、厚さ方向に磁化した可動部磁石５を所定の距離を置いて隣接する磁石どうしが互いに異なる磁極を持って縦横に多数配列し、バックヨーク６を介して固定している。可動部磁石５とバックヨーク６によって可動部磁石列４が構成されている。これと対向する制振対象物１にも、固定部磁石７とバックヨーク８からなる固定部磁石列２を可動部磁石列４と同一形状、同一位置とした上、対向する部分が異なる磁極を持つように構成して固定している。
【０００５】
ここで可動部磁石列４と固定部磁石列２の間の隙間９は、受け座41，42を介して剛球43を挟み込むことにより一定に保たれている。この隙間９には導体板10が配置されている。
【０００６】
このような構成で、可動質量３が静止状態から動き、対向している可動部磁石５と固定部磁石７が水平方向にずれた場合、互いに異なる磁極を持つため、吸引力が働くとともに、隣接する同一磁極に近づくことにより反発力が働く。これらはいずれも２次元方向の移動に対して可動質量３の移動量を元に戻す復元力として作用する。さらに導体板10を通過する磁束は、可動質量３の移動、すなわち可動部磁石５の移動に伴い、導体板10と相対運動することとなり、導体板10に発生する渦電流損による磁気減衰力として作用する。
【０００７】
このように磁気力を利用して復元力と減衰力が同時に得られる磁気ばね・ダンパ要素を構成して動吸振器に適用することにより、動吸振器の大幅な小型化が可能となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の磁気ばね・ダンパ要素を用いた動吸振器では、磁気ばね定数が一定であるため、制振対象物に動吸振器を設置した後に、温度などの環境条件の変化、あるいは機械などでは運転条件の変化に伴い、制振対象物の固有振動数が変化した場合、動吸振器の最適調整状態が崩れることによる制振効果の低下を防ぐことは困難である。
【０００９】
また回転機械など振動源を持つ制振対象物の場合、磁気ばね要素と可動質量からなる付加質量系の固有振動数を、制振対象物の振動数に一致させることにより、反共振を利用して対象物の定常振動を抑制する制振装置においても、制振装置を設置した後、振動源の振動数変化があると追従できないため、制振効果の低下を防ぐことは困難である。
【００１０】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、制振装置を設置した後でも制振対象物の振動特性変化に追従して、制振装置のばね定数が自動調整される可変ばね式制振装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、制振対象物の上面に固定された外容器と、前記制振対象物の振動を検出する振動検出センサーと、前記外容器内に固定されて立設されたボールねじ軸と、このボールねじ軸にボール保持器を介して互いに離間して配置された２つの支持部材と、この２つの支持部材の間に隙間を介して配置された可動重量とを有する可変ばね式制振装置であって、
この可動重量の上面および下面に固定されかつ複数の可動部磁石を隣接する磁石どうしが互いに異なる磁極を持つように配置してなる可動部磁石列と、前記２つの支持部材の前記可動部磁石列側の面に固定されかつ複数の固定部磁石をそれぞれに対向する位置に配置された前記可動部磁石と異なる磁極を持つようにかつ前記可動部磁石列と隙間を介して配置してなる固定部磁石列とにより構成され、前記可動部磁石列と前記固定部磁石列が隙間長さを保持して磁石面並行方向に相対移動するときに磁気復元力を作用する磁気ばね要素と、
前記振動検出センサーからの検出信号によって振動数を検出する振動数抽出手段と、この振動数と前記磁気ばね要素の磁石列の間の隙間長さとの関係から制御量を算出する演算部とを有する制御装置と、
この制御装置の出力を受けて前記ボールねじ軸を回転させ、前記可動部磁石列と前記固定部磁石列の隙間長さを変化させることで前記磁気ばね要素の磁気ばね定数を制御する駆動機構と、を備えた構成とする。
【００１２】
この発明によれば、制振対象物に制振装置を設置した後に、温度などの環境条件の変化、あるいは機械などでは運転条件の変化に伴い、制振対象物の振動様態が変化した場合でも、その変化に対応して磁気ばね要素を構成する磁石列の間の隙間長さが自動調整されることにより、磁気ばね定数が最適調整状態に保たれるため、制振対象物の振動数が変化した場合にもその振動を効果的に抑制することができる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、前記可動質量に取付けられた振動検出センサーを備え、前記制御装置は、前記可動質量に取付けられた振動検出センサーの検出信号と制振対象物に取付けられた振動検出センサーの検出信号との位相差および振動数差を算出する減算部と、この位相差および振動数差と磁気ばね要素の磁石列の間の隙間長さとの関係から制御量を算出する演算部と、を備えた構成とする。
この発明によれば、可動質量の磁石面平行方向の振動の位相を制御して制振対象物の振動を効果的に抑制することができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１記載の発明において、前記振動検出センサーに代えて制振対象物である回転機械に取付けられた回転数検出器とし、更に、前記制御装置に代えて前記回転数検出器によって検出された制振対象物の回転数と前記磁気ばね要素の磁石列の間の隙間長さとの関係から制御量を算出する演算部を有する制御装置とした構成とする。
この発明によれば、回転機械の運転に伴う振動を特に効果的に抑制することができる。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか記載の発明において、前記駆動機構は、前記制御装置から制御量に関する信号を受けて作動するモータを有し、前記ボールねじ軸は、このモータによって駆動されて磁気ばね要素の磁石列の間の隙間長さを変化させる構成とする。
この発明によれば、磁気ばね要素の磁気ばね特性を簡単確実に変化させることができる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項４記載の発明において、前記ボールねじ軸は、右ねじ部と左ねじ部を連結した一体構造であり、右ねじ部と左ねじ部を各々前記可動質量の一方の対向する位置にある固定部磁石列の支持部材にボール保持器を介して結合してなる構成とする。
この発明によれば、磁気ばね要素の磁気ばね特性を簡単確実に変化させることができる。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれか記載の発明において、前記可動質量の両側に配置された固定部磁石列を支持する支持部材を相互に予圧縮ばねにより結合した構成とする。
この発明によれば、磁石列間の隙間長さの安定性、したがって磁気ばね特性の安定性を得ることができる。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれか記載の発明において、前記固定部磁石列を支持する支持部材は、前記可動質量が振動する２次元平面と直交する方向に移動可能な直動案内機構を介して外容器に係合されている構成とする。
この発明によれば、固定部磁石列の磁石面平行方向の動きが抑制され、磁石面垂直方向のなめらかな動きが実現されて、磁気ばね特性の安定性を得ることができる。
【００２１】
請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれか記載の発明において、前記可動質量と外容器は、磁石列の間の隙間に平行の方向に変位可能なベアリングと受け座によって係合されている構成とする。
この発明によれば、可動質量の磁石面垂直方向の動きを抑制し、磁石面平行方向の動きのみを許容して、磁気ばね特性の安定性を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の可変ばね式制振装置のいくつかの実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の、そして基本的な実施の形態の可変ばね式制振装置を示す。この可変ばね式制振装置は主たる構成要素として、制振対象物１に取付けられた振動検出センサー11と、振動しない安全な場所に設置された制御装置12と、制振対象物１にたいして強固に取付けられた制振装置本体13とを有する。制振装置本体13は、２対の固定部磁石列２および可動部磁石列４と、固定部磁石列２の位置を変化させる駆動機構14を有する。
【００２３】
２つの可動部磁石列は、可動質量３の上面と下面に、厚さ方向に磁化した可動部磁石５を所定の間隔をおいて隣接する磁石どうしが互いに異なる磁極を持って縦横に多数配列し、バックヨーク６を介して固定して構成されている。
【００２４】
制振対象物１に剛に結合された下部の支持部材15ａには、固定部磁石７とバックヨーク８からなる一方の固定部磁石列２が、可動部磁石列４と同一形状、同一位置とした上、対向する部分が異なる磁極を持つように構成されており、一定の隙間９を介して対向することにより磁気ばね要素を構成している。
【００２５】
他方の固定部磁石列２は、駆動機構14を介して下部の支持部材15ａに係合された上部の支持部材15ｂに取付けられている。このように、本実施の形態では可動質量３の上下両側に２組の磁気ばね要素が配置されていることになる。
【００２６】
制御装置12は、制振対象物１に取り付けられた振動検出センサー11からの信号を受けて、隙間９の大きさを決定する演算部を備え、その制御信号を受けて作動する駆動機構14により上部の支持部材15ｂが上下に平行移動されるように構成されている。隙間９には導体板10を配置して磁気減衰作用を利用しても良い。
【００２７】
このような構成の本実施の形態の可変ばね式制振装置においては、制振対象物１の振動特性の変化に応じて、磁気ばね要素を構成する可動部磁石列４と固定部磁石列２の隙間９の大きさが自動的に調整される。従って、制振装置を設置した後でも制振対象物１の振動特性変化に追従して、制振装置本体13の磁気ばね定数が自動調整でき、制振対象物１の振動を常に効果的に抑制することができる。
【００２８】
次に本発明の第２の実施の形態の可変ばね式制振装置を図２を参照して説明する。この実施の形態は制御装置12と駆動機構14を具体化したものである。すなわち、制御装置12として、制振対象物１に取付けられた振動検出センサー11からの検出信号を受けて振動数を抽出するトラッキングフィルター16と、振動数とそれに対応して必要な磁気ばね定数の関係、さらには磁気ばね要素の可動部磁石列４と固定部磁石列２の間の隙間９との関係から制御量を算出する制御量演算部17を備えている。なお、図示していないが、制御装置12は、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器および周波数フィルターも備えている。
【００２９】
また制振装置本体13は、可動質量３の一方で可動部磁石列４と対向する位置にある固定部磁石列２を固定している支持部材15ａおよび、可動質量３の他方の位置に同様に設けられている支持部材15ｂに、左ねじ部18ａと右ねじ部18ｂを連結して一体構造としたボールねじ軸18が、各々ボール保持器19を介して結合されており、制御装置12からの制御信号を受けて回転するモータ20より減速器21を介して駆動される構成となっている。ボールねじ軸18は外容器22に設置された回転軸受23において支持されている。さらに、支持部材15ａ，15ｂはスライド軸受24を介して、外容器22に固定されたレール25と連結している。
【００３０】
この実施の形態によれば、制振対象物１の振動数変化に応じて、上部の固定部磁石列２の円滑な上下移動を可能とした上で、制振対象物１に対する水平支持剛性が確保されており、磁気ばね要素を構成する可動部磁石列４と固定部磁石列２の間の隙間９が可動質量３の両側にある場合でも、同時に自動調整できることとなる。
【００３１】
従って、制振装置を設置した後でも制振対象物１の振動特性変化に追従して、制振装置本体13の磁気ばね定数が自動調整でき、制振対象物１の振動を常に効果的に抑制することができる。
【００３２】
次に本発明の第３の実施の形態の可変ばね式制振装置を図３を参照して説明する。この実施の形態は制御装置12をさらに具体化したもので、制振対象物１に取付けた振動検出センサー11からの信号と可動質量３に取付けた振動検出センサー26からの信号を受けて、位相差検出回路27により制振対象物１と可動質量３の振動の位相差を検出し、この位相差から磁気ばね定数の最適ばね定数からのずれ量を算出するとともに、磁気ばね定数と可動部磁石列４と固定部磁石列２の間の隙間９との関係から制御量を算出する制御量演算部28を備え、この制御量演算部28から駆動機構のモータ20へ制御信号を送る構成となっている。なお、図示されていないが、制御装置12は、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器および周波数フィルターも備えている。
【００３３】
この実施の形態によれば、制振対象物１と可動質量３の振動の位相差に応じて、磁気ばね要素を構成する可動部磁石列４と固定部磁石列２の間の隙間９が自動調整できる。従って、制振装置を設置した後でも制振対象物１の振動特性変化に追従して、制振装置本体13の磁気ばね定数が自動調整でき、制振対象物１の振動を常に効果的に抑制することができる。
【００３４】
次に本発明の第４の実施の形態の可変ばね式制振装置を図４を参照して説明する。この実施の形態においては、制振対象物１は回転機械であり、磁気ばね要素と可動質量３からなる付加質量系の固有振動数を、回転機械の回転数に一致させることにより、反共振を利用して回転機械の振動を抑制する場合、回転数検出器29の信号を受けて、回転数と同期する磁気ばね定数を算出し、磁気ばね定数と可動部磁石列４と固定部磁石列２の間の隙間９との関係から制御量を算出する制御量演算部30を備え、モータ20へ制御信号を送る構成となっている。
【００３５】
この実施の形態によれば、回転機械の回転振動を抑制する場合、回転数変動に追従して、制振装置本体13の磁気ばね定数を自動的に調整することができ、回転機械の振動を常に効果的に抑制することができる。
【００３６】
次に本発明の第５の実施の形態の可変ばね式制振装置を図５を参照して説明する。すなわち、図２から図４に示した第２および第３の実施の形態において、可動質量３の上下に配置した支持部材15ａ，15ｂどうしを、固定座31，ガイド32および予圧縮ばね33を介して結合した構成とする。
【００３７】
この実施の形態によれば、磁気ばね要素を構成する可動部磁石列４と固定部磁石列２の間で上下方向に作用する吸引力により、可動質量３の両側に配置された支持部材15ａ，15ｂどうしが吸引しあうが、その吸引力に対して予圧縮ばね33による拡張力が釣り合うことにより、支持部材15ａ，15ｂの円滑な上下移動が可能となり、磁気ばね要素を構成する可動部磁石列４と固定部磁石列２の間の隙間９が円滑に自動調整できることとなる。
【００３８】
次に図６に示す実施の形態は、図２から図４に示した第２，第３，第４の実施の形態において、可動質量３または外容器22の一方にベアリング34を固定し、他方に固着された受け座35を設け、ベアリング34は受け座35に接触した構成としたものである。この実施の形態によれば、可動質量３の上下移動は拘束され、２次元平面内での自由な移動が可能である。
【００３９】
図７は、図４から図６に示した第４から第６の実施の形態を組み合わせた構成の横断面図を示している。すなわち、可動質量３と外容器22の間に図２から図６に示した各要素を任意に配置することで、制振装置の磁気ばね定数が円滑に自動調整できる可変ばね式制振装置が実現できる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の可変ばね式制振装置においては、制振対象物の振動特性変化に応じて磁気ばね要素を構成する可動部磁石列と固定部磁石列の間の隙間が円滑に変えられ、ばね定数が自動調整される。従って、制振装置を設置した後に制振対象物の振動特性が変化しても、その変化に追従して制振対象物の振動を常に効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を概念的に示す概略縦断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す縦断面図。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す縦断面図。
【図４】本発明の第４の実施の形態を示す縦断面図。
【図５】本発明の第５の実施の形態の要部を示す縦断面図。
【図６】本発明の第６の実施の形態の要部を示す縦断面図。
【図７】図４のIV−IV線，図５のＶ−Ｖ線および図６のVI−VI線に沿う横断面図。
【図８】従来の制振装置を示す縦断面図。
【図９】図８のIX−IX線に沿う横断面図。
【符号の説明】
１…制振対象物、２…固定部磁石列、３…可動質量、４…可動部磁石列、５…可動部磁石、６…バックヨーク、７…固定部磁石、８…バックヨーク、９…隙間、10…導体板、11…振動検出センサー、12…制御装置、13…制振装置本体、14…駆動機構、15ａ，15ｂ…支持部材、16…トラッキングフィルター、17…制御量算出演算部、18…ボールねじ軸、18ａ…左ねじ部、18ｂ…右ねじ部、19…ボール保持器、20…モータ、21…減速器、22…外容器、23…回転軸受、24…スライド軸受、25…レール、26…振動検出センサー、27…位相差検出回路、28…制御量演算部、29…回転数検出器、30…制御量演算部、31…固定座、32…ガイド、33…予圧縮ばね、34…ベアリング、35…受け座、41…受け座、42…受け座、43…剛球。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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