(57)【要約】【課題】望ましくない振動、特に揺動または揺振を吸収するための方法および制動装置に関する。【解決手段】これにもとづき、基盤（２）は、変位アクチュエーター（１０）を用いて振動から隔絶される。入力信号としては、振動によって起こされた保持器（４）と錘（６）との間の相対的な動きが、制御ユニット（９）を用いて保持器（４）と錘（６）とを連結するバネ部品（５）の変位として捕捉される。このことから、変位アクチュエーター（１０）の制御のためには、振動からの影響を受けない参照システムは必要ではなくなり、その結果制動装置（１）を比較的少ない費用で実現することが可能となる。同時に、振動が基盤（２）に望ましくない影響を及ぼす前に、それに対抗した作用を起こすために、振動がバネ部品（５）から錘（６）へ伝播するのを時間的に遅らせる方法を用いている。
2004507689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
望ましくない振動、特に揺動または揺振を吸収するための方法であって、その際振動が基盤に伝播するのを回避するために、振動をセンサーによって捕捉し、制御ユニットを用いて変位アクチュエーター用の信号を生成する方法において、まず振動を錘に導いて起こし、そして錘と振動との間の相対的な動きをセンサーで捕捉し、その値から変位アクチュエーター用に規定された信号をその錘に対抗する動きのために生成することによって、振動が錘から基盤に伝播するのを回避することを特徴とする方法。
【請求項２】
振動を錘に伝播させるバネ部品の変位を捕捉することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
錘と振動との間の相対的な速度を捕捉することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
センサーにより錘と振動との間の相対的な回転運動を捕捉することを特徴とする請求項１から３までの少なくとも一つに記載の方法。
【請求項５】
望ましくない振動、特に揺動または揺振を吸収するための制動装置（１，１５）であって、この装置は構造を支える基盤（２，２０）と制御ユニット（９）とを有し、その基盤（２，２０）と振動の発生地点（基礎３）との間に錘（６，１６）が配置され、振動によって動かされる状態にあり、その錘と基盤との間隔は変位アクチュエーター（１０，１９）を用いて変えることが可能であり、その制御ユニットを用いてセンサー（８）により捕捉した測定値から変位アクチュエーター（１０，１９）用の信号を生成することが可能であり、その際その錘（６，１６）が望ましくない振動の発生地点（基礎３）に対して動くことができるように配置され、その相対的な動きをセンサー（８）によって捕捉することが可能であり、その測定値から変位アクチュエーター用に規定された信号を生成することが可能である制動装置において、まず振動を錘（６，１６）に導いて起こし、この錘（６，１６）に対抗する動きによって、振動が錘（６，１６）から基盤（２，２０）へ伝播することができないようにすることを特徴とする制動装置。
【請求項６】
錘（６）が、バネ部品（５）を用いて振動により動かされる状態にあることを特徴とする請求項５に記載の制動装置（１）。
【請求項７】
バネ部品（５）の変位が捕捉可能であることを特徴とする請求項６に記載の制動装置（１）。
【請求項８】
錘（１６）が、磁場を用いて振動に対抗して相対的に動かされる状態に配置されていることを特徴とする請求項５から７までの少なくとも一つに記載の制動装置（１５）。
【請求項９】
変位アクチュエーター（１９）が、制御可能な磁気軸受を備えていることを特徴とする請求項５から８までの少なくとも一つに記載の制動装置（１５）。
【請求項１０】
錘が、回転運動可能な状態に配置され、そして錘と振動との間の相対的な回転運動がセンサーによって捕捉可能であることを特徴とする請求項５から９までの少なくとも一つに記載の制動装置。
【請求項１１】
錘と振動との間の相対的な回転角が、センサーによって捕捉可能であることことを特徴とする請求項１０に記載の制動装置。
【請求項１２】
共通の基盤（２，２０）に作用し、それぞれがセンサー（８）を有する複数の変位アクチュエーター（１０，１９）を、制動装置（１，１５）が備えていることを特徴とする請求項５から１１までの少なくとも一つに記載の制動装置（１，１５）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、望ましくない振動、特に揺動または揺振を吸収するための方法に関し、その際振動の基盤への伝播を回避するために、振動をセンサーによって捕捉し、制御ユニットを用いて変位アクチュエーター用の信号を生成するものである。さらに、この発明は、この方法を実現するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような方法およびそのために配備される装置は、実際には敏感な技術機器の妨害となる揺動を遮断するために用いられる。この場合、特に地面の揺動または空気音による揺動が、妨害となって作用する。これらによって引き起こされる妨害は、データ記憶装置のハードディスク（ヘッドクラッシュ）や自動車の乗客に対して快適な走行を著しく損う場合のように、例えば測定技術およびレーザー技術においても同様に見受けられる。
【０００３】
制動装置のその他の典型的な利用分野としては、特に火災または防犯監視技術の分野における観測装置または慣性安定化システムの場合、および人を運ぶ時の快適性を向上させるために共通に用いられるような、危険物や患者の輸送に利用する場合における敏感なセンサーの保護である。
【０００４】
技術的なシステムは、既にバネを用いて揺動に対して幾重にも保護されている。そのような受動的なシステムは、特に低周波妨害におけるその伝播挙動において、十分なものではない。
【０００５】
高精度なシステムに対しては、揺動を加速度センサーにより捕捉し、変位アクチュエーターを用いてそれを相殺する制動装置が使用されている。しかし、この方法は、変位アクチュエーターには上限周波数があるので、高周波の場合には大抵は適当な方法ではない。そのため、このような構成の動作範囲は、変位アクチュエーターの帯域幅によって制限される。そこで、この周知の装置では、望ましくない振動がセンサーによって特に構造、すなわち例えば自動車のボディーを支持する基盤において最初に捕捉されていまうという問題が起こる。変位アクチュエーターが、相殺するための適切な対抗運動を開始することが可能となる前に、早くも乗客に揺動が感じ取れてしまうことになり、その結果このような装置によっては揺動の影響を確かに低減できるが、回避することはできない。
【０００６】
ドイツ特許公開第１９７２５７７０号明細書において、拡大された周波数領域にわたる制動のために追加の錘が変位アクチュエーターを用いて制動したいシステムに弾性的に接続されている装置も既に周知となっている。そのシステムから振動エネルギーを取り去るために、変位アクチュエーターを用いて弾性システムと制動装置の錘との間にシステムに対して錘に追加して力を働かせるものである。この場合、振動の捕捉と変位アクチュエーターによる錘の制御に関する比較的高い負担が欠点であることが分かる。
【０００７】
さらに、米国特許第４５３１６９９号明細書により、バネ部品が基盤を安定化させる一方、振動に対抗する方向に変位アクチュエーターを同じ変位で動かすことにより、基盤の妨害となる振動を遮断する能動的制動装置が周知である。
【０００８】
日本特許第２２２５８３９号明細書は、振動をフィルターした領域を加速度センサーが捕捉する制動装置を既に公開している。その場合、そのようにして捕捉した信号を振動に対抗する圧電式アクチュエーター用の入力信号に変換し、その結果振動を互いに相殺することができるものである。
【０００９】
さらに、米国特許第４５６６１１８号明細書は、第一の振動に同期する第二の振動を生成することにより、規定の領域における振動を解消する振動制動方法を記載している。ここでは、フィルターを備えた振動センサーが用いられている。
【００１０】
補足として、ドイツ特許公開第１９６２１７００号明細書により、所望の制動作用を実現するために制御可能な磁気軸受を備えた能動的振動緩和器も開示されている。
【００１１】
実際に慣用されている周知の制動装置が多数あるにもかかわらず、望ましくない振動を克服することにおいて、今日まで解決されない問題があり、それは、調整によって変位アクチュエーター用の信号を生成することができるようにするためには加速度センサーまたは参照システムが必要であるということである。しかし、振動による影響を受けないそのような参照システムは、重い負担をもってしか実現できないものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の基礎を成す課題は、負担のかかる参照システムを必要とすることなく、望ましくない振動を吸収することである。その際、その方法の効率も同時に向上させるものである。さらに、その方法を実行するための装置を実現することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第一に挙げた課題は、この発明にもとづき請求項１の特徴を持つ方法により解決される。
【００１４】
すなわち、この発明にもとづき、まず振動を錘に導いて起こし、そして錘と振動との間の相対的な動きをセンサーで捕捉し、その値から変位アクチュエーター用に規定された信号をその錘に対抗する動きのために生成することによって、振動が錘から基盤に伝播するのを回避する方法を提供するものである。それによって、まず振動が錘だけに作用し、その際起こされた動きと錘との間の基本的に錘の慣性にもとづく相対的な動きをセンサーで捕捉する。この錘に作用する振動の基盤への伝播を、変位アクチュエーターを用いて、それに対抗する運動をタイミング良く起こすことによって回避するものである。まず振動を錘だけに作用させて遅延を持たせることにより、振動の基盤への伝播に対してタイミング良く対抗するように変位アクチュエーターを制御することができ、その結果基盤を完全な静止状態に保持することができるものである。これによって、振動が緩和されるだけでなく、基盤に望ましくない影響を及ぼす前に解消され、その結果錘から基盤への伝播が回避される。
【００１５】
その場合、この発明による、相対的な動きを規定するために、振動を錘に伝播するバネ部品の変位を捕捉する方法の形態が特に有利である。その形態においては、制御ユニットがセンサーを用いて変位アクチュエーター用信号を規定できるように、振動により起こされるバネの変形を捕捉するものである。その際、特には、従来の技術において必要であった加速度センサーに対して、位置センサーだけが必要であり、その結果少ない製作費のほかに、加速度センサーでは不十分な精度でしか捕捉することができなかった低周波振動における効率の改善をも同時に達成される。このため、バネ部品を、例えば保持器に配置することができ、その結果そのことによって保持器と錘間の相対的な動きを振動により変化する間隔として捕捉することができる。
【００１６】
この発明の他の有利な変化形態は、錘と振動との間の相対的な速度を捕捉することにより実現される。それによって、錘と振動によって動かされる保持器との間の相対的な速度を決める、従来の技術において周知であった速度センサーを容易に採用することができる。そのようにして捕捉した測定値を対応する変位アクチュエーター用の調整値に変換し、その結果振動の基盤への影響を排除するものである。
【００１７】
この発明にもとづく方法の他の有利な変形形態は、錘と振動との間の相対的な回転運動をセンサーによって捕捉することによって実現することができる。その形態においては、同じ方法にもとづいて望ましくない回転振動を回避することができる。その際、例えばねじりバネを用いて振動を錘に作用させ、その相対的な回転速度または相対的な回転角をセンサーにより捕捉し、続いてそれを、この場合角度アクチュエーターとして実現した変位アクチュエーター用の入力信号として利用するものである。
【００１８】
望ましくない振動、特に揺動または揺振を吸収するための、前記の方法を実行する制動装置であって、この装置は構造を支える基盤と制御ユニットとを有し、その基盤と振動の発生地点との間に錘が配置され、振動によって動かされる状態にあり、その錘と基盤との間隔は変位アクチュエーターを用いて変えることが可能であり、その制御ユニットを用いてセンサーにより捕捉した測定値から変位アクチュエーター用の信号を生成することが可能であり、その際その錘が望ましくない振動の発生地点に対して動くことができるように配置され、その相対的な動きをセンサーによって捕捉することが可能であり、その測定値から変位アクチュエーター用に規定された信号を生成することが可能である制動装置を実現するとの二番目に挙げた課題は、この発明にもとづき、まず振動を錘に導いて起こし、この錘に対抗する動きによって、振動が錘から基盤へ伝播することができないようにすることにより解決される。この装置においては、振動により影響を受ける、錘の絶対位置を知る必要がなくなるので、負担のかかる参照システムを無くて済ますことができる。その際、センサーによる信号の捕捉においては、妨害運動およびそれにより起こされ、場合によっては遅れた錘の動きとしての、振動の相対的な動きだけが規定されるものである。その場合、基本的に従来の加速度センサーよりもより高い精度でこの相対的な動きを規定することができる。同時に、このような形の制動装置は、比較的簡単な技術手段を用いて実現することができる。
【００１９】
この発明の特に有利な変形形態は、錘がバネ部品を用いて振動により動かすことができる状態にすることにより実現される。この場合、振動と結びついた妨害運動は、もっぱらバネ部品のみにより錘に伝達される。そのために、バネ定数に対応するバネ部品の変形が起こり、その変形から錘に背向したバネの保持器と錘との間の相対的な動きを導き出すことができる。
【００２０】
これに関して、制御ユニットを用いて変位アクチュエーター用の対応する信号を規定するために、バネ部品の変位における相対速度を捕捉することができる。それに対して、この発明の他の特に有利な形態は、バネ部品の変位を捕捉可能にすることにより実現される。この形態においては、振動により作用する力を制御ユニットを用いて算定するのに、基底点と錘と結合したバネ部品の固定点との間の振動により変化する間隔だけが規定されるものである。
【００２１】
制動装置の他の特に有利な実施構成は、磁場を用いて錘を振動に対抗して相対的に動けるように配置することによっても実現される。この構成においては、調整によって錘の位置を規定することができ、その結果非接触による位置決めを実現するものである。これによって、制御の精度をさらに向上することができるが、それは、そのために必要なシステムパラメータを高い精度で再現することができるからである。その際、振動は、磁場の特性値の変化あるいは錘の位置の変化として捕捉される。
【００２２】
これに関して、同様に変位アクチュエーターが制御可能な磁気軸受を備えるのが、特に有利である。そのように構成した変位アクチュエーターを巧く制御することにより、高速で精密な動きを実現することができ、基盤を望ましくない振動から影響を受けない状態に保持することができる。磁気軸受のそれ自体周知のパラメータは、制御によって正確に処理することが可能であり、その結果効率のさらなる向上を達成することができる。
【００２３】
この発明の他の同様の非常に有利な実施構成は、錘を回転運動が可能なように配置し、錘と振動との間の相対的な回転運動をセンサーで捕捉可能とすることにより実現される。この構成においては、例えばモータにより起こされる振動を簡単に解消することができる、回転揺振または回転振動用の制動装置が実現されるものである。これに関して、錘を振動に対抗して動けるようにし、既定の静止位置に保持することができる、ねじりバネを採用することができる。
【００２４】
その際、錘と振動との間の相対的な回転角をセンサーで捕捉可能とすることにより、この発明の特に効果的な変形形態が実現される。この形態においては、錘と振動との間の相対的な動きを、従来の加速度センサーでは実現できない精度で捕捉することができる。その際、参照システムは不要である。この場合、同時にバネ部品の代わりに磁場を用いることも考えられ、それによって特に望ましくない摩擦の影響を回避することができる。
【００２５】
そして、共通の基盤に作用し、それぞれがセンサーを有する複数の変位アクチュエーターを制動装置が備えることにより、この発明の他の特に目的に適った実施構成が実現される。この構成においては、基盤の様々な部分領域に起こる相異なる振動を捕捉することができ、個々の変位アクチュエーターによって確実な位置の調整あるいは位置安定化を実現するものである。
【００２６】
速度センサーの高い感度は、広範囲な利用分野をも開拓するものである。この制動装置によって下部の錘の動きを再構成できるので、より拡張した制御を用いて振動形式を規定することもできる。これによって、基礎の相対的な振動を規定することができる。速度センサーの信号の微分によって、振動の加速度も規定することができる。そのようにして実現した加速度センサーは、製造費用を低減すると同時に、従来の技術において周知のセンサーよりも高い感度を持つものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
この発明は、相異なる実施構成を可能としている。その基本原理をさらに明確に説明するために、その一実施構成を図で表し、以下に記述する。
【００２８】
図１は、基盤２を有する制動装置１の正面図を表し、それは、そこに描かれていない、望ましくない振動、例えば揺動または揺振に対抗して保護すべき構造に対して規定されるものである。振動は、基礎３を介して制動装置１の保持器４（脚部）に作用し、そのことによりそれは、不明な大きさで垂直に動かされる。その際、振動によって起こされた力学的作用は、バネ部品５を用いて錘６に伝達され、保持器４内にあるその支柱７は基本的に邪魔されずに上の方にも下の方にも動く。その場合、力学的作用は、バネ部品５の変位となって現れ、それはセンサー８を用いて支柱７と保持器４との間の相対運動として捕捉することができる。次に、そのようにして得られた測定値は、制御ユニット９を用いて、錘６と連結した変位アクチュエーター１０用の信号に変換され、その変位アクチュエーターは垂直の長さ変化を許容するものである。この長さ変化は、振動にもとづく値に相当し、その際その方向は振動に対抗する方向である。そのことから、振動は確かに錘６に作用するが、その遡及力が基盤２まで及ばないように変位アクチュエーター１０によって相殺される。これに関して、変位アクチュエーター１０は、バネ部品として実現された連結手段１１を備えており、それは基盤２へ遡及するかもしれない力に対抗して錘６に作用するためのものである。
【００２９】
バネ部品５は、振動とは異なる錘６の動きを許容する。その際、それによって起こされるバネ部品５の変位は、センサー８で捕捉され、制御ユニット９を用いて変位アクチュエーター１０用の信号に変換されるが、その場合、特に振動が原因で起こる相対的な位置を規定するためには、参照システムは必要ではない。振動に対抗して遅延させられた錘６の相対的な動きにもとづき、振動が基盤２で感じ取られる前に、変位アクチュエーター１０による相殺する動きを開始することができる。
【００３０】
制動装置１の接続図を表す図２にもとづき、その機能する仕組みを正確により詳しく説明する。まず、垂直な妨害１２として描かれている振動が検出される。これは、図１に描かれているバネ部品５または保持器４内で動くことができる支柱７に相当し、模式的に描かれているバネ制動システム１３を介して基盤６に作用する。それによって捕捉され、静止状態に対して変化する間隔は、バネ制動システム１３の理想的な運動方程式にもとづき、そこには関数方程式としてだけ描かれている変位アクチュエーター１０に対する入力値として算出される。そして、妨害１２の基盤２への影響を回避するために、時間に従属し、妨害１２の値に対応する、基盤２と錘６との間の修正間隔１４が、変位アクチュエーター１０によって調整されるものである。
【００３１】
変位アクチュエーター１０用の信号の生成は、時間的に離散的にも、連続的にも考えうるものである。その際、実際の必要条件がそのように高い精度を必要としない場合には、無負荷状態のバネ制動システムの完全で周波数帯域全体にわたり正確なバランシングは、必ずしも必要ではない。
【００３２】
図３は、磁気軸受１７によって、錘１６を垂れ下がった位置で既定の静止位置に保持する、他の制動装置１５を表している。その際、振動は、磁場の特性値の変化として捕捉され、それによって錘１６と保持器１８との間の相対的な動きを規定することができる。次に、対抗する動きを起こすことができるように、同様に磁気軸受として実現された変位アクチュエーター１９用の制御値がそれから算出される。そのことから、制動装置１５の基盤２０は、望ましくない振動から影響を受けることなく、隔絶されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による制動装置の正面図
【図２】制動装置の接続図
【図３】磁気軸受を有する別の制動装置の模式図
【符号の説明】
１　　　　　　制動装置
２　　　　　　基盤
３　　　　　　基礎
４　　　　　　保持器（脚部）
５　　　　　　バネ部品
６　　　　　　錘
７　　　　　　支柱
８　　　　　　センサー
９　　　　　　制御ユニット
１０　　　　　　変位アクチュエーター
１１　　　　　　連結手段
１２　　　　　　妨害
１３　　　　　　バネ制動システム
１４　　　　　　修正間隔
１５　　　　　　バネ部品
１６　　　　　　錘
１７　　　　　　磁気軸受
１８　　　　　　保持器
１９　　　　　　変位アクチュエーター
２０　　　　　　基盤
【国際公開パンフレット】
2004507689.tif 000003
2004507689.tif 000004
2004507689.tif 000005
2004507689.tif 000006
2004507689.tif 000007
2004507689.tif 000008
2004507689.tif 000009
2004507689.tif 000010
2004507689.tif 000011
2004507689.tif 000012
2004507689.tif 000013
2004507689.tif 000014
2004507689.tif 000015
2004507689.tif 000016
2004507689.tif 000017
【国際調査報告】
2004507689.tif 000018
2004507689.tif 000019
2004507689.tif 000020
2004507689.tif 000021
2004507689.tif 000022
2004507689.tif 000023