(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側の質量及び上側のばねと下側の質量及び下側のばねとからなる２自由度の防振装置において，
前記下側の質量と前記下側のばねの外乱である振動ストロークの速度に比例した誘導電圧を発生して発電する下側のエネルギー回生ダンパと，
その発電した電気を蓄えるコンデンサと，
該コンデンサによって蓄えられた電気により出力を発生させ，該出力により前記上側の質量と前記上側のばねの振動を制御する上側のアクチュエータとを備えたことを特徴とする２自由度の防振装置。
【請求項２】
前記下側のエネルギー回生ダンパで発電された電圧が，前記コンデンサの電圧よりも低い場合は，前記コンデンサをはずし，抵抗のみを接続し，前記下側のエネルギー回生ダンパをダンパに切り替える第１のリレースイッチを備えたことを特徴とする請求項１記載の防振装置。
【請求項３】
前記上側のアクチュエータの誘導電圧の絶対値が，前記コンデンサの電圧よりも大きい場合は，前記上側の質量と前記上側のばねの振動制御をやめ，前記上側のアクチュエータをダンパに切り替える第２のリレースイッチを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の防振装置。
【請求項４】
前記下側のエネルギー回生ダンパおよび前記上側のアクチュエータが，直流モーターであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の防振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，外部からの振動の絶縁を目的とした防振装置に関わる技術である．
【０００２】
【従来の技術】
ばねやダンパのみで構成されている受動的な制御装置よりも，アクチュエータを配置し防振対象に直接的に力を加えるアクティブ振動制御は，良好な振動絶縁能力を持つ．
【０００３】
しかし，振動制御を行うために外部からエネルギーを供給する必要があり，そのことか，アクティブ振動制御の欠点にもなっている．
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は，上記欠点を解消するもので，アクティブ振動制御に必要な全てのエネルギーを，系の中に配置されている発電機（ばね下（下側）のエネルギー回生ダンパ）から供給する．
【０００５】
これにより外部からエネルギーを供給することなく，振動エネルギーを電気的なエネルギーとして蓄え，アクティブ振動制御を行う２自由度の，防振装置を実現することを目的とする．
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのため，本発明の防振装置は，上側の質量及び上側のばねと下側の質量及び下側のばねとからなる２自由度の防振装置において，
前記下側の質量と前記下側のばねの外乱である振動ストロークの速度に比例した誘導電圧を発生して発電するばね下（下側）のエネルギー回生ダンパと，
その発電した電気を蓄えるコンデンサと，
該コンデンサによって蓄えられた電気により出力を発生させ，該出力により前記ばね上（上側）の質量と前記ばね上（上側）のばねの振動を制御するばね上（上側）のアクチュエータとを備えたものであることを特徴とする．
また，本発明の防振装置は，前記ばね下（下側）のエネルギー回生ダンパで発電された電圧が，前記コンデンサの電圧よりも低い場合は，前記コンデンサをはずし，抵抗のみを接続し，前記ばね下（下側）のエネルギー回生ダンパをダンパに切り替える第１のリレースイッチを備えたことを特徴とする．
また，本発明の防振装置は，前記ばね上（上側）のアクチュエータの誘導電圧の絶対値が，前記コンデンサの電圧よりも大きい場合は，前記上側の質量と前記上側のばねの振動制御をやめ，前記ばね上（上側）のアクチュエータをダンパに切り替える第２のリレースイッチを備えたことを特徴とする．
また，本発明の防振装置は，前記ばね下（下側）のエネルギー回生ダンパおよび前記ばね上（上側）のアクチュエータが，直流モーターであることを特徴とする．
本発明のシステムを図１に示す．２自由度の防振装置のモデルを採用し，ばね下およびばね上に１つづつ直流モーターを配置した．振動は外乱としてばね下に加えられ、ばね上質量を防振することが目的である．本発明は力加振および，変位外乱どちらにも適用が可能である．ばね下の直流モーターが振動エネルギーを利用して発電をする発電機（エネルギー回生ダンパ）として機能し，ばね上の直流モーターがアクティブ振動制御を行うサーボモーター（アクチュエータ）として機能する．今後，ばね下の直流モーターをエネルギー回生ダンパと呼び，ばね上の直流モーターをアクチュエータと呼ぶことにする．エネルギー回生ダンパによって回生された振動エネルギーは，コンデンサに電気的なエネルギーとして蓄えられ，アクチュエータがコンデンサの電圧を利用してアクティブ制御を行う．
【０００７】
直流モーターがエネルギー回生ダンパおよびアクチュエータとして機能する．エネルギー回生ダンパとコンデンサを接続する電気回路には，リレースイッチが２つ配置されている．アクチュエータとコンデンサを接続する電気回路には，３つのリレースイッチと電圧制御器が配置されている．
【０００８】
エネルギー回生ダンパの回路の切り替え方法について説明する．振動は上下の方向が常に変化する．振動の方向によって常にコンデンサとの接続方向を切り替える必要がある．また，振動エネルギーが小さく，発電された電圧がコンデンサの電圧よりも低い場合は，電気が逆流することになる．その時は電気回路からコンデンサをはずし，直流モーターに抵抗のみを接続する．このようにすれば，エネルギー回生ダンパは通常のダンパとして機能する．エネルギー回生ダンパは振動エネルキーを蓄えることが不可能な時は，通常のダンパとして機能し，防振を行う．
【０００９】
図１の１番のリレースイッチはエネルギー回生ダンパとコンデンサの接続の方向を切り替える，整流する機能を実現することを目的としている．２番のリレースイッチは，直流モーターとコンデンサとの接続と切り離しを，切り替えることを目的としている．
【００１０】
図２から図４に具体的な回路の切り替え則を説明する．回路図はエネルギー回生ダンパに関係のあるリレースイッチ１と２についてのみ示した．図中において，Ｅ１はエネルギー回生ダンパの誘導電圧の絶対値，Ｅｃはコンデンサの電圧，Ｖｓはエネルギー回生ダンパのストロークの速度を示す．図２と図３は誘導電圧がコンデンサの電圧よりも高く，コンデンサに発電したエネルギーを供給しているところである．図４は誘導電圧がコンデンサの電圧よりも低く，振動エネルギーをコンデンサに回生するのをやめ，抵抗のみに接続しダンパとして機能させ，防振をしている時である．なお，図２から図１４において，図中のｉは回路の電流の流れを示している．
【００１１】
アクチュエータの回路について説明をする前に，図５に示すような，直流モーターに抵抗と可変抵抗を接続した時に，直流モーターが出す減衰力について説明をする．
【００１２】
直流モーターはストロークの速度Ｖに比例して誘導電圧ｅを発生し，電機子の電流ｉに比例して出力ｆを発生する．この時の比例定数をアクチュエータ係数と呼び，ここではＰとおく．
【００１３】
抵抗をＲとおき，可変抵抗器の抵抗の値をＲｖａｒとおくと，直流モーターのストロークが速度Ｖで動いている時，回路には電圧Ｐ・Ｖが発生するため，電流Ｐ・Ｖ／（Ｒ＋Ｒｖａｒ）が流れる．そのため，直流モーターは出力Ｐ・Ｐ・Ｖ／（Ｒ＋Ｒｖａｒ）を発生する．これが，減衰力となり，直流モーターは減衰係数Ｐ・Ｐ／（Ｒ＋Ｒｖａｒ）のダンパとして機能することになる．
【００１４】
Ｒｖａｒの値が小さいほど，減衰力は小さくなる．よって，最大の減衰係数は，Ｒｖａｒ＝０の時の，Ｐ・Ｐ／Ｒとなる．この時の減衰係数をＣｍａｘとおく．また，最小の減衰係数はＲｖａｒを無限大の値にした時，すなわち，回路を切断した時である．この時の減衰係数をＣｍｉｎとおくと，Ｃｍｉｎ＝０．０となる．
【００１５】
アクチュエータの回路について説明する．回路図はアクチュエータに関係のあるリレースイッチ３と４と５と，可変抵抗器と，電圧制御器についてのみ示した．アクチュエータの回路は，３つのリレースイッチ，可変抵抗器および電圧制御器からなる．ばね上質量の速度をＶ２，ばね下質量の速度をＶ１とする．センサーによって検出された値に基づき，アクチュエータが出す力を決定する．その出力をｕとする．ｕの値がアクチュエータに抵抗を接続し，ダンパとして機能させた時に出すことが可能な最大の減衰力と最小の減衰力の間にある場合，すなわちＣｍｉｎ・（Ｖ２−Ｖ１）≦ｕ≦Ｃｍａｘ・（Ｖ２−Ｖ１）の時，アクチュエータはダンパとして機能し，可変抵抗器によって抵抗の値を変化させることによってダンパの粘性を変え，セミアクティブ制御を行う．図６にこの時の回路図を示す．
【００１６】
Ｃｍａｘ・（Ｖ２−Ｖ１）＜ｕの時，コンデンサの電圧を利用してアクティブ制御を行う．電圧制御器によって電圧を制御し，アクチュエータが出力ｕを発生するように制御する．しかし，アクチュエータの誘導電圧の絶対値Ｅ２がコンデンサの電圧Ｅｃよりも大きい場合は，アクティブ制御をやめ，アクチュエータをＣｍａｘの減衰係数を持つダンパに切り替える．図７〜１０にこの時の回路図を示す．
【００１７】
Ｃｍｉｎ・（Ｖ２−Ｖ１）＞ｕの時，コンデンサの電圧を利用してアクティブ制御を行う．電圧制御器によって電圧を制御し，アクチュエータが出力ｕを発生するように制御する．しかし，アクチュエータの誘導電圧の絶対値Ｅ２がコンデンサの電圧Ｅｃよりも大きい場合は，アクティブ制御をやめ，アクチュエータをＣｍｉｎの減衰係数を持つダンパに切り替える．図１１〜１４にこの時の回路図を示す．
【００１８】
【実施例】
次に実施例について説明をする．自然界の外乱を模擬したランダム波を作成し，本発明のシステムの制振性能（周波数応答）をコンピュータによる数値シミュレーションによって計算した．
【００１９】
図１などに示される電圧制御器としては，可変抵抗器を利用することを想定した．
【００２０】
比較の対象として，パッシブ制御とセミアクティブ制御による方法を挙げた．パッシブ制御は，アクチュエータの存在しないバネとダンパのみによって行う制御である．セミアクティブ制御は，アクチュエータの可変抵抗器の抵抗値を変化させることによってのみ行う制御である．
【００２１】
表１に数値シミュレーションに使用した諸元値を示す．
【００２２】
【表１】
0003943670.tif 000002
【００２３】
図１５にＦＦＴ解析をすることによって求めた周波数応答を示す．
【００２４】
本発明のシステムと同様に制御に外部エネルギーを必要としないパッシブ制御やセミアクティブ制御よりも，１次共振点付近の制振性能が向上していることがわかる．本発明の有効性を十分に証明する結果である．
【図面の簡単な説明】
【図１】    本発明の説明図である．
【図２】    Ｖｓ≧０かつＥ１≧Ｅｃの時のエネルギー回生ダンパの電気回路の説明図である．
【図３】    Ｖｓ＜０かつＥ１≧Ｅｃの時のエネルギー回生ダンパの電気回路の説明図である．
【図４】    Ｅ１＜Ｅｃの時のエネルギー回生ダンパの電気回路の説明図である．
【図５】    直流モーターに抵抗と可変抵抗器を接続した時の図である．
【図６】    Ｃｍｉｎ・（Ｖ２−Ｖ１）≦ｕ≦Ｃｍａｘ・（Ｖ２−Ｖ１）の時のアクチュエータの電気回路の説明図である．
【図７】    ｕ＞Ｃｍａｘ・（Ｖ２−Ｖ１）かつ，ｕ≧０かつ，Ｅｃ≧Ｅ２の時のアクチュエータの電気回路の説明図である．
【図８】    ｕ＞Ｃｍａｘ・（Ｖ２−Ｖ１）かつ，ｕ≧０かつ，Ｅｃ＜Ｅ２の時のアクチュエータの電気回路の説明図である．
【図９】    ｕ＞Ｃｍａｘ・（Ｖ２−Ｖ１）かつ，ｕ＜０かつ，Ｅｃ≧Ｅ２の時のアクチュエータの電気回路の説明図である．
【図１０】  ｕ＞Ｃｍａｘ・（Ｖ２−Ｖ１）かつ，ｕ＜０かつ，Ｅｃ＜Ｅ２の時のアクチュエータの電気回路の説明図である．
【図１１】  ｕ＜Ｃｍｉｎ・（Ｖ２−Ｖ１）かつ，ｕ≧０かつ，Ｅｃ≧Ｅ２の時のアクチュエータの電気回路の説明図である．
【図１２】  ｕ＜Ｃｍｉｎ・（Ｖ２−Ｖ１）かつ，ｕ≧０かつ，Ｅｃ＜Ｅ２の時のアクチュエータの電気回路の説明図である．
【図１３】  ｕ＜Ｃｍｉｎ・（Ｖ２−Ｖ１）かつ，ｕ＜０かつ，Ｅｃ≧Ｅ２の時のアクチュエータの電気回路の説明図である．
【図１４】  ｕ＜Ｃｍｉｎ・（Ｖ２−Ｖ１）かつ，ｕ＜０かつ，Ｅｃ＜Ｅ２の時のアクチュエータの電気回路の説明図である．
【図１５】  実施例のランダム派入力に対する振動伝達率の計算結果のグラフである．
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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