JPH0646058B2 - 振動源から支持構造物への振動伝達を減衰させるための装置 - Google Patents

振動源から支持構造物への振動伝達を減衰させるための装置

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JPH0646058B2
JPH0646058B2 JP58501542A JP50154283A JPH0646058B2 JP H0646058 B2 JPH0646058 B2 JP H0646058B2 JP 58501542 A JP58501542 A JP 58501542A JP 50154283 A JP50154283 A JP 50154283A JP H0646058 B2 JPH0646058 B2 JP H0646058B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、振動源からその源の支持構造物への振動伝達
を、振動源から支持構造物への伝達が少なくとも減少さ
れ、又は最もよく防止されるように作動される振動アク
チュエータ（例えば支持部と源との間に挿入された）の
使用によって、減少させる構造に関する。
特に、雑音や他の振動を有効に制御するということが最
近では商業的に重要になってきており、本発明は、レシ
プロエンジンのような振動源（例えば、海洋推進プラン
ト）からその振動源の支持装置（例えば、振動源を搭載
している自動車のシャーシ、あるいは船の胴）への振動
伝達を減少あるいは防止することに関する。
本発明は繰返し的な振動源および非繰返し的な振動源の
両者からの振動伝達を減少させるために適用することが
できるが、全般的にいうと、繰返し振動源から派生する
振動を減衰させるという点に、最も重要な商業上の適用
を考えるものとして期待されている。
〔従来の技術〕
有効な振動減衰のための方法は、米国特許明細書第４１
２２３０３および第４１５３８１５に開示されている
が、前者は不規則振動の制御に関するものであり、後者
は繰返し振動の制御に関するものである。これらの米国
特許明細書に開示されている技術は、ここで記述するア
クチュエータの制御に適用可能であり、以下の開示では
そのアクチュエータの設計に集中させることにし、アク
チュエータの作動については上述の明細書から明らかに
なるものとして、ここでは前記明細書の開示全体を参考
として組入れるものとする。
機械的な支持部を介して伝達される振動を有効に相殺す
るためには、従来から、各支持部において３つの互いに
直交する方向において作用するアクチュエータを用いる
必要があった。その理由は振動源が普通は多方向性のも
のであるからである。さらに、機械支持部の振動モード
は１つの軸線から他の軸線への振動を結合したものであ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、振動を吸収するアクチュエータの作動
を、その作用線に沿って正確に行なわしめ、振動源の振
動を支持構造物に対して有効に絶縁する構造を提供する
ことである。
〔課題を解決するための手段と作用〕
本発明の１つの観点についていうと、振動源からその振
動源の支持構造物への振動伝達を減衰させるための装置
において、少なくとも１つの振動アクチュエータを採用
し、前記支持構造物にかかる振動源から派生した振動の
影響を減少させるために、そのアクチュエータあるいは
各々のアクチュエータを作動させ、前記振動源と直列的
に剪断方向変位絶縁装置が設けられていることを特徴と
する振動伝達の減衰装置が提供される。
前記剪断方向変位絶縁装置はアクチュエータに組込まれ
ており、それによってそのアクチュエータあるいは各々
のアクチュエータはその作用線に沿ってかなりの強固さ
を有することになるが、剪断方向においてはかなりのコ
ンプライアンス（バネ定数の逆数）を有していて、剪断
方向と軸線方向とにおけるコンプライアンスの比率は少
なくとも１５対１である。
本発明によれば、減衰させようとする振動が、剪断方向
変位絶縁装置により、単一の軸線（作用線）のみに沿っ
て、振動アクチュエータを介して支持部に伝達されるこ
とにより、振動を減衰させようとしてその軸線に沿って
対向的な振動を加える際に、各支持部において単一のア
クチュエータを用いて正確な振動吸収動作をさせること
が可能である。
本発明の最も重要な構成要素である剪断方向変位絶縁装
置は、次のように構成される。
各アクチュエータにおいて剪断方向の振動を絶縁するた
めに、以下に記載するもののいずれかあるいはそれらの
組合わせを使用することができる。
1.既知の技術を用いて、平坦な空気ベアリングあるいは
平坦な流体ベアリングを用いることができる。
2.非対称的な弾性支持部を用いることができ、そのコン
プライアンスは圧縮方向よりも剪断方向における方が相
当大きく、例えば、多層の弾性体−金属のシム挿入物を
用いる。
3.上の2.と同様であるが、中空支持部を提供するために
弾性体−金属の座金挿入物を用いる。
4.2.と同様な支持部であるが、シムの代わりに張力材
料、例えば鋼、のスペーサコイルを有している。
5.3.あるいは4.で上述したものは２枚の板の間に挿入さ
れ、水のような適当な流体で充填され、圧縮に対して堅
固さを増大し、剪断方向にはコンプライアンスを維持す
る。
6.ボールベアリングあるいはローラベアリングを分散さ
せた２つの平坦な表面からなる機械式ベアリング。ロー
ラベアリングの場合、単一の接線軸線のみが絶縁され、
第２の同様なベアリングは直角方向において必要とされ
る。しかしながら平坦なボールベアリングはロードベア
リング容量が極めて制限される。
7.支持部と振動源に取付けられたサスペンションとの間
において、両端をベアリングで張力をかけられたばねワ
イヤあるいはスパー。
8.電極間に閉じ込められた電気粘性材料。
9.各種タイプの磁気ベアリング。
〔実施例〕
第１図は支持部２を有した装置１を示しており、前記支
持部は３個のアクチュエータ４ｘ，４ｙ，４ｚによって
支持構造物３に対してリンク結合されており、前記アク
チュエータはそれぞれ互いに直交したｘ方向、ｙ方向、
ｚ方向において作用する。各支持部における装置１の三
方向における振動を検出し、かつ各支持部において振動
成分に反作用するために前記アクチュエータを付勢する
ことによって、前記構造物３は振動のない状態にするこ
とができる。
第２図は、第１図における３個のアクチュエータ４ｘ，
４ｙ，４ｚが支持部２ａ，２ｂの軸線方向に作用する単
一のアクチュエータ４ａによって、どのように置き換え
ることができるかを示しており、剪断方向変位絶縁装置
５は支持部２ａから剪断方向変位絶縁装置５を介して支
持部２ｂへ伝達されるｙ軸方向およびｚ軸方向における
全ての振動成分の伝達を無視できるようにしている。
支持部２ａの軸線方向における支持部２ａの振動は加速
度計２０によって検出され、前記加速度計はその出力を
増幅器２１に送り、これがさらにアクチュエータ４ａを
駆動させる。アクチュエータ４ａと加速度計２０との間
の電気的な接続は、アクチュエータ４ａによって支持部
２ｂに加えられた振動が、装置１から剪断方向変位絶縁
装置５を介して通過してくる振動を相殺するように調整
されている。この相殺作用を正確にするために、前記回
路２０，２１，４ａは残りの振動検出器２３によって制
御される修正器２２を含んでいてもよい。
装置１が主として繰返し的な性質のある振動を発してい
る場合には、この繰返し成分は、加速度計２０の出力
を、記録された繰返し振動波形信号に関する同期信号の
源として使用し、かつ前記増幅器２１を記録された振動
波形信号を出力する波形発生装置に置き換えることによ
って消滅させることができ、前記波形発生装置の波形は
残りの検出器２３の出力によって制御される付属ユニッ
トによって修正される。
第３図は剪断方向変位絶縁装置の１つの実際的な実施例
を示しており、これは環状になったコンプライアンス
（バネ定数の逆数）の大きな弾性材料７に埋込まれた、
高張力ワイヤでできたコンプライアンスの大きならせん
ばね６を含み、上板と下板９との間に円筒状容器８を画
定し、前記容器の中には非圧縮性流体１０が充填されて
いる。前記容器８の中に突入したピストン１２を有する
従来型の電気力学型アクチュエータ１１が、支持部３に
おける必要な振動吸収を発生させるために用いられる。
前記ばね６は環状弾性体７に対して半径方向の強度を与
え（圧力上昇時にも半径方向の膨張を防ぐ）、環状弾性
体に対して半径方向にはいかなる力をも伝達させない。
代表的な場合、第３図に示した剪断方向変位絶縁装置の
剪断方向におけるコンプライアンスと、軸線方向におけ
るコンプライアンスとの比は、５０対１より大きい（好
ましくは１００対１より大きい）。
エンジンあるいは機械の本体的な動きを防ぐために（例
えば、エンジンを搭載している自動車あるいは船が傾い
たり、あるいは側方へ加速した時）、前記支持部２は第
１平面における側方運動を防ぐために角度をつけて取付
けてもよい。前記第１平面に対して直角をなした平面に
おいて角度をなして取付けられた第２対の支持部も同様
に、前記第２平面における動きを防止するであろう。し
かしながら、この支持部の配置では、機械は動きのいず
れかの軸線の周りで自由に回転することがあり、もしこ
の動きが問題であることがわかれば、その動きを防ぐた
めに回転に対して接線方向に作用する付属的な支持部を
設けることもできる。支持部に張力をかけた状態で配置
するのには着座部の動きが極めて厳しい場合には、第４
図に示したように対向する１対の剪断方向変位絶縁装置
５ａ，５ｂを用いてもよく、この場合には、いずれかの
方向における取付力にもかかわらず、機械１を構造物３
に対して相対的な所定位置に維持することができる。
多くの大型機械の、自由吊下げ型になっている場合の動
きは、従来型の振動アクチュエータの移動量に比べると
小さく、最適な効率を確保するためには、変位量の変換
が望ましい。この変位量の変換は第３図に示したアクチ
ュエータによって達成され、この場合の変位量の変換割
合は容器８とピストン１２の断面積の比に等しくなる。
あるいは、流体を充填された容器８に対してダイアフラ
ムあるいは可撓管を連結してもよく、流体充填された支
持部あるいは従来型の液圧制御弁に対して振動を伝達さ
せるために用いられるこのダイアフラムあるいは可撓管
は、容器８内の圧力を制御するために用いることができ
る。
第５図は、２つの押型支持板２６ａ，２６ｂの間に配置
された電気粘性流体２５を用いたアクチュエータがどの
ようにして形成することができるかを示している。下部
の押型支持板２６ｂは流体２５に接触したアース面を有
し、他方、支持板２６ａは増幅器２８によって概略的に
示された電圧供給部に結合された電導性環状部２７を有
している。支持板２６ａは機械１に結合され、支持板２
６ｂは支持構造物３に結合され、かつそれにはダクト２
９が設けられており、前記ダクトには流体２５のパルス
が供給されて、さもなければ機械１から取付板２６ｂへ
流れる流体を通して通過していくような振動を吸収して
しまう。
前記環状リング２７と取付板２６ｂとの間に電位差が存
在すると、ソリッド状流体２５の環状壁３０が板２６ａ
と２６ｂとの間にアクチュエータを形成、創造すること
になり、これは軸線方向の振動を伝達するが、板２６ｂ
の平面においては大きな剪断方向変位絶縁作用を有して
いる。
板２６ａの上に一連の電導性物体の列（例えば、同心的
な一連の環状物体）を設けることによって、板２６ａと
２６ｂとの間で壁３０によって閉じ込められた流体２５
の容積形状は任意に変化させることができる。これによ
ってアクチュエータによって提供される変位量の制御が
容易になる。
アクチュエータが静かな（および動きによって誘起され
る）力と、動的な振動力との両方を支持しなければなら
ない場合には、静的な力のアクチュエータを除去し、動
的な振動に対する使用を制限することが望ましい。例と
して、振動アクチュエータ、例えば、ピストン１２（第
３図参照）に対して適当に連結されたステップモータ機
構、からの静的な力および動きからくる力を除去するた
めに、比較的低周波数で使用する制御ループを設けても
よい。
従来型の弾性取付部を介して得られる有効な相殺作用の
利点を、上述した剪断方向変位絶縁機構を用いた剪断方
向変位絶縁作用と組合わすことができる。第６図に示し
たように、電気−機械式アクチュエータ４０を弾性支持
部４２の弾性体４１を介して直接的に連結することがで
きる。前記弾性支持部４２は、アクチュエータ４０によ
って提供された有効な相殺システムと並置され、剪断方
向変位絶縁装置５とは直列に連結される。
振動がベアリング５０（第７図参照）内の偏心したシャ
フトから誘起される場合には、ベアリングの動きは、ベ
アリング５０の動的な位置決めをするために図示したよ
うに取付けられた４個の振動アクチュエータ５１から５
４を用いることによって、シャフトの動きに追従させる
ことができる。各アクチュエータとベアリングとの間に
剪断方向変位絶縁装置５が設けられている。各アクチュ
エータに対する支持部の全ての周波数に対して堅固なも
のにすることでき、かつシャフトの動きに対して同期し
ないようになっているので、米国特許第４１５３８１５
に記載されたように、その構造は荷重負担機構となるで
あろう。さらに、自動車あるいは船に対してモータある
いは機械を連結しているベアリング５０の整列に関す
る、自動車あるいは船の動きの影響は、１個あるいはそ
れ以上のアクチュエータ５１〜５４に作用する付加的な
制御ループを用いることによって自動的に補正すること
ができ、ベアリング５０にかかる力あるいはその望みの
整列状態からの変位量を零に（あるいは部分的に零）す
ることができる。前述した影響とは、例えば、エンジン
あるいは機械の、その従来的な取付部に対する動きがあ
り、あるいは、自動車あるいは船が不完全的な剛的な性
質を有しているがゆえのそれらの歪みである。
あらゆる機械支持部において３つの互いに直交するアク
チュエータを設けることが重要であると思われる場合に
は、これらの３つのアクチュエータ間の相互干渉を防ぐ
ために、上述した剪断方向変位絶縁の原理を用いること
ができる。
本発明に関しては磁気アクチュエータもまた採用するこ
とができ、そのようなアクチュエータの多くの設計が必
要な程度の剪断方向変位絶縁作用を提供する。
第８図はそのようなアクチュエータの１つを示してお
り、この場合、振動源に取付けられた４重極層６０が、
前記源の着座部（第８図に極めて概略的な連結状態が示
されている）に取付けられた２個の同様な４重極層６
１，６２の間で挟まれている。各々の４重極層は、４個
の強磁性物質のブロック６３と、これらのブロック６３
を相互結合した強磁性コア上に巻かれた４個のコイル６
４とからなっている。前記コイル６４は層の対向コーナ
ーに同一の極をつくり出す。第８図には３層しか示して
いないが、実際には何層でも使用することができ、この
場合、連続した層は互いに他と交互に反発、引付けを行
っている。前記コイルは振動源からくる主振動を協力し
て吸収するために励磁されるが、さらに、各層における
選択されたコイル対が、使用中に生じることのある層間
のトルクを除去するために、制御されるようになってい
る。
第９図は多重に積んだ、可動的な、鉄の電磁アクチュエ
ータを示している。交互極片６０′と６１′とが機械的
に連結されており、その１組６０′は支持されているエ
ンジンあるいは他の振動源６２′に固定され、他の１組
６１′は着座部あるいは支持体６３′に機械的に結合さ
れている。前記極片の構造支持体は非磁性であり、従っ
てそれらが磁力線の径路を完全なものにすることはな
い。コイル６４′，６５′が極片対６０′，６１′に巻
きつけられ交互になった極片対が交互の方向に励磁され
ることになる。これによって交互になった反発力と引付
力とが生じ、支持力と振動力とに対して寄与することに
なる。コイル６４′，６５′は好ましくは弾性的に取付
けられ、従ってこれらが振動を極６０′，６１′の位置
している場所に伝達することはない。
第１０図は、自動車の浮上りに対する既知の技術を剪断
方向変位絶縁アクチュエータを提供するために修正する
方法を説明している。増幅器７０が振動源（Ｓ）に取付
けられた電磁石７１に対して励磁信号を供給する。磁石
７１を通過する磁束は磁束検出器７２によって測定さ
れ、フィードバックループ７３によって制御される。磁
石７１の極と着座部７５との間にはギャップ７４が存在
し、その下で振動源（Ｓ）が非振動的に支持されるよう
になっている。前記ギャップ７４はギャップ検出器７６
によって制御され、この検出器は磁束検出フィードバッ
クループ７３からの要求される力を制御する。（磁束は
この力に比例する。）前記磁束検出器７２はどのような
従来型の設計のものであってもよい。
振動源（Ｓ）によって発生される繰返し振動が着座部７
５に対して確実に影響を与えないようにするために、磁
石７１の励磁を制御する必要があるが、このために、振
動源（Ｓ）から同期信号が導線７７上に取出され、これ
が波形発生器７８へ送られ、その出力がフィードバック
ループ７３へ供給される。前記発生器７８によって発生
された波形を適用すると、それは加速度計７９を介して
着座部７５に対して効果を与え、前記加速度計の出力は
付属ユニット８０へ供給される（例えば、米国特許第４
１５３８１５に記載されているようにして）。
図面の簡単な説明 第１図は各支持部において３個のアクチュエータを必要
とする先行技術による装置の図、第２図は単一のアクチ
ュエータを用いることの許される、支持部の剪断方向変
位絶縁作用を示した概略図、第３図は本発明の方法に用
いるための電気力計型アクチュエータの単純な形の図、
第４図は支持部が逆になっている時でも、ロードベアリ
ング容量を得るために用いられる１対の剪断方向変位絶
縁装置の概略図、第５図は電気粘性制御技術に基く剪断
方向変位絶縁アクチュエータの図、第６図は直列的に連
結された振動吸収アクチュエータと受動的な弾性支持部
との図、第７図は偏心シャフトの振動影響を零にするた
めの有効なベアリングの断面図、第８図、第９図および
第１０図は本発明の方法に用いるための磁気アクチュエ
ータの図である。
２……支持部、３……支持構造物、４……アクチュエー
タ、５……剪断方向変位絶縁装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スミス・ロデリツク・アラン イギリス国エセツクス・コルチエスタ−・ ザ・グレイド10 (56)参考文献 特開 昭56−160220（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−422（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−1721（ＪＰ，Ｕ) 米国特許3606296（ＵＳ，Ａ) 英国特許1259802（ＧＢ，Ａ) 英国特許974578（ＧＢ，Ａ)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】振動源から支持構造物への振動伝達を減衰
    させるための装置において、振動源を支持構造物に対し
    て連結し且つ二次振動を発生する振動アクチュエータ
    と、振動が前記支持構造物と振動源との間で減衰するよ
    うに前記振動アクチュエータを作動させる制御装置とを
    含み、前記振動アクチュエータは、その軸線方向におけ
    るコンプライアンスが該軸線方向に直角な剪断方向平面
    内におけるコンプライアンスより遥かに低い剪断方向変
    位絶縁装置を備えることを特徴とする、装置。
  2. 【請求項２】剪断方向変位絶縁装置は、外周収容壁によ
    り部分的に限定される非圧縮性の流体の体積を有し、外
    周収容壁は剪断方向平面におけるその軸線方向の端部の
    間の相対移動を許容するが非圧縮性流体の圧力変化を伴
    う半径方向の変形には抵抗し、振動アクチュエータの作
    動は、非圧縮性の流体の体積を選択的に変化させること
    により達成される、特許請求の範囲第１項に記載の装
    置。
  3. 【請求項３】剪断コンプライアンスの軸線方向のコンプ
    ライアンスに対しての比率は、１５：１より大きい、特
    許請求の範囲第１項又は第２項に記載の装置。
  4. 【請求項４】剪断コンプライアンスの軸線方向のコンプ
    ライアンスに対しての比率は、５０：１より大きい、特
    許請求の範囲第１項又は第２項に記載の装置。
  5. 【請求項５】外周収容壁は、弾性材料内に埋め込まれた
    らせんばねを有する、特許請求の範囲第２項に記載の装
    置。
  6. 【請求項６】剪断方向変位絶縁装置は、外周収容壁によ
    り部分的に限定される非圧縮性の電気粘性流体の体積を
    有し、外周収容壁は剪断方向平面におけるその軸線方向
    の端部の間の相対移動を許容するが非圧縮性の電気粘性
    流体の圧力変化を伴う半径方向の変形には抵抗し、剪断
    方向変位絶縁装置には更に外方環状電極が設けられ、前
    記外周収容壁は外方環状電極により加えられる電位によ
    り固体化される非圧縮性の電気粘性流体の環により形成
    される、特許請求の範囲第１項に記載の装置。
  7. 【請求項７】更に、外方環状電極内に同心に配置される
    内方環状電極が設けられ、前記外周収容壁の半径が内方
    環状電極に加えられる電位により減少される、特許請求
    の範囲第６項に記載の装置。
  8. 【請求項８】振動アクチュエータは、極めて近接するが
    相対する極性の複数の磁極を有し、一つ以上の磁極は電
    極コイルにより発生し、電極コイルには、磁極間の隙間
    における振動により前記支持構造物から振動を絶縁する
    位相と大きさの励起電流が供給される、特許請求の範囲
    第１項に記載の装置。
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