JPH08179835A - アクティブダンパ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成のアクティブダンパを提供する。 【構成】 制振対象の装置４の振動方向Ａに直列に圧電
素子２と質量１とを接続して取付ける。装置４の振動数
ωと質量１のバネ質量系の固有振動数とが一致したとき
に、装置４は静止状態となる。装置４が振動すると圧電
素子２は歪むので、その歪出力を制振制御回路６に取込
みωを算出する。このωに応じて圧電素子２の駆動電圧
を制御することにより、圧電素子２のバネ定数が制御さ
れ、両系の固有振動数を一致せしめることが可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアクティブダンパに関
し、特に振動する装置の振動部位に取付けられて振動エ
ネルギを吸収して制振をなすアクティブダンパに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のアクティブダンパの例と
しては、例えば、特開昭６３−２２１４１０号公報に開
示の技術がある。この技術においては、圧電アクチュエ
ータと加速度計及び圧電アクチュエータを駆動する制振
制御回路とを設けて、振動を吸収する構造であり、図２
にその例を示す。

【０００３】取付けベース７は、制振しようとする物体
（機械装置）４にアクティブダンパを取り付け部品全体
の動作方向を合わせるためのものであり、ねじや磁力で
振動する物体に取り付けられる。

【０００４】質量１と圧電アクチュエータ２は、このベ
ース７上に機械装置４の振動方向Ａと同じ方向に直列接
続して固定されるものであり、ベース７すなわち元の振
動系である機械装置４の振動加速度ｄ² ｘ１／ｄｔ² を
検出するのが加速度計９であり、質量１の振動加速度ｄ
² ｘ２／ｄｔ² を検出するのが加速度計８である。制振
制御回路６は、加速度計８，９の出力から圧電アクチュ
エータ２の駆動電圧Ｅを演算し、それによって圧電アク
チュエータ２を駆動するものである。

【０００５】次に動作を説明する。加速度計８，９の出
力を制振制御回路６で演算し圧電アクチュエータ２の駆
動電圧を振動が減衰させるように制御することにより、
機械装置４の振動を吸収するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この様な従来のアクテ
ィブダンパでは、２個の加速度計８，９により機械装置
４及び付加した質量１の加速度を計測し、その値から駆
動電圧Ｅを演算しているので、構成部品数が多く、また
制振制御回路６も複雑になるという欠点がある。

【０００７】本発明の目的は、構成部品が少なくまた制
振制御回路も簡単化でき、いかなる周波数の強制力が作
用しても振動を抑圧することが可能なアクティブダンパ
を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、振動す
る装置の振動部位に取付けられて振動エネルギを吸収し
て制振をなすアクティブダンパであって、前記装置の振
動方向と同方向に互いに直列接続された圧電素子及び質
量と、前記圧電素子の出力に応じて制振のための駆動電
圧を算出して前記圧電素子へ印加する制振制御手段とを
含むことを特徴とするアクティブダンパが得られる。

【０００９】

【作用】圧電素子をアクテュエータとして使用すると共
に、加速度計の役目としても使用することで、上記目的
を達成する。すなわち、振動する装置の円振動数を圧電
素子の出力により算出し、この円振動数に応じて圧電素
子の駆動電圧を制御することで、円振動の振幅を略０に
抑圧するものである。

【００１０】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例について
詳述する。

【００１１】図１は本発明の実施例の構成図であり、図
２と同等部分は同一符号により示している。図１におい
て、制振しようとする機械装置４はバネ５により支持さ
れている。圧電素子２とバネ３とは振動方向Ａと同方向
に並列接続されており、質量１は圧電素子２、バネ３に
振動方向Ａと同方向に直列接続されている。

【００１２】制振制御回路６は圧電素子２の歪み信号出
力から駆動電圧を算出して、この駆動電圧を圧電素子２
へ印加することにより、装置４の振動を効果的に抑止す
るものである。

【００１３】以下に本発明に係るアクティブダンパの原
理について数式を用いて説明する。いま、装置４に対し
て周期力Ｐｏ＝sin ωｔが作用するとする。このときの
装置４と質量１の各運動方程式は夫々（１），（２）式
で示される。

【００１４】 Ｍｄ² ｘ１／ｄｔ² ＝−ｋ１ｘ１−ｋ２（ｘ１−Ｘ２）−α（ｘ１−ｘ２） ＋Ｐｏsin ωｔ …………（１） ｍｄ² ｘ２／ｄｔ² ＝−ｋ２（ｘ２−ｘ１）−α（ｘ２−ｘ１）………（２） 但し、Ｍは装置４の重さ、ｍは質量１の重さ、ｋ１はバ
ネ５のバネ定数、ｋ２はバネ３のバネ定数、αは圧電素
子２のバネ定数、ｘ１は装置４の変位、ｘ２は質量１の
変位である。

【００１５】（１），（２）式を変形すると、 Ｍｄ² ｘ１／ｄｔ² ＋（ｋ１＋ｋ２＋α）ｘ１−（ｋ２＋α）ｘ２ ＝Ｐｏsin ωｔ …………（３） ｍｄ² ｘ２／ｄｔ² ＋（ｋ２＋α）ｘ２−（ｋ２＋α）ｘ１＝０………（４） となる。

【００１６】ここで、質量１のバネ質量系の固有円振動
数をΩ２とすれば、Ω２² ＝（ｋ２＋α）／ｍであるか
ら、運動方程式は、 （Ｍ／ｍ）ｄ² ｘ１／ｄｔ² ＋Ω２² ｛１＋ｋ１／（ｋ２＋α）｝ｘ１ −Ω２² ｘ２＝（Ｐｏ／ｍ）sin ωｔ …………（５） ｄ² ｘ２／ｄｔ² ＋Ω２² ｘ２−Ω２² ｘ１＝０…………（６） となる。

【００１７】それ故、装置４、質量１の運動は強制力の
円振動数ω（振動数の２π倍）と等しい円振動数を持つ
定常振動、 ｘ１（ｔ）＝（Ｐｏ／ｋ１）｛（１−λ２² ）² ／Ｄ｝^1/2 sin ωｔ ………（７） ｘ２（ｔ）＝（Ｐｏ／ｋ１）（１／Ｄ）^1/2 sin ωｔ ………（８） となる。

【００１８】尚、Ｄは、 Ｄ＝〔１−｛１＋（１＋（Ｍ／ｍ）λ２² ）（ｋ２＋
α）／ｋ１＋（Ｍ／ｍ）λ２⁴ ）（ｋ２＋α）／ｋ
１｝〕² であり、λ２＝ω／Ω２である。

【００１９】装置４の強制振動ｘ１（ｔ）に注目してそ
の振幅をＸ１とすると、 Ｘ１／（Ｐｏ／ｋ１）＝（１−λ２）² ／〔１−｛１＋（１＋（１＋Ｍ／ｍ） （ｋ２＋α）／ｋ１）｝λ２² ＋（Ｍ／ｍ）λ２⁴ （ｋ２＋α）／ｋ１〕 ………（９） となる。

【００２０】この（９）式において、 λ２＝ω／｛（ｋ２＋α）／ｍ｝＝１ ………（１０） のときにＸ１＝０となり、装置４の強制振動の振幅（Ｘ
１）が０となって振動がなくなることが判る。

【００２１】よって、装置４の振動を制振するには、強
制力の円振動数ωに応じてλ２＝１となるようにαを制
御すれば良いことになる。

【００２２】ここで、円振動数ωの強制力が作用した場
合、圧電素子２の変位量は（ｘ１−ｘ２）であり、この
変位量は、円振動数ωの関数となり、（７），（８）式
により、 ｘ１−ｘ２＝（Ｐｏ／ｋ１）〔｛（１−λ２² ）² ／Ｄ｝^1/2 −（１／Ｄ）^1/2 〕sin ωｔ ………（１１） と表わされる。

【００２３】従って、圧電素子２の変位量（ｘ１−ｘ
２）に対応した歪み出力を制振制御回路６においてある
一定時間計測し取り込むことにより、強制力の円振動数
ωを算出することができる。

【００２４】制振制御回路６では、この算出した現在の
円振動数に応じて圧電素子２の駆動電圧を制御してλ２
＝１となる様にαを制御する。圧電素子２のバネ定数α
は、圧電素子の寸法、材質が定まれば駆動電圧のみの関
数として表されるので、駆動電圧によりαを制御して
（１０）式のλ２が１となる様に制御することができ
る。

【００２５】圧電素子２による歪み出力によってωを計
測して駆動電圧を決定する処理を繰返すことにより装置
４の振動を減衰させることができるのである。

【００２６】尚、図１においては、圧電素子２に並列に
バネ３を接続しているが、このバネ３は省略しても良
く、この場合には、上記各式においてバネ３の定数ｋ２
は０とすれば良い。

【００２７】

【発明の効果】叙上の如く、本発明によれば、圧電素子
をセンサとしまたアクチュエータとしても用いるように
したので、非常に小型でかついかなる強制力にも制振作
用を有するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図である。

【図２】従来のアクティブダンパの構成図である。

【符号の説明】

１ 質量 ２ 圧電素子 ３，５ バネ ６ 制振制御回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動する装置の振動部位に取付けられて
   振動エネルギを吸収して制振をなすアクティブダンパで
   あって、前記装置の振動方向と同方向に互いに直列接続
   された圧電素子及び質量と、前記圧電素子の出力に応じ
   て制振のための駆動電圧を算出して前記圧電素子へ印加
   する制振制御手段とを含むことを特徴とするアクティブ
   ダンパ。
2. 【請求項２】 前記制振手段は、前記圧電素子の出力か
   ら前記装置の円振動数ωを算出し、この円振動数ωに応
   じて前記駆動電圧を制御するようにしたことを特徴とす
   る請求項１記載のアクティブダンパ。
3. 【請求項３】 αを圧電素子のバネ定数とし、ｍを前記
   質量の重さとしたとき、ω／（α／ｍ）^1/2 ＝１となる
   ように前記駆動電圧を制御することを特徴とする請求項
   ２記載のアクティブダンパ。