JPH10129585A - 減揺装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動吸振器型減揺装置において磁気ダンパの減
衰係数を可動質量の軌道に沿って変化させることができ
るようにすることを目的とする。。 【解決手段】 磁気ダンパは帯状の導電体部材と永久磁
石とを含み、導電体部材の形状は軌道に沿って変化す
る。例えば、導電体部材の幅が変化し、導電体部材に設
けられた孔の大きさ又は密度が変化する。更に、２つの
永久磁石の一方は他方に対して相対的に移動することが
できる。２つの永久磁石の相対的位置を変化させること
によって磁界又は磁束が変化し、減衰力が変化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、減揺対象物の動揺
を軽減するための減揺装置に関し、特に、軌道上を往復
運動する可動質量によって減揺対象物の動揺を軽減する
ように構成された動吸振器型の減揺装置に関する。減揺
対象物には、停船中の船舶、パージ等の海上又は水上に
浮遊した海洋構造物及びリフト、ゴンドラ等の空中に吊
り下げられた構造物がある。

【０００２】

【従来の技術】従来、減揺対象物の動揺を軽減するため
の減揺装置として、アクチュエータを用いた能動型と動
吸振器原理を用いた受動型が知られている。能動型の装
置は減揺対象物の動揺をセンサによって検出し、アクチ
ュエータによって可動質量を振動するように構成されて
いる。可動質量の振動は、減揺対象物の動揺を軽減する
ように位相制御される。またジャイロ効果によるトルク
を用いて減揺作用を生成するものもある。

【０００３】一方、動吸振器原理を用いた受動型の装置
は可動質量を駆動させるためのアクチュエータを用いな
いから構造がより簡単であり、また電力を消費しないた
め適用範囲が広い。

【０００４】図６を参照して従来の動吸振器原理を用い
た減揺装置の例を説明する。この減揺装置は円弧状に湾
曲した軌道面５１１を有する軌道部材５１０と軌道面５
１１上を自由に移動可能な可動質量５１２と軌道面５１
１に平行に円弧状に湾曲した導電体部材５３０とを有す
る。

【０００５】可動質量５１２は前後にそれぞれ１対の車
輪５１３を有する。軌道面５１１の両端には可動質量５
１２のストロークを規定するストッパ５１１Ａ、５１１
Ｂが設けられている。

【０００６】図７を参照して図６の減揺装置に設けられ
た磁気ダンパの構成及び動作を説明する。可動質量５１
２は、内部に凹部５１２Ａを有し、コの字形の断面を有
する。この凹部５１２Ａの内面に１対の永久磁石５３
２、５３２が装着されている。図示のように永久磁石５
３２、５３２は板状の導電体部材５３０の両側に且つそ
れより僅かな間隔にて隔置されている。

【０００７】導電体部材５３０と永久磁石５３２、５３
２とによって磁気ダンパが構成される。導電体部材５３
０は銅のような導電体材料よりなり、可動質量５１２は
鉄のような磁気抵抗が小さい金属よりなる。矢印Ｍにて
示すように、コの字形の断面の可動質量５１２と永久磁
石５３２、５３２と導電体部材５３０を通る磁路が形成
される。

【０００８】永久磁石５３２、５３２によって生成され
た磁束は導電体部材５３０を通過する。可動質量５１２
が軌道面５１１に沿って移動すると、導電体部材５３０
を通過する磁束が移動し、フレミングの法則によって、
永久磁石５３２、５３２に挟まれた導電体部材５３０内
に渦電流が発生する。この渦電流によって、永久磁石５
３２、５３２を支持している可動質量５１２に制動力が
作用する。この制動力は往復運動する可動質量５１２に
対する減衰力となる。

【０００９】磁気ダンパは次のような特徴を有する。 （１）減衰力が、可動質量５１２の運動速度に正確に比
例する。（２）機械的な接触部がなく不要な摩擦が生じ
ないため、耐久性が良い。（３）減衰力の温度依存性が
少ない。

【００１０】図８を参照して可動質量５１２に作用する
復元力について説明する。可動質量５１２が軌道面５１
１に沿って往復運動すると、可動質量５１２の重心Ｇは
中心Ｏ’、半径Ｒの円周上を往復運動すると仮定する。
図示のように重心Ｇの軌跡の最下点を原点Ｏとし、水平
方向にＸ軸、垂直方向にＹ軸をとる。またＸ軸及びＹ軸
に直交するように（紙面に垂直に）Ｚ軸をとる。この減
揺装置は減揺対象物のＺ軸に平行な回転軸周りの動揺を
軽減するように構成されている。

【００１１】可動質量５１２が軌道面５１１に沿って往
復運動するとき、可動質量５１２に働く重力の接線方向
の成分が復元力となる。例えば、可動質量５１２の重心
Ｇの変位をｘ、円の半径Ｏ’Ｇが垂直線（Ｙ軸）となす
角をαとすると、重力の接線方向の成分はｍｇｓｉｎα
＝（ｍｇ／Ｒ）ｘとなり、可動質量５１２の変位ｘに比
例する。

【００１２】可動質量５１２には、この重力に起因した
復元力（ｍｇ／Ｒ）ｘと磁気ダンパによる減衰力が作用
する。従って可動質量５１２の運動方程式は、次のよう
に表される。

【００１３】

【数１】 ｍ（ｄ² ｘ／ｄｔ² ）＋Ｃ（ｄｘ／ｄｔ）＋ｋｘ＝Ｐ

【００１４】ここで、ｋ＝ｍｇ／Ｒである。Ｃは磁気ダ
ンパによる減衰係数、Ｐは減揺対象物の動揺に起因した
外力である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、減揺装置が減
揺対象物に対して最適な減揺作用を発生させるために
は、可動質量５１２の振動の周期が減揺対象物の動揺の
周期と一致し且つ両者の振動が所定の位相差だけ偏倚し
ていることが必要である。例えば、減揺対象物の動揺角
が大きくなって可動質量５１２が両端のストッパ５１１
Ａ、５１１Ｂに衝突すると、両者の位相関係が劣化し、
所望の減揺作用が得られなくなる。従って、可動質量５
１２がストッパ５１１Ａ、５１１Ｂに衝突しないように
往復運動のストロークが制限される必要がある。

【００１６】可動質量５１２をストッパ５１１Ａ、５１
１Ｂに衝突させないためには、磁気ダンパによる減衰力
を十分大きくして、ストロークを制限すればよい。しか
しながら、可動質量５１２の減衰力を大きくすると、減
揺対象物の動揺角が小さいときに所望の減揺作用が得ら
れなくなる欠点がある。

【００１７】結局、減揺対象物の揺動角が大きい場合に
は、可動質量５１２が両端のストッパに衝突しないよう
に、減衰力が十分大きく、減揺対象物の揺動角が小さい
場合には、減揺対象物に対する減揺作用を十分得ること
ができるように、減衰力が十分小さいことが望ましい。

【００１８】一般に、磁気ダンパによる減衰力は永久磁
石が装着されている可動質量５１２の速度に比例する。
従って、可動質量５１２の振動の両端では速度は小さく
なるから減衰力は小さく、原点Ｏ付近では速度が大きく
なるから減衰力は大きくなる。

【００１９】しかしながら、図６及び図７に示した従来
の減揺装置に使用されている磁気ダンパでは、減揺対象
物の揺動角に依存して減衰力を調節することはできなか
った。例えば、数１の式の左辺の第２項の減衰係数Ｃは
一定である。

【００２０】また、受動形の動吸振器形の減揺装置で
は、設置高さに依存して可動質量５１２に作用する慣性
力が異なり、従って、減揺作用が変化する。例えば、減
揺対象物の動揺中心に対する減揺装置の設置高さが高い
ほど、可動質量５１２に作用する慣性力が大きくなり、
減揺装置の設置高さが低いほど可動質量５１２に作用す
る慣性力が小さくなる。

【００２１】従って、上述のように、可動質量５１２が
ストッパ５１１Ａ、５１１Ｂに衝突しないようにするた
めには、即ち、ストロークを制限するためには、減揺対
象物の動揺中心に対する減揺装置の設置高さが高いほ
ど、減衰力を大きくし、減揺装置の設置高さが低いほ
ど、減衰力を小さくする必要がある。

【００２２】しかしながら、図６及び図７に示した従来
の減揺装置に使用されている磁気ダンパでは、減揺装置
の設置高さが異なっても、磁気ダンパによる減衰力を調
節することはできず、一定である。

【００２３】本発明は斯かる点に鑑み、揺動角が大きい
場合には減衰力が大きく、揺動角が小さい場合には減衰
力が小さくなるように構成された減揺装置を提供するこ
とを目的とする。

【００２４】本発明は斯かる点に鑑み、磁気ダンパによ
る減衰力を調節できるように構成された減揺装置を提供
すること目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明の減揺装置による
と、所定の軌道に沿って往復運動可能な可動質量と該可
動質量の復元力を発生するための復元力発生装置と上記
可動質量の減衰力を発生するための磁気ダンパとを有
し、該磁気ダンパによって生成される減衰力の減衰係数
は上記軌道に沿って変化するように構成されている。

【００２６】本発明によると、減揺装置において、上記
磁気ダンパは上記軌道に沿って延在する導電体部材と上
記可動質量に装着された永久磁石とを含む。また、上記
永久磁石によって生成された磁束のうち上記導電体部材
を通過する磁束の断面積が上記軌道に沿って変化するよ
うに構成されている。

【００２７】例えば、上記導電体部材は帯状部材よりな
り、該帯状部材の幅の寸法は上記軌道に沿って変化する
ように構成されている。また、上記導電体部材は帯状部
材よりなり、該帯状部材に多数の孔が設けられ該孔によ
って上記導電体部材を通過する磁束の断面積が上記軌道
に沿って変化するすように構成されている。

【００２８】本発明によると、減揺装置において、上記
磁気ダンパは上記可動質量に固定された固定永久磁石と
上記可動質量に対して可動な可動永久磁石とを含み、上
記固定永久磁石に対する上記可動永久磁石の相対的な位
置を変化させることによって上記２つの永久磁石によっ
て生成される磁界又は磁束を変化させることができるよ
うに構成されている。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１を参照して本発明による減揺
装置の例について説明する。本例の減揺装置は軌道部材
１１と軌道部材１１に沿って自由に移動可能な可動質量
１２と軌道部材１１を両側にて支持する支持部材１３
Ａ、１３Ｂと可動質量１２に装着されたワイヤ１５とを
有する。ワイヤ１５は、ローラ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ
によって案内されている。ワイヤ１５には、ばね２１が
装着され、その他端は支持部材１３Ｂに装着されてい
る。

【００３０】本例の減揺装置では、可動質量１２に装着
されたばね２１によって復元力が生成される。本例の減
揺装置を図６に示した従来の減揺装置の例と比較する
と、図６の従来の減揺装置では、軌道面５１１を円弧状
に形成し、可動質量１２に作用する重力の接線方向の成
分によって復元力を発生させるように構成されている
が、本例の減揺装置では、ばね２１の弾性力によって復
元力を発生させている点が異なる。

【００３１】図２に参照して本例の減揺装置の磁気ダン
パの構成について説明する。本例の減揺装置の磁気ダン
パは、軌道部材１１に平行に延在するように配置された
導電体部材３０と可動質量１２に装着された永久磁石３
２、３２とを有する。

【００３２】可動質量１２の往復運動の中心点を原点Ｏ
とする。可動質量１２が原点Ｏの位置にあるとき、ばね
２１による復元力は初期張力のみである。本例の磁気ダ
ンパによると、導電体部材３０は帯状部材よりなり、帯
状部材は原点Ｏ付近では幅が小さく、原点Ｏより遠ざか
るにつれて幅が大きくなっている。

【００３３】図３を参照して説明する。図３Ａに示すよ
うに、無限に広い導電体部材３０に磁束密度Ｂの磁束が
透過しているものとする。磁束の断面は、縦の長さが
α、横の長さがβの矩形である。この磁束が速度ｖにて
移動するとき磁束を発生させている永久磁石に作用する
力Ｆは次のように表される。

【００３４】

【数２】Ｆ＝Ｃｖ

【００３５】Ｃは磁気ダンパの減衰力を規定する減衰係
数であり、次のように表される。

【００３６】

【数３】Ｃ＝Ｃ₀ （Ｂ² ｔαβ）／ρ

【００３７】Ｃ₀ は磁場の形状係数、Ｂは磁束密度、ｔ
は導電体部材３０の厚さ、ρは導電体部材３０の比抵抗
である。磁場の形状係数Ｃ₀ は、図３Ａに示すように、
導電体部材３０が無限に広い場合には次のように表され
る。

【００３８】

【数４】Ｃ₀ ＝（１／π）〔２ｔａｎ^-1γ＋（γ／２）
ｌｎ（１＋γ^-2）−（γ^-1／２）ｌｎ（１＋γ² ）〕

【００３９】但し、γ＝α／βである。図３Ｂに示すよ
うに、導電体部材３０が無限大でなく、縦の長さがａ、
横の長さがｂの矩形の場合には次のように表される。

【００４０】

【数５】

【００４１】数４の式及び数５の式に表されるように、
一般に、磁場の形状係数Ｃ₀ は導電体部材３０を通過す
る磁束の断面積αβの関数である。磁束の断面積αβが
大きいと、磁場の形状係数Ｃ₀ は大きくなり、磁束の断
面積αβが小さいと、磁場の形状係数Ｃ₀ は小さくな
る。

【００４２】磁気ダンパの減衰力を調節するためには、
減衰係数Ｃを変化させればよい。減衰係数Ｃは形状係数
Ｃ₀ の関数であり、これは磁束の断面積αβによって変
化する。結局、磁気ダンパの減衰力を変化させるために
は、磁束の断面積αβを変化させればよい。

【００４３】本発明によると、２つの永久磁石３２、３
２によって発生する磁束のうち、導電体部材３０を通過
する磁束の断面積が変化するように構成されている。図
１及び図２に示すように、導電体部材３０の幅は、原点
Ｏ付近では狭く、原点Ｏより遠ざかると広くなる。従っ
て、可動質量１２が原点Ｏ付近にあるとき、減衰係数Ｃ
は小さく、可動質量１２が原点Ｏより両側に移動すると
減衰係数Ｃが増加するように構成されている。

【００４４】図４を参照して導電体部材３０の形状の例
を説明する。図４Ａに示す例では、導電体部材３０は原
点Ｏを含む中央部分にて括れている。原点Ｏより遠ざか
ると、幅が広い部分となっている。図４Ｂに示す例で
は、図４Ａに示す例と同様に、導電体部材３０は原点Ｏ
を含む中央部分にて括れているが、強度を低下するのを
防止するために非導電体材料よりなる補強部分３０Ａが
設けられている。

【００４５】図４Ｃに示す例では、導電体部材３０の幅
は、原点Ｏを含む中央部分にて曲線状に減少している。
図４Ｄに示す例では、導電体部材３０の幅は、原点Ｏの
両側にて直線的に変化している。図４Ｅに示す例では、
導電体部材３０の幅は、原点Ｏの両側にて直線的に変化
しているが、一方の側は真っ直ぐであり、他方の側が変
化している。

【００４６】図４Ｃ〜図４Ｅに示す例にて、図４Ｂに示
した例と同様に導電体部材３０の幅が狭くなった部分に
て両側に補強部３０Ａが設けられてよい。図４Ｆに示す
例では、導電体部材３０の幅は一定だが、導電体部材３
０に孔３０Ｂが設けられている。原点Ｏ付近では径の大
きな孔３０Ｂが設けられ、原点Ｏより遠ざかると小さな
径の孔３０Ｂが設けられている。

【００４７】尚、多数の同一径の孔を設け、孔の密度を
変化させてもよい。例えば、原点Ｏ付近にて孔３０Ｂの
密度を大きくし、原点Ｏより遠ざかるにしたがって孔３
０Ｂの密度を小さくする。こうして、原点Ｏ付近では導
電体部材３０を実質的に通過する磁束の断面積が小さ
く、原点Ｏより両側外側にて導電体部材３０を実質的に
通過する磁束の断面積が大きくなる。

【００４８】本例では、導電体部材３０の形状を変化さ
せることによって、導電体部材３０を実質的に通過する
磁束の断面積を変化させ、磁気ダンパの減衰係数Ｃを変
化させるように構成されている。

【００４９】本発明によると、可動質量１２の変位にし
たがって、磁気ダンパの減衰係数Ｃを変化するように構
成される。例えば、永久磁石３２Ａ、３２Ｂを使用する
代わりに電磁石を使用し、電磁石による磁界又は磁束を
変化させてもよい。例えば電磁石を構成するコイルに流
れる電流を変化させることによって電磁石による磁界又
は磁束を変化させることができる。

【００５０】図５を参照して説明する。図５は可動質量
１２の上面１２Ａに設けられた１対の永久磁石３２Ａ、
３２Ｂを示す。この例では、一方の永久磁石３２Ｂは可
動質量１２の上面１２Ａに固定されているが、他方の永
久磁石３２Ａは可動質量１２の上面１２Ａ上を移動する
ことができるように構成されている。

【００５１】２つの永久磁石３２Ａ、３２Ｂは同一形状
且つ同一寸法であると仮定する。２つの永久磁石３２
Ａ、３２Ｂが互いに平行に且つＺ軸に沿って互いに整合
して配置されている場合に、両者間にて最も強い磁界又
は磁束が生成されるが、２つの永久磁石３２Ａ、３２Ｂ
がＺ軸に対して偏倚して配置されている場合には、両者
間に生成される磁界又は磁束は変化する、即ち、減少す
る。

【００５２】本例では、可動な永久磁石３２Ａには雌ね
じを有するブロック３４が取り付けられ、このブロック
３４の雌ねじに雄ねじ３５が挿通されている。この雄ね
じ３５の頭部３５Ａは支持部材３６によって回転可能に
支持されている。雄ねじ３５の頭部３５Ａを回転させる
ことによって、ブロック３４の雌ねじと雄ねじ３５は互
いに他に対して相対的にねじが進むように移動する。雄
ねじ３５は支持部材３６によって軸線方向に沿って移動
することができないから、ブロック３４が移動する。従
って永久磁石３２Ａは可動質量１２の上面１２上を移動
する。

【００５３】可動永久磁石３２Ａが固定永久磁石３２Ｂ
に対して移動すると、両者によって生成される磁界又は
磁束が変化し、磁気ダンパの減衰力を変化する。従っ
て、例えば、減揺対象物の動揺中心に対する減揺装置の
設置高さが高い場合や、減揺対象物の重量が大きい場合
には、２つの永久磁石３２Ａ、３２ＢをＺ軸に沿って互
いに整合して配置することによって最大の減衰力を生成
する。

【００５４】逆に、減揺対象物の動揺中心に対する減揺
装置の設置高さが低い場合や、減揺対象物の重量が小さ
い場合には、２つの永久磁石３２Ａ、３２ＢをＺ軸に対
して互いに偏倚して配置することによって、比較的小さ
い減衰力を生成する。

【００５５】尚、図５を参照して説明した永久磁石３２
Ａ、３２Ｂを、図４に示した導電体部材３０に適用して
よい。

【００５６】以上本発明の実施の形態について詳細に説
明したが、本発明はこれらの例に限定されることなく特
許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更等
が可能であることは当業者にとって理解されよう。

【００５７】

【発明の効果】本発明によると、磁気ダンパの減衰係数
は可動質量の位置によって変化するように構成されてい
るから、減揺対象物に対して最適な減揺効果を達成する
ことができる利点を有する。

【００５８】本発明によると、減揺対象物の揺動角が大
きいときに比較的大きい減衰力を生成し、減揺対象物の
揺動角が小さいときに比較的小さい減衰力を生成するこ
とができるため、減揺対象物に対して最適な減揺効果を
達成することができる利点を有する。

【００５９】本発明によると、磁気ダンパの減衰力を調
整することができるから、所望の減揺作用を達成するこ
とができる利点を有する。

【００６０】本発明によると、磁気ダンパの減衰力を調
整することができるから、減揺対象物の動揺中心に対す
る減揺装置の設置高さが変化した場合や、減揺対象物の
重量が変化した場合でも、所望の減揺作用を達成するこ
とができる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による減揺装置の構成例を示す図であ
る。

【図２】本発明による減揺装置の磁気ダンパの構成を説
明するための部分図である。

【図３】磁気ダンパの減衰力を生成する形状係数を説明
するための説明図である。

【図４】本発明による導電体部材の例示す図である。

【図５】本発明による磁気ダンパの他の例を説明するた
めの説明図である。

【図６】従来の減揺装置の構成例を示す図である。

【図７】従来の減揺装置の磁気ダンパの構成例を示す図
である。

【図８】従来の減揺装置の復元力を説明するための説明
図である。

【符号の説明】

１１ 軌道部材 １２ 可動質量 １２Ａ 上面 １３Ａ、１３Ｂ 支持部材 １５Ａ、１５Ｂ ワイヤ １７Ａ、１７Ｂ ローラ ２１Ａ、２１Ｂ ばね ３０ 導電体部材 ３２、３２Ａ、３２Ｂ 永久磁石 ３４ ブロック ３５ ねじ ３５Ａ 頭部 ３６ 支持部材 ５１０ 軌道部材 ５１１ 軌道面 ５１１Ａ、５１１Ｂ ストッパ ５１２ 可動質量 ５１３ 車輪 ５３０ 導電体部材 ５３２ 永久磁石

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の軌道に沿って往復運動可能な可動
   質量と該可動質量の復元力を発生するための復元力発生
   装置と上記可動質量の減衰力を発生するための磁気ダン
   パとを有し、該磁気ダンパによって生成される減衰力の
   減衰係数は上記軌道に沿って変化するように構成されて
   いることを特徴とする減揺装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の減揺装置において、上記
   磁気ダンパは上記軌道に沿って延在する導電体部材と上
   記可動質量に装着された永久磁石とを含むことを特徴と
   する減揺装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の減揺装置において、上記
   永久磁石によって生成された磁束のうち上記導電体部材
   を通過する磁束の断面積が上記軌道に沿って変化するよ
   うに構成されていることを特徴とする減揺装置。
4. 【請求項４】 請求項２又は３記載の減揺装置におい
   て、上記導電体部材は帯状部材よりなり、該帯状部材の
   幅の寸法は上記軌道に沿って変化するように構成されて
   いることを特徴とする減揺装置。
5. 【請求項５】 請求項２又は３記載の減揺装置におい
   て、上記導電体部材は帯状部材よりなり、該帯状部材に
   多数の孔が設けられ該孔によって上記導電体部材を通過
   する磁束の断面積が上記軌道に沿って変化するすように
   構成されていることを特徴とする減揺装置。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３、４又は５記載の減揺
   装置において、上記磁気ダンパは上記可動質量に固定さ
   れた固定永久磁石と上記可動質量に対して可動な可動永
   久磁石とを含み、上記固定永久磁石に対する上記可動永
   久磁石の相対的な位置を変化させることによって上記２
   つの永久磁石によって生成される磁界又は磁束を変化さ
   せることができるように構成されていることを特徴とす
   る減揺装置。