JPH1165679A - 振動エネルギーを電気的なエネルギーとして蓄え,アクティブ制御を行う防振装置 - Google Patents

振動エネルギーを電気的なエネルギーとして蓄え,アクティブ制御を行う防振装置

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JPH1165679A
JPH1165679A JP26259197A JP26259197A JPH1165679A JP H1165679 A JPH1165679 A JP H1165679A JP 26259197 A JP26259197 A JP 26259197A JP 26259197 A JP26259197 A JP 26259197A JP H1165679 A JPH1165679 A JP H1165679A
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義大 須田
Shigeyuki Nakadai
重幸 中代
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Abstract

(57)【要約】 【課題】外部からエネルギーを供給することなく,アク
ティブ振動制御を実現する. 【解決手段】2自由度の振動系を対象とし,ばね下に振
動エネルギーを利用して発電をする直流モーターを配置
し,発電したエネルギーをコンデンサに蓄える.一方,
ばね上にも直流モーターを配置し,その直流モーターが
コンデンサの電気的エネルギーを利用してアクティブ制
御を行う.このシステムにより外部からエネルギーを加
えずにアクティブ制御を実現し,制振性能の向上をはか
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,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(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,アクティブ振動制御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】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≦Cm
ax・(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C
maxの減衰係数を持つダンパに切り替える.図7〜1
0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C
min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】
【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.

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 振動エネルギーから発電をすることを
    目的とした直流モーターと,その発電した電気を蓄える
    コンデンサと,コンデンサによって蓄えたエネルギーを
    利用してアクティブ制御を行うことを目的とした直流モ
    ーターとを備えることを特徴とする制御装置.
  2. 【請求項2】 発電したエネルギーをコンデンサに蓄
    えることを目的とした発電機となる直流モーターと,コ
    ンデンサを接続する電気回路の切り替え則.
  3. 【請求項3】 請求項2に記載された方法に従いコン
    デンサに蓄えられた電気的エネルギーのみを利用してア
    クティブ制御を行う電気回路の切り替え則と,電圧制御
    装置の制御則.
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