JP2011202768A

JP2011202768A - 磁気式多重動吸振器

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Publication number: JP2011202768A
Application number: JP2010072507A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Aida; 安彦相田; Yuji Maeda; 祐治前田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-10-13
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: JP5178763B2

Abstract

【課題】磁気回路を構成するバックヨークの一部を省略し、これにより小型で設計自由度の高い磁気式多重動吸振器を提供する。
【解決手段】磁気式多重動吸振器は、制振対象物１に固定された固定部構造体３と、固定部構造体３の上部及び下部に固定部バックヨーク８を介して固定された上部及び下部の固定部磁石列９と、固定部構造体３の内部に設置された非磁性体からなる第１可動部構造体１５と、固定部磁石列９と対向するように第１可動部構造体１５の上部及び下部に固定された上部及び下部の第１可動部磁石列１９と、第１可動部構造体１５の内部に設置された非磁性体からなる第２可動部構造体１８と、上部及び下部の第１可動部磁石列１９と対向するように第２可動部構造体１８に固定された第２可動部磁石列２０と、上部及び下部の第１可動部磁石列１９と第２可動部磁石列２０との間の隙間に配置された導体板２５と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は構造物や各種機器の制振装置に関し、特に、可動重量と永久磁石と導体板を用いた磁気式多重動吸振器に関する。

従来の動吸振器の構造を図９乃至図１１により説明する。
図９に示す従来の動吸振器は、制振対象物となるばね要素ｋ、減衰要素ｃで振動している主系質量体Ｍに付加質量体ｍ_２をばね要素ｋ_２と減衰要素ｃ_２を介して直接取り付けたうえ、付加するパラメータｍ_２,ｋ_２,ｃ_２を制振対象物に対して最適に選択することにより振動抑制効果を得るものである。

また、図１０に示す直列二重動吸振器では、主系質量体Ｍと第一動吸振器の付加質量体ｍ_１の間にはばね要素ｋ_１で減衰要素を設けず、付加質量体ｍ_２、ばね要素ｋ_２、減衰要素ｃ_２からなる第二動吸振器を取り付けることにより減衰を得るものであり、この直列二重動吸振器は特許文献１に示されるように従来の直列二重動吸振器と比べて振動抑制効果が高いことが知られている。ただし、図１０に示す直列二重動吸振器は、大型建造物を対象としており、小型の機械構造物や機器に適用することは想定していない。

一方、小型の機械構造物や機器に適用できる動吸振器として、複数の永久磁石と導体板と可動重量とを用いてばね要素ｋ_２と減衰要素ｃ_２を構成した磁気式動吸振器が提案されている（特許文献２、３）。

この磁気式動吸振器は、図１１に示すように、複数の磁石４を隣接する磁石が異磁極となるように縦横に配置し、磁性材である可動部バックヨーク５に固定することで可動部磁石列６を構成し、非磁性材からなる可動部構造体２の上下両側に固定している。複数の磁石７も隣接する磁石が異磁極となるように、可動部磁石列６と同一配置にて磁性材である固定部バックヨーク８に固定することで固定部磁石列９を構成し、一定の隙間１０を介して全ての可動磁石４と固定磁石７が異磁極となるように可動部磁石列６に対向させ、固定部構造体３に固定している。また、固定部構造体３は制振対象物１に直接固定されている。

さらに、上下の隙間１０にそれぞれ導体板１１を配置するとともに、可動部構造体２と固定部構造体３の間には、ベアリング球１２が受け座１３からなるベアリング機構３３が設置されている。なお、図１１の矢印１４は磁束の流れである。

このように構成された磁気式動吸振器は、可動部構造体２が固定部構造体３に対し相対移動する場合、すなわち対向する可動部磁石列６と固定部磁石列９の位置がずれる場合、対向する磁石間に作用する磁気吸引力と磁気反発力が図１のばね要素ｋ_２になる。さらに、対向磁石どうしのずれ運動にともない、隙間の磁束１４が導体板１１に対し相対運動することで減衰要素ｃ_２になっている。

このように永久磁石と導体板と可動重量からなる単純な構成により、動吸振器に必要な復元力と減衰力が同時に得られるため、コイルばね、オイルダンパ等の機械要素を各々配置していた方式に比べ、動吸振器の小型化が可能となっている。

特開２００４−２３９３２３号公報特許第３７１８３０７号公報特許第４０４０１２３号公報

上述した複数の永久磁石と導体板と可動重量を用いてばね要素と減衰要素を構成する磁気式動吸振器は一段構成の動吸振方式であるが、これを多重動吸振器構成にする場合、従来の動吸振方式をそのまま多重化すると、複数の磁石を全てバックヨークに固定して磁気回路を構成しているため、バックヨークの物量が膨大となる。そのため、設計自由度が制限され、小型の機械構造物等に適用可能な動吸振器を構成する際に、第１動吸振器の付加質量体ｍ_１、ばね要素ｋ_１及び第２動吸振器の付加質量体ｍ_２、ばね要素ｋ_２、減衰要素ｃ_２を最適に設定することが困難となる場合がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、第１動吸振器のばね要素となる磁石と第二動吸振器のばね要素となる磁石を一部共用することで、磁気回路を構成するバックヨークの一部を省略し、これにより、小型で設計自由度の高い磁気式多重動吸振器を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、制振対象物に固定された固定部構造体と、前記固定部構造体の上部及び下部に固定部バックヨークを介して固定された上部及び下部の固定部磁石列と、前記固定部構造体の内部に設置された非磁性体からなる第１可動部構造体と、前記固定部磁石列と対向するように前記第１可動部構造体の上部及び下部に固定された上部及び下部の第１可動部磁石列と、前記第１可動部構造体の内部に設置された非磁性体からなる第２可動部構造体と、前記上部及び下部の第１可動磁石列と対向するように前記第２可動部構造体に固定された第２可動部磁石列と、前記上部及び下部の第１可動部磁石列と前記第２可動部磁石列との間の隙間に配置された導体板と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、制振対象物に固定された固定部構造体と、前記固定部構造体の上部及び下部に固定部バックヨークを介して固定された上部及び下部の固定部磁石列と、前記固定部構造体の内部に設置され、上部及び下部に導体板が設けられた第１可動部構造体と、前記固定部磁石列と対向するように前記導体板に固定された上部及び下部の第１可動部磁石列と、前記第１可動部構造体の内部に設置された非磁性体からなる第２可動部構造体と、前記上部及び下部の第１可動磁石列に対向するよう前記第２可動部構造体に固定された第２可動部磁石列と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、制振対象物に固定部バックヨークを介して固定された固定部磁石列と、第２可動部構造体に第２可動部バックヨークを介して固定された第１可動部磁石列と、前記制振対象物と前記第２可動部構造体の間に配置された非磁性体からなる第１可動部構造体と、前記固定部磁石列及び前記第２可動部磁石列に対向するように第１可動部構造体に固定された第１可動部磁石列と、前記第１可動部磁石列と前記第２可動部磁石列との間の隙間に配置された導体板と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、第１動吸振器のばね要素となる磁石と第２動吸振器のばね要素となる磁石を一部共用することで、磁気回路を構成するバックヨークの一部を省略し、これにより、小型で設計自由度の高い磁気式多重動吸振器を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る磁気式多重動吸振器の縦断面図。本発明の第２の実施形態に係る磁気式多重動吸振器の縦断面図。本発明の第２の実施形態に係る磁気式多重動吸振器の変形例の縦断面図。（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る磁気式多重動吸振器の縦断面図、（ｂ）は横断面図。（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る磁気式多重動吸振器の変形例の縦断面図、（ｂ）は横断面図。本発明の第４実施形態に係る磁気式多重動吸振器の縦断面図。本発明の第５の実施形態に係る磁気式多重動吸振器の縦断面図。本発明の第５の実施形態に係る磁気式多重動吸振器の変形例の縦断面図。従来の動吸振器の概念図。従来の直列二重動吸振器の概念図。従来の磁気式動吸振器の縦断面図。

以下、本発明に係る磁気式多重動吸振器の実施形態を、図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
（構成）
本発明の第１の実施形態に係る磁気式多重動吸振器を、図１を用いて説明する。
第１の実施形態に係る磁気式多重動吸振器は、制振対象物１に直接固定された固定部構造体３と、この固定部構造体３の内部に設置された非磁性材からなる第１可動部構造体１５と、この第１可動部構造体１５の内部に設置された非磁性材からなる第２可動部構造体１８とから構成される。

第１可動部構造体１５の上部及び下部には、隣接する磁石が異磁極となるように複数の磁石１６を図中上方向から見て縦横に配列された上部及び下部の第１可動部磁石列１７が配置固定され、この上部及び下部の第１可動部磁石列１７に対向して、第２可動部構造体１８には、複数の磁石１９を隣接する磁石が異磁極となるように縦横に配列された第２可動部磁石列２０が配置されている。また、固定部構造体３の上部及び下部には、固定部バックヨーク８を介して複数の磁石７を隣接する磁石が異磁極となるように図中上方向から見て縦横に配列された上部及び下部の固定部磁石列９が配置固定されている。

そして、固定部磁石列９に対向する第１可動部磁石列１７、及び第１可動部磁石列１７に対向する第２可動部磁石列１８は、それぞれ同一配置とし、所定の隙間２１、２２を挟んで同一形状を持つ異磁極が対向する構成となっている。

また、固定部構造体３と第１可動部構造体１５の間には、ベアリング球２３と受け座２４からなるベアリング機構３４が設置され、これにより隙間２１を保持している。同様に、第１可動部構造体１５と第２可動部構造体１８の間には、ベアリング球２６と受け座２７からなるベアリング機構３５が設置され、これにより隙間２２を保持している。また、この隙間２２には導体板２５が配置されている。なお、図１の矢印２８は磁束の流れを示している。

（作用）
上記のように構成された磁気式多重動吸振器において、第１可動部構造体１５が固定部構造体３に対し相対移動する場合、すなわち対向する第１可動部磁石列１７と固定部磁石列９の磁石の位置がずれる場合、対向する磁石１６、７間に作用する磁気吸引力と磁気反発力が図１０のばね要素ｋ_１になり、第１動吸振器を構成する。また、第２可動部構造体１８が第１可動部構造体１５に対し相対移動する場合、すなわち対向する第２可動部磁石列１８の磁石１９と第１可動部磁石列１７の磁石１６の位置がずれる場合、対向する磁石１６、１９間に作用する磁気吸引力と磁気反発力が図１０のばね要素ｋ_２になるとともに、対向磁石どうしのずれ運動に伴い、隙間２２の磁束２８が導体板２５に対し相対運動することで減衰要素ｃ_２になっている。これにより第２動吸振器を構成する。

このように、第１可動部磁石列１７と第２可動部磁石列２０はいずれも非磁性材である第１可動部構造体１５と第２可動部構造体１８に固定することにより、第１可動部磁石列１７は固定部磁石列９と対向することでばね要素ｋ_１を構成すると同時に、第２可動部磁石列２０と対向することでばね要素ｋ_２を構成している。これにより、第１動吸振器のばね要素となる複数の磁石と第２動吸振器のばね要素となる複数の磁石を一部共用することで、磁束の流れを効率化し、磁気回路を構成するバックヨークの一部を省略することができる。すなわち、第２可動部磁石列２０の両側の第１可動構造体１５に第一可動部磁石列１７を配置することで、バックヨークを省略して磁束の流れを効率化し、限られたスペースにて並列化してより大きなばね要素ｋ_２が得られる。

（効果）
以上説明したように、本第１の実施形態によれば、上部及び下部の第一可動部磁石列１７を固定部磁石列９に対向させるとともに、導体板２５を介して第２可動部磁石列２０に対向させることで第１及び第２動吸振器を構成し、これにより、第１動吸振器の付加質量体ｍ_１、ばね要素ｋ_１および、第２動吸振器の付加質量体ｍ_２、ばね要素ｋ_２、減衰要素ｃ_２を最適設定することが可能となり、小型の機械構造物等に適用可能な小型で設計自由度の高い磁気式多重動吸振器を提供することができる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る磁気式多重動吸振器を、図２及び図３を用いて説明する。
本第２の実施形態では、第１可動部磁石列１７を構成する磁石１６の断面形状を固定部磁石列９側と第２可動部磁石列２０側で変化させた上、隙間２１を介して固定部磁石列９の磁石７と対向する部分は磁石７と同一形状とし、隙間２２を介して第２可動部磁石列の磁石１９と対向する部分は磁石１９と同一形状としている。第１可動部磁石列１７の磁石１６の断面形状の変化が傾斜状の場合と階段状の場合を図２及び図３に各々図示している。

本第２の実施形態によれば、磁気復元力を得るための可動磁石の断面形状を調整することにより、第１動吸振器のばね要素ｋ_１と第２動吸振器のばね要素ｋ_２のばね定数及び減衰要素ｃ_２をさらに最適設定することが可能となる。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る磁気式多重動吸振器を、図４（ａ）、（ｂ）及び図５（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

上記第１の実施形態では、第１可動部磁石列１７と第２可動部磁石列２０はバックヨークを用いずに、全て非磁性材である第１可動部構造体１５と第２可動部構造体１８に固定しているのに対し、本第３の実施形態では、第１可動部磁石列１７の磁石１６の一部を第１可動部バックヨーク２９に固定するとともに、他の磁石１６は非磁性材である第１可動部構造体１５に固定している。ここで、図４（ａ）、（ｂ）に示す実施形態では第１可動部バックヨーク２９は第１可動部磁石列１７の周辺部に、図５（ａ）、（ｂ）に示す実施形態では第１可動部磁石列１７の中央部に配置されているが、これに限定されず周辺部と中央部の両方または必要に応じて他の位置に配置してもよい。
また、第２可動部磁石列２０は、第１可動部構造体１５に固定した磁石１６に対向する位置にのみ磁石１９を配置し、第２可動部構造体１８に固定している。

本第３の実施形態によれば、第２動吸振器のばね要素ｋ_２に用いる磁石物量を調整することにより、より広い範囲でばね要素ｋ_２のばね定数を自由に設定することができる。

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る磁気式多重動吸振器を、図６を用いて説明する。
本第４の実施形態では、第１可動部磁石列１７の磁石１６を導体板３０に直接固定し、第１可動部磁石列１７を構成するとともに、導体板３０を非磁性材である支持柱３１に結合することで、第１可動部構造体１５を構成している。

本第４の実施形態によれば、導体板３０が第１可動部構造体１５の構造部材を兼用することで、構造部材をさらに省略できる。したがって、第１動吸振器の付加質量体ｍ_１の設定自由度が拡がり、さらに磁気式多重動吸振器の小型化を実現することができる。

［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態に係る磁気式多重動吸振器を、図７及び図８を用いて説明する。
本第５の実施形態では、図７に示すように、第１可動部磁石列１７の複数の磁石１６を隣接する磁石が異磁極となるように、非磁性材からなる第一可動部構造体１５に図中上方向から見て縦横に配置固定して、第１可動部磁石列１７を構成するとともに、制振対象物１に固定した固定部磁石列９と同一配置とし、その上部に設置する。

第１可動部磁石列１７の磁石１６と固定部磁石列９の磁石７は一定の隙間２１を介して、同一形状を持つ異磁極が対向する構成となっている。さらに、非磁性材からなる第２可動部構造体１８に、複数の磁石１９を磁性材である第２可動部バックヨーク３２を介して隣接する磁石が異磁極となるように縦横に配置固定し、第２可動部磁石列２０を第１可動部磁石列１７の上部に設置する。第１可動部磁石列１７の磁石１６と第２可動部磁石列２０の磁石１９は一定の隙間２２を介して、同一形状を持つ異磁極が対向する構成となっている。

図８に示す実施形態では、第１可動部磁石列１７の磁石１６の一部を第１可動部ヨーク２９に固定するとともに、他の磁石１６は非磁性材である第１可動部構造体１５に固定している。さらに第２可動部磁石列２０は、第１可動部構造体１５に固定した磁石１６に対向する位置にのみ磁石１９を配置し、第２可動部構造体１８に固定している。

本第５の実施形態によれば、第１及び第２動吸振器の構成を単純化することができるため、第１及び第２動吸振器の構成パラメータの設定自由度が拡がり、さらに磁気式多重動吸振器の小型化を実現することができる。

なお、第１から第５の実施形態において、図４（ｂ）に示すように磁石を水平面から見て縦横に配列した例で示したが、同心円状に矩形状の磁石を配列してもよく、また、円筒状の磁石を同心円状に配置しても良いのはもちろんである。

１…制振対象物、２…可動部構造体、３…固定部構造体、４…磁石、５…可動部バックヨーク、６…可動部磁石列、７…磁石、８…固定部バックヨーク、９…固定部磁石列、１０…隙間、１１…導体板、１２…ベアリング球、１３…受け座、１４…磁束の流れ、１５…第１可動部構造体、１６…磁石、１７…第１可動部磁石列、１８…第２可動部構造体、１９…磁石、２０…第２可動部磁石列、２１、２２…隙間、２３、２６…ベアリング球、２４、２７…受け座、２５…導体板、１４、２８…磁束の流れ、２９…第１可動部バックヨーク、３０…導体板、３１…支持柱、３２…第２可動部バックヨーク、３３、３４、３５…ベアリング機構。

Claims

制振対象物に固定された固定部構造体と、前記固定部構造体の上部及び下部に固定部バックヨークを介して固定された上部及び下部の固定部磁石列と、前記固定部構造体の内部に設置された非磁性体からなる第１可動部構造体と、前記固定部磁石列と対向するように前記第１可動部構造体の上部及び下部に固定された上部及び下部の第１可動部磁石列と、前記第１可動部構造体の内部に設置された非磁性体からなる第２可動部構造体と、前記上部及び下部の第１可動磁石列と対向するように前記第２可動部構造体に固定された第２可動部磁石列と、前記上部及び下部の第１可動部磁石列と前記第２可動部磁石列との間の隙間に配置された導体板と、を有することを特徴とする磁気式多重動吸振器。
前記固定部磁石列、前記第１可動部磁石列及び前記第２可動部磁石列は、それぞれ複数の磁石が異磁極となるように縦横に配列されているとともに、対向する磁石の形状は同一形状であることを特徴とする請求項１記載の磁気式多重動吸振器。
前記第１可動部磁石列を構成する磁石の断面形状を傾斜状または階段状にしたことを特徴とする請求項１又は２記載の磁気式多重動吸振器。
前記第１可動部構造体の上部及び下部の一部に可動部バックヨークを設置し、前記第１可動部磁石列を構成する複数の磁石の一部を前記第一可動部バックヨークに固定することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の磁気式多重動吸振器。
前記可動部バックヨークを前記第１可動部構造体の周辺部又は中央部の少なくとも一方に設けたことを特徴とする請求項４記載の磁気式多重動吸振器。
前記第２可動部磁石列は、前記可動部バックヨークに対向する部分に磁石が配置されていないことを特徴とする請求項４又は５記載の磁気式多重動吸振器。
制振対象物に固定された固定部構造体と、前記固定部構造体の上部及び下部に固定部バックヨークを介して固定された上部及び下部の固定部磁石列と、前記固定部構造体の内部に設置され、上部及び下部に導体板が設けられた第１可動部構造体と、前記固定部磁石列と対向するように前記導体板に固定された上部及び下部の第１可動部磁石列と、前記第１可動部構造体の内部に設置された非磁性体からなる第２可動部構造体と、前記上部及び下部の第１可動磁石列に対向するよう前記第２可動部構造体に固定された第２可動部磁石列と、を有することを特徴とする磁気式多重動吸振器。
前記固定部構造体と前記第一可動部構造体の間、及び前記第一可動部構造体と前記第２可動部構造体の間にベアリング機構を配置したことを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の磁気式多重動吸振器。
制振対象物に固定部バックヨークを介して固定された固定部磁石列と、第２可動部構造体に第２可動部バックヨークを介して固定された第１可動部磁石列と、前記制振対象物と前記第２可動部構造体の間に配置された非磁性体からなる第１可動部構造体と、前記固定部磁石列及び前記第２可動部磁石列に対向するように第１可動部構造体に固定された第１可動部磁石列と、前記第１可動部磁石列と前記第２可動部磁石列との間の隙間に配置された導体板と、を有することを特徴とする磁気式多重動吸振器。
前記第１可動部構造体の上部の一部に第１可動部バックヨークを設置したことを特徴とする請求項９記載の磁気式多重動吸振器。
前記制振対象物と前記第一可動部構造体の間、及び前記第一可動部構造体と前記第２可動部構造体の間にベアリング機構を配置したことを特徴とする請求項９又は１０記載の磁気式多重動吸振器。