JP2012082880A - Vibration damping structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータや発電機のステータやロータ、或いは減速機などの歯車や回転シャフト、自動車等輸送機器の梁部材、更には、建築物の躯体構造、大型機械構造やその固定構造物等の振動が発生する構造体等に有効に用いることができる制振構造に関するものである。 The present invention relates to gears and rotating shafts of motors and generators, stators and rotors of speed reducers, beam members of transportation equipment such as automobiles, and further to building structures of buildings, large machine structures and their fixed structures, etc. The present invention relates to a damping structure that can be effectively used for a structure or the like that generates vibration.
モータや発電機のステータやロータ、或いは減速機などの歯車や回転シャフト、自動車等輸送機器の梁部材、更には、建築物の躯体構造、大型機械構造やその固定構造物等の振動が発生する構造体に、粒状や粉状の粉粒体を中空状の閉空間に充填した制振部材を設けることで、構造体が振動することを抑止しようとする制振技術は既に開発されている。この技術は、従来から幅広く用いられていた粘弾性体等の制振材や動吸振器などを用いる技術では対処できない分野で、実際に採用されている。また、このような技術は、特許文献1、特許文献2等としても提案されている。
Vibrations occur in the stators and rotors of motors and generators, gears and rotating shafts of speed reducers, beam members of transportation equipment such as automobiles, as well as building frame structures, large machine structures and their fixed structures. A damping technology for suppressing vibration of the structure has already been developed by providing the structure with a damping member in which a granular or powdery granular material is filled in a hollow closed space. This technique is actually employed in a field that cannot be dealt with by a technique using a vibration damping material such as a viscoelastic body or a dynamic vibration absorber that has been widely used. Such a technique is also proposed as
特許文献1記載の技術は、モータに、粉粒体材料を充填した制振部材を固定することで、様々な周波数やレベル特性のモータ振動の低減に適用しようとした技術である。また、特許文献2記載の技術は、タイミングベルトと噛み合って動力を伝達するタイミングプーリに空洞を設け、その空洞内に粉粒体を移動可能に配設することで、タイミングベルトとプーリの噛み合いによる振動を減衰させ、それによって発生する騒音を低減させようという技術である。
The technique described in
これらの技術を採用することで、確かに制振効果を得ることはできるが、粉粒体による制振効果は非線形特性を有するという特徴があり、単に粉粒体を中空部に充填するだけでは、条件によれば確実に制振効果を得ることができないという問題を併せ持っていた。 By adopting these technologies, it is possible to surely obtain the vibration damping effect, but the vibration damping effect by the granular material has a characteristic that it has non-linear characteristics. Simply filling the granular material into the hollow part In addition, according to the conditions, there was a problem that the vibration control effect could not be obtained reliably.
その問題は、小さい振幅に対しては十分な制振効果を得ることができないという問題である。粉粒体による制振効果は、粉粒体が振動により運動し、粉粒体同士、或いは、粉粒体が中空部の内面に、衝突、変形、摩擦することによって発現されるのであるが、特に鉛直方向の振動を対象にする場合、粉粒体が運動するには重力に抵抗する必要があり、制振効果を得るためには1G以上の振動加速度が必要という問題があった。 The problem is that a sufficient damping effect cannot be obtained for a small amplitude. The damping effect by the granular material is expressed when the granular material moves by vibration, and the granular materials collide, deform, or rub against the inner surface of the hollow part, In particular, when the vibration in the vertical direction is targeted, there is a problem that it is necessary to resist gravity in order for the granular material to move, and vibration acceleration of 1 G or more is necessary to obtain the vibration damping effect.
本発明は、これら従来の問題を解決せんとしてなされたもので、振動発生時の中空体内での粉粒体の運動を促進することで、振幅が小さい振動に対しても、十分な制振効果を得ることができる制振構造を提供することを課題とするものである。 The present invention has been made as a solution to these conventional problems, and by promoting the movement of the granular material in the hollow body at the time of vibration generation, a sufficient damping effect even for vibration with a small amplitude. It is an object of the present invention to provide a vibration control structure that can obtain the above.
請求項1記載の発明は、制振対象となる構造体に制振部材を設けてなる制振構造であって、前記制振部材は、中空体と、前記中空体内に一部空間を残して充填され前記構造体が振動を受けた際に前記中空体内で運動する粉粒体と、前記中空体内に設けられ振動時に前記粉粒体の運動を促進する凸状の曲面を有する運動促進部材とから構成されることを特徴とする制振構造である。
The invention according to
請求項2記載の発明は、前記運動促進部材は、円形断面を有することを特徴とする請求項1記載の制振構造である。
The invention according to
請求項3記載の発明は、前記運動促進部材は、球状或いは半球状であることを特徴とする請求項2記載の制振構造である。
The invention according to
請求項4記載の発明は、前記運動促進部材は中空状であり、その内部にも粉粒体が充填されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の制振構造である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the vibration damping structure according to any one of the first to third aspects, the motion promoting member has a hollow shape and is filled with powder particles. is there.
請求項5記載の発明は、前記運動促進部材は、前記中空体の内部に固定されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の制振構造である。 A fifth aspect of the present invention is the vibration damping structure according to any one of the first to fourth aspects, wherein the motion promoting member is fixed inside the hollow body.
請求項6記載の発明は、制振対象となる前記構造体は円筒形状のステータであって、前記中空体は前記ステータの端面に設けられた円環状で且つ扁平形状の中空体であり、複数に区切られた各中空空間内に、夫々前記粉粒体が充填されていると共に前記運動促進部材が設けられていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の制振構造である。
According to a sixth aspect of the present invention, the structure to be controlled is a cylindrical stator, and the hollow body is an annular and flat hollow body provided on an end surface of the stator. The vibration damping structure according to any one of
本発明の請求項1記載の制振構造によると、振動を受けた際に粉粒体が運動すると、それら粉粒体は運動促進部材の凸状の曲面に衝突して、夫々の粉粒体は様々な方向の力を受け、様々な方向に向けて跳ね返るので、運動を更に促進させられる。その結果、中空体内部に単に粉粒体を充填した場合と比較して、粉粒体同士、或いは、粉粒体と中空部の内面の衝突、弾性変形、摩擦がより激しくなり、その振動エネルギーの吸収もより大きくなる。従って、振動加速度が1G未満の小さな振動であっても、制振効果を確実に発現することができる。 According to the vibration damping structure of the first aspect of the present invention, when the powder particles move when subjected to vibration, the powder particles collide with the convex curved surface of the motion promoting member, and the respective powder particles. Because it receives forces in various directions and bounces back in various directions, it can further accelerate the movement. As a result, compared to the case where the powder is simply filled inside the hollow body, the collision, elastic deformation, friction between the powder particles or between the powder and the inner surface of the hollow part becomes more intense, and the vibration energy The absorption of is also greater. Therefore, even if the vibration acceleration is a small vibration of less than 1 G, the vibration damping effect can be surely exhibited.
本発明の請求項2記載の制振構造によると、運動促進部材は円形断面を有するため、振動を受けた際の、粉粒体同士、或いは、粉粒体と中空部の内面の衝突、弾性変形、摩擦がより激しくなり、その振動エネルギーの吸収もより大きくなる。従って、振動加速度が1G未満の小さな振動であっても、制振効果を確実に発現することができる。 According to the vibration damping structure of the second aspect of the present invention, since the motion promoting member has a circular cross section, when subjected to vibration, collision between the powder particles or between the powder particles and the inner surface of the hollow portion, elasticity Deformation and friction become more intense, and the absorption of vibration energy becomes larger. Therefore, even if the vibration acceleration is a small vibration of less than 1 G, the vibration damping effect can be surely exhibited.
本発明の請求項3記載の制振構造によると、運動促進部材の形状が球状或いは半球状であるため、中空体内部に充填された粉粒体に対して、構造体の振動方向とは異なる更に様々な方向に確実に振動を伝達することができ、より確実に安定した制振効果を発現することができる。 According to the vibration damping structure of the third aspect of the present invention, since the shape of the motion promoting member is spherical or hemispherical, the vibration direction of the structure is different from the granular material filled in the hollow body. Furthermore, vibrations can be reliably transmitted in various directions, and a more stable vibration control effect can be exhibited.
本発明の請求項4記載の制振構造によると、中空状の運動促進部材の内部にも粉粒体が充填されているので、その粉粒体が運動促進部材の内面にも衝突してより激しく運動することになり、より確実に安定した制振効果を発現することができる。 According to the vibration damping structure of the fourth aspect of the present invention, since the powder body is filled in the hollow motion promoting member, the powder body also collides with the inner surface of the motion promoting member. It will exercise violently, and a more stable vibration control effect can be expressed.
本発明の請求項5記載の制振構造によると、運動促進部材が中空体の内部に固定されているため、運動促進部材が制振効果を中空体に伝える働きをし、より安定した制振効果を発現することができる。
According to the vibration damping structure according to
本発明の請求項6記載の制振構造によると、モータや発電機のステータで発生する振動に対して、確実に制振効果を発現させることができる。 According to the vibration damping structure of the sixth aspect of the present invention, the vibration damping effect can be surely expressed with respect to the vibration generated in the stator of the motor or the generator.
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて更に詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
まず、制振対象となる構造体1の振動方向と平行する側面に制振部材2を取り付けた実施形態について、図1および図2に基づいて説明する。尚、本明細書では、制振対象となる構造体1の外部に制振部材2を設ける実施形態については、構造体1の側面に制振部材2を取り付けた実施形態についてのみ詳細に説明するが、制振部材2を、構造体1の上面等その他の部位に取り付けても制振効果を発現できることは勿論である。
First, an embodiment in which a
図1に示す実施形態に係る制振部材2は、直方体形状の容器でなる中空体3と、その中空体3内に一部空間6を残して充填され、構造体1が振動を受けた際に中空体3内で運動する粉粒体4と、中空体3内に粉粒体4で被覆されるようにして設けられ、振動時に粉粒体4の運動を促進する断面円形で中空状の運動促進部材5を有して構成されている。
The
これら制振部材2を構成する中空体3、粉粒体4および運動促進部材5は、鋼、アルミニウムなどの金属、プラスチック、ゴムなどの樹脂、ガラス、焼結体などのセラミックス等で形成されている。制振対象である構造体1がモータのような磁力を発するものである場合には、粉粒体4は非磁性体で形成されていることが望ましい。また、粉粒体4は、粉状体或いは粒状体のいずれであっても良い。この粉粒体4は、中空体3内に一部空間6を残して充填されているため、中空体3内で運動可能であるが、中空体3内の容積の75%前後を占めるようにして充填することが、粉粒体4を中空体3内でより効率良く運動させることができる点で好ましい。
The
図1に示す実施形態では、運動促進部材5は断面円形で中空状であると説明したが、その形状は、表面に凸状の曲面5aが形成されておれば、球形、円筒形のいずれであっても良く、更には、半球形、円錐形等の形状とすることも可能である。また、運動促進部材5の断面形状は必ずしも真円形でなくても良く、例えば楕円形、或いは、多面体であっても球形に近い形状であればサッカーボールのような形状のものであれば構わない。本発明では、サッカーボールのような形状の多面体も凸状の曲面5aを有するものとする。尚、運動促進部材5は中空のものには限らず、内部空間を有さない中実のものであっても構わない。
In the embodiment shown in FIG. 1, the
この運動促進部材5は、中空体3の内部に固定されていることが好ましく、また、運動促進部材5が半球形や円錐形の場合は、中空体3の内面から内側に***するような中空体3の内壁面と一体のもの、すなわち、中空体3の内壁面を構成しているものであっても構わない。尚、図1に示す実施形態は、運動促進部材5が中空体3に固定された実施形態を示しているが、運動促進部材5は粉粒体4と同様に、構造体1が振動を受けた際に中空体3内で運動するもの、すなわち、中空体3に固定されていないものであっても構わない。
The
この図1に示す実施形態の場合、制振対象となる構造体1に両方向矢印で示すような上下方向の振動が発生すると、中空体3および運動促進部材5も、構造体1と同様に上下に振動する。運動促進部材5の凸状の曲面5aに衝突した粉粒体4は、中空体3内で様々な方向に運動するようになり、更には、中空体3の内面および運動促進部材5の曲面5aに繰り返し衝突した粉粒体4の運動はより激しくなる。
In the case of the embodiment shown in FIG. 1, when vertical vibrations as indicated by double-headed arrows occur in the
中空体3内で様々な方向に激しく動く粉粒体4の運動により、構造体1の振動エネルギーは、粒子(粉粒体4)、中空体3、運動促進部材5の弾性変形や、それらの互いの摩擦、衝突などにより散逸され、制振作用が発現して、構造体1の振動は抑制されることとなる。
Due to the motion of the
尚、図1に示す実施形態は、運動促進部材5が断面円形で中空状であるが、表面に凸状の曲面5aさえ形成されておれば、運動促進部材5は中空状ではなく、断面円弧状、断面S字状のいわゆる薄片状であっても構わない。運動促進部材5がこのような形状であっても、衝突した粉粒体4が様々な方向に運動するようになり、制振作用を効率的に発現することができる。
In the embodiment shown in FIG. 1, the
図2に示す実施形態は、図1に示す実施形態と同様に、直方体形状の容器でなる中空体3と、その中空体3内に一部空間6を残して充填され、構造体1が振動を受けた際に中空体3内で運動する粉粒体4と、中空体3内に粉粒体3で被覆されるようにして設けられ、振動時に粉粒体4の運動を促進する断面円形で中空状の運動促進部材5を有して構成されているが、図2に示す実施形態では、更に、断面円形の運動促進部材5の内部空間にも、粉粒体4が充填されている。
The embodiment shown in FIG. 2 is filled with a
尚、運動促進部材5の内部が、中空体3の内部と連通している場合、例えば、中空体3が円筒形で一端側が中空体3の内面と接触していない場合等、いわゆる開放形の場合は、粉粒体4は、中空体3内に一部空間6を残して充填されておれば、振動時に粉粒体4が、中空体3内と同時に運動促進部材5の内部でも運動できる。しかし、運動促進部材5の内部が、中空体3の内部と連通していない場合、例えば、運動促進部材5が球形の場合等、いわゆる閉鎖形の場合は、運動促進部材5の内部は、中空体3の内部とは仕切られるため、粉粒体4を運動促進部材5の内部でも運動させるためには粉粒体4は、運動促進部材5の内部に一部空間6aを残して充填する必要がある。
In addition, when the inside of the
この図2に示す実施形態では、粉粒体4が、中空体3内部に加え、運動促進部材5の内部でも激しく様々な方向に運動するため、制振作用をより効率的に発現することができる。
In the embodiment shown in FIG. 2, the
図3および図4に示す実施形態は、図1および図2に示す実施形態のように、制振部材2を制振対象となる構造体1に取り付けた実施形態ではなく、制振対象となる構造体1の内部に制振部材2を内蔵した実施形態である。
The embodiment shown in FIG. 3 and FIG. 4 is not the embodiment in which the damping
図3に示す実施形態に係る制振部材2は、円柱状の空間が内部に形成された中空体3と、その中空体3内に一部空間6を残して充填され、構造体1が振動を受けた際に中空体3内で運動する粉粒体4と、中空体3内に粉粒体3で被覆されるようにして設けられ、振動時に粉粒体4の運動を促進する断面円形で中空状の運動促進部材5を有して構成されている。
The
これら制振部材2を構成する中空体3、粉粒体4および運動促進部材5は、中空体3が構造体1に内蔵され、その形状が円柱状であることを除き、材質、構成等は、図1に示す実施形態の制振部材2と同一である。
The
この実施形態の場合、制振対象となる構造体1に振動が発生すると、中空体3および運動促進部材5も構造体1と同じ方向に振動する。運動促進部材5の凸状の曲面5aに衝突した粉粒体4は、中空体3内で様々な方向に運動するようになり、更には、中空体3の内面および運動促進部材5の曲面5aに繰り返し衝突した粉粒体4は、中空体3内部でより激しく運動する。
In the case of this embodiment, when vibration is generated in the
中空体3内部で様々な方向に激しく動く粉粒体4の運動によって、構造体1の振動エネルギーは、粒子(粉粒体4)、中空体3、運動促進部材5の弾性変形や、それらの互いの摩擦、衝突などにより散逸され、制振作用が発現して、構造体1の振動は抑制されることとなる
Due to the motion of the
この図3に示す実施形態の場合、中空体3の内面も曲面であるため、制振対象となる構造体1に、上下、左右、斜め等、あらゆる方向の振動が起こった場合や、振動方向が刻々変化する場合にも、安定して効果を発現する。
In the case of the embodiment shown in FIG. 3, since the inner surface of the
図4に示す実施形態は、図3に示す実施形態と同様に、構造体1に内蔵され、円柱状の空間が内部に形成された中空体3と、その中空体3内に一部空間6を残して充填され、構造体1が振動を受けた際に中空体3内で運動する粉粒体4と、中空体3内に粉粒体4で被覆されるようにして設けられ、振動時に粉粒体4の運動を促進する断面円形で中空状の運動促進部材5を有して構成されているが、図4に示す実施形態では、更に、断面円形の運動促進部材5の内部にも、粉粒体4が充填されている。
The embodiment shown in FIG. 4 is similar to the embodiment shown in FIG. 3. The
これら制振部材2を構成する中空体3、粉粒体4および運動促進材5は、中空体3が構造体1に内蔵され、その形状が円柱状であることを除き、材質、構成等は、図2に示す実施形態の制振部材2と同一である。
The
この図4に示す実施形態では、図2に示す実施形態と同様に、粉粒体4が、中空体3内部に加え、運動促進材5の内部でも激しく様々な方向に運動するため、制振作用をより効率的に発現することができる。
In the embodiment shown in FIG. 4, as in the embodiment shown in FIG. 2, the
図5および図6に示す実施形態は、本発明をモータのステータ(固定子)に適用した実施形態である。この実施形態の場合、制振対象となる構造体1は円筒形状のステータ1aであり、制振部材2は、ステータ1aの両端面のうち、振動振幅のより大きい側の端面に取り付けられている。
The embodiment shown in FIGS. 5 and 6 is an embodiment in which the present invention is applied to a stator (stator) of a motor. In the case of this embodiment, the
中空体3は、円筒形状のステータ1aと略同一径(外径、内径とも)の円環状であって、厚みがステータ1aの厚み(長さ)より十分に薄い扁平形状である。その中空体3の中空空間は、複数の仕切り壁7で例えば等間隔に仕切られており、仕切られた各中空空間内には、夫々粉粒体4が一部空間6を残して充填されていると共に、断面円形の運動促進部材5が設けられており、また、運動促進部材5の内部には、必要に応じて、粉粒体4が一部空間6aを残して充填されている。
The
尚、図5に示す実施形態は、運動促進部材5の内部に粉粒体4が一部空間6aを残して充填された実施形態であるが、運動促進部材5の内部に粉粒体4が充填されていなくても良い。また、図5に示す実施形態では、中空体3の円環状の中空空間6は、12枚の仕切り壁7で等間隔に仕切られているが、必ずしも等間隔に仕切られている必要はなく、また、仕切り壁7の枚数も12枚でなくても良い。
The embodiment shown in FIG. 5 is an embodiment in which the
更には、特に図示はしないが、仕切り壁7と運動促進部材5の機能を兼ね備えた断面波形の円環状の部材を中空体3の円環状の中空空間6に設けても良い。
Further, although not particularly illustrated, an annular member having a corrugated cross section having the functions of the
この実施形態では、ステータ1aの端面に設けられた中空体3の各中空空間内部で様々な方向に激しく動く粉粒体4の運動によって、ステータ1aの振動エネルギーは、粒子(粉粒体4、中空体3、運動促進部材5の弾性変形や、それらの互いの摩擦、衝突などにより散逸され、制振作用が発現して、構造体1の振動は抑制されることとなる。
In this embodiment, the vibration energy of the
1…構造体
1a…ステータ
2…制振部材
3…中空体
4…粉粒体
5…運動促進部材
5a…曲面
6…空間
6a…空間
7…仕切り壁
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