JP2016020737A

JP2016020737A - 外部磁気粘性弁を含む適応型３パラメータ絶縁器組立体

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Publication number: JP2016020737A
Application number: JP2015135017A
Authority: JP
Inventors: イジー・トショフスキー; Tosovsky Jiri; ヴラスチミル・ヤヌリク; Janulik Vlastimil; デール・トーマス・ルエブサメン; Dale Thomas Ruebsamen
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2016-02-04
Anticipated expiration: 2035-07-06
Also published as: US9453552B2; JP6642987B2; EP2975293A1; US20160010717A1; EP2975293B1

Abstract

【課題】適応型３パラメータ絶縁器組立体（３０）の実施形態が提供され、更に複数の絶縁器組立体を含むビークル絶縁システム（１３０）の実施形態も提供される。
【解決手段】一実施形態において、絶縁器組立体は、磁気粘性（ＭＲ）制動流体で充填されるように構成される対向油圧室（４４、４６）を有する３パラメータ絶縁器（３２）を含む。３パラメータ絶縁器に対して外部のＭＲ弁（３４、１００）が対向油圧室間に流体結合される。ＭＲ弁は、ＭＲ制動流体が対向油圧室間を流れる際に流体が通過する磁界を発生するように構成される。制御装置（８８）がＭＲ弁に動作可能に結合され、３パラメータ絶縁器の動作中に磁界の強度を制御してＭＲ制動流体の粘度を調節するように構成される。
【選択図】図３

Description

[0001]本発明は、一般には振動絶縁装置に関し、より詳細には、３パラメータ絶縁器と外部磁気粘性弁とを含む適応型絶縁器組立体、ならびに複数の絶縁器組立体を使用するビークル絶縁システムに関する。

[0002]振動絶縁システムは、２つの本体または構造体間の外乱力の伝達を最小限に抑えるために広範な用途に使用される。例えば、衛星にはしばしば振動絶縁システムが装備され、姿勢調節装置（例えば、コントロールモーメントジャイロスコープまたはリアクションホイールアレイ）から衛星により担持される他の感振構成要素（例えば、光学ペイロード）へ発せられる起振力の伝達を最小限に抑える。振動絶縁システムの性能は主に、システム内に含まれる絶縁器の数、絶縁器の配置の仕方、および各個別絶縁器の振動減衰特性により定まる。機械的には、直列結合される二次ばねおよび制動子と並列な一次ばねとして作動する３パラメータ絶縁器を使用する振動絶縁システムは、粘弾性絶縁器のような、他の種類の受動型絶縁器を使用する振動絶縁システムと比べて、優れた高周波起振力の減衰をもたらす。３パラメータ絶縁器の例として、現在Ｍｏｒｒｉｓｔｏｗｎ，ＮｅｗＪｅｒｓｅｙに本社を置くＨｏｎｅｙｗｅｌｌ，Ｉｎｃ．により開発されて商業的に販売されるＤ−ＳＴＲＵＴ（登録商標）絶縁器がある。そのような絶縁器はしばしば、多点装着配置内での使用によく適する、受動型１自由度（ＤＯＦ：ＤｅｇｒｅｅｏｆＦｒｅｅｄｏｍ）軸制動装置である。

[0003]上述の利点を提供しつつも、受動型３パラメータ絶縁器はいくつかの点では依然制限がある。目標臨界モードに対応する周波数で最適な制動をもたらすように調整されると、３パラメータ絶縁器は他の動作周波数および臨界モードでは最適に及ばない制動をもたらすであろう。これは、複数の臨界モードが広い周波数範囲わたって存在し得る点、臨界モードの正確な周波数は絶縁器展開後（例えば、衛星打ち上げ）まで分からないことがある点、また臨界モードが起こる周波数は負荷変動、不均衡、軸受欠陥などにより時間と共に変動し得るという点で不利になり得る。別の制限として、従前の３パラメータ絶縁器の動的剛性は典型的には、絶縁器設計により且つ選択される制動流体の粘度により固定される。したがって、従前の３パラメータ絶縁器は一般には、比較的柔らかい軌道上剛性（しばしば低振幅振動の減衰を可能にするために望まれる）をもたらすと同時に、比較的高い打ち上げ時剛性（絶縁器が衛星打ち上げ中に高い衝撃荷重を受けるときに流体漏出の可能性を減少させるために望まれることがある）をも提供することはできない。

米国特許第５，３３２，０７０号米国特許第７，１８２，１８８（Ｂ２）号米国特許第５，８０３，２１３号

[0004]したがって、上述の種類の従前の受動型３パラメータ絶縁器に関する制限を克服する３パラメータ絶縁器または絶縁器組立体の実施形態を提供することが望ましい。特に、絶縁器組立体の制動および剛性特性が絶縁器組立体の使用中に能動的に調整可能となる３パラメータ絶縁器組立体を提供することが望ましいであろうし、例えば、もっぱら非限定例として、宇宙機上に展開される場合に絶縁器組立体の打ち上げ時および軌道上運転中の制動／剛性性質の適応型調整を可能にする絶縁器組立体を提供することが望ましい可能性がある。そのような現場調整を提供する１つまたは複数の３パラメータ絶縁器組立体を使用するビークル絶縁システムの実施形態を提供することも望ましいであろう。本発明の実施形態の他の望ましい特徴および特性は、添付の図面および上記の背景技術との併用により、後続の発明を実施するための形態および添付の特許請求の範囲から明らかになろう。

[0005]適応型３パラメータ絶縁器組立体の実施形態が提供される。一実施形態において、絶縁器組立体は、磁気粘性（ＭＲ：Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ）制動流体で充填されるように構成される対向油圧室を有する３パラメータ絶縁器を含む。ＭＲ弁が３パラメータ絶縁器に対して外部に位置決めされ、対向油圧室間に流体結合される。ＭＲ弁は、ＭＲ制動流体が対向油圧室間を流れる際に流体が通過する磁界を発生するように構成される。総合制御装置がＭＲ弁に動作可能に結合され、３パラメータ絶縁器の動作中に磁界の強度を制御してＭＲ制動流体の粘度を調節するように構成される。

[0006]ビークルとビークルにより担持されるペイロードとの間の振動の伝達を最小限に抑えるためにビークル絶縁システムも提供される。ビークルは、少しの例を挙げれば、宇宙機、自動車両、航空機、船舶などであり得る。一実施形態において、ビークル絶縁システムは、複数の３パラメータ絶縁器組立体と、絶縁器組立体に結合され、且つ絶縁器組立体をビークルに装着するように構成される装着ハードウェアとを含む。各絶縁器組立体は、磁気粘性（ＭＲ）制動流体で充填されるように構成される対向油圧室を有する３パラメータ絶縁器を含む。ＭＲ弁が３パラメータ絶縁器に対して外部に位置決めされ、対向油圧室間に流体結合される。ＭＲ弁は、ＭＲ制動流体が油圧室間を流れる際に通過する磁界を発生するように構成される。制御装置がＭＲ弁に動作可能に結合され、ビークル絶縁システムの動作中に磁界の強度を制御してＭＲ制動流体の粘度を調節するように構成される。

[0007]本発明の少なくとも１つの例が以下の図面と併せて以下説明されるが、同様の要素を同様の番号により示すものとする。

[0008]２つの構造体間に設けられ、先行技術の教示に従って例示する受動型３パラメータ振動絶縁器の概略図である。 [0009]２パラメータ絶縁器および非減衰装置の伝達率グラフと比べて図１に示す３パラメータ絶縁器の伝達率グラフを例示する周波数（横軸）対利得（縦軸）の伝達率図である。 [0010]本発明の例示的実施形態に従って例示するように、３パラメータ絶縁器と、絶縁器に対して外部であり流体相互接続される磁気粘性弁と含む適応型３パラメータ絶縁器組立体の概略図である。 [0011]図３に示す磁気粘性弁としての使用に適する例示的磁気粘性弁の横断面図である。 [0012]図３に示す絶縁器組立体がいくつかの同様の絶縁器組立体と組合されて、本発明の更なる例示的実施形態に従って例示するように、ビークル上に展開できる多点絶縁システムを生成できる一方式を例示する簡略図である。

[0013]以下の発明を実施するための形態はその性質上例示に過ぎず、本発明または本発明の応用例や使用例を限定することは意図されていない。更には、前述の背景技術または以下の発明を実施するための形態に提示されるいかなる理論にも拘束されものではない。

[0014]本明細書に現れる用語「適応型」は、「受動型」振動絶縁器および他の絶縁システムとの区別のために利用される。したがって用語「適応型」は、「能動型」および「準能動型」絶縁器組立体および絶縁システムを共に包含する。本明細書に記載の適応型絶縁器組立体は、ビークルとビークルにより担持されるペイロードとの間で伝達される振動または衝撃力を減衰するために利用されるビークル絶縁システムに有益に使用される。しかしながら、後述の３パラメータ絶縁器組立体（および絶縁器組立体を使用する多点絶縁システム）は、２つの物体または構造体間の振動または衝撃荷重を減衰することが望まれる、任意の宇宙機器搭載、航空機搭載、陸上または他の用途に利用できることを強調しておく。いくつかの絶縁器組立体を含む多点ビークル絶縁システムの例は以下に図５と併せてより完全に記載される。

[0015]図１は、先行技術の教示に従って例示する受動型３パラメータ絶縁器１０の概略図である。３パラメータ絶縁器１０は絶縁物体「ＩＯ」と台座「Ｐ」との間に機械的に結合される。一実施形態において、台座Ｐは衛星または他の宇宙機である一方、絶縁物体ＩＯは宇宙機により担持される光学台または他の感振ペイロードである。別の実施形態において、台座Ｐは航空機であり、絶縁物体ＩＯはガスタービンエンジンであり、航空機胴体に達する前に望ましく減衰される振動を発生する。更なる実施形態において、台座Ｐは異なる種類のビークルであり得る。図１にモデル化したように、３パラメータ絶縁器１０は以下の機械要素または構成要素、すなわち（ｉ）絶縁物体ＩＯと台座Ｐとの間に機械的に結合される第１のばね構成要素Ｋ_Ａ、（ｉｉ）絶縁物体ＩＯと台座Ｐとの間に、第１のばね構成要素Ｋ_Ａと並列に機械的に結合される第２のばね構成要素Ｋ_Ｂ、および（ｉｉｉ）絶縁物体ＩＯと台座Ｐとの間に、第１のばね構成要素Ｋ_Ａと並列に且つ第２のばね構成要素Ｋ_Ｂと直列に機械的に結合される制動子Ｃ_Ａを含む。３パラメータ絶縁器１０の伝達率は次式により表される。

式中、Ｔ（ω）は伝達率であり、Ｘ_{ｏｕｔｐｕｔ}（ω）は絶縁物体ＩＯの出力運動であり、Ｘ_{ｉｎｐｕｔ}（ω）は台座Ｐにより絶縁器１０に付与される入力運動である。
[0016]図２は、２パラメータ絶縁器（曲線１４）および非減衰装置（曲線１６）と比べて３パラメータ絶縁器１０（曲線１２）の制動特性を例示する伝達率図である。図２に１８で示すように、非減衰装置（曲線１６）は、例示の例では１０ヘルツをやや下回る限界周波数で比較的高いピーク利得をもたらす。比較として、２パラメータ装置（曲線１４）は、限界周波数では有意により低いピーク利得であるが、限界周波数を超えた後（ロールオフと呼ぶ）では周波数増加に伴い望ましくなく漸次の利得減少をもたらす。例示の例では、２パラメータ装置（曲線１４）のロールオフはディケード当たりおよそ２０デシベル（「ｄＢ／ｄｅｃａｄｅ」）である。最後に、３パラメータ装置（曲線１２）は、２パラメータ装置（曲線１４）により達成されるものと実質的に同等の低いピーク利得をもたらし、更に約４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅの比較的急峻なロールオフをもたらす。したがって３パラメータ装置（曲線１２）は、曲線１２および１４により囲まれる範囲２０により図２で定量化されるように、より高い周波数で有意により低い伝達率をもたらす。非限定例として、３パラメータ絶縁器の更なる考察が、１９９４年１月２６日に発行された、「ＴＨＲＥＥＰＡＲＡＭＥＴＥＲＶＩＳＣＯＵＳＤＡＭＰＥＲＡＮＤＩＳＯＬＡＴＯＲ」という名称の米国特許第５，３３２，０７０号、および２００７年２月２７日に発行された、「ＩＳＯＬＡＴＯＲＵＳＩＮＧＥＸＴＥＲＮＡＬＬＹＰＲＥＳＳＵＲＩＺＥＤＳＥＡＬＩＮＧＢＥＬＬＯＷＳ」という名称の米国特許第７，１８２，１８８（Ｂ２）号に見られ、双方とも本出願の譲受人に譲受され、参照することにより本明細書により組み込まれる。

[0017]したがって、図１に概略的に例示する絶縁器１０のような、受動型３パラメータ絶縁器は、所与の周波数範囲にわたり、非減衰装置および２パラメータ装置と比べて、優れた制動特性（即ち、より低い全体伝達率）をもたらすように調整できることが理解されるべきである。更には、粘弾性制動子とは対照的に、受動型３パラメータ絶縁器の剛性および制動特性は独立して調整できる。それ故、６つ以上の絶縁器が多点システムに配置されると、各３パラメータ絶縁器は特に、台座とそれにより支持される絶縁物体との間の振動伝達を最小限に抑えるために各自由度で最適な剛性および制動をもたらすように調整できる。しかしながら、上記の「背景技術」という項で述べたように、受動型３パラメータ絶縁器はいくつかの点では依然制限がある。例えば、３パラメータ絶縁器は目標臨界モードに対応する周波数でピーク制動をもたらすように調整できる一方、受動型３パラメータ絶縁器は、他の臨界または剛体モードが起こる他の動作周波数では最適に及ばない制動をもたらすことになる。これは、臨界モードが起こる正確な周波数は絶縁器展開後（例えば、宇宙機打ち上げ後）まで分からないことがあり、また時間と共に変動する点で不利になり得る。更なる制限として、受動型３パラメータ絶縁器の動的剛性は典型的には固定され、したがって、打ち上げ時および軌道上環境など、高度に異なる環境での絶縁器動作に応じるために絶縁器動作中に調節することはできない。

[0018]以下、従前の受動型３パラメータ絶縁器に関する前述の制限を克服する適応型３パラメータ絶縁器組立体を説明する。後述する絶縁器組立体は、３パラメータ絶縁器の油圧室に流体結合される外部磁気粘性（ＭＲ）弁を使用する。絶縁器の油圧室はＭＲ制動流体で充填され、この流体が油圧室間を流れる際にＭＲ弁を通過する。総合制御装置がＭＲ弁により発生される磁界の強度を変更して油圧室間を流れる際のＭＲ制動流体の粘度を修正する。制御装置はＭＲ制動流体の粘度を修正して３パラメータ絶縁器の動的剛性を調節できる。加えて、または代替として、制御装置は制動流体粘度を修正して３パラメータ絶縁器の制動係数（Ｃ_Ａ）を変更し、またそれにより絶縁器がピーク制動をもたらす周波数を能動的に調整できる。後者の場合、制御装置は、組立体内に含まれる１つまたは複数の振動センサにより検出される起振力の大きさのような入力データ応じて、制動流体粘度を修正できる。そうする際に、絶縁器組立体はその制動能力を、目標臨界モードが発達し時間と共に変化するにつれ、それらに合わせて自動的にまたは適応的に自己調整する。更なる例として、制御装置は、温度測定値に応じて制動流体粘度を修正して熱的に誘起される制動流体体積の変化を相殺してよい。これは次いで、一般に３パラメータ絶縁器内に含まれる種類の熱補償器の必要性を排除することができる。そのような適応型３パラメータ絶縁器組立体の例を以下図３と併せて説明する。

[0019]図３は、本発明の例示的実施形態に従って例示する適応型３パラメータ絶縁器組立体３０の概略図である。絶縁器組立体３０は、３パラメータ絶縁器３２と、絶縁器３２に対して外部に位置決めされ且つ流体結合されるＭＲ弁３４とを含む。いくつかの点で、３パラメータ絶縁器３２は、本出願の譲受人に譲受され、参照することにより組み込まれる、１９９８年９月８日に発行された、「ＨＥＡＶＹＬＯＡＤＶＩＢＲＡＴＩＯＮＩＳＯＬＡＴＩＯＮＡＰＰＡＲＡＴＵＳ」という名称の米国特許第５，８０３，２１３号に記載されるものなど、他の公知の３パラメータ絶縁器と類似する。しかしながら、そのような絶縁器は典型的には本質的に受動型であり、外部ＭＲ弁や制御システムと協同して、後述の方式でＭＲ制動流体の粘度を操作することにより剛性および制動の能動型または適応型調節をもたらすものではない。更には、強調点として、（ｉ）絶縁器３２が、ＭＲ制動流体で充填し得る少なくとも２つの油圧室を有する３パラメータ装置であり、且つ（ｉｉ）絶縁器３２の油圧室が、ＭＲ制動流体が油圧室間を流れるときに外部ＭＲ弁を通して送られるようにＭＲ弁に流体結合される限り、３パラメータ絶縁器３２の特定の設計は実施形態間で異なり得る。このことを念頭に、３パラメータ絶縁器組立体３０の動作がより良く理解できる例示的な、しかし非限定的な状況をもたらすために、図３に概略的に示す３パラメータ絶縁器３２の実施形態を以下詳述する。

[0020]図３に概略的に例示するように、３パラメータ絶縁器３２は、第１の端部３８と、端部３８の反対側の第２の端部４０と、端部３８および４０の間の中間部４２とを有する絶縁器ハウジング３６を含む。参照し易いように、ハウジング端部３８および４０は以降それぞれ「上」および「下」端部と呼んでよく、３パラメータ絶縁器３２のその他の構造的構成要素を説明するために同様の術語を使用してよい。そのような用語は、図３に示す３パラメータ絶縁器３２の例示される向きに関して、および絶縁器３２は３次元空間で任意の向きを取れるという了解の下に利用される。絶縁器ハウジング３６は、対向油圧室および１つまたは複数の平行移動ピストン（例えば、後述のピストン４８および５２）を包含するのに適する任意の数の部品から生産できる。一実施形態において、およびもっぱら非限定例として、ハウジング３６は、１つまたは複数の端キャップがねじ取付けにより、円周溶接により、または液密シールを形成するのに適する別の接合技法を利用して密封接合されるシリンダから生産される。多くの実施形態において、絶縁器ハウジング３６は全体的に管状の形状を有し、またより完全には後述するように、制動子ピストンが絶縁器３２の作動軸に沿って平行移動するように摺動可能に装着される少なくとも１つの内部空洞またはボアを包含するであろう。図３に示すように、絶縁器ハウジング３６は、ＭＲ弁３４が装着される外部弁装着インタフェース４３を含むことができる。

[0021]可変容積対向油圧室４４および４６はハウジング３６内に包含される。制動子ピストン４８は絶縁器ハウジング３６の上部内に摺動可能に装着され、油圧室４４および４６を流体分割する。制動子ピストン４８は絶縁器ハウジング３６内で絶縁器３２の作動軸（図３に破線５０により表す）に沿って摺動できる。ガスばねピストン５２も同様に、ハウジング３６の下部内に作動軸５０に沿って平行移動するように摺動可能に装着される。制動子ピストン４８とガスばねピストン５２は、下油圧室４６内に延在する内部軸または連接棒５４により剛接合される。この剛結合の結果、ピストン４８および５２は絶縁器３２の動作中に作動軸５０に沿って一体となって往復動する。ピストン４８および５２は各々ハウジング３６の内周面に密封係合する。この点で、ピストン４８および５２は各々、ピストン４８および５２をハウジング内で軸方向に摺動させつつも精密嵌合をもたらすように、ハウジング３６の内径よりも僅かに小さい外径を有して作製されてよい。所望であれば、ピストン４８および５２には各々、Ｏリングのような動的シール（図示せず）が装備されてハウジング３６の内面に密封係合し、またそれにより、それぞれのピストン−ボア界面からの流体漏出を最小限に抑えるまたは排除してもよい。

[0022]貫通軸５６が、絶縁器ハウジング３６の上端部３８に設けられる開口５８を通して上油圧室４４内に延在する。貫通軸５６の内末端は、例えば、ねじインタフェースまたは他の取付けインタフェースを利用して、制動子ピストン４８に添着してよい。或いは、貫通軸５６と制動子ピストン４８は単一の加工部品として生産できる。貫通軸５６の外末端は３パラメータ絶縁器３２の第１の機械的入出力部として機能し、図３に概略的に例示するような、第１の旋回継手６０に添着される。下軸または「スティンガ」６２が更にハウジング３６の下端部４０に剛接合され、またそこから軸方向に延出する。スティンガ６２は絶縁器３２の第２の機械的入出力部として機能する。スティンガ６２は同様に下旋回継手６４で終了することができる。旋回継手６０および６４は集合的に、３パラメータ絶縁器３２の設置中および／またはピストン４８および５２が絶縁器３２の作動軸５０に沿って往復動する際に、３パラメータ絶縁器３２の追加の運動の自由を可能にする。更なる実施形態において、３パラメータ絶縁器３２は、固定点装着インタフェースまたは球面軸受け装着インタフェースのような、異なる種類の装着インタフェースを含んで生産できる。加えて、いくつかの実施形態において、１つまたは複数の装着特徴が絶縁器ハウジング３６の下端部４０に直接一体化でき、その場合スティンガ６２は不要でよい。

[0023]油圧室４４および４６は気密的に密封され、または最低でも流体密であり、絶縁器３２の動作中の制動流体の漏出を防止する。油圧室４４および４６は、制動子ピストン４８、ガスばねピストン５２、連接棒５４および貫通軸５６の平行移動を可能にするようにして密封される。これは、滑り界面および動的シールのシステムを利用して達成できる。或いは、図３に示すように、第１の金属密封ベローズ６６をハウジング３６の上端部３８と貫通軸５６との間に密封接合して、貫通軸５６の平行移動を可能にしつつ油圧室４４の上端部を密封できる。ベローズ６６は内圧が加えられており、制動子ピストン４８と絶縁器ハウジング３６の内面と共に、上油圧室４４を制限する。第２の金属密封ベローズ６８が同様に、ハウジング３６内に設けられる内周壁７０とガスばねピストン５２の第１の面との間に密封接合される。内壁７０には開口７２が設けられ、そこに連接棒５４が延在してピストン４８および５２を接合する。ベローズ６８もしたがって内圧が加えられており、ピストン５２の第１の面、制動子ピストン４８の第１の面（室４４を制限するピストン４８の面の反対側）、およびハウジング３６の内面と協働して油圧室４６を制限または画定する。空隙または開放空間が密封ベローズ６８の外部を囲み、通気穴７４をハウジング３６の側壁に設けることで、ベローズ６８の屈曲に影響を与えかねない空気量を閉じ込めてしまうことを防止できる。

[0024]油圧室４４および４６は、ＭＲ弁３４を通して延在する流路により流体結合される。具体的には、図３に示す例示的実施形態において、上油圧室４４はＭＲ弁３４の第１のポートに第１の導管７６により流体結合される一方、下油圧室４６はＭＲ弁３４の第２のポートに第２の導管７８により流体結合される。側壁ポート８０および８２が絶縁器ハウジング３６に設けられ、それぞれ導管７６および７８に流体結合され、所望の流体相互接続を容易にする。油圧室４４および４６、導管７６および７８、ならびにＭＲ弁３４は、後述のように、絶縁器組立体３０の動作中に選択されたＭＲ制動流体を収容し導く。ＭＲ制動流体は、制動目的に適し且つ外部生成される磁界の大きさに関して変動する粘度を有する任意の液体であり得る。絶縁器組立体３０は最初は制動流体無しで生産および配布してよく、その場合、油圧室４４および４６（ならびに導管７６、導管７８、およびＭＲ弁３４）は、生産後且つ組立体３０の使用前に、選ばれた接合部にて選択された制動流体で充填してよい。絶縁器組立体３０の種々の室および流路の充填は、制動流体充填後に密封される、非例示の注入口を利用して達成してよい。

[0025]上記のように、制動子ピストン４８、ガスばねピストン５２、貫通軸５６、および連接棒５４は、絶縁器３２の動作中にハウジング３６に対して平行移動する。制動子ピストン４８がハウジング３６内を摺動するにつれ、ＭＲ制動流体が油圧室４４および４６間で交換され、それぞれの容積がピストン４８の平行移動位置に従って変動する。制動子ピストン４８が動いた結果、油圧室４４の容積が減少し、それに対応して油圧室４６の容積が増加する例では（即ち、制動子ピストン４８が図３に示す例示の向きで上方に移動するとき）、制動流体は室４４から、流路７６を経て、ＭＲ弁３４を経て、流路７８を経て、室４６に流れる。逆に、制動子ピストン４８が動いた結果、油圧室４４の容積が増加し、油圧室４６の容積が減少する例では（制動子ピストン４８が例示の向きで下方に移動するとき）、制動流体は室４６から、流路７８を経て、ＭＲ弁３４を経て、流路７６を経て、室４４に流れる。室４４および４６間を進むとき、ＭＲ制動流体は少なくとも１つの制限された流路または開口部を強制的に通されて所望の制動効果を提供する。図３に概略的に示す実施形態において、制限された流路は側壁ポート８０および８２、流路７６および７８、ならびにＭＲ弁３４の組合によりもたらされる。したがって油圧室４４および４６、制動子ピストン４８、ならびに制動流体は集合的に、制動係数Ｃ_Ａを有する制動子４４、４６、４８を形成する。

[0026]３パラメータ絶縁器３２は更に、制動子４４、４６、４８と並列に機械的に結合される主ばね含む。いくつかの実施形態において、主ばねは別個のコイルばねまたはハウジング３６に切り込まれる加工ばねであり得る。例示の例では、主ばねは、ガスばねピストン５２およびハウジング３６の下部に設けられる空気圧室８４により集合的に形成されるガスばね５２、８４である。図３に示すように、空気圧室８４はハウジング３６の内面および、部分的に下油圧室４６を制限するガスばねピストン５２の上部の反対側のピストン５２の下面により制限される。こうして絶縁器３２を通して、２つの負荷経路、すなわち（ｉ）上旋回継手６０から、貫通軸５６を経て、制動子４４、４６、４８を経て、ハウジング３６を経て、下旋回継手６４に延在する第１の負荷経路、および（ｉｉ）上旋回継手６０から、貫通軸５６を経て、連接棒５４を経て、ガスばね５２、８４を経て、下旋回継手６４に延在する第２の負荷経路が提供される。したがって絶縁器３２は、適宜、Ｃ_Ａ（制動係数）が制動子４４、４６、４８および選択されるＭＲ制動流体の粘度により定まる３パラメータ装置と見なされる。ばね定数Ｋ_Ａは主にガスばね５２、８４により定まる。最後に、調整ばね定数Ｋ_Ｂは主に、選択される制動流体で充填されるときの制動子４４、４６、４８を経る体積剛性により定まる。図３に示す実施形態においては設けられていないが、絶縁器３２の更なる実施形態において、別個の調整ばね（例えば、コイル、加工またはガスばね）を制動子４４、４６、４８と直列に且つ主ガスばね５２、８４と並列に設けてＫ_Ｂ値の追加調整を可能にできる。

[0027]３パラメータ絶縁器組立体３０の動作中に、ＭＲ弁３４は、ＭＲ制動流体が絶縁器３２の対向油圧室４４および４６間を流れる際に通過する磁界を発生する。絶縁器組立体３０は更に、ＭＲ弁３４により生成される磁界の強度、ＭＲ制動流体の粘度、ならびに従って絶縁器３２の動的剛性および制動性質を制御するように機能する制御サブシステム８６を含む。図３に示すように、制御サブシステム８６は総合制御装置８８、１つまたは複数の振動センサ９０、温度センサ９２、および電源９４を含み得る。制御サブシステム８６構成要素およびＭＲ弁３４の間の種々の相互接続を図３に破線９６により表す。図示されるように、制御装置８８はＭＲ弁３４に動作可能に結合され、具体的には、弁３４内に包含される１つまたは複数の誘導コイル（後述）に電気的に結合される。振動センサ９０、温度センサ９２、および電源９４は更に制御装置８８に結合される。これらの接続は典型的にはハード、つまり有線であろうが、しかしながら、センサ９０および／またはセンサ９２が制御装置８８と無線通信する可能性は決して排除できない。制御装置８８はＭＲ弁３４に、それにより生成される磁界の強度を変更させる。制御装置８８は典型的には（しかし常に必要ではない）、電源９４により弁３４に供給される電流または印加される電圧を変更することにより、弁３４により生成される磁界の強度を調節する。制御装置８８は本質的に手動式、電気式または機械式、もしくはその組み合わせであり得る。少なくとも部分的に電子的に実装される場合、制御装置８８は、上述の機能を行うのに適する任意の数の相互接続されるハードウェア（例えば、プロセッサやメモリ）、ソフトウェアおよびファームウェア構成要素を含み得る。

[0028]制御装置８８は、制御装置８８に関連付けられるメモリに記憶される所定のスケジュールに従って、弁３４により生成される磁界の強度を調節するようにプログラムまたは別の方法で構成できる。例えば、絶縁器組立体３０が衛星上に展開される場合、制御装置８８はＭＲ弁３４に対して、衛星打ち上げ中に弁３４により生成される磁界の強度を増加させ、その後衛星が軌道に乗ると磁界の強度を低下させるように命令できる。この場合、制御装置８８は少なくとも以下のモード、すなわち（ｉ）制御装置８８が、絶縁器３２の動的剛性を増加させるように磁界を調節する宇宙機打ち上げモード、および（ｉｉ）制御装置８８が磁界の強度、そして絶縁器３２の剛性を減少させる軌道上モードで動作可能でよい。このようにして、３パラメータ絶縁器３２の動的剛性を、打ち上げ中は増大させて絶縁器３２を損傷から保護でき、次いでその後の軌道上運転中は減少させて絶縁器３２を低振幅振動への応答改善のために軟化できる。更なる実施形態において、制御装置８８は、外部制御源から受信する、しかも恐らくは無線送受信機（図示せず）を介して受信する指令に応じて、ＭＲ弁３４により生成される磁界の強度を操作できる。

[0029]制御装置８８は更に、反動的または半能動的方式で、具体的には、絶縁器組立体３０に関して測定される動作特性に応じて、ＭＲ弁３４により生成される磁界の強度を調節できる。一実装形態において、制御装置８８は、振動センサ９０により受信されるデータに応じて、ＭＲ弁３４により生成される磁界の強度を調節するように構成される。振動センサ９０は例えば、１つまたは複数の単軸または二軸加速度計であり得、絶縁器３２に、台座（例えば、図５に示す台座Ｐ）に、または絶縁物体（例えば、図５に示す絶縁ＩＯ）に装着してよい。制御装置８８は、適宜、センサ９０により測定される起振力の大きさを所定の閾値未満に維持するために、ＭＲ流体粘度を増加または減少させるように構成できる。このようにして、制御装置８８はＭＲ弁３４を制御して３パラメータ絶縁器３２の制動性質を、およびそれにより絶縁器３２の全動作周波数領域にかけて起こる目標臨界モードを終始調節できる。更には、制御装置８８はＭＲ弁３４を制御して、絶縁器組立体３０の動作寿命中に起こり得る臨界モードの任意の周波数ドリフトに適応できる。検出される振動の関数として磁界の強度を調節することに加えてまたは代えて、制御装置８８は、温度センサ９２から受信するデータに応じて、ＭＲ弁３４により生成される磁界の強度を調節して、例えば、熱的に誘起される制動流体体積変化の変化を補償できる。具体的には、センサ９２により記録される温度が上昇するにつれ、制御装置８８はＭＲ弁３４を制御してＭＲ制動流体の低下する粘度を相殺できる。

[0030]絶縁器組立体３０はＭＲ制動流体粘度の適応型調整を可能にし、３パラメータ絶縁器３２の剛性および制動特性が現場で調整できるようにすることを理解されたい。ＭＲ制動流体粘度の所望の変化は、ＭＲ弁３４により生成される磁界の強度を修正することにより達成される。特に、人工生成される磁界に曝されていないときのＭＲ制動流体の自然つまりインヘレント粘度が、ＭＲ弁３４にその所望の制動および剛性特性を付与するのに適切であれば、動作の或る間隔中にＭＲ弁３４を励磁することは不要でよい。更には、ＭＲ弁３４は絶縁器３２に対して外部であり（そこに一体化されるのに対して）、電力密封ケーブルの密封が避けられ、絶縁器３２のばね／制動子要素の設計複雑度は良好に低減され、またＭＲ弁３４の除去や分解は容易となる。加えて、例えば、万一弁３４内に含まれるインダクタコイルの大きさまたは数を増加する必要がであっても、絶縁器３２のばね／制動子要素を再設計する必要性は排除される。ＭＲ弁３４は、ＭＲ制動流体が絶縁器３２の油圧室４４および４６間を流れる際に通過する磁界を生成するのに適する任意の形状を取れる。しかしながら、ＭＲ弁故障の際にも絶縁器組立体３０が引き続き機能するように、ＭＲ弁３４は弁要素またはいかなるその他の可動部品も有さないことが好ましい。可動部品を有さず、ＭＲ弁３４としての使用に適するＭＲ弁の例を以下図４と併せて説明する。

[0031]図４は、図３に示すＭＲ弁３４としての使用に適する３段階可逆ＭＲ弁１００の横断面図である。この例では、ＭＲ弁１００は第１および第２の端キャップ１０４および１０６を有する弁ハウジング１０２を含む。端キャップ１０４および１０６は、例えば、ねじ棒ならびに関連する締結具１１０および１１２を利用して、シリンダコア１０８の対向端に接合される。ポート１１４および１１６がそれぞれ端キャップ１０４および１０６に設けられる。全体的に環状または管状の流路１１８がコア１０８周囲でポート１１４および１１６間に延在する。流路１１８は、常磁性保持器１２２に巻かれてフェライト環１２４で散在されるいくつかのインダクタコイル１２０により囲まれる。囲い板１２６がこの組立体を囲い、非例示の導線が囲い板１２６を通してコイル１２０へ設けられる。図３に示すＭＲ弁３４とし利用されると、ポート１１４は導管７６に流体結合でき、ポート１１６は導管７８に流体結合でき、コイル１２０は制御装置８８に電気的に結合できる。ピストン４８および５２が絶縁器３２（図３）にわたり印加される起振力に応じて往復動すると、ＭＲ制動流体は対向油圧室４４および４６間をおよびＭＲ弁１００（図４）を通して流れる。したがって制御装置８８は、ＭＲ制動流体が弁１００を通過する際の粘度を調節するように、コイル１２０に供給される電流を変動させてそれにより生成される磁界の強度を増加または減少できる。これにより、制御装置８８は次いで、前述のように、３パラメータ絶縁器３２（図３）の剛性および制動性質を調節できる。特に、ＭＲ弁１００は弁要素またはその他のいかなる可動部品も有さない。結果として、万一のＭＲ弁故障の場合にも、ＭＲ制動流体は依然弁１００を流通でき、絶縁器組立体３０は引き続き動作する。

[0032]図５は、絶縁器組立体３０（図３）がいくつかの同様の絶縁器（同じく参照番号「３０」により特定される）と組合されて、本発明の更なる例示的実施形態に従って例示するように、絶縁システム１３０を生成できる一方式を例示する簡略図である。絶縁システム１３０は台座Ｐと絶縁物体ＩＯとの間に多点装着配置で展開される。図５に全体的に例示するように、絶縁器組立体３０の対向端（特に、組立体内に含まれる絶縁器の対向端）は、複数の装着ブラケット１３４などの装着ハードウェアを利用して台座装着インタフェース１３２に装着される。この特定例で、絶縁システム１３０は８つの絶縁器組立体３０を含み、それらは８腕装着配置に位置決めされて高忠実度制動を６自由度（「６ＤＯＦ」）でもたらす。更なる実施形態において、絶縁システム１３０はより小さい数またはより大きい数の絶縁器組立体を含んでよく、それらは他の装着配置に位置決めされてよい。例えば、代替実施形態において、絶縁システム１３０は、６脚つまりスチュワートプラットホーム式装着配置に位置決めされる６つの絶縁器組立体３０を含んでよい。

[0033]台座Ｐおよび絶縁物体ＩＯは、絶縁システム１３０が使用される特定の用途に従って、様々な異なる形状を取れる。いくつかの実施形態において、台座Ｐは宇宙機の形状を取ってよい一方、絶縁物体ＩＯは、宇宙機により担持される光学ペイロードまたはセンサ一式などの、感振構成要素の形状を取る。この場合、絶縁システム１３０は、宇宙機が軌道上にあるときに、宇宙機内の振動放出源から装着インタフェース１３２を経た感振構成要素への振動の伝達を最小限に抑える役目を担ってよい。同様に、絶縁システム１３０は、宇宙機打ち上げ中に、装着インタフェース１３２を経た感振構成要素への衝撃力の伝達を最小限に抑える役目を担ってよい。他の実施形態において、台座Ｐは航空機など、異なる種類のビークルであり得る。各絶縁器組立体は、絶縁システム１３０の動作中に台座Ｐおよび絶縁物体ＩＯの剛体モードの高制動をもたらすように命令できるまたは自動的に自己調整してよい。したがって絶縁システム１３０は、台座Ｐおよび絶縁物体ＩＯの全動的動作範囲にわたって（静的から非常に高周波数まで）高忠実度制動性能をもたらすことができる。同時に、絶縁器組立体３０の動的剛性は高衝撃荷重の存在下で（例えば、台座Ｐが衛星または他の宇宙機である実施形態において宇宙機打ち上げ中）自動的に増加されて組立体３０を流体漏出または他の損傷から保護できる。図５に別個のユニットとして示したが、少なくとの幾つかの実施形態において、絶縁器組立体３０のいくつかの構成要素を組み合わせて部品数を低減できることが理解されるであろう。例えば、２つ以上の絶縁器組立体３０が共通の電源、共通の制御装置、共通の温度センサ（もし有れば）、および／または共通の振動センサ（もし有れば）を共有できる。

[0034]したがって従前の受動型３パラメータ絶縁器に関するいくつかの制限を克服する適合型３パラメータ絶縁器組立体の実施形態を提供してきた。上述の実施形態において、絶縁器組立体はＭＲ弁を含み、ＭＲ制動流体が３パラメータ絶縁器の油圧室間を通る際に制動流体の粘度が制御できる。これにより、次いで３パラメータ絶縁器の剛性および制動特性が、予め設定したスケジュールに、外部制御源から受信される指令に、または絶縁器組立体の測定される動作特性（例えば、温度および／または振動測定値）に応じて、現場で調整できる。このようにして、絶縁器組立体は軌道上で独立して自己調整して終始を、１つまたは複数の臨界モードが発達し時間と共に変化するにつれ、それら目標とできる。加えて、絶縁器組立体は制動流体粘度を調節して熱的に誘起される制動流体体積の変化を補償するように構成できる。上記は複数の３パラメータ絶縁器組立体を含む宇宙機絶縁システムの実施形態も提供した。

[0035]少なくとも１つの例示的実施形態を上記の発明を実施するための形態で提示したが、多数の変形形態が存在することを理解されたい。また、１つまたは複数の例示的実施形態は例示に過ぎず、いかなる方法でも本発明の範囲、適用性、または構成を限定することは意図されていない。むしろ上記の発明を実施するための形態は、当業者に、本発明の例示的実施形態を実施するための便利なロードマップを提供するであろう。例示的実施形態で説明した要素の機能および配置は、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更がなされ得ることを理解されたい。

３０適応型３パラメータ絶縁器組立体
３２３パラメータ絶縁器
３４ＭＲ弁
３６絶縁器ハウジング
３８第１の端部
４０第２の端部
４２中間部
４３外部弁取付けインタフェース
４４油圧室
４６油圧室
４８制動子ピストン
５２ガスばねピストン
５４連接棒
５６貫通軸
５８開口
６０旋回継手
６２スティンガ
６４旋回継手
６６第１の金属密封ベローズ
６８第２の金属密封ベローズ
７０内周壁
７２開口
７４通気穴
７６第１の導管、流路
７８第２の導管、流路
８０側壁ポート
８２側壁ポート
８４空気圧室
８６制御サブシステム
８８総合制御装置
９０振動センサ
９２温度センサ
９４電源
１００３段階可逆ＭＲ弁
１０２弁ハウジング
１０４第１の端キャップ
１０６第２の端キャップ
１０８シリンダコア
１１０締結具
１１２締結具
１１４ポート
１１６ポート
１１８流路
１２０インダクタコイル
１２２保持器
１２４フェライト環
１２６囲い板
１３０絶縁システム
１３２台座装着インタフェース
１３４装着ブラケット

Claims

磁気粘性（ＭＲ）制動流体で充填されるように構成される対向油圧室（４４、４６）を有する３パラメータ絶縁器（３２）と、
前記３パラメータ絶縁器に対して外部であり、前記対向油圧室間に流体結合されるＭＲ弁（３４、１００）であって、前記ＭＲ制動流体が前記対向油圧室間を流れる際に通過する磁界を発生するように構成されるＭＲ弁と、
前記ＭＲ弁に動作可能に結合され、前記３パラメータ絶縁器の動作中に前記磁界の強度を制御して前記ＭＲ制動流体の粘度を調節するように構成される制御装置（８８）と、を備える、適応型３パラメータ絶縁器組立体（３０）。
前記制御装置（８８）に動作可能に結合され、前記３パラメータ絶縁器（３２）の動作特性を監視するように構成されるセンサ（９０、９２）を更に備え、前記制御装置が前記動作特性の関数として前記ＭＲ制動流体の前記粘度を調節するように構成される、請求項１に記載の適応型３パラメータ絶縁器組立体（３０）。
前記制御装置（８８）が宇宙機打ち上げモードおよび軌道上モードで動作可能であり、前記制御装置（８８）が、前記宇宙機打ち上げモードで動作するときに、前記３パラメータ絶縁器（３２）の動的剛性を増加させるように前記磁界を調節する、請求項１に記載の適応型３パラメータ絶縁器組立体（３０）。