JP2017203494A

JP2017203494A - 能動型振動制御装置

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Publication number: JP2017203494A
Application number: JP2016095319A
Authority: JP
Inventors: 修寺島; Osamu Terashima; 井上　敏郎; Toshiro Inoue; 敏郎井上
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2016-05-11
Filing date: 2016-05-11
Publication date: 2017-11-16
Anticipated expiration: 2036-05-11
Also published as: US10161467B2; CN107448529B; US20170328433A1; CN107448529A; JP6405336B2

Abstract

【課題】磁気粘弾性エラストマの製造コストを低減し、磁気粘弾性エラストマに効果的に磁界を印加できるようにした能動型振動制御装置を提供する。【解決手段】ハウジングと、可動部と、供給される電流に応じた強さの磁場３１を発生させる励磁コイルと、ハウジング側に設けられた円環状の第２磁性体コア１１ｂと、第２磁性体コア１１ｂとほぼ同軸で当該第２磁性体コア１１ｂの円環の内部にある可動部に設けられた第１磁性体コア１２ｂと、第２磁性体コア１１ｂと第１磁性体コア１２ｂとを連結していて、励磁コイルが発生する磁場３１の大きさに応じて粘弾性的性質が変化する磁気粘弾性エラストマ１３とを備えている。第２磁性体コア１１ｂと第１磁性体コア１２ｂとの間には磁気粘弾性エラストマ１３が形成されておらず、非磁性体的性質を有する領域（空隙）３１が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、能動型振動制御装置に関する。

在来型の受動型動吸振器では、構成要素の物性値が固定のため制振装置の固有値は唯一に決定される。したがって、外乱振動数が動吸振器の固有振動数に一致する場合には高い制振効果が得られるが、外乱振動数がわずかでも異なる場合、あるいは時間とともに変動する非定常な場合では、動吸振器の制振効果が十分に発揮されない。この問題については、ある程度の周波数帯域に渡り制振効果を維持する最適同調・最適減衰の設計方法が知られているが、周波数応答曲線上の定点（不動点）で規定される応答振幅を下回る制振効果を得ることはできない。

一方、受動型制振装置の対極的なものとして能動型の動吸振器（アクティブ・マス・ダンパ）が知られている。この方式では質量要素以外に、質量を強制的に加振するためのアクチュエータが装置に組み込まれ、理論上はどのような外乱が作用する場合でも、任意の制振力を生成することができるため、定常・非定常を問わず高い制振効果を実現することができる。ただし、外部エネルギーを直接投入するための仕組みが複雑になることや、不安定性を回避するための制御系設計が必要になること、及びコストの問題が大きいことが知られている。さらに、受動型と能動型の中間的な制御方式として準能動型（セミアクティブ型）がある。準能動型の考え方として、本来は受動型で特性が固定されている系の構成要素のいずれかの物性値をなんらかの手段で可変にすることによって、系特性に可変性を持たせ、外乱の特性変動にある程度追従して制御を行うことが可能である。受動要素に由来する信頼性や安定性を有しつつ、能動型に近い制御性能を得ることができ、なおかつ能動型よりも低コストで装置を構成することができるなどの利点がある。
特許文献１では、磁場を印加することで弾性率が変化する磁性弾性体の外周に、励磁コイルを配置することで、励磁コイルによる磁場の印加で磁性弾性体の弾性率を可変とする構成について開示されている。

国際公開第２０１２／０２６３３２号

特許文献１の構成では、磁性弾性体（磁気粘弾性エラストマ）に磁場をかけて磁気粘弾性エラストマの剛性を変化させる。磁気粘弾性エラストマに磁場を印加する際には磁気粘弾性エラストマに一様に磁場を印加し、その印加強度により磁気粘弾性エラストマの剛性変化を発生させていた。磁気粘弾性エラストマは、例えば、ゴムに磁性粒子を分散して生成することができる。

しかしながら、磁気粘弾性エラストマの剛性の変化に大きく寄与しない部分にも磁性粒子が分布せざるをえないと、磁気粘弾性エラストマの剛性変化を大きくするためにはベース素材中に含まれる磁性粒子の量を多くしなければならない。これは、磁気粘弾性エラストマのベース剛性の下限値が高くなることや製造コストの上昇を招くこととなる。

さらに、磁気粘弾性エラストマの磁性粒子が分布していない位置にも磁場を印加してしまう可能性があり、磁気粘弾性エラストマに効率的に磁場を印加させることができず、磁場を発生させるために印加する電流の大きさを大きくし、磁場の発生量を増加させざるを得なかった。また、磁気粘弾性エラストマ自身の減衰特性が大きく、ダイナミックダンパのバネとしての磁気粘弾性エラストマの効果が小さくなる不具合があった。
そこで、本発明の課題は、磁気粘弾性エラストマの製造コストを低減し、磁気粘弾性エラストマに効果的に磁界を印加できるようにした能動型振動制御装置を提供することである。

（１）本発明は、ハウジングと、可動部と、供給される電流に応じた強さの磁場を発生させる励磁コイルと、前記ハウジング側に設けられた円環状の第２磁性体コアと、前記第２磁性体コアほぼ同軸で当該第２磁性体コアの円環の内部にある前記可動部に設けられた第１磁性体コアと、前記第２磁性体コアと前記第１磁性体コアとを連結していて、励磁コイルが発生する磁場の大きさに応じて粘弾性的性質が変化する磁気粘弾性エラストマとを備え、前記第２磁性体コアと前記第１磁性体コアとの間には前記磁気粘弾性エラストマが形成されず代わりに非磁性体的性質を有する領域が設けられていることを特徴とする能動型振動制御装置である。

本発明によれば、第２磁性体コアと第１磁性体コアとの間の磁気粘弾性エラストマが形成されておらず、非磁性体的性質を有する領域には磁界は通過しづらく、磁界は当該領域を除いた磁気粘弾性エラストマ部分に集中的に通過する。よって、当該領域には磁磁気粘弾性エラストマ（性体粉）を配置する必要がないので、その分、製造コストを低減することができ、磁気粘弾性エラストマのベース剛性の下限値を低減することができる。また、前記の領域を除いて磁気粘弾性エラストマに集中的に磁界を印加できるので、磁気粘弾性エラストマへの磁界の印加を効果的に行え、磁気粘弾性エラストマの効果を高めることができる。

（２）この場合に、前記領域は、前記磁気粘弾性エラストマを貫通する空隙であるよう
にしてもよい。
本発明によれば、空隙を挟み込んで磁気粘弾性エラストマを形成すればよいので、非磁性体的性質を有する領域を低コストで容易に形成することができる。

（３）前記の場合に、前記磁気粘弾性エラストマは、当該磁気粘弾性エラストマを通過する磁力線の方向又はその逆方向に向かって、通過する磁力線に直交する方向の断面の面積が小さくなるようにしてもよい。
本発明によれば、断面の面積が小さくなる方向に磁界を集中させて磁気粘弾性エラストマに印加することができる。

（４）前記の場合に、前記第１磁性体コアは、前記磁気粘弾性エラストマと接合している部分が当該前記磁気粘弾性エラストマに向かって突出しているようにしてもよい。
本発明によれば、第１磁性体コアの突出部から磁界を集中させて磁気粘弾性エラストマに印加することができる。

（５）前記の場合に、前記第２磁性体コアは、前記磁気粘弾性エラストマと接合している部分が当該前記磁気粘弾性エラストマに向かって突出しているようにしてもよい。
本発明によれば、第２磁性体コアの突出部から磁界を集中させて磁気粘弾性エラストマに印加することができる。

本発明によれば、磁気粘弾性エラストマの製造コストを低減し、磁気粘弾性エラストマに効果的に磁界を印加できるようにした能動型振動制御装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態にかかる能動型振動制御装置の縦断面図である。図１における第１延出部、第２延出部、磁気粘弾性エラストマの上面図である。本発明の第１実施形態にかかる能動型振動制御装置の制御系の概略構成図である。本発明の第２実施形態にかかる能動型振動制御装置の第１延出部、第２延出部、磁気粘弾性エラストマの上面図である。本発明の第３実施形態にかかる能動型振動制御装置の第１延出部、第２延出部、磁気粘弾性エラストマの上面図である。本発明の第４実施形態にかかる能動型振動制御装置の第１延出部、第２延出部、磁気粘弾性エラストマの上面図である。比較例である第１延出部、第２延出部、磁気粘弾性エラストマの上面図である。

次に、本発明を実施するための一形態（実施形態）について、添付の図面を参照し、詳細に説明する。
≪第１実施形態≫
図１は、本発明の第１実施形態にかかる能動型振動制御装置１の縦断面図である。

能動型振動制御装置１は、非磁性体の円筒状のハウジング２１を備えている。ハウジング２１内には、外部からの振動により可動する可動部１７と、第１磁性体コア１１とが収納されている。可動部１７は、第２磁性体コア１２と調整マス１６とを備えている。また、ハウジング２１内には、供給される電流に応じた強さの磁場を発生させる励磁コイル１４が収納されている。励磁コイル１４は、円環状のボビン１５に巻線されている。
第１磁性体コア１１及び第２磁性体コア１２は、励磁コイル１４が発生する磁場の通り道である磁路（白抜き矢印で示している）を環状の閉磁路として構成する複数の、この例で２つの磁性部材である。

第２磁性体コア１２は、可動部１７を構成し、円筒部１１ａの軸方向に延びる円柱部１２ａと、円柱部１２ａから周方向外側に向けて延出する第２延出部１２ｂとを備えている。
第１磁性体コア１１は、ハウジング２１と励磁コイル１４との間に配置される円筒部１１ａと、円筒部１１ａから周方向内側に向けて延出する第１延出部１１ｂとを備えている。

また、磁気粘弾性エラストマ（ＭＲＥ）１３は、第１磁性体コア１１と第２磁性体コア１２との間の少なくとも１箇所（この例では上下２箇所）を連結して閉磁路を構成するように配置されている。すなわち、磁気粘弾性エラストマ１３は、可動部１７の可動方向に対して垂直な方向（図１の水平方向）で、第１磁性体コア１１と第２磁性体コア１２との間に連結されている。磁気粘弾性エラストマ１３は、第１延出部１１ｂの内端部と第２延出部１２ｂの外端部とを連結するように、部分環状に設けられている。
そして、本例では、励磁コイル１４が励磁することにより、白抜き矢印で示すように、円筒部１１ａ、上側の第１延出部１１ｂ、上側の第２延出部１２ｂ、円柱部１２ａ、下側の第２延出部１２ｂ、下側の第１延出部１１ｂを順次通過して、円筒部１１ａに戻る閉磁路を構成する。

磁気粘弾性エラストマ１３は、励磁コイル１４が発生する磁場の大きさに応じて粘弾性的性質が変化する部材である。具体的には、磁気粘弾性エラストマ１３は、鉄粉等の磁性粒子１３ａが添加されたゴム材等の弾性材からなり、励磁コイル１４による磁場がない状態（又は磁場が低い状態）では剛性が低く、励磁コイル１４による磁場が高い状態では剛性が高くなる性質を有する。
円柱部１２ａの外周には可動部１７を構成する非磁性体の質量部材となる調整マス１６が設けられている。

図２は、図１における第１延出部１１ｂ、第２延出部１２ｂ、磁気粘弾性エラストマ１３の上面図である。
第１延出部１１ｂは、ハウジング２１側に設けられた円環状の第２磁性体コアとなる。また、第２延出部１２ｂは、第２磁性体コア１１ｂとほぼ同軸で当該第２磁性体コア１１ｂの円環の内部にある可動部１７に設けられた第１磁性体コアとなる。
すなわち、磁気粘弾性エラストマ１３は、第２磁性体コア１１ｂと第１磁性体コア１２ｂとを連結していて、励磁コイル１４が発生する磁場の大きさに応じて粘弾性的性質が変化することとなる。
しかし、第２磁性体コア１１ｂと第１磁性体コア１２ｂとの間には磁気粘弾性エラストマ１３が形成されずに非磁性体的性質を有する領域３１が、図２の例で、合計４カ所設けられている。この領域３１は、磁気粘弾性エラストマ１３を貫通する空隙である。

図３は、能動型振動制御装置１の制御系５０の概略構成図である。テーブル５１は、回転機械Ｍ１、例えば車両のエンジンにおいて、回転機械Ｍ１の回転速度に応じた駆動電流値を求めるのに用いる。そして、半導体スイッチング素子等を含んで構成されるパワードライバ５２は、その駆動電流を励磁コイル１４に印加する。これにより、回転機械Ｍ１の回転速度に応じた駆動電流で励磁コイル１４は励磁される。これによって励磁コイル１４で発生する磁場が回転機械Ｍ１の回転速度に応じて変化し、可動部１７（質量Ｍ）の磁気粘弾性エラストマ１３の剛性が変化することで、磁気粘弾性エラストマ１３のばね定数（Ｋ）が変化する。

次に、能動型振動制御装置１の動作について説明する。
能動型振動制御装置１は、振動の発生により、可動部１７が図１の上下方向に振動すると、磁気粘弾性エラストマ１３には図１の上下方向にせん断力がかかり、磁性粒子１３ａの並びがずれる。このときに励磁コイル１４で磁界をかけると、磁性粒子１３ａが磁場の方向に並ぼうとする。これが、外力に対しての抵抗になり、見掛け上の磁気粘弾性エラストマ１３の剛性が高まる。この磁気粘弾性エラストマ１３の剛性の変動により、可動部１７の共振周波数が変わり、振動を減衰させられる周波数が変わることになる。この場合の剛性の変動は、テーブル５１により車両のエンジン等の回転速度に応じて変動するので、車両のエンジン等の回転速度の変動に応じて、効果的に振動を抑制することができる。

この場合に、第１磁性体コア１２ｂから第２磁性体コア１１ｂにかけて通過する磁界３２を破線矢印で示している。磁界３２は、領域３１を避けて粘弾性エラストマ１３を集中的に通過している。すなわち、励磁コイル１４で発生させる磁力が同じでも、磁性体である第１磁性体コア１２ｂと第２磁性体コア１１ｂとの間に非磁性体の領域３１を設けることで、磁気粘弾性エラストマ１３に集中的に強い磁界を印加することができる。よって、磁気粘弾性エラストマ１３に効果的に磁界を印加することができ、磁気粘弾性エラストマのベース剛性の下限値を低減することができる。また、磁性粒子１３ａの量を多くする必要がないので、磁気粘弾性エラストマ１３の製造コストを低減することができる。さらに、磁気粘弾性エラストマ自身の減衰特性を小さくし、ダイナミックダンパのバネとしての磁気粘弾性エラストマ１３の効果を大きくすることができる。

図７は、図２に対比した比較例である。この比較例では、前記の領域３１を設けなかった場合の磁界を白抜き矢印で示している。この例では、領域３１が設けられていない分、磁界は第１磁性体コア１１２ｂと第２磁性体コア１１１ｂとの間を埋め尽くす磁気粘弾性エラストマ１１３全体に分散しているのがわかる。また、その分、磁性粒子１１３ａの量を多くする必要があることがわかる。

≪第２実施形態≫
以下の各実施形態では、図１、図３に示す全体構成は第１実施形態と同様であるため、図示、詳細な説明は省略する。
第２実施形態が第１実施形態と相違するのは、図２に図示した構成に代えて図４に図示した構成としている点である。すなわち、磁気粘弾性エラストマ１３は、当該磁気粘弾性エラストマ１３を通過する磁力線の方向（又はその逆方向であってもよい）に向かって、当該通過する磁力線３２に直交する方向の断面の面積が小さくなるように構成されている点である。
このように構成することによって、磁力線３２が密になり、磁気粘弾性エラストマ１３に効率良く磁場を印加することができる。

≪第３実施形態≫
第３実施形態が第１実施形態と相違するのは、図２に図示した構成に代えて図５に図示した構成としている点である。すなわち、第１磁性体コア１２ｂは、磁気粘弾性エラストマ１３と接合している部分に当該磁気粘弾性エラストマ１３に向かって突出している突出部１２ｂ１を有している。
このように構成することによって、磁力線３２が突出部１２ｂ１で密になり、磁気粘弾性エラストマ１３に効率良く磁場を印加することができる。

≪第４実施形態≫
第４実施形態が第１実施形態と相違するのは、図２に図示した構成に代えて図６に図示した構成としている点である。すなわち、第２磁性体コア１１ｂは、磁気粘弾性エラストマ１３と接合している部分に当該磁気粘弾性エラストマ１３に向かって突出している突出部１２ｂ２を有している。
このように構成することによって、磁力線３２が突出部１２ｂ２で密になり、磁気粘弾性エラストマ１３に効率良く磁場を印加することができる。

１能動型振動制御装置
１１ｂ第２磁性体コア（第１延出部）
１２ｂ第１磁性体コア（第２延出部）
１２ｂ１突出部
１２ｂ２突出部
１３磁気粘弾性エラストマ
１４励磁コイル
１７可動部
２１ハウジング
３１領域（空隙）

Claims

ハウジングと、
可動部と、
供給される電流に応じた強さの磁場を発生させる励磁コイルと、
前記ハウジング側に設けられた円環状の第２磁性体コアと、
前記第２磁性体コアとほぼ同軸で当該第２磁性体コアの円環の内部にある前記可動部に設けられた第１磁性体コアと、
前記第２磁性体コアと前記第１磁性体コアとを連結していて、前記励磁コイルが発生する前記磁場の大きさに応じて粘弾性的性質が変化する磁気粘弾性エラストマとを備え、
前記第２磁性体コアと前記第１磁性体コアとの間には前記磁気粘弾性エラストマが形成されず代わりに非磁性体的性質を有する領域が少なくとも一つが設けられていることを特徴とする能動型振動制御装置。
前記領域は、前記磁気粘弾性エラストマを貫通する空隙であることを特徴とする請求項１に記載の能動型振動制御装置。
前記磁気粘弾性エラストマは、当該磁気粘弾性エラストマを通過する磁力線の方向又はその逆方向に向かって、通過する磁力線に直交する方向の断面の面積が小さくなることを特徴とする請求項１又は２に記載の能動型振動制御装置。
前記第１磁性体コアは、前記磁気粘弾性エラストマと接合している部分に当該磁気粘弾性エラストマに向かって突出している突出部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の能動型振動制御装置。
前記第２磁性体コアは、前記磁気粘弾性エラストマと接合している部分に当該前記磁気粘弾性エラストマに向かって突出している突出部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の能動型振動制御装置。