JP2007154980A - 回転機械の制振装置及び制振方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数軸からなる回転機械において簡単な手段で迅速に回転機械のふれまわり振動を抑制することができる回転機械の制振装置及び制振方法を提供する。
【解決手段】静止している車体１及び架台３と、架台３上に支持されて２本の回転軸６ａ，６ｂを備えた空気圧縮機４と、２本の回転軸６ａ，６ｂを個別に回転駆動するサーボモータ７ａ，７ｂと、架台３の加速度を計測する加速度計９と、サーボモータ７ａ，７ｂを駆動制御し、前記２本の回転軸６ａ，６ｂの回転状態下で、前記加速度計９からの加速度信号をモニタリングしながら前記いずれか一つのサーボモータ７ａ又は７ｂの位相を変化させて加速度レベルが最も低い位相になるように制御する制御器８と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の回転軸を備えた空気圧縮機等回転機械の制振装置及び制振方法に関する。

例えば図５に示すように、鉄道車両用ブレーキ装置においては、油圧キャリパ１００の作動をアシストする増圧シリンダ１０１に空気タンク１０２からの加圧空気がブレーキ制御装置１０３を介して供給されるようになっており、空気タンク１０２には空気圧縮機１０４からの加圧空気が除湿装置１０５を介して供給されるようになっている。また、ブレーキ制御装置１０３にはブレーキ指令装置１０６からブレーキ信号が出力されるようになっている。

そして、上記空気圧縮機１０４は、図６に示すように、車体側の静止している基台１０７上に、それぞれサーボモータ１０８で駆動される２本の回転軸１０９Ａ，１０９Ｂが支持される、所謂複軸コンプレッサが用いられている。

ところで、回転機械においては、回転軸のアンバランス（構造的なアンバランス、埃の付着などにより経年変化する）によりふれまわり振動が起こる。特に、上述した空気圧縮機１０４のように、２本の回転軸１０９Ａ，１０９Ｂを有するものにあっては、各々のふれまわり振動の連成振動が静止している基台１０７に伝達される。

これにより、基台１０７に取り付けた他の部品（サーボモータ１０８を制御するコントローラ等）が共振するなどして、部品の破損を引き起こす可能性がある。また、基台１０７の振動が大きいと乗客にも不快感を与えることになる。

そこで、このような場合、従来では、回転軸でのアンバランスの位置を計測して、バランスウェイトを付加したり回転軸を研削したりしてバランシングを行い、回転軸のふれまわり振動を抑制していた。また、バランシングを行ったとしても、微小なアンバランスを取り除くことはできないため、微小な振動は残ってします。

また、特許文献１では、回転体を軸受部により回転自在に支持し、軸受部を弾性部材により弾性支持するとともに、軸受部の近傍に、回転体の運動パラメータとしての変位、速度または加速度のうち少なくとも１つを検出し、該運動パラメータの値に応じた制御信号を出力する検出手段と、制御信号に応じて励磁される電磁石とを非接触で設け、該電磁石によって軸受部を吸引して回転体の振動を制御する回転体の振動抑制装置が開示されている。

さらに、特許文献２では、機械を駆動するサーボモータ及びサーボモータを駆動するサーボ制御装置に関し、振動が発生した際に振動周波数の位相をずらして速度指令及びトルク指令に補正信号を加算して振動を抑制する方法において、速度指令及びトルク指令に加える補正信号の補正ゲインを上げ制御ゲインを上げて振動を確認する方法であって、推定速度から速度を差し引いた速度の振動振幅より振動を検出する振動検出手段と、あるレベルの振動を与えるような模擬外乱トルクをトルク指令に加える加振手段を持ち、加振の大きさを調整して加振し前記振動検出手段で振動検出を行い、振動しない最大制御ゲインを抽出する振動抑制方法が開示されている。

特開平５−２６２９５号公報 特開２００５−３９９２９号公報

しかしながら、回転軸でのアンバランスの位置を計測してバランシングを行うものにとっても同様の課題と言えるが、特許文献１及び特許文献２で開示されたものにあっては、上述した空気圧縮機１０４のように、２本の回転軸１０９Ａ，１０９Ｂを有するものを対象としておらず、単軸の回転機械における振動抑制装置及び方法であり、これらを複数軸からなる回転機械に適用し、各軸毎に振動抑制を行う場合、構造及び制御が煩雑となり、振動抑制に要する時間が多大となると共にコストアップを招来するという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、複数軸からなる回転機械において簡単な手段で迅速に基台に伝わる振動を低減することができる回転機械の制振装置及び制振方法を提供することにある。

斯かる目的を達成するための本発明に係る回転機械の制振装置は、
静止している基台と、
前記基台上に支持されて複数の回転軸を備えた回転機械と、
前記複数の回転軸を個別に回転駆動するサーボモータと、
前記基台の振動状態を検出する振動状態検出センサと、
前記サーボモータを駆動制御し、前記複数の回転軸の回転状態下で、前記振動状態検出センサからの検出信号をモニタリングしながらいずれか一つのサーボモータの位相を変化させて基台に伝わる振動が小さくなるように制御する制御装置と、
を備えたことを特徴とする。

また、前記振動状態検出センサは、加速度計、変位計、歪ゲージのいずれか一つであることを特徴とする。

斯かる目的を達成するための本発明に係る回転機械の制振方法は、
基台上に支持されてサーボモータにより個別に回転駆動される複数の回転軸を備えた回転機械において、
前記複数の回転軸の回転状態下で、前記基台の振動状態を検出し、当該検出信号をモニタリングしながら前記いずれか一つのサーボモータの位相を変化させることにより基台に伝わる振動を低減するようにしたことを特徴とする。

本発明の回転機械の制振装置及び制振方法によれば、回転体単体でのアンバランスの位置を計測することなく、複数軸からなる回転機械において簡単な手段で迅速に基台に伝わる振動を低減することができる。

以下、本発明に係る回転機械の制振装置及び制振方法を実施例により図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１を示す車両用ブレーキ装置に用いられる空気圧縮機における制振装置の概略構成図である。

図１に示すように、鉄道車両の車体（基台）１に複数本のサポート（基台の一部でもある）２を介して架台（基台の一部でもある）３が支持され、この架台３上に車両用ブレーキ装置に用いられる空気圧縮機（回転機械）４が搭載されている。

空気圧縮機４は、両端にインペラ５ａ，５ｂがそれぞれ固着された２本の回転軸６ａ，６ｂを有して所謂複軸コンプレッサを構成してなり、これらの回転軸６ａ，６ｂはそれぞれサーボモータ７ａ，７ｂで回転駆動されるようになっている。従って、インペラ５ａ，５ｂ、回転軸６ａ，６ｂ及びサーボモータ７ａ，７ｂ等で２個の回転体を構成する。なお、図中黒丸は２個の回転体におけるそれぞれのアンバランス位置を示す。

また、サーボモータ７ａ，７ｂは制御器（制御装置）８により駆動制御され、この制御器８には架台３に付設した加速度計（振動状態検出センサ）９からの加速度信号が入力されている。

そして、制御器８は、回転軸６ａ，６ｂの回転状態下で、加速度計９からの加速度信号をモニタリングしながら片方のサーボモータ７ａ又は７ｂの位相を変化させていき、図に示すように、加速度レベルが最も低い位相になるように制御するようになっている。通常、加速度レベルが最も低い位相は、２個の回転体におけるアンバランス位置が逆位相となる位置と考えられる。

このようにして、本実施例では、回転軸６ａ，６ｂの回転状態下で、加速度計９からの加速度信号をモニタリングしながら片方のサーボモータ７ａ又は７ｂの位相を変化させていくという、簡単な手段で迅速に空気圧縮機４における回転体のふれまわり振動を抑制することができ、静止している車体１側に伝わる振動を低減することができる。即ち、従来例のように回転体単体でのアンバランス位置を計測することなく２個の回転体におけるふれまわり振動を効果的に低減することができるのである。また、この方法により、アンバランス後に残った微小アンバランスによる振動をさらに低減することも可能である。

そして、振動状態検出センサとして加速度計９を用いて加速度を計測するため、静止している架台３及び車体１の剛性が高く、ほとんど変形がない場合でも計測可能であるという利点もある。なお、加速度計９は車体１に付設してもよい。要するに２個の回転体における連成振動が生起される静止側の部材に加速度計９が付設されれば良い。

また、上述した制御は、メンテナンスとして定期的に行うか、または常時最適な位相になるよう制御しても良い。

図３は本発明の実施例２を示す車両用ブレーキ装置に用いられる空気圧縮機における制振装置の概略構成図である。

これは、実施例１における加速度計９に代えて変位計１０を用い、静止している車体１の変位を計測して、その変位振幅をモニタリングしながら、振幅が小さくなるように片方のサーボモータ７ａ又は７ｂの位相を決定するようにした例である。

この実施例によれは、実施例１と同様の作用・効果が得られることに加えて、低回転数での運転でも調整可能であるという利点がある。

図４は本発明の実施例３を示す車両用ブレーキ装置に用いられる空気圧縮機における制振装置の概略構成図である。

これは、実施例１における加速度計９に代えて歪ゲージ（半導体ゲージ）１１を用い、空気圧縮機４（回転体）と車体１（静止部分）との間にあって振動により大きく変形するサポート２の変位（応力）を計測して、その変位振幅をモニタリングしながら、振幅が小さくなるように片方のサーボモータ７ａ又は７ｂの位相を決定するようにした例である。

この実施例によれは、実施例１と同様の作用・効果が得られることに加えて、省スペース化が図れるという利点がある。

尚、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で振動状態検出センサとして加速度計、変位計及び歪ゲージに代えて他のものを用いる等各種変更が可能であることはいうまでもない。また、本発明は、車両用ブレーキ装置に用いられる空気圧縮機に限らず他の装置の空気圧縮機にも適用することができ、さらには、空気圧縮機に限らず他の回転機械にも適用することができる。また、２軸に限らず３軸以上の回転軸を有する回転機械にも本発明は適用することができる。

本発明の実施例１を示す車両用ブレーキ装置に用いられる空気圧縮機における制振装置の概略構成図である。 同じく加速度と位相の関係を示すグラフである。 本発明の実施例２を示す車両用ブレーキ装置に用いられる空気圧縮機における制振装置の概略構成図である。 本発明の実施例３を示す車両用ブレーキ装置に用いられる空気圧縮機における制振装置の概略構成図である。 鉄道車両用ブレーキ装置の概略構成図である。 従来の車両用ブレーキ装置に用いられる空気圧縮機の構造説明図である。

符号の説明

１ 車体
２ サポート
３ 架台
４ 空気圧縮機
５ａ，５ｂ インペラ
６ａ，６ｂ 回転軸
７ａ，７ｂ サーボモータ
８ 制御器
９ 加速度計
１０ 変位計
１１ 歪ゲージ

Claims (3)

1. 静止している基台と、
   前記基台上に支持されて複数の回転軸を備えた回転機械と、
   前記複数の回転軸を個別に回転駆動するサーボモータと、
   前記基台の振動状態を検出する振動状態検出センサと、
   前記サーボモータを駆動制御し、前記複数の回転軸の回転状態下で、前記振動状態検出センサからの検出信号をモニタリングしながらいずれか一つのサーボモータの位相を変化させて基台に伝わる振動が小さくなるように制御する制御装置と、
   を備えたことを特徴とする回転機械の制振装置。
2. 前記振動状態検出センサは、加速度計、変位計、歪ゲージのいずれか一つであることを特徴とする請求項１記載の回転機械の制振装置。
3. 基台上に支持されてサーボモータにより個別に回転駆動される複数の回転軸を備えた回転機械において、
   前記複数の回転軸の回転状態下で、前記基台の振動状態を検出し、当該検出信号をモニタリングしながら前記いずれか一つのサーボモータの位相を変化させることにより基台に伝わる振動を低減するようにしたことを特徴とする回転機械の制振方法。

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