JP2010160058A - System and method for correcting rotation balance - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable detection of a fixed direction of a correcting object part to the rotating shaft at low cost, to attain a desired amount of cutting by performing correction in accordance with the fixed direction and thus to perform accurate correction of rotation balance. <P>SOLUTION: This system for correcting the rotation balance includes a magnetometric sensor which is installed opposite to the shaft end face of the rotating shaft magnetized to be bisected into an N pole and an S pole, an acceleration sensor which is installed at a rotatory support supporting a high-speed rotation body so that it rotates at a high speed, a balance operation processing part which calculates the amount of correction and the angle of correction of the correcting object part, based on output signals of the magnetometric sensor and the acceleration sensor, and a balance correction working part which performs corrective working of the correcting object part, based on the amount of correction, after the angle of rotation of the rotating shaft is positioned based on the angle of correction. The balance operation processing part corrects at least one of the amount of correction and the angle of correction, according to the relation between the direction of magnetization at the shaft end face of the rotating shaft and the fixed direction of the correcting object part to the rotating shaft. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、高速回転体の回転バランスを修正する回転バランス修正装置及び方法に関する。   The present invention relates to a rotation balance correction apparatus and method for correcting the rotation balance of a high-speed rotating body.

従来から、車両用過給機やガスタービン等の高速回転機械では、実運転時における振動を抑制するために、出荷前に高速回転体の回転バランスを修正することが一般的である。
このような回転バランスの修正は、高速回転体の回転軸と一体的に回転する修正対象部(例えば、回転軸に固定されたナット等)の一部を修正加工(切削)することで行う。修正対象部の修正量(切削量)及び修正角度(切削方位)は、高速回転体を実運転に近い速度で回転させた状態で、加速度センサによって高速回転体の振動成分を検出すると共に、回転センサによって高速回転体の回転角を検出し、これら高速回転体の振動成分と回転角との関係に基づいて算出する(例えば、下記特許文献1参照)。
Conventionally, in a high-speed rotating machine such as a vehicle supercharger or a gas turbine, it is common to correct the rotational balance of the high-speed rotating body before shipment in order to suppress vibration during actual operation.
Such correction of the rotation balance is performed by correcting (cutting) a part of a correction target portion (for example, a nut fixed to the rotation shaft) that rotates integrally with the rotation shaft of the high-speed rotating body. The correction amount (cutting amount) and the correction angle (cutting direction) of the correction target portion are determined by detecting the vibration component of the high-speed rotating body with the acceleration sensor while rotating the high-speed rotating body at a speed close to the actual operation and rotating the high-speed rotating body. The rotation angle of the high-speed rotating body is detected by a sensor and is calculated based on the relationship between the vibration component and the rotation angle of these high-speed rotating bodies (for example, see Patent Document 1 below).

特開2002−39904号公報JP 2002-39904 A

以下、図5を参照して、高速回転体の回転バランス修正方法の具体例について説明する。まず、図5に示すように、高速回転体10の回転軸11と一体的に回転するように固定設置された修正対象部である6角ナット12の修正量(切削量)及び修正角度(切削角度)を求める。具体的には、高速回転体10を実運転に近い速度で回転させた状態で、加速度センサ20を用いて回転アンバランスによって発生する回転支持体13の振動に応じた加速度信号を発生させると共に、光センサ30を用いて回転軸11の外周面に塗布されたマーカを検出することで、1回転毎に1個のパルス信号を発生させる。  Hereinafter, a specific example of the method for correcting the rotational balance of the high-speed rotating body will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 5, a correction amount (cutting amount) and a correction angle (cutting amount) of a hexagon nut 12 which is a correction target portion fixedly installed so as to rotate integrally with the rotary shaft 11 of the high-speed rotating body 10. Angle). Specifically, in a state where the high-speed rotating body 10 is rotated at a speed close to the actual operation, an acceleration signal corresponding to the vibration of the rotating support 13 generated by the rotation imbalance is generated using the acceleration sensor 20, and By detecting the marker applied to the outer peripheral surface of the rotating shaft 11 using the optical sensor 30, one pulse signal is generated for each rotation.

そして、不図示のバランス演算処理部により、光センサ30から出力されるパルス信号を基に回転数及び回転角を算出し、所定の修正回転数(例えば実運転に近い回転数)における、回転角と加速度信号(つまり振動成分)との関係に基づいて6角ナット12の切削量及び切削角度を算出する。   Then, the balance calculation processing unit (not shown) calculates the rotation speed and rotation angle based on the pulse signal output from the optical sensor 30, and the rotation angle at a predetermined correction rotation speed (for example, rotation speed close to actual operation). The cutting amount and cutting angle of the hexagon nut 12 are calculated based on the relationship between the acceleration signal and the acceleration signal (that is, the vibration component).

このように6角ナット12の切削量及び切削角度の算出が完了した後、高速回転体10を停止させ、不図示の切削ドリルや回転軸11の回転角を微調整するためのサーボモータ等からなるバランス修正加工部により、上記切削量及び切削角度に基づいて6角ナット12を切削して回転バランスの修正を行う。具体的には、回転軸11の回転角の原点復帰を行った後、その原点位置を基準として回転角を切削角度に位置決めし、6角ナット12の端面から切削量に応じた移動量だけ切削ドリルを6角ナット12の深さ方向に前進させることで6角ナット12を切削する。  After the calculation of the cutting amount and the cutting angle of the hexagon nut 12 is completed in this way, the high-speed rotating body 10 is stopped, and a cutting motor (not shown) or a servo motor for finely adjusting the rotation angle of the rotary shaft 11 is used. The balance correction processing unit cuts the hexagon nut 12 based on the cutting amount and the cutting angle to correct the rotational balance. Specifically, after the origin of the rotation angle of the rotary shaft 11 is returned, the rotation angle is positioned at the cutting angle with the origin position as a reference, and the moving amount corresponding to the cutting amount is cut from the end face of the hexagon nut 12. The hexagon nut 12 is cut by advancing the drill in the depth direction of the hexagon nut 12.

この時、図6に示すように、6角ナット12の回転軸11に対する固定方位(6角ナット12の回転中心と頂点とを結ぶ直線の方位)によっては、同じ切削角度でも切削される量が異なるため、6角ナット12の固定方位を検出するナット方位検出用センサ40を設け、切削角度に対して6角ナット12の固定方位に応じた補正を行うことで、所望の切削量を実現して正確な回転バランス修正を行う。このため、6角ナット12の固定方位を検出するためのナット方位検出用センサ40を設ける必要があり、部品コストの増大を招くこととなる。  At this time, as shown in FIG. 6, depending on the fixed orientation of the hexagon nut 12 with respect to the rotation shaft 11 (the orientation of a straight line connecting the rotation center and the apex of the hexagon nut 12), the amount of cutting can be performed even at the same cutting angle. Therefore, a nut orientation detection sensor 40 for detecting the fixed orientation of the hexagon nut 12 is provided, and a desired cutting amount is realized by correcting the cutting angle according to the fixed orientation of the hexagon nut 12. Correct rotation balance. For this reason, it is necessary to provide the nut orientation detection sensor 40 for detecting the fixed orientation of the hexagon nut 12, which increases the cost of parts.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、低コストで修正対象部の回転軸に対する固定方位を検出することができ、その固定方位に応じた補正を行うことで所望の切削量を実現して正確な回転バランス修正を行うことが可能な回転バランス修正装置及び方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can detect a fixed orientation with respect to the rotation axis of the correction target portion at a low cost, and perform a correction according to the fixed orientation to obtain a desired cutting amount. An object of the present invention is to provide a rotation balance correction apparatus and method capable of correcting the rotation balance accurately.

上記課題を解決するために、本発明では、回転バランス修正装置に係る第1の解決手段として、高速回転体の回転軸と一体的に回転するように固定設置された修正対象部を修正加工することにより前記高速回転体の回転バランスを修正する回転バランス修正装置であって、N極とS極に2分して着磁された回転軸の軸端面に対向して設置された磁気センサと、前記高速回転体を高速回転可能に支持する回転支持体に設置された加速度センサと、前記磁気センサ及び前記加速度センサの出力信号に基づいて、前記修正対象部の修正量及び修正角度を算出するバランス演算処理部と、前記修正角度を基に前記回転軸の回転角を位置決めした後、前記修正量を基に前記修正対象部を修正加工するバランス修正加工部とを備え、前記バランス演算処理部は、前記回転軸の軸端面における着磁方位と、前記修正対象部の回転軸に対する固定方位との関係に応じて前記修正量と修正角度の少なくとも一方を補正することを特徴とする。  In order to solve the above-mentioned problem, in the present invention, as a first solving means related to the rotation balance correcting device, a correction target portion fixedly installed so as to rotate integrally with the rotating shaft of the high-speed rotating body is corrected. A rotation balance correcting device for correcting the rotation balance of the high-speed rotating body, wherein the magnetic sensor is installed opposite to the shaft end surface of the rotating shaft that is magnetized by being divided into N and S poles; An acceleration sensor installed on a rotation support that supports the high-speed rotation body so as to be capable of high-speed rotation, and a balance for calculating a correction amount and a correction angle of the correction target portion based on output signals of the magnetic sensor and the acceleration sensor An arithmetic processing unit; and a balance correction processing unit that corrects the correction target portion based on the correction amount after positioning the rotation angle of the rotary shaft based on the correction angle, and the balance calculation processing. It is characterized by correcting the magnetizing position, at least one of modifying the angle between the correction amount in accordance with the relationship between the fixed orientation with respect to the rotation axis of the correction object portion in the axial end surface of the rotary shaft.

また、回転バランス修正装置に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記バランス演算処理部は、前記磁気センサの出力信号から高速回転体の回転数及び回転軸の回転角を算出し、所定の修正回転数における回転角と加速度センサの出力信号との関係に基づいて前記修正対象部の修正量及び修正角度を算出することを特徴とする。  Further, as a second solving means related to the rotation balance correcting device, in the first solving means, the balance calculation processing unit calculates the rotation speed of the high-speed rotating body and the rotation angle of the rotating shaft from the output signal of the magnetic sensor. The correction amount and the correction angle of the correction target part are calculated based on the relationship between the rotation angle at a predetermined correction rotation speed and the output signal of the acceleration sensor.

また、回転バランス修正装置に係る第3の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、前記磁気センサの出力信号を基に、バランス修正加工部による前記位置決め前の回転軸の原点復帰に必要な原点基準信号を生成する基準信号生成部を備え、前記バランス修正加工部は、前記原点基準信号に基づいて前記位置決め前に回転軸の原点復帰を行うことを特徴とする。  Further, as a third solving means related to the rotation balance correcting device, in the first or second solving means, based on the output signal of the magnetic sensor, the origin of the rotating shaft before the positioning by the balance correcting processing unit is returned. A reference signal generation unit that generates an origin reference signal necessary for the operation, and the balance correction processing unit performs origin return of the rotating shaft before the positioning based on the origin reference signal.

また、回転バランス修正装置に係る第4の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記磁気センサの出力信号を基に回転軸の回転角を検出する回転角検出部を備え、前記バランス演算処理部は、前記回転角検出部にて検出された回転角から高速回転体の回転数を算出し、所定の修正回転数における回転角と加速度センサの出力信号との関係に基づいて前記修正対象部の修正量及び修正角度を算出することを特徴とする。  Further, as a fourth solving means related to the rotation balance correcting device, in the first solving means, a rotation angle detecting unit for detecting a rotation angle of a rotating shaft based on an output signal of the magnetic sensor is provided, and the balance calculation is performed. The processing unit calculates the rotation speed of the high-speed rotating body from the rotation angle detected by the rotation angle detection unit, and the correction target is based on a relationship between the rotation angle at a predetermined correction rotation speed and an output signal of the acceleration sensor. The correction amount and the correction angle of the part are calculated.

また、回転バランス修正装置に係る第5の解決手段として、上記第4の解決手段において、前記バランス修正加工部は、前記回転角検出部にて検出された回転角に基づいて前記位置決め前に回転軸の原点復帰を行うことを特徴とする。  Further, as a fifth solving means according to the rotation balance correcting device, in the fourth solving means, the balance correcting processing part rotates before the positioning based on the rotation angle detected by the rotation angle detecting part. It is characterized in that the origin return of the axis is performed.

また、回転バランス修正装置に係る第6の解決手段として、上記第4または第5の解決手段において、前記回転角検出部は、前記磁気センサの出力信号を基に、前記回転角の検出結果を示すデジタルデータを出力するレゾルバ/デジタル変換器であることを特徴とする。  Further, as a sixth solving means according to the rotation balance correcting device, in the fourth or fifth solving means, the rotation angle detecting unit may obtain the detection result of the rotation angle based on an output signal of the magnetic sensor. It is a resolver / digital converter that outputs the digital data shown.

さらに、本発明では、回転バランス修正方法に係る解決手段として、高速回転体の回転軸と一体的に回転するように固定設置された修正対象部を修正加工することにより前記高速回転体の回転バランスを修正する回転バランス修正方法であって、N極とS極に2分して着磁された回転軸の軸端面に対向して設置された磁気センサの出力信号と、前記高速回転体を高速回転可能に支持する回転支持体に設置された加速度センサの出力信号とに基づいて、前記修正対象部の修正量及び修正角度を算出する第1工程と、前記修正角度を基に前記回転軸の回転角を位置決めした後、前記修正量を基に前記修正対象部を修正加工する第2工程と、を有し、前記第1工程では、前記回転軸の軸端面における着磁方位と、前記修正対象部の回転軸に対する固定方位との関係に応じて前記修正量と修正角度の少なくとも一方を補正することを特徴とする。  Furthermore, in the present invention, as a means for solving the rotational balance correcting method, the rotational balance of the high-speed rotating body is corrected by processing a correction target portion fixedly installed so as to rotate integrally with the rotating shaft of the high-speed rotating body. Is a rotation balance correction method that corrects the output signal of a magnetic sensor placed opposite to the shaft end face of the rotating shaft that is magnetized by being divided into two parts, the N pole and the S pole, and the high-speed rotating body at high speed. A first step of calculating a correction amount and a correction angle of the correction target portion based on an output signal of an acceleration sensor installed on a rotation support body that is rotatably supported, and based on the correction angle, the rotation axis A second step of correcting the correction target portion based on the correction amount after positioning the rotation angle, and in the first step, the magnetization direction on the shaft end surface of the rotating shaft, and the correction Fixed to the rotation axis of the target part And correcting at least one of modifying the angle between the correction amount in accordance with a relationship between the orientation.

本発明によれば、従来のように、修正対象部の固定方位を検出するための方位検出用センサを用いることなく、修正角度に対する修正対象部の固定方位を求めることができる。すなわち、部品コストの増大を招くことなく、低コストで修正対象部の固定方位に応じた補正を行うことでき、所望の切削量を実現して正確な回転バランス修正を行うことが可能となる。  According to the present invention, the fixed azimuth of the correction target portion with respect to the correction angle can be obtained without using the azimuth detection sensor for detecting the fixed azimuth of the correction target portion as in the prior art. That is, the correction according to the fixed orientation of the correction target portion can be performed at a low cost without causing an increase in the component cost, and a desired cutting amount can be realized and an accurate rotation balance correction can be performed.

本発明の一実施形態に係る回転バランス修正装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the rotation balance correction apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る回転バランス修正装置における磁気センサ1及び加速度センサ2の高速回転体10に対する配置関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the arrangement | positioning relationship with respect to the high-speed rotary body 10 of the magnetic sensor 1 and the acceleration sensor 2 in the rotation balance correction apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 回転軸11の軸端面11aにおける着磁方位と、6角ナット12の回転軸11に対する固定方位との関係を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing the relationship between the magnetization orientation on the shaft end surface 11a of the rotating shaft 11 and the fixed orientation of the hexagon nut 12 with respect to the rotating shaft 11. 本発明の一実施形態に係る回転バランス修正装置の変形例である。It is a modification of the rotation balance correction apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 方位検出用センサ40を用いて6角ナット12の固定方位を検出する場合の回転バランス修正方法に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the rotation balance correction method in the case of detecting the fixed azimuth | direction of the hexagon nut 12 using the azimuth | direction detection sensor 40. FIG. 6角ナット12の固定方位のバラツキによる問題点に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the problem by the variation of the fixed azimuth | direction of the hexagon nut 12. FIG.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る回転バランス修正装置のブロック構成図である。この図1に示すように、本実施形態に係る回転バランス修正装置は、磁気センサ1、加速度センサ2、第1増幅器3、第2増幅器4、比較器5、バランス演算処理部6及びバランス修正加工部7から構成されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block configuration diagram of a rotation balance correcting apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the rotation balance correcting apparatus according to this embodiment includes a magnetic sensor 1, an acceleration sensor 2, a first amplifier 3, a second amplifier 4, a comparator 5, a balance calculation processing unit 6, and a balance correcting process. It consists of part 7.

このような回転バランス修正装置は、図2に示すように、予め軸端面11aがN極とS極に2分して着磁された回転軸11の軸端面11aに対向して設置された磁気センサ1と、高速回転体10を高速回転可能に支持する回転支持体12に設置された加速度センサ2の出力信号に基づいて、回転軸11と一体的に回転するように固定設置された6角ナット12(修正対象部)の切削量(修正量)及び切削角度(修正角度)を算出し、これら切削量及び切削角度に応じて6角ナット12を修正加工することで高速回転体10の回転バランスを修正するものである。   As shown in FIG. 2, such a rotation balance correcting device is configured such that the shaft end surface 11 a is installed in opposition to the shaft end surface 11 a of the rotating shaft 11 that is preliminarily magnetized by dividing it into N and S poles. A hexagon that is fixedly installed so as to rotate integrally with the rotation shaft 11 based on the output signal of the acceleration sensor 2 installed on the sensor 1 and the rotation support 12 that supports the high-speed rotation body 10 so as to be capable of high-speed rotation. The cutting amount (correction amount) and the cutting angle (correction angle) of the nut 12 (correction target portion) are calculated, and the hexagonal nut 12 is corrected according to the cutting amount and the cutting angle to rotate the high-speed rotating body 10. It is to correct the balance.

磁気センサ1は、回転軸11の軸端面11aに対向する面内において直交配置された2つの磁気抵抗器を有しており、高速回転体10が回転すると、回転軸11の1回転(360°)を1周期とする正弦波信号と、該正弦波信号に対して位相が90°ずれた正弦波信号(つまり余弦波信号)の2つの信号を第1増幅器3に出力する。加速度センサ2は、高速回転体10の回転アンバランスによって発生する回転支持体12の振動を検出し、当該振動に応じた加速度信号を第2増幅器4に出力する。  The magnetic sensor 1 has two magnetoresistors arranged orthogonally in a plane facing the shaft end surface 11a of the rotating shaft 11, and when the high-speed rotating body 10 rotates, the rotating shaft 11 rotates once (360 °). ) Is output to the first amplifier 3 as a sine wave signal having a period of 1) and a sine wave signal whose phase is shifted by 90 ° with respect to the sine wave signal (that is, a cosine wave signal). The acceleration sensor 2 detects the vibration of the rotary support 12 caused by the rotation imbalance of the high-speed rotary body 10 and outputs an acceleration signal corresponding to the vibration to the second amplifier 4.

第1増幅器3は、磁気センサ1から入力される正弦波信号及び余弦波信号を増幅した後、正弦波信号を比較器5に出力すると共に、正弦波信号及び余弦波信号をバランス演算処理部6(詳細には信号入力部6a)に出力する。第2増幅器4は、加速度センサ2から入力される加速度信号を増幅してバランス演算処理部6(詳細には信号入力部6a)に出力する。比較器5(基準信号生成部)は、第1増幅器3から入力される正弦波信号が正の期間、つまり回転軸11の回転角θが0°〜180°の期間のみ所定電圧値となる回転パルス信号(原点基準信号)を生成してバランス修正加工部7(詳細には角度位置決め機構7a)に出力する。   The first amplifier 3 amplifies the sine wave signal and the cosine wave signal input from the magnetic sensor 1, and then outputs the sine wave signal to the comparator 5, and outputs the sine wave signal and the cosine wave signal to the balance calculation processing unit 6. (Details are output to the signal input unit 6a). The second amplifier 4 amplifies the acceleration signal input from the acceleration sensor 2 and outputs it to the balance calculation processing unit 6 (specifically, the signal input unit 6a). The comparator 5 (reference signal generator) rotates at a predetermined voltage value only during a period when the sine wave signal input from the first amplifier 3 is positive, that is, when the rotation angle θ of the rotating shaft 11 is 0 ° to 180 °. A pulse signal (origin reference signal) is generated and output to the balance correction processing unit 7 (specifically, the angle positioning mechanism 7a).

バランス演算処理部6は、磁気センサ1の出力である正弦波信号及び余弦波信号と、加速度センサ2の出力である加速度信号とに基づいて、6角ナット12の切削量及び切削角度を算出するものであり、信号入力部6aとデジタル演算部6bとから構成されている。信号入力部6aは、例えばA/Dコンバータであり、第1増幅器3を介して入力される正弦波信号及び余弦波信号と、第2増幅器4を介して入力される加速度信号とをデジタル信号に変換してデジタル演算部6bに出力する。   The balance calculation processing unit 6 calculates the cutting amount and the cutting angle of the hexagon nut 12 based on the sine wave signal and the cosine wave signal that are the output of the magnetic sensor 1 and the acceleration signal that is the output of the acceleration sensor 2. It consists of a signal input unit 6a and a digital calculation unit 6b. The signal input unit 6a is, for example, an A / D converter, and converts a sine wave signal and a cosine wave signal input via the first amplifier 3 and an acceleration signal input via the second amplifier 4 into digital signals. It converts and outputs to the digital calculating part 6b.

デジタル演算部6bは、正弦波信号(または余弦波信号でも良い)から高速回転体10の回転数を算出すると共に、正弦波信号及び余弦波信号に基づいて回転軸11の回転角θを算出し(回転角θ=tan-1(sinθ/cosθ))、所定の修正回転数(例えば実運転に近い回転数)における、6角ナット12の切削量及び切削角度を算出する。さらに、本実施形態におけるデジタル演算部6bは、回転軸11の軸端面11aにおける着磁方位と、6角ナット12の回転軸11に対する固定方位との関係に応じて切削量と切削角度の少なくとも一方を補正する機能を備えている。 The digital calculation unit 6b calculates the rotation speed of the high-speed rotating body 10 from the sine wave signal (or cosine wave signal), and calculates the rotation angle θ of the rotating shaft 11 based on the sine wave signal and the cosine wave signal. (Cutting angle θ = tan −1 (sin θ / cos θ)), a cutting amount and a cutting angle of the hexagon nut 12 at a predetermined correction rotation speed (for example, rotation speed close to actual operation) are calculated. Furthermore, the digital calculation unit 6b according to the present embodiment has at least one of a cutting amount and a cutting angle according to the relationship between the magnetization direction of the shaft end surface 11a of the rotating shaft 11 and the fixed direction of the hexagon nut 12 with respect to the rotating shaft 11. It has a function to correct.

バランス修正加工部7は、バランス演算処理部6(デジタル演算部6b)によって算出された切削量及び切削角度に基づいて6角ナット12を修正加工するものであり、角度位置決め機構7aと修正加工機構7bとから構成されている。角度位置決め機構7aは、回転停止時において、回転軸11の回転角θを微調整するためのサーボモータ等からなる機構であり、回転軸11の回転角θをデジタル演算部6bから入力される切削角度に位置決めする。なお、この時、角度位置決め機構7aは、比較器5から入力される回転パルス信号を基に回転軸11の原点復帰を行って原点位置(回転角θ=0°)を確定し、その原点位置を基準として回転角θを切削角度に位置決めする。  The balance correction processing unit 7 corrects the hexagon nut 12 based on the cutting amount and the cutting angle calculated by the balance calculation processing unit 6 (digital calculation unit 6b), and includes an angle positioning mechanism 7a and a correction processing mechanism. 7b. The angle positioning mechanism 7a is a mechanism including a servo motor or the like for finely adjusting the rotation angle θ of the rotating shaft 11 when the rotation is stopped, and the cutting is performed by inputting the rotation angle θ of the rotating shaft 11 from the digital calculation unit 6b. Position at an angle. At this time, the angle positioning mechanism 7a performs origin return of the rotary shaft 11 based on the rotation pulse signal input from the comparator 5 to determine the origin position (rotation angle θ = 0 °), and the origin position The rotation angle θ is positioned at the cutting angle with reference to.

修正加工機構7bは、6角ナット12を修正加工(切削)するための切削ドリルや該切削ドリル先端の移動制御機構等からなる機構であり、デジタル演算部6bから入力される切削量に基づいてドリル先端の移動量を制御することにより6角ナット12を切削する。なお、修正加工機構7bは、角度位置決め機構7aによる回転角θの位置決めが完了した後に、6角ナット12の切削を実施する。  The correction processing mechanism 7b is a mechanism including a cutting drill for correcting (cutting) the hexagon nut 12, a movement control mechanism of the cutting drill tip, and the like, and is based on a cutting amount input from the digital calculation unit 6b. The hexagon nut 12 is cut by controlling the amount of movement of the drill tip. The correction processing mechanism 7b performs the cutting of the hexagon nut 12 after the positioning of the rotation angle θ by the angle positioning mechanism 7a is completed.

次に、上記のように構成された本実施形態に係る回転バランス修正装置の動作について説明する。
まず、高速回転体10を所定の修正回転数で回転させる。例えば、高速回転体10が車両用過給機のタービンである場合、圧縮空気を供給することで高速回転体10を回転させる。このように高速回転体10を回転させるための機構(圧縮空気供給装置等)は、回転バランス修正装置によって制御しても良いし、他の制御装置によって制御するようにしても良い。
Next, the operation of the rotation balance correcting apparatus according to this embodiment configured as described above will be described.
First, the high-speed rotating body 10 is rotated at a predetermined correction rotational speed. For example, when the high-speed rotating body 10 is a turbine of a vehicle supercharger, the high-speed rotating body 10 is rotated by supplying compressed air. Thus, the mechanism for rotating the high-speed rotating body 10 (compressed air supply device or the like) may be controlled by the rotation balance correction device or may be controlled by another control device.

上記のように高速回転体10が回転すると、磁気センサ1から回転軸11の1回転(360°)を1周期とする正弦波信号と、該正弦波信号に対して位相が90°ずれた余弦波信号が出力される一方、加速度センサ2から高速回転体10の回転アンバランスによって発生する振動に応じた加速度信号が出力される。  When the high-speed rotating body 10 rotates as described above, a sine wave signal having one cycle of one rotation (360 °) of the rotating shaft 11 from the magnetic sensor 1 and a cosine whose phase is shifted by 90 ° with respect to the sine wave signal. While the wave signal is output, the acceleration sensor 2 outputs an acceleration signal corresponding to the vibration generated by the rotation unbalance of the high-speed rotating body 10.

磁気センサ1の出力である正弦波信号及び余弦波信号は、第1増幅器3及び信号入力部6aを介して増幅及びデジタル変換された後、デジタル演算部6bに入力される。一方、加速度センサ2の出力である加速度信号は、第2増幅器4及び信号入力部6aを介して増幅及びデジタル変換された後、デジタル演算部6bに入力される。  The sine wave signal and the cosine wave signal, which are the outputs of the magnetic sensor 1, are amplified and digitally converted via the first amplifier 3 and the signal input unit 6a, and then input to the digital operation unit 6b. On the other hand, the acceleration signal that is the output of the acceleration sensor 2 is amplified and digitally converted via the second amplifier 4 and the signal input unit 6a, and then input to the digital operation unit 6b.

そして、デジタル演算部6bは、正弦波信号から高速回転体10の回転数を算出すると共に、正弦波信号及び余弦波信号に基づいて回転軸11の回転角θを算出し、修正回転数における回転角θと加速度信号(振動成分)との関係に基づいて6角ナット12の切削量及び切削角度を算出する。ここで、デジタル演算部6bは、回転軸11の軸端面11aにおける着磁方位と、6角ナット12の回転軸11に対する固定方位との関係に応じて切削量と切削角度の少なくとも一方を補正する。  Then, the digital calculation unit 6b calculates the rotation speed of the high-speed rotating body 10 from the sine wave signal, calculates the rotation angle θ of the rotating shaft 11 based on the sine wave signal and the cosine wave signal, and rotates at the corrected rotation speed. The cutting amount and cutting angle of the hexagon nut 12 are calculated based on the relationship between the angle θ and the acceleration signal (vibration component). Here, the digital calculation unit 6b corrects at least one of the cutting amount and the cutting angle in accordance with the relationship between the magnetization direction of the shaft end surface 11a of the rotating shaft 11 and the fixed direction of the hexagon nut 12 with respect to the rotating shaft 11. .

図3は、回転軸11の軸端面11aにおける着磁方位と、6角ナット12の回転軸11に対する固定方位との関係を示す模式図(6角ナット12及び回転軸11を軸端面11a側から視た図)である。図3に示すように、例えば回転軸11の回転角θが0°(原点位置)である場合の軸端面11aにおける着磁方位を基準とし、6角ナット12の固定方位(6角ナット12の回転中心と頂点とを結ぶ直線の方位)と着磁方位との間に角度ずれΔθが存在していると仮定する。  FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the magnetization orientation on the shaft end surface 11a of the rotating shaft 11 and the fixed orientation of the hexagon nut 12 with respect to the rotating shaft 11 (the hexagon nut 12 and the rotating shaft 11 from the shaft end surface 11a side). View). As shown in FIG. 3, for example, the fixed orientation of the hexagonal nut 12 (the hexagonal nut 12 of the hexagonal nut 12 is based on the magnetization orientation on the shaft end surface 11 a when the rotational angle θ of the rotary shaft 11 is 0 ° (origin position). It is assumed that there is an angle deviation Δθ between the magnetization direction and the direction of the straight line connecting the rotation center and the apex.

この場合、回転軸11の回転角θに対して、6角ナット12の固定方位はΔθ分だけずれていることになる。図6を用いて説明したように、6角ナット12の固定方位によっては、同じ切削角度でも実際に切削される量が異なるため、切削角度に対して6角ナット12の固定方位に応じた補正を行う必要がある。すなわち、予め着磁方位と6角ナット12の固定方位との角度ずれΔθを求めておくことにより、上記のように算出した切削角度に対する6角ナット12の固定方位を知ることができ、その6角ナット12の固定方位に応じて切削角度を補正することで、所望の切削量を実現して正確な回転バランス修正を行うことが可能となる。  In this case, the fixed orientation of the hexagon nut 12 is shifted by Δθ with respect to the rotation angle θ of the rotating shaft 11. As described with reference to FIG. 6, the actual cutting amount varies even at the same cutting angle depending on the fixed orientation of the hexagon nut 12, so that the correction according to the fixed orientation of the hexagon nut 12 with respect to the cutting angle is performed. Need to do. That is, by obtaining the angle deviation Δθ between the magnetization orientation and the fixed orientation of the hexagon nut 12 in advance, the fixed orientation of the hexagon nut 12 with respect to the cutting angle calculated as described above can be known. By correcting the cutting angle according to the fixed azimuth of the square nut 12, it becomes possible to realize a desired cutting amount and correct the rotational balance accurately.

具体的には、このような角度ずれΔθは、デジタル演算部6bの内部メモリ等に予め記憶されており、デジタル演算部6bは、切削角度及び切削量を算出した後、内部メモリに記憶されている角度ずれΔθから切削角度に対する6角ナット12の固定方位を算出し、その6角ナット12の固定方位に応じて切削角度を補正する。なお、切削角度ではなく、切削量を補正しても良く、切削角度及び切削量の両方を補正するようにしても良い。  Specifically, such an angle deviation Δθ is stored in advance in an internal memory or the like of the digital calculation unit 6b, and the digital calculation unit 6b calculates a cutting angle and a cutting amount and then stores them in the internal memory. The fixed azimuth of the hexagon nut 12 with respect to the cutting angle is calculated from the angle deviation Δθ, and the cutting angle is corrected according to the fixed azimuth of the hexagon nut 12. Note that not the cutting angle but the cutting amount may be corrected, and both the cutting angle and the cutting amount may be corrected.

このように補正された切削角度及び切削量は、一旦、デジタル演算部6bの内部メモリに格納される。そして、高速回転体10の回転が停止し、6角ナット12の修正加工を開始する際において、デジタル演算部6bは、内部メモリから読み出した切削角度を角度位置決め機構7aに出力する一方、同じく内部メモリから読み出した切削量を修正加工機構7bに出力する。  The cutting angle and the cutting amount corrected in this way are temporarily stored in the internal memory of the digital calculation unit 6b. When the rotation of the high-speed rotating body 10 is stopped and correction processing of the hexagon nut 12 is started, the digital calculation unit 6b outputs the cutting angle read from the internal memory to the angle positioning mechanism 7a, while the internal The cutting amount read from the memory is output to the correction processing mechanism 7b.

角度位置決め機構7aは、高速回転体10の回転停止時において、デジタル演算部6bから入力される修正角度を基に回転軸11の回転角θの位置決めを行う。この時、角度位置決め機構7aは、比較器5から入力される回転パルス信号を基に原点復帰を行って原点位置(回転角θ=0°)を確定し、その原点位置を基準として回転角θの位置決めを行う。  The angle positioning mechanism 7a positions the rotation angle θ of the rotating shaft 11 based on the correction angle input from the digital calculation unit 6b when the rotation of the high-speed rotating body 10 is stopped. At this time, the angle positioning mechanism 7a performs origin return based on the rotation pulse signal input from the comparator 5 to determine the origin position (rotation angle θ = 0 °), and the rotation angle θ based on the origin position. Perform positioning.

そして、修正加工機構7bは、角度位置決め機構7aによる回転角θの位置決めが完了した後、デジタル演算部6bから入力される切削量に基づいて切削ドリルを制御することにより6角ナット12を修正加工する。具体的には、6角ナット12の端面から切削量に応じた移動量だけ切削ドリルを6角ナット12の深さ方向に前進させることで6角ナット12を切削する。  Then, after the positioning of the rotation angle θ by the angle positioning mechanism 7a is completed, the correction processing mechanism 7b corrects the hexagonal nut 12 by controlling the cutting drill based on the cutting amount input from the digital calculation unit 6b. To do. Specifically, the hexagonal nut 12 is cut by moving the cutting drill forward in the depth direction of the hexagonal nut 12 from the end face of the hexagonal nut 12 by a moving amount corresponding to the cutting amount.

以上のように、本実施形態に係る回転バランス修正装置によれば、従来のように、6角ナット12の固定方位を検出するためのナット方位検出用センサを用いることなく、切削角度に対する6角ナット12の固定方位を求めることができる。すなわち、部品コストの増大を招くことなく、低コストで6角ナット12の固定方位に応じた補正を行うことでき、所望の切削量を実現して正確な回転バランス修正を行うことが可能となる。  As described above, according to the rotation balance correcting device according to the present embodiment, the hexagon with respect to the cutting angle can be obtained without using the nut orientation detection sensor for detecting the fixed orientation of the hexagon nut 12 as in the prior art. The fixed orientation of the nut 12 can be obtained. That is, the correction according to the fixed orientation of the hexagon nut 12 can be performed at a low cost without causing an increase in component cost, and a desired rotation amount can be realized and an accurate rotation balance can be corrected. .

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が考えられる。
(1)図4に、本変形例における回転バランス修正装置のブロック構成図を示す。なお、図4において、図1と同様の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。この図4に示すように、本変形例における回転バランス修正装置は、比較器5の代わりにR/D(レゾルバ/デジタル)変換器8を備えている。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, The following modifications can be considered.
(1) FIG. 4 shows a block diagram of a rotation balance correcting device in this modification. In FIG. 4, the same components as those in FIG. As shown in FIG. 4, the rotation balance correcting device in this modification includes an R / D (resolver / digital) converter 8 instead of the comparator 5.

このR/D変換器8は、磁気センサ1から第1増幅器3を介して入力される正弦波信号及び余弦波信号を基に回転軸11の回転角θを検出し、その検出結果を示すデジタルデータ(アブソリュート信号)をデジタル演算部6b及び角度位置決め機構7aに出力する。例えば、図4に示すように、R/D変換器8の変換分解能を10ビット(1024)とすると、360°/1024=0.35°となり、1°以下の回転角θの検出が可能である。   The R / D converter 8 detects the rotation angle θ of the rotating shaft 11 based on the sine wave signal and the cosine wave signal input from the magnetic sensor 1 via the first amplifier 3, and is a digital indicating the detection result. Data (absolute signal) is output to the digital arithmetic unit 6b and the angle positioning mechanism 7a. For example, as shown in FIG. 4, when the conversion resolution of the R / D converter 8 is 10 bits (1024), 360 ° / 1024 = 0.35 °, and a rotation angle θ of 1 ° or less can be detected. is there.

このようにR/D変換器8を設けた場合、デジタル演算部6bは、R/D変換器8から入力されるアブソリュート信号(つまり回転角θの検出結果)から高速回転体10の回転数を算出し、所定の修正回転数における回転角θと加速度信号(振動成分)との関係に基づいて6角ナット12の切削量及び切削角度を算出する。また、角度位置決め機構7aは、切削角度の位置決め前に、R/D変換器8から入力されるアブソリュート信号に基づいて、回転軸11の原点復帰を行う。   When the R / D converter 8 is provided in this way, the digital calculation unit 6b determines the rotation speed of the high-speed rotating body 10 from the absolute signal (that is, the detection result of the rotation angle θ) input from the R / D converter 8. The cutting amount and the cutting angle of the hexagon nut 12 are calculated based on the relationship between the rotation angle θ and the acceleration signal (vibration component) at a predetermined correction rotational speed. Moreover, the angle positioning mechanism 7a performs the origin return of the rotating shaft 11 based on the absolute signal input from the R / D converter 8 before positioning the cutting angle.

図1の回転バランス修正装置では、磁気センサ1から出力される正弦波信号及び余弦波信号を基にソフトウェア演算によって回転角θを算出しているが、この場合、デジタル演算部6bにおける演算負荷が重くなり、高性能な演算用CPUが必要となる。これに対して、図4の回転バランス修正装置では、回転角θをハードウェア(つまりR/D変換器8)によって検出するため、回転角θのソフトウェア演算が不要となり、比較的廉価なCPUを使用することができる。なお、本変形例では、回転角検出部としてR/D変換器8を用いた場合を例示したが、回転軸11の回転角θを検出可能であれば、R/D変換器8以外の検出器を使用しても良い。   In the rotation balance correction apparatus of FIG. 1, the rotation angle θ is calculated by software calculation based on the sine wave signal and cosine wave signal output from the magnetic sensor 1, but in this case, the calculation load in the digital calculation unit 6b is It becomes heavier and requires a high performance CPU. On the other hand, in the rotation balance correction apparatus of FIG. 4, since the rotation angle θ is detected by hardware (that is, the R / D converter 8), software calculation of the rotation angle θ is not necessary, and a relatively inexpensive CPU is installed. Can be used. In this modification, the case where the R / D converter 8 is used as the rotation angle detection unit is illustrated. However, if the rotation angle θ of the rotation shaft 11 can be detected, detection other than the R / D converter 8 is performed. A vessel may be used.

(2)上記実施形態では、高速回転体10として車両用過給器のタービンを想定したが、その他、ガスタービン等の高速回転機械の回転バランスを修正するために、本発明を適用することが可能である。 (2) In the above embodiment, the turbine of the vehicle supercharger is assumed as the high-speed rotating body 10, but the present invention can be applied to correct the rotational balance of a high-speed rotating machine such as a gas turbine. Is possible.

1…磁気センサ、2…加速度センサ、3…第1増幅器、4…第2増幅器、5…比較器、6…バランス演算処理部、6a…信号入力部、6b…デジタル演算部、7…バランス修正加工部、7a… 角度位置決め機構、7b…修正加工機構、8…R/D変換器、10…高速回転体、11…回転軸、11a…軸端面、12…6角ナット、13…回転支持体  DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic sensor, 2 ... Acceleration sensor, 3 ... 1st amplifier, 4 ... 2nd amplifier, 5 ... Comparator, 6 ... Balance calculation process part, 6a ... Signal input part, 6b ... Digital calculation part, 7 ... Balance correction Processing part, 7a ... Angle positioning mechanism, 7b ... Correction processing mechanism, 8 ... R / D converter, 10 ... High speed rotating body, 11 ... Rotating shaft, 11a ... Shaft end face, 12 ... Hexagon nut, 13 ... Rotating support

Claims (7)

高速回転体の回転軸と一体的に回転するように固定設置された修正対象部を修正加工することにより前記高速回転体の回転バランスを修正する回転バランス修正装置であって、
N極とS極に2分して着磁された回転軸の軸端面に対向して設置された磁気センサと、
前記高速回転体を高速回転可能に支持する回転支持体に設置された加速度センサと、
前記磁気センサ及び前記加速度センサの出力信号に基づいて、前記修正対象部の修正量及び修正角度を算出するバランス演算処理部と、
前記修正角度を基に前記回転軸の回転角を位置決めした後、前記修正量を基に前記修正対象部を修正加工するバランス修正加工部と、を備え、
前記バランス演算処理部は、前記回転軸の軸端面における着磁方位と、前記修正対象部の回転軸に対する固定方位との関係に応じて前記修正量と修正角度の少なくとも一方を補正することを特徴とする回転バランス修正装置。
A rotation balance correction device that corrects the rotation balance of the high-speed rotating body by correcting a correction target portion that is fixedly installed so as to rotate integrally with the rotation shaft of the high-speed rotating body,
A magnetic sensor installed opposite to the shaft end face of the rotating shaft magnetized by dividing it into N and S poles;
An acceleration sensor installed on a rotation support that supports the high-speed rotation body so as to be capable of high-speed rotation;
A balance calculation processing unit that calculates a correction amount and a correction angle of the correction target unit based on output signals of the magnetic sensor and the acceleration sensor;
A balance correction processing part that corrects the correction target part based on the correction amount after positioning the rotation angle of the rotary shaft based on the correction angle, and
The balance calculation processing unit corrects at least one of the correction amount and the correction angle in accordance with the relationship between the magnetization direction on the shaft end surface of the rotating shaft and the fixed direction with respect to the rotating shaft of the correction target unit. Rotation balance correction device.
前記バランス演算処理部は、前記磁気センサの出力信号から高速回転体の回転数及び回転軸の回転角を算出し、所定の修正回転数における回転角と加速度センサの出力信号との関係に基づいて前記修正対象部の修正量及び修正角度を算出することを特徴とする請求項1記載の回転バランス修正装置。  The balance calculation processing unit calculates the rotation speed of the high-speed rotating body and the rotation angle of the rotation shaft from the output signal of the magnetic sensor, and based on the relationship between the rotation angle at a predetermined correction rotation speed and the output signal of the acceleration sensor. The rotation balance correction apparatus according to claim 1, wherein a correction amount and a correction angle of the correction target part are calculated. 前記磁気センサの出力信号を基に、バランス修正加工部による前記位置決め前の回転軸の原点復帰に必要な原点基準信号を生成する基準信号生成部を備え、
前記バランス修正加工部は、前記原点基準信号に基づいて前記位置決め前に回転軸の原点復帰を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の回転バランス修正装置。
Based on the output signal of the magnetic sensor, a reference signal generation unit that generates an origin reference signal necessary for the origin return of the rotation axis before positioning by the balance correction processing unit,
The rotation balance correction apparatus according to claim 1, wherein the balance correction processing unit performs a return to the origin of the rotating shaft before the positioning based on the origin reference signal.
前記磁気センサの出力信号を基に回転軸の回転角を検出する回転角検出部を備え、
前記バランス演算処理部は、前記回転角検出部にて検出された回転角から高速回転体の回転数を算出し、所定の修正回転数における回転角と加速度センサの出力信号との関係に基づいて前記修正対象部の修正量及び修正角度を算出することを特徴とする請求項1記載の回転バランス修正装置。
A rotation angle detector for detecting the rotation angle of the rotation shaft based on the output signal of the magnetic sensor;
The balance calculation processing unit calculates the rotation speed of the high-speed rotating body from the rotation angle detected by the rotation angle detection unit, and based on the relationship between the rotation angle at a predetermined correction rotation speed and the output signal of the acceleration sensor. The rotation balance correction apparatus according to claim 1, wherein a correction amount and a correction angle of the correction target part are calculated.
前記バランス修正加工部は、前記回転角検出部にて検出された回転角に基づいて前記位置決め前に回転軸の原点復帰を行うことを特徴とする請求項4記載の回転バランス修正装置。  5. The rotation balance correction device according to claim 4, wherein the balance correction processing unit performs origin return of the rotation axis before the positioning based on the rotation angle detected by the rotation angle detection unit. 前記回転角検出部は、前記磁気センサの出力信号を基に、前記回転角の検出結果を示すデジタルデータを出力するレゾルバ/デジタル変換器であることを特徴とする請求項4または5に記載の回転バランス修正装置。   6. The resolver / digital converter according to claim 4, wherein the rotation angle detection unit is a resolver / digital converter that outputs digital data indicating the detection result of the rotation angle based on an output signal of the magnetic sensor. Rotation balance correction device. 高速回転体の回転軸と一体的に回転するように固定設置された修正対象部を修正加工することにより前記高速回転体の回転バランスを修正する回転バランス修正方法であって、
N極とS極に2分して着磁された回転軸の軸端面に対向して設置された磁気センサの出力信号と、前記高速回転体を高速回転可能に支持する回転支持体に設置された加速度センサの出力信号とに基づいて、前記修正対象部の修正量及び修正角度を算出する第1工程と、
前記修正角度を基に前記回転軸の回転角を位置決めした後、前記修正量を基に前記修正対象部を修正加工する第2工程と、を有し、
前記第1工程では、前記回転軸の軸端面における着磁方位と、前記修正対象部の回転軸に対する固定方位との関係に応じて前記修正量と修正角度の少なくとも一方を補正することを特徴とする回転バランス修正方法。
A rotation balance correction method for correcting a rotation balance of the high-speed rotating body by correcting a correction target portion fixedly installed so as to rotate integrally with a rotating shaft of the high-speed rotating body,
An output signal of a magnetic sensor installed opposite to the shaft end face of the rotating shaft magnetized in two parts, N pole and S pole, and a rotating support that supports the high speed rotating body so as to be capable of high speed rotation. A first step of calculating a correction amount and a correction angle of the correction target portion based on the output signal of the acceleration sensor;
A second step of correcting the correction target portion based on the correction amount after positioning the rotation angle of the rotating shaft based on the correction angle; and
In the first step, at least one of the correction amount and the correction angle is corrected according to the relationship between the magnetization direction on the shaft end surface of the rotation shaft and the fixed direction of the correction target portion with respect to the rotation axis. Rotation balance correction method.
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