JP2019106757A - 振動抑制構造 - Google Patents

Abstract

【課題】加振周波数から振動モードの固有振動数を離し、筺体の振動を抑制できる簡便な振動抑制構造およびこれを利用した回転機械を提供する。【解決手段】振動抑制構造は、回転により振動を生じる回転機械と、回転機械を格納する筐体１と、を含み、回転機械および筐体１は振動の伝達が抑制されており、回転機械は第一の固定部材によって接地面１０に固定されており、筐体１は第二の固定部材によって接地面１０に固定されている振動抑制構造である。【選択図】図１

Description

本発明は、振動抑制構造、およびこの振動抑制構造を有す回転機械に関する。

一般的な回転電機は回転軸２を備える筺体１からなり、回転軸２と被連結装置の回転軸を一致させ使用される。そのため、筺体１の下部を基礎や架台にボルト固定することで、運転中に回転軸２と被連結装置の回転軸の相対変位が生じることを防止している。

一般的に回転電機は静粛な運転をするために回転軸２のアンバランスを修正して運転されるが、わずかなアンバランスが回転軸まわりに残留している。そのため、回転電機は運転中、回転軸２まわりに残留するアンバランスが遠心力を発生させ、回転周波数の加振力を生じさせる。

他方で、回転電機は、筺体１全体が振動する振動モードが回転周波数近傍に存在する場合があり、これらの振動モードの固有振動数を回転の加振周波数から避共振にする必要がある。

上記の従来技術の一例として、特許文献１がある。特許文献１ではステータの支持剛性の調整手段を設けることで、回転電機の振動モードの固有振動数を調整し、加振力の周波数と離し、振動を抑制している。

特開２００６−１４９０９１号公報

しかし、ステータを弾性支持する場合、弾性部材の剛性を適切に調整する必要があるとともに、ステータの据え付け難易度が高く、調整作業時間が長くなってしまうため、コストを上げてしまう可能性がある。

本発明は加振周波数から振動モードの固有振動数を離し、筺体の振動を抑制できる簡便な振動抑制構造およびこれを利用した回転機械を提供することを課題とする。

上記課題を解決することができる振動抑制構造の一例として、回転により振動を生じる回転機械と、回転機械を格納する筐体と、を含み、回転機械および筐体は振動の伝達が抑制されており、回転機械は第一の固定部材によって接地面に固定されており、筐体は第二の固定部材によって接地面に固定されている振動抑制構造を提供する。

本発明によれば、加振周波数から振動モードの固有振動数を離し、筺体の振動を抑制できる簡便な振動抑制構造を提供することができる。

実施例１の回転電機の分解斜視図である。 実施例１の装置固定部の断面図である。 実施例１に関わる低次のＨ方向に振動するモードの例である。 図３に示す振動モードの次に現れるＨ方向に振動するモードの例である。 実施例１の筺体固定部に関する、平面図である。 実施例２の回転電機の分解斜視図である。 実施例２の図４の装置固定部の断面図である。

以下、実施例を説明する。

本実施例では、筺体およびステータを設置面から独立に支持する回転電機の例を説明する。

［本体の構成］
以下本発明に係わる回転電機の実施形態を図１と図２を用いて説明する。図１は実施例１の回転電機の分解斜視図、図２は、実施例１の装置固定部の断面図である。

本実施例の回転電機は、回転軸（図示せず）を備える筺体１からなる。回転軸は、軸受（図示せず）など介して回転自由な状態で筺体１に支持される。回転電機は回転軸と被連結装置の回転軸を一致させ使用する。そのため、筺体１を基礎や架台などの設置面１０に筺体固定用ボルト４により固定することで、運転中に回転軸と被連結装置の回転軸の相対変位が生じることを防止している。回転電機では筐体１の内部が気密となる必要があるため、筐体１に設けられた回転軸が非連結装置と接続するための貫通穴（図示せず）は軸受の前または後ろ、もしくは両者に設けられた気密部材（図示せず）によって気密に保たれている。

筺体１はステータ３を内包し、ステータ３は筐体１内に気密部材６を介して配置されている。筺体１は筺体固定用ボルト４、ステータ３はステータ固定用ボルト９で設置面１０に固定される。ステータ３は設置面１０に連通するステータ凸部１１を有しており、ステータ固定用ボルト９により固定される。そのため、ステータ３はステータ凸部１１を介して設置面１０から支持される。

本実施例ではステータ凸部１１は円筒形をしており、筺体１の略円形の貫通穴を通して、筺体と非接触に設置面１０に連通する。ステータ凸部１１は多角柱や楕円筒形でも構わず、筺体１の連通穴も円形、楕円形、多角形状でも構わない。

また、気密部材６は、ステータ凸部１１に比較し十分に剛性の低い部材で、ステータ３と筺体１間の気密を保つように構成され、たとえば、高分子化合物や金属ガスケットなどが用いられる。そのため、筺体１内の気密を保ちつつ、筺体１とステータ３の間の振動伝達を抑制することが可能である。

回転電機動作時の作用を説明する。
回転電機は回転軸の回転と電力を変換する機器である。回転軸は軸まわりにアンバランスを有し、回転軸は回転により軸直角方向に作用する遠心力を発生させる。

他方で、回転電機は、筺体１と設置面１０の剛性のバランスで、筺体１全体が振動する振動モードが回転周波数近傍に存在する場合がある。この振動モードの固有振動数が回転周波数と一致すると回転電機は共振してしまうため、筺体１の質量や剛性もしくは装置固定部の剛性を調整し、振動モードの固有振動数と回転周波数を離す必要がある。

まず、筺体１全体の振動モードが回転周波数より高い周波数で近接する場合について考える。この場合、筺体１全体の振動モードを回転周波数から遠ざけるためには、振動モードの周波数を高周波側にシフトさせればよい。本実施例では筺体１およびステータ３は独立に設置面１０から支持される構成としている。そのため、ステータ３が筺体１に固定されている場合に比較し、筺体１の質量が軽くなり、固有振動数を高くすることができる。その結果、筺体１の振動モードの固有振動数を回転周波数から離すことが出来、低振動にすることができる。

さらに、２つ以上の振動モードが存在する場合を考える。
図３に実施例１に関わる低次のＨ方向に振動するモードの例、図４に、図３に示す振動モードの次に現れるＨ方向に振動するモードの例を示す。図３および図４は、回転軸（図示せず）のアンバランスが原因で励起されやすいＨ方向に振動するモードである。点線は静止時の形状、実践は運転時の変形形状を示している。今回は、図３の振動モードの固有振動数は回転周波数より低く、図４の振動モードの固有振動数は回転周波数より高い場合を対象とする。

図３や図４の振動モードは、Ｈ方向の剛性や全体の質量の変化によって固有振動数が変化するが、図３の固有振動数を回転周波数から離すと、図４の固有振動数が回転周波数に近接するなど、図３および図４の固有振動数を同時に回転周波数から離すことは難しい場合がある。

本実施例では筺体１およびステータ３は独立に設置面１０から支持される構成となっているため、図３および図４の筺体１に関する振動モードの固有振動数は、ステータ３が筺体１に固定されている場合に比較し、筺体１の質量が軽くなり、固有振動数を高くすることができる。また、筺体１に質量を付与すれは、固有振動数を低くすることができる。そのため、図３および図４の振動モードの固有振動数を全体的に高周波側や低周波側にシフトさせることが可能である。

図５に筺体固定部に関する、平面図を示す。図５は、筺体１および設置面１０を接続する筺体固定用ボルト４、筺体調整用ボルト１２のみを図示しており、ステータ３等は図示していない。

筺体１は、筺体固定用ボルト４に加え、筺体調整用ボルト１２で固定される。ここで、筺体１の４隅およびＡ方向の中間付近を固定する筺体固定用ボルト４および筺体調整用ボルト１２の各ボルトの剛性は等しいと仮定すると、図３の筺体がＨ方向に並進運動する振動モードでは、筺体１の４隅を固定する筺体固定用ボルト４と筺体１のＡ方向の中間付近の筺体調整用ボルト１２の剛性は等しく作用する。また、図４の筺体１が回転運動する振動モードでは、筺体１の４隅を固定する筺体固定用ボルト４は、筺体調整用ボルト１２に比較し、回転中心からの距離が長いため、回転に対する剛性が高く作用する。そのため、筺体調整用ボルト１２のボルト径を小さくするなど、ボルトの剛性を下げると、図３の振動モードは固有振動数を下げるが、図４の振動モードの固有振動数はほとんど変化せず、図３と図４の振動モードの固有振動数の間隔を変化させることができる。

以上のように、ステータ３の質量を筺体１質量から軽減し、筺体１の固定部に剛性調整手段を設けることで、回転周波数から筺体１の振動モードの固有振動数を離すことが可能となる。

本実施例では、筺体１の質量を低減する手段にステータ３を設置面１０からの支持する方法を用いたが、質量の大きい構造物であるクーラなどを設置面から支持する方法でもかまわない。

本実施例では、凸部を有するサポートが設置面からステータを支持する回転電機の例を説明する。
図６に実施例２に関する回転電機の分解斜視図、図７に図６の装置固定部の断面図を示す。実施例２のステータ３は、サポート７のサポート凸部５を介して設置面１０に固定される。また、筺体１は筺体調整用ボルト１２および筺体固定用ボルト４で固定されるが、筺体調整用ボルト１２は筺体１を筺体凸部１３を介して筺体１を設置面１０に固定する構成である。筺体凸部１３は、サポートの貫通穴８を通じて、サポート７と非接触に設置面１０と接触配置される。気密部材６は、ステータ３、筺体１間の気密を保持し、サポート凸部５や、筺体凸部１３に比較し、十分に剛性の低い、たとえば、高分子化合物や金属ガスケットなどが用いられる点は実施例１と同様である。

以上の構成とすることで、実施例１同様、振動モードの固有振動数を回転周波数から離す手段を提供できる。

なお、以上の実施例においてはステータとステータを内包する筐体の例を示したが、本発明はこれに限るものではなく、回転によって振動を生じる回転機械と、回転機械を内包する筐体との関係にあれば他の製品に適用することも可能である。回転機械の一例としては、外部から回転の動力を伝えられる冷凍機、送風機、バキューマー、吸液／排液ポンプ、圧縮機、発電機や、外部に回転の動力を伝える電動機などの原動機があり、また、原動機とポンプの一体構造など、上記の外部から回転の動力を伝えられる機器と外部に回転の動力を伝える機器との組み合わせを１つの回転機械とみなして本発明を適用することも可能である。

１ 筺体
２ 回転軸
３ ステータ
４ 筺体固定用ボルト
５ サポート凸部
６ 気密部材
７ サポート
８ 貫通穴
９ ステータ固定用ボルト
１０ 設置面
１１ ステータ凸部
１２ 筺体調整用ボルト
１３ 筺体凸部

Claims (14)

1. 回転により振動を生じる回転機械と、
   前記回転機械を格納する筐体と、を含み、
   前記回転機械および前記筐体は、振動の伝達が抑制されており、
   前記回転機械は第一の固定部材によって接地面に固定されており、
   前記筐体は第二の固定部材によって前記接地面に固定されている振動抑制構造。
2. 前記筐体は、前記第一の固定部材を前記接地面に接続する貫通穴を有しており、
   前記筐体は前記貫通孔に配置された振動抑制部材により、前記回転機械との振動が抑制される請求項１に記載の振動抑制構造。
3. 前記回転機械は、前記貫通孔を介して前記接地面に接地する凸部を有している請求項２に記載の振動抑制構造。
4. 前記筐体の内部は、前記筐体と前記第一の固定部材と前記振動抑制部材と前記凸部とにより気密が保持されている請求項３に記載の振動抑制構造。
5. 前記振動抑制部材の剛性は前記凸部の剛性よりも低い請求項３に記載の振動抑制構造。
6. 前記接地面に配置され、前記貫通孔を介して前記回転機械に接するサポート部材をさらに備える請求項２に記載の振動抑制構造。
7. 前記筐体の内部は、前記筐体と前記第一の固定部材と前記振動抑制部材と前記サポート部材とにより気密が保持されている請求項６に記載の振動抑制構造。
8. 前記振動抑制部材の剛性は前記サポート部材の剛性よりも低い請求項６に記載の振動抑制構造。
9. 前記筐体は、前記接地面と接地する第二の凸部を有しており、
   前記サポート部材は、前記貫通穴を介して前記回転電機に接する第三の凸部と、前記第三の凸部に接続され前記接地面に接地する設置部とにより構成されており、
   前記第二の凸部は、前記接地部に設けられた第二の貫通穴を介して前記接地面と設置する請求項６に記載の振動抑制構造。
10. 前記回転機械が生じる振動は、前記接地面と垂直な方向を軸とする回転成分の振動を含んでおり、
    前記筐体は、前記回転成分の振動の回転軸との距離が異なる複数の前記第二の固定部材により前記接地面に固定されている請求項１に記載の振動抑制構造。
11. 前記複数の第二の固定部材のうち、前記回転成分の振動の回転軸との距離が等しい固定部材の剛性が略等しい請求項７に記載の振動抑制構造。
12. 前記複数の第二の固定部材のうち、前記回転成分の振動の回転軸との距離が異なる固定部材の剛性が異なる請求項７に記載の振動抑制構造。
13. 前記回転機械は、冷凍機、送風機、バキューマー、吸液／排液ポンプ、圧縮機、発電機、または原動機、若しくはこれらのうち少なくとも２つの組み合わせである請求項１から１２のいずれかに記載の振動抑制構造。
14. 請求項１から１２のいずれかに記載の振動抑制構造を有すパッケージ型回転機械。

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