JP2580997Y2 - 回転軸系の捩り振動制振装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は，舶用機関のプロペラシャフト，コンプレッ
サ駆動軸，工作機械，タービン等回転機械全般に利用で
きる回転軸系の捩り振動制振装置に関する。

〔従来の技術〕

従来，回転軸系の捩り振動防止には，振動応答の大き
い箇所にフライホイール等の回転慣性を付加し振動応答
を平滑化するか，ランチェスタダンパのような受動的な
ダンパにより振動系に減衰を与えるなどの方法が用いら
れてきた。第４図にランチェスタダンパの例を示す。

11は回転軸で，同回転軸11に対して相対的に回転可能
な２枚の円板12a,12bが回転軸11に固定された円板13に
アスベスト式のブレーキライニング14を介してばね15に
よって押しつけられている。ばね15による押しつけ力を
適切に調整することにより回転軸11の捩り振動のエネル
ギが，回転円板との相対すべり摩擦によって失なわれ，
捩り振動の振動を押えている。

〔考案が解決しようとする課題〕

従来の防振技術では,1）フライホイールは相当大きな
ものを付加しなければ効果がなく，また,2）受動ダンパ
は調整条件より外れることにより著しく効果が悪化する
等の問題点があった。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は，上述の課題の解決をはかろうとするもの
で，回転軸系に設置した捩り振動を検出するセンサと，
回転軸の駆動源である直流電動機あるいは回転軸の駆動
によって発電を行う直流発電機と，上記センサにより検
出される振動速度信号（相対捩れ角速度）に比例しかつ
逆位相の信号を得るための信号処理部と，上記回転軸系
に非接触で変動トルクを与えるためのアクチュエータと
して作動する上記直流電動機あるいは直流発電機の駆動
コイルに上記信号処理部の出力を加える速度フィードバ
ック制御システムとからなり，回転中に発生する回転軸
系の捩り振動を能動的に制振することを特徴とする回転
軸系の捩り振動制振装置を提供して応答量を低減させよ
うとするものである。

〔作用〕

本考案の回転軸系の捩り振動制振装置では，直流電動
機あるいは直流発電機は，回転軸を駆動あるいは軸の回
転により発電するという本来の機能の他に，その界磁電
圧に制御信号に応じた変動電圧を重畳させることにより
磁束密度を変化させ，制御信号に応じた変動トルクを軸
系に与えるアクチュエータとして作用させることが出来
る。

一方，上述のトルクアクチュエータ，センサ，信号処
理部により構成した速度フィードバック制御システム
は，以下に式で説明しているように，振動系の減衰を見
掛け上増加させることになり，その結果として回転軸系
の捩り振動を低減させる制振装置として作用する。

例えば,1自由度捩り振動系の運動方程式は次式で表さ
れるが， Ｊ＋Ｄ＋Ｇθ＝Ｔ ……（１） ここで,J;回転慣性,D;粘性減衰,G;捩り剛性,T;加振ト
ルク，θ；相対捩れ角変位。

（１）式において，速度に比例し逆位相の制御力（−
Kv）を右辺に加えると次式となる。

Ｊ＋Ｄ＋Ｇθ＝Ｔ−Kv ……（２） ここで,Kv;速度に比例する係数（フィードバックゲイ
ン） （２）式の制御力の項を左辺に移項し，速度でくく
ると（３）式に示すように，減衰係数がＤからＤ＋Kvに
増加した形となる。

Ｊ＋（Ｄ＋Kv）＋Ｇθ＝Ｔ ……（３） 〔実施例〕 以下，図面により本考案の実施例について説明する
と，第１図は本考案の第一実施例としての回転軸系の捩
り振動制振装置の構成及び信号伝達経路を示す図，第２
図は本考案の第二実施例としての回転軸系の捩り振動制
振装置の構成及び信号伝達経路を示す図，第３図は本装
置を用いたときの回転軸系の捩り振動の応答の一例を示
すグラフである。

第１図には，直流電動機１で駆動されるプロペラ，コ
ンプレッサ等の負荷２を接続した回転軸系３の一例を示
しているが，図示しているように，回転軸系３に捩り振
動を検出するためのセンサ（等ピッチの歯型もしくは反
射テープａおよび電磁ピックアップもしくは光学センサ
ｂで構成）を設置し，捩り振動計測器ｃにより回転軸系
３に設けた回転慣性４及び５間の相対捩れ角速度を計測
する，なお,6は軸受である。係る捩り振動計測器ｃの出
力として得られる電圧は，信号処理部７において電圧増
幅器ｄ及び位相反転器ｅにより制御信号としての電圧に
変換される。係る信号処理部７の出力信号を直流電動機
１を駆動するために用いる直流電圧発生器ｆの出力電圧
に重畳させ，電力増幅器ｇを経由し直流電動機の界磁側
コイルｈに入力する。上述のようにして直流電動機１の
界磁側コイルｈに印加される電圧には，制御信号に応じ
た変動成分が重畳しているため，直流電動機１に発生す
る磁束密度が変化し，結果として軸系に制御信号に応じ
た変動トルクが伝わることになる。第一実施例は，上述
のように直流電動機１をトルクアクチュエータとして構
成した能動的制振装置により，回転中に軸系に発生する
捩り振動を制振しようとするものである。なお，図中,i
は直流電動機の電機子コイル,jは回転速度制御用可変抵
抗器,kは直流電源である。

第２図は，第２実施例で直流発電機９が負荷として結
合された回転軸系の一例を示しているが，図示している
ように，モータ，タービン等の回転軸駆動装置８で駆動
される回転軸系３に捩り振動を検出するためのセンサ
（等ピッチの歯型もしくは反射テープａおよび電磁ピッ
クアップもしくは光学センサｂで構成）を設置し，捩り
振動計測器ｃにより回転慣性４及び５間の相対捩れ角速
度を計測する。捩り振動計測器ｃの出力として得られる
電圧は，信号処理部７において電圧増幅器ｄ及び位相反
転器ｅにより制御信号としての電圧に変換される。係る
信号処理部７の出力信号を直流発電機９により発電する
ために用いる直流電圧発生器ｆの出力電圧に重畳させ，
電力増幅器ｇを経由し直流発電機９の界磁側コイルｌに
入力する。上述のようにして直流発電機９の界磁側コイ
ルに印加される電圧には，制御信号に応じた変動成分が
重畳しているため，直流発電機９に発生する磁束密度が
変化し，結果として軸系に制御信号に応じた変動トルク
が伝わることになる。第二実施例は，上述のように直流
発電機９をトルクアクチュエータとして構成した能動的
制振装置により，回転中に軸系に発生する捩り振動を制
振しようとするものである。なお，図中,mは直流発電機
の電機子コイル,nは負荷である。

第３図は，起振振動数Ω（RPM）に共振点をもつ回転
軸系に対して上述の回転軸系の捩り振動制振装置を作動
させた場合の制振効果を制振装置のない場合と比較して
示したもので,20は本考案の制振装置のフイードバック
ゲインを大きくした場合,21はそのゲインを小さくした
場合,22は制御装置のない場合であり，フイードバック
ゲインを大きくすれば制振効果が大きくなることがわか
る。

〔考案の効果〕

以上詳述したように，本考案の回転軸系の捩り振動制
振装置によれば，次のような効果ないし利点が得られ
る。

（１）回転軸系の捩り振動を検知し，その信号値（速
度）に比例しかつ逆位相で変動トルクを発生する直流電
動機あるいは直流発電機により構成した能動的振動制御
装置により，回転軸系に発生する捩り振動を低減するこ
とができる。

（２）信号処理部において検出信号に比例した信号を発
生させるための比例係数（フィードバックゲイン）を変
更することにより，従来のダンパなどと異なりハードを
変更すること無く任意の制振効果を得ることが可能とな
る。

（３）従来の制振装置（ダンパやフライホイール等）と
同様に新たに軸系に追設して使用することもできるが、
直流電動機で駆動される軸系あるいは直流発電機が負荷
となる軸系については，軸系のアライメントを変更する
事無く制振装置を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第一実施例としての回転軸系の捩り振
動制振装置の構成及び信号伝達経路を示す図，第２図は
本考案の第二実施例としての回転軸系の捩り振動制振装
置の構成及び信号伝達経路を示す図，第３図は本装置を
用いたときの回転軸系の捩り振動の応答の一例をを示す
グラフである。また，第４図は従来の制振方法の１例と
してのランチェスタダンパの構造図である。 １……直流電動機,2……負荷,3……回転軸系,4,5……回
転慣性,7……信号処理部,8……回転軸駆動装置,9……直
流発電機,a……等ピッチの歯形もしくは反射テープ,b…
…電磁ピックアップもしくは光学センサ,c……捩り振動
計測器,e……位相反転器,h……直流電動機の界磁コイ
ル,l……直流発電機の界磁コイル。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸系に設置した捩り振動を検出するセ
   ンサと，回転軸の駆動源である直流電動機あるいは回転
   軸の駆動によって発電を行う直流発電機と，上記センサ
   により検出される振動速度信号（相対捩れ角速度）に比
   例しかつ逆位相の信号を得るための信号処理部と，上記
   回転軸系に非接触で変動トルクを与えるためのアクチュ
   エータとして作動する上記直流電動機あるいは直流発電
   機の駆動コイルに上記信号処理部の出力を加える速度フ
   ィードバック制御システムとからなり，回転中に発生す
   る回転軸系の捩り振動を能動的に制振することを特徴と
   する回転軸系の捩り振動制振装置。