JPH0297742A - 回転機静止体のオフセンタ支持機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、回転機静止体のオフセンタ支持機構に係り、
特に、例えば遠心脱水機など各種回転機械のケーシング
あるいは架台など静止構造体の防振支持に好適な回転機
静止体のオフセンタ支持機構に関するものである。

［従来の技術］ まず、従来の回転機静止体の支持機構について第６図お
よび第７図を参照して説明する。

第６図は、従来の回転機静止体の支持機構を示す構成図
、第７図は、減衰ダンパによる振動低減効果を示す線図
である。

第６図に示す機構は１回転数Ωで回転しているロータ１
を内に包むケーシングあるいは架台系（以下静止構造体
という）２がばね３（３Ａ〜３Ｄ）およびダンパ４（４
Ａ〜４Ｄ）あるいは油ダツシユポットと呼ばれるもので
支持されている。一般にＸ方向とＹ方向の２方向に直交
してばねやダンパで支持する機構である。

ロータ１の質量ｍに対して偏心量εが存在するとき、不
つりあい力 ｍεΩ”　ｃｏｓΩし が強制力として作用する。そこでロータ１と静止構造体
２とを含む全質量をＭ、支持ばねの全ばね定数をｋとし
たとき、固有振動数ω□が。。＝５７１ の回転数のときに共振する。よく知られているように、
このときの振動応答曲線は、回転数と振動振幅の関係で
第７図のようになる。

ところで共振振幅や定格回転時の振動振幅の低減を図る
ためには、ロータ１のつりあわせをよくとること、およ
びダンパ４による減衰力を適切に系に入るように工夫す
ることである。

ダンパ４の減衰定数を上げることにより、系全体の減衰
比ζは一般に向上し、第７図に見られるように共振振幅
は小さくなる。具体的には油ダツシユポットの油圧隙間
より小さくすることにより減衰定数は上がる。これは理
論的な状況を反映した高減衰化効果であり、現実にはそ
れほど高くダンパの減衰定数を上げられない、あるいは
上げられたとしても硬い支持条件となり基礎への伝達力
が増え不都合であるなどの理由で、高減衰化には限界が
あるのが実情である。

なお、この種の防振支持機構に関連するものとして、例
えば、田島清瀬著「振動の工学」、産業図書、Ｐ１３５
〜１３７、あるいは特開昭６１−２６２２２５号公報記
載の技術が知られている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術における防振支持機構は、回転機械の不つ
りあいで発生する振動がロータの振れまわり運動であり
、ロータを内包する静止構造体も振れまわり振動を生じ
ることについて配慮されていなかった。すなわち、上記
技術は、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ独立に直線振動
を防止するために考えられた防振支持機構であり、その
ため、ＸＹ直交方向のばね力にや減衰力Ｃを工夫する従
来技術には限界があった。

本発明は、上記従来技術における課題を解決するために
なされたもので、オフセンタ反力を発生するクロスばね
機構により静止構造体の振動を減衰させ、かつ最適な減
衰力の設定を容易にする回転機静止体のオフセンタ支持
機構を提供することを、その目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係る回転機静止体
のオフセンタ支持機構の基本的構成は。

回転体と、この回転体を内包する静止構造体とからなる
回転機静止体の支持機構において、少なくとも前記回転
機静止体の変形した方向とは逆方向よりずれてオフセン
タで反力を返すクロスばね手段を設けたものである。

ここで、本発明を開発した考え方を述べる。

まず始めに、ふれまわり振動について説明する。

いま、第６図に示すごとく、回転機械のロータ１がＸ軸
からＹ軸の方向へ回転しているとする。

その回転速度をΩとする。このとき、ロータの不つりあ
い振動は同じ方向に公転する振れまわり運動となる。ロ
ータを内包するケーシングや架台系など静止構造体２の
振動もそれにつられて振れまわり運動となる。第６図で
は、ふれまわり速度をωと記している。振れまわり方向
はロータ１の回転と同じ前向き運動である。

このふれまわり運動は、回転数と同じ振動数となって現
われる。すなわち ω＝Ω である。

よって、ロータ１や静止構造体２の振動をＸ方向および
Ｘ方向から測ったとき。

の形に表わされる。このように、回転速度Ωに同期した
前まわり振動が、不つりあい振動の特徴である。

この振動変位信号の微分をとると。

理である。

これをばね反力の立場から見直して第１図を参照して説
明する。

第１図は、本発明の回転機静止体のオフセンタ支持機構
の原理を説明する構成図である。

いま、静止構造体がＸ方向にＸだけ変位したとき。

である。

すなわち、Ｘの微分信号はｙの振動変位の負の値に比例
する。と同時に、ｙの微分信号はＸ方向の振動変位に比
例する。微分信号とは減衰を与える要素であるから、−
ｙの変位信号を受けて、それに比例するＸ方向の力を発
生できるなら減衰力を得たことになる。同時に、Ｘ方向
の変位信号を受けて、それに比例するＸ方向の力を発生
できるなら減衰力を得たことになる。これがＸ方向およ
びＸ方向のクロスばねによる減衰力付与機構の原の反力
が作用すればよいことになる。Ｆｘは直交ばね反力で、
通常よくみられるばねで支持したときのばね反力である
。ＦヶはＸ方向変位Ｘで得られたＸ方向ばね反力であり
、クロスばね作用による減衰力である。結果的に、ばね
反力はＸ方向変位Ｘに対して、中心に物体を上方向に返
すカーＦ６とＸ方向の負すなわち第１図で左側方向に返
すカーＦ。

との合力である。このことは、ばね反力の合力は中心で
はなく、わずかに上方向左側に反力を生じさせることを
意味している。

いま、静止構造体に係る物体がＸ方向にｙだけ変位した
とき、 の反力が作用することが要求されており、それは直交ば
ねｋ　とクロスばねｋｃとによって達成される。第１図
によれば、物体が右方向にｙだけ変位したとき、そのば
ね反力の合力は中心に対して左方向下側を狙って支持反
力が返ることが要求されている。

両者を合わせて、ばね反力は の形で与えられる機構が求められている。

このとき、直交ばねｋｄによって与えられるばね反力が
中心位置保持の求心力となり、クロスばねに０によって
与えられるばね反力が減衰力として作用することになる
。

より一般的に支持機構を表わすと。

となる。ｋｄおよびＣは、通常物体を支持するときに用
いられているばねおよびダンパに相当し、それらは直交
形で、変位してきた方向に対して逆方向に作用する。ｋ
ｃがより効果的な減衰を得るために付加的に設けられる
クロスばねである。

本発明は、このクロスばねによる減衰効果を発揮するた
めの構造を具体的に提案するものである。

本発明の回転機静止体のオフセンタ支持機構に係る第１
の発明の構成は１回転体と、この回転体を内包する静止
構造体とからなるものにおいて、前記静止構造体を支持
する電磁軸受と、前記静止構造体がある方向に変位した
とき、その変位を検出する手段と、この変位検出手段の
検出方向とは異なる位相におけるクロスばね作用で電磁
吸引力を発生させる手段とを備えたものである。

また、第２の発明の構成は、回転体と、この回転体を内
包する静止構造体とからなるものにおいて、前記静止構
造体を支持する直交ばね手段と。

前記静止構造体がある方向へ変位したとき、その変位を
油圧で検出する油受シリンダと、その油圧を切替弁を介
して異なる位相に設けた押し圧シリンダへ伝える油圧回
路と、伝えられた油圧力をクロスばね支持力として前記
静止構造体に反力を加える手段とを備えたものである。

さらに、第３の発明の構成は、回転体と、この回転体を
内包する静止構造体とからなるものにおいて、ある方向
に荷重が加わったとき、その方向とずれた方向に変位す
るひねり板ばねにより支持したものである。

なお付記すると、本発明の回転機静止体のオフセンタ支
持機構は、要約すれば次の３方式となる。

（１）変位計、制御器、およびアクチュエータで構成さ
れる能動的支持機構（第１の発明）。

（２）作用、反作用の不可逆的動作を導入するための油
圧回路を用いて構成した生能動的な支持機構（第２の発
明）。

（３）作用方向と反力の方向の異なるオフセンタばねを
用いた受動形支持手段を、ねじり板ばねで構成する受動
形機構。

［作用］ 支持される物体のＸ方向変位ＸおよびＹ方向変位ｙに対
して、支持機構から物体へ作用する反力がＸ方向、Ｙ方
向に対して −Ｆ、＝＋ｋｄｘ＋Ｃｘ−ｋｃｙ −Ｆｖ＝＋ｋｄｙ＋Ｃｙ＋ｋｃｘ で与えられるように作用する。物体が不つりあい振動で
振れまわっているとき、ロータの回転数Ωに対して で振動する。このとき。

こ二に、伽は比例する意の記号である。

したがって。

となり、通常の直交形のばねｋｄおよびダンパＣ以外に
クロスばねｋ。によって減衰力が得られ、物体の不つり
あい振動を小さく押えることができる。

［実施例］ 以下、本発明の各実施例を第２図ないし第５図を参照し
て説明する。

まず、第１の発明の実施例を第２図を参照して説明する
。

第２図は、本発明の一実施例に係る回転機静止体の能動
的支持機構を示す構成図である。

第２図において、１はロータ、２は、ロータ１を囲む（
内包する）ケーシング、架台系（以下静止構造体という
）２．５　（５Ａ、Ｂ、５Ｃ，５Ｄの総称）は、静止構
造体２を支持する電磁軸受。

６　（６Ｘ、６Ｙの総称）は、静止構造体２がある方向
に変位したとき、その変位を検出する手段に係る変位計
（例えばギャップセンサ）、７（７ＸＰ、７ＸＮ、７Ｙ
Ｐ、７ＹＮの総称）は、変位信号に係る振動波形の正の
値のみを通す回路である選択器、８　（８ＸＰ、８ＹＰ
、８ＸＮ、８ＹＮの総称）は、前記変位計７の検出方向
と異なる位相におけるクロスばね作用で電磁吸引力を発
生させる手段（アクチュエータとして機能）に係るパワ
アンプである。

第２図に示すように、静止構造体２は、Ｘ饋方向の＋Ｘ
側は電磁軸受５Ａ、Ｙ軸方向の＋Ｙ側は電磁軸受５Ｂ、
Ｘ軸方向の−Ｘ側は電磁軸受５Ｃ１Ｙ軸方向の−Ｙ側は
電磁軸受５Ｄによって支持されている。そして、静止構
造体２のＸ軸、Ｙ軸それぞれの方向に、静止構造体の振
動変位を計測する変位計６Ｘ、６Ｙが設置されている。

例えば変位計６Ｘの計測した変位信号が負の値のときに
は、静止構造体２が変位計６Ｘに近すき過ぎている訳だ
から、信号は選択器７ＸＮを通り、−Ｘ側のパワアンプ
８ＸＮに変位信号かに、１倍されて流れ、同図上側の電
磁軸受５Ｃが通電され、磁気吸引力によって静止構造体
２は上側へ復元される。また、変位信号が正の値のとき
には、静止構造体２は変位計６Ｘから遠ざかり過ぎて上
側にいる訳だから、信号は選択器７ＸＰを通り、＋Ｘ側
のパワアンプ８ＸＰに変位信号がｋｄ倍されて流れ、同
図下側の電磁軸受５Ａが通電され、磁気吸引力によって
静止構造体２は下側へ復元される。このようにして静止
構造体２はＸ軸方向の中立位置に保持される。このとき
、ただ単に変位信号をに、１倍するだけでなく、変位信
号から速度信号へ変換され、それを０倍された信号も加
えてパワアンプ８へ送ることも行われる。このようにし
たとき、静止構造体２に作用する復元力は −Ｆ、＝ｋｄｘ＋Ｃｘ・・・・・・・・・・・・・・・
（１０）となる。

同様に、Ｙ軸方向に対しても静止構造体２を中立位置に
保持する復元力 −Ｆ、＝　Ｌｃｄｙ＋Ｃｙ・・・・・・・・・・・・・
・・（１１）を発生することができる。

第２図の機構では、これ以外にクロスばねｋ。による減
衰力成分を発生させることが特徴点である。

いま、Ｘ軸方向の静止構造体２の振動変位Ｘが負で、静
止構造体２が変位計６Ｘに近ずき過ぎたとき、信号は選
択器７ＸＮを流れ、その変位成分をｋｃ倍して、−Ｙ側
のパワアンプ８ＹＮを通り電磁軸受５Ｄを通電させて磁
気吸引力によって左側に復元力を発生させるため、−Ｙ
側のパワアンプ８ＹＨにその成分を加算する。

また、振動変位Ｘが正で、静止構造体２が変位計６Ｘか
ら離れ過ぎているとき、信号を選択器７ｘＰを流れ、そ
の変位成分をｋｃ倍して、＋Ｙ側のパワアンプ８ＹＰに
加算して、＋Ｙ側の電磁軸受５Ｂにより右向きの磁気吸
引力の復元力を発生させる。

いま、静止構造体２がＹ軸方向に変位したとき、振動変
位ｙが負のとき＋Ｘ側の電磁軸受５Ａに磁気吸引力を発
生させ、振動変位ｙが正のときには−Ｘ側の電磁軸受５
Ｃに磁気吸引力を発生させる構成をとる。このとき、変
位信号ｙに対してｋｃ倍した復元力となっているとする
。

よってトータルの磁気吸引力による復元力は、の形のも
のが実現される。

このようにして振動変位ｘｐｙ（変位計６の測定値）に
対して感応して磁気吸引力（復元力）を発生させる能動
形支持機構の中に、クロスばねｋ。

による減衰力を実現できる。

本実施例によれば、クロスばね機構により、静止構造体
の変形した方向とは逆方向よりずれたオフセンタ反力が
発生するので、静止構造体の振動を減衰させる効果があ
る。

このクロスばね機構では、従来のダンパにくらべ相対的
に効率よく減衰効果が発揮でき、かつ高周波振動に対し
て支持剛性が落ちるのでロータの振動が基礎へ伝播しに
くくなり、振動絶縁上の効果もある。

また、クロスばね定数の大きさを変えることにより、最
適な減衰力の設定が容易にできる利点がある。

次に、第２の発明として、生能動的な素子として油圧回
路を応用したクロス防振支持の例を第３図を参照して説
明する。

第３図は１本発明の他の実施例に係る回転機静止体の生
能動的支持機構を示す構成図である。図中、第２図と同
一符号は同等部分を示している。

第３図において、９　（９Ａ、９Ｂ、９Ｇ、９Ｄの総称
）は、静止構造体２がある方向へ変位したとき、その変
位を油圧で検出する油圧シリンダに係る受圧シリンダ１
０　（ＩＯＡ、ＩＯＢ、ＩＯｃ。

１０Ｄの総称）は、クロスばねに２の支持力を有する押
し圧シリンダ、１１　（ＩＩＡ、ＩＩＢ、１１Ｃ，ＩＩ
Ｄの総称）は、受圧シリンダ９が受圧した変位を異なる
位相の押し圧シリンダへ伝える油圧回路を構成する切替
弁、１２　（１２Ａ、１２Ｂ。

１２Ｇ、１２Ｄの総称）は、ドレンを示す。

第３図に示す機構は、ロータ１を内包する静止構造体２
をＸ方向およびＸ方向の直交ばねに□で支持し、それと
ともに、油圧回路を備えたクロスばねに２の防振機構を
併設するものである。すなわち、回転数Ωで回転するロ
ータ１を囲む静止構造体２を四方から直交ばねに□で支
持する。その横には受圧シリンダ９と組合せた押し圧シ
リンダに具備されたクロスばねに２が、４箇所に同一仕
様で設けられている。

いま、静止構造体２がＸ方向にＸだけ振動変位したとす
ると、受圧シリンダ９ＡのピストンはＸだけ下方に下が
り、シリンダ内の圧力は高まる。

このとき、同時に切替弁１１Ａも下方に下がり、油の管
路は、Ｘ方向の受圧シリンダ９ＡとＹ方向の押し圧シリ
ンダＩＯＡとが連通される。よって、Ｘの変位による受
圧シリンダ９Ａの油は押し圧シリンダＩＯＡに送られ、
押し圧シリンダＩＯＡ内のばねに２を介して物体を−Ｙ
方向に押す。

この−Ｙ方向に押す力は、静止構造体がＹ方向に変位し
ていないときはに２ｘである。仮に、静止構造体がＸ方
向にＸだけ変位し、Ｙ方向にもｙだけ変位しているとき
は、Ｌ（ｘ＋ｙ）の力が−Ｙ力方向作用する。よって、
Ｙ方向反力Ｆｖは、直交ばね反力ｋｉｙも含めて −ＦＶ＝に工ｙ＋１ｃ２（ｘ＋ｙ） ＝　（ｋ、＋に２）　ｙ＋１ｃ２ｘ”””　（１３）ま
た、このとき、Ｙ方向の受圧シリンダ９Ｂ室の圧力は、
−Ｘ方向の押し圧シリンダＩＯＢと連動しているので、
Ｘ方向に発生するばね反力は−に２ｙである。この＋Ｘ
方向の左横にある押し圧シリンダＩＯＤには、ばね反力
に２ｘが発生するので、合計、Ｘ方向のばね反力は、 −Ｆｘ＝に１ｘ＋に、ｘ−に２ｙ ＝　（ｋ１＋に、）Ｘ−に、：ｙ・・−・・−（１４）
となる。

この受圧シリンダ９は、静止構造体２に連結したピスト
ンが押し込まれたときのみ切替弁１１を介して押し圧シ
リンダ１０と連通され、押し圧シリンダ１０室内のばね
を介して反力を発生する。

受圧シリンダ９内のピストンが押し込みと逆方向に動き
、ピストンの中立位置から逆方向に動いたときには、切
替弁１１の押し圧シリンダ１０との連結は切断され、ド
レン１２とつながって真空負圧になるのが避けられる構
造となっている。

すなわち、ｘ、Ｘ方向とも自分の向きに受圧シリンダ９
のピストンが動いてきたときのみ、切替弁１１によって
押し圧シリンダ１０と連結され、ばね反力をに２を介し
て発生させることができる。

逆方向に受圧シリンダ９内のピストンが動いたときには
、切替弁１１はドレン１２側につながり、何ら反力を発
生しない、切替弁１１の切替えタイミングは、静止構造
体が中立からずれ始めたときである。このようにしてば
ね反力は。

となり、 ３Ｂ、１３Ｇ、１３０の総称）で支持しているものであ
る。

このような支持機構におけるばねの反力としては、 の形のものを発生させることができる。すなわち、この
に２のクロスばねによって、減衰力が静止構造体に作用
することになる。

第３図の実施例によれば、先の実施例と同様の効果が期
待される。

次に、第３の発明として、すべての素子が受動的である
ばねとダンパで支持する例を第４図および第５図を参照
して説明する。

第４図は、本発明のさらに他の実施例に係る回転機静止
体の受動形支持機構を示す構成図、第５図は、そのひね
り板ばねの斜視図である。

第４図に示す支持機構は、ロータ１を内包する静止構造
体２を、ひねり板ばね１３　（１３Ａ、１のものが期待
されている。これをＸ、Ｙ方向の外力Ｑ。＋Ｑｖに対す
る変形変位の関係で表わすと、となる、すなわち、Ｑ、
≠Ｏ，Ｑ、＝ＯとなるようにＸ方向に押したとき、Ｘ方
向とＹ方向に変形するばねが良い。また、Ｑｖ≠Ｏ，Ｑ
Ｖ＝ＯでＹ方向に押したとき、Ｙ方向とＸ方向に変形す
るばねが良い。

このようなばねは、タービン翼のようにひねられた板ば
わによって実現できる。おおよその形は第５図に示され
ている。ひねり板ばね１３の一端１４は水平を向いてい
るが、その根本１５は少し傾いている。このようなひね
り板ばね１３は、同図のＱ方向に押しても少しずれたδ
方向に変形する。

本実施例のように、ひねられた板ばねによって静止構造
体を支持することにより、クロスばねによる減衰効果が
期待できる。

なお、上記実施例では、クロスばね機構を加えた手段に
よる回転機静止体の支持機構を、能動的、生能動的、お
よび受動的な３態様について示した。

これらはいずれもＸ、Ｙの直交形式で示した。直角方向
にクロスばねを加える必然性はなく、いずれにしても静
止構造体が変位したときオフセンタに反力を返すことが
本質である。したがって１２０度ピッチの３方向にこの
ようなオフセンターばねを構えても効果は同じである。

また、回転機械式のケーシングや架台など静止構造体が
、回転体のロータとは反対の後向きにふれまわり運動を
しているような場合には、第１図に示すＸ方向変位に対
して左上側反力とは反対に、右上側に作用するようなり
ロスばねが望まれる。

Ｙ方向についても同様に第１図で左上側への反力が望ま
しい。このようにクロスばねの向きは、どのうなふれま
わり振動を主に防振するかによることを付記しておく。

［発明の効果コ 以上述べたように、本発明によれば、オフセンタ反力を
発生するクロスばね機構により静止構造体の振動を減衰
させ、かつ最適な減衰力の設定を容易にする回転機械静
止体のオフセンタ支持機構を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の回転機静止体のオフセンタ支持機構
の原理を説明する構成図、第２図は、本発明の一実施例
に係る回転機静止体の能動形支持機構を示す構成図、第
３図は、本発明の他の実施例に係る回転機静止体の生能
動的支持機構を示す構成図、第４図は、本発明のさらに
他の実施例に係る回転機静止体の受動層支持機構を示す
構成図。 第５図は、そのひねり板ばねの斜視図、第６図は。 従来の回転機静止体の支持機構を示す構成図、第７図は
、減衰ダンパによる振動低減効果を示す線図である。 ｌ・・・ロータ、２・・・静止構造体、５，５Ａ、５Ｂ
。 ５Ｇ、５Ｄ・・・電磁軸受、６，６Ｘ、６Ｙ・・・変位
計、７．７ＸＰ、７ＸＮ、７ＹＰ、７ＹＮ・・・選択器
、８．８ＸＰ、８ＹＰ、８ＸＮ、８ＹＮ−・・パワアン
プ、９，９Ａ、９Ｂ、９Ｃ，９Ｄ−・・受圧シリンダ。 １０、ＩＯＡ、ＩＯＢ、ＩＯＣ，ＩＯＤ・・・押し圧シ
リンダ、１１．ＩＩＡ、ＩＩＢ、ＩＩｃ、１１Ｄ−・・
切替弁、１３，１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ，１３Ｄ・・・
ひねり板ばね、ｋｄ、に□・・・直交ばね、ｋｃＩｋ２
・・・クロスばね。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転体と、この回転体を内包する静止構造体とから
   なる回転機静止体の支持機構において、少なくとも、前
   記回転機静止体の変形した方向とは逆方向よりずれてオ
   フセンタで反力を返すクロスばね手段を設けたことを特
   徴とする回転機静止体のオフセンタ支持機構。 ２、回転体と、この回転体を内包する静止構造体とから
   なるものにおいて、前記静止構造体を支持する電磁軸受
   と、前記静止構造体がある方向に変位したとき、その振
   動変位を検出する手段と、この変位検出手段の検出方向
   とは異なる位相におけるクロスばね作用で電磁吸引力を
   発生させる手段とを備えたことを特徴とする回転機静止
   体のオフセンタ支持機構。 ３、回転体と、この回転体を内包する静止構造体とから
   なるものにおいて、前記静止構造体を支持する直交ばね
   手段と、前記静止構造体がある方向へ変位したとき、そ
   の変位を油圧で検出する油受シリンダと、その油圧を切
   替弁を介して異なる位相に設けた押し圧シリンダへ伝え
   る油圧回路と、伝えられた油圧力をクロスばね支持力と
   して前記静止構造体に反力を加える手段とを備えたこと
   を特徴とする回転機静止体のオフセンタ支持機構。 ４、回転体と、この回転体を内包する静止構造体とから
   なるものにおいて、ある方向に荷重が加わったとき、そ
   の方向とずれた方向に変位するひねり板ばねにより支持
   したことを特徴とする回転機静止体のオフセンタ支持機
   構。