JPH0566150A - 回転次数比分析方法および装置 - Google Patents

回転次数比分析方法および装置

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JPH0566150A
JPH0566150A JP22785191A JP22785191A JPH0566150A JP H0566150 A JPH0566150 A JP H0566150A JP 22785191 A JP22785191 A JP 22785191A JP 22785191 A JP22785191 A JP 22785191A JP H0566150 A JPH0566150 A JP H0566150A
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JP
Japan
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frequency
amplitude
rotation
vibration
noise
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Application number
JP22785191A
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English (en)
Inventor
Yasuro Hori
康郎 堀
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は回転機器の振動騒音を簡単に分
析する方法及び分析装置を提供することにある。 【構成】被測定物1の振動または騒音を4,5により検
出し、1チャンネルのA/Dコンバータ12に送る。1
2では発振器13からのクロック信号により信号がサン
プリングされ、ディジタル信号となって1チャンネルの
フーリエ変換器14に送られる。フーリエ変換された結
果から真の周波数と真の振幅を推定し、それをもとに回
転次数と振幅の関係図、キャンベル線図などを求める。 【効果】小型で、回転継ぎ手を取り付けにくい回転機器
の振動,騒音の分析が容易に出来るので、振動,騒音対
策も早期に行うことが出来、低振動,低騒音の回転機器
を提供することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は回転機の回転に起因する
振動の分析方法及び装置に関わり、特に小型で高速の回
転機の回転次数比分析方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】回転機の振動,騒音の分析には回転周波
数を基準にした回転次数比分析方法が用いられている。
回転次数比分析は蒸気タービンブレードの振動解析,自
動車エンジンの振動解析等で有名であり、回転機の振動
解析には極めて有用な方法である。図3にアナログ方式
の従来の回転次数比分析の方法を示す。この方法では被
測定物1の回転の周波数を検出するための回転パルス発
生器2が必要で回転軸に継ぎ手3を設け、回転パルス発
生器2に接続して回転パルスを取り出すことになる。振
動は振動ピックアップ4、騒音の場合はマイクロホン5
で取り出し、トラッキングフィルター6に送られる。一
方、回転パルス発生器2からの回転パルスは周波数ー電
圧変換器7により回転周波数に比例した直流電圧に変え
られ、トラッキングフィルター6の通過周波数を決定す
る。これにより、常に回転周波数の振動または騒音を取
り出すことが出来る。回転周波数の2倍,3倍などの周
波数についても周波数ー電圧変換器7の出力電圧を2
倍,3倍にすることにより分析が行われる。分析した結
果はXYレコーダー8に回転次数ー振動または騒音特
性,キャンベル線図などの形で表示される。
【0003】図4にディジタル方式の従来の回転次数比
分析方法を示す。この方法では被測定物1の回転の周波
数を検出するための回転パルス発生器2が必要で回転軸
に継ぎ手3を設け、回転パルス発生器2に接続して回転
パルスを取り出すことになる。振動は振動ピックアップ
4,騒音の場合はマイクロホン5で取り出し、2チャン
ネルのA/Dコンバーター9の片方のチャンネルに送ら
れる。一方、回転パルス発生器2からの回転パルスは周
波数−電圧変換器10により回転周波数に比例した直流
電圧に変えられ、A/Dコンバータ9のもう一つのチャ
ンネルに送られる。さらに10では回転パルスから1回
転あたり2のn乗個のパルスを作り、A/Dコンバータ
9のサンプリング周波数として用いる。A/D変換され
た信号はフーリエ変換器11に送られ、フーリエ変換さ
れ、周波数領域の信号となる。この信号がXYレコーダ
8に送られ、回転次数ー振動または騒音特性、キャンベ
ル線図などの形で表示される。1回転あたり2のn乗個
のパルスが必要なのはフーリエ変換が2の整数乗のデー
タ数を必要とすること、および洩れ(leakage )を発生
させないためである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これら従来の方法では
回転パルス発生器,回転継ぎ手が必要であるため、特に
小型の回転機に対しては適用しにくく、また継ぎ手を接
続することで振動系が変化したり、負荷が大きくなるな
どの問題があった。たとえば、電気掃除機用のモータで
は自動化ラインで流れ作業で組立,試験が行なわれるた
め、回転継ぎ手の着脱を伴なう回転次数比分析を行なう
ことは極めて困難であった。さらにディジタル方式の場
合、回転数の整数倍の周波数はサンプリングクロックと
同期がとれているが、整数倍でない周波数に対しては、
フーリエ変換特有の漏れ(leakage)が発生して周波数,
振幅とも正しい値が得られない問題がある。これを防止
するため、各種の窓関数が用いられるが十分ではなかっ
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の技術では、次の
問題があった。
【0006】1)測定のために回転パルスを検出する装
置を付加する必要があり、測定が大がかりになるため、
小型の回転機器の測定には不向きである。
【0007】2)ディジタル方式の場合には回転周波数
の整数倍でない周波数の分析に誤差が生じていた。
【0008】本発明の目的は上記の欠点を解消し、簡単
な方法で精度よく回転次数比分析を行なう方法及び装置
を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記の目的
を達成するために、窓関数を用いないで行なうフーリエ
変換の結果から真の回転周波数、さらに回転周波数に比
例して変わる周波数とそれぞれの真の振幅を求めること
により、回転次数比分析を行なうのである。
【0010】
【作用】すなわち、フーリエ変換によって得られた値は
位相情報を持つため、複素数になるのでこれの絶対値を
とることにより、振幅を求めることが出来る。ここで、
あらかじめ与えた周波数範囲の中で振幅が極大となる周
波数,振幅とその前後で次に振幅が大きくなる周波数と
振幅を求め、これらの値から以下の計算により、真の周
波数と真の振幅を予測するのである。真の周波数と振幅
はサンプリング周波数と回転周波数が同期している時
(すなわち、サンプリング周波数が1回転あたり2のn
乗になっている)には振幅が極大になる周波数と振幅に
一致する。しかし、同期の関係がくずれると漏れ(leak
age )の効果により真の振幅より小さくなるので、これ
を以下に示す計算により補正するのである。
【0011】すなわち、振動または騒音の信号を(数
1)のように与える。
【0012】
【数9】
【0013】ここに k:整数 α: 0≦α≦1 T:サンプリン
グ時間 これをフーリエ変換し、絶対値をとると(数2)が得ら
れる。
【0014】
【数10】
【0015】図2に示すように絶対値Rk,Rk+1が
得られた場合、RkとRk+1の関係は(数2)から
(数3)のように表わされる。
【0016】
【数11】
【0017】(数3)をαについて解くと(数4),
(数5)が得られる。
【0018】
【数12】
【0019】
【数13】
【0020】かくして真の周波数は(k+α)/Tによ
り求めることができる。
【0021】真の振幅Vは(数6),(数7)により求
める。
【0022】α≦0.5 のとき
【0023】
【数14】
【0024】0.5 ≦α≦1のとき
【0025】
【数15】
【0026】このように所定の周波数範囲の中で振幅が
極大となる周波数,振幅、その前後で次に振幅が大きい
周波数と振幅を用いることにより、真の周波数と振幅を
推定するのである。(数4),(数6),(数7)はk
が1より十分大きいとして近似した式にしてもよい。
【0027】
【実施例】本発明の実施例を図1に示す。
【0028】図1は本発明の構成を示す図で、被測定物
1からの振動を振動ピックアップ4または騒音をマイク
ロホン5により検出して1チャンネルのA/Dコンバー
タ12に送るのである。回転周波数とは独立の発振器1
3から供給されるクロック信号によりA/Dコンバータ
12の中でサンプリングされ、ディジタル信号に変換さ
れる。その後、1チャンネルのフーリエ変換器14によ
りフーリエ変換され、周波数領域の信号が得られる。こ
の信号から回転周波数を推定し、それをもとに回転周波
数に比例する周波数の成分の分析を行ない、回転次数比
と振幅の関係図、キャンベル線図などをXYレコーダ8
に表わすのである。このときの真の周波数,振幅の推定
は前記の作用の項で示した方式を用いるのである。図2
にフーリエ変換後の値と真の周波数f,真の振幅Vとの
関係を示す。Rk,Rk+1の値からf,α,Vを求め
るのである。
【0029】このようにして、回転次数比分析が行なわ
れると、被測定物の固有周波数が使用回転数の変化範囲
の中で、どの回転次数に一致して、共振し、大きくなる
かを知ることが出来る。
【0030】共振による振動,騒音を避ける方法として
は、補強ステーを追加して共振周波数を高くしたり、あ
るいは質量を付加して低くしたりする方法がある。どち
らにするかは回転次数比分析の結果から、判断するので
ある。
【0031】図5は電気掃除機の振動の回転次数比分析
例で、円の大きさが振動の大きさをあらわしている。6
00Hz付近に固有振動数があり、18000rpm 付近
で回転2次の振動と共振することがわかる。使用回転数
範囲から、固有振動数を667Hzから750Hz,33
3Hzから500Hzにすればよい。
【0032】図6は電気掃除機の固有振動数を高くし
て、共振を回避した場合である。15は回転子,16は
固定子でステータハウジング17に入れられている。1
9はエンドブラケットで羽根車18を収納している。6
00Hzの固有振動の振動モード(図示なし)からステ
ータハウジング17とエンドブラケット19の結合部分
付近の剛性が支配的であることがわかった。このため、
17と19の間に補強板20を挿入し、剛性を増加させ
た所、固有振動数を700Hzにすることが出来た。す
なわち、補強板20なしの時の固有振動数600Hzに
対し、補強板により700Hzの固有振動数が得られ
た。これにより、使用回転数の範囲内で、共振現象を発
生させないようにすることが出来、低振動,低騒音の電
気掃除機を提供出来た。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、回転パルス発振器,回
転継ぎ手を用いる必要がないため、小型の回転機器の振
動,騒音の回転次数比分析を簡単に、迅速に行うことが
出来るので、振動,騒音の対策も容易に出来、低振動,
低騒音の回転機器を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す構成図である。
【図2】本発明の実施例における計算手順を示す図であ
る。
【図3】アナログ方式による従来の回転次数比分析方法
を示す図である。
【図4】ディジタル方式による従来の回転次数比分析の
方法を示す図である。
【図5】電気掃除機用ファンモータの回転次数比分析例
を示す図である。
【図6】電気掃除機の固有振動数を変化させた場合を示
す図である。
【符号の説明】
1…被測定物、2…回転パルス発生器、3…回転継ぎ
手、4…振動ピックアップ、5…マイクロホン、6…ト
ラッキングフィルタ、7…周波数−電圧変換器、8…X
Yレコーダ、9…2チャンネルのA/Dコンバータ、1
0…周波数−電圧変換器、11…2チャンネルのフーリ
エ変換器、12…1チャンネルのA/Dコンバータ、1
3…発信器、14…1チャンネルのフーリエ変換器。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転体の各部の振動または騒音の信号から
    該回転体の回転周波数を推測し、該回転周波数に比例す
    る周波数を持つ成分の分析を行なうことを特徴とする回
    転次数比分析方法。
  2. 【請求項2】特許請求範囲第1項において、該回転周波
    数は該回転体の各部の振動または騒音をディジタル信号
    に変換後、窓関数を用いないでフーリエ変換した値の絶
    対値が所定の周波数範囲の中で極大となる周波数,振幅
    とそのすぐ上の周波数,振幅または、すぐ下の周波数,
    振幅とから求めることを特徴とする回転次数比分析方
    法。
  3. 【請求項3】特許請求範囲第2項において該回転周波数
    に比例する周波数及び振幅について所定の周波数範囲の
    なかで極大となる周波数と振幅とすぐ上の周波数、振幅
    またはすぐ下の周波数,振幅とから求めることを特徴と
    する回転次数比分析方法。
  4. 【請求項4】特許請求範囲第2項,第3項においてフー
    リエ変換した値の絶対値が極大となる周波数及びそのす
    ぐ上下で次に値が大きくなる周波数を下から順にFk,
    Fk+1、絶対値をそれぞれRk,Rk+1、サンプリ
    ング時間をTとした時、真の周波数を 【数1】 または近似的に 【数2】 として求めることを特徴とする回転次数比分析方法。
  5. 【請求項5】特許請求範囲第4項において真の周波数と
    Fkとの差をサンプリング時間Tで割った値をαとした
    とき、真の周波数に対応するフーリエ変換の絶対値をV
    0とすると 0≦α≦0.5 のとき 【数3】 0.5≦α≦1.0のとき 【数4】 で求めることを特徴とする回転次数比分析方法。
  6. 【請求項6】回転体の各部の振動または騒音の信号から
    該回転体の回転周波数を推測し、該回転周波数に比例す
    る周波数を持つ成分の分析を行なうことを特徴とする回
    転次数比分析装置。
  7. 【請求項7】特許請求範囲第6項において、該回転周波
    数は該回転体の各部の振動または騒音をディジタル信号
    に変換後、窓関数を用いないでフーリエ変換した値の絶
    対値が所定の周波数範囲の中で極大となる周波数,振幅
    とそのすぐ上の周波数,振幅または、すぐ下の周波数,
    振幅とから求めることを特徴とする回転次数比分析装
    置。
  8. 【請求項8】特許請求範囲第7項において該回転周波数
    に比例する周波数及び振幅について所定の周波数範囲の
    なかで極大となる周波数と振幅とすぐ上の周波数,振幅
    またはすぐ下の周波数,振幅とから求めることを特徴と
    する回転次数比分析装置。
  9. 【請求項9】特許請求範囲第7項,第8項においてフー
    リエ変換した値の絶対値が極大となる周波数及びそのす
    ぐ上下で次に値が大きくなる周波数を下から順にFk,
    Fk+1、絶対値をそれぞれRk,Rk+1、サンプリ
    ング時間をTとした時、真の周波数を 【数5】 または近似的に 【数6】 として求めることを特徴とする回転次数比分析装置。
  10. 【請求項10】特許請求範囲第9項において真の周波数
    とFkとの差をサンプリング時間Tで割った値をαとし
    たとき、真の周波数に対応するフーリエ変換の絶対値を
    V0とすると 0≦α≦0.5 のとき 【数7】 0.5≦α≦1.0のとき 【数8】 で求めることを特徴とする回転次数比分析装置。
  11. 【請求項11】被測定物の回転周波数と同期関係がない
    周波数でサンプリングを行なうアナログ,ディジタル変
    換器と該変換器のディジタル信号をフーリエ変換するフ
    ーリエ変換器を各一組備えたことを特徴とする回転次数
    比分析装置。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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