JPH0826880B2 - 共振抑制装置 - Google Patents

共振抑制装置

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JPH0826880B2
JPH0826880B2 JP3082065A JP8206591A JPH0826880B2 JP H0826880 B2 JPH0826880 B2 JP H0826880B2 JP 3082065 A JP3082065 A JP 3082065A JP 8206591 A JP8206591 A JP 8206591A JP H0826880 B2 JPH0826880 B2 JP H0826880B2
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actuators
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陽一 金光
達雄 日向
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Ebara Research Co Ltd
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Ebara Corp
Ebara Research Co Ltd
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、回転系、典型的に
は、縦形ポンプを対象として、それの機械的共振を抑制
するための共振抑制装置に関連し、とりわけ、加速度セ
ンサで振動を検出して、これを軸受に連成された軸受円
盤と固定部材間に介装されているアクチュエータに対し
て電気的に帰還するようにした共振抑制装置に関するも
のである。
【0002】
【従来技術】従来、この種の共振抑制装置としては、図
6に示されるような機械的構成のものが多用されてい
た。即ち、回転軸1の上方端が、カプラ2を介して、回
転駆動源としての電動機3に連結されており、該軸1の
下方端には、羽根車4が固接されて、ケーシング5に囲
まれた羽根車室5a内に臨んでいる。電動機3は、ケー
シング5の上面5bに固定された電動機台6により支持
されて、該電動機台6内に回転軸1が収容されている。
そして、この回転軸1に関しては、電動機3から見て遠
端に位置する羽根車4側の遠端部1aが、ケーシング上
面5bに固定された電動機台6の底面部材6aに連成さ
れた遠端軸受7により回転自在に軸支され、更に電動機
3から見て近端に位置する電動機3側の近端部1bが、
電動機台6に固定された近端軸受8により回転自在に軸
支されている。
【0003】一方、電動機3の頂部には、支持棒9が立
設されており、該支持棒には、錘10が、該支持棒上櫂
動可能に装着されて、固定ネジ11により該支持棒上所
定位置に固定可能である。なお、5cは吸込み口であ
り、5dは吐出口である。
【0004】運転に際しては、電動機3に適宜給電する
と、カプラ2を介して回転軸1が回転駆動され、下方端
の羽根車4も羽根車室5a内で一体的に回転駆動され
て、ポンプ作用を呈し、これにより吸込み口5cから流
入する流体が吐出口5dに送り出されるのであるが、こ
の場合に、回転軸1の回転運動を起源として、両軸受
7、8やケーシング5や電動機台6や電動機3に波及す
る機械的振動は、支持棒9経由で錘10にも伝播し、こ
れを加振する。かくて、支持棒9上の所定位置にロック
ネジ11で固定された錘10が振れる際の反力により回
転軸1側の方の振動が抑制されるのであるが、このこと
を、別の表現で説明するならば、支持棒9上の錘10と
いう別の振動系が付加されたことで、回転軸1側(両軸
受7、8、電動機台6、ケーシング5、電動機3等を含
む)だけの振動系とは異なる周波数特性の別異の振動系
を一体的に構成し、結果として、運転周波数における系
の利得を小さく保ち、かつ系の共振周波数を運転周波数
から十分に乖離した値に移行させるような、支持棒9と
錘10による付加的な振動系が存在しうるということで
ある。
【0005】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、従前
の機械的な共振抑制装置にあっては、支持棒9上の錘1
0による付加的な振動系を用いるものであるところ、多
くの場合、ここでの錘10の重量が回転軸1側(ケーシ
ング5、電動機台6、電動機3を含む)の重量のかれこ
れ3%〜5%程度にも達するので、全体に嵩張った形態
となり、その分だけ余分の据付け空間が必要であるばか
りか、ポンプ固体ごとに、それの振動特性に合わせて、
錘10を選定したり、それの支持棒9上での固定位置を
櫂動調節したりするチューニング操作が煩雑であり、と
りわけ、可変速運転の場合には、運転周波数が時々変化
するのであるが、一般に、機械的な共振装置では、振動
系のQが過大な傾向にあるので、運転周波数の変化範囲
を固定的な共振抑制装置でカバーすることは困難であ
り、運転周波数の変化に応じて共振抑制装置の錘10を
支持棒9上で櫂動追従させなければならず、かかる櫂動
追従操作を伴うチューニング操作は、非現実的と言える
程度に煩雑であるという問題点を抱えていた。
【0006】
【問題点を解決するための手段】この発明は、従来技術
における機械的構成からの制約である過大な据付け空間
や煩雑なチューニング操作の問題点に鑑み、共振抑制の
機械的構成に代えて、電気的構成を採用し、加速度セン
サで回転軸起源の振動の加速度を検出して、これを軸受
に連成された軸受円盤と固定部材間で伸長収縮するアク
チュエータに対して90°遅相の速度成分の減衰項とし
て、電気的に帰還することで、振動を抑制し、これによ
り、上記問題点を解決し、据付け空間が大幅に削減され
てコンパクトになり、しかもチューニング操作が実際
上、全く必要とされない優れた共振抑制装置を提供せん
とするものである。
【0007】
【作用】この発明の構成は、回転駆動源としての電動機
3に回転駆動されて、回転軸1が回転運動する際に、こ
の回転運動起源の振動が、回転軸1の近端軸受8又は電
動機3近傍に配設された複数の加速度センサX3、Y3
に伝播すると、複数の加速度センサX3、Y3のうちの
X方向加速度センサX3とY方向加速度センサY3と
が、各別にそこに伝播された振動のX方向加速度とY方
向加速度とを検出して、それぞれ、X方向加速度信号S
1とY方向加速度信号S7とを出力し、前者の加速度信
号S1に応答して、X方向アクチュエータ駆動信号生成
手段X4が、該信号に対して90°遅相の減衰項(加速
度成分が積分されて成る速度成分)としての1対のX方
向アクチュエータ駆動信号S5、S6を互いに180°
位相差で1対のX方向アクチュエータX1、X2に対し
て各別に供給し、一方、後者の加速度信号S7に応答し
て、Y方向アクチュエータ駆動信号生成手段Y4が、該
信号に対して90°遅相の滅衰項としての1対のY方向
アクチュエータ駆動信号S8、S9を互に180°位相
差で1対のY方向アクチュエータY1、Y2に対して各
別に供給するが、この場合、1対のX方向アクチュエー
タY1、Y2は、回転軸1の遠端軸受7に連成された軸
受円盤6Aとケーシング上面5b等の固定部材間で、回
転軸1中心を通過するX方向線と回転軸1中心の1つの
同心円との交点に対応する箇所に回転軸1を介して対向
配置されており、一方、1対のY方向アクチュエータY
1、Y2は、該軸受円盤6Aと該固定部材間で、回転軸
1中心を通過し、X方向線に直交するY方向線と回転軸
1中心の1つの同心円との交点に対応する箇所に回転軸
1を介して対向配置されており、これら2対のアクチュ
エータX1、Y1、X2、Y2は、各別に、X方向アク
チュエータ駆動信号S5、S6とY方向アクチュエータ
駆動信号S8、S9とに応答して、伸長収縮するように
作用する。
【0008】
【実施例】この発明に係る共振抑制装置の一実施例を以
下に説明する。
【0009】図1A、図1B、図1Cにおいて、電動機
台6の底面は、回転軸1の遠端軸受7に連成された軸受
円盤6Aになっており、該軸受円盤6Aとケーシング上
面5bとの間には、2対4個のアクチュエータX1、X
2、Y1、Y2が介装されている。図1Cに明示されて
いるように、かかるアクチュエータX1、X2、Y1、
Y2のうち、1対のX方向アクチュエータX1、X2
は、回転軸1中心に対する直交平面上にあって、回転軸
1中心を通過するX方向線と回転軸1中心の1つの同心
円Lとの交点に対応する軸受円盤6A下面沿いの箇所に
回転軸1を介して対向配置されており、更に1対のY方
向アクチュエータY1、Y2は、同じ直交平面上にあっ
て、回転軸1中心を通過し、X方向線に直交するY方向
線と回転軸1中心の1つの同心円L(図1Cでは、X方
向アクチュエータX1、X2を通過する同心円と同じ同
心円になっているが、両同心円は相違するものであって
もよい)との交点に対応する軸受円盤6A下面沿いの箇
所に回転軸1を介して対向配置されている。
【0010】そして、かかるアクチュエータX1、X
2、Y1、Y2は、正極性の100V程度の駆動信号に
応答して、垂直方向、つまり回転軸1の軸方向に伸長
し、該駆動信号の消滅時に複旧収縮するピエゾ素子であ
り、このもの自体は、例えば、積層圧電アクチュエータ
(NEC製)として市販されている。
【0011】一方、電動機3の頂部には、回転軸1と中
心軸を共通にして、センサ支持盤20が固設されてお
り、該支持盤20には、X方向線沿いに、X方向加速度
を検出するためのX方向加速度センサX3が配設され、
更にY方向線沿いに、Y方向加速度を検出するためのY
方向加速度センサY3か配設されている。そして、かか
る加速度センサX3、Y3に関しては、回転軸1の回転
運動起源の振動のうち、遠端軸受7側の軸受円盤6Aに
対する近端軸受8側の相対的な振れの加速度を検出する
ためのものであるから、図1A中の加速度センサX3、
Y3のように、回転駆動源としての電動機3の近傍ばか
りではなく、近端軸受8の近傍や電動機台6の上半部外
壁等に配設されていてもよい。
【0012】なお、図1A、図1B、図1Cにおいて、
図6に示されている要素と同一の要素には、それぞれ同
一の符号が付されている。
【0013】次いで、図2に明示されているように、X
方向加速度センサX3の出力端子は、X方向アクチュエ
ータ駆動信号生成手段X4の入力端子Xiに接続され、
該信号生成手段X4の0゜相180°相両出力端子Xo
1、Xo2は、各別に記載の順序でX方向アクチュエー
タX1、X2に接続されている。更に、Y方向加速度セ
ンサY3の出力端子は、Y方向アクチュエータ駆動信号
生成手段Y4の入力端子Yiに接続され、該信号生成手
段Y4の0゜相180°相両出力端子Yo1、Yo2
は、各別に記載の順序でY方向アクチュエータY1、Y
2に接続されている。
【0014】かかるX方向アクチュエータ駆動信号生成
手段X4とY方向アクチュエータ駆動信号生成手段Y4
の内部構成を示すブロック図が図3であり、入力端子X
i/Yiは、積分系位相補償回路30の入力端子に接続
され、該補償回路30の出力端子は、二分されて、一方
は、正極性半波整流回路31の入力端子に接続され、他
方は、負極性半波正流回路32の入力端子に接続され、
前者の整流回路31の出力端子は高電圧増幅器33経由
で出力端子Xo1/Yo1に延び、後者の整流回路32
の出力端子は、記載の順序で縦続接続されたインバータ
34と高電圧増幅器35とを介して出力端子Xo2/Y
o2に延びている。
【0015】続いて、図4、図5をも参照しつつ、上記
実施例の動作を以下に説明する。
【0016】運転に際して、電動機3に通電すると、回
転軸1が回転駆動されて、その回転運動起源の振動が、
両軸受7、8経由で電動機台6や電動機3に伝播し、セ
ンサ支持盤20上の加速度センサX3、Y3にも到達す
る。この場合、センサ支持盤20は、下方で回転軸1を
駆動する電動機3の頂部に固定されているので、ここで
の加速度センサX3、Y3は、遠端軸受7に連成された
軸受円盤6Aに対しての相対的な振れの加速度を検出す
る。
【0017】いま、加速度センサX3、Y3に振動が伝
播し、両加速度センサX3、Y3のうち、X方向加速度
センサX3が、軸受円盤6Aに対する振れの加速度のX
方向ベクトル成分を検出すると、該センサX3は、X方
向加速度を表わすX方向加速度信号S1を出力する。こ
のX方向加速度信号S1は、入力端子Xi経由で、図3
に示されているX方向アクチュエータ駆動信号生成手段
X4中の積分系位相補償回路30に供給されて、ここで
略90°遅相が施されて、実質的に積分されるのである
が、この場合、加速度の積分は速度であるから、振れの
変位に対しては、それの微分値を表す速度信号S2、即
ち、ここではX方向変位に対してそれの微分値を表すX
方向速度信号が生成される。そして、かかる速度信号S
2に関しては、これを帰還することで、減衰項、つまり
振動を抑制する勢力として作用するものであることがよ
く知られており、更に、加速度信号S1から速度信号S
2への積分に関しても、必ずしも正確に90°遅相を施
すまでもなく、60°〜90°の範囲、好適には、70
°程度の遅相を施すことで、かかる遅相分をベクトル構
成する90°遅相成分と同相成分のうちの前者による減
衰項が、有効に作用するものであることもよく知られて
いる。
【0018】ここでの積分系位相補償回路30の周波数
特性を示すボード線図が図4であり、同図(A)(B)
は、それぞれ、利得曲線と位相曲線である。このボード
線図によれば、積分系位相補償回路30は、位相特性に
関しては、運転周波数ωでの位相Pnから共振周波数
ωでの位相Poまでの範囲内で、概ね一様に略80°
〜90°の遅相を入力信号としての加速度信号S1に対
して施して、速度信号S2を生成すると同時に、利得特
性に関しては、運転周波数での利得gに対して共振周
波数ωでの利得gを相当に上昇させることで、入力
された加速度信号S1の周波数成分が、運転周波数ω
を越えて共振周波数のωに接近するにつれて、滅衰項
としての速度信号S2の振幅を増大させるものである。
【0019】ここで図3に戻って、X方向アクチュエー
タ駆動信号生成手段X4中の積分系位相補償回路30か
らのX方向速度信号S2は、2分されて、回路自体とし
ては公知公用の正極性半波整流回路31と同様に公知公
用の負極性半波整流回路32とに供給され、前者の整流
回路31からは、正極性半波信号S3が得られ、これが
高電圧増幅器33で増幅されて、正極性半波で100V
程度のX方向アクチュエータ0°相駆動信号S5となっ
て、出力端子Xo1経由で、図1A、図1CのX方向ア
クチュエータX1に供給され、このとき、後者の整流回
路32からは、負極性半波信号S4が得られ、これがイ
ンバータ34で反転された後、高電圧増幅器35で増幅
されて、同様に正極性半波で100V程度のX方向アク
チュエータ180°相駆動信号S6となって、出力端子
Xo2経由で、図1A、図1CのX方向アクチュエータ
X2に供給される。
【0020】かかるX方向アクチュエータ駆動信号生成
手段X4中での主要な信号の位相関係を摸式的に示す波
形図が図5である。即ち、X方向加速度信号S1の余弦
波(図5(A))は、略90°遅相(図中では、簡明の
要請から、丁度の90°遅相)の結果、X方向速度信号
S2の正弦波(図5(B))となり、一方では、正方向
半波整流されて正極性半波信号S3(図5(C))とな
って、X方向アクチュエータ0°相駆動信号S5の波形
を支配し、他方では、負方向半波整流されて負極性半波
S4(図5(D)実線)となって、更に反転されて(図
5(D)点線)、X方向アクチュエータ180°相駆動
信号S6の波形を支配する。
【0021】従って、X方向アクチュエータ0°相駆動
信号S5の供給を受けたX方向アクチュエータX1と、
X方向アクチュエータ180°相駆動信号S6の供給を
受けたX方向アクチュエータX2は、X方向速度信号S
2に関して、180°位相差で半サイクルごとに交番的
に伸長し、復旧収縮して、減衰項勢力を実現するもので
ある。
【0022】以上の説明は、図2に戻って、X方向速度
センサX3からのX方向加速度信号S1に応答して、X
方向アクチュエータ駆動信号生成手段X4の経路で減衰
項勢力実現のためのX方向アクチュエータ駆動信号S
5、S6をX方向アクチュエータX1、X2に対して電
気的に帰還する動作に関するものであったが、Y方向加
速度センサY3からのY方向加速度信号S7に応答し
て、Y方向アクチュエータ駆動信号生成手段Y4の経路
で減衰項勢力実現のためのY方向アクチュエータ駆動信
号S8、S9をY方向アクチュエータY1、Y2に対し
て電気的に帰還する動作も全く同様に成立することは当
然であり、念のために言及するならば、両アクチュエー
タ駆動信号生成手段X4、Y4は、両加速度センサX
3、Y3で検出される振れの加速度の位相差、つまり両
センサX3、Y3からの、X方向とY方向の各別の加速
度信号の位相差を伴って、互いに独立の帰還動作を実現
するものである。
【0023】
【効果】この発明によれば、従前採用されていた共振抑
制のための機械的構成を廃止して、回転駆動源で回転駆
動される回転軸の近端軸受の近傍又は回転駆動源の近傍
に配設された加速度センサからの加速度信号依存で、ア
クチュエータ駆動信号生成手段が、90°遅相で減衰項
勢力実現のための速度信号をアクチュエータ駆動信号と
して、回転軸の遠端軸受に連成された軸受円盤と固定部
材間のアクチュエータに対して、電気的に帰還する構成
としたことにより、総体重量の3%〜5%にも達する重
量の錘を支持棒上に位置調整可能に固定する必要がなく
なるので、装置全体がコンパクトになり、その分だけ据
付け空間が節約できるばかりか、ポンプの固体ごとに手
動でチューニング操作を行う必要もなくなるので、取扱
い操作がすこぶる簡単になるという優れた効果が奏され
る。
【0024】とりわけ、可変速運転の場合であっても、
アクチュエータ駆動信号生成手段中の積分系位相補償回
路での周波数特性を適切に選定することで、可変速の周
波数範囲内で、十分に有効な減衰項勢力の実現が可能で
あるという利点は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図1A】この発明に係る共振抑制装置の一実施例の機
械的構成を示す断面図である。
【図1B】図1Aに示される装置のA−A矢視図であ
る。
【図1C】図1Aに示される装置のB−B矢視図であ
る。
【図2】この発明に係る共振抑制装置の一実施例の電気
的構成を示すブロック図である。
【図3】図2に示されるアクチュエータ駆動信号生成手
段X4、Y4の内部構成を示すブロック図である。
【図4】図3に示される積分系位相補償回路30の周波
数特性を示すボード線図で、(A)は利得曲線、(B)
は位相曲線である。
【図5】図3に示されるアクチュエータ駆動信号生成手
段X4、Y4内の主要な信号の位相を示す波形図で、
(A)は加速度信号S1、(B)は速度度信号S2、
(C)は正極性半波信号S5由来のアクチュエータ0°
相駆動信号S5、(D)は負極性半波信号S4由来のア
クチュエータ180°相駆動信号S6(点線)である。
【図6】従来装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1 回転軸 3 電動機 5 ケーシング 5b ケーシング上面 6 電動機台 6A 軸受円盤 7 遠端軸受 8 近端軸受 20 センサ支持盤 30 積分系位相補償回路 31 正極性半波整流回路 32 負極性半波整流回路 33、35 高電圧増幅器 34 インバータ X1、X2、Y1、Y2 アクチュエータ X3 X方向加速度センサ Y3 Y方向加速度センサ X4 X方向アクチュエータ駆動信号生成手段 Y4 Y方向アクチュエータ駆動信号生成手段

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転駆動源3と、 回転駆動源3により回転駆動される回転軸1と、 回転軸1の遠端部を回転自在に軸支する遠端軸受7と、 遠端軸受7に連成され、回転軸1中心に同心円的に延在
    する軸受円盤6Aと、 軸受円盤6Aと固定部材5bとの間に介装され、アクチ
    ュエータ駆動信号S5、S6、S8、S9に応答して、
    各別に回転軸1の軸方向に伸長収縮する複数個のアクチ
    ュエータX1、X2、Y1、Y2と、 回転軸1の近端を回転自在に軸支する近端軸受8と、 近端軸受8近傍又は回転駆動源3近傍に配設され、それ
    自体に付与された加速度を検出して、加速度信号S1、
    S7を出力する複数個の加速度センサX3、Y3と、 加速度信号S1、S7に応答して、アクチュエータ駆動
    信号S5、S6、S8、S9を出力するアクチュニータ
    駆動信号生成手段X4、Y4を備え、 上記複数個のアクチュエータX1、X2、Y1、Y2
    は、回転軸1中心線に対する直交平面上にあって、回転
    軸1中心を通過するX方向線と回転軸1中心の1つの同
    心円との交点に対応する軸受円盤6A下面沿いの箇所に
    回転軸1を介して対向配置された1対のX方向アクチュ
    エータX1、X2と、該直交平面上にあって、回転軸1
    中心を通過し、X方向線に直交するY方向線と回転軸1
    中心の1つの同心円との交点に対応する軸受円盤6A下
    面沿いの箇所に回転軸1を介して対向配置された1対の
    Y方向アクチュエータY1、Y2であり、 上記複数の加速度センサX3、Y3は、それ自体に付与
    されたX方向線沿いのX方向加速度を検出して、X方向
    加速度信号S1を出力するX方向加速度センサX3と、
    それ自体に付与されたY方向線沿いのY方向加速度を検
    出して、Y方向加速度信号S7を出力するY方向加速度
    センサY3であり、上記アクチュエータ駆動信号生成手段X4、Y4は 、X
    方向加速度センサX3からのX方向加速度信号S1に応
    答して、X方向加速度信号S1に対して略90°遅相で
    互いに180°位相差にある1対のX方向アクチュエー
    タ駆動信号S5、S6を1対のX方向アクチュエータX
    1、X2に対して各別に供給するX方向アクチュエータ
    駆動信号生成手段X4と、Y方向加速度センサY3から
    のY方向加速度信号S7に応答して、Y方向加速度信号
    S7に対して略90°遅相で互いに180°位相差にあ
    る1対のY方向アクチュエータ駆動信号S8、S9を1
    対のY方向アクチュエータY1、Y2に対して各別に供
    給するY方向アクチュエータ駆動信号生成手段Y4であ
    ることを特徴とする共振抑制装置。
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