JPH08296699A - 回転体に対する電磁的回転加振装置及びそれを用いた回転体の制振装置 - Google Patents
回転体に対する電磁的回転加振装置及びそれを用いた回転体の制振装置Info
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- JPH08296699A JPH08296699A JP7127207A JP12720795A JPH08296699A JP H08296699 A JPH08296699 A JP H08296699A JP 7127207 A JP7127207 A JP 7127207A JP 12720795 A JP12720795 A JP 12720795A JP H08296699 A JPH08296699 A JP H08296699A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
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- G01M7/045—Monodirectional test stands in a circular direction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
- F16F15/03—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using magnetic or electromagnetic means
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 回転体に対して電磁的に効率よく任意の周波
数の回転加振力を付与する。また回転体のアンバランス
振動に対して同振幅で逆位相の振動を、回転体に対して
電磁的に与えることで、アンバランス振動を相殺し制振
する。 【構成】 ２極着磁されていて回転体１６に取り付けら
れるリング状の永久磁石１０と、コイルへの通電制御に
より回転磁界を発生するリング状のステータ１２と、前
記コイルに交流電力を供給する周波数可変の加振電源部
１４とを具備している。永久磁石とステータとは、それ
らの磁気半径が互いに異なる寸法を有し且つ磁石の着磁
方向と同じ方向で対向するように配置されていて、ステ
ータから発生する回転磁界と永久磁石との相互作用によ
り軸受で支持されている回転体に回転加振力を付与す
る。応用例として、回転体のアンバランス振動を相殺す
る制振装置がある。
数の回転加振力を付与する。また回転体のアンバランス
振動に対して同振幅で逆位相の振動を、回転体に対して
電磁的に与えることで、アンバランス振動を相殺し制振
する。 【構成】 ２極着磁されていて回転体１６に取り付けら
れるリング状の永久磁石１０と、コイルへの通電制御に
より回転磁界を発生するリング状のステータ１２と、前
記コイルに交流電力を供給する周波数可変の加振電源部
１４とを具備している。永久磁石とステータとは、それ
らの磁気半径が互いに異なる寸法を有し且つ磁石の着磁
方向と同じ方向で対向するように配置されていて、ステ
ータから発生する回転磁界と永久磁石との相互作用によ
り軸受で支持されている回転体に回転加振力を付与す
る。応用例として、回転体のアンバランス振動を相殺す
る制振装置がある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、軸受により支持されて
いる回転体を電磁的に回転加振する技術に関し、更に詳
しく述べると、２極に磁化されているリング状の磁石
と、コイルへの通電制御により回転磁界を発生するリン
グ状のステータとにより回転体に回転加振力を付与する
回転体に対する電磁的回転加振装置及びそれを用いた回
転体の制振装置に関するものである。
いる回転体を電磁的に回転加振する技術に関し、更に詳
しく述べると、２極に磁化されているリング状の磁石
と、コイルへの通電制御により回転磁界を発生するリン
グ状のステータとにより回転体に回転加振力を付与する
回転体に対する電磁的回転加振装置及びそれを用いた回
転体の制振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】回転機械は、回転数が上昇して固有振動
数と一致した場合、振動振幅が急激に増大する危険速度
を有している。危険速度を通過しないで使用する回転体
は、その影響による振動振幅を抑えるため試験を行い、
そのバランスを評価し適切なバランシングを行ってい
る。特に危険速度を通過させて定格回転数に達する回転
機械（１次通過型〜Ｎ次通過型）は、危険速度を通過す
るため上記回転体と同様に試験を行い、適切なバランシ
ングを実施しなければ定格回転数に到達しない。このよ
うに回転体については、必ずバランシングを実施してい
る。
数と一致した場合、振動振幅が急激に増大する危険速度
を有している。危険速度を通過しないで使用する回転体
は、その影響による振動振幅を抑えるため試験を行い、
そのバランスを評価し適切なバランシングを行ってい
る。特に危険速度を通過させて定格回転数に達する回転
機械（１次通過型〜Ｎ次通過型）は、危険速度を通過す
るため上記回転体と同様に試験を行い、適切なバランシ
ングを実施しなければ定格回転数に到達しない。このよ
うに回転体については、必ずバランシングを実施してい
る。
【０００３】従来のバランシング技術では、実際の回転
機械に回転体を組み込み、運転状態でアンバランス振動
を計測し、それに基づいて回転体にバランス・ウエイト
を付加したり、逆に回転体を削るなどの作業を行い振動
を抑制する。実際の回転試験では、各危険速度毎に振動
振幅把握からバランス計算・バランス修正を行わねばな
らず、極めて煩瑣であり多くの手間と時間がかかる作業
を必要とした。
機械に回転体を組み込み、運転状態でアンバランス振動
を計測し、それに基づいて回転体にバランス・ウエイト
を付加したり、逆に回転体を削るなどの作業を行い振動
を抑制する。実際の回転試験では、各危険速度毎に振動
振幅把握からバランス計算・バランス修正を行わねばな
らず、極めて煩瑣であり多くの手間と時間がかかる作業
を必要とした。
【０００４】このような問題を解決する一つの手法とし
て、近年、制御型磁気軸受を用いた変位フィードバック
制御が研究されている。制御型磁気軸受は、本来、回転
軸を軸受内の中立位置で常時保持されるように力を与え
るものである。そこで、制御型磁気軸受による制振は、
制御型磁気軸受に対して、アンバランス振動を相殺する
ような回転同期の加振力を重畳して加えることで、振動
を抑制して危険速度を通過させ、バランス評価を行おう
としている。このような手法は、例えば特開平４−３５
１３４８号公報に記載されている。
て、近年、制御型磁気軸受を用いた変位フィードバック
制御が研究されている。制御型磁気軸受は、本来、回転
軸を軸受内の中立位置で常時保持されるように力を与え
るものである。そこで、制御型磁気軸受による制振は、
制御型磁気軸受に対して、アンバランス振動を相殺する
ような回転同期の加振力を重畳して加えることで、振動
を抑制して危険速度を通過させ、バランス評価を行おう
としている。このような手法は、例えば特開平４−３５
１３４８号公報に記載されている。
【０００５】制御型磁気軸受は、基本的には磁性体であ
る回転軸を電磁アクチュエータで吸引して軸受内の中立
位置で保持するものであり、１箇所に２極の吸引力が作
用する電磁アクチュエータをＸＹ（軸をＺ方向とした時
に軸に垂直な面）の４方向に配置して運用する。加振力
を付与するための回転磁界を発生するためにはパーソナ
ルコンピュータ制御によるＤＳＰ（デジタルシグナルプ
ロセッサ）電力やトラッキングフィルタ回路などからＸ
軸とＹ軸にサイン波とコサイン波の回転同期単相電力を
クロス制御して吸引回転磁界作用をさせており、非常に
複雑な制御電源を必要とする。
る回転軸を電磁アクチュエータで吸引して軸受内の中立
位置で保持するものであり、１箇所に２極の吸引力が作
用する電磁アクチュエータをＸＹ（軸をＺ方向とした時
に軸に垂直な面）の４方向に配置して運用する。加振力
を付与するための回転磁界を発生するためにはパーソナ
ルコンピュータ制御によるＤＳＰ（デジタルシグナルプ
ロセッサ）電力やトラッキングフィルタ回路などからＸ
軸とＹ軸にサイン波とコサイン波の回転同期単相電力を
クロス制御して吸引回転磁界作用をさせており、非常に
複雑な制御電源を必要とする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし制御型磁気軸受
は、前述のように本質的には回転軸を軸受内の中立位置
で常時保持するように力を与え制御するものであるか
ら、アンバランスを相殺するような回転同期の加振力は
磁気軸受にとっては外乱となり、動作を不安定にする要
因となる。つまり、制御型磁気軸受の吸引回転磁界作用
による加振力は、変位フィードバックによるバネ効果と
速度フィードバックによる減衰効果を得るものであり、
制御型磁気軸受の本来の機能がこの外乱（加振力）を相
殺するように作動するため、特に難しい制御が必要とな
る。
は、前述のように本質的には回転軸を軸受内の中立位置
で常時保持するように力を与え制御するものであるか
ら、アンバランスを相殺するような回転同期の加振力は
磁気軸受にとっては外乱となり、動作を不安定にする要
因となる。つまり、制御型磁気軸受の吸引回転磁界作用
による加振力は、変位フィードバックによるバネ効果と
速度フィードバックによる減衰効果を得るものであり、
制御型磁気軸受の本来の機能がこの外乱（加振力）を相
殺するように作動するため、特に難しい制御が必要とな
る。
【０００７】また磁性体である回転軸を吸引する電磁ア
クチュエータの機能によれば、瞬時にはＸＹの４方向に
配置の一つしか機能しておらず、フルパワーで機能せず
加振力が小さいため、電磁アクチュエータが大型化す
る。また制御についても、フィードバック遅れなどの問
題を生じ、基本的には吸引であっても不必要な回転力も
生じてしまい、ホワーリング（自励振動）の原因とな
る。更にＤＳＰ応答性などから、高回転数・高次危険速
度の通過が困難である。
クチュエータの機能によれば、瞬時にはＸＹの４方向に
配置の一つしか機能しておらず、フルパワーで機能せず
加振力が小さいため、電磁アクチュエータが大型化す
る。また制御についても、フィードバック遅れなどの問
題を生じ、基本的には吸引であっても不必要な回転力も
生じてしまい、ホワーリング（自励振動）の原因とな
る。更にＤＳＰ応答性などから、高回転数・高次危険速
度の通過が困難である。
【０００８】本発明の目的は、回転体に対して電磁的に
効率よく任意の周波数の回転加振力を付与することがで
きる装置を提供することである。本発明の他の目的は、
回転体のアンバランス振動に対して同振幅で逆位相の振
動を、回転体に対して電磁的に与えることで、アンバラ
ンス振動を相殺する回転体の制振装置を提供することで
ある。
効率よく任意の周波数の回転加振力を付与することがで
きる装置を提供することである。本発明の他の目的は、
回転体のアンバランス振動に対して同振幅で逆位相の振
動を、回転体に対して電磁的に与えることで、アンバラ
ンス振動を相殺する回転体の制振装置を提供することで
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、軸受により支
持されている回転体を電磁的に加振する装置である。こ
の装置は、２極に磁化されていて回転体の中心軸と同心
状に取り付けられるリング状の磁石と、コイルへの通電
制御により回転磁界を発生するリング状のステータと、
前記コイルに交流電力を供給する周波数可変の加振電源
部とを具備していて、前記磁石と前記ステータとは、そ
れらの磁気半径が互いに異なる寸法を有し且つ前記磁石
の磁化方向と同じ方向で対向するように配置されてい
て、ステータから発生する回転磁界と磁石との相互作用
により回転体に回転加振力を付与するように構成されて
いる。
持されている回転体を電磁的に加振する装置である。こ
の装置は、２極に磁化されていて回転体の中心軸と同心
状に取り付けられるリング状の磁石と、コイルへの通電
制御により回転磁界を発生するリング状のステータと、
前記コイルに交流電力を供給する周波数可変の加振電源
部とを具備していて、前記磁石と前記ステータとは、そ
れらの磁気半径が互いに異なる寸法を有し且つ前記磁石
の磁化方向と同じ方向で対向するように配置されてい
て、ステータから発生する回転磁界と磁石との相互作用
により回転体に回転加振力を付与するように構成されて
いる。
【００１０】リング状の磁石は、回転軸に直接装着して
もよいし、回転軸に軸受を取り付けて該軸受の静止部側
に装着してもよい。磁石は永久磁石が好ましいが、電磁
石でもよい。例えばリング状の磁石を軸方向に２極着磁
した永久磁石とし、該永久磁石とステータとが軸方向で
対向するように配置する構成がある。あるいは、リング
状の磁石を径方向に２極着磁した永久磁石とし、該永久
磁石とステータとが同一平面上で径方向で対向するよう
に配置する構成でもよい。
もよいし、回転軸に軸受を取り付けて該軸受の静止部側
に装着してもよい。磁石は永久磁石が好ましいが、電磁
石でもよい。例えばリング状の磁石を軸方向に２極着磁
した永久磁石とし、該永久磁石とステータとが軸方向で
対向するように配置する構成がある。あるいは、リング
状の磁石を径方向に２極着磁した永久磁石とし、該永久
磁石とステータとが同一平面上で径方向で対向するよう
に配置する構成でもよい。
【００１１】また本発明は、上記の回転体に対する電磁
的回転加振装置を使用し、軸受によって支持されている
回転体のアンバランス振動を相殺する制振装置である。
この装置は、２極に磁化されていて回転体の中心軸と同
心状に取り付けられるリング状の磁石と、コイルへの通
電制御により回転磁界を発生するステータを具備し、前
記磁石と前記ステータとは、それらの磁気半径が互いに
異なる寸法を有し且つ磁石の磁化方向と同じ方向で対向
するように配置されていて、ステータから発生する回転
磁界と磁石との相互作用により回転体に回転加振力を付
与する電磁的回転加振部と、回転体の回転数を検出する
回転センサを備えた計測部と、該回転センサからの出力
パルスにより回転体の回転に同期した周波数のサイン波
信号を発生し、その信号の位相及び振幅を制御した駆動
出力を前記ステータのコイルに供給する制振電源部とを
具備している。そして回転体のアンバランス振動の位相
と逆位相で且つアンバランス振動の振幅にほぼ等しい振
動を前記電磁的回転加振部から発生させるように構成す
る。
的回転加振装置を使用し、軸受によって支持されている
回転体のアンバランス振動を相殺する制振装置である。
この装置は、２極に磁化されていて回転体の中心軸と同
心状に取り付けられるリング状の磁石と、コイルへの通
電制御により回転磁界を発生するステータを具備し、前
記磁石と前記ステータとは、それらの磁気半径が互いに
異なる寸法を有し且つ磁石の磁化方向と同じ方向で対向
するように配置されていて、ステータから発生する回転
磁界と磁石との相互作用により回転体に回転加振力を付
与する電磁的回転加振部と、回転体の回転数を検出する
回転センサを備えた計測部と、該回転センサからの出力
パルスにより回転体の回転に同期した周波数のサイン波
信号を発生し、その信号の位相及び振幅を制御した駆動
出力を前記ステータのコイルに供給する制振電源部とを
具備している。そして回転体のアンバランス振動の位相
と逆位相で且つアンバランス振動の振幅にほぼ等しい振
動を前記電磁的回転加振部から発生させるように構成す
る。
【００１２】この回転体の制振装置において、より好ま
しくは、計測部は、回転体の回転数を検出する回転セン
サの他に、回転体の振動を検出する振動センサと、両セ
ンサの出力によって振動の位相と振幅を求める計測器を
具備し、また制御電源部は、回転センサからの出力パル
スにより回転体の回転に同期した周波数の信号を発生さ
せる位相同期ループと、サイン波データを格納している
サインロムと、サインロムから読み出したサイン波デー
タによりＤＡ変換を行うＤＡ変換器と、前記計測器によ
り得られる回転体のアンバランス位相と逆位相となるよ
うにサインロムから出力するサイン波データを制御する
と共に回転体のアンバランス振幅にほぼ対応するように
ＤＡ変換器からの出力を制御する位相・電圧コントロー
ラとを具備している構成とする。
しくは、計測部は、回転体の回転数を検出する回転セン
サの他に、回転体の振動を検出する振動センサと、両セ
ンサの出力によって振動の位相と振幅を求める計測器を
具備し、また制御電源部は、回転センサからの出力パル
スにより回転体の回転に同期した周波数の信号を発生さ
せる位相同期ループと、サイン波データを格納している
サインロムと、サインロムから読み出したサイン波デー
タによりＤＡ変換を行うＤＡ変換器と、前記計測器によ
り得られる回転体のアンバランス位相と逆位相となるよ
うにサインロムから出力するサイン波データを制御する
と共に回転体のアンバランス振幅にほぼ対応するように
ＤＡ変換器からの出力を制御する位相・電圧コントロー
ラとを具備している構成とする。
【００１３】
【作用】回転体に対する電磁的加振装置では、磁石とス
テータとは、それらの磁気半径が互いに異なる寸法を有
し且つ前記磁石の磁化方向と同じ方向で対向するように
配置されているために、ステータから発生する磁界と磁
石との反発・吸引の相互作用による合力は、中心軸方向
に対して垂直な面内に働く。そして、この力が、ステー
タから発生する回転磁界に応じて回転する。これによっ
て回転体には回転加振力が付与れさることになる。ステ
ータに供給する交流電流の電流値、周波数、及び位相に
よって回転加振力を自由に制御できる。
テータとは、それらの磁気半径が互いに異なる寸法を有
し且つ前記磁石の磁化方向と同じ方向で対向するように
配置されているために、ステータから発生する磁界と磁
石との反発・吸引の相互作用による合力は、中心軸方向
に対して垂直な面内に働く。そして、この力が、ステー
タから発生する回転磁界に応じて回転する。これによっ
て回転体には回転加振力が付与れさることになる。ステ
ータに供給する交流電流の電流値、周波数、及び位相に
よって回転加振力を自由に制御できる。
【００１４】回転体のアンバランス振動の位相と逆位相
で且つアンバランス振動の振幅にほぼ等しい振幅の振動
を電磁的に該回転体に付与すると、アンバランスが打ち
消される。例えば典型的な例を図１及び図２で模式的に
表す。図１の単振動の時間軸振動波形において、実線で
示したアンバランス振動応答に対して、破線で示した電
気的振動応答を与えることで、実線と破線との合成波形
は相殺する。このことをナイキスト線図で示したのが図
２であり、アンバランス振動応答の逆位相の電気的振動
応答を組み合わせることで合成振動応答は相殺する。危
険速度を通過する毎に、このような操作を行うことで、
Ｎ次危険速度の通過が可能となる。
で且つアンバランス振動の振幅にほぼ等しい振幅の振動
を電磁的に該回転体に付与すると、アンバランスが打ち
消される。例えば典型的な例を図１及び図２で模式的に
表す。図１の単振動の時間軸振動波形において、実線で
示したアンバランス振動応答に対して、破線で示した電
気的振動応答を与えることで、実線と破線との合成波形
は相殺する。このことをナイキスト線図で示したのが図
２であり、アンバランス振動応答の逆位相の電気的振動
応答を組み合わせることで合成振動応答は相殺する。危
険速度を通過する毎に、このような操作を行うことで、
Ｎ次危険速度の通過が可能となる。
【００１５】
【実施例】図３は本発明に係る回転体に対する電磁的回
転加振装置の一実施例を示す基本構成図である。この装
置は、受動型軸受（図示するを省略）により回転自在に
支持されている任意の回転体に回転加振力を付与するも
のであり、リング状の永久磁石１０とリング状のステー
タ１２と加振電源部１４とからなる。永久磁石１０は、
軸方向に２極着磁されていて、回転体１６（ここでは回
転体の軸１８）に同心状に装着されている。ステータ１
２は通常の誘導モータ等と同様の構成であってよく、そ
のコイルへの通電制御により実質的に２極の回転磁界を
発生するものである。永久磁石１０とステータ１２と
は、それらの磁気半径（磁極が形成される位置から中心
軸までの距離であり、永久磁石の磁気半径を符号Ｒ
1 で、ステータの磁気半径を符号Ｒ2 で示す）が互いに
異なる寸法を有し、且つ軸方向で対向するように配置さ
れている。加振電源部１４は、前記ステータ１２のコイ
ルに交流電力を供給する周波数可変のインバータであ
る。
転加振装置の一実施例を示す基本構成図である。この装
置は、受動型軸受（図示するを省略）により回転自在に
支持されている任意の回転体に回転加振力を付与するも
のであり、リング状の永久磁石１０とリング状のステー
タ１２と加振電源部１４とからなる。永久磁石１０は、
軸方向に２極着磁されていて、回転体１６（ここでは回
転体の軸１８）に同心状に装着されている。ステータ１
２は通常の誘導モータ等と同様の構成であってよく、そ
のコイルへの通電制御により実質的に２極の回転磁界を
発生するものである。永久磁石１０とステータ１２と
は、それらの磁気半径（磁極が形成される位置から中心
軸までの距離であり、永久磁石の磁気半径を符号Ｒ
1 で、ステータの磁気半径を符号Ｒ2 で示す）が互いに
異なる寸法を有し、且つ軸方向で対向するように配置さ
れている。加振電源部１４は、前記ステータ１２のコイ
ルに交流電力を供給する周波数可変のインバータであ
る。
【００１６】図３の構成において、リング状の永久磁石
１０は、例えば上面がＮ極に、下面がＳ極に着磁されて
いるとする。そして、コイルへの通電によって、ある瞬
間、ステータ１２には、図面右側がＳ極、図面左側がＮ
極の磁極が発生したとする。すると図面右側ではＳ極同
士の反発力による左上向きの電磁力が発生し、図面左側
ではＮＳ極間の吸引力による左下向きの電磁力が発生す
る。これらが合成すると、永久磁石１０の軸方向の分力
は逆方向であるため相殺されるが、軸方向に対して垂直
な（図面では水平面内の）分力Ｆ1 ，Ｆ2 は同方向とな
るため足し合わされて偏心力となる。ステータ１２に発
生する磁界の向きは、加振電源部１４から供給する交流
電力の周波数に応じて回転するため、永久磁石１０に印
加される電磁的な偏心力もその向きが回転する。この偏
心力は、ステータ１２に供給する交流電流の周波数と電
流値で制御できる。つまりステータ１２から発生する回
転磁界と永久磁石１０との相互作用によって、回転体１
６に所望の回転加振力を付与することができ、電気的入
力が質の良い回転振動ベクトル加振をもたらす。
１０は、例えば上面がＮ極に、下面がＳ極に着磁されて
いるとする。そして、コイルへの通電によって、ある瞬
間、ステータ１２には、図面右側がＳ極、図面左側がＮ
極の磁極が発生したとする。すると図面右側ではＳ極同
士の反発力による左上向きの電磁力が発生し、図面左側
ではＮＳ極間の吸引力による左下向きの電磁力が発生す
る。これらが合成すると、永久磁石１０の軸方向の分力
は逆方向であるため相殺されるが、軸方向に対して垂直
な（図面では水平面内の）分力Ｆ1 ，Ｆ2 は同方向とな
るため足し合わされて偏心力となる。ステータ１２に発
生する磁界の向きは、加振電源部１４から供給する交流
電力の周波数に応じて回転するため、永久磁石１０に印
加される電磁的な偏心力もその向きが回転する。この偏
心力は、ステータ１２に供給する交流電流の周波数と電
流値で制御できる。つまりステータ１２から発生する回
転磁界と永久磁石１０との相互作用によって、回転体１
６に所望の回転加振力を付与することができ、電気的入
力が質の良い回転振動ベクトル加振をもたらす。
【００１７】加振電源部１４として用いるインバータ
は、商用電気を一旦直流とし周波数に合わせて±の電圧
スイッチングを行い矩形波の電圧・周波数可変とするの
が一般的である。このような矩形波インバータは市販さ
れており容易に且つ安価に入手できる。加振交流電力の
波形は矩形波の他、サイン波でもよい。但し、サイン波
インバータは高価であり一般的ではない。
は、商用電気を一旦直流とし周波数に合わせて±の電圧
スイッチングを行い矩形波の電圧・周波数可変とするの
が一般的である。このような矩形波インバータは市販さ
れており容易に且つ安価に入手できる。加振交流電力の
波形は矩形波の他、サイン波でもよい。但し、サイン波
インバータは高価であり一般的ではない。
【００１８】本発明に係る回転体に対する回転加振装置
は、上記の実施例が最適と考えられるが、回転加振力を
付与するための構成としては、上記の例のみに限られる
ものではない。上記の例ではリング状の磁石として永久
磁石を使用しているが、永久磁石に代えて電磁石を用い
てもよい。その場合、図示するを省略するが、磁芯に巻
線を施した構造体を回転側に設けるためには、通常のＤ
Ｃモータのようなブラシを用いて巻線に通電すればよ
い。
は、上記の実施例が最適と考えられるが、回転加振力を
付与するための構成としては、上記の例のみに限られる
ものではない。上記の例ではリング状の磁石として永久
磁石を使用しているが、永久磁石に代えて電磁石を用い
てもよい。その場合、図示するを省略するが、磁芯に巻
線を施した構造体を回転側に設けるためには、通常のＤ
Ｃモータのようなブラシを用いて巻線に通電すればよ
い。
【００１９】磁石とステータを同一面に配置することも
可能である。その例を図４に示す。リング状の永久磁石
２０は、径方向に２極着磁（ここでは外周面がＳ極、内
周面がＮ極）されていて、回転体２１に取り付けられて
いる。回転体２１は軸受２２で回転自在に支持されてい
る。ステータ２３はリング状であって、コイルへの通電
制御により回転磁界を発生する構造である。この永久磁
石２０とステータ２３は、同一平面上に位置し径方向で
対向する（即ち、ステータ２３の内側に永久磁石２０が
位置する）ように配置されている。この構成において
も、例えばある瞬間にステータ２３により発生する磁界
が図４の状態であるとすると、回転体２０の左側では異
極の吸引力が生じ、右側では同極の反発力が生じて、回
転体２０に左向きの力が働く。この力がステータ２３に
よって発生する回転磁界と共に回転するため、回転体２
０は回転加振力を受けることになる。
可能である。その例を図４に示す。リング状の永久磁石
２０は、径方向に２極着磁（ここでは外周面がＳ極、内
周面がＮ極）されていて、回転体２１に取り付けられて
いる。回転体２１は軸受２２で回転自在に支持されてい
る。ステータ２３はリング状であって、コイルへの通電
制御により回転磁界を発生する構造である。この永久磁
石２０とステータ２３は、同一平面上に位置し径方向で
対向する（即ち、ステータ２３の内側に永久磁石２０が
位置する）ように配置されている。この構成において
も、例えばある瞬間にステータ２３により発生する磁界
が図４の状態であるとすると、回転体２０の左側では異
極の吸引力が生じ、右側では同極の反発力が生じて、回
転体２０に左向きの力が働く。この力がステータ２３に
よって発生する回転磁界と共に回転するため、回転体２
０は回転加振力を受けることになる。
【００２０】上記の両実施例では磁石を直接回転体に装
着しているが、軸受を介して取り付けてもよい。その例
を図５に示す。回転体２５にボール軸受２６を設け、そ
の静止部側にリング状の永久磁石２７を装着する。この
例は、図３と同様、軸方向に２極着磁したものである。
リング状のステータ２８は、前記永久磁石２７に対して
軸方向で対向するように配置する。このような軸受を介
する構成は、磁石が回転応力を受けない利点があり、電
磁石が組み込み易い。但し、軸受に軸受荷重が負荷され
ることになることから、軸受の焼き付きが生じないよう
に考慮する必要がある。
着しているが、軸受を介して取り付けてもよい。その例
を図５に示す。回転体２５にボール軸受２６を設け、そ
の静止部側にリング状の永久磁石２７を装着する。この
例は、図３と同様、軸方向に２極着磁したものである。
リング状のステータ２８は、前記永久磁石２７に対して
軸方向で対向するように配置する。このような軸受を介
する構成は、磁石が回転応力を受けない利点があり、電
磁石が組み込み易い。但し、軸受に軸受荷重が負荷され
ることになることから、軸受の焼き付きが生じないよう
に考慮する必要がある。
【００２１】上記回転体に対する電磁的回転加振装置の
一つの応用例としては、回転体の制振装置がある。その
概略構成の一例を図６に示す。適用した回転体３０は、
バネと減衰をもつ上下のラジアル軸受３２，３４で水平
面内（ＸＹ方向）の支持がなされ、同じくバネと減衰を
もつスラスト軸受３６で鉛直方向（Ｚ方向）の支持がな
されている。更に、永久磁石３８とステータ４０とから
なる回転用モータ４２を有し、そのステータ４０に駆動
用インバータ４４から通電することにより、回転体３０
が所望の速度で回転する。本発明に係る回転体の制振装
置は、電磁的回転加振部４６と、計測部４８と、制振電
源部５０とを具備し、回転体のアンバランス振動の位相
と逆位相で且つアンバランス振動の振幅にほぼ等しい振
幅の振動を前記電磁的回転加振部から発生させることに
より、回転体のアンバランス振動を相殺するように構成
されている。
一つの応用例としては、回転体の制振装置がある。その
概略構成の一例を図６に示す。適用した回転体３０は、
バネと減衰をもつ上下のラジアル軸受３２，３４で水平
面内（ＸＹ方向）の支持がなされ、同じくバネと減衰を
もつスラスト軸受３６で鉛直方向（Ｚ方向）の支持がな
されている。更に、永久磁石３８とステータ４０とから
なる回転用モータ４２を有し、そのステータ４０に駆動
用インバータ４４から通電することにより、回転体３０
が所望の速度で回転する。本発明に係る回転体の制振装
置は、電磁的回転加振部４６と、計測部４８と、制振電
源部５０とを具備し、回転体のアンバランス振動の位相
と逆位相で且つアンバランス振動の振幅にほぼ等しい振
幅の振動を前記電磁的回転加振部から発生させることに
より、回転体のアンバランス振動を相殺するように構成
されている。
【００２２】電磁的回転加振部４６の構成は、基本的に
は図３に示すものと同様であってよく、軸方向に２極着
磁されていて回転体の軸５２に装着するリング状の永久
磁石６０と、コイルへの通電制御により回転磁界を発生
するステータ６２とを具備している。前記永久磁石６０
と前記ステータ６２とは、それらの磁気半径が互いに異
なる寸法を有し且つ軸方向で対向するように配置されて
いて、ステータから発生する回転磁界と永久磁石との相
互作用により回転体に回転加振力を付与する構成であ
る。
は図３に示すものと同様であってよく、軸方向に２極着
磁されていて回転体の軸５２に装着するリング状の永久
磁石６０と、コイルへの通電制御により回転磁界を発生
するステータ６２とを具備している。前記永久磁石６０
と前記ステータ６２とは、それらの磁気半径が互いに異
なる寸法を有し且つ軸方向で対向するように配置されて
いて、ステータから発生する回転磁界と永久磁石との相
互作用により回転体に回転加振力を付与する構成であ
る。
【００２３】計測部４８は、回転体の回転数を検出する
回転センサ７０と、回転体の振動を検出する振動センサ
７２と、両センサ７０，７２の出力によって振動の位相
と振幅を求めるオシロスコープやＦＦＴ（高速フーリエ
変換器）などの計測器７４を具備している。
回転センサ７０と、回転体の振動を検出する振動センサ
７２と、両センサ７０，７２の出力によって振動の位相
と振幅を求めるオシロスコープやＦＦＴ（高速フーリエ
変換器）などの計測器７４を具備している。
【００２４】制振電源部５０は、前記回転センサ７０か
らの出力パルスにより回転体の回転に同期した周波数の
サイン波信号を発生し、その信号の位相及び振幅を制御
した駆動出力を前記電磁的回転加振部４６のステータ６
２のコイルに供給するものである。この実施例では、回
転センサ７０からの出力パルスにより回転体の回転に同
期した周波数の信号を発生する位相同期ループ（ＰＬ
Ｌ）８０と、サイン波データを格納しているサインロム
８２と、該サインロム８２から読み出したサイン波デー
タによりＤＡ変換を行うＤＡ変換器８４と、前記計測器
７４により得られる回転体のアンバランス位相と逆位相
となるようにサインロム８６から出力するサイン波デー
タを制御すると共に回転体のアンバランス振幅にほぼ対
応するようにＤＡ変換器７４からの出力を制御する位相
・電圧コントローラ８６とを具備している。位相・電圧
コントローラ８６は、位相同期ループ８０から得られる
回転体の回転に同期した信号と、計測器７４で把握でき
る振動応答とに基づき、ＤＡ変換器８４を制御するので
ある。この制振装置においては、計測部４８で振動状況
を把握し、制振電源部５０によって電磁的回転加振部４
６から回転体のアンバランス振動に応じた制振力を出力
することで行われる。
らの出力パルスにより回転体の回転に同期した周波数の
サイン波信号を発生し、その信号の位相及び振幅を制御
した駆動出力を前記電磁的回転加振部４６のステータ６
２のコイルに供給するものである。この実施例では、回
転センサ７０からの出力パルスにより回転体の回転に同
期した周波数の信号を発生する位相同期ループ（ＰＬ
Ｌ）８０と、サイン波データを格納しているサインロム
８２と、該サインロム８２から読み出したサイン波デー
タによりＤＡ変換を行うＤＡ変換器８４と、前記計測器
７４により得られる回転体のアンバランス位相と逆位相
となるようにサインロム８６から出力するサイン波デー
タを制御すると共に回転体のアンバランス振幅にほぼ対
応するようにＤＡ変換器７４からの出力を制御する位相
・電圧コントローラ８６とを具備している。位相・電圧
コントローラ８６は、位相同期ループ８０から得られる
回転体の回転に同期した信号と、計測器７４で把握でき
る振動応答とに基づき、ＤＡ変換器８４を制御するので
ある。この制振装置においては、計測部４８で振動状況
を把握し、制振電源部５０によって電磁的回転加振部４
６から回転体のアンバランス振動に応じた制振力を出力
することで行われる。
【００２５】上記の制振装置はクローズドループ制御方
式であるが、オープンループ制御方式にも適用できる。
回転体の振動を計測器で計測することで振動を把握す
る。それに基づき位相・電圧コントローラで位相と電圧
をマニュアル制御することで、制振が行える。予め回転
体の振動がすべて把握されていれば、計測部を有しない
システムでも位相・電圧コントローラをプログラム制御
することで、制振が行える。
式であるが、オープンループ制御方式にも適用できる。
回転体の振動を計測器で計測することで振動を把握す
る。それに基づき位相・電圧コントローラで位相と電圧
をマニュアル制御することで、制振が行える。予め回転
体の振動がすべて把握されていれば、計測部を有しない
システムでも位相・電圧コントローラをプログラム制御
することで、制振が行える。
【００２６】曲げ４次危険速度通過型の回転体につい
て、この種の制振装置を適用した結果の概略を図７に模
式的に示す。実験に用いた制振装置は、便宜的にオープ
ンループ制御方式のマニュアル制御をステップ的に行っ
た例である。図７のＡは振動相殺以前の振動スペクトル
の概略であり、Ｂは振動相殺後の振動スペクトルの概略
である。この制振装置による極く簡単な制御によって、
曲げ１次（ａ）〜曲げ４次（ｄ）まで振動許容値以下の
レベルまで制振されていることが分かる。
て、この種の制振装置を適用した結果の概略を図７に模
式的に示す。実験に用いた制振装置は、便宜的にオープ
ンループ制御方式のマニュアル制御をステップ的に行っ
た例である。図７のＡは振動相殺以前の振動スペクトル
の概略であり、Ｂは振動相殺後の振動スペクトルの概略
である。この制振装置による極く簡単な制御によって、
曲げ１次（ａ）〜曲げ４次（ｄ）まで振動許容値以下の
レベルまで制振されていることが分かる。
【００２７】本発明に係る回転体に対する電磁的回転加
振装置は、上記の制振装置への適用の他、アンバランス
量を算出して従来の技術であるモーダル法により釣り合
わせを行う回転バランサーとしても使用できる。その
他、回転場での振動評価（例えば軸受耐力評価、あるい
は回転場での危険速度変化など）にも適用できる。
振装置は、上記の制振装置への適用の他、アンバランス
量を算出して従来の技術であるモーダル法により釣り合
わせを行う回転バランサーとしても使用できる。その
他、回転場での振動評価（例えば軸受耐力評価、あるい
は回転場での危険速度変化など）にも適用できる。
【００２８】従来の軸受耐力評価は、回転体に試し重り
としてアンバランスを付加し、徐々にその量を増加させ
て、その度毎に回転試験を行っており、回転試験回数が
多く要し、工数が大きかった。それに対して本発明に係
る電磁的回転加振装置を用いて回転加振すると、危険速
度毎に振動振幅を大きくするなど任意に振動応答を与え
ることができる。そのため、軸受の使用限界条件動荷重
負荷による質の良い条件の下に、一度の回転試験で荷重
負荷パラメータを設定でき、効率的軸受耐力評価が行え
る。
としてアンバランスを付加し、徐々にその量を増加させ
て、その度毎に回転試験を行っており、回転試験回数が
多く要し、工数が大きかった。それに対して本発明に係
る電磁的回転加振装置を用いて回転加振すると、危険速
度毎に振動振幅を大きくするなど任意に振動応答を与え
ることができる。そのため、軸受の使用限界条件動荷重
負荷による質の良い条件の下に、一度の回転試験で荷重
負荷パラメータを設定でき、効率的軸受耐力評価が行え
る。
【００２９】また、回転場で本発明に係る電磁的回転加
振装置を用いると、回転体の回転数上昇に伴う共振点の
変化を捉えることができ、回転体の構造設計評価などに
反映できる。
振装置を用いると、回転体の回転数上昇に伴う共振点の
変化を捉えることができ、回転体の構造設計評価などに
反映できる。
【００３０】加振・制振電源部から供給する加振交流電
力の波形は、前記のように矩形波でもよいしサイン波で
もよい。振動評価は振動応答を得るもので入力が小さく
てよく、任意の周波数域でデータを採取するため矩形波
でよい。しかし特に制振に適用するには、単一周波数の
サイン波が望ましい。矩形波による加振は、基本周波数
と奇数倍周波数の複合加振となり（サイン波以外では、
これに類する加振となる）、そのため標的基本周波数加
振の時、奇数倍周波数に危険速度が存在すれば振動応答
するからである。矩形波インバータの場合は、奇数倍周
波数の電圧が倍数の順に小さくなること、加振力が周波
数に反比例することから振動応答は小さいが、基本周波
数をスイープしたときにスイープ域が広範囲となるので
注意を要する。逆に、この特性を利用すると、高周波領
域の加振が行えることになる。
力の波形は、前記のように矩形波でもよいしサイン波で
もよい。振動評価は振動応答を得るもので入力が小さく
てよく、任意の周波数域でデータを採取するため矩形波
でよい。しかし特に制振に適用するには、単一周波数の
サイン波が望ましい。矩形波による加振は、基本周波数
と奇数倍周波数の複合加振となり（サイン波以外では、
これに類する加振となる）、そのため標的基本周波数加
振の時、奇数倍周波数に危険速度が存在すれば振動応答
するからである。矩形波インバータの場合は、奇数倍周
波数の電圧が倍数の順に小さくなること、加振力が周波
数に反比例することから振動応答は小さいが、基本周波
数をスイープしたときにスイープ域が広範囲となるので
注意を要する。逆に、この特性を利用すると、高周波領
域の加振が行えることになる。
【００３１】加振・制振電源部は、図６に示す構成のみ
に限られるものではない。回転体からの出力を変換する
方法としては、上記の他、振動波形から同期フィルタ、
位相変換を経て増幅器で増幅する構成でもよい。また振
動・パルス出力を基準として発振する方法としては、
ホストパーソナルコンピュータを用いたＤＳＰ発振、
トリガ同期によるオシレータ発振、パーソナルコンピ
ュータ制御によるインバータ発振などもある。それら任
意の方法によって回転磁界電力を得ることができる。な
おこれらにおいては、回転磁界の位相と電力量を調整す
る機能を具備する必要がある。
に限られるものではない。回転体からの出力を変換する
方法としては、上記の他、振動波形から同期フィルタ、
位相変換を経て増幅器で増幅する構成でもよい。また振
動・パルス出力を基準として発振する方法としては、
ホストパーソナルコンピュータを用いたＤＳＰ発振、
トリガ同期によるオシレータ発振、パーソナルコンピ
ュータ制御によるインバータ発振などもある。それら任
意の方法によって回転磁界電力を得ることができる。な
おこれらにおいては、回転磁界の位相と電力量を調整す
る機能を具備する必要がある。
【００３２】なお上記の説明は、図１及び図２に示すよ
うに回転体が各危険速度で単独で振動応答する場合であ
る。しかし、回転体の構造などによっては、複数の危険
速度が接近し、そのため同一回転数で連成して振動する
場合がある。そのように連成して振動応答するために単
一の電磁的回転加振部では良好な制振が困難な場合に
は、任意の複数の箇所に電磁的回転加振部を設けてそれ
ぞれ制御することで、良好な制振を行うことができる。
うに回転体が各危険速度で単独で振動応答する場合であ
る。しかし、回転体の構造などによっては、複数の危険
速度が接近し、そのため同一回転数で連成して振動する
場合がある。そのように連成して振動応答するために単
一の電磁的回転加振部では良好な制振が困難な場合に
は、任意の複数の箇所に電磁的回転加振部を設けてそれ
ぞれ制御することで、良好な制振を行うことができる。
【００３３】
【発明の効果】本発明は上記のように、回転体を直接加
振する方式であり、回転体に対して電磁的に効率よく任
意の周波数の質の良い回転加振力を付与することができ
る。そのため、アンバランス量を算出し、従来の技術で
あるモーダル法によって釣り合わせを行う回転バランサ
ーとしても使用できる。また一度の回転試験で荷重負荷
パラメータを設定でき、効率的軸受耐力評価手法として
利用できる。更に回転体の回転数上昇に伴う共振点の変
化を捉えることができ、回転体の構造設計評価等に反映
できる。
振する方式であり、回転体に対して電磁的に効率よく任
意の周波数の質の良い回転加振力を付与することができ
る。そのため、アンバランス量を算出し、従来の技術で
あるモーダル法によって釣り合わせを行う回転バランサ
ーとしても使用できる。また一度の回転試験で荷重負荷
パラメータを設定でき、効率的軸受耐力評価手法として
利用できる。更に回転体の回転数上昇に伴う共振点の変
化を捉えることができ、回転体の構造設計評価等に反映
できる。
【００３４】本発明は、回転体のアンバランス振動に対
して同振幅で逆位相の振動を電磁的に与えるように構成
されているので、回転体のアンバランス振動を制御をほ
とんど必要とせずに相殺し制振することができる。この
装置は、現有する曲げ４次通過までは既に実証済みであ
り、更に危険速度の増加したＮ次通過型回転体にも適用
でき、高速回転する弾性回転体に対して、極めて有効で
ある。また、この制振装置は、回転時の温度上昇による
熱的アンバランス、回転応力による変形アンバランス、
流体アンバランスのように、過渡的な振動や不再現性の
振動に対しても十分に対応することができる。
して同振幅で逆位相の振動を電磁的に与えるように構成
されているので、回転体のアンバランス振動を制御をほ
とんど必要とせずに相殺し制振することができる。この
装置は、現有する曲げ４次通過までは既に実証済みであ
り、更に危険速度の増加したＮ次通過型回転体にも適用
でき、高速回転する弾性回転体に対して、極めて有効で
ある。また、この制振装置は、回転時の温度上昇による
熱的アンバランス、回転応力による変形アンバランス、
流体アンバランスのように、過渡的な振動や不再現性の
振動に対しても十分に対応することができる。
【図１】危険速度近傍における振動波形を示す説明図。
【図２】危険速度近傍におけるナイキスト線図の一例を
示す説明図。
示す説明図。
【図３】本発明に係る電磁的回転加振装置の一実施例を
示す概略説明図。
示す概略説明図。
【図４】本発明に係る電磁的回転加振装置の他の実施例
を示す説明図。
を示す説明図。
【図５】本発明に係る電磁的回転加振装置の更に他の実
施例を示す説明図。
施例を示す説明図。
【図６】本発明に係る制振装置の一実施例を示す概略ブ
ロック図。
ロック図。
【図７】振動相殺前後の振動スペクトルの一例を示す説
明図。
明図。
１０ リング状の永久磁石 １２ リング状のステータ １４ 加振電源部 １６ 回転体 １８ 軸
Claims (6)
- 【請求項１】 軸受により支持されている回転体を加振
する装置であって、２極に磁化されていて回転体の中心
軸と同心状に取り付けられるリング状の磁石と、コイル
への通電制御により回転磁界を発生するリング状のステ
ータと、前記コイルに交流電力を供給する周波数可変の
加振電源部とを具備し、前記磁石と前記ステータとは、
それらの磁気半径が互いに異なる寸法を有し且つ前記磁
石の磁化方向と同じ方向で対向するように配置されてい
て、ステータから発生する回転磁界と磁石との相互作用
により回転体に回転加振力を付与することを特徴とする
回転体に対する電磁的回転加振装置。 - 【請求項２】 リング状の磁石は軸方向に２極着磁した
永久磁石であり、該永久磁石とステータとが軸方向で対
向するように配置されている請求項１記載の電磁的回転
加振装置。 - 【請求項３】 リング状の磁石は径方向に２極着磁した
永久磁石であり、該永久磁石とステータとが同一平面上
で径方向で対向するように配置されている請求項１記載
の電磁的回転加振装置。 - 【請求項４】 回転体の回転軸に軸受を取り付け、該軸
受の静止部側にリング状の磁石を装着した請求項１、２
又は３記載の電磁的回転加振装置。 - 【請求項５】 軸受によって支持されている回転体のア
ンバランス振動を相殺する装置であって、２極に磁化さ
れていて回転体の中心軸と同心状に取り付けられるリン
グ状の磁石と、コイルへの通電制御により回転磁界を発
生するステータとを具備し、前記磁石と前記ステータと
は、それらの磁気半径が互いに異なる寸法を有し且つ前
記磁石の磁化方向と同じ方向で対向するように配置され
ていて、ステータから発生する回転磁界と磁石との相互
作用により回転体に回転加振力を付与する電磁的回転加
振部と、回転体の回転数を検出する回転センサを備えた
計測部と、該回転センサからの出力パルスにより回転体
の回転に同期した周波数のサイン波信号を発生し、その
信号の位相及び振幅を制御した駆動出力を前記ステータ
のコイルに供給する制振電源部と、を具備し、回転体の
アンバランス振動の位相と逆位相で且つアンバランス振
動の振幅にほぼ等しい振幅の振動を前記電磁的回転加振
部から発生させることを特徴とする回転体の制振装置。 - 【請求項６】 計測部は、回転体の回転数を検出する回
転センサの他に、回転体の振動を検出する振動センサ
と、両センサの出力によって振動の位相と振幅を求める
計測器を具備し、制御電源部は、回転センサからの出力
パルスにより回転体の回転に同期した周波数の信号を発
生させる位相同期ループと、サイン波データを格納して
いるサインロムと、サインロムから読み出したサイン波
データによりＤＡ変換を行うＤＡ変換器と、前記計測器
により得られる回転体のアンバランス位相と逆位相とな
るようにサインロムから出力するサイン波データを制御
すると共に回転体のアンバランス振幅にほぼ対応するよ
うにＤＡ変換器からの出力を制御する位相・電圧コント
ローラとを具備している請求項５記載の回転体の制振装
置。
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