JPH09292923A - 回転機 - Google Patents
回転機Info
- Publication number
- JPH09292923A JPH09292923A JP10830896A JP10830896A JPH09292923A JP H09292923 A JPH09292923 A JP H09292923A JP 10830896 A JP10830896 A JP 10830896A JP 10830896 A JP10830896 A JP 10830896A JP H09292923 A JPH09292923 A JP H09292923A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- yoke
- rotating machine
- vibration
- rotating
- differential
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転機の回転軸の振動を抑制し、広い範囲の
回転数において安定した回転動作をし得るようにする。 【解決手段】 回転機のシャフト3を2次ヨーク102
によって支持し、この2次ヨーク102に対応して電磁
石(101、LYa等)を配置し、距離センサ103Y
によりシャフト3を横切る方向の2次ヨーク102の変
位を検出し、このセンサから得られる検出信号に基づい
て、電磁石が発生する磁力を制御して、弾性体104の
ばね定数を変化させて、2次ヨーク102を介しシャフ
ト3の振動を広帯域に亙って抑制するようにした。
回転数において安定した回転動作をし得るようにする。 【解決手段】 回転機のシャフト3を2次ヨーク102
によって支持し、この2次ヨーク102に対応して電磁
石(101、LYa等)を配置し、距離センサ103Y
によりシャフト3を横切る方向の2次ヨーク102の変
位を検出し、このセンサから得られる検出信号に基づい
て、電磁石が発生する磁力を制御して、弾性体104の
ばね定数を変化させて、2次ヨーク102を介しシャフ
ト3の振動を広帯域に亙って抑制するようにした。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速かつ安定した
回転動作が必要とされる回転機に関する。
回転動作が必要とされる回転機に関する。
【0002】
【従来の技術】図10は紡糸工程内の繊維機械等に適用
されるオーバハングローラ付の回転機1の構成を示すも
のであり、同図には回転機1の軸線Jより片側の部分を
裁断した状態が示されている。同図に示す通り、回転機
1の本体は、駆動対象たる装置2に固定されている。3
は回転機1の回転軸たるシャフトであり、回転機1の本
体内部を貫通している。このシャフト3の周囲はロータ
6によって取り囲まれており、このロータ6に回転駆動
する磁力を発生するステータ7がロータ6を取り囲むよ
うに回転機本体の内側に取り付けられている。
されるオーバハングローラ付の回転機1の構成を示すも
のであり、同図には回転機1の軸線Jより片側の部分を
裁断した状態が示されている。同図に示す通り、回転機
1の本体は、駆動対象たる装置2に固定されている。3
は回転機1の回転軸たるシャフトであり、回転機1の本
体内部を貫通している。このシャフト3の周囲はロータ
6によって取り囲まれており、このロータ6に回転駆動
する磁力を発生するステータ7がロータ6を取り囲むよ
うに回転機本体の内側に取り付けられている。
【0003】シャフト3の一端部は、ボールベアリング
B1を介して本体端部の軸受部41により支持されてお
り、シャフト3の他端に至るまでの途中の部分は軸受部
42によりボールベアリングB2を介して支持される。
そして、軸受部42から回転機外部へ突出したシャフト
3の端部には、ローラ5が取り付けられている。回転機
1が発生する回転駆動力は、このローラ5を介し駆動対
象たる装置に伝達される。
B1を介して本体端部の軸受部41により支持されてお
り、シャフト3の他端に至るまでの途中の部分は軸受部
42によりボールベアリングB2を介して支持される。
そして、軸受部42から回転機外部へ突出したシャフト
3の端部には、ローラ5が取り付けられている。回転機
1が発生する回転駆動力は、このローラ5を介し駆動対
象たる装置に伝達される。
【0004】かかる構成を有する回転機1によれば、ス
テータ7が発生する磁力により、ロータ6により回転力
が付与され、この回転力がシャフト3を介してローラ5
に伝達される。そして、紡糸工程においては、このよう
に回転駆動されるローラ5より、糸に張力を付与した
り、または糸をガイドするといった処理が行われる。
テータ7が発生する磁力により、ロータ6により回転力
が付与され、この回転力がシャフト3を介してローラ5
に伝達される。そして、紡糸工程においては、このよう
に回転駆動されるローラ5より、糸に張力を付与した
り、または糸をガイドするといった処理が行われる。
【0005】また、最近は、生産効率の向上等の要請に
より、この種の回転機のローラが大型化しつつある。し
かし、ローラを大型化すると、これに伴って回転機の軸
端負荷および軸端質量が大きくなり、ローラを含む回転
系に不釣り合い量に基づく大きな振動が発生するという
問題が生じる。以下、この問題について、図14〜16
を参照して説明する。
より、この種の回転機のローラが大型化しつつある。し
かし、ローラを大型化すると、これに伴って回転機の軸
端負荷および軸端質量が大きくなり、ローラを含む回転
系に不釣り合い量に基づく大きな振動が発生するという
問題が生じる。以下、この問題について、図14〜16
を参照して説明する。
【0006】回転系に振動を生じさせないためには、少
なくとも回転系自体の構造が振動の要因となるものを含
まず、不釣り合い量を有していない状態にする必要があ
る。しかしながら、ロータ6等の回転系の個々の部品は
完全な軸対称形状とすることが困難であり、それらを組
み立てた回転系に至っては完全な軸対称に構成すること
は極めて困難であるため、回転系の重心と回転系の回転
軸との間にはどうしても若干のずれが生じてしまう。こ
のように重心が回転軸からずれた回転体を回転駆動した
場合、その回転速度に対応した周波数の振動が回転体に
生じる。さらにこのような重心のずれ以外にも回転系の
不釣り合い量を構成する原因が幾つかあり、かかる不釣
り合い量の起因した加振力が回転系に生じ、これによっ
て回転系に振動が生じることとなる。
なくとも回転系自体の構造が振動の要因となるものを含
まず、不釣り合い量を有していない状態にする必要があ
る。しかしながら、ロータ6等の回転系の個々の部品は
完全な軸対称形状とすることが困難であり、それらを組
み立てた回転系に至っては完全な軸対称に構成すること
は極めて困難であるため、回転系の重心と回転系の回転
軸との間にはどうしても若干のずれが生じてしまう。こ
のように重心が回転軸からずれた回転体を回転駆動した
場合、その回転速度に対応した周波数の振動が回転体に
生じる。さらにこのような重心のずれ以外にも回転系の
不釣り合い量を構成する原因が幾つかあり、かかる不釣
り合い量の起因した加振力が回転系に生じ、これによっ
て回転系に振動が生じることとなる。
【0007】図14は以上説明した不釣り合い量に起因
して回転体に生じる振動の特性を例示するものであり、
同図における曲線Aは、図10に示す回転機1を回転駆
動した場合の回転数Nとローラ5の代表点aに生じる振
動の振幅の関係を示している。一般にローラ、シャフト
等からなる回転系は固有振動数を有している。回転機1
の回転数が固有振動数以下である場合には、回転系が受
ける上記不釣り合い量に起因した加振の影響が少なく、
図14に示すようにローラ5には僅かな振幅の振動しか
生じない。従って、シャフト3に過度な曲げ応力が加わ
ることのない正常な回転動作が得られる(図15参
照)。
して回転体に生じる振動の特性を例示するものであり、
同図における曲線Aは、図10に示す回転機1を回転駆
動した場合の回転数Nとローラ5の代表点aに生じる振
動の振幅の関係を示している。一般にローラ、シャフト
等からなる回転系は固有振動数を有している。回転機1
の回転数が固有振動数以下である場合には、回転系が受
ける上記不釣り合い量に起因した加振の影響が少なく、
図14に示すようにローラ5には僅かな振幅の振動しか
生じない。従って、シャフト3に過度な曲げ応力が加わ
ることのない正常な回転動作が得られる(図15参
照)。
【0008】しかし、回転機1の回転数が固有振動数付
近になると、回転系がその不釣り合い量による加振力に
応じて過敏に反応することにより、ローラ等に大きな振
動が発生する。図14には1次固有振動数N1において
ローラ5の代表点aの振動が最大となる様子が示されて
いる。なお、実際は2次以上の高次の固有振動数が多数
存在するが、図14では2次以上の固有振動数の図示は
省略されている。そして、このように大きな振動がロー
ラ5に発生すると、極めて危険な状態となる(図16参
照)。なお、図16はシャフト3の曲がり具合が実際よ
り誇張して図示されている。
近になると、回転系がその不釣り合い量による加振力に
応じて過敏に反応することにより、ローラ等に大きな振
動が発生する。図14には1次固有振動数N1において
ローラ5の代表点aの振動が最大となる様子が示されて
いる。なお、実際は2次以上の高次の固有振動数が多数
存在するが、図14では2次以上の固有振動数の図示は
省略されている。そして、このように大きな振動がロー
ラ5に発生すると、極めて危険な状態となる(図16参
照)。なお、図16はシャフト3の曲がり具合が実際よ
り誇張して図示されている。
【0009】そこで、出願人は、上述した問題を解決す
るために、先に、特願平5ー45556号公報に記載さ
れている回転機の振動抑制装置を出願した。図11は上
記回転機の構成を示す一部裁断視断面図である。この図
において、200は、振動抑制装置であり、以下、この
振動抑制装置200の構成を説明する。102は、円筒
形状をなす2次ヨークであり、この2次ヨーク102の
内部をシャフト3が貫通している。この2次ヨーク10
2の軸方向に沿って中央から約半分の円筒部分はボール
ベアリングB1を介してシャフト3を支持しており、2
次ヨーク102の残りの円筒部分は、ゴム、金属ばね等
による弾性体104を介して回転機本体の端部に固定さ
れている。
るために、先に、特願平5ー45556号公報に記載さ
れている回転機の振動抑制装置を出願した。図11は上
記回転機の構成を示す一部裁断視断面図である。この図
において、200は、振動抑制装置であり、以下、この
振動抑制装置200の構成を説明する。102は、円筒
形状をなす2次ヨークであり、この2次ヨーク102の
内部をシャフト3が貫通している。この2次ヨーク10
2の軸方向に沿って中央から約半分の円筒部分はボール
ベアリングB1を介してシャフト3を支持しており、2
次ヨーク102の残りの円筒部分は、ゴム、金属ばね等
による弾性体104を介して回転機本体の端部に固定さ
れている。
【0010】1次ヨーク101は円環状をなしており、
2次ヨーク102と対向し、かつ、同心円をなすように
回転機本体の内壁に取り付けられている。図12に示す
ように、1次ヨーク101はその内周から2次ヨーク1
02のある側に向けて8個の磁極が突出しており、これ
らの磁極にはコイルLYa、LYb、LXa、LXb、
LYc、LYd、LXcおよびLXdが巻回されてい
る。
2次ヨーク102と対向し、かつ、同心円をなすように
回転機本体の内壁に取り付けられている。図12に示す
ように、1次ヨーク101はその内周から2次ヨーク1
02のある側に向けて8個の磁極が突出しており、これ
らの磁極にはコイルLYa、LYb、LXa、LXb、
LYc、LYd、LXcおよびLXdが巻回されてい
る。
【0011】コイルLYaおよびLYbは、直列接続ま
たは並列接続されており、これらに対する通電がおこな
われることにより、図12に破線および矢印によって、
示すように、1次ヨーク101→コイルLYb内の磁極
→2次ヨーク102→コイルLYa内の磁極→1次ヨー
ク101という磁路を通過する磁極が発生され、2次ヨ
ーク102がY方向に吸引されるようになっている。
たは並列接続されており、これらに対する通電がおこな
われることにより、図12に破線および矢印によって、
示すように、1次ヨーク101→コイルLYb内の磁極
→2次ヨーク102→コイルLYa内の磁極→1次ヨー
ク101という磁路を通過する磁極が発生され、2次ヨ
ーク102がY方向に吸引されるようになっている。
【0012】他の各コイルの組、すなわち、コイルLX
aおよびLXb、コイルLYcおよびLYd、コイルL
XcおよびLXdについても同様であり、これらの各組
をなすコイルおよび1次ヨーク101から突出した各磁
極により、2次ヨーク102をY方向およびX方向、ー
Y方向およびーX方向に吸引する電磁石が構成されてい
る。なお、1次ヨーク101および2次ヨーク102に
渦電流が発生し、これが2次ヨーク102に外乱として
作用する可能性があるが、この影響が看過できない場合
には、1次ヨーク101および2次ヨーク102を共に
積層構造として渦電流を低減すればよい。
aおよびLXb、コイルLYcおよびLYd、コイルL
XcおよびLXdについても同様であり、これらの各組
をなすコイルおよび1次ヨーク101から突出した各磁
極により、2次ヨーク102をY方向およびX方向、ー
Y方向およびーX方向に吸引する電磁石が構成されてい
る。なお、1次ヨーク101および2次ヨーク102に
渦電流が発生し、これが2次ヨーク102に外乱として
作用する可能性があるが、この影響が看過できない場合
には、1次ヨーク101および2次ヨーク102を共に
積層構造として渦電流を低減すればよい。
【0013】また、2次ヨーク102と対向するように
距離センサ103Xおよび103Yが配設されており、
これらの距離センサ103Xおよび103Yにより2次
ヨーク102までの距離に応じた検出信号が出力され
る。なお、図11では距離センサ103Yのみが図示さ
れている。距離センサ103Xおよび103Yとして
は、例えば、渦電流式のもの、または光学式のものを用
いればよい。
距離センサ103Xおよび103Yが配設されており、
これらの距離センサ103Xおよび103Yにより2次
ヨーク102までの距離に応じた検出信号が出力され
る。なお、図11では距離センサ103Yのみが図示さ
れている。距離センサ103Xおよび103Yとして
は、例えば、渦電流式のもの、または光学式のものを用
いればよい。
【0014】距離センサ103Yおよび103Xから得
られる検出信号は、図11に示す制振制御回路100へ
供給される。この制振制御回路100は各距離センサか
らの検出信号に基づいて、2次ヨーク102のY方向ま
たはX方向の振動を制御する磁束が発生されるようにコ
イルLYa、LYb、LXa、LXb、LYc、LY
d、LXc、LXdの通電量を制御するものである。
られる検出信号は、図11に示す制振制御回路100へ
供給される。この制振制御回路100は各距離センサか
らの検出信号に基づいて、2次ヨーク102のY方向ま
たはX方向の振動を制御する磁束が発生されるようにコ
イルLYa、LYb、LXa、LXb、LYc、LY
d、LXc、LXdの通電量を制御するものである。
【0015】図13は、制振制御回路100の全回路の
うち2次ヨーク102のY方向の振動の抑制に係わる部
分を示すものである。同図において、距離センサ103
Yから得られる検出振動は、センサアンプ111Yを介
してコントローラ112Yに与えられる。コントローラ
112Yは、センサアンプ111Yの出力信号に対して
PID制御を含む所定の処理を施し、出力信号を加算器
121Yおよび減算器122Yへ出力する。
うち2次ヨーク102のY方向の振動の抑制に係わる部
分を示すものである。同図において、距離センサ103
Yから得られる検出振動は、センサアンプ111Yを介
してコントローラ112Yに与えられる。コントローラ
112Yは、センサアンプ111Yの出力信号に対して
PID制御を含む所定の処理を施し、出力信号を加算器
121Yおよび減算器122Yへ出力する。
【0016】ここで、コントローラ112Yの出力信号
には比例要素(P)、積分要素(I)および微分要素
(D)が含まれるが、これらのうち比例要素(P)は、
シャフト3が振動しておらず2次ヨーク102が理想的
な位置にある状態では0となり、2次ヨーク102が理
想的な位置からY方向に変位するとその変位量に応じた
負の値となり、逆にーY方向に変位した場合には変位量
に応じた正の値となる。
には比例要素(P)、積分要素(I)および微分要素
(D)が含まれるが、これらのうち比例要素(P)は、
シャフト3が振動しておらず2次ヨーク102が理想的
な位置にある状態では0となり、2次ヨーク102が理
想的な位置からY方向に変位するとその変位量に応じた
負の値となり、逆にーY方向に変位した場合には変位量
に応じた正の値となる。
【0017】この比例要素(P)および積分要素(I)
は2次ヨーク102を定位置に維持する制御信号として
機能する。また、微分要素(D)は回転系の振動の減衰
係数を高めるための制御信号として機能する。加算器1
21Yは所定の一定電流指令値Sに対しコントローラ1
12Yの出力信号を加算して出力し、減算器122Yは
一定電流指令値Sからコントローラ112Yの出力電流
を減算して出力する。加算器121Yおよび減算器12
2Yの各出力信号はパワーアンプ131Yおよび132
Yに各々入力される。そして、パワーアンプ131Yは
コイルLYaおよびLYbを駆動し、他方、パワーアン
プ132YはコイルLYcおよびLYdを駆動する。
は2次ヨーク102を定位置に維持する制御信号として
機能する。また、微分要素(D)は回転系の振動の減衰
係数を高めるための制御信号として機能する。加算器1
21Yは所定の一定電流指令値Sに対しコントローラ1
12Yの出力信号を加算して出力し、減算器122Yは
一定電流指令値Sからコントローラ112Yの出力電流
を減算して出力する。加算器121Yおよび減算器12
2Yの各出力信号はパワーアンプ131Yおよび132
Yに各々入力される。そして、パワーアンプ131Yは
コイルLYaおよびLYbを駆動し、他方、パワーアン
プ132YはコイルLYcおよびLYdを駆動する。
【0018】以上、Y方向の振動抑制に係る回路構成を
説明したが、これと同様な構成を有し、距離センサ10
3Xの検出信号に基づいてコイルLXa、LXb、LX
c、LXdに対する通電量を制御する回路が制振制御回
路100内に設けられている。
説明したが、これと同様な構成を有し、距離センサ10
3Xの検出信号に基づいてコイルLXa、LXb、LX
c、LXdに対する通電量を制御する回路が制振制御回
路100内に設けられている。
【0019】以下、上述した図11に示す従来の回転機
の動作を説明する。装置に電源が供給されると、ステー
タ7が発生する磁界によりロータ6が回転駆動され、シ
ャフト3が回転する。回転機の回転数が1次固有振動数
よりも低く、シャフト3に大きな振動が発生せず2次ヨ
ーク102が理想的な位置にある場合には、コントロー
ラ112Yの出力信号は0となる。従って、この場合、
一定電流指令値Sに対応した電流が各コイルに供給され
ることとなり、2次ヨーク102はY方向、X方向、ー
Y方向およびーX方向の4方向に均等な磁力によって吸
引され、理想的な位置を維持する。
の動作を説明する。装置に電源が供給されると、ステー
タ7が発生する磁界によりロータ6が回転駆動され、シ
ャフト3が回転する。回転機の回転数が1次固有振動数
よりも低く、シャフト3に大きな振動が発生せず2次ヨ
ーク102が理想的な位置にある場合には、コントロー
ラ112Yの出力信号は0となる。従って、この場合、
一定電流指令値Sに対応した電流が各コイルに供給され
ることとなり、2次ヨーク102はY方向、X方向、ー
Y方向およびーX方向の4方向に均等な磁力によって吸
引され、理想的な位置を維持する。
【0020】これに対して、回転機の回転数が回転系の
1次固有振動数付近である場合には、シャフト3に軸方
向を横切る方向の大きな振動が発生し易くなる。かかる
振動が発生した場合、その振動はボールベアリングB1
を介して2次ヨーク102に伝達される。ここで、2次
ヨーク102が例えばY方向およびーY方向に振動した
とすると、この振動に基づく2次ヨーク102の変位が
図13に示す距離センサ103Yおよびセンサアンプ1
11Yを介してコントローラ112Yにより検出され、
コントローラ112Yからその変位量に応じた信号が出
力される。
1次固有振動数付近である場合には、シャフト3に軸方
向を横切る方向の大きな振動が発生し易くなる。かかる
振動が発生した場合、その振動はボールベアリングB1
を介して2次ヨーク102に伝達される。ここで、2次
ヨーク102が例えばY方向およびーY方向に振動した
とすると、この振動に基づく2次ヨーク102の変位が
図13に示す距離センサ103Yおよびセンサアンプ1
11Yを介してコントローラ112Yにより検出され、
コントローラ112Yからその変位量に応じた信号が出
力される。
【0021】ここで、コントローラ112Yの出力信号
中の比例要素(P)は、2次ヨーク102の変位方向が
Y方向の場合には負の値となって図12に示すコイルL
Ya、LYbの電流を減少せしめると共にコイルLYc
およびLYdの電流を増加させる。逆に2次ヨーク10
2方向の変位方向がーY方向である場合、比例要素
(P)は正となり、コイルLYaおよびLYbの電流を
増加せしめると共にコイルLYcおよびLYdの電流を
減少させる。
中の比例要素(P)は、2次ヨーク102の変位方向が
Y方向の場合には負の値となって図12に示すコイルL
Ya、LYbの電流を減少せしめると共にコイルLYc
およびLYdの電流を増加させる。逆に2次ヨーク10
2方向の変位方向がーY方向である場合、比例要素
(P)は正となり、コイルLYaおよびLYbの電流を
増加せしめると共にコイルLYcおよびLYdの電流を
減少させる。
【0022】このようなコントローラ112Yの出力信
号中の比例要素(P)と共に積分要素(I)が各コイル
の通電量の制御に使用されることにより、2次ヨーク1
02を介しシャフト3をY方向に関し定位置に維持する
制御が行われる。また、コントローラ112Yの出力信
号中の微分要素(D)は、上記比例要素(P)よりも位
相の進んだ状態で各コイルの通電量の制御に寄与し、シ
ャフト3の減衰係数を高める機能を果たす。
号中の比例要素(P)と共に積分要素(I)が各コイル
の通電量の制御に使用されることにより、2次ヨーク1
02を介しシャフト3をY方向に関し定位置に維持する
制御が行われる。また、コントローラ112Yの出力信
号中の微分要素(D)は、上記比例要素(P)よりも位
相の進んだ状態で各コイルの通電量の制御に寄与し、シ
ャフト3の減衰係数を高める機能を果たす。
【0023】2次ヨーク102のX方向の振動も、距離
センサ103Xから得られる検出信号に基づきY方向の
場合と同様な動作により制御される。
センサ103Xから得られる検出信号に基づきY方向の
場合と同様な動作により制御される。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の回転機(図11参照)においては、弾性体10
4のばね定数の大小により回転系の振動特性に影響を与
えることが知られている。図17は、上記弾性体104
のばね定数の大小が振動特性に与える影響を示す特性図
である。この図において、横軸は図11に示すシャフト
3の回転数を、縦軸はローラ5の代表点aのコンプライ
アンスを各々示す。また、曲線Lは弾性体104のばね
定数を大としたときの特性を、曲線Mは弾性体104の
ばね定数を中としたときの特性を、曲線Sは弾性体10
4のばね定数を小としたときの特性を各々示す。この図
において、コンプライアンスが小さいほど、ローラ5の
代表点aの振幅が小さい、すなわち、制振効果が高いこ
とを示す。つまり、図17からわかるように、弾性体1
04のばね定数を小さくすることにより、曲線Sのピー
ク付近の回転数においては、他の曲線L、Mに比してコ
ンプライアンスが小さく、すなわち、制振効果が高くな
る。この曲線Sのピーク付近の回転数は、回転系の1次
固有振動数付近のものである。
た従来の回転機(図11参照)においては、弾性体10
4のばね定数の大小により回転系の振動特性に影響を与
えることが知られている。図17は、上記弾性体104
のばね定数の大小が振動特性に与える影響を示す特性図
である。この図において、横軸は図11に示すシャフト
3の回転数を、縦軸はローラ5の代表点aのコンプライ
アンスを各々示す。また、曲線Lは弾性体104のばね
定数を大としたときの特性を、曲線Mは弾性体104の
ばね定数を中としたときの特性を、曲線Sは弾性体10
4のばね定数を小としたときの特性を各々示す。この図
において、コンプライアンスが小さいほど、ローラ5の
代表点aの振幅が小さい、すなわち、制振効果が高いこ
とを示す。つまり、図17からわかるように、弾性体1
04のばね定数を小さくすることにより、曲線Sのピー
ク付近の回転数においては、他の曲線L、Mに比してコ
ンプライアンスが小さく、すなわち、制振効果が高くな
る。この曲線Sのピーク付近の回転数は、回転系の1次
固有振動数付近のものである。
【0025】しかしながら、弾性体104のばね定数を
小さくすると、回転数が低い範囲においては、他の曲線
L、Mに比して曲線Sのコンプライアンスが大きく、す
なわち、制振効果が低くなる。これは、弾性体104の
ばね定数が小さくなることにより、重力による回転系の
静的たわみが増加するため、回転系が静止しているとき
の剛性(静剛性)が悪くなることによるものである。す
なわち、従来の回転機においては、弾性体104のばね
定数を小さくすると、回転系の1次固有振動数近傍の回
転数に対しては制振効果を高くすることができるが、逆
に回転系の1次固有振動数以下の回転数に対しては、制
振効果を高くすることができないことがわかる。
小さくすると、回転数が低い範囲においては、他の曲線
L、Mに比して曲線Sのコンプライアンスが大きく、す
なわち、制振効果が低くなる。これは、弾性体104の
ばね定数が小さくなることにより、重力による回転系の
静的たわみが増加するため、回転系が静止しているとき
の剛性(静剛性)が悪くなることによるものである。す
なわち、従来の回転機においては、弾性体104のばね
定数を小さくすると、回転系の1次固有振動数近傍の回
転数に対しては制振効果を高くすることができるが、逆
に回転系の1次固有振動数以下の回転数に対しては、制
振効果を高くすることができないことがわかる。
【0026】本発明は上述した事情に鑑みてなされたも
のであり、低域から高域までの広い範囲の回転数に亙っ
て回転機を高速、かつ、安全な状態で動作させることが
できる回転機を提供することを目的とする。
のであり、低域から高域までの広い範囲の回転数に亙っ
て回転機を高速、かつ、安全な状態で動作させることが
できる回転機を提供することを目的とする。
【0027】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、回転機の回転部を軸支するヨークと、前記ヨークに
対向配置された電磁石と、前記回転軸を横切る方向の前
記ヨークの変位を検出するセンサと、前記センサから得
られる検出信号を微分して、微分要素を生成する微分制
御手段と、前記センサから得られる検出信号から、前記
回転部の固有振動数より低い低域の周波数の信号をカッ
トするフィルタ手段と、前記フィルタ手段から得られる
高域の信号に比例した比例要素を生成する比例制御手段
と、前記微分要素および前記比例要素に基づいて、前記
電磁石により発生する磁力を制御し前記ヨークに生じる
振動を抑制するとともに、前記回転部の静剛性を制御す
る制御回路とを具備することを特徴とする。
は、回転機の回転部を軸支するヨークと、前記ヨークに
対向配置された電磁石と、前記回転軸を横切る方向の前
記ヨークの変位を検出するセンサと、前記センサから得
られる検出信号を微分して、微分要素を生成する微分制
御手段と、前記センサから得られる検出信号から、前記
回転部の固有振動数より低い低域の周波数の信号をカッ
トするフィルタ手段と、前記フィルタ手段から得られる
高域の信号に比例した比例要素を生成する比例制御手段
と、前記微分要素および前記比例要素に基づいて、前記
電磁石により発生する磁力を制御し前記ヨークに生じる
振動を抑制するとともに、前記回転部の静剛性を制御す
る制御回路とを具備することを特徴とする。
【0028】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の回転機において、前記制御回路は、前記比例要素から
前記微分要素を減算した結果に基づいて、前記電磁石に
より発生する磁力を制御し前記ヨークに生じる振動を抑
制するとともに、前記回転部の静剛性を制御することを
特徴とする。
の回転機において、前記制御回路は、前記比例要素から
前記微分要素を減算した結果に基づいて、前記電磁石に
より発生する磁力を制御し前記ヨークに生じる振動を抑
制するとともに、前記回転部の静剛性を制御することを
特徴とする。
【0029】請求項3に記載の発明は、請求項1または
2に記載の回転機において、前記フィルタ手段は、前記
回転部の固有振動数より高い高域の周波数の信号のみを
通過させるハイパスフィルタであることを特徴とする。
2に記載の回転機において、前記フィルタ手段は、前記
回転部の固有振動数より高い高域の周波数の信号のみを
通過させるハイパスフィルタであることを特徴とする。
【0030】請求項4に記載の発明は、請求項1または
2に記載の回転機において、前記フィルタ手段は、前記
回転部の固有振動数近傍の周波数帯の信号のみを通過さ
せるバンドパスフィルタであることを特徴とする。
2に記載の回転機において、前記フィルタ手段は、前記
回転部の固有振動数近傍の周波数帯の信号のみを通過さ
せるバンドパスフィルタであることを特徴とする。
【0031】請求項5に記載の発明は、回転機の回転部
の一端部を軸支するヨークと、前記ヨークに対向配置さ
れた電磁石と、前記回転軸を横切る方向の前記ヨークの
変位を検出する第1のセンサと、前記第1のセンサから
得られる検出信号を微分して、第1の微分要素を生成す
る第1の微分制御手段と、前記回転軸を横切る方向の前
記回転軸の他端部の変位を検出する第2のセンサと、前
記第2のセンサから得られる検出信号を微分して、第2
の微分要素を生成する第2の微分制御手段と、前記第2
の微分要素から前記第1の微分要素を減算する減算手段
と、前記減算手段の減算結果に基づいて、前記電磁石に
より発生する磁力を制御し前記ヨークに生じる振動を抑
制する制御回路とを具備することを特徴とする。
の一端部を軸支するヨークと、前記ヨークに対向配置さ
れた電磁石と、前記回転軸を横切る方向の前記ヨークの
変位を検出する第1のセンサと、前記第1のセンサから
得られる検出信号を微分して、第1の微分要素を生成す
る第1の微分制御手段と、前記回転軸を横切る方向の前
記回転軸の他端部の変位を検出する第2のセンサと、前
記第2のセンサから得られる検出信号を微分して、第2
の微分要素を生成する第2の微分制御手段と、前記第2
の微分要素から前記第1の微分要素を減算する減算手段
と、前記減算手段の減算結果に基づいて、前記電磁石に
より発生する磁力を制御し前記ヨークに生じる振動を抑
制する制御回路とを具備することを特徴とする。
【0032】
<第1実施形態>以下、本発明の第1実施形態による回
転機について図面を参照して説明する。この第1実施形
態による回転機の機械的構成は、前述した図11に示す
ものと同一である。ただし、この第1実施形態による回
転機においては、図11に示す制振制御回路100に代
えて制振制御回路100aが設けられ、また、図11に
示す距離センサ306Yが設けられていないものとす
る。
転機について図面を参照して説明する。この第1実施形
態による回転機の機械的構成は、前述した図11に示す
ものと同一である。ただし、この第1実施形態による回
転機においては、図11に示す制振制御回路100に代
えて制振制御回路100aが設けられ、また、図11に
示す距離センサ306Yが設けられていないものとす
る。
【0033】図1は、本発明の第1実施形態による回転
機に適用される図11に示す制振制御回路100aの全
回路のうち2次ヨーク102のY方向の振動の制御に係
わる部分を示すものである。この図において、図13の
各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を
省略する。図1に示す制振制御回路100aにおいて
は、図13に示すコントローラ112Yに代えて、微分
制御器300Y、ハイパスフィルタ301Y、比例制御
器302Yおよび減算器303Yが設けられており、ま
た、図13に示す加算器121Yおよび減算器122Y
に代えて、減算器304Yおよび加算器305Yが設け
られている。なお、図11に示す制振制御回路100a
内には、距離センサ103X(図12参照)の検出振動
に基づいてコイルLXa、LXb、LXcおよびLXd
に対する通電量を制御する回路が設けられている。
機に適用される図11に示す制振制御回路100aの全
回路のうち2次ヨーク102のY方向の振動の制御に係
わる部分を示すものである。この図において、図13の
各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を
省略する。図1に示す制振制御回路100aにおいて
は、図13に示すコントローラ112Yに代えて、微分
制御器300Y、ハイパスフィルタ301Y、比例制御
器302Yおよび減算器303Yが設けられており、ま
た、図13に示す加算器121Yおよび減算器122Y
に代えて、減算器304Yおよび加算器305Yが設け
られている。なお、図11に示す制振制御回路100a
内には、距離センサ103X(図12参照)の検出振動
に基づいてコイルLXa、LXb、LXcおよびLXd
に対する通電量を制御する回路が設けられている。
【0034】図1に示す微分制御器300Yは、KD・
sなる伝達関数を有するオペアンプまたはディジタル回
路から構成されており、センサアンプ111Yを介して
入力される距離センサ103Yの検出信号を時間微分し
た値、すなわち、2次ヨーク102の変位の時間微分で
ある速度を、微分要素(D)として減算器303Yへ負
帰還する。この微分制御器300Yの伝達関数KD・s
において、KDは微分ゲインを、sはラプラス演算子を
各々表す。また、上記微分要素(D)は、前述したよう
に回転系の振動の減衰係数を高めるための制御信号とし
て機能する。
sなる伝達関数を有するオペアンプまたはディジタル回
路から構成されており、センサアンプ111Yを介して
入力される距離センサ103Yの検出信号を時間微分し
た値、すなわち、2次ヨーク102の変位の時間微分で
ある速度を、微分要素(D)として減算器303Yへ負
帰還する。この微分制御器300Yの伝達関数KD・s
において、KDは微分ゲインを、sはラプラス演算子を
各々表す。また、上記微分要素(D)は、前述したよう
に回転系の振動の減衰係数を高めるための制御信号とし
て機能する。
【0035】ハイパスフィルタ301Yは、図2(a)
に示す周波数特性および図2(b)に示す位相特性を有
しており、距離センサ103Yの検出信号のうち、低域
の周波数成分をカットし、高域の周波数成分のみを通過
させる。このハイパスフィルタ301Yの遮断周波数
は、回転系の1次固有振動数よりやや低い値とされてい
る。また、ハイパスフィルタ301Yの伝達関数は、一
例として0.01s/(0.01s+1)なる関数で表
される。
に示す周波数特性および図2(b)に示す位相特性を有
しており、距離センサ103Yの検出信号のうち、低域
の周波数成分をカットし、高域の周波数成分のみを通過
させる。このハイパスフィルタ301Yの遮断周波数
は、回転系の1次固有振動数よりやや低い値とされてい
る。また、ハイパスフィルタ301Yの伝達関数は、一
例として0.01s/(0.01s+1)なる関数で表
される。
【0036】図1に示す比例制御器302Yは、KPな
る伝達関数を有するオペアンプまたはディジタル回路か
ら構成されており、ハイパスフィルタ301Yの出力に
比例した値を、比例要素(P)として減算器303Yへ
正帰還する。上記伝達関数KPは、比例ゲインを表す。
この比例要素(P)は、2次ヨーク102のY方向の変
位量に比例した値となるので、比例要素(P)が変化す
るということは、弾性体104(図11参照)のばね定
数が変化するのと等価である。
る伝達関数を有するオペアンプまたはディジタル回路か
ら構成されており、ハイパスフィルタ301Yの出力に
比例した値を、比例要素(P)として減算器303Yへ
正帰還する。上記伝達関数KPは、比例ゲインを表す。
この比例要素(P)は、2次ヨーク102のY方向の変
位量に比例した値となるので、比例要素(P)が変化す
るということは、弾性体104(図11参照)のばね定
数が変化するのと等価である。
【0037】すなわち、比例要素(P)は、2次ヨーク
102がY方向に変位するとその変位量に応じた負の値
となり、逆にーY方向に変位するとその変位量に応じた
正の値となる。従って、図1に示す例では、比例要素
(P)を正帰還していることから、2次ヨーク102の
変位量に比例させて、等価的に弾性体104のばね定数
を小さくしていることになる。
102がY方向に変位するとその変位量に応じた負の値
となり、逆にーY方向に変位するとその変位量に応じた
正の値となる。従って、図1に示す例では、比例要素
(P)を正帰還していることから、2次ヨーク102の
変位量に比例させて、等価的に弾性体104のばね定数
を小さくしていることになる。
【0038】減算器303Yは、比例制御器302Yよ
り入力される比例要素(P)から、微分制御器300Y
より入力される微分要素(D)を減算する。減算器30
4Yは、所定の一定電流指令値Sから減算器303Yの
出力信号(減算結果)を減算してパワーアンプ131Y
へ出力する。加算器305Yは、一定値電流指令値Sと
減算器303Yの出力信号とを加算してパワーアンプ1
32Yへ出力する。
り入力される比例要素(P)から、微分制御器300Y
より入力される微分要素(D)を減算する。減算器30
4Yは、所定の一定電流指令値Sから減算器303Yの
出力信号(減算結果)を減算してパワーアンプ131Y
へ出力する。加算器305Yは、一定値電流指令値Sと
減算器303Yの出力信号とを加算してパワーアンプ1
32Yへ出力する。
【0039】次に、上述した第1実施形態による回転機
の動作を説明する。装置に電源が供給されると、図11
に示すステータ7が発生する磁界によりロータ6が回転
駆動され、シャフト3が回転する。回転機の回転数が1
次固有振動数よりも低い場合には、図1に示すハイパス
フィルタ301Yにセンサアンプ111Yの出力(距離
センサ103Yの検出信号)が入力されても、ハイパス
フィルタ301Yにより低域がカットされる。すなわ
ち、ハイパスフィルタ301Yの出力が0となり、従っ
て、比例制御器302Yの出力(比例要素(P))は0
となる。
の動作を説明する。装置に電源が供給されると、図11
に示すステータ7が発生する磁界によりロータ6が回転
駆動され、シャフト3が回転する。回転機の回転数が1
次固有振動数よりも低い場合には、図1に示すハイパス
フィルタ301Yにセンサアンプ111Yの出力(距離
センサ103Yの検出信号)が入力されても、ハイパス
フィルタ301Yにより低域がカットされる。すなわ
ち、ハイパスフィルタ301Yの出力が0となり、従っ
て、比例制御器302Yの出力(比例要素(P))は0
となる。
【0040】すなわち、回転機の回転数が1次固有振動
数より低い場合には、弾性体104のばね定数は、弾性
体104が本来持っている物理的な値のみとされ、従っ
て、低域における静剛性が高いままで、回転機が回転駆
動される。他方、微分制御器300Yの出力も、比例制
御器302Yと同様にして0となる。
数より低い場合には、弾性体104のばね定数は、弾性
体104が本来持っている物理的な値のみとされ、従っ
て、低域における静剛性が高いままで、回転機が回転駆
動される。他方、微分制御器300Yの出力も、比例制
御器302Yと同様にして0となる。
【0041】従って、この場合、一定電流指令値Sに対
応した電流がコイルLYa、LYb、LYcおよびLY
d(図12参照)に各々供給されることとなり、2次ヨ
ーク102はY方向、X方向、ーY方向およびーX方向
の4方向に均等な磁力によって吸引され、静剛性を高く
維持しつつ、かつ理想的な位置を維持する。
応した電流がコイルLYa、LYb、LYcおよびLY
d(図12参照)に各々供給されることとなり、2次ヨ
ーク102はY方向、X方向、ーY方向およびーX方向
の4方向に均等な磁力によって吸引され、静剛性を高く
維持しつつ、かつ理想的な位置を維持する。
【0042】これに対して、回転機の回転数が回転系の
1次固有振動数付近である場合には、シャフト3に軸方
向を横切る方向の大きな振動が発生し易くなる。かかる
振動が発生した場合、その振動はボールベアリングB1
を介して2次ヨーク102に伝達される。ここで、2次
ヨーク102が例えばY方向およびーY方向に振動した
とすると、この振動に基づく2次ヨーク102の変位が
距離センサ103Yにより検出され、図1に示す距離セ
ンサ103Yからは検出信号が微分制御器300Yおよ
びハイパスフィルタ301Yへ各々出力される。
1次固有振動数付近である場合には、シャフト3に軸方
向を横切る方向の大きな振動が発生し易くなる。かかる
振動が発生した場合、その振動はボールベアリングB1
を介して2次ヨーク102に伝達される。ここで、2次
ヨーク102が例えばY方向およびーY方向に振動した
とすると、この振動に基づく2次ヨーク102の変位が
距離センサ103Yにより検出され、図1に示す距離セ
ンサ103Yからは検出信号が微分制御器300Yおよ
びハイパスフィルタ301Yへ各々出力される。
【0043】これにより、上記検出信号は、ハイパスフ
ィルタ301Yを通過して、比例制御器302Yへ入力
され、比例制御器302Yからは、ハイパスフィルタ3
01Yの出力に比例した比例要素(P)が出力され、こ
の比例要素(P)は、減算器303Yへ正帰還される。
すなわち、比例要素(P)は、弾性体104のばね定数
を小さくするように作用する。
ィルタ301Yを通過して、比例制御器302Yへ入力
され、比例制御器302Yからは、ハイパスフィルタ3
01Yの出力に比例した比例要素(P)が出力され、こ
の比例要素(P)は、減算器303Yへ正帰還される。
すなわち、比例要素(P)は、弾性体104のばね定数
を小さくするように作用する。
【0044】他方、微分制御器300Yからは、2次ヨ
ーク102(図12参照)の変位量に応じた微分要素
(D)が減算器303Yへ出力される。この微分要素
(D)は、上記比例要素(P)よりも位相の進んだ状態
で各コイルの通電量の制御に寄与し、シャフト3の減衰
係数を高める機能を果たす。
ーク102(図12参照)の変位量に応じた微分要素
(D)が減算器303Yへ出力される。この微分要素
(D)は、上記比例要素(P)よりも位相の進んだ状態
で各コイルの通電量の制御に寄与し、シャフト3の減衰
係数を高める機能を果たす。
【0045】そして、減算器303Yの出力は、減算器
304Yおよび加算器305Yへ各々入力される。上記
減算器304Yおよび加算器305Yの出力のうち、比
例要素(P)は、弾性体104のばね定数を等価的に小
さくするように作用し、微分要素(D)は、回転系の減
衰係数を高めるように作用する。従って、2次ヨーク1
02の変位方向がY方向の場合には、コイルLYa、L
Ybの電流が減少すると共にコイルLYcおよびLYd
の電流が増加する。逆に2次ヨーク102方向の変位方
向がーY方向である場合、コイルLYaおよびLYbの
電流が増加すると共にコイルLYcおよびLYdの電流
が減少する。これにより、低域における静剛性を高く維
持したままの状態で、広帯域に亙ってシャフト3に生ず
る振動が抑制される。
304Yおよび加算器305Yへ各々入力される。上記
減算器304Yおよび加算器305Yの出力のうち、比
例要素(P)は、弾性体104のばね定数を等価的に小
さくするように作用し、微分要素(D)は、回転系の減
衰係数を高めるように作用する。従って、2次ヨーク1
02の変位方向がY方向の場合には、コイルLYa、L
Ybの電流が減少すると共にコイルLYcおよびLYd
の電流が増加する。逆に2次ヨーク102方向の変位方
向がーY方向である場合、コイルLYaおよびLYbの
電流が増加すると共にコイルLYcおよびLYdの電流
が減少する。これにより、低域における静剛性を高く維
持したままの状態で、広帯域に亙ってシャフト3に生ず
る振動が抑制される。
【0046】また、発明者は上述した第1実施形態によ
る回転機の効果を定量的に知るために、図11に示す第
1実施形態による回転機および従来の回転機(図10、
11参照)に各々生ずる振動の減衰特性を求めた。以
下、図3〜図6を参照して、第1実施形態による回転機
の効果について説明する。図3は、図1に示す制振制御
回路100aが適用された第1実施形態による回転機に
生ずる振動の減衰特性を示す特性図であり、図4は、図
10に示す従来の回転機に生ずる振動の減衰特性を示す
特性図である。また、図5は、図13に示す制振制御回
路100が適用された図11に示す従来の回転機に生ず
る振動の減衰特性を示す特性図であり、図6は、図1に
示す制振制御回路100aのハイパスフィルタ301Y
がない場合における第1実施形態による回転機に生ずる
振動の減衰特性を示す図である。
る回転機の効果を定量的に知るために、図11に示す第
1実施形態による回転機および従来の回転機(図10、
11参照)に各々生ずる振動の減衰特性を求めた。以
下、図3〜図6を参照して、第1実施形態による回転機
の効果について説明する。図3は、図1に示す制振制御
回路100aが適用された第1実施形態による回転機に
生ずる振動の減衰特性を示す特性図であり、図4は、図
10に示す従来の回転機に生ずる振動の減衰特性を示す
特性図である。また、図5は、図13に示す制振制御回
路100が適用された図11に示す従来の回転機に生ず
る振動の減衰特性を示す特性図であり、図6は、図1に
示す制振制御回路100aのハイパスフィルタ301Y
がない場合における第1実施形態による回転機に生ずる
振動の減衰特性を示す図である。
【0047】図3〜図6において、横軸は時間を、縦軸
は、図10および図11に示す回転機が静止している状
態に対する、図10および図11に示すローラ5の代表
点aおよび、図10に示すボールベアリングB1ならび
に図11に示すボールベアリングB1(2次ヨーク10
2)の変位を各々表す。また、図3〜図6において、曲
線H1は、時刻0.01以降に、図10および図11に
示すローラ5の代表点aに、同図に示す矢印F方向へ5
0(N)の力を付与し続けた場合の、ローラ5の代表点
aに生ずる振動の減衰特性を各々表す。他方、図3〜図
6に示す曲線H2は、上記曲線H1と同様にして図10
および図11に示すボールベアリングB1に生ずる振動
の減衰特性を各々表す。
は、図10および図11に示す回転機が静止している状
態に対する、図10および図11に示すローラ5の代表
点aおよび、図10に示すボールベアリングB1ならび
に図11に示すボールベアリングB1(2次ヨーク10
2)の変位を各々表す。また、図3〜図6において、曲
線H1は、時刻0.01以降に、図10および図11に
示すローラ5の代表点aに、同図に示す矢印F方向へ5
0(N)の力を付与し続けた場合の、ローラ5の代表点
aに生ずる振動の減衰特性を各々表す。他方、図3〜図
6に示す曲線H2は、上記曲線H1と同様にして図10
および図11に示すボールベアリングB1に生ずる振動
の減衰特性を各々表す。
【0048】まず、図3と図4および図5とを比較する
と、第1実施形態による回転機(図3参照)は、従来の
回転機(図4および図5参照)に比して、減衰特性が向
上していることがわかる。さらに、図3と図6とを比較
すると、図1に示すハイパスフィルタ301Yを設けた
ことにより、減衰収束時のローラ5の代表点aの変位
が、図6が2.1×10-5(m)であるのに対して、図
3は1.3×10-5(m)と大幅に小さくなっているこ
とがわかる。すなわち、ハイパスフィルタ301Yを設
けたことにより、第1実施形態による回転機は、静剛性
が悪化することなく、従来の回転機に比して減衰特性
(制振特性)を大幅に向上させることができるのであ
る。
と、第1実施形態による回転機(図3参照)は、従来の
回転機(図4および図5参照)に比して、減衰特性が向
上していることがわかる。さらに、図3と図6とを比較
すると、図1に示すハイパスフィルタ301Yを設けた
ことにより、減衰収束時のローラ5の代表点aの変位
が、図6が2.1×10-5(m)であるのに対して、図
3は1.3×10-5(m)と大幅に小さくなっているこ
とがわかる。すなわち、ハイパスフィルタ301Yを設
けたことにより、第1実施形態による回転機は、静剛性
が悪化することなく、従来の回転機に比して減衰特性
(制振特性)を大幅に向上させることができるのであ
る。
【0049】<第2実施形態>次に、本発明の第2実施
形態による回転機について説明する。この第2実施形態
による回転機の機械的構成は、前述した図11に示すも
のと同一である。ただし、この第2実施形態による回転
機においては、図11に示す距離センサ306Yが設け
られており、さらに、図1に示す制振制御回路100a
に代えて図7に示す制振制御回路100bが設けられて
いる。
形態による回転機について説明する。この第2実施形態
による回転機の機械的構成は、前述した図11に示すも
のと同一である。ただし、この第2実施形態による回転
機においては、図11に示す距離センサ306Yが設け
られており、さらに、図1に示す制振制御回路100a
に代えて図7に示す制振制御回路100bが設けられて
いる。
【0050】図11に示す距離センサ306Yは、ロー
ラ5の近傍に設けられており、同図に示す距離センサ1
03Yと同一構成とされている。この距離センサ306
Yは、自身とシャフト3までの距離に応じた検出信号を
出力する。また、図7示す制振制御回路100bにおい
ては、図1に示すハイパスフィルタ301Yおよび比例
制御器302Yに代えて、センサアンプ307Yおよび
微分制御器308Yが設けられている。上記センサアン
プ307Yは、距離センサ306Yから出力される検出
信号を増幅する。
ラ5の近傍に設けられており、同図に示す距離センサ1
03Yと同一構成とされている。この距離センサ306
Yは、自身とシャフト3までの距離に応じた検出信号を
出力する。また、図7示す制振制御回路100bにおい
ては、図1に示すハイパスフィルタ301Yおよび比例
制御器302Yに代えて、センサアンプ307Yおよび
微分制御器308Yが設けられている。上記センサアン
プ307Yは、距離センサ306Yから出力される検出
信号を増幅する。
【0051】微分制御器308Yは、Kr・sなる伝達
関数を有するオペアンプまたはディジタル回路から構成
されており、センサアンプ307Yを介して入力される
距離センサ306Yの検出信号を時間微分した値、すな
わち、ローラ5近傍のシャフト3の変位の時間微分であ
る速度を、微分要素(Dr)として減算器303Yへ正
帰還する。この微分制御器300Yの伝達関数Kr・s
において、Krは微分ゲインを表し、この微分ゲインK
rは、微分制御器300Yの微分ゲインKと異なる値に
設定されている。これら、微分ゲインKrおよびKは、
微分制御器300Y、308Y、減算器303Y、30
4Yおよび加算器305Yからなる制御システムの伝達
関数の特性根が安定領域に位置する値に設定されてい
る。
関数を有するオペアンプまたはディジタル回路から構成
されており、センサアンプ307Yを介して入力される
距離センサ306Yの検出信号を時間微分した値、すな
わち、ローラ5近傍のシャフト3の変位の時間微分であ
る速度を、微分要素(Dr)として減算器303Yへ正
帰還する。この微分制御器300Yの伝達関数Kr・s
において、Krは微分ゲインを表し、この微分ゲインK
rは、微分制御器300Yの微分ゲインKと異なる値に
設定されている。これら、微分ゲインKrおよびKは、
微分制御器300Y、308Y、減算器303Y、30
4Yおよび加算器305Yからなる制御システムの伝達
関数の特性根が安定領域に位置する値に設定されてい
る。
【0052】また、図7に示す減算器303Yには、微
分制御器300Yから出力される微分要素(D)が負帰
還入力され、他方、微分制御器308Yから出力される
微分要素(Dr)が正帰還入力されている。すなわち、
微分要素(D)と微分要素(D)とは、位相が逆転して
いる。これは、図16に実線で示すように、回転系の振
動が大きくなる1次固有振動数付近の回転数では、ロー
ラ5とボールベアリングB1との変位の方向(位相)が
反転するため、図7に示す減算器303Yにおいて微分
要素(D)と微分要素(Dr)を減算することにより、
上記変位の反転を相殺するためになされたものである。
但し、2次以上の固有振動数付近の回転数においては、
図7に示すローラ5とボールベアリングB1との変位の
位相が反転しない場合もあるため、この2次以上の固有
振動数の振動に影響を与えないように、上述した微分係
数KおよびKrが設定されている。
分制御器300Yから出力される微分要素(D)が負帰
還入力され、他方、微分制御器308Yから出力される
微分要素(Dr)が正帰還入力されている。すなわち、
微分要素(D)と微分要素(D)とは、位相が逆転して
いる。これは、図16に実線で示すように、回転系の振
動が大きくなる1次固有振動数付近の回転数では、ロー
ラ5とボールベアリングB1との変位の方向(位相)が
反転するため、図7に示す減算器303Yにおいて微分
要素(D)と微分要素(Dr)を減算することにより、
上記変位の反転を相殺するためになされたものである。
但し、2次以上の固有振動数付近の回転数においては、
図7に示すローラ5とボールベアリングB1との変位の
位相が反転しない場合もあるため、この2次以上の固有
振動数の振動に影響を与えないように、上述した微分係
数KおよびKrが設定されている。
【0053】次に、上述した第2実施形態による回転機
の動作を説明する。装置に電源が供給されると、ステー
タ7が発生する磁界によりロータ6が回転駆動され、シ
ャフト3が回転する。そして、今、回転機の回転数が回
転系の1次固有振動数付近になったとすると、図16に
実線で示すように回転系に振動が発生する。これによ
り、振動はボールベアリングB1を介して2次ヨーク1
02に伝達される。ここで、2次ヨーク102が例えば
Y方向およびーY方向に振動したとすると、この振動に
基づく2次ヨーク102の変位が距離センサ103Yに
より検出され、図7に示す微分制御器300Yからは、
2次ヨーク102の変位量に応じた微分要素(D)が減
算器303Yへ出力される。
の動作を説明する。装置に電源が供給されると、ステー
タ7が発生する磁界によりロータ6が回転駆動され、シ
ャフト3が回転する。そして、今、回転機の回転数が回
転系の1次固有振動数付近になったとすると、図16に
実線で示すように回転系に振動が発生する。これによ
り、振動はボールベアリングB1を介して2次ヨーク1
02に伝達される。ここで、2次ヨーク102が例えば
Y方向およびーY方向に振動したとすると、この振動に
基づく2次ヨーク102の変位が距離センサ103Yに
より検出され、図7に示す微分制御器300Yからは、
2次ヨーク102の変位量に応じた微分要素(D)が減
算器303Yへ出力される。
【0054】他方、ローラ5近傍のシャフト3は、ボー
ルベアリングB1の振動の方向と逆の方向、つまり、ー
Y方向およびY方向に振動したとすると、この振動に基
づくローラ5近傍のシャフト3の変位は、図11に示す
距離センサ306Yにより検出される。この距離センサ
306Yの検出信号は、図7に示すセンサアンプ307
Yにより増幅された後、微分制御器308Yへ入力され
る。これにより、微分制御器308Yからは、ローラ5
近傍のシャフト3の変位量に応じた微分要素(Dr)が
出力される。そして、減算器303Yの出力は、減算器
304Yおよび加算器305Yへ入力される。
ルベアリングB1の振動の方向と逆の方向、つまり、ー
Y方向およびY方向に振動したとすると、この振動に基
づくローラ5近傍のシャフト3の変位は、図11に示す
距離センサ306Yにより検出される。この距離センサ
306Yの検出信号は、図7に示すセンサアンプ307
Yにより増幅された後、微分制御器308Yへ入力され
る。これにより、微分制御器308Yからは、ローラ5
近傍のシャフト3の変位量に応じた微分要素(Dr)が
出力される。そして、減算器303Yの出力は、減算器
304Yおよび加算器305Yへ入力される。
【0055】これにより、減算器303Yは、上記微分
要素(Dr)から微分要素(D)を減算して、減算結果
を出力する。つまり、減算器303Yにおいては、ロー
ラ5近傍のシャフト3と2次ヨーク102の変位が相殺
される。以下、前述した動作を経て、制振制御がなされ
る。ここで、上述した第2実施形態による回転機に生ず
る振動の減衰特性を図8に示す。この図8からわかるよ
うに、この第2実施形態による回転機によれば、図3に
示す第1実施形態による回転機のものに比して、静剛性
を悪化させることなく、減衰特性をさらに向上させるこ
とができる。
要素(Dr)から微分要素(D)を減算して、減算結果
を出力する。つまり、減算器303Yにおいては、ロー
ラ5近傍のシャフト3と2次ヨーク102の変位が相殺
される。以下、前述した動作を経て、制振制御がなされ
る。ここで、上述した第2実施形態による回転機に生ず
る振動の減衰特性を図8に示す。この図8からわかるよ
うに、この第2実施形態による回転機によれば、図3に
示す第1実施形態による回転機のものに比して、静剛性
を悪化させることなく、減衰特性をさらに向上させるこ
とができる。
【0056】以上、本発明の一実施形態を図面を参照し
て詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限ら
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設
計変更等があっても本発明に含まれる。上述した第1実
施形態による回転機に適用される制振制御回路100a
(図1参照)は、図9に示す構成の回転機にも適用可能
であり、その効果は、第1実施形態による回転機と同様
である。この図9に示す回転機は、1次ヨーク101の
各磁極と2次ヨーク102との間の空隙部(図12参
照)に弾性体104を介挿し、2次ヨーク102を1次
ヨーク101により弾性支持した構成となっている。
て詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限ら
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設
計変更等があっても本発明に含まれる。上述した第1実
施形態による回転機に適用される制振制御回路100a
(図1参照)は、図9に示す構成の回転機にも適用可能
であり、その効果は、第1実施形態による回転機と同様
である。この図9に示す回転機は、1次ヨーク101の
各磁極と2次ヨーク102との間の空隙部(図12参
照)に弾性体104を介挿し、2次ヨーク102を1次
ヨーク101により弾性支持した構成となっている。
【0057】また、図1に示すハイパスフィルタ301
Yの周波数および位相特性は、回転系の1次固有振動数
に応じて適宜可変されるものとし、また、上記ハイパス
フィルタ301Yに代えて、1次固有振動数近傍の周波
数帯のみの信号を通過させるバンドパスフィルタを用い
てもよい。加えて、上述した第2実施形態による回転機
に適用される制振制御回路100b(図7参照)は、図
9に示す構成の回転機にも適用可能であり、その効果は
第2実施形態による回転機と同様である。
Yの周波数および位相特性は、回転系の1次固有振動数
に応じて適宜可変されるものとし、また、上記ハイパス
フィルタ301Yに代えて、1次固有振動数近傍の周波
数帯のみの信号を通過させるバンドパスフィルタを用い
てもよい。加えて、上述した第2実施形態による回転機
に適用される制振制御回路100b(図7参照)は、図
9に示す構成の回転機にも適用可能であり、その効果は
第2実施形態による回転機と同様である。
【0058】
【発明の効果】請求項1ないし4に記載の発明によれ
ば、微分要素によりヨークに生じる振動の減衰特性が向
上し、かつ、フィルタ手段により低域の周波数帯の信号
がカットされるので振動が低域であっても回転部の静剛
性を高く維持することができるという効果が得られる。
従って、請求項1ないし4に記載の発明によれば、低域
から高域までの広帯域に亙って、静剛性が高く、かつ振
動を抑制することができるという効果が得られる。
ば、微分要素によりヨークに生じる振動の減衰特性が向
上し、かつ、フィルタ手段により低域の周波数帯の信号
がカットされるので振動が低域であっても回転部の静剛
性を高く維持することができるという効果が得られる。
従って、請求項1ないし4に記載の発明によれば、低域
から高域までの広帯域に亙って、静剛性が高く、かつ振
動を抑制することができるという効果が得られる。
【0059】また、請求項5に記載の発明によれば、減
算手段により第2の微分要素から第1の微分要素を減算
しているので、互いに逆位相で生じる回転部の一端部の
振動変位と他端部の振動変位を相殺することができ、従
って、回転部の振動を抑制することができるという効果
が得られる。
算手段により第2の微分要素から第1の微分要素を減算
しているので、互いに逆位相で生じる回転部の一端部の
振動変位と他端部の振動変位を相殺することができ、従
って、回転部の振動を抑制することができるという効果
が得られる。
【図1】本発明の第1実施形態による回転機に適用され
る制振制御回路100aの構成を示すブロック図であ
る。
る制振制御回路100aの構成を示すブロック図であ
る。
【図2】図1に示すハイパスフィルタ301Yの周波数
および位相特性を示す特性図である。
および位相特性を示す特性図である。
【図3】図1に示す制振制御回路100aが適用された
第1実施形態による回転機に生ずる振動の減衰特性を示
す特性図である。
第1実施形態による回転機に生ずる振動の減衰特性を示
す特性図である。
【図4】図10に示す従来の回転機に生ずる振動の減衰
特性を示す特性図である。
特性を示す特性図である。
【図5】図13に示す制振制御回路100が適用された
図11に示す従来の回転機に生ずる振動の減衰特性を示
す特性図である。
図11に示す従来の回転機に生ずる振動の減衰特性を示
す特性図である。
【図6】図1に示す制振制御回路100aのハイパスフ
ィルタ301Yがない場合における第1実施形態による
回転機に生ずる振動の減衰特性を示す図である。
ィルタ301Yがない場合における第1実施形態による
回転機に生ずる振動の減衰特性を示す図である。
【図7】本発明の第2実施形態による回転機に適用され
る制振制御回路100bの構成を示すブロック図であ
る。
る制振制御回路100bの構成を示すブロック図であ
る。
【図8】図7に示す制振制御回路100bが適用された
第2実施形態による回転機に生ずる振動の減衰特性を示
す特性図である。
第2実施形態による回転機に生ずる振動の減衰特性を示
す特性図である。
【図9】本発明の第1および第2実施形態の変形例によ
る回転機の構成を示す一部裁断視断面図である。
る回転機の構成を示す一部裁断視断面図である。
【図10】従来の回転機の構成を示す一部裁断視断面図
である。
である。
【図11】従来の回転機の別の構成を示す一部裁断視断
面図である。
面図である。
【図12】図11に示すIーI’線視断面図である。
【図13】図11に示す振制御回路100の構成を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図14】図10に示す回転機における回転数とローラ
5に発生する振動との関係を説明する図である。
5に発生する振動との関係を説明する図である。
【図15】回転数が1次固有振動数と一致しない場合に
おける図10に示す回転機の挙動を説明する図である。
おける図10に示す回転機の挙動を説明する図である。
【図16】回転数が1次固有振動数と一致した場合にお
ける図10に示す回転機の挙動を説明する図である。
ける図10に示す回転機の挙動を説明する図である。
【図17】図11に示す弾性体104のばね定数を変化
させた場合における回転数とコンプライアンスとの関係
を説明する図である。
させた場合における回転数とコンプライアンスとの関係
を説明する図である。
1 回転機 3 シャフト 100a、100b 制振制御回路 101 1次ヨーク 102 2次ヨーク 103X、103Y、306Y 距離センサ 300Y、308Y 微分制御器 301Y ハイパスフィルタ 302Y 比例制御器 200 振動抑制装置 LYa、LYb、LXa、LXb、LXc、LYd、L
Xc、LXd コイル
Xc、LXd コイル
Claims (5)
- 【請求項1】 回転機の回転部を軸支するヨークと、 前記ヨークに対向配置された電磁石と、 前記回転軸を横切る方向の前記ヨークの変位を検出する
センサと、 前記センサから得られる検出信号を微分して、微分要素
を生成する微分制御手段と、 前記センサから得られる検出信号から、前記回転部の固
有振動数より低い低域の周波数の信号をカットするフィ
ルタ手段と、 前記フィルタ手段から得られる高域の信号に比例した比
例要素を生成する比例制御手段と、 前記微分要素および前記比例要素に基づいて、前記電磁
石により発生する磁力を制御し前記ヨークに生じる振動
を抑制するとともに、前記回転部の静剛性を制御する制
御回路と、 を具備することを特徴とする回転機。 - 【請求項2】 前記制御回路は、前記比例要素から前記
微分要素を減算した結果に基づいて、前記電磁石により
発生する磁力を制御し前記ヨークに生じる振動を抑制す
るとともに、前記回転部の静剛性を制御すること、 を特徴とする請求項1に記載の回転機。 - 【請求項3】 前記フィルタ手段は、前記回転部の固有
振動数より高い高域の周波数の信号のみを通過させるハ
イパスフィルタである、 ことを特徴とする請求項1または2に記載の回転機。 - 【請求項4】 前記フィルタ手段は、前記回転部の固有
振動数近傍の周波数帯の信号のみを通過させるバンドパ
スフィルタであること、 を特徴とする請求項1または2に記載の回転機。 - 【請求項5】 回転機の回転部の一端部を軸支するヨー
クと、 前記ヨークに対向配置された電磁石と、 前記回転軸を横切る方向の前記ヨークの変位を検出する
第1のセンサと、 前記第1のセンサから得られる検出信号を微分して、第
1の微分要素を生成する第1の微分制御手段と、 前記回転軸を横切る方向の前記回転軸の他端部の変位を
検出する第2のセンサと、 前記第2のセンサから得られる検出信号を微分して、第
2の微分要素を生成する第2の微分制御手段と、 前記第2の微分要素から前記第1の微分要素を減算する
減算手段と、 前記減算手段の減算結果に基づいて、前記電磁石により
発生する磁力を制御し前記ヨークに生じる振動を抑制す
る制御回路と、 を具備することを特徴とする回転機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10830896A JPH09292923A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 回転機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10830896A JPH09292923A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 回転機 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09292923A true JPH09292923A (ja) | 1997-11-11 |
Family
ID=14481422
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10830896A Pending JPH09292923A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 回転機 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09292923A (ja) |
-
1996
- 1996-04-26 JP JP10830896A patent/JPH09292923A/ja active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5504381A (en) | Vibration control device for rotating machine | |
EP1942282B1 (en) | Hybrid magnetic bearing | |
US5126641A (en) | Bidirectional variable reluctance actuator and system for active attenuation of vibration and structure borne noise utilizing same | |
EP0674112B2 (en) | Spindle apparatus | |
JPS5989821A (ja) | 制御形磁気軸受装置 | |
JPS63254219A (ja) | 流体軸受を有する回転機械振動の電磁的減少装置 | |
JPS645161B2 (ja) | ||
JP3259404B2 (ja) | 振動抑制装置 | |
KR100323328B1 (ko) | 회전기의진동억제장치 | |
JPH09292923A (ja) | 回転機 | |
JPH04229061A (ja) | 大振幅低周波振動装置 | |
JP4889350B2 (ja) | 磁気軸受装置 | |
JPH06173948A (ja) | 磁気軸受の磁気ダンパ装置及び磁気軸受装置 | |
WO2022224381A1 (ja) | ベアリングレスモータ | |
KR100575556B1 (ko) | 자기베어링 주축의 고정밀 진동제어 방법 | |
JP3336746B2 (ja) | 回転機の振動抑制装置 | |
Ye et al. | Vibration Suppression for Active Magnetic Bearings Using Adaptive Filter with Iterative Search Algorithm | |
JP5201713B2 (ja) | 磁気軸受装置 | |
JPH0640953Y2 (ja) | ターボ分子ポンプ | |
CN111945259B (zh) | 转子纺纱机的工作位的操作方法以及转子纺纱机 | |
JPH0221025A (ja) | 磁気軸受の制御装置 | |
JP2684882B2 (ja) | 回転体の振動抑制装置 | |
JPH0341214A (ja) | 非接触支持方法および装置 | |
JPH08251865A (ja) | 振動抑制回転機 | |
JP2575862B2 (ja) | 磁気軸受制御装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20060613 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060811 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061031 |
|
A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20070306 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |