JPS5933774B2 - 消振装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、主には地上の構造物あるいは船舶等におけ
る消振装置に関する。

従来の減損装置は、振動源と減損すべき箇所との間に緩
衝場を設けて振動の伝達をさえぎるか、または、弾性が
小さい台の上に振動源を載せる程度のものであり、減損
効果もあまり期待できず、防振対策としても消極的とい
う感を免れ得なかった。

この発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであって
、振動を確実に消振しうるきわめて有効な消振装置を提
供するものである。

この発明による消振装置は、消振すべき箇所に設置され
た起振機、この箇所の振動を検出し、振動の変位を表わ
す振動信号を出力する振動検出装置、振動信号から少な
くとも１つの所望の正弦波振動成分を取り出すとともに
、その正弦波振動成分の周波数を電圧に変換する周波数
分析装置、起振機による加振力を検出し、加振力を表わ
す正弦波信号と位相が１８０°異なる検出信号を出力す
る加振力検出装置、周波数分析装置から出力される正弦
波振動成分と加振力検出装置から出力される検出信号と
の位相差を検出し、位相差に応じた電圧信号を出力する
位相差検出装置、周波数分析装置からの周波数を表わす
電圧信号と位相差検出装置からの位相差に応じた電圧信
号とを加算する加算装置、および加算装置から出力され
る電圧信号にもとづいて、振動信号の所望の正弦波振動
成分と同周波数でかつ位相が１８０°異なるよう起振機
の駆動電動機を制御する電動機制御装置を備えたことを
特徴とする。

起振機としては、駆動電動機によって回転される回転軸
に不平衡重錘が取付けられているものを用いることがで
きる。

第１図イは垂直方向の正弦波加振力を発生する起振機の
原理図である。

ここでは、３組の不平衡重錘加振装置が並列に配置され
ている。

左右両側の加振装置の回転軸１ａ １ｃに、これの中
心から所要長さだけ遠心方向に離れた同位置に重錘２ａ
、２ｃが取付けられている。

また、中央の加振装置の回転軸１ｂには重錘２ａ。

２ｃと同位相位置に重錘２ｂが設けられている。

回転軸１ａ、１ｂ、１ｃには歯車機構等を介して１台の
駆動電動機から回転力が伝達され、回転軸１ａ、１ｃは
ともに同方向に、回転軸１ｂはこれらと反対方向に同相
で同期して回転される。

これにより、左右の加振装置からはともに（ＩＦ）の大
きさの加振モーメントが、中央の加振装置からはこれら
と反対方向に回転しかつ（２Ｆ）の大きさの加振モーメ
ントが発生される。

そして、同図Ａ−Ｄのように回転される過程で、上下方
向以外のすべての加振モーメントは相殺されるから、垂
直方向にのみ正弦波加振力が発生される。

水平方向の加振力を得るには、第２図岨こ示すように左
右の重錘２ａ 、２ｃの位相を中央のそれに対して１８
０°進ませる。

加振力の大きさは、重錘２ａ 、２ｂ 、２ｃの重量、
位置等を変更することによって変えることができる。

第１図ハに一部を示すように、１つの回転軸１に対して
２個の重錘２，２を取付け、かつこれらのうち少なくと
も一方の位置を可変とし、両重錘２，２の取付角度ノを
変えれば、両重錘２゜２の合成加振モーメントを変える
ことができるので、この装置は加振力の振巾を自動制御
する場合に有効である。

このような起振機は、消振すべき箇所、たとえば船舶の
場合には起振力が最も有効に作用する操舵室等に設置さ
れる。

振動検出器は、いわゆる振動計を含むもので、振動の振
巾、周波数および位相を電気信号として出力するもので
ある。

振動計としては、振動振巾計、振動速度計、振動加速度
計のいずれをも採用することができる。

検出すべき箇所の振動にはあらゆる方向の振動成分が含
まれるからこれらをすべて検出するには少なくとも３組
の振動計が必要）となる。

水平面上にあって互いに直交する２方向をＸ、Ｙとし、
この水平面に対して直交する垂直方向をＺとすれば、３
組の振動計によってこれらＸ。

ＹおよびＺ方向の振動成分が測定される。

もちろん、必要に応じて任意の１ないし２方向の振動成
： 分のみを検出するようにしてもよい。

振動検出器からの出力振動信号の波形の一例が第２図イ
に示されている。

振動信号波形は、適轟な大きさに増巾されたのち、基本
波成分とその整数倍の周波数の高調波成１ 分とにフー
リエ解析される。

これには公知の周波数分析装置を用いることができる。

振動信号波形のうち基本波成分のみを取り出すか、第２
高調波成分までを用いるか、あるいはそれ以上の高調波
成分をも必要とするかは任意であり、振動の性質および
消振すべき程度に応じて決められる。

第２図口は、同図イに示す振動信号波形のそれぞれに対
して、第２高調波成分までを下記のようにフーリエ解析
した結果を示しており（ａ）は基本波成分、（ｂ）は第
２高調波成分である。

第２図口Ａ”’ａ１ｓＩｎωｔ＋ａ２ｓｌｎ２ωを第２
図口 Ｂ−ａｌｓｉｎωｔ＋ａ２ｃｏｓ２（ｃ）を第２
図口、 Ｃ−ａ１ｓｉｎωｔ＋ａ２ｃｏｓ（２ωを十−
）ここで、ａｌ、ａ２は振巾係数である。

このように、振動信号波形に応じてこの信号波形をでき
るだけ忠実に分解するよう、第２高調波成分は基本波成
分に対して最適の位相差をもたせるようにするとよい。

このようにしてフーリエ解析された各成分はその振巾、
周波数および位相が検出される。

そして、同一振巾、同一周波数でかつ位相が１８０°異
なる正弦波加振力を上記の起振機に発生させるよう起振
機の駆動電動機が制御駆動される。

第３図イはフーリエ解析された１振動成分を示しており
、同図口は起振機から発生される加振波形を示している
。

第３図イの波形をａ ｓｉｎ （ωｔ＋δ）で表わせば
、第３図口の波形はａ ｓｉｎ （ωを十δ＋π）とな
る。

これにより、振動は起振機からの加振力によって相殺さ
れ、消振される。

互いに直交する方向・ｘ、ｙ、ｚの振動に対して、基本
波成分のみを取出してこれにもとずき消振しようとすれ
ば、３台の起振機を用意し、各起振機に各方向の振動の
消振を分担させればよい。

また、基本波成分のみならず、第２高調波成分までを用
いるならば、各方向に対して２台ずつの起振機が用意さ
れる。

もちろん、最も主要な振動成分、たとえばＹ方向におけ
る第３高調波成分のみの消振を行なうようにしてもよい
。

第４図はこの発明の実施例を示しており、ある１方向に
おける基本波成分のみを取出し、これに゛もとすいて消
振している。

この図において、振動検出器１１は、振動を検出すべき
箇所に設置された振動加速度計２１と、この加速度計２
１からの出力を増巾する増巾器２２と、この増巾された
出力を２重積分する積分器２３とより構成されている。

振動の加速度は積分器２３で２重積分される結果、積分
器２３からの振動の変位を表わす第２図イに示すような
振動波形の出力信号が得られる。

この出力振動信号は周波数分析装置１２に送られる。

この装置１２は、振動信号の基本波成分のみを取出すた
めの低域通過フィルタ２４と、このフィルタ２４からの
基本波成分の周波数を電圧出力に変換するＦ−Ｖ変換器
２５と、増幅器２６とから構成されている。

図示の分析装置１２は基本波成分のみを取出す構成であ
るが、第２以上の高調波成分を取出すには、フィルタ２
４と並列に帯域通過フィルタを接続しかつこの後にＦ−
Ｖ変換器、増巾器を接続すればよいことは容易に理解さ
れるであろう。

この例では、フィルタ２４の遮断周波数は１８ （Ｈｚ
）である。

位相差検出装置１３は、加振力検出装置２７と差動増巾
器２８とを含むものである。

加振力検出装置２７は、加振力を表わす正弦波電気信号
と位相が１８０°異なる検出信号を出力するものであっ
て、これは、振動検出器１１と同様の構成に信号反転回
路を付加したものであっても、やた起振機１５の回転に
より駆動される発電機等を用いることもできる。

増巾器２９によって増巾されたフィルタ２４からの出力
および検出装置２７の出力が差動増巾器２８に送られる
。

そして差動増巾器２８からは両人力信号の位相差に対応
した出力が得られる。

検出装置２７の出力は、加振力を表わす信号きは位相が
１８０°ずれているから、差動増巾器２８の両人力信号
の位相が一致しその出力が零になったときに、振動信号
の基本波成分と正弦波加振力との位相が丁度１８０°異
なることになる。

差動増巾器２８の出力は、整流回路３０で整流されたの
ち増巾器３１を経て、電動機制御装置１４に送られる。

電動機制御装置１４は、加算器３２と、電動機制御信号
発生回路３３と、制御器３４とからなる。

加算器３２は周波数分析装置１２からの基本波成分の周
波数を表わす電圧出力と、位相差検出装置１３からの位
相差を表わす電圧出力とを加算して、発生回路３３に送
る。

この発生回路３３では、加算器３２からの制御電圧信号
を適当な制御信号に変換する。

そして、この制御信号にもとずき、制御器３４によって
起振機１５の駆動電動機１６の速度および位相制御がな
される。

なお、周波数分析装置１２に帯域通過フィルタおよびそ
の他の回路を設けて、第２高調波成分等を取出すように
した場合、位相差検出装置および電動機制御装置も別途
に設け、他の起振機の駆動電動機を制御するようにする
ことは容易に理解できるであろう。

第５図は位相差検出装置１３の他の例を示している。

この装置は波形整形器４１４２およびフリップ・フロッ
プ４３を含んでいる。

波形整形器４１．４２は、低域通過フィルタ２４および
加振力検出装置２７の正弦波電気信号を所要のレベルで
弁別して 方形波信号をそれぞれ出力する。

この波形整形された出力はフリップ・フロップ４３に送
られ、フリップ・フロップ４３？Ｊ波形整形器４１の出
力の立上りによってセットされ、かつ波形整形器４２の
出力の立上りによってリセットされる。

フリップ・フロップ４βがセットされるとその出力はゝ
Ｈ”レベルに、リセットされるとゝＬ“レベルにそれぞ
れ反転する。

このゝＨ“レベルとＬ“レベルとは極性が反対でかつ絶
対値が等しい値にしておく。

フリップ・フロップ４３の出力は積分器４４によって積
分されたのち、増巾器３１を経て電動機制御装置１４に
送られる。

低域通過フィルタ２４の出力と加振力検出装置２７の出
力との位相差が丁度１８０°の場合には、フリップ・フ
ロップ４３の出力は等時間間隔で１Ｈ“レベルとゝＬ“
レベルとを交互に繰返したものとなるから、その積分値
は零となる。

そして、上記の位相差が１８０°からずれている場合に
は、積分器４４の出力はずれた位相差に対応した正また
は負の値となる。

振動の振巾の大きさに対応して、加振力の振巾を調整す
るにも種々の方法をとることができる。

振動の大きさがある程度一定している場合は最も簡単で
あって、実際に起振機を据付けてから、上記の重錘の重
量および取付位置を実験的に定めればよい。

振動振巾が変わる場合には、フィルタ２４から出力をと
り出し、基本波成分の振巾を検出し、これにもとずいて
、上述した２個の重錘２，２のうちの一方の位置を自動
的に変えるようにする。

また、加振力の異なる起振器を複数台用意しておき、振
動振巾に応じて適宜切換えるようにしてもよい。

以上詳細に説明したように、この発明の装置によれば、
消振すべき所望の場所に起振機を設置し、その場所の振
動を検出してその少なくとも主要振動成分に対して、こ
れを打消すように加振力を加えているから、振動を確実
に消滅させることができて、振動に帰因する種々の弊害
に対する万全の対策として期待できる。

子なわち、この発明においては、振動検出装置によって
消振すべき所望の場所の振動を検出しており、しかも検
出された振動信号から消振すべき所望の正弦波振動成分
を取り出し、この取り出された振動成分を打ち消すよう
にしているので、あらゆる場所およびあらゆる振動の消
振に対して適用でき汎用性がある。

そして、必要に応じて複数の振動成分にも対処しうるの
で、複雑な振動波形をもつ振動にも適用できかつこれを
消振することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は起振機の加振力発生原理を示す説明図、第２図
は振動検出器からの振動信号とこれをフーリエ解析した
各成分の波形図、第３図はフーリエ解析された成分とこ
れに対応する加振力を表わす信号の波形図、第４図はこ
の発明の実施例を示すブロック図、第５図は位相差検出
装置の変形例を□示すブロック図である。 １ １ａ １ｂ １ｃ・・・・・・起振機の回転軸
、２２ａ ２ｂ ２ｃ・・・・・・起振機に備えら
れた重錘、１１・・・・・・振動検出器、１２・・・・
・・周波数分析装置、１３・・・・・・位相差検出装置
、１４・・・・・・電動機制御装置、１５・・・・・・
起振器、１６・・・・・・駆動電動機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 消振すべき箇所に設置された起振機、この箇所の振
   動を検出し、振動の変位を表わす振動信号を出力する振
   動検出装置、 振動信号から少なくとも１つの所望の正弦波振動成分を
   取り出すとともに、その正弦波振動成分の周波数を電圧
   に変換する周波数分析装置、起振機により加振力を検出
   し、加振力を表わす正弦波信号と位相が１８０°異なる
   検出信号を出力する加振力検出装置、 周波数分析装置から出力される正弦波振動成分と加振力
   検出装置から出力される検出信号との位相差を検出し、
   位相差に応じた電圧信号を出力する位相差検出装置、 周波数分析装置からの周波数を表わす電圧信号と位相差
   検出装置からの位相差に応じた電圧信号とを加算する加
   算装置、および 加算装置から出力される電圧信号にもとづいて、振動信
   号の所望の正弦波振動成分と同周波数でかつ位相が１８
   ０°異なるよう起振機の駆動電動機を制御する電動機制
   御装置、 を備えた消振装置。