KR910000778B1 - 기진력 가변형 소진기(起振力 可變形 消振機) - Google Patents

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내용 없음.

Description

기진력 가변형 소진기(起振力 可變形 消振機)

제1도는, 본 발명에 관한 기진력 가변형 소진기의 제어장치의 1실시예를 나타내는 회로도.

제2a 및 2b도는, 본 발명에 관한 기진력 가변형 소진기의 대략 구성을 나타내는 정면도 및 측면도.

제3도는, 소진기의 기진력의 발생원리를 설명하기 위한 벡터도.

제4도는, 2대의 소진기의 기진력의 위상 관계를 나타내는 벡터도.

제5도는, 2대의 소진기의 기진력 및 합성 기진력의 관계를 나타내는 파형도.

제6도는, 기진력과 각속도와의 관계를 나타내는 파형도.

제7도는, 기진력과 각속도와의 관수발생기도.

제8도는, 종래의 소진기를 나타내는 사시도.

제9a 및 9b도는 동일하게 종래의 소진기를 나타내는 정면도 및 측면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

A, B : 소진기 1,2,3,4 : 불평형 플라이휘일

5,7 : 평치차 6,8 : 구동기

11a, 11b : 제어부 12a : 위상각 변별기

13a : 기진원 위상펄스 14a : 소진기 위상펄스

15a : 위상신호 16a : 위상차 설정신호

21 : 기진력 설정기 22,24,25 : 연산기

23 : 나눗셈기 26 : 부호반전기

본 발명은, 진동발생원의 기진력에 공진하여 진동하고 있는 구조물에 대하여, 기진력과 역위상의 기진력을 주어서, 그 진동을 감쇄하게 하는 기진력 가변형 소진기의 개량에 관한 것이다.

소진기는, 여러종류의 구조물에 사용되고 있으나, 여기에서는 선박에 대한 응용의 예를 들어, 설명한다. 선박에 있어서, 디이젤엔진등의 왕복기관이 발생하는 기진력에 선체가 공진하여, 통상기관의 회전에 2배에 상당하는 주파수로 진동이 발생하는 경우가 많다. 그런데, 제8도에 표시한 바와 같이, 2개의 불평형플라이 휘일(1),(2)을 서로 역방향으로 회전되게 하여, 연직(鉛直)방향으로 기진력을 발생되게 하여서, 이것을 기진원의 기진력과 역위상관계로 될 수 있게 제어하여서, 소진되게 하는 발명이 실시되어, 일본국 특공소 52-30079 호 공보로서 공고되어 있다. 그런데, 이와 같은 발명에 있어서는, 기진원의 기진력과 소진기의 기진력과의 위상관계는 제어할 수가 있으나, 소진기의 기진력까지는 제어할 수가 없었다. 따라서, 기진력의 크기는, 일차 소진기를 정지하고서 플라이 휘일을 교환하던가, 또는 대단히 복잡한 기구를 사용하여 회전플라이 휘일의 회전 반경을 변경하는 방식이 채용되고 있었으나, 그 어느것이나 실용성에는 부족하였다. 또한, 일반적으로 소진기에 요구되는 기진력은, 공진주파수에 의하여 변화하고, 또한, 선박등에서는 하물의 유무에 의하여서도 변하는 것이어서, 어느점에 기진력을 맞추어 놓으면, 다른 공진점에서는 효과가 적게 되던가, 또는 역으로 공진을 포장하는 거와 같은 결함이 있었다. 한편, 진동을 단순히 발생하게 하기위한 기능을 가지는 기진기로서는, 종래에서부터, 제9a도 및 제9b도에서와 같이, 서로 역회전하여 수직기진력을 발생하는 불평형 플라이 휘일(1),(2)과, 그리고 또 1조의 불평형 플라이 휘일(3),(4)을 준비하여, 2조 상호의 회전위상관계를 차동치차(51)에 의하여 가감하여서, 전체의 기진력을 가감하는 것도 공지의 것이다. 그런데, 여기에는 복잡한 차동치차장치(51)가 필요하게 되고, 또한 합성기진력의 위상을 제어하는 적당한 방법이 없었던 것이어서, 소진기로서는 사용할 수가 없었다.

본 발명의 목적은, 기진력의 크기를 운전중에 임의로 제어할 수 있는 것과 동시에, 그 기진력의 위상을 기진원의 기진위상에 대하여 임의의 각도로 제어할 수 있는 기진력 가변형 소진기를 제공하고자 하는 것에 있다.

본 발명에 의하는 기진력 가변형 소진기는, 기진원에서 발생하는 기진력에 공지하여 진동하는 구조물에 대하여, 그 기진원의 기진력과 동기하고, 또한, 이것과 역위상의 기진력을 구조물에 주어서 진동을 감쇄하는 소진기에 있어서, 전혀 독립적으로 제어할 수 있는 소진기를 2조 설치하고, 또한 소망의 기진력보다 필요한 편각 θ를 연선하여, 한쪽의 소진기는, 역위상에서 θ만큼 앞선 위상으로 제어하고, 다른쪽의 소진기는 역위상으로 θ만큼 늦추게한 위상으로 제어하는 것에 의하여, 임의의 합성기진력을 얻을 수 있게 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예를 도면에 따라 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 제1도 및 제2도에 표시하는 실시예에 대하여 설명하기 위하여, 우선 편의상 본 발명의 원리구상에 대하여 설명한다.

본 발명에 의하는 기진력 가변형 소진기의 개략 구성을 표시하는 제2a도, 2b도에 있어, (1),(2)는 그 주면에 설치한 평치차(5)로 맞물림되어 서로 역회전하는 불평형플라이 휘일이고, 회전하는 것에 의하여 수평방향의 기진력은 서로 상쇄되고, 연직방향으로에만 기진력을 발생하게끔 구성되어 있다. 이 구성은, 공지의 소진기와 동일한 것이고, 이 불평형 플라이 휘일(1),(2)은, 플라이 휘일(1)을 직결된 구동기(6)에 의하여 속도가 제어되고 있다. 또한, (3),(4)는 그 주면에 설치한 평치차(7)로써 맞물림되어 (1),(2)와 완전 동일한 구성으로 되어 있는 불평형 플라이휘일이고, 이 플라이 휘일(3)에 직결된 구동기(8)로서 구동되어, 불평형 플라이 휘일(1),(2)의 상부에 중첩되어 설치되어 있다.

이하 간단히 설명하기 위하여 (1),(2)로서 구성된 부분을 소진기 (A), (3), (4)로써 구성된 부분을 소진기(B)라고 칭한다. 소진기(A)와 소진기(B)는, 기계적으로는 전혀 연락이 없고, 자유로이 회전할 수가 있다. 지금, 불평형플라이 휘일의 불평형 중량을 m[Kg], 등가 반경을 r[m], 회전각속도 ω[rad/s]로 하면, 각 플라이 휘일이 발생하는 원심력 F는,

로 된다. 지금, 제3도에서와 같이, 수평방향을 x, 수직방향을 y로 하여, 본 발명에 의하는 소진기의 기진력을 표현하면,

로 된다. 소진기 A의 2개의 불평형 플라이 휘일(1), (2)가 서로 y축에 관하여 대칭의 관계로서 역회전하고 있는 것이어서, 각각의 기진력을 (1)(2)의 첨자로 표시하면 다음의 (4)~(7)식으로 된다_.

따라서, 합성된 기진력을 다시 F_xa,F_ya로 하면, (8) 및 (9)식으로 된다.

즉, 수평방향의 기진력은 상쇄되어, 연직 방향의 기진력만이 서로 합하여져서 2배로 되어있다. 이것이 종래의 공지의 소진기의 원리이다. 그리고, (9)식을 다시 상세하게 기재하면,

으로 되어 기진력의 크기는, m,r,ω의 관수인 것을 알 수 있다. 이중에 있어, ω는 기진원과 동기로 하기 위하여 하나의 것으로 정하여 지는 것이어서 만약에 기진력을 가감하고자 하려면, m나 f를 가변하지 아니하면 아니되었던 것이나, 회전중에 이것을 가변자는 유효한 방법을 얻는 것은 곤란하였다. 본 발명에 있어서는, 상기 소진기(A)의 위에 다시 소진기(B)를 중첩하여 설치하고, 이것을 (A)에 대하여 어느 정도의 위상각을 가지게 하면서 동일한 ω로서 운전한다. 이것의 기진력을 (3), (4)로 첨가하여 (11)∼(14)식으로 표시한다.

다만, 2θ=불평헝 플라이 휘일(1)과 (3)의 위상각차로 된다. 이 관계를 제4도에 표시한다.

이들의 합성기진력을 F_xb,F_yb로 하면, (15) 및 (16)식으로 된다.

여기에서, (9)식과 (16)식을 비교하면, 서로 2θ만큼 위상이 벗어난 것 뿐이다. 지금, 소진기(A), (B) 양자 위상의 중간에 가상의 위상을 생각하면, F_ya와 F_yb는 이 가상의 위상을 중심으로 하여 각각 θ만큼 앞서고, 또는 늦추어진 위상을 가지는 2개의 기진력이라고 볼 수가 있다.

따라서 (9),(16)식을 다시 기재하면, 다음의 (17) 및 (18)식으로 된다.

이것을 시간축을 t로 하여 도시하면 제5도가 된다. (17)식과 (18)식을 합성한 기진력을 F_y로 하면, 단진동 합성공식에 의하여,

로 된다. 이것에 의하면, F_y의 위상각은 제5도에 표시하는 바와 같이 항상 F_ya와 F_yb의 중간에 있고, 또한 기진력은

에 비례하는 것을 알 수가 있다. 즉, 이 계수는 θ=0의 때에 2로 되고,

의 때에 0으로 된다.

(19)식에 (1)식을 대안하면 다음의 (20)식으로 된다.

따라서, 이 가상의 위상을 기진원의 기진력에 대하여, 역위상으로 되게하면, 소진기로서의 역할을 달성하고, 또한

를 제어하면, 소망의 기진력 F_k를 얻어질 수 있는 것이다.

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예를 설명한다. (21)식을 θ에 대하여 풀면, 다음의 (22)식으로 된다.

m,r는 통상은 정수인것이므로, 소망의 기진력 F_k와, 현재의 각속도 ω가 알 수 있으면, (22)에 의하여 θ가 구하여진다. 따라서, 본 발명에 의하는 소진기의 제어 장치로서는, 기진원에서 발생하는 기진력을 없이 하기 위하여, 이것과 역위상, 즉, π만큼 벗어난 합성기진력을 발생하지 아니하면 아니되는 것이나, 소진기 (A)에 대하여는 π+θ, 소진기(8)에 대하여는 π-θ의 위상으로 될 수 있게 제어하는 것에 의하여, 목적을 달성하고자 하는 것이다. 제1도는, 본 발명에 의하는 기진력 가변형 소진기에 사용되는 장치의 회로를 표시한다. 제1도에 있어서, (11a), (11b)는 소진기(A) 소진기(B)를 제어하는 동기식 제어부이다. 양 제어부(11a),(11b)는 동일한구성인 것이어서, 제어부(11a)를 대표하여 설명한다. 위상각 변별기(位相角弁別器)(12a)에는, 기진원 위상펄스(13a)와 소진기 위상펄스(14a)가 입력되어, 양자의 위상차신호(15a)가 만들어진다. 이 위상차신호(15a)를, 위상차 설정신호(15a)와 비교하여, 신호(15a)와 신호(16a)가 동일하게 되게끔, 소진기의 회전속도를 제어하면, 예를 들어, 신호(16a)를 기진원과 역위상 π로 될 수 있게하여 두면, 소진기의 기진력의 위상은 항상 역위상으로 되어, 소진효과가 얻어진다.

이상이 종래의 소진기의 제어원리이다. 본 발명은, 제1도에 있어서, 기진력 설정기(21)에 의하여, 기진력을 설정하여서,

로 한다. 그 분모의

는 기계의 치수에서 정하여 지는 정수이다.

다음에, 각속도 ω(소진기(A),(B)의 각속도의 평균, 또는 어느 것이나 정상적으로는 동일한 것이어서 어느 쪽인가의 각속도)를 곱셈기 또는 자승연산기(22)로서 자승하여 ω²을 연산한다. 다음에 나눗셈기(23)로, 기진력 설정신호

를 각 속도의 자승 ω²으로 나눗셈하고,

을 연산한다. 그리고, 그 신호를 곱셈기 또는 자승 연산기(24)로서 자승하여 1을 빼내고, 관수연산기(25)로서 아아크 코사인의 1/2을 연산하여 θ를 얻는다. 이것에 의하여, (22)식의 계산이 실행되어, θ가 구하여지게 된다. 이 얻어진 θ를, 1은 그대로 상기 설명의 소진기 제어부(11a)의 위상차 설정신호(16a)에 가산되게 하여 구성하고, 1은 부호 반전기(26)에서 부호를 반전하여 -θ를 얻어, 이것을 소진기 제어부(16b)에 가산되게 구성한다. 이와 같이하면, 소진기(A)는, 역위상 +θ로, 소진기(B)는 역위상 -θ로 제어되는 것이어서, 그의 합성기진력은 항상 역위상으로 향하는 것과 동시에, 그 기진력의 크기는 θ=0일때에 최대이고,

때에 0으로 되어, 그 중간에서는 임의의 크기로 제어할 수 있다. 또한, 제1도에서는, 기진력 설정기(21)에 의하여 기진력을 일정하게 하던가, 또는 수동으로 제어하는 방법을 예로써 들었으나, 실제에는 각 ω에 의하여, 구조물의 공진의 정도가 상이한 것이므로, 필요한 기진력은 일반적으로 제6도에서와 같은 ω의 관수로 된다.

따라서, 제7도에서와 같이, ω를 임의 관수 발생기(26)를 통하여 기진력 설정치를 연산되게 하여서, 제1도의 기진력 설정기(21)의 대치를 하게 하는 것에 의하여, 모든 범위의 속도에 대하여, 가장 유효한 소진효과를 발휘할 수가 있는 것이다. 또한, 단순히, 기진력이 ω²에 비례하면 좋은 경우에는, 제1도의 연산기(22), 나눗셈(23)를 제거하여주는 것만으로써 좋은 것은 물론이다. 또한, 일반적으로, 진동부분의 진폭을 검출하여, 그 값을 피이드백하여, 이 진폭이 최소로 될 수 있게 소진기에 기진력을 자동제어 하는 것도 용이하게 할 수가 있다. 또한, 이상의 설명에서는, 제어에 연산증폭기 등을 사용한 아날로그제어를, 예를 들었으나, 전자계산기 등을 사용한 디지탈 제어를 행하여도 실현할 수 있는 것은 당연한 것이다. 또한, 소진기는 설명의 편의상, 연직 방향으로 기진력을 발생하는 것을, 예를 들었으나, 본 발명은, 이것에 의하여 범위가 한정되는 것이 아니고, 모든 방향으로 기진력을 발휘하는 것에 적용되는 것은 물론이다.

본 발명에 의하면, 소전기를 운전중에, 기진원에 대하는 소진기의 기진력의 위상을 가장 적합한 상태로 유지한 상태에서, 그 합성기진력을 0에서 최대까지 임의로 가변할 수 있는 것이어서, 모든점에 있어서 파장 적합한 소진효과를 얻을 수가 있는 것이므로, 실용상의 가치는 현저하게 큰 것이다. 소진기가 2대 필요로 하는 것이어서, 고가로 될 염려가 있으나, 그 각각은, 필요로 하는 용량의 반으로써 좋은 것이어서, 그리 고가로는 되지 아니한다.

또한, 부차적인 효과로서, 이와 같은 관성 모멘트가 큰 부하는, 일단회전하게 되면, 그리큰 동력을 필요로 하지 아니하는 것이나, 시동시를 위하여서는 큰 전원용량을 필요로 한다. 그러나, 본 발명에서와 같이 2대로 분산하여 시동시에 시간차를 두면, 전원 용량은 1대 분으로 충분하다고 할 수 있어, 오히려 값이 저렴하게 될 요소가 있고, 전체적으로 보면, 종래의 물품과 거의 동일하다고 할 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 기진원에서 발생하는 기진력에 공진하여 진동하는 구조물에 대하여, 그의 기진원의 기진력과 동기하고, 또한, 이것과 역위상의 기진력을 구조물에 주어서 진동을 상쇄하는 소진기에 있어서, 전혀 독립적으로 제어할 수 있는 소진기(A),(B)를 2조 설치하고, 또한 소망의 기진력에 의하여 필요한 편각 θ를 연산하고, 한쪽의 소진기(A)는 역위상보다 θ만큼 앞선 위상으로 제어하고, 다른쪽의 소진기(B)는 역위상 보다 θ만큼 늦춘 위상으로 제어하는 것에 의하여, 임의의 합성 기진력을 얻을 수 있게 구성한 것을 특징으로 하는 기진력 가변형 소진기.
2. 제1항에 있어서, 편각 θ에는 다음의 식,

   

   (다만 F_k는 소망의 기진력, ω는 각속도, m,r는 정수)에서 연산하여 얻은 것을 특징으로 하는 기진력 가변형 소진기.

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