JPH07103846A - 回転体加振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】回転中の軸等の回転体を加振することのできる
回転体加振装置を提供する。 【構成】回転体を周方向に取り巻くように電磁石を配置
し、その電磁石に流す電流を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、棒状の回転体にねじり
振動、曲げ振動等を加える回転体加振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、構造物の機械的特性を知るた
めに、構造物を加振すると共にその構造物の加速度や変
位等を検出し、その構造物の伝達関数を求める、いわゆ
る振動試験が行われている。構造物の振動試験としては
従来から接触形加振器を用いた正弦波掃引加振、ランダ
ム加振による方法とインパルス打撃加振による方法がよ
く知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記加振法はいずれも
接触形加振である。後者のインパルス打撃加振は一般に
構造物に与えるエネルギーが小さいため小形の構造物に
しか適用できず、また、打撃の再現性等に問題を残して
いる。一方、加振器による加振法は電磁力をＶＣＭアク
チュエータの機械振動に変換して被試験体である構造物
へ加振力を与える構造であるため、ＶＣＭアクチュエー
タのダイナミクスに加振力特性と周波数レンジが依存す
るという点と、被試験体への設置法に問題があり、熟練
と経験が必要である。また、これら従来の試験法では回
転中の軸等に対する振動試験を行うことは一般に不可能
である。さらに、回転軸のねじり加振を実現することは
一般に容易ではない。

【０００４】本発明は、上記事情に鑑み、回転中の軸等
の回転体を加振することのできる回転体加振装置を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の回転体加振装置は、棒状の回転体を、その回転体と
は非接触に周方向に取り巻くように配置される電磁石
と、上記電磁石に、単一パルス的な、もしくは上記回転
体の回転速度と同期した周期的な電流変化を与える電流
制御回路とを備えたことを特徴とするものである。

【０００６】ここで、上記回転体にねじり振動を加える
場合は、上記電流制御回路は、上記回転体が上記電磁石
により互いに反対方向に互いに同一の力で同時に吸引さ
れるように電磁石の電流を変化させるように構成され、
また上記回転体に主として曲げ振動を加える場合は、上
記電流制御回路は、上記回転体が上記電磁石により互い
に反対方向に互いに異なる力で吸引されるように電磁石
の電流を変化させるように構成される。

【０００７】

【作用】従来、磁力により構造物を浮上させる磁気浮上
やこれを利用して回転軸を非接触で支持する磁気軸受の
技術が知られている（例えば、「磁気浮上と磁気軸受」
電気学会 磁気浮上応用技術調査専門委員会編 コロナ
社 参照）。本発明は、この技術を加振に応用したもの
である。

【０００８】回転体を取り巻くように電磁石を配置して
おき、その電磁石の吸引力により回転体を瞬間的にもし
くは回転と同期して一方向に強く吸引することによりそ
の回転体に曲げ振動を加えることができる。また、互い
に反対方向に同一の力で同時に吸引すると、その回転体
に’曲げ’は生じないが、その回転体に生じるうず電流
によりその回転体の回転に制動がかかり、これによりそ
の回転体に’ねじり’が加えられる。

【０００９】本発明によれば、上記のように非接触加振
器が構成されており、これを振動試験に適用することに
よりこれまで不可能とされてきた運転稼働中の回転体の
動特性試験、パラメータ推定試験、システム同定試験が
可能となる。この結果、これまで十分に解明されていな
い運転中の構造系のダイナミクスが解明できる。例え
ば、回転軸の危険速度は回転体のジャイロ効果のために
回転数に依存して前向き危険速度は上昇し、後ろ向き危
険速度は下降するが、これを実測することは困難であり
計算で算出する以外方法はなかった。また、すべり軸受
の動特性もやはり回転数に依存して変化することが知ら
れているが、これも高速回転中に軸受動特性を実測する
ことは容易でなく、ジャーナル軸受静圧を測定して動特
性を推定するなどの方法がとられているのが現状であ
る。これらについては非接触加振器の適用により直接に
かつ正確に実測可能となる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は、本発明の回転体加振装置の一例を用いた振動試験
の様子を示した図である。回転軸１０の両端が軸受１
２，１４に支持されており、それらの軸受１２，１４を
介してそれぞれ図示しないモータ、負荷に連結され、こ
の回転軸１０はモータにより回転力が与えられ、負荷を
駆動している。

【００１１】この回転軸１０の中央部には、その回転軸
１０を周方向に取り巻くように、回転体加振装置を構成
する加振器２２が設置されている。この加振器２２には
後述するように電磁石が備えられており、その電磁石に
流す電流の大きさは電流制御回路２４により制御され
る。尚、加振器２２の設置位置は、回転軸１０の中央部
に限らず任意位置でよいが、系の振動モードの節とは異
なることが好ましい。但し、節の位置に加振器２２を設
けても、実際の力の作用点は節の部分だけでなくある幅
に及ぶので、設置上の制約がある場合は、加振器２２を
節近傍に配置してもよい。

【００１２】図２は、図１に示す加振器２２の、図１に
示すＸ−Ｘ方向の断面図、図３は、図２に示すＹ−Ｙ方
向の断面図である。この例では、マグネットコア２２１
と、コイル２２２からなる４つの電磁石が回転軸１０と
わずかな空間を隔てて、回転軸を周方向に取り巻くよう
に配置され、それらの電磁石全体がカバー２２３で覆わ
れている。

【００１３】この回転体加振装置を用いて回転軸１０を
ねじり加振するには、互いに対抗する電磁石が互いに同
一の力で同時に回転軸１０を吸引するように制御された
電流が、図１に示す電流制御回路２４により、それら互
いに対抗する電磁石に供給される。すると、回転軸１０
は両方向に同時に同一の力で吸引されることから回転軸
１０に曲げ振動は生じないが、その磁力により回転体１
０にうず電流が生じ、それが回転に対するブレーキとし
て作用し、したがって回転体にねじりが生じることにな
る。この回転体１０にねじり振動を与えたことによる回
転体１０の回転速度変動を、例えばロータリーエンコー
ダ等で検出し、これにより、その回転体１０の回転中の
動特性が求められる。

【００１４】なお、上記の電流の供給は、その目的に応
じ、例えば、単一のパルス的な電流供給であってもよ
く、回転軸１０の回転速度に同期した繰り返しパルス状
の電流供給であってもよく、あるいは回転軸の回転速度
に同期した正弦波状の電流供給であってもよく、特定の
電流供給の態様に限定されるものではない。また回転軸
１０に曲げ振動を与える場合、互いに対抗する電磁石の
一方が強く、他方が弱く吸引するように電流が供給され
る。曲げ加振を行う際は１つの電磁石のみで吸引しても
行うことができるが、電磁石の吸引量は電流の２乗に比
例することから非線形であり、これを線形化するために
対向する双方の電磁石で吸引し、それらの吸引力の差に
より曲げ加振を行うことが好ましい。この曲げ加振の電
流の供給の態様も上述のねじり加振の場合と同様、目的
に応じ種々のパターンの中から選択することができる。

【００１５】なお、上記実施例における回転体加振装置
は回転軸１０を加振するためだけに備えられたものであ
るが、磁気軸受と兼用した装置として構成してもよい。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の回転体加
振装置は、回転体を周方向に取り巻くように電磁石を配
置し、その電磁石に流す電流を制御することによりその
回転体に曲げ振動、ねじり振動を与えるものであり、こ
れにより回転体の回転中の動特性を容易に計測すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転体加振装置の一例を用いた振動試
験の様子を示した図である。

【図２】図１に示す加振器２２の、図１に示すＸ−Ｘ方
向の断面図である。

【図３】図２に示すＹ−Ｙ方向の断面図である。

【符号の説明】

１０ 回転軸 １２、１４ 軸受 ２２ 加振器 ２４ 電流制御回路 ２２１ マグネットコア ２２２ コイル ２２３ カバー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 棒状の回転体を、該回転体とは非接触に
   周方向に取り巻くように配置される電磁石と、 前記電磁石に、単一パルス的な、もしくは前記回転体の
   回転速度と同期した周期的な電流変化を与える電流制御
   回路とを備えたことを特徴とする回転体加振装置。
2. 【請求項２】 前記電流制御回路が、前記回転体が前記
   電磁石により互いに反対方向に互いに同一の力で同時に
   吸引されるように前記電磁石の電流を変化させるもので
   あることを特徴とする請求項１記載の回転体加振装置。
3. 【請求項３】 前記電流制御回路が、前記回転体が前記
   電磁石により互いに反対方向に互いに異なる力で吸引さ
   れるように前記電磁石の電流を変化させるものであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の回転体加振装置。