JPS60220219A - 能動的磁気サスペンシヨンを備えた回転機械の振動を減少させる方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、電磁コイルによる少くとも１個のラジアル磁
気ベアリングを備えた、能動的な磁気ザスペンションに
よってロータがフレームに載せられ、ロータの位置を検
出ずろ少くとも１個の半径方向の検出器、および、この
検出器ならびに電磁コイルに連結されたサーボ制御回路
を備えた、回転機械の振動の軽減方法および装置に関４
゛るものである。

（従来技術） 一般に回転機械においては、振動により発生４′ろノイ
ズはしばしば支持ヘアリングによって伝達される、とい
うことかわかっている。特に、例えびタービンの羽根に
間通する空気力学的な力かあるとき、あるいは回転ｒ・
をもつ電動機がその磁場の回転によっである振動をフレ
ーム１−に生じるとき、などがこのケースである。

ロータの慣性軸とベアリングの幾何学的な軸との不一致
のため、ロータの実際の回転時の不釣合によって生じる
振動がこのケースである。また、ブロワおよびコンプレ
ッサにおけるステータ　（固定子）とロータ（回転子）
間の干渉力によって生しる振動がこのケースである。こ
の場合の振動数は、通常は、ロータの回転数の倍数であ
るか、これはステータとロータの寸法によって決まる。

フレームで生じる振動がロータの回転とは同期していな
くて、動力源である非同期電動機の振動７− 数のような、他の振動数の倍数を示すことがある。

そのような振動は、例えばロータの巻線の幾何学的な不
規則、あるいは非正弦の回転磁場によって生じることが
ある。

最後に、フレームは外的な発生源から、時間的に安定で
かつはっきりした特徴はあるが、ロータの回転速度ある
いはロータと運転上連結された電動機の回転磁場の周波
数とは同期しない振動を受けることがある。

ロータ」−の不釣合によって生じるような振動に基づく
有害な影響を小さくするために、能動的な磁気サスペン
ションを備えた回転機械は既に提案されている。それに
よれば、磁気ベアリングのサーボ制御回路において、ロ
ータの回転速度の直接の関数である非常に狭い周波数帯
域の中でゲインを突然下げることによって行われる。こ
うして、ロータの回転軸を慣性軸に一致させることによ
って、自動釣合が行われる。このようなタイプのサーボ
制御系はフランス特許第２，３３６，６０２号明細書で
述べられている。

８− ある場合には、そのような自動釣合システｌいは、ロー
タの回転に伴った振動がフレームに伝えられるのを完全
に防ぐことは、特にサーボ制御の周波数より小さい周波
数の場合には、不十分であるごとが判明した。更に、そ
のような自動釣合システムではロータの回転に同期しな
い振動は無視されている。

能動的な磁気ベアリングにより支持された物体の位置を
、加速度計の出力信号から重積性によって得られた信号
を用いて、絶えず修正する方法も提案された。そのよう
なタイプのサーボ制御は広い領域のランダム振動を考慮
に入れているけれども、ループゲインが限られている時
にのみサーボ制御の安定性が満足される。従って、この
タイプのザーボ制御システムは、比較的小さい振動数で
大きい振幅の振動を受ける回転機械のフレームを安定さ
せるのに適しないことがイつかった。

（発明の目的） したがって、上記従来の欠点を除去すべく、回転機械の
フレームを安定させること、および回転機械のロータあ
るいはフレームに伝えられる他の発生源に連結した要素
によって生じる反復振動を防ぐことが本発明のＬＩ的で
ある。

この発明の更に発展した目的は、能動的な磁気サスペン
ションによってロータがフレームに載せられている回転
機械における振動を小さくする方法を提案することであ
る。

（発明の構成） 本発明の目的はロータの軸に垂直に機械のフレーム−１
−に付けられ、フレームが受ける振動を検出する、互に
平行ではない軸をもつ少くとも２個の振動検出器、およ
びそれに付加した狭い帯域で高ゲインの選択フィードバ
ックループから成る装置によって成し遂げられた。フィ
ードバックループの中心周波数は参照周波数に同期し、
上述の振動検出器によって得られた信号が入力され、そ
の狭い帯域をもつフィードバックループは、振動検出器
により得られた信号を積分する機能と、ζ照振動数に連
結しない振動数の過渡的信号を除去するためのフィルタ
機能から成る。

具体化を行うと、振動検出器（ｊ加速度計であり、積分
器は加速度計からの信号を２回積分する。

他の具体化を行うと、振動検出器は速度検出器であり、
積分器は速度検出器からの信号を１回積分する。

更に付加的な帯域の狭い選択フィ　ｌ・パックループは
、互に垂直でかつロータの回転軸にら垂直な振動検出器
の基準軸によって構成される固定座標系から、２本の可
動で互に垂直かつ〔１夕の回転軸にら垂直で」一連の参
照振動数にリンクした速度で回転する軸からなる回転座
標系へ、座標変換ずろタイプの第１変換回路、および回
転座標系から上述の固定座標系への座標変換を行うタイ
プの第２変換回路から成る。

本発明によって、ひとつあるいけ更に付加的なフィード
バックループを用いて、同時または交ｒ７に異なる発生
源による振動を補償するごとが可能になった。

第１番目の可能性では、参照振動数はロータの回転数の
倍数であるので、ロータの回転数の倍数１１− の信号を作り出すように作られた回路が上述の第１およ
び第２変換回路に連結されている。

他のひとつの可能性によれば、参照振動数は動力供給源
であるロータに連結された非同期電動機の振動数である
ので、電動機動力源から導かれる参照振動数を発生ずる
ように作られた回路が、」−述の第１および第２変換回
路に連結されている。

また、別の可能性によれば、参照振動数は時間的に安定
な振動数で、フーリエ解析により検出され、ロータの回
転数には無関係であり、振動数の調節可能な発振器が上
述の第１および第２変換回路に連結され、できるだけ参
照振動数に近いと思われる振動数の参照信号を発生する
。

発明の特別な具体化では、座標変換回路はアナロク式の
もので、正弦−余弦波発振器およびアナログ積算器から
なる静的座標変換器で構成される。

代表的にベクトルが一定の振幅を示さない振動を補償す
るための発明の特殊な一面を述べると、付加的な狭い帯
域のフィードバックループは、単一の入力座標変換器か
らなる第１変換回路、お上１２− び、第１伝達関数と固定座標系の軸のひとつに対応する
第１出力座標変換器および第２伝達関数と固定座標系の
他の軸に対応する第２出力座標変換器から成る第２変換
回路で構成される。

すべての場合、座標変換回路はディノタル回路で構成さ
れる。

また、本発明の方法は少くともひとつの電磁コイルを備
えたラジアル磁気ベアリング、ロータの位置を検出する
半径方向の検出器、ならびにコイルに連結されたザーボ
制御回路を備えている。ここで、上述の方法は回転機械
のフレーム上に少くとも２個の軸が互に平行ではなくか
つ〔ノータ軸Ｚ。

Ｚｏに垂直な振動検出器を置くこと、および振動検出器
から得られる信号のスペクトル解析を記録することから
成り立っている。その振動周波数は時間的には安定な繰
り返し変動であるが、上述の方法は、また記録した振動
周波数を対応する回転速度の倍数と同定する（ｉｄｅｎ
ｔｉｆｙ）こと、ならびに記録した振動周波数を動力源
である非同期電動機の振動周波数の倍数および時間的に
安定で機械構酸部分における既知の特性周波数には同期
しないで記録された振動周波数と同定することから成り
４っている。また、上述の方法は同定された振動周波数
に対応する繰り返し変動を補償オろためのサーボ制御回
路、および中心周波数が」二連の同定された周波数に同
期する狭い帯域で高ゲインの付加的な選択フィー　ドパ
ツクループを導入している。

また、この方法は上述の振動検出器によって得られた信
号を積分した後に異なる付加的な選択フィードハックル
ープに入れ、このループで補償される同定された振動周
波数にリンクしない周波数をもつ過渡的信号に、それぞ
れの付加的フィードバックループ内でフィルタをかける
ことより成る。

有利なことには、第１のステップは記録と、スペクトル
解析器を用いて第１の振動周波数とロータの回転数の倍
数、あるいはもし必要なら既知の特性の周波数の倍数に
対応するかどうか同定すること、ならびに最初はその中
心周波数が、ロータの回転速度の検出器あるいは既知の
特性振動数の信号から送られて来る信号からの最初のス
テップで同定された、それぞれ異なる第１振動周波数に
同期オろ狭い帯域と高ゲインをらっ付加的な選択フィー
トパックループを、サーボ制御回路に導入することから
成る。第２のステップは最初の付加的な選択フィートバ
ックル　ブが作動中に、スペクトル解析器によって、時
間的に安定で機械構成部品の既知の特性周波数には同期
しない、第２の振動周波数の記録と同定から成る。また
、サーボ制御回路に、２番目に同定された振動周波数に
調節可能な発振器で調節された周波数をらっ周波数が、
第２のステップにおいて同定された異なる第２の振動周
波数にそれぞれ同期４゛る中心周波数をもち、狭い帯域
で高ゲインをもつ第２の付加的な選択フィードバックル
ープを導入することから成る。

スペクトルアナライザによれば、時間的に安定で、機械
構成部分の既知の特性周波数には同期しない振動周波数
の周期的な制御を行うことか［ｉＪ能であり、また、そ
れぞれの制御のあと、周波数が調節可能な発振器の周波
数を、２番［］に同定され１５− た振動周波数の新しい値の関数として再調節することが
できる。

できれば、振動周波数を記録し同定ずろ際、ある定めら
れた値以下の振動振幅に対応する振動は無視する方がよ
い。

フーリエ解析を行う場合、機械のフレームが受ける繰り
返し振動のすべてを考慮に入れ、正弦振動周波数の組に
分離することが可能である。

（実施例） 以下、本発明を図面に示す実施例について更に詳細に説
明する。

まず、第１図はラジアル磁気ヘアリングに支持されたロ
ータの軸方向の断面図の上半分であり、軸、ヘアリング
および振動検出器の位置が示されている。

第１図から第３図において、２個のラジアル磁気ヘアリ
ング３によって、ステータ２で支えられたロータＩを示
している。それぞれのベアリングはロータ１に固定され
た環状アーマチャ６と協同１、て働き、固定アーマチャ
５に取り付けられた電　１６− 磁コイル４から成る。

電磁石はＥＸ、ＥＸ”、　Ｅｙ、　Ｅｙ’が直交する直
径の座標ｘ’ｘ、ｙ″ｙに沿−）で対になって配置され
ている。この両軸はベアリングによって定まる回転軸７
、　’　、　７．に垂直であり、一対の電磁石は直径ト
で反対方向にあり、コイルが励磁されたときにけ、ロー
タに引力を及ぼす。図示の例では、それぞれの電磁石は
直列に結線された２個のコイル４を持っている。

それぞれのベアリングは、それぞれＸ’ＸとＹ’Ｘに平
行な２本の固定軸に沿って配置された検出器ＤＸ、　Ｄ
Ｘ’　およびＤｙ、　Ｄｙ’　から成る半径方向の検出
器７と操作上結ばれている。各対の２個の検出器は直径
」二で反対方向にある。図示されている例ではそれぞれ
の検出器は、固定アーマチャ９に巻かれた複数の巻線で
構成され、ロータ１と一体をなず環状アーマチャ１０と
ともに働く。明らかに、例えば、容量型とか光学型の検
出器のような他の型の検出器を用いろことらｉｌ能であ
る。

ロータ１は固定子が図のステ　タ２と　一体になリ、回
転子が図のロータｌと一体になっている電動機（図示せ
４−）によって駆動される。

次に、第４図において、１１および１２のような加算器
を設けた回路によってそれぞれの検出器からの信号を加
算し、それぞれの出力端子に伝達することににって、そ
れぞれのベアリングをコントロールする方法は知られて
いる。ここで、Ｘとｙの信号はロータの回転軸のＸ’Ｘ
およびｙ’ｙ軸に沿う実際の位置と設定位置の差である
。

既に知られている制御回路においては、信号Ｘとｙはそ
れぞれ制御回路１３の入力端子１３ａと＋３ｂに入る。

この出力はそれぞれ電磁石Ｅｘ。

Ｅｘ’、ＥｙおよびＥＹ’を励磁する。このような制御
回路は、例えば位相を進めＸＣ，ＶＣの制御信号を出す
回路１／ｌ、＋５から成る。この制御信号ＸＣ。

ｙｃは位相変換器１６．１７によって信号ｘｃ”、　Ｘ
Ｃ”およびｙｃ’、ｙ”を作るために相変換される。そ
して増幅器で増幅されたＡＸ、　ＡＸ’、　ＡＹ、　Ａ
Ｖ’は電磁石ＥＸ、　ＥＸ’、　Ｅｙ、　Ｅｙ”に相応
の極性で入る。

制御回路のいくつかの具体化、例えばフランスの特許第
２．し１９，６４４号明細書の、Ｌうなしのか知られて
いる。

本発明では、振動検出器２５．２６けステ　タに相当４
−ろ機械のフレ　ム２、例えば第１図に小されたように
ラジアルベアリング３の近くに的接取り付けられている
。しかしながら、この振動検出器２５．２６は機械のア
レーン、１．で移動して磁気ヘアリングから少し離れた
とごろに取り（・１（１てもよい。この検出器２５．２
６は第１図においてそれぞれドツトと矢印て示ずように
ｆ−７に）ト直方向の振動を検出するために置かれる。

その方向は「ノータ１の回転軸Ｚ　、　７．　’に垂直
で電磁コイル４の方向と一致している。

振動検出器２５．２６は加速度旧かあるいけその変形し
た変位速度検出器である。第４図に示すように振動検出
器２５．２６によって得られた信号は少くともひとつの
狭い帯域と高ゲインをもつ付加的な選択フィートパック
ループ２３に入る。

このフィードバックループは操作上サーボ制御回路１０
０と連結されており、修正信号Ｘｔ、　Ｙｔを出−１９
＝ す。これは加算器２１．２２で、操作上位置検出器７を
使って働〈従来のサーボ系に連結された位相進め回路Ｉ
１．＋５から出た制御信号ｘｃ、　ｙｃに加算される。

位相変換器１６．１７に入る制御信号Ｘ＋Ｃ，Ｙ＋Ｃは
ロータの半径方向の位置、すなわちロータｌの基準位置
に対する半径方向の変位を検出する検出器Ｄｘ、　Ｄｘ
’、　Ｄｙ、　Ｄｙ’からの情報と、検出器２５．２６
からの信号、すなわちフレーム２が受ける振動の両方を
計算に入れている。しかし、フィードバックループ２３
は、第４図の線図において、ロータの回転速度の倍数ｎ
ωｔにより構成される参照周波数に連結しない周波数の
過渡的信号を除去するためにフィルタ機能を備えている
。

このようにして、フレーム上に取り付けられた振動検出
器２５．２６によって、また、付加的なフィードバック
ループ２３および要素ＩＩ、！２゜１４．１５，１６．
１７から成り、従来のサーボ制御回路に集められた加算
器２１．２２によって、第４図のサーボ制御回路ｌＯＯ
を用いてロータの２０一 回転に連結した振動を減少さｌたり、更には除去したり
オろごとかでき、そう４゛ることによ−）で、回転機械
の運転によって生じる雑音をかなり減少さ０゛ることが
できる。

現在まで、ロータの回転に伴って、特に［ノータの不釣
合によって発生ずる振動を減少させろための装置は第４
図に示されるプロセス回路１８のみを含み、フランス特
許第２，３３６，６０２ｑ明細書に記述されていた。こ
のプ［ノセス回路は、ロタの回転速度の直接の関数であ
る周波数に中心を置いた“穴”のゲインを作り出すため
に、゛ト径方向の位置検出器７によって得られた信号に
ザーホ制御回路内で直接働く。このようにして、【ノー
タがその慣性軸のまわりを回転しなくとも、特に不釣合
に連結した狭い周波数帯域の振動を除去４ることかでき
る。

しかしながら、ロータの回転速度に連結した周期振動に
対するこのようなタイプの補償は、重機械に対しては常
に可能である訳ではない。その場合−ル−ムの振動を完
全に取り除くことは結果的には１−分でき４゛、特にロ
ータの回転速度に直接結び−・いていない周波数の参照
周波数に対応オろ振動に々・１しては不十分である。本
発明によれば、ｔめ定めた周波数に対して第５図に示４
−　＆＋＋き、フィードパフクループ２３．１２３，２
２３のンリーズを用いて、機械の回転部分で（」なく、
フレームに取り付１１らイまた振動検出器から（Ｖ置の
加速度制御を行うことが可能になる。

このようにして、本発明は回転速度の遅い重機械に対し
て特に適用しやすい。また、特に水平軸を有する機械で
、ステータｌ−で空気力学的な力あるいはロータに接続
されている加算器の存在による、ロータに連結した振動
を発生しやすい機械にも適用しやすい。

第１１図において、付加的なフィードバックループ２３
が、検出器２５．２６により与えられた情報から零振動
のサーボ制御を行うために、予め定めらねた狭い帯域の
周波数内でゲインピーりを発生する。

フレーム２に取り付けられた振動検出器は出力（ご号を
出し、それは第１のス”ｒノブではＡと１３の線を経Ｉ
ｌｌ　して、例えばロ　りの回転にリンク（また空気力
学的な力に、に−、て生じた振動のスペクトルを決定づ
′ろハめに、それ自体知られるスｌ＼りトル）′す→イ
ザ（図示１４゛）に入る。検出さオ］へ繰ｉ）返し振動
は、その後、フ　リエ解ｔｌｉに、１、って（高）調波
成分に分けられる。この場合、ランダムな振動は無視さ
れろ。電磁コイルのザ　ボ制御Ｍ路に、注目している繰
り返し振動のスペクトルを再入力４′れば、ループ２３
のようなフィ　トバノクルブによってラノアル磁気ヘア
リンクで定められた軸を修正した軸のまわりにロ　タを
回転させることができる。このようにしてロ　タ１はス
テ　タの振動を補償４−ろための付加的なフィ　ｌ・バ
ック機構により、フライホイールとして働く。〔７−タ
の変位の移動は、２３の３Ｌうな各フィ　ｌ・バック機
構に対して、ロータの回転数の倍数の回転数で回転して
いる座標系に」、−７てコンｌ−ｏ−ルされろ。

第５図のループ１２３．２３３のような他のフィードバ
ックループにχ・ｌしては、詳細を後述する３Ｌ２３− うに、ロータの回転数の倍数ではなく、予め定めた翻照
回転数の回転座標系によってなされる。このことはどん
な反復振動の減衰に対しても有効であり、剛性（ｓｔｉ
ｊ’４ｎｅｓｓ）に限界がある機械の場合にさえ有効で
ある。

第４図に関して述べると、ここでは信号ｉとｙを得る加
速度計で構成することが可能な振動検出器２５．２６が
示されている。この信号は、まず積分回路２７．２８の
中でそれぞれ積分されて、第２の積分回路２９．３０に
入る。このようにして振動によって生じるステータの変
位を表す信号が作られる。２番目の積分回路２９．３０
は最初の積分回路２７．２８から来る信号の一部にのみ
働くだけでよい。これらは出力信号がａｘ＋ｂｉあるい
はａｙ十ｂりの形をもち、減衰力を作る速度成分を含む
ためである。ここでａ、　ｂは定数である。

別の可能な発明の具体化によれば、検出器２５゜２６は
速度検出器で、全部あるいは部分的な積分を行う積分回
路２９．３０に直接送られる信号を出す。この場合には
最初の積分回路２７．２８は２４− 不要である。

フィー　ドパツクループ２３は第１の１４４標塵換回路
Ｒ１を含む。この回路は積分回路２９に、■、−）で作
られた信号ａｘ→ｈｘを最初骨（）取り、次に積分回路
３０によ−・で作られた信−土ａｙ）１）９を受け取る
。そして、座標変換回路Ｒ１は次の出力信す×２および
Ｙ、を作り出す。

Ｘ　２＝　（ａｘ＋ｂｉ）ｃｏｓ　ｎωｔ　＋　（ａｙ
　トｂｙ）ｓｉｎ　ｎωｔＹｐ＝−（ａｘ＋ｂｉ）ｓｉ
ｎ　ｎωｔ　ｉ　（ａｙ＋　ｄｙ）ｃｏｓ　ｎω１（１
） ここでωは〔ノータの角速度、ｔは時間、ｎは整数であ
る。

積分回路Ｒ１はこの、］、うにして、振動検出器２５．
２６の軸Ｘ’Ｘおよびｙ’ｙによって構成される固定座
標系−これは位置検出器７の軸にも対応するーから、固
定座標系に対して角速度ｎωで回転する回転座標系へ座
標変換する。

信号×２とＹ、は２個の積分器ＩＸ２とＩＹｔによ−）
で積分され、それぞれＸ３とＹ３として出力されろ。

この信号Ｘ３とＹ３はそれぞれ座標変換回路Ｒ３に１番
目と２番［１の人力として入れられ、そこで座標変換回
路Ｒ１の逆変換が行われ、その結果としてそれぞれｙ、
とｙ、の信号が出力として出る。すなわち、 Ｋ２＝Ｘ３ｃｏｓ　ｎωｔ　−Ｙ３　ｓｉｎ　ｎωｋＹ
ｖ　””Ｘ３　Ｓｉｎ　ｎ（ｔｉｔ　＋　Ｙ３　ＣＯ３
ｎ（ｃＪｔ　−（２）既に述へたように、加算器２１は
第１の入力としてメインサーボ制御ループの修正回路１
４を出た信号Ｘｃを受け取り、第２の入力としてフィー
ドバックループ２３により作られた信号Ｘ、を受け取る
。

同様に加算器２２は、第１の人力としてメインサ　水制
御ループの修正回路１５により作られた信号ｙｃを受（
）取り、２番目のフィードバックループ２３により作ら
れた信号Ｙ、を第２の入力として受け取る。加算器２Ｂ
：２２によって作られた信号Ｘ＋ＣとＹ＋Ｃはそれぞれ
位相変換器１６と１７に送られ、信号ＸＣ’　、　ＸＣ
”、　ＶＣ’　、　ＶＣ”としてそこを出ろ。

座標変換器Ｒ１とＲ３はそれぞれ第３の入力として、寄
生振動を生じさｌる電動機の回転数の倍数に対応する信
号ｎω【を受け取る。

固定座標系と回転座標系の間で座標変換を行う座標変換
器Ｒ１およびＲ７は従来から知られた構成で、また、例
えばアナ［Ｊグ型でアナ［Ｊグ積算回路および回路２４
で生しる信号ｎωｔを人力とし、正弦／余弦波発振器と
としに作動するオペレーショナルアンプ（演算増幅器）
から作られる。しかし、座標変換器Ｒ，とＲ７はまたデ
ィノタル型で６作ることができる。この場合には、信号
ａｘ＋ｂ：１．およびａｙ＋ｂｙは座標変換器Ｒ１とＩ
工、に入る０１１にディノタル型に変換され、また、信
号Ｘ、とｙ、は回路２３の出力側でアナログ型に変換さ
イ］る。

付加的なフィートバックル　ブ２３の伝達関数１゛は、
サーボ制御回路の総括伝達関数に対して、ロータの回転
速度の倍数ｎ（ｒ）Ｌに永続的に関係４゛る周波数１′
、に中心を持つ周波数帯域のたｙ）、ザポ制御のメイン
ループの内部ゲインよりしけろかに高い選択ゲイン増幅
が生しるように決定される。

−１−に述へた周波数帯域は１・分制限されるのが良２
７− く、例えばＩ　ｌｌｚのあたりである。従って、フィー
トパックループ２３は特殊な繰り返し振動のみに対して
働く。それ故、積分器ＩＸｚとＩＹ、のパスバントΔＦ
は非常に低周波領域に制限されＩＨｚあるいはそれ以下
である。積分器Ｉ　Ｘ　ｔとＩＹ、はザ　ボ系の総括伝
達関数のゲインを調整オろために、例えばボテンンヨメ
ータを用いて、ゲインが調節可能な方がよい。

このＪ、うに、本発明によれば、予め定められた周波数
１−に中心をもつ狭い周波数帯域に対するサーボ制御回
路の選択ゲインの増大により、例えばロータの回転速度
の倍数の周波数でステータに働く力によって引き起こさ
れるようなどのような振動に対しても、有効な補償を行
うことができる。

この振動はベアリングを介しては伝達されず、通常のロ
ータとステータの変位による位置検出によっては考慮に
入れるごとができないものである。これに対して、例え
ば不釣合によって生じる慣性力は、！１ｔ、径方向の検
出器によって考慮に入れられ、フランス特許第２．３３
６，６０２号明細書および２８− 第４図に図示された自動釣合回路１８の３Ｌうな回路に
、Ｙり補償される。この回路は、機械フレ　ノ、２のレ
ヘルでは検出されツ゛「ノ　タ１の不釣合に、ｉ　。

て生じろＪ−ラー信シ）のフィルタリンタら行う。

本発明は、付加したフィ　トハソクル　プ２３に３Ｌす
、メインのザ　ホ制御ル　ブ内の自動釣合回路１Ｂを随
行に省くことかでき、ごう４゛ろことにより、１ノー夕
の回転速度の１−に中心をもつ低い周波数帯域内のゲイ
ンの“穴”を作ることができろ１、 それにしかかわらず、第４図に示したように、付加した
フィートバックル　プ２３の用途は、メインのザーボ制
御ループ内で統合された自動釣合回路１８と両立する。

また、第４図はプ〔ｌセス回路１８の中で２個の入力を
もつ２個の加算器ＳＸとｓｙを示している。この加算器
は加算器１１と１２の出力を第１の入力とし、出）月Ｊ
それぞれコントロール回路１３（７）ｌ　３ａＬ　Ｉ　
３ｂとなり、また、それぞれＸＳとｙｓの信号を配給し
ている。フィートバック回路１９（Ｊ第１番［］の座標
変換器ｒ（′い積分器ＩＸ、ＩＹおよび第２番目の座標
変換回路Ｒ°２を含み、加算器ＳＸとｓｙの出力とその
２番目」の人力を結んでいる。座標変換器Ｒ”１および
ｌ（°、は第３番［１の人力として、ロータの実際の回
転速度に比例した量を出力として出す回転速度変換器２
０からの信号ωｔを受け取る。」−述の回路１８はこの
ようにして、検出器７からの信号に対して、ＣＩ　夕の
回転数に永続的に等しい周波数の１−に中心をもつ狭い
帯域内でノツチ形（深い行形）のフィルタを構成する。

このことは、その周波数帯域に対するヘアリングの剛性
を取り除くことと等（ａｌｌである。

フランス特許第２，３３６，６０２号明細書に示されて
いるように、フィードバック回路１９はロータの回転速
度に連結して生じる寄生振動を減少さ■るために使うこ
とができ、不釣合の存在による振動のみに役立つのでは
ない。しかしながら、この回路１９はフレームを振動さ
せる寄生振動のずへてを除去することはできない。これ
に対して、本発明によれば、フレーム」二に直接取り付
けられた振動検出器２６．２６により、メインサーポ制
御ループの回路１９に、Ｅ−１て除去てきない残留寄生
振動を効果的に取り除くことができる。１４に述へた５
Ｌうに、〔Ｊ　夕の回転速度に沖結した寄生振動は「ノ
ータの回転速度に等しい基本振動の高シｈｊ波に粗分け
してまとめられる。このようにして、ルプ２３に類似し
たいくつかのフィー　トバソクル−ブを用いろことが可
能となる。それらのル　ブは、そわぞれ回路２４に類似
の回路によって供給される特定の周波数と組合わされて
いる。この場合、それにもかかわらず、積分回路２７か
ら３０まではループ２３と共通でよい。

第５図で詳細を説明するように、ル　ブ２３に類似した
フィー）・パックループ１２３，２２３を用いることが
可能となる。しかし、これは〔Ｊ　夕の回転速度に直接
は連結していない周波数に対する補償を行うように設計
されている。

例えば、ロータに接続された非同期電動機によ−。

て生じる振動の場合、この振動は電動機の磁場の回転に
対応する周波数、すなわち動力源である電３１− 動機の周波数である５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの周波数
で生じる。この場合、回路１２４によりループ１２３に
与えられる信号ＦＥは振動を起こす電動機、例えば電動
機励磁周波数から直接導かれる。

ロータに連結されたゾロワあるいはポンプの空気力学的
な影譬による振動の場合には、例えば振動の周波数が３
　Ｆｒｏｔ、　５　Ｆｒｏｔ、Ｉ　Ｉ　Ｆｒｏｔでロー
タの回転速度より大きいが、その倍数になっている。こ
のとき、第４図と第５図のループ２３のようなフィード
バックループが用いられ、回路２４は除去すべき同期振
動の周波数対応する信号を直接与える。この周波数はフ
ーリエ解析により予め決定されている。除去すべき振動
の周波数のまイつりの緩和されたバンドパスを決定する
フィルタ回路２３は、回路２４のもとて振動の基本周波
数に対する信号、あるいは特定の回転機械に対して予め
なされたスペクトル解析からの結果の関数としての高調
波に対応する信号を入力することによってなされる。

３２− すでに、これまで示して来たように、本発明ににれば、
高ゲインと狭いバスバントをしつフィードバックループ
２２３と２２３ａを、特定の参照周波数ＦＲにおけろ振
動を補償するた島に、ザポ制御回路１００に挿入するこ
とかできる。上述の参照周波数ＰＲは時間的には安定し
、〔ュータの回転には直接連結していないが、電動機の
ような機械の構成部分の振動数に一致する。このように
、同定はできるがその根源が未知である繰り返し振動の
場合、ループ２３あるいは１２３に類似したフィートパ
ックループを適用することが可能である。しかし、補償
ループ２２３への参照周波数ＰＲの入力は、回路２４，
１２４の場合のように振動を生み出す構成部分から直接
導られる信号からではなく、周波数ＦＲに合うように調
節された周波数の調整可能な発振器２２４から行われる
。

第５図に示されたフィーｌ・パック回路２３，１２３．
２２３は異なる発生源からの振動を補償するように設計
されたしのであるが、非常に類似している。例えばルー
プ２３，１２３，２２３はずべて、振動検出器２５．２
６によって得られた信ｔ（か入る。第５図で示すよ）に
、積分回路２７から３０はｈｌｉ償ループ２３．１２３
．２２３の４″へてに用いられる。

補償ループ２３，１２３，２２３はそれぞれ第１の人力
１５標変換器Ｉｔ、、　Ｒ，、、Ｒ，、および、少くと
し１側の出力座標変換器Ｒ７１１２゜、　Ｒ２１゜１？
２．を含む。６ルーブ２３．１２３，２２３のそれぞれ
に対する入力および出力座標変換器は、回路２４．１２
４，２２４で得られた信号１１ωｌ。

ＦＥ、ＰＲを受け取り、問題にしているループによ−て
減少さイする振動の周波数を表示する。別々のフィー　
ドパツクループ２３，１２３，２２３の伝達関数ＩＸｚ
、ｌＹｔ、ｌＸ２０．ＩＹｔｏ、ＩＸ、、。

［Ｙｔ、はもちろん補償ずべき振動の振幅と位相に適応
させられる。振動周波数ＰＲの場合には、これがロータ
の回転速度あるいは電動機の回転磁場に同期していない
が、２２３のようなループで補償ずへきなので１．可変
周波数発振器２２４はできるだけ正確に振動周波数ＦＲ
に調節しなｉＪればならない。ループ２２３のフィルタ
のベスバントは明らかにす′＼−ご定めら石ていなし）
１、υシ数帯域４１、リム広いか、ル　ブの高ゲインと
効率を′、°ｊろムめにてきるＬ１２狭く４′・＼きで
ある、 本発明のひとつのｉＪ能な具体化にょイ］ば、振動ＰＲ
のような未知の発生源に３１る振動の１１′１波数は加
速度計２５，２６から配線Ａと１３を通−・てすえられ
た信号を受け取って周期的に同定さイ］、スベク）・ル
アナライザを用いてめられろ。そして、可変周波数発振
器２２４０周波数はそれぞれの制御の後に調節される。

また、むし必要なら？１１）供回！！＃２２３の伝達関
数ＩＸ２．．ＩＹ２．が調節される。

本発明による装置は更に他のＩｔ吉んとの振動を補償す
る。例えば、不釣合による振動の場合、振動のベクトル
は一定で、２本の直交軸１−でｈ７相差が９０°の正弦
的変位の信号として表イっさ右る３゜ごの場合に（Ｊ、
振動を完全に補償するの１こ第１１図と第５図のループ
のような単一のフィー　トパソクル−プで十分である。

他の場合には、振動は振幅か一定でないへり１、３５− ルで表わされ、信号を直交軸上のりザージュ図形で表わ
すと楕円あるいは直線になる。この場合には第５図に示
す如く、１個の入力座標変換器Ｒ１１および１個はＸ軸
に沿う補償に対応し、他のｌ　（Ｉｔはｙ軸に沿う補償
に対応する２個の出力座標変換器Ｒ３１とＲ□を用いる
とよい。２個の出力座標変換器Ｒ，，，Ｒ，，は回路２
２４から同じ参照周波数ＰＲの信号を受け取るが、伝達
関数Ｉ　Ｘ、、、　Ｉ　Ｙｔ、。

ｉｘ”２１１　Ｙ’　？＋に関しては、入力座標変換器
Ｒ１１と出力座標変換器ｎ２ｔとＲ２２の間に入れられ
る回路が異なる。このようにして、第１の出力座標変換
器Ｒｔ＋は座標変換器Ｒ１１によるＸｔ＋とＹｔ＋の信
号を用いて得た信号Ｘ３１とｙ３、を受け取る。一方、
第２の出力座標変換器Ｒ１は座標変換器Ｒ１，によるＸ
□とｙ□を用いて得た信号Ｘ３２とＹＢ２を受け取る。

そして、信号Ｘ、ｔとｙ□を作る。例えば、信号Ｘｔ＋
とＹａｐが第１と第２の出力座標変換器Ｒ□、Ｒ１２か
ら取られ、座標変換器Ｒ２１，Ｒ４２を含む回路２２３
と２２３ａの伝達関数を調節することによって、加算器
回路２１と２２に送られる場合には、３６− ループ２２３，２２３ａを経由して、リサ　シュ図形が
円、楕円あるいは直線となるどんな振動でら処理するこ
とかできる。ワイ　ドパツクループ２３と１２３は明確
に分れた回路から成る。これは変動振幅あるいは悪い位
相の同期振動を除去４′ろために、第２の出力座標変換
器を含む回路２２３ａに類似した回路になっている。

第６図は加速度計２５．２６によって得られた信号から
、スペクトルアナライザを用いて調和解析によって得た
周波数のスペクトルの例を示す。

ロータの回転速度に対応する周波数Ｆｒｏｔおよびその
基本周波数の第３．第５．第１１高調波に対応する３　
Ｆｒｏｔ、５　Ｆｒｏｔ、Ｉ　Ｉ　Ｐｒｏｔ、また、ロ
ータを駆動する電動機の回転磁界の周波数に対応する振
動数ＦＥ、その３倍に対応する振動数３ＦＢおよび時間
的には安定しているか発生源の不明な振動周波数１？Ｈ
のところで、予め定められた値Ａ、よりも大きい振幅を
もつ振動かあることかイつかる。−トに述へたロータの
回転に連結し、敷居Ａ、より大きい振幅のすべての振動
Ｆｒｏｔ、　３Ｆｒｏｔ、５　Ｆｒｏｔ、ｌ　Ｉ　Ｆｒ
ｏｔの補償は、第４図と第５図のループ２３のようなフ
ィートパックループのセットを用いて行うことができる
。周波数Ｆ　ｒｏｔ　。

３　Ｆｒｏｔ、５　Ｆｒｏｔ、ｌ　Ｉ　Ｆｒｏｔに比例
する信号を作り出す回路２４は明らかに同じ回転式発電
機、あるいはロータの回転速度の指示を与える同じ発振
器を用いる。振動向と３ＦＥの補償は第５図のループ！
２３と同じフィードバックループによって、ＦＥと３Ｆ
Ｅにそれぞれ比例する信号を出す回路１２４を用いて同
様の方法でなされる。最後に振動数ＰＲの補償は第５図
のループ２２３．２２３ａのようなループによってなさ
れる。

コノヨうに、本発明では、回転機械のフレームが受ける
繰り返し振動のすべてを、これらの振動がスペクトル解
析により同定できる限りにおいては、適当な位相と振幅
をもつ信号を投入することによって、かなり減じ、そし
て除去することさえできる。また、本発明によって、振
動軽減装置を取り付けることが可能になる。振動軽減装
置が働いている時、フレームが受けるいかなる残留振動
ら、そのスペクトルが周期的にモニターされていれば、
その振動を減少させることができる。

最後に、フレームの振動を減じるための制御回路１００
に挿入した付加的なフィードバックループは、従来の技
術で容易に製作でき、ただ一対の加速度計によって得ら
れる信号をＩｌｌ用することができることに注目される
。

ロータを支持するすべての回転機械の能動的なラジアル
磁気ベアリングは、同様の振動軽減システムを備えるこ
とができることは明らかである。

−ト記実施例に詳細した如く、本発明にかかる能動的磁
気サスペンションを備えた回転機械の振動を減少させる
装置は、機械のフレームに働く振動を検出するためにフ
レーム上に取り付けられた少くとも２個の振動検出器、
および、帯域が狭く高ゲインで、中心周波数が参照周波
数に同期し、振動検出器から送られて来る信号を受け取
る少くとも１個の付加的な選択フィードバックループか
ら成る。付加的な選択フィードバックループは、振動検
出器から送られて来る信号を積分する機能と、３９− 参照周波数に結びつかない周波数をもつ過渡的な信号を
除去するフィルタ機能を備えており、それを実施する方
法と共に、簡単な構成で所期の目的を達成し得るもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はラジアル磁気ヘアリングに支持されたロータの
軸方后の断面図に上半分であり、軸、ベアリングおよび
振動検出器の位置が示されており、第２図は第１図の１
１−１１に沿う断面図、第３図は第１図のｌｌｉ　Ｉｌ
ｌに沿う断面図、第４図と第５図は夫々本発明の振動軽
減に用いられたサーボ制御回路の配線図、第６図はこの
発明によって補償された振動周波数のスペクトルの例の
グラフである。 トロー夕、　２・・ステータ、 ３・ベアリング、　４・　コイル、 ５．６，９．１０・・アーマチャ、 ７・検出器、　ＩＩ、１２・加算器、 ＋３．ｔｏｏ　制御回路、 １４．１５　・信号発生回路、 ４０− １６．１７・・・位相変換器、２１．２２　加算器、２
３．１２３．２２３　フィードバックループ、２５．２
６・・・振動検出器、 ２７．２８．２９・・・積分回路。 特許出願人　ソシエテ・ユーロペーヌ・ドウ・プロプル
ノオン 代　理　人　弁理士　青　山　葆　ばか２名第１頁の続
き ［相］発明者　アンビル・タラセール　フン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　電磁コイルを備えた少くとも１個のラジアル磁
   気ヘアリング、ロータの位置を検出するたぬの少くとも
   １個の半径方向の検出器、および検出器とコイルを結ぶ
   １個のサーボ制御回路からなるタイプの能動的な磁気サ
   スペンンヨン方式によって、フレー１・に載せたロータ
   をもつ回転機械の振動を減少させる装置にして、フレー
   ムが受ける振動を検出するためフレーム上に固定し、ロ
   ータ軸と垂直でかつ互に平行ではない少くとも２個の振
   動検出器を有し、かつ参照周波数に同期した中心周波数
   をもち、狭い帯域で高ゲインの付加的な選択フィードバ
   ックループを少くとも１個もち、このフィードバックル
   ープが上述の振動検出器から出る信号を受け取るのに用
   いられ、振動検出器から来る信号を積分する回路と、参
   照周波数に連結していない周波数を取り除く回路をも−
   ）でいる装置。 （２、特許請求の範囲第１項に記載の装置にして、１−
   記振動検出装置が速度計てあり、積分器は加速度計で得
   らイ］た信号の一゛１重積分を行うようにした装置。 （３）特許請求の範囲第１項に記載の装置にして、上記
   振動検出器が速度検出器であり、積分器が速度検出器で
   得られた信号の一重積分を行うようにした装置。 （４）特許請求の範囲第１項に記載の装置にして、上記
   付加的な狭い帯域の選択フィ　トバゾクル−プが、振動
   検出器の基準軸によ−、て構成され、互に垂直でかつ［
   １夕の回転軸にし垂直な固定座標系から２本の可動軸に
   よって構成され、ｌｆに垂直でかつロータの回転軸にら
   垂直で、参照速度に連結して回転する回転座標系へ座標
   変換するタイプの第１変換回路と、１、述の回転座標系
   を固定座標系に座標変換するタイプの第２変換回路をし
   つようにした装置。 （５）特許請求の範囲第４項に記載の装置にして、ｌ二
   記参照周波数かロータの回転速度の倍数であり、ロータ
   の回転速度の倍数を表４〜信号を出す回路がＩ−述の第
   １および第２の変換回路と連結されているようにした装
   置。 （６）特許請求の範囲第４項に記載の装置にして、−１
   −記参照周波数が操作」二ロータに接続された動力源の
   非同期電動機の周波数に連結している周波数であり、ま
   た、回路が電動機から出て来る参照周波数の信号を分配
   するために、第１および第２変換回路に連結されている
   ようにした装置。 （７）特許請求の範囲第４項に記載の装置にして、−１
   −記参照周波数がフーリエ解析によって検出される時間
   的に安定な周波数で、ロータの回転速度には無関係であ
   り、可変周波数発振器り月二連の参照周波数に本質的に
   等しい周波数をもつ参照信号を送るために、第１および
   第２変換回路に連結されているようにした装置。 （８）特許請求の範囲第４項に記載の装置にして、−１
   −記座漂変換器はアナログ型であり、それぞれは正弦／
   余弦の発生器とアナ【Ｊグ積瀞器でてきた静的変換器を
   しつようにした装置。 （９）特許請求の範囲第８項に記載の装置にして、−１
   −記帯域の狭い付加的な選択フィートバンクループが、
   単一の入力座標変換器を６つ第１変換回路、および固定
   座標系のうちの一軸に対応する出力座標変換器をもつ第
   １伝達関数と、固定座標系の他の軸に対応する出力座標
   変換器をしつ第２伝達関数を含む第２変換回路から成る
   ようにした装置。 （ｌＯ）特許請求の範囲第１項に記載の装置にして、」
   二組の座標変換回路がディンタル回路で構成されるよう
   にした装置。 （１１）電磁コイルを備えた少くと６１個のラジアル磁
   気ヘアリングをらち、ＣＪ−夕の位置を検出するための
   少くと６１個の半径方向の検出器をらち、また、１−記
   の検出器と＝１イルに連結されたサーボ制御回路をもち
   、能動的磁気サスペンション方式によってフレームに載
   せられたロータをらつ回転機械の振動を減少さ０る方法
   にして、少くと３− ６２個のｒ７に平行でなく、かつロータ軸に垂直な軸を
   もつ振動検出器を回転機械のフレームに取り付け、スペ
   クトルアナライザを用いて振動検出器を出た信号から時
   間的に安定した緑り返し振動に対応する振動周波数を記
   録し、ロータの回転速度の倍数に対応する振動周波数を
   同定し、また、非同期電動機を用いた動力源周波数のよ
   うな既知の特性周波数の倍数に対応する振動周波数を同
   定し、時間的には安定であるが既知の特性周波数には同
   期しない周波数を同定し、サーボ制御回路を導入して同
   定された振動周波数に対応する繰り返し振動を補償する
   ために、中心周波数が同定された振動周波数に同期する
   狭い帯域で高ゲインの付加的な選択フィードバックルー
   プに」二連の振動検出器で得られた信号を入れ、積分の
   後、別の付加的なフィードバックに入れ、それぞれの付
   加的なフィートパックループ内で、そのループによって
   補償するように同定された周波数に関係ない周波数をｂ
   つ過渡的な信号にフィルタをかけることから成る方法。 一４＝ （１２、特許請求の範囲第１１項に記載の方法にして、
   第１のステップがスペクトルアナライザを用いて、ロー
   タの回転速度の倍数、あるいは必要なら既知の特性振動
   数の倍数に対応する第１の振動周波数を決定し、中心周
   波数かそれぞれ［）−タ回転数の検出器あるいは既知の
   特性周波数の信号の検出器によって配給される信号から
   、第１ステ・ツブの間に記録された第１の振動周波数に
   同期する帯域の狭い高ゲインの付加的な選択ワイ　ドパ
   ツクループをザーボ制御フィー　ドパツク回路に導入す
   ることから成り、そして、第２のステップが、第１の付
   加的なフィードバックループが作動中の間、時間的には
   安定であるが機械構成部分の既知の特性周波数には同期
   しない第２の振動周波数をスペクトルアナライザを用い
   て決定し、中心周波数が第２のステップにおいて調整可
   能な発振器からの上述の第２の同定された周波数に調整
   された周波数に同定された、それぞれ異なる第２の振動
   周波数に同期し、第２の付加的な帯域の狭い高ゲインの
   フィー　ドパツクループを導入することがら成る方法。 （１３）特許請求の範囲第１２項に記載の方法にして、
   時間的には安定であるが、機械構成部品の既知の特性周
   波数には同期しない振動周波数の制御か、周期的にスペ
   クトルアナライザと連結されて行われ、それぞれの制御
   の後、可変周波数発振器の周波数を第２番目に同定され
   た振動周波数の新しい関傾として再調整するようにした
   方法。 （１４）特許請求の範囲第１１項に記載の方法にして、
   振動周波数を記録し、同定する際、予め定めた敷居以下
   の振動に対応する周波数を無視するようにした方法。