JP3083242B2 - 回転体の静止場での振動評価方法 - Google Patents
回転体の静止場での振動評価方法Info
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- JP3083242B2 JP3083242B2 JP07127208A JP12720895A JP3083242B2 JP 3083242 B2 JP3083242 B2 JP 3083242B2 JP 07127208 A JP07127208 A JP 07127208A JP 12720895 A JP12720895 A JP 12720895A JP 3083242 B2 JP3083242 B2 JP 3083242B2
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
- G01H1/10—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of torsional vibrations
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- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Testing Of Balance (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、静止場において回転体
の振動評価を行う方法に関し、更に詳しく述べると、回
転体を非回転状態に保持したままで回転加振力を付与す
ることで、回転によるジャイロ効果を除いた回転場の振
動応答と酷似した振動応答を得る振動評価方法に関する
ものである。
の振動評価を行う方法に関し、更に詳しく述べると、回
転体を非回転状態に保持したままで回転加振力を付与す
ることで、回転によるジャイロ効果を除いた回転場の振
動応答と酷似した振動応答を得る振動評価方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】回転機械は、回転数が上昇して固有振動
数と一致した場合、振動振幅が急激に増大する危険速度
を有している。危険速度が複数存在する場合、回転体を
回転させると、複数の振動共振点である危険速度を通過
して定格回転数に至る。もし危険速度において振動減衰
等を最適に設定できない場合には、製作時に生じたアン
バランスが危険速度で激しく振動応答し、振動不安定と
なり、軸受の破損等を起こして回転できなくなる。その
ため、振動設計並びに加振試験から振動減衰等を最適に
調整している。従って回転機械を設計・製作するには、
まず、回転体の振動応答を得る必要がある。
数と一致した場合、振動振幅が急激に増大する危険速度
を有している。危険速度が複数存在する場合、回転体を
回転させると、複数の振動共振点である危険速度を通過
して定格回転数に至る。もし危険速度において振動減衰
等を最適に設定できない場合には、製作時に生じたアン
バランスが危険速度で激しく振動応答し、振動不安定と
なり、軸受の破損等を起こして回転できなくなる。その
ため、振動設計並びに加振試験から振動減衰等を最適に
調整している。従って回転機械を設計・製作するには、
まず、回転体の振動応答を得る必要がある。
【０００３】回転機械において、回転体が長尺化し、そ
の回転数が高くなると、危険速度振動も複雑な発生形態
を示す。そこで回転体について振動設計解析を行い、振
動安定系となる危険速度を設定するが、物性のずれ等か
ら必ずしも設計通りの出来具合になるとはかぎらない。
この誤差が大きい場合、回転体は振動不安定となり、回
転できなくなる。そのため、回転体を回転する前に、予
め静止場で加振試験を行って危険速度振動の発生形態を
把握し、回転性能を担保する必要がある。
の回転数が高くなると、危険速度振動も複雑な発生形態
を示す。そこで回転体について振動設計解析を行い、振
動安定系となる危険速度を設定するが、物性のずれ等か
ら必ずしも設計通りの出来具合になるとはかぎらない。
この誤差が大きい場合、回転体は振動不安定となり、回
転できなくなる。そのため、回転体を回転する前に、予
め静止場で加振試験を行って危険速度振動の発生形態を
把握し、回転性能を担保する必要がある。
【０００４】回転体を静止場で加振し、振動を評価する
技術としては、 インパルスハンマで回転体を打撃する方法 動電式スピーカにより空気を介して回転体を加振する
方法 動電方式で回転体を直接加振する方法 電気油圧方式で回転体を直接加振する方法 回転体の鉄軸などを電磁石で吸引することで加振する
方法 などがある。いずれも基本的には１次元加振であり、回
転体を宙吊りにして加振する方法と、静止体を含めて加
振する方法がある。
技術としては、 インパルスハンマで回転体を打撃する方法 動電式スピーカにより空気を介して回転体を加振する
方法 動電方式で回転体を直接加振する方法 電気油圧方式で回転体を直接加振する方法 回転体の鉄軸などを電磁石で吸引することで加振する
方法 などがある。いずれも基本的には１次元加振であり、回
転体を宙吊りにして加振する方法と、静止体を含めて加
振する方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の静止場
で加振する技術のうち、のインパルスハンマで打撃す
る方法は、簡易な反面、加振力が小さく高精度測定が困
難であり、のスピーカで加振する方法は、非接触で行
える利点があるが、加振力が小さく、空気伝達であるた
め伝達遅れ等の問題がある。またの電動式直接加振
は、回転体に直接振動物を取り付けるため、本来の振動
とは異なった結果となってしまう。の電気油圧式は高
周波数の加振が困難で、の電磁吸引式は非磁性回転体
には適用できず、磁性体でも加振力が小さい。いずれに
しても、これらの１次元加振により得られた結果は、危
険速度振動とは別に回転場では発生しない膜振動等が発
生し、回転体の吊り下げ状態の変化でデータが異なるこ
と、静止体を含めた場合は静止体の共振もあるため、デ
ータ精度を保証できない欠点があった。データ精度が悪
いと危険速度を正確に設定できず、その後の実際の回転
試験の作業効率に大きな影響を及ぼすことになる。
で加振する技術のうち、のインパルスハンマで打撃す
る方法は、簡易な反面、加振力が小さく高精度測定が困
難であり、のスピーカで加振する方法は、非接触で行
える利点があるが、加振力が小さく、空気伝達であるた
め伝達遅れ等の問題がある。またの電動式直接加振
は、回転体に直接振動物を取り付けるため、本来の振動
とは異なった結果となってしまう。の電気油圧式は高
周波数の加振が困難で、の電磁吸引式は非磁性回転体
には適用できず、磁性体でも加振力が小さい。いずれに
しても、これらの１次元加振により得られた結果は、危
険速度振動とは別に回転場では発生しない膜振動等が発
生し、回転体の吊り下げ状態の変化でデータが異なるこ
と、静止体を含めた場合は静止体の共振もあるため、デ
ータ精度を保証できない欠点があった。データ精度が悪
いと危険速度を正確に設定できず、その後の実際の回転
試験の作業効率に大きな影響を及ぼすことになる。
【０００６】そこで従来技術では、上記のような方法で
大雑把な試験を行うものの、回転体を設計・製作する場
合には、実際の回転機械に回転体を組み込み、運転状態
でアンバランス振動を計測して危険速度のプロフィール
を求めねばならなかった。そのため、例えばＮ次通過型
の回転機械においてＮ次の危険速度での振動を測定する
には、その前提として１次〜（Ｎ−１）次までの制振を
行い危険速度を通過せねばならない。バランシング技術
では、測定したアンバランス振動に基づいて回転体にバ
ランス・ウエイトを付加したり、逆に回転体を削るなど
の作業を行い振動を抑制する。このように複数の危険速
度をバランスして得たデータを設計にフィードバックす
ることは、大きな工数を要し、極めて煩瑣であり多くの
手間と時間がかかる作業を必要とした。
大雑把な試験を行うものの、回転体を設計・製作する場
合には、実際の回転機械に回転体を組み込み、運転状態
でアンバランス振動を計測して危険速度のプロフィール
を求めねばならなかった。そのため、例えばＮ次通過型
の回転機械においてＮ次の危険速度での振動を測定する
には、その前提として１次〜（Ｎ−１）次までの制振を
行い危険速度を通過せねばならない。バランシング技術
では、測定したアンバランス振動に基づいて回転体にバ
ランス・ウエイトを付加したり、逆に回転体を削るなど
の作業を行い振動を抑制する。このように複数の危険速
度をバランスして得たデータを設計にフィードバックす
ることは、大きな工数を要し、極めて煩瑣であり多くの
手間と時間がかかる作業を必要とした。
【０００７】そこで回転体を設計・製作するとき、それ
を実際に回転しなくても静止場の試験によって危険速度
のプロフィール（回転周波数に対する振動振幅の特性）
を正確に把握できれば、危険速度の周波数配置を適切に
設定することも可能となり、定格回転数に至るまでの高
安定を実現することができ、作業効率は著しく向上する
ことになる。そのような新しい手法の開発が強く望まれ
ていた。
を実際に回転しなくても静止場の試験によって危険速度
のプロフィール（回転周波数に対する振動振幅の特性）
を正確に把握できれば、危険速度の周波数配置を適切に
設定することも可能となり、定格回転数に至るまでの高
安定を実現することができ、作業効率は著しく向上する
ことになる。そのような新しい手法の開発が強く望まれ
ていた。
【０００８】また回転機械では、定格回転数を超えた領
域にも危険速度が存在する。例えば定格回転数よりやや
高い回転周波数領域に危険速度がある場合には、定格回
転振動が不安定となる。しかし、この定格回転数以上の
危険速度のプロフィールは、実際に回転させることがで
きないために、正確に把握できない。そこで従来技術で
は、定格回転数以上の危険速度については、解析値と定
格回転振動への影響から推定しているにとどまってい
た。
域にも危険速度が存在する。例えば定格回転数よりやや
高い回転周波数領域に危険速度がある場合には、定格回
転振動が不安定となる。しかし、この定格回転数以上の
危険速度のプロフィールは、実際に回転させることがで
きないために、正確に把握できない。そこで従来技術で
は、定格回転数以上の危険速度については、解析値と定
格回転振動への影響から推定しているにとどまってい
た。
【０００９】本発明の目的は、回転体の危険速度のプロ
フィールを、非回転状態において短時間に安全に且つ高
精度で求めることができ、それによって回転機械の設計
・製作の作業能率の向上を図ることができる振動評価方
法を提供することである。本発明の他の目的は、回転体
の通過危険速度と定格回転数を超える領域にある危険速
度のプロフィールを的確に求めることができる方法を提
供することである。
フィールを、非回転状態において短時間に安全に且つ高
精度で求めることができ、それによって回転機械の設計
・製作の作業能率の向上を図ることができる振動評価方
法を提供することである。本発明の他の目的は、回転体
の通過危険速度と定格回転数を超える領域にある危険速
度のプロフィールを的確に求めることができる方法を提
供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、回転体中心位
置を偏らせようと作用する偏心力が中心軸の回りを回転
するような回転加振力を回転体に付与する回転加振装置
と、該回転体の振動を検出する振動センサと、該振動セ
ンサの出力を計測する振動計測器とを設置し、回転体を
非回転状態で保持しつつ、回転加振力の回転周波数をス
イープして振動応答を計測し、疑似回転場での振動特性
（回転周波数に対する振動振幅の特性）を得るようにし
た回転体の静止場での振動評価方法である。
置を偏らせようと作用する偏心力が中心軸の回りを回転
するような回転加振力を回転体に付与する回転加振装置
と、該回転体の振動を検出する振動センサと、該振動セ
ンサの出力を計測する振動計測器とを設置し、回転体を
非回転状態で保持しつつ、回転加振力の回転周波数をス
イープして振動応答を計測し、疑似回転場での振動特性
（回転周波数に対する振動振幅の特性）を得るようにし
た回転体の静止場での振動評価方法である。
【００１１】ここで回転加振装置は、２極に磁化されて
いて回転体の中心軸と同心状に取り付けられるリング状
の磁石と、コイルへの通電制御により回転磁界を発生す
るリング状のステータと、前記コイルに交流電力を供給
する周波数可変の加振電源部とを具備し、前記磁石と前
記ステータとは、それらの磁気半径が互いに異なる寸法
を有し且つ前記磁石の磁化方向と同じ方向で対向するよ
うに配置されていて、ステータから発生する回転磁界と
磁石との相互作用により回転体に回転加振力を付与する
構造とする。磁石は永久磁石でもよいし電磁石でもよ
い。回転体を軸受によって非回転状態で保持し、ステー
タから発生する回転磁界の周波数をスイープすることに
より振動評価を行う。
いて回転体の中心軸と同心状に取り付けられるリング状
の磁石と、コイルへの通電制御により回転磁界を発生す
るリング状のステータと、前記コイルに交流電力を供給
する周波数可変の加振電源部とを具備し、前記磁石と前
記ステータとは、それらの磁気半径が互いに異なる寸法
を有し且つ前記磁石の磁化方向と同じ方向で対向するよ
うに配置されていて、ステータから発生する回転磁界と
磁石との相互作用により回転体に回転加振力を付与する
構造とする。磁石は永久磁石でもよいし電磁石でもよ
い。回転体を軸受によって非回転状態で保持し、ステー
タから発生する回転磁界の周波数をスイープすることに
より振動評価を行う。
【００１２】
【作用】ステータのコイルに所定周波数の交流電力を供
給すると、それに対応した回転磁界が発生する。ステー
タにより発生する磁界と磁石との相互作用により、回転
体に偏心力（回転中心位置を偏らせようと作用する力）
が働き、この偏心力がステータの回転磁界とともに回転
する。これが回転加振力となって回転体を回転加振す
る。回転加振であることから、従来の１次元加振である
ために生じる膜振動等は発生せず、そのため回転体は回
転場の危険速度振動と酷似した振動応答を示す。これに
よって従来の静止場の一次元加振方法では膜振動等に隠
れて確認困難であった危険速度でも明確に捉えることが
できるようになる。また定格回転数を超える領域に存在
する危険速度についても、ステータに供給する交流電力
の周波数を高くするだけで、具体的に捉えることができ
る。
給すると、それに対応した回転磁界が発生する。ステー
タにより発生する磁界と磁石との相互作用により、回転
体に偏心力（回転中心位置を偏らせようと作用する力）
が働き、この偏心力がステータの回転磁界とともに回転
する。これが回転加振力となって回転体を回転加振す
る。回転加振であることから、従来の１次元加振である
ために生じる膜振動等は発生せず、そのため回転体は回
転場の危険速度振動と酷似した振動応答を示す。これに
よって従来の静止場の一次元加振方法では膜振動等に隠
れて確認困難であった危険速度でも明確に捉えることが
できるようになる。また定格回転数を超える領域に存在
する危険速度についても、ステータに供給する交流電力
の周波数を高くするだけで、具体的に捉えることができ
る。
【００１３】
【実施例】図１は本発明に係る回転体の静止場での振動
評価方法の一実施例を示す概略図であり、図２はその要
部である回転加振装置の説明図である。この方法は、回
転体１０に、回転加振力を付与する回転加振装置１２
と、該回転体１０の振動を検出する振動センサ１４と、
該振動センサ１４の出力を計測する振動計測器１６を設
置し、回転体を非回転状態で保持しつつ、回転加振力の
回転周波数をスイープして振動応答を計測し、疑似回転
場での振動特性を得るようにした回転体の静止場での振
動評価方法である。
評価方法の一実施例を示す概略図であり、図２はその要
部である回転加振装置の説明図である。この方法は、回
転体１０に、回転加振力を付与する回転加振装置１２
と、該回転体１０の振動を検出する振動センサ１４と、
該振動センサ１４の出力を計測する振動計測器１６を設
置し、回転体を非回転状態で保持しつつ、回転加振力の
回転周波数をスイープして振動応答を計測し、疑似回転
場での振動特性を得るようにした回転体の静止場での振
動評価方法である。
【００１４】回転体１０は、回転場の支持状態を想定し
て、その回転体１０が組み込まれる回転機械と同様に支
持されており、ここではバネと減衰をもつ上下のラジア
ル軸受１８，２０で水平面内（ＸＹ方向）の支持がなさ
れ、同じくバネと減衰をもつスラスト軸受２２で鉛直方
向（Ｚ方向）の支持がなされている。
て、その回転体１０が組み込まれる回転機械と同様に支
持されており、ここではバネと減衰をもつ上下のラジア
ル軸受１８，２０で水平面内（ＸＹ方向）の支持がなさ
れ、同じくバネと減衰をもつスラスト軸受２２で鉛直方
向（Ｚ方向）の支持がなされている。
【００１５】図２に詳細に示されているように回転加振
装置１２は、回転体１０に回転加振力を付与するもので
あり、リング状の永久磁石３０とリング状のステータ３
２と加振電源部３４とからなる。永久磁石３０は、軸方
向に２極着磁されていて、回転体１０（ここでは回転体
の軸１１）に同心状に装着されている。ステータ３２は
通常の誘導モータ等と同様の構成であってよく、そのコ
イルへの通電制御により実質的に２極の回転磁界を発生
するものである。永久磁石３０とステータ３２とは、そ
れらの磁気半径（磁極が形成される位置から中心軸まで
の距離であり、永久磁石の磁気半径を符号Ｒ1 で、ステ
ータの磁気半径を符号Ｒ2 で示す）が互いに異なる寸法
を有し、且つ軸方向で対向するように配置されている。
加振電源部３４は、前記ステータ３２のコイルに交流電
力を供給する周波数可変のインバータである。
装置１２は、回転体１０に回転加振力を付与するもので
あり、リング状の永久磁石３０とリング状のステータ３
２と加振電源部３４とからなる。永久磁石３０は、軸方
向に２極着磁されていて、回転体１０（ここでは回転体
の軸１１）に同心状に装着されている。ステータ３２は
通常の誘導モータ等と同様の構成であってよく、そのコ
イルへの通電制御により実質的に２極の回転磁界を発生
するものである。永久磁石３０とステータ３２とは、そ
れらの磁気半径（磁極が形成される位置から中心軸まで
の距離であり、永久磁石の磁気半径を符号Ｒ1 で、ステ
ータの磁気半径を符号Ｒ2 で示す）が互いに異なる寸法
を有し、且つ軸方向で対向するように配置されている。
加振電源部３４は、前記ステータ３２のコイルに交流電
力を供給する周波数可変のインバータである。
【００１６】図２の構成において、リング状の永久磁石
３０は、例えば上面がＮ極に、下面がＳ極に着磁されて
いるとする。そして、コイルへの通電によって、ある瞬
間、ステータ３２には、図面右側がＳ極、図面左側がＮ
極の磁極が発生したとする。すると図面右側ではＳ極同
士の反発力による左上向きの電磁力が発生し、図面左側
ではＮＳ極間の吸引力による左下向きの電磁力が発生す
る。これらが合成すると、永久磁石１０の軸方向の分力
は逆方向であるため相殺されるが、軸方向に対して垂直
な（図面では水平面内の）分力Ｆ1 ，Ｆ2 は同方向とな
るため足し合わされて偏心力となる。ステータ３２に発
生する磁界の向きは、加振電源部３４から供給する交流
電力の周波数に応じて回転するため、永久磁石３０に印
加される電磁的な偏心力もその向きが回転する。この偏
心力は、ステータ３２に供給する交流電流の電流値で制
御できる。つまりステータ３２から発生する回転磁界と
永久磁石３０との相互作用によって、回転体３６に所望
の回転加振力を付与することができ、電気的入力が質の
良い回転振動ベクトル加振をもたらす。
３０は、例えば上面がＮ極に、下面がＳ極に着磁されて
いるとする。そして、コイルへの通電によって、ある瞬
間、ステータ３２には、図面右側がＳ極、図面左側がＮ
極の磁極が発生したとする。すると図面右側ではＳ極同
士の反発力による左上向きの電磁力が発生し、図面左側
ではＮＳ極間の吸引力による左下向きの電磁力が発生す
る。これらが合成すると、永久磁石１０の軸方向の分力
は逆方向であるため相殺されるが、軸方向に対して垂直
な（図面では水平面内の）分力Ｆ1 ，Ｆ2 は同方向とな
るため足し合わされて偏心力となる。ステータ３２に発
生する磁界の向きは、加振電源部３４から供給する交流
電力の周波数に応じて回転するため、永久磁石３０に印
加される電磁的な偏心力もその向きが回転する。この偏
心力は、ステータ３２に供給する交流電流の電流値で制
御できる。つまりステータ３２から発生する回転磁界と
永久磁石３０との相互作用によって、回転体３６に所望
の回転加振力を付与することができ、電気的入力が質の
良い回転振動ベクトル加振をもたらす。
【００１７】加振電源部３４として用いるインバータ
は、商用電気を一旦直流とし周波数に合わせて±の電圧
スイッチングを行い矩形波の電圧・周波数可変とするの
が一般的である。このような矩形波インバータは市販さ
れており容易に且つ安価に入手できる。加振交流電力の
波形は矩形波の他、サイン波でもよい。但し、サイン波
インバータは高価であり一般的ではない。
は、商用電気を一旦直流とし周波数に合わせて±の電圧
スイッチングを行い矩形波の電圧・周波数可変とするの
が一般的である。このような矩形波インバータは市販さ
れており容易に且つ安価に入手できる。加振交流電力の
波形は矩形波の他、サイン波でもよい。但し、サイン波
インバータは高価であり一般的ではない。
【００１８】図１に戻って、回転体１０の振動を検出す
る振動センサ１４は、回転体１０の近傍に１個又は複数
個設けられる。そして該振動センサ１４に振動の振幅を
求めるオシロスコープやＦＦＴ（高速フーリエ変換器）
などの振動計測器１６を接続する。
る振動センサ１４は、回転体１０の近傍に１個又は複数
個設けられる。そして該振動センサ１４に振動の振幅を
求めるオシロスコープやＦＦＴ（高速フーリエ変換器）
などの振動計測器１６を接続する。
【００１９】加振電源部３４は、ステータ３２に供給す
る交流電力の周波数を、低周波数領域から危険速度を超
える高周波数領域まで徐々にスイープする。それに伴っ
てステータ３２から発生する回転磁界の周波数もスイー
プし、その際の振動応答を振動センサ１４及び振動計測
器１６で計測する。これによって疑似回転場での振動特
性が得られる。回転体の振動応答には、回転体に取り付
けたリング状永久磁石３０による影響も含まれるので、
このリング状永久磁石３０は、回転体を回転する駆動モ
ータのロータ部と同一形状・同一質量とするのが好まし
い。実際に回転機械に組み込む場合は、この回転加振用
の永久磁石を駆動モータのロータと置き換えることにな
る。なお、リング状永久磁石３０が駆動モータのロータ
部と質量などが異なる場合には、必要な補正を行う。図
１の構成では、回転加振用のステータ３２には、駆動モ
ータのステータがそのまま利用できる。
る交流電力の周波数を、低周波数領域から危険速度を超
える高周波数領域まで徐々にスイープする。それに伴っ
てステータ３２から発生する回転磁界の周波数もスイー
プし、その際の振動応答を振動センサ１４及び振動計測
器１６で計測する。これによって疑似回転場での振動特
性が得られる。回転体の振動応答には、回転体に取り付
けたリング状永久磁石３０による影響も含まれるので、
このリング状永久磁石３０は、回転体を回転する駆動モ
ータのロータ部と同一形状・同一質量とするのが好まし
い。実際に回転機械に組み込む場合は、この回転加振用
の永久磁石を駆動モータのロータと置き換えることにな
る。なお、リング状永久磁石３０が駆動モータのロータ
部と質量などが異なる場合には、必要な補正を行う。図
１の構成では、回転加振用のステータ３２には、駆動モ
ータのステータがそのまま利用できる。
【００２０】図３は、本発明方法によって、供試回転体
についての回転周波数と振動振幅の関係を求めた一例を
示す概略図である（説明を簡略化するため、振動応答の
一部は省略してある）。これによって危険速度のプロフ
ィール（振動減衰特性とその周波数配置）を明瞭に読み
取ることができる。即ち、振動特性線図での各ピークの
位置（回転周波数）で対応する危険速度が求まり、振動
特性線における山の形状（緩やかさや急峻さ）で減衰の
大小が分かる。また、図示の通り、定格回転数よりも高
い回転周波数での危険速度も計測可能である。もし符号
ａで示す危険速度が破線で示す符号ｂの位置にずれたと
すると、符号ｃの危険速度は符号ｄ（破線）で示すよう
に激しく振動応答して発散する（実際の回転場では破損
に至る）ことが考えられる。このような危険速度のプロ
フィールを静止場で簡単に求められるので、安全に且つ
容易に回転体の設計・製作を行うことができる。なお、
ジャイロ効果が大きい場合は補正を行う。
についての回転周波数と振動振幅の関係を求めた一例を
示す概略図である（説明を簡略化するため、振動応答の
一部は省略してある）。これによって危険速度のプロフ
ィール（振動減衰特性とその周波数配置）を明瞭に読み
取ることができる。即ち、振動特性線図での各ピークの
位置（回転周波数）で対応する危険速度が求まり、振動
特性線における山の形状（緩やかさや急峻さ）で減衰の
大小が分かる。また、図示の通り、定格回転数よりも高
い回転周波数での危険速度も計測可能である。もし符号
ａで示す危険速度が破線で示す符号ｂの位置にずれたと
すると、符号ｃの危険速度は符号ｄ（破線）で示すよう
に激しく振動応答して発散する（実際の回転場では破損
に至る）ことが考えられる。このような危険速度のプロ
フィールを静止場で簡単に求められるので、安全に且つ
容易に回転体の設計・製作を行うことができる。なお、
ジャイロ効果が大きい場合は補正を行う。
【００２１】加振電源部から供給する交流電力の波形
は、前記のように矩形波でもよいが、特に高精度のデー
タを得るには、単一周波数のサイン波が望ましい。矩形
波による加振は、基本周波数と奇数倍周波数の複合加振
となり（サイン波以外では、これに類する加振とな
る）、そのため標的基本周波数加振の時、奇数倍周波数
に危険速度が存在すれば振動応答するからである。矩形
波インバータの場合は、奇数倍周波数の電圧が倍数の順
に小さくなること、加振力が周波数に反比例することか
ら振動応答は小さいが、基本周波数をスイープしたとき
にスイープ域が広範囲となるので注意を要する。逆に、
この特性を利用すると、高周波領域の加振が行えること
になる。
は、前記のように矩形波でもよいが、特に高精度のデー
タを得るには、単一周波数のサイン波が望ましい。矩形
波による加振は、基本周波数と奇数倍周波数の複合加振
となり（サイン波以外では、これに類する加振とな
る）、そのため標的基本周波数加振の時、奇数倍周波数
に危険速度が存在すれば振動応答するからである。矩形
波インバータの場合は、奇数倍周波数の電圧が倍数の順
に小さくなること、加振力が周波数に反比例することか
ら振動応答は小さいが、基本周波数をスイープしたとき
にスイープ域が広範囲となるので注意を要する。逆に、
この特性を利用すると、高周波領域の加振が行えること
になる。
【００２２】本発明に係る回転体に対する回転加振装置
は、上記の実施例が最適と考えられるが、回転加振力を
付与するための構成としては、上記の例のみに限られる
ものではない。上記の例ではリング状の磁石として永久
磁石を使用しているが、永久磁石に代えて電磁石を用い
てもよい。回転体は静止場に置かれているので、電磁石
への通電は容易である。
は、上記の実施例が最適と考えられるが、回転加振力を
付与するための構成としては、上記の例のみに限られる
ものではない。上記の例ではリング状の磁石として永久
磁石を使用しているが、永久磁石に代えて電磁石を用い
てもよい。回転体は静止場に置かれているので、電磁石
への通電は容易である。
【００２３】磁石とステータを同一面に配置することも
可能である。その例を図４に示す。リング状の永久磁石
４０は、径方向に２極着磁（ここでは外周面がＳ極、内
周面がＮ極）されていて、回転体４２に取り付けられて
いる。回転体４２は軸受４４で支持されている。ステー
タ４６はリング状であって、コイルへの通電制御により
回転磁界を発生する構造である。この永久磁石４０とス
テータ４６は、同一平面上に位置し径方向で対向する
（即ち、ステータ４６の内側に永久磁石４０が位置す
る）ように配置されている。この構成においても、例え
ばある瞬間にステータ４６により発生する磁界が図４の
向きであるとすると、回転体４２の左側では異極の吸引
力が生じ、右側では同極の反発力が生じて、回転体４２
に左向きの力が働く。この力がステータ４６によって発
生する回転磁界と共に回転するため、回転体４２は回転
加振力を受けることになる。
可能である。その例を図４に示す。リング状の永久磁石
４０は、径方向に２極着磁（ここでは外周面がＳ極、内
周面がＮ極）されていて、回転体４２に取り付けられて
いる。回転体４２は軸受４４で支持されている。ステー
タ４６はリング状であって、コイルへの通電制御により
回転磁界を発生する構造である。この永久磁石４０とス
テータ４６は、同一平面上に位置し径方向で対向する
（即ち、ステータ４６の内側に永久磁石４０が位置す
る）ように配置されている。この構成においても、例え
ばある瞬間にステータ４６により発生する磁界が図４の
向きであるとすると、回転体４２の左側では異極の吸引
力が生じ、右側では同極の反発力が生じて、回転体４２
に左向きの力が働く。この力がステータ４６によって発
生する回転磁界と共に回転するため、回転体４２は回転
加振力を受けることになる。
【００２４】上記の両実施例では磁石を直接回転体に装
着しているが、軸受を介して取り付けてもよい。その例
を図５に示す。回転体５０にボール軸受５２の内輪側を
固定し、外輪側にリング状の永久磁石５４を装着する。
この例は図２と同様、軸方向に２極着磁したものであ
る。リング状のステータ５６は、前記永久磁石５４に対
して軸方向で対向するように配置する。このような軸受
を介する構成は、回転体に具備するものを要しない利点
がある。即ち、回転体は回転駆動用モータのロータ部が
装着されたままの状態とする。ボール軸受５２は、図１
における軸受２０に相当するものと考えてよく、その軸
受に回転加振力を付与して振動応答を測定するのであ
る。
着しているが、軸受を介して取り付けてもよい。その例
を図５に示す。回転体５０にボール軸受５２の内輪側を
固定し、外輪側にリング状の永久磁石５４を装着する。
この例は図２と同様、軸方向に２極着磁したものであ
る。リング状のステータ５６は、前記永久磁石５４に対
して軸方向で対向するように配置する。このような軸受
を介する構成は、回転体に具備するものを要しない利点
がある。即ち、回転体は回転駆動用モータのロータ部が
装着されたままの状態とする。ボール軸受５２は、図１
における軸受２０に相当するものと考えてよく、その軸
受に回転加振力を付与して振動応答を測定するのであ
る。
【００２５】
【発明の効果】本発明は上記のように、回転磁界を入力
することで回転体があたかも回転しているかのような状
態で、電磁的に効率よく質の良い回転加振力を付与する
ことができるため、回転体は、静止場中でありながら、
危険速度において回転によるジャイロ効果を除いた回転
場と酷似した振動応答を示す。従って、回転磁界の周波
数をスイープするだけで、高精度で簡便に危険速度のプ
ロフィールを得ることができ振動評価を行うことができ
る。
することで回転体があたかも回転しているかのような状
態で、電磁的に効率よく質の良い回転加振力を付与する
ことができるため、回転体は、静止場中でありながら、
危険速度において回転によるジャイロ効果を除いた回転
場と酷似した振動応答を示す。従って、回転磁界の周波
数をスイープするだけで、高精度で簡便に危険速度のプ
ロフィールを得ることができ振動評価を行うことができ
る。
【００２６】また本発明方法によれば、回転体に異方性
が存在した場合、その方向性が振動に現れるため、回転
体の対称性を把握できる。更に、実際に回転させるので
はないので、定格回転数を超える領域についても危険速
度の配置と振動振幅を具体的に捉えることが可能とな
る。
が存在した場合、その方向性が振動に現れるため、回転
体の対称性を把握できる。更に、実際に回転させるので
はないので、定格回転数を超える領域についても危険速
度の配置と振動振幅を具体的に捉えることが可能とな
る。
【００２７】これらの結果、回転機械の設計・製作の作
業効率が向上し、容易に最適危険速度配置を実現でき
る。また回転試験前に、あらかじめ危険速度・振動モー
ドなどを把握できるため、バランシングを高精度化・効
率化できる。更に本発明は、軸受などの振動要素の性能
評価試験などにも応用が可能となる。
業効率が向上し、容易に最適危険速度配置を実現でき
る。また回転試験前に、あらかじめ危険速度・振動モー
ドなどを把握できるため、バランシングを高精度化・効
率化できる。更に本発明は、軸受などの振動要素の性能
評価試験などにも応用が可能となる。
【図１】本発明に係る回転体の静止場での振動評価方法
の一実施例を示す説明図。
の一実施例を示す説明図。
【図２】それに用いる回転加振装置の一例を示す詳細説
明図。
明図。
【図３】本発明方法による回転周波数−振動振幅特性の
一例を示す説明図。
一例を示す説明図。
【図４】回転加振装置の他の例を示す説明図。
【図５】回転加振装置の更に他の例を示す説明図。
１０ 回転体 １２ 回転加振装置 １４ 振動センサ １６ 振動計測器 ３０ 永久磁石 ３２ ステータ ３４ 加振電源部
Claims (2)
- 【請求項１】 回転体中心位置を偏らせようと作用する
偏心力が中心軸の回りを回転するような回転加振力を回
転体に付与する回転加振装置と、該回転体の振動を検出
する振動センサと、該振動センサの出力を計測する振動
計測器を設置し、回転体を非回転状態で保持しつつ、回
転加振力の回転周波数をスイープして振動応答を計測
し、疑似回転場での回転周波数に対する振動振幅の特性
を得ることを特徴とする回転体の静止場での振動評価方
法。 - 【請求項２】 回転加振装置は、２極に磁化されていて
回転体の中心軸と同心状に取り付けられるリング状の磁
石と、コイルへの通電制御により回転磁界を発生するリ
ング状のステータと、前記コイルに交流電力を供給する
周波数可変の加振電源部とを具備し、前記磁石と前記ス
テータとは、それらの磁気半径が互いに異なる寸法を有
し且つ前記磁石の磁化方向と同じ方向で対向するように
配置されていて、ステータから発生する回転磁界と磁石
との相互作用により回転体に回転加振力を付与する構造
であり、回転体を軸受によって非回転状態で保持し、ス
テータから発生する回転磁界の周波数をスイープする請
求項１記載の振動評価方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07127208A JP3083242B2 (ja) | 1995-04-27 | 1995-04-27 | 回転体の静止場での振動評価方法 |
| US08/625,070 US5717141A (en) | 1995-04-27 | 1996-03-29 | Method and apparatus for evaluating vibrations of a rotary body while maintaining the rotary body in a static or non-rotational state |
| DE69613890T DE69613890T2 (de) | 1995-04-27 | 1996-03-29 | Verfahren zur Vibrationsschätzung für rotierenden Körper in einem statischen Feld |
| EP96302202A EP0740140B1 (en) | 1995-04-27 | 1996-03-29 | Vibration evaluation method for rotary body in static field |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07127208A JP3083242B2 (ja) | 1995-04-27 | 1995-04-27 | 回転体の静止場での振動評価方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08297050A JPH08297050A (ja) | 1996-11-12 |
| JP3083242B2 true JP3083242B2 (ja) | 2000-09-04 |
Family
ID=14954404
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07127208A Expired - Fee Related JP3083242B2 (ja) | 1995-04-27 | 1995-04-27 | 回転体の静止場での振動評価方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5717141A (ja) |
| EP (1) | EP0740140B1 (ja) |
| JP (1) | JP3083242B2 (ja) |
| DE (1) | DE69613890T2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2768509B1 (fr) * | 1997-09-15 | 1999-12-03 | Total Raffinage Distribution | Procede de determination des vibrations du rotor d'une machine tournante, equipement pour machine tournante et machine tournante equipee |
| US6366862B1 (en) * | 2000-04-19 | 2002-04-02 | National Instruments Corporation | System and method for analyzing signals generated by rotating machines |
| US6810341B2 (en) | 2000-04-19 | 2004-10-26 | National Instruments Corporation | Time varying harmonic analysis including determination of order components |
| DE10333410B4 (de) * | 2003-07-15 | 2017-03-23 | Minebea Co., Ltd. | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Eigenfrequenzen eines Lagersystems mit einer gelagerten Welle |
| US7317994B2 (en) * | 2005-08-10 | 2008-01-08 | General Electric Company | Method and apparatus for signal signature analysis for event detection in rotating machinery |
| DE102007001201A1 (de) * | 2007-01-05 | 2008-07-10 | Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh | Verfahren zur Ermittlung von Resonanzfrequenzen eines magnetgelagerten Rotors |
| JP5827492B2 (ja) * | 2011-04-28 | 2015-12-02 | 株式会社日立製作所 | 振動特性測定装置および振動特性測定方法 |
| JP5937954B2 (ja) | 2012-11-19 | 2016-06-22 | 株式会社神戸製鋼所 | 遠心式回転機械の動特性測定装置、および遠心式回転機械。 |
| DE102013201324B4 (de) * | 2013-01-28 | 2024-05-16 | Aktiebolaget Skf | Verfahren zum Bestimmen einer Lagervorspannung |
| JP2015047525A (ja) * | 2013-08-30 | 2015-03-16 | アルプス電気株式会社 | 振動発生装置 |
| JP6524011B2 (ja) * | 2016-03-25 | 2019-06-05 | 株式会社日立製作所 | 加振診断装置及び加振診断方法 |
| GB2572350B (en) * | 2018-03-27 | 2023-01-25 | Hitachi Rail Ltd | An electromechanical generator for converting mechanical vibrational energy into electrical energy |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3130576A (en) * | 1958-05-16 | 1964-04-28 | Schenck Gmbh Carl | Means for dynamic analysis of unbalance |
| US4078434A (en) * | 1974-05-20 | 1978-03-14 | Bbc Brown Boveri & Company Limited | Method and apparatus for determining the parameters of natural vibration of a system |
| JPS5866826A (ja) * | 1981-10-19 | 1983-04-21 | Toshiba Corp | 共振点検出装置 |
| SU1016720A1 (ru) * | 1981-11-26 | 1983-05-07 | Предприятие П/Я М-5717 | Устройство дл балансировки роторов |
| JPS6166540A (ja) * | 1984-09-08 | 1986-04-05 | Ntn Toyo Bearing Co Ltd | 磁気軸受の制御装置 |
| US4805457A (en) * | 1987-05-28 | 1989-02-21 | General Electric Company | Shaft to impeller integrity determination in assembled pumps by remote sensing |
| IL87252A (en) * | 1988-07-28 | 1992-03-29 | Israel State | Scanning device |
| US5520061A (en) * | 1989-03-14 | 1996-05-28 | Enprotech Corporation | Multiple axis transducer mounting collar |
-
1995
- 1995-04-27 JP JP07127208A patent/JP3083242B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-03-29 DE DE69613890T patent/DE69613890T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-03-29 US US08/625,070 patent/US5717141A/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-03-29 EP EP96302202A patent/EP0740140B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0740140A2 (en) | 1996-10-30 |
| US5717141A (en) | 1998-02-10 |
| EP0740140A3 (en) | 1997-05-14 |
| EP0740140B1 (en) | 2001-07-18 |
| DE69613890T2 (de) | 2002-04-04 |
| DE69613890D1 (de) | 2001-08-23 |
| JPH08297050A (ja) | 1996-11-12 |
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