JPH09292923A - 回転機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転機の回転軸の振動を抑制し、広い範囲の
回転数において安定した回転動作をし得るようにする。 【解決手段】 回転機のシャフト３を２次ヨーク１０２
によって支持し、この２次ヨーク１０２に対応して電磁
石（１０１、ＬＹａ等）を配置し、距離センサ１０３Ｙ
によりシャフト３を横切る方向の２次ヨーク１０２の変
位を検出し、このセンサから得られる検出信号に基づい
て、電磁石が発生する磁力を制御して、弾性体１０４の
ばね定数を変化させて、２次ヨーク１０２を介しシャフ
ト３の振動を広帯域に亙って抑制するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速かつ安定した
回転動作が必要とされる回転機に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は紡糸工程内の繊維機械等に適用
されるオーバハングローラ付の回転機１の構成を示すも
のであり、同図には回転機１の軸線Ｊより片側の部分を
裁断した状態が示されている。同図に示す通り、回転機
１の本体は、駆動対象たる装置２に固定されている。３
は回転機１の回転軸たるシャフトであり、回転機１の本
体内部を貫通している。このシャフト３の周囲はロータ
６によって取り囲まれており、このロータ６に回転駆動
する磁力を発生するステータ７がロータ６を取り囲むよ
うに回転機本体の内側に取り付けられている。

【０００３】シャフト３の一端部は、ボールベアリング
Ｂ１を介して本体端部の軸受部４１により支持されてお
り、シャフト３の他端に至るまでの途中の部分は軸受部
４２によりボールベアリングＢ２を介して支持される。
そして、軸受部４２から回転機外部へ突出したシャフト
３の端部には、ローラ５が取り付けられている。回転機
１が発生する回転駆動力は、このローラ５を介し駆動対
象たる装置に伝達される。

【０００４】かかる構成を有する回転機１によれば、ス
テータ７が発生する磁力により、ロータ６により回転力
が付与され、この回転力がシャフト３を介してローラ５
に伝達される。そして、紡糸工程においては、このよう
に回転駆動されるローラ５より、糸に張力を付与した
り、または糸をガイドするといった処理が行われる。

【０００５】また、最近は、生産効率の向上等の要請に
より、この種の回転機のローラが大型化しつつある。し
かし、ローラを大型化すると、これに伴って回転機の軸
端負荷および軸端質量が大きくなり、ローラを含む回転
系に不釣り合い量に基づく大きな振動が発生するという
問題が生じる。以下、この問題について、図１４〜１６
を参照して説明する。

【０００６】回転系に振動を生じさせないためには、少
なくとも回転系自体の構造が振動の要因となるものを含
まず、不釣り合い量を有していない状態にする必要があ
る。しかしながら、ロータ６等の回転系の個々の部品は
完全な軸対称形状とすることが困難であり、それらを組
み立てた回転系に至っては完全な軸対称に構成すること
は極めて困難であるため、回転系の重心と回転系の回転
軸との間にはどうしても若干のずれが生じてしまう。こ
のように重心が回転軸からずれた回転体を回転駆動した
場合、その回転速度に対応した周波数の振動が回転体に
生じる。さらにこのような重心のずれ以外にも回転系の
不釣り合い量を構成する原因が幾つかあり、かかる不釣
り合い量の起因した加振力が回転系に生じ、これによっ
て回転系に振動が生じることとなる。

【０００７】図１４は以上説明した不釣り合い量に起因
して回転体に生じる振動の特性を例示するものであり、
同図における曲線Ａは、図１０に示す回転機１を回転駆
動した場合の回転数Ｎとローラ５の代表点ａに生じる振
動の振幅の関係を示している。一般にローラ、シャフト
等からなる回転系は固有振動数を有している。回転機１
の回転数が固有振動数以下である場合には、回転系が受
ける上記不釣り合い量に起因した加振の影響が少なく、
図１４に示すようにローラ５には僅かな振幅の振動しか
生じない。従って、シャフト３に過度な曲げ応力が加わ
ることのない正常な回転動作が得られる（図１５参
照）。

【０００８】しかし、回転機１の回転数が固有振動数付
近になると、回転系がその不釣り合い量による加振力に
応じて過敏に反応することにより、ローラ等に大きな振
動が発生する。図１４には１次固有振動数Ｎ1において
ローラ５の代表点ａの振動が最大となる様子が示されて
いる。なお、実際は２次以上の高次の固有振動数が多数
存在するが、図１４では２次以上の固有振動数の図示は
省略されている。そして、このように大きな振動がロー
ラ５に発生すると、極めて危険な状態となる（図１６参
照）。なお、図１６はシャフト３の曲がり具合が実際よ
り誇張して図示されている。

【０００９】そこで、出願人は、上述した問題を解決す
るために、先に、特願平５ー４５５５６号公報に記載さ
れている回転機の振動抑制装置を出願した。図１１は上
記回転機の構成を示す一部裁断視断面図である。この図
において、２００は、振動抑制装置であり、以下、この
振動抑制装置２００の構成を説明する。１０２は、円筒
形状をなす２次ヨークであり、この２次ヨーク１０２の
内部をシャフト３が貫通している。この２次ヨーク１０
２の軸方向に沿って中央から約半分の円筒部分はボール
ベアリングＢ１を介してシャフト３を支持しており、２
次ヨーク１０２の残りの円筒部分は、ゴム、金属ばね等
による弾性体１０４を介して回転機本体の端部に固定さ
れている。

【００１０】１次ヨーク１０１は円環状をなしており、
２次ヨーク１０２と対向し、かつ、同心円をなすように
回転機本体の内壁に取り付けられている。図１２に示す
ように、１次ヨーク１０１はその内周から２次ヨーク１
０２のある側に向けて８個の磁極が突出しており、これ
らの磁極にはコイルＬＹａ、ＬＹｂ、ＬＸａ、ＬＸｂ、
ＬＹｃ、ＬＹｄ、ＬＸｃおよびＬＸｄが巻回されてい
る。

【００１１】コイルＬＹａおよびＬＹｂは、直列接続ま
たは並列接続されており、これらに対する通電がおこな
われることにより、図１２に破線および矢印によって、
示すように、１次ヨーク１０１→コイルＬＹｂ内の磁極
→２次ヨーク１０２→コイルＬＹａ内の磁極→１次ヨー
ク１０１という磁路を通過する磁極が発生され、２次ヨ
ーク１０２がＹ方向に吸引されるようになっている。

【００１２】他の各コイルの組、すなわち、コイルＬＸ
ａおよびＬＸｂ、コイルＬＹｃおよびＬＹｄ、コイルＬ
ＸｃおよびＬＸｄについても同様であり、これらの各組
をなすコイルおよび１次ヨーク１０１から突出した各磁
極により、２次ヨーク１０２をＹ方向およびＸ方向、ー
Ｙ方向およびーＸ方向に吸引する電磁石が構成されてい
る。なお、１次ヨーク１０１および２次ヨーク１０２に
渦電流が発生し、これが２次ヨーク１０２に外乱として
作用する可能性があるが、この影響が看過できない場合
には、１次ヨーク１０１および２次ヨーク１０２を共に
積層構造として渦電流を低減すればよい。

【００１３】また、２次ヨーク１０２と対向するように
距離センサ１０３Ｘおよび１０３Ｙが配設されており、
これらの距離センサ１０３Ｘおよび１０３Ｙにより２次
ヨーク１０２までの距離に応じた検出信号が出力され
る。なお、図１１では距離センサ１０３Ｙのみが図示さ
れている。距離センサ１０３Ｘおよび１０３Ｙとして
は、例えば、渦電流式のもの、または光学式のものを用
いればよい。

【００１４】距離センサ１０３Ｙおよび１０３Ｘから得
られる検出信号は、図１１に示す制振制御回路１００へ
供給される。この制振制御回路１００は各距離センサか
らの検出信号に基づいて、２次ヨーク１０２のＹ方向ま
たはＸ方向の振動を制御する磁束が発生されるようにコ
イルＬＹａ、ＬＹｂ、ＬＸａ、ＬＸｂ、ＬＹｃ、ＬＹ
ｄ、ＬＸｃ、ＬＸｄの通電量を制御するものである。

【００１５】図１３は、制振制御回路１００の全回路の
うち２次ヨーク１０２のＹ方向の振動の抑制に係わる部
分を示すものである。同図において、距離センサ１０３
Ｙから得られる検出振動は、センサアンプ１１１Ｙを介
してコントローラ１１２Ｙに与えられる。コントローラ
１１２Ｙは、センサアンプ１１１Ｙの出力信号に対して
ＰＩＤ制御を含む所定の処理を施し、出力信号を加算器
１２１Ｙおよび減算器１２２Ｙへ出力する。

【００１６】ここで、コントローラ１１２Ｙの出力信号
には比例要素（Ｐ）、積分要素（Ｉ）および微分要素
（Ｄ）が含まれるが、これらのうち比例要素（Ｐ）は、
シャフト３が振動しておらず２次ヨーク１０２が理想的
な位置にある状態では０となり、２次ヨーク１０２が理
想的な位置からＹ方向に変位するとその変位量に応じた
負の値となり、逆にーＹ方向に変位した場合には変位量
に応じた正の値となる。

【００１７】この比例要素（Ｐ）および積分要素（Ｉ）
は２次ヨーク１０２を定位置に維持する制御信号として
機能する。また、微分要素（Ｄ）は回転系の振動の減衰
係数を高めるための制御信号として機能する。加算器１
２１Ｙは所定の一定電流指令値Ｓに対しコントローラ１
１２Ｙの出力信号を加算して出力し、減算器１２２Ｙは
一定電流指令値Ｓからコントローラ１１２Ｙの出力電流
を減算して出力する。加算器１２１Ｙおよび減算器１２
２Ｙの各出力信号はパワーアンプ１３１Ｙおよび１３２
Ｙに各々入力される。そして、パワーアンプ１３１Ｙは
コイルＬＹａおよびＬＹｂを駆動し、他方、パワーアン
プ１３２ＹはコイルＬＹｃおよびＬＹｄを駆動する。

【００１８】以上、Ｙ方向の振動抑制に係る回路構成を
説明したが、これと同様な構成を有し、距離センサ１０
３Ｘの検出信号に基づいてコイルＬＸａ、ＬＸｂ、ＬＸ
ｃ、ＬＸｄに対する通電量を制御する回路が制振制御回
路１００内に設けられている。

【００１９】以下、上述した図１１に示す従来の回転機
の動作を説明する。装置に電源が供給されると、ステー
タ７が発生する磁界によりロータ６が回転駆動され、シ
ャフト３が回転する。回転機の回転数が１次固有振動数
よりも低く、シャフト３に大きな振動が発生せず２次ヨ
ーク１０２が理想的な位置にある場合には、コントロー
ラ１１２Ｙの出力信号は０となる。従って、この場合、
一定電流指令値Ｓに対応した電流が各コイルに供給され
ることとなり、２次ヨーク１０２はＹ方向、Ｘ方向、ー
Ｙ方向およびーＸ方向の４方向に均等な磁力によって吸
引され、理想的な位置を維持する。

【００２０】これに対して、回転機の回転数が回転系の
１次固有振動数付近である場合には、シャフト３に軸方
向を横切る方向の大きな振動が発生し易くなる。かかる
振動が発生した場合、その振動はボールベアリングＢ１
を介して２次ヨーク１０２に伝達される。ここで、２次
ヨーク１０２が例えばＹ方向およびーＹ方向に振動した
とすると、この振動に基づく２次ヨーク１０２の変位が
図１３に示す距離センサ１０３Ｙおよびセンサアンプ１
１１Ｙを介してコントローラ１１２Ｙにより検出され、
コントローラ１１２Ｙからその変位量に応じた信号が出
力される。

【００２１】ここで、コントローラ１１２Ｙの出力信号
中の比例要素（Ｐ）は、２次ヨーク１０２の変位方向が
Ｙ方向の場合には負の値となって図１２に示すコイルＬ
Ｙａ、ＬＹｂの電流を減少せしめると共にコイルＬＹｃ
およびＬＹｄの電流を増加させる。逆に２次ヨーク１０
２方向の変位方向がーＹ方向である場合、比例要素
（Ｐ）は正となり、コイルＬＹａおよびＬＹｂの電流を
増加せしめると共にコイルＬＹｃおよびＬＹｄの電流を
減少させる。

【００２２】このようなコントローラ１１２Ｙの出力信
号中の比例要素（Ｐ）と共に積分要素（Ｉ）が各コイル
の通電量の制御に使用されることにより、２次ヨーク１
０２を介しシャフト３をＹ方向に関し定位置に維持する
制御が行われる。また、コントローラ１１２Ｙの出力信
号中の微分要素（Ｄ）は、上記比例要素（Ｐ）よりも位
相の進んだ状態で各コイルの通電量の制御に寄与し、シ
ャフト３の減衰係数を高める機能を果たす。

【００２３】２次ヨーク１０２のＸ方向の振動も、距離
センサ１０３Ｘから得られる検出信号に基づきＹ方向の
場合と同様な動作により制御される。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の回転機（図１１参照）においては、弾性体１０
４のばね定数の大小により回転系の振動特性に影響を与
えることが知られている。図１７は、上記弾性体１０４
のばね定数の大小が振動特性に与える影響を示す特性図
である。この図において、横軸は図１１に示すシャフト
３の回転数を、縦軸はローラ５の代表点ａのコンプライ
アンスを各々示す。また、曲線Ｌは弾性体１０４のばね
定数を大としたときの特性を、曲線Ｍは弾性体１０４の
ばね定数を中としたときの特性を、曲線Ｓは弾性体１０
４のばね定数を小としたときの特性を各々示す。この図
において、コンプライアンスが小さいほど、ローラ５の
代表点ａの振幅が小さい、すなわち、制振効果が高いこ
とを示す。つまり、図１７からわかるように、弾性体１
０４のばね定数を小さくすることにより、曲線Ｓのピー
ク付近の回転数においては、他の曲線Ｌ、Ｍに比してコ
ンプライアンスが小さく、すなわち、制振効果が高くな
る。この曲線Ｓのピーク付近の回転数は、回転系の１次
固有振動数付近のものである。

【００２５】しかしながら、弾性体１０４のばね定数を
小さくすると、回転数が低い範囲においては、他の曲線
Ｌ、Ｍに比して曲線Ｓのコンプライアンスが大きく、す
なわち、制振効果が低くなる。これは、弾性体１０４の
ばね定数が小さくなることにより、重力による回転系の
静的たわみが増加するため、回転系が静止しているとき
の剛性（静剛性）が悪くなることによるものである。す
なわち、従来の回転機においては、弾性体１０４のばね
定数を小さくすると、回転系の１次固有振動数近傍の回
転数に対しては制振効果を高くすることができるが、逆
に回転系の１次固有振動数以下の回転数に対しては、制
振効果を高くすることができないことがわかる。

【００２６】本発明は上述した事情に鑑みてなされたも
のであり、低域から高域までの広い範囲の回転数に亙っ
て回転機を高速、かつ、安全な状態で動作させることが
できる回転機を提供することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、回転機の回転部を軸支するヨークと、前記ヨークに
対向配置された電磁石と、前記回転軸を横切る方向の前
記ヨークの変位を検出するセンサと、前記センサから得
られる検出信号を微分して、微分要素を生成する微分制
御手段と、前記センサから得られる検出信号から、前記
回転部の固有振動数より低い低域の周波数の信号をカッ
トするフィルタ手段と、前記フィルタ手段から得られる
高域の信号に比例した比例要素を生成する比例制御手段
と、前記微分要素および前記比例要素に基づいて、前記
電磁石により発生する磁力を制御し前記ヨークに生じる
振動を抑制するとともに、前記回転部の静剛性を制御す
る制御回路とを具備することを特徴とする。

【００２８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の回転機において、前記制御回路は、前記比例要素から
前記微分要素を減算した結果に基づいて、前記電磁石に
より発生する磁力を制御し前記ヨークに生じる振動を抑
制するとともに、前記回転部の静剛性を制御することを
特徴とする。

【００２９】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の回転機において、前記フィルタ手段は、前記
回転部の固有振動数より高い高域の周波数の信号のみを
通過させるハイパスフィルタであることを特徴とする。

【００３０】請求項４に記載の発明は、請求項１または
２に記載の回転機において、前記フィルタ手段は、前記
回転部の固有振動数近傍の周波数帯の信号のみを通過さ
せるバンドパスフィルタであることを特徴とする。

【００３１】請求項５に記載の発明は、回転機の回転部
の一端部を軸支するヨークと、前記ヨークに対向配置さ
れた電磁石と、前記回転軸を横切る方向の前記ヨークの
変位を検出する第１のセンサと、前記第１のセンサから
得られる検出信号を微分して、第１の微分要素を生成す
る第１の微分制御手段と、前記回転軸を横切る方向の前
記回転軸の他端部の変位を検出する第２のセンサと、前
記第２のセンサから得られる検出信号を微分して、第２
の微分要素を生成する第２の微分制御手段と、前記第２
の微分要素から前記第１の微分要素を減算する減算手段
と、前記減算手段の減算結果に基づいて、前記電磁石に
より発生する磁力を制御し前記ヨークに生じる振動を抑
制する制御回路とを具備することを特徴とする。

【００３２】

【発明の実施の形態】

＜第１実施形態＞以下、本発明の第１実施形態による回
転機について図面を参照して説明する。この第１実施形
態による回転機の機械的構成は、前述した図１１に示す
ものと同一である。ただし、この第１実施形態による回
転機においては、図１１に示す制振制御回路１００に代
えて制振制御回路１００ａが設けられ、また、図１１に
示す距離センサ３０６Ｙが設けられていないものとす
る。

【００３３】図１は、本発明の第１実施形態による回転
機に適用される図１１に示す制振制御回路１００ａの全
回路のうち２次ヨーク１０２のＹ方向の振動の制御に係
わる部分を示すものである。この図において、図１３の
各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を
省略する。図１に示す制振制御回路１００ａにおいて
は、図１３に示すコントローラ１１２Ｙに代えて、微分
制御器３００Ｙ、ハイパスフィルタ３０１Ｙ、比例制御
器３０２Ｙおよび減算器３０３Ｙが設けられており、ま
た、図１３に示す加算器１２１Ｙおよび減算器１２２Ｙ
に代えて、減算器３０４Ｙおよび加算器３０５Ｙが設け
られている。なお、図１１に示す制振制御回路１００ａ
内には、距離センサ１０３Ｘ（図１２参照）の検出振動
に基づいてコイルＬＸａ、ＬＸｂ、ＬＸｃおよびＬＸｄ
に対する通電量を制御する回路が設けられている。

【００３４】図１に示す微分制御器３００Ｙは、ＫD・
ｓなる伝達関数を有するオペアンプまたはディジタル回
路から構成されており、センサアンプ１１１Ｙを介して
入力される距離センサ１０３Ｙの検出信号を時間微分し
た値、すなわち、２次ヨーク１０２の変位の時間微分で
ある速度を、微分要素（Ｄ）として減算器３０３Ｙへ負
帰還する。この微分制御器３００Ｙの伝達関数ＫD・ｓ
において、ＫDは微分ゲインを、ｓはラプラス演算子を
各々表す。また、上記微分要素（Ｄ）は、前述したよう
に回転系の振動の減衰係数を高めるための制御信号とし
て機能する。

【００３５】ハイパスフィルタ３０１Ｙは、図２（ａ）
に示す周波数特性および図２（ｂ）に示す位相特性を有
しており、距離センサ１０３Ｙの検出信号のうち、低域
の周波数成分をカットし、高域の周波数成分のみを通過
させる。このハイパスフィルタ３０１Ｙの遮断周波数
は、回転系の１次固有振動数よりやや低い値とされてい
る。また、ハイパスフィルタ３０１Ｙの伝達関数は、一
例として０．０１ｓ／（０．０１ｓ＋１）なる関数で表
される。

【００３６】図１に示す比例制御器３０２Ｙは、ＫPな
る伝達関数を有するオペアンプまたはディジタル回路か
ら構成されており、ハイパスフィルタ３０１Ｙの出力に
比例した値を、比例要素（Ｐ）として減算器３０３Ｙへ
正帰還する。上記伝達関数ＫPは、比例ゲインを表す。
この比例要素（Ｐ）は、２次ヨーク１０２のＹ方向の変
位量に比例した値となるので、比例要素（Ｐ）が変化す
るということは、弾性体１０４（図１１参照）のばね定
数が変化するのと等価である。

【００３７】すなわち、比例要素（Ｐ）は、２次ヨーク
１０２がＹ方向に変位するとその変位量に応じた負の値
となり、逆にーＹ方向に変位するとその変位量に応じた
正の値となる。従って、図１に示す例では、比例要素
（Ｐ）を正帰還していることから、２次ヨーク１０２の
変位量に比例させて、等価的に弾性体１０４のばね定数
を小さくしていることになる。

【００３８】減算器３０３Ｙは、比例制御器３０２Ｙよ
り入力される比例要素（Ｐ）から、微分制御器３００Ｙ
より入力される微分要素（Ｄ）を減算する。減算器３０
４Ｙは、所定の一定電流指令値Ｓから減算器３０３Ｙの
出力信号（減算結果）を減算してパワーアンプ１３１Ｙ
へ出力する。加算器３０５Ｙは、一定値電流指令値Ｓと
減算器３０３Ｙの出力信号とを加算してパワーアンプ１
３２Ｙへ出力する。

【００３９】次に、上述した第１実施形態による回転機
の動作を説明する。装置に電源が供給されると、図１１
に示すステータ７が発生する磁界によりロータ６が回転
駆動され、シャフト３が回転する。回転機の回転数が１
次固有振動数よりも低い場合には、図１に示すハイパス
フィルタ３０１Ｙにセンサアンプ１１１Ｙの出力（距離
センサ１０３Ｙの検出信号）が入力されても、ハイパス
フィルタ３０１Ｙにより低域がカットされる。すなわ
ち、ハイパスフィルタ３０１Ｙの出力が０となり、従っ
て、比例制御器３０２Ｙの出力（比例要素（Ｐ））は０
となる。

【００４０】すなわち、回転機の回転数が１次固有振動
数より低い場合には、弾性体１０４のばね定数は、弾性
体１０４が本来持っている物理的な値のみとされ、従っ
て、低域における静剛性が高いままで、回転機が回転駆
動される。他方、微分制御器３００Ｙの出力も、比例制
御器３０２Ｙと同様にして０となる。

【００４１】従って、この場合、一定電流指令値Ｓに対
応した電流がコイルＬＹａ、ＬＹｂ、ＬＹｃおよびＬＹ
ｄ（図１２参照）に各々供給されることとなり、２次ヨ
ーク１０２はＹ方向、Ｘ方向、ーＹ方向およびーＸ方向
の４方向に均等な磁力によって吸引され、静剛性を高く
維持しつつ、かつ理想的な位置を維持する。

【００４２】これに対して、回転機の回転数が回転系の
１次固有振動数付近である場合には、シャフト３に軸方
向を横切る方向の大きな振動が発生し易くなる。かかる
振動が発生した場合、その振動はボールベアリングＢ１
を介して２次ヨーク１０２に伝達される。ここで、２次
ヨーク１０２が例えばＹ方向およびーＹ方向に振動した
とすると、この振動に基づく２次ヨーク１０２の変位が
距離センサ１０３Ｙにより検出され、図１に示す距離セ
ンサ１０３Ｙからは検出信号が微分制御器３００Ｙおよ
びハイパスフィルタ３０１Ｙへ各々出力される。

【００４３】これにより、上記検出信号は、ハイパスフ
ィルタ３０１Ｙを通過して、比例制御器３０２Ｙへ入力
され、比例制御器３０２Ｙからは、ハイパスフィルタ３
０１Ｙの出力に比例した比例要素（Ｐ）が出力され、こ
の比例要素（Ｐ）は、減算器３０３Ｙへ正帰還される。
すなわち、比例要素（Ｐ）は、弾性体１０４のばね定数
を小さくするように作用する。

【００４４】他方、微分制御器３００Ｙからは、２次ヨ
ーク１０２（図１２参照）の変位量に応じた微分要素
（Ｄ）が減算器３０３Ｙへ出力される。この微分要素
（Ｄ）は、上記比例要素（Ｐ）よりも位相の進んだ状態
で各コイルの通電量の制御に寄与し、シャフト３の減衰
係数を高める機能を果たす。

【００４５】そして、減算器３０３Ｙの出力は、減算器
３０４Ｙおよび加算器３０５Ｙへ各々入力される。上記
減算器３０４Ｙおよび加算器３０５Ｙの出力のうち、比
例要素（Ｐ）は、弾性体１０４のばね定数を等価的に小
さくするように作用し、微分要素（Ｄ）は、回転系の減
衰係数を高めるように作用する。従って、２次ヨーク１
０２の変位方向がＹ方向の場合には、コイルＬＹａ、Ｌ
Ｙｂの電流が減少すると共にコイルＬＹｃおよびＬＹｄ
の電流が増加する。逆に２次ヨーク１０２方向の変位方
向がーＹ方向である場合、コイルＬＹａおよびＬＹｂの
電流が増加すると共にコイルＬＹｃおよびＬＹｄの電流
が減少する。これにより、低域における静剛性を高く維
持したままの状態で、広帯域に亙ってシャフト３に生ず
る振動が抑制される。

【００４６】また、発明者は上述した第１実施形態によ
る回転機の効果を定量的に知るために、図１１に示す第
１実施形態による回転機および従来の回転機（図１０、
１１参照）に各々生ずる振動の減衰特性を求めた。以
下、図３〜図６を参照して、第１実施形態による回転機
の効果について説明する。図３は、図１に示す制振制御
回路１００ａが適用された第１実施形態による回転機に
生ずる振動の減衰特性を示す特性図であり、図４は、図
１０に示す従来の回転機に生ずる振動の減衰特性を示す
特性図である。また、図５は、図１３に示す制振制御回
路１００が適用された図１１に示す従来の回転機に生ず
る振動の減衰特性を示す特性図であり、図６は、図１に
示す制振制御回路１００ａのハイパスフィルタ３０１Ｙ
がない場合における第１実施形態による回転機に生ずる
振動の減衰特性を示す図である。

【００４７】図３〜図６において、横軸は時間を、縦軸
は、図１０および図１１に示す回転機が静止している状
態に対する、図１０および図１１に示すローラ５の代表
点ａおよび、図１０に示すボールベアリングＢ１ならび
に図１１に示すボールベアリングＢ１（２次ヨーク１０
２）の変位を各々表す。また、図３〜図６において、曲
線Ｈ１は、時刻０．０１以降に、図１０および図１１に
示すローラ５の代表点ａに、同図に示す矢印Ｆ方向へ５
０（Ｎ）の力を付与し続けた場合の、ローラ５の代表点
ａに生ずる振動の減衰特性を各々表す。他方、図３〜図
６に示す曲線Ｈ２は、上記曲線Ｈ１と同様にして図１０
および図１１に示すボールベアリングＢ１に生ずる振動
の減衰特性を各々表す。

【００４８】まず、図３と図４および図５とを比較する
と、第１実施形態による回転機（図３参照）は、従来の
回転機（図４および図５参照）に比して、減衰特性が向
上していることがわかる。さらに、図３と図６とを比較
すると、図１に示すハイパスフィルタ３０１Ｙを設けた
ことにより、減衰収束時のローラ５の代表点ａの変位
が、図６が２．１×１０^-5（ｍ）であるのに対して、図
３は１．３×１０^-5（ｍ）と大幅に小さくなっているこ
とがわかる。すなわち、ハイパスフィルタ３０１Ｙを設
けたことにより、第１実施形態による回転機は、静剛性
が悪化することなく、従来の回転機に比して減衰特性
（制振特性）を大幅に向上させることができるのであ
る。

【００４９】＜第２実施形態＞次に、本発明の第２実施
形態による回転機について説明する。この第２実施形態
による回転機の機械的構成は、前述した図１１に示すも
のと同一である。ただし、この第２実施形態による回転
機においては、図１１に示す距離センサ３０６Ｙが設け
られており、さらに、図１に示す制振制御回路１００ａ
に代えて図７に示す制振制御回路１００ｂが設けられて
いる。

【００５０】図１１に示す距離センサ３０６Ｙは、ロー
ラ５の近傍に設けられており、同図に示す距離センサ１
０３Ｙと同一構成とされている。この距離センサ３０６
Ｙは、自身とシャフト３までの距離に応じた検出信号を
出力する。また、図７示す制振制御回路１００ｂにおい
ては、図１に示すハイパスフィルタ３０１Ｙおよび比例
制御器３０２Ｙに代えて、センサアンプ３０７Ｙおよび
微分制御器３０８Ｙが設けられている。上記センサアン
プ３０７Ｙは、距離センサ３０６Ｙから出力される検出
信号を増幅する。

【００５１】微分制御器３０８Ｙは、Ｋｒ・ｓなる伝達
関数を有するオペアンプまたはディジタル回路から構成
されており、センサアンプ３０７Ｙを介して入力される
距離センサ３０６Ｙの検出信号を時間微分した値、すな
わち、ローラ５近傍のシャフト３の変位の時間微分であ
る速度を、微分要素（Ｄｒ）として減算器３０３Ｙへ正
帰還する。この微分制御器３００Ｙの伝達関数Ｋｒ・ｓ
において、Ｋｒは微分ゲインを表し、この微分ゲインＫ
ｒは、微分制御器３００Ｙの微分ゲインＫと異なる値に
設定されている。これら、微分ゲインＫｒおよびＫは、
微分制御器３００Ｙ、３０８Ｙ、減算器３０３Ｙ、３０
４Ｙおよび加算器３０５Ｙからなる制御システムの伝達
関数の特性根が安定領域に位置する値に設定されてい
る。

【００５２】また、図７に示す減算器３０３Ｙには、微
分制御器３００Ｙから出力される微分要素（Ｄ）が負帰
還入力され、他方、微分制御器３０８Ｙから出力される
微分要素（Ｄｒ）が正帰還入力されている。すなわち、
微分要素（Ｄ）と微分要素（Ｄ）とは、位相が逆転して
いる。これは、図１６に実線で示すように、回転系の振
動が大きくなる１次固有振動数付近の回転数では、ロー
ラ５とボールベアリングＢ１との変位の方向（位相）が
反転するため、図７に示す減算器３０３Ｙにおいて微分
要素（Ｄ）と微分要素（Ｄｒ）を減算することにより、
上記変位の反転を相殺するためになされたものである。
但し、２次以上の固有振動数付近の回転数においては、
図７に示すローラ５とボールベアリングＢ１との変位の
位相が反転しない場合もあるため、この２次以上の固有
振動数の振動に影響を与えないように、上述した微分係
数ＫおよびＫｒが設定されている。

【００５３】次に、上述した第２実施形態による回転機
の動作を説明する。装置に電源が供給されると、ステー
タ７が発生する磁界によりロータ６が回転駆動され、シ
ャフト３が回転する。そして、今、回転機の回転数が回
転系の１次固有振動数付近になったとすると、図１６に
実線で示すように回転系に振動が発生する。これによ
り、振動はボールベアリングＢ１を介して２次ヨーク１
０２に伝達される。ここで、２次ヨーク１０２が例えば
Ｙ方向およびーＹ方向に振動したとすると、この振動に
基づく２次ヨーク１０２の変位が距離センサ１０３Ｙに
より検出され、図７に示す微分制御器３００Ｙからは、
２次ヨーク１０２の変位量に応じた微分要素（Ｄ）が減
算器３０３Ｙへ出力される。

【００５４】他方、ローラ５近傍のシャフト３は、ボー
ルベアリングＢ１の振動の方向と逆の方向、つまり、ー
Ｙ方向およびＹ方向に振動したとすると、この振動に基
づくローラ５近傍のシャフト３の変位は、図１１に示す
距離センサ３０６Ｙにより検出される。この距離センサ
３０６Ｙの検出信号は、図７に示すセンサアンプ３０７
Ｙにより増幅された後、微分制御器３０８Ｙへ入力され
る。これにより、微分制御器３０８Ｙからは、ローラ５
近傍のシャフト３の変位量に応じた微分要素（Ｄｒ）が
出力される。そして、減算器３０３Ｙの出力は、減算器
３０４Ｙおよび加算器３０５Ｙへ入力される。

【００５５】これにより、減算器３０３Ｙは、上記微分
要素（Ｄｒ）から微分要素（Ｄ）を減算して、減算結果
を出力する。つまり、減算器３０３Ｙにおいては、ロー
ラ５近傍のシャフト３と２次ヨーク１０２の変位が相殺
される。以下、前述した動作を経て、制振制御がなされ
る。ここで、上述した第２実施形態による回転機に生ず
る振動の減衰特性を図８に示す。この図８からわかるよ
うに、この第２実施形態による回転機によれば、図３に
示す第１実施形態による回転機のものに比して、静剛性
を悪化させることなく、減衰特性をさらに向上させるこ
とができる。

【００５６】以上、本発明の一実施形態を図面を参照し
て詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限ら
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設
計変更等があっても本発明に含まれる。上述した第１実
施形態による回転機に適用される制振制御回路１００ａ
（図１参照）は、図９に示す構成の回転機にも適用可能
であり、その効果は、第１実施形態による回転機と同様
である。この図９に示す回転機は、１次ヨーク１０１の
各磁極と２次ヨーク１０２との間の空隙部（図１２参
照）に弾性体１０４を介挿し、２次ヨーク１０２を１次
ヨーク１０１により弾性支持した構成となっている。

【００５７】また、図１に示すハイパスフィルタ３０１
Ｙの周波数および位相特性は、回転系の１次固有振動数
に応じて適宜可変されるものとし、また、上記ハイパス
フィルタ３０１Ｙに代えて、１次固有振動数近傍の周波
数帯のみの信号を通過させるバンドパスフィルタを用い
てもよい。加えて、上述した第２実施形態による回転機
に適用される制振制御回路１００ｂ（図７参照）は、図
９に示す構成の回転機にも適用可能であり、その効果は
第２実施形態による回転機と同様である。

【００５８】

【発明の効果】請求項１ないし４に記載の発明によれ
ば、微分要素によりヨークに生じる振動の減衰特性が向
上し、かつ、フィルタ手段により低域の周波数帯の信号
がカットされるので振動が低域であっても回転部の静剛
性を高く維持することができるという効果が得られる。
従って、請求項１ないし４に記載の発明によれば、低域
から高域までの広帯域に亙って、静剛性が高く、かつ振
動を抑制することができるという効果が得られる。

【００５９】また、請求項５に記載の発明によれば、減
算手段により第２の微分要素から第１の微分要素を減算
しているので、互いに逆位相で生じる回転部の一端部の
振動変位と他端部の振動変位を相殺することができ、従
って、回転部の振動を抑制することができるという効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による回転機に適用され
る制振制御回路１００ａの構成を示すブロック図であ
る。

【図２】図１に示すハイパスフィルタ３０１Ｙの周波数
および位相特性を示す特性図である。

【図３】図１に示す制振制御回路１００ａが適用された
第１実施形態による回転機に生ずる振動の減衰特性を示
す特性図である。

【図４】図１０に示す従来の回転機に生ずる振動の減衰
特性を示す特性図である。

【図５】図１３に示す制振制御回路１００が適用された
図１１に示す従来の回転機に生ずる振動の減衰特性を示
す特性図である。

【図６】図１に示す制振制御回路１００ａのハイパスフ
ィルタ３０１Ｙがない場合における第１実施形態による
回転機に生ずる振動の減衰特性を示す図である。

【図７】本発明の第２実施形態による回転機に適用され
る制振制御回路１００ｂの構成を示すブロック図であ
る。

【図８】図７に示す制振制御回路１００ｂが適用された
第２実施形態による回転機に生ずる振動の減衰特性を示
す特性図である。

【図９】本発明の第１および第２実施形態の変形例によ
る回転機の構成を示す一部裁断視断面図である。

【図１０】従来の回転機の構成を示す一部裁断視断面図
である。

【図１１】従来の回転機の別の構成を示す一部裁断視断
面図である。

【図１２】図１１に示すＩーＩ’線視断面図である。

【図１３】図１１に示す振制御回路１００の構成を示す
ブロック図である。

【図１４】図１０に示す回転機における回転数とローラ
５に発生する振動との関係を説明する図である。

【図１５】回転数が１次固有振動数と一致しない場合に
おける図１０に示す回転機の挙動を説明する図である。

【図１６】回転数が１次固有振動数と一致した場合にお
ける図１０に示す回転機の挙動を説明する図である。

【図１７】図１１に示す弾性体１０４のばね定数を変化
させた場合における回転数とコンプライアンスとの関係
を説明する図である。

【符号の説明】

１ 回転機 ３ シャフト １００ａ、１００ｂ 制振制御回路 １０１ １次ヨーク １０２ ２次ヨーク １０３Ｘ、１０３Ｙ、３０６Ｙ 距離センサ ３００Ｙ、３０８Ｙ 微分制御器 ３０１Ｙ ハイパスフィルタ ３０２Ｙ 比例制御器 ２００ 振動抑制装置 ＬＹａ、ＬＹｂ、ＬＸａ、ＬＸｂ、ＬＸｃ、ＬＹｄ、Ｌ
Ｘｃ、ＬＸｄ コイル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転機の回転部を軸支するヨークと、 前記ヨークに対向配置された電磁石と、 前記回転軸を横切る方向の前記ヨークの変位を検出する
   センサと、 前記センサから得られる検出信号を微分して、微分要素
   を生成する微分制御手段と、 前記センサから得られる検出信号から、前記回転部の固
   有振動数より低い低域の周波数の信号をカットするフィ
   ルタ手段と、 前記フィルタ手段から得られる高域の信号に比例した比
   例要素を生成する比例制御手段と、 前記微分要素および前記比例要素に基づいて、前記電磁
   石により発生する磁力を制御し前記ヨークに生じる振動
   を抑制するとともに、前記回転部の静剛性を制御する制
   御回路と、 を具備することを特徴とする回転機。
2. 【請求項２】 前記制御回路は、前記比例要素から前記
   微分要素を減算した結果に基づいて、前記電磁石により
   発生する磁力を制御し前記ヨークに生じる振動を抑制す
   るとともに、前記回転部の静剛性を制御すること、 を特徴とする請求項１に記載の回転機。
3. 【請求項３】 前記フィルタ手段は、前記回転部の固有
   振動数より高い高域の周波数の信号のみを通過させるハ
   イパスフィルタである、 ことを特徴とする請求項１または２に記載の回転機。
4. 【請求項４】 前記フィルタ手段は、前記回転部の固有
   振動数近傍の周波数帯の信号のみを通過させるバンドパ
   スフィルタであること、 を特徴とする請求項１または２に記載の回転機。
5. 【請求項５】 回転機の回転部の一端部を軸支するヨー
   クと、 前記ヨークに対向配置された電磁石と、 前記回転軸を横切る方向の前記ヨークの変位を検出する
   第１のセンサと、 前記第１のセンサから得られる検出信号を微分して、第
   １の微分要素を生成する第１の微分制御手段と、 前記回転軸を横切る方向の前記回転軸の他端部の変位を
   検出する第２のセンサと、 前記第２のセンサから得られる検出信号を微分して、第
   ２の微分要素を生成する第２の微分制御手段と、 前記第２の微分要素から前記第１の微分要素を減算する
   減算手段と、 前記減算手段の減算結果に基づいて、前記電磁石により
   発生する磁力を制御し前記ヨークに生じる振動を抑制す
   る制御回路と、 を具備することを特徴とする回転機。