旋轉體的振動抑制裝置的製作方法
2023-04-25 00:06:21 2
專利名稱：旋轉體的振動抑制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及例如使用在纖維機械中高速電動機的適當旋轉體的振動抑制裝置。
下面參照圖7說明已有技術中的電動機，特別是使用在纖維機械中的高速電動機的的構造。該圖所示的電動機為相對於兩端被固定的軸1而使基本中空的圓筒狀滾筒2旋轉的外轉子電動機。
轉子鐵芯5通過磁鐵4固定在轉子2的內周面上，而定子鐵芯6同這個轉子鐵芯5相對，有空隙地固定在軸1上。由於設置在軸1的一個端部的貫穿在中空部的電纜7供給電流而在定子鐵芯6中產生旋轉磁場。
也就是說，藉助這些磁鐵4、轉子鐵芯5和定子鐵芯6構成感應同步電動機(作為電動機也有採用感應電動機的場合)，並使滾筒2相對於軸1旋轉。因此通過將旋轉的滾筒2的外周面壓緊在繞線筒上就形成了這樣的卷繞線結構。
因此如果採用這種結構，旋轉轉子2的速度大體上同卷繞速度成比例。
近來為了提高生產率而要求提高線的卷繞速度，為此必需提高滾筒2的圓周速度。例如需使滾筒2的圓周速度達到約6000(m/min)，對此通常採用下面兩種方法(1)使滾筒2的外徑增大，(2)使滾筒2的旋轉轉數提高。
在上述方法(1)中不僅存在使滾筒2的本身變粗大的問題，還要考慮相應於滾筒2的重量增加後軸承3精度要求的問題。
因此過去一直都是採用方法(2)，並且使軸1的直徑變小，從而使軸的最大載荷變小，而且，可以採用內外徑小的軸承3。
但是，軸1的直徑越小，在軸1中發生的固有振動的頻率就越低;隨著滾筒2的旋轉轉數的提高則固有振動在滿足上述圓周速度的轉數以下發生。
在此就固有振動進行說明。一般來講，所謂固有振動表示構造所具有的固有機械特性，用固有頻率激振該構造物時就會發生共振現象，該構造物就以非常大的振幅振動。
圖8示出了在軸1中的固有振動及其振動模式。由於滾筒2同軸1相比具有非常大的剛性，所以滾筒2的固有頻率同軸1相比非常高。因此若把電動機作為一個整體來看，可以略去滾筒2的固有振動，而只考慮軸1的固有振動。
如圖所示，在滾筒2停止旋轉時，在軸1中當然不會發生振動。因此，當滾筒2開始旋轉時，由於伴隨其旋轉的振動將使軸1激振，(在這個例子中)當滾筒2的轉數達到7980轉/分時，在軸1上發生以其兩端固定點為「波節」的固有振動(在這個例子中，頻率為133Hz，振動為一次振動模式)。在這種情況下，滾筒2隨著軸1的振動而進行整體地上下方向的振動。
接著滾筒2的旋轉轉數增大，當其旋轉轉數達到16080轉/分時，在軸1上發生以其兩端固定點和其二等分點(即中點)為各個「波節」的固有振動(在這個例子中，頻率為268Hz，振動為二次振動模式)。在這種情況下，由於隨著軸1的振動滾筒2的兩端以相反的相位振動，所以滾筒2象蹺蹺板地振動。
同理隨著滾筒2的轉數的增加，在軸1上先後發生以其兩端點和其n等分點為各個「波節」的固有振動(n次振動模式)。這裡n是大於1的整數，隨著n的增大不能無視軸1以外其它部件的固有振動。
在軸1上發生了這樣的固有振動後，隨著該振動滾筒2產生振動，在纖維用機械中，這個振動也傳遞到卷繞筒上，這樣存在使線的質量降低的問題。此外，由於固有振動轉子鐵芯5和定子鐵芯6(參看圖7)會接觸，這樣存在還可能造成電動機本身損壞的問題。
本發明的目的在於針對上述問題，提供一種使伴隨旋轉的固有振動的振幅大幅度減小的旋轉體振動抑制裝置。
為了解決上述問題，該旋轉體振動抑制裝置的特徵在於，它包括第一、第二組電磁鐵以及第一、第二檢測裝置;所說第一、第二組電磁鐵是在相對於固定支撐軸自由旋轉的旋轉體上的旋轉面，它們在通過上述旋轉體的旋轉中心不同的兩個軸方向上向各軸方向互相相反地分別吸引上述旋轉體;所說第一、第二檢測裝置在沿上述不同的二個軸方向上分別檢測相對於上述固定支撐軸同上述旋轉體的基準值的位移量;通過上述第一、第二檢測裝置，對於上述第一、第二組電磁鐵分別進行下述的相加和相減運算，即以對應於上述軸方向的位移量為基礎，加上對應於該軸方向的那組電磁鐵的吸引力之中的一個，同時減去同一組電磁鐵中的另一個吸引力。
根據本發明，可以分別利用第一、第二檢測裝置檢測出在通過旋轉面旋轉中心不同的兩個軸方向上的相對於固定支撐軸和旋轉體的基準值的位移量。
當利用第一檢測裝置檢測出的位移量增大時，第一組電磁鐵中的一個在抵消該位移量增大的方向上增加向旋轉體的吸引力，同時同一組電磁鐵中的另一個減少向旋轉體的吸引力，所以為使旋轉體和固定支撐軸間的增大位移量減少，而使它們二者互相吸引。第二檢測裝置和第二組電磁鐵也是同樣。據此使固定支撐軸和旋轉體間的位移量保持在恆定的基準值上。
另外，如果由第一、第二檢測裝置檢測出的位移量分別為基準值，則第一、第二組的每個電磁鐵產生的吸引力分別為一定值，支持軸和旋轉體保持在平衡狀態下。
圖1為表示本發明第一實施例的重要構成部件的側剖視圖;
圖2為沿圖1中A-A′線的剖視圖;
圖3為表示本實施例的電氣構成的方框圖;
圖4為表示本實施例的滾筒2的轉數同振幅間關係的特性圖;
圖5為表示本發明第二實施例的電氣構成的方框圖;
圖6為表示本發明第三實施例的電氣構成的方框圖;
圖7為表示用在已有纖維機械中的高速電動機結構的側剖視圖;
圖8為表示軸1的固有振動和其振動模式的說明圖。
下面參照
本發明的實施例。
圖1為表示一個實施例的簡要構成的側面剖視圖。該圖把本實施例的振動抑制裝置10附加在圖7中，這個振動抑制裝置10由一次磁軛11、二次磁軛12、線圈13、檢測器14和驅動電路15所構成。由於圖1同圖7中的同一部件用同一符號表示，所以，其說明省略。
下面說明該實施例的詳細結構，圖2為沿圖1中A-A′線的剖視圖。
如圖2所示，在軸1上安裝了具有成輻射狀配置的磁極111-118的一次磁軛11，在這些各個磁極上分別纏繞著線圈131-138。
在這些線圈中，線圈131和132在電氣上是串聯或並聯接線的，同樣線圈133和134、135和136、137和138分別在電氣上是串聯或並聯接線的。
二次磁軛12對著磁極111-118安裝在滾筒2的內周面上。如果滾筒2不是磁性體，該二次磁軛12也可以省略。另外在渦流損耗成問題的情況下，通過使一次磁軛11和二次磁軛12成疊層結構，可以減少該渦流損耗。
通過使線圈131-138中流過電流，在磁極111-118和二次磁軛12中產生圖中所示的磁力線，即產生了向二次磁軛12的吸引力。
檢測器14x對照一次磁軛11同二次磁軛12間的空隙dx的基準值檢測出圖中所示的x軸方向上位移量和位移的方向。例如在該空隙向變小的方向位移的情況下，檢測器14x用符號(-)輸出其位移量，而在空隙向增大的方向位移時用符號(+)輸出其位移量。同樣檢測器14y對照一次磁軛11同二次磁軛12間的空隙dy的基準值檢測出圖中所示的y軸方向上位移量和位移的方向。
下面參照圖3說明本實施例的電氣構成，特別是檢測器14x、14y，驅動電路15以及線圈131-138。圖3中和圖2相同的部件用同一標號表示。
如圖3所示，檢測器14x的檢測結果經過檢測放大器151進行預定的放大後供給控制器153。控制器153對於檢測器14x的檢測，結果進行例如PID(比例，積分、微分)等適當的運算處理，然後控制器153將這個運算結果供給加法器1551的一個輸入端(+)和加法器1552的一個輸入端(-)，加法器1551，1552的另一個輸入端被供給一定的電流指令C。
在加法器1551中，該一定的電流指令C同由控制器153獲得的計算結果相加，通過功率放大器1571的電流放大後該相加結果被送至線圈133和134中。
而在加法器1552中，將該一定的電流指令C同由控制器153獲得的計算結果相減，通過功率放大器1572的電流放大後該相減結果被送至線圈137、138中。另外功率放大器1571、1572的電流放大率設定為是互相一樣的。
同理檢測器14y的檢測結果也進行和檢測器14x同樣的處理。即，檢測器14y的檢測結果先後經過檢測放大器152的放大和控制器154的PID運算後，在加法器1561中同一定的電流指令C相加，通過功率放大器1581的電流放大後該相加結果被送至線圈131、132中;同時在加法器15b2中，將該一定的電流指令C同控制器154的計算結果相減，通過功率放大器1582的電流放大後該相減結果被送至線圈135、136中。
下面說明該實施例的操作。
在滾筒2的旋轉停止的情況或伴隨旋轉的振動極小的情況下，由於一次磁軛11和二次磁軛12的空隙dx、dy分別為基準值，所以，檢測器14x、14y的檢測結果同時為零，因此，控制器153、154的運算結果也為零。這樣加法器1551、1561的相加結果以及加法器1552、1562的相減結果分別都為一定的電流指令C，因而供給線圈131、132和133、134和135、136和137、138的電流值分別都是一樣的。其結果是使由線圈131、132和135、136產生的向二次磁軛12的各吸引力互相抵消，同理由線圈133、134和137、138產生的向二次磁軛12的各吸引力也互相抵消。也就是說，因為由各線圈產生的向二次磁軛12的吸引力在沿圖2x方向和y方向都是平衡的，所以，空隙dx、dy保持為基準值。
下面針對由於滾筒2旋轉而使軸1振動、並發生向空隙dx增大的方向位移的情形進行說明。
在這種情況下，因為檢測器14x用符號(+)輸出相對於基準值的位移量，所以控制器153的運算結果也是據此給出的。因而在加法器1551中輸出把該運算結果同一定的電流指令C相加的信號，所以由線圈133、134產生的吸引力增大;同時在加法器1552中將一定的電流指令C減去控制器153的運算結果，所以由線圈137、138產生的吸引力減小。
由於滾筒2的剛性比軸1的剛性大，所以一次磁軛11被相對地拉向x軸的(+)方向(向右)，其結果是在軸1上抵消位移的吸引力，也就是說使空隙dx向變小方向的吸引力起作用。
相反地，在由滾筒2的旋轉使軸1振動，並發生向空隙dx變小的方向位移的情形下，因為用符號(一)輸出相對於基準值的位移量，所以，在加法器1551中把將一定的電流指令C減去控制器153的運算結果的信號輸出，這樣由線圈133、134產生的吸引力減小;同時在加法器1552中，因為把一定的電流指令C同控制器153的運算結果相加，所以，由線圈137、138產生的吸引力增大。
因此，一次磁軛11被相對地拉向X軸的(-)方向(向左)，這樣在軸1上抵消位移的吸引力，也就是說使空隙dx向變大方向的吸引力起作用。
也就是說在x軸方向上，通過檢測器14x→驅動電路15→線圈133、134和137、138的吸引→檢測器14x(位移檢測)這樣的反饋迴路控制空隙dx經常保持在基準值上。
同樣的動作也在y軸方向上進行。也就是說，通過檢測器14y→驅動電路15→線圈131、132和135、136的吸引→檢測器14y(位移檢測)這樣的反饋迴路控制空隙dy經常保持在基準值上。
因此，通過分別獨立地控制x軸和y軸方向上的位移，而使一次磁軛11和二次磁軛12間的空隙dx、dy經常保持在基準值上，這樣控制了圖2中的旋轉面的整個區域，因此即使由滾筒2的旋轉激勵而在軸1上發生了固有振動，並且該固有振動的振幅達到峰值，也可以將該振幅抑制為很小。
圖4為表示滾筒2的旋轉轉數和在a點(圖8中滾筒2的外周面的一端)的振動振幅間的關係的特性圖。如圖所示，在已有的例子中，隨著滾筒2的旋轉轉數的提高先後發生固有振動，因此在外周面一端的a點上的振幅在旋轉轉數為7980轉/分、16080轉/分時先後出現峰值。
另一方面，在附加了本實施例的電動機中，和已有的例子一樣，隨著滾筒2的旋轉數的提高先後發生固有振動，但是可以判別出即使迎來峰值該振幅也能被抑制為很小。
因此根據附加了本實施例的電動機，由於可以在幾乎達到最高轉數的整個範圍內實現低振動化，所以沒有必要在避開固有振動發生的轉數區域下運行，因而可以在任意的轉數下運行。
在這個實施例中，雖然沒有特別說明一次磁軛11和二次磁軛12的布置位置，但是把本發明的振動抑制裝置設置在應抑制振動模式的「波腹」部分上，這樣抑制軸1的固有振動是有效果的。
另外，因為本實施例涉及裝在電動機內部的結構，所以外部幾乎不需要空間。
另外在本實施例中，把相同的一定電流指令C分別同按照各個軸方向上位移量的運算結果相加或相減，但在為傳遞旋轉力而把在圖2x軸方向上的滾筒2壓緊在外部裝置上的情況下，如圖5所示，對同x軸方向相對的線圈同類組即線圈133、134和137、138，可以先把表示滾筒2的壓緊壓力的電流指令C′分別同一定的電流指令C相加，然後把相加結果同檢測器14x的位移量的運算結果相加或相減。這樣，由於壓緊壓力被預先偏置，所以當滾筒2的外周面壓緊在繞線架上時，也可以減輕軸承3上的負荷，或者可以使壓緊時的彈簧數任意變化。
另外在上述實施例中，為了檢測出x軸方向、y軸方向的位移分別採用了一個檢測器，但是如圖6所示，可以在相對原點同檢測器14x、14y的對稱位置上彼此向對地設置檢測器14′x、14′y，由差動放大器159、160求出這些向對的檢測器的檢測結果的差分後再供至檢測放大器151、152中。採用這樣的結構，不僅使檢測位移量的靈敏度提高二倍;而且還可以抵消由檢測器固有的噪聲或溫度變化而引起的特性變化，所以提高了測量精度。
根據如上所述的本發明，當由第一或第二檢測裝置檢測出的位移量增大時，第一組或第二組電磁鐵中的一個為了抵消該位移量的增大而增大向旋轉體的吸引力，同時同一組電磁鐵中的另一個減小向旋轉體的吸引力，所以為使該位移量的增大而減小下來，旋轉體和固定支撐軸互相吸引。
因此，即使發生伴隨旋轉的固有振動，因為為使固定支撐軸和旋轉體間的位移量通常保持在基準值上而進行吸引力的增加或減小，這樣可以大幅度地減小該固有振動。
權利要求
1.一種旋轉體的振動抑制裝置，其特徵在於，它包括第一組、第二組電磁鐵以及第一、第二檢測裝置；所說的第一組、第二組電磁鐵是在相對於固定支撐軸自由旋轉的旋轉體上的旋轉面，它們在通過上述旋轉體的旋轉中心不同的兩個軸方向上向各軸方向互相相反地分別吸引上述旋轉體；所說第一、第二檢測裝置在沿上述不同的二個軸方向上分別檢測相對於上述固定支撐軸和上述旋轉體的基準值的位移量；通過上述第一、第二檢測裝置，對於上述第一組、第二組電磁鐵分別進行下述的相加和相減運算，即以對應於上述軸方向的位移量為基礎，加上對應於該軸方向的那組電磁鐵的吸引力之中的一個，同時減去同一組電磁鐵中的另一個吸引力。
全文摘要
本發明為了大幅度地減小伴隨旋轉的固有振動，採用如下的構成。在軸1上安裝了具有成輻射狀配置的磁極1文檔編號F16C32/04GK1095804SQ9410325
公開日1994年11月30日 申請日期1994年2月24日 優先權日1993年2月24日
發明者加藤一路 申請人:神鋼電機株式會社