專利名稱：旋轉(zhuǎn)體的振動抑制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如使用在纖維機(jī)械中高速電動機(jī)的適當(dāng)旋轉(zhuǎn)體的振動抑制裝置。
下面參照圖7說明已有技術(shù)中的電動機(jī)，特別是使用在纖維機(jī)械中的高速電動機(jī)的的構(gòu)造。該圖所示的電動機(jī)為相對于兩端被固定的軸1而使基本中空的圓筒狀滾筒2旋轉(zhuǎn)的外轉(zhuǎn)子電動機(jī)。
轉(zhuǎn)子鐵芯5通過磁鐵4固定在轉(zhuǎn)子2的內(nèi)周面上，而定子鐵芯6同這個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯5相對，有空隙地固定在軸1上。由于設(shè)置在軸1的一個(gè)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(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。
也就是說，借助這些磁鐵4、轉(zhuǎn)子鐵芯5和定子鐵芯6構(gòu)成感應(yīng)同步電動機(jī)(作為電動機(jī)也有采用感應(yīng)電動機(jī)的場合)，并使?jié)L筒2相對于軸1旋轉(zhuǎn)。因此通過將旋轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)。
因此如果采用這種結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子2的速度大體上同卷繞速度成比例。
近來為了提高生產(chǎn)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?jié)L筒2的圓周速度達(dá)到約6000(m/min)，對此通常采用下面兩種方法(1)使?jié)L筒2的外徑增大，(2)使?jié)L筒2的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)提高。
在上述方法(1)中不僅存在使?jié)L筒2的本身變粗大的問題，還要考慮相應(yīng)于滾筒2的重量增加后軸承3精度要求的問題。
因此過去一直都是采用方法(2)，并且使軸1的直徑變小，從而使軸的最大載荷變小，而且，可以采用內(nèi)外徑小的軸承3。
但是，軸1的直徑越小，在軸1中發(fā)生的固有振動的頻率就越低;隨著滾筒2的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)的提高則固有振動在滿足上述圓周速度的轉(zhuǎn)數(shù)以下發(fā)生。
在此就固有振動進(jìn)行說明。一般來講，所謂固有振動表示構(gòu)造所具有的固有機(jī)械特性，用固有頻率激振該構(gòu)造物時(shí)就會發(fā)生共振現(xiàn)象，該構(gòu)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。由于滾筒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(jī)作為一個(gè)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(zhuǎn)時(shí)，在軸1中當(dāng)然不會發(fā)生振動。因此，當(dāng)滾筒2開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于伴隨其旋轉(zhuǎn)的振動將使軸1激振，(在這個(gè)例子中)當(dāng)滾筒2的轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到7980轉(zhuǎn)/分時(shí)，在軸1上發(fā)生以其兩端固定點(diǎn)為“波節(jié)”的固有振動(在這個(gè)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(jìn)行整體地上下方向的振動。
接著滾筒2的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)增大，當(dāng)其旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到16080轉(zhuǎn)/分時(shí)，在軸1上發(fā)生以其兩端固定點(diǎn)和其二等分點(diǎn)(即中點(diǎn))為各個(gè)“波節(jié)”的固有振動(在這個(gè)例子中，頻率為268Hz，振動為二次振動模式)。在這種情況下，由于隨著軸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(zhuǎn)數(shù)的增加，在軸1上先后發(fā)生以其兩端點(diǎn)和其n等分點(diǎn)為各個(gè)“波節(jié)”的固有振動(n次振動模式)。這里n是大于1的整數(shù)，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(fā)生了這樣的固有振動后，隨著該振動滾筒2產(chǎn)生振動，在纖維用機(jī)械中，這個(gè)振動也傳遞到卷繞筒上，這樣存在使線的質(zhì)量降低的問題。此外，由于固有振動轉(zhuǎn)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(jī)本身損壞的問題。
本發(fā)明的目的在于針對上述問題，提供一種使伴隨旋轉(zhuǎn)的固有振動的振幅大幅度減小的旋轉(zhuǎn)體振動抑制裝置。
為了解決上述問題，該旋轉(zhuǎn)體振動抑制裝置的特征在于，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于固定支撐軸自由旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體上的旋轉(zhuǎn)面，它們在通過上述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心不同的兩個(gè)軸方向上向各軸方向互相相反地分別吸引上述旋轉(zhuǎn)體;所說第一、第二檢測裝置在沿上述不同的二個(gè)軸方向上分別檢測相對于上述固定支撐軸同上述旋轉(zhuǎn)體的基準(zhǔn)值的位移量;通過上述第一、第二檢測裝置，對于上述第一、第二組電磁鐵分別進(jìn)行下述的相加和相減運(yùn)算，即以對應(yīng)于上述軸方向的位移量為基礎(chǔ)，加上對應(yīng)于該軸方向的那組電磁鐵的吸引力之中的一個(gè)，同時(shí)減去同一組電磁鐵中的另一個(gè)吸引力。
根據(jù)本發(fā)明，可以分別利用第一、第二檢測裝置檢測出在通過旋轉(zhuǎn)面旋轉(zhuǎn)中心不同的兩個(gè)軸方向上的相對于固定支撐軸和旋轉(zhuǎn)體的基準(zhǔn)值的位移量。
當(dāng)利用第一檢測裝置檢測出的位移量增大時(shí)，第一組電磁鐵中的一個(gè)在抵消該位移量增大的方向上增加向旋轉(zhuǎn)體的吸引力，同時(shí)同一組電磁鐵中的另一個(gè)減少向旋轉(zhuǎn)體的吸引力，所以為使旋轉(zhuǎn)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(jù)此使固定支撐軸和旋轉(zhuǎn)體間的位移量保持在恒定的基準(zhǔn)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(zhǔn)值，則第一、第二組的每個(gè)電磁鐵產(chǎn)生的吸引力分別為一定值，支持軸和旋轉(zhuǎn)體保持在平衡狀態(tài)下。
圖1為表示本發(fā)明第一實(shí)施例的重要構(gòu)成部件的側(cè)剖視圖;
圖2為沿圖1中A-A′線的剖視圖;
圖3為表示本實(shí)施例的電氣構(gòu)成的方框圖;
圖4為表示本實(shí)施例的滾筒2的轉(zhuǎn)數(shù)同振幅間關(guān)系的特性圖;
圖5為表示本發(fā)明第二實(shí)施例的電氣構(gòu)成的方框圖;
圖6為表示本發(fā)明第三實(shí)施例的電氣構(gòu)成的方框圖;
圖7為表示用在已有纖維機(jī)械中的高速電動機(jī)結(jié)構(gòu)的側(cè)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(fā)明的實(shí)施例。
圖1為表示一個(gè)實(shí)施例的簡要構(gòu)成的側(cè)面剖視圖。該圖把本實(shí)施例的振動抑制裝置10附加在圖7中，這個(gè)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(qū)動電路15所構(gòu)成。由于圖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(shí)施例的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，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(gè)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(lián)或并聯(lián)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(lián)或并聯(lián)接線的。
二次磁軛12對著磁極111-118安裝在滾筒2的內(nèi)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(jié)構(gòu)，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(chǎn)生圖中所示的磁力線，即產(chǎn)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(zhǔn)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(shí)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(zhǔn)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(shí)施例的電氣構(gòu)成，特別是檢測器14x、14y，驅(qū)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(biāo)號表示。
如圖3所示，檢測器14x的檢測結(jié)果經(jīng)過檢測放大器151進(jìn)行預(yù)定的放大后供給控制器153?？刂破?53對于檢測器14x的檢測，結(jié)果進(jìn)行例如PID(比例，積分、微分)等適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算處理，然后控制器153將這個(gè)運(yùn)算結(jié)果供給加法器1551的一個(gè)輸入端(+)和加法器1552的一個(gè)輸入端(-)，加法器1551，1552的另一個(gè)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(jì)算結(jié)果相加，通過功率放大器1571的電流放大后該相加結(jié)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(jì)算結(jié)果相減，通過功率放大器1572的電流放大后該相減結(jié)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(shè)定為是互相一樣的。
同理檢測器14y的檢測結(jié)果也進(jìn)行和檢測器14x同樣的處理。即，檢測器14y的檢測結(jié)果先后經(jīng)過檢測放大器152的放大和控制器154的PID運(yùn)算后，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的電流放大后該相加結(jié)果被送至線圈131、132中;同時(shí)在加法器15b2中，將該一定的電流指令C同控制器154的計(jì)算結(jié)果相減，通過功率放大器1582的電流放大后該相減結(jié)果被送至線圈135、136中。
下面說明該實(shí)施例的操作。
在滾筒2的旋轉(zhuǎn)停止的情況或伴隨旋轉(zhuǎn)的振動極小的情況下，由于一次磁軛11和二次磁軛12的空隙dx、dy分別為基準(zhǔn)值，所以，檢測器14x、14y的檢測結(jié)果同時(shí)為零，因此，控制器153、154的運(yùn)算結(jié)果也為零。這樣加法器1551、1561的相加結(jié)果以及加法器1552、1562的相減結(jié)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(jié)果是使由線圈131、132和135、136產(chǎn)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(chǎn)生的向二次磁軛12的各吸引力也互相抵消。也就是說，因?yàn)橛筛骶€圈產(chǎn)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(zhǔn)值。
下面針對由于滾筒2旋轉(zhuǎn)而使軸1振動、并發(fā)生向空隙dx增大的方向位移的情形進(jìn)行說明。
在這種情況下，因?yàn)闄z測器14x用符號(+)輸出相對于基準(zhǔn)值的位移量，所以控制器153的運(yùn)算結(jié)果也是據(jù)此給出的。因而在加法器1551中輸出把該運(yùn)算結(jié)果同一定的電流指令C相加的信號，所以由線圈133、134產(chǎn)生的吸引力增大;同時(shí)在加法器1552中將一定的電流指令C減去控制器153的運(yùn)算結(jié)果，所以由線圈137、138產(chǎn)生的吸引力減小。
由于滾筒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(jié)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(zhuǎn)使軸1振動，并發(fā)生向空隙dx變小的方向位移的情形下，因?yàn)橛梅?一)輸出相對于基準(zhǔn)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(yùn)算結(jié)果的信號輸出，這樣由線圈133、134產(chǎn)生的吸引力減小;同時(shí)在加法器1552中，因?yàn)榘岩欢ǖ碾娏髦噶頒同控制器153的運(yùn)算結(jié)果相加，所以，由線圈137、138產(chǎn)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(qū)動電路15→線圈133、134和137、138的吸引→檢測器14x(位移檢測)這樣的反饋回路控制空隙dx經(jīng)常保持在基準(zhǔn)值上。
同樣的動作也在y軸方向上進(jìn)行。也就是說，通過檢測器14y→驅(qū)動電路15→線圈131、132和135、136的吸引→檢測器14y(位移檢測)這樣的反饋回路控制空隙dy經(jīng)常保持在基準(zhǔn)值上。
因此，通過分別獨(dú)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(jīng)常保持在基準(zhǔn)值上，這樣控制了圖2中的旋轉(zhuǎn)面的整個(gè)區(qū)域，因此即使由滾筒2的旋轉(zhuǎn)激勵而在軸1上發(fā)生了固有振動，并且該固有振動的振幅達(dá)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(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)和在a點(diǎn)(圖8中滾筒2的外周面的一端)的振動振幅間的關(guān)系的特性圖。如圖所示，在已有的例子中，隨著滾筒2的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)的提高先后發(fā)生固有振動，因此在外周面一端的a點(diǎn)上的振幅在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)為7980轉(zhuǎn)/分、16080轉(zhuǎn)/分時(shí)先后出現(xiàn)峰值。
另一方面，在附加了本實(shí)施例的電動機(jī)中，和已有的例子一樣，隨著滾筒2的旋轉(zhuǎn)數(shù)的提高先后發(fā)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(jù)附加了本實(shí)施例的電動機(jī)，由于可以在幾乎達(dá)到最高轉(zhuǎn)數(shù)的整個(gè)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)低振動化，所以沒有必要在避開固有振動發(fā)生的轉(zhuǎn)數(shù)區(qū)域下運(yùn)行，因而可以在任意的轉(zhuǎn)數(shù)下運(yùn)行。
在這個(gè)實(shí)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(fā)明的振動抑制裝置設(shè)置在應(yīng)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?yàn)楸緦?shí)施例涉及裝在電動機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，所以外部幾乎不需要空間。
另外在本實(shí)施例中，把相同的一定電流指令C分別同按照各個(gè)軸方向上位移量的運(yùn)算結(jié)果相加或相減，但在為傳遞旋轉(zhuǎn)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，然后把相加結(jié)果同檢測器14x的位移量的運(yùn)算結(jié)果相加或相減。這樣，由于壓緊壓力被預(yù)先偏置，所以當(dāng)滾筒2的外周面壓緊在繞線架上時(shí)，也可以減輕軸承3上的負(fù)荷，或者可以使壓緊時(shí)的彈簧數(shù)任意變化。
另外在上述實(shí)施例中，為了檢測出x軸方向、y軸方向的位移分別采用了一個(gè)檢測器，但是如圖6所示，可以在相對原點(diǎn)同檢測器14x、14y的對稱位置上彼此向?qū)Φ卦O(shè)置檢測器14′x、14′y，由差動放大器159、160求出這些向?qū)Φ臋z測器的檢測結(jié)果的差分后再供至檢測放大器151、152中。采用這樣的結(jié)構(gòu)，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(jù)如上所述的本發(fā)明，當(dāng)由第一或第二檢測裝置檢測出的位移量增大時(shí)，第一組或第二組電磁鐵中的一個(gè)為了抵消該位移量的增大而增大向旋轉(zhuǎn)體的吸引力，同時(shí)同一組電磁鐵中的另一個(gè)減小向旋轉(zhuǎn)體的吸引力，所以為使該位移量的增大而減小下來，旋轉(zhuǎn)體和固定支撐軸互相吸引。
因此，即使發(fā)生伴隨旋轉(zhuǎn)的固有振動，因?yàn)闉槭构潭ㄖ屋S和旋轉(zhuǎn)體間的位移量通常保持在基準(zhǔn)值上而進(jìn)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(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)體的振動抑制裝置，其特征在于，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于固定支撐軸自由旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體上的旋轉(zhuǎn)面，它們在通過上述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心不同的兩個(gè)軸方向上向各軸方向互相相反地分別吸引上述旋轉(zhuǎn)體；所說第一、第二檢測裝置在沿上述不同的二個(gè)軸方向上分別檢測相對于上述固定支撐軸和上述旋轉(zhuǎn)體的基準(zhǔn)值的位移量；通過上述第一、第二檢測裝置，對于上述第一組、第二組電磁鐵分別進(jìn)行下述的相加和相減運(yùn)算，即以對應(yīng)于上述軸方向的位移量為基礎(chǔ)，加上對應(yīng)于該軸方向的那組電磁鐵的吸引力之中的一個(gè)，同時(shí)減去同一組電磁鐵中的另一個(gè)吸引力。
全文摘要
本發(fā)明為了大幅度地減小伴隨旋轉(zhuǎn)的固有振動，采用如下的構(gòu)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(yōu)先權(quán)日1993年2月24日
發(fā)明者加藤一路 申請人:神鋼電機(jī)株式會社