(57)【要約】【課題】ねじり動吸振器の振動特性を変えて複数のねじり固有振動数を抑制する。【解決手段】  本実施形態によれば、ねじり動吸振器１は、軸部材２に取り付けられて第１軸方向穴２２が周方向に沿って形成された第１フランジと、第１フランジに軸方向間隙を形成するように配置されて、第１軸方向穴２２に対向する位置に第２軸方向穴が形成された第２フランジと、一方の端部が第１軸方向穴２２内に反対側の端部が第２軸方向穴内にあるように軸部材２に所定の半径方向間隙を形成するように配置された磁性部材１４と、周方向に弾性変形可能で、磁性部材１４を支持する弾性部材１０と、軸方向間隙にある磁性部材１４の半径方向外側に配置されたコイル４１と、コイル４１に電流を流すための電源供給装置４５と、を有する。【選択図】図２
2013148186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向に延びる軸の周りを回転する軸部材を半径方向外側から取り囲むように前記軸部材に取り付けられて前記軸部材と共に回転する板状で、軸方向に面する第１軸方向端面に複数の第１軸方向穴が周方向に沿って互いに周方向間隔をあけて形成された第１フランジと、
前記第１フランジに所定の軸方向間隙を形成するように配置されて、前記軸部材を半径方向外側から取り囲むように前記軸部材に取り付けられて前記軸部材と共に回転する板状で、前記第１軸方向端面に対向する側の第２軸方向端面には前記第１軸方向穴に対向する位置それぞれに第２軸方向穴が形成された第２フランジと、
軸方向に延びて、一方の軸方向端部が前記第１軸方向穴内に、反対側の軸方向端部が前記第２軸方向穴内にあるように配置されて、前記軸部材に所定の半径方向間隙を形成するように配置された磁性部材と、
前記第１軸方向穴に取り付けられて、周方向に弾性変形可能で、前記磁性部材を支持するように構成された弾性部材と、
前記軸方向間隙にある前記磁性部材の半径方向外側に配置されたコイルと、
前記コイルに電気的に接続されて前記コイルに電流を流すための電源供給装置と、
を有することを特徴とするねじり動吸振器。
【請求項２】
前記弾性部材は、コイルばねであることを特徴とする請求項１に記載のねじり動吸振器。
【請求項３】
前記第１軸方向穴の内壁面には、所定の周方向深さの周方向穴が互いに対向するように少なくとも二箇所形成されて、
前記第２軸方向穴の内壁面には、所定の周方向深さの周方向穴が互いに対向するように少なくとも二箇所形成されて、
前記コイルばねの一方の端部は、前記周方向穴の底部にそれぞれ取り付けられていること、
を特徴とする請求項２に記載のねじり動吸振器。
【請求項４】
前記弾性部材は、板ばねであることを特徴とする請求項１に記載にねじり動吸振器。
【請求項５】
前記第１フランジに近い方の前記ヨークの軸方向端部には、前記第１フランジの半径方向外側面に対向するように突出する第１内側突出部が形成されて、
前記第２フランジに近い方の前記ヨークの軸方向端部には、前記第２フランジの半径方向外側面に対向するように突出する第２内側突出部が形成されていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のねじり動吸振器。
【請求項６】
前記磁性部材は、磁界をパルス的にかけると磁力が変化する特性を有する磁石であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項の記載のねじり動吸振器。
【請求項７】
前記軸方向穴の周方向両側の部分に、永久磁石を取り付けることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のねじり動吸振器。
【請求項８】
前記磁性部材は、磁性流体が充填された密閉容器内に収容されて、
前記弾性部材は、前記密閉容器を支持し前記磁性部材を間接的に支持するように構成されていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項７に記載のねじり動吸振器。
【請求項９】
前記第１フランジ、前記第２フランジおよび前記コイルを半径方向外側から取り囲むように形成された円環状のヨークを有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のねじり動吸振器。
【請求項１０】
前記コイルに流れる電流を測定する電流計と、
前記電流計で計測された電流値に基づいて前記軸部材が振動しているか否かを判定することで振動を検知する振動検出器と、
前記電源供給装置および前記振動検出器に電気的に接続されて、前記振動検出器の判定結果を取込み可能で、前記判定結果に基づいて前記電源供給装置が前記コイルに流す電流を、調整可能に構成された制御装置と、
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載のねじり動吸振器。
【請求項１１】
所定の方向に延びる軸の周りを回転する軸部材を半径方向外側から取り囲むように前記軸部材に取り付けられて前記軸部材と共に回転する板状で、軸方向に面する軸方向端面に複数の軸方向穴が周方向に沿って互いに周方向間隔をあけて形成されて、前記周方向間隔に切欠きが形成されたフランジと、
前記軸方向穴内に配置された磁性部材と、
前記軸方向穴に取り付けられて、周方向に弾性変形可能で、前記磁性部材を支持するように構成された弾性部材と、
前記各磁性部材の半径方向外側にそれぞれ配置された鉄心と、
前記鉄心に巻かれたコイルと、
前記コイルに電気的に接続されて前記コイルに電流を流すための電源供給装置と、
を有することを特徴とするねじり動吸振器。
【請求項１２】
半径方向位置が前記軸方向穴の半径方向内側の部位および前記切欠きの底部を含む位置で、周方向位置が少なくとも前記軸方向穴および前記切欠きの間の位置に、非導電部材が配置されていることを特徴とする請求項１１に記載のねじり動吸振器。
【請求項１３】
前記非導電部材は、前記半径方向位置で前記軸部材を取り囲む円環状であることを特徴とする請求項１２に記載のねじり動吸振器。
【請求項１４】
所定の方向に延びる軸の周りを回転する軸部材と、
前記軸部材に取り付けられたねじり動吸振器と、
前記軸部材を半径方向外側から取り囲むように配置されて、前記軸部材とともに同軸で回転するように構成された回転子と、
前記回転子の周方向面に所定の空隙を形成しながら取り囲む固定子と、
を有する回転電機において、
前記ねじり動吸振器は、
前記軸部材を半径方向外側から取り囲むように前記軸部材に取り付けられて前記軸部材と共に回転する板状で、軸方向に面する第１軸方向端面にそれぞれ所定の軸方向深さの複数の第１軸方向穴が周方向に沿って互いに周方向間隔をあけて形成された第１フランジと、
前記第１フランジに所定の軸方向間隙を形成するように配置されて、前記軸部材を半径方向外側から取り囲むように前記軸部材に取り付けられて前記軸部材と共に回転する板状で、前記第１軸方向端面に対向する側の第２軸方向端面には前記第１軸方向穴に対向する位置それぞれに第２軸方向穴が形成された第２フランジと、
軸方向に延びて、一方の軸方向端部が前記第１軸方向穴内に、反対側の軸方向端部が前記第２軸方向穴内にあるように配置された磁性部材と、
前記第１軸方向穴に取り付けられて、周方向に弾性変形可能で、前記軸方向部材を支持するように構成された弾性部材と、
前記軸方向間隙にある前記磁性部材の半径方向外側に配置され、所定の電流が流れるコイルと、
前記コイルに電流を流すための電源供給装置と、
を有することを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ねじり動吸振器およびそれを用いた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン発電機は、蒸気タービンロータおよび発電機ロータがカップリングで結合されている。また、それぞれのロータは、潤滑油膜の負荷能力を用いて摩擦損失の少ないジャーナル軸受で支えられている。
【０００３】
蒸気タービン発電機のような大型回転機械の軸系は、重厚長大となるためロータのねじり固有振動も運用回転数あるいは運用周波数範囲内（両者を総称して運転周波数範囲とする）に多数存在する場合が多い。例えば、一次ねじり振動モードでは、それぞれのロータはねじり変形をせずに両ロータを支えるジャーナル部にねじり角度変形が大きく発生するようなねじり振動モード（振動形態）となる。また、二次以上の高次ねじり振動モードでは、各ロータの中央を節としたねじり振動モードが現れる。
【０００４】
大型の回転体は、前述したようにジャーナル軸受で浮上支持されているため軸の回転接線方向に対する抵抗力が少なく、軸のねじり振動モードの減衰が小さく、振動が発生し始めると長い間その振動が持続する。
【０００５】
固有振動数と強制外力（発電機の周波数外乱やモータのトルクリップル等）の周波数が一致すると共振状態となる。この場合、減衰が非常に小さいため大振動となり、軸を破損させる可能性もある。
【０００６】
構造物の振動を低減する手段として動吸振器が用いられる。一般に用いられる動吸振器は、質量と弾性体とからなる振動系で構成される。この振動系の固有振動数を対象構造物の基本固有振動数（最低次の固有振動数）に一致させることで、加振力と基本固有振動数との共振が回避できる。基本的に１自由度の振動系を制振の対象としている。
【０００７】
しかしながら、回転機械など加振振動数が変化するような複雑な構造物では、複数の固有振動数において発生する振動を低減させる必要がある。広範囲の振動数領域に存在する複数の固有振動数に対応した動吸振器、すなわち多自由度系を考慮した動吸振器の開発が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１９０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
回転軸のねじり振動を低減する動吸振器は、既に一般的に適用されており、軸継ぎ手などに振動系で構成される動吸振器あるいは装置を付加したものである。通常、ねじり動吸振器の最適設計は、主系の固有振動数（回転軸の場合は、回転体のねじり固有振動数）と同じ周波数を有する振動系を取り付けることで動吸振器として作用させる。したがって、一つの動吸振器では一つの振動モードにしか効果的に作用せず、大型回転機械のような複数のねじり固有振動モードが運転周波数内にあるような回転体では、それらの振動モードに対応した複数のねじり動吸振器の設置が必要となる。
【００１０】
そのため、複数の動吸振器を回転軸に取り付けられない場合は、そのねじり固有振動数近傍の運転を回避する手段等がとられ、回転機械の効率運用に支障をきたすことになる。
【００１１】
また、複数の動吸振器を取り付けることで、回転軸の複雑化、軸長の更なる延長などの必要があり、信頼性を損ねる可能性もある。
【００１２】
本発明の実施形態は上記課題を解決するためのものであり、その目的は、ねじり動吸振器の振動特性を変えることで、複数のねじり固有振動数の振動を抑制できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明に係るねじり動吸振器は、所定の方向に延びる軸の周りを回転する軸部材を半径方向外側から取り囲むように前記軸部材に取り付けられて前記軸部材と共に回転する板状で、軸方向に面する第１軸方向端面にそれぞれ所定の軸方向深さの複数の第１軸方向穴が周方向に沿って互いに周方向間隔をあけて形成された第１フランジと、前記第１フランジに所定の軸方向間隙を形成するように配置されて、前記軸部材を半径方向外側から取り囲むように前記軸部材に取り付けられて前記軸部材と共に回転する板状で、前記第１軸方向端面に対向する側の第２軸方向端面には前記第１軸方向穴に対向する位置それぞれに第２軸方向穴が形成された第２フランジと、軸方向に延びて、一方の軸方向端部が前記第１軸方向穴内に、反対側の軸方向端部が前記第２軸方向穴内にあるように配置されて、前記軸部材に所定の半径方向間隙を形成するように配置された磁性部材と、前記第１軸方向穴に取り付けられて、周方向に弾性変形可能で、前記磁性部材を支持するように構成された弾性部材と、前記軸方向間隙にある前記磁性部材の半径方向外側に配置されたコイルと、前記コイルに電気的に接続されて前記コイルに電流を流すための電源供給装置と、を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るねじり動吸振器は、所定の方向に延びる軸の周りを回転する軸部材を半径方向外側から取り囲むように前記軸部材に取り付けられて前記軸部材と共に回転する板状で、軸方向に面する軸方向端面に複数の軸方向穴が周方向に沿って互いに周方向間隔をあけて形成されて、前記周方向間隔に切欠きが形成されたフランジと、前記軸方向穴内に配置された磁性部材と、前記軸方向穴に取り付けられて、周方向に弾性変形可能で、前記磁性部材を支持するように構成された弾性部材と、前記各磁性部材の半径方向外側にそれぞれ配置された鉄心と、前記鉄心に巻かれたコイルと、前記コイルに電気的に接続されて前記コイルに電流を流すための電源供給装置と、を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の実施形態に係る回転電機は、所定の方向に延びる軸の周りを回転する軸部材と、前記軸部材に取り付けられたねじり動吸振器と、前記軸部材を半径方向外側から取り囲むように配置されて、前記軸部材とともに同軸で回転するように構成された回転子と、前記回転子の周方向面に所定の空隙を形成しながら取り囲む固定子と、を有する回転電機において、前記ねじり動吸振器は、前記軸部材を半径方向外側から取り囲むように前記軸部材に取り付けられて前記軸部材と共に回転する板状で、軸方向に面する第１軸方向端面にそれぞれ所定の軸方向深さの複数の第１軸方向穴が周方向に沿って互いに周方向間隔をあけて形成された第１フランジと、前記第１フランジに所定の軸方向間隙を形成するように配置されて、前記軸部材を半径方向外側から取り囲むように前記軸部材に取り付けられて前記軸部材と共に回転する板状で、前記第１軸方向端面に対向する側の第２軸方向端面には前記第１軸方向穴に対向する位置それぞれに第２軸方向穴が形成された第２フランジと、軸方向に延びて、一方の軸方向端部が前記第１軸方向穴内に、反対側の軸方向端部が前記第２軸方向穴内にあるように配置された磁性部材と、前記第１軸方向穴に取り付けられて、周方向に弾性変形可能で、前記軸方向部材を支持するように構成された弾性部材と、前記軸方向間隙にある前記磁性部材の半径方向外側に配置され、所定の電流が流れるコイルと、前記コイルに電流を流すための電源供給装置と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の実施形態によれば、ねじり動吸振器の振動特性を変えることで、複数のねじり固有振動数の振動を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の回転電機の概略側面図である。
【図２】図１のねじり動吸振器の正面図である。
【図３】図２のねじり動吸振器のIII−III矢視の側面図である。
【図４】図３の振動子付近を部分的に拡大して示す部分正面図である。
【図５】一般的な動吸振器等の概略斜視図である。
【図６】図５の回転体の運転回転数を変化させたときの図５の動吸振器等の振動応答を示すグラフで、横軸に周波数、縦軸に振動強度を示す。
【図７】図５のω１等の固有振動数を示すグラフで、電流の強さ等に対する固有振動を示す。
【図８】本発明に係る第２の実施形態のねじり動吸振器の概略側面図である。
【図９】本発明に係る第３の実施形態のねじり動吸振器の概略正面図である。
【図１０】図９の振動子および板ばね等をX−X矢視で示す概略上面図である。
【図１１】本発明に係る第４の実施形態のねじり動吸振器に発生する磁界の強さを示すグラフである。
【図１２】本発明に係る第５の実施形態のねじり動吸振器の振動子付近を示す部分正面図である。
【図１３】本発明に係る第６の実施形態のねじり動吸振器の密閉容器およびその周辺等を示す部分正面図である。
【図１４】図１３の磁性流体の減衰係数と、周囲の磁場の磁力との関係を示すグラフである。
【図１５】横軸に周波数、縦軸に振動強度を示すグラフで、ねじり動吸振器がない場合、図２のねじり動吸振器がある場合、図１３のねじり動吸振器がある場合についてそれぞれ示している。
【図１６】本発明に係る第７の実施形態のねじり動吸振器の概略正面図である。
【図１７】図１６のXVII−XVII矢視の概略側面図である。
【図１８】本発明に係る第８の実施形態のねじり動吸振器の概略正面図である。
【図１９】本発明に係る第９の実施形態のねじり動吸振器の概略正面図である。
【図２０】図１９の振動子が振動していないときの電流波形と、振動子が振動しているときの電流波形を示すグラフである。
【図２１】図２０の振動子が振動しているときの波形と、振動していないときの波形との差分を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るねじり動吸振器１およびそれを用いた回転電機の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
［第１の実施形態］
第１の実施形態について図面（図１〜図７）を用いて説明する。
【００２０】
先ず、本実施形態のねじり動吸振器１を取り付ける回転電機の構成を、図１〜図５を用いて説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態の回転電機を模式的に示す概略側面図である。図２は、図１のねじり動吸振器１の正面図である。図３は、図２のねじり動吸振器１のIII−III矢視の側面図である。図４は、図３の振動子１４付近を部分的に拡大して示す部分正面図である。図５は、一般的な動吸振器等の概略斜視図である。
【００２２】
回転電機は、図１に示すように、軸部材２と、回転子３と、固定子４と、固定子枠５と、ねじり動吸振器１と、を有する。固定子枠５は、仮想的に二点鎖線で示している。また、ねじり動吸振器１は詳細の図示は省略している。
【００２３】
軸部材２は、水平に延びる軸の周りを回転する部材で、軸受（図示せず）により回転自在に支持されている。回転子３は、軸部材２を半径方向外側から取り囲むように回転可能に固定されて、軸部材２とともに同軸で回転するように構成される。
【００２４】
固定子４は、回転子３の周方向面に所定の空隙を形成しながら取り囲む。この固定子４は、固定子枠５内に収容されて固定される。この固定子枠５には、軸部材２を支持する軸受を取り付けるための軸受ハウジング（図示せず）等も固定されている。
【００２５】
ねじり動吸振器１は、回転子３の軸方向外側の軸部材２に取り付けられている。以下、回転電機の軸部材２に取り付けられた動吸振器の構成について説明する。ねじり動吸振器１は、図２および図３に示すように、二つのフランジ、すなわち、第１フランジ２０および第２フランジ２５と、四つの振動子１４と、弾性部材１０（本例では、コイルばね１０）と、コイル４１と、ヨーク４２と、電源供給装置４５と、を有する。
【００２６】
第１フランジ２０は、軸部材２を半径方向外側から取り囲むように軸部材２に取り付けられている円板状で、軸部材２と共に同軸で回転する。第１フランジ２０には、四つの第１軸方向穴２２が形成されている。これらの第１軸方向穴２２は、軸方向に面する一方の面で、図３における第１フランジ２０の右側の面（第１軸方向端面２１）に形成されている。この場合、各第１軸方向穴２２は、図３の右側に開口し、左側に所定の軸方向深さで形成される。また、各第１軸方向穴２２は、周方向に沿って互いに等しく周方向間隔をあけて、すなわち、周方向に９０度ごとに形成される。
【００２７】
また、第１軸方向穴２２の内壁面の二箇所に、周方向穴２４が形成されている。各周方向穴２４は、所定の周方向深さで、互いに対向するように形成されている。
【００２８】
第２フランジ２５は、第１フランジ２０と同様に、軸部材２を半径方向外側から取り囲むように軸部材２に取り付けられて、軸部材２と共に同軸で回転する円板状である。第２フランジ２５は、第１フランジ２０に所定の軸方向間隙３５を形成するように軸部材２に取り付けられている。
【００２９】
第２フランジ２５は、第１フランジ２０の第１軸方向端面２１に対向する側の面（第２軸方向端面２６）に、第１軸方向穴２２に対向する位置それぞれに第２軸方向穴２７が形成されている。これらの第２軸方向穴２７は、図３の左側に開口し、右側に所定の軸方向深さで形成される。また、各第２軸方向穴２７は、周方向に沿って互いに周方向間隔をあけて形成される。すなわち、周方向に９０度ごとに形成される。
【００３０】
また、第２軸方向穴２７の内壁面の二箇所に、周方向穴２４が形成されている。各周方向穴２４は、所定の周方向深さで、互いに対向するように形成されている。
【００３１】
各振動子１４は磁性部材からなり、軸方向に延びて、一方の軸方向端部が第１軸方向穴２２内に、反対側の軸方向端部が第２軸方向穴２７内にあるように配置される。このとき振動子１４は、軸部材２の外周面とは、上記の軸方向間隙３５を保つように配置される形成される。
【００３２】
当該振動子１４は、図４に示すように、振動子１４の第１軸方向穴２２内にある部分の周方向面には凹部１５が形成されている。図４では省略しているが、第２軸方向穴２７内にある部分の周方向面にも同様に凹部１５が形成されている。
【００３３】
コイルばね１０は、図４に示すように、一方の端部が周方向穴２４の底部に取り付けられて、反対側の端部は上記の凹部１５に取り付けられている。コイルばね１０は、周方向に弾性変形可能で、振動子１４を弾性支持する。コイルばね１０が振動子１４を支持するときに、振動子１４の周方向端部と、第１軸方向穴２２内の周方向壁面との間に周方向間隙３３を形成する。これらのコイルばね１０は振動子１４と共に、質量ｍが所定のばね定数ｋのばねで支持された振動系を形成する。当該振動系は、軸部材２の外周面に対して接線方向に振動する。
【００３４】
コイル４１は、軸方向間隙３５の軸方向位置にある振動子１４を、半径方向外側から取り囲むように巻きまわされている。このコイル４１は、電源供給装置４５により電流が流れるように構成されている。ヨーク４２は、第１フランジ２０、第２フランジ２５およびコイル４１を半径方向外側から取り囲むように形成された円環状の金属製部材である。
【００３５】
コイル４１およびヨーク４２それぞれの固定についての詳細は省略するが、例えば固定子枠５等に間接的に固定されている。
【００３６】
コイル４１の電流が流れると、振動子１４と、第１フランジ２０および第２フランジ２５とに、磁界が発生する。この磁界は、図２および図３に示す破線Ｘのように発生する。磁界の発生等は、後で説明する。
【００３７】
ねじり振動に対応する一般的な動吸振器９１は、図５に示すように、回転軸９０に振動系が取り付けられている。この振動系は、所定のばね定数のばね部材９３および所定の質量９４を有する部材を備えている。この動吸振器９１は、上述したように、所定の振動数に限り有効に作用し、所定の振動数以外の振動数には、有効に作用しない。
【００３８】
ここで、本実施形態のねじり動吸振器１の作用について、図１〜図５に加えて、図６および図７等を用いて以下に説明する。
【００３９】
ここで、図６は、図５の回転体の運転回転数を変化させたときの図５の動吸振器等の振動応答を示すグラフで、横軸に周波数、縦軸に振動強度を示す。図７は、図６のω１等の固有振動数を示すグラフで、電流の強さ等に対する固有振動を示す。
【００４０】
電源供給装置４５からコイル４１に電流を供給することにより、磁性部材からなる振動子１４は磁化し、Ｎ極とＳ極が図２および図３に示すように軸方向両側に発生する。
【００４１】
第１フランジ２０および第２フランジ２５は、上述の通り磁性体で構成されている。このため、振動子１４が磁化することにより、振動子１４と、第１フランジ２０および第２フランジ２５との間に吸引力が発生する。この吸引力は、互いに近づけば吸引力が増す非線形のばねとして、振動子１４と第１フランジ２０および第２フランジ２５との間に作用する。
【００４２】
振動子１４が磁化していないときは、振動子１４の固有振動数ωは、振動子１４の質量ｍとコイルばね１０のばね定数ｋにより、以下の式（１）のように決まる。
【数１】
2013148186.tif 000003
【００４３】
電源供給装置４５を作動させてコイル４１に電流を流すと、振動子１４は磁化する。この場合、図２および図３に示すように、振動子１４と、第１フランジ２０および第２フランジ２５との間には、吸引力が発生する。吸引力である電磁力をＦとし、振動によって変化する周方向間隙３３の周方向幅をδ（図４）とすると、式（２）のように表される。
【数２】
2013148186.tif 000004
【００４４】
Ｈは磁界の強さで、電流の強さに比例する。ここで、δが小さいときは、下記のように示すことができ、負のばね定数（−ｋ´）として振動子１４に作用することがわかる。
【数３】
2013148186.tif 000005
【００４５】
したがって、電磁力Ｆを振動子１４に作用させると、振動子１４の固有振動数は、次式で表され、固有振動数を下げることが可能となる。
【数４】
2013148186.tif 000006
【００４６】
図６に示すように、運転周波数域に三つのねじり固有振動数が存在したとき、運転周波数がそれぞれのねじり固有振動数と一致したときに振動は大きくなり、その結果共振状態となる。
【００４７】
この三つの振動モードに有効に作用する最適なねじり動吸振器１とは、各振動ピークでそのねじり固有振動数と同じ固有振動数に動吸振器の固有振動数を調整したものである。それによると点線のように振動のピーク振幅を下げることが可能である。
【００４８】
当該ピーク振幅を下げる作用（調整作業）について図７等を用いて説明する。この調整を、運転中に行うためには、コイル４１に電流を流す前の固有振動数は、式（１）で与えられるため、振動子１４の質量とコイルばね１０のばね定数Ｋを調整する。このときの固有振動数をω１とする。
【００４９】
運転周波数がω１のときは、コイル４１に電流を流さず、ねじり動吸振器１として効果的に作用し、振動を低減することが可能である。
【００５０】
運転周波数がω２になったときは、コイル４１に電流Ｉ２を流し、電磁力を吸引力として作用させて、ばね定数を下げて固有振動数がω２になるように調整する。これにより、ねじり振動モードが共振しても、図６における破線のように振動振幅を下げることが可能となる。
【００５１】
また、運転周波数がω３に変化したときは、コイル４１に電流Ｉ３を流し、ねじり動吸振器１の固有振動数がω３になるように調整する。これにより、ねじり振動モードが共振しても、点線のように振動振幅を下げることが可能となる。この電流調整を行うことで、運転範囲全域でねじり振動のピークを下げることが可能となる。
【００５２】
以上の説明からわかるように本実施形態によれば、回転軸の外周部に取り付けられたねじり動吸振器１の固有振動数を、運転中に調整可能で、異なる回転数の固有振動モードに対しても、一つのねじり動吸振器１により、効率よく振動低減を行うことが可能となり、ねじり振動の共振を避け、且つ幅広い機器の安定した信頼性の高い運転域を実現可能となる。
【００５３】
なお、本実施形態の第１軸方向穴２２および第２軸方向穴２７は、半径方向に開口する切欠きでもよい。また、第１軸方向穴２２および第２軸方向穴２７は、軸方向に貫通してもよい。
【００５４】
［第２の実施形態］
第２の実施形態について、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態のねじり動吸振器１の概略側面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図７）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００５５】
本実施形態のヨーク４２には、図８に示すように、互いに同じ形状の第１内側突出部２３および第２内側突出部２８が形成されている。第１内側突出部２３は、第１フランジ２０に近い方のヨーク４２の軸方向端部から、半径方向内側に突出するように形成されている。この第１内側突出部２３はヨーク４２の全周に形成され、第１内側突出部２３の内側面は、第１フランジ２０の半径方向外側面に対向する。
【００５６】
第２内側突出部２８は、第２フランジ２５に近い方のヨーク４２の軸方向端部から、半径方向内側に突出するように形成されている。この第２内側突出部２８はヨーク４２の全周に形成され、第２内側突出部２８の内側面は、第２フランジ２５の半径方向外側面に対向する。第１内側突出部２３および第２内側突出部２８は、ヨーク４２と同じ材質で形成されている。
【００５７】
コイル４１に電流を流すと磁界が発生し、振動子１４が磁化して、ねじり動吸振器１の固有振動数が外部から調整可能となる。
【００５８】
ヨーク４２に第１内側突出部２３および第２内側突出部２８を形成することで、第１の実施形態に比べて、第１フランジ２０の半径方向外側面と、ヨーク４２との距離が小さくなる。これにより、磁束の流れをスムーズに振動子１４を通すことが可能となり、より強い磁界が形成される。
【００５９】
以上の説明からわかるように本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られると共に、振動子１４の磁化を強め、より効率的にねじり固有振動数の調整が可能となる。
【００６０】
［第３の実施形態］
第３の実施形態について、図９および図１０を用いて説明する。図９は、本実施形態のねじり動吸振器１の概略正面図である。図１０は、図９の振動子１４および板ばね１２等をX−X矢視で示す概略上面図である。
【００６１】
なお、本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図７）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００６２】
本実施形態では、第１の実施形態で説明したコイルばね１０（図２〜図４）の代わりに、板ばね１２を用いている。
【００６３】
板ばね１２は、第１軸方向穴２２内にある部分の周方向両端にそれぞれ取り付けられて、第２軸方向穴２７内にある部分の周方向両側にもそれぞれ取り付けられている。これらの板ばね１２によって、振動子１４は弾性的に支持されている。各板ばね１２は、周方向に弾性変形するように構成されている。
【００６４】
本実施形態の振動子１４は、第１の実施形態で説明した凹部１５（図４）が形成されていない。また、第１軸方向穴２２および第２軸方向穴２７それぞれには、第１の実施形態で説明した周方向穴２４が形成されていない。
【００６５】
各板ばね１２は、振動子１４と、第１フランジ２０および第２フランジ２５との接触面で、摩擦減衰が発生する。この摩擦減衰の効果により、固有振動数近傍での振動応答を低減することが可能となる。これにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６６】
また、本実施形態では、振動子１４の周辺のスペースをより小さくすることが可能となる。また、振動子１４や第１軸方向穴２２等の形状をより単純にすることが可能となり、製造工程の削減にも有効である。
【００６７】
［第４の実施形態］
第４の実施形態について、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態のねじり動吸振器１に発生する磁界の強さを示すグラフである。なお、本実施形態のねじり動吸振器１の構成は、第１の実施形態で説明したねじり動吸振器１（図２〜図４）と同様である。
【００６８】
本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図７）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００６９】
本実施形態の振動子１４は、例えばサマリウムコバルト磁石等の可変磁石で形成されている。この例の電源供給装置４５は、高電圧のパルス電流発生を発生することができる装置で、図１１に示すように、可変磁石は、プラス側に磁界をパルス的にかけると磁力が増し、逆にマイナス側に磁力をかけると磁力を減じることが可能となる。
【００７０】
本実施形態では、第１の実施形態で説明した電源供給装置４５（図２）を、図１１に示したようなパルス電流を供給できるようにしている。パルス電流を供給することで、パルス電流の付加により振動子１４の固有振動数を変化させることが可能となる。
【００７１】
これにより、第１の実施形態に比べて、ねじり動吸振器１の固有振動数を効率的に運転周波数に対応して変更できる。また、常時電流を供給することが必要でないため第１の実施形態に比べ省電力となる。
【００７２】
［第５の実施形態］
第５の実施形態について、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態のねじり動吸振器１の振動子１４付近を示す部分正面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図７）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００７３】
本実施形態の第１軸方向穴２２には、内周の周方向面に互いに対向するように２枚の永久磁石部材１６が取り付けられている。
【００７４】
これらの永久磁石部材１６は、詳細な図示は省略するが貫通穴１７が形成された板状の部材である。当該貫通穴１７には、コイルばね１０が貫通する。この永久磁石部材１６は、振動子１４の端部の極性と、反対の極性となるように形成されている。すなわち、図１２における振動子１４の右側端部がＳ極で、このＳ極に対向する永久磁石部材１６はＮ極となる。
【００７５】
振動子１４と逆極の永久磁石部材１６を配置したことで、吸引力を増すことができる。その結果、ねじり動吸振器１の固有振動数の外部からの調整を、第１の実施形態のねじり動吸振器１よりも少ない振動子１４の磁力変化で行うことができる。また、吸引力を増加させることで、より広い周波数範囲で、固有振動数の調整が可能となる。
【００７６】
［第６の実施形態］
第６の実施形態について、図１３〜図１５を用いて説明する。図１３は、本実施形態のねじり動吸振器１の密閉容器１８およびその周辺等を示す部分正面図である。図１４は、図１３の磁性流体１９の減衰係数と、周囲の磁場の磁力との関係を示すグラフである。
【００７７】
図１５は、横軸に周波数、縦軸に振動強度を示すグラフで、ねじり動吸振器１がない場合の応答（Ｌ３）、第１の実施形態で説明したねじり動吸振器１（図２）がある場合の応答（Ｌ４）、本実施形態のねじり動吸振器１（図１３）がある場合の応答（Ｌ５）についてそれぞれ示している。
【００７８】
なお、本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図７）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００７９】
振動子１４は、図１３に示すように、磁性流体１９が充填された密閉容器１８の中に収容されている。この密閉容器１８は、軸方向に延びる容器で、一方の軸方向端部が第１軸方向穴２２内に、反対側の軸方向端部が前記第２軸方向穴２７内（図１３では、図示せず）にあるように配置される。コイルばね１０が密閉容器１８を支持するときに、密閉容器１８の周方向端部と、第１軸方向穴２２内の周方向壁面との間に周方向間隙３３を形成する。
【００８０】
図１４の磁性流体１９の減衰係数と周囲の磁場の磁力との関係からわかるように、磁力が強くなるにつれて減衰係数が大きくなる。密閉容器１８内の磁性流体１９は、第１の実施形態で説明したねじり動吸振器１に、減衰を付加することが可能となる。
【００８１】
図１５では、ねじり動吸振器１がない場合の応答（Ｌ３）は実線で示されて、ねじり動吸振器１を設置したときの応答（Ｌ４）を破線で示している。また、減衰するねじり動吸振器１を設置した場合の応答（Ｌ５）は、太い破線で示している。
【００８２】
このように各振動ピーク（ω１、ω２、ω３）に対して、適切な減衰効果を与えることが可能となり、振動をより効果的に低減させることができる。
【００８３】
以上の説明からわかるように本実施形態によれば、ねじり動吸振器１の固有振動数の調整を広範囲で可能となると共に、減衰の効果により更なる振動低減が可能で、運用上の規制がない安定した運転が可能となる。
【００８４】
［第７の実施形態］
第７の実施形態について、図１６および図１７を用いて説明する。図１６は、本実施形態のねじり動吸振器１の概略正面図である。図１７は、図１６のXVII−XVII矢視の概略側面図である。本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図７）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００８５】
本実施形態のねじり動吸振器１は、切欠きフランジ５０と、可変磁石部材からなる振動子１４と、コイル４１と、鉄心５４と、回転位置センサ６０と、制御部６１と、を有する。
【００８６】
振動子１４は、第４の実施形態（図１１）で説明した可変磁石部材の特性と同様で、磁力を自由に変えることが可能となる。これにより、振動子１４の固有振動数を運転中に外部から変更することができる。
【００８７】
切欠きフランジ５０は、軸部材２を半径方向外側から取り囲むように軸部材２に取り付けられて軸部材２と共に回転する板状である。この切欠きフランジ５０の外周には、２種類の切欠き、第１切欠き５１および第２切欠き５２が４箇所ずつ形成されている。
【００８８】
第１切欠き５１は、外周に４箇所に周方向に等間隔に形成される。第２切欠き５２は、互いに周方向に隣り合う第１切欠き５１の間に形成される。各第２切欠き５２の周方向幅は第１切欠き５１の周方向幅よりも小さくなるように形成されて、隣り合う第２切欠き５２同士の周方向間隔は等しくなるように形成される。
【００８９】
切欠きフランジ５０の外周には、第１切欠き５１および第２切欠き５２が周方向に交互になるように形成され、第１切欠き５１および第２切欠き５２の間は、半径方向外側に突出するように突起５３が形成される。すなわち、突起５３は、第１切欠き５１等の周方向両側に形成される。
【００９０】
突起５３の第１切欠き５１に面する部位には、周方向穴２４が形成されて、コイルばね１０が取り付けられている。各第１切欠き５１にはそれぞれ振動子１４が挿入されて、コイルばね１０によって支持される。
【００９１】
鉄心５４は、各振動子１４の半径方向外側に配置されて、コイル４１は各鉄心５４に巻かれている。各コイル４１には、電源供給装置４５によってパルス電流を供給される。図１６では、下方のコイル４１にのみ電源供給された状態を示し、残りのコイル４１については図示を省略している。鉄心５４の固定状態の詳細は省略するが、静止している部位、例えば、固定子枠等の内側に間接的に取り付けてもよい。
【００９２】
コイル４１に電流が流れるとき、振動子１４、コイル４１および鉄心５４等により磁界が発生する。本実施形態では、第２切欠き５２を形成することで、漏れ磁束を抑制することができ、当該磁界の強度をより安定させることができる。
【００９３】
本実施形態の電源供給装置４５には、回転位置センサ６０および制御部６１が電気的に接続されている。
【００９４】
回転位置センサ６０は、振動子１４の回転位置を検出する機能を有する。制御部６１は、回転位置センサ６０から電気信号を受信可能で、電源供給装置４５からコイル４１に流す電流を制御する機能を有する。
【００９５】
回転位置センサ６０は、突起５３の半径方向外側の隅部の周方向位置が、回転位置センサ６０の周方向位置に重なるとき（合致したとき）に、突起５３の位置の情報を、制御部６１に送信する。
【００９６】
制御部６１は、回転位置センサ６０からの位置情報に基づいて、パルス電流をコイル４１に流す旨の指令を発生する。
【００９７】
以上の説明からわかるように本実施形態によれば、第１の実施形態および第４の実施形態の効果に加え、簡潔的にねじり動吸振器１の固有振動数を運転周波数に対応して変更することが可能である。また、常時電流を供給することが必要でないため省電力となる。
【００９８】
なお、磁性部材１４が入る第１切欠き５１は、第１の実施形態で説明した第１軸方向穴２２と同様に形成してもよい。また、貫通穴としてもよい。
【００９９】
［第８の実施形態］
第８の実施形態について、図１８を用いて説明する。図１８は、本実施形態のねじり動吸振器１の概略正面図である。なお、本実施形態は、第７の実施形態（図１６、図１７）の変形例であって、第７の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【０１００】
本実施形態のねじり動吸振器１は、非導電体からなる環状部材２９を有する。この環状部材２９は、切欠きフランジ５０の第１切欠き５１および第２切欠き５２の半径方向内側の底部に相当する半径方向位置で、環状に形成される。
【０１０１】
この環状部材２９により、磁界が切欠きフランジ５０に漏れて、振動子１４を通る磁界が弱まることを抑制でき、振動子１４に発生する磁界を強くすることが可能である。その結果、更なる省電力化が可能となる。
【０１０２】
［第９の実施形態］
第９の実施形態について、図１９〜図２１を用いて説明する。先ず、本実施形態のねじり動吸振器の構成について図１９を用いて説明する。図１９は、本実施形態のねじり動吸振器１の概略正面図である。
【０１０３】
なお、本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図７）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【０１０４】
本実施形態のねじり動吸振器１は、第１の実施形態で説明したねじり動吸振器１（図２）の構成部材の他に、電流計７１と、振動検出装置７２と、制御装置７０と、を有する。
【０１０５】
電流計７１は、コイル４１に電気的に接続されて、当該コイル４１に流れる電流を測定する。振動検出装置７２は、電流計７１に電気的に接続されて、電流計７１で計測された電流値に基づいて軸部材２が振動しているか否かを判定することで振動を検知する。
【０１０６】
制御装置７０は、電源供給装置４５および振動検出装置７２に電気的に接続されて、振動検出器の判定結果を取込み可能である。制御装置７０および振動検出装置７２は、フィードバック回路７３で接続されている。このフィードバック回路７３は、当該判定結果に基づいて電源供給装置４５がコイル４１に流す電流を、調整可能に構成される。
【０１０７】
すなわち、当該振動検出装置７２および制御装置７０は、電流計７１からの信号検出機能と、電源供給装置４５からコイル４１に流す電流の大きさを制御する指示機能と、を兼ね備えている。
【０１０８】
ここで、本実施形態のねじり動吸振器１の作用について、図１９の他に、図２０および図２１を用いて説明する。図２０は、図１９の振動子１４が振動していないときの電流波形（Ｌ６）と、振動子１４が振動しているときの電流波形（Ｌ７）を示すグラフである。図２１は、図２０の振動子１４が振動しているときの波形と、振動していないときの波形との差分を示すグラフである。
【０１０９】
ねじり振動が発生すると、回転体である軸部材２のねじり振動に伴い第１フランジ２０等のねじり振動を伴う。第１フランジ２０等にねじり振動が発生すると、振動子１４は振動する。共振時はこの振動は大きくなる。
【０１１０】
振動子１４は前述したようにコイル４１を流れる電流により磁界が形成され磁化されている。振動子１４が振動すると、当該磁界が変化する。磁界が変化すると、コイル４１に流れる電流に、振動子１４の振動にともになった電流変化が生じる。
【０１１１】
コイル４１に流れる電流は、電流計７１によって検出し計測できる。図２０に示すように、振動子１４の振動の発生の有無により電流の波形が異なる。この電流の差異（電流波形の差異）は、共振時には振動子１４の振幅が大きくなるため、磁界の変化が大きくなる。この磁界の変化によって、電流の変化も大きな変化が生じる。
【０１１２】
図２１の電流の差分の電流波形（Ｌ８）が、振動子１４の振動そのものを示すことになる。
【０１１３】
本実施形態では、電流計７１により振動発生時の電流と振動がないときの電流との差分を検出し、この振動により発生する電流成分を小さくするようにフィードバック回路７３により電源供給装置４５から送られる電流を制御する。
【０１１４】
このとき振動子１４に発生する磁力を変化させ、ねじり動吸振器１が最適に振動を低減できるような固有振動数に調整することが可能である。
【０１１５】
以上の説明からわかるように、ねじり振動を検出して、その特性を把握した後に、当該ねじり振動を低減させることができるため、より効率的な振動抑制が可能となり、ねじり動吸振器１の信頼性が向上する。
【０１１６】
［その他の実施形態］
上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【０１１７】
例えば、第１の実施形態では、回転子３の一方の軸方向外側にねじり動吸振器１を配置しているが、これに限らず、両側に取り付けてもよい。また、第８の実施形態で説明した環状部材２９は、突起５３の内側のみに非導電体を取り付けてもよい。
【符号の説明】
【０１１８】
１…ねじり動吸振器、２…軸部材、３…回転子、４…固定子、５…固定子枠、１０…弾性部材（コイルばね）、１２…板ばね、１４…振動子（磁性部材）、１５…凹部、１６…永久磁石部材、１７…貫通穴、１８…密閉容器、１９…磁性流体、２０…第１フランジ、２１…第１軸方向端面、２２…第１軸方向穴、２３…第１内側突出部、２４…周方向穴、２５…第２フランジ、２６…第２軸方向端面、２７…第２軸方向穴、２８…第２内側突出部、２９…環状部材、３１…軸方向間隙、３３…周方向間隙、３５…軸方向間隙、４１…コイル、４２…ヨーク、４５…電源供給装置、５０…切欠きフランジ、５１…第１切欠き、５２…第２切欠き、５３…突起、５４…鉄心、６０…回転位置センサ、６１…制御部、７０…制御装置、７１…電流計、７２…振動検出装置、７３…フィードバック回路、９０…回転軸、９１…動吸振器、９３…ばね部材、９４…質量
【図１】
2013148186.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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