CN103930690A - 减振装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

提供一种不对包括旋转机械的振动体或减振装置设置振动检测传感器、或控制减振装置的转速或相位、而能够自动地抑制振动体的振动的减振装置。在设置在振动体（2）上而将上述振动体（2）的振动进行减振的减振装置（1）中，上述减振装置（1）具有旋转轴（11）、固定在上述旋转轴（11）上的质量体（12）、和对上述质量体（12）附加以上述旋转轴（11）为中心的旋转运动的动力的起动装置（13）。

Description

减振装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及安装在振动体上、抑制其振动的减振装置及其控制方法。

背景技术

个人计算机的硬盘、风扇、切削装置、发电用涡轮等旋转机械希望尽可能减少其不平衡而设计，在出厂前进行细致的配平。但是，由于在旋转机械的配平上有极限，所以在运转时产生离心力型的外力而产生振动。此外，还有如电动洗涤机那样在其性能上在运转中必定产生较大的不平衡的设备、以及为发动机那样的往复运动机械而在构造上必定产生某种程度的大小的振动的机械。为了抑制这些机械（以下称作振动体）的振动，提出了自动平衡器或消振机（例如参照专利文献1）。

在图8中表示自动平衡器1X的一例。该自动平衡器1X具有使中心轴与旋转机械32（例如离心分离机等）相同的圆周状的通路30、和移动自如地配置在通路30内的平衡修正件31。这里，中空箭头表示旋转机械32的振动方向Z。

接着，对自动平衡器1X的动作进行说明。该自动平衡器1X在旋转机械32中产生了振动的情况下，能够通过旋转的通路30内的平衡修正件31的被动的移动、以及通路30内的相对的静止，抑制旋转机械32的振动。此时，平衡修正件31在通路30内移动后相对静止的位置根据旋转机械32的振幅及振动频率而被动地变化。

另一方面，消振机例如具有检测柴油发动机等机械的振动的振动检测传感器、配置在机械的适当的位置的多个可旋转的质量体、和用来使各质量体的转速或相位变化的马达。该消振机能够用振动检测传感器检测机械的振动，向各马达发送控制信号，使各质量体的转速或相位变化，抑制机械的振动。

但是，上述自动平衡器及消振机具有一些问题。第1，自动平衡器有在比共振频率（或称作共振点）低的振动频率（频率）区域中将机械的振幅放大的问题。

第2，自动平衡器有在比共振点高的振动频率区域中产生自激振动的问题。即，自动平衡器虽然具有自动抑制振动的功能，但由于不能进行平衡修正件等的主动的控制，所以有将机械的振动放大的情况。

第3，消振机需要精巧的马达及复杂的控制机构，所以有成为高成本的问题。

专利文献1：特开2001－304330号公报。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的是提供一种不对包括旋转机械及往复运动机械等的振动体或减振装置设置振动检测传感器、或控制减振装置的转速或相位、而能够自动地抑制振动体的振动的减振装置。此外，提供一种低成本的减振装置。

用来达到上述目的的有关本发明的减振装置，设置在振动体上而将上述振动体的振动进行减振，其特征在于，上述减振装置具有：旋转轴；质量体，固定在上述旋转轴上；和起动装置，对上述质量体附加以上述旋转轴为中心的旋转运动的动力。

通过该结构，减振装置能够不进行转速或相位的控制而自动地抑制振动体的振动。该减振装置只要进行仅在起动时对质量体附加初始速度的控制，就能够自动地抑制振动体的振动。

在上述减振装置中，其特征在于，上述减振装置具有能够分别独立旋转的至少两个的上述质量体，具有自动调整旋转方向上的上述质量体的相对位置的构造。通过该结构，匹配于振动体的振幅量及频率特性自动地调整减振装置的质量体，以使其相对的位置关系最适合于减振。由此，大幅提高减振装置的减振性能。

在上述减振装置中，其特征在于，上述减振装置具有动力辅助机构，所述动力辅助机构将上述质量体的旋转阻力抵销；上述动力辅助机构具有动力源和控制装置，所述动力源对上述旋转轴或上述质量体施加动力；上述控制装置具有：读入机构，检测上述振动体的振动频率；控制映射表，根据上述振动体的振动频率，决定动力源应向上述旋转轴或上述质量体附加的动力；和输出控制机构，从上述动力源将所决定的动力向上述旋转轴或上述质量体输出。

通过该结构，不仅能够使减振装置的质量体的旋转周期相对于振动体的振动周期不延迟而同步，而且能够以最优的相位旋转，能够使减振性能提高。这是因为，通过动力辅助机构能够抵销质量体的旋转阻力。

用来达到上述目的的有关本发明的减振装置的控制方法，所述减振装置是设置在振动体上而将上述振动体的振动进行减振的减振装置，具有：旋转轴；质量体，固定在上述旋转轴上；起动装置，对上述质量体附加以上述旋转轴为中心的旋转运动的动力；和动力辅助机构，将上述质量体的旋转阻力抵销，所述减振装置的控制方法的特征在于，具有：读入步骤，上述动力辅助机构将上述振动体的振动频率读入；输出决定步骤，根据预先准备的控制映射表，决定应对上述质量体附加的动力；和输出控制步骤，将由上述输出决定步骤决定的动力向上述质量体附加。通过该结构，能够得到与上述同样的作用效果。

根据有关本发明的减振装置，能够提供一种不对包括旋转机械及往复运动机械等的振动体或减振装置设置振动检测传感器、或控制减振装置的转速或相位、而能够自动地抑制振动体的振动的减振装置。此外，能够提供低成本的减振装置。

附图说明

图1是表示有关本发明的实施方式的减振装置的概略图。

图2是表示减振装置的动作的俯视图。

图3是表示有关本发明的不同的实施方式的减振装置的概略图。

图4是表示质量体为两个的情况下的动作的俯视图。

图5是表示有关本发明的不同的实施方式的减振装置的概略图。

图6是表示有关本发明的不同的实施方式的减振装置的质量体的概略图。

图7是表示减振装置的减振性能的曲线图。

图8是表示以往的自动平衡器的概略的图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对有关本发明的实施方式的减振装置进行说明。特别以设置在船舶用柴油发动机（以下称作振动体）上的减振装置为例进行说明。在图1中表示有关本发明的实施方式的减振装置1的概略。减振装置1具有旋转轴11、固定在旋转轴11上的质量体12、保护质量体12的壳体15、设置在旋转轴11上的离合器14、和经由离合器14将质量体12起动的起动装置（例如电动马达）13。此外，减振装置1具有底板16，经由该底板16设置在振动体（例如柴油发动机）2上。质量体12形成为有厚度的扇形（以下称作圆盘状质量体）。离合器14构成为，控制电动马达13与旋转轴11的连结及解除。另外，箭头表示旋转轴11及质量体12的旋转方向，中空箭头表示在振动体2中产生的振动方向Z。

这里，设想船舶用柴油发动机为例如纵5500～6700mm、横3150～3800mm、高度8500～10200mm左右。此外，设想减振装置1为例如直径400～600mm、高度500～700mm、重量400～500kg左右，设想质量体12的重量为150～250kg左右。进而，发动机因活塞的数量及配置等的影响而具有特别强地振动的方向（在图1中是x轴方向）的情况较多，设想其振动频率为5～20Hz左右。

接着，对减振装置1的动作进行说明。在图2中，示意地表示减振装置1的运动、振动体2的变位的状态、和作用在振动体2上的振动外力F的关系。首先，例如在船舶的柴油发动机启动时，在发动机（振动体2）中产生振动（参照图2A、图2B）。然后，向电动马达（起动装置）13发送用于启动的信号，进行起动控制（起动步骤）。该电动马达13在作为起动装置使用后停止。此时，将离合器14解除，将电动马达13与旋转轴11的连结解除。

得到了初始速度的旋转轴11及质量体12以发动机2的振动为动力而维持旋转（减振步骤，参照图2C～图2F）。此时，质量体12自动地旋转，以将发动机2的振动消除。具体而言，以与发动机2的振动的振动频率相同的振动频率旋转，并且以质量体12的重心成为与对发动机2作用的振动外力F相反方向的方式旋转。另外，如图2D、图2E所示，振动外力F的方向与质量体12的变位的方向成为相反，是比共振点高的振动频率下的特征。通过上述，即使是随着发动机2的转速的变更而振动频率变化的情况，质量体12的转速也对应于该振动频率而自动地变化。在将发动机2停止时，质量体12的旋转也自动地停止，结束减振动作（结束步骤）。

通过上述结构，能够得到以下的作用效果。第1，减振装置1能够在振动体2为比共振点低的振动频率的区域中停止。因此，减振装置1不会如以往的自动平衡器那样产生在比共振点低的振动频率下将振动体2的振幅增大的问题。这是因为，减振装置1具有只要不由起动装置13给出初始速度就不动作的结构。

第2，在振动体2为共振点及比共振点高的振动频率的区域中，能够抑制振动体2的振幅。这是因为，即使是振动体2振动的振动频率较高的情况，质量体12的旋转也追随于外力或振动体2的振动，能够维持平衡。

第3，能够以低成本提供减振装置1。这是因为，在减振装置1中不再需要用于复杂的控制的传感器及控制装置。即，质量体12只要被给出初始速度，然后即使不控制，也以最适合抑制振动体2的振幅的转速自动地旋转。

在图3中表示有关本发明的不同的实施方式的减振装置1a的概略。减振装置1a具有两个质量体12a。这两个质量体12a以相对于旋转轴11在铅直方向上相邻的方式配置。此外，两个质量体12a以在独立的状态下旋转的方式分别设置在旋转轴11上。具体而言，能够将旋转轴11做成由具有共同的中心轴的内轴和外轴构成的双重轴、或将旋转轴11做成双重轴并再设置单向离合器等、或做成具有不同的中心轴的两条独立的旋转轴。构成为，这两个质量体12a的相对的位置关系随着质量体12a的旋转被自动地调整。

接着，对具有两个质量体12a的减振装置1a的动作进行说明。在图4中表示两个质量体12a旋转的状态的俯视概略。在图4A中表示两个质量体12a被自动调整为在俯视中大部分重叠的状态，在图4B中表示两个质量体12a被自动调整以在旋转方向上较大地偏离的状态。

在振动体2的振动外力较大的情况下，如图4A所示，优选的是两个质量体12a的质量集中于1点的结构。另一方面，在振动体2的振动外力较小的情况下，优选的是两个质量体12a的质量分散的结构。该减振装置1a通过使用两个质量体12a，根据振动外力的大小而自动地实现图4所示那样的两个状态，即使是振动外力的大小变化的情况，两个质量体12a的相对位置也能够自动地变化来对应。

进而，为了提高该减振装置的减振性能，优选的是设置动力辅助机构。该动力辅助机构是为了将由旋转轴11与壳体15之间的轴承等产生的旋转阻力抵销、而从动力源（例如电动马达13）对旋转轴11或质量体12附加动力的控制机构，可以由动力源（例如电动马达13）和控制装置构成。

该控制装置具有检测柴油发动机的转速的读入机构、根据发动机转速决定应对旋转轴11或质量体12附加的动力的控制映射表、和将由控制映射表决定的应附加的动力向旋转轴11或质量体12输出的输出控制机构。

接着，对动力辅助机构的具体的控制方法进行说明。首先，由动力辅助机构的读入机构将由机仓监视的柴油发动机的转速读入（读入步骤）。接着，根据预先准备的控制映射表，对应于当前的发动机转速，决定电动马达应对旋转轴附加的动力（输出决定步骤）。最后，由输出控制机构将所决定的应附加的动力从电动马达向旋转轴输出（输出控制步骤）。通过该结构，旋转轴能够表观上没有阻力地旋转。

另外，构成动力辅助机构的控制装置既可以设置在减振装置1上，也可以装入到机仓的柴油发动机控制装置等中。此外，构成动力辅助机构的动力并不限于电动马达，可以由液压马达、空气马达等已知的动力源构成。进而，动力辅助机构和起动装置可以利用相同的动力源（马达等）。

通过上述结构，能够得到以下的作用效果。第1，能够使减振装置的减振性能提高。这是因为，对于振动体的振动，能够使减振装置的质量体的旋转没有相位的延迟而同步。即，是因为能够将作为质量体的相位延迟的原因的摩擦阻力等抵销。

第2，能够以低成本使减振装置的减振性能提高。这是因为，能够将动力辅助机构的动力源与起动装置的动力共用。此外是因为，通过根据振动体的振动频率（柴油发动机的转速）推测向旋转轴附加的动力的结构，不需要检测减振装置的质量体的转速的传感器或复杂的控制程序。

在图5中表示有关本发明的不同的实施方式的减振装置1b的起动装置的概略。在图5A中表示减振装置1b的俯视图，在图5B中表示立体图。该减振装置1b具有起动装置，所述起动装置由在侧面上形成有凹陷部22的质量体12b、和固定在壳体15上的空气喷嘴21构成。该减振装置1b具有在起动时经由空气喷嘴21供给空气23、开始质量体12b的旋转的结构。

通过该结构，由于减振装置1b能够对从旋转轴11离开的位置（外周侧）施加起动力，所以即使是搭载有重量较大的质量体12b的减振装置1b，也能够容易地起动。

另外，如果是设置在船舶用柴油发动机上的减振装置1b，则空气23可以利用发动机启动用的压缩空气、或由涡轮增压器升压后的扫气等。此外，也可以构成为，向壳体15内填充油等流体，对该流体附加旋转方向的流动。通过该流体的流动，能够实现质量体的启动（起动装置）。进而，还能够利用上述空气23或油等流体作为旋转阻力的抵销（动力辅助机构）的动力源。

此外，也可以做成沿着壳体15的圆周设置多个空气喷嘴21的结构。通过该结构，作为动力辅助机构的动力源，能够比较没有中断地抵销旋转阻力。

在图6中表示有关本发明的不同的实施方式的减振装置1c的质量体。该质量体12c具有将管的一部分以圆弧状切掉的纵长的形状（以下称作纵型质量体）。该质量体12c固定在分别独立旋转的旋转轴11c上，以便能够取相对自由的位置关系。

通过该结构，能够得到以下的作用效果。第1，通过使质量体12c的旋转半径变小的结构，对于较高的振动频率的振动能够发挥较高的减振性能。第2，对于振动体的振动频率的变化能够发挥较高的追随性能。例如，能够使减振装置的质量体的转速对如汽车的发动机那样转速频繁变化那样的振动体进行追随。另外，对于船舶用柴油发动机那样的转速的变化较少的振动体，即使是图1所示那样的圆盘状质量体也能够充分地进行减振。

在图7中表示显示减振装置的减振性能的曲线图。在纵轴表示振动体的振幅A（mm），在横轴表示频率f（Hz）。虚线表示没有设置减振装置的情况，点划线表示设置了减振装置的情况，实线表示设置了具有动力辅助机构的减振装置的情况。起动点P表示对减振装置的质量体给出初始速度、起动时的振动频率，V表示共振振动频率。另外，也可以将振动体的振动频率（例如发动机的转速）急速地提高、使其通过共振振动频率V后使减振装置起动。

如图7所示，如果将减振装置在起动点P起动，则振动体的振幅A迅速地变小。即，能够有效地抑制振动体的振动。本发明的减振装置特别在以往难以抑制振动的比共振频率V高的振动频率下能够发挥较高的减振性能。此外，如果是具有动力辅助机构的减振装置，则能够发挥很高的减振性能。

以上，通过本发明的减振装置，能够有效地抑制振动体的振动。另外，作为对象的振动体并不限于船舶用柴油发动机。具体而言，例如在柴油发电机、发电用涡轮、电动洗涤机、切削装置、风扇、硬盘等中也能够应用本发明的减振装置。此时，以作用在振动体上的外力、振动体的振幅及振动频率等为参数，决定减振装置的质量体的质量、从质量体的支点到重心的长度、质量体的惯性力矩等。

附图标记说明

1、1a、1b、1c 减振装置

2 振动体

11 旋转轴

12、12a、12b、12c 质量体

13 起动装置（电动马达）

15 壳体。

Claims (4)

1.一种减振装置，设置在振动体上而将上述振动体的振动进行减振，其特征在于，

上述减振装置具有：旋转轴；质量体，固定在上述旋转轴上；和起动装置，对上述质量体附加以上述旋转轴为中心的旋转运动的动力。

2.如权利要求1所述的减振装置，其特征在于，

上述减振装置具有能够分别独立旋转的至少两个的上述质量体，具有自动调整旋转方向上的上述质量体的相对位置的构造。

3.如权利要求1或2所述的减振装置，其特征在于，

上述减振装置具有动力辅助机构，所述动力辅助机构将上述质量体的旋转阻力抵销；

上述动力辅助机构具有动力源和控制装置，所述动力源对上述旋转轴或上述质量体施加动力；

上述控制装置具有：读入机构，检测上述振动体的振动频率；控制映射表，根据上述振动体的振动频率，决定动力源应向上述旋转轴或上述质量体附加的动力；和输出控制机构，从上述动力源将所决定的动力向上述旋转轴或上述质量体输出。

4.一种减振装置的控制方法，所述减振装置是设置在振动体上而将上述振动体的振动进行减振的减振装置，具有：旋转轴；质量体，固定在上述旋转轴上；起动装置，对上述质量体附加以上述旋转轴为中心的旋转运动的动力；和动力辅助机构，将上述质量体的旋转阻力抵销，所述减振装置的控制方法的特征在于，具有：

读入步骤，上述动力辅助机构将上述振动体的振动频率读入；

输出决定步骤，根据预先准备的控制映射表，决定应对上述质量体附加的动力；和

输出控制步骤，将由上述输出决定步骤决定的动力向上述质量体附加。