特許 6346575 回転電機とその制振方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6346575

(24)【登録日】2018年6月1日

(45)【発行日】2018年6月20日

(54)【発明の名称】回転電機とその制振方法

(51)【国際特許分類】

   F16F 15/02 20060101AFI20180611BHJP

   H02K 5/24 20060101ALI20180611BHJP

【ＦＩ】

   F16F15/02 C

   H02K5/24 Z

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-37133(P2015-37133)

(22)【出願日】2015年2月26日

(65)【公開番号】特開2016-160949(P2016-160949A)

(43)【公開日】2016年9月5日

【審査請求日】2017年3月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504205521

【氏名又は名称】国立大学法人 長崎大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】特許業務法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山崎 豪

(72)【発明者】

【氏名】片原田 浩之

(72)【発明者】

【氏名】吉武 裕

(72)【発明者】

【氏名】野崎 優

【審査官】 保田 亨介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０６１０５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２４２９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０４６１０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０６−０４９８３８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１４−０５７４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１５４９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０９６９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２４５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２４７３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 吉武 裕，不均一性をもつ電動機固定子の動吸振器による制振，日本機械学会論文集，日本，日本機械学会，２０１４年１２月１０日，Vol.81,No.821

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｆ１５／００−１５／３６

Ｈ０２Ｋ５／００−５／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸の周りに回転可能に支持された回転部材と、
前記回転軸と同軸のほぼ円筒形であって前記回転部材の半径方向外側を囲む固定支持部材と、
前記固定支持部材の第１の円環振動モードにおける腹の位置に配置されて前記固定支持部材の半径方向の移動速度に応じて半径方向の抵抗力を生じさせる第１のフードダンパと、
前記固定支持部材の前記第１の円環振動モードにおける節の位置に、第１のフードダンパと離間して配置されて前記固定支持部材の半径方向の移動速度に応じて半径方向の抵抗力を生じさせる第２のフードダンパと、
前記固定支持部材の前記第１の円環振動モードにおける腹の位置に配置されて前記固定支持部材に固定された不均一質量体と、
を有することを特徴とする回転電機。

【請求項2】

前記固定支持部材と前記不均一質量体とが一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

【請求項3】

前記第１および第２のフードダンパの少なくとも一方は、
前記固定支持部材に固定されたダンパ容器と、
前記ダンパ容器内で半径方向に移動可能に充填されて、粉体、粒体もしくは粘性流体、またはこれらの混合体からなるダンパ媒体と、
を備えていること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。

【請求項4】

前記第１および第２のフードダンパの少なくとも一方は、前記固定支持部材に取り付けられた抵抗要素と、前記抵抗要素に取り付けられたダンパ質量体と、を備え、
前記抵抗要素は、前記固定支持部材に固定された固定支持部材側抵抗要素部材と、前記ダンパ質量体に固定されたダンパ質量体側抵抗要素部材とを備え、前記固定支持部材側抵抗要素部材と前記ダンパ質量体側抵抗要素部材との間の半径方向の相対的移動速度に応じて半径方向の抵抗力が発生するように構成されていること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。

【請求項5】

前記第１および第２のフードダンパの少なくとも一方が複数あって、複数の第１のフードダンパまたは複数の第２のフードダンパが周方向に互いに異なる位置に配置されていること、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回転電機。

【請求項6】

前記第１のフードダンパと前記第２のフードダンパとの周方向の間隔は、２２．５〜６７．５度、１１２．５〜１５７．５度、２０２．５〜２４７．５度、２９２．５〜３３７．５度のいずれかであること、
を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の回転電機。

【請求項7】

回転軸の周りに回転可能に支持された回転部材と、
前記回転軸と同軸のほぼ円筒形であって前記回転部材の半径方向外側を囲む固定支持部材と、
を備えた回転電機の制振方法において、
前記固定支持部材の第１の円環振動モードにおける腹の位置に、前記固定支持部材の半径方向の移動速度に応じて半径方向の抵抗力を生じさせる第１のフードダンパを取り付け、
前記固定支持部材の前記第１の円環振動モードにおける節の位置に、第１のフードダンパと離間して、前記固定支持部材の半径方向の移動速度に応じて半径方向の抵抗力を生じさせる第２のフードダンパを取り付け、
前記固定支持部材の前記第１の円環振動モードにおける腹の位置に、不均一質量体を前記固定支持部材に固定して取り付けること、
を特徴とする回転電機の制振方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機とその制振方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電動機および発電機を含む回転電機の典型的な構造として、固定支持された円筒状の固定子と、固定子内で回転可能に支持された回転子と、を備えたものが広く知られている。回転電機において、固定子と回転子の間に作用している電磁力振動数が固定子の固有振動数と一致する場合に共振が発生し、固定子が振動して電磁騒音が発生することがある。

【0003】

このような回転電機の振動、特に円環振動モードの振動を抑制する対策として、固定子枠の外側に回転電機の固有振動数を変更するための質量体を取り付ける技術が知られている（特許文献１、非特許文献１）。

【0004】

また、粉粒体を用いた制振部材によってモータの振動を抑制する技術が知られている（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平７−１５４９４０号公報

【特許文献2】特開２０００−４６１０３号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】吉武裕，野崎優，片原田浩之，田川夏湖，山崎豪，原田晃，不均一性を持つ電動機固定子の動吸振器による制振，日本機械学会論文集，Ｖｏｌ．８１，Ｎｏ．８２１，２０１５（２０１５），１４−００３８６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１には、回転電機の固有振動数の変更を行うために質量体を取り付ける技術が開示されているが、具体的にどの位置に質量体を取り付けると振動抑制に効果があるのかについては記載がない。また、特許文献１または非特許文献１に記載された技術では、振動減衰効果が十分に得られないこともありうる。特に、特許文献１または非特許文献１に記載された技術では、一定の定格回転数で運転する場合における共振を避ける技術として用いることはできても、インバータを用いた電動機などの、回転数を変化させて用いる回転機械において、共振を避けることはできない。

【0008】

また、特許文献２には、粉粒体を用いた制振部材をモータの外周のどの位置に取り付けると効果的かということについては何ら開示されていない。

【0009】

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、回転電機の回転数が変化する場合であっても、大きな制振効果を発揮できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明に係る回転電機は、回転軸の周りに回転可能に支持された回転部材と、前記回転軸と同軸のほぼ円筒形であって前記回転部材の半径方向外側を囲む固定支持部材と、前記固定支持部材の第１の円環振動モードにおける腹の位置に配置されて前記固定支持部材の半径方向の移動速度に応じて半径方向の抵抗力を生じさせる第１のフードダンパと、前記固定支持部材の前記第１の円環振動モードにおける節の位置に、第１のフードダンパと離間して配置されて前記固定支持部材の半径方向の移動速度に応じて半径方向の抵抗力を生じさせる第２のフードダンパと、前記固定支持部材の前記第１の円環振動モードにおける腹の位置に配置されて前記固定支持部材に固定された不均一質量体と、を有することを特徴とする。

【0011】

また、本発明に係る回転電機の制振方法は、回転軸の周りに回転可能に支持された回転部材と、前記回転軸と同軸のほぼ円筒形であって前記回転部材の半径方向外側を囲む固定支持部材と、を備えた回転電機の制振方法において、前記固定支持部材の第１の円環振動モードにおける腹の位置に、前記固定支持部材の半径方向の移動速度に応じて半径方向の抵抗力を生じさせる第１のフードダンパを取り付け、前記固定支持部材の前記第１の円環振動モードにおける節の位置に、第１のフードダンパと離間して、前記固定支持部材の半径方向の移動速度に応じて半径方向の抵抗力を生じさせる第２のフードダンパを取り付け、前記固定支持部材の前記第１の円環振動モードにおける腹の位置に、不均一質量体を前記固定支持部材に固定して取り付けること、を特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、回転電機の回転数が変化する場合であっても、大きな制振効果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】回転機械の制振方法の実施形態の原理を説明するためのモデル図であって、回転機械の軸に垂直な断面図である。

【図2】回転電機の固定子にかかる電磁力の分布の例を示す図である。

【図3】回転機械の円環振動モードモデルによる解析結果の例を示す図であって、２個のフードダンパをθ_１＝０度とθ_２＝４５度の位置に取り付けた場合で、各フードダンパの質量比μ_Ｈが０．０２５の場合の、ｃｏｓモード振動、ｓｉｎモード振動およびそれらの合計の振動の各振幅を、フードダンパを取り付けない場合と比較して示す図である。

【図4】回転機械の円環振動モードモデルによる解析結果の例を示す図であって、２個のフードダンパをθ_１＝０度とθ_２＝４５度の位置に取り付けた場合で、各フードダンパの質量比μ_Ｈが０．０５の場合の、ｃｏｓモード振動、ｓｉｎモード振動およびそれらの合計の振動の、各振幅を、フードダンパを取り付けない場合と比較して示す図である。

【図5】回転機械の円環振動モードモデルによる解析結果の例を示す図であって、図３（質量比μ_Ｈ＝０．０２５の場合）における２個のフードダンパの開き角Δθ＝│θ_２−θ_１│を変えた場合の開き角Δθと振幅との関係を示す図である。

【図6】回転機械の円環振動モードモデルによる解析結果の例を示す図であって、図４（質量比μ_Ｈ＝０．０５の場合）における２個のフードダンパの開き角Δθ＝│θ_２−θ_１│を変えた場合の開き角Δθと振幅との関係を示す図である。

【図7】回転機械の円環振動モードモデルによる解析結果の例を示す図であって、２個のフードダンパをθ_１＝０度とθ_２＝３３度の位置に取り付けて、さらに不均一質量体をθ_１＝０度の位置に取り付けた場合で、各フードダンパの質量比μ_Ｈが０．０２５、不均一質量体の質量比μ_Ｉが０．１の場合の、ｃｏｓモード振動、ｓｉｎモード振動およびそれらの合計の振動の、各振幅を、不均一質量体がない場合と比較して示す図である。

【図8】回転機械の円環振動モードモデルによる解析結果の例を示す図であって、２個のフードダンパをθ_１＝０度とθ_２＝５７度の位置に取り付けて、さらに不均一質量体をθ_１＝０度の位置に取り付けた場合で、各フードダンパの質量比μ_Ｈが０．０２５、不均一質量体の質量比μ_Ｉが０．１の場合の、ｃｏｓモード振動、ｓｉｎモード振動およびそれらの合計の振動の、各振幅を、不均一質量体がない場合と比較して示す図である。

【図9】回転機械の円環振動モードモデルによる解析結果の例を示す図であって、２個のフードダンパをθ_１＝０度とθ_２＝３６度の位置に取り付けて、さらに不均一質量体をθ_１＝０度の位置に取り付けた場合で、各フードダンパの質量比μ_Ｈが０．０５、不均一質量体の質量比μ_Ｉが０．１の場合の、ｃｏｓモード振動、ｓｉｎモード振動およびそれらの合計の振動の、各振幅を、不均一質量体がない場合と比較して示す図である。

【図10】回転機械の円環振動モードモデルによる解析結果の例を示す図であって、２個のフードダンパをθ_１＝０度とθ_２＝５４度の位置に取り付けて、さらに不均一質量体をθ_１＝０度の位置に取り付けた場合で、各フードダンパの質量比μ_Ｈが０．０５、不均一質量体の質量比μ_Ｉが０．１の場合の、ｃｏｓモード振動、ｓｉｎモード振動およびそれらの合計の振動の、各振幅を、不均一質量体がない場合と比較して示す図である。

【図11】回転機械の円環振動モードモデルによる解析結果の例を示す図であって、図７および図８（質量比μ_Ｈ＝０．０２５の場合）における２個のフードダンパの開き角Δθ＝│θ_２−θ_１│を変えた場合の開き角Δθと振幅との関係を示す図である。

【図12】回転機械の円環振動モードモデルによる解析結果の例を示す図であって、図９および図１０（質量比μ_Ｈ＝０．０５の場合）における２個のフードダンパの開き角Δθ＝│θ_２−θ_１│を変えた場合の開き角Δθと振幅との関係を示す図である。

【図13】本発明の第１の実施形態に係る回転機械を模式的に示す図であって、軸に垂直な断面図である。

【図14】本発明の第２の実施形態に係る回転機械を模式的に示す図であって、軸に垂直な断面図である。

【図15】本発明の第３の実施形態に係る回転機械を模式的に示す図であって、軸に垂直な断面図である。

【図16】本発明の第４の実施形態に係る回転機械を模式的に示す図であって、軸に垂直な断面図である。

【図17】本発明の第５の実施形態に係る回転機械を模式的に示す図であって、軸に垂直な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に、図面を参照して、本発明に係る回転機械およびその制振方法の実施形態について説明する。

【0015】

初めに、本発明に係る回転機械およびその制振方法の実施形態の原理について説明する。ここでは、回転機械の例として電動機を想定する。

【0016】

図１は、回転機械の制振方法の実施形態の原理を説明するためのモデル図であって、回転機械の軸に垂直な断面図である。また、図２は、回転電機の固定子にかかる電磁力の分布の例を示す図である。

【0017】

ハンマリング試験において、電磁振動が問題となる数千Ｈｚ以下の振動数範囲には軸方向に節があるモードが得られないことが知られている。そのため、簡単のために、電動機固定子およびその外側の固定子枠を含めた固定支持部材１０を、変位の軸方向の分布を考えない図１に示すような一様な円環で近似することとする。また、不均一質量体が円環のモードには影響を及ぼさず、不均一質量体は単に慣性力として作用すると仮定する。

【0018】

固定支持部材１０は円筒形で、厚さが周方向に一様であるとする。固定支持部材１０内に、固定支持部材１０の軸と共通の軸の周りに回転する回転子（図示せず）が配置されている。固定支持部材１０の外側に、円周方向の角度α＝α_ｐ（ｐ＝１，・・・，Ｐ）の位置にＰ個の不均一質量体１１（質量：ｍ_Ｉｐ）を設置し、また、円周方向の角度θ＝θ_ｊ（ｊ＝１，・・・，Ｎ）の位置にＮ個のフードダンパ（Ｈｏｕｄｅ Ｄａｍｐｅｒ）３０を設置する。フードダンパ３０とは、一般に、抵抗要素１３（減衰係数：ｃ_Ｈｊ）と、その先に取り付けられたダンパ質量体１４（質量：ｍ_Ｈｊ）とからなる振動減衰装置を言う。ここでは、固定支持部材１０は円環振動をすることを想定しているので、ダンパ質量体１４は少なくとも半径方向に移動可能なものとする。

【0019】

固定支持部材１０の半径方向の変位ｕは、Ｍ個の振動モードを考慮するとき、次式（１）で表される。

【0020】

【数1】

【0021】

ここに、
θ：円周方向の座標（ｒａｄ）（反時計回りが正）
ｉ：円周方向の振動モードを表す整数
ａ：θ＝０に腹をもつｃｏｓ型のモードｉの変位
ｂ：θ＝π／（２ｉ）に腹をもつｓｉｎ型のモードｉの変位

【0022】

電動機に作用する外力として一般的なものは、半径方向に作用する力が円周方向に分布するとともに円周方向に回転する電磁力であるので、それを次式（２）で表す。

【0023】

【数2】

【0024】

ここに
ｓ：電磁力のモードを表す整数
Ω_ｓ：モードｓをもつ電磁力の角振動数
Ｆ_ｓ：モードｓの電磁力の振幅

【0025】

実際の電磁力は多くの振動数成分を含むが、簡単のためＦ_ｓｃｏｓ（Ωｓｔ＋ｓθ）の成分のみが作用する場合を考える。また、不均一質量体はそれほど大きくないとして、慣性力として取り扱うこととし、固定子に粘性減衰力も作用するとし、ｉ次モードのみ採用し、ｉ＝ｓの場合を扱うとき、運動方程式は以下の式（３）〜式（５）のようになる。

【0026】

【数3】

【0027】

【数4】

【0028】

【数5】

【0029】

ここに
ｒ：円環の半径
Ｅ：円環支持部材の縦弾性係数
Ａ：断面積（長方形断面の場合は円環の厚さＨと軸方向長さＬとの積）
Ｉ：円環の面に垂直な主軸に関する断面二次モーメント（長方形断面の場合はＬＨ³／
１２）
ρ：円環支持部材の密度
ｃ_０ｉ：主系の粘性減衰係数（ｉ＝１，・・・，Ｍ）
ｘ_ｊ：θ＝θ_ｊに設置したフードダンパの変位
Ｃ_Ｈｊ：θ＝θ_ｊに設置したフードダンパの粘性減衰係数（ｊ＝１，・・・，Ｎ）（Ｃ_Ｈｊ＝２γ_Ｈｊｍ_Ｈｊω_０２）
ｍ_Ｈｊ：θ＝θ_ｊに設置したフードダンパの質量
ｍ_Ｉｐ：θ＝α_ｐに設置した不均一質量体の質量
Ｐ：不均一質量体の個数
Ｎ：フードダンパの個数

【0030】

ここではｉ＝２のモードを例に取ることとし、不均一質量体とフードダンパによる制振を考える。例えば、フードダンパ２個では式（３）〜式（５）の定常解を次の式（６）〜式（９）のようにおく。

【0031】

ａ_２＝Ａ_１ｃｏｓΩ_２ｔ＋Ｂ_１ｓｉｎΩ_２ｔ （６）
ｂ_２＝Ａ_２ｃｏｓΩ_２ｔ＋Ｂ_２ｓｉｎΩ_２ｔ （７）
ｘ_１＝Ａ_３ｃｏｓΩ_２ｔ＋Ｂ_３ｓｉｎΩ_２ｔ （８）
ｘ_２＝Ａ_４ｃｏｓΩ_２ｔ＋Ｂ_４ｓｉｎΩ_２ｔ （９）
なお、ｉが０の場合は、円環の形状がそのままの形状で大きくなったり小さくなったりする振動となる。また、ｉが１の場合は、円環の形状および大きさがそのままで、一つの周方向の位置とその反対側に交互に変位する振動となる。

【0032】

ｉが２の場合は、図２に示すように、周方向に９０度ごとに、振幅が最大となる腹と、腹と腹との中間位置にあって振幅が最小となる節とが形成される。ｉが３以上の場合も、周方向に等間隔に交互に腹と節が形成される。

【0033】

［数値解析結果］
［２個のフードダンパがある場合］
ここでは、不均一質量体がなく、フードダンパのみ用いることにより電動機固定子の制振がどこまで可能かを調べる。なお、以下の共振曲線では、縦軸は次式（１０）で示すように、式（１）で表される半径方向の変位ｕの２乗を空間と時間で平均したものを（Ｆ_２π／ｋ_０２）^２で除して無次元化したもので定義している（ｋ_０２＝９ＥＩπ／ｒ^３、Ｔ＝２π／Ω_２）。

【0034】

【数6】

【0035】

また、横軸もν＝Ω_２／ω_０２として電磁力の角振動数を２次モードの固有角振動数で無次元化している（ω_０２^２＝３６ＥＩ／５ρＡｒ^４）。よって、横軸のν＝１が主系の２次モードの無次元固有角振動数、つまり、共振点となる。なお、主系の減衰比γ_ｉは０．０２、フードダンパの減衰比γ_Ｈはすべて０．２５を用いた。

【0036】

まず、固定子の外周上に２個のフードダンパのみがある場合を考える。フードダンパが２個あり、不均一質量体がない場合の共振曲線を図３および図４に示す。フードダンパの設置位置はθ_１＝０度およびθ_２＝４５度とする。図３は、各フードダンパの質量比がいずれもμ_Ｈ＝ｍ_Ｈ１／｛（５／４）πｒρＡ｝＝ｍ_Ｈ２／｛（５／４）πｒρＡ｝＝０．０２５の場合である。また、図４は、フードダンパの設置位置がθ_１＝０度およびθ_２＝４５度で、各ダンパの質量比がいずれもμ_Ｈ＝０．０５の場合である。

【0037】

図３および図４で、太い実線２０は、上記２個のフードダンパがある場合を示す。そのうちのｃｏｓモードのみ抽出したときの値を破線２１で示し、ｓｉｎモードのみ抽出したときの値を一点鎖線２２で示す。ただし、図３および図４では、破線２１と一点鎖線２２は重なっている。さらに、フードダンパが無い場合を細い実線２３で示す。

【0038】

図３から、フードダンパ１個当りの質量比μ_Ｈ＝０．０２５の場合（太い実線２０）、最大振幅をフードダンパがないとき（細い実線２３）の約２／３にまで下げられることがわかる。また、図４から、質量比μ_Ｈ＝０．０５の場合では約１／２にまで下げられることがわかる。フードダンパの質量比μ_Ｈが大きいほど制振効果が大きい。

【0039】

図５および図６は、２個のフードダンパの開き角Δθによる共振振幅の違いを調べたものである。縦軸が最大振幅、横軸が２個のフードダンパの開き角Δθ＝│θ_２−θ_１│である。図５はフードダンパの１個当りの質量比がμ_Ｈ＝０．０２５の場合を示し、図６はフードダンパの１個当りの質量比がμ_Ｈ＝０．０５の場合を示している。図５および図６から、フードダンパの質量比μ_Ｈによらず、２個のフードダンパの開き角が振動モードの腹と節の間隔の４５度のとき、共振振幅の値が最も低くなっていることがわかる。

【0040】

［１個の不均一質量体と２個のフードダンパがある場合］
ここでは、不均一質量体とフードダンパの両方がある場合を取り扱う。不均一質量体１個をα_１＝０度の位置に設置し、その質量比はμ_Ｉ＝ｍ_Ｉ１／｛（５／４）πｒρＡ｝＝０．１とする。フードダンパは２個設置する。このときの共振曲線を図７ないし図１０に示す。図７は、フードダンパの設置位置がθ_１＝０度およびθ_２＝３３度で、２個のフードダンパの質量比がいずれもμ_Ｈ＝０．０２５の場合を示す。図８は、フードダンパの設置位置がθ_１＝０度およびθ_２＝５７度で、質量比がいずれもμ_Ｈ＝０．０２５の場合を示す。図９は、フードダンパの設置位置がθ_１＝０度およびθ_２＝３６度で、質量比がいずれもμ_Ｈ＝０．０５の場合を示す。図１０は、フードダンパの設置位置がθ_１＝０度およびθ_２＝５４度で、質量比がいずれもμ_Ｈ＝０．０５の場合を示す。

【0041】

図７ないし図１０における各曲線の種類は図３および図４と同様とする。すなわち、太い実線２０は、上記２個のフードダンパがある場合を示す。そのうちのｃｏｓモードのみ抽出したときの値を破線２１で示し、ｓｉｎモードのみ抽出したときの値を一点鎖線２２で示す。さらに、フードダンパが無い場合を細い実線２３で示す。

【0042】

図７ないし図１０より、α_１＝０度の位置に設置した不均一質量体により、ｃｏｓモード成分（破線２１）の固有振動数すなわち共振点が低くなり、ｓｉｎモード成分（一点鎖線２２）の固有振動数に変化はないということがわかる。また、ｃｏｓモードとｓｉｎモードの共振点がずれるため、図７ないし図１０を図３および図４と比較すると、ｃｏｓモードとｓｉｎモードを足し合わせると（太い実線２０）、そのピークの値はかなり低くなっていることがわかる。また、図７および図８と、図９および図１０との比較により、不均一質量体がない場合（図３および図４）と同様に、フードダンパの質量比μ_Ｈが大きいほど最大振幅が低いことがわかる。

【0043】

図１１および図１２は、図５および図６と同様に、２個のフードダンパの開き角Δθによる共振振幅の違いを調べたものである。縦軸が最大振幅、横軸が２個のフードダンパの開き角Δθである。図１１および図１２はそれぞれ、質量比がμ_Ｈ＝０．０２５の場合とμ_Ｈ＝０．０５の場合を示す。図１１および図１２から、振動モードの腹と節の間隔の４５度に近づくにつれて最大振幅が低くなっていることがわかる。ただし、不均一性がないときと異なり、開き角が５５度付近で最大振幅が一番小さくなっている。これは、不均一質量体の影響であり、フードダンパの減衰が高いことも関係していると思われる。また、２個のフードダンパの開き角をおおよそ３５度ないし６５度にすることで制振効果が大きいことがわかる。

【0044】

次に、本発明の実施形態に係る回転機械について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。

【0045】

［第１の実施形態］
図１３は、本発明の第１の実施形態に係る回転機械を模式的に示す図であって、軸に垂直な断面図である。

【0046】

この実施形態では、回転電機の振動を抑制する場合を例にとって説明する。円筒状の固定支持部材（固定子および固定子枠）１０の半径方向内側に円筒状の回転子（回転部材）５０が配置されている。固定支持部材１０は環状のギャップ５１を介して回転子５０を取り囲んでいる。回転子５０は図示しない軸受を介して固定支持部材１０により、回転可能に支持されている。固定支持部材１０は図示しない脚等により、基礎に固定されている。

【0047】

この実施形態では、固定支持部材１０の外壁面上で円周角０度の位置に１個の不均一質量体１１が取り付けられている。さらに、固定支持部材１０の外壁面上で円周角θ_１＝９０度の位置に第１のフードダンパ３０ａが取り付けられ、円周角θ_２＝４５度の位置に第２のフードダンパ３０ｂが取り付けられている。これらのフードダンパ３０ａ、３０ｂそれぞれは、固定支持部材１０の外壁面上に固定されたダンパ容器３１ａ、３１ｂと、各ダンパ容器３１ａ、３１ｂ内で移動できる程度に収納されたダンパ媒体３２ａ、３２ｂとを含む。ダンパ媒体３２ａ、３２ｂは、たとえば、砂などの粒状体、粉状体、あるいは、油などの粘性流体などである。

【0048】

固定支持部材１０が振動したときに、固定支持部材１０とともにダンパ容器３１ａ、３１ｂが振動する。これによってダンパ容器３１ａ、３１ｂ内のダンパ媒体３２ａ、３２ｂがダンパ容器３１ａ、３１ｂ内で動くが、ダンパ媒体３２ａ、３２ｂが動く際に摩擦力等による抵抗力が発生する。これにより、固定支持部材１０の動きに抵抗する力が働く。

【0049】

この実施形態は、上記「数値解析結果」の説明における「１個の不均一質量体と２個のフードダンパがある場合」に対応する。そしてｉが２の場合（図２参照）を考えると、不均一質量体１１が腹の位置にあるとすると、これからθ_１＝９０度離れた位置にある第１のフードダンパ３０ａも腹の位置にあり、これらから４５度離れたθ_２＝４５度の位置にある第２のフードダンパ３０ｂは節の位置にある。

【0050】

不均一質量体１１の質量と固定支持部材１０の質量との比μ_Ｉは、たとえば０．１程度である。

【0051】

フードダンパ３０ａ、３０ｂそれぞれの質量（ダンパ媒体３２の質量）と固定支持部材１０の質量との比μ_Ｈは、好ましくは０．０２５以上、さらに好ましくは０．０５以上であるが、それには限定されない。

【0052】

また、θ_１＝９０度、θ_２＝４５度という角度位置については、不均一質量体１１の周方向の位置を０度としてその位置が腹の位置であるとするときにそれぞれ、腹の位置または節の位置であればよい。すなわち、θ_１は、０度、９０度、１８０度、２７０度のいずれかであればよく、θ_２は、４５度、１３５度、２２５度、３１５度のいずれかであればよい。さらにそれらの位置は、たとえば腹の位置または節の位置に近いものであればよく、それぞれ、互いに隣接する腹と節の間隔（４５度）の１／２以内、すなわち±２２．５度の範囲であれば効果がある。たとえばθ_２について、それらの範囲は、２２．５〜６７．５度、１１２．５〜１５７．５度、２０２．５〜２４７．５度、２９２．５〜３３７．５度、のいずれかとなる。

【0053】

この実施形態により、前述のように、大きな振動減衰効果を得ることができる。しかもこの場合に、この回転機械（回転電機）の回転数が変化した場合であっても、振動減衰効果を得ることができる。

【0054】

また、この実施形態では、フードダンパ３０ａ、３０ｂの構造が、それぞれ、ダンパ容器３１ａ、３１ｂと、このダンパ容器３１ａ、３１ｂ内で移動するダンパ媒体３２ａ、３２ｂとを組み合わせた簡単な構造であるから、製造が容易であって、安価に実現できる。

【0055】

また、この実施形態の変形例として、フードダンパ３０ａ、３０ｂを、図１に示すような、抵抗要素１３と、その先に取り付けられたダンパ質量体１４とからなる構造としてもよい。抵抗要素１３は、固定支持部材１０に固定された固定支持部材側抵抗要素部材と、ダンパ質量体１４に固定されたダンパ質量体側抵抗要素部材とを備え、固定支持部材側抵抗要素部材とダンパ質量体側抵抗要素部材との間の半径方向の相対的移動速度に応じて半径方向の抵抗力が発生する。

【0056】

［第２の実施形態］
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る回転機械を模式的に示す図であって、軸に垂直な断面図である。

【0057】

この実施形態は第１の実施形態の変形であって、第１のフードダンパ３０ａの周方向位置が不均一質量体１１の周方向位置と一致していて、第１のフードダンパ３０ａが不均一質量体１１の半径方向外側に取り付けられている。その他の構成は、第２のフードダンパ３０ｂの取り付け位置を含めて、第１の実施形態と同様である。

【0058】

この場合の不均一質量体１１ならびに第１および第２のフードダンパ３０ａ、３０ｂによる制振効果は、第１の実施形態と同様である。

【0059】

［第３の実施形態］
図１５は、本発明の第３の実施形態に係る回転機械を模式的に示す図であって、軸に垂直な断面図である。

【0060】

この実施形態は第２の実施形態の変形であって、第２の実施形態の不均一質量体１１と第１のフードダンパ３０ａとを一体化したものである。すなわち、この実施形態では、第１のフードダンパ３０ａのダンパ容器３１ａの質量を大きくして、これに不均一質量体の機能を持たせる。その他の構成は、第２のフードダンパ３０ｂなどの構成を含めて第２の実施形態と同様である。

【0061】

この実施形態によれば、第２の実施形態と同様の振動抑制効果が得られるとともに、部品数を減らすことができる。

【0062】

［第４の実施形態］
図１６は、本発明の第４の実施形態に係る回転機械を模式的に示す図であって、軸に垂直な断面図である。

【0063】

この実施形態は第１の実施形態の変形である。この第４の実施形態では、第１の実施形態における第１のフードダンパ３０ａを２分割して、第３のフードダンパ３０ｃと第４のフードダンパ３０ｄとで置き換える。第３および第４のフードダンパ３０ｃ、３０ｄの周方向位置はそれぞれ、θ_３＝９０度、θ_４＝２７０度とする。これらのフードダンパ３０ｃ、３０ｄのダンパ容器の質量はそれぞれが第１の実施形態における第１のフードダンパ３０ａのダンパ媒体の質量の１／２とする。

【0064】

同様に、第１の実施形態における第２のフードダンパ３０ｂを２分割して、第５のフードダンパ３０ｅと第６のフードダンパ３０ｆとで置き換える。第５および第６のフードダンパ３０ｅ、３０ｆの周方向位置はそれぞれ、θ_５＝４５度、θ_６＝３１５度とする。これらのフードダンパ３０ｅ、３０ｆのダンパ容器の質量はそれぞれが第１の実施形態における第２のフードダンパ３０ｂのダンパ容器の質量の１／２とする。

【0065】

その他の構成は、不均一質量体１１などを含めて、第１の実施形態と同様である。

【0066】

この実施形態によれば、第３および第４のフードダンパ３０ｃ、３０ｄによる制振効果を合わせると第1の実施形態の第１のフードダンパ３０ａによる制振効果と同等になる。また、第５および第６のフードダンパ３０ｅ、３０ｆによる制振効果を合わせると第1の実施形態の第２のフードダンパ３０ｂによる制振効果と同等になる。

【0067】

よって、この実施形態による制振効果全体で第1の実施形態の場合と同等となる。

【0068】

なお、上記実施形態では、第１の実施形態における第１のフードダンパ３０ａおよび第２のフードダンパ３０ｂそれぞれを２分割するものとしたが、第１のフードダンパ３０ａおよび第２のフードダンパ３０ｂの一方のみを２分割してもよい。また、２分割に限らず、３以上に分割してもよい。

【0069】

［第５の実施形態］
図１７は、本発明の第５の実施形態に係る回転機械を模式的に示す図であって、軸に垂直な断面図である。

【0070】

上記第１〜第４の実施形態では、固定支持部材１０に１個の不均一質量体と２個以上のフードダンパとを取り付けるものとしたが、この第５の実施形態では、固定支持部材１０に不均一質量体を取り付けない。図１７に示すように、固定支持部材１０に、２個のフードダンパ３０ａ、３０ｂが取り付けられている。フードダンパ３０ａ、３０ｂの取り付け位置は、たとえば、θ_１＝０度とθ_２＝４５度の位置である。

【0071】

この実施形態は、上記「数値解析結果」の説明における「２個のフードダンパがある場合」に対応する。

【0072】

この実施形態によれば、前述のように、第１〜第４の実施形態の１個の不均一質量体を取り付けた場合に比べると制振効果が小さいが、それでも有意の制振効果を得ることができる。また、不均一質量体を取り付ける必要がないので、より簡素な構造とすることができる。

【0073】

［他の実施形態］
上記実施形態の説明では、回転電機を例にとったが、この発明では、回転電機以外にも一般的に回転機械に適用することができる。

【0074】

上記実施形態の説明では、固定支持部材１０の外側に不均一質量体１１を取り付けるものとしたが、固定支持部材１０と不均一質量体１１は一体に形成されていてもよい。また、固定支持部材１０の外側に形成される冷却用のフィンや端子箱等による不均一質量を不均一質量体１１と見なして取り扱うこともできる。

【0075】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0076】

１０ … 固定支持部材
１１ … 不均一質量体
１３ … 抵抗要素
１４ … ダンパ質量体
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ … フードダンパ
３１ａ、３１ｂ … ダンパ容器
３２ａ、３２ｂ … ダンパ媒体
５０ … 回転子（回転部材）
５１ … ギャップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】