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(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】
(24)【登録日】2024-06-17
(45)【発行日】2024-06-25
(54)【発明の名称】加振力特定システム、及び加振力特定方法
(51)【国際特許分類】
G01M 7/02 20060101AFI20240618BHJP
G01L 5/00 20060101ALI20240618BHJP
【ＦＩ】
G01M7/02 C
G01L5/00 Z
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020212711
(22)【出願日】2020-12-22
(65)【公開番号】P2022098994
(43)【公開日】2022-07-04
【審査請求日】2023-11-10
(73)【特許権者】
【識別番号】000148357
【氏名又は名称】株式会社前川製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110000785
【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】志賀 元泰
(72)【発明者】
【氏名】奥 達也
(72)【発明者】
【氏名】松本 康平
(72)【発明者】
【氏名】▲桑▼原 剛
(72)【発明者】
【氏名】高橋 渉
【審査官】中村 圭伸
(56)【参考文献】
【文献】特開平０２－２８１１１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－２３９７０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－０７９９２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／０３９１５６（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｍ ７／０２ － ７／０６
Ｇ０１Ｌ １／２２
Ｇ０１Ｌ ５／００ － ５／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転装置と基礎との間に設けられた少なくとも一つの起歪体と、各々の前記起歪体に設けられた少なくとも一つのひずみゲージと、
入力されるサインスイープ信号に基づき前記回転装置に加振力を付与するための加振装置と、
前記加振装置から付与される前記加振力を測定するためのフォースセンサと、
前記フォースセンサからの出力結果と、前記加振装置が前記加振力を付与するときの各々の前記ひずみゲージからの出力結果とに基づき、入力となる前記加振力と、各々の前記ひずみゲージのひずみ応答との関係を示す伝達関数を取得するための伝達関数取得部と、
前記回転装置が動作するときの各々の前記ひずみゲージからの出力結果と、前記伝達関数取得部によって取得された前記伝達関数とに基づき、動作中の前記回転装置で生じる力を特定するための加振力特定部と
を備える加振力特定システム。
【請求項2】
前記少なくとも一つのひずみゲージは、複数のひずみゲージを含み、前記伝達関数取得部は、前記複数のひずみゲージの各々に対応する複数の前記伝達関数を取得するように構成された請求項１に記載の加振力特定システム。
【請求項3】
前記少なくとも一つのひずみゲージは、互いに交差する方向に各々が延在する２つのひずみゲージを含む請求項２に記載の加振力特定システム。
【請求項4】
各々の前記ひずみゲージは、前記回転装置の回転軸を基準とした径方向において、前記回転装置のハウジングよりも平面視で外側に設けられる請求項１から３のいずれかに記載の加振力特定システム。
【請求項5】
前記伝達関数取得部は、前記回転装置において前記加振力が付与される複数の作用点の各々について、複数の前記伝達関数を取得するように構成された請求項１から４のいずれかに記載の加振力特定システム。
【請求項6】
前記少なくとも一つのひずみゲージは、複数のひずみゲージを含み、前記伝達関数取得部は、前記回転装置において前記加振力が付与される前記複数の作用点の各々について、複数の前記伝達関数を取得するように構成され、
前記ひずみゲージの個数と前記作用点の個数が同一である請求項５に記載の加振力特定システム。
【請求項7】
前記起歪体は、前記回転装置であるレシプロ式圧縮機と前記基礎との間に設けられる請求項１から６のいずれかに記載の加振力特定システム。
【請求項8】
加振力特定システムによる加振力特定方法であって、回転装置と基礎との間に設けられた少なくとも一つの起歪体と、各々の前記起歪体に設けられた少なくとも一つのひずみゲージと、入力されるサインスイープ信号に基づき前記回転装置に加振力を付与するための加振装置と、前記加振装置から付与される前記加振力を測定するためのフォースセンサとを備える前記加振力特定システムの前記フォースセンサからの出力結果と、前記加振装置が前記加振力を付与するときの各々の前記ひずみゲージからの出力結果とに基づき、入力となる前記加振力と、各々の前記ひずみゲージのひずみ応答との関係を示す伝達関数を取得するための伝達関数取得工程と、
前記回転装置が動作するときの各々の前記ひずみゲージからの出力結果と、前記伝達関数取得工程において取得された前記伝達関数とに基づき、動作中の前記回転装置で生じる力を特定するための加振力特定工程と
を備える加振力特定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、加振力特定システム、及び加振力特定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、加振器から構造物に付与される加振力と、加振力が付与された構造物の応答とに基づき、構造物の伝達関数を求めることが知られている。例えば、特許文献１で開示される正弦波掃引加振法においては、構造物にロードセルと加速度計とが設けられる。供給される正弦波信号に基づき加振器が構造物に付与する加振力をロードセルは取得する。加速度計は構造物の応答として加速度を取得する。これらの取得結果により、伝達関数が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特公平３－０７９６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
加速度計の代わりにひずみゲージを採用して、構造物としての回転装置の伝達関数を求めることが考えられる。求めた伝達関数により、動作中の回転装置で生じる力が特定できる。この場合、回転装置が低い回転数で動作するときであっても、ひずみゲージの応答が高感度で取得される必要があるが、特許文献１にはそれを達成するための具体的構成の開示はない。
【0005】
本開示の目的は、回転装置が低い回転数で動作するときであっても、回転装置で生じる力を精度良く特定できる加振力特定システム、及び加振力特定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の少なくとも一実施形態に係る加振力特定システムは、
回転装置と基礎との間に設けられた少なくとも一つの起歪体と、
各々の前記起歪体に設けられた少なくとも一つのひずみゲージと、
入力されるサインスイープ信号に基づき前記回転装置に加振力を付与するための加振装置と、
前記加振装置から付与される前記加振力を測定するためのフォースセンサと、
前記フォースセンサからの出力結果と、前記加振装置が前記加振力を付与するときの各々の前記ひずみゲージからの出力結果とに基づき、入力となる前記加振力と、各々の前記ひずみゲージのひずみ応答との関係を示す伝達関数を取得するための伝達関数取得部と、
前記回転装置が動作するときの各々の前記ひずみゲージからの出力結果と、前記伝達関数取得部によって取得された前記伝達関数とに基づき、動作中の前記回転装置で生じる力を特定するための加振力特定部と
を備える。
回転装置と基礎との間に設けられた少なくとも一つの起歪体と、
各々の前記起歪体に設けられた少なくとも一つのひずみゲージと、
入力されるサインスイープ信号に基づき前記回転装置に加振力を付与するための加振装置と、
前記加振装置から付与される前記加振力を測定するためのフォースセンサと、
前記フォースセンサからの出力結果と、前記加振装置が前記加振力を付与するときの各々の前記ひずみゲージからの出力結果とに基づき、入力となる前記加振力と、各々の前記ひずみゲージのひずみ応答との関係を示す伝達関数を取得するための伝達関数取得部と、
前記回転装置が動作するときの各々の前記ひずみゲージからの出力結果と、前記伝達関数取得部によって取得された前記伝達関数とに基づき、動作中の前記回転装置で生じる力を特定するための加振力特定部と
を備える。
【0007】
本発明の少なくとも一実施形態に係る加振力特定方法は、
加振力特定システムによる加振力特定方法であって、
回転装置と基礎との間に設けられた少なくとも一つの起歪体と、各々の前記起歪体に設けられた少なくとも一つのひずみゲージと、入力されるサインスイープ信号に基づき前記回転装置に加振力を付与するための加振装置と、前記加振装置から付与される前記加振力を測定するためのフォースセンサとを備える前記加振力特定システムの前記フォースセンサからの出力結果と、前記加振装置が前記加振力を付与するときの各々の前記ひずみゲージからの出力結果とに基づき、入力となる前記加振力と、各々の前記ひずみゲージのひずみ応答との関係を示す伝達関数を取得するための伝達関数取得工程と、
前記回転装置が動作するときの各々の前記ひずみゲージからの出力結果と、前記伝達関数取得工程において取得された前記伝達関数とに基づき、動作中の前記回転装置で生じる力を特定するための加振力特定工程と
を備える。
加振力特定システムによる加振力特定方法であって、
回転装置と基礎との間に設けられた少なくとも一つの起歪体と、各々の前記起歪体に設けられた少なくとも一つのひずみゲージと、入力されるサインスイープ信号に基づき前記回転装置に加振力を付与するための加振装置と、前記加振装置から付与される前記加振力を測定するためのフォースセンサとを備える前記加振力特定システムの前記フォースセンサからの出力結果と、前記加振装置が前記加振力を付与するときの各々の前記ひずみゲージからの出力結果とに基づき、入力となる前記加振力と、各々の前記ひずみゲージのひずみ応答との関係を示す伝達関数を取得するための伝達関数取得工程と、
前記回転装置が動作するときの各々の前記ひずみゲージからの出力結果と、前記伝達関数取得工程において取得された前記伝達関数とに基づき、動作中の前記回転装置で生じる力を特定するための加振力特定工程と
を備える。
【発明の効果】
【0008】
幾つかの実施形態によれば、回転装置が低い回転数で動作するときであっても、回転装置で生じる力を精度良く特定できる加振力特定システム、及び加振力特定方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】一実施形態に係る加振力特定システムの正面図である。
【図2】一実施形態に係る加振力特定システムの平面図である。
【図3】一実施形態に係る回転装置において加振力が付与される作用点を示す斜視図である。
【図4】一実施形態に係るひずみゲージからのひずみ応答を示す図である。
【図5】一実施形態に係る伝達関数取得部より取得された伝達関数を示す図である。
【図6】一実施形態に係る回転装置の動作時におけるひずみ応答スペクトルを示す図である。
【図7】一実施形態に係る回転装置の動作中に生じる力を特定した結果を示す図である。
【図8】一実施形態に係る加振力特定システムの機能を示すブロック図である。
【図9】一実施形態に係る加振力特定方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【0011】
図１は一実施形態に係る加振力特定システム１の正面図であり、図２は一実施形態に係る加振力特定システム１の平面図である。
一実施形態の加振力特定システム１は、回転装置７で生じる力を特定するように構成される。一実施形態の回転装置７は、回転軸７ａと、回転軸７ａを支持するハウジング７ｂとを備える。
一実施形態の回転装置７は圧縮機である。より具体的な一例として、回転装置７はレシプロ式圧縮機である。回転装置７は、例えばロータリー式圧縮機などでもよい。
一実施形態の加振力特定システム１は、回転装置７で生じる力を特定するように構成される。一実施形態の回転装置７は、回転軸７ａと、回転軸７ａを支持するハウジング７ｂとを備える。
一実施形態の回転装置７は圧縮機である。より具体的な一例として、回転装置７はレシプロ式圧縮機である。回転装置７は、例えばロータリー式圧縮機などでもよい。
【0012】
一実施形態では、加振力特定システム１は、回転装置７と基礎６との間に設けられた少なくとも一つの起歪体１０と、各々の起歪体１０に設けられた少なくとも一つのひずみゲージ２０と、回転装置７に加振力を付与するための加振装置３０と、該加振力を測定するためのフォースセンサ３５と、入力となる該加振力と各々のひずみゲージ２０のひずみ応答との関係を取得するための伝達関数取得部４０と、動作中の回転装置７で生じる力を特定するための加振力特定部５０とを備える。
図１、図２では、一実施形態に係る複数のひずみゲージ２０のうちの一部において、伝達関数取得部４０との接続状態の図示を省略している。起歪体１０とひずみゲージ２０の個数は各々１個でもよい。
起歪体１０とひずみゲージ２０の具体的構成の一例は後述する。
図１、図２では、一実施形態に係る複数のひずみゲージ２０のうちの一部において、伝達関数取得部４０との接続状態の図示を省略している。起歪体１０とひずみゲージ２０の個数は各々１個でもよい。
起歪体１０とひずみゲージ２０の具体的構成の一例は後述する。
【0013】
一実施形態では、加振装置３０から回転装置７に付与される加振力は、加振装置３０に入力されるサインスイープ信号３４に基づく。つまり、加振力の周期は入力されるサインスイープ信号３４に応じて連続的に変化する。なお、一実施形態の加振装置３０は、回転装置７に付与する力の向きを一方側と他方側とに交互に切り替えることで加振力を生成する。
一実施形態の各々のひずみゲージ２０は、上記加振力の付与時に起歪体１０で生じたひずみを検出するように構成される。加振力の付与時、ひずみゲージ２０からの出力結果と、フォースセンサ３５からの出力結果とに基づき、伝達関数取得部４０は伝達関数を取得する。
また、一実施形態の各々のひずみゲージ２０は、回転装置７の動作時に起歪体１０で生じたひずみを検出するようにも構成される。回転装置７の動作時、ひずみゲージ２０からの出力結果と、取得された伝達関数とに基づき、回転装置７で生じる力を加振力特定部５０は特定する。
一実施形態では、回転装置７の動作時に加振装置３０とフォースセンサ３５はいずれも、回転装置７との接続状態を解除される。
一実施形態の各々のひずみゲージ２０は、上記加振力の付与時に起歪体１０で生じたひずみを検出するように構成される。加振力の付与時、ひずみゲージ２０からの出力結果と、フォースセンサ３５からの出力結果とに基づき、伝達関数取得部４０は伝達関数を取得する。
また、一実施形態の各々のひずみゲージ２０は、回転装置７の動作時に起歪体１０で生じたひずみを検出するようにも構成される。回転装置７の動作時、ひずみゲージ２０からの出力結果と、取得された伝達関数とに基づき、回転装置７で生じる力を加振力特定部５０は特定する。
一実施形態では、回転装置７の動作時に加振装置３０とフォースセンサ３５はいずれも、回転装置７との接続状態を解除される。
【0014】
加振力特定部５０が加振力を特定する原理は以下の通りである。
周波数をω、ひずみゲージ２０の応答スペクトルをε、伝達関数取得部４０によって取得される伝達関数（応答関数行列）をＨ、加振力スペクトルをＦとすると、以下の式（１）が成立する。
ε（ω）＝Ｈ（ω）Ｆ（ω）・・・式（１）
式（１）の行列式の成分を具体化すると式（２）のようになる。
式（２）において、ｎはひずみゲージ２０の個数を示す自然数であり、ｍは回転装置７に付与される加振力の個数（後述の作用点５の個数と一致する）を示す自然数である。
一実施形態では、伝達関数取得部４０は、ひずみゲージ２０の応答スペクトルであるε（ω）と、加振装置３０が作動するときのフォースセンサ３５の出力結果であるＦ（ω）と、式（２）とに基づき、少なくとも一つの伝達関数を取得する（このときの式（２）のωは、加振装置３０から付与される加振力の周波数となる）。
一実施形態では、取得される伝達関数の個数はｎにｍを乗じた値である。一例として、伝達関数の個数は行列としてのＨ（ω）を構成する成分の個数である。
式（１）を変形すると式（３）のようになる。式（３）のＨｉｎｖ（ω）はＨ（ω）の逆行列である。
Ｆ（ω）＝Ｈｉｎｖ（ω）ε（ω）・・・式（３）
加振力特定部５０は、伝達関数取得部４０により取得されたＨ（ω）と、回転装置７が動作するときのひずみゲージ２０の出力結果であるε（ω）と、式（３）とに基づき、Ｆ（ω）を特定する（このときの式（３）のωは回転装置７の回転数を示す）。特定されるＦ（ω）は、加振力が付与される作用点５（後述）で生じている力である。加振装置３０の加振位置から得られる規定の慣性テンソルＩを用いると、回転装置７の中心位置で生じる力Ｆ’は式（４）によって表される。
Ｆ’（ω）＝Ｆ（ω）Ｉ・・・式（４）
加振力特定部５０は、式（４）に基づきＦ’（ω）を特定する。
以上のＦ（ω）又はＦ’（ω）が、加振力特定部５０によって特定される回転装置７で生じる力となる。
周波数をω、ひずみゲージ２０の応答スペクトルをε、伝達関数取得部４０によって取得される伝達関数（応答関数行列）をＨ、加振力スペクトルをＦとすると、以下の式（１）が成立する。
ε（ω）＝Ｈ（ω）Ｆ（ω）・・・式（１）
式（１）の行列式の成分を具体化すると式（２）のようになる。
【数1】
一実施形態では、伝達関数取得部４０は、ひずみゲージ２０の応答スペクトルであるε（ω）と、加振装置３０が作動するときのフォースセンサ３５の出力結果であるＦ（ω）と、式（２）とに基づき、少なくとも一つの伝達関数を取得する（このときの式（２）のωは、加振装置３０から付与される加振力の周波数となる）。
一実施形態では、取得される伝達関数の個数はｎにｍを乗じた値である。一例として、伝達関数の個数は行列としてのＨ（ω）を構成する成分の個数である。
式（１）を変形すると式（３）のようになる。式（３）のＨｉｎｖ（ω）はＨ（ω）の逆行列である。
Ｆ（ω）＝Ｈｉｎｖ（ω）ε（ω）・・・式（３）
加振力特定部５０は、伝達関数取得部４０により取得されたＨ（ω）と、回転装置７が動作するときのひずみゲージ２０の出力結果であるε（ω）と、式（３）とに基づき、Ｆ（ω）を特定する（このときの式（３）のωは回転装置７の回転数を示す）。特定されるＦ（ω）は、加振力が付与される作用点５（後述）で生じている力である。加振装置３０の加振位置から得られる規定の慣性テンソルＩを用いると、回転装置７の中心位置で生じる力Ｆ’は式（４）によって表される。
Ｆ’（ω）＝Ｆ（ω）Ｉ・・・式（４）
加振力特定部５０は、式（４）に基づきＦ’（ω）を特定する。
以上のＦ（ω）又はＦ’（ω）が、加振力特定部５０によって特定される回転装置７で生じる力となる。
【0015】
一実施形態に係る起歪体１０は複数設けられる。起歪体１０の形状は加振力特定システム１に応じて自在に設計可能である。また、起歪体１０の個数も自在に調節可能である。起歪体１０の個数は一例として４個である。該個数は１個、２個、３個、又は５個以上であってもよい。
一実施形態に係る各々の起歪体１０は、互いに異なる起歪体１０ａ、１０ｂを含む。
一実施形態の起歪体１０ａは基礎６に固定される。一例として、起歪体１０ａは平面視において回転装置７のハウジング７ｂを避けた位置に設けられる。例えば、起歪体１０ａは回転軸７ａの径方向の外側にハウジング７ｂから変位した位置に設けられてもよい。あるいは、起歪体１０ａは回転装置７の軸線方向の外側にハウジング７ｂから変位した位置に設けられてもよい。
一実施形態の起歪体１０ａは上下方向に延在する。より具体的には、起歪体１０ａは棒状である。起歪体１０ａは、上端部１１ａと、下端部１１ｂと、中央部１１ｃとを有する。上端部１１ａと下端部１１ｂは同径である一方、中央部１１ｃは上端部１１ａと下端部１１ｂよりも小径である。この場合、中央部１１ｃは上端部１１ａ及び下端部１１ｂに比べてたわみ易くなる。なお、上端部１１ａ、下端部１１ｂ、及び中央部１１ｃは互いに別々の部材であってもよいし、単一の部材によって形成されてもよい。また、起歪体１０ａは、上下方向に亘り同一の外径を有する円柱状でもよいし、あるいは、円柱状に代えて角柱状などを呈してもよい。
一実施形態の起歪体１０ｂは起歪体１０ａと回転装置７を連結する。一実施形態の起歪体１０ｂは水平方向に延在する板状である。この場合、起歪体１０ｂは上下方向にたわみ易くなる。一実施形態の起歪体１０ｂは、起歪体１０ａに固定された一端と、回転装置７が固定される他端とを有する。
なお、他の実施形態では起歪体１０は単一の部材であってもよい。
一実施形態に係る各々の起歪体１０は、互いに異なる起歪体１０ａ、１０ｂを含む。
一実施形態の起歪体１０ａは基礎６に固定される。一例として、起歪体１０ａは平面視において回転装置７のハウジング７ｂを避けた位置に設けられる。例えば、起歪体１０ａは回転軸７ａの径方向の外側にハウジング７ｂから変位した位置に設けられてもよい。あるいは、起歪体１０ａは回転装置７の軸線方向の外側にハウジング７ｂから変位した位置に設けられてもよい。
一実施形態の起歪体１０ａは上下方向に延在する。より具体的には、起歪体１０ａは棒状である。起歪体１０ａは、上端部１１ａと、下端部１１ｂと、中央部１１ｃとを有する。上端部１１ａと下端部１１ｂは同径である一方、中央部１１ｃは上端部１１ａと下端部１１ｂよりも小径である。この場合、中央部１１ｃは上端部１１ａ及び下端部１１ｂに比べてたわみ易くなる。なお、上端部１１ａ、下端部１１ｂ、及び中央部１１ｃは互いに別々の部材であってもよいし、単一の部材によって形成されてもよい。また、起歪体１０ａは、上下方向に亘り同一の外径を有する円柱状でもよいし、あるいは、円柱状に代えて角柱状などを呈してもよい。
一実施形態の起歪体１０ｂは起歪体１０ａと回転装置７を連結する。一実施形態の起歪体１０ｂは水平方向に延在する板状である。この場合、起歪体１０ｂは上下方向にたわみ易くなる。一実施形態の起歪体１０ｂは、起歪体１０ａに固定された一端と、回転装置７が固定される他端とを有する。
なお、他の実施形態では起歪体１０は単一の部材であってもよい。
【0016】
一実施形態における、基礎６、起歪体１０ａ、１０ｂ、及び回転装置７の固定構造は以下の通りである。
起歪体１０ａの下端部１１ｂには雄ねじが形成されており、図示外のナットが基礎６に固定されている。下端部１１ｂがナットに螺合することで、起歪体１０ａは基礎６に固定される。
起歪体１０ａの上端部１１ａにも雄ねじが形成されており、図示外のナットが螺合している。起歪体１０ｂの一端に形成された穴が上端部１１ａに挿入されて、起歪体１０ｂがナットに上から当たる。その後、別のナットが上端部１１ａに螺合し、起歪体１０ｂに上から押し当たるまで締め付けられる。これにより、上端部１１ａは起歪体１０ｂの一端に固定される。
起歪体１０ｂの他端と回転装置７のハウジング７ｂとのそれぞれに図示外の穴が形成されている。これらの穴の位置が上下に重なるよう回転装置７の配置が調整された後、これらの穴に図示外のボルトが差し込まれる。その後、ボルトの軸部にナットが螺合し、起歪体１０ｂ又は回転装置７のいずれかに押し当たるまで締め付けられる。これにより、回転装置７は起歪体１０ｂに固定される。
一実施形態では、起歪体１０ａ及び起歪体１０ｂの固定位置と、起歪体１０ｂ及び回転装置７の固定位置は、回転装置７の軸線方向に沿って配置されてもよいし、回転軸７ａの径方向に沿って配置されてもよい。
起歪体１０ａの下端部１１ｂには雄ねじが形成されており、図示外のナットが基礎６に固定されている。下端部１１ｂがナットに螺合することで、起歪体１０ａは基礎６に固定される。
起歪体１０ａの上端部１１ａにも雄ねじが形成されており、図示外のナットが螺合している。起歪体１０ｂの一端に形成された穴が上端部１１ａに挿入されて、起歪体１０ｂがナットに上から当たる。その後、別のナットが上端部１１ａに螺合し、起歪体１０ｂに上から押し当たるまで締め付けられる。これにより、上端部１１ａは起歪体１０ｂの一端に固定される。
起歪体１０ｂの他端と回転装置７のハウジング７ｂとのそれぞれに図示外の穴が形成されている。これらの穴の位置が上下に重なるよう回転装置７の配置が調整された後、これらの穴に図示外のボルトが差し込まれる。その後、ボルトの軸部にナットが螺合し、起歪体１０ｂ又は回転装置７のいずれかに押し当たるまで締め付けられる。これにより、回転装置７は起歪体１０ｂに固定される。
一実施形態では、起歪体１０ａ及び起歪体１０ｂの固定位置と、起歪体１０ｂ及び回転装置７の固定位置は、回転装置７の軸線方向に沿って配置されてもよいし、回転軸７ａの径方向に沿って配置されてもよい。
【0017】
一実施形態に係るひずみゲージ２０は複数設けられる。一実施形態では、これらのひずみゲージ２０はいずれも、回転装置７の回転軸７ａを基準とした径方向においてハウジング７ｂよりも平面視で外側に（図２においては矢印Ｔ側に）設けられる。なお、少なくとも一つのひずみゲージ２０は平面視でハウジング７ｂと重なる位置に設けられてもよい。
一実施形態に係る少なくとも一つのひずみゲージ２０は、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃを含む。例えば、ひずみゲージ２０が設けられる起歪体１０が４個である場合、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃは４セット（合計１２個）設けられる。
一実施形態では、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂは起歪体１０ａに設けられ、ひずみゲージ２０ｃは起歪体１０ｃに設けられる。より具体的には一例として、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂは起歪体１０ａの中央部１１ｃに設けられる。また、ひずみゲージ２０ｃは水平方向に延在する起歪体１０ｃの一端と他端の間に設けられる。
一実施形態では、各々の起歪体１０ａにおいて、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂは起歪体１０ａの軸線回りに９０度（あるいは２７０度）互いにずれた位置に設けられる。一実施形態では、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂは互いに同じ高さに位置するが、互いに異なる高さに位置してもよい。
一実施形態では、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂと、ひずみゲージ２０ｃとは互いに交差する方向に延在する。より詳細には一例として、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂは上下方向に延在し、ひずみゲージ２０ｃは水平方向に延在する。
他の実施形態では、ひずみゲージ２０ｃは、水平方向と上下方向とに対して傾斜して延在してもよい。この場合であっても、ひずみゲージ２０ｃの延在方向は、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂの延在方向と交差する。また、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂの延在方向は互いに交差してもよい。
一実施形態では、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの厚み方向は互いに交差する。即ち、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃのたわみ易い方向は互いに交差する。一実施形態では、上記３つの厚み方向は互いに直交する。
なお、他の実施形態では、各々の起歪体１０ａに、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂのいずれかのみが設けられてもよい。あるいは、他の実施形態では、ひずみゲージ２０は、ひずみゲージ２０ｃを含まなくてもよい。
一実施形態に係る少なくとも一つのひずみゲージ２０は、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃを含む。例えば、ひずみゲージ２０が設けられる起歪体１０が４個である場合、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃは４セット（合計１２個）設けられる。
一実施形態では、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂは起歪体１０ａに設けられ、ひずみゲージ２０ｃは起歪体１０ｃに設けられる。より具体的には一例として、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂは起歪体１０ａの中央部１１ｃに設けられる。また、ひずみゲージ２０ｃは水平方向に延在する起歪体１０ｃの一端と他端の間に設けられる。
一実施形態では、各々の起歪体１０ａにおいて、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂは起歪体１０ａの軸線回りに９０度（あるいは２７０度）互いにずれた位置に設けられる。一実施形態では、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂは互いに同じ高さに位置するが、互いに異なる高さに位置してもよい。
一実施形態では、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂと、ひずみゲージ２０ｃとは互いに交差する方向に延在する。より詳細には一例として、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂは上下方向に延在し、ひずみゲージ２０ｃは水平方向に延在する。
他の実施形態では、ひずみゲージ２０ｃは、水平方向と上下方向とに対して傾斜して延在してもよい。この場合であっても、ひずみゲージ２０ｃの延在方向は、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂの延在方向と交差する。また、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂの延在方向は互いに交差してもよい。
一実施形態では、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの厚み方向は互いに交差する。即ち、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃのたわみ易い方向は互いに交差する。一実施形態では、上記３つの厚み方向は互いに直交する。
なお、他の実施形態では、各々の起歪体１０ａに、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂのいずれかのみが設けられてもよい。あるいは、他の実施形態では、ひずみゲージ２０は、ひずみゲージ２０ｃを含まなくてもよい。
【0018】
以下の説明では、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を使用する場合がある。一実施形態では、Ｘ方向とＹ方向は水平な方向であり、Ｚ方向は上下方向と平行な方向である。一実施形態では、Ｙ方向は回転装置７の軸線方向と平行である。
一実施形態では、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの厚み方向は、各々、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向と平行である。
加振装置３０が加振力を回転装置７に付与するとき、あるいは、回転装置７が動作するときにおいて、回転装置７では力とモーメントが生じる。これらの力とモーメントは各々、Ｘ方向、Ｙ方向、又はＺ方向の少なくともいずれかの方向のベクトル成分を有する。一実施形態に係る各々の起歪体１０は、上記力と上記モーメントとの複合的な作用によって歪み、ひずみゲージ２０の出力結果にはその複合的な作用が反映される。
一実施形態では、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの厚み方向は、各々、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向と平行である。
加振装置３０が加振力を回転装置７に付与するとき、あるいは、回転装置７が動作するときにおいて、回転装置７では力とモーメントが生じる。これらの力とモーメントは各々、Ｘ方向、Ｙ方向、又はＺ方向の少なくともいずれかの方向のベクトル成分を有する。一実施形態に係る各々の起歪体１０は、上記力と上記モーメントとの複合的な作用によって歪み、ひずみゲージ２０の出力結果にはその複合的な作用が反映される。
【0019】
図３は、一実施形態に係る回転装置７において加振装置３０から加振力が付与される作用点５を示す。図３は、回転軸７ａを二点鎖線で図示する。また、図３では、起歪体１０とひずみゲージ２０を簡略化して図示している（図４、図５も同様である）。
【0020】
一実施形態では、加振力が回転装置７に付与される作用点５は複数ある。
一実施形態の複数の作用点５は、複数の作用点５Ｘ、複数の作用点５Ｙ、及び複数の作用点５Ｚを含む。一実施形態では、各々の作用点５ＸでＸ軸と平行な加振力が付与される。同様に、各々の作用点５ＹでＹ軸方向と平行な加振力が付与され、各々の作用点５ＺでＺ軸方向と平行な加振力が付与される。
一実施形態の作用点５の合計個数はひずみゲージ２０の個数と同一である。一実施形態では、作用点５Ｘ、５Ｙ、５Ｚの合計個数は、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの合計個数と同じ１２個である。
他の実施形態では、作用点５は、作用点５Ｘ、５Ｙ、５Ｚの少なくとも１つを含んでいればよい。また、作用点５Ｘにおいて、Ｘ方向とＺ方向とに傾斜する加振力、又は、Ｘ方向とＹ方向とに傾斜する加振力が付与されてもよい。また、作用点５の個数は、ひずみゲージ２０の個数と異なってもよい。
なお、一実施形態では、作用点５の個数が、加振装置３０が回転装置７に付与する加振力の個数となる。伝達関数取得部４０は、加振力が付与される複数の作用点５の各々について、複数の伝達関数を取得する。
一実施形態の複数の作用点５は、複数の作用点５Ｘ、複数の作用点５Ｙ、及び複数の作用点５Ｚを含む。一実施形態では、各々の作用点５ＸでＸ軸と平行な加振力が付与される。同様に、各々の作用点５ＹでＹ軸方向と平行な加振力が付与され、各々の作用点５ＺでＺ軸方向と平行な加振力が付与される。
一実施形態の作用点５の合計個数はひずみゲージ２０の個数と同一である。一実施形態では、作用点５Ｘ、５Ｙ、５Ｚの合計個数は、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの合計個数と同じ１２個である。
他の実施形態では、作用点５は、作用点５Ｘ、５Ｙ、５Ｚの少なくとも１つを含んでいればよい。また、作用点５Ｘにおいて、Ｘ方向とＺ方向とに傾斜する加振力、又は、Ｘ方向とＹ方向とに傾斜する加振力が付与されてもよい。また、作用点５の個数は、ひずみゲージ２０の個数と異なってもよい。
なお、一実施形態では、作用点５の個数が、加振装置３０が回転装置７に付与する加振力の個数となる。伝達関数取得部４０は、加振力が付与される複数の作用点５の各々について、複数の伝達関数を取得する。
【0021】
一実施形態では、作用点５、フォースセンサ３５、及び加振装置３０連結構造は以下の通りである。各々の作用点５に対応するハウジング７ｂの部位にねじ穴が形成されており、棒状に形成されたフォースセンサ３５の一端がこのねじ穴にねじ込まれる。また、加振装置３０に設けられた棒状の作動部が、フォースセンサ３５の他端に形成されたねじ穴にねじ込まれる。これにより、各々の作用点５において、棒状の作動部がフォースセンサ３５と同軸で固定され、加振装置３０はフォースセンサ３５を介して回転装置７と連結する。この場合、フォースセンサ３５はハウジング７ｂと回転装置７とに直接的に連結するので、加振装置３０から回転装置７へと付与される加振力を直接的に測定できる。よって、加振力が精度良く測定される。
なお、「各々の作用点５」の個数は１個以上を意味するが、作用点５の個数は３個以上であることが好ましく、より好ましくは、作用点５Ｘ、５Ｙ、５Ｚがそれぞれ少なくとも１つずつ作用点５に含まれることが好ましい。
一実施形態では、加振装置３０は作動時において、別の部材によって支持される。
なお、「各々の作用点５」の個数は１個以上を意味するが、作用点５の個数は３個以上であることが好ましく、より好ましくは、作用点５Ｘ、５Ｙ、５Ｚがそれぞれ少なくとも１つずつ作用点５に含まれることが好ましい。
一実施形態では、加振装置３０は作動時において、別の部材によって支持される。
【0022】
図４は、各々の作用点５において加振力が付与される場合において、各々のひずみゲージ２０から出力されるひずみ応答を示す。詳細な図示は省略するが、一実施形態に係るひずみ応答は、時間を横軸、ひずみ量を縦軸としたグラフによって表すことができる。
一実施形態において、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃが４セット（合計で１２個）設けられる場合、複数ある作用点５のいずれかで加振力が付与されるたびに、計１２個のひずみ応答が出力される。例えば作用点５の個数が１２個（作用点５Ｘ、５Ｙ、５Ｚが４個ずつ）である場合、合計で１４４個のひずみ応答が出力される。このとき、フォースセンサ３５からの出力結果は、作用点５の個数と同じ１２個である。上述の式（２）がこの一実施形態に適用される場合、作用点５Ｘ、５Ｙ、５Ｚが４個ずつあるのでｍは１２となる。つまり、フォースセンサ３５の出力結果を示すＦＸ－１、ＦＸ－２、ＦＸ－３、ＦＸ－４、ＦＹ－１、・・・、ＦＺ－４が式（２）の右辺第２項の行列成分となる。また、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃが４セット（合計で１２個）ある場合、式（２）のｎは１２となる。つまり、ひずみゲージ２０の出力結果を示すε１－１、ε１－２、ε１－３、ε２－１、・・・ε４－３が式（２）の左辺の行列成分となる。このとき、式（２）に基づき取得される伝達関数は１４４個となる。
一実施形態において、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃが４セット（合計で１２個）設けられる場合、複数ある作用点５のいずれかで加振力が付与されるたびに、計１２個のひずみ応答が出力される。例えば作用点５の個数が１２個（作用点５Ｘ、５Ｙ、５Ｚが４個ずつ）である場合、合計で１４４個のひずみ応答が出力される。このとき、フォースセンサ３５からの出力結果は、作用点５の個数と同じ１２個である。上述の式（２）がこの一実施形態に適用される場合、作用点５Ｘ、５Ｙ、５Ｚが４個ずつあるのでｍは１２となる。つまり、フォースセンサ３５の出力結果を示すＦＸ－１、ＦＸ－２、ＦＸ－３、ＦＸ－４、ＦＹ－１、・・・、ＦＺ－４が式（２）の右辺第２項の行列成分となる。また、ひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃが４セット（合計で１２個）ある場合、式（２）のｎは１２となる。つまり、ひずみゲージ２０の出力結果を示すε１－１、ε１－２、ε１－３、ε２－１、・・・ε４－３が式（２）の左辺の行列成分となる。このとき、式（２）に基づき取得される伝達関数は１４４個となる。
【0023】
図５は、一実施形態に係る伝達関数取得部４０によって取得される伝達関数のグラフを示す。図５の例示されるグラフでは、横軸が加振力の周波数を示し、縦軸がひずみゲージ２０の単位力あたりのひずみ応答を示す。
図５の例示では、４個の作用点５Ｙの各々について、４セットのひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ（計１２個）の各々に対応する伝達関数のグラフが取得されている。図５における”１－ａ”、”１－ｂ”、”１－ｃ”は、４セットあるひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃのいずれかに対応しており、各作用点５Ｙで取得される伝達関数の個数は１２個である。
詳細な図示は省略するが、各々の作用点５Ｘ、５Ｙについて、同様に伝達関数が取得される。
図５の例示では、４個の作用点５Ｙの各々について、４セットのひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ（計１２個）の各々に対応する伝達関数のグラフが取得されている。図５における”１－ａ”、”１－ｂ”、”１－ｃ”は、４セットあるひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃのいずれかに対応しており、各作用点５Ｙで取得される伝達関数の個数は１２個である。
詳細な図示は省略するが、各々の作用点５Ｘ、５Ｙについて、同様に伝達関数が取得される。
【0024】
図６は、一実施形態において回転装置７が動作するときのひずみゲージ２０のひずみ応答を示す。図６における”１－ａ”、”１－ｂ”、”１－ｃ”は、４セットあるひずみゲージ２０ａ、２０ｂ、２０ｃのいずれかに対応する。
一実施形態では、各々のひずみゲージ２０から、時間とひずみ量とが対応付けられたデータが取得され、このデータがＦＦＴ処理（高速フーリエ変換処理）されることで、図６のひずみ応答スペクトルが取得される。図６における最前のグラフでは、一例として、ひずみ量が大きくなる共振周波数が２か所あることを示す。
一実施形態では、各々のひずみゲージ２０から、時間とひずみ量とが対応付けられたデータが取得され、このデータがＦＦＴ処理（高速フーリエ変換処理）されることで、図６のひずみ応答スペクトルが取得される。図６における最前のグラフでは、一例として、ひずみ量が大きくなる共振周波数が２か所あることを示す。
【0025】
図７は、一実施形態における、回転装置７が動作するときのひずみゲージ２０の出力結果に基づき加振力特定部５０が特定した力をグラフで示す。一実施形態では、式（４）のＦ’（ω）の運転次数成分を抽出してプロットすることによりグラフを生成する。一実施形態では、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向のそれぞれにおいて、回転１次成分と回転２次成分をそれぞれ抽出したグラフを示す。他の実施形態では、３次以上の回転成分を抽出したグラフを作成してもよい。
詳細な図示は省略するが、一実施形態では、特定したＦ’（ω）に基づき、回転装置７に作用するモーメントが特定されてもよい。一実施形態では、モーメントはＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向において、回転１次成分と回転２次成分ごとに求められてもよい。モーメントは３次以上の回転成分ごとに求められてもよい。
詳細な図示は省略するが、一実施形態では、特定したＦ’（ω）に基づき、回転装置７に作用するモーメントが特定されてもよい。一実施形態では、モーメントはＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向において、回転１次成分と回転２次成分ごとに求められてもよい。モーメントは３次以上の回転成分ごとに求められてもよい。
【0026】
図８は、一実施形態に係る加振力特定システム１の機能を示すブロック図である。
一実施形態の加振力特定システム１は、制御部７０と、制御部７０からの指令に応じて作動する加振システム８０と、計測対象システム９０とを含む。
一実施形態の加振力特定システム１は、制御部７０と、制御部７０からの指令に応じて作動する加振システム８０と、計測対象システム９０とを含む。
【0027】
一実施形態の制御部７０は、プロセッサユニットを備える装置である。プロセッサユニットに含まれるプロセッサは、読み出したプログラムをメモリにロードし、ロードしたプログラムに含まれる命令を実行するように構成される。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＭＰＵ、ＤＳＰ、これら以外の各種演算装置、又はこれらの組み合わせである。プロセッサは、ＰＬＤ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、及びＭＣＵ等の集積回路により実現されてもよい。
制御部７０は、加振システム８０に対して作動開始の指令を送る指令部７１と、フォースセンサ３５及び起歪体１０の出力結果を記録するデータロガー７５と、伝達関数取得部４０と、加振力特定部５０とを備える。
制御部７０は、加振システム８０に対して作動開始の指令を送る指令部７１と、フォースセンサ３５及び起歪体１０の出力結果を記録するデータロガー７５と、伝達関数取得部４０と、加振力特定部５０とを備える。
【0028】
一実施形態の加振システム８０は、指令部７１から指令を受信したことに応じて信号を発生させる信号発生器８１と、信号発生器８１で発生した信号を増幅させたサインスイープ信号３４を加振装置３０に入力するアンプ８２と、加振装置３０と、フォースセンサ３５を備える。フォースセンサ３５の出力結果はデータロガー７５に出力される。
【0029】
計測対象システム９０は、回転装置７と、少なくとも一つの起歪体１０と、駆動モータ８８とを備える。一実施形態の駆動モータ８８は、回転装置７を動作させる際に回転装置７と連結する。駆動モータ８８は、インバータ９４から供給される電力により駆動する。駆動モータ８８から駆動力を得た回転装置７は回転数を変更させながら動作する。一実施形態の回転装置７が圧縮機である場合、回転装置７の吸入口と吐出口とが開放された状態で回転装置７は動作する。これにより、回転装置７の内部にある気体の圧力がひずみゲージ２０の出力結果に影響を及ぼすのを抑制できる。
【0030】
図９は、一実施形態に係る加振力特定システム１による加振力特定方法の工程図を示す。
はじめに、伝達関数取得工程（Ｓ１１）では、フォースセンサ３５からの出力結果と、加振装置３０が加振力を回転装置７に付与するときの各々のひずみゲージ２０からの出力結果とに基づき、伝達関数取得部４０が伝達関数を取得する。一実施形態では、作用点５が複数ある場合、加振装置３０は、各々の作用点５に順次、加振力を付与する。
続く加振力特定工程（Ｓ１３）では、回転装置７が動作するときの各々のひずみゲージ２０からの出力結果と、伝達関数取得部４０によって取得された伝達関数とに基づき、動作中の前記回転装置で生じる力を加振力特定部５０が特定する。
以上の工程によって、回転装置７で生じる力が特定される。
はじめに、伝達関数取得工程（Ｓ１１）では、フォースセンサ３５からの出力結果と、加振装置３０が加振力を回転装置７に付与するときの各々のひずみゲージ２０からの出力結果とに基づき、伝達関数取得部４０が伝達関数を取得する。一実施形態では、作用点５が複数ある場合、加振装置３０は、各々の作用点５に順次、加振力を付与する。
続く加振力特定工程（Ｓ１３）では、回転装置７が動作するときの各々のひずみゲージ２０からの出力結果と、伝達関数取得部４０によって取得された伝達関数とに基づき、動作中の前記回転装置で生じる力を加振力特定部５０が特定する。
以上の工程によって、回転装置７で生じる力が特定される。
【0031】
以下、幾つかの実施形態に係る加振力特定システム１、加振力の特定方法について概要を説明する。
【0032】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る加振力特定システム１は、
回転装置７と基礎６との間に設けられた少なくとも一つの起歪体１０と、
各々の前記起歪体１０に設けられた少なくとも一つのひずみゲージ２０と、
入力されるサインスイープ信号３４に基づき前記回転装置７に加振力を付与するための加振装置３０と、
前記加振装置３０から付与される前記加振力を測定するためのフォースセンサ３５と、
前記フォースセンサ３５からの出力結果と、前記加振装置３０が前記加振力を付与するときの各々の前記ひずみゲージ２０からの出力結果とに基づき、入力となる前記加振力と、各々の前記ひずみゲージ２０のひずみ応答との関係を示す伝達関数を取得するための伝達関数取得部４０と、
前記回転装置７が動作するときの各々の前記ひずみゲージ２０からの出力結果と、前記伝達関数取得部４０によって取得された前記伝達関数とに基づき、動作中の前記回転装置７で生じる力を特定するための加振力特定部５０と
を備える。
なお、上記の「各々の起歪体１０」と「各々のひずみゲージ２０」の個数はいずれも１個以上を指す。
回転装置７と基礎６との間に設けられた少なくとも一つの起歪体１０と、
各々の前記起歪体１０に設けられた少なくとも一つのひずみゲージ２０と、
入力されるサインスイープ信号３４に基づき前記回転装置７に加振力を付与するための加振装置３０と、
前記加振装置３０から付与される前記加振力を測定するためのフォースセンサ３５と、
前記フォースセンサ３５からの出力結果と、前記加振装置３０が前記加振力を付与するときの各々の前記ひずみゲージ２０からの出力結果とに基づき、入力となる前記加振力と、各々の前記ひずみゲージ２０のひずみ応答との関係を示す伝達関数を取得するための伝達関数取得部４０と、
前記回転装置７が動作するときの各々の前記ひずみゲージ２０からの出力結果と、前記伝達関数取得部４０によって取得された前記伝達関数とに基づき、動作中の前記回転装置７で生じる力を特定するための加振力特定部５０と
を備える。
なお、上記の「各々の起歪体１０」と「各々のひずみゲージ２０」の個数はいずれも１個以上を指す。
【0033】
上記（１）の構成によれば、各々のひずみゲージ２０は回転装置７と基礎６との間にある起歪体１０に設けられる。これにより、加振装置３０によって付与される加振力の周波数帯が低いときであっても、起歪体１０は感度良くひずむことができる。従って、ひずみゲージ２０は感度良く反応でき、伝達関数取得部４０は信頼度の高い伝達関数を取得できる。よって、回転装置７が低い回転数で動作するときであっても、動作中の回転装置７で生じる力を精度良く特定できる。
回転装置７が動作するときに生じる力が精度良く特定されることで、例えば回転装置７を設置するための基礎６の設計時において、回転装置７と基礎６を含む構造体で共振が生じないよう基礎６の形状及び材質などが採用でき、防振設計を施すことができる。
ここで、スイープ加振に代えてインパルス加振を行い、ひずみゲージ２０に代えて加速度ピックアップの出力結果に基づき回転装置７での力を特定する方法が考えられる。より詳細には一例として、インパルスハンマを用いたインパクト加振を回転装置７に付与したときの応答を加速度ピックアップの出力結果に基づき特定し、該出力結果に基づき伝達関数を求める方法が考えられる。しかしながら、上記方法で取得される伝達関数は、周波数帯の比較的低い帯域において、コヒーレンス関数の値が１に近づかないことを発明者は実験により確認している。つまり、付与される力の周波数帯が低いほど、取得される伝達関数の信頼度が低くなり、加振力特定部５０によって特定される力の精度が低くなってしまう。この問題は、市販の加速度ピックアップの計測特性及び取り付け方法などに制約があることが一因であると考えられる。この点、上記（１）の構成によれば、既述の理由によって、従来に比べて信頼度の高い伝達関数を取得することができ、各種の力を精度良く特定できる。なお、コヒーレンス関数は、伝達関数の信頼度を示す０以上１以下の変数であり、１に近い値であるほど、伝達関数の信頼度が高いことを示す。
また、一実施形態に係の起歪体１０の形状は自在に設計可能であるので、必要な強度が確保されつつ感度良く歪みが生じるような起歪体１０の形状、材質、及び配置位置などを採用できる。従って、加振力の周波数帯と回転装置７の回転数が低いときであっても、起歪体１０は感度良く反応できるので、回転装置７で生じる各種の力を精度良く特定できる。
回転装置７が動作するときに生じる力が精度良く特定されることで、例えば回転装置７を設置するための基礎６の設計時において、回転装置７と基礎６を含む構造体で共振が生じないよう基礎６の形状及び材質などが採用でき、防振設計を施すことができる。
ここで、スイープ加振に代えてインパルス加振を行い、ひずみゲージ２０に代えて加速度ピックアップの出力結果に基づき回転装置７での力を特定する方法が考えられる。より詳細には一例として、インパルスハンマを用いたインパクト加振を回転装置７に付与したときの応答を加速度ピックアップの出力結果に基づき特定し、該出力結果に基づき伝達関数を求める方法が考えられる。しかしながら、上記方法で取得される伝達関数は、周波数帯の比較的低い帯域において、コヒーレンス関数の値が１に近づかないことを発明者は実験により確認している。つまり、付与される力の周波数帯が低いほど、取得される伝達関数の信頼度が低くなり、加振力特定部５０によって特定される力の精度が低くなってしまう。この問題は、市販の加速度ピックアップの計測特性及び取り付け方法などに制約があることが一因であると考えられる。この点、上記（１）の構成によれば、既述の理由によって、従来に比べて信頼度の高い伝達関数を取得することができ、各種の力を精度良く特定できる。なお、コヒーレンス関数は、伝達関数の信頼度を示す０以上１以下の変数であり、１に近い値であるほど、伝達関数の信頼度が高いことを示す。
また、一実施形態に係の起歪体１０の形状は自在に設計可能であるので、必要な強度が確保されつつ感度良く歪みが生じるような起歪体１０の形状、材質、及び配置位置などを採用できる。従って、加振力の周波数帯と回転装置７の回転数が低いときであっても、起歪体１０は感度良く反応できるので、回転装置７で生じる各種の力を精度良く特定できる。
【0034】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記少なくとも一つのひずみゲージ２０は、複数のひずみゲージ２０を含み、
前記伝達関数取得部４０は、前記複数のひずみゲージ２０の各々に対応する複数の前記伝達関数を取得するように構成される。
前記少なくとも一つのひずみゲージ２０は、複数のひずみゲージ２０を含み、
前記伝達関数取得部４０は、前記複数のひずみゲージ２０の各々に対応する複数の前記伝達関数を取得するように構成される。
【0035】
上記（２）の構成によれば、複数のひずみゲージ２０に対応する複数の伝達関数に基づき、加振力特定部５０は回転装置７で生じる力を特定する。よって、動作中の回転装置７で生じる力を精度良く特定できる。
【0036】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記少なくとも一つのひずみゲージ２０は、互いに交差する方向に各々が延在する２つのひずみゲージ２０ａ，２０ｃを含む。
前記少なくとも一つのひずみゲージ２０は、互いに交差する方向に各々が延在する２つのひずみゲージ２０ａ，２０ｃを含む。
【0037】
上記（３）の構成によれば、回転装置７で生じる力が複数の方向の成分を有する場合であっても、この力に各々のひずみゲージ２０ａ，２０ｃの少なくともいずれかは感度良く反応できる。よって、加振力特定部５０は動作中の回転装置７で生じる力を精度良く特定できる。
【0038】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）から（３）のいずれかの構成において、
各々の前記ひずみゲージ２０は、前記回転装置７の回転軸７ａを基準とした径方向において、前記回転装置７のハウジング７ｂよりも平面視で外側に設けられる。
各々の前記ひずみゲージ２０は、前記回転装置７の回転軸７ａを基準とした径方向において、前記回転装置７のハウジング７ｂよりも平面視で外側に設けられる。
【0039】
上記（４）の構成によれば、ひずみゲージ２０が設けられる起歪体１０が回転装置７の重心から離れる分、回転装置７で生じる各種の力に応じて起歪体１０が感度良くひずむことができる。これにより、加振力特定部５０は動作中の回転装置７で生じる力を精度良く特定できる。
【0040】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）から（４）のいずれかの構成において、
前記伝達関数取得部４０は、前記回転装置７において前記加振力が付与される複数の作用点５の各々について、複数の前記伝達関数を取得するように構成される。
前記伝達関数取得部４０は、前記回転装置７において前記加振力が付与される複数の作用点５の各々について、複数の前記伝達関数を取得するように構成される。
【0041】
上記（５）の構成によれば、加振力が付与される複数の作用点５の各々についての複数の伝達関数に基づき、加振力特定部５０は回転装置７で生じる力を特定する。よって、動作中の回転装置７で生じる力を精度良く特定できる。
【0042】
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記少なくとも一つのひずみゲージ２０は、複数のひずみゲージ２０を含み、
前記伝達関数取得部４０は、前記回転装置７において前記加振力が付与される前記複数の作用点５の各々について、複数の前記伝達関数を取得するように構成され、
前記ひずみゲージ２０の個数と前記作用点の個数が同一である。
前記少なくとも一つのひずみゲージ２０は、複数のひずみゲージ２０を含み、
前記伝達関数取得部４０は、前記回転装置７において前記加振力が付与される前記複数の作用点５の各々について、複数の前記伝達関数を取得するように構成され、
前記ひずみゲージ２０の個数と前記作用点の個数が同一である。
【0043】
上記（６）の構成によれば、式（２）において、左辺第１項又は右辺第２項の行列にダミー成分を追加して演算処理を実行する必要がないので、演算処理の負荷が低減する。従って、伝達関数取得部４０が伝達関数を取得する処理が高速化する。
【0044】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）から（６）いずれかの構成において、
前記起歪体１０は、前記回転装置７であるレシプロ式圧縮機と前記基礎６との間に設けられる。
前記起歪体１０は、前記回転装置７であるレシプロ式圧縮機と前記基礎６との間に設けられる。
【0045】
上記（７）の構成によれば、回転数が比較的低くなる傾向があるレシプロ圧縮機の動作中に生じる力を、加振力特定部５０は精度良く特定できる。
【0046】
（８）本発明の少なくとも一実施形態に係る加振力特定方法は、
加振力特定システムによる加振力特定方法であって、
回転装置７と基礎６との間に設けられた少なくとも一つの起歪体１０と、各々の前記起歪体１０に設けられた少なくとも一つのひずみゲージ２０と、入力されるサインスイープ信号３４に基づき前記回転装置７に加振力を付与するための加振装置３０と、前記加振装置３０から付与される前記加振力を測定するためのフォースセンサ３５とを備える前記加振力特定システム１の前記フォースセンサ３５からの出力結果と、前記加振装置３０が前記加振力を付与するときの各々の前記ひずみゲージ２０からの出力結果とに基づき、入力となる前記加振力と、各々の前記ひずみゲージ２０のひずみ応答との関係を示す伝達関数を取得するための伝達関数取得工程（Ｓ１１）と、
前記回転装置７が動作するときの各々の前記ひずみゲージ２０からの出力結果と、前記伝達関数取得工程において取得された前記伝達関数とに基づき、動作中の前記回転装置７で生じる力を特定するための加振力特定工程と
を備える。
加振力特定システムによる加振力特定方法であって、
回転装置７と基礎６との間に設けられた少なくとも一つの起歪体１０と、各々の前記起歪体１０に設けられた少なくとも一つのひずみゲージ２０と、入力されるサインスイープ信号３４に基づき前記回転装置７に加振力を付与するための加振装置３０と、前記加振装置３０から付与される前記加振力を測定するためのフォースセンサ３５とを備える前記加振力特定システム１の前記フォースセンサ３５からの出力結果と、前記加振装置３０が前記加振力を付与するときの各々の前記ひずみゲージ２０からの出力結果とに基づき、入力となる前記加振力と、各々の前記ひずみゲージ２０のひずみ応答との関係を示す伝達関数を取得するための伝達関数取得工程（Ｓ１１）と、
前記回転装置７が動作するときの各々の前記ひずみゲージ２０からの出力結果と、前記伝達関数取得工程において取得された前記伝達関数とに基づき、動作中の前記回転装置７で生じる力を特定するための加振力特定工程と
を備える。
【0047】
上記（８）の構成によれば、上記（１）と同様の理由によって、回転装置７が低い回転数で動作するときであっても、動作中の回転装置７で生じる力を精度良く特定できる。
【符号の説明】
【0048】
１ ：加振力特定システム
５、５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ ：作用点
６ ：基礎
７ ：回転装置
７ａ ：回転軸
７ｂ ：ハウジング
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ ：起歪体
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ ：ゲージ
３０ ：加振装置
３４ ：サインスイープ信号
３５ ：フォースセンサ
４０ ：伝達関数取得部
５０ ：加振力特定部
５、５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ ：作用点
６ ：基礎
７ ：回転装置
７ａ ：回転軸
７ｂ ：ハウジング
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ ：起歪体
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ ：ゲージ
３０ ：加振装置
３４ ：サインスイープ信号
３５ ：フォースセンサ
４０ ：伝達関数取得部
５０ ：加振力特定部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】