CN104704338A

CN104704338A - 振动发生器

Info

Publication number: CN104704338A
Application number: CN201380051585.3A
Authority: CN
Inventors: 井下芳雄; 原田和哉
Original assignee: Like Mikatsu Co Ltd
Current assignee: Like Mikatsu Co Ltd; Emic Corp
Priority date: 2012-10-03
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2015-06-10
Also published as: EP2905597A1; EP2905597A4; JP2014074612A; US20150256057A1; WO2014054624A1; TW201425899A

Abstract

本发明提供一种振动发生器，能够减小振动测试装置整体的功耗，并且，即使在诸如增强振动发生器的激振力或谋求大型化等情况下也不会被损坏。该振动发生器包括搭载被测物体的可动部和具有磁路部件的固定部，其中，磁路部件包括磁铁和具有导磁性的磁轭，并被配置为在磁路部件的空隙部形成静磁场，可动部具有驱动线圈，并在驱动线圈插入空隙部中的状态下被配置，通过向驱动线圈施加驱动电流，从而对可动部提供所需的振动。该振动发生器还包括：冷却风机，用于冷却磁铁和驱动线圈中的至少一个；控制装置，用于控制冷却风机的转速；以及温度测量部，用于测量磁铁和驱动线圈中的至少一个的温度，其中，在控制装置中，根据通过温度测量部测量的磁铁和驱动线圈中的至少一个的温度，来控制冷却风机的转速。

Description

振动发生器

技术领域

本发明涉及用于对工业产品进行诸如振动特性测试、耐久测试等测试的振动测试装置的振动发生器，更具体地，涉及使用永久磁铁(下文仅称为“磁铁”)抑制功耗的振动测试装置的振动发生器，其中，前述工业产品例如为宇宙航空设备、汽车设备、电子产品、精密设备等。

背景技术

以往，为了对宇宙航空设备、汽车设备、电子产品、精密设备等工业产品进行振动特性测试、耐久测试等，而实施其中采用了振动测试装置的振动测试。

图9是示出现有的振动测试装置的振动发生器结构的概要结构图。

图9所示的振动发生器100由搭载被测物体(未示出)的可动部102、具有磁路部件的固定部114、以及用于冷却可动部102和固定部114的冷却风机120构成。

固定部114例如包括由铁等构成的磁轭116和产生通过该磁轭116的磁通量的励磁线圈118。

固定电压源(图中未示出)向励磁线圈118施加电压，使得恒定磁通量通过磁轭116。

另一方面，可动部102包括：搭载被测物体(图中未示出)的测试台104、将可动部102和固定部114联接并保持可动部102处于可动状态的可动部悬架用弹簧106、和被插入磁轭116的空隙中的驱动线圈108。

驱动线圈108安装为与由励磁线圈118产生的磁场(静磁场)正交，通过使交流电流流过驱动线圈108来振动可动部102。另外，通过改变流过驱动线圈108的交流电流的大小，可以控制产生的振动(激振力)的大小。

另外，符号110表示用于保护可动部悬架用弹簧106的盖，符号111表示用于将可动部102限制在轴向的限制轴，符号112表示用于将可动部102限制在轴向的限制轴承。

在上述构造的振动发生器100中，冷却风机120进行冷却，以防止励磁线圈118和驱动线圈108处于高温而损坏。另外，符号122表示连接振动发生器100和冷却风机120的风机软管。

但是，励磁线圈118和驱动线圈108产生的热量取决于激振力的大小等，因此总是以相同转速使冷却风机120工作将徒劳地消耗功率。

因此，对比文件1公开了：监测励磁线圈和驱动线圈的温度，来反馈控制冷却风机的转速，以使得励磁线圈的温度或驱动线圈的温度成为限定温度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开公报“特开2010-276425”

专利文献2：日本专利公开公报“特开平8-193911”

发明内容

发明所要解决的技术问题

但是，在诸如增强振动发生器的激振力或谋求大型化等的情况下，由于流过励磁线圈的电流量变大，由此产生的热量也增加，因此需要提高冷却风机的转速。

因此，由于流过励磁线圈的电流量和流过冷却风机的电流量增大，振动测试装置的整体功耗变得非常大。

另外，目前已开发代替励磁线圈而使用永久磁铁的振动测试装置(专利文献2)，但是主要是小型振动发生器，永久磁铁不适用于大型振动发生器。

永久磁铁具有热特性，当高于预定温度(居里温度)时，磁矩中产生波动并失去方向性。由此永久磁铁的磁力下降，即使温度降低并返回至容许范围内，磁力也不会恢复。

在大型振动测试装置中，即使只因流过驱动线圈的电流，振动发生器也会处于高温，因此如果不能可靠地冷却永久磁铁以予以保护，则不能形成具有设计值的静磁场，振动发生器不能维持规定的激振力，将变得不能使用。

鉴于上述现状，本发明的目的在于提供一种振动测试装置的振动发生器，以降低振动测试装置的整体功耗，并且即使在诸如增强振动发生器的激振力或谋求大型化的情况下也能保持规定的激振能力。

解决问题所需手段

为了解决上述现有技术中的问题而进行本发明。本发明的振动发生器包括搭载被测物体的可动部和具有磁路部件的固定部，

磁路部件包括磁铁和具有导磁性的磁轭，并被配置为在磁路部件的空隙部形成静磁场，

可动部具有驱动线圈，并在驱动线圈插入空隙部中的状态下被配置，

通过向驱动线圈施加驱动电流，从而对可动部提供所需的振动，

该振动发生器的特征在于，还包括：

冷却风机，用于冷却磁铁和驱动线圈中的至少一个；

控制装置，用于控制冷却风机的转速；以及

温度测量部，用于测量磁铁和驱动线圈中的至少一个的温度，

在控制装置中，根据通过温度测量部测量的磁铁和驱动线圈中的至少一个的温度，来控制冷却风机的转速。

在这种情况下，优选地，磁铁的一个磁极面与磁轭的中心磁极部件相对，并且磁铁的另一个磁极面与磁轭的磁轭部件的内周部磁耦合并固定。

另外，在本发明的振动发生器中，当通过温度测量部测量的磁铁和驱动线圈中的至少一个的温度低于预定的风机停止温度时，控制装置进行控制使得冷却风机停止工作。

另外，在本发明的振动发生器中，控制装置根据通过温度测量部测量的磁铁和驱动线圈中的至少一个的温度在预定时间中的上升量来计算温度上升的斜率，

当温度上升的斜率大于预定值时，所述控制装置进行控制使冷却风机工作。

另外，在本发明的振动发生器中，当通过温度测量部测量的磁铁和驱动线圈中的至少一个的温度高于预定的控制温度时，控制装置进行控制使冷却风机工作。

另外，本发明的振动发生器包括搭载被测物体的可动部和具有磁路部件的固定部，

磁铁的一个磁极面与磁轭的中心磁极部件相对，并且磁铁的另一个磁极面与磁轭的磁轭部件的内周部磁耦合并固定，

在磁铁的一个磁极面上和与该一个磁极面相对的磁轭的中心磁极部件的外周面上设置有铜环，

振动发生器还包括：

冷却风机，用于冷却磁铁、驱动线圈和铜环中的至少一个；

控制装置，用于控制冷却风机的转速；以及

温度测量部，用于测量磁铁、驱动线圈和铜环中的至少一个的温度，

在控制装置中，根据通过温度测量部测量的磁铁、驱动线圈和铜环中的至少一个的温度，来控制冷却风机的转速。

另外，在本发明的振动发生器中，当通过温度测量部测量的磁铁、驱动线圈和铜环中的至少一个的温度低于预定的风机停止温度时，控制装置进行控制使得冷却风机停止工作。

另外，在本发明的振动发生器中，控制装置根据通过温度测量部测量的磁铁、驱动线圈和铜环中的至少一个的温度在预定时间中的上升量来计算温度上升的斜率，

当温度上升的斜率大于预定值时，控制装置进行控制使得冷却风机工作。

另外，在本发明的振动发生器中，当通过温度测量部测量的磁铁、驱动线圈和铜环中的至少一个的温度高于预定的控制温度时，控制装置进行控制使得冷却风机工作。

发明的效果

根据本发明，由于使用磁铁代替励磁线圈而形成静磁场，因此无需使励磁电流流动，从而能够降低振动测试装置的整体功耗。

另外，由于通过使用磁铁不再产生在励磁电流流过励磁线圈的情况下所产生的热量，因此还能够抑制风机的转速，进而能够大幅降低振动测试装置的整体功耗。

而且，根据本发明，能够监测磁铁的温度，因此磁铁不会消磁，易于增强振动发生器的激振力或谋求大型化。

附图说明

图1是示出本实施例的振动发生器结构的概要结构图。

图2是示出具有图1的振动发生器的磁路部件结构的立体图。

图3是图2的磁路部件的纵截面图。

图4是示出图1的振动发生器的控制流程图。

图5是示出振动发生器10的工作时间与铜环28a、28b的温度之间关系的曲线图。

图6是示出磁路部件12的变形例的概要结构图。

图7是示出磁路部件12的其他变形例的概要结构图。

图8是示出振动发生器的激振力和功耗之间关系的曲线图。

图9是示出现有的振动发生器结构的概要结构图。

具体实施方式

以下，根据附图更详细地说明本发明的实施方式(实施例)。

图1是示出本实施例的振动发生器结构的概要结构图。图2是示出具有图1的振动发生器的磁路部件结构的立体图。图3是图2的磁路部件的纵截面图。图4是示出图1的振动发生器的控制流程的控制流程图。

如图1所示，本实施例的振动发生器10包括：固定部11，具有磁路部件12；可动部30，具有插入磁路部件12的空隙部24中的驱动线圈36；冷却风机44，用于冷却磁铁14和驱动线圈36；以及控制装置50，用于控制冷却风机44的转速。

如图2和3所示，磁路部件12例如包括由铁等构成的磁轭16、和产生通过该磁轭16的磁通量的磁铁14。另外，如图3所示，在本实施例中，磁轭16由磁轭部件18、底板部件20和中心磁极部件22构成。

另外，磁铁14的一个磁极面14a与中心磁极部件22相对，并且磁铁14的另一个磁极面14b与磁轭部件18的内周部磁耦合并固定。

根据上述结构，磁铁14的一个磁极面14a和中心磁极部件22的外周面22a之间的空隙成为由磁铁14和磁轭16构成的磁路的空气间隙(空隙部24)，而且在空隙部24中产生静磁场。

另外，在磁铁14的顶面设置有顶板26，该顶板26用于固定磁铁14并且减小向磁铁上方泄漏的漏磁通。而且，在磁铁14的一个磁极面14a上以及与该磁极面14a相对的中心磁极部件22的外周面22a的一部分上，设置有用于降低磁致伸缩的铜环28a、28b。

另外，在本实施例中，不对磁铁14进行特别的限定，例如可以使用诸如铁氧体磁铁的氧化物磁铁、诸如钕磁铁的稀土磁铁等。

另外，在本实施例中，将磁轭部件18、底板部件20和中心磁极部件22分别形成为分离部件，通过磁耦合并固定这些部件而构成磁轭16，但并不限于此，例如也可以将底板部件20和中心磁极部件22形成为一体部件，或可以将磁轭部件18和底板部件20形成为一体部件。当然，还可以将磁轭部件18、底板部件20和中心磁极部件22形成为一体部件来构成磁轭16。

另外，在本说明书中，即使在磁轭部件18和底板部件20是一体部件、底板部件20和中心磁极部件22是一体部件、以及磁轭部件18、底板部件20和中心磁极部件22是一体部件的情况下，但是出于方便，也分别称为磁轭部件18、底板部件20和中心磁极部件22。

另外，只要构成磁轭16(磁轭部件18、底板部件20和中心磁极部件22)的材料具有导磁性材料，则这些材料不受特别限制，例如优选为铁，更优选为碳含量较少的铁。

另外，磁铁14的一个磁极面14a与中心磁极部件22的外周面22a之间的空隙(空隙部24)的宽度只要能插入下述可动部30的驱动线圈32，则不受特别限制，但是通过尽可能地减小该宽度，则能够提高能量效率。

可动部30包括：搭载被测物体(图中未示出)的测试台33、联接可动部30和固定部11并保持可动部30处于可动状态的可动部悬架用弹簧34、和被插入磁轭16的空隙部24中的驱动线圈36。

另外，符号38表示用于保护可动部悬架用弹簧34的盖，符号40表示用于将可动部30限制在轴向的限制轴，符号42表示用于将可动部30限制在轴向的限制轴承。

另外，可动部30与功率放大器(图中未示出)连接，使为了向被测物体施加期望的激振力而所需的电流流过可动部30的驱动线圈36。

另外，底板部件20上安装有冷却用的贯通孔20a，固定部11和冷却风机44经由风机软管46连接。由此，可以冷却因流过驱动线圈36的电流而处于高温的驱动线圈36以及其周围的铜环28a、28b和磁铁14。

另外，在本实施例中，具有用于直接测量铜环28a、28b温度的温度测量部48。温度测量部48与控制装置50连接，以经常或定期向控制装置50发送铜环28a、28b的温度，而控制装置50根据铜环28a、28b的温度如下所述地控制冷却风机44的转速。

另外，在本实施例中，为了保护磁铁14而设置温度测量部48以直接测量铜环28a、28b的温度，但是也可以设置温度测量部48以直接测量磁铁14的温度。

另外，为了保护驱动线圈36，也可以设置温度测量部48以直接测量驱动线圈36的温度，当然也可以设置温度测量部48以直接测量铜环28a、28b和驱动线圈36的温度。

另外，还可以设置温度测量部48以测量通过冷却风机44从振动发生器10排出的排放气体的温度，从而间接测量铜环28a、28b和驱动线圈36的温度。

另外，也可以通过铜环28a、28b的温度来间接测量驱动线圈36的温度。

在由排放气体的温度间接测量铜环28a、28b和驱动线圈36的温度的情况下，例如，可以事先求出排放气体的温度与铜环28a、28b和驱动线圈36的温度之间的关系。另外，在由铜环28a、28b的温度间接测量驱动线圈36的温度的情况下也是如此。

下面，根据图4示出的控制流程图来说明控制装置50的工作。

振动发生器10工作的同时，通过温度测量部48开始测量铜环28a、28b的温度，在控制装置50中，根据所测量的温度开始控制冷却风机44(S10)。

另外，通过振动发生器10开始振动测试(S12)之前，在控制装置50中进行初始化(S11)，设定铜环28a、28b的控制温度。另外，可以根据例如磁铁14的居里温度或材质、振动发生器10的规模等适当地设定控制温度。

接着，通过温度测量部48测量铜环28a、28b的温度，将比控制温度低的预定温度(下文称为“风机停止温度”)与铜环28a、28b的温度进行比较(S13)。当铜环28a、28b的温度低于风机停止温度时，使冷却风机44停止(S26)。

另一方面，当铜环28a、28b的温度高于风机停止温度时，根据预定时间中的温度上升量，控制装置50计算温度上升的斜率(S14)，当温度上升的斜率大于预定值时(S15)，使冷却风机44开始工作(S17)。

温度上升的斜率小于预定值时，对铜环28a、28b的温度和控制温度(S16)进行比较，当铜环28a、28b的温度低于控制温度时，使冷却风机44停止(S26)。

另一方面，当铜环28a、28b的温度高于控制温度时，使冷却风机44开始工作(S17)。

接着，将铜环28a、28b的温度与比预设的控制温度高的预定温度(下文称为“异常检测温度”)进行比较(S18)。

当铜环28a、28b的温度高于异常检测温度时，使振动发生器10紧急停止(S19)，并结束冷却风机44的控制(S20)。

接着，判断振动测试是否结束(S21)，如果振动测试结束，则冷却风机44继续进行冷却工作，直到铜环28a、28b的温度低于风机停止温度为止(S22至S24)。

另外，当在铜环28a、28b冷却时，再次开始振动测试的情况下(S23)，则返回S13，对冷却风机44进行同样的控制。

当铜环28a、28b的温度降低至比风机停止温度低时，使冷却风机44停止(S26)。

在S20中，当判断继续振动测试时，比较铜环28a、28b的温度和风机停止温度(S25)，当铜环28a、28b的温度高于风机停止温度时，返回S17，继续冷却风机44的工作，当铜环28a、28b的温度低于风机停止温度时，使冷却风机44停止(S26)。

之后，返回S12进行控制，当铜环28a、28b的温度高于风机停止温度时，按照上述步骤进行冷却风机44的控制，实施铜环28a、28b的冷却。

另外，如下所述，可以根据铜环28a、28b的温度控制冷却风机44的转速。

图5是示出振动发生器10的工作时间与铜环28a、28b的温度之间的关系的曲线图。

如图5所示，当铜环28a、28b的温度上升且高于控制温度时，根据铜环28a、28b的温度与控制温度的差来提高冷却风机44的转速。

另一方面，当铜环28a、28b的温度下降且低于控制温度时，根据铜环28a、28b的温度与控制温度的差来降低冷却风机44的转速。

这样，通过控制冷却风机44的转速，可以进行冷却控制以使得铜环28a、28b的温度成为控制温度。

另外，在本实施例中，虽然根据铜环28a、28b的温度来控制冷却风机44的转速，但是例如在测量驱动线圈36的温度的情况下，也可以根据驱动线圈36的温度来控制冷却风机44的转速。

另外，在测量铜环28a、28b的温度和驱动线圈36的温度的情况下，可以根据铜环28a、28b的温度和驱动线圈36的温度中的较高温度来控制冷却风机44的转速。

以上，说明了本发明的优选实施方式，但是本发明不限于此，例如，在上述实施例中，磁铁14的一个磁极面14a与中心磁极部件22相对，并且磁铁14的另一个磁极面14b与磁轭部件18的内周部磁耦合且固定，但是磁铁14的位置不限于此。

图6是示出磁路部件12的变形例的概要结构图。在该变形例的磁路部件12中，将磁铁14的一个磁极面14a与磁轭部件18磁耦合并固定，而将磁铁14的另一个磁极面14b与底板部件20磁耦合并固定。

图7是示出磁路部件12的其他变形例的概要结构图。在该变形例的磁路部件12中，磁轭部件18和底板部件20一体形成，磁铁14配置在底板部件20和中心磁极部件22之间。

在如图6和图7的结构的情况下，磁通通过磁路部件12，并且在空隙部24中产生静磁场。这样，在不脱离本发明目的的范围内，可以进行各种变更。

实施例

图8是示出振动发生器的激振力和功耗之间的关系的曲线图。

在图8中，作为实施例示出的曲线图表示上述实施例的振动发生器10中的激振力[N]和功耗[kW](驱动线圈36的功耗+冷却风机44的功耗)之间的关系。

另外，在图8中，作为比较例示出的曲线图表示现有的振动发生器100中的激振力[N]和功耗[kW](励磁线圈118的功耗+驱动线圈108的功率+冷却风机的功耗)之间的关系。

根据图8明确可知，本发明的振动发生器与现有的振动发生器相比能够大幅降低功耗。

附图标记说明

10 振动发生器

11 固定部

12 磁路部件

14 磁铁

14a 一个磁极面

14b 另一个磁极面

16 磁轭

18 磁轭部件

20 底板部件

20a 贯通孔

22 中心磁极部件

22a 外周面

24 空隙部

26 顶板

28a、28b 铜环

30 可动部

32 驱动线圈

33 测试台

34 可动部悬架用弹簧

36 驱动线圈

38 盖

40 限制轴

42 限制轴承

44 冷却风机

46 风机软管

48 温度测量部

50 控制装置

100 振动发生器

102 可动部

104 测试台

106 可动部悬架用弹簧

108 驱动线圈

110 盖

111 限制轴

112 限制轴承

114 固定部

116 磁轭

118 励磁线圈

120 冷却风机

122 风机软管

Claims

1.一种振动发生器，包括搭载被测物体的可动部和具有磁路部件的固定部，其中，

所述磁路部件包括磁铁和具有导磁性的磁轭，并被配置为在所述磁路部件的空隙部形成静磁场，

所述可动部具有驱动线圈，并在所述驱动线圈插入所述空隙部中的状态下被配置，

通过向所述驱动线圈施加驱动电流，从而对所述可动部提供所需的振动，

所述振动发生器的特征在于，还包括：

冷却风机，用于冷却所述磁铁和所述驱动线圈中的至少一个；

控制装置，用于控制所述冷却风机的转速；以及

温度测量部，用于测量所述磁铁和所述驱动线圈中的至少一个的温度，

在所述控制装置中，根据通过所述温度测量部测量的所述磁铁和所述驱动线圈中的至少一个的温度，来控制所述冷却风机的转速。

2.如权利要求1所述的振动发生器，其特征在于：所述磁铁的一个磁极面与所述磁轭的中心磁极部件相对，并且所述磁铁的另一个磁极面与所述磁轭的磁轭部件的内周部磁耦合并固定。

3.如权利要求1或2所述的振动发生器，其特征在于：当通过所述温度测量部测量的所述磁铁和所述驱动线圈中的至少一个的温度低于预定的风机停止温度时，所述控制装置进行控制使得所述冷却风机停止工作。

4.如权利要求1至3的任一项所述的振动发生器，其特征在于：所述控制装置根据通过所述温度测量部测量的所述磁铁和所述驱动线圈中的至少一个的温度在预定时间中的上升量来计算温度上升的斜率，

当所述温度上升的斜率大于预定值时，所述控制装置进行控制使所述冷却风机工作。

5.如权利要求1至4的任一项所述的振动发生器，其特征在于：当通过所述温度测量部测量的所述磁铁和所述驱动线圈中的至少一个的温度高于预定的控制温度时，所述控制装置进行控制使所述冷却风机工作。

6.一种振动发生器，包括搭载被测物体的可动部和具有磁路部件的固定部，

所述振动发生器的特征在于：

所述磁铁的一个磁极面与所述磁轭的中心磁极部件相对，并且所述磁铁的另一个磁极面与所述磁轭的磁轭部件的内周部磁耦合并固定，

在所述磁铁的一个磁极面上和与所述一个磁极面相对的所述磁轭的中心磁极部件的外周面上设置有铜环，

所述振动发生器还包括：

冷却风机，用于冷却所述磁铁、所述驱动线圈和所述铜环中的至少一个；

控制装置，用于控制所述冷却风机的转速；以及

温度测量部，用于测量所述磁铁、所述驱动线圈和所述铜环中的至少一个的温度，

在所述控制装置中，根据通过所述温度测量部测量的所述磁铁、所述驱动线圈和所述铜环中的至少一个的温度，来控制所述冷却风机的转速。

7.如权利要求6所述的振动发生器，其特征在于：当通过所述温度测量部测量的所述磁铁、所述驱动线圈和所述铜环中的至少一个的温度低于预定的风机停止温度时，所述控制装置进行控制使所述冷却风机停止工作。

8.如权利要求6或7所述的振动发生器，其特征在于：所述控制装置根据通过所述温度测量部测量的所述磁铁、所述驱动线圈和所述铜环中的至少一个的温度在预定时间中的上升量来计算温度上升的斜率，

9.如权利要求6至8的任一项所述的振动发生器，其特征在于：当通过所述温度测量部测量的所述磁铁、所述驱动线圈和所述铜环中的至少一个的温度高于预定的控制温度时，所述控制装置进行控制使所述冷却风机工作。