DE69831654T2

DE69831654T2 - Magnetischer Mechanismus zur Erzeugung von Vibrationen

Info

Publication number: DE69831654T2
Application number: DE69831654T
Authority: DE
Inventors: Etsunori Hiroshima-shi Fujita; Hiroki Hiroshima-shi Honda
Original assignee: Delta Tooling Co Ltd
Current assignee: Delta Tooling Co Ltd
Priority date: 1998-05-05
Filing date: 1998-05-05
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2018-05-06
Also published as: DE69831654D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(Gebiet der Erfindung)
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Wesentlichen auf einen Mechanismus zur Erzeugung horizontaler oder vertikaler Schwingungen, und im Speziellen, aber nicht ausschließlich auf einen schwingungserzeugenden Mechanismus zur Erzeugung von Schwingungsenergie in entweder horizontaler oder vertikaler Richtung unter Verwendung der Abstoßungskräfte einer Mehrzahl von Permanentmagneten.
(Beschreibung des Standes der Technik)
Ein Erregungs- oder Schwingungserzeuger wurde dazu verwendet, künstlich eine Schwingung zu erzeugen, um die Schwingungseigenschaften einer Struktur zu untersuchen. Erreger elektromotorischer Art oder solche, die eine nicht ausgewuchtete Masse oder eine Nocke verwenden, sind bekannt.
Ein Erreger, der einen Verbindungsmechanismus, wie beispielsweise eine Kurbel, verwendet, muss jedoch einen relativ großen Antriebsmotor haben, da eine Belastung direkt auf den Antriebsmotor aufgebracht wird, während ein Erreger elektromotorischer Art keine geringen Frequenzen abdecken kann.
Zudem ist, da herkömmliche Erreger üblicherweise sehr groß sind, nicht nur ein relativ großer Platz, sondern eine zeitaufwändige Montage nötig. Zudem erzeugen herkömmliche Erreger eine große Menge an Hitze und benötigen so eine Zwangsbelüftung durch einen Ventilator oder eine ähnliche Vorrichtung, was zu dem Problem führt, dass keine Geräuschauswertung durchgeführt werden kann.
Zusätzlich werden, da die herkömmlichen Erreger im Wesentlichen einen komplizierten Aufbau aufweisen und folglich schwer und teuer sind, leichte und preiswerte Erreger gewünscht.
Die DE-A-31 17 377 beschreibt einen Mechanismus, der eine horizontale Bewegung in eine vertikale Bewegung umwandelt, mit einem ersten und einem zweiten Permanentmagneten, die in vertikaler Richtung voneinander beabstandet sind, wobei sich gleiche magnetische Pole gegenüberliegen, mit einer Antriebsquelle zum horizontalen Antreiben des ersten Magneten, wobei eine gegenüberliegende Fläche des ersten und des zweiten Permanentmagneten verändert wird, wenn die Antriebsquelle den ersten Magneten periodisch und relativ zum zweiten Magneten hin- und herbewegt, wodurch der zweite Permanentmagnet in einer vertikalen Richtung relativ zu dem ersten Permanentmagneten in Schwingung versetzt wird.
Die EP 0 833 074 A1 offenbart ein Gleitprinzipmodell, in dem ein unterer Permanentmagnet horizontal verschiebbar auf einer Basis montiert ist, während ein oberer Permanentmagnet auf einem Schlitten vertikal verschiebbar montiert ist. Folglich reagieren die beiden sich gegenüberliegenden Permanentmagneten auf Eingabe-/Ausgabearbeitcharakteristika, indem der Abstand zwischen beiden oder den sich gegenüberliegenden Flächen der beiden geändert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die oben genannten Nachteile zu beseitigen.
Es ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen schwingungserzeugenden Mechanismus zur Verfügung zu stellen, mit einer Mehrzahl integrierter Permanentmagnete zur kompakten und preiswerten Realisierung eines Erregers mit minimaler Geräuschemission.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den oben beschriebenen schwingungserzeugenden Mechanismus zur Verfügung zu stellen, der einen einfachen Aufbau aufweist und der leicht unter geringen Kosten hergestellt werden kann.
Unter Berücksichtigung des oben genannten und anderer Aufgaben wird ein schwingungserzeugender Mechanismus, wie im beiliegenden, unabhängigen Anspruch 1 definiert, zur Verfügung gestellt. Eine bevorzugte Ausführungsform ist im abhängigen Anspruch definiert.
Der schwingungserzeugende Mechanismus umfasst einen ersten und einen zweiten Permanentmagneten, die derart zueinander beabstandet sind, dass sich gleiche magnetische Pole einander gegenüberliegen, einen Verbindungsmechanismus, der mit dem ersten Permanentmagneten gekoppelt ist, und eine Antriebsquelle zum Antreiben des ersten Permanentmagneten über den Verbindungsmechanismus.
Bei dieser Ausführung wird, wenn die Antriebsquelle den ersten Permanentmagneten periodisch und relativ zum zweiten Permanentmagneten hin- und herbewegt, die gegenüberliegende Fläche des ersten und des zweiten Permanentmagneten verändert, was bewirkt, dass der zweite Permanentmagnet relativ zu dem ersten Permanentmagneten schwingt.
Da auch eine auf dem zweiten Permanentmagneten aufgebrachte Last zusammen mit dem zweiten Permanentmagneten unter Ausnutzung der Abstoßungskräfte, die zwischen dem ersten und dem zweiten Permanentmagneten wirken, in Schwingung versetzt werden kann, kann unter geringen Kosten leicht ein relativ kompakter, schwingungserzeugender Mechanismus mit reduzierter Geräuschemission hergestellt werden.
Der erste und der zweite Permanentmagnet sind vertikal voneinander beabstandet. Ein erstes Paar Permanentmagnete und ein zweites Paar Permanentmagnete sind auf den entsprechenden Seiten des ersten und zweiten Permanentmagneten angeordnet. Jedes der ersten und zweiten Paare Permangentmagnete sind vertikal derart beabstandet, dass sich die gleichen Magnetpole einander gegenüberliegen. Da sich eine vertikal auf dem zweiten Permanentmagnet aufgebrachte Last mittels der Abstoßungskräfte des ersten und zweiten Paars Permanentmagnete stützen lässt, kann der schwingungserzeugende Mechanismus auch mit einer relativ großen beaufschlagten Last eine gewünschte Schwingung erzeugen.
Vorteilhafterweise umfasst der schwingungserzeugende Mechanismus einen Lastjustierer, der mit dem Verbindungsmechanismus gekoppelt ist, um eine auf den ersten Permanentmagneten ausgeübte, horizontale Last auszugleichen. Durch den Lastjustierer ist es nicht nötig, die Antriebskräfte der Antriebsquelle zu vergrößern, wodurch es möglich ist, den schwingungserzeugenden Mechanismus kompakt auszubilden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Obige und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aufgrund der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen verdeutlicht, wobei gleichwirkende Teile durch dieselben Bezugsziffern bezeichnet werden.
Hierbei zeigen:
1 ein schematisches Diagramm einer magnetischen Feder, die auf einen schwingungserzeugenden Mechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebracht ist, die insbesondere Gleichgewichtspositionen zweier Permanentmagneten auf der Eingabeseite und der Ausgabeseite zeigt;
2 ein Diagramm der Grundcharakteristika der magnetischen Feder aus 1, das insbesondere den Zusammenhang zwischen der auf einen der beiden Permanentmagnete aufgebrachten Belastung und dessen Auslenkung aus der Gleichgewichtsposition zeigt;
3 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der gemessenen Belastung und der Auslenkung zeigt;
4A ein schematisches Diagramm, das den Gedankengang bezüglich Eingabe und Ausgabe in einem Ladungsmodell zeigt, davon ausgehend, dass magnetische Ladung gleichmäßig auf die Endflächen der Permanentmagnete verteilt ist, und das insbesondere die Anziehung darstellt;
4B ein Diagramm ähnlich zu 4A, das aber insbesondere die Abstoßung darstellt;
4C ein Diagramm ähnlich zu 4A, das aber insbesondere die Abstoßung an Positionen darstellt, die zu den in 4B gezeigten Positionen unterschiedlich sind;
5 ein schematisches Diagramm, das gegenseitig beabstandete Permanentmagnete zeigt, wobei die gleichen magnetischen Pole einander gegenüberliegen und das zudem den Fall zeigt, bei dem einer der Permanentmagnete relativ zum anderen bewegt wird (um die gegenüberliegende Fläche desselben zu verändern);
6 ein Diagramm, das die Belastung in X-Achsen- und Z-Achsenrichtung relativ zur Bewegungsmenge in X-Achsenrichtung zeigt, wenn die Berechnung, basierend auf 5, durchgeführt wurde;
7 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Belastung und der Auslenkung zeigt, wenn der Abstand zwischen den Permanentmagneten gemäß 5 konstant gehalten wird und einer der Magneten relativ zum anderen aus dem vollständig verschobenen Zustand in den vollständig überlappenden Zustand und erneut in den vollständig verschobenen Zustand bewegt wird;
8 ein schematisches Diagramm, das gegeneinander beabstandete Permanentmagnete zeigt, mit den gleichen magnetischen Polen einander gegenüberliegend, wobei zudem der Fall gezeigt ist, in dem einer der Magneten relativ zum anderen gedreht wird (um die gegenüberliegende Fläche desselben zu verändern);
9 ein Diagramm, das die maximale Belastung relativ zur gegenüberliegenden Fläche zeigt, wenn einer der Magneten, wie in 8 gezeigt, gedreht ist;
10 ein Diagramm, das eine Abhängigkeit zwischen der Belastung und dem Abstand zwischen den Magneten zeigt, wenn Neodym basierte Magneten verwendet werden;
11 eine perspektivische Ansicht eines Gleitprinzipmodells, bei dem die geometrischen Abmessungen zwischen den beiden Permanentmagneten durch das Verändern der gegenüberliegenden Fläche verändert werden;
12 ein Diagramm, das eine Abhängigkeit zwischen der vom Gleitprinzipmodell gemäß 11 erhaltenen Eingabe und Ausgabe zeigt;
13 eine schematische, perspektivische Ansicht eines ersten schwingungserzeugenden Mechanismus, auf den das Gleitprinzipmodell gemäß 11 angewendet ist;
14 eine schematische Ansicht eines mechanischen Modells des schwingungserzeugenden Mechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung;
15 ein Blockdiagramm, das eine Closed-Loop-Steuerung zeigt, wenn ein VCM als Antriebsquelle für den schwingungserzeugenden Mechanismus verwendet und mit Sinuswellen betrieben wird;
16 ein Diagramm der als Antriebswellen verwendeten Sinuswellen; und
17 ein Diagramm ähnlich zu 16, wobei dargestellt ist, dass Zufallswellen als Antriebswellen verwendet werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter Bezug auf die Zeichnungen werden im Folgenden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wenn eine magnetische Federstruktur aus wenigstens zwei beabstandeten Permanentmagneten gebildet ist, wobei gleiche magnetische Pole sich einander gegenüberliegen, sind die beabstandeten Permanentmagnete miteinander in keinem Kontakt gehalten. Folglich sind, wenn der Reibungsverlust der Struktur selbst ignoriert wird, die statischen Eigenschaften derselben reversibel, das bedeutet beispielsweise, dass die Ausgabe (return) der Eingabe (go) entspricht und nicht linear ist. Zudem kann eine negative Dämfung einfach dadurch erreicht werden, indem das magnetische Feld (die Anordnung der Magneten) mit einer geringen Eingabemenge verändert wird, unter Verwendung des Freiheitsgrades, der insbesondere bei dem Nicht-Kontaktpaar zu eigen ist, und der Instabilität des Gleitsteuersystems.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung dieses Punktes entwickelt. Beim Zeitpunkt der Eingabe (go) und dem Zeitpunkt der Ausgabe (return) werden die geometrischen Abmessungen zwischen den beiden Permanentmagneten durch einen Mechanismus innerhalb eines kinetischen Systems, in denen die Permanentmagneten platziert sind, oder durch eine externe Kraft verändert. Die Veränderung in den geometrischen Abmessungen wird in eine Abstoßungskraft im kinetischen System umgewandelt, um die Abstoßungskraft aus der Gleichgewichtsposition der zwei Permanentmagnete zum Zeitpunkt der Ausgabe größer zu machen als zum Zeitpunkt der Eingabe.
Die wesentlichen Prinzipien werden im Folgenden beschrieben.
1 zeigt schematisch die ausgeglichenen Positionen zweier Permanentmagnete 2 und 4 auf der Ausgabeseite und der Eingabeseite, während 2 die wesentlichen Merkmale der magnetischen Federstruktur darstellt, und die Beziehung zwischen der auf einen der beiden Magneten aufgebrachten Belastung und der Auslenkung desselben aus der Gleichgewichtsposition zeigt.
Wie in 1 gezeigt, wird, wenn die Gleichgewichtsposition des Permanentmagneten 4 auf der Eingabeseite relativ zum Permanentmagneten 2 und die Federkonstante der Magnetfeder x₀ bzw. k1 beträgt, und die Gleichgewichtsposition derselben auf der Ausgabeseite und die Federkonstante x₁ bzw. k2 beträgt, eine Bereichumsetzung zwischen x₀ und x₁ durchgeführt, wobei die folgenden Beziehungen bezüglich der Gleichgewichtspositionen eingehalten werden. –k1/x0 + mg = 0 -k2/x1 + mg = 0 k2 > k1
Folgich zeigen die statischen Merkmale negative Dämpfungsmerkmale, wie in 2 gezeigt, wobei es absehbar ist, dass der potentielle Unterschied zwischen der Position x₁ und der Position x₀ mit der potentiellen Schwingungsenergie korrespondiert.
Es wurde ein Modell gemäß 1 hergestellt und eine Beziehung zwischen der Belastung und der Auslenkung gemessen, indem die Zeit, während der die Belastung gemessen wurde, verändert wurde. Als Resultat wurde ein Diagramm gemäß 3 erhalten, das derart interpretiert werden kann, dass, wenn die beiden Permanentmagneten 2 und 4 sich ihrer nähesten Position nähern, eine große Abstossungskraft gebildet wird, und dass, wenn sich die Auslenkungsmenge aus der Gleichgewichtsposition allmählich ändert, eine Reibungskraft durch einen Dämpfungseffekt der magnetischen Feder gebildet wird, wodurch ein Dämpfungszeitraum gebildet wird.
In 3 stellt (a) eine Kurve dar, die erhalten wird, wenn eine konstante Belastung aufgebracht wird, wobei die Zeit, während der die Belastung aufgebracht wird, gemäß der Reihenfolge (a), (b) und (c) kürzer wird. Mit anderen Worten, variieren die statischen Merkmale gemäß der Art und Weise, in der die Belastung aufgebracht wird, wobei der Impuls ist umso größer ist, je länger die Zeit ist in der die Belastung aufgebracht wird.
Bei Seltene-Erden-Magneten hängt die Stärke der Magnetisierung nicht vom magnetischen Feld ab. Genauer gesagt ändert sich, da das interne, magnetische Moment nicht einfach durch das magnetische Feld beeinflusst wird, die Stärke der Magnetisierung auf einer Entmagnetisierungskurve kaum, wobei der Wert im Wesentlichen derselbe ist wie der der Sättigungsmagnetisierung. Folglich kann im Falle der Seltene-Erde-Magneten die Kraft unter Verwendung eines Ladungsmodells unter der Annahme berechnet werden, dass die magnetische Belastung gleichmäßig auf ihren Oberflächen verteilt ist.
4 zeigt den Gedankengang, in dem ein Magnet als ein Satz kleinster Elementmagnete definiert wird. Die Beziehung der Kräfte, die zwischen den Elementmagneten wirken, wird mittels einer Dreier-Klassifikation derselben berechnet.

(a) Anziehung (da die Elementmagnete sowohl in r als auch in m identisch sind, werden zwei Typen durch einen definiert) f(1) = (m2/r2) dx1dy1dx2dy2 fx (1) = f(1)cosθ fz (1) = f(1)sinθ
(b) Abstoßung fx (2) = f(2)cosθ fz (2) = f(2)sinθ
(c) Abstoßung fx (3) = f(3)cosθ fz (3) = f(3)sinθ Folglich, –fx = 2fx (1) – fx (2) – fx (3) –fz = 2fz (1) – fz (2) – fz (3)

Darauf wird Coulomb's Gesetz ausgedrückt durch: F = k(q1q2/r2) q = MS

r:: Abstand
q1, q2:: magnetische Ladung
M(m):: Stärke der Magnetisierung
S:: Fläche

Die Kräfte können erzielt werden, indem obiges (–f_x) und (–f_Z) mit Bezug auf den Bereich der Magnetgröße integriert werden.
Wie in 5 gezeigt, wird die Berechnung für jeden magnetischen Spalt ausgeführt, indem einer der beiden, sich gegenüberliegenden Magneten relativ zum anderen aus der Stellung, in der sie sich komplett überlappen (die Länge der Bewegung beträgt x = 0 mm) in die Stellung bewegt wird, in der einer der beiden komplett verschoben ist (die Länge der Bewegung beträgt x = 50 mm). Das Berechnungsergebnis ist in 6 dargestellt. Obwohl die interne magnetische Bewegung als konstant definiert ist, ist es relativ korrekt, da um die Magneten Unordnung verursacht wird, wenn der Magnetspalt schmal ist.
Die oben genannten Berechnungsergebnisse stimmen im Wesentlichen mit den Ergebnissen aktueller Messungen überein. Die Kraft, die dazu nötig ist, in 2 den Punkt (a) zum Punkt (b) zu bewegen, ist die X-Achsenbelastung, während die Ausgabe durch die Z-Achsenbelastung repräsentiert wird. Die durch die Instabilität verursachte Beziehung Eingabe < Ausgabe ist statisch klargestellt.
7 zeigt eine Grafik, die eine Beziehung zwischen der X-Achsenbelastung und der Z-Achsenbelastung zeigt, wenn der Abstand zwischen den Magneten mit 3 mm beibehalten wird, wobei die Magnetbedingungen von der komplett verschobenen Stellung in die komplett überlappte Stellung und wieder in die komplett verschobene Stellung geändert wird. Dieses Diagramm zeigt eine charakteristische Kurve, die zeigt, dass der absolute Wert der X-Achsenbelastung derselbe ist, wobei allerdings die Ausgaberichtung umgedreht ist. Wenn einer der Magneten relativ zum anderen bewegt wird, um die komplett überlappte Stellung zu erreichen, wirkt auf den erstgenannten ein Widerstand, was in einer Dämpfung resultiert. Wenn andererseits einer der Magneten sich relativ zum anderen von der kompletten überlappten Stellung in die komplett verschobene Stellung bewegt, wird der erstgenannte beschleunigt.
Wenn der Rotationswinkel der sich gegenüberliegenden Magnete wie in 8 geändert wird, wird ein Diagramm gemäß 9 erhalten. Infolgedessen verringert sich die maximale Belastung, wenn sich die gegenüberliegenden Flächen verringern. Dieses Diagramm zeigt, dass die Ausgabe über eine Flächenumwandlung verändert werden kann, die durch das Aufbringen einer bestimmten Eingabe durchgeführt werden kann.
10 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Belastung und dem Abstand zwischen den Magneten darstellt, wenn Neodym basierende Magneten verwendet werden. Mit Massenzunahme erhöht sich die Abstoßungskraft. Die Abstoßungskraft F wird gebildet durch: F ∝ Br2 x (geometrische Abmessungen)

Br:: Magnetisierungsstärke

Die geometischen Abmessungen bedeuten die Größe, ermittelt über den Abstand der sich gegenüberliegenden Magneten, die sich gegenüberliegenden Flächen, der magnetischen Flussdichte, der Stärke des magnetischen Feldes oder ähnliches. Wenn das Magnetmaterial dasselbe ist, ist die Stärke der Magnetisierung (Br) konstant, wodurch folglich die Abstoßungskraft der Magnete durch eine Veränderung der geometrischen Abmessungen verändert werden kann.
11 zeigt ein Gleitprinzipmodell, wobei die geometrischen Abmessungen durch das Verschieben eines von zwei Permanentmagnete 2, 4 relativ zum anderen verändert wird, um die sich gegenüberliegende Fläche zu verändern.
Wie in 11 gezeigt, ist der Permanentmagnet 2 verschiebbar auf einer Basis 6 montiert, an die ein linearer Schlitten 8 so befestigt ist, dass er sich vertikal erstreckt. Ein L-förmiges Element 10 ist vertikal verschiebbar auf dem linearen Schlitten 8 befestigt. Der Permanentmagnet 4 ist an der Unterseite des L-förmigen Elements 10 so befestigt, dass es dem Permanentmagnet 2 so gegenübersteht, dass sich dieselben magnetischen Pole einander gegenüberliegen.
Im Gleitprinzipmodell der oben beschriebenen Ausführung wurde, wenn Permanentmagnete der Größe 50 mmL × 25 mmW × 10 mmH (Markenname: NEOMAX-39SH) als Permanentmagnete 2, 4 verwendet wurden, und eine Belastung mit einem Totalgewicht von ungefähr 3.135 kg verwendet wurde, und wenn der Permanentmagnet 2 relativ zum Permanentmagnet 4 verschoben wurde, ein Diagramm enthalten, wie es in 12 dargestellt ist.
Das Diagramm gemäß 12 zeigt die Beziehung zwischen experimentellen Werten der Eingabearbeit und der der Ausgabearbeit. Wie dort erkenntlich, wird eine Ausgabearbeit von ungefähr 4J aus einer Eingabearbeit von ca. 0,5J erreicht. Das bedeutet, dass eine relativ große Ausgabearbeit aus einer relativ kleinen Eingabearbeit erzielt werden kann, indem die negativen Dämpfungseigenschaften verwendet werden, die die aus den sich einander gegenüberliegenden Permanentmagneten 2, 4 aufgebaute magnetische Feder aufweist, oder indem die statische, magnetische Energie geändert wird.
13 zeigt einen ersten schwingungserzeugenden Mechanismus, auf dem das Gleitprinzipmodell, das oben beschrieben wurde, angewendet wurde.
Der schwingungserzeugende Mechanismus gemäß 13 umfasst einen verschiebbaren ersten Permanentmagneten 12, einen vertikal bewegbaren, sekundären Permanentmagneten 14, der in einem bestimmten Abstand vom ersten Permanentmagneten 12 beabstandet ist, einen Verbindungsmechanismus 16, der mit dem ersten Permanentmagneten 12 gekoppelt ist, und eine Antriebsquelle 18, wie beispielsweise einen Linearmotor (VCM) zum Verschieben des ersten Permanentmagneten 12 mittels des Verbindungsmechanismus 16. Die ersten und zweiten Permanentmagnete 12, 14 sind mit denselben (abstoßenden) magnetischen Polen einander gegenüberliegend platziert. Der Verbindungsmechanismus 16 umfasst einen Stab 20, der mit seinem einen Ende am ersten Permanentmagnet 12 befestigt ist, wobei ein erster Hebel 22 verschwenkbar mit seinem einen Ende an einem mittleren Bereich des Stabes 20 befestigt ist, ein zweiter Hebel 24 verschwenkbar mit seinem einen Ende an dem anderen Ende des ersten Hebels 22 befestigt ist, und ein dritter Hebel 26 verschwenkbar mit seinem einen Ende an einem mittleren Bereich des ersten Hebels 22 befestigt ist. Das andere Ende des zweiten Hebels 24 ist verschwenkbar beispielsweise mit einer Basisplatte 28 verbunden, während das andere Ende des dritten Hebels 26 verschwenkbar mit einem Schwingkolben 18a der Antriebsquelle 18 verbunden ist. Das andere Ende des Stabes 20, das vom ersten Permanentmagneten 12 entfernt liegt, ist lose innerhalb eines Stabhalters 30 aufgenommen, wobei eine als ein Lastjustierer verwendete Feder 34 zwischen dem Stabhalter 30 und einem Anschlag 32, der am Stab 20 befestigt ist, um den Stab 20 herumgewickelt ist.
In der oben beschriebenen Ausführung wird der zweite Permanentmagnet 14 vertikal hin- und herbewegt, wenn der erste Permanentmagnet 12 in horizontaler Richtung durch die Antriebsquelle 18 über den Verbindungsmechanismus 16 mit einer auf dem zweiten Permanentmagneten 14 aufgebrachten Belastung W hin und her bewegt wird. Das bedeutet, dass der schwingungserzeugende Mechanismus gemäß 13 Erregung verursacht und eine vertikale, periodische Schwingung durch das Verändern der gegenüberliegenden Fläche der beiden Permanentmagneten 12, 14 verursacht.
Ein Paar Permanentmagnete 36, 38 mit denselben magnetischen Polen einander gegenüberliegend und ein anderes Paar Permanentmagnete 40, 42 mit denselben magnetischen Polen einander gegenüberliegend können auf den entsprechenden Seiten der beiden Permanentmagneten 12, 14 in Übereinstimmung mit der Größe der Belastung W, die auf den zweiten Permanentmagneten 14 aufgebracht wird, angeordnet werden. Bei dieser Ausführung wird, wenn der zweite Permanentmagnet 14 und die Permanentmagneten 38, 42 auf den entsprechenden Seiten desselben, beispielsweise an einer Oberplatte, die vertikal bewegbar auf der Basisplatte 28 über eine Mehrzahl von sich vertikal erstreckenden Schäften gesichert ist, die Belastung W einer periodischen Schwingung unterworfen.
Genauer gesagt unterstützen die stationären Magneten 36, 38, 40, 42 die Belastung W, während eine Gleitbewegung des Erregermagneten (des ersten Permanentmagneten 12) die vertikale Schwingung verursacht. Zu diesem Zeitpunkt werden der Gleichgewichtspunkt des zweiten Permanentmagneten 14 relativ zum ersten Permanentmagneten 12 und die Amplitude des zweiten Permanentmagneten 14 vorläufig durch die Volumen der ersten und zweiten Permanentmagnete 12, 14 festgelegt. Die Menge an Hub des Erregermagneten 12 wird in Abhängigkeit einer Last-Ablenkungskurve, der Amplitude und der geladenen Masse festgelegt. Das Zentrum des Hubs des Erregermagneten 12 ist eine Referenzposition, um eine Neutralposition der Antriebsquelle 18 festzulegen. Die Bestimmung von solch einer Neutralposition wird durch das Festlegen eines "Belastungstals" mit der Hilfe eines Hilfsmechanismus, wie einer Lastjustiererfeder 34 oder eines ähnlichen Mechanismus getätigt. Das "Belastungstal" schafft einen Gleichgewichtspunkt, indem eine über den zweiten Permanentmagneten 14 auf den Erregermagneten 12 aufgebrachte, horizontale Last durch den Hilfsmechanismus für die Antriebsquelle 18 ausgelöscht wird.
Weiter wird der obere Totpunkt und der untere Totpunkt des zweiten Permanentmagneten 14 in Abhängigkeit der Menge an Hub des Erregermagneten 12 in horizontaler Richtung festgelegt, während vertikale und horizontale Belastungen jeweils an den oberen und unteren Totpunkten in Abhängigkeit der Menge an Überlappung des Erregermagneten 12 relativ zum zweiten Permanentmagneten 14 und durch die Spaltgröße dazwischen bestimmt werden. Die Federkonstante des Hilfsmechanismus der Antriebsquelle 18 wird in Abhängigkeit der Horizontallast jeweils am oberen und unteren Totpunkt bestimmt.
Der schwingungserzeugende Mechanismus gemäß 13 wird wie folgt gesteuert.
Sinuswellen, Zufallswellen oder ähnliche werden üblicherweise als Antriebswellen für die Antriebsquelle 18, 52 verwendet. Wie in einem mechanischen Modell gemäß 14 gezeigt ist, wird ein Sensor, wie beispielsweise ein Potentiometer zur Messung der Bewegung der Antriebsquelle 18, 52 benötigt, um die Position oder die Beschleunigung der überwachten Antriebsquelle 18, 52 rückmeldend zu steuern.
Wenn die Sinuswellen als Antriebswellen verwendet werden, wird ein Positionssensor, wie beispielsweise ein Drehgeber oder ein Potentiometer benötigt, um die Bewegung der Erregerplattform (die Oberplatte 44 in 13) zu detektieren, um anschließend deren Amplitude zu steuern, während ein Beschleunigungssensor benötigt wird, die Beschleunigung der Erregerplattform zu detektieren, um anschließend deren Beschleunigung zu steuern. Wenn andererseits Zufallswellen als Antriebswellen verwendet werden, wird ein Positionssensor, wie beispielsweise ein Drehgeber oder ähnlicher benötigt, um die Bewegung der Erregerplattform zu detektieren.
15 zeigt ein Blockdiagramm, das einen geschlossenen Regelkreis zeigt, wenn ein VCM als Antriebsquelle 18, 52 verwendet wird und mit den in 16 gezeigten Sinuswellen gesteuert wird.
In 17 werden Daten zuerst von einem Sinuswellentisch 76 an einen Digital-Analogkonverter (D/A) 78 mit einem festgelegten Timing (beispielsweise jede Millisekunde) ausgegeben, und ein Spannungswert des D/A 78 in einen Verstärker 80, beispielsweise einen Pulsweitenmodulations-PWM-Steuerverstärker eingegeben, wodurch der VCM 18, 52 angetrieben wird. Ein Komparator 84 vergleicht die Ausgabe des Sinuswellentisches 76 mit einem Wert, der durch ein Potentiometer 82 angezeigt wird, das mit dem VCM 18, 52 verbunden ist, wobei ein Unterschied zwischen den beiden an den D/A 78 ausgegeben wird, so dass der VCM 18, 52 an eine Zielposition bewegt wird.
Der Sinuswellentisch 76 kann elektrisch beispielsweise mit einem Personalcomputer verbunden sein. In diesem Fall verursacht ein START-Befehl des Personalcomputers den Sinuswellentisch 76, bestimmte Sinuswellen auszugeben und mit der Ausgabe fortzufahren, bis ein STOP- oder CLEAR-Befehl empfangen wird.
Zufallswellen, wie sie in 17 gezeigt sind, können als Antriebswellen verwendet werden. In diesem Fall wird, basierend auf einem von einem Computer gesendeten START-Befehl ein Amplitudenwert vom Verstärker 80 an den VCM 18, 52 nach einem bestimmten Timung ausgegeben, für eine anschließende geschlossene Regelkreissteuerung, in der der VCM 18, 52 in die Zielposition gesetzt wird. Diese Ausgabe wird beibehalten, bis nächste Daten vom Verstärker 80 übersandt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung mittels der Beispiele vollständig unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben wurde, soll beachtet werden, dass unterschiedliche Veränderungen und Modifikationen einem Fachmann naheliegend sein werden. Daher sollen, außer diese Änderungen und Modifikationen weichen vom Umfang der beanspruchten, vorliegenden Erfindung ab, diese als davon umfasst ausgelegt werden.

Claims

Schwingungserzeugender Mechanismus mit: einem ersten und einem zweiten Permanentmagneten (12, 14), die derart zueinander beabstandet sind, dass gleiche magnetische Pole einander gegenüberliegen; einem Verbindungsmechanismus (16), der mit dem ersten Permanentmagneten (12) gekoppelt ist; und einer Antriebsquelle (18) zum Antreiben des ersten Permanentmagneten (12) über den Verbindungsmechanismus (16), bei dem, wenn die Antriebsquelle (18) den ersten Permanentmagneten (12) periodisch und relativ zu dem zweiten Permanentmagneten (14) hin- und herbewegt, eine gegenüberliegende Fläche des ersten und des zweiten Permanentmagneten (12, 14) verändert wird und dabei bewirkt wird, dass der zweite Permanentmagnet (14) relativ zu dem ersten Permanentmagneten (12) in einer Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung des ersten Permanentmagneten (12) schwingt, und bei dem der erste und der zweite Permanentmagnet (12, 14) in vertikaler Richtung beabstandet sind, und des weiteren mit einem ersten Paar von Permanentmagneten (36, 38) und einem zweiten Paar von Permanentmagneten (40, 42), die an jeweiligen Seiten des ersten und des zweiten Permanentmagneten (12, 14) angeordnet sind, wobei jedes des ersten und des zweiten Paares von Permanentmagneten (36, 38, 40, 42) in vertikaler Richtung derart beabstandet sind, dass die gleichen magnetischen Pole einander gegenüberliegen, und bei dem eine auf den zweiten Permanentmagneten (14) in vertikaler Richtung ausgeübte Last mit Hilfe der Abstoßungskräfte des ersten und des zweiten Paares von Permanentmagneten (36, 38, 40, 42) gestützt wird.
Schwingungserzeugender Mechanismus nach Anspruch 1, des weiteren mit einem mit dem Verbindungsmechanismus (16) gekoppelten Lastjustierer (34), um eine auf den ersten Permanentmagneten (12) ausgeübte horizontale Last auszugleichen.