JP2002219414A - Electric rotary-type vibration generator - Google Patents

Electric rotary-type vibration generator

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JP2002219414A
JP2002219414A JP2001053138A JP2001053138A JP2002219414A JP 2002219414 A JP2002219414 A JP 2002219414A JP 2001053138 A JP2001053138 A JP 2001053138A JP 2001053138 A JP2001053138 A JP 2001053138A JP 2002219414 A JP2002219414 A JP 2002219414A
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JP
Japan
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rotary
vibrator
air gap
magnetic
vibration generator
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JP2001053138A
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Takatsugu Sato
孝嗣 佐藤
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  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce an electric rotary-type vibration generator that can generate an excitation of quite a less strain up to a high frequency band by an electromagnetic induction. SOLUTION: This electric rotary-type vibration generator is featured by the following characteristics. In a magnetic circuit an air gap 2 is provided wherein a rotary vibrator 3 made up of a cylindrical conductor is inserted. The rotary vibrator 3 is fixed onto a rotary axis 5 supported by a bearing 4. Therefore, a relative motion can be generated in the circumferential direction with the rotary axis 5 as a center. In order to let a vibration torque generate to the rotary vibrator 3 by an electromagnetic induction, in a magnetic field facing the air gap 2, a drive coil 7 is fixed parallel with the rotary axis of the rotary vibrator 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、ねじり振動、回転振
動、の動力源又は、それらの分野の振動試験の振動源と
して利用できる電気式回転振動発生機に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric rotary vibration generator which can be used as a power source for torsional vibration, rotational vibration, or a vibration source for vibration tests in those fields.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ねじり振動や、ねじり負荷が必要
なときには、モータの回転や、直線振動を、アームやク
ランク機構を組み合わせて、ねじり振動や、ねじり負荷
に変換していた。他方、アームやクランク機構を使わず
に、ねじり振動を発生させるものとして、油圧式ねじり
振動発生機がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, when torsional vibration or torsional load is required, rotation of a motor or linear vibration is converted into torsional vibration or torsional load by combining an arm and a crank mechanism. On the other hand, there is a hydraulic torsional vibration generator that generates torsional vibration without using an arm or a crank mechanism.

【0003】[0003]

【発明で解決しようとする課題】これら従来の技術でア
ーム及びクランクを使用したものは、それら自身の慣性
質量及び慣性モーメントが大きなため、限られた低い周
波数帯域での応用にとどまっている。周波数が高くなる
につれ、アーム及びクランクの連結部で発生する衝突
は、波形歪みやノイズを増大させて被駆動側に悪影響を
与えるが、これを除くことは困難であり、又、慣性質量
及び慣性モーメントを駆動するため多くの無駄なエネル
ギーが消費される。これらの理由から高い周波数帯域で
は使用できない。他方、油圧式ねじり振動発生機では、
振動を発生する媒体が、液体であるが故に、発生できる
周波数もおのずと低い周波数帯域にとどまっている。
These prior arts which use arms and cranks are limited to low frequency applications because of their large inertial mass and moment of inertia. As the frequency increases, the collision occurring at the connection between the arm and the crank increases the waveform distortion and noise and adversely affects the driven side. However, it is difficult to eliminate this, and the inertia mass and inertia A lot of wasted energy is consumed to drive the moment. For these reasons, it cannot be used in high frequency bands. On the other hand, in a hydraulic torsional vibration generator,
Since the medium that generates vibration is a liquid, the frequency that can be generated naturally remains in a low frequency band.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、図1に示すように、磁性体からなる、ボディ1と
磁極6及び励磁コイル9で、磁気回路を構成し、この磁
気回路中に、エアギャップ2を設ける。このエアギャッ
プ中の磁界に、円筒形の導電体の回転振動子3を組込
む。この回転振動子3を回転軸5に固定し、ボディ1と
磁極6に対して、この回転軸5を中心に円周方向に相対
運動ができるように軸受け4により支持する。エアギャ
ップの中の回転振動子3に面した、磁極6にドライブ・
コイル7を固定する。このドライブ・コイル7は回転振
動子3に、電磁誘導によりトルクを発生させる為のもの
で、その有効部分は回転軸5と平行に固定する。
In order to solve the above-mentioned problem, as shown in FIG. 1, a magnetic circuit is constituted by a body 1, a magnetic pole 6, and an exciting coil 9 made of a magnetic material. An air gap 2 is provided therein. The cylindrical vibrator 3 made of a conductor is incorporated in the magnetic field in the air gap. The rotating vibrator 3 is fixed to a rotating shaft 5, and is supported by a bearing 4 so as to be able to move relative to the body 1 and the magnetic pole 6 in a circumferential direction about the rotating shaft 5. Drive the magnetic pole 6 facing the rotary oscillator 3 in the air gap.
The coil 7 is fixed. The drive coil 7 is for generating torque in the rotary vibrator 3 by electromagnetic induction, and its effective part is fixed in parallel with the rotary shaft 5.

【0005】[0005]

【作用】上記のように構成された機構の励磁コイル9に
直流電流を流すと、エアギャップ中に、一定方向の、磁
界が生じる。次にドライブ・コイル7に交流電流を入力
として通電すると、電磁誘導により回転振動子3には、
通電されている電流の大きさ及び周波数に応じた、回転
軸5を中心とした回転振動が発生する。更に、この現象
は、入力電流の振幅と周波数を連続して変化させると、
機械出力である回転振動の振幅と周波数が連続して変化
し、周波数掃引ができることを意味している。この回転
振動は、回転振動子3の端面を出力端として簡単なアタ
ッチメントで、被駆動側に、ねじり振動を、くわえるこ
とができる。
When a direct current is applied to the exciting coil 9 of the mechanism constructed as described above, a magnetic field is generated in a certain direction in the air gap. Next, when an alternating current is input to the drive coil 7 and the current is passed, the rotating vibrator 3 is driven by electromagnetic induction.
Rotational vibration occurs around the rotating shaft 5 in accordance with the magnitude and frequency of the current flowing. Furthermore, this phenomenon is caused by continuously changing the amplitude and frequency of the input current.
This means that the amplitude and frequency of the rotational vibration, which is the mechanical output, change continuously, and that frequency sweep can be performed. This rotational vibration can add torsional vibration to the driven side with a simple attachment using the end face of the rotary vibrator 3 as an output end.

【0006】[0006]

【実施例】図1は、一実施例である。図示のように磁性
体からなるボディ1と磁極6、及び励磁コイル9で、磁
気回路を構成し、この磁気回路中にエアギャップ2を設
ける。このエアギャップ中の磁界に円筒形の導電体の回
転振動子3を組み込む。この回転振動子3を回転軸5に
固定して、これを軸受4で支持する。これで回転振動子
3は、回転軸5を中心に、ボディ1と磁極6に対し円周
方向に相対運動ができる。エアギャップ中には、磁極に
ドライブ・コイル7を固定する。このドライブ・コイル
7は回転振動子3に振動トルクを発生させる為のもの
で、その有効部分は回転振動子3の回転軸と平行に固定
する。ドライブ・コイル7の有効部分は、図2に示すよ
うに同一磁極上では同一方向に電流が流れるように、配
置してある。この機構には、以下のごとき5箇所のバリ
エーションが考えられる。 1.磁気回路の構成 起磁力を得るためには図1のごとく励磁コイルを使う方
法と図3、図4、図5に示すように永久磁石を使う方法
が考えられる。 図1は、励磁コイル9を使う方法 図3は、記号10の位置に永久磁石を使う外磁型磁気回
路 図4は、記号11の位置に永久磁石を使う内磁型磁気回
路 図5は、記号12の位置に永久磁石を使う磁気回路であ
る。 2.磁極数に関して 磁気回路中にエアギャップを設ければ、必然的に磁極が
発生する。図1の例では、4極であるが2極,3極,4
極,5極,6極…と更に、多極構成にすることも可能で
ある。 3.ドライブ・コイルの位置と構成 図1では、ドライブ・コイル7は内側の磁極上に固定し
てあるが、外側の磁極上に固定することも可能である。
更に内側外側、両極上に固定して並列接続にすることも
可能である。また、ドライブ・コイル7は、磁極上に回
転軸と平行な溝を設け、その内に納めることもできる。 4.回転振動子3の支持方法 I 図1に示すように回転振動子3は、軸受4に支持された
回転軸5に固定されていて、ボディ1と磁極6に対し
て、回転軸5を中心に円周方向に相対運動が出来る。軸
受4は、図1に示すボールベアリングの他にエアーベア
リング、油圧ベアリング、磁気ベアリング、などが考え
られる。回転振動子3は、円周方向の動きに対しては、
中立点を保持するように復元力を持つ弾性体8により支
持されている。この弾性体8は、板バネ、渦巻きバネ、
コイルバネ、輪形バネ、ゴム、スポンジなどが使用でき
る。図1では、弾性体8は回転振動子3を内側から支え
ているが、これは外側からでも又、内外両側からでも可
能である。この構成では、回転振動子3は、弾性体8に
よる中立点を基準に、図6に示すような、角変位を持つ
回転振動が出来る。 5.回転振動子3の支持方法 II 図1に示す弾性体8を取り除いてしまうと回転振動子3
はエアギャップ2の中で自由に回転できる。この構成で
は、図7に示すように、任意の回転数の上に、角変位を
持つ振動を重ねることができる。
FIG. 1 shows an embodiment. As shown, a magnetic circuit is formed by a body 1 made of a magnetic material, a magnetic pole 6, and an exciting coil 9, and an air gap 2 is provided in the magnetic circuit. The rotating vibrator 3 made of a cylindrical conductor is incorporated in the magnetic field in the air gap. The rotary vibrator 3 is fixed to a rotary shaft 5 and is supported by a bearing 4. Thus, the rotary vibrator 3 can move relative to the body 1 and the magnetic pole 6 in the circumferential direction around the rotation shaft 5. The drive coil 7 is fixed to the magnetic pole during the air gap. The drive coil 7 is for generating a vibration torque on the rotary vibrator 3, and its effective part is fixed in parallel with the rotation axis of the rotary vibrator 3. The effective portion of the drive coil 7 is arranged so that current flows in the same direction on the same magnetic pole as shown in FIG. This mechanism has the following five variations. 1. Configuration of Magnetic Circuit In order to obtain the magnetomotive force, a method using an exciting coil as shown in FIG. 1 and a method using a permanent magnet as shown in FIGS. 3, 4 and 5 are conceivable. FIG. 1 shows a method using an exciting coil 9 FIG. 3 shows an outer magnetic type magnetic circuit using a permanent magnet at the position of symbol 10 FIG. 4 shows an inner magnetic type magnetic circuit using a permanent magnet at the position of symbol 11 FIG. This is a magnetic circuit using a permanent magnet at the position of symbol 12. 2. Regarding the number of magnetic poles If an air gap is provided in a magnetic circuit, magnetic poles are inevitably generated. In the example of FIG. 1, there are four poles, but two, three, four
It is also possible to have a multi-pole configuration with poles, five poles, six poles, and so on. 3. 1. Position and Configuration of Drive Coil In FIG. 1, the drive coil 7 is fixed on the inner magnetic pole, but may be fixed on the outer magnetic pole.
Further, it is also possible to fix them on the inside and outside and on both poles to make a parallel connection. Further, the drive coil 7 may be provided with a groove parallel to the rotation axis on the magnetic pole and accommodated therein. 4. Rotating Vibrator 3 Supporting Method I As shown in FIG. 1, the rotating vibrator 3 is fixed to a rotating shaft 5 supported by bearings 4, and is fixed to the body 1 and the magnetic pole 6 with respect to the rotating shaft 5. Relative movement is possible in the circumferential direction. The bearing 4 may be an air bearing, a hydraulic bearing, a magnetic bearing, or the like in addition to the ball bearing shown in FIG. The rotating vibrator 3 moves with respect to the circumferential movement.
It is supported by an elastic body 8 having a restoring force so as to maintain a neutral point. The elastic body 8 includes a leaf spring, a spiral spring,
Coil springs, ring springs, rubber, sponges, etc. can be used. In FIG. 1, the elastic body 8 supports the rotary vibrator 3 from inside, but this can be done from outside or from both inside and outside. In this configuration, the rotary vibrator 3 can generate a rotary vibration having an angular displacement as shown in FIG. 6 based on the neutral point of the elastic body 8. 5. 2. Method of Supporting the Rotating Vibrator 3 If the elastic body 8 shown in FIG.
Can rotate freely in the air gap 2. In this configuration, as shown in FIG. 7, vibration having an angular displacement can be superimposed on an arbitrary number of rotations.

【0007】[0007]

【発明の効果】上記のように組み立てられた機構のドラ
イブ・コイル7に交流電流を通電すると電磁誘導によ
り、回転振動子3に振動トルクが発生する。この振動ト
ルクによる回転振動は、クランクやアームを介さず、被
駆動側に直接ねじり振動を加える事ができるので以下の
ようなメリットがある。 1.アームやクランクを介さず直接駆動するので高周波
数域まで加振できる。 2.アームやクランクを使用しないので、その連結部で
発生する歪波やノイズの、被駆動側へあたえる悪影響が
なくなる。 3.アームやクランクの慣性質量、慣性モーメントを駆
動するためのエネルギィーの無駄がなくなる。 4.実施例の5のように、図1の弾性体8を除いた構成
では、任意の回転数で回転している被駆動側の軸に図7
に示すような角度変位を持つ振動を重ねることもでき
る。 5.油圧式ねじり振動発生機と比較しても数段高い周波
数帯まで加振することが出来る。
When an alternating current is applied to the drive coil 7 of the mechanism assembled as described above, a vibration torque is generated in the rotary vibrator 3 by electromagnetic induction. The rotational vibration caused by the vibration torque has the following advantages because the torsional vibration can be applied directly to the driven side without passing through the crank or the arm. 1. Since it is driven directly without using an arm or a crank, it can be excited to a high frequency range. 2. Since the arm and the crank are not used, the adverse effect of the distorted wave and noise generated at the connection portion on the driven side is eliminated. 3. Energy for driving the inertial mass and moment of inertia of the arm and the crank is not wasted. 4. As in the fifth embodiment, in the configuration excluding the elastic body 8 in FIG. 1, the shaft on the driven side rotating at an arbitrary number of revolutions is
A vibration having an angular displacement as shown in FIG. 5. Vibration can be applied to a frequency band several steps higher than that of a hydraulic torsional vibration generator.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】は本発明の1実施例を示す機構の説明図であ
る。左の図は右図のA−A断面図を示す。
FIG. 1 is an explanatory view of a mechanism showing one embodiment of the present invention. The figure on the left shows a sectional view taken along line AA of the figure on the right.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

ω…回転振動の方向 1…ボディー、 2…エアギャップ、 3…回
転振動子、4…軸受、 5…回転軸、
6…磁極 7…ドライブ・コイル、 8…弾性体、 9…励
磁コイル
ω: Direction of rotational vibration 1… Body, 2… Air gap, 3… Rotating vibrator, 4… Bearing, 5… Rotating shaft,
6 magnetic pole 7 drive coil 8 elastic body 9 excitation coil

【図2】は、図1の磁極の一部を横に展開したものでド
ライブ・コイル7と電流の方向を示した。 斜線部N … N磁極面、 i … 電流
FIG. 2 is a side view of a part of the magnetic poles of FIG. 1, showing the drive coil 7 and the direction of current. Shaded area N: N pole face, i: Current

【図3、図4、図5】は、図1の磁気回路として応用可
能な3型式を示した。 図3 10…外磁型磁気回路での永久磁石の位置 図4 11…内磁型磁気回路での永久磁石の位置 図5 12…エアギャップ内に磁石を固定した磁気回
路での永久磁石の位置を、それぞれ示している.
FIGS. 3, 4, and 5 show three types applicable to the magnetic circuit of FIG. Fig. 3 10: Position of permanent magnet in outer magnet type magnetic circuit Fig. 4 11: Position of permanent magnet in inner magnet type magnetic circuit Fig. 5 12: Position of permanent magnet in magnetic circuit with magnet fixed in air gap Are shown respectively.

【図6】は回転振動の角変位を時間軸上に示す。 φ…・角変位、 t…・時間FIG. 6 shows the angular displacement of the rotational vibration on the time axis. φ… · Angular displacement, t… · Time

【図7】は任意の回転数に重畳した回転振動の角変位を
時間軸上に示した。 N…・回転数、 t…・時間
FIG. 7 shows the angular displacement of rotational vibration superimposed on an arbitrary number of rotations on a time axis. N: rotation speed, t: time

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】励磁コイルと、磁性体で構成されている、
エアギャップを有する磁気回路と、このエアギャップ中
の磁界に、回転軸に支持されて、組み込まれた、円筒形
をした導電体の回転振動子と、この回転振動子にトルク
を発生させるためにエアギャップに面した磁極に回転振
動子の回転軸と平行に固定したドライブ・コイルと、に
より構成される機構の電磁誘導による、電気−機械エネ
ルギー変換を特徴とする電気式回転振動発生機。
1. An exciting coil and a magnetic material,
A magnetic circuit having an air gap, a cylindrical rotating electric vibrator supported by a rotating shaft and incorporated in a magnetic field in the air gap, and a torque generator for generating torque. An electric rotary vibration generator characterized by electrical-mechanical energy conversion by electromagnetic induction of a mechanism constituted by a drive coil fixed to a magnetic pole facing an air gap in parallel with a rotation axis of a rotary vibrator.
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