JP2007003425A - リニアサーボモーター式加振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型且つ高価であった振動試験用加振装置をリニアサーボモーターを使うことで小形且つ安価にしようとするものである。
【解決手段】コイル側と磁石側からなる、リニアサーボモーターの移動側を振動テーブルに固定側を固定側台取り付け、直線又は平面案内、あるいは金属帯で吊り下げるなどの方法でこれを支え、リニアサーボモーターにより加振を行う事で、小形で安価な振動試験装置を実現した。
【選択図】図３

Description

本発明は、振動試験用加振装置に関するものである。

従来、小型及び中型の振動試験装置には、動電型加振装置が、大容量の振動試験装置には油圧式加振装置が用いられてきたが、音響スピーカーと同じ動作原理を持つ動電型加振装置は振動試験装置に必要な推力を確保するために大がかりな制御装置を必要とし、高価である。ことに中程度以上の加振装置にあっては、極めて大型且つ高価となり、設置スペースも大きなものが必要であった。また、動電型加振装置は基本的にアナログ制御のアクチエーターであるため正確な振動波形の再現などには複雑な制御装置を必要としていた。一方、油圧型加振装置を用いた大容量の振動試験装置は油を媒体とした動力伝達のため、高速応答や正確な振動の再現などには自ずから限界があり、動電型加振装置を上回る大規模設備となる上に、多量の発熱やエネルギー損失、騒音、油による汚損など多くの問題があった。
特開２００５−９１０７５号公報

解決しようとする問題点は、大型且つ高価であった振動試験用加振装置を小形且つ安価にしようとするものである。

本発明は、従来用いられてきた動電型及び油圧型のアクチエーターをリニアサーボモーターに代えることで高機能で小形且つ安価な振動試験用加振装置とした事を最も主要な特徴とする。

図１は本発明を説明した三面図であり、内１面は断面図である。10の矢印は振動方向を表し、11は被試験体を、12は振動テーブルを、13は直線又は平面案内を、14はリニアサーボモーターの磁石側又はコイル側を、15はリニアサーボモーターのコイル側又は磁石側を、16は固定側台を各々表す。本発明の加振装置は図１のように固定側台と振動テーブルの間にリニアサーボモーターのコイル側と磁石側の各ユニットを配置することによりアクチエーターの存在を殆ど意識しない程度に小型化することが可能であり、同時に制御装置も小形且つ安価である。
サーボモーターは元来、位置決め制御、あるいは速度制御、あるいはトルク制御等の汎用の制御機構を備えているため、正確な正弦波の再現はもとより、地震波等のランダム波を精度良く再現することが簡単に出来る。
また、動電型の加振装置が使用可能なストロークに限界があるのに対して、リニアサーボモーター式加振装置のストロークには限界がない、さらに最大使用速度についてもリニアサーボモーター式加振装置の方が概して高性能である。
副次的な効果として小ストロークの２次元加振装置においては、直交２軸分のリニアサーボモーターの磁石側を貼り付けた平面と、同じく直交２軸分のリニアサーボモーターのコイル側を貼り付けた別の平面を対向させて直交２軸アクチエーターを構成するといった、極めて効率的な振動試験装置の作り方が可能である。

リニアサーボモーターには一対の磁石板とコイル板を対向させて使う片側式リニアサーボモーター、１つの磁石板またはコイル板を２つのコイル板または磁石板で各々挟み込んだ様な構成の両側式リニアサーボモーター、さらにエアーシリンダーの様な使い勝手のシリンダー型リニアサーボモーターなどがあり、この内、片側式リニアサーボモーターが推力も大きく採れ移動体の質量も比較的小さくアクチエーターとしての機能は優れているのだが、磁石とコイル間の吸引力がかなり大きいため、支持機構に相当量の質量を割り当てねばならず、振動試験装置全体としての性能を損なう恐れが強いので注意を要する。

直線案内としては市販の転がり案内を使用するのが手軽であるが、高速の往復動に対しては鋼球又はコロが慣性のため正常に回転せず辺摩耗する恐れがあり、振動テーブルを鋼帯で吊るなどの方法が有効な場合がある。
図２は長さ７０ｍｍ、幅３０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの鋼帯で振動体を吊ったものが139Hzで振動している状態を試算しその様子を図示したものである。

リニアサーボモーター式加振装置を適用可能な周波数の上限は動力性能でなく、主にサーボモーター制御装置の処理速度に規制されているのが現状であるが、計算機の高速化などにより将来改善が期待される。

図３は本発明実施例の説明図であって、20は被試験体を21は振動テーブルを23は吊り下げ用板バネを24はシリンダー型のリニアサーボモーターを25は固定側台を26は防振ゴムを27は被試験体の取り付け治具を28は変位測定器を各々図示している。
振動テーブルは４００×４００×３５mmのアルミニュウム製であり、吊り下げ用板バネは長さ７０ｍｍ、幅３０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのバネ鋼製の薄板で４方から振動テーブルを吊っている。固定側台は幅７００mm長さ１０００mm高さ５００mmの溶接構造鋼鉄製で、固定側台自体の振動を抑制するため、内部に砂を詰め500kgの重さとしている。
図の試験体は直径４００mm高さ４６０mmの円筒形タンクで、振動テーブルと合わせた質量は３０kgとなっており、これを振動テーブルの端部に移動シャフトを取り付けた推力６００Nのシリンダー型のリニアサーボモーターを使って、正弦波で０から200 Hz までを、ランダム波で０から100Hz までを加振している。
この試験装置は同程度の機能を持つ動電型振動試験装置に比べ非常に小形で安価なものとなっている。図４は、この試験装置の性能曲線である。

実施例１のリニアサーボモーターは移動方向別の２つのパルス列によって駆動される。
地震波の様な複雑振動は元になる変位データーから移動位置と、この移動に必要なパルス列を算出した結果を２つの出力チャンネルを持つ任意波形発生装置に入力することで、任意波形発生装置の出力として、移動方向別の２つの移動指令パルス列を得ている。

本発明を説明した三面図である。 鋼帯で吊った振動体の振動の様子を試算し図示したものである。 本発明の実施例である(実施例１) 実施例１の性能曲線である。

Claims (3)

1. ０Hzから200 Hz の周波数範囲に於いて、固定側台にリニアサーボモーターのコイル側を固定し、振動テーブル側にリニアサーボモーターの磁石側を取り付け、あるいは固定側台にリニアサーボモータの磁石側を固定し、振動テーブル側にリニアサーボモーターのコイル側を取り付け、各々振動テーブルをリニアサーボモーターで駆動するリニアサーボモーター式加振装置及び該リニアサーボモーター式加振装置により振動テーブルに固定した被試験体を振動させることを特徴とするリニアサーボモーター式振動試験装置及びリニアサーボモーター式振動台。
2. 振動テーブルを薄い金属板により吊り下げたことを特徴とする、請求項１の振動試験装置及び振動台。
3. 振動による変位が２０ｍｍ以下の２次元振動試験装置及び２次元振動台にあって、リニアサーボモーターのコイル側とリニアサーボモーターの磁石側を各々振動テーブル及び固定側台に２方向分一緒に取り付けたことを特徴とする、請求項１の振動試験装置及び振動台。

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