JP2011085414A - 振動試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、加振手段を所定電力に励磁した状態で振動加速度を供給することにより振動を発生させる振動試験装置に関し、簡単な構成で、確実に振動の制御が可能であり、また、消費電力を低減できる振動試験装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、試料が載置された試料台を振動させる振動発生機と、振動発生機に直流励磁電流を供給する励磁電源と、振動発生機による振動を検出する振動検出器と、振動検出器で検出された振動に応じた交流駆動電流を振動発生機に供給する振動制御回路とを備えた振動試験装置であって、振動制御回路から振動発生機に供給される交流駆動電流を検出する駆動電流検出部と、駆動電流検出部で検出された交流駆動電流に応じて励磁電源から振動発生機に供給する直流励磁電流を切り換える励磁電力切換制御部とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は振動試験装置に係り、特に、加振手段を所定電力に励磁した状態で振動加速度を供給することにより振動を発生させる振動試験装置に関する。

多くの技術分野で振動試験装置を用いた振動試験が実施されている。特に、製品開発を行う部門においては、試作品又は製品の耐久性や強度、信頼性等を調べるために振動試験が実施されている。このとき、試験は長時間に亘る。

図８は従来の一例のブロック構成図を示す。

従来の振動試験装置１は、振動発生機２、振動制御器３、電力増幅器４、励磁電源５、空圧源ユニット６、冷却用ブロア電源回路７、冷却用ブロア８を含む構成とされている。

振動発生機２は、励磁電源５から供給されるＤＣ励磁電流及び電力増幅器４から供給されるＡＣ駆動電流により、試料９を振動させる。

ここで、振動発生機２について詳細に説明する。

図９は従来の一例の振動発生機の断面図を示す。

振動発生機２は、本出願人が特願平１０−３２７２０４号で提案した振動発生機と同一である。図９に示されるように、振動発生機２は、試料１３が固定される振動テーブル（振動体）２６と、振動テーブル２６の筒状軸（被ガイド部）２８を振動方向（Ａ方向）に摺動可能に支持するガイド部３０と、ガイド部３０に設けられた空気軸受３２と、振動テーブル２６の外周端部に設けられた駆動コイル（駆動源）３４と、駆動コイル３４が上方位置に移動したとき外側で対向するように配置された上部励磁コイル３６と、駆動コイル３４が下方位置に移動したとき外側で対向するように配置された下部励磁コイル３８とを有する。

また、筒状軸２８の内周には、ガイド部３０のガイド軸３０ａが挿入される筒状のシリンダ（被ガイド部）３９が嵌合固定されている。駆動コイル３４には、電力増幅器２０からの交流（ＡＣ）の駆動電流が供給されているので、駆動コイル３４からの磁束の方向が交番的に変化する。そのため、振動テーブル２６は、電磁石を構成する上部励磁コイル３６及び下部励磁コイル３８からの磁界に対し、吸引又は反発して軸方向に振動する。

さらに、振動発生機２は、上部励磁コイル３６及び下部励磁コイル３８を収納する上部コイル収納室４０ａ，下部コイル収納室４０ｂを有するホルダ部材４０と、上部励磁コイル３６及び下部励磁コイル３８の内周側に挿通された円筒部材４２，４４とを有する。そして、上記駆動コイル３４は、薄い円筒状に形成されており、ホルダ部材４０の内周と円筒部材４２，４４の外周との間に形成された隙間に挿通された状態で軸方向に駆動される。その際、駆動コイル３４は、ホルダ部材４０及び円筒部材４２，４４に非接触で移動するように設けられている。

また、ホルダ部材４０は、上部カバー部材４６により上部コイル収納室４０ａが閉塞され、下部コイル収納室４０ｂが下部カバー部材４８により閉塞される。そして、ホルダ部材４０は、支持部材５０により両側から支持されている。この支持部材５０は、床面に設置されるベース５０ａと、ベース５０ａの両側より上方に延在する一対の腕部５０ｂ，５０ｃとからなる。そして、腕部５０ｂ，５０ｃの上端には、ホルダ部材４０の両側面に固定された水平軸５２が挿通されている。そのため、ホルダ部材４０は、水平軸５２を中心に回動することができる。これにより、振動発生機２は、振動方向を垂直方向だけでなく斜め方向あるいは水平方向に発生させることが可能となる。

また、円筒部材４４の中央穴４４ａには、上記ガイド部３０が挿通された状態で下部カバー部材４８の底部に取付ボルト５３ａを介して固定された取付板５３にボルト５５及びナット５７の締結により固着される。そして、円筒部材４２の中央穴４２ａには、振動テーブル２６の筒状軸２８と、ガイド部３０のガイド軸３０ａとが互いに摺動可能に嵌合された状態に収納されている。

尚、上記ホルダ部材４０、円筒部材４２，４４、上部カバー部材４６、下部カバー部材４８は、電磁石のヨーク（鉄心）を構成している。ガイド部３０は、軸方向に延在するように形成された軸方向空気供給通路５４と、一端が軸方向空気供給通路５４に連通され他端がガイド部３０の半径方向に延在する複数の水平方向空気供給通路５６と、水平方向空気供給通路５６に連通されガイド部３０の外周に開口する複数の空気吹き出し口５８とを有する。

複数の水平方向空気供給通路５６は、軸方向に所定間隔で平行に配置されると共に、周方向にも所定角度間隔で放射状に配設されている。そして、ガイド部３０の外周面と振動テーブル２６のシリンダ３９の内周面との間は微小な隙間で対向しており、ガイド部３０の外周面には複数の空気吹き出し口５８が所定間隔で設けられているため、ガイド部３０とシリンダ３９との間の全周に均一な空気圧層が形成され、シリンダ３９はガイド部３０に対し空気圧層を介して非接触状態で摺動可能にガイドされる。

ガイド部３０の軸方向の上端部３０ｂとシリンダ３９との間には、空気ばね室６０が形成されている。この空気ばね室６０は、上記複数の空気吹き出し口５８から吹き出された空気圧が溜まるため、空気ばねとして機能する。そのため、振動テーブル２６の軸方向の静的荷重は、空気ばね室６０の空気圧により弾力的に支持される。

また、ガイド部３０は、軸方向に貫通する排気通路６２（図２中破線で示す）が設けられている。すなわち、排気通路６２は上端がガイド部３０の上端部３０ｂに開口して空気ばね室６０に連通されており、下端が中央穴４４ａに開口している。そして、中央穴４４ａには、上記空圧源ユニット１６からの空気供給管路６４と、排気管路６６が挿入されている。空気供給管路６４は上記軸方向空気供給通路５４に接続され、排気管路６６は排気通路６２に接続されている。

この空気供給管路６４、排気管路６６は空圧源ユニット６に供給される。振動発生機２の振動テーブル２６の振動及び試料９の振動は、加速度センサにより検出される。加速度センサで検出された検出信号は振動制御器３に供給される。振動制御器３は、試料９の振動検出信値と予め設定された目標値とを比較して、目標の振動になるように振動発生機を制御する。

振動制御器３で生成された加振信号は、電力増幅器４に供給される。電力増幅器４は、振動制御器３から供給された加振信号を電力増幅する。電力増幅器４で電力増幅された加振信号は、振動発生機２に設けられた駆動コイル３４に供給される。また、振動発生機２の励磁コイル３６，３８には励磁電源５から直流電流が供給される。振動発生機２は励磁電源５から供給される直流電流により励磁され、電力増幅器４から供給される加振信号により振動テーブル部１０を矢印Ａ方向に振動させる。

空圧源ユニット６は振動発生機２のシリンダに圧縮空気を供給する。空圧源ユニット６から供給された圧縮空気はシリンダに供給され、空気バネとして用いられるとともに、軸受けの側面から排出され、空気ベアリングとして機能する。また、振動発生機２は、長時間振動を行うため、高温になる。よって、冷却用ブロア８により外部からフレッシュエアが送風され、冷却される。冷却用ブロア電源回路７は、冷却用ブロア８に駆動電力を供給する。

このとき、振動発生機２の励磁の大きさは最大振動能力で振動させたときに必要な励磁レベルに設定されていた。また、冷却用ブロア８の冷却能力も同様に最大振動能力で振動させたときの耐えうる最大の冷却能力で常に駆動されていた。

近年の省電力化の動きに伴い、振動試験装置の分野においても省電力化が求められている。

このため、例えば、加振力に応じて最適な励磁電流及び駆動電流を算出し、励磁コイル及び駆動コイルを駆動することにより省電力化を図った振動発生機が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。

また、加速度検出結果に応じて励磁電流を制御するとともに、ブロア電源を制御し、省電力化を図った振動試験装置が提案されていた（例えば、特許文献２参照）。

特願２００８−１６４４９３号 特開２００１−１３０３３号公報

しかるに、特許文献１に記載の振動発生機は、励磁コイルに供給する励磁電流、駆動コイルに供給する駆動電流に基づいて最適な励磁電流及び駆動電流を算出する構成であり、処理、あるいは、構成が非常に煩雑であった。

また、特許文献２の記載の振動試験装置では、加速度検出結果に応じて励磁電流を制御する構成であったため、駆動電流との直接的関係が考慮されておらず、処理が煩雑であった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、確実に振動の制御が可能であり、また、消費電力を低減できる振動試験装置を提供することを目的とする。

本発明は、試料が載置された試料台を振動させる振動発生機と、振動発生機に直流励磁電流を供給する励磁電源と、振動発生機による振動を検出する振動検出器と、振動検出器で検出された振動に応じた交流駆動電流を振動発生機に供給する振動制御回路とを備えた振動試験装置であって、振動制御回路から振動発生機に供給される交流駆動電流を検出する駆動電流検出部と、駆動電流検出部で検出された交流駆動電流に応じて励磁電源から振動発生機に供給する直流励磁電流を切り換える励磁電力切換制御部とを含む。

振動発生機は、励磁コイルと、励磁コイルにより発生する磁界に作用して、試料台を振動させる駆動コイルとを含み、励磁コイルには、励磁電源から前記直流励磁電流が供給され、駆動コイルには、振動制御回路から交流電流が供給される構成とされ、更に励磁コイルの温度を検出する第１温度センサと、駆動コイルの温度を検出する第２温度センサと、第１温度センサの検出信号又は第２温度センサの検出信号が所定温度を示すレベルとなったときに、警報を出力する保護回路を含む構成とされている。

励磁電力切換制御部は、駆動電流検出部で検出された交流駆動電流が所定の駆動電流になったときに、励磁電源から振動発生機に供給される直流励磁電流を停止させる。

消費される瞬間電力及び／又は積算電力を表示する電力計を含む。

振動発生機を冷却する冷却装置と、冷却装置に電力を供給する冷却装置電源と、駆動電流検出部で検出された駆動電流に応じて冷却装置電源から冷却装置に供給される電力を切り換える冷却切換制御部とを含む。

本発明によれば、振動制御回路から振動発生機に供給される交流駆動電流を検出する駆動電流検出部により検出された交流駆動電流に応じて励磁電源から振動発生機に供給する直流励磁電流を切り換えることにより、簡単な構成で、消費電力を低減できる。

本発明の一実施例のブロック構成図である。 駆動電流検出器１２４の斜視図である。 加振力算出ユニット１２５の回路構成図である。 励磁電源１２６の回路構成図である。 振動試験装置の加振力に応じた主要部の電力消費の特性図である。 振動試験装置の加振力に応じた主要部の電力消費の特性図である。 最大加振力に対する消費電力、省エネ率、ＣＯ₂削減量を示す図である。 従来の一例のブロック構成図である。 従来の一例の振動発生機の断面図である。

図１は本発明の一実施例のブロック構成図を示す。同図中、図８、図９と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例の振動試験装置１００は、駆動装置１２０の構成が振動試験装置１と相違する。

本実施例の駆動装置１２０は、デジタル振動制御装置１２１、マスタユニット１２２、電力増幅器ユニット１２３、駆動電流検出器１２４、加振力算出ユニット１２５、励磁電源１２６、周波数変換器１２７、電力計１２８を含む構成とされている。

デジタル振動制御装置１２１には、加速度センサ１７０から試料９の振動に応じた加速度信号が供給され、振動検出センサ１８０から振動テーブル２６の振動に応じた加速度信号が供給される。

マスタユニット１２２には、位置センサ１９０から振動テーブル２６の位置を検出するための位置信号が供給される。マスタユニット１２２は、デジタル振動制御装置１５２から供給される振動制御信号及び位置センサ１９０から供給される位置信号に基づいて交流駆動信号を生成する。マスタユニット１２２で生成された交流駆動信号は、電力増幅器ユニット１２３に供給される。

電力増幅器ユニット１２３には、マスタユニット１２２から交流駆動信号が供給される。電力増幅器ユニット１２３は、マスタユニット１２２から供給される交流駆動信号を電力増幅して、交流駆動電流を振動発生機２の駆動コイル３４に供給する。

ここで、振動発生機２で発生する加振力について説明する。

振動発生機２で発生する加振力Ｆ〔ｋｇｆ〕は、定数をｋ、励磁コイル３８による励磁磁力の磁束密度をＢ、駆動コイル３４の巻き線の長さをＬ、駆動コイル３４に流れる駆動電流をｉとすると、
Ｆ＝ｋ×Ｂ×Ｌ×ｉ
で求められる。ここで、ｋ、Ｂ、Ｌは、決まっているため、加振力Ｆは、駆動電流ｉに比例することがわかる。

よって、駆動電流ｉを検出することにより、加振力を検出できる。

本実施例では、駆動電流ｉを駆動電流検出器１２４により検出する。

図２は駆動電流検出器１２４の斜視図を示す。

駆動電流検出器１２４は、電力増幅ユニット１２３から振動発生機２の駆動コイル３４に供給される交流駆動電流を検出する。駆動電流検出装置１２４は、ホール素子を利用した電流センサであり、例えば、環状をなし、途中にギャップＧを有するコア１２４ａ、及び、コア１２４ａのギャップＧに挿入されるホール素子１２４ｂを含む構成とされており、コア１２４ａの内周側に電力増幅ユニット１２３と振動発生機２の駆動コイル３４とを接続する接続線Ｌ11を挿入した構成とされている。電力増幅ユニット１２３と振動発生機２の駆動コイル３４とを接続する接続線Ｌ11に電流Ｉacdが流れると、電流Ｉacdに応じた磁束φ11がコア１２４ａに流れる。コア１２４ａに流れる磁束φ11は、ギャップＧでホール素子１２４ｂを貫通する。ホール素子１２４ａは、貫通する磁束により電気抵抗が変化する素子であり、バイアス電圧Ｖbiasが印加されており、磁束φ11に応じて電気抵抗が変化し、バイアス電圧Ｖbiasの印加方向に直交する方向に流れる電流Ｉcが変化する。駆動電流検出器１２４は、電流Ｉcを電流検出信号として出力する。駆動電流検出器１２４から出力される電流検出信号は、加振力算出ユニット１２５に供給される。

図３は加振力算出ユニット１２５の回路構成図を示す。

加振力算出ユニット１２５は、抵抗Ｒ11〜Ｒ21、基準電圧源１３１、コンパレータ１３２−１〜１３２−４、バッファアンプ１３３、メモリ１３４、ＥＸＯＲゲート１３５−１〜１３５−３、トランジスタＱ1〜Ｑ4、リレー１３６−１〜１３６−４、表示部１３７などを含む構成とされている。

駆動電流検出器１２４からの電流検出信号は、端子Ｔ11に供給される。端子Ｔ11に供給された電流検出信号は、抵抗Ｒ11、Ｒ12により分圧される。抵抗Ｒ11、Ｒ12により分圧された信号は、コンパレータ１３２−１〜１３２−４の非反転入力端子に供給される。

コンパレータ１３２−１の反転入力端子には、第１基準電圧Ｖref11が印加される。コンパレータ１３２−２の反転入力端子には、第２基準電圧Ｖref12が印加される。コンパレータ１３２−３の反転入力端子には、第３基準電圧Ｖref13が印加される。コンパレータ１３２−４の反転入力端子には、第４基準電圧Ｖref14が印加される。

第１基準電圧Ｖref11、第２基準電圧Ｖref12、第３基準電圧Ｖref13、第４基準電圧Ｖref14は、基準電圧源１３１から供給される基準電圧Ｖref0を抵抗Ｒ13〜Ｒ16により分圧して得られる。なお、基準電圧Ｖref0、第１基準電圧Ｖref11、第２基準電圧Ｖref12、第３基準電圧Ｖref13、第４基準電圧Ｖref14は、例えば、
Ｖref0＞Ｖref11＞Ｖref12＞Ｖref13＞Ｖref14
の関係となるように設定されている。

コンパレータ１３２−１は、検出信号を分圧した信号が第１基準電圧Ｖref11に等しい又は大きい状態では出力をハイレベルとし、検出信号を分圧した信号が第１基準電圧Ｖref11より小さい状態では出力をローレベルとする。コンパレータ１３２−２は、検出信号を分圧した信号が第２基準電圧Ｖref12に等しい又は大きい状態では出力をハイレベルとし、検出信号を分圧した信号が第２基準電圧Ｖref12より小さい状態では出力をローレベルとする。

コンパレータ１３２−３は、検出信号を分圧した信号が第３基準電圧Ｖref13に等しい又は大きい状態では出力をハイレベルとし、検出信号を分圧した信号が第３基準電圧Ｖref13より小さい状態では出力をローレベルとする。コンパレータ１３２−４は、検出信号を分圧した信号が第４基準電圧Ｖref14に等しい又は大きい状態では出力をハイレベルとし、検出信号を分圧した信号が第４基準電圧Ｖref14より小さい状態では出力をローレベルとする。

コンパレータ１３２−１〜１３２−４の出力は、メモリ１３４に供給される。

メモリ１３４は、コンパレータ１３２−１〜１３２−４の出力を一定時間毎に保持し、４ビットデータとして出力する。メモリ１３４から出力される４ビットデータは、ＥＸＯＲゲート１３５−１〜１３５−３に供給される。メモリ１３４は、端子Ｔ16、Ｔ17を通してスイッチＳＷ1に接続されている。メモリ１３４は、スイッチＳＷ1がオフのときには、コンパレータ１３２−１〜１３２−４の出力を保持し、出力し、スイッチＳＷ1をオンすると、最上位ビットである第１ビットを"１"、下位ビットである第２〜第４ビットを"０"に固定する。これにより、励磁電源１２６の出力は駆動コイル３４に供給される駆動電流によらず最大電力に保持される。

また、メモリ１３４から出力される４ビットデータのうち最上位ビットである第１ビットは、表示部１３７、及び、抵抗Ｒ18を介してトランジスタＱ1のベースに供給される。

ＥＸＯＲゲート１３５−１は、メモリ１３４から出力される４ビットデータのうち上位の第１、第２ビットの排他的論理和（ＥＸＯＲ）を出力する。ＥＸＯＲゲート１３５−１の出力は、表示部１３７、及び、抵抗Ｒ19を介してトランジスタＱ2のベースに供給される。

ＥＸＯＲゲート１３５−２は、メモリ１３４から出力される４ビットデータのうち第２、第３ビットの排他的論理和（ＥＸＯＲ）を出力する。ＥＸＯＲゲート１３５−２の出力は、表示部１３７、及び、抵抗Ｒ20を介してトランジスタＱ3のベースに供給される。

ＥＸＯＲゲート１３５−３は、メモリ１３４から出力される４ビットデータのうち下位の第３、第４ビットの排他的論理和（ＥＸＯＲ）を出力する。ＥＸＯＲゲート１３５−３の出力は、表示部１３７、及び、抵抗Ｒ21を介してトランジスタＱ4のベースに供給される。

ＥＸＯＲゲート１３５−１は、第１及び第２ビットの論理値が共に"０"及び共に"１"のときに出力論理を"１"とし、第１ビットの論理値が"１"で第２のビットの論理値が"０"、又は、第１ビットの論理値が"０"で第２のビットの論理値が"１"のときには出力論理を"１"とする。

ＥＸＯＲゲート１３５−２は、第２及び第３ビットの論理値が共に"０"及び共に"１"のときに出力論理を"１"とし、第２ビットの論理値が"１"で第３のビットの論理値が"０"、又は、第２ビットの論理値が"０"で第３のビットの論理値が"１"のときには出力論理を"１"とする。

ＥＸＯＲゲート１３５−３は、第３及び第４ビットの論理値が共に"０"及び共に"１"のときに出力論理を"１"とし、第３ビットの論理値が"１"で第４のビットの論理値が"０"、又は、第３ビットの論理値が"０"で第４のビットの論理値が"１"のときには出力論理を"１"とする。

表示部１３７は、ＬＥＤなどにより供給電力の状態、例えば、極大、大、中、小などを指示するものである。ユーザは表示１３７の表示を参照することにより供給電力の状態を認識できる。

トランジスタＱ1〜Ｑ4は、例えば、ＮＰＮトランジスタから構成され、リレー１３６−１〜１３６−４を駆動する。

トランジスタＱ1は、エミッタが接地され、コレクタがリレー１３６−１に接続されている。トランジスタＱ2は、エミッタが接地され、コレクタがリレー１３６−２に接続されている。トランジスタＱ3は、エミッタが接地され、コレクタがリレー１３６−３に接続されている。トランジスタＱ4は、エミッタが接地され、コレクタがリレー１３６−４に接続されている。

トランジスタＱ1は、メモリ１３４の第１ビットがハイレベルのときにオンし、ローレベルのときにオフする。トランジスタＱ1がオンすると、リレー１３６−１がオンする。リレー１３６−１は、励磁電源１２６に接続されている。トランジスタＱ2は、メモリ１３４の第２ビットがハイレベルのときにオンし、ローレベルのときにオフする。トランジスタＱ2がオンすると、リレー１３６−２がオンする。リレー１３６−２は、励磁電源１２６に接続されている。

トランジスタＱ3は、メモリ１３４の第３ビットがハイレベルのときにオンし、ローレベルのときにオフする。トランジスタＱ3がオンすると、リレー１３６−３がオンする。リレー１３６−３は、励磁電源１２６に接続されている。トランジスタＱ4は、メモリ１３４の第４ビットがハイレベルのときにオンし、ローレベルのときにオフする。トランジスタＱ4がオンすると、リレー１３６−４がオンする。リレー１３６−４は、励磁電源１２６に接続されている。

なお、バッファアンプ１３３は、検出信号を抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12とで分圧した信号をアナログ的に増幅して、端子Ｔ15に供給する。端子Ｔ15は、励磁電源１２６に接続されている。

図４は励磁電源１２６の回路構成図を示す。

励磁電源１２６は、サーキットプロテクタ１４１、三相ノイズフィルタ１４２、遮断スイッチ１４３、整流回路１４４、スイッチング回路１４５、ＰＷＭ制御回路１４６、トランス１４７、全波整流回路１４８、平滑回路１４９、保護回路２００などを含む構成とされている。

サーキットプロテクタ１４１は、三相電源が接続される端子Ｔ51、Ｔ52、Ｔ53に接続されており、過負荷、過電流状態になると、自動的に三相電源との接続を遮断するデバイスである。サーキットプロテクタ１４１を通過した電源は、三相ノイズフィルタ１４２に供給される。

三相ノイズフィルタ１４２は、コンデンサ、コンデンサなどを含み、サーキットプロテクタ１４１を通過した三相電源からノイズ成分を除去し、出力側に伝送する。三相ノイズフィルタ１４２を通過した三相電源は、マグネットスイッチ１４３を介して整流回路１４４に供給される。

遮断スイッチ１４３は、例えば、マグネットスイッチなどから構成されており、三相ノイズフィルタ１４２と整流回路１４４との間に接続されて、保護回路２００からの遮断信号により三相ノイズフィルタ１４２と整流回路１４４との接続を遮断する。

保護回路２００には、例えば、励磁コイル３８及び駆動コイル３４に取り付けられた温度センサ１６１、１６２が接続されている。

温度センサ１６１、１６２は、例えば、熱電対あるは半導体素子などからなる温度検出素子から構成され、励磁電源１２６の保護回路２００に接続された端子Ｔ41、Ｔ42に接続されている。保護回路２００は、温度センサ１６１、１６２のいずれかの温度検出信号が第１の温度に対応した第１のレベルになると、警報を出力する。また、更に、温度が上昇し、第２の温度に対応した第２のレベルになると、遮断スイッチ１４３をオフし、励磁コイル３８への電力の供給を停止するとともに、電力増幅器ユニット１２３の動作を停止させる。これにより、励磁コイル３８及び駆動コイル３４への電流の供給が停止され、励磁コイル３８及び駆動コイル３４の過熱は停止する。また、このとき、振動試験装置１００は、過熱状態にあるので、冷却用ブロア８は動作させておく。

整流回路１４４は、同一極性で直列接続された一対のダイオードを、各相毎に設け、整流する構成とされている。整流回路１４４で整流された電源は、ＡＣコンデンサＣ11、Ｃ12によりノイズを除去され、スイッチング回路１４５に供給される。スイッチング回路１４５は、例えば、極性の異なる１対のＦＥＴから構成されており、ＰＷＭ制御回路１４６から供給されるＰＷＭ信号により相補的にスイッチングされる。なお、スイッチング回路１４５に用いられるスイッチング素子は、ＦＥＴに限定されるものではなく、ＩＧＢＴなどの他のスイッチング素子であってもよい。

スイッチング回路１４５は、整流回路１４４で整流された電流をＰＷＭ制御回路１４６からのＰＷＭ信号に基づいてスイッチングして、トランス１４７の１次コイルに供給する。ＰＷＭ制御回路１４６には、加振算出ユニット１２５の端子Ｔ11〜Ｔ15から供給される電力制御信号が供給される。

ＰＷＭ制御回路１４６は、端子Ｔ11からの信号がハイレベルのときには、出力電力が極大レベルＰ11となるようにＰＷＭ信号を制御し、端子Ｔ12からの信号がハイレベルのときには、出力電力が大レベルＰ12となるようにＰＷＭ信号を制御し、端子Ｔ13からの信号がハイレベルのときには、出力電力が中レベルＰ13となるようにＰＷＭ信号を制御し、端子Ｔ14からの信号がハイレベルのときには、出力電力が小レベルＰ14となるようにＰＷＭ信号を制御する。

出力電力のレベルは、例えば、ＰＷＭ信号のデューティー比、周波数などを変更することにより変更される。

なお、励磁電源１２６の出力電力は、
Ｐ11＞Ｐ12＞Ｐ13＞Ｐ14
に設定されている。

トランス１４７は、１次コイルに供給される交流電流に応じた交流電流を２次コイルに発生させる。このとき、１次コイルと２次コイルとの巻き数などにより、１次コイルに印加される電圧を昇圧又は減圧した電圧を２次コイルに発生させる。トランス１４７の２次コイルに発生した交流電圧は、全波整流回路１４８に供給される。

全波整流回路１４８は、ブリッジ接続されたダイオードから構成され、トランス１４７の２次コイルに発生する交流を全波整流する。全波整流回路１４８で全波整流された電流は、平滑回路１４９により平滑される。

平滑回路１４９は、例えば、電界コンデンサから構成され、全波整流回路１４８の両端に接続され、全波整流回路１４８から供給される電流を平滑化する。平滑回路１４９で平滑された電流は、ＡＣコンデンサＣ21、Ｃ22によりノイズを除去され、出力端子Ｔ21、Ｔ22から出力される。出力端子Ｔ21、Ｔ22は、振動発生機２の励磁コイル３８に接続される。

周波数変換器１２７は、いわゆる、インバータなどから構成されており、加振力算出ユニット１２３の端子Ｔ11、Ｔ12、Ｔ13、Ｔ14、Ｔ15などが制御入力信号として供給される。周波数変換器１２７に用いられるインバータは、一般に販売されているインバータと同様な構成のインバータであり、制御入力信号により出力周波数が段階的、あるは、連続して変化可能な構成とされている。周波数変換器１２７は、加振力算出ユニット１２３からの制御入力信号により出力周波数を段階的、あるは、連続して変化させる。

三相電源１５０は、電力計１２８を介して各部に電源を供給する構成とされている。電力計１２８は、例えば、三相電源１５０から装置に供給される積算電力及び／又は瞬間（瞬時）電力を表示可能な電力計から構成される。なお、積算電力は、振動試験で消費されている電力を積算値であり、瞬間電力は、振動試験中の各時刻に消費されている瞬間的な電力である。また、電力計１２８は、例えば、表示部が一つであり、電力計１２８に設けられた切換ボタンなどの操作により、積算電力と瞬間電力とのいずれかを表示部に表示することができる構成とされていてもよい。また、電力計１２８は、積算電力と瞬間電力との両方を同時に表示部に表示できる構成であってもよい。ユーザは、電力計１２８を参照することにより装置で消費されている積算電力及び／又は瞬間電力を認識できる。ユーザが瞬間電力又は積算電力を参照することにより、ユーザに対して省電力への意識を徹底することができる。

次に、本実施例の動作を説明する。

図５は、励磁電力に対する加振力の特性図を示す。

図５に示すように最大加振力Ｆmax〔Kgf〕の発生時の励磁電力をＰmax〔KVA〕とする。このとき、最大加振力Ｆmaxの半分"Ｆmax／２"の加振力を得る場合に必要な励磁電力は略"Ｐmax／３"で済むことが実験的に分かっている。

このため、最大加振力Ｆmaxで駆動しない場合には、励磁電力を最大値Ｐmaxとする必要はない。

図６は、振動試験装置の加振力に応じた主要部の電力消費の特性図を示す。図６（Ａ）は、励磁コイル３８及び冷却用ブロア８を加振力によらず常に、最大電力で駆動したときの特性、図６（Ｂ）は、端子Ｔ11〜Ｔ14の出力を用いて励磁電源１２６を制御したときの特性、図６（Ｃ）は、端子Ｔ15の出力を用いて励磁電源１２６を制御したときの特性を示す。

励磁電源１２６及び冷却用ブロア８を最大電力では駆動した場合には、図６（Ａ）に示すように励磁電力、冷却用ブロア８の電力は、加振力によらず、常に最大となり、非常に大きな電力を消費していた。

図６（Ｂ）は、加振力が０−３５％、３５−６０％、６０−１００％で励磁コイル３８及び冷却用ブロア８への電力供給を段階的に切り換えた場合の特性を示しており、加振力６０−１００％で励磁コイル３８及び冷却用ブロア８を最大電力で駆動している。

加振力が０−３５％、及び、３５−６０％において消費電力が大幅に低減していることがわかる。

また、図６（Ｃ）に示すように、従来の振動試験装置１のように励磁コイル３８及び冷却用ブロア８への電力供給を加振力に対応して連続的に制御することにより、更に、消費電力を低減できることがわかる。

図７は最大加振力に対する消費電力、省エネ率、ＣＯ₂削減量を示す図である。

図７に示すように、最大加振力６．０ＫＮで駆動した場合、従来の振動試験装置１のように励磁コイル３８及び冷却用ブロア８を常時最大電力で駆動した場合の消費電力が４．３ＫＷであるのに対し、本実施例の振動試験装置１００の消費電力は、２．９ＫＷで済み、省エネ率は３２．９％となり、１年間のＣＯ₂削減量は、３．２ｔとなる。

また、最大加振力１０．０ＫＮで駆動した場合、従来の振動試験装置１のように励磁コイル３８及び冷却用ブロア８を常時最大電力で駆動した場合の消費電力が６．２ＫＷであるのに対し、本実施例の振動試験装置１００の消費電力は、３．９ＫＷで済み、省エネ率は３７．０％となり、１年間のＣＯ₂削減量は、３．０ｔとなる。

さらに、最大加振力２０．０ＫＮで駆動した場合、従来の振動試験装置１のように励磁コイル３８及び冷却用ブロア８を常時最大電力で駆動した場合の消費電力が１５．５ＫＷであるのに対し、本実施例の振動試験装置１００の消費電力は、１０．３ＫＷで済み、省エネ率は３３．５％となり、１年間のＣＯ₂削減量は、１２．０ｔとなる。

また、最大加振力３０．０ＫＮで駆動した場合、従来の振動試験装置１のように励磁コイル３８及び冷却用ブロア８を常時最大電力で駆動した場合の消費電力が２２．４ＫＷであるのに対し、本実施例の振動試験装置１００の消費電力は、１３．３ＫＷで済み、省エネ率は４０．６％となり、１年間のＣＯ₂削減量は、２１．０ｔとなる。

このように、本実施例の振動試験装置１００によれば、従来の振動試験装置１に比べて大幅に消費電力を低減できることがわかる。

本実施例の振動試験装置１００によれば、駆動コイル３４に流れる駆動電流を検出し、閾値と比較して、比較結果に基づいて励磁電源を切り換え、励磁コイル３８に供給する励磁電力を制御する構成であり、よって、非常に処理、構成を簡単にできる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形例が考えられることは言うまでもない。

１、１００ 振動試験装置
２ 振動発生機
２６ 振動テーブル
３４ 駆動コイル
３８ 励磁コイル
１２０ 駆動装置
１２１ デジタル振動制御装置
１２２ マスタユニット
１２３ 電力増幅器ユニット
１２３ 加振力算出ユニット
１２４ 駆動電流検出器
１２４ａ コア、１２４ｂ ホール素子、Ｇ ギャップ
１２５ 加振力算出ユニット
１２６ 励磁電源
１２７ 周波数変換器
１２８ 積算電力計
１３１ 基準電圧源
１３２−１〜１３２−４ コンパレータ
１３３ バッファ回路
１４１ サーキットプロテクタ
１４２ 三相ノイズフィルタ
１４３ 遮断スイッチ
１４４ 整流回路
１４５ スイッチング回路
１４６ ＰＷＭ制御回路
１４７ トランス
１４８ 全波整流器
１４９ 平滑回路
１５０ 三相電源
１６１、１６２ 温度センサ
１７０、１８０ 加速度センサ
１９０ 位置センサ

Claims (5)

1. 試料が載置された試料台を振動させる振動発生機と、
   前記振動発生機に直流励磁電流を供給する励磁電源と、
   前記振動発生機による振動を検出する振動検出器と、
   前記振動検出器で検出された振動に応じた交流駆動電流を前記振動発生機に供給する振動制御回路とを備えた振動試験装置であって、
   前記振動制御回路から前記振動発生機に供給される前記交流駆動電流を検出する駆動電流検出部と、
   前記駆動電流検出部で検出された前記交流駆動電流に応じて前記励磁電源から前記振動発生機に供給する前記直流励磁電流を切り換える励磁電力切換制御部とを含む振動試験装置。
2. 前記振動発生機は、励磁コイルと、
   前記励磁コイルにより発生する磁界に作用して、前記試料台を振動させる駆動コイルとを含み、
   前記励磁コイルには、前記励磁電源から前記直流励磁電流が供給され、
   前記駆動コイルには、前記振動制御回路から前記交流駆動電流が供給される構成とされ、
   更に、前記励磁コイルの温度を検出する第１温度センサと、
   前記駆動コイルの温度を検出する第２温度センサと、
   前記第１温度センサの検出信号又は前記第２温度センサの検出信号が所定温度を示すレベルとなったときに、警報を出力する保護回路を含む請求項１記載の振動試験装置。
3. 前記励磁電力切換制御部は、前記駆動電流検出部で検出された前記交流駆動電流が所定の駆動電流になったときに、前記励磁電源から前記振動発生機に供給される前記直流励磁電流を停止させる請求項１又は２記載の振動試験装置。
4. 消費される瞬間電力及び／又は積算電力を表示する電力計を含む請求項１乃至３のいずれか一項記載の振動試験装置。
5. 前記振動発生機を冷却する冷却装置と、
   前記冷却装置に電力を供給する冷却装置電源と、
   前記駆動電流検出部で検出された前記駆動電流に応じて前記冷却装置電源から前記冷却装置に供給される電力を切り換える冷却切換制御部とを含む請求項１乃至４のいずれか一項記載の振動試験装置。

Images