JP2013128367A - Vibration device, bell ringing device, and resonance device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ソレノイドと可動鉄心とを使用した振動装置、この振動装置を利用したベル鳴動装置、および共振装置に関する。 The present invention relates to a vibration device using a solenoid and a movable iron core, a bell ringing device using the vibration device, and a resonance device.
ある質量を持った可動子を振動させる振動装置は、携帯電話の呼び出し装置、ベル鳴動装置、ふるい装置など広い用途を持つ。 A vibration device that vibrates a mover having a certain mass has a wide range of uses such as a mobile phone calling device, a bell ringing device, and a sieving device.
従来、この種の振動装置には、偏心モータを使用するものや、モータの回転をクランクで往復直線運動に変えるもの、電磁石の磁力により可動子を動かすとともにその可動子の動きで電磁石の通電用接点をオンオフさせるもの、振動部を電磁石の磁力とバネの反発力とで振動させるもの(特許文献1参照)等がある。 Conventionally, this type of vibration device uses an eccentric motor, changes the rotation of the motor to a reciprocating linear motion with a crank, moves the mover by the magnetic force of the electromagnet, and moves the mover to energize the electromagnet There are those that turn the contact on and off, and those that vibrate the vibrating part with the magnetic force of the electromagnet and the repulsive force of the spring (see Patent Document 1).
しかし、上記した従来の振動装置は、それぞれ問題を有しており、例えば、振動の振幅や振動周波数の変更が困難で、そのため、使用態様に応じて構成部材の寸法を調整する等の設計変更が必要で、汎用性に乏しいという問題を有していたり、また、電気/機械のエネルギー変換効率が悪いという問題を有していたりする。 However, each of the above-described conventional vibration devices has a problem. For example, it is difficult to change the amplitude or frequency of vibration, and therefore, the design change such as adjusting the dimensions of the constituent members according to the usage mode. Is necessary, and there is a problem that the versatility is poor, or there is a problem that the energy conversion efficiency of the electric / machine is poor.
一例として、従来の、振動部を電磁石の磁力とバネの反発力とで振動させる振動装置について説明すると、上記振動装置は、図12の平面図および図13の縦断面図に示すように、ケース52の中途高さ位置にコイル46を固定して設け、このコイル46を内部に収容する状態で振動部42をケース52内に横方向移動自在に配置するともに、ケース52と振動部42との間にバネ44を介装したものである。振動部42は、コイル46を挟む上下のマグネット80、82と、可動ヨーク66、68と、ウェイト90、92とを一体化したものである。
As an example, a description will be given of a conventional vibration device that vibrates a vibration part with the magnetic force of an electromagnet and the repulsive force of a spring. The vibration device includes a case as shown in a plan view of FIG. 12 and a longitudinal sectional view of FIG. The
上記振動装置において、コイル46に正負の電流を流すことで、マグネット80、82を含む振動部42がバネ44の弾性力に抗して左右方向に振動し、この振動の反動でケース52およびその周りの固定部材が振動する。振動部42は、その質量とバネ44とが共振して振動するが、その振動は、コイル46に共振周波数の電流を与えることで、持続させるようになっている。
In the above-described vibration device, by passing positive and negative currents through the
上記の振動装置では、振動部42の質量とバネ44との共振を利用するので、電気/機械のエネルギー変換効率がよいが、バネ44を使用しているので、頻繁に動作させるものでは、バネの疲労や破損が生じやすくて寿命が短く、また、振幅や振動周波数を変化することが困難である。
In the above-described vibration device, since the resonance between the mass of the vibration part 42 and the
本発明は、電気/機械のエネルギー変換効率がよく、バネを使用せず故障が少なくて長年月使用でき、かつ振幅や振動周波数の調整が容易で汎用性が高い振動装置を提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a vibration device that has high electrical / mechanical energy conversion efficiency, can be used for many years without using a spring, can be used for many years, and can be easily adjusted in amplitude and vibration frequency, and has high versatility. And
本発明の発明者が、上記課題を達成すべく、ベルの単打装置に使用されているソレノイド装置に着目してその動作作用を検討したところ、一定電流で励磁したソレノイドが可動鉄心に与える吸引力は可動鉄心の変位に比例し、機械的な共振機構でのバネの復元力と同じ特性を持っており、ソレノイドと可動鉄心とが一種の共振装置を構成しているという知見を得た。 The inventor of the present invention has studied the operation and action of the solenoid device used in the bell single hitting device in order to achieve the above-mentioned problem. Is proportional to the displacement of the movable iron core and has the same characteristics as the restoring force of the spring in the mechanical resonance mechanism, and we have found that the solenoid and the movable iron core constitute a kind of resonance device.
本発明は、発明者が得た上記知見に基づいて為されたもので、本発明に係る振動装置は、可動鉄心とソレノイドとを使用した振動装置であって、可動鉄心との共振用で、継続して一定電流で励磁する第1のソレノイドの内部に一定方向に移動可能に可動鉄心を設け、上記第1のソレノイドの可動鉄心移動方向一方側もしくは両側に、上記可動鉄心の振動附勢用のソレノイドを並べて配置したことを特徴とするものである。 The present invention was made based on the above knowledge obtained by the inventor, the vibration device according to the present invention is a vibration device using a movable iron core and a solenoid, for resonance with the movable iron core, A movable iron core is provided in the first solenoid that is continuously excited with a constant current so as to be movable in a certain direction, and is used to vibrate the movable iron core on one side or both sides of the movable direction of the first solenoid. These solenoids are arranged side by side.
上記構成において、第1のソレノイドが一定電流で励磁された状態の下で、可動鉄心に初動を与えると、この可動鉄心の質量と可動鉄心に作用する第1のソレノイドの吸引力との間で共振周波数の過渡振動が生じる。振動により可動鉄心が一方側に移動している期間、その側の振動附勢用のソレノイドが通電により励磁されることで、可動鉄心の振動が維持される。可動鉄心の過渡振動は,第1のソレノイドに最初に励磁電流を与えたときにも生じるので,必ずしも初動のための装置が必要なわけではない。 In the above configuration, when an initial motion is applied to the movable iron core in a state where the first solenoid is excited with a constant current, between the mass of the movable iron core and the attraction force of the first solenoid acting on the movable iron core. Transient vibration of resonance frequency occurs. During the period in which the movable iron core is moved to one side due to vibration, the vibration urging solenoid on that side is excited by energization, so that the vibration of the movable iron core is maintained. Since the transient vibration of the movable iron core also occurs when an excitation current is first applied to the first solenoid, a device for initial movement is not necessarily required.
本発明によれば、可動鉄心の質量とソレノイド(第1のソレノイド)の吸引力との共振を利用するので、電気/機械エネルギー変換効率が高く、小電力で効率的に振動を発生することができる。また、復元バネの替わりにソレノイドの吸引力を利用するので、バネを使わずに済み、バネの疲労、破損等による機械的な故障が少なく長年月使用できる。 According to the present invention, since the resonance between the mass of the movable iron core and the attractive force of the solenoid (first solenoid) is used, the electrical / mechanical energy conversion efficiency is high, and vibration can be generated efficiently with low power. it can. In addition, since the suction force of the solenoid is used instead of the restoring spring, it is not necessary to use a spring, and it can be used for many years with little mechanical failure due to fatigue or damage of the spring.
さらに、共振用の第1のソレノイドの励磁電流を変えて吸引力を増減変化させることによって、共振周波数すなわち振動周波数を変えることができ、また、振動附勢用のソレノイドに流す電流の位相と大きさによって可動鉄心の振幅を調節でき、このように、電気的な設定の変更により振動周波数や振幅を変えられるから、構成部材の寸法変更等の設計変更が不要で、汎用性が高い。 Further, the resonance frequency, that is, the vibration frequency can be changed by changing the excitation current of the first solenoid for resonance to increase or decrease the attractive force, and the phase and magnitude of the current flowing through the vibration energizing solenoid. Thus, the amplitude of the movable iron core can be adjusted. Thus, the vibration frequency and amplitude can be changed by changing the electrical setting, so that design changes such as dimensional changes of the constituent members are unnecessary, and the versatility is high.
ここでは、まず、〔課題を解決するための手段〕で述べた共振装置について、図1および図2を参照して説明する。 Here, first, the resonance apparatus described in [Means for Solving the Problems] will be described with reference to FIGS.
図1は、上記共振装置の構成を示しており、符号11はソレノイド、2は可動鉄心、3は非磁性体のパイプである。可動鉄心3は、非動作状態では、ほぼソレノイド11の中心(吸引の中心となる位置で、通常、ソレノイド11の幅方向中心)に静止していて、パイプ3の中を一定方向に自由に動けるようになっている。ソレノイド11は、一定の電流で励磁される。
FIG. 1 shows the configuration of the above-described resonance device, in which
図2は、ソレノイド11の吸引力を示す特性図で、横軸に可動鉄心2の位置をとり、縦軸に、その可動鉄心2に作用する吸引力の大きさを示している。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the attractive force of the
この特性図から分るように、ソレノイド11が一定電流で励磁されているとき、吸引力は静止位置Oを中心としたある範囲で可動鉄心2の位置に比例し、可動鉄心2を静止位置に戻すように働く。すなわち、磁気的な吸引力は、機械的なバネと同じ力-位置特性を持っており、バネと同様に可動鉄心2の質量と共振する。
As can be seen from this characteristic diagram, when the
また、図2から分るように、ソレノイド11の吸引力はその励磁電流(電流a1,a2,a3)の大きさ(電流a1<a2<a3)によって変化し、励磁電流の増減変化はバネ定数を変えたのと同等の効果を持つので、上記の可動鉄心2の質量との共振周波数は励磁電流によって可変である。
Further, as can be seen from FIG. 2, the attractive force of the
〔第1の実施形態〕
図3は、本発明の第1の実施形態に係る振動装置を示しており、この振動装置は、図1に図示のソレノイドに、もう一つのソレノイドを付け加えたものである。
[First Embodiment]
FIG. 3 shows a vibration device according to the first embodiment of the present invention. This vibration device is obtained by adding another solenoid to the solenoid shown in FIG.
すなわち、図1に示されているソレノイド11を第1のソレノイドとし、この第1のソレノイド11の内部に一定方向に移動可能に可動鉄心2を設け、第1のソレノイド11の可動鉄心2移動方向の一方側(図面では右側)に第2のソレノイド12を並べて配置したものである。第2のソレノイド12は、第1のソレノイド11と可動鉄心2を共通にするが、その中心位置は可動鉄心2の静止位置とは異なっている。可動鉄心2の移動は、非磁性体のパイプ3によりガイドされる。
That is, the
第1のソレノイド11は可動鉄心との共振用で、振動装置の動作中には常時、一定電流で励磁される。第2のソレノイド12は振動附勢用で、可動鉄心2がこの第2のソレノイド12の側に移動するのに関連して励磁される。
The
図4は、第2のソレノイド12の可動鉄心2に与える吸引力特性を示す。第2のソレノイド12の吸引力は、その中心位置に可動鉄心2を引き込むように作用し、可動鉄心2が静止位置付近にあるときは、右方向に可動鉄心2を駆動する。
FIG. 4 shows the attractive force characteristics given to the
図5は、第1の実施形態の振動装置において第1および第2のソレノイド11、12の励磁回路の一例を示す。符号4は直流電源で、第1のソレノイド11は抵抗5を通じて一定電流で励磁する。振動附勢用の第2のソレノイド12は、可動鉄心2に対して右方向に吸引力を作用するので、可動鉄心2が右方向に移動している期間に励磁することによって振動を附勢することができる。第2のソレノイド12は、スイッチングトランジスタ6のオンオフによって所定の期間励磁する。
FIG. 5 shows an example of an excitation circuit for the first and
トランジスタ6の駆動信号は、信号発生回路(図示せず)によって与えても良いが、第2のソレノイド12と結合したフィードバックコイル7によって与えることもできる。可動鉄心2が右に移動するときは、第2のソレノイド12中の磁束が増加し、第2のソレノイド12およびフィードバックコイル7に正の電圧を誘起し、スイッチングトランジスタ6をオンに駆動する。可動鉄心2が左に移動するときは誘起電圧が負となり、スイッチングトランジスタ6はオフである。その結果、振動が附勢される。
The drive signal for the
図6は、図3に示した第1の実施形態に係る振動装置を用いたベル鳴動装置を示している。このベル鳴動装置では、可動鉄心2が上下に振動するよう縦型に配置され、可動鉄心2は上下方向に振動し、ベル8、8(一部を描いている)を連打するようになっている。可動鉄心2の上下に設けられたベル8、8を連打するようになっている。
FIG. 6 shows a bell ringing device using the vibration device according to the first embodiment shown in FIG. In this bell ringing device, the
各ソレノイド11、12の吸引力は充分に強力であり、振動は正弦波状である必要はないので、ベル8を連打するのに適する。第1のソレノイド11の励磁の強さ、第2のソレノイド12の励磁期間と周期で音の強さを調節することができる。パイプ3の上下方向配置は、パイプ3と可動鉄心2の摩擦を小さくする効果があり、下方向の励振には重力を利用できる。
Since the suction force of each
〔第2の実施形態〕
図7は、本発明の第2の実施形態に係る振動装置を示すものである。この振動装置は、図3の振動装置にさらに振動附勢用の第3のソレノイド13を加えたものである。第3のソレノイド13は、第1、第2のソレノイド11、12と可動鉄心2を共通にするが、その中心位置は第1のソレノイド11を挟んで第2のソレノイド12と対称の位置にある。すなわち、第2のソレノイド12が可動鉄心2の静止位置の右にあれば、第3のソレノイド13は可動鉄心2の静止位置の左に配置される。
[Second Embodiment]
FIG. 7 shows a vibration device according to the second embodiment of the present invention. This vibration device is obtained by adding a
図8は、図7に示した第2の実施形態の振動装置における各ソレノイド11、12、13の可動鉄心2に与える吸引力の特性を示す。第3のソレノイド13の吸引力は、その中心位置に可動鉄心2を引き込むように作用し、可動鉄心2が静止位置付近にあるときは左方向に可動鉄心2を駆動する。
FIG. 8 shows the characteristics of the attractive force applied to the
図9は、図7の振動装置における第1、第2、第3のソレノイド11、12、13の励磁回路の例を示す。前掲の図5の励磁回路と同様に、第1のソレノイド11には直列に抵抗5が接続され、第2のソレノイド12にはスイッチングトランジスタ6が直列に接続されるほか、第3のソレノイド13にもスイッチトランジスタ9が直列に接続される。
FIG. 9 shows an example of excitation circuits for the first, second, and
振動附勢用の第3のソレノイド13は、可動鉄心2に対して左方向に吸引力を作用するので、可動鉄心2が左方向に移動している期間に励磁することによって振動を附勢することができる。第3のソレノイド13は、これに直列に接続されたスイッチトランジスタ9のオンオフによって第2のソレノイド12とは逆の位相で所定の期間励磁する。
The vibration energizing
各トランジスタ6、9の駆動信号は、第1の実施形態について図5を参照して説明したように、信号発生回路によって与えても良いし、第2のソレノイド12、もしくは第3のソレノイドと結合したフィードバックコイルによって与えることもできる。
As described in the first embodiment with reference to FIG. 5, the driving signals for the
図10は、図7に示した第2の実施形態に係る振動装置を用いたベル鳴動装置を示しており、このベル鳴動装置では、可動鉄心2は左右方向に振動してベル8(一部を描いている)を連打するようになっている。
FIG. 10 shows a bell ringing device using the vibration device according to the second embodiment shown in FIG. 7. In this bell ringing device, the
このベル鳴動装置でも、各ソレノイド11、12、13の吸引力は強く、振動は正弦波状である必要はないので、ベル8を連打するのに適する。第1のソレノイド11の励磁の強さおよび、第2のソレノイド12と共に第3のソレノイド13の励磁期間で音の強さを調節することができる。可動鉄心2は半サイクルごとに附勢されるので強力に振動し、強いベル音を発生することができる。
Even in this bell ringing device, the suction force of each
図11(a)(b)は、ソレノイドの励磁回路の他の例を示すもので、(a)は第1の実施形態の振動装置に対応する励磁回路を、(b)は第2の実施形態の振動装置の励磁回路をそれぞれ示している。 11 (a) and 11 (b) show other examples of the excitation circuit of the solenoid. (A) shows an excitation circuit corresponding to the vibration device of the first embodiment, and (b) shows the second embodiment. The excitation circuit of the vibration apparatus of a form is shown, respectively.
(a)の励磁回路では、第1のソレノイド11と第2のソレノイド12とスイッチトランジスタ6とが直列に接続されており、第2のソレノイド12を励磁したとき、その励磁電流が第1のソレノイド11を通る。そのため、第1のソレノイド11+第2のソレノイド12が振動附勢用のソレノイドとして働き、実効的なコイル巻き数が多くなり、電流を小さくできる。(b)の励磁回路では、第1のソレノイド11には、第2のソレノイド12とそのスイッチトランジスタ6が縦続接続されるとともに、第3のソレノイド13とそのスイッチングトランジスタ9が縦続接続されており、第2のソレノイドおよび第3のソレノイドの励磁電流が共に第1のソレノイド11を通り、電源電流を小さくできる。なお、(a)(b)において、符号10は、第1のソレノイド11に並列に設けたダイオードである。
In the excitation circuit (a), the
11 第1のソレノイド(可動鉄心との共振用)
12 第2のソレノイド(可動鉄心の振動附勢用)
13 第3のソレノイド(可動鉄心の振動附勢用)
2 可動鉄心
3 パイプ
8 ベル
11 First solenoid (for resonance with movable iron core)
12 Second solenoid (for vibration energization of movable iron core)
13 Third solenoid (for vibration energization of the movable iron core)
2
Claims (3)
可動鉄心との共振用で,継続して一定電流で励磁する第1のソレノイドの内部に一定方向に移動可能な可動鉄心を設け、上記第1のソレノイドの可動鉄心移動方向一方側もしくは両側に、振動附勢用のソレノイドを並べて配置したことを特徴とする振動装置。 A vibration device using a movable iron core and a solenoid,
For the purpose of resonance with the movable iron core, a movable iron core that can move in a fixed direction is provided inside the first solenoid that is continuously excited with a constant current. A vibration device characterized by arranging vibration energizing solenoids side by side.
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