JP2022064847A - 振動コンベヤ - Google Patents

Abstract

【課題】搬送装置３を振動させるための振動コンベヤ１の搬送装置３に連結されている加振要素５を駆動させる電動式の加振装置４を有する振動コンベヤを機械共振周波数ｆ_Ｒに同調させる。
【解決手段】電気駆動装置１０が、ＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖの周波数ｆ_Ｖを所定の周波数範囲内で変更すること、ＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖの印加された異なる複数の周波数ｆ_Ｖに対する前記電動式の加振装置４の電流消費が測定されること、及び、電気駆動装置１０が、電動式の加振装置４の最も低い電流消費を呈する周波数ｆ_Ｖを、振動コンベヤ１を稼働させるためのＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖの周波数ｆ_Ｖとして使用することが提唱されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、搬送装置を振動させるための振動コンベヤの当該搬送装置に連結されている加振要素を駆動させる電動式の加振装置を有し、且つ当該搬送装置を振動させるための周波数ｆ_Ｖを呈するＡＣ駆動電圧を当該電動式の加振装置に供給する電気駆動装置をさらに有する当該振動コンベヤに関する。また、本発明は、このような振動コンベヤを稼働させるための方法に関する。

コンベヤシステムは、製品を或る場所から別の場所に移動させるための生産工場、処理工場又は組立工場において一般的な機械である。コンベヤシステムは、様々な部品及び材料を搬送するための多くの産業で一般的に使用されている。バルク材を搬送するため、振動コンベヤが頻繁に使用されている。

振動コンベヤは、直線振動するか又は回転振動するソリッド式の搬送装置である。搬送されるべき製品が、振動装置上に搭載され、この振動装置の振動にしたがって移動される。当該振動する搬送装置は、この搬送装置に連結されている少なくとも１つの電磁バイブレータによって駆動され、当該バイブレータの加振要素の振動移動を当該搬送装置に伝える。当該振動を支援するため、少なくとも１つのばねも、当該搬送装置に連結されてもよい。

電磁バイブレータの様々な実施の形態が考えられる。当該バイブレータは、振動要素としてのコア又は磁気要素を有する電気コイルとして設計され得る。当該振動要素は、当該コイルによって生成される電磁場に応答して移動する。振動電圧、例えば特定の周波数の正弦電圧が、当該コイルに印加されると、当該加振要素が、同じ周波数で振動する。

圧電アクチュエータ、特に増幅圧電アクチュエータも、バイブレータとして使用され得る。電圧を当該圧電アクチュエータに印加すると、圧電素子が振動する。増幅圧電アクチュエータは、通常は機械式トランスミッションによって当該圧電素子の非常に小さい移動（伸び量）を大きい移動に増幅する。そうすることで、当該圧電素子の振動が、より大きい振動に変換される。その結果、当該圧電素子の振動は、当該圧電素子の増幅された振動になる。このような圧電アクチュエータは、十分に周知であり、様々な実施の形態で利用できる。

その他の種類のバイブレータも可能である。全ての電磁アクチュエータは、バイブレータに動力源として供給される振動電圧又は電流が当該バイブレータの加振要素の振動移動に変換される点で共通している。通常は、必ずしもそうではないものの、加振要素の周波数が、振動する供給電圧又は電流の周波数と一致する。

加振要素の小さい移動と電力供給源の最小のエネルギーとで大きい振動振幅を達成するため、バイブレータを振動システム、すなわち当該加振要素及び振動コンベヤ装置の機械共振周波数で又はその近くで稼働させることが有益である。このため、（振動を発生させる）当該加振要素の周波数が、当該振動システムの共振周波数と一致しなければならないか又は当該共振周波数に近くなければならない。

振動コンベヤをその機械共振周波数で振動させるため、バイブレータが、特定の周波数に機械式に同調され得るか、又は、駆動システムが、機械共振周波数に適合され得る。

所定の配電網、例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流主電力供給源が、当該バイブレータ用の電力供給源として使用することが可能である。このような実施の形態では、周波数は、当該配電網由来であり、振動の振幅が、例えば位相制御を用いて当該電力供給源の振幅を制御することによって制御され得る。共振のため、当該機械共振周波数は、（供給電圧に由来する）加振周波数に同調される必要がある。一般に、当該同調は、例えばばねの機械剛性（減衰特性）又は特性を変更することによって、振動システム内の機械式の調整器によって実行される。しかしながら、当該同調は、不便であり、訓練された操作者を必要とする。さらに、一般に、当該機械共振周波数は、振動コンベヤの稼働中に変化する。当該機械共振周波数は、搬送される製品（サイズ、重量、形）、搬送面上の製品の質量（充填レベル、製品の数）、機械的摩耗、等々に依存する。したがって、当該機械共振周波数の永続的な手動の調整が、振動コンベヤを時間の経過にわたって最適に操作することが要求される。

当該機械共振周波数の手動の調整を回避するため、制御される電磁バイブレータが既に提唱されている。このように制御される電磁バイブレータは、供給電圧又は電流の周波数を変更することを可能にし、これにより、加振要素の周波数を変更することも可能にする。それ故に、当該加振要素の周波数を振動システムの変化する機械共振周波数と一致させることが可能である。このように制御される電磁バイブレータは、国際公開第２０１８／０６９８１９号パンフレットから公知である。国際公開第２０１８／０６９８１９号パンフレットでは、搬送面の振動と供給電圧との間の位相差が、当該供給電圧の周波数を制御するために使用される。当該位相差が零であるときに、共振が達成される。当該搬送面の振動は、加速度センサを用いて検出される。当該検出は、追加の加速度センサが振動コンベヤで必要とされることを意味する。当該センサの出力が、特定の制御アルゴリズムにしたがって制御装置内で処理される。その結果、オーバーレイされた（例えば、振動コンベヤの搬送量又は搬送速度を制御するための）複数の制御装置に対する複数のインターフェースを有する複数の特別な電子装置が、当該振動コンベヤに装備される必要がある。当該特別な電子装置は、機械制御装置内に組み込まれなければならないので、当該振動コンベヤの機械においてこの振動コンベヤを使用したい機械メーカーは、当該バイブレータの製造業者に依存する。

国際特許出願第２０１８／０６９８１９号パンフレット

したがって、本発明の課題は、よりフレキシブルに且つ容易に使用され得る振動コンベヤを提供することにある。

この課題は、独立請求項に記載の特徴によって解決される。（不連続又は連続の）自動周波数掃引によって、振動する部品を有する振動コンベヤの自然共振周波数が確認される。その結果、当該振動コンベヤは、この振動コンベヤを稼働させるための機械共振周波数で振動され得る。完全な技術が、様々な振動コンベヤによって使用され得る電気駆動装置で採用されてもよい。もはや、外部の特別な電子装置又はセンサは要求されない。機械メーカーは、もはや振動コンベヤの製造業者に依存しない。

振動コンベヤをドリフトする共振周波数に調整するため、当該システムは、定期的に又は必要に応じて容易に再同調され得る。再同調のため、周波数掃引及び電流消費の測定が繰り返され得る。供給電圧の周波数を所定の周波数増加幅によって変更することも可能である。

以下に、本発明の好適な実施の形態を例示的に、概略的に且つ限定せずに示す図１～４を参照して、本発明をより詳しく説明する。

振動コンベヤの可能な実施の形態を示す。 振動コンベヤの可能な実施の形態を示す。 増幅圧電アクチュエータを加振機として示す。 電気駆動装置の実施の形態を示す。

図１及び図２は、振動コンベヤの代表的な実施の形態を示す。図１には、リニアタイプの振動コンベヤが示されていて、図２には、ロータリータイプの振動コンベヤが示されている。しかしながら、（二重矢印によって示された）振動の方向は、本発明にとって重要でない。当該振動コンベヤ１は、振動装置３に連結されていて、搬送装置３を駆動させる加振機２を有する。搬送されるべき製品６、例えば図示されているようなバルク材が、搬送装置３上に搭載されている。

搬送装置３の振動移送を支援するため、搬送装置３に連結された少なくとも１つのばね７を提供することも可能である。

加振機２は、電動式の加振装置４とこの加振装置４と相互作用する加振要素５とから構成される。加振要素５は、振動コンベヤ１の搬送装置３に通常は機械式に連結されている。交流（ＡＣ）駆動電圧ｕ_Ｖが、加振装置４に供給されると、電動式の加振装置４は、加振要素５を振動させる。加振要素５と搬送装置３との間の当該連結によって、この振動は、搬送装置３にも印加される。電動式の加振装置４の様々な実施の形態が可能である。

有益な１つの実施の形態では、図１及び２のように、電動式の加振装置４は、電磁コイルであり、加振要素５は、磁気要素である。この磁気要素は、強磁性体のような磁性材料から成り得て、例えば磁石自体でもよく、例えば永久磁石又は電磁石でもよい。磁気要素５は、電磁コイル４によって生成される電磁場と相互作用し、当該電磁場に応じて移動する。加振要素５は、（図２のように）電磁コイルの移動コアとして構成されてもよい。ＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖが、当該電磁コイルに供給されると、加振要素５は、当該電磁場に応じて振動する。加振要素５の振動の周波数が、ＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖと一致する。したがって、加振要素５の振動の周波数を、ＡＣ駆動電圧ｕＶの周波数を変更することによって調整することが可能である。

別の有益な実施の形態では、加振機２は、圧電アクチュエータ、好ましくは増幅圧電アクチュエータ９である。ＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖを当該圧電アクチュエータに印加すると、当該圧電アクチュエータの圧電素子が往復振動する。増幅圧電アクチュエータ９は、通常は機械式トランスミッション１６によって圧電素子１５の非常に小さい移動（伸び量）を大きい移動に拡大する。図３は、増幅圧電アクチュエータ９を概略的に示す。この実施の形態では、機械式トランスミッション１６は、振動コンベヤ１の搬送装置３に連結されている加振要素５として作用し、圧電素子１５は、電動式の加振装置４として作用する。圧電素子１５の振動が、ＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖの周波数と一致する。圧電素子１５の振動は、ＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖの周波数と同じになり得るか又はＡＣ駆動電圧ｕＶの周波数と一定の関係にある周波数になり得る。したがって、加振要素５の振動の周波数を、ＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖの周波数を変更することによって調整することが可能である。

一般に、加振要素５の振動の周波数ｆ_０は、ＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖの周波数ｆ_Ｖと一致する。加振要素５の振動の周波数ｆ_０は、ＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖの周波数ｆ_Ｖと同じになり得るか又はＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖの周波数ｆ_Ｖと一定の関係にある周波数になり得る。したがって、加振要素５の振動の周波数ｆ_０を、振動コンベヤ１の機械的な応答周波数ｆ_Ｒと一致させるため、加振要素５の振動の周波数ｆ_０を、ＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖの周波数ｆ_Ｖを変更することによって調整することが可能である。振動コンベヤ１の機械的な応答周波数ｆ_Ｒは、振動コンベヤ１の振動部品、すなわち加振要素５と（製品を積載された）搬送装置３と（存在するならば）ばね７と場合によっては振動コンベヤ１のその他の振動部品とによって基本的に決定される。

周波数ｆ_Ｖを制御可能とするＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖを生成する制御可能な電気駆動装置１０が設けられている。通常は、ＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖの振幅も、電気駆動装置１０によって制御され得る。電気駆動装置１０が、交流の給電網１１に接続されている場合、電気駆動装置１０は、電力変換装置として、例えば周波数変換装置として実装され得る。又は、電気駆動装置１０が、ＤＣ（直流）の給電網１１に接続されている場合、電気駆動装置１０は、インバータとして実装され得る。

図４に示されているように、電気駆動装置１０は、給電網１１からの供給電圧ｕ_Ｓ（ＡＣ又はＤＣ）を、周波数ｆ_Ｖを呈する所要のＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖに変換するパワーエレクトロニクス装置１２を有する。一般に、パワーエレクトロニクス装置１２は、通常は複数のハーフブリッジ回路状に配置された、複数の半導体スイッチを有するアナログ回線である。パワーエレクトロニクス装置１２が、所要の周波数ｆ_Ｖ及び／又は所要の振幅を呈するＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖを生成するように、このパワーエレクトロニクス装置１２は、制御装置１３によって制御される。

加振機２の目的は、振動コンベヤ１又は振動コンベヤ１の振動部品を有する振動システムを振動させることであり、より正確に言えば、振動コンベヤ１又は振動コンベヤ１の振動部品を有する振動システムを、その機械共振周波数で又はその機械共振周波数の近くで共振させて、搬送装置３の振動振幅を最大にすることである。このため、加振要素５の振動周波数ｆ_０が、振動コンベヤ１の機械共振周波数ｆ_Ｒに同調されなければならない。しかしながら、振動コンベヤ１の共振周波数ｆ_Ｒは、通常は未知であり、さらに時間の経過と共にドリフトし得る。当該ドリフトは、振動コンベヤの機械部品の機械的摩耗によって、搬送装置３の搬送量（重量）を変更することによって、温度を変更することによって等々で引き起こされ得る。

加振要素５の振動周波数ｆ_０を振動コンベヤ１の機械共振周波数ｆ_Ｒに同調させるため、図４に示されているように、電動式の加振装置４に供給されるＡＣ駆動電流ｉ_Ｖを測定する電流測定センサ１４が、例えば電気駆動装置１０内に実装されている。電動式の加振装置４の電流消費が、電流測定センサ１４によって測定される。機械共振周波数ｆ_Ｒを特定するため、ＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖの周波数ｆが、例えば、所定の周波数範囲内で波長を（不連続又は連続）に掃引することによって変更され、当該電流消費が、当該変更中に測定される。当該測定は、制御装置１３によって実行され得る。電流消費を最低にさせる、すなわち測定されたＡＣ駆動電流ｉ_Ｖを最低値にさせるＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖの周波数ｆ_Ｖが、機械共振周波数ｆ_Ｒと一致する。加振要素５が、ＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖの周波数ｆ_Ｖと同じ周波数で振動する時に、この周波数ｆ_Ｖは、機械共振周波数ｆ_Ｒと等しい。加振要素５が、ＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖの周波数ｆ_Ｖと一定の関係にある周波数で振動する時に、機械共振周波数ｆ_Ｒが、当該既知の関係を使用して特定され得る。しかしながら、通常は、機械共振周波数ｆ_Ｒの値を知ることは必要でない。実行するために必要である全ての事項は、周波数ｆ_Ｖを呈するＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖを電動式の加振装置４に供給することである。当該供給は、振動装置１がその機械共振周波数ｆ_Ｒで振動されることを保証する。

当該振動を共振ににせるために、ＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖの周波数ｆ_Ｖが、例えば制御装置１３によって変更される範囲は、事前に規定され得るか又は設定され得る。周波数ｆ_Ｖは、十分に小さい増加幅で、例えば０．５Ｈｚ又は１Ｈｚの増加幅で、又はより小さい増加幅で、又は連続して変更され得る。既知の標準的な１００Ｈｚの共振周波数ｆ_Ｒを呈する振動コンベヤ１に対しては、例えば、９５Ｈｚと１０５Ｈｚとの間の周波数掃引が設定され得る。

振動コンベヤ１を共振に同調させるため、制御装置１３が、電動式の加振装置４に供給される、異なる周波数ｆ_Ｖを呈するＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖを生成してもよい。それぞれのＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖに対するＡＣ駆動電流ｉ_Ｖとしての電流消費が、電流測定センサ１４を使用して測定される。制御装置１３が、測定されたＡＣ駆動電流ｉ_Ｖを収集する。測定されたＡＣ駆動電流ｉ_Ｖの最も低い値に相当する周波数ｆ_Ｖが、電動式の加振装置４を駆動させるために使用される。

制御装置１３は、ハードウェアにインストールされた（当該同調及び制御機能を実行する）特定のソフトウェアを実行するマイクロプロセッサベースのハードウェアとして設計されてもよい。しかしながら、制御装置１３は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）若しくは書替え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）のような集積回路（ＩＣ）として実装されてもよい。アナログ回路又はアナログコンピュータも考えられる。このようなハードウェア装置と回路との組み合わせも可能である。

ＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖ又はこのＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖの周波数ｆ_Ｖの同調、すなわち振動コンベヤ１の実際の機械共振周波数ｆ_Ｒに対する同調が、定期的に繰り返され得るか、又は必要な時に機械共振周波数ｆ_Ｒの起こり得るドリフトに適合させるために繰り返され得る。これは、訓練された担当者なしに完全に自動的に実行され得る。

ＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖの振幅が、事前に設定され得るか、又は振動コンベヤ１の配置中に設定され得るか、又は必要に応じて変更されてもよい。

機械共振周波数ｆ_Ｒのドリフトが、電動式の加振装置４の電流消費を監視することによって検出されてもよい。（同調ステップ中の最も低い値であり得る）既知の又は希望の所定の通電量と測定された実際のＡＣ駆動電流ｉ_Ｖとの偏差が大きくなると、振動コンベヤ１のＡＣ駆動電圧ｕ_Ｖの周波数ｆ_Ｖの再同調が要求され得る。このため、当該偏差が、許容される所定の電流差を超えた時に、許容される電流差が設定され得るか、又は、再同調が開始される。共振を引き起こす周波数ｆ_Ｖを発見するための上記のステップが、再同調のために繰り返されてもよい。振動コンベヤ１を再同調して、共振周波数ｆ_Ｒにより近づけるため、例えば所定の周波数増分によって、単に周波数ｆ_Ｖを微調整することも可能である。小さい偏差に対しては、周波数ｆ_Ｖを所定の周波数増分によって調整することが選択され得る。より大きい偏差に対しては、再同調が要求され得る。このような「小さい」偏差及び／又は「より大きい」偏差の値は、制御装置１３で事前に設定され得るか、又は振動コンベヤ１の稼働を開始する前に又は振動コンベヤ１の稼働中に設定されてもよい。

１ 振動コンベヤ
２ 加振機
３ 搬送装置
４ 加振装置、電磁コイル
５ 加振要素、磁気要素
６ 製品
７ ばね
９ 増幅圧電アクチュエータ
１０ 電気駆動装置
１１ 給電網
１２ パワーエレクトロニクス装置
１３ 制御装置
１４ 電流測定センサ
１５ 圧電素子
１６ 機械式トランスミッション

Claims (9)

1. 振動コンベヤ（１）の振動する搬送装置（３）に連結されている加振要素（５）を駆動させる電動式の加振装置（４）を有する前記振動コンベヤ（１）の振動を制御するための方法であって、
   周波数ｆ_Ｖを呈するＡＣ駆動電圧（ｕ_Ｖ）が、前記電動式の加振装置（４）に供給され、このＡＣ駆動電圧（ｕ_Ｖ）の周波数ｆ_Ｖが、前記振動コンベヤ（１）の機械共振周波数ｆ_Ｒに同調される当該方法において、
   前記ＡＣ駆動電圧（ｕ_Ｖ）の周波数ｆ_Ｖを前記振動コンベヤ（１）の前記機械共振周波数ｆ_Ｒに同調させるため、前記ＡＣ駆動電圧（ｕ_Ｖ）の周波数ｆ_Ｖが、所定の周波数範囲内で変更され、前記電動式の加振装置（４）の電流消費が、前記ＡＣ駆動電圧（ｕ_Ｖ）の印加された異なる複数の周波数ｆ_Ｖに対して測定されること、及び
   前記電動式の加振装置（４）の最も低い電流消費を呈する周波数ｆ_Ｖが、前記振動コンベヤ（１）を稼働させるための前記ＡＣ駆動電圧（ｕ_Ｖ）の周波数ｆ_Ｖとして使用されることを特徴とする方法。
2. 前記ＡＣ駆動電圧（ｕ_Ｖ）の周波数ｆ_Ｖは、複数の所定の周波数増加幅によって変更されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ＡＣ駆動電圧（ｕ_Ｖ）の周波数ｆ_Ｖの再同調が定期的に開始されるか、又は、希望の所定の通電量と実際のＡＣ駆動電流（ｉ_Ｃ）との偏差が、許容される所定の電流差を超えた時に、前記ＡＣ駆動電圧（ｕ_Ｖ）の周波数ｆ_Ｖの再同調が開始されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 請求項１に記載の複数のステップが、再同調のために繰り返されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記ＡＣ駆動電圧（ｕ_Ｖ）の周波数ｆ_Ｖが、再同調のために所定の周波数増加幅によって変更されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
6. 搬送装置（３）を振動させるための振動コンベヤ（１）の前記搬送装置（３）に連結されている加振要素（５）を駆動させる電動式の加振装置（４）を有し、且つ前記搬送装置（１）を振動させるための周波数ｆ_Ｖを呈するＡＣ駆動電圧（ｕ_Ｖ）を前記電動式の加振装置（４）に供給する電気駆動装置（１０）をさらに有する当該振動コンベヤであって、
   前記ＡＣ駆動電圧（ｕ_Ｖ）の周波数ｆ_Ｖが、前記振動コンベヤ（１）の機械共振周波数ｆ_Ｒに同調される当該振動コンベヤにおいて、
   前記電気駆動装置（１０）が、前記ＡＣ駆動電圧（ｕ_Ｖ）の周波数ｆ_Ｖを所定の周波数範囲内で変更すること、
   前記ＡＣ駆動電圧（ｕ_Ｖ）の印加された異なる複数の周波数ｆ_Ｖに対する前記電動式の加振装置（４）の電流消費を測定する電流測定センサ（１４）が設けられていること、及び
   前記電気駆動装置（１０）が、前記電動式の加振装置（４）の最も低い電流消費を呈する周波数ｆ_Ｖを、前記振動コンベヤ（１）を稼働させるための前記ＡＣ駆動電圧（ｕ_Ｖ）の周波数ｆ_Ｖとして使用することを特徴とする振動コンベヤ。
7. 電気コイルが、電動式の加振装置（４）として設けられていることを特徴とする請求項６に記載の振動コンベヤ。
8. 前記電気コイルの移動するコア又は前記コイルと相互作用する磁気要素が、加振要素（５）として設けられていることを特徴とする請求項７に記載の振動コンベヤ。
9. 圧電素子（１５）を有する増幅圧電アクチュエータ（９）と機械式トランスミッション（１６）とが設けられていて、
   前記機械式トランスミッション（１６）は、加振要素（５）として機能し、前記圧電素子（１５）は、電動式の加振装置（４）として機能することを特徴とする請求項６に記載の振動コンベヤ。

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