JP3708658B2 - Shaker - Google Patents

Description

上記−ｆ_x，−ｆ_zを磁石の寸法の範囲で積分して力を求めることができる。
【００１９】
これを図５に示されるように、対向する磁石を各磁気ギャップ毎に完全にラップした状態（ｘ軸移動量＝０ｍｍ）から完全にずれた状態（ｘ軸移動量＝５０ｍｍ）まで移動させて計算したのが図６のグラフである。ただし、「内部磁気モーメントは一定」と定義してあるが、磁気ギャップが小さいときは磁石の周辺で乱れが生じるので、補正している。
【００２０】
上記計算結果は実測値とも略一致しており、図２のポイントａからｂに移動させる力がｘ方向荷重で、出力はｚ方向荷重で表されており、不安定系故の入力＜出力の関係が静的に明確になっている。
【００２１】
また、図７は、図５に示される磁石の離間距離を３ｍｍに保持し、完全にずれた状態から完全にラップした状態まで移動させ、さらにこの状態から完全にずれた状態まで移動した時の関係を表したグラフである。このグラフは、ｘ方向荷重の絶対値は同じで出力方向が逆になって出てくる特性で、完全ラップ状態に近づく場合は抵抗つまり減衰となり、完全ラップ状態から完全にずれた状態に移行する場合は加速されることを示している。
【００２２】
また、図８に示されるように、対向する磁石の回転角度を変化させると、図９に示されるようなグラフが得られた。当然のことながら、対向面積が減少すると最大荷重が減少し、所定の入力を加えることによる面積変換を介して出力を変化させることが可能なことを示している。
【００２３】
図１０は、永久磁石としてネオジム系磁石を採用した場合の磁石間距離と荷重との関係を示すグラフであり、反発力は質量増加とともに増加する。ここで、反発力Ｆは、
Ｆ∝Ｂｒ²×（幾何学的寸法） Ｂｒ：磁化の強さ
で表され、幾何学的寸法とは、対向する磁石の離間距離、対向面積、磁束密度、磁界の強さ等により決定される寸法を意味する。磁石材料が同一の場合、磁化の強さ（Ｂｒ）は一定であるので、幾何学的寸法を変化させることにより磁石の反発力を変えることができる。
【００２４】
図１１は、永久磁石２，４の一方を他方に対しスライドさせて対向面積を変化させることにより幾何学的寸法を変化させるようにしたスライド型原理モデルを示している。
【００２５】
図１１に示されるように、永久磁石２は基台６に摺動自在に取り付けられており、直動スライダ８は基台６に固定されるとともに、上方に垂直に立設せしめられている。直動スライダ８にはＬ型アングル１０が上下動自在に取り付けられており、Ｌ型アングル１０の下面には、永久磁石４が永久磁石２に対し同一（反発）磁極を対向させた状態で固定されている。
【００２６】
上記構成のスライド型原理モデルにおいて、永久磁石２，４として５０ｍｍＬ×２５ｍｍＷ×１０ｍｍＨのもの（住友特殊金属社製NEOMAX-39SH）を使用するとともに、合計質量３.１３５ｋｇの負荷を使用して、永久磁石２をスライドさせたところ、図１２に示されるような結果が得られた。
【００２７】
図１２は、入出力の実験値を仕事（Ｊ）で示したもので、約０．５Ｊの入力仕事に対し約４Ｊの出力仕事が得られており、対向する二つの永久磁石２，４で構成される磁性バネが有する負の減衰特性を利用することにより、あるいは、静磁エネルギを変化させることにより小さな入力仕事で大きな出力仕事を引き出すことが可能となる。
【００２８】
図１３は、上記スライド型原理モデルを一部に応用した本発明にかかる加振機Ｍを示している。
図１３に示されるように、本発明にかかる加振機Ｍは、垂直方向加振機Ｍ１と、垂直方向加振機Ｍ１の上に載置された水平方向加振機Ｍ２と、水平方向加振機Ｍ２の上に載置されたもう一つの水平方向加振機Ｍ３とからなる。水平方向加振機Ｍ２とＭ３とは、加振方向が水平方向に９０度異なっており、図１３の加振機Ｍは、垂直方向と水平２方向の３方向に加振させるよう構成されている。
【００２９】
図１４乃至図１６に示されるように、垂直方向加振機Ｍ１は、左右一対のロワレール１２，１２と、ロワレール１２，１２に固定された基板１４と、左右一対のリンク機構１６，１６を介してロワレール１２，１２に上下動自在に取り付けられた頂板１８とを備えている。リンク機構１６，１６の各々は、ロワレール１２に立設された前部リンク保持部材２０と、頂板１８の一端より垂下された後部リンク保持部材２２と、前部及び後部リンク保持部材２０，２２の前後端に揺動自在に連結された２本のリンク２４，２６とからなる。
【００３０】
また、基板１４上には、駆動源である動電型アクチュエータ２８が取り付けられるとともに、アクチュエータ２８の一部を構成するホルダ（後述）には第１永久磁石３０が固定されており、第１永久磁石３０から上方に所定距離離間し同一（反発）磁極が対向する第２永久磁石３２が頂板１８に固定されている。さらに、アクチュエータ２８の後方の基板１４には二つの永久磁石３４，３６が固定される一方、この二つの永久磁石３４，３６から上方に離間し同一磁極が対向する二つの永久磁石３８，４０が頂板１８に固定されている。
【００３１】
また、上記ホルダの前端はコイルスプリング等の負荷調整用弾性部材４２に連結されており、この弾性部材４２はブラケット４３を介して基板１４に連結されている。
【００３２】
図１７乃至図１９は、基板１４に取り付けられた動電型アクチュエータ２８を示しており、第１永久磁石３０が固定されるホルダ４４と、ホルダ４４の両側に設けられた磁気回路４６，４６と、ホルダ４４の下面に取り付けられたリニアベアリング４８と、基板１４に固定されリニアベアリング４８が水平方向に摺動自在に取り付けられるリニアガイド５０とを備えている。
【００３３】
磁気回路４６，４６は、ホルダ４４の両端に巻回されたコイル５２，５２と、ホルダ４４の各側においてコイル５２と上下方向（ホルダ４４の摺動面に対し垂直な方向）に所定距離離間した複数の永久磁石５４,…,５４とからなる。
【００３４】
コイル５２，５２は、ホルダ４４の両端において上下２段に巻回されているが、図２０に示されるように、一本の銅線を直列に接続したものである。すなわち、図１７及び図１８において、端子Ａ及びＢを接続し、さらに左上コイルから左下コイルを形成した後、端子Ｃ及びＤに順次接続し、次に右下コイルから右上コイルを形成し、最後に端子Ｅ及びＦの順で接続したものである。
【００３５】
一方、永久磁石５４,…,５４は、図２１に示されるように、ホルダ４４の各端部に巻回されたコイル５２（図１７における左上コイルと左下コイル、あるいは、右上コイルと右下コイル）と対向しており、逆磁極を下側に向けた状態でケーシング５６の上部壁下面に固着された二つの永久磁石５４，５４と、この永久状態５４，５４と逆磁極が対向しケーシング５６の底壁上面に固着された二つの永久磁石５４，５４とからなる。
【００３６】
上記構成の磁気回路に対し、図２１に示されるように励磁電流を流すと、フレミングの左手の法則に基づいてコイル５２には力Ｆが加わり、ホルダ４４がリニアガイド５０に沿って力Ｆの方向に移動する。従って、コイル５２，５２にパルス励磁電流を流すと、コイル５２，５２はホルダ４４と一体的に往復運動を行う。すなわち、この動電型アクチュエータ２８は、電気エネルギを機械的エネルギに変換する。
【００３７】
なお、上記実施形態においては、コイル５２，５２をホルダ４４の両端に巻回した構成としたが、必ずしも両端に巻回する必要はなく、図２２に示されるように、ホルダ４４の一端にコイルを巻回した構成も可能である。図２２に示される動電型アクチュエータ２８Ａにおいては、ホルダ４４の一端に１本の銅線を直列に接続することによりコイル５２が形成されている。
【００３８】
また、上記実施形態においては、ケーシング５６の上部壁下面と底壁上面にそれぞれ二つの永久磁石５４，５４を固着する構成としたが、上部壁下面と底壁上面の各々にそれぞれ一つの永久磁石５４を設け、逆磁極を互いに対向させる構成とすることもできる。
【００３９】
さらに、図２３に示される動電型アクチュエータ２８Ｂのように、ホルダ４４両端に位置する各ケーシング５６の底壁上面にのみ１個の永久磁石５４を取り付けた構成とすることもできる。
【００４０】
ここで、図１７乃至図１９の実施形態において、永久磁石５４,…,５４としてネオジム系磁石（住友特殊金属社製ＮＥＯＭＡＸ−４２）（１１ｍｍＨ×３５ｍｍＷ×４２ｍｍＬ）を片側で４個使用するとともに、コイル５２，５２としてφ０.７２−ＥＩＷの銅線を１６０ターン巻回した偏平型空芯コイルを、片側２個の計４個を樹脂製ボビンに接着固定した後直列に接続した。この時の直流抵抗は４.５１Ωであった。また、磁気回路の重量は１８５０ｇ×２個＝３７００ｇで、コイル全体の重量は８９０ｇであった。
【００４１】
上記仕様の動電型アクチュエータの１Ａ当たりの推力分布を測定したところ、図２４に示される結果が得られた。図２４の結果によれば、ストローク３０ｍｍの中央では、２.６４ｋｇｆ／Ａ（２６Ｎ／Ａ）の推力が得られている。
【００４２】
次に、図１４乃至図１６に示される垂直方向加振機Ｍ１の作用を説明する。
図１４乃至図１６の構成において、頂板１８にある負荷が加えられると、その荷重は互いに同一磁極が対向する永久磁石３０と３２、３４と３８、３６と４０の反発力により支持される。この状態で、駆動源である動電型アクチュエータ２８により第１永久磁石３０をリニアガイド５０に沿って水平方向に往復移動させると、第１永久磁石３０と対向する第２永久磁石３２は垂直方向に往復移動する。すなわち、この垂直方向加振機Ｍ１は、同一磁極が対向する第１及び第２永久磁石３０，３２の対向面積を周期的に変化させることにより励振を発生し、垂直方向の周期的な振動を発生させる。
【００４３】
上記構成をさらに詳述すると、互いに対向する永久磁石３０と３２、３４と３８、３６と４０で負荷を支持するとともに、平衡点と加振磁石（第１永久磁石３０）のボリュームで振幅を仮設定し、加振磁石３０のスライド移動により垂直方向の振動を発生させる。また、加振磁石３０のストローク量については、荷重曲線、振幅及び負荷質量で設定する。その中心が基準位置となり駆動源である動電型アクチュエータ２８の中立位置とし、中立位置に設定するためにアシストメカ（負荷調整用弾性部材４２）で荷重の谷を設定する。ここで荷重の谷とは、第２永久磁石３２を介して加振磁石３０に加わる水平方向荷重が駆動源のアシストメカでキャンセルされ、釣り合った状態になっている位置をいう。
【００４４】
また、加振磁石３０の水平方向のストローク量で垂直方向の上死点と下死点が決定され、上下各死点における加振磁石３０の第２永久磁石３２に対するラップ量とギャップ量で各点の水平方向及び垂直方向の荷重が決定される。さらに、駆動源２８のアシストメカのバネ定数については、上下各死点における水平方向荷重で決定される。
【００４５】
なお、上記実施形態において、負荷調整手段としてコイルスプリング等の弾性部材４２を使用したが、図２５に示されるように、動電型アクチュエータ２８を構成するホルダ４４の後部に永久磁石５８を取り付ける一方、この永久磁石５８と同一磁極が対向する永久磁石６０を基板１４に固定し、二つの永久磁石５８，６０の反発力を利用して荷重の谷を設定することもできる。
【００４６】
次に、上記構成の加振機Ｍ１の制御について説明する。
駆動源２８の駆動波としてｓｉｎ波あるいはランダム波等が使用され、駆動源を所定の位置や加速度に制御（フィードバック）するためには、図２６の機械モデルで示されるように、頂板１８の動きを感知するポテンショメータ等のセンサが必要となる。
【００４７】
すなわち、駆動波としてｓｉｎ波を使用するとともに、頂板１８の動きを感知し振幅制御を行う場合、ロータリエンコーダやポテンショメータ等の位置センサが必要となり、頂板１８の加速度を感知し加速度制御を行う場合、加速度センサが必要となる。また、駆動波としてランダム波を使用した場合、頂板１８の動きを感知するロータリエンコーダ等の位置センサが必要となる。
【００４８】
図２７は、駆動源２８を図２８に示されるｓｉｎ波で駆動する場合のクローズドループ制御のブロック図を示している。
図２７において、ｓｉｎ波テーブル７６から所定のタイミング（例えば１ｍｓｅｃ毎）でＤ／Ａ（デジタルーアナログ変換器）７８にデータを出力し、その電圧値をＰＷＭ（パルス幅変調）制御アンプ８０に入力し、駆動源２８を駆動する。駆動源２８にはポテンショメータ８２が接続されており、ポテンショメータ８２の値と出力を比較器８４で比較するとともに、その差分をＤ／Ａ７８に出力して駆動源２８を目的の位置まで駆動する。また、ｓｉｎ波テーブル７６を例えばパソコン等に接続し、パソコンからｓｔａｒｔコマンドを送信することによりｓｉｎ波テーブル７６から所定のｓｉｎ波を出力し、ｓｔｏｐコマンドあるいはｃｌｅａｒコマンドが送信されるまで出力し続けるようにすることもできる。
【００４９】
また、駆動波として図２９に示されるようなランダム波を使用することも可能で、パソコンから送信されるｓｔａｒｔコマンドに基づいて所定のタイミングでアンプ８０より振幅値を出力し、駆動源２８が目的の位置に設定されるようクローズドループ制御を行うとともに、次のデータがアンプ８０から送信されるまでその出力を保持することができる。
【００５０】
なお、上記構成において、頂板１８に加えられる負荷の支持手段として対向する複数対の永久磁石３０と３２、３４と３８、３６と４０を使用したが、図３０に示されるように、永久磁石３４，３８，３６，４０に代えてトーションバー６２を負荷支持手段として使用することもできる。
【００５１】
具体的には、前部リンク保持部材２０，２０の一方の後端より内方に延びる突設部２０ａに略Ｕ字状に折曲されたトーションバー６２の一端が係止される一方、反対側の後部リンク保持部材２２の前端より内方に延びる突設部２２ａにトーションバー６２の他端が係止されている。また、トーションバー６２の途中２カ所の屈曲部は、後部リンク保持部材２２，２２の内壁面に突設された二つのブラケット６４，６４によりそれぞれ保持されており、トーションバー６２の弾性力を利用して頂板１８を上方に付勢することにより頂板１８に加えられる負荷を支持している。
【００５２】
また、図３１に示されるように、頂板１８に加えられる負荷の支持手段として複数の（例えば二つの）コイルスプリング６６，６６を使用することもできる。すなわち、基板１４と頂板１８との間に複数のコイルスプリング６６，６６を介装せしめることにより頂板１８を上方に付勢している。
【００５３】
さらに、図３２に示されるように、頂板１８に加えられる負荷の支持手段として複数の（例えば二つの）渦巻きばね６８，６８を使用することも可能である。すなわち、前部リンク保持部材２０，２０の後端より内方に突設したピン７０，７０に渦巻きばね６８，６８の一端が係止される一方、リンク２６，２６より内方に突設したピン７２，７２に渦巻きばね６８，６８の他端が係止されており、渦巻きばね６８，６８の弾性力を利用して頂板１８を上方に付勢することにより頂板１８に加えられる負荷を支持している。
【００５４】
図３３は、上記構成の垂直方向加振機Ｍ１の上に載置される水平方向加振機Ｍ２を示している。
図３３に示されるように、この水平方向加振機Ｍ２は、下部フレーム１０２と、下部フレーム１０２に対し水平方向に往復動自在に取り付けられた上部フレーム１０４とを備えている。
【００５５】
上部フレーム１０４は、水平方向に平行に延びる２本のアッパーレール１０６，１０６と、アッパーレール１０６，１０６に対し垂直に延びアッパーレール１０６，１０６を互いに連結するサイドバー１０８，１０８と、アッパーレール１０６，１０６の各々の両端から下方に垂下された四つのサイドプレート１１０,…,１１０とからなる。
【００５６】
一方、下部フレーム１０２は、図３４に示されるように、アッパーレール１０６，１０６の直下で水平方向に平行に延びる２本のロワレール１１２，１１２と、ロワレール１１２，１１２に対し垂直に延びロワレール１１２，１１２を互いに連結するサイドバー１１３，１１３と、サイドバー１１３，１１３の上面に両端が接合された基板１１４と、ロワレール１１２，１１２の各々の両端に揺動自在に取り付けられた揺動部材１１６,…,１１６と、ロワレール１１２，１１２に対し垂直に延び２本の揺動部材１１６，１１６を互いに連結する連結プレート１１８，１１８とからなる。
【００５７】
図３５に示されるように、各ロワレール１１２の両端には角孔１１２ａ，１１２ａが穿設されており、各角孔１１２ａに揺動部材１１６の上端が遊挿されるとともに、樹脂製ワッシャ１２０，１２０を介してピン１２２により揺動自在に取り付けられている。また、揺動部材１１６の下端は、対応するサイドプレート１１０の下端にピン１２４で枢着されている。
【００５８】
また、基板１１４上には、動電型アクチュエータ１２６が駆動源として載置されている。この動電型アクチュエータ１２６は、垂直方向加振機Ｍ１に使用されている動電型アクチュエータ２８に加振磁石（第１永久磁石）３０が固着されていることを除けば構成は同一なので、その説明は省略する。
【００５９】
次に、図３３に示される水平方向振動加振機Ｍ２の作用を説明する。
図３３の構成において、ホルダ１２８の前後端を駆動力伝達部材であるコイルスプリング１４２，１４２を介してサイドバー１０８，１０８に連結するとともに、下部フレーム１０２のロワレール１１２，１１２を固定する。この状態で、駆動源である動電型アクチュエータ１２８に通電し、ホルダ１２８をリニアガイド１３４に沿って水平方向に往復移動させると、その駆動力はコイルスプリング１４２，１４２を介して上部フレーム１０４に伝達される。
【００６０】
上部フレーム１０４は、サイドプレート１１０,…,１１０を介して揺動部材１１６,…,１１６に連結されているので、揺動部材１１６,…,１１６がピン１２２,…,１２２を中心として揺動し、上部フレーム１０４が水平方向に往復移動する。すなわち、水平方向加振機Ｍ２は、動電型アクチュエータ１２６により励振を発生し、水平方向の周期的な振動を発生させる。
【００６１】
なお、ホルダ１２８と上部フレーム１０４とがコイルスプリング１４２，１４２を介して連結されているので、ホルダ１２８の往復移動に対し、上部フレーム１０４の往復移動は多少の位相遅れがあり、この位相遅れはコイルスプリング１４２，１４２の弾性力に依存する。
【００６２】
また、上記構成において、駆動力伝達部材として採用したコイルスプリング１４２，１４２の各々を一対の永久磁石に置き換えることも可能である。
【００６３】
すなわち、図３６に示されるように、ホルダ１２８の前後端にそれぞれ永久磁石１４４，１４６を固定するとともに、この永久磁石１４４，１４６と同一（反発）磁極が対向する永久磁石１４８，１５０をサイドバー１０８，１０８に固定すると、動電型アクチュエータ１２６の駆動力は、対向する永久磁石１４４，１４８と１４６，１５０の反発力により多少の位相遅れの後、上部フレーム１０４に伝達され、上部フレーム１０４が水平方向に周期的に振動する。
【００６４】
また、図３７に示されるように、駆動力伝達部材としてリンク１５２，１５４を採用することも可能で、ホルダ１２８の前後端はリンク１５２，１５４を介して対応するサイドバー１０８，１０８に連結されている。
【００６５】
この構成は、図３３あるいは図３６の構成と異なり、動電型アクチュエータ１２６の駆動力がリンク１５２，１５４を介して直接上部フレーム１０４に伝達されるので、ホルダ１２８の往復移動と上部フレーム１４４の往復移動との間に位相遅れは発生しない。
【００６６】
上記構成の水平方向加振機Ｍ２の制御については、垂直方向加振機Ｍ１と同一なので、その説明は省略する。
【００６７】
また、水平方向加振機Ｍ２の上に載置されるもう一つの水平方向加振機Ｍ３は、水平方向加振機Ｍ２と配置方向が９０度異なっているだけで構成は同一なので、その説明も省略する。
【００６８】
なお、水平方向加振機Ｍ２は、図３４に示されるように、ロワレール１１２，１１２の下面に固着された固定ブロック１６０,…,１６０を介して垂直方向加振機Ｍ１の頂板１８に固定される一方、水平方向加振機Ｍ３も同様に、固定ブロックを介して水平方向加振機Ｍ２の上部フレーム１０４に固定される。
【００６９】
さらに、上記構成の加振機Ｍは、垂直方向加振機Ｍ１と水平方向加振機Ｍ２ともう一つの水平方向加振機Ｍ３は、それぞれ独立して制御することが可能なので、１軸加振機あるいは２軸加振機としても使用可能である。
【００７０】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明のうちで、請求項１に記載の発明によれば、垂直方向加振機においては、同一磁極が対向する少なくとも二つの永久磁石の一方を他方に対し動電型アクチュエータの駆動力を利用して往復移動させることにより垂直方向の振動を発生させ、二つの水平方向加振機の各々においては、動電型アクチュエータの駆動力を利用して水平方向の振動を発生させるようにしたので、騒音が少なくコンパクトで安価な加振機の製作が容易である。
【００７１】
また、請求項２に記載の発明によれば、垂直方向加振機に上方より加わる負荷を支持する負荷支持手段を設け、この負荷支持手段を同一磁極が対向する複数の永久磁石と、略Ｕ字状のトーションバーあるいはスプリングと、基板と頂板との間に介装したスプリングのいずれか一つで構成したので、簡単な構成で大きな負荷にも対応でき、所望の振動を発生させることが可能である。
【００７２】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、垂直方向加振機の動電型アクチュエータの一部に負荷調整手段を取り付け、この負荷調整手段により加振磁石に加わる水平方向の荷重をキャンセルするようにしたので、駆動源の駆動力を大きくする必要がなく、垂直方向加振機をコンパクトにすることができる。
【００７３】
また、請求項４に記載の発明によれば、二つの水平方向加振機の各々に、動電型アクチュエータの駆動力を上部フレームに伝達する駆動力伝達部材を設け、この駆動力伝達部材を上部フレームと動電型アクチュエータとの間に介装したスプリングと、同一磁極が対向する複数対の永久磁石と、リンクのいずれか一つで構成したので、簡単な構成で大きな負荷にも対応でき、あるいは、水平方向加振機の構成が極めて簡素化され、安価で容易に製作することができる。
【００７４】
また、請求項５に記載の発明によれば、垂直方向加振機と二つの水平方向加振機の各々を独立して制御できるようにしたので、加振機を１軸、２軸あるいは３軸加振機として使用でき、加振機としての自由度が大きい利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかる磁性バネにおいて、二つの永久磁石の入力側と出力側の平衡位置を示した模式図である。
【図２】 図１の磁性バネにおいて、加えられた荷重と永久磁石の平衡位置からの変位量との関係を示す基本特性のグラフである。
【図３】 実測された荷重と変位量との関係を示すグラフである。
【図４】 永久磁石の端面上に磁荷が均一に分布していると仮定したチャージモデルにおける入出力の考え方を示す模式図であり、（ａ）は吸引を、（ｂ）は反発を、（ｃ）は（ｂ）とは異なる部位の反発をそれぞれ示している。
【図５】 同磁極を対向させた永久磁石において、一方を他方に対し移動させた（対向面積を変えた）場合の模式図である。
【図６】 図５に基づいて計算した場合のＸ軸移動量に対するＸ軸及びＺ軸方向の荷重を示すグラフである。
【図７】 図５の永久磁石の離間距離を一定に保持し、一方を他方に対し完全にずれた状態から完全にラップした状態まで移動し、さらにこの状態から完全にずれた状態まで移動させた時の変位量と荷重との関係を示すグラフである。
【図８】 同磁極を対向させた永久磁石において、一方を他方に対し回転させた（対向面積を変えた）場合の模式図である。
【図９】 図８に基づいて永久磁石を回転させた場合の対向面積に対する最大荷重を示すグラフである。
【図１０】 永久磁石としてネオジム系磁石を採用した場合の磁石間距離と荷重との関係を示すグラフである。
【図１１】 永久磁石の対向面積を変化させることにより幾何学的寸法を変化させるようにしたスライド型原理モデルの斜視図である。
【図１２】 図１１のスライド型原理モデルにより得られた入出力の関係を示すグラフである。
【図１３】 図１１のスライド型原理モデルを一部に応用した本発明にかかる加振機の斜視図である。
【図１４】 図１３の加振機に設けられた垂直方向加振機の斜視図である。
【図１５】 図１４の垂直方向加振機の側面図である。
【図１６】 図１４の垂直方向加振機の正面図である。
【図１７】 図１４の垂直方向加振機の駆動源である動電型アクチュエータの斜視図である。
【図１８】 図１７の動電型アクチュエータの一部を切り欠いた平面図である。
【図１９】 図１７の動電型アクチュエータの部分断面側面図である。
【図２０】 図１７の動電型アクチュエータに設けられたコイルの結線図である。
【図２１】 図１７の動電型アクチュエータに設けられた磁気回路の概略側面図である。
【図２２】 動電型アクチュエータの変形例を示す斜視図である。
【図２３】 動電型アクチュエータの別の変形例を示す部分断面側面図である。
【図２４】 図１７の動電型アクチュエータに１Ａの電流を流した場合の推力分布を示すグラフである。
【図２５】 同一磁極が対向する一対の永久磁石を負荷調整手段として採用した動電型アクチュエータの斜視図である。
【図２６】 垂直方向加振機の機械モデルを示す概略図である。
【図２７】 動電型アクチュエータをｓｉｎ波で駆動する場合のクローズドループ制御のブロック図である。
【図２８】 駆動波として使用されるｓｉｎ波を示すグラフである。
【図２９】 駆動波として使用されるランダム波を示すグラフである。
【図３０】 垂直方向加振機の変形例を示す斜視図である。
【図３１】 垂直方向加振機の別の変形例を示す斜視図である。
【図３２】 垂直方向加振機のさらに別の変形例を示す斜視図である。
【図３３】 図１３の加振機に設けられた水平方向加振機の斜視図である。
【図３４】 図３３の水平方向加振機を構成する下部フレームと動電型アクチュエータの斜視図である。
【図３５】 図３４に示される下部フレームと上部フレームとの連結部の部分分解斜視図である。
【図３６】 図３３の水平方向加振機の変形例を示す斜視図である。
【図３７】 図３３の水平方向加振機の別の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
2,4,34,36,38,40,54,58,60,144,146,148,150 永久磁石
６ 基台
８ 直動スライダ
１０ Ｌ型アングル
１４ 基板
１６ リンク機構
１８ 頂板
２８ 動電型アクチュエータ
３０ 第１永久磁石
３２ 第２永久磁石
４２ 負荷調整用弾性部材
４４ ホルダ
４６ 磁気回路
５２ コイル
６２ トーションバー
６６ コイルスプリング
６８ 渦巻きばね
７６ ｓｉｎ波テーブル
７８ デジタルーアナログ変換器
８０ アンプ
８２ ポテンショメータ
８４ 比較器
１０２ 下部フレーム
１０４ 上部フレーム
１１４ 基板
１１６ 揺動部材
１４２ コイルスプリング
１５２，１５４ リンク
Ｍ 加振機
Ｍ１ 垂直方向加振機
Ｍ２，Ｍ３ 水平方向加振機[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a device that generates vibrations in three directions, ie, a vertical direction and two horizontal directions, and more particularly to a vibrator that generates vibration energy using a plurality of permanent magnets.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to examine the vibration characteristics of a certain structure, a vibration exciter that artificially generates vibration has been used. In addition, as an exciter, an electrodynamic type and an unbalanced mass or cam type are generally known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a vibrator using a link mechanism such as a crank, a load is directly applied to the drive motor, so a relatively large drive motor is required. .
In addition, since the equipment itself is large-scale, not only the installation location and construction are necessary, but also the problem is that forced air cooling is necessary due to the large amount of heat generation, and abnormal noise evaluation cannot be performed due to exhaust noise from fans and the like. It was.
Furthermore, since all of the above-described vibrators have a complicated configuration, are heavy, and are expensive, a light and inexpensive one has been desired.
[0004]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an inexpensive shaker that is compact and has low noise by incorporating a plurality of permanent magnets.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present invention is characterized in that a vertical shaker and two horizontal shakers having different excitation directions of 90 degrees are stacked one above the other. The vertical vibrator has at least two permanent magnets with the same magnetic pole facing each other , and reciprocally moves one of the permanent magnets with respect to the other by a predetermined stroke amount using the driving force of an electrodynamic actuator. While the vertical area is generated by changing the facing area of the permanent magnet, each of the two horizontal vibrators generates a horizontal vibration by using a driving force of an electrodynamic actuator. This is a vibration exciter characterized by that.
[0006]
In the invention according to claim 2, the vertical vibration exciter includes a substrate, a top plate connected to the substrate through a link mechanism so as to be movable up and down, and a load support for supporting a load applied to the top plate. A plurality of permanent magnets facing the same magnetic pole, a substantially U-shaped torsion bar or spring connected to the link mechanism, and the substrate and the top plate. It is characterized by comprising any one of the springs.
[0007]
Furthermore, the invention according to claim 3 is a horizontal direction in which a load adjusting means is attached to a part of the electrodynamic actuator provided in the vertical vibration exciter and applied to one of the permanent magnets by the load adjusting means. The load is canceled.
[0008]
According to a fourth aspect of the present invention, each of the two horizontal vibrators includes a lower frame, an upper frame attached to the lower frame via a plurality of swing members, and the electrodynamic type A driving force transmission member that transmits the driving force of the actuator to the upper frame, and a plurality of springs interposed between the upper frame and the electrodynamic actuator, and a plurality of the same magnetic poles facing each other. It is characterized by comprising any one of a pair of permanent magnets and a link.
[0009]
The invention described in claim 5 is characterized in that each of the vertical vibrator and the two horizontal vibrators can be controlled independently.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the case of a magnetic spring structure having at least two permanent magnets spaced apart from each other and facing the same magnetic pole, the separated permanent magnets are not in contact with each other. It is output non-linearly on the same line as time (going) (return), and furthermore, by utilizing the degree of freedom peculiar to non-contact pairs and the instability of the levitation control system, a static magnetic field (magnet placement) with a small input It is easy to cause negative attenuation by changing.
[0011]
The present invention has been made paying attention to this fact, and the geometric dimension between two permanent magnets is changed on the input side (going) and the output side (returning) by an in-stroke mechanism or an external force, and the motion is changed. By converting the repulsive force in the system, the repulsive force on the output side is made larger than the repulsive force on the input side from the equilibrium position of the two permanent magnets.
[0012]
Hereinafter, the basic principle will be described.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the equilibrium positions of two permanent magnets 2 and 4 on the input side and the output side. FIG. 2 shows the load applied to one of the permanent magnets and the balance between the two permanent magnets. The basic characteristic of the magnetic spring structure which showed the relationship with the displacement amount from a position is shown.
[0013]
As shown in FIG. 1, assuming that the equilibrium position and spring constant on the input side of the permanent magnet 4 relative to the permanent magnet 2 are x ₀ and k ₁ , respectively, and the equilibrium position and spring constant on the output side are x ₁ and k ₂ , respectively. , X _{0 to} x ₁ , area conversion is performed, and the following relationship is established at each equilibrium position.
−k ₁ / x ₀ + mg = 0
−k ₂ / x ₁ + mg = 0
k ₂ > k ₁
[0014]
Therefore, the static characteristic shows a negative attenuation characteristic as shown in FIG. 2, and the potential difference between the position x ₁ and the position x ₀ can be considered as the potential energy of oscillation.
[0015]
Further, when the model of FIG. 1 was manufactured and the relationship between the load and the displacement amount was actually measured while changing the load application time, a graph as shown in FIG. 3 was obtained. This is because a large repulsive force acts when the two permanent magnets 2 and 4 approach the closest position, and when the amount of displacement from the equilibrium position changes slightly, friction loss occurs due to the damper effect of the magnetic spring. Therefore, it is interpreted that the attenuation term appears.
[0016]
In FIG. 3, (a) is a graph when a constant load is applied, and the time during which the load is applied is shortened in the order of (a), (b), and (c). That is, the static characteristics differ depending on how the load is applied, and the impulse is larger as the time during which the load is applied is longer.
[0017]
In addition, the strength of magnetization of the rare earth magnet does not depend on the magnetic field. That is, since the internal magnetic moment is not easily affected by the magnetic field, the strength of magnetization hardly changes on the demagnetization curve, and the saturation magnetization strength value is maintained substantially. Therefore, in rare earth magnets, input / output can be considered using a charge model that assumes that the magnetic charge is uniformly distributed on the end face.
[0018]
FIG. 4 shows the concept, in which a magnet is defined as a set of magnets of a minimum unit, and the force relationship between each unit magnet is classified into three and calculated.
(A) Suction (Since both r and m are the same, two types are defined as one)
f ⁽¹⁾ = (m ² / r ² ) dx ₁ dy ₁ dx ₂ dy ₂
f _x ⁽¹⁾ = f ⁽¹⁾ cos θ
f _z ⁽¹⁾ = f ⁽¹⁾ sin θ
(B) Repulsion f _x ⁽²⁾ = f ⁽²⁾ cos θ
f _z ⁽²⁾ = f ⁽²⁾ sin θ
(C) Repulsion f _x ⁽³⁾ = f ⁽³⁾ cos θ
f _z ⁽³⁾ = f ⁽³⁾ sin θ
Therefore,
^{_{-F x = 2f x (1)}} -f x (2) -f x (3)
−f _z = 2f _z ⁽¹⁾ −f _z ⁽²⁾ −f _z ⁽³⁾
Here, Coulomb's law is expressed as follows,

The force can be obtained by integrating the above -f _x and -f _z within the range of the size of the magnet.
[0019]
As shown in FIG. 5, the opposing magnets are moved from the completely wrapped state (x-axis movement amount = 0 mm) to the state completely deviated (x-axis movement amount = 50 mm) for each magnetic gap. The calculated graph is shown in FIG. However, although it is defined that “the internal magnetic moment is constant”, when the magnetic gap is small, a disturbance occurs around the magnet, so that correction is made.
[0020]
The above calculation results are almost the same as the actually measured values, and the force to move from point a to b in FIG. 2 is expressed in the x-direction load, and the output is expressed in the z-direction load. The relationship is statically clear.
[0021]
Further, FIG. 7 shows that when the magnet separation distance shown in FIG. 5 is maintained at 3 mm, the magnet is moved from a completely displaced state to a completely wrapped state, and further moved from this state to a completely displaced state. It is a graph showing the relationship. This graph shows the characteristic that the absolute value of the load in the x direction is the same and the output direction is reversed, and when it approaches the complete lap state, it becomes resistance, that is, attenuation, and shifts from the complete lap state to a completely deviated state. The case shows that it will be accelerated.
[0022]
Further, as shown in FIG. 8, when the rotation angle of the opposing magnet was changed, a graph as shown in FIG. 9 was obtained. As a matter of course, when the facing area decreases, the maximum load decreases, indicating that the output can be changed through area conversion by applying a predetermined input.
[0023]
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the distance between magnets and the load when a neodymium magnet is used as the permanent magnet, and the repulsive force increases with increasing mass. Here, the repulsive force F is
F∝Br ² × (geometric dimension) Br: Expressed by the strength of magnetization, and the geometric dimension is determined by the distance between the facing magnets, the facing area, the magnetic flux density, the strength of the magnetic field, etc. Means dimensions. When the magnet material is the same, the strength of magnetization (Br) is constant, so the repulsive force of the magnet can be changed by changing the geometric dimension.
[0024]
FIG. 11 shows a slide type principle model in which one of the permanent magnets 2 and 4 is slid with respect to the other to change the facing area to change the geometric dimension.
[0025]
As shown in FIG. 11, the permanent magnet 2 is slidably attached to the base 6, and the linear motion slider 8 is fixed to the base 6 and vertically erected upward. An L-shaped angle 10 is attached to the linear slider 8 so as to be movable up and down. The permanent magnet 4 is fixed to the lower surface of the L-shaped angle 10 with the same (repulsive) magnetic pole facing the permanent magnet 2. Has been.
[0026]
In the slide type principle model having the above configuration, permanent magnets 2 and 4 having 50 mmL × 25 mmW × 10 mmH (NEOMAX-39SH manufactured by Sumitomo Special Metals Co., Ltd.) are used and a total mass of 3.135 kg is used for permanent magnets. When the magnet 2 was slid, a result as shown in FIG. 12 was obtained.
[0027]
FIG. 12 shows the experimental value of input / output in work (J). Output work of about 4 J is obtained for input work of about 0.5 J, and the two permanent magnets 2 and 4 facing each other are obtained. A large output work can be extracted with a small input work by utilizing the negative damping characteristic of the magnetic spring or by changing the magnetostatic energy.
[0028]
FIG. 13 shows a vibration exciter M according to the present invention in which the slide type principle model is partially applied.
As shown in FIG. 13, the vibrator M according to the present invention includes a vertical vibrator M1, a horizontal vibrator M2 placed on the vertical vibrator M1, and a horizontal vibrator. It consists of another horizontal vibration exciter M3 placed on the vibrator M2. The horizontal shakers M2 and M3 are different in the direction of vibration by 90 degrees in the horizontal direction, and the shaker M in FIG. 13 is configured to vibrate in three directions, the vertical direction and the two horizontal directions. Yes.
[0029]
As shown in FIGS. 14 to 16, the vertical vibration exciter M <b> 1 includes a pair of left and right lower rails 12 and 12, a substrate 14 fixed to the lower rails 12 and 12, and a pair of left and right link mechanisms 16 and 16. And a top plate 18 attached to the lower rails 12 and 12 so as to be movable up and down. Each of the link mechanisms 16, 16 includes a front link holding member 20 erected on the lower rail 12, a rear link holding member 22 suspended from one end of the top plate 18, and the front and rear link holding members 20, 22. It consists of two links 24 and 26 that are swingably connected to the front and rear ends.
[0030]
An electrodynamic actuator 28 as a drive source is mounted on the substrate 14, and a first permanent magnet 30 is fixed to a holder (described later) constituting a part of the actuator 28. A second permanent magnet 32 spaced apart from the magnet 30 by a predetermined distance and facing the same (repulsive) magnetic pole is fixed to the top plate 18. Further, two permanent magnets 34 and 36 are fixed to the substrate 14 behind the actuator 28, while two permanent magnets 38 and 40 which are spaced upward from the two permanent magnets 34 and 36 and face the same magnetic pole. It is fixed to the top plate 18.
[0031]
The front end of the holder is connected to a load adjusting elastic member 42 such as a coil spring. The elastic member 42 is connected to the substrate 14 via a bracket 43.
[0032]
FIGS. 17 to 19 show an electrodynamic actuator 28 attached to the substrate 14, and a holder 44 to which the first permanent magnet 30 is fixed, and magnetic circuits 46 and 46 provided on both sides of the holder 44. The linear bearing 48 attached to the lower surface of the holder 44 and the linear guide 50 fixed to the substrate 14 and slidably attached in the horizontal direction are provided.
[0033]
The magnetic circuits 46, 46 are separated from the coils 52, 52 wound around both ends of the holder 44 by a predetermined distance in the vertical direction (direction perpendicular to the sliding surface of the holder 44) on each side of the holder 44. The plurality of permanent magnets 54,.
[0034]
The coils 52, 52 are wound in two upper and lower stages at both ends of the holder 44. As shown in FIG. 20, a single copper wire is connected in series. That is, in FIG. 17 and FIG. 18, after connecting the terminals A and B, further forming the lower left coil from the upper left coil, sequentially connecting to the terminals C and D, and then forming the upper right coil from the lower right coil. Are connected in the order of terminals E and F.
[0035]
On the other hand, as shown in FIG. 21, the permanent magnets 54,..., 54 are coils 52 wound around each end of the holder 44 (upper left coil and lower left coil in FIG. 17, or upper right coil and lower right coil). ), Two permanent magnets 54 and 54 fixed to the lower surface of the upper wall of the casing 56 with the reverse magnetic pole facing downward, and the permanent state 54 and 54 and the reverse magnetic pole face each other and the casing 56 It consists of two permanent magnets 54 and 54 fixed to the upper surface of the bottom wall.
[0036]
When an exciting current is applied to the magnetic circuit having the above configuration as shown in FIG. 21, a force F is applied to the coil 52 based on Fleming's left-hand rule, and the holder 44 moves along the linear guide 50 with the force F. Move in the direction. Therefore, when a pulse excitation current is passed through the coils 52 and 52, the coils 52 and 52 reciprocate integrally with the holder 44. That is, the electrodynamic actuator 28 converts electrical energy into mechanical energy.
[0037]
In the above embodiment, the coils 52 and 52 are wound around both ends of the holder 44. However, it is not always necessary to wind the coils 52 and 52 at both ends, and as shown in FIG. A configuration in which is wound is also possible. In the electrodynamic actuator 28A shown in FIG. 22, a coil 52 is formed by connecting one copper wire in series to one end of the holder 44.
[0038]
In the above embodiment, the two permanent magnets 54 are fixed to the lower surface and the upper surface of the bottom wall of the casing 56. However, one permanent magnet is provided on each of the lower surface and the upper surface of the bottom wall. 54 may be provided so that the reverse magnetic poles face each other.
[0039]
Further, as in the electrodynamic actuator 28B shown in FIG. 23, one permanent magnet 54 may be attached only to the upper surface of the bottom wall of each casing 56 located at both ends of the holder 44.
[0040]
Here, in the embodiment of FIGS. 17 to 19, four permanent magnets 54,..., 54 are used as neodymium magnets (NEOMAX-42 manufactured by Sumitomo Special Metals) (11 mmH × 35 mmW × 42 mmL) on one side, As the coils 52, 52, flat type air-core coils wound with 160 turns of a 0.77-EIW copper wire were bonded and fixed in series on a resin bobbin, a total of four on one side. The direct current resistance at this time was 4.51Ω. The weight of the magnetic circuit was 1850 g × 2 = 3700 g, and the weight of the entire coil was 890 g.
[0041]
When the thrust distribution per 1 A of the electrodynamic actuator having the above specifications was measured, the result shown in FIG. 24 was obtained. According to the result of FIG. 24, a thrust of 2.64 kgf / A (26 N / A) is obtained at the center of the stroke of 30 mm.
[0042]
Next, the operation of the vertical vibration exciter M1 shown in FIGS. 14 to 16 will be described.
14 to 16, when a load on the top plate 18 is applied, the load is supported by the repulsive force of the permanent magnets 30 and 32, 34 and 38, and 36 and 40 with the same magnetic pole facing each other. In this state, when the first permanent magnet 30 is reciprocated in the horizontal direction along the linear guide 50 by the electrodynamic actuator 28 serving as a drive source, the second permanent magnet 32 facing the first permanent magnet 30 is moved in the vertical direction. Move back and forth. That is, the vertical vibration exciter M1 generates excitation by periodically changing the facing areas of the first and second permanent magnets 30 and 32 facing the same magnetic pole, and generates vertical periodic vibration. generate.
[0043]
The above configuration will be described in more detail. The load is supported by the permanent magnets 30 and 32, 34 and 38, 36 and 40 facing each other, and the amplitude is temporarily determined by the balance point and the volume of the exciting magnet (first permanent magnet 30). The vibration in the vertical direction is generated by the sliding movement of the exciting magnet 30. Moreover, about the stroke amount of the exciting magnet 30, it sets with a load curve, an amplitude, and load mass. The center is the reference position and the electrodynamic actuator 28, which is the drive source, is set to the neutral position. In order to set the neutral position, the assist mechanism (load adjusting elastic member 42) sets the valley of the load. Here, the load trough means a position where the horizontal load applied to the vibrating magnet 30 via the second permanent magnet 32 is canceled by the assist mechanism of the drive source and is in a balanced state.
[0044]
Further, the top dead center and bottom dead center in the vertical direction are determined by the horizontal stroke amount of the exciting magnet 30, and each of the wrap amount and the gap amount of the exciting magnet 30 with respect to the second permanent magnet 32 at each of the upper and lower dead points. The horizontal and vertical loads of the points are determined. Further, the spring constant of the assist mechanism of the drive source 28 is determined by the horizontal load at each of the upper and lower dead points.
[0045]
In the above embodiment, the elastic member 42 such as a coil spring is used as the load adjusting means. However, as shown in FIG. 25, the permanent magnet 58 is attached to the rear part of the holder 44 constituting the electrodynamic actuator 28. It is also possible to fix the permanent magnet 60 facing the same magnetic pole as the permanent magnet 58 to the substrate 14 and set the valley of the load using the repulsive force of the two permanent magnets 58 and 60.
[0046]
Next, control of the vibration exciter M1 having the above configuration will be described.
As a driving wave of the driving source 28, a sine wave or a random wave is used, and in order to control (feedback) the driving source to a predetermined position and acceleration, as shown in the mechanical model of FIG. A sensor such as a potentiometer that senses this is required.
[0047]
That is, when using a sine wave as a driving wave and detecting the movement of the top plate 18 and performing amplitude control, a position sensor such as a rotary encoder or a potentiometer is required. When detecting acceleration of the top plate 18 and performing acceleration control, An acceleration sensor is required. When a random wave is used as the driving wave, a position sensor such as a rotary encoder that senses the movement of the top plate 18 is required.
[0048]
FIG. 27 shows a block diagram of closed-loop control when the drive source 28 is driven by the sine wave shown in FIG.
27, data is output from a sine wave table 76 to a D / A (digital-to-analog converter) 78 at a predetermined timing (for example, every 1 msec), and the voltage value is input to a PWM (pulse width modulation) control amplifier 80. Then, the drive source 28 is driven. A potentiometer 82 is connected to the drive source 28. The value and output of the potentiometer 82 are compared by a comparator 84, and the difference is output to the D / A 78 to drive the drive source 28 to a target position. Further, the sine wave table 76 is connected to a personal computer, for example, and a start command is transmitted from the personal computer so that a predetermined sine wave is output from the sine wave table 76 and continues to be output until a stop command or a clear command is transmitted. It can also be.
[0049]
In addition, a random wave as shown in FIG. 29 can be used as the drive wave, and the amplitude value is output from the amplifier 80 at a predetermined timing based on the start command transmitted from the personal computer. The closed loop control is performed so as to be set at the position, and the output can be held until the next data is transmitted from the amplifier 80.
[0050]
In the above configuration, a plurality of pairs of permanent magnets 30 and 32, 34 and 38, 36 and 40 are used as means for supporting the load applied to the top plate 18, but as shown in FIG. , 38, 36, 40, the torsion bar 62 can also be used as a load support means.
[0051]
Specifically, one end of a torsion bar 62 bent in a substantially U shape is locked to a protruding portion 20a extending inward from one rear end of one of the front link holding members 20, 20, while the other is opposite The other end of the torsion bar 62 is locked to a projecting portion 22 a extending inward from the front end of the rear link holding member 22 on the side. Further, two bent portions in the middle of the torsion bar 62 are respectively held by two brackets 64 and 64 protruding from the inner wall surfaces of the rear link holding members 22 and 22, and the elastic force of the torsion bar 62 is used. The load applied to the top plate 18 is supported by urging the top plate 18 upward.
[0052]
Further, as shown in FIG. 31, a plurality of (for example, two) coil springs 66 and 66 can be used as means for supporting a load applied to the top plate 18. That is, the top plate 18 is biased upward by interposing a plurality of coil springs 66, 66 between the substrate 14 and the top plate 18.
[0053]
Furthermore, as shown in FIG. 32, it is also possible to use a plurality of (for example, two) spiral springs 68, 68 as means for supporting the load applied to the top plate 18. That is, one end of the spiral springs 68, 68 is locked to the pins 70, 70 projecting inward from the rear ends of the front link holding members 20, 20, while projecting inward from the links 26, 26. The other ends of the spiral springs 68, 68 are locked to the pins 72, 72, and the load applied to the top plate 18 is supported by urging the top plate 18 upward using the elastic force of the spiral springs 68, 68. are doing.
[0054]
FIG. 33 shows a horizontal shaker M2 mounted on the vertical shaker M1 having the above-described configuration.
As shown in FIG. 33, the horizontal vibration exciter M2 includes a lower frame 102 and an upper frame 104 attached to the lower frame 102 so as to be able to reciprocate in the horizontal direction.
[0055]
The upper frame 104 includes two upper rails 106 and 106 that extend in parallel in the horizontal direction, side bars 108 and 108 that extend perpendicularly to the upper rails 106 and 106 and connect the upper rails 106 and 106 to each other, and the upper rail 106. , 106 includes four side plates 110,..., 110 suspended downward from both ends.
[0056]
On the other hand, as shown in FIG. 34, the lower frame 102 has two lower rails 112, 112 extending in parallel to the horizontal direction immediately below the upper rails 106, 106, and a lower rail 112, 112 extending perpendicularly to the lower rails 112, 112. 112, the side bars 113, 113 for connecting the two to each other, the substrate 114 having both ends joined to the upper surfaces of the side bars 113, 113, and the swinging members 116, which are swingably attached to both ends of the lower rails 112, 112, ..., 116 and connecting plates 118, 118 extending perpendicularly to the lower rails 112, 112 and connecting the two swinging members 116, 116 to each other.
[0057]
As shown in FIG. 35, square holes 112a and 112a are formed at both ends of each lower rail 112, and the upper end of the swing member 116 is loosely inserted into each square hole 112a, and resin washers 120 and 120 are provided. It is attached by a pin 122 so as to be swingable. Further, the lower end of the swing member 116 is pivotally attached to the lower end of the corresponding side plate 110 by a pin 124.
[0058]
An electrodynamic actuator 126 is placed on the substrate 114 as a drive source. The configuration of the electrodynamic actuator 126 is the same except that the excitation magnet (first permanent magnet) 30 is fixed to the electrodynamic actuator 28 used in the vertical vibration exciter M1. Description is omitted.
[0059]
Next, the operation of the horizontal vibration exciter M2 shown in FIG. 33 will be described.
33, the front and rear ends of the holder 128 are connected to the side bars 108 and 108 via coil springs 142 and 142 that are driving force transmission members, and the lower rails 112 and 112 of the lower frame 102 are fixed. In this state, when the electrodynamic actuator 128 as a driving source is energized and the holder 128 is reciprocated in the horizontal direction along the linear guide 134, the driving force is applied to the upper frame 104 via the coil springs 142, 142. Communicated.
[0060]
Since the upper frame 104 is connected to the swing members 116,..., 116 via the side plates 110,..., 110, the swing members 116,. Then, the upper frame 104 reciprocates in the horizontal direction. That is, the horizontal shaker M2 generates excitation by the electrodynamic actuator 126 and generates horizontal periodic vibration.
[0061]
Since the holder 128 and the upper frame 104 are connected via the coil springs 142, 142, the reciprocating movement of the upper frame 104 has a slight phase lag with respect to the reciprocating movement of the holder 128. It depends on the elastic force of the coil springs 142, 142.
[0062]
In the above configuration, each of the coil springs 142, 142 employed as the driving force transmission member can be replaced with a pair of permanent magnets.
[0063]
That is, as shown in FIG. 36, the permanent magnets 144 and 146 are fixed to the front and rear ends of the holder 128, respectively, and the permanent magnets 148 and 150 having the same (repulsive) magnetic poles as the permanent magnets 144 and 146 are opposed to the side bar. 108 and 108, the driving force of the electrodynamic actuator 126 is transmitted to the upper frame 104 after a slight phase lag due to the repulsive force of the opposing permanent magnets 144, 148 and 146, 150. Vibrates periodically in the horizontal direction.
[0064]
Also, as shown in FIG. 37, links 152 and 154 may be employed as the driving force transmission member, and the front and rear ends of the holder 128 are connected to the corresponding side bars 108 and 108 via the links 152 and 154, respectively. ing.
[0065]
This configuration is different from the configuration of FIG. 33 or FIG. 36, because the driving force of the electrodynamic actuator 126 is directly transmitted to the upper frame 104 via the links 152 and 154. There is no phase lag between the reciprocal movement.
[0066]
Since the control of the horizontal shaker M2 having the above-described configuration is the same as that of the vertical shaker M1, description thereof will be omitted.
[0067]
In addition, another horizontal shaker M3 placed on the horizontal shaker M2 has the same configuration as the horizontal shaker M2 except that the arrangement direction is different by 90 degrees. Is also omitted.
[0068]
As shown in FIG. 34, the horizontal shaker M2 is fixed to the top plate 18 of the vertical shaker M1 through fixed blocks 160,..., 160 fixed to the lower surfaces of the lower rails 112, 112. On the other hand, the horizontal shaker M3 is similarly fixed to the upper frame 104 of the horizontal shaker M2 via a fixed block.
[0069]
Further, in the vibration exciter M having the above-described configuration, the vertical vibration exciter M1, the horizontal vibration exciter M2, and the other horizontal vibration exciter M3 can be controlled independently. It can also be used as a vibrator or a two-axis vibrator.
[0070]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
According to the first aspect of the present invention, in the vertical vibration exciter, the driving force of the electrodynamic actuator is used with respect to one of at least two permanent magnets opposed to the same magnetic pole. Since the vertical vibration is generated by reciprocating the two horizontal vibrators, the horizontal vibration is generated in each of the two horizontal vibrators using the driving force of the electrodynamic actuator. It is easy to produce a compact and inexpensive vibrator with low noise.
[0071]
According to the second aspect of the present invention, there is provided load support means for supporting a load applied to the vertical vibrator from above, and the load support means includes a plurality of permanent magnets opposed to the same magnetic pole, and substantially U Since it is composed of any one of a letter-shaped torsion bar or spring and a spring interposed between the substrate and the top plate, it can handle a large load with a simple structure and generate the desired vibration. It is.
[0072]
According to the third aspect of the present invention, the load adjusting means is attached to a part of the electrodynamic actuator of the vertical vibration exciter, and the horizontal load applied to the exciting magnet is canceled by the load adjusting means. Since it did in this way, it is not necessary to enlarge the driving force of a drive source, and a vertical direction vibration exciter can be made compact.
[0073]
According to the fourth aspect of the present invention, each of the two horizontal vibrators is provided with a driving force transmission member that transmits the driving force of the electrodynamic actuator to the upper frame. Because it consists of a spring interposed between the upper frame and the electrodynamic actuator, multiple pairs of permanent magnets facing the same magnetic pole, and one of the links, it can handle large loads with a simple configuration. Alternatively, the configuration of the horizontal vibration exciter is extremely simplified, and can be easily manufactured at low cost.
[0074]
Further, according to the invention described in claim 5, since each of the vertical direction vibrator and the two horizontal direction vibrators can be controlled independently, the shaker can be controlled by one, two or three axes. It can be used as a shaft shaker and has the advantage of a high degree of freedom as a shaker.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the equilibrium positions of two permanent magnets on the input side and output side in a magnetic spring according to the present invention.
2 is a graph of basic characteristics showing the relationship between the applied load and the amount of displacement from the equilibrium position of the permanent magnet in the magnetic spring of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between actually measured load and displacement.
FIGS. 4A and 4B are schematic diagrams showing the input / output concept in the charge model assuming that the magnetic charge is uniformly distributed on the end face of the permanent magnet, where FIG. 4A shows attraction, FIG. 4B shows repulsion, (C) has shown the repulsion of the site | part different from (b), respectively.
FIG. 5 is a schematic diagram when one of the permanent magnets facing the same magnetic pole is moved relative to the other (the facing area is changed).
6 is a graph showing loads in the X-axis and Z-axis directions with respect to the X-axis movement amount when calculated based on FIG. 5. FIG.
7 keeps the distance between the permanent magnets of FIG. 5 constant, and moves one of the permanent magnets from a completely displaced state to the completely wrapped state, and further moves from this state to a completely displaced state. It is a graph which shows the relationship between the displacement amount at the time of a load, and a load.
FIG. 8 is a schematic diagram when one of the permanent magnets facing the same magnetic pole is rotated relative to the other (the facing area is changed).
FIG. 9 is a graph showing the maximum load with respect to the facing area when the permanent magnet is rotated based on FIG. 8;
FIG. 10 is a graph showing a relationship between a distance between magnets and a load when a neodymium magnet is used as a permanent magnet.
FIG. 11 is a perspective view of a slide-type principle model in which a geometric dimension is changed by changing a facing area of a permanent magnet.
12 is a graph showing an input / output relationship obtained by the slide-type principle model of FIG. 11;
13 is a perspective view of a vibration exciter according to the present invention in which the slide-type principle model of FIG. 11 is partially applied.
14 is a perspective view of a vertical vibrator provided in the vibrator of FIG. 13. FIG.
15 is a side view of the vertical vibrator of FIG.
16 is a front view of the vertical vibration exciter of FIG. 14. FIG.
17 is a perspective view of an electrodynamic actuator that is a drive source of the vertical vibrator of FIG.
18 is a plan view in which a part of the electrodynamic actuator of FIG. 17 is cut away.
FIG. 19 is a partial sectional side view of the electrodynamic actuator of FIG. 17;
20 is a connection diagram of coils provided in the electrodynamic actuator of FIG.
21 is a schematic side view of a magnetic circuit provided in the electrodynamic actuator of FIG.
FIG. 22 is a perspective view showing a modified example of the electrodynamic actuator.
FIG. 23 is a partial cross-sectional side view showing another modified example of the electrodynamic actuator.
24 is a graph showing a thrust distribution when a current of 1 A is passed through the electrodynamic actuator of FIG.
FIG. 25 is a perspective view of an electrodynamic actuator that employs a pair of permanent magnets facing the same magnetic pole as load adjusting means.
FIG. 26 is a schematic view showing a mechanical model of a vertical vibrator.
FIG. 27 is a block diagram of closed loop control when an electrodynamic actuator is driven by a sine wave.
FIG. 28 is a graph showing a sine wave used as a driving wave.
FIG. 29 is a graph showing a random wave used as a driving wave.
FIG. 30 is a perspective view showing a modification of the vertical vibration exciter.
FIG. 31 is a perspective view showing another modification of the vertical vibrator.
FIG. 32 is a perspective view showing still another modification of the vertical vibrator.
33 is a perspective view of a horizontal shaker provided in the shaker of FIG. 13. FIG.
34 is a perspective view of a lower frame and an electrodynamic actuator constituting the horizontal vibrator of FIG. 33. FIG.
35 is a partial exploded perspective view of a connecting portion between the lower frame and the upper frame shown in FIG. 34. FIG.
36 is a perspective view showing a modified example of the horizontal vibration exciter in FIG. 33. FIG.
FIG. 37 is a perspective view showing another modification of the horizontal vibrator of FIG.
[Explanation of symbols]
2,4,34,36,38,40,54,58,60,144,146,148,150 Permanent magnet 6 Base 8 Linear slider 10 L-shaped angle 14 Substrate 16 Link mechanism 18 Top plate 28 Electrodynamic actuator 30 First permanent magnet 32 Second Permanent magnet 42 Load adjusting elastic member 44 Holder 46 Magnetic circuit 52 Coil 62 Torsion bar 66 Coil spring 68 Spiral spring 76 Sine wave table 78 Digital-analog converter 80 Amplifier 82 Potentiometer 84 Comparator 102 Lower frame 104 Upper frame 114 Substrate 116 Oscillating member 142 Coil springs 152, 154 Link M Exciter M1 Vertical shaker M2, M3 Horizontal shaker

Claims (5)

A vertical shaker and two horizontal shakers with different excitation directions of 90 degrees are stacked one above the other, and the vertical shaker has at least two permanent magnets facing the same magnetic pole, One of the permanent magnets is reciprocated by a predetermined stroke amount with respect to the other by using the driving force of an electrodynamic actuator to change the facing area of the permanent magnets, thereby generating vertical vibrations. Each of the two horizontal vibrators generates a horizontal vibration by using a driving force of an electrodynamic actuator. The vertical vibrator has a substrate, a top plate connected to the substrate through a link mechanism so as to be movable up and down, and load support means for supporting a load applied to the top plate, the load support means being Claims comprising a plurality of permanent magnets facing the same magnetic pole, a substantially U-shaped torsion bar or spring connected to the link mechanism, and a spring interposed between the substrate and the top plate. The vibrator according to Item 1. The load adjusting means is attached to a part of the electrodynamic actuator provided in the vertical vibrator, and the load in the horizontal direction applied to one of the permanent magnets is canceled by the load adjusting means. The vibrator according to 1. Each of the two horizontal vibrators transmits a driving force of the lower frame, an upper frame attached to the lower frame via a plurality of swing members, and the electrodynamic actuator to the upper frame. A driving force transmission member, a spring in which the driving force transmission member is interposed between the upper frame and the electrodynamic actuator, a plurality of pairs of permanent magnets facing the same magnetic pole, and any one of links The vibration exciter according to claim 1 constituted by two. 2. The vibrator according to claim 1, wherein each of the vertical vibrator and the two horizontal vibrators can be controlled independently.

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