JP3895479B2 - 振動試験装置及び振動試験装置制御方法 - Google Patents
振動試験装置及び振動試験装置制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動試験装置に係り、詳細には、励磁コイルに流す電流値を連続可変させて振動数に応じて適切な電流制御を行う振動試験装置及び振動試験装置制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
先端工業分野では、高密度化、小型化を追求して高度な技術が駆使されるとともに、高い信頼性、ローコストを求められる製品は、品質評価のために試作段階、製品段階において、非常にハードな条件下で多様な振動試験が行われている。従来、振動試験装置による振動試験では、試験条件を変更するために励磁コイルの電流値を切り換える際には、一旦振動試験を停止し、電源トランスのタップを切り換えて電流値を切り換えていた。
【０００３】
以下、図６及び図７を参照して、従来の振動試験装置の一例としての動電式振動試験装置２０について説明する。
【０００４】
図６は、従来の振動試験装置の一例としての動電式振動試験装置２０の構成を示す縦断面図である。この図６において、動電式振動試験装置２０は、外側磁極２２、内側磁極２３、励磁コイル２４、可動コイル２５、振動台２８、ばね２９、及び励磁電流切り換え回路３０（図７参照）によって構成されている。
【０００５】
励磁コイル２４は、励磁電流切り換え回路３０から入力される直流電流により励磁されて直流磁界を生成し、磁性体である外側磁極２２と、内側磁極２３との間のギャップＧには、可動コイル２５を横切る直流磁界が形成される。
【０００６】
可動コイル２５は、図示しない駆動回路によって生成される交流電流が印加されており、前記ギャップＧに形成された直流磁界中を前記交流電流の周波数に基づく振動数で振動する。この可動コイル２５は、内側磁極２３の上面に設置されたばね２９によって支持される振動台２８に固定されており、可動コイル２５が振動することによって振動台２８が振動する。そして、振動台２８には試験体が設置され、動電式振動試験装置２０による振動試験が行われる。
【０００７】
図７は、励磁コイル２４に印加する電流を生成する従来の励磁電流切り換え回路３０の構成を示す回路図である。この図７において、励磁電流切り換え回路３０は、電源トランス３０１、整流回路３０２、スイッチ３０５、及びスイッチ３０６によって構成されており、励磁コイル２４に対して直流電源ＤＣを供給する。
【０００８】
電源トランス３０１の一次側に入力された交流電源は、電源トランス３０１によって所定の電圧に変圧されて、電源トランス３０１の二次側に接続された整流回路３０２に入力される。整流回路３０２は、入力された交流電源を整流して直流電源ＤＣを生成して、励磁コイル２４に対して出力する。
【０００９】
一般的に、動電式振動試験装置では、装置の最大変位、最大速度、最大加速度等の最大能力の制限から、振動数ｆと加速度との間に図８に示すような関係が成り立つ。すなわち、低振動数領域では機械的変位により最大変位能力の制限が効き、更に振動数が増すと駆動回路電力の電圧により最大速度能力の制限が効いてくることとなり、高振動数領域では、駆動回路電力の電流により最大加速度能力の制限によって加速度が一定となる。また、加速度と速度、変位それぞれの間には、次式（１），（２）に示すような関係がある。
【００１０】
【数１】
【００１１】
式（１）によれば、速度一定であれば加速度は振動数に比例して増すことになり、図８に示す速度一定の領域のような１次の傾斜の変化となる。式（２）によれば、変位一定であれば加速度は振動数の２乗に比例して増すことになり、図８に示す変位一定の領域のような２次の傾斜の変化となる。
【００１２】
振動台２８を振動させるための加振力Ｆは、前記ギャップＧに形成された直流磁界の磁束密度Ｂと、可動コイル２５の有効コイル長Ｌと、可動コイル２５を流れる電流ｉによって定まり、次式（３）の関係がある。
【００１３】
Ｆ＝ＢＬｉ ・・・・・・（３）
また、低振動数領域においては、次式（４）の関係式において、可動コイル２５の駆動電圧Ｖは一定であるため、速度ｖは前記ギャップＧに形成された直流磁界の磁束密度Ｂに反比例する。
Ｖ＝ＢＬｖ ・・・・・・（４）
従って、大きな速度ｖを必要とする試験を行う際には、磁束密度Ｂを小さくするために、励磁コイル２４に流す電流値を小さくする必要がある。
【００１４】
そして、図７に示す励磁電流切り換え回路３０を利用する従来の動電式振動試験装置２０では、試験条件を変更するために励磁コイル２４に入力する電流を切り換える際には、電源トランス３０１の一次側の電圧タップＰ１をＰ２に切り換えるか、或いは、スイッチ３０５をオープンにしてスイッチ３０６をクローズすることにより二次側の電圧タップＳ１をＳ２に切り換えて整流回路３０２から出力される直流電源ＤＣの電圧値を変更することにより、励磁コイル２４に入力する電流値を切り換える。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、励磁コイル２４に入力する電流値を切り換える際には、電源トランス３０１のタップを切り換えることによって電圧を切り換える必要があるが、振動試験中にタップの切換を行うと、振動台２８の振動にショックを与えてしまうため、電流値を切り換える際には振動試験を一旦停止しなければならず、その停止によって振動試験がとぎれてしまっていた。
【００１６】
また、速度の大きな試験を行う場合に、励磁コイル２４に入力する電流値を小さな値に切り換えた状態で行うと、磁束密度Ｂも小さくなってしまう。そのため、振動台２８を振動させる加振力Ｆの最大値を引き出す場合には、前式（３）の関係によって、可動コイル２５に流れる電流ｉを大きくするための大きな電力を必要としていた。
【００１７】
特に、誘導式振動試験装置の場合には、相互誘導を利用して可動コイルに電流を発生させる原理であるため、低振動数領域においては実用的な加速度を出すことができず、図８に示すような変位・速度領域において振動試験を行うことが実質上困難であった。
【００１８】
本発明の課題は、励磁コイルに流す電流を連続可変することによって、最大加振力を必要としない低振動数領域の変位・速度領域においては磁束密度を小さくし、最大加振力を必要とする高振動数領域においては磁束密度を大きくすることが可能な振動試験装置及び振動試験装置制御方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、
励磁コイルによって直流磁界を形成された空隙中に、試験体を設置するための振動台に固定された可動コイルを挿入し、この可動コイルに交流電流を流すことによって当該可動コイルを前記振動台と一緒に振動させて、試験体に対する振動試験を行う振動試験装置において、
発振器より振動数情報を取得して振動試験の振動数を検出する振動数検出手段と、
この振動数検出手段によって検出された振動数に応じて、前記励磁コイルに流れる電流を連続的に可変する電流可変手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項１記載の発明の振動試験装置によれば、
振動数検出手段によって、振動数を検出し、電流可変手段によって、前記振動数検出手段によって検出された振動数に応じて、前記励磁コイルに流れる電流を連続的に可変する。
【００２１】
したがって、従来のように、振動試験を一旦停止して電流値を切り換える必要がなく、振動試験装置による振動試験を、振動数に応じて適切な条件において行うことができる。また、電流可変手段によって電流値を可変することができるため、大きな加振力を必要としない場合には、電流値を低く抑えることができ、無駄な消費電力を省いて振動試験装置の省電力化を図ることができる。また、従来、誘導式の振動試験装置においては実質的な振動試験が困難であった低振動領域においても、電流可変手段によって励磁コイルに流れる電流値を低く制御することにより大きな変位・速度を得ることができ、誘導式の振動試験装置による振動試験を幅広い振動数領域で実施することが可能となる。
【００２２】
また、請求項２記載の発明のように、
請求項１記載の振動試験装置において、
前記振動数検出手段によって検出される振動数が低振動数から高振動数に変化する過程において、
前記電流可変手段によって、
前記励磁コイルに流れる電流を振動試験装置の特性によって定まる最大電流値より小さい電流値で一定とする制御と、
前記励磁コイルに流れる電流を前記最大電流値に至るまで連続的に増加するように可変する制御と、
前記励磁コイルに流れる電流を前記最大電流値で一定とする制御と、
を振動数に応じて順次段階的に切り換えて行うことにより、
前記可動コイルが、各振動数において振動試験に有効な大きさの加振力を前記励磁コイルから得るようになっていることが有効である。
【００２３】
また、請求項３記載の発明のように、
請求項１記載の振動試験装置において、
前記振動数検出手段によって検出される振動数が低振動数から高振動数に変化する過程において、
前記電流可変手段は、
前記振動数検出手段によって検出される振動数が、
振動試験装置の加速度特性が最大変位によって定まる振動数領域と最大速度によって定まる振動数領域の境界付近の所定の第１の振動数に至るまでは、前記励磁コイルに流れる電流を振動試験装置の特性によって定まる最大電流値より小さい電流値で一定に制御し、
前記第１の振動数から振動数が振動試験装置の加速度特性が最大速度によって定まる振動数領域と最大加速度によって定まる振動数領域の境界付近の所定の第２の振動数に至るまでは、前記励磁コイルに流れる電流を前記最大電流値に至るまで連続的に増加するように可変制御し、
前記第２の振動数以上の高振動数領域においては、前記励磁コイルに流れる電流を前記最大電流値で一定に制御することにより、
前記可動コイルが、各振動数において振動試験に有効な大きさの加振力を前記励磁コイルから得るようになっていることが有効である。
【００２４】
また、請求項５記載の発明の振動試験装置制御方法によれば、
励磁コイルによって直流磁界を形成された空隙中に、試験体を設置するための振動台に固定された可動コイルを挿入し、この可動コイルに交流電流を流すことによって当該可動コイルを前記振動台と一緒に振動させて、試験体に対する振動試験を行う振動試験装置を制御する振動試験装置制御方法において、
振動数が低振動数から高振動数に変化する過程で、
前記励磁コイルに流れる電流を振動試験装置の特性によって定まる最大電流値より小さい電流値で一定とする制御と、
前記励磁コイルに流れる電流を前記最大電流値に至るまで連続的に増加するように可変する制御と、
前記励磁コイルに流れる電流を前記最大電流値で一定とする制御と、
を振動数に応じて順次段階的に切り換えて行うことにより、
前記可動コイルが、各振動数において振動試験に有効な大きさの加振力を前記励磁コイルから得るようにする。
【００２５】
この請求項２、請求項３または請求項５に記載の発明によれば、変位・速度領域での振動数で励磁コイルに流す電流値を低く、また、加速度領域で励磁コイルに流す電流値を高くするように連続可変することができ、幅広い振動数において振動数に応じた振動試験を実施することができる。
【００２６】
また、請求項４記載の発明のように、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の振動試験装置において、
前記電流可変手段は、前記励磁コイルに印加する電圧値をＰＷＭ制御により可変する電圧可変回路によって、前記励磁コイルに流れる電流を連続的に可変することが有効である。
【００２７】
この請求項４記載の発明の振動試験装置によれば、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、前記電圧可変回路によって、前記励磁コイルに印加する電圧値を可変することにより、励磁コイルに流れる電流を容易に可変することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５を参照して本発明に係る誘導式振動試験装置１の実施の形態を詳細に説明する。
まず構成を説明する。
【００２９】
図１は、本発明の一実施の形態における誘導式振動試験装置１の構成を示す縦断面図である。この図１において、誘導式振動試験装置１は、外側磁極２、内側磁極３、励磁コイル４、内側コイル５、外側コイル６、可動コイル７、振動台８、ばね９と図示外の励磁電流可変回路１０（図３参照）によって構成されている。この誘導式振動試験装置１の構造は、従来の誘導式振動試験装置の構造と同様であるが、発振器から得られる振動数情報を励磁電流可変回路１０の制御回路１０３（図３参照）によって解析し、励磁電流可変回路１０によって電流値を連続可変する点が、本発明の新規な点である。
【００３０】
外側磁極２は、誘導式振動試験装置１の主要部を格納するとともに、内部に格納された励磁コイル４によって磁化される磁性体である。また、内側磁極３は、ばね９を介して振動台８を支持する支柱であるとともに、励磁コイル４によって磁化される磁性体である。そして、外側磁極２の上端部の円周に沿って形成された環状の突部２ａと内側磁極３との間の環状ギャップＧには、直流磁界が形成される。
【００３１】
内側コイル５は、図１に示すように、前記環状ギャップＧ中の内側磁極３側に固定されるコイルであり、外側コイル６は、前記環状ギャップＧ中の外側磁極２側に固定されるコイルである。内側コイル５及び外側コイル６には、駆動回路（図示外）から電流が入力されており、図２に示すように、各コイルを流れる電流Ｉによって、内コイル磁束Ｂｉ及び外コイル磁束Ｂｏが発生する。
【００３２】
可動コイル７は、可動部である振動台８に固定された、例えばアルミニウム製のＯＮＥ−ＴＵＲＮコイル（１巻きのコイル）であり、内側コイル５及び外側コイル６を一対の一次側コイルとするトランス結合によりエネルギーが伝達されて交流電流が発生する。そして、この可動コイル７に電流が流れると、当該電流が前記環状ギャップＧ部に形成される直流磁界と作用して交流の力が生じ、振動台８が振動することとなる。
【００３３】
振動台８は、ばね９によって内側磁極３に支持されることにより、図１中の矢印Ａで示す上下方向に振動可能となっている。そして、この振動台８の上面には、試験体が設置される。
【００３４】
図３は、本実施の形態における誘導式振動試験装置１の励磁コイル４に流す電流を、発振器から入力される振動数情報に応じて可変する励磁電流可変回路１０の回路構成を示す図である。この図３において、励磁電流可変回路１０は、電源トランス１０１、整流回路１０２、制御回路１０３、及び電圧可変回路１０４によって構成されている。
【００３５】
電源トランス１０１は、一次側に入力される交流電源を、所定の電圧に変圧して二次側に接続された整流回路１０２に対して出力する。整流回路１０２は、電源トランス１０１から入力された所定の電圧の交流電流を整流して直流電流を生成して、電圧可変回路１０４に対して出力する。
【００３６】
制御回路１０３は、発振器から入力される振動数情報によって示される振動台８の振動数に応じたＰＷＭ信号を生成し、電圧可変回路１０４に対して出力する。
【００３７】
ＰＷＭ信号は図４に示すような方形波信号であり、Ｈｉｇｈ信号となっている期間ｔ１を変化させることにより直流電流値を可変する。すなわち、ＰＷＭ信号の周期をｔ２とすると、電圧可変回路１０４から出力される電圧値は、電圧可変回路１０４に入力される電圧値の（ｔ１／ｔ２）倍の値となり、接続される負荷（励磁コイル４）が同一である場合には、電圧値の変化に伴って、出力電流値は入力電流値の（ｔ１／ｔ２）倍の値となる。
【００３８】
電圧可変回路１０４は、前述したようなＰＷＭ信号がトランジスタ１０４Ｔのベースに入力されることにより、トランジスタ１０４Ｔのスイッチング動作によって方形波を生成し、この方形波をコンデンサ１０４Ｃ及びダイオード１０４Ｄによって平滑することによって、入力電圧値を（ｔ１／ｔ２）倍の電圧値に降圧して出力する。
【００３９】
以上説明した励磁電流可変回路１０は、電圧可変回路１０４によって電圧値を連続的に可変することによって、励磁コイル４に流れる電流値を連続的に可変することができるため、電流切換時にも誘導式振動試験装置１を停止させる必要を生じない。
【００４０】
次に動作を説明する。
図５は、本実施の形態における誘導式振動試験装置１の励磁コイル４に印加する電圧の可変制御を示す図である。図５において、振動数Ｆ１及びＦ２は、誘導式振動試験装置１の特性によって決定される所定の振動数である。
【００４１】
誘導式振動試験装置１の振動台８に試験体が設置され、振動試験が開始されると、励磁電流可変回路１０の制御回路１０３は、励磁コイル４に印加する電圧値がＶL となるようなＰＷＭ信号を生成して電圧可変回路１０４に対して出力する。そして、電源トランス１０１の一次側に入力された交流電源は、電源トランス１０１によって所定の電圧値に変圧されて二次側に接続された整流回路１０２に対して出力される。整流回路１０２に入力された交流電源は、整流回路１０２によって整流されて直流電源となり、電圧可変回路１０４に対して出力される。
【００４２】
更に、電圧可変回路１０４に入力された直流電源の電圧値は、制御回路１０３によって制御される電圧可変回路１０４によって所定の電圧値ＶL に降圧され、励磁コイル４に印加される。励磁コイル４は、印加された直流電圧値ＶL に応じた所定の電流によって所定の磁束密度の直流磁界を生成する。
【００４３】
このとき生成される直流磁界の磁束密度は、誘導式振動試験装置１が最大加振力を発揮する際の磁束密度と比較して小さい値となるため、誘導式振動試験装置１は、大きな変位・速度を実現しやすい状態となる。また、励磁コイル４を流れる電流値が小さいため、誘導式振動試験装置１の省電力化を図ることもできる。
【００４４】
また、制御回路１０３は、発振器から入力される振動数情報によって、振動台８の振動数が所定の振動数Ｆ１に達したことが示されると、電圧可変回路１０４から励磁コイル４に印加される電圧値を振動台８の振動数に比例して増加させるように、ＰＷＭ信号を生成して電圧可変回路１０４を制御する。
【００４５】
図５に示すように、振動数Ｆ１から振動数Ｆ２までの領域では、所定の振動数Ｆ２において励磁コイル４に印加される電圧値がＶH となるような所定の比例定数に基づいて、制御回路１０３によって生成されるＰＷＭ信号により制御される電圧可変回路１０４によって、励磁コイル４に印加される電圧値が連続可変制御される。そして、振動台８の振動数が所定の振動数Ｆ２以上となった後は、誘導式振動試験装置１が最大加振力を発揮する所定電圧ＶH で一定となるように制御される。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態における誘導式振動試験装置１によれば、励磁電流可変回路１０によって、所定の振動数Ｆ１以下の領域では、励磁コイル４に印加する直流電圧値を低電圧に制御し、振動数Ｆ１から所定の振動数Ｆ２までの間では、励磁コイル４に印加する直流電圧を連続可変し、振動数Ｆ２以上の領域では、励磁コイル４に印加する直流電圧値を誘導式振動試験装置１が最大加振力を発揮できる電圧値に制御する。
【００４７】
したがって、変位・速度領域での振動数で励磁コイル４に流す電流値を低く、また、加速度領域で励磁コイル４に流す電流値を高くするように連続可変することができ、従来のように、振動試験を一旦停止して電流値を切り換える必要がなく、誘導式振動試験装置１による振動試験を、振動数に応じて適切な条件において行うことができる。
【００４８】
また、励磁電流可変回路１０によって電流値を可変することができるため、大きな加振力を必要としない場合には、電流値を低く抑えることができるため、無駄な消費電力を省き誘導式振動試験装置１の省電力化を図ることができる。
【００４９】
更に、励磁コイル４に流す電流値を低く制御して励磁コイル４によって生成される直流磁界の磁束密度を小さくすることができるため、従来誘導式の振動試験装置においては実質的な振動試験が困難であった低振動領域においても、大きな加振力を得ることができ、誘導式振動試験装置１による振動試験が幅広い振動数領域で実施することを可能とすることができる。
【００５０】
なお、上記実施の形態においては、本発明を誘導式の振動試験装置に適用した例として誘導式振動試験装置１について説明したが、本発明は、動電式の振動試験装置に適用することも可能である。また、励磁電流可変回路１０は、制御回路１０３から入力されるＰＷＭ信号によって電圧可変回路１０４によって電圧値を可変する構成としたが、その他の回路構成によって励磁コイル４に印加する電圧値を連続的に可変する構成としてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、従来のように、振動試験を一旦停止して電流値を切り換える必要がなく、振動試験装置による振動試験を、振動数に応じて適切な条件において行うことができる。また、電流可変手段によって電流値を可変することができるため、大きな加振力を必要としない場合には、電流値を低く抑えることができ、無駄な消費電力を省いて振動試験装置の省電力化を図ることができる。また、従来、誘導式の振動試験装置においては実質的な振動試験が困難であった低振動領域においても、電流可変手段によって励磁コイルに流れる電流値を低く制御することにより大きな加振力を得ることができ、誘導式の振動試験装置による振動試験を幅広い振動数領域で実施することが可能となる。
【００５２】
請求項２、請求項３または請求項５に記載の発明によれば、変位・速度領域での振動数で励磁コイルに流す電流値を低く、また、加速度領域で励磁コイルに流す電流値を高くするように連続可変することができ、幅広い振動数において振動数に応じた振動試験を実施することができる。
【００５３】
請求項４記載の発明によれば、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、前記電圧可変回路によって、前記励磁コイルに印加する電圧値を可変することにより、励磁コイルに流れる電流を容易に可変することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における誘導式振動試験装置１の構成を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す内側コイル５及び外側コイル６を流れる電流Ｉによって発生する内コイル磁束Ｂｉ及び外コイル磁束Ｂｏを示す図である。
【図３】図１に示す誘導式振動試験装置１の励磁コイル４に流す電流を、発振器入力される振動数情報に応じて可変する励磁電流可変回路１０の回路構成を示す図である。
【図４】図３に示す制御回路１０３から電圧可変回路１０４に対して出力されるＰＷＭ信号を示す図である。
【図５】図１に示す誘導式振動試験装置１の励磁コイル４に印加する電圧の可変制御を示す図である。
【図６】従来の振動試験装置の一例としての動電式振動試験装置２０の構成を示す縦断面図である。
【図７】励磁コイル２４に印加する電流を生成する従来の励磁電流切り換え回路３０の構成を示す回路図である。
【図８】動電式振動試験装置の最大変位、最大速度、最大加速度等の最大能力の制限から振動数ｆと加速度との間に一般的に成立する関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 誘導式振動試験装置
２ 外側磁極
３ 内側磁極
４ 励磁コイル
５ 内側コイル
６ 外側コイル
７ アルミコイル
８ 振動台
９ ばね
１０ 励磁電流可変回路
１０１ 電源トランス
１０２ 整流回路
１０３ 制御回路
１０４ 電流可変回路
１０４Ｔ トランジスタ
１０４Ｃ コンデンサ
１０４Ｄ ダイオード
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動試験装置に係り、詳細には、励磁コイルに流す電流値を連続可変させて振動数に応じて適切な電流制御を行う振動試験装置及び振動試験装置制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
先端工業分野では、高密度化、小型化を追求して高度な技術が駆使されるとともに、高い信頼性、ローコストを求められる製品は、品質評価のために試作段階、製品段階において、非常にハードな条件下で多様な振動試験が行われている。従来、振動試験装置による振動試験では、試験条件を変更するために励磁コイルの電流値を切り換える際には、一旦振動試験を停止し、電源トランスのタップを切り換えて電流値を切り換えていた。
【０００３】
以下、図６及び図７を参照して、従来の振動試験装置の一例としての動電式振動試験装置２０について説明する。
【０００４】
図６は、従来の振動試験装置の一例としての動電式振動試験装置２０の構成を示す縦断面図である。この図６において、動電式振動試験装置２０は、外側磁極２２、内側磁極２３、励磁コイル２４、可動コイル２５、振動台２８、ばね２９、及び励磁電流切り換え回路３０（図７参照）によって構成されている。
【０００５】
励磁コイル２４は、励磁電流切り換え回路３０から入力される直流電流により励磁されて直流磁界を生成し、磁性体である外側磁極２２と、内側磁極２３との間のギャップＧには、可動コイル２５を横切る直流磁界が形成される。
【０００６】
可動コイル２５は、図示しない駆動回路によって生成される交流電流が印加されており、前記ギャップＧに形成された直流磁界中を前記交流電流の周波数に基づく振動数で振動する。この可動コイル２５は、内側磁極２３の上面に設置されたばね２９によって支持される振動台２８に固定されており、可動コイル２５が振動することによって振動台２８が振動する。そして、振動台２８には試験体が設置され、動電式振動試験装置２０による振動試験が行われる。
【０００７】
図７は、励磁コイル２４に印加する電流を生成する従来の励磁電流切り換え回路３０の構成を示す回路図である。この図７において、励磁電流切り換え回路３０は、電源トランス３０１、整流回路３０２、スイッチ３０５、及びスイッチ３０６によって構成されており、励磁コイル２４に対して直流電源ＤＣを供給する。
【０００８】
電源トランス３０１の一次側に入力された交流電源は、電源トランス３０１によって所定の電圧に変圧されて、電源トランス３０１の二次側に接続された整流回路３０２に入力される。整流回路３０２は、入力された交流電源を整流して直流電源ＤＣを生成して、励磁コイル２４に対して出力する。
【０００９】
一般的に、動電式振動試験装置では、装置の最大変位、最大速度、最大加速度等の最大能力の制限から、振動数ｆと加速度との間に図８に示すような関係が成り立つ。すなわち、低振動数領域では機械的変位により最大変位能力の制限が効き、更に振動数が増すと駆動回路電力の電圧により最大速度能力の制限が効いてくることとなり、高振動数領域では、駆動回路電力の電流により最大加速度能力の制限によって加速度が一定となる。また、加速度と速度、変位それぞれの間には、次式（１），（２）に示すような関係がある。
【００１０】
【数１】
式（１）によれば、速度一定であれば加速度は振動数に比例して増すことになり、図８に示す速度一定の領域のような１次の傾斜の変化となる。式（２）によれば、変位一定であれば加速度は振動数の２乗に比例して増すことになり、図８に示す変位一定の領域のような２次の傾斜の変化となる。
【００１２】
振動台２８を振動させるための加振力Ｆは、前記ギャップＧに形成された直流磁界の磁束密度Ｂと、可動コイル２５の有効コイル長Ｌと、可動コイル２５を流れる電流ｉによって定まり、次式（３）の関係がある。
【００１３】
Ｆ＝ＢＬｉ ・・・・・・（３）
また、低振動数領域においては、次式（４）の関係式において、可動コイル２５の駆動電圧Ｖは一定であるため、速度ｖは前記ギャップＧに形成された直流磁界の磁束密度Ｂに反比例する。
Ｖ＝ＢＬｖ ・・・・・・（４）
従って、大きな速度ｖを必要とする試験を行う際には、磁束密度Ｂを小さくするために、励磁コイル２４に流す電流値を小さくする必要がある。
【００１４】
そして、図７に示す励磁電流切り換え回路３０を利用する従来の動電式振動試験装置２０では、試験条件を変更するために励磁コイル２４に入力する電流を切り換える際には、電源トランス３０１の一次側の電圧タップＰ１をＰ２に切り換えるか、或いは、スイッチ３０５をオープンにしてスイッチ３０６をクローズすることにより二次側の電圧タップＳ１をＳ２に切り換えて整流回路３０２から出力される直流電源ＤＣの電圧値を変更することにより、励磁コイル２４に入力する電流値を切り換える。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、励磁コイル２４に入力する電流値を切り換える際には、電源トランス３０１のタップを切り換えることによって電圧を切り換える必要があるが、振動試験中にタップの切換を行うと、振動台２８の振動にショックを与えてしまうため、電流値を切り換える際には振動試験を一旦停止しなければならず、その停止によって振動試験がとぎれてしまっていた。
【００１６】
また、速度の大きな試験を行う場合に、励磁コイル２４に入力する電流値を小さな値に切り換えた状態で行うと、磁束密度Ｂも小さくなってしまう。そのため、振動台２８を振動させる加振力Ｆの最大値を引き出す場合には、前式（３）の関係によって、可動コイル２５に流れる電流ｉを大きくするための大きな電力を必要としていた。
【００１７】
特に、誘導式振動試験装置の場合には、相互誘導を利用して可動コイルに電流を発生させる原理であるため、低振動数領域においては実用的な加速度を出すことができず、図８に示すような変位・速度領域において振動試験を行うことが実質上困難であった。
【００１８】
本発明の課題は、励磁コイルに流す電流を連続可変することによって、最大加振力を必要としない低振動数領域の変位・速度領域においては磁束密度を小さくし、最大加振力を必要とする高振動数領域においては磁束密度を大きくすることが可能な振動試験装置及び振動試験装置制御方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、
励磁コイルによって直流磁界を形成された空隙中に、試験体を設置するための振動台に固定された可動コイルを挿入し、この可動コイルに交流電流を流すことによって当該可動コイルを前記振動台と一緒に振動させて、試験体に対する振動試験を行う振動試験装置において、
発振器より振動数情報を取得して振動試験の振動数を検出する振動数検出手段と、
この振動数検出手段によって検出された振動数に応じて、前記励磁コイルに流れる電流を連続的に可変する電流可変手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項１記載の発明の振動試験装置によれば、
振動数検出手段によって、振動数を検出し、電流可変手段によって、前記振動数検出手段によって検出された振動数に応じて、前記励磁コイルに流れる電流を連続的に可変する。
【００２１】
したがって、従来のように、振動試験を一旦停止して電流値を切り換える必要がなく、振動試験装置による振動試験を、振動数に応じて適切な条件において行うことができる。また、電流可変手段によって電流値を可変することができるため、大きな加振力を必要としない場合には、電流値を低く抑えることができ、無駄な消費電力を省いて振動試験装置の省電力化を図ることができる。また、従来、誘導式の振動試験装置においては実質的な振動試験が困難であった低振動領域においても、電流可変手段によって励磁コイルに流れる電流値を低く制御することにより大きな変位・速度を得ることができ、誘導式の振動試験装置による振動試験を幅広い振動数領域で実施することが可能となる。
【００２２】
また、請求項２記載の発明のように、
請求項１記載の振動試験装置において、
前記振動数検出手段によって検出される振動数が低振動数から高振動数に変化する過程において、
前記電流可変手段によって、
前記励磁コイルに流れる電流を振動試験装置の特性によって定まる最大電流値より小さい電流値で一定とする制御と、
前記励磁コイルに流れる電流を前記最大電流値に至るまで連続的に増加するように可変する制御と、
前記励磁コイルに流れる電流を前記最大電流値で一定とする制御と、
を振動数に応じて順次段階的に切り換えて行うことにより、
前記可動コイルが、各振動数において振動試験に有効な大きさの加振力を前記励磁コイルから得るようになっていることが有効である。
【００２３】
また、請求項３記載の発明のように、
請求項１記載の振動試験装置において、
前記振動数検出手段によって検出される振動数が低振動数から高振動数に変化する過程において、
前記電流可変手段は、
前記振動数検出手段によって検出される振動数が、
振動試験装置の加速度特性が最大変位によって定まる振動数領域と最大速度によって定まる振動数領域の境界付近の所定の第１の振動数に至るまでは、前記励磁コイルに流れる電流を振動試験装置の特性によって定まる最大電流値より小さい電流値で一定に制御し、
前記第１の振動数から振動数が振動試験装置の加速度特性が最大速度によって定まる振動数領域と最大加速度によって定まる振動数領域の境界付近の所定の第２の振動数に至るまでは、前記励磁コイルに流れる電流を前記最大電流値に至るまで連続的に増加するように可変制御し、
前記第２の振動数以上の高振動数領域においては、前記励磁コイルに流れる電流を前記最大電流値で一定に制御することにより、
前記可動コイルが、各振動数において振動試験に有効な大きさの加振力を前記励磁コイルから得るようになっていることが有効である。
【００２４】
また、請求項５記載の発明の振動試験装置制御方法によれば、
励磁コイルによって直流磁界を形成された空隙中に、試験体を設置するための振動台に固定された可動コイルを挿入し、この可動コイルに交流電流を流すことによって当該可動コイルを前記振動台と一緒に振動させて、試験体に対する振動試験を行う振動試験装置を制御する振動試験装置制御方法において、
振動数が低振動数から高振動数に変化する過程で、
前記励磁コイルに流れる電流を振動試験装置の特性によって定まる最大電流値より小さい電流値で一定とする制御と、
前記励磁コイルに流れる電流を前記最大電流値に至るまで連続的に増加するように可変する制御と、
前記励磁コイルに流れる電流を前記最大電流値で一定とする制御と、
を振動数に応じて順次段階的に切り換えて行うことにより、
前記可動コイルが、各振動数において振動試験に有効な大きさの加振力を前記励磁コイルから得るようにする。
【００２５】
この請求項２、請求項３または請求項５に記載の発明によれば、変位・速度領域での振動数で励磁コイルに流す電流値を低く、また、加速度領域で励磁コイルに流す電流値を高くするように連続可変することができ、幅広い振動数において振動数に応じた振動試験を実施することができる。
【００２６】
また、請求項４記載の発明のように、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の振動試験装置において、
前記電流可変手段は、前記励磁コイルに印加する電圧値をＰＷＭ制御により可変する電圧可変回路によって、前記励磁コイルに流れる電流を連続的に可変することが有効である。
【００２７】
この請求項４記載の発明の振動試験装置によれば、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、前記電圧可変回路によって、前記励磁コイルに印加する電圧値を可変することにより、励磁コイルに流れる電流を容易に可変することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５を参照して本発明に係る誘導式振動試験装置１の実施の形態を詳細に説明する。
まず構成を説明する。
【００２９】
図１は、本発明の一実施の形態における誘導式振動試験装置１の構成を示す縦断面図である。この図１において、誘導式振動試験装置１は、外側磁極２、内側磁極３、励磁コイル４、内側コイル５、外側コイル６、可動コイル７、振動台８、ばね９と図示外の励磁電流可変回路１０（図３参照）によって構成されている。この誘導式振動試験装置１の構造は、従来の誘導式振動試験装置の構造と同様であるが、発振器から得られる振動数情報を励磁電流可変回路１０の制御回路１０３（図３参照）によって解析し、励磁電流可変回路１０によって電流値を連続可変する点が、本発明の新規な点である。
【００３０】
外側磁極２は、誘導式振動試験装置１の主要部を格納するとともに、内部に格納された励磁コイル４によって磁化される磁性体である。また、内側磁極３は、ばね９を介して振動台８を支持する支柱であるとともに、励磁コイル４によって磁化される磁性体である。そして、外側磁極２の上端部の円周に沿って形成された環状の突部２ａと内側磁極３との間の環状ギャップＧには、直流磁界が形成される。
【００３１】
内側コイル５は、図１に示すように、前記環状ギャップＧ中の内側磁極３側に固定されるコイルであり、外側コイル６は、前記環状ギャップＧ中の外側磁極２側に固定されるコイルである。内側コイル５及び外側コイル６には、駆動回路（図示外）から電流が入力されており、図２に示すように、各コイルを流れる電流Ｉによって、内コイル磁束Ｂｉ及び外コイル磁束Ｂｏが発生する。
【００３２】
可動コイル７は、可動部である振動台８に固定された、例えばアルミニウム製のＯＮＥ−ＴＵＲＮコイル（１巻きのコイル）であり、内側コイル５及び外側コイル６を一対の一次側コイルとするトランス結合によりエネルギーが伝達されて交流電流が発生する。そして、この可動コイル７に電流が流れると、当該電流が前記環状ギャップＧ部に形成される直流磁界と作用して交流の力が生じ、振動台８が振動することとなる。
【００３３】
振動台８は、ばね９によって内側磁極３に支持されることにより、図１中の矢印Ａで示す上下方向に振動可能となっている。そして、この振動台８の上面には、試験体が設置される。
【００３４】
図３は、本実施の形態における誘導式振動試験装置１の励磁コイル４に流す電流を、発振器から入力される振動数情報に応じて可変する励磁電流可変回路１０の回路構成を示す図である。この図３において、励磁電流可変回路１０は、電源トランス１０１、整流回路１０２、制御回路１０３、及び電圧可変回路１０４によって構成されている。
【００３５】
電源トランス１０１は、一次側に入力される交流電源を、所定の電圧に変圧して二次側に接続された整流回路１０２に対して出力する。整流回路１０２は、電源トランス１０１から入力された所定の電圧の交流電流を整流して直流電流を生成して、電圧可変回路１０４に対して出力する。
【００３６】
制御回路１０３は、発振器から入力される振動数情報によって示される振動台８の振動数に応じたＰＷＭ信号を生成し、電圧可変回路１０４に対して出力する。
【００３７】
ＰＷＭ信号は図４に示すような方形波信号であり、Ｈｉｇｈ信号となっている期間ｔ１を変化させることにより直流電流値を可変する。すなわち、ＰＷＭ信号の周期をｔ２とすると、電圧可変回路１０４から出力される電圧値は、電圧可変回路１０４に入力される電圧値の（ｔ１／ｔ２）倍の値となり、接続される負荷（励磁コイル４）が同一である場合には、電圧値の変化に伴って、出力電流値は入力電流値の（ｔ１／ｔ２）倍の値となる。
【００３８】
電圧可変回路１０４は、前述したようなＰＷＭ信号がトランジスタ１０４Ｔのベースに入力されることにより、トランジスタ１０４Ｔのスイッチング動作によって方形波を生成し、この方形波をコンデンサ１０４Ｃ及びダイオード１０４Ｄによって平滑することによって、入力電圧値を（ｔ１／ｔ２）倍の電圧値に降圧して出力する。
【００３９】
以上説明した励磁電流可変回路１０は、電圧可変回路１０４によって電圧値を連続的に可変することによって、励磁コイル４に流れる電流値を連続的に可変することができるため、電流切換時にも誘導式振動試験装置１を停止させる必要を生じない。
【００４０】
次に動作を説明する。
図５は、本実施の形態における誘導式振動試験装置１の励磁コイル４に印加する電圧の可変制御を示す図である。図５において、振動数Ｆ１及びＦ２は、誘導式振動試験装置１の特性によって決定される所定の振動数である。
【００４１】
誘導式振動試験装置１の振動台８に試験体が設置され、振動試験が開始されると、励磁電流可変回路１０の制御回路１０３は、励磁コイル４に印加する電圧値がＶL となるようなＰＷＭ信号を生成して電圧可変回路１０４に対して出力する。そして、電源トランス１０１の一次側に入力された交流電源は、電源トランス１０１によって所定の電圧値に変圧されて二次側に接続された整流回路１０２に対して出力される。整流回路１０２に入力された交流電源は、整流回路１０２によって整流されて直流電源となり、電圧可変回路１０４に対して出力される。
【００４２】
更に、電圧可変回路１０４に入力された直流電源の電圧値は、制御回路１０３によって制御される電圧可変回路１０４によって所定の電圧値ＶL に降圧され、励磁コイル４に印加される。励磁コイル４は、印加された直流電圧値ＶL に応じた所定の電流によって所定の磁束密度の直流磁界を生成する。
【００４３】
このとき生成される直流磁界の磁束密度は、誘導式振動試験装置１が最大加振力を発揮する際の磁束密度と比較して小さい値となるため、誘導式振動試験装置１は、大きな変位・速度を実現しやすい状態となる。また、励磁コイル４を流れる電流値が小さいため、誘導式振動試験装置１の省電力化を図ることもできる。
【００４４】
また、制御回路１０３は、発振器から入力される振動数情報によって、振動台８の振動数が所定の振動数Ｆ１に達したことが示されると、電圧可変回路１０４から励磁コイル４に印加される電圧値を振動台８の振動数に比例して増加させるように、ＰＷＭ信号を生成して電圧可変回路１０４を制御する。
【００４５】
図５に示すように、振動数Ｆ１から振動数Ｆ２までの領域では、所定の振動数Ｆ２において励磁コイル４に印加される電圧値がＶH となるような所定の比例定数に基づいて、制御回路１０３によって生成されるＰＷＭ信号により制御される電圧可変回路１０４によって、励磁コイル４に印加される電圧値が連続可変制御される。そして、振動台８の振動数が所定の振動数Ｆ２以上となった後は、誘導式振動試験装置１が最大加振力を発揮する所定電圧ＶH で一定となるように制御される。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態における誘導式振動試験装置１によれば、励磁電流可変回路１０によって、所定の振動数Ｆ１以下の領域では、励磁コイル４に印加する直流電圧値を低電圧に制御し、振動数Ｆ１から所定の振動数Ｆ２までの間では、励磁コイル４に印加する直流電圧を連続可変し、振動数Ｆ２以上の領域では、励磁コイル４に印加する直流電圧値を誘導式振動試験装置１が最大加振力を発揮できる電圧値に制御する。
【００４７】
したがって、変位・速度領域での振動数で励磁コイル４に流す電流値を低く、また、加速度領域で励磁コイル４に流す電流値を高くするように連続可変することができ、従来のように、振動試験を一旦停止して電流値を切り換える必要がなく、誘導式振動試験装置１による振動試験を、振動数に応じて適切な条件において行うことができる。
【００４８】
また、励磁電流可変回路１０によって電流値を可変することができるため、大きな加振力を必要としない場合には、電流値を低く抑えることができるため、無駄な消費電力を省き誘導式振動試験装置１の省電力化を図ることができる。
【００４９】
更に、励磁コイル４に流す電流値を低く制御して励磁コイル４によって生成される直流磁界の磁束密度を小さくすることができるため、従来誘導式の振動試験装置においては実質的な振動試験が困難であった低振動領域においても、大きな加振力を得ることができ、誘導式振動試験装置１による振動試験が幅広い振動数領域で実施することを可能とすることができる。
【００５０】
なお、上記実施の形態においては、本発明を誘導式の振動試験装置に適用した例として誘導式振動試験装置１について説明したが、本発明は、動電式の振動試験装置に適用することも可能である。また、励磁電流可変回路１０は、制御回路１０３から入力されるＰＷＭ信号によって電圧可変回路１０４によって電圧値を可変する構成としたが、その他の回路構成によって励磁コイル４に印加する電圧値を連続的に可変する構成としてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、従来のように、振動試験を一旦停止して電流値を切り換える必要がなく、振動試験装置による振動試験を、振動数に応じて適切な条件において行うことができる。また、電流可変手段によって電流値を可変することができるため、大きな加振力を必要としない場合には、電流値を低く抑えることができ、無駄な消費電力を省いて振動試験装置の省電力化を図ることができる。また、従来、誘導式の振動試験装置においては実質的な振動試験が困難であった低振動領域においても、電流可変手段によって励磁コイルに流れる電流値を低く制御することにより大きな加振力を得ることができ、誘導式の振動試験装置による振動試験を幅広い振動数領域で実施することが可能となる。
【００５２】
請求項２、請求項３または請求項５に記載の発明によれば、変位・速度領域での振動数で励磁コイルに流す電流値を低く、また、加速度領域で励磁コイルに流す電流値を高くするように連続可変することができ、幅広い振動数において振動数に応じた振動試験を実施することができる。
【００５３】
請求項４記載の発明によれば、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、前記電圧可変回路によって、前記励磁コイルに印加する電圧値を可変することにより、励磁コイルに流れる電流を容易に可変することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における誘導式振動試験装置１の構成を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す内側コイル５及び外側コイル６を流れる電流Ｉによって発生する内コイル磁束Ｂｉ及び外コイル磁束Ｂｏを示す図である。
【図３】図１に示す誘導式振動試験装置１の励磁コイル４に流す電流を、発振器入力される振動数情報に応じて可変する励磁電流可変回路１０の回路構成を示す図である。
【図４】図３に示す制御回路１０３から電圧可変回路１０４に対して出力されるＰＷＭ信号を示す図である。
【図５】図１に示す誘導式振動試験装置１の励磁コイル４に印加する電圧の可変制御を示す図である。
【図６】従来の振動試験装置の一例としての動電式振動試験装置２０の構成を示す縦断面図である。
【図７】励磁コイル２４に印加する電流を生成する従来の励磁電流切り換え回路３０の構成を示す回路図である。
【図８】動電式振動試験装置の最大変位、最大速度、最大加速度等の最大能力の制限から振動数ｆと加速度との間に一般的に成立する関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 誘導式振動試験装置
２ 外側磁極
３ 内側磁極
４ 励磁コイル
５ 内側コイル
６ 外側コイル
７ アルミコイル
８ 振動台
９ ばね
１０ 励磁電流可変回路
１０１ 電源トランス
１０２ 整流回路
１０３ 制御回路
１０４ 電流可変回路
１０４Ｔ トランジスタ
１０４Ｃ コンデンサ
１０４Ｄ ダイオード
Claims (5)
- 励磁コイルによって直流磁界を形成された空隙中に、試験体を設置するための振動台に固定された可動コイルを挿入し、この可動コイルに交流電流を流すことによって当該可動コイルを前記振動台と一緒に振動させて、試験体に対する振動試験を行う振動試験装置において、
発振器より振動数情報を取得して振動試験の振動数を検出する振動数検出手段と、
この振動数検出手段によって検出された振動数に応じて、前記励磁コイルに流れる電流を連続的に可変する電流可変手段と、
を備えたことを特徴とする振動試験装置。 - 前記振動数検出手段によって検出される振動数が低振動数から高振動数に変化する過程において、
前記電流可変手段によって、
前記励磁コイルに流れる電流を振動試験装置の特性によって定まる最大電流値より小さい電流値で一定とする制御と、
前記励磁コイルに流れる電流を前記最大電流値に至るまで連続的に増加するように可変する制御と、
前記励磁コイルに流れる電流を前記最大電流値で一定とする制御と、
を振動数に応じて順次段階的に切り換えて行うことにより、
前記可動コイルが、各振動数において振動試験に有効な大きさの加振力を前記励磁コイルから得るようになっていることを特徴とする請求項１記載の振動試験装置。 - 前記振動数検出手段によって検出される振動数が低振動数から高振動数に変化する過程において、
前記電流可変手段は、
前記振動数検出手段によって検出される振動数が、
振動試験装置の加速度特性が最大変位によって定まる振動数領域と最大速度によって定まる振動数領域の境界付近の所定の第１の振動数に至るまでは、前記励磁コイルに流れる電流を振動試験装置の特性によって定まる最大電流値より小さい電流値で一定に制御し、
前記第１の振動数から振動数が振動試験装置の加速度特性が最大速度によって定まる振動数領域と最大加速度によって定まる振動数領域の境界付近の所定の第２の振動数に至るまでは、前記励磁コイルに流れる電流を前記最大電流値に至るまで連続的に増加するように可変制御し、
前記第２の振動数以上の高振動数領域においては、前記励磁コイルに流れる電流を前記最大電流値で一定に制御することにより、
前記可動コイルが、各振動数において振動試験に有効な大きさの加振力を前記励磁コイルから得るようになっていることを特徴とする請求項１記載の振動試験装置。 - 前記電流可変手段は、前記励磁コイルに印加する電圧値をＰＷＭ制御により可変する電圧可変回路によって、前記励磁コイルに流れる電流を連続的に可変することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の振動試験装置。
- 励磁コイルによって直流磁界を形成された空隙中に、試験体を設置するための振動台に固定された可動コイルを挿入し、この可動コイルに交流電流を流すことによって当該可動コイルを前記振動台と一緒に振動させて、試験体に対する振動試験を行う振動試験装置を制御する振動試験装置制御方法において、
振動数が低振動数から高振動数に変化する過程で、
前記励磁コイルに流れる電流を振動試験装置の特性によって定まる最大電流値より小さい電流値で一定とする制御と、
前記励磁コイルに流れる電流を前記最大電流値に至るまで連続的に増加するように可変する制御と、
前記励磁コイルに流れる電流を前記最大電流値で一定とする制御と、
を振動数に応じて順次段階的に切り換えて行うことにより、
前記可動コイルが、各振動数において振動試験に有効な大きさの加振力を前記励磁コイルから得るようにすることを特徴とする振動試験装置制御方法。
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1998
- 1998-10-09 JP JP28825798A patent/JP3895479B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103674455A (zh) * | 2013-09-27 | 2014-03-26 | 浙江大学 | 一种角振动台动圈 |
| CN103674455B (zh) * | 2013-09-27 | 2016-06-22 | 浙江大学 | 一种角振动台动圈 |
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