JP5627544B2 - Excitation device - Google Patents
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Description
本発明は、振動板に載置される供試体を加振する加振装置に関する。 The present invention relates to a vibration device that vibrates a specimen placed on a diaphragm.
従来から、供試体(例えば、自動車等)を加振して、供試体の状態変化等を検査する際には、例えば、油圧式の加振装置を用いている。
油圧式の加振装置では、油圧源とシリンダとの間を流れる油の流動方向を油圧サーボ弁によって制御し、シリンダ内のピストンを圧力差によって摺動させる。そして、その摺動よって振動板に載置される供試体を加振する。
Conventionally, when a specimen (for example, an automobile or the like) is vibrated and a state change of the specimen is inspected, for example, a hydraulic vibrator is used.
In a hydraulic vibration device, the flow direction of oil flowing between a hydraulic source and a cylinder is controlled by a hydraulic servo valve, and a piston in the cylinder is slid by a pressure difference. Then, the specimen placed on the diaphragm is vibrated by the sliding.
このような油圧式の加振装置は、高加振力および高速加振を両立させて供試体を加振可能である。
しかし、油圧式の加振装置は、常に最大の圧力で供給される油の流量を調整することで、加振力を調整する。このため、油圧式の加振装置の最大加振力よりも小さな加振力で供試体を加振する場合でも、常に最大のエネルギーを消費してしまう。
従って、油圧式の加振装置では、必要な加振力が小さい場合に、エネルギー効率が悪化してしまう。つまり、加振力に応じて効率的にエネルギーを消費できない。
Such a hydraulic exciter can excite the specimen while achieving both high excitation force and high-speed excitation.
However, the hydraulic excitation device adjusts the excitation force by always adjusting the flow rate of the oil supplied at the maximum pressure. For this reason, even when the specimen is vibrated with an excitation force smaller than the maximum excitation force of the hydraulic excitation device, the maximum energy is always consumed.
Therefore, in the case of the hydraulic vibration device, the energy efficiency is deteriorated when the necessary vibration force is small. That is, energy cannot be consumed efficiently according to the excitation force.
このような問題を解消するために、特許文献1に開示されるような動電式の加振装置(振動発生機)を用いることが考えられる。
特許文献1に開示される動電式の加振装置は、外側磁極および内側磁極を励磁して可動コイルの周囲に磁界を形成し、磁界内に配置される可動コイルに交流電流を供給して、可動コイルに支持される可動部を加振する。
これによれば、励磁電流値や駆動電流値を調整することで加振力を調整できる。このため、加振力に応じて効率的にエネルギーを消費できる。
In order to solve such a problem, it is conceivable to use an electrodynamic excitation device (vibration generator) as disclosed in Patent Document 1.
The electrodynamic excitation device disclosed in Patent Document 1 excites the outer magnetic pole and the inner magnetic pole to form a magnetic field around the movable coil, and supplies an alternating current to the movable coil disposed in the magnetic field. The movable portion supported by the movable coil is vibrated.
According to this, the excitation force can be adjusted by adjusting the excitation current value and the drive current value. For this reason, energy can be consumed efficiently according to the excitation force.
しかし、特許文献1に開示されるような動電式の加振装置は、加振力を大きくする際に、磁束密度(励磁電流値)を上げる必要がある。この場合、加振速度が低下してしまう。
つまり、特許文献1に開示されるような動電式の加振装置は、加振力と加振速度とがトレードオフの関係にある。このため、油圧式の加振装置のように高加振力および高速加振を両立させて供試体を加振できない。
However, the electrodynamic excitation device as disclosed in Patent Document 1 needs to increase the magnetic flux density (excitation current value) when increasing the excitation force. In this case, the excitation speed decreases.
That is, in the electrodynamic excitation device as disclosed in Patent Document 1, the excitation force and the excitation speed are in a trade-off relationship. For this reason, the specimen cannot be vibrated with both high excitation force and high-speed excitation as in the case of a hydraulic excitation device.
また、加振力に応じて効率的にエネルギーを消費するために、特許文献2に開示されるような電気サーボモータ式の加振装置(加振試験装置)を用いることが考えられる。
特許文献2に開示されるような電気モータ式の加振装置は、ボールネジおよびボールネジに螺合するボールネジナットで構成される回転変換部によって、電気サーボモータの回転運動を直線運動に変換することで、供試体を加振する。
これによれば、電気サーボモータの出力を調整することで、加振力に応じて効率的にエネルギーを消費できる。
In order to efficiently consume energy according to the excitation force, it is conceivable to use an electric servo motor type excitation device (excitation test device) as disclosed in Patent Document 2.
An electric motor-type vibration device as disclosed in Patent Document 2 converts a rotary motion of an electric servo motor into a linear motion by a rotation conversion unit configured by a ball screw and a ball screw nut screwed to the ball screw. , Vibrate the specimen.
According to this, by adjusting the output of the electric servo motor, energy can be efficiently consumed according to the excitation force.
しかし、特許文献2に開示されるような電気サーボモータ式の加振装置は、回転運動を直線運動に変換する構成であるため、その等価慣性が大きい。
従って、特許文献2に開示されるような電気サーボモータ式の加振装置では、油圧式の加振装置のように高速加振することが困難である。
However, the electric servo motor-type vibration device as disclosed in Patent Document 2 is configured to convert a rotational motion into a linear motion, and therefore has a large equivalent inertia.
Therefore, it is difficult to vibrate at high speed in the electric servo motor type vibration device disclosed in Patent Document 2, unlike the hydraulic vibration device.
以上のように、従来の加振装置では、油圧式の加振装置のように高加振力および高速加振を両立させて供試体を加振できるとともに、動電式および電気サーボモータ式の加振装置のように加振力に応じてエネルギーを消費できる加振装置を構成できなかった。 As described above, in the conventional vibration device, the specimen can be vibrated with both high vibration force and high-speed vibration as in the case of the hydraulic vibration device. A vibration device that can consume energy according to a vibration force, such as a vibration device, could not be configured.
本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、高加振力および高速加振を両立させて供試体を加振できるとともに、加振力に応じて効率的にエネルギーを消費できる加振装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above situation, and can vibrate a specimen while achieving both high excitation force and high-speed excitation, and can efficiently consume energy according to the excitation force. A vibration device is provided.
請求項1においては、振動板に載置される供試体を加振する加振装置であって、流体の圧力でシリンダスリーブ内に配置されるピストンを摺動させることで、前記振動板を支持する加振軸を往復移動させて、前記供試体を加振する流体圧式加振部と、励磁コイルにより磁界を形成し、前記磁界内に配置されるとともに、前記振動板に連結される駆動コイルに交流電流を供給することで、前記駆動コイルを往復移動させて、前記供試体を加振する動電式加振部と、を具備し、前記流体圧式加振部および前記動電式加振部の最大加振力は、前記加振装置の最大加振力に対する所定の比率により決定され、前記加振装置は、前記流体圧式加振部単体で前記供試体を加振したときの、前記流体圧式加振部のエネルギー効率に応じて、前記流体圧式加振部および前記動電式加振部のうち、少なくともいずれか一方で前記供試体を加振し、前記供試体を加振するときの加振力が、前記流体圧式加振部の最大加振力よりも大きいとき、前記流体圧式加振部および前記動電式加振部の加振動作を同期させ、前記流体圧式加振部にて最大加振力で前記供試体を加振するとともに、前記動電式加振部にて残りの加振力を補う、ものである。 The vibration device for vibrating a specimen placed on the diaphragm is supported by sliding a piston disposed in the cylinder sleeve with a fluid pressure. A drive coil connected to the diaphragm while being arranged in the magnetic field by forming a magnetic field by an excitation coil and a fluid pressure type excitation unit that reciprocates the excitation shaft to be excited to excite the specimen. An electrodynamic excitation unit that reciprocates the drive coil by supplying an alternating current to the sample to vibrate the specimen, and the fluid pressure excitation unit and the electrodynamic excitation The maximum excitation force of the portion is determined by a predetermined ratio with respect to the maximum excitation force of the excitation device, and the excitation device vibrates the specimen when the fluid pressure type excitation unit alone is vibrated. Depending on the energy efficiency of the fluid pressure excitation unit, the fluid pressure excitation And at least one of the electrodynamic exciters, the excitation force when the sample is vibrated is greater than the maximum excitation force of the fluid pressure exciter Is larger, the vibrating operation of the fluid pressure excitation unit and the electrodynamic excitation unit are synchronized, and the fluid pressure excitation unit vibrates the specimen with a maximum excitation force, and The remaining excitation force is supplemented by an electric excitation unit.
請求項2においては、前記加振装置は、流体圧式加振部で前記供試体を加振するときに、前記加振軸にかかる横荷重およびモーメントを支持する軸受によって、前記動電式加振部で前記供試体を加振するときに、前記加振軸にかかる横荷重およびモーメントも支持する、ものである。 According to a second aspect of the present invention, the vibration exciter includes a bearing that supports a lateral load and a moment applied to the vibration shaft when the specimen is vibrated by a fluid pressure vibration unit. When the specimen is vibrated at the portion, the lateral load and moment applied to the vibration shaft are also supported.
請求項3においては、前記流体圧式加振部には、前記シリンダスリーブの前記ピストンを挟んだ前記加振方向一側に、前記流体を供給する第一供給経路と、前記シリンダスリーブの前記ピストンを挟んだ前記加振方向他側に、前記流体を供給する第二供給経路と、前記第一供給経路および前記第二供給経路を相互に連通するバイパス経路と、が形成され、前記バイパス経路は、前記流体圧式加振部で前記供試体を加振するときに閉塞されるとともに、前記動電式加振部単体で前記供試体を加振するときに開放される、ものである。 According to a third aspect of the present invention, the fluid pressure type excitation unit includes a first supply path for supplying the fluid to one side in the excitation direction across the piston of the cylinder sleeve, and the piston of the cylinder sleeve. A second supply path that supplies the fluid, and a bypass path that connects the first supply path and the second supply path to each other are formed on the other side of the excitation direction that is sandwiched. It is closed when the specimen is vibrated by the fluid pressure type vibration part, and is opened when the specimen is vibrated by the electrodynamic vibration part alone.
本発明は、油圧式加振部と動電式加振部との動作を同期させることで、動電式加振部の最大加振力を、加振装置の最大加振力よりも小さく設定できるため、高加振力および高速加振を両立させて供試体を加振できる。また、供試体を加振するときの加振力に対する油圧式加振部のエネルギー効率に応じて動電式加振部の加振動作を制御するため、加振力に応じて効率的にエネルギーを消費できる、という効果を奏する。 The present invention sets the maximum excitation force of the electrodynamic excitation unit to be smaller than the maximum excitation force of the excitation device by synchronizing the operations of the hydraulic excitation unit and the electrodynamic excitation unit. Therefore, the specimen can be vibrated while achieving both high excitation force and high-speed excitation. In addition, since the excitation operation of the electrodynamic excitation unit is controlled according to the energy efficiency of the hydraulic excitation unit with respect to the excitation force when the specimen is vibrated, the energy is efficiently absorbed according to the excitation force. The effect that it can be consumed.
以下では、本実施形態の加振装置10について説明する。
Below, the
なお、以下では、説明の便宜上図1における紙面の上下方向を基準として「加振装置10の上下方向」を規定する。 In the following, for convenience of explanation, the “up and down direction of the vibration exciter 10” is defined based on the up and down direction of the paper surface in FIG.
図1に示すように、加振装置10は、供試体Wの振動試験等に用いられ、供試体Wを加振するためのものである。加振装置10は、振動板20、油圧式加振部30、および動電式加振部50等を具備する。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態の加振装置10は、上下方向に供試体Wを加振するものとするが、これに限定されるものでなく、例えば、水平方向(図1における紙面左右方向)に供試体Wを加振する構成であっても構わない。
The
振動板20は、上部が略円板状に形成される。振動板20の下部は、振動板20の上部より振動板20の中心に向けて縮径しながら下方向に延出する。振動板20の下端部は、加振軸33の上端部に連結される。振動板20の上面には、供試体Wが載置される。
The upper part of the
本実施形態の供試体Wは、重量の異なる自動車(例えば、小型車や大型車等)であるものとするが、これに限定されるものでない。
本実施形態のように供試体Wが自動車である場合、自動車の各車輪が複数の加振装置10の振動板20に載置される。
The specimen W of this embodiment is assumed to be an automobile having a different weight (for example, a small car or a large car), but is not limited to this.
When the specimen W is an automobile as in the present embodiment, each wheel of the automobile is placed on the
油圧式加振部30は、油圧によって供試体Wを加振するためのものである。油圧式加振部30は、動電式加振部50の内側に位置する。油圧式加振部30は、シリンダスリーブ31、ピストン32、加振軸33、二つの軸受34・34、タンデム機構35、二つの油圧サーボ弁38・38、および二つのバイパス弁40・40を備える。
The
図2に示すように、シリンダスリーブ31は、中空の略筒状の部材であり、振動板20の下方に位置する。シリンダスリーブ31は、その内側にピストン32を収容する。シリンダスリーブ31の上部および下部の外周面は、それぞれ二箇所ずつ外部に開口し、各開口部分と中空部分とが連通している。
As shown in FIG. 2, the
ピストン32は、シリンダスリーブ31内を上下方向に摺動可能な形状を有する。ピストン32の上側には、加振軸33の下端部が連結される。ピストン32の下側には、タンデム機構35の連結軸36が連結される。
なお、ピストン32、加振軸33、および連結軸36は、一体的に構成される構造であっても構わない。
The
The
加振軸33は、その軸方向が上下方向に対して平行に配置される。加振軸33は、その上端部が振動板20に連結され、振動板20を支持する(図1参照)。加振軸33の外径は、シリンダスリーブ31の内径よりも小さい。つまり、加振軸33の外周面とシリンダスリーブ31の内周面との間には所定の隙間が形成される。
The
シリンダスリーブ31の内側においては、シリンダスリーブ31と加振軸33との隙間がピストン32により上下方向に分割され、各分割された隙間が油室として形成される。
本実施形態では、シリンダスリーブ31のピストン32を挟んだ上側(加振方向一側)の油室が第一油室31a、下側(加振方向他側)の油室が第二油室31bとして形成される。
Inside the
In this embodiment, the oil chamber on the upper side (one side in the excitation direction) across the
各軸受34・34は、それぞれシリンダスリーブ31の上側および下側に配置され、供試体Wを加振するときに加振軸33および連結軸36にかかる横荷重およびモーメントを支持する。本実施形態の各軸受34・34は、それぞれ既存の油圧式の静圧軸受によって構成される。
The
タンデム機構35は、振動板20に供試体Wを載置したときに、供試体Wの自重で振動板20が下方向へ移動しないように、振動板20および加振軸33を保持するものである。タンデム機構35は、下面が開口する連結軸36と、アキュムレータとを配管37等を介して連結し、アキュムレータより流体(例えば、油等)を供給することで、振動板20を保持する。
連結軸36の外径寸法には、加振軸33の外径寸法と略同一の寸法が設定される。
The
The outer diameter of the connecting
なお、タンデム機構35は、必ずしも油圧式加振部30に備える必要はない。
Note that the
各油圧サーボ弁38・38は、それぞれ各油室31a・31bに流体を供給するためのものである。
The
なお、本実施形態で各油室31a・31bに供給する流体は油であるものとするが、これに限定されるものでなく、例えば、水等であっても構わない。
また、油圧式加振部30は、油圧サーボ弁38を一つだけ備える構成であっても構わない。
In addition, although the fluid supplied to each
The
各油圧サーボ弁38・38は、それぞれシリンダスリーブ31の外周面に取り付けられるとともに、ホースおよび配管等を介して油圧源と連通する。
各油圧サーボ弁38・38には、それぞれその内側に各油室31a・31bと連通する内部通路が形成される。また、内部通路の油圧源側(各油室31a・31bと離間する側)の端部には、第一供給ポート38a、第二供給ポート38b、および戻りポート38cが形成される。
Each of the
Each
第一供給ポート38aは、戻りポート38cの上方に形成され、油圧源から第一油室31aに高圧の流体を供給するためのポートである。
第二供給ポート38bは、戻りポート38cの下方に形成され、油圧源から第二油室31bに高圧の流体を供給するためのポートである。
戻りポート38cは、各油室31a・31bから油圧源に流体を戻すためのポートである。
The
The
The
各油圧サーボ弁38・38は、それぞれスプール39を上下方向に移動させて、各ポート38a〜38cの開放および閉塞を行う。
スプール39は、油圧サーボ弁38・38の内部に上下摺動自在に設けられ、各ポート38a〜38cの近傍に配置され、各ポート38a〜38cを同時に閉塞可能な形状を有する。
The
The
各油圧サーボ弁38・38は、それぞれスプール39を上方向に移動させることで、第一供給ポート38aを開放し、第一油室31aに高圧の流体を供給する(図2の第一供給ポート38aに示す矢印参照)。このとき、第二供給ポート38bを閉塞するとともに、戻りポート38cと第二油室31bとを連通する。
The
この場合、第一油室31aの圧力が、第二油室31bの圧力よりも大きくなり、第二油室31b内の流体が戻りポート38cを通って油圧源に戻される(図2の戻りポート38cに示す矢印参照)。従って、ピストン32は下方向に移動する。
これに伴って、加振軸33および振動板20が下方向に移動する(図2の加振軸33に示す矢印参照)。
In this case, the pressure in the
Along with this, the
図3に示すように、各油圧サーボ弁38・38は、それぞれスプール39を下方向に移動させることで、第二供給ポート38bを開放し、第二油室31bに高圧の流体を供給する(図3の第二供給ポート38bに示す矢印参照)。このとき、第一供給ポート38aを閉塞するとともに、戻りポート38cと第一油室31aとを連通する。
As shown in FIG. 3, each of the
この場合、第二油室31bの圧力が、第一油室31aの圧力よりも大きくなり、第一油室31a内の流体が戻りポート38cを通って油圧源に戻される(図3の戻りポート38cに示す矢印参照)。従って、ピストン32は上方向に移動する。
これに伴って、加振軸33および振動板20が上方向に移動する(図3の加振軸33に示す矢印参照)。
In this case, the pressure in the
Along with this, the
このように、油圧式加振部30は、スプール39を上下方向へ往復移動させることによる各油室31a・31bの圧力差で、ピストン32を上下方向に摺動させることで、加振軸33を上下方向に往復移動させて、供試体Wを加振する流体圧式加振部として機能する。
In this way, the
本実施形態では、第一油室31aに流体を供給する経路を「第一供給経路C1」と表記する。また、第二油室31bに流体を供給する経路を「第二供給経路C2」と表記する。
In the present embodiment, a path for supplying a fluid to the
各バイパス弁40・40は、それぞれ各供給経路C1・C2を連通する、あるいは各供給経路C1・C2の連通状態を解除するためのものである。各バイパス弁40・40は、それぞれ各供給経路C1・C2における各油圧サーボ弁38・38とシリンダスリーブ31との間に位置する。
The
各供給経路C1・C2は、それぞれその流動方向中途部にて、各バイパス弁40・40に向けて分岐する。当該分岐する側の端部は、各バイパス弁40・40と連通する。
The supply paths C1 and C2 branch toward the
各バイパス弁40・40には、それぞれその内側にロックブロック41が配置される。
ロックブロック41は、バネによって上方向に付勢され、上方向に移動可能に構成されるとともに、その上側に高圧の流体(例えば、油等)が供給されることで、下方向に移動可能に構成される。
A
The
本実施形態では、各供給経路C1・C2が分岐する部分からバイパス弁40までの経路を「バイパス経路C3」と表記する。
つまり、各バイパス経路C3・C3は、それぞれ各供給経路C1・C2を相互に連通する経路である。
In the present embodiment, a path from a portion where each of the supply paths C1 and C2 branches to the
That is, the bypass paths C3 and C3 are paths that communicate the supply paths C1 and C2, respectively.
各バイパス弁40・40は、それぞれロックブロック41の上側に高圧の流体を供給することで、バネによる付勢力に抗して、ロックブロック41を下方向に移動させる(図3の各バイパス弁40・40に示す矢印参照)。
これにより、各供給経路C1・C2の連通状態を解除する。つまり、各バイパス経路C3・C3を閉塞する。
Each
Thereby, the communication state of each supply path C1 * C2 is cancelled | released. That is, the bypass paths C3 and C3 are closed.
図4に示すように、各バイパス弁40・40は、それぞれロックブロック41の上側への流体の供給を解除することで、バネによる付勢力をロックブロック41に作用させ、ロックブロック41を上方向へ移動させる。
これにより、各バイパス弁40・40は、それぞれ各供給経路C1・C2を連通する。つまり、各バイパス経路C3・C3を開放する。
As shown in FIG. 4, each
Thereby, each
図2および図3に示すように、各バイパス弁40・40は、それぞれ油圧式加振部30によって振動板20を加振するとき、各バイパス経路C3・C3を閉塞する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図1に示すように、動電式加振部50は、磁界50aと駆動コイル53との作用により、供試体Wを加振するものである。動電式加振部50は、取付部材を介して油圧式加振部30の上側に連結される。動電式加振部50は、本体51、二つの励磁コイル52・52、駆動コイル53を備える。
As shown in FIG. 1, the
本体51は、油圧式加振部30をその内側に収容可能な略円筒状の部材である。本体51の上側は、本体51の径方向内側に向けて突出する収容部51aとして形成される。
The
収容部51aには、本体51の筒軸方向に沿った断面形状が略矩形状となるとともに、収容部51aの形状に沿って略円環状に連続して形成される中空部が形成される。収容部51aの上側には、隙間部51bが形成される。
隙間部51bは、本体51を上方から見たときに略円環状に形成される本体51の開口部であり、収容部51aの中空部と連通する。
収容部51aは、磁性体(例えば、鉄等)によって構成される。
The
The
The
励磁コイル52は、上下方向に沿って収容部51aに環状に配置されるとともに、所定の電源より励磁電流(直流電流)が供給される。収容部51aの環状部分の内側には、駆動コイル53が上下移動できる隙間が形成される。
動電式加振部50は、励磁コイル52に励磁電流を供給することで収容部51aを励磁して、励磁コイル52により隙間部51bに直交する磁界50aを形成する。
The
The
駆動コイル53は、その上端部がコイルホルダ53aを介して振動板20の外側端部に連結される。駆動コイル53の下端部は、隙間部51bを通って収容部51aおよび励磁コイル52の間に形成される隙間に配置される。
すなわち、駆動コイル53は、隙間部51bに直交する磁界50a内に配置される。駆動コイル53は、所定の電力増幅器より駆動電流(交流電流)が供給される。
The upper end of the
That is, the
このように構成される動電式加振部50は、磁界50aを形成した状態で、駆動コイル53に駆動電流(交流電流)を供給することで、駆動コイル53を往復移動させて、供試体Wを加振する。
The
このとき、駆動コイル53は、コイルホルダ53aを介して振動板20に接続されるので、加振軸33および連結軸36を介して、各軸受34・34によってガイドされ、上下方向に移動する。すなわち、動電式加振部50は、油圧式加振部30とガイドを共用する。
At this time, since the
すなわち、加振装置10は、油圧式の加振装置と、動電式の加振装置とを組み合わせて、各加振部30・50がそれぞれ一つの振動板20を振動させる一つの加振装置として構成した、ハイブリッド式の加振装置である。
In other words, the
各加振部30・50の最大加振力は、加振装置10の最大加振力に対する所定の比率により決定される。
すなわち、各加振部30・50は、それぞれ加振装置10の最大加振力を100%として、一定の比率(例えば、互いに50%ずつ、油圧式加振部30が60%および動電式加振部50が40%等)の加振力まで加振可能である。
The maximum excitation force of each of the
That is, each of the
つまり、各加振部30・50の最大加振力は、それぞれ加振装置10の最大加振力よりも小さい。従って、各加振部30・50の形状は、それぞれ加振装置10の最大加振力と同一の最大加振力を出力可能な油圧式の加振装置および動電式の加振装置の形状よりも小さくなる。
That is, the maximum excitation force of each of the
また、油圧式加振部30は、動電式加振部50の本体51の内側に位置する。すなわち、加振装置10は、動電式加振部50の内側に、油圧式加振部30を潜り込ませた形状である。
つまり、加振装置10は、油圧式加振部30および動電式加振部50が共通の軸受34・34を使用することにより、並列に配置される構成である。
The
That is, the
従って、加振装置10は、同一の最大加振力の油圧式の加振装置および動電式の加振装置よりも、その形状をよりコンパクトにできる。
Therefore, the shape of the
次に、加振力を調整するときのエネルギー消費量に関する各加振部30・50の特性について説明する。
Next, the characteristics of the
図2および図3に示すように、油圧式加振部30は、常に最大の圧力で油圧源から各油室31a・31bに高圧の流体が供給される。
このため、油圧式加振部30は、各油圧サーボ弁38・38のスプール39の移動量(つまり、各ポート38a〜38cの開き具合)を調整することで、各油室31a・31bへ供給される流体の流量を調整し、その加振力を調整する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
Therefore, the
このような構成においては、加振力を調整した場合でも、油圧源の圧力が変わらないため、供試体Wを加振する際に消費するエネルギーは減少しない。
すなわち、油圧式加振部30は、加振力の大きさに関わらず、エネルギー消費量が変動しない特性を持っている。つまり、油圧式加振部30は、加振力の調整量(油圧式加振部30の最大加振力に対する下げ幅)が大きいほど、そのエネルギー効率が悪くなる。
In such a configuration, even when the excitation force is adjusted, the pressure of the hydraulic pressure source does not change, so the energy consumed when the specimen W is vibrated does not decrease.
That is, the
動電式加振部50の加振力は、隙間部51bの磁束密度と駆動コイル53の長さと駆動電流値との積によって決定する。磁束密度は、励磁コイル52に供給する励磁電流値に応じて変化する。
すなわち、動電式加振部50は、励磁電流値や駆動電流値を調整することで、その加振力を調整する。
The excitation force of the
That is, the
つまり、動電式加振部50は、加振力の調整量(加振力の下げ幅)に応じて、そのエネルギーの消費量が減少する特性を持っている。
That is, the
本実施形態の加振装置10は、動電式加振部50で供試体Wを加振するときの加振力に応じて、励磁電流値を段階的に切り替える。そして、切り替えた励磁電流値、および動電式加振部50で供試体Wを加振するときの加振力とに基づいて設定した駆動電流値に対応する駆動電流を供給する。
The
すなわち、動電式加振部50は、励磁電流値を一定にして、常に最大加振力を発揮できる状態を維持するのではなく、必要加振力に対して最適な加振力を発揮できる状態に切り替える構成である。
これにより、常時消費するエネルギーおよび各コイル52・53の冷却に要するエネルギーを小さくできるため、そのエネルギー効率をより向上できる。
That is, the
As a result, the energy that is always consumed and the energy required for cooling the
ここで、各加振部30・50の最大加振速度は、加振装置10の最大加振速度と同一の速度である。
Here, the maximum excitation speed of each of the
動電式加振部50は、その加振力を上げるために、励磁電流値を上げた場合、その加振速度が低下する。すなわち、動電式加振部50は、最大加振力で供試体Wを加振するときに、その加振速度が最も低下することとなる。
When the excitation current value of the
動電式加振部50は、その最大加振力を加振装置10の最大加振力よりも小さくすることでその最大加振速度の低下量を抑制し、油圧式加振部30の最大加振速度と同一の最大加振速度を確保している。
The
次に、加振装置10の具体的な動作について説明する。
Next, a specific operation of the
以下では、各加振部30・50は、それぞれ加振装置10の最大加振力の50%の加振力まで加振可能であるものとする。つまり、各加振部30・50の最大加振力は、互いに同一の大きさである。
また、供試体Wを加振するときの加振力を「必要加振力」と表記する。
Hereinafter, it is assumed that each of the
In addition, the vibration force when vibrating the specimen W is referred to as “necessary vibration force”.
加振装置10は、油圧式加振部30単体で供試体Wを加振したときに、油圧式加振部30のエネルギー効率が悪化する場合、動電式加振部50単体で供試体Wを加振する。
When the specimen W is vibrated with the
このような場合としては、例えば、必要加振力が油圧式加振部30の最大加振力を大きく下回る場合(例えば、油圧式加振部30の最大加振力の20%程度の大きさである場合)等がある。 As such a case, for example, when the required excitation force is significantly lower than the maximum excitation force of the hydraulic excitation unit 30 (for example, about 20% of the maximum excitation force of the hydraulic excitation unit 30). And so on).
動電式加振部50単体で供試体Wを加振するとき、図4に示すように、加振装置10は、各バイパス弁40・40のロックブロック41への流体の供給を解除して、各バイパス経路C3・C3を開放する。
また、各油圧サーボ弁38・38の各ポート38a〜38cを閉塞し、各油室31a・31bへの流体の供給を停止する。
When the specimen W is vibrated by the
Further, the
これにより、各油室31a・31bの圧力差がなくなり、ピストン32がフリーな状態(差圧による抵抗が動電式加振部50の加振動作に作用しない状態)となる。動電式加振部50は、この状態で供試体Wを加振する。
As a result, there is no pressure difference between the
このように、加振装置10は、油圧式加振部30の加振力を調整してエネルギー効率が悪化する場合、動電式加振部50が供試体Wの加振動作を担当する。
これによれば、加振力の調整量に応じてエネルギー消費量が低下する動電式加振部50の特性を活かすことができ、油圧式加振部30の最大加振力よりも必要加振力が小さい場合でも、効率的にエネルギーを消費できる。
As described above, in the
According to this, it is possible to make use of the characteristics of the
本実施形態では、各加振部30・50の最大加振力が同じ大きさであるため、動電式加振部50単体で供試体Wを加振するとき、必要加振力が動電式加振部50の最大加振力を大きく下回る場合がある。
この場合、加振装置10は、励磁電流値を、必要加振力に応じた所定の段階に切り替える(最大加振力で加振するときの励磁電流値よりも低くする)とともに、切り替えた励磁電流値と必要加振力とに基づいて、駆動電流値を設定する。
In this embodiment, since the maximum excitation force of each
In this case, the
これによれば、加振装置10は、動電式加振部50単体で供試体Wを加振するときに(つまり、油圧式加振部30の最大加振力よりも必要加振力が小さいときに)、より効率的にエネルギーを消費できる。
According to this, when the vibrating
加振装置10は、油圧式加振部30単体で供試体Wを加振したときに、油圧式加振部30のエネルギー効率が悪化しない場合、油圧式加振部30単体、あるいは各加振部30・50両方で供試体Wを加振する。
If the energy efficiency of the
このような場合としては、例えば、必要加振力が油圧式加振部30の最大加振力と同一(本実施形態では加振装置10の最大加振力の50%)の大きさである場合や、必要加振力が油圧式加振部30の最大加振力よりもやや小さい(あるいはやや大きい)場合等がある。
In such a case, for example, the required excitation force is the same as the maximum excitation force of the hydraulic excitation unit 30 (in this embodiment, 50% of the maximum excitation force of the excitation device 10). In some cases, the required vibration force is slightly smaller (or slightly larger) than the maximum vibration force of the
加振装置10は、必要加振力が油圧式加振部30の最大加振力以下である場合、油圧式加振部30単体で供試体Wを加振する。
このとき、加振装置10は、図2および図3に示すように、各バイパス弁40・40のロックブロック41への流体の供給を行い、各バイパス経路C3・C3を閉塞する。
これにより、加振装置10は、各油室31a・31bに圧力差を発生可能な状態にし、油圧式加振部30単体で供試体Wを加振する。
When the necessary excitation force is equal to or less than the maximum excitation force of the
At this time, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, the
As a result, the
仮に、必要加振力が油圧式加振部30の最大加振力を僅かに下回る場合、油圧式加振部30は、必要加振力に応じて、その加振力を僅かに調整する。
すなわち、油圧式加振部30は、スプール39により流体の流量を僅かに減らして、その加振力を調整する。
If the required excitation force is slightly lower than the maximum excitation force of the
That is, the
また、加振装置10は、必要加振力が油圧式加振部30の最大加振力よりも大きい場合(例えば、必要加振力が油圧式加振部30の最大加振力の120%程度である場合)、図5に示すように、各加振部30・50両方で供試体Wを加振する。
Further, when the necessary vibration force is larger than the maximum vibration force of the hydraulic vibration unit 30 (for example, the necessary vibration force is 120% of the maximum vibration force of the hydraulic vibration unit 30). 5), the specimen W is vibrated by both the vibrating
このとき、加振装置10は、各バイパス弁40・40のロックブロック41への流体の供給を行い、各バイパス経路C3・C3を閉塞する(図3参照)。
At this time, the
このように、各バイパス経路C3・C3は、それぞれ油圧式加振部30で供試体Wを加振するときに閉塞されるとともに、動電式加振部50単体で供試体Wを加振するときに開放される。
As described above, each bypass path C3 and C3 is closed when the specimen W is vibrated by the
これによれば、加振装置10の加振状態(各加振部30・50単体あるいは各加振部30・50両方で加振する場合)に応じて、各供給経路C1・C2の連通状態を切り替えることができる。
つまり、各油室31a・31bの圧力差が、動電式加振部50の加振動作に干渉することなく、動電式加振部50で供試体Wを加振可能となる。
According to this, according to the vibration state of the vibration device 10 (when each
That is, the specimen W can be vibrated by the
各加振部30・50両方で供試体Wを加振するとき、加振装置10は、各加振部30・50の加振動作を同期させて供試体Wを加振する。つまり、各加振部30・50の供試体Wに対する加振方向および加振方向の切替タイミングを合わせて、供試体Wを加振する。
これにより、加振装置10は、油圧式加振部30の加振力と動電式加振部50の加振力とを合算した加振力で、供試体Wを加振できる。
When the specimen W is vibrated by both the
Thereby, the
各加振部30・50両方で供試体Wを加振する場合、油圧式加振部30は、最大加振力で供試体Wを加振する。
すなわち、加振装置10は、必要加振力が油圧式加振部30の最大加振力よりも大きい場合、油圧式加振部30の加振力を調整することなく、供試体Wを加振する。
When the specimen W is vibrated by both the
That is, when the necessary vibration force is larger than the maximum vibration force of the
具体的には、必要加振力が油圧式加振部30の加振力の120%の大きさである場合、油圧式加振部30にて100%の加振力、動電式加振部50にて残りの20%の加振力で、供試体Wを加振する(図5に示す矢印F1・F2参照)。
このとき、加振装置10は、励磁電流値を残り20%に対応する励磁電流値に切り替えるとともに、切り替えた励磁電流値および残り20%の加振力に対応する加振力に基づいて設定した駆動電流値に対応する駆動電流を供給し、動電式加振部50で供試体Wを加振する。
Specifically, when the required excitation force is 120% of the excitation force of the
At this time, the
これによれば、加振装置10は、油圧式加振部30だけでは足りない加振力を動電式加振部50で補うことで、油圧式加振部30の最大加振力よりも必要加振力が大きい場合でも、効率的にエネルギーを消費できる。
つまり、加振装置10は、必要加振力に対する油圧式加振部30のエネルギー効率に応じて動電式加振部50の加振動作を制御するため、加振力に応じて効率的にエネルギーを消費できる。
According to this, the
That is, since the
このように、加振装置10は、油圧式加振部30単体で供試体Wを加振したときの、油圧式加振部30のエネルギー効率に応じて、各加振部30・50のうち、少なくともいずれか一方で、供試体Wを加振する。
また、加振装置10は、供試体Wを加振するときの加振力が、油圧式加振部30の最大加振力よりも大きいとき、油圧式加振部30および動電式加振部50の加振動作を同期させる。
そして、加振装置10は、油圧式加振部30にて最大加振力で供試体Wを加振するとともに、動電式加振部50にて残りの加振力を補う(図5に示す矢印F参照)。
Thus, according to the energy efficiency of the
Further, when the vibration force when vibrating the specimen W is larger than the maximum vibration force of the
The
各加振部30・50の動作を同期させることで、動電式加振部50の最大加振力を、加振装置10の最大加振力よりも小さく設定できる。これにより、動電式加振部50は、油圧式加振部30の最大加振速度と同一の加振速度を確保している。
By synchronizing the operations of the
このため、動電式加振部50を最大加振力に設定した場合、すなわち、加振装置10の最大加振力で供試体Wを加振する場合でも、高速加振可能である。
従って、加振装置10は、高加振力および高速加振を両立させて供試体Wを加振できる。
For this reason, even when the
Therefore, the
各加振部30・50単体あるいは各加振部30・50両方で供試体Wを加振するとき、各軸受34・34は、それぞれ加振軸33および連結軸36にかかる横荷重およびモーメントを支持する。
When the specimen W is vibrated by each of the
つまり、加振装置10は、各軸受34・34を各加振部30・50で共有している。従って、油圧式加振部30の加振時に加振軸33を支持する軸受と、動電式加振部50の加振時に加振軸33を支持する軸受とを別々で設ける必要がなくなる。
In other words, the
このように、加振装置10は、それぞれ油圧式加振部30で供試体Wを加振するときに、加振軸33にかかる負荷を支持する各軸受34・34によって、動電式加振部50で供試体Wを加振するときに、加振軸33にかかる負荷も支持する。
In this way, when the
これによれば、加振装置10の部品点数を減らすことができるため、加振装置10の形状をコンパクトにできるとともに、加振装置10を軽量化できる。
According to this, since the number of parts of the
本実施形態では、各加振部30・50の最大加振力は、加振装置10の最大加振力の50%の大きさとしたが、これに限定されるものでない。
In the present embodiment, the maximum excitation force of each of the
加振装置10は、加振力以外の加振条件(例えば、加振速度や変位量)に応じて、各加振部30・50による加振状態を切り替えても構わない。この場合、各加振部30・50の加振性能を考慮して、どちらの加振部30・50で加振するかを決定する。
The
具体的には、油圧式加振部30では、動電式加振部50よりも大きな変位量で供試体Wを加振できる。このため、大きな変位量で供試体Wを加振する場合、油圧式加振部30単体で加振する。
また、動電式加振部50では、油圧式加振部30よりも高い周波数で供試体Wを加振できる。このため、高い周波数で供試体Wを加振する場合、動電式加振部50単体で加振する。
これによれば、加振装置10は、各加振部30・50の加振性能を活かした加振条件で、供試体Wを加振できる。つまり、より広い加振条件で供試体Wを加振できる。
Specifically, the
In addition, the
According to this, the
10 加振装置
20 振動板
30 油圧式加振部(流体圧式加振部)
31 シリンダスリーブ
32 ピストン
33 加振軸
50 動電式加振部
50a 磁界
52 励磁コイル
53 駆動コイル
W 供試体
DESCRIPTION OF
31
Claims (3)
流体の圧力でシリンダスリーブ内に配置されるピストンを摺動させることで、前記振動板を支持する加振軸を往復移動させて、前記供試体を加振する流体圧式加振部と、
励磁コイルにより磁界を形成し、前記磁界内に配置されるとともに、前記振動板に連結される駆動コイルに交流電流を供給することで、前記駆動コイルを往復移動させて、前記供試体を加振する動電式加振部と、
を具備し、
前記流体圧式加振部および前記動電式加振部の最大加振力は、
前記加振装置の最大加振力に対する所定の比率により決定され、
前記加振装置は、
前記流体圧式加振部単体で前記供試体を加振したときの、前記流体圧式加振部のエネルギー効率に応じて、前記流体圧式加振部および前記動電式加振部のうち、少なくともいずれか一方で前記供試体を加振し、
前記供試体を加振するときの加振力が、前記流体圧式加振部の最大加振力よりも大きいとき、前記流体圧式加振部および前記動電式加振部の加振動作を同期させ、
前記流体圧式加振部にて最大加振力で前記供試体を加振するとともに、前記動電式加振部にて残りの加振力を補う、
加振装置。 A vibration device that vibrates a specimen placed on a diaphragm,
A fluid pressure exciter that vibrates the specimen by reciprocating the excitation shaft that supports the diaphragm by sliding a piston disposed in the cylinder sleeve with fluid pressure;
A magnetic field is formed by an excitation coil, and the test specimen is vibrated by reciprocating the drive coil by supplying an alternating current to the drive coil connected to the diaphragm while being arranged in the magnetic field. An electrodynamic excitation unit,
Comprising
The maximum excitation force of the fluid pressure excitation unit and the electrodynamic excitation unit is
Determined by a predetermined ratio to the maximum excitation force of the excitation device,
The vibration exciter is
According to the energy efficiency of the fluid pressure type vibration part when the fluid pressure type vibration part alone is vibrated, at least one of the fluid pressure type vibration part and the electrodynamic vibration part On the other hand, the specimen is vibrated,
When the excitation force when exciting the specimen is larger than the maximum excitation force of the fluid pressure excitation unit, the excitation operations of the fluid pressure excitation unit and the electrodynamic excitation unit are synchronized. Let
Exciting the specimen with the maximum excitation force in the fluid pressure excitation unit, and supplement the remaining excitation force in the electrodynamic excitation unit,
Excitation device.
流体圧式加振部で前記供試体を加振するときに、前記加振軸にかかる横荷重およびモーメントを支持する軸受によって、前記動電式加振部で前記供試体を加振するときに、前記加振軸にかかる横荷重およびモーメントも支持する、
請求項1に記載の加振装置。 The vibration exciter is
When the specimen is vibrated by the hydrodynamic exciter, when the specimen is vibrated by the electrodynamic exciter by the bearing that supports the lateral load and moment applied to the excitation shaft, Supports lateral load and moment applied to the excitation shaft,
The vibration device according to claim 1.
前記シリンダスリーブの前記ピストンを挟んだ前記加振方向一側に、前記流体を供給する第一供給経路と、
前記シリンダスリーブの前記ピストンを挟んだ前記加振方向他側に、前記流体を供給する第二供給経路と、
前記第一供給経路および前記第二供給経路を相互に連通するバイパス経路と、
が形成され、
前記バイパス経路は、
前記流体圧式加振部で前記供試体を加振するときに閉塞されるとともに、前記動電式加振部単体で前記供試体を加振するときに開放される、
請求項1または請求項2に記載の加振装置。 The fluid pressure excitation unit includes:
A first supply path for supplying the fluid to one side of the excitation direction across the piston of the cylinder sleeve;
A second supply path for supplying the fluid to the other side of the excitation direction across the piston of the cylinder sleeve;
A bypass path communicating the first supply path and the second supply path with each other;
Formed,
The bypass path is
It is closed when the specimen is vibrated with the fluid pressure type vibrator, and is opened when the specimen is vibrated with the electrodynamic vibrator alone.
The vibration device according to claim 1 or 2.
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