JP5689519B1 - 動電型振動発生機の静荷重保持装置 - Google Patents

動電型振動発生機の静荷重保持装置 Download PDF

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Abstract

【課題】全体をコンパクトにでき、また振動特性に悪影響を与えることのない動電型振動発生機の静荷重保持装置を提供する。【解決手段】静磁場を生成するための励磁コイル2と、励磁コイル2により生成された静磁場による磁気回路および磁気ギャップ4を形成するための強磁性体からなるヨーク1と、磁気ギャップ4内に配置された振動発生用のドライブコイル5と、ドライブコイル5と一体に形成された振動台6とを備え、振動台6の中央部に下方に向けて連設したシャフト32をヨーク1の上部中央部において昇降自在に受ける下部支持機構30を設け、振動台6の下部とヨーク1の上部との間に下部支持機構30を気密状態に囲む空気ばね40を設け、空気ばね40内部の第1空気室41と、ヨーク1の内部に設けた第2空気室42とを、ヨーク1に設けた連通孔43で連通させた動電型振動発生機の静荷重保持装置。【選択図】 図1

Description

本発明は、振動試験システム等で用いられる動電型振動発生機の静荷重保持装置に関する。
車載機器等の振動試験システムの従来例を図6に示す。これは、特許文献1に開示されたものであり、動電型振動発生機100は、外側磁極101、内側磁極102、励磁コイル103、可動コイル104、振動台105、空気ばね106により構成されている。励磁コイル103は、直流電流により励磁されて直流磁界を生成し、外側磁極101、内側磁極102との間の磁気ギャップGには、可動コイル104を横切る直流磁界が形成される。
可動コイル104には交流電流が流されており、可動コイル104はギャップGに形成された直流磁界中を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104は内側磁極102の上面に設置された空気ばね106によって上下動自在に支持される振動台105に固定されており、可動コイル104が振動することによって振動台105が振動する。そして、振動台105には被試験物107が載置されており、振動台105の振動に伴って被試験物107が振動し、このときの振動特性を測定できるようになっている。
他の例を図7に示す。これは、特許文献2に開示されたものであり、動電型振動発生機110は、外側磁極111、内側磁極112、上下の励磁コイル113、可動コイル114、振動台115、シャフト116、ベアリング118、空気ばね119より構成されている。励磁コイル113は、電源部120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111、内側磁極112との間のギャップGには、可動コイル114を横切る直流磁界が形成される。
可動コイル114には交流電流が供給され、可動コイル114はギャップGに形成された直流磁界中を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114は、内側磁極112内に設置された空気ばね119によって支持される振動台115に固定されており、可動コイル114が振動することによって、振動台115はベアリング118に案内されて垂直方向に振動する。
特許文献3に開示された動電型振動発生機も、同様な空気ばねを用いている。
上述した図6および図7に示した空気ばね106、119は、振動台105、115に取り付けられる被試験物および可動コイル104、114を含む可動部の重量を支えて、可動コイル104、114の位置が磁気ギャップGの高さ方向の中心位置に保持されるようにするものであり、その位置を中心にして、可動コイル104、114は上下振動することになる。
振動発生機においては、その可動部の振れ幅を常に一定に保つ必要があるため、被試験物を可動部に載置した際に、常に一定の位置、即ち中立の位置(以下、「中立位置」という。)を保つよう制御しなければならない。そこで、被試験物の重みによって沈み込んだ可動部を中立位置に戻すために、エアコンプレッサや工場エア源から供給された空気を用いてレギュレータで可動部に圧力をかけ、可動部を押し上げたり、空気ばねやベロフラム等で可動部を上方に押し上げたりすることにより中立位置を保つ方法が知られている。
しかしながら、振動発生機本体内の空気圧をコントロールするためのレギュレータや、レギュレータにエアを注入するためのエアコンプレッサ、また工場エア源を引き込むホースや、空気入れ等を設置するには、構造が複雑となるとともに、その設置面積が大きくなってしまうという問題があった。
そこで、特許文献4には、図8に示すように、可動部の中立位置合わせをよりシンプルな仕組みで、容易に行うことができるコンパクトな動電型振動発生機110’が提案されている。
すなわち、この動電型振動発生機110’は、図7に示した振動発生機110に、空気室130及び容積可変手段140を設けたことが特徴である。空気室130は、外側磁極111の内部の、振動台115、励磁コイル113及び可動コイル114以外の空間部により形成され、シール手段Sにより完全に外空間から遮断されている。
この空気室130は、開口部131aを通じて第2の空気室131と連通しており、第2の空気室131には容積可変手段140が設けられている。容積可変手段140は、外側磁極111の外部から第2の空気室131に挿入されたピストン141により構成され、ピストン141の先端には第2の空気室131の内壁に気密状態に接して移動可能なピストンリング142が設けられている。
振動台115に被試験物Tを載置させた状態で、容積可変手段140のピストン141を振動発生機100’の内側に押し入れると、外部から完全に遮断された空気室130内部の空気は、その容積を減少させることとなる。気体は、温度が一定の場合、圧力と容積の積が一定であることから、容積が減少することによって振動発生機110’内部の圧力が増加する。つまり、空気室130側から振動台115に加わる圧力が上がり、その結果、圧力が加えられた振動台115は、外圧と均衡を保つまで上昇する。このようにして、コンパクトな構造で、可動部の重量に応じて空気室130の容積を変化させることができる。
特開2000−258288号公報 特開2005−62097号公報 国際公開第2009/130818号パンフレット 特開2005−148006号公報
上述したように、前掲の特許文献1に記載された動電型振動発生機100では、可動コイル104や被試験物を含めた振動台105(可動部)の重量が変化した場合、空気ばね106の押上圧力が一定であると可動コイル104の中立位置が変化し、振動特性の測定精度が悪化するという問題があった。
特許文献2に記載された動電型振動発生機110では、上述の問題のほか、振動台115の下部のシャフト116の下端を空気ばね119で支えているため、動電型振動発生機110の全体の高さが嵩張り、コンパクトな設計ができないという問題があった。特許文献3に記載された振動発生機も同様の問題がある。
特許文献4に記載された動電型振動発生機110’では、空気室130と容積可変手段140を設けているが、空気室130を外気と密閉するために、振動台115と外側磁極111との間にシール手段Sを設けているが、振動台115は振動するため、振動特性に影響を与えるという問題があった。
そこで本発明は、全体をコンパクトにでき、また振動特性に悪影響を与えることのない動電型振動発生機の静荷重保持装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、本発明の動電型振動発生機の静荷重保持装置は、
静磁場を生成するための励磁コイルと、
前記励磁コイルにより生成された静磁場による磁気回路および磁気ギャップを形成するための強磁性体からなるヨークと、
前記磁気ギャップ内に配置された振動発生用のドライブコイルと、
前記ドライブコイルと一体に形成された振動台と
を備え、
前記振動台の中央部に下方に向けて連設したシャフトを前記ヨークの上部中央部において昇降自在に受ける下部支持機構を設け、
前記振動台の下部と前記ヨークの上部との間に前記下部支持機構を気密状態に囲む空気ばねを設け、
前記空気ばね内部の第1空気室と、前記ヨークの内部に設けた第2空気室とを、前記ヨークに設けた連通孔で連通させたことを特徴とする。
本発明においては、空気ばねの内部の第1空気室の中に、下部支持機構を設け、またヨークの内部に設けた第2空気室と第1空気室とを、連通孔により連通させたことにより、空気室断面積の大型化が可能となる。これにより、静荷重の増加に対応することができるとともに、下部支持機構中央のシャフトの短縮化を図ることができ、可動部重量を低下させることができる。
前記振動台の周囲に、当該振動台の上下振動の際の横ブレを抑える上部支持機構を設けることにより、シャフトと下部支持機構による振動台の支持を、上部支持機構と分担することができ、さらにシャフトの短縮化による可動部重量の低下と、動電型振動発生機全体の小型化が可能となる。
前記シャフトの下端を、第2空気室内に突出可能とすることにより、シャフトが多少長くても、動電型振動発生機全体の大型化を抑えることができる。
本発明によれば、振動台の中央部に下方に向けて連設したシャフトをヨークの上部中央部において昇降自在に受ける下部支持機構を設け、振動台の下部とヨークの上部との間に下部支持機構を気密状態に囲む空気ばねを設け、空気ばね内部の第1空気室と、ヨークの内部に設けた第2空気室とを、ヨークに設けた連通孔で連通させたことにより、全体をコンパクトにでき、また振動特性に悪影響を与えることのない動電型振動発生機の静荷重保持装置が得られる。
本発明に係る動電型振動発生機の構成を示す概略図である。 本発明に係る動電型振動発生機の実施の形態1を示す正面断面図(図3のA−A断面図)である。 本発明に係る動電型振動発生機の実施の形態1のストッパー部詳細を示す図3のB−B断面図である。 本発明に係る動電型振動発生機の実施の形態1のローラー部詳細を示す図3のC−C断面図である。 本発明に係る動電型振動発生機の実施の形態1を示す平面図である。 本発明に係る動電型振動発生機の実施の形態2を示す正面断面図である。 本発明に係る動電型振動発生機の実施の形態2を示す平面図である。 従来の動電型振動発生機の例を示す概略図である。 従来の動電型振動発生機の他の例を示す概略図である。 従来の動電型振動発生機のさらに他の例を示す概略図である。
本発明に係る静荷重保持装置を設けた動電型振動発生機は、図1に示すように、内側磁極1aと外側磁極1bと励磁コイル収納部1cとを有する強磁性体からなるヨーク1と、励磁コイル収納部1cに収納されヨーク1に静磁場を生成するための励磁コイル2と、ヨーク1に形成された磁気ギャップ4内に配置された振動発生用のドライブコイル5と、このドライブコイル5と一体に連結された、被試験物を取り付ける振動台6とを有した構造となっている。
ヨーク1の材料としては、高透磁率で高強度の磁性材料、例えばSS400等の低炭素鋼を好適に用いることができる。振動台6の材料としては、非磁性体の高強度の金属、例えばアルミニウム合金、あるいは合成樹脂、例えばカーボンファイバを好適に用いることができる。
振動台6の中央部には、下方に向けてシャフト34が連設されており、ヨーク1の上部中央部に設けた軸穴33には、シャフト34を昇降自在に受けるボールスプライン32等からなる下部支持機構30が設けられている。
振動台6の下部とヨーク1の上部との間には、下部支持機構30の周囲を気密状態に囲むゴム膜等の空気ばね40が設けられ、また、空気ばね40内部の第1空気室41と、ヨーク1の内部に設けた第2空気室42とを、ヨーク1に設けた連通孔43で連通させた構造となっている。
さらにヨーク1の上部には、振動台6が上下に振動する際に横ブレしないように、振動台6の側部に当接するガイドローラ21を有する上部支持機構20が設けられている。
本発明においては、励磁コイル2に直流電流を流すことにより、内側磁極1aと外側磁極1bからなるヨーク1に直流磁界(静磁場)が形成され、ヨーク1に設けられた磁気ギャップ4内に配置されたドライブコイル5に所定周波数の交流電流を流すことにより、ドライブコイル5およびそれと一体の振動台6が、所定周波数で上下振動する。振動台6には被試験物が取り付けられており、被試験物を所定周波数、所定振幅で振動させることにより、各種の耐振動試験を行うことができる。
ここで、ドライブコイル5、振動台6、被試験物(図示せず)を合わせた可動部の重量をWとすると、このWが空気ばね40に対する静荷重となり、空気ばね40内の第1空気室41およびこれと連通する第2空気室42内の空気が圧縮されるとともに、圧縮を受けた空気ばね40の反作用で静荷重Wが支持される。可動部が上下振動していないときの中立位置で、ドライブコイル5の高さ方向の中心が、磁気ギャップ4の中心位置になるように空気ばね40のばね定数や空気圧が設定される。
第1空気室41、第2空気室42は、ドライブコイル5が振動するときに、空気ばね40への圧力変動の緩和を目的として設置され、また第2空気室42を設けることにより、第1空気室41の見かけ上の容積が大きくなり、空気ばね40の固有振動数を下げることができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。
図2A〜図2C、および図3は、本発明の実施の形態1に係る動電型振動発生機を示すものである。これらの図において、ヨーク1は、第1ヨーク11と、第2ヨーク12と、第3ヨーク13と、第4ヨーク14に分割して構成され、ボルト等で一体に固定される。第1ヨーク11は、ヨーク1全体の基台の部分であり、第1ヨーク11の中央に、内側磁極1a(図1参照)となる第2ヨーク12が位置決めされ、ボルトで固定されている。
第1ヨーク11上の外周には、外側磁極1b(図1参照)となる第3ヨーク13がボルトで固定されている。第3ヨーク13の内側には、励磁コイル2が収納され、励磁コイル2の上部を覆うように、第4ヨーク14が第3ヨーク13にボルトで固定されている。なお、第4ヨーク14の内側には、第2ヨーク12の外周との間に磁気ギャップ4(図1参照)を形成するブッシュ15がボルトで固定されている。
振動台6は筒体7と一体に形成され、筒体7の下部には、筒状のドライブコイル5が連結されて磁気ギャップ4(図1参照)内に上下動自在に配置されている。振動台6の下面中央部にはシャフト取付フランジ31が取り付けられ、このシャフト取付フランジ31の下部にはさらに中空のスライドシャフト34が固定されている。スライドシャフト34は、第2ヨーク12の中心部に開けた軸穴33に装着されたブッシュホルダー35とボールブッシュ36からなるリニアベアリング32により、昇降自在に支持されている。これらのスライドシャフト34とリニアベアリング32により下部支持機構30が形成されている。リニアベアリング32として、ボールスプラインを用いることができる。このボールスプラインは、鋼球の転送溝を設けたスプライン軸と外側の外筒とからなっており、外筒には保持器、サイドリング、鋼球が組み込まれており、スプライン軸が円滑に上下動できるようになっている。
下部支持機構30の上部には空気ばね取付フランジ37が固定されており、この空気ばね取付フランジ37と振動台6下部のシャフト取付フランジ31との間には、シャフト取付フランジ31の外周を取り囲むように空気ばね40が取り付けられている。空気ばね40の内部の第1空気室41(図1参照)とシャフト取付フランジ31の内部とを連通させるため、シャフト取付フランジ31の外周壁には空気穴40aが設けられている。また、空気穴40aとシャフト34の中空部を介して、空気ばね40内部の第1空気室41(図1参照)と第1ヨーク11内に形成された第2空気室42は連通させている。
第1空気室41,第2空気室42は、ドライブコイル5が駆動されて振動台6が振動するときに、空気ばね40への圧力変動の緩和を目的として設置され、また第2空気室42を第1空気室41と連通して設けることにより、第1空気室41の見かけ上の容積が大きくなり、空気ばね40の固有振動数を下げることができる。
ヨーク1の上部はカバー60で囲われ、固定部分であるカバー60と上下振動する振動台7との間は、可撓性のダストラバー61で結合されている。図2Bおよび図3に示すように、振動台7の側部には、振動台7の上下動のストロークを規制するテーブルストッパー62が設けられ、ヨーク1に固定されたストッパーリング63の凸部63aと、ヨーク1の上部の段部64との間で、振動台7が上下動できるようになっている。
図2Cに示すように、ヨーク1の上部には、振動台6が上下に振動する際に横ブレしないように、筒体7の上部の複数箇所(図3の例では4箇所)に形成された垂直壁7aに当接するガイドローラ21を有する上部支持機構20が設けられている。
なお、図2Aに示すように、ヨーク1の上部にはレーザー変位計71が設けられ、振動台6の上下の位置および変位を計測して、目標の変位量で振動台6が駆動されているか、また振動台6の振動の中心が適正な位置かを監視し、制御することに用いられる。
カバー60には、上部ダクト72が取り付けられ、振動台6の上下振動時のカバー60内の気圧の変動を緩和するようにしている。また、ヨーク1の底部には、下部ダクト73が設けられ、空気を励磁コイル2に送気、排気して、励磁コイル2の空冷を行うようにしている。
本実施の形態1において、励磁コイル2に直流電流を流すことにより、励磁コイル2を取り巻くヨーク1内に磁気回路(静磁場)が生成される。ヨーク1には磁気ギャップ4(図1参照)が設けられており、磁気ギャップ4内に配置されたドライブコイル5に所定周波数の交流電流を流すことにより、磁気ギャップ4に生成される静磁場とドライブコイル5に流れる交流電流との間に働く力により、ドライブコイル5は磁束の方向と直交する方向に振動する。ドライブコイル5には振動台6が一体に設けられており、振動台6に取り付けられた被試験物はドライブコイル5に流される交流電流の周波数で振動する。
本実施の形態1においては、空気ばね40の内部の第1空気室41の中に、下部支持機構30を設け、またヨーク1の内部に設けた第2空気室42と第1空気室41とを、連通孔である空気穴40aにより連通させたことにより、空気室断面積の大型化が可能となる。これにより、静荷重の増加に対応することができるとともに、下部支持機構30中央のシャフト34の短縮化を図ることができ、可動部重量を低下させることができる。
また、振動台6の周囲に、振動台6の上下振動の際の横ブレを抑える上部支持機構20を設けることにより、シャフト34と下部支持機構30による振動台6の支持を、上部支持機構20と分担することができ、さらにシャフト34の短縮化による可動部重量の低下と、動電型振動発生機全体の小型化が可能となる。
図4および図5は、本発明の実施の形態2に係る動電型振動発生機を示すものであり、ヨーク1は、第1ヨーク17と、第2ヨーク18と、第3ヨーク19とに分割して構成され、ボルト等で一体に固定される。第1ヨーク17は、中央の内側磁極1aと、外側磁極1bのうち励磁コイル収納部1cを含む下段の部分を有する。第2ヨーク18は、外側磁極1bのうち、磁気ギャップ4と消磁コイル収納部1dを含む中段の部分を有する。第3ヨーク19は、外側磁極1bのうち、消磁コイル収納部1dに収納された消磁コイル3の上部を覆う上段の部分となる。
振動台6は筒体7と一体に形成され、筒体7の下部には、筒状のドライブコイル5が連結されて磁気ギャップ4内に上下動自在に配置される。磁気ギャップ4の下部の励磁コイル収納部1cの内側と上部の消磁コイル収納部1dの内側には、ドライブコイル5が自由に上下動できるよう、移動スペースが確保されている。
なお、ヨーク1には、ドライブコイル5が配置される磁気ギャップ4のほかに、ドライブコイル5と振動台6とを連結する筒体7が上下動できるためのギャップ8が形成されている。
ヨーク1の上部には、振動台6が上下に振動する際に横ブレしないように、筒体7の上部の複数箇所(図5の例では4箇所)に形成された垂直壁7aに当接するガイドローラ21を有する上部支持機構20が設けられている。さらに、振動台6の底部中心部にはフランジ31が取り付けられており、このフランジ31の下部にリニアベアリング32が取り付けられている。ヨーク1の上部中心部にはリニアベアリング32の外筒を挿入するための軸穴33が設けられ、リニアベアリング32と軸穴33によって下部支持機構30が構成されている。
振動台6の底部とヨーク1の上部との間には、蛇腹状の空気ばね40が伸縮自在に設けられ、軸穴33の上下には、空気ばね40の内部と連通する第1空気室41,第2空気室42が形成されている。空気ばね40は、振動台6に取り付けられる被試験物を含む可動部の重量を支えて、ドライブコイル5の位置が磁気ギャップ4の高さ方向の中心位置に保持されるようにするものであり、その位置を中心にして、ドライブコイル5は上下振動することになる。
第1空気室41,第2空気室42は、ドライブコイル5が振動するときに、空気ばね40への圧力変動の緩和を目的として設置され、また第2空気室42を第1空気室41と連通して設けることにより、第1空気室41の見かけ上の容積が大きくなり、空気ばね40の固有振動数を下げることができる。
ヨーク1の底部には、防振ゴム51等の防振材を用いた防振装置50が複数箇所に設けられ、本実施の形態の動電型振動発生機を取り付ける対象に振動が伝播しにくいようにしている。
本実施の形態2において、励磁コイル2に直流電流を流すことにより、励磁コイル2を取り巻くヨーク1内に磁気回路(静磁場)が生成される。ヨーク1には磁気ギャップ4が設けられており、磁気ギャップ4内に配置されたドライブコイル5に所定周波数の交流電流を流すことにより、磁気ギャップ4に生成される静磁場とドライブコイル5に流れる交流電流との間に働く力により、ドライブコイル5は磁束の方向と直交する方向に振動する。ドライブコイル5には振動台6が一体に設けられており、振動台6に取り付けられた被試験物はドライブコイル5に流される交流電流の周波数で振動する。
本実施の形態2においては、空気ばね40の内部の第1空気室41の中に、下部支持機構30を設け、またヨーク1の内部に設けた第2空気室42と第1空気室41とを連通させたことにより、空気室断面積の大型化が可能となる。これにより、静荷重の増加に対応することができるとともに、下部支持機構30中央のシャフト34の短縮化を図ることができ、可動部重量を低下させることができる。
また、振動台6の周囲に、振動台6の上下振動の際の横ブレを抑える上部支持機構20を設けることにより、シャフト34と下部支持機構30による振動台6の支持を、上部支持機構20と分担することができ、さらにシャフト34の短縮化による可動部重量の低下と、動電型振動発生機全体の小型化が可能となる。
なお、ヨーク1内に形成される磁気回路の外部には、磁気ギャップ4の磁気抵抗やヨーク1の磁気飽和等により漏れ磁束が発生するが、本実施の形態2では、ヨーク1内部の振動台6近傍に消磁コイル3を設け、漏れ磁束とは略同じ大きさで逆方向の磁束を発生させることにより、漏れ磁束を打ち消し、これにより、磁束による被試験物への影響を低減させることができる。
本発明は、全体をコンパクトにでき、また振動特性に悪影響を与えることのない動電型振動発生機の静荷重保持装置として、車載機器、その他の機器の振動試験に好適に利用することができる。
1 ヨーク
1a 内側磁極
1b 外側磁極
1c 励磁コイル収納部
1d 消磁コイル収納部
2 励磁コイル
3 消磁コイル
4 磁気ギャップ
5 ドライブコイル
6 振動台
7 筒体
7a 垂直壁
8 ギャップ
11 第1ヨーク
12 第2ヨーク
13 第3ヨーク
14 第4ヨーク
15 ブッシュ
17 第1ヨーク
18 第2ヨーク
19 第3ヨーク
20 上部支持機構
21 ガイドローラ
30 下部支持機構
31 シャフト取付フランジ
32 リニアベアリング
33 軸穴
34 シャフト
35 ブッシュホルダー
36 ボールブッシュ
37 空気ばね取付フランジ
40 空気ばね
40a 空気穴
41 第1空気室
42 第2空気室
43 連通孔
50 防振装置
51 防振ゴム
60 カバー
61 ダストラバー
62 テーブルストッパー
63 ストッパーリング
63a 凸部
64 段部
71 レーザー変位計
72 上部ダクト
73 下部ダクト

Claims (3)

  1. 静磁場を生成するための励磁コイルと、
    前記励磁コイルにより生成された静磁場による磁気回路および磁気ギャップを形成するための強磁性体からなるヨークと、
    前記磁気ギャップ内に配置された振動発生用のドライブコイルと、
    前記ドライブコイルと一体に形成された振動台と
    を備え、
    前記振動台の中央部に下方に向けて連設したシャフトを前記ヨークの上部中央部において昇降自在に受ける下部支持機構を設け、
    前記振動台の下部と前記ヨークの上部との間に前記下部支持機構を気密状態に囲む空気ばねを設け、
    前記空気ばね内部の第1空気室と、前記ヨークの内部に設けた第2空気室とを、前記ヨークに設けた連通孔で連通させた
    ことを特徴とする動電型振動発生機の静荷重保持装置。
  2. 前記振動台の周囲に、当該振動台の上下振動の際の横ブレを抑える上部支持機構を設けたことを特徴とする請求項1記載の動電型振動発生機の静荷重保持装置。
  3. 前記シャフトの下端は、前記第2空気室内に突出可能とした請求項1または2に記載の動電型振動発生機の静荷重保持装置。
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