JP5758475B2 - 動電型振動発生機 - Google Patents

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に関し、特にその磁気回路構造に関する。

従来の動電型振動発生機の磁気回路の構造のタイプとしては、図４に示すようなシングル・ヨーク磁気回路（例えば、特許文献１，２参照）や、図５に示すようなダブル・ヨーク磁気回路（例えば、特許文献３，４参照）が知られている。

図４に示すシングル・ヨーク磁気回路は、内側磁極６１ａと外側磁極６１ｂとコイル収納部６１ｃを有する強磁性体からなるヨーク６１と、ヨーク６１の外側磁極６１ｂの内側のコイル収納部６１ｃに収納された励磁コイル６２と、励磁コイル６２に電流を流すことにより励起された磁束Φ₁₁の閉磁路の一部に形成された円筒状の磁気ギャップ６３とを有し、この磁気ギャップ６３内にドライブコイル６４を配置し、ドライブコイル６４に流す所定周波数の交流電流により、ドライブコイル６４と一体の振動台６５に振動を与えるように構成されている。

このシングル・ヨーク磁気回路では、ヨーク６１の内側磁極６１ａと外側磁極６１ｂの強磁性体部分に比べて磁気抵抗が高い磁気ギャップ６３の部分の周りに漏れ磁束Φ₁₂が生じ、振動台５上に設置される被試験物に悪影響を与えるという問題がある。特に、被試験物が精密機器の場合等では、磁界の影響を極力、避けることが要求されることがある。

一方、図５Ａに示すダブル・ヨーク磁気回路は、内側磁極７１ａと外側磁極７１ｂと２つのコイル収納部７１ｃ，７１ｄを有する強磁性体からなるヨーク７１と、ヨーク７１の外側磁極７１ｂの内側のコイル収納部７１ｃ，７１ｄに収納された励磁コイル７２，７３と、励磁コイル７２，７３に直流電流を流すことにより励起された磁束Φ₂₁、Φ₂₂の閉磁路の一部に形成された円筒状の磁気ギャップ７４とを有し、この磁気ギャップ７４内にドライブコイル７５を配置し、ドライブコイル７５に流す交流電流により、ドライブコイル７５と一体の振動台７６に振動を与えるように構成されている。

このダブル・ヨーク磁気回路では、磁気抵抗が大きい磁気ギャップ７４がヨーク７１の内部にあるため、漏れ磁束はヨーク７１の外部にはほとんど出ないという利点があるが、図５Ｂに示すように、振動台７６は、磁気ギャップ７４内で振動するドライブコイル７５を外部の取付台７６ａに連結するための複数のリブ７６ｂと、複数のリブ７６ｂ間に形成される開口７６ｃとを有するため、形状が複雑になるという問題がある。

このような問題を解決するために、特許文献５には、振動台に取り付けられる被試験物への漏れ磁束の影響を低減するため、振動台の周囲に消磁コイルを設けた消磁コイル付きシングル・ヨーク付き磁気回路が記載されている。

この消磁コイル付きシングル・ヨーク磁気回路を図６に示す。この磁気回路は、図４に示したシングル・ヨーク磁気回路の振動台６５の周囲に、漏れ磁束Φ₁₂を打ち消す磁束Φ₁₃を発生させる消磁コイル６６を設けたものである。後の構成は図４に示したシングル・ヨーク磁気回路と同様であるため説明を省略する。

特開２００５−９１０１８号公報（特許第４１５０６４８号公報） 特開２０００−１２１４９０号公報（特許第３８９５４７９号公報） 特開２００１−１３３３５７号公報（特許第３４２７１１９号公報） 国際公開第２００９／１３０８１８号パンフレット（特許第５１２４０１７号公報） 特表２００５−５１７９２２号公報

図６に示した消磁コイル付きシングル・ヨーク磁気回路では、図４に示したシングル・ヨーク磁気回路に比べて漏れ磁束は低減できるが、消磁コイル６６で発生する磁束Φ₁₃の大きさと向きを、漏れ磁束Φ₁₂の大きさと向きに完全に一致させることは困難であるため、図５に示したダブル・ヨーク磁気回路に比べると漏れ磁束は大きいという問題がある。

そこで本発明は、シングル・ヨーク磁気回路構造でありながら、ダブル・ヨーク磁気回路構造程度に漏れ磁束を低減することのできる磁気回路構造を有する動電型振動発生機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、
前記励磁コイルにより生成された静磁場による磁束のうち漏れ磁束分を打ち消す消磁コイルを、前記振動台の近傍の前記ヨーク内部に設置したことを特徴とする。

本発明においては、励磁コイルに直流電流を流すことにより、励磁コイルを取り巻くヨーク内に磁気回路（静磁場）が生成される。ヨークには磁気ギャップが設けられており、磁気ギャップ内に配置されたドライブコイルに所定周波数の交流電流を流すことにより、磁気ギャップに生成される静磁場とドライブコイルに流れる交流電流との間に働くフレミングの左手の法則に基づき、ドライブコイルは磁束の方向と直交する方向に振動する。ドライブコイルには振動台が一体に設けられており、振動台に取り付けられた被試験物はドライブコイルに流される交流電流の周波数で振動する。このとき、ヨーク内に形成される磁気回路の外部には、磁気ギャップの磁気抵抗やヨークの磁気飽和等により漏れ磁束が発生するが、ヨーク内部の振動台近傍に消磁コイルを設け、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、漏れ磁束は打ち消され、これにより、磁束による被試験物への影響を低減させる。消磁コイルは、磁気抵抗の小さなヨーク内部に設けられているので、消磁コイルがヨークの外部に設置される場合に比べ、漏れ磁束を大幅に低減できる。

前記ヨークには、前記磁気ギャップを挟んで前記振動台の反対側には前記励磁コイルを収納する励磁コイル収納部を、前記磁気ギャップの前記振動台側には前記消磁コイルを収納する消磁コイル収納部を設けることにより、励磁コイルで生成される磁束と消磁コイルで生成される磁束が磁気ギャップにおいて同じ方向に重畳されるため、消磁コイルを設けたことによる磁気ギャップにおける減磁はなく、むしろ起磁力の増加に寄与する。

前記ヨークは、前記励磁コイル収納部が上部に開口した第１ヨークと、前記励磁コイル収納部の前記開口を上方から覆うとともに前記消磁コイル収納部が上部に開口し、かつ前記磁気ギャップを形成する内周を有する第２ヨークと、前記消磁コイル収納部を上方から覆う第３ヨークとを有する構成とすることで、励磁コイル、消磁コイルの収納が容易となり、組み立てが簡略化する。

本発明によれば、シングル・ヨーク磁気回路構造でありながら、ダブル・ヨーク磁気回路構造程度に漏れ磁束を低減することのできる磁気回路構造を有する動電型振動発生機が得られる。

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を示す図３のＡ−Ａ線断面図である。 本発明に係る動電型振動発生機の実施の形態を示す平面図である。 従来のシングル・ヨーク磁気回路構造の動電型振動発生機の例を示す概略図である。 従来のダブル・ヨーク磁気回路構造の動電型振動発生機の例を示す概略図である。 従来のダブル・ヨーク磁気回路構造の動電型振動発生機に用いられる振動台の例を示す斜視図である。 従来の消磁コイル付きシングル・ヨーク磁気回路構造の動電型振動発生機の例を示す概略図である。

本発明に係る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と消磁コイル収納部１ｄ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、消磁コイル収納部１ｄに収納された消磁コイル３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、非磁性体からなる筒体７によりドライブコイル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。

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。

図１において、励磁コイル２に直流電流を流すことによってヨーク１内に形成される静磁界の磁束のうち、磁気ギャップ４を通る主磁束をΦ_m1、ギャップ８を通る磁束をΦ_m2、振動台６近辺における漏れ磁束をΦ_L1とする。また、消磁コイル３に直流電流を流すことによってヨーク１内に形成される静磁界の磁束のうち、磁気ギャップ４およびギャップ８を通る主磁束をΦ_c1、振動台６近辺における打ち消し磁束をΦ_c2とする。

本発明では、励磁コイル２による漏れ磁束Φ_L1を打ち消し磁束Φ_c2で打ち消そうとしているので、漏れ磁束Φ_L1と打ち消し磁束Φ_c2を、値は等しく、向きが反対になるように消磁コイル３に流す電流を設定することで、振動台６近傍の漏れ磁束を打ち消すことができることになる。

なお、励磁コイル２による主磁束Φ_m1と、消磁コイル３による主磁束Φ_c1は、磁気ギャップ４においては同じ向きになるので、消磁コイル３を設けたことにより磁気ギャップ４における磁束密度の減少はなく、むしろ起磁力の増加に寄与する。

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２および図３は、本発明の実施の形態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１１と、第２ヨーク１２と、第３ヨーク１３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１１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ヨーク部１２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ヨーク部１３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と一体に非磁性体、例えばプラスチック、好ましくはカーボンファイバで形成され、筒体７の下部には、環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。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の下部にボールスプライン３２が取り付けられている。ボールスプライン３２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。ヨーク１の上部中心部にはボールスプライン３２の外筒を挿入するための軸穴３３が設けられ、ボールスプライン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の内部と連通する空気室４１，４２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。
空気室４１，４２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、また空気室４１，４２の容積を大きくすることにより、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。このとき、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、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。

ここで、励磁コイル２の起磁力と、その起磁力に起因する漏れ磁束を打ち消すために消磁コイル３に流す電流による起磁力と、振動台６上の観測部位における計測磁束密度の関係の実験例を下に示す。

この実験例では、第２例が、最も漏れ磁束が少なかった。励磁コイル２の起磁力と消磁コイル３の起磁力のバランスは微妙であり、バランスが１％程度でも崩れると、漏れ磁束が大きくなることが判明した。このため、実機においては、実験により、適正な消磁コイル３の起磁力の大きさを設定することが好適である。

本発明は、シングル・ヨーク磁気回路構造でありながら、ダブル・ヨーク磁気回路構造程度に漏れ磁束を低減することのできる磁気回路構造を有する動電型振動発生機として、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
２０ 上部支持機構
２１ ガイドローラ
３０ 下部支持機構
３１ フランジ
３２ ボールスプライン
３３ 軸穴
４０ 空気ばね
４１，４２ 空気室
５０ 防振装置
５１ 防振ゴム

Claims (1)

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、
   前記励磁コイルにより生成された静磁場による磁束のうち漏れ磁束分を打ち消す消磁コイルを、前記振動台の近傍の前記ヨーク内部に設置した動電型振動発生機において、
   前記ヨークには、前記磁気ギャップを挟んで前記振動台の反対側には前記励磁コイルを収納する励磁コイル収納部を、前記磁気ギャップの前記振動台側には前記消磁コイルを収納する消磁コイル収納部を設け、
   かつ、前記ヨークは、前記励磁コイル収納部が上部に開口した第１ヨークと、前記励磁コイル収納部の前記開口を上方から覆うとともに前記消磁コイル収納部が上部に開口し、かつ前記磁気ギャップを形成する内周を有する第２ヨークと、前記消磁コイル収納部を上方から覆う第３ヨークとを有することを特徴とする動電型振動発生機。