JPH0125306B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えばばら荷材料の移送及び定量的
配送に用いる振動式のコンベヤ装置、貯蔵庫用の
ホツパ、及びシユートに使用されるような、母体
質量中に振動を与えるに使用するための電磁励振
機に関する。

電磁振動式駆動ユニツトは貯留所、ホツパ、及
び配送シユートからばら荷材料を円滑かつ確実に
流動させるため、工業上広範に利用されて来た。
電磁振動式駆動ユニツトはまた、ミキサ、グライ
ンダ、粉砕機、包装機械、バツチ（取出し）ステ
ーシヨン、等級分けステーシヨン、又は混合ステ
ーシヨンに対しいろいろのばら荷材料を送るため
の振動式フイーダにも使用される。電磁励振機は
励振機によつて振動される配送トラフに結合され
てシユート、トラフ、又はパン（鍋型容器）にお
ける材料の流れを制御する。

一般に電磁力による励振機システムはそれぞれ
が磁石もしくは電動子を担持する二つの質量体の
形式をとる。二つの質量は通常、システムが運動
の共鳴増幅を利用し得る寸法にされたばねにより
接続されている。電磁石は例えば0.1インチ
（0.254cm）以下に両極表面が近接したときのみ、
有効な力を発生する。この吸引力は、ほぼ間隙の
２乗に逆比例して増大する。システムの運動は二
つの質量にそれらの重量の逆比に分配される。す
なわち軽い方の質量は比例的に一層大きく運動す
る。質量は両極面間の空気間隙が増大するとき、
及び減少するときに、反対方向に運動する。

それ故、それらが最小限の間隙に接近して磁石
の力がそのピーク値に近づくときに両極面が衝突
することを防止する対策を講じなければならな
い。

使用されている大ていの電磁フイーダはこの狭
い間隙によりその振動運動が制限されている。磁
石は最大負荷時に実質上最大振動周波数が得られ
るように励磁される。衝突はシステムをその理想
の空気間隙よりも大きな間隙で作動させること又
はより弱い磁石を使用することにより、防止され
る。これらのシステムはエネルギ入力及び運動の
振幅の点で制限を受ける。従つて励振機質量は被
駆動質量の有効な運動を達成するために被駆動質
量よりも重くされる。これらの駆動質量の作動振
動数は利用可能な入力周波数である50又は60Hzの
もとで3000ないし3600cpm（回／分）である。こ
の高い作動振動数は高い加速度による好ましから
ざる応力を構造体中に起生する。この高い作動振
動数の、かつ0.06インチ（1.52mm）程度の小さな
運動は、ばら荷材料を給送するこれらの駆動装置
の適用性を制限している。材料の最大移動速度は
毎分約40フイート（12.2ｍ）であり、被駆動質量
のそのように短い行程では多くの材料を給送し得
ない。

上述した電磁駆動装置の一変形例は、駆動質量
が被駆動質量よりも軽くされているものである。
この種のシステムは約0.04インチ（1.02cm）の一
層短い行程を被駆動質量に用い、毎分約25ないし
30フイート（7.62ｍないし9.14ｍ）の材料移動速
度を達成し得る。

この振動装置の全体的重量は与えられた材料流
量容量に対し低い。これらの形式の駆動装置の適
用範囲は被駆動質量の非常に小さな行程によつて
制限されている。また、駆動質量の運動は負荷と
共に著しく増大し、衝突を防止するためには精密
な部品及びフイードバツク制御回路を必要とす
る。最近開発された公知の電磁式駆動装置は駆動
質量に装着された二つの磁石の間で作動する被駆
動質量に単一の電動子を使用する。作動振動数は
利用可能な入力周波数である50及び60Hzの1/4で
ある1500cpm又は1800cpmである。大きな振幅運
動は振動サイクルの一部分のみに対して各磁石を
励磁することにより達成される。その際システム
は磁石がオン状態にあるときに空気間隙が最大に
近くなるように振動する。両極面の衝突の防止と
電磁石の入力エネルギの幾分かを貯えるため、第
二組のばねが導入される。これらのばねは振動運
動の極限においてのみ係合され、したがつて全体
的なばね系は非線型ばね弾性率を与える。この低
速かつ大行程の装置は電磁駆動システムの適用性
を増大させる。

しかしながらこの新しい電磁振動システムによ
る現行の装置には使用上の制限がある。駆動質量
は被駆動質量の３倍あり、従つて被駆動質量は高
振幅の運動を有する。この重量関係は負荷に敏感
であり、被駆動質量の運動は正規の負荷が適用さ
れる際に著しく減少する。その磁石はそれぞれ振
動サイクルの約40％の期間だけ励磁され、システ
ムを駆動するに十分なエネルギを入力しない。ま
た、その制御範囲は非常に限られている。第二の
ばねシステムは非常に低い変位を有し、その行程
が少々減少される場合には急速に性能が低下し、
もはや係合しなくなる。各磁石は同じ極性によつ
て励磁され、この極性は入力線内にDC成分を発
生する。大きな装置を作動する場合には入力電力
に平衡する程のこの様なDC成分を必ず随伴して
しまう。

先行技術の電磁励振機の同調必要性は、広範な
負荷範囲で装置を有効に機能せしめることを妨げ
るという設計上の問題を起こしている。設計流量
率が達成されることを確実にするためには厳密な
設計パラメータの調整がなされなければならな
い。

駆動質量及び被駆動質量への運動配分は質量の
相対重量に逆比例する。その結果、軽い方の質量
が重い質量よりも比例的に一層大きく運動され、 励振機すなわち駆動質量が被駆動質量よりも重
くされるのが通例である。

先行技術の電磁励振機は約3000cpm付近の範囲
内の作動速度を有する。この高い周期的速度は高
い加速度に起因する好ましからざる応力の構造体
に課する。

本発明の一つの態様によれば、伸張ハウジング
を有する励振機本体； 前記ハウジング内に担持された電磁石装置； 前記ハウジング内を縦方向に往復運動し得るよ
うに支持された自由質量装置； 前記自由質量装置に担持されて、前記電磁石装
置に隣接する電機子装置； 前記ハウジング内に設けられて、前記自由質量
装置と前記電磁石装置との間に介在する弾性停止
装置； を含有し、 前記ハウジングはこの対向端を閉じる一対の端
キヤツプを有し、各端キヤツプは１個の電磁石装
置を前記ハウジングの内側に向けて支持し、 前記弾性停止装置は前記各端キヤツプに担持さ
れて、前記電磁石装置の内側でかつ縦方向に隣接
する第１および第２の非線型弾性ばね装置を含有
し、 前記電機子装置は前記自由質量装置の対向端に
支持された第１および第２の電機子装置を含有
し、前記端キヤツプ上の前記電磁石装置に対して
縦方向に逐次的に運動することを特徴とする電磁
励振機が提供される。

電磁振動励振機は細長いハウジング内に担持さ
れた完全密閉された自由質量を結合している。ハ
ウジングは包含された電磁石を受承している一対
の端キヤツプを含む。端キヤツプはこれらの間に
固定されたハウジングチユーブにより離隔されて
いる。

自由質量は各端キヤツプから等距離のところに
ハウジングチユーブ内の弾性せん断ばねによつて
垂下されている。この自由質量と一体的に一対の
電機子組立体があり、各電機子は一般的に細長い
自由質量の端毎に存する。

自由質量及び端キヤツプを保持している電磁石
の間にはゴムの圧縮素子が挿入されており、かつ
原位置ではこれらから離隔されている。これらの
非線型ばねは電機子が衝突することを防止するの
に役立ち、電磁石を導通する間、入力エネルギを
蓄積し、その結果高い効率を生ずる。

電磁石は、端キヤツプを保持している第一の電
磁石に接続された遠方の制御装置を介して逐次的
に励磁される。その第一の端キヤツプから第二端
キヤツプまで、外装付きコンジツトが延びる。逐
次的に電磁石を励磁すると、自由質量はハウジン
グ内で縦方向に運動されて、弾性圧縮素子と接触
するが、電磁石の励磁及び励磁解除に呼応してこ
のサイクルを反復する。作動振動数は広範囲にわ
たる被駆動重量物のほぼ固有振動数である。

本発明の装置及び作動は図面とともに以下の説
明を読むことにより容易に了解されよう。

第１図に全体として１０と記すばら荷材料処理
トラフは本発明による電磁振動励振機の典型的使
用例である。全体として１２と記す励振機は固定
具１４等によりトラフに固定される。電磁励振機
から通常遠方に配置されたモジユールまで電源コ
ンジツト１６が延びる。

本発明の機械的特徴は全体として指示番号１２
で示す電磁励振機の展開図である第２図を見るこ
とにより容易に理解し得る。励振機１２は一体化
された密閉構造体であつて、アルミニウムのよう
な堅牢な構造材料で作り得るハウジングチユーブ
２０を有する。第一及び第二の端キヤツプ２２，
２４はそれぞれ磁石ハウジングの役を果たし、そ
れぞれ端キヤツプ２２，２４内に包含された電磁
石２６を有する。端キヤツプ２２，２４は、ハウ
ジングチユーブ２０の両端に配置される。一実施
例においてはボルト３０が固定具３２によりハウ
ジングの一体性を確実に維持すべく固定されてい
る。ハウジングはその構造上の理由から物が侵入
することを防止するように細長い容器とされてい
る。この容器化されたハウジングは在来の電磁励
振機では得られなかつた爆発防止ハウジングが得
られる。

第一の端キヤツプ２２には電力コンジツト１６
を受承するための電気コンジツト端子２８が与え
られている。第５図は、電磁石２６に電気パルス
を与えるに使用される電線束３６を担持すべく第
一及び第二の端キヤツプ２２，２４間に張られる
コンジツト３４を示す。

第一の端キヤツプ２２にはまた、振動されるべ
き装置に対し電磁励振機１２を装架する一方法を
与えるため、ねじ付き開口４０を設けてもよい。

第２図、第３図、および第４図を見ると、ハウ
ジング内部にしつかりと担持された部品を同定し
得る。電磁石２６及びハウジングチユーブ２０の
反対端に担持されたもう一つの磁石（図では見え
ない）及び束３６から延びる電源線及びカバー板
４２が明確に図示されている。

ハウジングチユーブ内には各端キヤツプに結合
され、このシステムにおける非線型素子として機
能するばね素子を構成し対をなす同一の素子４
４，４６のような弾性圧縮素子がある。これらの
素子対は弾性成分の厚さの点で相互に異なつてい
る。

弾性圧縮素子の第一対４４は接着もしくは他の
適当な方法により、例えば支持板５０に固定され
ており、この支持板はさらに固定具によつてハウ
ジングチユーブの各端における端板の内側表面に
装架されている。弾性体の本体部分は繊維の強化
材料製のキヤツプと一体的になつていてもよい。
このキヤツプはばねの圧縮時における弾性体と装
架板７６との間の相対的運動を除去する。弾性圧
縮素子４６から成る第二素子対もまた同様の支持
板に対し適当に固定されるが、支持板とそれが装
架される端キヤツプとの間に配置された夾金５２
を有してもよい。弾性圧縮素子は対をなす部材が
ハウジング縦軸線に関し直径方向の両端に位置す
るように対称的に配置される。弾性圧縮素子及び
これと関連した夾金の厚さは特定の電磁励振機の
所望の作動特性を与え得るように、変更可能であ
る。ハウジングの各端における弾性圧縮体の各対
の積算厚みはこのばね装置の非線型性をより良好
に制御し得るように、同一端における他の対と異
つていてもよい。弾性圧縮素子は非線型剛性率を
与え、装置に自己制限的変位を与える。

ハウジングチユーブ及び端キヤツプ及び上に述
べたすべての装置と部品は組立られた組立体内で
相互に一体的に連結されているので、振動システ
ムの被駆動質量の一部であることに注目された
い。

自由質量６０が端キヤツプ２２，２４間でハウ
ジングチユーブ内に完全に密閉され、かつ垂下さ
れている。第２図及び第３図はそれらの部分を同
定するに役立つ。第一及び第二の円環状ゴムすな
わち弾性せん断ばね５４，５６が全体として６０
と記す自由質量を垂下すべく細長いハウジングチ
ユーブ２０の内部に押込められている。

この自由質量は例えば一対の凹所６４を確定し
ている開口付き壁部分を有した全体として細長い
形状のスチール製中央部材６２を含む。この自由
質量は第一及び第二の円環ゴムせん断ばねの開口
内に機能上固定されている。ねじ付き棒６６のよ
うな維持装置が設けられ、同装置は固定具によつ
て所定位置に保持される同調重り７０を維持す
る。

同調重り７０は本発明にとつて重要である。と
いうのは、それらは電磁励振機の全体的寸法及び
成分の形状が一定にとどめながらも自由質量の重
量を変化させ得る互換性素子であるからである。
同調重りは同調の際、支持用せん断ばねの剛性率
を変更し若しくは調節することなく、変更するこ
とができる。したがつていろいろの容量の励振機
を通常の成分で製作し得、経済的である。自由質
量の固有振動数及びせん断ばね５４，５６を適当
に選択することによつて万能的に同調をなし得
る。この万能的同調は励振機に、それに装着され
た被駆動部材の重量に拘らず、定格の力率を与え
る。

同調重りが所定位置に置かれた後、フランジ板
７２が中央部材６２の両端に適当に固定される。
フランジ板７２に対し、装架板７６及び一般に長
方形の電機子８０を含む電機子組立体７４が固定
される。組立体は装架板を除去して直接に電機子
をフランジ板７２に装架することもできる。

電磁励振機を組立てたときは電機子８０の面と
電磁石の面との間には静止状態において空気間隙
８２が存在する。この空気間隙は作動の際、周期
的に減少及び増大するが、非線型ばね４４，４６
を適切に選択していれば極面は衝突しない。

図面から明らかであろうが、ハウジングの内部
の成分はスチール製中央部材の各端において対称
的相似形であることに注目されたい。この構造及
び二重式対向電磁石による対称性は良好な励振機
の作動にとつて好都合である。第６図及び第７図
は図式によりここに開示した実施例で得られる利
点を示している。

第６図は図式により本励振機の万能的同調性の
利点を示す。Ｘ軸上の振動数比は励振機の作動振
動数とシステムの固有振動数とが同一であるとき
に最大振幅が起生することを示している。Ａ及び
Ｂ間の曲線部分は広範囲な被駆動重りに対して或
る与えられた自由質量の励振機を作動させたとき
の作動領域を示す。励振機は同調重りを適切に選
択することによりシステムの固有振動数が励振機
の作動振動数に等しくなるように同調される。励
振機は広範囲にわたる被駆動重りに対し振動数比
がＡとＢとの間にあるように同調される。この領
域内における共鳴増幅は少なくとも５倍である。

励振機は線Ｂが曲線と交わる超共鳴点まで効果
的に作動し続ける。共鳴増幅因子はやはり５であ
る。要約すると、この励振機は被駆動質量の広範
囲な重量領域にわたり共鳴に近い状態にある。

圧縮素子なしでは高い増幅因子のもとでは極面
が衝突する。線Ｃはこれらの素子により維持され
る最大システム変位を示す。

第７図においては電力パルスの調時および電磁
石により発生される力が図式に示されている。各
電磁石は機械的一サイクル毎に励磁される。図に
は示されていないが、制御器が励振機に遠隔的に
装架され、各電磁石に適当に調時された電気エネ
ルギパルスが各磁石を励磁すべく与えられるよう
に設計される。グラフの右側における静止空気間
隙は電機子自由質量が電磁石から等分に離隔され
ている場合の位置を示す。グラフの左方に向けて
空気間隙が最小に向かい、この時の電磁石に対す
る電気パルスの持続時間が破線Ｃによる曲線によ
り示される。電磁石により発生された力は曲線Ｄ
により示され、曲線の下方の面積は磁石のエネル
ギ出力である。電磁石は電磁石に向かう自由質量
の変位がＥからＢ（最小空気間隙）までの領域内
で起きるときに励磁される。空気間隙が開くに伴
い電流が点Ｆまで逆流し続ける。それ故生成され
た正味エネルギは曲線の下方の斜線領域により示
される。このエネルギは圧縮ばね４４，４６内に
蓄積される。上述した方法で励磁を起こすための
電磁石コイルが先行技術の設計になるものよりも
著しく多量のエネルギを一サイクル毎に蓄積する
ことを可能にしている。

圧縮素子の設計に応じて、圧縮素子に指向され
た自由質量の初期衝突に帰因するこの蓄積エネル
ギは反対方向に自由質量を加速するに必要な力の
約30％を与える。その結果、電力の節約及び付随
的費用に関する利点が得られる。圧縮素子は素子
が非線型であるので適切な素子の選択によつて電
機子の衝突が回避し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本電磁励振機が装架されたフイーダト
ラフの簡単な図、第２図はいくつかの成分を切断
したときの本発明の分解図、第３図はいくつかの
成分を切断し、明解であるように断面をとつたと
きの第２図装置の立面図であり、第４図はハウジ
ングの一部を切断し断面をとつたときの第２図装
置の端面図であり、第５図は第４図の５―５につ
いてとつた側面図であり、第６図は本電磁励振機
の振動数応答領域を示すグラフであり、第７図は
本電磁石のエネルギ出力を示すグラフである。 電磁励振機…１２、細長い電動機ハウジング…
２０、電磁石…２６、ばね装置…５４，５６、自
由質量…６０、電機子…８０、非線型ばね装置…
４４，４６、被駆動質量…１０。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 伸張ハウジングを有する励振機本体； 前記ハウジング内に担持された電磁石装置； 前記ハウジング内を縦方向に往復運動し得るよ
   うに支持された自由質量装置； 前記自由質量装置に担持されて、前記電磁石装
   置に隣接する電機子装置； 前記ハウジング内に設けられて、前記自由質量
   装置と前記電磁石装置との間に介在する弾性停止
   装置； を含有し、 前記ハウジングはこの対向端を閉じる一対の端
   キヤツプを有し、各端キヤツプは１個の電磁石装
   置を前記ハウジングの内側に向けて支持し、 前記弾性停止装置は前記各端キヤツプに担持さ
   れて、前記電磁石装置の内側でかつ縦方向に隣接
   する第１および第２の非線型弾性ばね装置を含有
   し、 前記電機子装置は前記自由質量装置の対向端に
   支持された第１および第２の電機子装置を含有
   し、前記端キヤツプ上の前記電磁石装置に対して
   縦方向に逐次的に運動することを特徴とする電磁
   励振機。 ２ 前記第１および第２の非線型ばね装置のそれ
   ぞれは弾性ばねセグメント装置の分割された一対
   のリングを含有し、それぞれの前記端キヤツプに
   装架された各リングの一つは他方のリングに対し
   て直径方向の対向端に位置しており、前記弾性ば
   ねセグメント装置は前記ハウジング内に内方向指
   向面を有する特許請求の範囲第１項記載の電磁励
   振機。 ３ 弾性ばねセグメント装置の第１対および第２
   対が存在する特許請求の範囲第２項記載の電磁励
   振機。 ４ 前記弾性ばねセグメント装置の第１対はこの
   第１対の各セグメントを前記電磁石装置から前記
   ハウジングの内側に向けて一定の間隔に置く夾金
   によつて支持される特許請求の範囲第３項記載の
   電磁励振機。 ５ 前記弾性ばねセグメント装置の第１対および
   第２対は前記内方向指向面上に繊維性のキヤツプ
   が与えられている特許請求の範囲第３項記載の電
   磁励振機。 ６ 前記弾性ばねセグメント装置の第１対は第１
   の圧縮係数を有し、前記弾性ばねセグメント装置
   の第２対は第２の圧縮係数を有する特許請求の範
   囲第４項記載の電磁励振機。 ７ 前記自由質量は前記励振機本体内部で弾性せ
   ん断ばね装置によつて弾性的に結合されている伸
   張中空棒を含有し、この中空棒は前記弾性せん断
   ばね装置を貫通して前記ハウジングと軸線方向に
   整合されている特許請求の範囲第１項記載の電磁
   励振機。 ８ 前記ハウジングは管状であり、前記弾性せん
   断ばね装置は前記ハウジング内面に結合して、軸
   方向に離間する一対の管状弾性せん断ばねを含有
   し、前記一対のせん断ばねは前記ハウジングの長
   さを通じて前記自由質量装置の縦方向運動を可能
   にしている特許請求の範囲第７項記載の電磁励振
   機。 ９ 前記第１および第２の電機子装置はそれぞれ
   前記中空棒の対向端に装架されており、前記自由
   質量装置は前記中空棒の内部に担持された同調重
   り装置を含有する特許請求の範囲第８項記載の電
   磁励振機。 １０ 前記中空棒は中央ウエブ部材を有し、この
   中央ウエブ部材の縦方向対向端には凹所装置が形
   成されており、 前記同調重り装置は前記各凹所装置内に担持さ
   れた第１および第２の重りを含有する特許請求の
   範囲第９項記載の電磁励振機。 １１ 前記第１および第２の重りは前記ウエブ部
   材に装架されている特許請求の範囲第１０項記載
   の電磁励振機。 １２ 前記２つの電磁石装置が電気的に接続され
   るパルス電気エネルギ源をさらに含有し、このパ
   ルス電気エネルギ源は前記電磁石装置のそれぞれ
   に逐次的に指向されており、前記パルス電気エネ
   ルギによつて前記電磁石装置を逐次的に励磁する
   と、前記自由質量装置は前記電磁石装置のそれぞ
   れの方向に逐次的に運動する特許請求の範囲第６
   項又は第１０項記載の電磁励振機。 １３ 前記励振機本体が固定される被駆動質量を
   さらに含有する特許請求の範囲第１２項記載の電
   磁励振機。 １４ 前記被駆動質量は前記自由質量装置よりも
   重い特許請求の範囲第１３項記載の電磁励振機。