JPH1144606A - 振動発生機 - Google Patents
振動発生機Info
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- JPH1144606A JPH1144606A JP9200489A JP20048997A JPH1144606A JP H1144606 A JPH1144606 A JP H1144606A JP 9200489 A JP9200489 A JP 9200489A JP 20048997 A JP20048997 A JP 20048997A JP H1144606 A JPH1144606 A JP H1144606A
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Abstract
易であり、しかも、構造物の振動解析の際にも、構造物
に純粋な引張又は圧縮力をかけて振動解析を容易に実施
でき、信頼性のあるデータが得られ、コストも提言でき
る振動発生機を提供する。 【解決手段】 振動発生機1の磁路にエアーギャップ
8、9を2回路形成し、エアーギャップにそれぞれコイ
ル18、19を配置した振動発生機1である。
Description
し、例えば、航空宇宙、自動車、電子、電気産業におけ
る製品ならびに部品の耐久試験、構造解析の際に用いら
れる振動試験装置の振動発生機に関する。
電子、電気産業における製品ならびに部品の耐久試験、
構造解析においては、品質、信頼性向上を目的として、
環境試験の中の一つである振動試験が広範に行われてい
る。また、構造物の試験のいても、振動モード解析を行
って技術向上を図ることが行われている。
験装置の振動発生機は、従来より、図9に示したような
構造のものが用いられている。すなわち、この振動発生
機100では、振動発生機本体(図示せず)内に配設し
た継鉄枠部材102に形設されたリング状凹部104に
リング状の励磁コイル部材106を配設するとともに、
継鉄枠部材102の中心側継鉄枠部材102Aと外側継
鉄枠部材102Bとの間にエアギャップ108を形成し
ている。そして、このエアギャップ108内及び励磁コ
イル部材106の内周面に上下動可能に配置されるとと
もに、懸架用バネ部材110を介して振動発生機本体に
懸架されて上下振動可能な振動部材112が設けられて
いる。この振動部材112の下方には円筒状のコイル枠
部材114が固着され、コイル枠部材114には、導電
性の巻線116が巻装されて可動コイル部材118を構
成し、エアギャップ108内に位置するように配置され
ている。
イル部材106に直流電流を流すことによって起磁力を
発生させて、この起磁力によって磁路に設けたエアーギ
ャップ108に直流強磁界を発生させている。そして、
この磁界中にコイル部材118が位置し、このコイル部
材118の電力供給端子119に交流電流を流すことに
より、フレミングの左手の法則にしたがって、磁界と電
流に直交する方向に力が発生し、コイル部材118、す
なわち、振動部材112が上下振動するようになってい
る。
り、図10の振動発生機では、起磁力を励磁コイル部材
106に直流電流を流すことによって発生させたが、継
鉄枠部材の中心部分に永久磁石120を配設して、これ
をエネルギー源として起磁力を得るようにしたものであ
る。その他の構成については、図9の振動発生機と同様
である。
解析、ならびにこれら両方の目的で用いる振動試験装置
の振動発生機はそれぞれ異なっており、一般的に耐久試
験用に用いられている振動発生機を改造して、振動モー
ド解析用振動発生機として使用している。
いる振動試験装置200は、図11に示したように、振
動振動発生機202と、振動発生機に一定の振動を与え
るための振動制御装置204と振動計206が一体とな
ったコントローラ208とを備えている。そして、振動
発生機202のテーブル210に取付治具を介して試験
試料Aをボルトなどで締結し、振動のパラメータである
加速度、変位、速度を規定のレベルでもって加振して、
規定の時間などで振動試験を行い、試料の評価を実施し
ている。
とも言う)では、その製品、構造物自体が振動を発生す
るもの、又は振動を受けるもの、例えば、自動車などの
車両、航空機、船舶、機械工作機器などの構造物に不可
欠な試験である。この振動試験装置300では、図12
及び図13に示したように、自動車、機械工作機器など
の構造物Bの所定の部位に、信号発生機302、電力増
幅器304を介して、所定の振動を与えるとともに、ロ
ードセンサ306、加速度センサ308などを介して解
析装置310にて、構造体Bの固有振動数、モード剛
性、モード質量などを求めて機械構造物の技術評価を行
うようになっている。
動モード解析では、例えば、車両の下、エンジン周りの
狭い部分、構造物のフレーム間の空きスペース、工作機
械などの内部のスペースなど設置スペースのない場所で
使用しなければならないことが多々ある。そのため、従
来では、構造物の振動モード解析で用いる振動発生機
は、小規格の振動発生機、すなわち加振力も必然的に小
さくならざるを得なかった。このような小さい力で構造
物を加振させて、構造物の振動解析を実施しなけらばな
らないため、全系の信号レベルが低く、信号/ノイズ比
が悪く、信頼性のあるデータが得られない結果となって
いた。
に、構造物の所定の部位に引張又は圧縮の予圧をかけて
振動、加振を行って構造解析を実施する場合がある。こ
の場合、従来では、振動発生機の機能とは別に、弾性体
などを利用して外的の構造体に引張又は圧縮の力をかけ
ている。例えば、振動発生機の振動部材を懸架している
バネの弾性力を用いて、強制的に押し付け、引っ張りを
行うか、又はピアノ線などで引張力をかけておき加振す
る方法が用いられている。しかしながら、このような方
法では、引張又は圧縮を与える力の制御が容易にはでき
なかった。
予圧をかける方法として、電気的に直流電圧と交流電圧
をミキシングする電子回路を用いて、可動コイルに電力
を供給する方法がある。一方、例えば、自動車の構造解
析を行う場合には、図5に示したように、所定の基本周
波数の交流電流と基本周波数と異なった周波数の交流電
流を重畳して供給して加振して、その応答を解析するこ
とが行われている。しかしながら、何れの場合において
も、高価なミキシングのための電子回路、シグナルプロ
セッサなどを用いなければならなかった。
BH曲線に示したように、一般には、磁気回路は過飽和
の状態で使用しているのが通常である。すなわち、磁気
特性の動作点を「ニー点」と言われるa点で使用するの
が磁気回路を最高効率で使用している状態であるが、振
動試験装置の振動発生機では、少しでも加振力係数を上
昇させるために、b点まで起磁力を上げて使用してい
る。従って、従来では、実際に力に関与する起磁力は3
0%程度であり、残りの70%は漏洩によって空中に捨
てており、非常に効率の悪い方法であった。
力が格段と向上し、小型化、軽量化が容易であり、しか
も、構造物の振動解析の際にも、構造物に純粋な引張又
は圧縮力をかけて振動解析を容易に実施でき、信頼性の
あるデータが得られ、コストも提言できる振動発生機を
提供することを目的とする。
な従来技術における課題及び目的を達成するために発明
なされたものであって、本発明の振動発生機は、振動発
生機本体内に配設された継鉄枠部材と、前記継鉄枠部材
に形設されたリング状凹部に装着されたリング状の励磁
コイル部材と、前記継鉄枠部材の内側継鉄枠部材と外側
継鉄枠部材との間に形成された上下2箇所の第1のエア
ギャップと第2のエアギャップと、前記第1及び第2の
エアギャップ内を上下動可能に配置されるとともに、懸
架用バネ部材を介して振動発生機本体側に懸架されて上
下振動可能に構成された振動部材と、前記振動部材に固
設されるとともに、前記第1のエアギャップ内に位置す
る第1の可動コイル部材と、前記振動部材に固設される
とともに、前記第2のエアギャップ内に位置する第2の
可動コイル部材とから構成したことを特徴とする。
度の低下は十数パーセントですみ、しかも、従来の振動
発生機と比較して、約2倍もの加振力が得られるととも
に、高周波領域で振動発生機に信号を供給する電力増幅
器のパワーが約半分ですむことになる。
部材に直流電流を供給するとともに、前記第1の可動コ
イル部材及び第2の可動コイル部材に、直流電流又は交
流電流のいずれかを選択的に供給できるように構成する
のが好ましい。これによって、また、本発明では、前記
第1の可動コイル部材及び第2の可動コイル部材に供給
する電流の向きが逆向きになるようにして、加振力を増
加させるように構成するか、又は、第1の可動コイル部
材及び第2の可動コイル部材の巻線方向が相互に逆方向
になるようにして、加振力を増加させるように構成すれ
ばよい。
ード又は引張モードの際に、前記第1の可動コイル部材
及び第2の可動コイル部材のうち、一方に直流電流を、
他方に交流電流を供給するように構成すればよい。
記第1の可動コイル部材及び第2の可動コイル部材のう
ち、一方に基本周波数の交流電流を、他方に前記基本周
波数と異なった周波数の交流電流を重畳して供給するよ
うに構成すればよい。
験用の振動発生機として用いることができるばかりでな
く、構造物の振動モード解析において、圧縮モード若し
くは引張モード、又は重畳モードの際にも、従来のよう
に機械的に外力を負荷するのではなく、電気的な力で作
用することができるため、不要な機械的外乱成分の混入
がなく、力の制御が容易であり、非常に信頼性の高い試
験を実施できる。
(実施例)を図面に基づいてより詳細に説明する。
面図、図2は、図1のA方向矢視図である。図1および
図2に示したように、この振動発生機1には、振動発生
機本体(図示せず)内にリング状の継鉄枠部材2が配設
(固着)されており、このリング状の継鉄枠部材2に形
設されたリング状の凹部4にリング状の励磁コイル部材
6が配設されている。なお、この励磁コイル部材6は、
図示しないが、導線自体をリング形状に巻いて形成した
ものであって、直流電源(図示せず)から直流電流を通
電することにより直流磁界を発生するように構成されて
いる。なお、この励磁コイル部材6は、永久磁石であっ
ても構わない。また、このような永久磁石を用いる場合
には、励磁コイル部材は、図3に示したように、内側継
鉄枠部材2Aに設けた励磁コイル部材6’としてもよ
く、図4に示したように、外側継鉄枠部材2Bに設けた
励磁コイル部材6”としてもよい。
鉄枠部材2Aとその周囲を取り囲むリング形状の外側継
鉄枠部材2Bとから構成され、内側継鉄枠部材2Aと外
側継鉄枠部材2Bの間に、長手方向に案内孔2Cが設け
られている。そして、この案内孔2Cの上下2箇所に、
第1のエアギャップ8と第2のエアギャップ9が形成さ
れている。
の上側振動部材12Aと下側振動部材12Bを連結する
連結筒12Cが上下動可能に挿通されている。そして、
図1および図2に示したように、外側継鉄枠部材2Bの
上端及び下端にそれぞれ、周方向に一定角度離間して配
設された少なくとも二つ以上の(図2に示したように、
本実施例では、中心角で90°離間した4箇所の)固定
枠部材13が固着されている。この固定枠部材13に懸
架用バネ部材10の一端10Aが固定されているととも
に、懸架用バネ部材10の他端10Bが、振動部材12
の上側振動部材12Aと下側振動部材12Bに固定され
ている。
側継鉄枠部材2Bの下端に、固定枠部材13の間の4箇
所に、固定枠21の固定枠足部材21A〜21Dが固着
されている。この固定枠足部材21A〜21Dは、中心
に向かって延設されて、中心部分で一体化して固定枠本
体22を構成し、固定枠本体22から上方に向かって、
固定枠中央足部材23が延設され、下側振動部材12B
の中心部分に形成された中心孔12Dに挿通されて、内
側継鉄枠部材2Aの下端に固着されている。
振動部材12B、及び連結筒12Cは、マグネシウム、
アルミニウムなどの金属から構成するのが、可動部分を
軽量化するため好ましい。また、本実施例の場合には、
固定枠部材13を外側継鉄枠部材2Bの上端及び下端に
固定したが、振動機本体に直接固定しても構わないこと
は勿論である。なお、振動部材12の上側振動部材12
Aおよび下側振動部材12Bは、軽量で高剛性の金属、
例えば、マグネシウム、アルミニウムなどから構成する
のが好ましく、固定枠部材13は、純鉄から構成するの
が好ましい。
状のコイル枠部材14が接着又はボルトなどで固着さ
れ、コイル枠部材14には、導電性の巻線16が巻装さ
れて第1の可動コイル部材18を構成し、第1のエアギ
ャップ8内に位置するように配置されている。同様に、
下側振動部材12Bの上方には円筒状のコイル枠部材1
7が接着又はボルトなどで固着され、コイル枠部材17
には、導電性の巻線16’が巻装されて第2の可動コイ
ル部材19を構成し、第2のエアギャップ9内に位置す
るように配置されている。なお、これらのコイル枠部材
14及びコイル枠部材17は、軽量化からすれば、マグ
ネシウム、アルミニウムなどの金属から構成するのが好
ましい。
動コイル部材18及び第2の可動コイル部材19がそれ
ぞれ、第1のエアギャップ8及び第2のエアギャップ9
内を上下方向に移動可能となっており、これに伴って、
振動部材12が上下方向に振動可能になっている。
2の可動コイル部材19の巻線16及び巻線16’に
は、それぞれ電力供給端子20、20が外部に取り出さ
れている。
イル部材6に直流電流を流すことによって起磁力を発生
させて、この起磁力によって磁路に設けた第1のエアー
ギャップ8及び第2のエアーギャップ9に直流強磁界を
発生させる。そして、この磁界中にそれぞれ、第1のコ
イル部材18及び第2のコイル部材19がそれぞれ位置
し、このコイル部材18及び第2のコイル部材19に交
流電流を流すことにより、フレミングの左手の法則にし
たがって、磁界と電流に直交する方向に力が発生し、第
1のコイル部材18及び第2のコイル部材19、すなわ
ち、振動部材112が上下振動するようになっている。
下2箇所に設けた場合のBH曲線は、図2に示したよう
に、従来の動作点はb点であり、2つめのエアーギャッ
プに消費する起磁力を差し引くと、その動作点はc点と
なり磁束密度(B)は低下するが、もともと漏洩させて
いた起磁力であり、その低下は高々十数%、10〜15
%であり何ら遜色はない。
で求められる。 F=Bli N B:エアーギャップ磁界の強さ、磁束密度 [T] l:磁界に関与するコイルの有効長 [m] i:コイルに流す電流 [A] この式を用いて、従来よりエアーギャップを一つ追加
し、同一コイルを配置した場合に発生する力は下記のよ
うになる。
に発生する力をF1、エアーギャップを追加した特の力
をF2とすれば、追加したエアーギャップの磁束密度B2
は15%低下するとしてB1の85%である。すなわ
ち、B2=0.85B1[T]となる。
2倍のの加振力が得られることになる。また、第1のエ
アギャップ8及び第2のエアギャップ9の磁界の方向が
逆であるため、第1のコイル部材18及び第2のコイル
部材19は巻線16、16’を相互に逆方向に巻くか、
流す電流の方向を逆にして並列接続にすれば、通電によ
る駆動方向が同一となるため加振力が向上する。
ダクタンスをL1、第2のコイル部材19の自己インダ
クタンスをL2とすれば、鉄心に巻かれていることから
透磁率μSの値によっても影響されるが、各々のLから
インピーダンスを求めると下記のようになる。
/2となり、高周波領域で振動発生機に信号を供給する
電力増幅器のパワーが約半分ですむことになる。このよ
うな手法を、「力合成モード」と言い、図で示せば、図
3のようになる。
振動解析の際に、構造物の所定の部位に引張又は圧縮の
予圧をかけて振動、加振を行って構造解析を実施する場
合、すなわち、「圧縮モード」又は「引張モード」の際
に、図4に示したように、第1の可動コイル部材18及
び第2の可動コイル部材19の電力供給端子20、22
のうち、一方に直流電流(二点鎖線参照)を、他方に交
流電流(点線参照)を供給するように構成すればよい。
を行う場合には、所定の基本周波数の交流電流と基本周
波数と異なった周波数の交流電流を重畳して供給して加
振して、その応答を解析する「重畳モード」の際に、図
5に示したように、前記第1の可動コイル部材18及び
第2の可動コイル部材19の電力供給端子20、22の
うち、一方に基本周波数の交流電流(図5(A)参照)
を、他方に前記基本周波数と異なった周波数の交流電流
(図5(B)参照)を重畳して(図5(C)参照)供給
するように構成すればよい。
験用の振動発生機として用いることができるばかりでな
く、構造物の振動モード解析において、圧縮モード若し
くは引張モード、又は重畳モードの際にも、従来のよう
に機械的に外力を負荷するのではなく、電気的な力で作
用することができるため、不要な成分の混入がなく、力
の制御が容易であり、非常に信頼性の高い試験を実施で
きる。
いて述べたものであり、例えば、振動部材12の形状を
コーン形状にするなど種々の変更が可能であることは勿
論である。
磁路にエアーギャップを2回路形成し、エアーギャップ
にそれぞれコイルを配置したので、以下のような特有で
顕著な作用効果を奏する優れた発明である。 (1)磁束密度の低下は十数パーセントですみ、しか
も、従来の振動発生機と比較して、約2倍もの加振力が
得られるとともに、高周波領域で振動発生機に信号を供
給する電力増幅器のパワーが約半分ですむことになる。
2倍もの力を発生することができるため、従来の振動発
生機の力を基準にすれば、大きさを半分にすることがで
きる。その結果、円形磁路にすると1/4にまで質量が
低減することができ、小型、軽量化が図れ、耐久試験用
として使用する場合、設置スペースが小さくてすむ。 (2)耐久試験用の振動発生機として用いることができ
るばかりでなく、小型、軽量化が図れたことにより、振
動モード解析用加振源として使用する際、従来接地スペ
ースがなくてできなかったことがかなりの実現性で可能
となる。しかも、軽量化によって、設置作業が安全、確
実に実施できる。 (3)また、試料に対して、圧縮、引張モード、波形重
畳モードなど従来手軽にできなかった加振モードが実現
できる。しかも、従来のように機械的に外力を負荷する
のではなく電気的な力で作用することができるため、加
振時の不要な外乱成分の混入がなく、力の制御が容易で
あり、非常に信頼性の高い試験が実施可能である。 (4)従って、振動発生機の質量は、従来比で1/2〜
1/4の質量ですむことから、構成部品の質量が低減で
き、資源の低減化も図れる。
面図である。
概略断面図である。
H曲線を示すグラフである。
フである。
である。
略構成図である。
る。
構成図である。
ある。
Claims (6)
- 【請求項1】 振動発生機本体内に配設された継鉄枠部
材と、 前記継鉄枠部材に形設されたリング状凹部に装着された
リング状の励磁コイル部材と、 前記継鉄枠部材の内側継鉄枠部材と外側継鉄枠部材との
間に形成された上下2箇所の第1のエアギャップと第2
のエアギャップと、 前記第1及び第2のエアギャップ内を上下動可能に配置
されるとともに、懸架用バネ部材を介して振動発生機本
体側に懸架されて上下振動可能に構成された振動部材
と、 前記振動部材に固設されるとともに、前記第1のエアギ
ャップ内に位置する第1の可動コイル部材と、 前記振動部材に固設されるとともに、前記第2のエアギ
ャップ内に位置する第2の可動コイル部材とから構成し
たことを特徴とする振動発生機。 - 【請求項2】 前記励磁コイル部材に直流電流を供給す
るとともに、前記第1の可動コイル部材及び第2の可動
コイル部材に、直流電流又は交流電流のいずれかを選択
的に供給できるように構成したことを特徴とする請求項
1に記載の振動発生機。 - 【請求項3】 前記第1の可動コイル部材及び第2の可
動コイル部材に供給する電流の向きが逆向きになるよう
にして、加振力を増加させるように構成したことを特徴
とする請求項1又は2に記載の振動発生機。 - 【請求項4】 前記第1の可動コイル部材及び第2の可
動コイル部材の巻線方向が相互に逆方向になるようにし
て、加振力を増加させるように構成したことを特徴とす
る請求項1又は2に記載の振動発生機。 - 【請求項5】 圧縮モード又は引張モードの際に、前記
第1の可動コイル部材及び第2の可動コイル部材のう
ち、一方に直流電流を、他方に交流電流を供給するよう
に構成したことを特徴とする請求項1から4のいずれか
に記載の振動発生機。 - 【請求項6】 重畳モードの際に、前記第1の可動コイ
ル部材及び第2の可動コイル部材のうち、一方に基本周
波数の交流電流を、他方に前記基本周波数と異なった周
波数の交流電流を重畳して供給するように構成したこと
を特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の振動発
生機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20048997A JP3838747B2 (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 振動発生機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20048997A JP3838747B2 (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 振動発生機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH1144606A true JPH1144606A (ja) | 1999-02-16 |
JP3838747B2 JP3838747B2 (ja) | 2006-10-25 |
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ID=16425176
Family Applications (1)
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JP20048997A Expired - Lifetime JP3838747B2 (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 振動発生機 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3838747B2 (ja) |
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JP3838747B2 (ja) | 2006-10-25 |
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