JPS627083B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は共振型電磁振動機用制御装置に関す
る。

共振型電磁振動機には種々の機種が公知である
が、例えば電磁フイーダについて述べると、駆動
部は板ばねを介して被加振体としてのトラフに結
合されている。駆動部は電磁石を含み、このコイ
ルに交流を通電すると、加振力が発生し、トラフ
はこの交流の周波数で振動する。このような電磁
フイーダは駆動部の質量、トラフの質量、板ばね
のばね常数などから成る２質量系の振動系を構成
し、これらにより固有振動数もしくは共振周波数
が決定される。そして通常はこの固有振動数また
はこれに近い振動数の加振力でトラフが加振され
る。すなわち、一般には駆動電源として商用電源
が用いられるが、電磁フイーダはその固有振動数
が商用電源の周波数に一致するように、またはこ
れに近くなるように設計される。これによりトラ
フに所定の振巾を得るための加振力の大きさを極
小に、またはこれに近くすることができる。従つ
て、駆動部の電磁石のコイルに通電する電流の大
きさを小さくすることができて、消費電力を少な
くすることができる。

然るに、トラフに何ら移送材料を供給しない、
すなわち無負荷か、負荷が非常に小さい場合には
問題はないが、負荷がある程度大きくなると加振
力が一定であるにも拘らず、トラフの振巾が小さ
くなる。これは移送材料を含む被加振体の重量が
増加したことゝ、これによる固有振動数の変動と
の相乗作用によるものであるが、従来は、これに
対処するためにこの固有振動数の変動分を見込ん
で、無負荷時における固有振動数を定めていた。
然るに、負荷が一定であれば、ほゞ目的は達成さ
れるが、負荷が変動すれば、これに応じて固有振
動数も振巾も変動する。従つて、固有振動数でト
ラフを振動させることによるメリツトは失われる
ばかりか、所定の作用が得られなくなる。

また、電磁フイーダの設計段階において、その
固有周波数を使用する交流電源の周波数に一致さ
せること及び振巾を所定の値にすることは、種々
の設計上の制約が加わり、それだけ設計を困難に
する。

本発明は上述の点に鑑みてなされ、簡単な設計
で共振型電磁振動機を製造することができ、かつ
最小の消費電力で常に一定の振巾を得ることので
きる共振型電磁振動機用制御装置を提供すること
を目的とする。この目的は本発明によれば、交流
電源；該交流電源に接続される交流→直流変換
器；該変換器に接続される直流→交流変換器；該
直流→交流変換器の交流出力を受ける駆動部を有
する共振型電磁振動機；該共振型電磁振動機の被
加振体の検出された振動と前記交流出力に基づく
加振力との位相差を検出する位相検出手段；と前
記共振型電磁振動機の固有振動数またはこれに近
い振動数における振動と加振力との位相差π/2又
はこれに近い値と、前記位相検出手段の出力とを
比較する第１比較手段；と前記被加振体の検出さ
れた振動の振巾と、所定の振巾とを比較する第２
比較手段とを具備し、前記第１比較手段の出力に
基づいて前記直流交流変換器の交流出力の周波数
を制御して前記加振力の周波数を前記固有振動数
またはこれに近い振動数に一致するように制御
し、かつ前記第２比較手段の出力に基づいて前記
交流→直流変換器の直流出力のレベルを制御して
前記加振力の大きさを、前記被加振体の振動の振
巾が前記所定の振巾に一致するように制御するこ
とを特徴とする共振型電磁振動機用制御装置、に
よつて達成される。

以下、本発明が適用される実施例について図面
を参照して説明する。

第１図は実施例の共振型電磁振動機用制御装置
のブロツク回路図を示すが、図において概略的に
示すように本実施例で制御される共振型電磁振動
機は電磁フイーダ１であつて、これは被加振体と
してのトラフ２と、加振機としての電磁石式駆動
部３とから成つており、これらは公知のように重
ね板ばねを介して結合されている。この駆動部３
の電磁石コイルに後述のように制御された交流が
供給されるのであるが、本実施例による制御装置
は主として商用交流電源４に接続される交流−直
流変換器５と、商用交流電源４と同期して働ら
き、交流−直流交換器５の直流出力レベルを制御
するパルスを発生するゲート回路６と、交流→直
流交換器５の直流出力を交流に変換するための直
流→交流変換器７と、電磁フイーダ１のトラフ２
の振動すなわち振巾を検出するための振巾検出器
８と、直流→交流変換器７の交流出力と振巾検出
器８の出力との位相差を検出するための位相検出
器９と、この位相検出器９の出力と、設定された
位相とを比較するための比較器１０と、この比較
器１０の出力を受けて、PI制御を行ないこの大き
さに応じた電圧を発生するPI（Proportional
Integral）制御器１１と、このPI制御器１１の出
力を受けて、この大きさに応じた周波数のパルス
を発生するＶ−Ｆ変換器１２と、このＶ−Ｆ変器
１２の出力パルスを後に詳述する直流→交流変換
器７内の４個のトランジスタに分配するためのパ
ルス分配器１３と、振巾検出器８の出力と設定さ
れた振巾とを比較するための比較器１４と、この
比較器１４の出力を受けてPI制御を行ない、この
大きさに応じた電圧を発生するPI制御器１５とか
ら成つている。

PI制御器１５の出力はゲート回路６に供給さ
れ、交流→直流変換器５に対するゲートパルスの
位相を制御する。従つて、直流→交流変換器７か
らは振巾検出器８の出力と、位相検出器９の出力
とに応じて制御された大きさと周波数の交流が得
られ、これが電磁フイーダ１の駆動部３の電磁石
コイルに供給される。この電磁石コイルに通電さ
れる交流の周波数で、かつこの交流の大きさに応
じた大きさの加振力を駆動部３が発生する。

次に上述の交流→直流変換器５及び直流交流→
変換器７の詳細について第２図を参照して説明す
る。

交流→直流変換器５において、ダイオード
D₁，D₂及びサイリスタSCR₁，SCR₂によつてブリ
ツヂ回路が構成され、これに商用交流電源４が接
続される。サイリスタSCR₁，SCR₂のゲート電極
にはダイオードD₃，D₄を介してゲート信号供給
端子Ｇから、第１図のゲート回路６のゲートパル
スが供給される。このゲートパルスによつてサイ
リスタSCR₁，SCR₂の通電角が制御された整流出
力がブリツヂ回路から得られ、ダイオードD₉、
リアクトルＬ及びコンデンサC₁から成る平滑回
路で平滑された直流出力として、第１図では図示
しなかつた保護回路２０を介して、直流→交流変
換器７に供給される。

直流→交流変換器７においては、トランジスタ
TR₂とTR₅とが一方の対をなし、トランジスタ
TR₃とTR₄とが他方の対をなす。また、各トラン
ジスタTR₂〜TR₅と並列にそれぞれ過電圧吸収用
のダイオードD₅〜D₈が接続される。トランジス
タTR₂とTR₄との接続点及びダイオードD₅とD₇と
の接続点は電磁フイーダ１の駆動部３の電磁石コ
イル２３の一方の端子２１に接続され、トランジ
スタTR₃とTR₅との接続点及びダイオードD₆とD₈
との接続点は電磁石コイル２３の他方の端子２２
に接続される。電磁石コイル２３はコア２４に公
知のように巻装されている。トランジスタTR₂〜
TR₅のベース電極B₂〜B₅には第１図におけるパル
ス分配器１３から矩形波状のパルスがベース信号
として供給されるが、一方の対のトランジスタ
TR₂，TR₅のベース電極B₂，B₅と、他方の対のト
ランジスタTR₃，TR₄のベース電極B₃，B₄とには
交互にベース信号が供給される。従つて、一方の
対のトランジスタTR₂，TR₅が導通状態にあると
きは、他方の対のトランジスタTR₃，TR₄は非導
通状態にあり、また一方の対のトランジスタ
TR₂，TR₅が非導通状態にあるときは、他方の対
のトランジスタTR₃，TR₄は導通状態にある。

保護回路２０は線路に巻回された検出コイル２
５、抵抗ＲとトランジスタTR₁との直列回路から
成り、検出コイル２５により過電流が検出された
場合には、図示しない遮断回路により、交流→直
流変換器５におけるゲート信号供給端子Ｇへのゲ
ートパルスは遮断され、直流→交流変換器７にお
けるトランジスタTR₂〜TR₅のベース電極B₂〜B₅
へのベース信号は遮断される。また、これと同時
に、トランジスタTR₁のベース電極B₁にベース信
号が供給され、トランジスタTR₁は導通状態とな
つて、交流→直流変換器５におけるコンデンサ
C₁に蓄えられている電荷は抵抗Ｒを介して放電
される。これによつて、上述の各回路素子が過電
流から保護される。なお、コンデンサC₁の両電
極間の電圧を検出するようにし、過電圧を検出し
たときに、上述のような保護作用をさせるように
してもよい。

本実施例のゲート回路６はまた次のように構成
されている。すなわち、図示しないが、この装置
の起動ボタンを押すと、ゲート回路６にスタート
指令信号が与えられ、これによりゲート回路６か
らは第３図Ｂに示すようなゲートパルスが発生す
るように構成されている。第３図Ａ〜Ｄにおいて
は、起動直後の各部の信号の時間的変化が示され
ているが、第３図Ａに示す商用交流電源４の交流
の瞬時値が零のときを基準としてゲートパルスの
位相θが、θ＝180゜−k₁t（但しｔは時間、k₁は
常数）のように変化するように構成されている。
すなわち、第３図Ｃに示すように、整流波形（サ
イリスタSCR₁，SCR₂、ダイオードD₁，D₂によつ
て構成されるブリツジ回路の出力）がθｎ＞θｎ
＋１＞………とθが変化するのであるが、このθ
が所定の値αになるまで、k₁の割合で減少するよ
うに構成されている。この所定の値αは比較器１
４に設定される振巾の値によつて決定される。ま
た図示しないが、この装置の停止ボタンを押す
と、ゲート回路６にストツプ指令が与えられ、こ
れによりゲートパルスの位相が180゜になるまで
θ＝α＋k₁tと変化するようにゲート回路６が構
成される。

上述の常数k₁は次のような点を考慮して定めら
れる。すなわち一般に振動機にある周波数の加振
力を与えると、この振動系の粘性抵抗係数や固有
振動数の高さに応じて起動時及び停止時には第４
図Ａに示すような過渡状態で振動する。従つて起
動直後及び停止直後には振巾が非常に大きく、や
がて定常値もしくは零になるが、このような過渡
状態が振動機の所望の作用に悪影響を及ぼすこと
がある。本実施例ではこの点に鑑みて、第４図Ｂ
で示すようになめらかに振動機が起動し、停止す
るように常数k₁が定められている。すなわち、粘
性抵抗係数が小さいときには、θが所定の値αに
なるまでの時間、すなわち振巾の立上り時間を長
く、また粘性抵抗係数が大きいときには該立上り
時間を短かくするように制御している。停止する
ときの立下り時間についても同様である。

第３図Ｂに示すようにゲートパルスにより、交
流→直流変換器５におけるブリツヂ回路からは第
３図Ｃに示すような整流出力が得られ、これは平
滑回路により平滑されて、交流→直流変換器５か
らは第３図Ｄに示すような直流電圧が得られる。
この直流電圧はゲートパルスの位相θがαになる
と共に定常値Ｅになるのであるが、Ｅ≒k₂α（k₂
は常数）であり、Ｅの高さによつてトラフ２の振
巾が一義的に定まるので、結局αによつてトラフ
２の振巾が定まることになる。

次に比較器１０に設定される位相値について説
明する。

電磁振動機１の駆動部３が発生する加振力と、
これを受けて振動するトラフ２の振巾との間の位
相差δは振動工学上、一般に次のような関係式で
表わされる。

tanδ＝２γλ／１−λ^２ 上式においてγは振動系の粘性抵抗係数であ
り、 λ＝ｆ／ｆｏ＝加振力の周波数／振動系の共振周波
数である。

従つて、ｆ＝fo、すなわちλ＝１のときが、共
振状態であり、このときは上式からδ＝π／２とな る。またλ→０ではδ→０であり、λ→∞ではδ
→πである。従つて、δはｆの増加の共に０→π／２ →πと変化するが、この変化の様子は粘性抵抗係
数γによつて異なり、γ＝０のときにはｆ＝foで
δはステツプ的に０からπとなる。然しながら実
際には粘性抵抗係数γは零ではあり得ないので、
共振状態ではδ＝π／２となる。然しながら、本実施 例では制御の安定性からπ／２よりわずかに小さい値 が比較器１０に設定される。

なお、直流→交流変換器７の交流出力が駆動部
３の電磁石コイル２３に通電されることにより、
吸収力が発生し、これが加振力となるのである
が、交流出力と加振力の位相は同一である。な
お、この位相は厳密には同一ではないが、わずか
な一定の位相差を増減すれば一致させることがで
きるので、以下同一として説明する。

本発明の実施例による電磁振動機用制御装置は
以上のように構成されるが、次にこの作用につい
て説明する。

今、図示しない起動ボタンを押すと、スタート
指令信号がゲート回路６に供給され、第３図Ｂに
示すようなゲート信号が交流→直流変換器５のサ
イリスタSCR₁，SCR₂のゲート電極に供給され
る。これによりそのブリツジ回路から第３図Ｃに
示すような整流出力が得られ、これは平滑回路に
より平滑されて第３図Ｄに示すような出力が交流
→直流変換器５から得られ、これは直流→交流変
換器７に供給される。

他方、このときの位相検出器９の出力と設定位
相値との差に応じて変動する周波数のパルスがパ
ルス分配器１３から直流→交流変換器７における
トランジスタTR₂，TR₅のベース電極B₂，B₅と
TR₃，TR₄のベース電極B₃，B₄とに交互に供給さ
れる。今、このパルスが一方の対のトランジスタ
TR₂，TR₅のベース電極B₂，B₅に供給されたとす
ると、これらトランジスタTR₂，TR₅は導通状態
となり、電流がトランジスタTR₂→端子２１→コ
イル２３→端子２２→トランジスタTR₅と流れ、
コイル２３を励磁する。次に他方の対のトランジ
スタTR₃，TR₄のベース電極B₃，B₄にパルスが供
給されると、これらトランジスタTR₃，TR₄は導
通状態となり、電流がトランジスタTR₃→端子２
２→コイル２３→端子２１→トランジスタTR₄と
流れ、コイル２３を励磁する。このように、コイ
ル２３には、交流−直流変換器５の直流出力のレ
ベルに応じた大きさの交流が流れることになる。
この交流によつて電磁石２４に交流吸引力が発生
し、トラフ２を加振する。

起動時には第３図Ｄで示されるような立上り特
性の直流出力が直流→交流変換器７に供給される
ので、第４図Ｂに示すようにトラフ２は極めて安
定に起動する。交流→直流変換器５の直流出力は
やがて設定振巾に対応するレベルＥに達するので
あるが、もし起動と同時にこのレベルの直流が直
流→交流変換器７に供給されると、トラフ２は第
４図Ａに示すような過渡状態で振動を開始し、そ
の作用に悪影響を及ぼす。

位相検出器９からは直流→交流変換器７の交流
出力と振巾検出器８の出力との間の位相差を検出
する出力が発生し、これが比較器１０で設定位相
値（本実施例でπ／２よりわづかに小さい値）と比較 され、これらの差が零になるようにPI制御器１１
で制御された周波数のパルスがパルス分配器１３
から直流→交流変換器７に供給される。従つて、
トラフ２は共振周波数に非常に近い振動数で振動
するように制御される。

他方、振巾検出器８の出力は設定振巾値と比較
器１４で比較され、これらの差が零になるように
PI制御器１５で制御された位相のゲート信号が交
流→直流変換器５に供給され、これによりこの変
換器５からは設定振巾値に対応するレベルの直流
出力が得られる。従つてトラフ２は所望の振巾値
で振動することになる。

以上のようにして定常状態では共振周波数に
ほゞ等しい周波数で、かつ所望の振巾でトラフ２
は振動しているが、今このトラフ２に移送材料、
例えば砂をトラフ２の左端部上方に設けられた図
示しないホツパーから供給したとする。砂はトラ
フ２の振動より移送力を受けて図において右方へ
と移送され、トラフ右端から排出されるものであ
るが、このように負荷を受けると、トラフ２の振
巾は小さくなろうとし移送材料を含む振動系の共
振周波数は低下する。然るに本実施例によれば、
トラフ２の振巾は振巾検出器８で検出され、設定
振巾値と比較器１４で比較され、常にこの設定振
巾値となるように交流→直流変換器５が直源出力
を発生するので、負荷状態においても所望の振巾
値で振動する。また共振周波数は負荷と共に低下
するが、直ちにこのときの加振力と振力との位相
差が検出され、これが比較器１０で設定位相値と
比較され、この位相値となるように直流→交流変
換器７の交流出力の周波数が制御されるので、振
動数は無負荷時より減少するが、やはり共振状態
は保持される。

トラフ２の振動を停止すべく、図示しない停止
ボタンを押すと、ストツプ指令信号がゲート回路
６に供給される。これにより、強制的にゲート信
号の位相θは180゜になるまでθ＝α＋k₁t（但し
αは無負荷時の定常状態における値）の式に従つ
て変化する。従つて、ゲート信号は第３図Ｂで示
す変化とは逆方向に変化し、交流→直流変換器５
におけるブリツヂ回路の整流出力も第３図Ｃに示
す変化とは逆方向に変化する。これにより交流→
直流変換器５の直流出力は第３図Ｄに示す変化と
は逆方向に変化し、零に近づく。従つて、第４図
Ｂに示すように静かに停止する。もし、このよう
な立下り特性を与えずに、直流出力のレベルをＥ
から直後零にすると、トラフ２は第４図Ａに示す
ように過渡振動を行なうことになる。

もしトラフ２の運転中に、または起動時に何ら
かの理由で過大な電流が流れた場合には、保護回
路２０における検出コイル２５によりこれが検出
されて、トランジスタTR₁のベース電極B₁にベー
ス信号が供給され、トランジスタTR₁は導通状態
になる。これにより、コンデンサC₁の電荷は抵
抗Ｒを介して放電されると共に、サイリスタ
SCR₁，SCR₂のゲート電極へのゲート信号は遮断
され、トランジスタTR₂〜TR₅のベース電極B₂〜
B₅へのベース信号は遮断される。これにより、
各回路素子は保護される。

以上、本発明の実施例について説明したが、勿
論、本発明はこれらに限定されることなく本発明
の技術的思想に基づいて種々の変形が可能であ
る。

例えば、以上の実施例では電磁振動機として電
磁フイーダが示されたがパーツフイーダ、パツカ
ー、スパイラルエレベータなど種々の電磁振動機
に本発明は適用可能である。

特にパーツフイーダに適用した場合、実施態様
として、起動時及び停止時に加振力すなわち交流
→直流変換器５の出力の立上り時間及び立下り時
間を第３図Ｄに示すように（但し立下り時間につ
いては逆方向）振動系の粘性抵抗係数に応じて制
御するように構成すると、従来、起動時及び停止
時に見られた振動の過度状態の大振巾によつて、
ボール内の部品がおどり上つて、その姿勢が乱れ
るということがなくなる。従つて、パーツフイー
ダの整送作用もしくは整送作用もしくは整列作用
が起動時及び停止時に乱されることがない。

また、回路構成も図示した実施例に限定される
ことなく、例えば第２図において直流→交流変換
器７ではスイツチング用に４個のトランジスタ
TR₂〜TR₅が用いられたが、２個だけで構成する
ことも可能である。

また、以上の実施例では位相検出器９ではトラ
フ２の振巾の位相と直流→交流変換器７の出力の
位相とが比較されるとしたが、これに限らず例え
ば電磁石２４の磁束の位相とトラフ２の振巾の位
相とが比較されてもよい。

また以上の実施例では設定される位相値をπ／２よ りわづかに小さい値としたが勿論π／２としてもよ い。

以上述べたように本発明の共振型電磁振動機用
制御装置によれば、電磁振動機を従来より簡単に
設計することができ、また駆動部と被加振体とを
結合する板ばねの大きさや、枚数、締めつけ力な
どの調整は全く不要であつて常に共振状態または
これに近い状態で電磁振動機の被加振体を所定の
振巾で振動させることができる。従つて、加振力
の大きさを極小化することができ、それだけ消費
電力を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による共振型電磁振動
機用制御装置のブロツク回路図、第２図は第１図
における交流→直流変換器、直流→交流変換器及
びこれらと関連する部分の詳細な回路図、第３図
は第１図におけるゲート回路の作用を説明するた
めのグラフ、及び第４図は実施例の作用を説明す
るためのグラフである。 なお、図において、１……電磁フイーダ、２…
…トラフ、３……駆動部、５……交流→直流変換
器、６……ゲート回路、７……直流→交流変換
器、８……振巾検出器、９……位相検出器、１
０，１４……比較器、１１，１５……PI制御器、
１２……Ｖ−Ｆ変換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電源；該交流電源に接続される交流→直
   流変換器；該変換器に接続される直流→交流変換
   器；該直流→交流変換器の交流出力を受ける駆動
   部を有する共振型電磁振動機；該共振型電磁振動
   機の被加振体の検出された振動と前記交流出力に
   基づく加振力との位相差を検出する位相検出手
   段；と前記共振型電磁振動機の固有振動数または
   これに近い振動数における振動と加振力との位相
   差π/2又はこれに近い値と、前記位相検出手段の
   出力とを比較する第１比較手段；と前記被加振体
   の検出された振動の振巾と、所定の振巾とを比較
   する第２比較手段とを具備し、前記第１比較手段
   の出力に基づいて前記直流交流変換器の交流出力
   の周波数を制御して前記加振力の周波数を前記固
   有振動数またはこれに近い振動数に一致するよう
   に制御し、かつ前記第２比較手段の出力に基づい
   て前記交流→直流変換器の直流出力のレベルを制
   御して前記加振力の大きさを、前記被加振体の振
   動の振巾が前記所定の振巾に一致するように制御
   することを特徴とする共振型電磁振動機用制御装
   置。 ２ 前記共振型電磁振動機の起動時に前記交流→
   直流変換器の直流出力のレベルを零から前記所定
   の振巾に対応するレベルにまで徐々に増大させ、
   停止時には該レベルから零にまで徐々に減少させ
   るようにした前記第１項に記載の制御装置。