JP2000292303A - 動電式振動発生機および振動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動台の設置面の水平制御をより安価で、且
つ高精度で行うことが可能な動電式振動発生機を提供す
る。 【解決手段】 試験体（Ｓ）が取付けられる振動台
（２）と、前記振動台の下方に位置して前記振動台を支
持するとともに、直流磁界が形成された空隙中に配置さ
せた可動コイル（３４）に交流電流を流すことにより、
前記振動台を振動させる複数の振動発生機構部（３）
と、前記振動発生機構部の振動を制御する振動制御部
（４）と、を備えた動電式振動発生機（１）であり、前
記各振動発生機構部における前記振動台を支持する支持
部（３５）が、所定の基準位置から変位したときの垂直
方向の変位を測定する変位測定手段（３７）により測定
された垂直方向の変位に基づいて、前記各可動コイルに
前記支持部の位置を基準位置に戻すために必要な直流電
流を送電する帰還制御を行い、前記支持部の位置を基準
位置に戻すために必要な直流電流を前記各可動コイルに
供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試験体に振動を与
えることにより試験体の耐震性や耐久性を評価する振動
発生機および振動制御方法に関し、特に、磁界中のコイ
ルに電流を流した時に発生する力を利用した動電式振動
発生機および振動制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気・電子分野などの比較的小型
な部品等から航空・宇宙分野などの比較的大型の製品等
について、様々な振動条件の下で振動試験を行わせるこ
とにより、部品や製品の耐震性や耐久性を評価する装置
として、振動発生機が知られている。このような振動発
生機としては、例えば、図４に示す動電式振動発生機が
知られている。

【０００３】図４に示す動電式振動発生機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、ばね１０６などにより
構成されている。励磁コイル１０３は、電源部（図示省
略）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１０１、内側磁極１０
２との間のギャップ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には図示しな
い駆動回路によって生成される交流電流が供給されてお
り、可動コイル１０４は前記ギャップＧに形成された直
流磁界中を前記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
設置されたばね１０６によって支持される振動台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
には試験体１０７が取付けられており、振動台１０５の
振動に伴って試験体１０７が振動し、この時の振動特性
を測定出来るようになっている。

【０００４】ところで、比較的大きく嵩張る試験体で
は、振動台の設置面の面積を大きくしないとならない
が、そうすると、一つの振動発生機（１点支持）では不
安定となるため、設置面積の大きな振動台を複数の点
（例えば、４点）で支持する必要がある。複数の点で振
動台を支持した場合には、試験体を設置した時の重心位
置により、振動台が傾斜してしまうという問題点があ
り、この傾斜を修正して水平を保ちながら試験するた
め、従来は、各振動発生機の近傍の振動台に加速度セン
サを取付け、各加速度センサの値が等しくなるように振
動を制御する多軸制御装置を用いた制御を行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の多軸制御装置を用いた水平制御は、多軸制御装置自
体が高価であるため、より安価で、且つ多軸制御装置と
同等の水平制御が可能な振動試験機のニーズがあった。

【０００６】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、振動台の設置面の水平制御をより安
価で、且つ高精度で行うことが可能な動電式振動発生機
および振動制御方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、試験体（Ｓ）が取付けられ
る振動台（２）と、前記振動台の下方に位置して前記振
動台を支持する少なくとも二以上の支持部（３５）を備
え、前記各支持部に取り付けられるとともに、直流磁界
が形成された空隙中に配置させた可動コイル（３４）
に、交流電流を流すことにより、前記振動台を振動させ
る複数の振動発生機構部（３）と、前記振動発生機構部
の振動を制御する振動制御部（４）と、を備えた動電式
振動発生機（１）であって、前記支持部が所定の基準位
置から変位したときの垂直方向の変位を測定する変位測
定手段（３７）と、前記各変位測定手段により測定され
た垂直方向の変位に基づいて、前記各可動コイルに前記
支持部の位置を基準位置に戻すために必要な直流電流を
送電する帰還制御を行う帰還制御部（４２、４３、４
４、４５、４６）と、を備えたことを特徴としている。

【０００８】請求項１記載の発明によれば、変位測定手
段によって、振動台を支持する支持部が所定の基準位置
から変位したときの垂直方向の変位が測定され、帰還制
御部により、各可動コイルに支持部の位置を基準位置に
戻すために必要な直流電流を送電する帰還制御がなさ
れ、これにより振動台を基準位置に戻すために必要な直
流電流が各可動コイルに供給される。従って、振動試験
を行う場合、振動台に取付けられた試験体の重心位置に
よって振動台が基準位置からずれた時でも振動台を基準
位置に戻した状態で試験を行うことが出来ることとなっ
て、より正確な振動試験を行うことが出来る。特に、基
準位置を振動台が水平に保たれる位置に設定すれば、常
に水平が保たれた状態での振動試験が行われることとな
って、従来の多軸制御装置を用いた水平制御に比較して
安価で、且つ多軸制御装置と同等の水平制御が可能とな
る。

【０００９】ここで、変位測定手段は、結果として支持
部の基準位置からの変位を測定可能な場所に取り付けれ
ばよいが、例えば、一方の端部を支持部の一部、或いは
振動台の一部に取り付け、他方の端部を振動発生機構部
の非振動部に取り付けるようにしてもよい。支持部の基
準位置とは、任意に設定されるものであり、例えば、振
動台が水平位置に保たれる位置を基準位置としてもよい
し、或いは振動台を所定の角度で傾斜させた位置を基準
位置としてもよい。直流磁界の形成する方式は、永久磁
石を用いた方式のものであっても、或いは電磁石を用い
た方式のものであってもよい。変位測定手段としては、
例えば、リニアスケール、ＬＶＤＴ（差動変圧器）、コ
ンデンサピック（電荷容量型変位センサ）、或いは電気
マイクロメータなどであるが、これに限るものではな
く、支持部の基準位置からの変位を測定可能なものであ
ればどのような手段を用いてもよい。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の動
電式振動発生機における振動制御方法であって、前記変
位測定手段により、前記支持部が所定の基準位置から変
位したときの垂直方向の変位を測定し、前記変位に基づ
いて、前記帰還制御部により、前記各可動コイルに前記
各支持部の位置を基準位置に戻すために必要な直流電流
を可動コイルに送電することによって前記各支持部を基
準位置に保ち、この状態で前記振動台を振動させること
を特徴としている。

【００１１】請求項２記載の発明によれば、振動台を支
持する支持部が所定の基準位置から変位したときの垂直
方向の変位が測定され、この変位に基づいて、各可動コ
イルに各支持部の位置を基準位置に戻すために必要な直
流電流を送電する帰還制御が行われ、帰還制御に基づい
て各支持部の位置が基準位置に戻され、この状態で各可
動コイルに振動台を振動させるための交流電流が供給さ
れる。従って、振動試験を行う場合、振動台に取付けら
れた試験体の重心位置によって振動台が基準位置からず
れた時でも振動台を基準位置に戻した状態で試験を行う
ことが出来ることとなって、より正確な振動試験を行う
ことが出来る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明に係る
動電式振動発生機および振動制御方法の実施の形態を詳
細に説明する。図１は、本発明に係る動電式振動発生機
の全体構成を模式的に示した図であり、図２は、図１の
Ａ−Ａ部の断面部の構成を模式的に示した図である。ま
た、図３は、図１の動電式振動発生機の振動制御に関す
る要部構成を示したブロック図である。

【００１３】図１〜３に示す動電式振動発生機１は、平
面視において矩形状に形成され、所定の剛性を有する振
動台２と、該振動台２の４つの角部２ａの下面部に設け
られ、前記振動台２を支持する振動発生機構部３（３ａ
〜３ｄ）と、前記各振動発生機構部３…に接続され、前
記振動発生機構部３…の振動制御を行う振動制御部４
と、振動制御のための所定の操作を入力する操作部６
と、振動試験条件や振動試験結果を表示する表示部７
と、などにより概略構成されている。

【００１４】前記振動発生機構部３は、図２の側断面図
に示すように、外側磁極３１、内側磁極３２、励磁コイ
ル３３、可動コイル３４、振動台支持部３５（支持
部）、空気ばね３６、変位計３７（変位測定手段）など
により構成されている。前記外側磁極３１は、内部に格
納された励磁コイル３３によって磁化される磁性体であ
る。また、前記内側磁極３２は、前記空気ばね３６及び
この空気ばね３６に取り付けられた振動台支持部３５を
介して前記振動台２を支持する支柱であるとともに、前
記励磁コイル３３によって磁化される磁性体である。そ
して、前記外側磁極３１の上端部の円周に沿って形成さ
れた環状の突部３１ａと前記内側磁極３２との間のギャ
ップＧには、直流磁界が形成される。

【００１５】前記励磁コイル３３は、電源から供給され
た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３１、内側磁極３２との間のギャップＧ
には、可動コイル３４を横切る直流磁界が形成される。

【００１６】前記可動コイル３４には、後述する帰還制
御回路４３等による帰還制御に基づいて振動台支持部３
５を基準位置に戻すための直流成分が加味された所定の
交流電流が供給されるとともに、前記ギャップＧに形成
された直流磁界中を前記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３４は、内側磁極３２の
上面に取り付けられた空気ばね３６によって支持される
振動台支持部３５の下端部に固定されており、可動コイ
ル３４が振動することによって振動台支持部３５が振動
して振動台２が振動する。更に、振動台２には試験体Ｓ
が取付けられており、振動台２の振動に伴って試験体Ｓ
が振動し、この時の振動特性を図示しない加速度計など
により測定出来るようになっている。

【００１７】前記変位計３７は、例えば、リニアスケー
ルからなり、前記振動台支持部３５の基準位置からの変
位、即ち、前記振動台２の水平面に対して垂直な方向の
変位が測定され、測定された変位は、変位信号として前
記振動制御部４の帰還制御回路４３に出力される。ここ
で、各振動台支持部３５の基準位置は、前記振動台２が
水平に保たれる位置を基準位置としている。ここでいう
水平とは、各振動発生機構部３の底部から、前記振動台
２と前記振動台支持部３５の接合面までの垂直距離が全
て等しい場合のことをいう。

【００１８】前記振動制御部４は、図３に示すように、
振動制御回路４１、レベル可変器４２、帰還制御回路４
３、増幅器４４、電流センサ４５、分配器４６などを備
えている。前記振動制御回路４１は、前記振動台２を所
定の周波数で振動させる振動制御信号を生成する回路で
あって、後述する操作部６での所定のコマンドの入力に
基づいて、当該コマンドに相当する振動制御信号を生成
し、レベル可変器４２に出力する。

【００１９】前記レベル可変器４２は、後述する分配器
４６から出力された各振動台支持部３５を基準位置に戻
すための帰還直流信号を入力し、該帰還直流信号を加味
した前記振動制御信号に調整して帰還制御回路４３に出
力する。前記帰還制御回路４３は、変位計３７から入力
された変位信号と前記振動台２の基準位置信号（リファ
レンス信号）とを比較し、該比較結果に基づいて、前記
振動台支持部３５を基準位置に帰還させる帰還制御信号
を生成し、増幅器４４に出力する。また、前記帰還制御
回路４３は、レベル可変器４２から出力された振動制御
信号を入力して、増幅器４４に出力する。

【００２０】前記増幅器４４は、帰還制御回路４３から
出力された帰還制御信号及び振動制御信号を増幅し、そ
れぞれ帰還電流及び振動電流として電流センサ４５を介
して可動コイル３４に出力する。前記電流センサ４５
は、増幅器４４から出力される帰還電流を検出して分配
器４６に出力する。前記分配器４６は、前記電流センサ
４５から出力された帰還電流を入力し、この帰還電流に
応じた帰還直流信号を各レベル可変器４２にを出力す
る。このように、レベル変換器４２、帰還制御回路４
３、増幅器４４、電流センサ４５、分配器４６により帰
還制御部５０が構成され、この帰還制御部５０によっ
て、前記振動台支持部３５を基準位置に帰還させる帰還
制御を行うことが出来るようになっている。前記帰還制
御部５０による帰還制御は、振動台２に試験体Ｓが載置
された後、振動前の状態で行われる。

【００２１】前記操作部５は、例えば、キーボード（図
示省略）からなり、試験体Ｓの質量計測や振動試験に関
するコマンドを入力、或いは選択するためのものであっ
て、コマンドの内容や入力、或いは選択したコマンドは
ＣＲＴ画面上に表示され、コマンドが入力されると、該
コマンドに基づく信号（例えば、振動開始信号）が、振
動制御部４に出力される。また、前記操作部５は、表示
部６に表示された試験加速度から設定試験加速度を選択
出来るようになっていて、選択された設定試験加速度で
の振動試験が行われるようになっている。

【００２２】前記表示部６は、例えば、ＣＲＴ（Cathod
e Rey Tube）表示装置からなり、入力されたコマンドの
内容や振動試験の結果データなどがＣＲＴ画面に表示さ
れる。

【００２３】次に、上記振動発生機１による試験体Ｓの
振動制御動作（方法）について説明する。まず、振動発
生機１の電源投入後、前記振動台２に治具（図示省略）
により試験体Ｓが設置される。そして、操作部５のキー
ボード操作により振動試験開始コマンドが入力され、す
ると、これにより振動開始信号が、振動制御部４に出力
される。

【００２４】振動制御部４に、この振動試験開始信号が
入力されると、前記変位計３７により前記振動台２の水
平面に対して垂直な方向の変位が測定され、測定された
変位は、変位信号として帰還制御回路４３に出力され
る。

【００２５】次いで、帰還制御回路４３により、この変
位信号と前記振動台支持部３５の基準位置信号とが比較
され、その差に応じて振動台支持部３５を基準位置に帰
還させる帰還制御信号が増幅器４４に出力される。次い
で、増幅器４４により、帰還制御信号が増幅されて帰還
電流として電流センサ４５を介して分配器４６に出力さ
れる。続いて、電流センサ４５から出力された帰還電流
に基づいて、分配器４６により、各帰還電流に応じた帰
還直流信号が各レベル可変器４２に出力される。そし
て、各レベル可変器４２は、この帰還直流信号に基づい
て、帰還制御回路４３から出力される振動制御信号のレ
ベル調整を行う。上記動作は、試験体Ｓが振動台２に固
定後に一度行われ（場合によっては再度行うようにして
もよい）、以後その情報が、各レベル可変器４２に入力
された状態で振動試験が行われる。

【００２６】そして、上記帰還制御がなされた後、前記
操作部５によって入力された振動開始信号は、振動制御
回路４１に出力され、ここで所定の振動制御信号が生成
された後、レベル可変器４２に出力される。次いで、前
記レベル可変器４２により、振動台支持部３５を基準位
置の戻すための直流成分を加味した振動制御信号に調整
されて、帰還制御回路４３に出力される。帰還制御回路
４３に出力された振動制御信号は、そのまま増幅器４４
に出力されて増幅され、振動電流として可動コイル３４
に供給される。これにより振動台２が所定の振動数で振
動する。このとき、振動台支持部３５を基準位置に戻す
直流電流が加味された交流電流が前記各可動コイル３４
に供給されるようになっているので、試験体Ｓの重心位
置により傾斜した振動台２が水平位置に戻されて振動試
験が行われる。

【００２７】以上説明した本発明に係る動電式振動発生
機１およびこの動電式振動発生機１を用いた振動試験方
法によれば、変位計３７によって、振動台２が水平とな
る振動台支持部３５の基準位置から変位したときの垂直
方向の変位が測定され、帰還制御回路４３等により、各
可動コイル３４に振動台支持部３５の位置を基準位置に
戻すために必要な直流電流を送電する帰還制御がなさ
れ、振動台支持部３５の位置を基準位置に戻すために必
要な直流電流が加味された交流電流が各可動コイル３４
に供給されるので、振動試験を行う場合、振動台２に取
付けられた試験体Ｓの重心位置によって振動台２が水平
からずれた時でも振動台２を水平に戻した状態で試験を
行うことが出来ることとなって、より正確な振動試験を
行うことが出来るとともに、従来の多軸制御装置を用い
た水平制御に比較して安価で、且つ多軸制御装置と同等
の水平制御が可能となる。

【００２８】なお、本発明に係る実施形態の態様は上記
実施の形態のものに限るものではなく、本実施の効果が
得られる態様に適宜変更してもよい。本実施の形態の振
動発生機は、４点支持の構成としたが、２点支持、３点
支持のものであってもよく、またそれ以外の多点支持の
ものであってもよい。変位計、振動発生機構部の構成な
ども、本発明と均等な範囲で適宜変更してもよい。帰還
制御回路４３は、各振動発生機構部単位に設けず、一つ
の帰還制御回路４３を兼用させる構成としてもい。

【００２９】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、変位測定
手段によって、振動台を支持する支持部が所定の基準位
置から変位したときの垂直方向の変位が測定され、帰還
制御部により、各可動コイルに支持部の位置を基準位置
に戻すために必要な直流電流を送電する帰還制御がなさ
れ、これにより振動台を基準位置に戻すために必要な直
流電流が各可動コイルに供給される。従って、振動試験
を行う場合、振動台に取付けられた試験体の重心位置に
よって振動台が基準位置からずれた時でも振動台を基準
位置に戻した状態で試験を行うことが出来ることとなっ
て、より正確な振動試験を行うことが出来る。特に、基
準位置を振動台が水平に保たれる位置に設定すれば、常
に水平が保たれた状態での振動試験が行われることとな
って、従来の多軸制御装置を用いた水平制御に比較して
安価で、且つ多軸制御装置と同等の水平制御が可能とな
る。

【００３０】請求項２記載の発明によれば、振動台を支
持する支持部が所定の基準位置から変位したときの垂直
方向の変位が測定され、この変位に基づいて、各可動コ
イルに各支持部の位置を基準位置に戻すために必要な直
流電流を送電する帰還制御が行われ、帰還制御に基づい
て各支持部の位置が基準位置に戻され、この状態で各可
動コイルに振動台を振動させるための交流電流が供給さ
れる。従って、振動試験を行う場合、振動台に取付けら
れた試験体の重心位置によって振動台が基準位置からず
れた時でも振動台を基準位置に戻した状態で試験を行う
ことが出来ることとなって、より正確な振動試験を行う
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る動電式振動発生機の要部構成を模
式的に示した図である。

【図２】図１のＡ−Ａ部の断面部の構成を模式的に示し
た図である。

【図３】帰還制御部の要部構成を示すブロック図であ
る。

【図４】従来の動電式振動発生機の要部構成を示す側断
面図である。

【符号の説明】

１ 動電式振動発生機 ２ 振動台 ３ 振動発生機構部 ４ 振動制御部 ７ 電源部 ３４ 可動コイル ３５ 振動台支持部（支持部） ３７ 変位計（変位測定手段） ４１ 振動制御回路 ４２ レベル可変器 ４３ 帰還制御回路 ４４ 増幅器 ４５ 電流センサ ４６ 分配器 ５０ 帰還制御部 Ｓ 試験体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G064 AA11 AB02 BA02 BA28 BD02 CC54 DD25 5D107 AA12 BB09 CC08 CC12 CD07 DE01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試験体が取付けられる振動台と、 前記振動台の下方に位置して前記振動台を支持する少な
   くとも二以上の支持部を備え、前記各支持部に取り付け
   られるとともに、直流磁界が形成された空隙中に配置さ
   せた可動コイルに、交流電流を流すことにより、前記振
   動台を振動させる振動発生機構部と、 前記振動発生機構部の振動を制御する振動制御部と、 を備えた動電式振動発生機であって、 前記支持部が所定の基準位置から変位したときの垂直方
   向の変位を測定する変位測定手段と、 前記各変位測定手段により測定された垂直方向の変位に
   基づいて、前記各可動コイルに前記支持部の位置を基準
   位置に戻すために必要な直流電流を送電する帰還制御を
   行う帰還制御部と、 を備えたことを特徴とする動電式振動発生機。
2. 【請求項２】 請求項１記載の動電式振動発生機におけ
   る振動制御方法であって、 前記変位測定手段により、前記支持部が所定の基準位置
   から変位したときの垂直方向の変位を測定し、 前記変位に基づいて、前記帰還制御部により、前記各可
   動コイルに前記各支持部の位置を基準位置に戻すために
   必要な直流電流を可動コイルに送電することによって前
   記各支持部を基準位置に保ち、 この状態で前記振動台を振動させることを特徴とする振
   動制御方法。