(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動機器の振動変位を検出する振動変位検出器と、該振動変位検出器の出力を負帰還信号としてフィードバックゲインで増巾する自励発振コントローラと、該コントローラの出力を電力増巾する電力増巾器と、該電力増巾器の出力を受ける電磁石とを有し、該電磁石のコイルに流れる電流で発生する磁気吸引力により前記振動機器を該振動機器の共振周波数で加振するようにした、外力が零の電磁石加振方式の自励振動型振動装置において、前記電磁石のコイルにダイオードを接続させることにより、前記コイルに流れる電流が零近くであっても、前記電磁石の入出力ゲインが零以外の有限の値を持つようにして自励振動を発生可能としたことを特徴とする電磁石加振方式の自励振動型振動装置。
【請求項２】
振動機器の振動変位を検出する振動変位検出器と、該振動変位検出器の出力を負帰還信号としてフィードバックゲインで増巾する自励発振コントローラと、該コントローラの出力を電力増巾する電力増巾器と、該電力増巾器の出力を受ける電磁石とを有し、該電磁石のコイルに流れる電流で発生する磁気吸引力により前記振動機器を該振動機器の共振周波数で加振するようにした、外力が零の電磁石加振方式の自励振動型振動装置において、前記電磁石に永久磁石を含ませて、前記コイルに流れる電流が零近くであっても、前記電磁石から一定の磁束を発生させるようにし、前記電磁石の入出力ゲインが零以外の有限の値を持つようにして自励振動を発生可能としたことを特徴とする電磁石加振方式の自励振動型振動装置。
【請求項３】
振動機器の振動変位を検出する振動変位検出器と、該振動変位検出器の出力を負帰還信号としてフィードバックゲインで増巾する自励発振コントローラと、該コントローラの出力を電力増巾する電力増巾器と、該電力増巾器の出力を受ける電磁石とを有し、該電磁石のコイルに流れる電流で発生する磁気吸引力により前記振動機器を該振動機器の共振周波数で加振するようにした、外力が零の電磁石加振方式の自励振動型振動装置において、前記電磁石のコイルに一定の直流電流を流すようにして、前記コイルに流れる電流の交流成分が零近くであっても前記電磁石から前記直流電流による一定の磁束を発生させるようにし、前記電磁石の入出力ゲインが零以外の有限の値を持つようにして自励振動を発生可能としたことを特徴とする電磁石加振方式の自励振動型振動装置。
【請求項４】
前記振動変位検出器の出力に基いて、前記自励発振コントローラが内蔵する飽和要素の飽和レベルを可変とした請求項１〜３の何れかに記載の電磁石加振方式の自励振動型振動装置。
【請求項５】
前記自励発振コントローラは位相遅れ機能を有し、この位相遅れにより前記振動機器の共振周波数と自励振動の周波数を一致させるようにした請求項１〜４の何れかに記載の電磁石加振方式の自励振動型振動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は外力が零、もしくはほぼ零の電磁石加振方式の自励振動型振動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその問題点】
例えば、工業調査会発行（１９９２年）の「振動応用技術」には図８に示すような自励振動型振動装置が開示されている。
【０００３】
図８は閉ループを示しているが、一般に開ループ伝達関数の位相遅れが１８０°となる周波数（位相交点）で開ループ伝達関数のゲインが１（安定限界）以上となるとき、ループを閉じると自励振動が発生する。自励振動の立ち上がり特性を良くするためには、ゲインを充分に大きくする必要がある（例えば安定限界ゲインの１００倍）。このゲインの内訳には、振動検出器ゲイン、コントローラゲイン、電力増巾器ゲインばかりでなく、振動駆動子の入出力変換ゲインも含まれる。然るに、振動駆動子が電磁石の場合には、図９に示すように電流−吸引力特性は２乗非線形特性を持つ。従って、電流がほぼゼロの時には（Ａの範囲）、入出力変換ゲインもゼロとなり（微係数がほぼゼロ）、開ループ特性のハイゲインが実現できず、自励発振が起こらない。
【０００４】
【発明が解決しようとする問題点】
本発明は自励振動が発生する前の振動がほとんどない状態でも、電磁石の入出力変換ゲインがゼロでない、ある値を持ち、開ループ伝達特性がハイゲインとなり、ループを閉じた時に、確実に自励振動が発生するようにする外力が零、もしくはほぼ零の電磁石加振方式の自励振動型振動装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】
以上の目的は、振動機器の振動変位を検出する振動変位検出器と、該振動変位検出器の出力を負帰還信号としてフィードバックゲインで増巾する自励発振コントローラと、該コントローラの出力を電力増巾する電力増巾器と、該電力増巾器の出力を受ける電磁石とを有し、該電磁石のコイルに流れる電流で発生する磁気吸引力により前記振動機器を該振動機器の共振周波数で加振するようにした、外力が零の電磁石加振方式の自励振動型振動装置において、前記電磁石のコイルにダイオードを接続させることにより、前記コイルに流れる電流が零近くであっても、前記電磁石の入出力ゲインが零以外の有限の値を持つようにして自励振動を発生可能としたことを特徴とする電磁石加振方式の自励振動型振動装置、によって達成される。
【０００６】
又、以上の目的は、振動機器の振動変位を検出する振動変位検出器と、該振動変位検出器の出力を負帰還信号としてフィードバックゲインで増巾する自励発振コントローラと、該コントローラの出力を電力増巾する電力増巾器と、該電力増巾器の出力を受ける電磁石とを有し、該電磁石のコイルに流れる電流で発生する磁気吸引力により前記振動機器を該振動機器の共振周波数で加振するようにした、外力が零の電磁石加振方式の自励振動型振動装置において、前記電磁石に永久磁石を含ませて、前記コイルに流れる電流が零近くであっても、前記電磁石から一定の磁束を発生させるようにし、前記電磁石の入出力ゲインが零以外の有限の値を持つようにして自励振動を発生可能としたことを特徴とする電磁石加振方式の自励振動型振動装置、によって達成される。
【０００７】
又、以上の目的は、振動機器の振動変位を検出する振動変位検出器と、該振動変位検出器の出力を負帰還信号としてフィードバックゲインで増巾する自励発振コントローラと、該コントローラの出力を電力増巾する電力増巾器と、該電力増巾器の出力を受ける電磁石とを有し、該電磁石のコイルに流れる電流で発生する磁気吸引力により前記振動機器を該振動機器の共振周波数で加振するようにした、外力が零の電磁石加振方式の自励振動型振動装置において、前記電磁石のコイルに一定の直流電流を流すようにして、前記コイルに流れる電流の交流成分が零近くであっても前記電磁石から前記直流電流による一定の磁束を発生させるようにし、前記電磁石の入出力ゲインが零以外の有限の値を持つようにして自励振動を発生可能としたことを特徴とする電磁石加振方式の自励振動型振動装置、によって達成される。
【０００８】
【作用】
請求項１の発明によれば、電流の変化が小さい場合でも、その入出力変換ゲインの平均的な値がゼロとならず、ある有限の値を持つので、このゲインにより、振動機器の自励発振の立ち上がりを速やかに行うことができる。
【０００９】
又、請求項２の発明によれば、電磁石からの磁束は、それが含む永久磁石の磁束を常に発生させているので、コイルに流れる電流が微小であっても、電流吸引力自乗特性のある領域において、有限の入出力ゲインを得ることができ、よって、この振動機器の自励発振を確実に発生させることができる。
【００１０】
又、請求項３の発明によれば、電磁石のコイルに一定の直流電流を流すことにより、この電流値が微小に変化する交流成分の電流に加わることにより、この領域における電流吸引力の自乗特性において、ある有限の入出力ゲインを得ることができるので、やはり振動機器の自励振動の立ち上がりを迅速に得ることができる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例につき、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施例による外力が零、もしくはほぼ零の電磁石加振方式の自励振動装置を示すが、その全体は１で示され、振動機器２は本実施例では振動パーツフィーダであり、図２にその一部が示されているが、これに近接して配設された振動変位検出器３の出力を振巾コントローラ４に供給する。振巾コントローラ４は公知の構成を有するが、所定の振巾値が設定されており、ここで振動変位検出器３からの出力と比較されて、その差に応じた出力をラインｂに導出するようにしている。自励発振コントローラ５は図６に示されているように、交流増巾器１１及び飽和リミッタ１２から成っており、このコントローラ５の出力はラインｃに供給され、電力増巾器６で増巾され、その増巾出力が振動駆動子７に供給される。本実施例では図２に示すように、これは電磁石加振機構であって、Ｅ型の固定電磁石８及びこれに巻装された電磁コイル９及びこれに空隙Ｇをおいて対向して接極子Ｓとから成っており、可動部Ｍは固定部Ｔと等角度間隔で配設された傾斜板ばね１０により結合されている。上述の振動変位検出器３は、板ばね１０に近接して配設され、うず電流方式の検出器であって、この出力が振巾コントローラ４に供給される。又、本発明によれば、電磁コイル９にダイオード１３が接続されている。又、接極子Ｓと固定電磁石８との間の空隙Ｇにより、この系の磁気回路の磁気抵抗も変動するが、自励振動では共振周波数で振動する。従って、力と変位との位相差は９０度であり、又、電圧と電流との位相差は９０度であるので、図１に示す閉ループにおいて、振動変位検出器３の出力はラインａを経て、自励発振コントローラ５に負帰還されるが、全体として１８０度の位相差となり、よって自励発振可能としている。
【００１３】
本発明の実施例による電磁石加振方式の自励振動型振動装置は以上のように構成されるが、次にその作用について説明する。
【００１４】
図示せずとも直流電源が電力増巾器６にスイッチを介して接続されており、このスイッチを閉じることにより、自励発振して振動機器は振動するのであるが、本実施例によれば、振動駆動子７である電磁石の電磁コイル９には、ダイオード１３が接続されているので、図３に示すように電流は時間と共に変化するが、時間軸に対して、非対称である。すなわち、図４に示すように電流と吸引力との関係は非線形の２乗型であるが、電流が微小である場合、原点ゼロにおいては、その微係数がゼロであるものの、ダイオード１３の整流作用で電流が図３に示すように変化した場合、交流成分の電流が微小であっても電流−吸引力、すなわち、入出力変換ゲインは常に同符号となるので、平均的にはある値を有する。従って、図１に示す閉ループで自励振動を速やかに開始し、確実に振動機器２は以後、自励振動を行なうことができる。
【００１５】
又、本実施例では自励発振コントローラ５が飽和リミッタ１２を有するので、振巾コントローラ４の出力を受けて、そのリミッタレベル振巾を偏差に応じて変動し、よって振動機器２の可動部Ｍを振巾コントローラ４に設定されている所定の振巾で振動させることができる。又、以上の構成においては説明しなかったが、振動駆動子７は理想的には９０度の位相遅れを生ずるのであるが、実際には９０度からずれていることもあるので、自励発振コントローラ５内に位相機能遅れ要素を追加してもよく、これにより図１の閉ループにおいて、振動変位検出器３の出力を振動駆動子７の出力ラインに対して、正確に１８０度の位相遅れで負帰還させることができる。よって振動機器２を共振振動させるべく、追尾制御を行なうことができる。
【００１６】
図５は本発明の第２実施例による振動駆動子７’を示すが、上記実施例に対応する部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００１７】
すなわち、本実施例では、固定電磁石８’内に永久磁石８ａを一体的に形成させる。よって、矢印で示すような定常磁束Ｂ0 発生させている。従って電磁コイル９に流れる電流がゼロであっても、図７に示すようにすでに自乗特性において、Ｂの領域で微小電流が与えられた場合、ある吸引力が既に発生しており、よって入出力変換ゲインは、ほぼ一定の値（Ｂ領域における微係数）を有し、振動機器２は容易に自励発振を開始し、かつ安定に行なうことができる。すなわち、永久磁石８ａによる磁束の定常分Ｂ0 に微小電流による磁束の変動分Ｂを加えている。これにより、検出器３の検知電流、ノイズ等による微小電流が電磁コイル９に流れた場合、プラスの領域で変動するので、入出力ゲインの平均的な値がＯとならず、自励発振が開始される。一方、磁束の定常分Ｂ0 がない場合、Ｏ点近傍の（＋）（−）領域で微小電流が変動するため、入出力変換ゲインの平均値が０となり、自励発振は開始されない。
【００１８】
図６は本発明の第３実施例による自励発振コントローラ５’を示すので、第１実施例と同様に交流増巾器１１及び飽和リミッタ１２を有するが、飽和リミッタ１２の出力は加算器１５に供給され、これには一定の直流電流が定電流指令として供給されている。従って、振動駆動子７’における電磁コイル９に、この一定の直流電流が流れることにより、図７に示す電流吸引特性で、第２実施例と同様に微小電流が流れた場合、このＢ領域における微係数で入出力変換ゲインを有するので、やはり自励振動を確実に開始し、安定に行なうことができる。
【００１９】
以上述べたように、本発明の実施例によれば、電磁石加振方式は非線形の自乗特性を有するものの、確実に自励振動を開始することができる。
【００２０】
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いて種々の変形が可能である。
【００２１】
例えば、以上の実施例では、振動機器２は振動パーツフィーダであるとしたが、これに変えて一般的に電磁加振機構を有する全ての振動機器に適用可能である。
【００２２】
又、以上の実施例では、振動検出器３としては、板ばね１０に近接させて、いわゆる、うず電流方式の検出器を用いたが、勿論、これに限ることなく、例えば、圧電素子（ジルコン酸鉛でなる）を可動部Ｍに取り付けて、この出力を２回積分して振巾コントローラ４に供給するようにしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の外力が零、もしくはほぼ零の電磁石加振方式の自励振動型振動装置によれば、力と電流との関係が非線形であるにもかかわらず、自励振動を確実に開始させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による電磁石加振方式の自励振動型振動装置のブロック図である。
【図２】同図における振動駆動子７の具体的な構成を示す部分正面図である。
【図３】同作用を説明するためのタイムチャートである。
【図４】同作用を示すための電流−吸引力特性を示すチャートである。
【図５】本発明の第２実施例における振動駆動子の要部を示す正面図である。
【図６】本発明の第３実施例による自励振動型振動装置における自励発振コントローラのブロック図である。
【図７】同作用を示すための電流−吸引力の関係を示すチャートである。
【図８】従来例の自励振動型振動装置のブロック図である。
【図９】同作用を示すための電流−吸引力特性を示すチャートである。
【符号の説明】
１    自励振動型振動装置
２    振動機器
３    振動変位検出器
５    自励発振コントローラ
８ａ  永久磁石
９    電磁コイル
１３  ダイオード
１５  加算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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