(57)【要約】【課題】磁束密度が比較的低い直流磁界中であっても、変動磁界の影響を受けることなく、励磁コイルが形成する直流磁界のみによる可動コイルの加振を実現する。【解決手段】直流電流が通電されることにより直流磁界を形成する第１の励磁コイル（３１）と、第１の励磁コイル（３１）により形成された直流磁界内に配置され、交流電流が通電されることにより交流磁界を形成して上下方向に駆動する可動コイル（４）と、を備えた振動試験機（１０）に、第１の励磁コイル（３１）の外周側又は内周側に設けられた第２の励磁コイル（３２）と、直流磁界と交流磁界との干渉によって発生した変動磁界と大きさが略等しく、磁界の向きが逆向きとなる直流磁界を第２の励磁コイル（３２）に発生させる制御を行う制御手段（５０）と、を設けた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電流が通電されることにより直流磁界を形成する第１の励磁コイルと、前記第１の励磁コイルにより形成された直流磁界内に配置され、交流電流が通電されることにより交流磁界を形成して上下方向に駆動する可動コイルと、を備えた振動試験機であって、
前記第１の励磁コイルの外周側又は内周側に設けられた第２の励磁コイルと、
前記直流磁界と前記交流磁界との干渉によって発生した変動磁界と大きさが略等しく、磁界の向きが逆向きとなる直流磁界を前記第２の励磁コイルに発生させる制御を行う制御手段と、
を設けたことを特徴とする振動試験機。
【請求項２】
直流電流が通電されることにより直流磁界を形成する励磁コイルと、前記励磁コイルにより形成された直流磁界内に配置され、交流電流が通電されることにより交流磁界を形成して上下方向に駆動する可動コイルと、を備えた振動試験機であって、
前記励磁コイルは、
巻線を所定の軸線方向に沿って巻きつけたコイル層が前記所定の軸線から遠ざかる方向に複数積層された第１のコイルと、
前記コイル層間に設けられた第２のコイルと、を備え、
前記直流磁界と前記交流磁界との干渉によって発生した変動磁界と大きさが略等しく、磁界の向きが逆向きとなる直流磁界を前記第２のコイルに発生させる制御を行う制御手段と、
を設けたことを特徴とする振動試験機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気・電子分野等の比較的小型の部品から航空・宇宙分野等の比較的大型の製品について、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調査、及び評価する装置として、振動試験機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
振動試験機は、励磁コイルに直流電流を通電することにより直流磁界を形成し、直流磁界中に設けられた可動コイルに交流電源から交流電流が通電されることにより、可動コイルが振動し、この可動コイルの振動に伴って振動台が振動して試験体の振動試験を行うようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３１０８４６号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、磁束密度が比較的低い直流磁界中で可動コイルが交流磁界を形成すると、直流磁界と交流磁界との干渉によって変動磁界が発生するため、励磁コイルが形成する直流磁界に変動磁界が加わって可動コイルの振動波形が歪み、正確な振動試験を行うことが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、磁束密度が比較的低い直流磁界中であっても、変動磁界の影響を受けずに励磁コイルが形成する直流磁界のみによる可動コイルの加振ができ、正確な振動試験を行うことができる振動試験機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば、図１に示すように、直流電流が通電されることにより直流磁界を形成する第１の励磁コイル（３１）と、前記第１の励磁コイル（３１）により形成された直流磁界内に配置され、交流電流が通電されることにより交流磁界を形成して上下方向に駆動する可動コイル（４）と、を備えた振動試験機（１０）であって、前記第１の励磁コイル（３１）の外周側又は内周側に設けられた第２の励磁コイル（３２）と、前記直流磁界と前記交流磁界との干渉によって発生した変動磁界と大きさが略等しく、磁界の向きが逆向きとなる直流磁界を前記第２の励磁コイル（３２）に発生させる制御を行う制御手段（５０）と、を設けたことを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、制御手段が第２の励磁コイルに通電される電流を制御することにより、第２の励磁コイルは、第１の励磁コイルが形成する直流磁界と可動コイルが形成する交流磁界との干渉によって発生した変動磁界と大きさが略等しく、磁界の向きが逆向きとなる直流磁界を発生させることにより、変動磁界を相殺する。
よって、可動コイルは変動磁界の影響を受けることなく、第１の励磁コイルが形成する直流磁界のみによって加振されるので、磁束密度が比較的低い直流磁界中であっても、変動磁界の影響を受けることなく、正確な振動試験を行うことができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、例えば、図２、図３に示すように、直流電流が通電されることにより直流磁界を形成する励磁コイル（３）と、前記励磁コイル（３）により形成された直流磁界内に配置され、交流電流が通電されることにより交流磁界を形成して上下方向に駆動する可動コイル（４）と、を備えた振動試験機（２０）であって、前記励磁コイル（３）は、巻線（３Ｍ）を所定の軸線方向に沿って巻きつけたコイル層（３Ｒ）が前記所定の軸線から遠ざかる方向に複数積層された第１のコイル（３ａ）と、前記コイル層（３Ｒ）間に設けられた第２のコイル（３ｂ）と、を備え、前記直流磁界と前記交流磁界との干渉によって発生した変動磁界と大きさが略等しく、磁界の向きが逆向きとなる直流磁界を前記第２のコイル（３ｂ）に発生させる制御を行う制御手段（５０）と、を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、制御手段が第２のコイルに通電される電流を制御することにより、第２のコイルは、第１のコイルが形成する直流磁界と可動コイルが形成する交流磁界との干渉によって発生した変動磁界と大きさが略等しく、磁界の向きが逆向きとなる直流磁界を発生させることにより、変動磁界を相殺する。
よって、可動コイルは変動磁界の影響を受けることなく、第１のコイルが形成する直流磁界のみによって加振されるので、磁束密度が比較的低い直流磁界中であっても、変動磁界の影響を受けることなく、正確な振動試験を行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態〕
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態における振動試験機１０について詳細に説明する。
図１に示すように、振動試験機１０は、一方の磁極に磁化される内側磁極１、他方の磁極に磁化される外側磁極２、直流磁界を形成する第１の励磁コイル３１及び第２の励磁コイル３２、第１の励磁コイル３１が形成する直流磁界中に配置された可動コイル４、可動コイル４に取り付けられるとともに試験体Ｓを取り付ける振動台５、振動台５を、空気バネ７を介して支持する振動台支持部６、第１の励磁コイル３１が形成する直流磁界と可動コイル４が形成する交流磁界との干渉によって発生した変動磁界と大きさが略等しく、磁界の向きが逆向きとなる直流磁界を第２の励磁コイル３２に発生させるように電源Ｄの制御を行う制御手段としての制御部５０等を備えている。
【００１１】
内側磁極１は、振動台支持部６及び空気バネ７を介して振動台５を支持するものであり、第１の励磁コイル３１によって外側磁極２と異なる磁極に磁化される磁性体である。
外側磁極２は、内側磁極１の外側に設けられ、第１の励磁コイル３１によって磁化される磁性体である。
【００１２】
第１の励磁コイル３１は、外側磁極２の内側に外周を囲まれるように格納され、外側磁極２の壁面に円周に沿って形成された突部２ａを挟んで上下方向に２層に設けられている。第１の励磁コイル３１は、直流電源に接続され、直流電流を流すことにより、磁性体である外側磁極２の突部２ａと内側磁極１との間のギャップＧには、可動コイル４を横切る直流磁界が形成される。
【００１３】
第２の励磁コイル３２は、第１の励磁コイル３１の内周側に格納され、外側磁極２の壁面に円周に沿って形成された突部２ａを挟んで上下方向に２層に設けられている。第２の励磁コイル３２は、第１の励磁コイル３１が形成する直流磁界と可動コイル４が形成する交流磁界との干渉によって発生した変動磁界と大きさが略等しく、磁界の向きが逆向きとなる直流磁界を発生させるために設けられている。そのため、第２の励磁コイル３２は、第１の励磁コイル３１に比べて巻数も小さく、形成される直流磁界の大きさも小さい。
【００１４】
可動コイル４は、交流電流を通電可能な電源と接続され、この電源から交流電流が通電されると、可動コイル４には、上方向或いは下方向に作用する力が発生して振動台５が基準位置に戻されるとともに、可動コイル４は、ギャップＧに形成された直流磁界中を交流電流の周波数に基づく振動数で振動する。これにより、振動台５に取り付けられた試験体Ｓを振動させることができる。
【００１５】
この可動コイル４は、内側磁極１の上面に取り付けられた空気ばね７によって支持される振動台５の下端部に固定されており、可動コイル４が振動することによって振動台５が振動する。更に、振動台５には試験体Ｓが取り付けられており、振動台５の振動に伴って試験体Ｓが振動し、この時の振動特性を加速度計（図示略）等により測定できるようになっている。
【００１６】
制御部５０は、各部を制御するのに必要なシステムプログラム等を実行するＣＰＵ（図示省略）、ＣＰＵのワークエリア等として使用されるＲＡＭ（図示省略）、ＣＰＵが実行するシステムプログラム等が記憶されたＲＯＭ（図示省略）を備えている。
ＣＰＵは、ＲＯＭ内に格納されたプログラムを読み出してＲＡＭ内に展開し、当該プログラムに基づいて各部への指示等を制御する。
【００１７】
具体的に、ＣＰＵは、第１の励磁コイル３１によって形成された直流磁界と可動コイル４によって形成された交流磁界との干渉によって発生した変動磁界と大きさが略等しく、磁界の向きが逆向きとなる直流磁界を第２の励磁コイル３２に発生させるように電源Ｄを制御し、第２の励磁コイル３２に流す電流を制御する。
【００１８】
ＲＯＭには、ＣＰＵが各種機能を実行するためのプログラムが格納されている。
具体的に、ＲＯＭは、第１の励磁コイル３１によって形成された直流磁界と可動コイル４によって形成された交流磁界との干渉によって発生した変動磁界と大きさが略等しく、磁界の向きが逆向きとなる直流磁界を第２の励磁コイル３２に発生させるように電源Ｄを制御し、第２の励磁コイル３２に流す電流を制御する機能を実現させる電流制御プログラムを有する。
【００１９】
第１の実施の形態の振動試験機１０によれば、振動台５に試験体Ｓを取り付け、第１の励磁コイル３１に直流電流を通電し、可動コイル４に交流電流を通電すると、ギャップＧには、可動コイル４を横切る直流磁界が形成され、この直流磁界中に配置された可動コイル４は交流電流の周波数に基づく振動数で上下方向に振動する。このとき、ギャップＧには、直流磁界と交流磁界との干渉により所定の大きさ及び向きを有する変動磁界が発生する。
ここで、ＣＰＵが電流制御プログラムを実行することにより、第２の励磁コイル３２に通電される電流が制御され、第２の励磁コイル３２には、第１の励磁コイル３１が形成する直流磁界と可動コイル４が形成する交流磁界との干渉によって発生した変動磁界と大きさが略等しく、磁界の向きが逆向きとなる直流磁界が発生し、変動磁界を相殺する。これにより、可動コイル４は、第１の励磁コイル３１が形成する直流磁界のみによって加振されるので、磁束密度が比較的低い直流磁界中であっても、変動磁界の影響を受けることなく、正確な振動試験を行うことができる。
【００２０】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態について、図２、図３を用いて説明する。
第１の実施の形態は、第１の励磁コイル３１の内周側に第２の励磁コイル３２を設けたものであったが、第２の実施の形態では、励磁コイル３が、巻線３Ｍを励磁コイル３の軸線方向に沿って巻きつけたコイル層３Ｒが同心円状に複数積層された第１のコイル３ａと、コイル層３Ｒ間に設けられた第２のコイル３ｂと、から構成されている。なお、第１の実施の形態と同様の機能を有する構成要素には、同一符号を付して説明を省略する。
【００２１】
励磁コイル３は、外側磁極２の内側に外周を囲まれるように格納され、外側磁極２の壁面に円周に沿って形成された突部２ａを挟んで上下方向に２層に設けられている。この励磁コイル３は、直流電源に接続され、直流電流を流すことにより、磁性体である外側磁極２の突部２ａと内側磁極１との間のギャップＧには、可動コイル４を横切る直流磁界が形成される。なお、図２における電源Ｄ及び制御部５０は、励磁コイル３の第２のコイル３ｂに接続されており、その構成は第１の実施の形態と同様である。
図３に示すように、第１のコイル３ａは、巻線３Ｍを励磁コイル３の軸線方向に沿って巻きつけたコイル層３Ｒが同心円上に広がるように複数積層されて形成されている。また、第２のコイル３ｂは、第１のコイル３ａの各コイル層３Ｒの間に、第１のコイル３ａの各コイル層３Ｒの外面を覆うように設けられており、銅板等から形成されている。
【００２２】
また、第１のコイル３ａの各コイル層３Ｒ間は、第２のコイル３ｂによって遮蔽された状態となっており、各コイル層３Ｒにおける巻線３Ｍから発生した熱は、隣接する第２のコイル３ｂに伝熱されることとなり、隣のコイル層３Ｒの巻線３Ｍに伝熱しない構造となっている。
更に、第２のコイル３ｂは、巻線３Ｍが形成するコイル層３Ｒの軸線方向の両端部３Ｅより突出するように設けられており、外気に晒された両端部３Ｅにおいて第２のコイル３ｂの熱を放熱できるようになっている。
【００２３】
第２の実施の形態の振動試験機２０によれば、振動台５に試験体Ｓを取り付け、第１のコイル３ａに直流電流を通電し、可動コイル４に交流電流を通電すると、ギャップＧには、可動コイル４を横切る直流磁界が形成され、この直流磁界中に配置された可動コイル４は交流電流の周波数に基づく振動数で上下方向に振動する。このとき、ギャップＧには、直流磁界と交流磁界との干渉により所定の大きさ及び向きを有する変動磁界が発生する。
ここで、ＣＰＵが電流制御プログラムを実行することにより、第２のコイル３ｂに通電される電流が制御され、第２のコイル３ｂには、第１のコイル３ａが形成する直流磁界と可動コイル４が形成する交流磁界との干渉によって発生した変動磁界と大きさが略等しく、磁界の向きが逆向きとなる直流磁界が発生し、変動磁界を相殺する。これにより、可動コイル４は、第１のコイル３ａが形成する直流磁界のみによって加振されるので、磁束密度が比較的低い直流磁界中であっても、変動磁界の影響を受けることなく、正確な振動試験を行うことができる。
【００２４】
また、第１のコイル３ａの巻線３Ｍに直流電流を通電すると、巻線３Ｍが発熱し、第１のコイル３ａの温度が上昇する。このとき、第１のコイル３ａ外部に位置する巻線３Ｍは、外気に晒されることによって冷却され、第１のコイル３ａ内部に位置する巻線３Ｍは、発熱した熱を第２のコイル３ｂに伝えることにより、冷却される。また、巻線３Ｍから伝熱された第２のコイル３ｂは、励磁コイル３の軸線方向の両端部３Ｅより突出しているため、その突出箇所が外気に晒されることで冷却される。
更に、励磁コイル３を上記構成とすることで、変動磁界を相殺するほかにも、振動試験機２０の冷却効率を高めることができ、熱による振動試験結果への影響を低減できることとなって、より正確な振動試験を行うことができる。
【００２５】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、変動磁界を相殺する第２の励磁コイル３２は一つに限らず、複数設けても良い。また、第２の励磁コイル３２を第１の励磁コイル３１の外周側に設けても良い。その他、発明の要旨を逸脱しない範囲内で変更可能である。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、第２の励磁コイルが、第１の励磁コイルが形成する直流磁界と可動コイルが形成する交流磁界との干渉によって発生した変動磁界と大きさが略等しく、磁界の向きが逆向きとなる直流磁界を発生させることにより、変動磁界を相殺する。
よって、可動コイルは変動磁界の影響を受けることなく、第１の励磁コイルが形成する直流磁界のみによって加振されるので、磁束密度が比較的低い直流磁界中であっても、変動磁界の影響を受けることなく、正確な振動試験を行うことができる。
【００２７】
請求項２に記載の発明によれば、制御手段が第２のコイルに通電される電流を制御することにより、第２のコイルは、第１のコイルが形成する直流磁界と可動コイルが形成する交流磁界との干渉によって発生した変動磁界と大きさが略等しく、磁界の向きが逆向きとなる直流磁界を発生させることにより、変動磁界を相殺する。
よって、可動コイルは変動磁界の影響を受けることなく、第１のコイルが形成する直流磁界のみによって加振されるので、磁束密度が比較的低い直流磁界中であっても、変動磁界の影響を受けることなく、正確な振動試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における振動試験機の断面図である。
【図２】第２の実施の形態における振動試験機の断面図である。
【図３】第２の実施の形態における励磁コイルの断面図である。
【符号の説明】
３      励磁コイル
３ａ    第１のコイル
３ｂ    第２のコイル
３Ｍ    巻線
３Ｒ    コイル層
３１    第１の励磁コイル
３２    第２の励磁コイル
４      可動コイル
１０、２０    振動試験機
５０    制御部（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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