专利名称：振动发生机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水平方向或垂直方向的振动发生机构，更为具体地来说，涉及一种利用多个永磁体的排斥力在水平方向和垂直方向其中之一方向上发生振动能量的振动发生机构。
以往为了检查某种结构体的振动特性，用的是人为发生振动的励振机。对于励振机，一般已知有电动式励振机和不平衡质量或凸轮式励振机。
但采用曲轴等联杆机构的励振机，因为对驱动电动机直接加负荷，需要较大的驱动电动机，而且电动式的有无法适应低频这种问题。
此外，还有装置本身规模大，因而需要确保设置场所和施工，而且发热量大，需要强制性空气冷却，存在风机等排气声音而无法对异常声音进行评价的问题。
再者，上述励振机不论哪一种都结构复杂、份量重、价格高，因而希望它重量轻且价格便宜。
本发明正是鉴于现有技术的这种问题，其目的在于通过组装多个永磁体，提供一种可实现紧凑、噪声小又便宜的励振机的振动发生机构。
为了达到上述目的，本发明中权项1记载的发明，为一种振动发生机构，其特征在于，包括互相隔离且相斥磁极对置的至少两个永磁体、与该永磁体中任意一个联接的联杆机构、和通过该联杆机构驱动上述某个永磁体驱动源，由该驱动源使上述某个永磁体相对于另一个永磁体周期性地往复移动，改变上述永磁体对置面积，从而使上述另一个永磁体振动。
权项2记载的发明，其特征在于，使得上述至少两个永磁体在垂直方向上隔离，另一方面使得该永磁体两侧分别有一对永磁体在相斥磁极对置状态下在垂直方向上隔离，利用这一对永磁体排斥力支持垂直方向上所加的负荷。
权项3记载的发明，是在权项2记载的发明中，其特征在于，上述联杆机构的一部分装配负荷调整手段，由该负荷调整手段消除加在上述某个永磁体上的水平方向上的荷重。
权项4记载的发明，是在权项1记载的发明中，其特征在于，使得上述至少两个永磁体在第一水平方向上隔离，另一方面使得该永磁体单侧有一对永磁体在相斥磁极对置状态下在上述第一水平方向上隔离，并使上述至少两个永磁体中的某一个和上述一对永磁体中的某一个相对于分别对应的另一个永磁体在上述第一水平方向上振动。
权项5记载的发明，是在权项4记载的发明中，其特征在于，使得另一对永磁体在相斥磁极对置状态下在与上述第一水平方向垂直的第二水平方向上隔离，而且通过使上述另一对永磁体中的任意一个与上述联杆机构联接来平衡互相对置的永磁体之间在上述第二水平方向上的排斥力。
图1是表示本发明磁性弹簧中两个永磁体输入一侧和输出一侧平衡位置的模式图。
图2是表示磁性弹簧中所加荷重和距永磁体平衡位置的位移量之间关系的基本特性曲线图。
图3是表示实测荷重和位移量之间关系的曲线图。
图4是假定水磁体端面上磁荷均匀分布的磁荷模型其输入输出方案的模式图，(a)示出吸引，(b)示出排斥，(c)示出与(b)不同部位的排斥。
图5是相同磁极对置的永磁体中一个相对另一个移动(改变对置面积)场合的模式图。
图6是表示根据图5计算时X轴和Z轴方向的荷垂相对于X轴移动量的曲线图。
图7是保持图5永磁体隔离距离一定，从一个相对于另一个完全错开状态移至完全重叠状态，再从该状态移至完全错开状态时位移量和荷重之间关系的曲线图。
图8是相同磁极对置的永磁体中一个相对于另一个旋转(改变对置面积)时的模式图。
图9是根据图8使永磁体旋转时最大荷重相对于对置面积变化的曲线图。
图10是采用钕系磁石作为永磁体时磁石间距和荷重之间关系的曲线图。
图11是通过改变永磁体对置面积使几何尺寸变化的滑动式原理模型的立体图。
图12是由图11滑动式原理模型得到的输入输出关系的曲线图。
图13是表示图11滑动式原理模型应用例的第一振动发生机构的概略立体图。
图14是表示图11滑动式原理模型应用例的第二振动发生机构的概略立体图。
图15是表示本发明振动发生机构机械模型的简图。
图16是采用VCM作为振动发生机构驱动源，并用sin波驱动VCM时闭环控制的框图。
图17是用作驱动波的sin波的曲线图。
图18是用作驱动波的随机波的曲线图。
以下参照
本发明实施例。
磁性弹簧结构体所具有的至少两个永磁体互相隔离且相同磁极对置的场合，隔离的永磁体之间是非接触的，因而忽略结构体本身摩擦损耗等的话，其静态特性可在与输入时(往向移动)相同的线上非线性输出(复向移动)，而且通过利用非接触对偶特有的自由度、悬浮控制系的不稳定度，通过以较小输入使静磁场(磁石配置)变化，便于发生负的衰减。
本发明正是着眼于这种事实，靠运动行程内机构或外力使两个永磁体之间的几何尺寸在输入一侧(往向)和输出一侧(复向)变化，在该运动系内变换为排斥力，从而使距两个永磁体平衡位置的输出一侧的排斥力大于输入一侧的排斥力。
以下说明其基本原理。
图1示出的是两个永磁体2、4平衡位置在输入一侧和输出一侧的模式图，图2示出的是磁性弹簧结构体的基本特性，表示加在某一个永磁体上的荷重和距两个永磁体平衡位置的位移量之间关系。
如图1所示，分别令永磁体4相对于永磁体2在输入一侧的平衡位置和弹性系数为x0、k1，在输出一侧的平衡位置和弹性系数x1、k2，则在x0～x1间进行面积变换，在各平衡位置有以下关系成立。
-k1/x0+mg=0-k2/x1+mg=0k2＞k1因而其静态特性如图2所示，显示负的衰减特性，可以认为位置x1和位置x2的势能差即振荡的势能。
制作图1模型，在改变加上荷重的时间并对荷重和位移量的关系进行实测的场合，可获得如图3所示的曲线。这可解释为，当两个永磁体2、4临近最接近位置时，便有较大的排斥力作用，而当距离平衡位置的位移量有微小变动时，便因磁性弹簧的阻尼效果有摩擦损耗发生，因此有衰减项出现。
图3中，(a)为加有恒定荷重时的曲线，(a)、(b)、(c)依次缩短加上荷重的时间。具体来说，因荷重的加法不同，静态特性也有所不同，加荷重的时间越长，冲量越大。
稀土类磁石磁化强度不依赖于磁场。具体来说，内部磁矩不易受磁场影响，因而减磁曲线上磁化强度几乎没有变化，大致保持在其饱和磁化强度。因而，稀土类磁石用假定端面上磁荷均匀分布这种负荷模型，来考虑输入输出。
图4示出这种方案，将磁石定义为最小单位的磁石集合，各单位磁石间力的关系分三类计算。
(a)吸引(r,m都相同，故2种定义为1种)f(1)=(m2/r2)dx1dy1dx2dy2fx(1)=f(1)cosθfz(1)=f(1)sinθ(b)排斥fx(2)=f(2)cosθfz(2)=f(2)sinθ(c)排斥fx(3)=f(3)cosθfz(3)=f(1)sinθ因而-fx=2fx(q)-fx(2)-fx(3)-fz=2fz(1)-fz(2)-fz(3)其中，库仑定律表示如下F=k(q1q2/r2)q=MS(m)r距离
q1、q2磁荷M(m)磁化强度S面积因而可以在磁石尺寸范围内对上述-fx、-fz积分求得力。
按图5所示将对置磁石从每一磁隙均完全重叠状态(X轴位移量=0mm)移至完全错开状态(X轴位移量=50mm)，对此计算得出的就是图6曲线。尽管定义“内部磁矩恒定”，但磁隙较小时磁石周围有扰动，因而进行修正。
上述计算结果与实测值基本上一致，从图2点a移至点b的力由x方向荷重表示，输出由z方向荷重表示，不稳定系所造成的输入＜输出的关系在静态上是明确的。
而图7则是表示保持图5所示磁石相隔距离为3mm，从完全错开状态移至完全重叠状态，再从该状态移至完全错开状态时关系的曲线图。该曲线显示x向荷重绝对值相同但输出方向相反的输出特性，临近完全重叠状态时成为阻尼，也即衰减，从完全重叠状态移至完全错开状态时则加速。
按图8所示使对置磁石旋转角度变化的话，可获得图9所示那种曲线图。当然也表明，对置面积减小的话，最大荷重便减小，能够通过加规定输入所产生的面积变换，使输出变化。
图10是表示采用钕系磁石作为永磁体时磁石间距离和荷重关系的曲线图，排斥力随质量的增加而增加。这里，排斥力可表示为FαBr2×(几何尺寸)Br磁化强度几何尺寸指由对置磁石相隔距离、相对面积、磁通密度、磁场强度等确定的尺寸。磁石材料相同时，磁化强度(Br)恒定，因而可以通过改变几何尺寸改变磁石排斥力。
图11示出的是使永磁体2、4中的某一个相对于另一个滑动，改变对置面积，从而改变几何尺寸这种滑动式原理模型。
如图11所示，永磁体2滑动自如地装配在基座6上，直动滑道8固定在基座6上，并且垂直地竖立在上方。直动滑道8上下自如地装配有L型直角件10，L型直角件10下面，永磁体4与永磁体2相对固定，相同(相斥)磁极处于对置状态。
上述构成的滑动式原理模型中，采用50mmL×25mmW×10mmH磁石(商品名NEOMAX-39SH)作为永磁体2、4，并采用合计质量3.135kg负荷，使永磁体2滑动时，便可获得图12所示那种结果。
图12用作功(J)表示输入输出的实验值，对于约0.5J的功输入可获得约4J的功输出，通过利用对置的两个永磁体2、4构成的磁性弹簧所具有的负衰减特性，或通过使静态磁能量变化，能够用小的输入功引出大的输出功。
图13示出的是表示上述滑动式原理模型应用例的第一振动发生机构。
图13所示的振动发生机构包括滑动自如的第一永磁体12，与第一永磁体12相隔规定距离、上下自如的第二永磁体14，与第一永磁体12联接的联杆机构16，通过联杆机构16使第一永磁体12滑动的VCM(音圈电动机)等驱动源18，而且第一永磁体12和第二永磁体14配置为相同(相斥)磁极处于对置状态。联杆机构包括与第一永磁体12联接的杆20，一端转动自如地联接在杆20大致中央部位的第一杠杆22，与第一杠杆22另一端转动自如地联接的第二杠杆24，一端转动自如地联接在第一杠杆22大致中央部位的第三杠杆26，而且第二杠杆24的另一端转动自如地装配在例如底板等基座28上，第三杠杆26的另一端与驱动源18的往复轴18a联接。杆20与第一永磁体12的联接端部的相对一侧端部可游动地插在杆保持部30，而且杆20所固定的止动体32和杆保持部30之间的杆20绕装有作为负荷调整手段的弹簧34。
上述构成当中，在第二永磁体14加负荷W状态下，由驱动源18通过联杆机构16使第一永磁体12在水平方向上往复移动的话，相对于第一永磁体12相同磁极对置的第二永磁体14便在垂直方向上移动。具体来说，图13振动发生机构通过使对置的一对永磁体12、14的对置面积周期性地变化，发生激振，从而在垂直方向上发生周期性的振动。
另外，还可以根据第二永磁体14上所加的负荷W，使得第一和第二永磁体12、14单侧一对永磁体36、38和其相对一侧另一对永磁体40、42配置成相同磁极对置。该构成中，通过将第二永磁体14和其两侧配置的永磁体38、42固定性在例如顶板44上，而将顶板44装配成通过多个垂直轴等相对于基座28在上下方向上滑动自如，从而能对负荷W发生周期性振动。
更为详细地说明上述构成，则为由固定磁石36、38、40、42支持荷重，并按平衡点和励振磁石(第一永磁体12)的体积设定振幅，通过励振磁石12的滑动，在垂直方向上发生振动。而且，由荷重曲线、振幅和负荷质量设定励振磁石12的行程量。其中心成为基准位置，作为驱动源18的中间位置，为了设定中间位置，由辅助机构(负荷调整用弹簧34等)设定荷重的谷点。这里，荷重的谷点是指可驱动源的辅助机构消除经第二永磁体14加在励振磁石12上的水平方向荷重，处于平衡状态的位置。
由励振磁石12水平方向的行程量确定垂直方向的上死点和下死点，由上下各死点处励振磁石12相对于第二永磁体14的重叠量和间隙量确定各点水平方向和垂直方向的荷重。至于驱动源18辅助机构的弹性系数，由上下各死点处的水平方向荷重确定。
图14示出的表示滑动式原理模型的应用例。
图14所示的振动发生机构包括在Y轴方向上滑动自如的第一永磁体46，与第一永磁体46相隔规定距离、在X轴方向上相对于第一永磁体46移动自如的第二永磁体48，与第一永磁体46联接的联杆机构50，经联杆机构50使第一永磁体46滑动的VCM(音圈电动机)等驱动源52，而且第一永磁体46和第二永磁体48配置成相同(相斥)磁极处于对置状态。联杆机构包括一端与第一永磁体46联接的第一杆54，一端与第一杆54另一端转动自如地联接的第一杠杆56，一端与第一杠杆56另一端转动自如地联接的第二杠杆58，一端转动自如地联接在第一杠杆56大致中央部位的第二杆60。第二杆60的另一端与Y方向上滑动自如的第三永磁体62联接，另一方面第二杠杆58的另一端与驱动源52的往复轴52a联接。第一杠杆56位于第二杠杆58联接部和第二杆60联接部之间，转动自如地装配在基座64上。
还配置有在Y轴方向上与第三永磁体62隔离、与第三永磁体62相同磁极对置的第四永磁体，和在第一永磁体46相对于第三永磁体62的另一侧互相对置、在X轴方向上相对移动自如的第五和第六永磁体68、70。
上述构成中，将第二永磁体48和第六永磁体70固定在相对基座64平行延伸且距基座64规定距离的顶板(未图示)上，由驱动源52经联杆机构50使第一永磁体46在Y轴方向上往复移动，基座64和顶板中某一个便相对于另一个在X轴方向上往复移动。具体来说，图14振动发生机构通过使对置的一对永磁体46、48对置面积周期性地变化，发生激振，从而在水平方向上发生周期性振动。
另外，图14中72和74分别表示滑动自如地装配有活动磁石即第一永磁体46和第三永磁体62的滑道。
进一步详细说明上述构成，则为水平方向(图14中X轴方向)上励振的活动磁石(第一永磁体46)其体积由振动振幅确定，根据其行程量和活动磁石46与对置的第二永磁体48的重叠量和间隙量的关系，确定满足负荷质量条件和振动加速度的荷重特性。确定平衡磁石(第三永磁体62)的荷重值，以便根据中间位置的荷重必要条件，抵消其反作用力，处于平衡的状态。而且，由X轴和Y轴两方向各自的最大振幅点处活动磁石在滑动方向上的反作用力、驱动源52的输入和平衡磁石输入的平衡荷重值，确定荷重-挠度曲线，据此确定平衡磁石考虑到其杠杆比的活动范围和体积。
接下来对上述构成的振动发生机构的控制进行说明。
采用sin波或随机波等作为VCM等驱动源18、52的驱动波，为了将VCM等控制为规定位置和加速度(反馈)，如图15机构模型所示，需要检测VCM动作的电位器等传感器。
具体来说，采用sin波作为驱动波时，检出励振台(图13中的顶板44或图14中的顶板或基座64)的动作进行振幅控制的场合，需要旋转编码器或电位器等位置传感器，检测励振台加速度进行加速度控制时，需要加速度传感器。而采用随机波作为驱动波时，需要旋转编码器等位置传感器以检出励振台动作。
图16示出的是采用VCM作为驱动源18、52，由图17所示的sin波驱动VCM时闭环控制的框图。
图16中，由sin波盘76按规定定时(例如每1ms)向D/A(数字-模拟变换器)78输出数据，将其电压值输入至PWM(脉冲宽度调制)控制放大器等VCM用放大器80，驱动VCM18、52。VCM18、52连接有电位器82，由比较器84比较电位器82的值和输出，并且将该差值输出至D/A78，使VCM18、52驱动至目的位置。sin波盘76与例如个人计算机等连接，由个人计算机发送start(开始)命令，由sin波盘76输出规定的sin波，并继续输出直到发送stop(停止)命令或clear(清零)命令为止。
也能够用图18所示随机波作为驱动波，根据个人计算机发送的start命令按规定定时由放大器80输出振幅值，进行VCM18、52设定为目的位置的闭环控制，并且保持该输出直到放大器80发送下一数据。
本发明如上所述构成，具有以下所述效果。
本发明中，按照权项1所记载的发明，由驱动源的驱动力使对置的至少两个永磁体中某一个，相对于另一个周期性地往复移动，改变永磁体对置面积，导致另一个永磁体振动，因而可以利用永磁体的排斥力使另一个永磁体上所加的负荷振动，容易制作噪声小、体积小且价格低的振动发生机构。
按照权项2所记载的发明，使得上述至少两个永磁体在垂直方向上隔离，另一方面使得其两侧分别有一对永磁体在相斥磁极对置状态下在垂直方向上隔离，利用这一对永磁体排斥力支持垂直方向上所加的负荷，因而即便对于较大负荷也能适应，能够发生所需的振动。
按照权项3所记载的发明，联杆机构的一部分装配负荷调整手段，由该负荷调整手段消除加在上述某一个永磁体上的水平方向上的荷重，因而不需要加大驱动源驱动力，能够使振动发生机构小型化。
按照权项4所记载的发明，使得上述至少两个永磁体在第一水平方向上隔离，另一方面使得其单侧有一对永磁体在相斥磁极对置状态下在上述第一水平方向上隔离，并使对置的永磁体中某一个相对于相对应的另一个永磁体在第一水平方向上振动，因而可以由噪声小、小型化、价格低的振动发生机构发生水平方向的振动。
按照权项5所记载的发明，使得另一对永磁体在相斥磁极对置状态下在与上述第一水平方面垂直的第二水平方向上隔离，而且通过其中任意一个与上述联杆机构联接来平衡互相对置的永磁体之间在第二水平方向上的排斥力，因而不需要加大驱动源驱动力，能够使振动发生机构小型化。
权利要求
1．一种振动发生机构，其特征在于，包括互相隔离且相斥磁极对置的至少两个永磁体、与该永磁体中任意一个联接的联杆机构、和通过该联杆机构驱动上述某个永磁体的驱动源，由该驱动源使上述某个永磁体相对于另一个永磁体周期性地往复移动，改变上述永磁体对置面积，从而使上述另一个永磁体振动。
2．如权利要求1所述的振动发生机构，其特征在于，使得上述至少两个永磁体在垂直方向上隔离，另一方面使得该永磁体两侧分别有一对永磁体在相斥磁极对置状态下在垂直方向上隔离，利用这一对永磁体排斥力支持垂直方向上所加的负荷。
3．如权利要求2所述的振动发生机构，其特征在于，上述联杆机构的一部分装配负荷调整手段，由该负荷调整手段消除加在上述某一个永磁体上的水平方向上的荷重。
4．如权利要求1所述的振动发生机构，其特征在于，使得上述至少两个永磁体在第一水平方向上隔离，另一方面使得该永磁体单侧有一对永磁体在相斥磁极对置状态下在上述第一水平方向上隔离，并使上述至少两个永磁体中的某一个和上述一对永磁体中的某一个相对于分别对应的另一个永磁体在上述第一水平方向上振动。
5．如权利要求4所述的振动发生机构，其特征在于，使得另一对永磁体在相斥磁极对置状态下在与上述第一水平方向垂直的第二水平方向上隔离，而且通过使上述另一对永磁体中的任意一个与上述联杆机构联接来平衡互相对置的永磁体之间在上述第二水平方向上的排斥力。
全文摘要
本发明通过组装多个永磁体,提供一种能够实现小型化、噪音小和价格低的励振机的振动发生机构。使相斥磁极对置的至少两个永磁体12、14、46、48配置成互相隔离,并且将联杆机构16、50与永磁体中某一个12、46联接。再经联杆机构16、50将驱动源18、52的驱动力加到某一个永磁体12。46上,因而可以使某一个永磁体12、46相对于另一个永磁体14、48周期性地往复移动,可以通过该往复运动改变磁体12、14、46、48对置面积,使上述另一个永磁体14、48振动。
文档编号B06B1/04GK1235071SQ98108089
公开日1999年11月17日 申请日期1998年5月7日 优先权日1998年5月7日
发明者藤田悦则, 誉田浩树 申请人:株式会社三角工具加工