JP2018046624A - 制振装置及び洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】制振対象物の振動を適切に抑制する低コストな制振装置等を提供する。【解決手段】制振装置１００は、制振対象物Ｇに接続されるリニアモータ１０と、リニアモータ１０を駆動するインバータ４０と、リニアモータ１０に通電される電流を検出する電流検出器５０と、電流検出器５０によって検出される電流に基づき、インバータ４０を駆動することによってリニアモータ１０の推力を調整する推力調整部６０と、を備える。これによって、制振対象物Ｇの振動を適切に抑制できる。【選択図】図６

Description

本発明は、制振対象物の振動を抑制する制振装置等に関する。

リニアモータを備える機器として、例えば、特許文献１には、リニアモータによってシリンダ内でピストンを移動させ、ガスを圧縮するリニア圧縮機について記載されている。
また、特許文献２には、リニアモータの可動子の相対位置を検出する位置センサと、この位置センサの検出値等に基づいて制振対象物の振動を抑制する制御装置と、を備える制振制御システムについて記載されている。

特開２００３−２１４３５３号公報 特開２０１０−７８０７５号公報

特許文献１に記載の技術では、リニア圧縮機のピストンを上死点と下死点との間で過不足なく往復させるために、リニアモータのモータ定数がオートチューニングされる。つまり、特許文献１に記載の技術は、諸条件が変わってもリニアモータの振幅を一定とするものであり、この振幅を時々刻々と変化させるものではない。

また、特許文献２に記載の技術では、リニアモータの可動子の相対位置を検出する位置センサが設けられるため、製造コストの増加を招くという事情がある。

そこで、本発明は、制振対象物の振動を適切に抑制する低コストな制振装置等を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、制振対象物に接続されるリニアモータと、前記リニアモータを駆動するインバータと、前記リニアモータに通電される電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器によって検出される電流に基づき、前記インバータを駆動することによって、前記リニアモータの推力を調整する推力調整部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、制振対象物の振動を適切に抑制する低コストな制振装置等を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る制振装置が備えるリニアモータの縦断面図である。 図１のII−II線矢視端面図である。 本発明の第１実施形態に係る制振装置の斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る制振装置を備える洗濯機の斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る制振装置を備える洗濯機の縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係る制振装置の構成図である。 本発明の第１実施形態に係る制振装置が備えるインバータを含む構成図である。 本発明の第１実施形態に係る制振装置の推力調整部等を含む全体の制御ブロック線図である。 図８に示す一次遅れ要素（１／（Ｒ＋ｓＬ））と等価な制御ブロック線図である。 本発明の第２実施形態に係る制振装置の構成図である。 本発明の第２実施形態に係る制振装置が備える推力調整部の制御ブロック線図である。 粘性係数が一定であるオイルダンパを用いた比較例において、洗濯槽の回転速度と外槽の変位の変化を示す実験結果である。 本発明の第２実施形態において、洗濯槽の回転速度と外槽の変位の変化を示す実験結果である。 本発明の第３実施形態に係る制振装置の構成図である。 本発明の第３実施形態に係る制振装置が備える推力調整部及び速度情報推定部を含む制御ブロック線図である。 本発明の第３実施形態に係る制振装置において、誘起電圧Ｅ_ｍに基づいて電流指令ｉ^＊を生成する際に用いられる関数の例を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係る制振装置において、誘起電圧Ｅ_ｍに基づいて電流指令ｉ^＊を生成する際に用いられる関数の別の例を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係る制振装置において、誘起電圧Ｅ_ｍに基づいて電流指令ｉ^＊を生成する際に用いられる関数の別の例を示す説明図である。 本発明の第４実施形態に係る制振装置の構成図である。 本発明の第４実施形態に係る制振装置が備える推力調整部を含む制御ブロック線図である。 本発明の変形例に係る制振装置の構成図である。

以下の各実施形態では、一例として、リニアモータ１０（図１参照）によって洗濯機Ｗ（図４参照）の振動を抑制する構成について説明する。

≪第１実施形態≫
図１は、制振装置が備えるリニアモータ１０の縦断面図である。
なお、図１に示すように、ｘｙｚ軸を定める。また、図１では、ｘ方向においてリニアモータ１０の半分を図示しているが、リニアモータ１０の構成は、ｙｚ平面を基準として対称になっている。
リニアモータ１０は、電機子である固定子１１と、ｚ方向に延びる板状の可動子１２と、の間の磁気的な吸引力・反発力（つまり、推力）によって、固定子１１と可動子１２との相対位置をｚ方向で直線的に変化させるモータである。図１に示すように、リニアモータ１０は、洗濯機Ｗ（図５参照）の外槽３７（制振対象物）に接続されている。具体的には、リニアモータ１０の可動子１２が、外槽３７に接続されている。

図１に示すように、リニアモータ１０は、固定子１１と、可動子１２と、を備えている。固定子１１は、電磁鋼板がｚ方向に積層されてなるコア１１ａと、このコア１１ａの磁極歯Ｔに巻回される巻線１１ｂと、を備えている。

図２は、図１のII−II線矢視端面図である。なお、図２では、ｘ方向におけるリニアモータ１０の半分（図１参照）ではなく、リニアモータ１０の全体を図示している。
図２に示すように、固定子１１のコア１１ａは、環状部Ｓと、磁極歯Ｔ，Ｔと、を備えている。
環状部Ｓは、縦断面視で環状（矩形枠状）を呈しており、この環状部Ｓによって磁気回路が構成されている。一対の磁極歯Ｔ，Ｔは、環状部Ｓからｙ方向内側に延びており、互いに対向している。なお、磁極歯Ｔ，Ｔの間の距離は、板状を呈する可動子１２の厚さよりも若干長くなっている。磁極歯Ｔ，Ｔには、それぞれ、巻線１１ｂが巻回されている。この巻線１１ｂに通電することによって、固定子１１が電磁石として機能するようになっている。

図１に示す例では、ｚ方向（可動子１２の移動方向）において、２対の磁極歯Ｔが設けられている。また、２対の磁極歯Ｔのそれぞれに巻回されている巻線１１ｂは、一本の巻線をなしており、その両端が、後記するインバータ４０（図６参照）の出力側に接続されている。

図２に示す可動子１２は、環状を呈するコア１１ａを貫通して、ｚ方向に延びている。また、図１に示すように、可動子１２は、ｚ方向に延びる複数の金属板１２ａと、ｚ方向で所定の間隔を設けて金属板１２ａに設置される永久磁石１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂと、を備えている。なお、１枚の金属板に複数の永久磁石を貼り付けてもよいし、また、１枚の金属板に複数の永久磁石を埋設してもよい。

図１に示す永久磁石１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂは、ｙ方向に磁化されている。より詳しく説明すると、ｙ方向正側の向きに磁化された永久磁石（例えば、永久磁石１２１ｂ，１２３ｂ）と、ｙ方向負側の向きに磁化された永久磁石（例えば、永久磁石１２２ｂ）と、がｚ方向において交互に配置されている。そして、可動子１２と、電磁石として機能する固定子１１と、の吸引力・反発力によって、可動子１２にｚ方向の推力が作用するようになっている。なお、「推力」とは、可動子１２と固定子１１との相対位置を変化させる力である。

また、永久磁石１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂとして、サマリウム‐鉄‐窒素系の永久磁石を用いることが望ましい。永久磁石１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂの原料の具体的な割合（重量％）は、例えば、鉄：約７３％、サマリウム：約２４％、窒素：約３％である。前記した原料のうち、希土類元素はサマリウムである。

これに対して、従来のネオジム磁石では、鉄：約６５％、ネオジム：約２８％、ジスプロシウム：約５％、ボロン：約２％の割合のものが多く使用されていた。前記した原料のうち、希土類元素はネオジム及びジスプロシウムである。したがって、サマリウム‐鉄‐窒素系の永久磁石１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂは、希土類元素の割合が従来のネオジム磁石よりも小さいため、市場動向の影響を受けにくく、生産性の向上につながるという利点がある。

さらに、サマリウム‐鉄‐窒素系の永久磁石１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂは、従来のネオジム磁石やフェライト磁石とは異なり、樹脂に練り込んで金型成形することが可能である。したがって、従来よりも永久磁石１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂの加工精度を向上させ、その寸法ばらつきを小さくすることができる。また、金型成形の際に原料の無駄な部分が残っても再利用できるため、原料のロスがなくなり、製造コストを削減できる。

図３は、リニアモータ１０を備える制振装置１００の斜視図である。
制振装置１００は、前記したリニアモータ１０と、スプリング２０と、を備える電磁サスペンションであり、「制振対象物」である外槽３７の振動（つまり、洗濯機Ｗの振動：図５参照）を抑制する機能を有している。

図３に示すように、リニアモータ１０の可動子１２の一端は、洗濯機Ｗ（図５参照）の外槽３７に接続され、他端は固定治具Ｊに接続されている。また、リニアモータ１０の固定子１１は、図示はしないが、別の固定治具（図示せず）によって、その移動が規制されている。したがって、洗濯機Ｗの外槽３７がｚ方向に振動すると、それに伴って可動子１２がｚ方向で往復し、可動子１２と固定子１１との相対的な位置関係が変化するようになっている。

スプリング２０は、固定子１１に弾性力を付与するバネであり、固定子１１と固定治具Ｊとの間に介在している。図３に示すように、可動子１２は、固定子１１を貫通するとともに、スプリング２０も貫通している。

図４は、制振装置１００を備える洗濯機Ｗの斜視図である。
なお、制振装置１００は、洗濯機Ｗの内部に設置されているため（図５参照）、図４では制振装置１００を図示していない。
図４に示す洗濯機Ｗは、ドラム式の洗濯機であり、また、衣類を乾燥する機能も有している。洗濯機Ｗは、前記した制振装置１００（図５参照）と、ベース３１と、筐体３２と、ドア３３と、操作・表示パネル３４と、排水ホースＨと、を備えている。

ベース３１は、筐体３２を支持するものである。
筐体３２は、左右の側板３２ａ，３２ａと、前面カバー３２ｂと、背面カバー３２ｃ（図５参照）と、上面カバー３２ｄと、を備えている。前面カバー３２ｂの中央付近には、衣類を出し入れするための円形の投入口ｈ１（図５参照）が形成されている。
ドア３３は、前記した投入口ｈ１に設けられる開閉可能な蓋である。

操作・表示パネル３４は、電気スイッチ・操作スイッチ・表示器等が設けられたパネルであり、上面カバー３２ｄに設置されている。
排水ホースＨは、外槽３７（図５参照）の洗濯水を排出するためのホースであり、外槽３７に接続されている。

図５は、制振装置１００を備える洗濯機Ｗの縦断面図である。
洗濯機Ｗは、前記した構成の他に、洗濯槽３５と、リフタ３６と、外槽３７と、駆動機構３８と、送風ユニット３９と、を備えている。
洗濯槽３５は、衣類を収容するものであり、有底円筒状を呈している。洗濯槽３５は、外槽３７に内包され、この外槽３７と同軸上で回転自在に軸支されている。洗濯槽３５の周壁及び底壁には、通水・通風のための貫通孔（図示せず）が多数設けられている。また、洗濯槽３５の開口ｈ２は、外槽３７の開口ｈ３とともに、閉状態のドア３３に臨んでいる。

なお、図５に示す例において洗濯槽３５の回転中心軸は、開口側が高くなるように傾斜しているが、これに限らない。すなわち、洗濯槽３５の回転中心軸は、水平方向であってもよいし、また、鉛直方向であってもよい。
リフタ３６は、洗濯中・乾燥中に衣類を持ち上げて落下させるものであり、洗濯槽３５の内周壁に設置されている。

外槽３７は、洗濯水の貯留等を行うものであり、有底円筒状を呈している。図５に示すように、外槽３７は、洗濯槽３５を内包している。外槽３７の左右には、リニアモータ１０（固定子１１・可動子１２）及びスプリング２０がそれぞれ設置されている。なお、図５では、左右のリニアモータ１０の一方を図示している。

また、外槽３７の底壁の最下部には排水孔（図示せず）が設けられ、この排水孔に排水ホースＨが接続されている。そして、排水ホースＨに設けられた排水弁（図示せず）が閉弁された状態で外槽３７に洗濯水が貯留され、また、排水弁が開弁されることで洗濯水が排出されるようになっている。

駆動機構３８は、洗濯槽３５を回転させる機構であり、外槽３７の底壁の外側に設置されている。駆動機構３８が備えるモータ３８ｂ（図７参照）の回転軸は、外槽３７の底壁を貫通して、洗濯槽３５の底壁に連結されている。

送風ユニット３９は、洗濯槽３５に温風を送り込むものであり、洗濯槽３５の上側に配置されている。送風ユニット３９は、ヒータ（図示せず）及びファン（図示せず）を備えている。そして、ヒータで熱せられた空気が、ファンによって洗濯槽３５に送り込まれるようになっている。これによって、水を含んだ衣類が、洗濯槽３５内で徐々に乾燥する。

図６は、制振装置１００の構成図である。なお、図６では、左右の２つのリニアモータ１０のうち一方を図示し、他方を省略している。また、図６に示す制振対象物Ｇは、洗濯機Ｗ（図５参照）の外槽３７（図５参照）である。
制振装置１００は、前記した構成（リニアモータ１０及びスプリング２０：図３参照）の他に、インバータ４０と、電流検出器５０と、推力調整部６０と、を備えている。

インバータ４０は、整流回路Ｆから印加される直流電圧を、推力調整部６０からの電圧指令Ｖ^＊に基づいて単相交流電圧に変換し、この単相交流電圧をリニアモータ１０の巻線１１ｂ（図２参照）に印加する電力変換器である。つまり、インバータ４０は、前記した電圧指令Ｖ^＊に基づいて、リニアモータ１０を駆動する機能を有している。
なお、インバータ４０に直流電圧を印加する「直流電源」は、交流電源Ｅと、整流回路Ｆと、を含んで構成される。

図７は、制振装置１００が備えるインバータ４０を含む構成図である。
なお、図７では、左側のリニアモータを「リニアモータ１０Ｌ」とし、右側のリニアモータを「リニアモータ１０Ｒ」と記している。
図７に示す整流回路Ｆは、交流電源Ｅから印加される交流電圧を直流電圧に変換する周知の倍電圧整流回路である。図７に示すように、整流回路Ｆは、ダイオードＤ１〜Ｄ４がブリッジ接続されてなるダイオードブリッジ回路Ｆ１と、直列接続された２つの平滑コンデンサＣと、を備えている。

そして、ダイオードブリッジ回路Ｆ１から印加される電圧（脈流を含む直流電圧）が、平滑コンデンサＣによって平滑化され、交流電源Ｅの電圧の略２倍に相当する直流電圧が生成されるようになっている。
整流回路Ｆは、正側の配線ｋ１と、負側の配線ｋ２を介してインバータ４０に接続されるとともに、洗濯槽３５（図５参照）を回転させる駆動機構３８のインバータ３８ａにも接続されている。なお、駆動機構３８は、インバータ３８ａと、モータ３８ｂと、を備えている。

インバータ４０は、前記した「直流電源」から印加される直流電圧を単相交流電圧に変換し、この単相交流電圧をリニアモータ１０Ｌ，１０Ｒの巻線１１ｂ（図２参照）に印加する三相フルブリッジインバータである。
図７に示すように、インバータ４０は、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を備える第１のレグと、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４を備える第２のレグと、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６を備える第３のレグと、が並列接続された構成になっている。これらのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６として、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができる。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６には、それぞれ、還流ダイオードＤが逆並列に接続されている。

また、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の接続点は、配線ｋ３を介して、リニアモータ１０Ｌの巻線１１ｂ（図２参照）に接続されている。つまり、三相のインバータ４０の一相分に対応するレグが、左側（一方）のリニアモータ１０Ｌに接続されている。

また、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６の接続点は、配線ｋ５を介して、リニアモータ１０Ｒの巻線１１ｂ（図２参照）に接続されている。つまり、三相のインバータ４０の一相分に対応する別のレグが、右側（他方）のリニアモータ１０Ｌに接続されている。

また、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の接続点は、配線ｋ４を介してリニアモータ１０Ｌの巻線１１ｂ（図２参照）に接続されるとともに、この配線ｋ４を介してリニアモータ１０Ｒの巻線１１ｂにも接続されている。つまり、３相のインバータ４０の残りのレグが、左側（一方）のリニアモータ１０Ｌ、及び右側（他方）のリニアモータ１０Ｒに接続されている。

このように、左右のリニアモータ１０Ｌ，１０Ｒに対応して別々にインバータを設けるのではなく、左右を一つのインバータ４０として共通化することで、インバータ４０のコストを削減できる。そして、ＰＷＭ制御（Pulse Width Modulation）に基づいてスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のオン・オフが制御されることで、リニアモータ１０Ｌ，１０Ｒの巻線１１ｂ（図２参照）に単相交流電圧が印加されるようになっている。

電流検出器５０は、リニアモータ１０Ｌ，１０Ｒに通電される電流を検出するものであり、配線ｋ６に設けられている。つまり、電流検出器５０によって、リニアモータ１０Ｌ，１０Ｒの巻線１１ｂ（図２参照）に流れる電流が検出される。なお、前記した配線ｋ６は、スイッチング素子Ｓ２，ＳＳ４，Ｓ６のエミッタと、インバータ３８ａの入力側と、を接続する配線である。

図６に示す推力調整部６０は、図示はしないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェース等の電子回路を含んで構成されている。そして、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、ＣＰＵが各種処理を実行するようになっている。

推力調整部６０は、電流検出器５０によって検出される電流ｉに基づき、インバータ４０を駆動することによって、リニアモータ１０の推力を調整する機能を有している。つまり、推力調整部６０は、前記した電流ｉに基づいて所定の電圧指令Ｖ^＊を生成し、この電圧指令Ｖ^＊に基づいてスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のオン・オフを切り替える。詳細については後記するが、外槽３７（図５参照）の振動に伴って可動子１２と固定子１１との相対位置が変化すると、この変化を打ち消すように、推力調整部６０がリニアモータ１０の推力を調整するようになっている。

ここで、外槽３７の振動（つまり、洗濯機Ｗの振動）について簡単に説明する。洗い・すすぎ・乾燥時には、図５に示す駆動機構３８によって洗濯槽３５が低速回転し、洗濯槽３５の底に溜まった衣類をリフタ３６によって持ち上げて落下させるタンブリング動作が繰り返される。また、脱水時には洗濯槽３５が高速回転し、回転による遠心力で衣類の水分を外に押し出す遠心脱水が行われる。

なお、従来の洗濯機では、洗い・すすぎ・乾燥時において、落下する衣類の反力で洗濯槽３５の振動の振幅が大きくなることが多かった。また、従来の洗濯機では、脱水時において、衣類の位置の偏りに起因して、洗濯機Ｗで振動・騒音が発生することが多かった。このように、洗濯槽３５における衣類の量や位置の偏り、含水率の他、洗い・すすぎ・乾燥・脱水等の諸条件によって、洗濯機Ｗの振動の仕方は時々刻々と変化する。その振動は外槽３７に伝播する。

図８は、推力調整部６０等を含む全体の制御ブロック線図である。
図８に示すように、推力調整部６０は、演算器６１を備えている。この演算器６１は、電流検出器５０によって検出される電流ｉに所定の電流比例ゲインＫｐを乗算することによって、インバータ４０の電圧指令Ｖ^＊を算出する機能を有している。
なお、リニアモータ１０の可動子１２（図３参照）の速度が大きいほど、電流ｉが大きな値になる。そこで、推力調整部６０は、この電流ｉを大きくするように（つまり、外槽３７に接続された可動子１２の速度を小さくするように）、電圧指令Ｖ^＊を調整するようにしている。

この電圧指令Ｖ^＊に基づいてインバータ４０が制御されることによって、リニアモータ１０の巻線１１ｂ（図２参照）に所定の電圧Ｖが印加される。この電圧Ｖが、可動子１２の速度（図８では、「ｘ」の上に「・」として記載）に反映されるまでの流れが、枠線Ｑ内に示されている。

すなわち、インバータ４０の出力側の電圧Ｖから、リニアモータ１０の誘起電圧Ｅ_ｍを減算した電圧（Ｖ−Ｅ_ｍ）が、巻線１１ｂに印加される。この電圧（Ｖ−Ｅ_ｍ）と、巻線１１ｂの抵抗Ｒ及びインダクタンスＬに基づく一次遅れ要素（１／（Ｒ＋ｓＬ））と、によって、巻線１１ｂに所定の電流ｉが流れる。この電流ｉに、リニアモータ１０の特性を示すモータ定数Ｋｅ（「逆起電力定数」ともいう）を乗算した値が、リニアモータ１０の推力になる。つまり、固定子１１と可動子１２との相対位置をｚ方向で移動させる推力が発生する。そして、前記した推力と、積分要素（１／ｓＭ）と、によって、可動子１２の速度が変化する。なお、Ｍは外槽３７の質量である。

また、可動子１２の速度にモータ定数Ｋｅを乗算した値に等しい誘起電圧Ｅ_ｍが、リニアモータ１０の巻線１１ｂ（図２参照）に発生する。この誘起電圧Ｅ_ｍは、外槽３７の振動によって時々刻々と変化し、それに伴って、巻線１１ｂに流れる電流ｉも変化する。この電流ｉに基づき、推力調整部６０がリニアモータ１０の推力を調整することによって、外槽３７の振動を抑制するようにしている。

例えば、外槽３７の振動中、ｚ方向上向きに可動子１２（図３参照）が移動すると、推力調整部６０は、リニアモータ１０において可動子１２の移動（つまり、外槽３７の振動）を抑制する下向きの推力を発生させる。一方、ｚ方向下向きに可動子１２が移動すると、推力調整部６０は、リニアモータ１０において可動子１２の移動を抑制する上向きの推力を発生させる。これによって、外槽３７の振動が抑制され、ひいては、洗濯機Ｗの振動が抑制される。

＜効果＞
第１実施形態によれば、推力調整部６０は、リニアモータ１０に流れる電流ｉに基づいて、外槽３７の振動を打ち消すように推力を発生させる。これによって、制振装置１００は、比較的簡素な方法で、外槽３７の振動を適切に抑制できる。

また、第１実施形態によれば、可動子１２の位置を検出する位置センサを設ける必要がないため、洗濯機Ｗの低コスト化を図ることができる。また、リニアモータ１０は、その構成要素（固定子１１・可動子１２）の損傷や摩耗がほとんど発生しないため、制振装置１００の耐久性を高めることができる。

また、左右のリニアモータ１０Ｌ，１０Ｒ（図７参照）に印加される単相交流電圧が、一つのインバータ４０によって生成される。したがって、左右のリニアモータ１０Ｌ，１０Ｒに対応して別々にインバータを設ける構成と比較して、洗濯機Ｗの低コスト化を図ることができる。

また、サマリウム‐鉄‐窒素系の永久磁石１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂ（図１参照）を用いることで、前記したように、ネオジム磁石を用いる従来技術と比較して、永久磁石１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂの低コスト化を図ることができる。したがって、洗濯機Ｗの製造コストを削減できる。

≪第１実施形態の変形例≫
第１実施形態では、推力調整部６０における電流比例ゲインＫｐが一定であるものとして説明したが、この電流比例ゲインＫｐの大きさを変えることによって、リニアモータ１０の粘性係数Ｃ［Ｎｓ／ｍ］を変化させしてもよい。この粘性係数Ｃを変化させる方法について説明する。

電磁サスペンションである制振装置１００の運動方程式は、以下の式（１）で表される。なお、式（１）に示すＦ_Ｄ［Ｎ］は、制振装置１００で発生する力（つまり、リニアモータ１０の推力）である。また、ｘ［ｍ］は、可動子１２の位置である。

また、リニアモータ１０の推力の運動方程式は、式（２）で表される。なお、Ｆ_Ｌ［Ｎ］はリニアモータ１０の推力であり、Ｋｅ［Ｎ／Ａ］はリニアモータ１０のモータ定数である。また、Ｉ［Ａ］は巻線１１ｂ（図２参照）に流れる電流であり、Ｖ［Ｖ］は巻線１１ｂに印加される電圧である。また、Ｒ［Ω］は巻線１１ｂの抵抗であり、φ［Ｔ］は巻線１１ｂで発生する磁束である。

ここで、式（１）の力Ｆ_Ｄと、式（２）の推力Ｆ_Ｌと、は等価であるため、以下の式（３）が導かれる。なお、Ｃ［Ｎ・ｍ／ｒａｄ］は、リニアモータ１０の粘性係数である。

図９は、図８に示す一次遅れ要素（１／（Ｒ＋ｓＬ））と等価な制御ブロック線図である。
例えば、式（３）に示す抵抗Ｒの大きさが変わると、リニアモータ１０の粘性係数Ｃの大きさも変わる。また、推力調整部６０（図８参照）が電流比例ゲインＫｐを変化させることによって、抵抗Ｒを変化させたのと同様の効果が奏される。つまり、電流比例ゲインＫｐを変化させることによって、リニアモータ１０の粘性係数Ｃが変化する（つまり、制振装置１００の減衰率が変化する）ようになっている。

図８に示す推力調整部６０は、電流検出器５０によって検出される電流ｉが大きいほど（つまり、外槽３７の振動に伴う可動子１２の移動速度が大きいほど）、電流比例ゲインＫｐを大きくする。これによって、リニアモータ１０でより大きな推力を発生させ、外槽３７の振動を効果的に抑制できる。

≪第２実施形態≫
第２実施形態は、リニアモータ１０に流れる電流ｉと、外槽３７の振動周波数ｆと、に基づいて、推力調整部６０Ａ（図１０参照）がリニアモータ１０の粘性係数Ｃを変化させる点が、第１実施形態とは異なっている。なお、その他（リニアモータ１０や洗濯機Ｗの構成等）については、第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。

図１０は、第２実施形態に係る制振装置１００Ａの構成図である。
図１０に示すように、制振装置１００Ａは、リニアモータ１０と、インバータ４０と、電流検出器５０と、推力調整部６０Ａと、を備えている。

推力調整部６０Ａは、電流検出器５０によって検出される電流ｉに所定の電流比例ゲインＫｐを乗算することによって、インバータ４０の電圧指令Ｖ^＊を算出する機能を有している。また、推力調整部６０Ａは、外槽３７（制振対象物Ｇ）の振動周波数ｆが高いほど、前記した電流比例ゲインＫｐを大きくする機能を有している。

なお、外槽３７の振動周波数ｆと、洗濯槽３５の回転速度と、は比例関係になっている。したがって、推力調整部６０Ａは、前記した駆動機構３８（図５参照）から入力される洗濯槽３５の回転周波数に基づいて、外槽３７の振動周波数ｆを演算するようにしている。したがって、外槽３７の振動周波数ｆを検出するセンサを設ける必要がないため、洗濯機Ｗの低コスト化を図ることができる。

図１１は、制振装置１００Ａが備える推力調整部６０Ａの制御ブロック線図である。
図１１に示すように、推力調整部６０は、演算器６１と、テーブル６２と、を備えている。
演算器６１は、電流検出器５０によって検出される電流ｉに所定の電流比例ゲインＫｐを乗算することによって、電圧指令Ｖ^＊を算出する。

テーブル６２には、外槽３７の振動周波数ｆと、電流比例ゲインＫｐと、の関係を示すデータが予め記憶されている。具体的には、テーブル６２のデータに基づき、外槽３７の振動周波数ｆが高いほど、電流比例ゲインＫｐが大きな値に設定されるようになっている。つまり、外槽３７の振動周波数ｆが高いほど、制振装置１００Ａ（図１０参照）の粘性係数Ｃが小さくなり、リニアモータ１０でより大きな推力が発生する。これによって、外槽３７の振動を効果的に抑制できる。

なお、外槽３７の振動周波数ｆは、洗濯槽３５における衣類の重量や位置、運転モード等によって時々刻々と変化するため、それに伴って推力調整部６０は、電流比例ゲインＫｐを時々刻々と変化させる。

＜効果＞
第２実施形態によれば、外槽３７の振動周波数ｆに基づいて、リニアモータ１０の粘性係数Ｃが可変制御される。したがって、第１実施形態よりも、外槽３７の振動をさらに効果的に抑制できる。

図１２Ａは、粘性係数Ｃが一定であるオイルダンパを用いた比較例において、洗濯槽３５の回転速度と外槽３７の変位（振動）の変化を示す実験結果である。
なお、図１２Ａの実験では、洗濯槽３５内の偏った所定位置に１ｋｇの衣類を置いた状態で、洗濯槽３５を回転させた（図１２Ｂも同様）。

図１２Ａに示すように、洗濯槽３５の回転速度が大きくなるにつれて、外槽３７の振幅が変化している。具体的には、洗濯槽３５の回転速度をゼロから増加させると、約５０［ｍｉｎ^−１］の回転速度において外槽３７の振幅が一旦減少し、約１００［ｍｉｎ^−１］の回転速度において外槽３７の振幅が急激に大きくなって最大振幅になっている。また、１０５〜１７０［ｍｉｎ^−１］の回転速度において外槽３７の振幅が増加し、２００［ｍｉｎ^−１］以上の領域では、洗濯槽３５の回転速度が大きくなるにつれて、外槽３７の振幅は小さくなっている。

図１２Ｂは、第２実施形態において、洗濯槽３５の回転速度と外槽３７の変位（振動）の変化を示す実験結果である。
図１２Ｂに示す実験では、洗濯槽３５の回転速度を大きいほど（つまり、外槽３７の振動周波数ｆが高いほど）、リニアモータ１０の粘性係数Ｃを小さくするようにした。
図１２Ｂに示すように、洗濯槽３５の回転速度が約１００［ｍｉｎ^−１］のときの外槽３７の最大振幅は約５ｍｍであり、図１２Ａに示す比較例の最大振幅（約１０ｍｍ）の半分程度になっている。また、洗濯槽３５の回転速度が５００［ｍｉｎ^−１］以上の領域では、外槽３７の振幅が１ｍｍ程度になっている。このように、第２実施形態によれば、粘性係数Ｃを可変制御することによって、第１実施形態よりも外槽３７の振動を効果的に抑制できる。

≪第３実施形態≫
第３実施形態は、リニアモータ１０に通電される電流ｉと、インバータ４０の電圧指令Ｖ^＊と、に基づいて、リニアモータ１０の誘起電圧Ｅ_ｍを推定する速度情報推定部７０Ｂ（図１３参照）を備える点が、第１実施形態とは異なっている。また、第３実施形態は、前記した誘起電圧Ｅ_ｍと、リニアモータ１０に流れる電流ｉと、に基づいて、推力調整部６０Ｂ（図１３参照）がリニアモータ１０の推力を調整する点が、第１実施形態とは異なっている。なお、その他の点（リニアモータ１０や洗濯機Ｗの構成等）については、第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。

図１３は、第３実施形態に係る制振装置１００Ｂの構成図である。
図１３に示すように、制振装置１００Ｂは、リニアモータ１０と、インバータ４０と、電流検出器５０と、推力調整部６０Ｂと、速度情報推定部７０Ｂと、を備えている。

速度情報推定部７０Ｂは、図示はしないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェース等の電子回路を含んで構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、ＣＰＵが各種処理を実行するようになっている。
速度情報推定部７０Ｂは、電流検出器５０によって検出される電流ｉと、推力調整部６０Ｂによって算出されるインバータ４０の電圧指令Ｖ^＊と、に基づいて、リニアモータ１０で発生する誘起電圧Ｅ_ｍを推定する。この誘起電圧Ｅ_ｍは、以下の式（４）で表される。なお、電圧Ｖ、抵抗Ｒ、及びインダクタンスＬについては、第１実施形態で説明したとおりである。

速度情報推定部７０Ｂは、式（４）に基づいて、リニアモータ１０の誘起電圧Ｅ_ｍを算出し、この誘起電圧Ｅ_ｍの値を推力調整部６０Ｂに出力する。
なお、リニアモータ１０の誘起電圧Ｅ_ｍと、可動子１２の速度（つまり、振動する外槽３７の速度）とは、以下の式（５）に示すように、比例関係になっている。したがって、誘起電圧Ｅ_ｍは、「外槽３７の速度に相当する値」であるといえる。

図１４は、制振装置１００Ｂが備える推力調整部６０Ｂ及び速度情報推定部７０Ｂを含む制御ブロック線図である。
推力調整部６０Ｂは、電流検出器５０によって検出される電流ｉ、及び、速度情報推定部７０Ｂによって算出される誘起電圧Ｅ_ｍに基づいて、所定の電圧指令Ｖ^＊を生成する。

図１４に示すように、推力調整部６０Ｂは、減算器６３と、ＡＣＲ６４（Automatic current regulator）と、電流指令生成部６５と、を備えている。
減算器６３は、電流検出器５０の検出結果である電流ｉから、電流指令生成部６５の算出結果である電流指令ｉ^＊を減算する機能を有している。

ＡＣＲ６４は、前記した電流ｉを電流指令ｉ^＊に近づけるように、電圧指令Ｖ^＊を算出する機能を有している。そして、ＡＣＲ６４で算出された電圧Ｖ^＊に基づいて、インバータ４０（図１３参照）が制御されるようになっている。
電流指令生成部６５は、速度情報推定部７０Ｂから入力される誘起電圧Ｅ_ｍの値に基づいて、誘起電圧Ｅ_ｍを打ち消すようにインバータ４０の電流指令ｉ^＊を算出する機能を有している。

図１５Ａは、誘起電圧Ｅ_ｍに基づいて電流指令ｉ^＊を生成する際に用いられる関数の例を示す説明図である。
図１５Ａに示す例では、誘起電圧Ｅ_ｍと電流指令ｉ^＊とが比例関係になっており、その比例係数は負の値である。すなわち、電流指令生成部６５（つまり、推力調整部６０Ｂ）は、誘起電圧Ｅ_ｍの絶対値が大きいほど、電流指令ｉ^＊の絶対値を大きくする。このように、誘起電圧Ｅ_ｍが大きいほど（外槽３７が振動する速度が大きいほど）、電流指令ｉ^＊の絶対値を大きくすることで、外槽３７の振動を適切に抑制できる。

図１５Ｂは、誘起電圧Ｅ_ｍに基づいて電流指令ｉ^＊を算出する際に用いられる関数の別の例を示す説明図である。
図１５Ｂに示すように、誘起電圧Ｅ_ｍを打ち消すための電流指令ｉ^＊（絶対値）を固定値としてもよい。このようにしても、制振装置１００Ｂによって外槽３７の振動を適切に抑制できる。

図１５Ｃは、誘起電圧Ｅ_ｍに基づいて電流指令ｉ^＊を算出する際に用いられる関数の別の例を示す説明図である。
図１５Ｃに示す例では、誘起電圧Ｅ_ｍがゼロ付近でない領域に関しては図１５Ｂと同様であるが、誘起電圧Ｅ_ｍがゼロ付近の領域では、電流指令生成部６５によって（つまり、推力調整部６０Ｂによって）、電流指令ｉ^＊がゼロに設定される。

なお、前記した図１５Ｂの例では、誘起電圧Ｅ_ｍがゼロ付近の領域で電流指令ｉ^＊の正負が交互に入れかわるため、場合によっては、リニアモータ１０の動作が不安定になりやすい。そこで、図１５Ｃに示すように、電流指令ｉ^＊がゼロの不感帯を設けることによって、リニアモータ１０の推力を安定的に制御できる。

＜効果＞
第３実施形態によれば、電流ｉ及び電圧指令Ｖ^＊に基づいて誘起電圧Ｅ_ｍ（外槽３７の速度に相当する値）が推定され、この誘起電圧Ｅ_ｍ等に基づいてリニアモータ１０が制御される。つまり、外槽３７の時々刻々の速度を打ち消すようにリニアモータ１０の推力を発生させることで、外槽３７の振動を効果的に抑制できる。

≪第４実施形態≫
第４実施形態は、リニアモータ１０の推力の調整方法が第３実施形態とは異なっているが、その他の点（リニアモータ１０や洗濯機Ｗの構成等）については、第３実施形態と同様である。したがって、第３実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。

図１６は、第４実施形態に係る制振装置１００Ｃの構成図である。
図１６に示すように、制振装置１００Ｃは、リニアモータ１０と、インバータ４０と、電流検出器５０と、推力調整部６０Ｃと、速度情報推定部７０Ｃと、を備えている。

速度情報推定部７０Ｃは、第３実施形態で説明した速度情報推定部７０Ｂ（図１３参照）と同様の方法で、電圧指令Ｖ^＊及び電流ｉに基づいて誘起電圧Ｅ_ｍを推定する。
推力調整部６０Ｃは、電流ｉ、誘起電圧Ｅ_ｍ、及び外槽３７（制振対象物Ｇ）の振動周波数ｆに基づいて、電圧指令Ｖ^＊を算出する機能を有している。

図１７は、制振装置１００Ｃが備える推力調整部６０Ｃを含む制御ブロック線図である。
図１７に示すように、推力調整部６０Ｂは、減算器６３と、ＡＣＲ６４と、テーブル６６と、電流指令生成部６７と、を備えている。なお、減算器６３及びＡＣＲ６４については、第３実施形態（図１４参照）と同様であるから、説明を省略する。

テーブル６６には、誘起電圧Ｅ_ｍ、及び外槽３７の振動周波数ｆに基づいて、電流指令ｉ^＊を生成するためのデータが予め格納されている。具体的には、第２実施形態と同様にして、外槽３７の振動周波数ｆに基づき、リニアモータ１０の粘性係数Ｃが調整される。すなわち、電流指令生成部６７（つまり、推力調整部６０Ｃ）は、外槽３７の振動周波数ｆが高いほど、電流指令ｉ^＊を大きくする。

また、電流指令生成部６７は、第３実施形態と同様にして、誘起電圧Ｅ_ｍを打ち消すように電流指令ｉ^＊を算出する。このように、第４実施形態では、第２実施形態の長所と、第３実施形態の長所と、を生かした制御が行われる。そして、電流指令生成部６７によって生成された電流指令ｉ^＊に電流ｉを近づけるように、ＡＣＲ６４において電圧指令Ｖ^＊が算出される。

＜効果＞
第４実施形態によれば、速度情報推定部７０Ｃによって、時々刻々の誘起電圧Ｅ_ｍ（外槽３７の速度に相当する値）が推定され、この誘起電圧Ｅ_ｍを打ち消すように、推力調整部６０Ｃによってリニアモータ１０の推力が調整される。さらに、外槽３７の振動周波数ｆが高いほど電流指令ｉ^＊が大きな値に設定されるため、外槽３７の振動を効果的に抑制できる。これによって、低コストかつ制振性の高い洗濯機Ｗを提供できる。

≪変形例≫
以上、本発明に係る制振装置１００等について実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。例えば、各実施形態では、一つのインバータ４０（図７参照）によって、左右のリニアモータ１０Ｌ，１０Ｒを駆動する構成について説明したが、これに限らない。

図１８は、変形例に係る制振装置１００Ｄの構成図である。
図１８に示すように、左側のリニアモータ１０Ｌを駆動するインバータ４０Ｌと、右側のリニアモータ１０Ｒを駆動するインバータ４０Ｒを別々に設けてもよい。
インバータ４０Ｌは、ブリッジ接続された４つのスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４を備えている。そして、第１のレグを構成するスイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２の接続点、及び、第２のレグを構成するスイッチング素子Ｓ１３，Ｓ１４の接続点が、それぞれ、リニアモータ１０Ｌに接続されている。なお、右側のリニアモータ１０Ｒを駆動するインバータ４０Ｒも同様の構成を備えている。このように２つのインバータ４０Ｌ，４０Ｒを設けることで、左右のリニアモータ１０Ｌ，１０Ｒを独立に制御できる。

また、例えば、制御装置（図示せず）が、制振対象物の時々刻々の速度ベクトル（向き及びスカラー量）を推定し、この速度ベクトルを打ち消すようにリニアモータ１０の推力ベクトルを発生させるようにしてもよい。

また、制振対象物の重量（負荷の大きさ）を測定し、その測定結果に基づいて、リニアモータ１０の推力を調整するようにしてもよい。例えば、制振対象物の重量が大きいほど、リニアモータ１０の粘性係数Ｃを大きくするようにしてもよい。これによって、制振対象物の振動をさらに効果的に抑制できる。

また、各実施形態では、固定子１１（図３参照）と固定治具Ｊとの間にスプリング２０を設ける構成について説明したが、これに限らない。例えば、スプリング２０に代えて、ゴムや油圧を利用した機構を適用してもよい。

また、各実施形態では、制振対象物である外槽３７に可動子１２が接続される構成について説明したが、これに限らない。すなわち、固定子１１及び可動子１２の一方を制振対象物に接続し、磁気的な吸引力・反発力によって、固定子１１と可動子１２との相対位置を変化させるようにしてもよい。

また、各実施形態では、制振装置１００等によって洗濯機Ｗの制振を行う構成について説明したが、これに限らない。例えば、エアコンや冷蔵庫等の家電製品の他、鉄道車両や自動車等にも各実施形態を適用できる。
また、各実施形態では、単相交流電力でリニアモータ１０を駆動する構成について説明したが、例えば、３相交流電力でリニアモータ１０を駆動させてもよい。

また、実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。

１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ 制振装置
１０ リニアモータ
１０Ｌ リニアモータ（一方のリニアモータ）
１０Ｒ リニアモータ（他方のリニアモータ）
１１ 固定子
１２ 可動子
１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂ 永久磁石
２０ スプリング
３５ 洗濯槽
３７ 外槽（制振対象物）
３８ 駆動機構
４０，４０Ｌ，４０Ｒ インバータ
５０ 電流検出器
６０，６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ 推力調整部
７０Ｂ，７０Ｃ 速度情報推定部
Ｇ 制振対象物
Ｗ 洗濯機

Claims (10)

1. 制振対象物に接続されるリニアモータと、
   前記リニアモータを駆動するインバータと、
   前記リニアモータに通電される電流を検出する電流検出器と、
   前記電流検出器によって検出される電流に基づき、前記インバータを駆動することによって、前記リニアモータの推力を調整する推力調整部と、を備えること
   を特徴とする制振装置。
2. 前記推力調整部は、前記電流検出器によって検出される電流に所定の電流比例ゲインを乗算することによって、前記インバータの電圧指令を算出し、前記電流が大きいほど、前記電流比例ゲインを大きくすること
   を特徴とする請求項１に記載の制振装置。
3. 前記推力調整部は、前記電流検出器によって検出される電流に所定の電流比例ゲインを乗算することによって、前記インバータの電圧指令を算出し、前記制振対象物の振動周波数が高いほど、前記電流比例ゲインを大きくすること
   を特徴とする請求項１に記載の制振装置。
4. 前記電流検出器によって検出される電流と、前記推力調整部によって算出される前記インバータの電圧指令と、に基づいて、前記制振対象物の速度に相当する値を推定する速度情報推定部を備え、
   前記推力調整部は、前記速度に相当する値を打ち消すように前記インバータの電流指令を算出し、前記電流を前記電流指令に近づけるように、前記電圧指令を算出すること
   を特徴とする請求項１に記載の制振装置。
5. 前記推力調整部は、前記速度に相当する値の絶対値が大きいほど、前記電流指令の絶対値を大きくすること
   を特徴とする請求項４に記載の制振装置。
6. 前記推力調整部は、前記速度に相当する値がゼロ付近の領域では、前記電流指令をゼロに設定すること
   を特徴とする請求項４に記載の制振装置。
7. 前記推力調整部は、前記制振対象物の振動周波数が高いほど、前記電流指令を大きくすること
   を特徴とする請求項４に記載の制振装置。
8. 単相交流電力で駆動する一対の前記リニアモータを備え、
   前記インバータは、三相フルブリッジインバータであり、
   前記三相フルブリッジインバータの一相分に対応するレグが、一方の前記リニアモータに接続され、
   前記三相フルブリッジインバータの一相分に対応する別のレグが、他方の前記リニアモータに接続され、
   前記三相フルブリッジインバータの残りのレグが、一方及び他方の前記リニアモータに接続されること
   を特徴とする請求項１に記載の制振装置。
9. 前記リニアモータは、電機子である固定子と、永久磁石を有する可動子と、を有し、
   前記永久磁石は、サマリウム‐鉄‐窒素系の永久磁石であること
   を特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の制振装置。
10. 衣類を収容する洗濯槽と、
    前記洗濯槽を内包する外槽と、
    前記洗濯槽を回転させる駆動機構と、を備えるとともに、
    制振対象物である前記外槽に接続されるリニアモータと、
    前記リニアモータを駆動するインバータと、
    前記リニアモータに通電される電流を検出する電流検出器と、
    前記電流検出器によって検出される電流に基づき、前記インバータを駆動することによって、前記リニアモータの推力を調整する推力調整部と、を有する制振装置を備えること
    を特徴とする洗濯機。

Images