JP2019009906A - リニアアクチュエータおよびそれを用いた洗濯機用制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型・低コストの低ディテント・低トルクリップルのリニアアクチュエータを提供する。【解決手段】固定子及び該固定子に対向して移動する可動子を備えるリニアアクチュエータにおいて、前記固定子は界磁コイルを有し、前記可動子は永久磁石を有し、前記界磁コイルが巻かれた磁気歯の間に補極が備えられ、前記可動子の移動範囲において、前記補極に対向する前記永久磁石の磁極が一定である。【選択図】図２

Description

本発明は、制振対象物について生じる振動を抑制するリニアアクチュエータ、およびそのリニアアクチュエータを備えた洗濯機用制振装置に関する。

直線運動する電機としてリニアモータやリニアアクチュエータが検討されている。幾何学的に対称形である円形の回転モータに比べ、直線型で端部を有するリニアモータは部品点数が多く組立は煩雑となる。特許文献1には予め同形状に成形した電機子の構成部品（第１の磁気ティース）を直線的に連結することで、リニアモータの生産性を向上する手法について記載されている。また、第１の磁気ティースに巻線をせずに部品を組み立て、磁気ティース（第２の磁極ティース）として補極として活用する例も記載されている。
また、特許文献２には可動子を中心に上下に分割できるリニアモータに補極を有する構造が記載されている。

特開２００７−１８５０３３号公報 特開２０１６−１０１０１９号公報

リニアモータの問題点は、回転モータに比べサイズが大きく、高コストであることがあげられる。そのため市場には、小型・低コストな回転モータにギアを組み合わせた直線運動をするアクチュエータが存在する。つまり、安価な回転モータにギアなどの機構部部品を付与した方が安く、体格も小さくなる場合があった。

然るに、特許文献１に記載の技術では３相モータを対象にしており、磁気ティースは3の倍数配置する必要があり（図９）、そのサイズはまだ大きく高コストである。さらに磁気ティースを補極として活用するにも、巻線せずに磁気ティースをそのまま補極したのでは、そのコギングやトルクリップル低減効果は限定的である。さらに３相モータでは磁気バランスを取りにくいため、第１の磁気ティースと第２の磁気ティースの連結部品の両側に第３の磁気ティースを配置することが示されており、結局部品点数が増え、組立が煩雑な高コストなモータとなっている（図１１）。

また、特許文献２記載の補極（図３の第１補助磁極）を上下に配置しても（図1）、磁束ベクトルは補極部材内でぶつかり合うため、リニアモータのトルク特性に影響を与えることはない。すなわち補極による。さらに、ディテント源である磁石位置と可動子位置の相関関係の検討が不十分であり、ディテントは0を跨いで正負に脈動しており、その低減効果は限定的である（図７）。

さらに、制振装置用にリニアモータ・リニアアクチュエータを適用するにはモータが加振源とならないように、可動範囲内を極めて低コギング、低トルクリップルであることが要求される。しかし特許文献1には用途の記載がなく、漠然と補極でコギングを低減する一般論の羅列しか記されていない。特許文献２はコンプレッサー用の記載があり、制振用途と異なる。そのため許容されるディテント・トルクリップル量は異なる。

そこで、本発明は、リニアアクチュエータを大型化することなく特性を確保し、経済性に優れたリニアアクチュエータを提供すること。さらに、このリニアアクチュエータを用いたダンパや制振指示機構を洗濯機などの家庭電気品に提供し、制振性を向上することにある。

前記課題を解決するために、本発明ではその一例として、固定子及び該固定子に対向して移動する可動子を備えるリニアアクチュエータにおいて、前記固定子は界磁コイルを有し、前記可動子は永久磁石を有し、前記界磁コイルが巻かれた磁気歯の間に補極が備えられ、前記可動子の移動範囲において、前記補極に対向する前記永久磁石の磁極が一定である。

本発明によれば、小型・低コストの低ディテント・低トルクリップルのリニアアクチュエータを提供できる。さらに前記リニアアクチュエータを適用した制振装置は容易な制御と低コストで制振対象物の振動を適切に抑制できる。また前記制振装置を洗濯機などの白物家電の防振支持機構に適用することで、低コストかつ制振性に優れた白物家電等を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る制振装置が備えるリニアアクチュエータの縦断面斜視図である。 図1のII−II線矢視端面図である。 図１のIII−III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が備えるリニアアクチュエータの縦断面正面図である。 本発明の第１実施形態に係る制振装置が備えるリニアアクチュエータの縦断面正面図である。 本発明の実施形態に係わるリニアアクチュエータの推力特性を示す実験結果である。 本発明の実施形態に係わるリニアアクチュエータの補極ＣＰの幅とトルクリップルの関係を示す図である。 本発明の実施形態に係わるリニアアクチュエータの機内磁束密度を示すコンター図である。 本発明の実施形態に係わるリニアアクチュエータのコイル鎖交磁束の実験結果である。 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。 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、濯機の回転数と外槽の変位の変化を示す実験結果である。 本発明の実施形態において、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。

以下の各実施形態では、一例として、リニアアクチュエータ１０（図１参照）によって洗濯機Ｗ（図１０参照）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アクチュエータ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アクチュエータ１０の半分を図示しているが、リニアアクチュエータ１０の構成は、ｙｚ平面を基準として対称になっている。
リニアアクチュエータ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アクチュエータである。図１に示すように、リニアアクチュエータ１０は、洗濯機Ｗ（図１１参照）の外槽３７（制振対象物）に接続されている。具体的には、リニアアクチュエータ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、リニアアクチュエータ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、コア１１aの凸部に巻線１１ｂを巻回していない補極ＣＰ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アクチュエータ１０の半分（図１参照）ではなく、リニアアクチュエータ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Ｓ1と、磁極歯Ｔ，Ｔと、を備えている。
環状部Ｓ1は、縦断面視で環状（矩形枠状）を呈しており、この環状部Ｓ1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Ｓ1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。
環状部Ｓ1内の前記電磁石と前記可動子１２の永久磁石（図１参照）から発生する磁束の流れを図中に矢印で示すように、環状となっている。

図３は、図１のIII−III線矢視端面図である。なお、図３では、ｘ方向におけるリニアアクチュエータ１０の半分（図１参照）ではなく、リニアアクチュエータ１０の全体を図示している。
図３に示すように、固定子１１のコア１１ａは、環状部Ｓ２と、補極極歯ＴＣＰ，ＴＣＰと、を備えている。
環状部Ｓ２は、縦断面視で環状（矩形枠状）を呈しており、この環状部Ｓ２によって磁気回路が構成されている。一対の補極歯ＴＣＰ，ＴＣＰは、環状部Ｓ２からｙ方向内側に延びており、互いに対向している。なお、補極歯ＴＣＰ，ＴＣＰ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。補極歯ＴＣＰ，ＴＣＰには、巻線１１ｂが巻回されていない。
環状部Ｓ２内の前記可動子１２（図示せず）から発生する磁束の流れを図中に一点矢印で示すように、環状となっている。
つまり、リニアアクチュエータ１０の特性は、図２の環状部Ｓ１内と図３環状部Ｓ２内を通過する磁束ベクトルの和によって決定される。つまり、ディテントとトルクリップルを低減したければ、磁束ベクトルの和を目的の仕様に合うように最適化すれば良い。

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、さらに磁気歯Ｔの間に1対の補極ＣＰが設けられている。なお、リニアアクチュエータ１０の小型化のために、補極ＣＰのｚ方向長さは磁気歯Ｔの長さより短い方が好ましい。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１２参照）の出力側に接続されている。

図１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１に示す永久磁石１２２ｂのｚ方向の長さは、可動子１２の可動範囲Ｘの長さと補極ＣＰのｚ方向の長さの和より大きくなるよう設定してある。これにより補極ＣＰに対向する永久磁石１２２ｂの極性は一定となる。つまり一般的なリニアアクチュエータの様に補極ＣＰに対向する永久磁石の極性が、Ｎ極、Ｓ極……Ｎ極と変化することはない。

図４−１及び図４−２は、制振装置が備えるリニアアクチュエータ１０の縦断正面図ある。

記載内容を図４−１及び図４−２を用いて詳述する。図４−１（ａ）に示すリニアアクチュエータ１０においてｚ方向の長さを、磁気歯Ｔの長さＴＬが、可動子１２の可動範囲Ｘよりも長く、かつ永久磁石１２２ｂの長さＭＬが磁気歯のピッチＴＰよりも大きい方が好ましい。図４−１（ｂ）はコイル通電時の磁束の向きの一例である（説明のために可動子１２を図示せず）。コア１１ａが磁極となるよう巻線１１ｂに通電した場合の磁極配置を示している。各磁気歯ＴはそれぞれＮ極、Ｓ極となるが補極ＣＰは隣接するコイルの通電向きが同一となるため、ニュートラルとなる。また、図４−１（ｃ）は図４−１（ｂ）の逆向きに巻線１１ｂに通電した場合であり、各磁気歯ＴはＳ極、Ｎ極と反転できる。図４−２（ｄ）は永久磁石の磁束の向きの一例である。本実施例のリニアアクチュエータ１０は巻線１１ｂの電流の向きの切り替えにより、磁力の吸引力を制御し推力を発生している。図４−２（ｅ）はリニアアクチュエータ１０の可動範囲の左端を、図４−２（ｆ）は右端を示したものである。本実施例では可動子１２の移動範囲左端・右端であっても２対の磁気歯Ｔ、補極ＣＰの何れもが永久磁石１２２ｂに対向している。これにより、コイルに通電されていなくても（図４−２（ｄ））、可動子が左端にあり永久磁束の磁束と電磁石の磁束が同ベクトルあっても（図４−２（ｅ））、可動子が右端にあり永久磁束の磁束と電磁石の磁束が逆ベクトルであっても（図４−２（ｆ））、いずれの場合も補極ＣＰには同一向きの（図中は実線下向き矢印）の磁束の磁路となっている。

図５は本実施例に係わるリニアアクチュエータの推力を示す実験結果である。横軸に可動子１２の移動範囲、縦軸に推力を示している。従来は可動子の移動に伴い推力が変化している。最大推力は可動子１２がセンタ(変位０ｍｍ)の時の１８０Ｎに対し、最少推力は可動子が左端にあるときの４０Ｎである。つまり可動子１２の移動に対しトルクリップルが１４０Ｎ発生している。つまり可動子の位置でリニアアクチュエータの特性が大きく異なるため制御しにくく、かつリニアアクチュエータそのものが振動源であった。本実施例では可動子１２の移動に対し推力の変動は小さく、最大値で１８０Ｎ、最小値１６０Ｎと２０Ｎしか変動しないため、制御しやすい静かなリニアアクチュエータである。なお、この時のｚ方向の固定子１１の長さは８０ｍｍ、磁気歯Ｔの長さは２０ｍｍ、補極ＣＰの長さは１０ｍｍである。

図６は本実施例に係わるリニアアクチュエータの補極ＣＰの幅とトルクリップルの関係を示す図である。
横軸に補極の割合、縦軸にトルクリップルの割合を示している。補極の割合とは、（補極ＣＰの長さ）/（磁気歯Ｔの長さ）×１００（％）とした。トルクリップルの割合とは、（トルクリップル）/（最大推力）×１００（％）とした。上記の場合、補極の割合５０％、トルクリップルの割合１１％となる。
磁気歯Ｔを一定に補極ＣＰを変化させたところ、補極の割合が１０％であってもトルクリプルを低減できることがわかった。つまり補極ＣＰの幅はわずかでも効果があり、固定子１１の全体長さを大型化することなく、リニアアクチュエータ１０の推力特性を一定化できる。

さらに、補極は図３に示すような電磁鋼板のプレス成型品であり、例えば補極ＣＰの幅を２ｍｍ（上記の１０％相当）の場合、市販されている０．５０ｍｍ厚の電磁鋼板を用いれば４枚多めに重ねるだけで良い。つまり材料費も加工費も微々たるもので、コストアップすることなくリニアアクチュエータある。例えば１０の推力特性を改善できた。

図７は本実施例に係わるリニアアクチュエータの機内磁束密度を示すコンター図である。補極ＣＰの効果を確認するために、機内の磁束密度の解析結果を示す。磁束は可視化できないため、シミュレーション解析を用いた。シミュレーションには市販の磁界解析ソフト（(株)JSOL製 JMAG−Designer）を用いた。

図７（ａ）は従来例の補極ＣＰが無いモデル、図7（ｂ）は本実施例の補極があるモデルである。メッシュ数などの解析条件における差をなくすために、解析モデルを統一してある。つまり図７（ａ）の補極部は材料を空気（補極が無い）に変更して解析している。
またこれらコンター図は図５における変位−１０ｍｍ、つまり図４における可動子１２が左端にある場合を示している。
図７（ａ）において固定子１１の環状部Ｓの磁束密度が左右で異なっている（図中丸で囲った部位）。つまり、界磁の磁束と磁石に磁束が一致する側（図中右側）の環状部Ｓは磁気飽和しており、界磁の磁束と磁石の磁束が打消す側（図中左側）の環状部Ｓは磁気飽和しておらず、機内の磁束密度分布が不均一であることを示している。
一方、図７（ｂ）において固定子１１の環状部Ｓの磁束密度はほぼ同等である。また補極ＴＳの環状部Ｓにも磁束が通っていることを確認できる。つまり補極ＣＰの作用により機内の磁束密度分布を均一化していることが確認できた。

図８は本実施例に係わるリニアアクチュエータのコイル鎖交磁束の実験結果である。横軸に可動子１２の移動範囲、縦軸に鎖交磁束を示している。無通電時（ＤＣ０Ａ時）において、従来例と本実施例の差は小さい。しかし、通電時（ＤＣ１Ａ通電時）において、従来例は変位が正方向に進むにつれ、直線から乖離し飽和していることがわかる。それに対し、本発明では可動子の移動に応じてほぼ一次直線的にコイルの鎖交磁束が変化している。つまり、本発明のリニアアクチュエータの誘起電圧をはじめとする諸特性は、可動子の移動に伴いほぼ一定の割合で変化することを意味する。これは可動子の位置とリニアアクチュエータの挙動のどちらかがわかれば、相関を演算できることを示す。つまり発明したリニアアクチュエータの可動子の位置センサを用いて制御する必要はなく、可動子の移動によって発生する誘起電圧などの物理量から可動子の位置を推定でき、いわゆるセンサレス制御しやすいリニアアクチュエータとなっている。

図９は、リニアアクチュエータ１０を備える制振装置１００の斜視図である。
制振装置１００は、前記したリニアアクチュエータ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１１参照）を抑制する機能を有している。

図９に示すように、リニアアクチュエータ１０の可動子１２の一端は、洗濯機Ｗ（図１１参照）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、リニアアクチュエータ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９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１０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１１参照）、図４では制振装置１００を図示していない。
図１０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１１参照）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１１参照）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１１参照）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１１参照）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１１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１１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、リニアアクチュエータ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、左右のリニアアクチュエータ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１２は、制振装置１００の構成図である。なお、図１２では、左右の２つのリニアアクチュエータ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１１参照）の外槽３７（図１１参照）である。
制振装置１００は、前記した構成（リニアアクチュエータ１０及びスプリング２０：図９参照）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アクチュエータ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、リニアアクチュエータ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１３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１３では、左側のリニアアクチュエータを「リニアアクチュエータ１０Ｌ」とし、右側のリニアアクチュエータを「リニアアクチュエータ１０Ｒ」と記している。
図１３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１０参照）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アクチュエータ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１３に示すように、インバータ４０は、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２を備える第１のレグと、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４を備える第２のレグと、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６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ＳＷ１〜ＳＷ６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ＳＷ１〜ＳＷ６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ＳＷ１，ＳＷ２の接続点は、配線ｋ３を介して、リニアアクチュエータ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）のリニアアクチュエータ１０Ｌに接続されている。

また、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６の接続点は、配線ｋ５を介して、リニアアクチュエータ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）のリニアアクチュエータ１０Ｌに接続されている。

また、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４の接続点は、配線ｋ４を介してリニアアクチュエータ１０Ｌの巻線１１ｂ（図２参照）に接続されるとともに、この配線ｋ４を介してリニアアクチュエータ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）のリニアアクチュエータ１０Ｌ、及び右側（他方）のリニアアクチュエータ１０Ｒに接続されている。

このように、左右のリニアアクチュエータ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ＳＷ１〜ＳＷ６のオン・オフが制御されることで、リニアアクチュエータ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、リニアアクチュエータ１０Ｌ，１０Ｒに通電される電流を検出するものであり、配線ｋ４に設けられている。つまり、電流検出器５０によって、リニアアクチュエータ１０Ｌ，１０Ｒの巻線１１ｂ（図２参照）に流れる電流が検出される。

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、リニアアクチュエータ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ＳＷ１〜ＳＷ６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がリニアアクチュエータ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。

＜効果＞
第１実施形態によれば、推力調整部６０は、リニアアクチュエータ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、リニアアクチュエータ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、左右のリニアアクチュエータ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、左右のリニアアクチュエータ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、リニアアクチュエータ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、リニアアクチュエータ１０の推力）である。また、ｘ［ｍ］は、可動子１２の位置である。

また、リニアアクチュエータ１０の推力の運動方程式は、式（２）で表される。なお、Ｆ_Ｌ［Ｎ］はリニアアクチュエータ１０の推力であり、Ｋｅ［Ｎ／Ａ］はリニアアクチュエータ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、リニアアクチュエータ１０の粘性係数である。

図１４Ａ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１４Ａ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１４Ｂも同様）。

図１４Ａ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１４Ｂ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１４Ｂ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）、リニアアクチュエータ１０の粘性係数Ｃを小さくするようにした。
図１４Ｂ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。

また、各実施形態では、固定子１１（図９参照）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アクチュエータ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アクチュエータ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 制振装置
１０ リニアアクチュエータ
１０Ｌ リニアアクチュエータ（一方のリニアアクチュエータ）
１０Ｒ リニアアクチュエータ（他方のリニアアクチュエータ）
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 インバータ
５０ 電流検出器
６０， 推力調整部
Ｇ 制振対象物
Ｗ 洗濯機
ＣＰ 補極

Claims (7)

1. 固定子及び該固定子に対向して移動する可動子を備えるリニアアクチュエータにおいて、
   前記固定子は界磁コイルを有し、前記可動子は永久磁石を有し、前記界磁コイルが巻かれた磁気歯の間に補極が備えられ、
   前記可動子の移動範囲において、前記補極に対向する前記永久磁石の磁極が一定であることを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 請求項１記載のリニアアクチュエータにおいて、
   前記界磁コイルが巻挿された磁気歯部の長さＴ_Ｌが、前記リニアアクチュエータの可動範囲Ｘよりも長く、
   永久磁石の長さＭ_Ｌが前記磁気歯部のピッチＴ_Ｐよりも大きいことを特徴とするリニアアクチュエータ。
3. 請求項１または請求項２記載のリニアアクチュエータを具備し、
   前記リニアアクチュエータは制振対象物に接続され、
   前記リニアアクチュエータを駆動するインバータと、
   前記リニアアクチュエ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、
   前記リニアアクチュエータの推力を調整する推力調整部を備える
   ことを特徴とする制振装置。
4. 単相交流電力で駆動する一対の前記リニアアクチュエータを備え、
   前記インバータは、３相フルブリッジインバータであり、
   前記3相フルブリッジインバータの１相分に対応するレグが、
   一方の前記リニアアクチュエータ接続され、
   前記３相フルブリッジインバータの１相分に対応するレグが、
   一方及び他方の前記リニアアクチュエータに接続される
   ことを特徴とする請求項３記載の制振装置。
5. 前記リニアアクチュエータの前記永久磁石は、
   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に記載の制振装置。
6. 前記リニアアクチュエータと弾性体とを有することを特徴とする請求項１に記載の制振装置。
7. 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、
   制振対象物である前記外槽に接続されるリニアアクチュエータと、を備え、
   前記リニアアクチュエータは、固定子及び該固定子に対向して移動する可動子を備え、
   前記固定子は界磁コイルを有し、前記可動子は永久磁石を有し、前記界磁コイルが巻かれた磁気歯の間に補極が備えられ、
   前記可動子の移動範囲において、前記補極に対向する前記永久磁石の磁極が一定であることを特徴とする洗濯機。

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