JP2023117963A - Linear motor, electromagnetic suspension, and washing machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リニアモータ、電磁サスペンションおよび洗濯機に関する。 The present invention relates to linear motors, electromagnetic suspensions and washing machines.
直線運動する電動機としてリニアモータやリニアアクチュエータ(以下、総称してリニアモータと称する)が知られている。リニアモータは、回転機を直線状に切り開いた構造を有しており、固定子と可動子の各々に構成された磁極の間に働く磁力によって、可動子に推力を発生させる。また、リニアモータを電磁サスペンションとして活用する検討も進められている。例えば、特許文献1は洗濯機用のサスペンションとして、リニアモータを有する電磁サスペンションを適用する技術が記載されている。特許文献1では、矩形板状のフレームに磁石を嵌め込んで可動子が構成されている。一方、特許文献2では、軸方向の一端が閉じていない筒状の磁石保持枠に磁石片を取り付け、閉じていない端部にリング状ホルダが取り付けられている。 Linear motors and linear actuators (hereinafter collectively referred to as linear motors) are known as electric motors for linear motion. A linear motor has a structure in which a rotating machine is linearly cut open, and a magnetic force acting between magnetic poles formed on each of a stator and a mover generates a thrust force on the mover. In addition, studies are underway to utilize linear motors as electromagnetic suspensions. For example, Patent Literature 1 describes a technique of applying an electromagnetic suspension having a linear motor as a suspension for a washing machine. In Patent Document 1, a mover is configured by fitting a magnet into a rectangular plate-shaped frame. On the other hand, in Patent Document 2, a magnet piece is attached to a cylindrical magnet holding frame that is open at one end in the axial direction, and a ring-shaped holder is attached to the open end.
特許文献1のリニアモータでは、可動子の矩形板状フレームに矩形状の穴を設けており、フレーム外周は一体形成されている。フレームが金属フレームの場合、フレームの上下に電機子単極があるために、フレーム外周のループ内に交番磁界が鎖交し、フレーム外周に大きな渦電流が発生するおそれがある。 In the linear motor disclosed in Patent Document 1, a rectangular plate-shaped frame of the mover is provided with a rectangular hole, and the outer periphery of the frame is integrally formed. If the frame is a metal frame, since there are armature single poles on the upper and lower sides of the frame, there is a risk that alternating magnetic fields will interlink in the loops on the outer circumference of the frame and a large eddy current will be generated on the outer circumference of the frame.
フレームに流れる渦電流の対策として、特許文献2では、フレーム(磁石保持枠)を分割し、磁石挿入後にリング状ホルダを取り付けている。しかし1枚目の磁石を挿入後、1枚目とは極性の異なる2枚目の磁石を挿入する際、磁石同士に強力な磁気吸引力がはたらき、衝突して損傷するおそれがあった。 As a countermeasure against eddy currents flowing in the frame, in Patent Document 2, the frame (magnet holding frame) is divided, and a ring-shaped holder is attached after the magnet is inserted. However, after inserting the first magnet, when inserting a second magnet having a polarity different from that of the first magnet, a strong magnetic attraction force acts between the magnets, and there is a risk of damage due to collision.
本発明の目的は、リニアモータの可動子フレームに発生する渦電流を抑制するとともに、磁石挿入時の損傷を防止するリニアモータを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a linear motor that suppresses eddy currents generated in the mover frame of the linear motor and prevents damage during insertion of magnets.
前記目的を達成するために本発明のリニアモータは、電機子鉄心と電機子巻線とを有する固定子を備えるとともに、前記固定子に対向する第1の面と第2の面とを具備する複数の永久磁石を有し、前記固定子に対し相対的に移動する可動子、を備えるリニアモータにおいて、前記可動子は、フレーム部と複数のバー部とを含んで構成されており、前記複数の永久磁石と前記複数のバー部が、前記フレーム部の内側に設けられた溝部に沿って挿入固定されて前記フレーム部と前記バー部とが接触面で接触する構成であり、前記複数の永久磁石の間に前記バー部が設けられていることを特徴とする。本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。 In order to achieve the above object, a linear motor of the present invention comprises a stator having an armature core and armature windings, and a first surface and a second surface facing the stator. A linear motor comprising a mover that has a plurality of permanent magnets and moves relative to the stator, wherein the mover includes a frame portion and a plurality of bar portions, and the plurality of and the plurality of bar portions are inserted and fixed along a groove provided inside the frame portion so that the frame portion and the bar portion are in contact with each other at the contact surface, and the plurality of permanent magnets The bar portion is provided between the magnets. Other aspects of the present invention are described in embodiments below.
本発明によれば、リニアモータの可動子フレームに発生する渦電流を抑制するとともに、磁石挿入時の損傷を防止することができる。 According to the present invention, eddy currents generated in the mover frame of a linear motor can be suppressed, and damage during magnet insertion can be prevented.
以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。複数の実施形態及び各実施形態の変更例において、同様の構成要素には同様の符号を付し、説明を省略する。
<第1実施形態>
図1乃至図7を参照して、本発明の第1実施形態に係るリニアモータについて説明する。図1は第1実施形態に係る電磁サスペンションの斜視図である。なお、リニアモータ10は、例えば後述する他の実施形態の電磁サスペンション100(図13参照)に適用され、電磁サスペンション100は、例えば洗濯機W(図14参照)の振動を抑制するために適用される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In a plurality of embodiments and modified examples of each embodiment, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
<First Embodiment>
A linear motor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7. FIG. FIG. 1 is a perspective view of an electromagnetic suspension according to the first embodiment. The linear motor 10 is applied, for example, to an electromagnetic suspension 100 (see FIG. 13) of another embodiment described later, and the electromagnetic suspension 100 is applied, for example, to suppress vibration of the washing machine W (see FIG. 14). be.
図1の符号x、y、zに示すように、x軸、y軸、z軸を定める(z軸はリニアモータの進行方向)。図1は、電磁サスペンション100の外観を図示している。電磁サスペンション100は、リニアモータ10を内包している。 As indicated by symbols x, y, and z in FIG. 1, the x-axis, y-axis, and z-axis are determined (the z-axis is the traveling direction of the linear motor). FIG. 1 illustrates the appearance of an electromagnetic suspension 100. As shown in FIG. Electromagnetic suspension 100 includes linear motor 10 .
〔電磁サスペンション100の構成〕 [Structure of Electromagnetic Suspension 100]
電磁サスペンション100は、シャフト固定金具23(固定金具)間を繋ぐ対向する一対のシャフト21と、電機子鉄心と電機子巻線とを有する固定子11と、シャフト固定金具23間に固定され、固定子11に対向する第1の面(例えば、図3の表面124f)と第2の面(例えば、図3の裏面124r)とを有する磁石または磁性体を有し、固定子11に対し相対的に移動する可動子12と、を有するリニアモータ10と、シャフトに装着され、シャフト固定金具23の一方と固定子11の腕部111とで縮接されている弾性体20と、を備える。 The electromagnetic suspension 100 is fixed between a pair of opposed shafts 21 connecting between the shaft fixing metal fittings 23 (fixing metal fittings), a stator 11 having an armature core and an armature winding, and the shaft fixing metal fittings 23, and is fixed. A magnet or magnetic body having a first surface (e.g., front surface 124f in FIG. 3) facing child 11 and a second surface (e.g., rear surface 124r in FIG. and an elastic body 20 mounted on the shaft and contracted between one of the shaft fixing metal fittings 23 and the arm portion 111 of the stator 11 .
リニアモータ10の可動子12と、推進方向に対して(図中z軸方向)に対して平行な位置に、2本のシャフト21と、2個の弾性体20がある。シャフト21は弾性体20を貫通している。またシャフト21はリニアモータ10の固定子11と軸受(図示せず)を介して可動子12の移動方向に摺動する。本実施形態では軸受として、樹脂表面に潤滑加工したすべり軸受を用いている。 Two shafts 21 and two elastic bodies 20 are positioned parallel to the mover 12 of the linear motor 10 and the propelling direction (the z-axis direction in the drawing). The shaft 21 penetrates the elastic body 20 . Further, the shaft 21 slides in the moving direction of the mover 12 via the stator 11 of the linear motor 10 and a bearing (not shown). In this embodiment, as the bearing, a sliding bearing having a resin surface lubricated is used.
〔リニアモータ10の構成〕
図2は、第1実施形態に係るリニアモータ10の斜視断面図である。図2は、リニアモータ10の外観を俯瞰するとともに、その1/2をカットし内部構造を図示している。リニアモータ10は、電機子である固定子11と、z軸方向に延在する板状の可動子12と、を備えている。
[Configuration of linear motor 10]
FIG. 2 is a perspective sectional view of the linear motor 10 according to the first embodiment. FIG. 2 shows a bird's-eye view of the appearance of the linear motor 10, and cuts a half of it to show the internal structure. The linear motor 10 includes a stator 11, which is an armature, and a plate-shaped mover 12 extending in the z-axis direction.
固定子11は、z軸方向に沿った略角柱に形成され、その中空部分に矩形平板状の可動子12が遊挿されている。そして、リニアモータ10は、固定子11と可動子12との間に働く磁気的な吸引力・反発力、すなわち推力によって、固定子11と可動子12との相対位置をz軸方向に変化させる。リニアモータ10を電磁サスペンション100に適用する場合には、固定子11または可動子12が、制振対象物Dt(図13参照)に結合される。図1に示す例においては、洗濯機Wの外槽37(図15参照)が制振対象物Dtであり、固定子11または可動子12が外槽37に結合されている。ここでは、洗濯機Wの外槽37が制振対象物Dtと記しているが、洗濯機の構造が変われば接続先は変更される。つまり洗濯機Wの制振効果を高めるように、洗濯機Wの構成部品と任意に接続すればよい。 The stator 11 is formed in a substantially prismatic shape extending in the z-axis direction, and a rectangular plate-shaped mover 12 is loosely inserted in the hollow portion of the stator 11 . The linear motor 10 changes the relative position between the stator 11 and the mover 12 in the z-axis direction by magnetic attraction and repulsion acting between the stator 11 and the mover 12, that is, thrust force. . When applying the linear motor 10 to the electromagnetic suspension 100, the stator 11 or the mover 12 is coupled to the damping object Dt (see FIG. 13). In the example shown in FIG. 1, outer tub 37 (see FIG. 15) of washing machine W is damping object Dt, and stator 11 or mover 12 is coupled to outer tub 37 . Here, the outer tub 37 of the washing machine W is described as the damping object Dt, but the connection destination is changed if the structure of the washing machine is changed. In other words, it may be arbitrarily connected to the components of the washing machine W so as to enhance the damping effect of the washing machine W.
固定子11は、コア11a(電機子鉄心)と、巻線11b(電機子巻線)と、を備えている。コア11aは、電磁鋼板をz軸方向に積層したものでありカシメや溶接で一体化している。またコア11aは、可動子12に向かって突出するティース部11a2を備えている。巻線11bは、これらティース部11a2に巻回されている。巻線11bとティース部11a2の間にはボビン11b2(または絶縁樹脂・絶縁紙)など既知の絶縁処理がなされている。 The stator 11 includes a core 11a (armature core) and windings 11b (armature winding). The core 11a is made by laminating electromagnetic steel sheets in the z-axis direction and is integrated by caulking or welding. The core 11a also has teeth 11a2 that protrude toward the mover 12. As shown in FIG. The winding 11b is wound around these teeth 11a2. A known insulating treatment such as a bobbin 11b2 (or insulating resin/insulating paper) is applied between the winding 11b and the tooth portion 11a2.
〔可動子12の構成〕
図3は、第1実施形態に係る可動子12の分解斜視図である。可動子12は、非磁性材料のフレーム部121と、同じく非磁性材料のバー部122と、互いに極性の異なる永久磁石124aおよび124bと、を備えている。フレーム部121はz軸方向に一対のフレーム腕部121aが延伸され、フレーム腕部121aの互いに対向する面にはz軸方向に沿って溝部121bが設けられている。フレーム部121には、永久磁石124a、バー部122、永久磁石124b、バー部122の順序で、これらのパーツが溝部121bに嵌めて挿入されている。なお、バー部122は、長手方向(x軸方向)の両端部にフレーム部121に接触する接触面122c(接触部)を有する。接触面122cは、フレーム部121の所定部分と面接触する部分である。接触面122cの大半でフレーム部121に非接触になっていてもよい。
[Configuration of mover 12]
FIG. 3 is an exploded perspective view of the mover 12 according to the first embodiment. The mover 12 includes a frame portion 121 made of a nonmagnetic material, a bar portion 122 made of a nonmagnetic material, and permanent magnets 124a and 124b having different polarities. The frame portion 121 has a pair of frame arm portions 121a extending in the z-axis direction, and groove portions 121b are provided along the z-axis direction on the mutually facing surfaces of the frame arm portions 121a. In the frame portion 121, these parts are inserted in the order of the permanent magnet 124a, the bar portion 122, the permanent magnet 124b, and the bar portion 122 in the groove portion 121b. The bar portion 122 has contact surfaces 122c (contact portions) that contact the frame portion 121 at both ends in the longitudinal direction (x-axis direction). The contact surface 122c is a portion that makes surface contact with a predetermined portion of the frame portion 121 . Most of the contact surface 122c may be out of contact with the frame portion 121 .
〔比較例の可動子の構成〕
図4は、比較例のリニアモータの可動子の斜視図である。比較例のリニアモータの可動子12は、非磁性材料を矩形枠状に形成し、2つの貫通孔(永久磁石をはめ込む窓)を備えたフレーム121と、互いに極性の異なる永久磁石124aおよび124bとを備え、2つの貫通孔(窓)に永久磁石が1つずつ嵌合されている。
[Configuration of mover of comparative example]
FIG. 4 is a perspective view of a mover of a linear motor of a comparative example. The mover 12 of the linear motor of the comparative example is formed of a non-magnetic material in a rectangular frame shape, and includes a frame 121 having two through holes (windows into which permanent magnets are fitted) and permanent magnets 124a and 124b having different polarities. and two through holes (windows) are fitted with one permanent magnet each.
〔第1実施形態と比較例との比較〕
図5は、第1実施形態と比較例とのインダクタンスの比較である。縦軸にリニアモータのインダクタンス、横軸にリニアモータに通電する周波数を示し、黒丸実線が本実施形態、白丸破線が比較例である。比較例のインダクタンスは、低周波側は本実施形態と同等であるが、周波数が上昇するにつれて大きく低下し、高周波側では半分以下に低下している。
[Comparison between the first embodiment and the comparative example]
FIG. 5 is a comparison of inductance between the first embodiment and a comparative example. The vertical axis indicates the inductance of the linear motor, and the horizontal axis indicates the frequency of energizing the linear motor. The inductance of the comparative example is equivalent to that of the present embodiment on the low frequency side, but it drops significantly as the frequency rises, and drops to less than half on the high frequency side.
図6は比較例の説明図であり、図7は第1実施形態の説明図である。比較例の可動子を一体型の金属フレームで構成した場合、電機子から発生する交番磁界を受けると、それを打ち消すようにフレーム内に渦電流が発生し、リニアモータのインダクタンスを大きく低下させていた。一方、本実施形態の可動子フレームはフレーム部121とバー部122に分割されているため、接触部(例えば、接触面122c)の電気抵抗が大きく、渦電流が大幅に低下する。したがって、高周波側のインダクタンスが低下しにくい。高周波側のインダクタンスが低下すると、PWM(Pulse Width Modulation)の高周波スイッチング電圧に対するインピーダンスが低下し、リニアモータに電流高調波が増加し、リニアモータの効率を低下させる。本実施形態により、リニアモータの効率低下を抑制することができる。 FIG. 6 is an explanatory diagram of a comparative example, and FIG. 7 is an explanatory diagram of the first embodiment. When the mover of the comparative example is constructed with an integrated metal frame, when it receives an alternating magnetic field generated by the armature, an eddy current is generated in the frame to counteract it, greatly reducing the inductance of the linear motor. Ta. On the other hand, since the mover frame of this embodiment is divided into the frame portion 121 and the bar portion 122, the electrical resistance of the contact portion (for example, the contact surface 122c) is large, and the eddy current is greatly reduced. Therefore, the inductance on the high frequency side is less likely to decrease. When the inductance on the high frequency side decreases, the impedance to the high frequency switching voltage of PWM (Pulse Width Modulation) decreases, current harmonics increase in the linear motor, and the efficiency of the linear motor decreases. According to this embodiment, it is possible to suppress a decrease in efficiency of the linear motor.
〔第1実施形態の他の効果〕
永久磁石124aおよび124bは、溝部121bに嵌めて挿入される。永久磁石124aと124bは異なる極性であるため、両者が接近すると互いの間に強い磁気吸引力が発生し、衝突して破損するおそれがあった。本実施形態では、図3に示したように、永久磁石124aを挿入後、バー部122を挿入した後に、永久磁石124bを挿入している。そのため、バー部122が永久磁石124aと124bの距離を確保することで、強い磁気吸引力によって互いが衝突して破損するのを抑制できる。なお、バー部122を樹脂(例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂)等の比較的柔らかい材質にすることで、磁石挿入時の磁気吸引力に対する緩衝材としての効果も得られる。
[Other effects of the first embodiment]
Permanent magnets 124a and 124b are fitted and inserted into groove 121b. Since the permanent magnets 124a and 124b have different polarities, when they approach each other, a strong magnetic attractive force is generated between them, and there is a risk of collision and damage. In this embodiment, as shown in FIG. 3, after inserting the permanent magnet 124a, after inserting the bar portion 122, the permanent magnet 124b is inserted. Therefore, by securing the distance between the permanent magnets 124a and 124b by the bar portion 122, it is possible to suppress the mutual collision and breakage due to the strong magnetic attraction force. By making the bar portion 122 of a relatively soft material such as resin (for example, polytetrafluoroethylene resin), it is possible to obtain an effect as a cushioning material against the magnetic attraction force when the magnet is inserted.
また、バー部122が永久磁石124aと124bの間に設けられたことで、可動子12が受けるねじれ方向の力に対する強度を向上させることができる。 Moreover, since the bar portion 122 is provided between the permanent magnets 124a and 124b, the strength against the torsional force that the mover 12 receives can be improved.
<第2実施形態>
図8を参照して、第2実施形態に係るリニアモータについて説明する。図8は第2実施形態に係る可動子のz軸方向に垂直な断面図である。フレーム腕部121aの互いに対向する面の距離をA、バー部122のx軸方向長さをBとした時、A>Bの関係より、溝部121bの内部にx軸方向にA-Bの隙間ができている。そのため、フレーム腕部121aとバー部122との接触面積が小さくなり、フレームに流れる渦電流を低減し、フレーム内の渦電流損や、リニアモータの電流高調波を低下させ、リニアモータの効率を向上できる。さらに、フレーム腕部121aとバー部122との間にできた隙間に非導電性材料(例えば接着剤)を充填することによって、フレーム内の渦電流を抑制するための絶縁の強化と、可動子強度の向上を図ることができる。
<Second embodiment>
A linear motor according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a sectional view perpendicular to the z-axis direction of the mover according to the second embodiment. Assuming that the distance between the surfaces of the frame arms 121a facing each other is A, and the length of the bar portion 122 in the x-axis direction is B, the relationship A>B gives a gap of AB in the x-axis direction inside the groove portion 121b. is made. Therefore, the contact area between the frame arm portion 121a and the bar portion 122 is reduced, the eddy current flowing in the frame is reduced, the eddy current loss in the frame and the current harmonics of the linear motor are reduced, and the efficiency of the linear motor is improved. can improve. Furthermore, by filling the gap between the frame arm portion 121a and the bar portion 122 with a non-conductive material (for example, adhesive), the insulation for suppressing the eddy current in the frame is strengthened and the mover Strength can be improved.
<第3実施形態>
図9乃至図10を参照して、第3実施形態に係るリニアモータについて説明する。図9は第3実施形態に係る可動子のy軸方向から見た図である。本実施形態では、永久磁石124aおよび124bがそれぞれ2つに分割され、分割した永久磁石の間にもバー部122が設けられている。バー部を多数設けることで、可動子12が受けるねじれ方向の力に対する強度を向上させることができる。
<Third Embodiment>
A linear motor according to a third embodiment will be described with reference to FIGS. 9 to 10. FIG. FIG. 9 is a view of the mover according to the third embodiment viewed from the y-axis direction. In this embodiment, the permanent magnets 124a and 124b are each divided into two, and the bar portion 122 is also provided between the divided permanent magnets. By providing a large number of bar portions, it is possible to improve the strength against the torsional force that the mover 12 receives.
図10は、第3実施形態に係るリニアモータ10の巻線11bに直流を通電し、可動子12をz軸方向に±25mm動かした時の推力波形である。正の電流を通電すると正の推力を発生し、負の電流を通電すると負の推力を発生する。図9に示すように、分割した永久磁石のz軸方向長さを等しくした場合、追加されたバー部122の影響によって位置0mmの近傍で推力が低下する。バー部122のz軸方向幅を大きくすると、その推力低下の度合いが大きくなり、中央部における推力振幅が低下してしまう。したがって、追加するバー部122の幅は小さくすることが望ましい。 FIG. 10 shows thrust waveforms when a direct current is applied to the windings 11b of the linear motor 10 according to the third embodiment, and the mover 12 is moved ±25 mm in the z-axis direction. Passing a positive current will generate a positive thrust, and passing a negative current will generate a negative thrust. As shown in FIG. 9, when the divided permanent magnets have the same length in the z-axis direction, the added bar portion 122 reduces the thrust in the vicinity of the position 0 mm. When the width of the bar portion 122 in the z-axis direction is increased, the degree of reduction in thrust increases, and the thrust amplitude at the central portion decreases. Therefore, it is desirable to reduce the width of the added bar portion 122 .
<第4実施形態>
図11乃至図12を参照して、第4実施形態に係るリニアモータについて説明する。図11は第4実施形態に係る可動子のy軸方向から見た図である。本実施形態では、永久磁石124aおよび124bがそれぞれ2つに分割され、分割された永久磁石の間にもバー部122が設けられている。ここで、分割された永久磁石のz軸方向長さは、左から順にa:b:b:aとなっている。
<Fourth Embodiment>
A linear motor according to a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 12. FIG. FIG. 11 is a view of the mover according to the fourth embodiment as seen from the y-axis direction. In this embodiment, each of the permanent magnets 124a and 124b is divided into two, and the bar portion 122 is also provided between the divided permanent magnets. Here, the z-axis direction lengths of the divided permanent magnets are a:b:b:a in order from the left.
図12は、第4実施形態に係るリニアモータ10の巻線11bに直流を通電し、可動子12をz軸方向に±25mm動かした時の推力波形である。正の電流を通電すると正の推力を発生し、負の電流を通電すると負の推力を発生する。図11に示すように、分割した永久磁石のz軸方向長さを異ならせた場合、追加されたバー部122の影響によって推力が低下する位置を、正の推力と負の推力とで異ならせることができる。そのため、推力振幅の低下を抑制し、全領域で推力振幅を向上させることができる。 FIG. 12 shows thrust waveforms when a direct current is applied to the windings 11b of the linear motor 10 according to the fourth embodiment, and the mover 12 is moved ±25 mm in the z-axis direction. Passing a positive current will generate a positive thrust, and passing a negative current will generate a negative thrust. As shown in FIG. 11, when the lengths of the divided permanent magnets in the z-axis direction are varied, the position at which the thrust decreases due to the added bar portion 122 is differentiated between the positive thrust and the negative thrust. be able to. Therefore, it is possible to suppress the decrease in thrust amplitude and improve the thrust amplitude in all regions.
なお、図11の例では、永久磁石124aおよび124bがそれぞれ2つに分割した場合を示したが、これに限定されない。すなわち、永久磁石124aおよび124bがそれぞれ3つに分割され、分割された永久磁石の間にもバー部122が設けられてもよい。ここで、分割された永久磁石のz軸方向長さは、左から順にa:b:c:c:b:aとする。 Although the example of FIG. 11 shows the case where each of the permanent magnets 124a and 124b is divided into two, the present invention is not limited to this. That is, each of the permanent magnets 124a and 124b may be divided into three, and the bar portion 122 may be provided between the divided permanent magnets. Here, the z-axis direction lengths of the divided permanent magnets are a:b:c:c:b:a in order from the left.
<第5実施形態>
〔第5実施形態の構成〕
図13は、第5実施形態に係る電磁サスペンション100の斜視図である。なお、以下の説明において、前述した第1実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
<Fifth Embodiment>
[Configuration of the fifth embodiment]
FIG. 13 is a perspective view of the electromagnetic suspension 100 according to the fifth embodiment. In the following description, parts corresponding to those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof may be omitted.
電磁サスペンション100は、第1実施形態によるリニアモータ10と、弾性体20と、を備えている。そして、リニアモータ10の可動子12の一端は、制振対象物に結合される。ここで、制振対象物とは、電磁サスペンション100によって振動を抑制しようとする対象物であり、図示の例において制振対象物は、洗濯機W(図14参照)の外槽37である。 The electromagnetic suspension 100 includes the linear motor 10 and the elastic body 20 according to the first embodiment. One end of the mover 12 of the linear motor 10 is connected to a damping object. Here, the object to be damped is an object whose vibration is to be suppressed by the electromagnetic suspension 100. In the illustrated example, the object to be damped is the outer tub 37 of the washing machine W (see FIG. 14).
また、リニアモータ10の固定子11は、他の固定治具(図示せず)によって、その移動が規制されている。従って、洗濯機の外槽37がz軸方向に振動すると、それに伴って可動子12がz軸方向に沿って往復し、可動子12と固定子11との相対的な位置関係が変化する。 Further, the movement of the stator 11 of the linear motor 10 is restricted by another fixture (not shown). Therefore, when the outer tub 37 of the washing machine vibrates in the z-axis direction, the movable element 12 reciprocates along the z-axis direction, and the relative positional relationship between the movable element 12 and the stator 11 changes.
また、第5実施形態においては、弾性体20として金属製の巻バネを適用した。ここで、弾性体20は、固定子11に弾性力を付与するものであり、固定子11とシャフト固定金具23との間に介在している。図13に示すように、可動子12は、固定子11を貫通するとともに、弾性体20も貫通している。なお、弾性体20は、可動子12を付勢するようにしてもよい。 In addition, in the fifth embodiment, a coil spring made of metal is applied as the elastic body 20 . Here, the elastic body 20 imparts elastic force to the stator 11 and is interposed between the stator 11 and the shaft fixture 23 . As shown in FIG. 13 , the mover 12 penetrates the stator 11 and also penetrates the elastic body 20 . Note that the elastic body 20 may bias the mover 12 .
弾性体20は、リニアモータ10の非通電状態においても、外槽37を洗濯機内の所定の位置に保持できるバネ力を備えている。これにより、万が一、制御ミスにより可動子12がz軸上方に突き抜けかけた場合においても、外槽37の自重と、弾性体20のバネ力により、可動子12を押し戻す力が働く。同様に可動子12がz軸下方に突き抜けかけた場合は、弾性体20のバネ力により、押し戻される。すなわち、弾性体20が制御のフェールセーフ性を確保し、可動子12の両端にストッパーのような部材を配置することなく、ロバスト性を高めることができる。 The elastic body 20 has a spring force capable of holding the outer tub 37 at a predetermined position in the washing machine even when the linear motor 10 is not energized. As a result, even if the mover 12 nearly penetrates upward in the z-axis due to a control error, the weight of the outer tank 37 and the spring force of the elastic body 20 will push back the mover 12 . Similarly, when the mover 12 is about to penetrate downward in the z-axis, the spring force of the elastic body 20 pushes it back. That is, the elastic body 20 ensures the fail-safe property of control, and the robustness can be enhanced without arranging members such as stoppers at both ends of the mover 12 .
なお、第5実施形態では電磁サスペンション2本を適用した事例を示したが、本数は何本でも構わない。また、電磁サスペンションのみで支持した事例であるが、油圧サスペンション1本と、電磁サスペンション1本の組み合わせやとしても構わない。さらには、油圧ダンパ以外の減衰力を有するアクチュエータと組み合わせても構わない。 In the fifth embodiment, two electromagnetic suspensions are used, but any number of suspensions may be used. Also, although this is an example in which only the electromagnetic suspension is supported, a combination of one hydraulic suspension and one electromagnetic suspension may be used. Furthermore, it may be combined with an actuator having a damping force other than a hydraulic damper.
〔第5実施形態の効果〕
以上のように、第5実施形態の電磁サスペンション100は、第1実施形態によるリニアモータ10と、固定子11または可動子12を移動方向(z軸方向)に付勢する弾性体20と、を有する。特に、弾性体20は、金属製の巻バネを含む。これにより、リニアモータ10の非通電状態においても、リニアモータ10を所定の位置に保持でき、リニアモータ10の動作時においても、可動子12の突き抜けを防止することができる。
[Effect of the fifth embodiment]
As described above, the electromagnetic suspension 100 of the fifth embodiment includes the linear motor 10 of the first embodiment and the elastic body 20 that biases the stator 11 or the mover 12 in the moving direction (z-axis direction). have. In particular, elastic body 20 includes a metallic coil spring. As a result, even when the linear motor 10 is not energized, the linear motor 10 can be held at a predetermined position, and even when the linear motor 10 is operating, the mover 12 can be prevented from passing through.
<第6実施形態>
〔第6実施形態の構成〕
(全体構成)
図14は、第6実施形態に係る洗濯機Wの斜視図である。図14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、ベース31と、筐体32と、ドア33と、操作・表示パネル34と、外槽37と、一対の電磁サスペンション100L、100Rと、排水ホースHと、を備えている。ここで、電磁サスペンション100L、100Rは、それぞれ第5実施形態における電磁サスペンション100と同様に構成されている。
<Sixth Embodiment>
[Configuration of the sixth embodiment]
(overall structure)
FIG. 14 is a perspective view of the washing machine W according to the sixth embodiment. A washing machine W shown in FIG. 14 is a drum-type washing machine and also has a function of drying clothes. The washing machine W includes a base 31, a housing 32, a door 33, an operation/display panel 34, an outer tub 37, a pair of electromagnetic suspensions 100L and 100R, and a drain hose H. Here, the electromagnetic suspensions 100L and 100R are configured similarly to the electromagnetic suspension 100 in the fifth embodiment.
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15参照)と、上面カバー32d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。前面カバー32bの中央付近には、衣類の出し入れを行うための円形の投入口h1(図15参照)が形成されている。ドア33は、この投入口h1に設けられる開閉可能な蓋である。 The housing 32 includes left and right side plates 32a, 32a, a front cover 32b, a rear cover 32c (see FIG. 15), and a top cover 32d. The base 31 supports the housing 32 . A circular slot h1 (see FIG. 15) for loading and unloading clothes is formed near the center of the front cover 32b. A door 33 is an openable and closable lid provided at the input port h1.
図15は、第6実施形態に係る洗濯機Wの縦断面図である。洗濯機Wは、前述した構成の他に、衣類を収容する洗濯槽35と、リフタ36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の周壁および底壁には、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。 FIG. 15 is a longitudinal sectional view of washing machine W according to the sixth embodiment. The washing machine W includes a washing tub 35 for storing clothes, a lifter 36, a drive mechanism 38, and a blower unit 39, in addition to the configuration described above. The washing tub 35 accommodates clothes and has a cylindrical shape with a bottom. The washing tub 35 is contained in an outer tub 37 and is rotatably supported coaxially with the outer tub 37 . The peripheral wall and the bottom wall of the washing tub 35 are provided with a large number of through holes (not shown) for water and ventilation. The opening h2 of the washing tub 35 and the opening h3 of the outer tub 37 face the door 33 in the closed state.
なお、図15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、本発明はこれに限定されるわけではない。すなわち、洗濯槽35の回転中心軸は、水平方向または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15に示すように、外槽37は、洗濯槽35を内包している。 In addition, in the example shown in FIG. 15, the central axis of rotation of the washing tub 35 is inclined so that the opening side is higher, but the present invention is not limited to this. That is, the central axis of rotation of washing tub 35 may be horizontal or vertical. The lifter 36 lifts and drops the clothes during washing and drying, and is installed on the inner peripheral wall of the washing tub 35 . The outer tub 37 stores washing water and the like, and has a cylindrical shape with a bottom. As shown in FIG. 15 , the outer tub 37 contains the washing tub 35 .
また、図14に示したように、外槽37の左右には、電磁サスペンション100L、100Rが配置されているが、図15においては、左側の電磁サスペンション100Lのみを示している。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。 Further, as shown in FIG. 14, the electromagnetic suspensions 100L and 100R are arranged on the left and right sides of the outer tank 37, but only the left electromagnetic suspension 100L is shown in FIG. A drain hole (not shown) is provided at the lowest portion of the bottom wall of the outer tank 37, and a drain hose H is connected to this drain hole. Washing water is stored in the outer tub 37 while a drain valve (not shown) provided on the drain hose H is closed, and the washing water is discharged by opening the drain valve. It's like
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)およびファン(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。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。 The drive mechanism 38 is a mechanism for rotating the washing tub 35 and is installed outside the bottom wall of the outer tub 37 . The rotating shaft of the motor provided in the drive mechanism 38 penetrates the bottom wall of the outer tub 37 and is connected to the bottom wall of the washing tub 35 . The blower unit 39 is for sending hot air into the washing tub 35 and is arranged above the washing tub 35 . The blower unit 39 includes a heater (not shown) and a fan (not shown). Then, the air heated by the heater is sent into the washing tub 35 by the fan. As a result, the wet clothes are gradually dried in the washing tub 35 .
ここで、外槽37の振動、すなわち洗濯機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15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。 Here, the vibration of the outer tub 37, that is, the vibration of the washing machine W will be briefly described. During washing, rinsing and drying, the drive mechanism 38 shown in FIG. 15 rotates the washing tub 35 at a low speed, and the lifter 36 lifts and drops the clothes accumulated at the bottom of the washing tub 35, repeating the tumbling action. Further, during dehydration, the washing tub 35 rotates at high speed, and centrifugal dehydration is performed in which the moisture of the clothes is pushed out by the centrifugal force generated by the rotation.
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。 In the conventional washing machine, during washing, rinsing, and drying, the amplitude of the vibration of the washing tub 35 often increases due to the reaction force of the falling clothes. In addition, in conventional washing machines, vibration and noise often occur in the washing machine W due to the uneven position of the clothes during dehydration. In this manner, the manner of vibration of the washing machine W changes from moment to moment depending on various conditions such as washing, rinsing, drying, dehydration, etc. in addition to the amount and position of the clothes in the washing tub 35, moisture content, and the like. The vibration propagates to the outer tub 37 .
(制振装置200の構成)
図16は、第6実施形態に適用される制振装置200の構成図である。図16において制振装置200は、インバータ40と、電流検出器50と、推力調整部60と、整流回路70と、左右の電磁サスペンション100L、100Rと、を備えている。制振装置200は、制振対象物Gの振動を抑制するものである。なお、第6実施形態においては、制振対象物Gは、洗濯機Wの外槽37(図14、図15参照)である。
(Configuration of damping device 200)
FIG. 16 is a configuration diagram of a vibration damping device 200 applied to the sixth embodiment. In FIG. 16, the vibration damping device 200 includes an inverter 40, a current detector 50, a thrust adjustment section 60, a rectifier circuit 70, and left and right electromagnetic suspensions 100L and 100R. The damping device 200 suppresses the vibration of the object G to be damped. In addition, in the sixth embodiment, the damping object G is the outer tub 37 of the washing machine W (see FIGS. 14 and 15).
図16においては、左右の電磁サスペンション100L、100Rを一つの枠で表している。また、電磁サスペンション100L、100Rに含まれるリニアモータ10を、それぞれリニアモータ10L、10Rと呼ぶ。同様に、電磁サスペンション100L、100Rに含まれる弾性体20を、弾性体20L、20Rと呼ぶ。 In FIG. 16, the left and right electromagnetic suspensions 100L and 100R are represented by one frame. Also, the linear motors 10 included in the electromagnetic suspensions 100L and 100R are called linear motors 10L and 10R, respectively. Similarly, the elastic bodies 20 included in the electromagnetic suspensions 100L and 100R are called elastic bodies 20L and 20R.
整流回路70は、交流電源Eによって印加された交流電圧を整流し、インバータ40に直流電圧を印加する。なお、交流電源Eと整流回路70とを合わせて直流電源であると考えてもよい。インバータ40は、整流回路70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10L、10Rの巻線11b(図2参照)に印加する。換言すれば、インバータ40は、電圧指令V*に基づいて、リニアモータ10L、10Rを駆動する機能を有している。 The rectifier circuit 70 rectifies the AC voltage applied by the AC power supply E and applies the DC voltage to the inverter 40 . It should be noted that the AC power supply E and the rectifier circuit 70 may be considered together as a DC power supply. Inverter 40 converts the DC voltage applied from rectifier circuit 70 into a single-phase AC voltage based on voltage command V * from thrust adjustment unit 60, and this single-phase AC voltage is applied to the windings of linear motors 10L and 10R. 11b (see FIG. 2). In other words, inverter 40 has a function of driving linear motors 10L and 10R based on voltage command V * .
図17は、制振装置200の要部を示す構成図である。整流回路70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17に示すように、整流回路70は、ダイオードD1~D4をブリッジ接続してなるダイオードブリッジ回路72と、直列接続された2つの平滑コンデンサ74、76と、を備えている。また、図15に示した駆動機構38は、図17に示すように、インバータ38aと、モータ38bと、を備えている。 FIG. 17 is a configuration diagram showing a main part of the vibration damping device 200. As shown in FIG. The rectifier circuit 70 is a well-known voltage doubler rectifier circuit that converts an AC voltage applied from the AC power supply E into a DC voltage. As shown in FIG. 17, the rectifier circuit 70 includes a diode bridge circuit 72 formed by bridge-connecting diodes D1 to D4, and two smoothing capacitors 74 and 76 connected in series. Further, the drive mechanism 38 shown in FIG. 15 includes an inverter 38a and a motor 38b, as shown in FIG.
そして、ダイオードブリッジ回路72によって生成される電圧(脈流を含む直流電圧)が、平滑コンデンサ74、76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。整流回路70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15参照)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。 The voltage (DC voltage including pulsating current) generated by the diode bridge circuit 72 is smoothed by the smoothing capacitors 74 and 76 to generate a DC voltage approximately twice the voltage of the AC power supply E. The rectifying circuit 70 is connected to the inverter 40 via a positive wire k1 and a negative wire k2, and is also connected to the inverter 38a of the drive mechanism 38 that rotates the washing tub 35 (see FIG. 15). there is
インバータ40は、整流回路70から印加される直流電圧を二系統の単相交流電圧に変換し、これら二系統の単相交流電圧を各々リニアモータ10L、10Rの巻線11b(図2参照)に印加するインバータである。 The inverter 40 converts the DC voltage applied from the rectifier circuit 70 into two systems of single-phase AC voltages, and these two systems of single-phase AC voltages are applied to the windings 11b (see FIG. 2) of the linear motors 10L and 10R, respectively. It is an inverter to apply.
図17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。 As shown in FIG. 17, the inverter 40 includes a first leg including switching elements SW1 and SW2, a second leg including switching elements SW3 and SW4, a third leg including switching elements SW5 and SW6, are connected in parallel. IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), for example, can be used as these switching elements SW1 to SW6. A free wheel diode D is connected in antiparallel to each of the switching elements SW1 to SW6.
また、スイッチング素子SW1、SW2の接続点は、配線k3を介して、リニアモータ10Lの巻線11b(図2参照)に接続されている。すなわち、三相のインバータ40の一相分に対応するレグが、左側のリニアモータ10Lに接続されている。また、スイッチング素子SW5、SW6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。すなわち、三相のインバータ40の一相分に対応する別のレグが、右側のリニアモータ10Lに接続されている。 A connection point of the switching elements SW1 and SW2 is connected to the winding 11b (see FIG. 2) of the linear motor 10L through the wiring k3. That is, the leg corresponding to one phase of the three-phase inverter 40 is connected to the left linear motor 10L. A connection point of the switching elements SW5 and SW6 is connected to the winding 11b (see FIG. 2) of the linear motor 10R through the wiring k5. That is, another leg corresponding to one phase of the three-phase inverter 40 is connected to the right linear motor 10L.
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。すなわち、3相のインバータ40の残りのレグが、左右のリニアモータ10L、10Rに接続されている。 The connection point of the switching elements SW3 and SW4 is connected to the winding 11b (see FIG. 2) of the linear motor 10L via the wiring k4, and is also connected to the winding 11b of the linear motor 10R via the wiring k4. It is connected. That is, the remaining legs of the three-phase inverter 40 are connected to the left and right linear motors 10L and 10R.
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(Pulse Width Modulation)制御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。 Thus, the cost of the inverter 40 can be reduced by using one inverter 40 in common for the left and right linear motors 10L and 10R instead of providing separate inverters corresponding to the left and right linear motors 10L and 10R. By controlling the on/off of the switching elements SW1 to SW6 based on PWM (Pulse Width Modulation) control, a single-phase AC voltage is applied to the windings 11b (see FIG. 2) of the linear motors 10L and 10R. It has become so.
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k4に挿入されている。すなわち、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。 The current detector 50 detects currents supplied to the linear motors 10L and 10R, and is inserted in the wiring k4. That is, the current detector 50 detects the current flowing through the windings 11b (see FIG. 2) of the linear motors 10L and 10R.
(推力調整部60)
図16に示す推力調整部60は、図示は省略するが、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。
(Thrust adjustment unit 60)
Although not shown, the thrust adjustment unit 60 shown in FIG. 16 includes electronic circuits such as a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), and various interfaces. . Then, the program stored in the ROM is read out and developed in the RAM, and the CPU executes various processes.
図16において、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10L、10Rの推力を調整する機能を有している。すなわち、推力調整部60は、インバータ40のデッドタイム中に電流検出器50を流れる電流iの極性を検出する。電流iの極性は、リニアモータ10L、10Rの移動方向を示している。 In FIG. 16, the thrust force adjustment unit 60 has a function of adjusting the thrust force of the linear motors 10L and 10R by driving the inverter 40 based on the current i detected by the current detector 50. FIG. That is, the thrust adjustment unit 60 detects the polarity of the current i flowing through the current detector 50 during the dead time of the inverter 40 . The polarity of the current i indicates the moving direction of the linear motors 10L and 10R.
そこで、推力調整部60は、リニアモータ10L、10Rの移動を抑制する方向の電圧指令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。これにより、推力調整部60は、外槽37(図15参照)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リニアモータ10L、10Rの推力を調整する機能を有している。 Therefore, the thrust force adjustment unit 60 generates a voltage command V * for suppressing the movement of the linear motors 10L and 10R, and switches ON/OFF of the switching elements SW1 to SW6 based on this voltage command V * . As a result, when the relative position between the mover 12 and the stator 11 changes due to the vibration of the outer tank 37 (see FIG. 15), the thrust adjusting unit 60 adjusts the thrust of the linear motors 10L and 10R so as to cancel this change. has a function to adjust
〔第6実施形態の効果〕
以上のように、第6実施形態の洗濯機Wは、第5実施形態による電磁サスペンション100L、100Rと、電機子巻線(巻線11b)に交流電流を供給するインバータ40と、電機子巻線に流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いてインバータ40を制御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、をさらに備える。
[Effect of the sixth embodiment]
As described above, the washing machine W of the sixth embodiment includes the electromagnetic suspensions 100L and 100R according to the fifth embodiment, the inverter 40 that supplies alternating current to the armature winding (winding 11b), and the armature winding a current detector 50 for detecting a current flowing through the linear motor 10;
これにより、電流検出器50によって電機子巻線に流れる電流を検出することができ、固定子11および可動子12の相対運動を抑制するように、リニアモータ10の推力を調整することができる。 Thus, the current detector 50 can detect the current flowing through the armature winding, and the thrust of the linear motor 10 can be adjusted so as to suppress the relative motion between the stator 11 and the mover 12 .
さらに、第6実施形態の洗濯機Wは、衣類を収容する洗濯槽35と、洗濯槽35を内包する外槽37と、洗濯槽を回転させる駆動機構38と、を備え、電磁サスペンション100L、100Rは外槽37の振動を抑制する。 Furthermore, the washing machine W of the sixth embodiment includes a washing tub 35 for storing clothes, an outer tub 37 for enclosing the washing tub 35, and a drive mechanism 38 for rotating the washing tub, and includes electromagnetic suspensions 100L and 100R. suppresses the vibration of the outer tub 37 .
これにより、第6実施形態によれば、比較的簡素な構成で外槽37の振動を抑制することができる。また、第6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10L、10Rの構成要素である固定子11および可動子12は、損傷や摩耗がほとんど発生しないため、電磁サスペンション100L、100Rの耐久性を高めることができる。 Thus, according to the sixth embodiment, vibration of the outer tub 37 can be suppressed with a relatively simple configuration. Further, according to the sixth embodiment, since it is not necessary to provide a position sensor for detecting the position of the mover 12, the cost of the washing machine W can be reduced. Further, since the stator 11 and the mover 12, which are components of the linear motors 10L and 10R, are hardly damaged or worn, the durability of the electromagnetic suspensions 100L and 100R can be enhanced.
また、第6実施形態によれば、左右のリニアモータ10L、10Rに印加される単相交流電圧を、6個のスイッチング素子を有する1台のインバータ40によって生成することができる。仮に、左右のリニアモータ10L、10Rに対応して個別にインバータを設けると、8個のスイッチング素子が必要になる。従って、第6実施形態によれば、左右のリニアモータ10L、10Rに対応して個別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。 Further, according to the sixth embodiment, the single-phase AC voltage applied to the left and right linear motors 10L, 10R can be generated by one inverter 40 having six switching elements. If separate inverters are provided for the left and right linear motors 10L and 10R, eight switching elements are required. Therefore, according to the sixth embodiment, it is possible to reduce the cost of the washing machine W compared to a configuration in which separate inverters are provided corresponding to the left and right linear motors 10L and 10R.
<第7実施形態>
次に、第7実施形態に係る洗濯機について説明する。第7実施形態の洗濯機の構成および動作は、第6実施形態のもの(図14~図17参照)と同様である。但し、第7実施形態において、推力調整部60(図16参照)は、電流検出器50の出力信号に基づいて左右のリニアモータ10L、10Rの振動周波数を検出し、振動周波数に応じてインバータ40の出力電流を変化させる点が異なる。
<Seventh Embodiment>
Next, a washing machine according to a seventh embodiment will be described. The configuration and operation of the washing machine of the seventh embodiment are the same as those of the sixth embodiment (see FIGS. 14 to 17). However, in the seventh embodiment, the thrust force adjustment unit 60 (see FIG. 16) detects the vibration frequency of the left and right linear motors 10L and 10R based on the output signal of the current detector 50, and the inverter 40 is adjusted according to the vibration frequency. is different in that it changes the output current of
まず、前述した第6実施形態においては、リニアモータ10L、10Rの振動周波数に基づいて、インバータ40の出力電流を変化させるものではなかった。すなわち、リニアモータ10L、10Rを「ダンパ」と考えた場合、第6実施形態においてダンパの粘性減衰係数C[Ns/m]は、振動周波数に関わらず一定になる。一方、第7実施形態においては、リニアモータ10L、10Rの振動周波数に応じて粘性減衰係数C[Ns/m]を変化させる。その詳細について、以下説明する。 First, in the sixth embodiment described above, the output current of the inverter 40 is not changed based on the vibration frequencies of the linear motors 10L and 10R. That is, when the linear motors 10L and 10R are considered as "dampers", the viscous damping coefficient C [Ns/m] of the dampers is constant regardless of the vibration frequency in the sixth embodiment. On the other hand, in the seventh embodiment, the viscous damping coefficient C [Ns/m] is changed according to the vibration frequencies of the linear motors 10L and 10R. Details thereof will be described below.
電磁サスペンション100の運動方程式は、式(1)で表される。なお、式(1)に示すFD[N]は、電磁サスペンション100で発生する力(すなわち、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、FL[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FDと、式(2)の推力FLと、は等価であるため、以下の式(3)が導かれる。なお、C[N・m/s]は、リニアモータ10の粘性減衰係数である。
ここで、制振対象物Dtの重力エネルギ(電磁サスペンションから見た外力)について概算する。製品カタログ(日立グローバルライフソリューションズ株式会社の洗濯機・衣類乾燥機 総合カタログ2019-夏)によれば、最大洗濯量12kgのドラム洗濯機の質量は82kgとなっている。概算すると外槽37、洗濯槽35、駆動機構38など機構部品の質量は約70kgである。また、洗濯物12kgに対し約40Lが注水されたと仮定すると、合計122kgの質量が存在し、重力エネルギは1.2kNとなる。つまり、電磁サスペンション2本を適用した場合は、洗濯開始時に約600N/本の荷重がかかった状態で、電磁サスペンションは図13のz軸方向だけでなく、x軸方向、y軸方向に外力を受ける。さらに、これら外力を相殺するだけの力を電磁サスペンションは時々刻々と発生し続けている。 Here, the gravitational energy (external force seen from the electromagnetic suspension) of the damping object Dt will be roughly calculated. According to the product catalog (Hitachi Global Life Solutions Co., Ltd. washing machine and clothes dryer general catalog 2019-summer), the mass of the drum washing machine with a maximum washing amount of 12 kg is 82 kg. Roughly speaking, the mass of mechanical parts such as the outer tub 37, the washing tub 35, and the driving mechanism 38 is about 70 kg. Also, assuming that about 40 L of water is poured into 12 kg of laundry, there is a total mass of 122 kg, and the gravitational energy is 1.2 kN. In other words, when two electromagnetic suspensions are applied, with a load of about 600 N/strain applied at the start of washing, the electromagnetic suspensions apply external force not only in the z-axis direction in FIG. receive. Furthermore, the electromagnetic suspension continues to generate a force that offsets these external forces from moment to moment.
また脱水時は、残存した水分を含んだ洗濯物が洗濯槽35内で偏ることで発生する回転アンバランス起因の遠心力を制振する必要がある。この間も電磁サスペンションは図13のz軸方向だけでなく、x軸方向、y軸方向に外力を受ける。 Further, during dehydration, it is necessary to damp the centrifugal force caused by rotational imbalance that occurs when laundry containing residual moisture is biased in the washing tub 35 . During this period, the electromagnetic suspension receives external forces not only in the z-axis direction of FIG. 13 but also in the x-axis and y-axis directions.
図18は、粘性減衰係数Cが一定であるオイルダンパを用いた比較例1において、洗濯槽35の回転速度と洗濯機Wの変位(振動)の変化を示す実験結果である。x軸は洗濯機Wの回転速度ゼロから最高回転速度までの範囲をパーセント表示としている。y軸は洗濯機Wの変位(振動)を回転速度ゼロの値を0とした場合の相対値で示している。なお、図18に係る実験では、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(後述する図19も同様)。 FIG. 18 shows experimental results showing changes in the rotational speed of the washing tub 35 and the displacement (vibration) of the washing machine W in Comparative Example 1 using an oil damper with a constant viscous damping coefficient C. FIG. The x-axis indicates the range of the rotation speed of the washing machine W from zero to the maximum rotation speed in percent. The y-axis indicates the displacement (vibration) of the washing machine W as a relative value when the rotation speed is zero. In the experiment shown in FIG. 18, the washing tub 35 was rotated with 1 kg of clothes placed at a predetermined position in the washing tub 35 (the same applies to FIG. 19, which will be described later).
図18に示すように、比較例の構成では、洗濯槽35の回転速度が大きくなるにつれて、洗濯機W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5[%]の回転速度において外槽37の振幅が一旦減少し、約10[%]の回転速度において洗濯機W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、10~17[%]の回転速度において洗濯機Wの振幅が増加し、20[%]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、洗濯機Wの振幅は小さくなっている。 As shown in FIG. 18, in the configuration of the comparative example, the amplitude of the washing machine W changes as the rotation speed of the washing tub 35 increases. Specifically, when the rotation speed of the washing tub 35 is increased from zero, the amplitude of the outer tub 37 once decreases at a rotation speed of about 5%, and the amplitude of the washing machine W at a rotation speed of about 10%. The amplitude suddenly increases and reaches the maximum amplitude. In addition, the amplitude of the washing machine W increases at the rotation speed of 10 to 17 [%], and in the range of 20 [%] or more, the amplitude of the washing machine W decreases as the rotation speed of the washing tub 35 increases. there is
図19は、従来の電磁サスペンションを第7実施形態に適用した状態における洗濯槽35の回転速度と洗濯機Wの変位(振動)の変化を示す実験結果である。図19における実験では、洗濯槽35の回転速度が高いほど(すなわち、外槽37の振動周波数fが高いほど)、リニアモータ10の粘性減衰係数Cが小さくなるように、インバータ40のデューティ比を制御した。 FIG. 19 shows experimental results showing changes in the rotational speed of the washing tub 35 and the displacement (vibration) of the washing machine W when the conventional electromagnetic suspension is applied to the seventh embodiment. In the experiment in FIG. 19, the duty ratio of the inverter 40 was adjusted so that the higher the rotational speed of the washing tub 35 (that is, the higher the vibration frequency f of the outer tub 37), the smaller the viscous damping coefficient C of the linear motor 10. controlled.
図19に示すように、洗濯槽35の回転速度が約10[%]のときの洗濯機Wの最大振幅は約5[PU]であり、図18に示す比較例1の最大振幅(約10[PU])の半分程度になっている。また、洗濯槽35の回転速度が50[%]以上の領域では、洗濯機Wの振幅が1[PU]程度になっている。このように、第7実施形態によれば、粘性減衰係数Cを可変制御することによって、粘性減衰係数Cが一定であるオイルダンパを用いた比較例よりも洗濯機Wの振動を効果的に抑制できる。 As shown in FIG. 19, the maximum amplitude of the washing machine W when the rotation speed of the washing tub 35 is approximately 10 [%] is approximately 5 [PU], and the maximum amplitude of Comparative Example 1 shown in FIG. [PU]). Further, in the region where the rotation speed of the washing tub 35 is 50 [%] or more, the amplitude of the washing machine W is about 1 [PU]. Thus, according to the seventh embodiment, by variably controlling the viscous damping coefficient C, the vibration of the washing machine W is more effectively suppressed than in the comparative example using the oil damper with a constant viscous damping coefficient C. can.
図20は、第5実施形態における電磁サスペンションを第7実施形態に適用した状態における洗濯槽35の回転速度と洗濯機Wの変位(振動)の変化を示す実験結果である。図20における実験では、洗濯槽35の回転速度が高いほど(すなわち、外槽37の振動周波数fが高いほど)、リニアモータ10の粘性減衰係数Cが小さくなるように、インバータ40のデューティ比を制御した。 FIG. 20 shows experimental results showing changes in the rotational speed of the washing tub 35 and the displacement (vibration) of the washing machine W when the electromagnetic suspension of the fifth embodiment is applied to the seventh embodiment. In the experiment in FIG. 20, the duty ratio of the inverter 40 was adjusted so that the higher the rotational speed of the washing tub 35 (that is, the higher the vibration frequency f of the outer tub 37), the smaller the viscous damping coefficient C of the linear motor 10. controlled.
図20の波形は、明らかに図18や図19よりも外槽の変位量が小さい。また、全ての回転速度において効果を発揮している。以上のように第7実施形態の電磁サスペンション100を適用した洗濯機Wよれば、制振性の高い洗濯機を提供できる。 The waveform of FIG. 20 clearly has a smaller amount of displacement of the outer tank than those of FIGS. Moreover, the effect is exhibited at all rotational speeds. As described above, according to the washing machine W to which the electromagnetic suspension 100 of the seventh embodiment is applied, it is possible to provide a washing machine with high damping properties.
[変形例]
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。前述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、もしくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。また、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
[Modification]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible. The above-described embodiments are exemplified for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. Also, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Also, it is possible to delete part of the configuration of each embodiment, or to add or replace other configurations. Also, the control lines and information lines shown in the drawings are those considered to be necessary for explanation, and do not necessarily show all the control lines and information lines necessary on the product. In practice, it may be considered that almost all configurations are interconnected. Possible modifications to the above embodiment are, for example, the following.
(1)前記各実施形態においては、図3に示したように、1個のフレーム部121に、2個の矩形板状の永久磁石124a,124b、を嵌め込んで可動子12を構成した。しかし、1個のフレーム部121に、1個の磁石を装着してもよい。また、複数のフレームの各々に複数の磁石を装着してもよい。また、フレーム部121および永久磁石124の形状は矩形板状に限られるものではなく、様々な形状のものを採用することができる。 (1) In each of the above-described embodiments, as shown in FIG. 3, the mover 12 is configured by fitting two rectangular plate-like permanent magnets 124a and 124b into one frame portion 121. As shown in FIG. However, one magnet may be attached to one frame portion 121 . Also, a plurality of magnets may be attached to each of a plurality of frames. Further, the shapes of the frame portion 121 and the permanent magnets 124 are not limited to rectangular plate shapes, and various shapes can be adopted.
(2)また、上記第6実施形態および第7実施形態においては、電磁サスペンション100を洗濯機Wの制振に適用した例を説明したが、電磁サスペンション100は、空気調和機、冷蔵庫等の家電製品や、鉄道車両、自動車等にも適用することができる。 (2) In addition, in the sixth and seventh embodiments, the electromagnetic suspension 100 is applied to damping the washing machine W, but the electromagnetic suspension 100 can be It can also be applied to products, railway vehicles, automobiles, and the like.
(3)また、上記各実施形態においては、単相交流電流でリニアモータ10を駆動する構成について説明したが、例えば、3相交流電流でリニアモータ10を駆動してもよい。 (3) In each of the embodiments described above, the linear motor 10 is driven with a single-phase alternating current, but the linear motor 10 may be driven with, for example, a three-phase alternating current.
(4)永久磁石の材質としては、例えば希土類系焼結磁石を想定しているが、サマリウム鉄窒素磁石やネオジム磁石などの希土類系磁性粉末と有機バインダーとを混合して作られる希土類系ボンド磁石やフェライト磁石など、他の永久磁石を用いてもよい。また、永久磁石を用いないリラクタンスモータなどを用いてもよい。 (4) The material of the permanent magnet is assumed to be, for example, a rare earth sintered magnet. Other permanent magnets such as ferrite magnets may also be used. Alternatively, a reluctance motor or the like that does not use a permanent magnet may be used.
(5)電機子の数も1に限らず、3、5など、奇数となる他の数でもよい。 (5) The number of armatures is not limited to 1, but may be 3, 5, or any other odd number.
本発明によれば、可動子フレーム(フレーム部121)内の渦電流を低減することで、可動子フレームに発生する渦電流損を低減する。また、磁石挿入時の磁気吸引力を低下することで、磁石の損傷を防止することができる。 According to the present invention, the eddy current loss generated in the mover frame is reduced by reducing the eddy current in the mover frame (frame portion 121). Also, by reducing the magnetic attraction force when the magnet is inserted, damage to the magnet can be prevented.
10 リニアモータ
11 固定子
11a コア(電機子鉄心)
11a2 ティース部
11b 巻線(電機子巻線)
12 可動子
20、20L、20R 弾性体
21 シャフト
22 軸受
23 シャフト固定金具(固定金具)
31 ベース
32 筐体
32a 側板
32b 前面カバー
32c 背面カバー
32d 上面カバー
33 ドア
34 操作・表示パネル
35 洗濯槽
36 リフタ
37 外槽
38 駆動機構
38a インバータ
38b モータ
39 送風ユニット
40 インバータ
50 電流検出器
60 推力調整部
70 整流回路
72 ダイオードブリッジ回路
74、76 平滑コンデンサ
100、100L、100R 電磁サスペンション
111 腕部
121 フレーム部
121a フレーム腕部
121b 溝部
122 バー部
122c 接触面
124、124a、124b 永久磁石
124f 表面(第1の面)
124r 裏面(第2の面)
200 制振装置
W 洗濯機
10 linear motor 11 stator 11a core (armature core)
11a2 tooth portion 11b winding (armature winding)
12 mover 20, 20L, 20R elastic body 21 shaft 22 bearing 23 shaft fixture (fixing fixture)
31 base 32 housing 32a side plate 32b front cover 32c rear cover 32d top cover 33 door 34 operation/display panel 35 washing tub 36 lifter 37 outer tub 38 drive mechanism 38a inverter 38b motor 39 blower unit 40 inverter 50 current detector 60 thrust adjustment Section 70 Rectifier Circuit 72 Diode Bridge Circuit 74, 76 Smoothing Capacitor 100, 100L, 100R Electromagnetic Suspension 111 Arm 121 Frame 121a Frame Arm 121b Groove 122 Bar 122c Contact Surface 124, 124a, 124b Permanent Magnet 124f Surface (first side)
124r back surface (second surface)
200 damping device W washing machine
Claims (10)
前記可動子は、フレーム部と複数のバー部とを含んで構成されており、
前記複数の永久磁石と前記複数のバー部が、前記フレーム部の内側に設けられた溝部に沿って挿入固定されて前記フレーム部と前記バー部とが接触面で接触する構成であり、前記複数の永久磁石の間に前記バー部が設けられている
ことを特徴とするリニアモータ。 a stator having an armature core and armature windings, a plurality of permanent magnets having first and second surfaces facing the stator, and facing the stator; In a linear motor comprising a mover that moves systematically,
The mover includes a frame portion and a plurality of bar portions,
the plurality of permanent magnets and the plurality of bar portions are inserted and fixed along grooves provided inside the frame portion so that the frame portion and the bar portion are in contact with each other at the contact surface; The linear motor, wherein the bar portion is provided between the permanent magnets.
前記フレーム部および前記バー部が導電性材料で構成され、前記溝部を有するフレーム腕部の互いに対向する面の距離をA、前記バー部の前記対向する面間方向の長さをBとしたとき、A>Bの関係である
ことを特徴とするリニアモータ。 In the linear motor according to claim 1,
When the frame portion and the bar portion are made of a conductive material, the distance between the opposing surfaces of the frame arm portions having the grooves is A, and the length of the bar portion in the direction between the opposing surfaces is B. , A>B.
前記フレーム腕部と前記バー部との間にできた隙間に非導電性材料を充填する
ことを特徴とするリニアモータ。 In the linear motor according to claim 2,
A linear motor, wherein a gap formed between the frame arm portion and the bar portion is filled with a non-conductive material.
前記複数の永久磁石間の前記バー部が樹脂で構成されている
ことを特徴とするリニアモータ。 In the linear motor according to claim 1,
A linear motor, wherein the bar portion between the plurality of permanent magnets is made of resin.
前記複数の永久磁石が前記可動子の移動方向に分割され、前記分割された永久磁石の間にも前記バー部が設けられることを特徴とするリニアモータ。 In the linear motor according to claim 1,
A linear motor, wherein the plurality of permanent magnets are divided in the moving direction of the mover, and the bar portion is provided between the divided permanent magnets.
前記複数の永久磁石が前記可動子の移動方向に2つに分割され、前記分割された2つの永久磁石の前記可動子の移動方向の長さが、a:bおよびb:aのように対称になっていることを特徴とするリニアモータ。 In the linear motor according to claim 5,
The plurality of permanent magnets are divided into two in the movement direction of the mover, and the lengths of the two divided permanent magnets in the movement direction of the mover are symmetrical such as a:b and b:a. A linear motor characterized by:
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のリニアモータと、
前記シャフトに装着され、前記固定金具の一方と前記固定子の腕とで縮接されている弾性体と、を備え、前記可動子は前記固定金具間に固定されている
ことを特徴とする電磁サスペンション。 a pair of opposing shafts connecting the fixing brackets;
A linear motor according to any one of claims 1 to 6;
an elastic body mounted on the shaft and contracted between one of the fixing metal fittings and an arm of the stator, wherein the mover is fixed between the fixing metal fittings; suspension.
前記弾性体は、金属製の巻バネであることを特徴とする電磁サスペンション。 In the electromagnetic suspension according to claim 7,
The electromagnetic suspension, wherein the elastic body is a coil spring made of metal.
前記電機子巻線に交流電流を供給するインバータと、
前記電機子巻線に流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いて前記インバータを制御し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
ことを特徴とする電磁サスペンション。 In the electromagnetic suspension according to claim 7,
an inverter that supplies alternating current to the armature winding;
a current detector that detects a current flowing through the armature winding;
and a thrust adjustment unit that controls the inverter based on the current detected by the current detector to adjust the thrust of the linear motor.
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、
前記電磁サスペンションは、前記外槽の振動を抑制する
ことを特徴とする洗濯機。 an electromagnetic suspension according to claim 7;
a washing tub for storing clothes;
an outer tub containing the washing tub;
and a drive mechanism that rotates the washing tub,
The washing machine, wherein the electromagnetic suspension suppresses vibration of the outer tub.
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2022
- 2022-02-14 JP JP2022020802A patent/JP2023117963A/en active Pending
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