JP7099926B2 - リニアモータ、制振装置、及びそれらを備えた洗濯機 - Google Patents

Description

本発明は、リニアモータ、制振対象物について生じる振動を抑制する制振装置、及びそれらを備えた洗濯機に関する。

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（以下、総称してリニアモータとする）が検討されている。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。

リニアモータに関するものとして、特許文献１には、中心部にヨークを、その両面に磁石を固定した可動子用いたリニアモータが記載されている。また、特許文献２には、可動子にヨークを用いず磁石が空隙を介して電機子磁極と直接対向した配置とし、リニアモータの応答性を改善する技術が記載されている。また、特許文献３には、複数の貫通穴を有するはしご状の可動子保持部材に、磁石の表面に磁石の面積以下の高透磁率部材を接着剤で１つずつ上下面に接着し、モータ特性を改善する技術が記載されている。

特開２００６－５４９７３号公報 ＷＯ２０１３－１２４８７５号公報 ＷＯ２０１１－１５５０２２号公報

上記のような、直線型で端部を有するリニアモータは、幾何学的に対象形である回転モータに比べ、部品点数が多く、組立は煩雑となる。また、リニアモータの可動子に配置した磁石は、固定子を出入りする。このため逆磁界の影響が大きく、磁石が減磁しやすい。

特許文献１の構造では、可動子はヨークの重量が増加し、リニアモータの応答性（可動子の加速度）は低下する可能性があり、特許文献２の構造では、磁石が電機子磁極から受ける逆磁界に影響が大きく磁石が減磁しやすい可能性があり、特許文献３の方法では、生産工数が多く、コストが高くなる。

そこで本発明は、応答性が高く、減磁しにくく、且つ低コストなリニアモータを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のリニアモータは、電機子鉄心と電機子鉄心の磁極歯に巻回される巻線を有する固定子と、非磁性材料からなるフレームとフレームに設置された複数の磁石を有する可動子と、が相対的に移動可能であるリニアモータであって、複数の磁石は、移動の方向に沿って並べて配置され、固定子と可動子との間、且つ、複数の磁石上に跨って磁性材料が配置され、磁性材料は、可動子の非摺動部に配置された構成とする。

本発明によれば、応答性が高く、減磁しにくく、且つ低コストなリニアモータを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るリニアモータの１／４カット断面斜視図である。 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実施形態に係るリニアモータの可動子の組立図である。 本発明の第１実施形態に係るリニアモータの可動子の斜視図である。 図５のＡ-Ａ’線矢視端面図である。 本発明の第１実施形態に係るリニアモータの可動子の他の組立図である。 本発明の第１実施形態に係るリニアモータの推力特性と磁石の動作点を示したグラフである。 本発明の第１実施形態に係るリニアモータのパーミアンスの説明図である。 本発明の第１実施形態に係るリニアモータの磁束密度分布の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るリニアモータの磁束密度分布の他例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るリニアモータの減磁部位を示す分布図である。 比較例のリニアモータの減磁部位を示す分布図である。 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。 比較例の洗濯機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１実施形態の変形例の可動子の減磁部位を示す分布図である。

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１３参照）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の模式図である。

なお、図１に示すように、ｘｙｚ軸を定める。また、図１はリニアモータの外観を俯瞰するとともにし、その1/4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軸方向に伸びる板状の可動子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軸方向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１３参照）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電機子鉄心であるコア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。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。

図３は、図１のIII－III線矢視端面図である。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内の可動子１２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。

図１に示す例では、ｚ軸方向（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、その両端が、後述するインバータ４０（図１５参照）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軸方向に伸びている。また、図1に示すように、可動子１２は、Ｚ軸方向に伸びる非磁性材からなるフレーム１２ａと、ｚ軸方向に所定の間隔を空けてフレーム１２ａに設置される磁石１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂとを備えている。なお、1つのフレームに貫通穴を加工し複数の磁石を埋没しても良いし、複数のフレームと複数の磁石を組み合わせても良いし、1つのフレームに複数の磁石を貼り付けても良い。

さらには、リニアモータ１０の応答性を高めるためには、可動子１２は軽量が望ましい。そこでフレーム１２ａを構成する非磁性材料は、プラスチックやアルミなど軽い材料を用いることが望ましい。また、炭素繊維強化プラスチックなどの軽くて強度のある複合材を用いることも可能である。すなわちリニアモータ１０の要求強度や仕様に応じて、任意に選択すればよい。

また、磁石１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂは、ｙ軸方向に磁化されている。より詳しく説明すると、ｙ軸方向正の向きに磁化された磁石（たとえば、磁石１２１ｂ、１２３ｂ）と、ｙ軸方向負の向きに磁化された磁石（たとえば、磁石１２２ｂ）と、がｚ軸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軸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。

磁石１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂとして、サマリウム‐鉄‐窒素系の磁石を用いることが望ましい。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％、ディスプロシウム：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４は、本発明の第１実施形態に係るリニアモータの可動子の組立図である。
貫通穴を加工した非磁性材料からなるフレーム１２ａに、磁石を３つ（１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂ）を勘合した後、ｙ軸方向の上下面より磁性材料１２ｍがそれぞれ覆っている。その配置は、ｚ軸方向に磁石１２１ｂから１２３ｂまでを覆っており、かつｙ軸方向は可動子１２の幅より狭い。

図５は、本発明の第１実施形態に係るリニアモータの可動子の斜視図である。また、図６は図５のＡ-Ａ’線矢視端面図である。

非磁性材料からなるフレーム１２ａはＨ型の断面形状をしている。Ｈ型の溝深さは、磁性材料１２ｍの厚みと略同じであり、磁性材料１２ｍとフレーム１２ａが一体化した際にＨ型のフレーム１２ａから磁性材料１２ｍが飛び出すことはなく、固定子１１と可動子１２の間隔は変化しない。これにより、リニアモータのギャップ長は磁性材料１２ｍの有無に関わらず略一定となる。

また、図６記載の非磁性材料からなるフレーム１２ａのＨ型の凸部のみが、図１記載の摺動支持部材１３と接触し、決して磁性材料１２ｍと接触することはない。これにより、長期使用時に磁性材料１２ｍが摺動支持部材１３との接触により劣化(剥がれ・欠損)することはない。つまり、磁性材料１２ｍは、可動子１２の非摺動部の少なくとも一部に配置され、摺動部又は摺動支持部である摺動支持部材１３を除く個所に配置されている。

磁性材料１２ｍは、磁石１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂの磁力を用いて固定しても良い。また、界面に接着剤を薄く塗布しても良い。０．０５ｍｍ程度の隙間があっても、問題ないことを確認している。隙間に接着時を介在させることで、可動子１２と磁性材料１２ｍの固着力は磁力＋接着材の結合力の合算となり強固となる。

図７は本発明の第１実施形態に係るリニアモータ１０の可動子１２の別の組立例である。磁性材料１２ｍをｚ軸方向に伸ばし可動子１２の端部まで配置する。可動子１２の端部に可動子のフレーム１２ａと磁性材料１２ｍを挟み込む固定部材１４を配置する。なお、この位置はＺ軸方向の固定子の長さ＋可動子のストロークの２倍以上とし、リニアモータ内に固定部材１４が巻き込まれない位置である。つまり、磁性材料１２ｍの長さは、固定子１１の長さと、可動子１２のストロークの２倍と、の和の値以上とする。この際、Ｙ軸方向から、可動子のフレーム１２ａ、磁性材料１２ｍ、固定部材１３を串刺しするようにネジなどの固定を行えばよい。

ここで、磁性材料１２ｍを磁石１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂの表面に配置すると、なぜモータ特性（特に減磁耐力）が改善できるのか説明する。

磁石は単品よりも、ヨークに接触していた方が減磁耐力は大きい。その差は両者の磁気回路の違いであり、パーミアンス係数として定量的に比較できる。パーミアンス係数が大きなほうが、減磁耐力は大きい。パーミアンス係数とは外部磁気回路のパーミアンスを磁石の単位体積あたりに換算したものという物理的な意味があり、磁気回路のパーミアンスは磁気回路の磁気抵抗の逆数である。また、その値は縦軸に磁束密度、横軸に磁界のグラフを示した際の傾きとして示せる。傾きが大きいほどパーミアンス係数は大きい。

磁石単品の状態では、磁石は周辺に空気（比透磁率：1）にしか接触していない。しかし、磁石に鉄板を接触した場合、磁石は空気とヨーク（例えば鉄板ならため、比透磁率1000）の両方に接触していることになり、磁石とヨークの配置（磁気回路）を工夫し、パーミアンス係数を改善することが可能である。

然るに、特許文献１は中心部にヨークを配置し、その上下に磁石を配置し、ヨークと磁石配置を工夫することで磁気設計を行っている。つまり、可動子の重量を犠牲に磁気回路を強化している。

一方、特許文献２は可動子にヨークが存在しない。つまり、磁気回路を犠牲に可動子を軽量化している。

そのため、特許文献３のように特許文献２の磁石１つ1つの表面に磁石に鉄板を配置し、磁気特性を改善しようとしている。

本発明と特許文献３との違いは、本発明は複数の磁石を跨るように前記磁性体を配置することにある。単純に可動子の複数の磁石を跨るように磁性体を配置した場合、可動子内の磁石間で磁路が完成し、図２や図３に示した可動子と電機子の磁気のやり取りは成立しない。そのため特許文献３は磁石1つ１つの表面に鉄板を配置し、磁石間の磁路を無くしている。

図８は本発明の第１実施形態に係るリニアモータの推力特性と、磁石の磁束密度を示したグラフである。推力８０Ｎのリニアモータ１０に磁性材料１２ｍを可動子１２の両面に配置した場合の結果である。磁石厚１４ｍｍを基準とし、上下２枚の磁性材料１２ｍの厚み＋磁石の厚み（１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂ）を１４ｍｍに固定した。例えば磁性材料１２ｍが1ｍｍの場合、磁石（１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂ）の厚みは１２ｍｍとしている。

図８より磁石厚の増加の伴い、推力が低下していることがわかる。一方で磁石の磁束密度は増加している。さらに、板厚1ｍｍまでは磁束密度は磁性材料１２ｍの板厚に比例して増加しているのに対し、１ｍｍ以上ではその傾きが緩慢となっている。

図９は本発明の第１実施形態に係るリニアモータのパーミアンスの説明図である。図８の例として磁性材料１２ｍの厚みを、なし（０ｍｍ）、０．２ｍｍ、２ｍｍとしたときをプロットし、そのパーミアンス係数（直線）を示す。明らかに厚みが大きいほど、傾きは大きく、パーミアンス係数は大きいことがわかる。

ここで、磁性材料１２ｍの磁束密度分布を考察する。

図１０は本発明の第１実施形態に係るリニアモータの磁束密度分布である。図１０（Ａ）は板厚０．２ｍｍの磁性材料を配置したときの、図１０（Ｂ）は板厚２ｍｍの磁性材料を配置したときの可動子の磁束密度分布である。

磁束密度が大きなところは黒、磁束密度が低いところは白で示している。両者の違いは磁石（１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂ）の間の配置した磁性材料１２ｍ磁束密度（磁気飽和度）の差にある。板厚０．１ｍｍでは、全体が黒色を示しているのに対し、板厚２ｍｍは白い部位が残存する。よって、板厚０．２ｍｍは磁性材料が磁気飽和し、可動子の磁石（１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂ）間の磁気回路は成立しない。つまりＮ極の磁石１２２ｂからＳ極の磁石１２１ｂ、または１２３ｂへの磁路は磁気飽和しており成立しない。そのため、図２と図３に示した固定子１１と可動子１２の磁束の流れは成立する。一方で、板厚２ｍｍでは、飽和していないところを伝って可動子１２の磁石間でループが成立する。そのため、固定子１１と可動子１２の磁束量が低下し、推力が低下を招く。

本発明の特徴は、複数の磁石（１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂ）を跨ぎ磁性材料１２ｍを配置しているが、その磁性材料１２ｍの厚みを制御することで、磁気飽和の状態とし、可動子１２内の磁石間の磁路を遮断していることである。

上記理由により、可動子内の隣接する磁石間のループの影響はなく、固定子と可動子間の磁気回路は保たれ、かつパーミアンス係数が改善することを見出した。

この磁性材料１２ｍは、ＪＩＳに定める冷延鋼板、電磁鋼板、機械組み立て時に用いるシムなど、安価で板厚規格が制定されているものが好ましい。よって、ＪＩＳ Ｇ３１４１ 冷延鋼板記載の最大厚３．２ｍｍ以下の材料であれば安価に入手可能である。

さらには上記で示したように推力80Ｎクラスのリニアモータの場合、磁性材料１２ｍは板厚１．０ｍｍ以下が好ましい。

図１１は本発明の第１実施形態に係るリニアモータの減磁部位を示す分布図である。減磁した部位を黒く、していない部位を白く、その程度によってグラデーションをつけて示している。図１１（Ａ）は本発明の適用例であり、磁石（１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂ）の厚みが１０ｍｍで、その両面に厚み０．２ｍｍの磁性材料１２ｍを配置している。図１１（Ｂ）は比較例であり、磁石（１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂ）の厚みが１４ｍｍであり、磁性材料１２ｍはない。

両者を比較すると、本発明は磁石１２１ｂが減磁していないが、比較例は減磁している。一般に減磁耐力の改善には磁石を厚くすることが有効である。しかし、本発明は厚み１４ｍｍの磁石１２１ｂよりも、厚み１０ｍｍの磁石１２１ｂの上に磁性材料１２ｍを配置する方が有効であることがわかる。

つまり、減磁耐力を改善しながら磁石厚を約30％低減することが可能であり、磁石のコストダウンにつながる。更に、磁石使用量が減る分、可動子１２の重量は軽くなり、リニアモータ１０の応答性は向上する。

図１２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１４参照）を抑制する機能を有している。

図１２に示すように、リニアアモータ１０の可動子１２の一端は、洗濯機Ｗ（図１４参照）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１３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１４参照）、図１４では制振装置１００を図示していない。

図１３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１４参照）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１４参照）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１４参照）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１４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１３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１４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１４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１６参照）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１５は、制振装置１００の構成図である。なお、図１５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１５に示す制振対象物Ｇは、洗濯機Ｗ（図１３参照）の外槽３７（図１４参照）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１２参照）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１６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１６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１６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１４参照）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１５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１５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１４参照）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１４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、リニアモータ１０の磁石（１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂ）の使用量を低減できる。これにより可動子１２の重量が軽くなり応答性が改善する。また、磁性材料１２ｍにより減磁耐力が向上する。さらに、磁石使用量の低減によりコスト削減が可能である。

また、磁性材料１２ｍは各々の磁石に配置するのではなく、磁石を跨って、１枚のシートとして配置すればよく、作業性も高い。

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１６参照）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、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／ｓ］は、リニアアクチュエータ１０の粘性係数である。

図１７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１７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１７も同様）。
図１７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１８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１７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１８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１７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、磁性材料１２ｍの幅と配置方法は適宜設計すればよい。例えば図１９に示すように、磁石１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂより大面積の磁性材料１２ｍを両面、片面、または接着剤（０．０５ｍｍ）の隙間で固着しても、減磁耐力は向上する。更に磁石幅の１/２のサイズを配置しても、減磁耐力は向上する。

また、各実施形態では、固定子１１（図１２参照）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。

１０ リニアモータ
１１ 固定子
１２ 可動子
１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂ 磁石
１３ 摺動支持部材
１４ 固定部材
２０ スプリング
３５ 洗濯槽
３７ 外槽
３８ 駆動機構
４０ インバータ
５０ 電流検出器
６０ 推力調整部
１００ 制振装置

Claims (9)

1. 電機子鉄心と前記電機子鉄心の磁極歯に巻回される巻線を有する固定子と、非磁性材料からなるフレームと前記フレームに設置された複数の磁石を有する可動子と、が相対的に移動可能であるリニアモータであって、
   前記複数の磁石は、前記移動の方向に沿って並べて配置され、
   前記固定子と前記可動子との間、且つ、前記複数の磁石上に跨って磁性材料が配置され、前記磁性材料は、前記可動子の非摺動部に配置された、ことを特徴とするリニアモータ。
2. 請求項１記載のリニアモータであって、
   前記フレームは、深さが前記磁性材料の厚みと略同一な溝部を有し、
   前記溝部に前記磁性材料が固定された、リニアモータ。
3. 請求項１記載のリニアモータであって、
   前記可動子の移動方向を長さ方向とした際、前記磁性材料の長さは、前記固定子の長さと、前記可動子のストロークの２倍と、の和の値以上の長さとする、リニアモータ。
4. 請求項１記載のリニアモータであって、
   前記磁性材料は、前記可動子の摺動部又は前記摺動部を支持する摺動支持部を除く個所に配置された、リニアモータ。
5. 請求項１記載のリニアモータであって、
   前記磁石は、サマリウム－鉄－窒素系の磁石である、リニアモータ。
6. 請求項１記載のリニアモータであって、
   前記磁性材料は、前記可動子の前記フレームと一体化されている、リニアモータ。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のリニアモータと、
   弾性体と、を有することを特徴とする制振装置。
8. 請求項７記載の制振装置であって、
   制振対象物に接続された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し、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。
9. 請求項８記載の制振装置と、
   衣類を収容する洗濯槽と、
   前記洗濯槽を内包し、前記制振対象物である外槽と、
   前記洗濯槽を回転させる駆動機構と、
   を有することを特徴とする洗濯機。

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