JP7366842B2 - Electromagnetic suspension and washing machine - Google Patents
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Description
本発明は、電磁サスペンションおよび洗濯機に関する。 The present invention relates to an electromagnetic suspension and a washing machine.
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。回転モータと異なる点は、回転モータは固定子と可動子が無限軌道で対抗できることに対し、リニアモータは配置した磁石の個数に応じてストローク長が決まることにある。ストローク長を拡大するには磁石の個数の増加、磁石サイズの拡大などが考えられるが、いずれもコストが増となる。 Linear motors and linear actuators (hereinafter collectively referred to as linear motors) are known as electric machines that perform linear motion. A linear motor has a structure in which a rotating machine is cut into a straight line, and generates thrust in the movable element by magnetic force acting between magnetic poles formed on each of the stator and the movable element. The difference from a rotary motor is that in a rotary motor, the stator and mover can oppose each other in an endless track, whereas in a linear motor, the stroke length is determined according to the number of arranged magnets. In order to increase the stroke length, it is possible to increase the number of magnets, increase the size of the magnets, etc., but both of these methods increase cost.
特許文献1は、振動センサを有するリニアアクチュエータを用いた制振装置について記載されている。また特許文献2は、洗濯機に電磁サスペンションを配置し、振動を抑制する技術が示されている。さらに、特許文献3は、自動車、鉄道車両等の車両のサスペンション装置に単相のリニアアクチュエータを用いる技術が記載されている。
電磁サスペンションを制振装置に用いる場合、可動子の自重や、制振対象物の重力エネルギによって電磁サスペンションが沈み込む現象が生じる。この場合、設計者は制振対象物への締結による外乱因子で電磁サスペンションの固定子と可動子の位置決めが失われないよう、例えば、ストローク長に裕度を持たせ問題を回避する必要があり、可動子や固定子を大型化しコストが高くなる問題があった。または、外乱因子に影響を受けないコストの高い強力磁石を適用し、問題を回避していた。 When an electromagnetic suspension is used in a vibration damping device, a phenomenon occurs in which the electromagnetic suspension sinks due to the weight of the mover or the gravitational energy of the object to be damped. In this case, the designer needs to avoid the problem by, for example, giving a margin to the stroke length so that the positioning of the stator and mover of the electromagnetic suspension will not be lost due to disturbance factors caused by the fastening to the damping object. However, there was a problem in that the mover and stator were made larger and the cost increased. Alternatively, the problem has been avoided by applying an expensive and powerful magnet that is not affected by disturbance factors.
特許文献1は、制振装置において可動子が機械ストッパに連続的に衝突する場合、異音の発生および機械のストッパの不具合を低減するために、振動センサの情報に基づき過大振動印加状態において可動子を重力方向に押し付ける技術が開示されている。しかし、磁石量とストローク長の関係は示されていない。
特許文献2は、洗濯機用のサスペンションとして位置センサ付きの電磁サスペンションを配置し、ベクトル制御で振動を抑制する技術が記載されている。 Patent Document 2 describes a technique in which an electromagnetic suspension equipped with a position sensor is arranged as a suspension for a washing machine, and vibrations are suppressed by vector control.
特許文献3は、単相のリニアアクチュエータにおいて、コイルピッチと磁極ピッチを大きくすることで、推力の低下を抑制する技術が記載されている。 Patent Document 3 describes a technique for suppressing a decrease in thrust in a single-phase linear actuator by increasing the coil pitch and the magnetic pole pitch.
しかし、いずれの特許文献も制振対象物の重力エネルギを利用したリニアモータの位置決めや、リニアモータの推力と制振対象物の重力エネルギの関係を記したものはない。まして、制振対象物の重力エネルギを電磁サスペンションの位置決めに活用する発想はない。 However, none of the patent documents describes the positioning of a linear motor using the gravitational energy of the object to be damped, or the relationship between the thrust of the linear motor and the gravitational energy of the object to be damped. Furthermore, there is no idea of utilizing the gravitational energy of the object to be damped for positioning the electromagnetic suspension.
本発明は、前記した課題を解決するためになされたものであり、電磁サスペンションに接続される制振対象物の重力エネルギを、電磁サスペンションの固定子と可動子の位置決めに用い、小型・低コストな電磁サスペンションおよび洗濯機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and uses the gravitational energy of a vibration damping object connected to an electromagnetic suspension to position the stator and mover of the electromagnetic suspension, thereby achieving a compact and low-cost device. The purpose is to provide an electromagnetic suspension and a washing machine.
前記目的を達成するため、本発明の電磁サスペンションは、制振対象物に接続される電磁サスペンションにおいて、電磁サスペンションは、鉛直方向または該鉛直方向から傾けて配置され、電磁サスペンションは、固定子と、固定子に対向する位置に少なくとも2つの磁石と固定子に対して相対的に移動する可動子と、を有するリニアモータと、可動子を上方へ押し上げる弾性体と、を備え、可動子の振動の中心をV0とすると、電磁サスペンションが、制振対象物と接続されていない場合、V0が、固定子の磁極の中心より反重力方向にずれて配置され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, an electromagnetic suspension of the present invention is provided, in which the electromagnetic suspension is connected to an object to be damped, the electromagnetic suspension is disposed in a vertical direction or inclined from the vertical direction, and the electromagnetic suspension has a stator, A linear motor has at least two magnets located at a position facing the stator, a movable element that moves relative to the stator, and an elastic body that pushes the movable element upward. Assuming that the center is V 0 , when the electromagnetic suspension is not connected to the object to be damped, V 0 is arranged offset from the center of the magnetic poles of the stator in the anti-gravity direction. Other aspects of the present invention will be explained in the embodiments described below.
本発明によれば、小型・低コストな電磁サスペンションを実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a compact and low-cost electromagnetic suspension.
本発明を実施するための実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
[第1実施形態]
〈第1実施形態の構成〉
図1は、第1実施形態による電磁サスペンション100の断面斜視図である。なお、電磁サスペンション100は、例えば洗濯機W(図10参照)の振動を抑制するために適用される。図1の電磁サスペンション100は制振対象物Dt(図9参照)に接続されていない。
Embodiments for implementing the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
[First embodiment]
<Configuration of first embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional perspective view of an
図1は、第1実施形態に係る電磁サスペンション100の断面斜視図である。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軸は鉛直方向)。図1は、電磁サスペンション100の外観を俯瞰するとともに、その1/4をカットし内部構造を図示している。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。
FIG. 1 is a cross-sectional perspective view of an
電磁サスペンション100は、フレーム(例えば、シャフト固定金具23)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、フレーム間に固定され、固定子11に対向する第1の面(例えば、図5の表面122f)と第2の面(例えば、図5の裏面122r)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、フレームの一方と固定子11の腕(軸受け22)とで縮接されている弾性体20と、を備える。
The
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)に対して並行な位置に、2本のシャフト21、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と軸受け22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け22として金属表面に潤滑加工したすべり軸受けを用いている。
There are two
振動の中心(この図では可動子の磁気的中心も同一)をV0とし、破線で示す。固定子の磁気的中心をA0とし、一点鎖線で示す。図1において振動の中心V0は固定子の磁気的中心A0よりも、反重力方向に突出している。振動の中心V0を反重力方向に押し上げているのは弾性体20である。この場合は巻加工した金属バネであり、バネが伸びた状態である。つまり、バネ力よりも大きな力が可動子12に加われば、可動子12は固定子11の中へ沈む構造となっている。
The center of vibration (in this figure, the magnetic center of the mover is also the same) is V 0 and is indicated by a broken line. The magnetic center of the stator is designated as A 0 and is indicated by a dashed line. In FIG. 1, the center of vibration V 0 projects further in the anti-gravity direction than the magnetic center A 0 of the stator. It is the
図2は、第1実施形態に係る可動子12を含む支持機構部の斜視図である。シャフト固定金具23と、シャフト固定金具23間を繋ぐ対向する一対のシャフト21からなる口型構造の支持機構部内に可動子12は配設されている。つまり可動子12単体よりも広くて厚い面構造を形成している。
FIG. 2 is a perspective view of a support mechanism section including the
図3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3は、リニアモータ10の外観を俯瞰するとともに、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軸方向に延在する板状の可動子12と、を備えている。
FIG. 3 is a perspective sectional view of the
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、可動子12は、制振対象物Dt(図9参照)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10参照)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。
The
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、z軸方向に沿って隣接し可動子12に向かって突出する磁気歯151(第1の磁気歯)を備えている。また、コア11aは、可動子12を挟んで磁気歯151に対向する位置に、z軸方向に沿って隣接し可動子12に向かって突出する磁気歯152(第2の磁気歯)と、を備えている。
The
巻線11bは、これら磁気歯151と152に巻回されている。また、可動子12は、非磁性材料のフレーム122と、フレーム122に嵌め込まれた磁石124(磁石124a,124b)と、を備えている。
The winding 11b is wound around these
図4は、図3のI-I線の模式的な矢視断面図である。但し、図1においてカットされた1/4の部分は図4ではカットされていない。図4に示すように、固定子11のコア11aは、環状部156と、磁気歯151,152と、を備えている。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line II in FIG. 3. However, the 1/4 portion cut in FIG. 1 is not cut in FIG. 4. As shown in FIG. 4, the
環状部156は、縦断面視において環状すなわち略矩形枠状の形状を有しており、この環状部156によって磁気回路が構成されている。一対の磁気歯151,152は、環状部156からy軸方向に沿って内側に延びており、相互に対向している。つまり、本発明のモータ特性の磁路にはギャップが2個存在する。
The
実線矢印で示す磁束ΦAは、可動子12によって生じる磁束である。磁気歯151,152には、それぞれ、巻線11bが巻回されている。巻線11bには、インバータ(例えば後述する図12のインバータ40等)が接続される。そして、このインバータによって巻線11bに通電すると、固定子11が電磁石として機能する。
A magnetic flux ΦA indicated by a solid arrow is a magnetic flux generated by the
図5は、第1実施形態における可動子12の分解斜視図である。図3に示したように、可動子12は、フレーム122と、2つの磁石124a,124bと、を備えている。フレーム122は、非磁性材料を矩形枠状に形成したものである。そして、フレーム122には、表面122f(第1の面)および裏面122r(第2の面)を貫通する、矩形の貫通孔122hが形成されている。
FIG. 5 is an exploded perspective view of the
また、リニアモータ10の応答性を高めるためには、可動子12は軽量であることが望ましい。そこでフレーム122を構成する非磁性材料には、プラスチックやアルミニウム等の軽量材料を適用することが考えられる。また、炭素繊維強化プラスチック等、軽量で強度の高い複合材を適用してもよい。すなわち、フレーム122の材質は、リニアモータ10の要求強度や仕様に応じて、任意に選択するとよい。
Moreover, in order to improve the responsiveness of the
また、2つの磁石124a,124bは、y軸方向に磁極が反転するように交互に配列している。磁石124がフレーム122に嵌め込まれると、貫通孔122hの表面122f側(図5における上面)は磁石124aはN極、磁石124bはS極となっている。また、貫通孔122hの裏面122r側(図5における底面)から磁石124aはS極、磁石124bはN極となっている。
Further, the two
次にリニアモータ10の動作について説明する。
図6A、図6B、図6Cは、第1実施形態によるリニアモータ10の動作説明図である。図1は紙面下方を重力方向としたが、図6は紙面右方向を重力方向として示している。図6Aは、第1実施形態によるリニアモータ10の第1の位置(状態P1)の動作説明図である。図6Bは、第1実施形態によるリニアモータ10の第2の位置(状態P2)の動作説明図である。図6Cは、第1実施形態によるリニアモータ10の第3の位置(状態P3)の動作説明図である。
Next, the operation of the
6A, 6B, and 6C are explanatory diagrams of the operation of the
固定子11は、前述したように、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、コアバック部11a1と、ティース部11a2と、ティース部11a2に磁石に対向する端面であるティーストップ部11a3からなる。
As described above, the
図6A、図6B、図6Cに示す状態P1(第1の位置)、状態P2(第2の位置)、状態P3(第3の位置)は、固定子11と可動子12との相対的な位置関係が、それぞれ異なっている。また、図6A、図6B、図6Cにおいて、実線の太矢印は、磁石124が発生する磁束の向きを示しており、破線の太矢印は、固定子11が発生する磁束の向きを示している。状態P1~P3のいずれにおいても、磁気歯151はフレーム122の表面122fに対向し、磁気歯152はフレーム122の裏面122rに対向している。
State P1 (first position), state P2 (second position), and state P3 (third position) shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C are the relative positions of
図6Aの状態P1において、巻線11bは通電されていないため、固定子11は磁束を発生していない。そして、z軸方向における固定子11の中心(符号なし)と、可動子12の中心(符号なし)とが一致している。また、巻線11bに電流を流すと、電流の方向に応じて、磁気歯151と152を磁化させることができる。状態P1において、状態P2に示している「N」,「S」の記号と同様に、磁気歯151をN極に磁化させ、磁気歯152をS極に磁化させると、磁石124aは磁気歯151,152に反発され、磁石124aは磁気歯151,152に吸引される。
In state P1 of FIG. 6A, the winding 11b is not energized, so the
このように、固定子11と可動子12との間に働く吸引力・反発力によって、固定子11および可動子12には、z軸方向に沿って相対的に推力が働く。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。このため、例えば状態P2に示すように、可動子12は、固定子11に対してz軸プラス方向(図6B上では左方向)に相対的に付勢され移動する。
In this way, due to the attraction and repulsion forces acting between the
逆に、状態P1において、状態P3に示している「N」,「S」の記号と同様に、磁気歯151をS極に磁化させ、磁気歯152をN極に磁化させると、磁石124aは磁気歯151,152に反発され、磁石124bは磁気歯151に反発され、磁気歯152に吸引される。このため、例えば状態P3に示すように、可動子12は、固定子11に対してz軸マイナス方向(図上では右方向)に相対的に付勢され移動する。なお、状態P2から状態P3までの可動子12の移動範囲である常用範囲の長さを「常用範囲長UL(範囲長)」で示している。
Conversely, in state P1, when the
図7は、実施形態に係るリニアモータ10のコア11aの組立と巻線方法を説明する模式図である。リニアモータ10のコア11aを成型する場合、コアバック部11a1と、ティース部11a2を電磁鋼板よりx-y平面で一体プレス成型し、z軸方向に積層し、コア11aを得る。次に、予め加工した巻線11bをティース部11a2に勘合する。以下、同様に巻線11bを備えるコア11aを2つ準備し、上下(図中y軸方向)に組み合わせ、磁気歯151から磁気歯152を得る。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the assembly and winding method of the core 11a of the
図8は、比較例の電磁サスペンション100Cの断面斜視図である。図8の比較例の電磁サスペンション100Cは、制振対象物Dt(図9参照)に接続されていない。図8は、比較例の電磁サスペンション100Cの外観を俯瞰するとともに、その1/4をカットし内部構造を図示している。比較例の電磁サスペンション100Cは、本発明の電磁サスペンション100と同様に、フレーム23(シャフト固定金具)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、フレーム間に固定され、固定子11に対向する第1の面(例えば、図5の表面122f)と第2の面(例えば、図5の裏面122r)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、フレームの一方と固定子11の腕(軸受け22)とで縮接されている弾性体20と、を備える。
FIG. 8 is a cross-sectional perspective view of an
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)に対して並行な位置に、2本のシャフト21、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と軸受け22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け22として金属表面に潤滑加工したすべり軸受けを用いている。
There are two
比較例の電磁サスペンション100Cと本発明の電磁サスペンション100の違いは、破線で示す振動の中心V0(この図では可動子の磁気的中心も同一)と、一点鎖線で示す固定子の磁気的中心をA0が一致している点である。これは、電磁サスペンション100C内のリニアモータ10の制御性を簡単かつロバスト性を高めるために、振動の中心(可動子の磁気的中心)V0と、固定子の磁気的中心を位置させている。
The difference between the
しかし、実際に図8に示すように、比較例の電磁サスペンション100Cを重力方向に立てた状態で用いる場合、重力の作用により、可動子12はセットした位置よりも重力方向にずれる。さらに、制振対象物Dt(図9参照)の重力エネルギが加わり、可動子12は重力方向にさらに大きくずれる。これでは振動の中心V0と、一点鎖線で示す固定子の磁気的中心A0が一致しない。つまりリニアモータ10の段階で制御性を確保するために調整した固定子11と可動子12の位置決めは無効になってしまう。
However, as shown in FIG. 8, when the
リニアモータ10の段階で調整した固定子11と可動子12の位置決めを保つ対策として、例えば、図8に示す比較例の電磁サスペンション100Cは磁石124を、図1に示す本発明の電磁サスペンション100の磁石124よりもz軸方向に大きくしている。これは、可動子12が重力方向にずれても、制御可能域を広くする。または、この対策はストロークが重力方向にずれてしまうことの防止となる。しかしながら、必要量以上の磁石を用いることになり、大型・高コストなモータとなる。
As a measure to maintain the positioning of the
その他の対策として特許文献2にあるように、可動子12に位置センサを配置して制御する方法が考えられるが、位置センサのコストが負担となる。
As another countermeasure, a method may be considered in which a position sensor is placed on the
〈第1実施形態の効果〉
以上のように本実施形態によれば、制振対象物Dtに接続される電磁サスペンション100において、電磁サスペンション100は、鉛直方向または該鉛直方向から傾けて配置され、電磁サスペンション100は、固定子11と、固定子11に対向する位置に少なくとも2つの磁石124と固定子に対して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、可動子12を上方へ押し上げる弾性体20と、を備え、可動子12の振動の中心をV0とすると、電磁サスペンション100が、制振対象物Dtと接続されていない場合、V0が、固定子の磁極の中心より反重力方向にずれて配置されている。
<Effects of the first embodiment>
As described above, according to the present embodiment, in the
このため、実働では制振対象物Dtの重力エネルギで可動子12が沈み込んで、リニアモータ10の可動子11と固定子12の位置が最適化される。これにより、余剰な磁石やセンサを用いることなく、小型・低コストな電磁サスペンション100を提供できる。
Therefore, in actual operation, the
〈第1実施形態の変形例〉
図15は、第1実施形態に係る電磁サスペンション100(図1参照)の変形例1における可動子12と固定子11のコア11aと11bを抜粋して示した図である。磁石のピッチをMPとすると、可動子12の制御可動範囲(ストローク長)はαMPとなる(0<α≦2)。ストローク長α=0は電磁サスペンションとして成立しない。また、可動子12の磁石124aとコア11aが対抗した位置が下端であり、磁石124bとコア11aが対向した位置が上端となるため、ストローク長はαMP(α≦2)となる。なお、図15には、可動子12の重力方向の長さが、ストローク長よりも小さいことが示されている。
<Modification of the first embodiment>
FIG. 15 is a diagram illustrating an excerpt of the
比較例では制振対象物Dtにより可動子12の沈み込んでもコア11aに対向するために、z軸方向に長い磁石124(124a,124b)が必要である。これに対し、本変形例1は、可動子12の重力方向の長さが、ストローク長よりも小さい。すなわち、本変形例1は磁石124のz軸方向を削減できることから、可動子12は小型化でき、ストローク長αMPよりも小型化できる。よって、コスト低減も可能である。
In the comparative example, the magnets 124 (124a, 124b) are required to be long in the z-axis direction in order to face the
図16は、第1実施形態に係る電磁サスペンション100(図1参照)の変形例2における可動子12と固定子11のコア11aと11bを抜粋して示した図である。磁石のピッチをMPとすると、可動子12の可動範囲(ストローク長)はαMPとなる(0<α≦2)。可動子12の磁石124bは、ストローク長αMPよりも上方にある。電磁サスペンションとしてはこの位置は上端であるが、上に制振対象物Dt(図9参照)を接続することで、可動子12は沈むため、位置決め基準位置を上端にセットしても、上下振幅は確保できる。つまり、ストローク長を損なうことなく電磁サスペンション100の小型化が可能である。
FIG. 16 is a diagram showing an excerpt of the
変形例2においては、電磁サスペンション100が、制振対象物Dtと接続されていない場合、可動子12の磁石のうち、重力方向の最下側に配置された磁石の下端が、ストローク長の下端よりも上方にあることが特徴である。
In the second modification, when the
図17は、第1実施形態に係る電磁サスペンション100(図1参照)の変形例3における可動子のフレーム122と磁石124を抜粋して示した斜視図である。変形例3は可動子12の磁石124aと磁石124bの大きさが異なる。つまり可動子12の振動の中心V0(可動子の磁気的中心)が可動子12の幾何学的中心と異なる。これは例えば、電磁サスペンション100を洗濯機W(図10参照)の制振装置に用い、洗濯工程と脱水工程で制振対象物Dtの重力エネルギが変化する場合、磁石サイズを異ならせ、例えば124aで水を含んで重たい洗濯工程を制振し、124bは脱水工程を制振できる。また、過剰な磁石は不要なため、小型・低コスト化が可能である。
FIG. 17 is a perspective view showing an excerpt of the
図18は、第1実施形態に係る電磁サスペンション100の変形例4における可動子のフレーム122と磁石124を抜粋して示した斜視図である。変形例4においては、可動子12の磁石124aと磁石124bの種類が異なる。つまり可動子12の振動の中心V0(可動子の磁気的中心)が可動子12の幾何学的中心と異なる。これは例えば、電磁サスペンション100を洗濯機W(図10参照)の制振装置に用い、洗濯工程と脱水工程で制振対象物Dtの重力エネルギが変化する場合、磁石の種類を異ならせ、例えば124aで水を含んで重たい洗濯工程を制振し、124bは脱水工程を制振できる。また、過剰な磁石は不要なため、小型・低コスト化が可能である。
FIG. 18 is a perspective view showing an excerpt of the
例えば磁石124aは残留磁束密度の高いネオジム焼結磁石、磁石124bはコストの安いフェライト磁石を組合せてもよい。またはネオジム焼結磁石の高級版(高残留磁束密度材)を124aと、廉価版(低残留磁束密度材)を124bに適用してもよい。
For example, the
[第2実施形態]
〈第2実施形態の構成〉
図9は、第2実施形態による電磁サスペンション100B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。
[Second embodiment]
<Configuration of second embodiment>
FIG. 9 is a perspective view of an electromagnetic suspension 100B according to the second embodiment. In the following description, parts corresponding to those in the first embodiment described above may be denoted by the same reference numerals, and the 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、または固定子11の一端は、制振対象物Dtに結合される。図では可動子12の一端を制振対象物に結合している。制振対象物Dtへの接続は鉛直方向に限定するものではなく、鉛直方向となす角θ(以下、取付角度)をもって接続しても構わない。一方で、取付角度θは可動子12の運動が水平方向と平行ではない方がよい。これは制振対象物Dtの重力エネルギを電磁サスペンション100の制振に有効的に活用するためである。
The
ここでは、制振対象物Dt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Dtは、洗濯機W(図10参照)の外槽37である。他端は洗濯機Wのベース31と結合している。当然、電磁サスペンション100を上下逆さまに配置し、固定子11の一端を外槽37(図10参照)に、可動子の一端をベース31に結合してもよい。
Here, the vibration damping object Dt is an object whose vibration is to be suppressed by the
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。
Therefore, when the
また、本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、可動子12に弾性力を付与するものであり、軸受け22とフレーム23の間にある。図9に示すように、シャフト21は、弾性体20も貫通している。
Further, in this embodiment, a metal coiled spring is used as the
〈第2実施形態の効果〉
以上のように、本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、洗濯機の外槽37とリニアモータ10の可動子12の一端、または固定子11の一端が制振対象物Dtに結合されることで、弾性体20は沈む。よって固定子11と可動子12の位置関係が重力方向に変化する。
<Effects of the second embodiment>
As described above, the
[第3実施形態]
〈第3実施形態の構成〉
(全体構成)
図10は、第3実施形態による洗濯機Wの斜視図である。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、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2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。電磁サスペンション100Lと100Rは洗濯機正面(y軸方向)から見ると、略「ハの字」で外槽37に接合している。つまり、外槽37が安定するように複数本の電磁サスペンションを取付角度θ傾けて設置すればよい。
[Third embodiment]
<Configuration of third embodiment>
(overall structure)
FIG. 10 is a perspective view of a washing machine W according to a third embodiment. The washing machine W shown in FIG. 10 is a drum-type washing machine, and also has a function of drying clothes. The washing machine W includes a
筐体32は、左右の側板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。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11参照)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
図11は、第3実施形態による洗濯機Wの縦断面図である。洗濯機Wは、前述した構成の他に、洗濯槽35と、リフタ36と、駆動装置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. 11 is a longitudinal sectional view of a washing machine W according to the third embodiment. The washing machine W includes a
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、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11に示すように、外槽37は、洗濯槽35を内包している。
In the example shown in FIG. 11, the central axis of rotation of the
また、図10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9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. 10,
駆動装置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。駆動装置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、ヒータおよびファンを備えている。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
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11に示す駆動装置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
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、水を含んだ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 addition, in conventional washing machines, during washing, rinsing, and drying, the amplitude of the vibration of the
つまり本実施形態の制振対象物Dtとは、電磁サスペンション100と結合した外槽37のみでなく、外槽37とつながっている洗濯槽35、洗濯槽35に入っている洗濯物、駆動装置38、外槽37に溜めた水などが対象となる。
In other words, the vibration damping objects Dt in this embodiment include not only the
洗濯槽35の質量、洗濯槽35に入っている洗濯物の質量、駆動装置38の質量、外槽の質量、外槽37に溜めた水の質量に比例し、各物体には重力エネルギが発生し、電磁サスペンション100の可動子12を重力方向に押し下げる。この重力エネルギの一部を用い、磁石124を小型化し、低コスト化する。
Gravitational energy is generated in each object in proportion to the mass of the
制振対象物Dtの対象は、別途設計者が任意に選択できる。その代表例を下記に3つ示す。
<例1>制振対象物Dtを外槽37、洗濯槽35と駆動装置38とする場合。
いずれも洗濯機の構成部品であり質量は既知である。よって、弾性体20の沈み込み量が導出できる。後は、一般ユーザが投入する洗濯物と水量の分だけマージンを設計する。
<例2>制振対象物Dtを外槽37、洗濯槽35、駆動装置38、最大洗濯容量の半分(例えば6kg)と、洗濯物量に対応する水とする場合。
いずれの質量も既知であり、よって弾性体20の沈み込み量が導出できる。後は、一般ユーザが洗濯量6kg以上を投入した際の洗濯物と水量の分だけマージン設計をする。
<例3>制振対象物Dtを外槽37、洗濯槽35、駆動装置38、最大洗濯容量(例えば12kg)と、洗濯物量に対応する水とする場合。
いずれの質量も既知であり、よって弾性体20の沈み込み量が導出できる。後は、異常時のマージン設計を行う。
The object of the damping object Dt can be selected separately by the designer. Three representative examples are shown below.
<Example 1> When the objects Dt to be damped are the
All of them are components of a washing machine, and their masses are known. Therefore, the amount of depression of the
<Example 2> When the objects Dt to be damped are the
Both masses are known, so the amount of sinking of the
<Example 3> When the vibration damping objects Dt are the
Both masses are known, so the amount of sinking of the
ここで、制振対象物Dtの重力エネルギについて概算する。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)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、駆動装置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、外槽37の内容物の変化重量が最大での52kg(機構部品の8割)、合計122kgの質量が存在し、重力エネルギは1.2kNとなる。本実施形態では、制振対象物Dtに、外槽37とつながっている洗濯槽35、駆動装置38、衣類、外槽37に溜めた水の重量のいずれか1つ以上を選択すればよい。何れを選択しても上述したように重力エネルギは算出や実測が可能である。その値をもとに、弾性体20の特性を変化させれば、可動子12の変化量は設計できる。特に弾性体20がバネであった場合、バネ定数を決定すればよい。
Here, the gravitational energy of the vibration damping object Dt will be roughly estimated. According to the product catalog (Hitachi Global Life Solutions Co., Ltd.'s Washing Machine and Clothes Dryer General Catalog 2019-Summer), the mass of a drum washing machine with a maximum washing capacity of 12 kg is 82 kg. Roughly speaking, the mass of mechanical parts such as the
ここで、本発明の家電向けの電磁サスペンションと、例えば自動車や鉄道用の産業向け電磁サスペンションの違いを説明する。まず、顧客の要求が異なる。家電の顧客は一般消費者であり、その要求は第一に「安く(低コスト)」、「生活を快適・便利・豊かにするもの」である。一方、産業向け電磁サスの顧客は企業・事業者であり、その要求は第一に「高信頼・安全性」である。 Here, the difference between the electromagnetic suspension for home appliances of the present invention and the electromagnetic suspension for industrial applications such as automobiles and railways will be explained. First, customer requirements are different. The customers of home appliances are general consumers, and their primary requirements are for ``cheapness (low cost)'' and ``products that make life comfortable, convenient, and enriching.'' On the other hand, the customers of industrial electromagnetic suspension systems are companies and business operators, and their first requirement is "high reliability and safety."
次に、振動の発生メカニズムが大きく異なる。洗濯機は浴室近傍など室内の一定箇所に固定される。また、振動は、前記したように、洗濯機の振動は衣類の位置の偏りに起因する。一般に回転アンバランス量は発生位置の回転中心軸からの距離と、アンバランス重量の積で算出される。つまり洗濯槽35の内径を設計すると(洗濯機の容量が決まれば)、回転アンバランス量はアンバランス重量に比例する。つまり、アンバランス重量に応じて除振/免振する電磁サスペンションを低コストで提供すれば、顧客満足は向上する(販売増が期待できる)。
Next, the vibration generation mechanism is significantly different. The washing machine is fixed at a fixed location in the room, such as near the bathroom. Further, as mentioned above, the vibration of the washing machine is caused by the uneven position of the clothes. Generally, the amount of rotational unbalance is calculated as the product of the distance from the rotation center axis of the occurrence position and the unbalance weight. In other words, when the inner diameter of the
それに対して、自動車や鉄道などの電磁サスペンションの振動は、屋外で移動体を支持するものである。また振動はアンバランス量だけに支配されるものではなく、例えば、路面形状、ハンドル操作、天候によって大きく異なり、また各因子が複雑に絡みあっている。よって、制振対象物の質量(重力エネルギ)のみを管理しても、制振性は必ずしも改善しない。つまり、制振対象物の重力エネルギを用い、電磁サスペンションの構造を簡素化しても、「高信頼・安全性」に反するため適用されない。 In contrast, vibrations from electromagnetic suspensions in automobiles, trains, etc. support moving bodies outdoors. Furthermore, vibrations are not controlled solely by the amount of unbalance, but vary greatly depending on, for example, the shape of the road surface, steering operation, and weather, and each factor is intricately intertwined. Therefore, controlling only the mass (gravitational energy) of the object to be damped does not necessarily improve damping performance. In other words, even if the structure of the electromagnetic suspension is simplified by using the gravitational energy of the object to be damped, this is not applicable because it violates "high reliability and safety."
(制振装置200の構成)
図12は、実施形態3に適用される制振装置200の構成図である。図12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、本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10参照)である。
(Configuration of vibration damping device 200)
FIG. 12 is a configuration diagram of a
図12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. 12, the left and right
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
図13は、第3実施形態に適用される制振装置200の要部の構成図である。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13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13に示した駆動装置38は、図13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. 13 is a configuration diagram of main parts of a
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11参照)を回転させる駆動装置38のインバータ38aにも接続されている。
Then, the voltage (DC voltage including pulsating current) generated by the
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4参照)に印加するインバータである。
The
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。
As shown in FIG. 13, the
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4参照)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4参照)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。
Further, the connection point between the switching elements SW1 and SW2 is connected to the winding 11b (see FIG. 4) of the
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4参照)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。
Further, the connection point of switching elements SW3 and SW4 is connected to the winding 11b of the
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4参照)に単相交流電圧が印加されるようになっている。
In this way, instead of separately providing inverters corresponding to the left and right
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4参照)に流れる電流が検出される。
The
(推力調整部60)
図12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 section 60)
The
図12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. 12, the
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11参照)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
〈第3実施形態の効果〉
以上のように、本実施形態の洗濯機Wは、第2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。
<Effects of the third embodiment>
As described above, the washing machine W of the present embodiment includes the
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。
Thereby, the current flowing through the armature winding can be detected by the
さらに、本実施形態の洗濯機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(図11参照)と、洗濯槽を回転させる駆動装置38(図11参照)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 present embodiment includes a
これにより、本実施形態によれば、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、本実施形態によれば、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。
Thereby, according to this embodiment, vibration of the
また、本実施形態によれば、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、本実施形態によれば、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。
Moreover, according to this embodiment, the single-phase AC voltage applied to the left and right
[第3実施形態における他の制御例の効果]
次に、第3実施形態の他の制御例について説明する。洗濯機の構成および動作は、第3実施形態のもの(図10~図13参照)と同様である。但し、本実施形態において、推力調整部60(図12参照)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。
[Effects of other control examples in the third embodiment]
Next, another control example of the third embodiment will be described. The configuration and operation of the washing machine are similar to those of the third embodiment (see FIGS. 10 to 13). However, in this embodiment, the thrust adjustment section 60 (see FIG. 12) detects the vibration frequency of the left and right
まず、前述した第3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3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、本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 third embodiment described above, the output current of the
電磁サスペンションである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4参照)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。
図14Aは、粘性減衰係数Cが一定であるオイルダンパ(油圧ダンパ)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。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軸は外槽37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14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。
FIG. 14A shows experimental results showing changes in the rotational speed of the
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、10~17[%]の回転速度において外槽37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、外槽37の振幅は小さくなっている。
As shown in FIG. 14A, as the rotational speed of the
図14Bは、第3実施形態の他の制御例において、図8に示す比較例の電磁サスペンションを用い、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. 14B is an experimental result showing changes in the rotational speed of the
図14Bに示すように、洗濯槽35の回転速度が約10[%]のときの外槽37の最大振幅は約5[PU]であり、図14Aに示す比較例の最大振幅(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、外槽37の振幅が1[PU]程度になっている。このように、第3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、オイルダンパを用いた場合よりも外槽37の振動を効果的に抑制できる。
As shown in FIG. 14B, when the rotation speed of the
図14Cは、第3実施形態の他の制御例において、図1に示す本実施形態の電磁サスペンション100を用い、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14Cにおける実験では、図14Bに比べ、制振性が飛躍的に向上していることがわかる。その値は回転速度に関係なく±2[PU]以下である。
FIG. 14C shows experimental results showing changes in the rotational speed of the
以上より、電磁サスペンション100が、制振対象物Dtに接続されていない場合、電磁サスペンション100を構成するリニアモータ10の可動子12の振動の中心V0が、固定子の磁気的A0よりも反重力方向にずらして配置することが有効であることを確認した。
From the above, when the
[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。前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。
[Modified example]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible. The embodiments described above are exemplified to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to having all the configurations described. Furthermore, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to delete a part of the configuration of each embodiment, or add or replace other configurations. Furthermore, the control lines and information lines shown in the figures are those considered necessary for explanation, and do not necessarily show all the control lines and information lines necessary on the product. In reality, almost all components may be considered to be interconnected. Possible modifications to the embodiment described above are, for example, as follows.
(1)前記各実施形態においては、図5に示したように、1個の矩形板状のフレーム122に、2個の矩形板状の磁石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122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122および磁石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 embodiments, as shown in FIG. 5, the
(2)また、図6Aにおいて、磁石124a,124bのS極およびN極、磁気歯151,152の磁化方向を逆にしてもよい。
(2) Furthermore, in FIG. 6A, the S and N poles of the
(3)また、前記第2,第3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にも適用することができる。
(3) Furthermore, in the second and third embodiments, an example was explained in which the
(4)また、前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。
(4) Furthermore, in each of the embodiments described above, a configuration has been described in which the
(5)各実施形態においては、偶数本のシャフト21と偶数個の弾性体20を用いた例を示したが、偶数本に限定されるものではない。振動により発生する推進方向以外の応力が可動子12に集中しないように、大きな面構造を構築でき、機械強度が確保できれば本数や個数は限定されない。
(5) In each embodiment, an example is shown in which an even number of
以上のように本実施形態によれば、制振対象物Dtに接続される電磁サスペンションにおいて、電磁サスペンション100は、鉛直方向または該鉛直方向から傾けて配置され、電磁サスペンション100は、固定子11と、固定子11に対向する位置に少なくとも2つの磁石124と固定子に対して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、可動子12を上方へ押し上げる弾性体20と、を備え、可動子12の振動の中心をV0とすると、電磁サスペンション100が、制振対象物Dtと接続されていない場合、V0が、固定子の磁極の中心より反重力方向にずれて配置されている。このため、実働では制振対象物Dtの重力エネルギで可動子12が沈み込んで、リニアモータ10の可動子11と固定子12の位置が最適化される。これにより、余剰な磁石やセンサを用いることなく、小型・低コストな電磁サスペンション100を提供できる。
As described above, according to the present embodiment, in the electromagnetic suspension connected to the vibration damping object Dt, the
また、本実施形態の電磁サスペンションは、制振対象物Dtに接続される電磁サスペンションにおいて、電磁サスペンション100は、鉛直方向または該鉛直方向から傾けて配置され、電磁サスペンション100は、フレーム23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、フレーム23間に固定され、固定子11に対向する第1の面と第2の面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21に装着され、フレーム23の一方と固定子11の腕(例えば、軸受け22)とで縮接される弾性体20と、を備え、可動子12の振動の中心をV0とすると、電磁サスペンション100が制振対象物Dtと接続されていない場合、V0が、固定子11の磁極の中心より反重力方向にずれて配置されている。このため、実働では制振対象物Dtの重力エネルギで可動子12が沈み込んで、リニアモータ10の可動子11と固定子12の位置が最適化される。これにより、余剰な磁石やセンサを用いることなく、小型・低コストな電磁サスペンション100を提供できる。
Further, in the electromagnetic suspension of the present embodiment, in the electromagnetic suspension connected to the vibration damping object Dt, the
10,10L,10R リニアモータ
11 固定子
11a コア(電機子鉄心)
11b 巻線(電機子巻線)
11a1 コアバック部(電機子鉄心)
11a2 ティース部(電機子鉄心)
11a3 ティーストップ部(電機子鉄心)
12 可動子
20,20L,20R 弾性体
21 シャフト
22 軸受け(腕)
23 フレーム
25 回転軸受け
35 洗濯槽
37 外槽
38 駆動装置
40 インバータ
50 電流検出器
60 推力調整部
100,100L,100R 電磁サスペンション
100C 比較例の電磁サスペンション
122 フレーム
122f 表面(第1の面)
122h 貫通孔
122r 裏面(第2の面)
124,124a,124b 磁石
124N N極面
124S S極面
151 磁気歯(第1の磁気歯)
152 磁気歯(第2の磁気歯)
A0 固定子の磁気的中心
Dt 制振対象物
TL 磁気歯幅(幅)
TP 磁気歯ピッチ
UL 常用範囲長(範囲長)
V0 振動の中心
W 洗濯機
z z軸方向(移動方向)
10, 10L,
11b Winding (armature winding)
11a1 Core back part (armature core)
11a2 Teeth part (armature core)
11a3 Tee stop part (armature core)
12
23 Frame 25 Rotation bearing 35
122h Through
124, 124a, 124b Magnet 124N N-pole surface 124S S-
152 Magnetic tooth (second magnetic tooth)
A 0 Magnetic center of stator Dt Vibration damping object TL Magnetic tooth width (width)
TP Magnetic tooth pitch UL Common use range length (range length)
V 0 Center of vibration W Washing machine z Z-axis direction (movement direction)
Claims (11)
前記電磁サスペンションは、鉛直方向または該鉛直方向から傾けて配置され、
前記電磁サスペンションは、固定子と、前記固定子に対向する位置に少なくとも2つの磁石と前記固定子に対して相対的に移動する可動子と、を有するリニアモータと、
前記可動子を上方へ押し上げる弾性体と、を備え、
前記可動子の振動の中心をV0とすると、
前記電磁サスペンションが、前記制振対象物と接続されていない場合、
前記V0が、前記固定子の磁極の中心より反重力方向にずれて配置される
ことを特徴とする電磁サスペンション。 In the electromagnetic suspension connected to the object to be damped,
The electromagnetic suspension is arranged in a vertical direction or inclined from the vertical direction,
The electromagnetic suspension includes a stator, at least two magnets located opposite the stator, and a movable element that moves relative to the stator;
an elastic body that pushes the mover upward;
If the center of vibration of the movable element is V 0 ,
When the electromagnetic suspension is not connected to the vibration damping object,
An electromagnetic suspension characterized in that the V 0 is disposed offset from the center of the magnetic pole of the stator in an anti-gravity direction.
前記電磁サスペンションは、鉛直方向または該鉛直方向から傾けて配置され、
前記電磁サスペンションは、固定子と、前記固定子に対向する位置に少なくとも2つの磁石と前記固定子に対して相対的に移動する可動子と、を有するリニアモータと、
前記可動子を上方へ押し上げる弾性体と、を備え、
前記可動子の磁気的中心をMCとすると、
前記電磁サスペンションが、前記制振対象物と接続されていない場合、
前記MCが、前記固定子の磁極の中心より反重力方向にずれて配置される
ことを特徴とする電磁サスペンション。 In the electromagnetic suspension connected to the object to be damped,
The electromagnetic suspension is arranged in a vertical direction or inclined from the vertical direction,
The electromagnetic suspension includes a stator, at least two magnets located opposite the stator, and a movable element that moves relative to the stator;
an elastic body that pushes the mover upward;
If the magnetic center of the movable element is M C ,
When the electromagnetic suspension is not connected to the vibration damping object,
An electromagnetic suspension characterized in that the MC is disposed offset from the center of the magnetic pole of the stator in an anti-gravity direction.
前記可動子の重力方向の長さが、ストローク長よりも小さい
ことを特徴とする電磁サスペンション。 The electromagnetic suspension according to claim 1 or 2,
An electromagnetic suspension characterized in that the length of the mover in the direction of gravity is smaller than the stroke length.
前記電磁サスペンションが、前記制振対象物と接続されていない場合、
前記可動子の前記磁石のうち、重力方向の最下側に配置された磁石の下端が、ストローク長の下端よりも上方にある
ことを特徴とする電磁サスペンション。 The electromagnetic suspension according to claim 1 or 2,
When the electromagnetic suspension is not connected to the vibration damping object,
An electromagnetic suspension characterized in that, among the magnets of the movable element, the lower end of the lowermost magnet in the direction of gravity is located above the lower end of the stroke length.
前記可動子は、前記固定子に対抗する位置に少なくとも2つの磁石を備え、
前記磁石の大きさが少なくとも1つは異なる
ことを特徴とする電磁サスペンション。 The electromagnetic suspension according to claim 1 or 2,
The movable element includes at least two magnets located opposite the stator,
An electromagnetic suspension characterized in that the size of at least one of the magnets is different.
前記可動子は、前記固定子に対抗する位置に少なくとも2つの磁石を備え、
前記磁石の種類が少なくとも1つは異なる
ことを特徴とする電磁サスペンション。 The electromagnetic suspension according to claim 1 or 2,
The movable element includes at least two magnets located opposite the stator,
An electromagnetic suspension characterized in that at least one type of the magnet is different.
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 The electromagnetic suspension according to claim 1 or 2,
An electromagnetic suspension characterized in that the elastic body is a metal coiled spring.
前記リニアモータに交流電流を供給するインバータと、
前記リニアモータ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することによって、前記リニアモータの推力を調整する推力調整部と、を備える
ことを特徴とする電磁サスペンション。 The electromagnetic suspension according to claim 1 or 2,
an inverter that supplies alternating current to the linear motor;
a current detector that detects the current flowing through the linear motor;
An electromagnetic suspension comprising: a thrust adjustment section that adjusts the thrust of the linear motor by controlling the inverter based on the current detected by the current detector.
前記制振対象物に加わる重力エネルギが、
衣類を収容する洗濯槽の質量、前記洗濯槽を内包する外槽の質量、前記洗濯槽を回転させる駆動装置の質量、前記衣類に加わる質量、前記外槽に注がれた水の質量のいずれか1つ以上の質量によって発生する
ことを特徴とする電磁サスペンション。 The electromagnetic suspension according to claim 1 or 2,
The gravitational energy applied to the vibration damping object is
The mass of the washing tub that houses the clothes, the mass of the outer tub containing the washing tub, the mass of the drive device that rotates the washing tub, the mass added to the clothes, and the mass of water poured into the outer tub. An electromagnetic suspension characterized by being generated by one or more masses.
前記電磁サスペンションは、鉛直方向または該鉛直方向から傾けて配置され、
前記電磁サスペンションは、フレーム間を繋ぐ対向する一対のシャフトと、
電機子鉄心と電機子巻線とを有する固定子と、前記フレーム間に固定され、前記固定子に対向する第1の面と第2の面とを有する磁石または磁性体を有し、前記固定子に対し相対的に移動する可動子と、を有するリニアモータと、
前記シャフトに装着され、前記フレームの一方と前記固定子の腕とで縮接される弾性体と、を備え、
前記可動子の振動の中心をV0とすると、
前記電磁サスペンションが前記制振対象物と接続されていない場合、
前記V0が、前記固定子の磁極の中心より反重力方向にずれて配置される
ことを特徴とする電磁サスペンション。 In the electromagnetic suspension connected to the object to be damped,
The electromagnetic suspension is arranged in a vertical direction or inclined from the vertical direction,
The electromagnetic suspension includes a pair of opposing shafts connecting frames;
a stator having an armature core and an armature winding; a magnet or a magnetic body fixed between the frames and having a first surface and a second surface facing the stator; a linear motor having a movable element that moves relative to the child;
an elastic body attached to the shaft and contracted between one of the frames and an arm of the stator;
If the center of vibration of the movable element is V 0 ,
When the electromagnetic suspension is not connected to the vibration damping object,
An electromagnetic suspension characterized in that the V 0 is disposed offset from the center of the magnetic pole of the stator in an anti-gravity direction.
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装置と、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。 The electromagnetic suspension according to any one of claims 1 to 10,
A washing tub for storing clothes;
an outer tank containing the washing tub;
A drive device that rotates the washing tub,
The washing machine, wherein the electromagnetic suspension suppresses vibrations of the outer tub.
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