JP7240872B2 - リニアモータ、電磁サスペンションおよび洗濯機 - Google Patents
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Description
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、安価に実現できるリニアモータ、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。
〈第1実施形態の構成〉
図1は、本発明の第1実施形態によるリニアモータ10の断面斜視図である。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9参照)に適用され、電磁サスペンション100は、例えば洗濯機W(図10参照)の振動を抑制するために適用される。
図1の符号x,y,zに示すように、x軸,y軸,z軸を定める。図1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、可動子12をz軸方向に滑動可能に支持するローラ13と、を備えている。
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と、を備えている。
図2に示すように、固定子11のコア11aは、環状部156と、磁気歯151,153と、を備えている。
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151,153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。なお、磁気歯151,153のギャップは、板状を呈する可動子12の厚さよりも若干広くなっている。
図3に示すように、コア11aの補極部160は、環状部166と、補極歯162,164と、を備えている。
環状部166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166によって磁気回路が構成されている。補極歯162,164は、環状部166からy軸方向内側に延びており、相互に対向している。なお、補極歯162,164のギャップは、板状を呈する可動子12の厚さよりも若干広くなっている。但し、補極歯162,164には、巻線が巻回されていない。破線矢印で示す磁束ΦBは、可動子12によって生じる磁束である。
図5に示す状態P1,P2(第1の位置),P3(第2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5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の何れにおいても、磁気歯151,152はフレーム122の表面122fに対向し、磁気歯153,154はフレーム122の裏面122rに対向している。
図5において説明したように、本実施形態のリニアモータ10は、「磁気歯幅TLが常用範囲長ULよりも長く、磁石長MLが磁気歯ピッチTPよりも長く、かつ、磁石124は1個」という特徴を有している。
図7の横軸は可動子12の位置であり、各リニアモータ10,10A,10Bの常用範囲の一端(図6に示した位置)を-100%とし、常用範囲の他端を+100%とし、両者の中間位置(例えば図5の状態P1)を0%とする。
以上のように本実施形態のリニアモータ(10)によれば、電機子鉄心(11a)は、第1の面(122f)に対向する第1の磁気歯(151)と、第1の面(122f)に対向し第1の磁気歯(151)に対して移動方向(z軸方向)に沿って隣接する第2の磁気歯(152)と、第2の面(122r)に対向する第3の磁気歯(153)と、第2の面(122r)に対向し第3の磁気歯(153)に対して移動方向(z軸方向)に沿って隣接する第4の磁気歯(154)と、を備え、可動子(12)は、第1の磁気歯(151)の中心と第2の磁気歯(152)の中心との移動方向(z軸方向)の距離を磁気歯ピッチ(TP)としたとき、移動方向に沿って磁気歯ピッチ(TP)の0.8倍よりも長い区間に渡って、第1の面(122f)はS極またはN極のうち一方の極に磁化され、移動方向に沿って磁気歯ピッチ(TP)の0.8倍よりも長い区間に渡って、第2の面(122r)はS極またはN極のうち他方の極に磁化されている。
より詳細に述べると、本実施形態によれば、リニアモータ(10)における磁石(124)の使用量を低減でき、かつ可動子(12)の位置にかかわらず、リニアモータ(10)にほぼ一定の推力を発生させることができる。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と共に制御性が改善する。さらに、磁石個数の低減によりコスト削減が可能である。また、可動子(12)には1個の磁石(124)をセットすればよく、作業性も高めることができる。
これにより、フレーム(122)に磁石(124)を装着すると、可動子(12)を構成することができ、リニアモータ(10)を一層安価に構成することができる。
これにより、可動子(12)の位置にかかわらず、リニアモータ(10)にほぼ一定の推力を発生させることができる。
これにより、貫通孔(122h)に磁石(124)を装着すると、可動子(12)を構成することができ、リニアモータ(10)を一層安価に構成することができる。
これにより、磁石(124)の形状を単純化でき、リニアモータ(10)を一層安価に構成することができる。さらに、磁石(124)を矩形板状に形成することにより、磁石使用量を少なくしながら磁極面積を大きくできる。
〈第2実施形態の構成〉
図9は、本発明の第2実施形態によ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、上述した第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。
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10参照)の外槽37である。
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、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。
〈第3実施形態の構成〉
(全体構成)
図10は、本発明の第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。
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。
洗濯機Wは、上述した構成の他に、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。
図12は、本実施形態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11参照)である。
図13に示すように、インバータ40は、スイッチング素子SW1,SW2を備える第1のレグと、スイッチング素子SW3,SW4を備える第2のレグと、スイッチング素子SW5,SW6を備える第3のレグと、が並列接続された構成になっている。これらのスイッチング素子SW1~SW6として、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いることができる。スイッチング素子SW1~SW6には、それぞれ、還流ダイオードDが逆並列に接続されている。
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。
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。
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(11b)に交流電流を供給するインバータ(40)と、電機子巻線(11b)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。
これにより、電流検出器(50)によって電機子巻線(11b)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。
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。
次に、本発明の第4実施形態による洗濯機について説明する。第4実施形態の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。
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(後述する図15も同様)。
本発明は上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。上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。
11 固定子
11a コア(電機子鉄心)
11b 巻線(電機子巻線)
12 可動子
20,20L,20R 弾性体
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
100,100L,100R 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 磁石
124a 左端(一端)
124b 右端(他端)
124N N極面
124S S極面
151a 左端(外端)
152b 右端(外端)
151 磁気歯(第1の磁気歯)
152 磁気歯(第2の磁気歯)
153 磁気歯(第3の磁気歯)
154 磁気歯(第4の磁気歯)
P2 状態(第1の位置)
P3 状態(第2の位置)
TL 磁気歯幅(幅)
TP 磁気歯ピッチ
UL 常用範囲長(範囲長)
W 洗濯機
z z軸方向(移動方向)
Claims (8)
- 電機子鉄心と、電機子巻線と、を有する固定子と、
前記固定子に対向する第1の面と第2の面とを有し、所定の移動方向に沿って前記固定子に対して相対的に移動する可動子と、を備え、
前記電機子鉄心は、前記第1の面に対向する第1の磁気歯と、前記第1の面に対向し前記第1の磁気歯に対して前記移動方向に沿って隣接する第2の磁気歯と、前記第2の面に対向する第3の磁気歯と、前記第2の面に対向し前記第3の磁気歯に対して前記移動方向に沿って隣接する第4の磁気歯と、を備え、
前記可動子は、前記第1の磁気歯の中心と前記第2の磁気歯の中心との前記移動方向の距離を磁気歯ピッチとしたとき、前記移動方向に沿って前記磁気歯ピッチの0.8倍よりも長い区間に渡って、前記第1の面はS極またはN極のうち一方の極に磁化され、前記移動方向に沿って前記磁気歯ピッチの0.8倍よりも長い区間に渡って、前記第2の面はS極またはN極のうち他方の極に磁化されており、
前記可動子は、
前記移動方向に沿って前記磁気歯ピッチの0.8倍よりも長い距離に渡ってS極に磁化したS極面と、前記磁気歯ピッチの0.8倍よりも長い距離に渡ってN極に磁化したN極面と、を有する板状の磁石と、
前記磁石よりも透磁率の低い材質で形成され前記磁石を把持するフレームと、を備え、
前記移動方向における前記磁石の一端が前記第1の磁気歯の外端に達する位置を第1の位置とし、前記移動方向における前記磁石の他端が前記第2の磁気歯の外端に達する位置を第2の位置としたとき、前記第1ないし第4の磁気歯の各々の幅は、前記第1の位置から前記第2の位置までの前記可動子の移動距離である範囲長よりも長い
ことを特徴とするリニアモータ。 - 前記フレームは、前記第1の面と前記第2の面とを挿通する貫通孔を有し、
前記磁石は一体に形成され、前記貫通孔に装着されている
ことを特徴とする請求項1に記載のリニアモータ。 - 前記磁石は、サマリウム-鉄-窒素系の磁石である
ことを特徴とする請求項2に記載のリニアモータ。 - 前記磁石は、矩形板状または直方体状の形状を有する
ことを特徴とする請求項3に記載のリニアモータ。 - 請求項1ないし請求項4の何れか1項に記載のリニアモータと、
前記固定子または前記可動子を前記移動方向に付勢する弾性体と、を有する
ことを特徴とする電磁サスペンション。 - 前記弾性体は、金属製の巻バネを含む
ことを特徴とする請求項5に記載の電磁サスペンション。 - 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、をさらに備える
ことを特徴とする請求項6に記載の電磁サスペンション。 - 請求項7に記載の電磁サスペンションと、
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。
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