JP7324695B2 - 電磁サスペンションおよび洗濯機 - Google Patents

Description

本発明は、電磁サスペンションおよび洗濯機に関する。

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。よって、モータ制御において固定子と可動子のギャップ長の変化はモータ特性を大きく左右する。また、リニアモータを電磁サスペンションとして制振装置へ応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。また、特許文献２は、磁力を用いた除振装置に関する技術が記載されている。

特開２０１７－２００３３６号公報 特開２００２－８１４９８号公報

発明者らの検討により、電磁サスペンションを制振装置に用いる場合、振動によって電磁サスペンションには推進方向だけではなく、前後／左右／捻じれなどの応力が加わる。この応力によりリニアモータのギャップ長は均等ではなくなり、リニアモータの特性や制御性を悪化させ、所望の制振効果が得られないことがわかってきた。

特許文献１は、可動子とバネとシャフトが振動方向と同じ軸上に配置してある。かつ可動子の機械強度を確保するために、可動子の断面形状を凹凸加工や、半円形状などの幾何学形状に工夫する技術が記載されている。しかし振動によるギャップ長の変化の是正に関する記述はない。また、特許文献２は、永久磁石と電磁石が振動方向に対向して配置し、その距離を変化させることで除振する技術に関して記載されている。しかし、振動方向以外の前後／左右／捻じれなど応力に関する記述はない。

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の推進方向以外の応力によって発生する固定子と可動子のギャップ長の変化を抑制し、制振ロバスト性の高い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。

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、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（例えば、表面１２２ｆ）と第２の面（例えば、裏面１２２ｒ）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ている弾性体と、を備え、前記シャフトが前記可動子と一体化さ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。

本発明によれば、制振ロバスト性の高い電磁サスペンションを実現できる。

第１実施形態に係る電磁サスペンションの断面斜視図である。 第１実施形態に係る可動子を含む支持機構部の斜視図である。 第１実施形態に係るリニアモータの斜視断面図である。 図１のＩ－Ｉ線の模式的な矢視断面図である。 第１実施形態における可動子の分解斜視図である。 第１実施形態によるリニアモータの第１の位置の動作説明図である。 第１実施形態によるリニアモータの第２の位置の動作説明図である。 第１実施形態によるリニアモータの第３の位置の動作説明図である。 実施形態に係るリニアモータのコア組立と巻線方法を説明する模式図である。 比較例の電磁サスペンションの断面斜視図である。 第２実施形態による電磁サスペンションと洗濯機の斜視図である。 第２実施形態による洗濯機の斜視図である。 第３実施形態による洗濯機の縦断面図である。 第３実施形態に適用される制振装置の構成図である。 第３実施形態に適用される制振装置の要部の構成図である。 粘性減衰係数が一定であるオイルダンパを用いた比較例における洗濯槽の回転速度と外槽の変位を示す図である。 図８の比較例における洗濯槽の回転速度と外槽の変位を示す図である。 本実施形態における洗濯槽の回転速度と外槽の変位を示す図である。 第１実施形態に係る電磁サスペンションの変形例１の断面斜視図である。 第１実施形態に係る電磁サスペンションの変形例２の断面斜視図である。

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の符号ｘ，ｙ，ｚに示すように、ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸を定める。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。

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。

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。

図２は、第１実施形態に係る可動子１２を含む支持機構部を示す斜視図である。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。

ここで、電磁サスペンション１００における可動子１２並びに支持機構部に加わる応力を考える。ｚ軸方向に関しては軸受け２２（図１参照）を介して可動子１２が可動する。一方、ｘ軸方向、ｙ軸方向の応力発生時は軸受け２２が拘束する。またその力は軸受け２２とシャフト２１間の摩擦力となるだけで、可動子１２に応力は及ぶことはない。また、ｚ軸を中心に捻じれ（ｚ軸中心に回転）が生じた場合も、中心軸（ｚ軸）より可動子１２の外側にある軸受け２２が捻じれや回転を拘束し、可動子１２は移動しないし、応力も及ばない。つまり、可動子１２は応力に対し、ｚ軸方向にしか稼働しない構造となっている。

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。

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。

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。

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。

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２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の動作説明図である。図６Ａは、第１実施形態によるリニアモータの第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の第３の位置（状態Ｐ３）の動作説明図である。

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。

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。

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。

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。

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。

図７は、実施形態に係るリニアモータのコア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。

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、リニアモータ１０を内包している。リニアモータ１０の可動子１２は、同一軸上（図中Ｚ軸）でシャフト２１と連結している。シャフト２１は、同一軸上で弾性体２０と一体化している。また可動子１２は、回転軸受け２５を介して固定子１１と一体化されている。故に、シャフト２１と弾性体２０とが受ける振動や外力は、直接可動子１２に伝達され、可動子に、図中ｘ方向の振動と応力、ｙ軸方向の振動と応力、ｚ軸方向の振動と応力、Ｚ軸を中心とした捻じれなどの様々な振動や応力が加わる。ｚ軸方向は電磁サスペンションの推進方向と一致するため、制御可能な因子であるが、ｘ軸方向、ｙ軸方向の振動と応力、Ｚ軸を中心とした捻じれは制御されていない。

ここで、図４を用いて示したように、可動子１２の振動はリニアモータ１０におけるギャップ長の変化を意味し、磁気回路が振動と外力によって時々刻々と変化することを意味する。よって、リニアモータ１０の制振性は乱れたものとなる。

〈第１実施形態の効果〉
以上のように本実施形態によれば、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、固定子に対向する第１の面（例えば、表面１２２ｆ）と第２の面（例えば、裏面１２２ｒ）とを有する磁石または磁性体を有し、固定子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、フレームの一方と固定子の腕とで縮接されている弾性体２０と、を備える。シャフト固定金具２３とシャフト２１とにより、面構造が形成され、シャフト２１は可動子１２の推進方向に対し並列に配置し、かつ可動子１２と一体化すれば電磁サスペンション１００のモータ特性が外乱の影響を受けないため、電磁サスペンション１００の制振性が向上する。

〈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の変形例１の断面斜視図である。図１５は、可動子１２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。図１に示した実施形態との違いは、磁石１２４の着磁方向にシャフト２１を配置した点である。これにより、電磁サスペンション１００は、ｘ軸方向の幅が小さくなる効果がある。

図１６は、第１実施形態に係る電磁サスペンション１００の変形例２の断面斜視図です。図１に示した実施形態との違いは、磁石１２４の着磁方向に対し、垂直方向と並列方向にシャフト２１を配置した点である。これにより、可動子１２の外乱は図１よりも抑えられ、制振性が向上する。前記示したように、シャフト２１の配置はコストと製品の体格をみながら設定することが可能である。

［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。

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。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。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。

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。

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とシャフト固定金具２３の間ある。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。

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。

〈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、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］
〈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。

筐体３２は、左右の側板３２ａ，３２ａと、前面カバー３２ｂと、背面カバー３２ｃ（図１１参照）と、上面カバー３２ｄと、を備えている。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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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に示した駆動機構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。

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）を回転させる駆動機構３８のインバータ３８ａにも接続されている。

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。

図１３に示すように、インバータ４０は、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２を備える第１のレグと、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４を備える第２のレグと、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６を備える第３のレグと、が並列接続された構成になっている。これらのスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６として、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができる。スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６には、それぞれ、還流ダイオードＤが逆並列に接続されている。

また、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の接続点は、配線ｋ３を介して、リニアモータ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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

〈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。

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。

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機構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。

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。

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。

［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。

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。

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Ｆ_Ｄ［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、Ｆ_Ｌ［Ｎ］はリニアモータ１０の推力であり、Ｋ_ｅ［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。

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。

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。

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。

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。

以上より、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に、外乱因子（ｘ軸方向の振動と外力、ｙ軸方向の振動と外力、ｚ軸を中心とした捻じれ）を与えないように、弾性体２０とシャフト２１を可動子１２の推進方向に対し並列に配置し、かつ可動子１２と一体化することが有効であることを確認した。

［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。

（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。

（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。

（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や、鉄道車両、自動車等にも適用することができる。

（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。

（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。

本実施形態の電磁サスペンション１００によれば、可動子と、当該可動子の推進方向に平行に配置したシャフト２１と弾性体２０とを一体化し、面構造を成形することで前後／左右／捻じれなど応力に対する強度を高めることができる。

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 シャフト固定金具（フレーム）
２５ 回転軸受け
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
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
１５１ 磁気歯（第１の磁気歯）
１５２ 磁気歯（第２の磁気歯）
Ｐ１ 状態（第１の位置）
Ｐ２ 状態（第２の位置）
Ｐ３ 状態（第３の位置）
Ｗ 洗濯機
ｚ ｚ軸方向（移動方向）

Claims (9)

1. 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ている弾性体と、を備え、前記シャフトが前記可動子と一体化されている
   ことを特徴とする電磁サスペンション。
2. 請求項１において、
   前記シャフトは、前記磁石の着磁方向に対し垂直方向に配置している
   ことを特徴とする電磁サスペンション。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記シャフトは、前記固定子の磁気歯方向に対し垂直方向に配置している
   ことを特徴とする電磁サスペンション。
4. 請求項１において、
   前記腕は軸受けであり、
   前記シャフトは前記軸受けで支持され、前記可動子の移動方向に摺動可能である
   ことを特徴とする電磁サスペンション。
5. 請求項４において、
   前記軸受けがすべり軸受けである
   ことを特徴とする電磁サスペンション。
6. 請求項５において、
   前記シャフトは、前記シャフト１本あたり２個の前記軸受けで支持され、前記可動子の移動方向に摺動可能である
   ことを特徴とする電磁サスペンション。
7. 請求項１において、
   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。
8. 請求項７において、さらに、
   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、備える
   ことを特徴とする電磁サスペンション。
9. 請求項１から８のいずれか１項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。

Images