KR100262717B1 - 세탁기의볼밸런서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세탁기의 볼밸런서에 관한 것으로서, 특히 불안정 영역에서의 볼의 쏠림에 의한 볼의 질량이 집중되는 정도를 줄여 결과적으로 내조의 과도한 진동을 억제하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 밸런싱 질량 역할을 하는 강철구와, 상기 강철구 운동의 안내면을 이루는 레이서와, 상기 레이서의 내부에 충진되어 강철구의 운동량을 조절하는 점성유로 구성된 볼밸런서가 탈수 기동시 내조에 발생하는 불평형질량을 보상하도록 내조의 베어링지지부측에 위치한 곳에서부터 비지지부측에 위치한 곳까지 다수개 구비된 세탁기에 있어서, 상기 강철구의 크기는 내조의 베어링지지부측에 위치한 볼밸런서로부터 비지지부측에 위치한 볼밸런서로 갈수록 점차적으로 작아지도록 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

세탁기의 볼밸런서{Ball balancer of washing machine}

본 발명은 세탁기에 관한 것으로서, 특히 내조의 회전시 불평형질량에 의해 발생하는 진동을 줄이기 위한 세탁기의 볼밸런서에 관한 것이다.

일반적인 세탁기는 도 1 에 도시된 바와 같이, 외부케이스(1) 내에 세탁수를 담아두는 외조(2)와, 세탁 및 탈수를 수행하는 내조(3)와, 상기 내조(3)의 상부 및 하부에 형성되어 탈수시 세탁물의 치우침으로 인한 진폭을 보상하는 상부밸런서(4) 하부밸런서(4')와, 상기 내조(3)의 하부에 설치되어 세탁물을 교반시키면서 세탁을 수행하는 펄세이터(5)와, 상기 펄세이터(5)를 구동하는 모터(6)와, 상기 모터(6)의 회전력을 이송하는 벨트(7)와, 상기 벨트(7)에 의해 모터(6)의 회전력을 전달받아 펄세이터(5)를 회전시키는 클러치(8)로 구성된다.

그리고, 상기 상부밸런서(4) 및 하부밸런서(4')는 도 2 와 같이 탈수시 내조(3)의 치우침을 보상하는 강철구(9)와, 상기 강철구(9)의 움직임을 안내하는 내부레이서(10) 및 외부레이서(10')와, 상기 강철구(9)의 과도한 운동을 억제하기 위해 레이서(10, 10')의 내부에 충진된 점성유(11)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래의 세탁기에 전원이 인가되면 모터(6)가 회전하게 되고, 상기 모터(6)의 회전력이 벨트(7)와 클러치(8)를 거쳐 펄세이터(5)에 전달되어 세탁물을 교반시키며 세탁을 수행하게 되며, 탈수모드시는 내조(3)가 고속회전하면서 세탁물을 원심 탈수하게 되는데, 탈수초기 과도한 에너지에 의해 내조(3)에서는 세탁물이 일방향으로 몰리게 되어 불평형질량(a)이 발생하게 되고, 이에 따라 내조(3)의 회전중심(O)과 실질적인 무게중심(o)의 불일치로 편심거리(e)를 갖게 되어 도 3 의 (가)와 같이 1차공진 이전에는 불평형질량(a)과 밸런서 질량인 강철구(9)가 같은 방향으로 쏠려 큰 진동진폭을 일으키나, 공진 통과 후에는 도 3 의 (나)와 같이 180˚의 위상차이를 갖고 강철구(9)가 불평형질량(a)의 반대편으로 이동함으로써 불평형질량(a)이 보상되어 진동변위를 줄여준다.

도 4 는 이의 한 실시예로서, 하부 500g의 세탁물 언밸런스가 발생한 경우, 세탁기 시스템의 1차 공진 통과 이후 볼은 회전축을 중심으로 힘밸런싱(force balancing)을 하게 되며, (가)와 같이 안정적이다.

반면, 1차 공진과 2차 공진의 불안정 영역에서는 (나)와 같이, 볼이 엇갈리는 방향(conical 방향)으로 쏠리게 되고, 세탁조를 전복시키려는 모멘트 성분으로 작용하게 되어 상하 진동을 유발시키게 된다.

2차 공진 통과 이후에는 힘과 모멘트의 평형을 모두 맞출 수 있는 최적한 방향으로 재배치되어 밸런싱을 이룰 수 있는 것이다.

이때, 상기 강철구(9)의 이동에는 여러가지 힘이 작용하며, 상기 레이서(10, 10')의 표면 거칠기와 원심력의 크기에 관계하는 접선마찰력, 점성유(11)에 의한 점성저항이 있다.

그러나 이러한 종래의 볼밸런서는 탈수 기동시 강철구와 내조 사이의 속도차를 줄이기 위해 점성유의 점도조절을 통한 유체점성 저항력을 이용하여 초기 과도상태시 강철구의 움직임을 억제함으로써 자려(自勵) 진동을 막게 되는데, 초기에는 강철구와 불평형질량이 같은 방향에 위치하게 되어 오히려 더 불안정하게 된다.

특히 상, 하밸런서를 채용한 경우에는 1차, 2차 공진통과시 도 5 와 같이, 밸런싱이 불안정하게 되는 영역에서의 과도한 볼의 쏠림에 의한 이상진동으로 세탁조의 진동이 성장하여 외부케이스와 부딪히는 경우도 발생되고 있다.

이때, 전자동 타입의 세탁기와 같이 회전축이 중력에 수직이며, 베어링 지지부가 하부인 경우는 하부의 잔여 언밸런스량 보다 상부의 잔여 언밸런스량이 진동 진폭의 크기가 더 민감하게 나타나며, 만약 상부 볼이 하부볼 보다 크고 장입량이 동일한 경우, 작은 볼 보다 질량 집중이 더 커지므로 상기에 설명한 바와 같이 언밸런스와 같은 방향으로 볼이 쏠리는 불안정 영역에서 과도 상태의 진동진폭이 더 커지게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 상부볼을 하부볼 보다 작게 구성함으로써 불안정 영역에서의 볼의 쏠림에 의한 볼의 질량이 집중되는 정도를 줄여 과도한 진동을 억제하도록 된 세탁기의 볼밸런서를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1 은 일반적인 세탁기의 내부 구성도.

도 2 는 종래 세탁기의 볼밸런서 구성도로서,

(가)는 평면도.

(나)는 (가)의 A-A'단면도.

도 3 은 종래 세탁기의 볼밸런서 동작도로서,

(가)는 1차 공진 통과전.

(나)는 1차 공진 통과후.

도 4 는 공진 통과시와 그 이외 부분 밸런싱 특성의 한 예로서,

(가)는 안정시.

(나)는 불안정시.

도 5 는 공진 통과시 내조의 진폭을 나타낸 그래프.

도 6 은 본 발명에 의한 세탁기의 볼밸런서 구성도.

도 7 은 본 발명에 의한 볼밸런서의 펼침각을 나타낸 도면.

도 8 은 펼침각에 의한 밸런싱 성능 비교도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

101, 101' : 볼밸런서 102 : 내조

103, 103' : 강철구 104 : 레이서

105 : 점성유

이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6 은 본 발명에 의한 세탁기의 볼밸런서를 나타낸 것으로서, 볼밸런서(101, 101')는 내조(102)의 회전에 의한 진동을 감쇠하기 위해 내조(102)의 상부 또는 하부의 일정부위에 위치하며, 밸런싱 질량 역할을 하는 강철구(103, 103')와, 상기 강철구(103, 103') 운동의 안내면 역할을 하는 레이서(104)와, 상기 레이서(104)의 내부에 충진되어 강철구(103, 103')의 과도한 운동을 조절하는 점성유(105로 구성된다.

그리고, 상기 내조(102)의 상부에 위치한 볼밸런서(101)의 강철구(103)는 하부에 위치한 볼밸런서(101')의 강철구(103') 보다 작게 구성하게 된다.

이와 같이 구성된 상태에서 탈수를 위해 내조(102)가 회전하게 되면 초기 과도한 에너지에 의해 불평형 질량이 발생하게 되고, 내조(102)의 상부 및 하부 일정부위에 위치한 볼밸런서(101, 101')(이하 상부밸런서 또는 하부밸런서)는 이러한 불평형 질량을 보상하는 역할을 하여 내조(102)의 원활한 회전운동에 조력하게 된다.

이때, 보다 향상된 밸런싱 성능을 구현하기 위해 상부밸런서(101)의 강철구(103)를 하부밸런서(101')의 강철구(103') 크기 보다 작게 구성하게 된다.

이는 내조(102)의 베어링 지지부측이 하부에 위치함에 기인하며, 그 근거는 하부의 잔여 언밸런스량 보다 상부의 잔여 언밸런스량에 진동진폭의 크기가 더 민감하기 때문이다.

이와 같이, 상부밸런서(101)의 강철구(103') 크기를 하부밸런서(101')의 강철구(103') 크기 보다 작게 구성함으로써 불안정영역에서 강철구(103, 103')의 쏠림에 의한 강철구(103, 103')의 질량 집중 정도를 줄일 수 있으므로 결과적으로 내조(102)의 과도한 진동을 억제할 수 있는 것이다.

여기서, 도 7 과 같이 하나의 강철구(103, 103')에 발생하는 원심력 성분 중에서 밸런싱에 기여하는 방향의 크기는 강철구(103, 103')가 위치한 방향에서 밸런싱 방향으로의 투영된 크기이므로 원심력에 cosθ를 곱하여 산출되고, 전체 강철구(103, 103')에 의한 등기 밸런싱 질량은 각 강철구(103, 103')의 밸런싱 방향 성분의 합이 된다.

한편, 이론적으로는 강철구(103, 103')의 펼침각도(밸런서의 중앙을 중심으로 강철구의 펼쳐짐에 의해 형성되는 시작에서부터 끝까지의 각도)가 120°를 넘는 방향에 위치한 강철구(103, 103')는 더 이상 밸런싱에 기여하지 못하게 된다.

도 8 은 이러한 이론을 뒷받침하기 위한 실시예로서, 실시예 1 에서는 강철구(103, 103')를 600g(펼침각 120°)의 무게로 장입하고, 실시예 2 에서는 강철구(103, 103')를 800g(펼침각 162°)의 무게로 장입하여 내조(102)의 하부진동 변화를 측정한 그래프이다.

도 8 에 나타난 바와 같이, 강철구(103, 103')의 펼침각도가 120°를 넘게 되면 진동진폭의 저감정도는 두드러지지 않음을 알 수 있다.

하지만, 임의 상태에서 강철구(103, 103')가 일방향으로 과도하게 쏠리는 것을 방지하기 위해 펼침각도를 θ라 하면 120°≤θ≤180°의 조건을 만족하도록 강철구(103, 103')를 과잉 장입할 수 있다.

이런 경우에는 진동진폭 성능은 거의 증가하지 않지만 과잉상태 안정성이 향상되어 결과적으로는 밸런싱 향상에 기여하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 상부밸런서의 강철구 크기를 하부밸런서의 강철구 크기 보다 작게 구성함으로써 불안정영역에서 강철구의 쏠림에 의한 강철구의 질량 집중 정도를 억제할 수 있어 과도한 진동을 억제하게 되며, 비교적 레이서의 칫수 정도와 진원 동심도에 민감한 볼밸런서의 수정편차를 감소시켜 결과적으로 밸런싱 성능이 향상되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 밸런싱 질량 역할을 하는 강철구와, 상기 강철구 운동의 안내면을 이루는 레이서와, 상기 레이서의 내부에 충진되어 강철구의 운동량을 조절하는 점성유로 구성된 볼밸런서가 탈수 기동시 세탁조에 발생하는 불평형질량을 보상하도록 내조의 베어링지지부측에 위치한 곳에서부터 비지지부측에 위치한 곳까지 다수개 구비된 세탁기에 있어서,

   상기 강철구의 크기는 내조의 베어링지지부측에 위치한 볼밸런서로부터 비지지부측에 위치한 볼밸런서로 갈수록 점차적으로 작아지는 것을 특징으로 하는 세탁기의 볼밸런서.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 강철구가 이루는 펼침각(밸런서 중앙을 중심으로 강철구의 펼쳐짐에 의해 형성되는 시작부터 끝까지의 각)을 θ라 하면 120°≤θ≤180°의 조건을 만족하도록 강철구를 장입하는 것을 특징으로 하는 세탁기의 볼밸런서.

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