KR19980065311A - 볼 밸런서 - Google Patents

Abstract

세탁기의 탈수조나 이와 유사한 각종 회전체의 밸런스 회전을 위한 것으로서, 특히 유체로서 볼을 가지는 볼 밸런서가 개시되어 있다. 개시된 볼 밸런서(10)는 몸체(11) 내에 수용된 볼(13)을 가지며, 그 몸체(11)의 바닥면(15)에 대해 외주측 벽면(16)이 소정의 각도로 경사진 것이다. 그 각도는 밸런서 회전시 볼(13)이 바닥면(15)에서 부상하여 벽면(16)을 구룰수 있도록 적절하게 설정된다. 즉, 회전초기에 볼이 바닥면과 벽면을 동시에 접촉하여 구르다가 일정한 속도로 될 때부터 부상됨으로써 원할한 밸런싱을 작용을 꾀하는 것이다. 이것은 세탁기 탈수조 등 회전체의 이상진동을 줄이는 저소음화에 효과적이다.

Description

볼 밸런서

본 발명은 세탁기의 탈수조나 이와 유사한 각종 회전체의 밸런스(balance) 회전을 위한 밸런서(balancer)에 관한 것으로서, 특히 탈수조의 언밸런스(unbalance) 회전을 보상하도록 움직이는 고형 유동체인 복수의 볼(ball)을 가지는 볼 밸런서에 관한 것이다.

예컨대, 전자동 세탁기는 도 1과 같이 세탁조(1) 내에 탈수조(2)가 설치되고, 세탁과 탈수시 발생되는 진동이 몸체(4)에 전달되지 않도록 그 세탁조(1)와 탈수조(2)를 그 구동부(3)와 함께 서스펜션 로드(5)에 현가시킨 구조로 되어 있다. 이러한 구조에서, 탈수 작동시 탈수조(2) 내의 세탁물이 어느 한쪽으로 편중되어 있으면, 탈수조(2)가 똑바로 서 있는 자세로 회전되지 못하고 좌우로 심하게 흔들리거나 타원운동을 하게 된다. 이러한 탈수조(2)의 언밸런스 회전을 보상하기 위하여 탈수조(2) 상단에 밸런서(6)가 장착되는 것이다.

세탁기의 탈수조에 장착되는 밸런서로서는 일반적으로 환형으로서 내부가 비어 있고 내부 체적에 대하여 대략 40~70%의 유체로 채워진 유체 밸런서가 사용된다. 유체로서, 최근에는 액체 대신 볼(ball) 등의 고형 유동체를 사용하거나 또는 액체와 그 볼의 혼합물을 많이 사용한다. 이러한 유체 밸런서는 상기한 세탁기의 탈수조가 거기에 들어있는 세탁물이 한쪽으로 편중되어 언밸런스 상태로 회전될 때 그 언밸런스 회전에 의한 원심력의 차이에 의하여 유체가 세탁물 편중에 기인하는 무게 편차를 보상하는 방향으로 이동되는 현상을 이용하여 밸런스 상태로 회복시키는 작용을 하는 것이다.

따라서 바람직하게는 밸런스 상태로 회복하는 시간을 보다 짧게 단축시키기 위하여는 밸런서 내부에서의 유체의 이동을 원할하게 배려할 필요가 있는 것이다.

도 2는 유체로서 볼들이 들어 있는 종래의 볼 밸런서(7)를 보인다. 종래의 볼 밸런서 몸체(8)는 단면이 대략 사각형으로 되어 있다. 전술한 탈수조 회전에 의한 원심력이 작용할 때 볼(9)은 밸런서 몸체(8) 내의 바닥면(8a)과 외주측 벽면(8b)을 동시에 접촉하여 구르게 된다. 즉, 밸런서 몸체(8)에 대한 볼(9)의 구름마찰이 비교적 큰 것이다. 따라서 전술한 탈수조의 언밸런스 회전을 밸런스 회전으로 이끄는 시간이 비교적 길게 소요되는 문제점이 있다.

한편, 전술한 세탁물 편중에 의하여 탈수조가 기울면 밸런서 내의 유체가 그 편심을 가중시켜 탈수 초기에 심한 진동을 일으키게 되고, 이러한 상태에서 점차 속도를 회복하여 탈수조와 밸런서의 고유진동수가 일치하는 속도에 이를 때 이상진동(떨림현상)이 발생하게 되며, 이 이상진동 구간을 통과한 이후에야 비로소 완전한 밸런스 회전 상태로 될 수 있다. 그런데 상기한 종래의 밸런서(7)에 의하면, 그 고유진동 구간을 통과하는 시간이 길게 소요되어 그 이상진동이 상당시간 진행되는 문제가 있다.

또한 종래의 밸런서 구조로는, 탈수조의 정상적인 최고 회전속도에서 조차 밸러싱(balancing) 성능의 한계와 관성 모멘트의 불일치 등으로 그 떨림현상을 완전하게 제거할 수 없는 것이다.

본 발명의 목적은 세탁기의 탈수조 또는 이와 유사한 회전체의 밸런스 회전을 위한 것으로서, 그 이상진동 구간을 단축시키고 밸런싱 성능을 향상시킬 수 있도록 유체(볼)의 이동 시스템이 개선되어진 볼 밸런서를 제공하는데 있다.

도 1은 밸런서를 갖는 전자동 세탁기의 내부를 보인 부분 절단 측면도.

도 2는 종래의 볼 밸런서를 보인 부분 절단 측면도.

도 3은 본 발명에 따른 볼 밸런서의 부분 절단 측면도.

도 4는 본 발명에 따른 볼 밸런서의 작동상태를 보인 주요부의 확대 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2 : 탈수조10 : 볼 밸러서

11 : 밸런서 몸체13 : 볼

15 : 바닥면16 : 외주측 벽면

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

밸런서 몸체 내부에 공간이 형성되고 그 공간에 볼들이 구룰 수 있게 수용되어 있는 볼 밸런서에 있어서,

상기한 볼이 저속 회전시에는 밸런서 몸체 내의 바닥면과 외주측 벽면을 동시에 접촉하여 구르게 하고 일정 속도 이상으로 회전되면 볼이 그 바닥면에서 부상되도록 몸체 외주측 벽면을 소정의 각도로 경사지게 형성하는 것이다.

특히, 본 발명은 밸런서 몸체의 경사각을 전술한 세탁기의 탈수조와의 공진하게 되는 고유진동 구간에서 볼이 떠서 이동할 수 있는 조건으로 선정함으로써 그 고유진동 구간을 신속하게 통과할 수 있게 하는 점을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 세탁기의 경우 탈수 초기의 저속회전에서는 통상과 같이 밸런서의 볼이 밸런서 몸체 내의 바닥면과 외주측 벽면을 동시에 접촉하여 구르게 된다. 따라서 탈수 초기의 심하게 진동할 때 볼들이 세탁물 편중을 가중시키는 쪽으로 쉽게 쏠이도록 이동하는 것을 억제하는 한편, 일정속도 이상에서 그 볼이 바닥면에서 부상되어 한 쪽 벽면을 타고 구르게 함으로써 신속히 이동할 수 있게 된다. 따라서 전술한 세탁기 탈수조의 고유진동 구간을 빠르게 통과하여 그 고유진동 구간에서의 공진하는 이상진동 시간을 단축시킬 수 있는 것이다. 이러한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 볼 밸런서는 도 3과 같다. 도시된 볼 밸런서(10)는 환형으로된 밸런서 몸체(11)와 커버(12) 및 몸체(11) 내에 수용된 복수의 볼(13)들로 이루어지며, 전술한 도 1과 같이 세탁기의 탈수조 상단에 또는 이와 유사한 각종 회전체에 장착 사용될 수 있다.

본 발명의 밸런서 몸체(11)는 볼(13)을 자유로이 구룰수 있게 수용하는 도시된 바와 같은 내부의 공간(14)을 가지는데, 그 공간(14) 내의 바닥면(15) 연장선상에 대해 외주측 벽면(16)이 소정의 각도(θ)로 경사진 것이다. 이 각도(θ)는 밸런서(10)가 일정한 속도에 있을 때 그 몸체(11) 내의 볼(13)이 바닥면(15)에서 벽면(16)을 타고 부상될 수 있도록 배려된 것으로, 이를 만족하는 조건은 다음과 같다.

도 4와 같이 볼(13)이 밸런서 몸체(11) 내의 바닥면(15)에 떠서 외주측 벽면(16)에 기댄 상태로 정지해 있다고 가정하고, 볼(13)에 작용하는 원심력을 P, 그 중력을 F라 하면, 그 원심력 P와 중력 F로부터 경사진 벽면(16)에 수직하게 작용하는 힘 N은,

N = P sinθ + F cosθ

로 되며, 이 힘 N에 의하여 작용하게 되는 벽면(16)의 마찰력 N'는

N' = μN

= μ(P sinθ + P cosθ)

로 된다. 여기서 μ는 벽면(16)의 마찰계수이다.

한편, 도 3과 같이 볼(13)이 박닥면(15)에서 부상되기 위해서는 벽면(16)에 작용하는 상기한 원심력 P의 수평성분이 상기한 마찰력 N'보다 커야 하므로, 이를 정리하면 다음과 같다.

P cosθ N'

mrω²cosθ μ(mrω²sinθ + mg cosθ)

rω² μrω²sinθ/cosθ + gμ

1/μ - g/rω² tanθ

θ tan^-1(1/μ - g/rω²)

여기서, m은 볼(13)의 질량, r은 밸런서(10) 회전중심으로부터의 볼(13)의 회전반경, ω는 회전각속도, 그리고 g는 중력가속도이다.

즉, 도 3에서 밸런서 몸체(11)의 외측 벽면(16)을 밸런서의 회전반경과 속도 그리고 벽면(16)의 마찰계수 등을 고려한 적정한 각도로 기울임으로써 일정속도 이상에서 볼(13)을 부상시킬 수 있는 것이다. 바람직하게는 세탁기의 탈수조 또는 어떤 회전체에 대한 고유진동수가 일치하게 되는 공진 회전속도 이하에서 볼(13)이 부상될 수 있는 조건으로 그 각도(θ)를 설정하는 것이 좋다.

세탁기의 경우에 탈수동작을 전술한 세탁물 편중에 의한 초기의 좌우진동과 정상속도에서의 회전운동으로 구분하면, 좌우진동 구간에서 본 발명에 따른 밸런서의 볼(13)은 바닥면(15)과 벽면(16)을 동시에 접촉하는데 이때의 마찰력이 크게 작용하므로 그 볼(13)이 세탁물 편중을 가중시키는 방향으로 쏠리도록 구르는 것이 다소 억제되는 반면, 회전운동 구간에서는 볼(13)이 바닥면(15)에서 부상되고 외측 벽면(16)을 구르게 되므로 그 세탁물 편중을 보상하는 방향으로 원할하게 이동될 수 있다. 또한, 볼(13)이 부상될 때 그 볼의 회전반경이 증가되므로 동일한 조건에서 더 큰 원심력이 발생되는 것은 물론, 언밸런스 회전에 대한 볼 움직임의 응답도를 높여서 모멘트의 평형이 원할하게 이루어지는 등 향상된 밸런싱 성능이 발휘되는 것이다.

본 발명의 밸런서에는 유체로서 상기한 볼과 함께 일정한 점도를 유지하기 위한 오일을 더 포함할 수 있다. 또한 본 발명은 세탁기의 탈수조는 물론 거의 모든 회전체에도 그 응용이 가능한 것이다. 이와 같이 본 발명은 도면으로 예시되고 상기한 실시예의 설명에 의하여 한정되는 것은 아니며, 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 또는 그 변용예가 가능한 것이다.

본 발명에 따르면, 세탁기에 있어서 탈수초기의 심한 좌우진동을 억제하면서, 일정속도 이상에서 발생되는 이상진동에 기인하는 소음을 최소화할 수 있으며, 정상적인 최고속도에서 거의 완전한 밸런싱 회전을 가능케 한다.

따라서 본 발명은 세탁기 탈수조 등의 각종 회전체에 대한 저소음화 설계에 효과적이며, 아울러 제품의 수명 연장등 그 신뢰도 향상에도 기여하는 것이다.

Claims (3)

1. 밸런서 몸체 내부에 공간이 형성되고 유체로서 그 공간에 구룰 수 있게 수용된 볼을 가지는 볼 밸런서에 있어서,

   일정 회전속도 이상에서 상기한 볼이 상기한 밸러선 몸체 내의 바닥면에서 부상될 수 있도록 그 몸체의 외주측 벽면이 소정의 각도로 경사진 것을 특징으로 하는 볼 밸런서.
2. 제 1 항에 있어서, 상기한 외주측 벽면의 각도를 θ, 벽면의 마찰계수를 μ, 중력 가속도를 g, 밸런서의 회전중심으로부터 상기한 볼의 회전반경을 r, 그리고 회전각속도를 ω라 할 때,

   θ tan^-1(1/μ - g/rω²)

   의 조건이 충족되는 것을 특징으로 하는 볼 밸런서.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 벽면이, 그 밸런서가 장착되는 회전체에 대한 고유진동수가 일치하는 공진 회전속도 이하의 조건에서 상기한 볼이 부상될 수 있는 각도로 경사진 것을 특징으로 하는 볼 밸런서.