KR19990066050A - 세탁기의 원심균형조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세탁기의 탈수진동을 저감시키기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 원심탈수시에 세탁물(11)의 편재에 의한 불균형으로 인해 발생되는 진동 및 소음을 효율적으로 감쇄하기 위하여, 케이스(1) 내에 세탁조(4)와 탈수조(5)가 복층 설치되고 상기 세탁조(4)의 외주연에 진동을 흡수하기 위한 스너버 바(8)가 고정 지지되며 상기 탈수조(5)의 상단 및 하단부에 밸런서가 각각 고정 설치된 세탁기에 있어서, 상기 탈수조(5)의 상단부에는 안정성 및 미소 보상능력을 높이기 위한 액체밸런서(90)가 배치되고, 상기 탈수조(5)의 하단부에는 하부 보상능력을 높이기 위한 볼밸런서(100)가 배치된 구조로 이루어진 것으로서, 밸런싱액체(97)와 금속볼(94)을 각각 사용하는 밸런서(90)(100)를 탈수조(5)의 상.하단부에 부착하므로써 불안정 영역을 용이하게 통과할 수 있게 되어 초기 과도진동 및 소음이 현저히 감소됨과 아울러 밸런싱 성능을 향상시킬 수 있게 되고, 안정적인 시스템을 유지할 수 있게 되는 세탁기의 원심균형조절장치에 관한 것이다.

Description

세탁기의 원심균형조절장치

본 발명은 세탁기의 탈수진동을 저감시키기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 밸런싱액체와 금속볼을 각각 사용하는 밸런서를 탈수조의 상.하단부에 부착하므로써 원심탈수시에 세탁물의 편재에 의한 불균형으로 인해 발생되는 진동 및 소음을 흡수하여 안정적인 시스템을 유지함과 아울러, 밸런서의 초기 과도진동을 억제하여 밸런싱 성능을 향상시킬 수 있도록 된 세탁기의 원심균형조절장치에 관한 것이다.

도 1은 일반적으로 사용되고 있는 펄세이터(Pulsator) 세탁기의 구조를 개략적으로 나타낸 것으로서, 세탁기 케이스(1) 내의 하부일측에 모우터(2)가 고정 설치되고, 상기 케이스(1)의 중심축 하단에는 상기 모우터(2)와 연결된 클러치(3)가 장착되며, 이 클러치(1)의 중심축상에 세탁조(외조)(4)와 탈수조(내조)(5)가 복층 설치되고, 상기 탈수조(4)의 내측 저면부에는 펄세이터(6)가 상기 중심축상에 결합되며, 상기 세탁조(4)의 하단부 외주연에는 이 세탁조(4)를 사방에서 지지해주는 댐퍼(7) 및 그 위에 결합되어 진동을 흡수하는 스너버 바(Snubber Bar;8)가 각각 대칭적으로 고정되고, 상기 탈수조(5)의 상하 내주연에는 링형상의 상.하부 볼밸런서(9)(10)가 고정된 구조로 되어 있다.

종전의 세탁기는 탈수시에 세탁물(11)이 균형을 잡고 있을 때는 세탁조(4)및 탈수조(5)가 편심없이 회전하므로써 원활한 탈수가 가능하나, 세탁물(11)이 불균형한 상태로 놓인 경우에는 원심탈수 과정에서 무게중심이 편재된 쪽으로 원심력이 작용하여 상기 세탁조(4)및 탈수조(5)가 심하게 흔들리게 된다.

이와같은 편심에 의한 진동을 완화하고자, 상기한 바와 같이 상기 세탁조(4)를 댐퍼(7)및 스너버 바(8)로 지지하여 세탁조(4)및 탈수조(5)에서 발생되는 충격이 세탁기 케이스(1)로 전달되지 않도록 하므로써 소음및 진동을 감쇄시켜 주게 된다.

한편, 상기 상.하부 볼밸런서(9)(10)는 세탁물(11)의 탈수시 상기 세탁물(11)이 한쪽으로 편재됨에 따라 발생하는 불평형 질량을 보상할 수 있도록 부착한 것이다.

상기 상부 볼밸런서(9)는 도 2에 도시한 바와 같이, 안내용의 내측레이스(9a)와 외측레이스(9b)가 구비되고, 그 내부에 밸런싱 질량 역할을 수행하는 다수의 금속볼(9c)이 내장되며, 그 나머지 공간부에는 상기 금속볼(9c)의 과도한 운동을 억제하기 위한 작동유(Viscous Oil)(9d)가 충전되어 있다.

여기서, 도면 부호 CR은 회전중심, CG는 세탁물(11)의 투입시 상기 세탁물(11)이 편재됨에 따른 무게중심, e는 상기 회전중심과 무게중심 간의 편심거리, C는 세탁물(11)이 편재된 상태로 회전할 때 상기 금속볼(9c)에 작용하는 원심력, T는 상기 금속볼(9c)이 외측레이스(9b)의 내주면을 따라 이동할 때 발생하는 접선마찰력, R은 상기 금속볼(9c)의 이동시 상기 작동유(9d)의 점성에 의한 점성저항을 표시한 것이다.

또한, 상기 하부 볼밸런서(10)도 이와 동일한 구조로 되어 있으므로 그 구체적인 설명을 생략하기로 하고, 동일 요소에 대한 부호는 10, 10a, 10b, 10c, 10d로 각각 부여하였다.

상기한 바와 같은 구조로 된 종래의 상.하부 볼밸런서(9)(10)에 의해 원심균형이 이루어지는 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.

도 3a 및 도 3b는 종래 기술에 따른 세탁기 내에 세탁물(11)이 편재된 상태로 투입되었을 때 상.하부 볼밸런서(9)(10)의 작용에 의한 원심균형조절 과정을 평면 도시한 것으로, 도 3a는 세탁물(11)과 금속볼(9c)(10c)이 한쪽으로 편재되어 과도진동이 나타나는 1차 공진 발생전의 작동 상태를 나타낸 것이고, 도 3b는 1차 공진이 발생한 후 상기 금속볼(9c)(10c)이 세탁물(11)에 반대 위치로 이동하여 원심균형을 유지하게 되는 순간의 작동 상태도를 나타낸 것이다.

즉, 도 3a에 도시한 바와 같이, 탈수시 세탁물(11)의 쏠림에 의하여 탈수조(5) 내에 불평형 질량이 부하되면 이 불평형 질량에 의해 회전중심(CR)과 무게중심(CG) 간에 소정의 편심거리(e)가 존재하게 되고, 1차 공진이 발생하기 이전까지는 상기의 불평형 질량과 금속볼(9c)(10c)이 같은 방향으로 편재되어 진폭이 크게 발생하면서 진동 소음을 유발하게 된다. 이후에 1차 공진이 발생하게 되면 도 3b에 도시한 바와 같이, 180°의 위상차를 유지하며 상기 금속볼(9c)(10c)이 이동하여 상기의 불평형 질량을 보상하게 되므로써 진동 변위가 현저히 감소하게 되는 것이다.

이때, 상기 금속볼(9c)에는 도 2에 도시한 바와같은 여러 가지 힘이 작용하게 되는데, 상기 외측레이스(9b)의 표면거칠기 및 세탁물(11)의 편심 질량에 대응하는 원심력(C)의 크기에 관계하는 접선마찰력(T)과, 상기 작동유(9d) 자체의 점성저항(R)이 복합적으로 작용하게 된다.

상기의 볼밸런서(9)는 상기 작동유(9d)의 점도 조절을 통해 금속볼(9c)에 대한 점성저항(R)을 증감하므로써 상기 금속볼(9c)의 초기 과도상태를 제어하여 자려진동(自勵振動)을 방지할 수 있게 된다.

그러나, 원심탈수 초기에는 상기한 바와 같이 금속볼(9c)과 세탁물(11)이 동일 방향으로 편재되어 불안정한 상태를 유지하게 되는데, 특히 상.하부 볼밸런서(9)(10)가 부착된 경우에는 도 4의 그래프에 도시한 바와 같은 1차 및 2차 공진 발생시, 원심균형이 불안정하게 되는 영역에서 과도한 금속볼(9c)의 쏠림에 의한 이상 진동으로 세탁조(4)의 진동이 성장하여 케이스(1) 내벽과의 충돌 소음을 유발하기도 한다.

이러한 금속볼(9c)(10c)의 과도한 운동에 의한 불안정 상태의 구체적인 예를 도 5a 및 도 5b로써 설명하면 다음과 같다.

도 5a 및 도 5b는 종래 기술에 따른 상.하부 볼밸런서(9)(10)의 작동 상태를 설명하기 위한 예시도로서, 도 5a는 세탁물(11)과 상.하부 볼밸런서(9)(10)가 균형을 이루어 안정적인 상태, 도 5b는 세탁물(11)과 상.하부 볼밸런서(9)(10)가 불균형을 이루어 불안정적인 상태를 각각 나타낸 것이다.

상기 도면에서 도시한 바와 같이 탈수조(5) 내부에 500g의 편심 질량이 발생할 경우에, 계의 1차 공진이 발생한 후 상기 금속볼(9c)(10c)은 펄세이터(6)의 회전축을 중심으로 힘 균형을 유지하게 된다. 즉, 도 5a와 같은 상태가 유지될 때 안정적인 힘의 균형이 이루어지게 되고, 1차 공진 및 2차 공진이 발생하는 도 5b와 같은 상태에서는 상.하부 볼밸런서(9)(10) 내의 각 금속볼(9c)(10c)이 서로 엇갈리게 되어 불안정한 힘의 불균형이 이루어지면서 "A"방향으로의 모멘트 성분으로 작용하므로써 상하 방향의 극심한 진동을 유발하게 되며, 상기 2차 공진이 발생한 이후에야 비로소 힘과 모멘트 간의 평형이 이루어지면서 원심균형을 유지하게 되는 것이다.

만일, 1차 및 2차 공진의 불안정 영역 내에서 상기 상.하부 볼밸런서(9)(10)의 과도한 쏠림이 발생하게 되면 그 진폭이 성장하여 진동 발산을 하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 종래의 세탁기는 모멘트 밸런싱을 하므로 보상 능력이 200~300g 정도로 작은 경우에도 무방하였으나, 진폭을 감소시키기 위하여 상기 상.하부 볼밸런서(9)(10)가 채용된 경우에는 힘과 모멘트를 모두 밸런싱해야 하므로 각 상.하부 볼밸런서(9)(10)에 대한 최적 상태의 질량 보상이 필요하게 되었으며, 특히 공진 발생 이전에는 상기 상.하부 볼밸런서(9)(10)가 세탁물(11)과 동일한 위치에 놓이게 되므로써 안정성이 크게 나빠져 진동 발산하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 상.하부 볼밸런서(9)(10)의 내부에 금속볼(9c)(10c)을 필요 이상으로 과량 장입하므로써 제품 원가가 높아지게 되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 밸런싱액체와 금속볼을 각각 사용하는 밸런서를 탈수조의 상.하단부에 부착하므로써 원심탈수시에 세탁물의 편재에 의한 불균형으로 인해 발생되는 진동 및 소음을 흡수하여 안정적인 시스템을 유지함과 아울러, 밸런서의 초기 과도진동을 억제하여 밸런싱 성능을 향상시킬 수 있는 세탁기의 원심균형조절장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 펄세이터 세탁기의 구조를 도시한 개략도,

도 2는 종래 기술에 따른 볼밸런서의 구조 및 세탁물 투입시의 원심균형 작동원리를 도시한 평면도 및 단면도,

도 3a 및 도 3b는 종래 기술에 따른 세탁기 내에 세탁물이 편재된 상태로 투입되었을 때 볼밸런서의 작용에 의한 원심균형조절 과정을 평면 도시한 것으로,

도 3a는 세탁물과 금속볼이 한쪽으로 편재되어 과도진동이 나타나는 1차 공진 발생전의 작동 상태도,

도 3b는 1차 공진이 발생한 후 상기 금속볼이 세탁물의 대응위치로 이동하여 원심균형을 유지하게 되는 순간의 작동 상태도,

도 4는 종래 기술에 따른 볼밸런서에 나타나는 공진 발생시의 안정 및 불안정 영역을 도시한 진동수-진폭 선도,

도 5a 및 도 5b는 종래 기술에 따른 상.하부 볼밸런서의 작동 상태를 설명하기 위한 예시도로서,

도 5a는 세탁물과 상.하부 볼밸런서가 균형을 이루어 안정적인 상태,

도 5b는 세탁물과 상.하부 볼밸런서가 불균형을 이루어 불안정적인 상태,

도 6은 본 발명에 따른 세탁기의 원심균형조절장치를 도시한 개략도,

도 7은 본 발명에 따른 액체밸런서의 구조를 도시한 단면도,

도 8은 본 발명의 하이브리드형 밸런서와 종래의 밸런서에 대한 원심균형 성능을 비교한 부하-진폭 관계선도,

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 액체밸런서를 도시한 개략도,

도 10은 도 9에 따른 A-A선 단면도이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

1 ; 케이스 2 ; 모우터

3 ; 클러치 4 ; 세탁조(외조)

5 ; 탈수조(내조) 6 ; 펄세이터

7 ; 댐퍼 8 ; 스너버 바

11 ; 세탁물 90 ; 액체밸런서

91, 101 ; 내측레이스 92, 102 ; 외측레이스

93 ; 격막 또는 내부레이스 97 ; 밸런싱액체

100 ; 볼밸런서 106 ; 작동유

104 ; 금속볼

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 세탁기의 원심균형조절장치는 케이스 내에 세탁조와 탈수조가 복층 설치되고 상기 세탁조의 외주연에 진동을 흡수하기 위한 스너버 바가 고정 지지되며 상기 탈수조의 상단 및 하단부에 밸런서가 각각 고정 설치된 세탁기에 있어서, 상기 탈수조의 상단부에는 안정성 및 미소 보상능력을 높이기 위한 액체밸런서가 배치되고, 상기 탈수조의 하단부에는 하부 보상능력을 높이기 위한 볼밸런서가 배치된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 세탁기의 원심균형조절장치는 세탁기 케이스(1) 내의 하부일측에 모우터(2)가 고정 설치되고, 상기 케이스(1)의 중심축 하단에는 상기 모우터(2)와 연결된 클러치(3)가 장착되며, 이 클러치(1)의 중심축상에 세탁조(4)와 탈수조(5)가 복층 설치되고, 상기 탈수조(4)의 내측 저면부에는 펄세이터(6)가 상기 중심축상에 결합되며, 상기 세탁조(4)의 하단부 외주연에는 이 세탁조(4)를 사방에서 지지해주는 댐퍼(7) 및 그 위에 결합되어 진동을 흡수하는 스너버 바(8)가 각각 대칭적으로 고정되고, 상기 탈수조(5)의 상단부에는 안정성 및 미소 보상능력을 높이기 위한 액체밸런서(90)가 고정 설치되고, 상기 탈수조(5)의 하단부에는 하부 보상능력을 높이기 위한 볼밸런서(100)가 고정 설치된 구조로 되어 있다.

상기 탈수조(5)의 하단부에는 종래와 같이 볼밸런서(100)가 배치된다. 상기 볼밸런서(100)는 안내용의 내측레이스(101)와 외측레이스(102)가 구비되고, 그 내부에 밸런싱 질량 역할을 수행하는 다수의 금속볼(104)이 내장되며, 그 나머지 공간부에는 상기 금속볼(104)의 과도한 운동을 억제하기 위한 작동유(106)가 충전되어 있다.

또한, 상기 탈수조(5)의 상단부에는 도 7에 도시한 바와 같이 액체밸런서(90)가 배치된다. 상기 액체밸런서(90)는 안내용의 내측레이스(91)와 외측레이스(92)가 구비되고, 그 내부에 복수개의 격막(93)이 형성되며, 상기 내.외측레이스(91)(92) 내에는 상기 격막(93)에 의해 유동 속도가 조절되는 밸런싱액체(97)로 충전되어 있다.

통상적으로, 상기 액체밸런서(90)는 그 내부에 밸런싱액체(97)가 50 내지 70%를 유지할 수 있도록 충전하는 것이 바람직하며, 상기 밸런싱액체(97)로는 비중 1.2를 유지하는 소금물이 사용된다.

상기 액체밸런서(90)는 상.하 1조의 사출물로 이루어지고, 이들 사출물의 인접부를 용착하여 형성하게 된다.

상기한 바와 같은 구조로 된 본 발명에 따른 상.하 밸런서(90)(100)에 의해 원심균형이 이루어지는 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.

탈수시 세탁물(11)의 쏠림에 의하여 탈수조(5) 내에 불평형 질량이 부하되면 이 불평형 질량에 의해 회전중심과 무게중심 간에 소정의 편심거리가 존재하게 되고, 1차 공진이 발생하기 이전까지는 상기의 불평형 질량과 밸런싱액체(97) 및 금속볼(104)이 같은 방향으로 편재되어 진폭이 크게 발생하면서 진동 소음을 유발하게 되고, 이후에 1차 공진이 발생하게 되면 180°의 위상차를 유지하며 상기 밸런싱액체(97) 및 금속볼(104)이 이동하여 상기의 불평형 질량을 보상하게 되는데, 이때, 세탁조(5) 상부에 위치한 액체밸런서(97)의 유동에 의해 1차 공진이 발생하기 전의 진동 소음을 현저히 감소시킬 수 있게 되는 것이다. 또한, 상기 불평형 부하에 대한 편심 보상성능이 정밀하게 이루어지게 되며, 상기 밸런싱액체(97)의 중량에 의한 관성효과가 지속되어 회전운동이 안정적으로 유지되게 한다.

도 8은 본 발명의 하이브리드형 밸런서(Hybrid Balancer)(90)와 종래의 볼밸런서(9)에 대한 원심균형 성능을 비교한 부하-진폭 관계선도로서, 상기 그래프에 의하면, 기존의 볼밸런서(9)에 비해 언밸런스 부하의 변화에 관계없이 진동폭이 전체적으로 감소된 상태에서 안정되게 나타나는 것을 알 수 있으며, 상.하부에 모두 볼밸런서(9)(10)를 설치하게 되는 종래의 것과 비교해 볼 때 상기 액체밸런서(90)는 작은 부하에서도 미소 보상능력이 우수하게 나타난다.

따라서, 본 발명에 따른 원심균형조절장치는 액체밸런서(90) 및 볼밸런서(100)의 상호 작용에 의해 불안정 영역을 용이하게 통과할 수 있게 되어 초기 과도진동 및 소음이 현저히 감소됨은 물론, 밸런싱 성능을 향상시킬 수 있게 되어 안정적인 시스템을 유지할 수 있게 되는 것이다.

도 9 및 도 10에 도시한 다중 액체밸런서(90)는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 즉, 편심 보상능력을 높이기 위하여 다수의 액체 통로를 형성한 구조를 이루는 것으로, 상기 내.외측레이스(91)(92) 사이에 동심원상의 내부레이스(93)가 다수개 중첩 형성되어 있으며, 이 밀폐된 내부레이스(93) 사이에 밸런싱액체(97)가 충전된 상태에서 각각 독립적으로 유동이 이루어지므로써 크기/보상성능이 향상될 수 있는 것이다.

상기와 같은 구성및 작용에 의해 기대할 수 있는 본 발명의 효과는 다음과 같다.

본 발명에 따른 세탁기의 원심균형조절장치는 밸런싱액체(97)와 금속볼(94)을 각각 사용하는 밸런서(90)(100)를 탈수조(5)의 상.하단부에 부착하므로써 불안정 영역을 용이하게 통과할 수 있게 되어 초기 과도진동 및 소음이 현저히 감소됨과 아울러 밸런싱 성능을 향상시킬 수 있게 되고, 안정적인 시스템을 유지할 수 있게 되는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 케이스 내에 세탁조와 탈수조가 복층 설치되고 상기 세탁조의 외주연에 진동을 흡수하기 위한 스너버 바가 고정 지지되며 상기 탈수조의 상단 및 하단부에 밸런서가 각각 고정 설치된 세탁기에 있어서, 상기 탈수조의 상단부에는 안정성 및 미소 보상능력을 높이기 위한 액체밸런서가 배치되고, 상기 탈수조의 하단부에는 하부 보상능력을 높이기 위한 볼밸런서가 배치된 것을 특징으로 하는 세탁기의 원심균형조절장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 탈수조 상단부의 액체밸런서는 안내용의 내측레이스와 외측레이스가 구비되고, 그 내부에 복수개의 격막이 형성되며, 상기 내.외측레이스 내에는 상기 격막에 의해 유동 속도가 조절되는 밸런싱액체로 충전된 것을 특징으로 하는 세탁기의 원심균형조절장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 액체밸런서는 그 내부에 밸런싱액체가 50 내지 70%를 유지할 수 있도록 충전된 것을 특징으로 하는 세탁기의 원심균형조절장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 액체밸런서는 편심 보상능력을 높이기 위한 다수의 통로가 마련될 수 있도록 상기 내.외측레이스 사이에 동심원상의 내부레이스가 다수개 중첩 형성된 것을 특징으로 하는 세탁기의 원심균형조절장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 액체밸런서는 상.하 1조의 사출물로 이루어지고, 이들 사출물의 인접부를 용착하여 형성한 것을 특징으로 하는 세탁기의 원심균형조절장치.