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JP6877263B2 - Linear actuator and vibration damping device for washing machines using it - Google Patents
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JP6877263B2 - Linear actuator and vibration damping device for washing machines using it - Google Patents

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Description

本発明は、制振対象物について生じる振動を抑制するリニアアクチュエータ、およびそのリニアアクチュエータを備えた洗濯機用制振装置に関する。 The present invention relates to a linear actuator that suppresses vibration generated in a vibration damping object, and a vibration damping device for a washing machine provided with the linear actuator.

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が検討されている。幾何学的に対称形である円形の回転モータに比べ、直線型で端部を有するリニアモータは部品点数が多く組立は煩雑となる。特許文献1には予め同形状に成形した電機子の構成部品(第1の磁気ティース)を直線的に連結することで、リニアモータの生産性を向上する手法について記載されている。また、第1の磁気ティースに巻線をせずに部品を組み立て、磁気ティース(第2の磁極ティース)として補極として活用する例も記載されている。
また、特許文献2には可動子を中心に上下に分割できるリニアモータに補極を有する構造が記載されている。
Linear motors and linear actuators are being studied as electric machines that move linearly. Compared to a circular rotary motor that is geometrically symmetrical, a linear motor that is linear and has ends has a large number of parts and is complicated to assemble. Patent Document 1 describes a method for improving the productivity of a linear motor by linearly connecting the component parts (first magnetic teeth) of an armature molded into the same shape in advance. Further, there is also described an example in which a component is assembled without winding the first magnetic tooth and used as a magnetic tooth (second magnetic pole tooth) as a complementary pole.
Further, Patent Document 2 describes a structure in which a linear motor that can be vertically divided around a mover has an auxiliary pole.

特開2007−185033号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-185033 特開2016−101019号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-101019

リニアモータの問題点は、回転モータに比べサイズが大きく、高コストであることがあげられる。そのため市場には、小型・低コストな回転モータにギアを組み合わせた直線運動をするアクチュエータが存在する。つまり、安価な回転モータにギアなどの機構部部品を付与した方が安く、体格も小さくなる場合があった。 The problem with linear motors is that they are larger in size and more expensive than rotary motors. Therefore, there are actuators on the market that perform linear motion by combining gears with a small, low-cost rotary motor. That is, it is cheaper to attach mechanical parts such as gears to an inexpensive rotary motor, and the physique may be smaller.

然るに、特許文献1に記載の技術では3相モータを対象にしており、磁気ティースは3の倍数配置する必要があり(図9)、そのサイズはまだ大きく高コストである。さらに磁気ティースを補極として活用するにも、巻線せずに磁気ティースをそのまま補極したのでは、そのコギングやトルクリップル低減効果は限定的である。さらに3相モータでは磁気バランスを取りにくいため、第1の磁気ティースと第2の磁気ティースの連結部品の両側に第3の磁気ティースを配置することが示されており、結局部品点数が増え、組立が煩雑な高コストなモータとなっている(図11)。 However, the technique described in Patent Document 1 targets a three-phase motor, and the magnetic teeth need to be arranged in multiples of 3 (FIG. 9), and the size is still large and the cost is high. Furthermore, even if the magnetic tooth is used as a complementary electrode, if the magnetic tooth is complemented as it is without winding, the cogging and torque ripple reduction effect is limited. Furthermore, since it is difficult to achieve magnetic balance with a three-phase motor, it has been shown that a third magnetic tooth is placed on both sides of the connecting component of the first magnetic tooth and the second magnetic tooth, and as a result, the number of components increases. It is a high-cost motor that is complicated to assemble (Fig. 11).

また、特許文献2記載の補極(図3の第1補助磁極)を上下に配置しても(図1)、磁束ベクトルは補極部材内でぶつかり合うため、リニアモータのトルク特性に影響を与えることはない。すなわち補極による。さらに、ディテント源である磁石位置と可動子位置の相関関係の検討が不十分であり、ディテントは0を跨いで正負に脈動しており、その低減効果は限定的である(図7)。 Further, even if the auxiliary poles (first auxiliary magnetic poles in FIG. 3) described in Patent Document 2 are arranged one above the other (FIG. 1), the magnetic flux vectors collide with each other in the auxiliary pole member, which affects the torque characteristics of the linear motor. I will not give it. That is, it depends on the auxiliary pole. Furthermore, the correlation between the magnet position, which is the detent source, and the mover position is insufficiently examined, and the detent pulsates positively and negatively across 0, and its reduction effect is limited (Fig. 7).

さらに、制振装置用にリニアモータ・リニアアクチュエータを適用するにはモータが加振源とならないように、可動範囲内を極めて低コギング、低トルクリップルであることが要求される。しかし特許文献1には用途の記載がなく、漠然と補極でコギングを低減する一般論の羅列しか記されていない。特許文献2はコンプレッサー用の記載があり、制振用途と異なる。そのため許容されるディテント・トルクリップル量は異なる。 Further, in order to apply a linear motor / linear actuator for a vibration damping device, it is required to have extremely low cogging and low torque ripple within the movable range so that the motor does not become a vibration source. However, Patent Document 1 does not describe the use, and only vaguely describes a list of general theories that reduce cogging by supplementary poles. Patent Document 2 has a description for a compressor, which is different from that for damping. Therefore, the allowable detent torque ripple amount differs.

そこで、本発明は、リニアアクチュエータを大型化することなく特性を確保し、経済性に優れたリニアアクチュエータを提供すること。さらに、このリニアアクチュエータを用いたダンパや制振指示機構を洗濯機などの家庭電気品に提供し、制振性を向上することにある。 Therefore, the present invention provides a linear actuator that secures characteristics without increasing the size of the linear actuator and is excellent in economy. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a damper and a vibration damping instruction mechanism using this linear actuator to household electric appliances such as a washing machine to improve the vibration damping property.

前記課題を解決するために、本発明ではその一例として、固定子及び該固定子に対向して移動する可動子を備えるリニアアクチュエータにおいて、前記固定子は界磁コイルを有し、前記界磁コイルが巻かれた磁気歯の間に補極が備えられ、前記可動子は永久磁石を有し、前記固定子は、縦断面視で環状を呈し、磁気回路を構成する環状部を有し、前記環状部内を前記可動子が移動する前記可動子の移動範囲において、前記補極に対向する前記永久磁石の磁極が一定である構成とする

In order to solve the above problems, as an example in the present invention, in the linear actuator comprising a movable member which moves in opposition to the stator and the stator, the stator having a field coil, the field coil An auxiliary pole is provided between the magnetic teeth around which the stator is wound, the stator has a permanent magnet, and the stator has an annular portion in a longitudinal view and has an annular portion constituting a magnetic circuit. in the moving range of the movable element of the annular portion is the mover moves, a configuration poles of the permanent magnet facing the auxiliary electrode is constant.

本発明によれば、小型・低コストの低ディテント・低トルクリップルのリニアアクチュエータを提供できる。さらに前記リニアアクチュエータを適用した制振装置は容易な制御と低コストで制振対象物の振動を適切に抑制できる。また前記制振装置を洗濯機などの白物家電の防振支持機構に適用することで、低コストかつ制振性に優れた白物家電等を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a small-sized, low-cost, low-detent, low-torque ripple linear actuator. Further, the vibration damping device to which the linear actuator is applied can appropriately suppress the vibration of the vibration damping object with easy control and low cost. Further, by applying the vibration damping device to the vibration damping support mechanism of white goods such as a washing machine, it is possible to provide white goods and the like at low cost and excellent in vibration damping.

本発明の第1実施形態に係る制振装置が備えるリニアアクチュエータの縦断面斜視図である。It is a vertical sectional perspective view of the linear actuator provided in the vibration damping device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1のII−II線矢視端面図である。It is the end view of the arrow of the line II-II of FIG. 図1のIII−III線矢視端面図である。It is the end view of the arrow of line III-III of FIG. 本発明の第1実施形態に係る制振装置が備えるリニアアクチュエータの縦断面正面図である。It is a vertical sectional front view of the linear actuator included in the vibration damping device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る制振装置が備えるリニアアクチュエータの縦断面正面図である。It is a vertical sectional front view of the linear actuator included in the vibration damping device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係わるリニアアクチュエータの推力特性を示す実験結果である。It is an experimental result which shows the thrust characteristic of the linear actuator which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係わるリニアアクチュエータの補極CPの幅とトルクリップルの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the width of the auxiliary pole CP of the linear actuator which concerns on embodiment of this invention, and torque ripple. 本発明の実施形態に係わるリニアアクチュエータの機内磁束密度を示すコンター図である。It is a contour figure which shows the in-machine magnetic flux density of the linear actuator which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係わるリニアアクチュエータのコイル鎖交磁束の実験結果である。It is an experimental result of the coil interlinkage magnetic flux of the linear actuator which concerns on embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る制振装置の斜視図である。It is a perspective view of the vibration damping device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る制振装置を備える洗濯機の斜視図である。It is a perspective view of the washing machine provided with the vibration damping device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る制振装置を備える洗濯機の縦断面図である。It is a vertical sectional view of the washing machine provided with the vibration damping device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る制振装置の構成図である。It is a block diagram of the vibration damping device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る制振装置が備えるインバータを含む構成図である。It is a block diagram including the inverter included in the vibration damping device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 粘性係数が一定であるオイルダンパを用いた比較例において、濯機の回転数と外槽の変位の変化を示す実験結果である。This is an experimental result showing changes in the rotation speed of the rinser and the displacement of the outer tank in a comparative example using an oil damper having a constant viscosity coefficient. 本発明の実施形態において、洗濯槽の回転速度と外槽の変位の変化を示す実験結果である。In the embodiment of the present invention, it is an experimental result showing the change of the rotation speed of the washing tub and the displacement of the outer tub.

以下の各実施形態では、一例として、リニアアクチュエータ10(図1参照)によって洗濯機W(図10参照)の振動を抑制する構成について説明する。 In each of the following embodiments, as an example, a configuration in which vibration of the washing machine W (see FIG. 10) is suppressed by a linear actuator 10 (see FIG. 1) will be described.

≪第1実施形態≫
図1は、制振装置が備えるリニアアクチュエータ10の縦断面図である。
なお、図1に示すように、xyz軸を定める。また、図1では、x方向においてリニアアクチュエータ10の半分を図示しているが、リニアアクチュエータ10の構成は、yz平面を基準として対称になっている。
リニアアクチュエータ10は、電機子である固定子11と、z方向に延びる板状の可動子12と、の間の磁気的な吸引力・反発力(つまり、推力)によって、固定子11と可動子12との相対位置をz方向で直線的に変化させるアクチュエータである。図1に示すように、リニアアクチュエータ10は、洗濯機W(図11参照)の外槽37(制振対象物)に接続されている。具体的には、リニアアクチュエータ10の可動子12が、外槽37に接続されている。
<< First Embodiment >>
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a linear actuator 10 included in a vibration damping device.
As shown in FIG. 1, the xyz axis is defined. Further, in FIG. 1, half of the linear actuator 10 is shown in the x direction, but the configuration of the linear actuator 10 is symmetrical with respect to the yz plane.
The linear actuator 10 uses a magnetic attraction / repulsive force (that is, thrust) between the stator 11 which is an armature and the plate-shaped mover 12 extending in the z direction, thereby causing the stator 11 and the mover. It is an actuator that linearly changes the position relative to 12 in the z direction. As shown in FIG. 1, the linear actuator 10 is connected to the outer tub 37 (vibration damping object) of the washing machine W (see FIG. 11). Specifically, the mover 12 of the linear actuator 10 is connected to the outer tank 37.

図1に示すように、リニアアクチュエータ10は、固定子11と、可動子12と、を備えている。固定子11は、電磁鋼板がz方向に積層されてなるコア11aと、このコア11aの磁極歯Tに巻回される巻線11bと、コア11aの凸部に巻線11bを巻回していない補極CPを備えている。 As shown in FIG. 1, the linear actuator 10 includes a stator 11 and a mover 12. The stator 11 does not have a core 11a in which electromagnetic steel sheets are laminated in the z direction, a winding 11b wound around the magnetic pole teeth T of the core 11a, and a winding 11b wound around a convex portion of the core 11a. It has a complementary pole CP.

図2は、図1のII−II線矢視端面図である。なお、図2では、x方向におけるリニアアクチュエータ10の半分(図1参照)ではなく、リニアアクチュエータ10の全体を図示している。
図2に示すように、固定子11のコア11aは、環状部S1と、磁極歯T,Tと、を備えている。
環状部S1は、縦断面視で環状(矩形枠状)を呈しており、この環状部S1によって磁気回路が構成されている。一対の磁極歯T,Tは、環状部S1からy方向内側に延びており、互いに対向している。なお、磁極歯T,Tの間の距離は、板状を呈する可動子12の厚さよりも若干長くなっている。磁極歯T,Tには、それぞれ、巻線11bが巻回されている。この巻線11bに通電することによって、固定子11が電磁石として機能するようになっている。
環状部S1内の前記電磁石と前記可動子12の永久磁石(図1参照)から発生する磁束の流れを図中に矢印で示すように、環状となっている。
FIG. 2 is an end view taken along the line II-II of FIG. Note that FIG. 2 shows the entire linear actuator 10 instead of half of the linear actuator 10 in the x direction (see FIG. 1).
As shown in FIG. 2, the core 11a of the stator 11 includes an annular portion S1 and magnetic pole teeth T and T.
The annular portion S1 has an annular shape (rectangular frame shape) in a vertical cross-sectional view, and the annular portion S1 constitutes a magnetic circuit. The pair of magnetic pole teeth T, T extend inward in the y direction from the annular portion S1 and face each other. The distance between the magnetic pole teeth T and T is slightly longer than the thickness of the plate-shaped mover 12. Windings 11b are wound around the magnetic pole teeth T and T, respectively. By energizing the winding 11b, the stator 11 functions as an electromagnet.
The flow of magnetic flux generated from the electromagnet in the annular portion S1 and the permanent magnet (see FIG. 1) of the mover 12 is annular as shown by an arrow in the figure.

図3は、図1のIII−III線矢視端面図である。なお、図3では、x方向におけるリニアアクチュエータ10の半分(図1参照)ではなく、リニアアクチュエータ10の全体を図示している。
図3に示すように、固定子11のコア11aは、環状部S2と、補極極歯TCP,TCPと、を備えている。
環状部S2は、縦断面視で環状(矩形枠状)を呈しており、この環状部S2によって磁気回路が構成されている。一対の補極歯TCP,TCPは、環状部S2からy方向内側に延びており、互いに対向している。なお、補極歯TCP,TCPの間の距離は、板状を呈する可動子12の厚さよりも若干長くなっている。補極歯TCP,TCPには、巻線11bが巻回されていない。
環状部S2内の前記可動子12(図示せず)から発生する磁束の流れを図中に一点矢印で示すように、環状となっている。
つまり、リニアアクチュエータ10の特性は、図2の環状部S1内と図3環状部S2内を通過する磁束ベクトルの和によって決定される。つまり、ディテントとトルクリップルを低減したければ、磁束ベクトルの和を目的の仕様に合うように最適化すれば良い。
FIG. 3 is an end view taken along the line III-III of FIG. Note that FIG. 3 shows the entire linear actuator 10 instead of half of the linear actuator 10 in the x direction (see FIG. 1).
As shown in FIG. 3, the core 11a of the stator 11 includes an annular portion S2 and auxiliary pole teeth TCP and TCP.
The annular portion S2 has an annular shape (rectangular frame shape) in a vertical cross-sectional view, and the annular portion S2 constitutes a magnetic circuit. The pair of auxiliary pole teeth TCP and TCP extend inward in the y direction from the annular portion S2 and face each other. The distance between the auxiliary pole teeth TCP and TCP is slightly longer than the thickness of the plate-shaped mover 12. The winding 11b is not wound around the auxiliary pole teeth TCP and TCP.
The flow of magnetic flux generated from the mover 12 (not shown) in the annular portion S2 is annular as shown by a one-point arrow in the figure.
That is, the characteristics of the linear actuator 10 are determined by the sum of the magnetic flux vectors passing through the annular portion S1 of FIG. 2 and the annular portion S2 of FIG. That is, if you want to reduce the detent and torque ripple, you can optimize the sum of the magnetic flux vectors to meet the desired specifications.

図1に示す例では、z方向(可動子12の移動方向)において、2対の磁極歯T、さらに磁気歯Tの間に1対の補極CPが設けられている。なお、リニアアクチュエータ10の小型化のために、補極CPのz方向長さは磁気歯Tの長さより短い方が好ましい。また、2対の磁極歯Tのそれぞれに巻回されている巻線11bは、一本の巻線をなしており、その両端が、後記するインバータ40(図12参照)の出力側に接続されている。 In the example shown in FIG. 1, in the z direction (moving direction of the mover 12), two pairs of magnetic pole teeth T and a pair of auxiliary pole CPs are provided between the magnetic teeth T. In order to reduce the size of the linear actuator 10, it is preferable that the length of the auxiliary pole CP in the z direction is shorter than the length of the magnetic tooth T. Further, the winding 11b wound around each of the two pairs of magnetic pole teeth T forms one winding, and both ends thereof are connected to the output side of the inverter 40 (see FIG. 12) described later. ing.

図1に示す可動子12は、環状を呈するコア11aを貫通して、z方向に延びている。また、図1に示すように、可動子12は、z方向に延びる複数の金属板12aと、z方向で所定の間隔を設けて金属板12aに設置される永久磁石121b,122b,123bと、を備えている。なお、1枚の金属板に複数の永久磁石を貼り付けてもよいし、また、1枚の金属板に複数の永久磁石を埋設してもよい。 The mover 12 shown in FIG. 1 penetrates the annular core 11a and extends in the z direction. Further, as shown in FIG. 1, the mover 12 includes a plurality of metal plates 12a extending in the z direction and permanent magnets 121b, 122b, 123b installed on the metal plates 12a at predetermined intervals in the z direction. It has. A plurality of permanent magnets may be attached to one metal plate, or a plurality of permanent magnets may be embedded in one metal plate.

図1に示す永久磁石121b,122b,123bは、y方向に磁化されている。より詳しく説明すると、y方向正側の向きに磁化された永久磁石(例えば、永久磁石121b,123b)と、y方向負側の向きに磁化された永久磁石(例えば、永久磁石122b)と、がz方向において交互に配置されている。そして、可動子12と、電磁石として機能する固定子11と、の吸引力・反発力によって、可動子12にz方向の推力が作用するようになっている。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。 The permanent magnets 121b, 122b, 123b shown in FIG. 1 are magnetized in the y direction. More specifically, the permanent magnets magnetized in the positive direction of the y direction (for example, permanent magnets 121b and 123b) and the permanent magnets magnetized in the negative direction of the y direction (for example, the permanent magnets 122b) are They are arranged alternately in the z direction. Then, a thrust in the z direction acts on the mover 12 by the attractive force and the repulsive force of the mover 12 and the stator 11 that functions as an electromagnet. The "thrust" is a force that changes the relative positions of the mover 12 and the stator 11.

また、永久磁石121b,122b,123bとして、サマリウム‐鉄‐窒素系の永久磁石を用いることが望ましい。永久磁石121b,122b,123bの原料の具体的な割合(重量%)は、例えば、鉄:約73%、サマリウム:約24%、窒素:約3%である。前記した原料のうち、希土類元素はサマリウムである。 Further, it is desirable to use samarium-iron-nitrogen permanent magnets as the permanent magnets 121b, 122b, 123b. The specific ratios (% by weight) of the raw materials of the permanent magnets 121b, 122b, 123b are, for example, iron: about 73%, samarium: about 24%, and nitrogen: about 3%. Among the above-mentioned raw materials, the rare earth element is samarium.

これに対して、従来のネオジム磁石では、鉄:約65%、ネオジム:約28%、ジスプロシウム:約5%、ボロン:約2%の割合のものが多く使用されていた。前記した原料のうち、希土類元素はネオジム及びジスプロシウムである。したがって、サマリウム‐鉄‐窒素系の永久磁石121b,122b,123bは、希土類元素の割合が従来のネオジム磁石よりも小さいため、市場動向の影響を受けにくく、生産性の向上につながるという利点がある。 On the other hand, in the conventional neodymium magnets, iron: about 65%, neodymium: about 28%, dysprosium: about 5%, and boron: about 2% were often used. Among the above-mentioned raw materials, rare earth elements are neodymium and dysprosium. Therefore, the samarium-iron-nitrogen permanent magnets 121b, 122b, and 123b have the advantage that they are less affected by market trends and lead to improved productivity because the proportion of rare earth elements is smaller than that of conventional neodymium magnets. ..

さらに、サマリウム‐鉄‐窒素系の永久磁石121b,122b,123bは、従来のネオジム磁石やフェライト磁石とは異なり、樹脂に練り込んで金型成形することが可能である。したがって、従来よりも永久磁石121b,122b,123bの加工精度を向上させ、その寸法ばらつきを小さくすることができる。また、金型成形の際に原料の無駄な部分が残っても再利用できるため、原料のロスがなくなり、製造コストを削減できる。 Further, unlike the conventional neodymium magnets and ferrite magnets, the samarium-iron-nitrogen permanent magnets 121b, 122b, and 123b can be kneaded into a resin and molded. Therefore, the processing accuracy of the permanent magnets 121b, 122b, 123b can be improved and the dimensional variation thereof can be reduced as compared with the conventional case. Further, since the waste portion of the raw material remains in the mold molding, it can be reused, so that the loss of the raw material is eliminated and the manufacturing cost can be reduced.

図1に示す永久磁石122bのz方向の長さは、可動子12の可動範囲Xの長さと補極CPのz方向の長さの和より大きくなるよう設定してある。これにより補極CPに対向する永久磁石122bの極性は一定となる。つまり一般的なリニアアクチュエータの様に補極CPに対向する永久磁石の極性が、N極、S極……N極と変化することはない。 The length of the permanent magnet 122b shown in FIG. 1 in the z direction is set to be larger than the sum of the length of the movable range X of the mover 12 and the length of the auxiliary pole CP in the z direction. As a result, the polarity of the permanent magnet 122b facing the auxiliary pole CP becomes constant. That is, unlike a general linear actuator, the polarity of the permanent magnet facing the auxiliary pole CP does not change from N pole, S pole ... N pole.

図4−1及び図4−2は、制振装置が備えるリニアアクチュエータ10の縦断正面図ある。 4-1 and 4-2 are vertical sectional front views of the linear actuator 10 included in the vibration damping device.

記載内容を図4−1及び図4−2を用いて詳述する。図4−1(a)に示すリニアアクチュエータ10においてz方向の長さを、磁気歯Tの長さTLが、可動子12の可動範囲Xよりも長く、かつ永久磁石122bの長さMLが磁気歯のピッチTPよりも大きい方が好ましい。図4−1(b)はコイル通電時の磁束の向きの一例である(説明のために可動子12を図示せず)。コア11aが磁極となるよう巻線11bに通電した場合の磁極配置を示している。各磁気歯TはそれぞれN極、S極となるが補極CPは隣接するコイルの通電向きが同一となるため、ニュートラルとなる。また、図4−1(c)は図4−1(b)の逆向きに巻線11bに通電した場合であり、各磁気歯TはS極、N極と反転できる。図4−2(d)は永久磁石の磁束の向きの一例である。本実施例のリニアアクチュエータ10は巻線11bの電流の向きの切り替えにより、磁力の吸引力を制御し推力を発生している。図4−2(e)はリニアアクチュエータ10の可動範囲の左端を、図4−2(f)は右端を示したものである。本実施例では可動子12の移動範囲左端・右端であっても2対の磁気歯T、補極CPの何れもが永久磁石122bに対向している。これにより、コイルに通電されていなくても(図4−2(d))、可動子が左端にあり永久磁束の磁束と電磁石の磁束が同ベクトルあっても(図4−2(e))、可動子が右端にあり永久磁束の磁束と電磁石の磁束が逆ベクトルであっても(図4−2(f))、いずれの場合も補極CPには同一向きの(図中は実線下向き矢印)の磁束の磁路となっている。 The description will be described in detail with reference to FIGS. 4-1 and 4-2. In the linear actuator 10 shown in FIG. 4-1 (a), the length in the z direction is such that the length TL of the magnetic tooth T is longer than the movable range X of the mover 12, and the length ML of the permanent magnet 122b is magnetic. It is preferably larger than the tooth pitch TP. FIG. 4-1 (b) is an example of the direction of the magnetic flux when the coil is energized (the mover 12 is not shown for explanation). The magnetic pole arrangement when the winding 11b is energized so that the core 11a becomes a magnetic pole is shown. Each magnetic tooth T has an N pole and an S pole, respectively, but the auxiliary pole CP is neutral because the energization directions of adjacent coils are the same. Further, FIG. 4-1 (c) shows a case where the winding 11b is energized in the opposite direction of FIG. 4-1 (b), and each magnetic tooth T can be inverted to the S pole and the N pole. FIG. 4-2 (d) is an example of the direction of the magnetic flux of the permanent magnet. The linear actuator 10 of this embodiment controls the attractive force of the magnetic force and generates thrust by switching the direction of the current of the winding 11b. FIG. 4-2 (e) shows the left end of the movable range of the linear actuator 10, and FIG. 4-2 (f) shows the right end. In this embodiment, both the two pairs of magnetic teeth T and the auxiliary pole CP face the permanent magnet 122b even at the left end and the right end of the moving range of the mover 12. As a result, even if the coil is not energized (Fig. 4-2 (d)), even if the mover is at the left end and the magnetic flux of the permanent magnetic flux and the magnetic flux of the electromagnet have the same vector (Fig. 4-2 (e)). Even if the mover is at the right end and the magnetic flux of the permanent magnetic flux and the magnetic flux of the electromagnet are inverse vectors (Fig. 4-2 (f)), they are in the same direction as the auxiliary pole CP (solid line downward in the figure). It is a magnetic path of magnetic flux (arrow).

図5は本実施例に係わるリニアアクチュエータの推力を示す実験結果である。横軸に可動子12の移動範囲、縦軸に推力を示している。従来は可動子の移動に伴い推力が変化している。最大推力は可動子12がセンタ(変位0mm)の時の180Nに対し、最少推力は可動子が左端にあるときの40Nである。つまり可動子12の移動に対しトルクリップルが140N発生している。つまり可動子の位置でリニアアクチュエータの特性が大きく異なるため制御しにくく、かつリニアアクチュエータそのものが振動源であった。本実施例では可動子12の移動に対し推力の変動は小さく、最大値で180N、最小値160Nと20Nしか変動しないため、制御しやすい静かなリニアアクチュエータである。なお、この時のz方向の固定子11の長さは80mm、磁気歯Tの長さは20mm、補極CPの長さは10mmである。 FIG. 5 is an experimental result showing the thrust of the linear actuator according to this embodiment. The horizontal axis shows the movement range of the mover 12, and the vertical axis shows the thrust. Conventionally, the thrust changes as the mover moves. The maximum thrust is 180N when the mover 12 is at the center (displacement 0 mm), while the minimum thrust is 40N when the mover is at the left end. That is, 140 N of torque ripple is generated with respect to the movement of the mover 12. That is, it is difficult to control because the characteristics of the linear actuator differ greatly depending on the position of the mover, and the linear actuator itself is the vibration source. In this embodiment, the fluctuation of the thrust is small with respect to the movement of the mover 12, and the maximum value is 180N and the minimum value is 160N and 20N. Therefore, it is a quiet linear actuator that is easy to control. At this time, the length of the stator 11 in the z direction is 80 mm, the length of the magnetic tooth T is 20 mm, and the length of the auxiliary pole CP is 10 mm.

図6は本実施例に係わるリニアアクチュエータの補極CPの幅とトルクリップルの関係を示す図である。
横軸に補極の割合、縦軸にトルクリップルの割合を示している。補極の割合とは、(補極CPの長さ)/(磁気歯Tの長さ)×100(%)とした。トルクリップルの割合とは、(トルクリップル)/(最大推力)×100(%)とした。上記の場合、補極の割合50%、トルクリップルの割合11%となる。
磁気歯Tを一定に補極CPを変化させたところ、補極の割合が10%であってもトルクリプルを低減できることがわかった。つまり補極CPの幅はわずかでも効果があり、固定子11の全体長さを大型化することなく、リニアアクチュエータ10の推力特性を一定化できる。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the width of the auxiliary pole CP of the linear actuator and the torque ripple according to this embodiment.
The horizontal axis shows the ratio of complementary poles, and the vertical axis shows the ratio of torque ripple. The ratio of the complementary pole was (length of complementary pole CP) / (length of magnetic tooth T) × 100 (%). The ratio of torque ripple was (torque ripple) / (maximum thrust) × 100 (%). In the above case, the ratio of complementary poles is 50% and the ratio of torque ripple is 11%.
When the compensating pole CP was changed constantly for the magnetic tooth T, it was found that the torque ripple could be reduced even if the commutating pole ratio was 10%. That is, even if the width of the auxiliary pole CP is small, it is effective, and the thrust characteristics of the linear actuator 10 can be made constant without increasing the overall length of the stator 11.

さらに、補極は図3に示すような電磁鋼板のプレス成型品であり、例えば補極CPの幅を2mm(上記の10%相当)の場合、市販されている0.50mm厚の電磁鋼板を用いれば4枚多めに重ねるだけで良い。つまり材料費も加工費も微々たるもので、コストアップすることなくリニアアクチュエータある。例えば10の推力特性を改善できた。 Further, the auxiliary pole is a press-molded product of an electromagnetic steel plate as shown in FIG. 3. For example, when the width of the auxiliary pole CP is 2 mm (corresponding to 10% of the above), a commercially available 0.50 mm thick electromagnetic steel plate is used. If you use it, you only need to stack 4 more sheets. In other words, the material cost and processing cost are insignificant, and there is a linear actuator without increasing the cost. For example, the thrust characteristics of 10 could be improved.

図7は本実施例に係わるリニアアクチュエータの機内磁束密度を示すコンター図である。補極CPの効果を確認するために、機内の磁束密度の解析結果を示す。磁束は可視化できないため、シミュレーション解析を用いた。シミュレーションには市販の磁界解析ソフト((株)JSOL製 JMAG−Designer)を用いた。 FIG. 7 is a contour diagram showing the in-machine magnetic flux density of the linear actuator according to this embodiment. In order to confirm the effect of the auxiliary pole CP, the analysis result of the magnetic flux density in the machine is shown. Since the magnetic flux cannot be visualized, simulation analysis was used. Commercially available magnetic field analysis software (JMAG-Designer manufactured by JSOL Corporation) was used for the simulation.

図7(a)は従来例の補極CPが無いモデル、図7(b)は本実施例の補極があるモデルである。メッシュ数などの解析条件における差をなくすために、解析モデルを統一してある。つまり図7(a)の補極部は材料を空気(補極が無い)に変更して解析している。
またこれらコンター図は図5における変位−10mm、つまり図4における可動子12が左端にある場合を示している。
図7(a)において固定子11の環状部Sの磁束密度が左右で異なっている(図中丸で囲った部位)。つまり、界磁の磁束と磁石に磁束が一致する側(図中右側)の環状部Sは磁気飽和しており、界磁の磁束と磁石の磁束が打消す側(図中左側)の環状部Sは磁気飽和しておらず、機内の磁束密度分布が不均一であることを示している。
一方、図7(b)において固定子11の環状部Sの磁束密度はほぼ同等である。また補極TSの環状部Sにも磁束が通っていることを確認できる。つまり補極CPの作用により機内の磁束密度分布を均一化していることが確認できた。
FIG. 7 (a) is a model without the auxiliary pole CP of the conventional example, and FIG. 7 (b) is a model with the auxiliary pole of the present embodiment. The analysis model is unified in order to eliminate the difference in the analysis conditions such as the number of meshes. That is, in the auxiliary pole portion of FIG. 7 (a), the material is changed to air (no auxiliary pole) for analysis.
Further, these contour diagrams show a case where the displacement -10 mm in FIG. 5, that is, the mover 12 in FIG. 4 is at the left end.
In FIG. 7A, the magnetic flux densities of the annular portion S of the stator 11 are different on the left and right (the portion circled in the figure). That is, the annular portion S on the side where the magnetic flux of the field magnet and the magnetic flux match the magnet (right side in the figure) is magnetically saturated, and the annular portion on the side where the magnetic flux of the field magnet and the magnetic flux of the magnet cancel each other (left side in the figure). S is not magnetically saturated, indicating that the magnetic flux density distribution in the machine is non-uniform.
On the other hand, in FIG. 7B, the magnetic flux densities of the annular portion S of the stator 11 are substantially the same. It can also be confirmed that the magnetic flux passes through the annular portion S of the auxiliary pole TS. In other words, it was confirmed that the magnetic flux density distribution in the machine was made uniform by the action of the auxiliary pole CP.

図8は本実施例に係わるリニアアクチュエータのコイル鎖交磁束の実験結果である。横軸に可動子12の移動範囲、縦軸に鎖交磁束を示している。無通電時(DC0A時)において、従来例と本実施例の差は小さい。しかし、通電時(DC1A通電時)において、従来例は変位が正方向に進むにつれ、直線から乖離し飽和していることがわかる。それに対し、本発明では可動子の移動に応じてほぼ一次直線的にコイルの鎖交磁束が変化している。つまり、本発明のリニアアクチュエータの誘起電圧をはじめとする諸特性は、可動子の移動に伴いほぼ一定の割合で変化することを意味する。これは可動子の位置とリニアアクチュエータの挙動のどちらかがわかれば、相関を演算できることを示す。つまり発明したリニアアクチュエータの可動子の位置センサを用いて制御する必要はなく、可動子の移動によって発生する誘起電圧などの物理量から可動子の位置を推定でき、いわゆるセンサレス制御しやすいリニアアクチュエータとなっている。 FIG. 8 shows the experimental results of the coil interlinkage magnetic flux of the linear actuator according to this embodiment. The horizontal axis shows the movement range of the mover 12, and the vertical axis shows the interlinkage magnetic flux. The difference between the conventional example and this embodiment is small when no power is applied (at DC0A). However, when energized (when DC1A is energized), it can be seen that in the conventional example, as the displacement advances in the positive direction, the displacement deviates from the straight line and becomes saturated. On the other hand, in the present invention, the interlinkage magnetic flux of the coil changes substantially linearly according to the movement of the mover. That is, it means that various characteristics such as the induced voltage of the linear actuator of the present invention change at a substantially constant rate with the movement of the mover. This indicates that the correlation can be calculated if either the position of the mover or the behavior of the linear actuator is known. In other words, it is not necessary to control using the position sensor of the mover of the invented linear actuator, and the position of the mover can be estimated from physical quantities such as the induced voltage generated by the movement of the mover, resulting in a so-called sensorless linear actuator. ing.

図9は、リニアアクチュエータ10を備える制振装置100の斜視図である。
制振装置100は、前記したリニアアクチュエータ10と、スプリング20と、を備える電磁サスペンションであり、「制振対象物」である外槽37の振動(つまり、洗濯機Wの振動:図11参照)を抑制する機能を有している。
FIG. 9 is a perspective view of the vibration damping device 100 including the linear actuator 10.
The vibration damping device 100 is an electromagnetic suspension including the linear actuator 10 and the spring 20 described above, and is a vibration of the outer tub 37 which is a “vibration damping object” (that is, vibration of the washing machine W: see FIG. 11). It has a function of suppressing.

図9に示すように、リニアアクチュエータ10の可動子12の一端は、洗濯機W(図11参照)の外槽37に接続され、他端は固定治具Jに接続されている。また、リニアアクチュエータ10の固定子11は、図示はしないが、別の固定治具(図示せず)によって、その移動が規制されている。したがって、洗濯機Wの外槽37がz方向に振動すると、それに伴って可動子12がz方向で往復し、可動子12と固定子11との相対的な位置関係が変化するようになっている。 As shown in FIG. 9, one end of the mover 12 of the linear actuator 10 is connected to the outer tub 37 of the washing machine W (see FIG. 11), and the other end is connected to the fixing jig J. Further, although the stator 11 of the linear actuator 10 is not shown, its movement is restricted by another fixing jig (not shown). Therefore, when the outer tub 37 of the washing machine W vibrates in the z direction, the mover 12 reciprocates in the z direction, and the relative positional relationship between the mover 12 and the stator 11 changes. There is.

スプリング20は、固定子11に弾性力を付与するバネであり、固定子11と固定治具Jとの間に介在している。図9に示すように、可動子12は、固定子11を貫通するとともに、スプリング20も貫通している。 The spring 20 is a spring that applies an elastic force to the stator 11, and is interposed between the stator 11 and the fixing jig J. As shown in FIG. 9, the mover 12 penetrates the stator 11 and also the spring 20.

図10は、制振装置100を備える洗濯機Wの斜視図である。
なお、制振装置100は、洗濯機Wの内部に設置されているため(図11参照)、図4では制振装置100を図示していない。
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、前記した制振装置100(図11参照)と、ベース31と、筐体32と、ドア33と、操作・表示パネル34と、排水ホースHと、を備えている。
FIG. 10 is a perspective view of the washing machine W provided with the vibration damping device 100.
Since the vibration damping device 100 is installed inside the washing machine W (see FIG. 11), the vibration damping device 100 is not shown in FIG.
The washing machine W shown in FIG. 10 is a drum-type washing machine and also has a function of drying clothes. The washing machine W includes the vibration damping device 100 (see FIG. 11), a base 31, a housing 32, a door 33, an operation / display panel 34, and a drain hose H.

ベース31は、筐体32を支持するものである。
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。前面カバー32bの中央付近には、衣類を出し入れする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、前記した投入口h1に設けられる開閉可能な蓋である。
The base 31 supports the housing 32.
The housing 32 includes left and right side plates 32a and 32a, a front cover 32b, a back cover 32c (see FIG. 11), and a top cover 32d. A circular input port h1 (see FIG. 11) for taking in and out clothes is formed near the center of the front cover 32b.
The door 33 is an openable / closable lid provided at the inlet h1 described above.

操作・表示パネル34は、電気スイッチ・操作スイッチ・表示器等が設けられたパネルであり、上面カバー32dに設置されている。
排水ホースHは、外槽37(図11参照)の洗濯水を排出するためのホースであり、外槽37に接続されている。
The operation / display panel 34 is a panel provided with an electric switch, an operation switch, a display, and the like, and is installed on the upper surface cover 32d.
The drain hose H is a hose for draining the washing water of the outer tub 37 (see FIG. 11), and is connected to the outer tub 37.

図11は、制振装置100を備える洗濯機Wの縦断面図である。
洗濯機Wは、前記した構成の他に、洗濯槽35と、リフタ36と、外槽37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の周壁及び底壁には、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。
FIG. 11 is a vertical cross-sectional view of the washing machine W provided with the vibration damping device 100.
In addition to the above-described configuration, the washing machine W includes a washing tub 35, a lifter 36, an outer tub 37, a drive mechanism 38, and a blower unit 39.
The washing tub 35 accommodates clothes and has a bottomed cylindrical shape. The washing tub 35 is contained in the outer tub 37 and is rotatably supported on the same axis as the outer tub 37. The peripheral wall and bottom wall of the washing tub 35 are provided with a large number of through holes (not shown) for water passage and ventilation. Further, the opening h2 of the washing tub 35 faces the closed door 33 together with the opening h3 of the outer tub 37.

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、これに限らない。すなわち、洗濯槽35の回転中心軸は、水平方向であってもよいし、また、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。
In the example shown in FIG. 11, the rotation center axis of the washing tub 35 is inclined so that the opening side is higher, but the present invention is not limited to this. That is, the rotation center axis of the washing tub 35 may be in the horizontal direction or in the vertical direction.
The lifter 36 lifts and drops clothes during washing and drying, and is installed on the inner peripheral wall of the washing tub 35.

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5に示すように、外槽37は、洗濯槽35を内包している。外槽37の左右には、リニアアクチュエータ10(固定子11・可動子12)及びスプリング20がそれぞれ設置されている。なお、図5では、左右のリニアアクチュエータ10の一方を図示している。 The outer tub 37 stores washing water and the like, and has a bottomed cylindrical shape. As shown in FIG. 5, the outer tub 37 includes a washing tub 35. Linear actuators 10 (stator 11 and mover 12) and springs 20 are installed on the left and right sides of the outer tank 37, respectively. Note that FIG. 5 shows one of the left and right linear actuators 10.

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。 Further, a drainage hole (not shown) is provided at the lowermost part of the bottom wall of the outer tank 37, and a drainage hose H is connected to this drainage hole. Then, the washing water is stored in the outer tub 37 in a state where the drain valve (not shown) provided in the drain hose H is closed, and the washing water is discharged by opening the drain valve. It has become like.

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38b(図7参照)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。 The drive mechanism 38 is a mechanism for rotating the washing tub 35, and is installed outside the bottom wall of the outer tub 37. The rotating shaft of the motor 38b (see FIG. 7) included in the drive mechanism 38 penetrates the bottom wall of the outer tub 37 and is connected to the bottom wall of the washing tub 35.

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(図示せず)及びファン(図示せず)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に送り込まれるようになっている。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。 The blower unit 39 blows warm air into the washing tub 35 and is arranged above the washing tub 35. The blower unit 39 includes a heater (not shown) and a fan (not shown). Then, the air heated by the heater is sent to the washing tub 35 by the fan. As a result, the clothes containing water are gradually dried in the washing tub 35.

図12は、制振装置100の構成図である。なお、図12では、左右の2つのリニアアクチュエータ10のうち一方を図示し、他方を省略している。また、図6に示す制振対象物Gは、洗濯機W(図11参照)の外槽37(図11参照)である。
制振装置100は、前記した構成(リニアアクチュエータ10及びスプリング20:図9参照)の他に、インバータ40と、電流検出器50と、推力調整部60と、を備えている。
FIG. 12 is a configuration diagram of the vibration damping device 100. In FIG. 12, one of the two left and right linear actuators 10 is illustrated, and the other is omitted. The vibration damping object G shown in FIG. 6 is the outer tub 37 (see FIG. 11) of the washing machine W (see FIG. 11).
The vibration damping device 100 includes an inverter 40, a current detector 50, and a thrust adjusting unit 60, in addition to the above-described configuration (linear actuator 10 and spring 20: see FIG. 9).

インバータ40は、整流回路F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アクチュエータ10の巻線11b(図2参照)に印加する電力変換器である。つまり、インバータ40は、前記した電圧指令Vに基づいて、リニアアクチュエータ10を駆動する機能を有している。
なお、インバータ40に直流電圧を印加する「直流電源」は、交流電源Eと、整流回路Fと、を含んで構成される。
The inverter 40 converts the DC voltage applied from the rectifying circuit F into a single-phase AC voltage based on the voltage command V * from the thrust adjusting unit 60, and converts this single-phase AC voltage into the winding 11b (winding 11b) of the linear actuator 10. It is a power converter applied to (see FIG. 2). That is, the inverter 40 has a function of driving the linear actuator 10 based on the voltage command V * described above.
The "DC power supply" that applies a DC voltage to the inverter 40 includes an AC power supply E and a rectifier circuit F.

図13は、制振装置100が備えるインバータ40を含む構成図である。
なお、図13では、左側のリニアアクチュエータを「リニアアクチュエータ10L」とし、右側のリニアアクチュエータを「リニアアクチュエータ10R」と記している。
図13に示す整流回路F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7に示すように、整流回路Fは、ダイオードD1〜D4がブリッジ接続されてなるダイオードブリッジ回路F1と、直列接続された2つの平滑コンデンサCと、を備えている。
FIG. 13 is a configuration diagram including an inverter 40 included in the vibration damping device 100.
In FIG. 13, the linear actuator on the left side is referred to as “linear actuator 10L”, and the linear actuator on the right side is referred to as “linear actuator 10R”.
The rectifier circuit F shown in FIG. 13 is a well-known voltage doubler rectifier circuit that converts an AC voltage applied from an AC power supply E into a DC voltage. As shown in FIG. 7, the rectifier circuit F includes a diode bridge circuit F1 in which diodes D1 to D4 are bridge-connected, and two smoothing capacitors C connected in series.

そして、ダイオードブリッジ回路F1から印加される電圧(脈流を含む直流電圧)が、平滑コンデンサC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ようになっている。
整流回路F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10参照)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。なお、駆動機構38は、インバータ38aと、モータ38bと、を備えている。
Then, the voltage applied from the diode bridge circuit F1 (DC voltage including pulsating current) is smoothed by the smoothing capacitor C, and a DC voltage corresponding to approximately twice the voltage of the AC power supply E is generated. ing.
The rectifier circuit F is connected to the inverter 40 via the wiring k1 on the positive side and the wiring k2 on the negative side, and is also connected to the inverter 38a of the drive mechanism 38 that rotates the washing tub 35 (see FIG. 10). There is. The drive mechanism 38 includes an inverter 38a and a motor 38b.

インバータ40は、前記した「直流電源」から印加される直流電圧を単相交流電圧に変換し、この単相交流電圧をリニアアクチュエータ10L,10Rの巻線11b(図2参照)に印加する三相フルブリッジインバータである。
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。
The inverter 40 converts the DC voltage applied from the above-mentioned "DC power supply" into a single-phase AC voltage, and applies this single-phase AC voltage to the windings 11b (see FIG. 2) of the linear actuators 10L and 10R. It is a full bridge inverter.
As shown in FIG. 13, the inverter 40 includes a first leg including switching elements SW1 and SW2, a second leg including switching elements SW3 and SW4, and a third leg including switching elements SW5 and SW6. Are connected in parallel. As these switching elements SW1 to SW6, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) can be used. A freewheeling diode D is connected in antiparallel to each of the switching elements SW1 to SW6.

また、スイッチング素子SW1,SW2の接続点は、配線k3を介して、リニアアクチュエータ10Lの巻線11b(図2参照)に接続されている。つまり、三相のインバータ40の一相分に対応するレグが、左側(一方)のリニアアクチュエータ10Lに接続されている。 Further, the connection points of the switching elements SW1 and SW2 are connected to the winding 11b (see FIG. 2) of the linear actuator 10L via the wiring k3. That is, the leg corresponding to one phase of the three-phase inverter 40 is connected to the linear actuator 10L on the left side (one side).

また、スイッチング素子SW5,SW6の接続点は、配線k5を介して、リニアアクチュエータ10Rの巻線11b(図2参照)に接続されている。つまり、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(他方)のリニアアクチュエータ10Lに接続されている。 Further, the connection points of the switching elements SW5 and SW6 are connected to the winding 11b (see FIG. 2) of the linear actuator 10R via the wiring k5. That is, another leg corresponding to one phase of the three-phase inverter 40 is connected to the linear actuator 10L on the right side (the other side).

また、スイッチング素子SW3,SW4の接続点は、配線k4を介してリニアアクチュエータ10Lの巻線11b(図2参照)に接続されるとともに、この配線k4を介してリニアアクチュエータ10Rの巻線11bにも接続されている。つまり、3相のインバータ40の残りのレグが、左側(一方)のリニアアクチュエータ10L、及び右側(他方)のリニアアクチュエータ10Rに接続されている。 Further, the connection points of the switching elements SW3 and SW4 are connected to the winding 11b (see FIG. 2) of the linear actuator 10L via the wiring k4, and also to the winding 11b of the linear actuator 10R via the wiring k4. It is connected. That is, the remaining legs of the three-phase inverter 40 are connected to the linear actuator 10L on the left side (one side) and the linear actuator 10R on the right side (the other side).

このように、左右のリニアアクチュエータ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制御(Pulse Width Modulation)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、リニアアクチュエータ10L,10Rの巻線11b(図2参照)に単相交流電圧が印加されるようになっている。 In this way, the cost of the inverter 40 can be reduced by sharing the left and right as one inverter 40 instead of separately providing the inverters corresponding to the left and right linear actuators 10L and 10R. Then, by controlling the on / off of the switching elements SW1 to SW6 based on PWM control (Pulse Width Modulation), a single-phase AC voltage is applied to the windings 11b (see FIG. 2) of the linear actuators 10L and 10R. It has become so.

電流検出器50は、リニアアクチュエータ10L,10Rに通電される電流を検出するものであり、配線k4に設けられている。つまり、電流検出器50によって、リニアアクチュエータ10L,10Rの巻線11b(図2参照)に流れる電流が検出される。 The current detector 50 detects the current applied to the linear actuators 10L and 10R, and is provided in the wiring k4. That is, the current detector 50 detects the current flowing through the windings 11b (see FIG. 2) of the linear actuators 10L and 10R.

図6に示す推力調整部60は、図示はしないが、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。 Although not shown, the thrust adjusting unit 60 shown in FIG. 6 includes electronic circuits such as a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and various interfaces. Then, the program stored in the ROM is read out and expanded in the RAM, and the CPU executes various processes.

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、リニアアクチュエータ10の推力を調整する機能を有している。つまり、推力調整部60は、前記した電流iに基づいて所定の電圧指令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。詳細については後記するが、外槽37(図5参照)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、推力調整部60がリニアアクチュエータ10の推力を調整するようになっている。 The thrust adjusting unit 60 has a function of adjusting the thrust of the linear actuator 10 by driving the inverter 40 based on the current i detected by the current detector 50. That is, the thrust adjusting unit 60 generates a predetermined voltage command V * based on the current i described above, and switches the switching elements SW1 to SW6 on and off based on the voltage command V *. Details will be described later, but when the relative positions of the mover 12 and the stator 11 change due to the vibration of the outer tank 37 (see FIG. 5), the thrust adjusting unit 60 cancels this change with the linear actuator 10. It is designed to adjust the thrust of.

ここで、外槽37の振動(つまり、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5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。 Here, the vibration of the outer tub 37 (that is, the vibration of the washing machine W) will be briefly described. During washing, rinsing, and drying, the washing tub 35 is rotated at a low speed by the drive mechanism 38 shown in FIG. 5, and the tumbling operation of lifting and dropping the clothes collected on the bottom of the washing tub 35 by the lifter 36 is repeated. Further, during dehydration, the washing tub 35 rotates at high speed, and centrifugal dehydration is performed to push out the moisture of the clothes by the centrifugal force due to the rotation.

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。 In a conventional washing machine, the amplitude of vibration of the washing tub 35 often increases due to the reaction force of falling clothes during washing, rinsing, and drying. Further, in the conventional washing machine, vibration and noise are often generated in the washing machine W due to the bias of the position of clothes during dehydration. In this way, the way the washing machine W vibrates changes from moment to moment depending on various conditions such as washing, rinsing, drying, and dehydration, in addition to the amount and position of clothes in the washing tub 35 and the water content. The vibration propagates to the outer tank 37.

<効果>
第1実施形態によれば、推力調整部60は、リニアアクチュエータ10に流れる電流iに基づいて、外槽37の振動を打ち消すように推力を発生させる。これによって、制振装置100は、比較的簡素な方法で、外槽37の振動を適切に抑制できる。
<Effect>
According to the first embodiment, the thrust adjusting unit 60 generates a thrust so as to cancel the vibration of the outer tank 37 based on the current i flowing through the linear actuator 10. As a result, the vibration damping device 100 can appropriately suppress the vibration of the outer tank 37 by a relatively simple method.

また、第1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、リニアアクチュエータ10は、その構成要素(固定子11・可動子12)の損傷や摩耗がほとんど発生しないため、制振装置100の耐久性を高めることができる。 Further, according to the first embodiment, it is not necessary to provide a position sensor for detecting the position of the mover 12, so that the cost of the washing machine W can be reduced. Further, since the linear actuator 10 hardly causes damage or wear of its components (stator 11 and mover 12), the durability of the vibration damping device 100 can be improved.

また、左右のリニアアクチュエータ10L,10R(図7参照)に印加される単相交流電圧が、一つのインバータ40によって生成される。したがって、左右のリニアアクチュエータ10L,10Rに対応して別々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。 Further, the single-phase AC voltage applied to the left and right linear actuators 10L and 10R (see FIG. 7) is generated by one inverter 40. Therefore, the cost of the washing machine W can be reduced as compared with the configuration in which the inverters are separately provided corresponding to the left and right linear actuators 10L and 10R.

また、サマリウム‐鉄‐窒素系の永久磁石121b,122b,123b(図1参照)を用いることで、前記したように、ネオジム磁石を用いる従来技術と比較して、永久磁石121b,122b,123bの低コスト化を図ることができる。したがって、洗濯機Wの製造コストを削減できる。 Further, by using the Samalium-iron-nitrogen permanent magnets 121b, 122b, 123b (see FIG. 1), as described above, the permanent magnets 121b, 122b, 123b can be compared with the conventional technique using the neodymium magnet. Cost reduction can be achieved. Therefore, the manufacturing cost of the washing machine W can be reduced.

≪第1実施形態の変形例≫
第1実施形態では、推力調整部60における電流比例ゲインKpが一定であるものとして説明したが、この電流比例ゲインKpの大きさを変えることによって、リニアアクチュエータ10の粘性係数C[Ns/m]を変化させしてもよい。この粘性係数Cを変化させる方法について説明する。
<< Modified example of the first embodiment >>
In the first embodiment, the current proportional gain Kp in the thrust adjusting unit 60 has been described as being constant, but by changing the magnitude of the current proportional gain Kp, the viscosity coefficient C [Ns / m] of the linear actuator 10 is changed. May be changed. A method of changing the viscosity coefficient C will be described.

電磁サスペンションである制振装置100の運動方程式は、以下の式(1)で表される。なお、式(1)に示すF[N]は、制振装置100で発生する力(つまり、リニアアクチュエータ10の推力)である。また、x[m]は、可動子12の位置である。 The equation of motion of the vibration damping device 100, which is an electromagnetic suspension, is expressed by the following equation (1). Incidentally, F D [N] shown in equation (1) is a force generated by the vibration damping device 100 (i.e., the thrust of the linear actuator 10). Further, x [m] is the position of the mover 12.

Figure 0006877263
Figure 0006877263

また、リニアアクチュエータ10の推力の運動方程式は、式(2)で表される。なお、F[N]はリニアアクチュエータ10の推力であり、Ke[N/A]はリニアアクチュエータ10のモータ定数である。また、I[A]は巻線11b(図2参照)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。 The equation of motion of the thrust of the linear actuator 10 is expressed by the equation (2). FL [N] is the thrust of the linear actuator 10, and Ke [N / A] is the motor constant of the linear actuator 10. Further, I [A] is a current flowing through the winding 11b (see FIG. 2), and V [V] is a voltage applied to the winding 11b. Further, R [Ω] is the resistance of the winding 11b, and φ [T] is the magnetic flux generated in the winding 11b.

Figure 0006877263
Figure 0006877263

ここで、式(1)の力Fと、式(2)の推力Fと、は等価であるため、以下の式(3)が導かれる。なお、C[N・m/rad]は、リニアアクチュエータ10の粘性係数である。 Here, the force F D of the formula (1), since the thrust F L of formula (2), are equivalent, the following equation (3) is derived. C [Nm / rad] is the viscosity coefficient of the linear actuator 10.

Figure 0006877263
Figure 0006877263

図14Aは、粘性係数Cが一定であるオイル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。
なお、図14Aの実験では、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14Bも同様)。
FIG. 14A is an experimental result showing changes in the rotation speed of the washing tub 35 and the displacement (vibration) of the outer tub 37 in a comparative example using an oil damper having a constant viscosity coefficient C.
In the experiment of FIG. 14A, the washing tub 35 was rotated with 1 kg of clothes placed in a biased predetermined position in the washing tub 35 (the same applies to FIG. 14B).

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50[min−1]の回転速度において外槽37の振幅が一旦減少し、約100[min−1]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、105〜170[min−1]の回転速度において外槽37の振幅が増加し、200[min−1]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。 As shown in FIG. 14A, the amplitude of the outer tub 37 changes as the rotation speed of the washing tub 35 increases. Specifically, when the rotation speed of the washing tub 35 is increased from zero, the amplitude of the outer tub 37 once decreases at a rotation speed of about 50 [min -1 ], and at a rotation speed of about 100 [min -1 ]. The amplitude of the outer tank 37 suddenly increases to the maximum amplitude. Further, the amplitude of the outer tub 37 increases at a rotation speed of 105 to 170 [min -1 ], and in the region of 200 [min -1 ] or more, the amplitude of the outer tub 37 increases as the rotation speed of the washing tub 35 increases. Is getting smaller.

図14Bは、第2実施形態において、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。
図14Bに示す実験では、洗濯槽35の回転速度を大きいほど(つまり、外槽37の振動周波数fが高いほど)、リニアアクチュエータ10の粘性係数Cを小さくするようにした。
図14Bに示すように、洗濯槽35の回転速度が約100[min−1]のときの外槽37の最大振幅は約5mmであり、図12Aに示す比較例の最大振幅(約10mm)の半分程度になっている。また、洗濯槽35の回転速度が500[min−1]以上の領域では、外槽37の振幅が1mm程度になっている。このように、第2実施形態によれば、粘性係数Cを可変制御することによって、第1実施形態よりも外槽37の振動を効果的に抑制できる。
FIG. 14B is an experimental result showing changes in the rotation speed of the washing tub 35 and the displacement (vibration) of the outer tub 37 in the second embodiment.
In the experiment shown in FIG. 14B, the higher the rotation speed of the washing tub 35 (that is, the higher the vibration frequency f of the outer tub 37), the smaller the viscosity coefficient C of the linear actuator 10.
As shown in FIG. 14B, the maximum amplitude of the outer tub 37 when the rotation speed of the washing tub 35 is about 100 [min -1 ] is about 5 mm, which is the maximum amplitude (about 10 mm) of the comparative example shown in FIG. 12A. It is about half. Further, in the region where the rotation speed of the washing tub 35 is 500 [min -1 ] or more, the amplitude of the outer tub 37 is about 1 mm. As described above, according to the second embodiment, by variably controlling the viscosity coefficient C, the vibration of the outer tank 37 can be suppressed more effectively than in the first embodiment.

また、各実施形態では、固定子11(図9参照)と固定治具Jとの間にスプリング20を設ける構成について説明したが、これに限らない。例えば、スプリング20に代えて、ゴムや油圧を利用した機構を適用してもよい。 Further, in each embodiment, the configuration in which the spring 20 is provided between the stator 11 (see FIG. 9) and the fixing jig J has been described, but the present invention is not limited to this. For example, instead of the spring 20, a mechanism using rubber or hydraulic pressure may be applied.

また、各実施形態では、制振対象物である外槽37に可動子12が接続される構成について説明したが、これに限らない。すなわち、固定子11及び可動子12の一方を制振対象物に接続し、磁気的な吸引力・反発力によって、固定子11と可動子12との相対位置を変化させるようにしてもよい。 Further, in each embodiment, the configuration in which the mover 12 is connected to the outer tank 37, which is the vibration damping target, has been described, but the present invention is not limited to this. That is, one of the stator 11 and the mover 12 may be connected to the vibration damping object, and the relative positions of the stator 11 and the mover 12 may be changed by a magnetic attraction / repulsion force.

また、各実施形態では、制振装置100等によって洗濯機Wの制振を行う構成について説明したが、これに限らない。例えば、エアコンや冷蔵庫等の家電製品の他、鉄道車両や自動車等にも各実施形態を適用できる。
また、各実施形態では、単相交流電力でリニアアクチュエータ10を駆動する構成について説明したが、例えば、3相交流電力でリニアアクチュエータ10を駆動させてもよい。
Further, in each embodiment, the configuration in which the washing machine W is vibration-damped by the vibration-damping device 100 or the like has been described, but the present invention is not limited to this. For example, in addition to home appliances such as air conditioners and refrigerators, each embodiment can be applied to railway vehicles, automobiles, and the like.
Further, in each embodiment, the configuration for driving the linear actuator 10 with single-phase AC power has been described, but for example, the linear actuator 10 may be driven with three-phase AC power.

また、実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。
Further, the embodiments are described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those including all the configurations described. Further, it is possible to add / delete / replace a part of the configuration of the embodiment with another configuration.
In addition, the above-mentioned mechanism and configuration show what is considered necessary for explanation, and do not necessarily show all the mechanisms and configurations in the product.

100 制振装置
10 リニアアクチュエータ
10L リニアアクチュエータ(一方のリニアアクチュエータ)
10R リニアアクチュエータ(他方のリニアアクチュエータ)
11 固定子
12 可動子
121b,122b,123b 永久磁石
20 スプリング
35 洗濯槽
37 外槽(制振対象物)
38 駆動機構
40 インバータ
50 電流検出器
60, 推力調整部
G 制振対象物
W 洗濯機
CP 補極
100 Vibration damping device 10 Linear actuator 10L Linear actuator (one linear actuator)
10R linear actuator (the other linear actuator)
11 Stator 12 Movable elements 121b, 122b, 123b Permanent magnet 20 Spring 35 Washing tub 37 Outer tub (vibration damping object)
38 Drive mechanism 40 Inverter 50 Current detector 60, Thrust adjustment unit G Vibration control target W Washing machine CP Auxiliary pole

Claims (7)

固定子及び該固定子に対向して移動する可動子を備えるリニアアクチュエータにおいて、
前記固定子は界磁コイルを有し、前記界磁コイルが巻かれた磁気歯の間に補極が備えられ、前記可動子は永久磁石を有し
前記固定子は、縦断面視で環状を呈し、磁気回路を構成する環状部を有し、前記環状部内を前記可動子が移動する前記可動子の移動範囲において、前記補極に対向する前記永久磁石の磁極が一定であることを特徴とするリニアアクチュエータ。
In a linear actuator including a stator and a mover that moves in opposition to the stator.
The stator has a field coil , an auxiliary pole is provided between the magnetic teeth around which the field coil is wound, and the mover has a permanent magnet .
The stator exhibits an annular shape in a vertical cross-sectional view, has an annular portion constituting a magnetic circuit, and is permanently opposed to the auxiliary pole in the movement range of the actuator in which the mover moves in the annular portion. A linear actuator characterized in that the magnetic poles of a magnet are constant.
請求項1記載のリニアアクチュエータにおいて、
前記界磁コイルが巻挿された磁気歯部の長さTが、前記リニアアクチュエータの可動範囲Xよりも長く、
永久磁石の長さMが前記磁気歯部のピッチTよりも大きいことを特徴とするリニアアクチュエータ。
In the linear actuator according to claim 1,
The length TL of the magnetic tooth portion into which the field coil is wound is longer than the movable range X of the linear actuator.
Linear actuator length M L of the permanent magnet is equal to or larger than the pitch T P of the magnetic teeth.
請求項1または請求項2記載のリニアアクチュエータを具備し、
前記リニアアクチュエータは制振対象物に接続され、
前記リニアアクチュエータを駆動するインバータと、
前記リニアアクチュエータに通電さ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き、
前記インバータを駆動することによって、
前記リニアアクチュエータの推力を調整する推力調整部を備える
ことを特徴とする制振装置。
The linear actuator according to claim 1 or 2 is provided.
The linear actuator is connected to the vibration damping object and
The inverter that drives the linear actuator and
A current detector that detects the current applied to the linear actuator, and
Based on the current detected by the current detector
By driving the inverter
A vibration damping device including a thrust adjusting unit that adjusts the thrust of the linear actuator.
単相交流電力で駆動する一対の前記リニアアクチュエータを備え、
前記インバータは、3相フルブリッジインバータであり、
前記3相フルブリッジインバータの1相分に対応するレグが、一方の前記リニアアクチュエータ接続され、
前記3相フルブリッジインバータの1相分に対応するレグが、一方及び他方の前記リニアアクチュエータに接続される
ことを特徴とする請求項3記載の制振装置。
Equipped with the pair of linear actuators driven by single-phase AC power,
The inverter is a three-phase full bridge inverter.
The leg corresponding to one phase of the three-phase full bridge inverter is connected to one of the linear actuators.
The vibration damping device according to claim 3, wherein a leg corresponding to one phase of the three-phase full-bridge inverter is connected to one and the other linear actuator.
前記リニアアクチュエータの前記永久磁石は、
サマリウム‐鉄‐窒素系の永久磁石であることを特徴とする請求項1に記載の制振装置。
The permanent magnet of the linear actuator
The vibration damping device according to claim 1, wherein the permanent magnet is a samarium-iron-nitrogen system.
前記リニアアクチュエータと弾性体とを有することを特徴とする請求項1に記載の制振装置。 The vibration damping device according to claim 1, further comprising the linear actuator and an elastic body. 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、
制振対象物である前記外槽に接続されるリニアアクチュエータと、を備え、
前記リニアアクチュエータは、固定子及び該固定子に対向して移動する可動子を備え、
前記固定子は界磁コイルを有し、前記界磁コイルが巻かれた磁気歯の間に補極が備えられ、前記可動子は永久磁石を有し
前記固定子は、縦断面視で環状を呈し、磁気回路を構成する環状部を有し、前記環状部内を前記可動子が移動する前記可動子の移動範囲において、前記補極に対向する前記永久磁石の磁極が一定であることを特徴とする洗濯機。
A washing tub for storing clothes and
An outer tub containing the washing tub and
The drive mechanism that rotates the washing tub and
A linear actuator connected to the outer tank, which is a vibration damping object, is provided.
The linear actuator comprises a stator and a mover that moves against the stator.
The stator has a field coil , an auxiliary pole is provided between the magnetic teeth around which the field coil is wound, and the mover has a permanent magnet .
The stator exhibits an annular shape in a vertical cross-sectional view, has an annular portion constituting a magnetic circuit, and is permanently opposed to the auxiliary pole in the movement range of the mover in which the mover moves in the annular portion. A washing machine characterized in that the magnetic poles of magnets are constant.
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