JP4837020B2 - 永久磁石モータおよび洗濯機 - Google Patents

Description

本発明は、回転子のコア内部に複数の永久磁石を備えた永久磁石モータおよび当該永久磁石モータを備えた洗濯機に関する。

この種の永久磁石モータでは、当該永久磁石モータにより駆動する負荷（例えばドラム式洗濯乾燥機のドラム）に応じて、固定子巻線に鎖交する永久磁石の磁束量（鎖交磁束量）を適正に調整することが望まれている。
ところが、永久磁石モータに備えられる永久磁石は１種類で構成されることが一般的であり、従って、永久磁石の磁束量が常に一定となる。この場合、例えば、保磁力が大きい永久磁石のみで構成すると、高速回転時の永久磁石による誘導電圧が極めて高くなり電子部品の絶縁破壊などを招くおそれがある。一方、保磁力が小さい永久磁石のみで構成すると、低速回転時の出力が低下してしまう。

そこで、例えば、特許文献１に記載の永久磁石モータでは、回転子のコア内部に保磁力が異なる２種類の永久磁石を配設し、そのうち、保磁力が小さい永久磁石の磁化状態を、電機子反作用による外部磁界（固定子巻線に流れる電流により発生する磁界）にて減磁または増磁させることにより、永久磁石の磁束量を調整するようにしている。
特開２００６−２８０１９５号公報

特許文献１に記載の永久磁石モータでは、回転子のコア内部において、１磁極を構成する部分に保磁力が大きい永久磁石と小さい永久磁石の双方が配設されている。つまり、１磁極を複数種類の永久磁石により形成する構成となっていることから、永久磁石が多数となり且つそれぞれの永久磁石の体積を小さくする必要があり、構造が複雑となる。そこで、近年では、保磁力が異なる２種類の永久磁石を１磁極当たり１種類ずつ交互に配置し、構造を簡素化した構成の永久磁石モータが考えられている。

しかしながら、保磁力が異なる２種類の永久磁石を１磁極当たり１種類ずつ交互に配置した構成の永久磁石モータでは、保磁力が大きい磁石と保磁力が小さい磁石との構成比が１：１となる。また、保磁力が小さい永久磁石の残留磁束密度は、保磁力が大きい永久磁石の残留磁束密度よりも小さい。そのため、永久磁石モータ全体の総磁束量は、保磁力が大きい永久磁石のみで構成した場合と比較して、著しく低下してしまう。

ここで、複数の永久磁石のうち保磁力が小さい永久磁石の割合を適度に低くすれば、永久磁石モータ全体の総磁束量を増加させることができる。しかし、１磁極当たり１種類の永久磁石を配置した構成の永久磁石モータでは、磁束量の不均一化が起こってしまう。そのため、トルクリップルやコギングトルクが増大し、騒音や振動の原因となる。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動する負荷に応じた永久磁石の磁束量の調整を、保磁力が異なる複数種類の永久磁石を１磁極当たり１種類の永久磁石を用いる簡素な構成にて実現するものにおいて、保磁力が小さい永久磁石の割合を低くしたとしても、トルクリップルやコギングトルクの発生を抑えることができる永久磁石モータおよび当該永久磁石モータを備えた洗濯機を提供することにある。

本発明の請求項１記載の永久磁石モータは、回転子のコア内部に複数の磁極を形成する永久磁石を備え、固定子に各相の巻線に対応した磁極歯を備え、制御部によって駆動が制御される永久磁石モータにおいて、前記永久磁石は、保磁力が異なる複数種類の永久磁石から構成され、１磁極当たり１種類となるように且つほぼ環状に配置されているとともに、前記回転子における相対的に保磁力が小さい永久磁石が配置される間隔と、前記固定子における同相の巻線に対応した磁極歯相互の間隔とが異なるように構成され、前記永久磁石のうち相対的に保磁力が小さい永久磁石の磁化状態を前記制御部によって切り換えられるように構成したことに特徴を有している。

本発明の請求項９記載の洗濯機は、請求項１ないし８の何れかに記載の永久磁石モータと、この永久磁石モータの駆動を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記永久磁石のうち相対的に保磁力が小さい永久磁石の磁化状態を切り換えられるように構成したことに特徴を有している。

本発明の請求項１記載の永久磁石モータによれば、保磁力が異なる複数種類の永久磁石（残留磁束密度が異なる永久磁石）を異なる割合で配置したとしても、磁束量の不均一化の発生を抑えることができ、従って、大小の保磁力を有する永久磁石を交互に配置しないことにより発生するトルクリップルやコギングトルクの発生を抑えることができる。

本発明の請求項９記載の洗濯機によれば、永久磁石の磁束量を効率よく調整することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１ないし図１２を参照しながら説明する。図１は、永久磁石モータ１（アウタロータ型ブラシレスモータ）の全体構成を概略的に示す斜視図である。永久磁石モータ１は、固定子２と、これの外周に設けた回転子３とから構成されている。

固定子２は、図２にも示すように、固定子コア４と固定子巻線５とから構成されている。固定子コア４は、打ち抜き形成した軟磁性体であるケイ素鋼板を多数枚積層し且つかしめることにより構成したもので、環状のヨーク部４ａと、当該ヨーク部４ａの外周部から放射状に突出する多数のティース部４ｂ（磁極歯に相当）とを有している。固定子コア４の表面は、回転子３の内周面との間に空隙を形成する外周面４ｃ（各ティース部４ｂの先端面）を除き、ＰＥＴ樹脂（モールド樹脂）により覆われている。また、このＰＥＴ樹脂から成る複数の取付部６が、固定子２の内周部に一体的に成形されている。これら取付部６には複数のねじ穴６ａが設けられており、これら取付部６をねじ止めすることで、固定子２が、この場合、ドラム式洗濯乾燥機２１の水槽２５（図１１参照）の背面に固着されるようになっている。固定子巻線５は三相からなり、各ティース部４ｂに巻装されている。

回転子３は、図３にも示すように、フレーム７と回転子コア８と複数の永久磁石９とを図示しないモールド樹脂により一体化した構成となっている。フレーム７は、磁性体である例えば鉄板をプレス加工することにより扁平な有底円筒状に形成したもので、円形の主板部７ａと、この主板部７ａの外周部から段部７ｂを経て起立する環状の周側壁７ｃとを有する。主板部７ａの中心部には、回転軸２６（図１１参照）を取り付けるための軸取付部１０が設けられており、この軸取付部１０と段部７ｂとの間には、複数の通風孔１１およびリブ１２が軸取付部１０を中心に放射状に形成されている。

回転子コア８は、ほぼ環状に打ち抜き形成した軟磁性体であるケイ素鋼板を多数枚積層し且つかしめることにより構成したもので、フレーム７の周側壁７ｃの内周部に配置されている。この回転子コア８の内周面（固定子２の外周面（固定子コア４の外周面４ｃ）と対向し当該固定子２との間に空隙を形成する面）は、内方に向けて円弧状に突出する複数の凸部８ａを有した凹凸状に形成されている。

図４にも示すように、これら複数の凸部８ａの内部には、回転子コア８を軸方向（ケイ素鋼板の積層方向）に貫通する複数（この場合４８個、図４では５個のみ示す）の矩形状に開口した挿入穴１３が形成されており、これら複数の挿入穴１３が回転子コア８において環状に配置された構成となっている。この場合、挿入穴１３は、その短辺方向（永久磁石モータ１の径方向）の寸法が２．１ｍｍ、長辺方向（永久磁石モータ１の周方向）の寸法が１２．０ｍｍ、深さ方向（永久磁石モータ１の前後方向）の寸法が１９．０ｍｍとなっている。これら複数の挿入穴１３は、回転子コア８の周方向に沿って配置されている。

永久磁石９は、矩形状をなしており、上記した複数の挿入穴１３内にそれぞれ挿入され、その周側部のほぼ全域が軟磁性体の回転子コア８（挿入穴１３部分）によって囲まれ保持された状態となっている。これら永久磁石９は、この場合、保磁力が大きい高保磁力永久磁石であるネオジム磁石９ａと、保磁力が小さい低保磁力永久磁石であるサマコバ磁石９ｂ（サマリウム・コバルト磁石）とから構成されている。即ち、永久磁石９ａ，９ｂは、各々希土類磁石であるネオジム磁石，サマコバ磁石で構成されている。なお、図中、白抜きで示す永久磁石がネオジム磁石９ａであり、網掛けで示す永久磁石がサマコバ磁石９ｂである。

この場合、ネオジム磁石９ａの保磁力は約９００ｋＡ／ｍ、サマコバ磁石９ｂの保磁力は約２００〜５００ｋＡ／ｍであり、保磁力が１．８〜４．５倍程度異なっている。即ち、永久磁石９は、保磁力が異なる２種類の永久磁石９ａ，９ｂから構成されている。そして、これら永久磁石９ａ，９ｂは、回転子コア８内部においてほぼ環状に、且つ、これら２種類の永久磁石９ａ，９ｂのうち相対的に保磁力が大きいネオジム磁石９ａと相対的に保磁力が小さいサマコバ磁石９ｂとが隣接する境界が電気的に同位相とならないように配置されている。

ここで、永久磁石モータ１は、この場合、４８極／３６スロット構成となっており、６スロット当たりでは８極が対応する（８極／６スロット構成）。そして、図５に示すように、永久磁石９は、この場合、ネオジム磁石９ａを５個，サマコバ磁石９ｂを１個，ネオジム磁石９ａを１個，サマコバ磁石９ｂを１個という順に配列された８個の永久磁石を１組として、この組を永久磁石モータ１（回転子３）全体では６組並べた構成となっている。このような構成では、保磁力が大きいネオジム磁石９ａと保磁力が小さいサマコバ磁石９ｂとの構成比率が３：１となる。即ち、２種類の永久磁石９ａ，９ｂは、それぞれの極数が異なっている。また、２種類の永久磁石９ａ，９ｂの構成比率は、相対的に保磁力が小さいサマコバ磁石９ｂよりも相対的に保磁力が大きいネオジム磁石９ａの方が多くなるように設定されている。

これに対して、図６には、保磁力が異なる２種類の永久磁石９ａ，９ｂを１磁極当たり１種類ずつ交互に配置した構成を示している。このような構成では、保磁力が大きいネオジム磁石９ａと保磁力が小さいサマコバ磁石９ｂとの構成比率が１：１となる。

ここで、保磁力が小さいサマコバ磁石９ｂの残留磁束密度は、保磁力が大きいネオジム磁石９ａの残留磁束密度よりも小さい。そのため、図５に示す本実施形態の永久磁石モータ１の構成（保磁力が大きいネオジム磁石９ａと保磁力が小さいサマコバ磁石９ｂとの構成比率を３：１とした構成）によれば、永久磁石モータ１の総磁束量は、構成比率を１：１とした構成（図６参照）に比べて増加する。

次に、ネオジム磁石９ａとサマコバ磁石９ｂとが隣接する境界が電気的に同位相とならないように配置した理由について説明する。図７は、保磁力が大きいネオジム磁石９ａと保磁力が小さいサマコバ磁石９ｂとの構成比率を１：１とした構成（図６参照）から単純にサマコバ磁石９ｂを間引きした構成、即ち、保磁力が小さいサマコバ磁石９ｂの数を半分にし且つ等間隔を有して配置した構成を示している。この場合、ネオジム磁石９ａとサマコバ磁石９ｂとの構成比率は３：１となっている。

ここで、このような構成における永久磁石モータ１の誘起電圧について図８を参照して説明する。なお、説明を簡易化するために、ネオジム磁石９ａの磁束量を１００としたとき、サマコバ磁石９ｂの磁束量を８０とする。また、以下の説明における誘起電圧の値は、この磁束量に基づく相対値として表している。

まず、回転子３が、図８（ａ）に示す位置（位置１）にあるときは、固定子巻線５のうちＵ相コイルＵ１で発生する誘起電圧（実効値）は、このとき当該Ｕ相コイルＵ１に主として対向する１個のサマコバ磁石９ｂの磁束で作られるため８０である。また、Ｕ相コイルＵ２で発生する誘起電圧も、このとき当該Ｕ相コイルＵ２に主として対向する１個のサマコバ磁石９ｂの磁束で作られるため８０となる。即ち、この場合、Ｕ相コイル全体の誘起電圧は、Ｕ相コイルＵ１，Ｕ２における誘起電圧を平均化して８０となる。

次に、回転子３が、図８（ｂ）に示す位置（位置２）にあるときは、Ｕ相コイルＵ１で発生する誘起電圧は、このとき当該Ｕ相コイルＵ１に主として対向する１個のネオジム磁石９ａの磁束で作られるため１００である。また、Ｕ相コイルＵ２で発生する誘起電圧も、このとき当該Ｕ相コイルＵ２に主として対向する１個のネオジム磁石９ａの磁束で作られるため１００となる。即ち、この場合、Ｕ相コイル全体の誘起電圧は、Ｕ相コイルＵ１，Ｕ２における誘起電圧を平均化して１００となる。このように、回転子３が位置１から位置２に回転する過程で、Ｕ相コイルに発生する誘起電圧が８０から１００に変化する。そのため、固定子２側のＵ相コイルと回転子３側の永久磁石９との間のトルクの発生に寄与する磁束が不均一となり、トルクリップルやコギングトルクが発生してしまう。

次に、本実施形態の構成における永久磁石モータ１の誘起電圧について図９を参照して説明する。本実施形態の永久磁石モータ１は、回転子３における相対的に保磁力が小さいサマコバ磁石９ｂが配置される間隔と、固定子２における同相の巻線（コイル）に対応したティース部４ｂ相互の間隔とが異なるように構成されている。

このような構成では、永久磁石９は、相対的に保磁力が大きいネオジム磁石９ａと相対的に保磁力が小さいサマコバ磁石９ｂとが隣接する境界が、電気的に同位相とならないように配置される。また、図９に示すように、永久磁石９は、相対的に保磁力が小さいサマコバ磁石９ｂが、隣り合う同相の巻線（例えばＵ相コイルＵ１とＵ相コイルＵ２）に同時に対向しないように配置される。また、永久磁石９は、相対的に保磁力が小さいサマコバ磁石９ｂが、隣り合う同相の巻線のうち一方の巻線（図９（ａ）ではＵ相コイルＵ１，図９（ｂ）ではＵ相コイルＵ２）に主として対向しているときに、相対的に保磁力が大きいネオジム磁石９ａが、隣り合う同相の巻線のうち他方の巻線（図９（ａ）ではＵ相コイルＵ２，図９（ｂ）ではＵ相コイルＵ１）に主として対向するように配置される。

従って、まず、回転子３が、図９（ａ）に示す位置（位置１）にあるときは、Ｕ相コイルＵ１で発生する誘起電圧は、このとき当該Ｕ相コイルＵ１に主として対向する１個のサマコバ磁石９ｂの磁束で作られるため８０である。また、Ｕ相コイルＵ２で発生する誘起電圧は、このとき当該Ｕ相コイルＵ２に主として対向する１個のネオジム磁石９ａの磁束で作られるため１００である。即ち、この場合、Ｕ相コイル全体の誘起電圧は、Ｕ相コイルＵ１，Ｕ２における誘起電圧を平均化して９０となる。

次に、回転子３が、図９（ｂ）に示す位置（位置２）にあるときは、Ｕ相コイルＵ１で発生する誘起電圧は、このとき当該Ｕ相コイルＵ１に主として対向する１個のネオジム磁石９ａの磁束で作られるため１００である。また、Ｕ相コイルＵ２で発生する誘起電圧は、このとき当該Ｕ相コイルＵ２に主として対向する１個のサマコバ磁石９ｂの磁束で作られるため８０となる。即ち、この場合、Ｕ相コイル全体の誘起電圧は、Ｕ相コイルＵ１，Ｕ２における誘起電圧を平均化して９０となる。このように、回転子３が位置１から位置２に回転する過程で、Ｕ相コイルに発生する誘起電圧を９０で一定に維持できるため、トルクリップルやコギングトルクの発生が抑えられる。

なお、ここでは、固定子巻線５の各相のうち特にＵ相を例示して説明したが、Ｖ相，Ｗ相についても上述と同様の作用・効果を得ることができる。また、各相のコイル（巻線）は、それぞれ直列に接続されている。

図４にも示すように、本実施形態の永久磁石モータ１において、２種類の永久磁石９ａ，９ｂは、それぞれ１種類で１磁極を形成しており、その磁化方向が永久磁石モータ１の径方向（永久磁石モータ１の外周部から固定子２と回転子３間の空隙に向かう方向）に沿うように配設されている。このように２種類の永久磁石９ａ，９ｂを、これら永久磁石９ａ，９ｂが隣接する境界が電気的に同位相とならないように、且つ、その磁化方向が径方向に沿うように配置することにより、隣どうしに配置された永久磁石９（この場合、ネオジム磁石９ａとサマコバ磁石９ｂ、もしくは、ネオジム磁石９ａとネオジム磁石９ａ）が互いに反対方向に磁極を有する状態（一方のＮ極が内側、他方のＮ極が外側となる状態）となり、これら隣接する２つの永久磁石９の間に、例えば矢印Ｂで示す方向に磁気経路（磁束）が生ずる。なお、上方の破線で示す矢印は、回転子コア８を経由する磁束である。即ち、保磁力が大きいネオジム磁石９ａと保磁力が小さいサマコバ磁石９ｂの双方を通過する磁気経路、および、２つのネオジム磁石９ａを通過する磁気経路が形成されるようになっている。

次に、サマコバ磁石９ｂの磁気特性について図１０を参照して説明する。図１０は、永久磁石の磁束密度と磁界強度の関係を示す図であり、磁束密度＞０，磁界強度＜０の領域が第２象限であり、磁束密度＜０，磁界強度＜０の領域が第３象限である。また、図１０中、点線Ｐはネオジム磁石９ａの磁気特性を示し、実線Ｑはサマコバ磁石９ｂの磁気特性を示している。

サマコバ磁石９ｂの磁気特性（磁束密度と磁界強度の関係）は、使用する温度範囲（使用するモータに応じた温度範囲であり、この場合、例えば０℃〜４０℃）において屈曲点ｑが第２象限に存在するように設定されている。また、その屈曲点ｑの磁界強度Ｈｂの絶対値は、５００ｋＡ／ｍ（図１０中、符号Ｈで示す）以下である。

屈曲点が第２象限にあれば、当該屈曲点の磁界強度Ｈｂと永久磁石の保磁力Ｈｃｂはほぼ同じになる。保磁力Ｈｃｂは発生させる永久磁石の磁界強度に比例する。そのため、保磁力Ｈｃｂの絶対値（｜Ｈｃｂ｜）は大きい方がよい。また、屈曲点の磁界強度Ｈｂは、永久磁石の強さ（磁束）を変更（増磁或いは減磁）させるために必要な外部磁界の強度に比例する。ここで、磁束の変更に必要な外部磁界の強度は、磁束変更時の巻線電流（固定子巻線５を流れる電流）に比例する。そのため、磁束の変更に必要な外部磁界の強度を極力小さくするべく、屈曲点の磁界強度Ｈｂの絶対値（｜Ｈｂ｜）は小さい方がよい。

保磁力Ｈｃｂの絶対値（｜Ｈｃｂ｜）を大きくする特性と、屈曲点の磁界強度Ｈｂの絶対値（｜Ｈｂ｜）を小さくする特性とは相反関係にある。このような相反関係にある２つの特性を総合すると、保磁力Ｈｃｂと屈曲点の磁界強度Ｈｂとの比の絶対値（｜Ｈｃｂ／Ｈｂ｜）が大きい方がよいことになる。なお、この場合、保磁力Ｈｃｂと屈曲点の磁界強度Ｈｂは負値である。

ネオジム磁石９ａのように屈曲点ｐが第３象限にある場合（図１０中、点線Ｐ参照）は、｜Ｈｃｂ｜＜｜Ｈｂ｜となるので前記比の絶対値（｜Ｈｃｂ／Ｈｂ｜）は１未満となる。一方、サマコバ磁石９ｂのように屈曲点ｑが第２象限にある場合（図１０中、実線Ｑ参照）は、｜Ｈｃｂ｜≧｜Ｈｂ｜となるので前記比の絶対値（｜Ｈｃｂ／Ｈｂ｜）は１以上となり、屈曲点が第３象限にある場合よりも好ましい。磁気特性を示す曲線において屈曲点より左側の傾きは垂直に近い。そのため、第２象限に屈曲点ｑを有するサマコバ磁石９ｂでは、前記比の絶対値（｜Ｈｃｂ／Ｈｂ｜）は大きく変化しない。

また、ドラム式洗濯乾燥機２１のような家電製品では、家庭用の電源系で使用できる電流が一般的に１系統あたり１５Ａ程度であることから、これを基本として構成されるモータ駆動系素子および制御系回路素子の定格は１５Ａを上限とすることが経済的に好ましい。これら素子の短時間定格は前記１５Ａの概ね倍の３０Ａであり、これをモータに印加した場合に、永久磁石の磁束の変更に必要な電流から逆算される屈曲点の磁界強度は概ね５００ｋＡ／ｍである。そのため、屈曲点の磁界強度は、サマコバ磁石９ｂのように同値（５００ｋＡ／ｍ）以下であることが望ましい。
また、サマコバ磁石９ｂのように屈曲点ｑが第２象限にあれば、磁束量の変更幅が大きく、且つ、磁束量の変更幅と磁束量の変更に必要な巻線電流との比を最小化できる。

次に、上記のように構成された永久磁石モータ１を備えたドラム式洗濯乾燥機２１の構成について説明する。図１１は、ドラム式洗濯乾燥機２１の内部構成を概略的に示す縦断側面図である。

ドラム式洗濯乾燥機２１の外殻を形成する外箱２２は、前面に円形状に開口する洗濯物出入口２３を有しており、この洗濯物出入口２３は、ドア２４により開閉されるようになっている。外箱２２の内部には、背面が閉鎖された有底円筒状の水槽２５が配置されており、この水槽２５の背面中央部には上述の永久磁石モータ１（固定子２）がねじ止めにより固着されている。この永久磁石モータ１の回転軸２６は、後端部（図１１では右側の端部）が永久磁石モータ１（回転子３）の軸取付部１０に固定されており、前端部（図１１では左側の端部）が水槽２５内に突出している。回転軸２６の前端部には、背面が閉鎖された有底円筒状のドラム２７が水槽２５に対して同軸状となるように固定されており、このドラム２７は、永久磁石モータ１の駆動により回転子３および回転軸２６と一体的に回転する。なお、ドラム２７には、空気および水を流通可能な複数の流通孔２８と、ドラム２７内の洗濯物の掻き上げやほぐしを行うための複数のバッフル２９が設けられている。

水槽２５には給水弁３０が接続されており、当該給水弁３０が開放されると、水槽２５内に給水されるようになっている。また、水槽２５には排水弁３１を有する排水ホース３２が接続されており、当該排水弁３１が開放されると、水槽２５内の水が排出されるようになっている。

水槽２５の下方には、前後方向へ延びる通風ダクト３３が設けられている。この通風ダクト３３の前端部は前部ダクト３４を介して水槽２５内に接続されており、後端部は後部ダクト３５を介して水槽２５内に接続されている。通風ダクト３３の後端部には、送風ファン３６が設けられており、この送風ファン３６の送風作用により、水槽２５内の空気が、矢印で示すように、前部ダクト３４から通風ダクト３３内に送られ、後部ダクト３５を通して水槽２５内に戻されるようになっている。

通風ダクト３３内部の前端側には蒸発器３７が配置されており、後端側には凝縮器３８が配置されている。これら蒸発器３７および凝縮器３８は、圧縮機３９および絞り弁（図示せず）とともにヒートポンプ４０を構成しており、通風ダクト３３内を流れる空気が、蒸発器３７により除湿され凝縮器３８により加熱されて、水槽２５内に循環されるようになっている。

外箱２２の前面にはドア２４の上方に位置して操作パネル４１が設けられており、この操作パネル４１には運転コースなどを設定するための複数の操作スイッチ（図示せず）が設けられている。操作パネル４１は、マイクロコンピュータを主体として構成されドラム式洗濯乾燥機２１の運転全般を制御する制御回路部４２（制御部に相当）に接続されており、当該制御回路部４２は、操作パネル４１を介して設定された内容に従って、永久磁石モータ１、給水弁３０、排水弁３１、圧縮機３９、絞り弁などの駆動を制御しながら各種の運転コースを実行する。

また、永久磁石モータ１において永久磁石９に対向する部分には、当該永久磁石９の磁気を検出する磁気センサ４３（図１２参照）が配置されている。この磁気センサ４３は、固定子２側に取り付けられた回路基板（図示せず）に実装されている。図１２に示すように、制御回路部４２は、この磁気センサ４３からの検出信号に基づいて回転子３の回転位置を演算する。そして、この演算結果に応じたゲート駆動信号Ｇによって、６個のＩＧＢＴ４４ａ（図１２では２個のみ図示）を三相ブリッジ接続してなるインバータ回路４４を駆動することにより、固定子巻線５の通電を制御しながら回転子３を回転させるようになっている。

次に、上記のように永久磁石モータ１を備えたドラム式洗濯乾燥機２１の作用について説明する。
制御回路部４２がインバータ回路４４を介して固定子巻線５に通電すると、電機子反作用による外部磁界（固定子巻線５を流れる電流により発生する磁界）が、回転子３の永久磁石９ａ，９ｂに作用するようになる。そして、これら永久磁石９ａ，９ｂのうち、保磁力が小さいサマコバ磁石９ｂの磁化状態が、この電機子反作用による外部磁界により減磁または増磁され、これにより、固定子巻線５に鎖交する磁束量（鎖交磁束量）を増減することができる。そこで、本実施形態では、制御回路部４２は、固定子巻線５の通電を制御することにより、サマコバ磁石９ｂの磁化状態を運転行程（洗濯行程、脱水行程、乾燥行程）ごとに切り換えて実行するようになっている。ここで、各運転行程における動作内容について順に説明する。

まず、洗濯行程では、制御回路部４２は、給水弁３０を開放して水槽２５内に給水を行い、続いてドラム２７を回転させて洗濯を行う。この洗濯行程においては、水を含んだ洗濯物を掻き上げるためにドラム２７を高トルクで回転させる必要があるが、回転速度は低速でよい。そこで、制御回路部４２は、サマコバ磁石９ｂの磁化状態が増磁されるように、インバータ回路４４による固定子巻線５の通電を制御する。これにより、固定子巻線５に作用する磁束量が多く（磁力が強く）なることから、ドラム２７を高トルク低速度で回転させることができる。

次に、脱水行程では、制御回路部４２は、排水弁３１を開放して水槽２５内の水を排出し、続いてドラム２７を高速回転させることにより洗濯物に含まれる水分を脱水する。この脱水行程においては、脱水効率を向上するためにドラム２７を高速で回転させる必要があるが、トルクは小さくてもよい。そこで、制御回路部４２は、サマコバ磁石９ｂの磁化状態が減磁されるように、インバータ回路４４による固定子巻線５の通電を制御する。これにより、固定子巻線５に作用する磁束量が少なく（磁力が弱く）なることから、ドラム２７を低トルク高速度で回転させることができる。

最後に、乾燥行程では、制御回路部４２は、送風ファン３６およびヒートポンプ４０を駆動させるとともにドラム２７を回転させることにより洗濯物の乾燥を行う。この乾燥行程においては、制御回路部４２は、次回の洗濯行程に備えて、サマコバ磁石９ｂの磁化状態が増磁されるように、インバータ回路４４による固定子巻線５の通電を制御する。これにより、固定子巻線５に作用する磁束量を多くした状態とすることができ、次回の洗濯行程において、ドラム２７を高トルク低速度で回転させ易くすることができる。

以上に説明したように本実施形態の永久磁石モータ１によれば、保磁力が異なる２種類の永久磁石９ａ，９ｂのうち保磁力が小さいサマコバ磁石９ｂの磁化状態を、電機子反作用による外部磁界により減磁または増磁することで、駆動する負荷（本実施形態ではドラム式洗濯乾燥機２１のドラム２７）に応じた永久磁石９の磁束量の調整が可能となる。これにより、永久磁石９の磁束量が常に一定となることがなく、高速回転時の絶縁破壊や低速回転時の出力低下などを防止できる。

しかも、保磁力が異なる２種類の永久磁石９ａ，９ｂを１磁極当たり１種類で且つほぼ環状となるように配置した構成は簡素であり、このような簡素な構成にて、駆動する負荷（ドラム２７）に応じた永久磁石９の磁束量の調整を実現することができる。

そして、保磁力が小さく残留磁束密度が小さいサマコバ磁石９ｂの割合を適度に低くすることで、永久磁石モータ１全体の総磁束量を増加させることができる。また、このように保磁力が異なり残留磁束密度が異なる２種類の永久磁石９ａ，９ｂを異なる割合で配置したとしても、磁束量の不均一化の発生を抑えることができ、従って、大小の保磁力を有する永久磁石９ａ，９ｂを交互に配置しないことにより発生するトルクリップルやコギングトルクの発生を抑えることができる。

また、本実施形態のドラム式洗濯乾燥機２１によれば、運転行程に応じて永久磁石９の磁束量を効率よく調整することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図１３および図１４を参照しながら説明する。なお、上述した第１の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。本実施形態は、複数の永久磁石９のうち保磁力が小さいサマコバ磁石９ｂの割合を、上述の第１の実施形態よりもさらに低くした実施形態である。

即ち、図１３に示すように、永久磁石９は、ネオジム磁石９ａを７個，サマコバ磁石９ｂを１個という順に配列された８個の永久磁石を１組として、この組を永久磁石モータ１（回転子３）全体では６組並べた構成となっている。このような構成では、保磁力が大きいネオジム磁石９ａと保磁力が小さいサマコバ磁石９ｂとの構成比率が７：１となる。

次に、本実施形態の構成における永久磁石モータ１の誘起電圧について図１４を参照して説明する。
まず、回転子３が、図１４（ａ）に示す位置（位置１）にあるときは、Ｕ相コイルＵ１で発生する誘起電圧は、このとき当該Ｕ相コイルＵ１に主として対向する１個のサマコバ磁石９ｂの磁束で作られるため８０である。また、Ｕ相コイルＵ２で発生する誘起電圧は、このとき当該Ｕ相コイルＵ２に主として対向する１個のネオジム磁石９ａの磁束で作られるため１００である。即ち、この場合、Ｕ相コイル全体の誘起電圧は、Ｕ相コイルＵ１，Ｕ２における誘起電圧を平均化して９０となる。

次に、回転子３が、図１４（ｂ）に示す位置（位置２）にあるときは、Ｕ相コイルＵ１で発生する誘起電圧は、このとき当該Ｕ相コイルＵ１に主として対向する１個のネオジム磁石９ａの磁束で作られるため１００である。また、Ｕ相コイルＵ２で発生する誘起電圧は、このとき当該Ｕ相コイルＵ２に主として対向する１個のサマコバ磁石９ｂの磁束で作られるため８０となる。即ち、この場合、Ｕ相コイル全体の誘起電圧は、Ｕ相コイルＵ１，Ｕ２における誘起電圧を平均化して９０となる。このように、回転子３が位置１から位置２に回転する過程で、Ｕ相コイルに発生する誘起電圧を９０で一定に維持できるため、トルクリップルやコギングトルクの発生が抑えられる。

本実施形態によれば、複数の永久磁石９のうち保磁力が小さいサマコバ磁石９ｂの割合を低くし、保磁力が大きいネオジム磁石９ａと保磁力が小さいサマコバ磁石９ｂとの構成比率を７：１としたので、永久磁石モータ１全体の総磁束量を一層増加させることができる。そして、本実施形態においても、磁束量の不均一化の発生を抑えることができ、従って、大小の保磁力を有する永久磁石９ａ，９ｂを交互に配置しないことにより発生するトルクリップルやコギングトルクの発生を抑えることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の各実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
保磁力が小さい永久磁石として使用可能な磁石は、上記したサマコバ磁石９ｂに限られるものではなく、電機子反作用による外部磁界によって着磁量を変化可能な程度に保磁力が低い永久磁石であれば材料は問わない。このような保磁力が小さい永久磁石としては、例えば、アルニコ磁石（アルミニウム・ニッケル・コバルト磁石）やフェライト磁石などがある。また、保磁力が大きい永久磁石もネオジム磁石９ａに限られるものではない。

従って、保磁力が異なる２種類の永久磁石９の組み合わせとしては、ネオジム磁石９ａとサマコバ磁石９ｂの組み合わせに限られるものではなく、ネオジム磁石９ａとアルニコ磁石の組み合わせ、或いは、その他の種類の永久磁石の組み合わせを用いてもよい。なお、これら２種類の永久磁石９は、保磁力が概ね２倍以上異なることが好ましい。

また、永久磁石９は２種類に限られるものではなく、保磁力が大、中、小の３種類の永久磁石で構成してもよいし、４種類や５種類など複数種類の永久磁石で構成してもよい。この場合、制御回路部４２は、これら永久磁石のうち相対的に保磁力が小さい永久磁石の磁化状態を運転行程ごとに切り換えるようにするとよい。

永久磁石９の磁束量を調整する手段としては、インバータ回路４４により固定子巻線５の通電を制御する構成に限られるものではなく、例えば、固定子巻線５とは別の巻線を設け、この巻線の通電を制御する構成としてもよい。

本発明は、４８極／３６スロット構成のモータに限らず、８極／６スロット構成（換言すれば、４極／３スロット構成を２つ組み合わせた構成）を基本単位とするモータであれば適用可能である。また、本発明は、８極／６スロット構成を基本単位とするモータに限らず、例えば、４極／６スロット構成，１０極／６スロット構成，１２極／６スロット構成などを基本単位とするモータにも適用可能である。

本発明の永久磁石モータ１は、上述のドラム式洗濯乾燥機２１のみならず、乾燥機能を有しない洗濯機や回転槽の軸方向が縦向きである縦軸型の洗濯機にも適用することができる。また、本発明は、上述のようなアウタロータ型の永久磁石モータ１のみならず、固定子の内周に回転子を設けたインナーロータ型モータにも適用することができる。さらに、本発明の永久磁石モータ１は、エアコンなどに搭載される圧縮機駆動用のモータなど種々のモータに適用することができる。

本発明の第１の実施形態を示すものであり、永久磁石モータの全体構成を概略的に示す斜視図 固定子の構成を概略的に示す斜視図 回転子の構成を概略的に示す斜視図 回転子の一部を拡大して示す部分拡大図 永久磁石モータの一部を拡大して示すものであり、保磁力が小さい永久磁石数を半分にし且つ不等間隔を有して配置した場合の部分拡大図 保磁力が大きい永久磁石と保磁力が小さい永久磁石とを交互に配置した場合の図５相当図 保磁力が小さい永久磁石数を半分にし且つ等間隔を有して配置した場合の図５相当図 保磁力が小さい永久磁石数を半分にし且つ等間隔を有して配置した場合に発生する誘起電圧を説明するための図 保磁力が小さい永久磁石数を半分にし且つ不等間隔を有して配置した場合に発生する誘起電圧を説明するための図 永久磁石の磁束密度と磁界強度の関係を示す図 ドラム式洗濯乾燥機の内部構成を概略的に示す縦断側面図 ドラム式洗濯乾燥機の電気的構成を概略的に示すブロック図 本発明の第２の実施形態を示す図５相当図 図９相当図

符号の説明

図面中、１は永久磁石モータ、２は固定子、３は回転子、４ｂはティース部（磁極歯）、５は固定子巻線、８は回転子コア、９は永久磁石、９ａはネオジム磁石、９ｂはサマコバ磁石、２１はドラム式洗濯乾燥機、４２は制御回路部（制御部）を示す。

Claims (11)

1. 回転子のコア内部に複数の磁極を形成する永久磁石を備え、固定子に各相の巻線に対応した磁極歯を備え、制御部によって駆動が制御される永久磁石モータにおいて、
   前記永久磁石は、保磁力が異なる複数種類の永久磁石から構成され、１磁極当たり１種類となるように且つほぼ環状に配置されているとともに、前記回転子における相対的に保磁力が小さい永久磁石が配置される間隔と、前記固定子における同相の巻線に対応した磁極歯相互の間隔とが異なるように構成され、
   前記永久磁石のうち相対的に保磁力が小さい永久磁石の磁化状態を前記制御部によって切り換えられるように構成したことを特徴とする永久磁石モータ。
2. 前記複数種類の永久磁石は、それぞれの極数が異なることを特徴とする請求項１記載の永久磁石モータ。
3. 前記複数種類の永久磁石の構成比は、相対的に保磁力が小さい永久磁石よりも相対的に保磁力が大きい永久磁石の方が多くなるように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石モータ。
4. 前記永久磁石は、保磁力が異なる２種類の永久磁石から構成されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の永久磁石モータ。
5. 前記２種類の永久磁石は、保磁力が２倍以上異なることを特徴とする請求項４記載の永久磁石モータ。
6. 前記永久磁石のうち相対的に保磁力が小さい永久磁石の磁束密度と磁界強度の関係は、使用する温度範囲において屈曲点が第２象限に存在するように設定されていることを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の永久磁石モータ。
7. 前記屈曲点の磁界強度は、５００ｋＡ／ｍ以下であることを特徴とする請求項６記載の永久磁石モータ。
8. 前記永久磁石は、希土類磁石で構成されていることを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載の永久磁石モータ。
9. 請求項１ないし８の何れかに記載の永久磁石モータと、
   この永久磁石モータの駆動を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記永久磁石のうち相対的に保磁力が小さい永久磁石の磁化状態を切り換えられるように構成したことを特徴とする洗濯機。
10. 前記制御部は、前記永久磁石のうち相対的に保磁力が小さい永久磁石の磁化状態を運転行程ごとに切り換えられるように構成したことを特徴とする請求項９記載の洗濯機。
11. 前記運転行程は、洗濯、脱水または乾燥のいずれかであることを特徴とする請求項１０記載の洗濯機。

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