JP5341854B2

JP5341854B2 - 永久磁石モータおよび洗濯機

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Publication number: JP5341854B2
Application number: JP2010223165A
Authority: JP
Inventors: 勇新田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: KR101246399B1; CN102447326B; JP2012080658A; KR20120033974A; CN102447326A

Description

本発明は、回転子のコア内部に複数種類の永久磁石を備えた永久磁石モータおよび洗濯機に関する。

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２００９−２８４７４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の永久磁石モータでは、例えば、回転子のコアを分割して形成する場合に、保磁力の小さい永久磁石の磁化が減磁状態と増磁状態でコア間の磁束が異なるため、モータの騒音が発生することがある。

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、保磁力の小さい永久磁石の磁化が減磁状態でも増磁状態でも、ロータのコア間の磁束に影響がない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。

実施形態に係る永久磁石モータは、巻線が巻回された複数個のティースを有するステー
タと、複数個の分割コアを周方向に配置して略環形状を形成し、それぞれの分割コアには
、保磁力の異なる複数種類の永久磁石が配置され、前記ステータに対して回転可能に設け
られたロータと、前記巻線に対する通電を制御し、前記保磁力の異なる複数種類の永久磁
石のうち、相対的に保磁力の小さい永久磁石の磁化状態を切換える制御部とを備え、前記
分割コアの両端部に配置される永久磁石は相対的に保磁力の大きい永久磁石であることを
特徴とする。

本発明の実施例１にかかる永久磁石モータの全体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斜視図回転子および固定子の一部を直線状に展開して示す概略模式図洗濯機の内部構成を概略的に示す縦断側面図永久磁石モータの電気的接続を概略的に示すブロック図

（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５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、外周部に放射状に突出する複数個のティース４ａを有する固定子コア４と、各ティース４ａに巻装された固定子巻線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形成された複数個のコア４Ａを、一方の端部に形成された係合凸部を他方の端部に形成された係合凹部に互いに挿入係合することにより連結されて形成されている。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（各ティース４ａ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、洗濯機２１の水槽２５（図４参照）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４ａに巻装されている。

回転子３は、図１および図２に示すように、フレーム１０と、回転子コア１１と、保磁力の異なる複数種類の永久磁石１２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１０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、円形の主板部と、この主板部の外周部から段部を経て起立する環状の周側壁とを有する。主板部の中心部には、回転軸を取り付けるための軸取付部１６が設けられている。

回転子コア１１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形成されたもので、フレーム１０の周側壁の内周部に配置されている。この回転子コア１１の内周面（固定子の外周面（固定子コア４の外周面）と対向し当該固定子コア４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１１ａを有した凹凸状に形成されている。これら複数の凸部１１ａの内部には、回転子コア１１を軸方向（ケイ素鋼板の積層方向）に貫通する矩形状の磁石挿入口１１ｂが各々一つ形成されており、これら複数の磁石挿入口１１ｂが回転子コア１１において環状に配置された構成となっている。

永久磁石１２は、例えば低保磁力の永久磁石（以下「低保磁力磁石１２ａ」と称す）と高保磁力の永久磁石（以下「高保磁力磁石１２ｂ」と称す）の２種類の永久磁石であり、回転子コア１１の磁石挿入口１１ｂに挿入されることで、回転子コア１１の凸部１１ａを磁極にする。低保磁力磁石１２ａは、保磁力が低い例えばサマコバ（サマリウム・コバルト）磁石（サマコバ磁石の保磁力は、３５０ｋＡ／ｍ以下）である。高保磁力磁石１１ｂは、保磁力が高い例えばネオジム磁石（ネオジム磁石の保磁力は、７００ｋＡ／ｍ以上）である。なお、サマコバ磁石が低保磁力磁石１２ａであり、ネオジム磁石が高保磁力磁石１２ｂであるというのは、固定子２（固定子巻線５）から電機子反作用による外部磁界（固定子巻線５を流れる電流によって発生する磁界）を作用させた場合に、サマコバ磁石の着磁量を変化させることができる程度の電流ではネオジム磁石の着磁量が変化しないという基準において、サマコバ磁石を低保磁力磁石１２ａ，ネオジム磁石を高保磁力磁石１２ｂと称している。

回転子コア１１の構成および永久磁石１２の配置について、図３に示す。図３は、回転
子３および固定子２の一部を直線状に展開して示す概略模式図である。複数個の分割コア
１１Ａを、一方の端部に形成された係合凸部１３ａを他方の端部に形成された係合凹部１
３ｂに互いに挿入係合することにより連結されて形成されている。この分割コア１１Ａを
６個組み合わせることにより回転子コア１１を形成している。分割コア１１Ａは、それぞ
れ磁極を形成する８個の凸部１１ａを有しており、それぞれ交互にＮ極とＳ極の磁極とな
るように、各８個の磁石挿入口１１ｂに低保磁力磁石１２ａまたは高保磁力磁石１２ｂが
挿入配置されて構成される。ここで、分割コア１１Ａの両端部の磁石挿入口１１ｂには、
高保磁力磁石１２ｂが配置され、両端部以外の少なくとも一つの磁石挿入口１１ｂに低保
磁力磁石１２ａが配置されている。

例えば、分割コア１１Ａの一方側（左側）から見て４番目の磁石挿入口１１ｂに低保磁力磁石１２ａが配置され、その他の磁石挿入口１１ｂには高保磁力磁石１２ｂが配置されている。具体的には、高保磁力磁石１２ｂ（「大Ｎ」）、高保磁力磁石１２ｂ（「大Ｓ」）、高保磁力磁石１２ｂ（「大Ｎ」）、低保磁力磁石１２ａ（「小Ｓ」）、高保磁力磁石１２ａ（「大Ｎ」）、高保磁力磁石１２ａ（「大Ｓ」）、高保磁力磁石１２ａ（「大Ｎ」）、高保磁力磁石１２ａ（「大Ｓ」）の順で配置されている。

その他の分割コア１１Ａも同様に、低保磁力磁石１２ａと高保磁力磁石１２ｂが順に配置されている。

次に、上記のように構成された永久磁石モータ１を備えた洗濯機２１の構成について説明する。図４は、洗濯機２１の内部構成を概略的に示す縦断側面図である。

洗濯機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４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１６に固定されており、前端部（図４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１２に対向する部分には、当該永久磁石１２の磁気を検出する磁気センサ４３（図５参照）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５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７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を備えた洗濯機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１２ａ，１２ｂに作用するようになる。そして、これら永久磁石１２ａ，１２ｂのうち、高保磁力磁石１２ｂの磁化状態は変化しないが、低保磁力磁石１２ａの磁化状態は、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る。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、低保磁力磁石１２ａ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、低保磁力磁石１２ａ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、低保磁力磁石１２ａ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、低保磁力磁石１２ａ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１２ａ，１２ｂのうち低保磁力磁石１２ａ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（本実施形態では洗濯機２１のドラム２７）に応じた永久磁石１２の磁束量の調整が可能となる。これにより、永久磁石１２の磁束量を適切に可変することができ、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。

また、分割コア１１Ａの両端部の磁石挿入口１１ｂに挿入配置される永久磁石１２は高保磁力磁石１２ｂとすることとし、両端部以外の磁石挿入口１１ｂに低保磁力磁石１２ａを配置している。これにより、分割コア１１Ａの両端部に低保磁力磁石１２ａがないので、低保磁力磁石１２ａが増磁状態、減磁状態になった際の分割コア１１Ａ間の磁束が変化しない。もって、永久磁石モータ１の振動・騒音を抑制することができる。

また、本実施例の構成によれば、低保磁力磁石１２ａの配置をなるべく両端部から離した状態で形成されているので、分割コア１１Ａ間の磁束の変化をより抑えることができる。

また、各分割コア１１Ａで、低保磁力磁石１２ａと高保磁力磁石１２ｂの配置を一定としたので、永久磁石モータ１の製造を簡便化することができると同時に、回転中の空隙磁束密度の変化を一定とすることができ、変動の少ない回転を可能とすることができる。また、各分割コア１１Ａで低保磁力磁石１２ａの配置が同じなので、低保磁力磁石１２ａの磁化状態を容易に効率よく変化させることができる。

（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できる。

分割コア１１Ａの磁極数（凸部１１ａの数）を８個、分割コア１１Ａの数を６個として記載したが、それに限ることが無く、分割コア１１Ａの両端部の磁石挿入口１１ｂに高保磁力磁石１２ｂが配置されていれば、その数は任意に設定することができる。

分割コア１１Ａの永久磁石１２の配置は、上記実施例に限られず、分割コア１１Ａの端部の磁石挿入口１１ｂに高保磁力磁石１２ｂが配置されていれば、種々の態様を採用することができる。例えば、実施例１では低保磁力磁石１２ａを分割コア１１Ａの両端部から一番離した部分に配置したが、分割コア１１Ａの両端部の磁石挿入口１１ｂに配置しなければ、どの磁石挿入口１１ｂに配置してもよい。また、各分割コア１１Ａの低保磁力磁石１２ａの配置は、各分割コア１１Ａで同じ位置の実施例としたが、それぞれの分割コア１１Ａで配置が異なっていてもよい。また、各分割コア１１Ａの低保磁力磁石１２ａが一個配置されている実施例としたが、複数個配置することもできる。また、各分割コア１１Ａに複数の低保磁力磁石１２ａを配置する場合、低保磁力磁石１２ａと高保磁力磁石１２ｂを交互に配置してもよいし、低保磁力磁石１２ａを連続配置してもよい。低保磁力磁石１２ａの磁化状態変化を容易に行うため、低保磁力磁石１２ａの少なくとも一方の隣には高保磁力磁石１２ｂが配置されているのが好ましい。

なお、低保磁力磁石１２ａはサマコバ磁石、高保磁力磁石１２ｂはネオジム磁石としたが、これに限られない。固定子２（固定子巻線５）から電機子反作用による外部磁界（固定子巻線５を流れる電流によって発生する磁界）を作用させた場合に、低保磁力磁石１２ａの着磁量を変化させることができる程度の電流で高保磁力磁石１２ｂの着磁量が変化しないという基準で、低保磁力磁石１２ａと高保磁力磁石１２ｂを選択しさえすれば、任意の永久磁石を採用することができる。例えば、低保磁力磁石１２ａとして、アルニコ磁石、フェライト磁石、保磁力の小さいネオジム磁石等を採用することもできる。また、高保磁力磁石１２ｂとして、保磁力の大きいサマコバ磁石等を採用することもできる。

また、永久磁石１２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。この場合も、相対的に保磁力の大きい永久磁石を分割コア１１Ａの両端部に配置することで、分割コア１１Ａ間の磁束の変化を最小限に抑えることができる。

永久磁石１２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。

本発明の永久磁石モータ１は、上述の洗濯機２１のみならず、乾燥機能を有する洗濯乾燥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。

図面中、１は永久磁石モータ、３は回転子、１１は回転子コア、１１Ａは分割コア、１１ａは凸部、１１ｂは磁石挿入口、１２ａは低保磁力磁石、１２ｂは高保磁力磁石、２１は洗濯機、４２は制御回路部（制御部）を示す。

Claims

巻線が巻回された複数個のティースを有するステータと、
複数個の分割コアを周方向に配置して略環形状を形成し、それぞれの分割コアには、保
磁力の異なる複数種類の永久磁石が配置され、前記ステータに対して回転可能に設けられ
たロータと、
前記巻線に対する通電を制御し、前記保磁力の異なる複数種類の永久磁石のうち、相対
的に保磁力の小さい永久磁石の磁化状態を切換える制御部とを備え、
前記分割コアの両端部に配置される永久磁石は相対的に保磁力の大きい永久磁石である
ことを特徴とする永久磁石モータ。
巻線が巻回された複数個のティースを有するステータと、
複数個の分割コアを周方向に配置して略環形状を形成し、それぞれの分割コアには、保
磁力の異なる複数種類の永久磁石が配置され、前記ステータに対して回転可能に設けられ
たロータと、
前記巻線に対する通電を制御し、前記保磁力の異なる複数種類の永久磁石のうち、相対
的に保磁力の小さい永久磁石の磁化状態を切換える制御部とを備え、
前記分割コアの両端部に配置される永久磁石は、前記保磁力の異なる複数種類の永久磁
石のうち最も保磁力の大きい永久磁石であることを特徴とする永久磁石モータ。
前記相対的に保磁力の小さい永久磁石の両隣のうち、少なくとも一方には、保磁力が最
も大きい永久磁石が挿入されていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石モータ。
前記分割コアにおいて、前記相対的に保磁力の大きい永久磁石と相対的に保磁力の小さ
い永久磁石は、交互に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれ
か１項に記載の永久磁石モータ。
前記分割コアにおいて、前記保磁力の異なる複数種類の永久磁石は、隣り合う永久磁石
の保持力が異なるように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいず
れか１項に記載の永久磁石モータ。
前記分割コアの両端部に配置される永久磁石は、全ての前記分割コアにおいて同等の保
持力を有する永久磁石であることを特徴とする請求項１記載の永久磁石モータ。
請求項１乃至６のいずれかに記載の永久磁石モータを有し、
前記制御部は、前記相対的に保磁力の小さい永久磁石の着磁量を運転工程ごとに変化さ
せることを特徴とする洗濯機。