CN103828194B - 永磁电机及洗衣机 - Google Patents

Abstract

一种永磁电机，其具备：定子，在定子铁芯上卷绕定子线圈而形成；转子，将大致矩形块状的永久磁铁排列在与支架的所述定子铁芯对应的一侧而形成，所述永久磁铁构成极性交替相异的多个磁极。将构成所述多个磁极的永久磁铁配设为，其长度方向位于所述定子铁芯的圆周方向侧，宽度方向位于该定子铁芯的径向侧，并且，其厚度尺寸设定为，厚度方向的两端部比所述定子铁芯的厚度方向两端部突出。构成所述多个磁极的永久磁铁由磁性粉末的烧结体构成，并配向为：在长度方向侧，磁通在定子铁芯的相反侧沿圆周方向流动而在定子铁芯侧沿径向流动；在厚度方向侧，磁通在定子铁芯的相反侧沿厚度方向流动而在定子铁芯侧沿径向流动。

Description

永磁电机及洗衣机

技术领域

本实施方式涉及在转子上具备多个作为磁极的永久磁铁的永磁电机以及具备该永磁电机的洗衣机。

背景技术

例如在滚筒式洗衣机中，使用永磁电机来旋转驱动作为洗衣机负荷的滚筒。永磁电机中，当转子位于定子周围外侧的外转子形的情况下，构成转子的支架通过铁板等磁性材料上形成为扁平的有盖圆筒形的容器状，它的内周侧部位于定子的周围部外侧。该支架的定子侧、即内周侧部的内周面，在整个圆周排列有复数个（多个）永久磁铁。该永久磁铁形成为大致矩形状，磁通一般配向为在宽度方向（定子的径向）单纯地直线流动，尤其是，为了使来自永久磁铁的磁通成为正弦波，有时也将永久磁铁的定子侧的面形成为中央朝定子侧突出的圆弧状。作为将来自一个永久磁铁的从定子侧流向定子的相反侧的磁通充分回流的背轭，支架需要具备充分的厚度。

但是，永久磁铁的磁力大的情况下，由于支架的厚度过大导致加工困难，因而在支架的反定子侧即周侧部附加环作为背轭，这样，支架厚度保持在适当的大小，通过环补充其厚度，从而使磁通充分回流。

这时，需要通过磁性且机械方法牢固地将永久磁铁和环接合在支架上，所以，从永久磁铁的各自相邻部分到环的外周形成合成树脂的模塑层，从而将永久磁铁和环固定在支架的周侧部。

在上述内容中，特别是永久磁铁的磁力大的情况下，为了使流经该永久磁铁的磁通充分回流，需要支架的厚度较大，环也是必要的，而且，需要合成树脂的模塑层的体积也大。其结果是导致全体大型化，其重量变大，惯性转矩增大等，使得电动机的特性恶化，并且导致成本变高。

由此，近来在研究这样一种永磁电机：转子具备永久磁铁，所述永久磁铁由将磁通的流向配向为极性各向异性的磁性粉末的烧结体构成，将多个该永久磁铁排列在由磁性材料构成的支架的定子侧，并且使极性交替相异。根据这种电机，将永久磁铁的磁通的流向配向为极性各向异性，由于使极性交替相异地进行排列，因而，流经一个永久磁铁的磁通，其大部分在相邻的永久磁铁处充分回流，流经支架而回流的量变少。由此，支架上不再需要作为背轭的厚度，也不需要作为背轭的环。进而，所需要的合成树脂的模塑层的体积变少，其结果是能够实现整体的小型化，其重量得以减轻，成本也降低。

不过，在最近，由于例如电动车等的普及，永磁电机的需要增加，期望开发一种永久磁铁能够产生更大磁力（换言之，转矩）的同时，能够实现小型化、轻量化、低成本化的永磁电机。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003—299282号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

由此，提供一种实现小型化、轻量化、低成本化的同时能够产生高转矩的永磁电机以及使用了该永磁电机的洗衣机。

用于解决技术问题的方案

本实施方式的永磁电机具备：定子，在定子铁芯上卷绕定子线圈而形成；转子，将大致矩形块状的永久磁铁排列在支架的与所述定子铁芯对应的一侧而形成，所述永久磁铁构成极性交替相异的多个磁极；其特征在于，将构成所述多个磁极的永久磁铁配设为，其长度方向位于所述定子铁芯的圆周方向侧，宽度方向位于该定子铁芯的径向侧，并且，其厚度尺寸设定为，厚度方向的两端部比所述定子铁芯的厚度方向两端部突出；构成所述多个磁极的永久磁铁由磁性粉末的烧结体构成，并且，所述永久磁铁配向为，在长度方向侧，磁通在定子铁芯的相反侧沿圆周方向流动而在定子铁芯侧沿径向流动，在厚度方向侧，磁通在定子铁芯的相反侧沿厚度方向流动而在定子铁芯侧沿径向流动。

本实施方式的洗衣机的特征在于，通过上述记载的永磁电机旋转驱动洗衣机负荷。

附图说明

图1表示一实施方式，（a）是定子和转子的局部放大剖视图，（b）是永久磁铁的磁力特性图。

图2是永磁电机的立体图。

图3是定子和转子的局部放大立体图。

图4（a）是表示定子和N极用的永久磁铁的厚度方向的配置关系的图，（b）是N极用的永久磁铁的磁力特性图。

图5（a）是表示定子和S极用的永久磁铁的厚度方向的配置关系的图，（b）是S极用的永久磁铁的磁力特性图。

图6表示滚筒式洗衣机的概略结构，（a）是纵剖侧视图，（b）是纵剖后视图。

符号说明

1、外箱3、滚筒（洗衣机负荷）4、永磁电机

5、转子7、定子8、齿部

9、定子铁芯10、定子线圈13、模塑层

14、N极用的永久磁铁15、S极用的永久磁铁

具体实施方式

（一实施方式）

以下，参照附图，说明适用于滚筒式洗衣机的一实施方式。

首先，在图6中，洗衣机的外箱1内配设有水槽2。水槽2形成为一端部、即后面部2a（图6（a）的右端面部）封闭的大致圆筒状，在使轴向为大致水平的状态下，由未图示的阻尼机构弹性支承。构成旋转槽的滚筒3旋转自如地配设在水槽2内。该滚筒3也形成为一端部、即后面部3a（图6（a）的右端面部）封闭的大致圆筒状，配设成使轴向大致水平的状态。滚筒3的周壁形成有多个孔（未图示）。还有，虽然没有图示，外箱1的前面部1a设有开闭洗涤物出入口的门，另外，水槽2和滚筒3的前面侧形成有开口部，通过洗涤物出入口向滚筒3投取洗涤物。

水槽2的后面部2a的背面配设有用于旋转驱动滚筒3的永磁电机4（以下只称作电机4）。这种情况下，电机4由外转子形的无刷直流电机构成，连结于转子5的轴6连结到滚筒3的后部。因此，形成通过电机4直接旋转驱动滚筒3的直接驱动方式。滚筒3相当于由电机4旋转驱动的洗衣机负荷。

关于电机4，参照图1至图5进行说明。

电机4的定子7具备在外周部具有多个齿部8的定子铁芯9、卷绕在各齿部8的定子线圈10、以及合成树脂制的安装部11，所述定子7借助该安装部11以固定状态安装在所述水槽2的后面部2a。齿部8的数量例如为36个。

转子5具备：在外周部具有环状壁12a的浅底容器状的磁性材料制的支架12、配置在环状壁12a内周部的复数个（多个）即48个永久磁铁14、15、以及将这些永久磁铁14、15固定在环状壁12a的合成树脂制的模塑层13（参照图1和图3），所述轴6连结到设在支架12中央部的轴安装部16。

永久磁铁14是定子7侧（定子铁芯9的齿部8侧）为N极的N极用的永久磁铁，永久磁铁15是定子7侧为S极的S极用的永久磁铁，以交替呈异极的方式进行配置。永久磁铁14和15形成为大致矩形块状，支架12（定子铁芯9）的圆周方向为长度方向，径向为宽度方向。另外，如图4和图5所示，永久磁铁14和15的厚度尺寸Lm被设定为大于定子7的定子铁芯9的厚度尺寸Ls，厚度方向的两端部从定子铁芯9的厚度方向的两端部突出。即，永久磁铁14、15与定子铁芯9处于重叠的状态。然后，如图1（a）所示，永久磁铁14的定子7的与定子铁芯9对应的一侧的面（N极侧的面），以沿着定子7（定子铁芯9）外周的方式形成为中央凹陷的圆弧状的圆弧面14a，并且，其长度方向两端部的边角部分被切除而形成了切口部14b。同样地，如图1（b）所示，永久磁铁15的定子7的与定子铁芯9对应的一侧的面（S极侧的面），以沿着定子7（定子铁芯9）外周的方式形成为中央凹陷的圆弧状的圆弧面15a，并且，其长度方向的边角部分被切除而形成了切口部15b。

构成所述多个磁极的永久磁铁14和15，由烧结磁性粉末而成的钕磁铁或铁氧体磁铁构成，其配向为，磁通Ф的流动在长度方向侧和厚度方向侧同时向定子7的定子铁芯9侧的中央集中的极性各向异性。即，如图1（a）所示，其配向为，在N极用的永久磁铁14的长度方向侧，磁通Ф从环状壁12a侧（定子铁芯9侧的相反侧）的两端沿着圆周方向流动，并且沿着径向朝定子7侧（定子铁芯9侧）的中央流动；在S极用的永久磁铁15的长度方向侧，磁通Ф从定子7侧（定子铁芯9侧）的中央沿着径向流动，并且沿着圆周方向朝环状壁12a侧（定子铁芯9侧的相反侧）的两端。由此，如图1（b）所示，永久磁铁14、15的与定子7的定子铁芯9对应一侧的面的磁通分布均形成为正弦波形状。

另外，其配向为，在N极用的永久磁铁14的厚度方向，如图4（a）所示，磁通Ф从环状壁12a（参照图2）侧（定子铁芯9侧的相反侧）的厚度方向两端沿着厚度方向流动，并且沿着径向朝定子7的定子铁芯9侧的中央流动；在S极用的永久磁铁15的厚度方向侧，如图5（a）所示，磁通Ф从定子7的定子铁芯9侧的中央沿着径向流动，并且沿着厚度方向朝环状壁12a（参照图2）侧（定子铁芯9侧的相反侧）的厚度方向两端流动。由此，如图4（b）和图5（b）所示，永久磁铁14、15的与定子铁芯9对应一侧的面的磁通分布均形成为正弦波形状。

然后，烧结磁性粉末而制成的永久磁铁14、15的配向和烧结如下：例如，事先向模具内的腔同时加入磁性粉末和水，使其处于自由状态，在这种状态下，施加磁场以使磁通Ф如上述般流动，同时随着腔内的水的排出而压固磁性粉末，然后进行烧结。

通过包含未图示的微型计算机的控制装置，通过逆变电路控制上述电机4。控制装置具有执行后述洗涤运行控制的功能。

说明上述结构的作用。

一旦开始洗涤运行，控制装置首先执行供水行程。在供水行程中，打开供水阀（未图示）将水供给到水槽2和滚筒3内积存。接下来，执行洗涤行程。在洗涤行程中，向水槽2内投入洗涤剂的状态下，通过电机4以例如50～60rpm的低旋转速度正反旋转滚筒3。由此，洗涤收容在滚筒3内的洗涤物。执行规定时间的洗涤行程之后，进行排水行程。在排水行程中，使滚筒3停止的状态下，通过打开连接到水槽2排出口的排水阀（未图示），将水槽2内（滚筒3内）的水排出洗衣机外。

接着，再次执行供水行程，将水供给到水槽2内和滚筒3内积存。接着，执行漂洗行程。在漂洗行程中，除了不使用洗涤剂以外，与洗涤行程执行同样的控制。即，通过电机4以例如50～60rpm的低旋转速度正反旋转滚筒3，漂洗滚筒3内的洗涤物。之后，执行与上述同样的排水行程。

接下来，执行脱水行程。脱水行程中，通过电机4以例如1000rpm的高速向一方向旋转滚筒3。由此，将滚筒3内的洗涤物离心脱水。这样，结束洗涤运行。

根据这样的一实施方式，永久磁铁14、15的厚度尺寸Lm设定为大于定子7的定子铁芯9的厚度尺寸Ls，从而使厚度方向的两端部从定子铁芯9的厚度方向两端部突出，而且，由于将永久磁铁14、15配向为磁通Ф流动在长度方向侧和厚度方向侧同时向定子7的定子铁芯9侧的中央集中的极性各向异性，因而作用于定子7的齿部8的磁通分布形成为正弦波形状，从而发挥更强的磁力作用，并且能够产生高转矩，因此，电机4适合于执行需要低速度、高转矩的洗涤和漂洗行程。

而且，由于永久磁铁14、15排列为极性交替相异，流经一个永久磁铁的磁通Ф，其大部分流向相邻的永久磁铁并充分回流，流经支架12而回流的部分变少。这样，支架12上不再需要作为背轭的厚度，也不需要作为背轭的环。进而，只需要合成树脂的模塑层13的体积变少，其结果是，作为电机4，在谋求小型化、轻量化、低成本化的同时，能够产生高转矩。

另外，由于永久磁铁14、15的与定子7的定子铁芯9对应的一面形成为沿着该定子铁芯9的圆弧面14a、15a，因而能够将与定子7之间的空气隙缩小到最小，使磁力有效作用于定子线圈10，并能够将转子5的体积降到最小。而且，永久磁铁14、15的与定子铁芯9对应的一面形成为圆弧面14a、15a，使转子5旋转的空气阻力变少，能够防止因紊流而产生的噪音。进一步，由于切除永久磁铁14、15的圆弧面14a、15a的两端面的边角部分而形成切口部14b、15b，因而能够防止在边角部分产生减磁作用而引起的磁力特性的变化。

（其他实施方式）

作为电机4，不限定于外转子型，也可以是内转子型。作为洗衣机，也适用于具备干燥功能的洗涤干燥剂。

作为洗衣机，不限定于滚筒式洗衣机，也适用于旋转槽朝向上下方向的纵轴型洗衣机。这种洗衣机中，永磁电机在洗涤行程和漂洗行程中以低速度正反旋转用于搅拌洗涤物的搅拌体，在脱水行程中将搅拌体和旋转槽一体地朝一方向告诉旋转。这时，永磁电机旋转驱动的洗衣机负荷是搅拌体和旋转槽。

根据如上的实施方式的永磁电机具备：定子，在定子铁芯上卷绕定子线圈而形成；转子，将大致矩形块状的永久磁铁排列在支架的与所述定子铁芯对应的一侧而形成，所述永久磁铁构成极性交替相异的多个磁极；其特征在于，将构成所述多个磁极的永久磁铁配设为，其长度方向位于所述定子铁芯的圆周方向侧，宽度方向位于该定子铁芯的径向侧，并且，其厚度尺寸设定为，厚度方向的两端部比所述定子铁芯的厚度方向两端部突出；构成所述多个磁极的永久磁铁由磁性粉末的烧结体构成，并且，所述永久磁铁配向为，在长度方向侧，磁通在定子铁芯的相反侧沿圆周方向流动而在定子铁芯侧沿径向流动，在厚度方向侧，磁通在定子铁芯的相反侧沿厚度方向流动而在定子铁芯侧沿径向流动。根据这样的结构，作为永磁电机，在谋求小型化、轻量化、低成本化的同时，能够产生高转矩。

以上虽然对本发明的几个实施方式进行了说明，但是这些实施方式是作为例子提出的，并不限定发明的保护范围。这些新颖的实施方式能够以其他各种方式实施，在不偏离发明宗旨的范围内，可以进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变形包含在发明的保护范围或主旨中，并且，包含在权利要求范围所记载的发明和其等同的保护范围内。

Claims (3)

1.一种永磁电机，具备：定子，在定子铁芯上卷绕定子线圈而形成；转子，将大致矩形块状的永久磁铁排列在支架的与所述定子铁芯对应的一侧而形成，所述永久磁铁构成极性交替相异的多个磁极；

其特征在于，

将构成所述多个磁极的永久磁铁配设为，其长度方向位于所述定子铁芯的圆周方向侧，宽度方向位于该定子铁芯的径向侧，并且，其厚度尺寸设定为，厚度方向的两端部比所述定子铁芯的厚度方向两端部突出；

构成所述多个磁极的永久磁铁由磁性粉末的烧结体构成，并且，所述永久磁铁配向为，在长度方向侧，磁通的流动在圆周方向和径向上变化，在厚度方向侧，磁通的流动在厚度方向和径向上变化，并且，在各个永久磁铁内，磁通的流动在长度方向以及厚度方向上均向中央集中。

2.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，

永久磁铁的与定子铁芯对应的一侧的长度方向两端部的边角部分被切除，从而形成用于防止在所述边角部分产生减磁作用的切口部。

3.一种洗衣机，通过永磁电机旋转驱动洗衣机负荷，该永磁电机具备：定子，在定子铁芯上卷绕定子线圈而形成；转子，将矩形块状的永久磁铁排列在支架的与所述定子铁芯对应的一侧而形成，所述永久磁铁构成极性交替相异的多个磁极，其特征在于，

将构成所述多个磁极的永久磁铁配设为，其长度方向位于所述定子铁芯的圆周方向侧，宽度方向位于该定子铁芯的径向侧，并且，其厚度尺寸设定为，厚度方向的两端部比所述定子铁芯的厚度方向两端部突出；

构成所述多个磁极的永久磁铁由磁性粉末的烧结体构成，并且，所述永久磁铁配向为，在长度方向侧，磁通的流动在圆周方向和径向上变化，在厚度方向侧，磁通的流动在厚度方向和径向上变化，并且，在各个永久磁铁内，磁通的流动在长度方向以及厚度方向上均向中央集中；

永久磁铁的定子铁芯侧的面形成为沿着该定子铁芯的圆弧状；

永久磁铁的与定子铁芯对应的一侧的长度方向两端部的边角部分被切除；

通过合成树脂制的模塑层从径向覆盖所述被切除的边角部分。