JP3879415B2 - 洗濯機 - Google Patents
洗濯機 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3879415B2 JP3879415B2 JP2001053431A JP2001053431A JP3879415B2 JP 3879415 B2 JP3879415 B2 JP 3879415B2 JP 2001053431 A JP2001053431 A JP 2001053431A JP 2001053431 A JP2001053431 A JP 2001053431A JP 3879415 B2 JP3879415 B2 JP 3879415B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- field magnet
- washing machine
- machine according
- rotor
- shaft
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
- D06F37/00—Details specific to washing machines covered by groups D06F21/00 - D06F25/00
- D06F37/30—Driving arrangements
- D06F37/40—Driving arrangements for driving the receptacle and an agitator or impeller, e.g. alternatively
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
- D06F37/00—Details specific to washing machines covered by groups D06F21/00 - D06F25/00
- D06F37/30—Driving arrangements
- D06F37/304—Arrangements or adaptations of electric motors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/02—Details
- H02K21/021—Means for mechanical adjustment of the excitation flux
- H02K21/028—Means for mechanical adjustment of the excitation flux by modifying the magnetic circuit within the field or the armature, e.g. by using shunts, by adjusting the magnets position, by vectorial combination of field or armature sections
- H02K21/029—Vectorial combination of the fluxes generated by a plurality of field sections or of the voltages induced in a plurality of armature sections
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
- Control Of Washing Machine And Dryer (AREA)
- Brushless Motors (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は永久磁石を界磁に用いた電動機に係り、特に洗濯機を駆動する電動機およびその制御方法に関し、電動機の回転子が第１界磁用磁石と第２界磁用磁石から構成され、トルク方向に応じて第１界磁用磁石と第２界磁用磁石の磁極中心位置を変化し、かつ回転数に応じて有効磁束量の変化が可能な電動機およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術による永久磁石界磁形電動機において、誘導起電力Ｅは回転子に配置されている永久磁石が発生する一定磁束Φと電動機の回転角速度ωによって決定される。つまり、電動機の回転角速度ω（回転数）が上昇すると、電動機の誘導起電力は比例して上昇する。
【０００３】
よって、低速領域で高トルクが得られるが、回転数の可変範囲が狭いために高速領域の運転は困難であった。そこで、弱め界磁制御技術により高速運転領域を広げることが考えられる。
【０００４】
また、洗濯機の電動機は広い速度範囲で所定の出力を確保するために、電動機のトルクはプーリーを介してベルトとギアによりトルクを伝達する。しかし、最近では、電動機のトルクを直接パルセータなどの回転体や脱水槽に伝達するためのダイレクトドライブ方式がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
洗濯機の従来技術で、電動機のトルクはプーリーを介してベルトとギアによりトルクを伝達する場合、ベルトとギアの摺動，打撃音等の騒音が大きい問題がある。
【０００６】
また、電動機のトルクを直接回転体（例えば、パルセータなど）や脱水槽に伝達するためのダイレクトドライブ方式では、前記弱め界磁制御技術により高速運転領域を広げることは、弱め界磁電流による発熱や効率低下などにより限界がある。前記ダイレクトドライブ方式は減速機構がないために、低速高トルクの洗いや濯ぎ行程と高速大出力の脱水行程の広範囲速度領域を賄う電動機の体格は大型になる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、洗濯機において、回転軸を中心として外槽内に回転自在に軸支された洗濯脱水槽と、洗濯脱水槽の回転軸と同心の回転軸を中心として洗濯脱水槽の底部に回転自在に軸支された回転体と、この回転体の回転軸に対して洗濯脱水槽の回転軸を連結又は離脱する切換機構と、回転体を回転駆動させる電動機とを有し、電動機は、一次巻線及び固定子磁極を有する固定子と、固定子磁極に対向する界磁用磁石及びシャフトを有するものであって、界磁用磁石が、回転方向に順次異なった極性の磁極が並んでいる第１の界磁用磁石と、この第１の界磁用磁石に対して相対回転が可能で、回転後方に順次異なった磁性の磁極が並んでいる第２の界磁用磁石とを含み構成された回転子と、第１の界磁用磁石と第２の界磁用磁石との間の磁気作用力と回転子に発生するトルク方向との釣合いに応じて、第１の界磁用磁石に対して第２の界磁用磁石を軸方向及び回転方向に変位させる変位機構とを備えており、変位機構は、洗濯行程に応じて、第１の界磁用磁石と第２の界磁用磁石との間の磁気作用力と回転子に発生する回転トルクの方向との釣合いにより第１の界磁用磁石と第２の界磁用磁石の同磁極中心を並ばせる変位機能と、回転子の発生する回転トルクの方向が反対になることにより第１の界磁用磁石と第２の界磁用磁石の同磁極中心位置をずらす変位機能とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
図１は本実施例の永久磁石形同期電動機を配置した洗濯機の概略を示したものである。
【００１０】
２は電動機であり、パルセータ７３を直接的に回転駆動(ダイレクトドライブ)する永久磁石界磁同期電動機が用いられている。電動機２は、クラッチを介してパルセータ７３と脱水槽７２に回転作用を施す。
【００１１】
図１に示す洗濯機ケース７０の中には外槽７１と洗濯脱水槽７２がある。外槽７１内に回転軸２２を中心に回転自在に軸支された洗濯脱水槽７２と、前記洗濯脱水槽の底部に前記回転軸と同心の回転軸を中心に回転自在に軸支されたパルセータ７３と、前記パルセータの回転軸に対し前記洗濯脱水槽の回転軸を連結又は離脱する切換機構７７と、電動機２とを有し、前記洗濯槽内を撹拌するパルセータを正・反転動作させることにより洗いもしくは濯ぎ行程を行い、最後は脱水行程を行う洗濯機である。洗濯機には、洗い濯ぎ時に、水を脱水槽のみに溜めるタイプと脱水槽を含めた水槽７１全体に溜めるタイプとがある。本発明は何れのタイプのものにも適用できる。
【００１２】
このような構成からなる洗濯機は、インバータ７８により駆動されるが、前記インバータはマイコンにより制御されることを前提としており、マイコンの指令を受けて電動機２の回転数を可変する回転制御手段としての電動機制御回路であり、インバータにはマイコン制御回路が内蔵されている。インバータ７８は、電動機２に流れる電流値を検出するモータ電流検出手段としての機能も持っている。また、洗濯機の基本構成要素として、他には排水弁７４，操作盤７５，水位センサー７６等を備えている。
【００１３】
図２は図１の電動機２の回転子同磁極中心がずれた場合の概略を示す。
【００１４】
図２において、固定子鉄心１０には電機子巻線１１がスロット内に巻装されており、内部に冷媒が流れる冷却路１２をもったハウジング１３に結合されている。
【００１５】
永久磁石埋め込み型回転子２０はシャフト２２に固定した第１回転子２０Ａとシャフト２２と分離した第２回転子２０Ｂからなる。勿論、永久磁石埋め込み型回転子のみならず、表面磁石型回転子でも良い。
【００１６】
第１回転子２０Ａには、永久磁石２１Ａが回転方向に順次異なった極性の磁極が並んでいる。同じく、第２回転子２０Ｂには、永久磁石２１Ｂが回転方向に順次異なった極性の磁極が並んでいる。第１と第２回転子の２つの回転子を同一軸上に配置した界磁用磁石は固定子磁極に対向している。
【００１７】
第２回転子２０Ｂの内径側はナット部２３Ｂとなり、それに当たるシャフトにはボルトのネジ部２３Ａとなり、お互いにネジの機能を持たせて接続すると、第２回転子２０Ｂはシャフトに対して回転しながら軸方向に可変可能とする。
【００１８】
また、第２回転子２０Ｂが固定子の中心から所定の変位以上はみ出さないように前記第２回転子２０Ｂの側面から離れたところにはストッパー２４を設ける。さらに、サーボ機構であるストッパー駆動用アクチュエータ２５を設けて、前記ストッパー２４をシャフトと平行に左右に可変可能にすれば、第１界磁用磁石と第２界磁用磁石の磁極中心のずれる値を変えることが出来る。結果的には、電機子巻線１１がスロット内に巻装されている固定子に対して、第１界磁用磁石と第２界磁用磁石からなる全体の有効磁束量を制御可能である。
【００１９】
上記のようにすることで、トルクの方向に応じて永久磁石の有効磁束量を変化することについて述べる。
【００２０】
基本的に固定子には電機子巻線と回転子には永久磁石を用いる電動機において、電動機として働く時と、発電機として働く時の回転子の回転方向が同じであれば、電動機として働く時と、発電機として働く時の回転子が受けるトルクの方向は反対になる。
【００２１】
また、同じ電動機として働く時、回転子の回転方向が反対になれば、トルク方向も反対になる。同じく、同じ発電機として働く時、回転子の回転方向が反対になれば、トルク方向も反対になる。
【００２２】
上記に説明した回転方向とトルク方向による基本理論を本発明の実施形態に係る電動機に適用すると以下の通りである。
【００２３】
大きなトルクは必要とされる洗い若しくは濯ぎ行程のように低速回転領域において運転する時は、図３に示すように、強制的に第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの同磁極の中心が揃えるようにして、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を多くして、高トルク特性が得られる。
【００２４】
次に、脱水行程のような高速回転領域において運転する時は、図４に示すようにシャフト２２に対して第２回転子２０Ｂはボルトのネジ部からナット部が外れるように第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの間の間隔が広がりながら同磁極の中心がずれる方向に回転させれば、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を少なくすることになり、言い換えると弱め界磁効果があり、高回転領域において高出力特性が得られる。
【００２５】
第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの間の間隔が広がりながら同磁極の中心がずれて、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量が少ない状態の概略を図４に示す。
【００２６】
図３と図４にはボルトの頭部６１，ボルトのネジ部６０とナット部６２に対応して書いたのがあるが、ボルトの頭部６１は第１回転子２０Ａ，ナット部６２は第２回転子２０Ｂに相当するものである。ボルトのネジ部６０（図２内の２３Ａに相当する）が同じ方向に回転するとすれば、ナット部６２にかかるトルクの方向によって該ナット部６２は締まったり外れたりするように、第２回転子２０Ｂも回転子のトルク方向によって同じ働きをする。
【００２７】
また、電動機として回転する場合、正回転と逆回転の時はトルクの方向が反対になり正回転の時に図３に示す状態ならば、逆回転の場合は図４の状態になる。
【００２８】
勿論、第２回転子２０Ｂの内径側はナット部２３Ｂとなり、それに当たるシャフトにはボルトのネジ部２３Ａとなり、お互いにネジの機能を持たせて接続するが、ネジの方向を反対にすれば（例えば右ネジから左ネジ）図３と図４の状態が反対になるが、同様に同じ効果が得られる。
【００２９】
例えば、洗いもしくは濯ぎ行程で正・反転動作でも図３に示すように、強制的に第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの同磁極の中心が揃えるようにしたネジの組合せにすれば、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を多くして、高トルク特性が得られる。
【００３０】
次に、脱水行程のような高速回転領域において運転する時は、図４に示すようにシャフト２２に対して第２回転子２０Ｂはボルトのネジ部からナット部が外れるように第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの間の間隔が広がりながら同磁極の中心がずれる方向に回転させれば、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を少なくすることになり、言い換えると弱め界磁効果があり、高回転領域において定出力特性が得られる。
【００３１】
本発明の電動機による誘導起電力の作用について説明する。
【００３２】
図５に永久磁石形同期電動機の回転角速度に対する有効磁束，誘導起電力，端子電圧の特性を示す。
【００３３】
永久磁石形同期電動機の誘導起電力Ｅは回転子に配置されている永久磁石が発生する一定磁束Φと電動機の回転角速度ωによって決定される。つまり図５(ａ)に示す様に、回転子に配置されている永久磁石が発生する一定磁束Φ１が一定ならば、回転角速度ω（回転数）が上昇すると、電動機の誘導起電力Ｅ１は比例して上昇する。しかし、電源の端子電圧とインバータの容量などからインバータの出力電圧は制限があり、定常運転状態の電動機が発生する誘導起電力も制限がある。その為永久磁石形同期電動機では、ある回転数以上の領域では永久磁石が発生する磁束を減らす為、いわゆる弱め界磁制御を行わなくてはならない。
【００３４】
誘導起電力が回転角速度に比例して上昇する為、弱め界磁制御の電流も大きくしなければならない故に、１次導体であるコイルに大電流を流す必要があり、おのずとコイルの発生する熱が増大する。そのため、高回転領域における電動機としての効率の低下，冷却能力を超えた発熱による永久磁石の減磁等が起こりうる可能性がある。
【００３５】
例えば、図５（ａ）に示す様に、回転子に配置されている永久磁石が発生する磁束Φ１がある回転角速度ω１（回転数）のポイントで磁束Φ２に変わると、電動機の誘導起電力Ｅ１から誘導起電力Ｅ２特性に変化することで誘導起電力の最大値を制限することが可能である。
【００３６】
図５（ｂ）は同様に回転角速度ω（回転数）に応じてより細かく磁束Φが変われば、誘導起電力Ｅも一定に保つことが可能であることの概略を示す。
【００３７】
図５に示した特性を得る手段の実施例の一つとして、前記第１界磁用磁石はシャフトに固定し、前記第２界磁用磁石はシャフトと分離すると共に、シャフトにはボルトのネジ部と第２界磁用磁石の内側にはナット部になりお互いにネジの機能を持たせて接続し、第２界磁用磁石の側面から離れたところにはストッパーを設け、ストッパーを回転速度に応じてシャフトと平行に可変可能なサーボ機構を持たせた電動機を用いることで可能である。
【００３８】
図６は図１の電動機２の制御ブロック図を示したものである。
【００３９】
まず、操作盤（図１内の７５）から設定された情報、水位センサー７６からの情報、および永久磁石形同期電動機２の回転数を基に、運転判断部１０１が永久磁石形同期電動機２の運転動作を判断して電流指令値を出力する。運転判断部１０１から出力された電流指令値は、現在の永久磁石形同期電動機２の電流値との差分に対して非干渉制御等を行っている電流制御ブロック１０２に入力する。
【００４０】
電流制御ブロック１０２からの出力は回転座標変換部１０３で３相の交流に変換され、インバータ１０４を介して永久磁石形同期電動機２を制御する。また、永久磁石形同期電動機２の各相の電流（少なくとも２相の電流）および回転数を検出し、各相の電流は２軸変換ブロック１０５で、２軸電流に変換し、電流指令値にフィードバックしている。また、回転数，磁極位置らは検出器１０６で検出され、磁極位置変換部１０７と速度変換部１０８らを通して各制御ブロックにフィードバックされる。
【００４１】
尚、図６における実施例では、電動機２の位置・速度センサ、ならびに電動機の電流センサがある場合のものを示したが、これらの一部のセンサを排除し、センサレスにより電動機２を駆動するタイプの制御構成のものでも、同様に実施可能である。
【００４２】
また、本発明の永久磁石形同期電動機は、運転状況に応じて第１回転子と第２回転子の同磁極中心が並ばせたり、ずれたりすることになるので、前記第１界磁用磁石と第２界磁用磁石の合成磁極位置のずれに応じて前記インバータを制御するコントローラによる電流供給の進角を補正する機能を持つ。
【００４３】
電流供給の進角を補正する実施例について述べる。
【００４４】
前記第１界磁用磁石はシャフトに固定し、前記第２界磁用磁石はシャフトと分離すると共に、シャフトにはボルトのネジ部と第２界磁用磁石の内側にはナット部になりお互いにネジの機能を持たせて接続して運転すると、第２界磁用磁石は回転しながら軸方向に左右に移動する。
【００４５】
運転状況に応じて第１回転子と第２回転子の同磁極中心が並ばせたり、ずれたりする場合の回転角と軸方向変位量の関係を図１２に示す。
【００４６】
図１２において、第２回転子の回転角θと軸方向変位量ΔＬは比例関係であり、変位測定器６４を用いて軸方向変位量ΔＬを測定し、制御回路の位置検出回路（図６内１０６）にフィードバックされ第１界磁用磁石と第２界磁用磁石の合成磁極位置のずれ角に換算した値として、電流供給の進角を補正する最適制御に用いる。
【００４７】
図７は本発明の他の実施形態をなす電動機を示す。
【００４８】
前記第１回転子２０Ａはシャフト２２に固定し、前記第２回転子２０Ｂはシャフト２２と分離すると共に、シャフトの一部にはボルトのネジ部２３Ａと第２界磁用磁石の内側にスリーブ４１を固定し、かつスリーブ４１の内側にナット部２３Ｂを固定したものを一体化すれば、シャフト２２に対して第２回転子２０Ｂはボルトのネジ部からナット部が外れるように第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの間の間隔が広がりながら回転する。
【００４９】
第２界磁用磁石の内側とシャフト２２間にはわずかな遊びがあることで、回転と共に第２界磁用磁石の内側とシャフト２２間に鎖交磁束の変化が生じると、電食等の障害があるが、前記スリーブ１１は鉄より電気抵抗率が高い非磁性体を用いることで、第２界磁用磁石の内側とシャフト２２に間には磁気的にも、電気的にも絶縁を行う効果がある。
【００５０】
前記第２界磁用磁石と前記シャフト間には回転運動と往復運動及び複合運動を案内出来るようにスリーブ４１の内側に支持機構４０Ａ，４０Ｂを備えた。
【００５１】
第２回転子２０Ｂはシャフトの一部にボルトのネジ部２３Ａとお互いにネジの機能を持たせて接続され、第２界磁用磁石の側面から離れたところには可変可能なストッパー２４を設ける。ストッパー２４とシャフト間、ストッパーと第２回転子２０Ｂの側面間には回転運動と往復運動及び複合運動を案内出来るように支持機構４２，４７を設ける。支持機構４２はスラスト軸受の機能を持ち、支持機構４７はラジアル軸受でありながら回転運動と往復運動及び複合運動を案内する機能を持つ。
【００５２】
さらに、ばね４８を設けることで、支持機構４２はスラスト軸受としてその機能が向上する効果がある。
【００５３】
ストッパー２４はシャフトと平行に可変可能なサーボ機構の一例として電磁クラッチについて述べる。
【００５４】
電磁クラッチの構成は、ヨーク４４にコイル４６が巻かれて、ストッパー２４は可動鉄心の機能を兼用することで良い。ヨーク４４とコイル４６は電動機のフレーム４９、若しくは洗濯機の一部に（図に示せず）固定し、ヨーク４４とストッパー２４の間にばね４５を備えて励磁遮断時の復帰装置の機能を持つ。電動機のフレーム４９とシャフト２２の間には軸受５０で支える。
【００５５】
図７はコイル４６に無励磁状態の概略であり、図８はコイル４６に励磁状態の概略を示す。
【００５６】
コイル４６を励磁することでヨーク４４は強力な電磁石となり、可動鉄心の機能を兼用するストッパー２４を吸引する。
【００５７】
コイル４６を励磁してストッパー２４を吸引する時には、シャフト２２に対して第２回転子２０Ｂはボルトのネジ部からナット部が外れるように第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの間の間隔が広がりながら回転するようにトルクを加えれば、コイル４６に流す電流の負担が少なくして済む。
【００５８】
ここに示した電磁クラッチはストッパー２４をシャフトと平行に可変可能なサーボ機構の一例であり、油圧アクチュエータ，回転機とボールネジなどによる直線駆動装置，リニアモータなどを用いることで、より細かなストッパーの位置決めが可能である。
【００５９】
図９は第２回転子２０Ｂの内側に固定されるスリーブ４１の一例を示す。
【００６０】
それらの固定方法の一つとして、第２回転子２０Ｂとスリーブ４１からなる２つの部品の接する面のお互いに凸凹を設けて固定した。また、シャフト２２に固定した第１回転子２０Ａとシャフト２２と分離した第２回転子２０Ｂの内側違いの概略を示す。
【００６１】
図１０は本発明の他の実施例を示す。
【００６２】
前記第１界磁用磁石と前記第２界磁用磁石が接する前記第１界磁用磁石側面に凹部５３を設け、前記第２界磁用磁石には前記スリーブの機能を兼ねた突起部５４を設けた構造である。突起部５４はスリーブ４１と一体ものでも良いし、第２回転子２０Ｂと一体ものでも良い。よって、スリーブ４１の十分なスペースが確保出来、ばね４８、支持機構４０Ａ，４０Ｂ、ナット部２３Ｂらを有効に配置することで、第２回転子２０Ｂの軸長積厚が薄い電動機に有効な手法の一つである。
【００６３】
図１１は本発明の他の実施例を示す。
【００６４】
図１１に示す基本構成要素は図７と同じであるが、電磁クラッチに相当する一部を変更した一例である。図１１はコイル４６が励磁状態であり、励磁遮断時はばね４５によりヨーク４４とストッパー２４は切り離れる。また、第２回転子２０Ｂにトルクが加わるボルトのネジ部２３Ａとナット部２３Ｂの相互作用によるネジの機能により推力が得られる特性を持つ。よって、ネジとトルクの相互関係でストッパー２４を押し出す推力が加われば、コイル４６の励磁を遮断するとストッパー２４はヨーク４４と切り離れる。ヨーク４４はアーム５２を介してフレーム４９、若しくは主軸の一部に（図に示せず）固定される。
【００６５】
図１１に示す電磁クラッチは、図７，図８の説明と同じくストッパー２４をシャフトと平行に可変可能なサーボ機構の一例であり、油圧アクチュエータ，回転機とボールネジなどによる直線駆動装置，リニアモータなどを用いることで、より細かなストッパー２４の位置決めが可能である。
【００６６】
図１３は本発明の他の実施例を示す。
【００６７】
本発明の電動機の特徴として、第１回転子２０Ａはシャフト２２に対してしっかり固定されているのに対して、第２回転子２０Ｂはシャフト２２に対して自由度を持つことになる。従って、第２回転子２０Ｂとシャフト２２間にはわずかな機械的な寸法の遊びがあり、大きなトルクや遠心力などが加わると偏心することもあり得る。よって、第１界磁用磁石を有する第１回転子２０Ａと前記固定子間のエアギャップＧａｐ１より第２界磁用磁石を有する第２回転子２０Ｂと前記固定子間のエアギャップＧａｐ２の方が大きくしたことで、偏心による第２回転子２０Ｂと前記固定子との機械的な接続を省く効果がある。
【００６８】
ストッパー２４と第２回転子２０Ｂの間、第１回転子２０Ａとに第２回転子２０Ｂの間には、ばね４８，ばね５１を複数個設けることで、第２回転子２０Ｂの急激な変動を押さえたり、トルク方向による動きを補助する効果がある。
【００６９】
勿論、各図に示した各々の構成要素は様々な方法で組合わせることが可能であり、用途に合わせて加えたり、取り外すことは言うまでもない。
【００７０】
図１４は本発明の他の実施形態をなす回転電機を示す。
【００７１】
前記図２に示した第２回転子のネジ部２３をなくし、回転角θ分可変できる機構を設けたことを特徴とする永久磁石形同期回転電機である。
【００７２】
前記図２に示した第２回転子のネジ部分の代わりに、シャフト２２に歯車のように凹凸を設けて、第２回転子２０Ｂの内径側にはシャフトが挿入できるように凸凹を設ける。ただし、シャフト２２を第２回転子２０Ｂの内径側に挿入したときには、かみ合う歯の幅より溝の幅を大きくして所定の回転角θ分可変できるようにする。さらに、かみ合う歯と溝の間にはスプリング２６とダンパー２７を設けることで、急な衝突を和らげる効果がある。同様にアクチュエータを設けて、大きなトルクは必要とされる洗い若しくは濯ぎ行程のように低速回転領域において運転する時は、図３に示すように、強制的に第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの同磁極の中心が揃えるようにして、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を多くして、高トルク特性が得られる。
【００７３】
次に、脱水行程のような高速回転領域において運転する時は、図４に示すようにシャフト２２に対して第２回転子２０Ｂは同磁極の中心がずれて、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を少なくすることになり、言い換えると弱め界磁効果があり、高回転領域において高出力特性が得られる。
【００７４】
以上の本発明の説明では、４極機を対象に述べたが、６極機，８極機，数十極機以上に適用出来る事は言うまでもない。一例として、図１５には本発明を８極機に適用した場合の永久磁石形同期電動機の回転子概略図を示す。また、回転子においては埋め込み磁石形でも、表面磁石形でも適用出来る事は言うまでもない。
【００７５】
図１６にダイレクトドライブ方式とギア併用方式洗濯機の概略を示す。
【００７６】
図１６において、洗濯機の他の構成要素は共通であるが、ギアの有無の違いである。図１６（ａ）はダイレクトドライブ方式であり、図１６（ｂ）はギア併用方式を示す。図１６（ｂ）において、前記パルセータ（図１の内７３）の回転軸に対し前記洗濯脱水槽の回転軸を連結又は離脱する切換機構（図１の内７７）と電動機２の間にギア７９を介した概略であり、ギアは切換機構７７の中に組み込まれて構成されても良い。勿論、本発明の電動機は上記の両方式とも適用可能であることは言うまでもない。
【００７７】
【発明の効果】
本発明の永久磁石形同期電動機は第１界磁用磁石と第２界磁用磁石に分割した回転子を同一軸上に配置したトルクの方向により第１と第２の界磁用磁石の磁極中心を変化させるという構成により、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を可変出来るという効果がある。
【００７８】
特に、洗濯機電動機の脱水行程の弱め界磁が簡単に出来、広範囲可変速運転には大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の永久磁石形同期電動機を配置した洗濯機の概略を示す。
【図２】図１の電動機の回転子同磁極中心がずれた場合概略を示す（その１）。
【図３】図１の電動機の回転子同磁極中心が揃った場合概略を示す。
【図４】図１の電動機の回転子同磁極中心がずれた場合概略を示す（その２）。
【図５】図１の電動機の回転角速度に対する諸特性を示す。
【図６】図１の電動機の制御ブロック図を示す。
【図７】本発明の他の実施形態をなす電動機を示す（アクチュエータＯＦＦ状態）。
【図８】本発明の他の実施形態をなす電動機を示す（アクチュエータＯＮ状態）。
【図９】本発明の他の実施形態をなす電動機の回転子の内側を示す。
【図１０】本発明の他の実施形態をなす電動機の回転子の内側を示す。
【図１１】本発明の他の実施形態をなす電動機を示す（アクチュエータＯＮ状態）。
【図１２】本発明の他の実施形態をなす電動機の軸方向変位測定の概略図を示す。
【図１３】本発明の他の実施形態をなす電動機の回転子概略図を示す（Ｇａｐの差を付ける）。
【図１４】本発明の他の実施形態をなす電動機を示す。
【図１５】本発明の他の実施形態をなす電動機の回転子概略図を示す（８極機に適用した場合）。
【図１６】本発明の他の実施形態をなす電動機の配置の概略図を示す。
【符号の説明】
２…電動機、１０…固定子鉄心、１１…電機子巻線、１２…冷却路、１３…ハウジング、２０…回転子、２０Ａ…第１回転子、２０Ｂ…第２回転子、２１…永久磁石、２１Ａ…第１回転子永久磁石、２１Ｂ…第２回転子永久磁石、２２…シャフト、２３…ネジ、２４…ストッパー、２５…ストッパー駆動用アクチュエータ、２６…スプリング、２７…ダンパー、１０１…運転判断部、１０２…電流制御、１０３…回転座標変換部、１０４…インバータ、１０５…２軸変換部。
【発明の属する技術分野】
本発明は永久磁石を界磁に用いた電動機に係り、特に洗濯機を駆動する電動機およびその制御方法に関し、電動機の回転子が第１界磁用磁石と第２界磁用磁石から構成され、トルク方向に応じて第１界磁用磁石と第２界磁用磁石の磁極中心位置を変化し、かつ回転数に応じて有効磁束量の変化が可能な電動機およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術による永久磁石界磁形電動機において、誘導起電力Ｅは回転子に配置されている永久磁石が発生する一定磁束Φと電動機の回転角速度ωによって決定される。つまり、電動機の回転角速度ω（回転数）が上昇すると、電動機の誘導起電力は比例して上昇する。
【０００３】
よって、低速領域で高トルクが得られるが、回転数の可変範囲が狭いために高速領域の運転は困難であった。そこで、弱め界磁制御技術により高速運転領域を広げることが考えられる。
【０００４】
また、洗濯機の電動機は広い速度範囲で所定の出力を確保するために、電動機のトルクはプーリーを介してベルトとギアによりトルクを伝達する。しかし、最近では、電動機のトルクを直接パルセータなどの回転体や脱水槽に伝達するためのダイレクトドライブ方式がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
洗濯機の従来技術で、電動機のトルクはプーリーを介してベルトとギアによりトルクを伝達する場合、ベルトとギアの摺動，打撃音等の騒音が大きい問題がある。
【０００６】
また、電動機のトルクを直接回転体（例えば、パルセータなど）や脱水槽に伝達するためのダイレクトドライブ方式では、前記弱め界磁制御技術により高速運転領域を広げることは、弱め界磁電流による発熱や効率低下などにより限界がある。前記ダイレクトドライブ方式は減速機構がないために、低速高トルクの洗いや濯ぎ行程と高速大出力の脱水行程の広範囲速度領域を賄う電動機の体格は大型になる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、洗濯機において、回転軸を中心として外槽内に回転自在に軸支された洗濯脱水槽と、洗濯脱水槽の回転軸と同心の回転軸を中心として洗濯脱水槽の底部に回転自在に軸支された回転体と、この回転体の回転軸に対して洗濯脱水槽の回転軸を連結又は離脱する切換機構と、回転体を回転駆動させる電動機とを有し、電動機は、一次巻線及び固定子磁極を有する固定子と、固定子磁極に対向する界磁用磁石及びシャフトを有するものであって、界磁用磁石が、回転方向に順次異なった極性の磁極が並んでいる第１の界磁用磁石と、この第１の界磁用磁石に対して相対回転が可能で、回転後方に順次異なった磁性の磁極が並んでいる第２の界磁用磁石とを含み構成された回転子と、第１の界磁用磁石と第２の界磁用磁石との間の磁気作用力と回転子に発生するトルク方向との釣合いに応じて、第１の界磁用磁石に対して第２の界磁用磁石を軸方向及び回転方向に変位させる変位機構とを備えており、変位機構は、洗濯行程に応じて、第１の界磁用磁石と第２の界磁用磁石との間の磁気作用力と回転子に発生する回転トルクの方向との釣合いにより第１の界磁用磁石と第２の界磁用磁石の同磁極中心を並ばせる変位機能と、回転子の発生する回転トルクの方向が反対になることにより第１の界磁用磁石と第２の界磁用磁石の同磁極中心位置をずらす変位機能とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
図１は本実施例の永久磁石形同期電動機を配置した洗濯機の概略を示したものである。
【００１０】
２は電動機であり、パルセータ７３を直接的に回転駆動(ダイレクトドライブ)する永久磁石界磁同期電動機が用いられている。電動機２は、クラッチを介してパルセータ７３と脱水槽７２に回転作用を施す。
【００１１】
図１に示す洗濯機ケース７０の中には外槽７１と洗濯脱水槽７２がある。外槽７１内に回転軸２２を中心に回転自在に軸支された洗濯脱水槽７２と、前記洗濯脱水槽の底部に前記回転軸と同心の回転軸を中心に回転自在に軸支されたパルセータ７３と、前記パルセータの回転軸に対し前記洗濯脱水槽の回転軸を連結又は離脱する切換機構７７と、電動機２とを有し、前記洗濯槽内を撹拌するパルセータを正・反転動作させることにより洗いもしくは濯ぎ行程を行い、最後は脱水行程を行う洗濯機である。洗濯機には、洗い濯ぎ時に、水を脱水槽のみに溜めるタイプと脱水槽を含めた水槽７１全体に溜めるタイプとがある。本発明は何れのタイプのものにも適用できる。
【００１２】
このような構成からなる洗濯機は、インバータ７８により駆動されるが、前記インバータはマイコンにより制御されることを前提としており、マイコンの指令を受けて電動機２の回転数を可変する回転制御手段としての電動機制御回路であり、インバータにはマイコン制御回路が内蔵されている。インバータ７８は、電動機２に流れる電流値を検出するモータ電流検出手段としての機能も持っている。また、洗濯機の基本構成要素として、他には排水弁７４，操作盤７５，水位センサー７６等を備えている。
【００１３】
図２は図１の電動機２の回転子同磁極中心がずれた場合の概略を示す。
【００１４】
図２において、固定子鉄心１０には電機子巻線１１がスロット内に巻装されており、内部に冷媒が流れる冷却路１２をもったハウジング１３に結合されている。
【００１５】
永久磁石埋め込み型回転子２０はシャフト２２に固定した第１回転子２０Ａとシャフト２２と分離した第２回転子２０Ｂからなる。勿論、永久磁石埋め込み型回転子のみならず、表面磁石型回転子でも良い。
【００１６】
第１回転子２０Ａには、永久磁石２１Ａが回転方向に順次異なった極性の磁極が並んでいる。同じく、第２回転子２０Ｂには、永久磁石２１Ｂが回転方向に順次異なった極性の磁極が並んでいる。第１と第２回転子の２つの回転子を同一軸上に配置した界磁用磁石は固定子磁極に対向している。
【００１７】
第２回転子２０Ｂの内径側はナット部２３Ｂとなり、それに当たるシャフトにはボルトのネジ部２３Ａとなり、お互いにネジの機能を持たせて接続すると、第２回転子２０Ｂはシャフトに対して回転しながら軸方向に可変可能とする。
【００１８】
また、第２回転子２０Ｂが固定子の中心から所定の変位以上はみ出さないように前記第２回転子２０Ｂの側面から離れたところにはストッパー２４を設ける。さらに、サーボ機構であるストッパー駆動用アクチュエータ２５を設けて、前記ストッパー２４をシャフトと平行に左右に可変可能にすれば、第１界磁用磁石と第２界磁用磁石の磁極中心のずれる値を変えることが出来る。結果的には、電機子巻線１１がスロット内に巻装されている固定子に対して、第１界磁用磁石と第２界磁用磁石からなる全体の有効磁束量を制御可能である。
【００１９】
上記のようにすることで、トルクの方向に応じて永久磁石の有効磁束量を変化することについて述べる。
【００２０】
基本的に固定子には電機子巻線と回転子には永久磁石を用いる電動機において、電動機として働く時と、発電機として働く時の回転子の回転方向が同じであれば、電動機として働く時と、発電機として働く時の回転子が受けるトルクの方向は反対になる。
【００２１】
また、同じ電動機として働く時、回転子の回転方向が反対になれば、トルク方向も反対になる。同じく、同じ発電機として働く時、回転子の回転方向が反対になれば、トルク方向も反対になる。
【００２２】
上記に説明した回転方向とトルク方向による基本理論を本発明の実施形態に係る電動機に適用すると以下の通りである。
【００２３】
大きなトルクは必要とされる洗い若しくは濯ぎ行程のように低速回転領域において運転する時は、図３に示すように、強制的に第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの同磁極の中心が揃えるようにして、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を多くして、高トルク特性が得られる。
【００２４】
次に、脱水行程のような高速回転領域において運転する時は、図４に示すようにシャフト２２に対して第２回転子２０Ｂはボルトのネジ部からナット部が外れるように第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの間の間隔が広がりながら同磁極の中心がずれる方向に回転させれば、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を少なくすることになり、言い換えると弱め界磁効果があり、高回転領域において高出力特性が得られる。
【００２５】
第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの間の間隔が広がりながら同磁極の中心がずれて、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量が少ない状態の概略を図４に示す。
【００２６】
図３と図４にはボルトの頭部６１，ボルトのネジ部６０とナット部６２に対応して書いたのがあるが、ボルトの頭部６１は第１回転子２０Ａ，ナット部６２は第２回転子２０Ｂに相当するものである。ボルトのネジ部６０（図２内の２３Ａに相当する）が同じ方向に回転するとすれば、ナット部６２にかかるトルクの方向によって該ナット部６２は締まったり外れたりするように、第２回転子２０Ｂも回転子のトルク方向によって同じ働きをする。
【００２７】
また、電動機として回転する場合、正回転と逆回転の時はトルクの方向が反対になり正回転の時に図３に示す状態ならば、逆回転の場合は図４の状態になる。
【００２８】
勿論、第２回転子２０Ｂの内径側はナット部２３Ｂとなり、それに当たるシャフトにはボルトのネジ部２３Ａとなり、お互いにネジの機能を持たせて接続するが、ネジの方向を反対にすれば（例えば右ネジから左ネジ）図３と図４の状態が反対になるが、同様に同じ効果が得られる。
【００２９】
例えば、洗いもしくは濯ぎ行程で正・反転動作でも図３に示すように、強制的に第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの同磁極の中心が揃えるようにしたネジの組合せにすれば、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を多くして、高トルク特性が得られる。
【００３０】
次に、脱水行程のような高速回転領域において運転する時は、図４に示すようにシャフト２２に対して第２回転子２０Ｂはボルトのネジ部からナット部が外れるように第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの間の間隔が広がりながら同磁極の中心がずれる方向に回転させれば、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を少なくすることになり、言い換えると弱め界磁効果があり、高回転領域において定出力特性が得られる。
【００３１】
本発明の電動機による誘導起電力の作用について説明する。
【００３２】
図５に永久磁石形同期電動機の回転角速度に対する有効磁束，誘導起電力，端子電圧の特性を示す。
【００３３】
永久磁石形同期電動機の誘導起電力Ｅは回転子に配置されている永久磁石が発生する一定磁束Φと電動機の回転角速度ωによって決定される。つまり図５(ａ)に示す様に、回転子に配置されている永久磁石が発生する一定磁束Φ１が一定ならば、回転角速度ω（回転数）が上昇すると、電動機の誘導起電力Ｅ１は比例して上昇する。しかし、電源の端子電圧とインバータの容量などからインバータの出力電圧は制限があり、定常運転状態の電動機が発生する誘導起電力も制限がある。その為永久磁石形同期電動機では、ある回転数以上の領域では永久磁石が発生する磁束を減らす為、いわゆる弱め界磁制御を行わなくてはならない。
【００３４】
誘導起電力が回転角速度に比例して上昇する為、弱め界磁制御の電流も大きくしなければならない故に、１次導体であるコイルに大電流を流す必要があり、おのずとコイルの発生する熱が増大する。そのため、高回転領域における電動機としての効率の低下，冷却能力を超えた発熱による永久磁石の減磁等が起こりうる可能性がある。
【００３５】
例えば、図５（ａ）に示す様に、回転子に配置されている永久磁石が発生する磁束Φ１がある回転角速度ω１（回転数）のポイントで磁束Φ２に変わると、電動機の誘導起電力Ｅ１から誘導起電力Ｅ２特性に変化することで誘導起電力の最大値を制限することが可能である。
【００３６】
図５（ｂ）は同様に回転角速度ω（回転数）に応じてより細かく磁束Φが変われば、誘導起電力Ｅも一定に保つことが可能であることの概略を示す。
【００３７】
図５に示した特性を得る手段の実施例の一つとして、前記第１界磁用磁石はシャフトに固定し、前記第２界磁用磁石はシャフトと分離すると共に、シャフトにはボルトのネジ部と第２界磁用磁石の内側にはナット部になりお互いにネジの機能を持たせて接続し、第２界磁用磁石の側面から離れたところにはストッパーを設け、ストッパーを回転速度に応じてシャフトと平行に可変可能なサーボ機構を持たせた電動機を用いることで可能である。
【００３８】
図６は図１の電動機２の制御ブロック図を示したものである。
【００３９】
まず、操作盤（図１内の７５）から設定された情報、水位センサー７６からの情報、および永久磁石形同期電動機２の回転数を基に、運転判断部１０１が永久磁石形同期電動機２の運転動作を判断して電流指令値を出力する。運転判断部１０１から出力された電流指令値は、現在の永久磁石形同期電動機２の電流値との差分に対して非干渉制御等を行っている電流制御ブロック１０２に入力する。
【００４０】
電流制御ブロック１０２からの出力は回転座標変換部１０３で３相の交流に変換され、インバータ１０４を介して永久磁石形同期電動機２を制御する。また、永久磁石形同期電動機２の各相の電流（少なくとも２相の電流）および回転数を検出し、各相の電流は２軸変換ブロック１０５で、２軸電流に変換し、電流指令値にフィードバックしている。また、回転数，磁極位置らは検出器１０６で検出され、磁極位置変換部１０７と速度変換部１０８らを通して各制御ブロックにフィードバックされる。
【００４１】
尚、図６における実施例では、電動機２の位置・速度センサ、ならびに電動機の電流センサがある場合のものを示したが、これらの一部のセンサを排除し、センサレスにより電動機２を駆動するタイプの制御構成のものでも、同様に実施可能である。
【００４２】
また、本発明の永久磁石形同期電動機は、運転状況に応じて第１回転子と第２回転子の同磁極中心が並ばせたり、ずれたりすることになるので、前記第１界磁用磁石と第２界磁用磁石の合成磁極位置のずれに応じて前記インバータを制御するコントローラによる電流供給の進角を補正する機能を持つ。
【００４３】
電流供給の進角を補正する実施例について述べる。
【００４４】
前記第１界磁用磁石はシャフトに固定し、前記第２界磁用磁石はシャフトと分離すると共に、シャフトにはボルトのネジ部と第２界磁用磁石の内側にはナット部になりお互いにネジの機能を持たせて接続して運転すると、第２界磁用磁石は回転しながら軸方向に左右に移動する。
【００４５】
運転状況に応じて第１回転子と第２回転子の同磁極中心が並ばせたり、ずれたりする場合の回転角と軸方向変位量の関係を図１２に示す。
【００４６】
図１２において、第２回転子の回転角θと軸方向変位量ΔＬは比例関係であり、変位測定器６４を用いて軸方向変位量ΔＬを測定し、制御回路の位置検出回路（図６内１０６）にフィードバックされ第１界磁用磁石と第２界磁用磁石の合成磁極位置のずれ角に換算した値として、電流供給の進角を補正する最適制御に用いる。
【００４７】
図７は本発明の他の実施形態をなす電動機を示す。
【００４８】
前記第１回転子２０Ａはシャフト２２に固定し、前記第２回転子２０Ｂはシャフト２２と分離すると共に、シャフトの一部にはボルトのネジ部２３Ａと第２界磁用磁石の内側にスリーブ４１を固定し、かつスリーブ４１の内側にナット部２３Ｂを固定したものを一体化すれば、シャフト２２に対して第２回転子２０Ｂはボルトのネジ部からナット部が外れるように第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの間の間隔が広がりながら回転する。
【００４９】
第２界磁用磁石の内側とシャフト２２間にはわずかな遊びがあることで、回転と共に第２界磁用磁石の内側とシャフト２２間に鎖交磁束の変化が生じると、電食等の障害があるが、前記スリーブ１１は鉄より電気抵抗率が高い非磁性体を用いることで、第２界磁用磁石の内側とシャフト２２に間には磁気的にも、電気的にも絶縁を行う効果がある。
【００５０】
前記第２界磁用磁石と前記シャフト間には回転運動と往復運動及び複合運動を案内出来るようにスリーブ４１の内側に支持機構４０Ａ，４０Ｂを備えた。
【００５１】
第２回転子２０Ｂはシャフトの一部にボルトのネジ部２３Ａとお互いにネジの機能を持たせて接続され、第２界磁用磁石の側面から離れたところには可変可能なストッパー２４を設ける。ストッパー２４とシャフト間、ストッパーと第２回転子２０Ｂの側面間には回転運動と往復運動及び複合運動を案内出来るように支持機構４２，４７を設ける。支持機構４２はスラスト軸受の機能を持ち、支持機構４７はラジアル軸受でありながら回転運動と往復運動及び複合運動を案内する機能を持つ。
【００５２】
さらに、ばね４８を設けることで、支持機構４２はスラスト軸受としてその機能が向上する効果がある。
【００５３】
ストッパー２４はシャフトと平行に可変可能なサーボ機構の一例として電磁クラッチについて述べる。
【００５４】
電磁クラッチの構成は、ヨーク４４にコイル４６が巻かれて、ストッパー２４は可動鉄心の機能を兼用することで良い。ヨーク４４とコイル４６は電動機のフレーム４９、若しくは洗濯機の一部に（図に示せず）固定し、ヨーク４４とストッパー２４の間にばね４５を備えて励磁遮断時の復帰装置の機能を持つ。電動機のフレーム４９とシャフト２２の間には軸受５０で支える。
【００５５】
図７はコイル４６に無励磁状態の概略であり、図８はコイル４６に励磁状態の概略を示す。
【００５６】
コイル４６を励磁することでヨーク４４は強力な電磁石となり、可動鉄心の機能を兼用するストッパー２４を吸引する。
【００５７】
コイル４６を励磁してストッパー２４を吸引する時には、シャフト２２に対して第２回転子２０Ｂはボルトのネジ部からナット部が外れるように第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの間の間隔が広がりながら回転するようにトルクを加えれば、コイル４６に流す電流の負担が少なくして済む。
【００５８】
ここに示した電磁クラッチはストッパー２４をシャフトと平行に可変可能なサーボ機構の一例であり、油圧アクチュエータ，回転機とボールネジなどによる直線駆動装置，リニアモータなどを用いることで、より細かなストッパーの位置決めが可能である。
【００５９】
図９は第２回転子２０Ｂの内側に固定されるスリーブ４１の一例を示す。
【００６０】
それらの固定方法の一つとして、第２回転子２０Ｂとスリーブ４１からなる２つの部品の接する面のお互いに凸凹を設けて固定した。また、シャフト２２に固定した第１回転子２０Ａとシャフト２２と分離した第２回転子２０Ｂの内側違いの概略を示す。
【００６１】
図１０は本発明の他の実施例を示す。
【００６２】
前記第１界磁用磁石と前記第２界磁用磁石が接する前記第１界磁用磁石側面に凹部５３を設け、前記第２界磁用磁石には前記スリーブの機能を兼ねた突起部５４を設けた構造である。突起部５４はスリーブ４１と一体ものでも良いし、第２回転子２０Ｂと一体ものでも良い。よって、スリーブ４１の十分なスペースが確保出来、ばね４８、支持機構４０Ａ，４０Ｂ、ナット部２３Ｂらを有効に配置することで、第２回転子２０Ｂの軸長積厚が薄い電動機に有効な手法の一つである。
【００６３】
図１１は本発明の他の実施例を示す。
【００６４】
図１１に示す基本構成要素は図７と同じであるが、電磁クラッチに相当する一部を変更した一例である。図１１はコイル４６が励磁状態であり、励磁遮断時はばね４５によりヨーク４４とストッパー２４は切り離れる。また、第２回転子２０Ｂにトルクが加わるボルトのネジ部２３Ａとナット部２３Ｂの相互作用によるネジの機能により推力が得られる特性を持つ。よって、ネジとトルクの相互関係でストッパー２４を押し出す推力が加われば、コイル４６の励磁を遮断するとストッパー２４はヨーク４４と切り離れる。ヨーク４４はアーム５２を介してフレーム４９、若しくは主軸の一部に（図に示せず）固定される。
【００６５】
図１１に示す電磁クラッチは、図７，図８の説明と同じくストッパー２４をシャフトと平行に可変可能なサーボ機構の一例であり、油圧アクチュエータ，回転機とボールネジなどによる直線駆動装置，リニアモータなどを用いることで、より細かなストッパー２４の位置決めが可能である。
【００６６】
図１３は本発明の他の実施例を示す。
【００６７】
本発明の電動機の特徴として、第１回転子２０Ａはシャフト２２に対してしっかり固定されているのに対して、第２回転子２０Ｂはシャフト２２に対して自由度を持つことになる。従って、第２回転子２０Ｂとシャフト２２間にはわずかな機械的な寸法の遊びがあり、大きなトルクや遠心力などが加わると偏心することもあり得る。よって、第１界磁用磁石を有する第１回転子２０Ａと前記固定子間のエアギャップＧａｐ１より第２界磁用磁石を有する第２回転子２０Ｂと前記固定子間のエアギャップＧａｐ２の方が大きくしたことで、偏心による第２回転子２０Ｂと前記固定子との機械的な接続を省く効果がある。
【００６８】
ストッパー２４と第２回転子２０Ｂの間、第１回転子２０Ａとに第２回転子２０Ｂの間には、ばね４８，ばね５１を複数個設けることで、第２回転子２０Ｂの急激な変動を押さえたり、トルク方向による動きを補助する効果がある。
【００６９】
勿論、各図に示した各々の構成要素は様々な方法で組合わせることが可能であり、用途に合わせて加えたり、取り外すことは言うまでもない。
【００７０】
図１４は本発明の他の実施形態をなす回転電機を示す。
【００７１】
前記図２に示した第２回転子のネジ部２３をなくし、回転角θ分可変できる機構を設けたことを特徴とする永久磁石形同期回転電機である。
【００７２】
前記図２に示した第２回転子のネジ部分の代わりに、シャフト２２に歯車のように凹凸を設けて、第２回転子２０Ｂの内径側にはシャフトが挿入できるように凸凹を設ける。ただし、シャフト２２を第２回転子２０Ｂの内径側に挿入したときには、かみ合う歯の幅より溝の幅を大きくして所定の回転角θ分可変できるようにする。さらに、かみ合う歯と溝の間にはスプリング２６とダンパー２７を設けることで、急な衝突を和らげる効果がある。同様にアクチュエータを設けて、大きなトルクは必要とされる洗い若しくは濯ぎ行程のように低速回転領域において運転する時は、図３に示すように、強制的に第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの同磁極の中心が揃えるようにして、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を多くして、高トルク特性が得られる。
【００７３】
次に、脱水行程のような高速回転領域において運転する時は、図４に示すようにシャフト２２に対して第２回転子２０Ｂは同磁極の中心がずれて、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を少なくすることになり、言い換えると弱め界磁効果があり、高回転領域において高出力特性が得られる。
【００７４】
以上の本発明の説明では、４極機を対象に述べたが、６極機，８極機，数十極機以上に適用出来る事は言うまでもない。一例として、図１５には本発明を８極機に適用した場合の永久磁石形同期電動機の回転子概略図を示す。また、回転子においては埋め込み磁石形でも、表面磁石形でも適用出来る事は言うまでもない。
【００７５】
図１６にダイレクトドライブ方式とギア併用方式洗濯機の概略を示す。
【００７６】
図１６において、洗濯機の他の構成要素は共通であるが、ギアの有無の違いである。図１６（ａ）はダイレクトドライブ方式であり、図１６（ｂ）はギア併用方式を示す。図１６（ｂ）において、前記パルセータ（図１の内７３）の回転軸に対し前記洗濯脱水槽の回転軸を連結又は離脱する切換機構（図１の内７７）と電動機２の間にギア７９を介した概略であり、ギアは切換機構７７の中に組み込まれて構成されても良い。勿論、本発明の電動機は上記の両方式とも適用可能であることは言うまでもない。
【００７７】
【発明の効果】
本発明の永久磁石形同期電動機は第１界磁用磁石と第２界磁用磁石に分割した回転子を同一軸上に配置したトルクの方向により第１と第２の界磁用磁石の磁極中心を変化させるという構成により、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を可変出来るという効果がある。
【００７８】
特に、洗濯機電動機の脱水行程の弱め界磁が簡単に出来、広範囲可変速運転には大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の永久磁石形同期電動機を配置した洗濯機の概略を示す。
【図２】図１の電動機の回転子同磁極中心がずれた場合概略を示す（その１）。
【図３】図１の電動機の回転子同磁極中心が揃った場合概略を示す。
【図４】図１の電動機の回転子同磁極中心がずれた場合概略を示す（その２）。
【図５】図１の電動機の回転角速度に対する諸特性を示す。
【図６】図１の電動機の制御ブロック図を示す。
【図７】本発明の他の実施形態をなす電動機を示す（アクチュエータＯＦＦ状態）。
【図８】本発明の他の実施形態をなす電動機を示す（アクチュエータＯＮ状態）。
【図９】本発明の他の実施形態をなす電動機の回転子の内側を示す。
【図１０】本発明の他の実施形態をなす電動機の回転子の内側を示す。
【図１１】本発明の他の実施形態をなす電動機を示す（アクチュエータＯＮ状態）。
【図１２】本発明の他の実施形態をなす電動機の軸方向変位測定の概略図を示す。
【図１３】本発明の他の実施形態をなす電動機の回転子概略図を示す（Ｇａｐの差を付ける）。
【図１４】本発明の他の実施形態をなす電動機を示す。
【図１５】本発明の他の実施形態をなす電動機の回転子概略図を示す（８極機に適用した場合）。
【図１６】本発明の他の実施形態をなす電動機の配置の概略図を示す。
【符号の説明】
２…電動機、１０…固定子鉄心、１１…電機子巻線、１２…冷却路、１３…ハウジング、２０…回転子、２０Ａ…第１回転子、２０Ｂ…第２回転子、２１…永久磁石、２１Ａ…第１回転子永久磁石、２１Ｂ…第２回転子永久磁石、２２…シャフト、２３…ネジ、２４…ストッパー、２５…ストッパー駆動用アクチュエータ、２６…スプリング、２７…ダンパー、１０１…運転判断部、１０２…電流制御、１０３…回転座標変換部、１０４…インバータ、１０５…２軸変換部。
Claims (15)
- 回転軸を中心として外槽内に回転自在に軸支された洗濯脱水槽と、
前記回転軸と同心の回転軸を中心として前記洗濯脱水槽の底部に回転自在に軸支された回転体と、
該回転体の回転軸に対して前記洗濯脱水槽の回転軸を連結又は離脱する切換機構と、
前記回転体を回転駆動させる電動機とを有し、
前記電動機は、
一次巻線及び固定子磁極を有する固定子と、
前記固定子磁極に対向する界磁用磁石及びシャフトを有するものであって、前記界磁用磁石が、回転方向に順次異なった極性の磁極が並んでいる第１の界磁用磁石と、この第１の界磁用磁石に対して相対回転が可能で、回転後方に順次異なった磁性の磁極が並んでいる第２の界磁用磁石とを含み構成された回転子と、
前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石との間の磁気作用力と前記回転子に発生するトルク方向との釣合いに応じて、前記第１の界磁用磁石に対して前記第２の界磁用磁石を軸方向及び回転方向に変位させる変位機構とを備えており、
前記変位機構は、洗濯行程に応じて、前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石との間の磁気作用力と前記回転子に発生する回転トルクの方向との釣合いにより前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石の同磁極中心を並ばせる変位機能と、前記回転子の発生する回転トルクの方向が反対になることにより前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石の同磁極中心位置をずらす変位機能とを備えている
ことを特徴とする洗濯機。 - 請求項１に記載の洗濯機において、
前記変位機構は、
洗い若しくは濯ぎ行程の場合、前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石の同磁極中心を並ばせ、
脱水行程の場合、前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石の同磁極中心位置をずらす
ことを特徴とする洗濯機。 - 請求項１に記載の洗濯機において、
前記第１の界磁用磁石は前記シャフトに対して固定されており、
前記第２の界磁用磁石は前記シャフトに対して可動自在に設けられており、
前記第２の界磁用磁石と前記シャフトは、前記シャフトにもたせたボルト機能及び前記第２の界磁用磁石にもたせたナット機能の関係からなるねじ機能によってお互いに接続されている
ことを特徴とする洗濯機。 - 請求項３に記載の洗濯機において、
前記第２の界磁用磁石の側面には、前記第２の界磁用磁石の所定以上の変位を防止するためのストッパーが設けられており、
前記ストッパーは前記シャフトに対して平行に可変する
ことを特徴とする洗濯機。 - 請求項４に記載の洗濯機において、
前記ストッパーは、回転速度に応じて前記シャフトと平行にサーボ機構によって可変させられる
ことを特徴とする洗濯機。 - 請求項１に記載の洗濯機において、
前記電動機に電気的に接続されたインバータと、
該インバータを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石との合成磁極位置のずれに応じて、前記巻線に供給される電流の進角を制御する
ことを特徴とする洗濯機。 - 請求項１に記載の洗濯機において、
前記電動機に電気的に接続されたインバータと、
該インバータを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石との合成磁極位置のずれ角に応じて、前記巻線に供給される電流の進角を制御する
ことを特徴とする洗濯機。 - 請求項３に記載の洗濯機において、
前記第２の界磁用磁石と前記シャフトとの間には、回転運動と往復運動及び複合運動を案内するための支持機構が複数設けられている
ことを特徴とする洗濯機。 - 請求項３に記載の洗濯機において、
前記第２の界磁用磁石の前後には、前記第２の界磁用磁石の回転運動と往復運動及び複合運動を案内するばねが設けられている
ことを特徴とする洗濯機。 - 請求項３に記載の洗濯機において、
前記第２の界磁用磁石と前記シャフトとの間には、それらの間を電気的及び磁気的に絶縁するためのスリーブが設けられており、
前記スリーブは前記第２の界磁用磁石の内周側に固定されている
ことを特徴とする洗濯機。 - 請求項１０に記載の洗濯機において、
前記スリーブは、鉄よりも電気抵抗率が高い非磁性体である
ことを特徴とする洗濯機。 - 請求項３に記載の洗濯機において、
前記第１の界磁用磁石の側面で前記第２の界磁用磁石と接する側面には凹部が設けられており、
前記第２の界磁用磁石の側面で前記第１の界磁用磁石と接する側の側面には突起部が設けられており、
前記突起部は、前記第２の界磁用磁石と前記シャフトとの間を電気的及び磁気的に絶縁するためのスリーブを兼ねている
ことを特徴とする洗濯機。 - 請求項４に記載の洗濯機において、
前記ストッパーは、前記第２の界磁用磁石と前記シャフトに対して回転運動と往復運動及び複合運動を案内する支持機構を備えている
ことを特徴とする洗濯機。 - 請求項３に記載の洗濯機において、
前記第２の界磁用磁石を有する回転子と前記固定子との間のエアギャップは、前記第１の界磁用磁石を有する回転子と前記固定子との間のエアギャップよりも大きい
ことを特徴とする洗濯機。 - 請求項５に記載の洗濯機において、
前記ストッパーと前記サーボ機構は前記第２の界磁用磁石の内周側に設けられている
ことを特徴とする洗濯機。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001053431A JP3879415B2 (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 洗濯機 |
| US10/083,487 US20020116961A1 (en) | 2001-02-28 | 2002-02-27 | Washing machine |
| CN02106614A CN1373541A (zh) | 2001-02-28 | 2002-02-28 | 洗衣机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001053431A JP3879415B2 (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 洗濯機 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002262494A JP2002262494A (ja) | 2002-09-13 |
| JP2002262494A5 JP2002262494A5 (ja) | 2005-10-06 |
| JP3879415B2 true JP3879415B2 (ja) | 2007-02-14 |
Family
ID=18913897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001053431A Expired - Fee Related JP3879415B2 (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 洗濯機 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020116961A1 (ja) |
| JP (1) | JP3879415B2 (ja) |
| CN (1) | CN1373541A (ja) |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3861610B2 (ja) * | 2001-02-28 | 2006-12-20 | 株式会社日立製作所 | 工作機械 |
| JP3879413B2 (ja) * | 2001-02-28 | 2007-02-14 | 株式会社日立製作所 | 搬送システム及び回転電機 |
| JP3937966B2 (ja) * | 2002-07-31 | 2007-06-27 | 株式会社日立製作所 | 回転電機及びそれを搭載した自動車 |
| US6727623B2 (en) | 2002-08-28 | 2004-04-27 | Emerson Electric Co. | Reduced impedance interior permanent magnet machine |
| US6717314B2 (en) * | 2002-08-28 | 2004-04-06 | Emerson Electric Co. | Interior permanent magnet motor for use in washing machines |
| US6891298B2 (en) | 2002-08-28 | 2005-05-10 | Emerson Electric Co. | Interior permanent magnet machine with reduced magnet chattering |
| US6946766B2 (en) * | 2002-08-28 | 2005-09-20 | Emerson Electric Co. | Permanent magnet machine |
| JP2005021362A (ja) * | 2003-07-02 | 2005-01-27 | Hitachi Home & Life Solutions Inc | 洗濯機及び洗濯乾燥機 |
| JP5089066B2 (ja) * | 2006-03-27 | 2012-12-05 | 本田技研工業株式会社 | 電動機 |
| US7821217B2 (en) | 2006-05-22 | 2010-10-26 | Black & Decker Inc. | Electronically commutated motor and control system employing phase angle control of phase current |
| JP4515439B2 (ja) * | 2006-12-04 | 2010-07-28 | 本田技研工業株式会社 | ハイブリッド車両の制御装置 |
| JP5329801B2 (ja) * | 2007-12-20 | 2013-10-30 | 株式会社東芝 | 可変磁束ドライブシステム |
| CN101803176B (zh) * | 2007-09-18 | 2013-03-13 | 株式会社东芝 | 可变磁通驱动系统 |
| JP2009126404A (ja) * | 2007-11-26 | 2009-06-11 | Hitachi Ltd | ハイブリット車両 |
| DE102009001271A1 (de) * | 2009-03-02 | 2010-09-09 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Verfahren zum Ermitteln der Beladung und/oder der Unwucht einer Wäschetrommel einer Waschmaschine und entsprechende Schaltungsanordnung |
| JP6363423B2 (ja) * | 2014-08-05 | 2018-07-25 | アクア株式会社 | ドラム式洗濯機 |
| KR101663522B1 (ko) * | 2015-02-10 | 2016-10-07 | 엘지전자 주식회사 | 모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기 |
| KR102331602B1 (ko) * | 2015-04-06 | 2021-11-30 | 엘지전자 주식회사 | 의류처리장치 |
| JP6654373B2 (ja) * | 2015-08-04 | 2020-02-26 | 青島海爾洗衣机有限公司ＱｉｎｇＤａｏ Ｈａｉｅｒ Ｗａｓｈｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 洗濯機 |
| CN107488971B (zh) * | 2017-08-30 | 2022-03-15 | 青岛海尔洗衣机有限公司 | 减速器和采用该减速器的洗衣机 |
| US11424653B2 (en) * | 2018-12-13 | 2022-08-23 | Chun-Jong Chang | DC motor-dynamo for bidirectional energy conversion between mechanical and electrical energy |
| CN114150475B (zh) * | 2021-11-26 | 2024-01-12 | 深圳和而泰小家电智能科技有限公司 | 一种活体检测方法、电路以及衣物处理设备 |
| CN115632533B (zh) * | 2022-12-07 | 2023-04-14 | 江苏中工高端装备研究院有限公司 | 一种永磁同步电机磁变量实时监测装置及监测方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2106057A1 (de) * | 1971-02-09 | 1972-09-14 | Bosch Gmbh Robert | Wechselstromgenerator |
| US4305031A (en) * | 1979-05-15 | 1981-12-08 | Lucas Industries Limited | Rotary electrical machine |
| US5266855A (en) * | 1986-03-06 | 1993-11-30 | Fisher & Paykel, Limited | Electric motor for clothes washing machine drive |
| NZ215389A (en) * | 1986-03-06 | 1992-02-25 | Fisher & Paykel | Washing machine: spin tub connected to drive at low water level |
| JP2905119B2 (ja) * | 1995-06-30 | 1999-06-14 | 株式会社東芝 | 洗濯機 |
| US6191561B1 (en) * | 1998-01-16 | 2001-02-20 | Dresser Industries, Inc. | Variable output rotary power generator |
| JP3524376B2 (ja) * | 1998-03-31 | 2004-05-10 | 株式会社東芝 | 脱水兼用洗濯機 |
-
2001
- 2001-02-28 JP JP2001053431A patent/JP3879415B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-02-27 US US10/083,487 patent/US20020116961A1/en not_active Abandoned
- 2002-02-28 CN CN02106614A patent/CN1373541A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1373541A (zh) | 2002-10-09 |
| US20020116961A1 (en) | 2002-08-29 |
| JP2002262494A (ja) | 2002-09-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3879415B2 (ja) | 洗濯機 | |
| JP3873634B2 (ja) | 風力発電システム | |
| JP3861610B2 (ja) | 工作機械 | |
| JP3879412B2 (ja) | 発電システム | |
| JP3879413B2 (ja) | 搬送システム及び回転電機 | |
| JP3879414B2 (ja) | 空気調和機 | |
| KR100800532B1 (ko) | 회전전기 및 그것을 탑재한 차량 | |
| KR101004278B1 (ko) | 모터 및 모터용 전력 공급 제어 장치 | |
| JP2002262494A5 (ja) | ||
| JP4732930B2 (ja) | 同期機 | |
| KR20010097203A (ko) | 펄세이터 방식 세탁기용 모터 | |
| JP4437031B2 (ja) | モータ、及びそれを用いた洗濯機 | |
| JP2001314053A (ja) | 永久磁石界磁極型回転電機 | |
| JP5011602B2 (ja) | 動力発生装置およびこれを用いた電気洗濯機 | |
| JPH04251534A (ja) | 回転電機装置 | |
| WO2020121509A1 (ja) | 直動電動機 | |
| JPH11289733A (ja) | 軸受け装置及びそれを応用した電動機 | |
| KR19990047484A (ko) | 비엘디씨모터의 진상각 제어장치 및 방법 | |
| WO2001082455A1 (fr) | Moteur sans balai multipolaire |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050523 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050523 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20060418 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060704 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20061017 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20061030 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |