JP5112219B2

JP5112219B2 - 永久磁石モータ、洗濯機、および、制御装置

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Publication number: JP5112219B2
Application number: JP2008211690A
Authority: JP
Inventors: 勇新田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-11-05
Filing date: 2008-08-20
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2028-08-20
Also published as: US20090115361A1; CN101431264B; KR20090046702A; TWI404299B; KR101015364B1; CN101431264A; JP2009284746A; US7923879B2; TW200934059A

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、当該永久磁石モータを備えた洗濯機、および、当該永久磁石モータの駆動を制御する制御装置に関する。

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

しかしながら、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。

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、高速回転時の絶縁破壊や低速回転時の出力低下などを招くことなく、しかも、簡素な構成にて実現できる永久磁石モータ、当該永久磁石モータを備えた洗濯機、および、当該永久磁石モータの駆動を制御する制御装置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た永久磁石モータにおいて、前記永久磁石を、保磁力が異なる複数種類の永久磁石から構成し、これら永久磁石を１磁極当たり１種類となるように配置し、前記永久磁石のうち相対的に保磁力が小さい永久磁石を、磁気分極と磁界強度の関係を示すヒステリシスループにおいて第２象限に存在する点から増磁磁界を作用させると、この増磁時における磁化率の変曲点までは磁化率がほぼ０であり且つ前記増磁時における磁化率の変曲点を増磁側に越えると第１象限において前記ヒステリシスループに漸近するループに入る磁気特性を有するとともに、前記ヒステリシスループにおいて第１象限に存在する点から減磁磁界を作用させると、この減磁時における磁化率の変曲点までは磁化率がほぼ０であり且つ前記減磁時における磁化率の変曲点を減磁側に越えると第２象限において前記ヒステリシスループに漸近するループに入る磁気特性を有す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１０記載の洗濯機は、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た永久磁石モータと、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、これら永久磁石は、１磁極当たり１種類となるように配置され、前記永久磁石のうち相対的に保磁力が小さい永久磁石は、磁気分極と磁界強度の関係を示すヒステリシスループにおいて第２象限に存在する点から増磁磁界を作用させると、この増磁時における磁化率の変曲点までは磁化率がほぼ０であり且つ前記増磁時における磁化率の変曲点を増磁側に越えると第１象限において前記ヒステリシスループに漸近するループに入る磁気特性を有するとともに、前記ヒステリシスループにおいて第１象限に存在する点から減磁磁界を作用させると、この減磁時における磁化率の変曲点までは磁化率がほぼ０であり且つ前記減磁時における磁化率の変曲点を減磁側に越えると第２象限において前記ヒステリシスループに漸近するループに入る磁気特性を有し、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１３記載の制御装置は、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た永久磁石モータの駆動を制御する制御装置において、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、これら永久磁石は、１磁極当たり１種類となるように配置され、前記永久磁石のうち相対的に保磁力が小さい永久磁石は、磁気分極と磁界強度の関係を示すヒステリシスループにおいて第２象限に存在する点から増磁磁界を作用させると、この増磁時における磁化率の変曲点までは磁化率がほぼ０であり且つ前記増磁時における磁化率の変曲点を増磁側に越えると第１象限において前記ヒステリシスループに漸近するループに入る磁気特性を有するとともに、前記ヒステリシスループにおいて第１象限に存在する点から減磁磁界を作用させると、この減磁時における磁化率の変曲点までは磁化率がほぼ０であり且つ前記減磁時における磁化率の変曲点を減磁側に越えると第２象限において前記ヒステリシスループに漸近するループに入る磁気特性を有し、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されている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、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、簡素な構成にて、駆動する負荷に応じた永久磁石の磁束量の調整を実現することができる。

本発明の請求項１０記載の洗濯機、および、本発明の請求項１３記載の制御装置によれば、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７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６参照）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６参照）を取付るための軸取付部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）に貫通する矩形状の挿入穴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。また、これら複数の挿入穴１３は、短辺の長さが異なる２種類の挿入穴１３ａ，１３ｂから構成されており、この場合、挿入穴１３ａの短辺の長さは２．１ｍｍ、挿入穴１３ｂの短辺の長さは４．１ｍｍとなっている。これら挿入穴１３ａ，１３ｂは、回転子コア８の周方向に沿って１つずつ交互に配置されている。

永久磁石９は、挿入穴１３ａに挿入された矩形状のネオジム磁石９ａと、挿入穴１３ｂに挿入された矩形状のサマコバ磁石９ｂ（サマリウム・コバルト磁石）とから構成されている。すなわち、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。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。すなわち、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、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１つずつ交互に配置されている。

また、これら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を交互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９ａ，９ｂ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、これらネオジム磁石９ａとサマコバ磁石９ｂとの間に例えば矢印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。すなわち、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５を参照して説明する。図５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５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５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５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５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６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６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６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７参照）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７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。

また、２種類の永久磁石９ａ，９ｂにより形成される磁気経路は、何れも、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。これにより、全ての磁気経路の磁束量をほぼ同じにでき、安定した磁束量によりドラム２７を駆動することができる。
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８および図９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、第１の実施形態で示したサマコバ磁石９ｂに代わり、ネオジム磁石９ｃを用いた点が異なる。すなわち、永久磁石９ａ，９ｃは、各々希土類磁石であるネオジム磁石で構成されている。

図８に示すように、永久磁石９は、挿入穴１３ａに挿入された矩形状のネオジム磁石９ａと、挿入穴１３ｂに挿入された矩形状のネオジム磁石９ｃとから構成されている。この場合、ネオジム磁石９ａの保磁力は約９００ｋＡ／ｍ、ネオジム磁石９ｃの保磁力は約２００ｋＡ／ｍであり、保磁力が４．５倍程度異なっている。すなわち、永久磁石９は保磁力が異なる２種類の永久磁石９ａ，９ｃから構成され、これら永久磁石９ａ，９ｃは、回転子コア８内部においてほぼ環状に且つ１つずつ交互に配置されている。

また、これら２種類の永久磁石９ａ，９ｃ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，９ｃを交互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９ａ，９ｃ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、これらネオジム磁石９ａとネオジム磁石９ｃとの間に例えば矢印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。すなわち、保磁力が大きいネオジム磁石９ａと保磁力が小さいネオジム磁石９ｃの双方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、ネオジム磁石９ｃの磁気特性について図９を参照して説明する。図９中、点線Ｐはネオジム磁石９ａの磁気特性を示し、実線Ｒはネオジム磁石９ｃの磁気特性を示している。
ネオジム磁石９ｃは、その磁気特性（磁束密度と磁界強度の関係）が、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（磁束密度＞０，磁界強度＜０の領域）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９中、符号Ｈで示す）以下である。

ネオジム磁石９ａのように屈曲点ｐが第３象限（磁束密度＜０，磁界強度＜０の領域）にある場合（図９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、ネオジム磁石９ｃのように屈曲点ｑが第２象限にある場合（図９中、実線Ｒ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を有するネオジム磁石９ｃ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、ネオジム磁石９ｃのように同値（５００ｋＡ／ｍ）以下であることが望ましい。
また、ネオジム磁石９ｃ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。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について図１０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、第１の実施形態で示したサマコバ磁石９ｂに代わり、アルニコ磁石９ｄ（アルミニウム・ニッケル・コバルト磁石）を用いた点が異なる。

図１０に示すように、永久磁石９は、挿入穴１３ａに挿入された矩形状のネオジム磁石９ａと、挿入穴１３ｂに挿入された矩形状のアルニコ磁石９ｄとから構成されている。この場合、ネオジム磁石９ａの保磁力は約９００ｋＡ／ｍ、アルニコ磁石９ｄの保磁力は約１００ｋＡ／ｍであり、保磁力が９倍程度異なっている。すなわち、永久磁石９は保磁力が異なる２種類の永久磁石９ａ，９ｄから構成され、これら永久磁石９ａ，９ｄは、回転子コア８内部においてほぼ環状に且つ１つずつ交互に配置されている。

また、これら２種類の永久磁石９ａ，９ｄ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，９ｄを交互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９ａ，９ｄ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、これらネオジム磁石９ａとアルニコ磁石９ｄとの間に例えば矢印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。すなわち、保磁力が大きいネオジム磁石９ａと保磁力が小さいアルニコ磁石９ｄの双方を通過する磁気経路が形成されるようになっている。

アルニコ磁石９ｄは、上述したサマコバ磁石９ｂ，ネオジム磁石９ｃに近似した磁気特性（図５の実線Ｑ，図９の実線Ｒ参照）を有する。従って、これらサマコバ磁石９ｂ，ネオジム磁石９ｃを用いた場合と同様に、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。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について図１１および図１２を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、上述した第２の実施形態と同様の構成（サマコバ磁石９ｂに代わり、ネオジム磁石９ｃを用いた構成）について、ネオジム磁石９ｃの磁束密度と磁界強度の関係（図９参照）ではなく、ネオジム磁石９ｃの磁気分極と磁界強度との関係を参照しながら説明する。

まず、ネオジム磁石９ｃを減磁する場合の磁気特性について図１１を参照しながら説明する。図１１は、ネオジム磁石９ｃの磁気分極と磁界強度との関係を示す図であり、図１１中、実線Ｊは、ネオジム磁石９ｃの飽和磁気分極（Ｊｓ）から逆極の飽和磁気分極（−Ｊｓ）に至るヒステリシスループ（メジャーループ）である。また、図１１中、実線ｊ１は、メジャーループＪにおいて第２象限に存在する点Ｒ１から、増磁側（図１１では右側）の点Ｔ１を経由して、メジャーループＪにおいて第１象限に存在する点Ｓ１に至るヒステリシスループ（マイナーループ）である。本実施形態では、ネオジム磁石９ｃを減磁する場合に、当該ネオジム磁石９ｃの動作点が、マイナーループｊ１に沿って第１象限および第２象限の領域内で変位する。

ここで、点Ｒ１は、メジャーループＪ上の点Ｊｓ（磁界強度＝０，磁気分極＝Ｊｓ）から点Ｈ１（磁界強度＝−Ｈｃｊ（ネオジム磁石９ｃの保持力），磁気分極＝０）に至る領域、即ち、第２象限におけるメジャーループＪ上において任意の点を設定することができる。点Ｔ１は、その磁界強度が、メジャーループＪの第４象限における磁化率の変曲点Ａ１の磁界強度とほぼ同じ大きさとなるように設定されている。点Ｓ１は、第１象限においてマイナーループｊ１がメジャーループＪに漸近する点である。

そして、マイナーループｊ１において点Ｒ１から点Ｔ１に至る領域では、ネオジム磁石９ｃは、増磁磁界を作用させても磁気分極が増加しない特性、即ち、磁化率がほぼ０となる磁気特性を有している。また、ネオジム磁石９ｃは、点Ｔ１を越える増磁磁界が作用すると、磁化率が大幅に増加して点Ｓ１においてメジャーループＪに漸近する磁気特性を有している。

このような磁気特性を有するネオジム磁石９ｃに対して、当該ネオジム磁石９ｃの磁化方向とは逆方向の外部磁界（減磁磁界）が発生するように、制御回路部４２が固定子巻線５に通電すると、その減磁磁界の作用によって、ネオジム磁石９ｃの動作点は、メジャーループＪ上を減磁側（図１１中、矢印Ａ参照）に変位していく。

そして、ネオジム磁石９ｃの動作点が点Ｒ１に到達したときに、制御回路部４２による固定子巻線５への通電を停止して外部磁界の発生を停止させる（外部磁界を取り除く）と、ネオジム磁石９ｃの動作点は、ネオジム磁石９ｃよりも保磁力が大きいネオジム磁石９ａの磁界の作用によって、マイナーループｊ１上を増磁側（図１１では右側）に変位していく（図１１中、矢印Ｂ参照）。

このとき、ネオジム磁石９ａによる増磁磁界が点Ｔ１の磁界強度よりも絶対値として小さければ、ネオジム磁石９ｃの動作点は、マイナーループｊ１上の点Ｒ１から点Ｔ１までの領域において、当該ネオジム磁石９ｃ自体に発生する減磁磁界（ネオジム磁石９ｃの磁化方向とは反対方向に発生する磁界）と、ネオジム磁石９ａによる増磁磁界とが均衡する点で停止する。これにより、ネオジム磁石９ｃの磁気分極が点Ｒ１の磁気分極の大きさとほぼ同一となった状態（ネオジム磁石９ｃが減磁された状態）を維持することができ、減磁によって磁束量が少なくなった永久磁石９ｃを安定して得ることができる。

しかし、ネオジム磁石９ａによる増磁磁界が点Ｔ１の磁界強度よりも絶対値として大きければ、ネオジム磁石９ｃの動作点は、マイナーループｊ１を増磁側に抜け、点Ｓ１を経由してメジャーループＪ上に至る（図１１中、矢印Ｃ参照）。この場合、ネオジム磁石９ｃの磁気分極が点Ｒ１の磁気分極（減磁後の磁気分極）よりも大きくなる。つまり、減磁されたネオジム磁石９ｃの磁束量が減磁前の磁束量（減磁磁界を作用させる前の磁束量）に戻ってしまうことから、減磁によって磁束量が少なくなった永久磁石９ｃを安定して得ることができなくなる。

そのため、マイナーループｊ１において点Ｒ１から点Ｔ１に至る領域（磁化率がほぼ０となる領域）は大きいほど望ましい。従って、点Ｔ１の磁界強度は、上述したようにメジャーループＪにおいて第４象限に存在する磁化率の変曲点Ａ１の磁界強度とほぼ同じ大きさ、または、変曲点Ａ１の磁界強度よりも大きく設定するとよい。

次に、ネオジム磁石９ｃを増磁する場合の磁気特性について図１２を参照しながら説明する。図１２は、ネオジム磁石９ｃの磁気分極と磁界強度との関係を示す図であり、図１２中、実線Ｊは、図１１に示したヒステリシスループＪと同一である。また、図１２中、実線ｊ２は、メジャーループＪにおいて第１象限に存在する点Ｒ２から、減磁側（図１２では左側）の点Ｔ２を経由して、メジャーループＪにおいて第２象限に存在する点Ｓ２に至るヒステリシスループ（マイナーループ）である。本実施形態では、ネオジム磁石９ｃを増磁する場合に、当該ネオジム磁石９ｃの動作点が、マイナーループｊ２に沿って第１象限および第２象限の領域内で変位する。

ここで、点Ｒ２は、メジャーループＪ上の点Ｈ２（磁界強度＝Ｈｃｊ（ネオジム磁石９ｃの保持力），磁気分極＝０）から点Ｊｓ（磁界強度＝０，磁気分極＝Ｊｓ）に至る領域、即ち、第１象限におけるメジャーループＪ上において任意の点を設定することができる。点Ｔ２は、その磁界強度が、メジャーループＪの第２象限における磁化率の変曲点Ａ２の磁界強度とほぼ同じ大きさとなるように設定されている。点Ｓ２は、第２象限においてマイナーループｊ２がメジャーループＪに漸近する点である。

そして、マイナーループｊ２において点Ｒ２から点Ｔ２に至る領域では、ネオジム磁石９ｃは、減磁磁界を作用させても磁気分極が減少しない特性、即ち、磁化率がほぼ０となる磁気特性を有している。また、ネオジム磁石９ｃは、点Ｔ２を越える減磁磁界が作用すると、磁化率が大幅に減少して点Ｓ２においてメジャーループＪに漸近する磁気特性を有している。

このような磁気特性を有するネオジム磁石９ｃに対して、当該ネオジム磁石９ｃの磁化方向と同一方向の外部磁界（増磁磁界）が発生するように、制御回路部４２が固定子巻線５に通電すると、その増磁磁界の作用によって、ネオジム磁石９ｃの動作点は、メジャーループＪ上を増磁側（図１２中、矢印Ｄ参照）に変位していく。

そして、ネオジム磁石９ｃの動作点が点Ｒ２に到達したときに、制御回路部４２による固定子巻線５への通電を停止して外部磁界の発生を停止させる（外部磁界を取り除く）と、ネオジム磁石９ｃの動作点は、当該ネオジム磁石９ｃ自体に発生する減磁磁界（ネオジム磁石９ｃの磁化方向とは反対方向に発生する磁界）の作用によって、マイナーループｊ２上を減磁側（図１２では左側）に変位していく（図１２中、矢印Ｅ参照）。

このとき、ネオジム磁石９ｃ自体に発生する減磁磁界が点Ｔ２の磁界強度よりも絶対値として小さければ、ネオジム磁石９ｃの動作点は、マイナーループｊ２上の点Ｒ２から点Ｔ２までの領域において、当該ネオジム磁石９ｃ自体に発生する減磁磁界と、ネオジム磁石９ａによる増磁磁界とが均衡する点で停止する。これにより、ネオジム磁石９ｃの磁気分極が点Ｒ２の磁気分極の大きさとほぼ同一となった状態（ネオジム磁石９ｃが増磁された状態）を維持することができ、増磁によって磁束量が多くなった永久磁石９ｃを安定して得ることができる。

しかし、ネオジム磁石９ｃ自体に発生する減磁磁界が点Ｔ２の磁界強度よりも絶対値として大きければ、ネオジム磁石９ｃの動作点は、マイナーループｊ２を減磁側に抜け、点Ｓ２を経由してメジャーループＪ上に至る（図１２中、矢印Ｆ参照）。この場合、ネオジム磁石９ｃの磁気分極が点Ｒ２の磁気分極（増磁後の磁気分極）よりも小さくなる。つまり、増磁されたネオジム磁石９ｃの磁束量が増磁前の磁束量（増磁磁界を作用させる前の磁束量）に戻ってしまうことから、増磁によって磁束量が多くなった永久磁石９ｃを安定して得ることができなくなる。

そのため、マイナーループｊ２において点Ｒ２から点Ｔ２に至る領域（磁化率がほぼ０となる領域）は大きいほど望ましい。従って、点Ｔ２の磁界強度は、上述したようにメジャーループＪにおいて第２象限に存在する磁化率の変曲点Ａ２の磁界強度とほぼ同じ大きさ、または、変曲点Ａ２の磁界強度よりも小さく（絶対値として大きく）設定するとよい。

以上に説明したように本実施形態によれば、減磁、或いは、増磁したネオジム磁石９ｃの磁化状態を、その状態で維持することができる。これにより、永久磁石９の磁化状態を安定して調整することができ、当該永久磁石９の磁束量の調整範囲を大きくすることが可能となる。

また、このような永久磁石９を用いた永久磁石モータ１によれば、永久磁石９の磁束量を効率良く調整することができ、永久磁石モータ１を駆動するために消費される電力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できる。
保磁力が異なる２種類の永久磁石９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、ネオジム磁石９ａとネオジム磁石９ｃの組み合わせ、および、ネオジム磁石９ａとアルニコ磁石９ｄの組み合わせに限られるものではなく、その他の種類の永久磁石を用いてもよい。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４相当図図５相当図本発明の第３の実施形態を示す図４相当図本発明の第４の実施形態を示すものであり、減磁時における永久磁石の磁気分極と磁界強度の関係を示す図増磁時における図１１相当図

符号の説明

図面中、１は永久磁石モータ、３は回転子、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、９ｃはネオジム磁石、９ｄはアルニコ磁石、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

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た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、
これら永久磁石は、１磁極当たり１種類となるように配置され、
前記永久磁石のうち相対的に保磁力が小さい永久磁石は、
磁気分極と磁界強度の関係を示すヒステリシスループにおいて第２象限に存在する点から増磁磁界を作用させると、この増磁時における磁化率の変曲点までは磁化率がほぼ０であり且つ前記増磁時における磁化率の変曲点を増磁側に越えると第１象限において前記ヒステリシスループに漸近するループに入る磁気特性を有するとともに、
前記ヒステリシスループにおいて第１象限に存在する点から減磁磁界を作用させると、この減磁時における磁化率の変曲点までは磁化率がほぼ０であり且つ前記減磁時における磁化率の変曲点を減磁側に越えると第２象限において前記ヒステリシスループに漸近するループに入る磁気特性を有することを特徴とする永久磁石モータ。
前記永久磁石は、ほぼ環状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石モータ。
前記永久磁石を、保磁力が異なる２種類の永久磁石から構成し、
これら永久磁石を１磁極当たり１種類で交互に配置した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。
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３に記載の永久磁石モータ。
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４の何れかに記載の永久磁石モータ。
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５に記載の永久磁石モータ。
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５または６に記載の永久磁石モータ。
前記増磁時における磁化率の変曲点は、第１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に記載の永久磁石モータ。
前記増磁時における磁化率の変曲点の磁界強度は、前記ヒステリシスループにおいて第４象限に存在する磁化率の変曲点の磁界強度とほぼ同じ、または、大きく設定されているとともに、
前記減磁時における磁化率の変曲点の磁界強度は、前記ヒステリシスループにおいて第２象限に存在する磁化率の変曲点の磁界強度とほぼ同じ、または、小さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石モータ。
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た永久磁石モータと、
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、
これら永久磁石は、１磁極当たり１種類となるように配置され、
前記永久磁石のうち相対的に保磁力が小さい永久磁石は、
磁気分極と磁界強度の関係を示すヒステリシスループにおいて第２象限に存在する点から増磁磁界を作用させると、この増磁時における磁化率の変曲点までは磁化率がほぼ０であり且つ前記増磁時における磁化率の変曲点を増磁側に越えると第１象限において前記ヒステリシスループに漸近するループに入る磁気特性を有するとともに、
前記ヒステリシスループにおいて第１象限に存在する点から減磁磁界を作用させると、この減磁時における磁化率の変曲点までは磁化率がほぼ０であり且つ前記減磁時における磁化率の変曲点を減磁側に越えると第２象限において前記ヒステリシスループに漸近するループに入る磁気特性を有し、
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されていることを特徴とする洗濯機。
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１０に記載の洗濯機。
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１１に記載の洗濯機。
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た永久磁石モータの駆動を制御する制御装置において、
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、
これら永久磁石は、１磁極当たり１種類となるように配置され、
前記永久磁石のうち相対的に保磁力が小さい永久磁石は、
磁気分極と磁界強度の関係を示すヒステリシスループにおいて第２象限に存在する点から増磁磁界を作用させると、この増磁時における磁化率の変曲点までは磁化率がほぼ０であり且つ前記増磁時における磁化率の変曲点を増磁側に越えると第１象限において前記ヒステリシスループに漸近するループに入る磁気特性を有するとともに、
前記ヒステリシスループにおいて第１象限に存在する点から減磁磁界を作用させると、この減磁時における磁化率の変曲点までは磁化率がほぼ０であり且つ前記減磁時における磁化率の変曲点を減磁側に越えると第２象限において前記ヒステリシスループに漸近するループに入る磁気特性を有し、
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されていることを特徴とする制御装置。