JP5248382B2 - Permanent magnet motor, motor control system, and washing machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転子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モータ制御システム、及び、当該モータ制御システムを備えた洗濯機に関する。 The present invention relates to a permanent magnet motor including a plurality of permanent magnets inside a rotor core, a motor control system including the permanent magnet motor, and a washing machine including the motor control system.
この種の永久磁石モータでは、当該永久磁石モータによって駆動する負荷(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。
In this type of permanent magnet motor, the amount of magnetic flux (interlinkage magnetic flux) of the permanent magnet interlinked with the stator winding according to the load driven by the permanent magnet motor (for example, the drum of a drum type washing and drying machine). Proper adjustment is desired.
However, the permanent magnet provided in the permanent magnet motor is generally constituted by one type, and therefore the amount of magnetic flux of the permanent magnet is always constant. In this case, for example, if only a permanent magnet having a large coercive force is used, the induced voltage due to the permanent magnet at the time of high-speed rotation becomes extremely high, which may cause dielectric breakdown of electronic components. On the other hand, if it comprises only a permanent magnet with a small coercive force, the output at the time of low speed rotation will fall.
そこで、例えば、特許文献1に記載の永久磁石モータでは、回転子コアに保磁力が異なる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って発生する磁界)によって減磁または増磁させ、これにより、永久磁石の磁束量を調整するようにしている。 Therefore, for example, in the permanent magnet motor described in Patent Document 1, two types of permanent magnets having different coercive forces are arranged in the rotor core, and the magnetization state of the permanent magnet having a small coercive force is caused by the armature reaction. It is demagnetized or magnetized by an external magnetic field (a magnetic field generated by a current flowing through the stator winding), thereby adjusting the amount of magnetic flux of the permanent magnet.
上記した特許文献1に記載の永久磁石モータでは、回転子コア内部において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って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磁極あたり1種類ずつ配置し、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。 In the permanent magnet motor described in Patent Document 1 described above, both a permanent magnet having a large coercive force and a small permanent magnet are disposed in a portion constituting one magnetic pole inside the rotor core. That is, since one magnetic pole is formed of a plurality of types of permanent magnets, the number of permanent magnets must be increased and the volume of each permanent magnet must be reduced, resulting in a complicated structure. Therefore, in recent years, a permanent magnet motor having a structure in which two types of permanent magnets having different coercive forces are arranged one by one for each magnetic pole and the structure is simplified has been considered.
しかしながら、保磁力が異なる2種類の永久磁石を1磁極あたり1種類ずつ配置した構成、即ち、磁極を形成する複数の永久磁石に保磁力が小さい永久磁石が含まれる構成の永久磁石モータでは、保磁力が大きい永久磁石のみで構成した場合に比べ、永久磁石モータ全体の総磁束量が減少してしまい、永久磁石モータの出力が低下してしまう。 However, in a permanent magnet motor having a configuration in which two types of permanent magnets having different coercive forces are arranged one for each magnetic pole, that is, a configuration in which a plurality of permanent magnets forming a magnetic pole include permanent magnets having a small coercive force. Compared to the case where only permanent magnets having a large magnetic force are used, the total amount of magnetic flux of the entire permanent magnet motor is reduced, and the output of the permanent magnet motor is reduced.
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の減少を抑えることができる。しかし、保磁力が小さい永久磁石、即ち、電機子反作用による外部磁界によって磁化状態を調整し易い永久磁石の割合を低くしてしまうと、永久磁石の磁束量の調整範囲が小さくなってしまう。 Here, if the ratio of the permanent magnets having a small coercive force among the plurality of permanent magnets is appropriately reduced, a decrease in the total magnetic flux of the entire permanent magnet motor can be suppressed. However, if the ratio of permanent magnets having a small coercive force, that is, permanent magnets whose magnetization state is easily adjusted by an external magnetic field due to armature reaction, is reduced, the adjustment range of the amount of magnetic flux of the permanent magnets is reduced.
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磁極あたり1種類ずつ配置した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することなく永久磁石の磁束量の調整範囲を大きくすることができる永久磁石モータ、当該永久磁石モータを備えたモータ制御システム、及び、当該モータ制御システムを備えた洗濯機を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to adjust the amount of magnetic flux of a permanent magnet according to a load to be driven, one type of permanent magnets having different coercive forces per magnetic pole. A permanent magnet motor capable of increasing the adjustment range of the magnetic flux amount of the permanent magnet without lowering the ratio of the permanent magnet having a small coercive force, and the permanent magnet motor, which is realized by a simple configuration arranged one by one. Another object is to provide a motor control system and a washing machine equipped with the motor control system.
本発明の永久磁石モータは、固定子と、軟磁性体からなる回転子コアを有し、前記固定子に対して回転可能に設けられた回転子と、前記回転子コア内部に複数の磁極を形成する永久磁石とを備え、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、これら複数種類の永久磁石が1磁極あたり1種類となるように配置されているとともに、前記永久磁石が前記固定子に対向する面の表面積が、保磁力が相対的に小さい前記永久磁石と保磁力が相対的に大きい前記永久磁石とで異なるように構成されていることに特徴を有している。 The permanent magnet motor of the present invention has a stator and a rotor core made of a soft magnetic material, a rotor provided rotatably with respect to the stator, and a plurality of magnetic poles inside the rotor core. The permanent magnet is formed of a plurality of types of permanent magnets having different coercive forces, and the plurality of types of permanent magnets are arranged to be one type per magnetic pole. The surface area of the surface of the magnet facing the stator is different between the permanent magnet having a relatively small coercive force and the permanent magnet having a relatively large coercive force. Yes.
本発明のモータ制御システムは、請求項1ないし請求項6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、前記制御部によって、保磁力が相対的に小さい前記永久磁石の磁化状態を切り換えるように構成したことに特徴を有している。 A motor control system according to the present invention includes the permanent magnet motor according to any one of claims 1 to 6 and a control unit that controls driving of the permanent magnet motor. It is characterized in that it is configured to switch the magnetization state of the small permanent magnet.
本発明の洗濯機は、請求項7記載のモータ制御システムを備え、前記モータ制御システムの前記制御部によって、保磁力が相対的に小さい前記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構成したことに特徴を有している。
A washing machine of the present invention includes the motor control system according to
本発明の永久磁石モータによれば、保磁力が相対的に小さい永久磁石が固定子に対向する面の表面積を、保磁力が相対的に大きい永久磁石が固定子に対向する面の表面積よりも大きく異ならせることによって、保磁力が小さい永久磁石の割合を低くすることなく永久磁石の磁束量の調整範囲を大きくすることができる。 According to the permanent magnet motor of the present invention, the surface area of the surface where the permanent magnet having a relatively small coercive force faces the stator is larger than the surface area of the surface where the permanent magnet having a relatively large coercive force faces the stator. By making the difference greatly, the adjustment range of the magnetic flux amount of the permanent magnet can be increased without reducing the ratio of the permanent magnet having a small coercive force.
本発明のモータ制御システムによれば、永久磁石の磁束量を効率良く調整することができる。
本発明の洗濯機によれば、永久磁石の磁束量を運転行程ごとに効率良く調整することができる。
According to the motor control system of the present invention, the amount of magnetic flux of the permanent magnet can be adjusted efficiently.
According to the washing machine of the present invention, the amount of magnetic flux of the permanent magnet can be efficiently adjusted for each driving stroke.
(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6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、これの外周において当該固定子2に対して回転可能に設けた回転子3とから構成されている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view schematically showing the overall configuration of a permanent magnet motor 1 (outer rotor type brushless motor). The permanent magnet motor 1 is composed of a
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って構成したもので、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)によって覆われている。また、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5参照)の背面に固着されるようになっている。この場合、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。
As shown in FIG. 2, the
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って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って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5参照)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及びリブ12が軸取付部10を中心に放射状に形成されている。
As shown in FIG. 3, the
回転子コア8は、全体としてほぼ環状に構成されており、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って構成したものである。この回転子コア8は、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。これら凸部8aは、当該凸部8aにそれぞれ1種類ずつ配置される永久磁石9によって磁極が形成される部分である。
The
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)に貫通する複数の挿入孔13がそれぞれ形成されており、これら複数の挿入孔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、これら複数の挿入孔13は、開口形状が異なる2種類の挿入孔13a,13bから構成されている。これら挿入孔13a,13bは、回転子コア8の周方向に沿って交互に配列されている。この場合、挿入孔13aは、回転子コア8の周方向に長い矩形状に開口しており、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の軸方向)の寸法が19.0mmとなっている。なお、挿入孔13aの各方向の寸法は、適宜変更して設定することができる。一方、挿入孔13bは、矩形状に開口した2つの挿入孔13b´から構成され、これら2つの挿入孔13b´は、内周側(固定子2側)が開き外周側が閉じるように周方向に傾斜した状態(ほぼV字状)にて開口している。なお、これら挿入孔13b´の各方向の寸法や周方向に対する傾斜角度などは、適宜変更して設定することができる。
As shown in FIG. 4, a plurality of
永久磁石9は、保磁力が大きい高保磁力永久磁石である矩形平板状のネオジム磁石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。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。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周方向に沿って交互に、且つ、1つの凸部8a(挿入孔13a部分、或いは、挿入孔13b部分)に対して1種類ずつ配置されている。
The
ネオジム磁石9aは、挿入孔13aに挿入された1つの永久磁石9aによって1つの磁極を形成する。即ち、ネオジム磁石9aは、1磁極あたり1つの永久磁石から構成されている。一方、サマコバ磁石9bは、挿入孔13b(2つの挿入孔13b´)に挿入された矩形平板状の2つの永久磁石9b´によって1つの磁極を形成する。即ち、サマコバ磁石9bは、1磁極あたり2つの永久磁石から構成されている。なお、ネオジム磁石9aは、その周側部のほぼ全域が軟磁性体の回転子コア8(挿入孔13a部分)によって囲まれ保持された状態となっている。また、サマコバ磁石9b(2つのサマコバ磁石9b´)は、その周側部のほぼ全域が軟磁性体の回転子コア8(挿入孔13b(2つの挿入孔13b´)部分)によって囲まれ保持された状態となっている。
The
また、サマコバ磁石9b(2つのサマコバ磁石9b´)は、挿入孔13b(2つの挿入孔13b´)に挿入されることによって、内周側(固定子2側)が開き外周側が閉じるように周方向に傾斜した状態(ほぼV字状)にて配置される。従って、永久磁石モータ1は、永久磁石9a,9bがそれぞれ固定子2に対向する面の表面積が、保磁力が小さいサマコバ磁石9bと保磁力が大きいネオジム磁石9aとで異なるように構成されており、しかも、この場合、保磁力が小さいサマコバ磁石9bが固定子2に対向する面の表面積が、保磁力が大きいネオジム磁石9aが固定子2に対向する面の表面積よりも大きくなるように構成されている。
In addition, the
なお、ネオジム磁石9aが高保磁力であり、サマコバ磁石9bが低保磁力であるというのは、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9b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9aの着磁量が変化しないという基準において、前者を高保磁力,後者を低保磁力と称している。
Note that the
また、これら2種類の永久磁石9a,9bは、上記したように、それぞれ1種類の永久磁石で1磁極を形成している。そして、ネオジム磁石9aは、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。一方、サマコバ磁石9bは、その磁化方向が永久磁石モータ1の径方向に概ね沿うように配設されている。
Further, as described above, each of these two types of
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ほぼ沿うように配置することによって、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(図3参照)で示す方向に磁気経路(磁束)が生ずる。なお、図3にて破線で示す矢印は、回転子コア8を経由する磁束である。
Thus, by arranging the two types of
このような構成により、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。なお、永久磁石モータ1は、この場合、48極/36スロット構成(48個の永久磁石9に対して36個のティース部4bが設けられた構成)となっており、3スロットあたりでは4極が対応する(4極/3スロット構成)。
With such a configuration, a magnetic path is formed that passes through both the
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5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。
Next, the structure of the drum type washing / drying
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によって開閉されるようになっている。外箱22の内部には、背面が閉塞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)がねじ止めによって固着されている。この永久磁石モータ1の回転軸26は、後端部(図5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5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、背面が閉塞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の駆動によって回転子3及び回転軸26と一体的に回転する。なお、ドラム27には、空気及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。
The
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。
A
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の送風作用によって、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。
A
通風ダクト33内部の前側には蒸発器37が配置されており、後側には凝縮器38が配置されている。これら蒸発器37及び凝縮器38は、圧縮機39及び絞り弁(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によって除湿され凝縮器38によって加熱されて、水槽25内に循環されるようになっている。
An
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や制御プログラムに従って、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。
An
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6参照)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6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6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を駆動し、これにより、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。この制御回路部42は、永久磁石モータ1とともに本発明のモータ制御システム45を構成する。
Further, a magnetic sensor 43 (see FIG. 6) that detects the magnetism of the
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。
モータ制御システム45の制御回路部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を流れる電流によって発生する磁界)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って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、モータ制御システム45は、制御回路部42による固定子巻線5の通電を制御することによって、サマコバ磁石9bの磁化状態を運転行程(例えば、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。
Next, the operation of the drum type washer /
When the
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、モータ制御システム45は、サマコバ磁石9bの磁化状態が増磁されるように、制御回路部42を介してインバータ回路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。
First, in the washing process, the
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って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、モータ制御システム45は、サマコバ磁石9bの磁化状態が減磁されるように、制御回路部42を介してインバータ回路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。
Next, in the dehydration process, the
最後に、乾燥行程では、制御回路部42は、送風ファン36及びヒートポンプ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って洗濯物の乾燥を行う。この乾燥行程においては、モータ制御システム45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、制御回路部42を介してインバータ回路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。
Finally, in the drying process, the
以上に説明したように本実施形態によれば、永久磁石モータ1は、保磁力が小さいサマコバ磁石9bが固定子2に対向する面の表面積が、保磁力が大きいネオジム磁石9aが固定子2に対向する面の表面積よりも大きく異なるように構成されている。即ち、永久磁石モータ1全体においても1磁極あたりにおいても、「ネオジム磁石9aの固定子2側の表面積<サマコバ磁石9bの固定子2側の表面積」の大小関係となっている。これにより、固定子2からの電機子反作用による外部磁界がサマコバ磁石9bに作用する面積を大きく確保することができ、保磁力が小さいサマコバ磁石9bの割合を低くすることなく永久磁石9の磁束量の調整範囲を大きくすることができる。
As described above, according to the present embodiment, the permanent magnet motor 1 includes the
なお、保磁力が小さい2つのサマコバ磁石9b´の周方向に対する傾斜角度や大きさを変更することによって、サマコバ磁石9bが固定子2に対向する面の表面積を、ネオジム磁石9aが固定子2に対向する面の表面積に比べ、最大2倍近く異ならせて確保することができる。
In addition, the surface area of the surface where the
また、サマコバ磁石9b(2つのサマコバ磁石9b´)は、固定子2側が開くように配置されているので、当該サマコバ磁石9bの磁束が中央部に集中するようにして固定子2に鎖交するようになる。これにより、サマコバ磁石を回転子3側が開くように配置した場合に比べ、固定子巻線5に鎖交するサマコバ磁石9bの磁束量(鎖交磁束量)を多くすることができる。
Further, since the
また、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って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。
Also, a load that is driven by demagnetizing or increasing the magnetization state of the small
しかも、保磁力が異なる2種類の永久磁石9a,9bを1磁極あたり1種類で周方向に沿って交互に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。
Moreover, the configuration in which two types of
また、2種類の永久磁石9a,9bによって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。
In addition, the magnetic path formed by the two types of
また、本実施形態のモータ制御システム45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。
Further, according to the
Moreover, according to the drum type washing / drying
(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7及び図8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、保磁力が相対的に小さいサマコバ磁石9cの形状及び当該サマコバ磁石9cが挿入される挿入孔13cの形状が上述の第1の実施形態とは異なる。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, description is abbreviate | omitted about the same part as 1st Embodiment mentioned above, and only a different part is demonstrated. The present embodiment is different from the above-described first embodiment in the shape of the
即ち、図8に示すように、回転子コア8の複数の凸部8aの内部にそれぞれ形成された挿入孔13は、挿入孔13aと、上記した挿入孔13bに代わる挿入孔13cとから構成されている。この挿入孔13cは、内周側(固定子2側)が窪み外周側が膨らむように湾曲した形状(ほぼC字状)にて開口している。
That is, as shown in FIG. 8, each of the insertion holes 13 formed in the plurality of
また、永久磁石9は、ネオジム磁石9aと、上記したサマコバ磁石9bに代わるサマコバ磁石9cとから構成されている。このサマコバ磁石9cは、上記した挿入孔13cの形状に対応して、内周側(固定子2側)が窪み外周側が膨らむように湾曲した形状(ほぼC字状)に形成されている。
Moreover, the
サマコバ磁石9cは、挿入孔13cに挿入された1つの永久磁石9cによって1つの磁極を形成する。即ち、サマコバ磁石9cは、1磁極あたり1つの永久磁石から構成されている。なお、サマコバ磁石9cは、その周側部のほぼ全域が軟磁性体の回転子コア8(挿入孔13c部分)によって囲まれ保持された状態となっている。
The
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って、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とサマコバ磁石9cとの間に例えば矢印B(図7参照)で示す方向に磁気経路(磁束)が生ずる。なお、図7にて破線で示す矢印は、回転子コア8を経由する磁束である。このような構成により、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。
Each of these two types of
本実施形態によれば、永久磁石モータ1は、保磁力が小さいサマコバ磁石9cが固定子2に対向する面の表面積が、保磁力が大きいネオジム磁石9aが固定子2に対向する面の表面積よりも大きく異なるように構成されている。即ち、永久磁石モータ1全体においても1磁極あたりにおいても、「ネオジム磁石9aの固定子2側の表面積<サマコバ磁石9cの固定子2側の表面積」の大小関係となっている。これにより、固定子2からの電機子反作用による外部磁界がサマコバ磁石9cに作用する面積を大きく確保することができ、保磁力が小さいサマコバ磁石9cの割合を低くすることなく永久磁石9の磁束量の調整範囲を大きくすることができる。
According to the present embodiment, in the permanent magnet motor 1, the surface area of the surface where the small
なお、保磁力が小さいサマコバ磁石9cの曲率や大きさを変更することによって、サマコバ磁石9cが固定子2に対向する面の表面積を、ネオジム磁石9aが固定子2に対向する面の表面積に比べ、大きく異ならせて確保することができる。
In addition, by changing the curvature and size of the
また、サマコバ磁石9cは、固定子2側が窪んだ形状をなしているので、当該サマコバ磁石9cの磁束が中央部に集中するようにして固定子2に鎖交するようになる。これにより、サマコバ磁石を回転子3側が窪むように形成して配置した場合に比べ、固定子巻線5に鎖交するサマコバ磁石9cの磁束量(鎖交磁束量)を多くすることができる。
Moreover, since the
(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。
例えば、ネオジム磁石9aを1磁極あたり2つの永久磁石で構成し、これら2つの永久磁石を固定子2側が開くように周方向に傾斜した状態で配置することによって、或いは、ネオジム磁石9aを固定子2側が窪むように湾曲した形状に形成し配置することによって、保磁力が大きいネオジム磁石9aが固定子2に対向する面の表面積が、保磁力が小さいサマコバ磁石9b,9cが固定子2に対向する面の表面積よりも大きく異なるように構成してもよい。このような構成によれば、永久磁石モータ1全体の総磁束量を増大させることができる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified or expanded as follows.
For example, the
保磁力が小さい低保磁力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,9c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、或いは、相対的に保磁力が小さいネオジム磁石などがある。また、保磁力が大きい高保磁力永久磁石もネオジム磁石9aに限られるものではない。
Magnets that can be used as low-coercivity permanent magnets with low coercivity are not limited to the above-described
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,9cの組み合わせに限られるものではなく、例えば、ネオジム磁石9aとアルニコ磁石の組み合わせなど、その他の種類の永久磁石の組み合わせを用いることができる。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。
Accordingly, the combination of the two types of
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、モータ制御システム45は、制御回路部42によって、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。
The
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によって固定子巻線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、4極/3スロット構成を基本単位とするモータ、或いは、その他の構成を基本単位とするモータにも適用可能である。
The means for adjusting the amount of magnetic flux of the
The present invention is not limited to a 48-pole / 36-slot motor, but can be applied to a motor having a 4-pole / 3-slot structure as a basic unit, or a motor having another structure as a basic unit.
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、例えば、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回転可能に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。
The permanent magnet motor 1 of the present invention is applicable not only to the above-described drum type washing and drying
図面中、1は永久磁石モータ、2は固定子、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(9b´)はサマコバ磁石、9cはサマコバ磁石、21はドラム式洗濯乾燥機(洗濯機)、42は制御回路部(制御部)、45はモータ制御システムを示す。 In the drawings, 1 is a permanent magnet motor, 2 is a stator, 3 is a rotor, 8 is a rotor core, 9 is a permanent magnet, 9a is a neodymium magnet, 9b (9b ') is a Samacoba magnet, 9c is a Samakova magnet, 21 Is a drum type washing / drying machine (washing machine), 42 is a control circuit unit (control unit), and 45 is a motor control system.
Claims (9)
軟磁性体からなる回転子コアを有し、前記固定子に対して回転可能に設けられた回転子と、
前記回転子コア内部に複数の磁極を形成する永久磁石とを備え、
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、これら複数種類の永久磁石が1磁極あたり1種類となるように配置されているとともに、
前記永久磁石が前記固定子に対向する面の表面積が、保磁力が相対的に小さい前記永久磁石と保磁力が相対的に大きい前記永久磁石とで異なるように構成されていることを特徴とする永久磁石モータ。 A stator,
A rotor core made of a soft magnetic material, and a rotor provided rotatably with respect to the stator;
A permanent magnet that forms a plurality of magnetic poles inside the rotor core;
The permanent magnet is composed of a plurality of types of permanent magnets having different coercive forces, and the plurality of types of permanent magnets are arranged to be one type per magnetic pole,
The surface area of the surface of the permanent magnet facing the stator is different between the permanent magnet having a relatively small coercive force and the permanent magnet having a relatively large coercive force. Permanent magnet motor.
これら2つの永久磁石は、前記固定子側が開くように周方向に傾斜した状態で配置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。 One of the permanent magnet having a relatively small coercive force and the permanent magnet having a relatively large coercive force is composed of two permanent magnets per magnetic pole,
2. The permanent magnet motor according to claim 1, wherein the two permanent magnets are arranged in a circumferentially inclined state so that the stator side is opened.
この永久磁石モータの駆動を制御する制御部とを備え、
前記制御部によって、保磁力が相対的に小さい前記永久磁石の磁化状態を切り換えるように構成したことを特徴とするモータ制御システム。 A permanent magnet motor according to any one of claims 1 to 6,
A control unit for controlling the driving of the permanent magnet motor,
A motor control system configured to switch the magnetization state of the permanent magnet having a relatively small coercive force by the control unit.
前記モータ制御システムの前記制御部によって、保磁力が相対的に小さい前記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構成したことを特徴とする洗濯機。 A motor control system according to claim 7,
The washing machine, wherein the controller of the motor control system is configured to switch the magnetization state of the permanent magnet having a relatively small coercive force for each driving stroke.
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