KR101251169B1 - 영구자석 모터와 세탁기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 영구자석 모터는 스테이터 코어(9)에 각 상의 스테이터 코일(10)이 감기고, 상기 각 상의 스테이터 코일(10)에 대응한 자극티스(8)가 형성된 스테이터(7)와, 둘레방향으로 다수의 자석삽입구멍(17)이 형성된 로터코어(13)를 구비하며, 상기 자석삽입구멍(17)에 스테이터(7)의 자극티스(8)에 대응하는 자극을 형성하는 영구자석이 삽입된 로터(5)와, 로터(5)의 자극위치를 검출하는 자기센서(H1~H3)를 구비하고, 영구자석은 보자력이 다른 복수 종류의 영구자석(14, 15)으로부터 1극당 1종류가 되도록 선택되어 삽입되며, 로터코어(13)에서 인접하고 또한 보자력이 다른 2개의 영구자석(14, 15) 사이에 위치하는 부위에, 스테이터(7)측으로 돌출되는 자속유통로(22)가 형성되고, 자기센서(H1~H3)는 로터(5)의 회전에 따라서 영구자석(14, 15) 및 자속유통로(22)에 대응하는 궤적(21)상을 상대적으로 이동한다.

Description

영구자석 모터와 세탁기{PERMANENT-MAGNET MOTOR AND WASHING MACHINE}
본 발명은 로터에 다수의 영구자석을 구비한 영구자석 모터, 및 상기 영구자석 모터를 사용한 세탁기에 관한 것이다.
속도제어가 용이한 인버터 구동방식은 예를 들어 드럼식 세탁기에 사용되는 영구자석 모터의 제어에 채용되는 경우가 많다. 그 구동제어를 위해 자극으로서 영구자석을 구비한 로터의 자극위치를 검출하는 자기센서가 설치되어 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
또한, 드럼식 세탁기에 사용되는 영구자석 모터에서는 구동하는 세탁기 부하인 드럼의 저속 회전시(세탁 행정시, 헹굼 행정시) 및 고속회전시(탈수행정시)에 따라서 스테이터의 스테이터 코일로 쇄교(鎖交)하는 영구자석의 자속량(유기전압)을 적정하게 조정하는 것이 요망되고 있다.
그러나, 영구자석 모터의 로터에 구비되는 영구자석은 1 종류로 구성되는 것이 일반적이다. 따라서, 영구자석의 자속량이 항상 일정해진다. 이 경우, 예를 들어 보자력(保磁力)이 큰 영구자석만으로 로터를 구성하면, 고속회전시(탈수행정시)의 영구자석에 의한 유기전압이 매우 높아지고, 전자부품의 절연 파괴 등을 초래할 우려가 있다. 한편, 보자력이 작은 영구자석만으로 로터를 구성하면, 저속회전시(세탁 행정시, 헹굼 행정시)의 출력이 저하된다.
그래서, 영구자석의 자속량을 조정하도록 한 영구자석 모터가 제안되어 있다(예를 들어 특허문헌 2 참조). 상기 영구자석 모터는 로터의 내부에 보자력이 다른 2 종류의 영구자석을 설치하고 있다. 그리고, 그 중 저(低)보자력의 영구자석의 자화(磁化) 상태를 외부자계(스테이터 코일에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자계)에 의해 감자(減磁) 또는 증자(增磁)시킴으로써, 영구자석의 자속량을 조정한다.
일본 공개특허공보 제2006-014521호 공보 일본 공개특허공보 제2006-280195호 공보
특허문헌 2에 기재된 영구자석 모터에서는 로터의 내부에서 1자극을 구성하는 부분에, 보자력이 큰 영구자석과 작은 영구자석의 쌍방이 설치되어 있다. 즉, 1자극을 복수 종류의 영구자석에 의해 형성하는 구성으로 되어 있다. 그 때문에, 영구자석수가 매우 많아지고, 또한 각각의 영구자석의 체적을 작게 할 필요가 있어 구조가 복잡해진다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 보자력이 다른 2 종류의 영구자석을 1 자극 당 1 종류씩 적절한 비율로 로터에 배치하고, 구조를 간소화한 구성의 영구자석 모터가 생각된다. 단, 이 구성의 영구자석 모터는 공지는 아니다.
도 10에는 이상과 같은 생각에 기초하는 영구자석 모터(100)가 도시되어 있다. 영구자석 모터(100)는 아우터로터형의 3상 브러시리스 DC모터로 이루어지고, 스테이터(101) 및 로터(102)를 구비하고 있다. 도 10에는 영구자석 모터(100)의 스테이터(101) 및 로터(102)의 2극분이, 직선형상으로 전개되어 도시되어 있다. 스테이터(101)는 둘레방향으로 다수의 자극티스(teeth)(103a)(1개만 도시)를 갖는 스테이터 코어(103)에, 각 상의 스테이터 코일(104)(1개만 도시)이 감긴 구성이다.
로터(102)는 둘레방향으로 다수의 자석삽입구멍(105a)(2개만 도시)을 갖는 로터 코어(105)에, 영구자석이 삽입된 구성이다. 이 경우, 영구자석은 보자력이 다른 2 종류의 영구자석(106a, 106b)으로부터, 1자극 당 1종류가 되도록 선택된다. 예를 들어, 도 10에서 한쪽(도면에서는 좌측)의 자석삽입구멍(105a)에는 저보자력의 영구자석(106a)이 예를 들어 스테이터(101)측이 N극이 되는 상태로 삽입되어 있다. 다른쪽(도면에서는 우측)의 자석삽입구멍(105a)에는 고보자력의 영구자석(106b)이 예를 들어 스테이터(101)측이 S극이 되는 상태로 삽입되어 있다.
이 경우, 로터 코어(105)의 내주면에서 영구자석(106a, 106b)에 대응하는 부분에는 스테이터(101)측을 향하여 원호형상으로 돌출되는 돌출부(105b)(자극부)가 형성되어 있다. 인접하는 돌출부(105b, 105b) 사이에는, 인접하는 영구자석(106a, 106b)사이까지 연장되는 오목부(107), 보다 구체적으로는 인접하는 영구자석(106a, 106b) 사이의 거의 중앙부에서 영구자석 모터(100)의 직경방향으로 연장되는 오목부(107)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 오목부(107)의 내부는 영구자석(106a)의 N극과 S극의 경계선과, 영구자석(106b)의 N극과 S극의 경계선을 연결하는 중앙선(108)보다 외주측에 위치한다.
3상용 자기 센서인 홀 IC 「H1」, 「H2」, 「H3」는 로터(102)의 축방향의 한쪽의 단면측에 배치되어 있고, 서로 전기각으로 120도의 간격을 갖는다. 그리고, 홀 IC 「H1」, 「H2」, 「H3」는 영구자석(106a)의 N극과 S극의 경계선(중앙선(108))과 N극의 사이의 선과, 영구자석(106b)의 N극과 S극의 경계선(중앙선(108))과 S극의 사이의 선을 연결하는 선인 궤적(109)에 대응한다. 또한, 도 10에 도시한 영구자석 모터(100)는 참고예이고 공지는 아니다.
로터(102)가 우측방향(화살표 X방향)으로 회전하면 홀 IC 「H1」, 「H2」,「H3」는 궤적(109)상을 상대적으로 좌측방향(화살표 X방향과 반대방향)으로 이동한다. 그리고, 홀 IC 「H1」, 「H2」, 「H3」는 로터(102)의 자극위치에 대응한 하이레벨의 검출신호를 출력한다. 이들 검출신호에 기초하여 각 상의 스테이터 코일(104)이 통전되고, 이들에 의해 로터(102)가 회전한다.
이 경우, 세탁 운전의 세탁 행정시 및 헹굼 행정시에서는 드럼의 회전속도는 낮고, 영구자석 모터(100)로서는 저속회전, 고토크를 필요로 한다. 그 때문에, 영구자석(106a)의 자속을 증가시키기 위해서 증자(增磁)가 실시된다. 탈수 행정시에서는 드럼의 회전속도는 높고, 영구자석 모터(100)로서는 저토크, 고속회전을 필요로 한다. 그 때문에, 영구자석(106a)의 자속을 감소시키기 위해서 감자(減磁)가 실시된다.
이상의 구성에서는 도 10에 도시한 바와 같이 세탁 운전의 탈수 행정시에는 저보자력의 영구자석(106a)의 자력(Ma)이 고보자력의 영구자석(106b)의 자력(Mb)보다 약한 상태(Ma＜Mb)가 발생한다. 영구자석(106a)의 자력(Ma)과 영구자석(106b)의 자력(Mb)의 강도가 동등한 통상의 상태이면, 자력(Ma, Mb)의 경계선(Lo)은 오목부(107)의 내부의 중앙점(O)과 로터(102)의 중심점을 연결하는 선상에 있다. 그러나, 오목부(107)의 내부보다 스테이터(101)측에 위치하는 공간은 로터코어(105)의 일부는 아니므로, 포화자력이 매우 크다. 그 때문에, 영구자석(106a)의 자력(Ma)이 영구자석(106b)의 자력(Mb)보다 약한 상태(Ma＜Mb)가 되면, 그 경계선은 중앙점(O)을 중심으로 하여 약한 자력(Ma)측으로 각도 A(기계각)만큼 어긋난 경계선(La)이 된다. 또한, 상기 경계선(La)은 스테이터 코일(104)로부터의 자력(Mc)의 영향을 받아 경계선(La)에 대해서 각도 B(기계각)의 범위에서 어긋나, 예를 들어 경계선(Lb, Lc)과 같이 변화된다.
도 10에 도시한 구성에 의하면 홀 IC 「H1」,「H2」,「H3」의 상대적인 이동의 궤적(109)이 상기 공간(오목부(107)의 내부보다 스테이터(101)측에 위치하는 공간)을 지난다. 그 때문에, 영구자석(106a, 106b)의 자력(Ma, Mb)의 강도의 상위에 의해, 홀 IC 「H1」, 「H2」, 「H3」의 검출신호에 오차가 발생한다. 그리고, 이들 검출신호에 기초하여 통전되는 스테이터 코일(104)의 각 상의 전류파형에도 오차가 발생하고 토크 리플이 발생하는 경우가 생각된다.
본 발명의 목적은 구동하는 부하에 맞는 영구자석의 자속량의 조정을, 보자력이 다른 복수 종류의 영구자석으로부터 1자극당 1종류가 되도록 선택한 영구자석을 사용하는 간소한 구성으로 실현하는 것에서, 자력의 강도가 다른 것에 기인하는 토크리플의 발생을 방지할 수 있는 영구자석 모터, 및 상기 영구자석 모터를 구비한 세탁기를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 영구자석 모터는 스테이터 코어에 각 상의 스테이터 코일이 감기고, 상기 각 상의 스테이터 코일에 대응한 자극티스가 형성된 스테이터와, 둘레방향으로 다수의 자석삽입구멍이 형성된 로터 코어를 구비하고, 상기 자석삽입구멍에 상기 스테이터의 자극티스에 대응하는 자극을 형성하는 영구자석이 삽입된 로터와, 상기 로터의 자극위치를 검출하는 자기센서를 구비하고, 상기 영구자석은 보자력이 다른 복수 종류의 영구자석으로부터 1극당 1종류가 되도록 선택되어 삽입되고, 상기 로터코어에서 인접하고 또한 보자력이 다른 2개의 영구자석 사이에 위치하는 부위에, 상기 스테이터측으로 돌출되는 자속유통로가 형성되고, 상기 자기센서는 상기 로터의 회전에 따라서 상기 영구자석 및 상기 자속유통로에 대응하는 궤적상을 상대적으로 이동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세탁기는 스테이터 코어에 각 상의 스테이터 코일이 감기고, 상기 각 상의 스테이터 코일에 대응한 자극티스가 형성된 스테이터와, 둘레 방향으로 다수의 자석삽입구멍이 형성된 로터코어를 구비하며, 상기 자석삽입구멍에 상기 스테이터의 자극티스에 대응하는 자극을 형성하는 영구자석이 삽입된 로터와, 상기 로터의 자극위치를 검출하는 자기센서를 구비하고, 상기 영구자석은 보자력이 다른 복수 종류의 영구자석으로부터 1극당 1종류가 되도록 선택되어 삽입되고, 상기 로터코어에서 인접하고 보자력이 다른 2개의 영구자석간에 위치하는 부위에 상기 스테이터측에 돌출되는 자속유통로가 형성되며, 상기 자기센서는 상기 로터의 회전에 따라서 상기 영구자석 및 상기 자속유통로에 대응하는 궤적상을 상대적으로 이동하도록 구성된 영구자석 모터를 구비하고, 상기 영구자석 모터에 의해 세탁기 부하를 회전 구동하도록 한 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명의 세탁기는 본 발명의 영구자석 모터에 의해 세탁기 부하를 회전 구동하도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 영구자석 모터에 의하면 보자력이 다른 복수 종류의 영구자석(자력이 다른 영구자석)에 기인하는 토크리플의 발생을 방지할 수 있다.
본 발명의 세탁기에 의하면 세탁 행정시, 헹굼 행정시, 탈수 행정시 등의 운전 상태에 따라서 영구자석의 자속량을 효율 좋게 조정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 것이고 영구자석 모터의 주요부를 확대하고 또한 직선형상으로 전개하여 도시한 작용설명도이다.
도 2는 영구자석 모터의 사시도이다.
도 3은 영구자석 모터의 좌측 반부분의 확대단면도이다.
도 4는 로터의 주요부의 확대사시도이다.
도 5는 영구자석 모터의 일부를 직선형상으로 전개하여 도시한 작용설명도이다.
도 6은 작용설명용 파형도이다.
도 7의 (a)는 드럼식 세탁기의 개략적 구성을 도시한 종단측면도이고, (b)는 드럼식 세탁기의 개략적 구성을 도시한 종단배면도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 관한 도 1 상당도이다.
도 9는 도 8 상당도이다.
도 10은 참고예에 관한 도 1 상당도이다.
(제 1 실시예)
이하, 본 발명을 드럼식 세탁기에 적용한 제 1 실시예에 대해서, 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한다.
우선, 도 7에서 수조(2)는 드럼식 세탁기의 외부상자(1) 내에 설치되어 있다. 수조(2)는 일단부인 후면부(2a)(도 7의 (a)에서는 우측단면부)가 폐색된 거의 원통형상을 이루고, 그 축방향을 거의 수평으로 한 상태에서 댐퍼 기구(도시하지 않음)에 의해 탄성적으로 지지되어 있다. 회전조를 구성하는 드럼(3)은 수조(2) 내에 회전 자유롭게 설치되어 있다. 상기 드럼(3)도 일단부인 후면부(3a)(도 7의 (a)에서는 우측단면부)가 폐색된 대략 원통형상을 이루고, 그 축방향을 거의 수평으로 한 상태에서 설치되어 있다. 드럼(3)은 그 둘레벽에 다수의 구멍(도시하지 않음)을 갖는다. 또한, 도시하지는 않지만, 세탁물 출입구를 개폐하는 문은 외부 상자(1)의 전방면부(1a)에 설치되어 있다. 또한, 세탁물 출입구가 되는 개구부는 수조(2) 및 드럼(3)의 전방면측에 형성되어 있다. 세탁물은 세탁물 출입구를 통하여 드럼(3) 내에 출입된다.
드럼(3)을 회전 구동하는 영구자석 모터(4)(이하, 간단히 모터(4)라고 한다)는 수조(2)의 후면부(2a)의 배면에 설치되어 있다. 모터(4)는 이 경우, 아우터로터형의 3상의 브러시리스 DC모터로 이루어진다. 모터(4)의 로터(5)에 연결된 축(6)은 드럼(3)의 후부에 연결되어 있다. 따라서, 본 실시예의 세탁기는 모터(4)에 의해 드럼(3)을 직접 회전 구동하는 다이렉트 드라이브 방식으로 되어 있다. 드럼(3)은 모터(4)에 의해 회전 구동되는 세탁기 부하(부하)에 상당한다.
모터(4)에 대해서 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
모터(4)의 스테이터(7)는 외주부에 다수개(예를 들어 36개)의 자극티스(8)를 갖는 스테이터 코어(9)와, 각 자극티스(8)에 감긴 각 상의 스테이터 코일(10)과, 합성수지제의 부착부(11)를 구비하고 있다. 스테이터(7)는 그 부착부(11)를 통하여 수조(2)의 후면부(2a)에 고정 상태로 부착된다. 도 5에 도시한 바와 같이, 이 경우 스테이터 코어(9)는 6등분된 분할 코어(9A)로 구성되어 있다. 6개의 분할 코어(9A)는 각각 한쪽 단부에 형성된 걸어 맞춤 볼록부(9a)를, 다른쪽 단부에 형성된 걸어맞춤 오목부(9b)에 서로 삽입하여 걸어 맞춤으로써 연결되어 있다. 이에 의해, 스테이터 코어(9)가 구성되어 있다. 따라서, 하나의 분할 코어(9A)는 6개의 자극티스(8)를 갖는다. 인접하는 3개의 자극티스(8)는 3상의 U상, V상, W상에 대응한다.
로터(5)는 외주부에 환상벽(12a)을 갖는 얕은 바닥 용기 형상의 자성체제의 프레임(12)과, 그 환상벽(12a)의 내주부에 배치된 원통형상을 이루는 로터코어(13)와, 상기 로터코어(13)에 형성된 다수개의 자석삽입구멍(17)에 삽입된 보자력이 다른 복수 종류의 영구자석(예를 들어 2종류의 영구자석(14, 15))을 구비하고 있다. 상기한 축(6)은 프레임(12)의 중앙부에 설치된 축 부착부(16)에 연결된다. 이 경우, 로터코어(13)는 규소 강판으로 이루어진 원고리 형상의 다수의 철심재를 적층하여 구성되어 있다. 또한, 저보자력(소보자력)의 영구자석(14)은 보자력이 낮은 것으로, 예를 들어 알니코 자석(알루미늄·니켈·코발트 자석, 알니코 자석의 보자력은 350 kA/m 이하)으로 구성되어 있다. 또한, 영구자석(14)은 알니코 자석 대신, 사마코바 자석(사마륨·코발트 자석)으로 구성해도 좋다. 고보자력(대보자력)의 영구자석(15)은 보자력이 높은 것으로, 예를 들어 네오듐 자석(네오듐 자석의 보자력은 700 kA/m 이상)으로 구성되어 있다.
도 5에 도시한 바와 같이 로터코어(13)는 인접하는 1쌍의 분할 코어(13A, 13B)를 3대 조합시켜 구성되어 있다. 분할 코어(13A, 13B)는 각각 번갈아 N극과 S극의 자극이 형성되도록 각 8개의 자석삽입구멍(17)에 8개의 영구자석(영구자석(14) 또는 영구자석(15))이 삽입 배치된 구성이다. 또한, 도 5에 기재된 문자 「소」는 그 영구자석의 보자력이 작은 것을 나타내고, 문자 「대」는 그 영구자석의 보자력이 큰 것을 나타낸다. 또한, 문자 「N」은 그 영구자석이 스테이터(7)측에 형성하는 자극이 N극인 것을 나타내고, 문자 「S」는 그 영구자석이 스테이터(7)측에 형성하는 자극이 S극인 것을 나타낸다.
이 경우, 한쪽의 분할 코어(13A)에서는 스테이터 코어(9)에서의 분할 코어(9A)의 일방측(도면에서는 좌측)으로부터의 U상, V상, W상, U상, V상, W상의 자극티스(8)의 배열에 대해서 저보자력의 영구자석(14)(「소 N」), 고보자력의 영구자석(15)(「대 S」), 고보자력의 영구자석(15)(「대 N」), 고보자력의 영구자석(15)(「대 S」), 고보자력의 영구자석(15)(「대 N」), 고보자력의 영구자석(15)(「대 S」), 고보자력의 영구자석(15)(「대 N」), 고보자력의 영구자석(15)(「대 S」)가 대응하도록 배치되어 있다.
다른쪽의 분할 코어(13B)에서는 분할 코어(9A)의 일방측(도면에서는 좌측)으로부터의 U상, V상, W상, U상, V상, W상의 배열에 대해서 고보자력의 영구자석(15)(「대 N」), 고보자력의 영구자석(15)(「대 S」), 저보자력의 영구자석(14)(「소 N」), 고보자력의 영구자석(15)(「대 S」), 고보자력의 영구자석(15)(「대 N」), 고보자력의 영구자석(15)(「대 S」), 고보자력의 영구자석(15)(「대 N」), 고보자력의 영구자석(15)(「대 S」)가 대응하도록 배치되어 있다.
이상과 같이 1쌍의 분할 코어(13A, 13B)는 1개의 저보자력의 영구자석(14)과 7개의 고보자력의 영구자석(15)을 구비하고 있다. 그 때문에, 각 분할 코어(13A, 13B)의 총자속량은 거의 동등하다. 단, 1쌍의 분할 코어(13A, 13B)에서 한쪽의 분할 코어(13A)에서는 저보자력의 영구자석(14)은 좌측의 첫번째에 위치한다. 이에 대해서 다른쪽 분할 코어(13B)에서는 저보자력의 영구자석(14)은 좌측으로부터 3번째에 위치한다. 이와 같이, 영구자석(14, 15)의 배치순서가 다르도록 설정되어 있다.
또한, 1쌍의 분할 코어(13A, 13B)에서 한쪽의 분할 코어(13A)의 양단부에는 직사각형 형상의 걸어 맞춤 볼록부(13a)가 걸어맞춤부로서 형성되고, 다른쪽 분할 코어(13B)의 양단부에는 직사각형 형상의 걸어 맞춤 오목부(13b)가 피걸어맞춤부로서 형성되어 있다. 따라서, 분할 코어(13A, 13B)는 쌍을 이루는 분할 코어(13A)와 분할 코어(13B)이면, 한쪽의 분할 코어(13A)의 걸어맞춤 오목부(13a)(걸어맞춤부)를, 다른쪽 분할 코어(13B)의 걸어맞춤 오목부(13b)(피걸어맞춤부)에 걸어 맞추는 것이 가능하다.
그러나, 쌍을 이루지 않는 분할 코어(13A)와 분할 코어(13A)를 조합시키고자 하면, 한쪽의 분할 코어(13A)의 걸어맞춤 볼록부(13a)(걸어맞춤부)를, 다른쪽 분할 코어(13A)의 걸어맞춤 볼록부(13a)를 피걸어맞춤부로 하여 걸어 맞추는 것이 불가능하다. 동일하게 쌍을 이루지 않는 분할 코어(13B)와 분할 코어(13B)를 조합시키고자 하면, 한쪽의 분할 코어(13B)의 걸어맞춤 오목부(13b)를, 다른쪽의 분할 코어(13B)의 걸어맞춤 오목부(13b)(피걸어맞춤부)에 걸어맞춤부로 하여 걸어 맞추는 것이 불가능하다.
상기 모터(4)에서 로터코어(13)의 12개의 자극티스(8)에 감기는 12개의 U상의 스테이터 코일(10)은 직렬로 접속되어 있다. 12개의 자극티스(8)에 감기는 12개의 V상의 스테이터 코일(10)은 직렬로 접속되어 있다. 12개의 자극티스(8)에 감기는 12개의 W상의 스테이터 코일(10)은 직렬로 접속되어 있다. 그리고, 이들의 직렬 회로는 스타 결선되어 있다. 그리고, 도시하지는 않지만, 모터(4)는 제어수단으로서의 마이크로컴퓨터를 포함하는 제어장치에 의해, 인버터 회로를 통하여 제어된다. 제어장치는 후술하는 자기 센서인 홀 IC 「H1」,「H2」,「H3」의 검출신호에 기초하여, 예를 들어 세탁 행정, 헹굼 행정 및 탈수 행정으로 이루어진 세탁 운전의 제어를 실시하는 기능을 갖고 있다.
또한, 도 1, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.
도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 로터코어(13)의 내주면에서 영구자석(14, 15)에 대응하는 부분에는 스테이터(7)측을 향하여 원호형상으로 돌출되는 돌출부(18)(자극부)가 형성되어 있다. 인접하는 돌출부(18, 18) 사이에는 인접하는 영구자석(14, 15) 사이까지 연장되는 오목부(19), 보다 구체적으로는 인접하는 영구자석(14, 15) 사이의 거의 중앙부에서 모터(4)의 직경 방향으로 연장되는 오목부(19)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 오목부(19)의 내부에는 영구자석(14)의 N극과 S극의 경계선과, 영구자석(15)의 N극과 S극의 경계선을 연결하는 중앙선(20)상에 위치한다. 또한, 인접하는 영구자석(15, 15)에 대응하는 돌출부(18, 18) 및 이들 돌출부(18, 18) 사이의 오목부(19)에 대해서도 동일한 구성이다.
도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이 3상용 자기센서인 홀 IC 「H1」, 「H2」,「H3」는 로터(5)의 축방향의 한쪽의 단면측에 배치되어 있고, 서로 전기각으로 120도의 간격을 갖는다. 그리고, 홀 IC 「H1」, 「H2」,「H3」는 영구자석(14)의 N극과 S극의 경계선(중앙선(20))과 S극(스테이터(7)와 반대측) 사이의 선과, 영구자석(15)의 N극과 S극의 경계선(중앙선(20))과 N극(스테이터(7)와 반대측) 사이의 선을 연결하는 선인 궤적(21)에 대응한다. 로터(5)가 도 1에서 우측방향(화살표 X방향)으로 회전하면, 홀 IC 「H1」, 「H2」,「H3」는 궤적(21) 상을 상대적으로 좌측방향(화살표 X방향과 반대방향)으로 이동한다. 그리고, 홀 IC 「H1」, 「H2」,「H3」는 로터(5)의 자극 위치에 대응한 하이레벨의 검출신호를 출력한다. 이들 검출신호에 기초하여 각 상의 스테이터 코일(10)이 통전되고, 로터(5)가 회전한다.
본 실시예의 작용을 설명한다.
제어장치는 세탁 운전을 개시하면 우선 세탁 행정을 실시한다. 세탁 행정에서는 제어 장치는 세탁기 부하인 급수밸브(도시하지 않음)를 개방하고, 수조(2) 내 더 나아가서는 드럼(3) 내에 물을 공급하여 저류하는 급수 동작을 실시한다. 다음에, 제어 장치는 수조(2) 내에 세제를 투입한 상태에서 드럼(3)을 모터(4)에 의해 낮은 회전 속도(예를 들어 50~60 rpm)로 정회전 및 역회전시킨다. 이에 의해, 제어장치는 드럼(3) 내에 수용된 세탁물을 세정하는 세탁 동작을 실시한다. 제어장치는 세탁동작을 소정 시간 실시한 후 드럼(3)을 정지시킨다. 이 상태에서, 제어 장치는 수조(2)의 배출구에 접속된 세탁기 부하인 배수 밸브(도시하지 않음)를 개방한다. 이에 의해, 제어 장치는 수조(2) 내(드럼(3) 내)의 물을 기외로 배출하는 배수 동작을 실시한다.
다음에, 제어 장치는 세탁 행정에서의 중간 탈수를 실시한다. 상기 중간 탈수에서는 제어 장치는 드럼(3)을 모터(4)에 의해 한 방향으로 고속 회전(예를 들어 1500 rpm)시킨다. 이에 의해, 드럼(3) 내의 세탁물이 원심 탈수된다. 세탁물로부터 배출된 수분은 배출구로부터 기외로 배출된다.
제어장치는 중간 탈수가 완료되면 헹굼 행정으로 이행한다. 헹굼 행정에서는 제어 장치는 우선 드럼(3)의 회전을 정지시킨 상태에서, 다시 급수 동작을 실시하고, 수조(2)내 더 나아가서는 드럼(3) 내에 물을 공급하여 저류한다. 다음에, 제어 장치는 헹굼 동작을 실시한다. 헹굼 동작에서는 제어 장치는 세제를 사용하지 않는 이외에는 세탁 동작과 동일한 제어를 실시한다. 즉, 제어 장치는 드럼(3)을 모터(4)에 의해 낮은 회전속도(예를 들어 50~60 rpm)로 정회전 및 역회전시킴으로써, 드럼(3) 내의 세탁물을 헹구는 헹굼 동작을 소정 시간 실시한다. 그 후, 제어 장치는 상술한 바와 동일한 배수 동작을 실시한다. 이하, 제어 장치는 동일한 급수 동작, 헹굼 동작, 배수 동작을 복수회 반복하여 헹굼 행정을 종료한다.
다음에, 제어장치는 탈수행정을 실시한다. 탈수행정에서는 제어장치는 드럼(3)을 모터(4)에 의해 한 방향으로 고속회전(예를 들어 1000 rpm)시킨다. 이에 의해, 드럼(3) 내의 세탁물이 원심 탈수된다. 세탁물로부터 배출된 수분은 배출구로부터 기외로 배출된다. 제어장치는 이상의 탈수동작을 소정 시간 실시하면, 탈수 행정을 완료하고, 세탁운전을 종료한다.
여기에서, 상기한 세탁 행정의 세탁 동작에서는 드럼(3)(모터(4))의 회전속도는 낮고(50~60rpm), 모터(4)로서는 저속회전, 고토크를 필요로 한다. 그 때문에, 제어장치는 예를 들어 세탁 행정의 세탁 동작 전의 급수 동작에서, 모터(4)의 영구자석(14)의 자속을 증가시키기 위해 증자를 실시한다.
구체적으로는 제어장치는 스테이터 코일(10)에 예를 들어 +500V의 전압을 인가함으로써 영구자석(14)의 자속을 최대까지 올리고, 전압의 인가를 해제해도 그 자속이 유지되도록 한다. 이에 의해, 스테이터(7)에 대해서 작용하는 로터(5) 전체로서의 자속이 증가된다. 이 상태에서, 제어장치는 모터(4)에 의해 드럼(3)을 저속도로 회전 구동시켜 세탁 행정의 세탁 동작을 실행한다. 이에 의해, 모터(4)는 고토크를 발휘할 수 있다. 상기 세탁 행정에서 스테이터 코일(10)로의 통상의 운전 전압은 약 ±200V의 범위이다. 그 때문에, 통상의 운전시에서는 저보자력의 영구자석(14)이어도 자속이 변화되는 일은 없다.
다음에, 세탁 행정의 중간 탈수에서는 드럼(3)(모터(4))의 회전속도는 높고(1500 rpm), 모터(4)로서는 저토크, 고속회전을 필요로 한다. 그 때문에, 제어장치는 예를 들어 중간 탈수 전의 배수동작에서 영구자석(14)의 자속을 감소시키기 위해 감자를 실시한다.
구체적으로는 제어장치는 스테이터 코일(10)에 예를 들어 -500V보다 약간 높은 전압을 인가함으로써, 영구자석(14)의 자속을 0(영) 가까이까지 낮추고, 전압의 인가를 해제해도 그 자속이 유지되도록 한다. 이에 의해, 스테이터(7)에 대하여 작용하는 로터(5) 전체로서의 자속이 감소된다. 이 상태에서, 제어장치는 모터(4)에 의해 드럼(3)을 고속도로 회전 구동시켜 중간 탈수를 실행한다. 이에 의해, 모터(4)는 저토크, 고속회전에 적합한 것이 된다. 상기 중간 탈수에서도 스테이터 코일(10)로의 통상의 운전 전압은 약 ±200V의 범위이다. 그 때문에, 통상의 운전시에서는 저보자력의 영구자석(14)이어도 자속이 변화되는 일은 없다.
다음에, 헹굼행정의 헹굼동작에서는 세탁행정의 세탁동작과 동일하게 드럼(3)(모터(4))의 회전속도는 낮고(50~60rpm), 모터(4)로서는 저속회전, 고토크를 필요로 한다. 그 때문에, 제어장치는 예를 들어 헹굼동작 전의 급수동작에서 영구자석(14)의 자속을 증가시키기 위해 상술한 것과 동일한 증자를 실시한다. 이와 같이 증자한 상태에서 제어장치는 헹굼동작을 실시한다.
그리고, 탈수행정에서는 세탁행정의 중간탈수와 동일하게, 드럼(3)(모터(4))의 회전속도는 높고(1000 rpm), 모터(4)로서는 저토크, 고속회전을 필요로 한다. 그 때문에, 제어장치는 상술한 것과 동일한 감자를 실시한다. 이와 같이 감자된 상태에서 제어장치는 탈수행정을 실시한다.
도 1에 도시한 바와 같이 상기 경우에서 인접하는 영구자석(14, 15)에 대응하는 돌출부(18, 18) 사이(자극부간)의 오목부(19)는 그 내부가 중앙선(20)상에 위치하도록 형성되어 있다. 또한, 스테이터(7)측에 돌출되는 자속 유통로(22)는 로터코어(13)의 영구자석(14, 15) 사이에 위치하는 부위에 형성되어 있다. 따라서, 홀 IC「H1」, 「H2」,「H3」가 상대적으로 이동하는 궤적(21)은 상기 자속유통로(22)상을 통과한다. 또한, 본 실시예에서는 제작상, 인접하는 영구자석(15, 15)에 대응하는 돌출부(18, 18) 사이의 오목부(19)도 동일하게 형성되어 있다.
그리고, 상술한 바와 같이 세탁운전의 탈수행정시(중간탈수시를 포함)에는 저보자력의 영구자석(14)의 자력(Ma)이 고보자력의 영구자석(15)의 자력(Mb)보다도 약한 상태(Ma＜Mb)가 발생한다. 영구자석(14)의 자력(Ma)과 영구자석(15)의 자력(Mb)의 강도가 동등한 통상의 상태이면 자력(Ma, Mb)의 경계선(Lo)은 오목부(19)의 내부의 중앙점(O)과 로터(5)의 중심점을 연결하는 선상에 있다. 그러나, 오목부(19)의 내부보다도 스테이터(7)측에 위치하는 공간에서는, 상기 공간은 로터코어(13)의 일부는 아니므로 포화자력이 매우 크다. 그 때문에, 영구자석(14)의 자력(Ma)이 영구자석(15)의 자력(Mb)보다도 약한 상태(Ma＜Mb)가 되면, 그 경계선은 중앙점(O)을 중심으로 하여 자력이 약한 Ma측에 각도 A(기계각)만큼 어긋난 경계선(La)이 된다. 또한, 상기 경계선(La)은 스테이터 코일(10)로부터의 자력(Mc)의 영향을 받아 경계선(La)에 대해서 각도 B(기계각)의 범위에서 어긋나고, 예를 들어 경계선(Lb, Lc)과 같이 변화된다.
본 실시예에서는 홀 IC 「H1」, 「H2」,「H3」의 상대적인 이동의 궤적(21)은 상기 공간(오목부(19)의 내부보다 스테이터(7)측에 위치하는 공간)을 지나지 않고 오목부(19)의 내부보다 스테이터(7)와 반대측에 위치하는 자속유통로(22)상을 지난다. 자속유통로(22)는 로터코어(13)의 일부이므로, 투자율이 높고 포화자력이 작다. 그 때문에, 자속유통로(22)는 자기포화하고, 자력(Ma, Mb)의 강도의 상위에 관계없이 일정해진다. 즉, 본 실시예에서는 홀 IC 「H1」, 「H2」,「H3」는 경계선(La, Lb, Lc)의 영향을 받지 않는다.
도 6은 각부의 파형도를 도시한다. 동 도면에서 (a)는 홀 IC 「H1」의 검출신호이고 (b)는 홀 IC 「H2」의 검출신호이며, (c)는 홀 IC 「H3」의 검출신호이다. 스테이터 코일(10)의 각 U상, V상, W상에는 홀 IC 「H1」, 「H2」,「H3」의 검출신호의 각각의 하이레벨의 기간에 전압이 인가되어 전류가 흐른다(180도 통전방식). 따라서, 예를 들어 스테이터 코일(10)의 U상에는 도 6의 (d)에 도시한 파형과 같이 전류가 흐른다.
본 실시예에서는 홀 IC 「H1」, 「H2」,「H3」는 자력(Ma, Mb)의 강도의 상위에 기인하는 경계선(La, Lb, Lc)의 영향을 받지 않는다. 그 때문에, 홀 IC 「H1」, 「H2」,「H3」의 각 검출신호는 도 6의 (a), (b), (c)에 각각 실선으로 도시한 바와 같이, 서로 전기각으로 120도 어긋난 상태에서 180도의 기간 하이 레벨이 된다. 따라서, 예를 들어 스테이터 코일(10)의 U상에는 도 6의 (d)에 실선으로 도시한 바와 같이 전기각으로 0도 내지 180도의 기간, 정(+)의 반파(半波)의 정현파 전류가 흐른다.
이에 대해서 도 10에 도시한 참고예에서는 홀 IC 「H1」, 「H2」,「H3」는 경계선(La, Lb, Lc)의 영향을 받는다. 그 때문에, 예를 들어 스테이터 코일(104)의 U상용 홀 IC 「H1」은 도 6의 (a)에 파선으로 도시한 바와 같이 검출신호의 하이레벨로부터 로우레벨로의 하강이, 각도 A(기계각)에 대응하여 각도 C(전기각) 만큼 어긋나고, 또한 각도 B(기계각)에 대응하여 각도 D(전기각) 만큼 어긋난다. 따라서, 스테이터 코일(104)의 U상에 흐르는 전류는 도 6의 (d)에 파선으로 도시한 바와 같이 전기각 180도에서 0(도)이 되지는 않고, 정(+)의 상태로 어긋난다. 이것이 참고예의 영구자석 모터(100)에서의 토크리플의 발생원인이 되고 있다.
상기한 제 1 실시예에 의하면 다음과 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.
로터(5)에서의 분할 코어(13A, 13B)는 변화시키는 것이 용이한 저보자력의 영구자석(14)과, 상기 영구자석(14)보다도 보자력이 높은 영구자석(15)을 갖는다. 그리고, 제어장치는 세탁 행정시, 및 헹굼 행정시에는 스테이터(7)에 대하여 작용하는 로터(5)의 자속이 증가하도록 영구자석(14)을 자화한다. 또한, 제어장치는 탈수행정시, 및 세탁 행정의 중간 탈수시에는 스테이터(7)에 대해서 작용하는 로터(5)의 자속이 세탁 행정시 및 헹굼 행정시보다도 감소되도록 영구자석(14)을 자화한다. 이에 의해 세탁 행정시 및 헹굼 행정시에는 스테이터(7)에 대해서 작용하는 로터(5)의 자속을 많게 할 수 있고, 세탁기 부하(드럼(3))를 구동하는 모터(4)는 세탁 및 헹굼에 필요한 저속회전, 고토크를 얻을 수 있다. 또한, 탈수 행정시 및 중간 탈수에서는 스테이터(7)에 대해서 작용하는 로터(5)의 자속을, 세탁 행정시 및 헹굼 행정시보다도 감소시킬 수 있고, 부하(드럼(3))를 구동하는 모터(4)는 탈수에 필요한 저토크, 고속회전에 적합한 성능을 발휘할 수 있다.
그리고, 로터 코어(13)에서의 인접하는 영구자석(14, 15) 사이에 위치하는 부위에는 스테이터(7)측에 돌출되는 자속유통로(22)가 형성되어 있다. 그리고, 홀 IC 「H1」, 「H2」,「H3」가 상대적으로 이동하는 궤적(21)은 상기 자속유통로(22) 상을 지난다. 자속유통로(22)는 로터코어(13)의 일부이고 투자율이 높고 포화자력이 작으므로, 자기포화하여 자력 Ma, Mb의 강도의 상위에 관계없이 일정해진다. 그 때문에, 홀 IC 「H1」, 「H2」,「H3」는 경계선(La, Lb, Lc)의 영향을 받지 않고 정상의 검출신호를 출력할 수 있다. 따라서, 모터(4)가 자력(Ma, Mb)의 강도의 상위에 기인하여 토크 리플을 발생시키는 것을 방지할 수 있다.
또한, 홀 IC 「H1」, 「H2」,「H3」는 영구자석(14)의 N극과 S극의 경계선(중앙선(20))과 S극(스테이터(7)와 반대측) 사이의 선과, 영구자석(15)의 N극과 S극의 경계선(중앙선(20))과 N극(스테이터(7)와 반대측) 사이의 선을 연결하는 선인 궤적(21)에 대응하여, 상대적으로 이동한다. 다시 말하면, 홀 IC 「H1」, 「H2」,「H3」는 영구자석(14, 15)의 스테이터(7)측과는 반대측의 위치를 지난다. 그 때문에, 홀 IC「H1」,「H2」,「H3」는 스테이터(7)의 스테이터 코일(10)로부터의 자력(Mc)의 영향을 받는 일은 없다.
(제 2 실시예)
도 8 및 도 9는 본 발명의 제 2 실시예를 도시한다. 상기 제 1 실시예(특히 도 1 참조)와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙여 나타낸다.
로터코어(13)는 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이 다수의 철심재를 적층하여 구성되어 있다. 여기에서는 1매째의 철심재(131)로부터 n매째의 철심재(13n)까지의 n매(예를 들어, n=39)의 철심재를 사용하여 로터(5)를 구성한다.
도 8에 도시한 바와 같이 상기 제 2 실시예에서는 로터코어(13)의 축방향의 양단부 중 한쪽의 단면측에 위치하는 1매째의 철심재(131)에는 인접하는 영구자석(14, 15) 사이에 위치하여 오목부(19) 및 자속유통로(22)가 형성되어 있다. 또한, 도 9에 도시한 바와 같이 로터코어(13)의 축방향의 양단부 중 다른쪽 단면측에 위치하는 n매째의 철심재(13n)에는 인접하는 영구자석(14, 15) 사이에 위치하여 오목부(19) 및 자속유통로(22)가 형성되어 있다. 또한 도 9에 도시한 바와 같이 2매째의 철심재(132)로부터 n-1매째의 철심재(13n-1)에는 도 10에 도시한 참고예의 로터코어(105)의 오목부(107)와 동일한 오목부(23)가 형성되어 있다. 즉, 오목부(23)는 그 내부가 홀 IC 「H1」, 「H2」,「H3」의 궤적(21)보다 외주측에 위치하도록 형성되어 있다. 따라서, 철심재(132 ~ 13n-1)에는 자속유통로(22)는 형성되어 있지 않다.
상기 제 2 실시예에 의해서도 제 1 실시예와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.
자속유통로(22)에 흐르는 자속은 스테이터(7)의 스테이터 코일(10)에는 작용하지 않는 누설자속이 된다. 상기 제 2 실시예에서는 로터코어(13)의 축방향의 양단부 중의 한쪽의 단면측에 위치하는 1매째의 철심재(131), 및 축방향의 양단부 중 다른쪽 단면측에 위치하는 n매째의 철심재(13n)에만 자속유통로(22)가 설치되어 있다. 그 때문에, 자속유통로(22)에 의한 누설자속을 매우 적게 할 수 있는 이점이 있다.
(기타 실시예)
또한, 본 발명은 상기하고 또한 도면에 도시한 각 실시예에 한정되는 것은 아니고, 다음과 같은 변형이나 확장이 가능하다.
상기 실시예에서는 로터코어(13)에서 인접하는 고보자력의 영구자석(15, 15)에도 오목부(19)를 설치하도록 했다. 그대신, 이들 영구자석(15, 15) 사이에 제 2 실시예에 나타낸 바와 같은 오목부(23)를 설치해도 좋다.
상기 제 2 실시예에서는 로터코어(13)의 축방향 양단부의 1매째의 철심재(131)와 n매째의 철심재(13n)에 오목부(19)를 설치했다. 그대신 축방향 양단부에 각각 위치하는 복수매의 철심재에 오목부(19)를 설치해도 좋다.
로터코어는 분할 코어의 조합으로 구성했다. 이 구성은 필요에 따라서 적용하면 좋다.
본 발명은 드럼식 세탁기에 한정되지 않고, 세탁기 전반에 적용할 수 있다.
(산업상의 이용가능성)
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 로터에 다수의 영구자석을 구비한 영구자석 모터, 및 상기 영구자석 모터를 사용한 세탁기에 유용하다.
1: 드럼식 세탁기(세탁기) 3: 드럼(세탁기 부하)
4: 영구자석 모터 5: 로터
7: 스테이터 8: 자극티스
9: 스테이터 코어 9A: 분할 코어
10: 스테이터 코일 13: 로터코어
13A, 13B: 분할 코어 131~13n: 철심재
14: 저보자력의 영구자석 15: 고보자력의 영구자석
17: 자석삽입구멍 18: 돌출부(자극부)
19: 오목부 21: 궤적
22: 자속유통로 23: 오목부
H1~H3: 홀 IC(자기센서)

Claims (6)

  1. 스테이터 코어에 각 상의 스테이터 코일이 감겨지고, 상기 각 상의 스테이터에 대응한 자극티스(teeth)가 형성된 스테이터,
    둘레방향으로 다수의 자석삽입구멍이 형성된 로터코어를 구비하고, 상기 자석삽입구멍에 상기 스테이터의 자극티스에 대응하는 자극을 형성하는 영구자석이 삽입된 로터, 및
    상기 로터의 자극위치를 검출하는 자기센서를 구비하고,
    상기 영구자석은 보자력이 다른 복수 종류의 영구자석으로부터 1극 당 1종류가 되도록 선택되어 삽입되고,
    상기 로터코어에서, 인접하고 또한 보자력이 다른 2개의 영구자석간에 위치하는 부위에 오목부가 형성되고,
    상기 로터코어에서, 인접하고 또한 보자력이 다른 2개의 영구자석간에 위치하는 부위에, 상기 오목부의 내부보다 스테이터와 반대측에 위치하여 상기 스테이터측으로 돌출되는 자속유통로가 형성되며,
    상기 자기센서는 상기 로터의 회전에 따라서 상기 영구자석 및 상기 자속유통로에 대응하는 궤적상을 상대적으로 이동하도록 구성되어 있는 영구자석 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터코어는 복수의 철심재를 적층하여 구성되고,
    상기 자속유통로는 축방향의 양단부의 철심재에 형성되어 있는 영구자석 모터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 자기센서가 이동하는 궤적은 상기 영구자석의 상기 스테이터측과는 반대측의 위치를 지나는 영구자석 모터.
  4. 스테이터 코어에 각 상의 스테이터 코일이 감기고 상기 각 상의 스테이터 코일에 대응한 자극티스가 형성된 스테이터,
    둘레방향으로 다수의 자석삽입구멍이 형성된 로터코어를 구비하고, 상기 자석삽입구멍에 상기 스테이터의 자극티스에 대응하는 자극을 형성하는 영구자석이 삽입된 로터, 및
    상기 로터의 자극위치를 검출하는 자기센서를 구비하고,
    상기 영구자석은 보자력이 다른 복수 종류의 영구자석으로부터 1극당 1종류가 되도록 선택되어 삽입되며,
    상기 로터코어에서, 인접하고 또한 보자력이 다른 2개의 영구자석간에 위치하는 부위에 오목부가 형성되고,
    상기 로터코어에서, 인접하고 또한 보자력이 다른 2개의 영구자석간에 위치하는 부위에, 상기 오목부의 내부보다 스테이터와 반대측에 위치하여 상기 스테이터측으로 돌출되는 자속유통로가 형성되고,
    상기 자기센서는 상기 로터의 회전에 따라서 상기 영구자석 및 상기 자속유통로에 대응하는 궤적상을 상대적으로 이동하도록 구성된 영구자석 모터를 구비하며,
    상기 영구자석 모터에 의해 세탁기 부하를 회전 구동하도록 한 세탁기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 로터코어는 복수의 철심재를 적층하여 구성되고,
    상기 자속유통로는 축방향의 양단부의 철심재에 형성되어 있는 세탁기.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 자기센서가 이동하는 궤적은 상기 영구자석의 상기 스테이터측과는 반대측 위치를 지나는 세탁기.
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