WO2010134368A1 - 永久磁石モータおよび洗濯機 - Google Patents

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stator
magnetic
rotor
core
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志賀剛
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株式会社東芝
東芝コンシューマエレクトロニクス・ホールディングス株式会社
東芝ホームアプライアンス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a permanent magnet motor having a large number of permanent magnets in a rotor, and a washing machine using the permanent magnet motor.
  • An inverter drive system that allows easy speed control is often employed for controlling a permanent magnet motor used in, for example, a drum-type washing machine.
  • a magnetic sensor for detecting the magnetic pole position of a rotor having a permanent magnet as a magnetic pole is provided (for example, see Patent Document 1).
  • the stator is driven according to the rotation of the drum, which is the load of the washing machine to be driven, at the time of low speed rotation (during the washing process and rinsing process) and high speed rotation (during the dehydration process). It is desired to properly adjust the amount of magnetic flux (induced voltage) of a permanent magnet interlinked with the stator coil.
  • the permanent magnet provided in the rotor of the permanent magnet motor is generally constituted by one type. Therefore, the amount of magnetic flux of the permanent magnet is always constant. In this case, for example, if the rotor is composed only of a permanent magnet having a large coercive force, the induced voltage due to the permanent magnet at the time of high-speed rotation (during the dehydration process) becomes extremely high, which may cause dielectric breakdown of electronic components. On the other hand, if the rotor is composed only of permanent magnets having a small coercive force, the output during low-speed rotation (during the washing stroke and rinsing stroke) will be reduced.
  • a permanent magnet motor that adjusts the amount of magnetic flux of the permanent magnet has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
  • this permanent magnet motor two types of permanent magnets having different coercive forces are arranged inside the rotor. Among them, the amount of magnetic flux of the permanent magnet is adjusted by demagnetizing or increasing the magnetization state of the low-coercivity permanent magnet with an external magnetic field (a magnetic field generated by a current flowing through the stator coil).
  • 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. That is, one magnetic pole is formed by a plurality of types of permanent magnets. Therefore, the number of permanent magnets becomes extremely large, and the volume of each permanent magnet needs to be reduced, resulting in a complicated structure.
  • a permanent magnet motor having a structure in which two types of permanent magnets having different coercive forces are arranged on the rotor at an appropriate ratio of one type per magnetic pole can be considered.
  • the permanent magnet motor having this configuration is not publicly known.
  • FIG. 10 shows a permanent magnet motor 100 based on the above idea.
  • the permanent magnet motor 100 is an outer rotor type three-phase brushless DC motor, and includes a stator 101 and a rotor 102.
  • the two poles of the stator 101 and the rotor 102 of the permanent magnet motor 100 are shown in a linear form.
  • the stator 101 has a configuration in which a stator coil 104 (only one is shown) is wound around a stator core 103 having a large number of magnetic pole teeth 103a (only one is shown) in the circumferential direction.
  • the rotor 102 has a configuration in which a permanent magnet is inserted into a rotor core 105 having a large number of magnet insertion holes 105a (only two are shown) in the circumferential direction.
  • the permanent magnet is selected from two types of permanent magnets 106a and 106b having different coercive forces so that there is one type per magnetic pole.
  • a permanent magnet 106a having a low coercive force is inserted into one (left side in the figure) magnet delivery hole 105a in a state where, for example, the stator 101 side has an N pole.
  • a high coercivity permanent magnet 106b is inserted, for example, with the stator 101 side being an S pole.
  • a protruding portion 105b (magnetic pole portion) protruding in an arc shape toward the stator 101 side is formed in a portion corresponding to the permanent magnets 106a and 106b.
  • the concave portion 107 extending to between the adjacent permanent magnets 106a and 106b, more specifically, the radial direction of the permanent magnet motor 100 at the substantially central portion between the adjacent permanent magnets 106a and 106b.
  • a recess 107 extending in the direction is formed.
  • this recessed part 107 is located in the outer peripheral side rather than the center line 108 which connects the boundary line of the N pole and S pole of the permanent magnet 106a, and the boundary line of the N pole and S pole of the permanent magnet 106b. To do.
  • the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3”, which are magnetic sensors for three phases, are arranged on one end face side in the axial direction of the rotor 102 and have an electrical angle of 120 degrees from each other.
  • the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3” are connected to the line between the N pole and the S pole of the permanent magnet 106a (center line 108) and the N pole, and the N of the permanent magnet 106b. This corresponds to a trajectory 109 that is a line connecting a boundary line (center line 108) between the pole and the S pole and a line between the S pole.
  • the permanent magnet motor 100 shown in FIG. 10 is a reference example and is not known.
  • the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3” move relatively leftward on the locus 109 (in the direction opposite to the arrow X direction).
  • the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3” output a high level detection signal corresponding to the magnetic pole position of the rotor 102. Based on these detection signals, the stator coils 104 of the respective phases are energized, whereby the rotor 102 rotates.
  • the rotation speed of the drum is low during the washing process and the rinsing process in the washing operation, and the permanent magnet motor 100 requires a low-speed rotation and a high torque. Therefore, in order to increase the magnetic flux of the permanent magnet 106a, magnetization is performed. During the dehydration process, the rotation speed of the drum is high, and the permanent magnet motor 100 requires low torque and high speed rotation. Therefore, demagnetization is performed in order to reduce the magnetic flux of the permanent magnet 106a.
  • the boundary line has an angle A (mechanical angle) toward the weak magnetic force Ma around the center point O.
  • the boundary line La is shifted by a distance. Further, the boundary line La is shifted in the range of an angle B (mechanical angle) with respect to the boundary line La due to the influence of the magnetic force Mc from the stator coil 104, and changes like the boundary lines Lb and Lc, for example.
  • the locus 109 of relative movement of the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3” passes through the above space (the space that is located closer to the stator 101 than the back of the recess 107). Pass through. For this reason, the detection signals of the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3” are shifted due to the difference in the strengths of the magnetic forces Ma and Mb of the permanent magnets 106a and 106b. Then, it is conceivable that the current waveform of each phase of the stator coil 104 energized based on these detection signals also shifts and torque ripple occurs.
  • An object of the present invention is to provide a simple configuration using a permanent magnet selected from a plurality of types of permanent magnets having different coercive forces so that the amount of magnetic flux of the permanent magnet is adjusted to one type per magnetic pole. It is an object of the present invention to provide a permanent magnet motor capable of preventing the occurrence of torque ripple caused by the difference in magnetic force, and a washing machine equipped with the permanent magnet motor.
  • a stator coil of each phase is wound around a stator core, and a magnetic pole tooth corresponding to the stator coil of each phase is formed, and a large number of magnet insertion holes are formed in the circumferential direction.
  • a rotor in which a permanent magnet that forms a magnetic pole corresponding to the magnetic pole teeth of the stator is inserted in the magnet insertion hole, and a magnetic sensor that detects the magnetic pole position of the rotor, A plurality of types of permanent magnets having different coercive forces are selected and inserted so as to be one type per pole, and the stator side is positioned at a position located between two permanent magnets adjacent to each other and having different coercive forces.
  • a magnetic flux flow path protruding into the magnetic field is formed, and the magnetic sensor relatively moves on a trajectory corresponding to the permanent magnet and the magnetic flux flow path according to the rotation of the rotor. Characterized in that it is configured to.
  • a stator coil of each phase is wound around a stator core, and a magnetic pole tooth corresponding to the stator coil of each phase is formed, and a large number of magnet insertion holes are formed in the circumferential direction.
  • a plurality of types of permanent magnets having different magnetic forces are selected and inserted so as to be one type per one pole.
  • a portion located between two permanent magnets adjacent to each other and having different coercive forces is placed on the stator side.
  • a projecting magnetic flux flow path is formed, and the magnetic sensor relatively moves on a trajectory corresponding to the permanent magnet and the magnetic flux flow path according to the rotation of the rotor.
  • Comprising a permanent magnet motor has been made, characterized in that so as to rotatably drive the washing machine load by the permanent magnet motor. That is, the washing machine of the present invention is characterized in that the washing machine load is rotationally driven by the permanent magnet motor of the present invention.
  • the permanent magnet motor of the present invention it is possible to prevent the occurrence of torque ripple caused by a plurality of types of permanent magnets having different coercive forces (permanent magnets having different magnetic forces).
  • the amount of magnetic flux of the permanent magnet can be efficiently adjusted according to the operation state during the washing process, the rinsing process, the dehydrating process, and the like.
  • FIG. 1 relates to a first embodiment of the present invention, and is an explanatory diagram showing an operation in which a main part of a permanent magnet motor is enlarged and expanded linearly.
  • FIG. 2 is a perspective view of the permanent magnet motor.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the left half of the permanent magnet motor.
  • FIG. 4 is an enlarged perspective view of a main part of the rotor.
  • FIG. 5 is an operation explanatory view showing a part of the permanent magnet motor developed linearly.
  • FIG. 6 is a waveform diagram for explaining the operation.
  • Fig.7 (a) is a vertical side view which shows schematic structure of a drum type washing machine
  • FIG.7 (b) is a vertical back view which shows schematic structure of a drum type washing machine.
  • FIG. 8 is a view corresponding to FIG. 1 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 corresponds to FIG.
  • FIG. 10 is a diagram corresponding to FIG. 1 according to the reference
  • FIG. 7 A first embodiment in which the present invention is applied to a drum type washing machine will be described below with reference to FIGS.
  • the water tank 2 is arrange
  • the water tank 2 has a substantially cylindrical shape in which a rear surface portion 2a (right end surface portion in FIG. 7A) which is one end portion is closed, and a damper mechanism (not shown) is used in a state where its axial direction is substantially horizontal. Elastically supported.
  • the drum 3 constituting the rotating tub is rotatably disposed in the water tub 2.
  • the drum 3 also has a substantially cylindrical shape in which the rear surface portion 3a (the right end surface portion in FIG.
  • the drum 3 has a large number of holes (not shown) on its peripheral wall.
  • a door that opens and closes the laundry doorway is provided on the front surface 1 a of the outer box 1.
  • the opening part used as the laundry entrance / exit is formed in the water tank 2 and the front side of the drum 3. FIG. The laundry is put into and out of the drum 3 through the laundry entrance.
  • a permanent magnet motor 4 (hereinafter simply referred to as a motor 4) that rotationally drives the drum 3 is disposed on the back surface of the rear surface portion 2a of the water tank 2.
  • the motor 4 is an outer rotor type three-phase brushless DC motor.
  • a shaft 6 connected to the rotor 5 of the motor 4 is connected to the rear portion of the drum 3. Therefore, the washing machine of this embodiment is a direct drive system in which the drum 3 is directly driven to rotate by the motor 4.
  • the drum 3 corresponds to a washing machine load (load) that is rotationally driven by the motor 4.
  • the stator 7 of the motor 4 includes a stator core 9 having a large number (for example, 36) of magnetic pole teeth 8 on the outer peripheral portion, a stator coil 10 of each phase wound around each magnetic pole tooth 8, and a synthetic resin mounting portion. 11 is provided.
  • the stator 7 is fixedly attached to the rear surface portion 2 a of the water tank 2 through the mounting portion 11.
  • the stator core 9 is composed of divided cores 9A divided into six equal parts. Each of the six divided cores 9A is coupled by inserting and engaging an engaging convex portion 9a formed at one end portion with an engaging concave portion 9b formed at the other end portion. Yes. Thereby, the stator core 9 is comprised. Therefore, one divided core 9 ⁇ / b> A has six magnetic pole teeth 8. Three adjacent magnetic pole teeth 8 correspond to the three phases U, V, and W.
  • the rotor 5 is formed of a shallow container-like magnetic body frame 12 having an annular wall 12a on the outer peripheral portion, a cylindrical rotor core 13 disposed on the inner peripheral portion of the annular wall 12a, and the rotor core 13. And a plurality of types of permanent magnets (for example, two types of permanent magnets 14 and 15) having different coercive forces inserted into the plurality of magnet insertion holes 17.
  • the above-described shaft 6 is connected to a shaft mounting portion 16 provided at the center portion of the frame 12.
  • the rotor core 13 is configured by laminating a large number of annular cores made of silicon steel plates.
  • the low coercive force (small coercive force) permanent magnet 14 is composed of, for example, an alnico magnet (aluminum / nickel / cobalt magnet, the coercive force of the alnico magnet is 350 kA / m or less) that has a low coercive force. Yes.
  • the permanent magnet 14 may be composed of a samakoba magnet (samarium / cobalt magnet) instead of the alnico magnet.
  • the permanent magnet 15 having a high coercive force is composed of, for example, a neodymium magnet having a high coercive force (neodymium magnet has a coercive force of 700 kA / m or more).
  • the rotor core 13 is configured by combining three pairs of adjacent pairs of divided cores 13A and 13B.
  • eight permanent magnets permanent magnet 14 or permanent magnet 15
  • the character “small” shown in FIG. 5 indicates that the coercive force of the permanent magnet is small
  • the character “large” indicates that the coercive force of the permanent magnet is large.
  • the letter “N” indicates that the magnetic pole formed by the permanent magnet on the stator 7 side is N pole
  • the letter “S” indicates that the magnetic pole formed by the permanent magnet on the stator 7 side is S pole. It shows that.
  • the U-phase, V-phase, W-phase, U-phase, V-phase, and W-phase magnetic pole teeth 8 are arranged from one side (left side in the figure) of the divided core 9A in the stator core 9.
  • a low coercivity permanent magnet 14 (“small N”), a high coercivity permanent magnet 15 (“large S”), a high coercivity permanent magnet 15 (“large N”), and a high coercivity permanent magnet 15 ( “Large S”), high coercivity permanent magnet 15 ("Large N”, high coercivity permanent magnet 15 ("Large S”), high coercivity permanent magnet 15 ("Large N”), high coercivity permanent magnet 15 (“Large S”) is arranged to respond.
  • the permanent magnet 15 with high coercive force with respect to the arrangement of the U phase, V phase, W phase, U phase, V phase, and W phase from one side (left side in the figure) of the split core 9A.
  • the pair of split cores 13 ⁇ / b> A and 13 ⁇ / b> B includes one low coercivity permanent magnet 14 and seven high coercivity permanent magnets 15. Therefore, the total magnetic flux amount of each divided core 13A, 13B is substantially equal.
  • the low coercive force permanent magnet 14 in one split core 13A, the low coercive force permanent magnet 14 is positioned first on the left side.
  • the low coercive force permanent magnet 14 is located third from the left side.
  • the arrangement order of the permanent magnets 14 and 15 is set to be different.
  • rectangular engagement convex portions 13a are formed as engagement portions at both ends of one split core 13A, and at both ends of the other split core 13B, A rectangular engaging recess 13b is formed as the engaged portion. Accordingly, if the split cores 13A and 13B are a split core 13A and a split core 13B that make a pair, the engaging convex portion 13a (engaging portion) of one split core 13A is replaced with the engaging concave portion of the other split core 13B. It is possible to engage with 13b (part to be engaged).
  • the engagement convex portion 13a (engagement portion) of one split core 13A is covered with the engagement convex portion 13a of the other split core 13A. It is impossible to engage as the engaging portion.
  • the engagement recess 13b of one split core 13B is engaged with the engagement recess 13b (engaged portion) of the other split core 13B. It is impossible to engage as a joint.
  • the motor 4 is controlled via an inverter circuit by a control device including a microcomputer as control means.
  • the control device has a function of controlling a washing operation including, for example, a washing process, a rinsing process, and a dehydrating process, based on detection signals of Hall ICs “H1,” “H2,” and “H3” that are magnetic sensors described later. is doing.
  • a protrusion 18 (magnetic pole) that protrudes in an arc shape toward the stator 7 side is formed in a portion corresponding to the permanent magnets 14 and 15.
  • a recess 19 that extends to between the adjacent permanent magnets 14, 15, more specifically, extends in the radial direction of the motor 4 at a substantially central portion between the adjacent permanent magnets 14, 15.
  • a recess 19 is formed.
  • the inner part of the recess 19 is located on the center line 20 connecting the boundary line between the N pole and the S pole of the permanent magnet 14 and the boundary line between the N pole and the S pole of the permanent magnet 15.
  • the protrusions 18 and 18 corresponding to the adjacent permanent magnets 15 and 15 and the recess 19 between the protrusions 18 and 18 have the same configuration.
  • Hall ICs “H1”, “H2”, “H3”, which are three-phase magnetic sensors, are arranged on one end face side in the axial direction of the rotor 5 and It has an electrical angle of 120 degrees.
  • the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3” are lines between the boundary line (the center line 20) between the N pole and the S pole of the permanent magnet 14 and the S pole (the side opposite to the stator 7).
  • a locus 21 which is a line connecting a boundary line (center line 20) between the N pole and S pole of the permanent magnet 15 and a line between the N pole (on the side opposite to the stator 7).
  • the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3” are relatively left on the locus 21 (the direction opposite to the arrow X direction). Move to.
  • the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3” output high level detection signals corresponding to the magnetic pole positions of the rotor 5. Based on these detection signals, the stator coil 10 of each phase is energized, and the rotor 5 rotates.
  • the control device When starting the washing operation, the control device first performs a washing process. In the washing process, the control device opens a water supply valve (not shown) which is a washing machine load, and performs a water supply operation for supplying and storing water in the water tank 2 and thus in the drum 3. Next, the control device rotates the drum 3 forward and backward at a low rotation speed (for example, 50 to 60 rpm) by the motor 4 while the detergent is put in the water tank 2. Accordingly, the control device performs a washing operation for washing the laundry stored in the drum 3. The control device stops the drum 3 after performing the washing operation for a predetermined time.
  • a water supply valve not shown
  • a water supply operation for supplying and storing water in the water tank 2 and thus in the drum 3.
  • the control device rotates the drum 3 forward and backward at a low rotation speed (for example, 50 to 60 rpm) by the motor 4 while the detergent is put in the water tank 2. Accordingly, the control device performs a washing operation for washing the laundry stored in
  • the control device opens a drain valve (not shown) that is a washing machine load connected to the outlet of the water tank 2. Accordingly, the control device performs a draining operation for discharging the water in the water tank 2 (in the drum 3) to the outside of the apparatus.
  • control device performs intermediate dehydration in the washing process.
  • the control device rotates the drum 3 at a high speed (for example, 1500 rpm) in one direction by the motor 4.
  • a high speed for example, 1500 rpm
  • the laundry in the drum 3 is centrifugally dehydrated.
  • Moisture discharged from the laundry is discharged from the outlet to the outside of the machine.
  • the control device moves to the rinsing process.
  • the control device first performs the water supply operation again in a state where the rotation of the drum 3 is stopped, and supplies and stores water in the water tank 2 and thus in the drum 3.
  • the control device performs a rinsing operation.
  • the control device performs control similar to the washing operation except that no detergent is used. That is, the control device performs a rinsing operation of the laundry in the drum 3 for a predetermined time by rotating the drum 3 forward and backward at a low rotational speed (for example, 50 to 60 rpm) by the motor 4.
  • the control device performs a draining operation similar to that described above.
  • the control device repeats the same water supply operation, rinsing operation, and draining operation a plurality of times, and ends the rinsing process.
  • the control device performs a dehydration process.
  • the control device rotates the drum 3 at a high speed (for example, 1000 rpm) in one direction by the motor 4.
  • a high speed for example, 1000 rpm
  • the laundry in the drum 3 is centrifugally dehydrated.
  • Moisture discharged from the laundry is discharged from the outlet to the outside of the machine.
  • the control device increases the magnetism in order to increase the magnetic flux of the permanent magnet 14 of the motor 4.
  • the control device applies a voltage of, for example, +500 V to the stator coil 10 so that the magnetic flux of the permanent magnet 14 is increased to the maximum, and the magnetic flux is maintained even when the application of the voltage is canceled. To do. Thereby, the magnetic flux as the whole rotor 5 which acts with respect to the stator 7 increases.
  • the control device rotates the drum 3 at a low speed by the motor 4 and executes a washing operation in the washing process.
  • the motor 4 can exhibit high torque.
  • the normal operating voltage to the stator coil 10 is in the range of about ⁇ 200V. Therefore, during normal operation, the magnetic flux does not change even with the low coercivity permanent magnet 14.
  • the control device performs demagnetization in order to reduce the magnetic flux of the permanent magnet 14, for example, in the draining operation before intermediate dehydration. Specifically, the control device applies a voltage slightly higher than ⁇ 500 V, for example, to the stator coil 10 to reduce the magnetic flux of the permanent magnet 14 to near 0 (zero) and cancel the voltage application. The magnetic flux is maintained. As a result, the magnetic flux of the entire rotor 5 acting on the stator 7 is reduced. In this state, the control device rotates the drum 3 at a high speed by the motor 4 to perform intermediate dehydration.
  • the motor 4 is suitable for low torque and high speed rotation.
  • the normal operating voltage to the stator coil 10 is in the range of about ⁇ 200V. Therefore, during normal operation, the magnetic flux does not change even with the low coercivity permanent magnet 14.
  • the rotation speed of the drum 3 (motor 4) is low (50 to 60 rpm), and the motor 4 requires low speed rotation and high torque, as in the washing operation of the rinsing process. . Therefore, for example, in the water supply operation before the rinsing operation, the control device performs the same magnetization as described above in order to increase the magnetic flux of the permanent magnet 14. In such a state where the magnetization is increased, the control device performs a rinsing operation.
  • the control device performs demagnetization similar to that described above. In such a demagnetized state, the control device performs a dehydration process.
  • the recess 19 between the protrusions 18 and 18 (between the magnetic poles) corresponding to the adjacent permanent magnets 14 and 15 is positioned so that the inner part thereof is on the center line 20. Is formed.
  • the magnetic flux flow passage 22 protruding to the stator 7 side is formed in a portion located between the permanent magnets 14 and 15 of the rotor core 13. Therefore, the locus 21 along which the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3” move relatively passes through the magnetic flux flow path 22.
  • the concave portion 19 between the projecting portions 18 and 18 corresponding to the adjacent permanent magnets 15 and 15 is also formed in the same manner.
  • the magnetic force Ma of the low coercivity permanent magnet 14 is weaker than the magnetic force Mb of the high coercivity permanent magnet 15 (Ma ⁇ Mb) occurs.
  • the boundary line Lo between the magnetic forces Ma and Mb is the center point O at the back of the recess 19 and the center point of the rotor 5.
  • the saturation magnetic force is extremely large.
  • the boundary line has an angle A (mechanical angle) around the center point O toward the weakly magnetic side Ma. ) Is shifted by a boundary line La.
  • the boundary line La is affected by the magnetic force Mc from the stator coil 10 and is shifted in the range of an angle B (mechanical angle) with respect to the boundary line La.
  • the boundary line La changes like the boundary lines Lb and Lc.
  • the locus 21 of relative movement of the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3” passes through the space (the space located on the stator 7 side from the inner part of the recess 19). Instead, it passes over the magnetic flux flow path 22 located on the opposite side of the stator 7 from the back of the recess 19. Since the magnetic flux flow path 22 is a part of the rotor core 13, the magnetic permeability is high and the saturation magnetic force is small. Therefore, the magnetic flux flow path 22 is magnetically saturated and becomes constant regardless of the difference in strength between the magnetic forces Ma and Mb. That is, in this embodiment, the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3” are not affected by the boundary lines La, Lb, and Lc.
  • FIG. 6 shows a waveform diagram of each part.
  • (a) is a detection signal of the Hall IC “H1”
  • (b) is a detection signal of the Hall IC “H2”
  • (c) is a detection signal of the Hall IC “H3”.
  • a voltage is applied to each U-phase, V-phase, and W-phase of the stator coil 10 during the high level periods of the detection signals of the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3”, and current flows (180). Degree energization method). Therefore, for example, a current flows in the U phase of the stator coil 10 as shown by the waveform shown in FIG.
  • the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3” are not affected by the boundary lines La, Lb, and Lc caused by the difference in strength between the magnetic forces Ma and Mb. Therefore, the detection signals of the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3” are shifted from each other by 120 degrees in electrical angle as indicated by solid lines in FIGS. 6 (a), (b), and (c). In this state, it becomes high level for a period of 180 degrees. Therefore, for example, a positive (+) half-wave sine wave current flows in the U phase of the stator coil 10 as shown by a solid line in FIG. .
  • the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3” are affected by the boundary lines La, Lb, and Lc. Therefore, for example, the U-phase Hall IC “H1” of the stator coil 104 has an angle A (mechanical angle) when the detection signal falls from a high level to a low level, as indicated by a broken line in FIG. ) By an angle C (electrical angle), and further by an angle D (electrical angle) corresponding to an angle B (mechanical angle). Accordingly, the current flowing in the U phase of the stator coil 104 does not become 0 (zero) but remains positive (+) at an electrical angle of 180 degrees as indicated by a broken line in FIG. This is a cause of torque ripple in the permanent magnet motor 100 of the reference example.
  • the split cores 13 ⁇ / b> A and 13 ⁇ / b> B in the rotor 5 have a low-coercivity permanent magnet 14 that can be easily changed, and a permanent magnet 15 having a coercivity higher than that of the permanent magnet 14.
  • a control apparatus magnetizes the permanent magnet 14 so that the magnetic flux of the rotor 5 which acts with respect to the stator 7 may increase at the time of a washing process and a rinse process. Further, the control device controls the permanent magnet 14 so that the magnetic flux of the rotor 5 acting on the stator 7 is reduced during the dehydration stroke and during the intermediate dehydration during the washing stroke as compared with the washing stroke and the rinsing stroke.
  • the magnetic flux of the rotor 5 acting on the stator 7 can be increased, and the motor 4 that drives the washing machine load (drum 3) can rotate at a low speed necessary for washing and rinsing. High torque can be obtained. Further, in the dehydration stroke and the intermediate dehydration, the magnetic flux of the rotor 5 acting on the stator 7 can be reduced as compared with the washing stroke and the rinsing stroke, and the motor 4 driving the load (drum 3) Performance suitable for low torque and high-speed rotation required
  • a magnetic flux flow passage 22 protruding toward the stator 7 is formed at a portion of the rotor core 13 located between the adjacent permanent magnets 14 and 15.
  • the locus 21 along which the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3” move relatively passes through the magnetic flux flow path 22.
  • the magnetic flux flow passage 22 is a part of the rotor core 13 and has a high magnetic permeability and a small saturation magnetic force. Therefore, the magnetic flux saturation passage 22 becomes magnetically saturated and becomes constant regardless of the difference in strength between the magnetic forces Ma and Mb. Therefore, the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3” can output normal detection signals without being affected by the boundaries La, Lb, and Lc. Therefore, it is possible to prevent the motor 4 from generating torque ripple due to the difference in strength between the magnetic forces Ma and Mb.
  • the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3” are lines between the boundary line (center line 20) between the N pole and the S pole of the permanent magnet 14 and the S pole (the side opposite to the stator 7).
  • a trajectory 21 that is a line connecting a boundary line (center line 20) between the N pole and S pole of the permanent magnet 15 and a line between the N pole (opposite side of the stator 7).
  • the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3” pass through positions on the opposite side of the permanent magnets 14 and 15 from the stator 7 side. Therefore, the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3” are not affected by the magnetic force Mc from the stator coil 10 of the stator 7.
  • (Second embodiment) 8 and 9 show a second embodiment of the present invention.
  • the same parts as those in the first embodiment (see particularly FIG. 1) are denoted by the same reference numerals.
  • the rotor core 13 is formed by laminating a large number of iron core materials.
  • adjacent permanent magnets 14, 15 are disposed on the first iron core 131 located on one end face side of both end portions in the axial direction of the rotor core 13.
  • a recess 19 and a magnetic flux flow path 22 are formed between them.
  • the n-th iron core material 13 n located on the other end face side of the both axial end portions of the rotor core 13 is located between the adjacent permanent magnets 14, 15. 19 and a magnetic flux flow passage 22 are formed.
  • a recess 23 similar to the recess 107 of the rotor core 105 of the reference example shown in FIG. 10 is formed on the second core core material 132 to the (n-1) th core material 13n-1.
  • the concave portion 23 is formed so that the inner portion thereof is positioned on the outer peripheral side with respect to the locus 21 of the Hall ICs “H1”, “H2”, and “H3”. Therefore, the magnetic flux flow passage 22 is not formed in the iron core material 132 to the iron core material 13n-1.
  • the magnetic flux flowing through the magnetic flux flow passage 22 becomes a leakage magnetic flux that does not act on the stator coil 10 of the stator 7.
  • the first iron core 131 located on one end face side of both end parts in the axial direction of the rotor core 13 and the other end face side of both end parts in the axial direction are located.
  • the magnetic flux flow passage 22 is provided only in the nth iron core material 13n. Therefore, there exists an advantage which can reduce the leakage magnetic flux by the magnetic flux flow path 22 as much as possible.
  • this invention is not limited to each Example shown above and shown in drawing, The following deformation
  • the concave portions 19 are also provided in the high coercivity permanent magnets 15, 15 adjacent in the rotor core 13.
  • a recess 23 as shown in the second embodiment may be provided between the permanent magnets 15 and 15.
  • the recesses 19 are provided in the first iron core 131 and the nth iron core 13n at both ends of the rotor core 13 in the axial direction.
  • the concave portions 19 may be provided in a plurality of iron core materials respectively positioned at both end portions in the axial direction.
  • the rotor core was composed of a combination of split cores. This configuration may be applied as necessary.
  • the present invention can be applied not only to a drum type washing machine but also to all washing machines.
  • the present invention is useful for a permanent magnet motor having a large number of permanent magnets in a rotor and a washing machine using the permanent magnet motor.
  • 1 is a drum type washing machine (washing machine), 3 is a drum (washing machine load), 4 is a permanent magnet motor, 5 is a rotor, 7 is a stator, 8 is a magnetic pole tooth, 9 is a stator core, 9A is a divided core, 10 is A stator coil, 13 is a rotor core, 13A and 13B are split cores, 131 to 13n are iron cores, 14 is a low coercivity permanent magnet, 15 is a high coercivity permanent magnet, 17 is a magnet insertion hole, and 18 is a protrusion (magnetic pole). Part), 19 is a recess, 21 is a locus, 22 is a magnetic flux flow path, 23 is a recess, and H1 to H3 are Hall ICs (magnetic sensors).

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Abstract

　本発明の永久磁石モータは、ステータコア９に各相のステータコイル１０が巻装されて、該各相のステータコイル１０に対応した磁極歯８が形成されたステータ７と、周方向に多数の磁石挿入孔１７が形成されたロータコア１３を備え、該磁石挿入孔１７にステータ７の磁極歯８に対応する磁極を形成する永久磁石が挿入されたロータ５と、ロータ５の磁極位置を検出する磁気センサＨ１～Ｈ３とを備え、永久磁石は、保磁力の異なる複数種類の永久磁石１４，１５から１極当たり１種類となるように選択されて挿入され、ロータコア１３において、隣接し且つ保磁力が異なる２つの永久磁石１４，１５間に位置する部位に、ステータ７側に突出する磁束流通路２２が形成され、磁気センサＨ１～Ｈ３は、ロータ５の回転に応じて、永久磁石１４，１５および磁束流通路２２に対応する軌跡２１上を相対的に移動する。

Description

永久磁石モータおよび洗濯機
　本発明は、ロータに多数の永久磁石を備えた永久磁石モータ、および、当該永久磁石モータを用いた洗濯機に関する。
　速度制御が容易なインバータ駆動方式は、例えばドラム式の洗濯機に用いられる永久磁石モータの制御に採用されることが多い。その駆動制御のために、磁極として永久磁石を備えたロータの磁極位置を検出する磁気センサが設けられている（例えば特許文献１参照）。
　また、ドラム式洗濯機に用いられる永久磁石モータにおいては、駆動する洗濯機負荷であるドラムの低速回転時（洗い行程時、すすぎ行程時）および高速回転時（脱水行程時）に応じて、ステータのステータコイルに鎖交する永久磁石の磁束量（誘起電圧）を適正に調整することが望まれている。
　ところが、永久磁石モータのロ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る。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ロータを構成すると、高速回転時（脱水行程時）の永久磁石による誘起電圧が極めて高くなって、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ロータを構成すると、低速回転時（洗い行程時、すすぎ行程時）の出力が低下してしまう。
　そこで、永久磁石の磁束量を調整するようにした永久磁石モータが提案されている（例えば特許文献２参照）。この永久磁石モータは、ロータの内部に保磁力が異なる２種類の永久磁石を配設している。そして、そのうち、低保磁力の永久磁石の磁化状態を、外部磁界（ステータコイル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ることにより、永久磁石の磁束量を調整する。
特開２００６－０１４５２１号公報 特開２００６－２８０１９５号公報
　特許文献２に記載の永久磁石モータでは、ロータの内部において、１磁極を構成する部分に、保磁力の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。即ち、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。そのため、永久磁石数が極めて多くなり、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。
　このような問題点を解決するために、保磁力が異なる２種類の永久磁石を１磁極当たり１種類ずつ適度な割合でロータに配置し、構造を簡素化した構成の永久磁石モータが考えられる。但し、この構成の永久磁石モータは、公知ではない。
　図１０には、以上のような考えに基づく永久磁石モータ１００が示されている。永久磁石モータ１００は、アウターロータ形の３相ブラシレスＤＣモータからなり、ステータ１０１およびロータ１０２を備えている。図１０には、永久磁石モータ１００のステータ１０１およびロータ１０２の２極分が、直線状に展開して示されている。ステータ１０１は、周方向に多数の磁極歯１０３ａ（１個のみ図示）を有するステータコア１０３に、各相のステータコイル１０４（１個のみ図示）が巻装された構成である。
　ロータ１０２は、周方向に多数の磁石挿入孔１０５ａ（２個のみ図示）を有するロータコア１０５に、永久磁石が挿入された構成である。この場合、永久磁石は、保磁力の異なる２種類の永久磁石１０６ａ，１０６ｂから、１磁極あたり１種類となるように選択される。例えば、図１０において、一方（図では左側）の磁石納入孔１０５ａには、低保磁力の永久磁石１０６ａが、例えばステータ１０１側がＮ極となる状態で挿入されている。他方（図では右側）の磁石挿入孔１０５ａには、高保磁力の永久磁石１０６ｂが、例えばステータ１０１側がＳ極となる状態で挿入されている。
　この場合、ロータコア１０５の内周面において、永久磁石１０６ａ，１０６ｂに対応する部分には、ステータ１０１側に向けて円弧状に突出する突出部１０５ｂ（磁極部）が形成されている。隣接する突出部１０５ｂ，１０５ｂ間には、隣接する永久磁石１０６ａ，１０６ｂ間まで延びる凹部１０７、より具体的には、隣接する永久磁石１０６ａ，１０６ｂ間のほぼ中央部において永久磁石モータ１００の径方向に延びる凹部１０７が形成されている。そして、この凹部１０７の奥部は、永久磁石１０６ａのＮ極とＳ極との境界線と、永久磁石１０６ｂのＮ極とＳ極との境界線とを結ぶ中央線１０８よりも外周側に位置する。
　３相用の磁気センサであるホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」は、ロータ１０２の軸方向の一方の端面側に配置されていて、互いに電気角で１２０度の間隔を有する。そして、ホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」は、永久磁石１０６ａのＮ極とＳ極との境界線（中央線１０８）とＮ極との間の線と、永久磁石１０６ｂのＮ極とＳ極との境界線（中央線１０８）とＳ極との間の線とを結ぶ線である軌跡１０９に対応する。なお、この図１０に示す永久磁石モータ１００は、参考例であって公知ではない。
　ロータ１０２が右方向（矢印Ｘ方向）に回転すると、ホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」は、軌跡１０９上を相対的に左方向（矢印Ｘ方向と反対方向）に移動する。そして、ホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」は、ロータ１０２の磁極位置に対応したハイレベルの検出信号を出力する。これらの検出信号に基づいて、各相のステータコイル１０４が通電され、これにより、ロータ１０２が回転する。
　この場合、洗濯運転の洗い行程時およびすすぎ行程時においては、ドラムの回転速度は低く、永久磁石モータ１００としては低速回転、高トルクを必要とする。そのため、永久磁石１０６ａの磁束を増加させるために、増磁が行なわれる。脱水行程時においては、ドラムの回転速度は高く、永久磁石モータ１００としては低トルク、高速回転を必要とする。そのため、永久磁石１０６ａの磁束を減少させるために、減磁が行なわれる。
　以上の構成では、図１０に示すように、洗濯運転の脱水行程時には、低保磁力の永久磁石１０６ａの磁力Ｍａが高保磁力の永久磁石１０６ｂの磁力Ｍｂよりも弱いという状態（Ｍａ＜Ｍｂ）が生じる。永久磁石１０６ａの磁力Ｍａと永久磁石１０６ｂの磁力Ｍｂの強さが等しい通常の状態であれば、磁力Ｍａ，Ｍｂの境界線Ｌｏは、凹部１０７の奥部の中央点Ｏとロータ１０２の中心点とを結ぶ線上にある。ところが、凹部１０７の奥部よりもステータ１０１側に位置する空間は、ロータコア１０５の一部ではないので、飽和磁力が極めて大である。そのため、永久磁石１０６ａの磁力Ｍａが永久磁石１０６ｂの磁力Ｍｂよりも弱いという状態（Ｍａ＜Ｍｂ）になると、その境界線は、中央点Ｏを中心として弱い磁力Ｍａ側に角度Ａ（機械角）だけずれた境界線Ｌａとなる。更に、この境界線Ｌａは、ステータコイル１０４からの磁力Ｍｃの影響を受けて境界線Ｌａに対して角度Ｂ（機械角）の範囲でずれ、例えば境界線Ｌｂ，Ｌｃのように変化する。
　図１０に示す構成によれば、ホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」の相対的な移動の軌跡１０９が上記空間（凹部１０７の奥部よりもステータ１０１側に位置する空間）を通る。そのため、永久磁石１０６ａ，１０６ｂの磁力Ｍａ，Ｍｂの強さの相違によって、ホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」の検出信号にずれが生じる。そして、これら検出信号に基づいて通電されるステータコイル１０４の各相の電流波形にもずれが生じて、トルクリップルが生じることが考えられる。
　本発明の目的は、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から１磁極当たり１種類となるように選択した永久磁石を用いる簡素な構成にて実現するものにおいて、磁力の強さが異なることに起因するトルクリップルの発生を防止することができる永久磁石モータ、および、当該永久磁石モータを備えた洗濯機を提供することにある。
　本発明の永久磁石モータは、ステータコアに各相のステータコイルが巻装されて、該各相のステータコイルに対応した磁極歯が形成されたステータと、周方向に多数の磁石挿入孔が形成されたロータコアを備え、該磁石挿入孔に前記ステータの磁極歯に対応する磁極を形成する永久磁石が挿入されたロータと、このロータの磁極位置を検出する磁気センサとを備え、前記永久磁石は、保磁力の異なる複数種類の永久磁石から１極当たり１種類となるように選択されて挿入され、前記ロータコアにおいて、隣接し且つ保磁力が異なる２つの永久磁石間に位置する部位に、前記ステータ側に突出する磁束流通路が形成され、前記磁気センサは、前記ロータの回転に応じて、前記永久磁石および前記磁束流通路に対応する軌跡上を相対的に移動するように構成されていることを特徴とする。
　本発明の洗濯機は、ステータコアに各相のステータコイルが巻装されて、該各相のステータコイルに対応した磁極歯が形成されたステータと、周方向に多数の磁石挿入孔が形成されたロータコアを備え、該磁石挿入孔に前記ステータの磁極歯に対応する磁極を形成する永久磁石が挿入されたロータと、このロータの磁極位置を検出する磁気センサとを備え、前記永久磁石は、保磁力の異なる複数種類の永久磁石から１極当たり１種類となるように選択されて挿入され、前記ロータコアにおいて、隣接し且つ保磁力が異なる２つの永久磁石間に位置する部位に、前記ステータ側に突出する磁束流通路が形成され、前記磁気センサは、前記ロータの回転に応じて、前記永久磁石および前記磁束流通路に対応する軌跡上を相対的に移動するように構成された永久磁石モータを備え、前記永久磁石モータによって洗濯機負荷を回転駆動するようにしたことを特徴とする。即ち、本発明の洗濯機は、本発明の永久磁石モータにより、洗濯機負荷を回転駆動するようにしたことを特徴とする。
　本発明の永久磁石モータによれば、保磁力が異なる複数種類の永久磁石（磁力が異なる永久磁石）に起因するトルクリップルの発生を防止することができる。
　本発明の洗濯機によれば、洗い行程時、すすぎ行程時、脱水行程時などの運転状態に応じて、永久磁石の磁束量を効率よく調整することができる。
図１は、本発明の第１の実施例に係るものであり、永久磁石モータの主要部を拡大し、且つ、直線状に展開して示す作用説明図である。 図２は、永久磁石モータの斜視図である。 図３は、永久磁石モータの左半部の拡大断面図である。 図４は、ロータの要部の拡大斜視図である。 図５は、永久磁石モータの一部を直線状に展開して示す作用説明図である。 図６は、作用説明用の波形図である。 図７（ａ）は、ドラム式洗濯機の概略的構成を示す縦断側面図であり、図７（ｂ）は、ドラム式洗濯機の概略的構成を示す縦断背面図である。 図８は、本発明の第２の実施例に係る図１相当図である。 図９は、図８相当図である。 図１０は、参考例に係る図１相当図である。
　（第１の実施例）
　以下、本発明をドラム式洗濯機に適用した第１の実施例につき、図１から図７を参照して説明する。
　まず、図７において、水槽２は、ドラム式洗濯機の外箱１内に配設されている。水槽２は、一端部である後面部２ａ（図７（ａ）では右端面部）が閉塞されたほぼ円筒状をなし、その軸方向をほぼ水平にした状態で、ダンパ機構（図示せず）によって弾性的に支持されている。回転槽を構成するドラム３は、水槽２内に回転自在に配設されている。このドラム３も、一端部である後面部３ａ（図７（ａ）では右端面部）が閉塞されたほぼ円筒状をなし、その軸方向をほぼ水平にした状態で配設されている。ドラム３は、その周壁に、多数の孔（図示せず）を有する。なお、図示はしないが、洗濯物出入口を開閉する扉は、外箱１の前面部１ａに設けられている。また、洗濯物出入口となる開口部は、水槽２およびドラム３の前面側に形成されている。洗濯物は、洗濯物出入口を通してドラム３内に出し入れされる。
　ドラム３を回転駆動する永久磁石モータ４（以下、単にモータ４と称する）は、水槽２の後面部２ａの背面に配設されている。モータ４は、この場合、アウターロータ形の３相のブラシレスＤＣモータからなる。モータ４のロータ５に連結された軸６は、ドラム３の後部に連結されている。従って、本実施例の洗濯機は、モータ４によってドラム３を直接回転駆動するダイレクトドライブ方式となっている。ドラム３は、モータ４によって回転駆動される洗濯機負荷（負荷）に相当する。
　モータ４について、図１から図５を参照して説明する。
　モータ４のステータ７は、外周部に多数個（例えば３６個）の磁極歯８を有するステータコア９と、各磁極歯８に巻回された各相のステータコイル１０と、合成樹脂製の取付部１１を備えている。ステータ７は、その取付部１１を介して水槽２の後面部２ａに固定状態に取り付けられる。図５に示すように、この場合、ステータコア９は、６等分された分割コア９Ａから構成されている。６個の分割コア９Ａは、それぞれ、一方の端部に形成された係合凸部９ａを、他方の端部に形成された係合凹部９ｂに互いに挿入して係合させることによって連結されている。これにより、ステータコア９が構成されている。従って、１つの分割コア９Ａは、６個の磁極歯８を有する。隣接する３つの磁極歯８は、３相のＵ相，Ｖ相，Ｗ相に対応する。
　ロータ５は、外周部に環状壁１２ａを有する浅底容器状の磁性体製のフレーム１２と、その環状壁１２ａの内周部に配置された円筒状をなすロータコア１３と、このロータコア１３に形成された多数個の磁石挿入孔１７に挿入された保磁力の異なる複数種類の永久磁石（例えば２種類の永久磁石１４，１５）とを備えている。上記した軸６は、フレーム１２の中央部に設けられた軸取付部１６に連結される。この場合、ロータコア１３は、珪素鋼板からなる円環状の多数の鉄心材を積層して構成されている。また、低保磁力（小保磁力）の永久磁石１４は、保磁力が低いとされる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、アルニコ磁石の保磁力は、３５０ｋＡ／ｍ以下）から構成されている。なお、永久磁石１４は、アルニコ磁石の代わりに、サマコバ磁石（サマリウム・コバルト磁石）で構成してもよい。高保磁力（大保磁力）の永久磁石１５は、保磁力が高いとされる例えばネオジム磁石（ネオジム磁石の保磁力は、７００ｋＡ／ｍ以上）から構成されている。
　図５に示すように、ロータコア１３は、隣接する１対の分割コア１３Ａ，１３Ｂを３対組合せて構成されている。分割コア１３Ａ，１３Ｂは、それぞれ交互にＮ極とＳ極の磁極が形成されるように、各８個の磁石挿入孔１７に８個の永久磁石（永久磁石１４或いは永久磁石１５）が挿入配置された構成である。なお、図５に記載の文字「小」は、その永久磁石の保磁力が小さいことを示し、文字「大」は、その永久磁石の保磁力が大きいことを示す。また、文字「Ｎ」は、その永久磁石がステータ７側に形成する磁極がＮ極であることを示し、文字「Ｓ」は、その永久磁石がステータ７側に形成する磁極がＳ極であることを示す。
　この場合、一方の分割コア１３Ａでは、ステータコア９における分割コア９Ａの一方側（図では左側）からのＵ相，Ｖ相，Ｗ相，Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の磁極歯８の配列に対して、低保磁力の永久磁石１４（「小　Ｎ」）、高保磁力の永久磁石１５（「大　Ｓ」）、高保磁力の永久磁石１５（「大　Ｎ」）、高保磁力の永久磁石１５（「大　Ｓ」）、高保磁力の永久磁石１５（「大　Ｎ」、高保磁力の永久磁石１５（「大　Ｓ」）、高保磁力の永久磁石１５（「大　Ｎ」）、高保磁力の永久磁石１５（「大　Ｓ」）が応じるように配置されている。
　他方の分割コア１３Ｂでは、分割コア９Ａの一方側（図では左側）からのＵ相，Ｖ相，Ｗ相，Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の配列に対して、高保磁力の永久磁石１５（「大　Ｎ」）、高保磁力の永久磁石１５（「大　Ｓ」）、低保磁力の永久磁石１４（「小　Ｎ」）、高保磁力の永久磁石１５（「大　Ｓ」）、高保磁力の永久磁石１５（「大　Ｎ」）、高保磁力の永久磁石１５（「大　Ｓ」）、高保磁力の永久磁石１５（「大　Ｎ」）、高保磁力の永久磁石１５（「大　Ｓ」）が応じるように配置されている。
　以上のように、１対の分割コア１３Ａ，１３Ｂは、１個の低保磁力の永久磁石１４と７個の高保磁力の永久磁石１５とを備えている。そのため、各分割コア１３Ａ，１３Ｂの総磁束量は、ほぼ等しい。但し、１対の分割コア１３Ａ，１３Ｂおいて、一方の分割コア１３Ａでは、低保磁力の永久磁石１４は、左側の１番目に位置する。これに対し、他方の分割コア１３Ｂでは、低保磁力の永久磁石１４は、左側から３番目に位置する。このように、永久磁石１４，１５の配置順が異なるように設定されている。
　また、１対の分割コア１３Ａ，１３Ｂにおいて、一方の分割コア１３Ａの両端部には、矩形状の係合凸部１３ａが係合部として形成され、他方の分割コア１３Ｂの両端部には、矩形状の係合凹部１３ｂが被係合部として形成されている。従って、分割コア１３Ａ，１３Ｂは、対をなす分割コア１３Ａと分割コア１３Ｂであれば、一方の分割コア１３Ａの係合凸部１３ａ（係合部）を、他方の分割コア１３Ｂの係合凹部１３ｂ（被係合部）に係合することが可能である。
　しかしながら、対をなさない分割コア１３Ａと分割コア１３Ａを組合せようとすると、一方の分割コア１３Ａの係合凸部１３ａ（係合部）を、他方の分割コア１３Ａの係合凸部１３ａを被係合部として係合することが不可能である。同様に、対をなさない分割コア１３Ｂと分割コア１３Ｂを組合せようとすると、一方の分割コア１３Ｂの係合凹部１３ｂを、他方の分割コア１３Ｂの係合凹部１３ｂ（被係合部）に係合部として係合することが不可能である。
　上記モータ４において、ロータコア１３の１２個の磁極歯８に巻回される１２個のＵ相のステータコイル１０は直列に接続されている。１２個の磁極歯８に巻回される１２個のＶ相のステータコイル１０は直列に接続されている。１２個の磁極歯８に巻回される１２個のＷ相のステータコイル１０は直列に接続されている。その上で、これらの直列回路はスター結線されている。そして、図示はしないが、モータ４は、制御手段としてのマイクロコンピュータを含む制御装置により、インバータ回路を介して制御される。制御装置は、後述する磁気センサであるホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」の検出信号に基づき、例えば、洗い行程、すすぎ行程および脱水行程からなる洗濯運転の制御を行なう機能を有している。
　更に、図１、図３および図４を参照して説明する。
　図１および図４に示すように、ロータコア１３の内周面において、永久磁石１４，１５に対応する部分には、ステータ７側に向けて円弧状に突出する突出部１８（磁極部）が形成されている。隣接する突出部１８，１８間には、隣接する永久磁石１４，１５間まで延びる凹部１９、より具体的には、隣接する永久磁石１４，１５間のほぼ中央部においてモータ４の径方向に延びる凹部１９が形成されている。そして、この凹部１９の奥部は、永久磁石１４のＮ極とＳ極との境界線と、永久磁石１５のＮ極とＳ極との境界線とを結ぶ中央線２０上に位置する。なお、隣接する永久磁石１５，１５に対応する突出部１８，１８、および、これらの突出部１８，１８間の凹部１９についても同様の構成である。
　図１および図３に示すように、３相用の磁気センサであるホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」は、ロータ５の軸方向の一方の端面側に配置されていて、互いに電気角で１２０度の間隔を有する。そして、ホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」は、永久磁石１４のＮ極とＳ極との境界線（中央線２０）とＳ極（ステータ７と反対側）との間の線と、永久磁石１５のＮ極とＳ極との境界線（中央線２０）とＮ極（ステータ７と反対側）との間の線とを結ぶ線である軌跡２１に対応する。ロータ５が、図１において右方向（矢印Ｘ方向）に回転すると、ホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」は、軌跡２１上を相対的に左方向（矢印Ｘ方向と反対方向）に移動する。そして、ホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」は、ロータ５の磁極位置に対応したハイレベルの検出信号を出力する。これらの検出信号に基づいて、各相のステータコイル１０が通電され、ロータ５が回転する。
　本実施例の作用を説明する。
　制御装置は、洗濯運転を開始すると、まず、洗い行程を行なう。洗い行程では、制御装置は、洗濯機負荷である給水弁（図示せず）を開放して、水槽２内ひいてはドラム３内に水を供給して貯留する給水動作を行なう。次に、制御装置は、水槽２内に洗剤を投入した状態で、ドラム３をモータ４によって低い回転速度（例えば５０～６０ｒｐｍ）で正回転および逆回転させる。これにより、制御装置は、ドラム３内に収容された洗濯物を洗浄する洗い動作を行なう。制御装置は、洗い動作を所定時間行なった後、ドラム３を停止させる。その状態で、制御装置は、水槽２の排出口に接続された洗濯機負荷である排水弁（図示せず）を開放する。これにより、制御装置は、水槽２内（ドラム３内）の水を機外へ排出する排水動作を行なう。
　次に、制御装置は、洗い行程における中間脱水を行なう。この中間脱水では、制御装置は、ドラム３をモータ４により一方向に高速回転（例えば１５００ｒｐｍ）させる。これにより、ドラム３内の洗濯物が遠心脱水される。洗濯物から排出された水分は、排出口から機外へ排出される。
　制御装置は、中間脱水が完了したら、すすぎ行程に移行する。すすぎ行程では、制御装置は、まず、ドラム３の回転を停止させた状態で、再び給水動作を行ない、水槽２内ひいてはドラム３内に水を供給して貯留する。次に、制御装置は、すすぎ動作を行なう。すすぎ動作では、制御装置は、洗剤を使用しないこと以外は、洗い動作と同様な制御を行う。即ち、制御装置は、ドラム３をモータ４によって低い回転速度（例えば５０～６０ｒｐｍ）で正回転および逆回転させることにより、ドラム３内の洗濯物をすすぐすすぎ動作を所定時間行なう。その後、制御装置は、前述と同様な排水動作を行なう。以下、制御装置は、同様の給水動作、すすぎ動作、排水動作を複数回繰り返して、すすぎ行程を終了する。
　次に、制御装置は、脱水行程を行なう。脱水行程では、制御装置は、ドラム３をモータ４によって一方向に高速回転（例えば１０００ｒｐｍ）させる。これにより、ドラム３内の洗濯物が遠心脱水される。洗濯物から排出された水分は、排出口から機外へ排出される。制御装置は、以上の脱水動作を所定時間行なうと、脱水行程を完了し、洗濯運転を終了する。
　ここで、上記した洗い行程の洗い動作においては、ドラム３（モータ４）の回転速度は低く（５０～６０ｒｐｍ）、モータ４としては低速回転、高トルクを必要とする。そのため、制御装置は、例えば洗い行程の洗い動作の前の給水動作において、モータ４の永久磁石１４の磁束を増加させるために、増磁を行なう。
　具体的には、制御装置は、ステータコイル１０に例えば＋５００Ｖの電圧を印加することで、永久磁石１４の磁束を最大まで上げ、電圧の印加を解除しても、その磁束が保持されるようにする。これにより、ステータ７に対して作用するロータ５全体としての磁束が増加する。この状態で、制御装置は、モータ４によってドラム３を低速度で回転駆動させて洗い行程の洗い動作を実行する。これにより、モータ４は、高トルクを発揮できる。この洗い行程において、ステータコイル１０への通常の運転電圧は約±２００Ｖの範囲である。そのため、通常の運転時においては、低保磁力の永久磁石１４でも磁束が変化してしまうことはない。
　次に、洗い行程の中間脱水においては、ドラム３（モータ４）の回転速度は高く（１５００ｒｐｍ）、モータ４としては低トルク、高速回転を必要とする。そのため、制御装置は、例えば中間脱水の前の排水動作において、永久磁石１４の磁束を減少させるために、減磁を行なう。
　具体的には、制御装置は、ステータコイル１０に例えば－５００Ｖよりもやや高い電圧を印加することで、永久磁石１４の磁束を０（零）近くまで下げ、電圧の印加を解除しても、その磁束が保持されるようにする。これにより、ステータ７に対して作用するロータ５全体としての磁束が減少する。この状態で、制御装置は、モータ４によってドラム３を高速度で回転駆動させて中間脱水を実行する。これにより、モータ４は、低トルク、高速回転に適したものとなる。この中間脱水においても、ステータコイル１０への通常の運転電圧は約±２００Ｖの範囲である。そのため、通常の運転時においては、低保磁力の永久磁石１４でも磁束が変化してしまうことはない。
　次に、すすぎ行程のすすぎ動作においては、洗い行程の洗い動作と同様に、ドラム３（モータ４）の回転速度は低く（５０～６０ｒｐｍ）、モータ４としては低速回転、高トルクを必要とする。そのため、制御装置は、例えば、すすぎ動作の前の給水動作において、永久磁石１４の磁束を増加させるために、前述と同様な増磁を行なう。このように増磁した状態で、制御装置は、すすぎ動作を行なう。
　そして、脱水行程においては、洗い行程の中間脱水と同様に、ドラム３（モータ４）の回転速度は高く（１０００ｒｐｍ）、モータ４としては低トルク、高速回転を必要とする。そのため、制御装置は、前述と同様な減磁を行なう。このように減磁した状態で、制御装置は、脱水行程を行なう。
　図１に示すように、上記場合において、隣接する永久磁石１４，１５に対応する突出部１８，１８間（磁極部間）の凹部１９は、その奥部が中央線２０上に位置するように形成されている。また、ステータ７側に突出する磁束流通路２２は、ロータコア１３の永久磁石１４，１５間に位置する部位に形成されている。従って、ホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」が相対的に移動する軌跡２１は、この磁束流通路２２上を通る。なお、本実施例では、製作上、隣接する永久磁石１５，１５に対応する突出部１８，１８間の凹部１９も、同様に形成されている。
　そして、前述したように、洗濯運転の脱水行程時（中間脱水時を含む）には、低保磁力の永久磁石１４の磁力Ｍａが高保磁力の永久磁石１５の磁力Ｍｂよりも弱いという状態（Ｍａ＜Ｍｂ）が生じる。永久磁石１４の磁力Ｍａと永久磁石１５の磁力Ｍｂの強さが等しい通常の状態であれば、磁力Ｍａ，Ｍｂの境界線Ｌｏは、凹部１９の奥部の中央点Ｏとロータ５の中心点とを結ぶ線上にある。ところが、凹部１９の奥部よりもステータ７側に位置する空間においては、当該空間はロータコア１３の一部ではないので、飽和磁力が極めて大である。そのため、永久磁石１４の磁力Ｍａが永久磁石１５の磁力Ｍｂよりも弱いという状態（Ｍａ＜Ｍｂ）になると、その境界線は、中央点Ｏを中心として磁力の弱いＭａ側に角度Ａ（機械角）だけずれた境界線Ｌａとなる。更に、この境界線Ｌａは、ステータコイル１０からの磁力Ｍｃの影響を受けて境界線Ｌａに対して角度Ｂ（機械角）の範囲でずれ、例えば境界線Ｌｂ，Ｌｃのように変化する。
　本実施例においては、ホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」の相対的な移動の軌跡２１は、上記空間（凹部１９の奥部よりもステータ７側に位置する空間）を通ることなく、凹部１９の奥部よりもステータ７と反対側に位置する磁束流通路２２上を通る。磁束流通路２２は、ロータコア１３の一部であるので、透磁率が高くて飽和磁力が小さい。そのため、磁束流通路２２は、磁気飽和し、磁力Ｍａ，Ｍｂの強さの相違に関係なく一定となる。即ち、本実施例では、ホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」は、境界線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの影響を受けない。
　図６は、各部の波形図を示す。同図において、（ａ）はホールＩＣ「Ｈ１」の検出信号であり、（ｂ）はホールＩＣ「Ｈ２」の検出信号であり、（ｃ）はホールＩＣ「Ｈ３」の検出信号である。ステータコイル１０の各Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相には、ホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」の検出信号のそれぞれのハイレベルの期間に電圧が印加されて電流が流れる（１８０度通電方式）。従って、例えば、ステータコイル１０のＵ相には、図６の（ｄ）に示す波形のように電流が流れる。
　本実施例では、ホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」は、磁力Ｍａ，Ｍｂの強さの相違に起因する境界線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの影響を受けない。そのため、ホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」の各検出信号は、図６の（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれ実線で示すように、互いに電気角で１２０度ずれた状態で１８０度の期間ハイレベルになる。従って、例えば、ステータコイル１０のＵ相には、図６の（ｄ）に実線で示すように、電気角で０度から１８０度の期間、正（＋）の半波の正弦波電流が流れる。
　これに対して、図１０に示す参考例では、ホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」は、境界線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの影響を受ける。そのため、例えば、ステータコイル１０４のＵ相用のホールＩＣ「Ｈ１」は、図６の（ａ）に破線で示すように、検出信号のハイレベルからロウレベルへの立下がりが、角度Ａ（機械角）に対応して角度Ｃ（電気角）分ずれ、更に角度Ｂ（機械角）に対応して角度Ｄ（電気角）分ずれる。従って、ステータコイル１０４のＵ相に流れる電流は、図６の（ｄ）に破線で示すように、電気角１８０度において０（零）とはならず、正（＋）のままずれる。このことが、参考例の永久磁石モータ１００におけるトルクリップルの発生原因となっている。
　上記した第１の実施例によれば、次のような作用効果を得ることができる。
　ロータ５における分割コア１３Ａ，１３Ｂは、変化させることが容易な低保磁力の永久磁石１４と、この永久磁石１４よりも保磁力が高い永久磁石１５とを有する。そして、制御装置は、洗い行程時、および、すすぎ行程時には、ステータ７に対して作用するロータ５の磁束が増加するように永久磁石１４を磁化する。また、制御装置は、脱水行程時、および、洗い行程の中間脱水時では、ステータ７に対して作用するロータ５の磁束が、洗い行程時およびすすぎ行程時よりも減少するように永久磁石１４を磁化する。これにより、洗い行程時およびすすぎ行程時では、ステータ７に対して作用するロータ５の磁束を多くでき、洗濯機負荷（ドラム３）を駆動するモータ４は、洗いおよびすすぎに必要な低速回転、高トルクを得ることができる。また、脱水行程時および中間脱水では、ステータ７に対して作用するロータ５の磁束を、洗い行程時およびすすぎ行程時よりも減らすことができ、負荷（ドラム３）を駆動するモータ４は、脱水に必要な低トルク、高速回転に適した性能を発揮できる。
　そして、ロータコア１３における隣接する永久磁石１４，１５間に位置する部位には、ステータ７側に突出する磁束流通路２２が形成されている。そして、ホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」が相対的に移動する軌跡２１は、この磁束流通路２２上を通る。磁束流通路２２は、ロータコア１３の一部であり、透磁率が高くて飽和磁力が小さいので、磁気飽和し、磁力Ｍａ，Ｍｂの強さの相違に関係なく一定になる。そのため、ホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」は、境界線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの影響を受けることなく、正常な検出信号を出力できる。従って、モータ４が磁力Ｍａ，Ｍｂの強さの相違に起因してトルクリップルを発生することを防止することができる。
　更に、ホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」は、永久磁石１４のＮ極とＳ極との境界線（中央線２０）とＳ極（ステータ７と反対側）との間の線と、永久磁石１５のＮ極とＳ極との境界線（中央線２０）とＮ極（ステータ７と反対側）との間の線とを結ぶ線である軌跡２１に対応して、相対的に移動する。換言すれば、ホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」は、永久磁石１４，１５のステータ７側とは反対側の位置を通る。そのため、ホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」は、ステータ７のステータコイル１０からの磁力Ｍｃの影響を受けることはない。
　（第２の実施例）
　図８および図９は、本発明の第２の実施例を示す。上記の第１の実施例（特に図１参照）と同一部分には同一符号を付して示す。
　ロータコア１３は、第１の実施例で述べたように、多数の鉄心材を積層して構成されている。ここでは、１枚目の鉄心材１３１からｎ枚目の鉄心材１３ｎまでのｎ枚（例えば、ｎ＝３９）の鉄心材を用いて、ロータ５を構成する。
　図８に示すように、この第２の実施例では、ロータコア１３の軸方向の両端部のうちの一方の端面側に位置する１枚目の鉄心材１３１には、隣接する永久磁石１４，１５間に位置して凹部１９および磁束流通路２２が形成されている。また、図９に示すように、ロータコア１３の軸方向の両端部のうちの他方の端面側に位置するｎ枚目の鉄心材１３ｎには、隣接する永久磁石１４，１５間に位置して凹部１９および磁束流通路２２が形成されている。また、図９に示すように、２枚目の鉄心材１３２からｎ－１枚目の鉄心材１３ｎ－１には、図１０に示す参考例のロータコア１０５の凹部１０７と同様の凹部２３が形成されている。即ち、凹部２３は、その奥部がホールＩＣ「Ｈ１」，「Ｈ２」，「Ｈ３」の軌跡２１よりも外周側に位置するように形成されている。従って、鉄心材１３２～鉄心材１３ｎ－１には、磁束流通路２２は形成されていない。
　この第２の実施例によっても第１の実施例と同様の作用効果を得ることができる。
　磁束流通路２２に流れる磁束は、ステータ７のステータコイル１０には作用しない漏洩磁束となる。この第２の実施例では、ロータコア１３の軸方向の両端部のうちの一方の端面側に位置する１枚目の鉄心材１３１、および、軸方向の両端部のうちの他方の端面側に位置するｎ枚目の鉄心材１３ｎにのみ、磁束流通路２２が設けられている。そのため、磁束流通路２２による漏洩磁束を極力少なくできる利点がある。
　（その他の実施例）
　なお、本発明は、上記し且つ図面に示す各実施例に限定されるものではなく、次のような変形や拡張が可能である。
　上記実施例では、ロータコア１３において隣接する高保磁力の永久磁石１５，１５にも凹部１９を設けるようにした。これに代わり、これら永久磁石１５，１５の間に、第２の実施例に示したような凹部２３を設けてもよい。
　上記第２の実施例では、ロータコア１３の軸方向の両端部の１枚目の鉄心材１３１とｎ枚目の鉄心材１３ｎに凹部１９を設けた。これに代わり、軸方向の両端部にそれぞれ位置する複数枚の鉄心材に凹部１９を設けてもよい。
　ロータコアは、分割コアの組合せで構成した。この構成は、必要に応じて適用すればよい。
　本発明は、ドラム式洗濯機に限らず、洗濯機全般に適用することができる。
　以上に説明したように、本発明は、ロータに多数の永久磁石を備えた永久磁石モータ、および、当該永久磁石モータを用いた洗濯機に有用である。
　１はドラム式洗濯機（洗濯機）、３はドラム（洗濯機負荷）、４は永久磁石モータ、５はロータ、７はステータ、８は磁極歯、９はステータコア、９Ａは分割コア、１０はステータコイル、１３はロータコア、１３Ａ，１３Ｂは分割コア、１３１～１３ｎは鉄心材、１４は低保磁力の永久磁石、１５は高保磁力の永久磁石、１７は磁石挿入孔、１８は突出部（磁極部）、１９は凹部、２１は軌跡、２２は磁束流通路、２３は凹部、Ｈ１～Ｈ３はホールＩＣ（磁気センサ）を示す。

Claims (6)

  1. 　ステータコアに各相のステータコイルが巻装されて、該各相のステータコイルに対応した磁極歯が形成されたステータと、
    　周方向に多数の磁石挿入孔が形成されたロータコアを備え、該磁石挿入孔に前記ステータの磁極歯に対応する磁極を形成する永久磁石が挿入されたロータと、
    　このロータの磁極位置を検出する磁気センサとを備え、
    　前記永久磁石は、保磁力の異なる複数種類の永久磁石から１極当たり１種類となるように選択されて挿入され、
    　前記ロータコアにおいて、隣接し且つ保磁力が異なる２つの永久磁石間に位置する部位に、前記ステータ側に突出する磁束流通路が形成され、
    　前記磁気センサは、前記ロータの回転に応じて、前記永久磁石および前記磁束流通路に対応する軌跡上を相対的に移動す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。
  2. 　請求の範囲第１項に記載の永久磁石モータにおいて、
    　前記ロータコアは、複数の鉄心材を積層して構成され、
    　前記磁束流通路は、軸方向の両端部の鉄心材に形成されていることを特徴とする永久磁石モータ。
  3. 　請求の範囲第１項または第２項に記載の永久磁石モータにおいて、
    　前記磁気センサが移動する軌跡は、前記永久磁石の前記ステータ側とは反対側の位置を通ることを特徴とする永久磁石モータ。
  4. 　ステータコアに各相のステータコイルが巻装されて、該各相のステータコイルに対応した磁極歯が形成されたステータと、
    　周方向に多数の磁石挿入孔が形成されたロータコアを備え、該磁石挿入孔に前記ステータの磁極歯に対応する磁極を形成する永久磁石が挿入されたロータと、
    　このロータの磁極位置を検出する磁気センサとを備え、
    　前記永久磁石は、保磁力の異なる複数種類の永久磁石から１極当たり１種類となるように選択されて挿入され、
    　前記ロータコアにおいて、隣接し且つ保磁力が異なる２つの永久磁石間に位置する部位に、前記ステータ側に突出する磁束流通路が形成され、
    　前記磁気センサは、前記ロータの回転に応じて、前記永久磁石および前記磁束流通路に対応する軌跡上を相対的に移動するように構成された永久磁石モータを備え、
    　前記永久磁石モータによって洗濯機負荷を回転駆動するようにしたことを特徴とする洗濯機。
  5. 　請求の範囲第４項に記載の洗濯機において、
    　前記ロータコアは、複数の鉄心材を積層して構成され、
    　前記磁束流通路は、軸方向の両端部の鉄心材に形成されていることを特徴とする洗濯機。
  6. 　請求の範囲第４項または第５項に記載の洗濯機において、
    　前記磁気センサが移動する軌跡は、前記永久磁石の前記ステータ側とは反対側の位置を通ることを特徴とする洗濯機。
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