(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータとステータとから成るブラシレスＤＣモータにおいて、
前記ロータでは磁石部と磁性材料部が交互に放射状になるように配置され、
前記ステータは複数の歯部を有し、隣合う２つの歯部に同一相の巻線が互いに巻き方向が逆になるように巻かれていることを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
【請求項２】
ロータと、複数の歯部を有するステータとから成るブラシレスＤＣモータにおいて、
前記ロータでは磁石部と磁性材料部が交互に放射状になるように配置されると共に、前記ステータでは隣合う２つの歯部に同一相の巻線が互いに巻き方向が逆になるように巻かれることにより、磁石トルクとリラクタンストルクの働く位相がずれていることを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
【請求項３】
前記磁石部と前記磁性材料部は非磁性材料の部材で固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項４】
前記磁石部は前記磁性材料部の中に埋め込まれていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項５】
前記磁石部と前記磁性材料部は前記ロータの軸方向にねじれたスキュー構造となっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項６】
前記ロータは円盤形の保持板上に前記保持板の外周に沿って前記磁石部と前記磁性材料部が配置されて成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項７】
前記ロータはその一端側が軸によって支持された片持ち構造であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項８】
前記磁石部の位置と着磁方向によりロータ位置を検出してロータ位置信号を出力する少なくとも１個のロータ位置検出手段を、前記ロータ位置信号の波形と前記ブラシレスＤＣモータが回転したときに発生する誘起電圧の波形の位相が一致する位置に設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項９】
パルセータと脱水槽を回転駆動するブラシレスＤＣモータと、前記ブラシレスＤＣモータの回転数を可変制御するモータ駆動部とを備えた洗濯機において、
前記ブラシレスＤＣモータは請求項８に記載のブラシレスＤＣモータであることを特徴とする洗濯機。
【請求項１０】
前記モータ駆動部は前記ロータ位置信号に基づいて前記誘起電圧の波形と一致する波形の電圧を前記ブラシレスＤＣモータに印加することを特徴とする請求項９に記載の洗濯機。
【請求項１１】
前記モータ駆動部は前記ロータ位置信号の波形よりも進んだ位相の波形の電圧を前記ブラシレスＤＣモータに印加することを特徴とする請求項９に記載の洗濯機。
【請求項１２】
前記モータ駆動部は前記ブラシレスＤＣモータの起動時には複数の前記ロータ位置検出手段で得られる複数の前記ロータ位置信号に基づいて前記ブラシレスＤＣモータを起動し、起動後には前記ロータ位置検出手段の１個のみで得られる前記ロータ位置信号に基づいて前記ブラシレスＤＣモータを駆動することを特徴とする請求項９に記載の洗濯機。
【請求項１３】
前記ロータ位置信号の波形と前記誘起電圧の波形とのずれを補正する補正値を記憶する記憶装置を備えたことを特徴とする請求項９に記載の洗濯機。
【請求項１４】
前記誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段を備え、前記モータ駆動部は前記ロータ位置信号の波形と前記誘起電圧の波形との位相のずれをリアルタイムで補正して前記ブラシレスＤＣモータを駆動する請求項９に記載の洗濯機。
【請求項１５】
前記誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段を備え、前記モータ駆動部は前記ブラシレスＤＣモータの起動時には前記ロータ位置信号に基づいて前記ブラシレスＤＣモータを駆動し、起動後には前記誘起電圧に基づいて前記ブラシレスＤＣモータを駆動することを特徴とする請求項９に記載の洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はブラシレスＤＣ（直流）モータ及びそのモータを搭載した洗濯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な洗濯機はモータに単相誘導モータを用いており、単相誘導モータを商用電源周波数で決まる回転数でパルセータと脱水槽を回転させていた。そして、所望とする回転数・トルクに合わせ込むために減速ギヤ、プーリ、ベルトによって対応しており、洗い・すすぎ行程でパルセータを低速運転するときと、脱水行程で脱水槽を高速運転するときの回転数の切り替えについては、クラッチを用いて切り替えて２種類の回転数をつくっていた。
【０００３】
また、回転数を可変させるものとして、ＯＮ／ＯＦＦ方式、位相制御方式等が提案されているが、騒音、振動が大きく、可変幅も狭いといった欠点があり、この欠点をなくすため最近では、３相モータを用いたインバータ制御方式の洗濯機が提案されている。
【０００４】
このインバータ制御方式では、従来使用されてきた単相誘導モータではなく３相モータ（誘導モータ又はブラシレスＤＣモータ）を用いているため、インバータ装置によるモータ駆動部でモータに１２０度ずつ位相のずれた交流を印加する必要がある。インバータ装置はパワートランジスタ、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子を６個用いて、３相全波ブリッジ構成にして、３相モータの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に結線されている。
【０００５】
なかでも、現時点では一般的にブラシレスＤＣモータを採用することが多くなっている。これはブラシレスＤＣモータが従来の単相誘導モータや３相誘導モータに比べて、効率が高く省エネルギー・小型化の面で有利であるためである。
【０００６】
このブラシレスＤＣモータは、一般に３相の電機子巻線を備え、これに永久磁石で形成されたロータと、ロータの回転位置を検出するホール素子等のロータ位置検出手段とが備えられている。ブラシレスＤＣモータのロータの構造を図１３に示す。４１はステータである。４３はロータである。４４はロータ４３の外周部に設けられた磁石部である。
【０００７】
誘導モータとは異なり、ブラシレスＤＣモータでは、前記ロータ位置検出手段で検出されたロータ位置に同期したロータ位置信号に基づき３相交流を生成し、インバータ装置はこれを３相の電機子巻線に供給してブラシレスＤＣモータを回転させるようになっている。
【０００８】
また、最近では、従来のプーリ、ベルト方式に変えて、ブラシレスモータでパルセータと脱水槽を直接駆動するダイレクトドライブ方式も提案されてきている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ブラシレスＤＣモータをダイレクトドライブ方式に応用した場合、従来のプーリやベルト等を用いたベルト方式に比べて大きなトルクが必要になる。つまり従来のベルト方式では、モータの駆動力をプーリ、ベルトを用いて減速してパルセータや脱水槽に伝達しているので、梃子の原理によってモータのトルクが大きなトルクに変換されてパルセータや脱水槽に作用するので、モータのトルクは小さくて済む。これに対し、ダイレクトドライブ方式とした場合にはモータのトルクは変換されることなく、そのままパルセータや脱水槽に作用するので、モータのトルクを大きくする必要がある。例えばプーリで減速比約２倍、ベルトを介してギヤで減速比約８倍としている場合、これをダイレクトドライブ方式で実現するためには、従来の方式に比べて約１５倍のモータのトルクが必要になる。
【００１０】
図１３に示すような従来のブラシレスＤＣモータのロータの構造では、トルクを大きくするためにはモータ容量が大きくなるので、磁石をロータ全面に使用しなくてはならず、磁石の形状も大きくなり、コストアップになっていた。また、モータの形状も大きくなり、洗濯機本体の重量も重くなっていた。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するもので、小型で大きなトルクが得られるブラシレスＤＣモータと、このようなブラシレスＤＣモータを用いて静音・低振動化を図った洗濯機を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、ロータとステータとから成るブラシレスＤＣモータにおいて、前記ロータでは磁石部と磁性材料部が交互に放射状になるように配置され、前記ステータは複数の歯部を有し、隣合う２つの歯部に同一相の巻線が互いに巻き方向が逆になるように巻かれている。また、本発明の他の構成では、ロータと、複数の歯部を有するステータとから成るブラシレスＤＣモータにおいて、前記ロータでは磁石部と磁性材料部が交互に放射状になるように配置されると共に、前記ステータでは隣合う２つの歯部に同一相の巻線が互いに巻き方向が逆になるように巻かれることにより、磁石トルクとリラクタンストルクの働く位相がずれている。
【００１３】
このような構成によると、ブラシレスＤＣモータは磁石部と磁性材料部が交互に放射状になるように配置されているので、ロータに設けられた磁石で生ずる磁石トルクに加え、磁性材料部に生ずるリラクタンストルク（磁気抵抗が小さくなるように働く電磁力）を利用できる。そのため、同じロータ形状でモータトルクを大きくすることができる。また、隣合う２つの歯部に同一相の巻線が巻き方向が異なるように巻かれているので、この同一相の２つの歯部から作用するトルクが分散化される。
【００１４】
また、上記ブラシレスＤＣモータにおいて、前記磁石部と前記磁性材料部は非磁性材料の部材で固定されるようにしてもよい。
【００１５】
このような構成によると、非磁性材料の部材で磁石部と磁性材料部が固定されているので、磁石部及び磁性材料部の飛散が防止される。また、この部材は非磁性材料であるのでステータ巻線からの磁束を邪魔しないようになっている。
【００１６】
また、上記ブラシレスＤＣモータにおいて、前記磁石部は前記磁性材料部の中に埋め込まれるようにしてもよい。
【００１７】
このような構成によると、磁性材料部の中に磁石部が埋め込まれているので、ロータが磁石部を保持するのが簡単になり、ロータの回転時に遠心力による磁石部の飛散が防止される。
【００１８】
また、上記ブラシレスＤＣモータにおいて、前記磁石部と前記磁性材料部は前記ロータの軸方向にねじれたスキュー構造となるようにしてもよい。
【００１９】
このような構成によると、ロータが軸方向にねじれたスキュー構造となっているので、磁石トルクとリラクタンストルクの働くタイミングが分散される。これにより、トルクリプルが減り、振動が抑制される。
【００２０】
また、上記ブラシレスＤＣモータにおいて、前記ロータは円盤形の保持板に前記保持板上の外周に沿って前記磁石部と前記磁性材料部が配置されて成るようにしてもよい。
【００２１】
このような構成によると、ロータの内部に空隙が設けられるので、洗濯機等でブラシレスＤＣモータを用いる場合、この空隙にクラッチ機構部等の部品を配置することができる。これによって、モータの厚みを薄くできる。
【００２２】
また、上記ブラシレスＤＣモータにおいて、前記ロータはその一端側が軸によって支持された片持ち構造であるようにしてもよい。
【００２３】
このような構成によると、軸が一方のみに取り付けられた片持ち構造となっているので、ロータを支えるベアリング部をモータの一方側に設けるだけでよくなり、モータの厚みを薄くできる。
【００２６】
また、本発明の請求項８では、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータにおいて、前記磁石部の位置と着磁方向によりロータ位置を検出してロータ位置信号を出力する少なくとも１個のロータ位置検出手段を、前記ロータ位置信号の波形と前記ブラシレスＤＣモータが回転したときに発生する誘起電圧の波形の位相が一致する位置に設けている。
【００２７】
このような構成によると、ロータ位置検出手段をロータ位置信号の波形と誘起電圧の波形の位相が一致するように配置すればよいので、ロータ位置検出手段の位置が明確になる。
【００２８】
また、本発明の請求項９では、パルセータと脱水槽を回転駆動するブラシレスＤＣモータと、前記ブラシレスＤＣモータの回転数を可変制御するモータ駆動部とを備えた洗濯機において、前記ブラシレスＤＣモータは請求項８に記載のブラシレスＤＣモータであるようにしている。
【００２９】
このような構成によると、請求項８に記載の小型で大きなトルクが得られるブラシレスモータを用いているので、洗濯機は騒音や振動が小さくなる。また、可変速運転にも対応できる。
【００３０】
また、本発明の請求項１０では、請求項９に記載の洗濯器において、前記モータ駆動部は前記ロータ位置信号の波形と一致する波形の電圧を前記ブラシレスＤＣモータに印加している。
【００３１】
このような構成によると、モータ駆動部はロータ位置信号の波形と一致する波形の電圧を供給することによって磁石トルクを最も効率良く利用してブラシレスＤＣモータを駆動することができる。
【００３２】
また、本発明の請求項１１では、請求項９に記載の洗濯機において、前記モータ駆動部は前記ロータ位置信号の波形よりも進んだ位相の波形の電圧を前記ブラシレスＤＣモータに印加している。
【００３３】
このような構成によると、ロータ位置検出手段で検出される信号より進んだ位相で出力電圧波形を出力するので、高速回転時に巻線に生ずる誘起電圧の影響が大きくならないところでリラクタンストルクを効率良く利用でき、モータの高速回転を容易にする。
【００３４】
また、本発明の請求項１２では、請求項９に記載の洗濯機において、前記モータ駆動部は前記ブラシレスＤＣモータの起動時には複数の前記ロータ位置検出手段で得られる複数の前記ロータ位置信号に基づいて前記ブラシレスＤＣモータを起動し、起動後には前記ロータ位置検出手段の１個のみで得られる前記ロータ位置信号に基づいて前記ブラシレスＤＣモータを駆動している。
【００３５】
このような構成によると、ブラシレスＤＣモータが停止していても複数のロータ位置検出手段によって得られる複数のロータ位置信号からロータの絶対位置を検出することができるので、モータ駆動部はモータの起動が可能である。そして、起動後はロータ位置検出手段の１個のみを利用してロータ位置を検出することによってロータ位置検出手段の取り付け位置のばらつきによるロータ位置信号のばらつきが問題となることなくモータの駆動ができる。
【００３６】
また、本発明の請求項１３では、請求項９に記載の洗濯機において、前記ロータ位置信号の波形と前記誘起電圧の波形とのずれを補正する補正値を記憶する記憶装置を備えている。
【００３７】
このような構成によると、ロータ位置信号と誘起電圧波形との位相に実際にずれが生じることがあるが、このずれを補正する補正値を記憶装置に記憶しているので、ブラシレスＤＣモータはこの補正値によってロータの位置を正確に把握することができる。
【００３８】
また、本発明の請求項１４では、請求項９に記載の洗濯機において、前記誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段を備え、前記モータ駆動部は前記ロータ位置信号の波形と前記誘起電圧の波形との位相のずれをリアルタイムで補正して前記ブラシレスＤＣモータを駆動している。
【００３９】
このような構成によると、洗濯機は誘起電圧波形検出手段でロータ位置信号と誘起電圧波形信号のずれをリアルタイムで補正できるので、正確なロータ位置の検出ができる。
【００４０】
また、本発明の請求項１５では、請求項９に記載の洗濯機において、前記誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段を備え、前記モータ駆動部は前記ブラシレスＤＣモータの起動時には前記ロータ位置信号に基づいて前記ブラシレスＤＣモータを駆動し、起動後には前記誘起電圧に基づいて前記ブラシレスＤＣモータを駆動している。
【００４１】
このような構成によると、モータが停止位置でも複数のロータ位置検出手段ではロータの内の複数個の磁石のＮ／Ｓ極からロータの絶対位置を検出できる。そして、このようにして検出された回転位置からモータを起動することができる。そして、起動後はモータの回転によって生じる誘起電圧でモータの位置を正確に検出できるので、誘起電圧に基づく駆動に切り替える。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。まず、図１を用いて、洗濯機の概略構成について説明する。同図において、１は洗濯機本体、２は洗濯物を洗濯、脱水する洗濯槽を兼ねた脱水槽であり、この脱水槽は水槽３の内側に設けられている。水槽３は、サスペンション４で洗濯機本体１に弾性吊持されている。パルセータ５は脱水槽２の底部から回転軸によって一定の距離が開けられて配置されている。このパルセータ５と脱水槽２の回転駆動を切り替える手段として、クラッチ機構部６が設けられている。このクラッチ機構部６にブラシレスＤＣモータ７が直結されている。この場合、モータの駆動方式はダイレクトドライブ方式である。
【００４３】
モータ７を駆動するモータ駆動部は、後述するように６個のスイッチング素子を３相全波ブリッジ構成にしたインバータ部８と、マイクロコンピュータ等で構成される制御部９から構成されている。制御部９では、洗い・すすぎ・脱水等の各行程に応じて、クラッチ機構部６を切り替える（ただし、その切り替え系統は図示省略している。）とともにパルセータ５及び脱水槽２の回転数を可変させている。また、モータ７の駆動制御に必要なロータの位置検出として、ホールＩＣ等のロータの磁石部の位置と着磁の方向によりロータ位置を検出するロータ位置検出手段１０が設けられている。１１は後述の第１０の実施形態で使用される記憶装置である。
【００４４】
次に、図２を用いて、モータ駆動部の内部構成を詳細に説明する。商用電源２０から与えられる交流は、整流部２１によって直流に変換される。整流部２１で整流された直流は、平滑コンデンサ２２で平滑され、完全な直流に変換される。この直流がインバータ部８で３相交流に変換され、ブラシレスＤＣモータ７に印加される。
【００４５】
このインバータ部８は、３相に対応した３対のアームにスイッチング素子として６個のＮＰＮ型のトランジスタＱ１〜Ｑ６が接続されている。そして、６個の各スイッチング素子には、それぞれフリーホイールダイオードＤ１〜Ｄ６が並列に接続され、上アームと下アームの３つの接続点ａ、ｂ、ｃが、ブラシレスＤＣモータ７の３相の電機子巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に接続されている。
【００４６】
また、６個のスイッチング素子は、それぞれドライブ回路２３で駆動される。この駆動信号は、ブラシレスＤＣモータ７のロータ位置を検出する３個のホール素子等のロータ位置検出手段１０ａ、１０ｂ、１０ｃの信号をロータ位置検出回路２４を通して得られる、ロータ位置に応じたドライブ信号として制御部９で作成される。
【００４７】
次に、本発明のブラシレスＤＣモータ７の構造について説明する。本発明では、従来の磁石トルク以外にリラクタンストルクも利用できるようにしたことが特徴である。従って、磁石トルクとリラクタンストルクについて先に説明する。図３（ａ）は磁石トルクのみで回転するブラシレスＤＣモータの構造である。図３（ａ）に示すように、ステータ４１の歯部８０に巻回した巻線（図示せず）に流す電流の向きにより、ステータ４１の歯部８０の先端がＮ極又はＳ極になり、ロータ４３の外周面に現れる磁石のＳ極、Ｎ極とそれぞれ引き合うように磁石力Ｆ１が生じ、磁石力Ｆ１がロータ４３を回転させる磁石トルクになる。一方、図３（ｃ）はリラクタンストルクのみで回転するモータの構造である。ステータ４１の歯部８０に巻回した巻線を励磁した時にステータ歯部８０が電磁石になり、磁性材料でできたロータ４３の突極部９５と引き合うリラクタンス力Ｆ３が生じ、リラクタンス力Ｆ３がロータ４３を回転させるリラクタンストルクになる。
【００４８】
図３（ｂ）は磁石トルクとリラクタンストルクの両者を得るための本発明の特徴を示すブラシレスＤＣモータの構造である。図３（ｂ）に示すように、ロータ４３の内部に磁石部９１と磁性材料部９０を交互に配置している。ステータ４１の巻線に流す電流の向きにより、ステータ４１の歯部８０でＮ極又はＳ極になり、ロータ４３の磁石部９１と磁性材料部９０の両者によって磁石力とリラクタンス力を合成した力Ｆ２が生じ、力Ｆ２がロータ４３を回転させるトルクになる。このように本発明のブラシレスＤＣモータは磁石トルクとリラクタンストルクの両方を利用できるので従来のブラシレスＤＣモータよりもトルクを大きくすることができる。
【００４９】
＜第１の実施形態＞
図４に本発明の第１の実施形態の磁石トルクとリラクタンストルクによってロータを回転させるブラシレスＤＣモータ７の構造を示す。ステータ４１の歯部８０には各々巻線４２が施される。巻線４２の結線・巻方向は、モータ７の相数と極数により異なる。尚、図４では１つの歯部８０に巻回した巻線４２のみを示し、他の歯部８０に巻回された巻線は図示省略している。ロータ４３は磁石トルクとリラクタンストルクを利用するために、ロータ外周面に磁石部４４とケイ素鋼板等の磁性材料部４５が交互に並ぶように構成されている。このように磁石部４４と磁性材料部４５が交互に放射状となるように配置されているので、前述のように磁石トルクにリラクタンストルクが得られ、従来のブラシレスＤＣモータ（図１３）よりもモータトルクが大きくなる。そのため、モータ７が小型で軽量となる。
【００５０】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は第２の実施形態のブラシレスＤＣモータ７（図１参照）のロータの構造図であり、（イ）は平断面図、（ロ）は縦断面図である。円盤状の保持板４６ｂの上に磁石部４４と磁性材料部４５がその保持板４６ｂの外周に沿って交互に並べられ、ネジ、接着剤等で固定される。このままでは、磁石部４４と磁性材料部４５がバラバラになってしまうので、これらをロータ上面で保持する保持リング４６ａを設ける。保持リング４６ａは磁石部４４と磁性材料部４５をネジ、接着剤等で固定する。このとき、保持リング４６ａの材質は、ロータの磁場を乱さないように非磁性材料にする。なお、４７はロータ軸であり、保持板４６ｂの中心軸上に固定されて一体となっている。
【００５１】
これにより、ロータ内部に空隙１１０を設けることができ、この空隙１１０にクラッチ機構部６（図１参照）等を配置することができる。そのため、モータ７の厚みを薄くすることができる。このようにロータ内部に空隙１１０を設けてもトルクを出せるのは、磁石部４４と磁性材料部４５を交互に配置して磁石トルクとリラクタンストルクを利用できるようにし、この両方のトルク発生原理によりロータの内側部にまではステータ巻線からの磁束の通過を必要としないためである。
【００５２】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第１の実施形態のブラシレスＤＣモータ（図４参照）では、ロータ４３の外周面に磁石部４４と磁性材料部４５が交互に露出していたが、図６に示すように磁石部４４が磁性材料部４３の外周面から後退した位置にあってもよい。ただし、磁石部４４での磁性材料部４５の厚みｄは０．５ｍｍから数ｍｍ程度にする必要がある。
【００５３】
このような構造のロータ４３は例えば円柱形の磁性材料部４３の外周面から内側へ後退した位置に複数の穴を開け、その穴に磁石を埋め込むことによって製造される。このように磁石部４４をロータ４３の磁性材料部４５に埋め込んだ構造となっているので、磁石部４４の保持が容易となり、ロータ４３の回転時にも遠心力によって磁石部４４が飛散しないようになっている。また、磁石部４４を正確な位置に固定できるようになるのでトルクリプルの発生を防止でき、騒音や振動が低減される。また、ロータ４３の外周面が磁性材料部４５で覆われているので外周面の真円度も向上する。これにより、ロータ４３の回転時に生じる風損が低減されるので回転速度やトルクも向上する。
【００５４】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。上記第１の実施形態（図４）では磁石部４４は厚み方向に平行となる形状であるが、モータ７のコギングトルクを低減するために、第４の実施形態では図７（ロ）に示すように、厚み方向Ｔに対して所定の角度傾いた形の磁石部４４が設けられている。これにより、ロータ４３は磁石部４４と磁性材料部４５が厚み方向Ｔと同じ軸４７の方向にねじれたスキュー構造となるので、磁石トルクとリラクタンストルクの働くタイミングが分散される。これにより、モータ７ではトルクリプルが減り、振動も抑制される。尚、図７（イ）は第４の実施形態のロータ４３の平断面図である。
【００５５】
＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図８は第５の実施形態のブラシレスＤＣモータ７のロータ構造図である。磁石部４４と磁性材料部４５は円盤状の保持板４６の上に磁石部４４と磁性材料部４５がその保持板４６の外周に沿って交互に配置され、ロータ４３の内部に空隙が設けられている。そして、ロータ底面の保持板４６を軸４７に固定する。これにより、ロータ４３は軸４７によって一端側のみに支持された片持ち構造となっている。尚、ロータ下部には軸４７との結合を図るベアリング部を廃止することができ、ベアリング部４８をロータ４３とは離れた位置に設けるとともに、このベアリング部４８によって軸４７を支持させるだけでよい。そのため、ロータ下部にロータ４３を支えるための部品のスペースが不要となり、モータ全体の厚みを薄くすることができる。
【００５６】
また、ロータ４３内部にクラッチ機構部６（図１参照）等を配置することによって、更にモータ全体の厚みを薄くすることができる。モータ７の厚みが薄くなれば、洗濯機の脱水槽２（図１参照）の下面を下げることができ、洗濯機本体の高さを上げなくても脱水槽２を大型化できる。これにより、ユーザが洗濯物を取り出しやすくして大容量化を図れるようになる。
【００５７】
＜第６の実施形態＞
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。図９は第６の実施形態のブラシレスＤＣモータのロータ構造図である。上記第１の実施形態（図４）では特にステータ巻線については説明しなかったが、第６の実施形態ではステータ４１の複数の歯部８０において、隣合う２つの歯部８０には同一相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の巻線が互いに巻き方向が異なる（逆になる）ように巻かれている。これにより、磁石トルクとリラクタンストルクが同時に働かず位相がずれて働くため、トルクのピークが分散されトルクリプルが低減される。
【００５８】
＜第７の実施形態＞
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。ブラシレスＤＣモータ７（図１参照）は通常動作するためには、一般にロータの磁石位置を正確に検出する必要がある。従来のブラシレスＤＣモータであれば、通常、磁石トルクが最大になるような位置を検出できるように、ホールＩＣ等のロータ位置検出手段１０（図１参照）を取り付けるが、本発明のブラシレスＤＣモータのように磁石トルクとリラクタンストルクを利用できるモータの場合、磁石と磁石の間に磁性材料部があるために磁石トルクの最大位置だけではロータ位置検出手段の位置を決定できない。このため、実際にロータを回転させた時に発生する誘起電圧波形を基準にして、検出位置を決定する。
【００５９】
図１０を用いて３相のブラシレスＤＣモータ７の場合でのロータ位置検出手段１０の取り付け位置を説明する。まず、ホールＩＣ等のロータ位置検出手段１０から出力されるロータ位置信号は、Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃのように３相の１２０度ずつずれた信号となるように、各ロータ位置検出手段１０の取り付け位置が決定される。
【００６０】
また、ロータの磁石が回転することによりステータの巻線に発生する誘起電圧も３相であるため、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃのように１２０度ずつずれた正弦波形となる。このとき、Ｈａの立ち上がりエッジ５０の位置が、Ｖａの正方向のゼロクロス点５１と一致するようにａ相のロータ位置検出手段１０の位置が決定される。同様に、ｂ相、ｃ相のロータ位置検出手段の位置も立ち上がりエッジの位置５２、５４が、それぞれＶｂ、Ｖｃの正方向のゼロクロス点５３、５５と一致するようにｂ相、ｃ相のロータ位置検出手段１０の位置が決定される。
【００６１】
また、ロータの回転方向が逆方向である場合でも、立ち下がりエッジに負方向のゼロクロス点と一致するようにロータ位置検出手段１０の位置が決定される。このようにロータ位置検出手段１０の位置が明確であるので、モータ７を制御するロータの位置検出が正確となる。また、ロータ位置検出手段１０より得られるロータ位置信号Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃはそれぞれ誘起電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃと位相が一致しているので、信号Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃに基づいて磁石トルクとリラクタンストルクを有効に引き出す制御が容易になる。
【００６２】
＜第８の実施形態＞
次に、本発明の第８の実施形態について説明する。洗濯機は洗い・すすぎ行程と、脱水行程とでは、モータ７（図１参照）の負荷特性が異なる。洗い・すすぎ時の負荷特性は通常、回転数が低く、負荷が大きいといった特徴がある。一方、脱水時の負荷特性は回転数が高く、負荷が小さいといった特徴がある。例えば、ダイレクトドライブ方式の場合、クラッチ切り替えにより、洗い・すすぎ時にはパルセータ５（図１参照）にモータ７が直結されて、回転数にして数１０〜２００ｒｐｍ程度で負荷トルクも２００〜３００ｋｇｆｃｍ程度になっている。一方、脱水時には脱水槽２（図１参照）にモータ７が直結されて、回転数は最高数１００ｒｐｍ程度になる。このときの負荷トルクは、大体３０ｋｇｆｃｍ程度である。
【００６３】
このように洗い・すすぎ時には低速で大トルクが必要であるので、洗濯機は低速で大トルクを出しやすい磁石トルクを主として利用する。磁石トルクを有効に利用するには、図１１に示すように、ロータ位置信号Ｈａに同期した印加電圧ＩＮＶａをブラシレスＤＣモータ７に供給すればよい。したがって、起動時にはロータ位置信号Ｈａに一致したタイミングで制御し、回転数が上がってきたら少しリラクタンストルクを利用するようにタイミングをずらせる。
【００６４】
一方、脱水時には高速回転する必要がある。ブラシレスＤＣモータ７は高速回転時にモータ７の発電作用により逆起電圧が発生し、誘起電圧が大きくなるので、インバータ部８からの印加電圧がブラシレスＤＣモータ７に入らなくなってしまう。そのため、高速回転の制御が困難である。
【００６５】
そこで、ブラシレスＤＣモータ７は磁石トルクだけでなくリラクタンストルクも利用できるようになっているので、高速回転時には逆起電圧が発生する磁石トルクを利用せず、逆起電圧が発生しないリラクタンストルクを最大限に利用して高速回転を容易にする。このリラクタンストルクを利用する割合を大きくするに図１２に示すように、ロータ位置信号Ｈａから得られる通電タイミングより進んだ位相で印加電圧ＩＮＶａを出力する進角（弱め界磁）制御を行う。これにより、誘起電圧波形Ｖａが小さくなる。つまり逆起電圧が小さくなるので、高速回転が容易となる。
【００６６】
＜第９の実施形態＞
次に、本発明の第９の実施形態について説明する。上記実施形態８では複数個のホールＩＣ等のロータ位置検出手段１０（図１参照）によるロータ位置検出手段１０によりモータ７（図１参照）の制御を行っていたが、複数個のロータ位置検出手段１０の取り付け位置にばらつき等があると、図１０に示すような各相のロータ位置信号Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃは正確に１２０度ずつ位相のずれた信号としては得られなくなり、ロータ位置検出が不正確になり最適な制御が困難になる。そこで、モータ起動後は、複数個のロータ位置検出手段１０から１つのみ（例えばＨａのみ）を利用してロータ位置検出を行うと、ロータ位置検出手段１０の取り付け位置のばらつきによる影響がなくなり、ロータの位置を正確に検出できるようになる。
【００６７】
また、ホールＩＣ等のロータ位置検出手段１０の取り付け位置を調整するときに、起動後に利用するロータ位置検出手段１０の取り付け位置を最優先に調整を行う。特に複数個のロータ位置検出手段が１枚の基板上に設けられた場合には有効である。
【００６８】
＜第１０の実施形態＞
次に、本発明の第１０の実施形態について説明する。ブラシレスＤＣモータ７（図１参照）を組み立てるときに、上記第７の実施形態で説明したようにしてロータ位置検出手段１０を取り付けるが、取り付けた後にロータ位置検出手段１０からのロータ位置信号と、モータ７の誘起電圧を測定してそれらが一致していなかった場合、そのままではロータの位置検出が不正確となるので、ロータ位置信号から補正を行うための補正量をＥ２ＰＲＯＭ（電気的書き換え可能ＲＯＭ）またはフラッシュメモリ等の記憶装置１１（図１参照）に書き込むようにする。例えば、時計回りにロータをある回転数で定速運転させ、そのときのロータ位置信号の立ち上がりエッジと誘起電圧のゼロクロス点とがずれている時間を測定し、その時間を補正値として記憶装置１１に書き込んでおく。
【００６９】
これにより、洗濯機は記憶装置１１から補正値を取り出して、ロータ位置検出手段１０からのロータ位置信号に補正を行うことで、ロータ位置の検出を正確に行うことができる。このように、ロータ位置検出手段１０の配置位置が少々ずれていたとしても補正量を記憶装置１１に記憶しておくことにより、洗濯機は運転時にロータ位置信号に補正値で補正しながらロータ位置の検出して正確にロータ位置検出ができるようになる。そのため、モータ生産時にロータ位置検出手段１０の取り付け位置の調整を行わなくてもよくなるので生産性がよくなる。
【００７０】
＜第１１の実施形態＞
次に、本発明の第１１の実施形態について説明する。ホールＩＣ等を利用したロータ位置検出手段１０（図１参照）では、モータ７（図１参照）が停止状態でも、ロータ内の複数の磁石のＮ／Ｓ極とそれを検出する複数個のロータ位置検出手段からのロータ位置信号の組み合わせにより、複数個の信号パターンが得られ、ロータの絶対位置が検出できる。しかし、複数個のロータ位置検出手段の取り付け位置にばらつきがあると、正確なロータ位置検出ができず正確に検出するには取り付け位置の調整が必要である。
【００７１】
本実施形態ではステータ巻線に誘起電圧を検出するセンシング巻線（誘起電圧検出手段）を巻いておく。これにより、センシング巻線ではモータ７の停止時には信号が得られないが、ロータが回転し始めると、ロータ内の磁石の回転による磁界変化によってステータ巻線に巻かれたセンシング巻線に誘起電圧が発生する。この誘起電圧を検出することによってはリアルタイムでロータの回転状態を検出することができる。センシング巻線はステータ巻線に巻かれているために調整を必要とすることなく正確にロータの位置を検出することができる。
【００７２】
このように起動時には、停止状態でもロータ位置が検出できるホール素子等を用いたロータ位置検出手段を利用して、ロータ位置信号に基づいてロータ位置に応じてトルクが最大に出せるように最適な通電パターンをインバータ部８（図１参照）から出力してモータ７を起動する。起動後は、ある回転数例えば１００ｒｐｍ程度で、センシング巻線で検出された誘起電圧に基づいて通電パターンを決定する。
【００７３】
これにより、洗濯物の容量やバランス状態に関係なく、起動時は最大トルクが出力できるようになる。これにより、起動ミスがなくなり、起動後は正確な位置信号を検出できるため、高効率運転ができるようになり、振動・騒音も低減できるようになる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１又は請求項２によれば、ロータの磁石で生じる磁石トルクに加え、磁性材料部で生じるリラクタンストルクが生じるので、モータのトルクが向上している。そのため、同一トルクを得るのであれば従来のブラシレスＤＣモータに比べてロータ形状を小さくできるので軽量になりコストダウンになる。また、磁石をロータの全面に使用しなくてもよいので磁石材料費が低減できる。また、隣合う２つの歯部に同一相の巻線が巻き方向が異なるように巻かれているので、この同一相の２つの歯部から作用するトルクが分散される。これにより、トルクリプルを低減でき、騒音、振動を抑制することができる。
【００７５】
また、本発明の請求項３によれば、磁石部と磁性材料部ががそれぞれ独立したピースで構成されている場合でも非磁性材料による部材で固定されるので飛散することがない。また、部材は非磁性材料であるのでステータ巻線からの磁束を邪魔しないため効率をアップすることができる。
【００７６】
また、本発明の請求項４によれば、ロータは磁性材料部に埋め込まれているので、ロータの高速回転時に遠心力による磁石の飛散防止を図るとともに、磁石位置を正確に固定できるようになる。
【００７７】
また、本発明の請求項５によれば、ロータがスキュー構造となっているのでトルクのピークが分散する。これにより、トルクリプルを低減し、騒音、振動を抑制することができる。
【００７８】
また、本発明の請求項６によれば、ロータ内部を空隙化することで、内部にクラッチ機構部等の他の部品を内蔵することができる。そのため、モータを小さくすることができる。
【００７９】
また、本発明の請求項７によれば、ロータが片持ち構造となっているので、ロータの軸を支えるベアリングがモータの一方側で不要となる。そのため、モータ全体の厚みを薄くできる。
【００８１】
また、本発明の請求項８によれば、ロータ位置検出手段の取り付け位置をロータ位置信号の波形と誘起電圧の波形の位相が一致するようにしているので、取り付け位置が明確になる。また、位相が一致しているので、ロータ位置信号に基づくロータの駆動制御が容易になる。
【００８２】
また、本発明の請求項９によれば、洗濯機は磁石トルクとリラクタンストルクを利用したブラシレスＤＣモータを用いているので、騒音や振動の小さい洗濯機となる。
【００８３】
また、本発明の請求項１０によれば、ロータ位置信号は誘起電圧と位相が一致するので、ロータ位置信号と一致する波形の電圧をブラシレスＤＣモータに印加することによって、磁石トルクを主として利用してモータを駆動する。そのため、特に低速、大負荷運転において起動ミスを低減できる。
【００８４】
また、本発明の請求項１１によれば、高速運転時には誘起電圧が大きくなり、磁石トルクの有効利用が困難になるが、ロータ位置信号の波形よりも位相の進んだ波形の電圧をブラシレスＤＣモータに印加することによってリラクタンストルクを有効に利用できるので、高速運転が容易となる。そのため、騒音・振動を低減できる。
【００８５】
また、本発明の請求項１２によれば、モータが停止していても複数のロータ位置検出手段から得られるロータ位置信号からロータ位置を検出できるのでモータの起動が可能である。そして、起動後はロータ位置検出手段の１個だけを利用することによって検出素子間のばらつきによる影響をなくし、モータの制御性能を向上させる。これにより、高効率運転が可能となり、騒音・振動も低減できる。
【００８６】
また、本発明の請求項１３によれば、記憶装置にロータ位置信号と誘起電圧との位相ずれを補正する補正値を記憶できるので、モータの生産時において検出素子を取り付けた後にずれ量を測定し、記憶装置に補正量を書き込むことで、洗濯機はロータ位置の正確な検出が可能である。そのため、生産時の検出素子の取り付け精度が粗くてもよくなるので生産性が向上するとともに、取り付け位置のばらつきを１台１台個別に管理するのでモータの制御性能が向上する。
【００８７】
また、本発明の請求項１４によれば、ロータ位置の検出をホールＩＣ等ロータ位置検出手段で検出する場合と、誘起電圧を検出する場合の２通りを利用することで、ロータ位置が正確に検出することができるため、制御性能が向上し、モータ生産時の補正を行わなくてもモータ制御が確実に行え、生産性も良くなる。
【００８８】
また、本発明の請求項１５によれば、ロータ位置の検出をホールＩＣ等ロータ位置検出手段で検出する場合と、誘起電圧を検出する場合の２通りあり、起動時には停止時でも位置信号が検出できるロータ位置検出手段を利用して起動特性を良くして、洗濯物の容量やバランス状態に関係なく、最大トルクが出力でき、起動ミスがなくなる。また、起動後は、誘起電圧検出手段によって随時正確な位置を検出ができるため、高効率運転ができるようになり、振動、騒音も低減できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の洗濯機の概略構成図。
【図２】その洗濯機のモータ駆動部の内部構成示す回路図。
【図３】その洗濯機のブラシレスＤＣモータの磁石トルクとリラクタンストルクの原理図。
【図４】その第１の実施形態のブラシレスＤＣモータのロータの構造図。
【図５】本発明の第２の実施形態のブラシレスＤＣモータのロータの構造図。
【図６】本発明の第３の実施形態のブラシレスＤＣモータのロータの構造図。
【図７】本発明の第４の実施形態のブラシレスＤＣモータのロータの構造図。
【図８】本発明の第５の実施形態のブラシレスＤＣモータのロータの構造図。
【図９】本発明の第６の実施形態のブラシレスＤＣモータのロータの構造図。
【図１０】本発明の第７の実施形態のブラシレスＤＣモータのロータ位置信号と誘起電圧波形の関係を示す図。
【図１１】本発明の第８の実施形態の洗濯機の洗い・すすぎ行程時のロータ位置信号と誘起電圧波形とインバータ出力波形の関係を示す図。
【図１２】その第８の実施形態の脱水行程時のロータ位置信号と誘起電圧波形とインバータ出力波形の関係を示す図。
【図１３】従来のブラシレスＤＣモータのロータの構造図。
【符号の説明】
１    洗濯機本体
２    脱水槽
３    水槽
４    サスペンション
５    パルセータ
６    クラッチ機構部
７    モータ
８    インバータ部
９    制御部
１０    ホールＩＣ（ロータ位置検出手段）
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ    検出素子
１１    記憶装置
２４    ロータ位置検出回路
４１    ステータ
４２    巻線
４３    ロータ
４４    磁石部
４５    磁性材料部
４６    保持板
４７    軸
【図１】
0003595973.tif 000002
【図２】
0003595973.tif 000003
【図３】
0003595973.tif 000004
【図４】
0003595973.tif 000005
【図５】
0003595973.tif 000006
【図６】
0003595973.tif 000007
【図７】
0003595973.tif 000008
【図８】
0003595973.tif 000009
【図９】
0003595973.tif 000010
【図１０】
0003595973.tif 000011
【図１１】
0003595973.tif 000012
【図１２】
0003595973.tif 000013
【図１３】
0003595973.tif 000014