(57)【要約】【課題】回転子における永久磁石の界磁用の磁束量を可変することが可能になり、高効率が得られる回転速度範囲及び負荷トルク範囲を広げることが可能な永久磁石形モータを提供する。【解決手段】内部に複数の界磁用の永久磁石を有する回転子鉄心９に、隣り合った磁極間に位置させてフラックスバリアとして空隙部１３を形成している。各空隙部１３に、軟磁性体製の短絡磁路面積可変部材１８を軸方向に変位可能に挿入した構成とする。短絡磁路面積可変部材１８は、回転軸８の外周部に設けた軸受１４の内輪１５に取り付けられ、回転子７と共回りする。空隙部１３に対する短絡磁路面積可変部材１８の挿入量を変化させることで、磁極間の短絡磁路面積が変化し、永久磁石の界磁用の磁束量を変化させることができる。【選択図】  図１
2004357357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子に対して回転可能に設けられ、回転子鉄心の内部に複数の界磁用の永久磁石を有すると共に、当該回転子鉄心の隣り合った磁極間に空隙部を有する回転子を備えた永久磁石形モータにおいて、
軟磁性体からなり、前記空隙部に変位可能に挿入される短絡磁路面積可変部材を備えたことを特徴とする永久磁石形モータ。
【請求項２】
前記回転子と一体に回転する回転軸の外周部に、当該回転軸と一体に回転する内輪を有する軸受を軸方向へ変位可能に設けると共に、前記短絡磁路面積可変部材を前記内輪に取り付け、前記軸受の外輪を軸方向へ変位させることに伴い、前記短絡磁路面積可変部材は前記内輪と共に前記軸方向へ変位する構成としたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石形モータ。
【請求項３】
前記回転子鉄心は、複数の鋼板を打ち抜き積層して構成され、前記短絡磁路面積可変部材は、前記鋼板から前記空隙部を打ち抜いた部分により形成するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の永久磁石形モータ。
【請求項４】
前記短絡磁路面積可変部材は、前記空隙部に対する挿入量が最も少ない場合でも、一部がその空隙部に挿入されて前記回転子と共回りすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の永久磁石形モータ。
【請求項５】
前記回転子の回転速度が高い場合には、前記空隙部に対する前記短絡磁路面積可変部材の挿入量を大きくし、前記回転子の回転速度が低い場合には、前記空隙部に対する前記短絡磁路面積可変部材の挿入量を小さくすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の永久磁石形モータ。
【請求項６】
前記回転子の回転速度を低下させる場合に、前記空隙部に対する前記短絡磁路面積可変部材の挿入量を小さくすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の永久磁石形モータ。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の永久磁石形モータを駆動源に備えたことを特徴とする洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転子鉄心の内部に複数の界磁用の永久磁石を有すると共に、当該回転子鉄心の隣り合った磁極間に空隙部を有する回転子を備えた永久磁石形モータ、及び駆動源にこのような永久磁石形モータを用いた洗濯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、永久磁石形モータにおいては、回転子鉄心（ロータコア）の内部に複数の界磁用の永久磁石を有すると共に、当該回転子鉄心の隣り合った磁極間にフラックスバリアとして空隙部を有する回転子を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。このような構成のものでは、回転子鉄心において、隣り合った磁極間に空隙部を形成することにより、隣り合った磁極（永久磁石）間で磁束が短絡することを極力少なくすることができ、永久磁石の磁束を回転子が回転するのに有効に利用できる利点がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−８９１４５号公報（図５）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特許文献１のものでは、永久磁石の界磁用の磁束量を変えることはできず、モータ特性は固定されていた。従って、高効率が得られる回転速度範囲及び負荷トルク範囲は、狭い範囲に限られていた。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、回転子における永久磁石の界磁用の磁束量を可変することが可能になり、高効率が得られる回転速度範囲及び負荷トルク範囲を広げることが可能な永久磁石形モータを提供することにある。また、第２の目的は、このような永久磁石形モータを駆動源として使用することで、特にそのモータを可変速運転する場合に効率の良い運転が可能な洗濯機を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した第１の目的を達成するために、請求項１の発明は、固定子に対して回転可能に設けられ、回転子鉄心の内部に複数の界磁用の永久磁石を有すると共に、当該回転子鉄心の隣り合った磁極間に空隙部を有する回転子を備えた永久磁石形モータにおいて、軟磁性体からなり、前記空隙部に変位可能に挿入される短絡磁路面積可変部材を備えたことを特徴とする。
【０００７】
上記した手段によれば、空隙部に対して短絡磁路面積可変部材を変位させることで、隣り合った磁極間において短絡する磁路面積が変化する。すなわち、空隙部に対する短絡磁路面積可変部材の挿入量が大きい場合には、短絡磁路面積が大きくなり、逆に挿入量が小さい場合には、短絡磁路面積が小さくなる。従って、永久磁石の界磁用の磁束量を変化させることが可能となる。
【０００８】
永久磁石形モータにおいて、回転トルクは固定子側の磁束と鎖交する鎖交磁束量に比例し、回転速度は鎖交磁束量に反比例する特性がある。このため、永久磁石の界磁用の磁束量が固定の場合には、大トルク領域と高回転速度領域の双方を高効率となるように構成することは矛盾があり、不可能である。この点、上記した手段によれば、空隙部に対して短絡磁路面積可変部材を変位させることで、永久磁石の界磁用の磁束量を変化させることが可能となるので、高効率が得られる回転速度範囲及び負荷トルク範囲を広げることが可能となる。
【０００９】
請求項２の発明は、回転子と一体に回転する回転軸の外周部に、当該回転軸と一体に回転する内輪を有する軸受を軸方向へ変位可能に設けると共に、短絡磁路面積可変部材を前記内輪に取り付け、前記軸受の外輪を軸方向へ変位させることに伴い、前記短絡磁路面積可変部材は前記内輪と共に前記軸方向へ変位する構成としたことを特徴とする。
上記した手段によれば、短絡磁路面積可変部材は、軸受の内輪を介して回転子と共回りでき、しかも、軸受の外輪を軸方向へ変位させることで、短絡磁路面積可変部材を軸方向へ変位させることが容易に可能となる。
【００１０】
請求項３の発明は、回転子鉄心は、複数の鋼板を打ち抜き積層して構成され、短絡磁路面積可変部材は、前記鋼板から空隙部を打ち抜いた部分により形成するようにしたことを特徴とする。
上記した手段によれば、回転子鉄心と短絡磁路面積可変部材とを、同じ鋼板から、いわゆる共取りすることができるため、鋼板を有効利用することができ、ひいてはコストを抑えることが可能となる。
【００１１】
請求項４の発明は、短絡磁路面積可変部材は、空隙部に対する挿入量が最も少ない場合でも、一部がその空隙部に挿入されて回転子と共回りすることを特徴とする。
上記した手段によれば、短絡磁路面積可変部材は、空隙部に対する挿入量が最も少ない場合でも、一部がその空隙部に挿入されているので、回転子と共回りすることを維持することができる。
【００１２】
請求項５の発明は、回転子の回転速度が高い場合には、空隙部に対する短絡磁路面積可変部材の挿入量を大きくし、回転子の回転速度が低い場合には、空隙部に対する短絡磁路面積可変部材の挿入量を小さくすることを特徴とする。
上記した手段によれば、回転子の回転速度が高い場合に、空隙部に対する短絡磁路面積可変部材の挿入量を大きくすることで、鎖交磁束量が少なくなって、高速回転に適するようになる。また、回転子の回転速度が低い場合に、空隙部に対する短絡磁路面積可変部材の挿入量を小さくすることで、鎖交磁束量が多くなって回転トルクが大きくなり、低速回転で大きなトルクが必要な場合に適するようになる。
【００１３】
請求項６の発明は、回転子の回転速度を低下させる場合に、空隙部に対する短絡磁路面積可変部材の挿入量を小さくすることを特徴とする。
上記した手段によれば、空隙部に対する短絡磁路面積可変部材の挿入量を小さくすることで、鎖交磁束量が多くなって回生ブレーキが作用しやすくなり、回転子を良好に早く停止させることが可能になる。
【００１４】
請求項７の発明は、上記した第２の目的を達成するために、請求項１ないし６のいずれかに記載の永久磁石形モータを駆動源に備えたことを特徴とする洗濯機である。これによれば、特にそのモータを可変速運転する場合に効率の良い運転が可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。まず、図１には、本発明に係る永久磁石形モータの縦断面図が示され、図２には、このモータに用いられる回転子の横断面図が示されている。このモータは、洗濯機例えば脱水兼用洗濯機において、洗濯兼脱水槽内に配設された撹拌体のみを回転させる場合と、洗濯兼脱水槽及び撹拌体を一体に回転させる場合の駆動源として用いられる。
【００１６】
図１において、フレーム１は、第１及び第２フレーム２，３に２分割されていて、これら第１及び第２フレーム２，３間に、固定子４が固定状態に設けられている。固定子４は、環状をなす固定子鉄心５と、この固定子鉄心５に巻装された固定子巻線６とから構成されている。固定子鉄心５は、複数枚の珪素鋼板を打ち抜いて積層した構成となっている。この固定子４の中心部に、回転子７が回転自在に挿入して配設されている。
【００１７】
回転子７は、図２にも示すように、回転軸８と、この回転軸８の外周部に当該回転軸８と一体回転するように固着された回転子鉄心９と、この回転子鉄心９の内部に挿入配置された複数、この場合４個の界磁用の永久磁石１０とから構成されていて、回転軸８が上記第１及び第２フレーム２，３に第１及び第２軸受１１，１２を介して回転自在に支承されている。回転子鉄心９も、固定子鉄心５と同様に、複数枚の珪素鋼板を打ち抜いて積層した構成となっている。この場合、この回転子鉄心９と固定子鉄心５は、同じ珪素鋼板を打ち抜いて積層したもので、いわゆる同じ珪素鋼板から共取りしたものである。各永久磁石１０は、例えば焼結ネオジウム系磁石であり、隣同士は逆極となるように磁化されている。回転子鉄心５の外周面と固定子鉄心５の内周面との間には、所定の隙間が形成されている。
【００１８】
また、回転子鉄心５には、上記永久磁石１０を挿入する孔の他に、隣り合った磁極（永久磁石１０）間に位置させて、フラックスバリアとして空隙部１３が合計４個形成されている。各空隙部１３は、回転子鉄心５の軸方向に延びていて、両端部が開口している。
【００１９】
上記回転軸８の外周部には、回転子鉄心９と第１フレーム２側の第１軸受１１との間に位置させて玉軸受からなる軸受１４が設けられている。この軸受１４は、内輪１５と、外輪１６と、これらの間に転動可能に設けられた玉からなる複数の転動体１７とから構成されていて、このうちの内輪１５が、回転軸８にこれと一体に回転する共に、回転軸８に対して軸方向へ変位可能に装着されている。
【００２０】
そして、上記回転子鉄心５の各空隙部１３に、棒状をなす短絡磁路面積可変部材１８が軸方向に変位可能に挿入されている。この短絡磁路面積可変部材１８は、珪素鋼板から回転子鉄心５を打ち抜いた際に、空隙部１３を打ち抜いた部分を積層することによって形成されている。従って、短絡磁路面積可変部材１８と回転子鉄心５とは、同じ珪素鋼板から共取りしている。また、この短絡磁路面積可変部材１８を構成する珪素鋼板は、永久磁石などに使用する硬磁性体に対して、軟磁性体である。このように構成された短絡磁路面積可変部材１８は、上記軸受１４の内輪１５に取り付けられており、その内輪１５と共に軸方向へ変位が可能となっている。
【００２１】
軸受１４の外輪１６は、第１フレーム２内に軸方向へ変位可能に配設された軸受支持部材１９に支持されている。第１フレーム２には開口部２０が形成されていて、ここにアーム２１が支軸２２を介して揺動可能に取り付けられている。このアーム２１は、一端部が第１フレーム２の外部へ突出していると共に、他端部が第１フレーム２内に挿入されていて、その他端部に長孔２３が形成されている。上記軸受支持部材１９には凸部２４が設けられていて、この凸部２４が長孔２３に移動可能に挿入されている。
【００２２】
ここで、アーム２１の一端部を、図２の矢印Ａ１方向へ回動させることに伴い、軸受支持部材１９及び軸受１４を介して短絡磁路面積可変部材１８が矢印Ｂ１方向へ移動（変位）され、アーム２１の一端部を、図２の矢印Ａ２方向へ回動させることに伴い、軸受支持部材１９及び軸受１４を介して短絡磁路面積可変部材１８が矢印Ｂ２方向へ移動（変位）される。
【００２３】
脱水兼用洗濯機においては、モータの回転を、洗い運転時には撹拌体のみに伝えて撹拌体を低速で回転させ、脱水運転時には撹拌体と洗濯兼脱水槽とを一体に高速で回転させるように切り替えるためのクラッチ（図示せず）が設けられており、アーム２１は、このクラッチに連動して操作されるようにしている。
【００２４】
次に、上記構成の作用を説明する。
例えば脱水兼用洗濯機の洗い運転時には、アーム２１を矢印Ａ１方向へ回動させ、図３に示すように短絡磁路面積可変部材１８を矢印Ｂ１方向へ変位させた状態とする。この状態では、空隙部１３に対する短絡磁路面積可変部材１８の挿入量が小さくなっているため、短絡磁路面積が小さく、永久磁石１０の界磁用の磁束量を多く確保することができ、大きな回転トルクが得られるようになる。洗い運転時には、撹拌体のみを低速で回転させるため、短絡磁路面積可変部材１８を図３に示す位置に位置させることで、低速回転で大きなトルクが必要な場合に適するようになる。
【００２５】
図３は、この実施例において、空隙部１３に対する短絡磁路面積可変部材１８の挿入量を最も小さくした場合であるが、この場合でも、短絡磁路面積可変部材１８は、一部が空隙部１３に挿入されていて、回転子７と共回りする構成となっている。
【００２６】
一方、脱水兼用洗濯機の脱水運転時には、アーム２１を矢印Ａ２方向へ回動させ、図４に示すように短絡磁路面積可変部材１８を矢印Ｂ２方向へ変位させた状態とする。この状態では、空隙部１３に対する短絡磁路面積可変部材１８の挿入量が大きくなっているため、短絡磁路面積が大きく、永久磁石１０の界磁用の磁束量が少なくなる。脱水運転時には、撹拌体及び脱水兼洗濯槽を高速で回転させるため、短絡磁路面積可変部材１８を図４に示す位置に位置させることで、高速回転に適するようになる。
【００２７】
図４は、この実施例において、空隙部１３に対する短絡磁路面積可変部材１８の挿入量を最も大きくした場合であるが、この場合でも、空隙部１３が一部残っている。
【００２８】
上記した実施例においては、次のような効果を得ることができる。
回転子鉄心９の空隙部１３に対して短絡磁路面積可変部材１８を軸方向に変位可能に挿入して設け、その短絡磁路面積可変部材１８を軸方向に変位させることで、隣り合った磁極間の短絡磁路面積を変化させることができ、永久磁石１０の界磁用の磁束量を変化させることが可能となるので、高効率が得られる回転速度範囲及び負荷トルク範囲を広げることが可能となる。
【００２９】
短絡磁路面積可変部材１８は、回転軸８に対して回転は当該回転軸８と一体でかつ軸方向に変位可能に設けた軸受１４の内輪１５に取り付けた構成としたので、短絡磁路面積可変部材１８は、軸受１４の内輪１５を介して回転子７と共回りでき、しかも、軸受１４の外輪１６をアーム１１により軸方向へ変位させることで、短絡磁路面積可変部材１８をフレーム１の外部から軸方向へ変位させることが容易に可能となる。
【００３０】
回転子鉄心９と短絡磁路面積可変部材１８とを、同じ珪素鋼板から共取りすることができるため、鋼板を有効利用することができ、ひいてはコストを抑えることが可能となる。
短絡磁路面積可変部材１８は、空隙部１３に対する挿入量が最も少ない場合（図３参照）でも、一部がその空隙部１３に挿入されているので、回転子７と共回りすることを維持することができる。
【００３１】
回転子７の回転速度が高い場合に、空隙部１３に対する短絡磁路面積可変部材１８の挿入量を大きくすることで、鎖交磁束量が少なくなって、高速回転に適するようになる。また、回転子７の回転速度が低い場合に、空隙部１３に対する短絡磁路面積可変部材１８の挿入量を小さくすることで、鎖交磁束量が多くなって回転トルクが大きくなり、低速回転で大きなトルクが必要な場合に適するようになる。
【００３２】
また、脱水運転を終了する際に、回転子７にブレーキをかけて回転速度を低下させる場合に、短絡磁路面積可変部材１８を矢印Ｂ１方向へ変位させ、空隙部１３に対する短絡磁路面積可変部材１８の挿入量を小さくすることが好ましい。このようにした場合には、鎖交磁束量が多くなって回生ブレーキが作用しやすくなり、回転子７を良好に早く停止させることが可能になる。
さらに、このようなモータを脱水兼用洗濯機の駆動源に用いることにより、洗い運転及び脱水運転を効率良く行うことが可能となる。
【００３３】
本発明は、上記した実施例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。
短絡磁路面積可変部材１８を軸方向へ変位させる手段として、電磁ソレノイドを用いるようにしても良い。
短絡磁路面積可変部材１８は、空隙部１３に対して常に挿入されている必要はなく、空隙部１３に対して出入りする構成とすることもできる。この場合、短絡磁路面積可変部材１８は、空隙部１３に対して挿入された状態では回転子７と共回りし、空隙部１３から外へ外れた状態では、回転子７と共回りせず、フレーム１側に固定される構成としても良い。
【００３４】
また、本発明のモータは、脱水兼用洗濯機に限られず、例えばドラム式の洗濯乾燥機の駆動源にも用いることができる。さらに、本発明のモータは、電気自動車における駆動用のモータにも用いることができる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、回転子における永久磁石の界磁用の磁束量を可変することが可能になり、高効率が得られる回転速度範囲及び負荷トルク範囲を広げることが可能となる永久磁石形モータを提供できる。
請求項７の発明によれば、このような永久磁石形モータを駆動源として使用することで、特にそのモータを可変速運転する場合に効率の良い運転が可能な洗濯機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、モータ全体の縦断面図
【図２】回転子の横断面図
【図３】短絡磁路面積可変部材を一方側へ変位させた状態の図１相当図
【図４】短絡磁路面積可変部材を他方側へ変位させた状態の図１相当図
【符号の説明】
１はフレーム、４は固定子、７は回転子、８は回転軸、９は回転子鉄心、１０は永久磁石、１３は空隙部、１４は軸受、１５は内輪、１６は外輪、１８は短絡磁路面積可変部材を示す。
【図１】
2004357357.tif 000003
【図２】
2004357357.tif 000004
【図３】
2004357357.tif 000005
【図４】
2004357357.tif 000006