(57)【要約】【課題】低速高トルクと高速低トルクとの両方のＮ−Ｔ特性を実現する。【解決手段】モータは、６相交流電圧が選択的に出力されると第１回転磁界を発生させ、かつ、３相交流電圧が選択的に出力されると第２回転磁界を発生させるステータと、ステータ内で所定の回転軸周りに回転するロータと、を備える。ロータは、円柱形状を有するロータコアと、ロータコアに回転軸周りに配置された第１磁石部と、ロータコアに回転軸周りに第１磁石部と異なる位置に配置された第２磁石部と、を有する。第１磁石部は、第１回転磁界と磁気的に結合する磁界を生成する。第２磁石部は、第２回転磁界と磁気的に結合する磁界を生成する。第１回転磁界は、ロータを第１トルクで回転させる。第２回転磁界は、ロータを第１トルクと異なる第２トルクで回転させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
６相交流電圧が選択的に出力されると第１回転磁界を発生させ、かつ、３相交流電圧が選択的に出力されると第２回転磁界を発生させるステータと、
前記ステータ内で所定の回転軸周りに回転するロータと、
を備え、
前記ロータは、
円柱形状を有するロータコアと、
前記ロータコアに前記回転軸周りに配置された第１磁石部と、
前記ロータコアに前記回転軸周りに前記第１磁石部と異なる位置に配置された第２磁石部と、
を有し、
前記第１磁石部は、前記第１回転磁界と磁気的に結合する磁界を生成し、
前記第２磁石部は、前記第２回転磁界と磁気的に結合する磁界を生成し、
前記第１回転磁界は、前記ロータを第１トルクで回転させ、
前記第２回転磁界は、前記ロータを前記第１トルクと異なる第２トルクで回転させる、
モータ。
【請求項２】
前記第１回転磁界は、前記ロータを第１トルク定数で回転させることにより前記第１トルクで回転させ、
前記第２回転磁界は、前記ロータを第２トルク定数で回転させることにより前記第２トルクで回転させる、
請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記第１磁石部と前記第２磁石部とは、前記ロータコアの径方向において、異なる位置に配置される、
請求項１又は２に記載のモータ。
【請求項４】
前記ロータコアは、第１磁性体部と、前記第１磁性体部に対し前記回転軸に沿って整列された第２磁性体部と、を有し、
前記第１磁石部は、前記第１磁性体部に配置され、
前記第２磁石部は、前記第２磁性体部に配置される、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項５】
前記ロータは、前記第１磁性体部と前記第２磁性体部との間に配置された非磁性体をさらに有し、
前記非磁性体は、前記第１磁石部と前記第２磁石部とに挟まれている、
請求項４に記載のモータ。
【請求項６】
前記ステータは、前記３相交流電圧と前記６相交流電圧とが選択的に印加されるコイル部と、前記回転軸周りに形成され、前記コイル部を収容するスロット数Ｎｓ（Ｎｓは６の倍数）のスロットと、を有し、
前記第１磁石部は、前記回転軸周りに配置され、極数Ｎｐ６（Ｎｐ６は２の倍数）となる数の磁石を有し、
前記第２磁石部は、前記回転軸周りに配置され、極数Ｎｐ３（Ｎｐ３は２の倍数）となる数の磁石を有し、
前記極数Ｎｐ６は、前記スロット数Ｎｓの下で、前記第１回転磁界が前記ロータを回転させる値に設定され、
前記極数Ｎｐ３は、前記スロット数Ｎｓの下で、前記第２回転磁界が前記ロータを回転させる値に設定される、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項７】
前記ステータは、前記３相交流電圧と前記６相交流電圧とが選択的に印加されるコイル部と、前記回転軸周りに形成され、前記コイル部を収容するスロット数Ｎｓ（Ｎｓは６の倍数）のスロットと、を有し、
前記第１磁石部は、前記回転軸周りに配置され、合計数が極数Ｎｐ６（Ｎｐ６は２の倍数）となる第１磁石及び第１磁性体を有し、
前記第１磁性体の両隣には、前記第１磁石が配置され、
前記第２磁石部は、前記回転軸周りに配置され、合計数が極数Ｎｐ３（Ｎｐ３は２の倍数）となる第２磁石及び第２磁性体を有し、
前記第２磁性体の両隣には、前記第２磁石が配置され、
前記極数Ｎｐ６は、前記スロット数Ｎｓの下で、前記第１回転磁界が前記ロータを回転させる値に設定され、
前記極数Ｎｐ３は、前記スロット数Ｎｓの下で、前記第２回転磁界が前記ロータを回転させる値に設定される、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項８】
Ｎｐ６＝Ｎｓ／３又は５Ｎｓ／３であり、
Ｎｐ３＝２Ｎｓ／３又は４Ｎｓ／３である、
請求項６又は７に記載のモータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のモータと、
前記３相交流電圧と前記６相交流電圧とを選択的に出力する駆動部と、
を備え、
前記ステータは、互いに結線された第１相コイル部と、第２相コイル部と、第３相コイル部と、第４相コイル部と、第５相コイル部と、第６相コイル部と、を含み、
前記駆動部は、前記３相交流電圧として、位相が順に１２０度ずつシフトされた３相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを出力し、かつ、前記６相交流電圧として、位相が順に６０度ずつシフトされた６相交流電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄ，Ｖｅ，Ｖｆを出力し、
前記第１相コイル部には、前記３相交流電圧Ｖｕと前記６相交流電圧Ｖａとが選択的に印加され、
前記第２相コイル部には、前記３相交流電圧Ｖｖと前記６相交流電圧Ｖｂとが選択的に印加され、
前記第３相コイル部には、前記３相交流電圧Ｖｗと前記６相交流電圧Ｖｃとが選択的に印加され、
前記第４相コイル部には、前記３相交流電圧Ｖｕと前記６相交流電圧Ｖｄとが選択的に印加され、
前記第５相コイル部には、前記３相交流電圧Ｖｖと前記６相交流電圧Ｖｅとが選択的に印加され、
前記第６相コイル部には、前記３相交流電圧Ｖｗと前記６相交流電圧Ｖｆとが選択的に印加される、
モータ装置。
【請求項１０】
前記駆動部は、
前記第１相コイル部〜前記第６相コイル部にそれぞれ接続され、かつ、直流電源に互いに並列に接続された第１相スイッチング素子〜第６相スイッチング素子を有する６相インバータと、
前記第１相スイッチング素子〜前記第６相スイッチング素子をＰＷＭ制御して、前記３相交流電圧と前記６相交流電圧とを選択的に生成するインバータ制御部と、
を含む、
請求項９に記載のモータ装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載のモータ装置と、
衣類が収容される回転ドラムと、
前記衣類を洗う洗い工程と、前記衣類を濯ぐ濯ぎ工程と、前記衣類を脱水する脱水工程と、を実行する洗濯制御部と、
を備え、
前記モータ装置は、前記回転軸と一致する位置に配置され、前記ロータに接続されて前記ロータの回転を外部に伝達する伝達シャフトをさらに備え、
前記伝達シャフトは、前記回転ドラムに接続され、
前記駆動部は、前記３相交流電圧と前記６相交流電圧とを選択的に出力して、前記洗い工程及び前記濯ぎ工程では、前記第１トルク及び前記第２トルクのうち高い方のトルクで前記ロータを回転させ、前記脱水工程では、前記第１トルク及び前記第２トルクのうち低い方のトルクで前記ロータを回転させる、
洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ、該モータを備えるモータ装置及び該モータ装置を備える洗濯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、低騒音及び低振動を図りつつ、出力トルクを増大するように構成されたモータが提案されている。例えば特許文献１に記載のモータは、ステータの外側に設けられた外側ロータと、ステータの内側に設けられた内側ロータとを備える。外側ロータと内側ロータとは、同一の回転軸に接続され、一体に回転するように構成されている。このような構成により、外側ロータの駆動力と内側ロータの駆動力とが加算されて、出力トルクの増大が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００７／１２３１０７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、近年では、回転速度とトルクとの関係を表すモータのＮ−Ｔ特性として、低速高トルクと高速低トルクとの両方のＮ−Ｔ特性を実現するモータが求められている。例えば電気自動車又はハイブリッド車等の車両を駆動するモータには、車両の発進時には低速高トルクの特性が求められ、車速が上昇すると高速低トルクの特性が求められる。また、例えば洗濯機のダイレクトドライブ方式のモータには、洗い工程又は濯ぎ工程では低速高トルクの特性が求められ、脱水工程では高速低トルクの特性が求められる。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載のモータでは、低速高トルクと高速低トルクとの両方のＮ−Ｔ特性を実現するための構成については、十分に検討されていない。
【０００６】
本発明は、低速高トルクと高速低トルクとの両方のＮ−Ｔ特性を実現するモータ、該モータを備えるモータ装置及び該モータ装置を備える洗濯機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様のモータは、６相交流電圧が選択的に出力されると第１回転磁界を発生させ、かつ、３相交流電圧が選択的に出力されると第２回転磁界を発生させるステータと、前記ステータ内で所定の回転軸周りに回転するロータと、を備え、前記ロータは、円柱形状を有するロータコアと、前記ロータコアに前記回転軸周りに配置された第１磁石部と、前記ロータコアに前記回転軸周りに前記第１磁石部と異なる位置に配置された第２磁石部と、を有し、前記第１磁石部は、前記第１回転磁界と磁気的に結合する磁界を生成し、前記第２磁石部は、前記第２回転磁界と磁気的に結合する磁界を生成し、前記第１回転磁界は、前記ロータを第１トルクで回転させ、前記第２回転磁界は、前記ロータを前記第１トルクと異なる第２トルクで回転させるものである。
【０００８】
本態様では、ステータにおいて、６相交流電圧が選択的に出力されると第１回転磁界が発生し、３相交流電圧が選択的に出力されると第２回転磁界が発生する。第１回転磁界は、第１磁石部により生成される磁界と磁気的に結合し、ロータを第１トルクで回転させる。第２回転磁界は、第２磁石部により生成される磁界と磁気的に結合し、ロータを第１トルクと異なる第２トルクで回転させる。したがって、本態様によれば、第１トルクと第２トルクとの２種類のトルクでモータを回転させることができる。その結果、低速高トルクと高速低トルクとの両方のＮ−Ｔ特性を実現することが可能になる。
【０００９】
上記態様において、前記第１回転磁界は、前記ロータを第１トルク定数で回転させることにより前記第１トルクで回転させ、前記第２回転磁界は、前記ロータを第２トルク定数で回転させることにより前記第２トルクで回転させてもよい。
【００１０】
本態様では、第１回転磁界は、ロータを第１トルク定数で回転させることにより第１トルクで回転させる。第２回転磁界は、ロータを第２トルク定数で回転させることにより第２トルクで回転させる。したがって、本態様によれば、第１トルクと第２トルクとの２種類のトルクでモータを回転させることができる。
【００１１】
上記態様において、前記第１磁石部と前記第２磁石部とは、前記ロータコアの径方向において、異なる位置に配置されてもよい。
【００１２】
本態様では、第１磁石部と第２磁石部とは、ロータコアの周面に重ねて配置され、第１磁石部と第２磁石部との両方が、表面付着磁石構造を有してもよい。また、本態様では、第１磁石部と第２磁石部とのうち、一方がロータコアの周面に配置されて表面付着磁石構造を有し、他方がロータコアの内部に配置されて埋め込み磁石構造を有してもよい。
【００１３】
上記態様において、前記ロータコアは、第１磁性体部と、前記第１磁性体部に対し前記回転軸に沿って整列された第２磁性体部と、を有し、前記第１磁石部は、前記第１磁性体部に配置され、前記第２磁石部は、前記第２磁性体部に配置されてもよい。
【００１４】
本態様では、第１磁石部と第２磁石部とは、第１磁性体部と、第１磁性体部に対し回転軸に沿って整列された第２磁性体部とに、それぞれ配置される。したがって、第１磁石部及び第２磁石部の厚さが一定であれば、第１トルクの大きさは、第１磁石部の回転軸方向の長さに比例し、第２トルクの大きさは、第２磁石部の回転軸方向の長さに比例する。その結果、本態様によれば、第１トルクの大きさと第２トルクの大きさとの比率を容易に調整できる。
【００１５】
上記態様において、前記ロータは、前記第１磁性体部と前記第２磁性体部との間に配置された非磁性体をさらに有し、前記非磁性体は、前記第１磁石部と前記第２磁石部とに挟まれていてもよい。
【００１６】
本態様では、第１磁性体部と第２磁性体部との間に配置された非磁性体は、第１磁石部と第２磁石部とに挟まれている。したがって、第１磁石部及び第２磁石部により発生する各磁界が、それぞれ反対側に入り込むのが、非磁性体によって阻止される。その結果、磁界が乱れるのが防止される。
【００１７】
上記態様において、前記ステータは、前記３相交流電圧と前記６相交流電圧とが選択的に印加されるコイル部と、前記回転軸周りに形成され、前記コイル部を収容するスロット数Ｎｓ（Ｎｓは６の倍数）のスロットと、を有し、前記第１磁石部は、前記回転軸周りに配置され、極数Ｎｐ６（Ｎｐ６は２の倍数）となる数の磁石を有し、前記第２磁石部は、前記回転軸周りに配置され、極数Ｎｐ３（Ｎｐ３は２の倍数）となる数の磁石を有し、前記極数Ｎｐ６は、前記スロット数Ｎｓの下で、前記第１回転磁界が前記ロータを回転させる値に設定され、前記極数Ｎｐ３は、前記スロット数Ｎｓの下で、前記第２回転磁界が前記ロータを回転させる値に設定されてもよい。
【００１８】
本態様では、第１磁石部の極数Ｎｐ６は、スロット数Ｎｓの下で、第１回転磁界がロータを回転させる値に設定される。第２磁石部の極数Ｎｐ３は、スロット数Ｎｓの下で、第２回転磁界がロータを回転させる値に設定される。このため、本態様によれば、第１トルクと第２トルクとの２種類のトルクで、それぞれモータを回転させることができる。
【００１９】
上記態様において、前記ステータは、前記３相交流電圧と前記６相交流電圧とが選択的に印加されるコイル部と、前記回転軸周りに形成され、前記コイル部を収容するスロット数Ｎｓ（Ｎｓは６の倍数）のスロットと、を有し、前記第１磁石部は、前記回転軸周りに配置され、合計数が極数Ｎｐ６（Ｎｐ６は２の倍数）となる第１磁石及び第１磁性体を有し、前記第１磁性体の両隣には、前記第１磁石が配置され、前記第２磁石部は、前記回転軸周りに配置され、合計数が極数Ｎｐ３（Ｎｐ３は２の倍数）となる第２磁石及び第２磁性体を有し、前記第２磁性体の両隣には、前記第２磁石が配置され、前記極数Ｎｐ６は、前記スロット数Ｎｓの下で、前記第１回転磁界が前記ロータを回転させる値に設定され、前記極数Ｎｐ３は、前記スロット数Ｎｓの下で、前記第２回転磁界が前記ロータを回転させる値に設定されてもよい。
【００２０】
本態様では、第１磁石部の極数Ｎｐ６は、スロット数Ｎｓの下で、第１回転磁界がロータを回転させる値に設定される。第１磁石部では、第１磁性体の両隣には、第１磁石が配置されている。したがって、第１磁性体の隣の第１磁石から発生する磁束は、隣の第１磁性体を通る。したがって、第１磁石部は、第１回転磁界と結合する磁界を発生する。また、第１磁性体と第１磁性体とが隣り合うことはない。このため、第１磁石部で発生する磁界の強度は、磁石のみの場合に比べて大きく低下することはない。
【００２１】
また、第２磁石部の極数Ｎｐ３は、スロット数Ｎｓの下で、第２回転磁界がロータを回転させる値に設定される。第２磁石部では、第２磁性体の両隣には、第２磁石が配置されている。したがって、第２磁性体の隣の第２磁石から発生する磁束は、隣の第２磁性体を通る。したがって、第２磁石部は、第２回転磁界と結合する磁界を発生する。また、第２磁性体と第２磁性体とが隣り合うことはない。このため、第２磁石部で発生する磁界の強度は、磁石のみの場合に比べて大きく低下することはない。
【００２２】
その結果、本態様によれば、第１トルクと第２トルクとの２種類のトルクで、それぞれモータを回転させることができる。また、第１磁石部及び第２磁石部が、磁石と磁性体とで構成されているため、使用される磁石の量が低減されている。したがって、モータの低コスト化を図ることができる。
【００２３】
上記態様において、Ｎｐ６＝Ｎｓ／３又は５Ｎｓ／３であり、Ｎｐ３＝２Ｎｓ／３又は４Ｎｓ／３であってもよい。
【００２４】
本態様では、Ｎｐ６＝Ｎｓ／３又は５Ｎｓ／３である。このため、第１磁石部は、６相交流電圧がコイル部に印加されると発生する第１回転磁界と結合する磁界を発生する。また、Ｎｐ３＝２Ｎｓ／３又は４Ｎｓ／３である。このため、第２磁石部は、３相交流電圧がコイル部に印加されると発生する第２回転磁界と結合する磁界を発生する。したがって、本態様によれば、第１回転磁界及び第２回転磁界は、それぞれ、ロータを回転させることができる。
【００２５】
本発明の他の態様のモータ装置は、上記態様のいずれかのモータと、前記３相交流電圧と前記６相交流電圧とを選択的に出力する駆動部と、を備え、前記ステータは、互いに結線された第１相コイル部と、第２相コイル部と、第３相コイル部と、第４相コイル部と、第５相コイル部と、第６相コイル部と、を含み、前記駆動部は、前記３相交流電圧として、位相が順に１２０度ずつシフトされた３相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを出力し、かつ、前記６相交流電圧として、位相が順に６０度ずつシフトされた６相交流電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄ，Ｖｅ，Ｖｆを出力し、前記第１相コイル部には、前記３相交流電圧Ｖｕと前記６相交流電圧Ｖａとが選択的に印加され、前記第２相コイル部には、前記３相交流電圧Ｖｖと前記６相交流電圧Ｖｂとが選択的に印加され、前記第３相コイル部には、前記３相交流電圧Ｖｗと前記６相交流電圧Ｖｃとが選択的に印加され、前記第４相コイル部には、前記３相交流電圧Ｖｕと前記６相交流電圧Ｖｄとが選択的に印加され、前記第５相コイル部には、前記３相交流電圧Ｖｖと前記６相交流電圧Ｖｅとが選択的に印加され、前記第６相コイル部には、前記３相交流電圧Ｖｗと前記６相交流電圧Ｖｆとが選択的に印加されるものである。
【００２６】
本態様では、第１相コイル部〜第６相コイル部に、３相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ，Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、６相交流電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄ，Ｖｅ，Ｖｆとが、それぞれ、選択的に印加される。したがって、本態様によれば、６相交流電圧と３相交流電圧とが選択的に出力されると、ステータにおいて、第１回転磁界と第２回転磁界とを選択的に発生させることができる。
【００２７】
上記他の態様において、前記駆動部は、前記第１相コイル部〜前記第６相コイル部にそれぞれ接続され、かつ、直流電源に互いに並列に接続された第１相スイッチング素子〜第６相スイッチング素子を有する６相インバータと、前記第１相スイッチング素子〜前記第６相スイッチング素子をＰＷＭ制御して、前記３相交流電圧と前記６相交流電圧とを選択的に生成するインバータ制御部と、を含んでもよい。
【００２８】
本態様では、６相インバータの第１相スイッチング素子〜第６相スイッチング素子がインバータ制御部によりＰＷＭ制御されて、３相交流電圧と６相交流電圧とが選択的に生成される。６相インバータの第１相スイッチング素子〜第６相スイッチング素子は、第１相コイル部〜第６相コイル部にそれぞれ接続され、かつ、直流電源に互いに並列に接続されている。したがって、本態様によれば、好適に、３相交流電圧と６相交流電圧とを第１相コイル部〜第６相コイル部に選択的に印加することができる。
【００２９】
本発明のさらに他の態様の洗濯機は、上記他の態様のいずれかのモータ装置と、衣類が収容される回転ドラムと、前記衣類を洗う洗い工程と、前記衣類を濯ぐ濯ぎ工程と、前記衣類を脱水する脱水工程と、を実行する洗濯制御部と、を備え、前記モータ装置は、前記回転軸と一致する位置に配置され、前記ロータに接続されて前記ロータの回転を外部に伝達する伝達シャフトをさらに備え、前記伝達シャフトは、前記回転ドラムに接続され、前記駆動部は、前記３相交流電圧と前記６相交流電圧とを選択的に出力して、前記洗い工程及び前記濯ぎ工程では、前記第１トルク及び前記第２トルクのうち高い方のトルクで前記ロータを回転させ、前記脱水工程では、前記第１トルク及び前記第２トルクのうち低い方のトルクで前記ロータを回転させるものである。
【００３０】
本態様では、３相交流電圧と６相交流電圧とが選択的に出力されて、洗い工程及び濯ぎ工程では、第１トルク及び第２トルクのうち高い方のトルクでロータが回転され、脱水工程では、第１トルク及び第２トルクのうち低い方のトルクでロータが回転される。したがって、本態様によれば、伝達シャフトが回転ドラムに接続されたダイレクトドライブ方式でありながら、洗い工程及び濯ぎ工程と、脱水工程とに、それぞれ適切なトルク及び回転速度で、回転ドラムを回転させることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、低速高トルクと高速低トルクとの両方のＮ−Ｔ特性を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施形態のモータの構成を概略的に示す図である。
【図２】図１に示されるモータを駆動する駆動部の構成を概略的に示す図である。
【図３】３相交流電圧の一例を概略的に示す図である。
【図４】６相交流電圧の一例を概略的に示す図である。
【図５】図１に示されるモータのロータを強制的に回転させたときにコイルに誘起される誘起電圧を有限要素法で解析した結果を概略的に示す図である。
【図６】図５に示される結果を高速フーリエ変換により解析した結果を概略的に示す図である。
【図７】コイルに３相交流電圧を印加したときのロータのトルクを概略的に示す図である。
【図８】図７においてコイルに供給された３相交流電流の波形を概略的に示す図である。
【図９】コイルに６相交流電圧を印加したときのロータのトルクを概略的に示す図である。
【図１０】図９においてコイルに供給された６相交流電流の波形を概略的に示す図である。
【図１１】モータの図１と異なる構成例を概略的に示す図である。
【図１２】モータの図１と異なる構成例を概略的に示す図である。
【図１３】コイルに３相交流電圧を印加したときの、図１１のロータのトルクと図１２のロータのトルクとを概略的に示す図である。
【図１４】コイルに６相交流電圧を印加したときの、図１１のロータのトルクと図１２のロータのトルクとを概略的に示す図である。
【図１５】モータの図１２と異なる構成例を概略的に示す図である。
【図１６】モータのさらに図１と異なる構成例を概略的に示す図である。
【図１７】モータのさらに図１と異なる構成例を概略的に示す図である。
【図１８】第２実施形態の洗濯機の構成を概略的に示すブロック図である。
【図１９】洗濯機の概略的な斜視図である。
【図２０】洗濯機の概略的な断面図である。
【図２１】洗濯機の動作を概略的に示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図面において、同じ構成要素については同じ符号が用いられている。
【００３４】
（第１実施形態）
（構成）
図１は、第１実施形態のモータの構成を概略的に示す図である。図２は、図１に示されるモータを駆動する駆動部の構成を概略的に示す図である。
【００３５】
図１に示されるように、第１実施形態のモータ１は、ステータ１０と、ロータ２０と、を備える。
【００３６】
ステータ１０は、モータ１の回転軸Ｐ０を中心とする円筒状に形成されている。ステータ１０は、コイル部と、複数のスロット１１とを含む。複数のスロット１１は、コイル部を収容し、ステータ１０の内周面に形成されている。第１実施形態では、スロット数Ｎｓは、図１に示されるように、１２になっている。
【００３７】
スロット１１には、コイル部として、図１中、反時計回りに順に、集中巻方式で巻き回されたコイルＡ１〜Ｆ１，Ａ２〜Ｆ２が収容されている。図２に示されるように、コイルＡ１〜Ａ２、コイルＢ１〜Ｂ２、コイルＣ１〜Ｃ２、コイルＤ１〜Ｄ２、コイルＥ１〜Ｅ２、コイルＦ１〜Ｆ２は、それぞれ直列接続されている。以下では、コイルＡ１〜Ａ２はコイルＡと総称され、コイルＢ１〜Ｂ２はコイルＢと総称され、コイルＣ１〜Ｃ２はコイルＣと総称され、コイルＤ１〜Ｄ２はコイルＤと総称され、コイルＥ１〜Ｅ２はコイルＥと総称され、コイルＦ１〜Ｆ２はコイルＦと総称される。
【００３８】
図２に示されるように、コイルＡ（第１相コイル部の一例）と、コイルＢ（第２相コイル部の一例）と、コイルＣ（第３相コイル部の一例）と、コイルＤ（第４相コイル部の一例）と、コイルＥ（第５相コイル部の一例）と、コイルＦ（第６相コイル部の一例）とは、互いにスター状に結線されて、６相コイルを構成している。なお、コイルＡ〜Ｆの結線方式は、スター状に限定されず、他の結線方式でもよい。
【００３９】
図１に示されるように、ステータ１０の内側に、所定の空隙を介してロータ２０が配置されている。ロータ２０は、ステータ１０に対して、モータ１の回転軸Ｐ０周りに回転自在に支持されている。
【００４０】
ロータ２０は、ロータコア２１と、第１磁石部２２と、第２磁石部２３とを有する。ロータコア２１は、磁性体からなり、モータ１の回転軸Ｐ０を中心とする円柱状に形成されている。
【００４１】
第１磁石部２２は、永久磁石２２Ｎと、永久磁石２２Ｓとを有する。永久磁石２２Ｎは、径方向の外側がＮ極で内側がＳ極の永久磁石である。永久磁石２２Ｓは、径方向の外側がＳ極で内側がＮ極の永久磁石である。永久磁石２２Ｎと、永久磁石２２Ｓとは、形状及び大きさにおいて、一致する。図１に示されるように、第１磁石部２２の極数Ｎｐ６は、２０になっている。すなわち、第１実施形態では、第１磁石部２２は、２０個の永久磁石を有する。
【００４２】
永久磁石２２Ｎと、永久磁石２２Ｓとは、回転軸Ｐ０周りに交互に、ロータコア２１の周面に付着されている。このように、第１磁石部２２は、永久磁石２２Ｎ，２２Ｓがロータコア２１の表面に付着された表面付着磁石構造になっている。このため、第１磁石部２２とステータ１０との間の空隙の厚さが一定になる。したがって、第１磁石部２２は、乱れの少ない磁界を発生することができる。
【００４３】
第２磁石部２３は、永久磁石２３Ｎと、永久磁石２３Ｓとを有する。永久磁石２３Ｎは、径方向の外側がＮ極で内側がＳ極の永久磁石である。永久磁石２３Ｓは、径方向の外側がＳ極で内側がＮ極の永久磁石である。永久磁石２３Ｎと、永久磁石２３Ｓとは、形状及び大きさにおいて、一致する。図１に示されるように、第２磁石部２３の極数Ｎｐ３は、８になっている。すなわち、第１実施形態では、第２磁石部２３は、８個の永久磁石を有する。
【００４４】
永久磁石２３Ｎと、永久磁石２３Ｓとは、ロータコア２１の周面より回転軸Ｐ０に近い側に埋め込まれており、回転軸Ｐ０周りに交互に配置されている。このように、第２磁石部２３は、永久磁石２３Ｎ，２３Ｓがロータコア２１の内部に挿入された埋め込み磁石構造になっている。このため、第２磁石部２３の永久磁石２３Ｎ，２３Ｓは平板状にすることができる。したがって、永久磁石２３Ｎ，２３Ｓを容易に成形することができる。
【００４５】
図２に示されるように、駆動部４０は、直流電源４１と、６相インバータ４２と、モータ制御部４３とを備える。直流電源４１は、例えば電池を含み、所定の直流電圧を正ラインＬｐと負ラインＬｎとの間に出力する。
【００４６】
６相インバータ４２は、それぞれ正ラインＬｐと負ラインＬｎとの間に接続された、スイッチング素子Ｑａｕ，Ｑａｌ（第１相スイッチング素子の一例）と、スイッチング素子Ｑｂｕ，Ｑｂｌ（第２相スイッチング素子の一例）と、スイッチング素子Ｑｃｕ，Ｑｃｌ（第３相スイッチング素子の一例）と、スイッチング素子Ｑｄｕ，Ｑｄｌ（第４相スイッチング素子の一例）と、スイッチング素子Ｑｅｕ，Ｑｅｌ（第５相スイッチング素子の一例）と、スイッチング素子Ｑｆｕ，Ｑｆｌ（第６相スイッチング素子の一例）とを備える。各スイッチング素子として、本実施形態では、例えば金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）が用いられる。各スイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴに限られず、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられてもよい。
【００４７】
スイッチング素子Ｑａｕとスイッチング素子Ｑａｌとの接続点Ｋ１は、コイルＡに接続されている。スイッチング素子Ｑｂｕとスイッチング素子Ｑｂｌとの接続点Ｋ２は、コイルＢに接続されている。スイッチング素子Ｑｃｕとスイッチング素子Ｑｃｌとの接続点Ｋ３は、コイルＣに接続されている。
【００４８】
スイッチング素子Ｑｄｕとスイッチング素子Ｑｄｌとの接続点Ｋ４は、コイルＤに接続されている。スイッチング素子Ｑｅｕとスイッチング素子Ｑｅｌとの接続点Ｋ５は、コイルＥに接続されている。スイッチング素子Ｑｆｕとスイッチング素子Ｑｆｌとの接続点Ｋ６は、コイルＦに接続されている。
【００４９】
モータ制御部４３は、６相インバータ４２の各スイッチング素子をＰＷＭ制御して、６相インバータ４２からコイルＡ〜Ｆに、３相交流電圧と６相交流電圧とを選択的に印加させる。
【００５０】
図３は、３相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの一例を概略的に示す図である。図４は、６相交流電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄ，Ｖｅ，Ｖｆの一例を概略的に示す図である。
【００５１】
３相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは、図３に示されるように、順に位相が１２０度ずつシフトされた正弦波電圧である。６相インバータ４２は、３相交流電圧を印加する場合には、コイルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆに、それぞれ３相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ，Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを印加する。
【００５２】
６相交流電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄ，Ｖｅ，Ｖｆは、図４に示されるように、順に位相が６０度ずつシフトされた正弦波電圧である。６相インバータ４２は、６相交流電圧を印加する場合には、コイルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆに、それぞれ６相交流電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄ，Ｖｅ，Ｖｆを印加する。本実施形態において、モータ１及び駆動部４０は、モータ装置の一例を構成する。
【００５３】
（動作原理）
図１及び図２を参照して、第１実施形態のモータ１の動作原理が説明される。第１実施形態のモータ１のロータ２０は、上述のように、第１磁石部２２と、第２磁石部２３とを有する。
【００５４】
ステータ１０は、コイルＡ〜Ｆに６相交流電圧Ｖａ〜Ｖｆが印加されると、回転磁界Ｍｆ６（第１回転磁界の一例）を発生させる。一方、第１磁石部２２の永久磁石２２Ｎ，２２Ｓによって、ステータ１０とロータ２０との間の空隙には、磁界が生成される。以下、第１磁石部２２によって生成される磁界は「第１磁界」と称される。上述のように、第１磁石部２２の極数Ｎｐ６が２０であり、スロット数Ｎｓが１２であり、２０極１２スロットのモータが構成される。したがって、回転磁界Ｍｆ６は、第１磁界と磁気的に結合し、ロータ２０を回転させる。
【００５５】
ステータ１０は、コイルＡ〜Ｆに、３相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ，Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗがそれぞれ印加されると、回転磁界Ｍｆ３（第２回転磁界の一例）を発生させる。一方、第２磁石部２３の永久磁石２３Ｎ，２３Ｓによって、ステータ１０とロータ２０との間の空隙には、磁界が生成される。以下、第２磁石部２３によって生成される磁界は「第２磁界」と称される。上述のように、第２磁石部２３の極数Ｎｐ３が８であり、スロット数Ｎｓが１２であり、８極１２スロットのモータが構成される。したがって、回転磁界Ｍｆ３は、第２磁界と磁気的に結合し、ロータ２０を回転させる。
【００５６】
（制約条件）
上述のモータ１の動作原理を成立させるための制約条件が説明される。第１実施形態では、ステータ１０のコイルＡ〜Ｆに対して、３相交流電圧と６相交流電圧とが選択的に印加される。このため、ステータ１０のスロット数Ｎｓは、６の倍数であるという制約条件を満たす必要がある。
【００５７】
また、第１実施形態のモータ１では、６相交流電圧によりステータ１０に生成される回転磁界Ｍｆ６と、ロータ２０の第１磁石部２２により生成される第１磁界とが、磁気的に結合している。これによって、６相交流電圧により生成される回転磁界Ｍｆ６がロータ２０を回転させることとなる。
【００５８】
したがって、式（１）を満たす必要がある。
Ｎｐ６＝Ｎｓ／３又は５Ｎｓ／３    （１）
式（１）は、スロット数Ｎｓの下で、第１磁石部２２により生成される第１磁界と、回転磁界Ｍｆ６とが、磁気的に結合するという、第１磁石部２２の極数Ｎｐ６の制約条件を表す。なお、スロット数Ｎｓが６の倍数であるため、式（１）より、極数Ｎｐ６は２の倍数になる。
【００５９】
また、第１実施形態のモータ１では、３相交流電圧によりステータ１０に生成される回転磁界Ｍｆ３と、ロータ２０の第２磁石部２３により生成される第２磁界とが、磁気的に結合している。これによって、３相交流電圧により生成される回転磁界Ｍｆ３がロータ２０を回転させることとなる。
【００６０】
したがって、式（２）を満たす必要がある。
Ｎｐ３＝２Ｎｓ／３又は４Ｎｓ／３    （２）
式（２）は、スロット数Ｎｓの下で、第２磁石部２３により生成される第２磁界と、回転磁界Ｍｆ３とが、磁気的に結合するという、第２磁石部２３の極数Ｎｐ３の制約条件を表す。なお、スロット数Ｎｓが６の倍数であるため、式（２）より、極数Ｎｐ３は２の倍数になる。
【００６１】
（動作原理の検証）
図１に示されるモータ１の動作原理の妥当性を調べるために、有限要素法によって解析した結果が説明される。
【００６２】
図５は、図１に示されるモータ１のロータ２０を強制的に回転させたときにコイルＡ〜Ｆに誘起される誘起電圧を有限要素法で解析した結果を概略的に示す図である。図５の縦軸は誘起電圧を表し、横軸はロータ２０の回転角度を表す。図６は、図５に示される結果を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により解析した結果を概略的に示す図である。図６の縦軸はＦＦＴされた誘起電圧を表し、横軸は算出された磁界の次数を表す。
【００６３】
図５では、ロータ２０が強制的に回転させられているため、モータ１は、発電機として動作している。図５に示されるように、コイルＡ〜Ｆには、複雑な波形の誘起電圧が誘起されている。
【００６４】
図５の波形をＦＦＴにより解析した結果、図６に示されるように、４次の磁界と１０次の磁界とが主成分として表れている。
【００６５】
１０次の磁界は、極数が２０の永久磁石により生成される磁界に相当する。したがって、この１０次の磁界は、第１磁石部２２により生成される第１磁界に相当し、６相交流電圧による回転磁界Ｍｆ６（図１）と磁気的に結合する。
【００６６】
４次の磁界は、極数が８の永久磁石により生成される磁界に相当する。したがって、この４次の磁界は、第２磁石部２３により生成される第２磁界に相当し、３相交流電圧による回転磁界Ｍｆ３（図１）と磁気的に結合する。
【００６７】
したがって、図１に示されるロータ２０は、ステータ１０のコイルＡ〜Ｆに、３相交流電圧と６相交流電圧とが選択的に印加されると、それぞれ回転することが分かる。図５及び図６の解析結果によって、上述の動作原理が妥当であることが示された。
【００６８】
なお、３相と６相との間では、互いに干渉が無い。言い換えると、第１磁石部２２により生成される第１磁界と、３相交流電圧による回転磁界Ｍｆ３（図１）とは、磁気的に結合しない。このため、コイルＡ〜Ｆに３相交流電圧が印加されても、第１磁石部２２にトルクは発生しない。
【００６９】
また、第２磁石部２３により生成される第２磁界と、６相交流電圧による回転磁界Ｍｆ６（図１）とは、磁気的に結合しない。このため、コイルＡ〜Ｆに６相交流電圧が印加されても、第２磁石部２３にトルクは発生しない。
【００７０】
したがって、ロータ２０は、それぞれ異なる磁界を発生させる第１磁石部２２と第２磁石部２３とを備えているが、コイルＡ〜Ｆに３相交流電圧と６相交流電圧とを選択的に印加することにより、それぞれ好適にロータ２０を回転させることができる。
【００７１】
（動作例）
図７は、コイルＡ〜Ｆに３相交流電圧を印加したときのロータ２０のトルクＴ３を概略的に示す図である。図８は、図７においてコイルＡ〜Ｆに供給された３相交流電流Ｉａ〜Ｉｆの波形を概略的に示す図である。図９は、コイルＡ〜Ｆに６相交流電圧を印加したときのロータ２０のトルクＴ６を概略的に示す図である。図１０は、図９においてコイルＡ〜Ｆに供給された６相交流電流Ｉａ〜Ｉｆの波形を概略的に示す図である。図７、図９の縦軸はトルクを表し、横軸はロータ２０の回転角度を表す。図８、図１０の縦軸は電流を表し、横軸はロータ２０の回転角度を表す。
【００７２】
図７において、コイルＡ〜Ｆに３相交流電圧が印加された場合のロータ２０のトルクＴ３の平均値は０．３１［Ｎｍ］である。一方、図９において、コイルＡ〜Ｆに６相交流電圧が印加された場合のロータ２０のトルクＴ６の平均値は０．８４［Ｎｍ］である。このように、コイルＡ〜Ｆに３相交流電圧と６相交流電圧とが選択的に印加された場合に、それぞれ異なる値のトルクを得ることができる。本実施形態において、トルクＴ６は第１トルクの一例に相当し、トルクＴ３は第２トルクの一例に相当する。また、トルクＴ６は第１トルク及び第２トルクのうち高い方のトルクの一例に相当し、トルクＴ３は第１トルク及び第２トルクのうち低い方のトルクの一例に相当する。
【００７３】
図８に示されるように、コイルＡ〜Ｆに供給された３相交流電流のピーク値は５［Ａ］であり、図７におけるトルクＴ３のトルク定数は０．０２２［Ｎｍ／Ａ］である。図１０に示されるように、コイルＡ〜Ｆに供給された６相交流電流のピーク値は１０［Ａ］であり、図９におけるトルクＴ６のトルク定数は０．０３０［Ｎｍ／Ａ］である。
【００７４】
このように、図１のモータ１では、コイルＡ〜Ｆに３相交流電圧と６相交流電圧とが選択的に印加された場合に、それぞれ異なる値のトルク定数を得ることができる。本実施形態において、トルクＴ６のトルク定数は第１トルク定数の一例に相当し、トルクＴ３のトルク定数は第２トルク定数の一例に相当する。
【００７５】
トルクＴ３は、第２磁石部２３の永久磁石２３Ｎ，２３Ｓの厚さ、表面積、体積等、及び３相交流電圧の振幅等を変更して、コイルＡ〜Ｆに鎖交する磁束量を調整することにより、変更することができる。トルクＴ６は、第１磁石部２２の永久磁石２２Ｎ，２２Ｓの厚さ、表面積、体積等、及び６相交流電圧の振幅等を変更して、コイルＡ〜Ｆに鎖交する磁束量を調整することにより、変更することができる。したがって、トルクＴ３，Ｔ６として、所望の値を得ることができる。
【００７６】
（作用効果）
以上説明されたように、第１実施形態のモータ１では、コイルＡ〜Ｆに３相交流電圧が印加される場合と、コイルＡ〜Ｆに６相交流電圧が印加される場合とで、異なるトルクを得ることができる。このため、低速高トルクと高速低トルクとの２種類のＮ−Ｔ特性を有するモータを実現することができる。
【００７７】
（変形例）
モータ１は、図１に示される構成に限られない。以下、モータ１の異なる構成例が説明される。
【００７８】
（ａ）図１１、図１２は、それぞれモータ１の図１と異なる構成例を概略的に示す図である。図１１のモータ１では、第２磁石部２３は、第１磁石部２２と同様に、永久磁石２３Ｎ，２３Ｓがロータコア２１の表面に付着された表面付着磁石構造になっている。
【００７９】
図１１のロータ２０は、例えば、次のようにして作成される。まず、円柱形状のロータコア２１の周面に、第２磁石部２３の永久磁石２３Ｎ，２３Ｓが、接着剤により接着される。次に、第２磁石部２３の周面に、第１磁石部２２の永久磁石２２Ｎ，２２Ｓが、接着剤により接着される。これによって、図１１のロータ２０が作成される。なお、図１１のロータ２０の作成方法は、上記に限られず、他の作成方法でもよい。
【００８０】
図１２のモータ１では、第１磁石部２２及び第２磁石部２３の両方ともが、表面付着磁石構造になっており、図１１のモータ１と同じ構造を有している。但し、図１２のモータ１では、永久磁石の半分が磁性体に置き換えられている。
【００８１】
図１２のロータ２０では、第１磁石部２２は、１０個の永久磁石２２Ｎ（第１磁石の一例）と、１０個の磁性体部２２Ｐ（第１磁性体の一例）とを有する。永久磁石２２Ｎと磁性体部２２Ｐとは、回転軸Ｐ０周りに交互に配置されている。このように、磁性体部２２Ｐの両隣には、永久磁石２２Ｎが配置されている。磁性体部２２Ｐは、ロータコア２１と同じ磁性体で形成されている。
【００８２】
また、図１２のロータ２０では、第２磁石部２３は、４個の永久磁石２３Ｎ（第２磁石の一例）と、４個の磁性体部２３Ｐ（第２磁性体の一例）とを有する。永久磁石２３Ｎと磁性体部２３Ｐとは、回転軸Ｐ０周りに交互に配置されている。このように、磁性体部２３Ｐの両隣には、永久磁石２３Ｎが配置されている。磁性体部２３Ｐは、ロータコア２１と同じ磁性体で形成されている。
【００８３】
図１２では、永久磁石と磁性体部との合計数が「極数」と称される。すなわち、第１磁石部２２の極数Ｎｐ６は２０であり、第２磁石部２３の極数Ｎｐ３は８である。
【００８４】
図１２のロータ２０は、例えば、次のようにして作成される。まず、図１１においてロータコア２１に第２磁石部２３が配置されたものと同一径の円柱形状のロータコア２１が準備される。このロータコア２１の周面において、図１１では永久磁石２３Ｎが配置されている部分が削り取られ、この削り取られた部分に永久磁石２３Ｎが接着剤により接着される。これによって、第２磁石部２３が形成される。次に、図１１における第１磁石部２２の永久磁石２２Ｓと形状及び大きさが同一の磁性体部２２Ｐが準備される。そして、第２磁石部２３の周面に、永久磁石２２Ｎと準備された磁性体部２２Ｐとが、接着剤により接着される。これによって、図１２のロータ２０が作成される。なお、図１２のロータ２０の作成方法は、上記に限られず、他の作成方法でもよい。
【００８５】
次に、第１磁石部２２及び第２磁石部２３が、永久磁石のみで構成された図１１のロータ２０と、永久磁石と磁性体部とで構成された図１２のロータ２０とのトルクを比較した結果が説明される。
【００８６】
図１３は、コイルＡ〜Ｆに３相交流電圧を印加したときの、図１１のロータ２０のトルクＴ３ｆと図１２のロータ２０のトルクＴ３ｈとを概略的に示す図である。図１４は、コイルＡ〜Ｆに６相交流電圧を印加したときの、図１１のロータ２０のトルクＴ６ｆと図１２のロータ２０のトルクＴ６ｈとを概略的に示す図である。
【００８７】
図１３において、図１１のロータ２０のトルクＴ３ｆの平均値は、０．４７［Ｎｍ］であり、図１２のロータ２０のトルクＴ３ｈの平均値は、０．４６［Ｎｍ］である。また、図１４において、図１１のロータ２０のトルクＴ６ｆの平均値は、０．９７［Ｎｍ］であり、図１２のロータ２０のトルクＴ６ｈの平均値は、１．０２［Ｎｍ］である。
【００８８】
上述のように、図１２のロータ２０では、使用する永久磁石の量が、図１１のロータ２０に比べて、半分に減らされている。しかしながら、図１２のロータ２０でも、図１１のロータ２０とほぼ等しいトルクが得られている。この理由は、以下の通りであると考えられる。
【００８９】
すなわち、図１２の第１磁石部２２において、永久磁石２２Ｎから出る磁束は、永久磁石２２Ｎに隣接する磁性体部２２Ｐを通って永久磁石２２Ｎに戻る。したがって、永久磁石２２Ｎと永久磁石２２Ｎとに挟まれた磁性体部２２Ｐは、永久磁石２２Ｓのように作用すると考えられる。同様に、図１２の第２磁石部２３においても、永久磁石２３Ｎから出る磁束は、永久磁石２３Ｎに隣接する磁性体部２３Ｐを通って永久磁石２３Ｎに戻る。したがって、永久磁石２３Ｎと永久磁石２３Ｎとに挟まれた磁性体部２３Ｐは、永久磁石２３Ｓのように作用すると考えられる。
【００９０】
このため、図１２のロータ２０では、図１１のロータ２０に比べて、使用されている永久磁石の量は半減されているが、発生する磁界の強度は、半分まで減ることがない。その結果、図１２のロータ２０でも、図１１のロータ２０とほぼ等しいトルクを得ることができる。
【００９１】
以上のように、図１２のロータ２０では、図１１のロータ２０に比べて、使用されている永久磁石の量が半減されている。このため、図１２のモータ１は、図１１のモータ１に比べて、低コストのモータを実現することができる。但し、図１３、図１４から分かるように、トルクのリップルが小さいという点で、図１１のロータ２０は、図１２のロータ２０に比べて好ましい。
【００９２】
また、図１１のロータ２０では永久磁石２２Ｓ，２３Ｓの配置されている箇所が、それぞれ、図１２のロータ２０では磁性体部２２Ｐ，２３Ｐに置き換えられている。言い換えると、永久磁石２２Ｎと磁性体部２２Ｐとは、形状及び大きさにおいて等しい。また、永久磁石２３Ｎと磁性体部２３Ｐとは、形状及び大きさにおいて等しい。これによって、磁束の乱れが低減されている。その結果、トルクのリップルが低減される。
【００９３】
図１２のモータ１では、第１磁石部２２及び第２磁石部２３において、永久磁石の配置、永久磁石の極数Ｎｐ３，Ｎｐ６、磁石構造（表面付着磁石構造又は埋め込み磁石構造）などを組み合わせることにより、トルクのリップルを低減することが可能である。
【００９４】
（ｂ）図１５は、モータ１の図１２と異なる構成例を概略的に示す図である。図１２のロータ２０では、永久磁石の半分が磁性体部に置き換えられ、永久磁石の量が図１１のロータ２０に比べて半減している。これに対して、図１５のロータ２０の第１磁石部２２では、永久磁石の半分未満のみが、磁性体部に置き換えられている。
【００９５】
図１５のロータ２０では、第２磁石部２３は、図１２のロータ２０と同様に構成されている。すなわち、第２磁石部２３では、４個の永久磁石２３Ｎ（第２磁石の一例）と、４個の磁性体部２３Ｐ（第２磁性体の一例）とが回転軸Ｐ０周りに交互に配置されている。その結果、図１５の第２磁石部２３では、図１１の第２磁石部２３に比べて、永久磁石の量は半減している。
【００９６】
図１５のロータ２０では、第１磁石部２２は、８個の永久磁石２２Ｎ（第１磁石の一例）と、８個の永久磁石２２Ｓ（第１磁石の一例）と、４個の磁性体部２２Ｐ（第１磁性体の一例）とを有する。４個の磁性体部２２Ｐは、回転軸Ｐ０を中心として、点対称に配置されている。４個の磁性体部２２Ｐのうち、２個の磁性体部２２Ｐの両隣には、永久磁石２２Ｎが配置され、他の２個の磁性体部２２Ｐの両隣には、永久磁石２２Ｓが配置されている。
【００９７】
図１５でも、図１２と同様に、永久磁石と磁性体部との合計数が「極数」と称される。すなわち、第１磁石部２２の極数Ｎｐ６は２０であり、第２磁石部２３の極数Ｎｐ３は８である。
【００９８】
図１５の第１磁石部２２では、磁性体部２２Ｐの個数が図１２より低減されている。これによって、トルクのリップルの低減が図られている。また、図１５の第１磁石部２２では、磁性体部２２Ｐは、回転軸Ｐ０周りに、点対称に配置されている。これによって、トルクのリップルの低減がさらに図られている。
【００９９】
また、図１５のロータ２０では、第２磁石部２３の磁性体部２３Ｐと重なる部分のみに、第１磁石部２２の磁性体部２２Ｐが配置されている。したがって、ロータコア２１と、磁性体部２３Ｐ，２２Ｐとを、一体的に形成することができる。
【０１００】
図１５のモータ１では、第１磁石部２２及び第２磁石部２３において、永久磁石の配置、永久磁石の極数Ｎｐ３，Ｎｐ６、磁石構造（表面付着磁石構造又は埋め込み磁石構造）などを組み合わせることにより、トルクのリップル低減を図ることが可能である。
【０１０１】
（ｃ）図１、図１１、図１２、図１５のモータ１では、第１磁石部２２がロータ２０の外周側に配置され、第２磁石部２３が第１磁石部２２より内側に配置されている。代替的に、第２磁石部２３がロータ２０の外周側に配置され、第１磁石部２２が第２磁石部２３より内側に配置されてもよい。
【０１０２】
（ｄ）図１、図１１、図１２、図１５のモータ１では、第１磁石部２２と第２磁石部２３とは、ロータ２０の径方向において、異なる位置に配置されている。第１磁石部２２と第２磁石部２３との配置位置は、これに限られない。
【０１０３】
図１６、図１７は、モータ１のさらに図１と異なる構成例を概略的に示す図である。図１６、図１７では、モータ１の回転軸Ｐ０に沿った断面が示されている。
【０１０４】
図１６、図１７のモータ１では、ロータコア２１は、回転軸Ｐ０方向に並んで設けられた、第１磁性体部２１ａと、第２磁性体部２１ｂとを有する。第１磁石部２２は、第１磁性体部２１ａの周面に配置され、第２磁石部２３は、第２磁性体部２１ｂの周面に配置されている。すなわち、第１磁石部２２と、第２磁石部２３とは、両方とも、ロータコア２１の表面に付着された表面付着磁石構造になっている。
【０１０５】
なお、第１磁石部２２は、第１磁性体部２１ａの内部に挿入された埋め込み磁石構造であってもよい。第２磁石部２３は、第２磁性体部２１ｂの内部に挿入された埋め込み磁石構造であってもよい。但し、表面付着磁石構造の方が、埋め込み磁石構造に比べて、第１磁石部２２及び第２磁石部２３により生成される磁界が、ステータ１０において生成される回転磁界と、より強く結合する。このため、表面付着磁石構造の方が好ましい。
【０１０６】
ロータ２０は、第１磁性体部２１ａと第２磁性体部２１ｂとの間に配置された非磁性体２４をさらに有する。非磁性体２４は、第１磁石部２２と第２磁石部２３とに挟まれている。非磁性体２４は、第１磁石部２２の磁束と第２磁石部２３の磁束とが、それぞれ反対側に入り込むのを阻止する。
【０１０７】
図１６、図１７のモータ１でも、図１のモータ１と同様に、ステータ１０のスロット数Ｎｓは１２、第１磁石部２２の極数Ｎｐ６は２０、第２磁石部２３の極数Ｎｐ３は８になっている。その結果、ステータ１０に発生する回転磁界は、図１のモータ１と同様に、ロータ２０を回転させる。
【０１０８】
すなわち、ステータ１０のコイルに６相交流電圧が印加されたときに発生する回転磁界Ｍｆ６（図１）は、第１磁石部２２によって生成される第１磁界と磁気的に結合し、ロータ２０を回転させる。また、ステータ１０のコイルに３相交流電圧が印加されたときに発生する回転磁界Ｍｆ３（図１）は、第２磁石部２３によって生成される第２磁界と磁気的に結合し、ロータ２０を回転させる。
【０１０９】
図１６、図１７のモータ１では、第１磁石部２２及び第２磁石部２３の厚さが一定の場合には、６相交流電圧によるロータ２０の回転時のトルクは第１磁石部２２の回転軸Ｐ０方向の長さＬ６に比例し、３相交流電圧によるロータ２０の回転時のトルクは第２磁石部２３の回転軸Ｐ０方向の長さＬ３に比例する。
【０１１０】
図１６のモータ１では、第１磁石部２２の回転軸Ｐ０方向の長さＬ６と、第２磁石部２３の回転軸Ｐ０方向の長さＬ３とは、等しい値になっている。これに対して、図１７のモータ１では、Ｌ６＜Ｌ３になっている。このように、図１６、図１７のモータ１では、ロータ２０に必要なトルクに応じて、長さＬ６，Ｌ３をそれぞれ決めればよい。
【０１１１】
（第２実施形態）
上記第１実施形態のモータ１は、種々の装置に適用可能である。第２実施形態では、上記第１実施形態のモータ１が適用された装置の一例として、洗濯機が説明される。
【０１１２】
図１８は、第２実施形態の洗濯機の構成を概略的に示すブロック図である。第２実施形態の洗濯機１００は、第１実施形態のモータ１を備える。図１８を参照して、洗濯機１００が説明される。尚、図１８に示される実線矢印は、水の流れを表す。図１８に示される一点鎖線矢印は、制御信号の伝達経路を表す。
【０１１３】
洗濯機１００は、主筐体２００と、制御部３００と、給水機構４００と、洗濯機構５００と、循環機構６００と、を備える。主筐体２００は、制御部３００と、給水機構４００と、洗濯機構５００と、循環機構６００と、を収容する。制御部３００は、洗濯制御部３１０と、第１実施形態で説明された駆動部４０と、を含む。
【０１１４】
洗濯機構５００は、衣類が収容される収容槽５１０と、第１実施形態で説明されたモータ１と、を備える。モータ１は、洗濯制御部３１０及びモータ制御部４３の制御下で、収容槽５１０を駆動する。洗い工程において、収容槽５１０は、洗剤を含む液体中で、衣類を攪拌する。この結果、衣類は、適切に洗浄される。洗い工程が終了すると排水され濯ぎ工程に移行するが、洗い工程と濯ぎ工程との間に脱水工程を行ってもよい。
【０１１５】
濯ぎ工程において、収容槽５１０は、洗い工程よりも低い洗剤濃度を有する水中で衣類を攪拌する。また、濯ぎ工程において、収容槽５１０への給水及び収容槽５１０からの排水が繰り返される。この結果、洗剤は、衣類から適切に取り除かれる。
【０１１６】
濯ぎ工程終了後の脱水工程において、収容槽５１０は、遠心力を利用して、衣類から脱水する。この結果、衣類の乾燥が促進される。脱水工程が終了した後、再度、濯ぎ工程を行ってもよい。すなわち、濯ぎ工程及び脱水工程を複数回繰り返してもよい。また、洗い工程と濯ぎ工程との間に行う脱水工程と、濯ぎ工程を複数回繰り返す場合の中間の脱水工程と、最後の濯ぎ工程終了後の最後の脱水工程とにおいて、各脱水工程の継続時間は同じ値であっても異なる値であってもよい。
【０１１７】
給水機構４００は、上述の洗い工程及び濯ぎ工程において、収容槽５１０に水を供給する。給水機構４００は、蛇口に接続される給水口４１０と、切替弁４２０と、洗剤が収容される洗剤収容部４３０と、を備える。給水口４１０に供給された水は、切替弁４２０に至る。切替弁４２０は、収容槽５１０に水が直接的に向かう第１給水経路４２１と、洗剤収容部４３０を通じて収容槽５１０に水が供給される第２給水経路４２２と、の間で、給水経路を切り替える。
【０１１８】
第１給水経路４２１は、例えば、濯ぎ工程において用いられてもよい。この結果、水道水が収容槽５１０に直接的に供給される。第２給水経路４２２は、例えば、洗い工程に用いられてもよい。切替弁４２０が第２給水経路４２２を開くと、水は、洗剤収容部４３０に流入する。洗剤収容部４３０内において、水及び洗剤が混合される。この結果、洗剤を含有する水が、収容槽５１０に流入する。
【０１１９】
循環機構６００は、循環ポンプ６１０を備える。循環機構６００は、上述の洗い工程及び濯ぎ工程において、循環ポンプ６１０と収容槽５１０との間で水を循環させてもよい。本実施形態において、循環機構６００は、循環ポンプ６１０と収容槽５１０との間での水の循環のために、循環経路６２０を備える。
【０１２０】
図１９は、洗濯機１００の概略的な斜視図である。図１８及び図１９を参照して、洗濯機１００が更に説明される。
【０１２１】
主筐体２００は、前壁２１０と、前壁２１０とは反対側の後壁２２０と、前壁２１０と後壁２２０との間で立設された左壁２３０と、左壁２３０とは反対側の右壁２４０と、前壁２１０、後壁２２０、左壁２３０及び右壁２４０の上縁に囲まれた天壁２５０と、天壁２５０とは反対側の底壁２６０と、を含む。図１８を参照して説明された給水口４１０は、天壁２５０上で露出している。使用者は、例えば、ホースを用いて、給水口４１０と蛇口（図示省略）とを接続することができる。
【０１２２】
洗濯機１００は、前壁２１０に取り付けられた扉体１０１を更に備える。扉体１０１は、前壁２１０に沿う閉位置と、前壁２１０から突出した開位置と、の間で回動する。尚、図１９に示される扉体１０１は、開位置に存する。扉体１０１が開位置に存するとき、収容槽５１０が規定する投入口５１１が露出する。使用者は、扉体１０１を開位置へ回動し、投入口５１１を通じて、衣類を収容槽５１０に投入することができ、衣類を収容槽５１０から取り出すことができる。
【０１２３】
図２０は、洗濯機１００の概略的な断面図である。図１８及び図２０を参照して、洗濯機１００が更に説明される。
【０１２４】
収容槽５１０は、衣類が収容される回転ドラム５３０と、回転ドラム５３０が収容される水槽５４０と、を含む。回転ドラム５３０は、投入口５１１を規定する内環壁５３１と、内環壁５３１とは反対側の内底壁５３２と、内環壁５３１と内底壁５３２との間の円柱状の内周壁５３３と、を含む。水槽５４０は、前壁２１０と内環壁５３１との間に配置される外環壁５４１と、後壁２２０と内底壁５３２との間に配置される外底壁５４２と、外環壁５４１と外底壁５４２との間で内周壁５３３を取り囲む外周壁５４３と、を含む。
【０１２５】
筐体１００の底壁２６０には、例えば中空円柱形状の案内棒５５０が立設されている。案内棒５５０には、例えば円柱形状の支持棒５５１が嵌入されている。支持棒５５１は、案内棒５５０の内部で、例えば、ばね（図示省略）を介して底壁２６０に支持されている。支持棒５５１の上端は、水槽５４０に接しており、支持棒５５１は、水槽５４０を支持する。収容槽５１０に投入される衣類の量が多くなるほど、ばねに印加される重力が大きくなるため、支持棒５５１の上端の位置が低くなる。
【０１２６】
モータ１の伝達シャフト２は、外底壁５４２を貫通し、内底壁５３２に接続される。この伝達シャフト２を介して、モータ１の駆動力は、回転ドラム５３０に伝達される。伝達シャフト２は、モータ１の回転軸Ｐ０（図１）と一致する位置に配置されている。
【０１２７】
循環機構６００は、循環ポンプ６１０に加えて、排水弁６９０と、水槽５４０から循環ポンプ６１０へ流れる水の経路を規定する上流循環管６４０と、外環壁５４１に接続されて循環ポンプ６１０から水槽５４０へ戻る水の経路を規定する下流循環管６５０と、主筐体２００外への排水経路を規定する排水管６６０と、を備える。
【０１２８】
排水弁６９０は、排水管６６０に取り付けられる。洗濯制御部３１０（図１８を参照）は、排水弁６９０を制御する。収容槽５１０と循環ポンプ６１０との間で水が循環されている間、洗濯制御部３１０は、排水弁６９０を閉じる。洗濯制御部３１０は、不要となった水を排出するために排水弁６９０を開く。
【０１２９】
下流循環管６５０は、循環ポンプ６１０が吐出した水が流入し、図１８を参照して説明された循環経路６１２を規定する。
【０１３０】
図１８に戻って、駆動部４０の直流電源４１は、第２実施形態では、例えば、ＡＣ１００Ｖの商用電源からＤＣ１２Ｖの直流電圧を生成する。
【０１３１】
駆動部４０のモータ制御部４３は、洗い工程を実行する旨の指示信号及び濯ぎ工程を実行する旨の指示信号が洗濯制御部３１０から入力されると、６相交流電圧Ｖａ〜Ｖｆを６相インバータ４２に印加する。これによって、モータ１は、図９を参照して説明されたように、高トルク（低速）で回転する。
【０１３２】
モータ制御部４３は、脱水工程を実行する旨の指示信号が洗濯制御部３１０から入力されると、３相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを６相インバータ４２に印加する。これによって、モータ１は、図７を参照して説明されたように、低トルク（高速）で回転する。
【０１３３】
なお、洗濯制御部３１０とモータ制御部４３とは、例えば１つのマイクロコンピュータで構成されてもよく、別々のマイクロコンピュータで構成されてもよい。
【０１３４】
図２１は、制御部３００により制御される洗濯機１００の動作を概略的に示すフローチャートである。図２、図１８〜図２１を参照して、洗濯機１００の動作が説明される。
【０１３５】
使用者により、洗濯動作の開始が指示されると、図２１の動作が開始される。まず、ステップＳ１１０において、洗濯制御部３１０は、洗い工程を実行する。洗い工程では、洗濯制御部３１０は、給水機構４００を制御し、給水口４１０を開く。また、洗濯制御部３１０は、切替弁４２０を制御して、洗剤収容部４３０への第２給水経路４２２を開く。この結果、水は、洗剤収容部４３０に流入する。洗剤収容部４３０内の洗剤は、水に溶け込む。その後、洗剤を含有する水は、収容槽５１０に流入する。所定量の水が、洗剤収容部４３０を通じて、収容槽５１０に供給されると、洗濯制御部３１０は、循環ポンプ６１０を制御して、循環ポンプ６１０と収容槽５１０との間で水を循環させる。循環ポンプ６１０と収容槽５１０との間での水の循環の結果、給水機構４００から送られた水の中の洗剤濃度が均一化される。また、洗濯制御部３１０は、回転ドラム５３０の回転を指示する指示信号をモータ制御部４３に出力する。
【０１３６】
モータ制御部４３は、洗濯制御部３１０からの指示信号に応じて、６相インバータ４２を制御し、６相インバータ４２からコイルＡ〜Ｆに６相交流電圧Ｖａ〜Ｖｆを印加させる。これによって、高トルク（低速）でモータ１（ロータ２０）を回転駆動して、回転ドラム５３０を回転させる。この結果、衣類は、回転ドラム５３０内で攪拌される。したがって、洗剤を含んだ水は、収容槽５１０内の衣類全体に均一に接触することとなる。
【０１３７】
所定の洗い終了条件が満たされると、洗濯制御部３１０は、洗い工程を終了し、続くステップＳ１４０において、洗濯制御部３１０は、濯ぎ工程を実行する。洗い工程が終了すると排水され濯ぎ工程に移行することになるが、洗い工程と濯ぎ工程との間に脱水工程を行ってもよい。
【０１３８】
濯ぎ工程では、洗濯制御部３１０は、切替弁４２０を制御して、収容槽５１０への第１給水経路４２１を開く。この結果、水は、洗剤収容部４３０に流入することなく、直接、収容槽５１０に流入する。また、洗濯制御部３１０は、回転ドラム５３０の回転を指示する指示信号をモータ制御部４３に出力する。
【０１３９】
モータ制御部４３は、濯ぎ工程では、洗濯制御部３１０からの指示信号に応じて、洗い工程（ステップＳ１３０）と同様に、６相インバータ４２からコイルＡ〜Ｆに６相交流電圧Ｖａ〜Ｖｆを印加させる。これによって、高トルク（低速）でモータ１（ロータ２０）を回転駆動して、回転ドラム５３０を回転させる。この結果、衣類は、回転ドラム５３０内で攪拌される。したがって、洗剤を含まない水は、収容槽５１０内の衣類全体に均一に接触することとなる。これによって、衣類から洗剤が適切に取り除かれる。
【０１４０】
所定の濯ぎ終了条件が満たされると、洗濯制御部３１０は、濯ぎ工程を終了し、続くステップＳ１５０において、洗濯制御部３１０は、脱水工程を実行する。脱水工程では、洗濯制御部３１０は、切替弁４２０を制御して、収容槽５１０への第１給水経路４２１を閉じる。この結果、水は、収容槽５１０に流入しなくなる。また、洗濯制御部３１０は、回転ドラム５３０の回転を指示する指示信号をモータ制御部４３に出力する。
【０１４１】
モータ制御部４３は、洗濯制御部３１０からの指示信号に応じて、６相インバータ４２を制御し、６相インバータ４２からコイルＡ〜Ｆに３相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを印加させる。これによって、低トルク（高速）でモータ１（ロータ２０）を回転駆動して、回転ドラム５３０を回転させる。この結果、衣類に含まれる水は、遠心力を利用して、衣類から適切に取り除かれて、衣類の乾燥が促進される。
【０１４２】
所定の脱水終了条件が満たされると、洗濯制御部３１０は、脱水工程を終了する。また、洗濯制御部３１０は、回転ドラム５３０の停止を指示する指示信号をモータ制御部４３に出力する。モータ制御部４３は、洗濯制御部３１０からの指示信号に応じて、モータ１（ロータ２０）の回転を停止する。これによって、図２１の動作が終了する。なお、脱水工程の終了後に、再度、濯ぎ工程を行ってもよい。すなわち、濯ぎ工程及び脱水工程を複数回繰り返してもよい。
【０１４３】
この第２実施形態では、第１実施形態のモータ１を用いて、回転ドラム５３０を回転させている。したがって、洗い工程及び濯ぎ工程で回転ドラム５３０を回転させる場合と、脱水工程で回転ドラム５３０を回転させる場合とにおいて、それぞれ適切な回転速度およびトルクで回転ドラム５３０を回転させることが可能になっている。
【０１４４】
（その他）
（ｐ）上記第１実施形態では、スロット数Ｎｓ、第１磁石部２２の極数Ｎｐ６、第２磁石部２３の極数Ｎｐ３は、例えば図１に示されるように、Ｎｓ＝１２、Ｎｐ６＝２０、Ｎｐ３＝８となっているが、これに限られない。要は、Ｎｓが６の倍数であり、かつ、上記式（１）、（２）が満たされていればよい。
【０１４５】
（ｑ）上記第２実施形態の洗濯機１００は、乾燥機構を備えていない。代替的に、洗濯機１００は、乾燥機構を備えるものであってもよい。また、図２０では回転ドラム５３０の回転軸が傾斜している洗濯機を示しているが、回転ドラム５３０の回転軸は水平であってもよいし、いわゆる縦型洗濯機のように回転ドラム５３０の回転軸が垂直であってもよい。
【０１４６】
（ｒ）上記第２実施形態では、第１実施形態のモータ１を備える洗濯機１００が例示されている。代替的に、モータ１を備える電車、又は電気自動車、又はハイブリッド車であってもよい。このような車両を駆動するモータでは、車両の発進時には低速高トルクの特性が必要とされ、車速が上昇すると高速低トルクの特性が必要とされる。第１実施形態のモータ１を備えることにより、上述のような必要とされる特性を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
本開示のモータは、低速高トルクと高速低トルクとの両方のＮ−Ｔ特性を有するモータが必要な装置にとって有用である。
【符号の説明】
【０１４８】
１  モータ
２  伝達シャフト
１０  ステータ
１１  スロット
２０  ロータ
２１  ロータコア
２１ａ  第１磁性体部
２１ｂ  第２磁性体部
２２  第１磁石部
２２Ｎ，２２Ｓ，２３Ｎ，２３Ｓ  永久磁石
２２Ｐ，２３Ｐ  磁性体部
２３  第２磁石部
２４  非磁性体
４０  駆動部
４１  直流電源
４２  ６相インバータ
４３  モータ制御部
１００  洗濯機
３００  制御部
３１０  洗濯制御部
５３０  回転ドラム
【図１】
2016171625.tif 000003
【図２】
2016171625.tif 000004
【図３】
2016171625.tif 000005
【図４】
2016171625.tif 000006
【図５】
2016171625.tif 000007
【図６】
2016171625.tif 000008
【図７】
2016171625.tif 000009
【図８】
2016171625.tif 000010
【図９】
2016171625.tif 000011
【図１０】
2016171625.tif 000012
【図１１】
2016171625.tif 000013
【図１２】
2016171625.tif 000014
【図１３】
2016171625.tif 000015
【図１４】
2016171625.tif 000016
【図１５】
2016171625.tif 000017
【図１６】
2016171625.tif 000018
【図１７】
2016171625.tif 000019
【図１８】
2016171625.tif 000020
【図１９】
2016171625.tif 000021
【図２１】
2016171625.tif 000022
【図２０】
2016171625.tif 000023