JP2006157995A - 永久磁石形モータ及び洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転子鉄心と固定子との間の空隙磁束密度分布を極力正弦波に近づけることができ、トルク発生の面、及び振動騒音の面で優れた永久磁石形モータを提供する。
【解決手段】 外転形の永久磁石形モータにおいて、回転子鉄心１２の永久磁石１４に対応する各磁極部１９にあって固定子（固定子の最外径線Ｋ参照）に対して対向する各磁極面２５は、磁極の周方向のほぼ中央部に形成され、固定子との間の空隙長が周方向で概ね変わらない円弧面状をなす第１の面２６と、この第１の面２６の周方向の両側に形成され、磁極の境界に向かうほど固定子との間の空隙長が大きくなる円弧面状をなす第２及び第３の面２７，２８とから構成する。これにより、回転子鉄心１２と固定子との間の空隙磁束密度分布を極力正弦波に近づけることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数枚の鋼板を積層して構成される回転子鉄心に、周方向に複数個の磁石挿入孔を形成すると共に、前記磁石挿入孔へ界磁用の永久磁石を挿入して構成される回転子を備えた永久磁石形モータ、及びこの永久磁石形モータを回転駆動源とした洗濯機に関する。

この種のモータにおいて、従来では次のようなものが考えられている。第１の従来例としては、外転形の永久磁石形モータにおいて、円環状をなす回転子鉄心の永久磁石に対応する各磁極部にあって固定子に対して対向する各磁極面を、回転子の回転中心（回転軸の中心）を中心とする円弧面とするものである。また、第２の従来例としては、上記各磁極面を、磁極の中心を通る磁極軸上に中心を持ち、かつ固定子側へ凸となる円弧面とするものである（特許文献１参照）。
特開２００４−２５４４０３（図２〜図４）

この種のモータにおいて、回転子と固定子との間の空隙磁束密度分布に関しては正弦波であることが、トルク発生の面、及び振動騒音の面で優れている。

ところが、上記した第１の従来例の場合、前記空隙磁束密度分布は概ね台形状となり、トルク発生に有効な基本波成分が低く、振動騒音も大きいという問題があった。

また、上記した第２の従来例では、各磁極面は、固定子側へ凸となる円弧面となっているので、第１の従来例の場合よりは空隙磁束密度分布は正弦波に近いものとなる。しかしながら、この第２の従来例の場合、磁極面は、固定子側へ凸となる一つの単純な円弧面となっているので、永久磁石の磁束が回転子鉄心の磁極部内を通って、磁極面にあって固定子との間の空隙長が最も小さい、周方向の中央部の一点に磁束が集中することになる。このため、空隙磁束密度分布としては三角波に近いものとなってしまい、やはり振動騒音が大きいという問題があった。

本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、回転子鉄心と固定子との間の空隙磁束密度分布を極力正弦波に近づけることができ、トルク発生の面、及び振動騒音の面で優れた永久磁石形モータを提供するにある。また、第２の目的は、振動騒音の少ない洗濯機を提供するにある。

上記した第１の目的を達成するために、本発明は、複数枚の鋼板を積層して構成される回転子鉄心に、周方向に複数個の磁石挿入孔を形成すると共に、前記磁石挿入孔に界磁用の永久磁石を挿入して構成される回転子を備えた永久磁石形モータにおいて、前記回転子鉄心の前記永久磁石に対応する各磁極部にあって固定子に対して対向する各磁極面は、磁極の周方向のほぼ中央部に形成され、前記固定子との間の空隙長が周方向で概ね変わらないほぼ円弧面状をなす第１の面と、この第１の面の周方向の両側に形成され、磁極の境界に向かうほど前記固定子との間の空隙長が大きくなる第２及び第３の面とを有する構成であることを特徴とする。

上記した構成によれば、各磁極面の周方向のほぼ中央部に形成された第１の面は、固定子との間の空隙長が周方向で概ね変わらないほぼ円弧面状をなすように形成されているから、上記した第２の従来例とは違い、磁束が一点に集中することを避けることができる。また、その第１の面の周方向の両側に形成された第２及び第３の面は、磁極の境界に向かうほど固定子との間の空隙長が大きくなるように形成されている。このため、空隙磁束密度分布を極力正弦波に近づけることができる。

また、第２の目的を達成するために、本発明の洗濯機は、上記した永久磁石形モータを回転駆動源としたことを特徴とする。

本発明によれば、回転子鉄心と固定子との間の空隙磁束密度分布を極力正弦波に近づけることができ、トルク発生の面、及び振動騒音の面で優れた永久磁石形モータを提供することができる。
また、本発明の洗濯機によれば、振動騒音の面で優れた永久磁石形モータを回転駆動源に用いることで、振動騒音を少なくできる。

以下、本発明を、外転形の永久磁石形モータに適用した一実施例につき図面を参照して説明する。まず、図２には、一部を破断したモータの破断斜視図が示されている。このモータは、例えば脱水兼用洗濯機において、洗い時に撹拌体を、脱水時に撹拌体及び回転槽を一体に回転駆動するための駆動用モータ（回転駆動源）に用いられるものである。
図２において、固定子１は、多数個のティース２を放射状に有する固定子鉄心３と、この固定子鉄心３を覆うように成形により設けられた樹脂４と、各ティース２に巻回された固定子巻線５とから構成されている。固定子鉄心３は、複数枚の珪素鋼板を積層すると共に、環状をなすように構成されている。この固定子１には、これを脱水用洗濯機の所定部位に取り付けるための取付部６が設けられている。

これに対して、回転子１０は、容器状をなす磁性体製のフレーム１１と、このフレーム１１の外周部の開口部側に設けられた環状壁１１ａの内周部に配置された円環状をなす回転子鉄心１２と、この回転子鉄心１２の内周部側に設けられた多数個の磁石挿入孔１３に挿入された多数個の界磁用の永久磁石１４と、これら回転子鉄心１２と永久磁石１４とフレーム１１とを固着して一体化するように成形により設けられたモールド用の樹脂１５とから構成されていて、回転子鉄心１２の内周面が上記固定子鉄心３の各ティース２の先端部に対して所定の空隙を介して対向するように配置される。この場合、永久磁石１４は、全部で４８個配置されている。回転子１０の中心部には、図示しない回転軸が取着される。

回転子鉄心１２は、図３に示すように、周方向に分割された複数個、例えば６個の分割鉄心１６を円環状となるように連結して構成されている。各分割鉄心１６は、図４に示すように、それぞれ珪素鋼板からなる複数枚の鋼板１７を積層して構成されていると共に、外周部側のヨーク部１８と、各磁石挿入孔１３の固定子１側に配置された、ほぼ三日月状の磁極部１９とを有している。１個の分割鉄心１６は、例えば磁石挿入孔１３を８個分有する大きさとなっている。各磁石挿入孔１３は周方向に長い矩形状をなしている。磁石挿入孔１３へ挿入される各永久磁石１４は、この場合ネオジム磁石で、磁石挿入孔１３に対応する平板状をなしている。また、永久給磁石１４は、隣り合ったもの同士が逆の極となるように着磁されている（図１参照）。

この場合、分割鉄心１６において積層される鋼板１７のうち、積層方向の上下両端部に位置する鋼板１７ａ，１７ｂは、図４に示すように、各磁極部１９の周方向の両端部が連結部２０を介してヨーク部１８と連結されている。しかし、残りの鋼板１７（上下の鋼板１７ａ，１７ｂの間に位置する鋼板）は、図５に示すように、各磁極部１９とヨーク部１８との間を連結する連結部はなく、各磁極部１９の周方向の両端部には切欠部２１が形成されている。図５は、上端部の鋼板１７ａを除いた状態で示されている。なお、積層される各鋼板１７（上下両端部の鋼板１７ａ，１７ｂも含む）は、ヨーク部１８及び各磁極部１９において、それぞれかしめ部２２、２３（図４参照）において連結されている。

さて、図１において、各磁極部１９の固定子１に対向する側の面である磁極面２５について詳述する。磁極面２５は、磁極の周方向の中央部に形成された円弧面状をなす第１の面２６と、この第１の面２６の周方向の両側に形成されたそれぞれ円弧面状をなす第２及び第３の面２７，２８との３面から構成されている。

このうち、第１の面２６は、磁極の中心と、回転子１０の回転中心とを通る磁極軸Ａ上で、かつ回転子１０の回転中心側に中心を有する円弧面（半径矢印ｒ１参照）とされ、その範囲は、磁極の中心（磁極軸Ａ）を中心として電気角で±１５度から±３５度の範囲とされている。この第１の面２６は、固定子１（図１には、固定子１の最外径線Ｋを二点鎖線で示す）との間の空隙長Ｂ１が、最小空隙長Ｂ０に対して１０％程度しか広がらない円弧面形状となっている。
また、第２及び第３の面２７，２８は、磁極軸Ａから周方向へ変位し、かつヨーク部１８上の位置を中心Ｏ１，Ｏ２とする円弧面（半径矢印ｒ２、ｒ３参照）で形成されていて、磁極の境界側の最大空隙長Ｂ２が前記最小空隙長Ｂ０の３倍以上となっている。

積層された鋼板１７において、隣り合った磁極部１９間の磁極境界部２９には、図１に示すように、第２及び第３の面２７，２８よりも径方向の外側へ窪む溝部３０が形成されている。この溝部３０における底部３０ａの固定子１に対する空隙長Ｂ３は、第２及び第３の面２７，２８の最大空隙長Ｂ２よりも大きくなっている（Ｂ３＞Ｂ２）。この場合、積層された鋼板１７のうち、上下両端部の鋼板１７ａ，１７ｂについては、磁石挿入孔１３と溝部３０との間に前記連結部２０が存していて、残りの鋼板１７については、磁石挿入孔１３と溝部３０との間を連通させる切欠部２１が形成されている。したがって、分割鉄心１６にあって磁石挿入孔１３と溝部３０との間に、鋼板１７の積層方向の一部で、かつ磁石挿入孔１３と溝部３０とを連通させる切欠部２１を形成している。切欠部２１の径方向寸法Ｃは、前記最小空隙長Ｂ０以上に設定している（Ｃ＞Ｂ０）。連結部２０の周方向の幅寸法Ｄは、０．５ｍｍとしている。
なお、磁石挿入孔１３の内面とそこに挿入された永久磁石１４の外面との間、上記切欠部２１、磁極境界部２９の溝部３０部分には、モールド用の樹脂１５が充填され、この樹脂１５により各部材が固着されると共に補強される。

上記した実施例によれば、次のような作用効果を得ることができる。まず、回転子鉄心１２における各磁極面２５の周方向のほぼ中央部に形成された第１の面２６は、固定子１との間の空隙長が周方向で概ね変わらないほぼ円弧面状をなすように形成されているから、第２の従来例とは違い、磁束が一点に集中することを避けることができる。また、その第１の面２６の周方向の両側に形成された第２及び第３の面２７，２８は、磁極の境界に向かうほど固定子１との間の空隙長が大きくなるような円弧面により形成されている。このため、空隙磁束密度分布を極力正弦波に近づけることができ、トルク発生の面、及び振動騒音の面で優れたものとすることができる。

また、第１の面２６は、磁極の中心を中心として電気角で±１５度から±３５度の範囲で、かつ空隙長Ｂ１が最小空隙長Ｂ０に対して１０％程度しか広がらない円弧面形状であり、第２及び第３の面２７，２８は、磁極の境界側の最大空隙長Ｂ２が前記最小空隙長Ｂ０の３倍以上となる形状としているので、空隙磁束密度分布を一層正弦波に近づけることができる。

磁極境界部２９に、固定子１との間の空隙長Ｂ３が第２及び第３の面２７，２８の最大空隙長Ｂ２よりも大きくなる溝部３０を形成しているので、磁極部１９とヨーク部１８とを連結する連結部２０における断面積の小さな部分の長さを長くすることができる。これにより、連結部２０を通しての短絡磁路の磁気抵抗を大きくできるので、固定子側へ鎖交する有効な鎖交磁束を一層大きくできる。また、積層された鋼板１７のうち、上下両端部の鋼板１７ａ，１７ｂに挟まれた部分の鋼板１７には、その連結部２０がなく、そこに切欠部２１が形成されているので、その部分での磁気抵抗を一層大きくでき、有効な鎖交磁束を一層大きくできる。さらに、切欠部２１の径方向寸法Ｃを最小空隙長Ｂ０以上に設定することで、その効果を一層大きくできる。

回転子鉄心１２は、周方向に複数個に分割された分割鉄心１６を連結して構成している。また、各分割鉄心１６は、複数枚の鋼板１７を積層して構成している。このような構成とすることにより、回転子鉄心１２を、円環状をなす鋼板を積層して構成する場合に比べて、鋼板を有効に利用することができる。ちなみに、円環状をなす鋼板を使用する場合には、残された部分が多く、ロスが多くなるが、上記した構成とした場合には、鋼板のロスを極力少なくすることができる。
各永久磁石１４と回転子鉄心１２とフレーム１１とをモールド成形による樹脂１５により固着する構成としているので、それらを強固に固定することができる。
そして、上記した永久磁石形モータを洗濯機の回転駆動源として用いることにより、振動騒音の少ない洗濯機を提供することが可能になる。

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。
上記した実施例では、本発明を外転形のモータに適用した例を示したが、本発明は、回転子が固定子の内部で回転する内転形のモータにも適用することができる。

本発明の一実施例を示す主要部の平面図 モータの破断斜視図 回転子鉄心全体の平面図 分割鉄心の部分斜視図 最上部の鋼板を取り除いた状態での分割鉄心の部分斜視図

符号の説明

図面中、１は固定子、１０は回転子、１２は回転子鉄心、１３は磁石挿入孔、１４は永久磁石、１５は樹脂、１６は分割鉄心、１７，１７ａ，１７ｂは鋼板、１８はヨーク部、１９は磁極部、２０は連結部、２１は切欠部、２５は磁極面、２６は第１の面、２７は第２の面、２８は第３の面、２９は磁極境界部、３０は溝部、Ａは磁極軸、Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は空隙長、Ｃは切欠部の径方向寸法を示す。

Claims (11)

1. 複数枚の鋼板を積層して構成される回転子鉄心に、周方向に複数個の磁石挿入孔を形成すると共に、前記磁石挿入孔に界磁用の永久磁石を挿入して構成される回転子を備えた永久磁石形モータにおいて、
   前記回転子鉄心の前記永久磁石に対応する各磁極部にあって固定子に対して対向する各磁極面は、磁極の周方向のほぼ中央部に形成され、前記固定子との間の空隙長が周方向で概ね変わらないほぼ円弧面状をなす第１の面と、この第１の面の周方向の両側に形成され、磁極の境界に向かうほど前記固定子との間の空隙長が大きくなる第２及び第３の面とを有する構成であることを特徴とする永久磁石形モータ。
2. 前記第１の面は、磁極の中心を中心として電気角で±１５度から±３５度の範囲で、かつ前記空隙長が最小空隙長に対して１０％程度しか広がらない円弧面形状であり、前記第２及び第３の面は、磁極の境界側の最大空隙長が前記最小空隙長の３倍以上となる形状であることを特徴とする請求項１記載の永久磁石形モータ。
3. 前記第１ないし第３の面はそれぞれ円弧面状であり、磁極面は、それぞれ円弧面状をなす前記第１ないし第３の面から構成されている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。
4. 前記第２及び第３の面は、磁極の中心を通る磁極軸から周方向へ変位した位置を中心とする円弧面であることを特徴とする請求項３記載の永久磁石形モータ。
5. 前記回転子鉄心における磁極境界部に、前記固定子との間の空隙長が前記第２及び第３の面の最大空隙長よりも大きくなる溝部を形成した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。
6. 前記回転子鉄心にあって前記磁石挿入孔と前記溝部との間に、前記鋼板の積層方向の全部または一部で、かつ前記磁石挿入孔と前記溝部とを連通させる切欠部を形成したことを特徴とする請求項５記載の永久磁石形モータ。
7. 前記切欠部の径方向寸法は、前記最小空隙長以上であることを特徴とする請求項６記載の永久磁石形モータ。
8. 前記回転子鉄心は、周方向に複数個に分割された分割鉄心を連結して構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の永久磁石形モータ。
9. 前記永久磁石と固定子鉄心は、モールド成形による樹脂により固着されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の永久磁石形モータ。
10. 前記回転子の回転子鉄心は円環状をなしていて、その回転子鉄心が前記固定子の外周側に配置される外転形であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の永久磁石形モータ。
11. 請求項１ないし１０のいずれかに記載の永久磁石形モータを回転駆動源としたことを特徴とする洗濯機。
    
    

Images