JP2008519577A

JP2008519577A - 二重絶縁構造を有するモータ及びそのモータを搭載した電気機器

Info

Publication number: JP2008519577A
Application number: JP2007516706A
Authority: JP
Inventors: 靖生南部; 崇徳天谷
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2008-06-05
Also published as: CN101057383B; TWI382634B; TW200629691A; WO2006064860A1; CN101057383A

Abstract

本モータは、固定子鉄心とこの固定子鉄心より絶縁された巻線とを有する固定子と、回転軸と回転子鉄心とを有する回転子とを備える。回転子鉄心の内径部に樹脂絶縁体を備え、回転子鉄心と回転軸とをこの樹脂絶縁体を介して結合する。

Description

本発明は、洗濯機や食器洗い乾燥機や生ゴミ処理機等の水を使用することを前提とする電気機器の駆動源として搭載される二重絶縁構造を有するモータに関する。

洗濯機や食器洗い乾燥機のポンプや生ゴミ処理機の駆動源等として搭載されているモータは、モータ出力軸が水に接する又は水に接する可能性のある商品であるため、モータには信頼性の高い二重絶縁構造又はアース絶縁構造が要求されている。

従来これらに搭載されるモータの中でアース絶縁構造が難しいとされるモータ（トロイダル巻モータ等）は、二重絶縁構造（巻線と固定子鉄心を樹脂等で基礎絶縁をし、更に回転子鉄心と回転軸を付加絶縁することで二重の絶縁とする方法）を実施する必要があった。その従来の二重絶縁構造としては、例えば日本特許出願特開平２００３−２３７４２号公報に開示されているものがある。

図１０Ａはこの従来のモータの構造断面図であり、図１０Ｂはそのモータの回転軸部の拡大図である。樹脂１０３にて絶縁された固定子鉄心１０２に、巻線１０４を施し、固定子１０１が形成される。更に回転軸１１３の回転子鉄心締結部及びその周辺に軸出力部外径より小さい溝加工を施し、ここに絶縁樹脂１１７を充填させ軸出力部と同一外径に仕上げる。そしてこの回転軸１１３は、アルミダイカストを施した回転子鉄心１１２の内径部に圧入等の方法で締結される。この回転子１１１が軸受１０５にて回転自在に支承される。

また、その他の従来例としては図１１Ａ、図１１Ｂに示す構造がある。前述の１０Ａ、図１０Ｂと同じ要素は同一参照符号を付して説明を省略する。回転軸１１３ａは、ストレート軸の回転子鉄心締結部及びその周辺に絶縁樹脂１１７ａを充填させる。そしてこの回転軸１１３ａは、アルミダイカストを施した回転子鉄心１１２の内径部に圧入等の方法で締結される。

いずれの工法も回転軸１１３、１１３ａは、回転子鉄心１１２との絶縁を目的に樹脂成形することで、二重絶縁構造を実施する構成となっている。

しかしながら、前記従来例では回転軸を絶縁樹脂にて成形する工法であるため、この回転軸のコストが高くなるという課題があった。

図１２は、図１０Ｂに示した回転軸を作成する金型の構成図である。上型１２１と下型１２２との間に回転軸１２３をセットし、ゲート１２４より樹脂を注入し成形する。図１３は、図１１Ｂに示した回転軸を作成する金型の構成図である。上型１３１と下型１３２との間に回転軸１３３をセットし、ゲート１３４より樹脂を注入し成形する。

従って、軸長さに応じて別々の金型が必要となり、金型費用は高価となる。また回転軸全体を樹脂成形金型の中にセットする必要がある為、成形する際に出力軸側に傷を付ける恐れがある。また金型と回転軸とは必ずクリアランス（隙間）を設ける必要があるので、金型精度が悪いと樹脂バリが発生し、バリ除去加工が必要となるという問題もある。

本発明のモータは、次の構成を有する。

固定子鉄心とこの固定子鉄心より絶縁された巻線とを有する固定子と、回転軸と回転子鉄心とを有する回転子とを含み、回転子鉄心の内径部に樹脂絶縁体を備え、回転子鉄心と回転軸とをこの樹脂絶縁体を介して結合する。

これによって、極めて簡単な構成で二重絶縁構造のモータを実現でき、安価で信頼性の高いモータを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるモータの構造断面図であり、図２はその回転子の拡大図である。固定子１１は、固定子鉄心１２に樹脂１３にて絶縁された巻線１４を備えて形成されている。一方、回転子２１は、回転子鉄心２２にアルミダイカストを施して２次導体となる導体バー（図示せず）を備えている。回転子鉄心２２には、その内径部に樹脂絶縁体２７を備え、回転子鉄心２２と回転軸２３とを樹脂絶縁体２７を介して結合して形成されている。

固定子１１は軸受け１５を備えて、回転軸２３を回転自在に軸支している。固定子１１の巻線１４で発生する回転磁界とアルミダイカストで作成された回転子２１の２次導体との間の電磁誘導作用により、回転子２１は所定のトルクを発生し回転する。本構造のモータは、インダクションモータである。

本発明のモータは、巻線１４と固定子鉄心２２との間は樹脂１３で基礎的な絶縁が成されている。更に、回転子鉄心２２と回転軸２３との間は樹脂絶縁体２７によって付加的な絶縁が成されている。これによって二重絶縁の構造を実現している。

樹脂絶縁体２７の材質としては、熱可塑性樹脂（PBT、PET、PP、PE等）や熱硬化性樹脂（不飽和ポリエステル樹脂等）いずれも使用することができる。機械的強度が強いこと及び耐熱温度が高いことのため、後者の方がより好適である。

図２に示す樹脂絶縁体２７の厚さ寸法ｈは、少なくとも０.４ｍｍの厚さ寸法を有している。これは電気用品安全法等の安全規格を遵守するためである。具体的には、本実施の形態では、回転子鉄心２２の内径寸法をφ１０とし、回転軸２３をφ８のストレート軸としている。これにより回転軸２３の価格アップを招くことなく、樹脂絶縁体２７の厚さ寸法ｈは、１mmとなる。

また、通常回転子鉄心２２にアルミダイカストを実施する場合は回転子内径寸法がアルミダイカスト前より小さくなる傾向がある。よって、図２に示すように回転子鉄心２２の内径部両端は段差ｊを設けている。しかし、回転子内径部に樹脂絶縁体２７をモールドするため、この段差ｊをなくし、回転子内径部をストレート形状としても良い。

上記記載の回転子を作製する方法を図３Ａ、図３Ｂに示す。図３Ａにおいて上型４１と下型４２と中芯４３で回転子鉄心２２を保持する。その後、ゲート４４より絶縁樹脂を充填させる。これにより回転子鉄心２２の内径部に樹脂絶縁体２７が強固に固着した状態で完成する。その後、図３Ｂに示すように、回転軸２３を樹脂絶縁体２７に圧入することにより、回転子２１が完成する。

次に、本発明のモータにおいては安全性確保の観点より、回転子鉄心２２と回転軸２３との沿面距離が重要である。この沿面距離は、図２において寸法２９で表すことができる。例えば電気用品安全法によれば２００Ｖの機器に搭載されるモータであれば、沿面（空間）距離を２mm以上とする必要がある。

この沿面距離を確保する具体例を図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、図４Ｆ、図４Ｇ、図４Ｈ、図４Ｉに示す。樹脂絶縁体２７を回転子鉄心２２の軸方向端面より突出させる場合と、突出させない場合とがある。またこの樹脂絶縁体２７を回転軸方向に凹部または凸部を設けることにより沿面距離を大きくする方法がある。

図４Ａは、樹脂絶縁体２７ａを回転子鉄心２２ａの軸方向端面より突出させる場合で、沿面距離は２９ａで表される。図４Ｂは、樹脂絶縁体２７ｂを回転子鉄心２２ｂの軸方向端面より突出させる場合で、更に樹脂絶縁体２７ｂは凸部を有し、沿面距離は２９ｂで表される。図４Ｃは、樹脂絶縁体２７ｃを回転子鉄心２２ｃの軸方向端面より突出させる場合で、更に樹脂絶縁体２７ｃは凹部を有し、沿面距離は２９ｃで表される。図４Ｄは、樹脂絶縁体２７ｄを回転子鉄心２２ｄの軸方向端面より突出させる場合で、更に樹脂絶縁体２７ｄは凹部と凸部を有し、沿面距離は２９ｄで表される。

図４Ｅは、樹脂絶縁体２７ｅを回転子鉄心２２ｅの軸方向端面より突出させない場合で、沿面距離は２９ｅで表される。この場合は必要な沿面距離を確保するために段差部の段差寸法を大きくする必要がある。図４Ｆは、樹脂絶縁体２７ｆを回転子鉄心２２ｆの軸方向端面より突出させない場合で、樹脂絶縁体２７ｆは凸部を有し、沿面距離は２９ｆで表される。図４Ｇは、樹脂絶縁体２７ｇを回転子鉄心２２ｇの軸方向端面より突出させない場合で、樹脂絶縁体２７ｇは凹部を有し、沿面距離は２９ｇで表される。図４Ｈは、樹脂絶縁体２７ｈを回転子鉄心２２ｈの軸方向端面より突出させない場合で、樹脂絶縁体２７ｈは凹部と凸部を有し、沿面距離は２９ｈで表される。図４Ｉは、樹脂絶縁体２７ｉを回転子鉄心２２ｉの軸方向端面より突出させない場合で、沿面距離は２９ｉで表される。この場合は必要な沿面距離を確保するために面取部の面取寸法を大きくする必要がある。

（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２における回転子の組立断面図である。回転子鉄心２２にアルミダイカストを施して、その内径部に樹脂絶縁体２７を備えている。回転軸２４には、樹脂絶縁体２７と接合する部分にローレット加工部２４ａを有する。このローレット加工部２４ａは、例えば平目加工、アヤメ加工等で形成される。この回転軸２４を樹脂絶縁体２７に圧入する。これにより回転軸２４と樹脂絶縁体２７との接合が強固となり、回転軸２４の空転防止や抜け防止を行なうことができる。

（実施の形態３）
図６Ａ、図６Ｂは本発明の実施の形態３における回転子鉄心と回転軸との組立断面図である。

図６Ａは回転軸２２がストレート軸である。アルミダイカストを施した回転子鉄心２２と回転軸２３とを金型にセットし、絶縁樹脂を注入することにより樹脂絶縁体２８ａを成形する。

図６Ｂは回転軸２５がローレット加工部２５ａを有する。このローレット加工部２５ａは、例えば平目加工、アヤメ加工等で形成される。アルミダイカストを施した回転子鉄心２２と回転軸２５を金型にセットし、絶縁樹脂を注入することにより樹脂絶縁体２８ｂを成形する。

回転子鉄心２２と回転軸２３、２５を絶縁樹脂で一体成形することで、確実に回転子鉄心と回転軸を絶縁し締結することができろ。更に、実施の形態１及び実施の形態２に比べ、回転軸を圧入する後工程を削減することができる。

（実施の形態４）
図７Ａ、図７Ｂは本発明の実施の形態４における回転子の断面図である。この回転子は、モータの特殊形態である誘導同期モータに使用され、埋め込み永久磁石を有する。

図７Ａは、平板状永久磁石を埋め込む場合であり、回転子鉄心３１は複数個の磁石挿入部穴３２を設けられている。その磁石挿入部穴３２に複数の永久磁石を埋設する前或いは、埋設した後に樹脂絶縁体２７を成形することで確実に回転子鉄心と軸を絶縁させることができる。

また、図７Ｂは、円弧状永久磁石を埋め込む場合であり、回転子鉄心３３は複数個の磁石挿入部穴３４を設けられている。その磁石挿入部穴３４に複数の永久磁石を埋設する前或いは、埋設した後に樹脂絶縁体２７を成形することで確実に回転子鉄心と軸を絶縁させることができる。

なお埋め込む永久磁石の種類としては、ネオジ磁石、フェライト磁石（焼結やプラスチック磁石）等が使用される。

また本実施の形態においても、実施の形態２に述べた回転軸にローレット加工して回転軸の固着強度を強化すること、及び実施の形態３に述べた回転軸と回転子鉄心を一体成形して後工程を削減することを適用することができる。

（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態にかかる電気機器の一例について説明する。図８は本発明のモータを適用した洗濯機の構造断面図である。

図８において、洗濯兼脱水槽６１（以下、槽６１と呼ぶ。）は、その外側に水受け槽６３を、底面に撹拌翼（パルセータ）６２を配設している。水受け槽６３の底面には、クラッチ装置６５が取り付けられている。駆動モータ６４とそのクラッチ装置６５とはベルトにより連結されており、モータ６４の回転力がクラッチ装置６５を介して槽６１又は撹拌翼６２に伝達される。ここで、クラッチ装置６５は、モータ６４の回転力を、洗濯時には撹拌翼６２に伝達し、脱水時には槽６１に伝達するように切り替える。

また、水受け槽６３は外枠６６にサスペンション６７を介して防振支持されている。槽６１の上部には、液体を内封した流体バランサー６８を固定している。水受け槽６３の上方は水受け槽カバー６９によって覆われている。水受け槽６３の下には排水ホース７１が取り付けられている。排水ホース７１の途中にはポンプモータ７０が取り付けられている。そのポンプモータ７０は、排水時に動作することにより排水を円滑に行うように機能している。

上記のように構成された実施例における洗濯機の動作について説明する。

まず、洗濯工程では、水受け槽６３内に洗濯液を入れ、槽６１に投入した洗濯物（衣類）を撹拌翼６２によって撹拌し、洗濯液を洗濯物に浸透させ、かつ洗濯物を揉むことで汚れを除去する。次に、すすぎ工程では、水受け槽６３に水を入れて、撹拌翼６２によって撹拌して洗濯物をすすぐ。最後に、脱水工程では、クラッチ装置６５を切り替えて、駆動モータ６４の回転力を槽６１に伝達し、槽６１を回転することで洗濯物の水分を遠心脱水する。これら各工程を逐次制御して、洗濯、すすぎ、脱水の各工程を自動的に行うようにしている。

ここで、上記すすぎ工程や脱水工程において発生した水は、ポンプモータ７０の作用により、排水ホース７１を通じて排水される。

駆動モータ６４、及び／またはポンプモータ７０に、本発明の二重絶縁構造のモータを採用することにより、その駆動モータ６４、及び／またはポンプモータ７０は、耐水性に優れるばかりでなく、より確実なアース構造が可能となり、信頼性の高いモータとすることができる。その結果、本発明の実施例にかかる洗濯機もまた信頼性の高いものとすることができる。

次に、図９は本発明のモータを適用した食器洗浄機の構造断面図である。

図９において、洗浄機本体８１は、前方（図面左側）を開口し、内部に洗浄槽８２を設けている。その洗浄槽８２は、上方を開口し、洗浄機本体８１より前方に略水平方向に引き出し可能である。この洗浄槽８２内には、食器８３を収納する食器かご８４を設けている。洗浄槽８２は、洗浄機本体８１と洗浄槽８２とに間に設けたレールにより、前方に引き出し可能に構成されている。

また、洗浄槽８２内には、洗浄槽８２内の洗浄水を加熱する加熱器としてヒータ８５を設けている。洗浄槽８２の下方には、洗浄ポンプ８６を設け、洗浄ノズル８７より洗浄水を噴射して食器８３を洗浄するように構成している。その洗浄ポンプ８６はポンプモータ８０によって駆動される。給水弁８８は、水道水を洗浄槽８２に給水するものである。洗浄槽８２内の洗浄水は、排水ポンプ（図示せず）により排水する。

温度センサ８９は、サーミスタで構成され、洗浄槽８２の下面に取り付けられ洗浄槽８２内の洗浄水の温度を検出する。制御装置９０は、温度センサ８９の検出信号を受け取り、洗浄水の温度を検知してその温度を制御するとともに乾燥工程での温度制御を行う。洗浄槽８２の上面には内蓋９１を洗浄機本体８１に固定して設けている。この内蓋９１は、洗浄機本体８１の内部にあり、洗浄槽８２を洗浄機本体８１内に収納したときに洗浄槽８２の開口部を覆うものである。さらに、洗浄槽８２の開口部を閉塞するためのシールパッキング９２が配設されている。

上記の食器洗浄機において、その動作を説明する。

使用者が、洗浄槽８２を前方（図面左側）に引き出し、食器８３を食器かご８４に配置し、洗浄槽８２を洗浄機本体８１に収納した後、運転を開始する。すると、制御装置９０が、ヒータ８５、洗浄ポンプ８６、給水弁８８、排水ポンプ等の運転を制御し、食器洗浄機は食器８３を洗浄、すすぎ、乾燥を行う。

このような構成の食器洗浄機においては、洗浄運転中には洗浄水が内蓋９１の裏面に付着しており、洗浄槽８２を前方に引き出すと、内蓋９１に付着している洗浄水が、洗浄機本体８１の底面内部に滴下し、その滴下した水がポンプモータ８０にかかることが考えられる。したがって、ポンプモータ８０には耐水性が求められる。

ポンプモータ８０に本発明の二重絶縁構造のモータを採用すれば、耐水性に優れ好適である。また、そのモータは、より確実なアース構造が可能となる。その結果、本発明の実施例にかかる食器洗浄機もまた信頼性の高いものとすることができる。

本発明のモータは、固定子鉄心とこの固定子鉄心より絶縁された巻線とを有する固定子と、回転軸と回転子鉄心とを有する回転子とを備える。回転子鉄心の内径部に樹脂絶縁体を備え、回転子鉄心と回転軸とをこの樹脂絶縁体を介して結合する。

これによって、極めて簡単な構成で二重絶縁構造のモータを実現でき、安価で信頼性の高いモータ、及びこのモータを搭載した電気機器を提供することができる。

本発明の実施の形態１におけるモータの構造断面図同上のモータの要部拡大図本発明の実施の形態１におけるモータの製作過程の説明図本発明の実施の形態１におけるモータの製作過程の説明図本発明の実施の形態１におけるモータの沿面距離の説明図本発明の実施の形態１におけるモータの沿面距離の説明図本発明の実施の形態１におけるモータの沿面距離の説明図本発明の実施の形態１におけるモータの沿面距離の説明図本発明の実施の形態１におけるモータの沿面距離の説明図本発明の実施の形態１におけるモータの沿面距離の説明図本発明の実施の形態１におけるモータの沿面距離の説明図本発明の実施の形態１におけるモータの沿面距離の説明図本発明の実施の形態１におけるモータの沿面距離の説明図本発明の実施の形態２におけるモータの回転子の組立断面図本発明の実施の形態３におけるモータの回転子の組立断面図本発明の実施の形態３におけるモータの回転子の組立断面図本発明の実施の形態４におけるモータの回転子の断面図本発明の実施の形態４におけるモータの回転子の断面図本発明の実施の形態５における電気機器（洗濯機）の構造断面図本発明の実施の形態５における電気機器（食器洗浄機）の構造断面図従来のモータの構造断面図同上の要部拡大図従来の他のモータの構造断面図同上の要部拡大図従来のモータの製作金型の説明図従来のモータの製作金型の説明図

符号の説明

１１固定子
１２固定子鉄心
１４巻線
２１回転子
２２回転子鉄心
２３、２４回転軸
２４ａローレット加工
２７樹脂絶縁体
３２，３４磁石挿入穴

Claims

モータであって
固定子鉄心と前記固定子鉄心より絶縁された巻線とを有する固定子と
回転軸と回転子鉄心とを有する回転子とを含み、
前記回転子鉄心の内径部に樹脂絶縁体を備え、前記回転子鉄心と前記回転軸とを前記樹脂絶縁体を介して結合したことを特徴とする。
請求項１記載のモータで、
前記モータは、前記回転子鉄心にアルミダイカストによる導体バーを備えたインダクションモータである。
請求項１記載のモータで、
前記樹脂絶縁体は、前記回転子鉄心と前記回転軸との間に少なくとも０．４ｍｍの厚さ寸法を有する。
請求項１記載のモータで、
前記樹脂絶縁体は、前記回転子鉄心の回転軸方向の端面より突出する。
請求項１記載のモータで、
前記樹脂絶縁体は、前記回転子鉄心の回転軸方向に凹部または凸部を有する。
請求項１記載のモータで、
前記回転子鉄心の内径部は、その両端面において段差部を有する。
請求項１記載のモータで、
前記回転子鉄心の内径部は、その両端面において面取部を有する。
請求項１記載のモータで、
前記回転子鉄心と前記回転軸との間は、少なくとも２ｍｍの沿面距離を有する。
請求項１記載のモータで、
前記回転軸は、ローレット加工を施した部分を有する。
請求項１記載のモータで、
前記回転子鉄心と前記回転軸との前記結合は、圧入により成される。
請求項１記載のモータで、
前記回転子鉄心と前記回転軸との前記結合は、一体成形により成される。
請求項１記載のモータで、
前記回転子鉄心は、永久磁石を埋め込むための複数の磁石挿入穴を有す。
請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のモータを搭載した電気機器。