JP2009089547A - ブラシレスモータ - Google Patents

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Abstract

【課題】
DCブラシレスモータの効率を上げるためスロットに納める巻線の占積率は増加している。このため、スリットにおける巻線とステータコア間の絶縁距離が少なくなり、湿度が比較的高い環境で運転する洗濯機では漏洩電流が増加する問題があった。
【解決手段】
本発明は係る問題点を解決するため、ステータのティース先端部をロータ外形に対して非同心円形とし、ロータと対向するティース先端部の形状を逆円弧形とすることにより、ティース先端部に内接する同心円とステータのティース先端部の間に間隙部を設けて、巻線を絶縁する絶縁物をスロットの内側からスリットを通して間隙まで一体にステータコアを樹脂モールドにより巻線とステータコアの絶縁距離を増加したDCブラシレスモータを提供する。
【選択図】図8

Description

本発明はブラシレスモータのステータにおいて、巻線とステータコア間の絶縁を改良したブラシレスモータに関するものである。
隣接するティースの間隙であるスリットまでスロット絶縁物を延長して絶縁距離を確保したものについては特開2000−175394号公報(特許文献1)に記載されている。
特開2000−175394号公報
洗濯機を直接駆動するためのDCブラシレスモータは、洗濯工程では低速回転数で高トルクが必要なためステータのスロット数を多くして高トルクを出す必要がある。また、脱水工程ではトルクは小さいが回転数を上げる必要があり、通常は弱め界磁制御により回転数を上げているが駆動電圧が高い程回転数を上げることができることから商用電源を倍電圧整流して高い直流電源を供給している。また、DCブラシレスモータの効率を上げるためスロットに納める巻線の占積率は増加している。このため、スリットにおける巻線とステータコア間の絶縁距離が少なくなり、湿度が比較的高い環境で運転する洗濯機では、漏洩電流が増加する問題があった。
本発明は係る問題点を解決するため、ステータのティース先端部をロータ外形に対して非同心円形とし、ロータと対向するティース先端部の形状を逆円弧形とすることにより、ティース先端部に内接する同心円とステータのティース先端部の間に間隙部を設けて、巻線を絶縁する絶縁物をスロットの内側からスリットを通して間隙まで一体にステータコアを樹脂モールドにより巻線とステータコアの絶縁距離を増加したDCブラシレスモータを提供する。
本発明によれば、従来のティース先端は同心円形なのでスリットまでしか樹脂モールドで絶縁物を構成できなかったがティース先端を逆円弧形として、ティース先端と内接同心円との間の間隙を設けたので間隙まで絶縁物を構成することができるので大幅に絶縁距離を増加することができ、漏洩電流を少なくすることができる。
以下、本発明の実施形態に係わる実施例について、図を引用して説明する。
図1は本発明の実施に係わるもので、ドラム式洗濯乾燥機の斜視図を示す。
ベース1の上部には鋼板と樹脂成形品で組み合わされて構成された外枠2が載せられている。外枠2の正面には、洗濯物を出し入れするドア3が設けられ、押しボタンスイッチ4により開閉操作を行っている。ドア3は外側が意匠部品である樹脂成形品と内側が耐熱ガラス製扉により構成されている。外枠2の側面部には排水ホース固定穴5が設けられている。また、本体を持ち運び移動するために複数個の取っ手6が設けられている。また、外枠2の上面部には洗剤トレー7と乾燥用フィルター8が各々左右に取付けられている。これらの間には操作部9,表示部10が設けられている。また、ベース1の側面部からは、排水ホース11が引出されており、底部にはゴムを挿入した脚部12が四隅に配置されている。
図2は本発明の実施に係わるもので、ドラム式洗濯乾燥機の縦断面図を示す。外枠2の内側には外槽20が備えられる。外槽20の下部には、複数個のサスペンション21により支持され、上部は前後に配置された2個の引きバネ22,23により支持されている。サスペンション21は外槽20の全重量を支持するものであり、強固な構成に出来ている。また、脱水運転時に生じる外槽20の上下振動を吸収し、脱水始動時の外槽20の共振による異常振動を防止するための減衰機構などが設けられている。また、外槽20の上部から支持している引きバネ22,23は外槽20の前後方向の倒れ防止を兼ねた支持や脱水時の前後,上下,左右振動を低減するために設けられている。洗いやすすぎ時には、水道の蛇口に接続された給水ホース24から給水電磁弁25に接続されており、給水電磁弁25の操作により注水ホース26から洗剤投入ケース27を経由して洗いやすすぎに必要な水が供給される。供給された水は、外槽20の底部に洗濯水として、またすすぎ時にはすすぎ水として溜められている。洗剤投入ケース27は、洗い時に必要な洗剤を投入し、すすぎ時には仕上がりを良くするための柔軟仕上げ剤を投入する。洗い時には、注水ホース26から供給された水が洗剤投入ケース27の洗剤を溶かしながら、外槽20の上部からフレキシブルホース28を介して投入される。外槽20の内側にある回転ドラム29にはドア3を開けて投入された洗濯物30があり、回転ドラム29の開口部の外周には脱水時の洗濯物30によるアンバランスによる振動を低減するための流体バランス31が設けられている。流体バランス31は中を半径方向に複数の通路31aに分けて配置されている。また、この通路31aには流体が50%程度で充填されている。また、この通路31aは流体が円周方向に抵抗無く自由に流れにくいように半径方向にリブ(図示せず)が付けられている。中に充填される液体は比重が重く腐敗しない材料として塩化ナトリウム,塩化カリウムや塩化カルシュウムなどを水溶液にした流体が使用される。これらの流体は通路31aの体積の30〜50%程度充填され、飽和水溶液を使用している。また、流体バランス31の内側は前面から奥行き方向に回転ドラム29と間隙をおいて全周リブ31bが設けられており、洗濯物30を取り出すときに流体バランス31の流体充填部と直接接触している回転ドラム29の金属部に触れにくい構造をしている。回転ドラム29の内側には脱水時に高速回転で洗濯物30に含まれている水分を脱水するための脱水穴32が全周に複数個設けられている。また、回転ドラム29の内側には洗い時に洗濯物30を掻き揚げられるようにするため複数個のリフター33が設けられている。回転ドラム29は、回転ドラム用金属製フランジ34に連結された主軸35を介してDCブラシレスモータ36に直結されている。DCブラシレスモータ36は、外槽20に固定された金属製フランジ37に取付けられている。本実施例の場合、DCブラシレスモータ36は磁石埋め込み形のインナーロータで、ステータは集中巻の巻線を有するDCブラシレスモータ36を使用している。また、DCブラシレスモータ36は、洗濯工程51は低速,高トルク,脱水工程53は高速低トルクで使用するのでロータは多極でマグネットには希土類磁石を使用している。外槽20の開口部には弾性体からなるゴム系のベローズ38が取付けられている。ドア3は透明の樹脂成型品39と耐熱性ガラスにより構成されている。このべローズ38はドア3を構成する透明の樹脂成型品39と耐熱性ガラス40のうち耐熱性ガラス40のシール部外周面40aと直接に接するように設けられ、外槽20の中とドア3との水密性を維持する役割をしている。
これにより、洗い,すすぎ及び脱水時の水漏れの防止が図られている。ドア3は耐熱ガラス40と透明の樹脂成型品39で挟み込んで固定するため、全周に鍔部40bが設けられており、その内側端面40cは流体バランス31に軸方向にラップしないように配置されている。これにより、できるだけ洗濯物30を収納する空間の確保ができる。洗いやすすぎが終了して不要になった水や、脱水時に洗濯物30から脱水された水は、排水弁41を開放して排水ホース11から排水される。
乾燥では、送風ファン42により送風された送風は、洗濯物30が入った回転ドラム29の中及び外周を通ってくるため、糸くずが含まれるので必ず乾燥用フィルター8を通す必要がある。このため、経路を図示していないが乾燥用フィルター8を経由してヒータ43に送風し、加熱された温風は外槽上部に設けられた開口部44より回転ドラム29の中に送風される。温風は洗濯物30を通って回転ドラム29の後部から外槽20の底部に設けられた除湿装置45の通風口46を通って除湿装置45で除湿され送風ファン42により循環を繰り返して洗濯物30を乾燥させる。回転ドラム29はステンレスの鋼板により構成されており、前面部の胴板部47は端面部の外周をコの字形にした前面部板48を挟み込んで軸方向に内側に折り曲げて折り返して締結している。これにより、回転ドラム29の入り口側の強度を上げることができる。また、この間に流体バランス31を入れることにより外周方向の遠心力を回転ドラムで受けることができるので流体バランス31の強度を低下でき、流体バランス31を構成している材料費を低減できる。
図3は、本発明の実施例に係るもので、ドラム式洗濯乾燥機の運転工程を示すブロック図である。この運転工程は洗濯物30に付着した汚れを落としたり、また、すすぎによる洗剤分をすすいだり、また、洗濯物30に含まれた水分を回転ドラム29の高速回転による遠心力で脱水したり、それらの水分を排水することなどの一連の工程を自動的に行う一般的な自動洗濯コースが、このブロック図に示されている。以下ブロック図をもとに各工程の説明を行う。給水電磁弁25の操作により給水50が行われる。洗濯工程51は洗濯に必要な水が外槽20内に供給されるとドラム駆動用モータ36が回転し、回転ドラム29の回転が行われる。このときの回転ドラム29の回転数は毎分40〜50回転で、休止をおいて右回転,左回転を数分ずつ行うことにより、洗濯物30が回転ドラム29内のリフター33により掻き揚げられながら叩き洗いにより洗濯される。洗濯工程51が終了すると洗いにより洗濯物30に付着した汚れが除去され、汚れた洗濯水を洗濯機外に排出する排水工程52へ移行する。排水が終了した後、洗濯物30に含まれている洗剤分を脱水する脱水工程53へ移行する。脱水工程53では、回転ドラム29を高速回転して洗濯物30を遠心力により回転ドラム29の内壁に設けられた複数個の脱水穴32より脱水される。このときの回転数は毎分800〜1500回転としている。脱水工程53が終了すると、洗濯物30に含まれた洗剤分をすすぐ、すすぎ工程54へ移行する。すすぎ工程54に入る前に、洗濯工程51と同じように清水を供給する給水工程50にて必要な清水が外槽20内に供給される。すすぎに必要な清水は本実施例では、洗いと同じく25〜30リットルの給水がされる。規定量の清水が給水されると、すすぎ工程54に自動的に進行し、洗濯工程51と同じように回転ドラム29が低速回転(毎分45回転前後)しながら洗濯物30に含まれた洗剤分を除去する。本実施例ではすすぎは2回となっているがすすぎ工程54の回数は2〜3回となっているものもある。すすぎ工程54が終了後、排水が行われ洗濯物30に含まれる水分を充分に脱水するため、最終脱水工程55に移行する。最終脱水工程55の脱水時間は、一般的に5分以上で、回転ドラム29を高速回転させ洗濯物30の水分を遠心力で除去するものである。この時の脱水率は60〜65%となる。なお、ドラム式洗濯乾燥機では、熱源としてヒータ43により温風を槽内に循環させ洗いから乾燥まで自動的に進行する。この場合は最終脱水工程55が終了した後、自動的に乾燥工程56へ移行する。乾燥工程56では、洗濯物30の水分が充分に除去された後、ヒータ43により温風を洗濯物30に吹き付けながら、回転ドラム29を毎分40〜55回転で反転もしくは一方向に回転させて洗濯物30の水分を除去して乾燥させるものである。乾燥時間を短くするには最終脱水工程55における回転数を上げて脱水率を上げる必要があり、最高で毎分1500〜1700回転としている。これにより、回転ドラム29の径にもよるが脱水率は約70%となる。乾燥工程の中には終了後に冷却工程57があり、回転ドラム29内に冷却風を循環させて冷却を行い、所定の温度まで低下すると、押しボタンスイッチ4を押すとロックが解除されてドア3を開けて洗濯物30を取り出すことができる。また、乾燥途中で乾燥を止めたい時も同様に、回転ドラムの中の温度は80〜100℃程度になっているので冷却工程57により冷却して温度が60℃以下になってから開くようにしている。
図4は本発明の実施例に係るもので、ドラム式洗濯乾燥機を駆動する回路を示す。AC100Vの商用電源60はコンセント61を介して電源スイッチ62と並列に配置されたヒューズ63を通ってフィルター回路64に入る。フィルター回路64の後方からは各種電気部品及び整流回路65に直接電源を供給している。本実施例では整流回路65はAC100Vを倍電圧整流して直流の高電圧を得ている。このときの直流電圧の最大値は約282Vとなる。最終脱水工程55では回転数が毎分1500〜1700回転と高いので弱め界磁によりトルクは小さくなるが回転を上げる制御を行っており、洗濯工程51では毎分40〜50回転で回転数の比が大きくなっているので供給電源の電圧を上げて脱水工程55での回転数を確保している。整流回路65からは低圧の直流電源を供給するための、スイッチング電源66,インバータ回路67が接続されている。
また、この間には電圧検知回路68及びヒューズ69が接続されている。インバータ駆動回路70はDCブラシレスモータ36に付いている回転位置センサー71の信号によりインバータ駆動回路67を制御してDCブラシレスモータ36を回転させている。ドラム式洗濯機全体の制御はマイコン72により行われる。商用電源60で直接駆動される電気部品としては給水電磁弁25,排水弁41があり、各々に直列に接続されたリレー接点73をマイコン72によりリレー巻線74に流れる電流を制御して行われる。また、乾燥工程で使用する送風ファン43と洗濯及びすすぎ時に使用する循環ポンプモータ76は、同一インバータ回路77を切替えスイッチ78で切替えて使用している。このため、回路が共用化できコストが低減できる。ヒータ43は同じ容量のヒータが並列に接続されており、電源はフィルター回路64の前からとっている。この理由は、ヒータ43は純抵抗なのでフィルター回路64を通す必要がないことと、ヒータ43は電流が大きいのでフィルター回路64の前に使用することによりインダクタンスの容量の低減を図っている。
図5は本発明の実施例に係るもので、ステータコアの正面図を示す。ステータコア80はティース81の単位で分割されたコア群82を複数個組合せて構成されている。本実施例では、6個のティース81を組合せてコア群82として7個組合せて円形のステータコア80としている。コア群82の個数があまり多いと型が大きくなり高価となる。また、少なすぎると生産性が低下するので3〜8個が適当である。コア群82は直線の状態で打抜かれ、所定の積厚に積層してから円形に曲げて組合せてステータコア80としている。ティース81単位で分割し、直線の状態で打抜くことにより、ティース81をスロット83で互いにラップさせて打抜くことにより材料歩留まりをよくしている。また、ティース81は42個でロータの極数は56と多く、且つ磁束密度の大きい希土類磁石を使用しているので、正弦波の誘起電圧を作るためにはロータと同心円のティース81の先端形状では鉄の部分の磁束密度が高くなり、正弦波の誘起電圧が作り難くなる。このため、ロータの外形を基準にした同心円に対して逆円弧とすることによりロータの磁束密度がティース81の中心から離れることにより急激に小さくなるのでロータの磁極片形状変更で正弦波誘起電圧を作り易くしている。なお、この部分の形状は同心円に対して、両側が外形側にあれば同様の効果が得られる。
図6は本発明の実施例に係るもので、ステータの正面図を示す。ステータ84はステータコア80の外周に固定子フランジ85を圧入し、樹脂モールドにより固定子フランジ取付け部86,三相短絡コネクタ87,電源コネクタ88及びスロット絶縁物89を形成している。固定子フランジ85は亜鉛メッキ鋼板をプレス加工した物を使用しており、その内側にはステータコア80が嵌合されている。
図7は本発明の実施例に係るもので、ステータ84のA部の部分拡大図を示す。本実施例の場合、スロット83内のスロット絶縁物89の厚さは0.8mm、ステータコア80のティース81間の間隙部であるスリット90におけるスリット部絶縁物91の厚さは0.5mmとしている。スロット83の部分でスロット絶縁物89の厚さを厚くしているのは集中巻の場合、ティース81に巻線が巻かれるのでステータコア80とスロット絶縁物89との間には巻線時に巻線張力による大きな力が印加され、その力によりスロット絶縁物89が変形し、亀裂が入ることがあるので機械強度を確保するため厚くしている。しかしながら、スリット90の部分のおけるスリット部絶縁物91の部分には直接巻線の加重が印加されることがないのでスロット絶縁物89より薄くすることができる。また、スリット90の部分は巻線をティース81に巻くとき、巻線機のブレードがその間を往復して通り、ブレードは巻線を通すので、ブレードの強度はスリット90の幅から巻線の径を引いた値の1/2が肉厚となり、スリット90の幅は大きい方が肉厚を厚くすることができるのでスリット部絶縁物91の厚さは薄くすることによりブレードの強度を上げることができる。間隙部92はティース先端部93と内接する同心円94とスリット90により構成されている。同心円94より大きい間隙部92の部分には樹脂モールドした合成樹脂があってもロータの外径より大きいので、ロータと接触することはない。このため、この間隙部92の範囲に樹脂モールドで絶縁物を設けても何ら支障がない。
図8は本発明の実施例に係るもので、ステータのA部に巻線95を巻いたときのA部の部分拡大図を示す。巻線95は集中巻で巻いているので、各ティース81毎に巻かれている。巻線95は一般的には巻線機により巻線95を通したブレード(図示せず)が狭いスリット90またはスリット部絶縁物91の間を通って絶縁されたティース81に巻いていく。本実施例ではティース81からの高さを一定にして巻いているが巻線95の占積率を上げるときは隣り合う巻線95の間隙がスリット90の幅に並行になるように巻かれる。巻線95はスリット絶縁物91から外側にこぼれないように構成されている。スロット絶縁物89とスリット絶縁物91における立ち上り寸法Bとすると巻線95はこれ以下として巻線95のコボレを防止している。通常この寸法Bの高さで、全周を鍔部96で構成して巻線95がはみ出さないようにしている。ティース81は従来、巻線95のブレード強度を確保するためスリット90の幅をできるだけ大きくする必要からスリット絶縁物91は設けておらずステータコア80と面一としていたのでスロット絶縁物89の厚さがステータコア80との絶縁距離となっていた。本実施例ではスリット部絶縁物91の長さをC、空隙部92の長さをD、ティース先端部93とDとの長さEとするとステータコア80と巻線95の絶縁距離はC+D+Eとなる。すなわち、空隙部92まで樹脂モールドすることによりステータコア80と巻線95との絶縁距離を少なくとも(D+E)増加することができる。
空隙部92の樹脂モールドの厚さは、絶縁距離を確保するだけなので0.5mm以上とし上限値は鍔部96の高さのBとしている。また、ティース先端部93と空隙部92内の樹脂モールドは厚さを確保し、見切り面はほぼ直角にしているのでバリができにくい。また、樹脂モールドが薄くなって剥がれやすくなることがない。
図9は本発明の実施例に係るもので、鍔部96の幅を空隙部92まで広げて樹脂モールドした時の他の実施例を示す。絶縁距離はC+Dとなり、図8よりはEの分だけ少なくなるがDを大きくとることができるので実質はあまり変わらないで絶縁距離を確保できる。鍔部96は、全周を同じ幅で高さBで構成し、間隙部92とティース先端部93を樹脂モールドしている。このため、絶縁距離Dは鍔部96の幅が厚いほど大きくすることができるが樹脂モールドが薄くなることとモールド型のティース先端部93の押え代が少なくなるのでティース先端部93の幅の1/2以上を残している。
絶縁物89に巻線95を巻いたとき、鍔部96にかかる力はスロット83側の鍔部96はステータコア80により支えられているので薄くしても強度上は何ら問題がないが積厚方向の端面側は樹脂モールドされた鍔部96のみで構成されているので空隙部92まで樹脂モールドすることにより鍔部96の厚さを厚くすることができるので鍔部96の強度を向上することができる。これにより巻線の張力を上げることができるので太線による整列巻線が容易となる。
また、樹脂モールドの金型を製作するとき、鍔部96の幅寸法を厚くしただけなので、従来のものと比較して加工の手間は同じにすることができる。
本発明では、逆円弧のティース先端部93とそれに内接する同心円94とスリット90により空隙部92を構成し、この間隙部92の範囲でティース81を樹脂モールドすることにより、ステータコア80と巻線95との絶縁距離を、大きくすることができるので、漏洩電流が低減できる。
また、ステータコア80をスロット83,スリット90,間隙部92を一体に樹脂モールドしているので、巻線の張力が印加されないスリット90におけるスリット絶縁物91の厚さを薄くすることによりスリット90の幅を大きくすることができるので巻線を巻くときのブレードの肉厚を厚くすることができ、強度を上げることができる。
また、鍔部96を間隙部92まで厚くすることにより絶縁距離を大きくするとともにティース81で受けられない端面部の鍔部96の強度を上げることができる。
本発明の実施に係わるもので、ドラム式洗濯乾燥機の斜視図を示す。 本発明の実施に係わるもので、ドラム式洗濯乾燥機の縦断面図を示す。 本発明の実施例に係るもので、ドラム式洗濯乾燥機の運転工程を示すブロック図である。 本発明の実施例に係るもので、ドラム式洗濯乾燥機を駆動する回路を示す。 本実施例に係るもので、ステータコアの正面図を示す。 本実施例に係るもので、ステータの正面図を示す。 本実施例に係るもので、ステータのA部の部分拡大図を示す。 本発明の実施例に係るもので、ステータのA部に巻線95を巻いたときのA部の部分拡大図を示す。 本発明の実施例に係るもので、鍔部96の幅を空隙部92まで広げて樹脂モールドした時の他の実施例を示す。
符号の説明
29 回転ドラム
30 洗濯物
36 DCブラシレスモータ
51 洗濯工程
53 脱水工程
54 すすぎ工程
80 ステータコア
83 スロット
84 ステータ
89 スロット絶縁物
90 スリット
91 スリット絶縁物
92 間隙部
93 ティース先端部
95 巻線
96 鍔部

Claims (5)

  1. インナーロータで集中巻をしたステータを有し、前記ステータのティース先端部を非同心円形状とし、ロータと対向する面を逆円弧形としたDCブラシレスモータにおいて、ステータのティース先端の中央部と接する同心円に対して、前記同心円とティース先端により間隙部を構成し、巻線を絶縁する絶縁物をスロットの内側からスリットを通して、前記間隙部まで一体にステータコアを樹脂モールドして絶縁物を構成したことを特徴とするDCブラシレスモータ。
  2. 請求項1記載のDCブラシレスモータにおいて、スリット絶縁物の厚さをスロット絶縁物より薄くしたことを特徴とするDCブラシレスモータ。
  3. 請求項1記載のDCブラシレスモータにおいて、鍔部の幅を間隙部まで厚くしたことを特徴とするDCブラシレスモータ。
  4. 洗濯物が収納される回転ドラムを有し、少なくとも洗濯工程,すすぎ工程,脱水工程の各工程を備え、前記回転ドラムを駆動するDCブラシレスモータを備え、前記DCブラシレスモータはインナーロータで集中巻をしたステータを有し、前記ステータのティース先端部を非同心円形状とし、ロータと対向する面を逆円弧形とした洗濯機において、ステータのティース先端部の中央部と接する同心円に対して、前記同心円とティースにより間隙部を構成し、巻線を絶縁する絶縁物をスロットの内側からスリットを通して前記間隙部まで一体にステータコアを樹脂モールドして絶縁物を構成したDCブラシレスモータを備えたことを特徴とする洗濯機。
  5. インナーロータで集中巻をしたステータを有し、前記ステータのティース先端部をロータに対して逆円弧形とし、前記ティース先端の両端部,前記ステータのスロット内側にかけて樹脂でモールドしたことを特徴とするDCブラシレスモータ。
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