JP2017204926A - 電動機の回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】固定子と、前記固定子に対して回転する回転子を備え、前記回転子は永久磁石を放射状に配置し、永久磁石の磁化方向を円周方向とし、永久磁石と電磁鋼板を積層した回転子鉄心を交互になるよう配置している電動機において、前記回転子を構成する部品点数を少なくし、かつ磁極位置検出基板を小さくする。【解決手段】主磁束を発生する永久磁石に位置検出用の永久磁石が一体構造となるよう形成され、前記位置検出用の永久磁石が径方向で着磁されており、前記回転子に係止部を設け前記永久磁石の軸方向への動作を抑制した構造を特徴とする。【選択図】 図１１

Description

本発明は、電動機に係わり、これを用いた洗濯機、特に縦型洗濯乾燥機に関する。

縦型洗濯乾燥機においては、洗い工程で非常に大きなトルクを要するため、回転子の磁石材料には以前は残留磁束密度の高いレアアースであるネオジム磁石を使用していたが、ネオジム磁石の価格高騰から最近ではレアアースが含まれているが比較的安価なサマリウム鉄窒素磁石を採用している。

ネオジム磁石の残留磁束密度が1.3Ｔであるのに対し、サマリウム鉄窒素磁石の残留磁束密度が0.76Ｔと小さいため（約1/2）、性能を同一体格で実現するためには、回転力を発生する主磁束部磁石のサマリウム鉄窒素磁石の径方向を厚くし、極弧度を上げるためリング形状とすることで磁石磁束量の上昇を図った。また回転子の磁極位置を検出するための永久磁石部を一体成形にすることにより、検出精度向上と部品点数の削減と生産性向上を実現した。この時の着磁の方向は磁石材にサマリウム鉄窒素磁石を使用した回転子については、特許文献１（特開２０１３−１８８０３５）、特許文献２（特開２０１３−１８８０３６）および特許文献３（特開２０１３−１８８０３７）に示されている。

特開２０１３−１８８０３５号公報 特開２０１３−１８８０３６号公報 特開２０１３−１８８０３７号公報 特許第４７３９７００号 特許第５３４２５９３号

サマリウム鉄窒素磁石の使用量を低減する方法としては、永久磁石を放射状に配置し、永久磁石の磁化方向を円周方向とし、永久磁石と電磁鋼板を積層した回転子鉄心を交互になるよう配置して回転子を構成する方法があり、例として永久磁石にフェライト磁石を使用した回転子については、特許文献４（特許第４７３９７００号）や特許文献５（特許第５３４２５９３）に示されている。前記回転子の磁極位置の検知方法としては、永久磁石の軸方向の漏れ磁束をホールセンサ等の半導体素子を電気角で１２０度ずらした位置に３つ配置し、前記ホールセンサ等の電気信号で検知する方法が一般的であるが、ホールセンサの位置が固定子コイルに近すぎると、電流を流した場合に固定子コイルから発生する磁束にホールセンサが影響されてしまい、正しい磁極位置を検出できなくなってしまう。この対策としては前記永久磁石と同じ磁極位置で着磁をした磁極位置検出用磁石を取り付け、その磁束を検出する方法があるが、磁極位置検出用磁石を固定し取り付けるためのケースやネジ等が必要となり結果、部品点数が多くなりコスト面で問題となる。また別の対策として、固定子コイルから発生する磁束の影響を均一に受けるように、固定子のスロット間にホールセンサを配置する方法があるが、ホールセンサの実装基板が大きくなってしまうためこちらもコスト面で問題となる。

本発明の目的は、部品点数を少なくし、かつホールセンサの実装基板を小さくした上で、前記サマリウム鉄窒素磁石の使用量を低減した回転子を提供することである。

固定子と、前記固定子に対して回転する回転子を備え、前記回転子は永久磁石を放射状に配置し永久磁石の磁化方向を円周方向とし、前記永久磁石と電磁鋼板を積層した回転子鉄心を交互になるよう配置している電動機において、前記永久磁石と位置検出部の永久磁石が一体構造となっており、前記位置検出部の永久磁石が径方向で着磁されていることを特徴とする。

本発明によれば、部品点数を少なくし、かつホールセンサの実装基板を小さくした上で、前記サマリウム鉄窒素磁石の使用量を低減した回転子を提供することができる。

本発明による電動機の回転子の実施例を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明による電動機の回転子の実施例を示す断面図である。 本発明による電動機の回転子の実施例を示す下面図である。 実施例の回転子に用いられる永久磁石の平面図および断面図である。 実施例の回転子に用いられる回転子鉄心モールド体の平面図である。 図５のＡ−Ａ線断面図である。 実施例の回転子に用いられる回転子鉄心の正面図および平面図である。 実施例の回転子における回転軸支持板の平面図である。 実施例の回転子における回転軸支持板と回転子鉄心の組合せ構造を示す斜視図である。 本発明による電動機の回転子の実施例を示す斜視図である。 本発明による回転子が組み込まれる電動機の構成例を示す断面図である。 本発明による回転子が組み込まれた電動機を備えた洗濯機の例を示す構成図である。 本発明による電動機の回転子の実施例を示す分解斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に関わる縦型洗濯機１００、およびそれに用いられる電動機を、図１〜図１３を参照して説明する。

図１２は本実施形態に関わる縦型洗濯機１００の概観図である。この洗濯機は、筐体５０の内部にサスペンション５１を介して懸架支持される水槽５２と、この水槽５２の内部に回転可能に配置され、洗濯物が投入される洗濯槽５３と、この洗濯槽５３内の底部に配置され、洗濯槽５３内の洗濯物を攪拌する回転翼５４と、を有して構成されており、この洗濯機において水槽５２の底部に設けられた固定板５５に、図１１に示した電動機３０が取り付けられている。

そして、この電動機３０の出力軸である洗濯機回転軸３８が回転翼５４に連結されると共に、中空回転軸４０が洗濯槽５３に連結されている。従って、この洗濯機では、洗濯時には電動機３０の回転子１の回転が減速機構３１を介して減速されて回転翼５４に伝達され、これによって回転翼５４が回転して洗濯槽５３内の洗濯物を攪拌する洗濯動作が行われると共に、脱水時には電動機３０の回転子１の回転が減速されずに洗濯槽５３に伝達されて洗濯槽５３が高速回転して脱水動作が行われる。この動作の切り換えは、電動機に備えられるクラッチ機構によって行われる。

図１１は本実施例が適用される電動機の構成である。この電動機３０は、回転軸３４に結合される回転子１と、この回転子１の外周面に対向して固定配置される固定子３２と、を有して構成される。回転子１には、回転子鉄心２と永久磁石３が円周方向に交互に取り付けられ、一方固定子３２には電磁コイル３２ａが巻装されている。そして、この電磁コイル３２ａと回転子１の永久磁石３との間の電磁作用によって固定子３２に対し回転子１が回転し、これと一体に回転軸３４が回転駆動される。

次に本実施例が適用される電動機の回転子の構成について説明する。回転子１は回転子鉄心モールド体１０と複数個の永久磁石３によって構成される。永久磁石３の主磁束を発生する四角柱３ｃを着磁配向３ｄの向きにＮ極またはＳ極の着磁をした後、回転子鉄心モールド体１０に形成された磁石挿入孔１０ａに挿入する。磁石挿入孔１０ａの外周側または付近には係止部５ａが形成され、永久磁石３挿入後に係止できる構造となっている。また永久磁石３に形成された突起部３ｂと、回転子鉄心モールド体１０に形成された嵌合孔５ｂとが嵌合され、永久磁石３のガタツキを抑制できる構造となっている。磁石挿入孔１０ａは複数個あり、その全てに永久磁石３を挿入する。永久磁石３を挿入後、磁極位置検出用の瓦形状３ａを着磁配向３ｅの向きにＮ極またはＳ極の着磁を行う。着磁の向き３ｅの調査方法としては、ガウスメータやマグネットビュアーシート等がある。回転子鉄心モールド体１０には凸部５ｃが内径側に複数個所形成されており、電動機３０の組立作業において、回転子１を固定子３２に組み込む時や、逆に取り外す時など指を掛けやすい形状となっているので組立作業性がよい。また、ナット４５を軸３４に締め付ける際にも指または治具等を掛けやすい形状となっているので、作業がしやすい構造となっている。

回転子鉄心モールド体１０は複数個の回転子鉄心２と回転軸支持板４を合成樹脂５で一体成形し固着する構造となっている。回転子鉄心２は多数枚の電磁鋼板を積層して形成される。回転子鉄心２には一つないし複数個の空孔２ａ、２ｂが形成されており、回転子鉄心モールド体１０の一体成形時に合成樹脂５が空孔２ａ、２ｂに流入、固着し回転子鉄心モールド体１０の剛性を上げる構造となっている。回転軸支持板４は鋼板で形成され、中心部には電動機の回転軸と結合する結合孔４ｄを有し、外周には凹部４ａと凸部４ｂ、４ｃが形成されている。ここで、凸部４ｂ、４ｃはそれぞれ対称的に突出形成されている。

永久磁石３は磁石材料としてサマリウム鉄窒素磁石の粉末を用い、樹脂バインダーとしてポリアミド樹脂を混練し四角柱３ｃの片端部に瓦形状３ａを結合した形状に成形したものである。成形に使用する射出成形機は、磁場を発生させながら成形できるようにコイルが内蔵されているものを使用し、コイルに電流を流しながら成形を行う。すると射出時に溶融したサマリウム鉄窒素磁石の粒子が磁場と同一方向にならい、磁場方向に強力な磁力を得ることができる。四角柱３ｃの主磁束部は固定子３２との励磁作用によって回転力を発生させるため、強力な磁力が必要な部分であり、着磁の向きは３ｄである。また瓦形状３ａは磁極位置検出部であり、位置検出センサ３７の感知に必要な磁力があればよく、着磁の向きは３ｅである。四角柱３ｃの着磁の向き３ｄと瓦形状３ａの着磁の向き３ｅは直交しているが、四角柱３ｃの箇所には磁性体の成形金型を使用し、瓦形状３ａの箇所には非磁性の成形金型を使用する構成とすることにより、四角柱３ｃには成形時に３ｄの向きに磁場配向が施され、瓦形状３ａには磁場配向が施されないようにすることができる。瓦形状３ａには磁場配向が施されていないため自由な方向に着磁を行うことができ、３ｅの向きに着磁を行う。

１ 回転子
２ 回転子鉄心
２ａ 空孔
２ｂ 空孔
３ 永久磁石
３ａ 瓦形状
３ｂ 突起部
３ｃ 四角柱
３ｄ 主磁束部の着磁の向き
３ｅ 磁極位置検出部の着磁の向き
４ 回転軸支持板
５ 合成樹脂
５ａ 係止部
５ｂ 嵌合孔
５ｃ 凸部
１０ 回転子鉄心モールド
３０ 電動機
３１ 減速機構
３２ 固定子
３２ａ 電磁コイル
３３ ハウジング
３４ 回転軸
３５ エンドブラケット
３６ 軸受部
３７ 回転位置センサ
３８ 洗濯機駆動軸
３９ 内側軸受部
４０ 空回転軸
４１ ケース
４２ 円盤部
４３ 当接部
４４ 円筒状リブ
４５ ナット
５０ 筐体
５１ サスペンション
５２ 水槽
５３ 洗濯槽
５４ 回転翼

Claims (4)

1. 固定子と、前記固定子に対して回転する回転子を備え、前記回転子は永久磁石を放射状に配置しさらに磁化方向を円周方向とし、前記永久磁石と電磁鋼板を積層した回転子鉄心を交互になるよう配置している電動機において、
   前記永久磁石に磁極位置検出部の永久磁石が一体構造となっており、前記磁極位置検出部の永久磁石が径方向で着磁されていることを特徴とする電動機。
2. 請求項１記載の電動機において、
   永久磁石がサマリウム鉄窒素磁束等のボンド磁石にて構成されていることを特徴とする電動機。
3. 請求項１または請求項２記載の電動機において、
   前記回転子に係止部を設け前記永久磁石の軸方向への動作を抑制した構造を特徴とする電動機。
4. 請求項１〜請求項３いずれか１項に記載の電動機を適用したことを特徴とするドラム式洗濯乾燥機、または縦型洗濯乾燥機。

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