JP2020065382A - 電動機及びそれを用いた洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】通電時に生じる脈動トルクを低減可能な電動機を提供することである。【解決手段】固定子１００と、固定子１００に対して回転する回転子２００と、を有する電動機であって、回転子１００は、複数の回転子鉄心を回転軸方向に積層して形成された回転磁極２１０と、永久磁石２２０と、を有し、回転磁極２１０と永久磁石２２０は、円環状に交互に複数配置され、回転磁極２１０は、外側端部に円周方向に突出する突出部２１１ａ、２１１ｂが形成された第一回転子鉄心２１１と、外周端部に円周方向に突出しない非突出部２１２ａ、２１２ｂが形成された第二回転子鉄心２１２と、を有し、第二回転子鉄心２１２を回転軸方向に積層された第二回転子鉄心部５１２は、第一回転子鉄心２１１を回転軸方向に積層された第一回転子鉄心部５１１で、回転軸方向に挟持されて配置された構成とする。【選択図】 図６

Description

本発明は、固定子と回転子を備えた電動機及びそれを用いた洗濯機に関する。

現在のドラム式洗濯乾燥機は、回転ドラムの回転軸に磁石モータを直結して駆動する方式（ダイレクトドライブ方式）が主流となってきている。

通常、ドラム式洗濯機においては、洗い工程で回転ドラムを低速高トルクで駆動する必要があるため、回転子の永久磁石には平板フェライト磁石や円弧状フェライト磁石を回転子鉄心へ挿入して、永久磁石から発生する磁束を効率的に利用する。

洗濯機の多くは家庭内で使用され、近年では夜に使用するケースも多く、低騒音化のニーズが年々高まってきている。騒音発生の要因は様々であるが、電動機に起因する騒音の一つとしては脈動トルクがある。脈動トルクが大きいと電動機から振動が発生しそれが筐体部分に伝搬して騒音となる。

電動機の脈動トルクを低減する方法としては様々な方法が提案されており、例えば固定子におけるティースの内周面と、回転子における磁極鉄心の外周面とを、互いに凸の非同心形状を用いる手法もある。

また、特許文献１のように、回転子の回転軸に垂直な断面における断面形状が回転軸方向で変化することによる、磁気回路設計が異なる領域を回転軸方向に２つ以上設けて、コギングトルクを低減する手法が提案されている。

特許第５８９７０７３号公報

脈動トルクが大きいと電動機から振動が発生し、それが回りの筐体部分に伝搬して騒音となり、この対策方法としては脈動トルク振幅を低減する必要がある。

本発明の目的は、通電時に生じる脈動トルクを低減可能な電動機を提供することである。

上記課題を解決するために本発明の電動機は、固定子と、固定子に対して回転する回転子と、を有し、回転子は、複数の回転子鉄心を回転軸方向に積層して形成された回転磁極と、永久磁石と、を有し、回転磁極と永久磁石は、円環状に交互に複数配置され、回転磁極は、外側端部に円周方向に突出する突出部が形成された第一回転子鉄心と、外周端部に円周方向に突出しない非突出部が形成された第二回転子鉄心と、を有し、第二回転子鉄心を回転軸方向に積層された第二回転子鉄心部は、第一回転子鉄心を回転軸方向に積層された第一回転子鉄心部で、回転軸方向に挟持されて配置された構成とする。

本発明によれば、通電時に生じる脈動トルクを低減可能な電動機を提供することができる。

本発明に係る電動機を備えたドラム式洗濯乾燥機の概観図である。 本発明に係る電動機の回転軸に沿った縦断面図である。 本発明に係る電動機の径方向部分断面図である。 本発明の回転子鉄心の概観図である。 本発明の回転磁極の回転子鉄心が積層された構成を示す図である。 本発明の回転子の外周側の外観斜視図である。 本発明に係る電動機の脱水時トルク波形を示す図である。 本発明に係る電動機の脱水時トルク波形の比較を示す図である。

次に、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。まず、本実施形態に係るドラム式洗濯機（以下、洗濯乾燥機と称する）の全体構成について説明した後に、このドラム式洗濯機に搭載される電動機について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る洗濯乾燥機の外観斜視図である。

符号４０１は、洗濯乾燥機４００の外郭を構成する略箱状の筐体である。筐体４０１は、この筐体４０１を支持する合成樹脂製のベース４０２の上に取り付けられている。図１においては、洗濯乾燥機４００の筐体４０１の内側の構造を示すために、筐体４０１を構成する上面カバー（不図示）、前面カバー（不図示）、及び下部前面カバー（不図示）を取り外した様子を示している。なお、図１中、符号４０６は、筐体４０１を構成する側板であり、符号４０７は、背面カバーである。

この洗濯乾燥機４００においては、前面の略中央に設けられた開口４０８を介してドラム４０４内に衣類等の洗濯物の出し入れが行われる。そして、開口４０８は、図示しないヒンジ周りに回動するドア４０３によって開閉可能となっている。

ドラム４０４は、回転可能に支持された有底円筒形状を呈しており、その外周壁及び底壁に通水及び通風のための多数の貫通孔を有している。ドラム４０４の回転軸は、水平又は開口４０８側が高くなるように傾斜している。

外槽４０５は、円筒状に形成され、その同軸上にドラム４０４を内包している。ちなみに、この外槽４０５に内包されるドラム４０４は、洗濯室、脱水室及び乾燥室として機能するようになっている。外槽４０５の前面の開口には、合成樹脂製の図示しない外槽カバーが設けられ、外槽４０５内への貯水を可能としている。外槽４０５の底面には、図示しない排水口が設けられている。

外槽４０５は、下側をベース４０２に固定されたサスペンション４０９（コイルばねとダンパで構成）で防振支持されている。また、外槽４０５の上側は上部補強部材４１０に取り付けた補助ばね（図示せず）で支持されており、この補助ばねは、外槽４０５の前後方向へ倒れを防いている。

このような洗濯乾燥機４００においては、外槽４０５内に洗浄水が貯留され、次に説明する電動機１によってドラム４０４が回転駆動されて洗濯物の洗濯が行われる。また、洗濯乾燥機４００においては、洗濯の終了後に、すすぎ、脱水、及び乾燥を実施する際に電動機１がドラム４０４を回転駆動することとなる。

次に、本実施形態に係る電動機１について更に詳しく説明する。
図１に示すように、電動機１は、外槽４０５の後側端面の外側中央に配置されている。なお、図１中、電動機１は、その回転軸方向（回転軸の延在方向）から見た当該電動機１の外形（輪郭）がかくれ線（破線）で示されている。このような電動機１の回転軸は、外槽４０５を貫通し、ドラム４０４と結合されている。
図２は、本発明の実施形態に係る電動機の回転軸に沿った電動機の縦断面図である。
図２に示すように、電動機１は、外槽４０５（図１参照）の裏底（外槽ベース）側に固定子ベース３００を介してネジ等の締結具（図示省略）により取付けられている。
固定子ベース３００は、外槽４０５に取り付けられるフランジ部３００ａと、電動機１の回転軸３２０を内蔵する胴部３００ｂとで主に構成されている。
外槽４０５（図１参照）の底部を貫通する側の胴部３００ｂに設けられるボス部３１０には、その内側にウォータシール３１１が圧入されている。このウォータシール３１１によって、外槽４０５内の洗浄水が電動機１を介して外槽４０５の外側に漏れないようになっている。
胴部３００ｂの内側には回転軸３２０を回転支持する軸受３１３ａ、３１３ｂが収納されている。
そして、回転軸３２０は、胴部３００ｂ内を外槽４０５（図１参照）側から離れるように延在し、胴部３００ｂから突出したその回転軸３２０の先端部が、後に詳しく説明する回転子２００に挿入されている。ちなみに、回転軸３２０の先端部には、ねじ部が形成されており、このねじ部に螺合するナット３１４によって、回転子２００は回転軸３２０に取り付けられている。
また、後記するように、回転子２００の外周側に配置されることとなる固定子１００は、ネジ３１５でフランジ部３００ａに固定されている。
固定子１００には、回転子２００の磁極位置を検知するための、ホールＩＣホルダ（図示省略）と巻線の発熱を検知するサーマルプロテクタを搭載したサーマルプロテクタホルダ（図示省略）が取付けられている。ちなみに、ホールＩＣホルダは、回転子２００の端面の磁束を検知し極性と位置を検出している。また、サーマルプロテクタホルダは、電動機１が過負荷になったとき、巻線へ通電する電源を遮断するように構成されている。
回転軸３２０には、ドラム４０４を取付けるためのフランジ３１６が嵌合固定されている。
図３は、図２のIIIａ−IIIｂ部分断面図である。
図３に示すように、上記の回転軸３２０（図２参照）に固定される回転子２００は、固定子１００の内側に配置されている。
固定子１００は、固定子コイル１１０が巻装された多数の固定磁極１２０を有し、回転軸方向に積層される全ての固定子鉄心の先端部は円周方向に突出している突出形状１２１を備えている。
回転子２００は、後記する電磁鋼板で作成された第一回転子鉄心と第二回転子鉄心を回転軸方向に積層した回転磁極２１０に永久磁石２２０が多数配置されている。
本実施形態での固定子１００における固定磁極１２０の数は、４２個である。また、本実施形態での回転子２００の永久磁石２２０及び回転磁極２１０の数は、それぞれ５６極である。また、所定の金型内で回転子２００をインサート成形する際に、成形樹脂２６０を充填して成形されている。
次に洗濯乾燥機の低騒音化を図るため、現行分析を実施した結果、通電時のトルク脈動が騒音を増加させる主因であることが分かった。すなわち、トルク脈動の低減が低騒音化への近道であると言える。

そこで、トルク脈動低減のため、本発明では現在のトルク脈動を打ち消すように回転磁極２１０端部の位置を調整したものである。図４に回転磁極２１０を構成する、外側先端の端部が円周方向に突出している形状の第一回転子鉄心２１１と外側先端の端部が円周方向に突出していない形状の第二回転子鉄心２１２を示す。

第一回転子鉄心２１１と第二回転子鉄心２１２とは、固定子１００と対向する半径方向外側の形状が異なっている。第一回転子鉄心２１１の外径側の端部には、円周方向の両側に突出する突出部２１１ａ、２１１ｂを有している。第二回転子鉄心２１２の外径側の端部には、円周方向の突出部がない非突出部２１２ａ、２１２ｂを有している。

次に図５にトルク脈動を打ち消すように回転磁極２１０を配置した構成する形態を示す。外側先端の端部が円周方向に突出している突出部２１１ａ、２１１ｂを備えた第一回転子鉄心２１１と、外側先端の端部が円周方向に突出していない非突出部２１２ａ、２１２ｂを備えた第二回転子鉄心２１２と、を図の如く回転軸３２０の回転軸方向に順番に積層する。

図６は固定子１００側から見た回転子２００の外周側の外観図である。本実施例では、第一回転子鉄心２１１を回転軸方向に複数積層した第一回転子鉄心部５１１と第二回転子鉄心２１２を回転軸方向に複数積層した第二回転子鉄心部５１１を、軸方向に交互に積層して回転磁極２１０を構成している。図５、図６では、２つの第一回転子鉄心５１１で第二回転子鉄心５１２を挟持した構成にしている。

図７に脱水時トルク波形図を示す。先端の端部が円周方向に突出している形状の第一回転子鉄心２１１の脈動トルクに対し、先端の端部が円周方向に突出していない形状の第二回転子鉄心２１２の脈動トルクが約１８０°反転させることで互いのトルクを打ち消すことで合成波形のトルク脈動を低減することができる。

図８に脱水時トルク波形比較を示す。回転磁極２１０を積層で構成する電磁鋼板の形状が全て、先端の端部が円周方向に突出している形状の第一回転子鉄心２１１で構成される回転子の脱水運転時の脈動トルク（従来品）に比べ、先端の端部が円周方向に突出している形状の第一回転子鉄心２１１と先端の端部が円周方向に突出していない形状の第二回転子鉄心２１２を組み合わせた回転子の脱水運転時の脈動トルク（発明品）が低減されていることが判る。

これら、本発明に係る回転子を使用した電動機を備えることで洗濯乾燥機の低騒音化を図ることができる。

なお、本実施例では永久磁石を使用した回転子としているが、着磁前の磁石要素を使って回転子を形成し、その後に磁石要素に着磁させて永久磁石としてもよい。この場合は、回転子を組み立てるときに磁石要素が磁化されていないので、回転磁極に吸着することがなく、作業性が良いものとすることができる。

以上、本発明に係る回転子を使用した電動機ついて最良の実施の形態および実施例を示して詳細に説明した。なお、本発明の内容は、前記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲内において適宜改変・変更等することができることはいうまでもない。

１ 電動機
１００ 固定子
１１０ 固定子コイル
１２０ 固定磁極
１２１ 突出形状
２００ 回転子
２１０ 回転磁極
２１１ 第一回転子鉄心
２１１ａ 突出部
２１１ｂ 突出部
２１２ 第二回転子鉄心
２１２ａ 非突出部
２１２ｂ 非突出部
２２０ 永久磁石
２６０ 成形樹脂材
３２０ 回転軸
５１１ 第一回転子鉄心部
５１２ 第二回転子鉄心部

Claims (3)

1. 固定子と、前記固定子に対して回転する回転子と、を有し、
   前記回転子は、複数の回転子鉄心を回転軸方向に積層して形成された回転磁極と、永久磁石と、を有し、
   前記回転磁極と前記永久磁石は、円環状に交互に複数配置され、
   前記回転磁極は、外側端部に円周方向に突出する突出部が形成された第一回転子鉄心と、外周端部に円周方向に突出しない非突出部が形成された第二回転子鉄心と、を有し、
   前記第二回転子鉄心を回転軸方向に積層された第二回転子鉄心部は、前記第一回転子鉄心を回転軸方向に積層された第一回転子鉄心部で、回転軸方向に挟持されて配置された、ことを特徴とする電動機。
2. 請求項１記載の電動機であって、
   前記第一回転子鉄心の脈動トルクに対して、前記第二回転子鉄心の脈動トルクは、略１８０°反転させた、電動機。
3. 請求項１又は請求項２記載の電動機を有することを特徴とする洗濯機。

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