JP2023030546A - 回転電機及びそれを備えた洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】電機子巻線の巻きこぼれを容易に防止できる回転電機及びそれを備えた洗濯機を提供する。【解決手段】ティース１２０には、該ティース１２０を覆うように樹脂製の絶縁基体１５０が設けられている。絶縁基体１５０を固定子鉄心１４０の中心軸に垂直な平面で切断した場合の断面において、絶縁基体１５０は、第１傾斜部１５１を有している。また、絶縁基体１５０を固定子鉄心１４０の中心軸に沿う平面で切断した場合の断面において、絶縁基体１５０は、第２傾斜部を有している。第１傾斜部１５１の外径側の幅をＷ１、第１傾斜部１５１の内径側の幅をＷ２、第２傾斜部の外径側の幅をＨ１、第２傾斜部の内径側の幅をＨ２とする。このとき、Ｗ１＞Ｗ２の場合にはＨ１＜Ｈ２に設定され、Ｗ１＜Ｗ２の場合にはＨ１＞Ｈ２に設定されている。【選択図】図８

Description

本発明は、回転電機及びそれを備えた洗濯機に関する。

現在のドラム式洗濯乾燥機は、乾燥性能の向上を目的として高速脱水の回転数が増加傾向にある。また、洗濯容量の増加に伴い、モータの体格を変えずに低速高トルクなモータにしなければならない。

電動機（回転電機）の電機子巻線は、固定子鉄心の歯部（ティース）に巻き回す形で巻装される。従来、電機子巻線が巻装される固定子鉄心のティースの幅を、軸方向から見て内径側より外径側を広くすることで、電動機の性能向上を図っている。
上記従来構造は、ティースの幅を広く取ることで磁気的な性能面で有利であるが、内径側に窄まる形状となるため、巻装時に電機子巻線が内径側にずれやすくなる。結果的に、電機子巻線同士が整列せずに重なり合うため、隣接するティース間の空隙（スロット）を十分使用することができなかった。そのため、線径の細い電機子巻線を使用することや、巻線機の速度を低下させて電機子巻線を巻装することが必要となり、性能面と作業性の面で改善の余地があった。

本発明の背景技術として、特開２０１９－１０３３００号公報（特許文献１）がある。この公報には、「図４ないし図７に示すように、絶縁歯部５８は、リブ状の凸部７０を有している。凸部７０は、絶縁歯部５８の幅方向に沿う基部６２の中央部から盛り上がるとともに、絶縁歯部５８の内周壁部５９と肉厚部６５との間を結ぶように絶縁端板５５の径方向に直線的に延びている。さらに、凸部７０は、絶縁端板５５の外周壁部５７から内周壁部５９に進むに従い固定子鉄心３４ａから遠ざかる方向に所定の角度αで連続的に傾斜されている。」と記載されている（特許文献１の段落［００５９］参照）。

特開２０１９－１０３３００号公報

しかしながら、特許文献１の記載の技術では、絶縁歯部５８の凸部７０の傾斜は、外径側へ向かう一方向に窄まる形状である。このため、電機子巻線の巻きこぼれを防止できるのは巻装する奇数層（外径側から中心へ向かう巻線層）のみであり、偶数層（中心から外径側へ向かう巻線層）は、逆に巻きこぼれやすい方向に力が加わることになる。

そこで、本発明は、電機子巻線の巻きこぼれを容易に防止できる回転電機及びそれを備えた洗濯機を提供することを課題とする。

前記課題を達成するために、本発明に係る回転電機は、円環状のバックヨークと、該バックヨークに設けられた複数のティースと、を有する固定子鉄心を備える。前記ティースには、該ティースを覆うように樹脂製の絶縁基体が設けられている。前記絶縁基体を前記固定子鉄心の中心軸に垂直な平面で切断した場合の断面において、前記絶縁基体は、電機子巻線が巻装される部分に幅寸法が変化する第１傾斜部を有している。前記絶縁基体を前記固定子鉄心の中心軸に沿う平面で切断した場合の断面において、前記絶縁基体は、電機子巻線が巻装される部分に幅寸法が変化する第２傾斜部を有している。前記第１傾斜部の外径側の幅をＷ１、前記第１傾斜部の内径側の幅をＷ２、前記第２傾斜部の外径側の幅をＨ１、前記第２傾斜部の内径側の幅をＨ２とする。このとき、Ｗ１＞Ｗ２の場合にはＨ１＜Ｈ２に設定され、Ｗ１＜Ｗ２の場合にはＨ１＞Ｈ２に設定されている。

本発明によれば、電機子巻線の巻きこぼれを容易に防止できる回転電機及びそれを備えた洗濯機を提供することができる。

本発明の実施形態に係る洗濯機としてのドラム式の洗濯乾燥機の外観斜視図である。 本発明の実施形態に係る電動機の回転軸に沿った縦断面図である。 図２のＡ－Ａ線に沿う部分拡大断面図である。 回転子の拡大縦断面図及び拡大正面図である。 固定子の拡大正面図である。 固定子の拡大背面図である。 図５の矢印Ｂの方向から見た部分拡大図である。 図７のＣ－Ｃ線に沿う部分断面図である。 図７のＤ－Ｄ線に沿う部分断面図である。 図３に示されるティースの先端部付近の拡大図である。 孔ピッチ比、孔長さ比、孔幅比、及び孔配置高さ比の各パラメータと洗い運転時の脈動トルクの感度との関係を表した解析結果のグラフである。 孔を設ける場合と孔を設けない場合とで解析を行ったときのトルク波形を表すグラフである。 平面部を有するティースの先端部付近の拡大図である。 平面部長さ比と脈動トルクとの関係を表した解析結果のグラフである。 平面部を設ける場合と平面部を設けない場合とで解析を行ったトルク波形を表すグラフである。 図３に示されるティースの拡大図である。 外径側角度比、内径側角度比、先端部角度比、及び内径側隅部半径の各パラメータと脈動トルクの感度との関係を表した解析結果のグラフである。 図１６に示す本実施形態の場合と、孔が無くベベリングを施した比較例の場合とで解析を行ったトルク波形を表すグラフである。

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。
なお、各図において、共通する構成要素や同種の構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を適宜省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る洗濯機としてのドラム式の洗濯乾燥機４００の外観斜視図である。
まず、本実施形態に係る洗濯乾燥機４００の全体構成について説明した後に、この洗濯乾燥機４００に搭載される回転電機としての電動機１について説明する。

洗濯乾燥機４００は、該洗濯乾燥機４００の外郭を構成する略箱状の筐体４０１を備えている。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（不図示）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１の回転軸３２０に沿った縦断面図である。
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、後記する回転子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の径方向外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１０１（図５参照）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）と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Ａ－Ａ線に沿う部分拡大断面図である。図４は、回転子２００の拡大縦断面図及び拡大正面図である。なお、図４において、符号４Ａは、回転子２００の拡大縦断面図を示し、符号４Ｂは、回転子２００の拡大正面図（図２の右側から見た拡大図）を示している。
図３に示すように、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、複数枚の電磁鋼板が積層された固定子鉄心１４０を備えている。固定子鉄心１４０は、円環状のバックヨーク１３０と、バックヨーク１３０に設けられた複数の固定磁極としてのティース１２０とを有している。ティース１２０には、電機子巻線（固定子コイル）１１０が巻装される。固定子鉄心１４０は、複数のティース１２０及びバックヨーク１３０が直線状になったものから折り曲げて円弧状に成形したもので構成されており、金属製の固定子フランジ１６０内に嵌合して形成されている。そして、固定子鉄心１４０に形成された複数のスロット１４１中に、三相巻線である（集中巻の）電機子巻線１１０が巻装される。

ティース１２０の先端面１２１は、回転子２００側に凸の非同心形状を呈している。非同心形状とは、電動機１の回転軸３２０を中心とした円弧形状でない形状をいう。ティース１２０の先端部には、周方向に突出している突出形状部１２２が設けられている。

回転子２００は、固定子１００に対して回転するように設けられている。回転子２００は、回転子鉄心２１０と永久磁石片２２０とが回転軸３２０（図２参照）中心から放射状に、円環形状を形成するように交互に複数配置されている。放射状に伸びた永久磁石片２２０が長いため、例えばフェライト磁石を用いても必要なトルク特性が得られる。

回転子鉄心２１０は、複数枚の電磁鋼板が積層されて形成されている。回転子鉄心２１０の先端面２１１は、固定子１００側に凸の非同心形状を呈している。ティース１２０の先端面１２１と回転子鉄心２１０の先端面２１１とを互いに凸の非同心形状とすることで、騒音の低減が図られている。

本実施形態での固定子１００における固定磁極としてのティース１２０の数は、４２個である。また、本実施形態での回転子２００における永久磁石片２２０及び回転磁極としての回転子鉄心２１０の数は、それぞれ５６個である。符号２７５は、所定の金型内で回転子２００をインサート成形する際に、充填されるモールド用の樹脂である。

ここで、永久磁石片２２０は、無着磁状態の磁石要素が用いられ、永久磁石片２２０の組み付け時には、永久磁石片２２０は磁化されていない。これにより永久磁石片２２０の磁化方向の確認漏れや挿入間違いが生じることがなく、磁化方向を誤ったまま永久磁石片２２０が組み込まれてしまうおそれがない。

永久磁石片２２０には、磁石要素としてフェライトを使用し、薄型、軽量、高トルクを実現している。そして、永久磁石片２２０を回転子鉄心２１０で挟み込んで円環形状した後、回転子鉄心２１０と永久磁石片２２０とが樹脂２７０でモールドされて一体に形成される。なお、回転子鉄心２１０の中央部には、空孔２３０が設けられている。この空孔２３０には、樹脂２７０が充填されて融着されるようになっている。

さらに、図４に示すように、ボス部２６１及び鉄心支持基体２６２も、樹脂２７５でモールドされ、回転子２００が一体化されている。なお、回転子鉄心２１０の端部には、鍵穴形状の凹部２３５が設けられている。この凹部２３５には、樹脂２７５が充填されて融着されるようになっている。

図３に示すように、隣り合う回転子鉄心２１０の間には、永久磁石片２２０の外径側（固定子側との対向面側）に空隙２４０が形成され、永久磁石片２２０の内径側に空隙２５０が形成されている。つまり、各永久磁石片２２０は、外径側および内径側の両側面が回転子鉄心２１０に接触しない構造となっている。これらの空隙２４０、空隙２５０は、永久磁石片２２０の漏れ磁束を低減するように作用する。

これらの空隙２４０、空隙２５０に対しても、樹脂２７０が充填されて融着されるようになっている。つまり、永久磁石片２２０は、回転方向両側から回転子鉄心２１０で挟持されるとともに、径方向においても、樹脂２７０によって支持されている。

図５は、固定子１００の拡大正面図、図６は、固定子１００の拡大背面図である。
図５、図６に示すように、固定子１００は、固定子鉄心１４０（図３参照）を収容する金属製の固定子フランジ１６０と、固定子フランジ１６０の径方向内側（一方側）に設けられた樹脂製の絶縁基体１５０とを備える。絶縁基体１５０は、電機子巻線１１０を巻装するために形成されており、固定子鉄心１４０（図３参照）の周囲を覆っている。

また、固定子１００は、固定子フランジ１６０の径方向外側（他方側）に設けられた取付基体形成部１７０を備えている。取付基体形成部１７０は、他の部材と締結するための締結部１７１を有している。取付基体形成部１７０は、絶縁基体１５０と同一の樹脂にて形成される。締結部１７１には、挿通部１７２と挿通部１７３とが形成されている。挿通部１７２には、固定子１００を固定子ベース３００（図２参照）に締結するのに使用されるネジ３１５（図２参照）が挿通する。挿通部１７３には、電動機カバー（不図示）を固定子１００に締結するのに使用されるネジ（不図示）が挿通する。また、締結部１７１には、固定子ベース３００（図２参照）への取付座面１７４が形成されている。

取付基体形成部１７０は、絶縁基体１５０と分離されている。つまり、絶縁基体１５０と取付基体形成部１７０とは、物理的に分離して成形され、互いに接触しない。このとき、絶縁基体１５０と取付基体形成部とは、一回の成形で形成されてもよいし、二回に分けて成形して形成されてもよい。

取付基体形成部１７０は、円環形状を呈する円環部１７５を有していてもよい。この場合、締結部１７１は、円環部１７５上の複数箇所に設けられる。すなわち、締結部１７１同士が円環部１７５によって固定子フランジ１６０に沿って接続される。複数の締結部１７１の間における円環部１７５に、部分的に径方向内側に凹むように形成された凹部１７６が設けられている。

また、固定子１００には、前記したホールＩＣホルダ１０１のほか、電源端子台１０２、及び中性点端子台１０３が取り付けられている。

図７は、図５の矢印Ｂの方向から見た部分拡大図である。図８は、図７のＣ－Ｃ線に沿う部分断面図である。なお、図８において、符号８Ａは、電機子巻線１１０が巻装される前の状態、符号８Ｂは、電機子巻線１１０の１層目が巻装される様子、符号８Ｃは、電機子巻線１１０の２層目が巻装される様子を示す。図９は、図７のＤ－Ｄ線に沿う部分断面図である。なお、図９において、符号９Ａは、電機子巻線１１０が巻装される前の状態、符号９Ｂは、電機子巻線１１０の１層目が巻装される様子、符号９Ｃは、電機子巻線１１０の２層目が巻装される様子を示す。

図７～図９に示すように、固定子１００のティース１２０には、該ティース１２０を覆うように樹脂製の絶縁基体１５０が設けられている。図８に示すように、絶縁基体１５０を固定子鉄心１４０の中心軸に垂直な平面で切断した場合の断面において、絶縁基体１５０は、電機子巻線１１０が巻装される部分に幅寸法が変化する第１傾斜部１５１を有する。また、図９に示すように、絶縁基体１５０を固定子鉄心１４０の中心軸に沿う平面で切断した場合の断面において、絶縁基体１５０は、電機子巻線１１０が巻装される部分に幅寸法が変化する第２傾斜部１５２を有する。

ここで、図８における符号８Ａに示すように、第１傾斜部１５１の外径側の幅をＷ１、第１傾斜部１５１の内径側の幅をＷ２とする。また、図９における符号９Ａに示すように、第２傾斜部１５２の外径側の幅をＨ１、第２傾斜部１５２の内径側の幅をＨ２とする。このとき、本実施形態では、Ｗ１＞Ｗ２かつＨ１＜Ｈ２に設定されている。

図１０は、図３に示されるティース１２０の先端部付近の拡大図である。
本実施形態では、図１０に示すように、ティース１２０の先端部には、該ティース１２０の幅方向に並ぶ複数の孔１２３が設けられている。

洗濯乾燥機４００の電動機１を高負荷領域で動作すると、孔１２３が無い場合には、脈動トルクが増加する傾向にある。これは、負荷トルクの増加に伴って電流値が増加し、磁束密度の変化量が増加することから、急峻な磁束密度の変化が生じることによって、脈動トルクが増加するからである。ここで、図１０に示すような磁束抑制用の孔１２３を追加することによって、磁束の流れを制限し、各ティース１２０の電磁力の最大値を制限することで、その総和によって発生する脈動トルクを抑制できる。
また、従来のようにティース１２０の先端部にベベリングを施す必要がないので、電磁鋼板の板厚を厚くしても板厚よりも薄い薄肉部が生じることもない。これにより、固定子鉄心１４０に用いる電磁鋼板の板厚を厚くすることで、原価低減を図ることができるとともに、金型の打ち抜き回数を減らすことによる生産性の向上を図ることができる。
したがって、本実施形態によれば、低コストで生産性が良く、脈動トルク低減による低騒音化を実現できる。

本実施形態では、孔１２３は、一対設けられている。ここで、一対の孔１２３のピッチをＬ１、固定子１００（図３参照）の径方向における孔１２３の長さをＬ２、ティース１２０の幅方向における孔１２３の幅（長さ）をＬ３とする。また、ティース１２０の先端面１２１から孔１２３の内面までの最短距離をＬ４、ティース１２０の先端部の幅をＬ、固定子鉄心１４０を構成する複数枚の電磁鋼板の１枚の厚さをｔとする。

図１１は、孔ピッチ比（Ｌ１／Ｌ）、孔長さ比（Ｌ２／ｔ）、孔幅比（Ｌ３／ｔ）、及び孔配置高さ比（Ｌ４／ｔ）の各パラメータと洗い運転時の脈動トルクの感度（ｄＢ）との関係を表した解析結果のグラフである。感度（ｄＢ）の値が大きいほど脈動トルクが大きい結果となる。図１１に示す「平均値」は、本解析における全ケースの平均値を示している。なお、本解析の全ケースにおいて、脈動トルクの低減が実現されている。図１１は、各パラメータが脈動トルクの感度（ｄＢ）に与える影響度合いを示す。

各パラメータは、型構造と生産性に応じて以下の範囲内に設定されることが好ましい。図１１に示すように、孔ピッチ比（Ｌ１／Ｌ）を小さくするほど脈動トルクが低減する解析結果となった。孔ピッチ比（Ｌ１／Ｌ）は、０．１９～０．３９の範囲内で最適な値を選択してよい。孔長さ比（Ｌ２／ｔ）は、２～３の範囲内で選択すると脈動トルクを低減させる効果がある。孔幅比（Ｌ３／ｔ）は、１．５～２．５の範囲内で指定すると脈動トルクを低減させる効果がある。孔配置高さ比（Ｌ４／ｔ）を大きくするほど脈動トルクが低減する解析結果となった。孔配置高さ比（Ｌ４／ｔ）は、１～１．４の範囲内で最適なものを選択すると脈動トルクを低減させる効果が大きい。

本実施形態では、孔ピッチ比（Ｌ１／Ｌ）は、０．１９～０．３９、孔長さ比（Ｌ２／ｔ）は、２～３、孔幅比（Ｌ３／ｔ）は、１．５～２．５、孔配置高さ比（Ｌ４／ｔ）は、１～１．４の範囲内にそれぞれ設定される。なお、本発明において、Ｐ～Ｑ（Ｐ及びＱは数値）は、Ｐ以上Ｑ以下を意味する。

図１２は、孔１２３を設ける場合と孔１２３を設けない場合とで解析を行ったときのトルク波形を表すグラフである。孔１２３を設ける場合、各パラメータは前記した範囲内で設定されている。縦軸は、洗い運転時のトルクを正規化した結果を表している。横軸は、回転子２００（図３参照）が回転したときの回転角（機械角）を表している。
図１２に示すように、高負荷時に、孔１２３を前記した範囲内の位置に配置することによって磁束が流れすぎるのを抑制し、トルクのピーク値を抑える効果があることを具体的に実現できる。また、各パラメータを固定子鉄心１４０に用いる電磁鋼板の板厚に応じて設定することで、原価低減と生産性の向上を図ることができる。

次に、高速回転領域における脈動トルクの低減方法について説明する。
図１３は、平面部１２４を有するティース１２０の先端部付近の拡大図である。
図１３に示すように、ティース１２０の先端面１２１に、平面部１２４が形成されている。ここで、ティース１２０の先端部の幅をＬ、ティース１２０の幅方向における平面部の長さをＸ１とする。

本実施形態では、平面部長さ比（Ｘ１／Ｌ）は、０よりも大きく０．３７以下の範囲内に設定されている。平面部１２４は、凸の非同心形状を呈するティース１２０の先端面１２１を平面カットすることによって形成される。ここで、平面部１２４と回転子２００との間のギャップ２０１（図３参照）が所定範囲内に保たれる。所定範囲は、接触防止と必要トルク確保の観点から、例えば０．５５～０．６５ｍｍとされる。

図１４は、平面部長さ比（Ｘ１／Ｌ）と脈動トルクとの関係を表した解析結果のグラフである。図１４は、ティース１２０の先端面１２１に平面部１２４を設けたことによる脈動トルクの低減効果を示している。脈動トルクは、トルク波形の極大値と極小値との差である。図１４に示すように、ティース１２０の先端面１２１を凸の非同心形状としただけの場合、すなわち平面部長さ比（Ｘ１／Ｌ）＝０の場合よりも、平面部１２４を設けた場合の方が脈動トルクが小さいことがわかる。

図１５は、平面部１２４を設ける場合と平面部１２４を設けない場合とで解析を行ったトルク波形を表すグラフである。平面部１２４を設ける場合、平面部長さ比（Ｘ１／Ｌ）は、前記した範囲内で設定されている。縦軸は、脱水運転時のトルクを正規化した結果を表している。横軸は、回転子２００（図３参照）が回転したときの回転角（機械角）を表している。

図１５に示すように、ティース１２０の先端面１２１を平面カットすることでエアギャップを広げることにより、凸の非同心形状によって発生するトルクのピーク値を抑制し、脈動トルクを低減する効果がある。

なお、本解析は、図１３に示すようなティース１２０の先端部に孔１２３が無く突出形状部１２２にベベリング１２５を施した形状について行った。ただし、図１０に示すようなティース１２０の先端部に孔１２３が有る形状の場合でも、同様の効果が期待できる。

図１６は、図３に示されるティース１２０の拡大図である。
次に、高速脱水時における脈動トルクを低減するために、ティース１２０の先端部の形状の最適化を検討した。
ティース１２０を有する固定子鉄心１４０を構成する電磁鋼板は、パンチを含む金型で打ち抜かれて形成される。しかし、金型の構造上、ティース１２０の先端部に薄肉部分が存在すると、金型の破損につながる可能性がある。そのため、金型の形状に依存せずに、性能を出すことが可能なティース１２０の先端部の形状とすることが望ましい。

本実施形態では、ティース１２０の先端部に設けられた周方向に突出している突出形状部１２２を厚肉とする。これにより、金型の形状に依存することなく、脈動トルクが低減するティース１２０の先端部の形状を、実験計画法を用いた解析によって最適化する。

ここで、固定子１００（ティース１２０）のピッチ角をθ、ティース１２０の突出形状部１２２を含む先端部の周方向角度をθ３とする。また、ティース１２０の電機子巻線１１０（図３参照）が巻装される部分に対応する外径側の周方向角度をθ１、ティース１２０の電機子巻線１１０が巻装される部分に対応する内径側の周方向角度をθ２とする。また、突出形状部１２２の根元に位置するティース１２０の内径側の隅部の曲率半径をＲとする。

図１７は、外径側角度比（θ１／θ）、内径側角度比（θ２／θ）、先端部角度比（θ３／θ）、及び内径側隅部半径（Ｒ）の各パラメータと脈動トルクの感度（ｄＢ）との関係を表した解析結果のグラフである。感度（ｄＢ）の値が大きいほど脈動トルクが大きい結果となる。図１７に示す「平均値」は、本解析における全ケースの平均値を示している。なお、本解析の全ケースにおいて、脈動トルクの低減が実現されている。図１７は、各パラメータが脈動トルクの感度（ｄＢ）に与える影響度合いを示す。

外径側角度比（θ１／θ）、内径側角度比（θ２／θ）、及び内径側隅部半径（Ｒ）の変更は、脈動トルクに大きく影響しないことがわかる。先端部角度比（θ３／θ）は、１．１０～１．３３の範囲内で最適な値を選択してよい。
したがって、本実施形態では、先端部角度比（θ３／θ）は、１．１０～１．３３の範囲内に設定されている。

図１８は、図１６に示す本実施形態の場合と、孔１２３が無くベベリング１２５（図１３参照）を施した比較例の場合とで解析を行ったトルク波形を表すグラフである。図１６に示す本実施形態の場合、先端部角度比（θ３／θ）は、前記範囲内で設定されている。縦軸は、脱水運転時のトルクを正規化した結果を表している。横軸は、回転子２００（図３参照）が回転したときの回転角（機械角）を表している。

比較例の場合には、磁石トルクとリラクタンストルクの脈動成分が同位相であるが、本実施形態の場合、孔１２３を設けることで、磁束密度が飽和する領域において、磁石トルクとリラクタンストルクが逆位相となる。このため、図１８に示すように、本実施形態の場合は、比較例の場合よりも脈動トルクを低減することが可能となる。

また、本実施形態では、図７、図８に示すように、絶縁基体１５０を固定子鉄心１４０の中心軸に垂直な平面で切断した場合の断面において、絶縁基体１５０は、第１傾斜部１５１を有している。また、図７、図９に示すように、絶縁基体１５０を固定子鉄心１４０の中心軸に沿う平面で切断した場合の断面において、絶縁基体１５０は、第２傾斜部１５２を有している。第１傾斜部１５１の外径側の幅をＷ１、第１傾斜部１５１の内径側の幅をＷ２、第２傾斜部１５２の外径側の幅をＨ１、第２傾斜部１５２の内径側の幅をＨ２としたとき、Ｗ１＞Ｗ２かつＨ１＜Ｈ２に設定されている。

この構成では、巻装時に電機子巻線１１０がずれやすくなる方向が、第１傾斜部１５１と第２傾斜部１５２とで逆になって相殺される。これにより、電機子巻線１１０の位置を安定させることができ、電機子巻線１１０が整列する。したがって、電機子巻線１１０の巻きこぼれを容易に防止できる。

また、スロット１４１（図３参照）に対する電機子巻線１１０の割合（占積率）を向上することができるので、電機子巻線１１０による損失が低下し、高効率な電動機１を提供できる。また、電機子巻線１１０を整列させるために要求される巻装時の過度な応力を緩和できる。このため、電機子巻線１１０表面の絶縁基体１５０への傷による絶縁不良や導体部の伸びを抑制でき、高い信頼性を持つ高品質な電動機１を提供できる。さらに、この構成では、使用する電機子巻線１１０の線径が異なったとしても同様の効果が得られる。このため、絶縁基体１５０を標準化した上で異なる線径の電機子巻線を巻装することで、低コストで異なる性能が得られる複数の仕様の電動機を提供できる。

なお、前記した実施形態では、Ｗ１＞Ｗ２かつＨ１＜Ｈ２に設定されているが、Ｗ１＜Ｗ２かつＨ１＞Ｈ２に設定されてもよい。このように構成しても、同様の効果を得ることができる。また、前記した実施形態では、絶縁基体１５０は、固定子鉄心１４０と一体成形されるが、これに限定されるものではない。絶縁基体１５０は、固定子鉄心１４０の軸方向に分割された一対の部品として嵌め合わせるように構成されてもよい。

また、本実施形態では、電動機１は、固定子フランジ１６０と、絶縁基体１５０と、取付基体形成部１７０とを備える。固定子フランジ１６０は、金属製であり、固定子鉄心１４０を収容する。絶縁基体１５０は、樹脂製であり、固定子フランジ１６０の径方向内側に設けられている。取付基体形成部１７０は、樹脂製であり、固定子フランジ１６０の径方向外側に設けられており、他の部材と締結するための締結部１７１を有する。そして、取付基体形成部１７０は、絶縁基体１５０と分離されている。

絶縁基体１５０と取付基体形成部１７０とが一体成形されて繋がっていると、固定子鉄心１４０に加わる成形収縮による応力は、締結部１７１の配置箇所数（本実施形態では６箇所）で不均一に加わる。しかし、本実施形態では、取付基体形成部１７０が分離されることにより、絶縁基体１５０には均一な成形収縮による応力（本実施形態ではティース１２０の配置箇所数である４２箇所分）が加わることとなる。これにより、固定子フランジ１６０に固定子鉄心１４０を圧入して収容した状態の固定子鉄心１４０の高精度な内径寸法を維持したまま、取付基体形成部１７０を設けることができる。
したがって、固定子鉄心１４０の真円度を向上させることができる。そして、固定子鉄心１４０の真円度向上により、低振動、低騒音な電動機１を提供できる。

また、本実施形態では、取付基体形成部１７０は、円環部１７５を有し、締結部１７１は、円環部１７５上の複数箇所に設けられ、複数の締結部１７１の間における円環部１７５に、凹部１７６が設けられている。この構成では、固定子フランジ１６０の保護、及び成形性の改善を図ることができるとともに、凹部１７６によって取付基体形成部１７０の成形収縮による応力を緩和することができる。

以上、本発明について実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、前記した実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、前記した実施形態では、電動機１は、固定子１００が回転子２００の径方向外側に配置されている場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、回転子２００が固定子１００の径方向外側に配置されている場合にも適用可能である。
また、前記した実施形態では、回転電機が電動機１である場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、回転電機が発電機である場合にも適用可能である。

１ 電動機（回転電機）
１００ 固定子
１１０ 電機子巻線
１２０ ティース
１２１ 先端面
１２２ 突出形状部
１２３ 孔
１２４ 平面部
１３０ バックヨーク
１４０ 固定子鉄心
１５０ 絶縁基体
１５１ 第１傾斜部
１５２ 第２傾斜部
１６０ 固定子フランジ
１７０ 取付基体形成部
１７１ 締結部
１７５ 円環部
１７６ 凹部
２００ 回転子
２１０ 回転子鉄心
２１１ 先端面
２２０ 永久磁石片
２７０ 樹脂
２７５ 樹脂
３２０ 回転軸
３００ 固定子ベース（他の部材）
４００ 洗濯乾燥機（洗濯機）

Claims (4)

1. 円環状のバックヨークと、該バックヨークに設けられた複数のティースと、を有する固定子鉄心を備え、
   前記ティースには、該ティースを覆うように樹脂製の絶縁基体が設けられ、
   前記絶縁基体を前記固定子鉄心の中心軸に垂直な平面で切断した場合の断面において、前記絶縁基体は、電機子巻線が巻装される部分に幅寸法が変化する第１傾斜部を有し、
   前記絶縁基体を前記固定子鉄心の中心軸に沿う平面で切断した場合の断面において、前記絶縁基体は、電機子巻線が巻装される部分に幅寸法が変化する第２傾斜部を有し、
   前記第１傾斜部の外径側の幅をＷ１、前記第１傾斜部の内径側の幅をＷ２、前記第２傾斜部の外径側の幅をＨ１、前記第２傾斜部の内径側の幅をＨ２としたとき、
   Ｗ１＞Ｗ２の場合にはＨ１＜Ｈ２に設定され、Ｗ１＜Ｗ２の場合にはＨ１＞Ｈ２に設定されていることを特徴とする回転電機。
2. 回転子鉄心と永久磁石片とが回転軸中心から放射状に、円環形状を形成するように交互に複数配置されており、
   前記回転子鉄心の先端面は、前記固定子鉄心を備えた固定子側に凸の非同心形状を呈していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 回転子鉄心と永久磁石片とが回転軸中心から放射状に、円環形状を形成するように交互に複数配置されており、
   前記回転子鉄心と前記永久磁石片とは、樹脂でモールドされて一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の回転電機を用いたことを特徴とする洗濯機。

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