JP4848342B2

JP4848342B2 - 洗濯乾燥機のファン駆動装置

Info

Publication number: JP4848342B2
Application number: JP2007258219A
Authority: JP
Inventors: 政二飯塚; 晃阿久津; 春雄小原木; 栄治豊田
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2027-10-02
Also published as: JP2009082575A

Description

本発明は洗濯乾燥機のファンと永久磁石式回転電機からなるファン駆動装置に関するものである。

洗濯乾燥機のファン駆動用回転電機にはインバータ駆動の永久磁石式電動機が採用されている。最近では洗濯乾燥機が主流となり、合成樹脂で成形されたファンと永久磁石式電動機とからなるファン駆動装置が使用され、ファンによって発生した風でヒータの熱量を洗濯物に当てて乾燥時間を短くしている。しかし、省エネ化を図るにはヒータと電動機の入力を低減する必要がある。この種の回転電機の従来例としては特開２００５−２７８３２１号公報に記載のように、回転子の中に弾性体を内蔵したものが知られている。

特開２００５−２７８３２１号公報

しかしながら、特開２００５−２７８３２１号公報に記載のものにおいて、シャフトの軸端に合成樹脂で成形されたファンは系止されていないが、回転子表面には表面磁石型のフェライト永久磁石が固定されている。この電動機を洗濯乾燥機のファン駆動装置に適用した場合、インバータで制御され歪波の電機子電流を電機子巻線に供給してもフェライト永久磁石に損失が発生せず、また、回転子表面に鉄心部が存在しないので電動機の発生熱量は洗濯物の乾燥に使用できず、省エネ化を図れない問題があった。

本発明の目的は、電動機で発生した熱量を洗濯物の乾燥に使用し、省エネ化を図れる洗濯乾燥機のファン駆動装置を提供することにある。

（１）上記の目的を解決するために、本発明は、洗濯乾燥機のファンと永久磁石式回転電機からなるファン駆動装置であって、単相電源からの電力をインバータ装置によって供給されて永久磁石式回転電機を駆動し、永久磁石式回転電機が固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子と、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔に希土類永久磁石が納められた埋込磁石型の回転子が、固定子の内周に所定のギャップを介して回転自在に支承され、回転子鉄心中心に設けたシャフト孔に金属製シャフトが係合され、シャフトの端部に非鉄金属製のファンが固定され、インバータで制御され供給された歪波の電機子電流によって回転子鉄心に発生した熱量を、ファンに伝達するようにしたことを特徴とする。
（２）上記の目的を解決するために、本発明は、洗濯乾燥機のファンと永久磁石式回転電機からなるファン駆動装置であって、単相電源からの電力をインバータ装置によって供給されて永久磁石式回転電機を駆動し、永久磁石式回転電機が固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子と、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔に希土類永久磁石が納められた埋込磁石型の回転子が、固定子の内周に所定のギャップを介して回転自在に支承され、回転子鉄心中心に設けたシャフト孔に金属製シャフトが係合され、シャフトの端部に非鉄金属製のファンが固定され、インバータで制御され供給された歪波の電機子電流によって希土類永久磁石に発生した熱量を、ファンに伝達するようにしたことを特徴とする。
（３）上記の目的を解決するために、本発明は、永久磁石式回転電機が冷却用ファンで冷却されない全閉型であることを特徴とする。

本発明によれば、インバータのＰＷＭ制御によってリプル電流が発生し、そのリプル電流によって回転子鉄心に鉄損が発生し、また希土類永久磁石中に渦電流損が発生し、その発生損失が回転子鉄心−シャフト−ファンに伝達される。非鉄金属性のファンに伝達され熱が洗濯物の乾燥に使用されるので、ヒータの熱量を低減でき省エネ化を図れる洗濯乾燥機のファン駆動装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照し、説明する。

（第１実施例）
以下に、本発明の実施例を示す。

図１は本発明による洗濯乾燥機の乾燥システムを示す構成図である。

図２には本発明のファン駆動装置を搭載した洗濯乾燥機を縦断面して示す模式図である。

図１と図２を用いて本発明を説明する。

図２において、１９は洗濯乾燥機、２０は外郭を構成する四角筒状の外枠である。外枠２０は、クロムフリープレコート鋼板で製作されている。

２１は洗濯兼脱水槽であり、その周壁に通水および通風のための小穴２１ａを有し、その上縁部に流体バランサー２２を備え、底部の内側には回転自在に攪拌翼２３を設置する。２４は洗濯兼脱水槽２１を内包し洗濯水およびすすぎ水を溜める外槽であり、底部の外側には駆動装置２５を鋼板製の取り付けベース２６によって取り付け、外枠２０の上端部の四隅部に係止した４本の防振支持装置２７によって外槽２４を四方から均等に吊り下げることにより外枠２１の中心部に懸垂するように支持する。

攪拌翼２３は、洗濯兼脱水槽２１の底部の大部分を覆う大径（外径寸法が洗濯兼脱水槽の内径寸法の９０％以上）である。攪拌翼２３の詳細を図示していないが、中央部と周縁部が高く、その間を低く形成しており、周縁部は外周に行くほど迫り上げるように上向きに湾曲させ、洗濯物２８を受け支えて回転するものである。

駆動装置２５は、ブラシレスＤＣモータ２９と電動操作クラッチ機構３０と遊星歯車減速機構３１を内蔵し、洗濯兼脱水槽２１を静止させた状態で攪拌翼２３を回転させ（攪拌モード）、洗濯兼脱水槽２１と攪拌翼２３をそれぞれ反対方向に回転させ（洗濯モード）、洗濯兼脱水槽２１と攪拌翼２３を一体に回転（脱水・乾燥モード）させるような選択的な駆動機能を有する。

外槽２４の底に形成した排水口２４ｂは、排水電磁弁３２を介して排水ホース３３に接続する。エアートラップ２４ｃは、エアーチューブ３４を介して水位センサ３５に接続する。外枠２０の下端縁には、四隅に脚３６を取り付けた合成樹脂で成形されたベース３７を装着する。

外側衣類投入口３８を形成したトップカバー３９は、外枠２０の上部開口を覆うように開口端縁に嵌めこみ、フロントパネル４０およびバックパネル４１と共に取り付け、ねじによって外枠２０に取り付けられる。

トップカバー３９に形成した外側衣類投入口３８は、詳細を図示していないが２つ折り（山折り）に開くようにヒンジ４２によってトップカバー３９に取り付けた外蓋４３によって開閉自在に覆い、外槽２４の上端に取り付けた外槽上カバー４４に形成した内側衣類投入口４５は、ヒンジ４６によって外槽上カバー４４に取り付けた内蓋４７によって開閉自在に覆うように構成する。

トップカバー３９とフロントパネル４０の間に形成される前部収納部であるフロントパネルボックス４８には、電源スイッチ４９と操作パネル５０と、アンバランス検出センサ５１，蓋スイッチ５２を内蔵する。アンバランス検出センサ５１は、洗濯兼脱水槽２１を回転させたときに洗濯兼脱水槽２１内の洗濯物２８のアンバランスによって、洗濯兼脱水槽２１（外槽２４）が所定値以上に大きく振れるのを検出するセンサである。蓋スイッチ５２は、外蓋４３の開閉を検知する。

操作パネル５０は洗濯コース，乾燥コース，洗濯乾燥コースなど決める設定ボタンが設けられている。

トップカバー３９とバックパネル４１の間に形成されるバックパネルボックス５３には、後述する洗濯水供給手段と高濃度洗剤液生成・供給手段を横並びにして内蔵すると共に、外槽２４内の水位に応じた水位信号を発生する水位センサ３５と、コントローラ５４を内蔵する。

洗濯水供給手段は、入水側を水栓接続口５５に接続し、洗剤溶解容器５６を経由して出水側を注水口５７に接続した主給水電磁弁５８によって構成する。

高濃度洗剤液生成・供給手段は、補助給水電磁弁５９を経由して洗剤溶解容器５６に洗剤溶解水を供給し、この洗剤溶解容器５６内に投入されている粉末合成洗剤を攪拌しながら高濃度洗剤液を生成し、更なる給水によって希釈しながら洗剤溶解容器５６から溢水させて注水口５７に供給するように構成する。洗剤溶解容器５６には仕上げ剤投入室が付設されており、補助給水電磁弁６０から給水することによって、洗剤溶解容器５６内に投入されている柔軟仕上げ剤を仕上げ剤投入室から溢水させて注水口５７に供給するように構成する。

温風循環乾燥手段は、外槽２４の下部の側壁に形成した吸い出し口６１から外槽２４の後側の外壁面に沿って垂直状態で上向きに伸びるように形成した吸い出し口６１から侵入した洗濯水を堰き止める除湿風路部である水冷除湿ダクト６２と、この水冷除湿ダクト６２内の上部に位置してダクト内に冷却水を供給する水冷除湿手段である冷却水散水部６３と、洗濯工程における外槽２４の水位よりも高い位置で折り返して外槽２４の外壁面に沿って外槽２４の下側に向かって垂直に伸びる下降風路部である下降風路ダクト６４と、外槽２４の下側の空間に配置されて下降風路ダクト６４から吸い込み口に空気を吸い込んで循環空気を生成する循環ファン６５と、この循環ファン６５の吹き出し口から外槽２４の外壁面に沿って上方向に垂直状態に伸びる上昇風路部である上昇風路ダクト６６と、外槽２４の上端部に取り付けた外槽上カバー４４上に設置されて上昇風路ダクト６６から送り込まれる循環空気を加熱する加熱手段であるヒータ（ＰＴＣヒータ）６７を内蔵し、加熱した循環空気を洗濯兼脱水槽２１内に向けて吹き込む吹き込み口６８を備える。

水冷除湿ダクト６２から下降風路ダクト６４への折り返し部分には、糸屑捕集手段６９を備える。また、下降風路ダクト６４内下部には湿度センサ７０と温度センサ７１を設置し、吹き込み口６８のヒータ６７の下流側風路内には第２の温度センサ７２を設置する。冷却水散水部６３への給水は、冷却散水電磁弁７３から行い、両者は蛇腹ホース７４で接続されている。

循環風路を構成する水冷除湿ダクト６２，下降風路ダクト６４および上昇風路ダクト６６は、外槽２４の後側の外壁面に外槽２４の周方向に並べてその一部を外槽２４と一体成形して実装し、これらの外側を覆う裏側蓋７５は、外側に膨出する形状に構成してねじ止めする。

この温風循環乾燥手段は、洗濯後に外槽２４内の洗濯水を排水し、洗濯兼脱水槽２１を高速回転させて脱水した後に高速回転させながら、あるいは、低速回転させながら、または、攪拌翼２３を正逆反転させながら循環ファン６５を運転することによって、外槽２４および洗濯兼脱水槽２１内の湿潤空気を吸い出し口６１から吸い出し、水冷除湿ダクト６２内を上昇させる過程において冷却水散水部６３から水冷除湿ダクト６２内に供給される冷却水によって冷却して除湿する。その後、除湿した空気を下降風路ダクト６４を下降させて循環ファン６５に吸い込み、この循環ファン６５から上昇風路ダクト６６とヒータ６７を通して吹き込み口６８に送り込み、ヒータ６７によって加熱して洗濯兼脱水槽２１内の中央部に向けて吹き込む。このように洗濯兼脱水槽２１に吹き込まれた循環空気は、洗濯兼脱水槽２１内の洗濯物２８に触れて洗濯物を乾燥する。

上述した温風循環乾燥手段における本発明の乾燥システムは、基本的に永久磁石式電動機１と非鉄金属製（例えばジュラルミン）のターボファン１８からなる循環ファン６５と、水冷除湿７６（水冷除湿ダクト６２内を上昇させる過程において冷却水散水部６３から水冷除湿ダクト６２内に供給される冷却水によって冷却して除湿する）を介し、ヒータ６７によって加熱された循環空気を洗濯物２８に当てて乾燥する構成である。

図３は本発明による集中巻固定子を有する永久磁石式回転電機の軸方向断面図である。

図４は本発明による集中巻固定子を有する永久磁石式回転電機の径方向断面図である。

図５は図３の永久磁石式回転電機の固定子の拡大図である。

図６は図３の永久磁石式回転電機の回転子の拡大図である。

図７は図３の永久磁石式回転電機の回転子の斜視図である。

図３〜図７を同時に参照して説明する。各図中において、共通する符号は同一物を示す。また、ここでは６極９スロットの永久磁石式回転電機について示し、２極３スロット系列である。また、図４（ａ）と図４（ｃ）は図６（ａ）に示す回転子を組み込み、図４（ｂ）は図６（ｂ）に示す回転子を組み込んだ永久磁石式回転電機である。

集中巻固定子を有する永久磁石式回転電機１は固定子２と回転子３とから構成される。固定子２は、ティース４とコアバック５からなる固定子鉄心６と、ティース４間のスロット７内にはティース４を取り囲むように巻装された集中巻の電機子巻線８（三相巻線のＵ相巻線８ａ，Ｖ相巻線８ｂ，Ｗ相巻線８ｃからなる）から構成される。ここで、永久磁石式回転電機１は６極９スロットであるから、スロットピッチは電気角で１２０度である。回転子３と対抗するティース４の内周面には図５に示すように、円弧状部分９とべべリング１０を施した、ティース内周側にあって周方向に延びた磁極片１１がある。

ここで、ティース４の側面と磁極片１１の上面が交差する点の開度をティース幅の開度θ２とし、スロット７のスロットピッチをθ３とし、磁極片１１の周方向端面の開度を磁極片の開度θ４とする。

回転子３は回転子鉄心１２に形成した一文字状の永久磁石挿入孔１３中に希土類永久磁石１４が納められ、シャフト８０と嵌合するためのシャフト孔１５からなる。ここで、回転子３の磁極中心方向に延びる軸をｄ軸、磁極中心方向と電気角で９０°隔たった磁極間方向に延びる軸をｑ軸とする。回転子鉄心１２の外周面の極間（ｑ軸）側に直線状にカットした略Ｖ字状の２つを組み合わせた形状の凹部１６を設けることにより、永久磁石１４の磁束を磁極側へ集合させる役目をなす回転子磁極１７を形成する。この回転子磁極１７には図６（ａ）に示す磁極開度θ１１の電磁鋼板を複数枚積層した回転子Ｉと、図６（ｂ）に示す磁極開度θ１１より狭くした磁極開度θ１２の電磁鋼板を複数枚積層した回転子IIを持つ２種類としている。回転子Ｉと回転子IIの回転子磁極の開度を総称してθ１とする。この回転子Ｉどうしで挟まれるように回転子IIを配置したのが回転子３である。そして、回転子磁極１７は磁極中心に対して対称となるように構成している。

シャフト８０にはステーティング（図示していないが、シャフト８０の外表面にプレスにて突起を出したものである）によって回転子鉄心１２が固定され、シャフト８０の両端にはベアリング８１（８１ａ，８１ｂ）が固定されている。回転子３はベアリング８１とハウジング８２，エンブラ８３を介して支持され、シャフト８０の端部にはターボファン１８がナット８４によって固定されている。

図８にはインバータ駆動装置の構成を示す。インバータ駆動装置１００は単相交流電源１０１が力率改善回路１０２（フィルタの役目を担う）、倍電圧整流回路１０３，電解コンデンサ１０４によって直流電源に変換され、それを制御装置１０６からの指令を受けてスイッチング素子１０５によって３相交流に変換されて電機子巻線８に供給され、回転子３を駆動する。

図９には電動機電流波形を示す。電動機電流波形には電動機１を駆動するための基本波の他、ＰＷＭ制御によってスイッチング素子１０５のオン・オフによって図中に示すようなリプル電流が流れる。このリプル電流は回転子３の回転周波数とは非同期であるため、固定子鉄心６と回転子鉄心１２に高調波鉄損を発生させ、希土類永久磁石１４中には渦電流損を発生させる。ここで、電動機１を１５０００min^-1前後で高速に回転させるため、インバータのキャリヤ周波数も１５ｋＨｚと大きくしている。

図９には回転子とターボファンの接続状態を示す。シャフト８０には回転子３が固定され、その両端にはベアリング８１（８１ａ，８１ｂ）が固定されている。ベアリング８１ａの位置は回転子３との間に挿入したブッシュ８５で規定し、ターボファン１８の位置はカラーリング８６によって規定し、ターボファン１８がナット８４によって固定されている。すなわち、永久磁石式回転電機１は専用の冷却ファンを持たず（図３に示すように全閉型である）、回転子３が埋込磁石型であり、回転子３の外表面と非鉄金属製のターボファン１８は抵抗測定器８７で測定したときに電気的に導通しているため、固定子２に発生した損失（熱量）は輻射によって回転子３に伝達され、回転子３に発生した損失（熱量：回転子鉄心１２中に発生した高調波鉄損や希土類永久磁石１４中に発生した渦電流損）は回転子鉄心１２，シャフト８０，ターボファン１８に伝達される。

これにより、永久磁石式回転電機１に発生した損失が循環空気を加熱できるため、ヒータ６７の熱量を低減でき、省エネ化を図ることができる。

以上の構成によれば、インバータのＰＷＭ制御によってリプル電流が発生し、そのリプル電流によって回転子鉄心や希土類永久磁石に損失（熱量）を発生するが、その発生損失が回転子鉄心−シャフト−ターボファンに伝達される。伝達された熱が洗濯物の乾燥に使用されるので、ヒータの熱量を低減でき省エネ化を図れる洗濯乾燥機のファン駆動装置を提供できる。

本発明による洗濯乾燥機の乾燥システムを示す構成図。本発明の集中巻固定子を有する永久磁石式回転電機を搭載した洗濯乾燥機を縦断面して示す模式図。本発明による集中巻固定子を有する永久磁石式回転電機の軸方向断面図。本発明による集中巻固定子を有する永久磁石式回転電機の径方向断面図。図３の永久磁石式回転電機の固定子の拡大図。図３の永久磁石式回転電機の回転子の拡大図。図３の永久磁石式回転電機の回転子の斜視図。インバータ駆動装置の構成。電動機電流波形。回転子とターボファンの接続状態を示す図。

符号の説明

１永久磁石式回転電機
２固定子
３回転子
４ティース
５コアバック
６固定子鉄心
７スロット
８電機子巻線
９円弧状部分
１０ベベリング
１１磁極片
１２回転子鉄心
１３永久磁石挿入孔
１４希土類永久磁石
１５シャフト孔
１６凹部
１７回転子磁極
１８ターボファン
１９洗濯乾燥機
２０外枠
２１洗濯兼脱水層
２２流体バランサー
２３攪拌翼
２４外槽
２５駆動装置
２６取り付けベース
２７防振支持装置
２８洗濯物
２９ブラシレスＤＣモータ
３０電動操作クラッチ機構
３１遊星歯車減速機構
３２排水電磁弁
３３排水ホース
３４エアーチューブ
３５水位センサ
３６脚
３７ベース
３８外側衣類投入口
３９トップカバー
４０フロントパネル
４１バックパネル
４２，４６ヒンジ
４３外蓋
４４外槽上カバー
４５内側衣類投入口
４７内蓋
４８フロントパネルボックス
４９電源スイッチ
５０操作パネル
５１アンバランス検出センサ
５２蓋スイッチ
５３バックパネルボックス
５４コントローラ
５５水栓接続口
５６洗剤溶解容器
５７注水口
５８主給水電磁弁
５９，６０補助給水電磁弁
６１吸い出し口
６２水冷除湿ダクト
６３冷却水散水部
６４下降風路ダクト
６５循環ファン
６６上昇風路ダクト
６７ヒータ
６８吹き込み口
６９糸屑補修手段
７０湿度センサ
７１温度センサ
７２第２の温度センサ
７３冷却散水電磁弁
７４蛇腹ホース
７５裏側蓋
７６水冷除湿
８０シャフト
８１ベアリング
８２ハウジング
８３エンブラ
８４ナット
８５ブッシュ
８６カラーリング
８７抵抗測定器
１００インバータ装置
１０１単相交流電源
１０２力率改善回路
１０３倍電圧整流回路
１０４電解コンデンサ
１０５スッチング素子
１０６制御装置

Claims

洗濯乾燥機のファンと永久磁石式回転電機からなるファン駆動装置であって、単相電源からの電力をインバータ装置によって供給されて前記永久磁石式回転電機を駆動し、該永久磁石式回転電機が固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子と、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔に希土類永久磁石が納められた埋込磁石型の回転子が、該固定子の内周に所定のギャップを介して回転自在に支承され、前記回転子鉄心の中心に設けたシャフト孔に金属製シャフトが係合され、該シャフトの端部に非鉄金属製のファンが固定されたことを特徴とする洗濯乾燥機のファン駆動装置。
洗濯乾燥機のファンと永久磁石式回転電機からなるファン駆動装置であって、単相電源からの電力をインバータ装置によって供給されて前記永久磁石式回転電機を駆動し、該永久磁石式回転電機が固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子と、前記回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔に希土類永久磁石が納められた埋込磁石型の回転子が、該固定子の内周に所定のギャップを介して回転自在に支承され、前記回転子鉄心の中心に設けたシャフト孔に金属製シャフトが係合され、該シャフトの端部に非鉄金属製のファンが固定され、インバータで制御され供給された歪波の電機子電流によって前記回転子鉄心に発生した熱量を、前記ファンに伝達するようにしたことを特徴とする洗濯乾燥機のファン駆動装置。
洗濯乾燥機のファンと永久磁石式回転電機からなるファン駆動装置であって、単相電源からの電力をインバータ装置によって供給されて前記永久磁石式回転電機を駆動し、該永久磁石式回転電機が固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子と、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔に希土類永久磁石が納められた埋込磁石型の回転子が、該固定子の内周に所定のギャップを介して回転自在に支承され、前記回転子鉄心の中心に設けたシャフト孔に金属製シャフトが係合され、該シャフトの端部に非鉄金属製のファンが固定され、インバータで制御され供給された歪波の電機子電流によって前記希土類永久磁石に発生した熱量を、該ファンに伝達するようにしたことを特徴とする洗濯乾燥機のファン駆動装置。
請求項１乃至３記載の洗濯乾燥機のファン駆動装置において、前記永久磁石式回転電機が全閉型であることを特徴とする洗濯乾燥機のファン駆動装置。