JP4884650B2 - トロイダルモータ - Google Patents

Description

本発明は、確実なアース構造を有し、洗濯機や食器洗浄機等の水を使用することを前提とする電気機器に搭載されるのに好適なモータ、及びそのモータを搭載した電気機器に関する。

洗濯機の排水ポンプや食器洗浄機の洗浄ポンプなどの駆動源として用いられるモータは、水回りの製品であるため、そのモータには信頼性の高いアース構造が要求される。

従来、洗濯機や食器洗浄機等の水を使用することを前提とする電気機器に搭載されるモータには、ステータを樹脂にて成形したいわゆるモールドモータが使用される場合が多い。そのモールドモータの種類がインサータ巻線方式のインダクションモータの場合、そのモータのアース構造は次のような構造が比較的容易に実現できる。すなわち、モータのステータコアの外径側に溝を設け、アース端子をその溝に挿入し、これらを一体成形するとともに、モータ外部にアース端子の先端部を出すという構造である。

この従来のアース構造について図面を用いて説明する。図７は従来のモールドモータの構造断面図である。

図７において、ステータコア５１１には、ステータ巻線５１２がそのステータコア５１１の内径側よりスロット（図示せず）に挿入されている。アース端子５１４は、ステータコア５１１の外径側に設けられた溝に圧入され、外被を形成する樹脂５３１にてモールドされている。アース端子５１４の先端部は、機器側からのアース線との接続のために樹脂５３１の外部に露出している。コネクタ５１３は、機器側からステータ巻線５１２へ給電するための配線が接続されるためのものであり、そのコネクタの一部が樹脂５３１にてモールドされ固定されている。また、シャフトが取り付けられたロータ５３２は、ステータコア５１１の内側に配設されている。そのシャフトを支承するための軸受を装着するブラケット５３３がステータの一方の端面に固定されている。

また、別なアース構造として、ステータコアとそのステータコアに巻装されたステータ巻線とを樹脂で一体成形して構成したステータの軸方向端面に、導電性のブラケットを押圧取付けしてなるモールドモータにおいて、ステータコアとブラケットとを導電性の弾性体でアース接続する方法が知られている。

さらに別のアース構造として、剛体であるピンをステータコアとブラケットとの間に挟み込んでアース接続を行う方法が知られている。

しかしながら、特に、ステータ巻線がステータコアのスロットから外径に向かって巻装されるトロイダルモータの場合にあっては、ステータ巻線がステータコアの外径側にも巻装されるため、コアの外径側から端子を出すことは困難である。

また、ばね等の弾性体や剛体であるピンのステータコア・ブラケット間への挟み込みだけでは、ピンは両者に対して点接触となりその接触の確実性が低い。そのため、経年変化等により接触が不安定になるおそれがあり、アース構造としての信頼性が低い。（例えば、特許文献１参照）
特開平１１−７５３３７号公報

このように従来技術においては、ステータ巻線がステータコアのスロットから外径に向かって巻装されるトロイダルモータの場合にあっては、ステータ巻線がステータコアの外径側にも巻装されるため、コアの外径側から端子を出すことは困難である。

また、ばね等の弾性体や剛体であるピンのステータコア・ブラケット間への挟み込みだけでは、ピンは両者に対して点接触となりその接触の確実性が低い。そのため、経年変化等により接触が不安定になるおそれがあり、アース構造としての信頼性が低い。

上記課題を解決するための第１の発明は、ステータコアと、そのステータコアに主巻線のみのスロット部と補助巻線のみのスロット部とからなるステータ巻線が巻装され、そのステータ巻線に装着さるアース端子とを絶縁性樹脂にて一体成形してなるステータと、シャフトを備えたロータと、前記シャフトを支承するための軸受を装着するブラケットと、前記ステータコアのティース部に設けられ所定の穴径を有する少なくとも１つの穴に対して圧入される導電性ピンとを含み、前記導電性ピンと前記アース端子とを電気的に接続した構成において、前記導電性ピンは前記主巻線のみのスロット部が配列された箇所または補助巻き線のみのスロット部が配列されたいずれかの箇所であってぞれぞれの箇所内のスロット部間の内径側に突出するように形成されたティース部に設け、前記穴径の上限値が、ティース部の幅寸法に対して４０％であるトロイダルモータである。

また、第２の発明は、上記第１の発明において、さらに、ステータ巻線に装着されるコネクタを備え、アース端子の一方側は、前記コネクタの少なくとも１つ端子を経由して前記コネクタの外側に突出し、前記アース端子の他方側は、導電性ピンを介してステータコアのティース部に接続されるように構成されたトロイダルモータである。

また、第３の発明は、上記第２の発明において、コネクタの一部が絶縁性樹脂にて一体成形されたトロイダルモータである。

また、第４の発明は、上記第３の発明において、モータのステータ巻線がステータコアのスロット部から外径に向かって巻装されたトロイダルモータである。

また、第５の発明は、上記第４の発明のトロイダルモータを搭載した電気機器である。

以上のように本件出願に係る発明のトロイダルモータは、より確実なアース構造が可能となり、信頼性の高いモータとすることができる。

さらに、本発明によるトロイダルモータを、水を使用することを前提とする電気機器、例えば洗濯機や食器洗浄機等に搭載することにより、より信頼性の高い電気機器とすることができる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

本発明の実施の形態にかかるモータは、ステータコアと、そのステータコアに主巻線のみのスロット部と補助巻線のみのスロット部とからなるステータ巻線が巻装され、そのステータ巻線に装着さるアース端子とを絶縁性樹脂にて一体成形してなるステータと、シャフトを備えたロータと、前記シャフトを支承するための軸受を装着するブラケットと、前記ステータコアのティース部に設けられ所定の穴径を有する少なくとも１つの穴に対して圧入される導電性ピンとを含み、前記導電性ピンと前記アース端子とを電気的に接続した構成において、前記導電性ピンは前記主巻線のみのスロット部が配列された箇所または補助巻き線のみのスロット部が配列されたいずれかの箇所であってぞれぞれの箇所内のスロット部間の内径側に突出するように形成されたティース部に設け、前記穴径の上限値が、ティース部の幅寸法に対して４０％であるトロイダルモータである。この構成により、信頼性の高いアース構造を有するモータを提供することができる。

以下、本発明の具体的な実施の形態として、モータがトロイダルモータの場合について、図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施の形態にかかるトロイダルモータ（以下、モータと言う）の巻線完成品であり、次のように構成されている。

ステータ５０のステータコア１１は、複数枚の電磁鋼板を積層し形成されている。ステータコア１１は、内径側に突出するように形成された２４個のティース部１５と、それらティース部を連結するヨーク部と、互いに隣接するティース部間に形成される２４個のスロット部４０とを有している。ステータコア１１には、そのステータコア１１に巻装されるステータ巻線１２との電気的絶縁を確保するための絶縁が施されている。ステータ巻線１２は、ステータコア１１のスロット部４０からステータコア１１の外径に向かって巻装されている。巻装後、ステータ巻線１２にはコネクタ１３及びアース端子１４が装着される。コネクタ１３は、機器側からステータ巻線１２へ給電するための配線と、機器側からのアース線が接続されるためのものである。なお、図１中に示す「Ｍ」は主巻線、「Ａ」は補助巻線を示している。

コネクタ１３の機器側の３つ端子の内、両側の２つの端子は機器側からモータへの給電線が接続されるための端子であり、中央の１つの端子は機器側からのアース線が接続されるための端子である。また、コネクタ１３のモータ側の３つ端子の内、両側の２つの端子には、一方に主巻線、他方に補助巻線が接続されている。また、機器側の右側端子とモータ側の右側端子とは電気的に接続され、同様に、機器側の左側端子とモータ側の左側端子とが電気的に接続されている。

アース端子１４の一方側は、コネクタ１３のモータ側の中央端子及び機器側の中央端子を経由して、コネクタ１３の外側に突出している。アース端子１４の他方側はクランク状に曲げられ、その先端部は、図２に示す導電性ピン２１を介してステータコア１１のティース部１５に電気的に接続される。

次に、アース端子１４が導電性ピン２１を介してティース部１５に電気的に接続される構成について、図２を用いて詳細に説明する。図２は図１に示すトロイダルモータの巻線完成品の断面図である。

図２おいて、ステータコア１１にはステータ巻線１２が巻装されている。そのステータ巻線１２にはアース端子１４及びコネクタ１３が装着されている。ステータコア１１のティース部１５には、所定の穴径を有する穴８０が設けられている。その穴８０に導電性ピン２１が圧入されており、このピン２１とアース端子１４は、はんだ２２や溶接等により電気的に確実に接続されている。

本実施の形態においては、モータがトロイダルモータであり、ステータ巻線１２は、ステータコア１１のスロット部４０からステータコア１１の外径に向かって巻装されている。したがって、ステータ巻線１２がステータコア１１の外径側にも巻装されるため、ステータコア１１の外径側から直接アース端子を出すこと難しい。しかしながら、トロイダルモータにおいては、図１に示すように、一般的に、ティース部１５に上記のように、穴８０を設け、その穴８０にピン２１を圧入するためのスペースが確保しやすい。したがって、本発明の適用は、特にトロイダルモータの場合に有効である。

ここで、穴８０の穴径は、ピン２１がその穴８０に対して圧入状態となるような所定の値である。また、この穴径は、好ましくは、ステータコア１１のティース部１５の幅寸法に対して２０％以上、４０％以下の寸法であると好ましい。

この穴径について詳細に説明する。

穴寸法の設定は、ティース部の幅に対し、ステータコアの打抜き性等の生産性をも考慮して決定する必要がある。すなわち、穴径が小さすぎるとアースとしての機能が維持できない上、圧入する際にピンが曲がる等の原因となってしまう。逆に穴径が大きすぎるとティース部の変形やモータ特性の悪化を招くこととなる。

図４は本発明の実施の形態にかかるモータにおけるティース部１５に設けられる穴８０の穴径のティース幅に対する寸法比率とモータ損失との関係を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸の寸法比率が０％とは、ティース部１５にピン２１が挿入されるための穴が設けられていない状態である。このグラフより寸法比率４０％を超えたところから急激にモータ損失が上昇することが分かる。

したがって、ピン２１が圧入される穴８０は、ティース部１５の幅寸法に対して２０％以上、４０％以下の穴径とすることが最適である。そのような範囲の穴径とすることにより、穴８０に対するピン２１の圧入強度が確保できるとともに、ティース部１５に穴８０があけられることに起因するモータ損失がほとんど無視できる程度におさまる。

なお、本実施の形態においてはこの穴は１つであるが、複数個設けそれらの穴にそれぞれに導電性ピンを圧入し、各導電性ピンをそれぞれアース端子と電気的に接続する構成としてもよい。この場合は、複数箇所にてアースが確保できるので、より信頼性の高いモータとすることができる。

図３は本発明の実施の形態にかかるトロイダルモータの構造断面図である。

図３において、図１及び図２に示す巻線完成品を絶縁性樹脂３１にて一体成形することにより構成したステータ５０の内側に、シャフト６０と軸受７０とを備えたロータ３２を挿入する。その後、軸受７０及びステータ５０に対してブラケット３３を圧入固定する。

ここで、ステータ５０は、ステータコア１１と、そのステータコアに巻装されるステータ巻線１２と、そのステータ巻線１２に装着されるアース端子１４と、同じくステータ巻線１２に装着されるコネクタ１３の一部とを絶縁性樹脂にて一体成形することにより形成されている。

そして、図１から図３に示すように、アース端子１４の一方側は、コネクタ１３の少なくとも１つ端子を経由して、その先端部がコネクタ１３の外側に突出している。その突出したコネクタ１４の先端部は、図３に示すように、モータ完成品の状態では、図２に示す巻線完成品の状態から曲げられている。

一方、アース端子１４の他方側の先端部は、はんだ２２にてはんだ付けされた導電性ピン２１を介してステータコア１１のティース部１５に電気的に接続されている。こうして、ステータコア１１に電気的に確実に接続されたアース端子１４を備えたモータとなる。

なお上記説明では、軸受７０は玉軸受であり、ロータ３２のシャフト６０が軸受７０の内輪に予め圧入されており、後からその軸受７０の外輪にブラケット３３が圧入される。しかしながら、軸受が含油焼結軸受のような場合にはその軸受は予めブラケットに固定されており、後からその軸受に対してロータのシャフトが挿入される。いずれの場合も、ブラケットはシャフトを支承するための軸受を装着することとなる。

上記から明らかなように、本発明の実施の形態におけるモータは、例えば洗濯機において洗濯槽下部の空間に搭載されたり、また、食器洗浄機で洗浄槽の下部に搭載されるなどの水回りで使用されるのに好適なモータである。本発明の実施の形態におけるモータは、ステータが絶縁性樹脂にて成形されているため耐水効果に富む。また、ステータコアのティース部に、そのティースの幅寸法に対して所定の穴径を有する穴を１箇所以上備え、この穴に導電性ピンを圧入する。そして、このピンとアース端子とをはんだや溶接等により固定接続することにより、より確実なアース構造が可能となり、信頼性の高いモータとすることができる。

さらに、本発明によるモータを、水を使用することを前提とする電気機器、例えば洗濯機や食器洗浄機等に搭載することにより、より信頼性の高い電気機器とすることができる。

以上、上記実施の形態の説明においては、トロイダルモータを取り上げて説明した。

次に、図５を用いて、本発明の実施の形態にかかる電気機器の一例として洗濯機について説明する。図５はその洗濯機の構造断面図である。

図５において、洗濯兼脱水槽１０１（以下、槽１０１と呼ぶ。）は、その外側に水受け槽１０３を、底面に撹拌翼（パルセータ）１０２を配設している。水受け槽１０３の底面には、クラッチ装置１０５が取り付けられている。駆動モータ１０４とそのクラッチ装置１０５とはベルトにより連結されており、モータ１０４の回転力がクラッチ装置１０５を介して槽１０１又は撹拌翼１０２に伝達される。ここで、クラッチ装置１０５は、モータ１０４の回転力を、洗濯時には撹拌翼１０２に伝達し、脱水時には槽１０１に伝達するように切り替える。

また、水受け槽１０３は外枠１０６にサスペンション１０７を介して防振支持されている。槽１０１の上部には、液体を内封した流体バランサー１０８を固定している。水受け槽１０３の上方は水受け槽カバー１０９によって覆われている。水受け槽１０３の下には排水ホース１９１が取り付けられている。排水ホース１９１の途中にはポンプモータ１９０が取り付けられている。そのポンプモータ１９０は、排水時に動作することにより排水を円滑に行うように機能している。上記の本発明の実施の形態にかかるモータをこのポンプモータ１９０に適用するとよい。

上記のように構成された実施の形態における洗濯機の動作について説明する。

まず、洗濯工程では、水受け槽１０３内に洗濯液を入れ、槽１０１に投入した洗濯物（衣類）を撹拌翼１０２によって撹拌し、洗濯液を洗濯物に浸透させ、かつ洗濯物を揉むことで汚れを除去する。次に、すすぎ工程では、水受け槽１０３に水を入れて、撹拌翼１０２によって撹拌して洗濯物をすすぐ。最後に、脱水工程では、クラッチ装置１０５を切り替えて、駆動モータ１０４の回転力を槽１０１に伝達し、槽１０１を回転することで洗濯物の水分を遠心脱水する。これら各工程を逐次制御して、洗濯、すすぎ、脱水の各工程を自動的に行うようにしている。

ここで、上記すすぎ工程や脱水工程において発生した水は、ポンプモータ１９０の作用により、排水ホース１９１を通じて排水される。

ポンプモータ１９０に、本発明のモータを採用することにより、そのモータ１９０は、耐水性に優れるばかりでなく、より確実なアース構造が可能となり、信頼性の高いモータとすることができる。その結果、本発明の実施の形態にかかる洗濯機もまた信頼性の高いものとすることができる。

次に、図６を用いて、本発明の実施の形態にかかる電気機器の一例として食器洗浄機について説明する。図６はその食器洗浄機の構造断面図である。

図６において、洗浄機本体２０１は、前方（図面左側）を開口し、内部に洗浄槽２０２を設けている。その洗浄槽２０２は、上方を開口し、洗浄機本体２０１より前方に略水平方向に引き出し可能である。この洗浄槽２０２内には、食器２０３を収納する食器かご２０４を設けている。洗浄槽２０２は、洗浄機本体２０１と洗浄槽２０２とに間に設けたレールにより、前方に引き出し可能に構成されている。

また、洗浄槽２０２内には、洗浄槽２０２内の洗浄水を加熱する加熱器としてヒータ２０５を設けている。洗浄槽２０２の下方には、洗浄ポンプ２０６を設け、洗浄ノズル２０７より洗浄水を噴射して食器２０３を洗浄するように構成している。その洗浄ポンプ２０６はポンプモータ２００によって駆動される。上記本発明の実施の形態にかかるモータを、このポンプモータ２００に適用するとよい。給水弁２０８は、水道水を洗浄槽２０２に給水するものである。洗浄槽２０２内の洗浄水は、排水ポンプ（図示せず）により排水する。

温度センサ２０９は、サーミスタで構成され、洗浄槽２０２の下面に取り付けられ洗浄槽２０２内の洗浄水の温度を検出する。制御装置２１０は、温度センサ２０９の検出信号を受け取り、洗浄水の温度を検知してその温度を制御するとともに乾燥工程での温度制御を行う。洗浄槽２０２の上面には内蓋２１１を洗浄機本体２０１に固定して設けている。この内蓋２１１は、洗浄機本体２０１の内部にあり、洗浄槽２０２を洗浄機本体２０１内に収納したときに洗浄槽２０２の開口部を覆うものである。さらに、洗浄槽２０２の開口部を閉塞するためのシールパッキング２１２が配設されている。

上記の食器洗浄機において、その動作を説明する。

使用者が、洗浄槽１０２を前方（図面左側）に引き出し、食器１０３を食器かご１０４に配置し、洗浄槽１０２を洗浄機本体２０１に収納した後、運転を開始する。すると、制御装置２１が、ヒータ２０５、洗浄ポンプ２０６、給水弁２０８、排水ポンプ等の運転を制御し、食器洗浄機は食器１０３を洗浄、すすぎ、乾燥を行う。

このような構成の食器洗浄機においては、洗浄運転中には洗浄水が内蓋２１１の裏面に付着しており、洗浄槽２０２を前方に引き出すと、内蓋２１１に付着している洗浄水が、洗浄機本体２０１の底面内部に滴下し、その滴下した水がポンプモータ２００にかかることが考えられる。したがって、ポンプモータ２００には耐水性が求められる。ポンプモータ２００に本発明のモータを採用すれば、ステータコアとステータ巻線とを絶縁性樹脂にて一体成形したステータを用いており、耐水性に優れ好適である。また、そのモータは、より確実なアース構造が可能となり、信頼性の高いモータとすることができる。

このように食器洗浄機においても、洗浄槽の下部に搭載され、食器に噴射するためのポンプモータに本発明のモータを採用することができる。そのモータは、より確実なアース構造が可能となり、信頼性の高いモータとすることができ、その結果、本発明の実施の形態にかかる食器洗浄もまた信頼性の高いものとすることができる。

本発明のトロイダルモータは、確実なアース構造を実現し、水を使用することを前提とする洗濯機や食器洗浄機等の電気機器に搭載するのに好適である。

本発明の実施の形態のトロイダルモータの巻線完成品の構成図 図１に示すトロイダルモータの巻線完成品の断面図 本発明の実施の形態のトロイダルモータの構造断面図 本発明の実施の形態のモータにおけるティース部に設けられる穴径のティース幅に対する寸法比率とモータ損失との関係を示す特性図 本発明の実施の形態の電気機器（洗濯機）の構造断面図 本発明の実施の形態の電気機器（食器洗浄機）の構造断面図 従来のモールドモータの構造図

１１ ステータコア
１２ ステータ巻線
１３ コネクタ
１４ アース端子
１５ ティース部
２１ 導電性ピン

Claims (5)

1. ステータコアと、そのステータコアに主巻線のみのスロット部と補助巻線のみのスロット部とからなるステータ巻線が巻装され、そのステータ巻線に装着さるアース端子とを絶縁性樹脂にて一体成形してなるステータと、シャフトを備えたロータと、前記シャフトを支承するための軸受を装着するブラケットと、前記ステータコアのティース部に設けられ所定の穴径を有する少なくとも１つの穴に対して圧入される導電性ピンとを含み、前記導電性ピンと前記アース端子とを電気的に接続した構成において、前記導電性ピンは前記主巻線のみのスロット部が配列された箇所または補助巻き線のみのスロット部が配列されたいずれかの箇所であってぞれぞれの箇所内のスロット部間の内径側に突出するように形成されたティース部に設け、前記穴径の上限値が、ティース部の幅寸法に対して４０％であるトロイダルモータ。
2. 請求項１記載のトロイダルモータにおいて、さらに、ステータ巻線に装着されるコネクタを備え、アース端子の一方側は、前記コネクタの少なくとも１つ端子を経由して前記コネクタの外側に突出し、前記アース端子の他方側は、導電性ピンを介してステータコアのティース部に接続されるように構成されたトロイダルモータ。
3. コネクタの一部が絶縁性樹脂にて一体成形された請求項２記載のトロイダルモータ。
4. トロイダルモータは、ステータ巻線がステータコアのスロット部から外径に向かって巻装されたトロイダルモータである請求項３記載のトロイダルモータ。
5. 請求項４記載のトロイダルモータを搭載する電気機器。

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