JP6419522B2 - 永久磁石式回転電機および洗濯機 - Google Patents

Description

本発明は集中巻固定子を採用した永久磁石式回転電機およびそれを用いた洗濯機に関するものである。

洗濯機の回転翼を駆動する回転電機にはインバータ駆動の永久磁石式回転電機が採用されている。特に縦型もしくはドラム式洗濯機において、回転電機の巻線方式には集中巻の電機子巻線方式が採用されている。この巻線作業を自動化するために固定子鉄心の軸方向両側に絶縁端板を設け、この絶縁端板を介して回転子の磁石位置を検出するセンサ基板ケースを固定している。これに対し、センサ基板ケースの取り付け精度を向上するためや取り付け作業性を向上する方法が提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００９−８１９０８号公報 特開２０１０−２００４２０号公報

特許文献１記載の技術では、センサ基板ケースを、樹脂モールドした固定子鉄心のコアバック部に設けた第一の位置決め手段、ティース先端近傍に設けた第二の位置決め手段で固定するようにしたものである。

特許文献２記載の技術では、スロット開口幅の広いものと狭いティースを設け、このティースに合うように絶縁端板を設けることにより、センサ収納部がスロット開口幅の広いものにあった絶縁端板に合致させるように固定している。

上記いずれの技術ともセンサ基板自体は電機子巻線の脇に配置されているため、インバータから電機子巻線に歪波電流が供給された時、センサ基板には高調波ノイズが載る可能性があり、これによって永久磁石式回転電機を安定して駆動できなくなるという問題があった。

本発明の目的は、インバータに起因するノイズに影響を受け難く安定して駆動可能な永久磁石式回転電機とこれを用いた洗濯機を提供することにある。

上記の目的を解決するために、本発明は、固定子鉄心が複数のティースとコアバック部からなり、前記固定子鉄心の軸方向両端部に、軸方向外側に向かって返りを有する巻線支持部を有する絶縁端板を設け、該絶縁端板を介して前記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、ボルト留め部が配された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔に永久磁石が納められた回転子が、前記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た永久磁石式回転電機において、前記永久磁石の位置を検出するホールセンサが搭載されたセンサ基板が収納された基板ケースと、前記基板ケースが収納されたホールセンサ基板ケースと、を有し、前記ホールセンサ基板ケースは前記絶縁端板に固定され、前記センサ基板は前記回転子側の軸方向端部と対向して配置され、前記ホールセンサ基板ケースの外径側は、ボルト留め部を有し、前記ボルト留め部と前記絶縁端板をボルトによって固定され、前記ホールセンサ基板ケースの内径側は、位置決め部を有し、前記巻線支持部に前記位置決め部が食い込んで、位置決め及び固定されている。

本発明の形態によれば、ホールセンサ基板ケースに取り付けられるセンサ基板が回転子側に配置され、センサ基板が電機子巻線から離れることになるので、インバータに起因するノイズがセンサ基板に加わり難くなる。これにより、インバータノイズに強く安定して駆動可能な永久磁石式回転電機とこれを用いた洗濯機を提供できる。

本発明の実施形態における縦型洗濯機の一例である。 永久磁石式回転電機の外観図である。 図２のハウジングを取り除いた永久磁石式回転電機の外観図である。 永久磁石式回転電機の固定子の斜視図である。 固定子鉄心の形状を示す図である。 ホールセンサ基板ケースの外観図である。 ホールセンサ基板ケースを絶縁端板に固定した図である。 本発明の実施形態における永久磁石式回転電機の径方向縦断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。

図１には縦型洗濯機５０の一例を示し、外枠５１、外枠５１を下から支持する外枠ベース５２、外枠５１の上に設けられたトップカバー５３、トップカバー５３の開閉自在に係る蓋体５４を有する。外槽５５は外枠５１の上側内部に設けたコーナ支持部５８より垂下する吊棒５７に防振ばね８０を介して防振支持される。
洗濯槽５９は外槽５５内に回転自在に置かれる。洗濯脱水用の電動機は永久磁石式回転電機１であり、外槽５５の底側下面に確実に固定されている。永久磁石式回転電機１の軸端には駆動プ−リ６７が締結される。

撹拌翼６１は洗濯槽５９内に回転自在に設置され、ギヤケース６４は外槽５５の外側下面で撹拌翼６１の真下に固定される。ギヤケース６４の下部に設けたクラッチ６３は従動プーリ６５を有する。従動プーリ６５と駆動プ−リ６７に掛け渡したベルト６２を介して回転電機１の回転はクラッチ６３に伝わり、永久磁石式回転電機１の回転はギヤケース６４のギヤ６６に伝えられる。

ギヤケース６４の内側出力軸には撹拌翼６１が締結され、外側出力軸には洗濯槽５９が締結されている。

永久磁石式回転電機１の駆動回転はクラッチ（回転伝達切り替え手段）６３で切り替えられる。クラッチ（回転伝達切り替え手段）６３の切り替えで永久磁石式回転電機１の回転が撹拌翼６１に伝達されたり、洗濯槽５９と撹拌翼６１に伝達されたりする。

撹拌翼６１の撹拌回転で洗濯槽５９内の洗濯物が洗濯される。洗濯槽５９の高速回転で洗濯槽５９内の洗濯物は遠心脱水が行われる。

洗濯物の脱水では回転電機１が高速で回転し、洗濯槽５９の胴体に設けた脱水穴６８から遠心脱水が行われる。洗濯槽５９は上部にバランサ６０を備えているので、遠心脱水時、洗濯物の片寄りによるアンバランス発生時の異常振動が緩和される。

蓋体５４は洗濯槽５９の上部に設けた開口部を開閉し、洗濯物を出し入れする。

コントロール基板６９はトップカバー５３に設けられ、コントロール基板６９の表面には操作パネル７０があり、洗濯機５０の運転操作が行える。

水位センサ−７１はトップカバー５３の裏側に配置される。圧力チューブ７２を介して水位センサ−７１はエアートラップ７３の空気室に通じている。外槽５５内に貯留する洗濯水の水位は水圧の変化により水位センサ−７１で検知され、その水位情報はコントロール基板６９に提供され、給水がコントロールされる。

注水ケース７４は給水電磁弁７５を介して給水ホース７６に接続される。給水ホース７６は水道水供給の蛇口に接続される。水道水は給水電磁弁７５の開放によって注水ケース７４を通じて洗濯槽５９に注がれる。

外槽カバー７７は外槽５５の上部に設けられる。注水ケース７４から流出する水道水が洗濯槽５９の外側にはずしても外側カバー７７にガイドされ機外に流出して床面を濡らさないような構成となっており、全ての供給された水は洗濯槽５９に注がれる。

排水電磁弁７８は排水ホース７９を介して外槽５５の底部に設けた排水口に連通させる。洗濯やすすぎで使った水は排水電磁弁７８の開放で排水ホース７９を通じて機外へ排出される。

上述した縦型洗濯機５０の駆動源である永久磁石式回転電機１は、外周側に電源コネクタボックス２９と中性点コネクタボックス３０を有する。また、端部には冷却ファン２７を有する。

図２は、図１の永久磁石式回転電機１の外観図を示したものである。永久磁石式回転電機１は、外枠５１に設けられた回転電機取り付け台（図示せず）に、固定部材付ハウジング２の固定部材４のボルト穴３を介してボルト止め（図示せず）される。ハウジング５の切り欠き部６から電源コネクタボックス２９と中性点コネクタボックス３０が飛び出している。ここで、固定部材付ハウジング２やハウジング５は平板からプレスで成形され、その途中に切り欠き６やボルト穴３を形成している。また、ハウジング５からシャフト８が出ており、固定部材付ハウジング２とハウジング５間に見えるのが固定子鉄心７であり、固定子鉄心７の下部に見えるのが、コネクタボックスがついていない絶縁端板９である。

ここで、電源コネクタボックス２９と中性点コネクタボックス３０が固定部材４と機械角で９０度隔てているので、永久磁石式回転電機１を外枠５１に固定しようとボルト穴３にボルト（図示せず）を差し込んでも、このボルトと電源コネクタボックス２９と中性点コネクタボックス３０が干渉することはない。

図３は図２のハウジングを取り除いた永久磁石式回転電機の外観図、図４は図１の永久磁石式回転電機の固定子の斜視図である。本実施形態における固定子は、まず固定子鉄心７が２つの形状７ａ、７ｂからなり、コネクタボックスが付いていない絶縁端板９、コネクタボックスが付いている絶縁端板１０を有し、電源コネクタボックス２９と中性点コネクタボックス３０が絶縁端板１０と一体で構成され、コイル支持部１０ａを備える。さらに、絶縁端板１０の外径側にはホールセンサ基板ケース１９を位置決め或いは固定するボルト止め部３２、ピン突起部３１がある。

ホールセンサ基板ケース１９は、ボルト２０によって絶縁端板１０に固定されている。ホールセンサ基板ケース１９にはセンサ基板２１が収納されており、入出力線２２を外部に導出している。入出力線２２は電源、グランド、Ｕ相電機子巻線に対応するａ相出力、Ｖ相電機子巻線に対応するｂ相出力、Ｗ相電機子巻線に対応するｃ相出力の５本である。センサ基板２１は、突起２３によってホールセンサ基板ケース１９中に固定されている。

図５は、永久磁石式回転電機の固定子鉄心形状図である。図中、（Ａ）は固定子鉄心７ｂの形状を示したものであり、コアバック１１から内径側へ向けて起立したティース１２である。コアバック１１にあってティース１２の中心軸上外径側にあるのが固定穴１３であり、対角線上近くの３つのティース１２の外径側に１３ａ、１３ｂ、１３ｃを設けている。また、ティース１２の内径側には電機子反作用の抑制穴１５を形成している。Ｈａはスロット開口幅である。電機子巻線１０４はＵ相巻線１０４ａ、Ｖ相巻線１０４ｂ、Ｗ相巻線１０４ｃからなり、絶縁端板９、１０とスロットライナー（図示せず）で形成された絶縁されたスロット１６内に機械を使用して三相巻線７が巻装される。

また、固定子鉄心７の固定穴１３には絶縁端板９、１０の固定突起１４が合致し、絶縁端板９、１０が固定される。

図５（Ｂ）は固定子鉄心７ａの形状を示したものであり、（Ａ）と（Ｂ）の違いは固定穴１３の有無とスロット開口幅Ｈｂである。ここで、図からも分かるようにＨａ＞Ｈｂに設定し、必要トルクを増加させている。

図５（Ｃ）は固定子鉄心７ｂの形状を示したものであり、（Ａ）と同一である。

図６は、ホールセンサ基板ケース１９の外観図である。ホールセンサ基板ケース１９は樹脂のＰＢＴかＰＥＴで製造され、外径側にボルト穴２６、ピン挿入孔２７を形成し、その内径側にセンサ収納ケース２４（２４ａ、２４ｂ、２４ｃからなる）があり、さらにその下方に基板ケースが２５を形成している。さらに、センサ収納ケース２４の両側には絶縁端板１０のコイル支持部１０ａに食い込んでホールセンサ基板ケース１９の位置決めを行う位置決めＬ部２８（２８ａ、２８ｂ、２８ｃからなる）を設けている。

図７は、ホールセンサ基板ケース１９を絶縁端板１０に固定した図である。ホールセンサ基板ケース１９の外径側は、ボルト２０によってボルト止め部３２に固定され、かつ、ピン突起部３１がピン挿入孔２７に挿入されて位置決めされる。一方で、ホールセンサ基板ケース１９の内径側には、図６に示すようなセンサ収納ケース２４があり、センサ収納ケース２４の両側に設けた位置決めＬ部２８が絶縁端板１０のコイル支持部１０ａに差し込まれる。このように、本実施形態では、ホールセンサ基板ケース１９を、内外径側から位置決め及び固定するように構成している。すなわち、ホールセンサ基板ケース１９を内径側と外径側の２個所で絶縁端板に取り付けたので、脱水時に洗濯槽５９を高速回転させる洗濯機に用いられる永久磁石式回転電機１であっても、ホールセンサ基板ケース１９を強固に固定することが可能である。

図８は、本実施形態の永久磁石式回転電機の径方向縦断面図を示す。回転子鉄心１００のシャフト孔１０１にシャフト８を焼き嵌め、あるいは圧入し、永久磁石孔１０２中にＵ字形状の永久磁石１０３を挿入している。固定子鉄心７の軸方向両端にはコイル支持部９ａ、ガイド壁１７、ガイド溝１８を擁する絶縁端板９と、コイル支持部１０ａを有する絶縁端板１０が固定されている。絶縁端板１０にはボルト止め部３２にボルト２０によって固定され、ピン突起部３１によって位置決めされたホールセンサ基板ケース１９を固定している。

ホールセンサ基板ケース１９にはセンサ基板２１を収納し、基板ケース２５がホールＩＣ３３を収納し、永久磁石１０３の位置を検出している。このホールＩＣ３３は固定子鉄心７ａの開口幅Ｈａ中に収まるため、電機子巻線１０４から離れていることになる。

本実施形態によれば、センサ基板２１が回転子鉄心１００の軸方向端部に対向して配置されているため、電機子巻線１０４から離れている。したがって、ホールＩＣ３３の出力がインバータ（図示せず）からの電気ノイズによって乱されることが無いので、安定して永久磁石式回転電機を駆動できるメリットがある。ここで、本実施形態では、センサ基板２１のすべてが回転子側に位置するのではなく、センサ基板２１の一部は固定子側に位置している（図８参照）。しかし、センサ基板２１の大部分、少なくとも半分以上は、固定子側ではなく回転子側に配置されている。本実施形態では、ホールＩＣ３３から延びる複数のリード線の端子のうち、最も内径側でセンサ基板２１に固定された位置を基準点として、この基準点よりも内径側のセンサ基板２１は、回転子と軸方向投影が重なるように構成されている。

また、本実施形態では、ホールセンサ基板ケース１９が内径側と外径側の複数個所で絶縁端板に強固に取り付けられているので、脱水時に高速回転させてもホールセンサ基板ケース１９が振動でガタつき難く、この点でも、インバータによるノイズの影響が抑制される。

１・・・永久磁石式回転電機、２・・・固定部材付ハウジング、３・・・ボルト穴、４・・固定部材、５・・・ハウジング、６・・・切り欠き、７・・固定子鉄心、８・・シャフト、９・・・絶縁端板、１０・・・絶縁端板、１１・・・コアバック、１２・・・ティース、１３・・・固定穴、１４・・・固定突起、１５・・・抑制穴、１６・・・スロット、１７・・・ガイド壁、１８・・・ガイド溝、１９・・・ホールセンサ基板ケース、２０・・・ボルト、２１・・・センサ基板、２２・・・入出力線、２３・・・固定突起、２４・・・センサ収納ケース、２５・・・基板ケース、２６・・・ボルト穴、２７・・・ピン挿入孔、２８・・・位置決めＬ部、２９・・・電源コネクタボックス、３０・・・中性点コネクタボックス、３１・・・ピン突起部、３２・・・ボルト止め部、３３・・・ホールＩＣ、５０・・・縦型洗濯機、５１・・・外枠、５２・・・外枠ベース、５３・・・トップカバー、５４・・・蓋体、５５・・・外槽、５７・・・吊棒、５８・・・コーナ支持部、５９・・・洗濯槽、６０・・・バランサ、６１・・・撹拌翼、６２・・・ベルト、６３・・・クラッチ、６４・・・ギヤケース、６５・・・従動プーリ、６６・・・ギヤ、６７・・・駆動プーリ、６８・・・脱水穴、６９・・・コントロール基板、７０・・・操作パネル、７１・・・水位センサ、７２・・・圧力チューブ、７３・・・エアートラップ、７４・・・注水ケース、７５・・・給水電磁弁、７６・・・給水ホース、７７・・・外槽カバー、７８・・・排水電磁弁、７９・・・排水ホース、８０・・・防振ばね、１００・・・回転子鉄心、１０１・・・シャフト孔、１０２・・・永久磁石孔、１０３・・・永久磁石、１０４・・・電機子巻線

Claims (2)

1. 固定子鉄心が複数のティースとコアバック部からなり、前記固定子鉄心の軸方向両端部に、軸方向外側に向かって返りを有する巻線支持部を有する絶縁端板を設け、該絶縁端板を介して前記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、ボルト留め部が配された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔に永久磁石が納められた回転子が、前記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た永久磁石式回転電機において、
   前記永久磁石の位置を検出するホールセンサが搭載されたセンサ基板が収納された基板ケースと、前記基板ケースが収納されたホールセンサ基板ケースと、を有し、
   前記ホールセンサ基板ケースは前記絶縁端板に固定され、
   前記センサ基板は前記回転子側の軸方向端部と対向して配置され、
   前記ホールセンサ基板ケースの外径側は、ボルト留め部を有し、前記ボルト留め部と前記絶縁端板をボルトによって固定され、
   前記ホールセンサ基板ケースの内径側は、位置決め部を有し、前記巻線支持部に前記位置決め部が食い込んで、位置決め及び固定されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
2. 請求項１に記載の永久磁石式回転電機と、洗濯槽と、を備え、
   前記永久磁石式回転電機の駆動により、前記洗濯槽が回転する洗濯機。