JP5634338B2 - 磁石モータ及び磁石モータを備えたドラム式洗濯機 - Google Patents

Description

本発明は、磁石モータに係わり、これを用いたドラム式洗濯機に関する。

洗濯機の多くは家庭内で使用されるため、使用時の騒音値に対する要求が４０ｄＢ近傍と低く、これを実現するために、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採用することが示されている（下記特許文献１）。

特に、現在のドラム式洗濯機は、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、磁石にはネオジム磁石が採用されている。このネオジム磁石の主原料であるネオジウムは、レアメタルであって、入手するのに困難を伴う場合があるので、昨今、脱レアメタル、すなわちフェライト磁石化が叫ばれていた。しかしながら、ネオジム磁石の残留磁束密度が１.３Ｔであるのに対し、フェライト磁石の残留磁束密度が０.４５Ｔと小さく（約１／３）、フェライト磁石モータでは体格が大きくなる問題があった。

この問題を回避するための手法として、磁石からの磁束量が磁石の強磁性面の周長に左右されることから、平板フェライト磁石を放射状に配置することが示されている（下記非特許文献１，下記特許文献２）。

特開平２００９−８９５４６号公報 特開２００６−２０４２５号公報

電気書院：交流機設計：ＰＰ５５９〜５６４

特許文献１に記載の技術では、回転子として希土類の永久磁石を用いており、単に、回転子のティースの内周面と、回転子の磁極鉄心の外周面とを、互いに凸の非同心形状にしただけであるので、仮に、磁力の弱いフェライト磁石を使用した場合は、必要な特性を得ることが困難である。

また、非特許文献１及び特許文献２に記載の技術では、放射状に伸びた回転子の磁石が径方向に長いために、フェライト磁石を使用してもトルク特性の低下が抑制できるものの、騒音については配慮がされていなかった。

本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、その目的は、フェライト磁石を用いても特性を確保しつつ騒音の低減を図ることができる磁石モータを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、回転ドラムを駆動する磁石モータが回転子と固定子を有し、前記固定子は、固定子鉄心に形成された複数のスロットと、集中巻の電機子巻線が巻装されるティースを備え、前記回転子は、磁極を形成する永久磁石と、電磁鋼板を積層した回転子鉄心を備えたドラム式洗濯機において、前記永久磁石と前記回転子鉄心とが放射状に交互に配置され円筒形状を形成するように並べられ、前記ティースの内周面を、前記回転子側に凸の非同心形状とし、この非同心形状の周方向端部にベベリングを施し、前記回転子鉄心の外周面を、前記固定子側に凸の非同心形状とし、前記永久磁石にはフェライトを用いたものである。

上記構成によれば、フェライト磁石を用いても特性を確保しつつ騒音の低減を図ることができる磁石モータを提供することができる。

本発明の一実施形態に関わるドラム式洗濯機の概観図である。 本発明の一実施形態に関わる磁石モータの軸方向断面図である。 図２の磁石モータの径方向断面である。 図３の主要部Ａを拡大した図である。 図２の磁石モータのロータ部の径方向断面である。 図５のロータ部の軸方向断面図である。 図２の磁石モータの磁極鉄心と永久磁石を交互に配置して円環形状に形成した状態を示す面である。 図７の主要部Ａを拡大した図である。 本発明の一実施形態に係わるドラム式洗濯機の騒音測定結果を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に関わるドラム式洗濯機１００、およびそれに用いられる磁石モータ１を、図１〜図５を参照して説明する。

図１は本実施形態に関わるドラム式洗濯機１００の概観図である。

ドラム式洗濯機１００は、前面パネルが開口した筐体１０１と、四隅にゴム製の脚を有する筐体ベース１０２とを備え、筐体１０１の開口部にはドア１０３が開閉可能なように取り付けられている。また、筐体１０１は、内槽としての回転ドラム１０４を包括する外槽１０５を備えている。また、回転ドラム１０４を回転駆動する磁石モータ（図示せず）はこの背面に取り付けられている。そして、この回転ドラム１０４の回転によって、洗い工程，すすぎ工程，脱水工程などを実行する。

図２は本発明に係わる磁石モータの軸方向断面図、図３は図２の磁石モータの径方向断面図、図４は図３の主要部Ａを拡大した図、図５は図２の磁石モータのロータ部の径方向断面図、図６は図５のロータ部の軸方向断面図、図７は図２の磁石モータの磁極鉄心と永久磁石を交互に配置して円環形状に形成した状態を示す図、図８は図７の主要部Ａを拡大した図である。

磁石モータ１は、図２に示す通り、固定子１０と、固定子ベース部２０と、回転子３０と、軸受を有する軸受ボス２１と、軸受に回転自在に支持され回転子３０を固定支持する回転軸２２とで構成されている。また、固定子１０は、固定子ベース部２０に締結ボルト２７によって固定され、回転子３０は回転軸２２の端部に設けられたボス部２３に嵌合され、ねじ部２４とナット２５によって固定されている。固定子ベース部２０の内周側と回転軸２２の外周側にはベアリング２６（２６ａ，２６ｂ）が配置され、固定子１０の内周側で回転子３０が回転自在に回動できるように支持されている。

さらに、この固定子１０は、図３に示す通り、コアバック１１とティース１２からなる固定子鉄心１３（コアバック１１とティース１２は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いる）を、ハウジング１８内に嵌合して形成されている。そして、固定子鉄心１３に形成された複数のスロット１４中に、三相巻線である（集中巻の）電機子巻線（固定子コイル）１５が巻装されている。また、図４に示す通り、固定磁極を構成するティース１２の内周面形状は、回転子３０側に凸の非同心形状１７を成し、ティース１２の端部にはベベリング１６を施している。

図９には、回転子鉄心３１の外周面と、ティース１２の内周面とに、互いに凸の非同心形状１７を採用した場合（（ａ）ベベリングなし）と、更に非同心形状１７の周方向端部にベベリングを施した場合（（ｂ）ベベリングあり）とにおける、騒音の測定結果が示されている。尚、横軸は周波数Ｈｚ、縦軸は騒音ｄＢ（Ａ）である。この図９によれば、特に周波数成分が１９０５Ｈｚの騒音は、ベベリングなしの場合と比べて、ベベリングありの場合に極めて小さくなっていることが分かる。すなわち、騒音のオーバーオール値で、３ｄＢ（Ａ）の騒音低減効果が確認できる。

ここで、ティース１２の内周面について、非同心形状１７を大きくすることにより、騒音を低減することも可能であるが、その場合、固定子１０と回転子３０との間のギャップ長が大きくなり、必要トルクが低下する。そこで、上述のようにベベリング１６を施すことによって、磁石磁束の急変による騒音の増加を抑制しつつ、ギャップ長を維持して磁石モータ１としての特性を確保することにした。

また、ベベリング１６を形成する範囲を様々変更させて測定したところ、図４に示すように、ティース１２のピッチをθ、ティース１２の非同心形状の角度（ティース１２の内周面であって、ベベリング１６の段差Ｒが設けられていない領域の長さ）をθ１とした場合、０.５≦θ１／θ≦０.７となるようにすると、騒音低減に寄与することが分かった。特に、θ１／θが０.６５近傍のときには、極めて高い効果が得られた。

尚、このようにティース１２の内周面の周方向端部にベベリング１６を施すことにより、電機子巻線１５による磁束の急変を抑制し、フェライト磁石の減磁を防止することも可能となる。

一方で、回転子３０は、図６に示す通り、電磁鋼板を積層した回転子鉄心３１と、永久磁石片３２を有している。回転子鉄心３１は、ティース１２の内側面に対向し、ティース１２に対して相対移動するように回転する。また、永久磁石片３２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３２を回転子鉄心３１で挟み込んで円環形状した後、合成樹脂層７０によりモールドされる。さらに、ボス部２３も合成樹脂層３３でモールドされ、回転子３０を一体化している。ここで、回転子鉄心３１の外周面形状は固定子１０側に凸の非同心形状を成しているので、回転子３０と固定子１０との間のギャップを小さくでき、結果として磁石モータ１の特性を良好に保つことができる。

次に、回転子３０について、詳細に説明する。回転子３０は、図３〜図６に示すように、多数の分割された回転子鉄心３１と永久磁石片３２とを、樹脂材（合成樹脂層）７０で一体的に固定して一次モールド体を形成し、この一次モールド体とシャフト連結部材とを樹脂材（合成樹脂層）３３で一体的に固定して二次モールド体を形成して構成されている。

回転子鉄心３１と永久磁石片３２とは、図３に示すように、放射状に交互に配置され、円筒形状を形成するように並べられている。ここで、永久磁石片３２は、無着磁状態の磁石要素が用いられ、後述するように、回転子３０の一次モールド体を形成した後に着磁される。すなわち、永久磁石片３２の組み付け時には、永久磁石片３２は磁化されておらず、永久磁石片３２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３２が組み込まれてしまう恐れがない。

回転子鉄心３１の中央部には、図８に示すように空孔５０が設けられている。この空孔５０には、一次モールド用の樹脂材７０が充填されて融着されるようになっている。また、隣り合う回転子鉄心３１，３１の間には、永久磁石片３２の内径側及び外径側に空隙が形成されている。つまり、各永久磁石片３２は、内径側及び外径側の両側面が回転子鉄心３１，３１に接触しない構造となっている。これらの空隙は、永久磁石片３２の漏れ磁束を低減するように作用し、また、後述する着磁には、永久磁石片３２に磁束が効率的に取り込まれるように作用する。また、これらの空隙に対しても、上述と同様にして、一次モールド用の樹脂材７０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３２は、回転方向両側から回転子鉄心３１，３１で挟持されるとともに、径方向についても、樹脂材７０を介して回転子鉄心３１，３１に支持されている。

また、回転子鉄心３１の内径側となる内側面には、図８に示すように鍵穴形状の凹部６０が形成されている。この凹部６０には、二次モールド用の樹脂材３３が充填されて融着されるようになっている。これにより、回転子３０の高速回転時においても、回転子鉄心３１と永久磁石片３２との連結強度を維持することができ、遠心力に抗する強固な固定構造とすることができる。

さらに、回転子３０の内側には、シャフト連結部材としてのボス部２３が設けられている。このボス部２３は、二次モールド用の樹脂材３３で覆われて回転子３０に一体的に固定されている。

次に、このような回転子３０を有する磁石モータ１の製造方法について説明する。まず、図７に示すように、回転子鉄心３１と永久磁石片３２を放射状に交互に配置して、円環形状を呈する回転子鉄心３１と永久磁石片３２との組付体４０を形成する。このとき、図示しない治具等に回転子鉄心３１を全て配置した後、回転子鉄心３１の間に永久磁石片３２を挿入することで、これらが交互に配置された組付体４０が得られる。尚、永久磁石片３２は、磁化されていないので、回転子鉄心３１，３１の間にスムーズに挿入することができる。

次に、組付体４０の状態でモールド用成形型に配置し、一次モールド用の樹脂材７０を流し込む。これにより、樹脂材７０で一体的に固定されて成る一次モールド体が得られる。その後、永久磁石片３２を磁化して着磁された一次モールド体に対し、内側にボス部２３等を配置した上で、二次モールド用の樹脂材３３を流し込む。これにより、図３に示すように、二次モールド用の樹脂材３３でこれらが一体的に固定されてなる二次モールド体が得られ、回転子３０が形成される。さらに、図２に示すように、回転子３０を、固定子ベース部２０に固定された固定子の内径側に配置して回転軸２２に固定することで、磁石モータ１が得られる。

１ 磁石モータ
１０ 固定子
１１ コアバック
１２ ティース
１３ 固定子鉄心
１４ スロット
１５ 電機子巻線
１６ ベベリング
１７ 非同心形状
１８ ハウジング
２０ 固定子ベース部
２１ 軸受ボス
２２ 回転軸
２３ ボス部
２４ ねじ部
２５ ナット
２６ ベアリング
３０ 回転子
３１ 回転子鉄心
３２ 永久磁石片
４０ 組付体
１００ ドラム式洗濯機
１０１ 筐体
１０２ 筐体ベース
１０３ ドア
１０４ 回転ドラム
１０５ 外槽

Claims (3)

1. 回転ドラムを駆動する磁石モータが回転子と固定子を有し、前記固定子は、固定子鉄心に形成された複数のスロットと、集中巻の電機子巻線が巻装されるティースを備え、前記回転子は、磁極を形成する永久磁石と、電磁鋼板を積層した回転子鉄心を備えたドラム式洗濯機において、前記永久磁石と前記回転子鉄心とが放射状に交互に配置され円筒形状を形成するように並べられ、前記ティースの内周面を、前記回転子側に凸の非同心形状とし、この非同心形状の周方向端部にベベリングを施し、前記回転子鉄心の外周面を、前記固定子側に凸の非同心形状とし、前記永久磁石にはフェライトを用いたことを特徴とするドラム式洗濯機。
2. 請求項１において、前記回転子鉄心と前記永久磁石とを樹脂でモールドしたことを特徴とするドラム式洗濯機。
3. 請求項１において、前記ティースのピッチをθとし、前記ティースの非同心形状の角度をθ１とすると、０.５≦θ１／θ≦０.７であることを特徴とするドラム式洗濯機。