(57)【要約】  本発明のドラム式洗濯機は、洗濯機筐体と、水平方向または傾斜方向にドラム回転軸を有する回転ドラムと、この回転ドラムを駆動するモータとを備えたダイレクトドライブ方式の洗濯機である。このモータは、トロイダル巻線形式で巻回されるコイルと第１のモールド樹脂とを含むステータと、外側ロータと内側ロータとそれらを一体的に成形する第２のモールド樹脂とを含むツイン型ロータとを備える。
2008126408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗濯物を出し入れするための開口部を有する洗濯機筐体と、前記洗濯機筐体に対して水平方向または傾斜方向にドラム回転軸を有する回転ドラムと、前記回転ドラムを駆動するモータとを備えたドラム式洗濯機において、
前記ドラム回転軸は前記モータのモータ軸と直結されたダイレクトドライブ方式の洗濯機であって、
前記モータは、環状のステータヨークと、前記ステータヨークから外周方向に突出した複数の外側ティースと、前記外側ティースと同数で前記ステータヨークから内周方向に突出した複数の内側ティースと、前記各外側ティース間に構成される複数の外側スロットと、前記各内側ティース間に構成される複数の内側スロットと、前記外側スロットと前記内側スロットの間の前記ステータヨークに３相スターまたはデルタ状に結線されトロイダル巻線形式で巻回されるコイルと、前記ステータヨークと前記外側スロットと前記内側スロットと前記コイルとを一体的に成形する第１のモールド樹脂と、を含むステータと、
前記外側ティースに対向して所定のエアギャップを介して配設される外側ロータと、前記内側ティースに対向して所定のエアギャップを介して配設される内側ロータと、前記外側ロータと前記内側ロータとを一体的に成形する第２のモールド樹脂と、前記外側ロータと前記内側ロータとに結合された前記モータ軸と、を含むツイン型ロータと、を備えることを特徴とするドラム式洗濯機。
【請求項２】
前記回転ドラムの外周側に有底円筒形の水受け槽を有し、前記モータは前記水受け槽の底部に固定されることを特徴とする請求項１記載のドラム式洗濯機。
【請求項３】
前記第１のモールド樹脂は、複数の取付部を有し、前記取付部が前記水受け槽に固定されることを特徴とする請求項２記載のドラム式洗濯機。
【請求項４】
前記ステータヨークは、軸方向に貫通する複数の貫通孔を有し、前記第１のモールド樹脂は、前記ステータヨークと前記外側スロットと前記内側スロットと前記コイルと前記貫通孔とを一体的に成形することを特徴とする請求項１記載のドラム式洗濯機。
【請求項５】
前記貫通孔は、前記外側ティースの回転方向中央と前記内側ティースの回転方向中央とを結ぶ直線と、前記ステータヨークの中心円弧との交点に形成されることを特徴とする請求項４記載のドラム式洗濯機。
【請求項６】
前記貫通孔は、断面が円または楕円であることを特徴とする請求項４記載のドラム式洗濯機。
【請求項７】
前記第２のモールド樹脂は、前記モータ軸の方向に貫通する複数の風孔を有することを特徴とする請求項１記載のドラム式洗濯機。
【請求項８】
前記第２のモールド樹脂は、前記ステータと前記モータ軸の方向に対向する部分に複数の凸部を有することを特徴とする請求項１記載のドラム式洗濯機。
【請求項９】
前記第２のモールド樹脂は、背面側に複数のリブを有することを特徴とする請求項１記載のドラム式洗濯機。
【請求項１０】
前記外側スロットの数と前記内側スロットの数は同数のＳであり、
前記外側ロータは、外側ロータヨークと極数Ｐの外側永久磁石とを備え、
前記内側ロータは、内側ロータヨークと、極数Ｐの内側永久磁石とを備え、
整数Ｎを１以上とし、２Ｎ−１が３の倍数となる場合を除くとすると、
前記スロットの数Ｓと前記極数Ｐは、Ｓ：Ｐ＝３：２Ｎ−１の関係であることを特徴とする請求項１記載のドラム式洗濯機。
【請求項１１】
前記スロット数Ｓと前記極数Ｐは、Ｓ：Ｐ＝３：５の関係であることを特徴とする請求項１０記載のドラム式洗濯機。
【請求項１２】
前記外側永久磁石と前記内側永久磁石の少なくとも一方は、前記外側ロータヨークまたは前記内側ロータヨークの内部に埋め込まれることを特徴とする請求項１０記載のドラム式洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平方向または傾斜方向に回転中心軸を有する回転ドラムと、この回転ドラムを駆動するモータとを備えたダイレクトドライブ方式のドラム式洗濯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の全自動洗濯機は、乾燥機能を付加したダイレクトドライブ方式のドラム式洗濯機が主流になってきている。この洗濯機の回転ドラムを駆動するモータは、ギヤを介さず直接回転ドラムを駆動するため、洗濯時における低速・高トルク（１０ｒｐｍより１００ｒｐｍ、１０Ｎ・ｍ以上）と脱水時における高速・低トルク（１０００ｒｐｍ以上）を同時に実現する必要がある。また、洗濯時には非常に低速であるため、洗濯機の振動・騒音に大きく影響するモータのコギングトルクを低減する必要がある。【０００３】
このような低速・高トルクを出力するモータを実現する技術として、特許文献１および特許文献２に記載のような洗濯機用モータが知られている。これらの特許文献に記載の洗濯機用モータは、ステータと、ステータの外周に配置されるロータとを備える。しかし、特許文献１に記載のように、唯一のステータと唯一のロータとを備えるモータで大きなトルクを出すためには、ステータに巻回するコイル量を増大させたり、ロータの磁石強度を大きくしたりしなければならない。このため、全体的に体積が大きくなる問題が生じていた。さらに、特許文献１に記載の洗濯機用モータは、ステータに対して集中巻線方式により巻線されたコイルを備える。このため、分布巻線方式により巻線されたコイルを備えるモータと比較して、ラジアル力が大きくなってしまう。これにより、駆動時の騒音および振動が増大する問題が生じていた。【０００４】
そこで、上記の問題を解消するため、特許文献２に記載のようなモータが提案されている。この特許文献２に記載のモータは、ティースに集中巻線方式により巻線されたコイルを有する中空円筒状のステータと、ステータの内周面に対して一様のギャップを持って配置される内側ロータと、ステータの外周面に対して一様のギャップを持って配置される外側ロータと、を備える。このような構成を有する特許文献２に記載のモータは、内側ロータの磁束による力と外側ロータの磁束による力とを利用できる。このため、出力密度を大きくし、小型でありながら大きなトルクを出力することができる。【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載のモータにおいても、集中巻線方式で巻線されたコイルを備えるため、ラジアル力が大きくなってしまう。これにより、駆動時の振動および騒音が増大するという問題が生じていた。【０００６】
このように特許文献１および特許文献２に記載のような洗濯機用モータを搭載したドラム式洗濯機は、高容量化、コンパクト化、静音化を同時に実現することが困難であるという課題を有していた。
【特許文献１】特開２００７−０８９２８２号公報
【特許文献２】特表２００５−５２１３７８号公報
【発明の開示】
【０００７】
本発明のドラム式洗濯機は、次の構成を有する。洗濯物を出し入れするための開口部を有する洗濯機筐体と、この筐体に対して水平方向または傾斜方向にドラム回転軸を有する回転ドラムと、この回転ドラムを駆動するモータとを備え、ドラム回転軸は、モータ軸と直結されたダイレクトドライブ方式の洗濯機である。
【０００８】
このモータのステータは、環状のステータヨークと、このステータヨークから外周方向に突出した複数の外側ティースと、この外側ティースと同数でステータヨークから内周方向に突出した複数の内側ティースと、各外側ティース間に構成される複数の外側スロットと、各内側ティース間に構成される複数の内側スロットとを含む。このステータは、さらに、外側スロットと内側スロットの間のステータヨークに３相スターまたはデルタ状に結線されトロイダル巻線形式で巻回されるコイルと、ステータヨークと外側スロットと内側スロットとコイルとを一体的に成形する第１のモールド樹脂とを含む。
【０００９】
さらにこのモータのロータは、ツイン型ロータであって、外側ティースに対向して所定のエアギャップを介して配設される外側ロータと、内側ティースに対向して所定のエアギャップを介して配設される内側ロータと、外側ロータと内側ロータとを一体的に成形する第２のモールド樹脂と、外側ロータと内側ロータとに結合されたモータ軸とを含む。
【００１０】
この構成による本発明のドラム型洗濯機は、小型でありながら洗濯容量を極限まで大きくすることができるとともに、振動、騒音を低減し、夜間の運転にも耐えられる静粛性を実現することができる。さらに、防水・防滴性能を向上させ、信頼性の高い洗濯機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係るドラム式洗濯機の断面図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態に係るドラム式洗濯機のモータ５の斜視図である。
【図３】図３は同上のモータ５のステータとロータとを分解して示す説明用斜視図である。
【図４】図４は同上の異なる方向から見た説明用斜視図である。
【図５】図５は同上のモータ５の断面図である。
【図６】図６は図５における６−６断面を示す断面図である。
【図７】図７は同上のモータ５におけるティース先端幅とコギングトルクとの関係を示すグラフである。
【図８】図８は同上のモータ５におけるロータの回転位置（電気角）と誘起電圧との関係を示すグラフである。
【図９】図９は同上のモータ５におけるロータの回転位置（電気角）とラジアル力との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は同上のモータ５におけるロータ回転位置（電気角）とコギングトルクとの関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は同上のモータ５におけるモータの出力密度をモータの種類ごとに示すグラフである。
【図１２】図１２は同上のモータ５における極数とトルク定数との関係を示すグラフである。
【図１３】図１３は同上のモータ５におけるコイル１５に流れる電流の様子を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００１２】
１    洗濯機筐体
１ａ    開口部
２    回転ドラム
３    水受け槽
４    ドラム回転軸
５    モータ
９    蓋
１０    ステータ
１１    ステータコア
１２    外側ティース
１３    内側ティース
１４    ステータヨーク
１５    コイル
１６    外側スロット
１７    内側スロット
１８    貫通孔
２０    内側ロータ
２１    内側ロータヨーク
２２    内側永久磁石
３０    外側ロータ
３１    外側ロータヨーク
３２    外側永久磁石
４１    第１の面
４２    第２の面
５１    第１のモールド樹脂
５２    第２のモールド樹脂
６０    取付部
６１    モータ軸
６２    リブ
６４    風孔
６５    凸部
７１    外側ティースの回転方向中央と内側ティースの回転方向中央とを結ぶ直線
７２    ステータヨークの中心円弧
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。図１は、本発明の実施の形態に係るドラム式洗濯機の断面図である。【００１４】
このドラム式洗濯機の洗濯機筐体１内には、有底円筒形の水受け槽３が本体１の正面側から背面側に向かって下向きに傾斜した状態で配置されている。この水受け槽３は、その内側に有底円筒形の回転ドラム２を、そのドラム回転軸４が洗濯機筐体１の正面側から背面側に向かって下向きに傾斜するように回転自在に支持している。【００１５】
洗濯機筐体１の正面側には、洗濯物を出し入れするための開口部１ａが形成される。そして、開口部１ａには、開口部１ａを開閉するための、ガラス等の材料で構成された蓋９が設けられている。【００１６】
水受け槽３の底部外側には、回転ドラム２のドラム回転軸４と同一軸上にモータ５のモータ軸６１が直結される。このモータ５により、回転ドラム２の回転速度や回転方向を制御することができる。このモータ５は、モータ５の外周部に形成された取付部６０（後述する）が図示しないネジ等の取付手段により水受け槽３に固定される。【００１７】
図２は本発明の実施の形態に係るドラム式洗濯機のモータ５の斜視図である。また、図３および図４は、このモータ５のステータ１０と、内側ロータ２０と外側ロータ３０を含むツイン型ロータとを分解して示す説明用斜視図である。図３と図４とは、異なる方向から見た斜視図として示している。【００１８】
このモータ５は、ステータ１０と、このステータ１０の内径側に対向する内側ロータ２０と、外径側に対向する外側ロータ３０とで構成される。【００１９】
ステータ１０は、略全面が第１のモールド樹脂５１により被覆される。また、内側ロータ２０と外側ロータ３０とは、第２のモールド樹脂５２により一体的に成形される。ステータ１０の外周部には、回転方向に均一間隔で配置される５つの取付部６０が形成される。これらステータ１０の第１のモールド樹脂５１とロータの第２のモールド樹脂５２とはそれぞれ、樹脂成形金型内にインサートすることにより一体成形が行われる。【００２０】
ロータの第２のモールド樹脂５２には、モータ軸６１方向に貫通する複数の風孔６４が形成される。また、第２のモールド樹脂５２には、ステータ１０とモータ軸６１の方向に対向する部分に、複数の凸部６５が設けられる。このため、内側ロータ２０および外側ロータ３０とが回転するときに、ステータ１０から発生した熱が攪拌される。そして、ステータ１０、内側ロータ２０と外側ロータ３０の間で、回転方向への熱風が生じる。この熱風が、風孔６４から外に流出し、モータ５内での熱が放出される。さらに、第２のモールド樹脂５２の背面側には、複数のリブ６２が設けられる。このため、モールド樹脂量を低減させながら、必要とされる強度を担保することができる。【００２１】
図５はモータ５の断面図であり、図６は図５における６−６断面を示す断面図である。ステータ１０を構成するステータコア１１は、略環状のステータヨーク１４と、このステータヨーク１４から外周方向に突出した外側ティース１２と、外側ティース１２と同数でステータヨーク１４から内周方向に突出した内側ティース１３とから成る。ステータコア１１は、さらに、各々の外側ティース１２の間には外側スロット１６が、各々の内側ティース１３の間には内側スロット１７が、それぞれ形成されている。そして、ステータ１０は、さらに、３相スターまたはデルタ状に結線されたトロイダル巻線方式による複数のコイル１５が、外側スロット１６と内側スロット１７の間のステータヨーク１４に集中巻線方式で巻回されている。【００２２】
ここで、この実施の形態に係るモータ５は、内側ロータ２０の極数および外側ロータ３０の極数がともに２０極であり、スロット数はともに１２スロットである。このように、２０極１２スロットの組合せにすることにより、後に詳細に説明するように、巻線配置が分布巻と同等の効果を実現することができる（図８参照）。【００２３】
このステータ１０は、上述したように、コイル１５を巻線した後、第１のモールド樹脂５１により一体成形される。これは、コイル１５をステータコア１１に固定することと、防湿、防滴のためである。特に、このモータ５は洗濯機に用いられるため、防湿、防滴性能の向上が特に重要である。また、このように第１のモールド樹脂５１により、一体成形する場合には、このモールド樹脂５１が振動を吸収し、洗濯機全体の振動や騒音を低減させる効果も期待することができる。【００２４】
ステータコア１１のステータヨーク１４には、軸方向に貫通する複数の貫通孔１８が形成される。そして、コイル１５を第１のモールド樹脂５１により一体成形すると、外側スロット１６、内側スロット１７、ステータヨーク１４の第１の面４１（図６における紙面上側）、ステータヨーク１４の第２の面４２（図６における紙面下側）、および、貫通孔１８がモールド樹脂５１で充填される。このような構成から、ステータヨーク１４の第１の面４１上の第１のモールド樹脂５１と第２の面４２上の第１のモールド樹脂５１とが、貫通孔１８に充填された第１のモールド樹脂５１で連結されることになる。したがって、第１の面４１上の第１のモールド樹脂５１と第２の面４２上の第１のモールド樹脂５１とがモータ小型化のために薄厚に形成されても、貫通孔１８に充填されたモールド樹脂５１が連結していることにより、剥離を防止することができる。なお、第１のモールド樹脂５１により、第２の面４２上に、取付部６０が形成されている。【００２５】
この貫通孔１８は、外側ティース１２の回転方向中央と内側ティース１３の回転方向中央とを結び回転中心を通る直線７１とステータヨーク１４の中心円弧７２との交点に設けられる。この貫通孔１８の断面形状は円形または楕円形であることが好ましい。この形状であれば、モールド樹脂材料の流動性が良くなるためである。【００２６】
また、貫通孔１８は、その径方向の長さがステータヨーク１４の径方向の長さに対して、０．５±１０％であることが好ましい。これは、この数値よりも大きくすると、ステータヨーク１４が磁気飽和を起こしモータトルクが低下するおそれがあるためであり、この数値よりも小さくすると、成形時にモールド樹脂の流動性が悪くなり、強度が低下するためである。なお、この貫通孔１８の断面形状は、円形または楕円形に限定されるものではなく、四角形、長方形、三角形等、適宜採用することができる。【００２７】
第１のモールド樹脂５１と第２のモールド樹脂５２は、フィラーを含んだ不飽和ポリエステル樹脂が好適である。これは、成形時の流動性と成形後の強度が優れているためである。【００２８】
図７は、ティース先端幅とコギングトルクとの関係を示すグラフである。図中の破線は、内側ロータ２０のみが存在すると仮定した場合の内側ティース１３のティース先端幅とコギングトルクとの関係を示す。また、実線は、外側ロータ３０のみが存在すると仮定した場合の外側ティース１２のティース先端幅とコギングトルクとの関係を示す。【００２９】
図７から、コギングトルクを最小にしようとする場合には、ティース先端幅を大きくしなければならないことが分かる。特に、図７では、１４．５ｄｅｇ付近と１９．３ｄｅｇ付近とにおいて、コギングトルクが減少している。このような場合には、スロットオープンの長さ（ティースの最大幅部における隣接ティースとの間隔）が小さくなるので、スロットオープン部分に充填される第１のモールド樹脂５１の量も減少する。しかしながら、この実施の形態においては、ステータヨーク１４における軸方向に貫通する複数の貫通孔１８に充填された第１のモールド樹脂５１が、第１の面４１上の第１のモールド樹脂５１と第２の面４２上の第１のモールド樹脂５１とを連結する。これにより、スロットオープン部分に充填される第１のモールド樹脂５１の量が減少しても、第１のモールド樹脂５１のステータコア１１に対する強固な固着力を実現することができる。【００３０】
外側ティース１２に対向して所定のエアギャップを介して外側ロータ３０が配設されている。同様に、内側ティース１３に対向して所定のエアギャップを介して内側ロータ２０が配設されている。【００３１】
外側ロータ３０は、外側ロータヨーク３１と外側ロータヨーク３１に埋設される複数の外側永久磁石３２とを備える。外側ロータヨーク３１は、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板が積層されており、磁気回路を構成する。【００３２】
同様に、内側ロータ２０は、内側ロータヨーク２１と内側ロータヨーク２１に埋設される複数の内側永久磁石２２とを備える。内側ロータヨーク２１は、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板が積層されており、磁気回路を構成する。なお、外側ロータ３０および内側ロータ２０は、それぞれロータフレームを備えていない。このため、軽量化することができるとともに、製造工数を低減することができる。さらに、フレームの体積分を第２のモールド樹脂５２で被覆することができ、振動を吸収することができる。【００３３】
なお、外側永久磁石３２と内側永久磁石２２とは、それぞれのロータヨークに埋め込まれる、いわゆる磁石埋め込み型として述べたが、いずれか一方をロータヨークの表面に配設するいわゆる表面磁石型とすることができる。ただし、リラクタンストルクを活用し、より高トルク、高出力を実現するためにいずれか一方は磁石埋め込み型とする必要がある。【００３４】
外側ロータ３０と内側ロータ２０とは、上述したように、樹脂成形金型内にインサートして第２のモールド樹脂５２により一体成形される。そして、モータ軸６１に一体的に連結される。コイル１５に所定の通電を行うことにより、外側ロータ３０と内側ロータ２０とが一体で回転する。このような外側ロータ３０と内側ロータ２０との一体的な構成とすることにより、このモータ５は、一般的なインナーロータ型モータやアウターロータ型モータに比べ、高トルク、高出力を実現することができる。【００３５】
図８は、ロータの回転位置（電気角）と誘起電圧との関係を示すグラフである。この図８は、スロット数Ｓと極数Ｐとの関係Ｓ：Ｐ＝３：２Ｎ−１（ただし、２Ｎ−１が３の倍数となる場合を除く）の組合せのロータで実験した結果を示している。【００３６】
この図８から、Ｓ：Ｐ＝３：２Ｎ−１（ただし、２Ｎ−１が３の倍数となる場合を除く）であれば、分布巻線方式の巻線の場合と同様の略正弦波となることが確認できる。そして、誘起電圧波形が正弦波状となるため、分布巻線方式の場合と同様に、モータ５の騒音と振動を抑制することができる。【００３７】
ここで、Ｓ：Ｐ＝３：２Ｎ−１（ただし、２Ｎ−１が３の倍数となる場合を除く）の場合に、分布巻線方式の巻線の場合と同様の略正弦波となる理由について、説明する。【００３８】
図１３は、コイル１５に流れる電流の様子を模式的に示す図である。コイル１５は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順番で順次巻回される。また、それぞれ隣合うスロットに巻回されるコイル１５には、逆向きの電流が流れている。つまり、あるＵ相のコイル１５に内側スロット１７から外側スロット１６方向への電流が流れている場合に、隣接するＶ相のコイル１５には外側スロット１６から内側スロット１７方向への電流が流れる。そして、そのＶ相のコイル１５に隣接するＷ相のコイル１５には内側スロット１７から外側スロット１６方向への電流が流れる。【００３９】
このような構成のため、あるＵ相のコイル１５と、その次のＵ相のコイル１５には、逆向きの電流が流れることになる。したがって、擬似的に破線に示す電流が流れることになる。そして、この破線の電流の流れは、分布巻線の電流の流れと同様である。このため、Ｓ：Ｐ＝３：２Ｎ−１（ただし、２Ｎ−１が３の倍数となる場合を除く）の場合には、分布巻線方式の巻線の場合と同様の電流の流れとなり、分布巻線方式の巻線の場合と同様の略正弦波となるのである。【００４０】
図９は、ロータの回転位置（電気角）とラジアル力との関係を示す図である。この図９における実線は、この実施の形態に係るモータ（トロイダル巻線方式のツインロータ型モータ）を示している。一方、破線は、分布巻シングルロータ型モータを示している。【００４１】
この図９から、トロイダル巻き方式のツインロータ型モータは、分布巻シングルロータ型モータと比較して、ラジアル力が低くなっていることが分かる。これは、内側ロータと外側ロータとの振動の打ち消しあいにより、ラジアル力を低減することができるためであると考えられる。【００４２】
このようなラジアル力低減の効果は、特に、洗濯時に１０ｒｐｍより１００ｒｐｍの低速で回転するダイレクトドライブ方式の洗濯機の場合に有効である。これは、低速回転であるために、洗濯機の騒音および振動にコギングの影響が出やすくなるためである。【００４３】
図１０は、トロイダル巻線方式のツインロータ型モータのロータ回転位置（電気角）とコギングトルクとの関係を示す図である。この図のうち、細い破線は内側ロータ２０によるコギングトルクを、細い実線は外側ロータ３０によるコギントルクを、中央の太い実線はこれらを合成したモータ５全体のコギングトルクを示している。【００４４】
この実施の形態におけるモータ５は、内側ロータ２０と外側ロータ３０とを、内側ロータ２０のコギングトルクの位相と外側ロータ３０のコギングトルクの位相とを反転させるように構成している。また、内側ロータ２０のコギングトルクの波高値と外側ロータ３０のコギングトルクの波高値とをほぼ同一にしている。このような構成とすることにより、図１０に示すように、内側ロータ２０のコギングトルクと外側ロータ３０のコギングトルクとを打ち消し合わせ、モータ５全体のコギングトルクを大幅に低減することができる。【００４５】
図１１は、モータの出力密度をモータの種類ごとに示す図である。ここで、出力密度とは、モータ体積あたりの出力をいう。この図１１において、Ａは内側シングルロータ型モータ、Ｂは外側シングルロータ型モータ、Ｃは集中巻ツインロータ型モータ、Ｄは本実施の形態におけるトロイダル巻ツインロータ型モータ、を示している。また、白抜き部分は内側ロータによる出力密度、ハッチング部分は外側ロータによる出力密度を示している。【００４６】
この図１１から、Ｄの出力密度が最大であることが分かる。ＤとＡとを比較すると、ＤはＡに比べて内側スロット面積が小さいことから、内側ロータの出力密度が低下する。しかし、Ｄは外側ロータを備えることから、全体的な出力密度がＡを上回る。この図１１からは、ＤはＡの１．９倍の出力密度を有していることが分かる。【００４７】
また、ＤとＢとを比較すると、ＤはＢに比べて外側スロット面積が小さいことから外側ロータの出力密度が低下する。しかし、Ｄは内側ロータを備えることから、全体的な出力密度がＢを上回る。この図１１からは、ＤはＢの１．５倍の出力密度を有していることが分かる。【００４８】
このことから、Ｄのモータを適用した洗濯機は、Ａのモータを適用した洗濯機に比べて、洗濯容量を１．９倍大きくすることができることがわかる。また、Ｄのモータを適用した洗濯機は、Ｂのモータを適用した洗濯機に比べて、洗濯容量を１．５倍大きくすることができることがわかる。言い換えると、ＤとＡとＢとを同出力とすると、ＤはＡの体積よりも５０％小型化することができ、Ｂの体積よりも３５％小型化することができる。【００４９】
また、ＤとＣとを比較すると、同じロータヨークの体積であれば、Ｄのロータヨークを通る磁束量は、Ｃのロータヨークを通る磁束量を上回る。このため、Ｄの全体的な出力密度がＣを上回る。この図１１からは、ＤはＣの１．４倍の出力密度を有していることが分かる。【００５０】
図１２は、極数とトルク定数との関係を示す図である。この図１２において、太い実線はＳ：Ｐ＝３：２Ｎ−１（Ｎが３の倍数となる場合を除く）の関係を有するモータの実験結果を示す。また、細い破線は、従来の一般的（Ｓ：Ｐ＝３：２Ｎ）の関係を有するモータの実験結果を示す。また、細い実線は、上記以外の関係を有するモータの実験結果を示す。この図１２から、Ｓ：Ｐ＝３：２Ｎ−１の関係を有するモータは、特に２０極を上回る場合において、トルク定数が優れていることが分かる。特に、本実施の形態に示すスロット数Ｓ＝１２、極数Ｐ＝２０の組合せ、即ち、Ｓ：Ｐ＝３：５の関係が好適である。【００５１】
以上に述べたモータは、トロイダル巻線形式で巻回されるコイルを有するステータと、外側ロータと内側ロータとを有するツインロータ型のロータとを備えることから、小型でありながら大きなトルクを出力することができ、かつ、駆動時の騒音および振動を低減することができる。また、ステータヨークと外側スロットと内側スロットとコイルを一体的に成形する第１のモールド樹脂を備え、また、外側ロータと内側ロータとを一体的に成形する第２のモールド樹脂を備えることから、フレームを用いてモールドされる場合と比較して、軽量化することができ、製造工数を低減することができる。さらに、フレームの体積分をモールド樹脂で被覆することができ、振動を吸収することができる。【００５２】
さらに、ステータヨークに、その両端面を貫通する複数の貫通孔が形成され、ステータ用モールド樹脂は、ステータヨーク、外側スロット、内側スロット、コイルおよび貫通孔を一体的に成形することから、ステータヨークの両端面のモールド樹脂が、貫通孔に充填されたモールド樹脂で連結される。これにより、ステータを被覆するモールド樹脂がステータから剥離することを防止することができる。【００５３】
さらに、スロットの数Ｓと極数Ｐは、Ｓ：Ｐ＝３：２Ｎ−１の関係とすることにより、誘起電圧波形が正弦波状となるため、モータの振動と騒音を抑制することができる。【００５４】
このモータを搭載したドラム型洗濯機は、小型でありながら洗濯容量を極限まで大きくすることができる。また、振動、騒音を低減し、夜間の運転にも耐えられる静粛性を実現することができる。さらに、モールド樹脂でモータの主要部を覆う構成により、防水・防滴性能を向上させ、信頼性の高い洗濯機を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係るドラム式洗濯機は、小型でありながら大きなトルクを出力し、かつ、駆動時の騒音および振動を低減する洗濯機として有用である。
【図１】
2008126408.tif 000003
【図２】
2008126408.tif 000004
【図３】
2008126408.tif 000005
【図４】
2008126408.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008126408.tif 000008
【図７】
2008126408.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年6月15日(2009.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平方向または傾斜方向に回転中心軸を有する回転ドラムと、この回転ドラムを駆動するモータとを備えたダイレクトドライブ方式のドラム式洗濯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の全自動洗濯機は、乾燥機能を付加したダイレクトドライブ方式のドラム式洗濯機が主流になってきている。この洗濯機の回転ドラムを駆動するモータは、ギヤを介さず直接回転ドラムを駆動するため、洗濯時における低速・高トルク（１０ｒｐｍより１００ｒｐｍ、１０Ｎ・ｍ以上）と脱水時における高速・低トルク（１０００ｒｐｍ以上）を同時に実現する必要がある。また、洗濯時には非常に低速であるため、洗濯機の振動・騒音に大きく影響するモータのコギングトルクを低減する必要がある。
【０００３】
このような低速・高トルクを出力するモータを実現する技術として、特許文献１および特許文献２に記載のような洗濯機用モータが知られている。これらの特許文献に記載の洗濯機用モータは、ステータと、ステータの外周に配置されるロータとを備える。しかし、特許文献１に記載のように、唯一のステータと唯一のロータとを備えるモータで大きなトルクを出すためには、ステータに巻回するコイル量を増大させたり、ロータの磁石強度を大きくしたりしなければならない。このため、全体的に体積が大きくなる問題が生じていた。さらに、特許文献１に記載の洗濯機用モータは、ステータに対して集中巻線方式により巻線されたコイルを備える。このため、分布巻線方式により巻線されたコイルを備えるモータと比較して、ラジアル力が大きくなってしまう。これにより、駆動時の騒音および振動が増大する問題が生じていた。
【０００４】
そこで、上記の問題を解消するため、特許文献２に記載のようなモータが提案されている。この特許文献２に記載のモータは、ティースに集中巻線方式により巻線されたコイルを有する中空円筒状のステータと、ステータの内周面に対して一様のギャップを持って配置される内側ロータと、ステータの外周面に対して一様のギャップを持って配置される外側ロータと、を備える。このような構成を有する特許文献２に記載のモータは、内側ロータの磁束による力と外側ロータの磁束による力とを利用できる。このため、出力密度を大きくし、小型でありながら大きなトルクを出力することができる。
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載のモータにおいても、集中巻線方式で巻線されたコイルを備えるため、ラジアル力が大きくなってしまう。これにより、駆動時の振動および騒音が増大するという問題が生じていた。
【０００６】
このように特許文献１および特許文献２に記載のような洗濯機用モータを搭載したドラム式洗濯機は、高容量化、コンパクト化、静音化を同時に実現することが困難であるという課題を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−０８９２８２号公報
【特許文献２】特表２００５−５２１３７８号公報
【発明の概要】
【０００８】
本発明のドラム式洗濯機は、次の構成を有する。洗濯物を出し入れするための開口部を有する洗濯機筐体と、この筐体に対して水平方向または傾斜方向にドラム回転軸を有する回転ドラムと、この回転ドラムを駆動するモータとを備え、ドラム回転軸は、モータ軸と直結されたダイレクトドライブ方式の洗濯機である。
【０００９】
このモータのステータは、環状のステータヨークと、このステータヨークから外周方向に突出した複数の外側ティースと、この外側ティースと同数でステータヨークから内周方向に突出した複数の内側ティースと、各外側ティース間に構成される複数の外側スロットと、各内側ティース間に構成される複数の内側スロットとを含む。このステータは、さらに、外側スロットと内側スロットの間のステータヨークに３相スターまたはデルタ状に結線されトロイダル巻線形式で巻回されるコイルと、ステータヨークと外側スロットと内側スロットとコイルとを一体的に成形する第１のモールド樹脂とを含む。
【００１０】
さらにこのモータのロータは、ツイン型ロータであって、外側ティースに対向して所定のエアギャップを介して配設される外側ロータと、内側ティースに対向して所定のエアギャップを介して配設される内側ロータと、外側ロータと内側ロータとを一体的に成形する第２のモールド樹脂と、外側ロータと内側ロータとに結合されたモータ軸とを含む。
【００１１】
この構成による本発明のドラム型洗濯機は、小型でありながら洗濯容量を極限まで大きくすることができるとともに、振動、騒音を低減し、夜間の運転にも耐えられる静粛性を実現することができる。さらに、防水・防滴性能を向上させ、信頼性の高い洗濯機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係るドラム式洗濯機の断面図
【図２】本発明の実施の形態に係るドラム式洗濯機のモータ５の斜視図
【図３】同上のモータ５のステータとロータとを分解して示す説明用斜視図
【図４】同上の異なる方向から見た説明用斜視図
【図５】同上のモータ５の断面図
【図６】図５における６−６断面を示す断面図
【図７】同上のモータ５におけるティース先端幅とコギングトルクとの関係を示すグラフ
【図８】同上のモータ５におけるロータの回転位置（電気角）と誘起電圧との関係を示すグラフ
【図９】同上のモータ５におけるロータの回転位置（電気角）とラジアル力との関係を示すグラフ
【図１０】同上のモータ５におけるロータ回転位置（電気角）とコギングトルクとの関係を示すグラフ
【図１１】同上のモータ５におけるモータの出力密度をモータの種類ごとに示すグラフ
【図１２】同上のモータ５における極数とトルク定数との関係を示すグラフ
【図１３】同上のモータ５におけるコイル１５に流れる電流の様子を模式的に示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。図１は、本発明の実施の形態に係るドラム式洗濯機の断面図である。
【００１４】
このドラム式洗濯機の洗濯機筐体１内には、有底円筒形の水受け槽３が本体１の正面側から背面側に向かって下向きに傾斜した状態で配置されている。この水受け槽３は、その内側に有底円筒形の回転ドラム２を、そのドラム回転軸４が洗濯機筐体１の正面側から背面側に向かって下向きに傾斜するように回転自在に支持している。
【００１５】
洗濯機筐体１の正面側には、洗濯物を出し入れするための開口部１ａが形成される。そして、開口部１ａには、開口部１ａを開閉するための、ガラス等の材料で構成された蓋９が設けられている。
【００１６】
水受け槽３の底部外側には、回転ドラム２のドラム回転軸４と同一軸上にモータ５のモータ軸６１が直結される。このモータ５により、回転ドラム２の回転速度や回転方向を制御することができる。このモータ５は、モータ５の外周部に形成された取付部６０（後述する）が図示しないネジ等の取付手段により水受け槽３に固定される。
【００１７】
図２は本発明の実施の形態に係るドラム式洗濯機のモータ５の斜視図である。また、図３および図４は、このモータ５のステータ１０と、内側ロータ２０と外側ロータ３０を含むツイン型ロータとを分解して示す説明用斜視図である。図３と図４とは、異なる方向から見た斜視図として示している。
【００１８】
このモータ５は、ステータ１０と、このステータ１０の内径側に対向する内側ロータ２０と、外径側に対向する外側ロータ３０とで構成される。
【００１９】
ステータ１０は、略全面が第１のモールド樹脂５１により被覆される。また、内側ロータ２０と外側ロータ３０とは、第２のモールド樹脂５２により一体的に成形される。ステータ１０の外周部には、回転方向に均一間隔で配置される５つの取付部６０が形成される。これらステータ１０の第１のモールド樹脂５１とロータの第２のモールド樹脂５２とはそれぞれ、樹脂成形金型内にインサートすることにより一体成形が行われる。
【００２０】
ロータの第２のモールド樹脂５２には、モータ軸６１方向に貫通する複数の風孔６４が形成される。また、第２のモールド樹脂５２には、ステータ１０とモータ軸６１の方向に対向する部分に、複数の凸部６５が設けられる。このため、内側ロータ２０および外側ロータ３０とが回転するときに、ステータ１０から発生した熱が攪拌される。そして、ステータ１０、内側ロータ２０と外側ロータ３０の間で、回転方向への熱風が生じる。この熱風が、風孔６４から外に流出し、モータ５内での熱が放出される。さらに、第２のモールド樹脂５２の背面側には、複数のリブ６２が設けられる。このため、モールド樹脂量を低減させながら、必要とされる強度を担保することができる。
【００２１】
図５はモータ５の断面図であり、図６は図５における６−６断面を示す断面図である。ステータ１０を構成するステータコア１１は、略環状のステータヨーク１４と、このステータヨーク１４から外周方向に突出した外側ティース１２と、外側ティース１２と同数でステータヨーク１４から内周方向に突出した内側ティース１３とから成る。ステータコア１１は、さらに、各々の外側ティース１２の間には外側スロット１６が、各々の内側ティース１３の間には内側スロット１７が、それぞれ形成されている。そして、ステータ１０は、さらに、３相スターまたはデルタ状に結線されたトロイダル巻線方式による複数のコイル１５が、外側スロット１６と内側スロット１７の間のステータヨーク１４に集中巻線方式で巻回されている。
【００２２】
ここで、この実施の形態に係るモータ５は、内側ロータ２０の極数および外側ロータ３０の極数がともに２０極であり、スロット数はともに１２スロットである。このように、２０極１２スロットの組合せにすることにより、後に詳細に説明するように、巻線配置が分布巻と同等の効果を実現することができる（図８参照）。
【００２３】
このステータ１０は、上述したように、コイル１５を巻線した後、第１のモールド樹脂５１により一体成形される。これは、コイル１５をステータコア１１に固定することと、防湿、防滴のためである。特に、このモータ５は洗濯機に用いられるため、防湿、防滴性能の向上が特に重要である。また、このように第１のモールド樹脂５１により、一体成形する場合には、このモールド樹脂５１が振動を吸収し、洗濯機全体の振動や騒音を低減させる効果も期待することができる。
【００２４】
ステータコア１１のステータヨーク１４には、軸方向に貫通する複数の貫通孔１８が形成される。そして、コイル１５を第１のモールド樹脂５１により一体成形すると、外側スロット１６、内側スロット１７、ステータヨーク１４の第１の面４１（図６における紙面上側）、ステータヨーク１４の第２の面４２（図６における紙面下側）、および、貫通孔１８がモールド樹脂５１で充填される。このような構成から、ステータヨーク１４の第１の面４１上の第１のモールド樹脂５１と第２の面４２上の第１のモールド樹脂５１とが、貫通孔１８に充填された第１のモールド樹脂５１で連結されることになる。したがって、第１の面４１上の第１のモールド樹脂５１と第２の面４２上の第１のモールド樹脂５１とがモータ小型化のために薄厚に形成されても、貫通孔１８に充填されたモールド樹脂５１が連結していることにより、剥離を防止することができる。なお、第１のモールド樹脂５１により、第２の面４２上に、取付部６０が形成されている。
【００２５】
この貫通孔１８は、外側ティース１２の回転方向中央と内側ティース１３の回転方向中央とを結び回転中心を通る直線７１とステータヨーク１４の中心円弧７２との交点に設けられる。この貫通孔１８の断面形状は円形または楕円形であることが好ましい。この形状であれば、モールド樹脂材料の流動性が良くなるためである。
【００２６】
また、貫通孔１８は、その径方向の長さがステータヨーク１４の径方向の長さに対して、０．５±１０％であることが好ましい。これは、この数値よりも大きくすると、ステータヨーク１４が磁気飽和を起こしモータトルクが低下するおそれがあるためであり、この数値よりも小さくすると、成形時にモールド樹脂の流動性が悪くなり、強度が低下するためである。なお、この貫通孔１８の断面形状は、円形または楕円形に限定されるものではなく、四角形、長方形、三角形等、適宜採用することができる。
【００２７】
第１のモールド樹脂５１と第２のモールド樹脂５２は、フィラーを含んだ不飽和ポリエステル樹脂が好適である。これは、成形時の流動性と成形後の強度が優れているためである。
【００２８】
図７は、ティース先端幅とコギングトルクとの関係を示すグラフである。図中の破線は、内側ロータ２０のみが存在すると仮定した場合の内側ティース１３のティース先端幅とコギングトルクとの関係を示す。また、実線は、外側ロータ３０のみが存在すると仮定した場合の外側ティース１２のティース先端幅とコギングトルクとの関係を示す。
【００２９】
図７から、コギングトルクを最小にしようとする場合には、ティース先端幅を大きくしなければならないことが分かる。特に、図７では、１４．５ｄｅｇ付近と１９．３ｄｅｇ付近とにおいて、コギングトルクが減少している。このような場合には、スロットオープンの長さ（ティースの最大幅部における隣接ティースとの間隔）が小さくなるので、スロットオープン部分に充填される第１のモールド樹脂５１の量も減少する。しかしながら、この実施の形態においては、ステータヨーク１４における軸方向に貫通する複数の貫通孔１８に充填された第１のモールド樹脂５１が、第１の面４１上の第１のモールド樹脂５１と第２の面４２上の第１のモールド樹脂５１とを連結する。これにより、スロットオープン部分に充填される第１のモールド樹脂５１の量が減少しても、第１のモールド樹脂５１のステータコア１１に対する強固な固着力を実現することができる。
【００３０】
外側ティース１２に対向して所定のエアギャップを介して外側ロータ３０が配設されている。同様に、内側ティース１３に対向して所定のエアギャップを介して内側ロータ２０が配設されている。
【００３１】
外側ロータ３０は、外側ロータヨーク３１と外側ロータヨーク３１に埋設される複数の外側永久磁石３２とを備える。外側ロータヨーク３１は、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板が積層されており、磁気回路を構成する。
【００３２】
同様に、内側ロータ２０は、内側ロータヨーク２１と内側ロータヨーク２１に埋設される複数の内側永久磁石２２とを備える。内側ロータヨーク２１は、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板が積層されており、磁気回路を構成する。なお、外側ロータ３０および内側ロータ２０は、それぞれロータフレームを備えていない。このため、軽量化することができるとともに、製造工数を低減することができる。さらに、フレームの体積分を第２のモールド樹脂５２で被覆することができ、振動を吸収することができる。
【００３３】
なお、外側永久磁石３２と内側永久磁石２２とは、それぞれのロータヨークに埋め込まれる、いわゆる磁石埋め込み型として述べたが、いずれか一方をロータヨークの表面に配設するいわゆる表面磁石型とすることができる。ただし、リラクタンストルクを活用し、より高トルク、高出力を実現するためにいずれか一方は磁石埋め込み型とする必要がある。
【００３４】
外側ロータ３０と内側ロータ２０とは、上述したように、樹脂成形金型内にインサートして第２のモールド樹脂５２により一体成形される。そして、モータ軸６１に一体的に連結される。コイル１５に所定の通電を行うことにより、外側ロータ３０と内側ロータ２０とが一体で回転する。このような外側ロータ３０と内側ロータ２０との一体的な構成とすることにより、このモータ５は、一般的なインナーロータ型モータやアウターロータ型モータに比べ、高トルク、高出力を実現することができる。
【００３５】
図８は、ロータの回転位置（電気角）と誘起電圧との関係を示すグラフである。この図８は、スロット数Ｓと極数Ｐとの関係Ｓ：Ｐ＝３：２Ｎ−１（ただし、２Ｎ−１が３の倍数となる場合を除く）の組合せのロータで実験した結果を示している。
【００３６】
この図８から、Ｓ：Ｐ＝３：２Ｎ−１（ただし、２Ｎ−１が３の倍数となる場合を除く）であれば、分布巻線方式の巻線の場合と同様の略正弦波となることが確認できる。そして、誘起電圧波形が正弦波状となるため、分布巻線方式の場合と同様に、モータ５の騒音と振動を抑制することができる。
【００３７】
ここで、Ｓ：Ｐ＝３：２Ｎ−１（ただし、２Ｎ−１が３の倍数となる場合を除く）の場合に、分布巻線方式の巻線の場合と同様の略正弦波となる理由について、説明する。
【００３８】
図１３は、コイル１５に流れる電流の様子を模式的に示す図である。コイル１５は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順番で順次巻回される。また、それぞれ隣合うスロットに巻回されるコイル１５には、逆向きの電流が流れている。つまり、あるＵ相のコイル１５に内側スロット１７から外側スロット１６方向への電流が流れている場合に、隣接するＶ相のコイル１５には外側スロット１６から内側スロット１７方向への電流が流れる。そして、そのＶ相のコイル１５に隣接するＷ相のコイル１５には内側スロット１７から外側スロット１６方向への電流が流れる。
【００３９】
このような構成のため、あるＵ相のコイル１５と、その次のＵ相のコイル１５には、逆向きの電流が流れることになる。したがって、擬似的に破線に示す電流が流れることになる。そして、この破線の電流の流れは、分布巻線の電流の流れと同様である。このため、Ｓ：Ｐ＝３：２Ｎ−１（ただし、２Ｎ−１が３の倍数となる場合を除く）の場合には、分布巻線方式の巻線の場合と同様の電流の流れとなり、分布巻線方式の巻線の場合と同様の略正弦波となるのである。
【００４０】
図９は、ロータの回転位置（電気角）とラジアル力との関係を示す図である。この図９における実線は、この実施の形態に係るモータ（トロイダル巻線方式のツインロータ型モータ）を示している。一方、破線は、分布巻シングルロータ型モータを示している。
【００４１】
この図９から、トロイダル巻き方式のツインロータ型モータは、分布巻シングルロータ型モータと比較して、ラジアル力が低くなっていることが分かる。これは、内側ロータと外側ロータとの振動の打ち消しあいにより、ラジアル力を低減することができるためであると考えられる。
【００４２】
このようなラジアル力低減の効果は、特に、洗濯時に１０ｒｐｍより１００ｒｐｍの低速で回転するダイレクトドライブ方式の洗濯機の場合に有効である。これは、低速回転であるために、洗濯機の騒音および振動にコギングの影響が出やすくなるためである。
【００４３】
図１０は、トロイダル巻線方式のツインロータ型モータのロータ回転位置（電気角）とコギングトルクとの関係を示す図である。この図のうち、細い破線は内側ロータ２０によるコギングトルクを、細い実線は外側ロータ３０によるコギントルクを、中央の太い実線はこれらを合成したモータ５全体のコギングトルクを示している。
【００４４】
この実施の形態におけるモータ５は、内側ロータ２０と外側ロータ３０とを、内側ロータ２０のコギングトルクの位相と外側ロータ３０のコギングトルクの位相とを反転させるように構成している。また、内側ロータ２０のコギングトルクの波高値と外側ロータ３０のコギングトルクの波高値とをほぼ同一にしている。このような構成とすることにより、図１０に示すように、内側ロータ２０のコギングトルクと外側ロータ３０のコギングトルクとを打ち消し合わせ、モータ５全体のコギングトルクを大幅に低減することができる。
【００４５】
図１１は、モータの出力密度をモータの種類ごとに示す図である。ここで、出力密度とは、モータ体積あたりの出力をいう。この図１１において、Ａは内側シングルロータ型モータ、Ｂは外側シングルロータ型モータ、Ｃは集中巻ツインロータ型モータ、Ｄは本実施の形態におけるトロイダル巻ツインロータ型モータ、を示している。また、白抜き部分は内側ロータによる出力密度、ハッチング部分は外側ロータによる出力密度を示している。
【００４６】
この図１１から、Ｄの出力密度が最大であることが分かる。ＤとＡとを比較すると、ＤはＡに比べて内側スロット面積が小さいことから、内側ロータの出力密度が低下する。しかし、Ｄは外側ロータを備えることから、全体的な出力密度がＡを上回る。この図１１からは、ＤはＡの１．９倍の出力密度を有していることが分かる。
【００４７】
また、ＤとＢとを比較すると、ＤはＢに比べて外側スロット面積が小さいことから外側ロータの出力密度が低下する。しかし、Ｄは内側ロータを備えることから、全体的な出力密度がＢを上回る。この図１１からは、ＤはＢの１．５倍の出力密度を有していることが分かる。
【００４８】
このことから、Ｄのモータを適用した洗濯機は、Ａのモータを適用した洗濯機に比べて、洗濯容量を１．９倍大きくすることができることがわかる。また、Ｄのモータを適用した洗濯機は、Ｂのモータを適用した洗濯機に比べて、洗濯容量を１．５倍大きくすることができることがわかる。言い換えると、ＤとＡとＢとを同出力とすると、ＤはＡの体積よりも５０％小型化することができ、Ｂの体積よりも３５％小型化することができる。
【００４９】
また、ＤとＣとを比較すると、同じロータヨークの体積であれば、Ｄのロータヨークを通る磁束量は、Ｃのロータヨークを通る磁束量を上回る。このため、Ｄの全体的な出力密度がＣを上回る。この図１１からは、ＤはＣの１．４倍の出力密度を有していることが分かる。
【００５０】
図１２は、極数とトルク定数との関係を示す図である。この図１２において、太い実線はＳ：Ｐ＝３：２Ｎ−１（Ｎが３の倍数となる場合を除く）の関係を有するモータの実験結果を示す。また、細い破線は、従来の一般的（Ｓ：Ｐ＝３：２Ｎ）の関係を有するモータの実験結果を示す。また、細い実線は、上記以外の関係を有するモータの実験結果を示す。この図１２から、Ｓ：Ｐ＝３：２Ｎ−１の関係を有するモータは、特に２０極を上回る場合において、トルク定数が優れていることが分かる。特に、本実施の形態に示すスロット数Ｓ＝１２、極数Ｐ＝２０の組合せ、即ち、Ｓ：Ｐ＝３：５の関係が好適である。
【００５１】
以上に述べたモータは、トロイダル巻線形式で巻回されるコイルを有するステータと、外側ロータと内側ロータとを有するツインロータ型のロータとを備えることから、小型でありながら大きなトルクを出力することができ、かつ、駆動時の騒音および振動を低減することができる。また、ステータヨークと外側スロットと内側スロットとコイルを一体的に成形する第１のモールド樹脂を備え、また、外側ロータと内側ロータとを一体的に成形する第２のモールド樹脂を備えることから、フレームを用いてモールドされる場合と比較して、軽量化することができ、製造工数を低減することができる。さらに、フレームの体積分をモールド樹脂で被覆することができ、振動を吸収することができる。
【００５２】
さらに、ステータヨークに、その両端面を貫通する複数の貫通孔が形成され、ステータ用モールド樹脂は、ステータヨーク、外側スロット、内側スロット、コイルおよび貫通孔を一体的に成形することから、ステータヨークの両端面のモールド樹脂が、貫通孔に充填されたモールド樹脂で連結される。これにより、ステータを被覆するモールド樹脂がステータから剥離することを防止することができる。
【００５３】
さらに、スロットの数Ｓと極数Ｐは、Ｓ：Ｐ＝３：２Ｎ−１の関係とすることにより、誘起電圧波形が正弦波状となるため、モータの振動と騒音を抑制することができる。
【００５４】
このモータを搭載したドラム型洗濯機は、小型でありながら洗濯容量を極限まで大きくすることができる。また、振動、騒音を低減し、夜間の運転にも耐えられる静粛性を実現することができる。さらに、モールド樹脂でモータの主要部を覆う構成により、防水・防滴性能を向上させ、信頼性の高い洗濯機を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係るドラム式洗濯機は、小型でありながら大きなトルクを出力し、かつ、駆動時の騒音および振動を低減する洗濯機として有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１    洗濯機筐体
１ａ    開口部
２    回転ドラム
３    水受け槽
４    ドラム回転軸
５    モータ
９    蓋
１０    ステータ
１１    ステータコア
１２    外側ティース
１３    内側ティース
１４    ステータヨーク
１５    コイル
１６    外側スロット
１７    内側スロット
１８    貫通孔
２０    内側ロータ
２１    内側ロータヨーク
２２    内側永久磁石
３０    外側ロータ
３１    外側ロータヨーク
３２    外側永久磁石
４１    第１の面
４２    第２の面
５１    第１のモールド樹脂
５２    第２のモールド樹脂
６０    取付部
６１    モータ軸
６２    リブ
６４    風孔
６５    凸部
７１    外側ティースの回転方向中央と内側ティースの回転方向中央とを結ぶ直線
７２    ステータヨークの中心円弧
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗濯物を出し入れするための開口部を有する洗濯機筐体と、前記洗濯機筐体に対して水平方向または傾斜方向にドラム回転軸を有する回転ドラムと、前記回転ドラムを駆動するモータとを備えたドラム式洗濯機において、
前記ドラム回転軸は前記モータのモータ軸と直結されたダイレクトドライブ方式の洗濯機であって、
前記モータは、環状のステータヨークと、前記ステータヨークから外周方向に突出した複数の外側ティースと、前記外側ティースと同数で前記ステータヨークから内周方向に突出した複数の内側ティースと、前記各外側ティース間に構成される複数の外側スロットと、前記各内側ティース間に構成される複数の内側スロットと、前記外側スロットと前記内側スロットの間の前記ステータヨークに３相スターまたはデルタ状に結線されトロイダル巻線形式で巻回されるコイルと、前記ステータヨークと前記外側スロットと前記内側スロットと前記コイルとを一体的に成形する第１のモールド樹脂と、を含むステータと、
前記外側ティースに対向して所定のエアギャップを介して配設される外側ロータと、前記内側ティースに対向して所定のエアギャップを介して配設される内側ロータと、前記外側ロータと前記内側ロータとを一体的に成形する第２のモールド樹脂と、前記外側ロータと前記内側ロータとに結合された前記モータ軸と、を含むツイン型ロータと、を備えることを特徴とするドラム式洗濯機。
【請求項２】
前記回転ドラムの外周側に有底円筒形の水受け槽を有し、前記モータは前記水受け槽の底部に固定されることを特徴とする請求項１記載のドラム式洗濯機。
【請求項３】
前記第１のモールド樹脂は、複数の取付部を有し、前記取付部が前記水受け槽に固定されることを特徴とする請求項２記載のドラム式洗濯機。
【請求項４】
前記ステータヨークは、軸方向に貫通する複数の貫通孔を有し、前記第１のモールド樹脂は、前記ステータヨークと前記外側スロットと前記内側スロットと前記コイルと前記貫通孔とを一体的に成形することを特徴とする請求項１記載のドラム式洗濯機。
【請求項５】
前記貫通孔は、前記外側ティースの回転方向中央と前記内側ティースの回転方向中央とを結ぶ直線と、前記ステータヨークの中心円弧との交点に形成されることを特徴とする請求項４記載のドラム式洗濯機。
【請求項６】
前記貫通孔は、断面が円または楕円であることを特徴とする請求項４記載のドラム式洗濯機。
【請求項７】
前記第２のモールド樹脂は、前記モータ軸の方向に貫通する複数の風孔を有することを特徴とする請求項１記載のドラム式洗濯機。
【請求項８】
前記第２のモールド樹脂は、前記ステータと前記モータ軸の方向に対向する部分に複数の凸部を有することを特徴とする請求項１記載のドラム式洗濯機。
【請求項９】
前記第２のモールド樹脂は、背面側に複数のリブを有することを特徴とする請求項１記載のドラム式洗濯機。
【請求項１０】
前記外側スロットの数と前記内側スロットの数は同数のＳであり、
前記外側ロータは、外側ロータヨークと極数Ｐの外側永久磁石とを備え、
前記内側ロータは、内側ロータヨークと、極数Ｐの内側永久磁石とを備え、
整数Ｎを１以上とし、２Ｎ−１が３の倍数となる場合を除くとすると、
前記スロットの数Ｓと前記極数Ｐは、Ｓ：Ｐ＝３：２Ｎ−１の関係であることを特徴とする請求項１記載のドラム式洗濯機。
【請求項１１】
前記スロット数Ｓと前記極数Ｐは、Ｓ：Ｐ＝３：５の関係であることを特徴とする請求項１０記載のドラム式洗濯機。
【請求項１２】
前記外側永久磁石と前記内側永久磁石の少なくとも一方は、前記外側ロータヨークまたは前記内側ロータヨークの内部に埋め込まれることを特徴とする請求項１０記載のドラム式洗濯機。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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