(57)【要約】【課題】  回転子鉄心の積層の締結強度を高め、信頼性を向上させた磁石モータを提供する。【解決手段】  固定子１０と、前記固定子に対して回転する回転子３０を備え、前記回転子は永久磁石片３２および回転子鉄心３１が放射状に交互に配置され円環状となっており、前記回転子鉄心が電磁鋼板を積層して構成された磁石モータ１において、前記永久磁石および回転子鉄心は弓型に形成され、前記回転子鉄心の各積層締結部５２は、前記回転子鉄心の周方向両側端との距離が略同じになるように複数設けた。【選択図】 図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、前記固定子に対して回転する回転子を備え、前記回転子は永久磁石片および回転子鉄心が放射状に交互に配置され円環状となっており、前記回転子鉄心が電磁鋼板を積層して構成された磁石モータにおいて、前記永久磁石および回転子鉄心は弓型に形成され、前記回転子鉄心の各積層締結部は、前記回転子鉄心の周方向両側端との距離が略同じになるように複数設けられたことを特徴とする磁石モータ。
【請求項２】
請求項１において、樹脂材を充填する補強孔と前記各積層締結部との距離が略同じであることを特徴とする磁石モータ。
【請求項３】
請求項１において、前記永久磁石片の円環方向厚み寸法をＴ、前記永久磁石片の内径側寸法をＷとしたとき、寸法比Ｗ／Ｔは０．６以上であることを特徴とする磁石モータ。
【請求項４】
固定子と、前記固定子に対して回転する回転子を有し、前記回転子は永久磁石片および回転子鉄心が放射状に交互に配置され円環状となっており、前記回転子鉄心が電磁鋼板を積層して構成された磁石モータを備えた洗濯機において、前記回転子鉄心の周方向一端側は凸状の曲面部を有し、前記回転子鉄心の周方向他端側は凹状の曲面部を有し、前記回転子鉄心の各積層締結部は、前記回転子鉄心の幅方向の略中心部に複数設けられたことを特徴とする洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石モータに係わり、特に、これを用いた洗濯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のドラム式洗濯乾燥機は、洗濯槽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、以降、ＤＤ方式）が主流となってきている。通常、ドラム式洗濯乾燥機においては、洗い工程で洗濯槽を低速高トルクで駆動する必要があるため、磁石材料には以前はレアメタル、すなわちネオジム磁石が採用されていたが、ネオジム磁石の高騰から最近では安価なフェライト磁石を採用している。
【０００３】
しかし、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は０．４５Ｔと小さいため（約１／３）、性能を同一体格で実現するためには、フェライト磁石を放射状に配置し、永久磁石の周長を長くして磁石の磁束量を上げる必要があった。
【０００４】
例えば、下記特許文献１には、永久磁石片を放射状に配置し、永久磁石の磁化方向を円周方向とし、永久磁石片と回転子鉄心を交互になるよう配置して、円環形状を形成した回転子備えたブラシレスモータが開示されている。また、永久磁石片および回転子鉄心の周方向両側端は、直線状に径方向へ伸びるような形状となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２１７２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
積層された回転子鉄心の積層締結箇所については、磁気バランスを考慮し、磁極の中心軸上に配置される。しかし、永久磁石片および回転子鉄心の周方向両側端の形状が、上記特許文献１に開示された磁石モータと異なり、直線状でない場合、積層締結箇所を回転子の中心線上に配置すると、回転子鉄心の周方向側端から積層締結箇所までの距離が短くなり、締結強度が不足する可能性があった。このように締結強度が不足すると、永久磁石片と回転子鉄心をモールドする前に積層が剥がれたり、成形圧力で複数個に分裂しそのまま固着したりして、モータの性能を著しく低下させるといった問題が発生する。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑み、回転子鉄心の積層の締結強度を高め、信頼性を向上させた磁石モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、固定子と、前記固定子に対して回転する回転子を備え、前記回転子は永久磁石片および回転子鉄心が放射状に交互に配置され円環状となっており、前記回転子鉄心が電磁鋼板を積層して構成された磁石モータにおいて、前記永久磁石および回転子鉄心は弓型に形成され、前記回転子鉄心の各積層締結部は、前記回転子鉄心の周方向両側端との距離が略同じになるように複数設けた。
【発明の効果】
【０００９】
回転子鉄心の積層の締結強度を高め、信頼性を向上させた磁石モータが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に関わるドラム式洗濯乾燥機の概観図である。
【図２】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３】図２の磁石モータの径方向断面の主要部の拡大図である。
【図４】図２の磁石モータの回転子の平面と正面を示した図である。
【図５】回転子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である。
【図６】一次モールド体の平面と正面を示した図である。
【図７】一次モールド体に鉄心支持基体とボス部とを配置した状態を示す図である。
【図８】回転子鉄心と永久磁石片の各部寸法を示した図である。
【図９】回転子鉄心の内径側空隙部寸法と磁石厚さ寸法と誘起電圧定数の関係を示す図である。
【図１０】図９の関係を、横軸に寸法比率Ｗ／Ｔをとり、縦軸に誘起電圧定数（ｐ．ｕ）をとって示した図である。
【図１１】固定子鉄心を拡大した図である。
【図１２】図１１について、寸法関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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を、図１〜図１２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。
【００１２】
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１（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。
【００１３】
図２は、本実施形態に係わる磁石モータ１の軸方向断面図である。ここで、固定子１０と回転子３０とが対向する部分のうち上部のＡは、永久磁石片３２を含む断面を表示しており、下部のＢは、回転子鉄心３１を含む断面を表示している。この図２に示すように、磁石モータ１は、固定子１０と、固定子ベース２０と、回転子３０と、軸受２６（２６ａ、２６ｂ）と、軸受ボス部２３と、軸受２６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などから構成されている。なお、固定子１０は、固定子ベース部２０に締結ボルト２１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軸受ボス部２３に嵌合され、ネジ部２４とナット２５によって固定されている。また、固定子ベース部２０の内周側かつ回転軸２２の外周側には、軸受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。
【００１４】
図３は、図２の磁石モータ１の径方向断面図であり、固定子１０と回転子３０が対向する部分を拡大して示したものである。まず、固定子１０は、ハウジング１８内に嵌合された、コアバック１１およびティース（固定磁極）１２を有する固定子鉄心１３と、この固定子鉄心１３に形成された複数のスロット１４と、このスロット１４に集中巻きで巻装される三相巻線である電機子巻線１５などで構成される。
【００１５】
一方、固定子１０の内部に配置された回転子３０は、多数の電磁鋼板を積層した回転子鉄心３１を有しており、この回転子鉄心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。ここでは、磁石モータ１のティース１２は４２個、回転子局数は５６極として、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、高トルクの磁石モータ１を構成している。また、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。
【００１６】
回転子３０は、図３に示すように、多数の回転子鉄心３１と永久磁石片３２とを、樹脂材でモールドすることにより一体的に固定して円環状の一次モールド体５１を形成する。具体的には、永久磁石片３２の外径側（固定子側との対向面側）の空隙を外周モールド７１ａで覆うとともに、永久磁石片３２の内径側の空隙を内周モールド７１ｂで覆い、回転子鉄心３１の中央部に設けた強度補強孔５０に強度補強モールド３３を充填することで、一次モールド体５１を形成する。これにより、永久磁石片３２は、回転方向両側から回転子鉄心３１で挟持されるとともに、径方向においても樹脂材を介して回転子鉄心３１に支持される。
【００１７】
回転子鉄心３１と永久磁石片３２とは、回転軸中心から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５１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、これにより永久磁石片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が組込まれてしまうおそれがない。また、無着磁状態の永久磁石片３２を複数配置して円環状の組付体を形成できるので、永久磁石片３２の装着が簡単となり、回転子３０および磁石モータ１の生産性が向上する。
【００１８】
また、永久磁石片３２の外径側と内径側の空隙は、永久磁石片３２の漏れ磁束を低減するように作用し、また、後述する着磁時には、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。このため、所望の磁束量を有する回転子３０および磁石モータ１が得られる。
【００１９】
次に、永久磁石片３２を外着磁した後、同時にボス部３７も樹脂材３４でモールドして一体化し、二次モールド体９０を形成する。二次モールドする際には、回転子鉄心３１の内径側に設けられた鍵穴形状の連結孔６０に、樹脂材３４を充填して融着させる。これにより、回転子３０の高速回転時（脱水工程時）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。なお、鍵穴形状の連結孔６０に樹脂材３４が充填されたことは、回転子３０の軸方向から目視で確認することができる。
【００２０】
図４は、図２の磁石モータ１の回転子の平面と正面を示した図であり、図４ａの平面図において、Ｅ−Ｅ断面に沿った正面図が図４ｂである。図２でも説明したように、図４ｂの上部のＡが永久磁石片３２を含む断面を表示しており、図４ｂの下部のＢが回転子鉄心３１を含む断面を表示している。この図４に示すように、回転子３０の内側には、回転軸２２の連結部材としてのボス部３７が設けられており、二次モールド用の樹脂材３４によって回転子と一体的に固定されている。
【００２１】
ここで、上述のような回転子３０を有する磁石モータ１の製造方法について、図５〜図７を用いて説明する。図５は、図２の磁石モータ１の回転子鉄心３１と永久磁石片３２を交互に配置して、円環形状に形成した状態を示す図である。製造工程の最初の段階では図５に示すように、回転子鉄心３１と永久磁石片３２の一次回転子組付体４０を形成する。このときまず、図示しない治具等を用いて回転子鉄心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一次回転子組付体４０が得られる。この状態ではまだ永久磁石片３２は、磁化されていないので、回転子鉄心３１の間にスムーズに挿入することができる。
【００２２】
なお、回転子鉄心３１の位置決め方法としては、回転子鉄心３１の内側面に設けた鍵穴形状の連結孔６０に係合可能な図示しないピンを治具に設けて、そのピンに連結孔６０を係合させることで、位置決め配置できる。またこのとき、回転子鉄心３１の外径部を保持する保持部を治具に設けることにより、回転子鉄心３１の周方向への傾きを抑えることが可能である。
【００２３】
次に、モールド成形型に一次回転子組付体４０を配置し、一次モールド用の樹脂材を流し込む。これにより、図６に示すような、合成樹脂で一体的に固定されてなる一次モールド体５１が得られる。その後、円環状の一次モールド体５１の外形側に外側着磁ヨークを配置し、一次モールド体５１の内径側に内側着磁ヨークを配置し、永久磁石片３２をそれぞれ円周方向に磁化して着磁を行う。
【００２４】
着磁後、図７に示すように、一次モールド体５１の内側に、鉄心支持基体３６およびボス部３７をそれぞれ配置する。そして、二次モールド用の樹脂材３４を流し込み、樹脂材３４でこれらが一体的に固定されてなる二次モールド体９０が得られ、回転子３０が形成される。
【００２５】
その後、図２に示すように、回転子３０を、固定子ベース２０に固定された固定子１０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。本実施形態では、永久磁石片３２の磁石要素としてフェライトを用いたので、レアメタルに比べて入手し易く、回転子３０および磁石モータ１、さらには、これらを用いた洗濯機の生産性が向上する。
【００２６】
本実施形態では、上述のような回転子について、以下のように工夫改善した。図８は、回転子鉄心３１と永久磁石片３２を拡大して各部寸法を示した図である。特に着目したのは、回転子鉄心３１に挟まれた永久磁石片３２の磁石厚さ寸法Ｔと、磁石の内径側空隙部寸法Ｗの関係である。つまり磁石の内径側には空隙が形成されているが、この空隙部は両側の鉄心の内径側に形成された突起部１０１により支持されている。このため、磁石の内径側の空隙部に接する部分の寸法Ｗ（内径側空隙部寸法Ｗ）は、磁石の磁石厚さ寸法Ｔよりも狭い幅になっている。
【００２７】
この円弧状磁石の採用により、回転子鉄心３１の内径側周方向の磁石抜け止め部を小さくできるため、すなわち、内径側空隙部４１の寸法Ｗを大きく取れるため、漏れ磁束が低減できる。なお、図８に示すように、磁石抜け止め部を小さくしても、磁石の凸部半径Ｒ２と凹部半径Ｒ１は、非同心であるので、磁石は径方向の移動を拘束され、従来の磁石抜け止め部が減少する影響が少ない。
【００２８】
図９は、回転子鉄心３１の内径側空隙部寸法Ｗと磁石厚さ寸法Ｔと誘起電圧定数の関係を示す図である。ここでは現行品と改良品１と改良品２について、磁石厚さ寸法Ｔ（ｍｍ）を５．５（ｍｍ）一定としたうえで、回転子鉄心３１の内径側空隙部寸法Ｗ（ｍｍ）を変更したときの磁石モータ１の誘起電圧定数（ｐ．ｕ）を求めてみた。ここでは現行品の寸法の時の誘起電圧定数を単位化して１（ｐ．ｕ）として示している。
【００２９】
なお、この寸法比Ｗ／Ｔから明らかなように、現行品の内径側空隙部寸法Ｗ（ｍｍ）は３（ｍｍ）であり、このことは現行品が磁石内径側の半分程度が両側の鉄心の内径側に形成された突起部１０１により支持されている形状のものであることが理解できる。
【００３０】
この比較結果によれば、内径側空隙部寸法Ｗ（ｍｍ）を大きくすると誘起電圧定数が大きいという関係にあることが理解できる。つまり磁石抜け止め部１０１を小さくし、内径側空隙部４１の寸法Ｗを大きくすれば磁石の漏れ磁束は減少し誘起電圧定数が上昇することが明瞭である。
【００３１】
図１０は図９の関係を、横軸に寸法比率Ｗ／Ｔをとり縦軸に誘起電圧定数（ｐ．ｕ）をとって示した図である。寸法比率Ｗ／Ｔが０．５５の現行品に対し、改良品１の寸法比率Ｗ／Ｔ（０．７８）では誘起電圧定数（ｐ．ｕ）が１．１１に増加し、改良品２の寸法比率Ｗ／Ｔ（１．０２）では誘起電圧定数（ｐ．ｕ）が１．０９に増加している。
【００３２】
この結果からは、磁石抜け止め部１０１を小さくすると誘起電圧定数（ｐ．ｕ）が上がる傾向を示すが、極大となる点を含むと考えられる。極大点を有することになる理由については、以下のように推定できる。
【００３３】
まず右肩上がりになることについて、磁石抜け止め部１０１が小さくなるにつれてこの部分からの漏洩磁束量が減り、この結果誘起電圧が増加すると考えられる。またさらに磁石抜け止め部１０１が小さくなると今度は必要磁束量が減少し、誘起電圧が減少すると考えられる。なお、単に内径側空隙部４１の寸法を広げれば良いわけではなく、磁石の厚さＴよりも広げると永久磁石片３２と回転子鉄心３１の周方向の間に樹脂が入り込みやすくなり、磁石の磁束が有効に引き出せなくなる問題が生じてくる。また構造的に、回転子鉄心３１の鍵穴形状の連結孔６０を形成できない可能性が出てくる。発明者らの実験によれば、磁石厚さＴに対する空隙部４１の寸法Ｗの比は０．７８が最も誘起電圧が高く適正であることがわかった。
【００３４】
図１０の特性が明らかになった本実施形態によれば、寸法比率Ｗ／Ｔが０．６以上の場合に誘起電圧を高くできるという効果が得られる。誘起電圧が高くできるということは、同一能力のモータで比較したときに電流が小さくてよいことを意味しており省エネに貢献できる。さらにその上で、寸法比率Ｗ／Ｔが０．６以上０．８未満の場合には磁石抜け止め部１０１による支持効果が期待でき、磁石支持のがたつきが防止できる。また０．８以上の領域ではがたつき防止の効果が薄れる半面、磁石抜け止め部１０１の製造上の寸法誤差が生じてもそのことによる誘起電圧定数（ｐ．ｕ）の変化が少なくできるので、製造上のばらつきを許容できることになる。
【００３５】
このように、本実施形態によれば、永久磁石片３２の漏れ磁束が低減され、また、着磁時には、永久磁石片３２が磁化されやすくなる。したがって、所望の磁束量が得られ、より回転性能に優れた回転子３０および磁石モータ１００が得られる。
【００３６】
次に、回転子鉄心３１の積層構造について詳述する。図１１ａに示すとおり、本実施形態における各回転子鉄心３１は、その周方向の両側が、径方向に直線ではなく、片側が凸状の曲線で反対側が凹状の曲線となっており、全体として弓型形状であることも特徴である。このため、回転子鉄心３１とこれに隣接する回転子鉄心３１との間に配置される永久磁石片３２の移動を拘束することが可能である。
【００３７】
また、この回転子鉄心３１には、積層締結部５２ａ，５２ｂが形成されており、積層した電磁鋼板をこの積層締結部５２によって締結している。ただし、仮に積層締結部５２を回転子の中心線５３上に形成すると、回転子鉄心３１の周方向側端（凹状曲面部）と締結箇所との距離が小さくなり、締結強度が不足する可能性がある。締結強度が不足すると、永久磁石片３２と回転子鉄心３１を樹脂材でモールドする前に、積層が剥がれたり、成形圧力で複数個に分裂したりして、そのまま固着され、磁石モータ１の性能を著しく低下させてしまう。
【００３８】
そこで、本実施形態では、複数の積層締結部５２を、回転子鉄心３１の幅方向中心に位置するように並べて形成した。具体的には、図１２に示すように、積層締結部５２ａは、両側の円弧部に対してそれぞれ垂直に伸ばした距離であるａ１とａ２が略同一となるような位置にあり、積層締結部５２ｂは、両側の円弧部に対してそれぞれ垂直に伸ばした距離であるｂ１とｂ２が略同一となるような位置にある。このため、回転子鉄心３１の積層の締結強度が高まり、磁石モータ１の信頼性が向上する。なお、樹脂材を充填してモールドするための強度補強孔５０は、積層締結部５２ａと積層締結部５２ｂとの間に形成され、望ましくは、積層締結部５２ａと強度補強孔５０との距離ｃ１は、積層締結部５２ｂと強度補強孔５０との距離ｃ２は、略同一となるように配置する。これにより、回転子鉄心３１をより確実に支持することが可能となる。
【００３９】
なお、本実施形態では、ドラム式洗濯機に使用される磁石モータ１について説明したが、上述のような磁石モータ１を縦型の洗濯機に使用しても良い。
【符号の説明】
【００４０】
１  磁石モータ
１０  固定子
１３  固定子鉄心
１４  スロット
１５  電機子巻線
３０  回転子
３１  回転子鉄心
３２  永久磁石片
３３  強度補強モールド
３４  樹脂材
４０  一次回転子組付体
５０  強度補強孔
５１  一次モールド体
５２  積層連結部
５３  回転子中心線
６０  連結孔
７１  内外周モールド
９０  二次モールド体
１００  ドラム式洗濯乾燥機
【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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