(57)【要約】  水平軸洗濯機は、４極回転子によって回転される衣服容器を、備えている。内径となる内側ボアを有する３６スロット固定子は、３６スロット固定子に対して電磁結合しており且つ５：１の弱め磁束領域で作動可能である、４極回転子を、受け入れている。固定子の内径と最小外径との比は、０．６３：１より大きい又は同等である。
2010520734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平軸回りに回転するように支持されている、衣服容器と、
衣服容器を水平軸回りに回転させるために、衣服容器に連結されている、４極回転子と、
内径となる内側ボアを有する３６スロット固定子と、
を備えた洗濯機であって、
上記内側ボアは、３６スロット固定子に対して電磁結合している４極回転子を、受け入れており、
上記固定子は、最小外径となる外周部を、有しており、
内径と最小外径との比は、０．６３：１より大きい又は同等であり、
モータは、少なくとも５：１の弱め磁束領域で作動可能である、
ことを特徴とする、洗濯機。
【請求項２】
回転子が、回転子の周囲部において露出しているバーを、備えており、
モータが、制御誘導モータ（ＣＩＭ）又は永久磁石内蔵（ＩＰＭ）モータの内の少なくとも１つからなっている、
請求項１記載の洗濯機。
【請求項３】
３６極固定子の内径と外径との比が、約０．６３：１又はそれ以上であり、それによって、モータは、内径と外径との比が０．６３：１以下であるモータより、低い速度及び低い電流において、減少した材料と、減少した作動温度と、を有するように構成されており、
及び／又は、
３６スロット固定子の外径が約１２０ｍｍ、内径が約７８ｍｍであり、固定子が、約４０ｍｍの高さを有している、
請求項１記載の洗濯機。
【請求項４】
固定子が、アルミニウム巻線を有しており、
モータは、直径約１３２ｍｍで高さ約６０ｍｍの大きさを有する２４スロット２極モータより、減少した材料と、減少した作動温度と、低い電流と、を有している、
請求項１記載の洗濯機。
【請求項５】
異なる動作周波数を有する２極２４スロット用の、駆動制御部を、更に備えており、
モータは、スピンサイクル中では、少なくとも１４０００ｒｐｍの速度で回転子を回転させるように、励起されており、
モータは、ウォッシュサイクル中では、６００ｒｐｍ以下の速度で回転子を回転させるように、励起されている、
請求項１記載の洗濯機。
【請求項６】
水平軸洗濯機において使用するモータを製造する方法であって、
４極回転子を製造する工程と、
内径となる内側開口を有する３６スロット固定子を製造する工程であって、上記固定子が、内径の最小外径に対する比が少なくとも０．６３である、最小外径を、有している、工程と、
上記４極回転子が３６スロット固定子に対して電磁結合するように、上記４極回転子を上記開口内に挿入する工程と、
４極回転子を、水平に回転可能な衣服容器に接続する工程と、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項７】
上記４極回転子が、回転バーを有しており、
積層部をスタックする工程と、バーを挿入する工程と、バーの首部を露出させるために回転子の周囲部を機械加工する工程と、を備えている、４極回転子を製造する工程を、更に備えている、
請求項６記載の方法。
【請求項８】
製造された固定子が、少なくとも５：１の弱め磁束領域において作動可能である、
請求項６記載の方法。
【請求項９】
モータが、制御誘導モータ（ＣＩＭ）又は永久磁石内蔵（ＩＰＭ）モータの内の少なくとも１つからなり、
固定子にアルミニウム巻線を設ける工程を、更に備えている、
請求項６記載の方法。
【請求項１０】
モータが、スピンサイクル中では、少なくとも１４０００ｒｐｍの速度で回転子を回転するように、励起され、
モータが、ウォッシュサイクル中では、６００ｒｐｍ以下の速度で回転子を回転するように、励起される、
請求項６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ね、制御誘導モータ（ＣＩＭ）又はブラシレス永久磁石（ＢＰＭ）モータに関するものである。特に、本発明は、フロントロード式の水平軸洗濯（ＨＡＷ）機用の、ＣＩＭ及びＢＰＭモータ、に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＨＡＷ機用のモータは、洗濯機のウォッシュサイクル及びスピンサイクルの両方を駆動するために、高速度領域を、典型的には必要としている。特に、そのようなモータは、約３０〜１の広い速度領域で、通常は作動している。ウォッシュサイクル中では、モータは、高トルクで、典型的には４００〜８００ｒｐｍの範囲の低速で、作動する。スピンサイクル中では、モータは、低トルクで、典型的には１２０００〜１８０００ｒｐｍの範囲の高速で、作動する。ＨＡＷ機中の多くのＣＩＭは、５以上の弱め磁束領域を示す、５００〜１８０００ｒｐｍの広い速度領域で、作動する。
【０００３】
６．３インチ又はそれ以下の直径を有する固定子を備えたモータの領域では、極及びスロットの幾つかの組み合わせが、ＨＡＷ機に必要とされる必要弱め界磁領域を達成するために、使用されている。例えば、そのようなモータは、２極２４スロットＣＩＭとして実現されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
２極／２４スロットＣＩＭが、ＨＡＷ機の広域速度領域要件に合うように設計されていても、２極／２４スロットＣＩＭは、望まれる以上に大きく、より高い固定子エンドターン及び増加する材料コストをもたらす。より小型のモータ構造で、より低い固定子エンドターンに対応し且つ減少した材料コストをもたらすために、より小さい形態を有する、広域速度ＣＩＭ又はＢＰＭモータが、必要とされている。
【０００５】
５．５インチ〜６．３インチの範囲の固定子外径を有する、産業用領域モータでは、４極３６スロットモータが、使用されている。しかしながら、そのような産業用領域モータが、約５又はそれ以上の弱め磁束領域に使用されていることは、知られていない。加えて、そのようなモータは、ＩＤ／最小ＯＤ比（例えば、内径／対辺直径）が０．６３以下であることが観察されている。種々の理由によって、そのようなモータは、駆動、重量、及び大きさの、要件に、合わせるには不適当であるので、ＨＡＷ機において採用されてこなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一形態では、本発明は、４極３６スロットモータである。一実施形態では、モータの回転子は、回転子の周囲部において露出しているバーを、備えている。他の実施形態では、モータは、その比が少なくとも５：１の弱め磁束領域においてモータを作動する、制御部を、有している。他の実施形態では、モータの固定子は、その比が０．６３：１又はそれ以上の、内径／外径を、有している。他の実施形態では、モータは、水平軸上にある洗濯機の衣服容器を、駆動している。他の実施形態では、モータは、制御誘導モータ又は内部永久磁石モータである。他の実施形態では、モータの固定子は、アルミニウムの巻線を有している。他の実施形態では、モータは、６００ｒｐｍ未満から少なくとも１４０００ｒｐｍで、作動する。他の実施形態では、４極３６スロットモータは、２極２４スロットモータ用の駆動制御部を有しており、駆動制御部は、２／２４モータの動作周波数と比較して、４／３６モータの異なった動作周波数を、有している。
【０００７】
他の目的及び特徴は、ある程度明らかになり且つ以下にある程度記載されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態による、４極３６スロットモータによって駆動される衣服容器を有する、水平軸洗濯（ＨＡＷ）機の、ブロック図である。
【図２】本発明による固定子積層の一実施形態の断面図である。
【図３】本発明による回転子積層の一実施形態の断面図である。
【図４】本発明による図３の回転子積層のスロットの一実施形態の部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図において、同様の参照数字は、同様の部分を示している。
【００１０】
一実施形態では、本発明は、より低い固定子エンドターンを可能とし、それにより材料コストを低減し且つより小型のモータを提供している、４極モータの構造を、優先的に採用している。一方で、所定の負荷に必要な電流は、ＨＡＷ性能に必要な５：１の弱め磁束領域において、４極２４スロットモータ構造では、高くなりすぎる傾向にある。
【００１１】
一実施形態では、本発明は、不測の相乗効果をもたらす特徴の組み合わせを有しているモータを提供することによって、高電流の問題を克服し、別の利点を提供する。例えば、０．６３以上の内径（ＩＤ）／最小外径（ｍＯＤ）比を有する３６スロット固定子と、露出バー（特にＣＩＭ版）を有する４極回転子と、の組み合わせは、５〜１又はそれ以上の弱め磁束領域に適合する。また、この直径比は、低いレベルの漏れ経路に、約２０％の磁束損失をもたらす結果となる。加えて、そのような組み合わせは、減少した固定子断面領域（area）、及び、拡大した（すなわち２Ｐ／２４Ｓモータと比較して減少した）スロット領域（area）のために、アルミニウムワイヤの巻線を、任意に備えていてもよい。一実施形態では、電圧を増加させる又は周波数（ヘルツ）を減少させることにより、弱め磁束が達成できるように、飽和磁束は、周波数（ヘルツ）比に対する電圧の関数である。
【００１２】
本発明の種々の実施形態では、４極３６スロットの形態は、ＨＡＷ機を駆動するための、少なくとも５：１の弱め磁束領域で作動するモータの、２極構造よりも優る利点をもたらしている。例えば、一実施形態では、３６スロット固定子の巻線は、短いスパンのコイルのために、２４スロット形態よりも短いエンドターンを、有している。これは、エンドターンワイヤ重量の減少及びターンの平均長さの減少を、結果としてもたらす。そして、ワイヤ重量が減少したことは、巻線内の抵抗の減少、それによるワイヤのワット損失の減少を、意味している。また、巻線の表面部分のより多くが、ワイヤ重量の減少が可能な回転子に接触しているように、３６スロットは、２４スロットと比較して、スロットの周囲部が増加している。従って、４極３６スロット形態は、２極２４スロット形態よりも効率的である傾向にあり、且つ、より費用効率のよい構造をもたらす。しかしながら、４Ｐ／３６Ｓ形態のＩＤ／ＯＤが、２Ｐ／２４Ｓ形態のＩＤ／ＯＤと同じ場合、４Ｐ／３６Ｓ形態は、５：１の弱め磁束領域に渡ってモータを駆動するために、より大きい電流要求を有している。これには、速度領域を達成するために、より高価なモータ制御費用をもたらす追加電流を利用するための、より厳しい電子技術が必要である。
【００１３】
本発明の種々の実施形態による４Ｐ／３６Ｓ形態が、高い磁化抵抗を有しており、且つ、速度領域において電流を減少していることは、明らかである。更に、３６スロットは、巻線ワイヤとスロット周囲部との間の熱抵抗を、減少させる。結果、冷却モータとなり、また、同様の全体的な温度上昇のために、レス銅ワイヤを使用するか又はアルミニウムワイヤを使用するかの選択となる。加えて、４Ｐ／３６Ｓ形態は、２極２４スロット形態と比較して、実質的に同じ電流要求を有している。電流要求が大きく異なってはいないが、極数及びスロット数が異なるために、動作周波数は異なる。
【００１４】
また、０．６３以上のＩＤ／最小ＯＤの比は、磁化抵抗を向上させ、且つ、速度領域において電流を減少させる。モータがより小さく且つ安価となるように、最小ＯＤより大きいボアは、より高いトルク密度を、結果としてもたらす。加えて、固定子の積層のスタック長さは、速度領域及び弱め磁束要求を維持しながら、減少できる。スタック長さの減少は、重量の減少、研究費及び材料費の減少、平衡おもりの大きさの減少、輸送コストの減少となる。
【００１５】
一般的に、４極モータは、同じ積層形態の２極モータと比較して、低い磁化リアクタンスを有しており、特に磁化リアクタンスと回転子抵抗との比が小さい低周波数において、力率を減少させ、且つ、所定の負荷の電流要求を増加させる。本発明の実施形態では、磁化リアクタンスは、３６スロット固定子を適用することにより、増加する。これは、固定子のピッチがより小さいので、より低い電気スキュー角をもたらす。低スキュー角は、磁化リアクタンスを増加させる。加えて、本発明の実施形態では、磁化リアクタンスは、露出バー回転子（オープン・バー回転子又はブロークン・バー回転子とも呼ばれる）を適用することによって、増加する。回転子バーを露出させることは、高速度における固定子リアクタンス及び回転子リアクタンスを減少させ、そのことは、所定の電圧で生成されるトルクを増加させ、その結果、電流要求を減少させる。更に、巻数を巻線に加え、高速度でのモータを減退させて、磁化リアクタンスを増加させることができることが、考えられる。加えて、露出した回転子バーが、コギングを低減させることは、明らかである。
【００１６】
図１に示されている、本発明の一実施形態では、水平軸洗濯（ＨＡＷ）機は、水平軸Ｈ回りに回転するように支持された、衣服容器１００を、備えている。衣服容器を駆動するためのモータは、図３に示されている例示的構造の４極回転子１０２と、駆動制御部１０５により励起されている巻線を備えた３６スロット固定子１０４と、を備えている。４極回転子は、衣服容器１００を水平軸回りに回転させるために、例えば駆動シャフト１０１によって、衣服容器に連結されている。
【００１７】
図２に示された例示的な構造の固定子１０４は、内径２０４の内側ボア２０２を有するように、構成されている。内側ボア２０２は、３６スロット固定子１０４の巻線に対して電磁結合している、４極回転子１０２を、受け入れている。励起した場合、衣服容器１００を撹拌し及び／又はスピンさせるために、巻線は、回転子１０２を、水平軸Ｈ回りに、時計回り及び／又は反時計回りの方向に、種々の速度で、回転させる。
【００１８】
固定子１０４は、最小外径２０８である外周部２０６を、有している。最小外径とは、固定子の外周の全ての直径を考慮した場合の、最小である。内径２０４と最小外径２０８との比は、０．６３：１より大きい又は同等であり、従って、モータは、少なくとも５：１の弱め磁束領域で作動するように、構成されている。
【００１９】
任意の一実施形態では、回転子１０２は、回転子の周囲部において露出しているバーを、備えている。上記記載のように、結果的に高速度で低減された回転子リアクタンスは、所定の電圧で生成されるトルクを、増加させる。図３は、任意の露出バー４０２を備えており且つ図４に詳細に図示している、本発明の回転子の積層部４００の、一実施形態を示している。この実施形態では、バー４０２は、テーパー形状であり、幅Ｗは、積層部４００の中心に向かって減少している。各端部４０４、４０６は、Ｒ形状を有しており、周囲部に面した広い端部４０６は、首部４１０にて終る肩部４０８及び肩部４０９を、有している。バー４０２の種々の形状及び形態については、別の実施形態が考えられる。一実施形態では、積層部４０２の初期の周囲部が一点鎖線４１２で示されているものとなるように、初期の積層は、周囲部４１１を越えて延びており、露出していない閉じたバー４０２を形成していることが、考えられる。積層部４００の組み立て、及び、組み立てられた積層部内へのバー４０２の挿入の後、回転子４１２の周囲部は、首部４１０と回転子４１２との間の周囲の部分を取り除くように、機械加工されている。
【００２０】
任意の一実施形態では、３６極固定子の内径２０４と最小外径２０８との比は、約０．６３：１であり、又は、それより大きい（例えば０．６５：１）。この固定子の直径の増大した比は、モータの材料が減少していることを意味し、且つ、内径と外径との比が０．６３：１以下であるモータと比較して低い電流であるために、モータが、低温度、低速度で作動していることを、意味している。一実施形態では、３６スロット固定子の最小外径２０８は約１２０ｍｍであり、内径２０４は約７８ｍｍであり、固定子積層は、約４０ｍｍの高さを有している。
【００２１】
表１は、従来技術の２極２４スロット（２Ｐ／２４Ｓ）モータの作動と比較した、本発明の一実施形態の４極３６スロット（４Ｐ／３６Ｓ）モータの作動を、示している。以下の表１に示されるように、一実施形態では、本発明の４極３６スロット（４Ｐ／３６Ｓ）モータは、直径約１３２ｍｍで高さ約６０ｍｍの大きさを有する２極２４スロット（２Ｓ／２４Ｐ）モータより、減少した作動温度と、低い電流とを、有している。例えば、同じトルクを生成する場合に、４Ｐ／３６Ｓモータは、２Ｐ／２４Ｓモータと比較して、より低いワット数で作動し、且つ、５４０ｒｐｍでより高い効率を有することを、表１は、示している。また、表１は、４Ｐ／３６Ｓモータが、２Ｐ／２４Ｓモータと比較して、５４０ｒｐｍにて、実質的に同じワット数及び効率で、作動することを、示している。
【００２２】
【表１】
2010520734.tif 000003
【００２３】
モータは、制御誘導モータ（ＣＩＭ）又は永久磁石内蔵（ＩＰＭ）モータであることが、考えられる。上記記載のように、任意の一実施形態では、固定子はアルミニウム巻線を有してもよい。ＩＰＭが埋込磁石回転子であるのに対し、ＣＩＭはアルミニウム又は銅等の導電性のケージを有している。ＩＰＭが同期モータであるのに対し、ＣＩＭは非同期モータである。固定子に対してより大きい回転子の直径は、ＩＰＭにとって少なくとも２つの利点をもたらしており、それは、磁石の増大した大きさにある程度よるものであり、最大ｌ／最小ｌの高い比、及び、高い磁束レベルである。最大ｌ／最小ｌの高い比は、低速度及び高速度の作動の両方において利用可能なリアクタンスのトルクを、向上させる。磁石によって生成されるトルクは、大きい磁石の高い磁束のために、より大きくなる。２４スロット形態を上回るモータの所定の逆起電力（bemf）のために、３６スロット形態は、最大ｌ及び最小ｌを減少させる。低インダクタンスは、高速度でのリアクタンスを減少させ、交流位相電流をモータ内へ容易に追いやる。
【００２４】
一実施形態において、スピンサイクル中では、水平軸Ｈ回りに衣服容器１００を駆動するために、固定子１０４は、少なくとも１４０００ｒｐｍの速度で回転子１０２を回転させるように、駆動制御部１０５によって励起されており、ウォッシュサイクル中では、衣服容器１００を駆動するために、固定子１０４は、６００ｒｐｍ以下の速度で回転子１０２を回転させるように、駆動制御部１０５によって励起されている。これは、駆動制御部が、約６：１の弱め磁束領域において、モータを作動していることを、示している。
【００２５】
表１には、本発明の４Ｐ／３６Ｓモータの少なくとも一実施形態が、従来技術の２Ｐ／２４Ｓモータと実質的に同じ作動パラメータを有していることが、示されている。従って、４Ｐ／３６Ｓモータの駆動制御部１０５は、２４スロット２極モータの制御部と実質的に同じ定格電流及び定格電圧を有することができる。作動中では、本発明の４Ｐ／３６Ｓモータの駆動制御部１０５は、極数及びスロット数が異なるために、異なる動作周波数を有する。
【００２６】
本発明を詳細に記載することにより、添付の特許請求の範囲に画定された本発明の範囲から逸脱しない、変更及び変形が、可能であることは、明らかである。
【００２７】
例えば、本発明は、更に、洗濯機を製造する方法を含んでおり、その方法は、
（１）例えば、積層部４００をスタックし、バー４０２を挿入し、バー４０２の首部４１０を露出させるために回転子１０２の周囲部４１１を機械加工することによって、４極回転子１０２を製造する工程と、
（２）例えば、内径となる内側開口２０２を有する固定子積層をスタックすることにより３６スロット固定子１０４を製造する工程であって、上記固定子積層は、内径と最小外径との比が少なくとも０．６３である最小外径を有しており、固定子は、アルミニウムの巻線を有している、工程と、
（３）巻線が駆動制御部１０５によって励起されるときに、４極回転子が３６スロット固定子１０４に対して電磁結合しているように、４極回転子１０２を開口２０２内に挿入する工程と、
（４）回転子１０２を、水平に回転可能な衣服容器に接続する工程と、
を備えている。
【００２８】
任意には、４極回転子１０２を製造する方法は、積層部４００をスタックする工程と、バー４０２を挿入する工程と、バー４０２の首部４１０を露出させるために回転子１０２の周囲部４１１を機械加工する工程と、を備えることができる。
【００２９】
任意には、方法は、制御誘導モータ（ＣＩＭ）又は永久磁石内蔵（ＩＰＭ）モータを、構成することができる。
【００３０】
別の実施形態では、本発明のモータは、バー４０２を備えている４極回転子１０４を備えており、バー４０２は、少なくとも５：１の弱め磁束領域において作動可能な３６スロット固定子１０４と結合して、回転子１０４の周囲部において、露出している。
【００３１】
以下の非限定的な実施例は、本発明を更に説明するために、示されている。
【００３２】
本発明の一実施形態によれば、０．６３以上のＩＤ／最小ＯＤの比を有する４極／３６スロット形態は、２極／２４スロット形態と比較して、著しく異なる電流要求なしで、少なくとも５：１の弱め磁束領域に対応していることが、明らかになっている。
【００３３】
本発明の他の実施形態によれば、露出した回転子バーを有する４極／３６スロット形態は、２極／２４スロット形態と比較して、著しく異なる電流要求なしで、少なくとも５：１の弱め磁束領域に対応していることが、明らかになっている。
【００３４】
本発明の一実施形態によれば、０．６３以上のＩＤ／最小ＯＤの比を有し且つ露出した回転子バーを有する、４極／３６スロット形態は、２極／２４スロット形態と比較して、著しく異なる電流要求なしで、少なくとも５：１の弱め磁束領域に対応していることが、明らかになっている。
【００３５】
ここに図示され記載されている本発明の実施形態において作動を実行する順序は、別に指定されない限り、本質的なものではない。すなわち、作動は、別に指定されない限り、どのような順序で実行してもよく、本発明の実施形態は、ここに開示した作動に作動を加えてもよく、ここに開示した作動から作動を減らしてもよい。例えば、他の作動の、前に、又は同時に、又は後に、特定の作動を実行することは、本発明の態様の範囲内である。
【００３６】
本発明又は本発明の好ましい実施形態の要素を説明する際に、「一つ」、「その」、及び「上記」、という冠詞は、一つ以上の要素があることを意味するものである。「備える」、「含む」、及び「有する」、という用語は、包含的であることを意味し、記載した要素以外の付加的要素もあり得ることを意味するものである。
【００３７】
上記記載により、本発明の幾つかの目的が達成され、他の有用な結果が得られることは、明らかである。
【００３８】
上記構成、製品、及び方法において、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能であるので、上記記述に含まれ且つ添付図面に示される全ての事項は、例示的であり、限定する意味ではないものとして、解釈されるものである。
【図１】
2010520734.tif 000004
【図２】
2010520734.tif 000005
【図３】
2010520734.tif 000006
【図４】
2010520734.tif 000007
【国際調査報告】
2010520734.tif 000008