(57)【要約】【課題】電機子巻線の冷却性能を高め、電機子巻線に通電する電流値の増加により高トルクを実現できる、生産性に優れた回転子を提供する。【解決手段】回転子鉄心と、着磁対象の磁石要素と、が円環状に交互に配置され、前記回転子鉄心および前記磁石要素の内径側に、径方向へ伸びる補強部材が配置され、回転軸との連結部材を形成するボス部と、前記回転子鉄心と、前記磁石要素と、前記補強部材と、が樹脂により一体的に固定された回転子において、前記補強部材の径方向へ伸びる部分の軸方向外側に、冷却フィンを形成し、前記ボス部の外径側端の軸方向内側端よりも、さらに軸方向内側に、前記補強部材を位置させ、前記冷却フィンの軸方向の幅寸法を、前記ボス部の外径側端の軸方向寸法と比べて大きくした。【選択図】図５
2016034177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心と、着磁対象の磁石要素と、が円環状に交互に配置され、
前記回転子鉄心および前記磁石要素の内径側に、径方向へ伸びる補強部材が配置され、
回転軸との連結部材を形成するボス部と、前記回転子鉄心と、前記磁石要素と、前記補強部材と、が樹脂により一体的に固定された回転子において、
前記補強部材の径方向へ伸びる部分の軸方向外側に、冷却フィンが形成されており、
前記ボス部の外径側端の軸方向内側端よりも、さらに軸方向内側に、前記補強部材が位置し、
前記冷却フィンの軸方向の幅寸法が、前記ボス部の外径側端の軸方向寸法と比べて、大きいことを特徴とする回転子。
【請求項２】
請求項１において、
前記樹脂は、前記回転子鉄心および前記磁石要素を円環状に固定する一次モールドと、この一次モールド、前記ボス部および前記補強部材を固定する二次モールドと、にそれぞれ用いられ、
前記二次モールドにより前記冷却フィンが形成されることを特徴とする回転子。
【請求項３】
請求項２において、
前記二次モールドは、前記補強部材の外径端を把持する把持部と、この把持部から軸方向の両側へ伸びて前記一次モールドと結合させる結合部と、を有することを特徴とする回転子。
【請求項４】
請求項３において、
前記二次モールドの前記結合部における軸方向の外側の内径面と、前記冷却フィンの外径面との間に、空間が形成されていることを特徴とする回転子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記冷却フィンの軸方向の外側端が、前記回転子鉄心の軸方向の外側端よりも、外側に位置することを特徴とする回転子。
【請求項６】
請求項２において、前記ボス部よりも軸方向内側に前記二次モールドのアンダーカット部が形成されていることを特徴とする回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋め込み磁石形回転子を備えたブラシレス電動機の回転子に係り、特に洗濯機の磁石モータに用いる回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドラム式洗濯乾燥機においては、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、以下、ＤＤ方式という）が主流となっている。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。このため、従来から磁石には、高磁束密度のネオジム磁石などが採用されてきた。
【０００３】
ただし、この磁石の主原料であるネオジムは、入手困難となる場合もあるため、脱ネオジム化すなわちフェライト磁石化が期待されている。昨今では、この脱ネオジム化も、自動車や医療関連などの特定分野を除き、特に家電分野のモータにおいては、ネオジム磁石に対し比較的安価なフェライト磁石化への移行が急速に進んでいる。
【０００４】
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と小さく（約１／３）、フェライト磁石モータでは大型化するという問題がある。また、磁石の磁束密度が足りない場合には、必要トルクを得るために電流が増えるため、電機子巻線の温度上昇値が高くなるという問題もある。
【０００５】
このような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に着目し、平板フェライト磁石や円弧状フェライト磁石を放射状に配置する技術が知られており、特許文献１には上記した技術内容が記述されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
しかし、上記した通りドラム式洗濯乾燥機においては、特に洗濯時に高トルクが必要となるため、フェライト磁石でも汎用材料の磁石ではトルク性能を満たせず、ランタンなどの高価なレアアースを含有した高性能材料の磁石を使用せざるを得ず、ネオジムと同様、コスト的に市場変動の影響を受けやすいリスクがあった。また、磁石の磁束密度に余裕がない場合には、モータの誘起電圧定数も余裕がなく必要トルクを得るためには電流を増やす必要があり、電機子巻線の温度上昇が高くなる傾向にあった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電機子巻線の冷却性能を高め、電機子巻線に通電する電流値の増加により高トルクを実現できる、生産性に優れた回転子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】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明は、回転子鉄心と、着磁対象の磁石要素と、が円環状に交互に配置され、前記回転子鉄心および前記磁石要素の内径側に、径方向へ伸びる補強部材が配置され、回転軸との連結部材を形成するボス部と、前記回転子鉄心と、前記磁石要素と、前記補強部材と、が樹脂により一体的に固定された回転子において、前記補強部材の軸方向の外側に、冷却フィンを形成し、前記ボス部の軸方向の内側端よりも、さらに軸方向の内側に、前記補強部材を位置させ、前記冷却フィンの軸方向の幅寸法を、前記ボス部の外径側端の軸方向寸法と比べて大きくした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、冷却フィンを大型化できるので、電機子巻線の冷却効果が高まり、電機子巻線に通電する電流値を増加させれば高トルクを実現でき、結果として、生産性に優れた回転子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施例が適用される洗濯機の一例を示す模式断面図。
【図２】図１の磁石モータの縦断面図。
【図３】図２の磁石モータの要部を示す周方向断面図。
【図４】回転子の正面と平面を示す図。
【図５】図４の回転子の要部を示す部分断面図。
【図６】モールド部の遠心強度解析結果を示した図。
【図７】空隙寸法と誘起電圧定数の関係を示した図。
【図８】本実施例による回転子の斜視図（部分断面有）。
【図９】本実施例による回転子の成形金型が閉じた状態での断面図。
【図１０】本実施例による回転子の成形金型が開いた状態での断面図。
【図１１】本実施例による回転子の断面図。
【図１２】鉄心支持基体（ロータヨーク）の平面図および断面図。
【図１３】シャフト連結部材（ロータボス）の平面図および断面図。
【図１４】ロータヨークとロータボスの位置関係を表す平面図。
【図１５】電機子巻線の温度上昇試験におけるサイクル毎の最高温度を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明するが、本実施形態は以下の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨を損なわない範囲で任意に変更して実施可能である。
【実施例】
【００１３】
以下本発明について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明が適用される洗濯機の一例を示す模式断面図である。図１に示すように、洗濯機１は、洗濯物を洗濯する洗濯工程（洗浄工程やすすぎ工程）、脱水工程および乾燥工程の各工程を連続的（必要に応じて選択的）に実行して洗濯物を洗浄乾燥する、いわゆるドラム式の洗濯乾燥機である。なお図１の洗濯機は図示左側が洗濯機全面（前）であり、右側が洗濯機背面（後）を示す側面図を表している。また図示下方が、洗濯機の底部（床部）である。
【００１５】
この図のように、洗濯機１は、図示しない洗濯パンなどの床部と接する脚部１ｂを有するベース１ｃに、筐体１ａが支持されて、その前面に、洗濯物を出し入れするためのドア１ｄが備わっている。なお、洗濯機１はドア１ｄの側を正面とし、正面に対する背面側を後側として説明する。
【００１６】
筐体１ａの、例えば、正面上部には、利用者が洗濯機１を操作するための操作ボタンおよび利用者が洗濯機１の状態を確認するための表示部等を備える図示しない操作・表示パネルが設けられている。また、例えば背面上部には、水道などの給水源から水を取り込む図示しない取水口や給水弁、および取水口から取り込まれた水を外槽５まで導水する図示しない給水管等が設けられている。
【００１７】
筐体１ａの内部には外槽５が備えられている。外槽５は、上下方向に伸縮可能な複数の防振装置３（図１には１つの防振装置３を図示）で下方を支持されるとともに、筐体１ａの上部から、弾性支持体となる吊り下げバネ４ａ、４ｂによって弾性支持されている。
【００１８】
また外槽５は、正面側（図示左側）が開口した有底円筒状を呈している。外槽５の内部には、洗濯物が投入される内槽として回転ドラム６が収容されている。回転ドラム６は、有底円筒状外槽５の底部に取り付けられる駆動モータとしての磁石モータ１００とシャフト７を介して接続され、磁石モータ１００の回転駆動によって外槽５内で回転する。そして洗濯機１は、回転ドラム６の回転によって、洗浄工程、すすぎ工程、脱水工程等を実行する。
【００１９】
外槽５は、洗濯工程（洗浄工程、すすぎ工程）など、水を使用する工程のときには水が溜まるように構成され、排水工程では貯留していた水を排水するように構成される。このため外槽５の底部には排水弁８ａを介して排水ホース８ｂが接続されている。そして、排水弁８ａが開弁すると、外槽５に溜まっている水が排水ホース８ｂを流れて排水される。
【００２０】
図２は、図１の磁石モータ１００を示す縦断面図である。
【００２１】
磁石モータ１００は、図２に示すように、固定子１０と、固定子ベース２０と、回転子３０と、軸受を有する軸受ボス部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を主たる構成要素として構成されている。この図２によれば、各機器、部品に付与した記号番号が１０、２０、２１の部分で磁石モータ１００の固定側を構成しており、その他の２２及び３０番台の部分で磁石モータ１００の回転側を構成している。
【００２２】
また図２において、固定子１０と回転子３０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。なお、図２の磁石モータ１００の回転側における他の構成要素３１、３２、３４から３８については、図３、図４を参照して詳細に後述する。
【００２３】
図３は、図２の磁石モータ１００の周方向断面を示す図である。この図には固定子１０と回転子３０の対向する部分が拡大して示されている。周方向の対向部分を示す図３において、まず固定子１０の構成を詳細に説明する。固定子１０は、固定子鉄心１０ａに形成された複数のスロット１０ｂ、および集中巻の電機子巻線（固定子コイル）１１が施されて固定磁極１２を形成するティース１０ｃを備えて構成されている。
【００２４】
これに対し、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、回転子鉄心３１は固定磁極１２の内側面に対向し、固定磁極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１００の固定磁極１２は、４２個、回転子極数は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１００を構成しているとする。
【００２５】
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（合成樹脂層）３３で一体的に固定して円環状の一次モールド体５１を形成し、この一次モールド体５１と鉄心支持基体（ロータヨーク）３６とボス部（ロータボス）３７を樹脂材（合成樹脂層）３４で一体的に固定して二次モールド体Ｄを形成して構成されている。
【００２６】
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、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が組み込まれてしまうおそれがない。
【００２７】
なお回転子鉄心３１の中央部には、空孔３８ａが設けられている。この空孔３８ａには、一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。
【００２８】
隣り合う回転子鉄心３１の間には、永久磁石片３２の外径側（固定子側との対向面側）に空隙４０が形成され、永久磁石片３２の内径側に空隙４１が形成されている。つまり、各永久磁石片３２は、外径側および内径側の両側面が回転子鉄心３１に接触しない構造となっている。これらの空隙４０、４１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。
【００２９】
これらの空隙４０、４１に対しても、前記の空孔３８ａと同様に、一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。つまり、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３３を介して回転子鉄心３１、３１に支持されている。
【００３０】
回転子鉄心３１の内径側となる内側面には、鍵穴形状の凹部３９ａが形成されている。この凹部３９ａには、二次モールド用の樹脂材３４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。
【００３１】
図４は回転子の正面と平面を示した図である。図４の平面図において、断面線Ｅ−Ｅに沿って正面図（図４）が記載されている。図２でも示したように図４の正面図のＡ部が永久磁石片３２を含む断面を表示しており、正面図のＢ部は回転子鉄心３１を含む断面を表示している。
【００３２】
この図に示すように回転子３０の内側には、図４の正面図に示すように、補強部材としての鉄心支持基体３６を介して、シャフト連結部材としてのボス部３７が設けられている。鉄心支持基体３６とボス部３７とは、二次モールド用の樹脂材３４で覆われて回転子３０に一体的に支持されている。
【００３３】
ところで、このボス部３７は、図４に示す通り中心から外径方向へ進むに従い軸方向の厚さ寸法が薄くなる形状となる。これはボス部３７の製造方法が鍛造方式であることによるもので、鉄の塊を軸方向に両側より圧力をかけ所望の形状に押しつぶすために、外径方向はその厚みが薄くなるものである。
【００３４】
つぎに、このボス部３７を装填して、回転子の成形を行うと、前述したボス部３７の軸方向の厚み寸法が、不均一となり、樹脂の熱収縮速度に差が表れ、内部応力に部分的な差が生じるため、この差によって樹脂割れが発生する可能性があった。
【００３５】
そこで、本実施例においては、ボス部３７を覆う樹脂材３４の軸方向厚さ寸法を、中心から外径方向に至るまで均一またはそれ以上とするために、樹脂肉盛り部３５を設け（図４参照）、内部樹脂応力の発生を緩和し樹脂割れの発生しにくい回転子を提供している。具体的な形状として、軸方向の外側（図２の右側）においては、回転子を回転軸（図示せず）に固定するナット（図示せず）を配置するために、ボス部３７の表面がナットよりも若干大きい径にて露出するように樹脂成形がなされる。そこで、このナット側の、すなわち樹脂材３４の内径側端部の軸方向寸法が、他の部分よりもおおよそボス部３７の厚み方向の段差寸法分またはそれ以上の樹脂肉盛り部３５を設けている（図４参照）。
【００３６】
一方、軸方向の反対側である内側（図２の左側）においては、回転軸の端部と位置決めを行う、ボス部３７の端部が円筒状に軸方向の内側へ延伸しており、樹脂材３４は径方向にこの円筒部の外径部に至るまで覆っている。この部分のボス部３７の軸方向の厚み寸法は前述の通り、中心から外径方向に従い薄くなるため、そのままでは樹脂材３４が不均一に成形され、熱収縮時の樹脂の内部応力が厚い部分と薄い部分とで冷却時間に差が生じるので割れやすくなる問題が以前はあった。しかし本実施例によれば、ボス部３７の厚い部分において、その樹脂厚さもおおよそボス部３７の段差分またはそれ以上軸方向に厚くする樹脂肉盛り部３５を設け、樹脂厚さが中心から外径方向に至るまで、均一またはそれ以上となるので、樹脂冷却時における熱収縮による割れが発生しにくい回転子を提供できる。
【００３７】
図５は、図４のＢ部について詳細に示したものであり、この図５を用いて本実施例における鉄心支持基体３６の位置や関連寸法に関し、以下の通り説明する。まず、二次モールド体を形成する樹脂材３４のうちの一部（内周側壁面樹脂７０）が、鉄心支持基体３６の外径端を把持する把持部と、この把持部から軸方向の両側へ伸びて回転子鉄心３１を含む一次モールド体と結合させる結合部とを有している。このような構成とすることで、鉄心支持基体３６を、回転子鉄心３１の軸方向の幅寸法内に位置させることができる。
【００３８】
具体的には、回転子鉄心３１の軸方向寸法をＲＡとし、回転子鉄心３１の軸方向内側端部（軸方向寸法ＲＡの左端部）から鉄心支持基体３６の軸方向内側端部（厚さ寸法ＲＴの左端部）までの寸法をＲＢとしたとき、ＲＢ÷ＲＡが０．３７以上０．５２以下の範囲内になるように設定されている。このため、鉄心支持基体３６が回転子鉄心３１の厚さ（軸方向）寸法の略中央位置に配置され、回転子３０の回転による遠心力変位量を抑制できる。なお、回転子鉄心３１の軸方向外側端部から鉄心支持基体３６の軸方向外側端部までの寸法についても、回転子鉄心３１の軸方向寸法ＲＡで割ったときの値は、０．３７以上０．５２以下の範囲内にある。
【００３９】
さらに、回転子３０の内周側壁面樹脂７０は、鉄心支持基体３６の軸方向厚み寸法ＲＴの中心面を基準面として、冷却フィン７１側と反冷却フィン側に略対称に形成されている。つまり、内周側壁面樹脂７０の冷却フィン７１側かつ反鉄心支持基体３６側における内径寸法をφＲＣ、鉄心支持基体３６側における内径寸法をφＲＤとし、同じく反対側（反冷却フィン側）かつ反鉄心支持基体３６側における内径寸法をφＲＥ、鉄心支持基体３６側における内径寸法をφＲＦとしたとき、各寸法の関係は、φＲＣ≒φＲＥ、φＲＤ≒φＲＦとなるようにしている。
【００４０】
また、結合部の内径側には、軸方向の両端部に向けて外径側へ傾斜する傾斜面が形成されている。すなわち、内周側壁面樹脂７０には、抜きテーパを設けているので、φＲＣ＞φＲＤ、φＲＥ＞φＲＦとなる。このように、内周側壁面樹脂７０を略対称に形成することで、回転子３０の径中心方向に向かう成形後の樹脂収縮応力が、冷却フィン７１側と反冷却フィン側とで略同じになるため、回転子３０の外周面が軸方向に傾きにくくなり、回転子３０の外周面の円筒度精度が向上する。
【００４１】
また、軸方向の外側へ伸びる冷却フィン７１の外径側壁面７４と、同じく軸方向の外側へ伸びる内周側壁面樹脂７０の結合部の内径側壁面との間には、空間を形成しており、径方向に接続はされていない。したがって、冷却フィン７１の樹脂熱収縮応力が、回転子３０の外周面に作用することがなく、同様に回転子３０の外周面の円筒度精度が向上する効果がある。
【００４２】
なお、電機子巻線１１を冷却する風を発生させる冷却フィン７１は、図５に示すように、軸方向の起点を鉄心支持基体３６の外側端の位置とし、軸方向の終点を回転子鉄心３１の外側端を超えてボス部３７を覆う樹脂の外側端の位置とした。このように、冷却フィン７１を軸方向に大きく伸ばす構成とすることで、回転子全体の軸方向厚さ寸法を変えなくとも、冷却フィン７１の形状を大きくできるため、従来構造品と比べて冷却効果を向上することが可能となる。冷却効果が向上すると、電機子巻線１１に通電する電流値も増やせるため、残留磁束密度の小さい磁石への置き換えもでき、安価な回転子が提供できる。
【００４３】
図６に、従来構造と本実施例構造とにおける、所定回転数での遠心力による回転子３０の変位量の強度解析結果を示す。この解析結果によれば、従来構造での最大変位量が０．０７８ｍｍであるのに対し、本実施例の構造では従来構造に対し２割程度の０．０１６ｍｍまで最大変位量が抑制されていることが分かる。前述までの効果として、回転子３０の外周面の変位量が抑制できるので、回転子３０の外形寸法を従来構造品よりも大径化でき、これにより回転子３０と固定子１０の間で形成される空隙部７２の寸法を小さくすることが可能となる。空隙部７２の寸法が小さくなると、回転子３０の永久磁石片３２と電機子巻線１１の距離が短くなり、電機子巻線１１に到達する永久磁石片３２からの磁束量が増加するため、誘起電圧定数が大きくなる。この誘起電圧定数が大きくなると、回転子３０に構成される永久磁石片３２を選定する際に、残留磁束密度の低いレアアースレスの汎用材料の磁石を選択することが可能となる。
【００４４】
つまりドラム式洗濯機など、高負荷トルクが要求される駆動用モータに関し、従来構造では、高トルク化に必要な誘起電圧定数仕様を満たすために、フェライト磁石は高性能材料（高残留磁束密度）を使用せざるを得なかったが、本実施例によれば比較的安価な汎用材料の磁性材グレードを選択できる。ここで、フェライト磁石について補足説明すると、一般に高性能材料ではランタンなどのレアアースを用いて高磁束密度化をしており、価格的に市場変動の影響を受けやすいリスクがあったが、本実施例によればレアアースを用いない汎用材料の磁性材グレードを選択できるためコスト的に安価となる。
【００４５】
上記効果を更に図７で説明する。図７は固定子１０の内径寸法と回転子３０の外径寸法の差で生じる空隙部７２の寸法と誘起電圧定数の関係を表したものであり、従来構造品と、実施例構造品の各サンプルをとり、各構造品の近似直線を記したものである。Ｘ軸には固定子１０の内径寸法と回転子３０の外径寸法の差で生じる空隙部７２の寸法（ｍｍ）をとり、Ｙ軸の誘起電圧定数は、従来構造品の空隙部７２の寸法が０．６６（ｍｍ）時の誘起電圧定数を１とした場合の変化割合を(ｐ.ｕ)で、Ｙ軸に示す。
【００４６】
本実施例の回転子３０の遠心力に対する最大変位量は、先述したとおり従来構造品に対し、２割程度に抑制できることから、回転子３０の外径寸法を大きくし、空隙部７２の寸法を０．０５（ｍｍ）小さくしている。このため、従来構造品では永久磁石片３２の磁石材料に、ランタンなどのレアアースを含有した高性能材料を使用していたが、残留磁束密度が低下するレアアースフリーの汎用材料を使用しても、従来構造品と同じ水準まで誘起電圧定数が得られる。
【００４７】
永久磁石片３２の高性能材料には、上記したランタンなどのレアアースのほかにも、コバルトなどの高価なレアメタルも含有しているが、これらも汎用材料には含有しないため、高価格材料の市場変動影響を受けず、またコスト的に安価となる。
【００４８】
以上、回転子３０の外径寸法を大きくし、永久磁石片３２の磁石材料をレアアースフリーとした効果を述べてきたが、仮に永久磁石片３２の磁石材料を変更できない場合を想定しても、回転子３０の外径寸法大きくし、空隙部７２の寸法を小さくした場合には、先述したとおり誘起電圧定数が大きくなるから、この場合は固定子１０側の電機子巻線１１のターン数を減らすなどの対応ができ、巻線使用量が低減できる。また製造にかかる時間もターン数の減少で低減できるので、こちらについても、前述同様に性能を落とすことなく安価なモータを提供できる。このことから磁石モータの構成材料である磁石材料や巻線材の銅、鉄心の電磁鋼板等々の市場動向を鑑みて、選択肢に幅ができる。
【００４９】
また図８に示す通り樹脂材３４においては、従来品に対して使用量を低減すべく肉盗み部７３を多用しているが、これにより、樹脂材３４の樹脂使用量が低減できるので安価となり、また重量も低下するので軽量化にも寄与する。さらに樹脂領域が減少すると、対象部位の減少から残留応力による樹脂割れの懸念も低減できるので、品質的にも向上したモータの回転子３０を提供できる。
【００５０】
また、この樹脂材３４で二次モールド体Ｄを形成するときには、鉄心支持基体３６の径方向へ伸びる部分の軸方向の外側に、冷却フィン７１もあわせて形成される。本実施例では、図５に示すように、ボス部３７の外径側端の軸方向内側端（図５の左側端）よりも、さらに軸方向内側（図５の左側）に、鉄心支持基体３６を位置させ、冷却フィン７１を設置するためのスペースを確保している。そして、冷却フィン７１の軸方向の幅寸法を、ボス部３７の外径側端の軸方向寸法と比べて大きくした。すると、従来構造に対して、冷却フィン７１の形状が大きくでき、結果として冷却効果が向上する。冷却効果が向上すると、電機子巻線１１の温度上昇が抑制できるため、電流入力値を増やすことができ、モータの高トルク・高出力化が可能となる。
【００５１】
さらに、この冷却フィン７１は、点検時などにおいて、サービスマンが回転子３０を取り外し交換する際の取手部としても機能しており、本実施例の構成によれば、ペンチ等の工具でつかみやすい大きな形状となるので作業性がよい。
【００５２】
次に、本実施例の回転子の製造方法について説明する。
【００５３】
図９は本実施例における回転子を成形するときの金型構成を表したもので、具体的には金型が閉じた時の断面を示している。本明細書では、図９の金型分割面のパーティングライン（ＰＬ）より左側（内側）の固定部をコア部と呼び、可動側の右側をキャビティ部と呼ぶ。
【００５４】
回転子３０の構成部品としては、図１２に示す鉄心支持基体３６、図１３に示すボス部３７、回転子鉄心３１と永久磁石片３２を円環状に交互に配列して樹脂材３３で固定した１次成形（一次モールド）体があり、これらを成形金型のコア部８１に装填する。なお、図１４に示すように、鉄心支持基体３６の内周側凹凸部と、ボス部３７の外周側凹凸部は接触せず一定の空隙を保ち組み合わせて配置する。
【００５５】
装填後、成形金型の可動側であるキャビティ部８２がコア部８１側に移動して成形金型が閉じ、金型内に樹脂材３４を注入して２次成形（二次モールド）を行う。図１０は、成形後の金型が開いた状態を表す断面図で、キャビティ部８２が右側（外側）に移動し金型が開いている。この時コア部８１においては、突き出しピン８０が２次成形完了後の回転子３０をコア部８１より押し出し、作業員が取り出しやすくしている。またこの時、キャビティ部８２においては、金型右部の樹脂注入口より左側のゲートに至るスプルーランナー８３が分離し、作業員または図示しない自動取り出し機により取り除く。なお、このスプルーランナー８３は粉砕処理を行った後、品質に問題のない範囲で配合し再利用をしている。
【００５６】
ところで、本実施例の回転子３０では、鉄心支持基体３６の軸方向の外側に、内径側から放射状に伸びる６枚の冷却フィン７１が形成されている。鉄心支持基体３６は回転子３０の軸方向中央部に位置し、鉄心支持基体３６を挟んでコア部８１側とキャビティ部８２側とが対称の構造となっている。冷却フィン７１については、鉄心支持基体３６を挟んだ軸方向において、空気の圧力差を設けて空気を循環させるため、冷却フィン７１は片側にのみ設置しており、本実施例ではキャビティ部８２側に設置している。
【００５７】
金型を開く時の金型と成形体（以下ワークとよぶ）との間の摩擦抵抗を、離型抵抗と呼び、通常、離型抵抗はコア部８１側が大きくなるように設定し、ワークが金型開き時にコア部８１側に残り、取り出しやすくしている。しかし本実施例においては、前述したように冷却フィン７１をキャビティ部８２側に設置したため、キャビティ部８２側の離型抵抗が大きく、ワークがキャビティ部８２側の金型内に残った状態で金型が開く現象が発生しやすい。また、通常、キャビティ部８２側にはワーク排出用の突き出しピン８０を設定していないため、キャビティ部８２側にワークが残った場合には取り出せなくなる問題がある。
【００５８】
そこで、本実施例においては、図１１に示す回転子の断面図のように、冷却フィン７１設置面と逆の面、具体的には、ボス部３７よりも軸方向内側の領域であって鉄心支持基体３６の内径側、に円環状のアンダーカット部８４を設ける。このように、ボス部３７よりコア部８１側の二次モールドの内周面にアンダーカット部８４を設けることで、コア部８１側の離型抵抗が、キャビティ部８２側より大きくなる。その結果、前述した問題点、すなわちワークがキャビティ部８２側に残るという問題が発生に難くなり、ワークがコア部８１側に留まるようになるため、ワークを取り出しやすい。
【００５９】
このアンダーカット部８４の突出寸法は大き過ぎると、コア部８１側に留まっても、突き出しピン８０で排出できなくなる可能性や、突き出せたとしても、樹脂部が変形しながら排出するため部分的に割れが生じやすくなるなどの問題があり。また、逆に小さ過ぎても、ワークがキャビティ部８２側に残ってしまうので、適正量が重要となる。なお本実施例においては、その突出量を０．５mm程度としている。
【００６０】
本実施例における冷却フィン７１の効果は後で詳述するが、従来構造品の回転子、つまり鉄心支持基体３６をボス部３７と同様に軸方向の外側端に配置した場合と比べて、冷却フィン７１の冷却効果が約２倍になることが、ドラム式洗濯乾燥機の実機組み込時における、電機子巻線の温度上昇試験において確認されている。この効果の要因は、従来構造品と異なり、図５に示すように冷却フィン７１を、軸方向の起点が鉄心支持基体３６側となるようにし、軸方向の終点がボス部３７（樹脂で覆われた部分を含む）側となるようにし、冷却フィン７１の形状を大きくした点にあると考えられる。なお、図５の構造に限らず、冷却フィン７１の軸方向の終点（外側端）が、回転子鉄心３１の軸方向の外側端よりも、外側に位置していれば、冷却フィン７１をある程度大きくでき、十分な冷却効果を達成できる。
【００６１】
図１５は、洗濯サイクルを連続運転した場合における、固定子の電機子巻線の各サイクルでの最高温度を記録したものである。ここで洗濯サイクルとは、洗濯、排水、すすぎ、脱水の一連の工程を一つのサイクルとして運転評価するものであり、図１５では連続して４サイクル行った結果を表している。
【００６２】
固定子の電機子巻線の温度推移を簡単に説明すると、洗濯工程では低速回転で高トルクのため、電流値が大きく、電機子巻線の発熱量も多い。次に排水工程では、モータは停止しているので電機子巻線に電流は流れず、電機子巻線の温度は下降する。そして給水を行った後、すすぎ工程では洗濯工程と同じく低回転速度で高トルクのため電流値が大きく電機子巻線の温度が上昇する。排水工程の後、脱水工程へ推移するが、脱水工程は高速回転で洗濯工程に比べると低トルクのため電流値は小さく、電機子巻線の発熱量は小さい。脱水工程では高速で回転子３０が回転するので、冷却フィン７１が作用し駆動部組内の空気が循環されるので、電機子巻線の温度が低下する。脱水工程の最後に制動運転をして停止するが、この時の制動電流により、電機子巻線の温度は上昇する。
【００６３】
さて従来構造品の回転子において、前述の連続運転を４サイクル行った結果、最高温度は冷却フィン７１が付いた状態で９０．３℃であり、冷却フィン７１のない状態で行った結果は９４．４℃であった。これより従来構造における冷却フィン７１の効果は−４．１℃であることが分かる。
【００６４】
次に本実施例の回転子において、同じく連続運転を４サイクル行った結果、最高温度は冷却フィン７１が付いた状態で８６．７℃であり、冷却フィン７１のない状態においては９５．６℃であった。これより本実施例構造における冷却フィン７１の効果は−８．９℃であり、従来構造品に対して２倍以上の冷却効果があることが、この実験により確認できた。
【００６５】
冷却効果が向上すると、電機子巻線の温度が下がるため、電機子巻線に流す電流を増やすことができる。つまりモータ定数が同一であるならば、電流を増やして出力トルクを増やすことができる。一方トルクが充分足りている場合には、電機子巻線のターン数を減らすことができ、コストを低減できる。
【００６６】
またターン数を減らす場合には、固定子コアのスロット部に占める巻線割合が低下するため電機子巻線の線径を太くすることも可能となり、この場合は巻線抵抗が減るので、導体損失が低減し、消費電力が低減する。
【符号の説明】
【００６７】
３０：回転子
３１：回転子鉄心
３２：永久磁石片
３３：樹脂材（合成樹脂層）
３４：樹脂材（合成樹脂層）
３５：樹脂肉盛り部
３６：鉄心支持基体（ロータヨーク）
３７：ボス部（ロータボス）
３８ａ：空孔
３９ａ：鍵穴形状の凹部
４０、４１：空隙
５１：円環状の一次モールド体
６０：外側着磁ヨーク
６１：内側着磁ヨーク
７０：内周側壁面樹脂
７１：冷却フィン
７２：空隙部（固定子回転子間）
７３：肉盗み部
７４：外周方向壁面（冷却フィン）
８０：突き出しピン
８１：成型金型の固定側（コア部）
８２：成形金型の可動側（キャビティ部）
８３：スプルーランナー
８４：アンダーカット部
Ｄ：二次モールド体
【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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【図１４】
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【図１５】
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