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JPWO2008126408A1 - Drum washing machine - Google Patents

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JPWO2008126408A1
JPWO2008126408A1 JP2009508916A JP2009508916A JPWO2008126408A1 JP WO2008126408 A1 JPWO2008126408 A1 JP WO2008126408A1 JP 2009508916 A JP2009508916 A JP 2009508916A JP 2009508916 A JP2009508916 A JP 2009508916A JP WO2008126408 A1 JPWO2008126408 A1 JP WO2008126408A1
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JP
Japan
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rotor
washing machine
motor
drum
stator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2009508916A
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Japanese (ja)
Inventor
祐一 吉川
祐一 吉川
虎 李
虎 李
昌彦 森崎
昌彦 森崎
村上 浩
浩 村上
裕一郎 田代
裕一郎 田代
佳生 小林
佳生 小林
猛 古和
猛 古和
幸典 中川
幸典 中川
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Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • D06FLAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F37/00Details specific to washing machines covered by groups D06F21/00 - D06F25/00
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

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。The drum type washing machine of the present invention is a direct drive type washing machine including a washing machine casing, a rotating drum having a drum rotating shaft in a horizontal direction or an inclined direction, and a motor for driving the rotating drum. This motor includes a twin rotor including a stator wound with a toroidal winding and a first mold resin, an outer rotor, an inner rotor, and a second mold resin for integrally molding them. With.

Description

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。   The present invention relates to a direct drive type drum-type washing machine including a rotating drum having a rotation center axis in a horizontal direction or an inclination direction and a motor for driving the rotating drum.

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。   In recent automatic washing machines, a direct drive drum washing machine with a drying function has become mainstream. Since the motor that drives the rotating drum of the washing machine directly drives the rotating drum without using a gear, low speed and high torque during washing (from 10 rpm to 100 rpm, 10 N · m or more) and high speed and low torque during dehydration ( 1000 rpm or more) must be realized at the same time. Further, since the speed is very low during washing, it is necessary to reduce the cogging torque of the motor that greatly affects the vibration and noise of the washing machine.

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。   As a technique for realizing such a motor that outputs low speed and high torque, a motor for a washing machine as described in Patent Document 1 and Patent Document 2 is known. The washing machine motor described in these patent documents includes a stator and a rotor disposed on the outer periphery of the stator. However, as described in Patent Document 1, in order to produce a large torque with a motor having only one stator and only one rotor, the amount of coils wound around the stator is increased, or the magnet strength of the rotor is increased. Have to do. For this reason, the problem that the volume became large as a whole occurred. Furthermore, the washing machine motor described in Patent Literature 1 includes a coil wound around the stator by a concentrated winding method. For this reason, radial force will become large compared with the motor provided with the coil wound by the distributed winding system. As a result, there has been a problem that noise and vibration during driving increase.

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。   In order to solve the above problem, a motor as described in Patent Document 2 has been proposed. The motor described in Patent Document 2 includes a hollow cylindrical stator having coils wound around teeth by a concentrated winding method, and an inner side arranged with a uniform gap with respect to the inner peripheral surface of the stator. And a rotor and an outer rotor disposed with a uniform gap with respect to the outer peripheral surface of the stator. The motor described in Patent Document 2 having such a configuration can use the force caused by the magnetic flux of the inner rotor and the force caused by the magnetic flux of the outer rotor. For this reason, it is possible to increase the output density and output a large torque while being small.

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。   However, the motor described in Patent Document 2 also includes a coil wound by the concentrated winding method, and thus the radial force increases. As a result, there has been a problem that vibration and noise during driving increase.

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。
特開2007−089282号公報 特表2005−521378号公報
As described above, the drum type washing machine equipped with the washing machine motor described in Patent Document 1 and Patent Document 2 has a problem that it is difficult to simultaneously realize high capacity, compactness, and low noise. Was.
JP 2007-089282 A JP-T-2005-521378

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。   The drum type washing machine of the present invention has the following configuration. A washing machine housing having an opening for taking in and out laundry, a rotating drum having a drum rotating shaft in a horizontal direction or an inclined direction with respect to the housing, and a motor for driving the rotating drum. The rotating shaft is a direct drive type washing machine directly connected to the motor shaft.

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。   The stator of the motor includes an annular stator yoke, a plurality of outer teeth projecting from the stator yoke in the outer circumferential direction, a plurality of inner teeth projecting from the stator yoke in the inner circumferential direction by the same number as the outer teeth, A plurality of outer slots configured between the teeth and a plurality of inner slots configured between the inner teeth are included. The stator further includes a coil connected in a three-phase star or delta shape to a stator yoke between the outer slot and the inner slot and wound in a toroidal winding form, a stator yoke, an outer slot, an inner slot, and a coil. And a first mold resin that is integrally molded.

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。   Further, the rotor of this motor is a twin type rotor, and is arranged with a predetermined air gap facing the outer teeth and a predetermined air gap facing the inner teeth. An inner rotor, a second molding resin that integrally molds the outer rotor and the inner rotor, and a motor shaft coupled to the outer rotor and the inner rotor.

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。   The drum type washing machine of the present invention with this configuration can increase the washing capacity to the limit while being small, reduce vibration and noise, and can realize quietness that can withstand night driving. . Further, the waterproof / drip-proof performance can be improved, and a highly reliable washing machine can be realized.

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。FIG. 1 is a cross-sectional view of a drum type washing machine according to an embodiment of the present invention. 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。FIG. 2 is a perspective view of the motor 5 of the drum type washing machine according to the embodiment of the present invention. 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。FIG. 3 is an explanatory perspective view showing the stator and rotor of the motor 5 of the same exploded. 図4は同上の異なる方向から見た説明用斜視図である。FIG. 4 is an explanatory perspective view as seen from a different direction. 図5は同上のモータ5の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the motor 5 described above. 図6は図5における6−6断面を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a 6-6 cross section in FIG. 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。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the tooth tip width and the cogging torque in the motor 5 described above. 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。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the rotational position (electrical angle) of the rotor and the induced voltage in the motor 5 described above. 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。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the rotational position (electrical angle) of the rotor and the radial force in the motor 5 described above. 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。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the rotor rotational position (electrical angle) and the cogging torque in the motor 5 described above. 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。FIG. 11 is a graph showing the motor output density for each motor type in the motor 5 described above. 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。FIG. 12 is a graph showing the relationship between the number of poles and the torque constant in the motor 5 described above. 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。FIG. 13 is a diagram schematically showing a state of a current flowing through the coil 15 in the motor 5 described above.

符号の説明Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Washing machine housing | casing 1a Opening part 2 Rotating drum 3 Water receiving tank 4 Drum rotating shaft 5 Motor 9 Lid 10 Stator 11 Stator core 12 Outer teeth 13 Inner teeth 14 Stator yoke 15 Coil 16 Outer slot 17 Inner slot 18 Through hole 20 Inner rotor 21 inner rotor yoke 22 inner permanent magnet 30 outer rotor 31 outer rotor yoke 32 outer permanent magnet 41 first surface 42 second surface 51 first mold resin 52 second mold resin 60 mounting portion 61 motor shaft 62 rib 64 air hole 65 Projection 71 Straight line connecting the center of rotation of the outer teeth and the center of rotation of the inner teeth 72 Center arc of the stator yoke

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。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a drum type washing machine according to an embodiment of the present invention.

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。   In the washing machine casing 1 of the drum type washing machine, a bottomed cylindrical water receiving tub 3 is disposed in a state of being inclined downward from the front side of the main body 1 toward the back side. The water receiving tub 3 supports the bottomed cylindrical rotary drum 2 on the inner side thereof so that the drum rotary shaft 4 is inclined downward from the front side to the back side of the washing machine casing 1. is doing.

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。   On the front side of the washing machine casing 1, an opening 1a for taking in and out the laundry is formed. The opening 1a is provided with a lid 9 made of a material such as glass for opening and closing the opening 1a.

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。   A motor shaft 61 of the motor 5 is directly connected to the outer side of the bottom of the water receiving tank 3 on the same axis as the drum rotating shaft 4 of the rotating drum 2. The motor 5 can control the rotation speed and the rotation direction of the rotary drum 2. In the motor 5, an attachment portion 60 (described later) formed on the outer peripheral portion of the motor 5 is fixed to the water receiving tank 3 by attachment means such as a screw (not shown).

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。   FIG. 2 is a perspective view of the motor 5 of the drum type washing machine according to the embodiment of the present invention. FIGS. 3 and 4 are exploded perspective views showing the stator 10 of the motor 5 and the twin rotor including the inner rotor 20 and the outer rotor 30. 3 and 4 are perspective views as seen from different directions.

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。   The motor 5 includes a stator 10, an inner rotor 20 that faces the inner diameter side of the stator 10, and an outer rotor 30 that faces the outer diameter side.

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。   The substantially entire surface of the stator 10 is covered with the first mold resin 51. Further, the inner rotor 20 and the outer rotor 30 are integrally formed with the second mold resin 52. Five attachment portions 60 are formed on the outer peripheral portion of the stator 10 so as to be arranged at uniform intervals in the rotation direction. The first mold resin 51 of the stator 10 and the second mold resin 52 of the rotor are each integrally formed by being inserted into a resin mold.

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。   A plurality of air holes 64 penetrating in the direction of the motor shaft 61 are formed in the second mold resin 52 of the rotor. The second mold resin 52 is provided with a plurality of convex portions 65 at portions facing the stator 10 and the motor shaft 61. For this reason, when the inner rotor 20 and the outer rotor 30 rotate, the heat generated from the stator 10 is agitated. Then, hot air in the rotational direction is generated between the stator 10, the inner rotor 20 and the outer rotor 30. This hot air flows out from the air holes 64, and heat in the motor 5 is released. Further, a plurality of ribs 62 are provided on the back side of the second mold resin 52. For this reason, the required intensity | strength can be ensured, reducing the amount of mold resin.

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。   5 is a sectional view of the motor 5, and FIG. 6 is a sectional view showing a section 6-6 in FIG. The stator core 11 constituting the stator 10 includes a substantially annular stator yoke 14, outer teeth 12 projecting from the stator yoke 14 in the outer circumferential direction, and inner teeth projecting from the stator yoke 14 in the same number as the outer teeth 12. 13 and. In the stator core 11, an outer slot 16 is formed between the outer teeth 12, and an inner slot 17 is formed between the inner teeth 13. The stator 10 further includes a plurality of coils 15 in a toroidal winding system connected in a three-phase star or delta shape, and wound around the stator yoke 14 between the outer slot 16 and the inner slot 17 in a concentrated winding system. Has been.

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)。   Here, in the motor 5 according to this embodiment, the number of poles of the inner rotor 20 and the number of poles of the outer rotor 30 are both 20, and the number of slots is 12 slots. As described above, by using a combination of 20 poles and 12 slots, as will be described in detail later, it is possible to realize an effect equivalent to the distributed winding in the winding arrangement (see FIG. 8).

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。   As described above, the stator 10 is integrally formed with the first molding resin 51 after winding the coil 15. This is for fixing the coil 15 to the stator core 11 and for preventing moisture and drip. In particular, since the motor 5 is used in a washing machine, it is particularly important to improve moisture resistance and drip-proof performance. Further, in the case where the first molding resin 51 is integrally molded as described above, the molding resin 51 absorbs vibration, and the effect of reducing the vibration and noise of the entire washing machine can be expected.

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。   The stator yoke 14 of the stator core 11 is formed with a plurality of through holes 18 penetrating in the axial direction. When the coil 15 is integrally formed with the first molding resin 51, the outer slot 16, the inner slot 17, the first surface 41 of the stator yoke 14 (the upper side in FIG. 6), and the second surface 42 of the stator yoke 14. (The lower side in FIG. 6) and the through hole 18 are filled with the mold resin 51. With such a configuration, the first mold resin 51 on the first surface 41 of the stator yoke 14 and the first mold resin 51 on the second surface 42 are filled in the through hole 18. They are connected by the mold resin 51. Therefore, even if the first mold resin 51 on the first surface 41 and the first mold resin 51 on the second surface 42 are formed to be thin for motor miniaturization, the through hole 18 is filled. Since the mold resin 51 is connected, peeling can be prevented. Note that the mounting portion 60 is formed on the second surface 42 by the first mold resin 51.

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。   The through hole 18 is provided at the intersection of a straight line 71 connecting the center of the outer teeth 12 in the rotational direction and the center of the inner teeth 13 in the rotational direction and passing through the center of rotation and the central arc 72 of the stator yoke 14. The cross-sectional shape of the through hole 18 is preferably circular or elliptical. This is because the fluidity of the mold resin material is improved with this shape.

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。   Further, the through hole 18 preferably has a radial length of 0.5 ± 10% with respect to the radial length of the stator yoke 14. This is because if the value is larger than this value, the stator yoke 14 may be magnetically saturated and the motor torque may be reduced. If the value is smaller than this value, the fluidity of the mold resin is deteriorated during molding, and the strength is increased. It is because it falls. The cross-sectional shape of the through-hole 18 is not limited to a circle or an ellipse, and a quadrangle, a rectangle, a triangle, or the like can be appropriately employed.

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。   The first mold resin 51 and the second mold resin 52 are preferably unsaturated polyester resins containing a filler. This is because the fluidity during molding and the strength after molding are excellent.

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。   FIG. 7 is a graph showing the relationship between the tooth tip width and the cogging torque. The broken line in the figure shows the relationship between the tooth tip width of the inner teeth 13 and the cogging torque when it is assumed that only the inner rotor 20 exists. The solid line indicates the relationship between the tooth tip width of the outer teeth 12 and the cogging torque when it is assumed that only the outer rotor 30 exists.

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。   It can be seen from FIG. 7 that the tooth tip width must be increased in order to minimize the cogging torque. In particular, in FIG. 7, the cogging torque decreases near 14.5 deg and near 19.3 deg. In such a case, since the length of the slot opening (the distance between adjacent teeth in the maximum width portion of the teeth) is reduced, the amount of the first mold resin 51 filled in the slot opening portion is also reduced. However, in this embodiment, the first mold resin 51 filled in the plurality of through-holes 18 penetrating in the axial direction in the stator yoke 14 is the same as the first mold resin 51 on the first surface 41 and the first mold resin 51. The first mold resin 51 on the second surface 42 is coupled. Thereby, even if the quantity of the 1st mold resin 51 with which a slot open part is filled decreases, the firm adhering force with respect to the stator core 11 of the 1st mold resin 51 is realizable.

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。   An outer rotor 30 is disposed facing the outer teeth 12 via a predetermined air gap. Similarly, the inner rotor 20 is disposed through a predetermined air gap so as to face the inner teeth 13.

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。   The outer rotor 30 includes an outer rotor yoke 31 and a plurality of outer permanent magnets 32 embedded in the outer rotor yoke 31. The outer rotor yoke 31 is laminated with magnetic steel sheets punched into a predetermined shape, and constitutes a magnetic circuit.

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。   Similarly, the inner rotor 20 includes an inner rotor yoke 21 and a plurality of inner permanent magnets 22 embedded in the inner rotor yoke 21. The inner rotor yoke 21 is laminated with electromagnetic steel plates punched into a predetermined shape, and constitutes a magnetic circuit. Each of the outer rotor 30 and the inner rotor 20 does not include a rotor frame. Therefore, the weight can be reduced and the number of manufacturing steps can be reduced. Furthermore, the volume of the frame can be covered with the second mold resin 52, and vibrations can be absorbed.

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。   The outer permanent magnet 32 and the inner permanent magnet 22 have been described as so-called magnet-embedded types that are embedded in the respective rotor yokes. . However, in order to utilize reluctance torque and achieve higher torque and higher output, either one needs to be a magnet embedded type.

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。   As described above, the outer rotor 30 and the inner rotor 20 are inserted into a resin molding die and integrally molded by the second molding resin 52. The motor shaft 61 is integrally connected. By performing a predetermined energization to the coil 15, the outer rotor 30 and the inner rotor 20 rotate integrally. By adopting an integral configuration of the outer rotor 30 and the inner rotor 20 as described above, the motor 5 can realize higher torque and higher output than a general inner rotor type motor or outer rotor type motor. Can do.

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。   FIG. 8 is a graph showing the relationship between the rotational position (electrical angle) of the rotor and the induced voltage. FIG. 8 shows the result of an experiment conducted with a rotor having a combination of the relationship between the number of slots S and the number of poles S: P = 3: 2N−1 (except when 2N−1 is a multiple of 3). ing.

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。   From FIG. 8, if S: P = 3: 2N−1 (except when 2N−1 is a multiple of 3), a substantially sine wave similar to that of the distributed winding type winding is obtained. It can be confirmed. Since the induced voltage waveform is sinusoidal, the noise and vibration of the motor 5 can be suppressed as in the case of the distributed winding method.

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。   Here, in the case of S: P = 3: 2N−1 (except when 2N−1 is a multiple of 3), the reason for the substantially sine wave is the same as in the case of the distributed winding type winding. Will be described.

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。   FIG. 13 is a diagram schematically showing the state of the current flowing through the coil 15. The coil 15 is sequentially wound in the order of the U phase, the V phase, and the W phase. Further, a reverse current flows through the coils 15 wound in the adjacent slots. That is, when a current flows from the inner slot 17 to the outer slot 16 in a certain U-phase coil 15, a current flows from the outer slot 16 to the inner slot 17 in the adjacent V-phase coil 15. A current from the inner slot 17 toward the outer slot 16 flows through the W-phase coil 15 adjacent to the V-phase coil 15.

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。   Due to such a configuration, a reverse current flows through a certain U-phase coil 15 and the next U-phase coil 15. Therefore, a current indicated by a broken line flows in a pseudo manner. The broken line current flow is the same as the current flow in the distributed winding. Therefore, in the case of S: P = 3: 2N−1 (except when 2N−1 is a multiple of 3), the current flow is the same as in the case of the distributed winding type winding. This is a substantially sine wave similar to the case of the distributed winding type winding.

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。   FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the rotational position (electrical angle) of the rotor and the radial force. The solid line in FIG. 9 indicates the motor (a toroidal winding twin rotor type motor) according to this embodiment. On the other hand, the broken line indicates a distributed winding single rotor type motor.

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。   From FIG. 9, it can be seen that the toroidal winding type twin rotor type motor has a lower radial force than the distributed winding single rotor type motor. This is considered to be because the radial force can be reduced by canceling vibrations between the inner rotor and the outer rotor.

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。   Such an effect of reducing the radial force is particularly effective in the case of a direct drive type washing machine that rotates at a low speed of 10 rpm to 10 rpm during washing. This is because of the low speed rotation, the noise and vibration of the washing machine are likely to be affected by cogging.

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。   FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the rotor rotational position (electrical angle) and cogging torque of a toroidal winding twin rotor type motor. In this figure, the thin broken line indicates the cogging torque due to the inner rotor 20, the thin solid line indicates the cogging torque due to the outer rotor 30, and the thick solid line at the center indicates the cogging torque of the motor 5 as a whole.

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。   In the motor 5 in this embodiment, the inner rotor 20 and the outer rotor 30 are configured to reverse the cogging torque phase of the inner rotor 20 and the cogging torque phase of the outer rotor 30. Further, the peak value of the cogging torque of the inner rotor 20 and the peak value of the cogging torque of the outer rotor 30 are made substantially the same. With such a configuration, as shown in FIG. 10, the cogging torque of the inner rotor 20 and the cogging torque of the outer rotor 30 can be canceled out, and the cogging torque of the entire motor 5 can be greatly reduced.

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。   FIG. 11 is a diagram illustrating the motor output density for each motor type. Here, the output density refers to the output per motor volume. In FIG. 11, A is an inner single rotor type motor, B is an outer single rotor type motor, C is a concentrated winding twin rotor type motor, and D is a toroidal winding twin rotor type motor in the present embodiment. The white portion indicates the output density by the inner rotor, and the hatched portion indicates the output density by the outer rotor.

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。   From FIG. 11, it can be seen that the output density of D is the maximum. Comparing D and A, since D has a smaller inner slot area than A, the output density of the inner rotor decreases. However, since D has an outer rotor, the overall power density exceeds A. From FIG. 11, it can be seen that D has a power density 1.9 times that of A.

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。   Further, when D is compared with B, since D has a smaller outer slot area than B, the output density of the outer rotor decreases. However, since D has an inner rotor, the overall power density exceeds B. From FIG. 11, it can be seen that D has a power density 1.5 times that of B.

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。   From this, it can be seen that the washing machine to which the motor D is applied can increase the washing capacity by 1.9 times compared to the washing machine to which the motor A is applied. It can also be seen that the washing machine to which the motor D is applied can increase the washing capacity by 1.5 times compared with the washing machine to which the motor B is applied. In other words, if D, A, and B have the same output, D can be reduced by 50% than the volume of A, and can be reduced by 35% than the volume of B.

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。   Further, comparing D and C, if the volume of the same rotor yoke is used, the amount of magnetic flux passing through the D rotor yoke exceeds the amount of magnetic flux passing through the C rotor yoke. For this reason, the overall output density of D exceeds C. From FIG. 11, it can be seen that D has a power density 1.4 times that of C.

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。   FIG. 12 is a diagram illustrating the relationship between the number of poles and the torque constant. In FIG. 12, the thick solid line shows the experimental result of a motor having a relationship of S: P = 3: 2N−1 (except when N is a multiple of 3). The thin broken line shows the experimental result of the motor having the conventional general relationship (S: P = 3: 2N). A thin solid line indicates the experimental result of a motor having a relationship other than the above. From FIG. 12, it can be seen that the motor having the relationship of S: P = 3: 2N−1 has an excellent torque constant particularly when the motor exceeds 20 poles. In particular, the combination of the number of slots S = 12, the number of poles P = 20 shown in this embodiment, that is, the relationship of S: P = 3: 5 is preferable.

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。   Since the motor described above includes a stator having a coil wound in a toroidal winding form and a twin rotor type rotor having an outer rotor and an inner rotor, the motor outputs a large torque while being small. And noise and vibration during driving can be reduced. Since the stator yoke, the outer slot, the inner slot, and the first mold resin that integrally mold the coil, and the second mold resin that integrally molds the outer rotor and the inner rotor, Compared to the case of molding using a frame, the weight can be reduced and the number of manufacturing steps can be reduced. Furthermore, the volume of the frame can be covered with the mold resin, and vibrations can be absorbed.

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。   Further, the stator yoke is formed with a plurality of through holes penetrating both end faces thereof, and the stator mold resin integrally forms the stator yoke, the outer slot, the inner slot, the coil and the through hole. The mold resins on both end faces of the two are connected by the mold resin filled in the through holes. Thereby, it can prevent that mold resin which coat | covers a stator peels from a stator.

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。   Furthermore, the number S of slots and the number P of poles have a relationship of S: P = 3: 2N−1, so that the induced voltage waveform becomes a sine wave, so that vibration and noise of the motor can be suppressed.

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。   A drum-type washing machine equipped with this motor is capable of increasing the washing capacity to the limit while being small. In addition, vibration and noise can be reduced, and quietness that can withstand night driving can be realized. Further, the structure in which the main part of the motor is covered with the mold resin can improve the waterproof / drip-proof performance and realize a highly reliable washing machine.

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。   The drum type washing machine according to the present invention is useful as a washing machine that outputs a large torque while being small, and reduces noise and vibration during driving.

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。   The present invention relates to a direct drive type drum-type washing machine including a rotating drum having a rotation center axis in a horizontal direction or an inclination direction and a motor for driving the rotating drum.

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。   In recent automatic washing machines, a direct drive drum washing machine with a drying function has become mainstream. Since the motor that drives the rotating drum of the washing machine directly drives the rotating drum without using a gear, low speed and high torque during washing (from 10 rpm to 100 rpm, 10 N · m or more) and high speed and low torque during dehydration ( 1000 rpm or more) must be realized at the same time. Further, since the speed is very low during washing, it is necessary to reduce the cogging torque of the motor that greatly affects the vibration and noise of the washing machine.

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。   As a technique for realizing such a motor that outputs low speed and high torque, a motor for a washing machine as described in Patent Document 1 and Patent Document 2 is known. The washing machine motor described in these patent documents includes a stator and a rotor disposed on the outer periphery of the stator. However, as described in Patent Document 1, in order to produce a large torque with a motor having only one stator and only one rotor, the amount of coils wound around the stator is increased, or the magnet strength of the rotor is increased. Have to do. For this reason, the problem that the volume became large as a whole occurred. Furthermore, the washing machine motor described in Patent Literature 1 includes a coil wound around the stator by a concentrated winding method. For this reason, radial force will become large compared with the motor provided with the coil wound by the distributed winding system. As a result, there has been a problem that noise and vibration during driving increase.

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。   In order to solve the above problem, a motor as described in Patent Document 2 has been proposed. The motor described in Patent Document 2 includes a hollow cylindrical stator having coils wound around teeth by a concentrated winding method, and an inner side arranged with a uniform gap with respect to the inner peripheral surface of the stator. And a rotor and an outer rotor disposed with a uniform gap with respect to the outer peripheral surface of the stator. The motor described in Patent Document 2 having such a configuration can use the force caused by the magnetic flux of the inner rotor and the force caused by the magnetic flux of the outer rotor. For this reason, it is possible to increase the output density and output a large torque while being small.

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。   However, the motor described in Patent Document 2 also includes a coil wound by the concentrated winding method, and thus the radial force increases. As a result, there has been a problem that vibration and noise during driving increase.

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。   As described above, the drum type washing machine equipped with the washing machine motor described in Patent Document 1 and Patent Document 2 has a problem that it is difficult to simultaneously realize high capacity, compactness, and low noise. Was.

特開2007−089282号公報JP 2007-089282 A 特表2005−521378号公報JP-T-2005-521378

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。   The drum type washing machine of the present invention has the following configuration. A washing machine housing having an opening for taking in and out laundry, a rotating drum having a drum rotating shaft in a horizontal direction or an inclined direction with respect to the housing, and a motor for driving the rotating drum. The rotating shaft is a direct drive type washing machine directly connected to the motor shaft.

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。   The stator of the motor includes an annular stator yoke, a plurality of outer teeth projecting from the stator yoke in the outer circumferential direction, a plurality of inner teeth projecting from the stator yoke in the inner circumferential direction by the same number as the outer teeth, A plurality of outer slots configured between the teeth and a plurality of inner slots configured between the inner teeth are included. The stator further includes a coil connected in a three-phase star or delta shape to a stator yoke between the outer slot and the inner slot and wound in a toroidal winding form, a stator yoke, an outer slot, an inner slot, and a coil. And a first mold resin that is integrally molded.

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。   Further, the rotor of this motor is a twin type rotor, and is arranged with a predetermined air gap facing the outer teeth and a predetermined air gap facing the inner teeth. An inner rotor, a second molding resin that integrally molds the outer rotor and the inner rotor, and a motor shaft coupled to the outer rotor and the inner rotor.

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。   The drum type washing machine of the present invention with this configuration can increase the washing capacity to the limit while being small, reduce vibration and noise, and can realize quietness that can withstand night driving. . Further, the waterproof / drip-proof performance can be improved, and a highly reliable washing machine can be realized.

本発明の実施の形態に係るドラム式洗濯機の断面図Sectional drawing of the drum type washing machine which concerns on embodiment of this invention 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The perspective view of the motor 5 of the drum type washing machine which concerns on embodiment of this invention 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Explanatory perspective view showing the stator and rotor of the motor 5 in the same manner as above 同上の異なる方向から見た説明用斜視図The perspective view for explanation seen from a different direction 同上のモータ5の断面図Sectional view of motor 5 図5における6−6断面を示す断面図Sectional drawing which shows 6-6 cross section in FIG. 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Graph showing relationship between teeth tip width and cogging torque in motor 5 same as above 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The graph which shows the relationship between the rotational position (electrical angle) of a rotor in the motor 5 same as the above, and an induced voltage. 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The graph which shows the relationship between the rotational position (electrical angle) of a rotor and radial force in the motor 5 same as the above. 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The graph which shows the relationship between the rotor rotational position (electrical angle) and cogging torque in the motor 5 same as the above. 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The graph which shows the output density of the motor in the motor 5 same as the above for each motor type 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Graph showing the relationship between the number of poles and the torque constant in the motor 5 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The figure which shows typically the mode of the electric current which flows into the coil 15 in the motor 5 same as the above.

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。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a drum type washing machine according to an embodiment of the present invention.

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。   In the washing machine casing 1 of the drum type washing machine, a bottomed cylindrical water receiving tub 3 is disposed in a state of being inclined downward from the front side of the main body 1 toward the back side. The water receiving tub 3 supports the bottomed cylindrical rotary drum 2 on the inner side thereof so that the drum rotary shaft 4 is inclined downward from the front side to the back side of the washing machine casing 1. is doing.

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。   On the front side of the washing machine casing 1, an opening 1a for taking in and out the laundry is formed. The opening 1a is provided with a lid 9 made of a material such as glass for opening and closing the opening 1a.

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。   A motor shaft 61 of the motor 5 is directly connected to the outer side of the bottom of the water receiving tank 3 on the same axis as the drum rotating shaft 4 of the rotating drum 2. The motor 5 can control the rotation speed and the rotation direction of the rotary drum 2. In the motor 5, an attachment portion 60 (described later) formed on the outer peripheral portion of the motor 5 is fixed to the water receiving tank 3 by attachment means such as a screw (not shown).

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。   FIG. 2 is a perspective view of the motor 5 of the drum type washing machine according to the embodiment of the present invention. FIGS. 3 and 4 are exploded perspective views showing the stator 10 of the motor 5 and the twin rotor including the inner rotor 20 and the outer rotor 30. 3 and 4 are perspective views as seen from different directions.

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。   The motor 5 includes a stator 10, an inner rotor 20 that faces the inner diameter side of the stator 10, and an outer rotor 30 that faces the outer diameter side.

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。   The substantially entire surface of the stator 10 is covered with the first mold resin 51. Further, the inner rotor 20 and the outer rotor 30 are integrally formed with the second mold resin 52. Five attachment portions 60 are formed on the outer peripheral portion of the stator 10 so as to be arranged at uniform intervals in the rotation direction. The first mold resin 51 of the stator 10 and the second mold resin 52 of the rotor are each integrally formed by being inserted into a resin mold.

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。   A plurality of air holes 64 penetrating in the direction of the motor shaft 61 are formed in the second mold resin 52 of the rotor. The second mold resin 52 is provided with a plurality of convex portions 65 at portions facing the stator 10 and the motor shaft 61. For this reason, when the inner rotor 20 and the outer rotor 30 rotate, the heat generated from the stator 10 is agitated. Then, hot air in the rotational direction is generated between the stator 10, the inner rotor 20 and the outer rotor 30. This hot air flows out from the air hole 64 and heat in the motor 5 is released. Further, a plurality of ribs 62 are provided on the back side of the second mold resin 52. For this reason, the required intensity | strength can be ensured, reducing the amount of mold resin.

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。   5 is a sectional view of the motor 5, and FIG. 6 is a sectional view showing a section 6-6 in FIG. The stator core 11 constituting the stator 10 includes a substantially annular stator yoke 14, outer teeth 12 projecting from the stator yoke 14 in the outer circumferential direction, and inner teeth projecting from the stator yoke 14 in the same number as the outer teeth 12. 13 and. In the stator core 11, an outer slot 16 is formed between the outer teeth 12, and an inner slot 17 is formed between the inner teeth 13. The stator 10 further includes a plurality of coils 15 in a toroidal winding system connected in a three-phase star or delta shape, and wound around the stator yoke 14 between the outer slot 16 and the inner slot 17 in a concentrated winding system. Has been.

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)。   Here, in the motor 5 according to this embodiment, the number of poles of the inner rotor 20 and the number of poles of the outer rotor 30 are both 20, and the number of slots is 12 slots. As described above, by using a combination of 20 poles and 12 slots, as will be described in detail later, it is possible to realize an effect equivalent to the distributed winding in the winding arrangement (see FIG. 8).

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。   As described above, the stator 10 is integrally formed with the first molding resin 51 after winding the coil 15. This is for fixing the coil 15 to the stator core 11 and for preventing moisture and drip. In particular, since the motor 5 is used in a washing machine, it is particularly important to improve moisture resistance and drip-proof performance. Further, in the case where the first molding resin 51 is integrally molded as described above, the molding resin 51 absorbs vibration, and the effect of reducing the vibration and noise of the entire washing machine can be expected.

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。   The stator yoke 14 of the stator core 11 is formed with a plurality of through holes 18 penetrating in the axial direction. When the coil 15 is integrally formed with the first molding resin 51, the outer slot 16, the inner slot 17, the first surface 41 of the stator yoke 14 (the upper side in FIG. 6), and the second surface 42 of the stator yoke 14. (The lower side in FIG. 6) and the through hole 18 are filled with the mold resin 51. With such a configuration, the first mold resin 51 on the first surface 41 of the stator yoke 14 and the first mold resin 51 on the second surface 42 are filled in the through hole 18. They are connected by the mold resin 51. Therefore, even if the first mold resin 51 on the first surface 41 and the first mold resin 51 on the second surface 42 are formed to be thin for motor miniaturization, the through hole 18 is filled. Since the mold resin 51 is connected, peeling can be prevented. Note that the mounting portion 60 is formed on the second surface 42 by the first mold resin 51.

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。   The through hole 18 is provided at the intersection of a straight line 71 connecting the center of the outer teeth 12 in the rotational direction and the center of the inner teeth 13 in the rotational direction and passing through the center of rotation and the central arc 72 of the stator yoke 14. The cross-sectional shape of the through hole 18 is preferably circular or elliptical. This is because the fluidity of the mold resin material is improved with this shape.

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。   Further, the through hole 18 preferably has a radial length of 0.5 ± 10% with respect to the radial length of the stator yoke 14. This is because if the value is larger than this value, the stator yoke 14 may be magnetically saturated and the motor torque may be reduced. If the value is smaller than this value, the fluidity of the mold resin is deteriorated during molding, and the strength is increased. It is because it falls. The cross-sectional shape of the through-hole 18 is not limited to a circle or an ellipse, and a quadrangle, a rectangle, a triangle, or the like can be appropriately employed.

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。   The first mold resin 51 and the second mold resin 52 are preferably unsaturated polyester resins containing a filler. This is because the fluidity during molding and the strength after molding are excellent.

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。   FIG. 7 is a graph showing the relationship between the tooth tip width and the cogging torque. The broken line in the figure shows the relationship between the tooth tip width of the inner teeth 13 and the cogging torque when it is assumed that only the inner rotor 20 exists. The solid line indicates the relationship between the tooth tip width of the outer teeth 12 and the cogging torque when it is assumed that only the outer rotor 30 exists.

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。   It can be seen from FIG. 7 that the tooth tip width must be increased in order to minimize the cogging torque. In particular, in FIG. 7, the cogging torque decreases near 14.5 deg and near 19.3 deg. In such a case, since the length of the slot opening (the distance between adjacent teeth in the maximum width portion of the teeth) is reduced, the amount of the first mold resin 51 filled in the slot opening portion is also reduced. However, in this embodiment, the first mold resin 51 filled in the plurality of through-holes 18 penetrating in the axial direction in the stator yoke 14 is the same as the first mold resin 51 on the first surface 41 and the first mold resin 51. The first mold resin 51 on the second surface 42 is coupled. Thereby, even if the quantity of the 1st mold resin 51 with which a slot open part is filled decreases, the firm adhering force with respect to the stator core 11 of the 1st mold resin 51 is realizable.

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。   An outer rotor 30 is disposed facing the outer teeth 12 via a predetermined air gap. Similarly, the inner rotor 20 is disposed through a predetermined air gap so as to face the inner teeth 13.

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。   The outer rotor 30 includes an outer rotor yoke 31 and a plurality of outer permanent magnets 32 embedded in the outer rotor yoke 31. The outer rotor yoke 31 is laminated with magnetic steel sheets punched into a predetermined shape, and constitutes a magnetic circuit.

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。   Similarly, the inner rotor 20 includes an inner rotor yoke 21 and a plurality of inner permanent magnets 22 embedded in the inner rotor yoke 21. The inner rotor yoke 21 is laminated with electromagnetic steel plates punched into a predetermined shape, and constitutes a magnetic circuit. Each of the outer rotor 30 and the inner rotor 20 does not include a rotor frame. Therefore, the weight can be reduced and the number of manufacturing steps can be reduced. Furthermore, the volume of the frame can be covered with the second mold resin 52, and vibrations can be absorbed.

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。   The outer permanent magnet 32 and the inner permanent magnet 22 have been described as so-called magnet-embedded types that are embedded in the respective rotor yokes. . However, in order to utilize reluctance torque and achieve higher torque and higher output, either one needs to be a magnet embedded type.

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。   As described above, the outer rotor 30 and the inner rotor 20 are inserted into a resin molding die and integrally molded by the second molding resin 52. The motor shaft 61 is integrally connected. By performing a predetermined energization to the coil 15, the outer rotor 30 and the inner rotor 20 rotate integrally. By adopting an integral configuration of the outer rotor 30 and the inner rotor 20 as described above, the motor 5 can realize higher torque and higher output than a general inner rotor type motor or outer rotor type motor. Can do.

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。   FIG. 8 is a graph showing the relationship between the rotational position (electrical angle) of the rotor and the induced voltage. FIG. 8 shows the result of an experiment conducted with a rotor having a combination of the relationship between the number of slots S and the number of poles S: P = 3: 2N−1 (except when 2N−1 is a multiple of 3). ing.

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。   From FIG. 8, if S: P = 3: 2N−1 (except when 2N−1 is a multiple of 3), a substantially sine wave similar to that of the distributed winding type winding is obtained. It can be confirmed. Since the induced voltage waveform is sinusoidal, the noise and vibration of the motor 5 can be suppressed as in the case of the distributed winding method.

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。   Here, in the case of S: P = 3: 2N−1 (except when 2N−1 is a multiple of 3), the reason for the substantially sine wave is the same as in the case of the distributed winding type winding. Will be described.

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。   FIG. 13 is a diagram schematically showing the state of the current flowing through the coil 15. The coil 15 is sequentially wound in the order of the U phase, the V phase, and the W phase. Further, a reverse current flows through the coils 15 wound in the adjacent slots. That is, when a current flows from the inner slot 17 to the outer slot 16 in a certain U-phase coil 15, a current flows from the outer slot 16 to the inner slot 17 in the adjacent V-phase coil 15. A current from the inner slot 17 toward the outer slot 16 flows through the W-phase coil 15 adjacent to the V-phase coil 15.

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。   Due to such a configuration, a reverse current flows through a certain U-phase coil 15 and the next U-phase coil 15. Therefore, a current indicated by a broken line flows in a pseudo manner. The broken line current flow is the same as the current flow in the distributed winding. Therefore, in the case of S: P = 3: 2N−1 (except when 2N−1 is a multiple of 3), the current flow is the same as in the case of the distributed winding type winding. This is a substantially sine wave similar to the case of the distributed winding type winding.

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。   FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the rotational position (electrical angle) of the rotor and the radial force. The solid line in FIG. 9 indicates the motor (a toroidal winding twin rotor type motor) according to this embodiment. On the other hand, the broken line indicates a distributed winding single rotor type motor.

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。   From FIG. 9, it can be seen that the toroidal winding type twin rotor type motor has a lower radial force than the distributed winding single rotor type motor. This is considered to be because the radial force can be reduced by canceling vibrations between the inner rotor and the outer rotor.

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。   Such an effect of reducing the radial force is particularly effective in the case of a direct drive type washing machine that rotates at a low speed of 10 rpm to 10 rpm during washing. This is because of the low speed rotation, the noise and vibration of the washing machine are likely to be affected by cogging.

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。   FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the rotor rotational position (electrical angle) and cogging torque of a toroidal winding twin rotor type motor. In this figure, the thin broken line indicates the cogging torque due to the inner rotor 20, the thin solid line indicates the cogging torque due to the outer rotor 30, and the thick solid line at the center indicates the cogging torque of the motor 5 as a whole.

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。   In the motor 5 in this embodiment, the inner rotor 20 and the outer rotor 30 are configured to reverse the cogging torque phase of the inner rotor 20 and the cogging torque phase of the outer rotor 30. Further, the peak value of the cogging torque of the inner rotor 20 and the peak value of the cogging torque of the outer rotor 30 are made substantially the same. With such a configuration, as shown in FIG. 10, the cogging torque of the inner rotor 20 and the cogging torque of the outer rotor 30 can be canceled out, and the cogging torque of the entire motor 5 can be greatly reduced.

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。   FIG. 11 is a diagram illustrating the motor output density for each motor type. Here, the output density refers to the output per motor volume. In FIG. 11, A is an inner single rotor type motor, B is an outer single rotor type motor, C is a concentrated winding twin rotor type motor, and D is a toroidal winding twin rotor type motor in the present embodiment. The white portion indicates the output density by the inner rotor, and the hatched portion indicates the output density by the outer rotor.

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。   From FIG. 11, it can be seen that the output density of D is the maximum. Comparing D and A, since D has a smaller inner slot area than A, the output density of the inner rotor decreases. However, since D has an outer rotor, the overall power density exceeds A. From FIG. 11, it can be seen that D has a power density 1.9 times that of A.

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。   Further, when D is compared with B, since D has a smaller outer slot area than B, the output density of the outer rotor decreases. However, since D has an inner rotor, the overall power density exceeds B. From FIG. 11, it can be seen that D has a power density 1.5 times that of B.

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。   From this, it can be seen that the washing machine to which the motor D is applied can increase the washing capacity by 1.9 times compared to the washing machine to which the motor A is applied. It can also be seen that the washing machine to which the motor D is applied can increase the washing capacity by 1.5 times compared with the washing machine to which the motor B is applied. In other words, if D, A, and B have the same output, D can be reduced by 50% than the volume of A, and can be reduced by 35% than the volume of B.

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。   Further, comparing D and C, if the volume of the same rotor yoke is used, the amount of magnetic flux passing through the D rotor yoke exceeds the amount of magnetic flux passing through the C rotor yoke. For this reason, the overall output density of D exceeds C. From FIG. 11, it can be seen that D has a power density 1.4 times that of C.

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。   FIG. 12 is a diagram illustrating the relationship between the number of poles and the torque constant. In FIG. 12, the thick solid line shows the experimental result of a motor having a relationship of S: P = 3: 2N−1 (except when N is a multiple of 3). The thin broken line shows the experimental result of the motor having the conventional general relationship (S: P = 3: 2N). A thin solid line indicates the experimental result of a motor having a relationship other than the above. From FIG. 12, it can be seen that the motor having the relationship of S: P = 3: 2N−1 has an excellent torque constant particularly when the motor exceeds 20 poles. In particular, the combination of the number of slots S = 12, the number of poles P = 20 shown in this embodiment, that is, the relationship of S: P = 3: 5 is preferable.

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。   Since the motor described above includes a stator having a coil wound in a toroidal winding form and a twin rotor type rotor having an outer rotor and an inner rotor, the motor outputs a large torque while being small. And noise and vibration during driving can be reduced. Since the stator yoke, the outer slot, the inner slot, and the first mold resin that integrally mold the coil, and the second mold resin that integrally molds the outer rotor and the inner rotor, Compared to the case of molding using a frame, the weight can be reduced and the number of manufacturing steps can be reduced. Furthermore, the volume of the frame can be covered with the mold resin, and vibrations can be absorbed.

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。   Further, the stator yoke is formed with a plurality of through holes penetrating both end faces thereof, and the stator mold resin integrally forms the stator yoke, the outer slot, the inner slot, the coil and the through hole. The mold resins on both end faces of the two are connected by the mold resin filled in the through holes. Thereby, it can prevent that mold resin which coat | covers a stator peels from a stator.

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。   Furthermore, the number S of slots and the number P of poles have a relationship of S: P = 3: 2N−1, so that the induced voltage waveform becomes a sine wave, so that vibration and noise of the motor can be suppressed.

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。   A drum-type washing machine equipped with this motor is capable of increasing the washing capacity to the limit while being small. In addition, vibration and noise can be reduced, and quietness that can withstand night driving can be realized. Further, the structure in which the main part of the motor is covered with the mold resin can improve the waterproof / drip-proof performance and realize a highly reliable washing machine.

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。   The drum type washing machine according to the present invention is useful as a washing machine that outputs a large torque while being small, and reduces noise and vibration during driving.

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Washing machine housing | casing 1a Opening part 2 Rotating drum 3 Water receiving tank 4 Drum rotating shaft 5 Motor 9 Lid 10 Stator 11 Stator core 12 Outer teeth 13 Inner teeth 14 Stator yoke 15 Coil 16 Outer slot 17 Inner slot 18 Through hole 20 Inner rotor 21 inner rotor yoke 22 inner permanent magnet 30 outer rotor 31 outer rotor yoke 32 outer permanent magnet 41 first surface 42 second surface 51 first mold resin 52 second mold resin 60 mounting portion 61 motor shaft 62 rib 64 air hole 65 Projection 71 Straight line connecting the center of rotation of the outer teeth and the center of rotation of the inner teeth 72 Center arc of the stator yoke

Claims (12)

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。
A washing machine housing having an opening for taking in and out laundry, a rotating drum having a drum rotating shaft in a horizontal direction or an inclined direction with respect to the washing machine housing, and a motor for driving the rotating drum. In a drum-type washing machine
The drum rotation shaft is a direct drive type washing machine directly connected to the motor shaft of the motor,
The motor includes an annular stator yoke, a plurality of outer teeth projecting from the stator yoke in the outer circumferential direction, a plurality of inner teeth projecting from the stator yoke in the inner circumferential direction in the same number as the outer teeth, A plurality of outer slots formed between the teeth, a plurality of inner slots formed between the inner teeth, and the stator yoke between the outer slots and the inner slots are connected in a three-phase star or delta shape. A stator including a coil wound in a toroidal winding form, and a first mold resin that integrally molds the stator yoke, the outer slot, the inner slot, and the coil;
An outer rotor disposed opposite to the outer teeth via a predetermined air gap, an inner rotor disposed opposite to the inner teeth via a predetermined air gap, the outer rotor and the inner side A drum type washing machine comprising: a twin type rotor including: a second mold resin that integrally molds a rotor; and the outer rotor and the motor shaft coupled to the inner rotor. .
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。 The drum-type washing machine according to claim 1, further comprising a bottomed cylindrical water receiving tub on an outer peripheral side of the rotating drum, wherein the motor is fixed to a bottom portion of the water receiving tub. 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。 The drum-type washing machine according to claim 2, wherein the first mold resin has a plurality of attachment portions, and the attachment portions are fixed to the water receiving tub. 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。 The stator yoke has a plurality of through holes penetrating in the axial direction, and the first molding resin integrally forms the stator yoke, the outer slot, the inner slot, the coil, and the through hole. The drum type washing machine according to claim 1, wherein the drum type washing machine is provided. 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。 5. The drum according to claim 4, wherein the through hole is formed at an intersection of a straight line connecting the rotation center of the outer teeth and the rotation center of the inner teeth and a central arc of the stator yoke. Type washing machine. 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。 The drum-type washing machine according to claim 4, wherein the through hole has a circular or oval cross section. 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。 The drum-type washing machine according to claim 1, wherein the second mold resin has a plurality of air holes penetrating in the direction of the motor shaft. 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。 2. The drum type washing machine according to claim 1, wherein the second mold resin has a plurality of convex portions at a portion facing the stator in the direction of the motor shaft. 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。 The drum-type washing machine according to claim 1, wherein the second mold resin has a plurality of ribs on the back side. 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。
The number of the outer slots and the number of the inner slots are the same number S,
The outer rotor includes an outer rotor yoke and an outer permanent magnet having a pole number P,
The inner rotor includes an inner rotor yoke and an inner permanent magnet having P poles,
If the integer N is greater than or equal to 1 and 2N-1 is a multiple of 3,
The drum type washing machine according to claim 1, wherein the number S of slots and the number P of poles have a relationship of S: P = 3: 2N-1.
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。 11. The drum type washing machine according to claim 10, wherein the number of slots S and the number of poles P are in a relationship of S: P = 3: 5. 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。 The drum type washing machine according to claim 10, wherein at least one of the outer permanent magnet and the inner permanent magnet is embedded in the outer rotor yoke or the inner rotor yoke.
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