滚筒式洗衣机的制作方法

专利名称：滚筒式洗衣机的制作方法
技术领域：
本发明涉及具备在水平方向或倾斜方向具有旋转中心轴的旋转滚 筒及驱动该旋转滚筒的电动机的直接传动方式的滚筒式洗衣机。
背景技术：
近年来，全自动洗衣机中附加干燥功能的直接传动方式的滚筒式 洗衣机成为主流。因为驱动该洗衣机的旋转滚筒的电动机不通过传动 装置直接驱动旋转滚筒，因此需要同时实现洗涤时的低速 高转矩
(10rpm至100rpm、 10N'm以上)及脱水时的高速 低转矩(1000rpm
以上)。另外，因为洗涤时速度非常低，因此需要降低对洗衣机的振 动 噪音有很大影响的电动机的齿槽转矩。
作为实现输出这样的低速 高转矩的电动机的技术，公知专利文 献1及专利文献2所述的洗衣机用电动机。这些专利文献所述洗衣机 用电动机具备定子及配置在定子外周的转子。但是，如专利文献1所 述，为使具备唯一的定子及唯一的转子的电动机输出较大转矩，必须 增加绕线在定子上的线圈量、或增大转子的磁铁强度。因此，产生整 体体积变大的问题。另外，专利文献1所述的洗衣机用电动机具备对 定子通过集中绕组方式绕线的线圈。因此，与具备通过分布绕组方式 绕线的线圈的电动机相比，径向力变大。由此，产生驱动时噪音及振 动增大的问题。
于是，为解除上述问题，人们提出如专利文献2所述的电动机。 该专利文献2所述的电动机具备具有在齿上通过集中绕组方式绕线 的线圈的中空圆筒状定子、相对定子的内周面具有同样间隙配置的内 侧转子、相对定子的外周面具有同样间隙配置的外侧转子。具有这种 结构的专利文献2所述电动机能够利用内侧转子的磁通产生的力及外 侧转子的磁通产生的力。因此，功率密度变大，能够在保持小型的同 时输出较大转矩。但是，在专利文献2所述的电动机中，因为具备以集中绕组方式 绕线的线圈，径向力变大。由此，产生驱动时振动及噪音增大的问题。
这样搭载有如专利文献1及专利文献2所述的洗衣机用电动机的 滚筒式洗衣机具有很难同时实现大容量化、小型化、静音化的问题。 专利文献1:日本特开2007-089282号公报 专利文献2:日本特表2005-521378号公报

发明内容
本发明的滚筒式洗衣机具有如下结构。具有用于取出放入洗涤物 的开口部的洗衣机壳体、相对于该壳体在水平方向或倾斜方向上具有 滚筒旋转轴的旋转滚筒、驱动该旋转滚筒的电动机，是滚筒旋转轴与 电动机轴直接连结的直接驱动方式的洗衣机。
该电动机的定子包含环状定子磁轭，从该定子磁轭向外周方向 突出的多个外侧齿，与该外侧齿数量相同、从定子磁轭向内周方向突 出的多个内侧齿、构成在各外侧齿之间的多个外侧槽、构成在各内侧 齿之间的多个内侧槽。该定子还包含三相星形或三角形结线于外侧 槽与内侧槽之间的定子磁轭、以环形绕组形式绕线的线圈， 一体成形 定子磁轭、外侧槽、内侧槽和线圈的第一模制树脂。
另外，该电动机的转子为双联型转子，包含隔着规定的空隙与 外侧齿相对设置的外侧转子，隔着规定的空隙与内侧齿相对设置的内 侧转子， 一体成形外侧转子与内侧转子的第二模制树脂，结合于外侧 转子和内侧转子的电动机轴。
该结构的本发明的滚筒式洗衣机能够在保持小型的同时将洗涤容 量扩大到极限，并且能够降低振动、噪音，实现耐夜间运转的肃静性。 另外，使防水、防滴性能提高，能够实现高可靠性的洗衣机。


图1是本发明的实施方式涉及的滚筒式洗衣机的截面图。
图2是本发明的实施方式涉及的滚筒式洗衣机的电动机5的立体图。
图3是分解表示同上的电动机5的定子与转子的说明用立体图。
5图4是同上的从不同方向看的说明用立体图。
图5是同上的电动机5的截面图。 图6是表示图5中6-6截面的截面图。
图7是表示同上的电动机5中齿尖端宽度与齿槽转矩的关系的图表。
图8是表示同上的电动机5中转子的旋转位置(电角度)与感应 电压的关系的图表。
图9是表示同上的电动机5中转子的旋转位置(电角度)与径向 力的关系的图表。
图10是表示同上的电动机5中转子的旋转位置(电角度)与齿槽 转矩的关系的图表。
图11是按电动机种类表示同上的电动机5中电动机功率密度的图表。
图12是表示同上的电动机5中极数与转矩常数的关系的图表。 图13是示意地表示同上的电动机5中线圈15中流动的电流的情 况的图。
符号说明
1:洗衣机壳体
la:开口部
2:旋转滚筒 3:盛水桶 4:滚筒旋转轴 5:电动机 9:盖
10:定子
11:定子铁芯
12:外侧齿
13:内侧齿
14:定子磁轭
15:线圈
16:外侧槽17:内侧槽
18:贯通孔
20:内侧转子
2h内侧转子磁轭
22:内侧永久磁铁
30:外侧转子
31:外侧转子磁轭
32:外侧永久磁铁
4h第一面
42:第二面
51:第一模制树脂
52:第二模制树脂
60:安装部
61:电动机轴
62:加强筋
64:风孔
65:凸部
71:连接外侧齿的旋转方向中央与内侧齿的旋转方向中央的直线 72:定子磁轭的中心圆弧
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是本发明的 实施方式涉及的滚筒式洗衣机的截面图。
有底圆筒形盛水桶3以从主体1的正面一侧朝背面一侧向下倾斜 的状态配置在该滚筒式洗衣机的洗衣机壳体1内。该盛水桶3在其内 侧旋转自如地支撑有底圆筒形旋转滚筒2，使其滚筒旋转轴4从洗衣机 壳体1的正面一侧朝背面一侧向下倾斜。
在洗衣机壳体1的正面一侧形成有用于取出放入洗涤物的开口部 la。而开口部la上设有用于开关开口部la的由玻璃等材料构成的盖9。
在盛水桶3的底部外侧，电动机5的电动机轴61直接连结在与旋 转滚筒2的滚筒旋转轴4同样的轴上。通过该电动机5能够控制旋转滚筒2的旋转速度、旋转方向。l亥电动机5通过形成在电动机5外周 部的安装部60 (后述)利用图中未标示的螺钉等安装机构而固定在盛 水桶3上。
图2是本发明的实施方式涉及的滚筒式洗衣机的电动机5的立体 图。另外，图3与图4是分解表示该电动机5的定子10与包含内侧转 子20及外侧转子30的双联型转子的说明用立体图。图3与图4表示 从不同方向看的立体图。
该电动机5由定子IO、与该定子10的内径侧相对的内侧转子20、 与外径侧相对的外侧转子30构成。
定子10几乎全部被第一模制树脂51覆盖。另外，内侧转子20与 外侧转子30由第二模制树脂52 —体成形。在定子10的外周部上，形 成沿旋转方向按相同间隔配置的五个安装部60。这些定子IO的第一模 制树脂51与转子的第二模制树脂52分别通过向树脂成形模具内插入 来进行一体成形。
转子的第二模制树脂52上形成有沿电动机轴61方向贯通的多个 风孔64。另外，在第二模制树脂52的在电动机轴61的方向上与定子 10相对的部分上设有多个凸部65。因此，当内侧转子20及外侧转子 30旋转时，从定子10产生的热受到搅拌。然后，在定子IO、内侧转 子20与外侧转子30之间产生向旋转方向的热风。该热风从风孔64向 外流出，电动机5内的热被排出。另外，在第二模制树脂52的背面一 侧设有多个加强筋62。因此，能够在降低模制树脂量的同时，保证必 要的强度。
图5是电动机5的截面图，图6是表示图5中6-6截面的截面图。 构成定子10的定子铁芯11包括大致环状的定子磁轭14、从该定子磁 轭14向外周方向突出的外侧齿12、与外侧齿个数相同的从定子磁轭 14向内周方向突出的内侧齿13。定子铁芯11还在各个外侧齿12之间 形成外侧槽16，在各个内侧齿13之间形成内侧槽17。然后，定子10 还在外侧槽16与内侧槽17间的定子磁轭14上以集中绕组方式巻线由 三相星形或三角形结线的环形绕组方式的多个线圈15。
此处，该实施方式涉及的电动机5，内侧转子20的极数及外侧转 子30的极数都为20极，槽数都为12槽。像这样，通过20极12槽的组合，如后面详述的，能够实现与绕组配置为分布绕组相同的效果(参
照图8)。
如上所述，该定子10在绕线线圈15后，由第一模制树脂51 —体 成形。这是为了将线圈15固定在定子铁芯上、防湿、防滴。特别是， 因为该电动机5用于洗衣机，提升防湿、防滴性能犹为重要。另外， 在像这样通过第一模制树脂51 —体成形的情况下，该模制树脂51吸 收振动，也能有望得到降低洗衣机整体的振动、噪音的效果。
在定子铁芯11的定子磁轭14上，形成沿轴向贯通的多个贯通孔 18。然后，在通过第一模制树脂51 —体成形线圈15时，外侧槽16、 内侧槽17、定子磁轭14的第一面41 (图6中纸面上侧)、定子磁轭14 的第二面42 (图6中纸面下侧)及贯通孔18被模制树脂51填充。由 这种结构，定子磁轭14的第一面41上的第一模制树脂51与定子磁轭 14的第二面42上的第一模制树脂51被填充在贯通孔18的第一模制树 脂51连结。因此，即使为了电动机小型化而薄厚地形成第一面41上 的第一模制树脂51与第二面42上的第一模制树脂51 ，因为填充在贯 通孔18中的模制树脂51连结着，从而能够防止剥离。另外，利用第 一模制树脂51在第二面42上形成安装部60。
该贯通孔18，设在连接外侧齿12的旋转方向中央与内侧齿13的 旋转方向中央且通过旋转中心的直线71与定子磁轭14的中心圆弧72 的交点上。该贯通孔18的截面形状优选为圆形或椭圆形。因为如果是 这种形状的话，模制树脂材料的流动性会较好。
另外，贯通孔18的径向长度相对定子磁轭14的径向长度优选为 0.5±10%。这是因为，如果比该数值大，则有定子磁轭14发生磁饱和 降低电动机转矩的可能，而如果比该数值小，则成形时模制树脂的流 动性恶化，强度降低。另外，该贯通孔18的截面形状并不限定于圆形 或椭圆形，能够适宜地采用四边形、长方形、三角形等。
第一模制树脂51及第二模制树脂52优选含有填充物的不饱和聚 脂树脂。这是因为成形时的流动性与成形后的强度优异。
图7是表示齿尖端宽度与齿槽转矩的关系的图表。图中的虚线表 示假定只存在内侧转子20的情况下内侧齿13的齿尖端宽度与齿槽转 矩的关系。另外，实线表示假定只存在外侧转子30的情况下外侧齿12的齿尖端宽度与齿槽转矩的关系。
从图7能够知道，在使齿槽转矩最小的情况下必须要增大齿尖端
宽度。特别是，图7中，在14.5deg附近与19.3deg附近，齿槽转矩减 小。在这种情况下，因为槽开口 (slotopen)的长度(齿的最大宽度部 的与邻接齿的间隔)变小，所以填充在槽口部分中的第一模制树脂的 量也减少。但是，在该实施方式中，定子磁轭14中的沿轴向贯通的多 个贯通孔18中填充的第一模制树脂51连结第一面41上的第一模制树 脂51与第二面42上的第一模制树脂51。由此，即使填充在槽口部分 的第一模制树脂51的量减少，也能够实现第一模制树脂51对定子铁 芯ll的坚固的粘合力。
隔着规定空隙与外侧齿12相对地配置外侧转子30。同样地，隔着 规定空隙与内侧齿13相对地配置内侧转子20。
外侧转子30具备外侧转子磁轭31及埋设在外侧转子磁轭31内的 多个外侧永久磁铁32。外侧转子磁轭31，层叠有冲压成规定形状的电 磁钢板，构成磁路。
同样的，内侧转子20具备内侧转子磁轭21及埋设在内侧转子磁 轭21内的多个内侧永久磁铁22。内侧转子磁轭21，层叠有冲压成规 定形状的电磁钢板，构成磁路。另外，外侧转子30及内侧转子20各 自不具备转子支架。因此，能够在轻量化的同时，减少制造工时。另 外，能够以第二模制树脂52覆盖支架的体积部分，能够吸收振动。
另外，外侧永久磁铁32及内侧永久磁铁22分别埋入各自的转子 磁轭内，作为所谓磁铁埋入型描述，但也能够使任一个成为设置在转 子磁轭的表面的所谓表面磁铁型。只是，为了活用磁阻转矩，实现更 高转矩、高输出，需要使其中任一个为磁铁埋入型。
如上所述，外侧转子30与内侧转子20利用第二模制树脂52向树 脂成形模具内插入来一体成形。然后， 一体地连结在电动机轴61上。 通过对线圈15通上规定的电流，外侧转子30与内侧转子20 —体旋转。 通过这样的外侧转子30与内侧转子20的一体结构，该电动机5与一 般的内转子型电动机或外转子型电动机相比，能够实现高转矩、高输 出。
图8是表示转子的旋转位置(电角度)与感应电压的关系的图表。该图8表示使用槽数S与极数P的关系S:P-3:2N-1 (不过，除去2N-1 为3的倍数的情况)的组合的转子进行实验的结果。
从该图8中，能够确认，在S:P-3:2N-1 (不过，除去2N-1为3的 倍数的情况)时，为与分布绕组方式的绕线的情况同样的大致正弦波。 这样，因为感应电压波形成为正弦波，与分布绕组方式的情况相同地， 能够抑制电动机5的噪音与振动。
此处，S:P=3:2N-1 (不过，除去2N-1为3的倍数的情况)的情况 下，对成为与分布绕组方式的绕线的情况同样的大致正弦波的原因进 行说明。
图13是示意地表示线圈15中流动的电流的情况的图。线圈15按 U相、V相、W相的顺序依次巻线。另外，在各个相邻槽上巻线的线 圈15中流动反向电流。§卩，在某U相线圈15中流动从内侧槽17向外 侧槽16方向的电流的情况下，邻接的V相线圈15中流动从外侧槽16 向内侧槽17方向的电流。这样，与该V相线圈15邻接的W相线圈 15中流动从内侧槽17向外侧槽16方向的电流。
因为这样的结构，某U相线圈15与下一个U相线圈15中流动相 反方向的电流。因此，模拟地流动有虚线所示的电流。这样，该虚线 的电流的流动与分布绕组的电流的流动相同。因此，S:P=3:2N-1 (不过， 除去2N-1为3的倍数的情况)的情况下电流的流动与分布绕组方式绕 线的情况相同，成为与分布绕组方式绕线的情况相同的大致正弦波。
图9是表示转子的旋转位置(电角度)与径向力的关系的图表。 该图9中的实线表示该实施方式涉及的电动机(环形绕组方式的双联 转子型电动机)。另一方面，虚线表示分布绕组单转子型电动机。
从该图9能够知道，环形绕组方式的双联转子型电动机与分布绕 组单转子型电动机相比，径向力较低。能够认为这是因为，利用与内 侧转子及外侧转子的振动的相互抵消，能够降低径向力。
这种径向力降低的效果，在洗涤时以10rpm至100rpm的低速旋转 的直接驱动方式的洗衣机的情况下特别有效。这是因为，为了成为低 速旋转，而对洗衣机的噪音及振动较易出现齿槽效应的影响。
图IO是表示环形绕组方式的双联转子型电动机的转子的旋转位置 (电角度)与齿槽转矩的关系的图。该图中，细虚线表示由内侧转子
ii20产生的齿槽转矩，细实线表示由外侧转子30产生的齿槽转矩，中间 的粗实线表示将这些合成的电动机5整体的齿槽转矩。
该实施方式中的电动机5，使内侧转子20的齿槽转矩的相位与外 侧转子30的齿槽转矩的相位相反地，构成内侧转子20及外侧转子30。 另外，使内侧转子20的齿槽转矩的峰值与外侧转子30的齿槽转矩的 峰值大致相同。通过这种结构，如图IO所示，使内侧转子20的齿槽 转矩与外侧转子30的齿槽转矩互相抵消，能够大幅降低电动机5整体 的齿槽转矩。
图11是按电动机种类表示电动机功率密度的图。此处，功率密度 指电动机单位体积的输出。该图11中，A表示内侧单转子型电动机， B表示外侧单转子型电动机，C表示集中绕组双联转子型电动机，D表 示本实施方式中的环形绕组双联转子型电动机。另外，白底(白抜含) 的部分表示内侧转子的功率密度，阴影线部分表示外侧转子的功率密 度。
从该图11能够知道D的功率密度最大。若对D与A进行比较， 因为D与A相比内侧槽面积较小，内侧转子的功率密度低。但是，因 为D具备外侧转子，整体功率密度超过A。从该图ll能够知道，D的 功率密度为A的1.9倍。
另外，若对D与B进行比较，因为D与B相比外侧槽面积较小， 外侧转子的功率密度低。但是，因为D具备内侧转子，整体功率密度 超过B。从该图ll能够知道，D的功率密度为B的1.5倍。
由此，能够知道，适用了D的电动机的洗衣机与适用了 A的电动 机的洗衣机相比，能够使洗涤容量增大为1.9倍。另外，适用了D的 电动机的洗衣机与适用了 B的电动机的洗衣机相比，能够使洗涤容量 增大为1.5倍。换而言之，D与A与B相同输出时，能够使D的体积 比A的体积小型化50%，比B的体积小型化35%。
另外，若对D与C进行比较，若转子磁轭的体积相同，通过D的 转子磁轭的磁通量超过通过C的转子磁轭的磁通量。因此，D的整体 功率密度超过C。从该图11能够知道D的功率密度为C的1.4倍。
图12是表示极数与转矩常数的关系的图。在该图12中，粗实线 表示具有S:P=3:2N-1 (除去N为3的倍数的情况)关系的电动机的实验结果。另外，细虚线表示现有的具有一般(S:P=3:2N)关系的电动 机的实验结果。另外，细实线表示具有上述以外关系的电动机的实验 结果。从该图12能够知道，具有S:P=3:2N-1关系的电动机，特别是在 超过20极的情况下转矩常数优异。特别地，优选本实施方式中表示的 槽数S二12、极数P二20的组合，艮P， S:P:3:5的关系。
以上所述的电动机因为具备具有环形绕组方式绕线的线圈的定子 及具有外侧转子与内侧转子的双联转子型转子，所以能够在保持小型 的同时输出较大的转矩，而且能够降低驱动时的噪音及振动。另外， 因为具备一体成形定子磁轭、外侧槽、内侧槽及线圈的第一模制树脂， 而且具备一体成形外侧转子与内侧转子的第二模制树脂，所以与使用 支架模制的情况相比，能够轻量化，能够减少制造工时。另外，能够 使用模制树脂覆盖支架的体积部分，能够吸收振动。
另外，在定子磁轭上形成贯通其两端面的多个贯通孔，利用定子 用模制树脂一体成形定子磁轭、外侧槽、内侧槽、线圈及贯通孔，使 定子磁轭两端面的模制树脂由填充在贯通孔中的模制树脂连结。由此， 能够防止覆盖定子的模制树脂从定子剥离。
另外，通过使槽数S与极数P为S:P二3:2N-1的关系，感应电压波 形成为正弦波状，因此能够抑制电动机的振动与噪音。
搭载有该电动机的滚筒式洗衣机能够在保持小型的同时使洗涤容 量扩大到极限。另外，能够降低振动、噪音，实现耐夜间运转的肃静 性。另外，通过使用模制树脂覆盖电动机主要部分的结构，使防水、 防滴性能提高，能够实现高可靠性的洗衣机。
产业上的可利用性
本发明涉及的滚筒式洗衣机作为保持小型的同时输出大转矩且降 低驱动时的噪音及振动的洗衣机，是有用的。
权利要求
1.一种滚筒式洗衣机，具备具有用于取出放入洗涤物的开口部的洗衣机壳体、相对于所述洗衣机壳体在水平方向或倾斜方向上具有滚筒旋转轴的旋转滚筒、驱动该旋转滚筒的电动机，其特征在于所述滚筒式洗衣机是所述滚筒旋转轴与所述电动机的电动机轴直接连结的直接驱动方式的洗衣机，所述电动机具备定子，包含环状定子磁轭，从所述定子磁轭突出到外周方向的多个外侧齿，与所述外侧齿数量相同、从所述定子磁轭突出到内周方向的多个内侧齿，在所述各外侧齿之间构成的多个外侧槽、在所述各内侧齿之间构成的多个内侧槽，三相星形或三角形结线于所述外侧槽与所述内侧槽之间的所述定子磁轭、以环形绕组形式绕线的线圈，一体成形所述定子磁轭、所述外侧槽、所述内侧槽和所述线圈的第一模制树脂；以及双联型转子，包含隔着规定的空隙与所述外侧齿相对设置的外侧转子，隔着规定的空隙与所述内侧齿相对设置的内侧转子，一体成形所述外侧转子及所述内侧转子的第二模制树脂，结合于所述外侧转子和所述内侧转子的所述电动机轴。
2. 如权利要求1所述的滚筒式洗衣机，其特征在于 在所述旋转滚筒的外周侧具有有底圆筒形的盛水桶，所述电动机固定在所述盛水桶的底部。
3. 如权利要求2所述的滚筒式洗衣机，其特征在于 所述第一模制树脂具有多个安装部，所述安装部固定于所述盛水桶。
4. 如权利要求1所述的滚筒式洗衣机，其特征在于 所述定子磁轭具有在轴向上贯通的多个贯通孔，所述第一模制树脂一体成形所述定子磁轭、所述外侧槽、所述内侧槽、所述线圈及所述贯通孔。
5. 如权利要求4所述的滚筒式洗衣机，其特征在于 所述贯通孔形成在连接所述外侧齿的旋转方向中央与所述内侧齿的旋转方向中央的直线与所述定子磁轭的中心圆弧的交点上。
6. 如权利要求4所述的滚筒式洗衣机，其特征在于 所述贯通孔的截面为圆或椭圆。
7. 如权利要求1所述的滚筒式洗衣机，其特征在于 所述第二模制树脂具有在所述电动机轴方向上贯通的多个风孔。
8. 如权利要求1所述的滚筒式洗衣机，其特征在于 在所述第二模制树脂的与所述定子在所述电动机轴方向上相对的部分上，具有多个凸部。
9. 如权利要求1所述的滚筒式洗衣机，其特征在于 在所述第二模制树脂的背面一侧具有多个加强筋。
10. 如权利要求1所述的滚筒式洗衣机，其特征在于 所述外侧槽的数量与所述内侧槽的数量为相同的数量S，所述外侧转子具备外侧转子磁轭和极数P的外侧永久磁铁， 所述内侧转子具备内侧转子磁轭和极数P的内侧永久磁铁，若设整数N大于等于1，除去2N-1为3的倍数的情况，则所述槽 的数量S与所述极数P为S: P=3: 2N-1的关系。
11. 如权利要求IO所述的滚筒式洗衣机，其特征在于所述槽数S与所述极数P为S: P=3: 5的关系。
12. 如权利要求10所述的滚筒式洗衣机，其特征在于所述外侧永久磁铁与所述内侧永久磁铁的至少一个埋入在所述外 侧转子磁轭或所述内侧转子磁轭的内部。
全文摘要
本发明的滚筒式洗衣机是直接驱动方式的洗衣机，具备洗衣机壳体、在水平方向或倾斜方向具有滚筒旋转轴的旋转滚筒、驱动该旋转滚筒的电动机。该电动机具备包含以环形绕组方式绕线的线圈及第一模制树脂的定子，包含外侧转子、内侧转子及将它们一体成形的第二模制树脂的双联型转子。
文档编号H02K1/06GK101657949SQ20088001185
公开日2010年2月24日 申请日期2008年4月8日 优先权日2007年4月11日
发明者中川幸典, 古和猛, 吉川祐一, 小林佳生, 虎 李, 村上浩, 森崎昌彦, 田代裕一郎 申请人:松下电器产业株式会社