(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記磁路構成物と前記マグネットとを、それらの間に熱可塑性エラストマーからなる前記接着フィルムを配置した状態で、成形による樹脂とともに一体化したことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載のモータ。
前記接着フィルムは、予め前記マグネット又は前記磁路構成物に貼り付けられ、その貼り付けた側を接着面として前記磁路構成物に前記マグネットを固定した構成にあることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載のモータ。
【発明を実施するための形態】
【0009】
<第1実施形態>
以下、第1実施形態について
図1から
図5を参照しながら説明する。
図1は、ランドリー機器として例示する洗濯機1であり、略直方体をなす外箱1a内には、水槽2が配設されている。水槽2は、一端部である後面部2a(
図1(a)で右側)が閉塞された略円筒状をなし、軸方向を略水平にした状態で図示しないダンパ機構により弾性的に支持されている。水槽2内には、回転槽たるドラム3が回転自在に配設されている。ドラム3も、一端部である後面部3aが閉塞された略円筒状をなし、軸方向を略水平にした状態で配設されている。ドラム3の周壁には、多数の孔(図示略)が形成されている。尚、図示は省略するが、洗濯機1の前面部には洗濯物を出し入れする出入口を開閉するための扉が設けられており、その出入口に対応する位置に水槽2およびドラム3の開口が設けられている。
【0010】
水槽2の後面部2a側には、ドラム3を回転駆動するためのモータ4が配設されている。モータ4は、例えばアウタロータ形のブラシレスDCモータからなり、ロータ5の回転軸に対応して設けられている軸部材6が、ドラム3の後部に連結されている。こうして、洗濯機1は、モータ4によりドラム3を直接的に回転駆動するダイレクトドライブ方式が採用されている。
【0011】
続いて、モータ4の構成について、
図2〜
図4も参照しながら説明する。
図2に示すように、モータ4のステータ7は、その外周部に複数個のティース部8を有するステータコア9と、各ティース部8に巻回されたステータコイル10と、例えば樹脂材料で形成された内周部の取付部11とを備える。ステータ7は、取付部11を介して水槽2の後面部2aに取付けられている。
【0012】
図3にも示すように、ロータ5は、その外周側に環状壁12aを有する有底円筒状の磁性体製のフレーム12と、環状壁12aの内周部に交互に環状に配置された複数個のマグネット14及びマグネット15と、環状壁12aの内周側に沿って例えば樹脂材料で形成されたモールド部13を備えた構成となっている。フレーム12の中央部に設けられた軸取付部16には、上記した軸部材6が連結される。また、詳しくは後述するように、本実施形態のロータ5は、環状壁12aとマグネット14、15との間に、接着フィルム17(接着層)を有する(
図4(a)参照)。
【0013】
マグネット14は、ステータ7側(ステータコア9のティース部8側)がN極になるN極用、マグネット15は、ステータ7側がS極になるS極用であり、交互に異極をなすように配置されている。これらのマグネット14、15は例えば、希土類元素としてネオジムを含む磁性粉末を焼結して形成されたネオジム磁石で構成されている。マグネット14、15は、例えば比較的薄型で小さな略矩形板状に形成されている。
【0014】
また、各マグネット14、15は、その磁化容易方向が順次角度を変えて形成されている。
図4に示すように、マグネット14の場合、その磁気分布(磁束の流れ)が、隣り合うマグネット15に対向する部位である周方向端部141から、中央部であってステータ7に対向する部位である対向面部142の中央に向かっている。また、マグネット15の場合、マグネット14と対応するように、磁束の流れがステータ7側となる極異方に配向した構成にある。これにより、マグネット14、15は、磁束数が磁極の中央で最も高く円周方向両端に進むにつれ低くなる磁気異方性(集束異方性)が与えられている。つまり、磁化容易軸が極中央領域で半径方向を向き極中央から離れるに従い傾斜する特性持つ。
【0015】
また、各マグネット14、15は、その周方向の端部であってステータ7側になる角部143、153が面取りされている。そして、その角部143、153をステータ側から覆うように、モールド部13が設けられている。
【0016】
さて、本実施形態のマグネット14、15は、モールド部13により環状壁12aに対するズレが防止されるだけでなく、前記接着フィルム17により環状壁12aに対して強固に固定される。即ち、
図5に示すように、マグネット14、15には、その対向面部142、152とは反対側の面を接着面100(同図で手前側の面)として、当該接着面100の形状に合わせた矩形状の接着フィルム17が貼り付けられる。厳密には、後述する着磁前のマグネット14、15用の磁性体に、接着フィルム17を貼り付けるのであるが、着磁後のマグネット14、15に接着フィルム17を貼り付けるようにしてもよい。
【0017】
接着フィルム17は、例えば、ハードセグメントとしてのPBT(ポリブチレンテレフタレート)と、ソフトセグメントとしてのポリエーテルとのブロック共重合体であるポリエステル系エラストマーで形成されている。このような成分のエラストマーは熱可塑性を有し、接着フィルム17は、例えば150度から200度の温度でも軟化し或いは溶融する。この軟化・溶融により他の物質表面(接着面100等)に接着する所謂熱融着により、接着フィルム17が接着力を発揮する。
【0018】
接着フィルム17の厚さは、ロータ5の内周面とステータ7の外周面との間の隙間(エアギャップ)に応じた寸法、例えばエアギャップの略1/10の寸法に設定されている。本実施形態では例えば、接着フィルム17は0.2mmの厚さのものを用いるものとするが、
図4、
図5では説明の便宜上、接着フィルム17について厚みを誇張して示している。また、上記した成分の接着フィルム17は、プラスチック材料とゴム材料との中間的な弾性を有する材料とされる。このため、マグネット14、15の接着面100を、接着フィルム17によりフレーム12の環状壁12aの内周面に隙間無くフィットさせることが可能となる。尚、マグネット14、15を環状壁12aに対して張り出す(
図5(a)では下側に延びる)ように固定する場合、接着フィルム17は、その接着位置に合わせた大きさ(
図5(b)の破線17a参照)とすればよい。
【0019】
一方、フレーム12(ロータフレーム)は、環状壁12aに固定されるマグネット14、15の磁路を構成する鉄製の磁路構成物である。フレーム12の環状壁12aは全体として筒状をなしており、その端部側にフランジ状の折曲部12bが形成されている。
図4に示したように、マグネット15を流れる磁束は、隣り合うマグネット14に大部分が流れて充分に還流され、フレーム12を流れて還流する分が少なくなる。よって、フレーム12の環状壁12aは、その磁束を充分に還流させるためのバックヨークとしての厚みが必要なくなり、他のバックヨークとしての別部材を省略することができる。このため、磁路構成物ひいてはロータ5全体として重量を軽減した構成とされている。尚、フレーム12の形状は折曲部12bを省略するなど適宜変更してもよいし、磁路構成物は、ローターフレームに限らず、後述するロータコア等で構成してもよい。
【0020】
上記構成のモータ4の製造方法について、以下ではロータ5に係る製造工程を中心に説明する。
まず、マグネット14、15用の磁性体について、夫々の接着面100に接着フィルム17を熱融着により貼り付ける(
図5(b)参照)。この貼り付けは、マグネット14、15用の磁性体を予め加熱してもよいし、例えば超音波溶着機等を用いた振動溶着により行うようにしてもよい。ここで、
図5(a)の2点鎖線は、樹脂材料の成形に用いる成形型の一部(下型19)を示しており、当該成形型に、接着フィルム17を貼り付けたマグネット14、15用の磁性体、フレーム12、並びに軸取付部16がセットされる。このとき、マグネット14、15用の磁性体は例えば各24個ずつ、合計で48個、前述した所定の環状配置となるように下型19のセット部19aにセットされる。これにより、各マグネット14、15用の磁性体は当該セット部19aで位置決めされ、各接着面100において接着フィルム17が環状壁12aの内周面に密着する。
【0021】
詳しい説明及び図示は省略するが、成形型内には、ゲートから絶縁性の樹脂材料が射出される。これにより、樹脂材料が、マグネット14用の磁性体の端部141とマグネット15用の磁性体の端部151との間(
図4参照)、或いはフレーム12と下型19との間等に流れ込む。このとき流れ込む樹脂材料が例えば150度から200度の温度である場合、接着フィルム17は、マグネット14、15用の磁性体と環状壁12aとの間にて当該温度で軟化し或いは溶融する。この場合、接着フィルム17の軟化・溶融により環状壁12a側に接着する所謂熱融着によって、マグネット14、15用の磁性体がフレーム12に強固に固定されることとなる。こうしてモールドする工程により、マグネット14、15、フレーム12、軸取付部16を夫々モールド部13で固定するとともに、接着フィルム17が熱融着により接着力を発揮することでマグネット14、15用の磁性体の固定強度が向上する。こうして、形成されたロータ5は成形型から取り出される。そして、樹脂成形後のロータ5は、図示しない着磁装置で強磁界が印加されることにより、マグネット14、15用の磁性体を着磁する。これにより、完成したロータ5は、軸取付部16にて軸部材6に連結される。
【0022】
尚、ステータ7は、例えば電磁鋼板をプレスなどによりティース部8を有するように打ち抜いて形成された鉄片が複数枚積層されてステータコア9が成形される。そして、このステータコア9を樹脂材料により一体成形したうえで、ステータコア9のティース部8に、U相、V相、W相の順に夫々ステータコイル10を巻装することでステータ7が形成される。こうして完成したステータ7は、水槽2の後面部2a側の軸受ハウジング(図示略)に取付けられる。
【0023】
次に、上記構成の作用・効果について説明する。
上記したロータ5とステータ7からなるモータ4は、例えば周知のようにインバータ回路等を介して制御装置(図示略)により制御される。また、洗濯機1では、洗濯運転を開始すると、周知のように洗い行程、すすぎ行程、脱水行程が行われるようになっており、モータ4に対して比較的大きなトルクが求められる。この点、モータ4は、マグネット14、15がネオジム磁石であることから、より強い磁力が作用し、比較的小さい寸法形状とした場合でも高トルクを発生させることができる。また、この種のマグネット14、15を用いた場合でも、接着フィルム17で確実且つ好適に磁路構成物に固定することができる。
【0024】
即ち、本実施形態と異なり、接着フィルム17を用いずにマグネットとフレームを樹脂成形で一体化した場合、成形した樹脂の収縮等に起因してマグネットの周りに隙間が生じることで、マグネットの固定強度が減殺され、磁気のロスも生じる。この他、マグネットとフレームを接着剤で固定したとしても、均質な接着状態を確保することは困難である。更には、前記固定強度や接着状態如何によっては、ステータ側から発する磁力でマグネットに吸引や反発の力が生じると、振動や騒音が発生する。
【0025】
これに対し、本実施形態のマグネット14、15は、磁路構成物(例えばフレーム12)に対して接着フィルム17の接着力により固定されている。このため、マグネット14、15と磁路構成物との間において、接着フィルム17で均質な接着状態を得ることができるとともに磁気抵抗を低減させることができる。また、これにより、固定強度のばらつきがなくなり、信頼性を向上させることができ、駆動時の振動や騒音の低減も可能となる。
【0026】
また、接着フィルム17は、熱可塑性エラストマーで形成されているため、加熱により流動性を示し、冷めれば弾力性を有する。従って、マグネット14、15とフレーム12の各表面に微小な凹凸があり、或いは各表面相互間の曲率が異なっていても、接着フィルム17を介在させることで、当該表面形状にフィットさせ、隙間のない接合状態を得ることができる。このため、マグネット14、15と磁路構成物との間の磁気抵抗を極力低減させることができるとともに、製造工程におけるマグネット14、15とフレーム12の固定を簡単且つ確実に行うことができる。
【0027】
尚、接着フィルム17として、ポリエステル系ブロック共重合体を主成分とする前記のポリエステル系エラストマーを用いた場合、固定強度や熱融着性、弾性力等の観点から、一層好適なものとすることができ、ロータ5全体としての強度を高めることができる。
前記磁路構成物は、ロータ5のフレーム12であることから、比較的安価で簡単な構成とすることができる。また、フレーム12において、環状壁12aの如く円筒形状部にマグネット14、15を固定する場合でも、接着フィルム17で良好に接着することができる。
【0028】
マグネット14、15の磁気異方性が集束異方性である。これによれば、ステータ7に対向するように配置されたマグネット14、15について磁気配向が集束され、磁路構成物を流れて還流する量が少なくなる。そのため、磁路構成物にバックヨークとして機能するための厚さが必要なくなることから、本実施形態で例示したように磁路構成物をフレーム12として、接着フィルム17で直接的に固定する構成を採用することができる。これにより、モータ4は、高トルク化を図りつつも、小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。尚、マグネット14、15が磁性体であるフレーム12に近づくことでフレーム12にも磁気回路ができ、マグネット14、15との吸引力が働いて振動を低減できる。
【0029】
前記磁路構成物とマグネット14、15とを、それらの間に熱可塑性エラストマーからなる接着フィルム17を配置した状態で、成形による樹脂とともに一体化した。これによれば、樹脂成形時の熱で接着フィルム17を軟化・溶融させて磁路構成物とマグネット14、15とを簡単に固定することができる。従って、予め接着フィルム17をマグネット14、15に貼り付けることなく、樹脂成形に際して接着フィルム17を磁路構成物とマグネット14、15との間に挟むように配置しておけば、接着フィルム17の接着工程を省き、製造工程の簡略化を図ることができる。
【0030】
接着フィルム17を予め磁路構成物に貼り付け、その張り付けた磁路構成物側(接着面)に対してマグネット14、15を接着するようにしてもよい。このように、予め磁路構成物又はマグネット14、15に接着フィルム17を貼り付けることで、正確且つ確実に接着フィルム17を磁路構成物とマグネット14、15との間に配設することができるとともに、これらの各部材を成形型に配置する際の接着フィルム17のズレや脱落を防止することができ、作業性のよいものとすることができる。
従って、上記した製造方法のように、接着フィルム17を貼り付けた側を接着面として、マグネット14、15のフレーム12に対する位置合せを行い、接着フィルム17の熱融着により両者12、14、15を固定した場合でも同様の効果を奏する。
【0031】
<第2実施形態>
図6は、第2実施形態を示すものであり、第1実施形態と同一部分には同一符号を付しており、以下では、第1実施形態と異なるところを説明する。第2実施形態のモータ4は、ロータ5にロータコア21を有している。ロータコア21には、挿入穴22が周方向に複数個設けられており、その挿入穴22に、マグネット14、15が交互に収納されている。尚、マグネット14、15は、第1実施形態と共通するが、面取りはしていないものを用いている。
【0032】
ロータコア21は、周知のように電磁鋼板を打ち抜いた鉄心材23を積層して、略円筒状に形成されている。ロータコア21は、バックヨークとして機能するヨーク部24と、マグネット14、15のステータ7側の全域を覆う磁極部25とを有する磁路構成物として構成されている。ヨーク部24と磁極部25との間は、ブリッジ部26により接続されている。尚、ロータコア21は、周方向に複数に分割された周知の分割コアで構成してもよい。
【0033】
そして、
図6(a)(b)に示すように、ロータコア21の挿入穴22において、マグネット14、15のステータ7側とフレーム12側との両面に接着フィルム17の接着層が形成されている。また、これらロータコア21及びマグネット14、15は、樹脂材料で形成されたモールド部13(
図6(b)では図示略)により、フレーム12に対して、当該コア21の積層方向にずれることも防止されている。
【0034】
このように、本第2実施形態では、マグネット14、15をロータコア21の挿入穴22に配置した構成にあり、
図6(b)に示すような磁気分布となる。即ち、磁束は、各マグネット14、15に対して周方向端部141、151から還流するとともに、ステータ7の反対側のヨーク部24を通って還流することになる。従って、比較的大きな磁力を有するマグネット14、15を用いた場合でも、ヨーク部24や磁極部25の幅W1、W2寸法を増大させることなく、磁力を有効にトルクに変換できる。このため、ロータコア21の軽量化、ひいてはモータ4全体の小型化や高効率化を図ることができる。
【0035】
第2実施形態のロータ5の製造方法にあっては、予め電磁鋼板を打ち抜き積層して形成したロータコア21を用意しておく。また、マグネット14、15用の磁性体においてステータ7側及びフレーム12側となる両面を接着面として、当該両面に接着フィルム17を例えば熱融着により夫々貼り付けておく。
【0036】
そして、このマグネット14、15用の磁性体を、ロータコア21の挿入穴22に挿入する。この場合、接着フィルム17は弾性力を有するとともに、前述のようにマグネット14、15用の磁性体に隙間無く強固に張り付いた接着層を形成していることから、当該磁性体と挿入穴22との間のギャップ(遊び)が殆どなくても、その磁性体の挿入を容易に行うことができる。このため、挿入したマグネット14、15用の磁性体は、接着フィルム17をロータコア21の挿入穴22(内壁面)にフィットさせることが可能となり、そのロータコア21への挿入時(或いはロータコア21の成形型へのセット時)に接着フィルム17が剥がれることもなく、作業性のよいものとなる。
【0037】
ここで、
図6(b)の2点鎖線は、本第2実施形態の成形型の一部(下型19´)を示しており、当該成形型に、マグネット14、15用の磁性体を挿入したロータコア21、フレーム12、並びに軸取付部16がセットされる。これにより、ロータコア21は、分割コアで構成した場合でも下型19´のセット部19a´で位置決めされて、環状壁12aの内周面に沿うように配置される。そして、成形型内に樹脂材料が射出されることにより、その樹脂材料の温度で接着フィルム17が軟化・溶融することで、マグネット14、15用の磁性体がロータコア21の挿入穴22にて隙間無く強固に固定されることとなる。尚、接着フィルム17の熱融着は、例えばロータコア21やフレーム12等を成形型にセットする前の予熱(加熱炉)を利用して行うようにしてもよい。また、接着フィルム17を、マグネット14、15用の磁性体の少なくとも片面側に設けるようにしてもよい。
【0038】
以上説明したように、本第2実施形態の磁路構成物は、複数の鉄心材23を積層して形成されたロータコア21で構成されている。これによれば、マグネット14、15とロータコア21(の挿入穴22)との間において、接着フィルム17で均質な接着状態を得ることができるとともに磁気のロスを低減させることができる。また、これにより、固定強度のばらつきがなくなり、駆動時の振動や騒音の低減も可能となる等、第1実施形態と同様の効果を奏する。
【0039】
本発明は、上記した実施形態にて例示したものに限定されることなく、次のように変形又は拡張することができる。また、上記した実施形態で例示したもの及び以下に示す変形例および拡張例で例示するものは、その一部または全部を任意に組み合わせることができる。
【0040】
ランドリー機器として例示した洗濯機1は、乾燥機能を備えた洗濯乾燥機であってもよいし、回転槽の回転軸が上下方向を指向する縦軸形の洗濯機であってもよい。また、ランドリー機器として、洗濯機能のない乾燥機に適用してもよい。モータとしては、アウタロータ形に限られず、インナロータ形でもよいし、乾燥機の回転槽用のモータやコンプレッサ用のモータ等、各種のモータに本発明を適用してもよい。
【0041】
接着フィルム17は、磁路構成物とマグネットとの固定強度を確保し、それらを隙間無く接着するためのフィルム状のものであればよい。即ち、接着フィルム17は、ポリエステル系エラストマーに限定するものではなく、少なくとも弾性材料としての性質と熱可塑性との何れか性質を有する材料であってもよい。また、上記した接着フィルム17の寸法形状は、上記した実施形態の例に限らず、前記エアギャップや磁路構成物とマグネットとの接着態様に応じて適宜すればよい。
【0042】
マグネット14、15は、ネオジム磁石以外の磁石で構成してもよいし、磁気異方性に関して適宜変更してもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。