以下、本発明の実施の形態について、図� ��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 。

 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� ��背面側に向かって下向きに傾斜した状態で� ��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� �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。

 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� ��、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� �ている。

 水受け槽3の底部外側には、回転ドラム2� �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� �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� �ネジ等の取付手段により水受け槽3に固定さ� ��る。

 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� ��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� �タとを分解して示す説明用斜視図である。� �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。

 このモータ5は、ステータ10と、このステ� ��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� ��

 ステータ10は、略全面が第1のモールド樹� ��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� ��一体的に成形される。ステータ10の外周部� �は、回転方向に均一間隔で配置される5つの� ��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� �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。

 ロータの第2のモールド樹脂52には、モー� ��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、� �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� �、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� �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� �樹脂52の背面側には、複数のリブ62が設けら� ��る。このため、モールド樹脂量を低減させ� ��がら、必要とされる強度を担保することが� ��きる。

 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� �ータヨーク14と、このステータヨーク14から� ��周方向に突出した外側ティース12と、外側� �ィース12と同数でステータヨーク14から内周� ��向に突出した内側ティース13とから成る。� �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� �ィース13の間には内側スロット17が、それぞ� ��形成されている。そして、ステータ10は、� �らに、3相スターまたはデルタ状に結線され� ��トロイダル巻線方式による複数のコイル15� �、外側スロット16と内側スロット17の間のス� ��ータヨーク14に集中巻線方式で巻回されて� �る。

 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� �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)。

 このステータ10は、上述したように、コ� �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� ��タコア11に固定することと、防湿、防滴の� �めである。特に、このモータ5は洗濯機に用� ��られるため、防湿、防滴性能の向上が特に� ��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� ��ールド樹脂51が振動を吸収し、洗濯機全体� �振動や騒音を低減させる効果も期待するこ� �ができる。

 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� ��。そして、コイル15を第1のモールド樹脂51� �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� �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� �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� �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� ��がって、第1の面41上の第1のモールド樹脂51� ��第2の面42上の第1のモールド樹脂51とがモー� ��小型化のために薄厚に形成されても、貫通� ��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� �42上に、取付部60が形成されている。

 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� ��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� ��孔18の断面形状は円形または楕円形である� �とが好ましい。この形状であれば、モール� �樹脂材料の流動性が良くなるためである。

 また、貫通孔18は、その径方向の長さが� �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� ��よりも大きくすると、ステータヨーク14が� �気飽和を起こしモータトルクが低下するお� �れがあるためであり、この数値よりも小さ� �すると、成形時にモールド樹脂の流動性が� �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。

 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� ��脂が好適である。これは、成形時の流動性� ��成形後の強度が優れているためである。

 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� ��の内側ティース13のティース先端幅とコギ� �グトルクとの関係を示す。また、実線は、� �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� ��ルクとの関係を示す。

 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� �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� �大幅部における隣接ティースとの間隔)が小� ��くなるので、スロットオープン部分に充填� ��れる第1のモールド樹脂51の量も減少する。� ��かしながら、この実施の形態においては、� ��テータヨーク14における軸方向に貫通する� �数の貫通孔18に充填された第1のモールド樹� �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� ��る強固な固着力を実現することができる。

 外側ティース12に対向して所定のエアギ� �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� ��アギャップを介して内側ロータ20が配設さ� �ている。

 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� ��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。

 同様に、内側ロータ20は、内側ロータヨ� �ク21と内側ロータヨーク21に埋設される複数� ��内側永久磁石22とを備える。内側ロータヨ� �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� �れロータフレームを備えていない。このた� �、軽量化することができるとともに、製造� �数を低減することができる。さらに、フレ� �ムの体積分を第2のモールド樹脂52で被覆す� �ことができ、振動を吸収することができる� �

 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。

 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。� ��イル15に所定の通電を行うことにより、外� �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� �ターロータ型モータに比べ、高トルク、高� �力を実現することができる。

 図8は、ロータの回転位置(電気角)と誘起� ��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� �、2N-1が3の倍数となる場合を除く)の組合せ� �ロータで実験した結果を示している。

 この図8から、S:P=3:2N-1(ただし、2N-1が3の� �数となる場合を除く)であれば、分布巻線方� ��の巻線の場合と同様の略正弦波となること� ��確認できる。そして、誘起電圧波形が正弦� ��状となるため、分布巻線方式の場合と同様� ��、モータ5の騒音と振動を抑制することがで きる。

 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� �線の場合と同様の略正弦波となる理由につ� �て、説明する。

 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� ��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� ��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� ��るV相のコイル15には外側スロット16から内� �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� �電流が流れる。

 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� ��流が流れることになる。したがって、擬似� ��に破線に示す電流が流れることになる。そ� ��て、この破線の電流の流れは、分布巻線の� ��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� �合には、分布巻線方式の巻線の場合と同様� �電流の流れとなり、分布巻線方式の巻線の� �合と同様の略正弦波となるのである。

 図9は、ロータの回転位置(電気角)とラジ� ��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(� �ロイダル巻線方式のツインロータ型モータ)� ��示している。一方、破線は、分布巻シング� ��ロータ型モータを示している。

 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。

 このようなラジアル力低減の効果は、特� ��、洗濯時に10rpmより100rpmの低速で回転する� �イレクトドライブ方式の洗濯機の場合に有� �である。これは、低速回転であるために、� �濯機の騒音および振動にコギングの影響が� �やすくなるためである。

 図10は、トロイダル巻線方式のツインロ� �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� ��グトルクを、細い実線は外側ロータ30によ� �コギントルクを、中央の太い実線はこれら� �合成したモータ5全体のコギングトルクを示� ��ている。

 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� ��グトルクの位相とを反転させるように構成� ��ている。また、内側ロータ20のコギングト� �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� �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� �ことができる。

 図11は、モータの出力密度をモータの種� �ごとに示す図である。ここで、出力密度と� �、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� �けるトロイダル巻ツインロータ型モータ、� �示している。また、白抜き部分は内側ロー� �による出力密度、ハッチング部分は外側ロ� �タによる出力密度を示している。

 この図11から、Dの出力密度が最大である� ��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� �外側ロータを備えることから、全体的な出� �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。

 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� �ータを備えることから、全体的な出力密度� �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。

 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� �がわかる。また、Dのモータを適用した洗濯� ��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� ��ができ、Bの体積よりも35%小型化することが できる。

 また、DとCとを比較すると、同じロータ� �ークの体積であれば、Dのロータヨークを通� ��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� ��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。

 図12は、極数とトルク定数との関係を示� �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� ��するモータの実験結果を示す。また、細い� ��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� ��、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� ��。

 以上に述べたモータは、トロイダル巻線� ��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� ��ータ型のロータとを備えることから、小型� ��ありながら大きなトルクを出力することが� ��き、かつ、駆動時の騒音および振動を低減� ��ることができる。また、ステータヨークと� ��側スロットと内側スロットとコイルを一体� ��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、� �レームを用いてモールドされる場合と比較� �て、軽量化することができ、製造工数を低� �することができる。さらに、フレームの体� �分をモールド樹脂で被覆することができ、� �動を吸収することができる。

 さらに、ステータヨークに、その両端面� ��貫通する複数の貫通孔が形成され、ステー� ��用モールド樹脂は、ステータヨーク、外側� ��ロット、内側スロット、コイルおよび貫通� ��を一体的に成形することから、ステータヨ� ��クの両端面のモールド樹脂が、貫通孔に充� ��されたモールド樹脂で連結される。これに� ��り、ステータを被覆するモールド樹脂がス� ��ータから剥離することを防止することがで� ��る。

 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� ��弦波状となるため、モータの振動と騒音を� ��制することができる。

 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� ��することができる。また、振動、騒音を低� ��し、夜間の運転にも耐えられる静粛性を実� ��することができる。さらに、モールド樹脂� ��モータの主要部を覆う構成により、防水・� ��滴性能を向上させ、信頼性の高い洗濯機を� ��現することができる。