(57)【要約】【課題】洗濯機の駆動に好適な駆動ユニットを実現する。【解決手段】洗濯機向けの駆動ユニット５である。シャフト５０とモータ５２との間に、クラッチ５４と遊星歯車機構を用いた減速機５３とを備える。クラッチ５４は、回転軸方向にスライドする可動部５４１と、その可動部５４１を一対の固定部５４２Ｓ，５４２Ｒのいずれかと連結することで減速機５３の連結状態を切り替える駆動部５４３とを有している。駆動部５４３は、可動子５４３１と固定子５４３２とを有している。可動子５４３１のクラッチマグネット５４３１ｂが回転軸方向に並ぶ複数の磁極を有している。【選択図】図１４Ａ
2020124381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗濯機向けの駆動ユニットであって、
シャフトと、
前記シャフトを回転させるモータと、
前記シャフトと前記モータとの間に介在するクラッチおよび遊星歯車機構を用いた減速機と、
を備え、
前記クラッチは、
回転軸方向にスライドする可動部と、
前記回転軸方向に離れて位置する一対の固定部と、
前記可動部をスライドさせて前記固定部のいずれか一方と連結することにより、前記減速機の連結状態を切り替える駆動部と、
を有し、
前記駆動部は、
前記可動部に設けられてクラッチマグネットを含む可動子と、
前記可動子とギャップを隔てて径方向に対向するように設けられてクラッチコイルおよびクラッチヨークを含む固定子と、
を有し、
前記クラッチマグネットが前記回転軸方向に並ぶ複数の磁極を有している、駆動ユニット。
【請求項２】
洗濯機向けの駆動ユニットであって、
ユニットベースと、
回転軸を中心に回転可能な状態で前記ユニットベースに支持されているシャフトと、
前記シャフトを回転させるモータと、
前記シャフトと前記モータとの間に介在する減速機およびクラッチと、
を備え、
前記モータは、
前記回転軸を中心に回転可能な状態で支持されているロータと、
前記ユニットベースに固定されて、前記ロータと所定のギャップを隔てて対向するステータと、
を有し、
前記減速機は、
前記シャフトに固定されたキャリアと、
前記回転軸を中心に回転するサンギヤと、
前記サンギヤの周囲に配置されるインターナルギヤと、
前記キャリアに回転可能な状態で支持されていて、前記サンギヤおよび前記インターナルギヤと噛み合うようにこれらの間に配置されている複数のプラネタリギヤと、
を有し、
前記クラッチは、
回転軸方向にスライドする可動部と、
前記回転軸方向に離れて位置する第１および第２からなる一対の固定部と、
前記可動部をスライドさせる駆動部と、
を有し、
前記可動部が第１の前記固定部と連結されることにより、前記モータが前記減速機を介して前記シャフトを回転させる第１モードと、前記可動部が第２の前記固定部と連結されることにより、前記モータが前記減速機を介さずに前記シャフトを回転させる第２モードとに切り替わるように構成され、
前記駆動部は、
前記可動部に設けられてクラッチマグネットを含む可動子と、
前記可動子とギャップを隔てて径方向に対向するように設けられてクラッチコイルおよびクラッチヨークを含む固定子と、
を有し、
前記クラッチマグネットが前記回転軸方向に並ぶ複数の磁極を有している、駆動ユニット。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の駆動ユニットにおいて、
前記クラッチコイルに電流が供給されていない時に、前記可動子が、前記可動部と前記固定部との連結位置の一方の側に、磁気的に安定する第１安定点を有し、前記連結位置の他方の側に、磁気的に安定する第２安定点を有している、駆動ユニット。
【請求項４】
請求項３に記載の駆動ユニットにおいて、
前記クラッチマグネットが有する磁極が３つであり、前記クラッチヨークが、前記磁極のうち、両端部に位置する端部磁極と対向する一対の磁極対向部を有している、駆動ユニット。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の駆動ユニットにおいて、
前記固定部の各々は、回転軸方向に突出する固定側突起を有し、
前記可動部は、前記固定部との連結時に前記固定側突起の各々と噛み合う一対の可動側突起を有し、
前記固定側突起と前記可動側突起とが噛み合う周方向の所定位置に、前記固定部および前記可動部を位置決めする位置決め部を有している、駆動ユニット。
【請求項６】
請求項５に記載の駆動ユニットにおいて、
前記可動部と前記固定部との連結部位に、連結時の衝撃を緩和する緩衝部材が設けられている、駆動ユニット。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の駆動ユニットにおいて、
前記モータおよび前記クラッチを制御する制御装置を更に備え、
前記制御装置は、
前記モータの駆動を制御するモータ制御部と、
前記クラッチの駆動を制御するクラッチ制御部と、
を有し、
前記クラッチ制御部が、前記モータ制御部と制御回路を共用している、駆動ユニット。
【請求項８】
請求項７に記載の駆動ユニットにおいて、
前記クラッチ制御部が、前記クラッチに所定の切替電流を供給して前記可動部を前記固定部に連結する直前に、前記切替電流とは逆向きの衝撃緩和電流を前記クラッチに供給する、駆動ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示する技術は、洗濯機に好適な駆動ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、様々なタイプの洗濯機が製品化されている。大別すれば、洗濯物を収容する回転槽が縦軸回りに回転する縦型洗濯機、横軸ないし傾斜した軸回りに回転するドラム式洗濯機がある。傾向として、ドラム式洗濯機の方が、主流になりつつある。これら洗濯機は、いずれもモータで駆動されている。
【０００３】
ドラム式洗濯機の場合、洗濯物を収容したドラムが回転することによって、洗い、濯ぎ、脱水などの一連の洗濯処理が行われる。多量の水を含む洗濯物を回転させる洗いや濯ぎの工程では、低速で高トルクの回転力が要求される。洗濯物が水をほとんど含まない状態になるように洗濯物を回転させる脱水の工程では、高速で低トルクの回転力が要求される。
【０００４】
従って、洗濯機を駆動するモータは、これら回転力に対応する必要がある。そのため、一般に、減速機およびクラッチが利用されている。例えば、モータと出力軸との間に、プーリとベルトを介在させたり、遊星歯車機構など、複数のギヤを介在させたりして減速できるようにする。更にクラッチを介在させることにより、運転状態を切り替えられるようにする。
【０００５】
このような減速機およびクラッチの従来例としては、例えば、特許文献１〜４がある。ただし、これらに開示されている減速機およびクラッチでは、２つの出力軸を切り替えたり、クラッチがモータの外に配置されていたり、減速機とクラッチとが軸方向に並んで配置されていたりしている。
【０００６】
このような、モータで駆動対象を間接的に駆動するタイプ（インダイレクトドライブ方式）の洗濯機とは異なり、モータで駆動対象を直接的に駆動するタイプ（ダイレクトドライブ方式）の洗濯機もある。そのような洗濯機では、減速機およびクラッチに代えて、インバータ制御が行われている。
【０００７】
開示する技術に関し、電磁力で摺動子をスライドさせることによって、切り替えを行うクラッチが、特許文献５に開示されている。ただし、そこでの摺動子は、金属製の吸着子を有しており、その吸着子を電磁力で吸着することにより、バネの弾性力に抗してスライドさせている。
【０００８】
特許文献５のクラッチは、摺動子を所定位置に保持するため、常時、電力を供給して電磁力を発生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−７７８号公報
【特許文献２】特表２００６−５１７１２６号公報
【特許文献３】特開２０１７−９９６０５号公報
【特許文献４】特開２０１０−２４０００６号公報
【特許文献５】特開２００１−０１７７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
洗濯機では、コンパクトなサイズで洗濯容量が大きいこと、低騒音であること、省エネであることなどが要望される。
【００１１】
それに対し、ダイレクトドライブ方式の洗濯機の場合、速度差やトルク差の大きな回転力を、制御により、磁気構成が同じ１つのモータで出力しなければならない。そのため、大きく異なる回転状態でモータを駆動させる必要があり、最適な回転性能状態に保持できない。また、そのような回転性能状態に対応するためには、モータ自体が大型になる。
【００１２】
一方、インダイレクトドライブ方式の洗濯機の場合、減速機やクラッチが駆動対象とモータとの間に介在する。従って、これらを設置する大きなスペースが必要になる。その分、洗濯容量が制約を受ける。また、出力軸が２つになるなど、機械的な構造が複雑になる。機械的な構造が複雑であると、大きな音が出易い。
【００１３】
ダイレクトドライブ方式、インダイレクトドライブ方式のいずれにおいても、一長一短がある。
【００１４】
そこで開示する技術の主たる目的は、各方式を効率的に組み合わせることにより、洗濯機の駆動に好適な駆動ユニットを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
開示する技術は、洗濯機向けの駆動ユニットに関する。
【００１６】
前記駆動ユニットは、シャフトと、前記シャフトを回転させるモータと、前記シャフトと前記モータとの間に介在するクラッチおよび遊星歯車機構を用いた減速機と、を備える。前記クラッチは、回転軸方向にスライドする可動部と、前記回転軸方向に離れて位置する一対の固定部と、前記可動部をスライドさせて前記固定部のいずれか一方と連結することにより、前記減速機の連結状態を切り替える駆動部と、を有している。前記駆動部は、前記可動部に設けられてクラッチマグネットを含む可動子と、前記可動子とギャップを隔てて径方向に対向するように設けられてクラッチコイルおよびクラッチヨークを含む固定子と、を有している。そして、前記クラッチマグネットが前記回転軸方向に並ぶ複数の磁極を有している。
【００１７】
具体的には、前記駆動ユニットは次のように構成することができる。
【００１８】
前記駆動ユニットは、ユニットベースと、回転軸を中心に回転可能な状態で前記ユニットベースに支持されているシャフトと、前記シャフトを回転させるモータと、前記シャフトと前記モータとの間に介在する減速機およびクラッチと、を備える。
【００１９】
前記モータは、前記回転軸を中心に回転可能な状態で支持されているロータと、前記ユニットベースに固定されて、前記ロータと所定のギャップを隔てて対向するステータと、を有している。
【００２０】
前記減速機は、前記シャフトに固定されたキャリアと、前記回転軸を中心に回転するサンギヤと、前記サンギヤの周囲に配置されるインターナルギヤと、前記キャリアに回転可能な状態で支持されていて、前記サンギヤおよび前記インターナルギヤと噛み合うようにこれらの間に配置されている複数のプラネタリギヤと、を有している。
【００２１】
前記クラッチは、回転軸方向にスライドする可動部と、前記回転軸方向に離れて位置する第１および第２からなる一対の固定部と、前記可動部をスライドさせる駆動部と、を有している。そして、前記可動部が第１の前記固定部と連結されることにより、前記モータが前記減速機を介して前記シャフトを回転させる第１モードと、前記可動部が第２の前記固定部と連結されることにより、前記モータが前記減速機を介さずに前記シャフトを回転させる第２モードとに切り替わるように構成されている。
【００２２】
前記駆動部は、前記可動部に設けられてクラッチマグネットを含む可動子と、前記可動子とギャップを隔てて径方向に対向するように設けられてクラッチコイルおよびクラッチヨークを含む固定子と、を有している。そして、前記クラッチマグネットが前記回転軸方向に並ぶ複数の磁極を有している。
【００２３】
この駆動ユニットによれば、駆動力を出力するシャフトとモータとの間に、クラッチと減速機とが備えられている。すなわち、これらが一体的に構成されているので、ユニット全体をコンパクトなサイズにできる。１本のシャフトから減速した出力と減速しない出力とを切り替えて出力できる。従って、洗いや脱水を行う洗濯機に好適である。
【００２４】
そして、そのクラッチは、固定子を有する駆動部で、可動子を有する可動部を回転軸方向にスライドさせることによって減速機の連結状態を切り替える。可動子は、回転軸方向に並ぶ複数の磁極を有するクラッチマグネットを有しているので、固定子のクラッチコイルに通電することで、可動部をスライドさせることができる。そして、無通電時には、クラッチヨークとクラッチマグネットとの間に作用する電磁力の作用で、可動部の連結状態を保持できる。
【００２５】
従って、クラッチを切り替える時にだけ、クラッチコイルに電流を供給すればよいので、電力の消費が抑制できる。
【００２６】
前記駆動ユニットはまた、前記クラッチコイルに電流が供給されていない時に、前記可動部と前記固定部との連結位置の一方の側に、磁気的に安定する第１安定点を有し、前記連結位置の他方の側に、磁気的に安定する第２安定点を有している、としてもよい。
【００２７】
特に、前記クラッチマグネットが有する磁極が３つであり、前記クラッチヨークが、前記磁極のうち、両端部に位置する端部磁極と対向する一対の磁極対向部を有している、とするのが好ましい。
【００２８】
そうすれば、可動部の連結状態を、より安定して保持できる。
【００２９】
前記洗濯機はまた、前記固定部の各々は、回転軸方向に突出する固定側突起を有し、前記可動部は、前記固定部との連結時に前記固定側突起の各々と噛み合う一対の可動側突起を有し、前記固定側突起と前記可動側突起とが噛み合う周方向の所定位置に、前記固定部および前記可動部を位置決めする位置決め部を有している、としてもよい。
【００３０】
そうすれば、固定側突起と可動側突起との噛み合いによって固定部と可動部とが連結されるので、簡単な構成で、これらの安定した連結状態を確保できる。そして、位置決め部を有しているので、固定側突起に対して可動側突起が周方向にずれて噛み合わない状態になっても、円滑に噛み合わせることができる。
【００３１】
前記洗濯機はまた、前記可動部と前記固定部との連結部位に、連結時の衝撃を緩和する緩衝部材が設けられている、としてもよい。
【００３２】
可動部はスライドして固定部に連結される。従って、連結時にはこれらの接触に伴って不快な衝撃音が発生し得る。それに対し、可動部と固定部との連結部位に、弾性部材や制振性部材等、連結時の衝撃を緩和する緩衝部材を設けておけば、衝撃音を低減できる。
【００３３】
前記洗濯機はまた、前記モータおよび前記クラッチを制御する制御装置を更に備え、前記制御装置は、前記モータの駆動を制御するモータ制御部と、前記クラッチの駆動を制御するクラッチ制御部と、を有し、前記クラッチ制御部が、前記モータ制御部と制御回路を共用している、としてもよい。
【００３４】
そうすれば、半導体素子等の部品点数の増加を抑制でき、安価に実現できる。
【００３５】
前記洗濯機はまた、前記クラッチ制御部が、前記クラッチに所定の切替電流を供給して前記可動部を前記固定部に連結する直前に、前記切替電流とは逆向きの衝撃緩和電流を前記クラッチに供給する、としてもよい。
【００３６】
そうすれば、構造的な工夫を行わなくても、安価かつ簡便に衝撃音が低減できる。
【発明の効果】
【００３７】
開示する技術によれば、洗濯機の駆動に好適な駆動ユニットが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】開示する技術を適用した洗濯機の構造を示す概略図である。
【図２】駆動ユニットの外観を示す概略側面図である。
【図３】駆動ユニットの主な部材を示す分解斜視図である。
【図４】駆動ユニットの要部の概略断面図である。
【図５】シャフトおよびロータの部分を示す概略斜視図である。
【図６】ステータの部分を示す概略斜視図である。
【図７】減速機の部分を示す概略斜視図である。
【図８】減速機とクラッチの部分を示す概略斜視図である。
【図９】減速機とクラッチの部分の要部を示す概略斜視図である。
【図１０】減速機とクラッチの部分の要部を示す概略斜視図である。
【図１１】クラッチの切り替えを説明する図である。
【図１２Ａ】洗濯機の基本的な運転例を示すフローチャートである。
【図１２Ｂ】クラッチの切り替え例を示すフローチャートである。
【図１３】クラッチの要部を示す概略斜視図である。
【図１４Ａ】クラッチの機能を説明するための図である（無通電時の状態）
【図１４Ｂ】クラッチの機能を説明するための図である（通電時の状態）
【図１５Ａ】駆動ユニットの制御回路を示す概略図である。
【図１５Ｂ】他の駆動ユニットの制御回路を示す概略図である。
【図１６Ａ】クラッチの切替時の衝撃音を低減する制御例を示す図である。
【図１６Ｂ】他のクラッチの切替時の衝撃音を低減する制御例を示す図である。
【図１７】減速機の部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、開示する技術の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。なお、説明の便宜上、対応した図を基準にして上下等の方向を用いる場合がある。また、回転軸を基準にして、回転軸が延びる方向を「回転軸方向」といい、回転軸を中心とした周りの方向を「周方向」といい、回転軸に対して直径または半径の方向を「径方向」ともいう。
【００４０】
＜洗濯機＞
図１に、開示する技術を適用した洗濯機１を例示する。この洗濯機１は、いわゆるドラム式の洗濯機である。また、この洗濯機１は、いわゆる全自動式洗濯機であり、洗い、濯ぎ、脱水などの工程からなる一連の洗濯処理が、自動的に実行できるように構成されている。
【００４１】
洗濯機１は、主に、筐体２、タブ３（固定槽）、ドラム４（回転槽）、駆動ユニット５、コントローラ６（制御装置）などで構成されている。
【００４２】
筐体２は、パネルやフレームで構成された箱形の容器であり、洗濯機１の外郭を構成している。筐体２の前面には、洗濯物を出し入れするために、円形の投入口２ａが形成されている。投入口２ａには透明な窓を有するドア２ｂが取り付けられている。投入口２ａは、ドア２ｂによって開閉される。筐体２における投入口２ａの上側には、ユーザが操作するスイッチ等を有する操作部７が設置されている。
【００４３】
（タブ３）
筐体２の内部には、投入口２ａに連通するタブ３が設置されている。タブ３は、有底円筒状の貯水可能な容器からなり、その開口が投入口２ａと接続されている。タブ３は、その中心線Ｊを前方に向かって上向きに僅かに傾斜させた姿勢で安定するように、筐体２の内部に設けられたダンパ（図示せず）によって支持されている。
【００４４】
タブ３の上部には、給水配管８ａ、給水弁８ｂ、薬剤投入装置８ｃなどで構成された給水装置８が設けられている。給水配管８ａの上流側の端部は、洗濯機１の外部に突出し、図外の給水源に接続されている。給水配管８ａの下流側の端部はタブ３の上部に開口する給水口３ａに接続されている。給水弁８ｂおよび薬剤投入装置８ｃは、上流側からこの順に給水配管８ａの途中に設置されている。
【００４５】
薬剤投入装置８ｃは、洗剤や柔軟剤等の薬剤を収容し、これら薬剤を、給水される水に混合することによってタブ３に投入する。タブ３の下部には、排水口３ｂが設けられている。排水口３ｂは、排水ポンプ９に接続されている。排水ポンプ９は、タブ３に溜まる不要な水を、排水管９ａを通じて洗濯機１の外部に排出する。
【００４６】
（ドラム４）
ドラム４は、タブ３よりも僅かに小径の円筒状の容器からなり、タブ３と中心線Ｊを一致させた状態で、タブ３に収容されている。ドラム４の前部には、投入口２ａに臨む円形開口４ａが形成されている。洗濯物は、投入口２ａおよび円形開口４ａを通じて、ドラム４の内部に投入される。
【００４７】
ドラム４の側部には、多数の脱水孔４ｂが全周にわたって形成されている（図１では一部のみ表示）。また、その側部の内側の複数箇所には、撹拌用のリフター４ｃが取り付けられている。ドラム４の前部は、投入口２ａに回転可能な状態で支持されている。
【００４８】
タブ３の底部には、駆動ユニット５が取り付けられている。駆動ユニット５は、図２、図３に具体的に示すように、シャフト５０、ユニットベース５１、モータ５２などで構成されている。シャフト５０は、タブ３の後部を貫通し、タブ３の内部に突出している。シャフト５０の先端は、ドラム４の底部の中心に固定されている。
【００４９】
すなわち、ドラム４の後部はシャフト５０で軸支されていて、駆動ユニット５は、ドラム４を直接的に駆動する（いわゆるダイレクトドライブ方式に相当）。それにより、ドラム４は、モータ５２の駆動によって中心線Ｊの回りを回転する。
【００５０】
中心線Ｊは、回転軸に相当する（回転軸Ｊ）。この洗濯機１はドラム式であるため、回転軸Ｊは、水平方向に対して傾斜した方向または略水平方向に延びるように配置される。
【００５１】
コントローラ６は、筐体２の上部に設置されている。コントローラ６は、ＣＰＵ、メモリなどのハードウエアと、制御プログラムや各種データなどのソフトウエアとで構成されている。コントローラ６は、洗濯機１の動作を総合的に制御する。
【００５２】
筐体２の内部には、外部の電源から電力の供給を受けるインバータ１０が設置されている。インバータ１０は、コントローラ６および駆動ユニット５と電気的に接続されている。コントローラ６が、インバータ１０を制御することによって駆動ユニット５が駆動する。それにより、ドラム４が回転する。
【００５３】
＜駆動ユニット５＞
上述したように、駆動ユニット５は、シャフト５０、ユニットベース５１、モータ５２などで構成されている。図４に、駆動ユニット５の要部の概略断面図を示す。
【００５４】
図３に示すように、ユニットベース５１は、タブ３の底部に取り付けられる略円板状の金属や樹脂の部材からなる。ユニットベース５１の中心部には、中心線Ｊに沿って延びる円筒状の軸挿入孔５１１が形成されている。軸挿入孔５１１の両端部には、一対のボールベアリング（メインベアリング５１２Ｍおよびサブベアリング５１２Ｓ）が装着される。図３では、シャフト５０およびサブベアリング５１２Ｓは、モータ５２に組み付けられた状態で表してある。モータ５２は、ユニットベース５１の裏側に組み付けられる。
【００５５】
シャフト５０は、軸挿入孔５１１よりも小径の円柱状の金属部材からなる。シャフト５０は、その先端部分を軸挿入孔５１１から突出した状態で軸挿入孔５１１に挿入される。シャフト５０は、一対のボールベアリング５１２Ｍ，５１２Ｓを介してユニットベース５１に支持される。それにより、シャフト５０は、回転軸Ｊを中心に回転可能となっている。
【００５６】
このモータ５２は、洗濯機１の駆動に好適なように、構造が工夫されている。すなわち、洗濯機１では、洗い、濯ぎ、脱水の各工程が行われる。そのために、モータ５２には、低速回転での高トルクな出力と、低トルクであるが高速回転の出力とが要求される。
【００５７】
一般的には、減速機およびクラッチをドラムとモータとの間に介在させて、間接的にドラムを回転させる方式（インダイレクトドライブ方式）や、モータを、インバータ制御による駆動で直接的にドラムを回転させる方式（ダイレクトドライブ方式）が採用されている。
【００５８】
それに対し、この駆動ユニット５では、インダイレクトドライブ方式とダイレクトドライブ方式とを効率的に組み合わせることにより、個々の方式の欠点が解消できるように工夫されている。すなわち、この洗濯機１では、コンパクトなサイズで洗濯容量が大きいこと、低騒音であること、省エネであることなどが実現可能となっている。
【００５９】
具体的には、出力軸である１本のシャフト５０を回転させるモータ５２に、シャフト５０とモータ５２との間に介在する減速機５３およびクラッチ５４を効率的に組み込むことによって、これらが一体的に構成されている。それにより、モータ５２と減速機５３とクラッチ５４とが、回転軸Ｊに対して略垂直な方向に一列に並んだ状態となっている。以下、これらの構造について、詳細に説明する。
【００６０】
（シャフト５０の基端部５０ａ）
図４に示すように、シャフト５０の基端部５０ａは、サブベアリング５１２Ｓから突出している。シャフト５０の基端部５０ａには、中心線Ｊに沿って延びるネジ孔５０１が形成されている。シャフト５０の基端部５０ａの外周面には、中心線Ｊに沿って延びるセレーションが形成されている（図７参照）。ネジ孔５０１に、止め具５０２を介してボルト５０３が締結されている。そうすることにより、シャフト５０の基端部５０ａには、後述するキャリア５３１のメインフレーム５３１１が固定されている。
【００６１】
（モータ５２）
モータ５２は、ロータ５２１およびステータ５２２を有している。モータ５２は、ステータ５２２の外側にロータ５２１が位置する、いわゆるアウターロータ型である。
【００６２】
図５に示すように、ロータ５２１は、ロータケース５２１１、複数の磁石５２１２などで構成されている。ロータケース５２１１は、中心が回転軸Ｊに一致するように配置される有底円筒形状をした部材からなる。ロータケース５２１１は、中心に丸孔が開口した円板状の底壁５２１１ａと、その底壁５２１１ａの周囲に連なる円筒状の周壁５２１１ｂと、を有している。なお、底壁５２１１ａは多物品でも１物品でもよい。ロータケース５２１１は、底が浅く（厚みが小さく）、底壁５２１１ａの半径よりも周壁５２１１ｂの高さの方が小さく形成されている。
【００６３】
底壁５２１１ａの中心部に開口した丸孔の周囲には、周壁５２１１ｂと対向する円筒状の軸支部５２１１ｃが形成されている。軸支部５２１１ｃの外周面にはギヤが形成されており、軸支部５２１１ｃは、後述するサンギヤを兼ねている（サンギヤ５２１１ｃ）。
【００６４】
軸支部５２１１ｃの内側には、円筒状の焼結含油軸受５２１３が固定されている。軸支部５２１１ｃは、この焼結含油軸受５２１３を介して、シャフト５０（詳細には、シャフト５０に固定されたメインフレーム５３１１）に摺動可能な状態で支持されている。それにより、ロータケース５２１１は、シャフト５０に対して回転可能となっている。焼結含油軸受５２１３は、ロータ軸受部を構成している。
【００６５】
各磁石５２１２は、円弧状に曲げられた矩形の永久磁石からなる。各磁石５２１２は、周方向に直列に連なって並ぶように、ロータケース５２１１の周壁５２１１ｂの内面に固定されている。各磁石５２１２は、ロータ５２１の磁極を構成し、Ｓ極とＮ極とが交互に並ぶように配置されている。
【００６６】
図６に示すように、ステータ５２２は、円環状の部材からなり、円環状のコア部５２２ａと、コア部５２２ａから外側に向かって放射状に突出する複数のティース部５２２ｂとを有している。ステータ５２２は、コア部５２２ａの内側に設けられた固定フランジ部５２２ｃを介してユニットベース５１に固定されている。ステータ５２２は、ロータケース５２１１に収容されている。
【００６７】
コア部５２２ａおよび各ティース部５２２ｂは、磁性を有する金属製のステータコア５２２１の表面を、絶縁性のインシュレータで被覆することによって構成されている。また、図示はしないが、各ティース部５２２ｂには、所定の順序で導線を巻き付けることにより、複数のコイルが形成されている。ステータ５２２の外周部分に位置する各ティース部５２２ｂの突端面には、ステータコア５２２１の一部が露出している。これらステータコア５２２１の露出部分が、所定のギャップを隔ててロータ５２１の磁石５２１２と径方向に対向している。
【００６８】
複数のコイルは、Ｕ、Ｖ、およびＷからなる３相のコイル群を構成している。これらコイル群の各々に、コントローラ６が、インバータ１０を制御することにより、位相をずらしながら交流を供給する。そうすることにより、各コイル群とロータ５２１の磁極との間で磁界が形成される。磁力の作用で、ロータ５２１は回転軸Ｊを中心に回転する。
【００６９】
（減速機５３）
減速機５３は、軸支部５２１１ｃの周囲に配置されている。減速機５３は、ロータケース５２１１に収容されている。図７に、その減速機５３の部分を示す。減速機５３は、いわゆる遊星歯車機構を用いた減速機であり、キャリア５３１、サンギヤ５２１１ｃ、複数（図例では４つ）のプラネタリギヤ５３３、インターナルギヤ５３４などで構成されている。
【００７０】
キャリア５３１は、メインフレーム５３１１とサブフレーム５３１２とを有している。サブフレーム５３１２は、４つの下側軸受凹部５３１２ａを有する環状の部材からなる。サブフレーム５３１２は、環状のガイドプレート５３５を介して、ロータケース５２１１の上に装着されている。
【００７１】
ガイドプレート５３５の内側には、リング状の摺動部材５３６が固定されている。ガイドプレート５３５は、軸支部５２１１ｃとの間にその摺動部材５３６を介在し、回転可能な状態で、ロータケース５２１１の底壁５２１１ａの上に装着されている。
【００７２】
メインフレーム５３１１は、底の浅い有底円筒形状をした基部５３１１ａと、基部５３１１ａの中央部からその裏側に突出した円筒状の軸止部５３１１ｂとを有している。基部５３１１ａの裏面は、サブフレーム５３１２と対向するように配置される。基部５３１１ａの裏面には、下側軸受凹部５３１２ａの各々と対向する複数の上側軸受凹部５３１１ｃが形成されている。
【００７３】
軸止部５３１１ｂの内周面には、シャフト５０の基端部５０ａに嵌合するセレーションが形成されている。軸止部５３１１ｂにシャフト５０の基端部５０ａが挿入されることにより、メインフレーム５３１１は、回転不能な状態でシャフト５０に固定される。軸止部５３１１ｂの周囲には、上述したように、ロータ軸受部を構成する焼結含油軸受５２１３を介して、ロータ５２１の軸支部５２１１ｃが支持されている。この軸支部５２１１ｃが、回転軸Ｊを中心に回転するサンギヤを構成している。
【００７４】
インターナルギヤ５３４は、サンギヤ５２１１ｃよりも大径の略円筒状の部材からなる。インターナルギヤ５３４の内周面の下部にはギヤ部５３４ａが設けられている。ギヤ部５３４ａには、ギヤ歯が全周にわたって形成されている。また、インターナルギヤ５３４の外周面には、回転軸方向に延びる線状の突起からなる複数の内側スライドガイド５３４ｂが、等間隔で全周にわたって形成されている。これら内側スライドガイド５３４ｂについては、別途後述する。
【００７５】
インターナルギヤ５３４は、サンギヤ５２１１ｃの周囲に、回転軸Ｊを中心に配置されている。インターナルギヤ５３４の下部は、ガイドプレート５３５の上に配置されている。インターナルギヤ５３４の上部内側には、リング状の摺動部材５３７が固定されている（図４参照）。キャリア５３１（メインフレーム５３１１）は、この摺動部材５３７を介して、回転可能な状態でインターナルギヤ５３４に支持されている。
【００７６】
各プラネタリギヤ５３３は、キャリア５３１に回転可能な状態で支持されていて、サンギヤ５２１１ｃとインターナルギヤ５３４とに噛み合うように、これらの間に配置されている。
【００７７】
各プラネタリギヤ５３３は、小径のギヤ部材からなる。各プラネタリギヤ５３３の中心部には、ピン孔が貫通して形成されている。ピン孔に挿入されたピン５３３１の両端部が、メインフレーム５３１１の上側軸受凹部５３１１ｃと、サブフレーム５３１２の下側軸受凹部５３１２ａとに軸支されている。各プラネタリギヤ５３３の外周面には、ギヤ歯が全周にわたって形成されている。このギヤ歯が、サンギヤ５２１１ｃおよびインターナルギヤ５３４の双方に噛み合っている。
【００７８】
従って、インターナルギヤ５３４が固定された状態（回転不能な状態）で、サンギヤ５２１１ｃが所定の速度で回転すると、それに伴って、各プラネタリギヤ５３３が、サンギヤ５２１１ｃの回りを周回しながら回転する。それにより、キャリア５３１およびシャフト５０は、減速された状態で回転する。
【００７９】
（クラッチ５４）
クラッチ５４は、減速機５３の周囲に配置されている。クラッチ５４は、ロータケース５２１１に収容されている。図８、図９、図１０に、減速機５３とクラッチ５４の部分を示す。クラッチ５４は、スライダー５４１（可動部）、ロータ側およびステータ側の各ロック爪５４２Ｒ，５４２Ｓ（固定部）、およびクラッチドライバ５４３（駆動部）を有している。クラッチドライバ５４３は、可動子５４３１および固定子５４３２を有している。
【００８０】
スライダー５４１は、インターナルギヤ５３４よりも大径の円筒状の部材からなる。スライダー５４１の内周面には、図８に一部のみ示すように、回転軸方向に延びる線状の突起からなる複数の外側スライドガイド５４１ａが、等間隔で全周にわたって形成されている。これら外側スライドガイド５４１ａは、インターナルギヤ５３４の外周面に形成されている複数の内側スライドガイド５３４ｂと噛み合うように構成されている。
【００８１】
スライダー５４１は、その外側スライドガイド５４１ａの各々を、インターナルギヤ５３４の内側スライドガイド５３４ｂの各々に噛み合わせた状態で、インターナルギヤ５３４の周囲に配置されている。それにより、スライダー５４１は、回転軸方向にスライド可能となっている。
【００８２】
スライダー５４１の外周面には、ロータ側およびステータ側の各係合爪からなる一対の係合爪５４１１Ｒ，５４１１Ｓが形成されている。これら係合爪５４１１Ｒ，５４１１Ｓは、回転軸方向に突出する複数の突起（可動側突起）で構成されており、スライダー５４１の外周面に等間隔で全周にわたって形成されている。ロータ側の係合爪５４１１Ｒは、スライダー５４１の下端部に配置されていて、各突起が下方に向かって突出している。ステータ側の係合爪５４１１Ｓは、スライダー５４１の上端部に配置されていて、各突起が上方に向かって突出している。
【００８３】
スライダー５４１の外周面におけるロータ側およびステータ側の各係合爪５４１１Ｒ，５４１１Ｓの間には、可動子５４３１を収容する可動子収容部５４１ｂが形成されている。
【００８４】
図１０に示すように、ロータ側のロック爪５４２Ｒ（第１の固定部）は、ロータケース５２１１に取り付けられた環状部材５４４に設けられている。ロータ側のロック爪５４２Ｒは、全周にわたって等間隔で回転軸方向に突出する複数の突起（固定側突起）で構成されている。これら突起は、上方に向かって突出している。また、これらの突起は図示しないが、ロータ側の一体成形時に、他部構成部と同時に構成したり、ロータケース５２１１に一体的に構成することも可能である。
【００８５】
ステータ側のロック爪５４２Ｓ（第２の固定部）は、ステータ５２２に取り付けられた環状部材５４５に設けられている。ステータ側のロック爪５４２Ｓは、全周にわたって等間隔で回転軸方向に突出する複数の突起（固定側突起）で構成されている。これら突起は、下方に向かって突出している。また、これらの突起はインシュレータと一体的に構成することも可能である。
【００８６】
ロータ側のロック爪５４２Ｒと、ステータ側のロック爪５４２Ｓとは、回転軸方向に離れた位置で対向するように配置されている。そして、ロータ側のロック爪５４２Ｒは、ロータ側の係合爪５４１１Ｒと噛み合うように構成されるとともに、ステータ側のロック爪５４２Ｓは、ステータ側の係合爪５４１１Ｓと噛み合うように構成されている。
【００８７】
ロータ側のロック爪５４２Ｒとステータ側のロック爪５４２Ｓとの間の間隔は、ロータ側の係合爪５４１１Ｒとステータ側の係合爪５４１１Ｓとの間の間隔よりも大きく設定されている。従って、ロータ側のロック爪５４２Ｒがロータ側の係合爪５４１１Ｒと噛み合って連結されるときには、ステータ側のロック爪５４２Ｓはステータ側の係合爪５４１１Ｓと噛み合わない。ステータ側のロック爪５４２Ｓがステータ側の係合爪５４１１Ｓと噛み合って連結されるときには、ロータ側のロック爪５４２Ｒはロータ側の係合爪５４１１Ｒと噛み合わない。
【００８８】
図９に示すように、クラッチドライバ５４３の可動子５４３１は、スライダコア５４３１ａと、クラッチマグネット５４３１ｂとを有し、可動子収容部５４１ｂに設置されている。
【００８９】
スライダコア５４３１ａは、磁性を有する金属製の円筒状部材からなり、可動子収容部５４１ｂの奥方に設置されている。クラッチマグネット５４３１ｂは、永久磁石で構成されている。クラッチマグネット５４３１ｂは、スライダコア５４３１ａの表面に接した状態で、可動子収容部５４１ｂの全周にわたって設置されている。
【００９０】
図１０に示すように、クラッチドライバ５４３の固定子５４３２は、クラッチコイル５４３２ａ、コイルホルダ５４３２ｂ、ホルダサポート５４３２ｃなどで構成されている。コイルホルダ５４３２ｂは、開口が径方向外側に向く断面が略Ｃ形状をした、絶縁性のリング状の部材からなる。コイルホルダ５４３２ｂに電線が巻回されることによってクラッチコイル５４３２ａが形成されている。
【００９１】
ホルダサポート５４３２ｃは、コイルホルダ５４３２ｂを挟持する上下一対の環状の部材からなる。ホルダサポート５４３２ｃは、ステータ５２２に固定されている。それにより、クラッチコイル５４３２ａ（固定子５４３２）は、クラッチマグネット５４３１ｂ（可動子５４３１）と、径方向に僅かなギャップを隔てて対向するように構成されている。
【００９２】
クラッチコイル５４３２ａへの通電は、コントローラ６によって制御される。クラッチコイル５４３２ａへの通電によって、クラッチコイル５４３２ａとクラッチマグネット５４３１ｂとの間に磁界が形成される。それにより、スライダー５４１は、回転軸方向のいずれか一方にスライドする。
【００９３】
それにより、図１１に示すように、ステータ側のロック爪５４２Ｓにステータ側の係合爪５４１１Ｓが噛み合う第１モードと、ロータ側のロック爪５４２Ｒにロータ側の係合爪５４１１Ｒが噛み合う第２モードとに切り替わる。
【００９４】
第１モードでは、インターナルギヤ５３４がスライダー５４１を介してステータ５２２に支持される。それにより、ロータ５２１およびサンギヤ５２１１ｃの回転は、減速機５３を介してシャフト５０およびキャリア５３１に伝達される。従って、駆動ユニット５は、低回転で高トルクな回転力を出力する。
【００９５】
一方、第２モードでは、インターナルギヤ５３４がスライダー５４１を介してロータ５２１に支持される。それにより、ロータ５２１およびサンギヤ５２１１ｃの回転は、減速機５３を介さずに、シャフト５０およびキャリア５３１に伝達される。
【００９６】
すなわち、ロータ５２１、サンギヤ５２１１ｃ、およびインターナルギヤ５３４が一体となって回転するため、各プラネタリギヤ５３３は周回しない。それにより、シャフト５０およびキャリア５３１もこれらと一体になって回転する。従って、駆動ユニット５は、高回転で低トルクな回転力を出力する。
【００９７】
このように、この駆動ユニット５によれば、モータ５２、減速機５３、およびクラッチ５４が、回転軸Ｊに対して略垂直な方向に一列に並ぶように、モータ５２に、減速機５３およびクラッチ５４が効率的に組み込まれて、これらが一体的に構成されている。そして、クラッチ５４の切り替えにより、１本のシャフト５０を通じて、低回転で高トルクな回転力と、低トルクであるが高回転の回転力とを出力することができる。そしてまた、出力が異なる第１モードと第２モードの両モードにおいても、モータ５２の回転数およびトルクの値を比較的近い値に設定できので、モータ効率を最適化できる。
【００９８】
従って、この駆動ユニット５は、コンパクトなサイズで、洗濯機に適した回転力を出力できる。駆動ユニット５は、洗濯機に好適である。
【００９９】
＜洗濯機１の運転＞
図１２Ａに、洗濯機１の基本的な運転例を示す。
【０１００】
洗濯機１の運転が行われる場合、最初に、ドラム４に洗濯物が投入される（ステップＳ１）。この洗濯機１の場合、その際、洗剤等も薬剤投入装置８ｃに投入される。そして、操作部７の操作により、コントローラ６に、洗濯開始の指示が入力される（ステップＳ２でＹｅｓ）。それにより、コントローラ６は、洗い、濯ぎ、および脱水などからなる一連の洗濯工程を自動的に開始する。
【０１０１】
洗い工程に先だって、コントローラ６は、給水量を設定するため、洗濯物の重量を計測する（ステップＳ３）。コントローラ６は、計測した洗濯物の重量に基づいて、適切な給水量を設定する（ステップＳ４）。
【０１０２】
給水量の設定が終わると、コントローラ６は、洗い工程を開始する（ステップＳ５）。洗い工程が開始すると、コントローラ６は、給水弁８ｂを制御し、設定した所定量の水をタブ３に供給する。その際、薬剤投入装置８ｃに収容された洗剤が給水される水とともにタブ３に投入される。
【０１０３】
次に、コントローラ６は、駆動ユニット５を駆動し、ドラム４の回転を開始する、その際、コントローラ６は、ドラム４の回転に先立って、図１２Ｂに示すように、洗いまたは濯ぎの工程か否かを判断する（ステップＳ１０）。その結果、洗いまたは濯ぎの工程であれば、コントローラ６は、クラッチ５４を制御して、第１モードに切り替える（ステップＳ１１）。洗いまたは濯ぎの工程でない、つまり脱水の工程であれば、コントローラ６は、クラッチ５４を制御して、第２モードに切り替える（ステップＳ１２）。
【０１０４】
ここでは、洗い工程であるため、コントローラ６は、クラッチ５４を第１モードに切り替える。それにより、駆動ユニット５により、低速で高トルクな回転力が出力される。従って、比較的重いドラム４を低速で効率よく回転させることができる。
【０１０５】
洗い工程が終了すると、コントローラ６は、濯ぎ工程を開始する（ステップＳ６）。濯ぎ工程では、排水ポンプ９の駆動により、タブ３に貯まる洗い水が排水される。次に、コントローラ６は、洗い工程と同様に、給水や撹拌の処理を実行する。
【０１０６】
濯ぎ工程では、クラッチ５４を第１モードに維持した状態で、駆動ユニット５が駆動される。
【０１０７】
濯ぎ工程が終了すると、コントローラ６は、脱水工程を実行する（ステップＳ７）。脱水工程では、ドラム４が、所定時間、高速で回転駆動される。従って、コントローラ６は、脱水工程に先立って、クラッチ５４を第２モードに切り替える。第２モードであれば、高回転で低トルクな回転力を出力できる。従って、比較的軽いドラム４を高速で効率よく回転させることができる。
【０１０８】
洗濯物は、遠心力でドラム４の内面に張り付いた状態になる。洗濯物に含まれる水は、ドラム４の外に流出する。それにより、洗濯物は脱水される。
【０１０９】
脱水によってタブ３に貯まる水は、排水ポンプ９の駆動によって排出される。脱水工程が終了すると、所定のブザーを鳴らすなどして洗濯終了の報知し、洗濯機１の運転が終了する。
【０１１０】
＜クラッチ５４の詳細＞
図１３に、クラッチ５４の詳細を例示する。このクラッチ５４によれば、簡素な構造で、安定した減速機５３の切替が行える。無通電時には、永久磁石による磁気作用により、スライダー５４１を連結状態に保持できるので、電力消費も抑制できる。
【０１１１】
クラッチマグネット５４３１ｂは、永久磁石の薄板を円弧状にした複数の磁極部材５４３１１で構成されている。各磁極部材５４３１１は、回転軸方向にＮ極とＳ極とが交互に並ぶ複数の磁極（図例では３つ）を有している。具体的には、磁極部材５４３１１を横断面方向から見た場合に、その中央部に位置する中間磁極５４３１１ａと、その両端部に位置する一対の端部磁極５４３１１ｂと、を有している。
【０１１２】
回転軸方向における各端部磁極５４３１１ｂの大きさは同じであり、回転軸方向における中間磁極５４３１１ａの大きさは、各端部磁極５４３１１ｂよりも大きい。図例では、中間磁極５４３１１ａはＮ極とされ、端部磁極５４３１１ｂはＳ極とされている。なお、各磁極５４３１１ａ，５４３１１ｂは周方向に延びており、各磁極部材５４３１１の横断面構造は同じである。また、磁極部材５４３１１は、セグメント形状であっても、円環状形状であってもよい。
【０１１３】
ホルダサポート５４３２ｃは、磁性を有する金属で形成されている。すなわち、ホルダサポート５４３２ｃは、クラッチヨークを構成している（以下、ホルダサポート５４３２ｃをクラッチヨーク５４３２ｃという）。クラッチヨーク５４３２ｃは、各端部磁極５４３１１ｂと僅かなギャップを隔てて径方向に対向する一対の磁極対向部５４３２１，５４３２１を有している。
【０１１４】
一対の磁極対向部５４３２１，５４３２１の間には、中間磁極５４３１１ａと僅かなギャップを隔てて径方向に対向する空隙部５４３２２が設けられている。従って、中間磁極５４３１１ａは、その空隙部５４３２２を介してコイルホルダ５４３２ｂと対向する。
【０１１５】
そして、クラッチ５４の無通電時（クラッチコイル５４３２ａに電流が供給されていない時）には、可動子５４３１は、固定子５４３２との間での磁気的な作用により、３つの異なる位置に２つの安定点と１つの不安定点とを有するように設計されている。
【０１１６】
これら安定点および不安定点の具体的な位置を、図１４Ａに例示する。図１４Ａの表に示す曲線は、可動子５４３１の固定子５４３２に対する相対的な回転軸方向の位置と、磁気的な作用によって可動子５４３１に生じる推進力（ディテントトルク）、すなわち、クラッチコイルを励磁していない（通電していない）時に働く磁気力との関係を示している。前者が縦軸であり、後者が横軸である。
【０１１７】
可動子５４３１の位置の「０」は、可動子５４３１が固定子５４３２と正対する位置（中立位置）である。中立位置では、各端部磁極５４３１１ｂは各磁極対向部５４３２１と対向し、中間磁極５４３１１ａはコイルホルダ５４３２ｂと対向している。中立位置では、推進力は「０」である。中立位置では、僅かでもステータ側、またはロータ側に位置がずれると、ずれた方向の推進力が発生し、増加していく。従って、可動子５４３１は磁気的に不安定になる（不安定点Ｐ３）。
【０１１８】
可動子５４３１が中立位置にあるとき、スライダー５４１は、ロータ側のロック爪５４２Ｒとステータ側のロック爪５４２Ｓとの間に離れて位置する。従って、各係合爪５４１１Ｒ，５４１１Ｓは、各ロック爪５４２Ｒ，５４２Ｓと噛み合っていない。そして、可動子５４３１は磁気的に不安定なので、スライダー５４１は留まることなく、スライドする。なお、各ロック爪５４２Ｒ，５４２Ｓ、および、各係合爪５４１１Ｒ，５４１１Ｓの突端部分は、噛み合い易いように、先が尖った逆Ｕ形状ないし逆Ｖ形状に形成されている（図８，１０参照）。
【０１１９】
可動子５４３１がステータ側（Ｓ側）にスライドすると、それに伴ってステータ側に向かう推進力（プラス方向）が増加し、所定位置でピークに達した後、推進力が低下していく。そうして、再度、推進力が「０」となり、磁気的に安定する点（第１安定点Ｐ１）に至る。
【０１２０】
第１安定点Ｐ１では、ステータ側の端部磁極５４３１１ｂは、クラッチヨーク５４３２ｃの外方に位置し、中間磁極５４３１１ａはステータ側の磁極対向部５４３２１と対向し、ロータ側の端部磁極５４３１１ｂは、ロータ側の端部磁極５４３１１ｂおよび空隙部５４３２２と対向している。可動子５４３１が第１安定点Ｐ１に向かうことで、ステータ側のロック爪５４２Ｓがステータ側の係合爪５４１１Ｓと噛み合って連結される。
【０１２１】
本実施例では、後述するように、第１安定点Ｐ１に至る前の点Ｐ１−１（連結位置Ｃｓ）において噛み合うように設定されている（図１４Ｂ参照）。噛み合い点Ｐ１−１では、第１安定点Ｐ１へ向かう推進力は保持されている。
【０１２２】
可動子５４３１がロータ側（Ｒ側）にスライドすると、それに伴ってロータ側に向かう推進力（マイナス方向）が増加し、所定位置でピークに達した後、推進力が低下していく。そうして、再度、推進力が「０」となり、磁気的に安定する点（第２安定点Ｐ２）に至る。
【０１２３】
第２安定点Ｐ２では、ロータ側の端部磁極５４３１１ｂは、クラッチヨーク５４３２ｃの外方に位置し、中間磁極５４３１１ａはロータ側の磁極対向部５４３２１と対向し、ステータ側の端部磁極５４３１１ｂは、ステータ側の端部磁極５４３１１ｂおよび空隙部５４３２２と対向している。可動子５４３１が第２安定点Ｐ２に向かうことで、ロータ側のロック爪５４２Ｒがロータ側の係合爪５４１１Ｒと噛み合って連結される。
【０１２４】
本実施例では、後述するように、第２安定点Ｐ２に至る前の点Ｐ２−１（連結位置Ｃｒ）において噛み合うように設定されている（図１４Ｂ参照）。噛み合い点Ｐ２−１では、第２安定点Ｐ２へ向かう推進力は保持されている。
【０１２５】
ロック爪５４２Ｓと係合爪５４１１Ｓとが噛み合って連結されるステータ側の連結位置Ｃｓ、および、ロック爪５４２Ｒと係合爪５４１１Ｒとが噛み合って連結されるロータ側の連結位置Ｃｒは、それぞれ、噛み合い点Ｐ１−１および噛み合い点Ｐ２−１に設定されている。それにより、ディテントトルクの作用によって、無通電時でも各連結位置Ｃｓ，Ｃｒでの噛み合い状態を安定して保持できる。
【０１２６】
なお、クラッチ５４の無通電時には、中立位置に位置する可動子５４３１は不安定である。すなわち、中立位置から回転軸方向に可動子５４３１がずれると、推進力が作用して可動子５４３１は容易にスライドする。
【０１２７】
クラッチ５４に通電、すなわちクラッチコイル５４３２ａに電流が供給されると、スライダー５４１は、その電流の方向に応じてステータ側およびロータ側のいずれか一方にスライドする。電流を流す方向により、ステータ側にスライドする第１モードと、ロータ側にスライドする第２モードとが選択される。
【０１２８】
図１４Ｂに、通電時における、可動子５４３１の固定子５４３２に対する相対的な回転軸方向の位置と、可動子５４３１に生じる推進力との関係を示す。破線はディテントトルクを表している。実線Ｌ１は、第１モードでの推進力を表し、実線Ｌ２は、第２モードでの推進力を表している。
【０１２９】
第１モードでは、ロータ側の磁極対向部５４３２１がＮ極になり、ステータ側の磁極対向部５４３２１がＳ極になるように、クラッチコイル５４３２ａに電流が流される。それにより、固定子５４３２で発生する電磁力がクラッチマグネット５４３１ｂに作用し、可動子５４３１にステータ側に向かう推進力Ｔ１が発生する。その推進力Ｔ１は、ロータ側の連結位置でも、ディテントトルクに十分に打ち勝ってステータ側に移動できる大きさに設計されている。従って、可動子５４３１は、いずれの位置にあっても、ステータ側にスライドする。
【０１３０】
第２モードでは、ロータ側の磁極対向部５４３２１がＳ極になり、ステータ側の磁極対向部５４３２１がＮ極になるように、クラッチコイル５４３２ａに電流が流される。それにより、固定子５４３２で発生する電磁力がクラッチマグネット５４３１ｂに作用し、可動子５４３１にロータ側に向かう推進力Ｔ２が発生する。その推進力Ｔ２は、ステータ側の連結位置でも発生するように設計されている。従って、可動子５４３１は、いずれの位置にあっても、ロータ側にスライドする。
【０１３１】
（クラッチ５４の周方向の位置決め）
スライダー５４１は、ロック爪５４２Ｓが係合爪５４１１Ｓと円滑に噛み合うように、周方向に位置決めできるように構成されている。
【０１３２】
クラッチ５４の切替時の途中では、可動子５４３１は、噛み合いの無いフリーな状態になる。そこで上述したように、噛み合い易い形状に形成されている各ロック爪５４２Ｒ，５４２Ｓ、および、各係合爪５４１１Ｒ，５４１１Ｓの突端部分に案内されながら、可動子５４３１は固定子５４３２と噛み合う。
【０１３３】
しかしながら、衝撃音の低減など、可動子５４３１は、固定子５４３２と、より円滑に噛み合う方が好ましい。そのため、可動子５４３１と固定子５４３２との間に位置決め部５４３３が設けられている。位置決め部５４３３により、各ロック爪５４２Ｓと各係合爪５４１１Ｓとが円滑に噛み合う所定位置（基準位置）に、スライダー５４１を位置決めできる。
【０１３４】
具体的には、図１３に示すように、隣り合う２つの磁極部材５４３１１，５４３１１の間に、所定の大きさの隙間（磁極間隙間５４３３ａ）が設けられている。そして、これら磁極間隙間５４３３ａの各々と径方向に対向するように、クラッチヨーク５４３２ｃの周方向における複数箇所にスリット５４３３ｂが設けられている。各スリット５４３３ｂは、磁極対向部５４３２１を周方向に分断するように形成されている。
【０１３５】
基準位置では、位置決め部５４３３を構成するこれら磁極間隙間５４３３ａおよびスリット５４３３ｂの各々が、径方向に対向するように設定されている。これら磁極間隙間５４３３ａおよびスリット５４３３ｂの各々が径方向に対向する時には、周方向において、可動子５４３１と固定子５４３２との間に不均一な磁気的作用が発生する。その不均一な磁気的作用を検知することにより、スライダー５４１を基準位置に位置決めできる。
【０１３６】
コントローラ６は、モータの回転を制御することにより、第２モードから第１モードへクラッチ５４を切り替える前には、スライダー５４１を基準位置に位置させる。それにより、クラッチ５４を円滑に切り替えることができる。
【０１３７】
（クラッチ５４の切替制御）
クラッチ５４の切替制御は、コントローラ６によって行われる。図１に、模式的に示すように、コントローラ６は、モータ制御部６ａとクラッチ制御部６ｂとを有している。モータ制御部６ａは、モータ５２の駆動を制御する。クラッチ制御部６ｂは、クラッチ５４の駆動を制御する。
【０１３８】
この駆動ユニット５のクラッチ制御部６ｂは、モータ制御部６ａと制御回路６０を共用している。図１５Ａに、その一例を示す。
【０１３９】
図１５Ａは、駆動ユニット５を駆動する制御回路６０（要部）を表している。この制御回路６０は、インバータ駆動回路６０１、モータ駆動回路６０２、およびクラッチ駆動回路６０３を有している。インバータ駆動回路６０１、モータ駆動回路６０２、およびクラッチ駆動回路６０３は、インバータ１０に設けられている。
【０１４０】
モータ５２は、上述したように、Ｕ、Ｖ、およびＷからなる３相のコイル群６０２ａ，６０２ａ，６０２ａを有している。これら各コイル群６０２ａがスター結線（Ｙ結線）されることにより、中性点６０２ｂを有するモータ駆動回路６０２が構成されている。
【０１４１】
インバータ駆動回路６０１は、図示しない外部の商用電源と電気的に接続されている。インバータ駆動回路６０１は、図示しないコンバータを内蔵しており、コンバータは、商用電源の交流を所定の直流電圧に変換して出力する。図１５Ａでは、その出力される直流電圧を、直流電源６０１ａとして模式的に表している。
【０１４２】
インバータ駆動回路６０１は、その直流電圧を、ＰＷＭ制御等することにより、所定の交流に変換して位相が異なる３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の交流に変換する。インバータ駆動回路６０１は、一対の母線の間に架設された、３つのアーム６０１ｂ，６０１ｂ，６０１ｂを有している。各アーム６０１ｂには、逆並列に接続されたスイッチング素子および還流ダイオードからなる素子ユニット６０１ｃが２つ、直列に配置されている。
【０１４３】
各アーム６０１ｂの２つの素子ユニット６０１ｃ，６０１ｃの間から引き出された出力線６０１ｄが、各コイル群６０２ａに接続されている。各アーム６０１ｂの素子ユニット６０１ｃが所定のタイミングでオンオフされる。それにより、各相のコイル群６０２ａに位相の異なる交流が供給される結果、その交流に同期してモータ５２が回転する。
【０１４４】
クラッチ駆動回路６０３は、クラッチコイル５４３２ａと、モータ側配線６０３ａと、インバータ側配線６０３ｂとを有している。クラッチコイル５４３２ａの一端は、モータ側配線６０３ａを介して中性点６０２ｂに接続されている。クラッチコイル５４３２ａの他端は、インバータ側配線６０３ｂを介して直流電源６０１ａの電位を二分する電位点（二分割電位点６０３ｃ）に接続されている。
【０１４５】
モータ５２の駆動時には、上述したように、各相のコイル群６０２ａに位相の異なる交流が供給される。その際、中性点６０２ｂは、二分割電位点６０３ｃと略同じ電位差になるので、クラッチコイル５４３２ａには、ほとんど電流は流れない。
【０１４６】
従って、モータ５２の駆動時にクラッチ５４が切り替わることはない。クラッチ５４の連結状態は、ディテントトルクによって保持される。
【０１４７】
クラッチ５４を切り替える時には、モータ５２は駆動しない。そこで、インバータ駆動回路６０１およびモータ駆動回路６０２を利用して、クラッチ５４を切り替える。すなわち、クラッチ制御部６ｂが、各アーム６０１ｂの素子ユニット６０１ｃを制御する。そして、一例として、図１５Ａに矢印で示すように、モータ駆動回路６０２に電流を供給する。それにより、クラッチコイル５４３２ａに所定の零相電流Ｉｚを供給することができる。
【０１４８】
クラッチコイル５４３２ａに所定の零相電流Ｉｚが供給されると、スライダー５４１に推進力が発生し、クラッチ５４が切り替わる。素子ユニット６０１ｃの制御内容を変更することで、零相電流Ｉｚを逆方向に流すことができる。従って、クラッチ５４の切り替えができる。この制御回路６０によれば、モータ５２とクラッチ５４の駆動に、半導体素子等が共用できるため、部品点数の増加を抑制でき、安価に実現できる。
【０１４９】
図１５Ｂに、制御回路の他の構成例を示す。この制御回路６０’は、上述した制御回路６０からクラッチ駆動回路６０３の構成が変更されている。
【０１５０】
このクラッチ駆動回路６０３は、クラッチコイル５４３２ａと、第１配線６０３ｈと、第２配線６０３ｉと、リレー６０３ｊとを有している。クラッチコイル５４３２ａの一端は、第１配線６０３ｈを介して、３相の各コイル群６０２ａのうち、いずれか１つコイル群６０２ａの出力線６０１ｄとの接続部位に接続されている。クラッチコイル５４３２ａの他端は、他のいずれか１つのコイル群６０２ａの出力線６０１ｄとの接続部位に接続されている。リレー６０３ｊは、第１配線６０３ｈおよび第２配線６０３ｉのいずれか一方に配置されている。
【０１５１】
この制御回路６０’の場合、リレー６０３ｊのオンオフにより、クラッチ５４を駆動することができる。この場合も、モータ５２と制御回路６０を共用しているので、部品点数の増加を抑制でき、安価に実現できる。
【０１５２】
（衝撃音の低減）
クラッチ５４を切り替える時、各ロック爪５４２Ｓ，５４２Ｒと、各係合爪５４１１Ｓ，５４１１Ｒとが接触することにより、衝撃音が発生する。衝撃音は、不快な騒音となり得る。
【０１５３】
クラッチ５４を切り替える時に発生する衝撃音は、大別すると、次の３つに分けられる。すなわち、互いに噛み合っていない状態から各ロック爪５４２Ｓ，５４２Ｒの先端部が、各係合爪５４１１Ｓ，５４１１Ｒの先端部に衝突する時に発生する衝突音（第１衝撃音）、各ロック爪５４２Ｓ，５４２Ｒが、各係合爪５４１１Ｓ，５４１１Ｒに入り込んでいく過程で発生する摩擦音（第２衝撃音）、および、各ロック爪５４２Ｓ，５４２Ｒが、各係合爪５４１１Ｓ，５４１１Ｒと完全に噛み合った時に発生する衝突音（第３衝撃音）、である。
【０１５４】
これら第１〜第３の衝撃音の中では、特に、第１および第３の衝撃音が不快な騒音となり易い。そこで、これら衝撃音を低減するため、スライダー５４１と、ロータ側およびステータ側の各ロック爪５４２Ｒ，５４２Ｓとの連結部位には、衝撃音を緩和する弾性部材や制振性部材等の、緩衝部材を設けるのが好ましい。
【０１５５】
具体的には、ロック爪５４２Ｓが設けられている部分および係合爪５４１１Ｓが設けられている部分の少なくともいずれか一方と、ロック爪５４２Ｒが設けられている部分および係合爪５４１１Ｒが設けられている部分の少なくともいずれか一方を、ゴムや弾性、制振性を有するプラスチックなどの素材で形成すればよい。後者であれば、例えば、環状部材５４４の素材を弾性部材にすることが考えられる。
【０１５６】
また、ロック爪５４２Ｓが設けられている部分および係合爪５４１１Ｓが設けられている部分の少なくともいずれか一方と、ロック爪５４２Ｒが設けられている部分および係合爪５４１１Ｒが設けられている部分の少なくともいずれか一方を、弾性部材を介在させた状態で組み付けてもよい。そうすれば、特に、第１および第３の衝撃音を低減できる。
【０１５７】
クラッチ５４の制御の工夫により、衝撃音を緩和してもよい。
【０１５８】
例えば、クラッチ制御部６ｂが、クラッチ５４に所定の切替電流（クラッチ５４を切り替えるための電流、上述した零相電流Ｉｚが該当）を供給してスライダー５４１を各ロック爪５４２Ｒ，５４２Ｓに連結する直前に、切替電流とは逆向きの電流（衝撃緩和電流）をクラッチ５４に供給するようにすればよい。
【０１５９】
詳しくは、図１４Ｂに示すように、クラッチ５４の切り替えは、電磁力に起因する推進力Ｔ１，Ｔ２の作用でスライダー５４１がスライドすることによって行われる。このとき、ディテントトルクも作用している。中立位置を越えるまでは、ディテントトルクは推進力Ｐ１，Ｐ２と逆向きに作用するが、中立位置を越えると、ディテントトルクも推進力Ｐ１，Ｐ２と同方向に作用する。
【０１６０】
従って、少なくとも中立位置を越えれば、クラッチ５４への通電を停止しても、スライダー５４１はディテントトルクによってスライドするので、クラッチ５４を切り替えることができる。そして、中立位置を越えた後からスライダー５４１が各ロック爪５４２Ｒ，５４２Ｓに連結される前までのいずれかのタイミング（直前は、このタイミングを意味する）で、衝撃緩和電流をクラッチ５４に供給し、逆向きの推進力（図１４Ｂに、矢印Ｐｒで示す）を発生させる。
【０１６１】
そうすれば、スライダー５４１の勢いが緩和されるので、衝撃音を低減できる。この制御は、特に、第３の衝撃音の低減に有効である。
【０１６２】
また、各ロック爪５４２Ｓ，５４２Ｒが、各係合爪５４１１Ｓ，５４１１Ｒに噛み合った後よりも、各ロック爪５４２Ｓ，５４２Ｒが、各係合爪５４１１Ｓ，５４１１Ｒに噛み合う前の方が推進力が低くなるように、クラッチ制御部６ｂが、クラッチコイル５４３２ａに印加する電圧を制御するようにしてもよい。
【０１６３】
その制御の一例を、図１６Ａに示す。図１６Ａの実線は、クラッチコイル５４３２ａに印加される電圧と、可動子５４３１の固定子５４３２に対する相対的な回転軸方向の位置との関係を示している。前者が縦軸であり、後者が横軸である。Ｖ０は、通常、クラッチコイル５４３２ａに印加される電圧値を表している。
【０１６４】
区間Ａは、各ロック爪５４２Ｓ，５４２Ｒが、各係合爪５４１１Ｓ，５４１１Ｒに噛み合っていない区間であり、区間Ｂは、各ロック爪５４２Ｓ，５４２Ｒが、各係合爪５４１１Ｓ，５４１１Ｒに噛み合っている区間である。
【０１６５】
点Ｐ１は、各ロック爪５４２Ｓ，５４２Ｒと各係合爪５４１１Ｓ，５４１１Ｒとの噛み合いが始まる位置を示しており、点Ｐ２は、各ロック爪５４２Ｓ，５４２Ｒと各係合爪５４１１Ｓ，５４１１Ｒとの噛み合いが終わる位置を示している。
【０１６６】
クラッチコイル５４３２ａに印加する電圧を低くすると、固定子５４３２で発生する電磁力も小さくなる。従って、推進力が弱まる。それにより、区間Ａでは、通常よりも、推進力が弱まり、スライダー５４１の勢いが抑制される。その結果、各ロック爪５４２Ｓ，５４２Ｒが各係合爪５４１１Ｓ，５４１１Ｒと噛み合う時に発生する第１衝撃音を低減できる。
【０１６７】
各ロック爪５４２Ｓ，５４２Ｒが各係合爪５４１１Ｓ，５４１１Ｒと噛み合った後は、通常の電圧になるように昇圧させる。図１６Ａは、区間Ｂの開始端から終了端まで、徐々に通常の電圧まで昇圧させる例を示している。
【０１６８】
図１６Ｂに示すように、クラッチコイル５４３２ａに印加する電圧の昇圧は、区間Ｂの開始端で一気に通常の電圧まで昇圧してもよい。電圧を昇圧することで、推進力が回復するので、迅速かつ安定して切り替えることができる。
【０１６９】
＜減速機５３の詳細＞
図１７に、減速機５３の部分の拡大図を示す。減速機５３は、その周辺部位がシールされていて、その内部にグリスが注入されている。
【０１７０】
具体的には、キャリア５３１（メインフレーム５３１１）と回転可能な状態で接している摺動部材５３７（第１摺動部材５３７ともいう）の摺動面の下側には、リング状の第１シール材５３８（ゴム等の弾性部材）が装着されている。それにより、キャリア５３１と第１摺動部材５３７との間が液封されている。
【０１７１】
また、ガイドプレート５３５の内側に固定されていて、ロータケース５２１１（軸支部５２１１ｃ）と回転可能な状態で接している摺動部材５３６（第２摺動部材５３６ともいう）の摺動面の下側には、リング状の第２シール材５３９が装着されている。それにより、ガイドプレート５３５および第２摺動部材５３６と、ロータケース５２１１との間が液封されている。
【０１７２】
それにより、グリスを安定して減速機５３の内部に封入することができ、グリスの潤滑により、サンギア５２１１ｃ、プラネタリギア５３３、およびインターナルギア５３４を円滑に回転させることができる。
【０１７３】
なお、第１および第２の摺動部材５３６，５３７の素材は、安価にできることから、自己潤滑性樹脂が好ましい。その場合、その摺動面の対向面に硬質メッキを施すことにより、滑り性を向上させるのが好ましい。また、第１および第２の摺動部材５３６，５３７が設置されている摺動部分は、ボールベアリングで構成してもよい。
【０１７４】
メインフレーム５３１１の素材は、アルミが好ましい（アルミダイカスト）。その場合、第１摺動部材５３７の摺動面に接する部位は、アルマイト処理するのが好ましい。
【０１７５】
＜軸受部の変形例＞
上述した実施形態では、ロータ５２１をシャフト５０に回転可能な状態で支持するロータ軸受部を、１つの焼結含油軸受５２１３で構成した駆動ユニット５を例示した。ロータ軸受部は、それに限らず、仕様に応じて適宜変形可能である。
【０１７６】
例えば、一対のボールベアリングでロータ軸受部を構成してもよい。具体的には、焼結含油軸受５２１３に代えて、一対のボールベアリングを、キャリア５３１の軸止部５３１１ｂと、ロータケース５２１１の軸支部５２１１ｃとの間に介在させる。
【０１７７】
各ボールベアリングは、回転軸方向に離れた位置に配置する。そして、これらボールベアリングとともに与圧機構を設け、与圧機構により、これらボールベアリングに一定の与圧が作用するように構成する。
【０１７８】
またその場合、一対のボールベアリングのうち、一方のボールベアリングを焼結含油軸受にしてもよい。一般に、焼結含油軸受は高速回転には不向きであるが、この駆動ユニット５の場合、高速で回転する第２モードでは、ロータ軸受部は回転しない。従って、ロータ軸受部に焼結含油軸受を用いても、軸受部の信頼性を向上できる。
【０１７９】
なお、開示する技術は、上述した実施形態等に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。
【０１８０】
例えば、実施形態では、ドラム式の洗濯機を例示したが、縦型の洗濯機にも適用は可能である。また、ロータの磁石がステータの外側に位置するアウターロータ型のモータを例示したが、ロータの磁石がステータの内側に位置するインナーロータ型のモータであってもよい。
【０１８１】
クラッチマグネット５４３１ｂの磁極は３つに限らず、４つ以上であってもよい。それに伴い、磁気的に安定する点も４つ以上であってもよい。
【符号の説明】
【０１８２】
１  洗濯機
３  タブ（固定槽）
４  ドラム（回転槽）
５  駆動ユニット
６  コントローラ（制御装置）
１０  インバータ
５０  シャフト
５１  ユニットベース
５２  モータ
５２１  ロータ
５２１１  ロータケース
５２１１ｃ  軸支部（サンギヤ）
５２１２  磁石
５２１３  焼結含油軸受（ロータ軸受部）
５２２  ステータ
５３  減速機
５３１  キャリア
５３３  プラネタリギヤ
５３４  インターナルギヤ
５４  クラッチ
５４１  スライダー（可動部）
５４２Ｒ  ロータ側のロック爪（固定部）
５４２Ｓ  ステータ側のロック爪（固定部）
５４３  クラッチドライバ（駆動部）
５４３１  可動子
５４３１１  磁極部材
５４３１１ａ  中間磁極
５４３１１ｂ  端部磁極
５４３２  固定子
５４３２ａ  クラッチコイル
５４３２ｂ  コイルホルダ
５４３２ｃ  ホルダサポート（クラッチヨーク）
５４３２１  磁極対向部
６０，６０’  制御回路
６０１  インバータ駆動回路
６０２  モータ駆動回路
６０３  クラッチ駆動回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2020124381.tif 000013
【図１２Ａ】
2020124381.tif 000014
【図１２Ｂ】
2020124381.tif 000015
【図１３】
2020124381.tif 000016
【図１４Ａ】
2020124381.tif 000017
【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
2020124381.tif 000019
【図１５Ｂ】
2020124381.tif 000020
【図１６Ａ】
2020124381.tif 000021
【図１６Ｂ】
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【図１７】
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