(57)【要約】【課題】回転機の起動時からトルクが必要な用途にも用いられる小型の回転機のクラッチ機構を提供する。【解決手段】ロータケース９と該ロータケース９の外周側に同心状に設けられる出力軸５に連繋する出力軸ケース１１との間に、凹部１５の両側凸部２２に第１のガイド面１６が設けられたガイドプレート１３と、凹部１５内に移動可能に配置され移動方向両側に第２のガイド面１８が形成されたウェイト１７と、第１、第２のガイド面１６、１８と出力軸ケース１１に当接して設けられるロック部材１９を備えたクラッチ機構Ｋが組み込まれている。【選択図】図３
2008283780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータの回転駆動を出力軸へ伝達する回転機のクラッチ機構であって、
固定子に対向するように配置されるロータケースと該ロータケースの外周側に同心状に設けられる出力軸に連繋する出力軸ケースとの間に、少なくとも外周面に１以上の凹凸部が形成され凹部の両側凸部に第１のガイド面が設けられたガイドプレートと、凹部内に移動可能に配置され移動方向両側に第２のガイド面が形成されたウェイトと、第１、第２のガイド面と出力軸ケースに当接して設けられるロック部材を備えたクラッチ機構が組み込まれている回転機のクラッチ機構。
【請求項２】
ロータの起動し始めは固定子に対向するロータケースのみが回転し、回転数が増加してウェイトが遠心力により凹部内を径方向外側へ移動するとロック部材を第２のガイド面で押動してくさび効果により第１のガイド面と出力軸ケースへの押圧を強めたままロータケースと出力軸ケースが機械的に連結しロータから出力軸へ駆動伝達される請求項１記載の回転機のクラッチ機構。
【請求項３】
ガイドプレートはロータケースの端面に固定され、ウェイト及びロック部材はガイドプレートに移動をガイドされロータケースと出力軸ケースに囲まれた隙間に配置される請求項１記載の回転機のクラッチ機構。
【請求項４】
第１のガイド面と出力軸ケースに接触しながら移動するロック部材が描く包絡線上の各接点Ｓ１，Ｓ２を通過する接線どうしがなす角度θ１は、ロック部材が各々接する第１のガイド面及び出力軸ケース内壁面との摩擦角より大きい値となるように当該第１のガイド面の傾きが設定され、ウェイトの移動方向両側に形成された第２のガイド面の延長線どうしが交差してなす角度θ２は、ロック部材が各々接する第２のガイド面の摩擦角より大きい値となるように当該第２のガイド面の傾きが設定される請求項１記載の回転機のクラッチ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば家庭用冷蔵庫のコンプレッサやコンベア駆動装置などの常時高負荷が作用する回転機において駆動源から動力を出力軸側に伝達する回転機のクラッチ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
本件出願人は、小型で省エネ駆動を実現するため例えば冷却用ファンモータなどの単相交流同期モータを提案している。この単相交流同期モータの運転動作について説明すると、コントローラによる通電制御により、起動運転回路のモータコイルに流れる励磁電流の電流方向を交互に切換えかつ非反転側入力に対して反転側入力を抑えて起動運転し、永久磁石ロータの回転数が同期回転数付近に到達したときに、運転切換えスイッチを同期運転回路に切り換えて同期運転に移行するよう制御される。
【０００３】
上述した単相交流同期モータにおいて、ロータが回転停止状態から一方向へ回転するように、ステータコアのロータに対向する磁極部（極歯）は、磁束作用面部の形状が磁極中心に対して磁気的に非対称となるように形成されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−３７２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した単相交流同期モータは比較的起動トルクが少なくて済む用途には向いているが、例えばコンプレッサやコンベアなどの起動時に高負荷が作用する駆動装置には向いていない。
【０００５】
モータの駆動効率からみると、起動時はできるだけ負荷が作用しない状態（低負荷）で立ち上げ、回転数が上がりモータトルクが上昇した状態で負荷に接続するようにクラッチ機構を設けることが望ましい。しかしながら、従来から用いられる摩擦クラッチや単板／多板クラッチなどは部品点数が多く大型であり、小型モータに見合ったクラッチ機構が存在しないのが現状である。
【０００６】
本発明の目的は、回転機の起動時からトルクが必要な用途にも用いられる小型の回転機のクラッチ機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明は次の構成を有する。
ロータの回転駆動を出力軸へ伝達する回転機のクラッチ機構であって、固定子に対向するように配置されるロータケースと該ロータケースの外周側に同心状に設けられる出力軸に連繋する出力軸ケースとの間に、少なくとも外周面に１以上の凹凸部が形成され凹部の両側凸部に第１のガイド面が設けられたガイドプレートと、凹部内に移動可能に配置され移動方向両側に第２のガイド面が形成されたウェイトと、第１、第２のガイド面と出力軸ケースに当接して設けられるロック部材を備えたクラッチ機構が組み込まれていることを特徴とする。
また、ロータの起動し始めは固定子に対向するロータケースのみが回転し、回転数が増加してウェイトが遠心力により凹部内を径方向外側へ移動するとロック部材を第２のガイド面で押動してくさび効果により第１のガイド面と出力軸ケースへの押圧を強めたままロータケースと出力軸ケースが機械的に連結しロータから出力軸へ駆動伝達されることを特徴とする。
また、ガイドプレートはロータケースの端面に固定され、ウェイト及びロック部材はガイドプレートに移動をガイドされかつロータケースと出力軸ケースに囲まれた隙間に配置されることを特徴とする。
また、第１のガイド面と出力軸ケースに接触しながら移動するロック部材が描く包絡線上の各接点Ｓ１，Ｓ２を通過する接線どうしがなす角度θ１は、ロック部材が各々接する第１のガイド面及び出力軸ケース壁面との摩擦角より大きい値となるように当該第１のガイド面の傾きが設定され、ウェイトの移動方向両側に形成された第２のガイド面の延長線どうしが交差してなす角度θ２は、ロック部材が各々接する第２のガイド面の摩擦角より大きい値となるように当該第２のガイド面の傾きが設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る回転機のクラッチ機構は、固定子に対向するように配置されるロータケースと該ロータケースの外周側に同心状に設けられる出力軸に連繋する出力軸ケースとの間に、遠心力により移動するウェイトと第１、第２のガイド面と出力軸ケースに当接して設けられるロック部材が組み込まれているので、ロータの起動し始めは固定子に対向するロータケースのみが回転しロック部材は第１、第２のガイド面と出力軸ケースに当接しながら摺動し、回転数が増加してウェイトが遠心力により凹部内を径方向外側へ移動するとロック部材を第２のガイド面で押動してくさび効果により第１のガイド面と出力軸ケースへの押圧を強めたままロータケースと出力軸ケースが機械的に連結しロータから出力軸へ駆動伝達される。
よって、起動時はできるだけ負荷が作用しない状態（低負荷）で回転機を立ち上げ、回転数が上がりモータトルクが上昇した状態で負荷に接続するので起動時からトルクを必要とする用途にも適用することができる。また、ウェイトの両側で第１のガイド面に押圧されたロック部材がロックするので、ロータを正逆いずれに回転させる場合にも負荷に見合った駆動伝達を行なうことができる。
また、ガイドプレートはロータケースの端面に固定され、ウェイト及びロック部材はガイドプレートに移動をガイドされかつロータケースと出力軸ケースに囲まれた隙間に配置されるので、クラッチ機構が回転機内部のわずかなスペースに組み付けることができるので、駆動源と共に装置の小型化を促進できる。
また、第１のガイド面と出力軸ケースに接触しながら移動するロック部材が描く包絡線上の各接点Ｓ１，Ｓ２を通過する接線どうしがなす角度θ１は、ロック部材が各々接する第１のガイド面及び出力軸ケース内壁面との摩擦角より大きい値となるように当該第１のガイド面の傾きが設定され、ウェイトの移動方向両側に形成された第２のガイド面の延長線どうしが交差してなす角度θ２は、ロック部材が各々接する第２のガイド面の摩擦角より大きい値となるように当該第２のガイド面の傾きが設定されるので、第１、第２のガイド面及び出力軸ケース内壁面と接するウェイトが静止摩擦力によりロックしてしまうのを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。先ず、図１乃至図３を参照して回転機の一例として単相交流同期モータに組み込まれるクラッチ機構について説明する。
図１及び図２において、例えばレシプロ運動するコンプレッサを駆動するアウターロータ型の単相６極交流同期モータＭについて説明する。
【００１０】
単相交流同期モータＭは、モータケース１と蓋２により形成されるハウジングＨ内に、ロータ（回転子）３とステータ（固定子）４が組み付けられている。
モータケース１には出力軸５が嵌め込まれている。ロータ３は出力軸５と一体に組み付けられて回転する。出力軸５は、蓋２に嵌め込まれた第１ベアリング６及びモータケース１に嵌め込まれた第２ベアリング７より回転可能に軸支されている。本実施例では、出力軸５はステータコア８を貫通して設けられ、取付け板２側がハウジングＨ外へ突設されている。ステータ４はロータケース９に囲まれた空間部に設けられている。ステータ４は、出力軸５を囲むステータコア８からロータケース９と対向する複数（６箇所）の極歯１０が形成されている。各極歯１０にはインシュレータ（ボビン）２０を介してモータコイル２１が巻付けられている（図２参照）。
【００１１】
ロータ３の構成について説明する。ハウジングＨ内には、第１、第２ベアリング６，７により回転可能に支持される出力軸５に筒状の出力軸ケース１１が一体に組み付けられている。出力軸ケース１１は、軸孔に沿って軸方向に起立形成された圧入部１２に出力軸５が圧入されている。ロータケース９は内周面にリング状の永久磁石９ａが設けられている。永久磁石９ａはステータコア８の極歯１０に対向して配置されている。
【００１２】
ロータケース９は、出力軸ケース１１と同心状に組み付けられる。
即ち、ロータケース９は径方向外側が出力軸ケース１１の内壁面により位置決めされている。また、ロータケース９は、軸方向にガイドプレート１３とＥリング１４にガイドされて位置決めされている。ガイドプレート１３はロータケース９の外側端面に固定され、出力軸ケース１１との隙間に設けられる。また、Ｅリング１４は出力軸ケース１１の開口部近傍の内壁面に設けられた周溝１１ａに弾発して嵌め込まれている。
【００１３】
また、ロータケース９の端面と出力軸ケース１１端面どうしの隙間には、クラッチ機構Ｋが設けられている。クラッチ機構Ｋは、ロータケース９から出力軸ケース１１を介して出力軸５へ駆動伝達したり遮断したりする。
【００１４】
クラッチ機構Ｋの一例について説明すると、ロータケース９の外側端面にガイドプレート１３がねじ止め固定されている。図３において、ガイドプレート１３には、少なくとも外周面に１以上（本実施例では６箇所）の凹凸部が形成され、凹部１５の両側凸部２２に第１のガイド面１６が設けられている。尚、凹部１５及び凸部２２を１箇所設ける場合には、凹部１５の反対側に相当する凸部２２にバランス取り加工を施す必要がある。
【００１５】
各凹部１５内にはウェイト１７が径方向に移動可能に各々設けられている。各ウェイト１７には、移動方向両側に第２のガイド面１８が形成されている。第１、第２のガイド面１６、１８と出力軸ケース１１に囲まれた空間部にはロック部材１９が設けられている。ロック部材１９は円板状をしているが、ウェイト１７に当接して移動する曲面を有するものであれば形状は特に限定されない。
【００１６】
図４において、第１のガイド面１６と出力軸ケース１１に接触しながら移動するロック部材１９が描く包絡線上の各接点Ｓ１、Ｓ２を通過する接線どうしがなす角度θ１は、ロック部材１９が各々接する第１のガイド面１６及び出力軸ケース内壁面２３との摩擦角（およそ１２°）より大きい値（例えば１５°）となるように当該第１のガイド面１６の傾きが設定される。また、ウェイト１７の移動方向両側に形成された第２のガイド面１８の延長線どうしが交差してなす角度θ２は、ロック部材１９が各々接する第２のガイド面１８の摩擦角（およそ１２°）より大きい値（例えば１５°）となるように当該第２のガイド面１８の傾きが設定される。これにより、第１、第２のガイド面１６、１８及び出力軸ケース内壁面２３と接するウェイト１７が静止摩擦力によりロックしてしまうのを防ぐことができる。
【００１７】
図４において、ロータ３の起動し始めはステータ４に対向するロータケース９のみが回転しロック部材１９は第１、第２のガイド面１６、１８と出力軸ケース１１に当接しながら摺動する。ロータ３の回転数が増加するとウェイト１７が遠心力により凹部１５内を径方向外側（矢印Ｐ参照）へ移動して第２のガイド面１８でロック部材１９を押動してくさび効果により第１のガイド面１６と出力軸ケース１１への押圧を強めて（矢印Ｑ参照）ロータケース９と出力軸ケース１１が機械的に連結しロータ３から出力軸５へ駆動伝達される。よって、ロータ３が起動し始めの低速回転ではロータケース９のみが回転し、所定回転数にあがると遠心力でウェイト１７が移動して両側ロック部材１９によりロータケース９と出力軸ケース１１が連結される。起動時はできるだけ負荷が作用しない状態（低負荷）で回転機を立ち上げ、回転数が上がりモータトルクが上昇した状態で負荷に接続するので起動時からトルクを必要とする用途にも適用することができる。また、ウェイト１７の両側で第２のガイド面１８に押圧されたロック部材１９がロックするので、ロータ３を正逆いずれに回転させる場合にも負荷に見合った駆動伝達を行なうことができる。
【００１８】
また、ガイドプレート１３はロータケース９の端面上に固定され、ウェイト１７及びロック部材１９はガイドプレート１３に移動をガイドされかつロータケース９と出力軸ケース１１に囲まれた隙間に配置される。よって、クラッチ機構Ｋが回転機内部のわずかなスペースに組み付けることができるので、駆動源と共に装置の小型化を促進できる。
【００１９】
尚、単相交流同期モータＭは、単相６極に限らず、単相２極、単相４極などの多極モータやブラシ付きモータなどのＤＣモータ、ＡＣモータ、更には誘導モータなど多様なモータを用いてもよい。
【００２０】
ここで、回転機のクラッチ機構Ｋの組立工程の一例について図５を参照して説明する。
ロータケース９の内周面に永久磁石９ａを固定し、ロータケース９の外側端面にガイドプレート１３をねじ止め固定する。ガイドプレート１３の凹部１５にウェイト１７と第２のガイド面１８に当接してロック部材１９を配置する。そして、出力軸５が圧入された出力軸ケース１１の開口部にロータケース９をガイドプレート１３が出力軸ケース１１の内側端面に突き当たるまで挿入する。Ｅリング１４を出力軸ケース１１の周溝１１ａにはめ込んで、ロータケース９を軸方向に位置決めする。出力軸ケース１１をステータ４が組み付けられたモータケース１内に挿入し出力軸５の一端を第２ベアリング７に嵌め込む。また、出力軸５の他端に第１ベアリング６を貫通して嵌め込む。最後に蓋２をモータケース１に重ね合わせてねじ止めして組み立てることができる。
【００２１】
上記実施の形態は、回転機として単相交流同期モータに組み込まれるクラッチ機構Ｋを例示したが、例えば起動トルクを必要とするベルトコンベアなどの搬送装置でもよいし、発電機やエンジンなどの駆動源から駆動伝達が行なわれる広範な回転機に応用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】クラッチ機構を内蔵した単相交流同期モータの断面図である。
【図２】図１の単相交流同期モータの一部破断斜視図である。
【図３】クラッチ機構の平面図である。
【図４】図３のクラッチ機構の動作を示す部分拡大図である。
【図５】図１の単相交流同期モータの分解斜視図である。
【符号の説明】
【００２３】
Ｋ  クラッチ機構
Ｍ  単相交流同期モータ
Ｈ  ハウジング  
１  モータケース  
２  蓋  
３  ロータ  
４  ステータ  
５  出力軸  
６  第１ベアリング  
７  第２ベアリング  
８  ステータコア  
９  ロータケース  
９ａ  永久磁石  
１０  極歯  
１１  出力軸ケース  
１２  圧入部  
１３  ガイドプレート  
１４  Ｅリング  
１１ａ  周溝  
１５  凹部  
１６  第１のガイド面  
１７  ウェイト  
１８  第２のガイド面  
１９  ロック部材  
２０  ボビン
２１  モータコイル
２２  凸部
２３  出力軸ケース内壁面
【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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