(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、このモータのロータに連結されて回転駆動される出力軸と、この出力軸と前記ロータとの連結を継断するクラッチと、このクラッチを継断するクラッチ動作手段とを備えるギヤードモータ機構において、前記ロータに連動して回転する磁気誘導マグネットと、この磁気誘導マグネットの磁気誘導で回転駆動され、前記クラッチ動作手段を駆動させる磁気誘導回転体とからなる磁気誘導手段であって、前記磁気誘導回転体に対して前記磁気誘導マグネットの反対側に、この磁気誘導マグネットから出た磁束の磁路となるバックヨークを配設し、このバックヨークｌ１、前記磁気誘導回転体ｌ２および前記磁気誘導マグネットｌ３の軸方向の寸法をｌ２＞ｌ１≧ｌ３とし、かつ前記磁気誘導回転体および前記バックヨークの上下軸端をそれぞれ最短距離で連結する仮想面を含むように、前記磁気誘導回転体の上下端を軸方向に延設したことを特徴とするクラッチ手段。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に洗濯機の排水弁や換気扇のシャッタ等の駆動機構に利用されるギヤードモータに係わり、より具体的には、ギヤードモータの駆動源であるＡＣ同期モータのロータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に、上述のギヤードモータに使用されているＡＣ同期モータ１００に内設されるロータ１０１の一般的構成の概略を縦断面で示す側面図である。図示の通り、ステータ１０２の電磁誘導によって回転駆動されるロータ１０１は、ロータ支軸（図示しない）を挿通する孔１０３ａを備えた回転支軸１０３の外周側に、ステータ１０２によって回転制御されるリング状ロータマグネット１０４が固定された構成で、リング状ロータマグネット１０４の内側に磁気誘導マグネット１０５、磁気誘導回転体（以下誘導リングと略記）１０６、バックヨーク１０７を備える。リング状ロータマグネット１０４は回転支軸１０３と一体成型で、リング状ロータマグネット１０４の軸方向底部が回転支軸１０３の下端に形成されたフランジ部１０３ｂと互いに入り組んだ状態で結合されている。
【０００３】
磁気誘導マグネット１０５は、所定のパターンに従って着磁され、リング状ロータマグネット１０４内壁に密着させて一体に固定される。誘導リング１０６は、外周に銅やアルミニウムまたは同等の非磁性体金属で構成された非磁性導電リング（以下銅リングと略記）１０６ａが配置され、内側に磁性体（具体的には鉄製）で構成されたバックヨーク１０７が圧入により結合され、残部が樹脂によるインサート成型で誘導ピニオン１０８の一部として一体構成される。バックヨーク１０７は、磁気誘導力が発生する非磁性金属の銅リング１０６ａに磁束を有効に誘引する鉄製リングである。
【０００４】
誘導リング１０６は、ロータ１０１に枢支されて相対的に回転自在である。すなわち、ロータ１０１の回転支軸１０３の上端近傍部分の外周面は誘導リング１０６が出力する誘導ピニオン１０８の内周面を回転自在に支持するラジアル支軸１０３ｃであり、回転支軸１０３の下端近傍の外周部分では、誘導リング１０６の円筒部１０６ｂの下端部分をスラスト方向に支持する軸受部１０３ｄとラジアル方向に支持する支軸１０３ｅが設けられている。誘導リング１０６は、外周面１０６ｃが磁気誘導マグネット１０５の内周面１０５ａと一定の間隙を保って回転支軸１０３に支持される。しかも、図５に拡大図示したように、磁気誘導マグネット１０５、銅リング１０６ａ、バックヨーク１０７の高さが軸方向に向かって順に低くなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、磁気誘導マグネット１０５で発生した磁束は、バックヨーク１０７に引き寄せられるときに銅リング１０６ａを通過することによって磁気誘導力を発生し、磁気誘導マグネット１０５の回転に銅リング１０６ａを追動させるのであるが、図４に示す上記の構成では、図５に拡大図示されるように、銅リング１０６ａから軸方向にはみでた磁気誘導マグネット１０５から発生する磁束は、銅リング１０６ａを通過せず、磁気誘導力の発生に寄与しない。そこで、磁気誘導マグネット１０５を厚くして発生磁力を増大させようとしても、磁気誘導マグネット１０５がリング状ロータマグネット１０４の内側に配置されているため厚みの増加は制限される。
【０００６】
さらに、磁気誘導マグネット１０５自体を強力な磁力特性を示す素材で構成する手段は、コスト高となって市場性を失うという難点がある。
【０００７】
このように、図４に示す上記の構成は、磁気誘導力を発生させるのに必要かつ十分ではなく、特に図５に示すように、磁気誘導マグネット１０５が軸方向に最も長く、次いで銅リング１０６ａおよびバックヨーク１０７と順に短くなる寸法形状の相互的な関係によって、磁気誘導マグネット１０５の端部から出る磁路が銅リング１０６ａを殆ど通過しないために機能しない磁束があり、材料の無駄を生じている。
【０００８】
そこで本発明の目的は、必要最低限の磁気誘導マグネットで、効果的に磁気誘導力を発生させるに十分な構成を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係わるクラッチ手段は、基本的にモータと、このモータのロータに連結されて回転駆動される出力軸と、この出力軸と前記ロータとの連結を継断するクラッチ手段（例えば遊星歯車による差動機構）と、このクラッチ手段を継断するクラッチ動作手段（例えば扇形ラックから遊星歯車のリング歯車に噛合する歯車までの歯車輪列）とを備えるギヤードモータ機構において、前記ロータに連動して回転する磁気誘導マグネットと、この磁気誘導マグネットの磁気誘導で回転駆動される磁気誘導回転体（例えば誘導リング）とからなる磁気誘導手段である。
【００１０】
そして、前記磁気誘導回転体に対して前記磁気誘導マグネットの反対側に、この磁気誘導マグネットから出た磁束の磁路となるバックヨークを配設し、このバックヨークｌ１、前記磁気誘導回転体ｌ２および前記磁気誘導マグネットｌ３の軸方向の寸法をｌ２＞ｌ１≧ｌ３とし、かつ前記磁気誘導回転体および前記バックヨークの上下軸端をそれぞれ最短距離で連結する仮想面（具体的には前記磁気誘導マグネットおよび前記バックヨークの上下端面において、各円環の幅の中心円を含み外向きに拡開する仮想円錐面）を含むように、前記磁気誘導回転体上下端を軸方向に延設した。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係わるクラッチ手段の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、後述するギヤードモータ３０（図３参照）の駆動用ＡＣ同期モータ１０のロータ部分に発生する磁気誘導力を利用する、本発明に係わるクラッチ手段の一適用例の構成を断面で示す側面図である。１０ａはロータで、ステータ１０ｂの電磁誘導によって回転駆動される。ロータ支軸（図示しない）を挿通する孔１２を備えた回転支軸１３の外周側に、ステータ１０ｂによって回転制御されるリング状ロータマグネット１４が固定された構成で、内側にバックヨーク１５が圧入されているリング状ロータマグネット１４は、回転支軸１３とインサートモールドによる一体成型で、図示されるようにリング状ロータマグネット１４の軸方向底部が、回転支軸１３の下端部で外周に延在するフランジ部１３ａと互いに入り組んだ状態で結合されている。
【００１２】
その上、回転支軸１３には、磁気誘導力強化ヨークであるカップ状裏ヨーク１６の外周面に磁気誘導マグネット１７が圧入されて、バックヨーク１５との間に適当な間隙１８を設けて対向配置され、インサートモールドで一体成型される。磁気誘導回転体としての誘導リング２０は、バックヨーク１５と磁気誘導マグネット１７とで設定する間隙１８に装入され、誘導リング２０の外筒部を構成する銅リング２０ｂの内・外面が磁気誘導マグネット外周面１７ａおよびバックヨーク内周面１５ａのいずれとも所定の間隔を保って回転支軸１３に支承され、ロータ１０ａとは相対的に回転自在である。
【００１３】
すなわち、ロータ１０ａの回転支軸１３は、上端近傍部分の外周面が誘導リング２０の制動ピニオン２１の内周面を回転自在に支持する上部ラジアル支軸１３ｂであり、回転支軸１３の下端近傍には、誘導リング２０の回転円筒部２０ａの下端部分をスラスト方向に支持する軸受部１３ｃと、ラジアル方向に支持する下部ラジアル支軸１３ｄとが設けられている。
【００１４】
誘導リング２０の主体となる外筒部は、銅やアルミニウムまたは同等の非磁性体金属で構成された銅リング２０ｂで、制動ピニオン２１および回転円筒部２０ａとともにインサート成型で一体構成される。バックヨーク１５は銅リング２０ｂに磁束を有効に集束する鉄製リングで、非磁性体の銅リング２０ｂに磁気誘導力が発生する。また、裏ヨーク１６は上記したバックヨーク１５同様に鉄製リングで磁気誘導マグネット１７の磁力を強化する。
【００１５】
本発明に係わるクラッチ手段におけるロータ１０ａの構成で、内径の限られたロータ１０ａの内側に、バックヨーク１５、銅リング２０ｂ、磁気誘導マグネット１７および裏ヨーク１６を配置する必要があり、その制約条件の中で銅リング２０ｂの内側に磁気誘導マグネット１７を配置することは、同じ性能の素材の組合わせでより強力な磁気誘導力を得るのに極めて効果的である。
【００１６】
すなわち、図４に示す構成で銅リング１０６ａの外径を大きくとるには、磁気誘導マグネット１０５を薄くする必要があるが、一般的に、マグネットは薄いと強度が低下し非常に磁力が弱くなる。従って、図４の構成では銅リング１０６ａを拡径する効果は薄弱である。一方、本発明に係わるクラッチ手段のロータ１０ａの構成のように、磁気誘導マグネット１７を銅リング２０ｂの内側にすると、バックヨーク１５を薄くして銅リング２０ｂの外径を最大限に拡径し、さらに磁気誘導マグネット１７を内側に厚くできるので強度および磁力が低下することはない。
【００１７】
さらに、上記したように、磁気誘導マグネット１７に発生した磁束は、銅リング２０ｂを通過してバックヨーク１５に引き寄せられ、磁束が銅リング２０ｂを通過することによって磁気誘導力が発生するのであるから、図２に拡大図示したように磁気誘導力を発生する銅リング２０ｂを最も長くし、それからバックヨーク１５、磁気誘導マグネット１７と長さを順次短くすることによって、磁気誘導マグネット１７に発生する磁束の全てが銅リング２０ｂを通過するようになるので無駄は生じない。
【００１８】
すなわち図１に図示したように、垂直な中心軸Ｃに対し、バックヨーク１５の内側で順に銅リング２０ｂおよび磁気誘導マグネット１７を縮径してほぼ同一レベルで同心に並設する。このとき、バックヨーク１５上端の円環面と磁気誘導マグネット１７上端の円環面の各幅の中心線を含む面は、上方に拡開する円錐面となり、また図２に拡大図示したように、バックヨーク１５下端の円環面と磁気誘導マグネット１７下端の円環面の各幅の中心線を含む面Ｂは、下方に拡開する円錐面となる。軸方向の長さ関係は、銅リング２０ｂが最も長く、次にバックヨーク１５、磁気誘導マグネット１７の順となる。そして、銅リング２０ｂは、両端部がこの円錐面に含まれるかまたは、図２に二点鎖線で示すように、中心軸Ｃに平行な上下方向が少しでも長く延在する長さに設定される。
【００１９】
以下に本発明に係るクラッチ手段の動作について説明する。図３は図１に示したロータ１０ａをギヤードモータ３０に適用した実施例の構成と動作を説明する模式図で、上側にＡＣ同期モータ１０のロータ１０ａがクラッチ爪１１を介して駆動する減速歯車輪列３２、下側に誘導リング２０と連動する増速歯車輪列３４がそれぞれ図示されている。図３の配列では、図面が複雑になるのを避けるため、図１に示すロータ１０ａの構成と異なり、誘導リング２０の制動ピニオン２１は下方に図示されている。
【００２０】
先ず図３に基づいて、本発明に係わるクラッチ手段を適用したギヤードモータ３０の構成を説明する。ギヤードモータ３０は、ロータ１０ａが対向するステータ１０ｂの電磁作用で回転駆動されるＡＣ同期モータ１０と、その駆動力をギヤードモータ３０の出力軸３６に伝達する減速歯車輪列３２、ならびにロータ１０ａに連動して回転し、差動クラッチを構成する遊星歯車機構３７の作動を切り換えて出力軸３６を制御する誘導リング２０を含む増速歯車輪列３４を連設する。また、出力軸３６はレバー５０で外部負荷と接続される。
【００２１】
ロータ１０ａの回転支軸１３の先端に形成された駆動クラッチ爪１１（図１参照）、ロータ１０ａと同軸でロータ支軸に回転自在に支持されたクラッチピニオン４０下面の受動クラッチ爪４０ａに対向する。クラッチピニオン４０は圧縮コイルバネ４１により、受動クラッチ爪４０ａがロータ１０ａの駆動クラッチ爪１１から離間する方向に付勢されている。また、クラッチピニオン４０の付勢方向にはクラッチレバー４２のカム面４２ａが臨み、クラッチピニオン４０は常時、カム面４２ａの作用を受けている。
【００２２】
カム面４２ａは、圧縮コイルバネ４１の付勢力に抗してクラッチピニオン４０をロータ１０ａの方向に押動し、受動クラッチ爪４０ａをロータ１０ａの駆動クラッチ爪１１に咬合させる山面４２ｂと咬合を解除する谷面とを備える。クラッチレバー４２は、出力軸３６を駆動する伝達歯車４３と同じ支軸４３ａに回動自在に支持され所定の範囲を揺動する。
【００２３】
さらに、クラッチレバー４２の一部は、出力軸３６と一体に設けた出力歯車３６ａの側面に形成されたクラッチレバー操作溝３６ｂに相対し、操作用突起４２ｄを咬合させている。このため、出力歯車３６ａの回転に伴い、クラッチレバー操作溝３６ｂに追動する操作用突起４２ｄがクラッチレバー４２を回動して、カム面４２ａの山と谷を切り換える。これにより、駆動クラッチ爪１１と受動クラッチ爪４０ａとは咬合または離間し、ロータ１０ａの回転支軸１３からクラッチピニオン４０への回転の伝達を継断する。
【００２４】
ステータ１０ｂが通電されてロータ１０ａが回転を開始する初期状態では、駆動クラッチ爪１１と受動クラッチ爪４０ａとは咬合状態にあり、ロータ１０ａの回転はクラッチピニオン４０に直接伝達される。クラッチピニオン４０は、遊星歯車機構３７の入力歯車３７ａに回転を伝達する。遊星歯車機構３７の公転歯車３７ｂは、伝達歯車４３を介して出力歯車３６ａに連結しており、出力軸３６にかかっている外部負荷の抵抗によって回転が阻止されている。
【００２５】
このため、遊星歯車３７ｃは、入力歯車３７ａと一体で回転する太陽歯車３７ｄによって自転し、外接して噛合する内歯歯車３７ｅに回転を伝達する。内歯歯車３７ｅと一体で回転するリング歯車３７ｆは増速歯車輪列３４の小歯車３４ａに噛合し、小歯車３４ａと一体で回転する大歯車３４ｂに噛合して回転するピニオン４６ｂが一体に形成された係止円板４６を高速回転させる。
【００２６】
一方、誘導リング２０と一体形成された制動ピニオン２１が、復帰バネによって付勢された扇形ラック４８に噛合する。誘導リング２０は、磁気誘導によりロータ１０ａの回転に連動して旋回し、扇形ラック４８を復帰バネの付勢力に抗して回動する。扇形ラック４８の一部を構成する回転規制部４８ａは扇形ラック４８と共に回動して、高速回転している係止円板４６の突起４６ａの回転軌道内に入り、突起４６ａと係合して係止円板４６の回転を規制し、増速歯車輪列３４の回転を拘束する。
【００２７】
増速歯車輪列３４が拘束されたことによって、遊星歯車機構３７のリング歯車３７ｆすなわち内歯歯車３７ｅは回転が阻止され、遊星歯車３７ｃは公転を開始する。遊星歯車３７ｃの公転で、遊星歯車機構３７の公転歯車３７ｂは、噛合する減速歯車輪列３２に回転を伝達し、伝達歯車４３の大径歯車４３ｂから小径歯車４３ｃを経て出力歯車３６ａを回動する。出力歯車３６ａが所定の角度回動すると、クラッチレバー操作溝３６ｂに咬合するクラッチレバー操作用突起４２ｄでクラッチレバー４２が回動され、クラッチピニオン４０を押圧から解放する。駆動クラッチ爪１１と受動クラッチ爪４０ａとの咬合は解除され、クラッチピニオン４０は自由になる。
【００２８】
自由になったクラッチピニオン４０は、出力軸３６の外部負荷による回転力が減速歯車列３２に逆伝達されて増速された逆転に移行する。しかしながら、押圧を解かれて圧縮コイルバネ４１の付勢力で上方に移動したクラッチピニオン４０は突設された係合突起４０ｂがクラッチレバー４２の回動位置に形成された図示しない阻止部材に当接してクラッチピニオン４０を拘束する。
【００２９】
ロータ１０ａが回転を継続する限り、誘導リング２０は回転して、扇形ラック４８を復帰バネ２７の付勢力に抗して回転規制部４８ａと係止円板４６の突起４６ａとの係合を維持し、増速歯車輪列３４を介して遊星歯車機構３７のリング歯車３７ｆすなわち内歯歯車３７ｅの拘束を継続する。一方、遊星歯車機構３７は、クラッチピニオン４０の拘束によって太陽歯車３７ｄが回転を阻止されているから、公転歯車３７ｂは回転不能となって減速歯車輪列３２の停止状態を保持し、出力軸３６の外部負荷は拘束部分が支持することになる。
【００３０】
ステータ１５への通電を断つと、ロータ１０ａと共に誘導リング２０は回転を停止する。誘導リング２０は、機械的に拘束されていないから回転は自由で、誘導リング２０の制動ピニオン２１に噛合する扇形ラック４８は、復帰バネの付勢力で誘導リング２０を逆回転させながら初期状態に戻る。係止円板４６は回転自在となり、増速歯車輪列３４の拘束を解除する。支持を失った出力軸３６の外部負荷は、出力歯車３６ａによって減速歯車輪列３２側から公転歯車３７ｂを回転し、まだ回転が拘束されている太陽歯車３７ｄを固定側として遊星歯車３７ｃが公転する。リング歯車３７ｆが増速歯車輪列３４を介して回転する係止円板４６は拘束が解除されて自由であるから、出力軸３６はレバー５０にかかる外部負荷に従って回動する。
【００３１】
外部負荷による出力軸３６の回転で、共に回転する出力歯車３６ａは、クラッチレバー操作溝３６ｂが係合する操作用突起４２ｄによりクラッチレバー４２を回動してカム面４２ａの山面４２ｂを回帰させ、クラッチピニオン４０を押圧して駆動クラッチ爪１１と受動クラッチ爪４０ａとの咬合を回復する。
【００３２】
本発明に係わるギヤードモータの動作としては、ステータ１０ｂへの通電によって、出力軸３６に取付けたレバー５０は、クラッチレバー操作溝３６ｂで設定される所定の角度まで一方向に回動し、ロータ１０ａに連動する誘導リング２０の回転で、電磁的な無接触のスリップ作用による牽引力を機械的拘束に連動させて所定の停止位置を保持し、通電が停止すると外部負荷の作用で初期状態に復帰する。機械的な摩擦部分がないので、摩耗によるトラブル発生はない。
【００３３】
すなわち、洗濯機の排水弁に適用した場合は、開弁して排水が完了するまで開弁状態が保持される。また、換気扇のシャッタあるいは空調機のダンパーに適用した場合は、換気扇あるいは空調機と同時に通電され、換気扇の回転あるいは空調機作動でシャッタあるいはダンパーが開き、換気扇の回転中あるいは空調機作動中はシャッタあるいはダンパーは開いた位置に保持される。そして排水終了、換気扇あるいは空調機停止で通電を停止したときは、排水弁は閉止され、換気扇シャッタあるいは空調機ダンパーは閉じられる。
【００３４】
以上、実施例について説明したが、本発明は図示の実施例に限定されるものではなく、その形状や構成等について、本発明の必須の構成要件から逸脱しない範囲で、細部に関する多種多様な変更や部品の再構成等の改変をなし得ることが予期される。例えば、バックヨークや裏ヨークの素材は鉄製に限定されることはなく、磁性体であればよい。また、磁気誘導マグネットを銅リングの外側に配設した場合も同様の思想で銅リングの長さを設定しても支障はない。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明に係わるクラッチ手段によれば、磁気誘導力を発生する磁気誘導回転体を最も長くし、それから順にバックヨーク、磁気誘導マグネットと短くして磁気誘導マグネットに発生する磁束の全てが磁気誘導回転体を通過するようにしたので、必要最低限の磁気誘導マグネット、磁気誘導回転体およびバックヨークで、磁気誘導力を発生するのに必要十分な構成が達成でき、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるクラッチ手段の一実施例を断面で示す側面図である。
【図２】本発明に係わるクラッチ手段におけるバックヨーク、銅リング、磁気誘導マグネットの関係を拡大した断面で説明する側面図である。
【図３】本発明に係わるクラッチ手段を適用したギヤードモータの一実施例を示す模式的説明図である。
【図４】一般的クラッチ手段におけるロータを断面で示す側面図である。
【図５】図４のクラッチ手段におけるバックヨーク、銅リング、磁気誘導マグネットの関係を拡大した断面で説明する側面図である。
【符号の説明】
１０  ＡＣ同期モータ
１０ａ  ロータ
１０ｂ  ステータ
１１  駆動クラッチ爪
１３  回転支軸
１４  リング状ロータマグネット
１５  バックヨーク
１６  裏ヨーク
１７  磁気誘導マグネット
１８  間隙
２０  誘導リング
２０ａ  円筒部
２０ｂ  銅リング
２１  制動ピニオン
３０  ギヤードモータ
【図１】
0003914400.tif 000002
【図２】
0003914400.tif 000003
【図３】
0003914400.tif 000004
【図４】
0003914400.tif 000005
【図５】
0003914400.tif 000006