WO2017104460A1

WO2017104460A1 - モータアクチュエータ

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Publication number: WO2017104460A1
Application number: PCT/JP2016/086032
Authority: WO
Inventors: 久剛有賀
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2016-12-05
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2018-06-16
Also published as: JP2017112735A; CN108352733A; JP6894186B2

Abstract

モータの起動不良およびロータの振動の双方を抑制することのできるモータアクチュエータを提供すること。具体的には、流同期モータからなるモータ１０と、モータ１０の出力を伝達する伝達機構とを有するモータアクチュエータにおいて、モータ１０は、周方向にＳ極とＮ極とが交互に設けられた磁石１４を備えたロータ１５と、磁石１４と径方向で対向する複数のティース１８を備えたステータコア１２とを有している。複数のティース１８には、周方向に配置された複数の主極１８ａと、周方向で隣り合う主極１８ａの間に配置された補極１８ｂとが含まれ、補極１８ｂの幅寸法Ｗｂは、主極１８ａの幅寸法Ｗａの１／２倍より広く、主極１８ａの幅寸法Ｗａの３／４倍より狭い。

Description

モータアクチュエータ

　本発明は、モータおよび伝達機構を備えたモータアクチュエータに関するものである。

　洗濯機の排水弁や換気扇のシャッタを駆動するアクチュエータは、交流同期モータの回転を伝達機構によって伝達するモータアクチュエータとして構成されている。交流同期モータは、周方向にＳ極とＮ極とが交互に設けられた磁石を備えたロータと、磁石と径方向で対向する複数のティースを備えたステータコアとを有している。ここで、同一形状のティースを周方向に等角度間隔に配置すると、モータの停止時に、ロータの磁極とティースとが完全に対向してしまい、モータの起動時、回転トルクが発生せず、起動不良となってしまう。

　一方、複数のティースとして、周方向に複数の主極を設けるとともに、周方向で隣り合う主極の間に、周方向における寸法（幅寸法）が主極の１／２倍未満の補極を配置した構成が開示されている（特許文献１参照）。かかる構成によれば、ロータの磁極とティースとが完全に対向する状態を補極によって解消することができるので、モータの起動時、回転トルクを発生させることができるので、起動不良が発生しにくい。

　具体的には、図９（ａ）に示すように、ロータ１５の磁極の数がＮ極およびＳ極合わせて８極で、補極１８ｂの幅寸法Ｗｂが主極１８ａの１／２倍未満である場合、無励磁時、および１０ｍＡ～４０ｍＡの定電流を印加した場合の磁場解析を行うと、図９（ｂ）に示す結果となる。図９（ｂ）からわかるように、ロータ１５の回転角で１７．５°の角度位置に安定点Ｏ１１が出現し、ロータ１５の回転角で３８．７５°の角度位置に不安定点Ｏ１２が出現する。

特開２００２－２６２４９１号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の構成のように、補極１８ｂの幅寸法Ｗｂが主極１８ａの１／２倍未満である場合、ディテントトルクが大きいため、ロータ１５の磁極がティース１８の間を飛び越える際の磁極の吸引と反発に起因するトルクの変動が大きく、ロータ１５に振動が発生するという問題点がある。

　そこで、補極１８ｂの幅寸法Ｗｂを、図１０（ａ）に示すように、例えば主極１８ａの３／４倍を超える寸法まで拡大することを検討した。かかる構成を採用した場合の磁場解析を行うと、図１０（ｂ）に示す結果となる。図１０（ｂ）からわかるように、ロータ１５の回転角で９．０７５°の角度位置に安定点Ｏ２１が出現し、ロータ１５の回転角で２０．４５°の角度位置に不安定点Ｏ２２が出現した。また、励磁した際、トルクが変化しない角度位置（デッドポイントＤ２０）は、安定点Ｏ２１から２°しかずれていない。また、補極１８ｂの幅寸法Ｗｂを主極１８ａの３／４倍を超える寸法に設定すると、ディテントトルクが小である。このため、モータの停止時にロータ１５に外部から負荷が加わると、ロータ１５がデッドポイントＤ２０で停止するおそれがある。従って、外力や内部抵抗によりロータ１５に負荷が加わり、上記のトルクと負荷とがつり合った場合、モータは起動不可となる。

　なお、ロータ１５の回転角は、電気角×（４５／１８０）に相当する。安定点とは、ティース１８とロータ１５の磁極とが完全に相対した位置で停止している位置であり、非常に安定しているため、ロータ１５に加わる外力を０にすると、ロータ１５は必ずこの場所で停止する。不安定点とは、安定点から１／２ピッチずれた位置であり、非常に不安定な状態であるため、ロータ１５に外力が少しでも加わると、ロータ１５は時計周りあるいは反時計周りのどちらかの安定点に移動する。デッドポイントとは、ティース励磁時の磁力増減に関わらず、トルク変化が発生しないロータ１５の位置である。

　以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、モータの起動不良およびロータの振動の双方を抑制することのできるモータアクチュエータを提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明は、交流同期モータと、前記交流同期モータの出力を伝達する伝達機構と、を有しているモータアクチュエータにおいて、前記交流同期モータは、周方向にＳ極とＮ極とが交互に設けられた磁石を備えたロータと、前記磁石と径方向で対向する複数のティースを備えたステータコアと、を有し、前記複数のティースには、周方向に配置された複数の主極と、周方向で隣り合う前記主極の間に配置され、周方向における寸法である幅寸法が前記主極より小の補極と、が含まれ、前記補極の幅寸法は、前記主極の幅寸法の１／２倍より広く、前記主極の幅寸法の３／４倍より狭いことを特徴とする。

　本発明では、補極の幅寸法が主極の幅寸法の３／４倍より狭いため、安定点とデッドポイントとを十分に離間させることができる。従って、モータを適正に起動させることができる。また、補極の幅寸法が主極の幅寸法の１／２倍より広いため、ロータの磁極がティースの間を飛び越える際の磁極の吸引と反発に起因するトルクの変動を抑えることができるので、ロータの振動を抑制することができる。それ故、本発明によれば、起動不良およびロータの振動の双方を抑制することができる。

　本発明において、前記補極は、周方向で隣り合う前記主極の間のうち、前記ロータの回転方向とは逆側に位置する前記主極との間隔が前記ロータの回転方向側に位置する前記主極との間隔より狭いことが好ましい。かかる構成によれば、ロータの磁極がティースの間を飛び越える際の磁極の吸引と反発に起因するトルクの変動を抑えることができるので、ロータの振動を抑制することができる。それ故、ロータが回転する際の安定性を高めることができる。

　本発明において、前記補極は、偶数、かつ、回転中心軸線を中心とする点対称に配置されていることが好ましい。かかる構成によれば、ロータとステータとの間の磁気バランスがよい。

　本発明において、前記補極は、回転中心軸線を中心とする点対称な２個所に配置されている態様を採用することができる。かかる構成によれば、起動不良の抑制に必要な最小限の補極を設けたため、ロータの磁極がティースの間を飛び越える際の磁極の吸引と反発に起因するトルクの変動を抑えることができる。それ故、ロータの振動を抑制することができる。また、本発明において、前記主極は、６箇所に配置され、周方向へ等間隔に連続して配置される主極３箇所ごとに前記補極が配置されていることが好ましい。

　本発明は、前記伝達機構が、前記モータへの通電を停止している期間に前記ロータを回転させる負荷を印加する機構を含んでいる場合に適用すると効果的である。伝達機構が、モータへの通電を停止している期間にロータを回転させる負荷を印加する機構を含んでいる場合には、起動時にロータがデッドポイントに接近した際に負荷に耐えきれずに起動不良が発生するという問題や、安定点で停止していたロータが負荷によってデッドポイントまで回転して起動不良が発生するという問題が発生しやすいが、本発明によれば、かかる問題の発生を抑制することができる。また、本発明において、前記伝達機構は、前記モータの動力を前記負荷を印加する機構に伝達する第１伝達機構と、前記第１伝達機構による動力を継状態もしくは断状態に切り替えるクラッチ手段と、前記モータの動力を前記クラッチ手段に伝達する第２伝達機構と、を含んでいることが好ましい。さらに、本発明において、前記負荷を印加する機構は、洗濯機の排水口を開閉する弁体であることが好ましい。

本発明を適用したモータアクチュエータにおける動力系統を示す説明図である。本発明を適用したモータアクチュエータの要部を示す斜視図である。本発明を適用したモータアクチュエータの要部の分解斜視図である。図３に示すクラッチ手段の分解斜視図である。本発明を適用したモータアクチュエータにおけるクラッチピニオンおよびモータピニオンの説明図である図３に示す従動側歯車の下方に配置されたロックレバー等の説明図である。本発明を適用したモータアクチュエータに用いたモータの分解斜視図である。本発明を適用したモータアクチュエータのモータのティースの説明図である。本発明の比較例に係るモータのティースの説明図である。本発明の別の比較例に係るモータのティースの説明図である。

　以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明における「上下」については、便宜上、図１等における上下をいうものとする。また、「原位置」とは、モータ１０が駆動していない状態における各構成部材の位置をいう。

（モータアクチュエータ１の全体構成）
　図１は、本発明を適用したモータアクチュエータ１における動力系統を示す説明図である。図１に示すように、モータアクチュエータ１の動力系統は、モータ１０の動力を被駆動部材９０に伝達する第１伝達機構２と、クラッチ手段３０を動作させる第２伝達機構３とからなる。クラッチ手段３０は、第１伝達機構２による動力の伝達を継状態もしくは断状態に切り替える。クラッチ手段３０が継状態であれば、モータ１０の動力は被駆動部材９０に伝達される。クラッチ手段３０が断状態であれば、モータ１０の動力は被駆動部材９０に伝達されない。本形態では、クラッチ手段３０を動作させる動力としてモータ１０の動力の一部を利用する。

（モータアクチュエータ１の具体的構成例）
　図２は、本発明を適用したモータアクチュエータ１の要部を示す斜視図である。図３は、本発明を適用したモータアクチュエータ１の要部の分解斜視図である。図４は、図３に示すクラッチ手段３０の分解斜視図である。図５は、本発明を適用したモータアクチュエータ１におけるクラッチピニオン２１およびモータピニオン４１の説明図である。図６は、図３に示す従動側歯車４３の下方に配置されたロックレバー４４等の説明図である。

　図２および図３に示すように、モータアクチュエータ１は、駆動源であるモータ１０と、モータ１０の動力を被駆動部材９０に伝達する第１伝達機構２と、第１伝達機構２による動力の伝達を継状態もしくは断状態に切り替えるクラッチ手段３０と、モータ１０の動力をクラッチ手段３０に伝達する第２伝達機構３と、従動側歯車４３に負荷を与える負荷付与手段５０とを備えている。モータ１０、第１伝達機構２、クラッチ手段３０、第２伝達機構３、および負荷付与手段５０はいずれも、ケース（図示せず）内に収容されている。モータ１０は、交流同期モータであり、かかるモータ１０の詳細な構成は、図７等を参照して後述する。

（第１伝達機構２）
　図４は、図３に示すクラッチ手段３０の分解斜視図である。図５は、本発明を適用したモータアクチュエータ１におけるクラッチピニオン２１およびモータピニオン４１の説明図である。図６は、図３に示す従動側歯車４３の下方に配置されたロックレバー４４等の説明図である。第１伝達機構２は、モータ１０の動力を被駆動部材９０（図３参照）まで伝達する出力系統を構成する。第１伝達機構２は、クラッチピニオン２１と、クラッチピニオン２１に噛合する入力側歯車２２と、クラッチ手段３０が継の状態のとき入力側歯車２２の回転に伴って回転する出力側歯車２３（図４参照）と、出力側歯車２３に噛合する複合歯車２４と、複合歯車２４に噛合するカム歯車２５と、カム歯車２５と一体的に回転するプーリ２６とを有している。プーリ２６には、被駆動部材９０が接続されたワイヤ２７（図３参照）が巻かれている。入力側歯車２２および出力側歯車２３はクラッチ手段３０を構成している。

　クラッチピニオン２１は、モータ１０の支軸１５０に回転可能かつ軸線方向に移動可能に支持された平歯車である。クラッチピニオン２１の上面には、被ロック突起２１１が形成されている。被ロック突起２１１には、扇形レバー６０が作用する。クラッチピニオン２１は、コイルばね（図示せず）によって上向きに付勢されている。クラッチピニオン２１の下面には、モータピニオン４１と係合する上係合部２１５（図５参照）が形成されている。

　クラッチピニオン２１には、入力側歯車２２が噛み合っている。入力側歯車２２は、遊星歯車機構を構成する太陽歯車である。入力側歯車２２は、大径の大径歯車２２１と、大径歯車２２１の内側で大径歯車２２１より小径に形成された小径歯車（図示せず）とを有している。大径歯車２２１は、クラッチピニオン２１と噛み合っており、クラッチピニオン２１の回転に伴って入力側歯車２２が回転する。

　モータ１０の動力は、クラッチピニオン２１および入力側歯車２２を介して、出力側歯車２３に伝達される。図４に示すように、出力側歯車２３は、３つの遊星歯車２３１、および遊星歯車２３１を回転可能に支持する遊星支持歯車２３２を備えており、遊星歯車２３１は、遊星支持歯車２３２の上端面と抜け止めリング２３３との間に等角度間隔に設けられている。遊星支持歯車２３２は、遊星歯車２３１を支持する側とは反対側に歯車部２３２１を有している。遊星歯車２３１は、入力側歯車２２の小径歯車と噛み合っており、クラッチ手段３０が継状態にあるとき、入力側歯車２２の小径歯車の周りを公転する。また、遊星歯車２３１が公転した際、遊星支持歯車２３２が回転し、入力側歯車２２から出力側歯車２３に動力が伝達される。

　再び図２および図３において、遊星支持歯車２３２には複合歯車２４が噛み合っている。複合歯車２４は、小径歯車２４１、および小径歯車２４１より大径の大径歯車２４２を有しており、大径歯車２４２が遊星支持歯車２３２の歯車部２３２１と噛み合っている。従って、遊星支持歯車２３２が回転した際、複合歯車２４が回転する。

　複合歯車２４の小径歯車２４１には、カム歯車２５の歯車部２５１が噛み合っている。従って、複合歯車２４が回転した際、カム歯車２５が回転する。カム歯車２５において、歯車部２５１が形成された円板部分の上端面には、カム溝２５２が形成されている。かかるカム溝２５２には、後述する扇形レバー６０が係合している。

　カム歯車２５には、ボルト２６９によってプーリ２６が固定されている。従って、カム歯車２５が回転すると、プーリ２６が回転する。プーリ２６には、ワイヤ２７の一端が固定されている。従って、プーリ２６がワイヤ２７を引き込む方向に回転すると、ワイヤ２７はプーリ２６に巻き上げられる。ワイヤ２７の他端側には、被駆動部材９０（例えば、排水口を開閉する弁体）が固定されており、被駆動部材９０には、矢印Ｆで示すように、常に原位置（弁体が閉となる位置）に戻ろうとする方向（ワイヤ２７を引き出す方向）の負荷が作用している。

（クラッチ手段３０）
　図４に示すクラッチ手段３０の動作は、入力側歯車２２（太陽歯車）、出力側歯車２３（遊星歯車２３１および遊星支持歯車２３２）、および固定歯車３１（リング歯車）からなる遊星歯車機構を利用したものである。クラッチ手段３０において、入力側歯車２２と遊星支持歯車２３２との間には、固定歯車３１が配置されており、固定歯車３１は、外歯車３１１および内歯車３１２を有している。固定歯車３１の内歯車３１２には、３つの遊星歯車２３１が噛み合っている。固定歯車３１の外歯車３１１は、入力側歯車２２の大径歯車２２１の下側に位置し、後述するロック歯車４６と噛み合っている。このため、ロック歯車４６の回転が阻止されている場合、固定歯車３１の回転は阻止される。

　かかるクラッチ手段３０において、遊星歯車２３１が公転し、遊星支持歯車２３２が回転するか否かは、固定歯車３１の回転が阻止されているか否かによって決まる。すなわち、固定歯車３１の回転が阻止されているときに入力側歯車２２が回転すると、内歯車３１２に沿って遊星歯車２３１が公転し、遊星支持歯車２３２が回転する。一方、固定歯車３１の回転が阻止されていないときに入力側歯車２２が回転し、遊星歯車２３１が公転しようとしても、固定歯車３１が空回りするため、遊星支持歯車２３２が回転することはない。それ故、固定歯車３１の回転が阻止されていれば、クラッチ手段３０によって、第１伝達機構２が継状態となり、固定歯車３１の回転が阻止されていなければ、クラッチ手段３０によって、第１伝達機構２が断状態となる。

（第２伝達機構３）
　第２伝達機構３は、モータ１０の動力をクラッチ手段３０まで伝達するクラッチ作動系統を構成する。第２伝達機構３は、モータピニオン４１、モータピニオン４１に噛合する駆動側歯車４２、駆動側歯車４２に噛合する従動側歯車４３、従動側歯車４３が下方に移動した際に押し下げられるロックレバー４４（図６参照）、およびロックレバー４４が押し下げられた際にロックされるロック歯車４６を有している。モータピニオン４１は、モータ１０のロータ１５と一体的に形成された平歯車である。モータピニオン４１の上面には、クラッチピニオン２１の下面に形成された上係合部２１５と係合する下係合部４１５（図５参照）が形成されている。従って、後述する扇形レバー６０の傾斜カムによってクラッチピニオン２１が最下に位置し、クラッチピニオン２１の上係合部２１５とモータピニオン４１の下係合部４１５とが係合したとき、クラッチピニオン２１とモータピニオン４１は一体的に回転する。すなわち、モータ１０の動力がクラッチピニオン２１にも伝達
される。

　モータピニオン４１には、駆動側歯車４２が噛み合っている。駆動側歯車４２は、支軸４２７に回転自在、かつ、軸線方向に移動可能に支持されている。駆動側歯車４２は、大径歯車４２１と、大径歯車４２１より小径の小径歯車４２２とを有しており、小径歯車４２２にははす歯が形成されている。駆動側歯車４２は、大径歯車４２１がモータピニオン４１と噛み合っている。

　駆動側歯車４２には従動側歯車４３が噛み合っており、従動側歯車４３は、支軸４３７に回転可能に支持されている。従動側歯車４３は、大径歯車４３２と、大径歯車４３２より小径の小径歯車４３１を有している。大径歯車４３２および小径歯車４３１はいずれも、はす歯が形成されている。従動側歯車４３は、大径歯車４３２が駆動側歯車４２の小径歯車４２２と噛み合っている。従って、従動側歯車４３は、駆動側歯車４２の回転に伴って回転する。その際、従動側歯車４３には、後述する負荷付与手段５０により、その回転方向と反対方向の負荷が掛かるため、下向きのスラスト荷重が発生する。よって、駆動側歯車４２が回転すると、従動側歯車４３は回転しつつ下向きに移動する。

　図６に示すように、ロックレバー４４は、平板状の部材であり、従動側歯車４３の下方において、軸線方向に移動可能に支軸４３７に支持されている。ロックレバー４４には、一方の端部に凹部４４２が形成されており、この凹部４４２がケース（図示せず）において軸線方向の延在する凸部（図示せず）と係合している。このため、ロックレバー４４は、回転が阻止されている。ロックレバー４４の他方の端部には、凸状のロック部４４１が形成されている。ロックレバー４４の下方には、ロックレバー４４を上向きに付勢する付勢部材（図示せず）が配置されており、付勢部材により、モータ１０が停止しているときには、ロックレバー４４は、ロック歯車４６の被ロック部４６１より上方に位置する。また、ロックレバー４４の上には従動側歯車４３が配置されているため、従動側歯車４３も上方に付勢された状態にある。ここで、付勢部材の付勢力は、駆動側歯車４２の回転に伴って従動側歯車４３が回転する際に、従動側歯車４３に発生する下向きのスラスト荷重より小さい。従って、従動側歯車４３が回転すると、付勢部材の付勢力に抗して、従動側歯車４３は下方に移動する。その結果、ロックレバー４４も下方に移動するため、ロックレバー４４のロック部４４１は、ロック歯車４６の被ロック部４６１と略同じ高さに移動する。

　ロック歯車４６は、円板部４６３と、円板部４６３の上方に形成された歯車４６２とを有しており、被ロック部４６１は、円板部４６３から外側に突出している。従って、ロックレバー４４が下方に移動すると、ロック部４４１と被ロック部４６１とが干渉し、ロック歯車４６の回転が阻止される。一方、ロック歯車４６は、固定歯車３１の外歯車３１１と噛み合っている。従って、ロック歯車４６の回転が阻止されると、固定歯車３１の回転も阻止される。本形態では、ロック歯車４６は、遠心ブレーキからなるブレーキ部４６４を有している。ブレーキ部４６４は、ロック歯車４６の回転を妨げる方向に負荷を掛け、ロック歯車４６が必要以上に高速で回転しないようにする。

（負荷付与手段５０）
　負荷付与手段５０は、従動側歯車４３に対し、その回転方向と反対方向の負荷を与える構成であり、ウォームギアからなる歯車５１と、遠心ブレーキからなる負荷部５２とを有している。歯車５１は、従動側歯車４３の軸線方向と直交する方向に延在しており、大径歯車４３２と噛み合っている。大径歯車４３２と歯車５１とは、増速歯車機構を構成している。従って、従動側歯車４３の回転は増速されて歯車５１に伝達される。負荷部５２は、回転速度が大きくなると回転を止める方向に生じる負荷が増大する調速機である。

　かかる負荷部５２により、従動側歯車４３の回転速度が大きくなると、その回転を止める方向に受ける負荷が増大する。負荷部５２の負荷が大きくなればなるほど、駆動側歯車４２と噛み合う従動側歯車４３は、その下向きのスラスト荷重を受ける。また、大径歯車４３２と歯車５１との噛合によっても、従動側歯車４３は下向きのスラスト荷重を受ける。その際、従動側歯車４３が受ける下向きのスラスト荷重が、付勢部材の上向きの付勢力より大きくなると、従動側歯車４３は、負荷部５２による回転方向とは反対方向の負荷とはす歯の噛合とによって、下方に移動する。

（扇形レバー６０等の構成）
　再び図２および図３において、複合歯車２４の上には扇形レバー６０が配置されている。扇形レバー６０は、複合歯車２４と同様、支軸２４７に回転自在に支持されている。扇形レバー６０の下面には、係合突起６１が形成されている。かかる係合突起６１は、カム歯車２５の上面に形成されたカム溝２５２に係合している。図示を省略するが、扇形レバー６０の下面には、ロック突起と傾斜カムとが形成されている。従って、プーリ２６がワイヤ２７を所定位置まで巻き上げる際、扇形レバー６０が所定位置まで回転すると、カム歯車２５の動作に連動してロック突起がクラッチピニオン２１の被ロック突起２１１に作用し、クラッチピニオン２１の回転を阻止する。これと同時に傾斜カムによって下向きに押さえつけられていたクラッチピニオン２１が解放され、コイルばねによって上向きに移動する。これにより、クラッチピニオン２１の上係合部２１５と、モータピニオン４１の下係合部４１５の係合が解かれる。つまり、モータ１０の動力がクラッチピニオン２１に伝達されない状態となる。

（モータアクチュエータ１の動作）
　モータアクチュエータ１では、原位置にある被駆動部材９０に対しモータ１０の動力を伝達する動力伝達動作と、モータ１０の動力の伝達を遮断し被駆動部材９０を原位置に戻す動力遮断動作とが行われる。

（動力伝達動作）
　動力伝達動作では、被駆動部材９０が原位置にある状態（ワイヤ２７がプーリ２６に巻き上げられていない状態）でモータ１０を一方向に駆動させると、モータピニオン４１およびクラッチピニオン２１が一体に一体に回転し、従動側歯車４３が回転する。従動側歯車４３の大径歯車４３２には歯車５１が噛み合っているため、その回転速度が大きくなると、回転を停止させようとする方向に負荷が発生し、かかる負荷は、従動側歯車４３に印加される。ここで、駆動側歯車４２と従動側歯車４３の間の動力の伝達は、はす歯の噛み合いによるものである。従って、従動側歯車４３は、駆動側歯車４２の回転により、下向きのスラスト荷重を受け、従動側歯車４３は、回転しながら下方に移動する。また、従動側歯車４３と歯車５１との噛み合いもはす歯によるものであるため、従動側歯車４３には下向きの大きなスラスト荷重が発生する。その結果、ロックレバー４４は、下方に移動するので、ロック歯車４６の回転が阻止される。よって、固定歯車３１の回転も阻止されるので、クラッチ手段３０によって第１伝達機構２による動力の伝達が継状態となる。

　それ故、モータ１０の駆動によってモータピニオン４１とともにクラッチピニオン２１が回転すると、入力側歯車２２が回転し、遊星歯車２３１が公転するので、遊星支持歯車２３２が回転する。それ故、入力側歯車２２の回転動力が出力側歯車２３に伝達される。ここで、遊星支持歯車２３２の歯車部２３２１には、複合歯車２４の大径歯車２４２が噛み合っている。従って、遊星支持歯車２３２の回転に伴い、複合歯車２４が回転する。また、複合歯車２４の小径歯車２４１には、カム歯車２５の歯車部２５１が噛み合っている。それ故、複合歯車２４の回転に伴い、カム歯車２５が回転する。カム歯車２５が回転すると、カム歯車２５の上端に固定されたプーリ２６が回転する。プーリ２６が回転すると、プーリ２６に固定されたワイヤ２７がワイヤ溝２６１に沿って巻き上げられる。ワイヤ２７の先端には、被駆動部材９０が固定されているため、被駆動部材９０はワイヤ２７に引き上げられるように動作する。例えば、被駆動部材９０が洗濯機の排水口を開閉する弁体である場合には、ワイヤ２７によって弁体が引き上げられることで排水口が開放され、排水が開始される。

　なお、プーリ２６によるワイヤ２７の巻き上げは次のように停止する。まず、カム歯車２５が所定位置まで回転すると、カム溝２５２に係合する係合突起６１を有している扇形レバー６０がカム歯車２５から離れる方向に回転する。その結果、扇形レバー６０のロック突起が、クラッチピニオン２１の被ロック突起２１１に周方向から当接する。これにより、クラッチピニオン２１の回転が阻止された状態となる。また、扇形レバー６０の傾斜カムによって軸線方向下向きに押さえつけられていたクラッチピニオン２１が解放され、上方に移動する。これにより、クラッチピニオン２１の上係合部２１５と、モータピニオン４１の下係合部４１５の係合が解かれ、モータ１０の動力がクラッチピニオン２１に伝達されない状態となる。その結果、プーリ２６によるワイヤ２７の巻き上げが停止し、当該巻き上げ位置でプーリ２６が保持された状態（被駆動部材９０が洗濯機の排水口を開閉する弁体である場合には、排水口の開放が維持される状態）となる。

（動力遮断動作）
　被駆動部材９０を原位置に戻す場合、モータ１０への通電を停止する。その結果、モータピニオン４１および駆動側歯車４２の回転が停止するため、従動側歯車４３の回転も停止する。従動側歯車４３の回転が停止すると、従動側歯車４３に対する下向きのスラスト荷重が消滅する。ここで、従動側歯車４３は、ロックレバー４４とともに付勢部材によって上向きに付勢されているから、スラスト荷重が消滅すると、従動側歯車４３は回転しながら上方に移動し、原位置に戻る。その際、ロックレバー４４も上方に移動し、原位置に戻る。ロックレバー４４が上方に移動すると、ロックレバー４４のロック部４４１の高さ方向位置は、ロック歯車４６の被ロック部４６１の高さ方向位置より高くなる。従って、ロック歯車４６の回転が阻止された状態は解消され、ロック歯車４６は自在に回転することができる。従って、クラッチ手段３０の固定歯車３１が自在に回転することができる状態となり、クラッチ手段３０が断状態となる。ここで、被駆動部材９０は、自身に作用する外部負荷により、常に原位置に戻ろうとしている。例えば、被駆動部材９０が洗濯機の排水口を開閉する弁体であって、モータアクチュエータ１の駆動により排水口を開放する方向に弁体を動作させる場合には、弁体は常に排水口を閉鎖する方向に付勢されている。従って、クラッチ手段３０が断状態となると、被駆動部材９０にかかる負荷は、第１伝達機構２を逆行するようにして出力側歯車２３の遊星支持歯車２３２まで伝達される。このようにして伝達された被駆動部材９０にかかる負荷に基づくエネルギーは、クラッチ手段３０が断状態となっているため、出力側歯車２３の空転によって消費される。これにより、被駆動部材９０は原位置に戻る。

　さらに、カム歯車２５が原位置に戻ると、カム溝２５２に係合する係合突起６１を有している扇形レバー６０がカム歯車２５に近づく方向に回転する。このように扇形レバー６０が回転すると、扇形レバー６０のロック突起６２が、クラッチピニオン２１の被ロック突起２１１から離れる。これにより、クラッチピニオン２１の回転が許容された状態となる。また、コイルばねで軸線方向上向きに付勢されていたクラッチピニオン２１は、傾斜カムに押さえつけられ、下向き移動する。これにより、クラッチピニオン２１の上係合部２１５と、モータピニオン４１の下係合部４１５が係合し、モータ１０の動力がクラッチピニオン２１にも伝達される状態となる。

　その際、ロック歯車４６のブレーキ部４６４は、被駆動部材９０が原位置に戻ろうとする動作にブレーキをかけ、第１伝達機構２にかかる衝撃をやわらげる。そのため、第１伝達機構２を構成する動力伝達部材の破損を防ぐことができる。また、被駆動部材９０が原位置に戻る際、度当たりに衝突する衝撃音（被駆動部材９０が、洗濯機の排水口を開閉する弁体である場合には、かかる弁体が排水口の周囲に衝突する衝撃音）を低減することができる。

（モータ１０の構成）
　図７は、本発明を適用したモータアクチュエータ１に用いたモータ１０の分解斜視図である。図７に示すように、モータ１０は、支軸１５０に回転可能に支持されたロータ１５と、ステータ１１とを有しており、ロータ１５は、円筒状の磁石１４を有している。ステータ１１は、磁石１４に径方向外側で対向する複数のティース１８を備えた板状のステータコア１２と、ステータコア１２を保持するインシュレータ１３とを有しており、ティース１８は、インシュレータ１３の円筒状の胴部１３０の内周面に沿うように位置決めされている。インシュレータ１３は、胴部１３０の両側にフランジ部１３１、１３２を有しており、フランジ部１３１、１３２の間では、胴部１３０にコイル線１９が巻回されている。このように構成したステータ１１は、カバー１６によって覆われており、カバー１６とインシュレータ１３とは連結されている。

　このように構成したモータ１０では、モータ１０の停止時、ロータ１５は安定点で停止しようとする。但し、本形態では、モータ１０の停止時、図５に示すクラッチピニオン２１の上係合部２１５がモータピニオン４１の下係合部４１５と係合する。ここで、上係合部２１５および下係合部４１５はいずれも傾斜面を介して接するので、モータ１０の停止時、ロータ１５は、クラッチピニオン２１の上係合部２１５に押されることに起因する負荷によって、デッドポイントまで回転するおそれがある。

　また、モータ１０の停止時、クラッチ手段３０は断状態になるが、複合歯車２４がモータピニオン４１と噛み合っている。このため、複合歯車２４の摩擦抵抗やグリス等の影響でロータ１５に負荷が加わり、モータ１０の停止時、ロータ１５が安定点で停止せず、デッドポイントで停止するおそれがある。

　そこで、本形態では、ステータコア１２には、図８を参照して説明する構成のティース１８を設けてある。

（ティース１８の構成）
　図８は、本発明を適用したモータアクチュエータ１のモータ１０のティース１８の説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）はティース１８の平面図、およびその際の磁場解析結果を示す説明図である。

　本形態において、図８（ａ）に示すように、複数のティース１８には、周方向に配置された複数の主極１８ａが含まれているとともに、周方向で隣り合う主極１８ａの間には、周方向における寸法である幅寸法が主極１８ａより小の補極１８ｂが含まれている。本形態では、ロータ１５の磁極の数がＮ極およびＳ極合わせて８極であり、主極１８ａは、周方向で離間する２つの領域の各々に３つの主極１８ａが３つ等間隔に配置されている。これに対して、補極１８ｂは、偶数、かつ、回転中心軸線Ｌを中心とする点対称に配置されている。本形態において、補極１８ｂは、３つの主極１８ａが等間隔に配置された２つの領域に時計周りＣＷで隣り合う位置の各々に配置されており、２つの補極１８ｂは、ロータ１５の回転中心軸線Ｌを中心とする点対称に配置されている。ここで、ロータ１５は、時計周りＣＷに回転し、かかる構成に対応して、補極１８ｂは、周方向で隣り合う主極１８ａの間のうち、ロータ１５の回転方向とは逆側に位置する主極１８ａとの間隔がロータ１５の回転方向側に位置する主極１８ａとの間隔より狭い。つまり、主極１８ａは、６箇所に配置され、周方向へ等間隔に連続して配置される主極１８ａ３箇所ごとに補極１８ｂが配置されている。

　かかる構成の補極１８ｂを設けたモータ１０における場合における、無励磁時、および１０ｍＡ～４０ｍＡの定電流を印加した場合の磁場解析を行うと、図８（ｂ）に示す結果が得られた。図８（ｂ）からわかるように、ディテントトルクは、図９（ｂ）に示す結果（補極１８ｂの幅寸法Ｗｂが主極１８ａの１／２倍未満である場合）より小さいが、図１０（ｂ）に示す結果（補極１８ｂの幅寸法Ｗｂが主極１８ａの３／４倍以上である場合）より大きい。また、ロータ１５の回転角で２１．２５°の角度位置に安定点Ｏ３１が出現し、ロータ１５の回転角で４１．２５°の角度位置に不安定点Ｏ３２が出現する。また、励磁した際、トルクが変化しない角度位置（デッドポイントＤ３０）は、安定点Ｏ３１からロータ１５の回転角で１５°ずれている。

　このため、モータ１０の停止時、ロータ１５に負荷が加わっていても、ロータ１５がデッドポイントまで回転するような事態が発生しにくい。また、起動時に、ロータ１５に負荷が加わっていても、上記の回転トルクが負荷を上回るので、モータ１０に起動不良が発生しにくい。また、本形態では、ディテントトルクが、図９（ｂ）に示す結果（補極１８ｂの幅寸法Ｗｂが主極１８ａの１／２倍未満である場合）より小さいため、ロータ１５が回転した際、ロータ１５の磁極がティース１８の間を飛び越える際の磁極の吸引と反発に起因するトルクの変動が大きくない。

（本形態の主な効果）
　以上説明したように、本形態のモータアクチュエータ１に用いたモータ１０（交流同期モータ）では、補極１８ｂの幅寸法Ｗｂが主極１８ａの幅寸法Ｗａの１／２倍より広く、３／４倍より狭いため、ディテントトルクが適正なレベルである。また、補極１８ｂの幅寸法Ｗｂが主極１８ａの幅寸法Ｗａの３／４倍より狭いため、安定点Ｏ３１とデッドポイントＤ３０とを十分に離間させることができる。従って、ロータ１５がデッドポイントＤ３０で停止しにくいので、モータ１０を適正に起動させることができる。また、補極１８ｂの幅寸法Ｗｂが主極１８ａの幅寸法Ｗａの１／２倍より広いため、ロータ１５の磁極がティース１８の間を飛び越える際の磁極の吸引と反発に起因するトルクの変動を抑えることができるので、ロータ１５の振動を抑制することができる。それ故、起動不良およびロータ１５の振動の双方を抑制することができる。

　また、補極１８ｂは、周方向で隣り合う主極１８ａの間のうち、ロータ１５の回転方向（時計周りＣＷの方向）とは逆側に位置する主極１８ａとの間隔がロータ１５の回転方向（時計周りＣＷの方向）側に位置する主極１８ａとの間隔より狭い。このため、ロータ１５の磁極がティース１８の間を飛び越える際の磁極の吸引と反発に起因するトルクの変動を抑えることができる。従って、ロータ１５の振動を抑制することができるので、ロータ１５が回転する際の安定性を高めることができる。

　また、補極１８ｂは、偶数、かつ、回転中心軸線Ｌを中心とする点対称に配置されているため、ロータ１５とステータ１１との間の磁気バランスがよい。特に本形態では、補極１８ｂが、回転中心軸線Ｌを中心とする点対称な２個所に配置されている。このため、起動不良の抑制に必要な最小限の補極１８ｂを設けたため、ロータ１５の磁極がティース１８の間を飛び越える際の磁極の吸引と反発に起因するトルクの変動を抑えることができる。従って、ロータ１５の振動を抑制することができるので、ロータ１５が回転する際の安定性を高めることができる。

　なお、図８（ｂ）に示す結果の他、補極１８ｂの幅寸法Ｗｂが主極１８ａの幅寸法Ｗａの１／２倍より広く、主極１８ａの幅寸法Ｗａの３／４倍より狭い各種の条件を評価したが、いずれも、図８（ｂ）に示すように、ディテントトルクが適正なレベルである等の効果を有しており、起動不良およびロータ１５の振動の双方を抑制することができることが確認できた。

（他の実施の形態）
　上記実施の形態では、補極１８ｂを１８０°離間した角度位置に設けたが、例えば、隣り合う位置に補極１８ｂを設けてもよい。また、上記実施の形態では、２つの補極１８ｂを設けたが、補極１８ｂを１個所あるいは３箇所以上に設けてもよい。

　上記実施の形態では、ロータ１５の磁極の数がＮ極およびＳ極合わせて８極であったが、他の磁極数である場合に本発明を適用してもよい。

　１…モータアクチュエータ、２…第１伝達機構、３…第２伝達機構、１０…モータ、１１…ステータ、１２…ステータコア、１４…磁石、１５…ロータ、１６…カバー、１８…ティース、１８ａ…主極、１８ｂ…補極、１９…コイル線、２１…クラッチピニオン、２２…入力側歯車、２３…出力側歯車、２４…複合歯車、２５…カム歯車、３０…クラッチ手段、４１…モータピニオン、４２…駆動側歯車、４３…従動側歯車、４４…ロックレバー、５０…負荷付与手段、６０…扇形レバー、９０…被駆動部材、１５０…支軸

Claims

　交流同期モータと、
　前記交流同期モータの出力を伝達する伝達機構と、
　を有しているモータアクチュエータにおいて、
　前記交流同期モータは、周方向にＳ極とＮ極とが交互に設けられた磁石を備えたロータと、前記磁石と径方向で対向する複数のティースを備えたステータコアと、を有し、
　前記複数のティースには、周方向に配置された複数の主極と、周方向で隣り合う前記主極の間に配置され、周方向における寸法である幅寸法が前記主極より小の補極と、が含まれ、
　前記補極の幅寸法は、前記主極の幅寸法の１／２倍より広く、前記主極の幅寸法の３／４倍より狭いことを特徴とするモータアクチュエータ。
　前記補極は、周方向で隣り合う前記主極の間のうち、前記ロータの回転方向とは逆側に位置する前記主極との間隔が前記ロータの回転方向側に位置する前記主極との間隔より狭いことを特徴とする請求項１に記載のモータアクチュエータ。
　前記補極は、偶数、かつ、回転中心軸線を中心とする点対称に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のモータアクチュエータ。
　前記補極は、回転中心軸線を中心とする点対称な２個所に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のモータアクチュエータ。
　前記主極は、６箇所に配置され、周方向へ等間隔に連続して配置される主極３箇所ごとに前記補極が配置されていることを特徴とする請求項４に記載のモータアクチュエータ。
　前記伝達機構は、前記モータへの通電を停止している期間に前記ロータを回転させる負荷を印加する機構を含んでいることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のモータアクチュエータ。
　前記伝達機構は、前記モータの動力を前記負荷を印加する機構に伝達する第１伝達機構と、前記第１伝達機構による動力を継状態もしくは断状態に切り替えるクラッチ手段と、前記モータの動力を前記クラッチ手段に伝達する第２伝達機構と、を含んでいることを特徴とする請求項６に記載のモータアクチュエータ。
　前記負荷を印加する機構は、洗濯機の排水口を開閉する弁体であることを特徴とする請求項６に記載のモータアクチュエータ。