(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記バランスウェイト部材が、円弧状を呈する第1部材と、前記第1部材の内側に配された円弧状を呈する第2部材からなることを特徴とする請求項1に記載のブラシレスモータ。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0016】
(第1の実施形態例)
図1は本発明の第1の実施形態例に係るブラシレスモータ1Aの断面図である。
本例のブラシレスモータ1Aは、外転型のロータ10と、このロータ10を支持するステータ20を備える。
【0017】
ロータ10は、上部壁11aと円筒状の側壁11bとを有するロータケース11と、上部壁11aに固定された軸12と、側壁11bの内周面に固定された円筒状のマグネット13を備えている。
また、ロータケース11の上部壁11aの内面とマグネット13の上面の間に、円弧状を呈するバランスウェイト部材14が配されている。
ステータ20は、軸12を回転自在に支承する一対の軸受21a,21bと、この軸受を固定する有底円筒状の軸受ホルダ22と、マグネット13に対向配置され巻線24を有するステータコア23と、軸受ホルダ22を固定するステータベース25を備えている。
また、ステータベース25上には、図示しないホール素子や駆動回路を配置した基板26が設けられている。
以上の構成を有する本例のブラシレスモータ1Aは、駆動回路から巻線24に通電することにより、ステータ20に対してロータ10を回転させることができる。
【0018】
本例のブラシレスモータ1Aでは、バランスウェイト部材14によって、マグネット13の軸方向の位置を規制することができると共に、ロータ10のバランス修正を行うことができる。以下、これらの点について詳細に説明する。
【0019】
まず、バランスウェイト部材14の材料としては、硬質で形状安定性に優れる金属材料が好適に用いられる。この金属材料は、磁性金属であっても非磁性金属であってもよい。磁性金属を用いた場合には、ロータのバランス修正が完了するまでマグネット13の磁力によってバランスウェイト部材14を安定して保持できるため、バランス修正の作業が容易になる。
バランスウェイト部材14は、ロータケース11の側壁11bの内径寸法にほぼ等しい外径寸法を有するリングの一部を切り欠いた円弧状を呈する部材であり、周方向の断面形状は
図1に示すような円形に限らず、楕円や矩形等であってもよい。
【0020】
ロータ10を組み立てる際は、まず、ロータケース11の上部壁11aの中心に設けられている圧入孔に軸12を圧入する。
次に、バランスウェイト部材14をロータケース11内に挿入し、バランスウェイト部材14を上部壁11aに密着させる。
次に、マグネット13の上面がバランスウェイト部材14に密着するまで、マグネット13をロータケース11の側壁11b内に圧入する。これにより、マグネット13はバランスウェイト部材14によって軸方向の位置が規制され、マグネット13の軸方向における位置決めが成される。なお、マグネット13は必要に応じて接着剤で固定される。
【0021】
ロータ10のバランスを修正する際は、まず、ロータ10を軸12を中心として回転させながらバランス測定器でロータ10のアンバランス位置及びアンバランス量を測定する。なお、この測定は、例えばロータ10をバランス測定専用のステータに組み付けた状態で行うことができる。
そして、この測定結果に基づいて、バランスウェイト部材14をロータケース11内で軸12の周りで回転移動させ、ロータのアンバランスの少なくとも一部をキャンセルすることにより、ロータのバランス修正を行うことができる。
【0022】
ロータケース11内でバランスウェイト部材14を回転移動させるには、例えば
図2に示すような専用の治具30を用いることができる。
この治具30は、軸12を挿入する筒部31と、筒部31の側面に設けられた収容部32と、収容部32に一部が収容されて保持されている可動部33と、可動部33の上部から垂直に延びる腕部34と、腕部34の先端に設けられた操作部35を有する。また、収容部32には複数のバネ36が収容されており、このバネ36は可動部33を外周方向に押圧している。
【0023】
治具30をロータ10に装着する際は、まず、筒部31に軸12を挿入する。そして、
図3(a)に示すように、可動部33を筒部31側に押圧し、バネ36を圧縮して可動部33を筒部31側に引っ込めた状態で、治具30をロータケース11内に挿入していく。そして、筒部31の上端をロータケース11の上壁部11aに当接させた後、可動部33の押圧を解除して可動部33を外方に突き出させ、
図3(b)に示すように、操作部35を上部壁11aとマグネット13の上面の間に挿入する。
図3(b)の状態でロータ10と治具30のどちらか一方を軸12の周りで回転させることにより、操作部35がバランスウェイト部材14の端面を押して、バランスウェイト部材14を軸12の周りで回転移動させることができる。
【0024】
バランスウェイト部材14によるロータ10のバランス修正について、更に具体的に説明する。
図4にバランスウェイト部材のいくつかの例を示す。
図4(a)は中心角αが180°以上の一例としてα=210°のもの、
図4(b)、(c)は中心角αが180°未満の例としてそれぞれα=105°、α=70°のものを示している。
【0025】
まず、
図4(a)のバランスウェイト部材14aを用いた場合のバランス修正方法の一例を、
図5を用いて説明する。なお、
図5には、ロータケース11の下側開口から見たバランスウェイト部材14aの位置が示されており、マグネット13は省略している。
【0026】
バランスウェイト部材以外のロータを構成する部材(すなわち、ロータケース11と軸12とマグネット13)のアンバランス量が既知もしくは概ね予想できる場合には、このアンバランス量に等しいアンバランス量を有するバランスウェイト部材14aを1個だけ用いて、以下のようにしてロータのバランス修正を行うことができる。
【0027】
まず、
図5(a)に示すように、軸12が固定されたロータケース11の任意の周方向の位置に、バランスウェイト部材14aを装着する。この時、バランスウェイト部材14aは、その弾性を利用し内側に圧縮して外径を小さくした状態でロータケース11内に挿入し、その後に圧縮力を取り除いて外径を元に戻すことにより、容易にロータケース11に装着することができる。
次に、マグネット13の上面がバランスウェイト部材14aに密着するまでマグネット13をロータケース11の側壁11b内に圧入した後、ロータを軸12を中心として回転させながらバランス測定器でロータ全体のアンバランス位置P(及びアンバランス量)を測定する。
【0028】
ここで、バランスウェイト部材14aのアンバランス量と、バランスウェイト部材以外のロータを構成する部材(すなわち、ロータケース11と軸12とマグネット13)のアンバランス量が同じ場合には、以下のことが言える。
まず、
図5(a)に示すように、バランスウェイト部材14aのアンバランス位置P
1は、回転中心を基準としてバランスウェイト部材14aの円弧の中心Qを通るX軸上にある。そして、X軸とロータ全体のアンバランス位置Pの方向の成す角度をβとすると、バランスウェイト部材以外のロータを構成する部材のアンバランス位置P
2は、X軸と2βの角度を成す方向にあることになる。
したがって、
図2に示した治具30等を用いて、バランスウェイト部材14aをX軸から見てアンバランス位置Pとは反対方向に(180−2β)度だけ回転移動させることにより、バランスウェイト部材14aのアンバランス位置P
1とバランスウェイト部材以外のロータを構成する部材のアンバランス位置P
2が、回転中心から見て互いに反対側に位置することになり、互いのアンバランスがキャンセルされる。
【0029】
例えば、角度βが0°(アンバランス位置P及びP
2がX軸上にあることを意味する)の場合には、
図5(b)に示すように、バランスウェイト部材14aを(180−2β)度、すなわち180°回転移動させることにより、アンバランス位置P
1とアンバランス位置P
2が、回転中心から見て互いに反対側に位置することになり、これらのアンバランスがキャンセルされる。
同様に、角度βが15°(すなわち角度2βが30°)の場合には、
図5(c)に示すように、バランスウェイト部材14aを150°回転移動させる。角度βが30°(すなわち角度2βが60°)の場合には、
図5(d)に示すように、バランスウェイト部材14aを120°回転移動させる。角度βが45°(すなわち角度2βが90°)の場合には、
図5(e)に示すように、バランスウェイト部材14aを90°回転移動させる。角度βが60°(すなわち角度2βが120°)の場合には、
図5(f)に示すように、バランスウェイト部材14aを60°回転移動させる。角度βが75°(すなわち角度2βが150°)の場合には、
図5(g)に示すように、バランスウェイト部材14aを30°回転移動させる。
なお、アンバランスが生じていない場合(アンバランス量≒0の場合)には、バランスの修正を行う必要がなく、バランスウェイト部材14aは
図5(a)の位置のままで良い。
【0030】
以上のように、バランスウェイト部材以外のロータを構成する部材のアンバランス量が既知もしくは概ね予想できる場合には、
図4(a)に示すような中心角αが180°以上のバランスウェイト部材14aを1個だけ用いてロータのバランス修正を行うことができる。
一方、バランスウェイト部材以外のロータを構成する部材(すなわち、ロータケース11と軸12とマグネット13)のアンバランス量が不明の場合には、
図4(b),(c)に示すような中心角αが180°未満のバランスウェイト部材14b,14cを複数個用いてロータのバランス修正を行うことが好ましい。
【0031】
図4(b)のバランスウェイト部材14bを用いた場合のバランス修正方法の一例を、
図6を用いて説明する。なお、
図6には、ロータケース11の下側開口から見たバランスウェイト部材14bの位置が示されており、マグネット13は省略している。
【0032】
まず、
図6(a)に示すように、軸12が固定されたロータケース11の任意の周方向の位置に、2つのバランスウェイト部材14bを回転中心に対して対称に装着する。この状態では、2つのバランスウェイト部材14bによってアンバランスは生じない。
次に、マグネット13の上面が2つのバランスウェイト部材14bに密着するまでマグネット13をロータケース11の側壁11b内に圧入した後、ロータを軸12を中心として回転させながらバランス測定器でロータのアンバランス位置P及びアンバランス量を測定する。ここで測定されるアンバランス位置P及びアンバランス量は、バランスウェイト部材以外のロータを構成する部材(すなわち、ロータケース11と軸12とマグネット13)によって生じているものである。
【0033】
次に、上記の測定結果に基づき、
図2に示した治具30等を用いて、2つのバランスウェイト部材14bをロータケース11内で回転移動させ、ロータのバランスを修正する。
具体的には、測定されたアンバランス量に応じて2つのバランスウェイト部材14bの周方向における相対的な位置を調整すると共に、アンバランス位置Pに応じて2つのバランスウェイト部材14bの周方向の絶対位置を調整する。
【0034】
すなわち、
図6(a)に示すように、回転中心を基準として2つのバランスウェイト部材14bの円弧の中心を通るX軸と、アンバランス位置Pの方向との成す角度をβとすると、角度βが30°の場合には、
図6(b)及び(c)に示すように、2つのバランスウェイト部材14bの狭い間隔側の中心Rがアンバランス位置Pと反対方向(回転中心から見て反対方向)になるように2つのバランスウェイト部材14bを回転移動させる。これにより、バランスウェイト部材以外のロータを構成する部材のアンバランス位置Pと、2つのバランスウェイト部材14bのアンバランス位置P
1が、回転中心から見て互いに反対側に位置することになり、互いのアンバランスがキャンセルされる。なお、測定されたアンバランス量が小さい程、
図6(b)のように2つのバランスウェイト部材14bは周方向に離れて配置され、測定されたアンバランス量が大きい程、
図6(c)のように2つのバランスウェイト部材14bは周方向に近接して配置される。
同様に、角度βが60°の場合には、
図6(d)及び(e)に示すように、2つのバランスウェイト部材14bを回転移動させる。この場合も、アンバランス量が比較的小さい場合には
図6(d)のように2つのバランスウェイト部材14bは周方向に離れて配置され、測定されたアンバランス量が大きい程、
図6(e)のように2つのバランスウェイト部材14bは周方向に近接して配置される。
同様に、角度βが90°の場合には、
図6(f)及び(g)に示すように、2つのバランスウェイト部材14bを回転移動させる。この場合も、アンバランス量が比較的小さい場合には
図6(f)のように2つのバランスウェイト部材14bは周方向に離れて配置され、測定されたアンバランス量が大きい程、
図6(g)のように2つのバランスウェイト部材14bは周方向に近接して配置される。
なお、アンバランスが生じていない場合(アンバランス量≒0の場合)には、バランスの修正を行う必要がなく、2つのバランスウェイト部材14bは
図6(a)の位置のままで良い。
【0035】
次に、
図4(c)のバランスウェイト部材14cを用いた場合のバランス修正方法の一例を、
図7を用いて説明する。なお、
図7には、ロータケース11の下側開口から見たバランスウェイト部材14cの位置が示されており、マグネット13は省略している。
【0036】
まず、
図7(a)に示すように、軸12が固定されたロータケース11の任意の周方向の位置に、3つのバランスウェイト部材14cを等間隔に装着する。この状態では、3つのバランスウェイト部材14cによってアンバランスは生じない。
次に、マグネット13の上面が3つのバランスウェイト部材14cに密着するまでマグネット13をロータケース11の側壁11b内に圧入した後、ロータを軸12を中心として回転させながらバランス測定器でロータのアンバランス位置P及びアンバランス量を測定する。ここで測定されるアンバランス位置P及びアンバランス量は、バランスウェイト部材以外のロータを構成する部材(すなわち、ロータケース11と軸12とマグネット13)によって生じているものである。
【0037】
次に、上記の測定結果に基づき、
図2に示した治具30等を用いて、3つのバランスウェイト部材14cをロータケース11内で回転移動させ、ロータのバランスを修正する。
具体的には、測定されたアンバランス量に応じて3つのバランスウェイト部材14cの周方向における相対的な位置を調整すると共に、アンバランス位置Pに応じて3つのバランスウェイト部材14cの周方向の絶対位置を調整する。
【0038】
すなわち、
図7(a)に示すように、回転中心に対する1つのバランスウェイト部材14cの円弧の中心を通るX軸と、アンバランス位置Pの方向との成す角度をβとすると、角度βが0°(アンバランス位置PがX軸上にあることを意味する)の場合には、
図7(b)及び(c)に示すように、3つのバランスウェイト部材14cを回転移動させる。これにより、バランスウェイト部材以外のロータを構成する部材のアンバランス位置Pと3つのバランスウェイト部材14cのアンバランス位置P
1が、回転中心から見て互いに反対側に位置することになり、互いのアンバランスがキャンセルされる。なお、測定されたアンバランス量が小さい程、
図7(b)のように3つのバランスウェイト部材14cは周方向に離れて配置され、測定されたアンバランス量が大きい程、
図7(c)のように3つのバランスウェイト部材14cは周方向に近接して配置される。
同様に、角度βが30°の場合には、
図7(d)及び(e)に示すように、3つのバランスウェイト部材14cを回転移動させる。この場合も、アンバランス量が比較的小さい場合には
図7(d)のように3つのバランスウェイト部材14cは周方向に離れて配置され、測定されたアンバランス量が大きい程、
図7(e)のように3つのバランスウェイト部材14cは周方向に近接して配置される。
同様に、角度βが60°の場合には、
図7(f)及び(g)に示すように、3つのバランスウェイト部材14cを回転移動させる。この場合も、アンバランス量が比較的小さい場合には
図7(f)のように3つのバランスウェイト部材14cは周方向に離れて配置され、測定されたアンバランス量が大きい程、
図7(g)のように3つのバランスウェイト部材14cは周方向に近接して配置される。
なお、アンバランスが生じていない場合(アンバランス量≒0)には、バランスの修正を行う必要がなく、3つのバランスウェイト部材14cは
図7(a)の位置のままで良い。
【0039】
このように、バランスウェイト部材以外のロータを構成する部材(すなわち、ロータケース11と軸12とマグネット13)のアンバランス量が不明の場合には、
図4(b)、(c)に示すような中心角αが180°未満のバランスウェイト部材14b、14cを複数個用いてロータのバランス修正を行うことができる。
【0040】
以上のようにしてロータ10のバランス修正を行った後、ロータ10をステータ20に組み付けることにより、ステータに対するマグネット13の軸方向の相対的な位置決めがなされ、また、ロータのアンバランス量の小さなブラシレスモータ1Aが完成する。
【0041】
なお、本例において中心角αが180°以上の円弧状のバランスウェイト部材を用いる場合には、
図4(a)のような中心角αが210°のものに限らず、バランスウェイト部材以外のロータを構成する部材のアンバランス量などに応じて任意の中心角のものを用いることができる。また、中心角αが180°以上であれば、バランスウェイト部材が1個であってもマグネット13の位置決めを安定して行うことができる。
【0042】
また、本例において中心角αが180°未満の円弧状のバランスウェイト部材を複数用いる場合にも、
図4(b),(c)のような中心角αが105°や70°のものに限らず、バランスウェイト部材以外のロータを構成する部材のアンバランス量などに応じて任意の中心角のものを自由に組み合わせて用いることができる。また、中心角αが180°未満の円弧状のバランスウェイト部材を複数用いる場合には、これらの中心角αの総和が180°以上であれば、マグネット13の位置決めを安定して行うことができる。
【0043】
(第2の実施形態例)
図8は本発明の第2の実施形態例に係るブラシレスモータ1Bの断面図である。
図8において、
図1中の符号と同一の符号は同等の部材を指しており、詳細な説明は省略する。
本例において第1の実施形態例と異なる点は、バランスウェイト部材が軸12を中心として外側に配置した第1部材44aと、この第1部材44aの内側に配置した第2部材44bからなる点である。
【0044】
本例のブラシレスモータ1Bにおいても、第1部材44aと第2部材44bによって、マグネット13の軸方向の位置を規制することができると共に、ロータ10のバランス修正を行うことができる。以下、これらの点について説明する。
【0045】
第1部材44aは、ロータケース11の側壁11bの内径寸法にほぼ等しい外径寸法を有する円形リングの一部を切り欠いた円弧状を呈する。第2部材44bは、外径寸法が第1部材44aの内径寸法にほぼ等しく、内径寸法がマグネット13の内径寸法にほぼ等しい円形リングの一部を切り欠いた円弧状を呈する。
第1部材44aと第2部材44bは、本例では周方向の断面形状とアンバランス量が等しくなるように設定されている。具体的には、外径寸法が大きい第1部材44aの中心角の方が、外径寸法が小さい第2部材44bの中心角よりも若干大きく設定することにより、アンバランス量が等しくなっている。
【0046】
ロータ10を組み立てる際は、まず、ロータケース11の上部壁11aの中心に設けられている圧入孔に軸12を圧入する。
次に、第1部材44aをロータケース11内に挿入し、第1部材44aを上部壁11aに密着させる。
次に、第2部材44bをロータケース11内に挿入し、第2部材44bを第1部材44aの内側に配して上部壁11aに密着させる。
次に、マグネット13の上面が第1部材44aと第2部材44bに密着するまで、マグネット13をロータケース11の側壁11b内に圧入する。これにより、マグネット13は第1部材44aと第2部材44bによって軸方向の位置が規制され、マグネット13の軸方向における位置決めが成される。なお、マグネット13は必要に応じて接着剤で固定される。
【0047】
ロータ10のバランスを修正する際は、まずロータ10を軸12を中心として回転させながらバランス測定器でロータのアンバランス位置及びアンバランス量を測定する。この測定は、例えばロータ10を測定専用のステータに組み付けた状態で行うことができる。
そして、この測定結果に基づいて、第1部材44aと第2部材44bをロータケース11内で軸12の周りで回転移動させ、ロータのアンバランスの少なくとも一部をキャンセルすることにより、ロータのバランス修正を行うことができる。
【0048】
第1部材44aと第2部材44bによるロータのバランス修正について、更に具体的に説明する。
図9に第1部材44aと第2部材44bの一例を示す。
図9(a)に示すように第1部材44aは中心角αが280°であり、
図9(b)に示すように第2部材44bは中心角αが270°である。
【0049】
図9の第1部材44aと第2部材44bによるバランス修正方法の一例を、
図10を用いて説明する。なお、
図10には、ロータケース11の下側開口から見た第1部材44aと第2部材44bの位置が示されており、マグネット13は省略している。
【0050】
まず、
図10(a)に示すように、第1部材44aと第2部材44bによってアンバランスが生じないように、ロータケース11の任意の周方向の位置に第1部材44aと第2部材44bを装着する。具体的には、第1部材44aの切り欠かれた部分の中心Sと第2部材44bの切り欠かれた部分の中心Tが、回転中心に対して互いに反対方向になるように、第1部材44aと第2部材44bを装着する。
次に、マグネット13の上面が第1部材44aと第2部材44bに密着するまでマグネット13をロータケース11の側壁11b内に圧入した後、ロータ10を軸12を中心として回転させながらバランス測定器でロータのアンバランス位置P及びアンバランス量を測定する。ここで測定されるアンバランス位置P及びアンバランス量は、第1部材44aと第2部材44b以外のロータを構成する部材(すなわち、ロータケース11と軸12とマグネット13)によって生じているものである。
【0051】
次に、上記の測定結果に基づき、
図2に示した治具30等を用いて第1部材44aと第2部材44bをロータケース11内で回転移動させ、ロータのバランスを修正する。
具体的には、測定されたアンバランス量に応じて第1部材44aと第2部材44bの周方向における相対的な位置を調整すると共に、アンバランス位置Pに応じて第1部材44aと第2部材44bの周方向の絶対位置を調整する。
【0052】
すなわち、
図10(a)に示すように、中心Sと中心Tを通るX軸と、アンバランス位置Pの方向との成す角度をβとすると、角度βが30°の場合には、
図10(b)及び(c)に示すように、中心Sと中心Tがアンバランス位置Pの方向に対して時計周りと反時計周りに同じ角度となるように第1部材44aと第2部材44bを回転移動させる。これにより、第1部材44aと第2部材44b以外のロータを構成する部材によるアンバランス位置Pと、第1部材44aと第2部材44bによるアンバランス位置P
1が、回転中心から見て互いに反対側に位置することになり、互いのアンバランスがキャンセルされる。なお、測定されたアンバランス量が小さい程、第1部材44aと第2部材44bは
図10(b)のように中心Sと中心Tが周方向に離れて配置され、測定されたアンバランス量が大きい程、第1部材44aと第2部材44bは
図10(c)のように中心Sと中心Tが周方向に近接して配置される。
同様に、角度βが30°の場合には、
図10(d)及び(e)に示すように、第1部材44aと第2部材44bを回転移動させる。この場合も、測定されたアンバランス量が小さい程、第1部材44aと第2部材44bは
図10(d)のように中心Sと中心Tが周方向に離れて配置され、測定されたアンバランス量が大きい程、第1部材44aと第2部材44bは
図10(e)のように中心Sと中心Tが周方向に近接して配置される。
同様に、角度βが60°の場合には、
図10(f)及び(g)に示すように、第1部材44aと第2部材44bを回転移動させる。この場合も、測定されたアンバランス量が小さい程、第1部材44aと第2部材44bは
図10(f)のように中心Sと中心Tが周方向に離れて配置され、測定されたアンバランス量が大きい程、第1部材44aと第2部材44bは
図10(g)のように中心Sと中心Tが周方向に近接して配置される。
なお、アンバランスが生じていない場合(アンバランス量≒0)には、バランスの修正を行う必要がなく、第1部材44aと第2部材44bは
図10(a)の位置のままで良い。
【0053】
このように、バランスウェイト部材以外のロータを構成する部材(すなわち、ロータケース11と軸12とマグネット13)のアンバランス量が不明の場合には、軸12を中心として外側に配置した第1部材44aと、この第1部材44aの内側に配置した第2部材44bからなるバランスウェイト部材を用いてロータのバランス修正を行うことができる。
【0054】
以上のようにしてロータのバランス修正を行った後、ロータ10をステータ20に組み付けることにより、ステータに対するマグネット13の軸方向の相対的な位置決めがなされ、また、ロータのアンバランス量の小さなブラシレスモータ1Bが完成する。
【0055】
以上、本発明の実施形態例を説明したが、本発明はかかる実施形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜の変更や部品の追加等ができることは言うまでもない。