(57)【要約】【課題】回転子の周方向の質量の偏りを容易に調整でき、回転子の製造上の歩留まりを高めることができる構造を提供することにある。【解決手段】回転子は、回転軸と、回転軸の外周面に固定されたコア部及び磁石部と、回転軸に固定され、回転軸の周方向において質量の偏りを持ち、回転子の周方向の質量の偏りを調整するバランスウェイトとを備える。回転子の製造方法は、回転軸と回転軸の外周面に固定されたコア部及び磁石部とを含む回転体を用意する段階と、回転体の周方向の質量の偏りを測定する段階と、回転体の周方向の質量の偏りに基づいて、回転子の周方向の質量の偏りを調整するために、周方向において質量の偏りを持つバランスウェイトを回転軸に固定する段階とを備える。【選択図】図１
2019110666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子であって、
回転軸と、
前記回転軸の外周面に固定されたコア部及び磁石部と、
前記回転軸に固定され、前記回転軸の周方向において質量の偏りを持ち、前記回転子の周方向の質量の偏りを調整するバランスウェイトと
を備える回転子。
【請求項２】
前記バランスウェイトは、
前記回転軸の外周面に固定された円環部と、
前記円環部から径方向に延出する延出部と
を有する請求項１に記載の回転子。
【請求項３】
前記コア部は、前記回転軸の外周面に固定され、
前記磁石部は、記コア部の外周面に固定され、
前記延出部の外径は、前記磁石部の内径より小さい
請求項２に記載の回転子。
【請求項４】
前記円環部において前記延出部が設けられた位置における前記円環部の接線方向において、前記延出部は前記円環部の外径の半分以下の長さを持つ
請求項２又は３に記載の回転子。
【請求項５】
前記バランスウェイトは、前記回転軸の軸方向における前記コア部の端部の少なくとも一方に設けられる
請求項１から４の何れか一項に記載の回転子。
【請求項６】
前記バランスウェイトは、前記回転軸の軸方向における前記コア部の両端部に設けられる
請求項１から４の何れか一項に記載の回転子。
【請求項７】
前記バランスウェイトは、前記回転軸の軸方向における前記コア部の端部の少なくとも一方に、複数設けられる
請求項１から６の何れか一項に記載の回転子。
【請求項８】
請求項１から７の何れか一項に記載の回転子を備えるモータ。
【請求項９】
回転子の製造方法であって、
回転軸と前記回転軸の外周面に固定されたコア部及び磁石部とを含む回転体を用意する段階と、
前記回転体の周方向の質量の偏りを測定する段階と、
前記回転体の周方向の質量の偏りに基づいて、前記回転子の周方向の質量の偏りを調整するために、周方向において質量の偏りを持つバランスウェイトを前記回転軸に固定する段階と
を備える製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子、モータ及び回転子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、様々な装置や製品の駆動源としてモータが用いられている。例えば、自動車等の電装系において多くのモータが使用される。電装系においても、ブラシレスモータが広い範囲で使用され得る。電装系においては、特に、振動やノイズに関して高い信頼性が望まれる場合がある。
【０００３】
従来、永久磁石を回転子のコア部材の表面に固定してブラシレスモータの回転子を形成する技術が知られている。例えば、永久磁石片とコア部材とを接着材で接着固定する技術や、永久磁石としてボンド磁石を用いる技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特許文献１  国際公開第２０１２／１３２３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、特許文献１に記載の回転子においては、例えばコア部材の偏芯により、周方向の質量の偏りが大きくなる場合がある。このようなアンバランス質量が大きいと、モータの回転に伴って大きな振動やノイズが生じる。
【０００５】
特許文献１に記載の回転子のように、コア部材の表面に永久磁石が固定されている場合、コア部材を削ることが困難であるため、コア部材を削ることでアンバランス質量を削減することが容易でない。コア部材を削ることに代えて永久磁石を削ると、モータの性能が悪化する。また、永久磁石を削る工程で永久磁石が割れる可能性があるため、製造歩留まりが悪化する。また、アンバランス質量をパテにより調整する方式は、比較的に大きなスペースが必要となるため、小型のモータには適用することが容易でない。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転子の周方向の質量の偏りを容易に調整でき、回転子の製造歩留まりを高めることができる構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、回転子が提供される。回転子は、回転軸と、回転軸の外周面に固定されたコア部及び磁石部と、回転軸に固定され、回転軸の周方向において質量の偏りを持ち、回転子の周方向の質量の偏りを調整するバランスウェイトとを備える。
【０００８】
この態様によると、バランスウェイトを回転軸に固定することで、回転子の周方向の質量の偏りを調整することができる。そのため、アンバランス質量を調整するために、コア部材や磁石を削る必要がない。また、アンバランス質量をパテにより調整する必要がなく、小型モータのアンバランス質量を調整することが容易である。したがって、振動やノイズを低減することができる。
【０００９】
バランスウェイトは、回転軸の外周面に固定された円環部と、円環部から径方向に延出する延出部とを有してよい。これにより、バランスウェイトを固定する周方向の角度を調整することで、様々な方向の質量の偏りを調整することができる。
【００１０】
コア部は、回転軸の外周面に固定され、磁石部は、コア部の外周面に固定されてよい。延出部の外径は、磁石部の内径より小さくてよい。これにより、軸方向の端部において磁石部がコア部から軸方向に延伸している場合、磁石部の延伸部分内にバランスウェイトの少なくとも一部を収容することができる。
【００１１】
円環部において延出部が設けられた位置における円環部の接線方向において、延出部は円環部の外径の半分以下の長さを持つ。これにより、周方向における質量の偏りの調整精度を高めることができる。
【００１２】
バランスウェイトは、回転軸の軸方向におけるコア部の端部の少なくとも一方に設けられる。これにより、軸方向の少なくとも一方の側に生じた質量の偏りを調整することができる。
【００１３】
バランスウェイトは、回転軸の軸方向におけるコア部の両端部に設けられる。これにより、軸方向の両端部において互いに異なる方向に質量の偏りが存在しても、質量の偏りをそれぞれ調整することができる。
【００１４】
バランスウェイトは、回転軸の軸方向におけるコア部の端部の少なくとも一方に、複数設けられる。これにより、コア部の軸方向の両端部において、様々な大きさのアンバランス質量を調整することができる。
【００１５】
本発明の第２の態様によると、上記の回転子を備えるモータが提供される。これにより、第１の態様に関連して説明した回転子により得られる効果と同様の効果が得られる。
【００１６】
本発明の第３の態様によると、回転子の製造方法が提供される。回転子の製造方法は、回転軸と回転軸の外周面に固定されたコア部及び磁石部とを含む回転体を用意する段階と、回転体の周方向の質量の偏りを測定する段階と、回転体の周方向の質量の偏りに基づいて、回転子の周方向の質量の偏りを調整するために、周方向において質量の偏りを持つバランスウェイトを回転軸に固定する段階とを備える。これにより、第１の態様に関連して説明した回転子により得られる効果と同様に、アンバランス質量を調整するために、コア部材や永久磁石を削る必要がない。また、アンバランス質量をパテにより調整する必要がなく、小型モータのアンバランス質量を調整することが容易である。
【００１７】
上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施形態に係るモータが備える回転子１０の斜視図を模式的に示す。
【図２】バランスウェイト４０の正面図を示す。
【図３】バランスウェイト４０の断面図を示す。
【図４】回転子１０の分解斜視図を、回転子１０をモータとして組み付けるための部材であるブッシュ４５０及びワッシャ４６０とともに示す。
【図５】回転子１０を備えるモータ５００の断面図を模式的に示す。
【図６】モータ５００の製造方法における工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２０】
図１は、一実施形態に係るモータが備える回転子１０の斜視図を模式的に示す。回転子１０は、ブラシレスモータ用の回転子である。具体的には、回転子１０は、インナーロータ型のブラシレスモータ用の回転子である。
【００２１】
本実施形態の説明において、特に断らない限り、回転子１０の回転中心に沿う方向のことを「軸方向」と呼ぶ。また、「周方向」及び「径方向」の中心は、モータの中心軸であるとする。
【００２２】
回転子１０は、表面磁石型の回転子である。回転子１０は、回転軸２０と、コア部３０と、磁石部３２と、バランスウェイト４０とを備える。コア部３０と、磁石部３２と、回転軸２０とは、略同軸に設けられる。具体的には、コア部３０及び磁石部３２は、回転軸２０の外周面に固定されている。磁石部３２は、コア部３０の外周を覆うように設けられる。
【００２３】
バランスウェイト４０は、回転子１０の質量の偏りを調整するための部材である。バランスウェイト４０は、回転軸２０に固定されている。バランスウェイト４０は、回転軸２０の周方向において質量の偏りを持つ。バランスウェイト４０は、回転軸２０、コア部３０及び磁石部３２を含む回転体の周方向の質量の偏りを調整する。具体的には、回転子１０がバランスウェイト４０を備えることにより、回転子１０がバランスウェイト４０を備えない場合に比べて、回転子１０の周方向の偏りが小さくすることができる。
【００２４】
図２は、バランスウェイト４０の正面図を示す。図２は、バランスウェイト４０を軸方向に見た場合の正面図である。図３は、バランスウェイト４０の断面図を示す。図３は、図２のＡＡ断面を示す。
【００２５】
バランスウェイト４０は、円環部４２と、延出部４４とを有する。円環部４２は、円環形状を有し、回転軸２０の外周面に固定される。具体的には、円環部４２は、回転軸２０に円環部４２を固定するための穴２００を有する。円環部４２は、回転軸２０が穴２００に圧入されることにより、回転軸２０の外周面に固定される。
【００２６】
延出部４４は、円環部４２から径方向に延出する。延出部４４は、円環部４２の周方向の一部に設けられる。延出部４４の存在により、バランスウェイト４０は回転軸２０の周方向において質量の偏りを持つ。
【００２７】
本実施形態において、バランスウェイト４０は、回転子１０の外径における１０ｍｇの偏重量を調整することが可能なように設計されている。具体的には、延出部４４は、回転子１０の外径における１０ｍｇの偏重量を調整することが可能なサイズ及び形状を有する。
【００２８】
バランスウェイト４０のサイズの一例を説明する。バランスウェイト４０の円環部４２の外径φ１は、４ｍｍである。バランスウェイト４０の円環部４２の内径φ２は、３．１７ｍｍである。バランスウェイト４０の軸方向の長さＷは、１ｍｍである。バランスウェイト４０の厚みであるＷは、回転軸２０の圧入に耐える強度を持つように、バランスウェイト４０の材質に応じて設計されてよい。
【００２９】
図２に示すＬは、円環部４２において延出部４４が設けられた位置における円環部４２の接線方向における長さを表す。Ｌは、例えば１．７ｍｍである。質量の偏りの調整量を大きくするためにはＬは長いことが好ましいが、周方向における質量の偏りの調整精度を高めるためには、Ｌは短いことが好ましい。円環部４２において延出部４４が設けられた位置における円環部の接線方向において、延出部４４は円環部４２の外径の半分以下の長さを持つことが好ましい。具体的には、本実施形態の例においては、Ｌが２ｍｍ以下であることが望ましい。なお、延出部４４の延出方向の頂部の形状は、磁石部３２の内径に沿う円弧形状であってよい。Ｌの長さや延出部４４の形状は、バランスウェイト４０の密度と、質量の偏りを調整する調整目標値とに基づいて設計されてよい。
【００３０】
なお、本実施形態において、バランスウェイト４０は閉じた形状の円環部４２を有する。しかし、バランスウェイト４０は、一部が開環した形状を有して良い。また、延出部４４は、回転子１０の周方向の質量の偏りを調整するための調整部の一例である。バランスウェイトとして延出部を持つ必要はない。周方向において質量分布を持つ部材であれば、任意の形状の部材をバランスウェイトとして適用することができる。
【００３１】
図４は、回転子１０の分解斜視図を、回転子１０をモータのケースに組み付けるための部材であるブッシュ４５０及びワッシャ４６０とともに示す。
【００３２】
コア部３０は、軸方向に貫通する穴４３０を有する。コア部３０は、コア部３０の穴４３０に回転軸２０が圧入されることにより、回転軸２０に固定される。このように、コア部３０は、回転軸２０の外周面に固定される。
【００３３】
磁石部３２は、軸方向に貫通する穴４３２を有する。磁石部３２は、穴４３２にコア部３０が挿入されてコア部３０に固定される。磁石部３２とコア部３０とは、接着材によって固定される。このように、磁石部３２は、コア部３０の外周面に固定される。
【００３４】
回転軸２０、コア部３０、及び磁石部３２が組み付けられることにより、回転子１０の本体４００が形成される。回転子１０を製造する場合、回転子１０の本体４００の周方向の質量の偏りが測定される。例えば、回転バランス試験により、質量の偏りの大きさ及び方向が測定される。測定された質量の偏りに応じて、バランスウェイト４０の向きを調整した状態で、回転軸２０をバランスウェイト４０の穴２００に圧入して、バランスウェイト４０を回転軸２０に固定する。例えば、反対側に延出部４４の延出方向が質量の偏りの方向とは反対方向となるようにバランスウェイト４０の向きを調整して、穴２００に回転軸２０を圧入する。これにより、本体４００が有する質量の偏りに比べて、質量の偏りが調整された回転子１０が形成される。
【００３５】
なお、延出部の大きさが互いに異なる複数の種類のバランスウェイトが用意されてよい。すなわち、質量の偏りの調整量が互いに異なる複数の種類のバランスウェイトが用意されてよい。この場合、質量の偏りの大きさに基づいて、回転子１０の質量の偏りを最小にすることができるバランスウェイトを選択して、回転軸２０に固定してよい。
【００３６】
ブッシュ４５０及びワッシャ４６０は、回転子１０を軸方向に位置決めするために設けられる。ブッシュ４５０及びワッシャ４６０については、図５に関連して説明する。
【００３７】
図５は、回転子１０を備えるモータ５００の断面図を模式的に示す。モータ５００は、回転子１０と、固定子５１０と、センサ基板５２０と、ケース５８０とを備える。
【００３８】
固定子５１０は、筒状の部材である。回転子１０は、固定子５１０の内側に配置される。固定子５１０の中心の位置は、モータ５００の中心軸の位置となる。具体的には、モータにおいて、回転子１０は、回転軸２０の中心が固定子５１０の中心と実質的に一致するようにケース５８０に組み付けられる。回転軸２０は、モータ５００の出力軸となる。
【００３９】
回転子１０は、軸受部５５０により回転軸２０の偏心が抑制される。軸受部５５０は、例えばオイルレスベアリングである。ブッシュ４５０及びワッシャ４６０は、バランスウェイト４０と軸受部５５０との間に設けられ、回転子１０の軸方向に変位を規制する。
【００４０】
図５に示されるように、バランスウェイト４０は、コア部３０の一端に設けられる。バランスウェイト４０は、コア部３０の一端において、コア部３０に接して設けられる。
【００４１】
バランスウェイト５４０は、バランスウェイト４０と同じ形状を持つ部材である。すなわち、バランスウェイト５４０は、バランスウェイト４０と同様に、円環部と、延出部とを備える。
【００４２】
バランスウェイト５４０は、回転軸２０の軸方向におけるコア部３０の他端に設けられる。バランスウェイト５４０は、回転子１０の本体４００の他端における質量の偏りを調整するために設けられる。バランスウェイト５４０は、コア部３０の他端において、コア部３０に接して設けられる。
【００４３】
回転子１０の本体４００の一端における質量の偏り方向が、回転子１０の本体４００の他端における質量の偏り方向とは異なる場合がある。この場合、図５から把握されるように、バランスウェイト４０及びバランスウェイト５４０は、バランスウェイト５４０の延出部の延伸方向が、バランスウェイト４０の延出部４４の延伸方向とは異なるように、回転軸２０に固定されてよい。
【００４４】
図５に示されるように、磁石部３２は、軸方向の一端において、コア部３０より軸方向に延出して設けられる。そのため、回転子１０の一端には、凹部５０１が形成される。延出部４４の外径は、磁石部３２の内径より小さい。そのため、バランスウェイト４０の一部は、凹部５０１に収容される。
【００４５】
回転子１０の他端において、磁石部３２は、センサ基板５２０の近傍まで延出する。センサ基板５２０にはホール素子５２２が設けられている。ホール素子５２２は、軸方向に延出した磁石部３２の磁場を検出することにより、回転子１０の回転角を検出する。
【００４６】
このように、回転子１０の他端において、磁石部３２はセンサ基板５２０の近傍まで延出する。そのため、回転子１０の他端において、凹部５０１より深い凹部５０２を形成されている。バランスウェイト４０と同様、バランスウェイト５４０の延出部の外径は、磁石部３２の内径より小さい。したがって、バランスウェイト５４０は、全体が凹部５０２に収容される。
【００４７】
このように、バランスウェイトの少なくとも一部は、回転子１０の端部に設けられた凹部に収容される。これにより、バランスウェイト４０及びバランスウェイト５４０が本体４００から軸方向に大きく延出することがない。
【００４８】
なお、図５に示されるように、バランスウェイトは、回転軸２０の軸方向におけるコア部３０の両端部に設けられる。しかし、回転子１０の本体４００の質量の偏りが実質的にコア部３０の一方の側にのみ存在する場合、コア部３０の一方の側の端部にのみバランスウェイトを設けてもよい。
【００４９】
また、測定された質量の偏りの大きさ及びバランスウェイトが持つ質量の偏りの大きさに応じて、軸方向におけるコア部３０の一端に、複数のバランスウェイトを設けてもよい。また、測定された質量の偏りの大きさ及びバランスウェイトが持つ質量の偏りの大きさに応じて、軸方向におけるコア部３０の両端に、複数のバランスウェイトを設けてもよい。コア部３０の一端に複数のバランスウェイトを設ける場合、一方のバランスウェイトの延出部の延出方向と、他方のバランスウェイトの延出部の延出方向とが一致するように、複数のバランスウェイトの向きを揃えて回転軸２０に固定してよい。しかし、一方のバランスウェイトの延出部の延出方向と、他方のバランスウェイトの延出部の延出方向とが異なるようにして回転軸２０に固定してもよい。
【００５０】
このように、バランスウェイトは、回転軸２０の軸方向におけるコア部３０の端部の少なくとも一方に設けられてよい。また、バランスウェイトは、軸方向におけるコア部３０の端部の少なくとも一方に、複数設けられてよい。
【００５１】
なお、バランスウェイト４０及びバランスウェイト５４０の材料は、ブッシュ４５０及びワッシャ４６０の材料と同じであってよい。バランスウェイト４０及びバランスウェイト５４０の材料は、真鍮、ＳＰＣＣ等の冷間圧延鋼板等の金属材料であってよい。
【００５２】
回転子１０を製造する場合、ブッシュ４５０及びワッシャ４６０を回転軸２０に圧入する工程の前に、質量の偏りを測定して質量の偏りが基準値を超えるか否かを判断して、質量の偏りが基準値を超える場合に、バランスウェイト４０及びバランスウェイト５４０を圧入してよい。これにより、製造された回転子の質量の偏りが基準値を外れていた場合でも、製造後にバランスウェイトを装着して質量の偏りを低減することで、回転子の製造歩留まりを高めることができる。また、質量の偏りを調整するための複雑な工程や部材を追加する必要もない。
【００５３】
図６は、モータ５００の製造方法における工程を示すフローチャートである。Ｓ６０２において、回転軸２０、コア部３０、及び磁石部３２を組み付けて、回転子１０の回転子本体４００を製造する。
【００５４】
Ｓ６０４において、回転子１０の本体４００の質量の偏りを測定する。具体的には、本体４００のアンバランス質量を、回転バランス試験により測定する。
【００５５】
Ｓ６０６において、質量の偏りが基準値を超える場合、Ｓ６０４で測定された質量の偏りに基づいて、使用するバランスウェイトの数と、バランスウェイトを固定する方向とを決定する。具体的には、コア部３０のそれぞれの端部に固定するバランスウェイトの数と、それぞれのバランスウェイトを回転軸２０に固定したときの延出部の延出方向を決定する。
【００５６】
Ｓ６０８において、Ｓ６０６の決定内容に従って、バランスウェイトを回転軸２０に固定する。これにより、質量の偏りが調整された回転子１０が製造される。
【００５７】
Ｓ６１０において、回転子１０、ケース５８０、及び固定子５１０を組み付けて、モータ５００を製造する。
【００５８】
以上に説明したように、本実施形態によれば、回転子１０の本体４００が製造された段階で質量の偏りを測定して、質量の偏りが基準値を超える場合に、バランスウェイトを回転軸に固定することで、周方向の質量の偏りが低減された回転子を得ることができる。そのため、コア部材や磁石を削ったり、パテを用いたりして質量の偏りを調整する必要がない。小型モータの質量の偏りを調整することが容易である。これにより、モータの回転時において回転子の質量の偏りにより生じる１次振動を低減することができる。
【００５９】
特に、モータの小径化や高性能化のためにコア部を長軸化すると、コア部の積層枚数が増加したり、回転軸や磁石部の長軸化による偏芯誤差等によって、周方向の質量の偏りが積算的に大きくなる。質量の偏りが大きくなると振動・ノイズが増加するので、例えば電装系等のように振動やノイズに対する基準が厳しい用途への適用が困難になる。また、製造歩留まりも低下する。これに対し、本実施形態によれば、回転子の本体部を製造した後にバランスウェイトを固定する工程を追加することで質量の偏りを抑制でき、ひいては、振動・ノイズの増加を抑制することができる。これにより、電装系等の用途への適用が容易となり、製造歩留まりの低下を抑制することができる。
【００６０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００６１】
１０  回転子
２０  回転軸
３０  コア部
３２  磁石部
４０  バランスウェイト
４２  円環部
４４  延出部
２００  穴
４００  本体、４３０  穴、４３２  穴
４５０  ブッシュ
４６０  ワッシャ
５００  モータ
５０１  凹部
５０２  凹部
５１０  固定子
５２０  センサ基板
５２２  ホール素子
５４０  バランスウェイト
５５０  軸受部
５８０  ケース
【図１】
2019110666.tif 000003
【図２】
2019110666.tif 000004
【図３】
2019110666.tif 000005
【図４】
2019110666.tif 000006
【図５】
2019110666.tif 000007
【図６】
2019110666.tif 000008