JP4112735B2 - バランス検査機およびバランス調整機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラスレスモータのロータ等の回転体のバランスを測定するバランス検査機およびその測定に基づき回転体のアンバランスを修正するバランス調整機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自動車のホイール、送風機の回転翼、モータのロータ等の回転体自体のバランスや、回転しないものを回転させてその製品のバランスを検査するバランス試験機が知られている。
【０００３】
従来のバランス試験機は、試験対象を回転させる際、チャックで試験対象を把み、チャックごと対象を回転させている。この回転は、サーボモータを使用し、そのサーボモータの回転をベルトやジョイント等でチャック側に伝え、チャックと試験対象を一体的に回転させている。そして、この回転の際のアンバランスを測定し、その測定結果に基づきアンバランスを修正するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のバランス試験機は、試験対象と共にチャックを回転させるため、アンバランスの測定の際、チャック等の本体装置側のアンバランスが測定値に大きな影響を与えてしまう。このため、試験対象が小型モータのロータ等のように極めて小さいものである場合、十分な測定精度を得にくいものとなっている。
【０００５】
また、チャックを含めて回転させる構成であるため、バランス試験機の形状が大きくなりがちとなる。さらに、測定精度を上げようとすると、ベルトやジョイント等の部分を高精度化する必要が生じ、組み立てに長時間を要するものとなると共に価格が高くなりがちとなる。
【０００６】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、測定精度を向上し得ると共に小型化かつ低価格化が可能となるバランス検査機およびバランス調整機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明のバランス検査機は、回転体を載置する支持台と、この支持台に取り付けられ回転体の回転時のアンバランスを検知するバランス検知センサと、回転体を駆動させるためのブラシレスモータのステータと、このステータのコイルに電流を供給する駆動回路と、バランス検知センサの測定値および駆動回路への駆動信号に基づいて、回転体をアンバランス位置と一定の関係を有する所定位置に停止させるように駆動回路を制御する制御計算装置とを備え、回転体をブラスレスモータのロータまたはそのロータに取り付けられる被試験体とし、制御計算装置は、バランス検知センサからの信号とステータに対する駆動波形の位相から回転体の回転時のアンバランスな位置と量を計算し、駆動回路に駆動信号を送出し、回転体を回転状態から減速させ所定位置に停止させる制御を行っている。
【０００８】
このように、本発明ではブラシレスモータのステータに駆動電流を流すことで回転体を回転させ、回転体のアンバランスを検知する。このため、従来のようにチャックと共に回転体を回転させる必要がなく、測定精度を向上させることができると共にバランス検査機を小型化かつ低価格化させることができる。また、ブラシレスモータの駆動波形とバランス検知センサからの信号を上手に利用して回転体のアンバランスな位置と量を容易に計算できることとなる。また、回転体を所定位置に確実に止めることが容易に実行される。
【０００９】
回転体としては、ブラスレスモータのロータ自体の他に、そのロータに取り付けられる被試験体が考えられる。支持台としては、ブラスレスモータのケース（軸受含む）や、ブラシレスモータを載置する載置台とそのモータのケースとを一体化したもの等が存在する。バランス検知センサは、加速度センサ、光学式や磁気式の振動検知センサ等が含まれる。ブラシレスモータとしては、直流ブラシレスモータ、交流同期モータ、ステッピングモータ等、各種のブラシレスモータが含まれる。
【００１０】
さらに、さらに、他の発明は、上述の発明のバランス検査機に加え、回転体をブラスレスモータのロータとし、バランス検知センサを回転体の振動を検知する加速度センサとし、支持台をステータおよびそのステータを支持するモータ固定部ならびにそれらを載置する載置台から構成している。
【００１１】
このため、ブラシレスモータの駆動波形と加速度センサからの信号を上手に利用してロータのアンバランスな位置と量を容易に計算できることとなる。
【００１２】
さらに、他の発明では、上述の各発明のバランス検査機に加え、ブラシレスモータのステータとして、３相モータのステータを使用し、アンバランスとなる方向をその３相の駆動電流または電圧の位相を利用して決めるようにしている。
【００１３】
このように、３相モータの原理に基づく駆動電流または電圧の位相、具体的には所定位置での位相比を使用して、アンバランスの方向を決めているので、そのアンバランス方向を確実に特定することができる。
【００１４】
また、他の発明は、上述の各発明のバランス検査機に加え、制御計算装置は、所定位置で回転体の回転を止めるため連続的に減速させる制御を行うようにしている。このように、回転体の回転を連続的に減速させているので、回転体が脱調してしまうことがない。この結果、回転体を所定位置に確実に停止させることができる。
【００１５】
また、他の発明のバランス調整機は、回転体を載置する支持台と、この支持台に取り付けられ回転体の回転時のアンバランスを検知するバランス検知センサと、回転体を駆動させるためのブラシレスモータのステータと、このステータのコイルに電流を供給する駆動回路と、バランス検知センサの測定値および駆動回路への駆動信号に基づいて、回転体をアンバランス位置と一定の関係を有する所定位置に停止させるように駆動回路を制御する制御計算装置と、回転体のアンバランスを調整するための調整手段とを備え、回転体をブラスレスモータのロータまたはそのロータに取り付けられる被試験体とし、制御計算装置は、バランス検知センサからの信号とステータに対する駆動波形の位相から回転体の回転時のアンバランスな位置と量を計算し、駆動回路に駆動信号を送出し、回転体を回転状態から減速させ所定位置に停止させる制御を行うと共に、回転体のアンバランスな位置とアンバランス量を計算し、その計算結果に基づき回転体に所定量の調整部材を付加または回転体から所定量分の質量を取り除くように調整手段に指示する制御を行うようにしている。
【００１６】
このように、本発明ではブラシレスモータのステータに駆動電流を流すことで回転体を回転させ、回転体のアンバランスを検知する。この検知後に、調整手段によって回転体のアンバランスが調整されるように、調整部材を回転体に付加したり、回転体から所定量分の質量を取り除く。このため、従来のようにチャックと共に回転体を回転させる必要がなく、測定精度を向上させることができると共にバランス調整機を小型化かつ低価格化させることができる。また、ブラシレスモータの駆動波形とバランス検知センサからの信号を上手に利用して回転体のアンバランスな位置と量を容易に計算できることとなる。また、回転体を所定位置に確実に止めることが容易に実行される。
【００１７】
また、他の発明のバランス調整機は、回転体を載置する支持台と、この支持台に取り付けられ回転体の回転時のアンバランスを検知するバランス検知センサと、回転体を駆動させるためのブラシレスモータのステータと、このステータのコイルに電流を供給する駆動回路と、バランス検知センサの測定値および駆動回路への駆動信号に基づいて、回転体をアンバランス位置と一定の関係を有する所定位置に停止させるように駆動回路を制御する制御計算装置と、回転体のアンバランスを調整するための調整液が入れられた調整液注入装置とを備え、回転体をブラスレスモータのロータまたはそのロータに取り付けられる被試験体とし、回転体には３ヶ所以上のバランス調整用の穴を設置し、その穴の少なくとも１つの位置を検出する穴位置検出センサを設け、制御計算装置は、バランス検知センサからの信号とステータに対する駆動波形の位相から回転体の回転時のアンバランスな位置と量を計算し、駆動回路に駆動信号を送出し、回転体を回転状態から減速させ所定位置に停止させる制御と、計算によって求められたアンバランスな位置と量およびバランス調整用の穴位置とから各穴に注入する調整液の量を計算し、注入させる制御とを行うようにしている。
【００１８】
このように、本発明ではブラシレスモータのステータに駆動電流を流すことで回転体を回転させ、回転体のアンバランスを検知する。この検知後に、調整液注入装置によって回転体のアンバランスが調整されるように調整液をバランス調整用の穴に注入する。このため、従来のようにチャックと共に回転体を回転させる必要がなく、測定精度を向上させることができると共にバランス調整機を小型化かつ低価格化させることができる。また、調整液の自動注入が可能となるので、バランスの調整を効率良くかつ確実に行えることとなる。また、ブラシレスモータの駆動波形とバランス検知センサからの信号を上手に利用して回転体のアンバランスな位置と量を容易に計算できることとなる。また、回転体を所定位置に確実に止めることが容易に実行される。
【００１９】
さらに、他の発明では、上述のバランス調整機に加え、回転体をブラスレスモータのロータとし、バランス検知センサを回転体の振動を検知する加速度センサとし、支持台をステータおよびそのステータを支持するモータ固定部ならびにそれらを載置する載置台から構成している。
【００２０】
このため、ブラシレスモータの駆動波形と加速度センサからの信号を上手に利用してロータのアンバランスな位置と量を容易に計算できることとなる。
【００２１】
また、他の発明では、上述の各発明のバランス調整機に加え、ブラシレスモータのステータとして、３相モータのステータを使用し、アンバランスとなる方向をその３相の電流または電圧の位相を利用して決めるようにしている。
【００２２】
このように、３相モータの原理を使用して、具体的には所定位置での位相比を利用してアンバランスとなる方向を決めているので、その位置を確実に特定することができ、アンバランスの調整を確実かつ手際良く行うことができる。
【００２３】
さらに、他の発明では、上述の各発明のバランス調整機に加え、回転体をブラシレスモータのロータとし、このロータをステータに対し取り外し可能に配置し、複数のロータのアンバランスを調整できるようにしている。このため、多数のロータを次から次へと検査し、アンバランスを修正することができる。
【００２４】
また、他の発明では、上述の各発明のバランス調整機に加えて、回転体をブラシレスモータのロータとし、支持台に対しロータおよびステータを一体的に取り外し可能にし、複数の完品としてのブラシレスモータのアンバランスを調整できるようにしている。このため、モータ完品としてのバランスを検査し、調整できると共に多数のモータ完品を次から次へと検査しアンバランスを修正することができる。この結果、モータ完品でのアンバランス調整を簡単かつ効率良く行うことが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態のバランス検査機およびバランス調整機について、図１から図５に基づいて説明する。なお、バランス検査機は、バランス調整機の説明の中で併せて説明することとする。
【００２６】
このバランス調整機１は、バランス検査機を構成する部分に、アンバランスを修正する機構を付加したものとなっている。バランス検査機は、回転体となるブラシレスモータ２のロータ３を載置する支持台としての載置台４と、この載置台４に取り付けられブラシレスモータ２で駆動されるロータ３の回転時のアンバランスを検知するバランス検知センサとなる加速度センサ５と、ロータ３を駆動させるためのブラシレスモータ２のステータ６と、このステータ６のコイル７に電流を供給する駆動回路８と、加速度センサ５の測定値９および駆動回路８への駆動信号１０に基づいてロータ３をアンバランス位置と一定の関係を有する所定位置に停止させるように駆動回路８を制御する制御計算装置１１とを備えている。なお、ステータ６は、後述するモータ固定部２１と共同してロータ３を載置する支持台の機能も有している。
【００２７】
バランス検査機に付加されるアンバランス修正機構は、ロータ３のアンバランスを調整するための調整液が入れられた調整手段となる調整液注入装置１２と、ロータ３に設けられるバランス調整用の３つの穴１３の少なくとも１つを検出する穴位置検出センサ１４となっている。
【００２８】
なお、制御計算装置１１には、ロータ３のアンバランス位置とアンバランス量を表示する表示部１５が接続されている。また、載置台４は、固定台１６に対し振動可能となるように取付部１７を介して取り付けられている。穴位置検出センサ１４は、光を射出する射出部１４ａと、反射光を検出する受光部１４ｂとを備えるフォトリフレクタとなっている。
【００２９】
制御計算装置１１は、バランス調整機として機能するときには、上述のロータ３の所定位置への停止に加え、ロータ３のアンバランスな位置とアンバランス量を計算し、その計算結果に基づきロータ３に所定量の調整部材としての調整液を付加する。なお、この実施の形態では、制御計算装置１１は、上述の計算結果と穴位置検出センサ１４による穴位置とに基づきバランス調整用の穴１３に、計算で求められた所定量の調整液を注入するように調整液注入装置に指示する制御を行う。これらの制御の詳細については後述することとする。
【００３０】
ブラシレスモータ２は、この実施の形態では、ハードディスク駆動用の３相モータとなっており、図３に示すように、１２極のロータ３と、８極のステータ６と、ステータ６に巻回されるコイル７と、ステータ７を保持するモータ固定部２１と、このモータ固定部２１に係合固定される固定軸２２と、固定軸２２に内輪が固定され、外輪がロータ３に固定される２つの軸受２３，２４とから主に構成されている。
【００３１】
ロータ３は、ステータ６に対向する位置に１２極に着磁されたマグネット３１を有し、そのマグネット３１の背後にロータヨーク３２が設けられている。ロータ３には、さらに、ディスク取付部３３と、バランス調整用の３つの穴１３と、ハードディスクを固定する際の４つの固定用ねじ部３４とが設けられている。
【００３２】
モータ固定部２１は、ロータ３を囲むように構成され、その外端が載置台４に対し３つの係合部４１によって固定される。また、載置台４は、２つの取付部１７に対し、それぞれねじ４２によって固定される。なお、取付部１７は、弾性を有する樹脂で形成されている。
【００３３】
図４に、以上のような構成のバランス検査機（バランス調整機でもある）を動作させるときの測定信号を示す。ステータ６が８極となっており、駆動回路８からの駆動波形は、図４（Ａ）に示すように、Ａ，Ｂ，Ｃの３相の交流波形が１２０度位相ずれた形で現れる。加速度センサ５の出力は、図４（Ｂ）に示すように、ロータ３の１回転で１周期の交流的波形となる。
【００３４】
加速度センサ５の位相がバランスずれの位置を示し、振幅がアンバランス量を示す。図４に示す例では、振幅がもっとも大きくなっている位置Ｍがアンバランス位置を示し、その振幅ＭＡがアンバランス量を示している。アンバランス位置Ｍは、駆動波形で言えばＡ，Ｂ，Ｃ相の電流比が、図４（Ｃ）に示すようにＬＡ：−ＬＢ：−ＬＣとなる位置である。この位置は、ロータ３の１回転中、４回現れる。１／２周分を表す図４（Ｃ）では、位置Ｍと位置Ｍ１の２箇所で、３相の比がＬＡ：−ＬＢ：−ＬＣとなっている。
【００３５】
制御計算装置１１は、加速度センサ５の出力（測定値）を入力すると共に駆動回路８に対し駆動信号１０を送出しているため、両者からロータ３のアンバランス位置を特定することができる。すなわち、加速度センサ５が取り付けられている位置にロータ３の最大アンバランス位置がくると、その振幅が最も大きくなる。このため、加速度センサ５に対向する位置にきたロータ３の最大アンバランス位置を特定できる。制御計算装置１１は、駆動回路８も制御しているため、その特定した位置から１８０度（＝１／２周）回転させた位置など所定位置にロータ３を停止させることができる。この停止の制御は、ロータ３が脱調しないようにロータ３を連続的に減速させることによって行う。
【００３６】
一方、穴位置検査センサ１４が、バランス調整用の穴１３の位置を検出しているため、制御計算装置１１は、停止させられたロータ４のアンバランス位置とそのバランス調整用の穴１３との位置関係を特定することができる。この結果、制御計算装置１１は、先に求めたアンバランス量とその位置関係から、どの穴１３にどれ位の量の調整液を注入するかを計算する。通常、３つの穴１３の内、アンバランス位置からより遠く離れている２つの穴１３に、調整液としての接着剤を注入することによりアンバランスを修正する。
【００３７】
調整液を注入したロータ３は、再度駆動され、修正結果が確認される。アンバランス状態は、１回の修正によって是正されるのが好ましいが、１回の修正で是正されないときは繰り返し調整される。アンバランスを修正したブラシレスモータ２は、載置台４から取り外され、検査および修正すべき次のブラシレスモータ２が載置台４に取り付けられる。このようにして、次から次へと完品としてのブラシレスモータ２のバランス検査とバランス調整が行われる。なお、測定されたアンバランス量からどの程度の調整液を注入するかの算出は、ブラスレスモータ２の機種毎の実験データに基づいて決定するのが好ましい。
【００３８】
以上説明した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の例であるが、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更実施可能である。たとえば、上述の実施の形態では、ロータ３とステータ６等を一体化したブラシレスモータ２としてのアンバランスを検査し、アンバランスを修正するものとしたが、ロータ部分がステータ部分に対し取り外し可能とされるモータの場合、ステータ部分を載置台４に取り外し不能に固定し、ロータ部分のアンバランスの検査、修正をし、ロータ部分のみを次から次へと取り替えて複数のロータのアンバランスを検出したり、調整したりするようにしても良い。
【００３９】
また、ブラシレスモータ２のロータ３を、検査および調整対象となる回転体としたが、図５に示すように、ロータ５１にアンバランスを検査（調整）する被対象物５２を取り付け、その被対象物５２のバランス検査やバランス調整を行うようにしても良い。また、上述の実施の形態では、加速度センサ５を載置台４に取り付けたが、図５に示すように、加速度センサ５を支持台としての機能も有するステータ（モータケース）部分５３に取り付け、図２で示す載置台４を無くすようにしても良い。
【００４０】
さらに、ブラシレスモータ２としては、ハードディスク駆動用モータのような直流ブラシレスモータの他に、交流サーボモータ、ステッピングモータ、交流同期モータ等各種のブラシレスモータを採用することができる。また、アンバランスな位置を特定するための駆動波形としては、電流波形の他に電圧波形としても良い。さらに、ロータ３やステータ６の極数を他の値としたり、３相駆動ではなく、４相駆動など他の駆動方式も採用することができる。
【００４１】
また、駆動電流や電圧は、正弦波ではなく、矩形波としても良い。いずれにしても、駆動の位相とロータ３，５１の回転角の相関が取れていれば良い。なお矩形波の場合、電圧や電流の比のみでアンバランス方向を特定するのではなく、時間的要因も加えてアンバランスの方向（位置）を特定することとなる。
【００４２】
また、上述の実施の形態では、アンバランスを修正するために３つのバランス調整用の穴１３を設け、その穴１３内に調整液を注入したが、穴を設けず、特定されたアンバランスな位置と１８０度対象となる位置に直接調整液を付加するようにしても良い。さらに、調整液等の調整部材を付加するのではなく、ロータ３から所定量分の質量を取り除くことによってアンバランスを修正するようにしても良い。また、バランス調整用の穴１３を使用する場合、３箇所設けるのが好ましいが、４箇所、５箇所等の４つ以上としても良い。また、バランス調整用の穴１３を１つまたは２つとし、これらの穴１３への調整液注入では、アンバランスを修正することができないときは、穴１３以外の部分に調整部材を付加するようにしても良い。
【００４３】
さらに、バランス検知センサを加速度センサ５ではなく、光学式や磁気式の振動検知センサとしたり、回転体を画像として取り込み、画像処理によってアンバランス位置を検出するものとしても良い。また、穴位置検出センサ１４は、光反射型の光検出器であるフォトリフレクタとしているが、画像を取り込み処理して検出する画像処理装置としても良い。
【００４４】
また、完品としてのブラシレスモータ２のバランス調整ではなく、ハードディスクを取り付けた状態でのバランス調整をするようにしても良い。この場合、ロータ３のハブとなるディスク取付部３３にハードディスクを取り付け、押え部材を固定用ねじ部３４にねじで取り付けてハードディスクを固定させてからロータ３を回転させる。バランス調整が終了した後、ハードディスクを取り外し、ブラシレスモータ２として出荷する。
【００４５】
さらに、上述の実施の形態では、アンバランスな位置を特定し、その位置を各種の作業の基準としたが、バランスが取れた位置（図４上の位置Ｐ）を検出し、その位置からアンバランスな位置を算出したり等各種の制御を行うようにしても良い。また、バランス調整用の穴１３を予め設けておくのではなく、バランス調整機または他の手段によってバランス検査の前に設置するようにしても良い。
【００４６】
【発明の効果】
本発明のバランス検査機およびバランス調整機は、アンバランス位置やアンバランス量の測定精度が向上すると共に小型化かつ低価格化が可能となる。また、ブラシレスモータを対象としたときは、ブラシレスモータ完品での検査、調整が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のバランス調整機のブロック構成図である。
【図２】図１のバランス調整機の主要な機構部分を示す斜視図である。
【図３】図１のバランス調整機でバランスが調整されるブラシレスモータの構造を示す断面図である。
【図４】図１のバランス調整機で生成される各種の信号を示す図で、（Ａ）は駆動回路で生成される駆動波形を示し、（Ｂ）は加速度センサの出力波形で、（Ｃ）はアンバランス位置における駆動波形の電流比を説明するための図である。
【図５】本発明の他の実施の形態を説明するための要部断面図である。
【符号の説明】
１ バランス調整機
２ ブラシレスモータ
３ ロータ（回転体）
４ 載置台（支持台の一部）
５ 加速度センサ（バランス検知センサ）
６ ステータ（支持台の一部）
７ コイル
８ 駆動回路
９ 加速度センサからの信号
１０ 駆動信号
１１ 制御計算装置
１２ 調整液注入装置
１３ バランス調整用の穴
１４ 穴位置検出センサ
１５ 表示部
１６ 固定台
１７ 取付部
２１ モータ固定部（支持台の一部）
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラスレスモータのロータ等の回転体のバランスを測定するバランス検査機およびその測定に基づき回転体のアンバランスを修正するバランス調整機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自動車のホイール、送風機の回転翼、モータのロータ等の回転体自体のバランスや、回転しないものを回転させてその製品のバランスを検査するバランス試験機が知られている。
【０００３】
従来のバランス試験機は、試験対象を回転させる際、チャックで試験対象を把み、チャックごと対象を回転させている。この回転は、サーボモータを使用し、そのサーボモータの回転をベルトやジョイント等でチャック側に伝え、チャックと試験対象を一体的に回転させている。そして、この回転の際のアンバランスを測定し、その測定結果に基づきアンバランスを修正するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のバランス試験機は、試験対象と共にチャックを回転させるため、アンバランスの測定の際、チャック等の本体装置側のアンバランスが測定値に大きな影響を与えてしまう。このため、試験対象が小型モータのロータ等のように極めて小さいものである場合、十分な測定精度を得にくいものとなっている。
【０００５】
また、チャックを含めて回転させる構成であるため、バランス試験機の形状が大きくなりがちとなる。さらに、測定精度を上げようとすると、ベルトやジョイント等の部分を高精度化する必要が生じ、組み立てに長時間を要するものとなると共に価格が高くなりがちとなる。
【０００６】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、測定精度を向上し得ると共に小型化かつ低価格化が可能となるバランス検査機およびバランス調整機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明のバランス検査機は、回転体を載置する支持台と、この支持台に取り付けられ回転体の回転時のアンバランスを検知するバランス検知センサと、回転体を駆動させるためのブラシレスモータのステータと、このステータのコイルに電流を供給する駆動回路と、バランス検知センサの測定値および駆動回路への駆動信号に基づいて、回転体をアンバランス位置と一定の関係を有する所定位置に停止させるように駆動回路を制御する制御計算装置とを備え、回転体をブラスレスモータのロータまたはそのロータに取り付けられる被試験体とし、制御計算装置は、バランス検知センサからの信号とステータに対する駆動波形の位相から回転体の回転時のアンバランスな位置と量を計算し、駆動回路に駆動信号を送出し、回転体を回転状態から減速させ所定位置に停止させる制御を行っている。
【０００８】
このように、本発明ではブラシレスモータのステータに駆動電流を流すことで回転体を回転させ、回転体のアンバランスを検知する。このため、従来のようにチャックと共に回転体を回転させる必要がなく、測定精度を向上させることができると共にバランス検査機を小型化かつ低価格化させることができる。また、ブラシレスモータの駆動波形とバランス検知センサからの信号を上手に利用して回転体のアンバランスな位置と量を容易に計算できることとなる。また、回転体を所定位置に確実に止めることが容易に実行される。
【０００９】
回転体としては、ブラスレスモータのロータ自体の他に、そのロータに取り付けられる被試験体が考えられる。支持台としては、ブラスレスモータのケース（軸受含む）や、ブラシレスモータを載置する載置台とそのモータのケースとを一体化したもの等が存在する。バランス検知センサは、加速度センサ、光学式や磁気式の振動検知センサ等が含まれる。ブラシレスモータとしては、直流ブラシレスモータ、交流同期モータ、ステッピングモータ等、各種のブラシレスモータが含まれる。
【００１０】
さらに、さらに、他の発明は、上述の発明のバランス検査機に加え、回転体をブラスレスモータのロータとし、バランス検知センサを回転体の振動を検知する加速度センサとし、支持台をステータおよびそのステータを支持するモータ固定部ならびにそれらを載置する載置台から構成している。
【００１１】
このため、ブラシレスモータの駆動波形と加速度センサからの信号を上手に利用してロータのアンバランスな位置と量を容易に計算できることとなる。
【００１２】
さらに、他の発明では、上述の各発明のバランス検査機に加え、ブラシレスモータのステータとして、３相モータのステータを使用し、アンバランスとなる方向をその３相の駆動電流または電圧の位相を利用して決めるようにしている。
【００１３】
このように、３相モータの原理に基づく駆動電流または電圧の位相、具体的には所定位置での位相比を使用して、アンバランスの方向を決めているので、そのアンバランス方向を確実に特定することができる。
【００１４】
また、他の発明は、上述の各発明のバランス検査機に加え、制御計算装置は、所定位置で回転体の回転を止めるため連続的に減速させる制御を行うようにしている。このように、回転体の回転を連続的に減速させているので、回転体が脱調してしまうことがない。この結果、回転体を所定位置に確実に停止させることができる。
【００１５】
また、他の発明のバランス調整機は、回転体を載置する支持台と、この支持台に取り付けられ回転体の回転時のアンバランスを検知するバランス検知センサと、回転体を駆動させるためのブラシレスモータのステータと、このステータのコイルに電流を供給する駆動回路と、バランス検知センサの測定値および駆動回路への駆動信号に基づいて、回転体をアンバランス位置と一定の関係を有する所定位置に停止させるように駆動回路を制御する制御計算装置と、回転体のアンバランスを調整するための調整手段とを備え、回転体をブラスレスモータのロータまたはそのロータに取り付けられる被試験体とし、制御計算装置は、バランス検知センサからの信号とステータに対する駆動波形の位相から回転体の回転時のアンバランスな位置と量を計算し、駆動回路に駆動信号を送出し、回転体を回転状態から減速させ所定位置に停止させる制御を行うと共に、回転体のアンバランスな位置とアンバランス量を計算し、その計算結果に基づき回転体に所定量の調整部材を付加または回転体から所定量分の質量を取り除くように調整手段に指示する制御を行うようにしている。
【００１６】
このように、本発明ではブラシレスモータのステータに駆動電流を流すことで回転体を回転させ、回転体のアンバランスを検知する。この検知後に、調整手段によって回転体のアンバランスが調整されるように、調整部材を回転体に付加したり、回転体から所定量分の質量を取り除く。このため、従来のようにチャックと共に回転体を回転させる必要がなく、測定精度を向上させることができると共にバランス調整機を小型化かつ低価格化させることができる。また、ブラシレスモータの駆動波形とバランス検知センサからの信号を上手に利用して回転体のアンバランスな位置と量を容易に計算できることとなる。また、回転体を所定位置に確実に止めることが容易に実行される。
【００１７】
また、他の発明のバランス調整機は、回転体を載置する支持台と、この支持台に取り付けられ回転体の回転時のアンバランスを検知するバランス検知センサと、回転体を駆動させるためのブラシレスモータのステータと、このステータのコイルに電流を供給する駆動回路と、バランス検知センサの測定値および駆動回路への駆動信号に基づいて、回転体をアンバランス位置と一定の関係を有する所定位置に停止させるように駆動回路を制御する制御計算装置と、回転体のアンバランスを調整するための調整液が入れられた調整液注入装置とを備え、回転体をブラスレスモータのロータまたはそのロータに取り付けられる被試験体とし、回転体には３ヶ所以上のバランス調整用の穴を設置し、その穴の少なくとも１つの位置を検出する穴位置検出センサを設け、制御計算装置は、バランス検知センサからの信号とステータに対する駆動波形の位相から回転体の回転時のアンバランスな位置と量を計算し、駆動回路に駆動信号を送出し、回転体を回転状態から減速させ所定位置に停止させる制御と、計算によって求められたアンバランスな位置と量およびバランス調整用の穴位置とから各穴に注入する調整液の量を計算し、注入させる制御とを行うようにしている。
【００１８】
このように、本発明ではブラシレスモータのステータに駆動電流を流すことで回転体を回転させ、回転体のアンバランスを検知する。この検知後に、調整液注入装置によって回転体のアンバランスが調整されるように調整液をバランス調整用の穴に注入する。このため、従来のようにチャックと共に回転体を回転させる必要がなく、測定精度を向上させることができると共にバランス調整機を小型化かつ低価格化させることができる。また、調整液の自動注入が可能となるので、バランスの調整を効率良くかつ確実に行えることとなる。また、ブラシレスモータの駆動波形とバランス検知センサからの信号を上手に利用して回転体のアンバランスな位置と量を容易に計算できることとなる。また、回転体を所定位置に確実に止めることが容易に実行される。
【００１９】
さらに、他の発明では、上述のバランス調整機に加え、回転体をブラスレスモータのロータとし、バランス検知センサを回転体の振動を検知する加速度センサとし、支持台をステータおよびそのステータを支持するモータ固定部ならびにそれらを載置する載置台から構成している。
【００２０】
このため、ブラシレスモータの駆動波形と加速度センサからの信号を上手に利用してロータのアンバランスな位置と量を容易に計算できることとなる。
【００２１】
また、他の発明では、上述の各発明のバランス調整機に加え、ブラシレスモータのステータとして、３相モータのステータを使用し、アンバランスとなる方向をその３相の電流または電圧の位相を利用して決めるようにしている。
【００２２】
このように、３相モータの原理を使用して、具体的には所定位置での位相比を利用してアンバランスとなる方向を決めているので、その位置を確実に特定することができ、アンバランスの調整を確実かつ手際良く行うことができる。
【００２３】
さらに、他の発明では、上述の各発明のバランス調整機に加え、回転体をブラシレスモータのロータとし、このロータをステータに対し取り外し可能に配置し、複数のロータのアンバランスを調整できるようにしている。このため、多数のロータを次から次へと検査し、アンバランスを修正することができる。
【００２４】
また、他の発明では、上述の各発明のバランス調整機に加えて、回転体をブラシレスモータのロータとし、支持台に対しロータおよびステータを一体的に取り外し可能にし、複数の完品としてのブラシレスモータのアンバランスを調整できるようにしている。このため、モータ完品としてのバランスを検査し、調整できると共に多数のモータ完品を次から次へと検査しアンバランスを修正することができる。この結果、モータ完品でのアンバランス調整を簡単かつ効率良く行うことが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態のバランス検査機およびバランス調整機について、図１から図５に基づいて説明する。なお、バランス検査機は、バランス調整機の説明の中で併せて説明することとする。
【００２６】
このバランス調整機１は、バランス検査機を構成する部分に、アンバランスを修正する機構を付加したものとなっている。バランス検査機は、回転体となるブラシレスモータ２のロータ３を載置する支持台としての載置台４と、この載置台４に取り付けられブラシレスモータ２で駆動されるロータ３の回転時のアンバランスを検知するバランス検知センサとなる加速度センサ５と、ロータ３を駆動させるためのブラシレスモータ２のステータ６と、このステータ６のコイル７に電流を供給する駆動回路８と、加速度センサ５の測定値９および駆動回路８への駆動信号１０に基づいてロータ３をアンバランス位置と一定の関係を有する所定位置に停止させるように駆動回路８を制御する制御計算装置１１とを備えている。なお、ステータ６は、後述するモータ固定部２１と共同してロータ３を載置する支持台の機能も有している。
【００２７】
バランス検査機に付加されるアンバランス修正機構は、ロータ３のアンバランスを調整するための調整液が入れられた調整手段となる調整液注入装置１２と、ロータ３に設けられるバランス調整用の３つの穴１３の少なくとも１つを検出する穴位置検出センサ１４となっている。
【００２８】
なお、制御計算装置１１には、ロータ３のアンバランス位置とアンバランス量を表示する表示部１５が接続されている。また、載置台４は、固定台１６に対し振動可能となるように取付部１７を介して取り付けられている。穴位置検出センサ１４は、光を射出する射出部１４ａと、反射光を検出する受光部１４ｂとを備えるフォトリフレクタとなっている。
【００２９】
制御計算装置１１は、バランス調整機として機能するときには、上述のロータ３の所定位置への停止に加え、ロータ３のアンバランスな位置とアンバランス量を計算し、その計算結果に基づきロータ３に所定量の調整部材としての調整液を付加する。なお、この実施の形態では、制御計算装置１１は、上述の計算結果と穴位置検出センサ１４による穴位置とに基づきバランス調整用の穴１３に、計算で求められた所定量の調整液を注入するように調整液注入装置に指示する制御を行う。これらの制御の詳細については後述することとする。
【００３０】
ブラシレスモータ２は、この実施の形態では、ハードディスク駆動用の３相モータとなっており、図３に示すように、１２極のロータ３と、８極のステータ６と、ステータ６に巻回されるコイル７と、ステータ７を保持するモータ固定部２１と、このモータ固定部２１に係合固定される固定軸２２と、固定軸２２に内輪が固定され、外輪がロータ３に固定される２つの軸受２３，２４とから主に構成されている。
【００３１】
ロータ３は、ステータ６に対向する位置に１２極に着磁されたマグネット３１を有し、そのマグネット３１の背後にロータヨーク３２が設けられている。ロータ３には、さらに、ディスク取付部３３と、バランス調整用の３つの穴１３と、ハードディスクを固定する際の４つの固定用ねじ部３４とが設けられている。
【００３２】
モータ固定部２１は、ロータ３を囲むように構成され、その外端が載置台４に対し３つの係合部４１によって固定される。また、載置台４は、２つの取付部１７に対し、それぞれねじ４２によって固定される。なお、取付部１７は、弾性を有する樹脂で形成されている。
【００３３】
図４に、以上のような構成のバランス検査機（バランス調整機でもある）を動作させるときの測定信号を示す。ステータ６が８極となっており、駆動回路８からの駆動波形は、図４（Ａ）に示すように、Ａ，Ｂ，Ｃの３相の交流波形が１２０度位相ずれた形で現れる。加速度センサ５の出力は、図４（Ｂ）に示すように、ロータ３の１回転で１周期の交流的波形となる。
【００３４】
加速度センサ５の位相がバランスずれの位置を示し、振幅がアンバランス量を示す。図４に示す例では、振幅がもっとも大きくなっている位置Ｍがアンバランス位置を示し、その振幅ＭＡがアンバランス量を示している。アンバランス位置Ｍは、駆動波形で言えばＡ，Ｂ，Ｃ相の電流比が、図４（Ｃ）に示すようにＬＡ：−ＬＢ：−ＬＣとなる位置である。この位置は、ロータ３の１回転中、４回現れる。１／２周分を表す図４（Ｃ）では、位置Ｍと位置Ｍ１の２箇所で、３相の比がＬＡ：−ＬＢ：−ＬＣとなっている。
【００３５】
制御計算装置１１は、加速度センサ５の出力（測定値）を入力すると共に駆動回路８に対し駆動信号１０を送出しているため、両者からロータ３のアンバランス位置を特定することができる。すなわち、加速度センサ５が取り付けられている位置にロータ３の最大アンバランス位置がくると、その振幅が最も大きくなる。このため、加速度センサ５に対向する位置にきたロータ３の最大アンバランス位置を特定できる。制御計算装置１１は、駆動回路８も制御しているため、その特定した位置から１８０度（＝１／２周）回転させた位置など所定位置にロータ３を停止させることができる。この停止の制御は、ロータ３が脱調しないようにロータ３を連続的に減速させることによって行う。
【００３６】
一方、穴位置検査センサ１４が、バランス調整用の穴１３の位置を検出しているため、制御計算装置１１は、停止させられたロータ４のアンバランス位置とそのバランス調整用の穴１３との位置関係を特定することができる。この結果、制御計算装置１１は、先に求めたアンバランス量とその位置関係から、どの穴１３にどれ位の量の調整液を注入するかを計算する。通常、３つの穴１３の内、アンバランス位置からより遠く離れている２つの穴１３に、調整液としての接着剤を注入することによりアンバランスを修正する。
【００３７】
調整液を注入したロータ３は、再度駆動され、修正結果が確認される。アンバランス状態は、１回の修正によって是正されるのが好ましいが、１回の修正で是正されないときは繰り返し調整される。アンバランスを修正したブラシレスモータ２は、載置台４から取り外され、検査および修正すべき次のブラシレスモータ２が載置台４に取り付けられる。このようにして、次から次へと完品としてのブラシレスモータ２のバランス検査とバランス調整が行われる。なお、測定されたアンバランス量からどの程度の調整液を注入するかの算出は、ブラスレスモータ２の機種毎の実験データに基づいて決定するのが好ましい。
【００３８】
以上説明した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の例であるが、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更実施可能である。たとえば、上述の実施の形態では、ロータ３とステータ６等を一体化したブラシレスモータ２としてのアンバランスを検査し、アンバランスを修正するものとしたが、ロータ部分がステータ部分に対し取り外し可能とされるモータの場合、ステータ部分を載置台４に取り外し不能に固定し、ロータ部分のアンバランスの検査、修正をし、ロータ部分のみを次から次へと取り替えて複数のロータのアンバランスを検出したり、調整したりするようにしても良い。
【００３９】
また、ブラシレスモータ２のロータ３を、検査および調整対象となる回転体としたが、図５に示すように、ロータ５１にアンバランスを検査（調整）する被対象物５２を取り付け、その被対象物５２のバランス検査やバランス調整を行うようにしても良い。また、上述の実施の形態では、加速度センサ５を載置台４に取り付けたが、図５に示すように、加速度センサ５を支持台としての機能も有するステータ（モータケース）部分５３に取り付け、図２で示す載置台４を無くすようにしても良い。
【００４０】
さらに、ブラシレスモータ２としては、ハードディスク駆動用モータのような直流ブラシレスモータの他に、交流サーボモータ、ステッピングモータ、交流同期モータ等各種のブラシレスモータを採用することができる。また、アンバランスな位置を特定するための駆動波形としては、電流波形の他に電圧波形としても良い。さらに、ロータ３やステータ６の極数を他の値としたり、３相駆動ではなく、４相駆動など他の駆動方式も採用することができる。
【００４１】
また、駆動電流や電圧は、正弦波ではなく、矩形波としても良い。いずれにしても、駆動の位相とロータ３，５１の回転角の相関が取れていれば良い。なお矩形波の場合、電圧や電流の比のみでアンバランス方向を特定するのではなく、時間的要因も加えてアンバランスの方向（位置）を特定することとなる。
【００４２】
また、上述の実施の形態では、アンバランスを修正するために３つのバランス調整用の穴１３を設け、その穴１３内に調整液を注入したが、穴を設けず、特定されたアンバランスな位置と１８０度対象となる位置に直接調整液を付加するようにしても良い。さらに、調整液等の調整部材を付加するのではなく、ロータ３から所定量分の質量を取り除くことによってアンバランスを修正するようにしても良い。また、バランス調整用の穴１３を使用する場合、３箇所設けるのが好ましいが、４箇所、５箇所等の４つ以上としても良い。また、バランス調整用の穴１３を１つまたは２つとし、これらの穴１３への調整液注入では、アンバランスを修正することができないときは、穴１３以外の部分に調整部材を付加するようにしても良い。
【００４３】
さらに、バランス検知センサを加速度センサ５ではなく、光学式や磁気式の振動検知センサとしたり、回転体を画像として取り込み、画像処理によってアンバランス位置を検出するものとしても良い。また、穴位置検出センサ１４は、光反射型の光検出器であるフォトリフレクタとしているが、画像を取り込み処理して検出する画像処理装置としても良い。
【００４４】
また、完品としてのブラシレスモータ２のバランス調整ではなく、ハードディスクを取り付けた状態でのバランス調整をするようにしても良い。この場合、ロータ３のハブとなるディスク取付部３３にハードディスクを取り付け、押え部材を固定用ねじ部３４にねじで取り付けてハードディスクを固定させてからロータ３を回転させる。バランス調整が終了した後、ハードディスクを取り外し、ブラシレスモータ２として出荷する。
【００４５】
さらに、上述の実施の形態では、アンバランスな位置を特定し、その位置を各種の作業の基準としたが、バランスが取れた位置（図４上の位置Ｐ）を検出し、その位置からアンバランスな位置を算出したり等各種の制御を行うようにしても良い。また、バランス調整用の穴１３を予め設けておくのではなく、バランス調整機または他の手段によってバランス検査の前に設置するようにしても良い。
【００４６】
【発明の効果】
本発明のバランス検査機およびバランス調整機は、アンバランス位置やアンバランス量の測定精度が向上すると共に小型化かつ低価格化が可能となる。また、ブラシレスモータを対象としたときは、ブラシレスモータ完品での検査、調整が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のバランス調整機のブロック構成図である。
【図２】図１のバランス調整機の主要な機構部分を示す斜視図である。
【図３】図１のバランス調整機でバランスが調整されるブラシレスモータの構造を示す断面図である。
【図４】図１のバランス調整機で生成される各種の信号を示す図で、（Ａ）は駆動回路で生成される駆動波形を示し、（Ｂ）は加速度センサの出力波形で、（Ｃ）はアンバランス位置における駆動波形の電流比を説明するための図である。
【図５】本発明の他の実施の形態を説明するための要部断面図である。
【符号の説明】
１ バランス調整機
２ ブラシレスモータ
３ ロータ（回転体）
４ 載置台（支持台の一部）
５ 加速度センサ（バランス検知センサ）
６ ステータ（支持台の一部）
７ コイル
８ 駆動回路
９ 加速度センサからの信号
１０ 駆動信号
１１ 制御計算装置
１２ 調整液注入装置
１３ バランス調整用の穴
１４ 穴位置検出センサ
１５ 表示部
１６ 固定台
１７ 取付部
２１ モータ固定部（支持台の一部）
Claims (10)
- 回転体を載置する支持台と、この支持台に取り付けられ上記回転体の回転時のアンバランスを検知するバランス検知センサと、上記回転体を駆動させるためのブラシレスモータのステータと、このステータのコイルに電流を供給する駆動回路と、上記バランス検知センサの測定値および上記駆動回路への駆動信号に基づいて、上記回転体をアンバランス位置と一定の関係を有する所定位置に停止させるように上記駆動回路を制御する制御計算装置とを備え、
上記回転体をブラスレスモータのロータまたはそのロータに取り付けられる被試験体とし、
上記制御計算装置は、上記バランス検知センサからの信号と上記ステータに対する駆動波形の位相から上記回転体の回転時のアンバランスな位置と量を計算し、上記駆動回路に駆動信号を送出し、上記回転体を回転状態から減速させ上記所定位置に停止させる制御を行うことを特徴とするバランス検査機。 - 前記回転体をブラスレスモータのロータとし、前記バランス検知センサを前記回転体の振動を検知する加速度センサとし、前記支持台を前記ステータおよびそのステータを支持するモータ固定部ならびにそれらを載置する載置台から構成したことを特徴とする請求項１記載のバランス検査機。
- 前記ブラシレスモータのステータとして、３相モータのステータを使用し、アンバランスとなる方向をその３相の電流または電圧の位相を利用して決めるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載のバランス検査機。
- 前記制御計算装置は、前記所定位置で前記回転体の回転を止めるため連続的に減速させる制御を行うことを特徴とする請求項１、２または３記載のバランス検査機。
- 回転体を載置する支持台と、この支持台に取り付けられ上記回転体の回転時のアンバランスを検知するバランス検知センサと、上記回転体を駆動させるためのブラシレスモータのステータと、このステータのコイルに電流を供給する駆動回路と、上記バランス検知センサの測定値および上記駆動回路への駆動信号に基づいて、上記回転体をアンバランス位置と一定の関係を有する所定位置に停止させるように上記駆動回路を制御する制御計算装置と、上記回転体のアンバランスを調整するための調整手段とを備え、
上記回転体をブラスレスモータのロータまたはそのロータに取り付けられる被試験体とし、
上記制御計算装置は、上記バランス検知センサからの信号と上記ステータに対する駆動波形の位相から上記回転体の回転時のアンバランスな位置と量を計算し、上記駆動回路に駆動信号を送出し、上記回転体を回転状態から減速させ上記所定位置に停止させる制御を行うと共に、上記回転体のアンバランスな位置とアンバランス量を計算し、その計算結果に基づき上記回転体に所定量の調整部材を付加または上記回転体から所定量分の質量を取り除くように上記調整手段に指示する制御を行うことを特徴とするバランス調整機。 - 回転体を載置する支持台と、この支持台に取り付けられ上記回転体の回転時のアンバランスを検知するバランス検知センサと、上記回転体を駆動させるためのブラシレスモータのステータと、このステータのコイルに電流を供給する駆動回路と、上記バランス検知センサの測定値および上記駆動回路への駆動信号に基づいて、上記回転体をアンバランス位置と一定の関係を有する所定位置に停止させるように上記駆動回路を制御する制御計算装置と、上記回転体のアンバランスを調整するための調整液が入れられた調整液注入装置とを備え、
上記回転体をブラスレスモータのロータまたはそのロータに取り付けられる被試験体と し、上記回転体には３ヶ所以上のバランス調整用の穴を設置し、その穴の少なくとも１つの位置を検出する穴位置検出センサを設け、
上記制御計算装置は、上記バランス検知センサからの信号と上記ステータに対する駆動波形の位相から上記回転体の回転時のアンバランスな位置と量を計算し、上記駆動回路に駆動信号を送出し、上記回転体を回転状態から減速させ上記所定位置に停止させる制御と、上記計算によって求められたアンバランスな位置と量および上記バランス調整用の穴位置とから各穴に注入する調整液の量を計算し、注入させる制御とを行うことを特徴とするバランス調整機。 - 前記回転体をブラスレスモータのロータとし、前記バランス検知センサを前記回転体の振動を検知する加速度センサとし、前記支持台を前記ステータおよびそのステータを支持するモータ固定部ならびにそれらを載置する載置台から構成したことを特徴とする請求項６記載のバランス調整機。
- 前記ブラシレスモータのステータとして、３相モータのステータを使用し、アンバランスとなる方向をその３相の電流または電圧の位相を利用して決めるようにしたことを特徴とする請求項５、６または７記載のバランス調整機。
- 前記回転体をブラスレスモータのロータとし、このロータを前記ステータに対し取り外し可能に配置し、複数のロータのアンバランスを調整できるようにしたことを特徴とする請求項５、６、７または８記載のバランス調整機。
- 前記回転体をブラスレスモータのロータとし、前記支持台に対し上記ロータおよび前記ステータを一体的に取り外し可能にし、複数の完品としてのブラシレスモータのアンバランスを調整できるようにしたことを特徴とする請求項５、６、７または８記載のバランス調整機。
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