JP2005027438A

JP2005027438A - 薄型モータ

Info

Publication number: JP2005027438A
Application number: JP2003190858A
Authority: JP
Inventors: Akito Yamamoto; 秋人山本
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-07-03
Filing date: 2003-07-03
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】製造工程を簡略化でき、しかもステータを高精度で位置決めできる薄型モータを提供する。
【解決手段】可撓性を有する基板２の表面に環状のステータ３が印刷によって形成される。ステータ３は、鉄粉を混ぜたインクを原料として形成されている。基板２の中心にはロータマグネット４が回転自在に支持されており、前記ステータ３は、中心方向に向く凸状コア部３ｂ１〜３ｂ４を有している。印刷された凸状コア部３ｂ１〜３ｂ４は、その先端が撓み変形させられて駆動コイルＣ１〜Ｃ４の空芯部５に挿入可能となっている。駆動コイルＣ１，Ｃ３と駆動コイルＣ２，Ｃ４を交互に通電することによりロータマグネット４が回転動作させられる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動コイルが設けられたステータとマグネットが設けられた可動子で構成された薄型モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転式のモータの一例として下記特許文献１に示すものがある。この特許文献１に記載のものは、いわゆるインナーロータ型のモータであり、内側にリング状のマグネットが設けられたロータマグネットが基板上に回転自在に支持されている。そして前記ロータマグネットの外側において前記ロータマグネットを囲むようにして前記ステータが固定されている。前記ステータには、前記ロータマグネットのマグネットに対向するように複数個のコイルが等間隔に配置されており、各コイルを順に通電することで、前記ロータマグネットが吸引または反発しながら回転させられる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−５５９１５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来のモータでは、別個にステータを形成した後に、このステータを基板上に位置決めして固定しなければならず組立作業が煩雑であった。また、モータの薄型化を図るために、例えば基板をフィルム状のもので形成するが行われているが、基板をフィルム状のものにすると治具等で位置決めしにくくステータの位置決めに誤差が生じ易くなる。またロータマグネットから受ける力の影響によりステータに位置ずれが生じるおそれもある。このようにロータマグネットとステータとの位置決めに誤差が生じると、ロータマグネットの回転動作が不安定になるおそれもある。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、組立作業を簡略化することができ、しかも組立精度を高くできる薄型モータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板と、前記基板上に設けられたステータと、前記ステータに設けられた駆動コイルと、前記ステータに対向して設けられて移動自在に支持されたロータマグネットを有し、
前記ステータが前記基板上に印刷で形成され、前記駆動コイルが通電されたときに前記ステータに生じる磁気力によって前記ロータマグネットが動作させられることを特徴とするものである。
【０００７】
上記本発明では、ステータが印刷によって基板上に形成されているため、ステータを別個に形成してステータを位置決めして固定する必要がなくなり、製造工程を簡略化することができる。しかも印刷で予めステータを構成するため、基板とステータとの位置決め精度を高く設定でき、しかも位置ずれも生じ難い。
【０００８】
例えば、前記ステータには、前記ロータマグネットに設けられたマグネット側に向く凸状コア部が設けられており、前記凸状コア部の周囲の前記基板が切り抜かれて、前記駆動コイルが、前記凸状コア部の周囲に設けられている。このように基板を切り抜いておくことで、予め形成した円筒状の駆動コイルを凸状コア部に挿入するだけで装着することができ、この点においても製造工程を簡略化できる。
【０００９】
また、前記基板は、可撓性を有するフィルム状基板であり、前記凸状コア部の先端が、前記駆動コイルの内径よりも幅寸法の大きい対向コア部が形成されて、前記対向コア部が撓み変形させられながら前記駆動コイルの空芯部に挿入可能とされている構成にできる。これにより、ステータをフィルム状基板に印刷形成したとしても、対向コア部の幅寸法を長く設定することができる。その結果マグネットとの対向面積を大きくすることができ、駆動コイル側からマグネットに作用する磁気駆動力を高くすることができる。
【００１０】
また、前記対向コア部が垂直に折り曲げられて前記対向コア部の垂直面が前記マグネットの外面と対面させられている構成であってもよい。これにより、マグネットの厚み寸法が大きく形成されている場合に、マグネットとの対向面積をより広く設定することができ、マグネットに作用する磁気駆動力を高く設定することができる。
【００１１】
例えば、中心に円板状の前記ロータマグネットが回転自在に支持されて、前記ロータマグネットの外側に、環状の前記ステータが印刷で形成され、前記ステータには１組または複数組の前記凸状コア部が互いに対向する位置において前記中心側を向いて形成されている。ただし、中心側において凸状コア部が外側に向くステータが設けられ、その外側にマグネットが設けられる構成であってもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の薄型モータを示す平面図、図２は薄型モータの組立前の状態を示す斜視図、図３はコイルのステータへの取り付け説明図、図４は回路図である。
【００１３】
図１と図２に示すように、本実施の形態の薄型モータ１は、フィルム状の基板２で形成されている。この基板２は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリイミドなどの合成樹脂などの撓み変形可能なもので形成されている。ただし、前記基板２としては、撓み変形しない剛性の高い薄板状のガラスエポキシ基板や紙フェノール基板などであってもよい。
【００１４】
図２に示すように、前記基板２の表面にはステータ３が印刷によって形成されている。このステータ３は、例えば、鉄粉を混入したインクをスクリーン印刷することによって形成することができる。なおステータ３を印刷形成する際には、前記基板２に予め形成されている導電パターン（図示せず）を基準としてステータ３が位置決めされて形成される。
【００１５】
前記ステータ３は、円環状に形成された大径の環状コア部３ａと、前記環状コア部３ａから中心方向へ延びる４つの凸状コア部３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４で構成されている。前記凸状コア部３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４は、９０度間隔で配置されて、前記凸状コア部３ｂ１と３ｂ３、そして前記凸状コア部３ｂ２と３ｂ４が互いに対向する位置となるように設定されている。
【００１６】
さらに、前記凸状コア部３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４は、その先端に対向コア部３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４が一体に形成されている。前記対向コア部３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４では、図１に示すように、その幅寸法ｗ２が前記凸状コア部３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４の基端の幅寸法ｗ１よりも長く形成されている。
【００１７】
図２に示すように、前記基板２には、前記凸状コア部３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４の周囲が基端部から先端部にかけて切り欠かれた切抜き部２ｂ１，２ｂ２，２ｂ３，２ｂ４が形成されている。また前記基板２には、前記ステータ３の中心に円形の軸穴２ａが形成されている。前記切抜き部２ｂ１，２ｂ２，２ｂ３，２ｂ４を形成することにより、前記凸状コア部３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４が基板２と一緒にそれぞれ撓み変形可能となっている。
【００１８】
前記ステータ３の中心には、ロータマグネット４が回転自在に支持されている。このロータマグネット４は、薄板状の円板４ａとその中心にＺ１側及びＺ２側に突出する軸４ｂ（Ｚ２側に突出する部分は図示していない）を有し、前記軸４ｂが前記軸穴２ａに回転自在に挿入されて支持されている。そして、前記円板４ａの下面（Ｚ２側の面）には、周方向に沿うリング形状のマグネットＭが固定されている。
【００１９】
前記マグネットＭは、永久磁石で形成され、例えばフェライト、またはサマリウムコバルトやネオジムなどの希土類で形成されている。例えば、前記マグネットＭは、希土類からなる原料を所定のバインダに混ぜてスクリーン印刷によって形成することができる。このようにマグネットＭを印刷形成することで、厚み寸法の非常に薄いマグネットを形成することが可能になる。
【００２０】
図１に示すように、前記マグネットＭは、半リング状のマグネットＭ１とＭ２が組み合わされてリング状に形成されたものであり、Ｘ１側のマグネットＭ１では、外周面側がＳ極、内周面側がＮ極に着磁されており、Ｘ２側のマグネットＭ２では、前記とは逆に外周面側がＮ極に、内周面側がＳ極に着磁されている。
【００２１】
前記マグネットＭの外周縁部は、ステータ３の前記対向コア部３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４と上下に重ならない寸法で且つ前記外周縁部と前記対向コア部３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４の先端と微小な隙間が形成されるように設定されている。なお、前記対向コア部３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４の先端面３ｄ１，３ｄ２，３ｄ３，３ｄ４は、前記マグネットＭの外周面の曲率に沿うように湾曲して形成されている。ただし前記先端面３ｄ１，３ｄ２，３ｄ３，３ｄ４が直線状に形成されていてもよい。
【００２２】
図１に示すように、前記各凸状コア部３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４には、駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が設けられる。前記駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、予め円筒状に形成されて、基板２上に印刷形成されたステータ３に取り付けられる。その取り付け方法としては、図３に示すように、凸状コア部３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４の先端の対向コア部３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４の両端部が、駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の内径寸法Ｒよりも小さい寸法となるように矢印方向へ湾曲させられて、その湾曲状態のままで駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の空芯部５内に挿入される。そして、対向コア部３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４が駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を通り抜けたところで元の形状に復帰させられる。そして、駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が接着剤などで凸状コア部３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４に固定される。なお、このとき駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４をＺ方向の高さ寸法が小さくなるように扁平な形状に変形させるようにしてもよい。
【００２３】
本実施の形態では、基板２を可撓性を有するフィルム状の素材のもので形成して、その表面にステータ３を印刷によって形成することにより、凸状コア部３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４を撓み変形させることが可能になる。その結果、対向コア部３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４の幅寸法ｗ２を大きく設定したとしても空芯部５を有する駆動コイルを後付けで固定することができ、凸状コア部３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４と前記マグネットＭとの対向面積を大きく設定できる。
【００２４】
図４に示すように、前記薄型モータ１では、駆動コイルＣ１とＣ３、駆動コイルＣ２とＣ４がそれぞれ１本の導線で直列に接続され、駆動コイルＣ１，Ｃ３と駆動コイルＣ２，Ｃ４が互いに並列に接続され、その両端がそれぞれ制御部６に接続されている。制御部６では、通電方向をＩ１方向とＩ２方向に制御できるようになっている。また、並列に接続されたコイルの一端にはスイッチＳＷが設けられ、スイッチＳＷを駆動コイルＣ１，Ｃ３側に導通させる接点Ｓ１と、駆動コイルＣ２，Ｃ４側に導通させる接点Ｓ２が設けられている。さらに制御部６には、前記スイッチＳＷを接点Ｓ１またはＳ２側に切り替えるための切り替え手段７が設けられている。
【００２５】
本実施の形態の薄型モータの動作について図１と図４を参照して説明する。
例えば、ステータ３とロータマグネット４との位置関係が図１に示す状態では、前記スイッチＳＷが接点Ｓ２側に切り替えられて、制御部６の制御によって駆動コイルＣ２とＣ４に対してＩ１方向に通電されている。そしてこのとき対向コア部３ｃ２側がＮ極に磁化されて、対向コア部３ｃ４側がＳ極に磁化されているとする。このときマグネットＭ１の外周側がＳ極に磁化されていることで、凸状コア部３ｂ２に発生した磁気力によって前記マグネットＭ１を吸引する方向である図１に示す時計回り方向へと回転させる駆動力が発生させられる。また、マグネットＭ２の外周側がＮ極に磁化されていることで、凸状コア部３ｂ４に発生した磁気力によって前記マグネットＭ２を吸引する方向である時計回り方向へ回転させる駆動力が発生させられる。
【００２６】
前記ロータマグネット４が図１に示す位置から時計回り方向へ９０度回転させられたときに、前記スイッチＳＷが切り替え手段７によって接点Ｓ２から接点Ｓ１へと切り替わるように制御部６で制御される。このとき駆動コイルＣ１とＣ３が通電されて、対向コア部３ｃ１側がＳ極に磁化されてマグネットＭ２が吸引され、対向コア部３ｃ３側がＮ極に磁化されてマグネットＭ１が吸引されて、ロータマグネットＭが時計回り方向へと回転し続ける。
【００２７】
さらにロータマグネット４が９０度回転すると、切り替え手段７によってスイッチＳＷが再び接点Ｓ２側に切り替えられ、さらに通電方向が前記とは逆のＩ２方向に切り替えられる。これにより、前記とは逆に対向コア部３ｃ２がＳ極に、対向コア部３ｃ４がＮ極に磁化されて、凸状コア部３ｂ２に発生した磁気力によってマグネットＭ２が吸引され続けて時計回り方向へ回転させられる。また凸状コア部３ｂ４に発生した磁気力によってマグネットＭ１が吸引されて、同様に時計回り方向へ回転させられる。
【００２８】
そして、さらにロータマグネット４が９０度回転したときに、通電方向はＩ２方向のままで、切り替え手段７によってスイッチＳＷが接点Ｓ１側に切り替えられる。その結果、対向コア部３ｃ１，３ｃ３がそれぞれＮ極，Ｓ極に磁化されて、ロータマグネット４が時計回り方向へ回転させられる。
【００２９】
このように、スイッチＳＷによって４分の１周期毎に通電される駆動コイルが切り替えられ、さらに２分の１周期毎に通電方向が切り替えられることで、ロータマグネット４を所定の方向へ回転させ続けることができる。
【００３０】
なお、ロータマグネット４を基板２に搭載する際に、ロータマグネット４が基板２上で円滑に回転できるように、マグネットＭの下面が接触する基板２の表面上にフッ素樹脂などの摩擦係数の低い樹脂層を形成したり前記樹脂を塗布してもよい。あるいは、マグネットＭの下面が基板２の表面と微小な隙間が形成されるように、基板２の表面上に摩擦係数の低い樹脂板を設置するようにしてもよい。
【００３１】
図５は、上記した薄型モータの変形例を示す分解斜視図である。
この薄型モータ１０は、前記薄型モータ１と同様に、基板２に環状のステータ３が印刷によって形成されたものである。ステータ３に用いる印刷の材料や印刷方法などは前記と同様にして形成される。前記薄型モータ１０では、前記駆動コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が前記凸状コア部３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４に取り付けられた後に、対向コア部３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４がＺ１方向へ垂直に折り曲げられる。このときの対向コア部３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４が本実施の形態の垂直面となっている。
【００３２】
前記薄型モータ１０では、ステータ３の中心にロータマグネット１４が搭載されるが、ロータマグネット１４には図１と同様にリング状に形成されたマグネットＭａが円板４ａの下面に固定されている。このとき、マグネットＭａの厚み寸法をＨｍとし、折り曲げた前記対向コア部３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４の高さ寸法をｈとしたときに、厚み寸法Ｈｍと高さ寸法ｈとが同じかほぼ同じになるように設定されている。
【００３３】
前記基板２の中心には軸受け１１が設けられている。前記軸受け１１は金属または合成樹脂により中心に貫通孔１１ａが形成された円筒形状である。前記貫通孔１１ａは、その径寸法が前記軸穴２ａの径寸法と同じに形成され、前記貫通孔１１ａと前記軸穴２ａとが連通している。この軸受け１１を設置することで、前記ロータマグネット１４を基板２上に設置したときに、軸受け１１の上面に円板４ａの下面が当接して、マグネットＭａの下面が基板２の表面から微小距離だけ離れた状態で支持される。またこのように設置されたときにマグネットＭａの外周面の高さ位置と対向コア部３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４の高さ位置とが互いに一致するように設定されている。
【００３４】
なお、前記軸受け１１を、前記薄型モータ１に搭載してもよい。
前記薄型モータ１０では、前記薄型モータ１に設けられたマグネットＭと同様にしてマグネットＭａが２分割されて、一方の外周面がＮ極、もう一方の外周面がＳ極に着磁されるように設定されている。また薄型モータ１０の回転動作については、図４で説明したように同様の回路が構成されて、駆動コイルＣ１〜Ｃ４への通電が制御部６によって制御されて、ロータマグネット１４が所定の方向へ回転動作させられる。
【００３５】
なお、図５に示す実施の形態では、対向コア部３ｃ１〜３ｃ４を垂直に折り曲げたときにその印刷面が外側を向くが、ステータ３を基板の裏面（Ｚ２側の面）に印刷形成して、形成された対向コア部３ｃ１〜３ｃ４をＺ１側に垂直に折り曲げて、対向コア部３ｃ１〜３ｃ４の印刷面がそれぞれ内側（中心側）を向くようにしてもよい。
【００３６】
本発明では、一対の凸状コア部を２組形成したが、これに限られるものではなく、それ以上であってもよく１組だけであってもよい。また凸状コア部の個数に応じて、ロータマグネット４に設けられるマグネットＭの着磁を適宜変更することができる。
【００３７】
また、上記した各実施の形態では、マグネットＭ，Ｍａの外周面側が着磁されて、前記外周面と凸状コア部３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４とが対向するように構成されているが、マグネットＭの着磁を基板２の表面と対向する側に設定し、マグネットＭの周面部が対向コア部３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４とＺ方向において重なるようにしてもよい。
【００３８】
また、図５に示すように対向コア部３ｃ１〜３ｃ４を垂直に折り曲げるものではなく、ステータ３を印刷する際の厚み寸法が大きくなるように形成してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明した本発明は、基板にステータを印刷で形成しているため製造工程を簡略化することができ、しかも、基板が可撓性を有するフィルム状のもので形成されたとしても精度よく位置決めできる。
また基板をフィルム状にすることで、ステータを印刷後に円筒状に形成された駆動コイルを簡単に搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄型モータを示す平面図、
【図２】本発明の薄型モータの駆動コイル装着前の分解斜視図、
【図３】ステータに駆動コイルを搭載するときの説明図、
【図４】薄型モータの内部を示す回路図、
【図５】薄型モータの変形例を示す分解斜視図、
【符号の説明】
Ｃ１〜Ｃ４駆動コイル
Ｍ，Ｍａマグネット
１，１０薄型モータ
２基板
２ａ軸穴
２ｂ１〜２ｂ４切抜き部
３ステータ
３ａ環状コア部
３ｂ１〜３ｂ４凸状コア部
３ｃ１〜３ｃ４対向コア部
４，１４ロータマグネット
４ｂ軸
５空芯部
６制御部
７切り替え手段

Claims

基板と、前記基板上に設けられたステータと、前記ステータに設けられた駆動コイルと、前記ステータに対向して設けられて移動自在に支持されたロータマグネットを有し、
前記ステータが前記基板上に印刷で形成され、前記駆動コイルが通電されたときに前記ステータに生じる磁気力によって前記ロータマグネットが動作させられることを特徴とする薄型モータ。
前記ステータには、前記ロータマグネットに設けられたマグネット側に向く凸状コア部が設けられており、前記凸状コア部の周囲の前記基板が切り抜かれて、前記駆動コイルが、前記凸状コア部の周囲に設けられている請求項１記載の薄型モータ。
前記基板は、可撓性を有するフィルム状基板であり、前記凸状コア部の先端が、前記駆動コイルの内径よりも幅寸法の大きい対向コア部が形成されて、前記対向コア部が撓み変形させられながら前記駆動コイルの空芯部に挿入可能とされている請求項２記載の薄型モータ。
前記対向コア部が垂直に折り曲げられて、前記対向コア部の垂直面が前記マグネットの外面と対面させられている請求項３記載の薄型モータ。
中心に円板状の前記ロータマグネットが回転自在に支持されて、前記ロータマグネットの外側に、環状の前記ステータが印刷で形成され、前記ステータには１組または複数組の前記凸状コア部が互いに対向する位置において前記中心側を向いて形成されている請求項２ないし４のいずれかに記載の薄型モータ。