JP2005051945A - モータ用電機子、同電機子を備えた軸方向空隙型モータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】空心電機コイルを平面視で一部載置する領域に複数個の軸方向空隙型空心電機子コイル5A、5Bが載置された印刷配線板1の第1の面に、前記軸方向空隙型空心電機子コイルの端末結線ランド1bが形成されると共に、貫通部1cが設けられ、空心電機子コイルの内径側の巻始め端末5a、5bが、この貫通部を通り、再度第1面側に導出されて端末結線ランドに配線され、該コイルの一面が露出されるように樹脂4で印刷配線板と共に一体成形された。
【選択図】図1
Description
しかも、電機子として、ロータやステータいずれにもかかわらず、小型なものほど、空隙ロスを避けねばならず、可及的に電機子コイルの一面は樹脂で覆うことなく露出されるようになっている。
このような電機子を構成するブラシレスモータのステータとしては、コミュテータに代わる駆動回路が必須要件であるが、従来の構造はいずれも駆動回路が内蔵されておらず、外付けのため引き出し端子も4端子以上が必要となって通常の2端子型直流モータのように取り扱うことができない問題があった。
しかも、通常のブラシレスモータでは、ステータは複数個の電機子コイルを均等に全周に配置しており、駆動回路装置もICを始め他の電子部品が必要なため、これらの駆動回路装置は通常ではとても内蔵できるものではなかった。
扁平な軸方向空隙型ブラシレス振動モータとして本出願人は先にコアレススロットレス型で駆動回路部材を内蔵させないものを提案している。(特許文献1、特許文献2参照) 駆動回路付きのブラシレス振動モータとしては、コアード型で、複数個の等分に配置した突極に電機子コイルを巻回してなるコアード型で駆動回路部材をステータの側方に配置した非円形なものが知られている。(特許文献3参照)
しかしながら、このようなものは、側方向のサイズが大となってしまい、セットが印刷配線板にSMD方式では実装効率が悪く、またコアード型のため、厚みが大とならざるを得ず実用性がない。
そこで、本出願人は、先にコアード、スロットレスコアレス型を含んだもので複数個の電機子コイルの一部を削除して空所を設け、この空所に駆動回路部材を配置したものを提案している。(特許文献4参照)
また、このような振動モータは携帯電話機等の移動体通信装置に搭載される場合、サイズが極限まで薄く小型化が要求され、偏心ロータを構成する軸も0.6mm以下のものが採用せざるを得ないようになっているので、耐衝撃性に十分配慮しなくてはならない。
また、薄型化を実現するために軸方向空隙型ブラシレスではコアレススロットレス型にする必要があるが、マグネットの磁力をコントロールしないと、ステータ側に吸着するロスが大きく、起動が困難である。特に直径が10mm程度まで追い込まれるようになると、起動トルクが少なくなり、偏心ウエイトを配した偏心ロータでは、軸方向を水平にした場合、ウエイトの重量を引き上げるトルクを含んだものを最小起動トルクとして考慮する必要がある。
軸方向空隙型スロットレスタイプではこのデイテントトルクをコントロールしないと、起動トルクに対してマグネットによる保持力が相対的に大きくなって起動電圧を上げないと起動しにくい問題がある。さらに、このデイテントトルク発生部材上にホールセンサがあるものでは、この部分にマグネットの磁極が来るように停止するのがよいが、ニュートラル部が来るように止まるとセンサの出力がなく起動不能となる。
薄型でマグネットとデイテントトルク発生部材との空隙が少なくなると、空隙部分の有効磁束密度が大となって磁極の中心の他にニュートラル部分が両隣のN、S極の影響受けてデイテントトルク発生部材上に止まるようになりやすい。
また、このようなステータは、落下などの衝撃に耐えられるように、各部材が骨幹の役目を果たすことを狙って樹脂で一体モールドするのが望ましく、軸方向空隙型電機子コイルは、空隙ロスを最小限まで追い込む必要上、空隙面が露出するようにモールドされる。
電機子コイルの一面を露出させるように射出金型で押さえる場合、巻始め端末がコイル辺に押し潰され、ショート、断線などの問題が発生する。
しかしながら、このものは、樹脂で成型するものでなく金属フレームがあるので薄型化は期待できない。
また、薄型化を実現するために軸方向空隙型ブラシレスではコアレススロットレス型にする必要があるが、マグネットの磁力をコントロールしないと、ステータ側に吸着するロスが大きく、起動が困難である。特に直径が10mm程度まで追い込まれるようになると、起動トルクが少なくなり、偏心ウエイトを配した偏心ロータでは、軸方向を水平にした場合、ウエイトの重量を引き上げるトルクを含んだものを最小起動トルクとして考慮する必要がある。
電機子コイルの一面を露出させるように射出金型で押さえる場合、巻始め端末がコイル辺に押し潰され、ショート、断線などの問題が発生する。
この発明の目的は、電機子コイルの巻始め端末を処理するに当たって、簡単な構成でショート、断線などの問題がでないようにし、強度のよいステータ、ロータが得られるようにしてこれらの電機子を組みあわせて軸方向空隙型モータの構成として極めて薄型なものを実現させるものである。
具体的には、請求項2に示す発明のように、前記端末導出用貫通部は前記印刷配線板に設けたられた前記軸方向空心電機子コイル辺を横切る透孔で形成され、前記印刷配線板は駆動回路部材の少なくとも一部であるホールセンサが載置されてヨークブラケットに添設されたもので、該ヨークブラケットは中心に配された軸支承部と、この軸支承部から一体に半径方向に突き出された複数個の支部と、これらの支部の先端が一体に閉じられたリング状の保持部とが形成されたステータに構成したものがよい。
別の具体的な手段は、請求項3に示す発明のように、前記ヨークブラケットは厚みが0.2mm以下の磁性ステンレスで形成され、前記印刷配線板はフレキシブル基板で形成されたもので、前記軸方向空隙型空心電機子コイルと、少なくとも1個のホールセンサと、このホールセンサの出力で駆動される駆動部材とが配され、前記支部は少なくとも一部が平面視で組みあわせるマグネットの磁極の開角のほぼ整数倍となっており、前記ホールセンサは少なくとも一部分が平面視で前記支部上に配されると共に、前記駆動回路部材が支部間の空所に配され、これらの部材と共に少なくとも駆動部材が配された部分が前記ヨークブラケットの厚み内に収まるように構成するのがよい。
このようなモータ用電機子は、ブラシレスモータにするには、請求項4に示すように、請求項1ないし3のいずれか1項に記載のモータ用電機子と、空隙を介して前記電機子による磁界を受けるもので複数個の磁極を有する軸方向空隙型マグネットと、このマグネットの磁界を受ける薄いヨーク板であって、前記マグネットのリターンパスとなる平坦部と、外径側垂下部と、軸支承する内径部があり、前記軸方向空隙型マグネットの内径側に設けられた金属部材を介して軸支承させたロータとが備えられ、このロータを覆うカバーが備えられたものにするのがよい。
このような電機子を振動モータに応用するには、請求項6に示すように、回転中心を介して前記空心電機子コイル反対側に配されたもので比重15以上で軸方向抜け止め手段が設けられたタングステン合金製の偏心ウエイトとが前記印刷配線板、前記軸方向空心電機子コイルと共に比重2以下の樹脂で一体化されたもので、前記回転中心に1個の焼結含油軸受が備えられたもので達成できる。
この具体的な構成は、請求項7に示すように、前記空心電機子コイルは配置開角が170度以下の平面視2個からなり、前記印刷配線板は偏心ウエイトの主要配置部分が欠除されて非円形となっているものがよい。
そして、薄型なモータにするには、請求項8に示すように、請求項5、6及び7のいずれか1項に記載のモータ用電機子と、このモータ用電機子を格納するもので厚みがそれぞれ0.2mm以下で構成されたケースとブラケットからなるハウジングと、この電機子を支承する軸は少なくとも一端が前記ブラケットに固定されると共に、この軸の周囲で前記ブラケットに添設されたブラシベースはフレキシブル基板で接着層を含めた厚みが0.18mm以下で構成され、さらに前記ブラケットにはハウジングはマグネットが配される部分の一部を横切るように透孔が設けられ、この透孔を通って前記ブラシベースの一部がハウジング側方に給電電極として導出されているもので達成できる。
請求項2の発明によれば、ブラシレス型ステータとして好適なものとなる。
請求項3の発明によれば、極めて薄いステータが得られる。
請求項4の発明によれば、組みあわせるロ−タによって軸固定型、軸回転型ともなるブラシレスモータが容易に得られる。
請求項5の発明によれば、通常回転型のコアレス型電機子に応用できる。
請求項6の発明によれば、印刷配線板が小さくできるので、連結取り数が多くなり、コスト的に有利なコアレスロータとして好適なものとなる。
請求項7の発明によれば、偏心ウエイトが厚くできるので振動量が大なる振動モータが得られる。
請求項8の発明によれば、ブラシベースをハウジング側方に導出させるに当たってブラシベースの厚みが無視できることになり、極めて薄い軸方向空隙型モータが得られる。
図2は図1のステータを格納した軸固定型の軸方向空隙型1ホールセンサ式コアレススロットレス方式ブラシレスモータの縦断面図である。
図3は、本発明のモータ用電機子であるロータを使用したコアレスモータのロータ側を示す平面図である。(実施例2)
図4は図3のロータを格納した軸回転型の軸方向空隙型コアレス振動モータの縦断面図である。
図5は通常回転型軸方向空隙型コアレスモータに応用した電機子の平面図である。(実施例3)
このように構成したヨークブラケット1の上面には、前記軸支承部1aに0.5mm〜0.6mm程度の細手の軸2が基端で圧入されると共に、この周囲にフレキシブル印刷配線板ステータベース3が載置される。ここで圧入だけで強度が確保できない場合は、外側からレーザ溶接Yするのがよい。
前記ステータベース3には、内径の小さな2個の巻線型空心電機子コイル5A、5Bが対向して載置され、単相となるようにシリーズに結線されている。この軸方向空隙型空心電機子コイルの巻き始め端末は、それぞれ、コイル辺を横切って導出されるため、この端末導出用として貫通部として細長い透孔1hが設けられ、この透孔を通って前記印刷配線板1に設けられた端末結線ランドに半田接続されている。
これらの巻線型空心電機子コイル5A、5B間には1個のホールセンサHとIC化された駆動回路部材Dからなる駆動回路装置が前記ステータベースに配置される。
ここで、ホールセンサHは平面視で一部が前記支部1b上に来るように、駆動回路部材Dは、平面視で空所1eの位置になるようにそれぞれ配される。
ディテントトルク発生部材として支部1bと単相の空心電機子コイルの位置関係は、空心電機子コイルの有効導体部が後記のマグネットの磁極に合わせて設定され、マグネットの磁力によって停止させておくに当たって全姿勢で最小の起動トルクが得られるように設定されるのがよい。
これらの各ステータ部材からなるステータは、空心電機子コイル等が平面視重畳してないことになるので薄型に構成できる。
ここで前記ステータベース3の駆動回路部材の載置される位置はデイテントトルク発生部材である支部1bでなく空所1eに設定することによって、フレキシブル印刷配線板からなるステータベース3はこの空所1eに撓んで入り込むので、この部分のステータベース3の厚みが無視できる。
このように構成したヨークブラケット1は他のステータ各部材と含めて樹脂4で前記空心電機子コイルの表面が露出されるように一体成形される。したがって、ヨークブラケット1が薄手のものであっても、前記一体化された各部材が骨幹となり、その相互作用によって強度が補強され、ステータとして全体の補強ができる。
前記透孔1hによって前記空心電機コイルの端末はフレキシブルべースの厚み内に格納して再度導出されるので、射出成形金型から保護されることになる。
すなわち、このようにすると、射出金型の押圧によるコイルの巻き始め端末とコイル辺とのショート、断線などが防止できる。
弧状の偏心ウエイト9を固着する外径側垂下部6aには、2個の舌片6cが前記外径側垂下部6aに一体に水平に法線方向外方に突き出されると共に、フランジ6dが前記内径側垂下部6bから水平に内方に突き出され、前記舌片6cに前記凹所9aをはめ込んで偏心ウエイト9を配着し、前記金属部材としての内径側フランジ6dに鍔付き焼結含油軸受7をカシメL2によって取り付けたものである。
このようにすれば、弧状の偏心ウエイト9を凹所9aと前記舌片6cをろう付あるいは接着で固定し、前記マグネットは接着あるいは希土類焼結性の金属マグネットの場合は前記舌片6cに2スポット溶接等で取り付けることによって偏心ロータRとして容易に構成できる。
したがって、このように溶接によってモノコック構造に組み立てられるので、薄手の部材を使用しても強度が十分得られることになる。
ステータベース3上に設けた巻線型空心電機子コイル5A、5B、ホールセンサHおよび駆動回路部材Dなどからなるステータをカバー部材10の内部に格納することによってモータ外部へは給電端子載置部1dから一対の電源端子を導出するだけでよいので、ブラシレスモータでありながら通常のモータと同様に取り扱うことができる。
カバー部材10は非磁性オーステナイト系ステンレスにすれば、断熱効果があるので、リフローに耐えられる。
前記印刷配線板11は、回転中心を介して前記空心電機子コイル反対側の広い方が欠除されていて非円形の蝶型となっており、この欠除された部分に比重15以上で軸方向抜け止め手段として第1、第2の段部9a、9bが設けられたタングステン合金製の偏心ウエイト99が配され、前記印刷配線板、軸方向空心電機子コイルと共に比重2以下の樹脂44で一体化されたもので、前記回転中心に1個の焼結含油軸受77が備えられたものである。
このようにすると、貫通部によって空心電機子コイル555の巻き始め端末は、射出金型から保護されるので、断線、ショートの問題が回避できる。
このようにしたロータR1は、前記焼結含油軸受77を介してブラケット13に基端が圧入固着された軸22に回転自在に装着されてケース12に格納される。
このような偏心したロータR1は前記ブラケット13に配された軸方向空隙型マグネット88によって界磁され、このマグネットの内径部でブラシベース33に配された一対のブラシB、Bによって整流子Sを介して電力を受けるようになっている。
前記ブラケットは、前記マグネット88が載置された部分に透孔13a設けられ、前記ブラシベースの一部がこの透孔を通って側方に給電電極として導出される。
この透孔によってブラシベースの厚みが無視できる。
ここではデルタ結線の場合を示し、隣の空心電機子コイルの巻き終わり端末Fもここに配線される。
その後、これらは一体に樹脂で成形される。
このようにしても、貫通部によって空心電機子コイル555の巻き始め端末は、射出金型から保護されるので、断線、ショートの問題が回避できる。
また、モータ用電機子としては振動モータ用だけに限定しなくてもよい。すなわち、軸回転型であれば出力軸を有するスピンドルモータにも、また、出力軸にフアンを取り付けて冷却用フアンモータにも展開できる。
なお、前記の実施例では軸方向空隙型マグネットを樹脂製で説明したが、希土類焼結型であってもよく、磁極の数は4極、2極でも組みあわせる軸方向空心電機子コイルに合わせて対応でき、コイルについてもその都度ステータ部材である前記ヨークブラケットやロータは組みあわせるマグネットの磁極に合わせて設定できる。
10 カバー部材
11、111 印刷配線板
12 ケース
13 ブラケット
2、22 軸
3 ステータベース
33 ブラシベース
4、44 樹脂
5A、5B、55A、55B、555 軸方向空隙型空心電機子コイル
6 ヨーク板
R、R1 偏心ロータ
H ホールセンサ
D 駆動回路部材
7、77 焼結含油軸受
8、88 軸方向空隙型マグネット
9、99 偏心ウエイト
Claims (8)
- 第1の面に平面視で空心電機コイル面の少なくとも一部を載置する領域があり、この領域に複数個の軸方向空隙型空心電機子コイルが載置された印刷配線板が備えられ、該印刷配線板は前記第1の面に端末結線ランドが形成されると共に端末導出用貫通部が設けられ、前記空心電機子コイルの内径側の巻始め端末が前記貫通部を通り、再度第1面側に導出されて前記端末結線ランドに接続され、前記軸方向空隙型電機子コイルの一面が露出されるように樹脂で印刷配線板と共に一体成形されたモータ用電機子。
- 前記端末導出用貫通部は前記印刷配線板に設けたられた前記軸方向空心電機子コイル辺を横切る透孔で形成され、前記印刷配線板は駆動回路部材の少なくとも一部であるホールセンサが載置されてヨークブラケットに添設されたもので、該ヨークブラケットは中心に設けられた軸支承部と、この軸支承部から一体に半径方向に突き出された複数個の支部と、これらの支部の先端が一体に閉じられたリング状の保持部とが形成されたステータに構成した請求項1に記載のモータ用電機子。
- 前記ヨークブラケットは厚みが0.2mm以下の磁性ステンレスで形成され、前記印刷配線板はフレキシブル基板で形成されたもので、前記軸方向空隙型空心電機子コイルと、少なくとも1個のホールセンサと、このホールセンサの出力で駆動される駆動部材とが配され、前記支部は少なくとも一部が平面視で組みあわせるマグネットの磁極の開角のほぼ整数倍となっており、前記ホールセンサは少なくとも一部分が平面視で前記支部上に配されると共に、前記駆動回路部材が支部間の空所に配され、これらの部材と共に少なくとも駆動部材が配された部分が前記ヨークブラケットの厚み内に収まるように構成した請求項2に記載のモータ用電機子。
- 請求項1ないし3のいずれか1項に記載のモータ用電機子と、空隙を介して前記電機子による磁界を受けるもので複数個の磁極を有する軸方向空隙型マグネットと、このマグネットの磁界を受ける薄いヨーク板であって、前記マグネットのリターンパスとなる平坦部と、外径側垂下部と、軸支承する内径部があり、前記軸方向空隙型マグネットの内径側に設けられた金属部材を介して軸支承させたロータとが備えられ、このロータを覆うカバーが備えられた軸方向空隙型モータ。
- 前記印刷配線板は外径の少なくとも一部が前記軸方向空隙型電機子コイルの内径にかかり、前記貫通部はこの外径の一部を利用したもので、第2の面で回転中心と同心に複数個の整流子セグメントからなる整流子が配され、前記端末結線ランドは前記空心電機子コイルとオーバーラップしないように形成され、前記軸方向空隙型電機子コイルの巻き始め端末が前記貫通部を通って前記印刷配線板の厚み内に導出されて再度第1面側で前記端末結線ランドに接続され、さらに前記印刷配線板、前記軸方向空心電機子コイルと共に樹脂で一体化された請求項1に記載のモータ用電機子。
- 回転中心を介して前記空心電機子コイル反対側に配されたもので比重15以上で軸方向抜け止め手段が設けられたタングステン合金製の偏心ウエイトとが前記印刷配線板、前記軸方向空心電機子コイルと共に比重2以下の樹脂で一体化されたもので、前記回転中心に1個の焼結含油軸受が備えられた請求項5のモータ用電機子。
- 前記空心電機子コイルは配置開角が170度以下の平面視2個からなり、前記印刷配線板は偏心ウエイトの主要配置部分が欠除されて非円形となっている請求項6記載のモータ用電機子。
- 請求項5、6及び7のいずれか1項に記載のモータ用電機子と、このモータ用電機子を格納するもので厚みがそれぞれ0.2mm以下で構成されたケースとブラケットからなるハウジングと、この電機子を支承する軸は少なくとも一端が前記ブラケットに固定されると共に、この軸の周囲で前記ブラケットに添設されたブラシベースはフレキシブル基板で接着層を含めた厚みが0.18mm以下で構成され、さらに前記ブラケットにはハウジングはマグネットが配される部分の一部を横切るように透孔が設けられ、この透孔を通って前記ブラシベースの一部がハウジング側方に給電電極として導出されている軸方向空隙型モータ。
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