JP2005102373A - 振動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】振動量を十分確保しつつ、小型化、薄型化及び省電力化ができた新規の振動モータを提供することを目的とする。
【解決手段】偏心分銅を備えた電機子鉄心をマグネットの磁界内で回転させることにより振動を得る振動モータにおいて、前記マグネットは分割マグネットとされ、前記電機子鉄心は前記マグネットの磁束を受ける４個の第１〜第４突極が等間隔配置にしてその全周面に設けられたスロット型とされ、当該電機子鉄心の第１突極には第１電機子コイルが巻回され、前記第１突極の隣りの第２突極には第２電機子コイルが巻回され、第３突極及び第４突極は電機子コイル無しにされ、偏心分銅は電機子コイルが巻回された突極と軸方向において重なり合う配置にして備えられたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、振動で利用者に着信（受信）を知らせるためのバイブレータモード部を有する携帯電話やポケットベルなどの移動体通信機器に組み込んで用いる振動モータに関する。

近年、移動体通信機器として、携帯電話やＰＨＳ(パーソナル・ハンディホン・システム)等が広く普及してきている。そして、この移動体通信機器は基本的にはどのような場所、例えば会議の席上、電車内、静かな図書館、コンサート会場などで着信できるようになっている。しかし、着信に伴う呼び出し音が周囲の人に多大の迷惑を及す場合があった。

そこで、このような迷惑を防止するために、従来の移動体通信機器は、着信したときに呼び出し音を出さないようにしたサイレントモードや、振動によって着信を知らせるようにしたバイブレーションモードあるいは留守番電話機能モードなどで利用できる構造になっている。中でも、バイブレーションモードは、周囲の人に迷惑をかけることが少なく、利用者が着信を体感振動で確実に知ることができることから広く利用されている。

前記のバイブレーションモードは、通常、振動モータにより実現されている。この移動体通信機器に組み込まれた振動モータは、着信時に起動し、その振動で着信を利用者に知らせるようになっている。

前記の振動モータは、従来より種々のものが知られている。基本的な構造のものは、小型のＤＣモータの回転軸に金属などの分銅を偏心させて取り付けたものであった。これはモータが回転すると、前記の偏心分銅の慣性力により振動が発生する仕組みとなっているものであった。その他、特許文献１に開示されているような構造の振動モータ等が提供されている。

特開平０８−３７７５３号公報

前記特許文献１記載の振動モータは、電機子鉄心の半周側に存する突極が削除された構成であったために、軸受け部分に対する側圧が大きく、省電力化には構造上不向きであるという避けがたい問題を有していた。

また、最近の動向として、前記の携帯電話は、その便利さからか、その使用台数が格段に増えてきている。また同時に、薄型にデザインにされ且つカラー大画面／カメラ付き等各種機能が増設された形式のものが提供され、これらが主流になってきている。そのために、内部に使用される電子部品も小型化／薄型化／省電力化が要求されている。

前記電子部品として用いられる振動モータには、シリンダー型構造とコイン型構造の２種類があり、これら２種類とも大量に使用されている。この中でシリンダー型構造は、振動性能と価格等の面でコイン型構造に比べ優れているといわれている。そして、このように大量に使われているシリンダー型構造の振動モータも、他の電気部品と同じように小型化／薄型化／省電力化への要求が多くある。これら要求に応えるためには、その基本特性である振動特性を損なわずに、小型化／薄型化／省電力化された製品として提供する必要がある。また、同時に価格対応力も求められている。

しかしながら、シリンダー型の振動モータにおいて小型化／薄型化／省電力化への要望に応えるには次のような問題点がある。
問題１；振動量の確保
問題２；薄型化の困難性
問題３；定常電流の削減

＜問題１について＞
振動量は重心の位置が同じ場合、"分銅質量に比例し回転数の２乗に比例"するという高度な相関の関係がある。
小型／薄型化の進展中、分銅の小型化も必然的に発生する。そのために、振動量を確保する目的で、分銅の小型化をカバーする対策として、回転数をアップする設計方策が一般に採用される。そして、現在、その回転数も１５．０００ｒｐｍ近辺までにきている。

このような、回転数のアップ対策には次のような問題点がある。
1）回転数をアップして行くと、軸受のフリクション損失、電磁気関係損失等の各種損失が生じて消費電流がアップし、省電力設計に逆行することになる。
2）「ブラシとコンミュテータ」や「軸受」等の信頼性の問題において、寿命面で不利となってくる。
これらのことから、回転数アップにも限界があり、設計的に限界に近づきつつある。
したがって、これら1）、2）の問題点を回避するためには、回転数をこれ以上アップさせずに振動量を確保する必要がある。

＜問題２について＞
現在、シリンダー型構造の振動モータは、直径４．０ｍｍ近辺のものが存在する。このような寸法の小型シリンダー型構造の振動モータの提供は、部品設計／生産技術関連の要素により大きく影響される。これら要素の中でも最も大きな要素は積層コア−の直径（金型／巻線技術）であり、またリング型マグネットの肉厚である。

現在のところ、２．７〜２．８ｍｍまでの積層コア−が量産でき、０．４〜０．６ｍｍまでのリング型マグネットが量産できるようになってきている。これらのことが前記直径４．０ｍｍの小型シリンダー型構造振動モータの提供を可能にしているのである。

要するに、積み上げ的に計算すると、エアーギャップ等を考慮した時、直径４．０ｍｍが、現在の技術では限界と言うことになる。

しかしながら、市場ではさらなる薄型化の要求や省電力化等の要求がある。

＜問題３について＞
定格電流の削減にあたっては、電流値を決定ずける、次の３つの大きな要素を考慮する必要がある。
（１）磁気回路に使用される内部体積の有効活用。
（２）軸受け材料のトルク損失の改善。
（３）側圧負荷による軸受のフリクション損失の増大の防止。

本発明は、前記要望に応える工夫及びその他の工夫を施した新規の振動モータ、具体的には振動量を十分確保しつつ、薄型化及び省電力化ができた新規の振動モータを提供することを目的とする。また、振動量の確保を図りながら電流値の増大を抑えるができた新規の振動モータを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために本発明に係る振動モータは、偏心分銅を備えた電機子鉄心をマグネットの磁界内で回転させることにより振動を得る振動モータにおいて、マグネットは分割マグネットとされ、電機子鉄心はマグネットの磁束を受ける４個の第１〜第４突極が等間隔配置にしてその全周面に設けられたスロット型とされ、当該電機子鉄心の第１突極には第１電機子コイルが巻回され、前記第１突極の隣りの第２突極には第２電機子コイルが巻回され、第３突極及び第４突極は電機子コイル無しにされ、偏心分銅は電機子コイルが巻回された突極と軸方向において重なり合う配置にして備えられたものである。

さらに、第１電機子コイルの両端に結線された第１及び第２整流子片並びに第２電機子コイルの両端に結線された第３及び第４整流子片から構成されたコンミュテータと、当該コンミュテータの第１及び第２整流子片と第３及び第４整流子片とに交互に摺接して電気を供給するプラス側ブラシ及びマイナス側ブラシとが備えられたものである。

さらに、ケーシングが四角形シリンダー型にされ、電機子鉄心の支軸の両端がケーシングに支持され、当該支軸に偏心分銅が支持された状態にして当該偏心分銅がケーシング内に設けられ、偏心分銅が電機子鉄心の支軸と同電機子鉄心の側面に固定され、駆動方式が１相駆動しうるようにされたものである。

本発明の請求項１に係る振動モータは、電機子鉄心が、マグネットの磁束を受ける３個以上の突極が等間隔配置にしてその全周面に設けられたスロット型とされているので、バランスの取れた磁気回路を確保することが可能になり、安定した回転を得ることができる。また、電機子鉄心の半周以内の範囲に存する突極には電機子コイルが巻回され、半周以上の範囲に存する突極には電機子コイルを巻回されていないことによって、バランスの取れた安定状態の磁気回路を確保しつつ、振動を発生させることができる。さらに、偏心分銅は、電機子コイルが巻回された突極と軸方向において重なり合う配置にして備えられているので、電機子コイルによるアンバランスの方向を偏心分銅のアンバランス方向とを一致させることができる。これによって偏心分銅のアンバランスに電機子コイルのアンバランスが加わることとなり、振動の大きさをアップさせることができる。

請求項２に係る振動モータは、マグネットが分割マグネットとされたことを特徴とするので、外形形状の扁平化（薄型化）ができ、電磁気回路の内蔵に使用するスペースを大きくすることができ、また電機子鉄心の直径を大きくすることができる。

請求項３に係る振動モータは、電機子鉄心が４個の第１〜第４突極をもつ４スロット型とされ、当該電機子鉄心の第１突極には第１電機子コイルが巻回され、前記第１突極の隣りの第２突極には第２電機子コイルが巻回され、第３突極及び第４突極は電機子コイル無しにされ、偏心分銅は電機子コイルが巻回された突極と軸方向において重なり合う配置にして備えられたことを特徴とするので、効果的に磁気的アンバランスを抑えることができ、軸受け部分に対する側圧増加を防止できるものであって、振動量の確保及び省電力の面で優れている。

請求項４に係る振動モータは、第１電機子コイルの両端に結線された第１及び第２整流子片並びに第２電機子コイルの両端に結線された第３及び第４整流子片から構成されたコンミュテータと、当該コンミュテータの第１及び第２整流子片と第３及び第４整流子片とに交互に摺接して電気を供給するプラス側ブラシ及びマイナス側ブラシとを備えたことを特徴とするので、手間のかかる結線作業個所を少なくでき、低コスト化ができる。

請求項５に係る振動モータは、ケーシングが四角形シリンダー型にされたことを特徴とするので、当該ケーシングの平坦面を利用して携帯電話機本体の取り付け面に例えば両面接着テープ等を利用して簡単且つ容易に取り付けることができ、取り付けの簡易化／低価格化ができる。また、四角形シリンダー型の構造であるので、角部内等にはスペースが多く取れ、この部分に端子等を収納することができる。

請求項６に係る振動モータは、電機子鉄心の支軸の両端がケーシングに支持され、当該支軸に偏心分銅が支持された状態にして当該偏心分銅がケーシング内に設けられたことを特徴とするので、偏心分銅のアンバランスによる軸受部分の影響（側圧の増加）を減少させることができると共に、消費電流の削減（増加抑制）、振動量の確保、回転数のアップ、軸受け部分の信頼性のアップができる。また携帯電話機に内蔵される場合には他の内部部品との間に偏心分銅の回転スペースを確保する必要がなく、その分だけ全体の軸方向の長さを短くすることができる。

請求項７に係る振動モータは、偏心分銅が電機子鉄心の支軸と同電機子鉄心の側面に固定されたことを特徴とするので、偏心分銅が内蔵される場合には、偏心分銅と電機子鉄心との間にはギャップを設ける必要がない分だけ全体の軸方向の長さを短くすることができるのみならず前記のように偏心分銅は、電機子鉄心と一体化されているので、偏心分銅による支軸に対するひねりと、ロータの回転時の電機子コイルによる支軸に対するひねりとが同時に働き、支軸の回転がスムーズとなる利点がある。

請求項８に係る振動モータは、駆動方式が、１相駆動し得るようにされたことを特徴とするので、バランスの取れた磁気回路を確保でき、安定した回転を得ることができる。

図１〜図４は本発明の第１実施の形態に係る振動モータ１を示すものであって、図１は構成を示す概念図であり、図２は全体を示す斜視図であり、図３は図２のＡーＡ線に沿う断面図であり、図４は図２のＢーＢ線に沿う断面図である。尚、図１ではコミュテータと他の関係を分かりやすくするために、コミュテータを支軸の近傍ではなく、支軸から離れた外周に配置している。

前記第１実施の形態に係る振動モータ１は、ステータとしてＮ磁極、Ｓ磁極に磁化された一対の磁界形成用分割マグネット２、３を有し、これら磁界形成用分割マグネット２、３を当該分割マグネット２、３の磁路としても機能する四角形シリンダー型ケーシング４に収容する。

これとは別個に、ステータの内方にロータが配置される。ロータは、磁界形成用分割マグネット２、３の磁束を受ける４個の第１〜第４突極５、６、７、８を上下左右向きにもつ４スロット型の電機子鉄心９から構成され、前記第１突極５に第１電機子コイル１１が巻回され、また前記第１突極５の隣りの第２突極６に第２電機子コイル１２が巻回されている。当該電機子鉄心９は前記ケーシング４内に配置され、回転軸となる支軸１０は軸受２１、２２に回転自在に支持されている。

また、前記第１電機子コイル１１、第２電機子コイル１２の端末を４個の第１〜第４整流子片１３、１４、１５、１６からなるコンミュテータ１７に接続すると共に当該コンミュテータ１７を支軸１０に取り付ける。さらに、当該コンミュテータ１７に摺接するプラス側ブラシ１８及びマイナス側ブラシ１９（図３では図示省略）を前記ケーシング４の所定の個所に固定する。

また、前記支軸１０の一方端をケーシング４の外に延長し、当該延長端部に偏心分銅２０を、前記第１突極５と第２突極６の間の個所とに対向する配置にして支承させる。すなわち偏心分銅２０の周方向の中心と、第１突極５及び第２突極６の間隔の周方向の中心とが、軸方向に重なるようにされている。

なお、図５は、第２実施の形態に係る振動モータ２４を示す。この第２実施の形態に係る振動モータ２４は、偏心分銅２０の取り付け個所に工夫を施したものである。すなわち、当該偏心分銅２０がケーシング４内になるように構成したものである。したがって、その詳細な説明は、前記第１実施の形態の振動モータ１と同じ部位に同一の符号を付して省略する。

前記実施の形態に係る振動モータ１、２４は、ニーズに応えるために、次のような事由にしたがって実施されている。

製造可能性を考慮した場合、電機子鉄心（積層コアー）９の直径（巻き線技術に関係）、ノイズフィルター２３の直径を単純に小さくすれば小型化が可能であるとは限らなく、寧ろできないことが多いので、前記実施の形態に係る振動モータ１、２４は、前記電機子鉄心９の直径（巻き線技術に関係）、ノイズフィルターの直径寸法を変更することを選択せずに分割マグネットの構造（形状）の方すなわちマグネットの直径方向の寸法を小さくする方を選択し、これにより有効性を得るようにした。この選択の根拠は、市場からの振動モータの形状に対する要求の中で、薄く／短くは重要視されるが、幅方向に関しては、比較的許容度があることを考慮して、リング型マグネットの両側を切除したような外形（図１参照）になる分割マグネットによる構成の方を採択した。

つまり、逆に考えると、電機子鉄心（積層コアー）の直径を所謂そのままの寸法にした状態で分割マグネットを採用することで、電機子鉄心（積層コアー）の直径を市場の要求から来る限られた寸法の中で、最大にすることができたことを意味している。

振動量が仕様によって決定されるために小型／薄型になってしまった分、分銅の大きさも質量も重心の位置も従来製品との対比において所謂不利な方になってしまうが、この不利になった減少分は次の２つの方法として、カバーできる。
＊ 従来知られている製品には、その回転数をアップさせると、軸受に加わる側圧が増大して消費電流の損失が大きくなるため、単純には回転数をアップさせることができない不都合があったが、前記実施の形態に係る振動モータ２４は、分銅をモータに内蔵させることで分銅のアンバランスによる軸受への損失を回転部分の両側に配分することにより、消費電流の削減／回転数のアップ／軸受の信頼性のアップを達成するようにした。
＊ 分銅を外付けにした場合には、分銅とケーシングとのギャップ／分銅と携帯電話の内部構成部品との間の２つのギャップ管理が必要であるが、分銅内蔵タイプの振動モータ２４は、モータ内部での、分銅とケーシングとのギャップ管理のみでよく有利である。

さらに、前記実施の形態に係る振動モータ１、２４は、前記の通り分割マグネットを利用してあるので、周知のリング型マグネットを利用した振動モータに比較して、その肉厚寸法分だけ電機子鉄心の直径を結果として大きくでき、その分、電磁気回路の形成に使用できる利点があり、内部スペースを有効に活用することができる。

また、前記実施の形態に係る振動モータ１、２４は、４スロット／２コイル構造とすると共に２つの突極のみに巻き線を巻回してアンバランス状態を確保するようにしたので、このアンバランスの方向を分銅のアンバランスの方向に一致させ、分銅の質量減少分を補うことができる。

また、前記実施の形態に係る振動モータ１、２４は、４スロット構造としたので、３相で巻き線を減少させる場合のように磁気偏心（磁気的アンバランス）が発生して回転中の磁気的側圧増加になることがないものであって、側圧増加を防ぐことができ、軸受部分のフリクション損失の減少を達成することができ、軸受の信頼性を向上させることができる。しかも線積率が、３スロットに比較して４スロットの方が大きくできるので、有利である。

また、一般に巻き線の結線には、通常、巻線の束ね処理／巻線の皮膜剥がし／半田付け／切断という一連の非常に手間のかかる接続作業が必要であるが、前記本発明の実施の形態に係る振動モータ１、２４は、当該接続作業個所が、２コイルの両端の合計４個所のみであるので、コモン結線（Ｙ結線）作業個所、６結線（デルタ結線）作業個所等を必要とする３相の場合に比較してコスト的に有利である。

また、分割マグネットにて４スロット構造を実施するためには、以下の３つの条件が必要である。
＊ 量産性を考慮した時の磁気回路上のマグネット角度がマグネットのエッジの形状により決定されるので、設計をする時には、このマグネット角度を考慮しなければならない。このマグネットのエッジは量産上０．３ｍｍが必要である。
＊ 積層コア−の先端角度は、あまり大きいと、巻線を巻くことができなくなるので、生産技術上の可能な範囲に限界がある。経験上ではスロット角度は７５度程度が限界である。
＊ 積層コア−の先端角度は、２つの分割マグネットの間隔の角度よりも大きいこと。

次に、第３実施の形態に係る振動モータ３１を図６〜図９を参照しながら説明する。なお、第１実施の形態と同一部材には同一符号を付すと共に、その説明を簡略または省略する。

この振動モータ３１は、ステータとして、Ｎ磁極、Ｓ磁極に磁化された一対の磁界形成用分割マグネット２、３を有する。一方の磁界形成用分割マグネット２は、図７に示すように、ロータと対向する円弧状部３２と、マグネットの欠けを防ぐため細くなる部分をカットすることで生じた２つのカット部３３、３３を有する柱状体とされている。他方の磁界形成用分割マグネット３も、円弧状部３２と、カット部３３、３３とを有する柱状体とされている。これら２つの磁界形成用分割マグネット２、３は、同一形状で１８０度対称に配置されている。

この実施の形態では、カット部３３の幅Ｗ１は０．３ｍｍとされている。磁界形成用分割マグネット２、３の軸方向長さにもよるが、カット部３３の幅Ｗ１を０．３ｍｍより小さくすると、カット部３３が欠け易くなり、好ましくない。また、この実施の形態では、軸方向長さＬ１が１２．５ｍｍで、高さ方向寸法Ｌ２が３．２ｍｍで、幅方向寸法Ｌ３が５．０ｍｍとなっている。そして、磁界形成用分割マグネット２、３の断面で最も狭くなる狭小部寸法Ｗ２は０．９ｍｍとされている。また、円弧状部３２の角度であるマグネット角度φ１は１０５度となっており、マグネット間角度φ２は７５度となっている。

ステータに囲まれるようにして配置されるロータは、４個の同形状の第１突極５、第２突極６、第３突極７、第４突極８が均等間隔に配置される電機子鉄心９と、第１突極５および第２突極６に巻回される第１、第２電機子コイル１１、１２とから構成される。なお、図７、図８では電機子コイル１１、１２を省略している。

電機子鉄心９は、４つの突極５、６、７、８を有する鋼板からなる薄板が軸方向に積層された積層コアーとして形成されている。電機子鉄心９の突極角度φ３は７５度とされ、突極間角度φ４は３０度とされている。突極角度φ３は、マグネット間角度φ２以上、すなわち、φ１＋φ３≧１８０度とするのがモータの起動上好ましい。これは、次の理由による。分割マグネットは、円周内においてマグネットが存在していない部分が生じるが、この部分の影響が出ると、回転中に非常にトルクの弱い部分が発生する。これは完全なデッドポイントでは無いので、回転機能上の支障は出ないが、起動時に問題が発生するリスクがある。このリスクを避けるためφ３≧φ２とするのが好ましい。

突極間角度φ４は３０度以上が好ましい。これは３０度より小さくすると電機子コイル１１、１２を第１突極５、第２突極６に巻回するとき、巻線作業の生産性が非常に落ちるためである。突極間角度φ４は、６０度程度が好ましいが、３０度でも生産性はそれ程落ちない。これらの点を考えると、９０度＞φ３であるが、７５度≧φ３が好ましいと言える。なお、電機子鉄心９のコア直径φ５は２．７ｍｍとされている。四角形筒状体４３と電機子鉄心９との最小距離Ｗ３は、０．１ｍｍとされている。

電機子鉄心９は、回転軸となる支軸１０に固定され、支軸１０と共に回転する。支軸１０には、コンミュテータ１７、偏心分銅２０、ノイズフィルター２３が支軸１０と一体回転するよう取り付けられている。支軸１０の両端は、円筒状の軸受２１、２２によって回転自在に支持されている。軸受２１は、端部ケース４１によって保持され、軸受２２は、もう一方の端部ケース４２によって保持されている。端部ケース４１、４２の外周の段部にはまるように四角形筒状体４３が設置されて、四角形シリンダー型ケーシング４が構成されている。

この四角形筒状体４３の外周の一部が切り欠かれ、２つの窓部４４とされている。この窓部４４は、ノイズフィルター２３として大きめなものを使用したいときに、ノイズフィルター２３と衝突しないようにするための逃がし部となっている。この実施の形態では、円板状のノイズフィルター２３の直径は３．０ｍｍとなっている。また、この窓部４４は、偏心分銅２０がどの位置にあるかを確認するためにも使用される。偏心分銅２０の位置は、後述するように、第１、第２電機子コイル１１、１２と対応するように配置されるので、第１、第２電機子コイル１１、１２を見れば、偏心分銅２０がどの位置にあるかを確認できる。

偏心分銅２０は、図８に示すように、軸方向断面で扇形をしており、図６に示すように電機子鉄心９側に固定されている。この固定のために、偏心分銅２０には後述する接着剤５３の流出を防止する係合部５１、５１が設けられると共に、支軸１０を囲むように支軸係合部５２が設けられている。偏心分銅２０と電機子鉄心９との間には、偏心分銅２０を固定するための接着材５３が充填されている。この接着剤５３は係合部５１によって流出しないようにされている。

図８に示すように偏心分銅２０の周方向の中心Ｍ１は、第１突極５と第２突極６との周方向の中間位置Ｍ２と、同一位置となるようにされている。この実施の形態では、偏心分銅２０の周方向の広がり角度φ６は１０５度とされている。この角度は振動発生のために４５〜１８０度が好ましく、６０〜１４０度がさらに好ましい。最も好ましいのは９０〜１３０度である。なお、高速回転（１２、０００ｒｐｍ以上）の際は８０〜１００度が好ましく、低速回転（１０、０００ｒｐｍ以下）は１１０〜１３０度が好ましい。高速回転でも電流値を落とさない工夫をすれば１１０〜１３０度が好ましい。また、偏心分銅２０の周方向の中心Ｍ１と、第１、第２突極５、６間の周方向の中心位置Ｍ２とは、一致させるのが好ましいが、４５度ほどずれても振動の面で効果を有する。しかし、このずれ角度は、３０度未満が好ましく、１０度未満がさらに好ましい。

偏心分銅２０は、電機子鉄心９と一体化されているため、偏心分銅２０による支軸１０に対するひねりと、ロータの回転時の第１、第２電機子コイル１１、１２による支軸１０に対するひねりとが、同時に働き、支軸１０の回転がスムーズとなる。偏心分銅２０を電機子鉄心９に固定せず、支軸１０にのみ固定するようにしても良いが、好ましくは、電機子鉄心９と一体化させるのが良い。

偏心分銅２０は、非磁性体が好ましいが、磁性体としても良い。非磁性体としては、タングステンや銅等が上げられる。この実施の形態では、タングステンの粉とアルミシリコンの粉を混ぜ合わせている。偏心分銅２０は、支軸１０用の貫通孔を有する形状に成型される。組み立て時は、偏心分銅２０の貫通孔に支軸１０を圧入またはさし込み、偏心分銅２０を電機子鉄心９および第１、第２電機子コイル１１、１２に接着剤５３で固定する。

コンミュテータ１７は、ブラシ（図示省略）が摺接するものであり、電気的に周方向に４分割されており（第１〜第４整流子片１３、１４、１５、１６）、対角位置にある２つの整流子片にブラシ１８、１９のプラス側（一方側）とマイナス側（他方側）が当接することで第１、第２電機子コイル１１、１２に電流が流れることとなる。この振動モータ３１は、４極２相型であり、１相駆動される。

この駆動方式では、振動モータ３１は次のように動作する。たとえば、整流子片１４、１６にブラシ１８、１９が接触し、第１電機子コイル１１に電流が一方方向に流されると、第１突極５がＮ極に、第１突極５と対角位置になる第３突極７がＳ極に励磁される。その後、ロータが回転し、ブラシ１８、１９に当接する整流子片がそれぞれ隣のもの、すなわち整流子片１５、１７となると、第２電機子コイル１２に電流が一方方向に流れる。すると、第２突極６がＮ極に、第４突極８がＳ極に励磁される。さらに、ロータが回転すると、ブラシ１８、１９に当接する整流子片は整流子片は１４、１５であるが、最初のときとは逆の関係になるため、第１電機子コイル１１に他方方向の電流が流れることとなり、第１突極５がＳ極に、第３突極７がＮ極にそれぞれ励磁される。さらに、ロータが回転すると、ブラシ１８、１９に当接する整流子片は第２番目の状態と逆になり、第２電機子コイル１２には、他方方向の電流が流れる。そのため、第２突極６がＳ極に、第４突極８がＮ極に励磁されることとなる。さらに、ロータが回転すると、最初の状態に戻り、以上のことが繰り返される。

以上のような駆動方法を磁界形成用分割マグネット２、３との関係において説明する。図９は、その関係を示す図である。

図９において、０度のときは第１電機子コイル１１に電流が流され始める状態を示している。このとき、第１突極５はＮ極に、第３突極７がＳ極に励磁され、第１突極５は、Ｎ極の磁界形成用分割マグネット２と反発すると共にＳ極の磁界形成用分割マグネット３に吸引され図９で左方向に移動していく。一方、第３突極７は、Ｓ極の磁界形成用分割マグネット３と反発すると共にＮ極の磁界形成用分割マグネット２に吸引され、同様に図９において左方向に移動していく。

９０度の位置にロータが来ると、第１電機子コイル１１への電流は無くなり、第２電機子コイル１２へ電流が流される。これにより第２突極６はＮ極に、第４突極８はＳ極に励磁される。すると、第２突極６はＮ極の磁界形成用分割マグネット２と反発すると共にＳ極の磁界形成用分割マグネット３に吸引され図９で左方向に移動していく。一方、第４突極８は、Ｓ極の磁界形成用分割マグネット３と反発すると共にＮ極の磁界形成用分割マグネット２に吸引され、同様に図９において左方向に移動していく。

以後、１８０度のとき、２７０度のときも同様な原理でロータは回転する。すなわち、図９では各突極は左方向に移動していく。そして、３６０度の所では、０度のときと同じ状態となり、ロータは１回転したこととなる。この後も、ロータは上述した原理で回転していく。

この振動モータ３１は、支軸１０の両端が軸受２１、２２で支持されており、偏心分銅２０が軸受２１、２２の間に配置されている。この構成は、次のような３つの利点を有する。

第１の利点は、軸受け部分に対する側圧の増加抑止である。偏心分銅２０が図２に示すような外付けの場合、回転数がアップすることにより軸受部分に加わる側圧が増加し、電流がアップし、消費電流の損失が大きくなるばかりでなく、回転数をアップさせることの障害となる。それに対し、偏心分銅２０を軸受２１、２２の間に入れる構造とすることで、偏心分銅２０のアンバランスによる軸受部分の影響（側圧の増加）を減少させることができる。このため、消費電流の削減（増加抑制）、回転数のアップ、軸受部分の信頼性のアップが達成される。

第２の利点は、次のとおりである。偏心分銅２０が振動モータ３１の四角形筒状体４３等の内部に配置される場合、振動モータ３１の軸方向の長さの面で有利となる。すなわち、軸方向の長さを短くできる。偏心分銅２０が外付け（図２参照）の場合、偏心分銅２０とケース（角形ケーシング４）とのギャップｇ１と、偏心分銅２０とこの振動モータ３１が内蔵される携帯電話機の他の内部部品とのギャップｇ２とが必要となる。このギャップｇ２は、偏心分銅２０が回転するためどうしても必要となるもので、回転しないものである場合は、零でも良い場合がある。

偏心分銅２０が内蔵される場合は、モータ内部での、偏心分銅２０とモータ内部での他の部品とのギャップのみで良くなる。そのギャップも、偏心分銅２０の電機子鉄心９側には不要であり、軸受２１側のギャップｇ３のみ必要となる。この軸受２１側のギャップｇ３は、元々、電機子鉄心９と軸受２１側との間に必要とされたギャップであり、偏心分銅２０の追加によって軸方向に長くなる長さは、偏心分銅２０の長さのみとなる。

このように、この第３実施の形態の振動モータ３１では、外付けのモータ、たとえば、第１実施の形態の振動モータ１に比べ、振動モータを取り付ける場合のスペースとしては、振動モータ１がｇ１＋ｇ２だけ振動モータ３１に比べ大きくなる。また、偏心分銅２０を電機子鉄心９に固定しないようにした場合であっても、振動モータ１はギャップｇ２分だけスペースを必要とする。

第３の利点は、ギャップｇ１、ｇ２の管理が不要となる点である。ギャップｇ３の管理は必要であるが、これは、元々、振動モータ３１にとって電機子鉄心９を配置するに当たり必要としていたギャップであり、管理すべきギャップの数としては増える訳ではない。

この第３実施の形態の振動モータ３１は、第１及び第２実施の形態の振動モータ１、２４と同様に、分割マグネット構造を採用している。このため次のような利点を有する。

すなわち、利点の第１は、モータ形状を扁平化できることである。同じ大きさの電機子鉄心９やノイズフィルター２３を使用した場合、分割マグネット構造は、リング型のマグネットを使用した場合に比べ数％〜数１０％薄型化できる。特に、振動モータの分野では、軸方向長さＬ１、高さ方向寸法Ｌ２は、より小さくすることを要求されているが、幅方向寸法Ｌ３は、Ｌ１、Ｌ２に比べ、小さくする要求がそれほど強くなく、その長さに関しては比較的に自由度がある。このため、分割マグネット構造は、振動モータの分野には好適なものとなる。

利点の第２は、電磁気回路に使用する内部スペースを大きくできる点である。リングマグネットの場合と比較すると、分割マグネットの場合は、電機子鉄心９の直径を大きくすることができ、結果として電磁気回路に使用する内部スペースを大きくできる。その結果、強力なモータを形成することができることとなる。

利点の第３は、利点の第２に付随するのであるが、電機子鉄心９の直径を大きくできるため、第１、第２電機子コイル１１、１２の重心位置の半径距離を長くすることができる。この結果、慣性エネルギーが増大し、振動量が大きくなる。

また、振動モータ３１は、振動モータ１、２４と同様に、４極４スロット２巻線型で、１相駆動のモータとしているので、４つの突極すべてに巻線が施され、１相駆動されるモータと同じように、バランスの取れた磁気回路となり、安定した回転が得られる。振動モータ１、２４、３１が、ステータが２極で４突極（４スロット）の通常のモータと異なる点は、２つの突極のみに巻線がなされていることであり、こうすることによって、磁気回路としては安定させつつ、振動を発生させることができる。しかも、振動モ−タ１、２４、３１では、電機子コイル１１、１２によるアンバランスの方向を偏心分銅２０のアンバランス方向とを一致させているため、偏心分銅２０のアンバランスに電機子コイル１１、１２のアンバランスが加わることとなり、振動の大きさをアップさせることができる。また、偏心分銅２０を小型化しても、従来と同様の振動力を得ることができる。

また、分割マグネットを採用しつつ３極構造のモータを採用すると、分割マグネットと磁化されていないロータとの間で働く磁気力が、左右上下対称とはならず、磁気的にはアンバランスとなる。この磁気的アンバランスは、軸受部分に対する側圧増加になる。これに対し、４極構造のモータは、分割マグネットであっても磁気的アンバランスは抑えられるので、軸受部分に対する側圧増加を防止できる。

３極構造のモータを振動モータに採用しても良いが、巻線にアンバランスをもたせると、回転中の電気抵抗値が相によって異なることとなり、回転力の変動が発生するデメリットが生じる。また、４極、すなわち４スロット構造の方が、３極構造の場合に比べ、巻線コイルの線積率を大きくすることができ、この面でも４極構造の方が有利となる。また、２相モータの場合、ノイズフィルター２３は、第１、第２電機子コイル１１、１２とコンミュテータ１７との間、すなわち２ヶ所のみでよいのに比べ、３相モータではノイズフィルターは３ヶ所必要となる。また、２相モータの場合、コンミュテータ１７の４つの整流子片１３〜１６に２つの電機子コイル１１、１２の各端末（計４つ）を１対１の関係で接続すればよく、構成が簡単となる。

以上の構造、すなわち、分銅内蔵型で分割マグネット型で４極２巻線型の振動モータの場合、振動量の確保（増大）が可能となると共に、省電力化が可能となる。また、分割マグネット型の場合、上述の効果に加え、さらに薄型化が可能になるという効果を有する。

次に、この振動モータ３１を携帯電話機の内部に設置する場合について、図１０および図１１を参照しながら説明する。

振動モータ３１の周囲にゴムからできたゴムケース６１を配置する。ゴムケース６１は、振動モータ３１の端部ケース４１、４２の軸方向端面以外、すなわち、振動モータ３１の両端の側面以外を覆うものである。ただし、振動モータ３１が取り付けられるときの底部となる側が軸方向全体に切り欠かれており、切り欠き部６２となっている。また、振動モータ３１の窓部４４、４４に対応する位置は、厚さが薄くされた薄肉部６３とされている。これは、ノイズフィルター２３との接触を確実に回避するためである。

次に、第４実施の形態の振動モータ７１を、図１２および図１３を参照しながら説明する。なお、第１から第３実施の形態における部材と同一部材または同種部材には同一の符号を付し、説明を省略または簡略化する。

この振動モータ７１は、第１実施の形態の振動モータ１と同様に、いわゆる偏心分銅が外付けのモータである。この振動モータ７１は、軸方向の長さＬ１が１０ｍｍで、高さ方向寸法Ｌ２が４．０ｍｍで、幅方向寸法Ｌ３が５．０ｍｍとなっている。また、モータ自体の長さＬ４が６．０ｍｍで、電機子鉄心９の軸方向長さＬ５が２．０ｍｍとなっている。また、ゴムケース６１を含めた軸方向寸法Ｌ６が６．０ｍｍとされている。

この振動モータ７１は、ケースも兼ねる軸受７２、７３に支軸１０が回転自在に支持されている。支軸１０には、電機子鉄心９と、平板型のコンミュテータ７４と、偏心分銅２０が支軸１０と共に一体回転するよう取り付けられている。ノイズフィルターは図示されていないが、チップ型のバリスタがコンミュテータ７４に設置されており、ノイズフィルターの役割を果たしている。

振動モータ７１は、振動モータ１、２４、３１と同様に、Ｎ極、Ｓ極に着磁された分割型のマグネット（図示省略）を使用し、突極数は４個で、巻線はその中の隣接する２つのみにされている。巻線が施されている位置と偏心分銅２０が取り付けられている位置とは、周方向で同一位置となっている。偏心分銅２０の径方向距離Ｌ７は、ゴムケース６１を含めた高さ方向寸法Ｌ８の半分となっている。径方向距離Ｌ７は、Ｌ２／２≦Ｌ７≦Ｌ８／２となる範囲が振動発生力と他の部材との衝突防止の面では好ましい。しかし、他の部材とのギャップを大きくできれば、Ｌ７＞Ｌ８／２としても良い。偏心分銅２０の広がり角度φ５は、１５０度とされているが、他の値としても良い。

以上の各実施の形態は、本発明の好適な例であるが、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、上述の各実施の形態では分割マグネット構造の例を示したが、薄型化をそれほど要求されないときは、通常のリング型マグネットを使用しても良い。リング型マグネットとし、４極２巻線で偏心分銅２０を巻線位置へ対応させる構成としたり、リング型マグネットとし、分銅内蔵型の構造としても良い。

すなわち、４極２巻線で巻線位置を偏心分銅２０に合わせる構成は、その構成のみで振動量の確保や省電力の面で効果があり、この構成のみを採用しても良い。この構成だけでも従来構成に比し優位性を生ずる。また、分銅内蔵型、特に偏心分銅２０を電機子鉄心９等の部材に固定する構成は、この構成のみで、省電力、振動量確保、小型化の面で効果があり、この構成だけを採用しても良い。

また、リング型マグネットを採用し、４極２巻線で巻線位置を偏心分銅２０に合わせる構成と分銅内蔵型（特に分銅密着内蔵型）の構成を共に採用した構成にしても良い。この場合、薄型化の面で分割マグネットの場合より劣ることとなるが、他の面では分割マグネットと同様な効果を持つこととなる。リング型マグネットを採用した場合、振動モータのケースを断面四角形のシリンダー型ケース（四角形シリンダー型のケーシング４に相当するもの）にする必要はないが、リング型マグネットの場合でも四角形シリンダー型ケースとしても良い。

また、上述の各実施の形態では、ノイズフィルターを有するものとしているが、ブラシレスモータとする場合やノイズがそれほど生じない場合等においては、ノイズフィルターを使用しないようにしても良い。また、上述の各実施の形態ではコンミュテータ１７を使用するブラシ付きモータとしているが、コンミュテータ１７を使用しないブラシレスモータとしても良い。

また、上述の各実施の形態では、ステータを２極のマグネットで、ロータは、４つの突極で２相となるモータ構成で、しかも１相駆動する例を示したが、２相駆動としても良い。また、ステータを２極の分割マグネット（磁界形成用分割マグネット２、３に相当するもの）とし、ロータを６極（６スロット）とし、６個の突極のうち、隣接する３つの突極にのみ巻線を施し、１相駆動するようにしても良い。また、リング型マグネットを採用したときは、４極のマグネットで、ロータは８つの突極で４相となるモータ構成で、１相駆動としたり、２相駆動としたりしても良い。さらに、磁気的アンバランスをさほど考慮しなくても良いときは、突極が３つ、すなわちスロットが３つの３相モータとしても良い。３相モータの場合、巻線を同一のものとしても良いが、ロータ自体にアンバランスを持たせるためには、各突極に巻回されるコイルの量を異ならせる必要がある。

また、マグネット角度φ１は、１０５度の例を第３実施の形態で示したが、このマグネット角度φ１は、カット部３３の幅が０．３ｍｍより小さくできたり、四角形筒状体４３の厚みをさらに薄くできればさらに大きくできる。また、ロータの径、すなわち、電機子鉄心９のコア直径φ５を小さくしたり、高さ方向寸法Ｌ２を大きくすれば、マグネット角度φ１を大きくできる。しかし、突極角度φ３を最大で７５度とした場合、マグネット角度φ１は１０５度が最小となる。これを図で表すと、図１４に示すとおりとなる。

図１４は、マグネット角度φ１と突極角度φ３の関係を示すもので、斜線を施した領域が好ましいモータの製造可能領域となる。図１４の符号Ｐで示す値は、図７で示す振動モータ３１の場合を示し、コア直径φ５が２．７ｍｍ、カット部３３の幅が０．３ｍｍ、高さ方向寸法Ｌ２が３．２ｍｍ（磁界形成用分割マグネット２、３の高さ方向寸法が２．９ｍｍ）のときに、マグネット角度φ１が１０５度となり、突極角度φ３が７５度となる状態を示している。換言すれば、高さ方向寸法Ｌ２が３．２ｍｍ（磁界形成用分割マグネット２、３の高さ方向寸法が２．９ｍｍ）のときに、ぎりぎり、マグネット角度φ１と突極角度φ３の条件を満たすこととなる。

また、振動モータ１、２４、３１、７１では、携帯電話機やポケットベルに使用する例を示したが、その他の移動性通信機器や目覚まし時計、各種の携帯装置等、振動によって知らせたり、その他の機能を行わせたりする全ての装置に適用できる。

本発明は、前記したように、専用のゴムケースを利用して電話機本体に固定でき、ノイズフィルターを外付けにすることができ、固体潤滑油付き軸受を採用することができる。また、ケーシングを丸型して実施することが可能であり、３スロットの電機子を採用して実施することが可能であり、積層コアの積み厚を増やすために平面構造のコンミュテータを採用して実施することが可能である。

本発明の第１実施の形態に係る振動モータの要部構成を示す概略図である。 図１の振動モータの外観を示す斜視図である。 図２のＡーＡ線に沿う断面図である。 図２のＢーＢ線に沿う断面図である。 本発明の第２実施の形態に係る振動モータを示す断面図である。 本発明の第３実施の形態に係る振動モータを示す断面図である。 図６のＣーＣ線に沿う断面図である。 偏心分銅の取付け部を示す部分断面図である。 図６の振動モータ中の電機子コイルに電流が流された時の磁界形成用分割マグネットと各突極との関係を示す説明図である。 図６の振動モータにゴムケースを配置した状態を示す断面図である。 図６の振動モータにゴムケースを配置した状態の端面図である。 本発明の第４実施の形態に係る振動モータを示す断面図である。 図１２の振動モータの端面図である。 各実施の形態におけるマグネット角度と突極角度の好ましい関係を示す説明図である。

符号の説明

１ 第１実施の形態に係る振動モータ
２ 磁界形成用分割マグネット
３ 磁界形成用分割マグネット
４ 四角形シリンダー型ケーシング
５ 第１突極
６ 第２突極
７ 第３突極
８ 第４突極
９ ４スロット型の電機子鉄心
１０ 支軸
１１ 第１電機子コイル
１２ 第２電機子コイル
１３ 第１整流子片
１４ 第２整流子片
１５ 第３整流子片
１６ 第４整流子片
１７ コンミュテータ
１８ プラス側ブラシ
１９ マイナス側ブラシ
２０ 偏心分銅
２１ 軸受
２２ 軸受
２３ ノイズフィルター
２４ 第２実施の形態に係る振動モータ
３１ 第３実施の形態に係る振動モータ
３２ 円弧状部
３３ カット部
４１ 端部ケース
４２ 端部ケース
４３ 四角形筒状体
４４ 窓部
５３ 接着材
６１ ゴムケース
６２ 切り欠き部
６３ 薄肉部
７１ 第４実施の形態に係る振動モータ
７２ 軸受
７３ 軸受
７４ コンミュテータ

Claims (8)

1. 偏心分銅を備えた電機子鉄心をマグネットの磁界内で回転させることにより振動を得る振動モータにおいて、前記電機子鉄心は前記マグネットの磁束を受ける３個以上の突極が等間隔配置にしてその全周面に設けられたスロット型とされ、当該電機子鉄心の半周以内の範囲に存する突極は電機子コイルが巻回され、半周以上の範囲に存する突極は電機子コイル無しにされ、また前記偏心分銅は前記電機子コイルが巻回された突極と軸方向において重なり合う配置にして備えられたことを特徴とする振動モータ。
2. 前記マグネットが分割マグネットとされたことを特徴とする請求項１記載の振動モータ。
3. 前記電機子鉄心は４個の第１〜第４突極をもつ４スロット型とされ、当該電機子鉄心の第１突極には第１電機子コイルが巻回され、前記第１突極の隣りの第２突極には第２電機子コイルが巻回され、第３突極及び第４突極は電機子コイル無しにされたことを特徴とする請求項１または２記載の振動モータ。
4. 前記第１電機子コイルの両端に結線された第１及び第２整流子片並びに前記第２電機子コイルの両端に結線された第３及び第４整流子片から構成されたコンミュテータと、当該コンミュテータの第１及び第２整流子片と第３及び第４整流子片とに交互に摺接して電気を供給するプラス側ブラシ及びマイナス側ブラシとを備えたことを特徴とする請求項３記載の振動モータ。
5. 前記電機子鉄心と前記マグネットを覆うケーシングを四角形シリンダー型にしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の振動モータ。
6. 前記電機子鉄心の支軸の両端が前記電機子鉄心と前記マグネットを覆うケーシングに支持され、当該支軸に前記偏心分銅が支持された状態にして当該偏心分銅が前記ケーシング内に設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の振動モータ。
7. 前記偏心分銅が前記電機子鉄心の支軸と前記電機子鉄心の側面に固定されたことを特徴とする請求項６記載の振動モータ。
8. 駆動方式が、１相駆動しうるようにされたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の振動モータ。

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