JP2005312240A - ディテントトルク発生部を備えた偏心ロータと同ロータを備えた扁平コアレス振動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】巻線型空心電機子コイルを少なくし、ディテントトルク発生手段として空心電機子コイル型にしてトルク発生にも寄与させ、ディテントトルク発生部材を主要磁界に配置しながらも厚みをほとんど無視できるようなものにして空隙が犠牲にならないようにし、かつ、適度な停止トルクが得られるようにする。
【解決手段】中心の軸装着孔１ａから半径方向の第１面１ｂに空心電機子コイル配設エリアが設けられて巻線型空心電機子コイル２が配され、第２面１ｃに複数の整流子セグメントからなる印刷配線コミュテータＳが形成され、印刷配線型電機子コイルが両側の有効導体部が組み合わせるマグネット４のＮＳ極にかかる開角で形成されると共に、一部が磁性メッキＭされ、巻線型空心電機子コイルと重畳しない位置に該コイルの厚み内で高比重部材Ｗが配された。
【選択図】 図１

Description

この発明は、移動体小型通信装置の無音報知源やマッサージャの振動源など用いて好適なもので、特に特定位置で停動させるためにディテントトルク発生部を備えた偏心ロータと同ロータを備えた扁平コアレス振動モータに関する。

従来より扁平コアレス振動モータとして図８に示すように、ケース２４とブラケット２５からなるハウジング２６内に偏心させたロータ２７を配し、この偏心ロータ２７はロータホルダ２８、シャフト２９を介して前記ケース２４、ブラケット２５にそれぞれ配した含油軸受２９、３０で回転軸３１を回転自在に支承してなるような構造のものである。（特許文献１参照）
上記のような複数個、たとえば３個の電機子コイルを片側に偏在させたものは重心の移動量が大きく採れるので、市場において好評であるが、反面コイルが３個あるので、コスト面からは不利な点がでてくる。また、この３コイル型は実開平２−３３５７３号に開示されているように一回転中に全コイルがトルクに寄与するのは極めて短時間であって回転原理上から常時は２個のコイルに通電させるようになっている。（特許文献２参照）

最近においては、通常は自起動ができない単相の空心電機子コイルからなる偏心ロータを備えたもので、自起動ができるようにディテントトルク発生部として磁性体をロータの軸方向空隙面に配置したり、巻線型空心電機子コイルの一部を磁性メッキ線で構成して所定の空心電機子コイルをマグネットの磁界に対して特定の位置に停止させておくものとか、主磁束の損失を避けるために前記磁性体の配置位置を漏洩磁束を利用するようにしたものなど特定位置停止手段を備えたものが提案されている。（特許文献３、４及び５参照）
実開昭６３−１１１８６８号 実開平２−３３５７３号 特許第３０３９８５７号 特開２０００−１５２５８５号 特開２００２−２１０４１０号

しかしながら、磁性体を主磁束の一部を受けるようにロータの軸方向空隙面に配置したものでは、磁性体による空隙を広げることによる損失が避けられず、磁性体をロータに特定の位置に一体化する組み付け加工に手間と熟練を要する問題があり、主要磁界中に鉄などの強磁性体を配しているので磁力が強い最近の希土類マグネットを使用するものでは停止トルクが大となって起動電圧を上げないと起動しにくい。そして、これらの振動モータは、いずれも空心電機子コイルを偏在させるだけで回転時の遠心力を利用しているが、径方向が少ない直径が１２ｍｍ以下のモータになると、補助的な偏心部材が必要にならざるを得ない。また、マグネットの外周の漏洩磁束を利用するものは、径方向が犠牲になって小型化に限界がある。
そこで、この発明の第１の目的は、巻線型空心電機子コイルの使用量を少なくしてコストダウンを図るもので、第２の目的は、ディテントトルク発生手段として印刷配線型空心電機子コイルを利用することによりトルク発生にも寄与させるもので、第３の目的は小型化のためにディテントトルク発生部材を主要磁界に配置しながらも巻数の少ない印刷配線型空心電機子コイルの表面に設けた磁性薄膜よって厚みをほとんど無視できるようなものにして空隙が犠牲にならないようにし、かつ、適度な停止トルクが得られるようにし損失の少なくするものである。そして、第４の目的は、小型なものでも十分な遠心力を発生させようとするものである。

この発明の技術思想は上記目的を達成するために自己起動できるものでは、最大トルクが発生する位置で停止することによって巻線型空心電機子コイルが１個でも起動が確実にでき、自己起動できない単相電機子コイルでも起動が確実にとならしめるものである。
上記課題を解決するには請求項１に示すように、複数の磁極を有するマグネットの磁力を受けるロータであって、中心に軸装着孔が設けられ、該軸装着孔から半径方向に少なくとも第１面に空心電機子コイル配設エリアが設けられると共に第２面に複数の整流子セグメントからなる印刷配線コミュテータが形成され、該印刷配線コミュテータの前記空心電機子コイル配設エリアに少なくとも１個の巻線型空心電機子コイルが載置されると共に、該配設エリアに少なくとも一部の印刷配線型空心電機子コイルが形成され、該印刷配線型空心電機子コイルは少なくとも一部に磁性薄膜が形成されると共に、両側の有効導体部が組み合わせるマグネットのＮＳ極にかかる開角で形成され、前記巻線型空心電機子コイルと重畳しない位置に該巻線型空心電機子コイルの厚み内で高比重部材が配されたもので達成できる。
具体的には、請求項２に示すように前記ロータは１個の巻線型空心電機子コイルと一組の印刷配線型空心電機子コイルからなり、前記磁性薄膜は磁性メッキで形成され、ブラシを摺接させたとき前記整流子セグメントを分離するスリット内に隣り合った整流子セグメント同士が該ブラシでショートしないようにする無電極突起が印刷で形成されたものがよい。
そして、このようなロータを使用して扁平コアレス振動モータにするには、請求項３に示すように前記請求項１又は２項に記載の偏心ロータが軸を介して回転自在に格納されたケースとブラケットからなるハウジングと、該ハウジングに配され、空隙を介して前記偏心ロータに磁界を供給するマグネットと、前記偏心ロータに前記印刷配線コミュテータを介して給電する一対のブラシとを備えているもので達成できる。

請求項１の発明によれば、磁性薄膜からなる磁性体は厚みがほとんど無視できることになるので、主要磁界が生ずる空隙が犠牲にならないし、停止トルクも適度になるので、磁束のロスも少なくでき、厚みが犠牲にならないし、高比重部材によって偏心量を大にできるので小型にしても振動量が十分なものとなる。
請求項２の発明にすれば、巻線型空心電機子コイルは１個で済むので構成が簡単で組立も容易となり、磁性薄膜は磁性メッキにしたのでマスキングによって任意の位置に形成でき、単相駆動する原理である隣り合った整流子片を一対のブラシで通電するものでも突起によって両側のセグメントはブラシ自体でのショートを防止できる。
そして、請求項３にすると、ディテントトルク発生用磁性体は薄膜のため、厚みがほとんど無視できることになるので、主要磁界が生ずる空隙が犠牲にならないことになり、印刷配線型空心電機子コイルの数も両面を利用して多く形成することも可能となってディテントトルク発生用形成部材がトルクの発生に寄与できる扁平コアレス振動モータが得られる。

中心に軸装着孔が設けられ、該軸装着孔から半径方向に少なくとも第１の面に空心電機子コイル配設エリアが設けられると共に第２の面に複数の整流子セグメントからなる印刷配線コミュテータが形成され、該印刷配線コミュテータの前記空心電機子コイル配設エリアに載置された少なくとも１個の巻線型空心電機子コイルが載置されると共に、該配設エリアに少なくとも１組の印刷配線型空心電機子コイルが形成され、該印刷配線型空心電機子コイルは少なくとも一部が磁性薄膜が形成されると共に、両側の有効導体部が組み合わせるマグネットのＮＳ極にかかる開角で形成され、前記巻線型空心電機子コイルと重畳しない位置に該巻線型空心電機子コイルの厚み内で高比重部材が配された。
図１は、この発明のディテントトルク発生部を備えた扁平コアレス振動モータの偏心ロータとマグネットの位置関係を示すもので印刷配線板の第１面側からみた平面図である。（実施例１）
図２は、図１の同第２面側からみた平面図である。
図３は、図１の偏心ロータを備えた扁平コアレス振動モータの断面図で偏心ロータは図１のＡ−Ａ線切断した状態で示している。
図４は、図３のモータの動作説明図である。
図５は 図１の偏心ロータの変形例の平面図である。（実施例２）
図６は、図５の同第２面側からみた平面図である。
図７は、図５の偏心ロータを備えた同モータの動作説明図である。

この発明のディテントトルク発生部を備えた偏心ロータの実施例の一つは、１個の巻線型空心電機子コイルと一組の印刷配線型空心電機子コイルからなるもので、すなわち、図１、図２に示すように、平面視で全体として拡開した扇形に形成した印刷配線板１は、中心に軸装着孔１ａが設けられ、該軸装着孔１ａから半径方向の第１面１ｂに空心電機子コイル配設エリアが設けられる。第２面１ｃに複数（ここでは６極）の整流子セグメントＳ１‥‥からなる印刷配線コミュテータＳが形成され、対向するセグメント（Ｓ１とＳ４、Ｓ２とＳ５、Ｓ３とＳ６）がそれぞれショートされている。前記第１面１ｂの空心電機子コイル配設エリアに１個の巻線型空心電機子コイル２が載置されると共に、この裏側の隣の該配設エリアに１組の内の一部の印刷配線型空心電機子コイル３ａが形成される。該印刷配線型空心電機子コイル３ａは少なくとも一部（ここでは有効導体部）が磁性薄膜Ｍとして純鉄などの磁性メッキされると共に両側の有効導体部が組み合わせるマグネットのＮＳ極にかかる開角で形成されている。この印刷配線電機子コイル３は巻数を確保するために前記一部の印刷配線型空心電機子コイル３ａとスルーホールなどを介して直列に結線された他部３ｂ、３ｃがそれぞれ前記第２面側において他部３ｂは前記一部３ａの反対側に、３ｃは前記巻線型空心電機子コイルの反対側に形成される。このため３個のコイル片３ａ、３ｂ及び３ｃによって１組の印刷配線コイル３が構成されるので巻数も多く取れることになる。そして、前記第１面側の巻線型空心電機子コイルと重畳しない位置、すなわち、印刷配線型空心電機子コイル３ａにレジスト（図示せず）等の絶縁層を介して重畳するように、かつ、該巻線型空心電機子コイルの厚み内となるようにタングステン合金からなる密度１８程度の高比重部材Ｗが配され、さらに、前記軸装着孔１ａの位置に焼結含油軸受Ｊを載置して樹脂Ｄで一体に成形されてなるものである。スルーホールなどを利用した内部の結線状態は複雑になるのでここでは省略する。

このようにした偏心ロータＲは、想像線で示すようなＮＳ交互に４極磁化された軸方向空隙型マグネット４と組みあわせて供用される。ここで前記印刷配線型空心電機子コイル３ａ及び３ｂ、３ｃなどは、有効導体部の位置はトルクを得るためにマグネットの磁極の開角にするのはよいが、磁性薄膜Ｍの位置は、磁極の開角より少ない開角（７５°程度）で、かつ、磁極のＮＳ極にかかるように設けられるのが特徴である。したがって、停止時に空心電機子コイル３ａは、磁極のニュートラル部に磁性薄膜として磁性メッキされた部分が来ないようになる。当然ながら前記巻線型空心電機子コイルと他の印刷配線型空心電機子コイル３ｂ、３ｃも磁極のＮＳにその有効導体部がかかるようになっている。このため各空心電機子コイルはマグネットの磁束を受けて起動時には最大トルクを発生することになる。
ここで、磁性メッキが薄くて所要のディテントトルクが得られない場合は、想像線で示すように他の印刷配線空心電機子コイルにも磁性薄膜Ｍをメッキで形成しても良い。
なお、ここでは磁性薄膜Ｍ１の位置は組み合わせる軸方向空隙型マグネット４のニュートラルを跨ぐように形成されるものでも良い。また、マグネット４の磁極は４極で構成するもの以外にブラシの摺接開角に対応してＮＳに磁化された６極等も採用できる。このようにすると巻線型空心電機子コイルは１個でよいのでコスト的に有利となり、印刷配線電機子コイルは、印刷配線コミュテータＳを形成するとき同時にできるので、コスト的に不利とならないし、磁性薄膜Ｍ、Ｍ１のメッキ位置は不要な部分をマスキングすることによって任意の形状と位置に形成できる。

図３に示すものは、前記偏心ロータＲを使用して扁平コアレス振動モータに構成したもので、すなわち、偏心ロータＲがハウジングＨの一部であるブラケット５に基端が固定された軸６に回転自在に装着し、ハウジングＨの他部であるケース７を被せて格納したものである。前記ブラケットには、空隙を介して前記偏心ロータに磁界を供給する前記マグネット４と、このマグネット４の内方で前記偏心ロータＲに前記印刷配線コミュテータＳを介して給電する一対のブラシ８、８とを備えている。このブラシ８、８は基端が前記マグネットの下方を横断してケース７の側周に導出されたブラシベース９に植設され、先端が前記印刷配線コミュテータＳに摺接すると共に偏心ロータＲをケース側に付勢させ、スラストワッシャＳＷに押接させて偏心ロータＲを摺動させている。
このようにすると、偏心ロータは、主磁束を利用しながらもディテントトルク発生部材が空隙に突き出ないようになるので、空隙を必要以上に広げることなく、したがって薄型にできる。

図４に示すものは、このような偏心ロータの結線状態を示すと共に、扁平コアレス振動モータの回転動作を説明するもので、ここでは、太線で表したものは巻線型空心電機子コイル２を示し、細線で表したのは一組の印刷配線型空心電機子コイル３を示すもので、さらに磁性メッキされる有効導体部は便宜上二重線で内部をハッチングしたもので示している。各コイルの矢印は電流の方向を示している。
いま、同図ａの位置で巻線型空心電機子コイル２の巻き始めは、印刷配線コミュテータＳのセグメントＳ２に接続され、巻き終わりは同セグメントＳ３に接続されると共に、印刷配線型空心電機子コイル３を構成する一部のコイル３ａの巻き終わりに接続され、同コイルの巻き始めは、スルーホールを介して第２面側の他部３ｂの巻き終わり（実質的には巻き方向が逆な巻始め）に巻始めは別の他部３ｃの巻始め（実質的には巻き方向が逆な巻き終わり）該他部３ｃの巻き終わりはセグメントＳ４に結線される。したがって、正負の一対のブラシ８、８から電力を供給すると、各空心電機子コイルにはそれぞれ矢印の方向に電流が流れ、フレミングの左手の法則によって同一方向にトルクが発生する。
次に回転が進んで図４のａから９０°の位置の図ｂになると、今度は電流の方向が逆になるが、やはり、フレミングの左手の法則によってａの位置と同一方向にトルクが発生する。このようにサイクリックに切り替わっていくことによって電源が供給される限り回転が持続していくことになる。
この実施例では偏心ロータは１相を欠相した３相となっているので、ディテントトルク発生部材である磁性メッキがなくても、すなわち偏心ロータはどの位置に停止しても起動することはできるが、印刷配線型空心電機子コイル３ａ‥‥は巻線型空心電機子コイルに対して巻数が不足するので、起動し易さ、すなわち、起動電圧を下げるために最大の起動トルクを生ずる位置に停止できるようにディテントトルク発生部材を設けたことに特徴があるものである。

図５、図６に示すものは、１個の巻線型空心電機子コイルと１組の印刷配線型空心電機子コイルを互いに直列に結線して用いる単相結線型偏心ロータＲ１で、すなわち、印刷配線板１１は、平面視で全体として半月型に形成され、中心に軸装着孔１ａが設けられ、該軸装着孔１１ａから偏心して半径方向の第１面１１ｂに空心電機子コイル配設エリアが設けられ、この空心電機子コイル配設エリアに前記ロータは組み合わせる軸方向空隙型マグネット４の磁極の開角内となる１個の巻線型空心電機子コイル２２と同一組の印刷配線型空心電機子コイル３３からなり、第２面１１ｃに複数（ここでは４極）の整流子セグメントＳ１‥‥からなる印刷配線コミュテータＳＳが形成される。この印刷配線コミュテータＳＳは、対向するセグメント（ＳＳ１とＳＳ３、ＳＳ２とＳＳ４）がショートされ、ブラシを９０°で摺接させたとき前記整流子セグメントを分離する少し広めのスリット内に隣り合った整流子セグメント同士が該ブラシでショートしないようにする無電極突起ｔが印刷で形成されたものである。ここで印刷配線空心電機子コイルは前述の実施例同様に他部３３ｂ、３３ｃと３面形成して直列結線し、さらに巻線型空心電機子コイル２２とも直列結線され、単相になっている。磁性メッキＭでディテントトルクを発生させるのは前述の実施例と同様であるが、ここでは第２面１ｃの巻線型空心電機コイルの反対側に形成した印刷配線型空心電機子コイル３３ｃにも磁性薄膜Ｍとして磁性メッキしてディテントトルクをアップさせている。さらに、磁性メッキが薄くて所要のディテントトルクが得られない場合は、想像線で示すように他の印刷配線空心電機子コイルにも磁性薄膜Ｍ１をメッキで形成しても良い。
なお、ここでは磁性薄膜Ｍ１の位置は組み合わせる軸方向空隙型マグネット４のニュートラルを跨ぐように形成されるものでも良い。また、マグネット４の磁極は４極で構成するもの以外に電機子コイルの有効導体部の開角に対応してＮＳに磁化された６極等も採用できる。
このようにすると巻線型空心電機子コイルは１個でよいのでコスト的に有利となり、印刷配線電機子コイルは、印刷配線コミュテータＳを形成するとき同時にできるので、コスト的に不利とならないし、磁性薄膜Ｍ、Ｍ１のメッキ位置は不要な部分をマスキングすることにより容易に形成できる。また、焼結含油軸受Ｊ１と共に銅タングステン合金からなる密度１８程度の高比重部材Ｗ１が印刷配線型空心電機子コイル３３ａと重畳するように樹脂Ｄで一体化されるのも同様である。なお、スルーホールなどを利用した内部の結線状態は複雑になるのでここでは省略する。

この偏心ロータＲ１を使用した扁平コアレス振動モータは基本的な構成は図３に示すものと同様なためここでは省略する。

図７に示すものは、このような偏心ロータＲ１の結線状態を示し、扁平コアレス振動モータの回転動作を説明するものである。ここでも、太線で表したものは巻線型空心電機子コイル２を示し、細線で表したのは一組の印刷配線型空心電機子コイル３３を示すもので、さらに磁性メッキされる有効導体部は二重線で示し、内部をハッチングしている。また、各コイルの矢印は電流の方向を示している。
いま、同図（ｃ）の位置で巻線型空心電機子コイル２２の巻き始めは、印刷配線コミュテータＳＳのセグメントＳ１に接続され、巻き終わりは、印刷配線型空心電機子コイル３３を構成する一部のコイル３３ａの巻き終わりに接続され、同コイルの巻き始めは、スルーホールを介して第２面側の他部３３ｂの巻き終わり（実質的には巻き方向が逆な巻始め）に巻始めは別の他部３３ｃの巻始め（実質的には巻き方向が逆な巻き終わり）に接続され、該他部３３ｃの巻き終わりはセグメントＳ２に結線される。したがって、正負の一対のブラシ８、８から電力を供給すると、各空心電機子コイルにはそれぞれ矢印の方向に電流が流れ、フレミングの左手の法則によって同一方向にトルクが発生する。
次に回転が進んで図７の（ｃ）から９０°の位置の図７（ｄ）になると、今度は電流の方向が逆になるが、やはり、フレミングの左手の法則によって（ｃ）の位置と同一方向にトルクが発生する。このようにサイクリックに切り替わっていくことによって電源が供給される限り回転が持続していくことになる。
ここでは自起動できない単相駆動させるもので空心電機コイルを組み合わせる軸方向空隙型マグネットの特定の磁極位置に停止させる手段としてディテントトルク発生部材が必要なものであることを示している。

この発明は、前記実施例では印刷配線板を偏心させたものを例示したが、印刷配線板を円盤形に形成して印刷配線型空心電機子コイルの数を増加してトルクアップを追求しても良い、さらにコストを考慮しなくても良い場合は、巻線型空心電機子コイルを２個にしてトルクアップさせても良い。

この発明は、その技術的思想、特徴から逸脱することなく、他のいろいろな実施の形態をとることができる。そのため、前述の実施の形態は単なる例示に過ぎず限定的に解釈してはならない。この発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示すものであって明細書本文には拘束されない。

この発明のディテントトルク発生部を備えた扁平コアレス振動モータの偏心ロータとマグネットの位置関係を示すもので印刷配線板の第１面側からみた平面図である。（実施例１） 図１の同第２面側からみた平面図である。 図１の偏心ロータを備えた扁平コアレス振動モータの断面図で偏心ロータは図１のＡ−Ａ線切断した状態で示している。 図３のモータの動作説明図である。 図１の偏心ロータの変形例の平面図である。（実施例２） 図５の同第２面側からみた平面図である。 図５の偏心ロータを備えた同モータの動作説明図である。 従来の軸方向摺接型振動モータの要部縦断面図である。

符号の説明

１、１１ 印刷配線板
１ａ、１１ａ 軸装着孔
１ｂ、１１ｂ 第１面
１ｃ、１１ｃ 第２面
２、２２ 巻線型空心電機子コイル
３、３３ 一組の印刷配線型空心電機子コイル
４ 軸方向空隙型マグネット
Ｊ 焼結含油軸受
Ｄ 樹脂
Ｍ、Ｍ１ 磁性薄膜
Ｗ、Ｗ１ 高比重部材
５ ブラケット
６ 軸
７ ケース

Claims (3)

1. 複数の磁極を有するマグネットの磁力を受けるロータであって、中心に軸装着孔が設けられ、該軸装着孔から半径方向に少なくとも第１面に空心電機子コイル配設エリアが設けられると共に第２面に複数の整流子セグメントからなる印刷配線コミュテータが形成され、該印刷配線コミュテータの前記空心電機子コイル配設エリアに少なくとも１個の巻線型空心電機子コイルが載置されると共に、該配設エリアに少なくとも一部の印刷配線型空心電機子コイルが形成され、該印刷配線型空心電機子コイルは少なくとも一部に磁性薄膜が形成されると共に両側の有効導体部が組み合わせるマグネットのＮＳ極にかかる開角で形成され、前記巻線型空心電機子コイルと重畳しない位置に該巻線型空心電機子コイルの厚み内で高比重部材が配されたことを特徴とするディテントトルク発生部を備えた偏心ロータ。
2. 前記ロータは１個の巻線型空心電機子コイルと一組の印刷配線型空心電機子コイルからなり、前記磁性薄膜は磁性メッキで形成され、ブラシを摺接させたとき前記整流子セグメントを分離するスリット内に隣り合った整流子セグメント同士が該ブラシでショートしないようにする無電極突起が印刷で形成された請求項１に記載のディテントトルク発生部を備えた偏心ロータ。
3. 前記請求項１又は２項に記載の偏心ロータが軸と軸受を介して回転自在に格納されたケースとブラケットからなるハウジングと、該ハウジングに配され、空隙を介して前記偏心ロータに磁界を供給するマグネットと、前記偏心ロータに前記印刷配線コミュテータを介して給電する一対のブラシとを備えている扁平コアレス振動モータ。

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