JP2006014503A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】扁平形状のロータのコイルに流れる電流の転流タイミングの精度を向上させるモータを提供する。
【解決手段】モータ１は、樹脂によって形成されたフレーム３２にコイル３４が埋設された扁平形状のロータ３０を有する。ロータ３０は、ケースＣ内に収容されており、ロータ３０に設けられる整流子３１に摺動接触するブラシ１５ａ，１５ｂを介して、整流子３１と電気的に接続されたコイル３４に電流が流れることによってロータ３０が回転する。このモータ１の整流子３１は、絶縁性を有する整流子板３６と、整流子板３６上に配置されると共にブラシ１５ａ，１５ｂと摺動接触する複数の電極セグメント３７ａ〜３７ｄとを有する。そして、整流子３１には、電極セグメントと整流子板とに渡ってロータ３０の回転軸線方向に延びる貫通孔３８ａ〜３８ｄが電極セグメント３７ａ〜３７ｄ間に形成されており、その貫通孔にフレームの樹脂Ｒが充填されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、扁平形状のロータを有するブラシ付きモータに関するものである。

近年の情報機器（携帯電話、パソコン、カメラなど）の小型化に応じて、それらに用いられているモータも小型化が図られ、扁平型のものが使われるようになってきている。このような扁平型のモータは、略円筒状のケースを有しており、そのケース内には、コイルを有する扁平なロータと、環状であってＮ極とＳ極とが交互に配置されたマグネットとが収容されている。このマグネットは、ケース内面に固定され、ロータの底面は、マグネットと対面して配置されている。更に、ロータを一方向に回すために、ロータには、コイルと電気的に接続された整流子が設けられており、この整流子によって、コイルに流れる電流の向きをマグネットの磁性の変化に応じて反転させることができる。

図６に示すように、従来のロータ１００に含まれる整流子１０１は、円形の整流子板１０２上に電極セグメント１０３ａ，１０３ｂが所定の間隔で配置されたものであると共に、樹脂フレーム１０４上に固定されている。また、各電極セグメント１０３ａ，１０３ｂは、コイルの両端にそれぞれ電気的に接続されており、ロータ１００が回転してブラシ１１０が電極セグメント１０３ａから次の電極セグメント１０３ｂに移動することによって、コイルに流れる電流の向きが反転する。
特開平１０―３３６９８３号公報

ところで、ブラシ１１０が電極セグメント１０３ａから次の電極セグメント１０３ｂに移行するとき、隣接する電極セグメント１０３ａ，１０３ｂ同士がブラシ１１０によって導通し、短絡が発生するおそれがある。その短絡を防止するために、電極セグメント１０３ａ，１０３ｂ間において、整流子板１０２上に中間パッド１０５が設けられている。しかしながら、このような中間パッド１０５を設けていると、中間パッド１０５と電極セグメント１０３ａ，１０３ｂ間の隙間Ｓにブラシ１１０が引っ掛かるおそれがあるので、ブラシ１１０が電極セグメント１０３ａから次の電極セグメント１０３ｂに移動する際のタイミングがズレ、コイルに流れる電流の向きが反転するタイミング、すなわち、コイルの転流タイミングの精度が悪くなるという問題点があった。

そこで、本発明は、扁平形状のロータのコイルに流れる電流の転流タイミングの精度を向上させるモータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るモータは、樹脂によって形成されたフレームにコイルが埋設された扁平形状のロータがケース内に収容されており、ロータに設けられる整流子に摺動接触するブラシを介して、整流子と電気的に接続されたコイルに電流を流すことによってロータを回転させるモータにおいて、整流子は、絶縁性を有する整流子板と、整流子板上に配置されると共にブラシと摺動接触する複数の電極セグメントとを有し、整流子には、電極セグメントと整流子板とに渡ってロータの回転軸線方向に延びる貫通孔が電極セグメント間に形成されており、貫通孔にフレームの樹脂が充填されていることを特徴とする。

この場合、整流子に形成された貫通孔内にフレームの樹脂が充填されることで、電極セグメント間を電気的に完全に遮断できると同時に、電極セグメント間でのブラシの引っ掛かりが低減されるので、コイルに流れる電流の転流タイミングの精度が向上する。更には、貫通孔の採用により、フレームと整流子との一体化が容易かつ確実になり、モータの寿命も向上する。

また、本発明に係るモータにおける整流子板は、ロータの回転軸が挿入される軸孔を有しており、電極セグメントが配置された整流子板の外形と貫通孔と軸孔とは、プレスによって同時に抜き加工されることが好適である。

上記構成では、電極セグメントが配置された整流子板の外形と貫通孔と軸孔とは、プレスによって同時に抜き加工されるので、軸孔の軸線に対して貫通孔が精度良く配置される。そして、モータの組立時、軸孔にはロータの回転軸が挿入される結果、ロータの回転軸線に対して貫通孔が精度よく配置されることにもなる。また、電極セグメント間に形成されている貫通孔の位置は、コイルに流れる電流の反転部分に相当しているので、前述のプレス加工によって、コイルに流れる電流の反転部分がロータの回転軸線に対して精度良く配置されることは、整流子の角度精度の向上をもたらし、その結果、コイルに流れる電流の転流タイミングの精度向上をもたらす。

また、本発明に係るモータにおいては、貫通孔に充填された樹脂のブラシ側の表面は、電極セグメントの表面と同一平面上に位置することが好ましい。この場合、ブラシと摺動接触する電極セグメントの表面及び樹脂の表面が同一平面上にあるので、ブラシの引っ掛かりがなく、モータの動作音の低減を可能にする。また、電極セグメント間に段差がないことから、チャタリングが防止されて電気摩耗が抑制される結果、モータの耐久性が向上する。

本発明に係るモータによれば、扁平形状のロータのコイルに流れる電流を反転させるタイミングの精度が向上する。

以下、図面を参照して、本発明に係る振動モータの好適な実施形態について説明する。

図１及び図２に示すように、モータ１は、円板状をなす金属製ベース板１０と金属製の円筒状カバー２０とからなる略円筒形のケースＣを有し、このケースＣ内には、扁平のロータ３０が収容されている。このモータ１は、扁平のロータ３０が回転することでケースＣが振動する振動モータであって、直径約１５ｍｍ、高さ約３ｍｍの外形寸法を有し、小型化が図られているので、携帯電話機などに内蔵され振動発生源として利用される。ベース板１０上には、環状のマグネット１１が接着固定されている。このマグネット１１は、４つの領域に等分されており、ベース板１０の上面に対して略垂直な方向に着磁され、Ｎ極１１ａ，１１ｃとＳ極１１ｂ，１１ｄとが交互に配置されたものである。また、ベース板１０の中央には、ロータ３０を回転可能に支持する回転軸１２が配置されている。この回転軸１２は、ベース板１０の中央に形成されたボス部１３に、圧入されて固定されている。

更に、ボス部１３を包囲するように、ベース板１０上には端子基板１４が配置されている。この端子基板１４の絶縁基板１４ａ内には一対のリード部１４ｂ，１４ｃが埋め込まれており、図示しない外部電源と電気的に接続するために、端子基板１４の一部は、ベース板１０の周壁１０ａに形成された切欠部１０ｂから外側に突出する。そして、この突出部分に沿って一対のリード部１４ｂ，１４ｃの一端が露出しており、外部電源との電気的接続に利用される。また、一対のリード部１４ｂ，１４ｃの他端は、ボス部１３の周囲に配置された一対のブラシ１５ａ，１５ｂの基端と半田Ｈによってそれぞれ接合されている。これにより、一対のブラシ１５ａ，１５ｂに外部電源から電力を供給することができる。また、一対のブラシ１５ａ，１５ｂの自由端は、ロータ３０の整流子３１に対し確実に摺動接触させるために、端子基板１４側からロータ３０に向かって突出する。

更に、ロータ３０は、樹脂によって形成された半円板形状のフレーム３２を有し、このフレーム３２には回転軸１２を保持する軸受３３と、開き角α（図３参照）が約９０度である扇状のコアレスコイル（以下、単にコイルという）３４と、略円柱状の分銅３５とが埋設されている。軸受３３は、ロータ３０とマグネット１１との間に空隙ができるように、フレーム３２の底面３２ａよりも下側（ベース板１０側）に向けて突出しているので（図２参照）、ロータ３０は、マグネット１１に当たることなくスムーズに回転する。そして、分銅３５を有するロータ３０の回転によって、ケースＣが振動する。なお、ロータ３０が回転しやすいように、軸受３３とボス部１３との間にはスペーサ４１が設けられている。また、ケースＣ内に収容された軸受３３が、回転軸１２の回転軸線方向にガタつかないように、回転軸１２には鍔部４２が設けられている。

更に、半円板形状のフレーム３２には、整流子３１がインサート成形法によって固定されている。この整流子３１は、図４に示すように、絶縁材料からなる円形の整流子板３６を有しており、整流子板３６には、軸受３３が挿入される軸孔３６ａが形成されている。そして、その軸孔３６ａの周囲において、整流子板３６上には、ブラシ１５ａ，１５ｂと摺動接触する略扇状の電極セグメント３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄが環状に配置されている。

また、電極セグメント３７ａ〜３７ｄのうち互いに対向する電極セグメント３７ａ，３７ｃ同士は電気的に接続され、同様に電極セグメント３７ｂ，３７ｄ同士も電気的に接続されている。更に、電極セグメント３７ａ〜３７ｄのうち隣り合う電極セグメントの一方はコイル３４の一端に電気的に接続され、他方はコイル３４の他端に接続されている。そして、隣り合う電極セグメント同士は、回転軸１２が挿入される軸孔３６ａの軸線Ｌ（すなわち、ロータ３０の回転軸線）の方向に延びた４つの貫通孔３８a，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄにより分離され、各貫通孔３８ａ〜３８ｄは整流子３１の径方向に延在する長穴として形成されている。

図５に示すように、各貫通孔３８ａ〜３８ｄは電極セグメント３７ａ〜３７ｄ及び整流子板３６に渡って整流子３１を貫通するように延在しているので、整流子３１がフレーム３２にインサート成形される時、フレーム３２の溶融樹脂は、電極セグメント３７ａ〜３７ｄの表面と同一平面まで貫通孔３８ａ〜３８ｄ内に充填される。これによって、整流子３１のブラシ１５ａ，１５ｂ側の面（ブラシ摺動面Ｐ）が平滑化される。その結果、ブラシ１５ａ，１５ｂが、図３において二点鎖線で示す軌道、すなわち、軸孔３６ａの軸線Ｌを中心とした円周上を移動するとき、ブラシ１５ａ，１５ｂは引っ掛かりなくスムーズに摺動する。

また、電極セグメント３７ａ〜３７ｄ間の貫通孔３８ａ〜３８ｄ内にフレーム３２の樹脂Ｒが充填されていることから、電極セグメント３７ａ〜３７ｄ上をブラシ１５ａ，１５ｂが摺動する際、電極セグメント３７ａ〜３７ｄの相互間を電気的に遮断することができ、隣り合う電極セグメント同士が各ブラシ１５ａ，１５ｂによって短絡されるいわゆるセグメント間ブリッジが防止されている。更には、フレーム３２の樹脂Ｒが充填される貫通孔３８ａ〜３８ｄを採用することによって、フレーム３２と整流子３１との一体化が容易かつ確実になり、モータ１の寿命も向上する。

次に、上記整流子３１の製造方法について説明する。先ず、整流子板３６となるべき１枚の絶縁基板上に、プリント配線技術に用いられているエッチングによって一組の電極セグメント３７ａ〜３７ｄを多数組形成する。その後、整流子板３６の外周（外形）をなすように、絶縁基板をプレス加工によって打ち抜く。このとき、整流子板３６の外形抜きと同時に、貫通孔３８ａ〜３８ｄ及び軸孔３６ａを前述のプレスによって抜き加工するので、軸孔３６ａの軸線Ｌに対して貫通孔３８ａ〜３８ｄが正確な位置に成形される。また、このような製造方法により、整流子３１の大量生産が可能である。

ところで、ロータ３０を一方向に継続的に回転させるためには、コイル３４に流れる電流を反転させるタイミング、すなわち、転流タイミングが重要になる。ここで、電極セグメント３７ａ〜３７ｄ間に形成されている貫通孔３８ａ〜３８ｄの位置がコイル３４に流れる電流の反転部分に相当しているので、その反転部分において、ブラシ１５ａ，１５ｂは、貫通孔３８ａ〜３８ｄ上を摺動しながらスムーズに通過し、コイル３４に流れる電流の転流タイミングのズレが無く、タイミングよく電流が反転する。

また、整流子３１の外形形状を成形する際に、軸孔３６ａと貫通孔３８ａ〜３８ｄとが同時にプレスによって抜き加工されるので、ロータ３０の回転軸線に対する貫通孔３８ａ〜３８ｄの位置が正確になるようなモータ１の組立が可能となる。更には、整流子３１の角度精度が向上し、コイル３４に流れる電流の転流タイミングの精度が向上するので、モータ１の動作が更に安定する。

また、電極セグメント３７ａ〜３７ｄ間にフレーム３２の樹脂Ｒが充填されて、ブラシ１５ａ、１５ｂの摺動面Ｐが平滑化されているので、ブラシ１５ａ、１５ｂの引っ掛かりがなく、モータ１の動作音の低減が可能になる。更に、電極セグメント３７ａ〜３７ｄ間に段差がないことから、いわゆるチャタリングが防止されて電気摩耗が抑制される結果、モータ１の耐久性も向上する。また、チャタリングが起きにくいことから、電気的ノイズも低減される。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、モータ１は、振動モータとしているが、振動モータに限らない。ブラシ付きであって扁平なロータ３０を用いているモータならばよい。樹脂Ｒは、電極セグメント３７ａ〜３７ｄの表面と同一平面まで貫通孔３８ａ〜３８ｄ内に充填されていると説明したが、例えば、貫通孔３８ａ〜３８ｄ内の樹脂Ｒが電極セグメント３７ａ〜３７ｄの表面よりも少し盛り上がっていても良い。この場合、ロータ３０の停止時に、樹脂Ｒ上でブラシ１５ａ，１５ｂが停止することが抑制されるので、起動時においてコイル３４に電流が確実に流れ、モータ１の起動時の動作が安定する。また、整流子３１は、４つの電極セグメント３７ａ〜３７ｄを有しているが、電極セグメントの数は、４つに限らず、マグネットの磁極の数に応じて代えても良いことはいうまでもない。

本発明に係るモータの一実施形態を示す分解斜視図である。 図１に示されたモータの縦断面図である。 図１に示されたモータの一部をなすロータの底面図である。 図３に示されたロータが有する整流子の斜視図である。 図３に示されたロータのＶ-Ｖ線に沿った断面図である。 従来のロータの断面図である。

符号の説明

１…振動モータ、１２…ロータの回転軸、１５ａ，１５ｂ…ブラシ、３０…ロータ、３１…整流子、３２…フレーム、３４…コイル、３６…整流子板、３６ａ…軸孔、３７ａ〜３７ｄ…電極セグメント、３８ａ〜３８ｄ…貫通孔、Ｃ…ケース、Ｒ…フレームの樹脂、Ｌ…軸孔の軸線（ロータの回転軸線）。

Claims (3)

1. 樹脂によって形成されたフレームにコイルが埋設された扁平形状のロータがケース内に収容されており、前記ロータに設けられる整流子に摺動接触するブラシを介して、前記整流子と電気的に接続された前記コイルに電流を流すことによって前記ロータを回転させるモータにおいて、
   前記整流子は、
   絶縁性を有する整流子板と、
   前記整流子板上に配置されると共に前記ブラシと摺動接触する複数の電極セグメントとを有し、
   前記整流子には、前記電極セグメントと前記整流子板とに渡って前記ロータの回転軸線方向に延びる貫通孔が前記電極セグメント間に形成されており、前記貫通孔に前記フレームの前記樹脂が充填されていることを特徴とするモータ。
2. 前記整流子板は、前記ロータの回転軸が挿入される軸孔を有しており、
   前記電極セグメントが配置された前記整流子板の外形と前記貫通孔と前記軸孔とは、プレスによって同時に抜き加工されることを特徴とする請求項１記載のモータ。
3. 前記貫通孔に充填された前記樹脂の前記ブラシ側の表面は、前記電極セグメントの表面と同一平面上に位置することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のモータ。

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