JP2006341247A - 振動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より小さくより軽い振動装置を提供する。
【解決手段】振動装置は、それぞれが１以上の磁性部材を有する固定子と回転子を持つ。回転子と固定子とのうちの少なくとも一方の磁性部材は電磁石を有し、その電磁石は電流を供給されることにより、回転子と固定子とのうちの他方の磁性部材と相互作用して回転子の固定子に対する回転を引き起こすことができ、回転子の１以上の磁性部材は、磁性部材を全体として考えたときの重心が回転子の回転軸からずれている。回転子と固定子は、液体を収容する空洞内に配置されているか、あるいは液体を収容する空洞を共同して形態している。
【選択図】図３

Description

本発明は、振動装置に関する。

振動装置は、ポケベルや携帯電話などの用途（「無音」呼び出しなどのため）や、コンピュータゲームのハンドヘルドコントローラ（ゲームのプレイヤーに触覚によるフィードバックを与えるため）に用いられている。

これまでに提案された振動装置の１つのタイプは、重心が回転軸から変位した偏心質量やカムなどを駆動する従来の回転モータを有するものである。モータがそのような片寄った質量を回転駆動すると、モータが取り付けられているケーシングや他の部材に振動が伝達される。

これまでに提案された別の振動装置は、可動質量を備えたソレノイドを有し、その可動質量（例えば、ソレノイド内の金属コアに接続されている）は、ソレノイドの磁界の影響下にある。ソレノイドには適切な交流供給電流が提供され、その結果、可動質量が往復して振動が生成される。

より小さくより軽い振動装置に対する必要は常に存在しており、携帯電話の用途に関しては特にそうである。

本発明は、それぞれが１以上の磁性部材を有する固定子と回転子を持つモータを有する振動装置であって、
前記回転子および前記固定子の少なくとも一方のものの磁性部材は電磁石を有し、前記電磁石は電流を供給されることにより前記回転子および前記固定子の他方のものの磁性部材と相互作用して回転子の固定子に対する回転を引き起こすことができ、
前記回転子の前記１以上の磁性部材は、該磁性部材を全体として考えたときの重心が回転子の回転軸からずれており、
前記回転子および前記固定子は、液体を収容する空洞内に配置されているか、あるいは液体を収容する空洞を共同して形成している、
ことを特徴とする振動装置を提供する。

本発明の実施態様は、振動を引き起こすように片寄ったあるいは偏心した質量としてモータ自体の磁性部材（永久磁石、電気的に励磁された磁石、あるいはその組合せ）を使用することにより、より小さくより軽い振動装置に対する必要に取り組むことができる。その結果、付加的な質量は必要とされない。

本発明は、固定子の内側で回転するように回転子が配置された装置や、あるいは少なくとも部分的には固定子の外側で回転するように回転子が配置された装置に適用される。

振動装置が、回転方向に互いに変位した２以上の電磁石と、それぞれの駆動電流を前記電磁石に供給することにより、前記電磁石の回転方向の変位ならびにそれぞれの駆動電流の相対的なタイミングが前記固定子に対する前記回転子の回転を促進するように構成された駆動回路と、を有することを特徴とする装置であるのは好ましい。この構成の場合、駆動回路はモータにステップ的な動作あるいはギクシャクした動作をさせることができ、振動効果が大きくなる。

回転子および固定子は、オイルのような液体を収容する空洞内に配置されているか、あるいはそのような液体を収容する空洞を共同して形成している。これには様々な潜在的な利点がある。例えば、液体は振動運動が回転子からケーシングに伝達するのを助け、潤滑を提供し、および／または駆動電流が除かれた場合に、モータをより迅速に停止させることができる。

本発明の実施形態は添付図面を参照して説明されるが、それは例示のためだけである。
固定子の内側に配置された回転子を有する電気モータを示す略図である。 固定子の周囲に配置された回転子を有する電気モータを示す略図である。 非対称の回転子を有する電気モータを示す略図（その１）である。 非対称の回転子を有する電気モータを示す略図（その２）である。 ブラシレスモータの動作を示す略図（その１）である。 ブラシレスモータの動作を示す略図（その２）である。 ブラシレスモータの動作を示す略図（その３）である。 ブラシレスモータの動作を示す略図（その４）である。 ブラシレスモータへの電気的な接続を示す略図である。 ブラシレスモータの回転子を示す略図（その１）である。 ブラシレスモータの回転子を示す略図（その２）である。 ブラシレスモータの回転子を示す略図（その３）である。 ゲームコントローラを示す略図である。 ポケベルを示す略図である。 携帯電話を示す略図である。

ここで図面を参照すると、図１は、固定子２０，３０の内側に配置された回転子１０を有する電気モータを概略的に示したものである。

この例における回転子は、軸の周りに回転するように構成された３つの電気巻き線で形成されており、図１に示されているのは、勿論、軸に直交する平面における断面図である。

固定子は磁性部材２０，３０で形成されており、それらはコイル巻き線（回転子）１０が生成する磁界と相互作用する磁界を生成する。モータはハウジング５０に収容されている。

このタイプの単純な電気モータの動作は良く知られており、他の箇所で十分に説明されているが、簡単に要約すれば、例えば整流子およびそれに組み合わされるブラシを介して、コイル巻き線１０に電流が選択的に供給され、その結果、モータの回転に伴い各巻き線に対する供給電流の極性が変化する。コイル巻き線１０により生成される磁界は固定子２０、３０により生じる磁界と相互作用し、軸４０の周りの回転運動を生じさせる。

固定子は、永久磁石、電磁石、あるいはそれらの組合せで形成することができる。

図２は、別の単純な電気モータとして、固定子７０の周囲に配置された回転子を有するものを概略的に示している。この場合、固定子７０は、ケーシング５０に対して固定している永久磁石あるいは電気的に励磁された磁石で形成することができる。同様に、回転子６０は、永久磁石あるいは適切な極性で励磁された電磁石で形成することができ、それにより軸４０の周りの回転運動を引き起こす。

非常に多くの異なる構成の電気モータが知られている。電気モータに永久磁石を用いることは可能であるが、磁石部材の少なくとも幾らか、すなわち回転子、固定子あるいはその両方は一部が、電磁石であることが必要である。

図１および図２を参照して説明したモータは、これまでに提案されてきた設計のものである。それらは、共通の特徴として、回転子の重心が軸４０に一致あるいは実質的に一致している。それは、そのようなモータが振動の少ない動作を提供するために望ましい特徴と考えられている。

それとは反対に、以下に本発明の実施形態にしたがって説明するモータの場合、その目的は振動の大きな運転を提供することである。実際のところ、多くの場合、これらのモータの唯一の用途あるいは目的は振動を生じさせることである。

図３は、図１のモータと同様の動作のモータを図示しているが、非対称的な回転子を備えたものである。特に、回転子は、１つの大きなセクション８０と２つの小さなセクション９０から形成されており、それらが共になって重心を軸４０から変位させており、例えば重心は概念的な位置１００に存在している。

図３においては、セクション８０，９０を形成する磁石の中心の角変位は１２０°のままなので、モータの動作は信頼できるものとしている。しかし、モータが回転すると、重心が変位しているために、全体としての構成の振動が引き起こされる。

同様に、図４は図２と同様のモータを概略的に示したものであるが、回転子が２つの軽いセグメント１２０と１つの重いセグメント１１０から形成されている点が異なっており、それによってやはり重心が変位されている（例えば、モータの現在の方位の場合、概念的な位置１３０に存在している）。やはり、モータが回転すると、変位した重心が回転し、全体としての構成の全面的な振動を引き起こす。

他の実施形態では、各回転子セクションの大きさは実質的に同じであるが、例えば少なくとも部分的に異なる材料で作られているために、それぞれのセクションの質量が異なっている。

図３および図４のモータにおいては（そして、実際のところ、以下に説明されるモータにおいても）、ケーシング５０はオイルなどの液体で全体があるいは一部が満たされている。ブラシなどの電気的な接続の働きを妨げないために、その液体が導電性でないことが好ましい。液体は、モータの潤滑や、通電をやめた場合のモータの制動や、回転子からケーシング５０の振動あるいは運動の伝達を助けることができる。

ケーシングは、少なくとも部分的には、それ自体幾つかの磁性部材で実現することができる。例えば、図３において、ケーシングの少なくとも一部は固定子部材２０，３０によって形成することができ、円周におけるそれら固定子部材間の隙間は非磁性の液密な材料によってふさぐことができる。

以上説明した実施形態はブラシを備えたモータである。更に他の例として、以下、ブラシレスモータを説明する。図５Ａないし図５Ｄの図は、そのようなブラシレスモータの動作を概略的に示した図である。これらもまた、モータ軸に直交する平面に沿った概略断面図である。明瞭さのため、上記の液体を収容するケーシングは図示されていないが、本発明の実施形態を提供するためには、ケーシングを備えることができるし、あるいはケーシングを（少なくとも部分的には）固定子の外部によって形成することもできる。

図５Ａに戻ると、固定子は６つの極あるいは「歯」を有する表面構造として示されている。これらはペア毎に配列されており、Ａ，Ｂ，Ｃと名づけられている。固定子の内側には軟鋼の回転子２１０が存在しており、軸２２０の周りを回転する。回転子は４つの極を有している。

上記の通り、固定子極の周りの巻き線は、ペアＡ，Ｂ，Ｃとして配列されている。各ペアは、直列に接続された２つのコイルを有している。そのような巻き線のセットは、「相」と呼ばれており、従って、図５Ａに示された例は３相モータである。相には、それぞれのスイッチを介して電流が供給され、それらスイッチも、相の名称に対応して、Ａ，Ｂ，Ｃと名づけられている。

図５Ａないし図５Ｄにおいては、明瞭さのために、回転子は対称構造を有するものとして示されている。本発明の実施形態によれば非対称的な構造が用いられ、そのような構造の例が、後に、図７Ａないし図７Ｃを参照して示されている。

図５Ａから始めると、Ａ相が励磁され、回転子の４つの歯のうち２つが固定子とＡ相に対して整列している。次いで、図５Ｂにおいて、Ｂ相に対するスイッチが閉じられ、Ｂ相に対応する歯の間での磁力によって反時計回りのトルクが回転子に作用する。図５Ｃを見ると、これは回転子を反時計回りの方向に回転させる。図５Ｄを参照すると、Ａ相に対する歯への電流供給が廃止され、回転子はＢ相に対する歯に整列する。この過程が繰り返され、Ｃ相が励磁されてＢ相は解除され、以下同様である。

図６は、図５Ａないし図５Ｄのモータに対する電気的接続を概略的に示したものである。各相に対するコイルのペアが、Ａ１，Ａ２などと名づけられており、電流は、駆動回路２３０から供給されるが、駆動回路２３０はしばしば単一の集積回路装置として実現される。

「正常」運転においては、駆動回路はそれぞれのコイルを適切な順番ならびに周波数で駆動することにより、実質的に一定の速度での運転を提供する。しかし、駆動回路がモータの異なる相の励磁に異なる時間間隔を適用する場合、粗運転モードすなわち「ギクシャク」運転モードを実現することができる。以下に説明する非対称的な回転子と組み合わせることにより、これは一層の振動効果を与えることができる。

図７Ａないし図７Ｃは、上記のタイプのブラシレスモータのためのモータを概略的に示したものである。回転子は軸２２０に対して断面図で示されており、例えば軟鋼で形成することができる。各回転子は重心が軸から変位しており、従って、回転子が回転するとある程度の振動をもたらすことが分かる。他の実施形態では、回転子の全体的な断面は均一であるが、回転子上の歯の少なくとも幾つかが軸方向に異なる長さで伸びでおり、それによって重心が片寄っている。

最後に、上記のタイプのモータの使用例を以下に示す。図８は、（ソニー（登録商標）のプレイステーション２（商標）ファミリーコンピュータエンターテインメントシステムなどの）ファミリーコンピュータエンターテインメントシステム３１０に付随するゲームコントローラ３００を概略的に示したものである。ゲームコントローラ上の様々なコントロールボタン３２０が制御信号を生成し、その制御信号が制御線３３０を介してゲームプロセッサ３１０へ伝達され、使用されている特定のゲームの動作を制御する。ゲーム動作の適切な時点で信号が制御線２４０を介してハンドヘルドコントローラ内の振動装置３５０へと送信される。それによって振動装置３５０が振動し、ユーザに一層の感動を与える。

図９は、メッセージ画面４１０と警報音装置４２０と振動装置４３０とを有するポケベル４００を概略的に示したものである。ポケベルが、いわゆる「サイレント」モードに設定されていると、警報音装置４２０はスイッチが切られ、メッセージが届いたことをユーザに知らせるために振動装置４３０だけが用いられる。同様に、図１０は表示画面５００とイヤホーン兼警報装置５１０とキーボード５２０とマイク５３０とを有する携帯電話を概略的に示したものである。「サイレント」モードで使用するために、上記のようなタイプの振動装置５４０が設けられており、その結果、ユーザは振動（そして多分フラッシュライト）だけで、呼び出しあるいはメッセージをいつ受信したかを知ることができる。

Claims (7)

1. それぞれが１以上の磁性部材を有する固定子と回転子を持つモータを有する振動装置であって、
   前記回転子と前記固定子とのうちの少なくとも一方の磁性部材は電磁石を有し、前記電磁石は電流を供給されることにより、前記回転子と前記固定子とのうちの他方の磁性部材と相互作用して該回転子の該固定子に対する回転を引き起こすことができ、
   前記回転子の１以上の前記磁性部材は、該磁性部材を全体として考えたときの重心が回転子の回転軸からずれており、
   前記回転子および前記固定子は、液体を収容する空洞内に配置されているか、あるいは液体を収容する空洞を共同して形成している、
   ことを特徴とする振動装置。
2. 請求項１記載の振動装置であって、
   前記回転子が前記固定子の内側で回転するように配置されている、
   ことを特徴とする振動装置。
3. 請求項１記載の振動装置であって、
   前記回転子が、少なくとも部分的にも前記固定子の外側において、回転するように配置されている、
   ことを特徴とする振動装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の振動装置であって、
   回転方向に互いに変位した２以上の電磁石と、
   それぞれの駆動電流を前記電磁石に供給することにより、前記電磁石の回転方向の変位ならびにそれぞれの駆動電流の相対的なタイミングが前記固定子に対する前記回転子の回転を促進するように構成された駆動回路と、
   を有することを特徴とする振動装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の振動装置であって、
   前記液体がオイルであることを特徴とする振動装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の振動装置を有する移動通信装置。
7. 請求項１から５のいずれか一項に記載の振動装置を有するゲームコントローラ。

Images