JP2008271719A - ブラシレス構造の円筒型振動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータを偏心回転させずに高効率回転が得られるようにするなかで、偏心ウエイトを用いることなく実用的な振動を生成させることができるようにして、ワンセグ対応のモバイルツールなどに特に好適に搭載することができるブラシレス構造の円筒型振動モータの提供。
【解決手段】モータに回転力を発生させるための固定された駆動コイル２２と、その回転時に略均一なエアギャップＧの確保を自在に回転軸１８に軸支されるマグネットロータ１２とを備え、駆動コイル２２は、その外周側にステータヨーク２５を備え、マグネットロータ１２には、回転時に振動を発生させるアンバランスな質量を付与すべくモータのトルク発生に関与しない側に付設された磁性材または非磁性材からなる質量調整部１５を備え、該質量調整部１５による回転時の振動生成を自在とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動コイル側をステータとし、マグネット側をロータとして形成した、ブラシレス構造のもとで該ロータ自体を偏心回転させることなく振動を発生させることができるようにしたブラシレス構造の円筒型振動モータに関する技術である。

小型のブラシレスモータには、フラット型のもののほか、例えば図３に示すようなインナーロータ型のものと、図４に示すようなアウターロータ型のものとがある（いずれも、下記非特許文献１の第１５頁参照。）。
谷腰欣司著「ブラシレスモータの実用技術」（電波新聞社発行）

一方、近時、その進歩が著しい携帯電話を含む小型のモバイルツールには、着信などのメッセージを振動により持ち運ぶ者に報知するマナーモードとして機能させることができる振動モータが搭載されている。

このような用途に供される振動モータのなかには、円筒型を呈するブラシレス振動モータがあり、例えば下記特許文献１に開示されているような、マグネットロータを偏心させて軸支することで振動を発生させるようにした構造を備えているものが既に提案されている。
特開平２−５５５６３号公報

しかし、マグネットロータ自体を偏心回転させる場合には、ステータ側に配置される駆動コイルとの間に生成されるエアギャップが変動する結果、マグネットロータの回転効率が通常のモータに比べ１０分の１以下（例えば２〜３％程度）となって、電力を消費する割には必要なトルクが得られない結果となり、小型の各種モバイルツールに要請される省電力化の実現という時代の要請に逆行してしまう問題があった。

また、マグネットロータを偏心回転させる振動モータは、トルクムラも異常に大きくなって回転がアンバランスとなる結果、該アンバランスが逆に振動を打ち消して十分な振動を発生させることができなくなり実用的ではないという重大な難点もあった。

一方、小型モータのなかには、図５に示すようなコアレスモータもある。（下記非特許文献２の第６５頁参照。）。
谷腰欣司著「トコトンやさしいモータの本」（日刊工業新聞社発行）

同図によれば、コアレスモータ１は、コミュテータ４を一方の軸端側に備える回転軸３に軸固定されたカップ状を呈する駆動コイルロータ２と、該駆動コイルロータ２内の軸周りに配置されるマグネットステータ５と、マグネットステータ５を収容した駆動コイルロータ２を覆う鉄製のモータケース６と、コミュテータ４側との摺接を自在に配置されるブラシ７と、回転軸３を回転自在に軸支する一対の軸受８，９とを少なくとも備えて形成されている。

この場合、図５に示すコアレスモータ１は、その回転時にコミュテータ４とブラシ７とが高速で摺接する結果、摩耗が激しくなって金属粉やカーボン粉末が飛び散ってモータ寿命を縮める難点があった。また、該コアレスモータ１の場合には、上記したような機械的接触に伴う摩耗がさらに進むと、整流時の接点間に異常なスパークが飛び、電蝕を起こしたりスパークノイズを発生させたりするという問題もあった。

このため、２００６年４月１日に本放送が開始された地上デジタル放送による携帯電話を含むモバイルツール向け放送サービス（以下、「ワンセグ」という。）を受けるモバイルツールに、仮に図５に示すコアレスモータ１を搭載した場合には、雑音やテレビ画像の乱れを引き起こして技術の進歩に逆行することになる難点もあった。

また、ブラシレス構造で、かつ、マグネットロータ自体を偏心回転させることのない振動モータとしては、例えば下記特許文献２に示されているようにマグネットロータと同軸に軸支された偏心ウエイトを別途に具備させることで、マグネットロータを高速回転させた際に偏心ウエイトにより実用的な振動を発生させることができるようにした摺接接点を有しないブラシレス振動モータも提案され、かつ、実用に供されている。
特開平９−１８１６３８号公報（同文献の図６参照）

しかし、特許文献２に開示されている振動モータは、タングステンなどからなる偏心ウエイトが別途に必要となってそのためのスペースも余分に確保しなければならなくなるほか、部材点数が増えることでそれだけ重くなり、さらなる軽量・小型化が求められているワンセグ対応のモバイルツールの要請に応えることができなくなる不都合があった。

また、偏心ウエイトに用いられるタングステンは、日本ではほとんど採掘されない金属であり、材料の安定供給や省資源化対策の観点から問題があった。

また、偏心ウエイトを備える振動モータは、それだけ構成部品数も増えて製品コストを押し上げるほか、組立ても煩雑になって故障も発生しやすくなるという構造的な不具合もあった。

本発明は、ロータを偏心回転させずに高効率回転が得られるようにするなかで、偏心ウエイトを用いることなく実用的な振動を生成させることができるようにして、ワンセグ対応のモバイルツールなどに特に好適に搭載することができるブラシレス構造の円筒型振動モータを提供することに目的がある。

本発明は、上記目的を達成すべくなされたものであり、モータに回転力を発生させるための固定された駆動コイルと、その回転時に略均一なエアギャップの確保を自在に設定することのできるマグネットロータとを備え、前記駆動コイルは、その外周側にステータヨークを備え、前記マグネットロータには、回転時に振動を発生させるアンバランスな質量を付与すべく付設された磁性材または非磁性材からなる質量調整部を備え、該質量調整部による回転時の振動生成を自在としたことを最も主要な特徴とする。なお、本明細書中で使用する「質量調整部」の語は、「動バランスを故意にくずして回転時に大きな振動を発生させる部分」を意味するものとする。

この場合、前記マグネットロータは、コア部を有する円筒状マグネット部と、前記コア部内に前記回転軸を固定して形成される質量調整部とで構成して前記駆動コイルの内側に配置することができる。

また、前記マグネットロータは、前記駆動コイルの外側に配置される円筒状マグネット部と、該円筒状マグネット部をその外周面側にて一体的に支持するカップ状ケースとで構成し、該カップ状ケースに前記回転軸を固定し、かつ、前記質量調整部を具備させて形成することもできる。

本発明によれば、マグネットロータと駆動コイルとの間に形成されるエアギャップは、その回転方向での全周にわたりモータとしてロスの少ない均等なものとすることができる。このため、マグネットロータは、それ自体を偏心回転させることなく高効率回転させるなかで、偏心ウエイトに代え、動バランスを故意にくずして回転時に大きな振動を発生させる部分として具備させた質量調整部を介して実用的な振動を発生させることができる。

また、本発明によれば、余計なスペースを占める偏心ウエイトを必要としない軽量・小型化されたブラシレスモータとして形成することができるので、雑音や画像の乱れを引き起こさないワンセグ対応のモバイルツールなどに特に好適に搭載することができる。

図１は、本発明の一例を示す説明図であり、そのうちの（ａ）は縦断面図を、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線矢視方向での断面図を、（ｃ）は要部斜視図をそれぞれ示す。また、図２は、本発明の他例を示す説明図であり、そのうちの（ａ）は縦断面図を、（ｂ）は駆動コイルとステータヨークとを省略した（ａ）におけるＢ−Ｂ線矢視方向での断面図をそれぞれ示す。

これらの図によれば、ブラシレス構造の円筒型振動モータ１１は、モータに回転力を発生させるための固定された駆動コイル２２と、その回転時に略均一なエアギャップＧの確保を自在に回転軸１８に軸支されるマグネットロータ１２とを備え、駆動コイル２２は、その外周側にステータヨーク２５を備え、マグネットロータ１２には、回転時に振動を発生させてアンバランスな質量を付与すべくモータのトルク発生に関与しない側に付設された磁性材または非磁性材からなる質量調整部１５を備え、該質量調整部１５による回転時の振動生成を自在に形成されている。

この場合、図１によれば、ブラシレス構造の円筒型振動モータ１１は、インナーロータ型のマグネットロータ１２と、該マグネットロータ１２の外周面１２ａとの間にエアギャップＧを介在させてその周囲に配置される駆動コイル２２と、該駆動コイル２２の外周面２３に隣接配置される円筒状のステータヨーク２５とで少なくとも構成されている。

このうち、マグネットロータ１２は、例えばネオジウムを含む希土類系マグネット（例えば、「ダイドー電子」製の製品名：「ＮＥＯＱＵＥＮＣＨ−ＤＲ」の熱間異方性ラジアルリングマグネット）など、適宜のマグネット材を用いて形成される円筒状マグネット部１３と、該円筒状マグネット部１３のコア部１４内にアンバランスな質量のもとでアルミニウムなどの適宜の非磁性材または磁性材を充填するなどして位置固定させてなる質量調整部１５とで形成されている。

該質量調整部１５は、図１（ｂ）に示すように円筒状マグネット部１３のコア部１４内をその直径方向に略二分した一方の側に位置するモータのトルク発生に関与しない部分に例えばアルミニウム材や銅材などの非磁性材を充填してなる重比重部１６と、他方の側に位置するモータのトルク発生に関与しない部分に非磁性合成樹脂材などを充填してなる軽比重部１７とで形成することにより、アンバランスな質量の生成が自在となっている。なお、質量調整部１５は、図示は省略してあるが、円筒状マグネット部１３のコア部１４内をその直径方向に略二分した一方の側に位置するモータの回転に関与しない部分に例えばアルミニウム材や銅材などの非磁性材を充填してなる重比重部１６と、他方の側に位置するモータの回転に関与しない部分を非充填の空間域とする軽比重部として形成することもできる。

また、マグネットロータ１２は、質量調整部１５における重比重部１６をその軸方向での中心位置から軽比重部１７側に膨出させてなる膨出部１６ａに軸固定させた回転軸１８により、図示しないモータハウジング側に軸受を介して回転自在に軸支されている。

この場合、マグネットロータ１２の磁極位置の検出については、例えばＵ、Ｖ、Ｗの３端子の電圧波形を利用してロータ位置を予測し、適切なスイッチング信号を発生させるようにした公知のセンサレス駆動用専用ＩＣ（例えばオムロン社製の「形２ＳＴＢ１６７ＰＭ」やフィリップス社製の「ＴＤＡ５１４４ＡＴ」など）を用いて行うセンサレス方式を好適に採用することができる。

一方、中空カップ形状を呈する駆動コイル２２は、その駆動コイル内周面２４とマグネットロータ１２の外周面１２ａとの間で微小幅で略均一なエアギャップＧを全周にわたり形成できる内径が付与されて形成されている。

また、駆動コイル２２の外周面２３に配置されるステータヨーク２５は、鉄材を含む磁性材を用いて形成されている。この場合、ステータヨーク２５は、リング片を積層させた積層ヨークとして形成するのが望ましいほか、モータハウジングをも兼ねたものとして形成することもできる。

一方、図２によれば、ブラシレス円筒型振動モータ１１は、アウターロータ型のマグネットロータ１２と、該マグネットロータ１２の内周面１２ｂとの間にエアギャップＧを介在させてその内側に配置される駆動コイル２２と、該駆動コイル２２の外周面２３を覆うステータヨーク２５とで少なくとも構成されている。

この場合、マグネットロータ１２は、駆動コイル２２の外側に配置される円筒状マグネット部１３と、該円筒状マグネット部１３をその外周面１３ａ側にて一体的に支持するカップ状ケース１９とで構成されている。

また、マグネットロータ１２は、円筒状マグネット部１３の回転中心位置にカップ状ケース１９を介して回転軸１８が固定されており、該回転軸１８は、駆動コイル２２とステータヨーク２５とを位置固定しているステータフレーム２７に設けられている軸支孔２８に軸受２９を介して回転自在に軸支されている。なお、図中の符号３０は、回転軸１８の抜脱を阻止する緊締ワッシャを示す。

しかも、この例における質量調整部１５は、カップ状ケース１９におけるカップ状ケース外周部１９ａを例えば二分するなどしてその一方の側の肉厚ａを図２（ｂ）からも明らかなように他方の側の肉厚ｂ（ａ＋α）よりも薄くするなどして、カップ状ケース１９自体に厚肉部と薄肉部とを設けてアンバランスな質量を付与するバランスウエイトとして形成することができる。

次に、上記構成からなる本発明の作用・効果を図１に示す例に基づいて説明すれば、マグネットロータ１２は、その軸方向での中心に位置させた回転軸１８を介して図示しないモータハウジング側に回転自在に軸支されているので、回転時における磁極位置を適切なスイッチング信号を発生させるセンサレス駆動用専用ＩＣを介して検出しながら円滑に高効率回転させることができる。

しかも、マグネットロータ１２は、円筒状マグネット部１３のコア部１４内にアンバランスな質量の質量調整部１５を備えているので、ブラシレス構造の円筒型振動モータ１１を高速回転させた際に実用に耐える振動を生成させることができる。

しかも、ブラシレス構造の円筒型振動モータ１１は、モータ寿命を縮める大きな要因である図５に示すコミュテータ４やブラシ７がないので、耐久性に富むばかりでなく、電蝕を起こしたりスパークノイズを発生させたりすることのない優れた性能を発揮させることもできる。このため、ワンセグ対応のモバイルツールやＡＶ機器に対するノイズ対策としても有効に寄与させることができる。

また、ブラシレス構造の円筒型振動モータ１１は、偏心ウエイトを別途に具備させることなく実用的な振動を発生させることができるので、偏心ウエイトを不要にした分、その全体を軽量・小型化することができる。したがって、ブラシレス構造の円筒型振動モータ１１は、構成部品数を少なくすることで製品コストの上昇を抑え、組立ての簡素化や故障発生の要因を少なくしてワンセグ対応のモバイルツールを含む各種の小型モバイルツールに好適に組み込むことができることになる。

さらに、ブラシレス構造の円筒型振動モータ１１は、特許文献１に開示されているようなトルクの弱い偏心マグネットロータとは異なり、マグネットロータ１２自体を偏心回転させることなく振動を発生させることにより、マグネットロータ１２と駆動コイル２２との間に形成されるエアギャップＧを極めて狭く構成することができるので、出力効率のよいモータとすることができる。

つまり、ブラシレス構造の円筒型振動モータ１１は、マグネットロータ１２の回転効率を高めて高効率回転させることができるので、とりわけ小型のモバイルツールに強く要請されている省電力化を実現する上での一助として有効に寄与させることができることになる。

なお、質量調整部１５が重比重部１６と軽比重部１７とで充填形成されている場合には、モータ内部に微小ゴミが貯留される領域を少なくして故障発生の原因を少なくすることができる。

また、質量調整部１５が充填された重比重部１６と空間域としての軽比重部とで形成されている場合には、該軽比重部を介して微小ゴミが貯留される可能性が高くはなるものの、全体重量をさらに軽量化することができる。

なお、図２に示す他例は、図１の例と同様の作用・効果を奏するほか、カップ状ケース１９自体にアンバランスな質量を付与して質量調整部１５を形成することができるので、その構造をより簡素化することができる。

以上は、本発明を図示例に基づいて説明したものであり、その具体的な内容は、本発明の要旨を逸脱しない限り、種々の変形を加えることができる。例えば、図１に示す駆動コイル２２については、コアレスコイルであれば、例えば特開２００１−１３６６９６号公報、特開平６−１０５４９３号公報および特開昭６３−２６８４５７号３公報などに開示されているコアレスコイルを適宜用いることができる。また、図１において質量調整部１５を構成している重比重部１６と軽比重部１７とのそれぞれがコア部１４内に占める割合は、得られる振動との関係で適宜配分することができる。さらに、図１の円筒状マグネット部１３や図２の円筒状マグネット部１３は、円筒磁石をＣ形にカットしたものでも実現することができるのはいうまでもない。

本発明の一例を示す説明図であり、そのうちの（ａ）は縦断面図を、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線矢視方向での断面図を、（ｃ）は要部斜視図をそれぞれ示す。 本発明の他例を示す説明図であり、そのうちの（ａ）は縦断面図を、（ｂ）は駆動コイルとステータヨークとを省略した（ａ）におけるＢ−Ｂ線矢視方向での断面図をそれぞれ示す。 従来からあるインナーロータ型のブラシレスモータの一例を示す説明図。 従来からあるアウターロータ型のブラシレスモータの一例を示す説明図。 コミュテータとブラシとを備えて駆動コイルロータを回転させるようにした従来からあるコアレスモータの概要を示す分解斜視図。

符号の説明

１１ ブラシレス構造の円筒型振動モータ
１２ マグネットロータ
１２ａ 外周面
１３ 円筒状マグネット部
１３ａ 外周面
１４ コア部
１５ 重量充填部
１６ 重比重部
１６ａ 膨出部
１７ 軽比重部
１８ 回転軸
１９ カップ状ケース
１９ａ カップ状ケース外周部
２２ 駆動コイル
２３ 外周面
２４ 駆動コイル内周面
２５ ステータヨーク
２７ ステータフレーム
２８ 軸支孔
２９ 軸受
３０ 緊締ワッシャ
Ｇ エアギャップ

Claims (3)

1. モータに回転力を発生させるための固定された駆動コイルと、モータの回転時に略均一なエアギャップの確保を自在にできるように構成されたマグネットロータとを備え、
   前記駆動コイルは、その外周側にステータヨークを備え、
   前記マグネットロータには、回転時に振動を発生させるアンバランスな質量を付与すべく付設された磁性材または非磁性材からなる質量調整部を備え、
   該質量調整部による回転時の振動生成を自在としたことを特徴とするブラシレス構造の円筒型振動モータ。
2. 前記マグネットロータは、コア部を有する円筒状マグネット部と、前記コア部内に前記回転軸を固定して形成される前記質量調整部とで構成して前記駆動コイルの内側に配置した請求項１に記載のブラシレス構造の円筒型振動モータ。
3. 前記マグネットロータは、前記駆動コイルの外側に配置される円筒状マグネット部と、該円筒状マグネット部をその外周面側にて一体的に支持するカップ状ケースとで構成し、該カップ状ケースに前記回転軸を固定し、かつ、前記質量調整部を具備させた請求項１に記載のブラシレス構造の円筒型振動モータ。

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