JP2012050219A

JP2012050219A - 扁平型コアレスモータ及び扁平型コアレス振動モータ

Info

Publication number: JP2012050219A
Application number: JP2010189145A
Authority: JP
Inventors: Kei Onodera; 啓小野寺
Original assignee: Shicoh Engineering Co Ltd
Current assignee: Shicoh Engineering Co Ltd
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2012-03-08
Also published as: CN102386741A; CN102386741B

Abstract

【課題】マグネットの磁極が死点で停止するのを防止すると共にマグネットの吸引作用による機械的損失を低減できる扁平型コアレスモータ及び扁平型コアレス振動モータを提供する。
【解決手段】扁平型コアレス振動モータ１において、ロータ３にはＮ極及びＳ極の磁極１５ａが交互に配置してあり、ステータ７にはコイル２３とヨーク１９と磁気検知部材２７とが設けてあり、ヨーク１９は放射状の帯状リブ２５ａ〜２５ｃを有し、隣り合う帯状リブ２５ａ、２５ｂ間及び２５ａ、２５ｃ間には空間Ｋが形成してあり、磁気検知部材２７は隣り合う帯状リブ２５ａ、２５ｂ間又は２５ａ、２５ｃ間の中間Ｑからずれた位置に設けてあり、帯状リブの幅Ｗ１は磁極の幅Ｗ３よりも狭く、３つの帯状リブ２５ａ〜２５ｃのうち隣り合う一方の帯状リブ２５ａ、２５ｂ間の間隔は（３６０度／ｎ）＋ａ度、他方の帯状リブ２５ａ、２５ｃ間の間隔は（３６０度／ｎ）−ａ度としてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁極を周方向に交互に配置したロータと、コイルを磁極に対面配置したステータとを有する扁平型コアレスモータ及び扁平型コアレス振動モータに関する。

特許文献１には、マグネットをロータに設けてマグネットの磁極を周方向に交互に配置し、マグネットに対面配置したコイルをステータに設けた扁平型振動モータが開示されている。
この種のモータでは、磁気検知部材をコイルから離れた位置で且つコイルに対するマグネットの磁極の位置と対応させた位置に設け、磁気検知部材がロータマグネットの磁気を検知した場合に整流を行いコイルに通電して駆動する構成になっている。そして、磁気検知部材が磁極間の磁極の境目に位置した場合には、磁気検知ができない為、死点となる。

これに対して、特許文献１の技術では、マグネットの磁極が死点で停止するのを防止する為、いわゆるディテントトルクの作用により、ロータが停止するときにマグネットの磁極が死点で停止しないように、ステータにヨークを設けている。
また、図６（ａ）に示すように、従来のヨーク６１は、周方向の全面に亘って設けてあると共に、磁極と同程度の面積部分を持ったディテントトルク発生部６２が周方向に間隔をあけて形成されている。このように、ディテントトルク発生部６２が磁極と同程度の面積部分を有している場合には、図６（ｂ）に示すように、ロータのマグネット１５は、磁極１５ａの境目Ｖがヨーク６１のディテントトルク発生部６２の周方向の中心と一致するように停止する。

特開２００４−１４７４６８号公報

しかし、ヨークが周方向全体に亘って設けてあると共にディテントトルク発生部６２が磁極と同程度の面積部分を有する為、マグネットとヨークとの間で生じる磁力による吸引作用により、ヨークとロータとの間に設けてあるワッシャやボス等に対する機械的損失が大きいという課題がある。

そこで、本発明は、マグネットの磁極が死点で停止するのを防止すると共にマグネットの吸引作用による機械的損失を低減できる扁平型コアレスモータ及び扁平型コアレス振動モータを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、Ｎ極及びＳ極の磁極を周方向に交互に配置したロータと、コイルをロータの磁極に対向配置したステータと、ステータに設けてあり且つコイルに対してロータと反対側に設けたヨークと、ステータに設けた磁気検知部材とを備え、ヨークは放射状に設けた少なくとも３つ以上の帯状リブを有し、隣り合う帯状リブ間には空間が形成してあり、磁気検知部材は隣り合う帯状リブ間の中間からずれた位置に設けてあり、帯状リブの幅は磁極の幅よりも狭く、３つの帯状リブのうち隣り合う一方の帯状リブ間の間隔は（３６０度／ｎ）＋ａ度、他方の間隔は（３６０度／ｎ）−ａ度としてあり、ｎは磁極数、ａは０＜ａ＜３６０／ｎの関係にあることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、ａは９０／ｎとしたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のロータが偏心してあることを特徴とする扁平型コアレス振動モータである。

請求項１に記載の発明によれば、ヨークは放射状に設けた複数の帯状リブを有し、隣り合う帯状リブ間には空間が形成してあり、帯状リブの幅は磁極の幅よりも狭い。そのため、マグネットとヨークとの間で生じる磁力による吸引作用が小さく、機械的損失を小さくできる。

また、帯状リブの幅は磁極の幅よりも狭いから、帯状リブが磁極の境目からずれた位置にあるときにはディテントトルクの作用により帯状リブは磁極の中心に引き付けられることになる。したがって、隣り合う３本の帯状リブ間の間隔の一方は（３６０度／ｎ）＋ａ度、他方は（３６０度／ｎ）−ａ度にすることにより、いずれの位置でロータが停止しようとした場合でも、ロータにはディテントトルクが作用して磁極の中心が帯状リブに引き付けられ、各帯状リブと磁極との間に作用する吸引力のバランスが取れる位置へロータが移動し、磁極の境目が隣り合う帯状リブの中間となる位置でロータが停止する。一方、磁気検知部材は隣り合う帯状リブの中間からずれた位置に設けてあるから、マグネットの磁極の境目（死点）が磁気検知部材の位置で停止するのを防止できる。

請求項２に記載の発明によれば、隣り合う３本の帯状リブの間隔の一方が、３６０／ｎ＋９０／ｎ度、他方が、３６０／ｎ−９０／ｎ度であるので、第２高調波を打ち消すことができる。
これにより、トルクバランスの崩れを防止し、モータの起動性をスムーズにすることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の作用効果を奏する扁平型コアレス振動モータを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る扁平型コアレス振動モータにおけるヨークとコイルと磁極との関係を示す平面図である。本発明の実施の形態に係る扁平型コアレス振動モータにおけるヨークの平面図である。本発明の実施の形態に係る扁平型コアレス振動モータの縦断面図である。本発明の作用を説明する図であり、磁極とディテントトルク及び磁束密度との関係を示すグラフである。本発明の作用を説明する図であり、磁極とヨークとの位置関係を示す図である。（ａ）は従来例にかかるヨークの平面図、（ｂ）は従来例にかかるヨークとマグネットとの関係を示す側面図である。

以下に、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態にかかる扁平型コアレス振動モータ１は、携帯電話等のモバイル端末に搭載される振動モータであり、図３に示すように、概して、ロータ３と、ロータ３の回転軸５と、ステータ７と、ケース９とを組み付けて構成されている。

ロータ３は、回転軸５に対して回転自在な軸受け１１と、軸受け１１に固定されたブラケット１３とを備えており、ブラケット１３のステータ７側面にマグネット１５が固定されている。軸受け１１は、円筒形状のオイルレスメタルであり、ブラケット１３は円板状である。

図１に示すように、マグネット１５はＮ極とＳ極とを周方向に交互に配置してあり、本実施の形態では、等間隔に合計６極の磁極（磁極数ｎ＝６）が配置されている。尚、図１では説明の為に、ヨーク１９の外周にマグネット１５の磁極１５ａを示しているが、マグネット１５は図２及び図３に示すように平面視においてヨーク１９の面に重なるような円環状を成している。各磁極１５ａはそれぞれ磁極幅が６０度の機械角で配置されている。

また、図３に示すように、ブラケット１３にはマグネット１５と反対側の面で且つ周方向の一部に分銅１７が取り付けてあり、ロータ３を偏心させている。
ステータ７には、ヨーク１９とヨーク１９のロータ３側面に設けた基板２１と、基板２１のロータ３側面に設けたコイル２３とが設けてある。

ヨーク１９は磁性体でできており、図１及び図２に示すように、概して、平面視円形を成している。ヨーク１９は、内環部２０と、外環部２２と、内環部２０から放射状に延出して内環部２０と外環部２２とを繋ぐ複数の帯状リブ２５ａ、２５ｂ、２５ｃとから構成されている。内環部２０、外環部２２、各帯状リブ２５ａ〜２５ｃで囲まれた部分は空間Ｋとなっている。ヨーク１９はロータ３の磁極１５ａに対向配置されている。

図２に示すように、内環部２０、外環部２２及び各帯状リブ２５ａ〜２５ｃは略同じ幅Ｗ１であり、磁極の幅Ｗ３よりも小さく、コイル２３の幅Ｗ２（図１参照）と略同じ幅としてある。

図１に示すように、互いに隣り合う３本の帯状リブ２５ａ〜２５ｃのうち、帯状リブ２５ｂと帯状リブ２５ａとの間隔である角度Ｎ１は、３６０度／ｎ＋ａ度、帯状リブ２５ａと帯状リブ２５ｃとの間隔である角度Ｎ２は、３６０度／ｎ−ａ度とした。ここで、ａは、０＜ａ＜３６０／ｎである。一方、磁極１５ａの開き角度は３６０度／ｎである。すなわち、互いに隣り合う３本の帯状リブ２５ａ〜２５ｃのうち、両端に位置する帯状リブ２５ｂと帯状リブ２５ｃとの間隔である、角度Ｎ１＋角度Ｎ２は、常に磁極２つ分の間隔であり、本実施の形態においてはｎ＝６であるから、（３６０度／６＋ａ）＋（３６０度／６−ａ）で、この角度は１２０度である。角度Ｎ１とＮ２は周方向に交互に配置している。後述するように、ロータ３はディテントトルクの作用により、常にマグネット１５の磁極の境目Ｖが帯状リブ２５ｂと帯状リブ２５ａとの中間Ｑ又は帯状リブ２５ｂと帯状リブ２５ｃとの中間Ｑとなるように、停止する。

更に、本実施の形態においては、後述する第２高調波を打ち消すために、ａ＝９０／ｎとした。本実施の形態において、ｎ＝６であるので、ａ＝１５であり、角度Ｎ１＝７５度、角度Ｎ２＝４５度である。
図１に示すように、コイル２３は開き角Ｍを６０度として環状に巻いてあり、周方向に１８０度離れた位置に２個設けてある。尚、このコイル２３は半径方向のコイル部分２３ａがマグネット１５に対して回転方向の推力を付与している。また、入力端子３９を介してロータ３を駆動するための電力が供給される。
コイル２３は、マグネット１５が停止位置にあるときに、半径方向のコイル部分２３ａが磁極１５ａの境目Ｖからずれた位置に設けてある。

図３に示すように、基板２１はリジッド基板であり、コイル２３に電流を供給する回路が形成されていると共に図１に示す磁気検知部材２７としてのホール素子が設けてある。図１に示すように、磁気検知部材２７は、ロータ３が停止したときに隣り合う磁極１５ａ、１５ａ間の境目Ｖに位置しないように、磁極の隣り合う帯状リブ２５ａ、２５ｂ間の中間Ｑ及び帯状リブ２５ａ、２５ｃ間の中間Ｑからずれた位置に設けてある。更に本実施の形態では、磁気検知部材２７は、帯状リブ２５ａと帯状リブ２５ｃとの中間ＱからＰだけずれた位置に配置した。Ｐは、３６０／４ｎ度、本実施の形態では１５度だけずれた位置に配置した。このような配置とすることで、駆動トルクとディテントトルクの合成トルクの変化を小さくすることができるため、スムーズな回転ができる。尚、磁気検知部材２７はコイル２３から離れた位置にある。

図３に示すように、ケース９において、回転軸５は上ケース部分２９と下ケース部分３１との間に固定されており、下ケース部分３１と軸受け１１との間には、ボス３３及びワッシャ３５とが設けてあり、上ケース部分２９と軸受け１１との間にもワッシャ３７が設けてある。

次に、本実施の形態の作用及び効果を説明する。扁平型コアレス振動モータ１において、入力端子３９からＤＣ電流が供給されると、基板２１の磁気検知部材２７で整流されてコイル２３に通電されることにより、マグネット１５とコイル２３との間で生じる電磁力により偏心したロータ３が回転し、振動を発生する。

ヨーク１９は放射状に設けた複数の帯状リブ２５ａ〜２５ｃを有し、隣り合う帯状リブ間には空間Ｋが形成してあり、帯状リブの幅Ｗ１は磁極の幅Ｗ３よりも狭い。したがって、ロータ３の回転時において、マグネット１５とヨーク１９との間で生じる磁力による吸引作用が小さく、機械的損失が小さい。そのため、起動電圧を小さくしたり、回転数を多くしたりすることができる。

図４に示すように、マグネット１５の磁極１５ａの周方向の中心Ａは最も磁束密度が大きく、磁極１５ａの境目Ｖで磁束密度が０である。そして、磁極１５ａの中心Ａから左側に帯状リブがある場合は、図の左側に磁極１５ａを動かすようなディテントトルクＢが磁極１５ａに作用する。また、磁極１５ａの中心Ａから右側に帯状リブがある場合は、図の右側に磁極１５ａを動かすようなディテントトルクＢが磁極１５ａに作用する。磁極１５ａの中心Ａ及び磁極１５ａの境目Ｖの位置ではディテントトルクＢは０である。

電流の供給が停止されると、ロータ３の回転が停止する。図５（ａ）に示すように、隣り合う磁極１５ａの境目Ｖが帯状リブ２５ａに対向した位置で停止しようとした場合には、本実施の形態では、隣り合う３本の帯状リブ間の一方の間隔Ｎ１は、（３６０度／ｎ）＋ａ度、他方の間隔Ｎ２は、（３６０度／ｎ）−ａ度（ｎ：磁極数、０＜ａ＜３６０／ｎ）となっている為、他の帯状リブ２５ｂ、２５ｃは、必ず磁極の境目Ｖからずれた位置にあり、磁極の中心Ａは帯状リブ２５ｂ、２５ｃに磁力により吸引されてマグネット１５が回転する。そして、図５（ｂ）に示すように、３つの磁極の中心Ａが各々近接する帯状リブ２５ａ、２５ｂ、２５ｃから受けるディテントトルクＦが釣り合う位置で停止する。この位置は、帯状リブ２５ａとＮ極の磁極の中心Ａとの距離と位置関係が、帯状リブ２５ｂ、２５ｃとＳ極の磁極の中心Ａとの距離と位置関係と等しく、且つ位置関係が逆であるような位置である。この位置は、それぞれの磁極１５ａの境目Ｖの位置が、隣り合う帯状リブ２５ａ、２５ｂ間及び２５ａ、２５ｃの中間Ｑ（図１参照）となる位置である。すなわち、マグネット１５は、磁極１５ａの境目Ｖが隣り合う帯状リブの中間Ｑで常に停止する。

本実施の形態では、隣り合う磁極１５ａの境目（死点）Ｖは隣り合う帯状リブ２５ａと２５ｂ、２５ａと２５ｃの中間Ｑに位置してロータ３が停止するから、隣り合う帯状リブの中間Ｑからずれた位置に磁気検知部材２７を配置することにより、磁気検知部材２７に磁極１５ａの境目（死点）Ｖが位置せず、ロータ３が停止位置にあるときに磁気検知部材２７は必ず磁極を検知することができ、コイル２３に通電することができる。そして、コイル２３に通電したときにマグネット１５はコイル２３の電磁力を受けて回転する。

すなわち、本実施の形態によれば、隣り合う帯状リブ２５ａ、２５ｂの中間Ｑ又は２５ａ、２５ｃの中間Ｑからずれた位置に磁気検知部材２７を設けることにより、磁極１５ａの境目（死点）Ｖが磁気検知部材２７に対向して位置するのを防止できる。したがって、磁気検知部材２７はロータ３が停止した後、次に回転するときに、必ず磁気を検知してコイル２３に流す電流を整流してモータを駆動することができる。

また、マグネット１５の回転には第２高調波を伴う場合がある。この第２高調波を打ち消さない場合、トルクバランスが崩れてモータの起動性に影響を及ぼす場合がある。第２高調波は磁極１極分で７２０度の位相角を持つ正弦波である。この第２高調波を打ち消すためには位相が１８０度だけずれた波を重ね合わせれば良い。本実施の形態において、磁極１５ａは６極あるので、機械的角度としては、（３６０度／ｎ）／（７２０度／１８０度）＝９０度／ｎ＝１５度だけずれた波を重ね合わせれば良いことになる。これは、帯状リブ２５ｂと帯状リブ２５ａとが成す角度Ｎ１＝６０度＋１５度＝７５度と帯状リブ２５ａと帯状リブ２５ｃとが成す角度Ｎ２＝６０度−１５度＝４５度とに対応する。すなわち、隣り合う３本の帯状リブの間隔の一方が、３６０度／ｎ＋９０度／ｎ、他方が、３６０度／ｎ−９０度／ｎとすることにより、コギングの第２高調波を打ち消すことができる。

本実施の形態によれば、ヨーク１９の面積を小さくできるので、ヨーク１９の材料の使用量を少なくでき、部品コストを低減できる。

本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、ヨーク１９の内環部２０や外環部２２はいずれかを削除したり、両方を削除して帯状ヨーク２５ａ〜２５ｃのみとしたりするものであっても良い。

本実施の形態では、磁極数が６磁極である場合に、隣り合う帯状リブ２５ａと２５ｂが成す角度Ｎ１は７５度とし、隣り合う帯状リブ２５ａと２５ｃが成す角度Ｎ２は４５度とした。しかし、これに限らず、第２高調波に対する効果を無視すれば、例えば、Ｎ１＝１０５度、Ｎ２＝１５度としたり、Ｎ１を６７．５度、Ｎ２を５２．５度としても良い。

上述した実施の形態では、ロータ３に分銅１７を取り付けた扁平型コアレス振動モータを例に説明したが、分銅１７を取り付けないで、ロータ３を回転軸５に固定して、回転軸から出力を取り出す扁平型コアレスモータとしても良い。

マグネット１５の磁極数は、６磁極を例に用いて説明したが、４極であってもよいし、８極や１０極であっても良く、極数は制限されない。また、コイル２３の数も３個や４個であっても良く、コイルの数は制限されない。
ロータ３は分銅１７を取り付けないで、ブラケット１３の形状等を変えることにより偏心させるものであってもよい。

１扁平型コアレス振動モータ
３ロータ
５回転軸
７ステータ
１５マグネット
１５ａ磁極
１７分銅
１９ヨーク
２３コイル
２５ａ〜２５ｃ帯状リブ
２７磁気検知部材
Ｋ空間

Claims

Ｎ極及びＳ極の磁極を周方向に交互に配置したロータと、コイルをロータの磁極に対向配置したステータと、ステータに設けてあり且つコイルに対してロータと反対側に設けたヨークと、ステータに設けた磁気検知部材とを備え、ヨークは放射状に設けた少なくとも３つ以上の帯状リブを有し、隣り合う帯状リブ間には空間が形成してあり、磁気検知部材は隣り合う帯状リブ間の中間からずれた位置に設けてあり、帯状リブの幅は磁極の幅よりも狭く、３つの帯状リブのうち隣り合う一方の帯状リブ間の間隔は（３６０度／ｎ）＋ａ度、他方の間隔は（３６０度／ｎ）−ａ度としてあり、ｎは磁極数、ａは０＜ａ＜３６０／ｎの関係にあることを特徴とする扁平型コアレスモータ。
ａは、９０／ｎとしたことを特徴とする請求項１記載の扁平型コアレスモータ。
請求項１又は２に記載のロータが偏心してあることを特徴とする扁平型コアレス振動モータ。