JP2022077291A

JP2022077291A - リニア振動モータ

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Publication number: JP2022077291A
Application number: JP2020188077A
Authority: JP
Inventors: 守正吉江; Morimasa Yoshie
Original assignee: Vtech International Co Ltd
Current assignee: Vtech International Co Ltd
Priority date: 2020-11-11
Filing date: 2020-11-11
Publication date: 2022-05-23
Anticipated expiration: 2040-11-11
Also published as: JP7371926B2

Abstract

【課題】部品の取り扱いおよび組み立てが容易で耐衝撃性が高く、しかも省電力で小型化が容易なリニア振動モータを提案する。【解決手段】環状に巻き回され並列に配置された少なくとも２つのコイル、該コイルを両側から挟み込む一対の固定子マグネット並びに、該コイルおよび固定子マグネットを固定保持する磁性体ヨークをそれぞれ有する固定子と、両端部が固定された支持軸にその軸心に沿って移動可能に保持された分銅並びに、該分銅に固定保持された可動子マグネットをそれぞれ有する可動子と、を備えたリニア振動モータであって、前記可動子マグネットと前記固定子マグネットとは、その相互間に隙間を隔てて対向配置されていて、該可動子マグネットと該固定子マグネットとの磁気吸引力により、該分銅を該可動子マグネットとともに該支持軸上の一定の位置に弾性支持する磁気スプリングを構成する。【選択図】図８

Description

本発明は、可動子を磁気駆動して直線的に振動させ、その振動を出力するリニア振動モータに関する。

上述の如きリニア振動モータは、例えば携帯型端末装置等のユーザに着信や操作入力等を振動で知らせるためにその携帯型端末装置等に搭載されており、かかるリニア振動モータとしては従来、例えば特許文献１～４により開示されたものが知られている。

特許文献１記載のリニア振動モータは、円盤状の固定体２と、固定体２内に収容された可動体（可動子）６と、固定体２と可動体６とに接続されて固定体２に対し可動体６を軸線方向に移動可能に支持するバネ部材（機械式スプリング）８と、可動体６を軸線方向に駆動する磁気駆動機構５とを備えるとともに、固定体２と可動体６との間に配置されたゲル状ダンパー部材９を備えることにより、バネ部材を可動体に接続した場合でも可動体の共振を効果的に抑制できるようにしている。

特許文献２記載のリニア振動モータ（リニアアクチュエータ）は、直方体状のハウジング２２０と、ハウジング２２０内に配置されてハウジング２２０の長手方向両端部に接続された軸３２０と、軸３２０に移動可能に係合された質量（可動子）３１０，３３０と、軸３２０の一部を取り巻いて質量３１０，３３０がハウジング２２０に接触するのを防止するスプリング（機械式スプリング）５１０と、軸３２０と質量３１０，３３０との少なくとも一部を囲繞して質量３１０，３３０が第１の位置から第２の位置に移動するようにその質量に駆動力を及ぼす電磁構体３００とを備え、その質量３１０，３３０の第１の位置から第２の位置への動きで触覚出力を発生させることにより、比較的小型の構成で質量を二方向に動かすことができるようにしている。

特許文献３記載のリニア振動モータ（リニアアクチュエータ）は、軸方向にＮ極およびＳ極が着磁される少なくとも一つの永久磁石３ａ，３ｂ，３ｃを有する棒状の可動子４と、可動子４を囲む第１のコイル１ａおよび第２のコイル１ｂが軸線方向に配列される筒状の固定子２とを備え、第１のコイル１ａに発生する推力と第２のコイル１ｂに発生する推力の位相がずれるように第１および第２のコイル１ａ，１ｂに位相を異ならせた交流を流し、かつ第１および第２のコイル１ａ，１ｂの軸線方向の中心を結んだコイル中心間ピッチと可動子４の磁極間ピッチとを一致させることにより、機械式スプリングを利用せずに可動子を往復動させるようにしている。

特許文献４記載のリニア振動モータは、収容空間を有する直方体状のハウジング１０と、各々その収容空間に収容されてハウジング１０に固定された第１の磁石１１および第２の磁石１３と、ハウジング１０内に浮遊されるとともにクランプウェイト１２０と第３の磁石１２１と駆動磁石１２２と第４の磁石１２３とを有し第３の磁石１２１の磁極が第１の磁石１１の隣接する磁極と対向する一方で第４の磁石１２３の磁極が第２の磁石１３の隣接する磁極と対向する振動器ユニット（可動子）１２とを、それら第１の磁石１１と振動器ユニット１２と第２の磁石１３とが振動器ユニット１２の振動方向に沿って１つずつ並ぶ配置で備え、さらに、磁的案内溝を持つ案内溝部品と、少なくとも部分的にその磁的案内溝に包まれて浮遊する磁的案内レールを持つ案内レール部品とを含み、振動器ユニット１２をハウジング１０内に浮遊させるとともにその振動方向に沿って動かす係合構体１５，１６と、その収容空間に収容され、駆動磁石１２２に対し隙間を開けられてその駆動磁石１２２を囲む駆動コイル１４とを備えることにより、機械式スプリングを使用せずに振動器ユニットを浮遊させるようにしている。

ＷＯ２０１５／１４１６４８Ａ１ＵＳ２０１６／１７２９５３Ａ１ＷＯ２０１０／１１９７８８Ａ１ＵＳ２０１６／２２６３５９Ａ１

しかしながら、特許文献１および特許文献２記載の振動モータは、何れも可動子を機械式スプリングによって位置決めしていることから、組み立ての際に機械式スプリングの変形等の不具合が発生しやすく、組み立ての難易度が非常に高いという課題があり、また製品完成後の耐衝撃性が低く、特性変化や故障等の原因となるという課題もあった。

一方、特許文献３および特許文献４記載の振動モータは、何れも可動子を位置決めする機械式スプリングは用いていないものの、代わりに可動子の移動方向に延在させて電磁回路を配置していることから、ハウジングを小型化するのが困難であるという課題があった。

それゆえ本発明は、可動子を磁気駆動して直線的に振動させ、その振動を出力する振動モータにおいて、上記課題を有利に解決し、部品の取り扱いおよび組み立てが容易で耐衝撃性が高く、しかも磁気回路を強化し易いため省電力で小型化が容易なリニア振動モータを提供することを目的とする。

本発明は、環状に巻き回され並列に配置された少なくとも２つのコイル、該コイルを両側から挟み込む一対の固定子マグネット並びに、該コイルおよび固定子マグネットを固定保持する磁性体ヨークをそれぞれ有する固定子と、
両端部が固定された支持軸にその軸心に沿って移動可能に保持された分銅並びに、該分銅に固定保持された可動子マグネットをそれぞれ有する可動子と、を備え、
該コイルに電圧を印加、通電して該コイルを貫通する向きの磁束を強めることによって該可動子を駆動するリニア振動モータであって、
前記可動子マグネットと前記固定子マグネットとは、その相互間に隙間を隔てて対向配置されていて、該可動子マグネットと該固定子マグネットとの磁気吸引力により、該分銅を該可動子マグネットとともに該支持軸上の一定の位置に弾性支持する磁気スプリングを構成することを特徴としている。

本発明のリニア振動モータにあっては、固定子を、環状に巻き回され並列に配置された少なくとも２つのコイル、該コイルを両側から挟み込む一対の固定子マグネット並びに、該コイル及び固定子マグネットを固定保持する磁性体ヨークを備えたもので構成し、可動子を、両端部が固定された支持軸にその軸心に沿って移動可能に保持された分銅並びに、該分銅に固定保持された可動子マグネットを備えたもので構成し、コイルに電圧を印加、通電して該コイルを貫通する向きの磁束を強めることによって可動子の分銅を可動子マグネットとともに支持軸の軸方向へ一方向または往復方向に駆動し、さらに、可動子マグネットと固定子マグネットとを、その相互間に隙間を隔てて対向配置し、該可動子マグネットと該固定子マグネットとの磁気吸引力によって磁気スプリングを構成することにより、駆動力が取り除かれた場合に、磁気スプリングの付勢力により可動子の分銅が、可動子マグネットとともに支持軸上の一定の位置（所期位置）に引き戻されて位置決めされる。

従って、本発明のリニア振動モータによれば、機械式スプリングを使用しないため部品の取り扱いおよび組み立てを容易に行い得るとともに耐衝撃性を高くすることができる。また、可動子マグネットと、磁性体ヨークとの間に可動子の駆動用コイルを配置し、固定子マグネットを磁性体ヨークに配置することにより磁気回路を強化し、エネルギー効率を高めて省電力化でき、しかも磁気スプリングの付勢力が可動子の移動方向に働くため、電磁回路を可動子の移動方向に延在させる必要がなく、可動子を駆動する磁気回路と磁気スプリングとを個別に設ける必要もないので、固定子を容易に小型化することができる。

なお、本発明のリニア振動モータにおいては、可動子マグネットを、固定子マグネットに対して吸引する向きの磁極を有するものと該固定子マグネットに対して反発する向きの磁極を有するものとを組み合わせて構成するのが好ましく、このようにすれば、磁気スプリングのばね定数を略一定に調整しやすく、共振周波数による分銅の駆動を安定させることができる。

また、本発明のリニア振動モータにおいては、可動子マグネットとして、固定子マグネットに対して吸引する向きの磁極を有するものと固定子マグネットに対して反発する向きの磁極を有するものとの相互間に、磁極をもたない無磁極区間を設けるのが好ましく、このようにすれば、分銅が移動した際の反発力の増加および減少のタイミングとその力の大きさを調整しやすく、磁気スプリングのばね定数を精度よく略一定にするのが容易となり、さらに、共振周波数による分銅の駆動を安定させることができる。

また、本発明のリニア振動モータにおいては、固定子マグネットおよび可動子マグネットをそれぞれ、支持軸の軸方向に沿って配置されて、支持軸の径方向に互いに対向するものとするのが好ましく、このようにすれば、可動子マグネットと固定子マグネットが吸引し合うこととなり、分銅の支持軸に対する回転を抑制することができる。

また、本発明のリニア振動モータにおいては、固定子マグネットおよび可動子マグネットを、支持軸の軸芯を挟んで対称にそれぞれ２組配置し、そのうち、可動子マグネットは、相互に吸引しあう向きで分銅に配置するのが好ましく、このようにすれば、可動子マグネットと固定子マグネットとの吸引力が、支持軸に対して対称となり打ち消し合うため、支持軸を支持する軸受けの摩擦力を低減することが可能であり、かつ、可動子の、支持軸に対する回転を精度よく抑制することができ、また、可動子マグネットが分銅を挟んで互いに吸引し合うため、可動子マグネットの、分銅への固定がより確実になり、衝撃等を受けた場合であっても、可動子マグネットが分銅から簡単に脱落するのを回避することができる。

また、本発明のリニア振動モータにおいては、可動子マグネットと固定子マグネットとの間、あるいは、可動子マグネットとコイルとの間に、磁性流体を配置するのが好ましく、このようにすれば、分銅が移動した際に、分銅の、支持軸に対する回転を確実に抑制し、かつ、振動モータの耐衝撃性を向上させるとともに、磁気スプリングの磁束を安定化させて、良好な共振応答性を得ることができる。

また、本発明のリニア振動モータにおいては、固定子は、矩形形状を有する底板と該底板の幅方向の両端部に片持ち状態でつながる側壁とからなり、コイルおよび固定子マグネットを、磁性体ヨークとともにその内側に収納するケースを有するものが好ましく、このようにすれば、部品の取り扱いおよび組み立てが容易となる。

また、本発明のリニア振動モータにおいては、可動子は、固定子の底板に対面する天板と該天板の長手方向の両端部に片持ち状態でつながり、ケースの側壁の端縁に位置せしめることによりケースと協働してその内側に密閉空間を区画形成する側壁とからなり、支持軸および可動マグネットをその内側に収納するカバーを有するものが好ましく、このようにすれば、部品の取り扱いおよび組み立てが容易となる。

さらに、本発明の振動モータにおいては、カバーまたは分銅に、分銅の駆動時における衝撃を緩和する緩衝部材を配置しておくのが好ましく、このようにすれば、分銅の駆動時の騒音を低減し、かつ、振動モータの耐衝撃性を向上させることが可能であり、また、最大振動量を略一定化して良品率を改善することができる。

本発明に従うリニア振動モータの一実施形態の外観を上側から見た斜視図である。図１に示したリニア振動モータにおいて、可動子と固定子とを切り離した状態を示した斜視図である。図２に示したリニア振動モータにおいて、可動子を反転した状態を示した斜視図である。図２に示したリニア振動モータにおいて、固定子の構成を上側から見た状態で示した分解斜視図である。図２に示したリニア振動モータにおいて、固定子の構成を下側から見た状態で示した分解斜視図である。図２に示したリニア振動モータにおいて、可動子の構成を上側から見た状態で示した分解斜視図である。図２に示したリニア振動モータにおいて、可動子の構成を下側から見た状態で示した分解斜視図である。（ａ）は上記実施形態のリニア振動モータにおいて、固定子と可動子の組み付け状況を示した斜視図であり、（ｂ）は固定子と可動子とを離間させて示した斜視図である。非通電時における磁束の向きと、可動子の駆動時における磁極の配置状況を示した図である。図９のＡ－Ａ断面を示した図である。可動子の移動距離と付勢力の関係を示したグラフである。可動子の移動距離と付勢力の関係を示したグラフである。本発明に従うリニア振動モータの他の一実施形態において、可動子マグネットの各磁極群を多極着磁により一体成形した例を示した図である。先の実施形態のリニア振動モータにおいて、可動子マグネットと固定子マグネットの間および可動子マグネットとコイルの間に磁性流体を設けた例を示した図である。

以下に、この発明のリニア振動モータの実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明に従うリニア振動モータの一実施形態の外観を上側から見た斜視図であり、図２は、図１に示したリニア振動モータにおいて、可動子と固定子とを切り離した状態を示した斜視図、図３は、図２に示したリニア振動モータにおいて、可動子を反転した状態を示した斜視図、図４は、図２に示したリニア振動モータにおいて、固定子の構成を上側から見た状態で示した分解斜視図、図５は、図２に示したリニア振動モータにおいて、固定子の構成を下側から見た状態で示した分解斜視図、図６は、図２に示したリニア振動モータにおいて、可動子の構成を上側から見た状態で示した分解斜視図、図７は、図２に示したリニア振動モータにおいて、可動子の構成を下側から見た状態で示した分解斜視図である。また、図８（ａ）は上記実施形態のリニア振動モータにおいて、固定子と可動子の組み付け状況を示した斜視図であり、図８（ｂ）は固定子と可動子とを離間させて示した斜視図である。

図１～８における符号１は、固定子である。固定子１は、略直方体形状に巻線され、直列または並列状態で通電可能な２つのコイル１ａと、該コイル１ａを両側から挟み込む一対の固定子マグネット１ｂと、該コイル１ａおよび固定子マグネット１ｂを固定保持する磁性体ヨーク１ｃとを有している。また、符号２は、非磁性ステンレス鋼等で形成され、固定子１をその内側に収納するケースである。

ケース２は、矩形状をなす底板２ａと該底板２ａの幅方向の両端部に屈曲状態でつながる一対の側壁２ｂとで構成されたコの字型断面形状からなるものが適用される。

固定子１は、ケース２の側壁２ｂに支持軸（後述する）の軸芯を挟んで互いに対向するように２組配置されており、図８（ｂ）に示す如く、その２組のうちの１組みは、固定子マグネット１ｂの前面側の磁極がＮ極となるように、もう１組みは、固定子マグネット１ｂの前面側の磁極がＳ極となるように配置されている。

コイル１ａとしては、マグネットワイヤ等で形成され、略直方体形状に巻線されたものを用いることができ、磁性体ヨーク１ｃに接着剤等で固定されている。また、固定子マグネット１ｂはネオジム磁石等で形成されたものを用いることができ、磁性体ヨーク１ｃに接着剤等で固定されている。磁性体ヨーク１ｃは、電磁鋼板等の磁性材料で形成された略長方形の板状体からなるものが適用され、ケース２の側壁２ｂに溶接等で固定されている。

コイル１ａは、横並び配列とした２個のコイル１ａを一組として合計４個のコイル１ａを設けたものを例として示したが、２個のコイルは、直列または並列に通電できるように構成することができ、２組のコイル群についても直列または並列に通電できるように構成することができ、各コイル１ａの２本の端線は、基板（後述する）のコイル接続部に半田付けや溶接により電気的に接続されている。

コイル１ａに通電する電流の向きを、図８（ｂ）に示す矢印の向きの組み合わせとするか、矢印の向きを全て反転した組み合わせとすることができ、交流電流を入力することにより電流の向きを周期的に反転させることができるようになっている。

また、図における符号３は、可動子である。可動子３は、両端部が固定された支持軸３ａにその軸心ｅに沿って移動可能に保持された分銅３ｂと、該分銅３ｂに固定保持された可動子マグネット３ｃとを有している。また、符号４は、非磁性ステンレス鋼等で形成され、可動子３をその内側に収納するカバーである。

カバー４は、ケース２の底板２ａに対面する天板４ａと、該天板４ａの長手方向の両端部に屈曲状態でつながり、ケース２の側壁２ｂの端縁に位置せしめることによりケース２と協働してその内側に密閉空間を区画形成する側壁４ｂとで構成されたコの字型断面形状からなるものを適用することができる。ケース２およびカバー４には、互いに嵌合可能な切り欠きを設けておくことが可能であり、該切り欠きを相互に嵌合させ、嵌合部位に溶接等を施すことにより両者を一体化することができるようになっている。

支持軸３ａは、高強度ステンレス鋼等で形成されたものを用いることができ、その両端部は、カバー４の側壁４ｂに設けられた開孔４ｃに圧入され、溶接等により固定されている。また、分銅３ｂは、タングステン合金等の高比重材料で略直方体に形成されたものを用いることができ、その幅方向の中央部には、分銅３ｂを長手方向において貫く貫通開孔３ｄが形成されており、また、その幅方向の端部には、該貫通開孔３ｄを挟んで対称に凹部３ｅが形成されている。

貫通開孔３ｄの両端部には、銅系または鉄・銅系の含油材料等で略円筒形状に形成された軸受３ｆが圧入等により固定されており、この軸受３ｆに支持軸３ａを挿通させることにより分銅３ｂを、支持軸３ａの軸芯ｅに沿って移動可能に保持している。また、分銅３ｂの凹部３ｅには、可動子マグネット３ｃが配置される。

可動子マグネット３ｃは、支持軸３ａの径方向に着磁された直方体形状をなす磁極を有するネオジム磁石、電磁鋼板等で構成されたものが適用される。磁極は、一極着磁、多極着磁、無着磁区間を含む多極着磁された磁石、電磁鋼板等の、単一で、または組み立てにより構成された磁極群とするのが好ましく、分銅３ｂの凹部３ｅに接着等により固定されている。

可動子マグネット３ｃは、図８に示すように、固定子マグネット１ｂのＮ極に向かい合う磁極をＳ極とし、支持軸３ａの軸方向に沿うように、そこから順に、無磁極区間Ｐ、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、無磁極区間Ｐとした磁極群からなるものと、該固定マグネット１ｂのＳ極に向かい合う磁極をＮ極とし、支持軸３ａの軸方向に沿うように、そこから、無磁極区間Ｐ、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、無磁極区間Ｐとした磁極群からなるものを用いることができるが、本発明は図示のものに限定されることはない。なお、多極着磁された磁石における無着磁区間は無磁極区間Ｐとして用いることができる。

可動子マグネット３ｃを上記のように構成することにより、２組の可動子マグネット３ｃは、分銅３ｂを介して互いに吸引し合う配置となり、分銅３ｂにおける可動子マグネット３ｃの固定が強化される利点がある。また、可動子マグネット３ｃと固定子マグネット１ｂとの間の吸引力は、磁性体ヨーク１ｃを介してコイル１ａを貫通する磁束により強化される。

また、図における符号５は、スポンジ状の合成樹脂等からなり、カバー４の側壁４ｂの裏側面に接着固定された緩衝部材である。この緩衝部材５は、分銅３ｂの駆動時における側壁４ｂへの衝突時の衝撃を緩和するためのものであって、それに代えてあるいは加えて、分銅３ｂの長手方向の端面に設けることもできる。

また、図における符号６は、絶縁樹脂層と銅箔で構成された基板（フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）等）である。基板６は、ケース１ｄに設けられた切り欠きを通してモータの外部へ引き出されるものであって、電源端子部とコイル接続部以外は、絶縁樹脂層より電気的に絶縁されており、２枚の絶縁樹脂層の間に銅箔を挟んだ構造となっていて（図示せず）、両面テープ等によりケース２に固定される。

上記の構成からなるリニア振動モータを組み立てるには、例えば、まず、分銅３ｂの貫通開孔３ｄの両端部に、軸受３ｆを圧入等により固定し、分銅３ｂの凹部３ｅに可動子マグネット３ｃを接着する。

また、コイル１ａを磁性体ヨーク１ｃに接着し、その磁性体ヨーク１ｃをケース２の側壁２ｂに溶接等により固定し、基板６をケース２の底板２ｂに接着し、さらに、コイル１ａの端線を基板６の端子に接続し、固定子マグネット１ｂを磁性体ヨーク１ｃに接着し、必要に応じて磁性流体７を固定子マグネット１ｂの磁極面、可動子マグネット３ｆの磁極面、およびコイル１ａの前面のうち少なくとも１つの面に塗布する。

そして、分銅３ｂの貫通開孔３ｄおよび軸受３ｆに支持軸３ａを挿通させ、その両端部を、カバー４の側壁４ｂに設けられた開孔４ｃに圧入、溶接等により固定するとともに、緩衝部材５をカバー４の側壁４ｂに接着し、カバー４とケース２を切り欠きにおいて嵌合させたのち溶接等により両者を固定して一体化すればよい。

図９は、非通電時における磁束の向きと、可動子の駆動時における磁極の配置状況を示した図であり、図１０は、図９のＡ－Ａ断面における磁束の向き（支持軸の径方向における磁束の向き）を示した図である。

コイル１ａの非通電時においては、可動子３は、可動子マグネット３ｃと固定子マグネット１ｂとの間の磁気吸引力と反発力により、支持軸３ａの軸方向、周方向ともに最も安定した一定位置で停止しており、この状態では、外力等によって可動子３が支持軸３ａの軸方向に移動したり、支持軸３ａの周りに回転したりしようとしても、可動子３は、磁気スプリングによる付勢力（引き戻し力）により安定した一定位置に戻ることとなり、可動子３の、支持軸３ａに沿う移動および支持軸３ａ周りの回転は抑制されることになる。

一方、可動子３がコイル１ａへの通電により後述の如く駆動され、支持軸３ａの軸方向に移動した際には、磁気スプリングによる付勢力は以下のように変化する。すなわち、図９におけるコイルの両側の２つの固定子マグネット１ｂをＡ、Ｂとし、固定子マグネット１ｂのＡに対向する可動子マグネット３ｃの磁極の吸引力を吸引力Ａ、この吸引力Ａの磁極に無磁極区間Ｐを介して隣接する磁極の反発力を反発力Ａ、固定子マグネット１ｂのＢに対向する可動子マグネット３ｃの磁極の吸引力を吸引力Ｂ、この吸引力Ｂの磁極に無磁極区間Ｐを介して隣接する磁極の反発力を反発力Ｂとすると、図１１に可動子３の移動距離と付勢力の関係を示すように、一つの磁気スプリングを構成する磁極群において、可動子３の駆動にも利用される可動子マグネット３ｃの、固定子マグネット１ｂに反発する磁極が近づいた場合に、反発力による付勢力は、略増加傾向に変化し、逆に、固定子マグネット１ｂに反発する磁極が遠ざかると、反発力による付勢力は略減少傾向に変化する。

図１２は、可動子３の移動距離と付勢力の関係を、合計Ａ（吸引力Ａ＋反発力Ａ）、合計Ｂ（吸引力Ｂ＋反発力Ｂ）、一組の可動子マグネット３ｃの合計（Ａ＋Ｂ）、モータ全体の合計（Ａ＋Ｂ）×２として表示したグラフである。

一組の可動子マグネット３ｃに対向する２つの磁極群（固定子マグネット１ｂ）を組み合わせることにより磁気スプリングのばね定数が略一定となり、モータ全体では、４つの磁極群の組み合わせによりばね定数を決定することができる。

可動子３の各位置における吸引力と反発力の大きさは、可動子マグネット３ｃおよび固定子マグネット１ｂの、磁気の強さ、配置、支持軸３ａの軸方向における長さ、支持軸３ａの径方向における厚さ、無磁極区間Ｐの長さ等で調整することが可能であり、それらの組み合わせを適宜変更することで最適なばね定数をもった磁気スプリングを構成することができる。

本発明に従うリニア振動モータにおいて、基板６の各電源端子部間へ電圧を印加してコイル１ａに通電すると、フレミングの左手の法則により、可動子３は、支持軸３ａの軸方向に推力を得て、固定子マグネット１ｂと可動子マグネット３ｃの吸引力、反発力による磁気スプリングの付勢力と釣り合う位置まで駆動されることになり、コイル１ａに印加する電圧を、例えば、極性が交互に反転する正弦波や矩形波にすることにより、可動子３は、支持軸３ａの軸方向に往復運動する。とくに、印加電圧波形の周波数を磁気スプリングのばね定数と可動子３の質量とによる固有振動数と略一致させることで、共振により最大振幅で往復運動させることができる。

また、例えば、コイル１ａへの印加電圧の極性を変えない場合であっても、断続的に電圧を印加し、可動子３を支持軸３ａの軸方向の一方向へ駆動させ、コイル１ａの非通電による磁気スプリング機能にて可動子３を安定位置に戻す動作を繰り返すことにより可動子３を往復運動させることもできる。

図１３は、本発明に従うリニア振動モータの他の一実施形態において、可動子マグネット３ｃの各磁極群を、多極着磁により一体成形した例を示した図である。本実施形態のリニア振動モータによれば、多極着磁により一体成形した可動子マグネット３ｃを用いても、各磁極を組み合わせて構成された可動子マグネット３ｃと同様の作用、効果を奏することができるだけでなく、この場合には、部品点数の削減を図ることが可能であり、リニア振動モータの効率的な組み立てを実現することができる。

図１４は、可動子マグネット３ｃと固定子マグネット１ｂとの間および、可動子マグネット３ｃとコイル１ａとの間に磁性流体７を設けた例を示した図である。磁性流体としては、可動子マグネット３ｃの磁極面、固定子マグネット１ｂの磁極面およびコイル１ａの前面に塗布して付着させることができる、例えばマグネタイト等の磁性微粒子を炭化水素油やフッソ油等の溶媒中に界面活性剤を用いて分散させた既知のものを用いるのが好ましく、これによれば、分銅３ｂが移動した際に、分銅３ｂの、支持軸３ａに対する回転を確実に抑制することが可能で、かつ、振動モータの耐衝撃性の改善、磁気スプリングを構成する磁束の安定化を図ることができ、さらには、良好な共振応答性を得ることができる。

上記実施形態のリニア振動モータによれば、機械式スプリングを使用しないため部品の取り扱いおよび組み立てを容易に行い得るとともに耐衝撃性を高くすることができ、また、磁気スプリングが磁気回路を強化するのでエネルギー効率を高めて省電力化でき、しかも磁気スプリングの引き戻し作用が可動子Ｍの移動方向に働くため、電磁回路を可動子の移動方向に延在させる必要がなく、可動子を駆動する磁気回路と磁気スプリングとを個別に設ける必要もないので、固定子を容易に小型化することができる。

以上、本発明に従うリニア振動モータの実施形態を、図面に基づいて説明したが、本発明に従うリニア振動モータは、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で適宜変更し得るものであり、例えば、一つの磁気スプリングを構成する磁極群において、固定子マグネット１ｂは、２個以上の複数であってもよく、複数の磁極や無磁極の無着磁区間をもつ多極着磁のマグネットを適用してもよい。

また、可動子マグネット３ｃは、吸引磁極、反発磁極が各１個ではなく、２個以上の複数であってもよく、固定子マグネット１ｂと可動子マグネット３ｃとの間において、少なくとも各一つ以上の吸引力と反発力を組み合わせて磁気スプリングが構成されていればよい。

また、コイル１ａに関しては、本発明の実施形態では、全体として４個配置した場合を例として示したが、コイル１ａは、３個以下でもあっても５個以上であってもよく、コイル１ａの個数に合わせて可動子マグネット３ｃの、可動子３に駆動に寄与する磁極の個数を変えればよい。

無磁極区間Ｐは、磁気スプリングのばね定数が略一定であれば無くてもよく、また、無磁極区間Ｐを鋼板等の無着磁の磁性材料や非磁性材料に置き換えることもできる。

基板６の形状は図示の形状に限定されるものではなく、ケース２への固定が困難な場合には、磁性体ヨーク１ｃに固定してもよい。また、コイル１ａも磁性体ヨーク１ｃに直接固定せず、その間に基板６を介在させ、基板６に固定してもよい。

かくして本発明のリニア振動モータによれば、機械式スプリングを使用しないため部品の取り扱いおよび組み立てを容易に行い得るとともに耐衝撃性を高くすることができ、また、磁気スプリングが磁気回路を強化するのでエネルギー効率を高めて省電力化でき、しも磁気スプリングの引き戻し作用が可動子の移動方向に働くため、電磁回路を可動子の移動方向に延在させる必要がなく、可動子を駆動する磁気回路と磁気スプリングとを個別に設ける必要もないので、固定子を容易に小型化することができる。

１固定子
１ａコイル
１ｂ固定子マグネット
１ｃ磁性体ヨーク
２ケース
２ａ底板
２ｂ側壁
３可動子
３ａ支持軸
３ｂ分銅
３ｃ可動子マグネット
３ｄ貫通開孔
３ｅ凹部
３ｆ軸受
４カバー
４ａ天板
４ｂ側壁
４ｃ開孔
５緩衝部材
６基板
７磁性流体
ｅ支持軸の軸芯
Ｐ無磁極区間

Claims

環状に巻き回され並列に配置された少なくとも２つのコイル、該コイルを両側から挟み込む一対の固定子マグネット並びに、該コイルおよび固定子マグネットを固定保持する磁性体ヨークをそれぞれ有する固定子と、
両端部が固定された支持軸にその軸心に沿って移動可能に保持された分銅並びに、該分銅に固定保持された可動子マグネットをそれぞれ有する可動子と、を備え、
該コイルに電圧を印加、通電して該コイルを貫通する向きの磁束を強めることによって該可動子を駆動するリニア振動モータであって、
前記可動子マグネットと前記固定子マグネットとは、その相互間に隙間を隔てて対向配置されていて、該可動子マグネットと該固定子マグネットとの磁気吸引力により、該分銅を該可動子マグネットとともに該支持軸上の一定の位置に弾性支持する磁気スプリングを構成することを特徴とするリニア振動モータ。
前記可動子マグネットは、前記固定子マグネットに対して吸引する向きの磁極を有するものと該固定子マグネットに対して反発する向きの磁極を有するものとの組み合わせからなることを特徴とする、請求項１に記載したリニア振動モータ。
前記可動子マグネットは、前記固定子マグネットに対して吸引する向きの磁極を有するものと該固定子マグネットに対して反発する向きの磁極を有するものとの相互間に、磁極をもたない無磁極区間を設けたものであることを特徴とする、請求項２に記載したリニア振動モータ。
前記固定子マグネットおよび前記可動子マグネットは、それぞれ前記支持軸の軸方向に沿って配置されたものであることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載したリニア振動モータ。
前記可動子マグネットは、前記固定子マグネットに対して吸引する向きの磁極を有するものと該固定子マグネットに対して反発する向きの磁極を有するものの組み合わせを１組として、その組を、前記支持軸の軸方向に対称に２組有することを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載したリニア振動モータ。
前記固定子マグネットおよび前記可動子マグネットは、前記支持軸の軸芯を挟んで径方向に対称にそれぞれ２組配置されており、前記可動子マグネットの組は、相互に吸引しあう向きで前記分銅に配置されたものであることを特徴とする、１～５のいずれか１項に記載したリニア振動モータ。
前記可動子マグネットと前記固定子マグネットとの間および、前記可動子マグネットと前記コイルとの間の少なくとも一方に磁性流体が配置されていることを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項に記載したリニア振動モータ。
前記固定子は、矩形形状をなす底板と該底板の幅方向の両端部に起立状態でつながる側壁とからなり、前記コイルおよび前記固定子マグネットを前記磁性体ヨークとともにその内側に収納するケースを有することを特徴とする、請求項１～７のいずれか１項に記載したリニア振動モータ。
前記可動子は、前記ケースの底板に対面する天板と該天板の長手方向の両端部に吊り下げ状態でつながり前記側壁の端縁に位置させることにより前記ケースと協働してその内側に密閉空間を区画形成する側壁とからなり、前記支持軸および前記可動子マグネットをその内側に収納するカバーを有することを特徴とする、請求項８に記載したリニア振動モータ。
前記カバーおよび前記可動子の少なくとも一方は、前記分銅の駆動時における衝撃を緩和する緩衝部材を有することを特徴とする、請求項９に記載したリニア振動モータ。