JP3776721B2 - 直流モータ及びその電機子構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話の着信振動発生装置等に使用される直流振動モータ等に適用され、特に小型化に適した直流モータ及びその電機子構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型の無線電話呼び出し装置や携帯電話等に利用される偏平型直流振動モータとして、従来より、例えば図１５に示すように、回転子を偏心構造としたものが知られている（特開平６−２０５５６５号）。この振動モータは、環状に配置されて軸方向に着磁された４つの永久磁石１０１からなる固定子１０２と、この固定子１０２の永久磁石１０１と軸方向に対向する電機子１０３を備えた回転子１０４とからなり、回転子１０４の電機子１０３が、電流が供給される３つのコイル１０５を周方向に近接配置させて全体が扇状となるように構成することにより、回転子１０４を偏心構造としたものである。
【０００３】
これら３つのコイル１０５に整流子１０６を介して電流が供給されると、その電流の向きと永久磁石１０１からの磁力線の向きとによってフレミングの左手の法則により回転子１０４の回転方向が決定される。整流子１０６を介した電流は、２つ以上のコイル１０５に同時に供給され、少なくともそのうちの２つのコイル１０５は他のコイル１０５の影響より勝るため、回転子１０４の停止位置に拘わらず、再起動が可能となる。
【０００４】
このように３つのコイル１０５を回転子１０４の一方に偏らせた配置とすることで、回転子１０４が回転すると偏荷重により振動を発生する。このような３コイルモータでは、２つのコイルに流れる電流の向きが違う時でも、これらのコイルと相対する磁石の磁力方向が異なるように３つのコイルを配置することで、起動の方向を等しくすることができ、これにより回転子１０４の静止位置に拘わらずモータ起動を可能にすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、携帯電話の普及に伴い、電車内等での着信振動を携帯電話本体ではなく、いつも身につけている腕時計等で感じることができるように、従来よりも更に小型の直流振動モータが望まれている。しかし、上述した従来の偏平型直流振動モータでは、周方向の一箇所に集中させるとは言うものの、三相コイルを周方向に並べて配置するので、回転子は、周方向にある程度大きくならざるを得ず、大きな偏心効果が得られないことから、人の身体に感じられる振動の強さにも限界があった。このため、これまでに市販されているこの種の振動モータの外径を小型化しようとすると、振動モータとしての機能を十分に達成できないという問題があった。
【０００６】
そこで、小型でより高い偏心効果を得るため、例えば図１６に示すように、回転子２０１の電機子２０２を、１又は２個のコイル２０３で構成した偏心直流振動モータも提案されている（特開平１０−３３６９８３号）。このモータでは、整流子２０３が周方向に４分割され、対向する整流子分割体同士を共通接続すると共に、隣接する整流子分割体にそれぞれコイル２０３の始端と終端とを接続し、９０°配列されたブラシを経由して整流子分割体に電流を供給する。回転子２０１が回転すると、回転角度９０°毎にコイル２０３に流れる電流の向きが反転し、コイル２０３と対向する永久磁石１０１のＮ／Ｓ極の吸引、反発作用と、コイル２０３の磁気力とで回転子２０１が回転を持続する。
【０００７】
しかし、１コイル型のモータでは、コイル２０３に流れる電流の向きが切り換わる点で、隣接する整流子分割体がブラシによって瞬間的に短絡される機構となっており、この場合、電源ショートになる。従って、このような電源ショートを生じさせないように、ブラシが何れの整流子にも接続されない無通電デッドポイントを設けるようにしている。ところが、このデッドポイントで回転子２０１が停止した場合、次の回転時にコイル２０３に電流が流れないため、起動不能になる。
そこで、このデッドポイントでの回転子の停止を防止して、確実な起動を確保するため、電機子２０２の一部に静止位置を規定する磁性体の鉄ピン２０５を設けるようにしている。
【０００８】
しかし、鉄ピンによる起動位置規定を行うとしても、鉄ピンの存在自体が回転負荷となるうえ、ブラシと整流子との間の経年的な接触摩擦抵抗の増加により、この摩擦抵抗が鉄ピンと永久磁石との間の磁気力による正規の静止位置への復帰力に勝ってしまうと、結局、回転子は、デッドポイントで静止してしまうことになる。また、摩擦力よりも充分大きな磁気力が得られるように鉄ピンを配置すると、今度は回転子を始動させようとするコイルの磁気力が鉄ピンと永久磁石との磁気力を下回り、起動不能という事態を招来する。このため、磁性体のピンにより静止位置へ規定させる方式では、磁性体のピンやその配置の設定が難しいという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、より一層の小型化及び軽量化を図りつつ、十分な振動が得られ、しかもデッドポイントによる起動不能が発生することがない直流モータ及びその電機子構造を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の直流モータは、周方向の複数箇所に磁極を持つように軸方向着磁された環状の又は環状に配置された永久磁石からなる固定子と、この固定子に対して回転自在に設けられ前記永久磁石の磁極面と対向する電機子が回転軸に偏心固定された回転子と、この回転子の回転に伴って前記電機子に極性が順次反転する電流を供給する電流路を形成する整流子及びブラシからなる電流路形成手段とを有する直流モータにおいて、前記電機子は、前記回転子の回転軸を中心とした回転方向の位置である空間位相が等しくなるように同軸配置され一端が共通接続された第１のコイル及び第２のコイルを備え、前記電流路形成手段は、前記第１のコイルの一端、第２のコイルの一端及びこれらコイルの共通接続端に互いに一定の電気的位相差を持たせて電流をそれぞれ供給するものであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る第１の直流モータの電機子構造は、周方向の複数箇所に磁極を持つように軸方向着磁された環状の又は環状に配置された永久磁石からなる固定子に対して、回転子を回転自在に設けると共に、前記回転子の前記永久磁石の磁極面と対向する電機子が回転軸に偏心固定され、前記回転子の回転に伴って前記電機子に極性が順次反転する電流を供給する電流路を整流子及びブラシからなる電流路形成手段で形成した直流モータにおける電機子構造において、前記回転子の回転軸を中心とした回転方向の位置である空間位相が等しくなるように同軸配置され一端が共通接続された第１のコイル及び第２のコイルを備え、前記電流路形成手段により前記第１のコイルの一端、第２のコイルの一端及びこれらコイルの共通接続端に互いに一定の電気的位相差を持たせて電流をそれぞれ供給されるものであることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る第２の直流モータは、周方向の複数箇所に磁極を持つように軸方向着磁された環状の又は環状に配置された永久磁石からなる固定子と、この固定子に対して回転自在に設けられ前記永久磁石の磁極面と対向する電機子が回転軸に偏心固定された回転子と、この回転子の回転に伴って前記電機子に極性が順次反転する電流を供給する電流路を形成する整流子及びブラシからなる電流路形成手段とを有する直流モータにおいて、前記電機子は、前記回転子の回転軸を中心とした回転方向の位置である空間位相が等しくなるように同軸配置された第１のコイル及び第２のコイルと、これら第１及び第２のコイルと回転方向に隣接するように配置された第３のコイルとを備え、前記電流路形成手段は、前記第１乃至第３のコイルに電気的位相を異ならせて電流をそれぞれ供給するものであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る第２の直流モータの電機子構造は、周方向の複数箇所に磁極を持つように軸方向着磁された環状の又は環状に配置された永久磁石からなる固定子に対して、回転子を回転自在に設けると共に、前記回転子の前記永久磁石の磁極面と対向する電機子が回転軸に偏心固定され、前記回転子の回転に伴って前記電機子に極性が順次反転する電流を供給する電流路を整流子及びブラシからなる電流路形成手段で形成した直流モータにおける電機子構造において、前記回転子の回転軸を中心とした回転方向の位置である空間位相が等しくなるように同軸配置された第１のコイル及び第２のコイルと、これら第１及び第２のコイルと回転方向に隣接するように配置された第３のコイルとを備え、前記第１乃至第３のコイルが前記電流路形成手段によって電気的位相を異ならせて電流をそれぞれ供給されるものであることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第１の直流モータ及びその電気構造によれば、電機子が空間位相を等しくするように配置された第１及び第２のコイルにより構成され、電流路形成手段によって前記第１及び第２のコイルに電気的位相が異なるように電流が供給されるので、電機子は、見かけ上１コイルモータと同様に構成することができ、偏心効果を高めることができる。しかも、本発明によれば、第１及び第２のコイルを設けたことにより、整流子とブラシとの位置関係において、短絡電流が生じないため、電気的無通電域（デッドポイント）がなく、電源供給さえ確実に行えばいつでもスムーズな回転が得られる。
【００１５】
本発明に係る第１の直流モータ及び電機子構造の好ましい実施形態によれば、前記固定子は、例えば周方向に４つの磁極を有し、前記電機子の第１及び第２のコイルは、前記固定子の４つの磁極のうち１乃至２つの磁極を覆う大きさに同軸巻回されると共に、それらの一端が共通接続され、前記電流路形成手段を構成する整流子は、前記回転子に取り付けられて前記回転子の回転方向に６分割されると共に、各対向する分割体が共通接続されて各分割体の対が前記第１のコイル及び第２のコイルの各一端及び共通端にそれぞれ接続され、前記電流路形成手段を構成するブラシは、前記固定子に取り付けられて前記整流子に対して前記空間位相の差が９０度となる位置関係をもってそれぞれ接続される２つのブラシからなるものである。
【００１６】
なお、前記電機子は、前記第１及び第２のコイルが前記固定子の１つの磁極位置の真正面となる位置よりもずれた位置で静止するように静止位置を規定する磁性体からなる静止位置規定手段を備えていても良い。
【００１７】
また、本発明に係る第２の直流モータ及びその電機子構造によれば、電機子が空間位相を等しくするように配置された第１及び第２のコイルと、これら第１及び第２のコイルと回転方向に隣接する第３のコイルとにより構成され、電流路形成手段によって前記第１乃至第３のコイルに電気的位相が異なるように電流が供給されるので、電機子は、見かけ上２コイルモータと同様に構成することができ、３コイルモータと比べて偏心効果を高めることができる。しかも、本発明によれば、３つのコイルに電気的位相が異なるように電流が供給されるので、電気的無通電区間（デッドポイント）が存在せず、常に確実な起動が可能である。磁性体のピンを使用しないため、製造工程が簡単で、回転負荷も軽減でき、起動時を含めて全体的な消費電力を低減することができるので、携帯電話のような低消費電力が要求される機器に好適となる。
【００１８】
本発明に係る第２の直流モータ及びその電機子構造の好ましい実施形態によれば、前記固定子は、周方向に４つの磁極を有し、前記電機子の第１及び第２のコイルは、前記固定子の４つの磁極のうち１乃至２つの磁極を覆う大きさに同軸巻回され、前記第３のコイルは、前記第１及び第２のコイルが１つの磁極に正対するときに他の２つの磁極のほぼ中央に位置するように配置され、前記第１乃至第３のコイルは、それらの一端が共通接続され、前記電流路形成手段を構成する整流子は、前記回転子に取り付けられて前記回転子の回転方向に６分割されると共に、各対向する分割体が共通接続されて各分割体の対が前記第１乃至第３のコイルの各他端にそれぞれ接続され、前記電流路形成手段を構成するブラシは、前記固定子に取り付けられて前記整流子に対して前記空間位相の差が９０度となる位置関係をもってそれぞれ接続される２つのブラシからなるものである。
【００１９】
この場合、前記第１及び第２のコイルと、前記第３のコイルとを、空間位相の差がほぼ１３５°となる位置関係をもって配置するようにすると、第１及び第２のコイルが、磁石と正対する位置、即ち回転方向のいずれの向きにも回転力が発生してしまう位置で回転子が停止しても、第３のコイルは、必ず特定の回転の向きで起動されることになるので、起動不能は発生しない。
【００２０】
なお、上記第１及び第２の直流モータおよびその電機子構造において、前記第２のコイルは前記第１のコイルの内側に同軸巻回されたものであっても良いし、前記第１及び第２のコイルは、２線コイルにより同時に形成されたものであってもよい。いずれの場合でも１コイル製造と製造工程は殆ど代わらないので、製造コストを抑えることができる。
【００２１】
また、第１及び第２のコイルと回転方向に隣接するように比重の大きな分銅を配置するようにすると、第１及び第２のコイルが１箇所に集中して配置されていることから、第３のコイルを起動用として軽量化すれば、コイルと分銅とを殆ど片側に寄せて配置することができる。このため、外径寸法や厚みなどを増やすことなく、周方向の一部に電機子構造を集中させて高い偏心効果を得ることができ、モータの小型化及び軽量化を図りつつ、振動量を大幅に増加させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施例を参照して、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る偏平型直流振動モータを示す分解斜視図、図２は平面図である。
この直流振動モータは、固定子１と、この固定子１に回転自在に装着された回転子２と、回転子２を密閉する円筒状のカバー３とにより、全体が偏平円筒状となるように構成されている。固定子１は、円盤状のプレート１１と、このプレート１１の上に、Ｓ極とＮ極とが交互に並ぶように、環状に配置されて軸方向に着磁された４つの永久磁石１２と、プレート１１の中央から立ち上がる回転子２の支持用の支持軸１３と、周方向に隣接する永久磁石１２の間の隙間からプレート１１の中心部に向かって延びる、９０度の空間位相の差をもって配置された２つのブラシ１４，１５とにより構成されている。また、回転子２は、支持軸１３に回転自在に支持される回転軸２１と、この回転軸２１の周方向の一部に偏心状態で固定された電機子２２と、回転軸２１の外周面に配置された、周方向に６分割された整流子（コンミテータ）２３とを備えて構成されている。整流子２３は、ブラシ１４，１５と共に電流路形成手段を構成する。電機子２２は、同軸巻回された第１のコイル２４（外側のコイル）と、第２のコイル２５（内側のコイル）と、これらコイル２４，２５を一体的に支持する樹脂フレーム２７と、後述する位置規定用の磁性体のピン２８とを含む。
【００２３】
第１のコイル２４及び第２のコイル２５は、例えば図３に示すように、スター結線される。整流子２３は、６分割された分割片のうち、対向する分割片同士が接続され、これら接続された分割片のペアがそれぞれ第１のコイル２４の一端、第２のコイル２５の一端及び第１及び第２のコイル２４，２５の共通端にそれぞれ接続される。この整流子２３に対して９０度の空間位相の差をもって配置されたブラシ１４，１５から電流が供給される。２つのブラシ１４，１５は、回転子２の回転に伴って、第１及び第２のコイル２４，２５の各一端、並びに共通端に接続された整流子２３に順次接続される。これにより、同図（ａ）に示すように、回転子２が回転して一方のブラシ１４（又は１５）が整流子２３の分割体の境界に位置したとき、電源からブラシ１４→整流子２３→第１及び第２のコイル２４，２５→整流子２３→ブラシ１５→接地の経路で電流が流れる。また、同図（ｂ）に示すように、回転子２が回転してブラシ１４，１５が整流子２３の各１つの分割体とそれぞれ接触したとき、電源からブラシ１４→整流子２３→第１及び第２のコイル２４，２５の少なくとも１つ→整流子２３→ブラシ１５→接地の経路で電流が流れる。このように、本発明では片方のブラシ１４又は１５が整流子２３の隣接する分割片の中間位置に位置し、隣接する分割片がブラシ１４又は１５によって短絡されるようにしても、２コイル式であるから電源ショートは発生しない。
【００２４】
図４は、この直流振動モータの動作を説明するためのトルク波形図であり、図中斜線を示した部分が電流供給区間を示している。図示のように、第１及び第２のコイル２４，２５には、電気的位相を異ならせて電流が供給される。コイルに電流が流れている時の発生トルクは、コイルと磁極位置との位置関係及び電流値によって決定されるが、第１のコイル２４と第２のコイル２５とは、空間的位相が等しいため、電流が供給されている期間での発生トルクはほぼ等しい。
【００２５】
図中ａ〜ｆにおける回転子２と固定子１との位置関係を図５（ａ）〜（ｆ）にそれぞれ対応して示す。ａ区間では、図５（ａ）に示すように、ブラシ１４，１５と整流子２３との位置関係により、第１及び第２のコイル２４，２５に同じ向きの電流が流れる。２つのコイル２４，２５は、２つの永久磁石１２を均等にまたがる位置を通過するので、コイル２４，２５には共に最も大きなトルクが発生する。
【００２６】
時刻ｂでは、図５（ｂ）のように、第１のコイル２４については電流が継続的に流れるが、第２のコイル２５への電流供給が断たれる。以後、区間ｃでは、同図（ｃ）のように、第１のコイル２４のみに電流が流れ、第１のコイル２４のみに発生するトルクによって回転子２は回転する。
【００２７】
時刻ｄになると、同図（ｄ）のように、第１のコイル２４への電流供給が断たれ、第２のコイル２５への電流供給が開始されるが、その切り替わりの時点で瞬間的に電流が断たれる。勿論、ブラシ１４，１５が整流子２３の２つの分割片に同時に接続される場合には、このような電流の瞬断はない。区間ｅでは、同図（ｅ）のように、第２のコイル２５のみに電流が流れ、次の磁極との関係で回転トルクが継続的に発生する。時刻ｆでは、第１のコイル２４への電流供給が開始される。
【００２８】
このように、この直流振動モータでは、電機子２２がどの角度にあってもいずれか１つ以上のコイルにほぼ継続的に電流が流れる。第１，第２のコイル２４，２５に電流が流れると、永久磁石１２の磁力線によってフレミングの左手の法則に従った一定の向きの回転トルクが発生する。もし第３のコイルを別個に設けて第１及び第２のコイル２４，２５と同軸配置したとすると、第３のコイルには、第１及び第２のコイル２４，２５とは別の向きの電流が流れ、磁力の向きが反対になるため、回転子２の回転負荷となることが予想されるが、この実施例のモータのように、３相のうちの２相分についてのみコイル２４，２５に電流を流し、他の１相分については省略しているので、上記のような回転負荷が生じることもなく、スムーズな回転が可能になる。回転子２が回転すると、電機子２２が回転軸２１に対して偏心しているため、遠心力により振動が発生する。
【００２９】
このモータでは、整流子２３の隣接分割片間が短絡しても、必ず電源間には、コイル２４又は２５が介在するので短絡電流は流れない。このため、隣接分割片間を極力短くすることができ、電流が流れないデッドポイントをゼロにすることができる。これにより、起動時に電流が流れずに起動不能になるという現象は防止することができる。
【００３０】
しかし、第１及び第２のコイル２４，２５が１つの磁極の真上に位置した状態で停止すると、電機子２２は、どちらの向きにでも回転可能になり、回転方向が定まらなくなる。このため、この実施例では、電機子２２に磁性体からなる位置規定用のピン２８を周方向に突出するように設けている。これにより、ピン２８は、永久磁石１２と永久磁石１２との間の位置に磁力を受けて移動するので、電機子２２の停止状態での位置は、図２に示すように、必ず一方の回転トルクを受ける位置に位置決めされることになる。この位置は図４及び図５におけるｄのポイントである。
【００３１】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではない。上記実施例では、第１のコイル２４を外側巻線、第２のコイル２５を内側巻線としたが、例えば図６に示すように、第１のコイル３１及び第２のコイル３２を２重巻線で同時に形成するようにしても良い。第１及び第２のコイル２４，２５をこのように２重巻線で形成すると、両コイル３１，３２に均等な回転トルクが発生するうえ、１巻コイルの作成と同様に作成することができるので、製造工程も簡単になる。
【００３２】
また、図５に示した静止位置規制手段としてのピン２８と同様の機能を有するものとして、図７に示すように、ピン３３を、第１及び第２のコイル２４，２５と回転方向の端の位置で重なるように、且つ磁力線の向きに沿うように少し傾けて配置するようにしてもよい。このようにすることで、電機子２２をよりコンパクトにすることができる。なおこの場合、ピン３３の角度は、静止位置及び回転駆動に影響を及ぼさない程度の磁気吸引力を得るために適切な角度に決定すれば良い。
【００３３】
図８は、本発明の更に他の実施例に係る偏平型直流振動モータを示す分解斜視図、図９は平面図である。
この直流振動モータは、電機子４１の構造が図１のものと異なっている。電機子２２は、同軸巻回された第１のコイル２４（外側のコイル）及び第２のコイル２５（内側のコイル）と、これらコイル２４，２５と周方向に隣接するように配置された第３のコイル（起動コイル）２６と、これらコイル２４，２５及び２６を一体的に支持する樹脂フレーム４２とを含む。
【００３４】
第１のコイル２４、第２のコイル２５及び第３のコイル２６は、例えば図１０に示すように、スター結線される。整流子２３は、６分割された分割片のうち、対向する分割片同士が接続され、これら接続された分割片のペアがそれぞれ第１のコイル２４の一端、第２のコイル２５の一端及び第３のコイル２６の一端にそれぞれ接続される。コイル２４，２５，２６の他端は共通接続される。この整流子２３に対して９０度の空間位相の差をもって配置されたブラシ１４，１５から電流が供給される。２つのブラシ１４，１５は、回転子２の回転に伴って、第１乃至第３のコイル２４，２５，２６の各一端に接続された整流子２３に順次接続される。これにより、同図（ａ）に示すように、回転子２が回転して一方のブラシ１４（又は１５）が整流子２３の分割体の境界に位置したとき、電源からブラシ１４→整流子２３→第１乃至第３のコイル２４，２５，２６→整流子２３→ブラシ１５→接地の経路で電流が流れる。また、同図（ｂ）に示すように、回転子２が回転してブラシ１４，１５が整流子２３の各１つの分割体とそれぞれ接触したとき、電源からブラシ１４→整流子２３→第１乃至第３のコイル２４，２５，２６の少なくとも２つ→整流子２３→ブラシ１５→接地の経路で電流が流れる。このように、本発明では片方のブラシ１４又は１５が整流子２３の隣接する分割片の中間位置に位置し、隣接する分割片がブラシ１４又は１５によって短絡されるようにしても、３コイル式であるから電源ショートは発生しない。
【００３５】
図１１は、この直流振動モータの動作を説明するためのトルク波形図であり、図中斜線を示した部分が電流供給区間を示している。図示のように、第１乃至第３のコイル２４，２５，２６には、電気的位相を例えば異ならせて電流が供給される。コイルに電流が流れている時の発生トルクは、コイルと磁極位置との位置関係及び電流値によって決定されるが、第１のコイル２４と第２のコイル２５とは、空間的位相が等しいため、電流が供給されている期間での発生トルクはほぼ等しい。
【００３６】
図中ａ〜ｆにおける回転子２と固定子１との位置関係を図１２（ａ）〜（ｆ）にそれぞれ対応して示す。ａ区間では、図１２（ａ）に示すように、電源→ブラシ１４→整流子２３→第２のコイル２５の内側から外側（時計回り）→第１のコイル２４の内側から外側（時計回り）→整流子２３→接地の順に電流が流れる。第１及び第２のコイル２４，２５は、同じ向きの電流が流れた状態で２つの永久磁石１２を均等にまたがる位置を通過するので、コイル２４，２５には共に最も大きなトルクが発生する。
【００３７】
時刻ｂでは、図１２（ｂ）のように、電源につながるブラシ１４が第２のコイル２５の内側端につながる整流子２３と第３のコイル２６の外側端につながる整流子２３との境界に位置され、第３のコイル２６の外側から内側（反時計回り）に電流が流れ始めるから、瞬間的に３つのコイル２４〜２６に電流が流れるが、直後に第２のコイル２５への電流供給が断たれる。以後、区間ｃでは、同図（ｃ）のように、第１のコイル２４及び第３のコイル２６に電流が流れ、第１のコイル２４及び第３のコイル２６に発生するトルクによって回転子２は回転する。
【００３８】
時刻ｄになると、同図（ｄ）のように、接地につながるブラシ１５が第１のコイル２４の外側端につながる整流子２３と第２のコイル２５の内側端につながる整流子２３との境界に位置するので、第２のコイル２５への電流供給が開始されるが、第１のコイル２４に流れる電流とは反対の向きの電流が流れ、直後に第１のコイル２４に流れる電流が断たれる。このとき、第１及び第２のコイル２４，２５は、永久磁石１２に正対する位置にあり、この第１及び第２のコイル２４，２５によってはトルクは発生しない。しかし、第３のコイル２６には電流が流れ続け、最大のトルクを発生する。区間ｅでは、同図（ｅ）のように、第２のコイル２５と第３のコイル２６に電流が流れ、次の磁極との関係で回転トルクが継続的に発生する。時刻ｆでは、第１のコイル２４への電流供給が開始されるが、直後に第３のコイル２６への電流の供給が断たれる。第２のコイル２５には電流が流れ続ける。
【００３９】
このように、この直流振動モータでは、電機子４１がどの角度にあってもいずれか２つ以上のコイルにほぼ継続的に電流が流れる。第１乃至第３のコイル２４，２５，２６に電流が流れると、永久磁石１２の磁力線によってフレミングの左手の法則に従った一定の向きの回転トルクが発生する。もし第３のコイル２６を第１及び第２のコイル２４，２５と同軸配置したとすると、第３のコイル２６には、第１及び第２のコイル２４，２５とは別の向きの電流が流れ、磁力の向きが反対になるため、回転子２の回転負荷となる。また、図１２（ｄ）で示すように、コイル２４，２５が磁石と正対する位置では、いずれのコイルにもトルクが発生しないことになるので、この位置で停止すると、起動不能になることが予想される。しかし、この実施例のモータのように、３コイルのうちの２コイル２４，２５についてのみ同軸配置し、残りの１コイル２６についてはこれらと空間位相が異なるように配置しているので、回転負荷は生じることがなく、また、同図（ｄ）の位置で回転子２１が停止しても、第３のコイル２６によってスムーズな起動が可能になる。効率的な起動を行うためには、図９に示すように、第１及び第２のコイル２４，２５と第３のコイル２６との空間位相の差を１３５°とすることが望ましい。
【００４０】
回転子２が回転すると、電機子４１が回転軸２１に対して偏心しているため、遠心力により振動が発生する。このモータでは、２つのコイル２４，２５を周方向の１箇所にまとめて配置しているため、高い偏心効果を得ることができる。
【００４１】
また、このモータは、３コイル型であるから、整流子２３の隣接分割片間がブラシ１４又は１５を介して短絡されても、必ず電源間には、コイル２４，２５，２６のうちの少なくとも２つが介在するので短絡電流は流れない。即ち、１コイル型の場合には、たまたまコイルが存在しない二相間を介して電源〜接地間に短絡電流が流れてしまうことがある。このため、１コイル型の場合には、整流子２３の隣接分割片間でブラシ１４，１５による短絡が起こらないように周方向に隣接する分割片の間隔をある程度広くする必要がある。このため、電流が流れないデッドポイントが発生する。この点、この実施例では、隣接分割片間が短絡しても電源〜接地間で短絡電流は流れないので、隣接分割片間を極力短くすることができ、電流が流れないデッドポイントをゼロにすることができる。これにより、起動時に電流が流れずに起動不能になるという現象は防止することができる。
【００４２】
図１３は、本発明の更に他の実施例に係る偏平型直流振動モータを示す分解斜視図である。この実施例では、電機子５１は、第１及び第２のコイル２４，２５に隣接する位置に分銅２９を設け、コイル２４，２５，２６と分銅２９とを樹脂フレーム５２で一体化したものである。分銅２９は、偏心効果を高めるためには、例えばその比重ができるだけ高いこと（例えば１０以上）が望ましく、磁気力や渦電流による回転負荷を軽減するためには、非磁性体で且つ非導電体であることが必要である。分銅２９の大きさは、例えば１つの永久磁石１２よりも僅かに大きめとし、極力、第１及び第２のコイル２４，２５の近傍に配置すると、より偏心効果を高めることができる。
【００４３】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではない。上記実施例では、第１のコイル２４を外側巻線、第２のコイル２５を内側巻線としたが、例えば図１４に示すように、第１のコイル３１及び第２のコイル３２を２重巻線で同時に形成するようにしても良い。第１及び第２のコイル２４，２５をこのように２重巻線で形成すると、両コイル３１，３２に均等な回転トルクが発生するうえ、１巻コイルの作成と同様に作成することができるので、製造工程も簡単になる。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の第１の直流モータ及びその電機子構造によれば、電機子が空間位相を等しくするように配置された第１及び第２のコイルにより構成され、前記第１及び第２のコイルの少なくとも１つに電流を供給するように構成されているので、電機子は、見かけ上１コイルモータと同様に構成することができ、偏心効果を高めることができる。また、第１及び第２のコイルにはいつでも電流が流れるので、電気的無通電域（デッドポイント）がなく、スムーズな起動が可能である。
【００４５】
また、本発明の第２の直流モータ及びその電機子構造によれば、電機子が空間位相を等しくするように配置された第１及び第２のコイルと、これら第１及び第２のコイルと回転方向に隣接する第３のコイルとにより構成され、電流路形成手段によって前記第１乃至第３のコイルに電気的位相が異なるように電流が供給されるので、電機子は、見かけ上２コイルモータと同様に構成することができ、３コイルモータと比べて偏心効果を高めることができる。しかも、本発明によれば、３つのコイルに電気的位相が異なるように電流が供給されるので、電気的無通電区間（デッドポイント）が存在せず、常に確実な起動が可能になる。また、第１及び第２のコイルと回転方向に隣接する第３のコイルとによる構成のため、その円周内に振動を大きくさせる分銅を配置できるスペースを確保することができ、振動モータとしての振動量の増加対策上も有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例に係る直流振動モータの分解斜視図である。
【図２】 同直流振動モータの平面図である。
【図３】 同直流振動モータの回路図である。
【図４】 同直流振動モータの発生トルクと時間との関係を示す図である。
【図５】 同直流振動モータのトルク発生原理を説明するための図である。
【図６】 本発明の他の実施例に係る直流振動モータの平面図である。
【図７】 本発明の更に他の実施例に係る直流振動モータの平面図である。
【図８】 本発明の更に他の実施例に係る直流振動モータの分解斜視図である。
【図９】 同直流振動モータの平面図である。
【図１０】 同直流振動モータの回路図である。
【図１１】 同直流振動モータの発生トルクと時間との関係を示す図である。
【図１２】 同直流振動モータのトルク発生原理を説明するための図である。
【図１３】 本発明の更に他の実施例に係る直流振動モータの分解斜視図である。
【図１４】 本発明の更に他の実施例に係る直流振動モータの平面図である。
【図１５】 従来の３コイル型直流振動モータの平面図である。
【図１６】 従来の１コイル型直流振動モータの平面図である。
【符号の説明】
１，１０２…固定子、２，１０４…回転子、３…カバー、１１…プレート、１２，１０１…永久磁石、１３…支持軸、１４…ブラシ、２１…回転軸、２２，４１，５１…電機子、２３…整流子、２４，３１…第１のコイル、２５，３２…第２のコイル、２６…第３のコイル、２７，４２，５２…樹脂フレーム、２８…ピン、２９…分銅。
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話の着信振動発生装置等に使用される直流振動モータ等に適用され、特に小型化に適した直流モータ及びその電機子構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型の無線電話呼び出し装置や携帯電話等に利用される偏平型直流振動モータとして、従来より、例えば図１５に示すように、回転子を偏心構造としたものが知られている（特開平６−２０５５６５号）。この振動モータは、環状に配置されて軸方向に着磁された４つの永久磁石１０１からなる固定子１０２と、この固定子１０２の永久磁石１０１と軸方向に対向する電機子１０３を備えた回転子１０４とからなり、回転子１０４の電機子１０３が、電流が供給される３つのコイル１０５を周方向に近接配置させて全体が扇状となるように構成することにより、回転子１０４を偏心構造としたものである。
【０００３】
これら３つのコイル１０５に整流子１０６を介して電流が供給されると、その電流の向きと永久磁石１０１からの磁力線の向きとによってフレミングの左手の法則により回転子１０４の回転方向が決定される。整流子１０６を介した電流は、２つ以上のコイル１０５に同時に供給され、少なくともそのうちの２つのコイル１０５は他のコイル１０５の影響より勝るため、回転子１０４の停止位置に拘わらず、再起動が可能となる。
【０００４】
このように３つのコイル１０５を回転子１０４の一方に偏らせた配置とすることで、回転子１０４が回転すると偏荷重により振動を発生する。このような３コイルモータでは、２つのコイルに流れる電流の向きが違う時でも、これらのコイルと相対する磁石の磁力方向が異なるように３つのコイルを配置することで、起動の方向を等しくすることができ、これにより回転子１０４の静止位置に拘わらずモータ起動を可能にすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、携帯電話の普及に伴い、電車内等での着信振動を携帯電話本体ではなく、いつも身につけている腕時計等で感じることができるように、従来よりも更に小型の直流振動モータが望まれている。しかし、上述した従来の偏平型直流振動モータでは、周方向の一箇所に集中させるとは言うものの、三相コイルを周方向に並べて配置するので、回転子は、周方向にある程度大きくならざるを得ず、大きな偏心効果が得られないことから、人の身体に感じられる振動の強さにも限界があった。このため、これまでに市販されているこの種の振動モータの外径を小型化しようとすると、振動モータとしての機能を十分に達成できないという問題があった。
【０００６】
そこで、小型でより高い偏心効果を得るため、例えば図１６に示すように、回転子２０１の電機子２０２を、１又は２個のコイル２０３で構成した偏心直流振動モータも提案されている（特開平１０−３３６９８３号）。このモータでは、整流子２０３が周方向に４分割され、対向する整流子分割体同士を共通接続すると共に、隣接する整流子分割体にそれぞれコイル２０３の始端と終端とを接続し、９０°配列されたブラシを経由して整流子分割体に電流を供給する。回転子２０１が回転すると、回転角度９０°毎にコイル２０３に流れる電流の向きが反転し、コイル２０３と対向する永久磁石１０１のＮ／Ｓ極の吸引、反発作用と、コイル２０３の磁気力とで回転子２０１が回転を持続する。
【０００７】
しかし、１コイル型のモータでは、コイル２０３に流れる電流の向きが切り換わる点で、隣接する整流子分割体がブラシによって瞬間的に短絡される機構となっており、この場合、電源ショートになる。従って、このような電源ショートを生じさせないように、ブラシが何れの整流子にも接続されない無通電デッドポイントを設けるようにしている。ところが、このデッドポイントで回転子２０１が停止した場合、次の回転時にコイル２０３に電流が流れないため、起動不能になる。
そこで、このデッドポイントでの回転子の停止を防止して、確実な起動を確保するため、電機子２０２の一部に静止位置を規定する磁性体の鉄ピン２０５を設けるようにしている。
【０００８】
しかし、鉄ピンによる起動位置規定を行うとしても、鉄ピンの存在自体が回転負荷となるうえ、ブラシと整流子との間の経年的な接触摩擦抵抗の増加により、この摩擦抵抗が鉄ピンと永久磁石との間の磁気力による正規の静止位置への復帰力に勝ってしまうと、結局、回転子は、デッドポイントで静止してしまうことになる。また、摩擦力よりも充分大きな磁気力が得られるように鉄ピンを配置すると、今度は回転子を始動させようとするコイルの磁気力が鉄ピンと永久磁石との磁気力を下回り、起動不能という事態を招来する。このため、磁性体のピンにより静止位置へ規定させる方式では、磁性体のピンやその配置の設定が難しいという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、より一層の小型化及び軽量化を図りつつ、十分な振動が得られ、しかもデッドポイントによる起動不能が発生することがない直流モータ及びその電機子構造を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の直流モータは、周方向の複数箇所に磁極を持つように軸方向着磁された環状の又は環状に配置された永久磁石からなる固定子と、この固定子に対して回転自在に設けられ前記永久磁石の磁極面と対向する電機子が回転軸に偏心固定された回転子と、この回転子の回転に伴って前記電機子に極性が順次反転する電流を供給する電流路を形成する整流子及びブラシからなる電流路形成手段とを有する直流モータにおいて、前記電機子は、前記回転子の回転軸を中心とした回転方向の位置である空間位相が等しくなるように同軸配置され一端が共通接続された第１のコイル及び第２のコイルを備え、前記電流路形成手段は、前記第１のコイルの一端、第２のコイルの一端及びこれらコイルの共通接続端に互いに一定の電気的位相差を持たせて電流をそれぞれ供給するものであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る第１の直流モータの電機子構造は、周方向の複数箇所に磁極を持つように軸方向着磁された環状の又は環状に配置された永久磁石からなる固定子に対して、回転子を回転自在に設けると共に、前記回転子の前記永久磁石の磁極面と対向する電機子が回転軸に偏心固定され、前記回転子の回転に伴って前記電機子に極性が順次反転する電流を供給する電流路を整流子及びブラシからなる電流路形成手段で形成した直流モータにおける電機子構造において、前記回転子の回転軸を中心とした回転方向の位置である空間位相が等しくなるように同軸配置され一端が共通接続された第１のコイル及び第２のコイルを備え、前記電流路形成手段により前記第１のコイルの一端、第２のコイルの一端及びこれらコイルの共通接続端に互いに一定の電気的位相差を持たせて電流をそれぞれ供給されるものであることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る第２の直流モータは、周方向の複数箇所に磁極を持つように軸方向着磁された環状の又は環状に配置された永久磁石からなる固定子と、この固定子に対して回転自在に設けられ前記永久磁石の磁極面と対向する電機子が回転軸に偏心固定された回転子と、この回転子の回転に伴って前記電機子に極性が順次反転する電流を供給する電流路を形成する整流子及びブラシからなる電流路形成手段とを有する直流モータにおいて、前記電機子は、前記回転子の回転軸を中心とした回転方向の位置である空間位相が等しくなるように同軸配置された第１のコイル及び第２のコイルと、これら第１及び第２のコイルと回転方向に隣接するように配置された第３のコイルとを備え、前記電流路形成手段は、前記第１乃至第３のコイルに電気的位相を異ならせて電流をそれぞれ供給するものであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る第２の直流モータの電機子構造は、周方向の複数箇所に磁極を持つように軸方向着磁された環状の又は環状に配置された永久磁石からなる固定子に対して、回転子を回転自在に設けると共に、前記回転子の前記永久磁石の磁極面と対向する電機子が回転軸に偏心固定され、前記回転子の回転に伴って前記電機子に極性が順次反転する電流を供給する電流路を整流子及びブラシからなる電流路形成手段で形成した直流モータにおける電機子構造において、前記回転子の回転軸を中心とした回転方向の位置である空間位相が等しくなるように同軸配置された第１のコイル及び第２のコイルと、これら第１及び第２のコイルと回転方向に隣接するように配置された第３のコイルとを備え、前記第１乃至第３のコイルが前記電流路形成手段によって電気的位相を異ならせて電流をそれぞれ供給されるものであることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第１の直流モータ及びその電気構造によれば、電機子が空間位相を等しくするように配置された第１及び第２のコイルにより構成され、電流路形成手段によって前記第１及び第２のコイルに電気的位相が異なるように電流が供給されるので、電機子は、見かけ上１コイルモータと同様に構成することができ、偏心効果を高めることができる。しかも、本発明によれば、第１及び第２のコイルを設けたことにより、整流子とブラシとの位置関係において、短絡電流が生じないため、電気的無通電域（デッドポイント）がなく、電源供給さえ確実に行えばいつでもスムーズな回転が得られる。
【００１５】
本発明に係る第１の直流モータ及び電機子構造の好ましい実施形態によれば、前記固定子は、例えば周方向に４つの磁極を有し、前記電機子の第１及び第２のコイルは、前記固定子の４つの磁極のうち１乃至２つの磁極を覆う大きさに同軸巻回されると共に、それらの一端が共通接続され、前記電流路形成手段を構成する整流子は、前記回転子に取り付けられて前記回転子の回転方向に６分割されると共に、各対向する分割体が共通接続されて各分割体の対が前記第１のコイル及び第２のコイルの各一端及び共通端にそれぞれ接続され、前記電流路形成手段を構成するブラシは、前記固定子に取り付けられて前記整流子に対して前記空間位相の差が９０度となる位置関係をもってそれぞれ接続される２つのブラシからなるものである。
【００１６】
なお、前記電機子は、前記第１及び第２のコイルが前記固定子の１つの磁極位置の真正面となる位置よりもずれた位置で静止するように静止位置を規定する磁性体からなる静止位置規定手段を備えていても良い。
【００１７】
また、本発明に係る第２の直流モータ及びその電機子構造によれば、電機子が空間位相を等しくするように配置された第１及び第２のコイルと、これら第１及び第２のコイルと回転方向に隣接する第３のコイルとにより構成され、電流路形成手段によって前記第１乃至第３のコイルに電気的位相が異なるように電流が供給されるので、電機子は、見かけ上２コイルモータと同様に構成することができ、３コイルモータと比べて偏心効果を高めることができる。しかも、本発明によれば、３つのコイルに電気的位相が異なるように電流が供給されるので、電気的無通電区間（デッドポイント）が存在せず、常に確実な起動が可能である。磁性体のピンを使用しないため、製造工程が簡単で、回転負荷も軽減でき、起動時を含めて全体的な消費電力を低減することができるので、携帯電話のような低消費電力が要求される機器に好適となる。
【００１８】
本発明に係る第２の直流モータ及びその電機子構造の好ましい実施形態によれば、前記固定子は、周方向に４つの磁極を有し、前記電機子の第１及び第２のコイルは、前記固定子の４つの磁極のうち１乃至２つの磁極を覆う大きさに同軸巻回され、前記第３のコイルは、前記第１及び第２のコイルが１つの磁極に正対するときに他の２つの磁極のほぼ中央に位置するように配置され、前記第１乃至第３のコイルは、それらの一端が共通接続され、前記電流路形成手段を構成する整流子は、前記回転子に取り付けられて前記回転子の回転方向に６分割されると共に、各対向する分割体が共通接続されて各分割体の対が前記第１乃至第３のコイルの各他端にそれぞれ接続され、前記電流路形成手段を構成するブラシは、前記固定子に取り付けられて前記整流子に対して前記空間位相の差が９０度となる位置関係をもってそれぞれ接続される２つのブラシからなるものである。
【００１９】
この場合、前記第１及び第２のコイルと、前記第３のコイルとを、空間位相の差がほぼ１３５°となる位置関係をもって配置するようにすると、第１及び第２のコイルが、磁石と正対する位置、即ち回転方向のいずれの向きにも回転力が発生してしまう位置で回転子が停止しても、第３のコイルは、必ず特定の回転の向きで起動されることになるので、起動不能は発生しない。
【００２０】
なお、上記第１及び第２の直流モータおよびその電機子構造において、前記第２のコイルは前記第１のコイルの内側に同軸巻回されたものであっても良いし、前記第１及び第２のコイルは、２線コイルにより同時に形成されたものであってもよい。いずれの場合でも１コイル製造と製造工程は殆ど代わらないので、製造コストを抑えることができる。
【００２１】
また、第１及び第２のコイルと回転方向に隣接するように比重の大きな分銅を配置するようにすると、第１及び第２のコイルが１箇所に集中して配置されていることから、第３のコイルを起動用として軽量化すれば、コイルと分銅とを殆ど片側に寄せて配置することができる。このため、外径寸法や厚みなどを増やすことなく、周方向の一部に電機子構造を集中させて高い偏心効果を得ることができ、モータの小型化及び軽量化を図りつつ、振動量を大幅に増加させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施例を参照して、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る偏平型直流振動モータを示す分解斜視図、図２は平面図である。
この直流振動モータは、固定子１と、この固定子１に回転自在に装着された回転子２と、回転子２を密閉する円筒状のカバー３とにより、全体が偏平円筒状となるように構成されている。固定子１は、円盤状のプレート１１と、このプレート１１の上に、Ｓ極とＮ極とが交互に並ぶように、環状に配置されて軸方向に着磁された４つの永久磁石１２と、プレート１１の中央から立ち上がる回転子２の支持用の支持軸１３と、周方向に隣接する永久磁石１２の間の隙間からプレート１１の中心部に向かって延びる、９０度の空間位相の差をもって配置された２つのブラシ１４，１５とにより構成されている。また、回転子２は、支持軸１３に回転自在に支持される回転軸２１と、この回転軸２１の周方向の一部に偏心状態で固定された電機子２２と、回転軸２１の外周面に配置された、周方向に６分割された整流子（コンミテータ）２３とを備えて構成されている。整流子２３は、ブラシ１４，１５と共に電流路形成手段を構成する。電機子２２は、同軸巻回された第１のコイル２４（外側のコイル）と、第２のコイル２５（内側のコイル）と、これらコイル２４，２５を一体的に支持する樹脂フレーム２７と、後述する位置規定用の磁性体のピン２８とを含む。
【００２３】
第１のコイル２４及び第２のコイル２５は、例えば図３に示すように、スター結線される。整流子２３は、６分割された分割片のうち、対向する分割片同士が接続され、これら接続された分割片のペアがそれぞれ第１のコイル２４の一端、第２のコイル２５の一端及び第１及び第２のコイル２４，２５の共通端にそれぞれ接続される。この整流子２３に対して９０度の空間位相の差をもって配置されたブラシ１４，１５から電流が供給される。２つのブラシ１４，１５は、回転子２の回転に伴って、第１及び第２のコイル２４，２５の各一端、並びに共通端に接続された整流子２３に順次接続される。これにより、同図（ａ）に示すように、回転子２が回転して一方のブラシ１４（又は１５）が整流子２３の分割体の境界に位置したとき、電源からブラシ１４→整流子２３→第１及び第２のコイル２４，２５→整流子２３→ブラシ１５→接地の経路で電流が流れる。また、同図（ｂ）に示すように、回転子２が回転してブラシ１４，１５が整流子２３の各１つの分割体とそれぞれ接触したとき、電源からブラシ１４→整流子２３→第１及び第２のコイル２４，２５の少なくとも１つ→整流子２３→ブラシ１５→接地の経路で電流が流れる。このように、本発明では片方のブラシ１４又は１５が整流子２３の隣接する分割片の中間位置に位置し、隣接する分割片がブラシ１４又は１５によって短絡されるようにしても、２コイル式であるから電源ショートは発生しない。
【００２４】
図４は、この直流振動モータの動作を説明するためのトルク波形図であり、図中斜線を示した部分が電流供給区間を示している。図示のように、第１及び第２のコイル２４，２５には、電気的位相を異ならせて電流が供給される。コイルに電流が流れている時の発生トルクは、コイルと磁極位置との位置関係及び電流値によって決定されるが、第１のコイル２４と第２のコイル２５とは、空間的位相が等しいため、電流が供給されている期間での発生トルクはほぼ等しい。
【００２５】
図中ａ〜ｆにおける回転子２と固定子１との位置関係を図５（ａ）〜（ｆ）にそれぞれ対応して示す。ａ区間では、図５（ａ）に示すように、ブラシ１４，１５と整流子２３との位置関係により、第１及び第２のコイル２４，２５に同じ向きの電流が流れる。２つのコイル２４，２５は、２つの永久磁石１２を均等にまたがる位置を通過するので、コイル２４，２５には共に最も大きなトルクが発生する。
【００２６】
時刻ｂでは、図５（ｂ）のように、第１のコイル２４については電流が継続的に流れるが、第２のコイル２５への電流供給が断たれる。以後、区間ｃでは、同図（ｃ）のように、第１のコイル２４のみに電流が流れ、第１のコイル２４のみに発生するトルクによって回転子２は回転する。
【００２７】
時刻ｄになると、同図（ｄ）のように、第１のコイル２４への電流供給が断たれ、第２のコイル２５への電流供給が開始されるが、その切り替わりの時点で瞬間的に電流が断たれる。勿論、ブラシ１４，１５が整流子２３の２つの分割片に同時に接続される場合には、このような電流の瞬断はない。区間ｅでは、同図（ｅ）のように、第２のコイル２５のみに電流が流れ、次の磁極との関係で回転トルクが継続的に発生する。時刻ｆでは、第１のコイル２４への電流供給が開始される。
【００２８】
このように、この直流振動モータでは、電機子２２がどの角度にあってもいずれか１つ以上のコイルにほぼ継続的に電流が流れる。第１，第２のコイル２４，２５に電流が流れると、永久磁石１２の磁力線によってフレミングの左手の法則に従った一定の向きの回転トルクが発生する。もし第３のコイルを別個に設けて第１及び第２のコイル２４，２５と同軸配置したとすると、第３のコイルには、第１及び第２のコイル２４，２５とは別の向きの電流が流れ、磁力の向きが反対になるため、回転子２の回転負荷となることが予想されるが、この実施例のモータのように、３相のうちの２相分についてのみコイル２４，２５に電流を流し、他の１相分については省略しているので、上記のような回転負荷が生じることもなく、スムーズな回転が可能になる。回転子２が回転すると、電機子２２が回転軸２１に対して偏心しているため、遠心力により振動が発生する。
【００２９】
このモータでは、整流子２３の隣接分割片間が短絡しても、必ず電源間には、コイル２４又は２５が介在するので短絡電流は流れない。このため、隣接分割片間を極力短くすることができ、電流が流れないデッドポイントをゼロにすることができる。これにより、起動時に電流が流れずに起動不能になるという現象は防止することができる。
【００３０】
しかし、第１及び第２のコイル２４，２５が１つの磁極の真上に位置した状態で停止すると、電機子２２は、どちらの向きにでも回転可能になり、回転方向が定まらなくなる。このため、この実施例では、電機子２２に磁性体からなる位置規定用のピン２８を周方向に突出するように設けている。これにより、ピン２８は、永久磁石１２と永久磁石１２との間の位置に磁力を受けて移動するので、電機子２２の停止状態での位置は、図２に示すように、必ず一方の回転トルクを受ける位置に位置決めされることになる。この位置は図４及び図５におけるｄのポイントである。
【００３１】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではない。上記実施例では、第１のコイル２４を外側巻線、第２のコイル２５を内側巻線としたが、例えば図６に示すように、第１のコイル３１及び第２のコイル３２を２重巻線で同時に形成するようにしても良い。第１及び第２のコイル２４，２５をこのように２重巻線で形成すると、両コイル３１，３２に均等な回転トルクが発生するうえ、１巻コイルの作成と同様に作成することができるので、製造工程も簡単になる。
【００３２】
また、図５に示した静止位置規制手段としてのピン２８と同様の機能を有するものとして、図７に示すように、ピン３３を、第１及び第２のコイル２４，２５と回転方向の端の位置で重なるように、且つ磁力線の向きに沿うように少し傾けて配置するようにしてもよい。このようにすることで、電機子２２をよりコンパクトにすることができる。なおこの場合、ピン３３の角度は、静止位置及び回転駆動に影響を及ぼさない程度の磁気吸引力を得るために適切な角度に決定すれば良い。
【００３３】
図８は、本発明の更に他の実施例に係る偏平型直流振動モータを示す分解斜視図、図９は平面図である。
この直流振動モータは、電機子４１の構造が図１のものと異なっている。電機子２２は、同軸巻回された第１のコイル２４（外側のコイル）及び第２のコイル２５（内側のコイル）と、これらコイル２４，２５と周方向に隣接するように配置された第３のコイル（起動コイル）２６と、これらコイル２４，２５及び２６を一体的に支持する樹脂フレーム４２とを含む。
【００３４】
第１のコイル２４、第２のコイル２５及び第３のコイル２６は、例えば図１０に示すように、スター結線される。整流子２３は、６分割された分割片のうち、対向する分割片同士が接続され、これら接続された分割片のペアがそれぞれ第１のコイル２４の一端、第２のコイル２５の一端及び第３のコイル２６の一端にそれぞれ接続される。コイル２４，２５，２６の他端は共通接続される。この整流子２３に対して９０度の空間位相の差をもって配置されたブラシ１４，１５から電流が供給される。２つのブラシ１４，１５は、回転子２の回転に伴って、第１乃至第３のコイル２４，２５，２６の各一端に接続された整流子２３に順次接続される。これにより、同図（ａ）に示すように、回転子２が回転して一方のブラシ１４（又は１５）が整流子２３の分割体の境界に位置したとき、電源からブラシ１４→整流子２３→第１乃至第３のコイル２４，２５，２６→整流子２３→ブラシ１５→接地の経路で電流が流れる。また、同図（ｂ）に示すように、回転子２が回転してブラシ１４，１５が整流子２３の各１つの分割体とそれぞれ接触したとき、電源からブラシ１４→整流子２３→第１乃至第３のコイル２４，２５，２６の少なくとも２つ→整流子２３→ブラシ１５→接地の経路で電流が流れる。このように、本発明では片方のブラシ１４又は１５が整流子２３の隣接する分割片の中間位置に位置し、隣接する分割片がブラシ１４又は１５によって短絡されるようにしても、３コイル式であるから電源ショートは発生しない。
【００３５】
図１１は、この直流振動モータの動作を説明するためのトルク波形図であり、図中斜線を示した部分が電流供給区間を示している。図示のように、第１乃至第３のコイル２４，２５，２６には、電気的位相を例えば異ならせて電流が供給される。コイルに電流が流れている時の発生トルクは、コイルと磁極位置との位置関係及び電流値によって決定されるが、第１のコイル２４と第２のコイル２５とは、空間的位相が等しいため、電流が供給されている期間での発生トルクはほぼ等しい。
【００３６】
図中ａ〜ｆにおける回転子２と固定子１との位置関係を図１２（ａ）〜（ｆ）にそれぞれ対応して示す。ａ区間では、図１２（ａ）に示すように、電源→ブラシ１４→整流子２３→第２のコイル２５の内側から外側（時計回り）→第１のコイル２４の内側から外側（時計回り）→整流子２３→接地の順に電流が流れる。第１及び第２のコイル２４，２５は、同じ向きの電流が流れた状態で２つの永久磁石１２を均等にまたがる位置を通過するので、コイル２４，２５には共に最も大きなトルクが発生する。
【００３７】
時刻ｂでは、図１２（ｂ）のように、電源につながるブラシ１４が第２のコイル２５の内側端につながる整流子２３と第３のコイル２６の外側端につながる整流子２３との境界に位置され、第３のコイル２６の外側から内側（反時計回り）に電流が流れ始めるから、瞬間的に３つのコイル２４〜２６に電流が流れるが、直後に第２のコイル２５への電流供給が断たれる。以後、区間ｃでは、同図（ｃ）のように、第１のコイル２４及び第３のコイル２６に電流が流れ、第１のコイル２４及び第３のコイル２６に発生するトルクによって回転子２は回転する。
【００３８】
時刻ｄになると、同図（ｄ）のように、接地につながるブラシ１５が第１のコイル２４の外側端につながる整流子２３と第２のコイル２５の内側端につながる整流子２３との境界に位置するので、第２のコイル２５への電流供給が開始されるが、第１のコイル２４に流れる電流とは反対の向きの電流が流れ、直後に第１のコイル２４に流れる電流が断たれる。このとき、第１及び第２のコイル２４，２５は、永久磁石１２に正対する位置にあり、この第１及び第２のコイル２４，２５によってはトルクは発生しない。しかし、第３のコイル２６には電流が流れ続け、最大のトルクを発生する。区間ｅでは、同図（ｅ）のように、第２のコイル２５と第３のコイル２６に電流が流れ、次の磁極との関係で回転トルクが継続的に発生する。時刻ｆでは、第１のコイル２４への電流供給が開始されるが、直後に第３のコイル２６への電流の供給が断たれる。第２のコイル２５には電流が流れ続ける。
【００３９】
このように、この直流振動モータでは、電機子４１がどの角度にあってもいずれか２つ以上のコイルにほぼ継続的に電流が流れる。第１乃至第３のコイル２４，２５，２６に電流が流れると、永久磁石１２の磁力線によってフレミングの左手の法則に従った一定の向きの回転トルクが発生する。もし第３のコイル２６を第１及び第２のコイル２４，２５と同軸配置したとすると、第３のコイル２６には、第１及び第２のコイル２４，２５とは別の向きの電流が流れ、磁力の向きが反対になるため、回転子２の回転負荷となる。また、図１２（ｄ）で示すように、コイル２４，２５が磁石と正対する位置では、いずれのコイルにもトルクが発生しないことになるので、この位置で停止すると、起動不能になることが予想される。しかし、この実施例のモータのように、３コイルのうちの２コイル２４，２５についてのみ同軸配置し、残りの１コイル２６についてはこれらと空間位相が異なるように配置しているので、回転負荷は生じることがなく、また、同図（ｄ）の位置で回転子２１が停止しても、第３のコイル２６によってスムーズな起動が可能になる。効率的な起動を行うためには、図９に示すように、第１及び第２のコイル２４，２５と第３のコイル２６との空間位相の差を１３５°とすることが望ましい。
【００４０】
回転子２が回転すると、電機子４１が回転軸２１に対して偏心しているため、遠心力により振動が発生する。このモータでは、２つのコイル２４，２５を周方向の１箇所にまとめて配置しているため、高い偏心効果を得ることができる。
【００４１】
また、このモータは、３コイル型であるから、整流子２３の隣接分割片間がブラシ１４又は１５を介して短絡されても、必ず電源間には、コイル２４，２５，２６のうちの少なくとも２つが介在するので短絡電流は流れない。即ち、１コイル型の場合には、たまたまコイルが存在しない二相間を介して電源〜接地間に短絡電流が流れてしまうことがある。このため、１コイル型の場合には、整流子２３の隣接分割片間でブラシ１４，１５による短絡が起こらないように周方向に隣接する分割片の間隔をある程度広くする必要がある。このため、電流が流れないデッドポイントが発生する。この点、この実施例では、隣接分割片間が短絡しても電源〜接地間で短絡電流は流れないので、隣接分割片間を極力短くすることができ、電流が流れないデッドポイントをゼロにすることができる。これにより、起動時に電流が流れずに起動不能になるという現象は防止することができる。
【００４２】
図１３は、本発明の更に他の実施例に係る偏平型直流振動モータを示す分解斜視図である。この実施例では、電機子５１は、第１及び第２のコイル２４，２５に隣接する位置に分銅２９を設け、コイル２４，２５，２６と分銅２９とを樹脂フレーム５２で一体化したものである。分銅２９は、偏心効果を高めるためには、例えばその比重ができるだけ高いこと（例えば１０以上）が望ましく、磁気力や渦電流による回転負荷を軽減するためには、非磁性体で且つ非導電体であることが必要である。分銅２９の大きさは、例えば１つの永久磁石１２よりも僅かに大きめとし、極力、第１及び第２のコイル２４，２５の近傍に配置すると、より偏心効果を高めることができる。
【００４３】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではない。上記実施例では、第１のコイル２４を外側巻線、第２のコイル２５を内側巻線としたが、例えば図１４に示すように、第１のコイル３１及び第２のコイル３２を２重巻線で同時に形成するようにしても良い。第１及び第２のコイル２４，２５をこのように２重巻線で形成すると、両コイル３１，３２に均等な回転トルクが発生するうえ、１巻コイルの作成と同様に作成することができるので、製造工程も簡単になる。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の第１の直流モータ及びその電機子構造によれば、電機子が空間位相を等しくするように配置された第１及び第２のコイルにより構成され、前記第１及び第２のコイルの少なくとも１つに電流を供給するように構成されているので、電機子は、見かけ上１コイルモータと同様に構成することができ、偏心効果を高めることができる。また、第１及び第２のコイルにはいつでも電流が流れるので、電気的無通電域（デッドポイント）がなく、スムーズな起動が可能である。
【００４５】
また、本発明の第２の直流モータ及びその電機子構造によれば、電機子が空間位相を等しくするように配置された第１及び第２のコイルと、これら第１及び第２のコイルと回転方向に隣接する第３のコイルとにより構成され、電流路形成手段によって前記第１乃至第３のコイルに電気的位相が異なるように電流が供給されるので、電機子は、見かけ上２コイルモータと同様に構成することができ、３コイルモータと比べて偏心効果を高めることができる。しかも、本発明によれば、３つのコイルに電気的位相が異なるように電流が供給されるので、電気的無通電区間（デッドポイント）が存在せず、常に確実な起動が可能になる。また、第１及び第２のコイルと回転方向に隣接する第３のコイルとによる構成のため、その円周内に振動を大きくさせる分銅を配置できるスペースを確保することができ、振動モータとしての振動量の増加対策上も有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例に係る直流振動モータの分解斜視図である。
【図２】 同直流振動モータの平面図である。
【図３】 同直流振動モータの回路図である。
【図４】 同直流振動モータの発生トルクと時間との関係を示す図である。
【図５】 同直流振動モータのトルク発生原理を説明するための図である。
【図６】 本発明の他の実施例に係る直流振動モータの平面図である。
【図７】 本発明の更に他の実施例に係る直流振動モータの平面図である。
【図８】 本発明の更に他の実施例に係る直流振動モータの分解斜視図である。
【図９】 同直流振動モータの平面図である。
【図１０】 同直流振動モータの回路図である。
【図１１】 同直流振動モータの発生トルクと時間との関係を示す図である。
【図１２】 同直流振動モータのトルク発生原理を説明するための図である。
【図１３】 本発明の更に他の実施例に係る直流振動モータの分解斜視図である。
【図１４】 本発明の更に他の実施例に係る直流振動モータの平面図である。
【図１５】 従来の３コイル型直流振動モータの平面図である。
【図１６】 従来の１コイル型直流振動モータの平面図である。
【符号の説明】
１，１０２…固定子、２，１０４…回転子、３…カバー、１１…プレート、１２，１０１…永久磁石、１３…支持軸、１４…ブラシ、２１…回転軸、２２，４１，５１…電機子、２３…整流子、２４，３１…第１のコイル、２５，３２…第２のコイル、２６…第３のコイル、２７，４２，５２…樹脂フレーム、２８…ピン、２９…分銅。
Claims (11)
- 周方向の複数箇所に磁極を持つように軸方向着磁された環状の又は環状に配置された永久磁石からなる固定子と、
この固定子に対して回転自在に設けられ前記永久磁石の磁極面と対向する電機子が回転軸に偏心固定された回転子と、
この回転子の回転に伴って前記電機子に極性が順次反転する電流を供給する電流路を形成する整流子及びブラシからなる電流路形成手段と
を有する直流モータにおいて、
前記電機子は、前記回転子の回転軸を中心とした回転方向の位置である空間位相が等しくなるように同軸配置され一端が共通接続された第１のコイル及び第２のコイルを備え、
前記電流路形成手段は、前記第１のコイルの一端、第２のコイルの一端及びこれらコイルの共通接続端に互いに一定の電気的位相差を持たせて電流をそれぞれ供給するものである
ことを特徴とする直流モータ。 - 前記固定子は、周方向に４つの磁極を有し、
前記電機子の第１及び第２のコイルは、前記固定子の４つの磁極のうち１乃至２つの磁極を覆う大きさに同軸巻回されると共に、それらの一端が共通接続され、
前記電流路形成手段を構成する整流子は、前記回転子に取り付けられて前記回転子の回転方向に６分割されると共に、各対向する分割体が共通接続されて各分割体の対が前記第１のコイル及び第２のコイルの各一端及び共通端にそれぞれ接続され、
前記電流路形成手段を構成するブラシは、前記固定子に取り付けられて前記整流子に対して前記空間位相の差が９０度となる位置関係をもってそれぞれ接続される２つのブラシからなるものであることを特徴とする請求項１記載の直流モータ。 - 周方向の複数箇所に磁極を持つように軸方向着磁された環状の又は環状に配置された永久磁石からなる固定子と、
この固定子に対して回転自在に設けられ前記永久磁石の磁極面と対向する電機子が回転軸に偏心固定された回転子と、
この回転子の回転に伴って前記電機子に極性が順次反転する電流を供給する電流路を形成する整流子及びブラシからなる電流路形成手段と
を有する直流モータにおいて、
前記電機子は、前記回転子の回転軸を中心とした回転方向の位置である空間位相が等しくなるように同軸配置された第１のコイル及び第２のコイルと、これら第１及び第２のコイルと回転方向に隣接するように配置された第３のコイルとを備え、
前記電流路形成手段は、前記第１乃至第３のコイルに電気的位相を異ならせて電流をそれぞれ供給するものである
ことを特徴とする直流モータ。 - 前記固定子は、周方向に４つの磁極を有し、
前記電機子の第１及び第２のコイルは、前記固定子の４つの磁極のうち１乃至２つの磁極を覆う大きさに同軸巻回され、前記第３のコイルは、前記第１及び第２のコイルが１つの磁極に正対するときに他の２つの磁極のほぼ中央に位置するように配置され、前記第１乃至第３のコイルは、それらの一端が共通接続され、
前記電流路形成手段を構成する整流子は、前記回転子に取り付けられて前記回転子の回転方向に６分割されると共に、各対向する分割体が共通接続されて各分割体の対が前記第１乃至第３のコイルの各他端にそれぞれ接続され、
前記電流路形成手段を構成するブラシは、前記固定子に取り付けられて前記整流子に対して前記空間位相の差が９０度となる位置関係をもってそれぞれ接続される２つのブラシからなるものである
ことを特徴とする請求項３記載の直流モータ。 - 前記第１及び第２のコイルと回転方向に隣接するように配置された分銅を更に備えてなることを特徴とする請求項３又は４記載の直流モータ。
- 前記第１乃至第３コイルと分銅とは、樹脂フレームで一体に固定されていることを特徴とする請求項５記載の直流モータ。
- 前記第１及び第２のコイルと、前記第３のコイルとは、前記空間位相の差がほぼ１３５°となる位置関係をもって配置されていることを特徴とする請求項４記載の直流モータ。
- 前記第２のコイルは前記第１のコイルの内側に同軸巻回されたものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の直流モータ。
- 前記第１及び第２のコイルは、２線コイルにより同時に形成されたものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の直流モータ。
- 周方向の複数箇所に磁極を持つように軸方向着磁された環状の又は環状に配置された永久磁石からなる固定子に対して、回転子を回転自在に設けると共に、前記回転子の前記永久磁石の磁極面と対向する電機子が回転軸に偏心固定され、前記回転子の回転に伴って前記電機子に極性が順次反転する電流を供給する電流路を整流子及びブラシからなる電流路形成手段で形成した直流モータにおける電機子構造において、
前記回転子の回転軸を中心とした回転方向の位置である空間位相が等しくなるように同軸配置され一端が共通接続された第１のコイル及び第２のコイルを備え、前記電流路形成手段により前記第１のコイルの一端、第２のコイルの一端及びこれらコイルの共通接続端に互いに一定の電気的位相差を持たせて電流をそれぞれ供給されるものである
ことを特徴とする直流モータの電機子構造。 - 周方向の複数箇所に磁極を持つように軸方向着磁された環状の又は環状に配置された永久磁石からなる固定子に対して、回転子を回転自在に設けると共に、前記回転子の前記永久磁石の磁極面と対向する電機子が回転軸に偏心固定され、前記回転子の回転に伴って前記電機子に極性が順次反転する電流を供給する電流路を整流子及びブラシからなる電流路形成手段で形成した直流モータにおける電機子構造において、
前記回転子の回転軸を中心とした回転方向の位置である空間位相が等しくなるように同軸配置された第１のコイル及び第２のコイルと、
これら第１及び第２のコイルと回転方向に隣接するように配置された第３のコイルとを備え、
前記第１乃至第３のコイルが前記電流路形成手段によって電気的位相を異ならせて電流をそれぞれ供給されるものである
ことを特徴とする直流モータの電機子構造。
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