JP3994092B2 - 小型円筒型ブラシレスステップモータ - Google Patents

Description

本発明は、小型円筒型ブラシレスステップモータの構造に関し、詳しくは2極の永久磁石からなるロータと、2極のステータと、コイルからなる小型円筒型ブラシレスステップモータの構造に関する。

現在、回転オモリをロータのシャフトに取り付けた、円筒型ブラシ付振動モータが携帯電話等の携帯電子機器の振動源の主流となっている。該円筒型ブラシ付振動モータは低コストで生産できる長所を有しているが、一方、ブラシ付のためブラシと電機子間の機械的接触による負荷摩擦トルクのためにモータ効率は低く、該ブラシと電機子の機械的耐久性も低いという欠点を有している。そこで、ブラシレスにより、ブラシと電機子間の機械的接触による負荷摩擦トルクがなくモータ効率が高く、該ブラシと電機子の機械的耐久性も問題とならないという長所を有し、ロータのシャフトに回転オモリを取り付けることによって振動モータとなる円筒形状のブラシレスステップモータが提案されている。まず、本出願人発明の特開平９−２５２５７３号公報に開示された、２極の永久磁石からなるロータと、該ロータとギャップを介して磁気結合する２極のステータと、コイルから構成される円筒形状のブラシレスステップモータの従来の技術を説明する。

従来の円筒形状のブラシレスステップモータのロータ、ステータ、コイルの接続図を図９に、従来の円筒形状のブラシレスステップモータの内部構造図を図１０に、従来の円筒形状のブラシレスステップモータの外観図を図１１に示す。

まず、図１１により、従来の円筒形状のブラシレスステップモータのロータ、ステータ、コイルの接続を説明する。２極の永久磁石２９からなるロータ２８はギャップ２１０を介して２極のステータ２１１に磁気結合し、該２極のステータ２１１はコイル２１２に磁気結合している。詳細には、該２極のステータ２１１は、前記ロータ２８を収納配置するためのロータ穴部２４１を有する平坦部２４０と、該平坦部２４０に対して略直角に折り曲げて形成された２箇所の接続部２２２と２２３からなり、該接続部２２２と２２３の接続端部２２４と２２５は前記コイル２１２と、その巻心２１３と該接続端部２２４と２２５に設けられたネジ穴２１４と２１５を通して図１３に示す従来の円筒形状のブラシレスステップモータ２１の有するネジ２６３と２６４によって接続される。

次に、図１２により、従来の円筒形状のブラシレスステップモータの内部構造について説明する。図１２に示したロータ２８のシャフト２２は２個の軸受２１６と２１７により受けられ、シャフト２２とコイル２１２は円筒軸方向２２２に配置され、該コイル２１２の発生する磁界方向が前記ロータ２８の回転平面図に対して垂直になっており、図１３に示す従来の円筒形状のブラシレスステップモータ２１を駆動するドライブＩＣ２１８と２個の電源端子２３と２４と制御端子２５（ステップモータのオン、オフ端子）を有する回路基板２１９は、ネジ穴２２０と２２１を通して、前記円筒形状のブラシレスステップモー２１の有するネジ２６３と２６４によってコイルの巻心２１３に固定される。

次に、図１３により、従来の円筒形状のブラシレスステップモータの全体を説明する。従来の円筒形状のブラシレスステップモータ２１はハウジング２６とネジ２６３と２６４を有し、該ネジ２６３と２６４によって、前記２極のステータ２１１の前記接続部２２２と２２３の接続端部２２４と２２５と、前記巻心２１３と、前記回路基板２１９は、該ハウジング２６に設けられたネジ穴２６１と２６２と、図１１で示した前記ステータ２１１の前記接続部２２２と２２３の接続端部２２４と２２５と前記巻心２１３に設けられたネジ穴２１４と２１５と、図１２で示した前記回路基板２１９に設けられたネジ穴２２０と２２１とを通して、前記ハウジング２６に固定され、前記巻心２１３と接続端部２２４と２２５は磁気接合される。さらに、前記ブラシレスステップモータ２１は、振動モータとして使用する場合に回転オモリ（図示せず）が取り付け可能なロータ２８のシャフト２２と、電源端子２３と２４と、制御端子２５を有している。なお、該従来の円筒形状のブラシレスステップモータ２１を高速回転させる駆動方法は本出願人発明の特許３２５８１２５公報に詳しく説明されているのでその説明は省略する。

特開平９−２５２５７３ 特許３２５８１２５

ところで、前記従来の円筒形状のブラシレスステップモータ２１は、２極のステータ２１１の折り曲げ加工性に難点を有していた。つまり、該ステータ２１１には、前記コイル２１２の巻心２１３と磁気接合するために接続部２２２と２２３、接続端部２２４と２２５が必要であり、平坦部２４０に対して２箇所の略直角な折り曲げ加工と、さらに、４箇所の折り曲げ加工をしなければならなかった。この計６箇所の折り曲げ加工による工数が生産コストを上げる大きな要因であった。また、組み立てにおいては、図１３に示すように、ハウジング２６を取り付けた後で、つまり、ハウジング２６の内部を目視できない状態で、ネジ２６３と２６４によって、前記２極のステータ２１１の前記接続部２２２と２２３の接続端部２２４と２２５と、コイル２１２の巻心２１３と、回路基板２１９をハウジング２６へネジ止めしなければならないという製造上の難点があった。

上記問題を達成するために、本発明は以下の構成を有している。シャフトに固定された２極の永久磁石からなるロータと、ギャップを介して該永久磁石に磁気結合する２極のステータと、該ステータに磁気結合するコイルからなり、前記コイルは、該コイルの発生する磁界方向が前記ロータの回転平面に対して平行になるように配置され、また、前記コイルの巻心の形状はコの字型断面形状であって、前記２極のステータは、スリット部と、ブリッジ部と、保持トルクを発生するための変形部を有し、前記永久磁石に磁気結合する円筒部と、前記円筒部につながり、前記コイルの前記コの字型断面形状の巻心の両端が接続するコイル接続部からなり、非磁性材からなる円筒状のハウジングに挿入、配置されており、前記ロータのシャフトの両端は該ハウジングに配置された２個の軸受で受けられており、さらに、前記２極のステータの保持トルクを発生するための変形部の形状は該２極のステータの前記円筒部の内側にくぼんだ形状かその外側に出っ張った形状であるステップモータにおいて、前記コイルの巻心は、前記ロータのシャフトが通る穴あるいは凹部を有し、該コイルのコイル巻線部は、マグネットワイヤーを該巻心の穴あるいは凹部を避けて該巻心に巻回すことによって形成した２個の巻線部と、該２個の巻線部を直列につなぐマグネットワイヤーからなり、その巻線部端は２個の巻線部端であることを特徴とする。

小型円筒型ブラシレスステップモータを振動モータ用等に低コストで提供できる効果がある。

以下、小型円筒型ブラシレスステップモータを例にとり、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳述する。

図１に本発明の小型円筒型ブラシレスステップモータの概観透視図を示す。本発明の小型円筒型ブラシレスステップモータ１は、２個のシャフト止め１２を有するシャフト４に取り付けられた２極の永久磁石３からなるロータ２と、ギャップ３１を介して該永久磁石３に磁気結合するステータ５と、該ステータ５に磁気結合するコイル６と、該コイル６に接続し、該本発明の小型円筒型ブラシレスステップモータ１を回転駆動するドライバＩＣ８を実装した回路基板９と、外部ＤＣ電源に接続する２個の電源端子１０と、ロータ２のシャフト４を受ける２個の軸受１１を有するハウジング７と、該軸受１１と回路基板９を有するベース体１３から構成されている。前記コイル６は、該コイル６の発生する磁界方向が前記ロータ２の回転平面に対して平行になるように配置されている。なお、図１１に示す従来の円筒形状のブラシレスステップモータ２１の場合は、２個の電源端子２３と２４以外に制御端子２５（ステップモータのオン、オフ端子）があったが、前記ドライバＩＣ８は２個の電源端子１０への電源の投入でステップモータをオンでき、端子数は電源端子１０の２個となっている。

次に、図２に示す本発明の小型円筒型ブラシレスステップモータのステータの概観図を使って、該ステータの構造を詳細に説明する。まず、該ステータを説明する前に、図３に示す本発明の第１の小型円筒型ブラシレスステップモータのコイル巻心とコイルの概観図を使って、該コイルの構造を説明する。該コイル６は、図１に示したロータ２のシャフト４が通る穴６１有し、２個の円筒形の側面両端６０１を有するコの字型断面形状６０２のコイル巻心６０と、マグネットワイヤーを該コイル巻心６０の該穴６１を避けて巻回すことによって形成され、マグネットワイヤー６２３により直列につながった巻線部６２１と６２２からなる２個のコイル巻線部端６２４を有するコイル巻線部６２から構成されている。なお、該コイル巻線部６２は、実際には、例えば、マグネットワイヤーを前記巻心６０に巻回すことによってまず巻線部６２１を形成してから、いったん巻回しを止めて、その後、マグネットワイヤーを、前記穴６１を避けながら前記巻心６０の次の巻線部６２２を巻回し始める場所に移動し、その後、巻線部６２２を巻回すことによって形成される。前記コイル巻心６０は金型を使った絞り加工とプレス抜き加工の併用によって製作できる。

前記２極のステータ５は、２個のスリット部５２と４個のブリッジ部５３と保持トルクを発生するための２個の変形部５４を有し、図１に示した前記永久磁石３に磁気結合する円筒部５０１と、該円筒部５０１につながり、前記コの字型断面形状のコイル６の２個の円筒形状の側面両端６０１が圧入し、磁気結合するコイル接続部５０２からなっている。前記ステータ５は４箇所のブリッジ５３によって一体となっており（該ブリッジ５３の幅は、前記永久磁石３からの磁束が前記コイル６を経由しないで該ブリッジ５３をショートしモータの性能を落すことがないように、該ブリッジ５３の機械的強度を保ちつつ、十分狭く設計されるが、図１に示すスリット部５２の長さＬｓに比べ前記永久磁石３の長さＬｍは短く設定して、該永久磁石３の長さ方向の中心をスリット部５２の長さ方向の中心に一致させ、該永久磁石の磁束が前記ブリッジ５３でショートしにくくすることが望ましい。）、保持トルクを発生するための２個の変形部５４の形状は該ステータ５の円筒部５０１の内側にくぼんだ形状となっており、このくぼんだ形状により、前記ロータ２のシャフト４の周りに前記保持トルクが発生し、該ロータ２の２極の永久磁石３は該変形部５４の点に１８０度の周期の磁気安定点を有し、このモータはいわゆるステップモータになる。なお、前記２極のステータ５は、金型を使った絞り加工とプレス抜き加工の併用によって作製できる。

次に、図４に示す本発明の小型円筒型ブラシレスステップモータの組み立ての流れ図を使って、本発明の小型円筒型ブラシレスステップモータの組み立て方法を説明する。まず、絞り加工によって作製され、前記ロータ２のシャフト４を受ける軸受１１を配置した、非磁性材からなる円筒状のハウジング７にステータ５を挿入、配置する（工程１）。次に、工程１でできた組み立て体４０にシャフト４を軸受１１に通すことによってシャフト止め１２を付けたロータ２を配置する（工程２）。次に、工程２でできた組み立て体４１のステータ５のコイル接続部５０２の内側にコイル６側から目視できる状態で、コイル６の２個の円筒形の側面両端６０１を圧入、固定し、ステータ５とコイル６との磁気結合をとる。（工程３）。次に、工程３でできた組み立て体４２のシャフト４にシャフト止め１２を圧入、配置し、さらに、ドライバＩＣ８と電源端子１０を有した回路基板９と軸受１１を有するベース体１３からなる組み立て体４４を、該ベース体１３の外周を前記ハウジング７に圧入することによって、ハウジング７に固定する（工程４）。次に、工程４でできた組み立て体４３に対してシャフト４の軸方向４３１に垂直な面内方向から永久磁石の着磁を行い（工程５）、２極の永久磁石を有する本発明の小型円筒型ブラシレスステップモータ１の組み立てを完了する。

図５は、本発明の回転オモリ付小型円筒型ブラシレスステップモータの概観透視図を示す。該回転オモリ付小型円筒型ブラシレスステップモータ１５は図１に示す第１の小型円筒型ブラシレスステップモータ１のロータ２のシャフト４の端に回転オモリ１５０を取り付け固定したステップモータである。

図６に本発明の回転オモリ付小型円筒型ブラシレスステップモータの駆動回路ブロック図を示す。携帯電話等の情報機器に、図５に示す本発明の回転オモリ付小型円筒型ブラシレスステップモータ１５を搭載した時の該転オモリ付小型円筒型ブラシレスステップモータ１５の駆動方法を図６により説明する。携帯電話等の情報機器に搭載されている回路システム８０には、少なくともマイコン８１、ＤＣ電源８２と、該ＤＣ電源８２の出力８２ａに接続し該マイコンからの出力８３ａによってオン、オフするスイッチ８３を有しており、該スイッチ８３の出力８３ｂと、ＤＣ電源の一方の出力８２ｂは、回路基板９に実装されているドライバＩＣ８に接続し、該ドライバＩＣ８の２個の出力８ａと８ｂは、それぞれ、前記回転オモリ付小型円筒型ブラシレスステップモータ１５のロータ２に磁気結合したコイル６のコイル巻線部６２の２個のコイル巻線部端６２４に接続している。

次に、図５に示す本発明の回転オモリ付小型円筒型ブラシレスステップモータ１５の駆動方法を図６に示す本発明の回転オモリ付小型円筒型ブラシレスステップモータの駆動回路ブロック図を使って説明する。まず、回路システム８０に搭載されたマイコン８１からスイッチ８３に入力する出力８３ａがスイッチ８３をオンする。すると、回路基板９に実装されたドライバＩＣ８にはＤＣ電源の出力８２ａが入力され、該ドライバＩＣ８は前記コイル巻線部６２のコイル巻線部端６２４に始動電流を供給しロータ２を始動させ、その後、加速駆動し高速回転させ振動を発生させる。前記マイコン８１からの出力８３ａがスイッチ８３をオフすると、ＤＣ電源の出力８２ａのドライバＩＣ８への入力は停止し、ロータ２は回転を停止し、振動は止まる。なお、該本発明の回転オモリ付小型円筒型ブラシレスステップモータ１５を高速回転させる駆動方法は本出願人発明の特許３２５８１２５公報に詳しく説明されているのでその説明は省略する。

第２の小型円筒型ブラシレスステップモータのコイル巻心とコイルの概観図を図７に示す。図３に示す第１の小型円筒型ブラシレスステップモータのコイル巻心と異なり、コイル６３の２個の円筒形の側面の両端６４１を有するコの字型断面形状６４２の巻心６４には、前記ロータ２のシャフト４を避けるための逃げ穴６１に替わる凹部６５が設けられている。該コイル６３の他の構造はコイル６と同様であるので説明を省略する。

図８は図７に示すコイル６３を使った本発明の第２の小型円筒型ブラシレスステップモータの概観透視図であり、該本発明の第２の小型円筒型ブラシレスステップモータ１６のコイル６３のみが図１に示す本発明の第１の小型円筒型ブラシレスステップモータ１と異なっており、他は同様であるので説明を省略する。また、図４に示す本発明の小型円筒型ブラシレスステップモータの組み立ての流れ図における組み立て手順、図５に示す本発明の回転オモリ付小型円筒型ブラシレスステップモータの概観透視図における回転オモリ、図６に示す回転オモリ付小型円筒型ブラシレスステップモータの駆動回路ブロック図における駆動回路も図１に示す第１の小型円筒型ブラシレスステップモータ１と同様に本発明の第２の小型円筒型ブラシレスステップモータ１６にも適用できる。

本発明の第２の小型円筒型ブラシレスステップモータのステータの概観図を図９に示す。該ステータ５０の円筒部５００１の保持トルクを発生するための２個の変形部５５の形状が、図２で示した本発明の第１の小型円筒型ブラシレスステップモータのステータ５の円筒部５０１の変形部５４の内側にくぼんだ形状と異なり、該円筒部５００１の外側に出っ張った形状である。それ以外の構造はステータ５と同様であり、説明を省略する。

図１０は図９で示したステータ５０を使った本発明の第３の小型円筒型ブラシレスステップモータの概観透視図であり、該本発明の第３の小型円筒型ブラシレスステップモータ１７のステータ５０のみが図１に示す本発明の第１の小型円筒型ブラシレスステップモータ１と異なっており、保持トルクを発生するための２個の変形部５５の形状は該ステータ５０の円筒部５００１の外側に出っ張った形状となっており、この出っ張った形状により、前記ロータ２のシャフト４の周りに前記保持トルクが発生し、該ロータ２の２極の永久磁石３は該変形部５５から９０度の点に１８０度の周期の磁気安定点を有し、このモータはいわゆるステップモータになる。他は同様であるので説明を省略する。また、図４に示す本発明の小型円筒型ブラシレスステップモータの組み立ての流れ図における組み立て手順、図５に示す本発明の回転オモリ付小型円筒型ブラシレスステップモータの概観透視図における回転オモリ、図６に示す回転オモリ付小型円筒型ブラシレスステップモータの駆動回路ブロック図における駆動回路も図１に示す第１の小型円筒型ブラシレスステップモータ１と同様に本発明の第３の小型円筒型ブラシレスステップモータ１７にも適用できる。

以上の詳細な説明により示されたように、本発明の小型円筒型ブラシレスステップモータは、その構成部品が金型を使ったしぼり加工とプレス抜き加工の併用により製作でき、また、各構成部品の組み立ては圧入等により容易であり低コストで生産できるので、たとえば、ブラシレスにより低消費電力で耐久性のある、回転オモリ付小型円筒型ブラシレスステップモータを振動モータとして低コストで携帯電子機器に提供できる。

本発明の第１の小型円筒型ブラシレスステップモータの概観透視図である。 本発明の第１の小型円筒型ブラシレスステップモータのステータの概観図である。 第１の小型円筒型ブラシレスステップモータのコイル巻心とコイルの概観図である。 本発明の小型円筒型ブラシレスステップモータの組み立ての流れ図である。 本発明の回転オモリ付小型円筒型ブラシレスステップモータの概観透視図である。 回転オモリ付小型円筒型ブラシレスステップモータの駆動回路ブロック図である。 第２の小型円筒型ブラシレスステップモータのコイル巻心とコイルの概観図である。 本発明の第２の小型円筒型ブラシレスステップモータの概観透視図である。 本発明の第２の小型円筒型ブラシレスステップモータのステータの概観図である。 本発明の第３の小型円筒型ブラシレスステップモータの概観透視図である。 従来の円筒形状のブラシレスステップモータのロータ、ステータ、コイルの接続図である。 従来の円筒形状のブラシレスステップモータの内部構造である。 従来の円筒形状のブラシレスステップモータの外観である。

符号の説明

１、１６、１７ 小型円筒型ブラシレスステップモータ
１５ 回転オモリ付小型円筒型ブラシレスステップモータ
２１ 従来の円筒形状のブラシレスステップモータ
２、２８ ロータ
３、２９ 永久磁石
５、５０、２１１ ステータ
５０１、５００１ 円筒部
５０２、５００２ コイル接続部
５２ スリット
５３ ブリッジ
５４ ５５ 変形部
６、６３、２１２ コイル
６０、６４ 巻心
６２、６６ コイル巻線部
６０１、６４１ 側面両端
６０２、６４２ コの字型断面形状
８、２１８ ドライバＩＣ
９、２１９ 回路基板
１５０ 回転オモリ

Claims (3)

1. シャフトに固定された２極の永久磁石からなるロータと、ギャップを介して該永久磁石に磁気結合する２極のステータと、該ステータに磁気結合するコイルからなり、前記コイルは、該コイルの発生する磁界方向が前記ロータの回転平面に対して平行になるように配置され、また、前記コイルの巻心の形状はコの字型断面形状であって、前記２極のステータは、スリット部と、ブリッジ部と、保持トルクを発生するための変形部を有し、前記永久磁石に磁気結合する円筒部と、前記円筒部につながり、前記コイルの前記コの字型断面形状の巻心の両端が接続するコイル接続部からなり、非磁性材からなる円筒状のハウジングに挿入、配置されており、前記ロータのシャフトの両端は該ハウジングに配置された２個の軸受で受けられており、さらに、前記２極のステータの保持トルクを発生するための変形部の形状は該２極のステータの前記円筒部の内側にくぼんだ形状かその外側に出っ張った形状であるステップモータにおいて、前記コイルの巻心は、前記ロータのシャフトが通る穴あるいは凹部を有し、該コイルのコイル巻線部は、マグネットワイヤーを該巻心の穴あるいは凹部を避けて該巻心に巻回すことによって形成した２個の巻線部と、該２個の巻線部を直列につなぐマグネットワイヤーからなり、その巻線部端は２個の巻線部端であることを特徴とする小型円筒型ブラシレスステップモータ。
2. 前記小型円筒型ブラシレスステップモータはドライバ回路を有し、該ドライバ回路によってブラシレスでロータを高速に回転することもできることを特徴とする請求項１に記載の小型円筒型ブラシレスステップモータ。
3. 前記小型円筒型ブラシレスステップモータは前記ロータのシャフトの片方の端に回転錘を有し、振動モータとして機能することを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の小型円筒型ブラシレスステップモータ。