JP4067556B2 - 薄型ステータと同ステータを備えた軸方向空隙型ブラシレス振動モータ - Google Patents

Description

この発明は、移動体通信装置の無音報知手段等に用いて好適なもので薄型ステータと同ステータを備えた軸方向空隙型ブラシレス振動モータに関する。

扁平な軸方向空隙型ブラシレス振動モータとしてコアレススロットレス型で１個の軸受からなるものが提案されている。（特許文献１、特許文献２参照）
駆動回路付きのブラシレス振動モータとしては、コアード型で、複数個の等分に配置した突極に電機子コイルを巻回してなるコアード型で駆動回路部材をステータの側方に配置した非円形なものが知られている。（特許文献３参照）
しかしながら、このようなものは、側方向のサイズが大となってしまい、セットの印刷配線板にＳＭＤ方式では実装効率が悪く、またコアード型のため、厚みが大とならざるを得ず実用性がない。
また、コアード、コアレススロットレス型を含んだもので複数個の電機子コイルの一部を削除して空所を設け、この空所に駆動回路部材を配置したものが提案されている。（特許文献４参照）
実開平４−１３７４６３号公報 特開２００２−１４３７６７号公報 特開２０００−２４５１０３号公報 特開２００２−１４２４２７号公報（図８〜図１１）

ところで、最近の携帯機器の薄型化志向に沿って搭載される無音報知手段としての振動モータも長寿命で極端に薄いブラシレスモータが要求されているが、厚みが例えば２ｍｍ未満となると、搭載されるステータベースと駆動回路部材の厚みがネックとなって必然的にロータ側の厚みが犠牲になり、振動量の確保が難しくなってくる。
また、１個のホールセンサで駆動させる単相型では、ロータのマグネットの位置を次回確実に起動できる特定のところに停止させておくために磁性体からなるディテントトルク発生部材が必要である。
このディテントトルク発生部材は、所要のディテントトルク発生力を得るには、ある程度厚みが必要だから、ブラケット上に配置するものでは、配置空間がなかなか取れず、モータ自体の薄型化に対して逆行する問題となってしまう。
また、このディテントトルク発生部材は、たとえば印刷などで形成する場合、必要なディテントトルク発生力を得るようにするには、やはりある程度の厚みと幅が必要で、幅を大にするとディテントルク発生部の位置が不安定となり、幅を狭くすると今度は実質的には厚みが犠牲になることには変わりがない。
一方、ディテントトルク発生部材のディテントトルク部を空心電機子コイルの内径部に格納させて軸方向に突き出すことによってディテントトルク発生部材の厚みを実質的に無視できるようにしたものも提案されているが、今度はコイル内径のサイズが制約されコイルの巻き数が多く得られない問題がある。すなわち、ディテントトルク部の配置位置は、起動エラーを避けるために磁極の中心、あるいは磁極のニュートラルいずれの位置で停動するようになってもよいようにコイルの中心から故意にずらす必要があるが、コイルの内径が少ないとこのずらし角を大にできない。所定のずらし角が維持できないとトルクに寄与する有効導体部の本数と位置が犠牲となって起動トルクの減少を招く。

本発明は、上記の課題に鑑みて創案されたものであり、その目的は、駆動回路部材の厚みが電機子コイルの厚みよりも大きい場合であっても、この駆動回路部材の厚みによってロータ側が犠牲にならないようにして極めて薄いステータと同ステータを備えた軸方向空隙型ブラシレス振動モータを提供することにある。
本発明のさらなる目的は、ディテントトルク発生部材のディテントトルク部の配置厚みを全く無視できるようにしてコイルの内径大小に関わらず所定の最適なディテントトルク発生部材の位置（ずらし角）が得られるようにして極めて薄いステータと同ステータを備えた軸方向空隙型ブラシレス振動モータを提供することにある。

上記課題を解決するには、請求項１に示すように、中央に軸支承部が配されたブラケットと、前記軸支承部の外方で前記ブラケット上に添設されたフレキシブル印刷配線板からなるステータベースと、このステータベース上面に配された空心電機子コイルと、前記空心電機子コイルと重畳しないように前記ステータベース上に配されたホールセンサ内蔵型の駆動回路部材とが備えられた薄型ステータであって、
前記ブラケットは、前記軸支承部の一側であって前記駆動回路部材の配置される位置に凹所が設けられ、さらにその延長上に側方に給電端子載置部が延設され、
前記ステータベースは、前記給電端子載置部の位置に給電端子部が延設されると共に、前記駆動回路部材が配置される両側に前記給電端子部に達する切り込みが形成され、前記凹所に少なくとも前記ステータベースの厚み部分の少なくとも一部が埋め込まれているもので達成できる。
このようなステータを使用して軸方向空隙型ブラシレス振動モータにするには、請求項２に示すように請求項１に記載の薄型ステータと、この薄型ステータに軸方向空隙を介して組み合わせたロータとが備えられ、前記ロータにはロータヨークと、このロータヨークに固着された軸方向空隙型マグネットと、偏心ウエイトとが備えられ、このロータを覆うように外部ケースが前記ステータに組み付けられたもので達成できる。
このような振動モータの別の形態としては、請求項３に示すように前記外部ケースは少なくとも天井部が非磁性又は弱磁性で構成されると共に、側周に磁性体があり、その磁性体の下部は周方向にフランジとして延設され、前記ステータのブラケットと組み合わされたものにするのがよい。

請求項１に示す発明では、少なくともホールセンサ内蔵型の駆動回路部材が配置される部分のステータベースをブラケットに埋め込むことにより、特に駆動回路部材の厚みが空心電機子コイルの厚みよりも大きい場合であっても、極めて薄いステータが得られると共に、ステータベースの所定の位置に切り込みを設けたことにより、ブラケットの凹所にストレスなくステータベースを折り曲げて埋め込みできる。
請求項２に示す発明では、軸方向空隙型モータとして駆動回路部材の厚みを押さえ込み、極めて薄い振動モータが得られる。
請求項３に示す発明では、振動モータとして機能するほか、電磁音響変換器の中央磁極に利用できる。

以下、本発明を一実施例に基づいて説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。

図１は、本実施例に係るステータの主要構成部材であるステータベースの平面図、図２は前記ステータベースに装着されるディテントトルク発生部材の平面図、図３はこれらの部材を備えたステータの組立図である。

図１〜図３において、ステータを構成するブラケット１は非磁性あるいは弱磁性ステンレス板で厚みが０．１５ｍｍ程度の薄型で形成され、中央に浅いバーリング１ａがプレス加工で抜き突き立てられている。この浅いバーリング１ａに軸２（図４参照）がはめこまれ、外方からレーザ照射して固定されることによって軸支承部として形成される。
このブラケット１はさらに凹所として角孔１ｂが空けられ、その延長上に側方に給電端子載置部１ｃが延設される。
このブラケット１の上面には厚みが０．１ｍｍ程度の磁性ステンレス板からなるディテントトルク発生部材３が前記バーリング１ａに、位置決め孔３ａをブラケット１に設けられている突起１ｄに合わせながら中央の透孔３ｂをはめることによって配置される。
このディテントトルク発生部材３は、さらに、前記中央の透孔３ｂから径方向に後述のステータベースに形成した溝孔４ｃと同一ピッチで形成したディテントトルク部３ｃが設けられている。
このディテントトルク発生部材３が組み合わされるステータベース４は印刷配線ランドを含めた厚さが０．１５ｍｍ程度のフレキシブル基板からなり、中央に前記ディテントトルク発生部材３の中央外形に装着される透孔４ａとその外方に６０°ピッチで形成した４個の空心電機子コイル装着用ガイド孔４ｂが空けられ、前記透孔４ａに連結して径方向に４本の溝孔４ｃが配置開角６０°で空けられ、空心電機子コイル結線パターン４ｐ、駆動回路部材Ｄの接続パターン４ｑが形成される。
前記溝孔４ｃは配置されるべき空心電機子コイルの中心である前記各電機子コイル装着用ガイド孔４ｂの中心から配置開角約１５°の位置に設けられ、薄いステータベース４の強度確保のため、前記各電機子コイル装着用ガイド孔４ｂと連結しないように隔離して設けられ、後述の空心電機子コイルの巻き始め端末導出用逃げ溝４ｅが前記各電機子コイル装着用ガイド孔４ｂと連結して設けられる。このステータベース４には、さらに側外方に前記給電端子載置部の位置で給電端子部４ｆが延設される。当然ながら、各ランドパターンは、ハッチングで表示した各半田結線部を除いてレジスト処理される。
前記ディテントトルク部３ｃの配置開角はコイルの中心から１５°となっており、組み合わせるべきロータの軸方向空隙型マグネットの磁極の開角が６０°の場合、磁極のピーク、ニュートラルのいずれのところに該マグネットが停止してもよい位置として定められる。
前記ステータベース４には、図３の組立て図でも示すように空心電機子コイル装着用ガイド孔４ｂとほぼ同サイズの巻軸で卷線された４個の空心電機子コイル５（厚さが０．３５ｍｍ程度）が前記空心電機子コイル装着用ガイド孔４ｂの位置にジグなどを利用してＵＶ硬化型嫌気性接着剤で固着され、単相となるようにその端末が前記所定の配線パターン４ｐに半田結線されている。
上記は薄型狙いのため４個の空心電機子コイルからなるものを示したが、この単相に結線されているからには、厚みが許容されれば１個〜２個の空心電機子コイルで構成してもよい。
なお、図３では、ステータベース４が複雑になるので、空心電機子コイル端末、各結線ランドパターンなどは省略してある。

ここで、前記各電機子コイル装着用ガイド孔４ｂは、各空心電機子コイル５を装着するに当たってジグにコイルの方をはめて接着剤を塗布した後、ステータベース４を被せて接着する工程を採れば、必ずしも設ける必要はない。
前記空心電機子コイル５を駆動するホールセンサ内蔵型駆動回路部材Ｄ（厚さが０．５ｍｍ程度）が前記空心電機子コイル５と平面視重畳しないように、かつ適切な電気的中性点が得られる位置に半田結線される。ここで、内蔵したホールセンサの位置は、組み合わせるマグネットの磁極に応じて定められ、ここでは６極の磁極からなるマグネットでは前記空心電機子コイルの中心から９０°、１５０°及び２１０°のいずれかの位置に来るように配置される。
前記ステータベース４には、配置された駆動回路部材Ｄの両側の位置で前記ブラケット１の角孔１ｂの位置で切り込み４ｇが設けられているので、前記ステータベース４はこの駆動回路部材Ｄの位置で前記角孔１ｂに容易に折り曲げ埋め込むことが出来る。
このようにしたステータベース４は、紫外線硬化型嫌気性接着剤を介して前記ブラケット１に添設される。この時、前記溝孔４ｃには前記ディテントトルク部３ｃが装着され、透孔４ａはディテントルク発生部材３の中央部外形の外方に収まるので、厚みが０．１ｍｍ程度のディテントトルク発生部材３は少なくともディテントトルク部３ｃが厚みが０．１５ｍｍ程度のステータベース４に厚み方向で完全に収まる。つまり、ディテントトルク発生部材３はステータベース上面に突き出ないように配され、結果的にはその厚みは全く考慮しなくてすむことになる。
したがって、ディテントトルク発生部材３を空心電機子コイルの内径に無理に収めることなく、すなわち、コイル内径に無関係になるので、コイルは巻き数を十分な起動トルクが得られるように設定できることになる。
ここで、前記角孔１ｂから紫外線硬化型嫌気性接着剤が流出しないようにブラケット１に底部をシールして紫外線が透過する透明ジグなどで駆動回路部材Ｄの高さを整えて紫外線を照射して固着される。
なお、紫外線硬化型嫌気性接着剤の代わりに合成樹脂等の樹脂で駆動回路部材Ｄを固定したり、前記空心電機子コイル５を含めて一体成形して駆動回路部材Ｄを固定してもよい。このように、ステータベース４の駆動回路部材Ｄが配置される部分をブラケット１の角孔１ｂに埋め込んだ状態で、駆動回路部材Ｄと共にブラケット１に固着することにより、駆動回路部材Ｄが浮き上がることを確実に防止することができる。

本実施例では、ステータベース４に切り込み４ｇを設けたことにより、ブラケット１の角孔１ｂにストレスなくステータベースを折り曲げて埋め込むことができる。そして、ブラケット１の厚さを０．１５ｍｍ程度とし、厚さ０．３５ｍｍ程度の空心電機子コイル５と厚さ０．５ｍｍ程度の駆動回路部材Ｄを用い、ブラケット１の角孔１ｂにステータベース４の駆動回路部材Ｄが配置される下方の部分を完全に埋め込んだことにより、空心電機子コイル５と駆動回路部材Ｄの上面がほぼ面一になっている。
このように、少なくとも駆動回路部材Ｄが配置される部分のステータベースをブラケット１に埋め込むことにより、駆動回路部材Ｄの厚みが空心電機子コイル５の厚みよりも大きい場合であっても、駆動回路部材Ｄの厚みによってロータ側が犠牲にならないような極めて薄いステータが得られる。
なお、本実施例では角孔１ｂを形成しているが、空心電機子コイル５と駆動回路部材Ｄの厚み関係によっては、完全な孔ではなく凹部（溝）であっても良い。

図４は実施例１のステータを備えた軸固定型の軸方向空隙型コアレススロットレス方式ブラシレス振動モータの縦断面図である。
ステータ側は一部を除いてすでにその構成を説明しているので省略する。
前記ステータＳＴに軸方向空隙を介して対向させた偏心ロータＲは、軸方向空隙型マグネットＭと、このマグネットＭの外周の一部に配された弧状の偏心ウエイト８と、これらを固着する厚みが０．１５ｍｍ程度の磁性金属製ロータケース６と、該ロータケース６の回転中心に溶接などで固着されたフランジ型軸受７とが備えられたもので、このロータケース６は、前記マグネットＭの上面が接着される平坦部６ｄとこれに続いて第１の外径側垂下部６ｅと前記軸受７を支える内径側垂下部６ｆが形成される。
ここでは、偏心ロータＲの重量による耐衝撃性強度確保のために軸２の先端は、外部ケース９の浅いバーリング状中央孔９ａにレーザ溶接Ｌ２されている。
前記偏心ウエイト８は、電機子コイル５の側外方に垂下された土手部８ａを有しており、マグネットＭの外方に固着されている。その固着手段としては弧状の偏心ウエイト８の内径部を大きく面取りして凹所８ｂを形成し、この凹所８ｂを利用して錫が主体の銀、銅合金製の鉛フリー半田ＨＤでロータケース６の外径側垂下部６ｅの肩に接合することによって達成できる。より強度を確保するには、上記の下方の脇にも同様に半田付けすればよい。
このようにした偏心ロータＲは前記ステータＳＴに軸支承部として固定された軸２に、互いに径を変えた３枚のスラストワッシャＳＷを介して回転自在に装着される。
この偏心ロータを覆う外部ケース９の開口部は前記ステータ側のブラケット１の外周でレーザスポット溶接Ｙで組み付けられる。

本実施例の軸方向空隙型ブラシレス振動モータでは、駆動回路部材Ｄの厚みを押さえ込み、駆動回路部材Ｄの厚みが空心電機子コイルの厚みよりも大きい場合であっても、極めて薄い振動モータが得られる。

本実施例は、本発明の軸方向空隙型ブラシレス振動モータを電磁音響変換器の中央磁極に採用して好適なように構成したものであり、実施例２の振動モータとの違いを中心に説明する。
本実施例の軸方向空隙型ブラシレス振動モータは、図５に示すように、外部ケース９９の下部が周方向にフランジ９９ａとして延設され、ステータのブラケット１１と凹凸結合Ｋで組み合わされ、外部ケース９９の周囲に磁性体９９ｍが配されているもので、図中Ｍｇはスピーカ側の励磁マグネット、Ｃは励磁コイル、ＳＳは振動薄板、そして、Ｈはスピーカハウジングである。
ここで、前記外部ケース９９は、スピーカ側の励磁マグネットＭｇの漏洩磁束がロータのマグネットＭに影響がでないように非磁性又は弱磁性で構成され、前記励磁マグネットＭｇの磁束は前記磁性体９９ｍで受け止められる。
なお、スピーカ側の励磁マグネットＭｇの漏洩磁束がロータのマグネットＭに影響がでないようにするためには、外部ケース９９の少なくとも天井部を非磁性又は弱磁性で構成すればよい。したがって、磁性体９９ｍを別に配着させるにあたって径方向サイズが問題となるなら、外部ケース９９は非磁性円盤板状の天井部と磁性側周部を組み合わせたものにしてもよい。

本実施例の軸方向空隙型ブラシレス振動モータによれば、振動モータとして機能するほか、電磁音響変換器の中央磁極に利用でき、極めて薄い電磁音響変換器が得られる。また、前記ステータ側のディテントトルク部は外部ケース９９の磁性体部分から十分隔離しているので、スピーカ（電磁音響変換器）側の励磁マグネットＭｇの影響がでなくなる。

この発明のステータは振動モータに限らず、一般的なファンモータなどの通常回転型ブラシレスモータにも採用でき、軸をロータ側に固定してステータ側に軸受けを配した軸回転型にすることもできる。
また、上述の実施例では、駆動回路部材として１個のホールセンサ型の単相空心電機子コイルからなるものを示したが、ディテントトルク発生部材が不要な３個の空心電機子コイルからなるセンサレス型でも構成できる。
この発明は、その技術的思想、特徴から逸脱することなく、他のいろいろな実施の形態をとることができる。そのため、前述の実施の形態は単なる例示に過ぎないため、限定的に解釈してはならない。この発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には拘束されない。

本発明の実施例１に係るステータの主要構成部材であるステータベースの平面図である。 図１のステータベースに装着されるディテントトルク発生部材の平面図である。 本発明の実施例１におけるステータの組立図である。 本発明の実施例２に係る軸方向空隙型ブラシレス振動モータの縦断面図である。 本発明の実施例３に係る軸方向空隙型ブラシレス振動モータの使用例の縦断面図である。

符号の説明

１、１１ ブラケット
２ 軸
３ ディテントトルク発生部材
３ａ 位置決め孔
３ｂ 透孔
３ｃ ディテントトルク部
４ ステータベース
４ａ 透孔
４ｂ 空心電機子コイル装着用ガイド孔
４ｃ 溝孔
５ 空心電機子コイル
６ ロータケース
７ フランジ型軸受
８ 偏心ウエイト
９、９９ 外部ケース
ＳＴ ステータ
Ｒ 偏心ロータ
Ｄ 駆動回路部材
Ｍ 軸方向空隙型マグネット

Claims (3)

1. 中央に軸支承部が配されたブラケットと、
   前記軸支承部の外方で前記ブラケット上に添設されたフレキシブル印刷配線板からなるステータベースと、
   このステータベース上面に配された空心電機子コイルと、
   前記空心電機子コイルと重畳しないように前記ステータベース上に配されたホールセンサ内蔵型の駆動回路部材とが備えられた薄型ステータであって、
   前記ブラケットは、前記軸支承部の一側であって前記駆動回路部材の配置される位置に凹所が設けられ、さらにその延長上に側方に給電端子載置部が延設され、
   前記ステータベースは、前記給電端子載置部の位置に給電端子部が延設されると共に、前記駆動回路部材が配置される両側に前記給電端子部に達する切り込みが形成され、前記凹所に少なくとも前記ステータベースの厚み部分の少なくとも一部が埋め込まれている薄型ステータ。
2. 請求項１に記載の薄型ステータと、この薄型ステータに軸方向空隙を介して組み合わせたロータとが備えられ、
   前記ロータにはロータヨークと、このロータヨークに固着された軸方向空隙型マグネットと偏心ウエイトとが備えられ、
   このロータを覆うように外部ケースが前記ステータに組み付けられた軸方向空隙型ブラシレス振動モータ。
3. 前記外部ケースは少なくとも天井部が非磁性又は弱磁性で構成されると共に、側周に磁性体があり、その磁性体の下部は周方向にフランジとして延設され、前記ステータのブラケットと組み合わされた請求項２に記載の軸方向空隙型ブラシレス振動モータ。

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