JP4570605B2 - 扁平型振動モータ - Google Patents

Description

本発明は、振動モータに関し、詳細には、バッテリーで動作される機器に適するように適用される扁平型振動モータに関する。

最近、移動通信機器のスリム化及び小型化傾向につれて、一般に適用される扁平型振動モータの仕様は次第にスリム化しつつある。
このような背景の中、前記扁平型振動モータは、移動通信機器等の体積を減らすために扁平型振動モータ自体の体積を減らすことと、移動通信機器に内蔵されるバッテリーの寿命を増やすために電力消費を減らすことが重要な課題となっている。
上記の課題の中で、扁平型振動モータ自体の体積を減らし、かつ充分な強度を得ることができる形態には、下記の特許文献１（特開２００４−１４７４６８号）が知られている。

図１は、前記特許文献１に開示された扁平型振動モータの縦方向の断面図であり、図２は、図１の横方向の断面図である。
図１及び図２に示すように、振動モータ１０は、相互結合して内部に所定空間を形成する下側カバー１１と上側カバー１３を備え、下側カバー１１及び上側カバー１３には、軸１５の下端部及び上端部がそれぞれ支えられる。
下側カバー１１の上面には、ステータベース１７が設けられ、ステータベース１７の上面にはコイル１９が接着される。そして、軸１５の外周面には、ベアリング２１が設けられ、ベアリング２１の外周面には、偏心されたロータヨーク２３が固定される。そして、ロータヨーク２３の底面には、マグネット２５及びウェイト２７が設けられる。
このような構成によると、コイル１９に電流が供給されて、コイル１９とマグネット２５との相互作用により、マグネット２５、ウェイト２７及びロータヨーク２３が回転し、かつウェイト２７による偏心により振動が発生する。
このような扁平型振動モータは、制御ＩＣ３０とホール素子２０がステータベース１７上においてケース内部に配置され、６極のマグネット２５と２個のコイル１９とを直列接続した駆動方式を適用している。
一方、振動モータをスリム化させるために、コイルの厚さは０．５〜０．６ｍｍであり、特に、マグネットの厚さは０．４〜０．５ｍｍで薄いため、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結マグネットの代わりに、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂボンディングマグネットが適用されている。しかしながら、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂボンディングマグネットは、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結マグネットより磁束密度が低いため、２コイル駆動方式では、トルクが弱く、消費電流を下げることにおいて限界があるという問題がある。

詳細に説明すれば、振動モータのトルクは、コイルの巻線数と消費電流との積に比例するが、コイルの巻線数が一定の状態では、トルクを下げると消費電流を下げることができる。しかしながら、トルクを下げると振動量が低下するため、好ましく適用されることができない。
このような問題により、一定の水準以上のトルクを得るために、従来の振動モータには略８０ｍＡ〜８５ｍＡの駆動電流が消費され続けるという問題がある。このような過大なモータの駆動電流は、移動通信機器のバッテリー消費を加速化させて、移動通信機器の使用時間を短縮させるという問題として指摘されてきた。
もちろん、前記コイルに巻線される電線の数を増やす方法も考慮し得るが、コイルの巻線数を増やすと、それによって振動モータ自体の体積も増加するため、好ましく適用され難いという問題がある。
特開２００４−１４７４６８号公報

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、扁平型振動モータのトルクはそのまま維持し、かつモータの消費電流を下げることができ、それによって移動通信機器のように、本発明の扁平型振動モータが装着される機器の使用時間はさらに長くし、充電の周期を短くすることのできる扁平型振動モータを提供することにある。

上記の目的を達成すべく、本発明に係る扁平型振動モータは、下側を保護する下側カバーと、上側を保護する上側カバーと、前記下側カバー及び上側カバーに支 えられる軸と、前記軸に支えられ、重心が偏心するロータと、前記ロータに固定されるマグネットと、前記下側カバーの上面に提供される基板と、前記マグネッ トの回転を感知するホール素子と、前記ホール素子の感知信号に応じて、電源を制御する制御ＩＣと、前記制御ＩＣの制御に応じて電源が印加され、前記ロータのマグネットに対向する複数の主コイルと、少なくとも１つの前記主コイルと一定の機械角で配置された状態で、前記主コイルと直列に接続され、前記ロータのマグネットに対向する少なくとも１つの補助コイルとが含まれる。

他の側面に係る本発明の扁平型振動モータは、下側を保護する下側カバーと、上側を保護する上側カバーと、前記下側カバー及び上側カバーに支えられる軸と、前記 軸に支えられ、偏心されるロータと、前記軸と前記ロータとの接触部に介入されるベアリングと、前記ロータに固定されるマグネットと、前記下側カバーの上面 に提供される基板と、前記基板から電源が印加され、前記ロータのマグネットに対向する主コイルと、前記主コイルとは直列に接続され、前記ロータのマグネットに対向する、前記主コイルへの流入電流を減らすための少なくとも１つの補助コイルとが含まれる。

本発明によれば、振動モータの消費電流を減らして移動通信機器のような被設物品の使用時間を長くすることができ、体積が小さいながらも充分な剛性を得ることができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施形態に係る扁平型振動モータを詳細に説明する。
図３は、本発明の一実施形態に係る扁平型振動モータの横方向の断面図であり、図４は、図３のＩ−Ｉ´の縦方向の断面図である。
図３及び図４に示すように、振動モータ１００は、内部に部品が収容される空間を形成する下側カバー１１１と上側カバー１１３を備え、前記下側カバー１１１及び上側カバー１１３には、軸１５０の下端部及び上端部がそれぞれ支えられる。
前記下側カバー１１１の上面には、回路基板１０１が設けられ、回路基板１０１の上面には、主コイル１２０、１２０ａが固定される。そして、軸１５０の外周面には、ベアリング１２１が設けられて軸１５０を円滑に回転させ、ベアリング１２１の外周面には、所定のウェイト１２７により偏心されるロータヨーク１２３が固定される。そして、前記ロータヨーク１２３の底面には、マグネット１２５及びウェイト１２７が設けられる。前記ウェイト１２７は、タングステンのような別途の部材により提供されることもでき、幾何学的に偏心されるロータの形状によっても達成され得る。

また、前記回路基板１０１上には、制御ＩＣ１１０とホール素子１５０が実装される。そして、制御ＩＣ１１０を中心に機械角で９０°離隔される位置、すなわち軸１５０を中心にそれぞれ９０°離隔される両方には、主コイル１２０、１２０ａが配置される。
また、回路基板上には、ディテントトルクを発生するために、主コイル１２０、１２０ａの上方と下方にそれぞれ隣接して、ディテントトルク発生ユニット１３０１、３０ａがそれぞれ設置される。前記ディテントトルクは、ロータに外部から回転トルクを強制的に加えて角度変位を与える場合に発生するトルクを意味し、単相で駆動されるモータの場合に、回転力が発生しない区間に対しても回転力を発生させるために強制的に提供されるトルクである。このために、前記ディテントトルク発生ユニット１３０、１３０ａとしては、磁性のある鉄板が用いられることができる。

一方、本発明の一実施形態では、主コイル１２０、１２０ａと直列接続する補助コイル１２２がさらに設けられる。前記補助コイル１２２の中心は、主コイル１２０、１２０ａの中心から機械角で実質的に６０°以下に配置される。これは、６極で設けられるマグネット１２５に対応するためである。
上記の構造の扁平型振動モータによれば、外部から印加される電源により、主コイル及び補助コイルとマグネットとの間で発生する電磁気力によりロータが回転される。このとき、振動モータ回転の制御は、ホール素子１５０で感知されるマグネット磁性の状態と、これを通じた制御ＩＣ１１０の制御動作によって行われる。そして、ディテントトルク発生ユニット１３０、１３０ａが提供されるため、トルクが実質的にない領域である死点領域（ｄｅａｄ ｐｏｉｎｔ ａｒｅａ）でもロータの回転が円滑に行われることができる。

一方、本発明の前記主コイル１２０、１２０ａと補助コイル１２２の直列結線によれば、コイルの等価回路は図５のようになる。このとき、主コイル１２０、１２０ａの抵抗をＡ（Ω）とし、補助コイル１２２の抵抗をＢ（Ω）とすると、全体抵抗は２Ａ＋Ｂ（Ω）となって、電圧が同じ状態で消費電流は減少する。
また、これを振動モータのトルクの側面から見ると、トルクは次の式１のように導体の数と電流との積に比例する。

［数１］
Ｔ∝Ｚ×Ｉ
ここで、Ｔはトルクであり、Ｚは導体の数であり、Ｉは電流である。
ここで、前記導体の数は巻線ターン数の２倍である。

前記式１を参照すれば、振動モータに印加される消費電流が低減しても、導体の数、すなわち巻線ターン数が増加するため、結果的に、トルクは既存と同等の水準に維持されることができる。したがって、電流の消費量が小さくなるため、振動モータが設置される移動通信機器などの被設物品の電源消費が小さくなって、その分だけ被設物品の使用時間を長くすることができるという長所がある。

図６は、本発明の他の実施形態に係る扁平型振動モータの横方向の断面図であって、以下の他の実施形態は、上述の図３〜図５において説明した実施形態と同じ部分の説明は省略し、異なる部分のみを中心に説明する。
図６に示すように、主コイル１２０、１２０ａの中心からそれぞれ機械角で６０°以下にその中心が位置し、主コイル１２０、１２０ａと直列接続した補助コイル１２２、１２４が設置される。また、主コイル１２０、１２０ａの内部空間にそれぞれディテントトルク発生ユニット１４０、１４０ａが設置される。前記ディテントトルク発生ユニット１４０、１４０ａは、補助コイル１２２、１２４一対が振動モータの内部に設置されることにより、設置空間が狭いことを考慮して、主コイル１２０、１２０ａの内部に提供されるものである。
このように主コイル１２０、１２０ａと補助コイル１２２、１２４の結線による等価回路は、図７のようである。このとき、主コイル１２０、１２０ａの抵抗をＡ（Ω）とし、補助コイル１２２、１２４の抵抗をＢ（Ω）とすると、全体抵抗は２Ａ＋２Ｂ（Ω）となって、消費電流は上記の一実施形態よりさらに減少する。
したがって、上述したように、消費電流がさらに減少しても、巻線ターン数が増加するため、結果的にトルクは既存と同等の水準に維持されることができる。

図８は、本発明のさらに他の実施形態に係る振動モータの断面図である。図８に提示される実施形態は、図３〜図５において説明した実施形態と多くの部分において同一であるが、主コイルの配置とホールセンサの配置においては特徴的な差がある。したがって、図３〜図５において説明した実施形態と同じ部分に対する詳細な説明は省略し、異なる部分のみを中心に説明する。
図８に示すように、制御ＩＣ２１０から互いに異なる角だけ離れた位置に主コイル２０１、２０１ａが配置されており、前記制御ＩＣ２１０から遠い距離が離れている主コイル２０１の下側に、補助コイル２２２が設けられている。このような構成による場合も、６極のマグネットによる電磁気的な関係によって振動モータが回転されることにおいては問題がない。
そして、前記制御ＩＣ２１０にはホールセンサが共に配置されているため、別途にホールセンサを配置させるための場所を提供する必要がない。
説明していない符号である２３０は、ディテントトルク発生ユニットであって、そのユニットの作用及び動作は、先に説明したものと同様である。
上記の一実施形態によれば、コイルの全体抵抗が増加することによって、消費電流を減らすことができるため、これに応じるバッテリー消費量を減らすことができ、振動モータが適用される機器を長時間駆動することができる。また、消費電流を減少させても、巻線ターン数が増加するため、トルクは従来と同等の水準に維持することができる。

以上で説明したように、本発明によれば、コイルの全体抵抗が増加することによって消費電流を減らすことができ、これに応じるバッテリー消費量を減らすことができるため、振動モータを適用した機器を長時間駆動し得るという効果を有する。また、消費電流を減らしても、巻線ターン数が増加するため、トルクは既存と同等の水準に維持できるという効果がある。
前記ディテントトルク発生ユニットは、単相で駆動されるときに適合するように適用される構造であって、本発明に必須構成要素とは言えないが、単相で駆動されるときには、必ず使用することが好ましい。なお、前記ベアリングも、別途の物品として提供される必要がない場合もあるため、必須物品とは言えない。但し、回転子の円滑な回転動作のために設けられることが好ましいことはもちろんである。

また、上記の実施形態では、主コイルや補助コイルが基板の上側に提供されていると説明されているが、必ずそのように提供されなければならないことはない。例えば、前記基板に穴をあける等のような方式により、下側カバー上に提供されることもできる。このような思想も、本願発明の範囲に含まれるはずである。

上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。

特許文献１に開示された扁平型振動モータの縦方向の断面図である。 図１の横方向の切断断面図である。 本発明に係る扁平型振動モータの横方向の断面図である。 図３のＩ−Ｉ´ラインに沿って見た、本発明に係る扁平型振動モータの縦方向の断面図である。 図４のコイルを中心に示す等価回路図である。 本発明の他の実施形態に係る扁平型振動モータの横方向の断面図である。 図６のコイルを中心に示す等価回路図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る扁平型振動モータの横方向の断面図である。

符号の説明

１２２、１２４ 補助コイル
１３０、１４０ ディテントトルク発生ユニット

Claims (9)

1. 下側を保護する下側カバーと、
   上側を保護する上側カバーと、
   前記下側カバー及び上側カバーに支えられる軸と、
   前記軸に支えられ、重心が偏心するロータと、
   前記ロータに固定されるマグネットと、
   前記下側カバーの上面に提供される基板と、
   前記マグネットの回転を感知するホール素子と、
   前記ホール素子の感知信号に応じて、電源を制御する制御ＩＣと、
   前記制御ＩＣの制御に応じて電源が印加され、前記ロータのマグネットに対向する複数の主コイルと、
   少なくとも１つの前記主コイルと一定の機械角で配置された状態で、前記主コイルと直列に接続され、前記ロータのマグネットに対向する少なくとも１つの補助コイルと、
   が含まれることを特徴とする扁平型振動モータ。
2. 前記主コイルは２つが提供され、前記補助コイルは、１つが設けられることを特徴とする請求項１に記載の扁平型振動モータ。
3. 前記主コイルは２つが提供され、前記補助コイルは一対が設けられることを特徴とする請求項１に記載の扁平型振動モータ。
4. 前記補助コイルの中心は、前記主コイルの中心から機械角で６０°以下に位置することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の扁平型振動モータ。
5. 前記主コイルは前記軸を中心に相互対向することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の扁平型振動モータ。
6. 前記ロータの死点領域に、ディテントトルクを発生させるディテントトルク発生ユニットが設置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の扁平型振動モータ。
7. 前記ディテントトルク発生ユニットは、前記主コイルの外部に隣接して設置されるか、或いは、前記主コイルの内部空間に設置されることを特徴とする請求項６に記載の扁平型振動モータ。
8. 下側を保護する下側カバーと、
   上側を保護する上側カバーと、
   前記下側カバー及び上側カバーに支えられる軸と、
   前記軸に支えられ、偏心されるロータと、
   前記軸と前記ロータとの接触部に介入されるベアリングと、
   前記ロータに固定されるマグネットと、
   前記下側カバーの上面に提供される基板と、
   前記基板から電源が印加され、前記ロータのマグネットに対向する主コイルと、
   前記主コイルとは直列に接続され、前記ロータのマグネットに対向する、前記主コイルへの流入電流を減らすための少なくとも１つの補助コイルと
   が含まれることを特徴とする扁平型振動モータ。
9. 前記複数の主コイル及び少なくとも１つの補助コイルは、前記軸の軸方向に対してそれぞれ平行な軸を中心に巻き取られることを特徴とする請求項１又は請求項８に記載の扁平型振動モータ。

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