JP6890696B2 - 磁気平衡式直線振動モーター - Google Patents

Description

本発明は振動モーターに関し、特に、磁気平衡式直線振動モーターに関する。

スマートフォン等のモバイルデバイスの急速な発展に伴い、その中に搭載される電子部品に対する要求は益々高くなっている。

スペース節約、品質向上の目的を達成するために、電子部品は超小型、超薄型の方向で徐々に発展し、着信表示やタッチフィードバック等の効果の最も主な実現手段となり、バイブレーターについてもより高いものが要求がされる。直線振動モーターは高度な方面でより大きな強みを有するため、その他のバイブレーターに取って代わっている。

現在スマートフォンに使用される直線振動モーターは非常に多いが、その大部分には以下の欠点がある。
（１）振動素子の振幅を制御するために、大多数は機械的金属ばねを両端に使用して２組のばねを取り付けるが、加工や組み立て難度が高く、両端のばねの弾力性を一定に保つことが難しく、不良率が非常に高い。また、使用寿命が短く、長期使用は金属疲労を招き、金属ばねからは騒音、雑音が生じ、スマートフォンの使用に影響する。
（２）振動を水平に制御するために、振動素子の横転を防止し、多くは二軸を使用しているが、二軸を水平に保持するのは非常に困難であり、組み立て時の環境に対する要求が高く、歩留まり率も非常に低い。

本発明の主な目的は、第一位置決め磁石と第一移動磁石の間及び第二位置決め磁石と第二移動磁石の間の相互作用により、ローターの水平振動を保持し、設定した振幅内で振動し、機械的ばねの使用が省略され、取り付けに便利で、コストが低く、歩留まり率が高く、かつローター上及びハウジング上のいずれにも位置決め磁石を設置し、ローターの平衡性により優れ、復元力がより大きく、モーター性能を高め、また、第一位置決め磁石と第二位置決め磁石の間の作用によりローターの部分的な重量を十分負担でき、ローターの重力を単軸が単独で負担する必要がなく、ローターの単軸に対する摩擦と重力を軽減でき、摩損が少なく、使用寿命が長い、磁気平衡式直線振動モーターを提供することである。

上述の課題を解決するため、本発明は磁気平衡式直線振動モーターを提供するものであり、収容空間のハウジングを備え、前記ハウジング内にはステーター、ローター及び単軸が設けられ、前記ステーターは駆動コイル及び第一位置決め磁石を含み、前記駆動コイルが通電している時、前記駆動コイルは前記ローターを駆動して前記駆動コイルの磁力線を切断することにより、駆動力を生成し、前記ローターを駆動して前記単軸に沿って往復直線運動をさせる磁気平衡式直線振動モーターにおいて、その特徴は以下のとおりである。
前記ハウジングの両側にはそれぞれ１つの前記第一位置決め磁石が設置され、２つの前記駆動コイルがそれぞれ１つの前記第一位置決め磁石上に固定設置される。前記ローター上には２つの第一移動磁石が設置され、２つの前記第一移動磁石は２つの前記駆動コイルにそれぞれ相対するように設置され、２つの前記第一移動磁石は前記単軸の軸方向に平行に設置される。前記単軸の両端にはそれぞれ１つの第二位置決め磁石及び１つの第二移動磁石が設置され、２つの前記第二移動磁石は前記単軸の軸方向に垂直に設置され、前記第二移動磁石は前記ローター上に固定され、前記第二位置決め磁石は前記ハウジング上に固定される。
モーターが通電していない時、前記単軸両端の前記第二位置決め磁石及び第二移動磁石の間に反発力が生じて平衡状態にあることにより、前記ローターはモーター中央部に位置する。モーターが通電している時、前記駆動コイルはモーターに初期動力を供給し、前記単軸両端の前記第二位置決め磁石及び第二移動磁石の間の反発力は、ローターが一側に向かって運動してこの一側の間隔が小さくなることにより、この一側の反発力が増大し、ローターがこの一側に向かって移動を続けるのを阻む。

好ましくは、前記ローターは分銅を含み、前記分銅は前記単軸上に覆設され、２つの前記第一移動磁石は前記分銅の両側に固定設置され、２つの前記第二移動磁石は前記分銅の両端に固定される。

好ましくは、２つの前記第一移動磁石及び２つの前記第二移動磁石はいずれも嵌め込み式により前記分銅上に固定される。

好ましくは、前記ステーターは回路基板をさらに含み、２つの前記駆動コイルは相対して平行になるように前記回路基板上に設置され、２つの前記駆動コイルと２つの前記第一移動磁石はそれぞれ相対するように設置され、前記ローターは２つの前記駆動コイルの間で運動し、かつその運動面と前記駆動コイルは平行である。

好ましくは、前記ハウジングの底部には差し込み溝が設けられ、前記回路基板は前記差し込み溝に差し込むことにより前記ハウジングの底部に固定される。

好ましくは、２つの前記第一位置決め磁石はそれぞれ１つの磁極片によって前記ハウジングの両側に固定される。

好ましくは、前記第二位置決め磁石と前記第二移動磁石はいずれも前記単軸上に嵌合され、前記第二位置決め磁石は前記単軸と固定接続し、前記第二移動磁石は前記単軸上に隙間を空けて嵌合される。

好ましくは、カバーをさらに含み、前記カバーは前記ハウジングの上部に蓋をするように設けられる。

好ましくは、モーターが通電している状態において、両端の前記第二位置決め磁石と第二移動磁石の間の移動距離は１ｍｍ以内である。

既存技術と比較して、本発明は以下の効果を有する。

（１）既存技術では、振動素子の振幅を制御するために、ほとんどが振動モーターの両端に２組のばねを取り付け、ばねが位置制限の役割を果たすが、両側のばねの弾力を一定に保つのは非常に困難であり、ばねの製造も非常に困難であり、製造コストが高く、製品の歩留まり率が低く、かつ、ばねの長期使用は金属疲労を招き、使用寿命が短い。本発明が提供する磁気平衡式直線振動モーターは、第一位置決め磁石と第一移動磁石の間及び第二位置決め磁石と第二移動磁石の間の相互作用を利用し、振動素子の振幅を制御するもので、非接触式制御であり、使用寿命が長く、かつ製造が簡単で、取り付けに便利であり、コストが低い。

（２）本発明のローター及びステーター上の位置決め素子として設置されるのはいずれも位置決め磁石であり、両者の相互作用はより強く、ローターの水平方向バランスがより確かになり、ローターの復元力はより強くなり、さらにモーターの性能が高められる。

（３）既存技術では、振動を水平に保持するために、横転を防止し、二軸を使用し、かつ振動素子の重力は軸が受け、軸がたわむのを防止するために、単軸を使用する者はいない。本発明が提供する磁気平衡式直線振動モーターは、第一位置決め磁石と第一移動磁石の間及び第二位置決め磁石と第二移動磁石の間の相互作用により、振動素子は同一水平線上で水平を保持し、横転することがなく、振動素子は常に同じ高さにあり、第一位置決め磁石と第一移動磁石の間及び第二位置決め磁石と第二移動磁石の間の相互作用は振動素子の一部の重力を負担し、振動素子の重力を軸が単独で負担することはない。このため、本発明は単軸を使用すればよく、モーターの構造が簡略化され、製造コストが低減され、使用寿命が長い。

（４）本発明は単軸の両端にそれぞれ第二位置決め磁石及び第二移動磁石を設置することによりモーターの性能を改善し、その運動曲線をより安定させる。

もちろん、本発明を実施するいずれかの製品は必ずしも上述したすべての利点を同時に備える必要はない。

本発明の実施形態における技術案をより明確に説明するために、以下に実施形態の説明に必要な添付図面を簡単に紹介する。明らかに、以下の説明の添付図面は、本発明のいくつかの実施形態を示しているに過ぎず、当業者であれば、創造的労力を費やすことなく、これらの添付図面に基づいて他の図面を得ることもできる。

本発明の磁気平衡式直線振動モーターの分解図である。 本発明の磁気平衡式直線振動モーターの断面図である。 本発明の磁気平衡式直線振動モーターの断面図である。 本発明の磁気平衡式直線振動モーターの断面図である。 本発明の磁気平衡式直線振動モーターの断面図である。 本発明の磁気平衡式直線振動モーターの組立図である。 本発明の磁気平衡式直線振動モーターのＫ値を示すグラフである。

以下に、図１から図７を組み合わせて本発明が提供する磁気平衡式直線振動モーターについて詳細に説明する。本実施例は本発明技術案を前提として実施され、詳細な実施方法及び具体的な動作プロセスを提示するが、本発明の保護範囲は下述する実施例に限定されず、当業者ならば本発明の精神と内容の範囲内において修正及び潤色を行うことができる。

図１から図６を参照されたい。磁気平衡式直線振動モーターは、収容空間のハウジング１を備え、前記ハウジング１内にはステーター２、ローター４及び単軸７が設けられ、ステーター２が通電している時、ローター４はステーター２の磁力線を切断してローター４が動力を提供することにより、ローター４は単軸７沿いに往復直線運動を行う。

前記ステーター２は回路基板２１及び２つの駆動コイル２２を含み、２つの駆動コイル２２は平行に設置され、かつ２つの駆動コイル２２はローター４の直線運動方向と平行に設置され、ローター４は２つの駆動コイル２２の間に設置され、２つの前記駆動コイル２２は前記回路基板２１上に粘着される。好ましい実施例では、回路基板２１はフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）である。好ましい実施例では、前記ハウジング１の底部に差し込み溝１１を設け、回路基板２１を前記差し込み溝１１に差し込むことにより前記ハウジング１の底部に固定する。前記駆動コイル２２が通電している時、前記駆動コイル２２は前記ローター４を駆動して前記駆動コイル２２の磁力線を切断することにより、駆動力を生成し、前記ローター４を駆動して前記単軸７に沿いに往復直線運動させる。

前記ハウジング１の両側にはそれぞれ１つの第一位置決め磁石６が設置され、２つの前記駆動コイル２２はそれぞれ１つの前記第一位置決め磁石６上に固定設置される。好ましい実施例では、前記駆動コイル２２は粘着方式により前記第一位置決め磁石６上に固定される。

さらに、２つの前記第一位置決め磁石６はそれぞれ１つの磁極片５によって前記ハウジング１の両側に固定される。

ローター４は分銅４１、２つの第一移動磁石４２及び２つの第二移動磁石４３を含み、分銅４１は単軸７上に隙間を空けて覆設され（分銅４１と単軸７を合わせる際に両者の間に隙間ができる）、２つの第一移動磁石４２は分銅４１の両側に固定され（好ましい実施例では、２つの第一移動磁石４２は平行に設置され、かつ単軸７の軸方向に平行に設置される）、２つの第二移動磁石４３は分銅４１の両端に固定される（好ましい実施例では、２つの第二移動磁石４３は平行に設置され、かつ単軸７の軸方向に垂直に設置される）。

２つの前記駆動コイル２２と２つの前記第一移動磁石４２はそれぞれ相対するように設置され、２つの前記駆動コイル２２は２つの前記第一移動磁石４２の外側に位置し、ローター４は２つの前記駆動コイル２２の間で運動し、かつその運動平面と前記駆動コイル２２は平行である。

さらに、第一移動磁石及び２つの前記第二移動磁石４３はいずれも嵌め込み式により前記分銅４１上に固定される。振動モーターのサイズが比較的小さいことから考えて、取り扱いが比較的困難であり、既存の振動モーター中の素子の間には粘着による固定方法が多く用いられ、このような振動モーターが強烈な振動を受けると（例えば落下や衝突等）、粘着された素子の間が剥がれる事態が起こりやすい。本実施例では嵌め込み式の固定方法を採用することにより、既存の粘着方式の不安定さという欠点を克服し、確実性が保証され、さらにはモーターの性能が高められ、モーターの寿命が延長され、組み立てプロセスも簡略化でき、組み立て難度が低くなり、分銅４１又は移動磁石を作製済みの構造中に嵌め込むだけでよい。異なる実施例では、分銅４１と第一移動磁石４２、第二移動磁石４３が一体化構造であってもよい。

前記単軸７の両端には１つの第二位置決め磁石３が設置され、２つの第二位置決め磁石３は単軸７の両端にそれぞれ嵌合固定され、ローター４は２つの第二位置決め磁石３の間で往復直線運動を行い、即ちローター４は２つの第二位置決め磁石３の間に位置する。

本実施例では、前記第二位置決め磁石３と前記第二移動磁石４３のいずれも前記単軸７上に嵌合され、前記第二位置決め磁石３は前記単軸７と固定接続し、前記第二移動磁石４３は前記単軸７上に隙間を空けて嵌合される。

さらに、分銅４１の両端はそれぞれ１つの軸受４４によりに単軸７上に取り付けられ、単軸７に沿って直線往復運動を行うことができる。

本発明はカバー８をさらに含み、前記カバー８は前記ハウジング１の上部に蓋をするように設けられる。

本発明の全体的な動作原理は次のとおりである。回路基板２１のボンディングワイヤー端子上に交流電圧（１Ｖ〜２.５Ｖ）が流れると、回路基板２１により２つの第一位置決め磁石６上に貼り付けられた２つの駆動コイル２２に電圧が供給され、これにより１つの極性で変換し続ける磁場が発生し、この磁場がモーターを振動させる初期動力となる。モーターが通電していない時、モーターの同一側の第一位置決め磁石６と第一移動磁石４２の間は吸引力が生じる場所であり、かつ第一位置決め磁石６及び第一移動磁石４２の分銅４１に向かう極性は同じである。単軸７の両端にはそれぞれ１つの第二位置決め磁石３と第二移動磁石４３を備え、第二位置決め磁石３と第二移動磁石４３の間には反発力が生じる。通電した後、コイルがモーターに初期動力を供給し、その磁場極性は絶えず交換するので、モーターが力を受ける方向は絶えず変化し、これによりモーターの継続的な振動が実現される。

第二位置決め磁石３と第二移動磁石４３の動作原理は次のとおりである。モーターが通電していない時、前記単軸７の両端の前記第二位置決め磁石３と第二移動磁石４３の間に生じた反発力が平衡状態にあることで、分銅４１はモーター中央に位置し、両端の第二位置決め磁石３と第二移動磁石４３の間の距離は等しくなり、好ましくは１ｍｍ前後である。モーターが通電している時、前記駆動コイル２２はモーターに初期動力を供給し、前記単軸７の両端の前記第二位置決め磁石３と第二移動磁石４３の間の反発力は、ローター４が一側に向かって運動してこの一側の間隔（この一側の第二位置決め磁石３と第二移動磁石４３の間の距離）が小さくなることにより、この一側の反発力が増大し、分銅４１がこの一側に向かって移動を続けるのを阻むと同時に、緩衝の役割を果たす。

磁気平衡式直線振動モーターのサイズは非常に小さく、指の爪程度の大きさであり、本発明はモーターの振動性能を安定させるために、第二位置決め磁石３と第二移動磁石４３の間の反発力を精確に制御する必要があり、出願人が複数回数の実験で得た両端の第二位置決め磁石３と第二移動磁石４３の間の移動距離は２ｍｍ以内であり、１ｍｍ以下に制御すればその効果はさらに優れたものになる。このため、構造設置については、２つの第一移動磁石４２はそれぞれ２つの駆動コイル２２に相対するように設置され、かつ第一移動磁石４２は２つの小さい磁石から成る磁石ユニットである。磁石ユニットはそれぞれ薄型長形状になるよう設置され、その目的は可能な限り相互作用する面積を増大させることにあるが、薄型長方形状を１つにまとめて加工する際の加工コストは高く、要求どおりの精度を達成するのは難しい。したがって本実施例では、２つの小さい薄型長方形により第一移動磁石４２を構成し、長さ２〜３ｍｍ、幅１.５〜２.５ｍｍ、厚さ０.４〜１ｍｍの長方形を採用できる。以下は例示に過ぎず、もちろん第一移動磁石４２は複数の塊から構成でき、若しくは加工精度の要求を満たしていれば１個の塊でもよい。同様に、第一位置決め磁石６には、長さ３.５ｍｍ、幅２.６ｍｍ、厚さ０.４ｍｍの長方形磁石を採用し、第二位置決め磁石３及び第二移動磁石４３には直径２.４ｍｍ、内径０.８ｍｍのサイズの磁石を採用することもできるが、本実施例は説明のための例示に過ぎず、本発明はこれに限定されない。また、本発明の磁石はネオジウム磁石等の磁力が強力な材質を主に用いて形成されており、より強い磁気的制御力を有し、これにより振動素子の振幅の制御が可能になる。

本発明において単軸７の両端それぞれに第二位置決め磁石３及び第二移動磁石４３を増設する目的は、モーターの性能を改善し、その運動曲線をより安定させることである。図７において、第一位置決め磁石６及び第一移動磁石４２のみがあり、第二位置決め磁石３及び第二移動磁石４３がない場合は、Ｋ１値のグラフを参照されたい。第二位置決め磁石３及び第二移動磁石４３のみがあり、第一位置決め磁石６及び第一移動磁石４２がない場合は、Ｋ２値のグラフを参照されたい。第一位置決め磁石６及び第一移動磁石４２が既にあり、また第二位置決め磁石３及び第二移動磁石４３も既にある場合は、Ｋ３値のグラフを参照されたい。モーターのＫ３値のグラフを参照すると、曲線は一次関数に近く、Ｋ値は曲線の傾斜である。（Ｋ値は弾性係数を示し、ＡＮＳＹＳ（商標）社のソフトウェアにより算出された値である）弾性係数が安定するほど、分銅４１が受ける力が増加してバランスが良くなり、モーターの運動性能が安定する。

以上に公開したのは本発明の具体的実施例に過ぎず、本発明はこれに限定されない。当業者が想到できるいかなる変更も本発明の保護範囲内に含まれる。

１ ハウジング
２ ステーター
３ 第二位置決め磁石
４ ローター
５ 磁極片
６ 第一位置決め磁石
７ 単軸
８ カバー
１１ 差し込み溝
２１ 回路基板
２２ 駆動コイル
４１ 分銅
４２ 第一移動磁石
４３ 第二移動磁石
４４ 軸受

Claims (8)

1. 収容空間のハウジングを備え、前記ハウジング内にはステーター、ローター及び単軸が設けられ、前記ステーターは駆動コイル及び第一位置決め磁石を含み、前記駆動コイルが通電している時、前記駆動コイルは前記ローターを駆動して前記駆動コイルが磁力線を切断することにより、駆動力を生成し、前記ローターを駆動して前記単軸沿いに往復直線運動をさせる磁気平衡式直線振動モーターにおいて、
   前記ハウジングの両側にはそれぞれ１つの前記第一位置決め磁石が設置され、２つの前記駆動コイルはそれぞれ１つの前記第一位置決め磁石上に固定設置され、
   前記ローター上には２つの第一移動磁石が設置され、２つの前記第一移動磁石は２つの前記駆動コイルにそれぞれ相対するように設置され、２つの前記第一移動磁石は前記単軸の軸方向に平行に設置され、
   前記単軸の両端にはそれぞれ１つの第二位置決め磁石及び１つの第二移動磁石が設置され、２つの前記第二移動磁石は前記単軸の軸方向に垂直に設置され、
   前記第二位置決め磁石と前記第二移動磁石はいずれも前記単軸上に嵌合され、
   ２つの前記第二移動磁石は前記ローターの両端にそれぞれ固定され、且つ前記単軸上に隙間を空けて嵌合され、
   前記第二位置決め磁石は前記ハウジング上に固定され、且つ前記単軸と固定接続され、
   前記単軸の両端の前記第二位置決め磁石と第二移動磁石の間の距離は等しく、
   モーターが通電していない時、前記単軸両端の前記第二位置決め磁石及び第二移動磁石の間に反発力が生じて平衡状態にあることにより、前記ローターはモーター中央部に位置し、
   モーターが通電している時、前記駆動コイルはモーターに初期動力を供給し、前記単軸両端の前記第二位置決め磁石及び第二移動磁石の間の反発力は、ローターが一側に向かって運動することによりこの一側の間隔が小さくなることで、この一側の反発力が増大し、ローターがこの一側に向かって移動を続けるのを阻む、
   ことを特徴とする、磁気平衡式直線振動モーター。
2. 前記ローターは分銅を含み、前記分銅は前記単軸上に覆設され、２つの前記第一移動磁石は前記分銅の両側に固定設置され、２つの前記第二移動磁石は前記分銅の両端に固定されることを特徴とする、請求項１に記載の磁気平衡式直線振動モーター。
3. ２つの前記第一移動磁石及び２つの前記第二移動磁石はいずれも嵌め込み式により前記分銅上に固定されることを特徴とする、請求項２に記載の磁気平衡式直線振動モーター。
4. 前記ステーターは回路基板をさらに含み、２つの前記駆動コイルは相対して平行になるように前記回路基板上に設置され、２つの前記駆動コイルと２つの前記第一移動磁石はそれぞれ相対するように設置され、前記ローターは２つの前記駆動コイルの間で運動し、かつその運動面と前記駆動コイルは平行であることを特徴とする、請求項１に記載の磁気平衡式直線振動モーター。
5. 前記ハウジングの底部には差し込み溝が設けられ、前記回路基板は前記差し込み溝に差し込むことにより前記ハウジングの底部に固定されることを特徴とする、請求項４に記載の磁気平衡式直線振動モーター。
6. ２つの前記第一位置決め磁石はそれぞれ１つの磁極片によって前記ハウジングの両側に固定されることを特徴とする、請求項１に記載の磁気平衡式直線振動モーター。
7. 前記第二位置決め磁石と前記第二移動磁石はいずれも前記単軸上に嵌合され、前記第二位置決め磁石は前記単軸と固定接続し、前記第二移動磁石は前記単軸上に隙間を空けて嵌合されることを特徴とする、請求項１に記載の磁気平衡式直線振動モーター。
8. モーターが通電している状態において、両端の前記第二位置決め磁石と第二移動磁石の間の移動距離は１ｍｍ以内であることを特徴とする、請求項１に記載の磁気平衡式直線振動モーター。
   
   

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