JPH0449829A - 円筒型ブラシレスモータおよびこれを使用した小型振動モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超小型てしかも高信頼性および長寿命か得ら
れる円筒型ブラシレスモータおよび当該円筒型ブラシレ
スモータを使用した小型振動モー夕に関するものである
。特（−１本発明の円筒型ブラシレスモータは、そのシ
ャフトおよび半径方向に短い長さと、均一な回転数とを
必要とするような小型電子機器に使用するものである。

また、本発明における小型振動モータは、ボケ・ソトベ
ル（こ変わり、周囲に迷惑をかけない振動伝達型のペー
ジャ、人体に振動を伝えるマ・ノサージ装置、あるいは
盲人用信号受信機等に使用するものである。

〔従来の技術〕

従来例における整流子モータのロータコイルは、図示さ
れていないか、その一端かフランジ部に取り付けられ、
フランジ部の中心において、シャフトか固定されている
。また、シャフトの端部には、複数の整流子片か取り付
けられて、ロータコイルのリード線と前記整流子片とは
電気的に接続されている。

このようなロータフィルを備えた整流子モータは、ブラ
シから整流子片を介してロータフィルに電流を供給する
と、ロータコイルに流ねる電流とステータマグネットの
磁力とにより回転力か得られる。

しかし、上記のような整流子モータは、ブラシと整流子
片との機械的接触かあるため信頼性および寿命が劣る。

これに対して、上記ブラシと整流子片との機械的接触を
無くして、モータにおける信頼性と寿命とを向上させた
ブラシレスモータかある。ブラシレスモータのステータ
コイルは、第４図図示のごとく、複数の集中的に巻かれ
たコイルセグメント４１．４２、・・から構成される。

そして、図示されていないロータマグネットの位置を検
出することにより、コイルセグメント４１，４２・・・
に位相の異なる電流を供給し、回転磁界を順次発生させ
てロータに回転力を発生させる。

さらに、図示されていないか、平板に複数のコイルセグ
メントを印刷した平板型ブラシレスモータかある。平板
型ブラシレスモータも制御回路に位相の異なる電流を順
次流すことによって上記と同様に回転力を得る。

上記のような小型モータを使用して回転振動装置を得る
場合には、小型モータの回転軸にたとえば、ダニ２ゲス
テン等の比重の重い偏心した錘を取り付けて振動を発生
させている。また、ブラシレスモータータからなる偏平
塑モータは、ロータマグネットを偏心させることによっ
て、回転振動を発生する装置か得られた。

〔発明か解決しようとする課題〕

近年、電子機器の軽薄短小化か進み、モータは、電ｆ機
器の構造に合わせて径方向あるいはシャフト方向を短く
する必要に迫られるようになってきた。たとえば、電子
機器に組込むスペースかソヤフ）　ノミ向の長さＸシャ
フト方向に対する径方向の長さに、ｌＯｌｏＸｌｏの余
裕しかない場合には、ぞね以下の大きさのモータか要求
される。

Ｌ７かし、整流ｆモータは、整流子片を必要とするため
、この部分の長さたけモータの軸方向の長さか長くなる
。

整流子１」を無くしたブラシレスモータでは、整流子の
長さだけモータの軸方向の長さか短くなるか、複数の集
中的に巻かれたコイルセグメン）・を必要とする。そし
て、複数の集中的に巻かれたコイルセグメントを設ける
ことは、製造−Ｌ多くの問題を有する。すなわち、前記
コイルセグメント４１．４２・・は、コイル自身かそれ
ぞれバラ）＜うであるため、保持するために、インサー
ト樹脂４３あるいは印刷用の印刷配線板か必要である。

また、コイルセグメントを集中巻きにすると、コイルの
機械的寸法か厚くなるため、磁気回路上ての動作点は低
くなりトルク性能か低下する。さらに、コイルセグメン
ト毎にタップを出さなくてはならない。

また、モータの回転数を安定させたい場合には、弾み車
等をモータのシャツ）・に取り付けて回転に慣性を持た
せている。しかし、弾み車をモータのシャフトに取り付
けた分たけソヤフト方向の長さか長くなる。そこで、平
板型のモータに弾み車を取り付ければ良いか、平板型の
モータで所定のトルクを得るためには、シャフトの半径
方向の長さが長くなるだけでなく、コイルセグメントを
設ける製造上の問題も出る。

さらに、小型振動モータを得る場合には、回転軸に偏心
した錘を取り付けなければならない。しかし、偏心した
錘は、比重の大きい部材を用いた方が効率的であるが、
高価になるだけでなく、小型振動モータの軸方向の長さ
が長くなる。小型振動モータを偏平モータにして、ロー
タマグネットを偏心させた場合には、軸方向の長さは短
くなるが、径方向に大きくなるだけでなく、回転振動を
大きく取ることができない。

本発明は、以上のような問題を解決するためのもので、
モータのシャフトに特別なものを付けずに回転ムラを無
くすと共に、ステータコイルを薄くしてモータのシャフ
ト方向および半径方向の長さを短かくした円筒型ブラシ
レスモータを提供するものである。

また、本発明は、モータシャフトに偏心した錘を取り付
けることなく、大きな回転振動を得ることができる小型
振動モータを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本発明の円筒型ブラシレス
モータは、ロータマグネットの位置を検出することによ
りステータコイルに回転磁界を順次発生させる制御回路
を有する円筒型ブラシレスモータであって、シャフトと
当該シャフトにロータヨークを介して固定されている円
筒型ロータマグネットとから構成されたロータと：底部
に前記シャフトを回転支持するように固定された一方の
軸受と内周にステータコイルとを取り付けた磁路を形成
するヨークとなる円筒型ステータヨークと、導線か軸線
に対して斜めに線径ピッチで整列して巻かれ、展開する
と順次逆向きに連なっている複数の二等辺三角形の巻線
区域が形成されており、かつ前記二等辺三角形の各底辺
が磁極対ピッチと同一の長さに形成されているステータ
コイルと、前記ステータヨークの取り付け部と前記シャ
フトを回転支持するように固定された他方の軸受とを有
するステータベアリングハウスとから構成されたステー
タと、を備え前記ロータと前記ステータとをエアギャッ
プを介するように構成される。

本発明の小型振動モータは、前記円筒型ブラシレスモー
タにおけるロータマグネットを当該ロータマグネットの
半径方向に向かって一部を切り欠いて偏心させるように
構成される。

〔作　　用〕

ロータマグネットの位置を検出することにより、図示さ
れていない制御回路で発生する順次位相の異なる電流が
、リード線を介してステータコイルに与えられる。当該
ステータコイルに与えられた前記電流による回転磁界と
、ロータマグネットの磁力とによりロータは回転する。

ステータコイルは、通常の巻線機により導線の線径ピッ
チをずらしながら斜めに整列して巻回されている。また
、当該ステータコイルを軸方向に切断して展開すると、
順次逆向きに連なっている複数の二等辺三角形の巻線区
域か形成されている。

そして、この二等辺三角形の底辺が磁極対ピッチと同一
の長さに形成されている。

したかって、ステータコイルは、ボビン等のモールド樹
脂あるいは印刷配線板等を使用せずに均一な厚さで薄い
円筒型に成形できるので、占積率を上げることができる
。このように薄く成形されたステータコイルは、ロータ
マグネットとのギャップを狭くできるために、磁気回路
上の動作点が高くなり、モータとしての性能か上がる。

また、コイル自身が機械的にステータベアリングハウス
に保持されるだけでなく、集中的に巻くコイルセグメン
トよりタップ数は少なく、端末処理が簡単である。

また、本発明の円筒型ブラシレスモータは、薄く円筒型
に形成されたステータコイルと比較して、重いロータマ
グネット側を回転させているので、慣性モーメントが高
く、回転ムラが少ない。

さらに、上記円筒型ブラシレスモータを使用した小梨振
動モータは、ロータマグネットをロータマグネットの半
径方向に向かって一部を切り欠いて偏心させたので、小
型であるにもかかわらず大きい振動が得られた。

〔実　施　例〕

第１図および第２図（イ）ないしく二）を参照しつつ本
発明の一実施例を説明する。

第１図において、ステータヨークｌは、底部３を有する
円筒体からなり、ステータヨーク１の内周面には、後述
のステータコイル２が同心的に、たとえば、接着剤等で
取り付けられている。また、底部３を有する円筒型のス
テータヨーク１は、冷間圧延鋼板、珪素鋼板等の鉄材か
らなる板を多段プレスにより一体的に製造されるが、底
部３を別体として製造した後、ステータヨーク１に取り
付けることが可能である。さらに、円筒型のステータヨ
ークｌの底部３には、軸受４が固定されている。底部３
の反対側は、開放されており、この部分には軸受４′を
取り付けたステータベアリングハウス８が固定されてい
る。そして、前記ステータヨーク】、ステータコイル２
、ステータベアリングハウス８および軸受４．４′とは
、モータのステータを構成している。

次に、第２図（イ）および（ニ）を参照しつつ本発明の
ステータコイルについて説明する。第２図（イ）および
（ロ）はステータコイルの展開図で、極数の異なるもの
を示し、ステータコイルの中心仮想軸方向が図示の上下
になるように展開されている。第２図（ハ）は（ロ）図
示のステータコイルの平面図で、（ニ）はステータコイ
ルの断面図である。ステータコイルは、その軸に対して
斜めに整列して順次配列されている。（本明細書におい
て、ステータコイルの巻線方法における「整列」とは、
線径ピッチで整列して巻く場合、線径に僅かに重なるよ
うに圧縮しながら巻く場合、および線径に僅かに隙間を
形成して巻く場合等を含むものとする。）すなわち、導
線は中心仮想軸方向に対して斜めに走行し、二等辺三角
形を形成している巻線区域２１および２２と、同じく逆
向きの二等辺三角形を形成している巻線区域２３と２４
とは互いに異なる方向に巻かれている。すなわち、巻線
区域２１から出発した巻線は、斜め下方に進み巻線区域
２１の下部で折り返し、巻線区域２３を上昇し上部に達
する。同様にして巻線区域２２および巻線区域２４を通
り巻線区域２１に戻る。これを巻線の線径ピッチだけず
らしながら整列して巻回を続ける。したがって、このよ
うな巻線形式では、内周面と外周面とに二等辺三角形の
巻線区域が形成され、これらの巻線区域の数は極対数に
等しい。

巻線端部を底辺とするこれら二等辺三角形の両辺のとこ
ろで、全ての巻線か一方の層から他方の層へ移行してい
る。この移行個所の数を数えても極対数か分かる。

ステータコイルは、通常の巻線機により巻かれるが、本
発明のステータコイルに使用する導線は、三層構造に形
成されたものを使用する。すなわち、導線の周囲には絶
縁層か少なくとも一層設けられており、さらにその上に
は、接着層か形成されている。この導線の接着層は、巻
線機にかける場合には、乾燥しているが、巻線後に溶剤
あるいは熱を加えて線間を接着したステータコイルが成
形される。

また、前記ステータの軸受４．４′には、シャフト５か
回転自在に取り付けられている。当該シャフト５の周囲
には、ロータヨーク７を介して円筒型ロータマグネット
６か取り付けられている。

そして、ソヤフト５、ロータマグネット６、およびロー
タヨーク７てロータか構成されている。

円筒型をした前記ステータのステータコイル２の中にエ
アギャップを介して上記ロータか遊挿される。

ステータコイル２は、図示されていないリード線を介し
て同じく図示されていない制御回路に接続されている。

当該制御回路は、ロータマグネット６の位置をたとえば
、ホール素子等のセンサにより検出することにより、ス
テータコイル２に順次位相のずれた電流を供給する。上
記電流の供給により、ステータコイル２に順次回転磁界
が発生し、ロータに回転力を与える。

しかし、ロータマグネットの位置を検出するために、ホ
ール素子等のセンサを使用する場合、センサの厚みをス
テータコイルにおける導体の直径より充分に薄い薄膜状
にしてステータコイルの表面に貼り付ける必要がある。

また、上記センサをステータコイルの表面に貼れない場
合には、ロータマグネットからのメイン磁束が拾えなく
、漏れ磁束を拾う位置、たとえば、ステータコイルの端
末面付近に取り付ける必要がある。

したがって、ロータマグネットとステータコイルとの間
に形成されるエアギャップは、ステータコイル本来の厚
さではなく、センサ素子の厚さにより決められる。また
、漏れ磁束を拾う場合には、ステータコイル端面の一部
に変形を加えて、その部分にセンサを取り付けねばなら
ないので、位置検出のずれ、あるいは効率の低下となる
。

本発明のように整列巻きにしたステータコイルは、２層
積層の場合であれば、コイルの厚さが巻線導体の２倍以
下となる。このステータコイルが薄く成形できるという
利点を活用して、ステータコイルが誘起する電圧（逆起
電圧）の相間合成により１２０度または１８０度の導通
角でコイルをを通電するセンサレス方式の制御回路を採
用すると有利である。

すなわち、本発明の整列巻きにしたステータコイルとセ
ンサレス方式の制御回路とを採用すると、次のような効
果がある。

■　ステータコイルの厚さは、巻線導体の直径の積層数
で決まるエアギャップを形成することができるので、磁
束密度を高く取れ、効率の高い超小型モータを提供でき
る。

■　ステータコイルが誘起する電圧に準じて通電される
ため、センサを取り付けた位置に基づくトルクむらが発
生しないので、安定した回転の超小型モータを提供でき
る。

第３図（イ）および（ロ）は本発明における小量振動モ
ータ説明図で、シャフト方向およびシャフトに対する半
径方向のそれぞれ断面図である。

本発明における小型振動モータは、前記第１図の円筒型
ブラシレスモータを使用したものであるから、第１図に
対応する同じ部品には同一符号が付されである。ただ違
うところは、ロータマグネット６が半径方向に向かって
一部切り欠いて偏心させている点にある。ロータマグネ
ット６の切り欠き方は、図示のごとくロータヨーク７に
まで達するもの、あるいは達しないもの等偏心しさえす
れば各種変形がある。なお、特許請求の範囲において、
「半径方向に向かって一部を切り欠いて偏心させたこと
」は、前記記載の各種変形も含むものである。

このようなロータマグネット６を備えた小型振動モータ
は、偏心したロータにより振動しながら回転する。した
かって、この小型振動モータをページャに使用した場合
、図示されていない受信機と上記小型振動モータからな
るページャをワイシャツのポケット等に入れておくと、
ポケットベルのように周囲に音を出して迷惑をかけるこ
となく、肌で発呼者の呼出を感じ取ることができる。ま
た、マツサージ装置あるいは盲人用信号受信機等におい
ても同様に小型の振動装置を提供することかできる。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実
施例に限定されるものではない。そして、特許請求の範
囲に記載された本発明を逸脱することかなければ、種々
の設計変更を行うことか可能である。

たとえば、本発明の円筒型ブラシレスモータを単相ある
いは多相にしたり、あるいは制御を半波または全波で行
うことは、任意に選択できることである。また、ステー
タコイルの位置検出方式あるいは回転磁界の生成方式等
の制御回路は、公知のものを任意に適用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、薄く均一に成形され、占積率の良いス
テータコイルを備えた円筒型のステータヨークの中に、
ロータを回転自在に遊挿したので、シャフト方向および
半径方向共に寸法を小さくすることか可能になった。ま
た、ステータコイルが薄く成形され、ステータコイルと
ロータマグネットとのギャップを狭くしているため、磁
気回路動作意が高く取れ、モータの性能は向上する。

本発明によるステータコイルは、均一な薄さで成形され
ているので、ボビンあるいは樹脂モールド等の基板を必
要とせずに、直接ステータヨークに取り付けることがで
きる。また、ステータコイルは、連続して巻回され、タ
ップ数を少なく、コイル端面に集められるため、配線処
理が容易で、端末処理の作業が良い。

本発明によれば、ロータマグネットとロータヨークとを
ロータとしたので、弾み車を取り付けることな（慣性の
高いモータを作ることができ、電源が変動しても、回転
の安定した信頼性のある超小型の円筒型ブラシレスモー
タを提供できる。

本発明による円筒型ブラシレスモータを使用した小型振
動モータは、ロータマグネットを半径方向に向かって一
部を切り欠くだけで、大きな偏心力が得られ、小型の割
りに大きな振動を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における円筒型ブラシレスモータ説明図
、第２図（イ）ないしく二）は本発明におけるステータ
コイル説明図、第３図（イ）および（ロ）は本発明にお
ける小型振動モータ説明図、第４図は従来例のブラシレ
スモータにおけるステータコイル説明図である。 １・・・ステータヨーク ２・・・ステータコイル ３・・・底部 ４．４′　・・・軸受 ５・・・シャフト ６・・・ロータマグネット ７・・・ロータヨーク ８・・・ステータベアリングハウス （ロ） （ハ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ロータマグネット６の位置を検出することによ
   りステータコイル２に回転磁界を順次発生させる制御回
   路を有する円筒型ブラシレスモータにおいて、 シャフト５と当該シャフト５にロータヨーク７を介して
   固定されている円筒型ロータマグネット６とから構成さ
   れたロータと； 底部３に前記シャフト５を回転支持するように固定され
   た一方の軸受４と内周にステータコイル２とを取り付け
   た磁路を形成するヨークとなる円筒型ステータヨーク１
   と、導線が軸線に対して斜めに線径ピッチで整列して巻
   かれ、展開すると順次逆向きに連なっている複数の二等
   辺三角形の巻線区域が形成されており、かつ前記二等辺
   三角形の各底辺が磁極対ピッチと同一の長さに形成され
   ているステータコイル２と、前記ステータヨーク１の取
   り付け部と前記シャフト５を回転支持するように固定さ
   れた他方の軸受４′とを有するステータベアリングハウ
   ス８とから構成されたステータと； を備え前記ロータと前記ステータとをエアギャップを介
   して配置したことを特徴とする円筒型ブラシレスモータ
   。
2. （２）　前記ロータマグネット６を当該ロータマグネッ
   ト６の半径方向に向かって一部を切り欠いて偏心させた
   ことを特徴とする請求項（１）記載の円筒型ブラシレス
   モータを使用した小型振動モータ。