JPH05304743A - 永久磁石ロータを慣性体とした振動モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動で人間に感じさせるポケットベル用アラ
ームモータに使用してブザー等の騒音を防止する。又、
振動で物体を搬送する振動フィーダ等に用いる。 【構成】 ステータ１０を形成するハウジング１１の内
壁に固着した界磁コイル１２と、永久磁石２１の起磁力
で磁極を形成する永久磁石ロータ２０とから成るモータ
において、永久磁石ロータ２０自体をアンバランスウエ
イト構造とし、回転するモータは該永久磁石ロータ２０
の不釣り合いモーメントによって振動作用が付与される
ように構成した永久磁石ロータを慣性体とした振動モー
タ。 【効果】 振動力を得るための慣性体を別置しないので
保護カバーの必要なく、ロータ構造が簡単なため界磁コ
イルとの空隙を小さく出来るので損失が少なく、高効率
で高信頼性、定価格で小形軽量の振動モータが提供でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石ロータを慣性
体とした振動モータに関し、さらに詳しくはブザーやリ
レーで発生する警報音の代わりに無音警報の振動で人間
に感じさせるポケットベル用アラームモータ、及び物体
搬送のための振動フィーダ等が用いられる永久磁石ロー
タを慣性体とした振動モータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的にポケットベルは特定の発信者か
らの呼出し信号により警報音を発生するタイプと、無音
警報即ち、振動によるタイプとの２つが提供されてい
る。近時においては、警報音を発するタイプのものは、
本人以外の人に不快感を与えるため、警報音を発せず、
装置自体を振動させて本人のみに振動が伝わるようにし
た無音警報タイプが多く使用されている。アラーム用モ
ータとしては、例えば米国特許３，０１７，６３１号公
報の「選択呼び出し受信機」及び、特開平２−１７８５
３号公報の「振動アラーム用モータ」があり、前者の
「選択呼び出し受信機」は機械的な持続性の振動を生ず
るモータに慣性体を偏心軸支して回転により振動力を得
ていた。又、後者の「振動アラーム用モータ」はモータ
自体に回転バランスを変化せしめる手段として、ロータ
コイルのコイル単体の中の少なくとも一つの巻線抵抗
か、その巻数か、その厚みか、そのシャフトに対する位
置かのいずれかを変えるか、またロータ芯に対してシャ
フトの位置をずらすか、又は界磁マグネットの少なくと
も一対極の磁力を変えることによってモータ自体の振動
力が得られていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た前者の「選択呼び出し受信機」では、振動力を得るた
めの慣性体を別個に取り付ける必要がある。そのために
取り付け部分での破損、モータ負荷の増加、装置の大型
化、振動力の偏在、危険防止の保護カバー設置の必要の
ため薄くできない等不都合があった。後者の「振動アラ
ーム用モータ」は、回転数に限界があり最適回転数が得
難い、偏平に構成できる反面、振動方向に自由度がなく
特に機器に内装したとき人体への感度が有効な方向に働
かない、構造が複雑になりコイル断線のリスク大、コス
ト高となる等の問題点があった。

【０００４】本発明は、磁路部材の内壁に界磁コイルを
固着したステータと、アンバランスウエイト構造の慣性
体である永久磁石ロータとで構成された同期型モータ、
及びＤＣブラシレスモータ、並びにＤＣブラシ付きモー
タ等に適用される永久磁石ロータを慣性体とした振動モ
ータであって、ロータの回転軸や、その延長上に余分な
慣性体を取り付けることなく、簡単な構造で上記問題点
を解消する永久磁石ロータを慣性体とした振動モータを
提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１及び２
の永久磁石ロータを慣性体とした振動モータは、固定磁
路部材の内壁に固定された界磁コイルとベアリングに軸
支された永久磁石ロータとにより界磁システムが構成さ
れた同期型モータ及びＤＣブラシレスモータにおいて、
上記永久磁石ロータは該永久磁石ロータ自体を慣性体と
するアンバランスウエイト構造により構成され、回転す
る上記モータは該永久磁石ロータの不釣り合いモーメン
トによって振動作用が付与されるようにしたものであ
る。

【０００６】請求項３の永久磁石ロータを慣性体とした
振動モータは、固定磁路部材の内壁に複数個の整流子が
環状に配設された界磁コイルを固定し、ベアリングに軸
支された永久磁石ロータの回転軸に上記整流子に摺接し
て摺動する正もしくは負のブラシを接触させ、負もしく
は正のブラシを集電リングに摺接させて配設し、上記固
定磁路部材の両端を閉鎖する端子付きエンドホルダの片
側端子に供給される電流は永久磁石ロータを経由して正
もしくは負のブラシから界磁コイルに流入し、界磁コイ
ルを励磁して流出する電流は負もしくは正のブラシから
上記集電リングを介してエンドホルダの他側端子より電
源に還流する電路が形成されたＤＣブラシ付きモータに
おいて、上記永久磁石ロータは該永久磁石ロータ自体を
慣性体とするアンバランスウエイト構造により構成さ
れ、回転する上記モータは該永久磁石ロータの不釣り合
いモーメントによって振動作用が付与されるようにした
ものである。

【０００７】請求項４の永久磁石ロータを慣性体とした
振動モータの永久磁石ロータは、該永久磁石ロータの径
方向片側を部分的に除去し、除去した部分を非磁性ロー
タ部とする慣性体により構成されたアンバランスウエイ
ト構造としたものである。

【０００８】請求項５の永久磁石ロータを慣性体とした
振動モータの永久磁石は、該永久磁石ロータの軸芯に対
しロータ回転軸を偏心させて取り付けた慣性体により構
成されたアンバランスウエイト構造としたものである。

【０００９】

【作用】モータを起動すると、励磁された界磁コイルに
よって回転磁界が作られ、これと永久磁石ロータから供
給される界磁束との相互作用で回転力が発生し、その回
転力で回転するアンバランスウエイト慣性体の永久磁石
ロータは、安定した起振力をモータに伝達する。また、
このモータの回転数を上げることにより回転速度の二乗
に比例した周波数範囲の広い振動作用が得られる。更
に、ポケットベル等のアラーム装置や物体搬送用の振動
フィーダ装置等に該振動モータを取付ける場合は、その
取付方向によって振動方向を自由に選択できる。尚、こ
の永久磁石ロータの不釣り合いモーメントは、永久磁石
ロータ又はその慣性体の質量配分を変えることにより自
在に調整が可能となる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明に係る永久磁石ロータを慣性体
とした振動モータの実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。図１は同期型振動モータの軸平行断面を示す側面
図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３Ａ、Ｂは図１の電
気配線図及び電流波形図、図４はＤＣブラシ付き振動モ
ータの軸平行断面で示す側面図、図５は図４のＡ−Ａ断
面図、図６は図４のＢ−Ｂ断面図、図７Ａ，Ｂは図４に
示すブラシの部品単体斜視図、図８Ａ、Ｂは図４の他の
実施例でコイルの折り返し部を整流子に使う場合の整流
子の構造を示す断面図及び斜視図、図９は図４の電気配
線図、図１０は図４の他の実施例でＤＣブラシ付き振動
モータの軸平行断面を示す側面図、図１１は図１０のブ
ラシ周辺の拡大斜視図、図１２は図１１の軸平行断面を
示す側面図、図１３〜図１７は永久磁石ロータを慣性体
とするアンバランスウエイト構造を示す他の実施例の永
久磁石ロータの斜視図、図１８Ａ、１８Ｂは振動モータ
の気密構造を示す一部断面側面図である。尚、本実施例
では、機械的構造が一致するＤＣブラシレス振動モータ
と永久磁石式同期型振動モータとは、特に指定なき場合
に限り、同期型振動モータとして同一断面で説明する。

【００１１】図１において、永久磁石ロータ２０を慣性
体とする同期型振動モータ１００のステータ１０は、固
定磁路部材１１の内壁に、円筒状に製作された界磁コイ
ル１２が固定され、そのコイル１２は３相巻線で、その
リード端子１３ａ，ｂ，ｃは固定磁路部材の端部より外
部に引き出されている。また、固定磁路部材１１の両端
を閉鎖するエンドホルダの片側３２ａには、ベアリング
３０ａ，ｂに軸支された永久磁石ロータ２０を押圧する
スラストバネ３１が設けられている。

【００１２】図２において、永久磁石ロータ２０はその
永久磁石２１の径方向片側を部分的に除去し、その除去
した部分の非磁性ロータ部２３には非磁性軽量材２４が
充填され補強されている。尚、非磁性ロータ部２３が空
洞のままでも良いが、その場合に空気抵抗による風損や
騒音を生じることがある。本実施例では外周が円筒２５
で一体成型されているので、空気抵抗も騒音もない永久
磁石ロータ２０が得られる。この永久磁石ロータ２０は
回転軸２２に対して不釣り合い質量体となるアンバラン
スウエイト構造が構成され、不釣り合いモーメントによ
って振動作用が得られる永久磁石ロータを慣性体とした
同期型振動モータ１００となっている。

【００１３】ＤＣブラシレス振動モータ及び同期型振動
モータ１００の界磁コイル１２は共に３相巻線を有して
いるので、そのモータを駆動制御する場合は３相ブリッ
ジ回路（３相インバータ回路）で回転制御される。ＤＣ
ブラシレス振動モータの場合の駆動は、通常、転流タイ
ミング設定用にフォトセンサやホールセンサ等が用いら
れるが、本実施例では初期起動のスタートアップ・シー
ケンスと、逆起電力を検出サンプリングして転流タイミ
ングを設定し、その信号でスイッチング制御する駆動回
路を用いた。又、同期型振動モータでは３相交流の商用
電源が使用できる簡便さがある。図３Ａは界磁コイル１
２ａ，ｂ，ｃ，とリード端子１３ａ，ｂ，ｃと交流電源
の結線状態を示す配線図、図３Ｂは３相１２０°の電流
波形を実践で、スイッチングによる疑似交流波形を点線
で示した電流波形図である。尚、ＤＣブラシレスモータ
ーに応用した実施例は公知技術なので詳細説明は省略す
る。

【００１４】図４において、ＤＣブラシ付き振動モータ
２００はステータ１０が形成された固定磁路部材１１の
内壁に、円筒形巻線の界磁コイル１２が固着され、その
界磁コイル１２の内側面には分電セクターである５個の
整流子１５がセクターリング支持体１９によって環状に
配列されていて、整流子１５に摺接して摺動するブラシ
１６ａ，ｂはブラシ支持体１７を介して永久磁石ロータ
２０の回転軸２２ｂ（図４の回転軸２２の左側を２２
ａ、ロータの右側を２２ｂとして）に配設され、その永
久磁石ロータ２０はベアリング３０ａ，ｂに軸支され、
更に永久磁石ロータ２０の両端に該回転軸２２ａを押圧
するスラストバネ３１を有する端子付きエンドホルダ３
２ａと、押圧された該回転軸２２ｂを軸支するスラスト
ベアリング３３を有する端子付きエンドホルダ３２ｂと
が設けられ、該固定磁路部材１１の両端部を閉鎖してい
る。

【００１５】図５は図４のＡ−Ａ断面を示し、上述の図
２（図１のＡ−Ａ断面図）と同じであるので説明は省略
する。

【００１６】図６は図４のＢ−Ｂ断面を示し、回転軸２
２ｂに絶縁配置されたブラシ支持体１７ａは該回転軸２
２ｂに接触したブラシ１６ａに接続され、ブラシ支持体
１７ｂは集電リング１８に接触して摺動するブラシ１６
ｂに接続されていて、回転軸２２の回転でブラシ１６ａ
（図７Ａ）と１６ｂ（図７Ｂ）とがセクターリング支持
体１９に支持された整流子１５ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅに摺
接して摺動することにより界磁コイル１２が励磁されて
いる。

【００１７】図８Ａは図４の他の実施例で、界磁コイル
１２の折り返し部を整流子１５とする場合の整流子の構
造を示す断面図であり、界磁コイル１２の折り返し部に
設けた整流子１５の各部にブラシ１６ａと１６ｂが摺接
することにより界磁コイル１２に電流が供給される。図
８Ｂは図８Ａの斜視図で、界磁コイル１２の折り返し部
に設けた整流子１５にブラシ１６ａが摺接する状態の一
部を示した説明図である。図に示された巻線はファール
ハーバ巻き、又は亀甲巻きで円筒状のカップ形巻線を形
成したもので固定磁路部材１１の内筒に固着される。図
９は図４の界磁コイル１２ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅと整流子
１５ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの結線状態を示す配線図であ
る。

【００１８】ステータ１０を形成する固定磁路部材１１
はヒステリシス損の少ない軟磁性材であるフエライト成
型品を用いて、ヒステリシス損による熱損失が抑止され
た界磁システムを構成している。このヒステリシス損失
の抑止策には軟磁性材を用いればより効果的であるが、
磁路部材であれば何でも良いのであって、固定磁路部材
１１を構成する材質によって本発明の趣旨を妨げるもの
ではない。

【００１９】図１０〜図１２は、図４のＤＣブラシ付き
振動モータ２００で説明した回転軸２２、集電リング１
８、整流子１５とブラシ１６等を取捨選択して改良を加
えた他の実施例で、図１０はＤＣブラシ付き振動モータ
の軸平行断面を示す側面図、図１１は図１０のブラシ周
辺を拡大して部分表現した斜視図、図１２は図１１の軸
平行断面を示す側面図である。

【００２０】図１０〜図１２において、回転軸２２は二
分割され、その分割された２２ａと２２ｂが結合する凹
凸状の面は絶縁性接着剤が塗布され、それにより固着さ
れた絶縁接着層３４が形成されている。そして回転軸２
２ａと２２ｂの結合された部分に形成された凹部には絶
縁カラー３６が埋め込まれ、その絶縁カラー３６には回
転軸２２ａに電気的に接続させたブラシ３１ａと、回転
軸２２ｂに電気的に接続させたブラシ３１ｂとの両ブラ
シが絶縁して固定されていて、回転軸２２の回転でブラ
シ３１ａと３１ｂは界磁コイル１２の整流子３５に摺接
して摺動する構造となっている。この集電機構等に係わ
る改良された構成によって信頼性とコスト低減が奏功し
ている。

【００２１】図１３〜図１７は本発明に係る永久磁石ロ
ータを慣性体とした振動モータの永久磁石ロータの他の
実施例を示す斜視図で、図１３は、永久磁石２１の径方
向片側を部分的に除去し、その除去した部分の非磁性ロ
ータ部２３は空洞とし円筒２５で一体成形した永久磁石
ロータ２０である。図１４は、永久磁石２１の径方向片
側を部分的に除去し、その除去した部分に非磁性軽量材
２４を充填して成型した永久磁石ロータである。図１５
は、永久磁石２１の径方向片側を除去したのみの永久磁
石ロータ２０である。図１６は、永久磁石２１の径方向
片側を部分的に除去し、更に残った永久磁石２１の両側
面を除去し、その除去した両側をポールピース２６ａ、
２６ｂで換えた経済的永久磁石ロータ２０である。尚、
ポールピース材はプラスチック磁性材等でよい。図１７
は、永久磁石ロータの軸芯に対し回転軸２２を偏心させ
て挿通したものである。尚、図１３〜図１６は永久磁石
２１の中心部位に回転軸２２が挿通又は接着等により固
着されている。図１７は永久磁石２１の偏心部位に回転
軸２２が挿通されている。尚、径方向片側を部分的に除
去する形状は特に限定しない。

【００２２】円筒状ハウジング１１の両端を閉鎖するエ
ンドブラケット１４に設けられた軸受１５，１５には、
永久磁石ロータ２０の回転軸２２が回転支持される。こ
の回転軸２２に、永久磁石２１と該永久磁石の径方向片
側部分が非磁性軽量材２４で形成された永久磁石２１が
装着されて永久磁石ロータ２０となる。永久磁石２１は
その原料を混合して仮焼し、粉砕して粒状としたものを
所定形状にプレスする金型を用いて磁場成型し、粉末焼
結（熱処理）して仕上げている。本実施例でのマグネッ
ト２１の原料は希土類磁石の一種で残留磁気と抗磁力が
高いサマリュウム・コバルトを用いて性能と信頼性を図
った。その製造法は還元拡散法によって行われ、そのサ
マリュウム・コバルト合金の生成反応例を下記化１に示
す。

【化１】

【００２３】次に図１８において、永久磁石ロータを慣
性体とした振動モータを気密封止して気密筐体内部を真
空にするか、又はガスを置換した一実施例を説明する。
先ず振動モータ１を低温半田ローを用いて枠組みした気
密筐体２を製作し、ガス抜き用の穴３からガス置換器具
を用いて真空にした後、穴３にインジューム打込み処理
４して気密封止した（図１８Ａ）。又、穴５から内部ガ
スを抜き取り、不活性ガス（窒素、アルゴンガス等の希
ガス）に置換した後、穴５をステンレス球６で気密封止
した（図１８Ｂ）。尚、気密筐体２は一般に金属が用い
られるが、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレン
テレフタレート等の絶縁性よい合成樹脂材を用いてもよ
い。以上説明した密閉構造の振動モータは不快な騒音が
無く、消費電力が僅少なので携帯用には好適であり、特
にブラシ付きＤＣモータ２００においてはその新規性と
共に火花障害を排除した長期寿命が保証される画期的機
能が奏功する。

【００２４】

【発明の効果】本発明は以上説明したように、固定磁路
部材に界磁コイルを内設したステータと、ロータを慣性
体とするアンバランスウエイト構造の永久磁石ロータと
により構成された本発明の振動モータは、先ず永久磁石
ロータの構造が簡単なのでコイルの断線、破損等のトラ
ブルやリスクが少ない。次に振動力を得るための慣性体
を別置する必要がないので、例えば回転軸の延長上やそ
の近辺に取り付けられた場合に、慣性体の飛び出しによ
る危険性がないので、保護カバーの設置が不要となり装
置が薄くできる。また、回転数が大きく設計できるので
振動数範囲の拡大が容易である。又、取り付け面に平行
な方向と垂直な方向の両成分を持つ効果的な振動を発生
できるので、振動を体感するポケットベル等のアラーム
機器には特に効果的である。更に、従来のカップ型ロー
タのモータでは内外２箇所の空隙を必要とし、かつ、カ
ップの剛性が小さいため空隙を大きめにする必要がある
が、これに対し本発明は、ロータ構造が簡単なため界磁
コイルとの空隙を少なくでき損失が少なく高効率で高信
頼性、低価格で小形軽量の振動モータを提供できる。同
期型振動モータでは交流電源で駆動できる簡便さがあ
り、又、起動電流を必要としないので電池駆動の小形機
器に好適である。ＤＣブラシ付き振動モータにおいては
直流電源に接続するのみで駆動でき、電池駆動には好都
合であること、及び気密構造に出来るので、真空もしく
は不活性ガス封入で接点の耐久性が格段に向上すること
等の効果が顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】同期型振動モータの軸平行断面を示す側面図で
ある。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１の電気回路図（Ａ）及び電流波形図（Ｂ）
である。

【図４】ＤＣブラシ付き振動モータの軸平行断面を示す
側面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。

【図６】図４のＢ−Ｂ断面図である。

【図７】図４に示すブラシの部品単体斜視図である。

【図８】図４の他の実施例で、界磁コイルの折り返し部
を整流子とする場合の整流子の構造を示す断面図
（Ａ）、及びその斜視図（Ｂ）である。

【図９】図４の界磁コイルと整流子の結線状態を示す配
線図である。

【図１０】図４の更に他の実施例で、ＤＣブラシ付き振
動モータの軸平行断面を示す側面図である。

【図１１】図１０のブラシ周辺の拡大斜視図である。

【図１２】図１１の軸平行断面を示す側面図である。

【図１３】永久磁石ロータの他の実施例を示す斜視図で
ある。

【図１４】永久磁石ロータの他の実施例を示す斜視図で
ある。

【図１５】永久磁石ロータの他の実施例を示す斜視図で
ある。

【図１６】永久磁石ロータの他の実施例を示す斜視図で
ある。

【図１７】永久磁石ロータの他の実施例を示す斜視図で
ある。

【図１８】振動モータの密閉構造を示す一部断面側面図
である。

【符号の説明】

１００ 同期型振動モータ（ＤＣブラシレス振動モー
タ） ２００ ＤＣブラシ付き振動モータ １１ 固定磁路部材 １２ 界磁コイル １３ リード端子 １５ 整流子 １６ ブラシ １８ 集電リング ２０ 永久磁石ロータ ２１ 永久磁石

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定磁路部材の内壁に固定された界磁コ
   イルと、ベアリングに軸支された永久磁石ロータとによ
   り界磁システムが構成された同期型モータにおいて、 上記永久磁石ロータは該永久磁石ロータ自体を慣性体と
   するアンバランスウエイト構造により構成され、回転す
   る上記モータは該永久磁石ロータの不釣り合いモーメン
   トによって振動作用が付与されることを特徴とする永久
   磁石ロータを慣性体とした振動モータ。
2. 【請求項２】 固定磁路部材の内壁に固定された界磁コ
   イルと、ベアリングに軸支された永久磁石ロータとによ
   り界磁システムが構成されたＤＣブラシレスモータにお
   いて、 上記永久磁石ロータは該永久磁石ロータ自体を慣性体と
   するアンバランスウエイト構造により構成され、回転す
   る上記モータは該永久磁石ロータの不釣り合いモーメン
   トによって振動作用が付与されることを特徴とする永久
   磁石ロータを慣性体とした振動モータ。
3. 【請求項３】 固定磁路部材の内壁に複数個の整流子が
   環状に配設された界磁コイルを固定し、ベアリングに軸
   支された永久磁石ロータの回転軸に上記整流子に摺接し
   て摺動する正もしくは負のブラシを接触させ、負もしく
   は正のブラシを集電リングに摺接させて配設し、上記固
   定磁路部材の両端を閉鎖する端子付きエンドホルダの片
   側端子に供給される電流は永久磁石ロータを経由して正
   もしくは負のブラシから界磁コイルに流入し、界磁コイ
   ルを励磁して流出する電流は負もしくは正のブラシか
   ら、上記集電リングを介してエンドホルダの他側端子よ
   り電源に還流する電路が形成されたＤＣブラシ付きモー
   タにおいて、 上記永久磁石ロータは該永久磁石ロータ自体を慣性体と
   するアンバランスウエイト構造により構成され、回転す
   る上記モータは該永久磁石ロータの不釣り合いモーメン
   トによって振動作用が付与されることを特徴とする永久
   磁石ロータを慣性体とした振動モータ。
4. 【請求項４】 永久磁石ロータは、該永久磁石ロータの
   径方向片側を部分的に除去し、除去した部分を非磁性ロ
   ータ部とする慣性体により構成されたアンバランスウエ
   イト構造である請求項１．２又は３記載の永久磁石ロー
   タを慣性体とする振動モータ。
5. 【請求項５】 永久磁石ロータは、該永久磁石ロータの
   軸芯に対し回転軸を偏心させて取り付けた慣性体により
   構成されたアンバランスウエイト構造である請求項１．
   ２又は３記載の永久磁石ロータを慣性体とした振動モー
   タ。