JPH05304744A - Ｄｃブラシレス振動モータ及びその駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ポケットベル等のブザーで発生する音の代わ
りに、振動で人間に感じさせるようにして騒音発生を防
止する。 【構成】 ステータ１０を形成するハウジング１１の内
壁に固着した電機子巻線１２と、界磁束を供給する永久
磁石２１を軸２２に装着した永久磁石ロータ２０とから
成り、該永久磁石ロータ２０を偏心質量慣性体とするア
ンバランスウエイト構造とし、逆起電力を検出して転流
タイミングが設定できる駆動回路等を接続すれば、該永
久磁石ロータ２０の不釣り合いモーメントによってモー
タ本体に振動作用が付与されるように構成したＤＣブラ
シレス振動モータである。 【効果】 従来の振動モータに別置した慣性体の飛び出
し事故は無いので保護カバーの必要はない。又、ブラシ
レス、コアレス、センサレスとしてポケッタブル用の超
小形軽量化を実現し、高信頼性と低価格の振動モータが
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、ＤＣブラシレス振動モ
ータ及びその駆動回路に関し、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に超小形化したＤＣブ
ラシレス振動モータ及びその駆動回路に関するものであ
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。無音警報タイプ
のアラーム発生装置としては、例えば特開平２−１７８
４３号公報の「薄形振動モータ」及び、特開平２−１７
８５３号公報の「振動アラーム用モータ」があり、前者
の「薄形振動モータ」は縦方向の寸法がその横方向の寸
法より実質的に小さい平坦なパンケーキ形状で、ロータ
が意図された動作速度で回転されたとき実質的に振動作
用を与えるようロータ、ステータ等が重量的、また電磁
的に不平衡になっていることが発明の趣旨であり、モー
タはブラシ付きホールモータとなっている。他の実施例
として記載されているブラシレス振動モータは、モータ
回転時の転流タイミング検出用にホールセンサが用いら
れ位相シフトされている。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
ータ自体を振動させることがこの発明の趣旨である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たブラシ付きＤＣモータでは、ブラシと整流子が摺動す
るための火花発生や摩耗が原因で、一定時間毎にブラシ
を交換したり、整流子面を平滑にする等の時間工数を必
要とし、長時間の耐用寿命は望めない。またブラシレス
ＤＣモータにおいては、転流タイミング検出用にホール
センサやフォトセンサをハウジング内に配設しているた
めに、モータ内装の複雑化やモータ内容積の増大に伴っ
てモータの小形化や、高温高圧環境下でのモータの使用
に耐えられない等の弊害があった。

【０００４】本発明は、電機子巻線を有するカップ形ス
テータと、アンバランスウエイトを形成した永久磁石ロ
ータで構成され、ロータの回転軸上にアンバランスウエ
イト慣性体を別個に配設する必要はなく、またコアレ
ス、センサレス、ブラシレスとしてモータの超小形化を
実現し、駆動回路で回転制御されるモータの回転で発生
する起振力が、アンバランスウエイトの不釣り合いモー
メントに比例し、かつ回転速度の二乗に比例するＤＣブ
ラシレス振動モータとその駆動回路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のＤＣ
ブラシレス振動モータは、ハウジングの内壁に電機子巻
線を固定し、該円筒状ハウジングの軸受に永久磁石ロー
タを軸支し、電機子巻線のリード端子を外部に引き出し
た超小形ブラシレス・モータにおいて、上記永久磁石ロ
ータが該永久磁石ロータを慣性体とするアンバランスウ
エイト構造により構成され、回転するモータが永久磁石
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２のＤＣブラシレス振動モータの永
久磁石ロータは、該永久磁石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。

【０００７】請求項３のＤＣブラシレス振動モータの永
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としたものである。

【０００８】請求項４のＤＣブラシレス振動モータの駆
動回路は、開ループ制御により起動して一定時間加速
後、閉ループ制御のＰＬＬ回路に切り替える起動シーケ
ンスを有し、界磁束を供給する永久磁石ロータの回転に
よってカップ形ステータの電機子巻線に発生する逆起電
力を検出、サンプリングして転流タイミングを設定する
逆起電力サンプリング回路と、サンプリングされた電圧
を平滑するＬＰＦと、その電圧を周波数に変換するＶＣ
Ｏと、周波数変換されたＶＣＯ出力を各ステートに分岐
するロジック回路と、その分岐したステート信号をプリ
・メインＡＭＰに出力して電機子巻線を励磁するドライ
ブ回路とを備え、モータ回転と転流タイミングを一致さ
せるようにしたものである。

【０００９】

【作用】ＤＣブラシレス振動モータは、ステータの電機
子巻線リード端子に駆動回路を接続し、該モータを回転
駆動すれば、永久磁石ロータは安定した起振力がモータ
に伝わり、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。また、
ポケットベル等のアラーム装置に取付けた場合は、その
取付方向によって振動方向が自在に変更が可能である。
又、不釣り合いモーメントはウエイトを変えて調整でき
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明に係るＤＣブラシレス振動モー
タの一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は
ＤＣブラシレス振動モータの内部構成を軸平行断面で示
す側面図、図２至図６は永久磁石ロータの構造を示す斜
視図、図７は駆動回路のブロック図である。

【００１１】ステータ１０を形成するハウジング１１の
内壁に固定された電機子巻線１２は、融着銅線をファウ
ルハーバー巻き（別称、ハネカム巻き）又は亀甲巻きで
３相△結線とし、その３本の引出線１３をツイスト処理
した後、絶縁テープで被覆し、加熱して融着銅線を溶融
して接着し、乾燥硬化すればカップ形状に固形化したも
のである。この電機子巻線１２を円筒状ハウジング１１
の内壁に遅硬化型の瞬間強力接着剤で固着すればステー
タ１０が完成する。上記３相△結線は３相Ｙ結線でもよ
い。

【００１２】例えば、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１５，１
５には、永久磁石ロータ２０の回転軸２２が軸支されて
いる。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】

【００１３】図２〜図６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２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３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４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２
０である。図５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６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２〜図５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６は
永久磁石２１の偏心部位に回転軸２２が挿通されてい
る。また、径方向片側を部分的に除去する形状は特に限
定しない。以上の実施例で説明したＤＣブラシレス振動
モータの外形寸法は、直径約６．４mm、軸方向長さは約
１６．９mmの超小形で、ポケットベル等のアラーム装置
等の組み込み用としては好適で、かつ、５〜１０ヘルツ
程度の適当な振動が得られている。

【００１４】図７に示してＤＣブラシレス振動モータの
駆動回路３０は、始動時、回転磁界のない間は開ループ
制御で電機子巻線１２を強制励磁して永久磁石ロータ２
０を一定時間加速して閉ループ制御に切り替える起動シ
ーケンス３１を有し、以後はＰＬＬ（フェーズ・ロック
・ループ）回路３２がクローズして閉ループ制御が動作
する。先ず、回転する永久磁石ロータ２１はその界磁束
によって、励磁されていない電機子巻線１２に逆起電力
が発生する。その逆起電力を検出、サンプリングして電
機子巻線１２への励磁電流の切り替え（転流）タイミン
グを設定する逆起電力サンプリング回路３３と、そのサ
ンプリングされた逆起電力を平滑するＬＰＦ（ローパス
・フイルタ）３４を介して入力電圧を出力周波数に変換
するＶＣＯ（電圧制御発振器）３５に入力する。この逆
起電力サンプリング回路３３は、設定された転流タイミ
ングに対してモータ回転の位相が進んでいる時はＶＣＯ
周波数を高くし、逆に遅れている時はＶＣＯ周波数を低
くする方向に作用して、転流タイミングとモータの回転
が一致するようにＰＬＬ３２が動作する。このＶＣＯ３
５の周波数出力は、ロジック回路３６で各ステートに分
岐され、分岐された各ステート信号はプリ・メインＡＭ
Ｐのドライバ回路３７に出力され、三相△結線端子に接
続された電機子巻線１２を励磁してモータが回転制御さ
れる。

【００１５】ＤＣブラシレス振動モータの駆動回路３０
の他の実施例として、逆起電力サンプリング回路３３で
検出されたモータの回転数に比例した信号をディバイタ
で分周し、基準信号と比較して得られた誤差信号でモー
タを制御する、ＰＬＬ回路のＶＣＯをモータに置き換え
たような簡易方式でもよく、また、三相ブリッジ回路を
応用したＰＷＭ（パルス幅変調）方式の機械的スイッチ
・インバータに類似する方式でもよい。また、種々の方
式を組み合わせたものでもよく、モータを搭載して使用
する装置の仕様、用途に適合する駆動回路を選定すれば
よいのであって、ＤＣブラシレス振動モータ１００はそ
の駆動回路によって本発明の趣旨を妨げられるものでな
い。

【００１６】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の電機子巻線
を有するハウジングと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により構成されたＤＣブラシレ
ス振動モータと、逆起電力を検出して設定して転流タイ
ミングとモータ回転数を一致させるＰＬＬ構成の駆動回
路は、ブラシ付きＤＣモータでのブラシと整流子が摺動
するための火花発生や摩耗が原因で一定時間毎にブラシ
を交換したり、整流子面を平滑にする等の時間工数を必
要とせずに長時間の耐用寿命が期待でき、さらに、転流
タイミング検出用にホールセンサやフォトセンサをハウ
ジング内に配設しているためにモータ内装の複雑化やモ
ータ内容積の増大に伴うモータの小形化、また高温高圧
環境下でのモータの使用に耐えられない等の弊害を総て
排除され、アンバランスウエイトを別個に配設する必要
なく、コアレス、センサレス、ブラシレスとしてモータ
の超小形化を実現することができる効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＤＣブラシレス振動モータの内部構成を示す断
面図である。

【図２】永久磁石ロータの構造を示す斜視図である。

【図３】永久磁石ロータの構造を示す斜視図である。

【図４】永久磁石ロータの構造を示す斜視図である。

【図５】永久磁石ロータの構造を示す斜視図である。

【図６】永久磁石ロータの構造を示す斜視図である。

【図７】駆動回路のブロック図である。

【符号の説明】

１０ ステータ １１ ハウジング １２ 電機子巻線 １３ リード端子 １４ エンドグラケット １５ 軸受 ２０ 永久磁石ロータ ２１ 永久磁石 ２２ 回転軸 ２３ 非磁性ロータ部 ２４ 非磁性軽量材 ２５ 円筒 ３０ 駆動回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングの内壁に電機子巻線を固定
   し、該ハウジングの軸受に永久磁石ロータを軸支し、該
   電機子巻線のリード端子を外部に引き出した超小形ブラ
   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、回転するモータは
   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ＤＣブラシレス振動モ
   ータ。
2. 【請求項２】 永久磁石ロータは、該永久磁石の径方向
   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記載のＤＣブラシレス振動モータ。
3. 【請求項３】 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記
   載のＤＣブラシレス振動モータ。
4. 【請求項４】 開ループ制御により起動して一定時間加
   速後、閉ループ制御のＰＬＬ回路に切り替える起動シー
   ケンスを有し、界磁束を供給する永久磁石ロータの回転
   によって電機子巻線に発生する逆起電力を検出、サンプ
   リングして転流タイミングを設定する逆起電力サンプリ
   ング回路と、サンプリングされた電圧を平滑するＬＰＦ
   と、その電圧を周波数に変換するＶＣＯと、周波数変換
   されたＶＣＯ出力を各ステートに分岐するロジック回路
   と、そのステート信号をプリ・メインＡＭＰに出力して
   電機子巻線を励磁するドライブ回路とを備え、モータ回
   転と転流タイミングを一致させるようにしたことを特徴
   とするＤＣブラシレス振動モータの駆動回路。