JPH0833298A - 小型単相モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、モータの効率を大幅に向上させる
とともに、その生産性を損ねることなく低コスト化を実
現しようとするものである。 【構成】 本発明の小型単相モータは、軸１と、この軸
１と同心状に立設されると共に、磁性メッキ線からなる
単相のコイル６群と、このコイル６群の少なくとも一側
に空隙を介して配置され、かつ周方向に磁界の強さを異
ならしめた単極性のマグネット（８、９、１４）と、コ
イル６群への通電をオン・オフ制御する手段とを備え、
通電時のコイル群に働く電磁力および無通電時のコイル
群とマグネットとの間に働く吸引力によりモータを回転
駆動させるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小型単相モータの駆動
方式に関するもので、例えば、側圧ブレーキのかからな
いモータ、ページャ（商品名：ポケットベル）用無音報
知源としての振動モータ、ファンモータあるいは各種ス
ピンドルモータ等に用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、小型単相モータとしては、例え
ば、コロナ社出版『小形モータ』第３９頁に掲載された
ものとして図１０に示すようなものがあった。図１０に
おいて、例えば、ケイ素鋼板等からなる薄板を複数積層
して形成されたステータコア４２と、このステータコア
４２の腕部に巻回されたコイル４３とで固定子を構成し
ている。また、筒状に形成されステータコア４２に空隙
を介して配置されるマグネット４４と、絞り加工等によ
り有底円筒状に成形されマグネット４４が固定されるヨ
ーク４５とで回転子を構成している。なお、４６は回転
位置検出用のホール素子である。

【０００３】従来から小型のファンモータなどトルクリ
プルがそれほど問題にならない用途では、ホール素子１
個で単相２巻線の通電を制御して、その際必然的に発生
する死点をコギングトルク（マグネットとステータコア
の吸引によって発生するトルク）を利用して回避した方
式が実用化されており、この図１０は、空隙長に傾斜を
設けて空隙長を不均一にして死点を回避した不均一ギャ
ップの単相ブラシレスモータの構造を示したものであ
る。

【０００４】このような構造からなる単相モータは、マ
グネットとステータコアとの吸引力によるコギングトル
クの位置が移動し、電流によるトルクの死点を埋めるの
でゼロトルクの点が消滅するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような構造の単相モータでは、回転駆動を維持しておく
には常時通電しておかなければならず、それだけモータ
回転に必要な消費電力が増加してしまうという問題があ
った。また、ステータコアを設けた場合には、そのステ
ータコアにうず電流が生じてしまい、それがモータ回転
に悪影響をきたし、しいてはモータの回転効率を低下さ
せてしまうという問題があった。さらに、ホール素子等
の回転位置検出用素子が必要となるため、その分部品点
数が増加してしまい、生産性を低下させてしまうだけで
なく、それによるコストの上昇も招いてしまうものであ
った。

【０００６】そこで、本発明は、上述した問題を解決し
て、モータの効率を大幅に向上させるとともに、その生
産性を損ねることなく低コスト化を実現しようとするも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の小型単相モータ
は、軸と、この軸と同心状に立設されると共に、磁性メ
ッキ線からなる単相のコイル群と、このコイル群の少な
くとも一側に空隙を介して配置され、かつ周方向に磁界
の強さを異ならしめた単極性のマグネットと、前記コイ
ル群への通電をオン・オフ制御する手段とを備え、通電
時の前記コイル群に働く電磁力および無通電時の前記コ
イル群と前記マグネットとの間に働く吸引力によりモー
タを回転駆動させるものである。

【０００８】また、前記マグネットを前記コイル群の他
側にも配した構成のものでもよい。また、前記手段は、
機械的に制御するブラシ方式でもよい。また、前記手段
は、電気的に制御するブラシレス方式でもよい。また、
前記小型単相モータの出力部にディスクが載置されるタ
ーンテーブルを設けたものでもよい。

【０００９】また、前記小型単相モータの出力部にファ
ンを設けたものでもよい。また、前記マグネットを回転
自在に構成すると共に、前記マグネットの重心を回転中
心から偏心させ、回転時には前記マグネットにより振動
を得るようにしたものでもよい。また、前記コイル群を
回転自在に構成すると共に、前記コイル群の重心を回転
中心から偏心させ、回転時には前記コイル群により振動
を得るようにしたものでもよい。

【００１０】

【作用】コイルへの通電が行われると、マグネットの最
大磁極部においてコイルにはフレミング左手の法則によ
り回転駆動力が発生し、マグネット回転方式のものはマ
グネット側が、また、コイル回転方式のものはコイル側
が回転し始める。所定のタイミングでコイルへの通電を
解除すると、今度は磁性メッキ線からなるコイルとマグ
ネットの最大磁極部との間に作用する吸引力により、マ
グネット側あるいはコイル側がそのまま同方向に回転す
る。以後、この繰り返しによって、モータ回転駆動が達
成される。

【００１１】

【第１の実施例】図１は、コイル固定−マグネット回転
・ブラシ方式による小型単相モータの要部断面図であ
り、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。また、
図３は、本実施例の駆動原理説明図である。図１あるい
は図２に示すように、１は軸であり、軸１は軸受２を介
して軸受ホルダ３に回転自在に支承されており、軸受ホ
ルダ３はブラケット４にカシメ等により固定されてい
る。また、ブラケット４の一方の面（図中、下面）には
フレキシブル基板等のプリント配線基板５が配置され、
尚且つコイル６が接着等により固定されている。このプ
リント配線基板５には第１の導通部２０、第２の導通部
２１がそれぞれ形成されている。また、コイル６は磁性
メッキが施された巻線を空芯型に巻回したもので矩形状
に形成されており、本実施例では図１に示すように６個
のコイル群を同心状に等分配置して構成している。な
お、図２において、コイル６部に記された矢印の向きは
そのコイル中を流れる電流の向きを示したものである。

【００１２】また、回転自在に支承された軸１には有底
円筒状に形成されたヨーク７が固定されており、ヨーク
７にはコイル６を挟むようにして、内周側に内マグネッ
ト８、外周側に外マグネット９が、それぞれコイル６に
空隙を介して配置されている。この内マグネット８及び
外マグネット９はそれぞれ周方向で磁界の強さが異なる
ような形状に形成されている。さらに、この内マグネッ
ト８と外マグネット９とは周方向において磁界の最大部
（以後、最大磁極部と云う。）の位置が一致するよう配
置されており、内マグネット８は外周側がＮ極となるよ
う、また、外マグネットは内周側がＮ極となるように着
磁されている。

【００１３】なお、１１は軸１をスラスト方向に支持す
るためのスラスト支持部であり、このスラスト支持部１
１は回転部を覆うようにして形成されたカバー１２に取
り付けられており、カバー１２はかしめ等によりブラケ
ット４に固定されている。

【００１４】次に図３に基づいて本実施例における小型
単相モータの回転原理について説明する。図３は、本実
施例の駆動原理をより分かりやすくするため、周方向に
構成されているものを直線的に展開して示したものであ
る。図中、・はコイル６において紙面に対して上向きに
電流が流れることを示したものであり、×は紙面に対し
て下向きに電流が流れることを示したものである。

【００１５】図３において、いずれかのコイル６の第１
の端末は＋端子に接続されており、そのコイル６の第２
の端末は、別のコイル６の第１の端末に接続されてお
り、各コイルは直列に接続される。そして、直列に接続
された６個目のコイル６の第２の端末は、一周を６箇所
に等分して形成された第１の導通部２０にそれぞれ接続
される。また、プリント配線基板５の第１の導通部２０
の近傍には、第２の導通部２１が全周にわたって形成さ
れており、この導通部２１は−端子に接続されている。
１０はコイルへの通電をオン・オフ制御するブラシであ
り、マグネットと共に回転可能に構成されている。

【００１６】図３の状態において各コイルへの通電を行
うと、それぞれのコイル６にはフレミング左手の法則に
より図中Ａ方向の力が発生する。しかしながら、コイル
６はそれぞれ固定された状態にあるため、コイル６群
（以後、コイル側と云う。）に対して内外マグネット
８、９（以後、マグネット側と云う。）が相対的に図中
Ｂ方向へ移動し始める。このとき、ブラシ１０もマグネ
ット側と共にＢ方向へ移動する。そして、所定のタイミ
ングでブラシ１０と第１の導通部２０との接触が外れて
コイル側への通電が解除される。すると、今度はコイル
側とマグネット側との間に作用する吸引力により、コイ
ル側はマグネット側の最大磁極部へ吸引されようとし
て、マグネット側が先ほどと同じＢ方向へ移動する。す
ると、ブラシ１０が第１の導通部２０と接触して再度コ
イル６が通電される。すると、また先ほどと同じように
マグネット側がＢ方向へ移動する。以後、この繰り返し
によって、モータ回転が達成されることになる。

【００１７】結果として、コイル６はブラシ１０により
オン・オフ通電制御され、コイル６の通電時にはフレミ
ング左手の法則による力の発生を利用し、また、コイル
６の無通電時にはコイル側とマグネット側との吸引力を
利用することにより、常時通電しておかなくともモータ
回転駆動がなされる。そして、このオン・オフ通電制御
のタイミングは、隣接する最大磁極部の間隔を考慮して
ブラシの位置あるいは第１の導通部の位置等を調整する
ことにより、円滑な回転駆動が容易に実施可能である。
なお、図１に示すように、例えば、軸１の出力部にディ
スクを載置するためのターンテーブル３０を取り付ける
ことによってディスク駆動用のスピンドルモータとして
利用できる。

【００１８】

【第２の実施例】図４は、マグネット固定−コイル回転
・ブラシ方式による小型単相モータの要部断面図であ
り、図５は、図４におけるＡ−Ａ断面図である。また、
図６は、本実施例の駆動原理説明図である。図４あるい
は図５に示すように、１は軸であり、軸１は軸受２を介
して軸受ホルダ３に回転自在に支承されており、軸受ホ
ルダ３は有底円筒状に形成されたヨーク７にカシメ等に
より固定されている。ヨーク７の開口部にはブラケット
４が配置され、このブラケット４の一方の面（図中、上
面）には一対のブラシ１０ａ、１０ｂが配置される。ま
た、ブラケット４に空隙を介して回転ケース板１３が対
向配置されており、回転ケース板１３は軸１と共に回転
可能に構成されている。この回転ケース板１３の一方の
面（図中、下面）にはフレキシブル基板等のプリント配
線基板５が配置されると共に、コイル６が接着等により
固定され、プリント配線基板５には第１の導通部２０、
第２の導通部２１がそれぞれ形成されている。そして、
第１の導通部２０にはブラシ１０ａが、第２の導通部２
１にはブラシ１０ｂが接触するよう構成されている。ま
た、コイル６は磁性メッキが施された巻線を空芯型に巻
回したもので、矩形状に形成されており、本実施例でも
先に述べた実施例１と同様に６個のコイル群を同心状に
等分配置して構成している。なお、図４において、コイ
ル６部に記された矢印の向きはそのコイル中を流れる電
流の向きを示したものである。

【００１９】また、本実施例では先に述べた第１の実施
例と異なり、ヨーク７にはコイル３を３方向から覆うよ
うにして断面コ字状のマグネット１４がコイル３に空隙
を介して配置されている。マグネット１４のうち、実施
例１の内マグネットに相当する部分及び外マグネット９
に相当する部分はそれぞれ周方向で磁界の強さが異なる
ような形状に形成されており、さらに、内マグネットに
相当する部分と外マグネット９に相当する部分とは周方
向において最大磁極部の位置が一致するよう配置されて
おり、コイル６との対向側がＮ極となるように着磁され
ている。

【００２０】次に図６に基づいて本実施例における小型
単相モータの駆動原理について説明する。図６は、本実
施例の駆動原理をより分かりやすくするため、周方向に
構成されているものを直線的に展開して示したものであ
る。実施例１と同様、図中、・はコイル６において紙面
に対して上向きに電流が流れることを示したものであ
り、×は紙面に対して下向きに電流が流れることを示し
たものである。

【００２１】図６において、それぞれのコイル６の第１
の端末は、一周を６箇所に等分して形成された第１の導
通部２０にそれぞれ接続され、各コイルは並列に接続さ
れる。プリント配線基板５の第１の導通部２０の近傍に
は、第２の導通部２１が全周にわたって形成されてお
り、この導通部２１には第２の端末が接続される。そし
て、ブラシ１０ａが＋端子に接続されており、ブラシ１
０ｂが−端子に接続されている。

【００２２】図６の状態において各コイルへの通電を行
うと、それぞれのコイル６にはフレミング左手の法則に
より図中Ａ方向の力が発生するが、第１の実施例とは異
なり、コイル側がそのままＡ方向へ移動し始める。この
とき、第１の導通部２０及び第２の導通部２１もコイル
側と共にＡ方向へ移動する。そして、所定のタイミング
でブラシ１０ａと第１の導通部２０との接触が外れてコ
イルへの通電が解除される。すると、今度はコイル側と
マグネット側との間に作用する吸引力により、コイル側
はマグネット側の最大磁極部へ吸引されようとして、先
ほどと同じＡ方向へ移動する。すると、ブラシ１０ａが
第１の導通部２０と接触して再度コイル６が通電され
る。すると、また先ほどと同じようにコイル側がＡ方向
へ移動する。以後、この繰り返しによって、モータ回転
が達成されることになる。

【００２３】結果として、コイル６はブラシ１０ａによ
りオン・オフ通電制御され、コイル６の通電時にはフレ
ミング左手の法則による力の発生を利用し、また、コイ
ル６の無通電時にはコイル側とマグネット側との吸引力
を利用することにより、常時通電しておかなくともモー
タ回転駆動がなされる。そして、このオン・オフ通電制
御のタイミングは、隣接する最大磁極部の間隔を考慮し
てブラシの位置あるいは第１の導通部の位置等を調整す
ることにより、円滑な回転駆動が容易に実施可能であ
る。なお、図４に示すように、例えば、軸１の出力部に
ファン３１を取り付けることによって冷却用のファンモ
ータとして利用できる。

【００２４】

【第３の実施例】図７は、コイル固定−マグネット回転
・ブラシレス方式による振動モータの要部断面図であ
り、図８は、図７におけるＡ−Ａ断面図である。また、
図９は、本実施例の駆動原理説明図である。図７あるい
は図８に示すように、１は軸であり、軸１はブラケット
４に圧入等により固定されている。この、ブラケット４
の一方の面（図中、上面）にはフレキシブル基板等のプ
リント配線基板５が配置されるとともに、コイル６が接
着等により固定されている。このコイル６は磁性メッキ
が施された巻線を空芯型に巻回したもので矩形状に形成
されており、本実施例でも先に述べた第１、第２の実施
例と同様に６個のコイル群を同心状に等分配置して構成
している。なお、図８において、コイル６部に記された
矢印の向きはそのコイル中を流れる電流の向きを示した
ものである。

【００２５】また、ヨーク７は有底円筒状に形成され、
軸１に軸受２を介して回転自在に構成されており、ヨー
ク７にはコイル６を挟むようにして、内周側に内マグネ
ット８、外周側に外マグネット９がコイル６に空隙を介
して配置されている。ここで、先に述べた第１、第２の
実施例とは異なり、内マグネット８、外マグネット９共
その一部が削除され重心が回転中心から偏心するように
構成されている。この内マグネット８及び外マグネット
９はそれぞれ周方向で磁界の強さが異なるような形状に
形成されている。さらに、内マグネット８と外マグネッ
ト９とは周方向において最大磁極部の位置が一致するよ
う配置されており、内マグネット８は外周側がＮ極とな
るよう、また、外マグネット９は内周側がＮ極となるよ
うに着磁されている。したがって、本実施例では、マグ
ネット側の重心を回転中心から偏心させているので、回
転時、マグネット側の遠心力により振動を発生すること
ができる。

【００２６】なお、１２は回転部を露出させないための
カバーで、カバー１２はかしめ等によりブラケット４に
固定される。

【００２７】次に図９に基づいて本実施例における小型
単相モータの駆動原理について説明する。図９は、モー
タへの通電を行う手段として、スイッチングトランジス
タＴＲを直列に接続してコントロール部からの出力信号
を利用したものである。ここで、コントロール部とし
て、例えば、コイル群のうちの１つを回転位置検出用コ
イルとして割り当てておく。モータの初期状態（モータ
回転が停止している状態）では、コイル側とマグネット
側との間に吸引力が作用するため、その位置関係は必ず
図７に示される状態を維持している。

【００２８】したがって、モータ起動時には、まず最初
に１発のパルス信号をコントロール部から送出する。す
ると、一時的にモータへ電源が供給されてフレミング左
手の法則によりコイル側に対してマグネット側が相対的
に周方向へ移動し始める。そして、供給が断たれた後、
今度はコイル側とマグネット側とで作用する吸引力によ
り、コイル側はマグネット側の最大磁極部へ吸引されよ
うとして、マグネット側がそのまま同じ方向へ移動す
る。そして、ちょうどその磁気的なつりあい位置まで移
動すると、回転位置検出用コイルには最大磁極部におけ
る誘導起電力が発生するので、この起電力を利用した出
力信号をコントロール部からスイッチングトランジスタ
ＴＲへ送出することにより、再度モータへの通電が行わ
れる。すると、また先ほどと同じようにマグネット側が
周方向へ移動し、以後、この繰り返しによって、モータ
回転が達成されることになる。したがって、本方式を採
用することにより、回転位置検出用のセンサ等を別途設
ける必要がなく、センサレスによるモータ回転駆動が可
能となる。

【００２９】

【その他の実施例】前述した各実施例では、６個のコイ
ルを用いたものについて詳述しているが、例えば、この
コイルの数を増やすことにより、さらに円滑なモータ回
転駆動を得ることが可能となる。また、前述の各実施例
では、コイルの内周及び外周に、あるいはコイルを３方
向から覆うようにしてマグネットを配置しているが、コ
イルのいずれか一方向に配置する構成であっても差し支
えない。また、第３の実施例では、マグネット回転方式
においてマグネットの一部を削除して振動モータを構成
しているが、例えば、第２の実施例に示すコイル回転方
式のものでコイルの一部を削除して振動モータを構成し
ても構わない。以上、前述した各実施例をさまざまな形
で組み合わせることにより、各種モータが実現可能であ
る。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、通電
時のコイル群に働く電磁力および無通電時のコイル群と
前記マグネットとの間に働く吸引力によりモータを回転
駆動させるように構成したので、モータへの通電をオン
・オフ制御して、常時通電しておかなくともその回転駆
動を維持できるため、モータの消費効率を大幅に向上で
きる。また、磁性メッキ線からなる空芯型のコイルを用
いるので、ステータコア等を設けた場合のようなヒステ
リシス損失を防止できるため、モータの効率も大幅に向
上できる。さらに、ホール素子等の回転位置検出用素子
が必要なくなるため、部品点数の減少による生産性の向
上、加えてそれによる低コスト化を実現できる。

【００３１】また、マグネットをコイル群の他側にも配
するよう構成することにより、磁束量が増加するため、
さらにモータの効率を向上できる。また、コイル群への
通電をオン・オフ制御する手段を、機械的に制御するブ
ラシ方式による構成としたことにより、さらに安価なモ
ータを提供できる。また、コイル群への通電をオン・オ
フ制御する手段を、電気的に制御するブラシレス方式に
よる構成としたことにより、モータ構造を簡略化して、
高寿命を実現できる。また、モータの出力部にディスク
が載置されるターンテーブルを設ける構成としたので、
各種のディスク駆動用モータとして利用できる。

【００３２】また、モータの出力部にファンを設ける構
成としたので、冷却用ファンモータとして利用できる。
また、マグネットを回転自在に構成すると共に、マグネ
ットの重心を回転中心から偏心させ、回転時にはマグネ
ットにより振動を得るように構成したので、偏心分銅を
付加することなく回転時に振動を得ることができるた
め、小型化・低コスト化を実現できる。また、コイル群
を回転自在に構成すると共に、コイル群の重心を回転中
心から偏心させ、回転時にはコイル群により振動を得る
ように構成したので、慣性を小さくして起動特性を向上
できる。

【００３３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である小型単相モータの
要部断面図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例の駆動原理説明図であ
る。

【図４】本発明の第２実施例である小型単相モータの要
部断面図である。

【図５】図４におけるＡ−Ａ断面図である。

【図６】本発明の第２の実施例の駆動原理説明図であ
る。

【図７】本発明の第３の実施例として採用した振動モー
タの要部断面図である。

【図８】図７におけるＡ−Ａ断面図である。

【図９】本発明の第３の実施例の駆動原理説明図であ
る。

【図１０】従来の小型単相モータの要部断面図である。

【符号の説明】

１、４１‥‥軸 ２‥‥軸受 ３‥‥軸受ホルダ ４‥‥ブラケット ５‥‥プリント配線基板 ６、４３‥‥コイル ７、４５‥‥ヨーク ８‥‥内マグネット ９‥‥外マグネット １０、１０ａ、１０ｂ‥‥ブラシ １１‥‥スラスト支持部 １２‥‥カバー １３‥‥回転ケース板 １４、４４‥‥マグネット ２０‥‥第１の導通部 ２１‥‥第２の導通部 ３０‥‥ターンテーブル ３１‥‥ファン ４２‥‥ステータコア ４６‥‥ホール素子

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸と、この軸と同心状に立設されると共
   に、磁性メッキ線からなる単相のコイル群と、このコイ
   ル群の少なくとも一側に空隙を介して配置され、かつ周
   方向に磁界の強さを異ならしめた単極性のマグネット
   と、前記コイル群への通電をオン・オフ制御する手段と
   を備え、通電時の前記コイル群に働く電磁力および無通
   電時の前記コイル群と前記マグネットとの間に働く吸引
   力によりモータを回転駆動させることを特徴とする小型
   単相モータ。
2. 【請求項２】 前記マグネットを前記コイル群の他側に
   も配した請求項１記載の小型単相モータ。
3. 【請求項３】 前記手段は、機械的に制御するブラシ方
   式である請求項１記載又は２記載の小型単相モータ。
4. 【請求項４】 前記手段は、電気的に制御するブラシレ
   ス方式である請求項１又は２記載の小型単相モータ。
5. 【請求項５】 請求項１又は２記載の小型単相モータに
   おいて、出力部にディスクが載置されるターンテーブル
   を設けた請求項３又は４記載の小型単相モータ。
6. 【請求項６】 請求項１又は２記載の小型単相モータに
   おいて、出力部にファンを設けた請求項３又は４記載の
   小型単相モータ。
7. 【請求項７】 請求項１又は２記載の小型単相モータに
   おいて、前記マグネットを回転自在に構成すると共に、
   前記マグネットの重心を回転中心から偏心させ、回転時
   には前記マグネットにより振動を得るようにした請求項
   ３又は４記載の小型単相モータ。
8. 【請求項８】 請求項１又は２記載の小型単相モータに
   おいて、前記コイル群を回転自在に構成すると共に、前
   記コイル群の重心を回転中心から偏心させ、回転時には
   前記コイル群により振動を得るようにした請求項３又は
   ４記載の小型単相モータ。