WO1998054818A1 - Armature structure for flat motor - Google Patents

Description

明 細 書

扁平モータの電機子構造

技術分野

この発明は振動を人体に伝える目的の装置に適用される扁平モータの 電機子構造に関し、 特に 1個または複数個のコァレス電機子コィルで構 成された電機子を、 常時スムーズに再起動させるためのものである。 背景技術

振動を人体に伝える目的の装置と しては、 無線電話呼び出し装置 （以 下ペー ジャという） や携帯電話、 軽い振動を人体に与えてマッサージ効 果を発揮するマッサージ機、 視聴覚障害者用の信号受信器等、 種々 のも のが知られており、 電機子を偏心させた扁平モー夕が内蔵されている。 このよ うな扁平モー夕 と して、 例えば第 1 4図および第 1 5図に示す ような扁平型の振動発生装置が知られている （特開平 6 — 2 0 5 5 6 5 号） 。 この振動発生装置 1 はケーシ ング 2の底部に固定された円形の平 板状界磁マグネッ ト 3 と、 この界磁マグネッ ト 3 と面対向するように配 置された回転自在の電機子 4 と、 この電機子 4のかなめに配されたシャ フ ト 5 とで構成されている。 前記電機子 4 は 3個のコイル 6 a， 6 b , 6 c を逆扇形になるよう に配置し、 樹脂フ レーム 7 と一体成形したもの である。 また、 電機子 4 はコイル 6 a， 6 b , 6 c と一緒に回転する整 流子 8を備えており、 この整流子 8がケーシ ング 2の下部から延びた 2 本の電極ブラシ 9 に接触して 3個のコイル 6 a , 6 b , 6 cの極性が交 互に切り替わり、 そのたびに界磁マグネッ ト 3 との間で引合力と反発力 が発生するために電機子 4が回転し続ける。 特に、 振動発生装置と して 用いる場合には、 上述のように電機子 4 自体を大き く偏心させることで、 電機子 4が大きな遠心力を持って回転するため、 装置全体に強い振動が 発生することとなる。 ところで、 最近はページャや携帯電話、 マッサージ機、 視聴覚障害者 用の信号受信器等の小型化がますます進み、 それに合わせて振動発生装 置の極小化および軽量化の要請も厳しいものがある。 しかしながら上述 したように、 電機子 4は、 極性が交互に切り替わるコイル 6 a， 6 b , 6 c と界磁マグネ ッ ト 3 との間の引合力と反発力の繰り返しによって回 転力が発生することから、 少な く とも 3個のコイル 6 a , 6 b , 6 cが 必要となる。 すなわち、 第 1 6図に示したように、 回転中心角がほぼ 9 0 。 の 1個コイル 6で電機子 4を構成した場合、 電機子 4が停止したとき に N， S極を 4等分したマグネッ ト 3の一つの極性 （第 1 6図では S極） 内に入ってしま う と、 次に電機子 4を始動させよう と したときに、 電機 子 4 の回転方向が定ま らずスムーズに始動しない事態が発生してしまう からである。 これは、 コイル 6の巻幅に相当するマグネッ ト 3上の領域 Z内にコイル 6 の両側部 6 d， 6 eが留まつている場合に見られる現象 である。 そこでこの発明は、 1個または 2個のコイ ルで電機子を構成した場合 にも、 始動させる際に回転が確実にかつスムーズに行なわれるような電 機子構造を提供することで、 扁平モータのより一層の極小化および軽量 化を図れるようにするものである。 またこの発明は、 電機子を構成するコイルの個数を減らすことによ り、 製造工程の簡略化と製造原価の低廉化を図る ものである。 発明の開示

すなわちこの発明における扁平モータの電機子構造は、 N， S極の磁 極を交互に有する界磁マグネッ ト上に、 界磁マグネ ッ トと軸方向の空隙 を介して相対的に回転するよう設けられた 1個または複数個のコア レス 電機子コイルを有する扁平モータの電機子において、

前記電機子に磁性体を設け、 電機子の回転を停止させたときに磁性体を 前記界磁マグネッ 卜の N , S極の磁極の境に位置させて、 界磁マグネッ トの N , S極の磁極と磁性体に発生した N， S極の磁極とが吸引し合う よう にすることにより、 コアレス電機子コイルが起動可能位置にく るよ うにしたことを特徴とする ものである。 また、 この発明における扁平モータの電機子構造は、 N , S極の磁極 を交互に有する界磁マグネッ ト上に、 界磁マグネッ 卜と軸方向の空隙を 介して相対的に回転するように設けられた 1個または複数個のコア レス 電機子コイルを有する扁平モータの電機子において、

前記電機子に N， S極の磁極を有する永久磁石を設け、 電機子の回転を 停止させたときに上記永久磁石を前記界磁マグネッ トの N， S極の磁極 の境に位置させて、 界磁マグネッ 卜の N , S極の磁極と永久磁石の N， S極の磁極とが吸引し合う ようにすることにより、 コアレス電機子コィ ルが起動可能位置にく るようにしたことを特徴とするものである。 この発明における扁平モータの電機子構造は、 前記コアレス電機子コ ィルは 1個で構成され、 コアレス電機子コィルを保持するフ レームの 1 側部に磁性体も しく は N， S極の磁極を有する永久磁石を突出させたこ とをも特徴とするものである。 この発明における扁平モータの電機子構造は、 前記コアレス電機子コ ィ ルは 1個で構成され、 コアレス電機子コイ ルを保持するフ レーム内に 磁性体も し く は N , S極の磁極を有する永久磁石を埋め込んだことをも 特徴とする ものである。 図面の簡単な説明

第 1 図はこの発明の扁平モータの電機子構造の第 1実施例を示す平面 図である。 第 2図は上記電機子の要部を示す斜視図である。 第 3図はマ グネ ッ 卜上における電機子の停止位置を示す平面図である。 第 4図は 1 個コィルで構成された電機子の回転原理を示す始動時の説明図である。 第 5図は 1個コィルで構成された電機子の回転原理を示す始動直後の説 明図である。 第 6図は 1個コィルで構成された電機子の回転原理を示す 回転継続の説明図である。 第 7図は磁性体を電機子の内部に配したとき の平面図である。 第 8図は磁性体をコィルとは反対側のアーム部に設け たときの平面図である。 第 9図は磁性体を樹脂フ レームに埋め込んだ電 機子の平面図である。 第 1 0図は 2個のコイルで構成した電機子の平面 図である。 第 1 1 図はこの発明の扁平モータの電機子構造の他の実施例 を示す平面図である。 第 1 2図は当該実施例の電機子の要部を示す斜視 図である。 第 1 3図は当該実施例のマグネッ ト上における電機子の停止 位置を示す平面図である。 第 1 4図は従来の扁平モータの 1例を示す縦 断面図である。 第 1 5図は従来の扁平モータに使用される電機子の 1例 を示す平面図である。 第 1 6図は従来の電機子がマグネッ ト上で始動し ないときの位置関係を示す平面図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 図面に基づいてこの発明に係る扁平モータの電機子構造の実施 例を詳細に説明する。 第 1 図および第 2図は、 この発明の扁平モータの電機子構造の第 1実 施例を示すものである。 電機子 1 0は、 ほぼ 1 4円形の樹脂フ レーム 1 1 の内部に 1個のコアレス電機子コィル 1 2を配して両者を一体に成 形したものである。 樹脂フ レーム 1 1 のかなめ部分 1 3には、 円を 4等 分した整流子 1 4 a， 1 4 b , 1 4 c , 1 4 dが設けられ、 その中心に は電機子 1 0の回転中心となる軸孔 1 5が開設されている。 コアレス電 機子コイル 1 2は、 樹脂フ レーム 1 1 の形状にほぼ対応した形状の 1巻 コイ ルであり、 両側縁の開き角度 0 1 は約 9 0度である。 また前記整流 子 1 4 a , 1 4 b , 1 4 c , 1 4 dは、 対角線方向の 2個ずつ 1 4 a と 1 4 c、 1 4 b と 1 4 dがそれぞれ共通に接続されており、 その一方に コ了 レス電機子コィル 1 2の内側の巻線端部 2 5が、 他方に外側の巻線 端部 2 6が接続されている。 なお、 電機子 1 0を振動発生モータと して 利用する場合には、 遠心力を大き くするためにコアレス電機子コィル 1 2 の空心部 1 6に、 錘 1 7を配設するのが望ま しい （図では錘 1 7の一部 を切り欠いてある） 。 また、 上記第 1図の電機子 1 0は回転中心角が約 9 0度であるが、 特に約 9 0度に限定されるものではない。 この実施例では、 上記樹脂フ レーム 1 1 の一側縁 1 1 aから、 鉄ピン 等からなる磁性体 2 0 — 1 が側方に突出している。 この磁性体 2 0 — 1 は、 細い丸棒も しく は円筒で形成され、 円弧の一部を構成するように内 側にやや湾曲している。 すなわち、 磁性体 2 0 — 1 の突出方向は、 電機 子 1 0の回転方向または逆回転方向とほぼ平行であり、 一側縁 1 1 a と 直交している。 磁性体 2 0 — 1 の断面形状を円形にしたこ とによ って磁 性体 2 0 - 1 の両側に N極と S極とを形成しやすく なる。 磁性体 2 0— 1 が丸棒状ではなく、 円筒状であっても同様の効果が得られる。 磁性体 2 0 — 1の磁力の強さは、 磁性体 2 0 — 1の長さや断面積などに依存す るので、 適宜選択する必要がある。 すなわち、 電機子 1 0を停止すると きには、 所定の位置で強制的に停止させる磁力が必要である一方、 電機 子 1 0が回転しているときには、 その回転運動を妨げない程度の磁力で ある点を考慮する必要がある。 なお、 磁性体の形状と しては、 上述の磁 性体 2 0 — 1 のよ うな丸棒状も しく は円筒状に限らず、 平板状の小片を 突出させたり、 楕円体を突出させても同様の効果が得られる。 第 3図は、 上記構成からなる電機子 1 0を界磁マグネッ ト 2 1 で停止 させたときの位置関係を示したものである。 界磁マグネッ ト 2 1 は、 円 板を 4等分して N極と S極を交互に配列したもので、 界磁マグネッ ト 2 1 の中心部で電機子 1 0のかなめ部分 1 3を回転可能に支持している。 電 機子 1 0を界磁マグネッ ト 2 1上で時計回りまたは反時計回りに回転さ せた後、 電機子 1 0 のコア レス電機子コィル 1 2 に供給する電源をオフ にすると、 磁性体 2 0 — 1 の長手方向の真ん中が界磁マグネ ッ ト 2 1の N極と S極との境界線 2 2上に位置した状態で電機子 1 0が停止する。 すなわち、 電機子 1 0は、 常に磁性体 2 0 — 1 の半分の長さ分だけ角度 Θ 2をずら した状態で界磁マグネッ ト 2 1 の N極上に停止し、 コアレス 電機子コィル 1 2の一側部 1 2 aが隣接する他方側の S極内にはみ出し た状態となる。 これは、 電機子 1 0が停止する際に磁性体 2 0— 1 が界 磁マグネッ ト 2 1 からの影響を受けて周囲に磁界が発生し、 両端に界磁 マグネ ッ ト 2 1 側とは反対の磁極 （界磁マグネッ ト 2 1 の N極に対して は S極、 S極に対しては N極） ができて、 界磁マグネッ ト 2 1 との間で 引き合い、 電機子 1 0 の自由回転に打ち勝って強制的にその位置で停止 させるものである。 このように、 コアレス電機子コイル 1 2の一側部 1 2 a は、 電機子 1 0が始動しにく いとされる界磁マグネッ ト 2 1上の領域 Z 内よ り も大き く S極側にはみ出しているので、 電機子 1 0を始動させた ときにはスムーズに回転するこ とになる。 次に、 この発明に係る電機子の回転原理を第 4図ないし第 6図に基づ いて説明する。 界磁マグネッ ト 2 1上には 2本の電極ブラシ 2 3 , 2 4 が延び、 その先端部に電機子 1 0 の各整流子 1 4 a , 1 4 b , 1 4 c , 1 4 dが接触する。 そして、 各電極ブラシ 2 3 , 2 4は、 電機子 1 0の 回転に伴って整流子 1 4 a , 1 4 b , 1 4 c , 1 4 dの上を約 9 0度ず れて摺動しながら順次移っていく。 第 4図は電機子 1 0が停止している ときの状態を示す。 上述したように、 このとき磁性体 2 0— 1 は、 界磁 マグネ ッ ト 2 1 の N 1極と S 2極の境界線上に位置し、 コァレス電機子 コイ ル 1 2の大部分が界磁マグネ ッ ト 2 1 の N 1極上に重なり、 一側部 1 2 aが界磁マグネ ッ ト 2 1 の S 1極上に重なる。 この状態でスィ ツチ を入れると、 電極ブラ シ 2 3 の先端が接触する整流子 1 4 dおよびこれ と共通の整流子 1 4 bを介してコアレス電機子コィル 1 2の外側の巻線 端部 2 6からコアレス電機子コィ ル 1 2 に電流が流れ、 さ らに内側巻線 端部 2 5から整流子 1 4 a， 1 4 cを介して電極ブラシ 2 4側に電流が 流れるこ とでコア レス電機子コイ ル 1 2 に磁界が発生する。 このとき コ ァ レス電機子コイ ル 1 2 の界磁マグネ ッ ト 2 1 と向かい合う側に発生し た磁界の極性が N極であるとすると、 その直下の界磁マグネッ ト 2 1 の 極性 N 1 と同じ極性 N極同士となつて反発力が発生する一方、 界磁マグ ネ ッ ト 2 1 の隣の極性 S 1 とは互いに引き合うために、 その方向 （時計 回り方向） に回転力が発生して電機子 1 0が始動する。 そ して、 電機子 1 0が第 5図に示した位置まで回転する と、 一方の電 極ブラ シ 2 3の先端接触部が整流子 1 4 c と 1 4 d との隙間に、 また他 方の電極ブラシ 2 4の先端接触部が整流子 1 4 a と 1 4 b との隙間に入 つて しま うためにコアレス電機子コイル 1 2には電流が流れずに磁気が な く なるが、 電機子 1 0は回っている勢いでそのまま回り続ける。 さ らに、 電機子 1 0が第 6図の位置まで回転すると、 第 4図のときと は逆に電極ブラシ 2 3から供給された電流は整流子 1 4 c , 1 4 aを介 して内側巻線端部 2 5からコアレス電機子コィル 1 2 に流れ、 外側巻線 端部 2 6から整流子 1 4 dを通って電極ブラシ 2 4に抜ける。 このため、 コアレス電機子コイル 1 2には界磁マグネッ ト 2 1 と向かい合う側に逆 の極性 S極ができて界磁マグネ ッ ト 2 1 の下側の極 S 1 と反発し合い、 同じ方向の回転力が付与されて回り続けることになる。 このよ う に、 電機子 1 0は、 回転しながら N , Sを交互に繰り返し、 界磁マグネ ッ ト 2 1 との間で反発と引き合いを繰り返すことで回転し続 けることができる。 また、 上述のように 1個のコアレス電機子コィル 1 2 で電機子 1 0を構成し、 さ らに錘 1 7を設けることで大きな遠心力を得 るこ とができ、 振動発生装置と して利用する場合の効果が大きい。 なお、 電機子 1 0を逆方向 （反時計回り方向に） に回転させる場合に は、 電流の供給方向を逆にするか、 またはコアレス電機子コイル 1 2の 巻き方向を逆にすることによって回転方向を容易に変更することができ る。 上記実施例では磁性体 2 0— 1 を樹脂フ レーム 1 1 の 1 側縁 1 1 a と ほぼ直交する方向に突出させているが、 磁性体 2 0— 1の両側に N , S 極を発生させることができれば必ずしも直交でなく てもよい。 また樹脂 フ レーム 1 1の他側縁 1 1 bに磁性体 2 0— 1を設けることはもちろん、 第 7図に示したように、 コアレス電機子コイル 1 2の空心部 1 6に突出 させること も可能である。 さ らに、 第 8図に示したように、 かなめ部分 1 3を挟んでコアレス電機子コィル 1 2 とは反対側にアーム部 3 0を延 ばし、 このアーム部 3 0に磁性体 2 0— 1 を突出させることもできる。 また、 第 9図に示したように、 コアレス電機子コィル 1 2 と一体成形の 樹脂フ レーム 1 1 の一側部 1 1 aを幅広に形成し、 この一側部 1 1 aに 鉄ピン等の磁性体 2 0— 1 を埋め込んでもよい。 このように構成するこ とで、 磁性体 2 0— 1 の保持がより確実になるとともに、 磁性体 2 0— 1 も樹脂フ レーム 1 1 と一緒に成形できるので製造工程が容易となる。 なお、 上記実施例では界磁マグネッ ト 2 1 を 4等分して N , Sの極性を 交互に付与した場合について説明したが、 コア レス電機子コイル 1 2 の 回転中心角との関係では 8等分した方が適当となる場合もある。 以上は電機子 1 0を構成するコアレス電機子コイル 1 2が 1個の場合 の実施例であるが、 第 1 0図に示したように、 コアレス電機子コイル 1 2 が 2個の場合も電機子 1 0の回転始動に関する問題は同様である。 この 場合にも上記コアレス電機子コィル 1 2が 1個構成の電機子 1 0 と同様 に磁性体 2 0— 1 をコアレス電機子コィル 1 2 の樹脂フ レーム 1 1 の一 側縁 1 1 aに突出させるだけで、 回転始動が滑らかに行なえるものであ る。 上記実施例は振動発生装置に適用した場合について説明したが、 この 発明は普通の回転モータや、 ステツ ビングモータにも応用できるもので ある。 第 1 1図ないし第 1 3図にこの発明の扁平モータの電機子構造の他の 実施例を示す。 この実施例では、 上記樹脂フ レーム 1 1 の一側縁 1 1 a から永久磁石 2 0 - 2が側方に突出している。 この永久磁石 2 0— 2は、 細い丸棒状も しく は円筒状に形成され、 軸孔 1 5を回転中心とする円弧 の一部を構成するように内側にやや湾曲している。 すなわち、 永久磁石 2 0 — 2 の突出方向は、 電機子 1 0の回転方向または逆回転方向とほぼ 平行であり、 一側縁 1 1 a と直交している。 なお、 上記永久磁石 2 0 — 2 の断面形状を丸棒状にしたこ とによ つて永久磁石 2 0 — 2 の両側に N 極と S極とを形成しやすく なる。 もちろん永久磁石 2 0— 2が円筒形状 であっても同様の効果が得られる。 上記永久磁石 2 0 — 2の磁力の強さは、 永久磁石 2 0 - 2の長さや断 面積などに依存するので、 適宜選択する必要がある。 すなわち、 電機子

1 0を停止するときには、 所定の位置で強制的に停止させる磁力が必要 である一方、 電機子 1 0が回転しているときには、 その回転運動を妨げ ない程度の磁力でなければならない点を考慮する必要がある。 なお、 永 久磁石 2 0 — 2の形状と しても、 上述の永久磁石 2 0 — 2 のような細い 丸棒状や円筒状に限らず、 平板状の小片を突出させたり、 楕円体を突出 させても同様の効果が得られる。 第 1 3図は、 上記構成からなる電機子 1 0を界磁マグネッ ト 2 1 で停 止させたときの位置関係を示したものである。 界磁マグネ ッ ト 2 1 は、 円板を 4等分して N極と S極を交互に配列したもので、 界磁マグネッ ト 2 1 の中心部で電機子 1 0のかなめ部分 1 3を回転可能に支持している。 電機子 1 0を界磁マグネ ッ ト 2 1上で時計回りまたは反時計回りに回転 させた後、 電機子 1 0 のコア レス電機子コイル 1 2 に供給する電源をォ フにすると、 永久磁石 2 0 — 2 の S極と N極とが界磁マグネッ ト 2 1 の N極と S極とに引き付けられ、 長手方向の真ん中が界磁マグネッ ト 2 1 の N極と S極との境界線 2 2上に位置した状態で電機子 1 0が停止する。 すなわち、 電機子 1 0は、 常に永久磁石 2 0 — 2の半分の長さ分だけ角 度 Θ 2をずら した状態で界磁マグネッ ト 2 1 の N極上に停止し、 コアレ ス電機子コィル 1 2の一側部 1 2 aが隣接する他方側の S極内にはみ出 した状態となる。 これは、 電機子 1 0が停止する際に永久磁石 2 0 — 2 と界磁マグネ ッ ト 2 1 とが、 界磁マグネ ッ ト 2 1 の N極に対しては永久 磁石 2 0 — 2の S極、 S極に対しては N極が互いに引き付けあい、 電機 子 1 0 の自由回転に打ち勝つて強制的にその位置で停止させるものであ る。 このよ う に、 コアレス電機子コイ ル 1 2 の一側部 1 2 a は、 電機子 1 0 が始動しにく いとされる界磁マグネ ッ ト 2 1上の領域 Z内より も大 き く S極側にはみ出しているので、 電機子 1 0を始動させたときにはス ムーズに回転するこ とになる。 産業上の利用可能性

このよう に構成されたこの発明の扁平モータの電機子構造においては、 電機子に磁性体も しく は N , S極の極性を備えた永久磁石を設け、 電機 子の回転を停止させたときに磁性体も しく は永久磁石を前記界磁マグネ ッ 卜の N極と S極との境に位置させ、 コアレス電機子コィルが起動可能 位置に く るようにしたので、 コアレス電機子コイルが 2個あるいは 1個 構成の電機子であつても、 電機子を始動させる際の回転が確実かつスムー ズに行なわれ、 結果的に扁平モータのより一層の極小化および軽量化を 図れるとと もに製造工数、 製造コス ト低減の観点から 1個または 2個構 成の電機子モータの実現に有効である し、 一方、 振動発生装置と しての モー夕と しては、 より大きな振動を得るという 目的から偏心作用の大き い 1 個構成にする効果が大きい。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . N， S極の磁極を交互に有する界磁マグネ ッ ト上に、 界磁マグネッ 卜と軸方向の空隙を介して相対的に回転するよう設けられた 1個または 複数個のコァレス電機子コィルを有する扁平モータの電機子において、 前記電機子に磁性体を設け、 電機子の回転を停止させたときに磁性体 を前記界磁マグネ ッ トの N , S極の磁極の境に位置させて、 界磁マグネ ッ 卜の N , S極の磁極と磁性体に発生した N， S極の磁極とが吸引し合 う よ う にするこ とによ り、 コアレス電機子コィルが起動可能位置にく る よ う に したことを特徴とする扁平モータの電機子構造。

2 . N , S極の磁極を交互に有する界磁マグネッ ト上に、 界磁マグネッ ト と軸方向の空隙を介して相対的に回転するよう設けられた 1個または 複数個のコァレス電機子コィルを有する扁平モータの電機子において、 前記電機子に N， S極の磁極を有する永久磁石を設け、 電機子の回転 を停止させたときに永久磁石を前記界磁マグネ ッ トの N , S極の磁極の 境に位置させて、 界磁マグネッ トの N , S極の磁極と永久磁石の N , S 極の磁極とが吸引し合うようにすることにより、 コアレス電機子コイル が起動可能位置に く るようにしたことを特徴とする扁平モータの電機子 構造。

3 . 前記コアレス電機子コイルは 1個で構成され、 コアレス電機子コィ ルを保持するフ レームの 1側部に磁性体または N , S極の磁極を有する 永久磁石を突出させたことを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項 記載の扁平モータの電機子構造。

4 . 前記コアレス電機子コイルは 1個で構成され、 コアレス電機子コィ ルを保持する フ レームに磁性体または N , S極の磁極を有する永久磁石 を埋め込んだことを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項記載の扁 平モータの電機子構造。