JP2000166157A - 小型モータの給電機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 円筒径方向に導通配線部が突出せず、また界
磁コイルタップ線部分での断線の心配がなく、また回転
のトルクムラが少なく、かつ磁気的ギャップ幅を最小限
に設定できる外径３^ｍｍφ以下の小型モータの給電機構
を提供すること。 【解決手段】 ハウジング７の内部に、カップ式又はベ
ル式の円筒巻線コイルからなるかご型の界磁コイル８
を、そのタップ線９側で接続端子１０に接続して配置
し、電気絶縁材料からなる円筒型の端子ホルダー１１に
より、界磁コイル、接続端子等がハウジングに対して同
軸方向に一体に嵌合固定され、接続端子の他端側には、
プリント配線によるフレキシブル基板１３の接続穴部が
取り付けられ、対向する軸受ホルダー６の接続端子キャ
ップ部１２で接続端子と共にフレキシブル基板を挟み込
んで固定し、軸受ホルダーの外周部分で、当フレキシブ
ル基板をハウジングの切り欠き部に沿って折り曲げて給
電経路部分を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばミリマシー
ン用の超小型駆動用モータや無音振動アラーム機能付き
腕時計用の振動モータなど、極小径サイズの小型モータ
に関するものであり、さらに詳しくはモータの給電機構
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、外径φ５mm前後の小型円筒モータ
の需要は、分銅付きの振動モータとしてペイジャー・Ｐ
ＨＳ・携帯電話等の移動体通信機器に、あるいは装置部
品の駆動用モータとしてＯＡ機器・精密機器・ラジコン
模型等の各装置内部に数多く搭載され、それぞれ実用化
されてきた。そして近年では、例えば胎空内診断治療等
の精密医療機器、あるいは自走型管内環境確認装置等の
マイクロ・ミリマシーン的なハイテク産業機器への搭載
を主目的とした、超小型モータとしての更なる需要があ
り、極小径・極小尺化の要望が年々高まっている。

【０００３】しかしモータがより小径小型になればなる
ほど、各部品の製造及びその組立が難しくなるばかりで
なく、設計段階における各部品の構成・寸法・配置・取
付け、及び電源部側からの給電配線等の取回し機構の省
スペース化の問題が発生する。特に外径φ３mm以下の極
小径型のモータでは、前記給電配線機構をどのような構
造にするか、また小径化・省スペース化を図る最良な設
置個所をどこに配置するかが小径化設計の重要なポイン
トとなる。

【０００４】このため一般的には、構造的にモータの種
類として、極小径サイズに有利な構造であるブラシと整
流子を必要としないブラシレスモータが極小モータの主
流となりつつあり、また同時に、モータのエネルギー効
率が高く、製造が比較的容易となるという理由から、永
久磁石型回転子を有し、扁平の界磁コイルを円筒円周上
に複数個有するタイプのブラシレスモータが用いられて
いる。

【０００５】この永久磁石型回転子を有する従来型のブ
ラシレスモータの一例を、図３及び図４に示す。図３に
おいて１は、出力軸２を一端に有する回転子であり、軸
受ホルダー６及び略円筒体ホルダー１５を介して、ハウ
ジング７の両端軸中心部に装着された二つの軸受４によ
り、回転自在に支承されている。

【０００６】また５は、自己融着線を扁平リング状に重
ね巻して構成した少なくとも３個以上の単品のボビンレ
スコイルを、円筒状ハウジング７内周面に円周方向均等
角度に配置した回転磁界を発生させるための界磁コイル
ユニットで、この各界磁コイル５により形成される回転
磁界に追従して、回転子１が回転する。また同扁平状の
界磁コイル５は、図３の略円筒体ホルダー１５外周面に
沿って曲げられ、接着固定された状態で、円筒状ハウジ
ング７内径に挿入して嵌合固定することができ、小型モ
ータの組立を容易にする工夫がなされている。

【０００７】また、図３に示す９は、前記複数個の扁平
状巻線の界磁コイル５から引き出されたタップ線であ
り、略円筒体ホルダー１５端部に装着された金属製の中
継ピン１６の一端側に接続され、他端側には駆動回路に
接続されるリード線１７が接続されて給電機構の導通経
路が形成されている。また、３は回転子１に付属したス
ラスト板で、同スラスト板３と固定子側軸受４により形
成される空隙を規制して、回転子１のスラスト方向のガ
タを制限するために間挿され設けられている。

【０００８】また別の一例の図４の構成では、前記図３
と同様な手法で、固定子コイル部分の組立を容易にする
ため、回路配線が形成された一枚のフレキシブル基板１
８上に、３個以上の扁平形状のボビンレスコイルを用い
た界磁コイル５が装着され、ハウジング７内径面に、そ
のフレキシブル基板１８の円筒巻き部分が内壁面に沿う
ように曲げられて挿入固定されている。これら基板上の
ボビンレスコイルは円筒の円周方向均等角度に配され、
回転磁界を形成する構造となっている。また、前記フレ
キシブル基板１８の給電配線部は、ハウジング７の円筒
状筐体外周部に設けられた開口部１９より、ハウジング
７外部へ引き出され、筐体外周に飛び出た状態で駆動回
路側へ接続されている。

【０００９】以上のように、図３及び図４に代表される
従来型のブラシレスモータを基本とする小径モータの給
電機構は、組立作業上の容易さ、組立中あるいは運転中
の界磁コイルタップ線９の断線防止、または界磁コイル
５に別体で複数の扁平巻線コイルを用いることにより生
じ得る界磁コイルユニットの回転子側への脱落を防止す
るため、同界磁コイル５を略円筒体ホルダー１５外周部
に、あるいは円筒形状に曲げたフレキシブル基板１８の
内周部といった円筒状構造体の一面に接着固定した後、
ハウジング７内径に挿入固定するのが一般的であった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来型の
上記構造では、同じ扁平巻線形態の界磁コイル５、同じ
性能の回転子磁石の仕様のものであっても、各々の設計
構造上、回転子１とハウジング７との間に、図３の構成
の場合は略円筒体ホルダー１５が、また、図４の場合は
フレキシブル基板１８が径方向の厚み寸法に介在する分
だけ、磁気的ギャップ幅が増加するため、当然、パーミ
アンス係数が低下し、回転子１の発生トルクが低下する
という欠点を有していた。

【００１１】さらに図４に示す構造の場合、フレキシブ
ル基板１８を開口部１９を通じてハウジング７外部に取
り出そうとすると、フレキシブル基板１８の厚み分だ
け、ハウジング７外径の一部に突起凸部が露出するた
め、極小径の有益性が損なわれてしまうという外径寸法
増大の欠点を有していた。また、図３におけるリード線
１７を用いたものでも、中継ピン１６との結線のための
半田付け作業があり、リード線の線径が細く、取付け組
み込み時の変形による導通不良及び断線の心配があっ
た。

【００１２】さらに、界磁コイルユニットに複数個の扁
平型のボビンレスコイルを用いた場合、その磁気突極性
に起因した円周方向のトルクムラが生じるという欠点も
有しており、コイル側の改良も望まれていた。

【００１３】また設計上、モータの筐体外径が小径にな
ればなるほど軸受の外径寸法も小さくせざるおえない。
しかし小径化にともなう軸受の強度的な問題、さらに焼
結含油軸受を用いる場合には、軸受部の理論上の保油量
から考えて軸受体積はより大きい方が好ましいなど、軸
受部分の設計上の問題も多々ある。このため、軸受径寸
法が比較的大きくできる図４に示すような給電機構とし
て、軸受ホルダー６端面軸方向ではなく、ハウジング７
外径側から給電を行うことが考えられたが、外径寸法が
増大してしまう欠点があった。

【００１４】また、別体で複数の扁平巻線コイルを用い
ることにより生じ得る界磁コイルユニットの回転子側へ
の脱落を防止するため、同界磁コイル５を略円筒体ホル
ダー１５外周部に、あるいは円筒形状に曲げたフレキシ
ブル基板１８の内周部といった円筒状構造体の一面に接
着固定する構造的な部品が必要不可欠であった。

【００１５】以上のことから、モータの小型化・極小径
化を進めるには、構造的にスペースをとらない給電機構
で信頼性があり、長寿命で組立が容易で、かつ量産性が
ある新規な構造が望まれていた。

【００１６】本発明は、モータの小型化・極小径及び小
尺化に対し必要不可欠な給電機構として、円筒径方向に
導通配線部が突出せず、また界磁コイルタップ線部分で
の断線の心配がなく、また回転のトルクムラが少なく、
かつ磁気的ギャップ幅を最小限に設定できる構造の小型
モータの給電機構を提供するものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、主に固
定子側の給電機構部の構造とハウジング内に設置する磁
界発生用の界磁コイルにある。つまり本発明は、外径φ
３mm以下の小型モータにおいて、ハウジング内部の巻線
コイル部分にカップ式の円筒巻線コイル、あるいはベル
式の円筒巻線コイルからなるかご型の界磁コイルを配置
し、前記界磁コイルのタップ線側に導電性材料からなる
接続端子を備え、界磁コイルタップ線が前記接続端子に
接続され、電気絶縁性材料からなる略円筒型の端子ホル
ダーにより、前記界磁コイル及び接続端子の導通部全体
がハウジングに対し同軸方向一体に嵌合固定された固定
子一端側であって、同接続端子の他端側にプリント配線
が施された接続部がリング状で配線部が帯状のフレキシ
ブル基板の接続穴部が取り付けられるとともに、対向す
る軸受ホルダーの接続端子キャップ部で接続端子と共に
フレキシブル基板を挟み込んで嵌合固定し、軸受ホルダ
ーの外周部分で、前記フレキシブル基板を円筒状ハウジ
ングの切り欠き部に沿って折り曲げて給電経路部分を形
成した小型モータの給電機構である。

【００１８】つまり本発明の給電機構は、従来型の扁平
状ボビンレスコイルを連ねた界磁コイルユニットに対し
てカップ式の円筒状巻線コイル、あるいはベル式の円筒
巻線コイルからなるかご型の界磁コイル８を用いて複数
相を一体化し、界磁コイルタップ線９をデルタ結線ある
いはスター結線して接続端子１０を介してフレキシブル
基板１３の接続穴部とそれぞれ接続し、外径方向に突出
する帯状のフレキシブル基板１３を、ハウジング７外周
一端部に形成した切り欠き部に沿って埋め込む形で導通
経路を確保した給電機構である。

【００１９】

【実施例】本発明の実施例を、外径φ２mm仕様モータの
設計例である図１、図２及び図５を用いて説明する。な
お、図において、前記図３及び図４と同符号の部品は同
じ機能を有する部品であるため、説明を省略する。

【００２０】図１において８は、一般的な円筒コアレス
モータの回転子ロータ部に使用されるカップ式の円筒状
巻線コイル（あるいはベル式の円筒巻線コイル等のかご
型巻線）からなる界磁コイル８であり、ハウジング７内
径に嵌合するように挿入固定されている。

【００２１】そして円筒巻線の界磁コイル８のタップ線
側には、導電性材料からなる接続端子１０が備えられ、
界磁コイルタップ線９がこの接続端子１０に外周部で接
続され、さらに電気絶縁性材料からなる略円筒型の端子
ホルダー１１により、界磁コイル８と共に導通部全体が
ハウジング７に対し同軸方向一体に保持され、嵌合固定
されている。

【００２２】また、同接続端子１０の他端側には、プリ
ント配線が施された接続部がリング状で配線部分が帯状
のフレキシブル基板１３の接続穴部が取り付けられ、そ
れを軸受ホルダー６の接続端子キャップ部１２で被せる
ように挟み込む形で、フレキシブル基板１３を間挿しな
がらハウジング７に固定している。図５に、接続端子１
０とフレキシブル基板１３の組み込み時の詳細な斜視図
を示す。なお、フレキシブル基板１３の配線パターン及
び接続穴部の形状においてはこれに限定することはな
く、例えば接続穴部を略Ｕの字型にし、位置出しを容易
にすることも考えられる。

【００２３】この新規構造によれば、界磁コイル８、接
続端子１０、端子ホルダー１１は一体に構成されてハウ
ジング７側に挿入固定されるため、以後、組立時に界磁
コイルタップ線９に対し曲がり等のストレスがかから
ず、組立中、あるいは組立後の運転動作中の接続端子部
分との断線を防止できる。

【００２４】また、円筒状ハウジング７本体には、図２
及び図５に示すような前記帯状部分のフレキシブル基板
１３の引き出し位置から円筒端部開口部外方向へ、略コ
の字形の切り欠き部１４が１８０度方向に二カ所設けら
れており、円周方向に引き出された帯状部分のフレキシ
ブル基板１３は、軸受ホルダー６外周でほぼ直角に折り
曲げられた後、前記切り欠き部１４内の凹部に納めら
れ、収納される。したがって、フレキシブル基板１３の
厚みがハウジング７の筐体肉厚より薄ければ、ハウジン
グ７外周径方向に凸部が形成されることはない。

【００２５】本発明の設計仕様では、筐体であるハウジ
ング７の外径はφ２.０mm、同肉厚は０.１mmであり、フ
レキシブル基板１３の厚みが０.０８mmのものを用いて
いるので、ハウジング７外周径方向に凸部が形成される
ことはなく、実際の外径寸法は最小径に収まる。

【００２６】また、接続端子１０と軸受４、及びフレキ
シブル基板１３のプリント配線部との短絡を避けるため
に、軸受ホルダー６は電気絶縁性材料からなるものを装
着し、図１に示すような接続端子キャップ部１２を一部
に設けている。また軸受ホルダー６の側面には、ハウジ
ング７の切り欠き部１４にそれぞれ対応する平面部２０
が二カ所に設けられている。

【００２７】また界磁コイル８は、一般的な従来の円筒
コアレスモータの回転子ロータ部に使用されるようなカ
ップ式の巻線（かご型巻線）であり、界磁コイル８全体
が円筒形状一体で、強度的にも径方向の変形が少なく強
固である。特にハウジング７内径に接着しなくても、端
子ホルダー１１と一体に固定されているので、外的な衝
撃による変形、脱落は皆無であり、回転子１の回転動作
を妨げるような心配は一切ない。

【００２８】また、回転磁界を発生させる界磁コイルと
しての機能も、従来の扁平巻線コイルを複数個連ねたも
のに比べ、略円筒体ホルダー１５あるいはフレキシブル
基板１８の円筒状構造体がない分、磁気ギャップ幅を小
さくできるため、従来型以上のトルク発生効率が得ら
れ、小型モータとしてより小径化を図ることができた。

【００２９】

【発明の効果】以上詳しく述べたとおり、本発明の構造
では、回転子とハウジングとの間に従来見られたよう
な、略円筒体ホルダーあるいはフレキシブル基板等の界
磁コイル接着固定のための円筒状構造体が介在しないた
め、同じ径寸法であっても、構造設計上において磁気的
ギャップ幅を最小限にでき、有効に磁気発生トルクを得
ることができる。

【００３０】また、界磁コイルにカップ式の円筒巻線コ
イル、あるいはベル式の円筒巻線コイル等のかご型巻線
を用いることにより、構造的にも磁気的な突極性が小な
くなり、円筒円周方向の発生トルクムラを低減すること
ができる。また、強度的にもカップ式コイル、あるいは
ベル式コイルは円筒形状を呈しているためコイル単体で
充分に強固であり、固定子側の界磁コイルとして、回転
子部への脱落・変形を根本的に解消できる。

【００３１】また、小径化を極限まで詰めて設計した場
合、ハウジングの一部に切り欠き部を設けて導通経路部
を凹部に収納することにより、ハウジング外径方向に突
出する部分が一切なくなり、極小径モータの給電機構と
して小径化の有益性を最大限発揮することができる。特
に外径φ２.０mm以下になった場合の効果はより大き
い。

【００３２】また、本発明の構造では、給電機構部を軸
受ホルダー端面の軸方向ではなく、ハウジング外径側か
ら給電配線を行うことにより、その分、軸受ホルダー径
方向に余空間が生じるため、軸受径をハウジング内径に
対し最大寸法に設計できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の給電機構を説明する断面図。

【図２】本発明の給電部フレキシブル基板を接続したモ
ータの外観図。

【図３】従来の給電機構を説明する断面図。

【図４】従来の他の給電機構を説明する断面図。

【図５】本発明の接続端子給電部分の組み込み斜視図。

【符号の説明】

１ 回転子 ２ 出力軸 ３ スラスト板 ４ 軸受 ５ 界磁コイル ６ 軸受ホルダー ７ ハウジング ８ 界磁コイル ９ 界磁コイルタップ線 １０ 接続端子 １１ 端子ホルダー １２ 端子キャップ部 １３ フレキシブル基板 １４ 切り欠き部 １５ 略円筒体ホルダー １６ 中継ピン １７ リード線 １８ フレキシブル基板 １９ 開口部 ２０ 平面部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H019 AA07 CC03 DD07 5H604 AA08 BB01 BB17 CC01 CC04 CC11 QB03 QB04 QB12 5H605 BB05 CC01 CC03 CC10 EA07 EC05 EC12 5H621 BB06 GB09 HH01 JK01 JK13

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングを筐体とする外径φ３mm以下
   の小型モータにおいて、ハウジング内部の巻線コイル部
   分にカップ式の円筒巻線コイル、あるいはベル式の円筒
   巻線コイルからなるかご型の界磁コイルを配置し、前記
   界磁コイルのタップ線側に導電性材料からなる接続端子
   を備え、界磁コイルタップ線が前記接続端子に接続さ
   れ、電気絶縁性材料からなる略円筒型の端子ホルダーに
   より、前記界磁コイル及び接続端子の導通部全体がハウ
   ジングに対し同軸方向一体に嵌合固定された固定子一端
   側であって、同接続端子の他端側にプリント配線が施さ
   れた接続部がリング状で配線部が帯状のフレキシブル基
   板の接続穴部が取り付けられるとともに、対向する軸受
   ホルダーの接続端子キャップ部で接続端子と共にフレキ
   シブル基板を挟み込んで嵌合固定し、軸受ホルダーの外
   周部分で、前記フレキシブル基板を円筒状ハウジングの
   切り欠き部に沿って折り曲げて給電経路部分を形成した
   ことを特徴とする小型モータの給電機構。
2. 【請求項２】 一体形状のカップ式の円筒巻線コイルあ
   るいはベル式の円筒巻線コイルからなる界磁コイルが、
   亀甲巻等により組立られた円筒巻線コイル形状からな
   り、デルタ結線あるいはスター結線した界磁コイルタッ
   プ線が接続端子を介してフレキシブル基板の接続穴部と
   接続されたことを特徴とする請求項１記載の小型モー
   タ。