JP2008086066A - 軸方向空隙型ロータと該ロータを備えた軸方向空隙型コアレスモータ。 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷配線板をコイルに寄与する有効磁束密度を低下させないように配置し、ロータの樹脂を利用してコミュテータ基部を形成することによって平板型コミュテータ片を直接組み付けて低姿勢を図ると共に整流装置の摺接部分を厚くして長寿命を図る。
【解決手段】印刷配線板１の一側に配された巻線型空心電機子コイル３と、同一側の回転中心に配された平板コミュテータＣとからなり、該コミュテータは基部２ａと、該基部２ａに位置決めガイド２ｂを介して配され、平面状の摺接部４ａから一体に軸方向に延設された接続端子部４ｂとを備えた複数のコミュテータ片４とからなり、印刷配線板１にはさらに端末結線ランド１ｅと、該端末結線ランド１ｅに接続された複数の透孔１ａに接続端子部４ｂの先端が填め込まれて印刷配線板１の他側で結線された。
【選択図】図１

Description

この発明は、移動体通信装置の無音報知手段等に用いて好適なもので軸方向空隙型ロータと該ロータを備えた軸方向空隙型コアレスモータの改良に係り、特に高速回転ながら長寿命が得られるものに関する。

移動体通信装置の無音報知手段として遠心力振動を利用した振動モータがある。このような振動モータは、通常回転型筒型モータの出力軸に断面が銀杏の葉のような形状の偏心ウエイトを取り付けたものがある。また、軸方向空隙型の扁平なモータでは、内蔵するロータ自体で遠心力振動を発生するものを本願出願人らは提案している。ロータ内蔵型振動モータは、出力軸が不要なので、軸回転型から近年では軸受を１個削除できる軸固定型にしたものが賞用されている。このような軸固定型として通常は、マグネットの厚み分を利用してブラケットにバーリング孔を設けて軸の基端を圧入し、ケース側で該軸の他端を受けるようにしている。（特許文献１参照）
さらに、本願出願人らは、ケースにバーリング孔を設けて軸の基端を圧入し、該軸の他端を支持しないでフリーにしたものを提案している。（特許文献２参照）
このような構成のものはモータ自体の厚みが許容されればよいが、モータサイズが直径で１０ｍｍ、厚みが３ｍｍ程度のものが要求されるようになると、このようなロータの中にバーリング孔を設けて保持する構成は内蔵するロータの厚みが犠牲となって容易ではないので、今度は軸の固定手段としてバーリングではなく浅い受部にして保持手段として軸の端部をレーザなどで溶接する必要がある。
軸方向空隙型モータは、薄型化のためには、整流装置も軸方向摺接型が多用される。
この軸方向摺接型は、一般的には、コミュテータを印刷配線板で複数個のセグメント片を印刷で形成し数ミクロンの貴金属メッキをし、４０ミクロン乃至６０ミクロンの洋白板ブラシと組みあわせて用いられる。携帯電話機の無音アラーム手段として振動モータに採用される場合、着信報知用のみに使用されるものは一日十数回のモード（合計で数分以下）で使用されるので比較的寿命は短時間でよいことになるが、ゲームなどの振動を利用する機能に採用される場合は、かなり長寿命が要求される。
そこで、セグメント片を厚くすることができる円筒型コミュテータにすることも考えられる。
しかしながら、円筒形コミュテータは、径方向からブラシを摺接させなくてはならないので、軸方向に摺接部分として確保しなければならないため薄型にするのが困難である。
特許第３２６１３２９号公報 特許第２８７２６２３号公報

一般的軸方向空隙型モータ、すなわち扁平なロータでは円筒型コミュテータを採用することは、ロータ部分の厚みが増加して好ましいものではなく、モータ全体の厚みも３ｍｍ程度が最小限必要であった。
また、このような扁平ロータは、一般的には、印刷配線板に複数の巻線型空心電機子コイルを載置してこの空心電機子コイルの反対側にコミュテータを配する構成が採用されている。
しかしながら薄い印刷配線板であっても銅箔やレジストなどによって厚みが０．２ミリ
程度となり、組み合わせる軸方向空隙型マグネットからコイルに寄与する有効空隙磁束密度が低下して効率が悪化する問題となる。
この発明の目的は、印刷配線板をコイルに寄与する有効空隙磁束密度を低下させないように配置し、ロータの樹脂を利用してコミュテータ基部を形成することによって平板型コミュテータ片を直接組み付けて低姿勢を図ると共に整流装置の摺接部分を厚くして長寿命を図ろうとするものである。

上記課題を解決するには、請求項１に示すように印刷配線板と、該印刷配線板の一側に配された巻線型空心電機子コイルと、該印刷配線板の一側の回転中心に配された平板コミュテータとからなる軸方向空隙型ロータであって、前記コミュテータは基部と、該基部に位置決めガイドを介して互いに隔離されて配されたもので平面状の摺接部と該摺接部から一体に前記巻線型空心電機子コイルの厚みを通して前記印刷配線板へ向かう軸方向に延設された接続端子部を備えた複数のコミュテータ片とからなり、前記印刷配線板には、さらに前記巻線型空心電機子コイルの端末結線ランドと、該端末結線ランドに接続された複数の透孔が備えられ、前記コミュテータ片の前記接続端子部の先端が前記透孔に填め込まれて結線されたもので達成できる。
具体的なものでは請求項２に示す発明のように前記巻線型空心電機子コイルの少なくとも一部と重畳しないようにタングステン合金製偏心ウエイトが前記巻線型空心電機子コイルと共に樹脂で固着されたものにするのがよい。
このような軸方向空隙型ロータを使用して請求項３に示す発明のように請求項１または２に記載の軸方向空隙型ロータを用いた軸方向空隙型コアレスモータであって、前記軸方向空隙型ロータは中心に軸支承部が構成されたもので、該軸方向空隙型ロータはハウジングに軸を介して回転自在に装着され、前記平板コミュテータに軸方向から摺接されたブラシと該ブラシの外方に配されたマグネットと、これらを格納するハウジングが備えられた軸方向空隙型振動コアレスモータにできる。
そして、具体的には、請求項４に示すように前記平板コミュテータのコミュテータ片は前記平面状の摺接部が少なくとも０．１５ｍｍの厚さがあり、少なくとも摺接面が貴金属で形成され、前記ブラシは厚みが０．０３ｍｍ〜０．０８ｍｍのばね材と、該ばね材に配された少なくとも０．１ｍｍの厚みがある摺接部材からなるものがよい。

請求項１の発明によれば、平板コミュテータにしたので軸方向に摺接部を確保しなくて済むので薄型にでき、印刷配線板が平板コミュテータの反対側にあっても結線加工が透孔を利用して容易にでき、印刷配線板が軸方向空隙型マグネット側にないので、空心電機子コイルに掛かる空隙磁束密度がよくなって高効率となる。
請求項２の発明によれば、偏心ウエイトの部分を大きく設定できるので、遠心力振動が十分に得られる偏心ロータに構成でき振動モータに採用できる。
請求項３の発明によれば、ロータが薄く、厚い整流装置によって長寿命な軸方向空隙型モータが得られる。
請求項４の発明によれば、平板型でも整流摺動部分が厚く確保できるので、摩耗があっても十分整流性を維持でき、長寿命な軸方向空隙型モータが得られる。

印刷配線板の一側に配された巻線型空心電機子コイルと、該印刷配線板の一側の回転中心に配された平板コミュテータとからなり、前記コミュテータは基部と該基部に位置決めガイドを介して配されたもので平面状の摺接部と該摺接部から一体に軸方向に延設された接続端子部とを備えた複数のコミュテータ片とからなり、前記印刷配線板には、さらに前記巻線型空心電機子コイルの端末結線ランドと、該端末結線ランドに接続された複数の透孔が備えられ、前記接続端子部の先端が前記透孔に填め込まれて少なくとも前記印刷配線板の他側で結線されたものである。

図１は、本発明の軸方向空隙型ロータを備えた軸方向空隙型コアレスモータの断面図である。（実施例１）。
図２は、図１のロータの底面側から見た平面図である。
図３は、図１のロータの上面図である。
図４は、コミュテータ片の斜視図である。
図５は、要部断面入りのブラシの平面図である。

この発明の軸方向空隙型ロータは、ここでは振動発生用として偏心ロータからなるもので説明する。
図１乃至図４において、印刷配線板１の一側中心に平板コミュテータＣを構成するコミュテータの基部２ａと、該基部２ａの半径方向外方に約６０°の配置開角で載置された３個の巻線型空心電機子コイル３Ａ、３Ｂ及び３Ｃとが中心を介して反対側に配した後述の偏心ウエイトＷと共に、熱変形温度が２５０℃の樹脂２で一体成形される。

平板コミュテータＣは、前記基部２ａと、該基部２ａに互いに隔離されて放射状に配されたもので各々平面状の摺接部４ａと該摺接部４ａから一体に前記印刷配線板１へ向かうように軸方向に延設された接続端子部４ｂを備えた６個のコミュテータ片４とからなる。
このコミュテータ片４の摺接部４ａは、摩耗があっても十分整流性を維持できるように０．１５ｍｍ以上、好適には０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍの厚みとし、少なくともブラシとの摺接面を貴金属で０．０８ｍｍ程度クラッドして形成している。
このコミュテータ片４を斜めのスリット（ここでは０．１５ｍｍ幅を有する）を介して正確に載置するには、前記基部２ａに形成されたもので前記摺接部４ａと全く同一な形状の凹部２ｂを位置決めガイドとしている。ここでは、さらに軸方向の動きを防止するために前記基部２ａの中心の立ち上がり部分２ｃを少し潰して係止させている。

前記基部２ａには、さらに接続端子部４ｂがはめられる孔２ｄが形成され、その先の前記印刷配線板１には、前記接続端子部４ｂの先端４ｃがはめ込まれるスルーホールの透孔１ａが設けられ、図３に示すように該印刷配線板１の他側の前記スルーホールの透孔１ａに前記接続端子部４ｂの先端４ｃが半田結線される。このスルーホールの透孔１ａは、回転中心に対して向かい会う同士が印刷形成パターンでショートされ、さらに火花消去用印刷抵抗が隣り合ったスルーホールの透孔１ａ間に接続されている。

前記印刷配線板１は、前記空心電機子コイル３Ａ、３及び３Ｃの内径ガイド孔１ｃとこれに続いて長孔１ｂが各コイルの巻き厚みを横切るように各々形成される。そして巻線型空心電機子コイル３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの巻き始め端末が、長孔１ｂを通り、前記印刷配線板１の外周に形成した３個の端末結線ランド１ｅに半田付けされ接続される。

また前記印刷配線板１は、外径の一部が各コイルの配置外径より小になるように端末導出用切欠き１ｄを設けており各コイルの巻き終わり端末がこの端末導出用切欠き１ｄを通って端末結線ランド１ｆに結線されている。この端末結線ランド１ｆには、スター結線用の各巻き終わり端末が一括して結線して半田付けされる。従って、前記空心電機子コイル３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの各端末は印刷配線板１とコイル自体で挟まれて潰して断線させてしまうことはない。

前記偏心ウエイトＷは、偏心ロータに構成するために比重１８程度のタングステン合金製で、前記印刷配線板１のない部分に主要部分が露出されると共に、外周が樹脂内に埋め込まれるもので重量補填を兼ねた軸方向抜け止めＷａと、前記孔２ｄの外周を利用した径方向抜け止めＷｂが形成されている。
よって偏心ウエイトの重量があっても耐衝撃性が確保され、前記巻線型空心電機子コイルと偏心ウエイトの比重差により大きな偏心量が得られる。

この偏心ロータＲは、さらに中心に含油軸受Ｊが一体に埋め込まれ、ケース９とブラケット６からなるハウジングＨに固定された軸７を介して回転自在に格納される。
ここでは、軸固定型として軸７は先端が予めケース９の中心に配された小径の透孔９ａを有する凹所９ｂにはめ込まれ、レーザ溶接Ｌ１で先端が固定されている。
そしてこの軸７にスラストワッシャＳＷを介して偏心ロータＲが回転自在に装着され、前記平板コミュテータＣに軸方向から摺接されたブラシＢとこのブラシＢの外方で前記ブラケット６に配されたマグネット８と空隙を介して対向させている。
軸７の基端は、ブラケット６の中心に配された小径の透孔６ａを有する凹所６ｂに填め込まれ、外方から必要に応じてレーザ溶接Ｌ２され、ブラケット６の外周部とケース９の開放端部はレーザ溶接Ｌ３されて組み立てられる。

ここでブラシＢは、図５に示すように正負の摺接部が９０°開角で前記平板コミュテータＣに摺接されるようになっていて、ブラケット６に配したブラシベース６ｃに基端で半田付けされ植設される。このようなブラシＢは、厚みが０．０３ｍｍ〜０．０８ｍｍ、特に好ましくは厚みが０．０５ｍｍ程度のばね性洋白の２本のフォーク型に連結してプレス加工したブラシバネ部Ｂａと、このブラシバネ部Ｂａに同一ピッチでプレス加工し重ね合わせてスポット溶接される、厚みが０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ好ましくは厚みが０．１５ｍｍ程度の貴金属クラッドした摺動片Ｂｂとからなり、連結部分を切り離して使用される。

上記の実施例は、軸方向空隙型ロータとして振動モータにしたもので説明したが、軸固定型は出力軸がモータより突き出ていないので、たとえば、特許第３３９８５４６号に示すような通常回転型ギヤードモータに応用できる。
また、姿勢が許容されれば軸回転型にも採用できる。
さらに、ロータには焼結含油軸受を内蔵したものを説明したが、樹脂自体に摺動性を持たせた樹脂軸受にしてもよい。

本発明の軸方向空隙型ロータを備えた軸方向空隙型コアレスモータの断面図である。 図１のロータの底部側から見た平面図である。 図１のロータの上平面図である。 コミュテータ片の斜視図である。 要部断面入りのブラシの平面図である。

符号の説明

１ 印刷配線板
１ａ 透孔
１ｂ 長孔
１ｃ 内径ガイド孔
１ｄ 端末導出用切欠き
１ｅ 端末結線ランド
１ｆ 端末結線ランド
２ 樹脂
２ａ 基部
２ｂ 位置決めガイド
２ｄ 孔
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ 巻線型空心電機子コイル
４ コミュテータ片
４ａ 摺接部
４ｂ 接続端子部
４ｃ 先端
６ ブラケット
６ａ 透孔
６ｂ 凹所
６ｃ ブラシベース
７ 軸
８ マグネット
９ ケース
Ｂ ブラシ
Ｃ 平板コミュテータ
Ｊ 含油軸受
Ｒ 偏心ロータ
ＳＷ スラストワッシャ
Ｗ 偏心ウエイト

Claims (4)

1. 印刷配線板と、
   該印刷配線板の一側に配された巻線型空心電機子コイルと、
   該印刷配線板の一側の回転中心に配された平板コミュテータとからなる軸方向空隙型ロータであって、
   前記平板コミュテータは基部と、該基部に位置決めガイドを介して互いに隔離されて配されたもので平面状の摺接部と、該摺接部から一体に前記巻線型空心電機子コイルの厚みを通して前記印刷配線板へ向かう軸方向に延設された接続端子部を備えた複数のコミュテータ片とからなり、
   前記印刷配線板には、さらに前記巻線型空心電機子コイルの端末結線ランドと、該端末結線ランドに接続された複数の透孔が備えられ、
   前記コミュテータ片の前記接続端子部の先端が前記透孔に填め込まれて結線された軸方向空隙型ロータ。
2. 前記巻線型空心電機子コイルの少なくとも一部と重畳しないようにタングステン合金製偏心ウエイトが前記巻線型空心電機子コイルと共に樹脂で固着された請求項１に記載の軸方向空隙型ロータ。
3. 請求項１または２に記載の軸方向空隙型ロータを用いた軸方向空隙型コアレスモータであって、前記軸方向空隙型ロータは中心に軸支承部が構成されたもので、該軸方向空隙型ロータはハウジングに軸を介して回転自在に装着され、前記平板コミュテータに軸方向から摺接されたブラシと該ブラシの外方に配されたマグネットと、これらを格納するハウジングが備えられた軸方向空隙型コアレスモータ。
4. 前記平板コミュテータのコミュテータ片は前記平面状の摺接部が少なくとも０．１５ｍｍの厚みがあるもので少なくとも摺接面が貴金属で形成され、前記ブラシは厚みが０．０３ｍｍ〜０．０８ｍｍのばね材と、該ばね材に配された少なくとも０．１ｍｍの厚みがある摺接部材とからなる請求項３に記載の軸方向空隙型コアレスモータ。
   

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