JP3776721B2 - 直流モータ及びその電機子構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話の着信振動発生装置等に使用される直流振動モータ等に適用され、特に小型化に適した直流モータ及びその電機子構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
小型の無線電話呼び出し装置や携帯電話等に利用される偏平型直流振動モータとして、従来より、例えば図15に示すように、回転子を偏心構造としたものが知られている(特開平6−205565号)。この振動モータは、環状に配置されて軸方向に着磁された4つの永久磁石101からなる固定子102と、この固定子102の永久磁石101と軸方向に対向する電機子103を備えた回転子104とからなり、回転子104の電機子103が、電流が供給される3つのコイル105を周方向に近接配置させて全体が扇状となるように構成することにより、回転子104を偏心構造としたものである。
【0003】
これら3つのコイル105に整流子106を介して電流が供給されると、その電流の向きと永久磁石101からの磁力線の向きとによってフレミングの左手の法則により回転子104の回転方向が決定される。整流子106を介した電流は、2つ以上のコイル105に同時に供給され、少なくともそのうちの2つのコイル105は他のコイル105の影響より勝るため、回転子104の停止位置に拘わらず、再起動が可能となる。
【0004】
このように3つのコイル105を回転子104の一方に偏らせた配置とすることで、回転子104が回転すると偏荷重により振動を発生する。このような3コイルモータでは、2つのコイルに流れる電流の向きが違う時でも、これらのコイルと相対する磁石の磁力方向が異なるように3つのコイルを配置することで、起動の方向を等しくすることができ、これにより回転子104の静止位置に拘わらずモータ起動を可能にすることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、携帯電話の普及に伴い、電車内等での着信振動を携帯電話本体ではなく、いつも身につけている腕時計等で感じることができるように、従来よりも更に小型の直流振動モータが望まれている。しかし、上述した従来の偏平型直流振動モータでは、周方向の一箇所に集中させるとは言うものの、三相コイルを周方向に並べて配置するので、回転子は、周方向にある程度大きくならざるを得ず、大きな偏心効果が得られないことから、人の身体に感じられる振動の強さにも限界があった。このため、これまでに市販されているこの種の振動モータの外径を小型化しようとすると、振動モータとしての機能を十分に達成できないという問題があった。
【0006】
そこで、小型でより高い偏心効果を得るため、例えば図16に示すように、回転子201の電機子202を、1又は2個のコイル203で構成した偏心直流振動モータも提案されている(特開平10−336983号)。このモータでは、整流子203が周方向に4分割され、対向する整流子分割体同士を共通接続すると共に、隣接する整流子分割体にそれぞれコイル203の始端と終端とを接続し、90°配列されたブラシを経由して整流子分割体に電流を供給する。回転子201が回転すると、回転角度90°毎にコイル203に流れる電流の向きが反転し、コイル203と対向する永久磁石101のN/S極の吸引、反発作用と、コイル203の磁気力とで回転子201が回転を持続する。
【0007】
しかし、1コイル型のモータでは、コイル203に流れる電流の向きが切り換わる点で、隣接する整流子分割体がブラシによって瞬間的に短絡される機構となっており、この場合、電源ショートになる。従って、このような電源ショートを生じさせないように、ブラシが何れの整流子にも接続されない無通電デッドポイントを設けるようにしている。ところが、このデッドポイントで回転子201が停止した場合、次の回転時にコイル203に電流が流れないため、起動不能になる。
そこで、このデッドポイントでの回転子の停止を防止して、確実な起動を確保するため、電機子202の一部に静止位置を規定する磁性体の鉄ピン205を設けるようにしている。
【0008】
しかし、鉄ピンによる起動位置規定を行うとしても、鉄ピンの存在自体が回転負荷となるうえ、ブラシと整流子との間の経年的な接触摩擦抵抗の増加により、この摩擦抵抗が鉄ピンと永久磁石との間の磁気力による正規の静止位置への復帰力に勝ってしまうと、結局、回転子は、デッドポイントで静止してしまうことになる。また、摩擦力よりも充分大きな磁気力が得られるように鉄ピンを配置すると、今度は回転子を始動させようとするコイルの磁気力が鉄ピンと永久磁石との磁気力を下回り、起動不能という事態を招来する。このため、磁性体のピンにより静止位置へ規定させる方式では、磁性体のピンやその配置の設定が難しいという問題がある。
【0009】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、より一層の小型化及び軽量化を図りつつ、十分な振動が得られ、しかもデッドポイントによる起動不能が発生することがない直流モータ及びその電機子構造を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第1の直流モータは、周方向の複数箇所に磁極を持つように軸方向着磁された環状の又は環状に配置された永久磁石からなる固定子と、この固定子に対して回転自在に設けられ前記永久磁石の磁極面と対向する電機子が回転軸に偏心固定された回転子と、この回転子の回転に伴って前記電機子に極性が順次反転する電流を供給する電流路を形成する整流子及びブラシからなる電流路形成手段とを有する直流モータにおいて、前記電機子は、前記回転子の回転軸を中心とした回転方向の位置である空間位相が等しくなるように同軸配置され一端が共通接続された第1のコイル及び第2のコイルを備え、前記電流路形成手段は、前記第1のコイルの一端、第2のコイルの一端及びこれらコイルの共通接続端に互いに一定の電気的位相差を持たせて電流をそれぞれ供給するものであることを特徴とする。
【0011】
また、本発明に係る第1の直流モータの電機子構造は、周方向の複数箇所に磁極を持つように軸方向着磁された環状の又は環状に配置された永久磁石からなる固定子に対して、回転子を回転自在に設けると共に、前記回転子の前記永久磁石の磁極面と対向する電機子が回転軸に偏心固定され、前記回転子の回転に伴って前記電機子に極性が順次反転する電流を供給する電流路を整流子及びブラシからなる電流路形成手段で形成した直流モータにおける電機子構造において、前記回転子の回転軸を中心とした回転方向の位置である空間位相が等しくなるように同軸配置され一端が共通接続された第1のコイル及び第2のコイルを備え、前記電流路形成手段により前記第1のコイルの一端、第2のコイルの一端及びこれらコイルの共通接続端に互いに一定の電気的位相差を持たせて電流をそれぞれ供給されるものであることを特徴とする。
【0012】
本発明に係る第2の直流モータは、周方向の複数箇所に磁極を持つように軸方向着磁された環状の又は環状に配置された永久磁石からなる固定子と、この固定子に対して回転自在に設けられ前記永久磁石の磁極面と対向する電機子が回転軸に偏心固定された回転子と、この回転子の回転に伴って前記電機子に極性が順次反転する電流を供給する電流路を形成する整流子及びブラシからなる電流路形成手段とを有する直流モータにおいて、前記電機子は、前記回転子の回転軸を中心とした回転方向の位置である空間位相が等しくなるように同軸配置された第1のコイル及び第2のコイルと、これら第1及び第2のコイルと回転方向に隣接するように配置された第3のコイルとを備え、前記電流路形成手段は、前記第1乃至第3のコイルに電気的位相を異ならせて電流をそれぞれ供給するものであることを特徴とする。
【0013】
また、本発明に係る第2の直流モータの電機子構造は、周方向の複数箇所に磁極を持つように軸方向着磁された環状の又は環状に配置された永久磁石からなる固定子に対して、回転子を回転自在に設けると共に、前記回転子の前記永久磁石の磁極面と対向する電機子が回転軸に偏心固定され、前記回転子の回転に伴って前記電機子に極性が順次反転する電流を供給する電流路を整流子及びブラシからなる電流路形成手段で形成した直流モータにおける電機子構造において、前記回転子の回転軸を中心とした回転方向の位置である空間位相が等しくなるように同軸配置された第1のコイル及び第2のコイルと、これら第1及び第2のコイルと回転方向に隣接するように配置された第3のコイルとを備え、前記第1乃至第3のコイルが前記電流路形成手段によって電気的位相を異ならせて電流をそれぞれ供給されるものであることを特徴とする。
【0014】
本発明の第1の直流モータ及びその電気構造によれば、電機子が空間位相を等しくするように配置された第1及び第2のコイルにより構成され、電流路形成手段によって前記第1及び第2のコイルに電気的位相が異なるように電流が供給されるので、電機子は、見かけ上1コイルモータと同様に構成することができ、偏心効果を高めることができる。しかも、本発明によれば、第1及び第2のコイルを設けたことにより、整流子とブラシとの位置関係において、短絡電流が生じないため、電気的無通電域(デッドポイント)がなく、電源供給さえ確実に行えばいつでもスムーズな回転が得られる。
【0015】
本発明に係る第1の直流モータ及び電機子構造の好ましい実施形態によれば、前記固定子は、例えば周方向に4つの磁極を有し、前記電機子の第1及び第2のコイルは、前記固定子の4つの磁極のうち1乃至2つの磁極を覆う大きさに同軸巻回されると共に、それらの一端が共通接続され、前記電流路形成手段を構成する整流子は、前記回転子に取り付けられて前記回転子の回転方向に6分割されると共に、各対向する分割体が共通接続されて各分割体の対が前記第1のコイル及び第2のコイルの各一端及び共通端にそれぞれ接続され、前記電流路形成手段を構成するブラシは、前記固定子に取り付けられて前記整流子に対して前記空間位相の差が90度となる位置関係をもってそれぞれ接続される2つのブラシからなるものである。
【0016】
なお、前記電機子は、前記第1及び第2のコイルが前記固定子の1つの磁極位置の真正面となる位置よりもずれた位置で静止するように静止位置を規定する磁性体からなる静止位置規定手段を備えていても良い。
【0017】
また、本発明に係る第2の直流モータ及びその電機子構造によれば、電機子が空間位相を等しくするように配置された第1及び第2のコイルと、これら第1及び第2のコイルと回転方向に隣接する第3のコイルとにより構成され、電流路形成手段によって前記第1乃至第3のコイルに電気的位相が異なるように電流が供給されるので、電機子は、見かけ上2コイルモータと同様に構成することができ、3コイルモータと比べて偏心効果を高めることができる。しかも、本発明によれば、3つのコイルに電気的位相が異なるように電流が供給されるので、電気的無通電区間(デッドポイント)が存在せず、常に確実な起動が可能である。磁性体のピンを使用しないため、製造工程が簡単で、回転負荷も軽減でき、起動時を含めて全体的な消費電力を低減することができるので、携帯電話のような低消費電力が要求される機器に好適となる。
【0018】
本発明に係る第2の直流モータ及びその電機子構造の好ましい実施形態によれば、前記固定子は、周方向に4つの磁極を有し、前記電機子の第1及び第2のコイルは、前記固定子の4つの磁極のうち1乃至2つの磁極を覆う大きさに同軸巻回され、前記第3のコイルは、前記第1及び第2のコイルが1つの磁極に正対するときに他の2つの磁極のほぼ中央に位置するように配置され、前記第1乃至第3のコイルは、それらの一端が共通接続され、前記電流路形成手段を構成する整流子は、前記回転子に取り付けられて前記回転子の回転方向に6分割されると共に、各対向する分割体が共通接続されて各分割体の対が前記第1乃至第3のコイルの各他端にそれぞれ接続され、前記電流路形成手段を構成するブラシは、前記固定子に取り付けられて前記整流子に対して前記空間位相の差が90度となる位置関係をもってそれぞれ接続される2つのブラシからなるものである。
【0019】
この場合、前記第1及び第2のコイルと、前記第3のコイルとを、空間位相の差がほぼ135°となる位置関係をもって配置するようにすると、第1及び第2のコイルが、磁石と正対する位置、即ち回転方向のいずれの向きにも回転力が発生してしまう位置で回転子が停止しても、第3のコイルは、必ず特定の回転の向きで起動されることになるので、起動不能は発生しない。
【0020】
なお、上記第1及び第2の直流モータおよびその電機子構造において、前記第2のコイルは前記第1のコイルの内側に同軸巻回されたものであっても良いし、前記第1及び第2のコイルは、2線コイルにより同時に形成されたものであってもよい。いずれの場合でも1コイル製造と製造工程は殆ど代わらないので、製造コストを抑えることができる。
【0021】
また、第1及び第2のコイルと回転方向に隣接するように比重の大きな分銅を配置するようにすると、第1及び第2のコイルが1箇所に集中して配置されていることから、第3のコイルを起動用として軽量化すれば、コイルと分銅とを殆ど片側に寄せて配置することができる。このため、外径寸法や厚みなどを増やすことなく、周方向の一部に電機子構造を集中させて高い偏心効果を得ることができ、モータの小型化及び軽量化を図りつつ、振動量を大幅に増加させることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施例を参照して、本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例に係る偏平型直流振動モータを示す分解斜視図、図2は平面図である。
この直流振動モータは、固定子1と、この固定子1に回転自在に装着された回転子2と、回転子2を密閉する円筒状のカバー3とにより、全体が偏平円筒状となるように構成されている。固定子1は、円盤状のプレート11と、このプレート11の上に、S極とN極とが交互に並ぶように、環状に配置されて軸方向に着磁された4つの永久磁石12と、プレート11の中央から立ち上がる回転子2の支持用の支持軸13と、周方向に隣接する永久磁石12の間の隙間からプレート11の中心部に向かって延びる、90度の空間位相の差をもって配置された2つのブラシ14,15とにより構成されている。また、回転子2は、支持軸13に回転自在に支持される回転軸21と、この回転軸21の周方向の一部に偏心状態で固定された電機子22と、回転軸21の外周面に配置された、周方向に6分割された整流子(コンミテータ)23とを備えて構成されている。整流子23は、ブラシ14,15と共に電流路形成手段を構成する。電機子22は、同軸巻回された第1のコイル24(外側のコイル)と、第2のコイル25(内側のコイル)と、これらコイル24,25を一体的に支持する樹脂フレーム27と、後述する位置規定用の磁性体のピン28とを含む。
【0023】
第1のコイル24及び第2のコイル25は、例えば図3に示すように、スター結線される。整流子23は、6分割された分割片のうち、対向する分割片同士が接続され、これら接続された分割片のペアがそれぞれ第1のコイル24の一端、第2のコイル25の一端及び第1及び第2のコイル24,25の共通端にそれぞれ接続される。この整流子23に対して90度の空間位相の差をもって配置されたブラシ14,15から電流が供給される。2つのブラシ14,15は、回転子2の回転に伴って、第1及び第2のコイル24,25の各一端、並びに共通端に接続された整流子23に順次接続される。これにより、同図(a)に示すように、回転子2が回転して一方のブラシ14(又は15)が整流子23の分割体の境界に位置したとき、電源からブラシ14→整流子23→第1及び第2のコイル24,25→整流子23→ブラシ15→接地の経路で電流が流れる。また、同図(b)に示すように、回転子2が回転してブラシ14,15が整流子23の各1つの分割体とそれぞれ接触したとき、電源からブラシ14→整流子23→第1及び第2のコイル24,25の少なくとも1つ→整流子23→ブラシ15→接地の経路で電流が流れる。このように、本発明では片方のブラシ14又は15が整流子23の隣接する分割片の中間位置に位置し、隣接する分割片がブラシ14又は15によって短絡されるようにしても、2コイル式であるから電源ショートは発生しない。
【0024】
図4は、この直流振動モータの動作を説明するためのトルク波形図であり、図中斜線を示した部分が電流供給区間を示している。図示のように、第1及び第2のコイル24,25には、電気的位相を異ならせて電流が供給される。コイルに電流が流れている時の発生トルクは、コイルと磁極位置との位置関係及び電流値によって決定されるが、第1のコイル24と第2のコイル25とは、空間的位相が等しいため、電流が供給されている期間での発生トルクはほぼ等しい。
【0025】
図中a〜fにおける回転子2と固定子1との位置関係を図5(a)〜(f)にそれぞれ対応して示す。a区間では、図5(a)に示すように、ブラシ14,15と整流子23との位置関係により、第1及び第2のコイル24,25に同じ向きの電流が流れる。2つのコイル24,25は、2つの永久磁石12を均等にまたがる位置を通過するので、コイル24,25には共に最も大きなトルクが発生する。
【0026】
時刻bでは、図5(b)のように、第1のコイル24については電流が継続的に流れるが、第2のコイル25への電流供給が断たれる。以後、区間cでは、同図(c)のように、第1のコイル24のみに電流が流れ、第1のコイル24のみに発生するトルクによって回転子2は回転する。
【0027】
時刻dになると、同図(d)のように、第1のコイル24への電流供給が断たれ、第2のコイル25への電流供給が開始されるが、その切り替わりの時点で瞬間的に電流が断たれる。勿論、ブラシ14,15が整流子23の2つの分割片に同時に接続される場合には、このような電流の瞬断はない。区間eでは、同図(e)のように、第2のコイル25のみに電流が流れ、次の磁極との関係で回転トルクが継続的に発生する。時刻fでは、第1のコイル24への電流供給が開始される。
【0028】
このように、この直流振動モータでは、電機子22がどの角度にあってもいずれか1つ以上のコイルにほぼ継続的に電流が流れる。第1,第2のコイル24,25に電流が流れると、永久磁石12の磁力線によってフレミングの左手の法則に従った一定の向きの回転トルクが発生する。もし第3のコイルを別個に設けて第1及び第2のコイル24,25と同軸配置したとすると、第3のコイルには、第1及び第2のコイル24,25とは別の向きの電流が流れ、磁力の向きが反対になるため、回転子2の回転負荷となることが予想されるが、この実施例のモータのように、3相のうちの2相分についてのみコイル24,25に電流を流し、他の1相分については省略しているので、上記のような回転負荷が生じることもなく、スムーズな回転が可能になる。回転子2が回転すると、電機子22が回転軸21に対して偏心しているため、遠心力により振動が発生する。
【0029】
このモータでは、整流子23の隣接分割片間が短絡しても、必ず電源間には、コイル24又は25が介在するので短絡電流は流れない。このため、隣接分割片間を極力短くすることができ、電流が流れないデッドポイントをゼロにすることができる。これにより、起動時に電流が流れずに起動不能になるという現象は防止することができる。
【0030】
しかし、第1及び第2のコイル24,25が1つの磁極の真上に位置した状態で停止すると、電機子22は、どちらの向きにでも回転可能になり、回転方向が定まらなくなる。このため、この実施例では、電機子22に磁性体からなる位置規定用のピン28を周方向に突出するように設けている。これにより、ピン28は、永久磁石12と永久磁石12との間の位置に磁力を受けて移動するので、電機子22の停止状態での位置は、図2に示すように、必ず一方の回転トルクを受ける位置に位置決めされることになる。この位置は図4及び図5におけるdのポイントである。
【0031】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではない。上記実施例では、第1のコイル24を外側巻線、第2のコイル25を内側巻線としたが、例えば図6に示すように、第1のコイル31及び第2のコイル32を2重巻線で同時に形成するようにしても良い。第1及び第2のコイル24,25をこのように2重巻線で形成すると、両コイル31,32に均等な回転トルクが発生するうえ、1巻コイルの作成と同様に作成することができるので、製造工程も簡単になる。
【0032】
また、図5に示した静止位置規制手段としてのピン28と同様の機能を有するものとして、図7に示すように、ピン33を、第1及び第2のコイル24,25と回転方向の端の位置で重なるように、且つ磁力線の向きに沿うように少し傾けて配置するようにしてもよい。このようにすることで、電機子22をよりコンパクトにすることができる。なおこの場合、ピン33の角度は、静止位置及び回転駆動に影響を及ぼさない程度の磁気吸引力を得るために適切な角度に決定すれば良い。
【0033】
図8は、本発明の更に他の実施例に係る偏平型直流振動モータを示す分解斜視図、図9は平面図である。
この直流振動モータは、電機子41の構造が図1のものと異なっている。電機子22は、同軸巻回された第1のコイル24(外側のコイル)及び第2のコイル25(内側のコイル)と、これらコイル24,25と周方向に隣接するように配置された第3のコイル(起動コイル)26と、これらコイル24,25及び26を一体的に支持する樹脂フレーム42とを含む。
【0034】
第1のコイル24、第2のコイル25及び第3のコイル26は、例えば図10に示すように、スター結線される。整流子23は、6分割された分割片のうち、対向する分割片同士が接続され、これら接続された分割片のペアがそれぞれ第1のコイル24の一端、第2のコイル25の一端及び第3のコイル26の一端にそれぞれ接続される。コイル24,25,26の他端は共通接続される。この整流子23に対して90度の空間位相の差をもって配置されたブラシ14,15から電流が供給される。2つのブラシ14,15は、回転子2の回転に伴って、第1乃至第3のコイル24,25,26の各一端に接続された整流子23に順次接続される。これにより、同図(a)に示すように、回転子2が回転して一方のブラシ14(又は15)が整流子23の分割体の境界に位置したとき、電源からブラシ14→整流子23→第1乃至第3のコイル24,25,26→整流子23→ブラシ15→接地の経路で電流が流れる。また、同図(b)に示すように、回転子2が回転してブラシ14,15が整流子23の各1つの分割体とそれぞれ接触したとき、電源からブラシ14→整流子23→第1乃至第3のコイル24,25,26の少なくとも2つ→整流子23→ブラシ15→接地の経路で電流が流れる。このように、本発明では片方のブラシ14又は15が整流子23の隣接する分割片の中間位置に位置し、隣接する分割片がブラシ14又は15によって短絡されるようにしても、3コイル式であるから電源ショートは発生しない。
【0035】
図11は、この直流振動モータの動作を説明するためのトルク波形図であり、図中斜線を示した部分が電流供給区間を示している。図示のように、第1乃至第3のコイル24,25,26には、電気的位相を例えば異ならせて電流が供給される。コイルに電流が流れている時の発生トルクは、コイルと磁極位置との位置関係及び電流値によって決定されるが、第1のコイル24と第2のコイル25とは、空間的位相が等しいため、電流が供給されている期間での発生トルクはほぼ等しい。
【0036】
図中a〜fにおける回転子2と固定子1との位置関係を図12(a)〜(f)にそれぞれ対応して示す。a区間では、図12(a)に示すように、電源→ブラシ14→整流子23→第2のコイル25の内側から外側(時計回り)→第1のコイル24の内側から外側(時計回り)→整流子23→接地の順に電流が流れる。第1及び第2のコイル24,25は、同じ向きの電流が流れた状態で2つの永久磁石12を均等にまたがる位置を通過するので、コイル24,25には共に最も大きなトルクが発生する。
【0037】
時刻bでは、図12(b)のように、電源につながるブラシ14が第2のコイル25の内側端につながる整流子23と第3のコイル26の外側端につながる整流子23との境界に位置され、第3のコイル26の外側から内側(反時計回り)に電流が流れ始めるから、瞬間的に3つのコイル24〜26に電流が流れるが、直後に第2のコイル25への電流供給が断たれる。以後、区間cでは、同図(c)のように、第1のコイル24及び第3のコイル26に電流が流れ、第1のコイル24及び第3のコイル26に発生するトルクによって回転子2は回転する。
【0038】
時刻dになると、同図(d)のように、接地につながるブラシ15が第1のコイル24の外側端につながる整流子23と第2のコイル25の内側端につながる整流子23との境界に位置するので、第2のコイル25への電流供給が開始されるが、第1のコイル24に流れる電流とは反対の向きの電流が流れ、直後に第1のコイル24に流れる電流が断たれる。このとき、第1及び第2のコイル24,25は、永久磁石12に正対する位置にあり、この第1及び第2のコイル24,25によってはトルクは発生しない。しかし、第3のコイル26には電流が流れ続け、最大のトルクを発生する。区間eでは、同図(e)のように、第2のコイル25と第3のコイル26に電流が流れ、次の磁極との関係で回転トルクが継続的に発生する。時刻fでは、第1のコイル24への電流供給が開始されるが、直後に第3のコイル26への電流の供給が断たれる。第2のコイル25には電流が流れ続ける。
【0039】
このように、この直流振動モータでは、電機子41がどの角度にあってもいずれか2つ以上のコイルにほぼ継続的に電流が流れる。第1乃至第3のコイル24,25,26に電流が流れると、永久磁石12の磁力線によってフレミングの左手の法則に従った一定の向きの回転トルクが発生する。もし第3のコイル26を第1及び第2のコイル24,25と同軸配置したとすると、第3のコイル26には、第1及び第2のコイル24,25とは別の向きの電流が流れ、磁力の向きが反対になるため、回転子2の回転負荷となる。また、図12(d)で示すように、コイル24,25が磁石と正対する位置では、いずれのコイルにもトルクが発生しないことになるので、この位置で停止すると、起動不能になることが予想される。しかし、この実施例のモータのように、3コイルのうちの2コイル24,25についてのみ同軸配置し、残りの1コイル26についてはこれらと空間位相が異なるように配置しているので、回転負荷は生じることがなく、また、同図(d)の位置で回転子21が停止しても、第3のコイル26によってスムーズな起動が可能になる。効率的な起動を行うためには、図9に示すように、第1及び第2のコイル24,25と第3のコイル26との空間位相の差を135°とすることが望ましい。
【0040】
回転子2が回転すると、電機子41が回転軸21に対して偏心しているため、遠心力により振動が発生する。このモータでは、2つのコイル24,25を周方向の1箇所にまとめて配置しているため、高い偏心効果を得ることができる。
【0041】
また、このモータは、3コイル型であるから、整流子23の隣接分割片間がブラシ14又は15を介して短絡されても、必ず電源間には、コイル24,25,26のうちの少なくとも2つが介在するので短絡電流は流れない。即ち、1コイル型の場合には、たまたまコイルが存在しない二相間を介して電源〜接地間に短絡電流が流れてしまうことがある。このため、1コイル型の場合には、整流子23の隣接分割片間でブラシ14,15による短絡が起こらないように周方向に隣接する分割片の間隔をある程度広くする必要がある。このため、電流が流れないデッドポイントが発生する。この点、この実施例では、隣接分割片間が短絡しても電源〜接地間で短絡電流は流れないので、隣接分割片間を極力短くすることができ、電流が流れないデッドポイントをゼロにすることができる。これにより、起動時に電流が流れずに起動不能になるという現象は防止することができる。
【0042】
図13は、本発明の更に他の実施例に係る偏平型直流振動モータを示す分解斜視図である。この実施例では、電機子51は、第1及び第2のコイル24,25に隣接する位置に分銅29を設け、コイル24,25,26と分銅29とを樹脂フレーム52で一体化したものである。分銅29は、偏心効果を高めるためには、例えばその比重ができるだけ高いこと(例えば10以上)が望ましく、磁気力や渦電流による回転負荷を軽減するためには、非磁性体で且つ非導電体であることが必要である。分銅29の大きさは、例えば1つの永久磁石12よりも僅かに大きめとし、極力、第1及び第2のコイル24,25の近傍に配置すると、より偏心効果を高めることができる。
【0043】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではない。上記実施例では、第1のコイル24を外側巻線、第2のコイル25を内側巻線としたが、例えば図14に示すように、第1のコイル31及び第2のコイル32を2重巻線で同時に形成するようにしても良い。第1及び第2のコイル24,25をこのように2重巻線で形成すると、両コイル31,32に均等な回転トルクが発生するうえ、1巻コイルの作成と同様に作成することができるので、製造工程も簡単になる。
【0044】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の第1の直流モータ及びその電機子構造によれば、電機子が空間位相を等しくするように配置された第1及び第2のコイルにより構成され、前記第1及び第2のコイルの少なくとも1つに電流を供給するように構成されているので、電機子は、見かけ上1コイルモータと同様に構成することができ、偏心効果を高めることができる。また、第1及び第2のコイルにはいつでも電流が流れるので、電気的無通電域(デッドポイント)がなく、スムーズな起動が可能である。
【0045】
また、本発明の第2の直流モータ及びその電機子構造によれば、電機子が空間位相を等しくするように配置された第1及び第2のコイルと、これら第1及び第2のコイルと回転方向に隣接する第3のコイルとにより構成され、電流路形成手段によって前記第1乃至第3のコイルに電気的位相が異なるように電流が供給されるので、電機子は、見かけ上2コイルモータと同様に構成することができ、3コイルモータと比べて偏心効果を高めることができる。しかも、本発明によれば、3つのコイルに電気的位相が異なるように電流が供給されるので、電気的無通電区間(デッドポイント)が存在せず、常に確実な起動が可能になる。また、第1及び第2のコイルと回転方向に隣接する第3のコイルとによる構成のため、その円周内に振動を大きくさせる分銅を配置できるスペースを確保することができ、振動モータとしての振動量の増加対策上も有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る直流振動モータの分解斜視図である。
【図2】 同直流振動モータの平面図である。
【図3】 同直流振動モータの回路図である。
【図4】 同直流振動モータの発生トルクと時間との関係を示す図である。
【図5】 同直流振動モータのトルク発生原理を説明するための図である。
【図6】 本発明の他の実施例に係る直流振動モータの平面図である。
【図7】 本発明の更に他の実施例に係る直流振動モータの平面図である。
【図8】 本発明の更に他の実施例に係る直流振動モータの分解斜視図である。
【図9】 同直流振動モータの平面図である。
【図10】 同直流振動モータの回路図である。
【図11】 同直流振動モータの発生トルクと時間との関係を示す図である。
【図12】 同直流振動モータのトルク発生原理を説明するための図である。
【図13】 本発明の更に他の実施例に係る直流振動モータの分解斜視図である。
【図14】 本発明の更に他の実施例に係る直流振動モータの平面図である。
【図15】 従来の3コイル型直流振動モータの平面図である。
【図16】 従来の1コイル型直流振動モータの平面図である。
【符号の説明】
1,102…固定子、2,104…回転子、3…カバー、11…プレート、12,101…永久磁石、13…支持軸、14…ブラシ、21…回転軸、22,41,51…電機子、23…整流子、24,31…第1のコイル、25,32…第2のコイル、26…第3のコイル、27,42,52…樹脂フレーム、28…ピン、29…分銅。
Claims (11)
- 周方向の複数箇所に磁極を持つように軸方向着磁された環状の又は環状に配置された永久磁石からなる固定子と、
この固定子に対して回転自在に設けられ前記永久磁石の磁極面と対向する電機子が回転軸に偏心固定された回転子と、
この回転子の回転に伴って前記電機子に極性が順次反転する電流を供給する電流路を形成する整流子及びブラシからなる電流路形成手段と
を有する直流モータにおいて、
前記電機子は、前記回転子の回転軸を中心とした回転方向の位置である空間位相が等しくなるように同軸配置され一端が共通接続された第1のコイル及び第2のコイルを備え、
前記電流路形成手段は、前記第1のコイルの一端、第2のコイルの一端及びこれらコイルの共通接続端に互いに一定の電気的位相差を持たせて電流をそれぞれ供給するものである
ことを特徴とする直流モータ。 - 前記固定子は、周方向に4つの磁極を有し、
前記電機子の第1及び第2のコイルは、前記固定子の4つの磁極のうち1乃至2つの磁極を覆う大きさに同軸巻回されると共に、それらの一端が共通接続され、
前記電流路形成手段を構成する整流子は、前記回転子に取り付けられて前記回転子の回転方向に6分割されると共に、各対向する分割体が共通接続されて各分割体の対が前記第1のコイル及び第2のコイルの各一端及び共通端にそれぞれ接続され、
前記電流路形成手段を構成するブラシは、前記固定子に取り付けられて前記整流子に対して前記空間位相の差が90度となる位置関係をもってそれぞれ接続される2つのブラシからなるものであることを特徴とする請求項1記載の直流モータ。 - 周方向の複数箇所に磁極を持つように軸方向着磁された環状の又は環状に配置された永久磁石からなる固定子と、
この固定子に対して回転自在に設けられ前記永久磁石の磁極面と対向する電機子が回転軸に偏心固定された回転子と、
この回転子の回転に伴って前記電機子に極性が順次反転する電流を供給する電流路を形成する整流子及びブラシからなる電流路形成手段と
を有する直流モータにおいて、
前記電機子は、前記回転子の回転軸を中心とした回転方向の位置である空間位相が等しくなるように同軸配置された第1のコイル及び第2のコイルと、これら第1及び第2のコイルと回転方向に隣接するように配置された第3のコイルとを備え、
前記電流路形成手段は、前記第1乃至第3のコイルに電気的位相を異ならせて電流をそれぞれ供給するものである
ことを特徴とする直流モータ。 - 前記固定子は、周方向に4つの磁極を有し、
前記電機子の第1及び第2のコイルは、前記固定子の4つの磁極のうち1乃至2つの磁極を覆う大きさに同軸巻回され、前記第3のコイルは、前記第1及び第2のコイルが1つの磁極に正対するときに他の2つの磁極のほぼ中央に位置するように配置され、前記第1乃至第3のコイルは、それらの一端が共通接続され、
前記電流路形成手段を構成する整流子は、前記回転子に取り付けられて前記回転子の回転方向に6分割されると共に、各対向する分割体が共通接続されて各分割体の対が前記第1乃至第3のコイルの各他端にそれぞれ接続され、
前記電流路形成手段を構成するブラシは、前記固定子に取り付けられて前記整流子に対して前記空間位相の差が90度となる位置関係をもってそれぞれ接続される2つのブラシからなるものである
ことを特徴とする請求項3記載の直流モータ。 - 前記第1及び第2のコイルと回転方向に隣接するように配置された分銅を更に備えてなることを特徴とする請求項3又は4記載の直流モータ。
- 前記第1乃至第3コイルと分銅とは、樹脂フレームで一体に固定されていることを特徴とする請求項5記載の直流モータ。
- 前記第1及び第2のコイルと、前記第3のコイルとは、前記空間位相の差がほぼ135°となる位置関係をもって配置されていることを特徴とする請求項4記載の直流モータ。
- 前記第2のコイルは前記第1のコイルの内側に同軸巻回されたものであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の直流モータ。
- 前記第1及び第2のコイルは、2線コイルにより同時に形成されたものであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の直流モータ。
- 周方向の複数箇所に磁極を持つように軸方向着磁された環状の又は環状に配置された永久磁石からなる固定子に対して、回転子を回転自在に設けると共に、前記回転子の前記永久磁石の磁極面と対向する電機子が回転軸に偏心固定され、前記回転子の回転に伴って前記電機子に極性が順次反転する電流を供給する電流路を整流子及びブラシからなる電流路形成手段で形成した直流モータにおける電機子構造において、
前記回転子の回転軸を中心とした回転方向の位置である空間位相が等しくなるように同軸配置され一端が共通接続された第1のコイル及び第2のコイルを備え、前記電流路形成手段により前記第1のコイルの一端、第2のコイルの一端及びこれらコイルの共通接続端に互いに一定の電気的位相差を持たせて電流をそれぞれ供給されるものである
ことを特徴とする直流モータの電機子構造。 - 周方向の複数箇所に磁極を持つように軸方向着磁された環状の又は環状に配置された永久磁石からなる固定子に対して、回転子を回転自在に設けると共に、前記回転子の前記永久磁石の磁極面と対向する電機子が回転軸に偏心固定され、前記回転子の回転に伴って前記電機子に極性が順次反転する電流を供給する電流路を整流子及びブラシからなる電流路形成手段で形成した直流モータにおける電機子構造において、
前記回転子の回転軸を中心とした回転方向の位置である空間位相が等しくなるように同軸配置された第1のコイル及び第2のコイルと、
これら第1及び第2のコイルと回転方向に隣接するように配置された第3のコイルとを備え、
前記第1乃至第3のコイルが前記電流路形成手段によって電気的位相を異ならせて電流をそれぞれ供給されるものである
ことを特徴とする直流モータの電機子構造。
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