JP3985964B2 - ディテントトルク発生手段を有するステータと同ステータを備えた軸方向空隙型ブラシレスモータ - Google Patents

Description

この発明は、移動体小型通信装置の無音報知源やマッサージャの振動源として好適なディテントトルク発生手段を有するステータと同ステータを備えた軸方向空隙型ブラシレスモータに関する。

近年移動体通信装置において振動モータもサイレントアラーム手段の他に振動を利用する機能を付加したものが出始めている。このような場合は、従来の円筒型、あるいは扁平型のブラシタイプのものでは、どうしても摺動部分があるので寿命が比較的問題となってくる。
従来より、ブラシレスモータは、３相で３個のホールセンサを備えたものがあるが、フアンモータにする場合は、構成が簡単な単相型空心電機子ステータを備えたものか（特許文献１参照）、３相のセンサレス型ステータを備えたものが知られている。ところで、ブラシレスモータとして取り扱いの利便性から通常のブラシ型モータと同様に給電端子を正負の２端子、すなわち、駆動回路を内蔵したものが望まれる（特許文献２、３参照）

通常は自起動ができない単相の空心電機子コイルからなるステータを備えたものでは、自起動ができるようにロータを所要の位置に停止させておく手段としてデイテントトルク発生用磁性体をステータ側に配置させる必要がある。しかも薄型で小型な軸方向空隙型ブラシレスでは、内蔵する駆動回路部材と共にこのディテントトルク発生部材の配置には格別の配慮が必要となる。このようなディテントトルク発生部材の配置実施例として先に特許第３５３７８１５号を提案している。（特許文献３参照）
特開平１１−８９５１号 特開２００２−１４２４２７号 特許第３５３７８１５号

しかしながら、最近の径方向のサイズが１０ｍｍ以下のような小型なものが要求されるようになると、単相型であっても巻線型空心電機子コイルの占める面積が大となって２個の巻線型空心電機子コイルを配置したものでは、駆動回路部材を格納させることに苦労する。
そこで、この発明の目的は、巻線型空心電機子コイルを少なくしても起動が容易にできると共に、ディテントトルク発生手段として電機子コイル型にしてトルク発生に寄与しながらディテントトルク用磁性体を厚みをほとんど無視できるようなものにして空隙が犠牲にならないようにし、小型化のために主要磁界に配置しながらも巻数の少ない印刷配線型空心電機子コイルを巧みに利用することによって適度な停止トルクが得られるようにして損失の少なくするもので、すなわち、自己起動できない単相電機子コイル型に採用した場合であっても最大トルクが得られる位置に停止させることによって起動が確実にできるようにするものである。

上記課題を解決するには、請求項１に示すように軸方向空隙型マグネットが備えられたロータを駆動するステータであって、印刷配線板からなるステータベースは少なくとも１個の巻線型空心電機子コイルが配されると共に少なくとも１個の印刷配線型空心電機子コイルとが形成され、該印刷配線型空心電機子コイルの少なくとも一部に磁性薄膜を形成することによって前記ロータと組みあわせてデイテントトルクを発生させることで達成できる。
具体的には、請求項２に示すように前記巻線型空心電機子コイルは前記印刷配線板の第１面に配されると共に、該印刷配線型空心電機子コイルは少なくとも一部が第２面に形成されて前記巻線型空心電機子コイルと単相に結線されており、前記磁性薄膜は磁性メッキで形成され、さらに、該印刷配線板の前記第１面に平面視で巻線型空心電機子コイルと重畳しないように駆動回路部材が配されたものがよい。
そして、これらのステータを使用して軸方向空隙型ブラシレスモータにするには、請求項３に示すように請求項１又は２に記載のステータに組み合わせるロータは０．２ｍｍ以下で厚みがあるロータヨークと該ロータヨークに保持された前記軸方向空隙型マグネットと、該マグネットの外方で前記ロータヨークに配された偏心ウエイトからなり、軸を介してヨークブラケットとカバー部材に回転自在に格納されたものにすると達成できる。

請求項１の発明によれば、印刷配線型空心電機子コイルの一部に配されたディテントトルク発生手段は磁性薄膜で形成されたため、厚みがほとんど無視できることになるので、この部分の空間が活用でき、主要磁界が生ずる空隙が犠牲にならないし、停止トルクも適度になるので、磁束のロスも少なくでき、さらに印刷配線型電機子コイルによってトルク発生に寄与できる。
請求項２の発明にすれば、巻線型空心電機子コイルは１個で済むので構成が簡単で組立も容易となり、印刷配線型空心コイルも数量を増やすことによってトルクの発生に寄与でき、駆動回路も容易に搭載できる。
請求項３の発明では、極めて薄く、起動が確実で、コスト的にも有利な軸方向空隙型振動モータが得られる。

印刷配線板からなるステータベースの第１の面に１個の巻線型空心電機子コイルが配されると共に第２の面に３個の印刷配線型空心電機子コイルが形成され、該印刷配線型空心電機子コイルの少なくとも一部を磁性メッキすることによって前記ロータと組みあわせてデイテントトルクを発生させ、巻線型空心電機子コイルに重畳しないように駆動回路部材を配したものである。
図１は、この発明のステータを示し、ステータベースの第１面側からみた平面図で、図２は、図１のステータベースの第２面側からみた平面図である。（実施例１）
図３は、図１のステータを備えた扁平ブラシレス振動モータの断面図である。
図４は 図２の変形例で印刷配線型空心電機子コイルを６個形成したものでステータベースの第２面側からみた平面図である。（実施例２）
図５は、図４の結線関係の説明図である。

図１、図２において、ステータを構成するヨークブラケット１は、非磁性もしくは弱磁性を有するステンレス板で厚みが０．１ｍｍないし０．２ｍｍの薄型で構成され、中央にバーリング状に突き立てた軸支承部１ａがある。この軸支承部１ａには０．６ｍｍ程度の細手の軸２がその基端を圧入することによって立設され、この周囲に薄い印刷配線板からなるステータベース３が接着などで載置される。ここで軸２が圧入だけで強度が確保できない場合は、基端を外側（この図１では紙面の裏側）からレーザ溶接Ｙするのがよい。前記ステータベース３には、第１の面（上面）に１個の巻線型空心電機子コイル４が載置される。図２の第２の面（下面）は３個の印刷配線空心電機子コイル４ａ、４ｂ、４ｃが１２０°の配置開角で形成される。組み合わせるロータ側のマグネットの極数に応じてコイルの開角や数が決まるが、ここでは、組み合わせるロータ側のマグネット８は６極で構成される。
各空心電機子コイル４、４ａ、４ｂ、４ｃは、両端の有効導体部分が組み合わせるマグネット８のＮＳ極にそれぞれかかるように設定されてそれぞれスルーホール、巻き終わり側は巻き方向などを変えて直結されてシリーズに結線され、スルーホール等を介して第１の面側の前記巻線型空心電機子コイル４にもシリーズに結線されて単相の電機子を構成している。前記印刷配線空心電機子コイル４ａ‥‥の表面は、部分的に磁性薄膜Ｍ、Ｍ１として１０ミクロン程度の純鉄などの磁性メッキが施される。
この磁性メッキの位置は、有効導体部の位置のＭと、組み合わせるマグネットのニュートラルにかかるようにした無効導体部の位置のＭ１との組み合わせで構成している。（以下磁性薄膜をここでは磁性メッキという。）
これによって組み合わせる軸方向空隙型マグネット８の磁界を受けて各空心電機子コイルの有効導体部は確実にマグネットの最大磁界に停止することになる。そして、この磁性メッキ面は前記ヨークブラケット１に添設させたとき絶縁する必要があるためレジスト処理される。
なお、各印刷配線型空心電機子コイルは一組の単相の空心電機子コイルとしてシリーズに結線させるには、内径部分のスルーホールは必要であるが、ここでは詳細な説明は省略する。

前記ステータベース３の第１の面側の巻線型空心電機子コイル４に重畳しない位置で、１個のホールセンサｈと、このホールセンサｈの出力を受ける集積化された駆動回路部材Ｄｒが配置され、前記空心電機子コイル４と共に紫外線硬化型樹脂５で固着される。この樹脂５は、後記図３に示すように空隙を決める最大の載置部材、ここでは駆動回路部材Ｄｒの上面には出ないようになっている。また、これらの各部材は一般的な射出成形樹脂で一体成型しても良い。
ここでホールセンサｈと駆動回路部材Ｄｒは対向して配置させているが、このように限定する必要はなく、このようなステータＳは、ヨークブラケット１の外周の一部が側方に突き出されて給電端子載置部１ｂとして形成され、ステータベース３のやはり外周の一部に突き出したほぼ同寸の給電端子３ａを保護している。
ホールセンサｈは出力アップのために平面視で裏側（第２の面側）の前記印刷配線型空心電機子コイルの磁性メッキＭされた位置に配されるのが良い。このようにするとホールセンサｈの出力は十分に得られ、ディテントトルク発生部としての磁性メッキの位置、巻線型空心電機子コイルの位置及び印刷配線空心電機子コイルの形成位置関係は、各空心電機子コイルの有効導体部は想像線で示すような組み合わせるマグネット８の磁極の磁界中に位置されるように設定される。磁性メッキＭ、Ｍ１は前記マグネット８の磁力によって停止させておくに当たって全姿勢で最小の起動トルクが得られるようにその位置が設定される。すなわち、最大磁界である磁極のほぼ中心が各空心電機子コイル４、４ａ、４ｂ、４ｃの有効導体部上に停止することになるので起動トルクが大きく得られ、起動が容易となる。このようにすると、デイテントトルク発生部材は印刷配線空心電機子コイルに部分的に形成した磁性メッキＭによるので厚みがほとんど無視されるので薄型に構成できる。 なお、磁性メッキの厚みが少ないことによるディテントトルクが少ない場合は、メッキする位置を多くすることもでき、組み合わせるマグネットのニュートラル部が跨るように複数の無効導体部に磁性薄膜Ｍ１として形成しても良い。

このようなステータを使用して軸方向空隙型ブラシレスモータ、特に、ここではロータを偏心させたブラシレス振動モータにするには、図３に示すようなものとなる。すなわち、この偏心ロータＲを構成する一部材である薄いヨーク板６には、希土類磁石粉末を焼成した軸方向空隙型マグネット８が接着される。この薄いヨーク板６は、前記軸方向空隙型マグネット８の磁界を受ける平坦部６ｈとこの平坦部６ｈに一体の外径側垂下部６ａと内径側垂下部６ｂを有し、前記軸方向空隙型マグネット８を囲うようになっているので、このマグネット８は強い接着力を得ている。弧状の偏心ウエイト９を固着する外径側垂下部６ａには、２個の舌片６ｃが前記外径側垂下部６ａに一体に水平に法線方向外方に突き出されると共に、フランジ６ｄが前記内径側垂下部６ｂから水平に内方に突き出され、前記舌片６ｃに合致する凹所９ａをはめ込んで受け止めするように偏心ウエイト９を配着し、前記マグネットの内径側で前記内径側垂下部６ｂから内方に一体に突き出されたフランジ６ｄに鍔付き焼結含油軸受７が鍔部をカシメＫによって取り付けられる。

このようにすれば、弧状の偏心ウエイト９を凹所９ａと前記舌片６ｃをろう付あるいは接着で固定して偏心ロータＲとして容易に構成できる。ここでは、強度を確保するために前記ヨークブラケット１の中央の軸支承部に圧入して基端をレーザ溶接Ｙされた軸２に、前記偏心ロータＲを回転自在に装着するのであるが、格納するに当たっては、ブレーキ損失を軽減させるために２枚〜３枚に積層したスラストワッシャＳ１を介して前記軸２に回転自在に装着される。その後、薄い非磁性ステンレス材からなる浅いキャップ状のカバー部材１０が被せられ、前記軸の先端が前記カバー部材１０の中央に形成された軸装着孔１０ａにはめ込まれる。ここで、この軸装着孔１０ａは先端が軸径よりさらに細くなっており、軸２の先端が突き出ないようになっていてこの先端部分は衝撃時の変形予防のために前記カバー部材１０にレーザスポット溶接Ｙされると共に、カバー部材１０の開口縁は前記ヨークブラケット１の外周部１ｃにレーザスポット溶接Ｌで組み付けられる。
したがって、このように軸の端部を含めて溶接によってモノコック構造に組み立てられるので、薄手、細手の部材を使用しても強度が十分得られることになる。

このようにステータベース３上に設けた巻線型空心電機子コイル４、ホールセンサｈおよび駆動回路部材ＤｒなどからなるステータＳは、偏心ロータＲと共にハウジングを構成するカバー部材１０の内部に格納することによってモータ外部へは給電端子載置部１ｂから一対の電源端子３ａを導出するだけでよいので、ブラシレスモータでありながら通常のモータと同様に取り扱うことができる。
カバー部材１０は非磁性オーステナイト系ステンレスにすれば、断熱効果があるので、リフローに耐えられる。

図４はステータベースに形成される前記印刷配線型電機子コイルとして単相ながら巻数を確保するために６個で形成したものを示している。各印刷配線型電機子コイル４ｄ〜４ｉは、内径部巻始めはスルーホールを介して、外径部同士は巻き方向を変えたりして直接結線されるが、図示すると複雑となるので省略し、図５のイメージで示すように結線状態となるようにしてある。ここでも、磁性薄膜としての磁性メッキＭは、想像線で示すような組み合わせるマグネット８のニュートラルの位置を避けるように設定され、無効導体部の磁性メッキＭ１は、ニュートラル部になるように設定される。これによって６個の印刷配線型電機子コイル４ｄ〜４ｉの有効導体部と、第１面側の巻線型空心電機子コイル４の有効導体部はマグネット８の最大磁界中に停止することになるので、電流の方向を矢印の向きに与えれば全コイルにマグネットを同一方向に駆動する起磁力が発生して起動が容易となる。

上記各実施例はブラシレス振動モータを例示したが、ステータとしては通常回転型ブラシレスモータ、例えば、ロータにフアンを取り付けたフアンモータとして使用することもできる。また磁性薄膜として磁性メッキからなるものを示したが、磁性粉末を溶解した塗料を印刷しても良い。さらに、巻線型空心電機子コイルはサイズ、コストが供されれば２個以上使用したものでも良い。
この発明は、その技術的思想、特徴から逸脱することなく、他のいろいろな実施の形態をとることができる。そのため、前述の実施の形態は単なる例示に過ぎず限定的に解釈してはならない。この発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示すものであって明細書本文には拘束されない。

この発明のステータとしてステータベースの第１面側からみた平面図である。 図１のステータベースの第２面側からみた平面図である。（実施例１） 図１、図２のステータを備えた扁平ブラシレス振動モータの断面図である。 図２の変形例で印刷配線型空心電機子コイルを６個形成したものでステータベースの第２面側からみた平面図である。（実施例２） 図４の結線関係の説明図である。

符号の説明

１ ヨークブラケット
２ 軸
３ ステータベース
４ 巻線型空心電機子コイル
４ａ〜４ｉ 印刷配線型空心電機子コイル
５ 樹脂
６ 薄いヨーク板
７ 軸受
８ 軸方向空隙型マグネット
９ 偏心ウエイト
１０ カバー部材
Ｍ、Ｍ１ 磁性薄膜
ｈ ホールセンサ
Ｄｒ 駆動回路部材

Claims (3)

1. 軸方向空隙型マグネットが備えられたロータを駆動するステータであって、印刷配線板からなるステータベースは少なくとも１個の巻線型空心電機子コイルが配されると共に少なくとも１個の印刷配線型空心電機子コイルとが形成され、該印刷配線型空心電機子コイルの少なくとも一部に磁性薄膜を形成することによって前記ロータと組みあわせてデイテントトルクを発生させることを特徴とするディテントトルク発生手段を有するステータ。
2. 前記巻線型空心電機子コイルは前記印刷配線板の第１面に配されると共に、該印刷配線型空心電機子コイルは少なくとも一部が第２面に形成されて前記巻線型空心電機子コイルと単相に結線されており、前記磁性薄膜は磁性メッキで形成され、さらに、該印刷配線板の前記第１面に平面視で巻線型空心電機子コイルと重畳しないように駆動回路部材が配された請求項１に記載のディテントトルク発生手段を有するステータ。
3. 請求項１又は２に記載のステータに組み合わせるロータは０．２ｍｍ以下で厚みがあるロータヨークと該ロータヨークに保持された前記軸方向空隙型マグネットと、該マグネットの外方で前記ロータヨークに配された偏心ウエイトからなり、軸を介してヨークブラケットとカバー部材に回転自在に格納されたことを特徴とする軸方向空隙型ブラシレスモータ。

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