JP4163701B2 - 振動発生用ステッピングモータ - Google Patents
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Description
(1)アンバランスウエイト108をロータ110内部に収納するために、相互に高い寸法精度が要求され、そのため製造工程が多くなり、
(2)ロータ回転時に不要な振動が発生したり固着箇所が破損してアンバランスウエイト108が勝手に動いたりしないように且つ適切な取り付け位置となるように取り付けなければならず、できあがり精度が要求され、
(3)アンバランスウエイト108がシャフト117の上部側にのみ偏在しているため、軸方向の振動も発生し、半径方向の振動が有効に取り出せないこととなり効率が悪い、
(4)アンバランスウエイト108は、ロータ110と別体のため、ロータ110に組み込むための工程が余計に必要となり、
(5)ロータ110の上面側は、内側リング部112と外側リング部115の環状板部113を3本の渡り部分116で連結しているため、開口118ができる。この開口118のため、アンバランスウエイト108をロータ110に取り付けたとき、取り付け面積が少なくなり、結局、支持強度が小さくなる。
この例では、回転子121の外周に偏重心を形成する異形部分123を有するリング122を嵌め込むだけで、回転子121自体に偏重心加工する必要がないため、製造コストが安くなる利点がある。
(6)回転子121の外周形状に合ったリング122に一体に異形部分123を形成しているので、リング122と異形部分123の製造は容易であるが、リング122を取り付ける対象の回転子121部分、即ち、3個のコイル126a、126b、126cをシャフト127を含めてエンジニアリングプラスチックで一体成型した部分128は、金属製のリング122とは別体で形成しなければならず、それらを回転子121として形成するまでの工程が多くなる。
(7)回転子121の外周形状に合ったリング122に一体に異形部分123を形成しているので、リング122と異形部分123の製造は容易であるが、リング122を取り付ける対象の回転子121部分、即ち、3個のコイル126a、126b、126cをシャフト127を含めてエンジニアリングプラスチックで一体成型した部分128は、金属製のリング122とは異なる膨張係数等を有するので、該部分128とリング122は、乖離し、振動が発生するおそれがある。また、異種材料のため機械的な強度が不足するおそれがある。
(8)界磁マグネット124の外周側に外周空間125を形成しなければならないので、界磁マグネット124の形状に制約が出て、磁力に制約が生じる。
(9)この例は回転子121が軸方向対向型のため、回転子121にコイル126a、126b、126cを設ける。そのため、回転子121にリング122を設けると、回転子121にはコイル126a、126b、126cとリング122を設けなければならない。その結果、回転子121はコイル126a、126b、126cを設けるためにリング122とおなじ材料で形成することができない。
(10)この例はブラシ129とコンミテータ130を有するため、ブラシ129の損傷やコンタミが発生する問題があり、又起動および停止のときに回転速度の変化があり速度が一定しない。
これは、半導体集積技術が後れていたことから、狭い携帯電話器の中にモータの制御回路まで含むような回路を特別に製作することが困難であり、主に、価格が安く、故障が少ない点でブラシ付DCモータが用いられていた。
しかし、ステッピングモータを振動モータに用いる例は、特殊な用途に限定される。
樹脂材料を円盤状に成形した樹脂ベース141に磁性体からなるリング状のステータヨーク142と配線部としてのフレキシブルなリング状の回路基板143が固着されている。この回路基板143は絶縁材料からなり、その回路基板143上には扁平型で平面視で扇状の空芯コイル144が後述する回転子150の回転中心Lのまわりに90°間隔で4つ配置されている。
(1)回転子150のロータヨーク148とウエイト部材151とを別体に形成し、組み合わせなければならないので、それぞれ寸法精度が要求され、別体成形したものを組み立てる組立工程が必要となり、
(2)ロータヨーク148の偏心位置を正しく検出し、そこへウエイト部材151を強固に固着しなければならないため、位置会わせ作業および製造工程が増え、
(3)空芯コイル144を用いているため、コイル形状が小さくできず且つ磁極数を多くすることができず、従ってステップ数を多くすることができない。また、コアレス構造のため、磁気回路のパーミアンスが低く、永久磁石使用量が多くなる。
(4)永久磁石149と空芯コイル144からなる磁気回路は軸方向対向型なので、半径方向対向型と比べ回転のための磁力が弱く、このため、振動を強力且つ有効に取り出せない。また、ウエイト部材151は、ロータヨーク148の外側に配置され且つ形状が小型の扇形であるため、振動を強力且つ有効に取り出せない。
本発明の目的は、 前記問題点に鑑み、制御が簡単で、大きな振動を発生し、且つ、駆動トルクを効率よく発生させることができる振動発生用ステッピングモータを提供することにある。
(a)ロータフレームの一部にウエイト部を一体に設ける、
(b)マグネットを、リングマグネット、又はリングマグネットと外部の補極マグネットで構成し、リングマグネットを構成する複数の磁極対の内の少なくとも1磁極対の各磁極NSの回転方向長さ(磁極の回転方向の長さ)を他の磁極対のそれぞれの磁極の均一な回転方向長さと異ならせて(不均一)調節するか又は外部の補極マグネットの位置を調節して起動位置を調節する。
(c)一対のステータヨークの櫛歯状に配置した極歯の回転方向長さを一部不均一にして起動位置を調節する。例えば、一方のステータヨークの極歯の数を5としたとき、通常、一対のステータヨークの間の極歯ピッチは36°となる。そこで、極歯の幅を一部不均一にするために、隣接する極歯対間のピッチ(間隔)を「36°+9°+α°」(但し、αは任意の角度)にずらし、ずらした極歯対の間では、一方の極歯の回転方向長さを長くし、他方の極歯の回転方向長さを短くする。不均一にする極歯の数は任意に選べる。
(a−1)マグネットのバックヨークとして機能するウエイト部をロータフレームの一部に一体に設ける、
(b−1)マグネットを、リングマグネット、又はリングマグネットと外部の補極マグネットで構成し、リングマグネットを構成する複数の磁極対の内の少なくとも1磁極対の各磁極NSの回転方向長さ(磁極の回転方向の長さ)を他の磁極対のそれぞれの磁極の均一な回転方向長さと異ならせて(不均一)起動位置を調節するか又は外部補極マグネットの位置を調節して起動位置を調節する。
(c−1)一対のステータヨークの櫛歯状に配置した極歯の回転方向長さを一部不均一にして起動位置を調節する。
(A−1)起動位置を適切な位置にするために、リングマグネットを構成する複数の磁極対の内の少なくとも1磁極対の各磁極NSの回転方向長さ(磁極の回転方向の長さ)を他の磁極対のそれぞれの磁極の均一な回転方向長さと異ならせて(不均一)調節するか、又は、
(B−1)起動位置を適切な位置にするために、リングマグネットと組み合わせて用いる外部の補極マグネットの位置を調節するか、又は、
(C−1)起動位置を適切な位置にするために、一対のステータヨークの櫛歯状に配置した極歯の回転方向長さを一部不均一となるように調節する。
(a−2)ウエイト部をロータフレームの一部に一体に設ける、
(b−2)マグネットを、リングマグネットで構成し、リングマグネットを構成する複数の磁極対の内の少なくとも1磁極対の各磁極NSの回転方向長さ(磁極の回転方向の長さ)を他の磁極対のそれぞれの磁極の均一な回転方向長さと異ならせて(不均一)調節して起動位置を調節する。
(c−2)一対のステータヨークの櫛歯状に配置した極歯の回転方向長さを一部不均一にして起動位置を調節する。
本発明のインナーロータ型振動発生用ステッピングモータは、ロータを、シャフトと、マグネットと、ロータフレームから構成し、ロータフレームは、中心に開口を有する円板部と、該円板部の周囲に連設する円筒部とからなる略カップ状に構成され、ロータフレームの一部に該ロータフレームの重心が該ロータフレームの中心から偏心するようにウエイト部が設けられ、N極とS極を有する一対の磁極対を環状に複数対連設したリングマグネットが前記シャフトに設けられ、ステータを、環状のステータコイルと、該ステータコイルを、極歯を櫛歯状に歯合した状態に両側から把持するステータヨークから構成し、ステータヨークの半径方向内側の極歯に対向して前記マグネットを配置し、ステータの内側にロータのリングマグネットを設け、
(A−2)起動位置を適切な位置にするために、リングマグネットを構成する複数の磁極対の内の少なくとも1磁極対の各磁極NSの回転方向長さ(磁極の回転方向の長さ)を他の磁極対のそれぞれの磁極の均一な回転方向長さと異ならせて(不均一)調節するか又は、(B−2)起動位置を適切な位置にするために、一対のステータヨークの櫛歯状に配置した極歯の回転方向長さを一部不均一となるように調節する。
(1)振動発生用ステッピングモータにおいて、ロータは、シャフトと、マグネットと、ロータフレームを備え、前記ロータフレームは、中心に開口を有する円板部と、該円板部の周囲に連設する円筒部とからなる略カップ状に構成され、該ロータフレームの一部に該ロータフレームの重心が該ロータフレームの中心から偏心するようにウエイト部が設けられており、ステータは、環状のステータコイルと、該ステータコイルを極歯により櫛歯状 に歯合した状態に両側から把持するステータヨークを備え、前記略カップ状のロータフレ ーム内に前記ステータが配置されており、前記ステータヨークの一極歯対の隣接極歯対と の極歯ピッチを増減して不均一極歯ピッチとするとともに、不均一極歯ピッチになる前記 一極歯対のうち一方の極歯は回転方向長さの極歯幅が長くなり、他方の極歯は極歯幅が短 くなるようにして、前記ロータを一方向に起動するように起動位置を調節したことを特徴とする。
(2)上記(1)記載の振動発生用ステッピングモータにおいて、前記マグネットは磁極対を環状に複数対連設したリングマグネットとして構成することを特徴とする。
(3)上記(1)又は(2)のいずれか1項記載の振動発生用ステッピングモータにおいて、前記マグネットは前記ウエイト部を含む前記ロータフレームの内側に設けられていることを特徴とする。
(4)上記(1)又は(2)のいずれか1項記載の振動発生用ステッピングモータにおいて、前記ステータヨークの半径方向外側の前記極歯に対向して前記ロータの前記マグネットを配置したことを特徴とする。
(5)上記(1)又は(2)のいずれか1項記載の振動発生用ステッピングモータにおいて、前記ステータヨークの半径方向内側の前記極歯に対向して前記シャフトに前記マグネットを配置したことを特徴とする。
(6)上記(1)乃至(5)のいずれか1項記載の振動発生用ステッピングモータにおいて、前記ロータを一方向に起動するように、前記リングマグネットと組み合わせて用いる外部補極マグネットの位置を調節することを特徴とする。
(7)上記(1)乃至(6)のいずれか1項記載の振動発生用ステッピングモータにおいて、前記ロータおよび前記ステータを覆うようにカバーを設け、前記マグネットを、前記リングマグネットと補極マグネットで構成し、前記補極マグネットを前記カバーに取り付け、前記ロータを一方向に起動するように、前記補極マグネットの取り付け位置を調節して起動位置を調節するようにしたことを特徴とする。
(1)ロータフレームは、その一部にウエイト部を一体に設けているので、ロータフレームと別体にウエイト部を設けるのとは異なり、本来ロータフレームが占めるべき空間も含めてウエイト部が設けられるので、ロータフレームの本来有るべき形状を維持しながら、ウエイト部の質量多くできるので、好ましい形状を維持しながら強烈な振動を発生することができる。
(2)ロータフレームとウエイト部をバックヨークとして用いるので、モータの発生磁束の利用効率を向上することができ、それに伴い起動、停止および回転速度特性を良好にして機動性を向上し、また、ウエイト部の形状をロータフレームの形状に合わせて大きくし、アンバランスを大きくして発生振動を大きくできる。
(3)マグネットを、リングマグネット、又はリングマグネットと外部の補極マグネットで構成し、リングマグネットを構成する複数の磁極対の内の少なくとも1磁極対の各磁極NSの回転方向長さ(磁極の回転方向の長さ)を他の磁極対のそれぞれの磁極の均一な回転方向長さと異ならせて(不均一)調節するか又は外部の補極マグネットの位置を調節して起動位置を調節することができるので、調節用の部品点数を少なくでき、また、外部補極マグネットによりモータ完成後に、最適位置に合わせこむことが可能となり、また、累積誤差を削減することができ、全体的には組立精度を向上することができる。
(4)一対のステータヨークの櫛歯状に配置した極歯の回転方向長さを一部不均一にして起動位置および停止位置を調節することができるので、発生トルクを減少させずに、且つ部品点数を削減せずに、前記調節を行うことができる。
アウターロータ型振動発生用ステッピングモータ1は、インターフェース基板2と、カバー3と、ロータ4と、ステータ5からなる。
リングマグネット9は、N極とS極からなる磁極対を5対環状に連設してある。
実施例1では、リングマグネット9のN極またはS極の単一磁極の回転方向長さ(円弧長)はすべて同じに形成されている。
(A−1)起動位置を適切な位置にするために、リングマグネットを構成する複数の磁極対の内の少なくとも1磁極対の各磁極NSの回転方向長さ(磁極の回転方向の長さ)を他の磁極対のそれぞれの磁極の均一な回転方向長さと異ならせて(不均一)起動位置を調節するか、又は、
(B−1)起動位置を適切な位置にするために、リングマグネットと組み合わせて用いる外部の補極マグネットの位置を調節するか、又は、
(C−1)起動位置を適切な位置にするために、一対のステータヨークの櫛歯状に配置した極歯の回転方向長さを一部不均一となるように調節する。
(駆動回路)
本発明の振動発生用ステッピングモータは、加速、定速、減速という速度特性で制御される。加速時は、スロースタートで、例えば0.3〜0.5秒で定速まで立ち上げる。
起動位置調節手段をまとめて説明する。
(1)リングマグネット9は、ステータヨーク6の極歯6hと同じ磁極ピッチ(間隔)の磁極対からなるリングマグネット9と、回転方向にピッチをずらした補極マグネットを設ける。リングマグネットの磁束量<補極マグネットの磁束量に設定する。
(2)リングマグネット9の少なくとも1磁極対をステータヨーク6の極歯ピッチと異なる磁極ピッチとする。
(3)一対のステータヨーク6の極歯位相をずらすか、又は、ステータヨーク6の極歯形状を非対称とする。
(4)ステータヨーク6の極歯6hとリングマグネット9とのギャップを不均一にする。
(5)補極マグネットを単極にする。
上記(1)〜(3)の具体的な例を以下の実施例2〜4で説明する。
アウターロータ型は、ロータフレーム11の一部にウエイト部13を設けるので、ロータフレーム11とウエイト部13の収納空間を共用することができ、ウエイト部13を回転部分の最外側に配置することができるので、半径が長くとれ、このため強い振動を発生できる。また、ステッピングモータは、ブラシが無いため、他のブラシレスモータと同様にメンテナンスの必要がほとんど無くなり、長寿命にできる。
補極マグネット14は、ステータヨーク6の極歯ピッチよりも狭い円弧長を有し、半径方向にN極およびS極と着磁されていて、ステータコイル8の励磁電流を切った後のロータ4の停止位置をずらすように機能させる。補極マグネット14のカバー3上の取り付け位置は、所期の機能を奏する限り任意の位置に設けることができる。
リングマグネット9の少なくとも1磁極対におけるN極とS極の磁極ピッチL1、L2を他の磁極対の磁極ピッチL0と比べ不均一に形成する。
リングマグネット9は、1個の環状マグネットを多極着磁して形成するか、又は、軸中心から半径方向にNS又はSNと着磁した1磁極対のマグネットを10個、内周面に沿って交互に異なる磁極となるようにリング状に連設して一体化した構成とする。
本発明の起動位置調節手段(3)は、一対のステータヨークの極歯位相をずらすか、又は、ステータヨークの極歯形状を非対称とするように構成する。
ディテントトルクは、図6(a)では、大略0、18、36、54、72度でゼロ値をとる。これに対し、例えば、4度ずれると、4、22、40、58度でゼロ値をとる。
このデータから、極歯ピッチを9度前後進めると、起動特性が改善されることがわかる。
ロータフレーム(I)30の断面は中央に開口を有するコ字状に形成される。全体は、中央に開口を有する円板部30aとその周囲に直角に立設した円筒部30bからなるカップ状に構成される。
(1)リングマグネット(I)27は、ステータヨーク(I)25の極歯25hと同じ磁極ピッチの磁極対からなるリングマグネット(I)27を設ける。リングマグネット(I)27の磁束量<補極マグネットの磁束量に設定する。
(2)リングマグネット(I)27の少なくとも1磁極対をステータヨーク(I)25の極歯ピッチと異なる磁極ピッチとする。
(3)一対のステータヨーク(I)25の極歯位相をずらすか、又は、ステータヨーク(I)25の極歯形状を非対称とする。
(4)ステータヨーク(I)25の極歯25hとリングマグネット(I)27とのギャップを不均一にする。
2 インターフェース基板
3 カバー
3a 円板部
3b 円筒部
4 ロータ
5 ステータ
6 ステータヨーク
6a 第1ステータヨーク
6b 第2ステータヨーク
6c 第3ステータヨーク(センターヨーク)
6d 開口
6e 切れ込み
6f 円板部
6g 円筒部
6h 極歯
7 コイルボビン
8 ステータコイル
9 リングマグネット
10 シャフト
10a 細径突部
11 ロータフレーム
11a 開口
11b 円板部
11c 円筒部
12 軸受
13 ウエイト部
14 補極マグネット
20 インナーロータ型振動発生用ステッピングモータ
21 インターフェース基板(I)
21a 立上部
22 軸受用基板
22a 立下部
23 ロータ(I)
24 ステータ(I)
25 ステータヨーク(I)
25a 第1ステータヨーク(I)
25b 第2ステータヨーク(I)
25c 第3ステータヨーク(I)
25d 環状板部
25e 円筒部
25f 切れ込み
25h 極歯
26 軸受(I)
27 リングマグネット(I)
28 シャフト(I)
29 ウエイト部(I)
30 ロータフレーム(I)
30a 円板部
30b 円筒部
Claims (7)
- ロータは、シャフトと、マグネットと、ロータフレームを備え、前記ロータフレームは、中心に開口を有する円板部と、該円板部の周囲に連設する円筒部とからなる略カップ状に構成され、該ロータフレームの一部に該ロータフレームの重心が該ロータフレームの中心から偏心するようにウエイト部が設けられており、
ステータは、環状のステータコイルと、該ステータコイルを極歯により櫛歯状に歯合し た状態に両側から把持するステータヨークを備え、前記略カップ状のロータフレーム内に 前記ステータが配置されており、
前記ステータヨークの一極歯対の隣接極歯対との極歯ピッチを増減して不均一極歯ピッ チとするとともに、不均一極歯ピッチになる前記一極歯対のうち一方の極歯は回転方向長 さの極歯幅が長くなり、他方の極歯は極歯幅が短くなるようにして、前記ロータを一方向 に起動するように起動位置を調節したことを特徴とする振動発生用ステッピングモータ。 - 前記マグネットは磁極対を環状に複数対連設したリングマグネットとして構成することを特徴とする請求項1記載の振動発生用ステッピングモータ。
- 前記マグネットは前記ウエイト部を含む前記ロータフレームの内側に設けられていることを特徴とする請求項1又は2のいずれか1項記載の振動発生用ステッピングモータ。
- 前記ステータヨークの半径方向外側の前記極歯に対向して前記ロータの前記マグネットを配置したことを特徴とする請求項1又は2のいずれか1項記載の振動発生用ステッピングモータ。
- 前記ステータヨークの半径方向内側の前記極歯に対向して前記シャフトに前記マグネットを配置したことを特徴とする請求項1又は2のいずれか1項記載の振動発生用ステッピングモータ。
- 前記ロータを一方向に起動するように、前記リングマグネットと組み合わせて用いる外部補極マグネットの位置を調節することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の振動発生用ステッピングモータ。
- 前記ロータおよび前記ステータを覆うようにカバーを設け、前記マグネットを、前記リングマグネットと補極マグネットで構成し、前記補極マグネットを前記カバーに取り付け、前記ロータを一方向に起動するように、前記補極マグネットの取り付け位置を調節して起動位置を調節するようにしたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の振動発生用ステッピングモータ。
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