JP4187773B1 - 薄型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振動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ディテントトルク発生部材を厚みが全く無視できるように配置し、ステータベースのコイル配置エリア部分を削除してコイルの厚みを確保し、トルクアップを図る。
【解決手段】中央に軸支持部が配された非磁性又は弱磁性体のブラケット１の上面に絶縁皮膜１ｇを介して複数の空心電機子コイル５が配され、この空心電機子コイル５に重畳しないようにステータベース４が添設され、ステータベース４に駆動回路部材Ｄが配され、組み合わせるロータの磁極の開角となるように少なくとも一対に形成されたディテントトルク発生部材３が絶縁皮膜１ｇから突き出ないようにブラケット１に埋め込まれた。
【選択図】 図４

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薄型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振動モータに関する。

軸方向空隙型ブラシレス振動モータとしてコアレススロットレス型で１個の軸受からなるものが提案されている。（特許文献１、特許文献２参照）
駆動回路付きのブラシレス振動モータとしては、複数個等分に配置した突極に電機子コイルを巻回してなるコアード型で駆動回路部材をステータの側方に配置した非円形なものが知られている。（特許文献３参照）
しかしながら、このようなものは、側方向のサイズが大となってしまい、セットの印刷配線板に配置するＳＭＤ方式では実装効率が悪く、またコアード型のため、厚みが大とならざるを得ず実用性がない。
また、コアード、コアレススロットレス型を含んだもので複数個の電機子コイルの一部を削除して空所を設け、この空所に駆動回路部材を配置したものが提案されている。（特許文献４参照）
実開平４−１３７４６３号公報 特開２００２−１４３７６７号公報 特開２０００−２４５１０３号公報 特開２００２−１４２４２７号公報（図８〜図１１）

ところで、１個のホールセンサで駆動させる単相型では、ステータ側に組み合わせるロータのマグネットの磁極位置を次回確実に起動させるために特定の位置に停止させておくディテントトルク発生部材が必要である。
このディテントトルク発生部材は、従来では厚みがあるので、ブラケット上に配置するものでは、配置空間がなかなか取れず、モータ自体の薄型化に対して逆行する問題となってしまう。一方、ディテントトルク発生部材を空心電機子コイルの内径部に格納させてディテントトルク発生部材の厚みを実質的に無視できるようにしたものも提案されているが、今度はサイズ的にコイルの外径が押さえられているので、コイル内径を大にするのは巻き数が大きくとれない問題があり、コイルの外径に配する場合は、組み合わせる軸方向空隙型マグネットの磁極に応じては最適な位置にならない場合がある。

すなわち、ディテントトルク発生部材の配置位置は、起動エラーをさけるために磁極の中心、あるいは磁極のニュートラルいずれの位置で停動してもよいようにコイルの中心から故意にずらす必要があるが、コイルの内径が小さいと、このずらし角を大にできない。
また所定のずらし角が維持できないとトルクに寄与する有効導体部の位置が犠牲となって起動トルクの減少を招く。このようなステータは、通常は印刷配線板上に空心電機子コイルを配置するのが一般的であるが、軸方向空隙型モータでは、薄型化を追い込むと、ステータベースの厚みが無視できず、空心電機子コイルの厚みが犠牲となってやはりトルクの低下を招く。

そこで、この発明は、ディテントトルク発生部材の配置厚みを全く無視できるようにして、コイルの内径大小に関わらず最適なディテントトルク発生部材の位置（コイル中心からのずらし角）が得られるようにし、併せてステータベースの厚みが無視できるようにしてその分をコイルの厚みとして増加させトルクアップ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、中央に軸支持部が配された非磁性又は弱磁性体からなるブラケットと、このブラケット上に添設され、空心電機子コイルの端末が結線されると共に駆動回路部材が配された印刷配線板からなるステータベースとが備えられ、前記ステータベースにはコイル装着ガイド孔が形成され、該コイル装着ガイド孔を介して前記空心電機子コイルが前記ブラケット上に配されて、前記空心電機子コイルと前記ステータベースが重畳しないように構成されており、前記ブラケットに形成された透孔にディテントトルク発生部材が埋め込まれ、該ディテントトルク発生部材の上面は前記ブラケットの上面と面一以下となるように設定されているもので達成できる。

具体的には請求項２に示すように、前記コイル装着ガイド孔に連続して前記ステータベースと前記ブラケットに前記空心電機子コイルの巻き始め端末導出用凹所が形成され、前記ブラケットには絶縁皮膜が少なくとも前記ディテントトルク発生部材を含めて前記空心電機子コイル配置エリアに形成されているものがよい。

また、請求項３に示すように、前記ブラケットには前記駆動回路の配置される位置に透孔が形成され、前記ステータベースはフレキシブル基板で構成され、該ステータベースは前記駆動回路部材が配される近傍に切り込みが形成され、該ステータベースを介して前記駆動回路部材が前記透孔に落とし込まれるようにして前記ステータベース、前記空心電機子コイル、及び前記駆動回路部材は、前記ブラケットに樹脂で一体化されているものがよい。

軸方向空隙型ブラシレス振動モータとしては、請求項４に示すように、請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄型ステータと、このステータに軸方向空隙を介して組み合わせたロータとが備えられ、前記ロータは前記軸支持部に支持された軸に回転自在に装着され、該ロータはロータヨークと、該ロータヨークに固着された複数の磁極を有する軸方向空隙型マグネットと、偏心ウエイトとが備えられ、このロータを覆うように外部ケースが前記ステータ外周に組み付けられたものがよい。

請求項１に示す発明では、ディテントトルク発生部材はブラケットの厚み内になるので、その厚みが実質的に無視できることになり、その結果、空心電機子コイルの内径に対して無関係の位置に設定して配することができるので、該空心電機子コイルは巻き数が十分に確保され、空心電機子コイルを配置するエリアにはステータベースがないので該コイルをその分だけトルクが十分得られるように厚くすることができる。

請求項２に示す発明では、絶縁皮膜が、コイルとブラケットの間に介在されているのでコイルの絶縁皮膜が傷ついたものでブラケットからの絶縁が確実となる。また、空心電機子コイルとステータベースを重畳させない手段はガイド孔であるので、コイルが２個以上の場合でも各コイルの位置が一定となり、空心電機子コイルの巻き始め端末導出用凹所によって巻き始め端末が断線することなく導出できる。

請求項３に示す発明では、ディテントトルク発生部材は組み合わせるロータの磁極開角にほぼ等しいか、もしくは整数倍の開角となるように少なくとも一対に形成されているので、磁気的吸着バランスが容易に得られ、ディテントトルク発生部材は厚みがブラケットに含まれてしまうので、その厚みは完全に無視できる。

請求項４に示す発明では、切り込みによってステータベースが容易に曲がるため、駆動回路部材が姿勢を実質的に低く配置でき、薄型ステータながら樹脂で一体化しているので各部材が骨幹として機能するため剛性がよくなり、耐衝撃性に富むものとなる。

請求項５に示す発明では、軸方向空隙型モータとしてディテントトルク発生部材の厚みが無視でき、空心電機子コイルの厚みがステータベース分だけ増加できるので、十分なトルクが得られる薄型軸方向空隙型振動モータが得られる。

図１はこの発明のステータを構成する主要部材としてブラケットの平面図、図２はブラケットに装着されるディテントトルク発生部材の平面図、図３は図１のブラケットに添設されるステータベースの平面図、図４はこれらの部材を備えたステータの組立図、そして、図５は、このようなステータを備えた軸方向空隙型ブラシレス振動モータの縦断面図である。

（第１の実施形態例）
図１、図２において、この発明のステータを構成するブラケット１は、非磁性又は弱磁性からなるステンレス板で厚みが０．２ｍｍ程度の薄板で形成される。またブラケット１は、中央の軸支持部１ａに軸２の基端が外方（図１の紙面の裏側）からレーザ溶接Ｌ１（後述の図５参照）で固定される。さらに、ブラケット１は軸２の径方向外方に中央側が連結されて径方向に向かってＶ字型に拡開されたもので、後述の組み合わせる軸方向空隙型マグネット１０の磁極の開角に等しい透孔１ｂが空けられる。なおブラケット１は、導電性又は非導電性の材料でもよい。

この透孔１ｂの位置は、後述の組み合わせる軸方向空隙型マグネット１０の磁極の開角と同じ６０°に設定し、磁極の中心、あるいは磁極のニュートラル、いずれの位置でも停止始動できるように後述の配置されるべき各空心電機子コイル５の中心から１５°の位置に設定される。この透孔１ｂは中心側で連結している。この空心電機子コイル５は、絶縁電線で構成されているので、そのまま接着することができる。

このようにするとブラケット１の中心側で連結され磁極の開角に等しく径方向に延設した４本の透孔１ｂが得られることになる。次に、軸２を介して透孔１ｂの反対側には後述のステータベース４に配置される駆動回路部材Ｄの位置に角形の貫通孔１ｃが空けられている。その径方向先の外周に突き出るように給電端子配置部１ｄが形成され、角形の貫通孔１ｃの両側に樹脂通過孔１ｅが空けられている。図中各１ｆは、後述の空心電機子コイル５の巻き始め端末を逃がすために設けた凹所であり、プレス成形で押圧形成されるが、後述のように樹脂６で一体成形する場合は樹脂で塞がるので貫通した長孔にしてもよい。このようにしたブラケット１は、各空心電機子コイル５との絶縁をより確実にするため、たとえば０．０２ｍｍ程度の厚みのあるレジストによる絶縁皮膜１ｇが少なくとも後述のディテントトルク発生部材３やブラケット１の空心電機子コイル５の載置エリアに塗布される。また絶縁皮膜１ｇは、作業上からブラケット１の全面に塗布することもできる。なお絶縁皮膜１ｇは、絶縁性のある薄いシートやフィルムであってもよい。

この透孔１ｂには、厚みが０．１５ｍｍ程度のＳＵＳ４３０などの磁性ステンレス板からなる中心側が連結したディテントトルク発生部材３が圧入などによって埋め込まれ、その上面はブラケット１の上面と面一以下となるように設定される。なお、このディテントトルク発生部材３には、後述の空心電機子コイル５が重畳して配される。このディテントトルク発生部材３は径方向に延設した各部分の開角が、これと組み合わせる軸方向空隙型マグネット１０の磁極開角に等しいため、一対のＮ、Ｓ極が交互に現れる。従って磁気的なバランスがよいものとなる。

さらに、ブラケット１が少し厚みのあるものが許容できれば、透孔１ｂの代わりの凹所をプレス成形し、この凹所にディテントトルク発生部材３を埋め込むようにしたものでもよい。また、ディテントトルク発生部材３の構造は、ディテントトルク発生機能を果たすものであれば、組み合わせる軸方向空隙型マグネット１０の磁極の開角に厳密に一致させる必要はない。

図３、図４において、厚みが０．１２ｍｍ程度のフレキシブル基板（印刷配線板）からなるステータベース４は、中心にブラケット１の軸支持部１ａに合わせて中央孔４ａが空けられている。この中央孔４ａの径方向外周に空心電機子コイル５の外形に部分的に合わせた連結型コイル装着ガイド孔４ｂが空けられていて、ここでは６０°の配置ピッチで４個の空心電機子コイル５が装着できる構造となっている。

よって、４個の空心電機子コイル５は、ステータベース４と重畳しないようにコイル装着ガイド孔４ｂを介してブラケット１にそれぞれ装着されている。また空心電機子コイル５は全て同じ厚みであり、ブラケット１に接着剤によって固着されている。

このコイル装着ガイド孔４ｂには、一部分に巻き始め端末導出用凹所として切り込み４ｂｂが形成されて空心電機子コイル５の巻き始め端末を導出させるようになっている。さらに、このコイル装着ガイド孔４ｂの各外径側中間には、印刷配線により、単相結線用に結線ランド４ｃが形成され、このコイル装着ガイド孔４ｂの軸２を介した反対側には、２個の単相結線終端結線ランド４ｄが形成され、これに挟まれるように駆動回路部材Ｄの半田植設ランド４ｅが形成され、その先で給電端子ランド４ｆが形成される。

駆動回路部材Ｄの半田植設ランド４ｅの両側には、この部分のステータベース４が容易に折り曲げ変形できるように細長い切り込み４ｇが形成されている。また角形の貫通孔１ｃには、少なくとも駆動回路部材Ｄの半田植設ランド４ｅを形成した部分のステータベース４が落とし込まれ、この部分の実質的なステータベース４の厚みが無視できるようになっている。さらに、このステータベース４には、ブラケット１に形成された樹脂通過孔１ｅと平面で同位置に同様な樹脂通過孔４ｈが形成されている。半田植設ランド４ｅには、ホールセンサが内蔵された単相全波モータ駆動回路部材Ｄが想像線で示す位置に半田植設され、その先の給電端子ランド４ｆから電力を供給される。この駆動回路部材Ｄは、サイズが２ｍｍ〜２．２ｍｍ角、厚み０．５ｍｍ程度のものが採用され、必要に応じてＰＷＭ駆動する方式のものなど４端子ピン以外に、起動時、定常時の２段階ドライブが可能な多端子ピン型のものも採用できる。空心電機子コイル５は、コイル装着ガイド孔４ｂよりやや小に形成し、ＵＶ硬化型嫌気性接着剤で中心に向かっている方をそろえるようにしてブラケット１に接着されるので、各空心電機子コイル５の位置が一定となる。

このように構成したステータベース４は、給電端子ランド４ｆと給電端子配置部１ｄと外周などを利用して正確に位置を合わせてＵＶ硬化型嫌気性接着剤で固定される。すなわち、このようなステータＳは上述をまとめると図４に示すようにして組立されたものとなるが、各結線ランドは複雑となるので省略してある。

そして、後述の図５に示すように、ここでは比較的耐熱性のある射出成形樹脂６で空心電機子コイル５の上面、駆動回路部材Ｄの上面がそれぞれ露出するように一体成形される。樹脂通過孔１ｅ、４ｈによって樹脂が通過連結するので、ステータベース４、及び各部材はブラケット１に十分な強度で固着される。この樹脂通過孔１ｅ、４ｈの部分はブラケット１の底面からの樹脂成形におけるゲートに採用してもよい。このように成形すれば、各空心電機子コイル５側を金型にセットするので、金型合わせ時に各コイルを傷つけてしまうおそれはない。このようにステータＳとして全部材を樹脂成形で固定するので薄型ながら強度が十分確保される。

一方、このようなステータＳに組み合わせる偏心ロータＲは、図５に示すようなものとなる。すなわち、ロータケース７は、厚みが０．２ｍｍ程度の磁性ステンレス製で平坦部７ａと外周側垂下部７ｂ、内径側垂下部７ｃが形成され、外周側垂下部７ｂには、弧状のタングステン製の偏心ウエイト８が半田付け、あるいはレーザ溶接で固着され、内径側垂下部７ｃには、焼結含油軸受９が可締め、レーザ溶接、半田付けなどで固着されている。平坦部７ａの内側には、６極に磁化された軸方向空隙型マグネット１０が接着などで固着される。

また、偏心ウエイト８の固着手段としては、上述の他にロータケース７の外周を延ばして凹凸結合可締め、あるいは凹凸結合の上溶接などの手段を採用してもよい。なお、軸方向空隙型マグネット１０は、内径側を故意に小径にして内径側垂下部７ｃに接近させて接着剤が回り込むようにして接着強度を確保するように設定している。この内径側は着磁されないエリアがでるが、ディテントトルク発生部材３の設定上からは好都合となる。

このように構成した偏心ロータＲは、軸２にスラストワッシャＳＷ、軸受９を介して回転自在に装着され、外部ケース１１で覆われ、この外部ケース１１の開口部でブラケット１の外周に組み込まれて外方から一部をレーザ溶接Ｌ２され、軸２の先端がこの外部ケース１１の浅いバーリング孔１１ａにはめ込まれて、外方からレーザ溶接Ｌ３されることによって軸方向空隙型ブラシレス振動モータとして完成する。このようにすれば、全体としてモノコック構造となって落下などの衝撃に十分耐えられる。

このような各実施例を採用すれば、サイズが直径１０ｍｍ、厚みが２ｍｍ以下極めて薄型軸方向空隙型ブラシレス振動モータが実現でき、ステータＳとして最も厚みが必要な空心電機子コイル５は厚みがステータベース分だけ増加、すなわち０．３５ｍｍから０．４５ｍｍに、２５％強アップができることになってトルクアップが図れることになる。

この発明のステータは、軸回転型にすれば、振動モータに限らず、一般的なファンモータなどの通常回転型単相ブラシレスモータにも応用できる。
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を構成する主要部材としてブラケットの平面図である。 図１のブラケットに装着されるディテントトルク発生部材の平面図である。 図１のブラケットに添設されるステータベースの平面図である。 これらの部材を備えたステータの組立図である。 このようなステータを備えた軸方向空隙型ブラシレス振動モータの縦断面図である。

符号の説明

１ ブラケット
１ａ 軸支持部
１ｂ 透孔
１ｃ 貫通孔
１ｄ 給電端子配置部
１ｅ 樹脂通過孔
１ｆ 凹所
１ｇ 絶縁皮膜
２ 軸
３ ディテントトルク発生部材
４ ステータベース
４ａ 中央孔
４ｂ コイル装着ガイド孔
４ｂｂ 切り込み
４ｃ 結線ランド
４ｄ 単相結線終端結線ランド
４ｅ 半田植設ランド
４ｆ 給電端子部ランド
４ｇ 切り込み
４ｈ 樹脂通過孔
５ 空心電機子コイル
６ 樹脂
７ ロータケース
７ａ 平坦部
７ｂ 外周側垂下部
７ｃ 内径側垂下部
８ 偏心ウエイト
９ 焼結含油軸受
１０ 軸方向空隙型マグネット
１１ 外部ケース
１１ａ バーリング孔
Ｄ 駆動回路部材
Ｌ１ レーザ溶接
Ｌ２ レーザ溶接
Ｌ３ レーザ溶接
Ｓ ステータ
Ｒ 偏心ロータ
ＳＷ スラストワッシャ

Claims (4)

1. 中央に軸支持部が配された非磁性又は弱磁性体からなるブラケットと、
   このブラケット上に添設され、空心電機子コイルの端末が結線されると共に駆動回路部材が配された印刷配線板からなるステータベースとが備えられ、
   前記ステータベースにはコイル装着ガイド孔が形成され、該コイル装着ガイド孔を介して前記空心電機子コイルが前記ブラケット上に配されて、前記空心電機子コイルと前記ステータベースが重畳しないように構成されており、
   前記ブラケットに形成された透孔にディテントトルク発生部材が埋め込まれ、該ディテントトルク発生部材の上面は前記ブラケットの上面と面一以下となるように設定されている薄型ステータ。
2. 前記コイル装着ガイド孔に連続して前記ステータベースと前記ブラケットに前記空心電機子コイルの巻き始め端末導出用凹所が形成され、前記ブラケットには絶縁皮膜が少なくとも前記ディテントトルク発生部材を含めて前記空心電機子コイル配置エリアに形成されている請求項１に記載の薄型ステータ。
3. 前記ブラケットには前記駆動回路の配置される位置に透孔が形成され、前記ステータベースはフレキシブル基板で構成され、該ステータベースは前記駆動回路部材が配される近傍に切り込みが形成され、該ステータベースを介して前記駆動回路部材が前記透孔に落とし込まれるようにして前記ステータベース、前記空心電機子コイル、及び前記駆動回路部材は、前記ブラケットに樹脂で一体化されている請求項１または２に記載の薄型ステータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄型ステータと、このステータに軸方向空隙を介して組み合わせたロータとが備えられ、
   前記ロータは前記軸支持部に支持された軸に回転自在に装着され、該ロータはロータヨークと、該ロータヨークに固着された複数の磁極を有する軸方向空隙型マグネットと、偏心ウエイトとが備えられ、このロータを覆うように外部ケースが前記ステータ外周に組み付けられた軸方向空隙型ブラシレス振動モータ。

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