JPH0449831A - 円筒型ブラシレスモータおよびこれを使用した小型振動モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超小型でしかも高信頼性および長寿命が得ら
れる円筒型ブラシレスモータおよび当該円筒型ブラシレ
スモータを使用した小室振動モータに関するものである
。特に、本発明の円筒型ブラシレスモータは、そのシャ
フトおよび半径方向に短い長さと、均一な回転数とを必
要とするような小型電子機器に使用するものである。ま
た、本発明における小型振動モータは、ポケットベルに
変わり、周囲に迷惑をかけない振動伝達型のページャ、
人体に振動を伝えるマツサージ装置、あるいは盲人用信
号受信機等に使用するものである。

〔従来の技術〕

従来例における整流子モータのロータコイルは、図示さ
れていないが、その一端がフランジ部に取り付けられ、
フランジ部の中心において、シャフトか固定されている
。また、シャフトの端部には、複数の整流子片が取り付
けられて、ロータコイルのリード線と前記整流子片とは
電気的に接続されている。

このようなロータコイルを備えた整流子モータは、ブラ
シから整流子片を介してロータニイルに電流を供給する
と、ロータコイルに流れる電流とステータマグネットの
磁力とにより回転力が得られる。

しかし、上記のような整流子モータは、ブラシと整流子
片との機械的接触かあるため信頼性および寿命が劣る。

これに対して、上記ブラシと整流子片との機械的接触を
無くして、モータにおける信頼性と寿命とを向上させた
ブラシレスモータがある。ブラシレスモータのステータ
コイルは、第４図図示のごとく、複数の集中的に巻かれ
たコイルセグメント４１．４２、・・から構成される。

そして、図示されていないロータマグネットの位置を検
出することにより、コイルセグメント４１．４２・・・
に位相の異なる電流を供給し、回転磁界を順次発生させ
てロータに回転力を発生させる。

さらに、図示されていないが、平板に複数のコイルセグ
メントを印刷した平板型ブラシレスモータがある。平板
型ブラシレスモー・夕も制御回路に位相の異なる電流を
順次流すことによって上記と同様に回転力を得る。

上記のような小型モータを使用して回転振動装置を得る
場合には、小型モータの回転軸にたとえば、タングステ
ン等の比重の重い偏心した錘を取り付けて振動を発生さ
せている。また、ブラシレスモータからなる偏平壓モー
タは、ロータマグネットを偏心させることによって、回
転振動を発生する装置が得られた。

〔発明が解決しようとする課題〕

近年、電子機器の軽薄短小化が進み、モータは、電子機
器の構造に合わせて径方向あるいはシャフト方向を短く
する必要に迫られるようになってきた。たとえば、電子
機器に組込むスペースがシャフト方向の長さＸシャフト
方向に対する径方向の長さに、ｌＯｌｏＸｌＯの余裕し
かない場合には、それ以下の大きさのモータが要求され
る。

しかし、整流子モータは、整流子片を必要とするため、
この部分の長さだけモータの軸方向の長さか長くなる。

整流子片を無くしたブラシレスモーラダＣは、整流子の
長さだけモータの軸方向の長さか短くなるか、複数の集
中的に巻かれたコイルセグメントを必要とする。そして
、複数の集中的に巻かれたコイルセグメントを設けるこ
とは、製造上多くの問題を有する。すなわち、前記コイ
ルセグメント４１１４２・・は、コイル自身かそれぞれ
バラバラであるため、保持するために、インサート樹脂
４３あるいは印刷用の印刷配線板か必要である。また、
コイルセグメントを集中巻きにすると、コイルの機械的
寸法か厚くなるため、磁気回路上での動作点は低くなり
トルク性能か低下する。さらに、コイルセグメント毎に
タップを出さなくてはならない。

また、モータの回転数を安定させたい場合には、弾み車
等をモータのシャフトに取り付けて回転に慣性を持たせ
ている。しかし、弾み車をモータのシャフトに取り付け
た分だけシャフト方向の長さか長くなる。そこで、平板
型のモータに弾み車を取り付ければ良いが、平板型のモ
ータで所定のトルクを得るためには、シャフトの半径方
向の長さが長くなるだけでなく、コイルセグメントを設
ける製造上の問題も出る。

さらに、小型振動モータを得る場合には、回転軸に偏心
した錘を取り付けなければならない。しかし、偏心した
錘は、比重の大きい部材を用いた方が効率的であるが、
高価になるだけでなく、小量振動モータの軸方向の長さ
が長くなる。小量振動モータを偏平モータにして、ロー
タマグネットを偏心させた場合には、軸方向の長さは短
くなるが、径方向に大きくなるだけでなく、回転振動を
大きく取ることができない。

本発明は、以上のような問題を解決するためのもので、
モータのシャフトに特別なものを付けずに回転ムラを無
くすと共に、ステータコイルを薄くしてモータのシャフ
ト方向および半径方向の長さを短かくした円筒型ブラシ
レスモータを提供するものである。

また、本発明は、モータシャフトに偏心した錘を取り付
けることなく、大きな回転振動を得ることができる小型
振動モータを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本発明の円筒型ブラシレス
モータは、ロータマグネットの位置を検出することによ
りステータコイルに回転磁界を順次発生させる制御回路
を有する円筒型ブラシレスモータであって、シャフトと
、当該シャフトに底部で固定されている有底円筒型ロー
タバックヨークと、当該存底円筒型ロータバックヨーク
の内周面と離してロータヨークに同心的に取り付けられ
た円筒型ロータマグネットとから構成されたロータと：
導線が電機子軸線に対して斜めに線径ピッチで整列して
巻かれ、展開すると順次逆向きに連なっている複数の二
等辺三角形の巻線区域が形成されており、かつ前記二等
辺三角形の各底辺が磁極対ピッチと同一の長さに形成さ
れているステータコイルと、当該ステータフィルの取付
部と前記シャフトを装着する軸受を備えたベアリングハ
ウスとを有するステータベアリングハウスとから構成さ
れるステータと、を備え前記ステータコイルを前記ロー
タの存底円箭型ロータバックヨークとロータマグネット
との間に遊挿させるように構成される。

本発明の円筒型ブラシレスモータを使用した小型振動モ
ータは、前記ロータマグネットとロータバックヨークの
少なくとも一方を、半径方向に向かって一部を切り欠い
て偏心させるように構成される。

〔作　　用〕

ロータマグネットの位置を検出することにより、図示さ
れていない制御回路で発生する順次位相の異なる電流が
、リード線を介してステータコイルに与えられる。当該
ステータコイルに与えられた前記電流による回転磁界と
、ロータマグネットの磁力とによりロータは回転する。

ステータコイルは、通常の巻線機により導線の線径ピッ
チをずらしながら斜めに整列して巻回されている。また
、当該ステータコイルを軸方向に切断して展開すると、
順次逆向きに連なりでいる複数の二等辺三角形の巻線区
域が形成されている。

そして、この二等辺三角形の底辺が磁極対ピッチと同一
の長さに形成されている。

したがって、ステータコイルは、ボビン等のモールド樹
脂あるいは印刷配線板等を使用せずに、均一な厚さて薄
い円筒型に成形てきるのて、占積率を上げることができ
る。このように薄く成形されたステータコイルは、ロー
タマグネットとのギャップを狭くてきるために、磁気回
路上の動作点が高くなり、モータとしての性能が上がる
。また、コイル自身か機械的にステータベアリングハウ
スに保持されるだけでなく、集中的に巻くコイルセグメ
ントよりタップ数は少なく、端末処理か簡単である。さ
らに、薄いステータコイルを用いるとエアギャップ磁束
密度か上がるため、ロータバックヨークとロータヨーク
とがうず電流損失等によるエネルギー損失を防止してい
る。

また、本発明の円筒型ブラシレスモータは、薄く円筒型
に形成されたステータコイルと比較して、菫いロータマ
グネット、ロータヨークおよびロータバックヨークを回
転させているので、慣性モーメントが高く、電源変動が
あっても、回転ムラが少ない。

さらに、上記円筒型ブラシレスモータを使用した小型振
動モータは、ロータマグネットとロータバックヨークの
少なくとも一方を、半径方向に向かって一部を切り欠い
て偏心を大きくできるので、小型であるにもかかわらず
大きい振動が得られた。

〔実　施　例〕

第１図および第２図（イ）ないしく二）を参照しつつ本
発明の一実施例を説明する。

第１図において、ロータバックヨーク１は、たとえば、
底部３を有する円崎体からなる。ロータマグネット２は
、円筒体からなり、前記底部３を有する円筒型のロータ
バックヨークｌの内部に、ロータバックヨーク１の内周
面と離して同心的に形成されたロータヨーク９に取り付
けられる。ロータバックヨーク１とロータヨーク９、お
よびロータヨーク９とロータマグネット２との固着は、
たとえば、接着剤等により行うことができる。また、底
部３を有する円筒型のロータバックヨークｌは、多段プ
レスにより一体的に製造されるが、底部３を別体として
製造した後に、ロータバックヨーク１およびロータヨー
ク９を取り付けることも可能である。さらに、底部３を
存する円筒型のロータバックヨーク１には、底部３にロ
ータブツシュ４′を介してシャフト４が固定されている
。

そして、前記ロータバックヨーク１、ロー・タマグネッ
ト２、シャフト４、ロータブツシュ４′およびロータヨ
ーク９とでモータのロータが構成されている。

次に、第２図（イ）および（ニ）を参照しつつ本発明の
ステータコイルについて説明する。第２図（イ）および
（ロ）はステータコイルの展開図で、極数の異なるもの
を示し、ステータコイルの中心仮想軸方向が図示の上下
になるように展開されている。第２図（ハ）は（ロ）図
示のステータコイルの平面図で、（ニ）はステータコイ
ルの断面図である。ステータコイルは、その軸に対して
斜めに整列して順次配列されている。（本明細書におい
て、ステータコイルの巻線方法における「整列」とは、
線径ピッチで整列して巻く場合、線径に僅かに重なるよ
うに圧縮しながら巻く場合、および線径に僅かに隙間を
形成して巻く場合等を含むものとする。） すなわち、導線は中心仮想軸方向に対して斜めに走行し
、二等辺三角形を形成している巻線区域２１および２２
と、同じく逆向きの二等辺三角形を形成している巻線区
域２３と２４とは互いに異なる方向に巻かれている。す
なわち、巻線区域２１から出発した巻線は、斜め下方に
進み巻線区域２１の下部で折り返し、巻線区域２３を上
昇し上部に達する。同様にして巻線区域２２および巻線
区域２４を通り巻線区域２１に戻る。これを巻線の線径
ピッチだけずらしながら整列して巻回を続ける。したか
って、このような巻線形式では、内周面と外周面とに二
等辺三角形の巻線区域が形成され、これらの巻線区域の
数は極対数に等しい。

このようにして巻回されたステータコイルは、２本の線
径て均一にした厚さに成形できる。また、巻線端部を底
辺とするこれら二等辺三角形の両辺のところで、全ての
巻線か一方の層から他方の層へ移行している。この移行
個所の数を数えても極対数が分かる。

ステータフィルは、通常の巻線機により巻がれるか、本
発明のステータコイルに使用する導線は、三層構造に形
成されたものを使用する。すなわち、導線の周囲には絶
縁層か少なくとも一層設けられており、さらにその上に
、接着層が形成されている。この導線の接着層は、巻線
機にかける場合には、乾燥しているか、巻線後に溶剤あ
るいは熱を加えて線間を接着したステータコイルが成形
される。

以上のようにして成形されたステータコイル５は、樹脂
モールドあるいは印刷配線板等を必要とせずに、中空円
筒型のステータベアリングハウス６に形成された円筒型
第１段部７に取り付けられている。また、ステータベア
リングハウス６には、前記円筒型第１段部７よりさらに
小径で長い円時型第２段部８が形成されており、内部に
軸受１０．１０′を備えたベアリングハウス６′を構成
している。そして、ステータコイル５、ステータベアリ
ングハウス６および軸受１０．１０’によりステータが
構成されている。

モータを組み立てる際に、ステータコイル５は、ロータ
バックヨーク１とロータマグネット２との間に遊挿され
、また、ロータのシャフト４が軸受１０．１０′に装着
される。

ステータコイル５は、図示されていないリード線を介し
て同じく図示されていない制御回路に接続されている。

当該制御回路は、ロータマグネット２の位置をたとえば
、ホール素子等のセンサにより検出することにより、ス
テータコイル５に順次位相のずれた電流を供給する。上
記電流の供給により、ステータコイル５に順次回転磁界
が発生し、ロータに回転力を与える。

しかし、ロータマグネットの位置を検出するために、ホ
ール素子等のセンサを使用する場合、センサの厚さをス
テータコイルにおける導体の直径より充分に薄い薄膜状
にしてステータコイルの表面に貼り付ける必要がある。

また、上記センサをステータコイルの表面に貼れない場
合には、ロータマグネットからのメイン磁束か拾えなく
、漏れ磁束を拾う位置、たとえば、ステータコイルの端
末面付近に取り付ける必要がある。

したがって、ロータマグネットとステータコイルとの間
に形成されるエアギャップは、ステータコイル本来の厚
さではなく、センサ素子の厚さにより決められる。また
、漏れ磁束を拾う場合には、ステータコイル端面の一部
に変形を加えて、その部分にセンサを取り付けねばなら
ないので、位置検出のずれ、あるいは効率の低下となる
。

本発明のように整列巻きにしたステータコイルは、２層
積層の場合であれば、コイルの厚さが巻線導体の２倍以
下となる。このステータコイルが薄く成形できるという
利点を活用して、ステータコイルか誘起する電圧（逆起
電圧）の相間合成により１２０度または１８０度の導通
角でコイルをを通電するセンサレス方式の制御回路を採
用すると育利である。

すなわち、本発明の整列巻きにしたステータコイルとセ
ンサレス方式の制御回路とを採用すると、次のような効
果がある。

■　ステータコイルの厚さは、巻線導体の直径の積層数
で決まるエアギャップを形成することができるので、磁
束密度を高く取れ、効率の高い超小型モータを提供でき
る。

■　ステータコイルが誘起する電圧に準じて通電される
ため、センサを取り付けた位置に基づくトルクむらか発
生しないので、安定した回転の超小型モータを提供でき
る。

第３図（イ）および（ロ）は本発明における小室振動モ
ータ説明図で、シャフト方向およびシャフトに対する半
径方向のそれぞれ断面図である。

本発明における小型振動モータは、前記第１図の円筒型
ブラシレスモータを使用したものであるから、第１図に
対応する同し部品には同一符号が付されである。ただ違
うところは、ロータマグネット２とロータバックヨーク
１の少なくとも一方が、半径方向に向かって一部を切り
欠かれて偏心させている点にある。また、偏心のための
切り欠き方は、ロータマグネット２の途中まで、あるい
はロータバックヨークｌだけにすることかできる。

この他に、偏心させるためには各種変形がある。

なお、特許請求の範囲において、「半径方向に向かって
一部を切り欠いて偏心させたこと」は、前記記載の各種
変形も含むものである。

第３図図示のごとき形状のロータマグネット２とロータ
バックヨーク１とを備えた小型振動モータは、これらの
偏心により振動しなから回転する。

したがって、この小型振動モータをページャに使用した
場合、図示されていない受信機と上記小型振動モータか
らなるページャをワイシャツのポケット等に入れておく
と、ポケットベルのように周囲に音を出して迷惑をかけ
ることなく、肌て発呼者の呼出を感じ取ることができる
。また、マッサージ装置あるいは盲人用信号受信機等に
おいても同様に小型の振動装置を提供することかできる
。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実
施例に限定されるものではない。そして、特許請求の範
囲に記載された本発明を逸脱することがなければ、種々
の設計変更を行うことか可能である。

たとえば、本発明の円筒型ブラシレスモータを単相ある
いは多相にしたり、あるいは制御を半波または全波で行
うことは、任意に選択できることである。また、ステー
タコイルの位置検出方式あるいは回転磁界の生成方式等
の制御回路は、公知のものを任意に適用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、薄く均一に成形され、占積率の良いス
テータコイルを備えた円筒型のステータベアリングハウ
スの周囲と、当該ステータベアリングハウスの軸受内と
に、ロータマグネットとシャフトとをそれぞれ回転自在
に遊挿したので、シャフト方向および半径方向共に寸法
を小さくすることか可能になった。また、ステータコイ
ルが薄く成形され、ステータコイルとロータマグネット
とのギャップを狭くしているため、磁気回路動作点が高
く取れ、モータの性能は向上する。これと反対にギャッ
プが狭くなったことにょるうず電流損失は、ロータバッ
クヨークおよびロータヨークとを設けることで解決して
いる。

本発明によるステータコイルは、均一な薄さで成形され
ているので、ボビンあるいは樹脂モールド等の基板を必
要とせずに、直接ステータヨークに取り付けることがで
きる。また、ステータコイルは、連続して巻回され、タ
ップ数を少なく、コイル端面に集められるため、配線処
理が容易で、端末処理の作業が良い。

本発明によれば、ロータヨークとロータマグネットとロ
ータバックヨークとをロータとし、だので、弾み車を取
り付けることなく慣性の高いモータを作ることかでき、
電源変動があっても、回転の安定した信頼性のある超小
型の円筒型ブラシレスモータを提供できる。

本発明による円筒型ブラシレスモータを使用した小型振
動モータは、ロータマグネットとロータバックヨークの
少なくとも一方を半径方向に向かって一部を切り欠くだ
けで、大きな偏心力が得られ、小型の割りに大きな振動
を得ることができる。

６　・　・ ６′　・ ７　・　・ ８　・　・ ９　・　・ １０、 ステータベアリングハウス ・ベアリングハウス 円筒型第１段部 円筒型第２段部 ロータヨーク ０′　・・・軸受

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における円筒型ブラシレスモータ説明図
、第２図（イ）ないしく二）は本発明におけるステータ
コイル説明図、第３図（イ）および（ロ）は本発明にお
ける小型振動モータ説明図、第４図は従来例のブラシレ
スモータにおけるステータコイル説明図である。 ｌ・・・ロータバックヨーク ２・・・ロータマグネット ３・・・底部 ４・・・シャフト ４′　・・・ロータブツシュ ５・・・ステータコイル オ写男１０おける円部型ブラシレスモータ説用ス第１図 （ロ） （ハ） （ニ） 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ロータマグネット２の位置を検出することによ
   りステータコイル５に回転磁界を順次発生させる制御回
   路を有する円筒型ブラシレスモータにおいて、 シャフト４と、当該シャフト４に底部３で固定されてい
   る有底円筒型ロータバックヨーク１と、当該有底円筒型
   ロータバックヨーク１の内周面と離してロータヨーク９
   に同心的に取り付けられた円筒型ロータマグネット２と
   から構成されたロータと； 導線が電機子軸線に対して斜めに線径ピッチで整列して
   巻かれ、展開すると順次逆向きに連なっている複数の二
   等辺三角形の巻線区域が形成されており、かつ前記二等
   辺三角形の各底辺が磁極対ピッチと同一の長さに形成さ
   れているステータコイル５と、当該ステータコイル５の
   取付部と前記シャフト４を装着する軸受１０、１０′を
   備えたベアリングハウス６′とを有するステータベアリ
   ングハウス６とから構成されるステータと；を備え前記
   ステータコイル５を前記ロータの有底円筒型ロータバッ
   クヨーク１とロータマグネット２との間に遊挿させるよ
   うに配置したことを特徴とする円筒型ブラシレスモータ
   。
2. （２）　前記ロータマグネット２とロータバックヨーク
   １の少なくとも一方を、半径方向に向かって一部を切り
   欠いて偏心させたことを特徴とする請求項（１）記載の
   円筒型ブラシレスモータを使用した小型振動モータ。