JPH0449830A - 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、超小型て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型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、シャフトが固定されている
。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コイルに電流を供給する
と、ロータフィ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
片との機械的接触が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
ブラシレスモータ夕がある。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、図示されていないか、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かある。平板
型ブラシレスモータ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型モー
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か得られた。

〔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か進み、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×シャフト
方向に対する径方向の長さに、ＩＯＸＩＯｍｍの余裕し
かない場合には、それ以下の大きさのモータか要求され
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タでは、整流子の長
さだけモータの軸方向の長さが短くなるが、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４１．４２・・は、コイル自身がそれぞれバ
ラバラであるため、保持するために、インサート樹脂４
３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か、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、小型振動モータの軸方向の長さ
が長くなる。小型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において、シャフトと
、磁路形成用でかつ底部で前記シャフトと固定されてい
る有底円筒型ロータヨークと、当該育底円ｍｕロータヨ
ークの内周面に固定さ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；前記シャフトを回転支持するよ
うに固定した軸受と磁路を形成するためのヨーク体とか
らなるステータベアリングハウスと当該ステータベアリ
ングハウスの周囲に設けられたステータコイルは、導線
がステータコイルの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から構成されたステー
タと：を備え前記ロータと前記ステータとをエアギャッ
プを介するように構成される。

また、本発明の小型振動モータは、前記ロータマグネッ
トとロータ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。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、
順次逆向きに連なって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か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薄い円筒型にでき
るので、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
ャップを狭くできるために、磁気回路上の動作点か高く
なり、モータとしての性能が上がる。また、コイル自身
が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、端末処理が簡単である。

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、重いロータマ
グネットおよびロータヨークとを回転させるアウターロ
ータ型であるので、慣性モーメントが高く、回転ムラか
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、ロータヨークＩは、底部３を有する円
筒体からなり、ロータヨークエの内周面には、後述のス
テータコイル２が同心的に、たとえば、接着剤等で取り
付けられている。また、底部３を有する円筒型のロータ
ヨーク１は、冷間圧延鋼板、珪素鋼板等の鉄材からなる
板を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、ロータヨーク１に取り付けるこ
とも可能である。さらに、円筒型のロータヨーク１の底
部３には、ロータブツシュ５′が固定されている。そし
て、ロータヨーク１、ロータマグネット６、ロータブツ
シュ５′およびシャフト５がロータを構成している。

また、ロータヨーク１の底部３と反対側は、開放されて
おり、この部分には軸受４および４′を取り付けたステ
ータベアリングハウス８が固定されている。そして、軸
受４．４′を存するステータベアリングハウス８の周囲
には、後述のステータコイル２がたとえば、接着材等に
より固定されている。したがって、ステータコイル２、
ステータベアリングハウス８、および軸受４．４′がス
テータを構成している。

次に、第２図（イ）ないしく二）を参照しつつ本発明に
おける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
Ｃ　（本明細書において、ステータフィルの巻線方法に
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。

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、全ての巻線が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。

ステータコイルは、通常の巻線機により巻かれるが、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
縁層が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、乾燥しているが、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。

以上のようなステータコイル２を備えたステータの軸受
４．４′にロータのシャフト５が回転自在に゛取り付け
られている。

ステータコイル２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６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２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２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、センサの厚みをス
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が拾えなく
、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、ステータコイルが誘起する電圧（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纒回路を採
用すると有利である。

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が発
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型振動モ
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
対応する同じ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６とロータヨークｌとの
少な（とも一方が、半径方向に向かって一部切り欠かれ
て偏心させている点にある。ロータマグネット６および
ロータヨーク１の切り欠き方は、図示のごとくステータ
コイル２にまで達する。また、偏心のための切り欠き方
は、ロータマグネット６の途中まて、あるいはロータヨ
ーク１だけにすることができる。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６とロータ
ヨーク１とを備えた小型振動モータは、これらの偏心に
より振動しながら回転する。したかって、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、肌で発呼者の
呼出を感じ取ることができる。また、マッナージ装置あ
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ができ、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が可能である。

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、ロータのステータコイル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が可能になった。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。

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、ロータマグネットとロータヨークとを
ロータとしたので、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ができ、電源が変動しても、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室振
動モータは、ロータマグネットとロータヨークの少なく
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。

【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。 １・・・ロータヨーク ２・・・ステータコイル ３・・・底部 ４．４′　・・・軸受 ５・・・シャフト ５′　・・・ロータブツシュ ６・・・ロータマグネット ８・・・ステータベアリングハウス （ロ） （ハ） （ニ） オ屓男櫨こおける円間型プランレスモータ晩男図第１図 零発万こυブるステ−タコイノ４廖月図第２図 従未ｔｍブランレスモークにｂりるステータコイノ４φ
厄第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ロータマグネット６の位置を検出することによ
   りステータコイル２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５と、磁路形成用でかつ底部３で前記シャフト
   ５と固定されている有底円筒型ロータヨーク１と、当該
   有底円筒型ロータヨーク１の内周面に固定された円筒型
   ロータマグネット６とから構成されたロータと； 前記シャフト５を回転支持するように固定した軸受４、
   ４′と磁路を形成するためのヨーク体とからなるステー
   タベアリングハウス８と、当該ステータベアリングハウ
   ス８の周囲に設けられたステータコイル２は、導線がス
   テータコイル２の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か形成されており、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２とから構成されたステー
   タと； を備え前記ロータと前記ステータとをエアギヤップを介
   して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６とロータヨーク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。