JPH0449832A

JPH0449832A - 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

Info

Publication number: JPH0449832A
Application number: JP15788990A
Authority: JP
Inventors: Haruo Narita; 成田　春男; Tsuneo Shibata; 恒男柴田
Original assignee: CI Kasei Co Ltd
Current assignee: CI Kasei Co Ltd
Priority date: 1990-06-16
Filing date: 1990-06-16
Publication date: 1992-02-19

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、均一な回転数とを要
求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コ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か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、１０１０Ｘ１０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が長くなる。

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か短くなるが、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４
３あるいは印刷用の印刷配線板が必要である。また、コ
イルセグメントを集中巻にすると、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
大きく取ることかできない。

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
、底部で当該シャフトと固定されている有底円筒型ロー
タヨークと、当該有底円筒型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、当該ロータマグネ
ットと離して同心的に取り付けられたロータベックヨー
ク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、当該ステータコイルと前記シャフトを装着する軸受
とが設けられているベアリングハウスとから構成された
ステータと；を備え前記ステータコイルを前記ロータマ
グネットとロータバックヨークとの間に遊挿し、前記シ
ャフトを軸受に装着するように構成される。

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。

〔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か
、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
チをずらしなか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
域か形成されている。

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、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かでき
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
路上の動作点が高くなり、モータとしての性能か上がる
。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
密度が上がるため、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、重いロータマ
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１は、たとえば、底部３
を有する円筒体からなる。ロータマグネット２は、当該
ロータヨーク１の内周面に取り付けられている。また、
前記円筒型のロータヨーク１の底部３には、前記ロータ
マグネット２の内周面と離して同心的に形成されたロー
タバックヨーク９が取り付けられている。ロータヨーク
１とロータバックヨーク９、およびロータヨークｌ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を存する円筒型のロ
ータヨーク１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、ロータヨーク１
およびロータバックヨーク９を取り付けることも可能で
ある。さらに、底部３を有する円筒型のロータヨーク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
よびロータバックヨーク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て、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ｊ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
らしなから整列して巻回を続ける。したがって、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
巻線区域か形成され、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本の線径で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
、接着層か形成されている。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、ステータペア
リングツ１ウス６には、前記円筒型第１段部７よりさら
に小径で長い円筒型第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１Ｏ１１０′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
マグネット２とロータバックヨーク９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。このステータフィ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御回路を採
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２とロータヨーク１の少
なくとも一方か、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。ロータマグネット２および
ロータヨークｌの切り欠き方は、図示のごとくステ・−
タコイル５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２の途中まで、あるいはロータ
ヨーク１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Ｊ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ことロータ
ヨーク１とを備えた小型振動モータは、これらの偏心に
より振動しなから回転する。

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、肌て発呼者の呼出を感じ取ることができる
。また、マツ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ができる
。

以上、本発明の実施例を詳述したか、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、磁気回路動作点か高
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よるうず電流損失は、ロータヨー
クおよびロータバック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たのて、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ジ
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
ることかできる。

５　・　・６　・　・６′　・７　・　・８　・　・９　・　・１０、ステータコイル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段部ロータバックヨーク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
フィル説明図、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・・・ロータヨーク２・・・ロータマグネット３・・・底部４・・・シャフト４′　・・・ロータプッシュイシＷ１こしける円部ヤブラルスモータ説月図第１図（ロ）第２図くハ）（ニ）

Claims

【特許請求の範囲】

（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、底部３で当該シャフト４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
２と、当該ロータマグネット２と離して同心的に取り付
けられたロータバックヨーク９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
辺三角形の各底辺か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と
前記シャフト４を装着する軸受１０、１０′とが設けら
れているベアリングハウス６とから構成されたステータ
と；を備え前記ステータコイル５を前記ロータマグネット２
とロータバックヨーク９との間に遊挿し、前記シャフト
４を軸受１０、１０′に装着したことを特徴とする円筒
型ブラシレスモータ。
（２）　前記ロータマグネット２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。