JP2011182564A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁性体を磁石のＮ極とＳ極との境界に停止させる確率を高くし、もってコイルがデッドポイントで停止することを防止できる。
【解決手段】モータ（１）は、中心軸（４）と、中心軸（４）を中心として回転する回転体（６）と、回転体に対向して配置された基板（２ａ、２ｂ）と、回転体及び基板のいずれか一方に設けられたコイル（７）と、回転体及び基板のいずれか他方であってコイルに対向し得るように設けられ、中心軸を中心として周方向に複数極に着磁された磁石（３）と、中心軸及び基板のいずれか一方であって磁石に対向し得るように設けられ、中心軸から最も離れた位置（１１ｂ）と最も近い位置（１１ａ）との中心（１１ｃ）よりも中心軸側に配置された磁性体（１０）と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータに関する。

従来、例えば特許文献１に開示された偏平型のコアレス振動モータが知られている。この偏平型のコアレス振動モータによれば、モータの底部に固定された平板状の円形磁石と面対向するように配置された回転自在の回転体は、３個のコイルを扇形になるように配置し、樹脂フレームと一体成形されている。回転体は各コイルと共に回転する整流子を備え、整流子がケースの下部から延伸した２本のブラシに接触することによって３個のコイルの極性が交互に切り替わり、そのたびに磁石との間で引き合い力と反発力が発生するために回転体が回転する。

また、回転体に１個のコイルを含む偏平モータにおいて、回転体に磁性体を設け、回転体の回転を停止させた時に磁性体を磁石のＮ極とＳ極との境界に位置させ、偏平モータが起動可能位置にくるように設けてなる偏平モータの回転体構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−２０５５６５号公報 特許第３０３９８５７号公報

ところが、本願発明者の知るところによれば、回転体に磁性体を設けても、回転体のコイルに供給する電源をオフにすると、回転体に設けられた磁性体は、磁石のＮ極（又はＳ極）の中央部は磁束密度が大きい起因として、磁石のＮ極（又はＳ極）の中央部に引き寄せられ、その中央部で停止する可能性がある。

この際、コイルを磁性体が磁石のＮ極とＳ極との境界で停止する時にモータを起動させ可能な位置に設置しても、磁性体が一旦磁石の中央部で停止すると、コイルは磁石のＮ極（又はＳ極）上に重なるように（以下、適宜にデッドポイントという）停止することになる。この際、隣り合う二つのＳ極（又はＮ極）より同等の吸引力又は反発力を受けることから、コイルに電流が流れても、コイルに加わる電磁力は弱く、回転体が回転を始めるトルクには足りず、モータの起動性の低下につながる。また、回転体がデッドポイントで停止すると、回転体側に設けられた整流子の絶縁部が常に磁石側に設けられたブラシに接触するように停止することになる、即ち無通電状態となり、結局はモータの起動が困難になる。即ち、磁性体の停止位置が不明確であるため、回転体をデッドポイントで停止させないことが困難である技術的な問題点がある。

本発明の目的は、磁性体を磁石のＮ極とＳ極との境界に停止させる確率を高くし、もって回転体がデッドポイントで停止することを防止できるモータを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴とするところは、中心軸と、前記中心軸を中心として回転する回転体と、前記回転体に対向して配置された基板と、前記回転体及び前記基板のいずれか一方に設けられたコイルと、前記回転体及び前記基板のいずれか他方であって前記コイルに対向し得るように設けられ、前記中心軸を中心として周方向に複数極に着磁された磁石と、前記回転体及び前記基板のいずれか一方であって前記磁石に対向し得るように設けられ、前記回転体の前記中心軸から最も離れた位置と最も近い位置との中心よりも前記中心軸側に配置された磁性体と、を有するモータにある。従って、磁性体を磁石のＮ極とＳ極との境界に停止させる確率を高くし、もって回転体がデッドポイントで停止することを効果的に防止することができる。

好適には、前記磁石は、前記中心軸を中心として略均等な角度で複数極に着磁され、前記磁性体は、前記磁石の一つの極の角度の１／２〜等倍の角度を有する。従って、回転体に複数の磁性体を構成することができるので、磁性体の数及び位置の選択の自由が増える。

また、好適には、前記磁性体は、前記中心軸側を凹として曲げられている。従って、回転体に設けられた磁性体は、同じ体積の棒状又は平板状の磁性体よりも凹状にしたことから角度を稼ぐことができ、確実に磁石のＮ極とＳ極との境界に停止させることができる。

また、好適には、前記回転体及び前記基板のいずれか一方に設けられ、前記中心軸を中心として周方向に複数に分かれて形成された整流子と、前記回転体及び前記基板のいずれか他方に設けられ、前記整流子に接触し得るように設けられたブラシと、をさらに有し、前記ブラシは、前記回転体が停止する停止状態にあっては前記整流子に接触するように配置されている。従って、整流子とブラシとの接触によりコイルへ電流が供給される、即ちブラシ付きモータにおいても、磁性体を磁石のＮ極とＳ極との境界に停止させる確率を高くすることができる。

また、好適には、前記回転体及び前記基板のいずれか一方に設けられ、前記回転体の回転に応じて前記コイルへの通電方向を切り換えるホールセンサをさらに有する。従って、整流子及びブラシが設けられなく、コイルへの通電方向を切り換えるホールセンサが設けられる、即ちブラシレスモータにおいても、磁性体を磁石のＮ極とＳ極との境界に停止させる確率を高くすることができる。

本発明によれば、磁性体を磁石のＮ極とＳ極との境界に停止させる確率を高くし、もって回転体がデッドポイントで停止することを効果的に防止することができる。

本発明の第１実施形態に係るモータの一例を示す縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係る停止時の回転体を示す裏面図である。 本発明の第１実施形態に係る回転体がデッドポイントに位置する時の回転体を示す裏面図である。 本発明の第２実施形態に係るモータの一例を示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係る停止時の回転体を示す裏面図である。 本発明の第２実施形態に係る回転体がデッドポイントに位置する時の回転体を示す裏面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

始めに、図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態に係るモータ１及び回転体の構造を説明する。ここに、図１は、本発明の第１実施形態に係るモータ１の一例を示す縦断面図であり、図２は、本発明の第１実施形態に係る停止時の回転体を示す裏面図（図１の下側から見た図）である。なお、図２では、説明の便宜上、磁石は通常回転体の整流子側に配置されるが、回転体の後側に図示している。

図１において、モータ１は、携帯に搭載され、その振動によりユーザーに着信などの通知を実行可能に構成されている。モータ１は、上部基板２ａ、下部基板２ｂ、磁石３、中心軸４、軸受５、回転体６、コイル７、整流子８、ブラシ９及び磁性体１０を備える。

上部基板２ａは、円盤及び円盤の円周面から延長された円筒状の側板を含むように形成され、下部基板２ｂは、略円盤状に形成されている。上部基板２ａと下部基板２ｂとが連結される時、磁石３、回転体６及びモータ１の他の構成要素等が上部基板２ａ及び下部基板２ｂによって形成された空間に収容されている。

磁石３は下部基板２ｂの内側に固定されている。図２に示されるように、磁石３は、略円盤状（より正確には、中央部が欠落したドーナッツ形の板状）に形成されており、複数極に分割して着磁されている。分割して着磁された一つの着磁領域によって、Ｎ極とＳ極とを含む一つの磁石が形成される。なお、本第１実施形態では、４極に分割してＮ極とＳ極を交互に配列した４極着磁の磁石３を示しているが、他の極数（例えば、６極、８極等）に着磁された磁石を用いてもよい。

中心軸４は、上部基板２ａ及び下部基板２ｂの中心部に設けられている円筒状の軸受５に回転自在に取り付けられている。

回転体６には、略円盤状に形成され、その内部に１個のコイル７を配置して両者を一体に成形したものである。回転体６は、中心軸４に取り付けられ、中心軸４の回転によって、上部基板２ａ、下部基板２ｂ及び磁石３に対し回転可能に構成されている。

なお、軸受５が上部基板２ａ及び下部基板２ｂに設けられ、中心軸４に設けられた回転体６が上部基板２ａ及び下部基板２ｂに対し回転可能に設けられているが、中心軸４が上部基板２ａ及び下部基板２ｂに固定され、回転体６が軸受５に設けられ、回転体６及び軸受５が中心軸４に対して回転可能な構造（いわゆる、固定シャフト構造）にしてもよい。また、図１には、中心軸４が軸受５を貫通するように図示したが、中心軸４が軸受５を貫通せず、中心軸４の端部が露出しないように構成してもよい。

また、本第１実施形態では、コイル７が回転体６側に設けられ、磁石３が下部基板２ｂに設けられているが、コイル７が磁石３に対し回転することが可能である限りにおいて、各種の態様を有してよい。例えば、コイル７が上部基板２ａ又は下部基板２ｂ、即ち基板側に設けられ、磁石３が回転体６側に設けられてもよい。この際、軸受５が上部基板２ａ及び下部基板２ｂに設けられ、中心軸４に設けられた回転体６が上部基板２ａ及び下部基板２ｂに対し回転可能に設けられてもよいし、中心軸４が上部基板２ａ及び下部基板２ｂに固定され、回転体６が軸受５に設けられ、回転体６及び軸受５が中心軸４に対して回転可能な構造にしてもよい。

コイル７は、図２に示されるように、回転体６の形状に略対応した形状の１巻きのコアレスコイルであり、中心軸４に向かって両側（即ち図示Ａ点側とＢ点側）の開き角度、即ちコイル７の中心角は約９０度となるように形成されている。

本第１実施形態で、コイル７は、その中心角が約９０度の角度となる、即ち略１／４円形となるように形成されているが、コイル７の形状はこれに限定されない。コイル７が略１／４円形であることは、磁石３が４極に分割して着磁されていることに対応するものである。即ち、コイル７の中心角は、磁石３が分割して着磁されている一つの着磁領域の中心角とほぼ同じ角度である。よって、本第１実施形態のように磁石３が４極に着磁されている場合は、コイル７の中心角は約９０度で形成されている。また、例えば、磁石３が６極に分割して着磁されている場合には、コイル７は約６０度の中心角をもつ略１／６円形に形成されることが望ましい。なお、後述する整流子８もコイル７の中心角に応じてその電極が分割されている。

整流子８は、回転体６のかなめ部分の裏面側（即ち下部基板２ｂ側）に設けられ、円盤状に形成されている。図２に示されるように、整流子８は、中心軸５を中心として円を略４等分した四つの電極と各隣接する電極間の整流子絶縁部８ａとを有している。整流子８の中心（回転体６の回転中心と等しい位置）には、軸孔が開設されており、軸孔には中心軸４が挿入されている。また、整流子８は、対角線方向で対向する２個の電極がそれぞれ接続されており、一方の電極にコイル７の内側の端部が接続され、他方の電極に外側の端部が接続されている。

例えば２本（説明の便宜上、図１に１本だけを示している）のブラシ９は、下部基板２ｂの内側に延伸するように設けられている。ブラシ９の一端（即ち下部基板２ｂの内側に延伸する側）は、モータ１に対し外部電源が供給される電源供給端子（図示省略）に接続されている。ブラシ９の他端、即ちブラシ接触部９ａは整流子８と接触している。この整流子８とブラシ９との接触によって、外部電源からコイル７へ電流が供給される。そして、回転体６が回転することによって、整流子８とブラシ９との接触点が移動して、コイル７の極性が切り替わる。コイル７の極性が切り替わるたびに、コイル７と磁石３との間で引き合い力と反発力が発生するため、回転体６が回転し続ける。

なお、ブラシ９は、整流子８との間の接触特性を改善するために、その形状を変化させてもよい。好適な一例として、ブラシ９のブラシ接触部９ａと整流子８との接触状態は線接触となるように構成されてもよい。また、本第１実施形態では、整流子８が回転体６側に設けられ、ブラシ９が下部基板２ｂ側に設けられているが、コイル７が磁石３に対し回転することが可能である限りにおいて、各種の態様を有してよい。例えば、整流子８が上部基板２ａ又は下部基板２ｂ、即ち基板側に設けられ、ブラシ９が回転体６側に設けられてもよい。

磁性体１０は、回転体６の内部に設けられている。磁性体１０は、図２に示されるように、回転体６において中心軸４から最も離れた位置１１ｂと最も近い位置１１ａとの中心１１ｃよりも中心軸４側に配置されている。

磁性体１０は、鉄製の細い丸棒で形成され、回転体６の回転方向（又は、逆回転方向）と略平行に配置されている。なお、磁性体１０は細い丸棒に限らず、平板状の小片であっても、長方形断面の角棒であってもよい。磁性体１０は、回転方向と略平行に配置されているが、磁性体１０の両側にＮ極及びＳ極を発生させることができれば、必ずしも直交していなくてもよい。

磁性体１０は、中心軸４側が凹となるように曲げられている。磁性体１０は、この実施形態においては、円弧状に形成されている。この構成によれば、回転体６に設けられた磁性体１０は、同じ体積の棒状又は平板状の磁性体よりも凹状にしたことから角度を稼ぐことができ、確実に磁石３のＮ極とＳ極との境界に停止させることができる。

また、図２に示されるように、磁性体１０は約６０度の中心角で形成されているが、特に限定されるものではない。磁性体１０の中心角の度数は、好ましくは４５度〜９０度である。従って、回転体６に複数の磁性体１０を構成することができるので、磁性体１０の数及び位置の選択の自由が増える。

磁性体１０は、その中央がコイル７の回転接線方向における一方側（即ち、図示Ａ点側）から略１３５度の中心角の位置に配置されている。なお、本第１実施形態では、磁性体１０の中央からコイル７の一方側までの中心角は、後述する磁性体１０が境界に停止する時、回転体６がデッドポイントで停止しない限りにおいて、各種の態様を有してよい。例えば、磁性体１０は、その中央がコイル７の回転接線方向における両端（図示Ａ点及びＢ点）のうち一端から略４５、１３５度、２２５度、又は３１５度の中心角の位置に配置されてもよい。また、磁性体１０をコイル７の空心部１２に設けてもよい。この場合、磁性体１０の中央は、コイル７の一端（即ち、図示Ａ点）から略４５度の中心角で、コイル７の他端（即ち、図示Ｂ点）から略４５度の中心角の位置に配置されている。

また、回転体６は磁性体１０を複数備えるように構成されてもよい。いずれにせよ、この磁性体１０の数及び位置の組み合わせは、前述した磁性体１０の配置位置の条件を満たせば、任意に選択することができる。なお、モータ１を振動モータとして利用する場合の遠心力を大きくするために回転体６にウェイトなどを配設してもよい。

次に、図２及び図３を参照して、回転体６の回転原理を説明する。ここに、図３は、本発明の第１実施形態に係る回転体６がデッドポイントに位置する時の回転体を示す裏面図であり、図２と同様、説明の便宜上磁石３を回転体６の後側に図示している。

図２に示されるように、回転体６の停止状態において、下部基板２ｂからは２本のブラシ９が延伸しており、その先端に設けられたブラシ接触部９ａと回転体６の整流子８の各電極とが接触する。上述したように、この時磁性体１０は、磁石３のＮ極とＳ極の境界上に位置し、コイル７の一端（即ち図示Ａ点）が磁石３のＮ極上に重なり、他端（即ち図示Ｂ点）が磁石３のＳ極上に重なる。この状態でスイッチを入れると、ブラシ接触部９ａが接触する整流子８を介してコイル７の外側からコイル７に電流が流れることでコイル７に磁界が発生する。この際、コイル７の磁石３と向かい合う側（図面において手前側）に発生した磁界の極性がＳ極であるとすると、その左下側の極性Ｓの磁石部分と同じＳ極同士となって反発力が作用する一方、その右下側の極性Ｎの磁石部分とは互いに引き合うために、その方向（時計回り方向）に回転力が発生して回転体６が始動する。

そして、さらに回転体６が回転すると、整流子８の隣の電極がブラシ接触部９ａを接触することから、コイル７には図３に示す状態と逆方向の電流が流れる。このため、コイル７には磁石３と向かい合う側に逆の極性（Ｎ極）が発生し、磁石３の下側のＮ極と反発し合い、同じ方向の回転力が付与されて回り続ける。

このように、回転体６の回転に従って、コイル７はＮ極とＳ極とを交互に繰り返し、磁石３との間で反発と引き合いを繰り返す。これによって、回転体６は回転し続けることができる。なお、回転体６を逆方向（時計回り方向）に回転させる場合には、電流の供給方向を逆にしてもよいし、又は、コイル７の巻き方向を逆にしてもよい。

さらに、回転体６を磁石３上で時計回り（又は、反時計回り）に回転させた後、回転体６のコイル７に供給される電源を遮断すると、本第１実施形態に係る回転体６の構成によって、図２に示されるように、磁性体１０の長手方向の中央が磁石３のＮ極とＳ極との境界線上に位置した状態で停止することになる。これは、磁性体１０が磁石３のＮ極とＳ極との境界線上に位置すると、磁石３の影響によって磁性体１０の長手方向の一端がＳ極に磁化され、他端がＮ極に磁化されることから、磁石３と磁性体１０とが引き合い、回転体６の自由回転に打ち勝ってその位置で停止する安定した状態になるからである。この状態において、整流子８の絶縁部８ａとブラシ９との間隔を大きく保つ（図２に示されるように略４５度）ことによって、無通電状態を防止することができる。よって、難易度の高いブラシ取り付け工程の作業精度も要さないことになる。

図３に示されるように、仮に磁性体１０の長手方向の中央が磁石３のＳ極の中央に位置した状態に、即ち回転体６がデッドポイントで停止しても、磁石３のＳ極の磁束密度の大きい中央部に引き寄せられる引き合い力が殆ど回転法線方向の力であるので、結局回転体６が図３に示される位置から図２に示される位置まで反時計回りに回転して停止し、安定した状態になる。即ち、第１実施形態に係る磁性体１０の構成によって、磁性体１０を磁石３のＮ極とＳ極との境界に停止させる確率を高くし、もって回転体６がデッドポイントで停止することを効果的に防止することができる。

以上のように、本第１実施形態に係るブラシ付きモータ１において、何れの場合でも、磁性体１０を磁石３のＮ極とＳ極との境界に停止させる確率を高くし、もって回転体６がデッドポイントで停止することを効果的に防止することができる。

次に、図４乃至図６を参照しながら、本発明の第２実施形態に係るモータ１の構成について説明する。ここに、図４は、本発明の第２実施形態に係るモータ１の一例を示す縦断面図であり、図５は、本発明の第２実施形態に係る停止時の回転体６を示す裏面図（図４の下側から見た図）であり、図６は、本発明の第２実施形態に係る回転体６がデッドポイントに位置する時の回転体６を示す裏面図である。図５及び図６では、説明の便宜上、磁石３は通常回転体６の裏面側（即ち図４の下側）に配置されるが、回転体６の表面側（即ち図４の上側）に図示している。なお、図４乃至図６において、図１乃至図３と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。

図４に示されるように、本第２実施形態では、コイル７及び磁性体１０が下部基板２ｂに設けられ、磁石３が回転体６側に設けられている。回転体６側には、磁石３の外周に半円リング状のウェイト１４が配設されている。よって、回転体６が設けられるモータ１を振動モータとして利用する場合の遠心力を大きくすることができる。

下部基板２ｂの内側に、磁石３の磁極の変化を捉えることによって回転体６の回転位置を検出するホールセンサ１３が設置されている。ホールセンサ１３により検出された回転位置信号は、コントローラ等の制御部（図示省略）に送られ、これに基づいてコイル７への電流が適宜切り替えられ、回転体６を回転駆動させる回転磁界が形成される。即ち、本第２実施形態に係るモータ１は、所謂ブラシレスモータとして構成されている。

ホールセンサ１３の配置位置は、回転体６の回転位置を検知する、特にモータ１の停止状態から再起動する時にその起動方向を決めることが可能である限りにおいて、各種の態様を有してよい。例えば、ホールセンサ１３は、その中央が磁性体１０の中央から略１８０度の中心角の（即ち、磁性体１０に対向する）位置に配置されてもよい。

図５に示されるように、本第２実施形態では、コイル７は、その中央が磁性体１０の中央から略６０度、２４０度及び３００度の中心角（時計回り方向）の位置それぞれに配置されているが、その態様はこれに限定されない。例えば、ホールセンサ１３は、磁性体１０に対向するに配置されている場合、もう一つのコイル７は、その中央が磁性体１０の中央から略１２０度の中心角（時計回り方向）の位置に配置されてもよい。

また、複数の磁性体１０は設けられてもよい。例えば、二つの磁性体１０は、互いに対向する位置に配置されてもよい。いずれにせよ、コイル７及び磁性体１０は、その数及び位置の組み合わせが、前述した磁性体１０が境界に停止する時、回転体６がデッドポイントで停止しない限りにおいて、各種の態様を有してよい。

本第２実施形態のブラシレスのモータ１の構成によれば、前述した第１実施形態と同様、磁性体１０を磁石のＮ極とＳ極との境界に停止させる確率を高くし、もって回転体６がデッドポイントで停止することを効果的に防止することができる。

本発明に係るモータは、ユーザーに着信などを知らせるための携帯に利用可能である。

１ モータ
２ａ 上部基板
２ｂ 下部基板
３ 磁石
４ 中心軸
５ 軸受
６ 回転体
７ コイル
８ 整流子
８ａ 整流子絶縁部
９ ブラシ
９ａ ブラシ接触部
１０ 磁性体
１１ａ 内縁
１１ｂ 外縁
１１ｃ 中心部
１２ 空心部
１３ ホールセンサ
１４ ウェイト

Claims (5)

1. 中心軸と、
   前記中心軸を中心として回転する回転体と、
   前記回転体に対向して配置された基板と、
   前記回転体及び前記基板のいずれか一方に設けられたコイルと、
   前記回転体及び前記基板のいずれか他方であって前記コイルに対向し得るように設けられ、前記中心軸を中心として周方向に複数極に着磁された磁石と、
   前記回転体及び前記基板のいずれか一方であって前記磁石に対向し得るように設けられ、前記回転体の前記中心軸から最も離れた位置と最も近い位置との中心よりも前記中心軸側に配置された磁性体と、
   を有するモータ。
2. 前記磁石は、前記中心軸を中心として略均等な角度で複数極に着磁され、
   前記磁性体は、前記磁石の一つの極の角度の１／２〜等倍の角度を有する
   請求項１記載のモータ。
3. 前記磁性体は、前記中心軸側を凹として曲げられている請求項１又は２記載のモータ。
4. 前記回転体及び前記基板のいずれか一方に設けられ、前記中心軸を中心として周方向に複数に分かれて形成された整流子と、
   前記回転体及び前記基板のいずれか他方に設けられ、前記整流子に接触し得るように設けられたブラシと、
   をさらに有し、
   前記ブラシは、前記回転体が停止する停止状態にあっては前記整流子に接触するように配置されている
   請求項１乃至３いずれか記載のモータ。
5. 前記回転体及び前記基板のいずれか一方に設けられ、前記回転体の回転に応じて前記コイルへの通電方向を切り換えるホールセンサをさらに有する請求項１乃至３いずれか記載のモータ。

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