JP4251457B2 - ステップモータ - Google Patents

Description

本発明は、小型でコイン型の外形を有する振動モータあるいは小型のファンモータに適用できるステップモータに関する。

まず、振動モータの従来の技術について説明する。

図３に従来の振動モータの平面図（ａ）とＣ−Ｃ断面図（ｂ）を示す。従来の振動モータ３０は、矩形の外形を有し、２極の扁平ステータ３１と、該扁平ステータ３１に設けられたロータ穴３１ａに配置され、該扁平ステータ３１とギャップ３１ｂを介して磁気結合し、ロータ穴３１ａに設けられた段差３１ｃと３１ｄによって発生するディテントトルクによって静止する永久磁石３２ａから成るロータ３２と、該扁平ステータ３１に磁気結合する、コイル巻心３３ａに巻き回されたコイル３３ｂとから成る駆動コイル３３から構成され、ロータ軸３２ｂには偏心重り３５が取り付けられており、該振動モータ３０は、電源のみの外部端子（図示せず）を持つ１チップに集積化されたドライバＩＣ３６に電源を印加すると、図１０の従来のステップモータの磁気回路に示すように、図３に示す駆動コイル３３の起磁力ｎｉ（ｎはコイル３３ｂの巻数、ｉは駆動電流）１０１は、主にギャップ３１ｂの磁気抵抗Ｒｇ１０３ａと１０３ｂを通して永久磁石３２ａの起磁力Ｍｍ１０２に働き、ロータ３２は高速に回転し、該偏心重り３５に遠心力が働いて振動を発生し振動モータとして機能するが、該偏心重り３５は前記ロータ軸３２ｂと駆動コイル３３の間に配置されており、その半径が制限されているので、該偏心重り３５に働く遠心力をその半径を大きくすることによってではなくその厚みを厚くすることによって出しているために、振動モータ３０の厚みは大きくなってしまっている。なお、該振動モータ３０を高速回転させる駆動方法は特許文献１に詳しく説明されているのでその説明は省略する。

次に、図４に従来の他の振動モータの平面図（ａ）とＤ−Ｄ断面図（ｂ）を示す。図３に示す従来の振動モータ３０と異なる点は、２極の扁平ステータ４１のロータ穴４１ａであって、ディテントトルクを発生するために前記ロータ穴３１ａに設けられた段差３１ｃと３１ｄに変わってノッチ４１ｃと４１ｄが設けられている。それ以外の構造は同一なので説明を省略する。

さらに、図５に従来の他の振動モータの平面図（ａ）とＥ−Ｅ断面図（ｂ）を示す。従来の振動モータ５０は、図３に示す従来の振動モータ３０と同様に矩形の外形を有し、それと異なる点は、平板形状の偏心重り５５であって、それは駆動コイル５３とハウジング５８の間に配置されており、その半径は前記振動モータ３０の偏心重り３５の半径より２倍ほど大きく、その厚みは１／４ほどに薄く、回転時に偏心重り５５に働く遠心力はその半径の３乗に、また、その厚みの1乗に比例することから、回転数が同じでは、振動モータ５０では、遠心力、言い換えれば、振動力が２倍ほど大きくなるが、一方、厚みは若干薄くなるが平面サイズは大きくなってしまっている。それ以外の構造は同一なので説明を省略する。

また、さらに、図６に従来の他の振動モータの平面図（ａ）とＦ−Ｆ断面図（ｂ）を示す。図５に示す従来の他の振動モータ５０と異なる点は、２極の扁平ステータ６１のロータ穴６１ａであって、ディテントトルクを発生するために前記ロータ穴５１ａに設けられた段差５１ｃと５１ｄに変わってノッチ６１ｃと６１ｄが設けられている。それ以外の構造は同一なので説明を省略する。

特許３２５８１２５ 特開２００２−２０５０１０ 特開平８−２５５８５９

しかしながら、図３に示す従来の振動モータ３０、あるいは図４に示す従来の他の振動モータ４０では、偏心重り３５あるいは偏心重り４５の半径をこれ以上大きくできないので、振動力が大きくならないという問題があった。そこで、振動力を大きくしようとすると、その厚みを厚くしなければならないので、振動モータ３０あるいは振動モータ４０の厚みが厚くなってしまうという問題が発生した。また、図５に示す従来の他の振動モータ５０、あるいは図６に示す従来の他の振動モータ６０では、おおむね振動力は出せるが、平面図（ａ）において形状が矩形の駆動コイル５３あるいは駆動コイル６３の両端が邪魔になって、振動モータ５０あるいは振動モータ６０の外形を矩形からコイン型にはできないので、コイン型への要求には応えられないという問題があった。また、振動力をさらにアップするには、偏心重り５５あるいは偏心重り６５の外周部を肉厚にすればよいが、そうすると、回転時に駆動コイル５３あるいは駆動コイル６３と干渉してしまうので、振動力のアップへの要求には応えられないという問題もあった。

２極の扁平ステータと、該２極の扁平ステータとギャップを介して磁気結合しディテントトルクによって静止する、ロータ軸に固定された２極の永久磁石から成るロータと、コイル巻心を有して前記２極の扁平ステータと磁気結合する、コイル巻数が同一の２個の第１の駆動コイルと、該２極の扁平ステータに設けられたコイル巻心部にマグネットワイヤーを巻回して形成された、２個の第２の駆動コイルからなる駆動コイルから構成され、前記第１の駆動コイルの２個の駆動コイルの起磁力は並列に接続し、その合成起磁力は前記第２の駆動コイルの２個の駆動コイルの起磁力と直列に接続し前記永久磁石の起磁力に働く磁気回路を有するステップモータにおいて、前記第１の駆動コイルはお互いに前記ロータを挟んでそのロータの中心を通る線分に対して線対称になるように配置され、前記第２の駆動コイルは、お互いに前記ロータを該線分方向の、前記ギャップと前記２極の扁平ステータを介して挟んで、その形状が該２極の扁平ステータと比べて、少なくとも該第２の駆動コイル分だけ細く形成された前記コイル巻心部のそれぞれに配置されている。

前記第１の駆動コイルと前記第２の駆動コイルの４個の駆動コイルのコイルのマグネットワイヤーの両端は直列に接続されて１つのコイルを形成している。

前記ステップモータは、前記ロータのロータ軸に固定された回転オモリの外周部の最肉厚部が前記駆動コイルと厚み方向で重ならない構造の振動モータである。

前記ステップモータは、前記ロータのロータ軸に固定されたファンが前記駆動コイルと厚み方向で重ならない構造のファンモータである。

小型でコイン型の外形を有しながら、振動力も出せる振動モータを提供できる効果がある。また、ファンモータにも本発明の技術を適用して、小型のファンモータを提供できる効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳述する。

図１に本発明の第１の振動モータの平面図（ａ）とＡ−Ａ断面図（ｂ）を示す。本発明の振動モータ１０は、コイン型の外形を有し、２極の扁平ステータ１１と、該扁平ステータ１１に設けられたロータ穴１１ａに配置され、該扁平ステータ１１とギャップ１１ｂを介して磁気結合し、ロータ穴１１ａに設けられた段差３１ｃと３１ｄによって発生するディテントトルクによって静止する、ロータ軸１２ｂに固定された永久磁石１２ａから成り、ハウジング１８と基板１７で支持されたロータ１２と、お互いに該ロータ１２を該ロータ１２の中心を通る線分Ｘ１−Ｘ１線分方向の、前記ギャップ１１ｂと前記扁平ステータ１１を介して挟んで配置され、該扁平ステータ１１に設けられ、該扁平ステータ１１と比べて、少なくとも駆動コイル１４１分だけ細く形成されたコイル巻心部１４１ｂに巻き回されたコイル１４１ａとから成る駆動コイル１４１と、該扁平ステータ１１に設けられ、該扁平ステータ１１と比べて、少なくとも駆動コイル１４２分だけ細く形成されたコイル巻心部１４２ｂに巻き回されたコイル１４２ａとから成る駆動コイル１４２と、該扁平ステータ１１に磁気結合する、コイル巻心１３１ｂに巻き回されたコイル１３１ａとから成る駆動コイル１３１と、前記ロータ１２を挟んでそのロータ１２の中心を通る線分Ｘ１−Ｘ１に対して、駆動コイル１３１と線対称になるように配置された、コイル巻心１３２ｂに巻き回されたコイル１３２ａとから成る駆動コイル１３２から構成され、ロータ軸１２ｂには偏心重り１５が取り付けられ、その肉厚部１５ａは断面図（ｂ）に示すようにコイル１３１あるいは１３２に重ならないように配置されている。

なお、前記駆動コイル１３１と１３２はコの字型の別体となっているが、一体のリング型の駆動コイルに形成することもでき、さらに、扁平ステータ１１に駆動コイル１３１、１３２、１４１、１４２を一体に形成することも可能である。

前記第１の駆動コイルの２個の駆動コイル１３１と１３２のコイル１３１ａと１３２ａのコイル巻数は同一で、該第１の駆動コイルと前記第２の駆動コイルの４個の駆動コイル１３１、１３２、１４１、１４２のコイル１３１ａ、１３２ａ、１４１ａ、１４２ａのマグネットワイヤーの両端は直列に接続されて１つのコイルを形成している。

該振動モータ１０は、電源のみの外部端子（図示せず）を持つ１チップに集積化されたドライバＩＣ１６に電源を印加すると、前記コイル１３１ａ、１３２ａ、１４１ａ、１４２ａには同一の駆動電流が印加され、図１０に示す従来のステップモータの磁気回路とは異なり、図９の本発明のステップモータの磁気回路に示すように、図１に示すコイル１３１ａ、１３２ａ、１４１ａ、１４２ａに同一の駆動電流ｉが印加された時、駆動コイル１３１の起磁力ｎ１ｉ、９１ａ（ｎ１はコイル１３１ａの巻数）と駆動コイル１３２の起磁力ｎ１ｉ、９１ｂ（ｎ１はコイル１３２ａの巻数）の並列な合成起磁力は、駆動コイル１４１の起磁力ｎ２ｉ、９２ａと、駆動コイル１４２の起磁力ｎ２ｉ、９２ｂと直列に、主にギャップ１１ｂの磁気抵抗Ｒｇ９４ａと９４ｂを通して永久磁石１２ａの起磁力Ｍｍ９３に働き、ロータ１２は高速に回転し、該偏心重り１５に遠心力が働いて振動を発生し振動モータとして機能する。なお、該振動モータ１０を高速回転させる駆動方法は特許文献１に詳しく説明されているのでその説明は省略する。

ここで、本発明の第１の振動モータ１０と従来の振動モータ３０の振動力をそれぞれの永久磁石１２ａと３２ａ、また、それぞれの扁平ヨーク１１と３１のロータ穴１１ａと３１ａが同一である時に比較してみる。

まず、駆動コイルの起磁力を決めるコイル巻数と駆動電流のうちでコイル巻数では、コイル１３１ａ、１３２ａ、１４１ａ、１４２ａに同一の駆動電流が印加された時コイル１３１ａの起磁力と１３２ａの起磁力の並列な合成起磁力がコイル１４１ａの起磁力、１４２ａの起磁力と直列に合成して永久磁石１２ａに働くことを考慮して、図１において、コイル１３１ａと１４１ａと１４２ａのコイル巻数の総数あるいは、コイル１３２ａと１４１ａと１４２ａのコイル巻数の総数は駆動コイル３３のコイル３３ａのコイル巻数と同一なっている。

次に、駆動電流を決めるコイル抵抗について説明する。振動モータ１０では振動モータ３０の駆動コイル３３に相当して駆動コイル１３１、１３２、１４１、１４２に分割されている。永久磁石１２ａからの磁束が駆動コイル１４１と１４２と通って駆動コイル１３１と１３２に２分されるので、そのコイル巻心１３１ｂと１３２ｂの断面積は振動モータ３０の駆動コイル３３のコイル巻心３３ｂの断面積の１／２にできるので、図１に示す平面図（ａ）においてコイル巻心１３１ｂと１３２ｂの幅はコイル巻心３３ｂの幅の１／２にでき、コイル１３１ａ、１３２ａ、１４１ａ、１４２ａのマグネットワイヤーの両端の直列接続のコイルのコイル抵抗は駆動コイル３３のコイルのコイル抵抗の１５％程度増加にとどまるが、振動モータ１０では、同一の電圧印加で駆動電流は１５％程度減少し、回転数は駆動トルクの１５％程度の減少に伴って減少し、振動力は減小する。そこで、回転オモリ１５に働く遠心力がその片重り量と回転数の２乗に比例することを考慮して、回転オモリ１５の肉厚部１５ａの厚みを厚くし回転オモリ１５の片重り量を増やすことで振動力を同程度まで大きくしている。

次に、図２に本発明の第２の振動モータの平面図（ａ）とＢ−Ｂ断面図（ｂ）を示す。本発明の第２の振動モータ２０は、図１に示す本発明の第１の振動モータ１０と同様にコイン型の外形を有し、それと異なる点は、２極の扁平ステータ２１のロータ穴２１ａであって、ディテントトルクを発生するために前記ロータ穴１１ａに設けられた段差１１ｃと１１ｄに変わってノッチ２１ｃと２１ｄが設けられている。それ以外の構造は同一なので説明を省略する。

図７に本発明の第１のファンモータの平面図（ａ）とＧ−Ｇ断面図（ｂ）を示す。本発明のファンモータ７０は、２極の扁平ステータ７１と、該扁平ステータ７１に設けられたロータ穴７１ａに配置され、該扁平ステータ７１とギャップ７１ｂを介して磁気結合し、ロータ穴７１ａに設けられた段差７１ｃと７１ｄによって発生するディテントトルクによって静止する、ロータ軸７２ｂに固定された永久磁石７２ａから成り、ベアリング軸受７９ａと７９ｂで支持されたロータ７２と、お互いに該ロータ７２を該ロータ７２の中心を通る線分Ｙ１−Ｙ１線分方向の、前記ギャップ７１ｂと前記扁平ステータ７１を介して挟んで配置され、該扁平ステータ７１に設けられ、該扁平ステータ７１と比べて、少なくとも駆動コイル７４１分だけ細く形成されたコイル巻心部７４１ｂに巻き回されたコイル７4１ａとから成る駆動コイル７４１と、該扁平ステータ７１に設けられ、該扁平ステータ７１と比べて、少なくとも駆動コイル７４２分だけ細く形成されたコイル巻心部７４２ｂに巻き回されたコイル７4２ａとから成る駆動コイル７４２と、該扁平ステータ７１に磁気結合する、コイル巻心７３１ｂに巻き回されたコイル７３１ａとから成る駆動コイル７３１と、前記ロータ７２を挟んでそのロータ７２の中心を通る線分Ｙ１−Ｙ１に対して、駆動コイル７３１に線対称になるように配置された、コイル巻心７３２ｂに巻き回されたコイル７３２ａとから成る駆動コイル７３２から構成され、ロータ軸７２ｂにはファン体７５が取り付けられ、そのファン７５ａはコイル７３１あるいは７３２に重ならないように配置されている。

前記ファン７５ａは軸流ファンであるが、径流ファンにすることもできる。また、前記ベアリング軸受７９ａと７９ｂは動圧軸受にすることも可能である。

次に、図８に本発明の第２のファンモータの平面図（ａ）とＨ−Ｈ断面図（ｂ）を示す。図７に示す本発明の第１の振動モータ７０と異なる点は、２極の扁平ステータ８１のロータ穴８１ａであって、ディテントトルクを発生するために前記ロータ穴７１ａに設けられた段差７１ｃと７１ｄに変わってノッチ８１ｃと８１ｄが設けられている。それ以外の構造は同一なので説明を省略する。

以上の詳細な説明により示されたように、本発明によれば、従来の振動モータの振動力と同程度に維持しながら、矩形の外形を有する従来の振動モータに比べて小型でコイン型の外形を有する振動モータを提供でき（例えば、矩形の外形とコイン型の外形のそれぞれの辺の長さと径の長さが等しい場合には、コイン型の外形では平面の面積は約７２%と小さくなる）、該振動モータが搭載される携帯電話等の携帯電子機器を小型化できる効果がある。また、同様なステッピングモータに回転オモリに変えてファン体を回転軸に取り付けることにより小型のファンモータを提供でき、同様に、該ファンモータが搭載される携帯電話等の携帯電子機器を小型化できる効果がある。

本発明の第１の振動モータの平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。 本発明の第２の振動モータの平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。 従来の振動モータの平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。 従来の他の振動モータの平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。 従来の他の振動モータの平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。 従来の他の振動モータの平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。 本発明の第１のファンモータの平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。 本発明の第２のファンモータの平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。 本発明のステップモータの磁気回路である。 従来のステップモータの磁気回路である。

符号の説明

１０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ 振動モータ
７０ ８０ ファンモータ
１１ ２１ ３１ ４１ ５１ ６１ ７１ ８１ 扁平ステータ
１２ ２２ ３２ ４２ ５２ ６２ ７２ ８２ ロータ
１３１ １３２ ２３１ ２３２ ７３１ ７３２ ８３１ ８３２
第１の駆動コイル
１３１ａ １３２ａ ２３１ａ ２３２ａ ７３１ａ ７３２ａ ８３１ａ
８３２ａ コイル
１４１ １４２ ２４１ ２４２ ７４１ ７４２ ８４１ ８４２
第２の駆動コイル
１４１ａ １４２ａ ２４１ａ ２４２ａ ７４１ａ ７４２ａ ８４１ａ
８４２ａ コイル
３３ ４３ ５３ ６３ 駆動コイル
１５ ２５ ３５ ４５ ５５ ６５ 回転オモリ
１５ａ ２５ａ 回転オモリの肉厚部
７５ ８５ ファン体
７５ａ ８５ａ ファン
９１ａ、９１ｂ、９２ａ、９２ｂ、１０１ 駆動コイルの起磁力
９３、１０２ 永久磁石の起磁力
９４ａ、９４ｂ、１０３ａ、１０３ｂ 磁気抵抗

Claims (4)

1. ２極の扁平ステータと、該２極の扁平ステータとギャップを介して磁気結合しディテントトルクによって静止する、ロータ軸に固定された２極の永久磁石から成るロータと、コイル巻心を有して前記２極の扁平ステータと磁気結合する、コイル巻数が同一の２個の第１の駆動コイルと、該２極の扁平ステータに設けられたコイル巻心部にマグネットワイヤーを巻回して形成された、２個の第２の駆動コイルからなる駆動コイルから構成され、前記第１の駆動コイルの２個の駆動コイルの起磁力は並列に接続し、その合成起磁力は前記第２の駆動コイルの２個の駆動コイルの起磁力と直列に接続し前記永久磁石の起磁力に働く磁気回路を有するステップモータにおいて、前記第１の駆動コイルはお互いに前記ロータを挟んでそのロータの中心を通る線分に対して線対称になるように配置され、前記第２の駆動コイルは、お互いに前記ロータを該線分方向の、前記ギャップと前記２極の扁平ステータを介して挟んで、その形状が該２極の扁平ステータと比べて、少なくとも該第２の駆動コイル分だけ細く形成された前記コイル巻心部のそれぞれに配置されていることを特徴とするステップモータ。
2. 前記第１の駆動コイルと前記第２の駆動コイルの４個の駆動コイルのコイルのマグネットワイヤーの両端は直列に接続されて１つのコイルを形成していることを特徴とする請求項１に記載のステップモータ。
3. 前記ステップモータは、前記ロータのロータ軸に固定された回転オモリの外周部の最肉厚部が前記駆動コイルと厚み方向で重ならない構造の振動モータであることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載のステップモータ。
4. 前記ステップモータは、前記ロータのロータ軸に固定されたファン体の外周部のファンが前記駆動コイルと厚み方向で重ならない構造のファンモータであることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載のステップモータ。