JP6667403B2

JP6667403B2 - 振動モータ

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Publication number: JP6667403B2
Application number: JP2016166858A
Authority: JP
Inventors: 智弘赤沼; 満大井; 智史中沢
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 2016-08-29
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2020-03-18
Anticipated expiration: 2036-08-29
Also published as: US20180056329A1; US10399122B2; CN207234640U; JP2018038112A

Description

本発明は、振動モータに関する。

従来、スマートフォン等の各種機器には、振動モータが備えられる。近年、触覚を通じて情報を伝達する技術であるハプティック技術が向上している。これにより、振動モータは、従前からの無音通知のためのバイブレーション機能を有するだけでなく、触覚フィードバック等のために細かい振動を伝えることのできる機能が要求される。触覚フィードバック等には高応答性が求められる。

ここで、特許文献１には、次のような従来のリニアモータが開示される。このリニアモータは、固定子と可動子を有する。固定子は、ケーシング、コイル、ヨーク、およびリニアブッシュを有する。可動子は、シャフト、スラスト磁石、ラジアル磁石、および止め輪を有する。

ケーシングの内側には、シャフト、コイル、およびヨークが収容される。コイルは、ケーシングの内部において、シャフトの周囲を囲むように設けられる。ヨークは、ケーシングの内部において、コイルの外側に設けられる。ケースの両端には、シャフトを移動可能に保持するリニアブッシュが配置される。

シャフトには、周方向に沿って延びる２本の溝が形成される。止め輪は、各溝に嵌め込まれる。スラスト磁石とラジアル磁石はともに筒状形状を有する。複数のスラスト磁石と複数のラジアル磁石は、２つの止め輪の間に挟まれて配置されて、シャフトに取り付けられる。

スラスト磁石は、発生させる磁束の方向がシャフトの延びる方向と平行となる。ラジアル磁石は、発生させる磁束の方向がシャフトの径方向となる。スラスト磁石とラジアル磁石は、交互に並べられる。すなわち、スラスト磁石とラジアル磁石は、所謂ハルバッハ配列でシャフトに取り付けられる。

このような構成により、コイルに流す電流を制御することで、シャフトの延びる方向に可動子を移動させることが可能となる。

特許第５８７２１０８号公報

上述したリニアモータの構成を仮に振動モータに適用した場合、磁石のハルバッハ配列によりコイル側に磁束を集中させることができ、振動モータの応答性を高めることは可能となる。

ここで、振動モータは、特に小型化が要求されており、内蔵する磁石も小型化が求められる。中心軸方向に着磁させる上記スラスト磁石は小型化しても、着磁することは容易である。しかしながら、内外周方向に着磁させる上記ラジアル磁石は小型化すると、着磁させるための着磁ヨークを製作することが困難であり、また、充分に着磁させることも困難となる。従って、従来技術では、振動モータを小型化することが阻まれていた。

上記状況に鑑み、本発明は、小型化且つ高応答性を実現することが可能となる振動モータを提供することを目的とする。

本発明の例示的な振動モータは、一方向に延びるシャフトと、
筐体およびコイルを有する静止部と、
前記シャフトの径方向外側に配置され、前記静止部に対して一方向に振動可能な振動体と、
前記静止部と前記振動体との間に配置される弾性部材と、
を備え、
前記コイルは、前記シャフト周りを囲んで配置され、
前記振動体は、
おもりと、
前記シャフト周りに環状であり、内外周方向に着磁された複数の第１磁石と、
前記シャフト周りに環状であり、前記シャフトと前記第１磁石との間に配置される複数の磁性体と、
一方向に着磁されて前記シャフト周りに環状であり、一方向に隣り合う前記磁性体によって挟まれて配置される１つ以上の第２磁石と、を含み、
一方向に隣り合う前記第１磁石は、内外周において互いに逆の磁極を有する、構成としている。

例示的な本発明の振動モータによれば、小型化且つ高応答性を実現することが可能となる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る振動モータの概略側面断面図である。図２は、本発明の第２実施形態に係る振動モータの概略側面断面図である。図３は、本発明の第３実施形態に係る振動モータの概略側面断面図である。図４は、本発明の第４実施形態に係る振動モータの概略側面断面図である。図５は、本発明の第５実施形態に係る振動モータの概略一部側面断面図である。図６は、本発明の第６実施形態に係る振動モータの概略一部側面断面図である。

以下に本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動モータ１の概略側面断面図である。なお、図１において、振動モータ１に含まれるシャフト２０の延びる一方向をＸ方向として示す。

図１に示す第１実施形態に係る振動モータ１は、静止部１０と、弾性部材１５Ａ、１５Ｂと、シャフト２０と、振動体２１と、を備える。本実施形態では、シャフト２０と振動体２１から可動部が構成される。

静止部１０は、ケース１１と、コイル１２と、蓋部１３Ａ、１３Ｂと、軸受部１４Ａ、１４Ｂと、を有する。ケース１１は、一方向に延びる筒状の形状をしている。なお、ケース１１の一方向に視た断面は、円環状であっても矩形環状であってもよい。

蓋部１３Ａは、ケース１１の一方の端部を塞ぐ位置に配置される。蓋部１３Ｂは、ケース１１の他方の端部を塞ぐ位置に配置される。軸受部１４Ａは、蓋部１３Ａの中央に形成される孔部に嵌合する。軸受部１４Ｂは、蓋部１３Ｂの中央に形成される孔部に嵌合する。ケース１１は、筐体に相当する。すなわち、静止部１０は、筐体およびコイル１２を有する。

振動体２１は、おもり２２と、第１磁石２３Ａ〜２３Ｃと、磁性体２４Ａ〜２４Ｃと、第２磁石２５Ａ、２５Ｂと、を有する。

シャフト２０は、両端をそれぞれ軸受部１４Ａ、１４Ｂに一方向に移動可能に保持される。シャフト２０は、磁性体で構成してもよいし、樹脂等の非磁性体で構成してもよい。おもり２２は、筒状の形状をしており、例えばタングステン合金により形成される。おもり２２の内側にシャフト２０が通されて固定される。おもり２２は、例えば接着剤によりシャフト２０に固定される。

第１磁石２３Ａ〜２３Ｃは、一方向に配列される。第１磁石２３Ａ〜２３Ｃはそれぞれ、シャフト２０周りに環状であり、内外周方向に着磁される。磁性体２４Ａ〜２４Ｃ（磁性体ブロック）はそれぞれ、シャフト２０周りに環状であり、シャフト２０と第１磁石２３Ａ〜２３Ｃのそれぞれとの間に配置される。磁性体２４Ａ〜２４Ｃは、強磁性体で構成される。第１磁石２３Ａ〜２３Ｃと磁性体２４Ａ〜２４Ｃとの固定は、例えば接着剤による接着により行われる。磁性体２４Ａ〜２４Ｃとシャフト２０との固定は、例えば接着剤による接着により行われる。第１磁石２３Ａおよび磁性体２４Ａは、おもり２２の表面に接触し、おもり２２に一方向において隣接して配置される。

第２磁石２５Ａ、２５Ｂはそれぞれ、一方向に着磁され、シャフト２０周りに環状である。第２磁石２５Ａは、一方向に隣り合う磁性体２４Ａ、２４Ｂによって挟まれて配置される。第２磁石２５Ｂは、一方向に隣り合う磁性体２４Ｂ、２４Ｃによって挟まれて配置される。

第２磁石２５Ａ、２５Ｂはそれぞれ、シャフト２０に嵌合して固定される。すなわち、第２磁石２５Ａ、２５Ｂとシャフト２０との間には、磁性体等の他の部材が存在しない。これにより、部品点数を削減できる。なお、第２磁石２５Ａ、２５Ｂとシャフト２０との固定は、例えば接着剤による接着により行われる。

上記のような振動体２１の構成により、振動体２１は、シャフト２０の径方向外側に配置される。巻きバネである弾性部材１５Ａは、蓋部１３Ａとおもり２２との間に配置される。巻きバネである弾性部材１５Ｂは、蓋部１３Ｂと磁性体２４Ｃとの間に配置される。すなわち、弾性部材１５Ａ、１５Ｂは、静止部１０と振動体２１との間に配置される。

ここで、一方向に隣り合う第１磁石２３Ａ、２３Ｂは、内外周において互いに逆の磁極を有する。同様に、一方向に隣り合う第１磁石２３Ｂ、２３Ｃは、内外周において互いに逆の磁極を有する。また、一方向に隣り合う第２磁石２５Ａ、２５Ｂは、一方向における磁束の向きが互いに逆となる。また、コイル１２は、シャフト２０周りに巻かれて構成され、ケース１１の内壁面に固定される。すなわち、コイル１２は、シャフト２０周りを囲んで配置される。コイル１２の径方向内側に、第１磁石２３Ｂが配置される。第１磁石２３Ａ〜２３Ｃの一方向長さは同一であり、第１磁石２３Ｂとコイル１２は一方向長さが同一である。

これにより、第１磁石２３Ａ〜２３Ｃ、磁性体２４Ａ〜２４Ｃ、および第２磁石２５Ａ、２５Ｂによって所謂ハルバッハ配列構造が構成される。磁性体２４Ａ〜２４Ｃが磁化することにより、第２磁石２５Ａ、２５Ｂを介した一方向の磁路が形成され、コイル１２側に磁束が集中する。コイル１２に流す電流を制御することにより、第１磁石２３Ａ〜２３Ｃによって生じる磁束とコイル１２によって生じる磁束との相互作用によって、振動体２１とシャフト２０は可動部として静止部１０に対して一方向に振動可能となる。

振動モータ１を小型化するに当たり、第１磁石２３Ａ〜２３Ｃを小型化する場合でも、第１磁石２３Ａ〜２３Ｃの内周側には磁性体２４Ａ〜２４Ｃを配置させるので、第１磁石２３Ａ〜２３Ｃの内径を大きくすることができる。従って、第１磁石２３Ａ〜２３Ｃは、内外周方向に着磁させる磁石であるが、着磁ヨークを製作すること、および着磁を充分に行うことは可能となる。従って、振動モータ１を小型化することを実現できる。

さらに、上述したように第１磁石２３Ａ〜２３Ｃ、磁性体２４Ａ〜２４Ｃ、および第２磁石２５Ａ、２５Ｂによってハルバッハ配列構造を構成することにより、コイル１２側の磁力を高めることができ、振動モータ１の高応答性を実現することもできる。すなわち、本実施形態の振動モータ１によれば、小型化且つ高応答性を実現することが可能となる。

また、第２磁石２５Ａ、２５Ｂの一方向長さＬ２は、第１磁石２３Ａ〜２３Ｃの一方向長さＬ１以下である。一方向の磁路を確保することを目的とする第２磁石２５Ａ、２５Ｂの一方向長さは、駆動に直接的に寄与する第１磁石２３Ａ〜２３Ｃの一方向長さ以下であればよく、振動モータ１の一方向寸法を小さくすることができる。

また、振動モータ１を製造するに当たり、シャフト２０と振動体２１から可動部を組み立てる場合、例えば、まずシャフト２０におもり２２を固定した上で、第１磁石２３Ａと磁性体２４Ａの組、第２磁石２５Ａ、第１磁石２３Ｂと磁性体２４Ｂの組、第２磁石２５Ｂ、第１磁石２３Ｃと磁性体２４Ｃの組の順にシャフト２０に固定する。

ここで、第２磁石２５Ａ、２５Ｂの外径は、第１磁石２３Ａ〜２３Ｃの外径と等しい。すなわち、第２磁石２５Ａ、２５Ｂは、第１磁石２３Ａ〜２３Ｃと一方向において重なる。これにより、上記可動部の組み立て工程において、第１磁石２３Ｂを第２磁石２５Ａに接触させることで第１磁石２３Ｂの一方向における位置決めが可能となり、第１磁石２３Ｃを第２磁石２５Ｂに接触させることで第１磁石２３Ｃの一方向における位置決めが可能となる。

なお、可動部の組み立て工程において、まず第１磁石２３Ｃと磁性体２４Ｃの組をシャフト２０に固定する場合でも、上記と同様の第１磁石の位置決めによる効果が奏される。

また、上記位置決めの効果を奏するためには、第２磁石の外径を第１磁石の外径よりも短くし、且つ第２磁石が第１磁石と一方向において重なるようにすることも可能である。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係る振動モータ１０１の概略側面断面図である。

図２に示す振動モータ１０１の構成における上記第１実施形態との相違点は、振動体２１１の構成である。振動体２１１では、第２磁石２５１Ａ、２５１Ｂの外径は、磁性体２４Ａ〜２４Ｃの外径と等しい。従って、第１実施形態で述べたような可動部の組み立て工程における位置決めの効果は奏されない。しかしながら、第１実施形態に比して第２磁石の使用量を少なくすることができ、コスト低減につなげることができる。

そして、本実施形態によっても、第１磁石２３Ａ〜２３Ｃの内周側に磁性体２４Ａ〜２４Ｃを配置することによる振動モータ１０１の小型化の効果を奏することができる。さらに、第１磁石２３Ａ〜２３Ｃ、磁性体２４Ａ〜２４Ｃ、および第２磁石２５１Ａ、２５１Ｂによってハルバッハ配列構造が形成されるので、振動モータ１０１の高応答性の効果を奏することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図３は、本発明の第３実施形態に係る振動モータ１０２の概略側面断面図である。

図３に示す振動モータ１０２の構成における上記第２実施形態との相違点は、振動体２１２の構成である。振動体２１２は、第２実施形態における振動体２１１に対してさらに環状磁性体２６Ａ、２６Ｂを有する。

環状磁性体２６Ａ、２６Ｂ（磁性体ブロック）は、シャフト２０周りに環状であり、強磁性体で構成される。環状磁性体２６Ａ、２６Ｂはそれぞれ、第２磁石２５１Ａ、２５１Ｂの外周側に配置される。また、環状磁性体２６Ａ、２６Ｂの外径は、第１磁石２３Ａ〜２３Ｃの外径と等しい。すなわち、環状磁性体２６Ａ、２６Ｂは、第１磁石２３Ａ〜２３Ｃと一方向において重なる。

第１実施形態で述べた効果と同様に、環状磁性体２６Ａ、２６Ｂを設けることで、可動部を組み立てる場合に第１磁石２４Ａ〜２４Ｃの一方向における位置決めを行うことが可能となる。

なお、環状磁性体が第１磁石と一方向において重なっていれば、環状磁性体の外径は第１磁石の外径よりも短くすることも可能である。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。図４は、本発明の第４実施形態に係る振動モータ１０３の概略側面断面図である。

図４に示す振動モータ１０３の構成における上記第２実施形態との相違点は、振動体２１３の構成である。振動体２１３は、第１磁石２３１Ａ〜２３１Ｃと、磁性体２４１Ａ〜２４１Ｃを有する。

一方向に隣り合う第１磁石２３１Ａ、２３１Ｂのうち一方である第１磁石２３１Ａは、一方向においてコイル１２と重なる。そして、他方である第１磁石２３１Ｂは、コイル１２の径方向内側に配置される。これにより、第１磁石２３１Ａ、２３１Ｂ間における磁束の漏れを抑制することができる。また、一方向に隣り合う第１磁石２３１Ｂ、２３１Ｃについても同様の構成である。

但し、本実施形態では、振動モータ１０３の組み立ての際、例えばケース１１の一端を蓋部１３Ｂ（および軸受部１４Ｂ）によって塞いだ状態で、弾性部材１５Ｂを配置してから、仮にシャフト２０と振動体２１３から予め組み立てた可動部をケース１１の蓋部１３Ｂと反対側から内部に挿入して組み付けようとしても、第１磁石２３１Ｃがコイル１２と干渉してしまい、組み付けができない。

この点では、第１〜第３実施形態では、第１磁石と、第２磁石または環状磁性体は一方向においてコイル１２と重ならないので、上記の組み立て方法であっても可動部をコイル１２との干渉なく組み付けることが可能である。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態について説明する。図５は、本発明の第５実施形態に係る振動モータ１０４の概略一部側面断面図である。

図５に示す振動モータ１０４に含まれる振動体２１４は、第１実施形態に係る振動モータ１（図１）の振動体２１に対して第１磁石の個数を増やした構成となる。具体的には、振動体２１４は、４個の第１磁石２３２Ａ〜２３２Ｄと、シャフト２０と第１磁石２３２Ａ〜２３２Ｄとの間に配置される磁性体２４２Ａ〜２４２Ｄと、一方向に隣り合う磁性体２４２Ａ〜２４２Ｄの各組によって挟まれて配置される第２磁石２５２Ａ〜２５２Ｃと、を有する。また、４個の第１磁石のうち内側の２つの第１磁石２３２Ｂ、２３２Ｃのそれぞれの径方向外側にコイル１２１Ａ、１２１Ｂが配置される。

第１磁石２３２Ａ〜２３２Ｄのうち一方向に隣り合う各組においては、内外周において互いに逆の磁極を有する。また、第２磁石２５２Ａ〜２５２Ｃのうち一方向に隣り合う各組においては、一方向における磁束の向きが互いに逆となる。これにより、本実施形態においても、ハルバッハ配列構造が形成される。

＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態について説明する。図６は、本発明の第６実施形態に係る振動モータ１０５の概略一部側面断面図である。

図６に示す振動モータ１０５に含まれる振動体２１５は、第５実施形態に係る振動モータ１０４（図５）の振動体２１４に対して第１磁石の個数をさらに増やした構成となる。具体的には、振動体２１５は、５個の第１磁石２３２Ａ〜２３２Ｅと、シャフト２０と第１磁石２３２Ａ〜２３２Ｅとの間に配置される磁性体２４２Ａ〜２４２Ｅと、一方向に隣り合う磁性体２４２Ａ〜２４２Ｅの各組によって挟まれて配置される第２磁石２５２Ａ〜２５２Ｄと、を有する。また、４個の第１磁石のうち内側の３つの第１磁石２３２Ｂ〜２３２Ｄのそれぞれの径方向外側にコイル１２１Ａ〜１２１Ｃが配置される。

第１磁石２３２Ａ〜２３２Ｅのうち一方向に隣り合う各組においては、内外周において互いに逆の磁極を有する。また、第２磁石２５２Ａ〜２５２Ｄのうち一方向に隣り合う各組においては、一方向における磁束の向きが互いに逆となる。これにより、本実施形態においても、ハルバッハ配列構造が形成される。

＜部材の個数の関係について＞
第１〜第４実施形態では、第１磁石の個数が３個に対して、第２磁石の個数は２個である。また、第５実施形態では、第１磁石の個数が４個に対して、第２磁石の個数は３個である。また、第６実施形態では、第１磁石の個数が５個に対して、第２磁石の個数は４個である。すなわち、第２磁石の個数は、第１磁石の個数よりも１個だけ少ない。

また、第１、第２、第４実施形態では、第１磁石の個数が３個に対して、磁性体の個数は３個である。第５実施形態では、第１磁石の個数が４個に対して、磁性体の個数は４個である。第６実施形態では、第１磁石の個数が５個に対して、磁性体の個数は５個である。また、第３実施形態では、第１磁石の個数３個、第２磁石の個数２個に対して、磁性体の個数は３個で、環状磁性体の個数は２個である。すなわち、磁性体を含む磁性体ブロックの個数は、第１磁石の個数と等しいか、または第１磁石の個数と第２磁石の個数との和である。

＜その他＞

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態のようにハルバッハ配列構造を構成すると、磁束が回転し、コイルに対して垂直に入る磁束が少なくなる場合もあるので、第１磁石の一方向長さを、コイルの一方向長さよりも長くする構成としてもよい。

また、コイルが配置されるケースは磁性体により構成すると、コイルに対して磁束が垂直に入り易くなるので好適となる。すなわち、筐体は磁性体により構成されることが望ましい。

また、上記実施形態ではシャフトは可動部に含めたが、シャフトを筐体に固定し、シャフトに対して振動体が一方向に可動する構成としてもよい。

また、弾性部材は、振動体の一方向における両端に配置することに限らず、振動体の一方向における一端のみに配置してもよい。すなわち、弾性部材は１個のみとしてもよい。

また、上記実施形態では、１本のシャフトが振動体を貫通する構成としたが、シャフトを２本用い、一方のシャフトは、振動体における磁石が配置される側の端部から挿入されておもりの内側の途中まで通され、他方のシャフトは、振動体におけるおもりが配置される側の端部からおもりの内側の途中まで通される構成としてもよい。この場合例えば、一方のシャフトは、一方の軸受部に保持され、他方のシャフトは他方の軸受部に保持される。

本発明は、例えばスマートフォン、またはゲームパッドなどに備えられる振動モータに利用することができる。

１、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５・・・振動モータ
１０・・・静止部
１１・・・ケース
１２・・・コイル
１３Ａ、１３Ｂ・・・蓋部
１４Ａ、１４Ｂ・・・軸受部
１５Ａ、１５Ｂ・・・弾性部材
２０・・・シャフト
２１、２１１、２１２、２１３、２１４、２１５・・・振動体
２２・・・おもり
２３Ａ〜２３Ｃ、２３１Ａ〜２３１Ｃ、２３２Ａ〜２３２Ｅ・・・第１磁石
２４Ａ〜２４Ｃ、２４１Ａ〜２４１Ｃ、２４２Ａ〜２４２Ｅ・・・磁性体
２５Ａ、２５Ｂ、２５１Ａ、２５１Ｂ、２５２Ａ〜２５２Ｄ・・・第２磁石
２６Ａ、２６Ｂ・・・環状磁性体

Claims

一方向に延びるシャフトと、
筐体およびコイルを有する静止部と、
前記シャフトの径方向外側に配置され、前記静止部に対して一方向に振動可能な振動体と、
前記静止部と前記振動体との間に配置される弾性部材と、
を備え、
前記コイルは、前記シャフト周りを囲んで配置され、
前記振動体は、
おもりと、
前記シャフト周りに環状であり、内外周方向に着磁された複数の第１磁石と、
前記シャフト周りに環状であり、前記シャフトと前記第１磁石との間に配置される複数の磁性体と、
一方向に着磁されて前記シャフト周りに環状であり、一方向に隣り合う前記磁性体によって挟まれて配置される１つ以上の第２磁石と、を含み、
一方向に隣り合う前記第１磁石は、内外周において互いに逆の磁極を有する、
ことを特徴とする振動モータ。
前記第２磁石の一方向長さは、前記第１磁石の一方向長さ以下であることを特徴とする請求項１に記載の振動モータ。
前記第２磁石は、前記シャフトに嵌合することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動モータ。
前記第２磁石は、前記第１磁石と一方向において重なることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の振動モータ。
前記振動体は、前記シャフト周りに環状である環状磁性体をさらに含み、
前記環状磁性体は、前記第２磁石の外周側に配置され、前記第１磁石と一方向において重なることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の振動モータ。
一方向に隣り合う前記第１磁石のうち一方は、一方向において前記コイルと重なり、
一方向に隣り合う前記第１磁石のうち他方は、前記コイルの径方向内側に配置されることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の振動モータ。
前記第１磁石の一方向長さは、前記コイルの一方向長さよりも長いことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の振動モータ。
前記筐体は、磁性体により構成されることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の振動モータ。
前記第２磁石の個数は、前記第１磁石の個数よりも１個だけ少なく、
前記磁性体を含む磁性体ブロックの個数は、前記第１磁石の個数と等しいか、または前記第１磁石の個数と前記第２磁石の個数との和である、
ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の振動モータ。