説明

モータ

【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。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、モータに関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平6−205565号公報
【特許文献2】特許第3039857号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【課題を解決するための手段】
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【発明の効果】
【0013】
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。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】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。
【図2】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。
【図3】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。
【図4】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。
【図5】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。
【図6】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。
【発明を実施するための形態】
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【産業上の利用可能性】
【0049】
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。
【符号の説明】
【0050】
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

【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2011−182564(P2011−182564A)
【公開日】平成23年9月15日(2011.9.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−44900(P2010−44900)
【出願日】平成22年3月2日(2010.3.2)
【出願人】(500558687)株式会社ファインテック (5)
【Fターム(参考)】