JP2009050093A - 振動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】外形寸法の小型化、および、より低いモータ回転数においてより大きな振動力の発生が可能な、３突極偏在電気子を有する扁平型鉄心電動機で構成される振動モータを提供する。
【解決手段】本発明に係る振動モータは、周方向に６極の磁極を着磁した界磁磁石と、回転軸と、該軸を中心に非点対称に偏在配置された中央突極およびその左右に配置された一対の補助突極からなる３個の突極に各々コイルを巻回した電機子鉄心とを備え、中央突極と界磁磁石との対向ギャップを補助突極とのそれよりも狭く形成し、中央突極による励磁力を左右一対の補助突極の励磁力よりも大きく構成し、起動時には中央突極に界磁磁石との対向磁極と同極の磁極を発生させて界磁磁石との反発力により電機子鉄心を回転付勢する振動モータであって、中央突極において、電機子鉄心の回転軸よりも径方向外周側位置に重錘が設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動モータに関し、さらに詳細には、３突極偏在電気子を有する扁平型鉄心電動機により構成される振動モータに関する。

携帯電話機やページャー等には振動モータが用いられている。例えば、この種の振動モータとしては、特開２００６−３２５３８４号公報（特許文献１）に示すように、偏心型ロータを有する無鉄心電動機による構成が提案されている。

当該特許文献１に記載の振動モータ１００は、図１４に示す通り、挿入孔１３１ａを有するボード１３１と、ボード１３１の上側で、多数のパターンコイルを有し、複数の層に積層されたパターンコイル層１３８と、ボード１３１の裏面上に形成され、パターンコイルに電気的に連結されて、パターンコイルの整数の倍数に形成される整流子１３３と、を含み、ボード１３１は挿入孔１３１ａに対して偏心する偏心型ロータ１０３を有する構成を備えて、振動を発生させるというものである。

一方、振動モータの他の方式として、特開２００５−１８５０７８号公報（特許文献２）に示すように、３突極偏在電気子を有する扁平型鉄心電動機による構成が提案されている。

当該特許文献２に記載の振動モータ２００は、図１５に示す通り、周方向に６極の磁極を着磁した界磁磁石２０２と、回転軸２０７を中心に非点対称に偏在配置された中央突極２０４および左右一対の補助突極２０５、２０６からなる３個の突極に各々コイルを巻回した電機子鉄心２０３とを備え、中央突極２０４による励磁力を左右一対の補助突極２０５、２０６の励磁力よりも大きく構成し、かつ、起動時には中央突極２０４に界磁磁石２０２との対向磁極と同極の磁極を発生させて反発力により電機子鉄心２０３が回転付勢されるという構成を備えて、電機子鉄心２０３の質量とその不平衡によって振動を発生させるというものである。

特開２００６−３２５３８４号公報 特開２００５−１８５０７８号公報

ここで、振動モータ１００に代表される偏心型ロータを有する無鉄心電動機は、振動モータ２００に代表される３突極偏在電気子を有する扁平型鉄心電動機と比較して、電動機基本構造の相違等に起因して製造コストが高いというデメリットを有しているにもかかわらず、特に携帯電話用振動モータとして高い採用率を有している。その理由の一つは、前記振動モータ１００は、同等の大きさの振動モータ２００と比較して発生可能な振動力が大きいというメリットを有しているためである。前述の特許文献２等において、振動力を向上させる発明がなされてはいるものの、現状では、振動モータ２００において、振動モータ１００と同程度の振動力を発生させるためには、直径を１〜２割程度大きな形状として振動力を向上させる方法、もしくはモータ回転数を３〜６割程度高回転型にすることで振動力を向上させる方法を採らざるを得ない。したがって、特に携帯電話等への用途に対して、前者は搭載機器本体の小型化という要請に反する要素となり、また後者は消費電力の増大、モータ寿命の低下といった弊害をもたらす点で課題となっていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、外形寸法を小型化すると共に、より低いモータ回転数においてより大きな振動力を発生させることが可能な、３突極偏在電気子を有する扁平型鉄心電動機により構成される振動モータを提供することを目的とする。

本発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。

本発明に係る振動モータは、周方向に６極の磁極を着磁した界磁磁石と、回転軸を有すると共に該回転軸を中心に非点対称に偏在配置された中央突極および該中央突極の左右に配置された一対の補助突極からなる３個の突極に各々コイルを巻回した電機子鉄心とを備え、前記中央突極と前記界磁磁石との対向ギャップを前記補助突極との対向ギャップよりも狭く形成すると共に、前記中央突極による励磁力を前記左右一対の補助突極の励磁力よりも大きく構成し、且つ、起動時には前記中央突極に前記界磁磁石との対向磁極と同極の磁極を発生させて前記界磁磁石との反発力により前記電機子鉄心を回転付勢する振動モータであって、前記中央突極において、前記電機子鉄心の回転軸よりも径方向外周側位置に、重錘が設けられることを特徴とする。

また、前記重錘は、前記電機子鉄心を構成する磁性材料と同一材料を用いて、前記中央突極における前記界磁磁石との対向面と、前記コイルの径方向外周側巻回端との間が、肉厚形状となるように、該電機子鉄心と一体もしくは別体に形成されることを特徴とする。

また、前記電機子鉄心は、複数枚の磁性金属板が積層されて構成されると共に、前記中央突極および前記左右一対の補助突極の径方向外周側端部に、少なくとも軸方向上下表面に配置される該磁性金属板を軸方向に屈曲させて前記界磁磁石に対向する鍔部が形成され、前記重錘は、前記電機子鉄心を構成する磁性材料よりも比重の重い金属材料もしくは金属合金材料を用いて、前記中央突極における前記鍔部の径方向内周面と、コイルの径方向外周側巻回端との間が、肉厚形状となるように形成されることを特徴とする。

また、前記重錘は、前記電機子鉄心を構成する磁性材料よりも比重の大きい金属材料もしくは金属合金材料を用いて、前記中央突極におけるコイルが巻回されるリブ部の幅よりも狭い幅で且つ該リブ部の厚さ以下の厚さを備える形状に形成され、該リブ部に嵌め込まれて設けられることを特徴とする。

なお、前記金属材料もしくは金属合金材料として、タングステンもしくはタングステン合金を用いることが好適である。

請求項１によれば、電機子鉄心において、回転軸を中心として質量が不平衡に構成されることとなる。すなわち、電機子鉄心の重心と回転軸との距離が拡大されることとなり、それによって、電機子鉄心の回転に伴って発生する振動力を向上させることが可能となる。

請求項２によれば、電機子鉄心の軸方向厚さおよび径方向寸法をいずれも拡大せず、また、コイル巻回スペースを縮小せずに、前記電機子鉄心の質量不平衡を大きくすることが可能となる。

請求項３によれば、電機子鉄心の回転に伴って発生する振動力を、より一層向上させることが可能となる。

請求項４によれば、電機子鉄心の外径を従来と同様の寸法に形成しつつ、前記質量不平衡を大きくすることが可能となる。

請求項５によれば、電機子鉄心を構成する磁性材料よりも比重の大きい金属材料もしくは金属合金材料の中で、特に、比重が大きいタングステンもしくはタングステン合金を用いて重錘を構成することが前記質量不平衡を大きくする観点において好適である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳しく説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る振動モータ１の一例を示す概略図である。図２は、その振動モータ１の寸法関係を示す説明図である。図３、その振動モータ１の電機子鉄心３および重錘２１の構成を示す概略図である。図４は、その振動モータ１の電機子鉄心３および重錘２１の構成を示す断面図である。図５は、その振動モータ１の回転動作を示す説明図である。図６は、その振動モータ１の中央突極４の変形例を示す要部概略図である。図７は、その振動モータ１の磁気中心を示す説明図である。図８は、その振動モータ１の電機子鉄心３の変形例を示す概略図である。図９は、その振動モータ１の重錘２１の構成を示す概略図である。図１０は、図１の振動モータ１の変形例を示す概略図である。図１１は、本発明の第二の実施の形態に係る振動モータ１の一例を示す概略図である。図１２は、図１１の振動モータ１の変形例を示す概略図である。図１３は、本発明の第三の実施の形態に係る振動モータ１の一例を示す概略図である。

図１を用いて本発明に係る振動モータ１について説明する。振動モータ１は、図１（ａ）の断面図および図１（ｂ）の平面図に示すように、略皿状に形成されたケース２０の内周面には、周方向にＮ極、Ｓ極を交互に着磁した扁平な略円筒状の界磁磁石２が配設されている。界磁磁石２への着磁は、正弦波着磁または台形着磁の何れかが施される。この界磁磁石２は、フェライトやネオジム・鉄・ボロン等を主成分としたボンド磁石または焼結磁石が使用される。なお、振動モータ１としてより大きな振動を得るためには、希土類元素を主成分とした磁石を使用することが望ましい。

この界磁磁石２の内方には、上記ケース２０に配設された図示しない軸受に支持された回転軸７に固着された電機子鉄心３が配設されている。電機子鉄心３は、中央突極４および当該中央突極４の左右に配置された一対の補助突極５、６からなる３個の突極を有し、回転軸７を中心として非点対称に偏在配置されている。この電機子鉄心３は、本実施例において、２枚の磁性金属板１６、１７を積層することによって構成されている。

左右一対の補助突極５、６は、図２に示すように、中央突極４を中心と、後述するリブ５ａ、６ａの中心とをほぼ８５°の開角度をもって配設されている。また、界磁磁石２と対向する中央突極４の対向面と界磁磁石２との対向ギャップＧ１は、左右一対の補助突極５、６との対向ギャップＧ２、Ｇ３よりも狭くなっている。

すなわち、電機子鉄心３は、中央突極４の対向面４ｃと、左右一対の補助突極５、６の対向面５ｃ、６ｃとがなす軌跡円を略楕円形に形成すると共に、界磁磁石２の中心と軌跡円の中心を回転軸７とほぼ一致させている。これにより、図２に示すように、中央突極４の対向ギャップ長Ｇ１を補助突極５、６の対向ギャップ長Ｇ２、Ｇ３よりも狭くしている。ちなみに、対向ギャップ長Ｇ２、Ｇ３は、対向ギャップ長Ｇ１の２倍以上に設定される。ここで、左右一対の補助突極５、６の対向ギャップ長Ｇ２、Ｇ３はほぼ同じ寸法に設定することが望ましい。

なお、界磁磁石２と補助突極５、６との対向ギャップを中央突極４との対向ギャップよりも広くするための他の実施例を図８に示す。具体的には、中央突極４と左右一対の補助突極５、６からなる３個の突極の界磁磁石２との対向面４ｃ、５ｃ、６ｃがなす半径ｒ１からなる仮想の軌跡円をほぼ真円形にすると共に界磁磁石２の内面の半径ｒ２よりも小さく形成し、当該軌跡円の中心Ｏ１を回転軸７の中心Ｏ０よりも中央突極４側に偏寄させる。このとき、界磁磁石２の中心は回転軸７の中心Ｏ０とほぼ一致させる。これにより、中央突極４が界磁磁石２に近づくことから、対向ギャップが小さくなり、補助突極５、６は界磁磁石２との対向ギャップがやや小さくなるものの、広い状態が保たれるので、中央突極４との対向ギャップよりも広くすることができる。

次に、中央突極４におけるリブ４ａの周方向の幅は、左右一対の補助突極５、６のリブ５ａ、６ａにおける周方向の幅よりも大きく形成されている。そして、これら中央突極４のリブ４ａおよび補助突極５、６のリブ５ａ、６ａには、各々コイル８、９、１０が巻回される。中央突極４のリブ４ａに巻回されるコイル８の巻数は、補助突極５、６のリブ５ａ、６ａに巻回されるコイル９、１０の巻数よりも大きくなっている。

このように、中央突極４のリブ４ａの幅を補助突極５、６のリブ５ａ、６ａの幅よりも大きく形成することにより、中央突極４を通過する磁束密度を増加することができる。また、中央突極４のリブ４ａに巻回されるコイル８の巻数を大きくすることにより励磁力を増加することができる。

ここで、本発明に特徴的な構成として、中央突極４において、電機子鉄心３の回転軸７よりも径方向外周側の位置に、重錘２１が設けられる。図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ重錘２１の上面図、正面図、側面図である（第一の実施の形態）。重錘２１は、図１、図４等に示すように、中央突極４における界磁磁石２との対向面４ｃと、コイル８の径方向外周側の巻回端８ａとの間が、肉厚形状となるように設けられる。なお、当該肉厚形状とは、他の構成要素に対する寸法限度内において、径方向および軸方向の形状を肉厚に形成する趣旨である。

本実施例では、重錘２１は、電機子鉄心３を構成する磁性材料と同一材料を用いて、該電機子鉄心３と別体に形成する。一例として、重錘２１に嵌合溝２１ａを形成して、磁性金属板１６、１７の端部に形成される一組の突部１６ａ、１７ａに嵌合させ、レーザ溶接等によって固定する。なお、電機子鉄心３と一体に形成してもよい。

上記重錘２１を備える構成によれば、電機子鉄心３において、回転軸７を中心として質量が不平衡に構成されることとなる。すなわち、電機子鉄心３の重心と回転軸７との距離が拡大されることとなり、それによって、電機子鉄心３の回転に伴って発生する振動力を向上させることが可能となる。とりわけ本発明においては、上記振動力向上の効果を生じさせるにあたり、電機子鉄心３の軸方向厚さを厚くすることなく、つまり振動モータ１の厚さを厚くすることなく実現し、さらに、電機子鉄心３を径方向に拡径することなく、つまり振動モータ１の外径を大きくすることなく実現し、加えて、コイル巻回スペースを縮小することなく、つまりコイル励磁力を減少させることなく実現している点で非常に大きな効果を奏するものである。それらの結果、外形寸法の小型化、および低いモータ回転数において大きな振動力の発生が可能な、３突極偏在電気子を有する扁平型鉄心電動機により構成される振動モータを提供することが可能となる。

また、上記重錘２１を備える構成によれば、中央突起４における界磁磁石２との対向面を大きくすることが可能となる。その結果、有効磁束を大きくすることができ、モータ効率を向上させることが可能となる。

なお、重錘２１の変形例として図１０（ａ）の断面図および図１０（ｂ）の平面図に示す構成としてもよい。この構成によれば、重錘２１の質量をより大きくすることが可能である。その結果、さらに、電機子鉄心３の重心を回転軸７から遠く設定でき、電機子鉄心３の回転に伴い発生する振動力をより一層向上させることが可能となる。

一方、左右一対の補助突極５、６からなる２個の突極は、軸方向の上下の表面に配置する磁性金属板１６、１７を、界磁磁石２と対向する対向面を軸方向に屈曲させることにより各々鍔部５ｂ、６ｂを形成している（図３、図４参照）。

鍔部５ｂ、６ｂの形成によって界磁磁石２との対向面を大きくすることが可能となる。その結果、有効磁束を大きくすることができ、モータ効率を向上させることが可能となる。

また、左右一対の補助突極５、６は、図１〜図３に示すように、界磁磁石２と対向する対向面の対向角度が、軸方向上下で異なるように構成されている。すなわち、補助突極５における軸方向の上表面側の対向角度θ１は、軸方向の下表面側の対向角度θ２よりも小さくなっている。逆に、補助突極６における軸方向の上表面側の対向角度θ３は、軸方向の下表面側の対向角度θ４よりも小さくなっている。この実施例においては、後述するように、対向角度θ１と対向角度θ３、および、対向角度θ２と対向角度θ４は同じ角度に設定されている。このとき、左右一対の補助突極５、６に形成された鍔部５ｂ、６ｂも同様の対向角度θ１、θ２、θ３およびθ４に設定されている。

上述した電機子鉄心３の図示上表面側の磁性金属板１６は、一対の補助突極５、６における鍔部５ｂ、６ｂを含めた界磁磁石２との対向角度が左右で異なるように形成されている。また、図示下表面側の磁性金属板１７も同一形状に形成されている。そして、図４に示すように、鍔部５ｂ、６ｂを形成していない磁性金属板１６、１７の背面どうしを接合して重合させることにより、界磁磁石２と対向する対向角度θ１、θ２、θ３およびθ４が、軸方向上下で異なるように構成される。つまり、電機子鉄心３を製造するときには、予め１種類の磁性金属板１６を製造した後、２枚の磁性金属板１６、１７を重合することによって上述した電機子鉄心３を容易に製造することができる。

以上のように構成された電機子鉄心３には、回転軸７を中心として平面型の整流子１１が配設されている。整流子１１には、絶縁板１２の一方面上にプリント配線によって形成された略台形状に形成された９個のセグメント１３が円周上に整列配置されている。さらに、絶縁板１２の一端にはプリント配線によって端子部１４が形成され、この端子部１４には、上述した３個のコイル８、９、１０の始端および終端が電気的に接続される。また、端子部１４と９個のセグメント１３とは、図示しないプリント配線によって電気的に接続されている。

整流子１１のセグメント１３には、１８０°の開角度で配設した一対のブラシ（不図示）が摺接している。このブラシは弾性を有する導電性金属板によって形成され、先端部分は回転方向に向いている。また、先端部分は二叉状に分岐していて、この二叉状部が適宜の圧力によってセグメント１３に摺接するようにしている。ブラシの基端は、蓋体（不図示）に固定配置されている。この蓋体は、前述したケース２０に被冠される。また、ブラシの基端はケース２０に設けたコネクター２２あるいはリード線を介して直流電源（不図示）に接続される。

続いて、以上の構成からなる振動モータ１の回転について、図５によって説明する。図５（ａ）は、振動モータ１が停止している状態を示している。各コイル８、９、１０に通電されていないことから、中央突極４および補助突極５、６は励磁されていない。このとき、界磁磁石２との対向ギャップが最も狭い中央突極４のほぼ中心が界磁磁石２の例えばＮ極の磁極中心に吸引されることにより安定し、電機子鉄心３が停止している。

その後、各コイル８、９、１０に整流子１１を介して通電し、中央突極４の対向面にはＮ極を励磁させると共に、一方の補助突極５にはＮ極、他方の補助突極６にはＳ極を励磁させる。中央突極４に励磁される磁極が界磁磁石２のＮ極と同極のため、両者は互いに反発しようとする。このとき、一方の補助突極５に励磁したＮ極が界磁磁石２の近傍のＳ極に吸引され、さらに、他方の補助突極６に励磁したＳ極が界磁磁石２の近傍のＮ極に吸引されることにより、電機子鉄心３は矢示の反時計方向に変位する。これにより、中央突極４と界磁磁石２の反発力が作用して電機子鉄心３は矢示の反時計方向に回転を始め、振動モータ１が起動する。

前述のように、中央突極４のリブ４ａの幅を補助突極５、６のリブ５ａ、６ａの幅よりも大きく形成し、中央突極４を通過する磁束密度を増加させ、さらに、中央突極４に巻回されるコイル８の巻数を補助突極５に巻回されるコイル９、１０の巻数よりも大きくしているので、中央突極４の励磁力が大幅に増加している。このため、中央突極４と界磁磁石２との強力な反発力によって電機子鉄心３は反時計方向に付勢されるので容易に起動することができる。

起動後、電機子鉄心３がほぼ４０°回転すると、前記整流子１１によって各コイル８、９、１０に通電する電流の方向が切り替わり、電機子鉄心３は図５（ｂ）に示す位置になる。すなわち、中央突極４に励磁される磁極は変化せず、一方の補助突極５がＳ極に励磁される。また、他方の補助突極６に励磁される磁極は変化しない。これにより、中央突極４のＮ極は回転方向前方にある界磁磁石２のＳ極に吸引されることによりさらに回転付勢され、一方の補助突極５のＳ極は界磁磁石２のＳ極による反発を受けて回転付勢され、電機子鉄心３はさらに反時計方向への回転が継続する。

電機子鉄心３が図５（ｃ）に示す位置まで回転すると、中央突極４がＳ極に励磁されると共に、一方の補助突極５がＳ極、他方の補助突極６がＮ極に励磁され、図５（ａ）に示した磁極関係とは逆の磁極配置になる。これにより、中央突極４に励磁される磁極が界磁磁石２のＳ極と同極のため反発力を受け、一方の補助突極５に励磁したＳ極が回転方向前方の界磁磁石２のＮ極に吸引され、さらに、他方の補助突極６に励磁したＮ極が回転方向前方の界磁磁石２のＳ極に吸引され、電機子鉄心３はさらに反時計方向に回転付勢される。

その後、図５（ｄ）に示す位置まで電機子鉄心３が回転すると、一方の補助突極５のＳ極は界磁磁石２のＮ極に吸引されて時計方向の回転力が生じるが、中央突極４のＳ極が回転方向前方にある界磁磁石２のＮ極に吸引されることによって生じる反時計方向の吸引力は、当該補助突極５による時計方向の回転力よりも強いため、電機子鉄心３はさらに反時計方向への回転が継続する。なお、他方の補助突極６は、界磁磁石２と吸引してバランスしているため回転力を生じない。以後、整流子１１の９個のセグメント１３によって４０°の回転角毎に各コイル８、９、１０への通電方向を適宜に切り替えることにより、電機子鉄心３の各突極は界磁磁石２の磁極に対して反発と吸引を繰り返して回転付勢される。そして、各コイル８、９、１０への通電を停止すると、中央突極４の磁気的中心と界磁磁石２の磁極中心とが互いに吸引した状態で停止する。

以上の振動モータ１は、電機子鉄心３の極数が少ないことから、数千回転／分から１万数千回転／分の回転数が得られ、この回転により大きな振動が得られる。すなわち、界磁磁石２に対し、偏在した３個の突極として、中央突極４との対向ギャップを補助突極５、６との対向ギャップよりも狭く形成したので、電機子鉄心３の重心が一層中央突極４側に偏寄させることになり、この結果、強力な振動が得られる。

また、中央突極４による励磁力を補助突極５、６の励磁力よりも大きくし、この中央突極４による界磁磁石２との反発力を中心として回転付勢するので、比較的小さな電流値であっても十分な起動力と回転付勢力が得られ、消費電力を抑制することが可能となる。さらに、中央突極４を主体とした構成のためコギング力が大きくなるため、電磁気的にも振動が発生することから、さらに強力な振動を得ることができる。

以上説明した振動モータ１は、電機子鉄心３の中央突極４と界磁磁石２とが磁気的に吸引した安定状態から起動する際に、主として中央突極４と界磁磁石２との磁気的反発力を利用し、補助的に補助突極５、６の界磁磁石２の磁極への吸引力を利用して電機子鉄心３の回転方向を定めると共に回転付勢させている。このように、中央突極４の幾何学的中心と界磁磁石２の磁気中心が一致して安定した状態から起動すると、両者がバランスするので回転付勢させるための反発力が弱くなり、起動トルクが不十分になることから、大きな起動電流が必要となる。

そこで、起動トルクを大きくすると共に起動電流を小さくするために、上述した振動モータ１においては、界磁磁石２と対向する中央突極４の対向面の対向ギャップ長を中央突極４の周方向の左右において各々異ならせている。すなわち、図６に示すように、中央突極４の界磁磁石２との対向面は、回転軸の中心から同心円ではなく、図示右端側の対向ギャップ長Ｇ４よりも左端側の対向ギャップ長Ｇ５が狭くなるように設定している。これら対向ギャップ長Ｇ４、Ｇ５の差は、中央突極４の中心から寸法を１４ｍｍとしたとき０．１ｍｍ程度が好ましく、一般的には、中央突極の中心から寸法に対する対向ギャップ長の差を１．５％から０．５％に設定する。

このように構成することにより、電機子鉄心３が停止した状態では、界磁磁石２の磁極の中心位置（中心線Ｃ０で示す）に対して、中央突極４がほぼ幾何学的な中心位置（中心線Ｃ１で示す）で安定する。なお、上述した対向ギャップ長の差を大きくすると、中央突極４の短い対向ギャップ長側を界磁磁石２の磁極中心に引き寄せるように変移するため、反発力が小さくなってしまうため好ましくない。

この状態から中央突極４に界磁磁石２との対向磁極と同極の磁極を発生させて励磁すると、中央突極４から発生した磁束は、狭い対向ギャップ長Ｇ５に偏って発生し、界磁磁石２の磁気的中心位置との差Ｇ６が生じる。この差Ｇ６によって中央突極４と界磁磁石２との間に大きな反発力が生じるので起動トルクが大きくなる。

本発明の振動モータ１においては、前述したように、電機子鉄心３の補助突極５、６は、軸方向上下表面に配置される磁性金属板１６、１７の界磁磁石２との対向角度を異ならせている。このために、補助突極５、６の磁気的中心が中央突極４から離間する方向に変位する。また、上述したように、中央突極４と界磁磁石２との磁気的中心位置には差Ｇ６が生じていることから、電機子鉄心３は、図７に示すように、やや反時計方向に変位した位置で停止している。すなわち、補助突極６の磁気的中心は、界磁磁石２のＳ極とＮ極のほぼ中間点に位置し、界磁磁石２からの磁気的影響が小さくなる。一方、補助突極５は、電機子鉄心３がやや反時計方向に変位していることから、従来の振動モータにおける位置とほぼ同位置となっている。

この状態から各コイル８、９、１０に通電し、中央突極４の対向面にはＮ極を励磁させると共に、一方の補助突極５にはＮ極、他方の補助突極６にはＳ極を励磁させる。この結果、中央突極４に励磁されたＮ極と界磁磁石２のＮ極とが互いに反発し、さらに、一方の補助突極５に励磁したＮ極が界磁磁石２の近傍のＳ極に吸引されることによって振動モータ１が起動する。この状態では、他方の補助突極６の磁気的中心が界磁磁石２のほぼ中間点に位置しているので、ほぼ自由状態となり、界磁磁石２と補助突極６との間に生ずる磁気的な反作用が減少する。このように電機子鉄心３が反時計方向に回転を始めた後に、図５（ｂ）に示すように、Ｓ極に励磁された他方の補助突極６が界磁磁石２のＮ極に近づく。このとき、補助突極６の磁気的中心が中央突極４から離間する方向に変位しているので、補助突極６の磁極と界磁磁石２のＮ極との距離が小さいことから磁気的吸引力が大きくなって回転トルクを大きくすると共に駆動電流が小さくなる。

本発明による振動モータ１は、電機子鉄心３の各突極と界磁磁石２の磁極との反発力によって起動させると共に回転付勢力を得るようにしているので、大きな起動トルクを得るためには、停止時において、界磁磁石２の磁極の中心と中央突極４の磁気的中心との間に差を設けることが必要となるが、一対の補助突極の磁気的中心を左右で異ならせることによって、両者の中心に差を設ける構成とすることも考えられる。すなわち、一対の補助突極５、６の開角度を左右で非対称に形成することによって、補助突極５、６の磁気的中心を変位させる。非対称にする手段としては、軸方向上下表面に配置される磁性金属板１６、１７の界磁磁石２との対向角度を各々変えることによって、実質的な開角度を非対称に形成することができる。

このように、補助突極の磁気的中心を左右で異ならせることにより、界磁磁石２の磁極の中心に対する中央突極４の磁気的中心が変位し、前述したように、大きな反発力が得られ、しかも、起動電流を小さくすることができる。

続いて、図１１を用いて本発明に係る振動モータ１の重錘２１の第二の実施形態について説明する。図１１（ａ）の断面図および図１１（ｂ）の平面図に示すように、中央突極４および左右一対の補助突極５、６からなる３個の突極は、軸方向の上下の表面に配置する磁性金属板１６、１７を、界磁磁石２と対向する対向面を軸方向に屈曲させることにより各々鍔部４ｂ、５ｂ、６ｂが形成されると共に、重錘２１が、中央突極４における鍔部４ｂの径方向内周面４ｄと、コイル８の径方向外周側の巻回端８ａとの間が、肉厚形状となるように形成される。なお、前記同様に、当該肉厚形状とは、他の構成要素に対する寸法限度内において、径方向および軸方向の形状を肉厚に形成する趣旨である。

このとき、重錘２１は、電機子鉄心３を構成する磁性材料よりも比重の大きい金属材料もしくは金属合金材料を用いて構成する。この構成によれば、前述の第一の実施形態と同種の効果が得られるが、電機子鉄心３の質量不平衡、すなわち、電機子鉄心３の重心と回転軸７との距離をより一層大きくすることができるため、電機子鉄心３の回転に伴って発生する振動力をより一層強力なものとすることが可能となる。換言すれば、従来の偏心型ロータを有する無鉄心電動機による振動モータと同等の振動力を確保しつつ、それよりも小型形状に形成することも可能となる。

ここで、当該金属材料もしくは金属合金材料としては、例えば、タングステン、青銅、黄銅、モリブデン、もしくはそれらの合金を用いることが考えられるが、特に、比重が大きいタングステンもしくはタングステン合金により構成することが電機子鉄心３の質量不平衡を大きくする観点において好適である。

なお、鍔部４ｂ、５ｂ、６ｂの形成によって界磁磁石２との対向面を大きくすることが可能となるため、有効磁束を大きくすることができ、モータ効率を向上させる効果が奏される。

また、重錘２１の変形例として図１２（ａ）の断面図および図１２（ｂ）の平面図に示す構成としてもよい。この構成によれば、上記実施例と比べて重錘２１の質量をより大きくすることが可能である。その結果、さらに、電機子鉄心３の重心を回転軸７から遠く設定でき、電機子鉄心３の回転に伴い発生する振動力をより一層向上させることが可能となる。

続いて、図１３を用いて本発明に係る振動モータ１の重錘２１の第三の実施形態について説明する。図１３（ａ）の断面図および図１３（ｂ）の平面図に示すように、重錘２１は、中央突極４におけるコイル８が巻回されるリブ部４ａの幅よりも狭い幅で且つ該リブ部４ａの厚さ以下の厚さを備える形状に形成され、該リブ部４ａに嵌め込まれて設けられる。一例として、リブ部４ａに嵌合溝４ｆを形成して、重錘２１を当該嵌合溝４ｆに嵌合させ、レーザ溶接等によって固定する。このとき、嵌合溝４ｆは、重錘２１と略同一形状に形成することが好適である。それにより、重錘２１がリブ部４ａの表面から突出することが防止でき、巻回するコイル８の厚さが厚くなることを防止できるからである。さらに、嵌合溝４ｆが深くなり過ぎると、電機子鉄心３の質量を不必要に減少させ、質量不平衡を小さくする方向に作用してしまうためである。ちなみに、本実施形態によれば、前記第一および第二の実施形態と相違し、肉厚部分を形成しない従来の実施形態と同様の外形寸法の電機子鉄心３とすることができる。

なお、重錘２１は、前述の第二の実施形態と同様に、電機子鉄心３を構成する磁性材料よりも比重の大きい金属材料もしくは金属合金材料、例えば、タングステン、青銅、黄銅、モリブデン、もしくはそれらの合金を用いて構成される。特に、比重が大きいタングステンもしくはタングステン合金により構成することが電機子鉄心３の質量不平衡を大きくする観点において好適である。

以上、説明した通り、本発明に係る振動モータによれば、偏心型ロータを有する無鉄心電動機と比べて構造上低コスト化が図れる３突極偏在電気子を有する扁平型鉄心電動機を用いる構成において、外形寸法の小型化を図ると共に、より低いモータ回転数においてより大きな振動力を発生させることが可能となる。

最後に、表１に本発明に係る振動モータが達成している性能の数値データの一例を示すことにより、本発明の有効性を証明する。まず、同じ外径寸法の偏心型ロータを有する無鉄心電動機による振動モータと比較して、同等の振動力を、ほぼ同等の回転数およびほぼ同等のコイル抵抗の条件下で達成している。つまり、３突極偏在電気子を有する扁平型鉄心電動機で同等性能を達成できることは、低コスト化が可能となることを意味する。一方、同じ外径寸法の偏心型ロータを有する無鉄心電動機による従来の振動モータと比較して、同等の振動力を、低回転数および低電流の条件下で達成している。つまり、同じ外径寸法であれば、低回転数化および低電流化によりモータ寿命の向上を図ることができ、また、同じ回転数および同じコイル抵抗であれば、外形寸法の小型化および振動力の向上を図ることが可能となることを意味する。したがって、外形寸法、回転数、コイル抵抗等を適当に設計することで、上記の効果を相乗的に発揮することが可能となる。なお、表中の振動力は、重さ１００ｇの携帯電話を振動させることを想定した場合の数値である。

なお、本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。前述した実施例は、２枚の磁性金属板を重ね合わせるようにしたが、３枚以上の複数枚の磁性金属板を重ね合わせても良い。さらに、前述の構成からなる振動モータは、特に扁平型として説明したが、扁平型に限らず、円筒型に適用してもよい。また、整流子については扁平型でなくても、円筒状の整流子であってもよい。

本発明の実施の形態に係る振動モータの一例を示す概略図である。 図１に示す振動モータの寸法関係を示す説明図である。 図１に示す振動モータの電機子鉄心および重錘の構成を示す概略図である。 図１に示す振動モータの電機子鉄心および重錘の構成を示す断面図である。 本発明に係る振動モータの回転動作を示す説明図である。 図１に示す振動モータの中央突極の変形例を示す要部概略図である。 図１に示す振動モータの磁気中心を示す説明図である。 図１に示す振動モータの電機子鉄心の変形例を示す概略図である 図１に示す振動モータの重錘の構成を示す概略図である。 図１に示す振動モータの変形例を示す概略図である。 本発明の第二の実施の形態に係る振動モータの一例を示す概略図である。 図１１に示す振動モータの変形例を示す概略図である。 本発明の第三の実施の形態に係る振動モータの一例を示す概略図である。 従来の実施の形態に係る偏心型ロータを有する無鉄心電動機により構成される振動モータの一例を示す概略図である。 従来の実施の形態に係る３突極偏在電気子を有する扁平型鉄心電動機により構成される振動モータの一例を示す概略図である。

符号の説明

１ 振動モータ
２ 界磁磁石
３ 電機子鉄心
４ 中央突極
５、６ 補助突極
７ 回転軸
８、９、１０ コイル
１１ 整流子
１６、１７ 磁性金属板
２１ 重錘
θ１、θ２、θ３、θ４ 対向角度
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３ 対向ギャップ
Ｇ４、Ｇ５ 対向ギャップ長
Ｇ６ 差

Claims (5)

1. 周方向に６極の磁極を着磁した界磁磁石と、回転軸を有すると共に該回転軸を中心に非点対称に偏在配置された中央突極および該中央突極の左右に配置された一対の補助突極からなる３個の突極に各々コイルを巻回した電機子鉄心とを備え、前記中央突極と前記界磁磁石との対向ギャップを前記補助突極との対向ギャップよりも狭く形成すると共に、前記中央突極による励磁力を前記左右一対の補助突極の励磁力よりも大きく構成し、且つ、起動時には前記中央突極に前記界磁磁石との対向磁極と同極の磁極を発生させて前記界磁磁石との反発力により前記電機子鉄心を回転付勢する振動モータであって、
   前記中央突極において、前記電機子鉄心の回転軸よりも径方向外周側位置に、重錘が設けられること
   を特徴とする振動モータ。
2. 前記重錘は、前記電機子鉄心を構成する磁性材料と同一材料を用いて、前記中央突極における前記界磁磁石との対向面と、前記コイルの径方向外周側巻回端との間が、肉厚形状となるように、該電機子鉄心と一体もしくは別体に形成されること
   を特徴とする請求項１記載の振動モータ。
3. 前記電機子鉄心は、複数枚の磁性金属板が積層されて構成されると共に、前記中央突極および前記左右一対の補助突極の径方向外周側端部に、少なくとも軸方向上下表面に配置される該磁性金属板を軸方向に屈曲させて前記界磁磁石に対向する鍔部が形成され、
   前記重錘は、前記電機子鉄心を構成する磁性材料よりも比重の重い金属材料もしくは金属合金材料を用いて、前記中央突極における前記鍔部の径方向内周面と、コイルの径方向外周側巻回端との間が、肉厚形状となるように形成されること
   を特徴とする請求項１記載の振動モータ。
4. 前記重錘は、前記電機子鉄心を構成する磁性材料よりも比重の大きい金属材料もしくは金属合金材料を用いて、前記中央突極におけるコイルが巻回されるリブ部の幅よりも狭い幅で且つ該リブ部の厚さ以下の厚さを備える形状に形成され、該リブ部に嵌め込まれて設けられること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の振動モータ。
5. 前記金属材料もしくは金属合金材料として、タングステンもしくはタングステン合金が用いられること
   を特徴とする請求項３または請求項４記載の振動モータ。

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