偏心轉子和設有該轉子的扁平式電機的製作方法
2023-11-10 16:07:47 2
專利名稱：偏心轉子和設有該轉子的扁平式電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於移動通信裝置的無聲呼機的扁平式振動電機和作為它主要構件的偏心轉子的改良。
背景技術：
至今已知的薄型或攜帶式電話機等無聲呼機是如圖10所示、在圓筒狀直流電機M的輸出軸S上配設著鎢合金制的偏心平衡塊W，在迴轉時、利用這個偏心平衡塊W的離心力之差而使其發生振動。
但是，由於在上述以前的輸出軸S上附加了偏心平衡塊W，因而就有這個問題，即、在扁平式等機器側必需考慮這個偏心平衡塊W的迴旋空間等。這些問題對設計有制約；由於上述平衡塊使用了高價的鎢合金，因而還有成本問題。
最近，要求將這種圓筒狀直流電機簡化，開始使用直徑大致是4mm左右的電機。但是，為了得到振動量，雖然電機本體是4mm、但配設在輸出軸上的偏心平衡塊的迴旋空間是6mm左右，而且，不能原封不動地配置成圓筒式，通常都需要設置安裝構件，不得不設置相當的佔用空間，這樣就很難使攜帶式機器薄型化。此外，每臺機器的效率也只有20～30％，有消費電流較大的問題。因此，開始研究那種容易確保3mm以下厚度的扁平式電機。
本申請人以前在日本專利第2137724號(參照美國專利5036239號)中提出過一個方案，它是將輸出軸去除，將本來通常迴轉式等分配置的3個空心線圈中的1個朝相反側移相地偏置，由此形成一個使內裝的轉子本體偏心的扁平無鐵心式振動電機。
由於上述電機採用了較長的電樞線圈的有效導體長度，因而有較高的效率，用3V輸入就能容易地得到8mA左右的消費電力。而且，由於沒有輸出軸、沒有偏心平衡塊，因而不受設計的制約；還有使用較方便，迴旋時沒有危險性等優點，在市場上受到好評。但是，由於靠一側地設有3個空心的無鐵心線圈，因而不能形成尺寸較小的線圈結構，在形成小型的場合下，有效導體部不能達到磁鐵的磁極張角。
最近，提出的一個方案如特開2001-211624號所述，在空間相位相等的同一位置上，使大、中、小3個空心線圈在徑向上重疊。
但是，這種結構在不增大組合磁鐵的中性區時、有發生反扭矩的部分。因此這種結構的磁鐵有效斷面積較少、效率不好。
而特開2001-190052號所述的一個方案是在空間相位相等的同一位置上、使大、中2個空心線圈在徑向上重疊，替代小線圈而插入電阻。但是，由於這種結構插入了對扭矩沒有任何作用的電阻，因而使效率惡化。
如上所述，要使具有配置在單側的3個電樞線圈的內裝式偏心轉子小型化到沒有電樞繞組之間的間隙、並能不損傷電樞繞組地將它的終端與整流子連接等已構成很難的技術問題。還由於不能使各個電樞線圈比作為基準電氣張角的磁鐵的磁極張角小，因而希望把效率進一步提高。
發明內容
本發明的第1個目的是提供一種能使其合適地發生由離心力形成的振動、同時能得到高效率、能容易地組裝的扁平式振動電機；第2個目的是提供一種著眼於空心線圈的配置結構而配備偏心平衡塊(weight)，由此能得到大振動量的扁平式振動電機；而本發明的第3個目的是提供一種藉助用這樣的偏心轉子而能得到高效率的、零件個數少、成本有利的扁平式振動電機。
為了達到上述發明目的而作出的偏心轉子的第1方案，它是軸向空隙式、有效導體部具有大致張開到磁鐵的磁化磁極張角的第1、第2和第3空心線圈；由轉子本體迴轉時而發生離心力，其特徵在於，中心配置著整流子，在這整流子的另一側設有樹脂制的軸座部，上述第1、第2空心線圈以配置張角約15～60度錯開地重疊，第3空心線圈與第1空心線圈錯開約120度、而與第1、第2空心線圈不重疊地配置。
為了達到上述發明目的而作出的偏心轉子的第2方案，其特徵在於，在上述重疊的第2空心線圈以外的位置上、不從這重疊的第2空心線圈軸向突出地配設著偏心平衡塊。
為了達到上述發明目的而作出的偏心轉子的第3方案，其特徵在於，上述第1空心線圈和第3空心線圈是由印刷線路式空心線圈構成；第2空心線圈是由繞組式空心線圈構成。
為了達到上述發明目的而作出的偏心轉子的第4方案，其特徵在於，上述第1空心線圈和第2空心線圈是由繞組式空心線圈構成；第3空心線圈是由印刷線路式空心線圈構成。
為了達到上述發明目的而作出的偏心轉子的第5方案，其特徵在於，上述第3空心線圈是由繞組式空心線圈構成，其厚度做成上述重疊的第1、第2空心線圈的大致共計的厚度。
為了達到上述發明目的而作出的偏心轉子的第6方案，其特徵在於，上述軸座部設有含油軸承；上述各個空心線圈作成整體、偏心地設置在印刷線路板上；沒有配設空心線圈的部分形成用於連接的接頭部。
為了達到上述發明目的而作出的扁平式振動電機，其特徵在於，它是由下述構件構成即由、如上述任意一個方案所述的偏心轉子；支承這偏心轉子的軸；藉助軸向空隙而將磁場加在這轉子上、而且N、S交替地至少磁化成4極的磁鐵；藉助整流子構件而將電力加在各個空心線圈上的電刷；收容上述這些構件的殼體。
為了達到上述發明目的而作出的扁平式振動電機的另一個方案，其特徵在於，上述軸是不向外方突出地固定在上述殼體的一方上，而且在安裝完上述偏心轉子之後、由上述殼體的另一方接住，以防止其徑向移動的。
為了達到上述發明目的而作出的扁平式振動電機的又一個方案，其特徵在於，上述軸的固定機構是從外方、用雷射焊接將軸和殼體焊接在一起的。
如果採用上述偏心轉子的第1方案，由於將空心線圈的尺寸大小設定成有效導體部分大致達到作為磁極張角的基準電氣張角程度，因而能形成高效率；由於平時能使2個空心線圈通電，因而起動扭矩也很充分；由於能充分取得終端的連接區域，因而連接作業就能容易地進行。
如果採用上述偏向轉子的第2方案，因為由作為輔助機構的偏心平衡塊使重心的移動更偏向一側，因而能使振動增大。
如果採用上述偏心轉子的第3方案，由於能使轉子減薄，因而能使偏心平衡塊加厚。
如果採用上述偏心轉子的第4方案，由於能使偏心平衡塊進一步加厚，因而能得到大振動量。
如果採用上述偏心轉子的第5方案，由於第3空心線圈的圈數較多，因而能增加扭矩。
如果採用上述偏心轉子的第6方案，能降低軸承損耗、能容易地進行空心線圈的連接。
如果採用上述扁平式振動電機的方案，由於有效導體部分增多，因而能得到小型而且效率較好的振動電機。
如果採用上述扁平式振動電機的另一個方案，由於輸出軸不突出、因而能得到用1個軸承就可以完成的振動電機。
如果採用上述扁平式振動電機的又一個方案，則用較少的壓入費用就能得到較大的軸的固緊強度。
圖1是表示本發明第1實施方式偏心轉子的、從整流子側看到的主要部分的平面圖。
圖2是上述偏心轉子的、從整流子相反側看到的主要部分的平面圖。
圖3是表示在由A-A線切斷圖2所示轉子的狀態下收容著的本發明扁平式振動電機的斷面圖。
圖4是圖3所示的電機的動作說明圖。
圖5是表示第1實施方式變形例的偏心轉子的平面圖。
圖6是表示第2實施方式偏心轉子的、從整流子側看到的主要部分的平面圖。
圖7是表示在由B-B線切斷圖6所示轉子的狀態下收容著的本發明扁平式振動電機的斷面圖。
圖8是表示本發明第3實施方式偏心轉子的平面圖。
圖9是表示用圖8的C-C線切斷的斷面圖。
圖10是以前的振動電機的斜視圖。
具體實施例方式
下面，參照著附圖所示的各個實施方式來說明本發明的結構。
圖1是表示本發明第1實施方式偏心轉子的、從整流子側看到的主要部分的平面圖。圖2是上述偏心轉子的、從整流子相反側看到的主要部分的平面圖。圖3是表示在由A-A線切斷圖2所示轉子的狀態下收容著的本發明扁平式振動電機的斷面圖。圖4是圖3所示的電機的動作說明圖。圖5是表示第1實施方式變形例的偏心轉子的平面圖。圖6是表示第2實施方式偏心轉子的、從整流子側看到的主要部分的平面圖。圖7是表示在由B-B線切斷圖6所示轉子的狀態下收容著的本發明扁平式振動電機的斷面圖。圖8是表示本發明第3實施方式偏心轉子的平面圖。圖9是表示用圖8的C-C線切斷的斷面圖。
在圖1和圖2中，1是整流子構件，它是由兩面將銅箔形成厚度約0.15mm左右的印刷電路板構成；整流子構件1的中心配設著軸的通孔，從平面看、它的外形被做成將圓盤形的一部分切除的形狀、形成與一側面對著的扇形體，利用另一面、在穿通孔S1、S2處、形成6個開槽的整流子連接扇形塊接合區a、b、c、d、e、和f。
在這個整流子構件1的另一側，在中心部分、呈一體地形成樹脂制的軸座2；從這軸座2沿著徑向的3個方向、呈一體延伸地設置著空心線圈配置導引部2a；藉助在印刷線路板上開空的溝槽m形成空心線圈配置內徑導引部2b、2c，利用這些導引部2a、2b、2c配設著有效導體部分(整流子構件的徑向)的中心間大致成90度(與磁鐵的磁極張角相等)的第1繞組式空心線圈3A，而且在這個第1繞組式空心線圈3A上、以配置張角約30度、向左錯開地重疊配設第2繞組式空心線圈3B(這裡、它是與第1繞組式空心線圈3A相同的式樣)，還與這些繞組式空心線圈不重疊地、以配置張角約120度、在離開上述第1繞組式空心線圈3A偏右的位置上配置第3繞組式空心線圈3C(這裡、它也是與第1繞組式空心線圈3A相同的式樣)，此外，還跨越上述第1繞組式空心線圈3A和第3繞組式空心線圈3C地、而且軸向不突出於第2繞組式空心線圈3B地配置鎢合金制的偏心平衡塊4，並且用粘接劑等樹脂與上述整流子構件1形成一體。
從軸座2沿著徑向的3個方向、呈一體延伸地設置的空心線圈配置導引部2a、和各個空心線圈配置內徑導引部2b、2c中的任何一個都可以省略。
上述第1繞組式空心線圈3A和第2繞組式空心線圈3B錯開情況是從偏心量和有效導體部的活用方面考慮而設定成30度，但是也可以錯開15度～60度。當錯開60度地重疊時，由於第1和第3空心線圈處在180度的面對著位置上，因而兩個空心線圈的重心和中心就一致，為了彌補偏心，就需要增大偏心平衡塊。
而且，由這樣結構的印刷線路板構成的整流子構件的另一面上、還形成用於將卷繞在上述第1、第3空心線圈之間的外周部上的繞組終端匯總連接的接合區1b，在將軸通孔處於中間的相反側上形成用於將繞組始端匯總連接的接合區1c、1d和1e。其中、繞組始端連接接合區1c、1d和1e藉助空開一定位置的上述通孔S1、S2等而與上述的一側形成的6個整流子連接扇形塊接合區a、b、c、d、e、和f連接著。
用錫焊等方法將上述各個繞組式空心線圈的繞組始端與上述繞組始端連接接合區1c、1d和1e相連接，將上述線圈的繞組終端匯總之後、與上述繞組終端匯總接合區1b相連接。
在這個整流子構件1的一側、用錫焊等方法將6極的圓筒式整流子5的端頭安裝在上述6個整流子連接扇形塊接合區a、b、c、d、e、和f上；而在另一側、1個含油軸承2d插入在上述軸座2中，由此構成偏心轉子R。
其中，為了增大偏心量，將偏心平衡塊5加在上述第1、第2空心線圈上，這個偏心平衡塊是由比重是13左右的銅鎢合金或用聚醯胺樹脂將其粉末粘合而構成，軸向不從上述第2空心線圈突出地，即、如下述圖3所示那樣地固緊著。
具有上述圖1、2所示的偏心轉子的扁平式振動電機形成圖3所示的軸固定式的結構。即、能自由迴轉地支承上述偏心轉子R的軸6的一端插入在構成機架一方的殼體7的中央，從外方用雷射焊接工藝將其固緊。
上述軸6的另一端嵌入在構成機架另一方的託板8中，託板8的外周、用雷射焊接而安裝在上述殼體7的開口部上，這樣、就抑制了徑向移動。與上述圓筒式整流子5滑動連接的正負電刷9、9直立地設置在電刷夾具部10a上，設有這電刷夾具部10a的電刷基底10、藉助由彈性板材構成的供電薄片F、用外側固定成形等方法設置在上述託板8上，而且、在電刷基底10上部還放置著N、S交替地磁化成4極的環形體式耐熱性希土類磁鐵M，其藉助軸向空隙而與上述偏心轉子R鄰接著。
這樣，由於磁鐵M是在託板8的上方浮著而與供電薄片F分離的，因而較難進行熱傳導。這個供電薄片F是用錫焊設置著電刷9的彈性供電導出構件，在導出到殼體7的側方、回流錫焊到下述機器側的印刷線路板P上時，與下述安裝用腳部一起連接在別的位置上。
在這種場合下，當電刷基底10形成梁狀，在其與上述磁鐵之間夾有空氣層K時能進一步提高絕熱效果。
這樣結構的扁平式振動電機，當直徑是8mm左右時，就能避免這個電機設置部的折回模式等，能以埋入的方式將一部分放置到機器側的印刷線路板P上。
也就是說、其中、將上述殼體7的側方開一個切口，將安裝用腳部7a向側方突出，將其一部分埋入地放置在機器側的印刷線路板P上，用回流錫焊將它的下面部分和上述供電薄片F一起安裝到別的位置上。
圖中、7b、7c是由聚酯薄膜構成的被滑動構件。
圖4是說明上述圖3所示電機動作的示意圖。其中，整流子連接扇形塊接合區和圖中沒有表示的整流子扇形塊是在同一位置上的，為了方便而用同一符號加以表示而進行說明。
圖4是表示這樣的狀態，即、表示負的電刷9正好跨越在整流子扇形塊a、b上時，即、由正的電刷9、藉助扇形塊c而供供電流，由沿著箭號Y方向、流過全部線圈的有效導體部的電流、與鄰接這些線圈的磁鐵M的磁極一起，根據弗來明左手法則所發生的力是朝著與上述(箭頭Y)方向同樣的方向。
在這種場合下，由第2空心線圈的移動會使偏心量減少，但是，使第2空心線圈重疊的位置可以用如上所述、由想像線表示的配置張角是15～60度。
但是，從偏心量和發生扭矩的平衡方面考慮，最好的錯開是30～45度左右。
這樣，不會使磁鐵M的中性區擴大；即使轉子在任意位置停止，由於沒有反向扭矩成分，因而就能容易起動；由於不會犧牲磁鐵的有效面積，因而能形成高效率。
下面，說明各個實施方式，即、各個變形例，而與第1實施方式同樣的構件則用同一個符號表示，而且省略對它們的說明。
圖5所示的結構是上述第1實施方式的變形例，由印刷線路板構成的整流子構件11除了連接部11h以外、大致形成圓盤形，使第1、第2繞組式空心線圈3A、3BB相互錯開45度地重疊而形成偏心轉子R1。
其中，由於錯開量比上述第1實施方式的少，因而就能確保空心線圈配置用的導引銷插入孔1g，能使各個空心線圈3A。3BB、3C與偏心平衡塊4和含油軸承一起用樹脂J形成一體。也就是說，用這樹脂兼作軸座2。
其中，可以也將上述樹脂形成高滑動性，並用這樹脂本體形成軸承。
圖6、圖7是表示本發明第2實施方式的結構，它是將第1、第3空心線圈做成印刷線路式線圈3AA、3CC。為了使這些印刷線路式空心線圈3AA、3CC掙得圈數，當然是利用印刷線路板的兩面，用通孔S3將它們串聯連接。
在這種場合下，即使用1個繞組式空心線圈也能容易地起動地、將磁性體L配設在接受磁鐵外周部磁通洩漏的位置上，可以使這個磁性體L進入到磁鐵的中性區，在發生最大扭矩的位置上使轉動停止。當然，在這種場合下，由於上述偏心轉子R2能做成較薄，因而整個電機也就較薄；由於即使將底面放置在機器側的印刷線路板P1上也不會有狀態的問題，因而可將電刷的基端作為接頭而從底面突出，由此形成安裝用接頭。
這樣，由於繞組式空心線圈可以是1個，因而從價格性能比方面考慮也是有利的。
這個變形例也可以將第1、第2空心線圈取成繞組式、將第3空心線圈取成印刷線路式。
這樣，由於能將偏心平衡塊做成較厚，因而能得到大的振動量。
圖8、圖9是表示本發明偏心轉子的第3個實施方式，是圖2所示結構的變形例，它是將第3空心線圈3D的厚度增加到第1、第2空心線圈3A、3B重疊的厚度而形成偏心轉子R3。
這樣，由於能使偏心量增大，因而偏心平衡塊44是將比重是17位的銅鎢合金構成的結構、較小地配置在第1空心線圈和上述第3空心線圈之間的空間中、也可能將這空間消除。
雖然上述實施方式是用圓筒形的整流子進行說明，但是，印刷線路板的上述整流子扇形體當然可以採用金合金(使其含有鈷提高硬度的合金)等貴金屬電鍍了的平板式整流子和軸向滑動連接式電刷。
除了上述的以外，本發明還可以在不超出本發明的技術思想、或特徵的範圍內、用其他各種方式實施。因此上述的實施方式只是舉例說明，不是限定性的解釋。
本發明的技術範圍由權利要求書的範圍確定，並不受說明書的限定。
發明的效果由於如上所述，本發明藉助使離心力形成的振動合適地發生、而且使空心線圈較大等分地配置，就能得到高效率；由於平時能使2個空心線圈通電，因而起動扭矩也很充分；由於能充分取得終端的連接區域，因而連接作業就能容易地進行。
本發明因為由作為輔助機構的偏心平衡塊使重心的移動更偏向一側，因而能使振動增大。
本發明由於能使轉子減薄，因而能使偏心平衡塊加厚。
本發明由於能使偏心平衡塊進一步加厚，因而能得到大振動量。
本發明由於第3空心線圈的圈數較多，因而能增加扭矩。
根據本發明，能容易地進行空心線圈的連接。
根據本發明，能得到小型而且效率較好的振動電機。
根據本發明，能得到輸出軸不突出的、而且用1個軸承就可以完成的振動電機。而且用較少的壓入費用就能得到較大的軸的固緊強度。
權利要求
1.一種偏心轉子，它是軸向空隙式，有效導體部具有大致張開到磁鐵的磁化磁極張角的第1、第2和第3空心線圈；由轉子本體迴轉時而發生離心力，其特徵在於，在中心配置著整流子，在這整流子的另一側設有樹脂制的軸座部，上述第1、第2空心線圈以配置張角約15～60度錯開地重疊；第3空心線圈與第1空心線圈錯開約120度、而與第1、第2空心線圈不重疊地配置。
2.如權利要求1所述的偏心轉子，其特徵在於，在上述重疊的第2空心線圈以外的位置上，以不從這重疊的第2空心線圈軸向突出的方式配設著偏心平衡塊。
3.如權利要求1所述的偏心轉子，其特徵在於，上述第1空心線圈和第3空心線圈是由印刷線路式空心線圈構成；第2空心線圈是由繞組式空心線圈構成。
4.如權利要求1所述的偏心轉子，其特徵在於，上述第1空心線圈和第2空心線圈是由繞組式空心線圈構成；第3空心線圈是由印刷線路式空心線圈構成。
5.如權利要求1所述的偏心轉子，其特徵在於，上述第3空心線圈是由繞組式空心線圈構成，其厚度大致做成上述重疊的第1、第2空心線圈的合計的厚度。
6.如權利要求1～5中任意一項所述的偏心轉子，其特徵在於，上述軸座部放置有含油軸承；上述各個空心線圈作成整體，偏心地設置在印刷線路板上；沒有配設空心線圈的部分形成用於連接的接頭部。
7.一種扁平式振動電機，其特徵在於，它是由下述構件構成即由如權利要求1～6中任意一項所述的偏心轉子；支承這偏心轉子的軸；藉助軸向空隙而將磁場加在這轉子上、而且N、S交替地至少磁化成4極的磁鐵；藉助整流子構件而將電力加在各個空心線圈上的電刷；收容上述這些構件的殼體。
8.如權利要求7所述的扁平式振動電機，其特徵在於，上述軸是不向外方突出地固定在上述殼體的一方上，而且在安裝完上述偏心轉子之後、由上述殼體的另一方固定住，以防止其向徑向移動。
9.如權利要求8所述的扁平式振動電機，其特徵在於，上述軸的固定機構是從外方用雷射焊接將軸和殼體焊接在一起的。
全文摘要
本發明提供一種能合適地發生由離心力形成的振動，而且能得到高效率、組裝容易、著眼於空心線圈的配置結構、配備偏心平衡塊而能得到大振動量的偏心轉子和設有這偏心轉子的扁平式振動電機。有效導體部分具有大致張開到磁鐵的磁極磁化張角的第1、第2和第3空心線圈(3A、3B和3C)；中心配置著整流子(5)，在這整流子的另一側設有樹脂制的軸座部(2)，上述第1、第2空心線圈以配置張角約30～60度錯開地重疊，第3空心線圈與第1空心線圈錯開約120度而不重疊地配置。
文檔編號H02K7/065GK1434556SQ0310069
公開日2003年8月6日 申請日期2003年1月17日 優先權日2002年1月21日
發明者山口忠男, 小柳尚久, 八島哲志 申請人:東京零件工業股份有限公司