專利名稱：：振動發生用步進電動機的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種振動發生用步進電動機(steppingmotor),其通過具備作為磁路發揮功能的軸承，從而能夠謀求小型化，同時保持軸承強度，并得到強大的磁通勢、即希望的轉數。
背景技術：
：近年來，在便攜式電話、PHS、PDA等便攜式終端中，作為實現來電報知功能或振動身體感知功能的單元利用振動發生用電動機。作為振動發生用電動機雖然也能夠利用低價的帶電刷DC(直流)電動機，但存在帶電刷DC電動機的壽命短、此外由于啟動以及停止時間長故會有控制困難的問題。為此，壽命較長、驅動電路的構成簡單而且能夠容易控制的步進電動機作為振動發生用電動機而變得有利。作為有關振動發生用步進電動機的技術公開有日本專利申請公開號公報。該振動發生用步進電動機是內轉子型的PM(永久磁鐵)型步進電動機，對軸在軸向不同的位置上具備作為第一轉子的轉子磁鐵、以及作為第二轉子的轉子磁鐵。而且，在兩個轉子磁鐵之間安裝有使轉子的重心偏心的偏心重物。該振動發生用步進電動機由于與兩個轉子磁鐵同樣地具備兩個軸承，所以能夠得到軸承所承受的偏載荷降低并使軸承壽命變長的效果。但是，便攜式電話、PHS、PDA等便攜式終端的小型化在發展，在其上裝載的振動發生用電動機也有小型化、薄型化的傾向。
發明內容在這樣的背景下，本發明的目的是提供一種振動發生用步進電動機，其能夠謀求小型化，同時保持軸承強度，并得到強大的磁通勢、即希望的轉數。本發明的第一發明是，一種振動發生用步進電動機，其特征在于，具備兩個定子磁軛(statoryoke);軸承，對上述兩個定子磁輒進行磁耦合；轉子框架(rotorframe),在上述定子磁軛的外周旋轉；以及偏心配重，使上述轉子框架的重心從旋轉中心偏心。根據本發明的第一發明，由于振動發生用步進電動機具備作為磁路發揮功能的軸承，所以能夠廢除使兩個定子磁軛磁連接的磁芯(鐵芯)。因此，能夠謀求部件個數和組裝工時的削減(即，小型化)。再有，還得到伴隨小型化對電動機的電力供應正在從高輸入向低輸入改變，即使實現小型化磁飽和也變得不容易發生的見識。因此，即使刪除磁芯，在額定輸入下也能得到強大的磁通勢、即希望的轉數。此外，通過刪除磁芯所產生的空間能夠分配給線圈的繞組空間或軸承占有空間。在通過刪除磁芯所產生的空間分配給繞組空間的情況下，由于繞組的巻繞數增加，所以在比額定輸入低的低輸入下的磁通勢與帶磁芯的電動機是程度相同的。即，能夠得到充分的轉數。在這里，希望的轉數指的是9000rpm左右的轉數。在9000rpm左右的轉數(1G左右的振動量)時由振動引起的身體感知靈敏度變得良好。另一方面，在通過刪除磁芯所產生的空間分配給軸承的占有空間的情況下，由于軸承的厚度增加所以對偏載荷的耐久性提高。此外，由于在定子磁軛的外周旋轉的轉子框架(即，外轉子)上設置有偏心配重，所以與內轉子型相比會有效地發生相對大的振動。本發明的第二發明其特征在于，在第一發明中，上述軸承以具有空孔的燒結合金形成，是在上述空孔中浸漬油的燒結含油軸承。在這里，燒結含油合金指的是使被稱為多孔質(porous)的許多空孔(空氣的通道)浸漬油的燒結合金。為此，軸承具有以下特性，即，通過軸旋轉而發生的熱使浸漬的油滲出，在與軸之間形成油膜。因此，不需要油注入等維護，并且由于是多孔構造所以對偏載荷的耐久性提高，軸損降低。本發明的第三發明其特征在于，在第一或第二發明中，上述軸承是鐵重量為99%質量以上的燒結含油軸承。根據該方案，軸承具有作為磁路的特性，同時由沖擊導致的影響小，在偏載荷下的耐久性提高，軸損降低。本發明的第四發明其特征在于，在第一或第二發明中，上述軸承是以鐵、硅為主要成分的燒結含油軸承，上述硅的含有量是3~4質量％。根據該方案，由于軸承具有相對大磁導率、飽和磁通密度，所以即使在不具有磁芯的振動發生用步進電動機中，也能夠使磁通勢提高，得到希望的轉數。此外，由于軸承變成相對廉價的材料，所以能夠低成本化。本發明的第五發明其特征在于，在本發明的第一或第二發明中，是以鐵、硅、鋁為主要成分的燒結含油軸承。根據該方案，由于在軸承的磁導率、飽和磁通密度相對高的同時鐵損小，耐磨耗性優越，所以即使在不具有磁芯的振動發生用步進電動機中，也能在磁通勢提高、得到希望的轉數的同時使對偏載荷的耐久性提高。本發明的振動發生用步進電動機能夠謀求小型化(部件個數和組裝工時的削減)，同時保持軸承強度，并得到強大的磁通勢、即希望的轉數。圖1A、1B是第一實施方式的振動發生用步進電動機的構成圖，圖1A是圖1B的A-A截面圖，圖1B是圖1A的B-B截面圖。圖2是第一實施方式的振動發生用步進電動機的分解圖。圖3是笫一實施方式的振動發生用步進電動機的驅動電路的框圖。圖4A、4B是表示第一實施方式的振動發生用步進電動機的比較例的構成圖。圖5是表示實施例和比較例中的電動機輸入與轉數的關系的圖表。具體實施例方式下面，參照附圖對本發明的實施方式進行詳細的說明。1.第一實施方式在第一實施方式中，對廢除磁芯并具有兼用磁路的軸承的振動發生用步進電動機的一個例子進行說明。(振動發生用步進電動機的構成)圖1A、1B以及圖2是振動發生用步進電動機的構成圖。圖1A是圖1B的A-A截面圖，圖1B是圖1A的B-B截面圖，圖2是分解圖。圖1A、1B所示的外轉子型的振動發生用步進電動機1具有底板2、蓋子3、定子4以及轉子5。振動發生用步進電動機1是廢除了磁芯的小型偏心電動才幾，夕卜徑是8mm,高是2mm。底板2以金屬材料形成，在其上表面固定有定子4的第二定子磁軛10、以及成為第三定子磁軛的軸承12。底板2具備具備對線圈的饋電線的基板、以及開口部(省略圖示)，具備對線圈的饋電線的基板連接外部控制電路和電源等。開口部嵌合蓋子3的圓筒部3b端面的突起部，突起部從底板2背面被焊接或熔接。在第一實施方式中，底板2的外徑形成為8mm。蓋子3是以金屬材料，例如SUS(不銹鋼)303等形成。蓋子3形成為將圓板部3a、圓筒部3b組合起來的杯狀，具有截面3字形狀。在圓筒部3b的端面上突出設置有幾處用于固定在底板2的突起部(省略圖示)。圓筒部3b的端面的突起部嵌合并焊接或熔接在底板2的開口部。蓋子3形成為外徑8mm、高度2mm。定子4具備繞線管(coilbobbin)8、第一定子磁軛9、笫二定子磁扼10、定子線圈11、以及軸承12。第一定子磁軛9是磁性材料，構成為在杯狀的中央i殳置開口9a和切口9b的形狀。開口9a形成在圓4反部9c的中央，圓板部9c的周圍連接有圓筒部9d。切口9b等間隔地設置四個，/人圓筒部9d到圓板部9c形成為大致U字形狀。在切口9b之間形成有極齒9e。切口9b的大致U字形狀基于極齒9e的形狀來決定。第一定子磁軛9以及第二定子磁軛10的厚度是0.15mm。第二定子磁軛10具有與第一定子磁軛9同樣的材質、形狀。第一定子磁軛9以及第二定子磁軛10以相互的梳形極齒咬合的方式通過軸承12定位。在該第一定子磁軛9與第二定子磁軛IO之間設置有巻繞定子線圈11的繞線管8。第一定子磁軛9、第二定子磁軛IO、以及成為第三定子磁輒的軸承12以覆蓋環狀的定子線圈11的周圍的方式配置。通過定子線圈11的作用發生的磁場的朝向以第一定子磁軛9的極齒—第二定子磁軛10的極齒—軸承—第一定子f茲扼9的極齒—……的方式形成。為此，第一定子磁軛9的極齒成為N極，第二定子》茲軛10的極齒成為S極。形成有該NSNS......和磁極的定子磁輒，由于與后述的環形磁鐵15對置，所以相互排斥、吸引，轉子5向規定的方向旋轉。在相互吸引時，由于對定子線圈11供給的驅動電流的流向被切換，所以通過定子線圏11的作用發生的磁場的朝向也切換為第二定子磁軛10的極齒—第一定子磁輒9的極齒—軸承—第二定子磁輒10的極齒—……。為此，第一定子;茲軛9的極齒變成S極，第二定子磁輒10的極齒變成N極。以后，通過同樣的工作反復進行，轉子5就繼續旋轉。此外，第一定子磁軛9與第二定子磁軛10的梳形極齒中的一對相鄰極齒對(Pl、P2)，旋轉方向的長度(LP1、LP2)成為非對稱。另一方面，其他的極齒(例如P3、P4)的旋轉方向的長度(LP0、LP0)均勻地構成。根據這種方案，在對定子線圏11供給的驅動電流截止后，下次啟動開始時轉子的旋轉方向成為相同的方向。圖1A表示停止狀態。在該狀態下，首先在轉子5順時針旋轉的情況下，以第一定子磁軛9的才及齒P1成為S4及的方式而調整驅動電流的流向。于是，成為S一及的招^齒P1被吸引向環形磁鐵15的N極側。為此，轉子5變為順時針旋轉。繞線管8是樹脂制，保持定子線圏11,并且作為定子線圏11與構成磁路的構件之間的絕緣體發揮功能。構成磁路的構件是第一定子磁軛9、第二定子磁軛IO、以及作為第三定子磁軛的軸承12。繞線管8形成為截面是3字形狀，在平面圖(省略圖示)形成為環狀。定子線圈11能使用任意的線材，形成為在繞線管8上根據規定的巻數、規定的巻級數、以及規定的張力巻繞線材的環狀線圈。定子線圏11的線圈端焊接到底板2的基板。由于振動發生用步進電動機1是單相并通過環狀的定子線圈11來驅動，所以比起包括多相的軸向電動機能夠小型化、薄型化。軸承12是由鐵(Fe)為99質量％以上的燒結含油合金構成的軸承。在這里，燒結含油合金指的是使被稱為多孔質(porous)的許多空孔(空氣的通道)浸漬油的燒結合金。因此，軸承12具有如下特性，即，通過由軸13旋轉而發生的摩擦熱使浸漬的油滲出，在與軸13之間形成油膜。因此，不需要油注入等維護，并且由于是多孔結構，所以對偏心配重(weight)的偏載荷的耐久性提高，軸損降低。多孔結構的開孔率設計成對軸承12的內周面與軸13之間供給適合量的潤滑油。再有，雖然通常不需要油的供給，但也可以有供給油的油箱。根據該方案，能夠進一步延長軸承12的壽命。軸承12的密度是大約6.0g/cm3。此外，軸承12是磁耦合兩個定子磁軛(第一定子磁軛9、第二定子磁輒10)的第三定子磁輒，作為構成磁路一部分的磁芯的代替而發揮功能。即，振動發生用步進電動機1是無磁芯電動機。其結果是，能夠得到通過部件個數和組裝工時的削減所帶來的低成本化這一復合效果。再有，還得到伴隨小型化對電動機的電力供應正在從高輸入向低輸入變化，即使實現小型化磁飽和也變得不容易發生的見識。因此，即使刪除磁芯，在額定輸入下也能得到強大的磁通勢、即希望的轉數(9000rpm)。此外，通過刪除磁芯所產生的空間能夠分配給定子線圏的繞組空間或軸承占有空間。若是外徑8mm、高度2mm((p8-H2)的電動機形狀，則由于通常磁芯的厚度設計為0.1mm~0.3mm左右，所以定子線圈11(線徑大約40~50nm)的巻級數變得多2、3級。例如，若是20級左右的繞組，則轉繞數變為增加10-15%。像這樣在通過刪除磁芯所產生的空間分配給線圈的繞組空間的情況下，由于繞組的巻繞次數增加，所以在比額定輸入低的低輸入下磁通勢與帶磁芯的電動機是程度相同的。即、能夠得到充分的轉數。另一方面，在通過刪除磁芯所產生的空間分配給軸承的占有空間的情況下，由于軸承的厚度增加所以對偏載荷的耐久性提高。轉子5具備軸13、轉子框架14、環形磁鐵15、以及偏心配重16。軸13形成為圓筒棒狀，其端部連結到轉子框架14。軸13的外徑為0.6mm。軸13插入軸承12并被其支持。轉子框架14以金屬材料、例如鐵等形成。轉子框架14呈杯狀，并包括在中心具有開口14a的圓板部14b、以及連接在圓板部14b周圍的圓筒部14c。在轉子框架14的開口14a上嵌合固定有軸13。這時，轉子框架14設置為從第一定子磁軛9離開并通過軸承12上層疊的墊片而被支持。在轉子框架14的圓筒部14c的內側面固接有環形磁鐵15。環形磁鐵15由任意的磁性材料形成，例如釹(Nd)、鐵(Fe)、硼(B)、釤(Sm)、鈷(Co)等。環形磁鐵15是將圓筒狀的永久磁鐵多極磁化而形成的，具有四對磁極對。環形磁體15固接在轉子框架14的內側面，在半徑方向與笫一定子磁輒9以及第二定子磁軛IO對置。因此，供給旋轉的磁力相對地強，在低輸入下也能得到希望的轉數。偏心配重16是高比重金屬材料，由例如鐵(Fe)、銅(Cu)、鉛(Pb)、鎢(W)等金屬以及以它們為主要成分的燒結合金形成。偏心配重16是以規定角度范圍的部分環狀而形成，其中心角能夠通過使用材料的比重等適宜地設計。在本例中中心角是180度。部分環狀的偏心配重16以熔接等系結到轉子框架14的外周面。因此，偏心配重16的位置離旋轉中心相對遠，使振動有效發生。在帶偏心配重16的轉子框架14的振動機構中，振動量表示為mrw2。在這里，偏心配重16的質量是m(kg),離中心的長度是r(m),轉數是w(rpm)。在振動量為1G左右時身體感知靈敏度被稱為優選的振動，這時的轉數是9000rpm左右。因此，從中心起到偏心配重16的長度長的外轉子型比內轉子型更有利。此外，偏心配重16由于能夠在轉子框架14的圓周上的任意位置上形成，所以制造容易。(驅動電路)圖3是表示振動發生用步進電動機1的驅動電路的一個例子的框圖。驅動電路20包括P型MOSFET25、26、N型MOSFET27、28、以及定時(timing)發生電路29。驅動電路20是單相并連接到環狀的定子線圏ll，定子線圈11被供給流向交替變化的電流。P型MOSFET25、26、N型MOSFET27、28是開關元件，對供給定子線圏11的電流的流向進行變更。定時發生電路29是微型計算機等的集成電路，對P型MOSFET25、26、N型MOSFET27、28輸出驅動定時信號。再有，也能夠使用MOSFET以外的開關元件。驅動定時信號通過定時發生電路29生成，供給到P型MOSFET25、26、N型MOSFET27、28。在a脈沖區間，P型MOSFET25、N型MOSFET28變為導通電位，對定子線圈11供給一個方向的電流。另一方面，在b脈沖區間，P型MOSFET26、N型MOSFET27變為導通電位，對定子線圏ll供給反方向的電流。以下，重復相同控制。此外，定時發生電路29通過脈沖寬度調制(PWM)控制振動發生用步進電動機1的旋轉速度。即，定時發生電路29在加速時漸漸減小脈沖寬度并漸漸加快供給定子線圏11的電流流向的切換時間，另一方面，在定速時使脈沖寬度為恒定并使對定子線圏11供給的電流流向的切換時間為恒定間隔。此外，在減速時漸漸增大脈沖寬度并減緩供給定子線圏11的電流流向的切換時間。這樣，以加速、定速、減速的速度特性控制振動發生用步進電動機1。加速時例如以0.3~0.5秒開動到定速。定速時以身體感知良好的9000rpm左右旋轉。這時，1G左右的偏載荷施加在軸承12。減速時間優選盡量短。(第一實施方式的比較例)圖4A、4B是表示振動發生用步進電動機的比較例的構成圖。以下對比較例的構成進行說明。作為比較例的振動發生用步進電動機30包括底板31、蓋子32、定子33、以及轉子34。振動發生用步進電動機30具有磁芯，外徑是12mm,高度是2mm。即，是與振動發生用步進電動機l高度相同、外徑以及磁芯的有無不同的構成。定子33具備繞線管35、第一定子磁軛36、第二定子磁軛37、在繞線管35巻繞的定子線圏38、磁芯39、以及軸承40。轉子34具備軸41、定子框架42、環形》茲體43、以及偏心配重44。/磁芯39以外的構成要素與振動發生用步進電動機1僅僅是徑向的大小不同，材質、形狀等同樣構成。磁芯39是磁性材料，例如鐵類燒結材料。磁芯39配置在第一定子磁軛36和第二定子磁軛37與軸承40之間，與第一定子磁輒36以及第二定子》茲軛37—同構成眉茲路的一部分。/磁芯39的密度為大約6.6g/cm3。以下的表1是作為實施例的振動發生用步進電動機1與作為比較例的振動發生用步進電動機30的設計數據的一個例子。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>以下，參照圖5對實施例與比較例的差異進行說明。圖5是表示實施例以及比較例中的電動機輸入與轉數的關系的圖表。圖5所示的實施例是cp(外徑)8mm的無磁芯電動機，三個比較例是cp8mm的帶磁芯電動機、cpl0mm的帶磁芯電動機、以及cpl2mm的帶磁芯電動機。比較例都是與上述振動發生用步進電動機30同一結構的，且是外徑以及磁芯不同的構成。在這四個例子中，使供應到線圈的電力(電動機輸入)從最低額定變動到最大額定，測定實施例以及比較例的電動機的轉數。實施例以及比較例均設計成在額定輸入下得到希望的轉數(9000rpm)。但是，如在各圖表所示，得到了外徑最小的cp8mm帶磁芯的電動機在比額定輸入(0.2W)低的低輸入中能夠得到希望的轉數(9000rpm)的見識。這可以推測是因為伴隨小型化供應電力從高輸入變到低輸入，磁飽和變得不容易發生。另一方面，作為實施例的cp8mm無,茲芯的電動才幾雖然不如q)8mm帶磁芯的電動機，但盡管是無磁芯電動機，在額定輸入(0.2W)下也能夠得到希望的轉數(9000rpm)。在像振動發生用步進電動機1那樣將刪除了磁芯的空間分配給線圏的繞組空間的情況下，即使在低輸入作為定子的磁通勢也變得與cp8mm帶磁芯的電動機程度相同。因此，在低輸入下cp8mm無磁芯的電動機能夠得到希望的轉數。此外，作為實施例的cp8mm無磁芯的電動機由于能夠得到希望的轉數(9000rpm)并且取得部件個數和組裝工時削減的復合效果，所以能夠小型化以及低成本化。2.第二實施方式在第二實施方式中，對作為磁路發揮功能的軸承的變形例進行說明。振動發生用步進電動機1具備由以下這樣的材質形成的軸承12。再有，振動發生用步進電動機的構成是與在第一實施方式表示的圖1A、1B以及圖2的構成同樣的。(1)將少量的硅(Si)加入鐵(Fe)中的Fe-Si類燒結含油合金該燒結含油合金的硅含有量例如是3~4質量％。由于硅鋼是磁導率相對高、廉價的材料，所以作為磁路發揮功能的軸承能夠低成本化。(2)以鐵(Fe)、鎳(Ni)為主要成分的Fe-Ni類燒結含油合金該燒結含油合金的鎳含有量根據對沖擊和偏載荷的耐久性和希望的轉數來適宜調整。例如，Ni的含有量是36~78質量％。此外，當對Fe、Ni加入少量順磁性(paramagnetism)的鉬(Mo)時，能夠進一步提高磁導率。(3)以鐵(Fe)、硅(Si)、以及鋁(Al)為主要成分的Fe-Si-Al類燒結含油合金該燒結含油合金的成分比例如是鐵9.5質量％、硅5.5質量％、鋁85質量％。根據該方案，軸承12具有在磁導率、飽和磁通密度相對變高的同時鐵損小、耐磨耗性優越的特性。(4)鐵(Fe)與鈷(Co)以一比一的比例混合的燒結含油合金根據該燒結合金，軸承12具有相對非常大的磁導率、飽和磁通密度。根據這些方案，即使在沒有磁芯的振動發生用步進電動機1中，此外，即使對定子線圈11供給的電力是低輸入，由于會發生充分的磁通勢，所以也能夠得到希望的轉數(9000rpm)。即，是對作為磁路發揮功能的軸承12適合的方案。本發明可利用于能夠謀求小型化同時保持軸承強度并得到強大的磁通勢、即希望的轉數的振動發生用步進電動機以及利用其的便攜式電話、PHS、PDA等中。權利要求1.一種振動發生用步進電動機，其特征在于，具備兩個定子磁軛；軸承，對上述兩個定子磁軛進行磁耦合；轉子框架，在上述定子磁軛的外周旋轉；以及偏心配重，使上述轉子框架的重心從旋轉中心偏心。2.根據權利要求1所述的振動發生用步進電動機，其特征在于，上述軸承用具有空孔的燒結合金形成，是在上述空孔中浸漬油的燒結含油軸承。3.根據權利要求1或2所述的振動發生用步進電動機，其特征在于，上述軸承是鐵為99質量％以上的燒結含油軸承。4.根據權利要求1或2所述的振動發生用步進電動機，其特征在于，上述軸承是以鐵和硅為主要成分的燒結含油軸承，上述硅的含有量是3~4質量％。5.根據權利要求1或2所述的振動發生用步進電動機，其特征在于，上述軸承是以鐵、硅、鋁為主要成分的燒結含油軸承。全文摘要本發明的振動發生用步進電動機，其特征在于，具備兩個定子磁軛；軸承，對上述兩個定子磁軛進行磁耦合；轉子框架，在上述定子磁軛的外周旋轉；以及偏心配重，使上述轉子框架的重心從旋轉中心偏心。文檔編號H02K7/06GK101304194SQ20081009913公開日2008年11月12日申請日期2008年5月12日優先權日2007年5月11日發明者松原真朗申請人:美蓓亞馬達株式會社