JP2013031316A - 振動用ブラシレスモータ - Google Patents

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稔 黒田
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Abstract

【課題】小型化または薄型化を図ることのできる振動用ブラシレスモータを提供する。
【解決手段】振動用ブラシレスモータ100は、ステータ20と、ステータ20に対して回転軸Rを中心として回転可能であるロータ40とを備えている。ステータ20は、ロータ40の回転の周方向に沿って等間隔で形成された3n(nは自然数)個のコイル3を含み、ロータ40は、回転軸Rの延在方向でコイル3と重なるように配置されたマグネット43を含み、マグネット43は、略扇形状を成し、かつロータ40の回転の周方向に沿って形成された2n個の磁極を有する。
【選択図】図2

Description

本発明は振動用ブラシレスモータに関し、より特定的には、小型化を図ることのできる振動用ブラシレスモータに関する。
たとえば携帯電話機などは、発生する音で周囲に迷惑を及ぼすことを防ぐために、音の代わりに振動により着信などをユーザーに伝える機能(バイブレーション機能)を有している。バイブレーション機能を実現するための振動発生装置としては、振動用モータが用いられている。
従来の振動用モータは、たとえば下記特許文献1および2に開示されている。下記特許文献1には、偏心ウエイトの機能を有する永久磁石を含むロータと、ロータの外周に設けられたステータであって、電磁石で構成される2個の磁極を含むステータとを備えた直流モータが開示されている。2つのヨークの各々の断面積はローラの回転方向に沿って徐々に増加している。永久磁石は平面C字状の形状を有しており、ロータ回転中心からの角距離αが200度〜250度である。これにより、振動を発生させるための振動子が省略されている。
下記特許文献2には、複数個の電機子コイルを有するステータと、ステータと空隙を持って対面したロータヨークと、ロータヨークの下面部に固着された環状の扁平マグネットと、扁平マグネット上に配置されたアンバランサー(振動子)とを備えた小型扁平ブラシレスモータが開示されている。
特開2007−244006号公報 特開2001−232290号公報
近年、携帯電話機などの携帯用電子機器の小型化、薄型化が進む中、振動用モータの更なる小型化、薄型化への要求が強まってきている。特許文献1の技術では、永久磁石が平面C字状の形状を有しているため、ロータの回転に死点が生じやすく、ロータの回転を制御することが困難であるという問題があった。また特許文献2の技術のように、専用の振動子を持つ振動用モータの場合、振動子のサイズが大きくなり、モータの小型化、薄型化に、大きく支障をきたしていた。
本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、小型化または薄型化を図ることのできる振動用ブラシレスモータを提供することである。
本発明の一の局面に従う振動用ブラシレスモータは、ステータと、ステータに対して回転軸を中心として回転可能であるロータとを備え、ステータは、ロータの回転の周方向に沿って等間隔で形成された3n(nは自然数)個のコイルを含み、ロータは、回転軸の延在方向でコイルと重なるように配置されたマグネットを含み、マグネットは、略扇形状を成し、かつ前記ロータの回転の周方向に沿って形成された2n個の磁極を含む。
上記振動用ブラシレスモータにおいて好ましくは、マグネットの略扇形状は、略180度の開放角で形成されている。
上記振動用ブラシレスモータにおいて好ましくは、ロータは、回転の際に振動を発生させる振動子をさらに含む。
上記振動用ブラシレスモータにおいて好ましくは、ステータは、一方の面にコイルを搭載した基板と、基板とともにロータを収納するフレームとをさらに含む。
上記振動用ブラシレスモータにおいて好ましくは、ステータは、基板とコイルとの間に設けられた磁性体よりなる底板をさらに含む。
上記振動用ブラシレスモータにおいて好ましくは、基板は、コイルを搭載した面とは反対側の面に、外部機器と電気的に接続可能な円周状の導電パターンを含む。
上記振動用ブラシレスモータにおいて好ましくは、ステータは回転軸となるシャフトをさらに含み、シャフトは基板およびフレームに固定されている。
上記振動用ブラシレスモータにおいて好ましくは、ロータは回転軸となるシャフトとをさらに含み、ステータは、シャフトを取り囲む軸受をさらに含む。
本発明によれば、小型化または薄型化を図ることのできる振動用ブラシレスモータを提供することができる。
本発明の第1の実施の形態における振動用ブラシレスモータ100の構成を示す平面図である。 図1のII−II線に沿う断面図である。 ロータ40の構成を示す平面図である。 図3のIV−IV線に沿う断面図である。 基板1およびコイル3の構成を示す平面図である。 マグネット43の磁極と、コイル3との関係を模式的に示す図である。 3相全波駆動方式の場合のトルクの分布状態を示す図である。 本発明の第2の実施の形態における振動用ブラシレスモータ100の構成を示す断面図である。 基板1、底板13、およびコイル3の構成を示す平面図である。 図9のX−X線に沿う断面図である。 基板1下面の導電パターンを模式的に示す底面図である。 本発明の第3の実施の形態における振動用ブラシレスモータ100の構成を示す断面図である。 本発明の第4の実施の形態における振動用ブラシレスモータ100の構成を示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
[第1の実施の形態]
図1および図2は、本発明の第1の実施の形態における振動用ブラシレスモータ100の構成を示す図である。図1は平面図、図2は図1のII−II線に沿う断面図である。
図1および図2を参照して、本実施の形態における振動用ブラシレスモータ100は、軸固定型の面対向型ブラシレスモータであり、ステータ20とロータ40とを備えている。ロータ40はステータ20に対して、仮想線である回転軸Rを中心として回転可能である。
ステータ20は、基板1と、複数のコイル3と、フレーム(モータケース)5と、シャフト7と、スラストワッシャ9と、スラスト受けワッシャ11とを含んでいる。基板1は、円盤状の形状を有しており、振動用ブラシレスモータ100の図2中下部に設けられている。基板1は、たとえば鉄よりなっており、上面(図2中上面)にのみ導電パターンが形成された片面基板である。基板1上面には複数のコイル3が実装(搭載)されている。基板1の外径部には、外部からコイル3へ電流を供給するための入力端子6が形成されている。基板1の中心部には孔1aが形成されている。スラスト受けワッシャ11は、環状の平面形状を有しており、基板1の図2中上面における孔1a付近に固定されている。
フレーム5は、振動用ブラシレスモータ100の図2中上部に設けられている。フレーム5は円筒形状を有しており、底部5aと側壁5bとを含んでいる。底部5aは円盤状の形状を有しており、基板1に対してほぼ平行に配置されている、底部5aの中心部には孔5cが形成されている。スラストワッシャ9は、環状の平面形状を有しており、底部5aの図2中下面における孔5c付近に固定されている。側壁5bは底部5aの外径側端部から折れ曲がって、シャフト7に対してほぼ平行に図2中下方に延在している。側壁5bの図2中下端部は基板1の外径部と接触している。基板1とフレーム5とによって振動用ブラシレスモータ100の内部空間が構成されており、この内部空間にロータ40が収納されている。
シャフト7は振動用ブラシレスモータ100の回転軸であり、図2中縦方向に延在している。シャフト7は、図2中上端部が孔5cに固定されており、図2中下端部が孔1aに固定されている。シャフト7は、たとえばレーザスポット溶接にて基板1およびフレーム5に対して固定されている。シャフト7は、レーザスポット溶接の代わりに、基板1およびフレーム5から飛び出したシャフト7の部分をカーリング加工することにより基板1およびフレーム5に対して固定されてもよい。さらにシャフト7は、基板1およびフレーム5に対して接着固定されてもよい。
ロータ40は、バックヨーク41と、マグネット43と、メタル45とを含んでいる。メタル45は円筒形状を有しており、シャフト7の外周を取り囲んでいる。メタル45はシャフト7と摺動しながらシャフト7の周囲を回転する。メタル45には、シャフト7との摺動性を高めるために潤滑油が含侵されており、メタル45により含油軸受が構成されている。バックヨーク41はメタル45の外径面に取り付けられており、マグネット43はバックヨーク41に取り付けられている。マグネット43は、回転軸Rの延在方向(図2中縦方向)でコイル3と重なる(面対向する)ように配置されている。
コイル3を流れる電流により発生した磁界と、マグネット43に形成された磁極との相互作用により、ロータ40が回転すると、メタル45の上下端部がそれぞれスラストワッシャ9およびスラスト受けワッシャ11と摺動し、メタル45の内径面がシャフト7の外径面と摺動する。
図3および図4は、ロータ40の構成を示す図である。図3は平面図、図4は図3のIV−IV線に沿う断面図である。なお、図3のマグネット43には、各磁極の着磁状態を示す「N極」または「S極」の文字が付されている。
図3および図4を参照して、バックヨーク41は、メタル取付部41aと、マグネット取付部41bと、側壁部41cと、延在部41dと含んでいる。メタル取付部41aは、円筒形状を有しており、メタル45の外径部に取り付けられている。マグネット取付部41bおよび延在部41dは、メタル取付部41aの図4中上端部から折れ曲がって、基板1に対してほぼ平行に(図4中横方向に)延在している。マグネット取付部41bにはマグネット43が取り付けられている。延在部41dはマグネット取付部41bよりも短く、途切れている。側壁部41cは、マグネット取付部41bの外径側端部から折れ曲がって、シャフト7に対してほぼ平行に(図4中下方に)延在している。
マグネット43は、略扇形状を成し、好ましくは約180度の開放角(機械角)θの弧形状を有している。開放角θとは、ロータ40の回転の周方向において、回転軸Rを中心としてマグネット43(またはマグネット取付部41b)が形成されている部分を角度で表したものである。マグネット取付部41bもまた、略扇形状を成し、好ましくは約180度の開放角θを有している。特にマグネット43およびバックヨーク41が約180度の開放角で構成されている場合には、マグネット43およびバックヨーク41のアンバランス量が最大となる。その結果、マグネット43およびバックヨーク41が振動子として役割を果たす。すなわち、ロータ40が回転した時にマグネット43およびバックヨーク41が偏心回転し、それにより振動を発生させる。なお、開放角は約180度が好ましいが、180度近辺の角度であれば、振動を発生させることができるため振動用ブラシレスモータを構成することができる。
マグネット43にはN極とS極とが交互に形成されている。マグネット43は、たとえば4個の磁極で構成されている。各磁極は、ロータ40の回転の周方向に沿って形成されている。図3の場合、マグネット43の機械角は180度であり、マグネット43は4極着磁されているので、1個の磁極当たりの機械角は45度であり、電気角は180度である。
図5は、基板1およびコイル3の構成を示す平面図である。
図5を参照して、基板1上面には、たとえば6個のコイル3が直接実装されている。各コイル3は、ロータ40の回転の周方向に沿って等間隔で形成されている。図5の場合、各コイル3の間隔の機械角は60度であり、電気角は270度である。各コイル3は、中央に略三角形の平面形状の空洞部3aを含んでおり、全体が略三角形の平面形状を有している。各コイル3の一方の引き出し線3bは、たとえばコイル3の外周付近で基板1上面の導電パターン(図示無し)と半田付けされている。また、各コイル3の他方の引き出し線3cは、たとえば空洞部3a内で基板1上面の導電パターン(図示無し)と半田付けされている。これにより各コイル3は、基板1のコイル実装面側に形成された入力端子6から電流を供給され、それによりロータ40を回転させる。
図6は、マグネット43の磁極と、コイル3との関係を模式的に示す図である。なお図6では、説明の便宜のためにコイル3をマグネット43の外周部分に描いているが、実際には、マグネット43とコイル3とは回転軸Rの延在方向において互いに重なり合っている。
図6を参照して、本実施の形態においては、マグネット43の磁極が2n(個)(nは整数)である場合に、コイル3がm=(2+1)n(個)となるように、マグネット43の磁極数およびコイル3の個数が設定されている。
たとえばn=1の場合、(a)に示すように、マグネット43は2個の磁極で構成され、3個のコイル3が等間隔で形成される。またn=2の場合、(b)に示すように、マグネット43は4個の磁極で構成され、6個のコイル3が等間隔で形成される。図1〜図5に示す振動用ブラシレスモータ100は(b)に相当する。さらにn=3の場合、(c)に示すように、マグネット43は6個の磁極で構成され、9個のコイル3が等間隔で形成される。
つまり、上述のようにマグネット43の磁極数およびコイル3の個数を設定することにより、マグネット43の電気角270度おきに各コイル3が配置される。これにより、マグネット43の磁極が偏った位置に形成されていても、ロータ40を死点のない状態で正常に回転することができる。
本実施の形態の振動用ブラシレスモータ100は、マグネット43(ロータ40)とコイル3とが回転軸Rの延在方向で面対向しており、かつマグネット43が略扇形状を成し、好ましくは180度の開放角θで構成されている。これにより、マグネット43およびバックヨーク41が偏心した形状を有するので、振動子(振動ウエイト)としての役割を果たす(振動子の代替となる)。その結果、振動子を省略した場合には、振動子が無い分だけ構成を簡素化することができ、小型化および薄型化を図ることができる。また、振動子を併用した場合にも、振動子の体積を削減することができ、小型化および薄型化を図ることができる。ひいては振動用ブラシレスモータ100が搭載されるセットの小型化および薄型化を図ることができる。さらに、マグネットの磁極数を2n(nは自然数)個とした場合に、m=(2+1)n個のコイル3が等間隔で配置されている。これにより、マグネット43の磁極が偏った位置に形成されていても、ロータ40を死点のない状態で正常に回転することができる。
図7は、3相全波駆動方式の場合のトルク(マグネット43を回転するトルク)の分布状態を示す図である。なお図7では、マグネット43を回転するのに必要な大きさのトルクが得られる領域である有効トルク領域を斜線で示している。
たとえば図6(b)の構成では、マグネット43は半円状(180度の機械角)で構成されており、U相、V相、およびW相のそれぞれを構成する2個のコイル3が180度の機械角で互いに対向して配置されている。図7において、仮にプラス側(0より上側)のトルクをN極側で発生するトルク、マイナス側(0より下側)のトルクをS極側で発生するトルクとする。N極側で発生するトルクとS極側で発生するトルクとを合成したものがモータ全体で発生するトルクとなる。モータ全体で発生するトルクは、全ての角度で絶えず有効トルク領域内に存在していることが分かる。したがって、本実施の形態では、マグネット43が半円状であるため、マグネットが環状である(全周に存在する)場合に比べてトルクは半減する一方、マグネット43を死点のない状態で回転させることができる。
また本実施の形態によれば、ステータ20が、基板1と、基板1とともにロータ40を収納するフレーム5とを含むことにより、ロータ40から発生する磁束が振動用ブラシレスモータ100の外部に漏れることを防ぐことができる。
また、シャフト7を基板1およびフレーム5に固定し、基板1の片側側(本実施の形態では上面側)にのみ導電パターンを形成することで、振動用ブラシレスモータ100の構成を簡素化することができる。
[第2の実施の形態]
図8は、本発明の第2の実施の形態における振動用ブラシレスモータ100の構成を示す断面図である。
図8を参照して、本実施の形態における振動用ブラシレスモータ100の構成は、以下の点において第1の実施の形態における構成とは異なっている。基板1は、上面(図8中上面)および下面(図8中下面)の両方に導電パターンが形成された両面基板である。ステータ20は、磁性体よりなる底板13をさらに含んでいる。底板13は円盤状の平面形状を有しており、基板1上面に設けられている。複数のコイル3の各々は、底板13を介して基板1上面に実装されている。底板13の中央部には孔13aが形成されており、シャフト7の図8中下端部は孔13aに固定されている。基板1に孔1a(図2)は形成されていない。
図9は基板1、底板13、およびコイル3の構成を示す平面図である。図10は、図9のX−X線に沿う断面図である。
図9および図10を参照して、底板13は、複数の孔13bおよび13c(底板切り欠き部)を含んでいる。複数の孔13bおよび13cの各々は底板13を貫通しており、孔13bおよび13cの内部には基板1上面の導電パターンが露出している。孔13bは各コイル3の外周付近に形成されており、孔13cは各コイル3内の空洞部3aに形成されている。各コイル3の一方の引き出し線3bは、孔13b内において基板1上面の導電パターン(図示無し)と半田付けされている。各コイル3の他方の引き出し線3cは、孔13c内において基板1上面の導電パターン(図示無し)と半田付けされている。
図11は、基板1下面の導電パターンを模式的に示す底面図である。
図11を参照して、基板1下面には、互いに大きさの異なる円周状または円状の平面形状を有する複数の導電パターン17が形成されている。基板1上面の導電パターンと、基板1下面の導電パターン17とは、基板1を貫通するスルーホール(図示無し)にて互いに電気的に接続されている。基板1上面には、各コイル3の引き出し線3bおよび3cの各々の接続ランドと、スルーホールとを電気的に接続する導電パターン(図示無し)が形成されている。これにより、導電パターン17を通じて各コイル3と外部機器とを電気的に接続することができる。また導電パターン17が円周または円の平面形状を有しているので、導電パターン17のいずれの位置においてもコイル3との電気的接続が可能になり、コイル3との電気的接続が容易になる。
上述の構成では、FPC(Flexible Printed Circuits)を折り返すことによって作製した両面基板を、基板1として用いてもよい。この場合、折り返したFPCの間に底板13を挿入することにより、基板1上下面の各々の導電パターンを、底板13の上下面にそれぞれ形成してもよい。
なお、上述以外の振動用ブラシレスモータ100の構成は、第1の実施の形態と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
本実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。加えて、基板1とコイル3との間に磁性体よりなる底板13を設けることにより、ロータ40から発生する磁束の外部への漏れを効果的に抑制することができる。
また、基板1が両面基板であり、コイル3を搭載した面とは反対側の面に、外部機器と電気的に接続可能な円周状の導電パターン17を含むことにより、コイル3と外部機器との電気的接続が容易になる。
[第3の実施の形態]
図12は、本発明の第3の実施の形態における振動用ブラシレスモータ100の構成を示す断面図である。
図12を参照して、本実施の形態における振動用ブラシレスモータ100の構成は、軸受固定型の面対向型ブラシレスモータであり、以下の点において第1の実施の形態における構成とは異なっている。ステータ20は、磁性体よりなる底板13と、スラスト受けワッシャ19と、メタル21とを含んでいる。ロータ40はシャフト47を含んでいる。底板13は基板1上面に設けられている。底板13の中央部には孔13dが形成されており、孔13d内における基板1上面にはスラスト受けワッシャ19とメタル21とが固定されている。メタル21は円筒形状を有しており、シャフト47を取り囲んでいる。メタル21には、シャフト7との摺動性を高めるために潤滑油が含侵されており、メタル21により含油軸受が構成されている。スラスト受けワッシャ19は、円盤状の平面形状を有しており、メタル21内部における基板1の中央部に固定されている。シャフト47は振動用ブラシレスモータ100の回転軸であり、図12中縦方向に延在している。シャフト47は、その上端部がバックヨーク41に固定されており、ロータ40とともに回転する。基板1に孔1a(図2)は形成されておらず、フレーム5に孔5c(図2)は形成されていない。
本実施の形態においては、シャフト47がロータ40側に固定されており、メタル21がステータ20側に固定されている。ロータ40が回転すると、シャフト47の下端部がスラスト受けワッシャ19と摺動し、メタル21の内径面がシャフト47の外径面と摺動する。
なお、上述以外の振動用ブラシレスモータ100の構成は、第2の実施の形態と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
本実施の形態によれば、第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
[第4の実施の形態]
図13は、本発明の第4の実施の形態における振動用ブラシレスモータ100の構成を示す断面図である。
図13を参照して、本実施の形態における振動用ブラシレスモータ100は、ロータ40が、バックヨーク41およびマグネット43とは別体の振動子(振動ウエイト)49を含んでいる点において、第1の実施の形態における構成とは異なっている。振動子49は、たとえば弧形状を有しており、マグネット43の外径部に取り付けられている。振動子49は、たとえばタングステン合金などの比重の大きい材料よりなっている。振動子49はマグネット43とともに偏心回転する。
なお、上述以外の振動用ブラシレスモータ100の構成は、第1の実施の形態と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
本実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。加えて、振動子49の偏心回転により一層強い振動を発生することができる。また、マグネットが振動子としての役割を果たさない構成の場合(環状のマグネットを採用した場合)と比較して、同じ強さの振動を発生させるために必要な振動子の体積を削減することができ、小型化および薄型化を図ることができる。
なお、振動子49は、ロータ40の回転の際に振動を発生させるものであればよく、その形状、材質または取り付け位置などは任意である。振動子49は、たとえばバックヨーク41の図13中上部などに取り付けられていてもよい。
上述の実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 基板
1a 基板の孔
3 コイル
3a コイルの空洞部
3b,3c コイルの引き出し線
5 フレーム
5a フレームの底部
5b フレームの側壁
5c フレームの孔
6 入力端子
7,47 シャフト
9 スラストワッシャ
11,19 スラスト受けワッシャ
13 底板
13a,13b,13c,13d 底板の孔
17 導電パターン
20 ステータ
21,45 メタル
40 ロータ
41 バックヨーク
41a バックヨークのメタル取付部
41b バックヨークのマグネット取付部
41c バックヨークの側壁部
41d バックヨークの延在部
43 マグネット
49 振動子
100 振動用ブラシレスモータ
R 回転軸
θ 開放角

Claims (8)

  1. ステータと、
    前記ステータに対して回転軸を中心として回転可能であるロータとを備え、
    前記ステータは、前記ロータの回転の周方向に沿って等間隔で形成された3n(nは自然数)個のコイルを含み、
    前記ロータは、前記回転軸の延在方向で前記コイルと重なるように配置されたマグネットを含み、
    前記マグネットは、略扇形状を成し、かつ前記ロータの回転の周方向に沿って形成された2n個の磁極を含む、振動用ブラシレスモータ。
  2. 前記マグネットの略扇形状は、略180度の開放角で形成されている、請求項1に記載の振動用ブラシレスモータ。
  3. 前記ロータは、回転の際に振動を発生させる振動子をさらに含む、請求項1または2に記載の振動用ブラシレスモータ。
  4. 前記ステータは、一方の面に前記コイルを搭載した基板と、前記基板とともに前記ロータを収納するフレームとをさらに含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の振動用ブラシレスモータ。
  5. 前記ステータは、前記基板と前記コイルとの間に設けられた磁性体よりなる底板をさらに含む、請求項4に記載の振動用ブラシレスモータ。
  6. 前記基板は、前記コイルを搭載した面とは反対側の面に、外部機器と電気的に接続可能な円周状の導電パターンを含む、請求項5に記載の振動用ブラシレスモータ。
  7. 前記ステータは前記回転軸となるシャフトをさらに含み、前記シャフトは前記基板および前記フレームに固定されている、請求項4〜6のいずれか1項に記載の振動用ブラシレスモータ。
  8. 前記ロータは前記回転軸となるシャフトとをさらに含み、前記ステータは、前記シャフトを取り囲む軸受をさらに含む、請求項4〜6のいずれか1項に記載の振動用ブラシレスモータ。
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CN103346633A (zh) * 2013-07-05 2013-10-09 西北工业大学 盘式振动电机

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