JP3759092B2 - 偏心ロータと同ロータを備えた扁平コアレス振動モータ - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
この発明は、移動体通信機器のサイレントコール手段などに用いられる薄型モータの改良に係り、厚さが2ミリ程度の超薄型偏平コアレスモータと同モータに搭載する偏心ロータの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
移動体通信機器の小型薄型化志向に伴い、移動体通信機器に搭載される部材も小型薄型化の要求がつよい。
たとえば、最近においては、扁平化の要求は極端なものとなり、モータのサイズも直径10mm、厚みも2mm程度まで要求がある。
このような状況下においては、偏心ロータも厚みが極限まで追い込まれる。
このロータだけで振動を発生させるようにした扁平型振動モータの先行技術としては、3個の空心電機子コイルを片側に偏在させるようにしたもの(特許文献1参照)か、3個の等分に位置した空心電機子コイルの内、1個を小さくしてアンバランスを発生するもの(特許文献2参照)がある。
【0003】
しかしながら、前述のように偏心ロータの厚みが極限まで追い込まれるようになると、ロータ自体、特に空心電機子コイルだけでアンバランスにしたものでは、振動量が少なく実用的には、タングステン等の高比重ウエイトを補助的に単相の空心電機子コイル間に付加させる構成にする必要がある。(特許文献3参照)
また、移動体通信機器のサイレントコール手段の一つに扁平型振動モータでは、機器側の印刷配線板に両面粘着剤などを介して直接載置するため、取り付け面は平坦が要求され、ブラシに電力を供給する給電端子はモータの側周部に導出されるようになっている。
【0004】
このような扁平型モータは、軸方向界磁型リング状マグネットで駆動されるので、このマグネットの内径部分に配されたブラシに電力を供給する給電構造に工夫が必要である。このため、ブラシに電力を供給する給電構造前記マグネットと、このマグネットを載置したハウジングの一部であるブラケットとの間から導出させる必要がある。
このような薄型コアレス振動モータは、ブラケットにブラシベースの形状に合わせてプレス加工によって凹所を形成し、この凹所にブラシベースを埋め込むことにより、ブラスベースの厚みを無視できるようにしたものがある。(特許文献4参照)
【0005】
【特許文献1】
米国特許5036239公報
【特許文献2】
特開平2−17853号公報
【特許文献3】
特開2000−224805号公報
【特許文献4】
特開平10−262352号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献3のものは、単相のためロータの電機子コイルの位置決めが必要で、ロータ自体を薄型にできない。
また、特許文献4のようにハウジングを押し潰してプレス加工で凹所を押し潰して形成するのは、かなりのブラケットの厚みが必要であり、このため、従来の技術では厚さが2.5mm程度が限界であった。
そこで、この発明は、偏心ロータを構成する空心電機子コイルの構成に工夫を加え、有効導体数を確保することによって起動を容易にさせ、薄くしながらも振動を確保でき、ハウジングにも工夫を加え、モータの厚みを2mm程度にできるようにしたものである。
【0007】
上記課題の基本的な解決手段としては、請求項1に示すように印刷配線基板(9)は中心に軸挿通孔が設けられると共に、第1面で前記軸挿通孔の半径方向外方に9個の整流子セグメント(S1‥‥)からなる平板コミュテータ(5)が配され、前記第1面およびそれと反対面である第2面のいずれか少なくとも一方の面に、互いにシリーズに結線され互いに重畳しないように平面視3個の一層空心電機子コイル(Rb1、Rb2、Rb3)が印刷形成されると共に、その内1個の一層空心電機子コイル(Rb1)の両側に配置開角がほぼ160度となる2個の多層巻線型空心電機子コイル(Ra、Rc)が該一層空心電機子コイル(Rb1)と重畳しないように、かつ、残りの2個の一層空心電機子コイル(Rb2、Rb3)と一部が重畳するように配され、前記1個の一層空心電機子コイル(Rb1)の位置にブロック状もしくは粉末状にしたタングステン合金製偏心ウエイト(W)が前記2個の多層巻線型空心電機子コイル(Ra、Rc)を含めると共に、前記2個の一層空心電機子コイル(Rb2、Rb3)に一部が露出されるように樹脂(J)で一体化されたもので達成できる。
このようにすれば、偏心ロータ自体が薄型にでき、偏心させたコイルだけでなく偏心ウエイトで十分な振動を確保できる。また、偏心ウエイトは巻線型コイルの間に収めるので別途位置決め手段を設ける必要がなく、一層の空心電機子コイルは3個に構成したので有効導体数が増加できることになり、起動が容易となって特性が向上し、偏心ウエイトは樹脂でコイルと共に一体化され、反重心側は樹脂で成形していないため、重心の移動が大にできる。
【0008】
このような偏心ロータを備えて振動モータにするには、請求項2に示すように前記請求項1に記載の偏心ロータと、この偏心ロータ(R)を軸(3)を介して回転自在に支持するケース(1)とブラケット(2)からなるハウジングと、このハウジングの一部に固定された細手の軸(3)と、この偏心ロータに空隙を介して磁力を与えるためにNS交互に6極に磁化され、ハウジングの一部に配された扁平なマグネット(4)と、この扁平なマグネットの内径部で基端がブラシベース(8)に配され、先端が前記整流子セグメント(S1‥‥)に摺接開角180度で摺接することによって前記空心電機子コイル群に電力を供給するブラシ(6、7)とを備え、前記ハウジングを構成するケースとブラケットは溶着で組立て結合され、さらに、このハウジングは0.2mm以下の厚みがあると共に、前記ブラシベース(8)はフレキシブル基板で接着層を含めて前記ブラケットの厚みを越えない範囲の厚みがあるもので構成され、前記ケースに前記軸の先端がはめ込まれる凹所が形成されると共に、前記ブラケット(2)にはマグネットが配される部分に透孔(2a)が設けられ、前記ブラシベースの一部が該透孔を通って再びブラケット上面に引き出されてハウジング側方に給電端子として導出されたもので達成できる。
このようにすれば、コミュテータは9極からなるため ブラシの摺接も180度となり、ロータに均一に押接するので90°押接のようにロータが傾くことがないため、起動が容易となり、軸は、ハウジングの両端で固定されるので、たとえば、0.5mm程度のものでも、落下など衝撃が偏心ロータに加わっても軸の変形が防止でき確実に保持できる。
また、前記ハウジングを構成するケースとブラケットは溶着で組立て結合されるので、落下など衝撃に十分耐えられる。
さらに、たとえばブラケットの厚みを0.15〜0.2mmにしたものでもブラシベースを導出するにあたってブラケットを部分的に潰すような無理な手段が不要となるので、薄型化に対してブラシベースの厚みを考慮しなくて済み、ブラシベースの一部が該透孔を通って再びブラケット上面に引き出されてハウジング側方に給電端子として導出されたので薄いフレキシブルながらも保持が十分となって2mm厚のモータにすることができる。
【0009】
【発明の実施の態様】
次に、この発明の実施の形態の図面を説明する。
図1は、この発明の第1の実施の形態の偏心ロータを備えた超薄型コアレス振動モータの断面図である。
図2は、図1の給電構造の特徴を示す底面図である。
図3は、図1の偏心ロータの平面図である
図4は、図1のモータの回転原理説明図である。
図5は、偏心ロータの別の実施の形態の平面図である
図6は、図5の偏心ロータを搭載したモータの回転原理説明図である。
【0010】
以下、上記各図面に基づく実施形態を説明する。
図1は、厚み2mm程度に構成した超薄型偏平コアレス振動モータを示す。このモータは厚さ0.15mmの薄い磁性ステンレス板を絞り加工したケース1と、このケースの開口部にレーザ溶接Yで取り付けた厚さ0.2mm程度のブラケット2でハウジングHが構成される。内部には、前記ブラケット2の中心2aに直径0.5mm程度の軸3が圧入固定される。そしてこの軸3の半径方向外方に薄いリング状マグネット4が載置されている。
ここで軸3の基端は本例のように圧入後、レーザ溶接Yしてもよい。
【0011】
前記軸3には、厚み0.6mm程度の偏心ロータRが偏心ロータRに取りつけられた軸受Bにより回転自在に装着され、軸方向空隙を介して前記リング状マグネット4に臨ませている。
この偏心ロータRには、後述の図3に示すような配置開角が約160度で磁極の幅の開角にした2個の多層巻線からなる空心電機子コイル(以後多層巻線型空心電機子コイルという)Ra、Rcと、この多層巻線型空心電機子コイルの間に重畳させないように磁極の幅の開角で一層に形成した1個の空心電機子コイルRbと、さらにこの一層の空心電機子コイルRbの位置に載置した偏心ウエイトWからなり、ここでは複雑になるため図示しないが、図4に示すように裏側の9極のセグメントを有する印刷配線コミュテータ5を介して一対の正負のブラシ6、7により電力を受けるようになっている。
【0012】
ここでは、偏心ロータRは、後述の図3のA−A’線切断断面で表している。
前記ブラケット2には、図2にも示すように、ちょうど前記マグネット4の位置が透孔2aとなっていて、前記ブラシ6、7を植設したブラシベース8は、前記ブラシを植設したパターン6a、7aを半径方向へ延在させてこの透孔2aを通して前記ケース1の側周に導出される。したがって、ブラシベース8をマグネット4とブラケットの間から外方に導出するに当たって、この0.15程度の厚みを有するブラシベース8の導出空間を容易に確保できることになる。ここで前記ブラシベース8は所定の面に接着剤が付着されていてブラケット、マグネットに接着で固定するのがよい。
前記ブラシベース8の給電電極部はブラケット2より突き出された舌片2bの部分で折り返され、3方向に半田電極がむき出されて容易に機器側の印刷配線板に半田結線できるようになっている。
【0013】
一方ハウジングの他部を構成するケース1は、中央に前記細手のステンレス製の軸3の他端が装着される浅いバーリング状透孔1aが配され、この透孔1aの周囲の突部にポリイミドフイルムPを配着し、このポリイミドフイルムPを介して前記偏心ロータRの軸受Bの上面を前記一対のブラシ6,7の押接力によって摺接させている。このため、偏心ロータRは常時ケース1側に付勢され、ポリイミドフイルムPで軸の周囲を回転自在に押さえられるので、ケース1側に移動して当たるおそれがなく、空隙を常に一定にして回転位置がばらつくこともなく安定して回転支承させることができる。
ここで、前記軸3の他端は前記ケースに前記バーリング状透孔1aの部分でレーザ溶接Yされている。
また、ケース1とブラケット2はレーザ溶接接合されているので、薄手の部材でも変形が起きにくく、前記軸3は前記偏心ロータの落下などの衝撃が加わっても透孔から外れてしまうおそれはない。
【0014】
図3に、前記概略説明した図1の偏心ロータRの構成を示す。空心電機子コイルRaおよびRcは多層巻線で形成され、印刷配線基板9に160度の配置開角となるよう配置される。空心電機子コイルRbは空心電機子コイルRaおよびRcの配置開角160度の中間部に、コイルが重畳しないよう設けられる。空心電機子コイルRbは一層の巻線で形成され印刷配線基板9上に配置されるか、印刷配線基板9に印刷されるパターンをコイル状に形成(以後印刷配線型という)して配置する。パターンを利用した場合、コイル端末を印刷配線基板9の接続パターンへ接続する手間が省ける。
【0015】
空心電機子コイルRbの位置には、コイルの層数の違いあるいは印刷パターンの厚みと多層の厚みの違いだけ空間が形成される。この空間には密度15程度の例えばタングステン合金製のウェイトWを載置する。そして、空心電機子コイルRa、RcとウェイトW(空心電機子コイルRbを一層の巻き線コイルで形成した場合はこの空心電機子コイルRbも)を樹脂成形により印刷配線基板9と一体化する。
この際、一体化するための樹脂にタングステン合金のブロック、粉末等の金属を混入させ、高比重樹脂Jとして成型し一体化してもよい。金属としては、比較的比重の大きい金属であればよい。
【0016】
図3に示すように樹脂をコイル側へ偏在させることで、より振動量の多いロータが構成可能である。また、高比重樹脂Jの比重を高める(例えば密度10以上)ことで、別体のウェイトWを用いず、空心電機子コイルRbの部分の空間に満たされた高比重樹脂JをウェイトWとして利用することも可能である。ウェイトWは、求められる振動量等にあわせ、適宜その大きさ、形状、密度や比重を選択すればよい。
ウェイトWは、厚み方向で多層巻線で形成された空心電機子コイルRaおよびRcより突きでないかあるいは樹脂一体成型のための若干の突き出しであれば、この空間を有効利用してのロータの薄型化が可能となる。
【0017】
また、印刷配線基板9はガラスエポキシ等の平板状の基板や、薄いフィルム状フレキシブル基板等を用いることができる。この印刷配線基板9の形状は、樹脂成形される部分だけの扇形としてもよいし、図3に示すように平面視円形に形成して樹脂成形される部分を扇型に形成してもよい。この場合、印刷配線基板9の面上で樹脂のない部分に、空心電機子コイルRaおよびRcのコイル巻付端末接続のためのパターンが設けられる。
樹脂成形されない部分の印刷配線基板9の重量はそれほど大きくないため、偏心(振動)の量にそれほど影響を与えず、接続パターンを設けることが可能となり、接続作業が容易となる。
この樹脂成形部分には、焼結含油軸受Bが取りつけられ、このロータRを軸3に回転自在に装着する。
ここで、他面側に概略構成として記載された平板コミュテータ5は、この薄いフレキシブル基板に形成するか、または、このフレキシブル基板に別の薄い印刷配線板で平板コミュテータを形成したものを添設してもよい。
【0018】
ここで、樹脂成形部の多層巻線型空心電機子コイルの厚みによる段差部分には、風損を防ぐ意味からテーパ部分Tを配慮するのは望ましい。
このコミュテータ5は、図4の回転原理説明図に示すようにN、S交互に6極に着磁されたマグネットと組みあわせる場合は、3個毎にショートした9極のセグメントS1ないしS9からなる公知のものが用いられる。今、この結線状態を説明すると、多層巻線型空心電機子コイルRaの巻き始めは、多層巻線型空心電機子コイルRcの巻き終わりと共に、整流子セグメントS4に結線され、マイナス側のブラシ7を介してマイナス電源に接続されており、前記巻線型空心電機子コイルRaの巻き終わりは、一層の空心コイルRbの巻き始めと共に整流子セグメントS2に結線され、前記巻線型空心電機子コイルRcの巻き始めは、前記一層の空心コイルRbの巻き終わりと共に、整流子セグメントS4、S1を介してプラス側のブラシ6を経てプラス電源より電力が供給されるようになっている。 ここでは小さい矢印は電流の方向を示し、大きい矢印はロータの回転移動する方向を示しているが、いずれも、反トルクは発生しない。
【0019】
図5に示すものは、偏心ロータの変形例で前記一層の空心電機子コイルRb1、Rb2及びRb3は印刷配線型からなり、第1、第2のいずれか少なくとも一方の面、ここでは内径のスルーホールを介して両面に平面視では3個で互いに重畳しないように等分(すなわち、120度ピッチで)に形成され、この内、1個の印刷配線型空心電機子コイルRb1と重畳しないように、かつ、残りの2個の印刷配線空心電機子コイルRb2、Rb3と一部が重畳するように前記2個の多層巻線型空心電機子コイルRa、Rcを配置開角が約160度で載置し、この多層巻線型空心電機子コイルが重畳しない前記印刷配線型空心電機子コイルRb1の位置に比重15程度の偏心ウエイトWが備えられ、重心の移動を大にさせるため、前記樹脂Jで前記残りの2個の印刷配線空心電機子コイルRb2、Rb3と一部が重畳しない部分を除いて一体成形されたものである。
この第5図の構成は、印刷配線型空心電機子コイルRb2、Rb3以外は図3に示す構成と同様である。
なお、前記偏心ウエイトWの比重は、モータサイズにもよるが、比重10〜17.5程度のものが選定できる。
【0020】
ここでも、樹脂成形部の多層巻線型空心電機子コイルの厚みによる段差部分には、風損を防ぐ意味からテーパ部分Tを配慮するのは望ましい。
なお、端末の結線などは、後述の図6に示すようになっているので、この図5では複雑になるため省略し、さらに、本図の裏側である第1面側の平板コミュテータも省略しているが、このコミュテータ5は、後述の図6の回転原理説明図に示すようにN、S交互に6極に着磁されたマグネットと組みあわせる場合は、3個毎にショートした9極のセグメントS1ないしS9からなる公知のものが用いられる。
このよう構成にすれば、図3で説明した構成と同様に、円盤形でもタングステンの高比重による重量と空心電機子コイルの偏心ウエイト側よりによって大きく重心が来るので、偏心量の大なる偏心ロータを形成することができる。
印刷配線型空心電機子コイルも平面視3個あるので、モータのサイズが直径10mm程度でも合計巻回数が約60以上と比較的多くなるので起動トルクも大にすることができる。
【0021】
図6は、図5に示す偏心ロータR1の結線状態と回転原理の説明図で、すなわち、印刷配線型空心電機子コイルは3個(Rb1,Rb2およびRb3)に分散され、シリーズに接続されており、今、この結線状態を説明すると、巻線型空心電機子コイルRaの巻き始めは、巻線型空心電機子コイルRcの巻き終わりと共に、整流子セグメントS4に結線され、マイナス側のブラシ7を介してマイナス電源に落ちており、前記巻線型空心電機子コイルRaの巻き終わりは、印刷配線型空心電機子コイルRb3の巻き始めと共にセグメントS2に結線され、巻線型空心電機子コイルRaの巻き始めは、印刷配線型空心電機子コイルRb1の巻き終わりと共にセグメントS4に結線され、同セグメントS1、プラス側ブラシ6を介してプラス電源から供給され、同巻き始めは、印刷配線型空心電機子コイルRb2の巻き終わりに、同コイルRb2の巻き始めは、印刷配線型空心電機子コイルRb3の巻き終わりにに結線されている。
したがって、この状態では、セグメントS1、S4を介して各空心電機子コイルには矢印のように電流が流れ、マイナス電源に落ちるので、フレミング左手の法則にしたがって、全空心電機子コイルに大矢印の向きに全トルクが発生することになるので、起動電圧を低減できる。
【0022】
【発明の効果】
この発明の偏心ロータは上記のように構成したので、ロータ自体が薄型にでき、偏心ウエイトで振動を確保でき、特に請求項2に示す発明では、有効導体数が多く、ブラシの摺接も180度のため、ロータに均一に応接するのでロータが傾くことがないため、起動が容易となる。
ブラシベースをマグネットとブラケットの間から導出するに当たってたとえば、ブラケットの厚みが0.15〜0.2ミリのものでも潰すような無理な手段が不要となるので、薄型化に対してブラシベースの厚みを考慮しなくて済み、2mm厚のモータにすることができる。
【0023】
このような偏心ロータを備えた薄型コアレス振動モータは、請求項3に示すようにすると、薄型ながらも振動量が確保でき、軸がたとえば、0.5ミリ程度のものでも、確実に保持でき、落下など衝撃がロータに加わっても軸の変形が防止でき、たとえばブラケットの厚みを0.15〜0.2ミリしたものでも潰すような無理な手段が不要となるので、薄型化に対してブラシベースの厚みを考慮しなくて済み、2mm厚のモータにすることができる。しかも、比重10以上の偏心ウエイトによって振動量が大となるものが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の第1の実施の形態の偏心ロータを備えた薄型コアレス振動モータの断面図である。
【図2】 図1の給電構造の特徴を示す底面図である。
【図3】 図1の図1の偏心ロータの平面図である。
【図4】 図1の同モータの回転原理説明図である。
【図5】 図1の偏心ロータの変形例の平面図である。
【図6】 図5の同モータの回転原理説明図である。
【符号の説明】
H ハウジング
1 ケース
2 ブラケット
2a 透孔
3 軸
4 ネオジム製のリング状マグネット
R、R1 偏心ロータ
5 平板コミュテータ
6、7 一対のブラシ
8 ブラシベース
9 印刷配線基板
Claims (2)
- 印刷配線基板(9)は中心に軸挿通孔が設けられると共に、第1面で前記軸挿通孔の半径方向外方に9個の整流子セグメント(S1‥‥)からなる平板コミュテータ(5)が配され、前記第1面およびそれと反対面である第2面のいずれか少なくとも一方の面に、互いにシリーズに結線され互いに重畳しないように平面視3個の一層空心電機子コイル(Rb1、Rb2、Rb3)が印刷形成されると共に、その内1個の一層空心電機子コイル(Rb1)の両側に配置開角がほぼ160度となる2個の多層巻線型空心電機子コイル(Ra、Rc)が該一層空心電機子コイル(Rb1)と重畳しないように、かつ、残りの2個の一層空心電機子コイル(Rb2、Rb3)と一部が重畳するように配され、前記1個の一層空心電機子コイル(Rb1)の位置にブロック状もしくは粉末状にしたタングステン合金製偏心ウエイト(W)が前記2個の多層巻線型空心電機子コイル(Ra、Rc)を含めると共に、前記2個の一層空心電機子コイル(Rb2、Rb3)に一部が露出されるように樹脂(J)で一体化された偏心ロータ。
- 前記請求項1に記載の偏心ロータと、この偏心ロータ(R)を軸(3)を介して回転自在に支持するケース(1)とブラケット(2)からなるハウジングと、前記ブラケットに一端が固定された細手の軸(3)と、この偏心ロータに空隙を介して磁力を与えるためにNS交互に6極に磁化され、前記ブラケットに配された扁平なマグネット(4)と、この扁平なマグネットの内径部で基端がブラシベース(8)に配され、先端が前記整流子セグメント(S1‥‥)に摺接開角180度で摺接することによって前記空心電機子コイル群に電力を供給するブラシ(6、7)とを備え、前記ケースとブラケットは溶着で組立て結合され、さらに、このブラケットは0.2mm以下で厚みがあり、前記ブラシベース(8)はフレキシブル基板で接着層を含めて前記ブラケットの厚みを越えない範囲の厚みがあるもので構成され、前記ケースに前記軸の先端がはめ込まれる凹所(1a)が形成されると共に、前記ブラケット(2)にマグネットが配される部分に透孔(2a)が設けられ、前記ブラシベースの一部が該透孔を通って再びブラケット上面に引き出されてハウジング側方に給電端子として導出された扁平コアレス振動モータ。
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