JP4086306B2 - 偏心ロータを備えた扁平型ブラシレス振動モータ、同モータを内蔵させた電磁音響変換器。 - Google Patents

Description

この発明は、偏心ロータを備えた扁平型ブラシレス振動モータと同モータを内蔵させた電磁音響変換器（俗称マイクロスピーカ）に係り、特にサイレントアラーム手段とスピーカ手段を合体した、いわゆる２イン１と称されるものに関する。

従来、１対の板状弾性体を相対向するようにして枠体に支持させ、一方の板状弾性体にヨーク、磁石からなる磁界発生体を取り付け、他方のフイルム状弾性体にリング状の可動ボイスコイルを取り付け、該コイルを前記磁界発生体の磁界内に配して周波数の異なる電流を切替え可能に与えたものがある。（特許文献１参照）
また、振動源として遠心力振動を得るために出力軸に偏心分銅を配した円筒型振動モータを横方向に配置したものがある。（特許文献２参照）しかしながら、このような構成では、電磁音響変換器として小型なものはできない。
この対策として、コアード型、すなわち径方向空隙型にしたモータを内蔵させるものがある。（特許文献３参照）
しかしながら、このような構成では、コアード型でしかも出力軸に錘を取り付けているので低姿勢にできないし、ブラシ・コミュテータ方式のため、高回転のモータのためスピーカの寿命に対抗できない。
このような電磁音響変換器は、スピーカ側よりサイレントアラーム手段としてモータ側の寿命に左右されるので、長寿命なモータの出現が望まれ、全体の姿勢も薄型なものが要求されている。
特開平１０−１１７４７２号公報 特開２００１−１０３５８９号公報 特開２００３−１２５４７４号公報 ところで、このようなブラシレスモータをスピーカの励磁マグネットのヨークに利用する場合、内蔵したロータの界磁マグネットに影響を及ぼすおそれが出てきた。 特に、最近の小型化志向による超小型なものは、ボイスコイルも可及的に小径なものとなり、スピーカ出力を維持するために、励磁マグネットは強い磁力が必要となって、その磁力がモータ側に大きく影響する。すなわち、この励磁マグネットは、単極磁界のため、中心に向かって磁束が集中し、励磁マグネットのヨークとなるモータハウジングが薄いと、漏洩磁束が、ロータの磁性体部分に大きく影響する。

そこで、この発明の目的は、扁平型ブラシレス振動モータながら、偏心ロータを外部磁界の影響を受けないようにすることによってスピーカの中心部に配置できるようにした振動モータを提供し、そのロータにあっては簡単な構成でその厚みを犠牲にすることなく、偏心ウエイトの固着とモータの取り付けを容易にするものである。
さらにはその振動モータを内蔵させ、長寿命な振動モータを内蔵させた電磁音響変換器を提供するものである。

上記課題を解決するには、請求項１に示すように電磁音響変換器の中央磁極等に用いられる扁平型ブラシレス振動モータであって、非磁性偏心ウエイトと複数の磁極を有する軸方向空隙型マグネットとが配された磁性体からなるロータケース、前記軸方向空隙型マグネットの内方で前記ロータケースの中心に配された軸受とが備えられた偏心ロータと、該偏心ロータを支承する軸、前記偏心ロータに軸方向空隙を介して臨ませた複数の空心電機子コイル、該空心電機子コイルの配置されていない位置に駆動回路部材を配置したステータベースとからなるステータと、これらを格納するケースとブラケットとからなるハウジングとが備えられたもので、前記ケースは少なくとも前記軸方向空隙型マグネットに臨む天井部が非磁性となっており、側方が径方向にフランジとして延設され、前記ブラケットの外周と重ね合わせで接合され、前記ロータケースは前記軸方向空隙型マグネットの磁界を受ける平坦部があり、該平坦部に続いて磁気的バランスを得るために回転中心と同心となる鍔部が径方向外方全周に突き出され、該鍔部に前記非磁性偏心ウエイトが複数の凹凸組み付け手段で組み付けられたもので、該複数の凹凸組み付け手段は等分に設けられることによってロータケース自体で磁気的バランス手段が構成されたもので達成できる。
別の具体的解決手段は具体的には請求項２に示すように電磁音響変換器の中央磁極等に用いられる扁平型ブラシレス振動モータであって、非磁性偏心ウエイトと複数の磁極を有する軸方向空隙型マグネットとが配されたロータケースと、前記軸方向空隙型マグネットの内方で前記ロータケースの中心に配された軸受とが備えられた偏心ロータと、該偏心ロータを支承する軸、前記偏心ロータに軸方向空隙を介して臨ませた複数の空心電機子コイル、該空心電機子コイルの配置されていない位置に駆動回路部材を配置したステータベースとからなるステータと、これらを格納するケースと、ブラケットとが備えられ、該ケースは側方が径方向にフランジとして延設され、前記ブラケットの外周と重ね合わせで接合され、前記ロータケースは前記マグネットの磁界を受ける平坦部があり、該平坦部に外径が回転中心と同心となるように構成された磁性体からなる補助ヨーク板が配され、該補助ヨーク板によって前記偏心ウエイトと軸受のそれぞれ上面が押さえられ、前記ケースは該補助ヨーク板に臨む部分が外方に膨出され、該補助ヨーク板によって磁気的バランスを得るようにしたもので達成できる。
このようなモータを備えて電気音響変換器にするには、請求項３に示すように、請求項１又は２に記載の扁平型ブラシレス振動モータがスピーカハウジングの中央磁極となるように配されたものであって、該扁平型ブラシレス振動モータは前記フランジ部分を利用して前記スピーカハウジングの端部に取り付けられ、該扁平型ブラシレス振動モータの径方向外周に空隙を介して臨ませるようにリング状の可動ボイスコイルの一端が配着され外周が前記スピーカハウジングに配着された振動薄板が備えられ、前記可動ボイスコイルの外周に空隙を介して臨ませたリング状の励磁マグネットが前記フランジ部分に載置されたもので達成できる。

請求項１の発明によれば、電磁音響変換器の中央磁極に当該モータを採用した場合、スピーカの励磁マグネットのような強力な外部磁界がモータハウジングを越えて内方に漏洩しても界磁マグネットの外方で外径が回転中心に対して同心となるロータケースで磁気的バランス手段が構成されたので、前記の漏洩磁界は均等に受け止められ、ロータの回転に際してはロータ側に影響が出なくなり、等分に形成した複数の凹凸結合による組み付け手段によって磁気的バランスを崩すことなく偏心ウエイトの保持強度が十分に確保でき、ケースとブラケットとはフランジで重ねて接合したので組み付け強度が十分に確保できる。また、磁気的バランス手段はロータケースで構成できるので、特別な部材を用意しなくて済む。
請求項２の発明によれば、電磁音響変換器の中央磁極に当該モータを採用した場合、スピーカの励磁マグネットのような強力な外部磁界がモータハウジングを越えて内方に漏洩しても界磁マグネットの外方で外径が回転中心に対して同心となる補助ヨーク板で磁気的バランス手段が構成されたので、前記漏洩磁界は均等に受け止められ、ロータの回転に際してはロータ側に影響が出なくなり、補助ヨーク板によって軸受と偏心ウエイトの強度が十分に確保でき、補助ヨーク板によってモータ側のマグネットの漏洩磁界が軽減され、補助ヨーク板に厚みがあっても振動薄板の丘状の形状に合わせてケースに形成した膨出部に逃がすことができるので、姿勢が犠牲になるおそれがないし、ケースとブラケットはフランジで重ね合わせるように接合したので組み付け強度が十分に確保できる。
請求項３の発明によれば、このような振動モータは、フランジ部分を利用してスピーカハウジングの下端に姿勢を犠牲にすることなく取り付けられ、モータのケース自体をスピーカの中央磁極に構成できる。

樹脂製スピーカハウジングの中央に配されたもので、偏心ロータと該偏心ロータを軸方向空隙を介して駆動する複数の空心電機子コイルからなるステータとこれらを格納するハウジングとが備えられた扁平型ブラシレス振動モータと、該モータの径方向外周に空隙を介して臨ませるようにリング状の可動ボイスコイルの一端が配着され外周が前記スピーカハウジングに配着された振動薄板と、該可動コイルの外周に空隙を介して臨ませたリング状の励磁マグネットとが備えられ、前記モータが励磁マグネットの磁路として機能させるようにした電磁音響変換器であって前記偏心ロータには前記界磁マグネットの外方で外径が回転軸中心に対して同心となる磁気的バランス手段が構成されたものである。
図１は、この発明の電磁音響変換器の要部断面図である。（実施例１）
図２は、図１の扁平型ブラシレス振動モータのロータの平面図である。
図３は図１の変形例の要部断面図である。（実施例２）
図４は、第３の実施例の要部断面図である。（実施例３）

この発明の電磁音響変換器は、スピーカＳとして浅い円筒型の樹脂製のスピーカハウジング１と、中央に配され、偏心ロータを内蔵させた扁平型振動モータＭと、該モータの径方向外周に空隙を介して臨ませたもので、多層ソレノイド型にしたリング状の可動ボイスコイル２と、該コイルの一端が配着され、外周が前記ハウジングに配着された合成樹脂製のフイルム状振動薄板３と、該可動ボイスコイル２の外周に空隙を介して前記ハウジングに配されたリング状の励磁マグネット４とが備えられる。前記可動ボイスコイル２の端末（図示せず）は前記振動薄板３に接着などで沿わされ、前記スピーカハウジング１の側面の一部の空間１ａを介して給電端子部Ｂに導出される。
これらの各部材は、外周部分で前記樹脂製のスピーカハウジング１に前記振動薄板３の外周を押さえ込むように取り付けられた逆皿状のキャップ５で覆われる。ここで該キャップは非磁性ステンレスで形成され、前記振動薄板から発生した音声を外部に導出するための放音孔５ａが多数設けられている。ここで振動薄板３は極めて薄いため、簡略化して一本の実線で表している。

この発明に構成するモータＭは、ホールセンサ型単相ブラシレスモータからなる。周知のように単相ブラシレスモータは、自起動させるには、ロータを所定位置に停止させておく必要があるが、ブラケット６、ケース７にそのまま磁性体を使用すると、強大なマグネットの磁力によって、起動が困難であるので、空隙を大きく確保する必要があるが、薄型化のためには通常は、ブラケット６はディテントトルク発生部８を除いて非磁性体にする必要がある。厚みが２ｍｍ程度のものでは、マグネットを保持するロータヨーク１０も薄いものを採用せざるを得なく、上方に反空隙側の漏洩磁束も多くなり、このようなロータを覆うケース７も非磁性を採用する必要がある。しかしながら、ケース７を非磁性にすると、スピーカ側の励磁マグネット４の磁路が構成できないため、少なくとも側周部７ａは磁性体にしておく必要がある。そこでこの実施例では、ロータのマグネットに臨む天井部だけ非磁性ステンレス板７ｂを填め込んでいる。
偏心ロータＲは、断面が矩形のリング状軸方向空隙型マグネット９が薄いロータヨーク１０に接着される。この薄いロータヨーク１０は薄い磁性板材で形成され、前記軸方向空隙型マグネット９の磁界を受ける平坦部１０ｈとこの平坦部１０ｈと一体で筒状の外径側垂下部１０ａと、やはり平坦部１０ｈと一体で軸受１３を受ける筒状の内径側垂下部１０ｂを有し、平坦部１０ｈと外径側垂下部１０ａで前記軸方向空隙型マグネット９を囲うようになっているので、該マグネット９は強い接着力を得ている。外径側垂下部１０ｂは全周閉じた円筒状で軸１２に対し同心となっており、磁気的バランスがとれている。
この薄いロータヨーク１０は、外径側垂下部１０ａから全周に鍔部１０ｃが径方向に形成される。この鍔部１０ｃは外径が回転中心に対して同心となっており、図２に示すように、後述の偏心ウエイトＷの突起ａが填め込まれる穴ｂが同一円周上で等分に穿設されている。この穴は、外部磁界に対して磁気的バランス手段を構成するために偏心ウエイト取り付け部分以外にダミーとして設けられ、ここでは、６極に着磁される前記軸方向空隙型マグネット９のニュートラル部分が掛かるように６個等分に設けられる。
弧状の偏心ウエイトＷは、前記鍔部に前記のように凹凸組み合わせによって径方向の動きが規制されるように載置され、接着剤あるいは溶接で固着される。接着剤は弧状ウエイトの下面と内径面で前記ロータヨークに強く固着され、凹凸組み合わせによって偏心ウエイトＷの径方向の動きが規制される。
偏心ウエイトＷとロータヨーク１０の取り付け強度が十分であれば、この穴ｂを形成しなくてもよい。また、穴ｂがあればウエイトＷの取り付け強度を増すことができ、鍔部１０ｃの外周が閉じた状態で回転軸と同心の円形に形成されているので、穴ｂがあってもロータＲの磁気的バランスが保たれる。
そして、凹凸の組み合わせは、反転してウエイトＷに穴を開け、鍔部１０ｃに突起を設けても良い。このようにすれば鍔部１０ｃに開孔を設けることなくウエイトＷを強度を増して固定できるので、ロータの磁気的バランスとウエイトの取り付け強度を改善できる。
前記軸方向空隙型マグネット９の外周は、ロータヨーク１０の側周の垂下部で覆われているので、ケース７に磁束が漏洩するのは少なくなるが、さらに、偏心ウエイトＷの配置空間があるため、前記軸方向空隙型マグネットの半径方向外方への漏洩磁束は磁気的バランス部材である鍔部によって外方には漏洩しなくなるので、偏心ロータＲの回転動作に影響はでない。ロータヨーク１０は、内径側垂下部１０ｂの一部を軸受１３にカシメなどの手段で保持されるようになっている。
このようにした偏心ロータＲは、予めブラケット側（ここではディテントトルク発生部材８の中心）に外方からレーザ溶接Ｌ１で基端が固定された軸１２に軸受１３を介して回転自在に装着される。軸の先端も同様に偏心ロータを装着した後からレーザ溶接Ｌ２される。ケース７の開口部にも同様にブラケット側がレーザ溶接Ｌ３されるようになっている。したがって、モータとしてモノコック構造となるので、薄手の部材でも強度が確保される。なお、ケースとブラケットは公知の凹凸カシメ手段で組み付けても良い。図中、１０ｄは、ロータケース１０に軸受１３を填め込んで軸受１３の縁をカシメるためにカシメ歯が入る穴で、外部磁界からの磁気的影響を受けないよう、ここでも同一円周上で等分に４個配されている。
前記偏心ロータＲを駆動するステータは、前記非磁性ブラケット６にスポット溶接などで取り付けられたディテントトルク発生部材８と、その上方でフレキシブル基板からなるステータベース１１に配着され、互いにシリーズに結線された２個の単相空心電機子コイル（図示は一個分のみ）１４と、該コイル１４と重畳しないように配着された駆動回路部材Ｄで駆動される。
したがって、このように構成された扁平型ブラシレスモータＭは駆動回路部材Ｄが内蔵されているので給電端子部Ｂは正負の２端子で済み、前記可動ボイスコイル２の通電する２端子と共に４個の給電端子で済むので構成が極めて簡単となる。
このように構成した当該モータＭは、ハウジングの一部を構成するケース下部が半径方向外方にフランジ７ｃとして延設され、このフランジ部分でハウジングの他部を構成するブラケットと溶接などで接合され、このフランジ部分に前記励磁マグネット４の基部４ａが載置され、このフランジ７ｃを利用して前記スピーカハウジング１に取り付けられるようになっている。図中、４ｂは軸方向に着磁された励磁マグネット４の磁界を径方向に向けて可動ボイスコイル２に臨ませるようにする磁気プレートである。

図３は、モータ側の変形例を示すもので、図１と同一部材は同一符号を付してその説明を省略する。
モータのハウジングを構成するケース７７には、スピーカＳの振動板の断面が丘状の構成に着眼して膨出部７７ａを形成したもので、このようにすると、半空隙側が広がり、マグネット漏洩磁束のケース頂部に対する影響が出なくなるが、ここでは、この膨出部７７ａを利用して補助ヨーク板１５をロータヨーク１０の平坦部１０ｈにスポット溶接などで取り付けたもので、この補助ヨーク板１５は、本来の磁路構成の他に外径が回転中心に対して同心となるように設定され、外径が偏心ウエイトＷの一部を押さえ込み、内径側が軸受１３の頂部を押さえ込むことによってこれらの部材の強度を確保する構成になっている。このため、不用意な落下などのトラブルにも耐えられることになる。この補助ヨーク板１５も回転中心に同心の外径のため、外部磁界に対して磁気的バランスが取れていることになる。すなわち、外部磁界、ここではスピーカの励磁マグネット４の磁束はモータハウジングを通した漏洩磁束があっても補助ヨーク板１５に均等に受けられることになりロータの回転に対して影響が出なくなる。

図４は、図３の変形例を示している。ここで、偏心ロータＲ２を構成するロータヨーク１６は、０．１５ｍｍ程度の薄い非磁性ステンレス板で形成される。当然ながらここで鍔部１６ｃは、外部磁界の影響は受けないので、全周に設ける必要はなく、非磁性の弧状ウエイトＷ１を強度良く取り付けるに当たって任意の形態が採用できる。ここでは、当該ウエイトＷ１の下方を通って外周側につき上げるようにして先端を内側にカシメている。ただ、前記ロータヨーク１６の平坦部にスポット溶接などで取り付けた磁性体からなる補助ヨーク板１７は、マグネットの磁界が外部に漏洩しないように、かつ、外部からの磁界がマグネットに影響が出ないように、マグネットの側周全周に渉って回転中心と同心の垂下部１７ａをロータヨーク１６の外径側垂下部１６ａに沿うように設けておく必要がある。
このようにすれば、軸方向空隙型マグネット９の外周は、磁性体からなる補助ヨーク板の側周の垂下部で全周に覆われているので、ケース７７に磁束が漏洩するのは少なくなるが、さらに、偏心ウエイトＷ１の配置空間があるため、前記軸方向空隙型マグネットの半径方向外方への漏洩磁束は補助ヨーク板１７の磁気的バランス効果によって外方には漏洩しなくなるので、偏心ロータＲ２の回転動作に影響はでない。すなわち、外部磁界、ここではスピーカの励磁マグネットの磁束は、ロータヨークが非磁性であるので、外径が回転中心と同心でなくてもモータハウジングを通した漏洩磁束があっても励磁マグネット４からの磁界による漏洩磁束の影響は無関係となり、補助ヨーク板１５に均等に受けられることになりロータの回転に対して影響が出なくなる。

この発明の構成はモータとしてホールセンサ型ブラシレスモータからなるものを示したが、センサレス型でもよく、また、軸固定型のものを例示したが、軸回転型にも採用できる。
この発明は、その技術的思想、特徴から逸脱することなく、他のいろいろな実施の形態をとることができる。そのため、前述の実施の形態は単なる例示に過ぎず限定的に解釈してはならない。この発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示すものであって明細書本文には拘束されない。

この発明の扁平型ブラシレス振動モータを備えた電磁音響変換器の要部断面図である。（実施例１） 図１の扁平型ブラシレス振動モータのロータの平面図である。 図１の扁平型ブラシレス振動モータの変形例の要部断面図である。（実施例２） 図４は、第３の実施例の要部断面図である。（実施例３）

符号の説明

１ スピーカハウジング
２ 可動ボイスコイル
３ 振動薄板
４ 励磁マグネット
５ キャップ
６ ブラケット
７、７７ ケース
８ ディテントトルク発生部
９ マグネット
１０、１６ ロータヨーク
１０ｃ 鍔部
１１ ステータベース
１２ 軸
１３ 軸受
１４ 単相空心電機子コイル
１５、１７ 補助ヨーク板
Ｈ ハウジング
Ｍ 扁平型ブラシレス振動モータ
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２ 偏心ロータ
Ｓ スピーカ
Ｗ、Ｗ１ 偏心ウエイト

Claims (3)

1. 電磁音響変換器の中央磁極等に用いられる扁平型ブラシレス振動モータであって、非磁性偏心ウエイトと複数の磁極を有する軸方向空隙型マグネットとが配された磁性体からなるロータケース、前記軸方向空隙型マグネットの内方で前記ロータケースの中心に配された軸受とが備えられた偏心ロータと、該偏心ロータを支承する軸、前記偏心ロータに軸方向空隙を介して臨ませた複数の空心電機子コイル、該空心電機子コイルの配置されていない位置に駆動回路部材を配置したステータベースとからなるステータと、これらを格納するケースとブラケットとからなるハウジングとが備えられたもので、
   前記ケースは少なくとも前記軸方向空隙型マグネットに臨む天井部が非磁性となっており、側方が径方向にフランジとして延設され、前記ブラケットの外周と重ね合わせで接合され、前記ロータケースは前記軸方向空隙型マグネットの磁界を受ける平坦部があり、該平坦部に続いて磁気的バランスを得るために回転中心と同心となる鍔部が径方向外方全周に突き出され、該鍔部に前記非磁性偏心ウエイトが複数の凹凸組み付け手段で組み付けられたもので、該複数の凹凸組み付け手段は等分に設けられることによってロータケース自体で磁気的バランス手段が構成された扁平型ブラシレス振動モータ。
2. 電磁音響変換器の中央磁極等に用いられる扁平型ブラシレス振動モータであって、非磁性偏心ウエイトと複数の磁極を有する軸方向空隙型マグネットとが配されたロータケースと、前記軸方向空隙型マグネットの内方で前記ロータケースの中心に配された軸受とが備えられた偏心ロータと、該偏心ロータを支承する軸、前記偏心ロータに軸方向空隙を介して臨ませた複数の空心電機子コイル、該空心電機子コイルの配置されていない位置に駆動回路部材を配置したステータベースとからなるステータと、これらを格納するケースと、ブラケットとが備えられ、該ケースは側方が径方向にフランジとして延設され、前記ブラケットの外周と重ね合わせで接合され、前記ロータケースは前記マグネットの磁界を受ける平坦部があり、該平坦部に外径が回転中心と同心となるように構成された磁性体からなる補助ヨーク板が配され、該補助ヨーク板によって前記偏心ウエイトと軸受のそれぞれ上面が押さえられ、前記ケースは該補助ヨーク板に臨む部分が外方に膨出され、該補助ヨーク板によって磁気的バランスを得るようにした扁平型ブラシレス振動モータ。
3. 請求項１又は２に記載の扁平型ブラシレス振動モータがスピーカハウジングの中央磁極となるように配されたものであって、該扁平型ブラシレス振動モータは前記フランジ部分を利用して前記スピーカハウジングの端部に取り付けられ、該扁平型ブラシレス振動モータの径方向外周に空隙を介して臨ませるようにリング状の可動ボイスコイルの一端が配着され外周が前記スピーカハウジングに配着された振動薄板が備えられ、前記可動ボイスコイルの外周に空隙を介して臨ませたリング状の励磁マグネットが前記フランジ部分に載置された電磁音響変換器。

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