JP2007129792A - ファン付き偏心ロータと同ロータを備えた扁平ブラシレス型ファン付き振動モータ及び同モータの携帯機器搭載構造。 - Google Patents

Abstract

【課題】ファン付き偏心ロータにして振動発生が出来る軸方向空隙型マイクロファンモータに構成して発熱を押さえ、移動体機器に効果的な搭載構造にすることによって、発熱部材の冷却を図る。
【解決手段】偏心部材も高比重側ファン２としてタングステン合金製で構成し、低比重側ファン１を比重９以下の部材で形成し、前記軸方向空隙型マグネット４の上面の平坦部と同マグネット側周のインパラの部分とからなり、前記平坦部で凹凸嵌合１２、１３によって組み合わされると共に前記軸方向空隙型マグネット４に接着保持され、各インパラ１ａ、２ａは後ろ向き翼型に形成されると共に高比重側が肉厚に形成され、前記低比重側のファンの平坦部に軸３が固着された。
【選択図】図１

Description

この発明は、ファン付き偏心ロータと同ロータを備えた扁平ブラシレス型ファン付き振動モータ及び同モータの携帯機器搭載構造に係り、冷却と無音報知手段を兼ねたものに関する。

携帯電話機などの携帯機器はますます多機能化が図られ、この多機能化携帯通信装置のサイレントアラーム手段等のバイブレーション機能を果たすのに断続動作ながら通電時間が多くなってきており、長寿命なブラシレス振動モータは採用され始めた。
従来、駆動回路部材を内蔵させたブラシレス振動モータとしてコアード型で、複数個の等分に配置した突極に電機子コイルを巻回してなるコアード型で駆動回路部材をステータの側方に配置したものが知られている。（特許文献１参照）
しかしながら、このようなものは、側方向のサイズが大となってしまい、セット時には印刷配線板に実装効率が悪く、またコアード型のため、厚みが大とならざるを得ず実用性がない。
また、コアード、コアレス型を含んだもので複数個の電機子コイルの一部を削除して空所を設け、この空所に駆動回路部材を配置したものがある。（特許文献２参照）
ブラシレスモータとしては、１個のホールセンサを利用した単相型がコスト上から一般的であるが、単相型ブラシレスモータを自起動させるには、特許文献３に示すようにロータのマグネットを特定な位置に停止させておくディテントトルク発生部材が必要である。

近年、携帯電話機等の多機能化はめざましいものがあり、格納された能動電子部材の発熱の問題が新たにクローズアップされてきた。特に中央演算素子などの局所的にかなり発熱するものがある部位のあるケースなどは、操作時に熱くなって人体に不快なものとなる。
この局所的発熱を分散させてしまうために、セラミックシート、カーボングラファイトシート、ヒートパイプなどの吸熱放散用固定素子を格納する提案も一部では採用されているが、このような固定素子による吸熱だけでは対応が困難となり、空気を強制的に循環させたり、給排気機能を持たせるファンモータの搭載が考えられる。
しかしながら、従来のパソコンなどに搭載される６０ｍｍ角の軸流ファンモータでは、サイズ的に収まるはずはなく、最近では、２０ｍｍ角サイズに薄小型化して径方向にヒートシンクを配したものが知られている。（特許文献３参照）
しかしながら、携帯機器たとえば携帯電話機に内蔵させるには、まだ大きすぎる。
特開２０００−２４５１０３号公報 特開２００２−１４２４２７号公報 特開平９−１０７６５３号公報

携帯電話機などは、最近はサイレントアラーム手段として振動モータを搭載させるのは必須であって、さらに、ファンモータを搭載させる空間は設計的にはほとんど配慮できない。
そこで、この発明は、ブラシレスモータのロータに偏心部材が配置される旋回空間を利用してインペラを設けることによって、ファン付き偏心ロータにして振動発生ができる軸方向空隙型マイクロファンモータに構成することによって能動電子部材の発熱を押さえ、携帯機器に効果的な搭載構造にすることによって携帯機器発熱部材の冷却を図ろうとするものである。

上記課題を解決するには、請求項１に示すように中心に軸支部が備えられると共にこの軸支部の径方向外方に軸方向空隙型マグネットが配され、このマグネットの少なくとも外方にタングステン合金が含まれた偏心部材と該偏心部材の少なくとも回転中心を介して反対側に低比重側ファンとが配されたもので達成できる。
具体的には、請求項２に示すように前記低比重側ファンのインパラと偏心部材とはそれぞれ少なくともその一部が軸方向に垂下されているのがよい。
より具体的には、請求項３、４に示すように前記偏心部材も高比重側ファンで構成しており、それぞれ各ファンは金属で形成されて前記軸方向空隙型マグネット上方の平坦部と同マグネットの側外方のインパラとからなり、前記平坦部で組み合わされて前記軸方向空隙型マグネットに接着保持されているもので、前記各インパラは後ろ向き翼型で旋回外周がほぼ同径に形成されると共に高比重側が肉厚に形成されたものがよい。
また、請求項５に示すように前記軸方向空隙型マグネットの上面に薄い磁性板が配され、該磁性板に軸支部が設けられると共にこの磁性板に一体に少なくとも低比重側ファンのインパラが樹脂で形成されたものでも達成できる。
このようなファン付き偏心ロータを備えて扁平ブラシレス型ファン付き振動モータにするには、請求項６、７に示すように請求項１ないし５のいずれか１項に記載のファン付き偏心ロータを格納するケースとブラケットからなるハウジングに、前記ファン付き偏心ロータを駆動するもので、単相空心電機子コイルと前記マグネットを所定の位置で停動させるディテントトルク発生部材と前記空心電機子コイルに電力を供給する１ホールセンサ型駆動回路部材とが備えられたステータとが配され、前記ハウジングに外気流入口と同流出口が設けられたものにしたり、前記ハウジングは平面視で角形になっていて該ハウジングの一部がコーナに放熱フィンが配されたヒートシンクで構成されたものにすれば達成できる。
そして、このような扁平ブラシレス型ファン付き振動モータの機器搭載構造としては請求項８、９に示すように請求項６又は７に記載の扁平ブラシレス型ファン付き振動モータを携帯機器に搭載するもので、該携帯機器の外ケースに設けられた透孔の少なくとも一部に前記ハウジングに配された外気流出入口の位置をほぼ合わせるように取り付けられたものにするか、前記ハウジングから径方向に伝熱部材が延設されて発熱電子部材に接触させたものにして達成できる。

請求項１の発明によれば、単一のロータながら回転時に振動を発生させると共に、ファンで送風を生じさせることができる。特に低比重側ファンと偏心部材の比重差を大にすれば振動量を大にできる。
請求項２の発明にすれば、回転時に振動量と送風量を大にできる。しかもインパラは偏心部材の反対側の死点となる旋回空間を利用しているのでサイズ的に有利となる。
請求項３、４の発明にすれば、偏心部材を含め全周が翼型後ろ向きファンとなっているので負圧を利用した軸方向からの吸い込みと径方向押し出し送風が得られる。
特に低比重側ファンを樹脂にしたものでは、比重差を１５以上に大にできるため重心の位置が大きく半径方向に変位して遠心力振動量が大となる。
請求項６、７の発明にすれば、携帯機器の振動機能と冷却機能が同時に得られ、インパラも軸方向に延在させることによって送風量を大にできる。
請求項８、９の発明にすれば、携帯機器の外方から給気ができ、送風による冷却効果の高いものが得られ、ブラケットを放熱フィンにしたものは効率のよいハウジングの冷却ができるので、発熱電子部材の熱は伝熱部材を経由してこの放熱フィンで十分に冷却も図れる。

偏心部材も高比重側ファンとして比重１７程度のタングステン合金製で構成し、低比重側ファンを比重９以下の金属板で形成し、前記軸方向空隙型マグネット上面の平坦部と同マグネット側周のインパラの部分とからなり、前記平坦部で凹凸嵌合によって組み合わされると共に前記軸方向空隙型マグネットに接着保持され、各インパラは後ろ向き翼型に形成されると共に高比重側が肉厚に形成され、前記低比重側のファンの平坦部に軸支部が設けられた。
図１は本発明のファン付き偏心ロータの平面図である。（実施例１）
図２は図１のロータを内蔵したファン付き扁平ブラシレスモータの断面図である。
図３は図１のファン付き偏心ロータの変形例の平面図である。（実施例２）
図４は図３の断面図である。
図５は図２の変形例の要部断面図である。（実施例３）
図６は図５のステータ部分の平面図である。
図７は図２のファン付き扁平ブラシレスモータの機器搭載構造の要部断面図である。（実施例４）
以下、この発明の構成を図示する各実施例に基づいて説明する。

図１、図２において、ファン付き偏心ロータＲは、比重４ないし９程度の金属板材からなる低比重側ファン１とタングステン合金製の高比重側ファン２が鍵状凹凸部１２と嵌合凹凸部１３で組み合わせられ、低比重側ファン１は外周に複数の後ろ向き翼型インパラ１ａが切り起こされ、低比重側ファンの平坦部１ｂの回転中心に浅いバーリング状軸支部１ｃが設けられる。
このインパラ１ａの反対側に配された高比重側ファン２は、該インパラ１ａの旋回外周程度で両端に押し出しと引き込みからなり全体が大きな後ろ向き翼型のインパラに形成した弧状の偏心部材２ａと、これに続いて平坦部２ｂで構成される。前記軸支部１ｃに軸３が頂部をレーザ溶接Ｌなどで固着される。この軸３の周囲には、軸方向空隙型マグネット４が前記低比重側ファン１と高比重側ファン２との各平坦部１ｂ、２ｂの内側にこれらを互いに補強し合うように嫌気性接着剤などで固着される。
従って、前記低比重側ファン１と高比重側ファン２とは、前記凹凸部の組み合わせと、さらに接着剤で前記マグネット４を介して強固に組み合わせられ固定されることになる。

このように構成したファン付き偏心ロータＲは、図２に示すようにケース５と、ブラケット６からなるハウジングＨに格納される。ケース５の天井には複数の外気流入口５ａが空けられ、側周には流入した前記外気の流出口５ｂが設けられる。この流出口５ｂは冷却すべき能動電子部材の方向に１カ所設けるか、複数設けて全周方向に押し出して送風するようにしてもよい。
ここで、前記流入口５ａからの異物の進入の懸念があればメッシュシートｍを張り付けておくのがよい。
このようにすると、偏心ロータの各インパラ１ａは後ろ向き翼型で形成されているので、想像線で示すように負圧で天井部の外気流入口５ａから外気を引き込むと共に正圧で側方の流出口５ｂから押し出し径方向に送風することになる。
一方、ブラケット６は、板状の非磁性もしくは弱磁性ステンレス等の厚みが０．２ｍｍ程度の金属板で形成され、中央に複数の支柱がプレス加工で抜かれて突き起こされることによって軸受ホルダ部６ａが形成されている。この軸受ホルダ部６ａは、底部にスラストワッシャ６ｂが配され、前記偏心ロータＲを軸３を介して回転自在に支承する軸受６ｃがはめ込まれる。
このブラケット６には、さらに側方に給電端子載置部６ｄが延設される。
このブラケット６の上面には、厚みが０．１ｍｍ程度の磁性ステンレス板からなるディテントトルク発生部材６ｅが、前記軸受ホルダ部６ａ等を位置決めガイドにして配置される。
このディテントトルク発生部材６ｅに組み合わされるステータベース７は、厚さが０．１５ｍｍ程度のガラスクロスエポキシ基板からなり、後述の図６でも示されるように中央に前記ディテントトルク発生部材６ｅの中央外周に配される透孔７ａとその半径方向外方に９０°ピッチで形成された空心電機子コイル装着用ガイド孔７ｂと、前記透孔７ａから径方向に３本の溝孔７ｃが配置開角９０°で形成される。
前記溝孔７ｃの位置は、組み合わせる前記ロータの軸方向空隙型マグネットの極数で決まり、ここでは、マグネットの極数が４極（磁極の開角が９０°）の場合、磁極のピーク、あるいはニュートラルのいずれがきても確実に起動できるように配置されるべき空心電機子コイルの中心である前記各電機子コイル装着用ガイド孔７ｂの中心から約２２．５°の位置に設けられる。
なお、当然ながら、磁極の開角が６０°の６極の場合は１５°となる。
このようにすると、ディテントトルク発生部材６ｅは、ステータベース７の厚み内に収まることになり、その厚みが無視できることになる。
前記ステータベース７の上面には、図６に示すような３個の空心電機子コイル８‥‥が前記空心電機子コイル装着用ガイド孔７ｂを利用して配置され、紫外線硬化型接着剤で固着され、その端末は図示しないが単相となるように所要の結線パターンに接続される。
ここで、前記空心電機子コイル装着用ガイド孔７ｂは、各空心電機子コイルの方をジグに装着してからステータベースに接着するような工程を採用すれば、必ずしも設ける必要はない。
前記空心電機子コイル８を駆動するホールセンサ内蔵型駆動回路部材Ｄが前記空心電機子コイル８と平面視重畳しないように、かつ適切な電気的中性点が得られる位置に半田結線され、側方の給電端子７ｄから電力を与えられる。ここで、内蔵したホールセンサの位置は、組み合わせるマグネットの磁極に応じて定められ、ここでは、４極の磁極からなるマグネットでは空心電機子コイルの中心から４５°、９０°、１３５°及び１８０°のいずれかで配置されるような位置に来るように選ばれる。
このようにしたステータベース７は、嫌気性接着剤を介して前記ブラケット６に添設される。この時、前記溝孔７ｃには前記ディテントトルク発生部材６ｅが装着され、透孔７ａはディテントルク発生部材６ｅの中央外形の外方に収まるので、ディテントトルク発生部材６ｅはステータベース７に厚み方向が完全に収まり、結果的にはその厚みは全く考慮しなくてすむことになる。すなわち、前記空心電機子コイルの内径に無理に納めることなく最適な位置に設定できることになる。
このように組み立てられるので、前記軸受けホルダ部６ａをプレス抜き、突き立てた後の穴はステータベース７で塞がれることになるため、異物の進入は防止できる。
図中Ｖは、バルカナイズドファイバー製の補強リングである。

図３、図４は、ファン付偏心ロータの変形例で、低比重側ファン１１として、前記軸方向空隙型マグネット４の上面に薄い磁性板１４が配され、該磁性板１４に軸支部１４ｂが設けられると共にこの磁性板１４に一体に少なくともインパラ１１ａが比重２以下の樹脂Ｊで形成されたもので、このインパラ１１ａには前記磁性板１４の外周に切り起こした一部が骨幹１４ａとなるように含み、樹脂Ｊが通過する３個の透孔１４ｃが空けられている。このようにすると、磁性板１４は強度よく樹脂Ｊで一体化でき、インパラ１１ａは前記骨幹１４ａによって比重の低い樹脂でも破損することなく十分に機能を果たすことができる。
この低比重側インパラ１１ａの反対側には、３個の後ろ向き翼型インパラ２２ａを形成したタングステン合金製偏心部材２２が前記磁性板１４に接着されて配される。この磁性板１４は中央側に弧状の透孔１４ｂが設けられ、タングステン合金製偏心部材２２から軸方向に突き出されたほぼ同寸の突起２２ｂがはめ込まれ、径方向に外れるおそれがないようにしてある。
このようにすると、磁性板１４は軸方向空隙型マグネット４の磁気回路が構成できると共に、樹脂の強度が確保できる。

図５、図６はステータ側をヒートシンクの放熱フィンにしたもので、ブラケット６６を平面視角形にしたアルミダイキャストで構成し、中央に立ち上げた軸受けホルダ部６６ａと角形の４隅に流入した空気を押し出し流出口として機能する溝６７と壁６８を有する放熱フィン部Ｆが形成され、前記軸受けホルダ部６６ａには底部にスラストワッシャ６ｂが配され前述のような軸受６ｃが格納される。
この軸受けホルダ部６６ａの外方で上面には、前述のような厚みが０．１ｍｍ程度の磁性ステンレス板からなるディテントトルク発生部材６ｅが配置される。
このディテントトルク発生部材６ｅに組み合わされるステータベース７は、ここでは前述同様で厚さが０．１５ｍｍ程度のガラスクロスエポキシ基板からなり、中央に前記ディテントトルク発生部材６ｅの中央外周に配される透孔７ａとその半径方向外方に９０°ピッチで形成された空心電機子コイル装着用ガイド孔７ｂが空けられ、前記透孔７ａに連結して径方向に３本の溝孔７ｃが配置開角９０°で形成される。ここで空心電機子コイル８の通電時の放熱のために前記空心電機子コイル装着用ガイド孔７ｂに挿通する突起６６ｅがブラケット６６から一体に立ち上げられ、さらに側方に給電端子載置部６６ｄが延設される。
ここでは、前記空心電機子コイル位置決めガイドを利用して載置した３個の空心電機子コイル８の他にアルミダイカストの厚みを利用して少し薄手にした第４の空心電機子コイル８８が前記ステータベース７の下方に配されるようにしたもので、単相結線ながらトルクに寄与できる。
前記ブラケット６６には、さらにケース５５の取り付け脚部を固定する係止部６９が放熱フィンＦの外側の壁６８に形成される。
ケース５５は、軸方向に複数設けた外気流入口５５ａと取り付け脚部５５ｃを除いた位置で径方向に送風できるように側方に流出口５５ｄが空けられ、取り付け脚部５５ｃがブラケット６６の係止部６９に掛け止められて組み付けられる。この流出口は特定の方向に１カ所でも全体に送風できるように４カ所設けてもよい。
このようにしたファン付き振動モータは、後述の搭載構造に例示したように、カーボングラファイトなどの伝熱シートを介して機器に搭載すれば、能動電子部品で発生した熱は伝熱シートを介してアルミ製の放熱フィンに伝わっても送風によって冷却が効率よく図られることになる。

図７に示すものは、中央演算素子、パワーアンプなどの発熱能動素子部材ＣＰに前記扁平型ファン付きブラシレス振動モータを重畳させる空間がない場合に、前記発熱能動素子部材ＣＰの横方に当該モータＢＭを搭載させるようにしたもので、伝熱シートＣＳで連結させたものである。
すなわち、下部のキャビネットＫａ１のメイン基板Ｋ上に配設された前記発熱能動電子部材ＣＰあるいはパワーアンプ等の上面に粘着剤あるいは熱伝導性のよいグリースｇなどを介して前記グラファイトからなる伝熱シートＣＳを配し、該伝熱シートＣＳは横方向に延ばされて前記モータＢＭのブラケット（ここでは実施例１のブラケット６で例示）の底面まで到達させるように構成したものである。
ここでモータＢＭは前記伝熱シートＣＳを挟んで両面粘着材ｎで下部のキャビネットＫａ１に載置される。前記モータＢＭの上面のキャビネットＫａ２には、外気導入用透孔Ｋｂと異物の進入を防ぐメッシュシートＭが配され、該モータの回転に応じて外気は該モータのケース５に空けられた軸方向透孔５ａに導かれ、該モータに軸方向から外気が取り入れられ、前記流出口５ｂから径方向、たとえば前記発熱能動電子部材ＣＰに送風する。
なお、当然ながら、ここでも実施例３の放熱フィン型ブラケット６６でもよい。
したがって、前記発熱能動電子部材ＣＰで発生した熱は伝熱シートＣＳを介して前記モータＢＭのブラケットを兼ねた放熱ヒートシンクＦで冷却され、さらに、外気によって効率よく冷却されることになり、発熱能動電子部材ＣＰＵ等の局所的な発熱、温度上昇を抑制できる。
ここで、外気導入用透孔Ｋｂの位置は該モータと特に対向させる必要はなく、外気が導かれるならキャビネットの隙間を利用してもよい。
図中Ｋｃは振動周波数を下げて振幅を大にしながらも、密閉を兼ねたスポンジであり、耐衝撃性を確保している。

以上のようにこの発明は、携帯電話機以外にＰＤＡなどの携帯型小型コンピュータ機器にも採用できる。
なお、上記の伝熱シートは銅、アルミ箔などの熱伝導率のよい金属シートでもよい。
また、この発明の構成は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。

本発明のファン付き偏心ロータの平面図である。（実施例１） 図１のロータを内蔵したファン付き扁平ブラシレスモータの断面図である。 図１のファン付き偏心ロータの変形例の平面図である。（実施例２） 図３の断面図である。 図２の変形例の要部断面図である。（実施例３） 図５のステータ部分の平面図である 図２のファン付き扁平ブラシレスモータの機器搭載構造の要部断面図である。（実施例４）

符号の説明

１、１１ 低比重側ファン
１ａ 後ろ向き翼型インパラ
２、２２ 高比重側ファン
２ａ、２２ａ 後ろ向き翼型インパラ
１２、１３ 凹凸結合部
３ 軸
４ 軸方向空隙型マグネット
５ ケース
５ａ 外気流入口
５ｂ 外気流出口
６、６６ ブラケット
６ａ、６６ａ 軸受けホルダ部
７ ステータベース
８ 空心電機子コイル
Ｆ 放熱フィン
ＣＰ 発熱能動電子部材
ＣＳ 伝熱シート

Claims (9)

1. 中心に軸支部が備えられると共にこの軸支部の径方向外方に軸方向空隙型マグネットが配され、このマグネットの少なくとも外方にタングステン合金が含まれた偏心部材と該偏心部材の少なくとも回転中心を介して反対側に低比重側ファンとが配されたファン付き偏心ロータ。
2. 前記低比重側ファンのインパラと偏心部材はそれぞれ少なくともその一部が軸方向に垂下されている請求項１に記載のファン付き偏心ロータ。
3. 前記偏心部材も高比重側ファンで構成しており、それぞれ各ファンは金属で形成されて前記軸方向空隙型マグネット上方の平坦部と同マグネットの側外方のインパラとからなり、前記平坦部で組み合わされて前記軸方向空隙型マグネットに接着保持されている請求項２に記載のファン付き偏心ロータ。
4. 前記各インパラは後ろ向き翼型で旋回外周がほぼ同径に形成されると共に高比重側が肉厚に形成された請求項３に記載のファン付き偏心ロータ。
5. 前記軸方向空隙型マグネットの上面に薄い磁性板が配され、該磁性板に軸支部が設けられると共にこの磁性板に一体に少なくとも低比重側ファンのインパラが樹脂で形成された請求項１に記載のファン付き偏心ロータ。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のファン付き偏心ロータを格納するケースとブラケットからなるハウジングに、前記ファン付き偏心ロータを駆動するもので、単相空心電機子コイルと前記マグネットを所定の位置で停動させるディテントトルク発生部材と前記空心電機子コイルに電力を供給する１ホールセンサ型駆動回路部材とが備えられたステータとが配され、前記ハウジングに外気流入口と同流出口が設けられた扁平ブラシレス型ファン付き振動モータ。
7. 前記ハウジングは平面視で角形になっていて該ハウジングの一部がコーナに放熱フィンが配されたヒートシンクで構成された請求項６に記載の扁平ブラシレス型ファン付き振動モータ。
8. 請求項６又は７に記載の扁平ブラシレス型ファン付き振動モータを携帯機器に搭載するもので、該携帯機器の外ケースに設けられた透孔の少なくとも一部に、前記ハウジングに配された外気流出入口の位置をほぼ合わせるように取り付けられた扁平ブラシレス型ファン付き振動モータの携帯機器搭載構造。
9. 前記ハウジングから径方向に伝熱部材が延設されて発熱電子部材に接触させた請求項８に記載の扁平ブラシレス型ファン付き振動モータの携帯機器搭載構造。
   

Images