CN100397754C - 直流无刷振动马达 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流无刷振动马达，以感应线圈及具有多个共平面磁极的磁性器件作为马达的定子与转子，其中感应线圈以单一导线卷绕成单一环圈，其卷绕的范围对应到磁性器件两个相对同极性磁极，并且磁性器件上具有一离心槽，使磁性器件的重心位置偏离轴心，当电流输入至感应线圈而形成磁场，将使磁性器件与感应线圈产生的磁场互斥而旋转，并且因磁性器件的重心偏离轴心而产生振动量。

Description

直流无刷振动马达

技术领域

本发明涉及一种直流无刷振动马达，特别是涉及一种采用单一导线卷绕形成一感应线圈以作为转子的直流无刷振动马达，并且以改变磁性器件的重心来产生振动的动能。

背景技术

如美国第6700275号专利案及美国第6850019号专利案，皆是采用单线绕成多个线圈的方式，利用了相邻线圈绕线方向相反，在线圈通电后产生相反磁极的原理，这样的线圈结构仍是单线多极。但在绕线过程中，当绕完一个线圈之后，绕线机必须暂停绕线动作，然后转动下一个绕线柱进入绕线位置，再进行相反方向的绕线，如此重复多次。因此此种绕线方式无疑会增加绕线机设计的复杂度，绕线时间也较长，从而增加了线圈的整体成本。

微型振动马达已经悄悄随着数字化浪潮与人口结构高龄化而逐渐进入人类生活的各个层面，其中最显著的应用例子就是移动电话，当有来电时，一般移动电话都至少可以有两种模式来提醒使用者，其一是响铃模式，另外一种就是静音振动模式；当手机调整为振动模式时，必须用振动马达来产生振动。而微型振动马达在其它数字移动装置的应用方面，还有娱乐游戏机与掌上型游戏机，由于娱乐装置领域竞争激烈，仅有声光效果的变化已不足以满足消费者多变的消费心态，厂商还更进一步在这些娱乐装置上提供消费者触觉上的震撼，例如美国Immersion公司应用在计算机外设的多项触觉科技专利，例如振动鼠标、振动键盘、振动游戏机摇杆等等。而要实现这些触觉效果，也可利用振动马达来产生振动功能。

在直流振动马达的改进方面，从最早期的有刷摆锤式到有刷扁平式(如美国第6522037号专利案)，但因其采取电刷接触式来改换电流方向，造成了寿命短、可靠性低、易产生火花危险性大等缺点。为弥补前述缺点，现已进一步改进至无刷式振动马达，采取非接触式IC感应永久磁铁的磁场，以改换电流方向(如美国第6836039号专利案以及美国第6573627号专利案)。

如图1所示，常见双线圈的直流无刷振动马达动作原理，由于直流无刷式采用非接触式完成电流感应换向，通常在马达内会设置一霍尔IC，例如Melexis US79，为一与双线圈配合工作的霍尔IC，马达的每一个线圈都具有两端，其中一端分别接至IC的O1与O2端，而线圈的另外一端则都接地。当IC感应到磁铁N极时，O1为高电位，故电流自O1经由右边线圈而流向地，假如图中右边的线圈绕线方向为顺时针方向，由于磁铁N极在IC上方让其感应，电流由O1流向地，由于线圈绕线方向为顺时针方向，使得线圈在面对磁铁S极的方向产生S极而与其相斥，产生旋转运动，而此时O2为断路状态，故左边线圈不导电也没有磁场产生，全靠右边线圈产生的磁场与磁铁互斥，产生运动；当IC感应磁铁S极时，O2为高电位，故电流自O2经由左边线圈而流向地。就这样靠左、右线圈交互通电产生与磁铁磁极互斥的磁力，完成旋转运动。然而问题是，总有一边的线圈处于断路不通电的状态，这样只靠单边线圈通电产生的电磁力来推动转子，推力较弱；另外在前述直流无刷振动马达的结构中，都使用了至少两个以上的线圈，增加了零件数目与成本，进而提高了组装难度与成本。

而在产生振动量的手段方面，美国第6836039号专利案是在共平面六磁极的环形磁铁的一边加上一载重块，造成转子重心偏移旋转中心，而产生振动。然而这种方式会增加转子的负载，而增加了输入的电能，并且由于另外装设了载重块，使得整体马达的体积增大，而无法实现马达小型化设计；美国第6573627号专利案所采取产生振动的手段，利用了共平面四磁极的环形磁铁偏心设置在转子盘上，再让转子盘旋转，由于转子的重心与旋转中心偏离，故可产生振动，但由于空间限制，环形磁铁与旋转中心的偏心量不可能太大，因而限制了振动量的增加。

发明内容

关于常见的直流无刷振动马达的结构，在上述公开的专利案中仍过于复杂，且感应线圈绕线繁琐，不利于直流无刷振动马达的生产制造，不利于满足小型化或微型化的市场需求。因此，本发明提出了一种采用单一导线卷绕形成一感应线圈以作为转子的直流无刷振动马达。

根据本发明所公开的直流无刷振动马达，包括有一电路板、一感应线圈、一磁性器件及一控制器，其中感应线圈以单一导线卷绕成单一环圈而设置于电路板上，磁性器件具有多个共平面磁极并设置于感应线圈上方，而感应线圈卷绕的范围对应到磁性器件相对两个同极性的磁极，并且在磁性器件上具有一使磁性器件的重心位置偏离中心的离心槽，当电流输入至感应线圈而形成磁场，将使磁性器件与感应线圈产生的磁场互斥而旋转，并且因磁性器件的重心偏离轴心而产生振动量。

根据本发明所公开的直流无刷振动马达，为减少绕线复杂度、降低马达零件数目、组装复杂度及成本，采用了单一导线卷绕成单一环圈的感应线圈结构来构成直流无刷振动马达的定子，并且在不增加磁性器件载重的情况下，为提升振动马达的振动量，在磁性器件上开设一离心槽，使磁性器件的重心偏离轴心，如此一来磁性器件的整体重量并不会增加，但是重心将更偏离轴心，使得旋转时所产生的振动量大为增加，因而具有零件数目少、结构简单、组装简易、低成本等优点，而且在不增加磁性器件载重的情况下，可有效地控制马达体积，进而实现小型化，而成为直流无刷马达的最佳设计。

有关本发明的特征与实施例，现配合附图作最佳实施例详细说明如下。

附图说明

图1为原有直流无刷马达磁力产生关系示意图；

图2为本发明第一实施例的结构组成分解示意图；

图3为本发明第一实施例的结构组成组合示意图：

图4为本发明第一实施例的结构组成剖面示意图；

图5为本发明第一实施例的磁力产生关系示意图；

图6为本发明第一实施例中旋转器件的关系示意图；

图7为本发明第二实施例旋转器件的关系示意图；

图8为本发明第三实施例旋转器件示意图。

其中，附图标记

10直流无刷振动马达      11底盘

12轴心                  13电路板

131穿孔                 132电源输入端口

133控制             14绕线组

141底板             1411绕线柱

1412穿孔            142感应线圈

143盖板             1431穿孔

15旋转器件          151磁性器件

1511离心槽          152罩盘

1521轴孔            1522破口

16外壳              17轴承

具体实施方式

请参阅图2～图4所示，根据本发明所公开的直流无刷振动马达10，其包括有一底盘11、一轴心12、一电路板13、一绕线组14、一旋转器件15及一外壳16；其中底盘11呈圆盘状，外壳16呈中空圆筒状，外壳16可以结合于底盘11上，以构成一呈扁平圆柱体状的直流无刷振动马达10的外观，并可容纳设置轴心12、电路板13、绕线组14、旋转器件15于其中。

轴心12设置于底盘11的中心位置处，并定义出直流无刷振动马达10的旋转中心，电路板13呈圆形，中央设有穿孔131，以套设于轴心12而设置于底盘11上，于电路板13上设有一电源输入端口132，以与外部电源(图中未示)电性连接而输入电源，另于电路板13上设置有一控制器133，控制器133为一可感应磁性并控制电流方向的感应控制芯片(Integrated Circuit，IC)。

绕线组14包括有一底板141、一感应线圈142及一盖板143，底板141中心位置处竖立有一绕线柱1411，绕线柱1411上设有一穿孔1412，底板141套设于轴心12而设置于电路板13上，一单一导线于绕线柱1411上卷绕成一单一环圈而构成感应线圈142，感应线圈142大致上呈椭圆形而长度约略等于电路板13的内径，盖板143则具有一穿孔1431套设于轴心12而设置于感应线圈142上。

旋转器件15包括有一磁性器件151及一罩盘152，其中磁性器件151为一永久磁铁(Permanent magnet)而具有磁性，其呈环状并在其平面上分隔形成为多个磁极S1、N1、S2、N2(如图5所示)，其磁力线方向为轴向，于磁性器件151一侧近端缘处开设有一离心槽1511，使得磁性器件151呈C型，并且使得磁性器件151重心位置偏离磁性器件151的质量中心；罩盘152以导磁材料制成，罩盘152吸附于磁性器件151上，并且于罩盘152中心具有一轴孔1521，轴孔1521内设有轴承17，罩盘152与磁性器件151一同套设于轴心12而设置在绕线组14上且可共同旋转；另外，磁性器件151的离心槽1511所形成的缺口因罩盘152包覆在磁性器件151上，而保持磁性器件151磁力线完整。

请参阅图5所示，其中磁性器件151为一共平面上具有四磁极S1、N1、S2、N2的永久磁铁，并作为直流无刷振动马达10的转子。以单一导线卷绕成单一环圈的感应线圈142，其卷绕的范围对应到磁性器件151两个相对同极性磁极S1、S2，感应线圈142的两端各连接到控制器133的O1与O2端，控制器133感应磁性器件151对应位置为N极时，O1为高电位而O2为低电位，故电流自O1流向O2；当控制器133感应磁性器件151对应位置为S极时，O2为高电位而O1为低电位，故电流自O2流向O1。如感应线圈142的绕线方向为顺时针方向，当控制器133感应磁性器件151对应为N极(N1、N2)时，由于感应线圈142面对磁铁S极(S1、S2)，必须使感应线圈142有顺时针的电流因而产生S极磁性，与磁性器件151的S极互斥，而由于此时感应线圈142在面对磁性器件151的方向产生S极极性，因此会受到N1磁极与N2磁极的吸引，但由于感应线圈142长轴方向Y与磁极S1、S2的中心轴方向X之间具有一角度，使得此时产生S极极性的感应线圈142到磁性器件151磁极N2的距离比到磁性器件151磁极N1近，故产生S极的感应线圈142对于磁性器件磁极N2的吸引力比对磁性器件151磁极N1的引力强，使得磁性器件151磁极N2朝感应线圈142移动，因而造成磁性器件151朝着顺时针方向旋转；而当控制器133感应磁性器件151S极(S1、S2)时，必须使感应线圈142有逆时针的电流因而产生N极磁性，而推动磁性器件151转动；上述动作周而复始，使得磁性器件151产生持续旋转的动能。

与常见采用双线圈的直流无刷马达相比较，感应线圈142所遮盖的区域恰可对应到磁性器件151上相对位置的两个同极性磁极S1、S2，由于整个感应线圈142在直流无刷振动马达10运转时随时都在通电产生磁场，只是正反方向有所不同，是用整个感应线圈142所产生的磁通量去产生磁力矩，并且与磁性器件151上相对位置的两个同极性磁极产生斥力，故产生的推力较大。另外由于直流无刷振动马达10的运转电流与感应线圈142的电阻值有关，电阻愈小，运转电流愈高。由于常见双线圈马达，运转时仅有单边线圈导通，受限于马达空间，不可能有太大的绕线空间让线圈绕出足够的电阻，故马达运转电流往往会过大。而本发明的感应线圈142由于整段线圈都被利用到，而且绕线空间比前述两个线圈加起来还大，所以可以轻易绕出足够的长度从而得到较大电阻以降低运转电流。

请参阅图6所示，根据本发明所公开的直流无刷振动马达10，其中磁性器件151设有离心槽1511而呈C型，由于其上覆有一导磁材料的罩盘152，故磁性器件151即使在缺口位置处的磁力线，仍然能被罩盘152导引而保持其磁力线的完整性。而磁性器件151因离心槽1511的设置而使其质量中心偏离轴心12所构成的旋转中心，磁性器件151旋转时即会因质量中心偏离旋转中心而产生振动量。

如图7所示，图中所示为本发明第二实施例，其中磁性器件151的外径较小于罩盘152的内径，因而磁性器件151朝着离心槽1511相反的方向偏移，使得整体的重心更偏离旋转中心，因而可以产生更大的振动量。

如图8所示，图中所示为本发明第三实施例，其中罩盘152对应离心槽1511的位置附近可开设多个破口1522，破口1522的位置必须避开离心槽1511，以保持磁性器件151磁力线的完整，而因破口1522的设计，使得旋转器件15的质量中心更为偏移，增加振动量。

虽然本发明以上述较佳实施例公开如上，但并非用以限定本发明，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与修饰，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附权利要求书所界定者为准。

Claims (6)

1.一种直流无刷振动马达，其特征在于，包括有：

一电路板，具有一电源输入端口，并设有一轴心；

一感应线圈，轴向卷绕于该电路板上，电流通过该感应线圈，使该感应线圈构成磁极；

一磁性器件，具磁性，对应设置于该感应线圈上，且该磁性器件具有多个共平面且依序同异极性交错排列的扇区，该磁性器件上具有一个以上改变该磁性器件质量中心的离心槽；

一控制器，设置于该电路板上并与该感应线圈构成电性连接；

其中，该感应线圈对应于该磁性器件两相对同极性的磁极，该控制器控制电流通过该感应线圈交替形成磁极，与该磁性器件中该感应线圈对应位置的扇区磁性相斥，而使该磁性器件以该轴心为轴产生旋转动能，并产生振动量。

2.如权利要求1所述的直流无刷振动马达，其特征在于，还包括一罩盘，该罩盘包覆于该磁性器件之上，以遮蔽该离心槽而保持该磁性器件磁力线完整。

3.如权利要求1所述的直流无刷振动马达，其特征在于，该离心槽位于该磁性器件一侧端，而使该磁性器件呈C型。

4.如权利要求2所述的直流无刷振动马达，其特征在于，该罩盘还设置有多个偏离质量中心的开孔，该开孔与该离心槽同侧。

5.如权利要求2所述的直流无刷振动马达，其特征在于，该罩盘还设置有多个偏离质量中心的破口，该破口与该离心槽同侧。

6.如权利要求2所述的直流无刷振动马达，其特征在于，该罩盘大于该磁性器件，使该磁性器件可沿着该罩盘偏移该轴心，进而加大振动量。

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