CN1661891A - 使用谐振频率的线性振动马达 - Google Patents

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Abstract

线性振动马达包括可移动单元、具有线圈组件的基座组件、外壳和弹性构件，其中可移动单元具有由固定外壳体积的最大质量。弹性构件具有固定到外壳的顶板外周以及与外周相对并固定到可移动单元的顶部内周。弹性构件能变形到使内外周从它们彼此分开预定距离的平行位置平移到共面位置的程度。磁心组件与可移动单元向下分开预定间隙。

Description

使用谐振频率的线性振动马达
优先权
本申请要求在韩国知识产权局，2004年2月23日提交的韩国专利申请No.2004-11907和2004年3月30日提交的No.2004-21673的优先权，其内容在此引入以供参考。
技术领域
本发明涉及使用谐振频率的线性振动马达。更具体地说，在不使用基于电刷和换向器的传统的振动马达机制的垂直振动马达中，本发明的线性振动马达除能最小化运动的路线外，还能最小化弹性构件的体积，以便最大化固定体积内的振动的幅度。
背景技术
通信仪器通常具有呼叫接收功能作为它们的一个基座功能。通常，呼叫接收功能产生声音诸如曲调和铃声或振动相应的通信仪器。
由于当经扬声器传送到外面时，曲调或铃声会干扰他人，通常使用振动功能来避免这种情形。为允许振动功能，通常起动小型振动马达，将驱动力传送到通信仪器的外壳，从而振动它。
通常用在移动电话中的振动马达根据它们的结构分成薄币和细长条型。
图1是详细地示例说明传统的硬币型振动马达的透视分解图，这将在下面描述。
硬币型振动马达100通常包括以固定构件的形式的定子组件110和以旋转构件形式的转子组装120。
定子组件110具有以圆板形式的托架111、附着在托架111的上面的下板112以及以相同的方式，绕下板112、同心附着在托架111的上面的环形磁体113。
通过外壳150从上面密封托架111，以及在托架111和外壳150间连接中心轴130。
转子组件120可旋转地位于轴130四周，并具有轴承121、线圈组件122、配重重锤(counter weight)123、换向器124、上板125和绝缘体126。
定子组件110经电刷140电连接到转子组件120，电刷140在底端连接到下板112以及在顶端连接到换向器124。
图2是传统的条型振动马达的截面图，这将在下文描述。
条型振动马达200通常包括定子组件210和转子组件220。
定子组件210具有本体211、固定到本体211的固定帽212和固定到本体211的磁体213。本体211是空心圆柱构件，以及固定地容纳在磁体213中。
转子组件220具有偏心重锤223、固定构件225、在固定地附着在固定构件225的一个侧面上并分成多个段的换向器224，以及固定到固定构件225上的多个线圈组件222。
安装在固定帽212上的下板(未示出)具有固定到其上的一对电刷240，其中电刷240连接到电源引线214和接触换向器224以便向其提供电压。
与它们的设计无关，上述振动马达产生旋转力以便转动具有不平衡质量的定子单元，从而获得机械振动，其中通常通过电刷和换向器接触，通过换向，将电压提供到旋转线圈产生旋转力。
不幸的是，包含这种换向器的电刷型振动马达具有下述问题：在马达旋转中，通常换向器的段间的间隙的电刷产生机械摩擦以及电火花以到磨损电刷和换向器，从而缩短马达的寿命。
作为为克服这种电刷型振动马达的一些缺陷，以无电刷振动马达的形式的垂直马达，在日本专利申请序列号No.2003-117489中提出了便携式振动马达。在图3中示例说明了垂直马达，这将在下文描述。
在轴向端提供具有用于支撑固定轴的两端的一对托架的圆柱框架410，以及具有端子的圆柱线圈420固定到圆柱框架410的内周。径向磁化圆柱永久磁体430，以及与永久磁体430共面固定弹性构件440。
通常，在使用谐振频率的振动马达中，振幅F表示为下述方程式1：
F∝M·X·f2…………方程式1
其中M是振动器的质量，X是振动器的位移，以及f2是谐振频率的平方。
即，振幅与以固定体积的振动器的质量成比例增加。
然而，图3所示的便携式振动器400还具有下述问题：线圈420放在占用大的空间的外壳的内壁上，以及弹性构件是线圈弹性构件(即，如果伸出到最大程度，按厚度累积其板的弹性构件占用体积)以致占弹性构件占用的体积，除由其运动所画的轨迹外，不提供用于增加固定体积的振动器的体积的空间。即，不能最大化振动器的质量，从而不能最大化固定体积中的振幅。
因此，在该技术中需要能防止这些问题、使用谐振频率的振动马达。
发明内容
鉴于现有技术的上述问题做出了本发明，因此，本发明的目的是提供通过使用谐振频率，设计成自振动的线性振动马达，以便提高寿命和可靠性，代替传统的电刷型振动马达，其经电刷和换向器间的换向，旋转具有不平衡质量的转子单元以便获得机械振动。另外，使用本发明的谐振频率的线性振动马达与传统的垂直振动器结构相比，能提高空间有效性以便最大化固定体积中的振动幅度。
根据用于实现该目的的本发明的一个方面，提供一种使用谐振频率的线性振动马达，包括：可移动单元，具有磁体，用于容纳磁体的磁轭以及具有预定质量，用于环绕磁轭的侧面的重锤；基座组件，位于可移动单元下并具有线圈组件；外壳，用于覆盖基座组件和位于基座组件上的可移动单元；以及弹性构件，成形为片簧，弹性构件包括固定到外壳的顶板或基座组件的上面的外平面部，与外平面部相对并连接到可移动单元的顶部或底部的内平面部，以及至少两个连接部，用于沿曲线连接内平面部和外平面部，内平面部具有与可移动单元的外部直径的约15至70％匹配的直径，以及弹性构件能变形到使内外平面部从它们彼此分开预定距离的平行位置平移到共面位置的程度，由此，在由磁体产生的磁力和由线圈组件产生的预定频率的电磁力的相互作用下，可移动单元垂直振动。
优选地，重锤可以具有大于铁的特定重力，以及，重锤在不对应于线圈组件的其外周部分中形成的底端处延伸到基座组件，从而增加其质量。
另外，本发明的线性振动马达可以进一步包括在可移动单元的顶部或底部上形成的磁体流，磁体流与弹性构件连接，以便降低由可移动单元的垂直运动产生的接触噪声。
优选地，基座组件可以具有能与外部板连接的端子，以及可移动单元具有至少一个孔以便调整其质量。
根据用于实现该目的的本发明的一个方面，提供一种使用谐振频率的线性马达，包括：由磁性材料制成的外壳；磁体，位于磁体下并提供用于通过磁力线的路线的磁轭以及附着在磁体的上面的重锤；弹性构件，成形为片簧，弹性构件包括固定到外壳的顶板或基座组件的上面的外平面部，与外平面部相对并连接到可移动单元的顶部的内平面部，以及至少两个连接部，用于沿曲线连接内平面部和外平面部，内平面部具有与可移动单元的外部直径的约15至70％匹配的直径，以及弹性构件能变形到使内外平面部从它们彼此分开预定距离的平行位置平移到共面位置的程度；基座组件，接触外壳的底部并位于可移动单元下，由此，在由磁体产生的磁力和由线圈组件产生的预定频率的电磁力的相互作用下，可移动单元垂直振动。
优选地，重锤可以具有大于铁的特定重力。
另外，本发明的线性振动马达可以进一步包括在可移动单元的上面形成的磁体流，磁体流与弹性构件连接，以便降低由可移动单元的垂直运动产生的接触噪声。
附图说明
从下述结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和其他优点，其中：
图1是传统的硬币型振动马达的分解视图；
图2是传述的条型振动马达的截面图；
图3是另一传统的条型振动马达的截面图；
图4是根据本发明的优选实施例的线性振动马达的截面图；
图5是图4中的线性振动马达的分解透视图；
图6A是图4中的线性振动马达的弹性构件的平面图；
图6B是图6A中的弹性构件的底透视图；
图6C是图6B中的弹性构件的顶透视图；
图7是示例说明根据弹性构件的内部直径与图4的线性振动马达中的可移动单元的外部直径之比的比率的振动变化的图；以及
图8是根据本发明的另一实施例的线性振动马达的截面图。
具体实施方式
现在，将参考附图，详细地描述本发明的优选实施例。
图4和5示例说明下面将描述的使用本发明的谐振频率的线性振动马达。
本发明属于线性振动马达，通过来自磁体的磁力与来自线圈组件的特定频率的电磁力的相互作用，通过使用可移动单元的垂直谐振，获得振动，以及通常包括可移动单元20、基座组件40和外壳10。
可移动单元20具有磁体21、用于容纳磁体21的磁轭22和环绕磁轭22的侧面的特定质量的重锤23。重锤23优选地具有大于铁的特定重力。因此，这增加了固定体积的可移动单元的质量来调整与重锤的质量有关的谐振频率以便最大化振幅(参考下面的方程式1)。
同时，在不对应于线圈组件的重锤的外围部分中形成的底端，重锤优选地延伸到基座组件以便增加其质量。也提供增加固定体积中的质量以便最大化振动的这种结构。
优选地可移动单元具有至少一个孔(未示出)，用于调整可移动单元的质量以便校准振动马达的独特频率。
基座组件40位于可移动单元20下，并具有用于生成预定频率的线圈组件41。线圈组件41优选地放在可移动单元20下。
基座组件40优选地具有能连接到外部板的端子。如图4所示，基座组件40优选地具有位于其上的柔性印刷电路42(在下文中，称为“FPC”)，用于连接输入端和位于FPC42上的线圈组件41。
本发明的线性振动马达还包括与可移动单元20连接的弹性构件30，其增加了谐振点处的最大位移，以便当应用预定频率时，产生振动。
优选地，弹性构件30是在外围固定到外壳10的顶板以及在内周固定到与固定内周相反的可移动单元20的顶部的片簧。使弹性构件30弹性变形到可以将内周和外周从它们彼此分开固定距离的平行位置平移到共面位置的程度。另外，弹性构件30可以在外周固定到基座组件40的顶部，以及在内周固定到与固定外周相对的可移动单元20的底部。弹性构件30可以经各种装置诸如压焊和焊接固定到外壳10和可移动单元20上。
优选地，磁体流50形成在可移动单元20的顶部或底部，与弹性构件30的内周连接，以便降低由可移动单元20的线性垂直运动产生的接触噪声。下面将参考图6，更详细地描述弹性构件30。
根据如上所述的本发明，弹性构件位于可移动单元上，而不是与其齐平以确保能最大化重锤23的质量的空间。同时，能使弹性构件响应可移动单元的垂直运动，变形到能将内外周从彼此分开预定距离的平行位置平移到共面位置的程度。因此，本发明的振动马达能有利地最大化可移动单元的质量以便由固定体积获得最大振幅。
图6示例说明本发明的线性振动马达的弹性构件，这将在下文描述。
如上所述，弹性构件30与可移动单元连接以便在谐振点产生最大变形，从而产生振动。即，使外围32固定到外壳的顶板上，以及内周31连接到与固定外周32相对的可移动单元的顶部，通过这种连接，使弹性构件30变形到能从内外周响应可移动单元的垂直运动，从彼此分开预定距离的平行位置平移到共面位置的程度。
参考图6A-6C，描述弹性构件30的结构，弹性构件30具有在第一平面内形成的较小直径的内平面部31以及在与第一平面平行分开的第二平面内形成的较大直径的外平面部32。弹性构件还具有以特定间隔排列的至少两个弯曲连接部33，用于沿曲线连接内平面部31和外平面部32。通过改变连接部的数量，测量振幅，以及在下表1中记录了实验结果。
表1
    弹簧连接部     振动
    2     0.22
    3     0.50
    4     0.50
    5     0.50
    6     0.50
    7     0.50
如上表1的记录，能分析出可以使用上述类型的至少两个连接部来最大化该振动。
特别地，如图6C所示，当可移动单元垂直驱动时，能使弹性构件30变形到使内外平面部31和32从彼此分开固定距离的平行位置放在相同的平面上。即，在从平行位置的可移动单元的垂直运动中，如图6B所示，能使内平面部31放在与外平面部32相同的平面上，如图6C所示，如果平移到最大距离的话，从而仅占用平面位置中，与弹性构件30的厚度t匹配的空间。
同时，可以在宽度和长度方面调整连接部33或可以在直径和面积方面调整内外平面部31和32以便调节弹性构件30的弹性组件。
优选地，弹性构件30的内平面部31的直径，即片簧的内部直径d确定为可移动单元20的外部直径D的15至70％(参考图5)。如果片簧的内部直径d小于可移动单元20的外部直径D的15％，使片簧严重地变形到阻碍可移动单元20的垂直运动的程度。如果片簧的内部直径大于可移动单元20的外部直径D，使外部和内部平面部32和31间的间隙减小以致缩短片簧的连接部33，从而潜在地限制振幅。
结合下表2所记录的实验结果和图7中的图，这将是显而易见的。由100g夹具的中心部分测量该结果，同时在相同的条件下，改变片簧的内部直径d。
表2
    d/D*     振动
    0.05     0.22
    0.08     0.23
    0.10     0.24
    0.13     0.25
    0.15     0.50
    0.20     0.50
    0.25     0.50
    0.30     0.50
    0.40     0.50
    0.45     0.50
    0.50     0.50
    0.55     0.50
    0.60     0.50
    0.65     0.50
    0.70     0.50
    0.80     0.23
    0.90     0.22
d/D*：弹簧的内部直径/可移动单元的外部直径
如与表2相关的图中所记录的，能理解到当片簧的内部直径为可移动单元的外部直径R的约15至70％时，振动具有约0.5的最大振幅。
如上所述，固定到外壳的顶板的本发明的弹性构件能变形到内外平面部31和32处于共面的程度，从而与弹性构件与磁体共面的传统的垂直振动器(见图2)不同，显著地降低其自己的面积。
然后，能将可移动单元的重锤设计成更大尺寸，从而最大化振幅。
图8是根据本发明的另一实施例的线性振动马达的截面图，这将在下文描述。
根据本发明的另一实施例的线性振动马达可以包括可移动单元20′、基座组件40′以及由磁体材料制成的外壳10′。
可移动单元20′包括磁体21′、位于磁体21′下以便提供用于磁力线的路线的磁轭22′以及在磁体21′的上面形成的、具有特定大小以及质量的重锤23′。重锤23′优选地具有大于铁的特定重力以便调整与重锤的质量有关的谐振频率，从而最大化振幅。
基座组件40′具有线圈组件41′，用于产生电磁力的特定频率。线圈组件41′优选地放在可移动单元20下的基座组件40′的上面。
另外，基座组件40′优选地具有能与外部板连接的端子。
线性振动马达还具有与可移动单元20′连接成在谐振点产生最大位移的弹性构件30′，以便当施加预定频率时产生振动。优选地，弹性构件30′在外周固定到外壳10′的顶板上，以及在内周固定到与固定外周相对的可移动单元20的上面。使弹性构件30′弹性变形到内外周从它们彼此分开预定距离的平行位置平移到共面位移的程度。在这种情况下，弹性构件30′具有与参考图6所述的相同的结构。
优选地，在可移动单元20′的上面形成磁体流50′，其与弹性构件30′的内周连接，以便降低由可移动单元20′的垂直运动产生的接触噪声。
这一实施例还应用表2的实验结果和图7的图。即，弹性构件30′的内部直径优选地确定为可移动单元20′的外部直径的15至70％。如果弹性构件30′的内部直径小于可移动单元20′的外部直径D的15％，使弹性构件严重变形到阻碍可移动单元20的线性垂直运动的程度。如果弹性构件30′的内部直径大于可移动单元20′的外部直径的70％，外部和内部平面部间的间隙减小，缩短片簧的连接部，从而潜在地限制振幅。
如前所述，本发明的另一实施例从固定体积显著地降低由弹性构件占用的面积，从而允许重锤增加尺寸。另外，由磁性材料制成的外壳兼作磁轭，以致能有利地最大化重锤的大小。
下表3记录了在本发明的线性振动马达和传统的垂直马达中，每单位体积获得的振幅的测量结果。
表3
    实验1*    实验2**     比较结果
  体积(mm3)     1272.35    314.16  实验2**在尺寸方面至少是四分之一
  可移动单元的质量(g)     2.20    1.48  -
  振动(F)     0.63    0.63  -
  每单位体积的振动     0.00050    0.00199  实验2**至少高于四倍
实验1*：传统的垂直振动器
实验2**：本发明的振动马达
测量了具有与磁体共面的弹性构件的传统的垂直振动器(见图2)和图4所示的本发明的振动马达的体积。从表3可以看出，传统的垂直振动的体积是1,272.35mm3，而本发明的振动马达的体积是314.16mm3。很显然，本发明的振动马达的体积是的垂直振动器的至少四分之一。
当用测量夹具测量时，传统的垂直振动器和本发明的振动马达显著出0.63的相同振幅。
传统的垂直振动器的每单位体积的振动(F/mm3)是0.00050，而本发明的振动马达的每单位体积的振动是0.00199，证明是传统的垂直振动器的至少四倍。
即，能理解到本发明获得足以加大可移动单元的质量的空间，从而显著地增加每单位体积的振动。
尽管参考特别示例说明的实施例描述了本发明，本发明不限于此，而是由附加权利要求书来限定。
没有电刷或换向器，本发明的无电刷线性振动马达能具有显著地降低机械磨损等等同时提高可靠性的耐久性的效果。
另外，本发明具有能最大化重锤以实现最大化固定体积中的振动的效果的空间。
此外，因为本发明使用谐振频率，能根据频率控制振幅，以及当初始化或停止振动马达时，能做出快速反应。

Claims (9)

1.一种使用谐振频率的线性振动马达，包括：
可移动单元，具有磁体，用于容纳所述磁体的磁轭以及具有预定质量，用于环绕所述磁轭的侧面的重锤；
基座组件，位于所述可移动单元下并具有线圈组件；
外壳，用于覆盖所述基座组件和位于所述基座组件上的所述可移动单元；以及
弹性构件，成形为片簧，所述弹性构件包括固定到所述外壳的顶板或所述基座组件的上面的外平面部，与所述外平面部相对并连接到所述可移动单元的顶部或底部的内平面部，以及至少两个连接部，用于沿曲线连接所述内平面部和所述外平面部，所述内平面部具有与所述可移动单元的外部直径的约15至70％匹配的直径，以及所述弹性构件能变形到使所述内外平面部从它们彼此分开预定距离的平行位置平移到共面位置的程度，
由此，在由所述磁体产生的磁力和由所述线圈组件产生的预定频率的电磁力的相互作用下，所述可移动单元垂直振动。
2.如权利要求1所述的线性振动马达，其中，所述重锤具有大于铁的特定重力。
3.如权利要求1所述的线性振动马达，其中，所述重锤在不对应于所述线圈组件的其外周部分中形成的底端处延伸到所述基座组件，从而增加其质量。
4.如权利要求1所述的线性振动马达，进一步包括在所述可移动单元的顶部或底部上形成的磁体流，所述磁体流与所述弹性构件连接，以便降低由所述可移动单元的垂直运动产生的接触噪声。
5.如权利要求1所述的线性振动马达，其中，所述基座组件具有能与外部板连接的端子。
6.如权利要求1所述的线性振动马达，其中，所述可移动单元具有至少一个孔以便调整其质量。
7.一种使用谐振频率的线性马达，包括：
由磁性材料制成的外壳；
磁体，位于所述磁体下并提供用于通过磁力线的路线的磁轭以及附着在所述磁体的上面的重锤；
弹性构件，成形为片簧，所述弹性构件包括固定到所述外壳的顶板或所述基座组件的上面的外平面部，与所述外平面部相对并连接到所述可移动单元的顶部的内平面部，以及至少两个连接部，用于沿曲线连接所述内平面部和所述外平面部，所述内平面部具有与所述可移动单元的外部直径的约15至70％匹配的直径，以及所述弹性构件能变形到使所述内外平面部从它们彼此分开预定距离的平行位置平移到共面位置的程度；以及
基座组件，接触所述外壳的底部并位于所述可移动单元下，
由此，在由所述磁体产生的磁力和由所述线圈组件产生的预定频率的电磁力的相互作用下，所述可移动单元垂直振动。
8.如权利要求7所述的线性马达，其中，所述重锤具有大于铁的特定重力。
9.如权利要求7所述的线性马达，进一步包括在所述可移动单元的上面形成的磁体流，所述磁体流与所述弹性构件连接，以便降低由所述可移动单元的垂直运动产生的接触噪声。
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