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Diese
Erfindung betrifft einen Vibrationsmotor und insbesondere einen
bürstenlosen
Gleichstromvibrationsmotor, der einen Läufer mit einem eingebauten
exzentrischen Gewicht aufweist.
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Erfindungshintergrund
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Mechanische
Vibrationen werden für
viele verschiedene Anwendungen benötigt. Vibrationen zur Materialpulverisierung
und -selektion in der industriellen Anwendung, Vibration für Heimmassagemaschinen
und leisen Anzeige von eingehenden Nachrichten für Mobiltelefonapparate und
-empfänger
sind nur wenige Beispiele von mechanischen Vibrationsanwendungen.
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Es
gibt verschiedene Methoden, die verwendet werden können, um
mechanische Vibrationen zu erzeugen. Ein Verfahren beinhaltet die
Verwendung von elektrischen Motoren. Zur Erzeugung von Vibrationen
auf der Grundlage von Motoren sind wenigstens zwei Typen von Vibrationen
erzeugenden Vorrichtungen bekannt. Der erste Typ umfasst die Anbringung
eines exzentrischen Gewichts an der Antriebswelle eines herkömmlichen
Motors, der normalerweise durch sanftes Drehen arbeitet, ohne dass
irgendeine Vibration beabsichtigt ist. Vibration wird infolge der
Exzentrizität
des sich drehenden Teils des Systems im Ergebnis der Anwesenheit
des exzentrischen Gewichts erzeugt, das an der Antriebswelle des
Motors angebracht ist. Da jedoch das exzentrische Gewicht außerhalb
des Motorgehäuses
angebracht ist, müssen
manchmal zusätzliche
Abschirmungsmittel vorgesehen werden, um eine unerwünschte Stoßwirkung
durch den sich drehenden Teil des Systems auf die Umgebung zu vermeiden. Der
andere Typ von Vibrationserzeugung auf der Grundlage eines Motors
nutzt einen Läufer,
der selbst exzentrisch gewichtet ist. Die Drehung des Läufers erzeugt
automatisch eine Vibration, ohne dass es nötig ist, eine zusätzliche
Vorrichtung an der Läuferwelle
des Motors anzubringen.
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Demgemäß ist ein
Vibrationsmotor ein Typ von Vorrichtung zur Erzeugung von Vibrationen,
der mechanische Vibrationen durch die Drehung seines Läufers liefert.
Normalerweise ist es ein Ziel eines traditionellen Motors, mögliche Vibrationen
zu verringern. Im Gegensatz dazu hat ein Vibrationsmotor das Ziel,
absichtlich mechanische Vibrationen zu erzeugen. Im folgenden beschreibenden
Text dieser Beschreibung wird der Ausdruck „Vibrationsmotor" speziell auf die
Vibrationsvorrichtung auf der Grundlage eines Motors bezogen, die
eingebaute exzentrische Läufer
aufweist.
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Ein
Gleichstromkommutatormotor, der einen nicht symmetrischen Läufer mit
einem Schwerpunkt aufweist, der aus der Läuferdrehachse versetzt ist,
ist aus dem US-Patent
Nr. 6,169,348 von Wan („Flat Type
Two-Phase Vibration Motor")
bekannt. Wan offenbart einen flachen Typ von zweiphasigem Gleichstromkommutatormotor,
der einen Läufer
mit einer mechanischen asymmetrischen Konstruktion nutzt. Da sich
der Schwerpunkt des asymmetrischen Läufers nicht in der zentralen
Drehachse des Läufers
befindet, wurde mechanische Vibration erzeugt, sowie der Läufer des
Vibrationsmotors angetrieben wurde. Wans Vibrationsmotor erfordert
jedoch die Verwendung eines Kommutator-Bürsten-Paares, um so elektrische
Energie an die Ankerwicklung seines Läufers zuzuführen.
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Die
Kommutierung der elektrischen Energie, die zum Betrieb von Wans
Vibrationsmotor erforderlich ist, beruht auf der Reibung zwischen
den Bürsten und
dem Kommutator. Mechanische Reibung nutzt zwangsläufig sowohl
die Bürsten
als auch die kommutierenden Segmente des Kommutators ab. Auch ist
elektrischer Kurzschluss zwischen konsekutiven Segmenten des Kommutators
unvermeidbar, infolge der Kohlenstoffansammlung, die von der mechanischen
Reibung herrührt.
Darüber
hinaus erzeugt die intermittierende elektrische Leitung zwischen
den Bürsten
und den Kommutatorsegmenten unerwünschte elektromagnetische Emissionen,
die auf sich in der Nähe
befindliche elektronische Geräte
störend
einwirken können.
Ohne ausreichende Abschirmung können
Schaltungen, wie etwa die Steuerelektronik des Motors selbst, infolge
der exzessiven EM-Interferenz versagen. Darüber hinaus vermindert die Abnutzung
der Bürsten
und des Kommutators die nutzbare Lebensdauer dieses Typs von Vibrationsmotor.
Noch weiter erfordert der zweiphasige Aufbau von Wans Vibrationsmotor
die Verwendung einer komplexeren Stromzuführungsschaltung, die zwei elektrische
Stromzuführungen
mit Phasentrennung bereitstellen muss. Im Vergleich zu einer einphasigen Stromquelle
sind die Gesamtkosten und die Schaltungskomplexität dieses
Typs von kommutatorbasierten Vibrationsmotor relativ hoch.
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US 5,373,207 offenbart einen
bürstenlosen Gleichstromvibrationsmotor,
der einen Ständer
umfasst, der eine Feldwicklung aufweist; einen Läufer, der einen Läufermagneten
und einem Schwerpunkt aufweist, der aus der Drehachse des Läufers versetzt ist,
ferner eine Antriebsschaltung; und ein Gehäuse zur Unterbringung des Läufers und
des Ständers. Der
Läufermagnet
ist eben und in der Form gebogen oder sektoral.
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JP 11098761 scheint einen
bürstenlosen
Vibrationsmotor zu offenbaren, der einen Ständer
1 und eine Vielzahl
von Spulen
2 aufweist. Ein Läufer
8 weist Antriebsmagnete
8 auf,
die gegenüber
einem Luftspalt an den Spulen
2 vorgesehen sind, und weist einen
aus einem magnetischen Material gefertigten Läuferrahmen
10 auf,
der die Antriebsmagnete
9 enthält und an einem Abschnitt seines äußeren Randes einen
Flansch
10a aufweist, der in der Richtung seiner oberen
Oberfläche
gefaltet ist. Dies vermindert offensichtlich einen Streuverlust
des magnetischen Flusses aus den Antriebsmagneten.
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EP-A-0
066 643 offenbart einen bürstenlosen
Motor, umfassend einen Ständer,
der eine Feldwicklung aufweist, einen Läufer, der koaxial mit dem Ständer montiert
ist, und ein Gehäuse
zur sicheren Unterbringung des Ständers und des Läufers mit
einem Luftspalt dazwischen. Der Läufer weist einen vertieften
und ringförmigen
Zwischenraum und einen Ringmagneten koaxial befestigt am Läufer auf.
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Gemäß einem
ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein bürstenloser
Gleichstromvibrationsmotor bereitgestellt, wie er in Anspruch 1
dargelegt wird.
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Gemäß einem
zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein bürstenloser
Gleichstromvibrationsmotor bereitgestellt, wie er in Anspruch 9
dargelegt wird.
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Weitere
Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Es
ist auf diese Weise möglich,
einen bürstenlosen
Gleichstromvibrationsmotor zum Erzeugen einer mechanischen Vibration über Drehung
eines exzentrischen Läufers
bereitzustellen, der mechanischen Verschleiß der Komponenten vermeidet,
wodurch eine verlängerte
Lebensdauer geliefert wird.
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Darüber hinaus
kann ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung auch einen bürstenlosen
Gleichstromvibrationsmotor zum Erzeugen einer mechanischen Vibration über Drehung
eines exzentrischen Läufers
bereitzustellen, der wenig elektromagnetische Störung des umgebenden Umfelds
erzeugt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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Diese
und andere Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden
besser unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung, die angefügten Ansprüche und
die beigefügte
Zeichnung verstanden werden, wobei:
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1 eine
perspektivische Explosionsansicht des bürstenlosen Gleichstromvibrationsmotors gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
Querschnittansicht ist, die entlang einer Ebene genommen wurde,
die durch eine ausgewählte
radiale Richtung des Vibrationsmotors von 1 läuft;
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die 3, 4, 5 und 6 perspektivische
Ansichten sind, die jeweils vier der bevorzugten Ausführungsbeispiele
des strukturellen Aufbaus des exzentrischen Läufers für den bürstenlosen Gleichstromvibrationsmotor
der Erfindung veranschaulichen; und
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7 eine
perspektivische Ansicht des oberen magnetischen Polstücks ist,
die die Anordnung einer elektronischen Antriebsschaltung auf der
oberen Oberfläche
davon veranschaulicht.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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1 ist
eine perspektivische Explosionsansicht, die den strukturellen Aufbau
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung zeigt. Alle Komponenten des Vibrationsmotors
sind separat dargestellt, um ihre jeweiligen Merkmale zu zeigen. 2 ist
andererseits eine Querschnittansicht, genommen entlang einer Ebene,
die durch eine ausgewählte
radiale Richtung des Vibrationsmotors von 1 läuft, wenn
er als kompletter Vibrationsmotor zusammengebaut ist. Bei den folgenden
beschreibenden Absätzen
für das
bevorzugte Ausführungsbeispiel
des Vibrationsmotors der Erfindung kann gleichzeitig auf die 1 und 2 Bezug
genommen werden.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
von 1 weist der bürstenlose
Gleichstromvibrationsmotor der Erfindung im Allgemeinen einen Aufbau
eines inneren magnetischen Läufers
auf, der sich innerhalb eines umgebenden Ständers mit einer Wicklung dreht.
Infolge der Tatsache, dass die beabsichtigte Funktion eines Vibrationsmotors
die Erzeugung von mechanischer Vibration und nicht das typische
Antreiben einer externen Last ist, besteht deshalb keine Notwendigkeit
dafür,
eine sich erstreckende Antriebswelle aufzuweisen, die sich außerhalb
des Körpers
des Motors dreht. Im Ergebnis ist ein Aufbau auf der Grundlage eines
inneren Läufers
einfacher als der eines Motors, der einen äußeren Läufer aufweist. Der Ständer eines
Vibrationsmotors mit innerem Läufer
dient auch als Abschirmung für
die sich bewegenden Teile – den
vibrierenden Läufer – der Vorrichtung, was
sie vor dem umgebenden Umfeld schützt, wo der Motor eingebaut
ist.
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Wie
es in der Querschnittansicht von 2 veranschaulicht
ist, weist der bürstenlose
Gleichstromvibrationsmotor, der im Allgemeinen durch die Bezugszahl 100 identifiziert
wird, einen äußeren Ständer 110 und
einen inneren Läufer 120 auf.
Zwischen den sich gegenüber
befindenden Oberflächen des
Ständers 110 und
des Läufers 120 wird
ein Luftspalt 140 genau beibehalten, wenn beide in Position
innerhalb des Schutzgehäuses 190 des
Motors eingebaut sind. Wie es in der Fachwelt bekannt ist, ist es
umso besser, je kleiner die radiale Länge des Luftspalts zwischen
dem Ständer
und dem Läufer
eines Motors ist. Die wirkliche Dimension des Luftspalts wird durch
verschiedene Herstellungstoleranzen bestimmt. Man beachte, dass
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
von 1 das Motorgehäuse 190 eine
im Algemeinen zylindrischen Schale 191 und eine Endplatte 192 umfasst.
Die Ständer- und
Läuferanordnung
des Vibrationsmotors kann sicher innerhalb des vertieften Zwischenraums
der zylindrischen Schale 191 untergebracht werden, wobei die
Endplatte 192 den Ständer
und den Läufer
im Innern wirksam abdichtet.
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Im
Vergleich zu einem Kommutatormotor benötigt ein bürstenloser Motor eine elektronische
Antriebsschaltung, um die Funktionalität der mechanischen Kombination
aus den Bürsten
und dem Kommutator bereitzustellen. Bei dem Ausführungsbeispiel des Vibrationsmotors
der vorliegenden Erfindung, wie es in den 1 und 2 dargestellt
ist, ist innerhalb des Motorgehäuses 190 zusammen
mit dem Ständer 110 und
dem Läufer 120 eine
Antriebsschaltung 130 auf der Grundlage einer integrierten Schaltung
(IC) 132 enthalten, die auf der Leiterplatte (PCB) 131 aufgelötet ist.
Der Läufer 120 des
Vibrationsmotors 100, der von einem adäquaten Lagermittel 150 getragen
wird, das in den folgenden Absätzen in
Detail beschrieben werden wird, kann auf diese Weise innerhalb des
Ständers 110 angetrieben
werden, so dass unter Steuerung der elektronischen Antriebsschaltung 130 eine
mechanische Vibration erzeugt wird.
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Wie
es in der Querschnittansicht von 2 dargestellt
ist, umfasst der Ständer 110 eine
ausgewählte
Anzahl von Windungen von Konduktorspulen, die um eine Spulenrolle 113 gewickelt
sind. Leitungsdrähte,
die um eine Spulenrolle 113 gewickelt sind, stellen eine
ringförmige
Ständerfeldwicklung 114 für den Ständer 110 dar,
die in den ringförmigen
Zwischenraum passt, der durch genaues Ausrichten des oberen und
unteren magnetischen Polstücks 111 bzw. 112 gebildet
wird. Die Spulenrolle 113 kann beispielsweise aus Kunststoffmaterial
gefertigt sein, das als Fassungsrahmen für die mehrfachen Windungen von
Leitungsdrähten
der Ständerfeldwicklung 114.
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Sowohl
das obere 111 als auch untere magnetische Polstück 112 weist
eine Anzahl von radial nach innen weisende magnetische Polplatten 115 auf,
die zum Luftspalt 140 hin weisen. Bei dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel
von 1 sind, wie es in der perspektivischen Ansicht
dargestellt ist, vier Polplatten 115 und 116 auf
dem oberen und dem unteren magnetischen Polstück 111 bzw. 112 entlang dem
Umfang eines 360-Gradkreises ausgerichtet. Alle zwei aufeinander
folgende Polplatten, entweder 115 oder 116, sind
um 90 Grad separiert. Die Platten 115 und 116 des
oberen und unteren magnetischen Polstücks 111 bzw. 112 sind
ineinander verschachtelt, sowie der Vibrationsmotor 100 zusammengebaut ist,
und stellen einen achtpoligen Motor dar. Wie es für einen
Fachmann nachvollziehbar ist, kann ein erfindungsgemäßer Vibrationsmotor
leicht einen Aufbau von mehr oder weniger Zahlen von Polen nutzen.
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Das
obere und untere magnetische Polstück 111 und 112 kann
beispielsweise aus geschichtetem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
gefertigt sein. Die Polstücke 111 und 112 bilden,
wenn zusammengebaut, einen ringförmigen
Zwischenraum zur Aufnahme der Ständerfeldwicklung 114.
Wie es erwähnt wurde,
umfasst die Ständerfeldwicklung 114 mehrere Windungen
von Konduktorwicklungen, die um die Spulentolle 113 gewickelt
sind. Wenn die Leitungsdrähte
in der Ständerfeldwicklung 114 durch
Leiten eines Stroms dort hindurch erregt werden, stellen die magnetischen
Polstücke 111 und 112 einen
Flusspfad für
die Motormagnetschaltung dar. Die Polstücke 111 und 112,
wie sie im beschriebenen Ausführungsbeispiel
beispielhaft erläutert
werden, können unter
Verwendung kostengünstiger
Verfahren wie dem hydraulischen Pressen von Metallblech hergestellt
werden.
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Im
Betrieb wirkt die Ständerfeldwicklung 114 als
eine elektromagnetische Quelle, die im Ergebnis auf den Erregungsstrom,
den sie erhält,
einen magnetischen Fluss erzeugt. Der erzeugte magnetische Fluss
fließt
in der Längsrichtung
des im Allgemeinen zylindrischen Körpers des Ständers 110 entlang
der magnetischen Schaltung innerhalb der oberen und unteren magnetischen
Polstücke 111 und 112,
die an beiden Enden des zylindrischen Ständerkörpers angeordnet sind. Der
magnetische Fluss fließt
entweder in die Polplatten 115 und 116 der Polstücke 111 bzw. 112 hinein
oder daraus heraus und dann in den Läufer 120 hinein oder
daraus heraus.
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In
Abhängigkeit
von der Polarität
der Stromerregung in der Ständerfeldwicklung 114 strömt der Fluss über den
Luftspalt 140 in der radialen Richtung entweder in die
entsprechenden Magnetpole im Ringmagnet 129 des Läufers 120 hinein
oder daraus heraus. Wenn der magnetische Fluss durch geschlossene
Schlingen von magnetischen Schaltungen strömt, die im Ständer 110,
im Luftspalt 140 und dem Läufer 120 ausgebildet
sind, wird eine mechanische Antriebskraft entwickelt und der Läufer 120 wird angetrieben,
so dass er sich dreht, und es werden Vibrationen erzeugt.
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In
Abhängigkeit
von der relativen Winkelposition des Läufers 120 speist die
Antriebsschaltung 130 abwechselnd einen Strom von positiver
und negativer Polarität
in die Ständerfeldwicklung 114 ein. Im
Ergebnis können
die Polplatten 115 und 116 des oberen und unteren
magnetischen Polstücks 111 bzw. 112 abwechselnd als
Nord- bzw. Südpol
erregt. Mit genauer Antriebszeitablaufsteuerung kann der Läufer auf
diese Weise angetrieben werden, so dass er sich durch den Ständer 110 in
der gewünschten Drehrichtung
dreht.
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Bei
dem Prozess beruht die Antriebsschaltung 130, wie es dem
Fachmann bekannt ist, auf bestimmten Typen von Sensoren, um Information
betreffend die Winkelposition des Läufers 120 zu erhalten.
Solch eine Information ist zur Steuerung des Zeitablaufs und der
Polarität
des Antriebsstroms nötig,
der in die Ständerfeldwicklung 114 eingespeist wird.
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
liefert ein Hall-Sensor 134, der auf der PCB 131 der
Antriebsschaltung 130 montiert ist, diese Winkelinformation
des Läufers 120 des
Antriebs-IC 132.
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An
geeigneter Stelle auf der PCB 131 kann ein Positionierungsloch 138 ausgebildet
sein, der verwendet werden kann, um einen Zapfen 119 aufzunehmen,
der sich aus der oberen Oberfläche
der Spulenrolle 113 erstreckt. Die Positionierungskopplung
des Loches 138 und des Zapfens 119 ermöglicht es,
den Sensor 134 auf eine festgelegte relative Winkelposition
in Bezug auf die PCB 131 zu setzen, in die er eingebaut
wird.
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Man
beachte, dass beide Polplatten 115 und 116 des
oberen und unteren magnetischen Polstücks 111 bzw. 112 eine
Oberflächenkonfiguration
aufweisen, die in Bezug auf die zentrale Längsachse des Vibrationsmotors
asymmetrisch ist. Beispielsweise weist in der perspektivischen Ansicht
von 1 die Polplatte 115 in einer Drehrichtung
eine Kante auf, die stärker
geneigt ist als die andere in der entgegengesetzten Richtung. Diese
Asymmetrie stellt die Bereitstellung eines Startdrehmoments für den Vibrationsmotor
sicher. Ohne diese Asymmetrie wird höchstwahrscheinlich jeder der
magnetischen Pole des Läufers 120 ausbalanciert
und demgemäß an einer
mittleren Position in einem magnetischen Pol des Ständers 110 eingefangen,
wenn der Motor angehalten wird, und erzeugt beim Neustart des Motors
kein Startdrehmoment. Dieser Einfangpol wird durch die Ständerfeldwicklung 114 des
Ständers 110 über eine entsprechende
Polplatte erzeugt, wenn der Motor aus dem Stand gestartet werden
soll.
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Der
strukturelle Aufbau des Ständers,
der oben beschrieben wurde, für
den Vibrationsmotor der Erfindung ist geeignet für einphasigen Betrieb. Ein zweiphasiger
bürstenloser
Gleichstrommotor ist in seiner relativen Einfachheit im Antrieb
und in der Rückkopplungselektronik
vorteilhaft und demgemäß zusätzlich zur
Designeffizienz und ihrer Vorteile sind auch die Kosten der Herstellung
niedrig. Mit geeigneten Einstellungen der Konfiguration ist der
Vibrationsmotor der vorliegenden Erfindung gleicherweise für zwei-
oder dreiphasige Designs anwendbar, falls solche Motoren für bestimmte
Anwendungen besser geeignet sein sollten.
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Wie
es oben erwähnt
wurde, müssen
die Polplatten 115 und 116 des oberen und unteren
magnetischen Polstücks 111 bzw. 112 eine
relative Winkelposition zueinander beibehalten, sowie der Vibrationsmotor
zusammengebaut ist. Bei dem hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel
weist die Spulenrolle 113, wie es in den 1 und 2 dargestellt ist,
einen Zapfen 119 auf, der von jeder ihrer Endoberflächen entlang
der Längsachse
des Motors absteht. Passende Positionierungslöcher 117 und 118 können auf
dem entsprechenden oberen und unteren magnetischen Polstück 111 und 112 eingerichtet sein.
Durch geeignetes Anordnen dieser Positionierungszapfen und -löcher, können das
obere und das untere magnetische Polstück 111 und 112 auf
eine korrekte relative Winkelposition festgesetzt werden. Darüber hinaus
kann der Hall-Sensor 134 der Antriebsschaltung ebenso über den
Positionierungszapfen 119 der Spulenrolle 113 korrekt
positioniert werden.
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Andererseits
kann sich der Positionierungszapfen 119 der Spulenrolle 113 auch
für eine
geeignete Länge
entlang der Längsrichtung
des Vibrationsmotors erstrecken, so dass er einen geeigneten ausreichenden
Abstand zwischen aufeinander folgenden Komponenten an beiden Enden
des Motors aufrechterhält.
Beispielsweise muss bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die
Antriebsschaltung 130 zusammen mit ihrer PCB 131 innerhalb
des Motorgehäuses 190 zusammengebaut
ist, ein ausreichender Abstand zwischen der PCB 131 und
entweder dem oberen 111 oder dem unteren magnetischen Polstück 112 aufrechterhalten
werden, sobald die Stücke
aus elektrisch leitfähigem
geschichteten Stahl gefertigt sind. Ohne ausreichenden Abstand kann elektrischer
Kurzschluss stattfinden. Infolge des Erfordernisses der Miniaturisierung
bei Anwendungen für
den Vibrationsmotor der Erfindung muss solch ein Abstand auf das
geringste mögliche
Maß präzise kontrolliert
werden. Durch Steuerung der Ausdehnungslänge des Zapfens 119 kann
dies erreicht werden.
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Obwohl
bei dem Ausführungsbeispiel,
wie es in den 1 und 2 dargestellt
ist, die Antriebsschaltung 130 auf einem Stück der PCB
angeordnet ist, sind jedoch auch andere Formen der Anordnung für die Antriebsschaltung
möglich. 7 ist
eine perspektivische Ansicht des oberen magnetischen Polstücks 111,
die eine elektronische Antriebsschaltung 130 veranschaulicht,
die auf der oberen Oberfläche des
Polstücks
angeordnet ist. Da der Körper
des Polstücks 111 normalerweise
selbst elektrisch leitfähig ist,
kann deshalb eine Isolationsschicht, die im Allgemeinen durch die
Bezugszahl 135 identifiziert wird, auf seiner Oberfläche vorgesehen
sein, damit die Antriebsschaltung 130 auf der Oberseite
angeordnet werden kann. Über
der Oberfläche
der Isolationsschicht 135 können elektrische Leitungen
ausgebildet sein und Schaltungskomponenten, beinhaltend Antriebs-IC 132,
Hall-Sensor 134 und andere, können an die Schaltung angeschlossen
sein. Externe elektrische Energie kann der Schaltung über die Stromdrähte 133 zugeführt werden.
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Wie
es in der Querschnittansicht von 2 veranschaulicht
ist, weist der Läufer 120 eine
mechanische Konfiguration auf, die zu seiner zentralen Drehachse 121 asymmetrisch
ist. Solch eine Asymmetrie verschiebt den Schwerpunkt des gesamten Läufers 120 weg
von der Drehachse 121. Bei dem Ausführungsbeispiel von 2 wird
der Läufer 120 des
Vibrationsmotors der Erfindung auf einer Innenwelle 122 gelagert,
die mit der Mittelachse 121 ausgerichtet ist.
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Wie
es klarer in der perspektivischen Ansicht von 1 gezeigt
ist, umfasst der Läufer 120 einen Läuferrahmen 123,
der einen im Allgemeinen zylindrischen Aufbau aufweist. Ein Ende
des zylindrischen Körpers
ist nach innen konkav, so dass er einen vertieften und ringförmigen Zwischenraum 125 bildet. Wie
aus der perspektivischen Ansicht ersichtlich ist, kann der geometrische
Aufbau des Läuferrahmens 123 beispielsweise
durch kostengünstiges
Pressen von Metallblech erhalten werden.
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Über seiner äußeren Umfangsoberfläche des
zylindrischen Körpers
ist der Läuferrahmen 123 fest
von einem ringförmigen
Läufermagneten 129 umgeben.
Bei diesem beschriebenen Ausführungsbeispiel
kann der ringförmige
Läufermagnet 129 so magnetisiert
sein, dass er eine Gesamtzahl von acht verschachtelten magnetischen
Nord- und Südpolen aufweist.
Das ist mit der Gesamtzahl der acht Polplatten kompatibel, beinhaltend
vier sowohl der oberen als auch der unteren magnetischen Polstücke 111 und 112.
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Währenddessen
kann ein exzentrisches Gewicht 124 in den vertieften ringförmigen Raum 125, der
durch den Läuferrahmen 123 bereitgestellt
wird, eingefügt
werden und verbleibt darin fest fixiert. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann dieses exzentrische Gewicht 124 eine strukturelle
Konfiguration aufweisen, die zu dem vertieften Raum 125 innerhalb
des Läuferrahmens 123 passt.
Das eingefügte
Gewicht 124 kann fest innerhalb seines zugeordneten Raums 125 fixiert
werden, beispielsweise durch Anwendung von Klebstoffen.
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Ein
Lagergehäuseraum 126 ist
darüber
hinaus in der Mitte de Läuferrahmens 123 vorgesehen. Ein
Lagermittel 150 kann fest innerhalb dieses Raums untergebracht
werden. Das Lagermittel 150 kann verwendet werden, um den
Läufer 120 innerhalb
des Gehäuses 190 des
Vibrationsmotors gelagert werden, was es dem Läufer ermöglicht, sich frei auf der Innenwelle 122 zu
drehen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Läufer 120 eine
Konfiguration annehmen, bei der das Lagermittel 150 auf
der Innenwelle 122 befestigt ist, die am Motorgehäuse fixiert
ist.
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Wie
es für
den Fachmann nachvollziehbar ist, sind auch andere Formen der Lagerung
möglich und
befinden sich im Umfang der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise
kann der gesamte Läufer 120 auch
an der Innenwelle fixiert sein, die an beiden Enden von Lagern getragen
wird, die am Gehäuse 190 des
Vibrationsmotors 100 angebracht sind.
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Das
exzentrische Gewicht, das in den 1 und 2 dargestellt
ist, ist keineswegs die einzig mögliche
Konfiguration, um Exzentrizität
bereitzustellen, um eine mechanische Vibration für den Vibrationsmotor der Erfindung
zu erzeugen. Die 3 bis 6 stellen
beispielhaft vier weitere möglich
strukturelle Konfigurationen des exzentrischen Gewichts dar, die
anwendbar sind. Jedes davon ist zweckmäßigerweise einfach und kostengünstig herzustellen. Beispielsweise
umfasst der Läufer 120A,
der in der perspektivischen Ansicht von 3 dargestellt
ist, einen ringförmigen
Magneten 129, ein exzentrisches Gewicht 124A und
ein Läuferlager 150.
Der ringförmige
Magnet 129 und das Lager 150 ist im Wesentlichen
gleichartig im Aufbau zu dem des Ausführungsbeispiel der 1 und 2.
Das exzentrische Gewicht 124A ist jedoch dadurch unterschiedlich,
dass es im Wesentlichen ein Teil eines Rings ist. Dieses exzentrische
Gewicht 124A befindet sich in der Form eines teilweisen
Rings, der eine Umfangslänge
aufweist, die die hauptsächliche
Länge der
des kompletten Rings ist. Mit anderen Worten kann es eine Ringumfangslänge aufweisen,
die etwa zwei Drittel des Umfangs eines gesamten 360-Gradrings beträgt. Mit anderen
Worten, ungefähr
ein Drittel des rings ist entfernt, so dass ein Zwischenraum übrig gelassen
wird, der allgemein als 127A identifiziert wird. Mit diesem ungefähr ein Drittel
ausgeschnittenen Verhältnis
ist es einfach, das teilweise ringförmige exzentrische Gewicht 124A fest
am Lagermittel 150 zu fixieren, unter Zuhilfenahme beispielsweise
von Klebstoffen. Mechanische Vibration tritt auf, wenn der Läufer 120A angetrieben
wird, so dass er sich dreht, im Ergebnis der offensichtlichen Massenexzentrizität des exzentrischen
Gewichts 124A.
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Der
Läufer 120B von 4 ist
im Vergleich zu dem in 3 von einem anderen alternativen
Aufbau der Massenasymmetrie. Das dargestellte exzentrische Gewicht 124B weist
auch eine Grundkonfiguration eines Rings auf. Jedoch führt ein
dicker und ausreichend tiefer Schnitt im Ringkörper an der Umfangsfläche entlang
einer ausgewählten
radialen Richtung zu einem vertieften Zwischenraum, der allgemein
als 127B identifiziert wird. Im Ergebnis der Entfernung
der Masse aus dem vertieften Zwischenraum 127B stellt sich
eine Massenexzentrizität
ein.
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Der
Läufer 120C von 5 stellt
noch einen anderen alternativen Aufbau für das exzentrische Gewicht
dar. Eine Zahl von Löchern 127C,
vier bei dem dargestellten Beispiel, sind in dem Körper des im
Allgemeinen ringförmigen
exzentrischen Gewichts 124C ausgebildet. Die Löcher 127C sind
in den Körper
des exzentrischen Gewichts 124C in Richtungen gerichtet,
die im Allgemeinen parallel zur Mittelachse der Läuferdrehung
verlaufen. Wie für
einen Fachmann nachvollziehbar ist, können diese Löcher 127C Durchgangslöcher sein
oder nicht. Unabhängig
davon, was die Gesamtzahl dieser Löcher ist und welche Größe sie aufweisen,
kann der Schwerpunkt des Gewichts 124C aus der Drehachse
versetzt sein, so lange sie asymmetrisch in Bezug auf die Mittelachse 121 des
Vibrationsmotors angeordnet sind.
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6 stellt
noch eine andere Konfiguration eines anwendbaren exzentrischen Gewichts 124D für einen
anderen Läufer 120D dar.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, befindet sich das gewicht 124D im
Allgemeinen immer noch in der Form eines Ringkörpers, bei dem aber ein Ende
entlang seiner Längsachse
teilweise in einer geneigten Ebene geschnitten ist, dessen normale
Linie einen Winkel mit der Mittelachse der Läuferdrehung bildet. Solch ein Schneiden,
wie es dargestellt ist, das eine elliptische oder einen Teil einer
elliptischen Kontur preisgibt, versetzt den Schwerpunkt des Läufers 120D aus
der Mittelachse der Drehung.
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Auf
diese Weise muss ungeachtet davon, welche Konfigurationen aus den
Ausführungsbeispielen
der 3 bis 6 für den Läufer angewendet wird, oder
irgendeine andere hierin nicht speziell angeführte, ein Luftspalt 140 zwischen
dem Ständer und
dem Läufer
des Vibrationsmotors aufrechterhalten werden. Mit anderen Worten,
der Luftspalt 140 muss zwischen der äußeren Umfangsfläche des Ringmagneten 129 des
Läufers
und den entgegen gelegenen Oberflächen der Polplatten 115 und 116 des
oberen 111 und des unteren magnetischen Polstücks 112 des
Ständers 110 des
erfinderischen Vibrationsmotors 100 aufrecht erhalten werden.
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Die
Stromzuführungsdrähte 133,
die in die Antriebsschaltung 130 führen, die sich auf der PCB 131 befindet,
liefert elektrischen Strom von einer äußeren Stromquelle an die Antriebsschaltung 130.
Unter Steuerung des Antriebs-IC 132 mit Rückkopplung von
den Sensoren, wie etwa dem Hall-Sensor 134, kann die externe
Stromzuführung
elektrischen Strom an die Ständerfeldwicklung 114 liefern
und im Ergebnis den Läufer 130 antreiben,
so dass er sich dreht. Infolge der Natur der Exzentrizität im Läufer 120 wird mechanische
Vibration erzeugt, wenn der Vibrationsmotor angetrieben wird.
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Erfindungsgemäß kann eine
verkleinerte Version des Vibrationsmotors gemäß dieser Offenbarung der erfindung
in einem tragbaren Gerät,
wie etwa Mobiltelefonapparaten und -empfängern verwendet werden, um
mechanische Vibrationen zu liefern. Solches ist zweckmäßig für die leise
Anzeige von eingehenden Anrufen und/oder Nachrichten. Vergrößerte Versionen
des Vibrationsmotors der Erfindung sind andererseits gut geeignet
für Anwendungen,
wie etwa Massagemaschinen. Irgendwelche andere Anwendungen, die
mechanische Vibrationen benötigen,
befinden sich innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung.
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Während das
oben genannte eine vollständige
Beschreibung des speziellen Ausführungsbeispiels
ist, können
verschiedene Modifikationen, alternative Konstruktionen und Äquivalente
verwendet werden. Obwohl die vorliegende Erfindung mit dem PCB für die Antriebsschaltung,
die innerhalb des Gehäuses
der Vibrationsmotors eingebaut ist, beschrieben wurde, kann sie
beispielsweise auch extern angeordnet sein, in dem extremen Fall,
dass der Motor so klein als möglich
gefertigt werden muss. Des Weiteren können, obwohl ein Hall-Sensor
als das Lokalisierungsmittel für
die Winkelposition des Läufers
verwendet wird, zweckmäßigerweise
auch andere Mittel, wie etwa optische Sensoren, verwendet werden. Noch
weiter befinden sich, obwohl beschrieben wurde, dass die Polzahl
sowohl für
den Ständer
als auch für
den Läufer
des Vibrationsmotors der vorliegenden Erfindung gleich ist, verschiedene
Gesamtzahlen von Polen darin ebenfalls innerhalb der Betrachtung
der vorliegenden Erfindung. Obwohl das Gehäuse für den Vibrationsmotor der vorliegenden
Erfindung so beschrieben wurde, dass es aus einer zylindrischen Schale
und einer Endplatte gefertigt ist, können darüber hinaus andere Formen, wie
etwa zwei einfache Endplatten, die jeweils mit dem oberen bzw. dem
unteren magnetischen Polstück
befestigt sind, die in der Lage sind, geeignete Lagermittel für den Läufer zu tragen,
so dass er sich dreht, verwendet werden. Gewiss würde ein
Gehäuse
für den
Vibrationsmotor in dieser Form erfordern, dass das obere und das
untere magnetische Polstück
fest aneinander angebracht sind, beispielsweise dadurch, dass ermöglicht wird, dass
die innere Umfangsfläche
eines Polstücks
dicht die entsprechende äußere Umfangsfläche des
anderen Polstücks
umschließt.
Deshalb sollten die obige Beschreibung und die obigen Darstellungen
nicht als einschränkend
für den
Umfang der vorliegenden Erfindung genommen werden, der durch die
beigefügten
Ansprüche
definiert wird.