JP3712719B2 - 偏平型振動モータ - Google Patents

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Description

本発明は振動モータに関するもので、より詳しくは電源が入力されるブラシと回転子に設けられる整流子間の機械的な摩擦と電気的なスパークの発生を最少化してモータの使用寿命が延長され、信頼性が向上するよう改善した振動モータに関するものである。
一般的に通信機器の着信に普く用いるものはベル音と振動である。振動のためには小型振動モータを駆動させ、駆動力が機器のケースに伝わるようにさせ機器の振動を起こさせるのが普通である。
現在、携帯電話などの通信機器に用いられる振動モータは、モータ形状により偏平型(flat type)(またはコイン型(coin type))と円筒型(cylinder type)とに分けられる。このうち偏平型振動モータの場合、高比重の重量体をモータ内部に位置させ、これを回転させるような比較的簡単な構造により振動を起こすことができる。また、厚さを薄くさせられ携帯電話部品の小型化に有利であるなど諸利点がある為、その使用範囲が漸次広まってきている。
図6は一般的な偏平型振動モータの断面図であり、図7(A)、7(B)は一般的な振動モータを構成する回転子の平面図と背面図である。図示のように、従来の振動モータ(300)は大別して固定部材のステーターアセンブリ(stator assembly)(以下、固定子という。)(100)と、回転部材のローターアセンブリ(rotor assembly)(以下、回転子という。)とで成る。
即ち、前記固定子(100)は、上部面中央にシャフト(140)の下部端がインサート押入により固定される下部軸孔(115)が一定の高さほど突出形成された円盤型の下部プレート(110)を設け、前記下部プレート(110)の上部面には回路が印刷された下部基板(120)が一体で付着され、前記下部基板(120)の一端には外部から電源が入力される端子部(125)が搭載される。
また、前記下部プレート(110)の上部面外側には環形状のマグネット(130)を装着し、前記マグネット(130)は円周方向に等間隔でN、S極が交互着磁されている。前記下部基板(120)の上部面中央付近には、前記端子部(125)の入力、出力端子と一端が各々電気的に連結される一対のブラシ(brush)(160)が一定の角度で離隔されながら設けられる。
そして、前記下部プレート(110)の外周縁端部には前記固定子(100)と回転子(200)とを保護すべく上部から結合される円筒体のケース(150)が組み立てられ、前記ケース(150)の下部面中央には前記シャフト(140)の上端が軸支される下部軸孔(155)が陥没形成されている。
一方、前記固定子(100)に対してシャフト(140)のベアリング部材(145)を介して回転可能に設けられる回転子(200)は、上部基板(210)、コミュテータ(commutator)(220)、重量体(230)及び巻線コイル(240)から成る。
即ち、前記上部基板(210)は重量体(230)と巻線コイル(240)とが内部に一体でインサート射出成形される絶縁物(250)の下部面に設けられ、前記コミュテータ(220)は前記上部基板(210)の底面において回転中心部から一定の間隙で円形を成しながら接触面が露出するよう埋め込まれる複数個のセグメント(segment)から成り、前記セグメントは前記ブラシ(160)の上端と弾力的に接触して通電する。
前記重量体(230)は、モータ駆動の際、偏心量が極大化できるよう隣接する一対の巻線コイル(240)の間に配置され、タングステンのような高比重を有する材質から成る。
そして、前記巻線コイル(240)は低部のマグネット(130)と垂直線上同一な回転半径内で相互対応するよう位置する、少なくとも1つ以上のコイルとされ、前記ブラシ(160)が接触するコミュテータ(220)により相異する極性の電源が供給される。
前記のように構成される従来の振動モータ(300)は、外部から供給される電源が端子部(125)を通して下部基板(120)に入力されると、前記下部基板(120)に一端が連結された一対のブラシ(160)を通して前記ブラシ(160)の他端が弾力的に接触している上部基板(210)のコミュテータ(220)に誘導され、前記コミュテータ(220)から上部基板(210)に印刷された回路に沿って巻線コイル(240)に外部電源が供給される。
そうすると、前記巻線コイル(240)から発生する磁束と前記マグネット(130)から発生する磁束間の相互作用により電磁気力が発生し、これを利用して前記回転子(200)を片方に回転させるようになる。そして、前記コミュテータ(220)は、回転体である回転子(200)の巻線コイル(240)と固定体である固定子(100)のマグネット(130)との相対位置が変化するにつれて前記巻線コイル(240)に供給される電源の極性を周期的に交番させる。
この際、前記重量体(230)が偏心配置された回転子(200)は前記シャフト(140)を回転中心として片方に偏心回転駆動され、こうした偏心回転駆動力は前記シャフト(140)を通して下部プレート(110)とケース(150)に伝わり振動を誘発することになるが、これを移動通信端末機のサイレントコール(silent call)手段に用いていた。
ところで、こうした従来の振動モータ(300)は、前記回転子(200)の回転につれてブラシ(160)がコミュテータ(220)のセグメント同士の隙間(G)を経過しながら機械的に摩耗したり、電気的なスパークを発生させる問題を抱える。さらに、これから発生するブラックパウダー(black powder)のような異物が前記ブラシ(160)とコミュテータ(220)間の電気的接点の安定性を妨げ振動モータの性能を低下させたり、ノイズを発生させる主な原因となる。また、これらは振動モータの寿命を短縮させる結果を招く。
本発明は、前記のような従来の問題点を解消すべく案出されたもので、その目的は、固定子と回転子間に電源を供給するブラシの機械的な摩擦と電気的なスパークの発生を最少化して、モータの使用寿命が延長され、モータ性能の低下が防止され製品の信頼性が向上する偏平型振動モータを提供することにある。
前記のような目的を成し遂げるための技術的な構成として、本発明は、電源印加時振動を発生させる偏平型振動モータにおいて、外部から電源が供給される端子部を有する下部基板と、円周方向にN、S極が交互着磁されたマグネットとを設けた固定子;前記固定子の上部面中央に下端が押入固定されるシャフト;前記シャフトの上端が下部面中央に組み立てられるケース;前記マグネットと対応する少なくとも1つ以上の巻線コイルと、その近傍に偏心配置される重量体を内部に一体で設け重量の偏った絶縁物と、前記絶縁物の下部面に装着される上部基板とを設け、前記固定子とケースとの間に回転可能に組み立てられる回転子;前記端子部と電気的に連結され前記固定子に一端が固定される複数のブラシ;前記シャフトと同心軸を有するよう前記上部基板の下部面に配置され、前記ブラシの他端に対応して接触する複数の環形スリップリング;及び、前記ブラシを通して前記スリップリングに誘導された後前記巻線コイルに供給される電源の極性を交番させ、前記巻線コイルに流れる電流方向を転換させる集積回路チップを含むことを特徴とする偏平型振動モータを具備する。
好ましくは、前記ブラシは相異する形成長さとして相互分離された陰極用ブラシと陽極用ブラシとに分割構成される。好ましくは、前記ブラシの上端は前記マグネットの上部面より高く、傾斜するよう位置する。好ましくは、前記スリップリングは相互重畳しないよう相異する外径大を有する陰極用スリップリングと陽極用スリップリングとで成る。好ましくは、前記ブラシの上端と対応接触するスリップリングの下部面は円周方向に連続し、表面粗度が均一な平滑面に形成される。好ましくは、前記集積回路チップは前記スリップリングと巻線コイルとを電気的に連結する回路パターンが形成された上部基板に配置される。好ましくは、前記スリップリングとブラシとは少なくとも1つ以上の電気的接点を形成する。
本発明は、電源印加時振動を発生させる偏平型振動モータにおいて、ケース;前記ケースに上端が支持されるシャフト;少なくとも1個以上の巻線コイルと、その近傍に偏心配置される重量体と、前記巻線コイルに流れる電流の方向を転換させる集積回路チップとが上部面に具備される上部基部の下部面に複数の環形スリップリングを設けて前記ケース内に回転可能に配置される回転子;前記巻線コイルに対応する円周方向にN、S極が交互着磁されたマグネットを下部基部に設け、前記スリップリングと一端が対応して接触し、電源が供給される端子部と電気的に連結される複数のブラシの他端を前記下部基部に設けた固定子を含むことを特徴とする偏平型振動モータを提供する。
好ましくは、前記上部基部は前記スリップリングと巻線コイルとを電気的に連結する回路パターンが形成された上部面に前記集積回路チップが配置される印刷回路基板に具備される。好ましくは、前記スリップリングは前記シャフトと同心軸を有するよう前記上部基部の下部面に付着される環形の導電性金属部材である。好ましくは、前記スリップリングは前記シャフトと同心軸を有するよう前記上部基部の下部面に印刷される環形の導電性パターンである。好ましくは、前記スリップリングは相互重畳しないよう相異する外径大を有する陰極用スリップリングと陽極用スリップリングとで構成される。好ましくは、前記ブラシは相異する形成長さを有し相互分離された陰極用ブラシと陽極用ブラシとに分割構成される。好ましくは、前記ブラシは前記マグネットの上部面より上端が高く、傾斜するよう位置する。好ましくは、前記ブラシの上端と対応接触するスリップリングの下部面は円周方向に連続し、表面粗度が均一な平滑面に形成される。好ましくは、前記スリップリングとブラシとは少なくとも1つ以上の電気的接点を形成する。好ましくは、前記下部基部は前記端子部と前記ブラシとを連結する回路パターンが上部面に形成された下部基板に具備される。好ましくは、前記回転子は前記巻線コイルの近傍に偏心配置される重量体が内部に一体で設けられ重量が偏った絶縁物をさらに含む。
上述したような本発明によると、外部から電源が供給されるブラシの上端と滑り接触するスリップリングを回転子の下部面に設け巻線コイル側に供給される電流の極性を交番させる集積回路チップを設けることにより、固定子に対して回転子がシャフトを中心に回転駆動する間に電源供給が断続することなく安定的に外部電源を供給すると共に、ブラシの機械的な摩耗及び電気的なスパークを最少化できる為、ブラックパウダーのような異物の発生が減ってモータの使用寿命が延び、モータ性能が向上する効果を奏する。
以下、本発明についてより詳しく説明する。図1は本発明による偏平型振動モータの分解斜視図で、図2は本発明による偏平型振動モータの断面図で、図3は本発明による偏平型振動モータに用いる固定子の平面図で、図4(A)、(B)は本発明による偏平型振動モータに用いる回転子の平面図、背面図である。
即ち、本発明の偏平型振動モータ(1)は、図1ないし図4のように、固定体と回転子との間に回転駆動用電源を供給するよう配置されるブラシの機械的摩耗及び電気的スパークを最小化しつつサイレントコールの振動を発生させるものとして、こうした振動モータ(1)は固定子(10)、回転子(20)、ブラシ(30)、スリップリング(40)及び集積回路チップ(50)などから成る。
即ち、前記固定子(10)は、シャフト(14)の下部端が組み立てられる下部軸孔(15)を上部面中央に一定の高さほど突出形成した円盤型の下部プレート(11)を有し、前記下部プレート(11)の上部面には一側に外部から電源が供給される端子部(19)を搭載した下部基板(12)が設けられる。そして、前記端子部(19)を有する下部基板(12)にはパターン回路が印刷され、前記下部軸孔(15)が干渉されずに配置される貫通孔が貫通形成される。
前記下部プレート(11)の上部面外周近傍には、円周方向にN、S極が交互着磁されたマグネット(13)を設け、前記マグネット(13)はN、S極が2n個、即ち2個、4個、6個・・・と交互に着磁される永久磁石であり、前記マグネット(13)の極数は配置される極数に応じて内部部品数も増加することを考慮すると、部品構成を簡素化すべく約2ないし6個とするのが好ましい。
前記シャフト(14)は、長手中間にベアリング部材(17)を設け前記下部プレート(11)の中心付近に垂直に組み立てられる一定の長さの軸部材であり、前記ケース(16)は前記下部プレート(11)の上部に設けられるマグネット(13)、ブラシ(30)及び回転子(20)を内部収容するよう下部面が開放されて前記下部プレート(11)の外周縁と結合する円筒型のカバー部材である。
また、前記回転子(20)は、パターン回路が印刷された上部基板(21)を下部面に設け、回路の印刷されない上部基板(21)の上部面には高比重の重量体(23)が偏心配置され、前記重量体(23)の近傍には前記固定子(10)のマグネット(13)と垂直線上同一回転半径内で相互対応するよう位置する巻線コイル(24)が少なくとも1つ以上設けられる。
前記重量体(23)と巻線コイル(24)は偏心荷重を増大させるべくレジンのような絶縁物(25)により一体で成形され、前記絶縁物(25)の射出成形時に、その下部面に前記上部基板(21)も一体で設けられる。
さらに、前記ブラシ(30)は、前記下部基板(12)に設けられ外部から電源が供給される端子部(19)と、前記下部基板(12)の上部面に形成されたパターン回路または電気的な連結手段を介して、電気的に連結されるよう前記下部基板(12)上に一端が固定される。
前記ブラシ(30)は前記端子部(19)から分岐した陰極と陽極が各々電気的に連結される陰極用ブラシ(30a)と陽極用ブラシ(30b)とに各々分割され、ボルトのような別途の固定部材により前記下部基板(12)に各々位置づけされるか、前記下部基板(12)のパターン回路部との電気的な連結が容易なようハンダ付け方式により位置づけされる。
ここで、前記陰極、陽極用ブラシ(30a)(30b)は相異する外径大を有する陰極用スリップリング(40a)と陽極用スリップリング(40b)間の接触が容易なよう相異する形成長さに形成されることが好ましい。かかるブラシ(30)は、前記マグネット(13)と干渉しないようその内周に配置され、上端は前記スリップリング(40)と弾力的に接触して支持されるよう前記マグネット(13)の上部面より高く傾斜するよう位置する。
さらに、前記スリップリング(40)は前記シャフト(14)と同じ同心軸を有するよう前記上部基板(21)の下部面中央に一体で装着される環形リング部材であり、かかるスリップリング(40)は前記ブラシ(30)の陰極、陽極用ブラシ(30a)(30b)の各他端と各々対応して接触するよう相異する外径大を有し相互重畳しない陰極、陽極用スリップリング(40a)(40b)から成る。
前記スリップリング(40)は前記ブラシ(30)の上部端が接触する下部面を円周方向に連続し、表面粗度が均一な平滑面に形成することが好ましい。前記スリップリング(40)とブラシ(30)は少なくとも1つ以上の電気的な接点を形成するよう配置される。
一方、前記集積回路チップ(50)は、前記固定子(10)に固定設置された陰極、陽極用ブラシ(30a)(30b)を通して前記陰極、陽極用スリップリング(40a)(40b)に誘導された後、前記巻線コイル(24)に供給される電流の極性を周期的に交番させ、前記回転子(20)の巻線コイル(24)に供給される電流の流れ方向を周期的に転換させるものである。そして、前記集積回路チップ(50)の内部には、円周方向にN、S極が交互着磁されたマグネット(13)の位置を感知し、感知した信号を集積回路チップ(50)に送るホールセンサ(図示せず)が内蔵されるか、あるいは外部に設けられる。
かかる集積回路チップ(50)は図4(A)、(B)に表すように、前記スリップリング(40)と巻線コイル(24)とを電気的に連結する回路の間に配置されるよう前記回転子(20)を成す上部基板(21)に装着され、前記スリップリング(40)から前記巻線コイル(24)側に供給される電流の流れ方向を前記マグネット(13)の極数に合わせて転換させる。
図5(A)は本発明による偏平型振動モータにおいて1個の巻線コイルを有する回転子に集積回路チップが装着された平面図で、図5(B)は本発明による偏平型振動モータにおいて2個の巻線コイルを有する回転子に集積回路チップが装着された平面図である。図示のように本発明の振動モータを成す回転子(20)には巻線コイル(24)が少なくとも1個以上設けられ、集積回路チップ(50)はこれらと干渉しない上部基板(21)の上部面に配置される。
前記構成を有する偏平型振動モータ(1)に外部から電源が供給されると、固定子(10)の下部基板(12)に装着された端子部(19)に供給された電流は、前記下部基板(12)の回路を通して陰極、陽極用ブラシ(30a)(30b)とで成るブラシ(30)に供給される。
そして、前記ブラシ(30)の陰極用ブラシ(30a)と陽極用ブラシ(30b)に供給された電源は、前記上部基板(21)の下部面に一体で配置された環形スリップリング(40a)(40b)の表面と前記下部基板(12)に下端が固定されたブラシ(30a)(30b)の上端とが常に接触し合って滑り接触状態を維持する為、位置固定される固定体である固定子(10)に対して回転体である回転子(20)が回転駆動する間、前記上部基板(21)側に電源供給が断続することなく安定的に連続供給される。
前記スリップリング(40)に供給された電源は前記スリップリング(40)と巻線コイル(24)との間に電気的に連結される回路の中間に設けられた集積回路チップ(50)を通過しながら、円周方向にN、S極が交互着磁されたマグネット(13)を感知するホールセンサの感知信号により電流方向を周期的に転換させる。
かかる場合、前記巻線コイル(24)に供給される電源の極性が陰極から陽極にまたは陽極から陰極に交番される為、電流方向が周期的に転換される電源の供給を受け電磁石化する巻線コイル(24)と前記マグネット(13)との間に電磁気力が発生する。
そして、前記巻線コイル(24)とマグネット(13)との間に電磁気力が発生すると、前記固定子(10)とケース(16)との間に組み立てられたシャフト(14)のベアリング部材(17)を介して組み立てられた回転子(20)は前記シャフト(14)を回転中心として片方に回転駆動し始める。この際、前記回転子(20)は重量体が偏心配置された状態で回転駆動する為、偏心駆動力はシャフト(14)を通して外部に伝わり機器全体を振動させることになる。
本の発明は特定の実施例に係り図示・説明したが、添付の請求の範囲により具備される本発明の精神や分野を外れない限度内で本発明が多様に改造及び変化され得ることは当業界において通常の知識を有する者であれば容易に想到できることを明かしておく。
本発明による偏平型振動モータの分解斜視図である。 本発明による偏平型振動モータの断面図である。 本発明による偏平型振動モータに用いる固定子の平面図である。 本発明による偏平型振動モータに用いる回転子であり、(A)は平面図、(B)は背面図である。 本発明による偏平型振動モータの回転子であり、(A)は1個の巻線コイルを有する回転子に集積回路チップが装着された平面図、(B)は2個の巻線コイルを有する回転子に集積回路チップが装着された平面図である。 一般的な振動モータの断面図である。 一般的な振動モータを構成する回転子であり、(A)は平面図、(B)は背面図である。
符号の説明
10 固定子
11 下部プレート
12 下部基板
13 マグネット
14 シャフト
16 ケース
17 ベアリング部材
19 端子部
20 回転子
21 上部基板
23 重量体
24 巻線コイル
25 絶縁物
30 ブラシ
40 スリップリング
50 集積回路チップ

Claims (18)

  1. 電源印加時に振動を発生させる偏平型振動モータにおいて、
    外部から電源が供給される端子部を有する下部基板と、円周方向にN、S極が交互着磁されたマグネットとを設けた固定子と、
    前記固定子の上部面中央に下端が押入固定されるシャフトと、
    前記シャフトの上端が下部面中央に組み立てられるケースと、
    前記マグネットと対応する少なくとも1個以上の巻線コイルと、当該巻線コイルの近傍に偏心配置される重量体が内部に一体で設けられ重量が偏った絶縁物と、前記絶縁物の下部面に装着される上部基板とを有し前記固定子とケースとの間に回転可能に組み立てられる回転子と、
    前記端子部と電気的に連結され前記固定子に一端が固定される複数のブラシと、
    前記シャフトと同心軸を有するよう前記上部基板の下部面に配置され、前記ブラシの他端に対応して接触する複数の環形スリップリングと、
    前記ブラシを通して前記スリップリングに誘導された後に前記巻線コイルに供給される電源の極性を交番させて前記巻線コイルに流れる電流方向を転換させる集積回路チップと、
    を有することを特徴とする偏平型振動モータ。
  2. 前記ブラシは相異する形成長さを有し相互分離された陰極用ブラシと陽極用ブラシとに分割構成されることを特徴とする請求項1に記載の偏平型振動モータ。
  3. 前記ブラシは前記マグネットの上部面より上端が高く、傾斜するよう位置することを特徴とする請求項1に記載の偏平型振動モータ。
  4. 前記スリップリングは相互重畳しないよう相異する外径大を有する陰極用スリップリングと陽極用スリップリングとで構成されることを特徴とする請求項1に記載の偏平型振動モータ。
  5. 前記ブラシの上端と対応接触するスリップリングの下部面は円周方向に連続し、表面粗度が均一な平滑面に形成されることを特徴とする請求項1に記載の偏平型振動モータ。
  6. 前記集積回路チップは前記スリップリングと巻線コイルとを電気的に連結する回路パターンが形成された上部基板に配置されることを特徴とする請求項1に記載の偏平型振動モータ。
  7. 前記スリップリングとブラシとは少なくとも1つ以上の電気的接点を形成することを特徴とする請求項1に記載の偏平型振動モータ。
  8. 電源印加時に振動を発生させる偏平型振動モータにおいて、
    ケースと、
    前記ケースに上端が支持されるシャフトと、
    少なくとも1個以上の巻線コイルと、当該巻線コイルの近傍に偏心配置される重量体と、前記巻線コイルに流れる電流の方向を転換させる集積回路チップとが上部面に具備される上部基部の下部面に複数の環形スリップリングを設けて前記ケース内に回転可能に配置される回転子と、
    前記巻線コイルに対応する円周方向にN、S極が交互着磁されたマグネットを下部基部に設け、前記スリップリングと一端が対応して接触し、電源が供給される端子部と電気的に連結される複数のブラシの他端を前記下部基部に設けた固定子と、
    を有することを特徴とする偏平型振動モータ。
  9. 前記上部基部は前記スリップリングと巻線コイルとを電気的に連結する回路パターンが形成された上部面に前記集積回路チップが配置される印刷回路基板に具備されることを特徴とする請求項8に記載の偏平型振動モータ。
  10. 前記スリップリングは前記シャフトと同心軸を有するよう前記上部基部の下部面に付着される環形の導電性金属部材であることを特徴とする請求項8に記載の偏平型振動モータ。
  11. 前記スリップリングは前記シャフトと同心軸を有するよう前記上部基部の下部面に印刷される環形の導電性パターンであることを特徴とする請求項8に記載の偏平型振動モータ。
  12. 前記スリップリングは相互重畳しないよう相異する外径大を有する陰極用スリップリングと陽極用スリップリングとで構成されることを特徴とする請求項8に記載の偏平型振動モータ。
  13. 前記ブラシは相異する形成長さを有し相互分離された陰極用ブラシと陽極用ブラシとに分割構成されることを特徴とする請求項8に記載の偏平型振動モータ。
  14. 前記ブラシは前記マグネットの上部面より上端が高く、傾斜するよう位置することを特徴とする請求項8に記載の偏平型振動モータ。
  15. 前記ブラシの上端と対応接触するスリップリングの下部面は円周方向に連続し、表面粗度が均一な平滑面に形成されることを特徴とする請求項8に記載の偏平型振動モータ。
  16. 前記スリップリングとブラシとは少なくとも1つ以上の電気的接点を形成することを特徴とする請求項8に記載の偏平型振動モータ。
  17. 前記下部基部は前記端子部と前記ブラシとを連結する回路パターンが上部面に形成された下部基板に具備されることを特徴とする請求項8に記載の偏平型振動モータ。
  18. 前記回転子は前記巻線コイルの近傍に偏心配置される重量体が内部に一体で設けられ重量が偏った絶縁物をさらに有することを特徴とする請求項8に記載の偏平型振動モータ。
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