KR100284880B1 - 단상의 진동모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대폰 또는 호출기등에서 착신음을 발생시키는 진동모터에 관한 것으로서, 특히 종전의 3상 진동모터의 구조에서 로터(50)를 대경의 절연수지체(52)의 양측으로 서로 대응되는 형상이면서 전류의 유동방향이 반대인 2개의 코일(53)이 각각 형성되도록 하고, 소경의 축지지부(51)에는 코일토크가 가장 작을 때의 코깅토크가 가장 크게 유발되는 위치에 코깅토크 발생수단(54)이 형성되도록 하며, 마그네트(30)와 정류자(70)는 각각 4극으로 이루어지고, 로터(50) 저면에 부착되는 인쇄회로기판(60)은 저면으로만 패턴이 형성되게 한 구성인바 모터의 구조를 간소화시키므로서 모터의 제작효율을 향상시킴은 물론 제작원가를 절감되도록 하고, 브러쉬(40)의 변형을 방지시키므로서 진동모터의 내구력을 증대시키도록 하는데 특징이 있다.

Description

단상의 진동모터

본 발명은 휴대폰 또는 호출기등에 내장되는 진동모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부 구조를 간소화하여 저렴한 제작이 될 수 있도록 하면서 내구력이 향상되도록 하는 단상의 진동모터에 관한 것이다.

현대의 통신기술 발달에서 가장 주목할 만한 것 중의 하나가 개인휴대 통신의 등장이며, 이러한 개인휴대 통신으로 가장 대표적인 것이 휴대폰 또는 호출기이다. 이와같은 개인휴대 통신장비에서 휴대폰은 송수화가 모두 가능한 반면 호출기는 수신 메시지의 기능만을 하도록 하고 있는바 이들의 주된 공통점은 착신신호를 갖는다는 것이다.

즉 이들이 전달하는 메시지는 음성이나 문자등으로 표현되지만 그전에 우선 전달하고자 하는 메시지가 입력되고 있음을 착신신호로서 알리고 있는바 이러한 착신신호로서 가장 많이 이용되고 있는 것이 벨이다. 이러한 벨에도 그 종류가 대단히 많은데 이를 크게 나누면 멜로디와 단순 반복음이다.

따라서 사용자는 임의로 한 종류의 벨을 선택해서 착신음으로 사용하며, 선택된 착신음은 음량조절이 가능하므로 주위의 소음상태에 따라서 적절히 조정하여 사용토록 하고 있다.

하지만 이와같은 개인휴대 통신장비의 착신음에는 벨 기능과 함께 진동기능을 함께 갖도록 하고 있다. 즉 벨 기능이 또다른 소음공해의 원인이 되면서 타인에게 피해를 주기도 하는데 반해 진동기능은 사용자만 알 수가 있으므로 이러한 피해를 방지할 수가 있는 이점이 있는바 이러한 진동기능은 간단히 사용자가 임의로 벨 모드에서 진동 모드로 기기의 착신기능을 전환시키므로서 사용이 가능해진다.

한편 사용기기에서 진동을 이용할 수 있도록 하는 착신유발수단으로 사용되는 부품이 바로 소형의 진동모터이다.

도 6에는 이러한 진동모터의 대표적인 구조를 도시하고 있으며, 현재 주로 사용되는 진동모터는 3상의 구동방식이다. 즉 저부에는 중앙에 샤프트(1a)를 축고정시킨 하부 케이스(1)를 구비하고, 그 내부의 저면에는 기판(2)이 부착되며, 기판(2)위에 6극으로 착자되는 마그네트(3)를 고정안착시키고, 특히 상기 마그네트(3)의 내주면 공간부로는 하단이 기판(2)에 착지되면서 호형의 상단은 마그네트(3)의 상단면보다 높게 위치되는 2개의 브러쉬(4)가 소정의 각도로 이격되어 구비되도록 하고 있다.

그리고 브러쉬(4)의 상부에는 도 7에서 보는바와 같이 소경의 원형 축지지부(5a)로부터 편심되게 대경의 반원형 절연수지체(5b)가 일체로 형성되는 로터(5)가 샤프트(1a)에 회동가능하게 축지지되도록 하되 상기 로터(5)에는 3개의 코일(5c)이 구비되고, 이 3개의 코일(5c)은 로터(5) 저면에 부착되는 인쇄회로기판(6)에 의해서 서로 다른 극성의 전원이 공급되며, 상기 인쇄회로기판(6)은 저면에 부착되는 정류자(7, comutator)로부터 전원이 공급된다.즉 정류자(7)로부터 공급되는 전원은 인쇄회로기판(6)의 상면과 저면에 형성시킨 패턴을 통해 로터(5)에 구비시킨 3개의 코일(5c) 중 적어도 2개의 코일(5c)에 서로 다른 전원이 공급되도록 하고 있다.

한편 상기의 정류자(7)는 인쇄회로기판(6)의 소경의 축지지부 저면에 부착되는 원형의 접속단자로서, 이러한 접속단자는 미세한 간격을 두고 6등분되도록 하여 서로 대응되는 2개의 세그먼트(segment)들이 동일한 극성을 갖도록 하고 있다. 따라서 대응되는 위치의 세그먼트들의 2쌍이 서로 다른 극성을 갖게되면 나머지 다른 한쌍의 세그먼트들은 극성이 없는 상태가 되는 것이다.

끝으로 로터(5)가 축지지되는 그 상부에는 하부 케이스(1)의 외주연에 안착되게 걸려져 내주면 상단면이 로터(5)의 상부면과 소정의 간격으로 이격될 수 있도록 하는 커버(8)가 씌워져 조립되는 구성이다.

이와같이 조립되는 진동모터는 외부로부터 전원이 인가되어 기판(2)으로 유도되면 기판(2)의 중앙부에 부착된 2개의 브러쉬(4)를 통해 각각 서로 다른 극성의 전류가 유도되며, 이러한 전류는 2개의 브러쉬(4) 상단부와 접촉되는 정류자(7)의 6개의 세그먼트 중 서로 다른 극성을 갖게되는 2개의 세그먼트를 통해서 인쇄회로기판(6)의 패턴을 따라 로터(5)의 2개의 코일(5c)에 전원을 공급하게 된다.

이렇게 코일(5c)에 유도되는 전류의 흐름방향과 로터(5) 저부의 마그네트(3)간 상호작용에 의해 전자기력에 의해서 로터(5)가 일방향으로 회전하게 되는데 이때 로터(5)가 회전될 때마다 브러쉬(4)에 의한 정류자(6)와의 접점 세그먼트들이 변하면서 전원의 극성이 계속해서 바뀌게 되므로 로터(5)와 인쇄회로기판(6)과 정류자(7)의 결합체인 로터 어셈블리가 지속적으로 회전할 수가 있게 된다.

이때 로터 어셈블리는 샤프트(1a)에 대해서 편심축설되므로 일측으로 무게가 편중되는 상태에서 회전하게 되므로 샤프트(1a)를 측방으로 요동을 시키면서 진동을 유발하게 되는 것이다.

하지만 상기와 같은 3상 구동방식의 진동모터는 반드시 로터(5)에 3개의 코일(5c)을 형성하고, 축심부에는 6등분되는 정류자(7)를 구비하여야 한다. 특히 6등분된 세그먼트로 이루어지는 정류자(7)로부터 3개의 코일(5c)로 전원을 전달하기 위해서는 인쇄회로기판(6)의 일측면만을 이용한 패턴에 의해서는 도저히 접속이 불가능하므로 이러한 패턴을 인쇄회로기판(6)의 상하면 양측면에 동시 형성시켜 2개의 코일(5c)과 1개의 코일(5c)에 각각 전류가 공급될 수 있도록 하고 있다.

따라서 종전의 진동모터에서는 인쇄회로기판(6)에서의 양면 패턴 형성과 로터(5)에서의 3개의 코일(5c) 형성이 반드시 필요로 되면서 제작공정이 대단히 복잡해지고, 그에 따른 모터의 제작원가가 상승되는 문제점이 있었다.

또한 로터 어셈블리가 항상 샤프트(1a)에 편심축지지되므로 샤프트(1a)에서의 축손실이 과다해지기도 하고, 작동이 이루어지지 않는 대부분의 시간동안 로터 어셈블리에 의해서 브러쉬(4)에 항상 지나친 압력이 가해지게 되므로서 브러쉬(4)의 사용수명이 단축되는 단점도 있었다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 시정보완시키기 위하여 창출한 것으로서, 본 발명은 종전의 3상 구동방식을 단상 구동방식으로 개선하고, 그에따른 불기동점 발생을 제거하기 위해 코깅토그 발생용 철편을 일체로 구비되게 하므로서 보다 제작효율을 향상시키면서 제작비용을 절감시킬 수 있도록 하는 단상의 진동모터를 제공하는데 주된 목적이 있다.

또한 본 발명은 로터 어셈블리의 무게중심 균형을 촉진하므로서 샤프트에서의 축손실을 방지하고, 브러쉬의 사용수명이 연장될 수 있도록 하는데 다른 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 단상의 진동 모터의 실시예 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 로터의 일실시예를 도시한 평면도,

도 3은 본 발명에 따른 로터의 다른 실시예를 도시한 평면도,

도 4는 코일토크와 코깅토크의 변화선도,

도 5는 마그네트에서의 코깅토크 변화선도,

도 6은 종래 3상의 진동모터의 실시예 단면도,

도 7은 종래의 진동모터에서 로터의 평면구조도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 하부 케이스 11 : 샤프트

30 : 마그네트 40 : 브러쉬

50 : 로터 53 : 코일

54 : 코깅토크 발생수단 60 : 인쇄회로기판

70 : 정류자(comutator)

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 중앙에 샤프트가 축고정되는 하부 케이스와;

상기 하부 케이스의 내부 저면에 부착되는 기판과;

상기 기판의 상부에 안착고정되고, 다극이 착자되는 환상의 마그네트와;

중앙의 기판에 일단부가 고정되고, 타단부는 마그네트의 상단면보다 높게 돌출되게 하여 소정의 각도로 이격되게 구비되는 2개의 브러쉬와;

상기 브러쉬의 상부에서 샤프트에 회전가능하게 축설되고, 소경의 축지지부와 대경의 반원형 절연수지체가 일체로 되는 형상이며, 대경의 절연수지체에는 양측으로 각각 전류유동방향이 다른 코일을 형성하고, 소경의 축지지부에는 코일과 마그네트간 불기동점에 코깅토크 발생수단이 일체로 결합되는 로터와;

상기 로터의 저면에 부착되며, 저면에만 패턴이 형성되는 인쇄회로기판과;

상기 인쇄회로기판의 축지지부 저면에 부착되어 상기한 2개의 브러쉬와 접촉가능하게 미세하게 하향 돌설되면서 소정의 간격으로 이격되는 복수개의 세그먼트가 원형으로 구비되는 정류자와;

샤프트에 축설되면서 상기 로터의 상부면에 소정의 간격으로 내주면 상면이 이격되는 동시에 하부 케이스에 안착되는 커버로서 이루어지는 구성이 특징이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 단상 구동방식의 진동모터의 단면 구조를 도시한 것으로서, 대부분의 구조는 3상 구동방식의 진동모터와 대동소이하다.

즉 하부 케이스(10)는 상부가 개방되고 내부가 빈 통형상이며, 그 중앙에는 샤프트(11)가 축고정되도록 한 구성이다. 그리고 하부 케이스(10)의 내부 저면에는 기판(20)이 부착되어 외부로부터 서로 다른 극성의 전류가 인가된다. 이같은 기판(20) 상부에는 환상의 마그네트(30)가 안착되면서 고정되도록 하되 마그네트(30)는 N극과 S극이 서로 교대로 착자되는 다극 착자구조이다.

이와함께 마그네트(30)의 중앙에 천공된 공간부로는 일단이 기판(20)에 고정되고, 타단은 호형으로 형성되면서 그 끝단부가 마그네트(30)의 상단면보다 높게 상향 돌설되는 브러쉬(40)를 구비하되 상기의 브러쉬(40)는 소정의 각도로 이격되도록 하여 2개가 형성되도록 한다.

한편 본 발명은 상기와 같은 구조와 함께 그 상부로 로터(50)와 인쇄회로기판(60)과 정류자(70)를 구비하되 상기 로터(50)는 도 2에서와 같이 종전과 동일하게 소경의 축지지부(51)와 대경의 반원형 절연수지체(52)가 일체로 되는 형상이나 상기 대경의 절연수지체(52)에는 양측으로 서로 대응되는 형상이면서 전류의 유동방향이 반대인 2개의 코일(53)이 각각 형성되도록 하고, 소경의 축지지부(51)에는 코일토크가 가장 작을 때의 코깅토크가 가장 크게 유발되는 위치에 코깅토크 발생수단(54)이 구비되도록 한 것이 가장 두드러진 특징이다.

이때 상기의 철편(54)은 로터(50)의 회전하는 방향에 따라서 그 장착위치가 변하게 되는바 예를들어 로터(50)가 시계방향으로 회전하게 되는 경우에는 도 2에서와 같은 위치에 코깅토크 발생수단(54)을 구비시키고, 반시계방향으로 회전하는 경우에는 도 3에서와 같이 도 2와 대칭이 되는 방향에 구비되도록 한다.

또한 상기의 코깅토크 발생수단(54)은 축지지부(51)의 외주연에 돌설되도록 하여 부착시킬 수도 있고, 축지지부(51)면에 압입시키는 구조로서도 형성이 가능하다.

그리고 로터(50)의 저면에 부착되는 인쇄회로기판(60)에는 한쪽면 즉 저면으로만 패턴이 형성되도록 하고, 인쇄회로기판(60)의 축지지부 저면에 부착되는 링형상의 정류자(70)는 복수개로 나누어지는 세그먼트로 형성한다.

한편 샤프트(11)에 축설되는 로터(50)와 인쇄회로기판(60)과 정류자(70)의 결합체인 로터 어셈블리의 상부로는 로터(50)의 상부면과 소정의 간격으로 내주면 상면이 이격되게 커버(80)가 씌워지도록 하되 상기 커버(80)는 외주연 하단이 하부 케이스(10)의 외주연 상단부에 안착될 수 있도록 한다.

이상에서 설명한 바와같은 구조의 진동모터에 따른 작동에 대해서 설명하면 다음과 같다.

외부로부터 "+"와 "-"전류가 인가되면 종전과 마찬가지로 기판(20)을 통해서 소정의 간격으로 이격시킨 2개의 브러쉬(40)에 각각 유도된다.

이때 2개의 브러쉬(40)는 그 상부로 얹혀져서 접촉되고 있는 정류자(70)의 2개의 세그먼트에 접속되면서 이들 세그먼트들과 연결된 인쇄회로기판(60)의 패턴을 따라 코일(53)에 전달된다.

코일(53)에 전류가 흐르게 되면 코일(53)과 마그네트(30)간 상호작용에 의해 로터(50)를 일방향으로 회전시키게 되며, 이러한 회전작동시 토크가 최하로 저하되는 지점에서 코깅토크 발생수단(54)에 의해 코깅토크가 발생되면서 토크를 다시 상승시키게 되므로 로터 어셈블리는 원만한 회전을 할 수가 있게 된다.

이와같은 작용에 의해서 결국 구동방식을 3상 구동방식이 단상 구동방식으로 전환시킬 수가 있게 되는바 이는 도 4의 파형도에서 보는바와 같이 코일토크(A)가 가장 작은 값에서 코깅토크(B)는 가장 큰 값을 갖게 됨을 알 수가 있다. 즉 발생토크식을 정의하면 코일토크(A)는 T_coil=A sinθ, 코깅토크(B)는 T_cog=B sin(θ+a)이므로 이들을 합성하게 되면 합성토크(C)는 T_total=T_coil+T_cog가 된다.(식에서 A,B는 상호 진폭이고, a는 상호 위상차이다)

따라서 코일토크(A)와 코깅토크(B)간 합성토크(C)에서는 비교적 토크변화가 안정되면서 단상모터에서 가장 난제로 여겨지던 불기동(不起動) 지점이 제거됨을 알 수가 있는바 이러한 코깅토크(B)의 발생을 위해 구비되는 것이 본 발명에서의 코깅토크 발생수단(54)이다.

한편 도 5에서와 같이 통상 마그네트의 한 극에서의 코깅토크 변화를 보면 가장 주목할 만한 것이 마그네트의 1/4 지점에서 가장 높은 토크를 나타내고 3/4 지점에서 가장 낮은 토크를 나타냄을 알 수가 있으므로 반원형의 로터(50)를 마그네트(30)의 두 개의 극과 동일하게 정위치시켰을 때 샤프트(11)를 중심으로 로터(50)가 회전하는 방향으로 축지지부(51)의 5/8의 각도에 코깅토크 발생수단(54)이 형성되도록 하는 것이다.

따라서 상기와 같은 코일토크가 가장 낮아지는 위치에 코깅토크 발생수단(54)을 형성시키게 되면 단상모터에서 유발되는 불기동점을 제거할 수가 있게 되어 도 4에서와 같이 나타나는 합성토크(C)와 같은 안정된 토크를 얻을 수가 있게 되는 것이다.

특히 상기의 코깅토크 발생수단(54)을 회전방향으로 축지지부(51)의 5/8각도 방향에 위치시키면서 축지지부(51)의 외주연에 부착시키게 되면 로터 어셈블리가 샤프트(11)에서 일측으로 편심되어 무게중심이 지나치게 편중되는 것을 보완시킬 수가 있게 되어 로터 어셈블리에 의해 가압되는 브러쉬(40)의 변형을 최대한 방지시킬 수가 있게 되고, 이로서 브러쉬(40)의 내구력을 더욱 향상시킬 수가 있게 된다.

이상의 구성과 작용에 따라 본 발명은 진동모터를 3상 구동방식에서 단상 구동방식으로 전환시킬 수가 있게 되어 구조를 간소화시키게 되므로서 로터(50)와 인쇄회로기판(60)의 제작을 대단히 용이하게 수행할 수 있도록 하는 동시에 브러쉬(40)의 변형을 방지하므로서 진동모터의 제작효율을 향상시키게 됨은 물론 제작원가의 절감과 내구력을 증대시키게 되는 매우 유용한 효과가 있게 된다.

Claims (4)

1. 중앙에 샤프트(11)가 축고정되는 하부 케이스(10)와;

   상기 하부 케이스(10)의 내부 저면에 부착되는 기판(20)과;

   상기 기판(20)의 상부에 안착고정되고, 다극이 착자되는 환상의 마그네트(30)와;

   중앙의 기판(20)에 일단부가 고정되고, 타단부는 마그네트(30)의 상단면보다 높게 돌출되게 하여 소정의 각도로 이격되게 구비되는 2개의 브러쉬(40)와;

   상기 브러쉬(40)의 상부에서 샤프트(11)에 회전가능하게 축설되고, 소경의 반원형 축지지부(51)와 대경의 반원형 절연수지체(52)가 일체로 되는 형상이며, 대경의 절연수지체(52)에는 양측으로 각각 전류유동방향이 다른 코일(53)을 형성하고, 소경의 반원형 축지지부(51)에는 코일(53)과 마그네트(30)간 불기동점에 코깅토크 발생수단(54)이 일체로 결합되는 로터(50)와;

   상기 로터(50)의 저면에 부착되며, 저면에만 패턴이 형성되는 인쇄회로기판(60)과;

   상기 인쇄회로기판(60)의 축지지부 저면에 부착되어 상기한 2개의 브러쉬(40)와 접촉가능하게 미세하게 하향 돌설되면서 소정의 간격으로 이격되는 복수개의 세그먼트가 원형으로 구비되는 정류자(70)와;

   샤프트(11)의 상단부에 축설되면서 상기 로터(50)의 상부면에 소정의 간격으로 내주면 상면이 이격되는 동시에 하부 케이스(10)의 외주연에 안착되는 커버(80)로서 이루어지는 구성을 특징으로 하는 단상의 진동모터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 코깅토크 발생수단(54)은

   샤프트(11)를 중심으로 로터(50)가 회전하는 방향으로 축지지부(51)의 5/8의 각도에 구비되는 구성임을 특징으로 하는 단상의 진동모터.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 코깅토크 발생수단(54)은

   축지지부(51)의 외주연에 돌설되게 부착되는 구성임을 특징으로 하는 단상의 진동모터.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 코깅토크 발생수단(54)은

   축지지부(51)에 압입되는 구성임을 특징으로 하는 단상의 진동모터.