KR100377562B1 - 편평형 코아리스 진동 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신단말기 등의 진동호출모드를 지원하기 위한 편평형 코아리스 진동 모터(flat coreless DC vibrator motor)에 관련된다. 본 발명은 불기동점이 없어 평균 토크가 높아 고효율이면서도 원심력을 키우기 위한 분동을 추가할 수 있는 충분한 공간의 확보가 가능한 진동모터를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 : N, S 자극을 번갈아 복수개 가진 편평한 계자 마그넷으로 된 고정자와; 상기 계자 마그넷과 공극을 개재하여 자유롭게 회전하도록 지지된 복수의 코아리스 전기자 코일을 포함하는 회전자; 를 포함하는 코아리스 직류 모터에 있어서; 상기 회전자의 전기자 코일 중 두 코일을 복선 구조로 동일한 위치에 중첩하여 일체로 형성하고, 상기 복선 구조로 배치된 전기자 코일의 크기가 나머지 코일에 비해 크게 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

편평형 코아리스 진동 모터{Flat coreless vibrator motor}

본 발명은 편평형 코아리스 직류 모터(flat coreless DC motor)에 관련되며, 특히 이동통신단말기 등의 진동호출모드를 지원하기 위한 편평형 코아리스 진동 모터에 관련된다.

일반적으로 코아리스 직류 모터(coreless DC motor)는 동코일형 직류모터(moving coil DC motors)라고도 하며, 크게 실린더형(cylindrical types)과 디스크형(disc types)으로 나눌 수 있고, 디스크형은 다시 팬케이크형(pancake motors), 인쇄회로형(printed motors), 삼코일형(three-coil motors)등으로 나눌 수 있다.

이동통신단말기가 소형경량화, 저전력화되면서 이들 직류 모터 중 무게가 가벼운 삼코일형 코아리스 직류모터가 보편적으로 채용되고 있다. 초기에는 일본특허공개공보 소63-290140호에 기재된 것과 같이 통상의 직류모터의 출력축에 편심판을 설치하거나 일본특허출원 평4-295503호에 기재된 바와 같은 3개의 전기자 코일을 서로 중첩되지 않도록 하고 동시에 전체적으로 평면이 대략 부채형이 되도록 한쪽으로 치우치게 배치한 회전자로 된 것이 있다. 부채형의 회전자를 가진 종래의 코아리스 직류모터를 도1 및 도2를 참조하여 이하에서 기술한다. 도1은 종래기술에 따른 편평형 코아리스 직류모터의 단면도를 도시한다. 도2는 종래기술에 따른 편평형 코아리스 직류모터의 회전자의 평면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 복수개의 전기자 코일(a,b,c)을 한쪽으로 치우치게 배치한 편심 회전자(9)와, 이 편심 회전자(9)의 중심에 배치된 축(7)과, 이 축(7) 및 베어링(12a, 12b)을 통해서 상기 편심 회전자(9)를 회전이 자유롭게 지지하는 케이스(1), 브래킷(2)으로 된 하우징과, 이 하우징의 일부인 브래킷(2)에 설치되어 상기 편심 회전자(9)에 자속을 공급하는 마그넷(3)과, 이 마그넷(3)의 안쪽에 브러시 베이스(4)를 사이에 두고 배치된 브러시(6)와, 이 브러시(6)의 선단이 미끄럼 접촉하도록 상기 편심 회전자(9)의 마그넷(3)측 일면에 배치된 정류자(10)로 이루어진 것이다. 또, 부호 8은 황동제의 이탈방지 홀더인데, 축자체에 마디 등의 이탈방지 수단을 강구하면 필요 없게 된다. 부호 11은 편심 회전자(9)의 일체몰드 합성수지로, 통상은 유리섬유강화 폴리부틸렌 테레프탈레이트가 사용되어 진다. 부호 13a, 13b는 트러스트 와셔이다.

그러나 이러한 종래기술의 모터로도 최근의 소형경량화 추세에 따라 원심력이 충분하지 못하다. 또 이러한 부채형 회전자의 경우에는 납구슬 등의 분동을 일체로 성형시키고자 하여도 이를 위한 공간의 확보가 어려워 원심력을 늘이는데 한계가 있다.

또다른 종래기술에 1988년 11월 28일자 발행된 일본 공개특허공보 소63-290140호에 기재된 것이 있다. 이것은 회전자의 구조를 120도 마다 등분배치한 3개의 전기자 코일의 일부를 삭제한 것이다. 도3a, 도3b는 상기 공보에 기재된 2 개의 회전자 구조를 도시한다. 도3c는 상기 종래기술에 따른 모터의 전기자 코일의 회로를 도시한다. 도3d는 상기 종래기술에 따른 모터의 토크 특성을 표현한 그래프이다. 도시된 바와 같이 상기 종래기술에 따른 모터의 구동방법은 통상적인, 즉 3상 120도 정전류 통전 방식으로 통전된다. 그러나 통상적인 3상 120도 3 코일 방식의 코아리스 모터의 경우에는 각 상에서 발생하는 토크 리플이 동일하여 평균 토크 95.5%, 토크 리플 13.4%의 고효율인데 반해 상기 종래기술에 따른 모터는 코일 1개를 삭제함에 따라 도3c, 도3d에 도시된 바와 같이 구동시 한 위상에서 저항이 불균일하여 평균 토크 87.5%, 토크 리플 56.7%의 저효율 모터가 되어 버린다. 이에 따라 회전시에 발생하는 원심력이 작아져 주파수가 높은 나쁜 진동이 되어 버린다.

위에서 기술한 바와 같이 종래기술에 따른 진동모터 중 3 코일 방식의 경우에는 원심력을 키우기 위해 분동을 추가할 공간이 충분하지 못하였고 코일의 일부를 삭제한 경우에는 불기동점(不起動點)이 발생하든지 혹은 평균 토크가 약해져 주파수가 높은 불량 진동이 발생한다는 문제점이 있다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 불기동점이 없어 평균 토크가 높아 고효율이면서도 원심력을 키우기 위한 분동을 추가할 수 있는 충분한 공간의 확보가 가능한 진동모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래기술에 따른 편평형 코아리스 직류모터의 단면도이다.

도 2는 종래기술에 따른 편평형 코아리스 직류모터의 회전자의 평면도이다.

도 3a, 도 3b는 상기 공보에 기재된 2 개의 회전자 구조를 도시한다.

도 3c는 종래기술에 따른 모터의 전기자 코일의 회로를 도시한다.

도 3d는 종래기술에 따른 모터의 토크 특성을 표현한 그래프이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코아리스 직류 모터의 회전자(rotor) 부의 평면도이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코아리스 직류 모터의 단면도이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 브러쉬 위치에 따라 회전자와 고정자의 마그넷과의 상대적인 위치를 도시한다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 각 위상에 있어서 토크 변동을 도시한다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

41 : 복선 코일 42 : 단선 코일

43 : 베어링 44 : PCB 몰드

45 : 분동

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양상에 따르면, 본 발명은

N, S 자극을 번갈아 복수개 가진 편평한 계자 마그넷으로 된 고정자와;

상기 계자 마그넷과 공극을 개재하여 자유롭게 회전하도록 지지되고, 복수의 코아리스 전기자 코일 및 이 코일들에 연결된 정류자를 포함하는 회전자와;

상기 회전자의 정류자를 통해 코일들에 전류를 공급하는 브러쉬;

를 포함하는 코아리스 직류 모터에 있어서;

상기 회전자의 전기자 코일 중 두 코일을 복선 구조로 동일한 위치에 중첩하여 일체로 형성한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 본 발명은 상기 복선 구조로 배치된 전기자 코일의 크기가 나머지 코일에 비해 크게 형성된 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.

도4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코아리스 직류 모터의 회전자(rotor) 부의 평면도이다. 또 도5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코아리스 직류 모터의 단면도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예는 대략 브라켓(52)에 고정된 축(56)상에 베어링(57) 등의 회동수단에 의해 지지된 회전자(50)와 이를 감싸는 케이스(58)로 구성된다. 회전자(50)에 고정된 코일부(55)는 공극을 사이에 두고 N, S 자극을 번갈아 복수개 가진 편평한 계자 마그넷으로 된 고정자(54)와 대향하고 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 계자 마그넷은 NSNS의 4극이 원형으로 배열된 마그넷이다. 브라켓(52)에는 또한 외부의 전력이 공급되는 전력선이 연결되고 회전자(50)의 PCB 몰드(51)상에 인쇄된 평판 정류자(미도시)에 마찰되면서 접촉하는 브러쉬(53)가 부설된다. 본 발명의 양상에 따르면, 회전자(50)의 전기자 코일(41, 42, 42) 중 두 코일을 복선 구조로 동일한 위치에 중첩하여 배치한 것을 특징으로 한다. 즉, 제4도에서 코일(41)은 복선 구조로형성되어 실제로 2 개의 코일을 같이 감아서 동일한 위치에 고정된다. 즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 사이 전기자 코일(41,41,42)은 3개가 3상을 이루고, 이들 전기자 코일은 통상적인 3상 120도 정전류 구동방식으로 구동되고 있으나, 3상을 이루는 3 개의 코일 중 2개를 동일한 위치에 복선으로 감아서 배치하였다. 여기서 3개의 코일은 동일한 저항값 R을 가진다. 이러한 본 발명의 양상에 따라 전기적으로 볼 때 본 발명은 불기동점(不起動點)이 없으면서도 코일을 2개만 배치함에 따라 여유 공간이 충분히 확보되어 여유 공간에 무거운 분동(45)을 배치함으로써 원심력을 크게 하여 양호한 진동 주파수 특성을 얻을 수 있다. 그러나 여기서 분동(45)의 위치는 선택가능한 것으로, 분동 추가전의 전체적인 무게중심의 위치에 따라 다양한 위치에 배치할 수 있다.

본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 본 발명은 상기 복선 구조로 배치된 전기자 코일(41)의 크기가 나머지 코일(42)에 비해 크게 형성된 것을 특징으로 한다. 즉, 복선 구조의 코일(41)이 단선 구조의 코일(42)에 비해 크게 형성된다. 여기서 코일간 배치각(도4에서α)은 135도이고 2 개의 코일 중 큰 코일(41)은 위상각(β)을 60도로 구성하고 작은 코일(42)은 위상각(γ)을 30도로 구성한다. 이 같은 배치각에 대해 도6을 참조하여 상세히 설명한다. 도6은 상기 기술한 3 코일 방식에 적용된 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 브러쉬(53)가 접촉하는 평판 정류자의 위치에 따라 고정자(54)의 마그넷과의 상대적인 위치를 도시한다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 추가적인 양상에 따라 코일간 배치각을 135도로 하고, 복선 코일(41)의 배치각을 단선 코일(42)의 2배인 60도로 함에 따라 고정자(54)의 마그넷과 항상 최적의 전기자기적인 위치관계를 유지할 수 있음을 알 수 있다. 이는 도7에서 도시된 상기 실시예의 토크 곡선으로부터 확인 가능하다. 도시된 바와 같이 본 발명의 구성에 따르면, 모든 위상에 있어서 균일한 토크 특성이 얻어진다. 토크 곡선으로부터 계산하면, 상기 실시예에 있어서 평균 토크는 95.5% 이며 토크 리플(torque ripple)은 13.4%로 통상적인 3상 코아리스 모터와 동일함을 알 수 있다. 본 발명은 이와 같이 기구적으로 볼 때에는 2코일 3도체를 유지하여 코일을 배치하고 남은 회전자 평면 상의 공간, 예를 들면 도4에 도시된 분동(45) 위치에 충분히 큰 분동, 예를 들면 비중이 높은 금속으로 형성된 분동을 배치할 수 있다. 이에 따라 큰 원심력을 얻을 수 있으므로, 동일한 소비전력으로 큰 토크를 내고 여기에 큰 원심력을 일으킬 수 있어 저전력으로 양호한 진동을 달성할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 기술한 바와 같이, 본 발명은 코아리스 모터를 기구적으로 2코일 3도체로 구성하여 3상 통전시에 각상의 저항을 동일하게 함으로써 고효율을 유지하면서도 분동을 추가할 수 있는 여유 공간을 충분히 확보하여 원심력을 키울 수 있어 양질의 진동을 얻을 수 있는 효과가 있다. 나아가 코일 2개를 일체로 형성함에 따라 원가절감의 효과까지 얻을 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 문언에 의해서만 제한 해석될 수 있다.

Claims (5)

1. N, S 자극을 번갈아 복수개 가진 편평한 계자 마그넷으로 된 고정자와;

   상기 계자 마그넷과 공극을 개재하여 자유롭게 회전하도록 지지되고, 복수의 코아리스 전기자 코일 및 이 코일들에 연결된 정류자를 포함하는 회전자와;

   상기 회전자의 정류자를 통해 상기 코일들에 전류를 공급하는 브러쉬;

   를 포함하는 코아리스 직류 모터에 있어서;

   상기 회전자의 전기자 코일 중 두 코일을 복선 구조로 동일한 위치에 중첩하여 일체로 형성한 것을 특징으로 하는 코아리스 직류 모터.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 복선 구조로 배치된 전기자 코일의 크기가 나머지 코일에 비해 크게 형성된 것을 특징으로 하는 코아리스 직류 모터.
3. N, S 자극이 2회 번갈아 회전방향으로 배치된 편평한 계자 마그넷으로 된 고정자와;

   상기 고정자가 지지되는 브라켓과;

   상기 브라켓 상에 지지된 축에 회동수단에 의해 지지되어 상기 계자 마그넷과 공극을 개재하여 자유롭게 회전하는 3개의 코아리스 전기자 코일 및 이 코일들에 연결된 정류자를 포함하는 회전자와;

   상기 회전자의 정류자를 통해 코일들에 전류를 공급하는 브러쉬;

   를 포함하는 코아리스 직류 모터에 있어서;

   상기 회전자의 전기자 코일 중 두 코일을 복선 구조로 동일한 위치에 중첩하여 일체로 형성한 것을 특징으로 하는 코아리스 직류 모터.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 복선 구조로 배치된 전기자 코일의 크기가 나머지 코일에 비해 크게 형성된 것을 특징으로 하는 코아리스 직류 모터.
5. 청구항 3 또는 4에 있어서, 상기 일체로 형성된 코일과 나머지 코일간의 배치각이 135도이고, 일체로 형성된 코일의 위상각이 60도, 나머지 한 코일의 위상각이 30도로 형성된 것을 특징으로 하는 코아리스 직류 모터.