KR100403974B1 - 휴대용 통신기기의 진동모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대용 통신기기의 진동모터에 관한 것이다. 본 발명의 진동모터는, 상부케이싱과 하부케이싱, 그리고 어느 일측에 성형된 중심축을 포함하는 케이싱과; 상기 케이싱의 내부에 설치되고, 전류가 공급되는 코일과, 자성체 스틸을 구비하는 요크; 상기 코일에 의하여 형성되는 자속에 의하여 회전하는 영구자석과, 상기 연구자석의 상부에 위치하는 백아이언을 포함하고, 회전시 진동을 발생시키는 회전자로 구성된다. 그리고 직류전압을 정현파 또는 구형파의 교류전원으로 변환하는 변환장치와, 변환장치에서 발생하는 교류전원의 주파수를 저주파에서 고주파로 연속적으로 또는 단계적으로 증가시키는 주파수 변환장치를 더 포함한다.

Description

휴대용 통신기기의 진동모터{Vibration moter for cellular phone}

본 발명은 휴대용 통신기기의 진동모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴대용 통신기기(cellular phone) 또는 무선호출수신기(radio pager) 내부에 장착되어 진동을 발생시킴으로서 착신 상태를 전달하는 진동모터에 관한 것이다.

일반적으로 전기 모터는 입력되는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 기능을 하는 것이다. 그리고 전기에너지에서 기계에너지로의 에너지 변환에 대한 물리적 원리는, 전기가 공급되고 있는 자기장 내의 도체가 힘을 받게 되는 플레밍의 왼손법칙에 기초하고 있으며, 고정자와 회전자 사이에 존재하는 공극에서의 전자계 중개에 의하여 전기 에너지가 토크로 변환된다. 그리고 진동모터는 회전자의 회전시, 회전자와 같이 회전하는 편심질량에 의하여 진동이 발생하도록 구성되고 있다.

이와 같은 진동모터는 코인형과 실린더형으로 대별된다. 실린더형 진동모터는, 전류의 인가에 의하여 회전력을 발생시키기 위한 고정자 및 회전자, 그리고 회전자에 연결되는 편심질량이, 모터의 외측에 설치되어 있다. 그리고 브러시와 정류자를 사용하고 있는 것은 다음에서 설명하는 코인형 진동모터와 동일하다.

도 1에는 일반적인 코인형 진동모터가 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 하부케이스(2)에 PCB안착부(1)가 성형되어 있어서, PCB회로기판(6)이 안착될 수 있도록 구성된다. 그리고 상기 하부케이스(2)의 상부에는, 영구자석(3)이 고정된 상태로 설치된다. 그리고 고정자인 영구자석(3)의 상부에는 일정한 공극을 가진 상태에서 회전자(7)가 회전 가능하게 설치되는데, 상기 회전자(7)는, 전체적으로 편심되도록 설계된, 코일(8) 및 세그먼트(9)를 구비하고 있다. 더욱이 상기 회전자(7)는, 그 자체가 일측에 편심된 질량상태를 가지는 것으로, 편심질량으로서의 기능을 동시에 수행하기도 한다.

그리고 진동모터는 로터를 일정한 방향으로 회전시키기 위해서는 로터의 위치에 따라 전류가 도통되는 코일을 교환하는 정류회로가 필요하게 된다. 그리고 코인형 진동모터의 전류회로는, PCB회로기판(6)의 PCB회로(4)와 전기적으로 연결되는 브러쉬(5)와, 세그먼트(9)로 구성된다. 코인형 진동모터의 회전원리를 살펴보면, PCB회로(4)에서 입력되는 직류전원은 브러쉬(5)와 접촉하고 있는 세그먼트(9)를 통하여 코일부분에 전류를 도통시키게 된다. 이 때 회전하는 로터에 의하여 브러쉬(5)와 접촉하는 세그먼트(9)가 교환되기 때문에 정류되는 형태를 취하게 된다.

여기서 일반적으로, 진동모터의 회전속도는 10,000rpm 이상으로 고속회전하게 되는데, 브러쉬(5)와 세그먼트(9)의 접촉에 의한 마찰은 진동모터에 있어서 불량을 일으키는 중요한 원인이 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 종래의 진동모터에 있어서, 절환은 기계적인 브러쉬와 세그먼트(정류자)를 사용하고 있음을 알 수 있다. 따라서 브러쉬와 정류자에 의한 기계적 절환작용에 있어서, 진동모터는 편심질량을 포함하는 코일의 고속회전에 의한 회전불평형력을 진동을 일으키는 기본적인 힘으로 사용하고 있기 때문에, 고속회전에 따른 브러쉬와 정류자의 마모가 극심하여 모터의 수명에 있어서 일정한 한계가 나타날 수 밖에 없다. 그리고 브러쉬는 외부의 충격에 의하여 변형이 발생할 경우, 성능이 저하되거나 오작동의 가능성도 가지고 있어서, 진동모터에 대한 제품의 신뢰성을 좌우하게 된다.

그리고 휴대용 통신기기에 있어서, 호출음을 대체하는 것이 목적인 진동모터의 특성상, 동작시 소음저감을 필수적이라고 할 수 있다. 그러나 브러쉬와 정류자에 의한 기계적 절환방식을 사용하는 기존의 진동모터들은, 접촉하는 두가지 부품의 마찰음을 제거할 수 없는 치명적인 단점을 가진다고 할 수 있다. 실제로 브러쉬와 정류자가 마찰할 때 회전속도에 비하여 몇배의 주파수 소음을 발생시키게 되는데, 이것은 단말기 케이스에 의하여 공명되어 외부로 유출된다. 따라서 고주파 성분의 소음은, 단말기 사용자에게 불편함을 유발시키게 되는 단점도 지적된다.

그리고 상술한 바와 같은 기계적 방식은, 브러쉬의 마모에 의한 수명과 신뢰성의 문제로 인하여, 근래에 와서는 반도체와 센서들을 이용한 BLDC모터 들로 대체되고 있는 실정이다. 기존의 3상 BLDC모터를 진동자로 이용할 경우, 모터의 공급전원을 절환하는 많은 스위치소자와 회전자위치를 검출할 수 있는 센서, 그리고 스위치를 제어하는 논리적인 연산기능을 수행하는 복잡하고 빠른 연산속도가 요구되는 통전절환회로를 장착하기 위한 공간이 필요하고 반도체와 센서의 부품값에 의한 모터 가격의 상승 등과 같은 단점이 제기된다. 따라서 절환스위치 및 위치감지센서를 제거하고 간단한 연산에 의하여 모터를 구동할 수 있는 단상 센서리스 모터가 요구된다고 할 수 있다.

상기와 같은 종래의 기술에 대한 단점을 고려하면, 기존의 모터에 있어서 브러쉬와 정류자를 제거하고, 간단한 제어로직을 수행하도록 하는 것이 요구된다고 할 수 있다.

따라서 본 발명은, 보다 간단한 구성을 가지는 것에 의하여 제조 단가 및 제조공정의 단순화 가능한 진동모터를 제공하는 것을 제1목적으로 한다.

본 발명의 제2목적은, 제품의 신뢰성을 더욱 높일 수 있도록 구성되는 진동모터를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 진동모터의 구성을 보인 분해 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 진동모터의 구성을 보인 분해 사시도.

도 3은 본 발명에 의하여 변환되어 공급되는 전류 파형도.

도 4는 본 발명의 제어장치의 개략적 구성을 보인 블럭도.

도 5는 도 2에 도시한 진동모터의 회전자의 단면도.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 회전자의 단면도.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 회전자의 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

12 ..... 상부케이싱 14 ..... 하부케이싱

14a ..... 중심축 22 ..... 편심질량

24 ..... 백아이언 26 ..... 영구자석

28 ..... 요크 28a ..... 코일

28b,28c,28d ..... 스틸

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 진동모터는, 상부케이싱과 하부케이싱, 그리고 어느 일측에 성형된 중심축을 포함하는 케이싱과; 상기 케이싱의 내부에 설치되고, 전류가 공급되는 코일과, 자성체 스틸을 구비하는 요크; 상기 코일에 의하여 형성되는 자속에 의하여 회전하는 영구자석과, 상기 영구자석의 상부에 위치하는 백아이언을 포함하고, 회전시 진동을 발생시키는 회전자로 구성되는 것을 기술적 요지로 한다.

그리고 본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 회전자는, 영구자석과, 상기 영구자석의 상부에 설치되는 백아이언과, 상기 백아이언의 상부에 설치되는 편심질량을 포함하여 구성된다.

그리고 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 회전자는 부분적으로 두깨가 다른 영구자석과 상기 영구자석과 반대형상으로 부분적으로 두깨가 다른 백아이언으로 구성되어, 영구자석과 백아이언의 비중차이에 의하여 진동이 발생하도록 구성하고 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 회전자는, 부분적으로 두께가 상이한 영구자석과, 상기 영구자석의 두께가 얇은 부분에 채워지는 편심질량과, 그 상부에 고정되는 백아이언으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 의하면, 휴대용 통신기기의 직류전압을 정현파 또는 구형파의 교류전원으로 변환하는 변환장치를 더 포함하여 구성될 수 있다.

그리고 상기 변환장치에서 발생하는 교류전원의 주파수를 저주파에서 고주파로 연속적으로 증가시키거나 단계적으로 증가시키는 주파수 변환장치를 더 포함하여 구성될 수 있다.

다음에는 도면에 도시한 실시예에 기초하면서, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 진동모터는, 상부케이싱(12)와 하부케이싱(14)으로 구성되는 케이싱의 내부에 설치된다. 그리고 이와 같은 케이싱의 내부에는 하기와 같은 구성을 가지게 된다.

하부케이싱(14)의 중심부분에는 중심축(14a)이 설치되어 있다. 그리고 상기 중심축(14a)에는 고정자인 요크(28)와, 회전자가 결합된다. 여기서 본 발명의 회전자는, 영구자석(26)과, 백아이언(24), 그리고 편심질량(counter weight)(22)으로 구성되는데, 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.

본 발명에 의한 요크(28)는 케이싱의 내부에 삽입되도록 원형으로 성형되고, 전류의 인가에 의하여 자력을 발생시키기 위한 코일(28a)과, 스틸(28b,28c,28d)이 내부에 설치되어 있다. 상기 코일(28a)의 기능은 실질적으로 종래의 것과 동일한 것으로, 인가되는 전류에 의하여 자장을 발생시키게 되는 것이다.

그리고 본 발명에 의하여 요크(28)에 설치되어 있는 스틸(28b,28c, 28d)은, 상기 코일(28a)에 전류가 인가되지 않는 동안에, 모터의 회전자는 모터 자기회로의 자기저항을 최소화시키는 방향으로 움직이게 하는 코깅 토크를 이용하여, 영구자석(26)을 포함하는 회전자가 항상 일정한 위치에서 정지할 수 있도록 하기 위한 것이다. 즉, 영구자석(26)과의 관계에 있어서, 고정된 상태의 요크(28)에 대하여, 영구자석(26)이 항상 정해진 위치에서 회전이 정지될 수 있도록, 상기 스틸(28b,28c,28d)이 설치되는 것이다.

그리고 상기 스틸(28b,28c,28d)은, 자기저항을 최소화시키는 방향으로 회전자가 항상 일정한 위치에서 정지할 수 있는 기능적인 범위 내에서, 하나 또는 복수개로 설치될 수 있다. 도시한 실시예에 있어서는 세개의 스틸(28b,28c,28d)이 설치되고 있으며, 서로 대칭이 되는 위치에 복수개의 스틸을 설치하는 것에 의하여, 회전자가 완전한 수평상태를 유지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 상기 스틸(28b,28c, 28d)은, 일반적인 금속과 같은 자성체 또는 강자성체로 성형하여야 함은 당연하다.

그리고 상기 영구자석(26)의 상부에는 백아이언(24)이 설치되고, 상기 백아이언(24)의 상부에는 편심질량(22)이 각각 중심축(14a)에 회동 가능하게 설치된다. 그리고 상기 영구자석(26)의 중심부분에서, 상기 중심축(14a)이 삽입되는 부분에는 베어링을 개재하여, 영구자석의 회전을 지지하도록 구성하는 것이 바람직할 것이다.

상기 백아이언(24)은, 영구자석(26)의 자속밀도를 충분히 확보하기 위한 것임은 당연하다. 그리고 상기 편심질량(22)은, 회전자의 회전시 진동을 발생시키기 위한 것이다.

상술한 바와 같은 회전자, 즉 영구자석(26), 백아이언(24), 그리고 편심질량(22)은, 접착제를 이용하여 일체화된다. 그리고 상기 회전자는, 고정자인요크(28)의 상부에서 일정한 공극을 가지도록 설치된다.

상기와 같이 구성되는 진동모터의 회전원리는 공지된 바와 같다. 즉, 코일(28a)에 전원이 인가되면, 코일과 영구자석(26) 사이에서 자속이 발생하게 되고, 플레밍의 왼손법칙에 의하여 축방향의 공극에서의 전자계 중개에 의하여 회전자가 회전하게 될 것이다. 이 때 회전자를 한방향으로 회전시키기 위해서는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 회전자의 위치에 따라 각 구간에서 한방향으로 최대토크를 발생시키는 여자상을 인가하는 제어장치가 필요하게 된다.

도 4에 도시한 바와 같이, 제어장치는, 이동통신 단말기에서 공급되어 입력되는 직류전압(Vcc)을 정현파와 구형파의 교류전압으로 변환하는 전압변환장치(30)와, 상기 과정에서 변환된 교류전원을 저주파에서 고주파로 연속적 또는 단계적으로 주파수 가변이 가능한 주파수변환장치(32)를 포함하고 있다. 이동통신의 단말기로 착신 신호가 들어오게 되면, 휴대용 단말기는, 본체 내부의 마이크로프로세서의 제어하에 직류전압을 진동모터측으로 전송하게 된다. 이 때, 전압변환장치(30)는, 직류전압이 인가되면, 회전자의 회전운동을 위하여 정현파 및 구형파의 전압신호를 발진하게 되고, 이러한 신호가 예시되어 있다. 그리고 주파수 변환장치(32)는, 연산회로(34)의 제어하에 교류전압 주파수를 연속적 또는 단계적으로 높여서 진동모터의 회전속도가 정상 응답특성이 나오도록 제어하게 된다.

도 5에는, 도 2에 도시한 본 발명에 의한 진동모터의 회전자의 구성을 개략적으로 도시하고 있다. 이에 대한 설명은 이미 상술하였기 때문에 자세한 설명은 생략하기로 한다.

그리고 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 회전자의 단면구성을 개략적으로 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 본 실시예에 의한 회전자는, 두께가 부분적으로 다른 영구자석(26a)과, 상기 영구자석(26a)과 대응하도록 두께가 다른 백아이언(24a)으로 구성되고 있다. 이 때 영구자석(26a)과 백아이언(24a)은 비중이 서로 다르기 때문에, 실질적으로 편심된 질량을 가지게 되고, 따라서 별도의 편심질량이 필요하지 않게 된다.

그리고 도 7에 도시한 회전자는, 두께가 부분적으로 상이한 영구자석(26b)과, 상기 영구자석의 일측부분에 접착되는 편심질량(22b), 그리고 그 상부에서 평면이 되도록 설치되는 백아이언(24a)으로 구성되고 있다. 이러한 실시예에 의하면, 회전자의 최상면을 백아이언(24a)으로 구성하는 것에 의하여, 실제로 상면이 평면이 되도록 구성하는 것임을 알 수 있다.

상기와 같은 실시예의 동작은, 이미 상술한 것과 동일한 구동원리를 가지는 것이어서, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 의하면, 고정자인 요크에 적어도 하나 이상의 스틸을 개재함으로써, 전류가 인가되지 않는 동안에 회전자의 위치 결정이 일정하게 하는 것을 기본적인 기술적 요지로 하고 있음을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 범주 내에서, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이고, 본 발명은 이러한 것에 의하여 제한될 수 없는 것은 자명하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의한 진동모터는, 이동통신 단말기 내에 장착되어 진동을 발생시키는 진동모터를 단산 센서리스 구동이 가능한 형태로 구현되고 있음을 알 수 있다. 그리고 종래의 기계적 절환방식에 의존하던 기존의 진동모터의 마찰에 의한 여러가지 문제점을 해결함과 동시에, 단순한 구조 및 소형화가 가능하여 생산성의 향상과 제조단가 저감으로 인한 다양한 효과를 기대할 수 있을 것이다.

Claims (8)

1. 상부케이싱과 하부케이싱, 그리고 어느 일측에 성형된 중심축을 포함하는 케이싱과;

   상기 케이싱의 내부에 설치되고, 전류가 공급되는 코일과, 자성체 스틸을 구비하는 요크; 그리고

   상기 코일에 의하여 형성되는 자속에 의하여 회전하는 영구자석과, 상기 영구자석의 상부에 위치하는 백아이언을 포함하고, 회전시 진동을 발생시키는 편심질량을 가지는 회전자로 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 통신기기의 진동모터.
2. 제1항에 있어서, 상기 회전자는, 영구자석과, 상기 영구자석의 상부에 설치되는 백아이언과, 상기 백아이언의 상부에 설치되는 편심질량을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 통신기기의 진동모터.
3. 제1항에 있어서, 상기 회전자는 부분적으로 두깨가 다른 영구자석과 상기 영구자석과 반대형상으로 부분적으로 두깨가 다른 백아이언으로 구성되어, 영구자석과 백아이언의 비중차이에 의하여 진동이 발생하는 것을 특징으로 하는 휴대용 통신기기의 진동모터.
4. 제1항에 있어서, 상기 회전자는, 부분적으로 두께가 상이한 영구자석과, 상기 영구자석의 두께가 얇은 부분에 채워지는 편심질량과, 그 상부에 고정되는 백아이언으로 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 통신기기의 진동모터.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 휴대용 통신기기의 직류전압을 정현파의 교류전원으로 변환하는 변환장치를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 통신기기의 진동모터.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 휴대용 통신기기의 직류전압을 구형파의 교류전원으로 변환하는 변환장치를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 통신기기의 진동모터.
7. 제5항에 있어서, 상기 변환장치에서 발생하는 교류전원의 주파수를 저주파에서 고주파로 연속적으로 증가시키는 주파수 변환장치를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 통신기기의 진동모터.
8. 제6항에 있어서, 상기 변환장치에서 발생하는 교류전원의 주파수를 저주파에서 고주파로 단계적으로 증가시키는 주파수 변환장치를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 통신기기의 진동모터.