KR100593164B1 - 편평형 진동 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 편평형 진동 모터에 관한 것으로서, 하부 기판이 마련된 하부 케이스와, 상기 하부 케이스와 체결되는 상부 케이스와, 상기 하부 케이스 위에 마련되는 8극의 마그네트와, 상기 하부 케이스와 상기 상부 케이스 간에 지지되는 샤프트와, 상기 샤프트에 편심되게 지지되어 회전 가능하게 결합되는 회전자와, 상기 회전자 위에 한쌍의 코일이 각각의 중심을 기준으로 기계각으로 158 ~ 162도로 벌여져 고정되며, 상기 회전자의 아랫면에 형성되며 12개의 세그먼트로 형성되는 정류자 및 하단은 상기 하부 기판에 부착되고 상단은 상기 정류자의 세그먼트에 접촉되게 기계각으로 135도의 간격으로 마련되는 한 쌍의 브러시를 포함한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 토크 리플이 감소된 진동 모터를 제공할 수 있으며, 또한 상기 회전자에 형성되는 한 쌍의 코일 사이의 간격을 넓힐 수 있으므로 보다 큰 중량추를 사용할 수 있어 진동량을 증가시킬 수 있다.

진동 모터

Description

편평형 진동 모터{ FLAT TYPE VIBRATION MOTOR }

도 1은 종래의 편평형 진동모터에 사용되는 회전자(rotor)의 구조를 나타내는 평면도

도 2는 종래의 편평형 진동 모터의 고정자(stator)의 구조를 나타낸 평면도.

도 3은 종래의 편평형 진동 모터의 토크 리플값을 나타낸 그래프.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 편평형 진동모터의 분해 사시도.

도 5는 본 발명에 따른 편평형 진동 모터에 사용되는 회전자를 위에서 바라본 평면도.

도 6은 본 발명에 따른 편평형 진동 모터에 사용되는 회전자를 아래에서 바라본 저면도.

도 7은 본 발명에 따른 코일과 정류자의 세그먼트 사이의 접속관계를 나타낸 등가회로도.

도 8은 본 발명에 따른 편평형 진동 모터에서 브러시 접점부와 마그네트와의배열관계를 나타낸 도면.

도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 편평형 진동 모터의 동작 원리를 설명하기 위한 도면.

도 10a 내지 도 10c는 본 발명에 따른 편평형 진동모터에서 코일의 각 상에 인가되는 전류, 역기전력, 및 토크의 파형을 나타낸 그래프.

도 11은 본 발명에 따른 코일의 각 중심과 회전자의 축이 이루는 각도의 변화에 따른 토크 리플값을 나타낸 그래프.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 사용되는 비등각의 기계각을 갖는 정류자를 나타낸 도면.

도 13a 내지 도 13c는 비등각의 정류자 세그먼트를 이용한 편평형 진동 모터의 각 상에 인가되는 전류, 역기전력 및 토크의 파형을 나타낸 그래프.

< 도면의 주요 부분에 대한 설명 >

111: 상부 케이스 112: 하부 케이스

113: 하부 기판 114: 샤프트

115: 브러시 120: 마그네트

130: 회전자 131: 제 1코일

132: 제 2코일 133: 무게추

134: 베어링 135: 사출물

140: 상부 기판 150: 정류자

본 발명은 진동 모터에 관한 것으로, 상세히는 편평형 진동 모터에 관한 것이다.

편평형 진동 모터는 이동통신 단말기 등의 개인 정보 통신 기기에서 사일런트 콜(silent call)을 위한 진동기능을 구현하는데 적용되고 있다.

이러한, 편평형 진동 모터는 이동통신 단말기의 진동 수단으로 사용되면서 그 수요가 증가되고 있는 추세에 있으며, 특히 이동통신 단말기의 소형화 및 경량화를 지향함에 따라 이에 탑재되는 진동 모터 역시 컴팩트화 되면서 상대적으로 진동 발생 크기는 큰 것이 요구되고 있다.

편평형 진동모터는 샤프트에 편심되게 결합된 회전자의 형상 자체와 상기 회전자의 상면에 형성된 무게추에 의하여 진동을 발생하게 된다.

도 1은 종래의 편평형 진동 모터에 사용되는 회전자(rotor)의 구조를 나타내는 평면도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 편평형 진동 모터의 회전자(10)의 상면에는 제 1 및 제 2 코일(11,12)이 소정 거리 이격되어 형성되고, 상기 제 1코일(11)과 제 2코일(12)의 사이에는 편심 진동을 유발하는 무게추(13)가 형성된다. 상기 제 1 및 제 2코일(11,12)의 각 중심과 상기 회전자(10)의 축(14)은 120도를 이루고 있다.

또한, 상기 종래의 편평형 진동 모터의 고정자(stator)의 구조를 나타낸 평면도인 도 2를 참조하면, 상기 고정자(20)는 N극과 S극이 교번되어 착자되는 4극의 마그네크(21)와, 상기 회전자(10)의 저면에 형성된 정류자(미도시)와 접촉되어 외부로부터의 전원을 공급하는 브러시(22)를 포함한다. 여기서, 상기 브러시(22)는 기계각으로 90도의 간격으로 마련된다.

상기 편평형 진동 모터의 토크 리플값을 나타낸 그래프인 도 3을 참조하면, 종래의 편평형 진동 모터는 약 56.7%의 토크 리플값을 나타내고 있다.

상기한 바와 같이 최근의 이동통신 단말기의 소형화, 경량화 경향에 비추어 상기 이동통신 단말기에 장착되는 진동모터의 크기가 점점 축소되고 있는바, 종래의 편평형 진동 모터에 비하여 더 큰 진동량을 갖고, 기동 전압의 감소를 위하여 보다 작은 토크 리플값을 갖는 진동 모터를 필요로 하고 있는 실정이다.

그러나, 종래의 진동 모터에서 단순히 각 코일 중심과 회전자의 축이 이루는 각을 넓히고, 코일 사이에 형성되는 무게추를 늘리는 것만으로는 진동 모터가 원활히 동작하지 않으며, 종래의 진동 모터에 비하여 더 큰 무게추를 사용하기 위해서는 진동 모터의 회전자에 형성되는 정류자의 구조와, 고정자에 형성되는 마그네트 및 브러시의 각도를 조절한 새로운 형태의 진동 모터가 제안될 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 토크 리플을 감소시키고, 이로 인해 편평형 진동모터의 기동전압을 감소시키는데에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 편평형 진동모터의 진동량을 증가시키는데에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 편평형 진동 모터는, 상호 결합되는 상,하부 케이스와; 상기 상,하부 케이스 사이에 지지되는 샤프트와; 상기 하부 케이스에 제공되는 8극의 마그네트와; 상기 샤프트에 편심되게 지지되어 회전 가능하게 결합되는 회전자와; 상기 회전자에 형성된 정류자에 전압을 제공하는 기계각으로 135도로 벌어져 형성되는 한 쌍의 브러시를 포함하고, 상기 회전자는 저면에 제공되는 상부 기판과; 상기 회전자의 상면에 각각의 중심을 기준으로 158~162도로 벌여져 상기 회전자의 상면에 고정되는 2개의 코일과; 상기 2개의 코일 사이에 제공되는 무게추와; 상기 회전자의 저면에 마련되고 12개의 세그먼트로 구성되는 정류자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 편평형 진동모터의 분해 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 편평형 진동모터는 상호결합되는 상부 케이스(111) 및 하부 케이스(112)를 포함한다.

또한, 상기 하부 케이스(112)에는 하부 기판(113)이 부착되고, 하부 케이스(112)의 중앙에는 상기 하부 기판(113)을 관통하는 형태로 샤프트(114)가 형성된다.

그리고, 상기 하부 기판(113)에는 브러시(115)의 하단부가 접속된다. 상기 브러시(115)는 하단은 상기 하부 기판(113)에, 상단은 회전자(130)의 저면에 형성된 정류자와 접촉되어 외부전원으로부터 인가되는 전원을 공급한다.

상기 하부 기판(113)의 테두리부에는 고정자의 기능을 하는 링 형상의 마그네트(120)가 고정된다. 여기서, 상기 마그네트(120)는 8개의 N극과 S극이 교번되어 착자된다.

상기 샤프트(114)에는 반원판형의 회전자(130)가 회전가능하게 결합되고, 상기 회전자(130)의 상면에는 권선된 제 1코일(131) 및 제 2코일(132)이 각 코일의 중심과 상기 회전자(130)의 축이 이루는 각도가 158 ~ 162도를 이루도록 설치된다.

상기 제 1 및 제 2코일(131,132)의 사이에는 무게추(133)가 설치된다. 편평형 진동모터는 상기 회전자(130)의 형상과 상기 무게추(133)에 의하여 상기 회전자(130)의 회전에 따라 진동을 발생하게 된다. 여기서, 상기 무게추(133)의 크기가 커질수록 발생되는 진동량도 증가된다.

또한, 상기 회전자(130)의 회전축에는 샤프트(114)와의 결합하여 원활한 회전이 이루어지도록 하기 위한 베어링(134)이 제공되고, 회전자(130)의 나머지 공간은 절연성의 수지로 이루어진 사출물(135)로 형성된다.

도 5는 본 발명에 따른 편평형 진동 모터에 사용되는 회전자(130)를 위에서 바라본 평면도이고, 도 6은 회전자(130)를 아래에서 바라본 저면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제 1코일(131)과 제 2코일(132)은 각 코일의 중심과 상기 회전자의 회전축이 이루는 각도가 158 ~ 162도를 이루기 때문에, 상기 제 1코일 및 제 2코일(131,132)의 사이에 형성되는 무게추(133)의 크기를 증가시킬 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 회전자(130)의 저면에는 상부 기판(140)이 제공되고, 상기 상부 기판(140)에는 상기 제 1 및 제 2코일(131,132)과 접속된 정류자(150)가 인쇄되어있다.

상기 정류자(150)는 각각 30도의 등각을 이루면서 연속적으로 배치된 12개의 세그먼트로 형성된다.

상기 정류자(150)의 각 세그먼트는 회전자(130)의 회전축을 중심으로 원형을 이루며, 상기 브러시(115)의 상단과 접촉되어 외부 전원으로부터 인가되는 전원을 세그먼트와 연결된 상기 제 1 코일(131) 및/또는 제 2코일(132)에 제공하게 된다.

또한, 상기 정류자(150)의 12개의 세그먼트는 상기 상부 기판(140)에 인쇄된 전기적 배선을 통해 (1,4,7,10)번 세그먼트 사이, (2,5,8,11)번 세그먼트 사이, (3,6,9,12)번 세그먼트 사이가 상호 연결되도록 설치된다.

또한, 상기 제 1코일(131)은 상기 정류자(150)의 세그먼트 중 4번과 8번 세그먼트와 연결되고, 제 2코일(132)는 상기 정류자(150)의 세그먼트 중 2번과 12번 세그먼트와 연결된다.

따라서, 상기 세그먼트들의 상호 접속 관계와, 상기 제 1및 제 2코일(131,132)와 상기 세그먼트간의 연결관계를 고려하면, 제 1 및 제 2코일(131,132)과 정류자의 각 세그먼트는 도 7에 도시된 바와 같은 등가회로의 접속 상태를 갖게 된다.

도 8은 본 발명에 따른 편평형 진동 모터에서 브러시 접점부와 마그네트와의배열관계를 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 브러시(115)는 정류자(150)의 세그먼트와 접촉되게 기계각으로 135도의 간격으로 마련된다. 또한, 상기 브러시(115)와 정류자(150)의 세그먼트가 접촉되는 브러시 접점부는, 도시된 바와 같이 상기 마그네트(120)의 어느 한 극의 중심선 상에 위치되도록 설치된다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 편평형 진동 모터의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 9a에는 브러시(115)와 정류자(150)의 접촉에 의하여, 상기 정류자(150)의 4번 세그먼트에 (+)전압이 인가되고, 8번 세그먼트에 (-)전압이 인가되는 경우를 나타내고 있다. 이러한 경우, 브러시 (+)전극 - 4번 세그먼트 - 제 1코일 - 8번 세그먼트 - 브러시 (-)전극의 폐회로가 형성됨에 따라, 상기 제 1코일(131)에 자속이 발생된다. 상기 제 1코일(131)에 발생된 자속은 상기 마그네트(120)의 자속과의 상호 작용에 의하여 상기 회전자(130)에 회전력을 발생시킨다.

도 9a의 상태에서 회전자(130)가 회전하게 되면, 상기 브러시(115)와 정류자(150)의 세그먼트가 접촉되는 위치가 도 9b와 같이 변하게 된다. 즉, 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 정류자(150)의 3번 세그먼트에 (+)전압이 인가되고, 7번 세그먼트에 (-)전압이 인가된다.

이때, 도 7에 도시된 정류자의 각 세그먼트 사이의 연결관계를 고려하면, 3번 세그먼트에 (+)전압이 인가됨으로써, 3번 세그먼트에 연결된 12번 세그먼트에도 (+)전압이 인가된다. 또한, 7번 세그먼트에 (-)전압이 인가됨으로써, 7번 세그먼트에 연결된 4번 세그먼트에도 (-)전압이 인가된다.

따라서, 도 9b에 도시된 바와 같은 브러시와 정류자 세그먼트의 접촉관계에서는 브러시 (+)전극 - 12번 세그먼트 - 제 2코일 - 2번 세그먼트 - 8번 세그먼트 - 제 1코일 - 4번 세그먼트 - 브러시 (-) 전극의 순으로 폐회로가 형성되어 제 1, 2코일(131,132)에 전류가 흐르게 되어 각각 자속이 발생된다. 상기 제 1,2코일에 발생된 자속과 상기 마그네트(120)의 자속사이의 상호 작용에 의하여 회전자(130)에 회전력이 인가된다.

이외에도, 상기 회전자(130)의 회전에 따라 상기 브러시(115)와 상기 정류자(150)의 각 세그먼트와의 접점 위치가 변화됨에 따른 그 동작 특성은 당업자라면 누구나 예상할 수 있는바 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 편평형 진동 모터는 제 1,2 코일의 중심 사이의 개각을 158~162도로 넓힐 수 있게 되어, 상기 제 1,2코일의 사이에 형성되는 무게추를 증가시킬 수 있게 되어 진동량을 상당히 많이 증가시킬 수 있게 된다.

도 10a는 제 1코일에 인가되는 전류, 역기전력의 파형을 나타낸 그래프이고, 도 10b는 제 2코일에 인가되는 전류, 역기전력의 파형을 나타낸 그래프이고, 도 10c는 코일에 인가되는 토크의 파형을 나타낸 그래프이다.

도 10a 내지 도 10c는 제 1,2코일의 각 중심과 회전자의 축이 이루는 각도가 160도인 경우로서, 도 10c를 참조하면 이 경우 토크 리플값이 34%으로 종래의 토크 리플값에 비하여 줄어든 것을 확인할 수 있다.

또한, 제 1,2 코일의 각 중심과 회전자의 축이 이루는 각도의 변화에 따른 토크 리플값을 나타낸 도 11을 참조하면, 제 1,2 코일의 각 중심과 회전자의 축이 이루는 각도가 158~162도인 경우 종래의 토크 리플값인 56.7%보다 개선된 토크 리플값을 갖게 된다. 이때, 상기 도 10c에서 언급한 바와 같이, 제 1,2코일의 중심과 회전자의 축이 이루는 각도가 160도인 경우에 34%인 최소 토크 리플값을 나타낸다.

더욱 바람직하게는, 토크 리플값을 약 40% 이하로 낮추기 위해서 상기 제 1,2코일의 각 중심과 회전자의 축이 이루는 각도가 158 ~ 162도가 되도록 할 수 있 다.

따라서, 본 발명에 따른 편평형 진동모터에서는 토크 리플값의 감소로 인하여 더 적은 기동전압으로 진동모터의 구동이 가능하게 되어 전력 소모가 감소되는 이점이 있다.

한편, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 사용되는 비등각의 기계각을 갖는 정류자를 나타낸 도면이다.

도 12에 도시된 바와 같이, (2,5,8,11)번 세그먼트의 각도가 나머지 정류자의 각도보다 더 크게 형성된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 편평형 진동모터는 도 12에 도시된 바와 같은 비등각의 정류자 세그먼트를 갖는 회전자 이외에 다른 구성요소는 상기 편평형 진동모터와 동일하다.

본 발명에 따른 편평형 진동모터에서 135도의 기계각을 갖는 브러시(115)와 정류자(150)의 세그먼트가 접촉되는 경우의 수는 도 9a 및 도 9b에 도시된 상기 브러시(115)가 (4,8)번 세그먼트 사이, 또는 (3,7)번 세그먼트 사이에 연결되는 경우 이외에, (2,6)번 세그먼트 사이, (1,5)번 세그먼트 사이, (12, 4)번 세그먼트 사이, (11,3)번 세그먼트 사이, (10,2)번 세그먼트 사이, (9,1)번 세그먼트 사이, (8,12)번 세그먼트 사이, (7,11)번 세그먼트 사이, (6,10)번 세그먼트 사이, 및 (5,9)번 세그먼트 사이에 연결되는 총 12가지가 있다.

도 7에 도시된 각 코일과 정류자 세그먼트 사이의 연결관계를 고려하면, 브러시(115)가 (3,7)번 세그먼트 사이, (12,4)번 세그먼트 사이, (9,1)번 세그먼트 사이, (6,10)번 세그먼트 사이에 연결되는 경우 제 1,2 코일 모두에 전류가 흐르는 2상 온(ON)상태가 된다.

이러한 2상 구간에서는 코일의 등가 임피던스가 1상 구간의 2배가 되므로 1/2배에 해당하는 적은 전류가 흐르게 되고, 이로 인해서 토크가 적게 발생된다.

그러므로, 상기한 바와 같이, 비등각의 정류자 세그먼트, 특히 2상 구간에 해당되는 정류자 세그먼트의 기계각을 감소시킨 비등각의 정류자 세그먼트를 사용함으로써, 진동 모터의 한 주기내에서 1상만이 온(ON)되는 시간을 증가시키고, 이로 인해서 더 많은 토크를 발생시킬 수 있다.

따라사, 비등각의 정류자 세그먼트를 사용한다면 토크량의 증가로 인해, 진동모터에서 발생하는 진동량도 증가시킬 수 있다.

도 13a 내지 도 13c는 비등각의 정류자 세그먼트를 이용한 편평형 진동 모터의 각 상에 인가되는 전류, 역기전력 및 토크의 파형을 도시한 것이다.

도 13c를 참조하면, 정류자의 세그먼트의 각도가 비등각인 경우, 토크 리플값은 33.1%로서, 토크 리플값이 더욱 개선되는 것을 확인할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 진동모터는 2개의 코일과 12개의 세그먼트로 이루어진 정류자를 이용하여 각 코일의 중심과 회전자의 축이 이루는 각도를 158~162도로 넓힘으로써, 코일 사이에 형성되는 무게추를 증가시켜 보다 큰 진동량을 갖는 편평형 진동모터를 제공할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 편평형 진동모터는 토크 리플을 감소됨으로 인해 기동전압도 감소된다.

본 발명에 따른 편평형 진동모터에 의하면, 2개의 코일의 중심과 회전자의 축이 이루는 각도를 넓힘으로써, 그 사이에 형성되는 무게추의 크기를 증가시킬 수 있게 되어, 보다 큰 진동량을 갖는 편평형 진동모터를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 토크리플의 감소로 인해서 기동전압이 감소되어 제품불량을 줄여 원가 절감을 이룰 수 있는 편평형 진동모터를 제공할 수 있다.

Claims (8)

1. 상호 결합되는 상,하부 케이스와; 상기 상,하부 케이스 사이에 지지되는 샤프트와; 상기 하부 케이스에 제공되는 8극의 마그네트와; 상기 샤프트에 편심되게 지지되어 회전 가능하게 결합되는 회전자와; 상기 회전자에 형성된 정류자에 전압을 제공하는 기계각으로 135도로 벌어져 형성되는 한 쌍의 브러시를 포함하고,

   상기 회전자는 저면에 제공되는 상부 기판과; 상기 회전자의 상면에 각각의 중심을 기준으로 158~162도로 벌여져 상기 회전자의 상면에 고정되는 2개의 코일과; 상기 2개의 코일 사이에 제공되는 무게추와; 상기 회전자의 저면에 마련되고 12개의 세그먼트로 구성되는 정류자를 포함하는 것을 특징으로 하는 편평형 진동 모터.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 정류자의 12개의 세그먼트는 1,4,7,10번 세그먼트 사이, 2,5,8,11번 세그먼트 사이, 3,6,9,12번 세그먼트 사이가 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 편평형 진동 모터.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 정류자와 코일의 결선은, 제 1코일의 일단은 4번 세그먼트에, 타단은 8번 세그먼트에 연결되고, 제 2코일의 일단은 2번 세그먼트에, 타단은 12번 세그먼 트에 연결되는 것을 특징으로 하는 편평형 진동 모터.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 브러시와 상기 정류자와의 접점부는 상기 마그네트의 어느 한 극의 중심선 상에 위치되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 편평형 진동 모터.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 코일의 각 중심과 회전축이 이루는 각도는 160도인 것을 특징으로 하는 편평형 진동 모터.
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,

   상기 정류자를 구성하는 12개의 세그먼트는 등각인 것을 특징으로 하는 편평형 진동 모터.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 정류자를 구성하는 12개의 세그먼트는 비등각인 것을 특징으로 하는 편 평형 진동 모터.

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