KR101768988B1 - 브러시리스 직류 진동 모터 - Google Patents

브러시리스 직류 진동 모터 Download PDF

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Abstract

브러시리스 직류 진동 모터가 제공된다. 회전자에 배치된 편심추를 백 요크와 영구 자석의 사이에 배치 고정함으로써 편심추의 상하 양면이 견고하게 고정된다. 편심추의 중량을 영구자석 상측의 면적만큼 키울 수 있어 진동량을 높게 하는 데 유리하다. 베어링 결합부의 상단과 하단에 베어링의 이탈을 방지하는 걸림턱이 마련된다.

Description

브러시리스 직류 진동 모터 {Brushless Direct Current Vibrational Motor}
본 발명은 진동 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 휴대폰, 휴대용 게임기, 이어폰, 웨어러블 디바이스 등과 같은 소형 전자기기에 적용하기 적합한 소형의 브러시리스 직류(Brushless Direct Current: BLDC) 진동 모터에 관한 것이다.
최근 스마트폰 시장은 사용자의 편의성을 위하여 생활에 필요한 여러 가지 기능들이 지속적으로 추가되어 가고 있다. 그런 기능들을 갖는 부품들을 한정된 공간 내에 설치하기 위해서는 그 부품들의 소형화가 필요하다. 휴대폰, 페이저 등과 같은 이동통신 단말기는 진동 모터를 신호의 착신을 사용자에게 알리기 위한 수단으로 채용하고 있다. 진동이 필요한 다양한 분야에 이용되고 있다. 예컨대 진동 모터는 게임의 실감 효과를 높이기 위해 전자오락기 등에도 채용되고, 최근에는 목에 착용하는 이어폰, 각종 웨어러블 전자기기 등에 사용자 알림기능을 제공하는 수단으로서 채용되기도 한다. 이러한 다양한 전자기기들은 일반적으로 소형화가 주요한 이슈 중 하나가 되고 있는데, 이들에 채용되는 진동 모터도 소형화 요구는 꾸준히 제기되고 있다.
진동수단의 대표적 예인 진동 모터는 전자기적 힘의 발생 원리를 이용하여 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환함으로써 진동을 발생시킨다. 도 1과 2는 대한민국 특허등록 제10-1406207호에 의해 제안된 BLDC 진동 모터(10)의 분해사시도와 단면도이다.
BLDC 진동 모터(10)는 구동되는 동안 고속으로 회전하는 회전자(Rotor)(40)와, 스스로는 회전하지 않으면서 이 회전자(40)의 회전을 지지해주는 고정자(Stator)(50), 그리고 이들을 수납하는 케이스(12, 36)를 갖는다.
케이스는 하부 케이스로 제공되는 대략 원판형의 브라켓(36)의 상부를 상부 케이스(12)가 덮으면서 결합하여 내부에 회전자(40)와 고정자(50)를 수납할 수 있는 공간을 제공한다. 브라켓(36)의 중심부에는 고정자(50)의 샤프트(26)가 수직방향으로 압입되는 샤프트 결합공이 형성된 샤프트 고정부(38)와, 이의 주위에는 코깅 플레이트(Cogging Plate, 34)들이 압입 결합될 수 있는 관통공(37)들이 마련된다.
회전자(40)는 백 요크(Back Yoke, 16)의 저면에 자석(22)이 부착되고, 그 자석(22)의 외측과 백 요크(16) 저면에 고비중의 편심추(weight)(20)가 부착되어 일체로 되고, 베어링(18)이 그 백 요크(16)의 가운데의 베어링 결합부(19)에 마련된 베어링 결합공(17)에 강제 압입된 구조를 갖는다. 이렇게 한 몸체로 조립된 회전자(40)는 고정자(50)에 회전 가능하게 결합된다.
고정자(50)는 인쇄회로기판(PCB, 32), 구동 IC(30), 코일(28), 샤프트(26), 그리고 코깅 플레이트(34)를 포함한다. 구체적으로, 자성체로 된 코깅플레이트(34)가 브라켓(36)에 마련된 관통공(37)에 삽입 설치된다. 코깅 플레이트(34)는 회전자(40)의 회전토크를 향상시킴과 동시에 회전자(40)의 초기 기동 시 성능을 향상시키기 위해 코깅 토크(Cogging Torque)를 발생하여 회전자(40)의 자석(22)과 상호 작용하여 회전자(40)가 일정한 위치에 정지되도록 해준다.
샤프트 관통공(39)이 가운데에 마련된 인쇄회로기판(32) 위에 전기력을 발생시키기 위한 1개 이상의 코일(28) 바람직하게는 2~4개의 코일(28)과 구동 IC(30)가 장착된다. 구동IC(30)는 홀센서(Hall sensor)를 가진다. 또한, 인쇄회로기판(32)은 브라켓(36)의 상면에 접착제나 접착테이프 등과 같은 접착수단으로 부착된다. 브라켓(36)에 접착된 인쇄회로기판(32)은 외부에서 전원을 연결하기 용이하도록 전극 단자(33)는 상부케이스(12) 외부까지 연장된다. 샤프트(26)가 그 인쇄회로기판(32)의 샤프트 관통공(39)을 관통하여 브라켓(36)의 중심부에 마련된 샤프트 고정부(38)의 샤프트 결합공에 삽입되어 고정된다. 이렇게 고정자(50)의 조립이 완성된다.
고정자(50)의 샤프트(26)에 회전자(40)의 베어링(18)이 외삽되어 회전자(40)가 고정자(50)에 회전 가능하게 결합된다. 또한, 와셔(24)가 샤프트(26)의 상부와 하부에 각각 끼워져 회전자(40)는 일정 높이 범위 이내에서만 회전하도록 강제된다.
내부의 고정자(50)와 회전자(40) 부품을 보호하기 위한 상부 케이스(12)가 브라켓(36)과 조립되고, 그 안에 고정자(50)와 회전자(40)가 조립된 상태로 수납된다. 이 때, 회전 시 상부 케이스(12) 내측에 슬라이딩 필름이나 와셔(14)를 끼워 마찰이음을 방지한다.
회전자(40)의 자석(22)은 그의 아래쪽 원형 면(즉, 코일(28)쪽 원형 면)을 따라 N극과 S극이 교대로 배치되어 그에 상응하는 자기장 분포가 형성된다. 진동 모터(10)의 구동 전원은 전극단(33)을 통해 인쇄회로기판(32)에 연결된다. 공급되는 구동 전원은 구동IC(30)를 통하여 내부에 설치된 코일(28)들에 전류가 공급된다. 이 때, 구동IC(30)에 내장된 홀센서가 생성하는 신호를 이용하여 해당 코일(28)에 전류가 공급된다. 전류가 흐르는 각 코일(28)은 자기장을 형성한다. 고정자(50)의 각 코일(28)이 형성하는 자기장과 회전자(40)의 자석(22)이 형성하는 자기장 간에는 인력과 척력이 동시에 발생되고, 이들 힘의 상호작용에 의해 회전자(40)가 고정자(50)의 샤프트(26)를 중심으로 회전하게 된다. 이때 회전자(50)는 편심추(20)에 의해 무게중심이 편심되어 있기 때문에, 떨면서 회전하게 된다. 이러한 편심 회전은 케이스(12, 36)에 전달되어 진동 모터(10) 전체가 진동을 하는 것으로 나타난다.
그런데, 이러한 종래의 BLDC 진동 모터(10)는 편심추(20)를 충분히 크게 만들기에는 구조적인 제약이 크고, 백 요크(16)에 대한 편심추(20)의 약한 결합력이 단점을 되고 있다.
편심추(20)가 자석(22)의 외측면과 상부케이스(12)의 측벽 사이의 공간 내에 배치되므로, 편심추(20)의 크기 또한 이 공간의 크기 내로 제한된다. 자석(22)의 반경을 줄이는 것은 회전력의 감소를 초래하므로 어렵다. 상부 케이스(12) 사이즈를 키우지 않는 한, 편심추(20)의 중량을 증가시켜 진동량을 향상시키는 데 한계가 있는 구조이다. 결국 편심추(20)를 크게 하려면 상부 케이스(12)의 사이즈를 키워야 하는데, 이는 BLDC 진동모터(10)를 사용하는 기기의 소형화 추세에 반한다.
또한, 편심추(20)가 회전자(50)의 일부로서 결합되어 있게 해주는 힘은 백 요크(16)와의 접합력이다. 편심추(20)의 상면이 백 요크(16)에 대한 접합면이다. 그런데 그 접합면(20)은 좁아 그들 간에 충분한 결합력을 얻는 데 한계가 있다. 고속 회전을 하는 편심추(20)에는 강한 원심력이 작용하는데, 지속적인 사용 과정에서도 그 원심력을 이겨내어 안정적인 접합 상태를 유지하려면 충분한 크기의 접합력이 요구된다. 진동 모터(10)가 장착된 전자기기의 낙하 시, 충격량에 의해 편심추(20)가 백 요크(16)로부터 쉽게 이탈되는 현상이 발생할 수 있다.
본 발명은 위와 같은 종래의 BLDC 진동 모터의 단점을 개선하기 위한 것으로서, 편심추 장착 구조를 개선하여 편심추의 중량을 증가시켜 종래에 비해 더 큰 진동량을 발생시킬 수 있는 BLDC 진동 모터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 또한 편심추가 중량 증가에도 불구하고 편심추가 백 요크와 더욱 안정적으로 결합하여 낙하충격에 의해 회전자 편심추가 이탈되는 것을 방지할 수 있는 BLDC 진동 모터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 무게중심이 편심된 회전자가 고정자에 회전가능하게 결합된 상태로 케이스 안에 수납되어, 상기 고정자가 형성하는 전자석의 자계와 상기 회전자의 영구 자석의 자계 간의 상호작용으로 생성되는 전자기력에 의해 상기 회전자가 회전하면서 진동을 발생시키는 브러시리스 진동 모터에 있어서, 상기 회전자는, 원호형 단차를 경계로 상단 요크부와 하단 요크부로 구분되는 원형의 수평 요크의 중심에 베어링 결합부가 마련된 구조의 백 요크; 상기 베어링 결합부의 관통공에 압입 결합되는 베어링; 상기 하단 요크부에 고정되고, N극과 S극이 교대로 배치된 링 형상의 영구 자석; 고비중 물질로 만들어지며, 상기 상단 요크부와 상기 영구 자석 사이에 샌드위치되어 상기 상단 요크부 및 상기 영구 자석과 각각 접합된 상판부와, 상기 상판부의 외측 단부에서 아래로 연장되어 상기 영구 자석의 측벽 일부를 포위하는 측벽부를 포함하는 구조로 된 편심추를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 진동 모터가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 백 요크는 상기 하단 요크부의 바깥쪽 가장자리에서 수직 절곡되어 아래쪽으로 연장된 하단 요크 측벽부를 포함하며, 상기 영구 자석은 상면 일부와 측면 일부가 상기 하단 요크부의 저면과 상기 하단 요크 측벽부에 각각 접합되어 지지되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 편심추의 상판부의 두께는 상기 단차의 높이와 동일하여, 상기 편심추의 상판부의 저면과 상기 하단 요크부의 저면이 동일 레벨을 이루는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 편심추의 상판부는 상기 수평 요크의 면적의 절반에 해당하는 상기 상단 요크부의 저면에 접합되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 베어링 결합부의 상기 관통공의 상단과 하단에는 원통형의 상기 베어링이 바깥으로 이탈하지 못하게 막아주는 원형의 상부 걸림턱 및 하부 걸림턱이 각각 마련된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 베어링의 상면의 테두리와 저면의 테두리에는 상기 상부 걸림턱 및 상기 하부 걸림턱에 각각 걸리는 상면 디컷부와 하면 디컷부가 각각 형성되어 있는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 원호형 단차는 상기 수평 요크의 제1 반원 영역 내에 상기 제1 반원 영역의 반지름의 1/4~3/4 지점의 원호를 따라 형성되는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 회전자에 배치된 편심추가 백 요크와 이 백 요크에 고정된 영구 자석의 사이에 배치되어 편심추의 상하 양면이 백 요크에 직, 간접적으로 견고하게 고정될 수 있다. 오랜 시간 진동 모터를 사용하더라도 편심추와 백 요크 간에 안정적인 결합상태를 유지할 수 있다. 또한, 진동모터가 장착된 스마트폰이 바닥에 떨어질 때는 스마트폰의 무게 때문에 큰 충격이 진동모터에 가해진다. 본 발명과 같은 편심추와 백 요크 간의 결합구조에 따른 큰 결합력은 그와 같은 강한 외부 충격이 가해지더라도 편심추가 백 요크로부터 이탈되지 않게 해준다.
또한, 편심추는 영구 자석의 외측면에 배치되는 부분 외에 백 요크와 영구 자석 상면 사이에 배치되는 부분을 더 가지므로, 종래에 비하여 편심추의 중량을 더 키울 수 있어서 진동 모터의 진동량을 더 크게 하는 데 유리하다. 종래기술에 비해 진동 모터의 지름의 크기는 증가시키지 않고 두께만 조금 늘어날 뿐이다. 늘어나는 두께에 있어서도, 그 추가되는 편심추 부분이 백 요크 면적의 거의 절반에 가까운 부분과 접촉하므로 작은 두께로도 원하는 충분한 크기의 중량 증가를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 BLDC 진동 모터의 분해사시도이고,
도 2는 종래의 BLDC 진동 모터의 단면도이며,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 BLDC 진동 모터의 분해사시도이며,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 BLDC 진동 모터의 조립된 상태의 단면도이고,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 BLDC 진동 모터가 케이스, 조립된 회전자 및 조립된 고정자로 분해된 상태와 이들의 조립된 상태를 각각 도시하는 사시도이며,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고정자의 조립 순서를 나타내고,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전자의 조립 순서를 나타내며,도 8부터 도 10까지는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브라켓에 코깅 플레이트를 장착하는 방법을 설명하는 도면이고,
도 11은 영구자석의 자계와 코일이 생성하는 자계 간의 상호작용에 의해 영구자석이 회전하게 되는 원리를 설명하는 도면이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 실시가 가능하도록 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 BLDC 진동 모터(100)의 구성부품들을 분해한 상태를 나타낸다. 도 4는 이들 구성부품들을 조립한 BLDC 진동 모터(100)의 단면도이다. BLDC 진동 모터(100)는 크게 고정자(190), 회전자(240), 그리고 이들 두 조립체(190, 240)를 내장하여 보호하는 케이스(110, 260)를 포함한다.
상부 케이스(260)는 원형의 캡 형상이며 저면이 개방된다. 상부 케이스(260)는 원형의 상면(262)과 그 상면(262)의 가장자리에서 수직으로 절곡된 원통형 측벽(264)을 포함한다.
브라켓(110)은 상부 케이스(260)의 저면을 덮어서 폐쇄하는 원판부(112)와 그 원판부(112)의 일측에서 수평방향으로 연장되는 돌출부(113)를 포함하여, 일종의 하부 케이스로서 제공된다.
브라켓(110)은 상부 케이스(260)의 개방된 저면을 덮으면서 상부 케이스(260)와 결합된다. 상부 케이스(260)는 브라켓(110)의 원판부(112)를 덮은 상태에서 예컨대 레이저 용접 또는 납땜 등의 방법으로 결합될 수 있다. 상부 케이스(260)의 측벽(264) 하단에는 적어도 하나의 걸림홈(266)이 형성되고, 이에 상응하여 브라켓(110)의 원판부(112)의 가장자리에는 적어도 하나의 걸림턱(114)이 형성된다. 걸림턱(114)이 걸림홈(266)과 맞물리도록 상부 케이스(260)가 브라켓(110)에 결합된 상태에서는 회전방향으로의 외력에 대하여 서로 간에 견고한 맞물림을 유지할 수 있다.
이렇게 결합된 상부 케이스(260)와 브라켓(110)에 의해 한정되는 내부의 코인형 수용공간에 후술하는 고정자와 회전자가 장착된다. 브라켓(110)의 원판부(112)의 중앙에는 샤프트 고정부(115)가 마련된다. 샤프트 고정부(115)는 위로 돌출된 원통형으로서, 그의 중앙에는 샤프트(130)가 압입 고정될 수 있는 샤프트 결합공(118)이 형성된다. 샤프트 고정부(115)를 중심으로 다수의 코깅 플레이트 안치홈(116)들이 방사상 배치를 이루도록 형성된다.
코깅 플레이트 안치홈(116)은 코깅 플레이트(120)를 장착하는 부위가 종래기술과 같은 관통공(37)의 형태가 아니라 바닥면이 코깅 플레이트(120)가 안치될 수 있는 깊이만큼 내려앉은 홈 형태로 형성된다. 코깅 플레이트 안치홈(116)의 깊이는 후술하는 코깅 플레이트(120)의 두께와 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 또한, 코깅 플레이트의 설치 작업을 간편하게 할 수 있도록, 다수의 코깅 플레이트 안치홈(116)들은 서로 연통되는 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 도면에는 6개의 코깅 플레이트 안치홈(116)들이 60도 간격으로 방사상 배치를 이루면서 샤프트 결합공(115)을 중심으로 서로 연결된 형태로 형성된 예가 도시되어 있다. 도면에는 코깅 플레이트 안치홈(116)이 6개로 도시되어 있으나 이는 예시적인 것에 불과하고 다른 개수로 형성될 수도 있다. 코깅 플레이트 안치홈(116)의 개수는 코깅 플레이트 조각(122)의 개수와 같다.
BLDC 진동 모터(100)는 케이스(110, 260) 내부에 고정되게 설치된 고정자(190)를 포함한다. 고정자(190)는 회전자(240)에 대한 회전축을 제공하고 또한, 외부 전원으로부터 공급받은 전력으로 전자석을 형성하여 회전자(240)의 영구자석(200)을 회전시킬 수 있는 전자기력을 만들어낸다.
고정자(190)는 코깅 플레이트(120), 샤프트(130), 인쇄회로기판(PCB, 150)과 이의 상면에 장착되는 캐패시터(160)와 구동 IC(170)와 복수 개의 코일들(180), 그리고 와셔(135)를 포함할 수 있다. 도면에는 2개의 공심 코일(180)이 샤프트(130)를 중심으로 서로 맞은편에 배치되어 서로 간에 180도 이격 배치된 경우가 도시되어 있다. 더 많은 수의 코일(180)이 설치될 수도 있다. 구동 IC(170)에는 자속이나 자계의 크기를 전기적인 신호로 변환시켜주는 자기 센서(magnetic sensor, 175)가 설치된다. 예컨대 홀 효과(Hall effect)를 이용하여 자계의 방향이나 강도를 측정할 수 있는 홀 소자(Hall element)가 자기 센서(175)로서 사용될 수 있다. 물론 다른 종류의 자기 센서가 사용될 수도 있다.
회전자(240)가 회전하는 동안에는 영구 자석(200)의 자극 위치가 고정자(190)를 기준으로 볼 때 변한다. 회전자(240)의 영구 자석(200)의 자극 위치에 대응하는 고정자(190)의 코일(180)이 여자되어야 영구 자석(200)과 코일(180)의 전자석 간에 상호작용하는 전자기력이 회전방향으로 유지되어 회전자(240)가 한쪽 방향으로 계속 회전할 수 있게 된다. 그런데 회전자(240)가 정지 중인 상태에서 고정자(190) 코일(180)의 자계 중심과 회전자(240)의 영구 자석(200)의 자계 중심이 일치하면, 진동 모터(100)의 시동 시 회전 토크가 미약하여 회전자(240)의 초기 기동이 이루어지지 않게 될 수 있다. 즉, 자석의 극을 감지하는 자기 센서(175)가 영구 자석(200)의 N극과 S극 사이의 중립 지역(Neutral Zone) 내에 위치할 경우 영구 자석(200)의 극을 감지할 수 없게 되어 회전자(240)의 불기동점이 발생한다.
회전자(240)가 불기동점에 위치하지 않도록 하기 위해, 코깅 토크(cogging torque, 또는 디텐트 토크(detent torque))를 발생시키는 코깅 플레이트(120)가 브라켓(110)에 제공된다.. 코깅 플레이트(120)는 영구 자석(200)의 중립지역이 자기 센서(175)와 겹치지 않도록 해준다.
코깅 토크 발생수단으로서 제공되는 코깅 플레이트(120)는 자성체로 만들어진다. 코깅 플레이트(120)는 코깅 플레이트 안치홈(116)의 짝 형상으로 만들어져, 그 코깅 플레이트 안치홈(120) 안에 압입 수납된다. 예컨대 도 3에 예시된 것처럼 6개의 코깅 플레이트 조각(122)들이 60도 간격의 방사상 배치를 이루면서 서로 연결되고, 그들의 중앙에는 샤프트 고정부(115)에 외삽되는 관통공(124)이 형성된다.
코깅 플레이트(120)의 두께는 코깅 플레이트 안치홈(116)의 깊이와 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 코깅 플레이트 안치홈(116)에 수납된 코깅 플레이트(120)와 그 주변의 브라켓(110)의 상면은 동일 레벨의 평편한 평면을 형성한다. 본 발명의 실시예에 따르면 코깅 플레이트(120)의 두께는 0.03mm~0.05mm의 범위 내에서 정해질 수 있다. 이 값보다 두께가 더 두꺼울 경우 진동 모터(100)의 초기 불기동이 발생할 수 있다. 반면에 두께가 위 값보다 더 얇을 경우, 진동 모터(100)의 초기 기동 시 회전자(240)의 반발력으로 인하여 회전자(240)가 위쪽으로 이탈되어 상부 케이스(260)와 부딪혀 소음을 발생시킨다.
코킹 플레이트(120)의 면적 또한 중요하다. 본 발명의 실시예에 따르면, 전체 코깅 플레이트(120)가 형성하는 원형 영역의 외경은 회전자(240)의 영구 자석(200)의 외경과 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 이에 의해, 코깅 플레이트(120)는 최대한 영구 자석(200)과 강한 인력을 형성할 수 있다.
코깅 플레이트(120)의 플레이트 조각(122)의 개수는 후술할 영구 자석(200)의 극수와 1 대 1로 대응되는 개수인 것이 바람직하다. 도시된 본 발명의 일 실시예는, 양방향 6극의 영구 자석(200)을 사용하여 코깅 플레이트(120)는 6개를 형성한 경우이다. 이렇게 하면, 코깅 플레이트(120)와 영구 자석(200) 상호간의 인력을 높여 진동 모터(100)의 초기 기동 시 회전자의 상승을 억제할 수 있다. 따라서 종래기술에 따른 진동 모터(10)에서 초기 기동 시 회전자의 상승에 의해 나타나는 이음을 방지하기 위해 설치된 슬라이딩 필름(14) 또는 와셔를 설치하지 않아도 된다. 코깅 플레이트 조각(122)은 경우에 따라 영구 자석(200)의 극수의 절반의 개수로 구성할 수도 있다.
샤프트(130)는 표면이 매끄러운 원기둥 형상이다. 그 하단부는 샤프트 고정부(115)에 압입되어 브라켓(110)에 고정 결합되고, 그 상단부는 상부 케이스(260)의 상면(262)의 내측 중심에 형성된 샤프트 홈(262) 안에 삽입되어 유동하지 않도록 지지된다.
PCB(150)는 브라켓(110)의 원판부(112)와 코깅 플레이트 조각(122)을 덮을 수 있는 모양으로 되고 가운데 부분에 관통공이 형성된 배선회로부(152)와, 이의 일측에서 수평방향으로 연장되어 외부 전원을 배선회로부(152)에 연결시켜주는 단자부(154)를 포함하여, 그 모양이 브라켓(110)과 대략 비슷하다. 배선회로부(152)에는 구동 IC(170)와, 그 구동 IC(170)를 과전압에서 보호하기 위한 캐패시터(160) 등과 같은 전기소자 들이 장착되고, 그리고 이들을 전기적으로 연결하는 배선들이 형성된다. 구동 IC(170)는 외부 전원을 입력받아 구동 전력을 생성하고 그 구동 전력의 코일(180)에 대한 공급을 제어하여 회전자(240)의 구동을 제어한다. PCB(150)는 플렉시블 PCB로 만들어질 수 있다.
또한, 복수 개의 코일(180)이 PCB(150) 상면에 영구 자석(200)과 마주보도록 장착되고, 구동 IC(170)에 연결되어 그로부터 구동 전원을 제공받을 수 있다.
PCB(150)는 접착제 또는 접착테이프 등과 같은 접착수단(140)을 매개로 하여 코깅 플레이트 조각(122)이 장착된 브라켓(110)의 상면에 접착 고정된다. 도 3은 양면테이프를 접착수단(140)으로 사용한 예를 도시하고 있다. 양면테이프(140)와 PCB(150)의 가운데에는 샤프트(130)가 관통할 수 있는 관통공(156, 142)이 마련된다.
링 모양의 와셔(135)가 샤프트(130)에 외삽되어 샤프트 고정부(115)의 상면에 얹혀 회전자(240)의 베어링(210)의 저면을 회전가능하게 지지한다. 샤프트 고정부(115)가 PCB(150)의 배선회로부(152)보다 더 높게 돌출되어, 와셔(135)가 배선회로부(152)와 직접 접촉되지 않는다. 샤프트 고정부(115)의 상면에 얹혀 있는 와셔(135)는 코일(180)이나 구동 IC(170) 등 고정자(190)의 다른 구성요소들보다 더 높게 돌출된 상태로 회전자(240)를 떠받쳐준다.
다음으로, BLDC 진동 모터(100)는 또한 케이스 내부에 회전 가능하게 고정자(190)에 결합되는 회전자(240)를 포함한다. 회전자(240)는 백 요크(230), 편심추(220), 베어링(210), 그리고 영구 자석(200)이 일체로 견고하게 결합된다.
도 3 및 4, 도 7의 (A)에 백 요크(230)의 구조가 도시되어 있다. 백 요크(230)는 회전자(240)의 맨 위쪽에 위치하면서 영구 자석(200)이 만드는 자속이 위쪽으로 누설되지 않도록 차단하고, 회전자(240)를 구성하는 부품들을 한 몸체가 되도록 결합시켜준다. 백 요크(230)는 누설 자속의 효과적인 차폐를 위하여 자성체로 만드는 것이 바람직하다.
백 요크(230)는 수직 방향으로 관통된 원통형의 베어링 결합부(232)와, 이 베어링 결합부(232)의 상단에 결합되어 수평 방향으로 연장된 수평 요크(233, 234)를 포함한다. 축 방향(수직 방향)에서 본 수평 요크(233, 234)의 모양은 대략 원형이다. 그 수평 요크(233, 234)의 한 쪽 반원 영역에는 소정의 원호를 따라 단차가 형성되어, 그 단차를 경계로 하여 상단 요크(233)와 하단 요크(234)로 구분된다. 그 단차는 해당 반원 영역의 반지름의 1/4 ~ 3/4 지점의 원호를 따라 형성될 수 있다. 그 원호는 반원형일 수 있다. 그 단차의 높이는 후술할 편심추(220)의 상판부(222)의 두께와 실질적으로 동일하게 할 수 있다.
하단 요크(234)는 그의 가장자리에서 아래쪽 축 방향으로 소정 길이 연장된 하단 요크 측벽부(235)를 더 포함할 수 있다(도 7의 (A) 참조). 하단 요크 측벽부(235)는 영구 자석(200)의 측면과 용접 등의 방법으로 접합되어, 영구 자석(200)을 백 요크(230)에 더욱 강하게 접합되도록 해준다(자세한 사항은 후술함). 하단 요크 측벽부(235)가 지나치게 짧으면 영구 자석(200)의 측면과의 결합력이 부족할 수 있고, 반대로 지나치게 길면 그 만큼 편심추(220)의 중량을 상쇄시켜 편심력을 약화시킨다. 그러므로 하단 요크 측벽부(235)는 영구 자석(200)의 측면의 1/4~3/4 정도를 덮을 수 있는 길이로 하는 것이 바람직하다.
베어링 결합부(232)의 가운데는 관통공(236)이 마련된다. 이 관통공(236)의 중심축은 샤프트(130)의 축방향과 나란하다. 베어링(210)은 원통형이다. 베어링(210)의 중앙에는 축 방향으로 관통공(212)이 형성되어 있다. 베어링(21)의 상면의 가장자리를 일주하면서 상면 디컷부(214)가 형성되고, 또한 하면의 가장자리를 일주하면서 하면 디컷부(216)가 형성된다. 베어링(210)은 베어링 결합부(232)의 관통공(236) 안에 압입되어 백 요크(230)와 일체로 회전할 수 있도록 결합된다.
베어링 결합부(232)에 압입된 베어링(210)이 수직방향으로 이탈되지 못하도록 하기 위해, 베어링 결합부(232)의 상단과 하단에는 상부 걸림턱(237)과 하부 걸림턱(238)이 각각 마련된다. 이 상부 걸림턱(237)은 예컨대 프레싱 가공을 통해 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 상부 걸림턱(237)은 원형을 이루어 상면 디컷부(214) 전체를 막아준다. 하부 걸림턱(238)은 베어링(210)을 베어링 결합부(232) 안으로 압입한 후 그 베어링 결합부(232)의 하단을 안쪽으로 컬링 가공을 하여 형성할 수 있다. 하부 걸림턱(238)도 원형을 이루면서 하면 디컷부(216) 전체를 막아준다. 베어링(210)의 상면 디컷부(214)는 상부 걸림턱(237)에 걸려 베어링(210)이 위쪽으로 이탈하지 못하게 된다. 또한, 하면 디컷부(216)는 하부 걸림턱(238)에 걸려 베어링(210)이 아래쪽으로 이탈하지 못하게 된다. 와셔(135)와 접촉되는 베어링(210)의 하면의 면적은 좁을수록 마찰 손실을 줄일 수 있어 유리한데, 하면 디컷부(216)는 이런 점에서도 도움을 준다.
편심추(220)는 베어링 결합부(232)의 측면 일부를 포위하면서 상단 요크부(233) 안쪽의 내측 저면에 접합되는 상판부(222)와, 이 상판부(222)의 가장자리에서 아래쪽으로 연장된 측벽부(224)를 포함한다. 편심추(220)는 예컨대 텅스텐 또는 이를 주원료로 하는 합금 등과 같은 고비중 물질로 제작하는 것이 바람직하다. 측벽부(224)는 원호 모양으로 굽은 각진 막대 형상일 수 있다. 상판부(222)와 상단 요크부(233) 간의 접합은 예컨대 알려진 여러 가지 용접기술이나 접착제 등을 이용하여 할 수 있다. 편심추(220)의 상판부(222)는 편심량을 최대화하기 위해 원형의 백 요크(230) 면적의 약 절반 정도와 접합되는 유사 말굽 모양으로 만들 수 있다. 즉, 반원띠형으로 된 상단 요크부(233)의 저면의 대부분을 덮도록 크게 만드는 것이 편심추(220)의 중량 및 상단 요크부(233)와의 접합력을 최대화하는 데 유리하다.
영구 자석(200)의 안정적인 설치를 위해, 상판부(222)의 저면과 하단 요크부(234)의 내측 저면은 실질적으로 동일한 레벨을 갖는 것이 바람직하다. 이에 맞도록 상판부(222)의 두께와 하단 요크부(234)의 단차, 하단 요크부(234)의 두께 등의 크기를 정할 필요가 있다.
영구 자석(200)은 링 형상이며 그 속에 복수의 N극과 S극이 교대로 배치되어 있다. 또한, 영구 자석(200)은 적어도 상면은 견고한 접합을 위해 평편한 평면인 것이 바람직하다. 영구 자석(200)의 인접하는 N극과 S극 사이에는 극성이 없는 중립지역(Neutral Zone)(205)이 존재한다(도 11 참조). 이 중립지역(205)의 폭은 대략 0.2~0.6mm의 범위 내에서 정해질 수 있다. 영구 자석(200)은 베어링 결합부(232)에 외삽되어 상면의 일부는 편심추(220)의 상판부(222) 저면과 접합되고 상면의 나머지 일부는 하단 요크부(234)의 내측 저면과 접합된다. 접합은 앞서 언급하였듯이 예컨대 알려진 용접 방법 또는 접착제를 이용한 본딩 방법 등으로 할 수 있다. 이에 의해 영구 자석(200)은 백 요크(230)와 강하게 접착될 수 있다.
또한, 영구 자석(200)의 외측면은 하단 요크 측벽부(235)와 접합된다. 이 접합은 영구 자석(200)과 백 요크부(230) 간의 접합력을 더욱 강화시켜준다. 편심추(220)의 측벽부(224)의 내측면과 영구 자석(200)의 외측면 간에도 예컨대 접착제와 같은 접착수단을 부가함으로써 그들 간의 접합력을 더욱 강화시킬 수도 있을 것이다.
본 발명에 따른 편심추(220)는 종래기술에 따른 편심추(20)에 비해 상판부(222)를 더 가지므로 그만큼 더 무겁게 만들 수 있어 편심 진동량을 더 크게 할 수 있다. 뿐만 아니라, 영구 자석(200)의 상면뿐만 아니라 측면까지도 백 요크(230)에 직접 또는 간접적으로 접합되게 하는 구조이어서 영구 자석(200)의 백 요크(230)에 대한 결합력을 더욱 강하게 할 수 있다. 이는 또한 편심추(220)의 백 요크(230)에 대한 결합력을 강화시켜준다.
또한, 종래기술에 따른 편심추(20)는 상면만이 백 요크(16)와 접합되고 그 상면의 면적 또한 상대적으로 좁다. 이에 비해, 본 발명에 따르면 편심추(220)의 상판부(222)는 상단 요크부(233)와 넓은 면적에서 접합되고, 또한 그 상판부(222)는 상단 백 요크(230)와 영구 자석(200)(백 요크(230)에 강하게 결합됨) 사이에서 샌드위치 되어 양면이 접합된다. 따라서 본 발명에 따른 편심추(220)는 종래기술에 비해 훨씬 강한 힘으로 백 요크(230)에 접합될 수 있어, 외부의 큰 충격에도 이탈되지 않고 안정적인 결합 상태를 유지할 수 있다.
도 5는 조립된 회전자(240)와 조립된 고정자(190)가 케이스(260, 110)에 수납되어 조립되기 전과 조립된 후의 상태를 각각 도시한다. 위에서 설명한 것처럼, 편심추(220)와 영구 자석(200) 그리고 베어링(210)이 백 요크(230)에 견고히 결합되어 한 몸체를 이루되 편심추(220) 쪽이 상대적으로 더 무거워 편심된 회전 중심을 갖는 회전자(240)를 구성한다. 회전자(240)의 베어링(210)은 관통공(236)을 통해 고정자(190)의 샤프트(130)에 회전가능하게 외삽된다. 베어링(210)의 저면은 와셔(135) 위에 얹힌다. 와셔(135)와 베어링(210)은 회전 운동 시 마찰손실이 최소화 될 수 있도록 매우 매끄러운 표면을 갖는다. 코일(180)에서 형성되는 전자석의 자극과 영구 자석(200)의 자극 간의 상호작용에 의해 회전자(240)가 한쪽 방향으로 회전하게 하는 전자기력이 생성되고, 이에 의해 회전자(240)가 회전한다. 회전자(240)는 샤프트(130)를 회전축으로 삼아 회전할 때 중심이 편심되어 있으므로 진동을 수반한 회전을 하게 된다.
도 6은 브라켓(110)에 고정자(190)를 조립하는 순서를 나타낸다. 도 7은 회전자(240)의 구성 요소들을 조립하는 순서를 나타낸다. 도 8 내지 도 10은 브라켓(110)에 코깅 플레이트(120)를 조립하기 위한 순서와 가공방법을 좀 더 구체적으로 보여준다.
고정자(190)를 조립하기 위해 먼저, 브라켓(110)과 코깅 플레이트(120)를 준비한다. 고정자(190)의 제조를 위해, 내부 부품 보호 및 샤프트(130), 코깅 플레이트(120)의 고정에 필요한 브라켓(110)을 만든다.
종래기술에 따른 브라켓(36)은 중심에 샤프트 고정부(38)가 형성되고 그 샤프트 고정부(38)의 중심에는 수직방향으로 샤프트(26)가 고정될 수 있도록 샤프트 결합공이 형성된다. 또한 샤프트 고정부(38)를 중심으로 브라켓(36)의 원판부에는 코깅 플레이트(34)를 조립할 수 있도록 플레이트 관통공(37)이 형성된다. 이렇게 하면 코깅 플레이트(34)를 브라켓(36)에 별도로 조립하여야 하는 번거로움이 발생되어 원가가 상승될 수밖에 없다. 또한 브라켓(36)에 관통공(37)을 형성하다 보니 자연적으로 브라켓(36)의 지지력이 약해진다. 외부 충격이 가해지면 브라켓(36)이 변형되어 내부 부품의 파손 및 변형이 잘 생기고, 코깅 플레이트(34)의 결합이 느슨해지거나 이탈이 발생되는 등의 손상이 발생한다. 또한 진동 모터(10)의 정지 속도도 느려져서 반응속도를 중요시 하는 스마트 터치폰에 적용하는 되는 데 약점으로 된다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여, 본 발명의 실시예는 브라켓(110)에 코깅 플레이트 안치홈(116)을 형성하고 거기에 코깅 플레이트(120)를 장착한다. 도 8 내지 11은 이러한 과정을 도식적으로 나타낸다.
브라켓(110)을 제조함에 있어, 우선 코깅 플레이트(120)의 두께보다 대략 2배 정도 더 두꺼운 재료, 예컨대 비자성체 SUS304 연질 계열의 판재를 사용하여 브라켓(110)을 만든다. 재료 판재를 예컨대 프레스로 브라켓(110) 모양으로 절단하고 샤프트 결합공(118)이 형성된 샤프트 고정부(115)를 가공한다.
브라켓(110)의 코깅 플레이트 안치홈(116)은 프레스를 이용한 단조 가공을 통해 만들 수 있다. 코깅 플레이트(120)도 재료 판재를 프레스로 절단 가공하여 만들 수 있다. 이렇게 하여 만들어진 코깅 플레이트 안치홈(116) 안에 코깅 플레이트(120)를 삽입한다(도 8 참조).
브라켓(110)에 대한 코깅 플레이트(120)의 결합은 복합금형 방식을 적용할 수 있다. 즉, 두 개의 금형으로 동시에 브라켓(110)과 코깅 플레이트(120)를 타발하여 곧바로 결합할 수 있다. 이렇게 함으로써, 코깅 플레이트 설치비용이 절감된다. 또한 브라켓(110)의 지지력을 향상시키기 위하여, 브라켓(110)에 코깅 플레이트(120)가 설치될 수 있는 별도의 관통홀을 형성하지 않는다. 대신에, 브라켓(110)과 코깅 플레이트(120)의 재료 두께를 다르게 하고, 브라켓(110)을 만들기 위한 판재를 타발에 의해 단조 가공함으로써 코깅 플레이트 안치홈(116)을 형성하고, 그렇게 단조가공에 의해 얇아진 두께 부분만큼의 안치홈(116)에 코깅 플레이트(120)를 강제 조립되게 할 수 있다. 이 공정은 같은 프레스에서 2개의 금형으로 즉, 복합금형으로 작업이 이루어지므로 별도로 플레이트를 고정하지 않아도 됨으로 원가 절감 및 품질이 안정적이다.
코깅 플레이트(120)를 코깅 플레이트 안치홈(116) 안에 장착한 다음, 브라켓(110)의 코깅 플레이트 안치홈(116)의 측벽 상단에서 안치홈(116) 안쪽으로 돌출된 코깅 플레이트 이탈방지턱(119)을 형성한다. 그 코깅 플레이트 이탈방지턱(119)은 브라켓(110)의 상단부에 화살표 방향으로 압착력을 가하여 코깅 플레이트 안치홈(116)의 경계선 전체에 형성할 수 있다. 또한, 브라켓(110)의 샤프트 고정부(115)의 외경을 확장시켜(즉, r2 > r1이 되게 하여) 코깅 플레이트(120)의 관통공(124)의 내경과 강제적으로 밀착되도록 하여 코깅 플레이트(120)가 유동하지 못하도록 샤프트 고정부(115)에 견고하게 고정한다(도 9 참조).
이렇게 한 뒤, 브라켓(110)의 하단면과 상단면을 동시에 조금씩 압착시켜 하단면의 돌출 높이를 줄이면서 코깅 플레이트(120)가 브라켓(110)에 견고하게 밀착되게 한다. 또한, 코깅 플레이트(120)가 브라켓(110)의 코깅 플레이트 이탈방지턱(119)에 걸리게 하고, 코깅 플레이트(120)의 상단면(122)이 브라켓(110)의 상단면과 같은 레벨의 평면을 이루도록 한다(도 10 참조). 이에 의해 코깅 플레이트(120)는 더욱 더 강하게 브라켓(110)에 고정된다.
코깅 플레이트(120)와 브라켓(110)의 이러한 결합 구조에 의하면 다음과 같은 여러 가지 장점이 있다. 코깅 플레이트(120)는 여러 개의 플레이트가 일체형으로 구성되어 있으므로 한 번에 브라켓(110)에 간편하게 안치하여 고정할 수 있다. 이와 같은 방식으로 코깅 플레이트(120)와 브라켓(110)을 조립하면 구조적으로 매우 안정되어, 외부의 강한 충격에도 코깅 플레이트(120)가 브라켓(110)으로부터 이탈되지 않게 된다. 또한, 코깅 플레이트(120)의 전체 플레이트의 개수를 영구 자석(200)의 자극의 개수에 맞게 많이 포함시켜, 코깅 플레이트(120)의 영구 자석(200)에 대한 인력을 강화시킬 수 있는 구조로 되어 있다.
이렇게 제조된 코깅 플레이트(120)가 고정된 브라켓(110)의 샤프트 고정부(115)의 결합공(118)에 샤프트(130)를 강제로 압입하여 고정시킨다(도 6의 (B)와 (C) 참조).
브라켓(110)과 코깅 플레이트(120)의 상면에는 양면테이프(140)를 사용하여 PCB(150)를 고착시킨다(도 6의 (C)와 (D) 참조).
그 PCB(150) 위에 접착체를 사용하여 코일(180)을 부착하고 PCB(150)의 배선회로부(152)의 배선과 납땜을 한다(도 6의 (E)와 (F) 참조). 이에 의해, 단자부(154)를 통해 인가되는 외부전원이 구동 IC(170)를 거쳐 코일(180)에 구동 전원으로 공급될 수 있다.
다음으로, 편심 회전자(240)의 조립 과정이 도 7에 도시되어 있다.
먼저 백 요크(230)를 앞서 설명한 것과 같은 구조를 갖도록 가공한다. 특히, 베어링(210)의 이탈을 막기 위해 베어링 결합부(232)의 상단에 상부 걸림턱(237)을 형성한다.
준비된 백 요크(230)에 편심추(220)를 결합한다. 편심추(220)는 상단 요크부(233)의 저면에 수납하여 예컨대 레이저 용접 등의 접합기술을 사용하여 고착시킨다(도 7의 (A) 및 (B) 참조).
그런 다음, 백 요크(230)의 베어링 결합부(232)에 마련된 결합공에 원통형 베어링(210)을 강제 압입하여 고정시킨다. 나아가, 베어링(210)의 압입 고정 후 외부 충격에도 베어링(210)의 이탈을 방지하기 위하여, 베어링 결합부(232)의 하단부는 컬링 가공을 하여 하부 걸림턱(238)을 형성한다. 상부 걸림턱(237)과 하부 걸림턱(238)은 베어링(230)이 위쪽으로나 아래쪽으로 이탈하지 못하게 막아준다 (도 7의 (B) 및(C) 참조).
베어링 압입 후, 영구 자석(200)을 편심추(220)와 하단 요크부(234)에 고착시킨다. 즉, 편심추 상판부(222)의 저면과, 하단 요크부(234)의 저면 및 측벽부(235)의 내면에 영구 자석(200)을 접합시킨다. 이들의 접합은 예컨대 용접이나 접착제를 사용한 접착 등의 방법으로 할 수 있다. (도 7의 (C) 및 (D) 참조) 위에 올려놓고 측벽부(235) 사이의 백 요크(230) 저면에 접합시킨다. 이로써 회전자(240)의 조립이 완성된다.
상기와 같이 완성된 고정자(190)와 회전자(240)는 도 5에 도시된 것처럼 고정자(190)의 샤프트(130)에 회전자(240)의 베어링(210)을 외삽하여 조립한다. 그러면 베어링(210)이 샤프트(130)에 회전 가능하게 결합되고, 베어링(210)의 저면은 고정자(190)의 와셔(135) 위에 얹힌 상태가 된다. 베어링(210)은 고정된 샤프트(130) 및 와셔(135)에 대하여 회전운동을 하므로, 마찰에 의한 운동 손실을 최소화하기 위해 이들 구성요소들은 마찰계수가 아주 낮은 매끄러운 표면을 가지는 것이 바람직하다. 끝으로, 고정자(190)와 회전자(240)의 조립체 위에 상부 케이스(260)를 씌우고 그 상부 케이스(260)와 브라켓(110)을 예컨대 레이저 용접으로 서로 결합시키면 진동 모터(100)의 조립이 완료된다(도 5 참조).
위에서 설명한 조립 순서는 예시적인 것이며, 필연적인 선후 관계가 아니라면 조립의 순서는 바꾸어도 무방하다.
브라켓(150)의 단자부(154)를 통해 외부 전원이 공급되면, 구동 IC(170)가 코일(180)에 구동전원을 공급한다. 이에 의해, 두 코일(180)은 자계를 형성하면서 전자석이 된다. 도 11에서, 샤프트 고정부(115)의 좌측 코일(180)과 우측 코일(180)의 상부 극성이 각각 S극과 N극이 되게 두 코일(180)에 전류를 흘리면, 영구 자석(200)은 도 11에 표시된 화살표 방향으로 힘을 받는다. 이에 의해 영구 자석(200)이 시계방향으로 회전하게 된다. 영구 자석(200)이 시계방향으로 60도 회전한 상태에서는, 샤프트 고정부(115)의 좌측 코일(180)과 우측 코일(180)의 상부 극성이 위와는 반대로 각각 N극과 S극이 되게 하면, 영구 자석(200)은 그 이전과 같은 방향(즉, 시계방향)의 힘을 받는다. 이와 같이 두 개의 코일(180)이 형성하는 제1 자계는 회전자(240)의 영구 자석(200)이 형성하는 제2 자계와 상호 작용하면서 그들 간의 인력과 척력에 의해 회전자(240)를 한 방향으로 회전하게 하는 회전력을 발생한다. 그 회전력에 의해, 회전자(240)가 고정자(190)의 샤프트(130)를 중심으로 고속 회전을 할 수 있다.
구동전원의 공급이 중단되면, 회전자(240)의 회전이 멈추게 된다. 회전자(240)가 회전이 멈춘 상태는 코깅 플레이트 조각(122)의 좌측 영역과 우측 영역에는 영구자석(200)의 인접하는 N극과 S극(또는 S극과 N극)이 위치한다. 그런데 영구자석(200)의 자극을 검출하기 위한 자기센서(175)가 영구자석(200)의 중립지역(205) 내에 위치하면 진동모터(100)가 기동할 수 없는 상태가 된다. 고정자(190)의 코깅 플레이트(120)는 진동 모터(100)가 이런 불기동점에 놓이게 되는 경우가 발생하지 않게 해준다. 진동 모터(100)가 불기동점에 놓이지 않게 하기 위해서는, 회전자(240)가 회전을 멈출 때, 회전자(240)의 영구자석(200)의 중립지역이 아닌 N극 또는 S극이 구동IC(170)의 홀소자(175) 위에 정확하게 정렬되어야 한다.
코킹 플레이트(120)의 면적이 좁으면 회전자(240)의 영구 자석(200)과의 인력이 약해져 진동 모터(100)의 초기 기동 시 회전자(240)가 반발력으로 인해 상측으로 튀어 올라 상부 케이스(260)와 부딪히면서 소음을 발생시킨다. 종래에는 이러한 소음 문제를 해결하기 위하여 소음방지용 슬라이딩 필름 또는 와셔를 설치해야 했다. 하지만, 본 발명은 코깅 플레이트 조각(122)의 개수를 영구 자석(200)의 극수와 같게 6개 설치하여 소음방지용 슬라이딩 필름이나 와셔를 별도로 설치하지 않고서도 위와 같은 소음 발생 문제를 예방한다. 이렇게 코깅 플레이트 조각(122)의 개수를 충분히 하면 샤프트(130)를 중심으로 회전하는 회전자(240)가 최대한 수평 회전을 하게 해주어 진동 모터(100)의 수명 연장과 이음 발생 방지에 유리하다.
이상에서는 전자기력을 발생시키는 수단으로서 2방향 6극의 영구 자석(200)과 2개의 코일(180)을 사용한 경우를 예로 들어 설명하였다. 6개의 자극은 원주방향을 따라 60도 간격으로 배치되고, 고정자(190)의 두 코일(180)은 샤프트 고정부(115)를 중심으로 서로 정반대편에 배치되고, 구동IC(170)에 장착된 자기센서(175)는 그 두 코일(180)의 사이각 180도를 반분하는 지점에 배치될 수 있다. 코깅 플레이트(120)의 플레이트 조각(122)의 개수는 영구 자석(200) 극수의 절반인 3개를 설치할 수도 있다. 영구 자석(200)의 극수는 예컨대 4개일 수도 있다. 이 경우, 코깅 플레이트(120)의 플레이트 조각(122)의 개수는 4개 또는 이의 절반이 2개로 구성될 수도 있다. 2개의 코일(180)은 서로 인접하여 배치될 수 있고, 홀소자(175)는 그 2개의 코일(180) 간의 중심의 반대편에 위치할 수 있다.
위에서 설명한 고정자(190)는 예시적인 것에 불과하다. 회전자(240)에 대하여 고정된 회전축을 제공하면서 코일의 전자석을 이용하여 영구 자석(200)을 회전시킬 수 있는 전자기력을 만들어낼 수 있는 구성의 고정자라면 본 발명의 회전자(240)와 결합될 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 휴대폰, 휴대용 게임기, 이어폰, 웨어러블 디바이스 등과 같은 소형 전자기기에 적용할 수 있는 BLDC 진동 모터의 제조에 적용될 수 있다.
100: BLDC 진동 모터 110: 브라켓
120: 코깅 플레이트 130: 샤프트
135: 와셔 140: 양면테이프
150: 인쇄회로기판(PCB) 160: 캐패시터
170: 구동 IC 175: 자기 센서
180: 코일 190: 고정자
200: 영구 자석 205: 중립지역
210: 베어링 220: 편심추
230: 백 요크 240: 회전자
260: 케이스

Claims (7)

  1. 무게중심이 편심된 회전자가 고정자에 회전가능하게 결합된 상태로 케이스 안에 수납되어, 상기 고정자가 형성하는 전자석의 자계와 상기 회전자의 영구 자석의 자계 간의 상호작용으로 생성되는 전자기력에 의해 상기 회전자가 회전하면서 진동을 발생시키는 브러시리스 진동 모터에 있어서,
    상기 회전자는, 원호형 단차를 경계로 상단 요크부와 하단 요크부로 구분되는 원형의 수평 요크의 중심에 베어링 결합부가 마련된 구조의 백 요크; 상기 베어링 결합부의 관통공에 압입 결합되는 베어링; 상기 하단 요크부에 고정되고, N극과 S극이 교대로 배치된 링 형상의 영구 자석; 고비중 물질로 만들어지며, 상기 상단 요크부와 상기 영구 자석 사이에 샌드위치되어 상기 상단 요크부 및 상기 영구 자석과 각각 접합된 상판부와, 상기 상판부의 외측 단부에서 아래로 연장되어 상기 영구 자석의 측벽 일부를 포위하는 측벽부를 포함하는 구조로 된 편심추를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 진동 모터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 백 요크는 상기 하단 요크부의 바깥쪽 가장자리에서 수직 절곡되어 아래쪽으로 연장된 하단 요크 측벽부를 포함하며, 상기 영구 자석은 상면 일부와 측면 일부가 상기 하단 요크부의 저면과 상기 하단 요크 측벽부에 각각 접합되어 지지되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 진동 모터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 편심추의 상판부의 두께는 상기 단차의 높이와 동일하여, 상기 편심추의 상판부의 저면과 상기 하단 요크부의 저면이 동일 레벨을 이루는 것을 특징으로 하는 브러시리스 진동 모터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 편심추의 상판부는 상기 수평 요크의 면적의 절반에 해당하는 상기 상단 요크부의 저면에 접합되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 진동 모터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 베어링 결합부의 상기 관통공의 상단과 하단에는 원통형의 상기 베어링이 바깥으로 이탈하지 못하게 막아주는 원형의 상부 걸림턱 및 하부 걸림턱이 각각 마련된 것을 특징으로 하는 브러시리스 진동 모터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 베어링의 상면의 테두리와 저면의 테두리에는 상기 상부 걸림턱 및 상기 하부 걸림턱에 각각 걸리는 상면 디컷부와 하면 디컷부가 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 브러시리스 진동 모터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 원호형 단차는 상기 수평 요크의 제1 반원 영역 내에 상기 제1 반원 영역의 반지름의 1/4~3/4 지점의 원호를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 진동 모터.
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