KR20000012779A - 편심 정류자와 편심 정류자의 제조방법, 및 편심 정류자를이용한 편평 코어리스 진동모터 - Google Patents

Abstract

정류자 자체에서 무게 중심의 이동을 확보함으로써, 별도로 편심부재를 배치할 필요가 없도록 하고, 부품수를 줄임으로써 대량생산이 가능한 소형 편평형 진동모터를 실현한다.

비중 3 이상의 고밀도 수지(2, 22)를 적어도 일부에 첨가한 인쇄배선판으로 이루어지는 정류자 기재(1, 11, 111)에 복수개의 정류자 조각(1s, 11s)을 형성함과 동시에 중심에 축수부를 마련하고, 적어도 상기 고밀도 수지 부분을 편심시킴으로써 편심 로터(R1, R2, R3)를 구성하여, 코어리스형 편평 진동모터를 제공한다.

Description

편심 정류자와 편심 정류자의 제조방법, 및 편심 정류자를 이용한 편평 코어리스 진동모터{Eccentric commutator, manufacturing method thereof and flat coreless vibrator motor using the eccentric commutator}

본 발명은 이동통신장치의 진동호출(silent call) 수단으로 이용되는 편심 정류자와 이를 이용한 소형 진동 모터의 조립구성의 개량에 관한 것이다.

종래로부터, 무선호출기(pager) 또는 휴대전화기 등의 진동호출 수단으로서, 도 8에 도시된 바와 같이, 원통형 직류모터(M)의 출력축(S)에 텅스텐합금제의 편심 웨이트(W)를 마련하고, 회전시 상기 편심 웨이트(W)의 원심력의 차이를 이용하여 진동을 발생시키도록 한 것이 알려져 있다.

그러나, 상기 종래의 출력축(S)에 편심 웨이트(W)를 부가하는 것에서는, 무선호출기와 같은 기기측에 있어서 이러한 편심 웨이트(W)의 선회(旋回)공간을 고려하여야 하는 등 설계적인 제약이 따르며, 고가의 텅스텐 합금을 사용하므로 비용면에서도 문제가 있다.

따라서, 본 출원인은, 앞서 출력축을 없애 내장하는 로터 자체를 편심시킨 원통 코어리스형 진동 모터를 일본국 특허출원 평 2-309070호(미국특허 제 5107155호)에 의해 제안한 바 있다.

이러한 모터는, 출력축 및 편심 웨이트가 없으므로, 설계적인 제약을 받지 않아 사용이 편리하고, 선회시의 위험성이 없는 등, 호평을 받으며 시판되고 있다. 그러나, 상기 모터는 3개의 원통 코어리스 권선을 가지므로, 부품수 또는 가공 공정수가 증가하는 문제가 있다.

원통 코어리스 권선 타입을 대신하는 유철심형(有鐵心型)으로 로터 자체를 진동시키기 위하여, 본 출원인은, 앞서 일본국 특허출원 평 2-294482호에 개시된 바와 같이, 3돌극(突極)형 철심 중 하나의 돌극을 삭제한 것을 제안한 바 있다.

그러나, 상기와 같은 2 돌극형 철심 타입의 것에서는, 마사져와 같이 비교적 대형으로 출력이 있는 모터인 경우에는 바람직하지만, 휴대단말와 같은 저전압을 사용하는 휴대용(portable) 기기에는 무게 중심의 이동이 적어 진동량이 적으므로 바람직하지 않다.

또한, 본 출원인은, 앞서 미국특허 제5341057호 공보에 개시한 바와 같이, N, S가 교대로 착자된 4극의 계자(界磁;field)자석에 자성체로 이루어지는 3개의 돌극을 한쪽에 전부 치우치도록 하여 배치한 로터를 향하게 하여 되는 편심 전기자 철심을 구비한 소형 진동모터를 제안한 바 있다.

또한, 상기와 같은 기술적 사상을 개시한 것으로서, 일본국 특허공개 평9-261918호 공보에 개시한 바와 같은 것도 있다.

그러나, 이러한 모터는 자성체로 이루어지는 3개의 전기자 철심이 한쪽에 치우쳐 있으므로, 코깅 토르크(계자자석에 흡착되는 힘)가 커지기 때문에 공극(空隙)을 비교적 크게 할 수밖에 없으며, 모터 자체의 직경도 작게 할 수가 없다.

상기와 같은 내장형 편심 로터를 구비한 모터는, 소형화될수록 전기자 권선의 간격이 없어지므로, 그 단말을 전기자 권선을 손상하지 않도록 하여 정류자에 결선하는 것이 극히 어려운 일이다. 특히 인쇄배선판을 그대로 평판 정류자로 한 것으로서 전기자 권선의 단말을 그대로 들어올려 납땜(솔더링) 결선하는 것에서는, 그 단말의 탄성력에 의해 인쇄 패턴으로부터 분리되어 버리므로, 용이하게 솔더링할 수 있는 것이 아니었다.

또한, 일반적으로, 정류자자체는 균형이 잡힌 원형이므로, 내장형 편심 로터에서는 별도로 편심 강조용 부재 등 부품수가 증가하는 문제도 있었다.

본 발명의 첫 번째 목적은, 정류자자체에서 무게 중심의 이동을 확보함으로써, 진동 모터에 이용하는 경우, 별도로 편심부재를 배치할 필요가 없도록 하는 것이다. 즉, 부품수를 감소시킨 진동모터를 구현할 수 있는 편심 정류자를 제공하는 데 있다.

본 발명의 두 번째 목적은, 특정 형상으로 한 정류자 기재의 강도를 확보한 편심 정류자를 제공하는 데 있다.

본 발명의 세 번째 목적은, 전기자 코일로부터 단말 결선부를 분리시킴으로써 각 단말의 결선을 용이하게 할 수 있는 편심 정류자의 구성을 제공하는 데 있다.

본 발명의 네 번째 목적은, 편심정류자 자체로 축수(bearing)를 겸하도록 하는 데 있다.

본 발명의 다섯 번째 목적은, 이러한 편심 정류자를 이용함으로써, 부품수가 적어 비용면에서 유리한 진동 모터를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 편심 정류자의 제1 실시형태를 나타낸 평면도,

도 2는 도 1의 편심 정류자를 이용한 편평 코어리스 진동 모터의 평면도,

도 3은 상기 모터의 Y-X 절단에 따른 단면도,

도 4는 본 발명의 제2 실시형태의 편심정류자를 이용한 진동 모터의 내부의 실시형태를 나타낸 평면도,

도 5는 도 4의 변형예로서의 제3 실시형태의 편심 정류자를 이용한 진동 모터의 내부의 실시형태를 나타낸 평면도,

도 6은 도 5의 Y-X 절단에 따른 단면도,

도 7은 상기 편심 정류자의 제조방법을 설명하기 위한 평면도,

도 8은 종래의 소형진동모터의 사시도이다.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

1, 11, 111편심 정류자 기재(基材)

1s, 11s정류자 조각(片)

1a, 11a단말 결선부

1c축수공(孔)

1d뱅크부

1e제2 뱅크부

2, 22고밀도 고슬라이딩성 수지

S1, S2, S3편심 정류자

3, 33공심 전기자 코일

4, 44자석

5브라켓

6케이스

8브러시

J축

G다른 축수

상기 기본적인 과제해결수단은, 청구항 1에 나타낸 발명과 같이, 비중 3 이상의 고밀도 수지를 적어도 일부에 첨가하여 되는 인쇄배선판으로 이루어지는 정류자 기재에 복수개의 정류자 조각을 형성함과 동시에 중심에 축수부를 마련하고, 적어도 상기 고밀도 수지 부분을 편심시켜 되는 것에 의해 달성될 수 있다.

구체적인 수단은, 청구항 2에 나타낸 발명과 같이, 고밀도 수지는 비중 5∼12로서 중심에 유분(油分)을 갖는 축수를 구비한 것에 의해 달성될 수 있다.

더 구체적으로는, 청구항 3에 나타낸 발명과 같이, 상기 정류자 기재는 외형을 평면상에서 보아 편심된 비원형으로 형성하고, 정류자 조각과 일체인 연장부도 편심시켜 되는 것에 의해 달성될 수 있다.

또한, 청구항 4에 나타낸 발명과 같이, 정류자 기재는 고밀도 수지 부분의 보강용으로 한 것일 수 있다.

또한, 청구항 5, 6에 나타낸 발명과 같이, 정류자 조각과 일체인 연장부는 무게 중심측에 정류자 기재로부터 돌출되어 결선 단자부로 하거나, 이러한 결선 단자부는 무게 중심의 반대측에 평면상에서 보아 전기자 코일과 중복되지 않는 위치에서 노치를 갖는 것으로 할 수 있다.

또한, 청구항 7에 나타낸 발명과 같이, 상기 정류자 기재는, 동적마찰계수 0.4(1.5kg/cm²) 이하의 슬라이딩성을 가지며, 중심에 축수공을 갖는 슬라이딩성 수지부를 구비한 것으로도 할 수 있다.

이와 같은 편심 정류자는, 청구항 8에 나타낸 발명과 같이, 인쇄 배선판으로 이루어지는 정류자기재를 복수개 연결하여 형성하고, 이것을 일괄하여 성형금형으로 세트하고, 상기 비중 3.5 이상의 고밀도 수지를 편심시켜 일체로 성형함으로써 제조될 수 있다.

이와 같은 편심 정류자를 이용한 소형 진동 모터는, 청구항 9에 나타낸 발명과 같이, 상기 편심 정류자와 이 편심 정류자에 마련한 복수개의 전기자 코일로 이루어지는 편심 로터를 구비하는 것에 의해 달성될 수 있다.

그리고, 청구항 10에 나타낸 발명과 같이, 상기 편심 로터는, 복수개의 공심 전기자 코일을 상기 편심 정류자에 마련한 위치결정 가이드를 이용하여 일체화하여 되는 것일 수도 있다.

상기 청구항 1에 나타낸 과제달성수단에 의하면, 정류자 자체로 무게 중심이 이동할 수 있으므로, 편심 부재가 별도로 필요하지 않는 소형 진동모터를 제공할 수 있다.

청구항 2, 3에 나타낸 과제달성수단에 의하면, 보다 편심량을 크게 할 수 있다.

청구항 4에 나타낸 과제달성수단에 의하면, 강도가 있는 편심정류자가 가능하다.

청구항 5, 6에 나타낸 과제달성수단에 의하면, 전기자 코일로부터 결선부가 분리되어 있으므로, 솔더링을 용이하게 할 수 있다.

청구항 7에 나타낸 과제달성수단에 의하면, 특별히 축수가 필요하지 않게 된다.

청구항 8에 나타낸 과제달성수단에 의하면, 편심 정류자를 대량으로, 그리고 저렴하게 제조할 수 있다.

청구항 9에 나타낸 과제달성수단에 의하면, 편심 로터를 용이하게 달성할 수 있다.

청구항 10에 나타낸 과제달성수단에 의하면, 공심 전기자 코일을 정확하게 위치결정 할 수 있으며, 고정도 확실하게 할 수 있다.

이하, 도면에 나타낸 각 실시형태를 참조하여 본 발명의 구성에 대해 설명하기로 한다.

도 1에 있어서, 참조번호 1은 인쇄배선판으로 이루어지는 편심 정류자 기재로서, 평면상에서 보아 펼쳐진 부채모양으로 형성되어 있다. 이러한 편심 정류자 기재(1)를 둘러싸도록, 평면상에서 보아 반달형으로 비중 6의 고밀도 고슬라이딩성 수지(2)로 일체성형함으로써 편심정류자(S1)를 구성하고 있다. 상기 편심 정류자 기재(1)에는, 스파크 방지용으로서 경사진 슬릿을 마련한 9개의 정류자 조각(1s…)이 배치되고, 그 중 무게 중심 이동측의 3개의 정류자 조각으로부터 후술하는 전기자 코일 단말결선용 단자(1a)로서 반달형의 바닥부로부터 돌출되어 있다. 또한, 이러한 편심 정류자 기재(1)는, 고밀도 고슬라이딩성 수지(2)로 형성한 반달형 양단(2a)의 내부까지 보강부(1b)로서 연장되어 있다. 상기 정류자 조각(1s…)은 표면, 관통홀을 통해 뒷면 등을 이용하여 회전원리상 각 정류자 조각(1s…)은 2개마다 쇼트시키고 있다. 이러한 편심 정류자(S1)의 중심에는 축수공(1c)이 마련되며, 상기 고밀도 고슬라이딩성 수지(2)로 성형한 뱅크부(1d)에 의해 편심 정류자 기재(1)가 유지되고 있다. 이와 같이 구성한 편심 정류자(1)에는, 반달형 외주부에 무게 중심 이동용으로서 제2 뱅크부(1e)가 더 마련되고, 배치개각(開角) 160°로 상기 9개의 정류자 조각(1S…)의 뒤쪽에서 파선으로 나타낸 바와 같이 후술하는 공심 전기자 코일 위치결정 고정용 끼움목(駒)(1f, 1f)가 상기 고밀도 고슬라이딩성 수지(2)에서 일체성형되어 있다.

상기 비중 6의 고밀도 고슬라이딩성 수지(2)는 금속 분말을 폴리아미드로 바인드하고 있기 때문에 9KΩ 정도의 부피저항을 가지고 있다. 따라서, 마침 정류자 조각 사이에 저항이 들어가게 되므로 불꽃 방지의 효과가 있다.

다음, 상기와 같은 편심 정류자를 이용한 편평 코어리스 진동 모터의 제1 실시형태를 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 자기 융착선을 권회하여 형성된 공심 전기자 코일(3, 3)을 상기 공심 전기자 코일 위치결정 고정용 끼움목(1f, 1f)에 끼워넣고, 감기 시작하여, 감기가 끝난 단말을 로우터의 두께 내로부터 나오지 않도록 소정의 홈(1g)을 통해 상기 전기자 코일 단말결선용 단자(1a)에 둘러 감아 디핑 솔더링하여 편심 로터(R1)를 구성하고 있다. 공심 전기자 코일(3, 3)의 고정수단으로는, 분말 또는 고형 에폭시에 의해 리플로우로 고정하는 것이 바람직하다. 이러한 편심 로터(R1)를 구비한 것은 축방향 공극형으로 되며, 편평한 자석(4)에 의해 구동된다.

참조번호 5는 상기 자석(4)을 유지함과 동시에 자로(磁路)가 되는 주석 도금 강판제의 브라켓으로서, 케이스(6)와 함께 하우징을 구성하고 있다. 상기 브라켓(5)의 중앙에 고정된 축(J)에 축수를 겸한 상기 편심 정류자(S1) 의 축수공(1c)을 통해 회전가능하도록 장착하며, 상기 브라켓(5)에 마련된 한쌍의 브러시(7, 7)를 상기 편심 정류자(S1)에 180°개각으로 슬라이딩 접촉시킴으로써 상기 전기자 코일(3, 3)에 전력을 공급시키도록 되어 있다.

도 4는, 본 발명의 편심 정류자의 제2 실시형태를 나타낸 것이다. 여기서, 참조번호 11은 인쇄배선판으로 이루어지는 편심 정류자 기재로서, 평면상에서 보아 펼쳐진 부채모양으로 형성되어 있다. 이러한 편심 정류자 기재(11)를 둘러싸도록, 평면상에서 보아 반달형으로 비중 6의 고밀도 고슬라이딩성 수지(22)로 일체성형함으로써 편심 정류자(S2)를 구성하고 있다. 상기 편심 정류자 기재(11)에는 스파크 방지용으로서 경사진 슬릿을 마련한 6개의 정류자 조각(11s…)이 마련되며, 그 중 무게 중심 이동측의 3개의 정류자 조각으로부터 후술하는 전기자 코일 단말 결선용 단자(1a)로서 반달형 바닥부로부터 돌출되어 있다. 이러한 편심 정류자 기재(11)는, 고밀도 고슬라이딩성 수지(22)로 형성한 반달형 양단(22a)의 내부까지 보강부(11b)로서 더 연장되어 있다. 상기 정류자 조각(11s…)은 표면, 관통홀(Through hole)을 통해 뒷면 등을 이용하여 회전원리상 대향하는 각 정류자 조각(11s…)를 쇼트시키고 있다. 이러한 편심 정류자(S2)의 중심에는 축수공(1c)이 마련되며, 상기 고밀도 고슬라이딩성 수지(22)로 형성한 뱅크부(1d)에 의해 편심정류자기재(11)가 유지되고 있다. 이와 같이 구성한 편심 정류자(11)에는 반달형 외주부에 무게 중심이동용으로서 제2 뱅크부(1e)가 더 마련되며, 배치개각 120°로 상기 6개의 정류자 조각(11s…)의 뒤쪽에서 파선으로 나타낸 바와 같이 후술하는 공심 전기자 코일 위치결정 고정용 끼움목(11f, 11f)부분이 상기 고밀도 고슬라이딩성 수지(22)와 일체성형되어 있다. 그리고 자기 융착선을 권회하여 형성되는 공심 전기자 코일(33, 33)을 상기 공심 전기자 코일 위치결정 고정용 끼움목(11f, 11f)에 끼워넣고, 감기 시작하여, 감기를 마친 단말을 로우터의 두께 내로부터 나오지 않도록 소정의 홈(1g)을 통해 상기 전기자 코일 단말결선용 단자(1a)에 감아 디핑 솔더링하여 편심 로터(R2)를 구성하고 있다.

도 5 및 도 6은, 상기 도 4의 변형인 제3 실시형태의 편심 정류자를 이용한 진동 모터를 나타낸 것으로, 편심 정류자(S3)의 기재(111)는 평면상에서 보아 반달을 조금 넘은 상태의 형상으로 형성하고, 상기 전기자 코일 단말결선용 단자(11a)를 상기의 것과 반대로 무게 중심측의 반대측에 마련한 것이다. 이들 전기자 코일 단말결선용 단자(11a)에는, 다시 래치용으로 노치(a)가 마련되어 있다. 이러한 전기자 코일 단말 결선용 단자(11a)의 위치는 공심 전기자 코일(33, 33)과 평면상에서 보아 중복되지 않도록 함으로써, 단말의 결선이 용이해지도록 되어 있다.

그밖의 구성은 상기 제1 및 제2 실시형태와 동일하므로 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략하기로 한다. 단, 브러시(8, 8)는 슬라이딩 접촉 개각이 90도이고, 자석(44)은 N, S극이 교대로 4극 부착되어 있다.

상기 고밀도(비중) 고슬라이딩성 수지로는, 고비중성과 고슬라이딩성의 균형상 비중 3 내지 10인 것이 선택되는데, 휴대전화기에 탑재하는 직경 14mm 정도의 모터에 이용할 경우에는, 바람직하기로는, 비중 5정도의 것이 좋다. 또한, 보다 무게 중심의 이동과 중량을 확보하기 위하여, 비중 12 정도의 것을 사용할 수도 있다. 다만, 이러한 경우에는 금속 분말의 양이 많아지므로, 부피저항은 400Ω 정도가 되어 불꽃 소거성이 좋아지나, 슬라이딩성이 악화되므로, 상기 도 6의 G로 나타낸 바와 같이 무게 중심에 다른 유분을 갖는 고슬라이딩성 수지 또는 다공질 금속함유 축수 등을 일체화하여 이용하는 것이 좋다.

이러한 부피저항은 낮을수록 불꽃소거효과가 크나, 200Ω 이하가 되면 소비전류가 증가하고, 100KΩ 이상에서는 불꽃소거효과가 낮아지는 경향이 있다. 또한, 상기에서는 모두 스타 결선형으로 설명하였는데, 브러시의 위치 또는 자계자석의 자극의 위치 등을 바꿈으로써 델타 결선으로 할 수도 있다.

그리고, 공심 전기자 코일을 정류자 기재에 위치결정하는 수단은, 이러한 공심 전기자 코일의 내경에 맞춘 가이드 삽입공을 정류자 기재에 천공해 둘 수 있다.

도 7은 도 5의 편심 정류자의 제조방법의 설명도로서, 편심 정류자(S3)의 기재(111)는 연결부(r…)를 통해 10련(連), 2열로 형성하고, 이대로 사출성형 금형으로 세트하고, 상기 비중 6의 고밀도 고슬라이딩성 수지로 일체성형함으로써, 연결한 편심 정류자군으로 형성하고, 그대로 분리하거나, 혹은 공심 전기자 코일(33, 33)을 배착(配着)한 다음, 분리하여 편심 로터 어셈블리로 한 편심 정류자를 제조하는 것이다.

또한, 이러한 제조방법은 상기 다른 실시형태에도 이용할 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따른 편심 정류자와 이러한 편심 정류자를 이용한 소형 진동 모터는 상기와 같이 구성하였으므로, 별도로 편심부재를 필요로 하지 않아 정류자 자체에서 무게 중심의 이동을 확보할 수 있다. 또한, 각 전기자 코일은 비 몰드형으로 하면, 가는 선으로 이루어지는 전기자 코일에서도 단선을 방지할 수 있고, 각 전기자 코일과 단말 결선부가 분리되어 있으므로 단말을 정류자에 결선하는 것이 용이해지며, 정류자의 부착도 간단히 행할 수 있다.

구체적으로는 다음과 같은 효과를 발휘할 수 있다.

청구항 1에 나타낸 과제달성수단에 의하면, 정류자 자체에서 무게 중심을 이동할 수 있으므로, 별도로 편심부재가 필요하지 않은 소형 진동 모터를 제공할 수 있다.

청구항 2, 3에 나타낸 과제달성수단에 의하면, 보다 편심량을 크게 할 수 있다.

청구항 4에 나타낸 과제달성수단에 의하면, 강도가 있는 편심정류자가 가능하다.

청구항 5, 6에 나타낸 과제달성수단에 의하면, 전기자 코일로부터 결선부가 분리되어 있으므로, 솔더링을 용이하게 할 수 있다.

청구항 7에 나타낸 과제달성수단에 의하면, 특별히 축수가 필요없게 된다.

청구항 8에 나타낸 과제달성수단에 의하면, 편심 정류자를 대량으로, 그리고 저렴하게 제조할 수 있다.

청구항 9에 나타낸 과제달성수단에 의하면, 편심 로터를 용이하게 구성할 수 있다.

청구항 10에 나타낸 과제달성수단에 의하면, 공심 전기자 코일을 정확하게 위치결정할 수 있고, 고정도 확실하게 할 수 있다.

Claims (10)

1. 비중 3 이상의 고밀도 수지를 적어도 일부에 첨가하여 되는 인쇄배선판으로 이루어지는 정류자 기재에 복수개의 정류자 조각을 형성함과 동시에 중심에 축수부를 마련하고, 적어도 상기 고밀도 수지 부분을 편심시켜 되는 편심 정류자.
2. 제1항에 있어서, 상기 고밀도 수지는 비중 5∼12로서, 무게 중심에 유분을 갖는 축수를 구비한 것인 편심 정류자.
3. 제1항에 있어서, 상기 정류자 기재는,

   외형을 평면상에서 보아 편심된 비원형으로 형성하고, 정류자 조각과 일체인 연장부를 편심시켜 되는 편심 정류자.
4. 제2항에 있어서, 상기 정류자 기재는, 상기 고밀도 수지 부분의 보강용으로 하는 편심 정류자.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정류자 조각과 일체인 연장부는 무게 중심측에 정류자 기재로부터 돌출되어 결선단자부로 한 편심 정류자.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 결선 단자부는 무게 중심의 반대측에 평면상에서 보아 전기자 코일과 중복되지 않는 위치에서 노치를 갖는 것인 편심 정류자.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정류자 기재는 동적마찰계수 0.4(1.5kg/cm²)이하의 슬라이딩성을 가지며, 중심에 축수공을 갖는 슬라이딩성 수지부를 구비한 것인 편심 정류자.
8. 인쇄배선판으로 이루어지는 정류자 기재를 복수개 연결하여 성형하고, 이것을 일괄적으로 성형금형으로 세트하며, 비중 3.5 이상의 고밀도 수지를 편심시켜 일체로 성형함으로써 편심 정류자를 형성하는 제조방법.
9. 상기 편심 정류자와 이러한 편심 정류자에 배치한 복수개의 전기자 코일로 이루어지는 편심 로터를 구비한 편평 코어리스 진동 모터.
10. 제 9항에 있어서, 상기 편심 로터는 상기 편심 정류자에 배치된 위치결정 가이드를 이용하여 복수개의 공심 전기자 코일을 일체화하여 이루어지는 편평 코어리스 진동 모터.