KR20010078301A - 직류 진동 모터 및 전기자 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명의 직류 진동 모터는 스테이터, 상기 스테이터에 회전 가능하게 부착된 로터, 및 상기 로터를 실링하기 위한 실린더형 커버를 포함한다. 상기 스테이터는 링형 구조로 배치되어 축방향으로 자화된 4개의 영구자석을 가진다. 상기 로터는 회전축의 원주방향으로 일부분에 편심으로 고정된 전기자를 구비하고 있다. 상기 전기자는 제1 및 제2 코일을 포함한다. 또한 상기 전기자에는 정지위치를 조절하기 위해 자성체로 이루어진 핀이 구비되어 있어, 상기 제1 및 제2 코일이 상기 스테이터의 자극 중심위치에서 벗어나는 위치에 제1 및 제2 코일이 고정되도록 해준다. 전류는 90˚의 공간 위상각을 갖고 배치된 브러시와 정류자를 통하여 코일들에 공급된다.

Description

직류 진동 모터 및 전기자 구조{Direct Current Vibration Motor and Armature Structure}

본 발명은 이동전화 등의 호출 진동발생장치에 사용되는 직류 진동 모터에 적용된다. 특히, 본 발명은 크기 축소에 적합한 직류 진동 모터 및 그의 전기자(armature) 구조에 관한 것이다.

소형 무선 전화 호출장치(paging device) 및 이동전화에 사용되는 플랫형 직류 진동 모터로서, 예를들어 도 15에 도시된 바와 같이 로터가 편심 구조를 갖는 모터가 주지되어 있다(일본국 특허공개 6-205565호 참조). 이 진동 모터는 링형 구조로 배치되며 축방향으로 자화된 4개의 영구자석(101)과, 스테이터(102)의 영구자석(101)에 대향 위치된 전기자(103)를 구비한 로터(104)로 구성되며, 로터(104)의 전체 전기자(103)는 전류가 공급되는 3코일(105)이 원주방향으로 서로 인접하여 위치한 팬(fan)형 구조로 이루어져서 그 결과 로터(104)가 편심 구조로 이루는 방식으로 구성되어 있다.

정류자(106)를 통하여 3코일(105)에 전류가 공급될 때 로터(104)의 회전방향은 전류의 방향과 영구자석(101)의 자기력 방향에 따라 플레밍의 왼손법칙에 의해 결정된다. 정류자(106)를 통하여 흐르는 전류는 동시에 2 또는 3 코일(105)에 공급된다. 3코일(105) 중 적어도 2코일(105)이 나머지 코일(105)을 초과하면 로터(104)의 정지위치와 관계없이 재기동이 가능하게 된다.

이러한 방식으로 로터(104)의 일측으로 편위된 편심위치에 3코일(105)을 배치하는 것에 의해 로터(104)의 회전에 의해 편심부하에서 진동이 발생된다. 이러한 3코일 모터에서는 2코일을 통하여 흐르는 전류의 방향이 상이할지라도 이들 코일에 대응하는 자기력의 방향이 서로 다르게 되게 3코일을 배치함에 의해 그것의 시동방향은 동일하게 이루어질 수 있다. 결과적으로 모터는 로터(104)의 정지위치와 관계없이 시동될 수 있다.

그런데, 이동전화의 보급에 따라 이동전화의 본체 대신에 항상 사람이 착용하는 손목시계 등을 통하여 열차 등에서 이동전화의 도래하는 진동을 느낄 수 있도록 종래 것 보다 더 작은 크기의 직류 모터가 요구되고 있다. 그러나, 상기한 종래의 플랫형 직류 진동 모터에서는 로터가 원주방향으로 하나의 위치에 집중되어 있으나, 3위상코일은 원주방향으로 병렬로 배치되어 있어 그 결과 로터가 어느 정도 원주방향으로 불가피하게 크게 되어 있고 더 이상 큰 편심 효과가 얻어질 수 없게 되어 착용자가 느끼는 진동강도는 제한된다. 그 결과 현재까지 상업적으로 구매 가능한 이러한 종류의 진동 모터의 외경의 크기를 축소하려는 시도가 있을 때 진동 모터의 기능이 충분히 얻어지지 못한다는 문제가 있다.

따라서, 소형 모터에 더 높은 편심 효과를 얻기 위하여 로터(201)의 전기자(202)가 예를들어, 도 16에 도시된 바와같이 1 또는 2개의 코일(203)로 구성된 편심 직류 진동 모터가 제안되고 있다(일본국 특개평 10-336983호 참조). 이 모터에서 정류자(203)는 원주방향으로 4개로 분할되어 있고 서로 반대방향으로 위치된 정류자의 분할된 몸체는 공통으로 접속되어 있다. 동시에 코일의 시작단과 터미널단은 모두 각각 정류자의 인접한 분할된 몸체에 접속되어 90˚ 각도로 배치된 브러시를 통하여 정류자의 분할된 몸체로 전류를 공급한다. 로터(201)가 회전될 때 회전각 각각에 대해 코일(203)을 통하여 흐르는 전류의 방향은 반전되며, 로터(201)의 회전은 코일(203)의 자기력과 영구자석(101)의 N/S극의 흡입과 반발작용으로 유지된다.

그러나, 1코일형 모터는 코일(203)을 통하여 흐르는 전류의 방향이 변경된다는 점에서 정류기의 인접한 분할된 몸체가 브러시와 함께 순간적으로 단락(short-circuit) 되는 메카니즘으로 구성되어 있다. 이 경우 전원의 단락이 발생된다. 결국 이러한 전원의 단락이 발생되지 안도록 정류기의 어느 부분에도 브러시가 접속되지 않는 비통전 사점(dead point)이 존재한다. 그런데 로터(201)가 이러한 사점에 정지된 경우 다음번 회전할 때 코일(203)을 통하여 전류가 흐르지 않게 되어 시동이 불능상태가 된다.

따라서, 이러한 사점에서 로터의 정지를 방지함에 의해 시동을 보장하기 위하여 자성체(magnetic body)로 이루어진 아이언 핀(205)이 전기자(202)의 일부분에 정지위치(static position)를 조정하도록 구비되어 있다.

그러나, 아이언 핀을 가지고 시작위치를 조정하려는 시도가 있으나, 아이언 핀 그 자체의 존재는 회전부하를 구성한다. 더욱이, 시간의 경과에 따라 접촉마찰저항이 증가하면 아이언 핀과 영구자석 사이의 자기력에 의해 브러시와 정류자 사이의 접촉마찰저항이 정상적인 정지위치에 대한 복원력을 초과할 때 로터는 결국 사점에 정지된다. 더욱이, 아이언 핀이 마찰력보다 충분히 더 큰 자기력이 얻어질 수 있도록 배치될 때 이때 로터를 시동시키는 코일의 자기력은 아이언 핀과 영구자석 사이의 자기력보다 더약하게 되어 그 결과 시동 불능상태가 된다. 그 결과 자성체의 핀을 가지고 로터를 정지위치에 조정하는 방법에 있어서 자성체의 핀의 설정과 배치가 어려운 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 충분한 진동을 얻을 수 있고 시동불능상태를 발생하지 않으며 동시에 더욱이 크기와 무게를 줄일 수 있는 직류 진동 모터 및 직류 진동 모터의 전기자를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 직류 진동 모터를 보여주는 전개 사시도,

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 직류 진동 모터를 보여주는 평면도,

도 3a 및 도 3b는 제1실시예에 따른 직류 진동 모터를 보여주는 회로도,

도 4는 제1실시예에 따른 직류 진동 모터의 발생 토크와 시간 사이의 관계를 보여주는 관계도,

도 5a 및 도 5f는 각각 직류 진동 모터의 토크 발생 원리를 설명하기 위한 설명도,

도 6은 본 발명의 제1실시예의 일 변형예에 따른 직류 진동 모터를 보여주는 평면도,

도 7은 본 발명의 제1실시예의 일 변형예에 따른 직류 진동 모터를 보여주는 평면도,

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 직류 진동 모터를 보여주는 전개 사시도,

도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 직류 진동 모터를 보여주는 평면도,

도 10a 및 도 10b는 제2실시예에 따른 직류 진동 모터를 보여주는 회로도,

도 11은 제2실시예에 따른 직류 진동 모터의 발생 토크와 시간 사이의 관계를 보여주는 관계도,

도 12a 및 도 12f는 각각 직류 진동 모터의 토크 발생 원리를 설명하기 위한 설명도,

도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 직류 진동 모터를 보여주는 전개 사시도,

도 7은 본 발명의 제2실시예의 일 변형예에 따른 직류 진동 모터를 보여주는 평면도,

도 15는 종래의 3코일형 직류 진동 모터를 보여주는 평면도,

도 16은 종래의 1코일형 직류 진동 모터를 보여주는 평면도이다.

본 발명의 청구항 1에 따르면, 원주방향으로 다수의 위치에 자극을 갖도록 축방향으로 자화되어 링형 구조를 갖거나 또는 링형 구조로 배치된 영구자석으로 형성된 스테이터;

상기 스테이터에 대하여 회전 가능하고 회전축에 편심으로 고정되며 상기 영구자석의 자화면에 대향하여 위치하는 전기자를 갖는 로터; 및

상기 로터의 회전에 따라 극성이 연속적으로 반전되는 전류를 상기 전기자에 공급하기 위한 전류 경로를 형성하기 위한 브러시와 정류자를 포함하는 전류경로 형성수단으로 구성되며;

상기 전기자는 공간위상이 서로 동일하도록 배치된 제1코일과 제2코일을 구비하고, 상기 전류경로 형성수단은 전기적 위상을 서로 다르게 설정함으로써 제1 및 제2 코일의 각각에 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터가 제공된다.

본 발명의 청구항 16에 따르면, 원주방향으로 다수의 위치에 자극을 갖도록 축방향으로 자화되어 링형 구조를 가지며 링형 구조로 배치된 영구자석으로 형성된 스테이터에 대하여 로터가 회전 가능하게 구비되어 있는 직류 진동 모터의 전기자 구조로서, 상기 로터의 영구자석의 면의 자극에 대향하여 위치된 전기자는 회전축에 편심되어 고정되며, 상기 로터의 회전에 따라 극성이 연속적으로 반전되는 전류를 상기 전기자에 공급하기 위한 전류경로는 정류자와 브러시로 구성되는 전류경로 형성수단으로 이루어지고, 상기 전기자 구조는 상기 공간위상이 서로 동일하게 되도록 배치된 제1 및 제2 코일로 구성되며;

상기 전류경로 형성수단에 의해 전기적 위상을 상이하게 설정함에 의해 각각 제1 및 제2 코일에 전류가 공급되는 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터의 전기자 구조가 제공된다.

본 발명의 다른 목적과 이점은 다음의 상세한 설명에 개시되며, 부분적으로는 상세한 설명으로 명백하거나 본 발명의 예로부터 알 수 있을 것이다. 본 발명의 목적과 이점은 이후에 구체적으로 지적되는 수단과 조합에 의해 실현되고 얻어질 수 있다.

명세서의 일부를 구성하도록 포함된 첨부도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 보여주며, 상기한 일반적인 설명과 하기한 바람직한 실시예의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.

(실시예)

이하에 본 발명을 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 플랫형 직류 진동 모터를 보여주는 전개 사시도, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 직류 진동 모터를 보여주는 평면도이다.

본 발명의 직류 진동 모터는 전체 모터가 스테이터(1), 이 스테이터(1)에 회전 가능하게 지지된 로터(2), 로터(2)를 실링하기 위한 실린더형 커버(3)를 갖는 플랫형 실린더 구조로 형성되는 방식으로 구성된다. 스테이터(1)는 디스크형 플레이트(11), 링형 구조로 배치돠고 S극과 N극이 이 플레이트(11) 위에 교대로 배치되도록 축방향으로 자화된 4영구자석(12), 플레이트(11)의 중앙에서 돌출되어 로터(2)를 지지하기 위한 지지축(13), 및 플레이트(11)의 중심부를 향하여 원주방향으로 인접한 영구자석 사이에 갭으로 연장되며 90˚의 공간 위상을 가지고 배치된 2브러시(14,15)로 구성되어 있다.

더욱이, 로터(2)는 지지축(13)에 회전 가능하게 지지된 회전축(21), 원주방향으로 회전축(21)의 일부에 편심상태로 고정된 전기자(22), 및 회전축(21)의 외측 주변에 배치되며 원주방향으로 6개로 분할된 정류자(23)으로 구성되어 있다. 정류자(23)는 브러시(14,15)와 함께 전류경로 형성수단을 구성한다. 전기자(22)는 제1코일(24)(외측 코일) 및 제2코일(25)(내측 코일), 이들 코일(24,25)을 일체로 지지하기 위한 수지 프레임(27), 및 추후에 설명될 위치 조정을 위한 자성체의 핀(28)을 포함한다.

예를들어, 도 3에 도시된 바와같이 제1 및 제2 코일(24,25)은 스타방식으로 접속된다. 정류자(23)는 6개 분할편으로부터 서로 대향하여 위치된 분할편이 서로 접속되고, 이들 분할편 쌍은 코일(24)의 일단, 제2코일의 일단, 및 제1코일(24)과 제2코일(25)의 공통단에 접속되는 방식으로 구성된다. 90˚의 공간 위상차를 갖고 배치된 브러시(14,15)로부터 이 정류자(23)로 전류가 공급된다. 브러시(14,15)는 제1 및 제2 코일(24,25)의 일단과 그들의 공통단에 각각 순차적으로 접속된다.

그 결과 도 3a에 도시된 바와 같이 로터(2)는 회전되며, 브러시(14)(또는 15)는 정류자(23)의 분할편의 경계에 위치 설정되어, 전류는 전원 → 브러시(14) → 정류자(23) → 제1 및 제2 코일(24,25) → 정류자(23) → 브러시(15) → 접지의경로로 흐른다. 더욱이, 도 3b에 도시된 바와같이 로터(2)가 회전되고 브러시(14,15)가 각각 정류자(23)의 분할편의 각각과 접촉할 때 전류는 전원 → 브러시(14) → 정류자(23) → 제1 및 제2 코일(24,25) 중 적어도 하나 → 정류자(23) → 브러시(15) → 접지의 경로로 흐른다. 이러한 방식으로 본 발명에 따르면 브러시(14,15) 중의 하나가 인접한 분할편의 중앙위치에 위치하고 인접한 분할편이 브러시(14,15)와 단락 될지라도 2코일 방식이므로 전원 단락이 발생하지 않는다.

도 4는 직류 진동 모터의 동작을 설명하기 위한 토크 파형도이며, 도 4의 빗금선으로 표시된 부분은 전류공급 구간을 표시한다. 도 4에 도시된 바와같이 전류는 전기적 위상을 상이하게 만들어 줌에 의해 제1 및 제2 코일(24,25)에 공급된다. 전류가 코일을 통하여 흐를 때 발생토크는 코일과 자극 사이의 위치관계와 전류값에 따라 결정된다. 그러나, 제1 및 제2 코일(24,25)이 동일한 공간 위상을 가질 때 전류가 공급되는 기간에서 발생토크는 대략 서로 동일하다.

도 4에서 기호(a 내지 f)로 표시한 로터(2)와 스테이터(1) 사이의 위치관계는 도 5a 내지 도 5f에 도시된 바와같이 서로 대응하여 표시된다. 구간(a)에서 도 5a에 도시된 바와같이 전류는 제1코일(24)과 제2코일(25)과 동일한 방향으로 흐른다. 2 코일(24,25)은 2 영구자석(12) 위로 동일하게 뻗어 있는 위치를 통과하므로 코일(24,25)에서 모두 가장 큰 토크가 발생된다.

시간(b)에서는 도 5b에 도시된 바와같이 전류는 제1코일(24)을 통하여 계속적으로 흐르나, 제2코일(25)에 대한 전류공급은 차단된다. 그후 구간(c)에서는 도 5c에 도시된 바와같이 전류는 단지 제1코일(24)을 통하여 흐르며, 로터(2)는 단지제1코일(24)에서 발생된 토크에 의해 회전된다.

시간(d)이 될 때 도 5d에 도시된 바와같이 제1코일(24)에 대한 전류공급은 차단되고, 제2코일(25)에 대한 전류공급이 시작된다. 그러나, 전환시점에서 전류는 순간적으로 차단된다. 자연적으로 브러시(14,15)가 정류자(23)의 2분할편에 동시에 접속될 때 전류는 순간적으로 차단되지 않는다. 구간(e)에서는 도 5e에 도시된 바와같이 전류가 단지 제2코일(25)을 통하여 흐르며 회전 토크는 자극과의 관계에 따라 계속적으로 발생된다. 시간(f)에서 제1코일(24)에 대한 전류공급이 시작된다.

이러한 방식으로 직류 진동 모터인 경우 전류는 전기자(22)가 임의의 각도에 설정될지라도 1 또는 그 이상의 코일을 통하여 거의 계속적으로 흐른다. 전류가 제1 및 제2 코일(24,25)을 통하여 흐를 때 회전 토크는 플레밍의 왼손법칙에 따라 정해진 방향으로 발생된다. 제3코일이 분리되어 구비되고 제3코일이 제1 및 제2코일(24,25)과 동축으로 배치될 때 전류는 자기력이 서로 반대로 되도록 제1 및 제2 코일(24,25)과 독립된 방향으로 제3코일을 통하여 흐른다.

따라서, 로터(2)의 회전 부하가 발생되는 것으로 가정한다. 본 실시예의 모터로부터 알 수 있는 바와같이 전류는 단지 3위상 중 2위상 부분에 대하여만 코일(24,25)을 통하여 흐른다. 다른 1위상 부분은 상기한 회전부하가 발생되지 않도록 생략되며, 그 결과 스므스한 회전이 가능하게 된다. 로터(2)가 회전될 때 전기자(22)는 원심력에 의해 진동이 발생되도록 회전축(21)에 대하여 편심된다.

이러한 모터에서는 정류자(23)의 인접한 분할편이 단락될지라도 코일(24,25)은 실패하지 않고 전원 사이를 중재하여 단락전류는 흐르지 않는다. 그 결과 인접한 분할편 사이의 구간은 가능한 한 짧게 이루어질 수 있어 사점은 제로로 설정될 수 있다. 결과적으로 시동시점에서 전류가 흐르지 않으며 시동불능 상태가 발생되는 현상의 발생을 방지할 수 있다.

그러나, 제1코일(24)과 제2코일(25)이 자극 바로 위에 위치된 상태에서 제1코일(24)과 제2코일(25)이 정지한 경우 전기자(22)는 임의의 방향으로 회전될 수 있어, 그 결과 회전방향은 불명확한 상태로 된다. 그 결과 이 실시예에서 자성체로 구성되는 위치조정핀(28)은 원주방향으로 돌출하도록 전기자(22)에 구비된다. 따라서, 핀(28)은 영구자석(12)과 영구자석(12) 사이의 자기력을 받아서 이동하므로 정지된 상태에서 전기자(22)의 위치는 회전토크 중의 하나를 도 2에 도시된 바와같이 실패없이 받는 위치로 위치 설정된다. 이 위치는 도 4에서 점(d)에 해당되며 도 5d에 도시되어 있다.

또한, 본 발명은 상기 제1실시예에 제한되지 않는다. 제1실시예에서 제1코일(24)은 외측 코일로서 설정되고, 제2코일(25)은 내측 코일로서 설정된다. 예를들어, 도 6에 도시된 바와같이 제1코일(31)과 제2코일(32)은 더블 권선으로 동시에 형성될 수 있으며, 두 코일(31,32)에 동일한 회전토크가 발생되며 1권선코일의 형성과 동일한 방식으로 형성될 수 있어 제조 공정이 용이하게 된다.

더욱이, 도 6에 도시된 정적위치 조정수단으로 역할을 하는 핀(28)과 동일한 기능을 갖는 수단으로서 도 7에 도시된 바와같이 핀(33)은 자기력 방향을 따라 약간의 경사를 갖고 배치되어 핀(33)은 제1 및 제2 코일(24,25)의 회전방향의 종단위치와 겹쳐지게 된다. 이렇게 하면 전기자(22)는 콤팩트하게 될 수 있다. 또한 이경우 핀(33)이 이루는 각도는 정적위치와 회전구동에 영향을 미치지 않는 자기 흡인력의 각도를 얻을 수 있도록 적당한 각으로 결정된다.

상기한 바와같이 본 발명의 제1직류 진동 모터 및 전기자 구조에 따르면 전기자는 공간 위상을 동일하게 설정하는 방식으로 배치된 제1 및 제2 코일로 구성되고, 전기자는 제1 및 제2 코일 중 적어도 하나에 전류가 공급되는 방식으로 구성된다. 따라서, 전기자는 1코일 모터와 동일한 방식으로 명확하게 구성될 수 있어 그 결과 편심효과가 향상될 수 있다. 더욱이, 제1 및 제2 코일을 통하여 항상 전류가 흐르기 때문에 어떤 전기적인 비통전 영역(사점)도 존재하지 않으며 스므스한 시동이 가능하다.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 플랫형 직류 진동 모터를 보여주는 전개 사시도, 도 9는 제2실시예의 평면도이다.

제2실시예의 직류 진동 모터는 전기자(41)의 구조가 도 1에 도시된 모터와 상이하다. 전기자(22)는 동축으로 권선된 제1코일(24)(외측 코일) 및 제2코일(25)(내측 코일), 및 원주방향으로 코일(24,25)에 인접하여 배치된 제3코일(시동코일: 26)과 이들 코일(24,25,26)을 일체로 지지하기 위한 수지 프레임(42)을 포함한다.

예를들어, 도 10에 도시된 바와같이 제1코일(24), 제2 코일(25) 및 제3코일(26)은 스타방식으로 접속된다. 정류자(23)는 6개 분할편으로부터 서로 대향하여 위치된 분할편이 서로 접속되고, 서로 접속된 분할편 쌍은 제1코일(24)의 일단, 제2코일(25)의 일단 및 제3코일(26)의 일단에 각각 접속된다. 코일(24,25,26)의 타단은 공통으로 접속된다. 정류자(23)에 대하여 90˚의 공간 위상차를 갖고 배치된 브러시(14,15)로부터 전류가 공급된다. 브러시(14,15)는 로터(2)의 회전에 따라 제1 내지 제3 코일(24,25,26)의 각각의 일단과 접속된 정류자(23)에 순차적으로 접속된다.

그 결과 도 10a에 도시된 바와 같이 로터(2)는 회전되며, 브러시(14)(또는 15)는 정류자(23)의 분할편의 경계에 위치 설정되어, 전류는 전원 → 브러시(14) → 정류자(23) → 제1 내지 제3 코일(24,25,26) → 정류자(23) → 브러시(15) → 접지의 경로로 흐른다. 더욱이, 도 10b에 도시된 바와같이 로터(2)가 회전되고 브러시(14,15)가 정류자(23)의 분할편 각각과 접촉할 때 전류는 전원 → 브러시(14) → 정류자(23) → 제1 내지 제3 코일(24,25,26) 중 적어도 2개의 코일 → 정류자(23) → 브러시(15) → 접지의 경로로 흐른다. 이러한 방식으로 본 발명에 따르면 브러시(14,15) 중의 하나가 인접한 분할편의 중간위치에 위치된다. 따라서 정류자(23)의 인접한 2분할편이 단락 될지라도 3코일 방식이므로 어떤 전원 단락도 발생되지 않는다.

도 11은 상기 직류 진동 모터의 동작을 설명하기 위한 토크 파형도이며, 도 11의 빗금선으로 표시된 부분은 전류공급 구간을 표시한다. 도 11에 도시된 바와같이 전류는 예를들어, 전기적 위상을 상이하게 만들어 줌에 의해 제1 내지 제3 코일(24,25,26)에 공급된다. 전류가 코일을 통하여 흐를 때 발생토크는 코일과 자극위치 사이의 위치관계와 전류값에 따라 결정된다. 제1 및 제2 코일(24,25)은 동일한 공간 위상을 가지므로 전류가 공급되는 기간에서 발생토크는 대략 서로 동일하다.

도 11에서 기호(a 내지 f)로 표시한 로터(2)와 스테이터(1) 사이의 위치관계는 도 12a 내지 도 12f와 서로 대응하여 표시된다. 구간(a)에서 도 12a에 도시된 바와같이 전류는 전원 → 브러시(14) → 정류자(23) → 제2코일(25)의 내측에서 외측(시계방향) → 제1코일(24)의 외측에서 내측(반시계 방향) → 정류자(23) → 접지의 경로로 흐른다. 제1코일(24)과 제2코일(25)은 동일한 방향으로 전류가 흐르는 상태에서 2 영구자석(12) 위로 동일하게 뻗어 있는 위치를 통과하므로 코일(24,25)에서 모두 가장 큰 토크가 발생된다.

시간(b)에서는 도 12b에 도시된 바와같이 전원에 접속된 브러시(14)는 제2코일(25)의 내측단에 접속된 정류자(23)와 제3코일(26)의 외측단에 접속된 정류자(23) 사이의 경계에 위치되어, 그 결과 전류는 제3코일(26)의 외측으로부터 내측(반시계 방향)으로 흐르기 시작한다. 따라서, 전류는 3코일(24-26)을 통하여 순간적으로 흐른다. 그후 바로 제2코일(25)에 대한 전류공급은 차단된다. 그후 구간(c)에서는 도 12c에 도시된 바와같이 전류는 제1코일(24) 및 제3코일(26)을 통하여 흐르며, 그 결과 로터(2)는 제1코일(24) 및 제3코일(26)에서 발생된 토크에 의해 회전된다.

시간(d)이 될 때 도 12d에 도시된 바와같이 접지된 브러시(15)는 제1코일(24)의 외측단에 접속된 정류자(23)와 제2코일(25)의 내측단에 접속된 정류자(23) 사이의 경계에 위치 설정되어 그 결과 제2코일(25)에 대한 전류공급이 시작된다. 그러나, 제 1코일(24)을 통해 흐르는 전류의 방향과 반대방향으로 전류가 흐르게 되어 그 후 즉시 제1코일(24)을 통하여 흐르는 전류는 끊어진다. 이때, 제1코일(24)과 제2코일(25)은 영구자석(12)에 정확하게 대향하는 위치에 놓이게 된다. 제1 및 제2 코일(24, 25)에서는 토크가 발생되지 않는다. 그러나, 전류가 제3코일(26)로 계속 통전되므로 최대의 토크가 발생한다. 도 12e에 도시한 바와 같이, 구간(e)에서 제2코일(25)과 제3코일(26) 사이에 통전되어 다음(인접) 자석과의 관계에서 회전토크가 연속적으로 발생된다. 시간(f)에서, 제1코일(24)로의 전류공급이 개시된다. 그 직후, 제3코일(26)로의 전류공급이 중단된다. 전류는 제2코일(25)을 통하여 계속 흐른다.

이러한 방식으로, 본 직류모터에서는, 전기자(41)가 어떤 각도로 설정되더라도 전류는 2개이상의 코일을 통하여 거의 연속적으로 통전된다. 전류가 제1 내지 제3 코일(24, 25 및 26)로 통전될 경우 정해진 방향으로 회전토크가 플레밍의 왼손법칙에 따라 발생한다. 제3코일(26)이 제1 및 제2 코일(24, 25)과 동축으로 배치되면 제1 및 제2 코일(24,25)과는 다른 방향으로 제3코일(26)이 통전된다. 따라서, 자기력의 방향은 반대방향으로 되어 로터(2)의 회전부하가 발생한다. 더욱이, 도 12d에 도시한 바와 같이, 코일(24,25)이 자석에 대향하는 위치에서는 어떤 코일에도 토크가 발생하지 않는다. 모터가 이 위치에서 정지하게 되면 시동 불능상태가 발생하는 것으로 가정한다. 그러나, 본 실시예에서 처럼, 3개의 코일 가운데 2개의 코일(24,25)만 동축으로 배치되고 나머지 코일이 상기 2개의 코일의 상대측과 공간위상이 상이하도록 배치된다. 따라서, 회전부하는 발생되지 않는다. 또한, 로터(21)에 의해 원활한 시동이 가능하다. 모터를 효율적으로 시동하기 위하여, 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 코일(24,25)과 제3코일(26)사이의 공간위상이 135° 또는 그 이상으로 설정되는 것이 좋다.

로터(2)가 회전하면 전기자(41)는 상기 로터(2)에 대하여 편심된다. 그 결과 원심력에 의해 진동이 발생한다. 본 발명의 모터에서는, 2개의 코일(24,25)이 원주방향으로 하나의 위치에 모여 있는 상태로 배치되기 때문에 편심 효과가 매우 크게 하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명 모터는 3개의 코일타입으로 구성되므로, 인접한 정류자(23)의 분할편이 브러시(14,15)를 통하여 단락될 경우에도 상기 코일(24,25,26) 가운데 적어도 2개의 코일이 문제없이 전원 사이에 개재될 수 있기 때문에 단락전류가 흐르지 않는다. 즉, 1개 코일타입의 경우에는, 코일이 없는 2상을 경유하여 전원과 접지사이에서 단락전류가 흐르는 현상이 가끔 발생한다.

결국, 1개 코일타입의 경우에는 브러시(14,15)를 통하여 정류자(23)의 인접한 분할편 사이에 어떤 회로도 발생되지 않도록 원주방향으로 인접한 분할편 사이의 간격을 어느 정도 확장할 필요가 있다. 결론적으로, 전류가 통전되지 않는 사점(dead point)이 나타난다. 이러한 점과 관련해서, 본 실시예에서는, 인접한 분할편이 단락되더라도 전원과 접지 사이에서는 단락전류가 흐르지 않게 된다. 즉, 인접한 분할편 사이의 간격은 가능한 한 좁게 하는 것이 가능하므로, 통전되지 않는 사점을 제로로 할 수 있다. 결국, 기동시에 통전되지 않고 기동불능상태가 발생하는 현상을 방지할 수 있다.

도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 플랫형(flat type) 직류진동모터의 분해사시도이다. 본 실시예에서, 전기자(51)는 제1 및 제2 코일(24,25)에 인접한 위치에 웨이트(29)가 구비되어 있고, 코일(24,25,26)과 웨이트(29)가 수지 프레임(52)에 의해 일체로 구성된 것이다. 편심 효과를 향상시키기 위하여, 예를들면, 무게비율을 가능한 크게(예로 10 이상) 하는 것이 좋다. 자기력과 와류에 의해 나타나는 회전하부하를 감소시키기 위해서는 로터를 비자성 및 비도전성 몸체로 하는 것이 좋다. 웨이트(29)의 크기는, 예를들면, 영구자석(12) 1개보다 약간 더 큰 정도로 한다. 웨이트(29)가 제1 및 제2 코일(24,25)에 인접하여 배치되면 편심 효과가 더욱 증대된다.

또한, 제2 직류 진동 모터 및 그 전기자 구조에 따르면, 이 전기자는 공간위상이 서로 동일하게 되는 방식으로 배치된 제1 및 제2 코일, 및 상기 제1 및 제2 코일에 대하여 회전방향으로 인접한 제3코일을 포함하며, 전기적 위상이 상이하게 되도록 상기 제1 및 제3 코일에 전류가 공급된다. 전기자는 외견상으로는 2 코일 모터와 같은 방식으로 구성되어 3 코일 모터와 비교하면 편심 효과가 증대될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 전기적 위상차가 발생하도록 3개의 코일에 전류가 공급되므로, 전기적인 비통전 구간(사점)도 존재하지 않으므로 안정된 기동이 항시 보장된다.

또한, 본 발명에 따르면, 전기적 위상차가 발생하도록 3개의 코일에 전류가 공급된다. 전기적인 비통전 구간이 존재하지 않아 안정된 기동이 언제라도 가능하다. 또한 본 발명 모터는 제1 및 제2 코일과, 그 회전 방향으로 인접한 제3코일을 포함하고 있어, 웨이트가 배치될 수 있는 공간이 확보되어 원주내에서 진동을 극대화할 수 있다. 뿐만 아니라, 진동 모터로서 진동량 증가에 대한 대응수단이 유리하다.

덧붙이면, 본 발명은 상기 실시예에 국한되지 않는다. 상기 실시예에서, 제1코일(24)은 외측 권선으로 형성되고 제2권선은 내측 권선으로 형성될 수 있다. 예를들면, 도 14에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 코일(31,32)이 이중권선으로 동시에 형성될 수 있다. 제1 및 제2 코일(31,32)이 상기 방식으로 이중권선으로 되면 양쪽 코일(31,32)에 동일한 회전토크가 발생하고, 하나의 권선 코일을 형성하는 경우와 동일한 방식으로 형성하는 것이 가능하여 제조공정을 단순화 할 수 있다.

상기한 바와같이 본 발명은 직류 진동 모터 및 직류 진동 모터의 전기자에 관한 것으로 충분한 진동을 얻을 수 있고 시동불능상태를 발생하지 않으며 동시에크기와 무게를 줄이는 것이 가능하다.

추가적인 잇점과 변형은 당업자에게 자명할 것이다. 그러므로, 본 발명은 여기에 기술된 대표적인 실시예나 특정의 상세한 부분에 의해 제한되지 않는다. 따라서, 첨부한 청구범위 및 이와 동등한 정도의 것에 의해 제한되는 일반적인 발명개념의 범위 및 정신으로부터 벗어남이 없이 다양한 변경이 가능할 것이다.

Claims (23)

1. 원주방향으로 다수의 위치에 자극을 갖도록 축방향으로 자화되어 링형 구조를 갖거나 또는 링형 구조로 배치된 영구자석으로 형성된 스테이터;

   상기 스테이터에 대하여 회전 가능하고 회전축에 편심으로 고정되며 상기 영구자석의 자화면에 대향하여 위치하는 전기자를 갖는 로터; 및

   상기 로터의 회전에 따라 극성이 연속적으로 반전되는 전류를 상기 전기자에 공급하기 위한 전류 경로를 형성하기 위한 브러시와 정류자를 포함하는 전류경로 형성수단으로 구성되며;

   상기 전기자는 공간위상이 서로 동일하도록 배치된 제1코일과 제2코일을 구비하고, 상기 전류경로 형성수단은 전기적 위상을 서로 다르게 설정함으로써 제1 및 제2 코일의 각각에 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2코일은 상기 제1코일의 내주에 동축으로 권선되는 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2코일은 2선 코일로 형성된 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
4. 제1항에 있어서, 상기 전기자에는 자성체로 구성되는 위치조정핀이 원주방향으로 더 구비된 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
5. 제1항에 있어서, 상기 직류 진동 모터는 회전방향의 단부 위치에서 상기 제1 및 제2 코일과 중첩되도록 하여 자기력 방향을 따르도록 하기 위한 핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
6. 제1항에 있어서, 상기 스테이터는 원주방향으로 4개의 자극을 가지며, 상기 제1 및 제2 코일은 상기 4개의 자극 가운데 1개 내지 2개의 자극을 커버하는 크기로 동축으로 권선되고 동시에 상기 코일의 일단은 공통 접속되며,

   상기 정류자는 상기 로터에 부착되어 상기 로터의 회전방향으로 6개로 분할되어 분할체를 이루는 동시에 서로 대향하여 위치된 상기 분할체들은 공통으로 접속되고 상기 분할체의 각 쌍은 상기 제1 및 제2 코일의 각각의 일단 및 그들의 공통단에 각각 접속되며,

   상기 브러시는 스테이터에 부착되며 상기 정류자에 90˚의 공간 위상차를 갖고 각각 접속된 2개의 브러시로 구성되는 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
7. 제6항에 있어서, 상기 제2코일은 상기 제1코일의 내주에 동축으로 권선되는 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
8. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2코일은 동시에 2선 코일로 형성된 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
9. 제6항에 있어서, 상기 전기자에는 자성체로 구성되는 위치조정핀이 원주방향으로 더 구비된 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
10. 제6항에 있어서, 상기 직류 진동 모터는 회전방향의 단부 위치에서 상기 제1 및 제2 코일과 중첩되도록 하여 자기력 방향을 따르도록 하기 위한 핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
11. 제1항에 있어서, 상기 전기자에는 상기 제1 및 제2 코일에 인접하여 회전방향으로 배치된 제3코일이 더 구비된 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
12. 제11항에 있어서, 상기 제2코일은 상기 제1코일의 내주에 동축으로 권선되는 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
13. 제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2코일은 동시에 2선 코일로 형성된 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
14. 제11항에 있어서, 상기 직류 진동 모터는 상기 제1 및 제2 코일에 인접하여 회전방향으로 배치된 웨이트를 더 구비한 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
15. 제14항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 코일 및 상기 웨이트는 수지 프레임으로 일체화되어 고정되는 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
16. 제11항에 있어서, 상기 스테이터는 원주방향으로 4개의 자극을 가지며;

    상기 제1 및 제2 코일은 상기 4개의 자극 가운데 1개 내지 2개의 자극을 커버하는 크기로 동축으로 권선되고, 제3코일은 상기 제1 및 제2 코일이 1개의 자극에 정확하게 대향하는 위치에 있을 때 다른 2개의 자극의 대략 중심에 배치되며;

    상기 정류자는 상기 로터에 부착되어 상기 로터의 회전방향으로 6개로 분할되어 분할체를 이루는 동시에 서로 대향하여 위치된 상기 각 분할체들은 공통으로 접속되고, 상기 분할체의 쌍은 상기 제1 내지 제3 코일의 각각의 타단에 접속되며;

    상기 브러시는 스테이터에 부착되며 상기 정류자에 90˚의 공간 위상차를 갖고 접속되는 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
17. 제16항에 있어서, 상기 제2코일은 상기 제1코일의 내주에 동축으로 권선되는 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
18. 제16항에 있어서, 상기 제1 및 제2코일은 동시에 2선 코일로 형성된 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
19. 제16항에 있어서, 상기 직류 진동 모터는 상기 제1 및 제2 코일에 인접하여 회전방향으로 배치된 웨이트를 더 구비한 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
20. 제19항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 코일 및 상기 웨이트는 수지 프레임으로 일체화되어 고정되는 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
21. 제16항에 있어서, 상기 제1코일, 제2코일 및 제3코일은 회전방향으로 약 135˚의 공간 위상차를 가지고 배치되는 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.
22. 원주방향으로 다수의 위치에 자극을 갖도록 축방향으로 자화되어 링형 구조를 가지며 링형 구조로 배치된 영구자석으로 형성된 스테이터에 대하여 로터가 회전 가능하게 구비되어 있는 직류 진동 모터의 전기자 구조로서, 상기 로터의 영구자석의 면의 자극에 대향하여 위치된 전기자는 회전축에 편심되어 고정되며, 상기 로터의 회전에 따라 극성이 연속적으로 반전되는 전류를 상기 전기자에 공급하기 위한 전류경로는 정류자와 브러시로 구성되는 전류경로 형성수단으로 이루어지고, 상기 전기자 구조는 상기 공간위상이 서로 동일하게 되도록 배치된 제1 및 제2 코일로 구성되며;

    상기 전류경로 형성수단에 의해 전기적 위상을 상이하게 설정함에 의해 각각 제1 및 제2 코일에 전류가 공급되는 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터의 전기자 구조.
23. 제16항에 있어서, 상기 전기자 구조는 회전방향으로 상기 제1 및 제2 코일에 인접된 제3코일을 더 포함하며;

    전기적 위상을 상이하게 설정함에 의해 전류경로 형성수단을 통하여 제1 내지 제3 코일에 전류가 공급되는 것을 특징으로 하는 직류 진동 모터.