KR20030067885A - 진동 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 진동 모터는, 하부기판이 마련된 하부 케이스와; 상기 하부 케이스와 체결되는 상부 케이스와; 상기 하부 케이스 위에 마련되는 4극의 마그네트와; 상기 하부 케이스와 상기 상부 케이스 간에 지지되는 샤프트와; 상기 샤프트에 편심되게 지지되어 회전 가능하게 결합되는 상부기판과; 상기 상부기판 위에 마련되며, 각 코일 중심 간 간격은 기계각으로 135도이며, 각 상은 전기각으로 60도의 위상차를 갖는 2개의 코일과; 상기 상부기판의 아랫면에 마련되며, 6개의 세그먼트로 형성되는 정류자; 및 하단은 상기 하부기판에 부착되고, 상단은 상기 정류자의 세그먼트에 접촉되게 기계각으로 90도의 간격으로 마련되는 한 쌍의 브러시; 를 포함한다.

여기서, 상기 브러시와 상기 정류자와의 접점부는 상기 마그네트 극간과 일직선 상에 위치되도록 마련된다.

또한, 상기 브러시와 상기 정류자와의 접점부는 상기 마그네트 극의 중심선 상에 위치되도록 마련된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 2상 6정류자편을 이용함으로써, 회전자에 전원을 인가하는 한 쌍의 브러시가 이루는 각도가 90도를 벗어나는 경우에도, 회전자에 안정적인 회전력을 인가시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

진동 모터{Vibrational motor}

본 발명은 진동 모터에 관한 것으로서, 특히 회전자에 전원을 인가하는 한 쌍의 브러시가 이루는 각도가 90도를 벗어나는 경우에도, 회전자에 안정적인 회전력을 인가시킬 수 있는 진동 모터에 관한 것이다.

오늘날, 이동통신 단말기(호출기, 핸드폰 등)가 많이 이용되고 있는데, 착신기능으로서 주로 사용되고 있는 것은 멜로디나 벨과 같은 발성기능 또는 기기를 떨게 하는 진동기능이 이용되고 있다. 이때, 진동기능은 이동통신 단말기 내에 별도로 장착되는 진동 모터에 의해서 작동되게 되며, 이와 같은 진동 모터의 예를 도 1 및 도 2에 나타내었다. 도 1은 종래 진동 모터의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 종래 진동 모터의 회전자 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2의 (a)는 종래의 진동 모터에 채용되는 상부기판의 윗면 형상을 나타낸 것이고, (b)는 종래의 진동 모터에 채용되는 상부기판의 아랫면 형상을 나타낸 것이고, (c)는 종래의 진동 모터에 채용되는 코일과 정류자 간의 연결 상태를 나타낸 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 종래의 진동 모터는, 하부기판(121)이 마련된 하부 케이스(120)와; 상기 하부 케이스(120)와 체결되는 상부 케이스(110)와; 상기 하부 케이스(120) 위에 마련되는 4극의 마그네트(140)와; 상기 하부 케이스(120)와 상기 상부 케이스(110) 간에 지지되는 샤프트(130)와; 상기 샤프트(130)에 편심되게 지지되어 회전 가능하게 결합되는 상부기판(150)과; 상기 상부기판 (150) 위에 마련되며, 각 코일 중심 간 간격은 기계각으로 135도이며, 각 상은 전기각으로 90도의 위상차를 갖는 2개의 코일(151)과; 상기 상부기판(150)의 아랫면에 마련되며, 8개의 세그먼트로 형성되는 정류자(152); 및 하단은 상기 하부기판 (121)에 부착되고, 상단은 상기 정류자(152)의 세그먼트에 접촉되게 기계각으로 90도의 간격으로 마련되는 한 쌍의 브러시(152); 를 포함한다. 여기서, 도면부호 131은 상기 샤프트(130)의 회전을 지지하는 베어링을 나타내며, 도면부호 132는 상기 샤프트(130)에 결합되는 와셔를 각각 나타낸다.

그리고, 상기 정류자(152)의 1번 세그먼트와 5번 세그먼트, 2번 세그먼트와 6번 세그먼트, 3번 세그먼트와 7번 세그먼트, 4번 세그먼트와 8번 세그먼트는 각각 전기적으로 연결되어 있다. 또한, 상기 하나의 코일(151)은 상기 정류자(152)의 (2, 6)번 세그먼트와 (4, 8)번 세그먼트 사이에 연결되어 있으며, 또 하나의 코일(151)은 상기 정류자(152)의 (1, 5)번 세그먼트와 (3, 7)번 세그먼트 사이에 연결되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 종래의 진동 모터는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 마그네트(140)에서 발생된 중심자속과 상기 코일(151)에서 발생된 자속의 상호 인력 또는 척력에 의하여 상기 상부기판(150)이 회전되게 된다. 도 3은 종래 진동 모터의 브러시 각도가 90도인 경우에 있어서, 진동 모터의 동작 원리를 개념적으로 나타낸 도면이다.

도 3의 (a)는, 상기 정류자(152)의 7번 세그먼트에 상기 브러시(160)의 (+) 전극이 접촉되고, 상기 정류자(152)의 1번 세그먼트에 상기 브러시(160)의 (-) 전극이 접촉되는 경우를 나타낸 것이다. 이에 따라, 상기 정류자(152)의 7번 세그먼트와 1번 세그먼트 사이에 연결된 상기 코일(151)에 전류가 흐르게 됨으로써, 상기 상부기판(150)에 회전력이 인가되게 된다.

이에 따라, 상기 상부기판(150)에 회전력이 인가되면, 상기 상부기판(150)이 회전되게 되며, 이에 따라 상기 브러시(160)와 상기 정류자(152)의 접점 위치가 변하게 된다. 도 3의 (b) 내지 (d)는 접점 변화에 따라 형성되는 회로를 설명한 것으로서, 그 동작특성은 개념은 (a)와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 상기 도 3은 상기 한 쌍의 브러시(160)가 이루는 기계적인 각도가 90도인 경우에 대하여 설명하였으나, 경우에 따라서는 상기 한 쌍의 브러시(160)가 이루는 각도가 90도를 벗어나는 경우도 발생된다. 도 4는 종래 진동 모터의 브러시 각도가 90도보다 커진 경우에 있어서, 진동 모터 동작의 문제점을 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 종래 진동 모터의 브러시 각도가 90도보다 작아진 경우에 있어서, 진동 모터 동작의 문제점을 개념적으로 나타낸 도면이다.

그런데, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 한 쌍의 브러시(160)가 이루는 각도가 90도보다 커지는 경우에는, 상기 브러시(160)의 (+) 전극이 상기 정류자(152)의 5번 세그먼트에 접촉되고, 상기 브러시(160)의 (-) 전극이 상기 정류자(152)의 8번 세그먼트에 접촉되는 상황이 발생될 수 있다. 이와 같은 경우에는, 상기 코일(151)의 양단에 전압이 인가되지 않음에 따라, 상기 상부기판(150)에 회전력을 인가시킬 수 없게 되는 문제점이 발생된다.

또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 한 쌍의 브러시(160)가 이루는 각도가 90도보다 작아지는 경우에는, 상기 브러시(160)의 (+) 전극이 상기 정류자(152)의 6번 세그먼트에 접촉되고, 상기 브러시(160)의 (-) 전극이 상기 정류자(152)의 7번 세그먼트에 접촉되는 상황이 발생될 수 있다. 이와 같은 경우에는, 상기 코일(151)의 양단에 전압이 인가되지 않음에 따라, 상기 상부기판(150)에 회전력을 인가시킬 수 없게 되는 문제점이 발생된다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 하나의 방안으로, 상기 상부기판(150)에 마련되는 정류자(152)의 형상을 변형시킨 예를 도 6에 나타내었다. 도 6은 종래 진동 모터에 채용되는 정류자의 형상을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 6의 (a) 및 (b)를 비교하면, (a)에 마련된 정류자(152)의 각 세그먼트는 회전축을 중심으로 방사 형상으로 대칭적으로 마련되어 있으며, (b)에 마련된 정류자(152)의 각 세그먼트는 회전축을 중심으로 방사 형상으로 형성되지 않고 경사지게 형성되어 있음을 알 수 있다. 이에 따라, 상기 한 쌍의 브러시(160)가 이루는 기계적인 각도가 90도를 벗어나는 경우에도, 도7에 나타낸 바와 같이, 구성회로가 오픈되지 않고 폐회로를 형성할 수 있게 됨에 따라, 상기 상부기판(150)에 회전력을 인가할 수 있게 된다. 도 7은 종래 진동 모터에 채용되는 정류자의 형상이 경사진 경우에 발생되는 두상 온(ON) 구간의 회로도를 개념적으로 나타낸 도면이다.

그런데, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 상기 정류자(152)의 세그먼트를 경사지게 형성하는 경우에는, 상기 상부기판(150)에 회전력이 인가되지 않는 문제점을 해결할 수는 있지만, 도 8(b)에 나타낸 바와 같이, 두 상이 온(ON)되는 구간이 넓어지게 된다. 여기서, 도 8의 (a)는 종래 진동 모터에 채용되는 정류자가 방사 대칭적인 경우를 나타낸 것이고, (b)는 종래 진동 모터에 채용되는 정류자에 경사가 형성된 경우에 발생되는 전류 파형을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이에 따라, 두 상 온(ON) 구간이 넓어진다는 것은 2배의 전류가 흐르는 구간이 커짐을 의미함으로써, 전체 전류는 상승하게 되고, 수명시험 조건인 단속시험에서 2배의 전류가 흐르고 있을 때, 전원을 꺼짐(OFF)으로 전환하면, 스파크(spark)도 두배로 증가하게 되어 브러시(160)의 수명도 단축시키게 되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 여건을 감안하여 창출된 것으로서, 2상 6정류자편을 이용함으로써, 회전자에 전원을 인가하는 한 쌍의 브러시가 이루는 각도가 90도를 벗어나는 경우에도, 회전자에 안정적인 회전력을 인가시킬 수 있는 진동 모터를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 진동 모터의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 2는 종래 진동 모터의 회전자 구조를 개략적으로 나타낸 도면.

도 3은 종래 진동 모터의 브러시 각도가 90도인 경우에 있어서, 진동 모터의 동작 원리를 개념적으로 나타낸 도면.

도 4는 종래 진동 모터의 브러시 각도가 90도보다 커진 경우에 있어서, 진동 모터 동작의 문제점을 개념적으로 나타낸 도면.

도 5는 종래 진동 모터의 브러시 각도가 90도보다 작아진 경우에 있어서, 진동 모터 동작의 문제점을 개념적으로 나타낸 도면.

도 6은 종래 진동 모터에 채용되는 정류자의 형상을 개략적으로 나타낸 도면.

도 7은 종래 진동 모터에 채용되는 정류자의 형상이 경사진 경우에 발생되는 두상 온(ON) 구간의 회로도를 개념적으로 나타낸 도면.

도 8은 종래 진동 모터에 채용되는 정류자 형상의 경사 여부에 따라 발생되는 전류 파형을 개략적으로 나타낸 도면.

도 9는 본 발명에 따른 진동 모터의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 10은 본 발명에 따른 진동 모터에 채용되는 회전자의 형상을 개략적으로나타낸 도면.

도 11은 본 발명에 따른 진동 모터의 동작 원리를 개념적으로 나타낸 도면.

도 12는 본 발명에 따른 진동 모터에서 두상 온(ON)이 발생되는 경우의 회로도를 나타낸 도면.

도 13은 본 발명에 따른 진동 모터에 채용되는 회전자 형상의 다른 예를 개략적으로 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110, 910... 상부 케이스120, 920... 하부 케이스

121, 921... 하부기판130, 930... 샤프트

131, 931... 베어링132, 932... 와셔

140, 940... 마그네트150, 950... 상부기판

151, 951... 코일152, 952... 정류자

160, 960... 브러시

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 진동 모터는,

하부기판이 마련된 하부 케이스와;

상기 하부 케이스와 체결되는 상부 케이스와;

상기 하부 케이스 위에 마련되는 4극의 마그네트와;

상기 하부 케이스와 상기 상부 케이스 간에 지지되는 샤프트와;

상기 샤프트에 편심되게 지지되어 회전 가능하게 결합되는 상부기판과;

상기 상부기판 위에 마련되며, 각 코일 중심 간 간격은 기계각으로 135도이며, 각 상은 전기각으로 60도의 위상차를 갖는 2개의 코일과;

상기 상부기판의 아랫면에 마련되며, 6개의 세그먼트로 형성되는 정류자; 및

하단은 상기 하부기판에 부착되고, 상단은 상기 정류자의 세그먼트에 접촉되게 기계각으로 90도의 간격으로 마련되는 한 쌍의 브러시; 를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 브러시와 상기 정류자와의 접점부는 상기 마그네트 극간과 일직선 상에 위치되도록 마련되는 점에 그 특징이 있다.

또한, 상기 브러시와 상기 정류자와의 접점부는 상기 마그네트 극의 중심선상에 위치되도록 마련되는 점에 그 특징이 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 2상 6정류자편을 이용함으로써, 회전자에 전원을 인가하는 한 쌍의 브러시가 이루는 각도가 90도를 벗어나는 경우에도, 회전자에 안정적인 회전력을 인가시킬 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.

도 9는 본 발명에 따른 진동 모터의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 진동 모터에 채용되는 회전자의 형상을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 10의 (a)는 본 발명의 진동 모터에 채용되는 상부기판의 윗면 형상을 나타낸 것이고, (b)는 본 발명의 진동 모터에 채용되는 상부기판의 아랫면 형상을 나타낸 것이고, (c)는 본 발명의 진동 모터에 채용되는 브러시 접점부와 마그네트와의 배열 관계를 나타낸 것이고, (d)는 본 발명의 진동 모터에 채용되는 코일과 정류자 간의 연결 상태를 나타낸 것이다.

도 9 및 도 10을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 진동 모터는, 하부기판 (921)이 마련된 하부 케이스(920)와; 상기 하부 케이스(920)와 체결되는 상부 케이스(910)와; 상기 하부 케이스(920) 위에 마련되는 4극의 마그네트(940)와; 상기 하부 케이스(920)와 상기 상부 케이스(910) 간에 지지되는 샤프트(930)와; 상기 샤프트(930)에 편심되게 지지되어 회전 가능하게 결합되는 상부기판(950)과; 상기 상부기판(950) 위에 마련되며, 각 코일 중심 간 간격은 기계각으로 135도이며, 각 상은 전기각으로 60도의 위상차를 갖는 2개의 코일(951)과; 상기 상부기판(950)의 아랫면에 마련되며, 6개의 세그먼트로 형성되는 정류자(952); 및 하단은 상기 하부기판(921)에 부착되고, 상단은 상기 정류자(952)의 세그먼트에 접촉되게 기계각으로 90도의 간격으로 마련되는 한 쌍의 브러시(960); 를 포함한다. 여기서, 도면부호 931은 상기 샤프트(930)의 회전을 지지하는 베어링을 나타내며, 도면부호 932는 상기 샤프트(930)에 결합되는 와셔를 각각 나타낸다.

그리고, 도 10의 (c) 및 (d)에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 진동 모터에 채용되는 상기 브러시(960)와 정류자(952)와의 접점부는 상기 마그네트(940) 극간과 일직선 상에 위치되도록 마련된다. 이에 따라, 상기 코일(951)과 정류자(952)에 마련된 각 세그먼트의 연결은 도 10의 (d)에 나타낸 바와 같이 구성된다.

즉, 상기 정류자(952)의 각 세그먼트는, 1번 세그먼트와 4번 세그먼트가 연결되고, 2번 세그먼트와 5번 세그먼트가 연결되며, 3번 세그먼트와 6번 세그먼트가 각각 연결된다. 그리고, 상기 두 개의 코일(951)은 상기 정류자(952)의 (1, 4)번 세그먼트와 (2, 5)번 세그먼트 사이 및 (2, 5)번 세그먼트와 (3, 6)번 세그먼트 사이에 각각 연결된다.

그러면, 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 진동 모터에서 상기 정류자(952)의 각 세그먼트 및 상기 브러시(960)와의 접점 위치 변화에 따른 동작 특성을 살펴보기로 한다. 도 11은 본 발명에 따른 진동 모터의 동작 원리를 개념적으로 나타낸 도면이다.

먼저, 도 11의 (a)는 상기 브러시(960)와 정류자(952)의 접촉에 의하여, 상기 정류자(952)의 2번 세그먼트에 (+) 전압이 인가되고, 3번 세그먼트에 (-) 전압이 인가되는 경우를 나타낸 것이다. 이러한 경우, 상기 정류자(952)의 각 세그먼트의 연결 상태를 살펴보면, 2번 세그먼트와 5번 세그먼트가 전기적으로 연결되어 있음에 따라, 상기 5번 세그먼트에 (+) 전압이 인가되는 효과가 발생된다. 또한, 3번 세그먼트와 6번 세그먼트가 전기적으로 연결되어 있음에 따라, 상기 6번 세그먼트에 (-) 전압이 인가되는 효과가 발생된다. 이에 따라, 상기 5번 세그먼트와 6번 세그먼트 사이에 연결된 상기 코일(951)에 전류가 흐르게 됨으로써, 상기 상부기판 (950)에 회전력이 인가될 수 있게 된다.

그리고, 도 11의 (a) 상태에서 상부기판(950)이 회전되게 되면, 상기 브러시 (960)와 정류자(952)의 접촉 위치가 도 11의 (b) 상태와 같이 변화되게 된다. 이때, 상기 정류자(952)의 1번 세그먼트에 (+) 전압이 인가되고, 3번 세그먼트에 (-) 전압이 인가되게 된다. 그리고, 상기 정류자(952)의 각 세그먼트의 연결 상태 및 상기 코일(951)의 연결 상태를 살펴보면, 1번 세그먼트와 2번 세그먼트 사이에는 상기 코일(951)을 통하여 전기적인 폐회로가 형성되고, 5번 세그먼트와 6번 세그먼트 사이에는 상기 코일(951)을 통하여 전기적인 폐회로가 형성된다. 또한, 상기 정류자(952)의 2번 세그먼트와 5번 세그먼트 사이 및 3번 세그먼트와 6번 세그먼트 사이에는 정류자(952) 형성시에 전기적인 폐회로가 형성되어 있다.

이에 따라, 브러시 (+) 전극 -- 1번 세그먼트 -- 코일 -- 2번 세그먼트 -- 5번 세그먼트 -- 코일 -- 6번 세그먼트 -- 3번 세그먼트 -- 브러시 (-) 전극의 폐회로가 형성됨으로써, 상기 상부기판 (950)에 회전력이 인가될 수 있게 된다. 이와 같이 두상이 온(ON)되는 경우의 회로도를 도 12에 나타내었다. 도 12는 본 발명에 따른 진동 모터에서 두상 온(ON)이 발생되는 경우의 회로도를 나타낸 도면이다. 이때, 전체 저항이 한상 저항의 2배가 되므로, 전류가 절반으로 줄게 되고, 전류강하, 배터리 수명 연장 및 브러시 수명 연장 등의 장점이 발생된다.

이하, 도 11의 (c) 내지 (h)는 상기 상부기판(950)의 회전에 따라, 상기 브러시(960)와 상기 정류자(952)의 각 세그먼트와의 접점 위치가 변화됨에 따른 회로 특성을 각각 나타낸 것이다. 그 동작 특성은 상기 도 11의 (a) 및 (b)에 설명된 바와 동일한 개념이므로 각 도면에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 상기 마그네트(940)에서 발생되는 중심자속과 상기 코일(951)에서 발생되는 자속인 두상 또는 한상의 상호 인력, 척력에 의하여 상기 상부기판(950)에 회전력이 발생되게 된다. 이에 따라, 상기 상부기판(950)의 편심 회전에 의한 진동에 의하여, 본 발명에 따른 진동모터는 진동력을 상기 상부 케이스(910) 및 하부 케이스(920)에 전달할 수 있게 된다. 그리고, 본 발명에 따른 진동모터에서는, 도 10에 나타낸 바와 같은 구조상의 이유로 인하여, 한 쌍의 상기 브러시(960)가 이루는 기계각이 90도를 벗어나는 경우에도, 상기 상부기판(950)에 회전력을 안정적으로 인가시킬 수 있게 된다.

한편, 도 13은 본 발명에 따른 진동 모터에 채용되는 회전자 형상의 다른 예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 13의 (a)는 본 발명의 진동 모터에 채용되는 상부기판의 윗면 형상을 나타낸 것이고, (b)는 본 발명의 진동 모터에 채용되는 상부기판의 아랫면 형상을 나타낸 것이고, (c)는 본 발명의 진동 모터에 채용되는 브러시 접점부와 마그네트와의 배열 관계를 나타낸 것이고, (d)는 본 발명의 진동 모터에 채용되는 코일과 정류자 간의 연결 상태를 나타낸 것이다.

도 13을 참조하여 설명하면, 진동 모터의 기본적인 구성은 도 10에 나타낸 진동 모터와 그 구성이 동일하다. 다만, 도 13의 (c) 및 (d)에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 진동 모터에 채용되는 상기 브러시(960)와 정류자(952)와의 접점부는 상기 마그네트(940) 극의 중심선 상에 위치되도록 마련된다. 이에 따라, 상기 코일(951)과 정류자(952)에 마련된 각 세그먼트의 연결은 도 13의 (d)에 나타낸 바와 같이 구성된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 진동 모터에 의하면, 2상 6정류자편을 이용함으로써, 회전자에 전원을 인가하는 한 쌍의 브러시가 이루는 각도가 90도를 벗어나는 경우에도, 회전자에 안정적인 회전력을 인가시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 하부기판이 마련된 하부 케이스와;

   상기 하부 케이스와 체결되는 상부 케이스와;

   상기 하부 케이스 위에 마련되는 4극의 마그네트와;

   상기 하부 케이스와 상기 상부 케이스 간에 지지되는 샤프트와;

   상기 샤프트에 편심되게 지지되어 회전 가능하게 결합되는 상부기판과;

   상기 상부기판 위에 마련되며, 각 코일 중심 간 간격은 기계각으로 135도이며, 각 상은 전기각으로 60도의 위상차를 갖는 2개의 코일과;

   상기 상부기판의 아랫면에 마련되며, 6개의 세그먼트로 형성되는 정류자; 및

   하단은 상기 하부기판에 부착되고, 상단은 상기 정류자의 세그먼트에 접촉되게 기계각으로 90도의 간격으로 마련되는 한 쌍의 브러시; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 모터.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 브러시와 상기 정류자와의 접점부는 상기 마그네트 극간과 일직선 상에 위치되도록 마련되는 것을 특징으로 하는 진동 모터.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 브러시와 상기 정류자와의 접점부는 상기 마그네트 극의 중심선 상에위치되도록 마련되는 것을 특징으로 하는 진동 모터.