KR20050036009A - 편평형 진동모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동모터에 관한 것으로, 휴대폰이나 PDA 등과 같은 이동통신 단말기에 장착되어 무선신호를 수신하는 형태의 하나로 사용되는 진동을 발생하는 편평형 진동모터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 외경이 소형화 되는 편평형 진동모터에서 코일의 설치 공간이 작아져서 발생되는 문제점을 보완하고자 일반적인 원형 코일이 아닌 각(角)형 코일을 이용한 로터 어셈블리를 제공함으로서 동일한 공간에서 직경이 같은 원형 코일보다 약 30%의 토크 이득을 확보할 수 있어 기동 전압을 안정화 시키며, 전류치를 최소화 시키고, 공간 확보가 유리하므로 적어도 2개 코일의 사이에 첨설되는 진동자의 공간 확보가 충분하게 되므로 진동량을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 외경이 작은 편평형 진동모터에서 브러쉬 재료의 두께를 줄여 브러쉬의 스프링력을 감소시켜 기동전압을 낮추는 일반적인 해결방안에서 발생하는 외부 충격 및 로터의 무게에 의한 로터 어셈블리의 불안정한 동작을 본 발명의 또 다른 구성인 로터 어셈블리를 지지해주는 지지대를 구성 함으로서 로터 어셈블리가 항상 일정하게 계자 마그네트와 공극을 유지 함으로서 안정된 동작을 구현하는 편평형 진동모터를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 적어도 2상의 코일을 이용하는 편평형 진동모터에 있어, 각형 코일을 이용함으로서 코일간의 쇄교자속밀도를 높여 2상의 코일을 이용하여도 안정적인 동작을 가능케 하므로 제조원가를 절감할 수 있으며, 외부 충격에 의한 브러쉬의 변형을 막아줌으로 정류자 및 브러쉬의 전기적, 기계적인 마모를 최소화 시켜 모터의 수명을 연장시킬 수 있는 편평형 진동모터를 제공한다.

Description

편평형 진동모터{Flat Type Vibration Motor}

본 발명은 편평형 진동모터에 관한 것으로, 휴대폰 및 이동통신 단말기의 소형화 추세에 부응하는 외경이 작은 편평형 진동모터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래의 3상 이상의 코일을 갖는 회전자는 원가적인 부담과 코일의 설치 공간 협소로 인해 경박하고 외경이 작은 편평형 진동모터에 적용하는데는 문제가 있다. 그래서 제조 및 원자재 비용 상승 문제 등의 문제를 해결하기 위해 2개의 코일을 구비하는 회전자를 선호하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 종래의 기술로는 일본공개특허 소63-290153호(1988. 11. 28)에는 3개의 코일 구동 기술과 3개의 코일중 1개의 코일을 제거하는 기술이 제시되고 있다. 여기에서 소개되는 기술은 코일의 기계각을 120도로 유지하고, 코일을 편심되게 배치하여 진동을 발생시키므로 이는 점차적으로 외경이 작은 진동모터에서는 고효율의 진동량을 획득하기에는 문제가 있다. 코일의 설치 공간이 외경의 축소분만큼 작아져 코일 저항값의 최적치 구현이 힘들어 안정적인 토크를 낼 수가 없으므로 진동모터의 특성이 불안정하고 기동전압이 상승하는 문제가 발생된다. 또한 코일의 무게만으로 축으로부터 편심거리를 증가시키는 것만으로는 최적의 진동량을 얻기 힘들다.

또한, 외경이 작은 진동모터에서 효과적인 유효 코일 구간의 배치가 공간적으로 용이 하지 못함에 따른 기동전압의 상승 문제를 해결하기 위하여 정류자에 전원을 공급하는 수단인 브러쉬의 재료를 두께를 줄여 브러쉬의 스프링력을 감소시켜 기동전압이 상승하는 문제를 해결할 수 있으나, 이는 브러쉬의 두께가 작은 만큼 브러쉬의 스프링력이 저하되어 외부의 충격이나 회전자의 무게에 의해 브러쉬가 아래쪽으로 쳐지는 문제가 발생하여 정류자와 브러쉬간의 접촉이 불안해져 접촉저항이 커지므로 전기적인 마모로 인한 수명이 단축되는 문제가 발생한다. 종래의 진동모터에는 회전자와 축이 고정되는 브라켓의 사이에 박막의 PET 필름 와셔가 구비되나, 이는 회전자가 외부의 충격에 아래측으로 쳐질 때 브라켓의 돌출부로부터 회전자를 보호하는 수단으로 사용되어진다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 종래의 일반적인 원형 형상의 코일 대신에 각(角)형 코일(100)을 적용함으로서 27%의 공간 이득 확보로 인한 효과적인 유효 코일의 배치로 토크의 이득을 얻을 수 있고, 회전자(5)와 축(4)이 고정된 브라켓(1)의 사이에 축을 통로로 하는 내마찰성과 내열성이 우수한 부재의 지지대(2)를 설치함으로 회전자와 계자 마그네트(3)간의 항상 일정한 공극을 유지할 수 있으므로 외부의 충격이나 회전자의 무게에 의해 발생하는 정류자와 브러쉬(9)의 접촉 불안으로 인한 전기적인 노이즈를 제거 함으로서 수명이 오래 가는 편평형 코어리스 진동모터와 그 제조방법을 제공함에 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 가장 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 편평형 진동모터를 나타내는 분리사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 편평형 진동모터의 단면도이다. 도 3는 원형 코일과 각(角)형 코일의 권선후의 전단면을 나타낸다.

전류의 흐름은 도체의 단면적에 비례한다. 지름이 1mm인 원형 코일과 가로,세로가 1mm인 각형 코일의 단면적을 비교해보면, 각형 코일의 단면적이 27% 큼을 알 수 있다. 이는 각형 코일(100)을 적용하면 코일 체적의 27% 만큼의 공간 이득으로 인한 진동모터의 외경이 작아도 방사상 방향의 유효 코일과 진동량 향상을 위한 진동자의 효율적인 공간 확보가 가능하다.

플레밍의 왼손법칙에 의해 전자력의 크기를 수식으로 나타내면

식-1)(자기장과 도체(코일)가 직각이 경우)

F = BlI(N)

식-2)(자기장과 도체(코일)가 직각이 아닌 경우)

F _θ = BlIsinθ(N)

위 식에서 회전력은 방사상 방향의 코일의 길이(l)에 비례한다. 외경이 작은 진동모터에서 각형 코일을 적용하면 공간 이득에 의한 방사상 방향의 유효 도체 구간의 안정적인 확보가 가능하게 되어 전기적 특성이 우수하며 기동전압이 상승하는 문제를 해결할 수 있다..

도 3에 의하면 원형 코일(110,120)은 원형 형상으로 인한 적층의 형상이 지그재그식으로 위층의 코일은 아래층의 코일의 사이에 적층이 된다. 이런 적층 방법에 의해 원형 코일의 권선 방법에는 층별 권선수를 다르게 권선하는 이수(異數)(120) 권선 방식과 층별 권선수를 동일하게 권선하는 동수(同數)(110) 권선 방식으로 나눌 수 있다. 이는 저항값의 조정 및 권선후의 제품의 폭 및 높이를 조절하는 수단으로도 이용되어진다. 여기에서 도 3에 의하면 원형 코일은 같은 권선수에서 동수(110) 권선 방식은 폭이 커짐을 알 수 있고, 이수(120) 권선 방식은 높이가 높아짐을 알 수 있다. 또한 원형 코일은 원형의 기구적인 형상으로 인한 코일과 코일 사이의 공극의 갭이 발생 하므로 전류가 흐를 시 자속 밀도가 본 발명에서 제시하는 각형 코일보다 낮아진다.

또한, 외경이 작은 진동모터에서는 위에서 서술한 것처럼 원형 코일(110,120)의 기구적인 한계로 특성이 불안한 진동모터가 되며, 기동전압이 상승하는 문제가 있다. 그래서 종래의 외경이 작은 진동모터는 브러쉬(9,90)의 재료의 두께를 줄여서 브러쉬의 스프링력을 감소 시켜 기동전압 상승 문제를 해결하고 있다.

브러쉬의 스프링력을 수식으로 보면

식-3)

d = 브러쉬의 눌림거리

E = 원재료 탄성계수

w = 브러쉬의 폭

t = 브러쉬의 두께

l = 브러쉬의 길이

위 식에서 보듯이 브러쉬의 재료 두께를 줄이는 것이 스프링력을 감소 시키는 빠른 방법이다. 종래의 외경이 작은 진동모터는 원형 코일의 구조적인 문제로 축으로 부터 방사상 방향의 유효 코일의 효율적인 배치가 어려우므로 위 식에서 같이 브러쉬의 재료 두께를 줄여 기동전압이 상승하는 문제를 해결하고 있다. 그러나 이것은 회전자의 무게와 브러쉬의 적정 압력을 찾아서 브러쉬의 스프링력을 계산하지 않으면 정류자와 브러쉬간의 접촉 불안으로 인한 불꽃 발생으로 전기적인 특성이 불안해지고, 모터의 수명이 단축되는 문제가 있다.

본 발명은 각(角)형(100) 코일을 이용한 고효율의 편평형 코어리스 진동모터를 제공하는 것으로, 각(角)형 코일은 적층되는 코일간의 공극 갭이 없이 권선이 되므로 공심 코일의 자속의 손실을 줄일 수가 있어 코일에서 발생하는 전자계의 자력선의 크기가 커지므로 전류 및 기동 전압이 상승하는 문제를 해결할 수 있으며, 아울러 2개의 코일로도 충분한 토크를 낼 수 있으므로 제조 및 원자재 원가절감이 가능하다.

또한 같은 크기의 원형 코일보다 27%의 공간 확보가 가능하므로 플레밍의 왼손 법칙에 의하여(식-1) 회전자(5,50)가 회전력을 가지는 축으로 부터 방사상 방향의 코일의 유효 도체 구간을 안정적으로 확보할 수가 있어 회전에 필요한 영구 자계의 단위 면적당 코일의 자속쇄교수(Number of flux linkage)가 커지므로 안정적인 토크 특성을 얻을 수 있으며 진동량을 극대화 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예로 회전자(5,50)와 축(4,40)이 고정되는 브라켓(1,10)의 사이에 축을 통로로 하여 내마찰성과 내열성이 우수한 지지대(2,20)를 설치하여 브러쉬 재료 두께의 감소로 인한 브러쉬 스프링력의 저하로 야기되는 정류자와 브러쉬(9,90)간의 접촉 불안을 해결하는 수단을 제공한다. 지지대(2,20)는 테프론계의 수지를 성형한 부재로 미끄럼성이 뛰어나며 내열성이 우수하므로 회전자에 구비되는 오일을 함유한 메탈베어링과 0.05mm 이하의 미세한 간격으로 설치,고정되어 회전자가 외부의 충격 및 회전자의 무게, 장시간 구동에 의한 브러쉬의 마모에도 계자 마그네트(3,30)와 항상 일정한 공극을 유지시키므로 안정적인 구동 특성을 나타낸다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 적어도 2상의 코일을 이용하는 편평형 진동모터에 있어, 각(角)형 코일을 이용 함으로서 코일간의 쇄교자속밀도를 높여 2상의 코일을 이용하여도 안정적인 동작을 가능케 하므로 제조원가를 절감할 수 있으며, 또한 각(角)형 코일을 이용 함으로서 충분한 공간 확보가 가능함으로 전기자 코일의 유효 도체 구간의 안정적인 공간 확보가 가능하여 안정적인 토크 특성을 가지므로 안정적인 전기적 특성과 기동전압 상승 문제를 해결할 수 있다. 또한 회전자와 브라켓 사이의 축을 통로로 하는 지지대를 설치, 고정 함으로서 외부 충격에 의한 브러쉬의 변형을 막아줌으로 정류자 및 브러쉬의 전기적, 기계적인 마모를 최소화 시켜 모터의 수명을 연장시킬 수 있는 편평형 진동모터를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 편평형 진동모터를 나타내는 분리사시도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 편평형 진동모터의 단면도.

도 3는 각형코일 및 원형코일의 권선 전단면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1, 10 : 하부브라켓 2, 20 : 지지대

3, 30 : 마그네트 4, 40 : 축

5, 50 : 회전자 6 : 진동자

7, 70 : 코일 8, 80 : 상부케이스

9, 90 : 브러쉬 100 : 각(角)형코일

110 : 원형코일(同數권선) 120 : 원형코일(異數권선)

Claims (2)

1. 적어도 2개 이상의 코일이 중첩되지 않도록 배치시키고, 양면으로 인쇄배선되어 관통홀로 연결되는 인쇄배선판 상에 코일단말이 납땜되도록 구성되며, 상기 코일과 코일 사이에 고비중 웨이트(Weight)를 첨설시키고, 회전자의 중심축과 접촉 회전하기 위해 오일을 함유하는 금속 베어링(Metal Bearing)을 구비하여 고정되어 있는 샤프트가 형성되며, 샤프트의 끝 단말 일측이 하부 브라켓에 고정되고 타단부는 상측 케이스와 접촉하여 회전하도록 이루며, 자속을 공급하는 자석과 회전자의 코일에 의해 발생되는 자속의 자로를 형성하는 케이스(Case)와 상기 자석 내측에 위치하는 한 쌍의 브러쉬를 갖는 고정자와, 상기 한 쌍의 브러쉬에 의해 전원이 공급되도록 자석과 대향하는 면에 복수개의 정류자편이 인쇄되어 있는 회전자에 있어서

   회전자의 코일을 각(角)형의 코일로 권선하는 것을 특징으로 하는 편평형 코어리스 진동모터
2. 내마찰성과 내열성이 우수한 수지로 성형된 지지대를 회전자와 브라켓 사이에 축을 통로로 하여 삽입, 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 편평형 코어리스 진동모터