KR20060093849A - 편평형 무정류자 진동모터 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 편평형 무정류자 진동모터는 2극 이상의 영구자석, 상기 영구자석을 결합시키는 로터요크, 상기 영구자석이 회전되는 경우 편심부하를 발생시키는 편심수단을 구비하는 로터부; 상기 로터요크에 결합되는 샤프트; 자성체 재질의 백요크를 상면에 배치하고, 상기 샤프트를 회전가능하게 지지하는 베이스; 상기 영구자석의 위치를 파악하여 회전을 제어하며, 상기 베이스상에 고정되는 회로부, 상기 회로부상에 배치되는 다수의 코일을 구비하는 스테이터부; 및 상기 로터부의 회전 공간을 제공하고 상기 베이스의 외주면과 결합되는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 편평형 무정류자 진동모터에 의하면, 권선 작업을 비롯하여 설치 공정이 까다로운 코일의 구조를 변형하지 않고 모터의 기동 특성을 향상시킴으로써 생산 시간을 단축하고 비용을 절감할 수 있고, 또한, 초소형화가 가능한 구조로서 신뢰성이 확보되며, 고응답 및 장수명의 특성을 가지게 되는 효과가 있다.

Description

편평형 무정류자 진동모터{Brushless vibration motor of flat type}

도 1은 종래의 6극 단상 방식의 편평형 무정류자 진동모터의 내부구조를 개략적으로 도시한 측단면도.

도 2는 종래의 6극 단상 방식의 편평형 무정류자 진동모터의 코일 구조를 도시한 평면도.

도 3은 종래의 6극 단상 방식의 편평형 무정류자 진동모터의 코일간 결합구조를 도시한 측단면도.

도 4는 종래의 바이폴라 방식의 편평형 무정류자 진동모터의 토크 파형을 나타낸 그래프.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터의 내부 구조를 도시한 측단면도.

도 6은 본 발명의 제1실시에에 따른 편평형 무정류자 진동모터에 구비되는 영구자석의 외형을 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터에 구비되는 영구자석, 백요크 및 코일의 사이즈를 비교 도시한 도면.

도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터의 코일 및 센서가 고정되는 형태를 도시한 평면도.

도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터의 회로부의 회로 구성을 개략적으로 도시한 블록도.

도 10은 본 발명의 제1실시예에 의한 편평형 무정류자 진동모터의 센서의 입력신호에 따른 코일 전류의 스위칭 로직도.

도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터의 코일 및 모터상에서 발생하는 토크 파형을 나타낸 그래프.

도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터의 내부 구조를 도시한 평면도.

도 13은 본 발명의 제2실시예에 의한 편평형 무정류자 진동모터의 센서의 입력신호에 따른 코일전류의 스위칭 로직도.

도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터의 내부 구조를 도시한 평면도.

도 15는 본 발명의 제3실시예에 의한 편평형 무정류자 진동모터의 코일 및 모터상에서 발생하는 토크 파형을 나타낸 그래프.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10: 로터부 11: 영구 자석

12: 로터 요크 13: 샤프트

14: 편심 수단 20: 스테이터부

21: 베이스 22: 케이스

23: 회로부 23a: 제1센서

23b: 제2센서 24a: 제1코일

24b: 제2코일 25: 백요크

26: 메탈베어링 27: 쓰러스트판

본 발명은 편평형 무정류자 진동모터에 관한 것이다.

편평형 진동모터는 휴대폰, 스마트폰, PDA(Personal Digital Assistant) 등과 같은 이동통신단말기에 장착되는 초소형 모터로서, 콜센터로부터 신호가 수신되면 소리 대신 진동으로 사용자에게 이를 알려줄 때 사용되는 부품이다.

즉, 매너 모드가 설정되었을 경우에 이동통신단말기가 진동을 발생하는 것은 이러한 편평형 진동모터가 작동해서 생기는 현상이다.

이러한 편평형 진동모터는 이동통신단말기의 소형화, 경량화 및 저전력화 추세에 따라 일반적으로 그 두께와 지름(약 10mm)이 크게 감소된 동전 형상(coin type)을 가진다.

편평형 진동모터는 크게 브러쉬형 진동모터와 무정류자(Brushless)형 진동모터로 분류되는데, 브러쉬형 진동모터는 그 사이즈가 소형인 특성상 브러쉬 및 정류자의 결합구조가 강하지 못하고, 제조가 어려우며, 접점 구조에 의한 스파크 및 노이즈는 이동통신단말기의 다른 전자부품에 좋지 않은 영향을 미치게 된다.

반면, 무정류자형 진동모터는 노이즈 필터를 사용할 필요가 없고, 브러쉬 및 정류자 구조를 탈피함으로써 그 사이즈를 보다 최소화시킬 수 있다.

이러한 무정류자형 진동모터는 영구 자석의 자극수 및 코일의 개수 등에 따라 구분되는데, 가령 코일이 세 개인 3상 유니폴라 방식과 코일이 2개인 바이폴라 방식 등이 있다.

무정류자형 3상 유니폴라 방식 진동모터의 경우에는 세 개의 코일에 흐르는 전류를 순차적으로 제어하기 위한 스위칭을 처리함에 있어서, 토크가 "0"이 되는 구간이 발생하므로 모터의 기동이 불규칙해지거나 정지하는 등의 문제가 발생한다.

또한, 무정류자형 바이폴라 방식 진동모터의 경우에는 토크 특성이 양호해지는 장점이 있으나 보통 모터의 구조물이 연자성체로 제작되므로 영구자석의 흡인력이 작용하게되고, 따라서 모터의 기동 특성이 저하되어 신뢰성이 떨어지는 문제가 발생한다.

이하에서, 대한민국 실용신안 공개 No. 2002-0038046을 참조하여 종래의 무정류자형 유니폴라 방식 및 바이폴라 방식의 진동모터가 가지는 문제점에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 6극 단상 방식의 편평형 무정류자 진동모터의 내부구조를 개략적으로 도시한 측단면도이다.

도 1에 의하면, 종래의 6극 단상 방식의 편평형 무정류자 진동모터는 축봉(110)과, 베어링(115), 영구자석(120), 편심수단(125), 로터요크(130) 및 와셔(135)로 구성되는 로터부(100)와, 상부케이스(210), 하부케이스(220), 코일(240), 스테이터(230), 모터제어기(250) 및 홀소자(252)로 구성되는 스테이터부(200)를 포 함하여 구성된다.

우선, 상기 축봉(110)은 절연물질로 형성된 스테이터(230)에 그 하단부가 고정되고, 상단부는 상부케이스(210)에 고정된다. 상기 축봉(110)에는 베어링(115)이 결합되고, 그 저면 및 상면으로 각각 와셔(135)가 구비되어 회전시 마찰을 감소시킨다. 이때, 축봉(110)은 회전되지 않는다. 상기 스테이터(230)상에는 세 개의 코일(240)과 모터제어기(250)가 각각 영역이 분할되어 설치되는데, 모터제어기(250)는 홀소자(252)를 통하여 상기 영구자석(120)의 자극을 검출하고 이를 바탕으로 출력신호를 전달함으로써 상기 코일(240)이 한 개씩 순차적으로 극성을 갖도록 한다. 따라서, 상기 영구자석(120)은 자계의 반발력으로 회전되고 상기 편심수단(125)에 의하여 진동력을 갖추게 된다. 여기서, 상부케이스(210) 및 하부케이스(220)는 금속재질(자성체)로 제작되고, 상기 연결체(130) 또한 연자성체로 제작된다.

도 2는 종래의 6극 단상 방식의 편평형 무정류자 진동모터의 코일 구조를 도시한 평면도이다.

도 2에 의하면, 세 개의 코일(240) 및 모터제어기(250)의 배치 형태가 도시되어 있는데, 상기 코일(240)간의 인접면이 상기 축봉(110)으로부터 외부로 향하는 가상선(a, b)과 평행하지 않게 하기 위하여 상기 코일(240)들의 형태가 변형되어 있다. 이는 코일(240)들을 순차적으로 스위칭시킴에 있어서, 상기 코일(240)간의 인접면 및 상기 가상선(a, b)이 평행하게 일치되는 구간에서 토크가 "0"이 되는 것을 방지하기 위한 것이다.

그러나, 부하 토크가 크게 발생되어야 하는 진동모터의 특성상 이러한 종래 의 개선안은 근본적인 문제의 해결책을 제공하지 못한다. 즉, 이러한 구조에서는 모터를 기동시키기 위한 토크가 미약하게 발생되기 때문에, 모터의 기동이 불안정적이거나 기동이 중지될 수 있는 확률이 클 수 밖에 없다.

도 3은 종래의 6극 단상 방식의 편평형 무정류자 진동모터의 코일간 결합구조를 도시한 측단면도이다.

도 3에 도시된 코일간 결합 구조는 상기의 문제점을 극복하기 위하여 종래에 제시된 다른 개선안으로서, 각 코일(240a, 240b)이 인접됨에 있어서 상하로 요철 구조를 형성하여 상기 스테이터상(230)에서 중첩되어 있다. 그러나, 상기 제시된 개선안은 첫 번째 개선안에 비하여 보다 강한 토크가 형성되지만, 안정적인 모터의 기동을 위해서는 아직 토크 강도가 미비한 상태이고, 권선 작업 및 제작 공정상 그 구현이 곤란한 문제가 있다.

도 4는 종래의 바이폴라 방식의 편평형 무정류자 진동모터의 토크 파형을 나타낸 그래프이다.

또한, 상기 인용된 종래의 실용신안 공개공보에는 바이폴라 방식의 편평형 무정류자 진동모터에 대한 설명도 있는데, 두 개의 코일간 중심 각도는 120°로, 그리고 두 개의 홀소자간의 중심 각도는 30°로 형성되어 있으며, 상기 영구자석은 4극이고, 상기 하부케이스는 연성자성체로 제작된다.

이러한 구조를 가지는 진동모터를 구동시켜 회전 시의 토크 파형을 분석하여 보면, 도 4에 도시된 바와 같이, 토크 리플(ripple)(도 4에서 상기 그래프의 x축은 모터가 회전되는 시간 단위를 표시하고, y축은 토크 강도를 표시한다)은 (A)이 약 50%로 발생되고 그 만큼 기동 특성이 저하됨을 확인할 수 있다.

그리고, 종래의 진동모터의 구조에서 상부케이스 및 하부케이스는 연자성체로 이루어지는데, 이는 자기차폐의 측면에서는 효과가 있으나, 상기 영구자석은 하부 케이스측으로 흡인력을 받으므로 오히려 로터의 흡인 부하 토크가 모터의 부하 토크와 합쳐져서 모터의 기동 토크보다 커지게 되어 기동 특성이 저하되는 문제점이 상존하게 된다.

전술한 문제점들에 의하면, 종래의 3상 유니폴라 방식의 무정류자 진동모터는 불안정한 기동 특성에 의하여 수명이 단축되고, 정상회전수까지 도달하는데 많은 시간이 소요되며, 구조적 특성상 사이즈의 최소화에 한계를 가지게 된다.

따라서, 본 발명은 코일간의 인접면에서 불안정적인 토크가 발생되는 것을 근본적으로 방지할 수 있는 구조의 편평형 무정류자 진동모터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 보다 효율적인 제작 공정이 가능한 편평형 무정류자 진동모터를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 모터의 토크 특성을 최대한 상승시킬 수 있는 편평형 무정류자 진동모터를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 바이폴라 방식으로서, 코일간의 배치 각도, 영구자석의 자극수 및 센서의 배치 각도를 효율적으로 조합함으로써 모터의 기동 토크를 향상시키는 편평형 무정류자 진동모터를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 편평형 무정류자 진동모터는 2극 이상의 영구자석, 상기 영구자석을 결합시키는 로터요크, 상기 영구자석이 회전되는 경우 편심부하를 발생시키는 편심수단을 구비하는 로터부; 상기 로터요크에 결합되는 샤프트; 자성체 재질의 백요크를 상면에 배치하고, 상기 샤프트를 회전가능하게 지지하는 베이스; 상기 영구자석의 위치를 파악하여 회전을 제어하며, 상기 베이스상에 고정되는 회로부, 상기 회로부상에 배치되는 다수의 코일을 구비하는 스테이터부; 및 상기 로터부의 회전 공간을 제공하고 상기 베이스의 외주면과 결합되는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 일실시예에 의한 편평형 무정류자 진동모터의 상기 영구자석은 6극으로 제공되고, 상기 코일은 2개가 배치되어 각각의 중심이 상기 샤프트를 중심으로 150°의 각을 이루며, 상기 회로부에는 영구자석의 위치를 파악하는 2개의 센서가 포함되어 상기 샤프트를 중심으로 30°의 각을 이루어 위치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 편평형 무정류자 진동모터의 상기 영구자석은 6극으로 제공되고, 상기 코일은 2개가 배치되어 각각의 중심이 상기 샤프트를 중심으로 90°의 각을 이루며, 상기 회로부에는 영구자석의 위치를 파악하는 2개의 센서가 포함되어 상기 샤프트를 중심으로 30°의 각을 이루어 위치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 편평형 무정류자 진동모터의 상기 영구자석은 4극으로 제공되고, 상기 코일은 2개가 배치되어 각각의 중심이 상기 샤프트를 중심으로 135°의 각을 이루며, 상기 회로부에는 영구자석의 위치를 파악하는 2개의 센서가 포함되어 상기 샤프트를 중심으로 45°의 각을 이루어 위치되는 것을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 편평형 무정류자 진동모터에 대하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터의 내부 구조를 도시한 측단면도이다.

도 5에 의하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터는 크게 로터부(10), 스테이터부(20), 샤프트(13) 및 이들을 수용하는 베이스(21)와 케이스(22)를 포함하여 구성된다.

상기 로터부(10)에는 영구자석(11), 로터요크(12) 및 편심수단(14)이 구비되고, 상기 스테이터부(20)에는 회로부(23)와 코일(24)이 구비된다. 또한, 상기 베이스(21)에는 백요크(25), 메탈베어링(metal bearing)(26) 및 쓰러스트(Thrust)판(27)이 구비된다.

본 발명의 제1실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터는 상기 코일(24)이 2개로 구비되고, 상기 영구자석(11)의 자극수가 6극인 2상 바이폴라 구동 방식인 것으로 한다.

우선, 상기 로터부(10)에 대하여 설명하면, 상기 영구자석(11)은 도우넛 형태로서 로터부(10)에 고정되고 상기 스테이터부(20)의 코일(24)과 자계 반발력을 형성하여 로터부(10)를 회전시키는데, 본 발명의 제1실시예에서는 전술한 바와 같이 6극으로 구비된다.

도 6은 본 발명의 제1실시에에 따른 편평형 무정류자 진동모터에 구비되는 영구자석(11)의 외형을 도시한 도면이다.

도 6에 의하면, 상기 영구자석(11)은 N극과 S극이 교대로 배치되어 전부 6극이 형성되어 있고, 이러한 구조를 통하여 상기 영구자석(11)은 상기 코일(24)에서 N극 및 S극이 교번 생성되면 자계 반발력으로 로터부(10)를 회전시키게 된다.

따라서, 상기 코일(24)은 상기 영구자석(11)이 가지는 회전 궤적으로부터 이탈되지 않는 범위에서 그 저측으로 위치된다.

상기 로터요크(12)는 상기 영구자석(11)의 자계가 유실되는 것을 최소화하기 위하여 자성체로 제작된다.

상기 로터요크(12)는 상기 샤프트(13)와 결합되는 중심부분에 버링(burring)부를 형성하여 상기 샤프트(13)가 압입 및 고정되도록 한다.

그리고, 상기 편심수단(14)은 일정의 중량(고비중)을 가지는 분동체로서, 진동을 유발시키기 위하여 상기 로터부(10)가 회전 시에 편심부하를 제공한다. 상기 로터요크(12)는 상기 영구자석(11)의 외주면 일측단에 상기 편심수단(14)을 접합 고정시키는데, 상기 영구자석(11)이나 코일(24)에 영향을 주지 않도록 비자성 물체로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 샤프트(13)는 상기 베이스(21)의 중심공에 회전가능하게 결합되어 상기 로터부(10)가 회전될 수 있도록 중심축을 형성한다. 이때, 상기 베이스(21)는 상기 중심공에 상기 메탈베어링(26)을 구비하여 상기 샤프트(13)가 회전되도록 하고, 회전시의 마찰을 감소시킨다.

상기 스테이터부(20)의 하부케이스 역할을 제공하는 상기 베이스(21)는 합성수지와 같은 비자성체 재질로 이루어지고, 상기 케이스(22)와 각각 그 외주면에 걸림턱 구조를 형성함으로써 상호 결착된다.

상기 베이스(21)는 중심부에 상기 메탈베어링(26)이 압입될 수 있도록 내부에 공간이 형성되는 지지구조물을 형성하고, 이곳에 상기 메탈베어링(26)을 압입고정시킨다.

상기 메탈베어링(26)에는 샤프트(13)의 하단부가 회전가능하게 삽입되는데, 상기 메탈베어링(26)은 샤프트(13)의 측면을 지지하고, 상기 베이스(21)의 지지구조물의 내부 바닥면에는 쓰러스트판(27)이 위치되어 상기 샤프트(13)의 회전시 마찰을 최소화시킨다.

그리고, 상기 로터요크(12)의 버링부 및 메탈베어링(26) 사이에 와셔 형태의 마찰방지부재(28)가 삽입된다. 따라서, 샤프트(13)는 상기 쓰러스트판(27)을 통하여 베이스(21)의 지지구조물 저면과의 마찰이 감소되고, 상기 마찰방지부재(28)를 통하여 로터요크(12)의 버링부와 메탈베어링(26)과의 직접적인 접촉이 방지되고 마찰이 감소되는 구조를 가진다.

이러한 구조를 가짐으로써 상기 영구자석(11) 및 백요크(25)의 흡인 작용에 의하여 상기 샤프트(13)와 상기 베이스(21)간에 발생되는 마찰력을 분산시킬 수 있다.

상기 베이스(21)는 전술한 바와 같이 비자성체 재질로 이루어지는데, 그 이유는 자성체 재질로 이루어지는 경우에 아래쪽으로 흡인력이 작용하여 모터의 부하 토크와 합쳐짐으로써 모터의 기동에 영향을 주는 것을 방지하기 위한 것이다.

한편, 상기 베이스(21)에는 백요크(25)가 구비되어 자기차폐를 구현한다.

상기 백요크(25)는 자성체 재질로서 도우넛 형태의 판으로 제작되고 상기 베이스(21)의 상면에 위치된다.

도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터에 구비되는 영구자석(11), 백요크(25) 및 코일(24a, 24b)의 사이즈를 비교 도시한 도면이다.

도 7에 의하면, 상기 백요크(25)의 내경(b1)은 상기 영구자석(11)의 내경(a1)보다 크고, 외경(b2)은 상기 영구자석(11)의 외경(a2)보다 작게 형성된다.

여기서, 상기 영구자석(11)과 백요크(25)는 위와 아래로 위치되나 동일한 중심축을 공유한다.

동시에, 상기 백요크(25)는 상기 코일(24a, 24b)의 양 측면에 나타나는 직선 구간(c)을 포함하도록 내경(b1)과 외경(b2)이 조정된다. 즉, 도 7에 도시된 것처럼, 상기 코일(24a, 24b)은 양 측면 일부에 직선 구간(c)이 형성되어 있다. 토크는 코일(24a, 24b)의 이러한 직선 구간(c)에서 주로 발생되므로 상기 백요크(25)는 상기 직선 구간(c)을 포함하도록 내경(b1)과 외경(b2)이 조정되어야 한다.

전술한 구조를 통하여 상기 백요크(25)는 전기적으로 토크를 증대시키고, 사점의 발생을 방지함으로써 모터의 기동 특성에 영향을 미치는 흡인력을 최소화할 수 있게 된다.

상기 베이스(21)에는 상기 백요크(25)의 도우넛 형태 및 두께에 맞추어 상면에 홈이 형성되어 있고 상기 백요크(25)는 상기 홈에 결합되는데, 이때, 접착제를 통하여 본딩되거나 합성수지 재질의 베이스(21)에 열이 가해짐으로써 열융착될 수 있다. 또한, 상기 백요크(25)는 상기 베이스(21)가 제작되는 공정 중에서 인서트 사출 방식으로 결합될 수도 있을 것이다.

이어서, 상기 회로부(23)가 상기 백요크(25) 상면으로 고정되고, 상기 회로부(23) 위에는 제1코일(24a) 및 제2코일(24b)로 구성된 코일(24)이 구비되어 상기 회로부(23)와 전기적으로 연결된다.

도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터의 코일(24) 및 센서(23a, 23b)가 고정되는 형태를 도시한 평면도이다.

도 8에 의하면, 상기 제1코일(24a) 및 제2코일(24b)은 각각의 중심이 상기 샤프트(13)를 중심으로 150°의 각(θ1)을 이루어 고정된다. 그리고, 2개의 센서(23a, 23b)는 상기 샤프트(13)를 중심으로 30°의 각(θ2)을 이루어 고정된다.

상기 회로부(23)는 외부로부터 입력신호가 들어오면 상기 코일(24)로 인가되는 전원 공급의 순서를 결정하여 상기 로터부(10)의 회전을 제어하는 기능을 수행한다.

도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터의 회로부(23)의 회로 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 10은 본 발명의 제1실시예에 의한 편평형 무정류자 진동모터의 센서(23a, 23b)의 입력신호에 따른 코일 전류의 스위칭 로직도이다.

도 9에 의하면, 상기 회로부(23)는 센서(23a, 23b), 증폭부(23c), 제어부(23d) 및 구동부(23e)로 구성되는 집적회로(230B)를 포함하며, 상기 집적회로(230B)는 코일(24)과 연결되어 있다. 상기 집적회로(230B)는 회로기판(230A) 상에서 구현되어 상기 센서(23a, 23b)를 상면측으로 노출시킨다.

상기 회로부(23)는 회로기판(230A) 상의 일부에 상기 센서(23a, 23b), 증폭부(23c), 제어부(23d) 및 구동부(23e)를 위치시키고(이때, 소정의 수납공간을 형성하여 그 안으로 회로부(23)가 위치되는 것이 바람직하다), 회로기판(230A)의 나머지 부분에 상기 제1코일(24a) 및 제2코일(24b)이 위치되어 전기적으로 연결된다.

상기 센서(23a, 23b)는 상기 영구자석(11)의 극성을 감지하는 홀센서로서 2개로 구비되고, 상기 센서(23a, 23b)로부터 감지신호가 입력되면 상기 증폭부(23c)는 입력된 신호를 증폭/비교한다. 상기 증폭부(23c)는 하나의 센서당 2개씩 총 4개로 구비되며, 가령 OP앰프가 이용될 수 있다.

상기 제어부(23d)는 증폭부(23c)로부터 전달된 신호를 정형화하고, 상기 코일(24)의 통전 순위를 결정하며, 통전 타이밍을 매칭하여 상기 코일(24)의 통전 방향을 결정하는 스위칭신호를 출력한다. 상기 드라이버부(23e)는 상기 제어부(23d)로부터 스위칭신호를 전달받아 증폭하고 이를 상기 코일(24)로 전달한다.

도 10에 의하면, 상기 1번 어드레스(자극위치)에서 제1센서(23a)의 "0"번 입력신호 및 제2센서(23b)의 "3"번 입력신호가 인가되면 상기 제1코일(24a) 및 제2코일(24b)에 모두 S극이 형성되는 것을 볼 수 있고, 이어 제2센서(23b)의 "2"번 입력신호가 인가되고 "3"번 입력신호가 로우 레벨로 떨어지면 상기 제2코일(24b)의 S극 이 N극으로 교번 생성되는 것을 확인할 수 있다.

이와 같은 과정을 거쳐 마지막 6번 어드레스에서 제1센서(23a)의 "0"번 입력신호가 인가되고 제2센서(23b)의 "2"번 입력신호가 인가되면 상기 제1코일(24a) 및 제2코일(24b)은 각각 S극 및 N극으로 교번 생성되게 된다.

도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터의 코일(24) 및 모터상에서 발생하는 토크 파형을 모의실험을 통하여 나타낸 그래프이다.

도 11에 의하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터의 토크 리플(Ripple)(G)이 약 29.3%로 관찰되었고, 종래의 50%에 비하면 그 토크 특성이 상당히 향상되었음을 알 수 있다(그래프의 x축 및 y축 단위는 전술한 도 4를 참도).

여기서, 사인(sin)파(g1)는 영구자석상의 역기전력을 표시하고, 구형파(square wave)는 각 코일(24a, 24b)에 흐르는 전류를 표시한다.

그리고, 도 8에 의하면, 외부로부터 전원을 인가받기 위하여 2개의 단자(D)를 상기 베이스(21) 측면 외부로 노출시키고 있으나, 본 발명의 제1실시예에 따른 상기 베이스(21)는 종래의 금속재질의 하부 케이스와는 달리 합성수지 재질로 제작되므로 상기 베이스(21)의 저면측으로 전극 통로를 형성하고 여기에 상기 회로부(23)의 전원 단자를 형성하는 것도 가능하다.

따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터는 표면실장소자(SMD; Surface Mount Device) 방식으로 가령, 이동통신단말기와 같은 제품에 설치될 수 있다.

이하에서, 본 발명의 제2실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터에 대하여 설명하기로 한다.

도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터의 내부 구조를 도시한 평면도이고, 도 13은 본 발명의 제2실시예에 의한 편평형 무정류자 진동모터의 센서(23a, 23b)의 입력신호에 따른 코일전류의 스위칭 로직도이다.

본 발명의 제2실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터는 전술한 제1실시예와 일견 유사해보이나, 상기 제1코일(24a), 제2코일(24b) 및 센서(23a, 23b)의 배치가 상이하다.

도 12에 의하면, 상기 영구자석(11)은 6극으로 구비되고, 상기 두 개의 센서(23a, 23b)는 샹기 샤프트(13)를 중심으로 하여 약 30°의 각도(θ4)를 형성하여 고정된다.

또한, 상기 제1코일(24a) 및 제2코일(24b)은 샤프트(13)를 중심으로 하여 약 90°의 각도(θ3)를 형성하여 상기 회로부(23)상에 결합된다.

도 13에 의하면, 상기 1번 어드레스(자극위치)에서 제1센서(23a)의 "1"번 입력신호 및 제2센서(23b)의 "2"번 입력신호가 인가되면 상기 제1코일(24a) 및 제2코일(24b)에 모두 N극이 형성되는 것을 볼 수 있고, 이어 제2센서(23b)의 "3"번 입력신호가 인가되고 "2"번 입력신호가 로우 레벨로 떨어지면 상기 제1코일(24a)의 N극이 S극으로 교번 생성되는 것을 확인할 수 있다.

이와 같은 과정을 거쳐 마지막 6번 어드레스에서 제1센서(23a)의 "1"번 입력신호가 인가되고 제2센서(23b)의 "3"번 입력신호가 인가되면 상기 제1코일(24a) 및 제2코일(24b)은 각각 S극 및 N극으로 교번 생성되게 된다.

본 발명의 제2실시예에 의한 스위칭 로직도와 제1실시예에 의한 스위칭 로직도를 비교하면, 각 어드레스상에서 출력상태가 상이해짐을 관찰할 수 있는데, 상기 제1코일(24a)과 제2코일(24b)에 형성되는 자극이 동일해진 다음 순번에서 각각 N극 및 S극이 반대로 교번생성되고 있음을 확인할 수 있다.

이하에서, 본 발명의 제3실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터에 대하여 설명하기로 한다.

도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터의 내부 구조를 도시한 평면도이고, 도 15는 본 발명의 제3실시예에 의한 편평형 무정류자 진동모터의 코일(24) 및 모터상에서 발생하는 토크 파형을 나타낸 그래프이다.

본 발명의 제3실시예에 따른 편평형 무정류자 진동모터는 상기 제1코일(24a), 제2코일(24b) 및 센서(23a, 23b)가 상기 제1실시예 혹은 제2실시예와 다르게 배치되고, 상기 영구자석(11)의 극수가 다르다는 점에서 차별화된다.

도 14에 의하면, 본 발명의 제3실시예에 의한 상기 영구자석(11a)은 4극으로 구비되고, 상기 두 개의 센서(23a, 23b)는 샹기 샤프트(13)를 중심으로 하여 약 45°의 각도(θ6)를 형성하여 고정된다.

또한, 상기 제1코일(24a) 및 제2코일(24b)은 상기 샤프트(13)를 중심으로 하여 약 135°의 각도(θ5)를 형성하여 상기 회로부(23)상에 결합된다.

이러한 구조를 가지는 본 발명의 제3실시예에 따른 코일(24) 및 모터상에서 발생되는 토크를 측정하여 보면, 도 15에 도시된 것처럼 토크 리플(Ripple)(L)이 약 29.3%로 관찰되었고, 역시 종래의 50%에 비하면 그 토크 특성이 상당히 향상되었음을 알 수 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 편평형 무정류자 진동모터에 의하면, 권선 작업을 비롯하여 설치 공정이 까다로운 코일의 구조를 변형하지 않고 모터의 기동 특성을 향상시킴으로써 생산 시간을 단축하고 비용을 절감할 수 있는 편평형 무정류자 진동모터를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 종래의 연자성체 재질의 하부케이스 및 절연 스테이터 구조를 절연체로 이루어지는 베이스부 및 백요크 구조로 전환하고, 상기 백요크의 사이즈를 자계의 흡인력 및 토크의 상호 작용에 부합되도록 조정함으로써 보다 수월하게 실험 결과를 유도하여 기동 토크를 최적화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 편평형 무정류자 진동모터에 의하면, 백요크를 배치하고, 코일간의 배치 각도, 영구자석의 자극수 및 센서의 배치 각도를 효율적으로 조 합함으로써, 모터의 부하 토크보다 큰 기동 토크를 전체 회전 구간에서 발생시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 초소형화가 가능하도록 그 구조가 개선되고, 소형화되면서도 신뢰성이 확보되며, 고응답 및 장수명의 특성을 가지고 작동될 수 있는 편평형 무정류자 진동모터를 제공할 수 있게 된다.

Claims (12)

1. 2극 이상의 영구자석, 상기 영구자석을 결합시키는 로터요크, 상기 영구자석이 회전되는 경우 편심부하를 발생시키는 편심수단을 구비하는 로터부;

   상기 로터요크에 결합되는 샤프트;

   자성체 재질의 백요크를 상면에 배치하고, 상기 샤프트를 회전가능하게 지지하는 베이스;

   상기 영구자석의 위치를 파악하여 회전을 제어하며, 상기 베이스상에 고정되는 회로부, 상기 회로부상에 배치되는 다수의 코일을 구비하는 스테이터부; 및

   상기 로터부의 회전 공간을 제공하고 상기 베이스의 외주면과 결합되는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 편평형 무정류자 진동모터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 영구자석은 6극으로 제공되고,

   상기 코일은 2개가 배치되고, 각각의 중심이 상기 샤프트를 중심으로 150°의 각을 이루며,

   상기 회로부에는 영구자석의 위치를 파악하는 2개의 센서가 포함되어 상기 샤프트를 중심으로 30°의 각을 이루어 위치되는 것을 특징으로 하는 편평형 무정류자 진동모터.
3. 제1항에 있어서,

   상기 영구자석은 6극으로 제공되고,

   상기 코일은 2개가 배치되고, 각각의 중심이 상기 샤프트를 중심으로 90°의 각을 이루며,

   상기 회로부에는 영구자석의 위치를 파악하는 2개의 센서가 포함되어 상기 샤프트를 중심으로 30°의 각을 이루어 위치되는 것을 특징으로 하는 편평형 무정류자 진동모터.
4. 제1항에 있어서,

   상기 영구자석은 4극으로 제공되고,

   상기 코일은 2개가 배치되고, 각각의 중심이 상기 샤프트를 중심으로 135°의 각을 이루며,

   상기 회로부에는 영구자석의 위치를 파악하는 2개의 센서가 포함되어 상기 샤프트를 중심으로 45°의 각을 이루어 위치되는 것을 특징으로 하는 편평형 무정류자 진동모터.
5. 제1항에 있어서, 상기 회로부는

   상기 영구자석의 극성을 감지하는 센서, 상기 센서의 감지 신호를 증폭/비교하는 증폭부, 상기 감지 신호를 통하여 통전순위를 결정하고 상기 코일의 스위칭신호를 출력하는 제어부 및 상기 스위칭신호를 증폭하여 상기 코일로 전달하는 구동 부로 구성되는 집적회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 편평형 무정류자 진동모터.
6. 제1항에 있어서,

   상기 베이스는 메탈베어링을 상기 중심부의 내삽공간에 고정하여 상기 샤프트를 결합시키는 것을 특징으로 하는 편평형 무정류자 진동모터.
7. 제6항에 있어서,

   상기 로터요크는 버링부를 형성하여 상기 샤프트를 압입시키고, 상기 버링부 및 상기 메탈베어링의 접촉면에 마찰방지부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 편평형 무정류자 진동모터.
8. 제6항에 있어서,

   상기 메탈베어링은 내부 저면측에 쓰러스트판을 구비하여 상기 로터부의 샤프트와 결합되는 것을 특징으로 하는 편평형 무정류자 진동모터.
9. 제1항에 있어서,

   상기 백요크의 폭은 상기 영구자석의 회전 궤적이 가지는 폭보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 편평형 무정류자 진동모터.
10. 제9항에 있어서,

    상기 코일은 측면 일부에 직선 구간이 형성되고,

    상기 백요크는 상기 코일이 위로 위치되는 경우 상기 직선 구간을 포함하도록 폭이 조정되는 것을 특징으로 하는 편평형 무정류자 진동모터.
11. 제1항에 있어서, 상기 백요크는

    본딩 방식, 열융착 방식 혹은 인서트 사출 방식 중 어느 하나의 방식을 통하여 상기 베이스에 고정되는 것을 특징으로 하는 편평형 무정류자 진동모터.
12. 제1항에 있어서, 상기 베이스는

    상기 회로부로부터 외부로의 전극 통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 편평형 무정류자 진동모터.

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