KR20120032287A - 보이스 코일 모터 - Google Patents

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Abstract

보이스 코일 모터는 렌즈가 고정되는 중공을 갖는 통 형상의 보빈 및 상기 보빈의 상기 외주면 상에 배치되며 원통 형상으로 권선된 코일을 포함하는 코일 블럭을 포함하는 가동자; 상기 코일 블럭과 마주하는 마그네트 및 상기 마그네트를 고정하는 요크를 포함하는 고정자; 상기 보빈이 배치되는 하부 케이스 및 상기 보빈과 대응하는 부분이 개구되며 상기 하부 케이스와 결합 되는 상부 케이스를 포함하는 케이스; 및 상기 보빈의 하단을 탄력적으로 지지하며 상호 전기적으로 절연된 한 쌍의 제1 및 제2 탄성부들을 포함하는 탄성 부재를 포함하며, 상기 코일 블럭은 적어도 2 가닥의 코일들이 상기 보빈의 상기 외주면에 함께 권선된다.

Description

보이스 코일 모터{VOICE COIL MOTOR}
본 발명은 보이스 코일 모터에 관한 것이다.
최근 들어, 다양한 광학 장치, 예를 들면, 초소형 디지털 카메라가 내장된 휴대폰, 고해상도 디지털 카메라 등이 개발되고 있다.
종래 휴대폰 등에 적용되는 초소형 디지털 카메라의 경우, 이미지 센서 렌즈 및 렌즈 사이의 간격을 조절할 수 없었으나, 최근 이미지 센서와 렌즈 사이의 간격을 조절하는 보이스 코일 모터와 같은 렌즈 구동 장치가 개발되어 초소형 디지털 카메라에서 보다 개선된 이미지를 얻을 수 있게 되었다.
보이스 코일 모터는 마그네트로부터 발생된 자기장 및 마그네트와 마주하는 가동 코일 블럭으로부터 발생 된 자기장의 작용에 따라 발생된 힘을 이용하여 이미지 센서와 렌즈 사이의 간격을 조절한다.
코일 블럭은 원통 형상의 보빈의 외주면에 배치되며, 코일 블럭은 1 가닥의 코일을 보빈의 외주면에 권선하여 형성된다.
종래 기술에 의한 코일 블럭은 1 가닥의 코일을 보빈의 외주면에 권선하여 형성되기 때문에 요구되는 자기장을 발생하기 위해서는 코일의 권선수가 증가 되고 코일의 권선수 증가에 대응하여 코일 블럭의 두께가 증가 되고 코일 블럭의 두께에 기인하여 마그네트의 사이즈를 증가시키기 어려운 문제점을 갖는다.
본 발명은 마그네트와 마주하며 자기장을 발생시키는 코일 블럭의 구조를 개선하여 요구되는 자기장을 발생시키면서 두께는 보다 감소시킨 코일 블럭을 포함하는 보이스 코일 모터를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일실시예로서, 보이스 코일 모터는 렌즈가 고정되는 중공을 갖는 통 형상의 보빈 및 상기 보빈의 상기 외주면 상에 배치되며 원통 형상으로 권선된 코일을 포함하는 코일 블럭을 포함하는 가동자; 상기 코일 블럭과 마주하는 마그네트 및 상기 마그네트를 고정하는 요크를 포함하는 고정자; 상기 보빈이 배치되는 하부 케이스 및 상기 보빈과 대응하는 부분이 개구되며 상기 하부 케이스와 결합 되는 상부 케이스를 포함하는 케이스; 및 상기 보빈의 하단을 탄력적으로 지지하며 상호 전기적으로 절연된 한 쌍의 제1 및 제2 탄성부들을 포함하는 탄성 부재를 포함하며, 상기 코일 블럭은 적어도 2 가닥의 코일들이 상기 보빈의 상기 외주면에 함께 권선된다.
본 발명에 따른 보이스 코일 모터에 의하면, 보빈의 외주면에 권선되어 자기장을 발생시키는 코일 블럭을 적어도 2 가닥의 코일로 권선하여 코일 블럭의 두께를 감소시키고 코일 블럭의 두께 감소만큼 마그네트의 사이즈를 증가시켜 보이스 코일 모터의 가동자의 구동 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 보이스 코일 모터의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가동자의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 가동자의 단면도이다.
도 4는 종래 보이스 코일 모터의 코일 블럭의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 보이스 코일 모터의 코일 블럭의 단면도이다.
도 6은 도 5의 'A' 부분 확대도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보이스 코일 모터의 가동자의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 보이스 코일 모터의 분해 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 가동자의 사시도이다. 도 3은 도 2에 도시된 가동자의 단면도이다.
도 1 내지 도 3들을 참조하면, 보이스 코일 모터(800)는 가동자(100), 고정자(200), 케이스(310,320;300) 및 탄성 부재(410,420;400)를 포함한다. 이에 더하여, 보이스 코일 모터(800)는 베이스 플레이트(600)를 더 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 가동자(100)는 보빈(150) 및 코일 블럭(190)을 포함한다.
보빈(150)은, 예를 들어, 렌즈(미도시)를 수납하기 위한 중공이 형성된 원통 형상으로 형성된다.
렌즈를 수납하기 위해 보빈(150)의 내주면에는 암나사부가 형성되고, 암나사부에는 렌즈 고정 부재(미도시)가 체결되고, 렌즈 고정 부재에는 렌즈가 결합 된다. 이와 다르게, 렌즈를 직접 보빈(150)의 암나사부에 결합하여도 무방하다.
보빈(150)의 외주면 하단에는 외주면 하단으로부터 돌출된 단턱이 형성된다. 단턱은 후술 될 코일 블럭(190)을 지지하는 역할을 한다.
보빈(150)의 외주면에는 보빈(150)의 상단으로부터 보빈(150)의 상기 상단과 대향하는 하단을 향하는 방향으로 요크 수납홈(152)들이 형성된다. 요크 수납홈(152)은 보빈(150)의 두께 보다 얕은 깊이로 형성되며, 요크 수납홈(152)들은, 예를 들어, 보빈(150)의 외주면에 4 개가 지정된 간격으로 형성된다.
보빈(150)에 형성된 요크 수납홈(152)에는 후술 될 요크(210)의 일부가 삽입된다.
한편, 요크 수납홈(152)에 의하여 보빈(150)의 외주면에는 4개의 코일 블럭 서포트부(153)이 형성된다.
보빈(150)의 하단 및 상단에는 각각 보스(128)가 형성되며, 보스(128)는 후술 될 탄성 부재와 결합 된다.
코일 블럭(190)은 원통 형상으로 형성되며, 코일 블럭(190)은, 예를 들어, 보빈(150)의 외주면 하단에 형성된 단턱에 의하여 지지 된다.
본 발명의 일실시예에서, 코일 블럭(190)은 원통 형상으로 권선 된 코일(191)을 포함하며, 코일 블럭(190)을 이루는 코일(191)은 적어도 2 가닥으로 이루어진다. 적어도 2 가닥으로 이루어진 코일 블록(190)을 이루는 코일(191)들은 보빈(150)에 일 방향으로 권선된다. 예를 들어 코일(191)들은 보빈(150)에 시계 방향 또는 반시계 방향으로 권선된다.
본 발명의 일실시예에서, 코일 블럭(190)을 이루는 2 가닥의 코일(191)들의 도체경은 약 0.035mm 내지 약 0.050mm로, 코일(191)을 이루는 각 코일들의 도체경이 0.035mm 이하일 경우 단선이 빈번하게 발생 및 핸들링이 어려우며, 코일(191)을 이루는 각 코일들의 도체경이 약 0.050mm 이상일 경우 코일 블럭(190)의 두께가 지나치게 증가하여 고정자(200)의 마그네트(250)의 사이즈가 축소되어야 하기 때문에 바람직하지 않다.
보빈(150)의 외주면에 권선되는 코일(191)들이 상호 전기적으로 쇼트 되는 것을 방지하기 위하여 코일(191)의 표면에는 에나멜막과 같은 절연막이 얇은 두께로 코팅되며, 보빈(150)의 외주면에 코일(191)을 권선 하면서 코일(191)들간 본딩이 진행되도록 에나멜막 상에는 접착제가 피막 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 코일 블럭(190)을 이루는 코일(191)들은 제1 코일(192) 및 제2 코일(194)을 포함한다. 이하, 제1 코일(192)의 양쪽 단부들을 제1 단부(192a) 및 제2 단부(192b)로서 정의하기로 하고, 제2 코일(194)의 양쪽 단부들을 제3 단부(194a) 및 제4 단부(194b)로서 정의하기로 한다.
제1 코일(192)의 제1 단부(192a) 및 제2 코일(194)의 제3 단부(194a)는 상호 인접하게 배치되며, 제1 코일(192)의 제2 단부(192b) 및 제2 코일(194)의 제4 단부(194b)들은 상호 인접하게 배치된다.
코일 블럭(190)은 제1 코일(192)의 제1 단부(192a) 및 제2 코일(194)의 제3 단부(194a)가 보빈(150)으로부터 돌출되도록 한 상태에서 제1 코일(192) 및 제2 코일(194)을 보빈(150)의 외주면에 권선 한다.
도 3을 참조하면, 제1 및 제2 코일(192,194)들은 보빈(150)의 외주면 하단으로부터 외주면 상단을 향하는 방향으로 보빈(150)의 외주면에 권선 되고, 이로 인해 보빈(150)의 외주면에는 제1 코일 레이어(CL1)가 형성된다.
보빈(150)의 외주면에 권선되어 제1 코일 레이어(CL1)을 형성한 제1 및 제2 코일(192,194)들은 보빈(150)의 외주면 상단으로부터 외주면 하단을 향하는 방향으로 제1 코일 레이어(CL1) 상에 권선 되고, 이로 인해 제1 코일 레이어(CL1) 상에는 제2 코일 레이어(CL2)가 형성된다.
제2 코일 레이어(CL2)를 형성한 제1 및 제2 코일(192,194)들은 보빈(150)의 외주면 하단으로부터 외주면 상단을 향하는 방향으로 제2 코일 레이어(CL2) 상에 권선 되고, 이로 인해 제2 코일 레이어(CL2) 상에는 제3 코일 레이어(CL3)가 형성된다.
제3 코일 레이어(CL3)를 형성한 제1 및 제2 코일(192,194)들은 보빈(150)의 외주면 상단으로부터 외주면 하단을 향하는 방향으로 제3 코일 레이어(CL3) 상에 권선 되고, 이로 인해 제3 코일 레이어(CL3) 상에는 제4 코일 레이어(CL4)가 형성된다.
제1 및 제2 코일(192,194)들의 제1 및 제3 단부(192a,194a)들은 탄성 부재(400)의 제2 탄성 부재(420)들 중 제1 탄성부(422)와 전기적으로 접속되고, 제1 및 제2 코일(192,194)들의 제2 및 제4 단부(192b,194b)들은 탄성 부재(400)의 제2 탄성 부재(420)들의 제2 탄성부(424)와 전기적으로 접속된다.
고정자(200)는 요크(210) 및 마그네트(250)를 포함한다.
요크(210)는 상판(212), 측면판(214) 및 요크부(216)를 포함한다.
요크(210)의 상판(212)은, 평면상에서 보았을 때, 사각 플레이트 형상으로 형성될 수 있고, 상판(212)의 중심에는 보빈(150)의 상단을 노출하는 원형 개구가 형성된다.
측면판(214)은 상판(212)의 4 개의 에지들로부터 보빈(150)의 외주면과 평행한 방향으로 연장되며, 측면판(214)은 상판(212)의 4 개의 에지들과 일체로 형성된다.
요크부(216)는 상판(212)의 원형 개구에 의하여 형성된 상판(212)의 내측면으로부터 보빈(150)의 하단을 향하는 방향으로 돌출된다. 요크부(216)는 보빈(150)의 각 요크 수납홈(152) 및 코일 블럭(190)에 의하여 형성된 공간 내에 삽입되는 위치에 배치되며 요크부(216)는 요크 수납홈(152)에 삽입되는 사이즈로 형성된다.
마그네트(250)들은 요크(210)의 상판(212) 및 측면판(214)에 의하여 형성된 내부 공간에 배치된다. 각 마그네트(250)들은 코일 블럭(190)과 마주하게 배치된다.
각 마그네트(250)들로부터 발생 된 자기장 및 코일 블럭(190)으로부터 발생 된 자기장에 의하여 발생된 힘에 의하여 보빈(150)은 상부로 이동될 수 있다. 이때, 2 가닥으로 이루어진 코일(191)로 이루어진 코일 블럭(190)에 가해지는 전류량을 정밀하게 조절함으로써 보빈(150)의 이동 거리를 정밀하게 조절할 수 있다.
탄성 부재(400)는 마그네트(250) 및 코일 블럭(190)에 의하여 상부로 이송되는 보빈(150)의 하단 및 상단을 탄력적으로 지지한다.
본 발명의 실시예에서, 탄성 부재(400)는 제1 탄성 부재(410) 및 제2 탄성 부재(420)를 포함한다. 제1 및 제2 탄성 부재(410,420)들은, 예를 들어, 얇은 두께를 갖는 판 스프링 일 수 있다.
제1 탄성 부재(410)는 요크(210) 상에 배치되며, 제2 탄성 부재(420)는 보빈(150)의 하단과 대응하는 부분에 형성된다.
제2 탄성 부재(420)는, 예를 들어, 2 개로 구성되며, 제2 탄성 부재(420)로는 코일 블럭(190)에 제공되는 구동 신호가 인가된다. 이하, 2 개의 제2 탄성 부재(420)를 제1 탄성부(422) 및 제2 탄성부(424)로서 정의하기로 한다.
본 발명의 일실시예에서, 코일 블럭(190)의 코일(191)을 이루는 제1 및 제2 코일(192,194)들의 제1 및 제3 단부(192a,194a)들은 제1 탄성부(422)에 전기적으로 연결되고, 제2 및 제4 단부(192b,194b)들은 제2 탄성부(424)와 전기적으로 병렬 방식으로 연결된다.
케이스(300)는 상부 케이스(310) 및 하부 케이스(320)를 포함한다.
상부 케이스(310)는 상판의 4 개의 모서리로부터 돌출된, 결합 기둥(312)을 포함한다. 상부 케이스(310)는 요크(210)의 상부에 배치되며, 탄성 부재(400)의 제1 탄성 부재(410)는 상부 케이스(310) 및 요크(210) 사이에 개재된다.
상부 케이스(310)의 상판은, 평면상에서 보았을 때, 사각 플레이트 형상을 갖고, 상부 케이스(310)의 상판의 중앙부에는 보빈(150)을 노출하는 원형 개구(314)가 형성된다.
결합 기둥(312)은 상판의 4 개의 모서리들로부터 보빈(150)과 평행하게 돌출되며, 결합 기둥(312)은 후술 될 하부 케이스(320)와 결합 된다.
하부 케이스(320)는 상부 케이스(310)의 각 결합 기둥(312)과 결합 되는 기둥(324)들을 포함한다.
도 4는 종래 보이스 코일 모터의 코일 블럭의 단면도이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 보이스 코일 모터의 코일 블럭의 단면도이다. 도 6은 도 5의 'A' 부분 확대도이다.
실시예로 종래 1 가닥의 코일을 권선하여 형성된 코일 블럭 및 2 가닥의 코일을 권선 하여 형성된 본 발명의 일실시예에 따른 코일 블럭(190)의 특성을 도 4 내지 도 6을 참조하여 비교 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 종래 1 가닥의 코일을 권선하여 형성된 코일 블럭(190a)의 경우, 코일의 도체경은 약 0.055mm 이고, 1 가닥의 코일을 권선 하여 코일 블럭(190a)을 형성할 경우, 코일은 보빈의 외주면에 약 134회 권선 되어야 요구되는 세기의 자기장을 발생시킬 수 있다. 보빈의 외주면에 코일을 약 134회 권선한 코일 블럭(190a)의 외주면 직경은 약 8.26mm이고, 코일 블럭(190a)의 높이는 약 2.21mm이고, 코일 블럭(190a)의 두께는 약 0.234mm 이고, 코일 블럭(190a)의 전기적 저항은 약 28.26Ω이고, 암페어/권선수[Ampere/turns, AT]의 비율은 약 10.18[A/t]이다.
도 5를 참조하면, 2 가닥의 코일을 권선하여 형성된 본 발명의 일실시예에 따른 코일 블럭(190)의 경우, 제1 및 제2 코일(192,194)들의 각 도체경은 0.040mm 이고, 제1 및 제2 코일(192,194)들은 보빈(150)의 외주면에 약 91회 권선 된다. 보빈(150)의 외주면에 제1 및 제2 코일(192,194)들이 약 91회 권선 될 경우, 코일 블럭(190)의 외주면 직경은 약 8.14mm이고 높이는 약 2.21mm이며, 코일 블럭(190)의 두께는 약 0.173mm 이며, 코일 블럭(190)의 저항은 약 17.73Ω 이며, 암페어/권선수[Ampere/turns]의 비율은 약 10.78[A/t]이다.
도 6을 참조하면, 종래 1 가닥의 코일을 권선하여 형성된 코일 블럭(190a) 및 제1 및 제2 코일(192,194)를 병렬 방식으로 권선한 본 발명의 일실시예에 따른 코일 블럭(190)을 비교할 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 코일 블럭(190)의 외주면 직경은 종래 코일 블럭(190a) 대비 약 0.122mm 축소 되었고, 코일 블럭(190)의 두께 역시 종래 코일 블럭(190a) 대비 약 0.061mm가 축소되었으며, 코일 블럭(190)의 저항 역시 종래 코일 블럭(190a) 대비 약 10.58Ω 감소하였고 암페어/권선 비율은 종래 코일 블럭(190a) 대비 약 0.6[A/t] 상승하였다.
제1 및 제2 코일(192,194)들을 이용하여 코일 블럭(190)을 형성할 경우, 종래 1 가닥의 코일을 권선하여 형성된 종래 코일 블럭(190a)에 비하여 외주면 직경이 감소되었기 때문에 본 발명의 일실시예에 따른 코일 블럭(190a)의 외주면 직경이 감소된 만큼 마그네트(250)의 사이즈를 증가시킬 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 코일 블럭(190)을 적용할 경우, 마그네트(250)의 사이즈를 종래 대비 약 5.6% 정도 크게 형성할 수 있고, 이로 인해 가동자(100)의 구동 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보이스 코일 모터의 가동자의 사시도이다.
도 7을 참조하면, 보빈(150)의 외주면에 권선 되어 형성된 코일 블록(190)은 2 개의 코일(196,197)들을 포함하며, 2 개의 코일(196,197)들은 절연 몸체(198)에 의하여 절연된다. 이때, 절연 몸체(198) 내부에 배치된 2 개의 코일(196,197)들은 상호 전기적으로 절연된다. 절연막(198)에 의하여 절연된 2 개의 코일(196,197)들은 보빈(150)의 외주면에 권선 되며, 절연막(198)의 표면에는 셀프 본딩(self-bonding)을 위해 얇은 두께의 접착제층이 형성될 수 있다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 보빈의 외주면에 권선되어 자기장을 발생시키는 코일 블럭을 적어도 2 가닥의 코일로 권선하여 코일 블럭의 두께를 감소시키고 코일 블럭의 두께 감소만큼 마그네트의 사이즈를 증가시켜 보이스 코일 모터의 가동자의 구동 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
800...보이스 코일 모터 100...가동자
200...고정자 300...케이스
400...탄성 부재 600...베이스 플레이트

Claims (7)

  1. 렌즈가 고정되는 중공을 갖는 통 형상의 보빈 및 상기 보빈의 상기 외주면 상에 배치되며 원통 형상으로 권선된 코일을 포함하는 코일 블럭을 포함하는 가동자;
    상기 코일 블럭과 마주하는 마그네트 및 상기 마그네트를 고정하는 요크를 포함하는 고정자;
    상기 보빈이 배치되는 하부 케이스 및 상기 보빈과 대응하는 부분이 개구되며 상기 하부 케이스와 결합 되는 상부 케이스를 포함하는 케이스; 및
    상기 보빈의 하단을 탄력적으로 지지하며 상호 전기적으로 절연된 한 쌍의 제1 및 제2 탄성부들을 포함하는 탄성 부재를 포함하며,
    상기 코일 블럭은 적어도 2 가닥의 코일들이 상기 보빈의 상기 외주면에 권선된 보이스 코일 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일들의 각 일측 단부들은 상기 제1 탄성부와 전기적으로 연결되고, 상기 코일들의 상기 일측 단부들과 대향 하는 타측 단부들은 상기 제2 탄성부와 전기적으로 연결된 보이스 코일 모터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각 코일들의 도체경은 0.035mm 내지 0.050mm인 보이스 코일 모터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코일 블럭은 상기 보빈의 상기 외주면에 4 개의 레이어로 형성된 보이스 코일 모터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 각 코일들은 상기 제1 및 제2 탄성 부재들에 전기적으로 병렬 방식으로 연결된 보이스 코일 모터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 각 코일들은 상기 각 코일들의 표면에 코팅된 절연막을 포함하는 보이스 코일 모터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 각 코일들을 감싸며, 상기 각 코일들을 전기적으로 절연하는 절연 몸체를 포함하는 보이스 코일 모터.
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