WO2014073715A1 - 방위 제어용 자성모터 및 제어방법과, 이를 이용한 카메라 모듈 - Google Patents

방위 제어용 자성모터 및 제어방법과, 이를 이용한 카메라 모듈 Download PDF

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WO2014073715A1
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magnetic
orientation
unit
permanent magnet
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PCT/KR2012/009290
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김경욱
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(주)태극기전
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G02B7/08—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification adapted to co-operate with a remote control mechanism
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/118—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with starting devices
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    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic motor and a control method for orientation control, and a camera module using the same. More particularly, the magnetic motor unit and the engaging protrusion are arranged between the stator and the rotor to change the orientation of the rotor, For bearing control that can maintain stable position against gravity force and external force applied from the outside of the magnetic motor, and physically correct the precision of the rotor orientation to change and control the precise rotor orientation Magnetic motor and control method, and a camera module using the same.
  • a motor that generates rotational force is roughly classified into an AC motor and a DC motor according to the type of current applied thereto, and the AC motor is mainly used for a device that requires a large load such as a blower, a fan, and an electric motor.
  • DC motors are mainly used for devices requiring small loads such as blow fans, drills, gears and weights, which are relatively less loaded than AC motors.
  • the DC motor includes a permanent magnet, a coil, a rotor body, a rotating shaft part, and a stator body part.
  • the DC motor rotates by connecting an external load that requires a rotational motion such as a fan, a drill, and a weight to suit the purpose of the device.
  • an external load that changes the rotational motion of the gears to linear motion the linear motion is formed to form a DC motor suitable for small devices.
  • the compact apparatus to which the DC motor is applied includes an operation unit such as a key, a button, a switch, etc. which are manual input means for operating signals; A memory unit capable of storing a program or data; A control unit controlling a DC motor and a small device according to a processor of a program stored in the memory unit; And a driving circuit unit for supplying current to the DC motor according to the electrical control signal of the controller.
  • an operation unit such as a key, a button, a switch, etc. which are manual input means for operating signals
  • a memory unit capable of storing a program or data
  • a control unit controlling a DC motor and a small device according to a processor of a program stored in the memory unit
  • And a driving circuit unit for supplying current to the DC motor according to the electrical control signal of the controller.
  • the DC motor is configured to connect an external load to a shaft which is a component of the rotating shaft part, it is difficult to simplify and miniaturize, and as a result, it is difficult to apply to a device requiring small parts and low price parts due to its large volume and high price.
  • the first object of the present invention is to enable the orientation of the rotor to be changed through a magnetic motor unit composed of a permanent magnet, a coil and a magnetic body, to achieve a stable position maintaining state against the external force of the changed orientation, and to provide a sensor unit and a control unit.
  • the magnetic motor circuit unit consisting of a drive circuit unit, an operation unit and a memory unit, to recognize the positional position of the rotor according to the direction of the rotor, and to change and adjust the orientation of the rotor according to a request command.
  • a stator having a receiving space;
  • a rotor installed in a rotating structure in the receiving space of the stator;
  • a magnetic motor portion disposed between the stator and the rotor to change the orientation of the rotor and to maintain a stable position against external forces in the changed orientation
  • the magnetic motor unit includes: a permanent magnet fixed to the rotor and having an N pole portion and an S pole portion alternately arranged in a radial structure; It is disposed on the inner wall of the stator facing the permanent magnet, the polarity of the electromagnetic force is switched according to the application direction of the current applied from the drive circuit portion to form the permanent magnetic force and electromagnetic coupling force emitted from the polarity of the permanent magnet to forward the rotor Or a coil rotating in a reverse direction;
  • the inner or outer wall of the stator is provided with a magnetic material to form a magnetic coupling force with the permanent magnet installed on the rotor,
  • the orientation of the rotor is changed, and the rotor is controlled by the magnetic coupling force applied between the permanent magnet and the magnetic body of the permanent magnet. It is characterized in that the stable position maintenance state against the external force is fixed.
  • control unit Recognizing, by the control unit, the orientation of the rotor by receiving the detection signal output from the detection sensor;
  • the control unit outputs a control signal to the driving circuit unit according to a program stored in the memory unit or a direction change request command through the operation unit, and the driving circuit unit receiving the control signal supplies current to the coil of the magnetic motor unit to change the orientation of the rotor. Then blocking current to maintain orientation of the rotor;
  • the control unit receives a detection signal output from the detection sensor, determines whether or not the request command and the orientation of the rotor, and if it does not match, outputs a control signal to change the orientation of the rotor, and the orientation of the rotor And repeatedly performing the comparison process with the request command sequentially in the changed and maintained state, so that the orientation of the request command and the rotor are coincident with each other.
  • a lens unit for converting incident incident light into focusing light A camera module comprising a light reflecting portion that reflects incident light entering from a directed subject area to a lens portion,
  • the light reflecting unit is fixed to the rotor of the magnetic motor according to the present invention, characterized in that the light reflecting unit is configured to change the orientation of the target area according to the change of the orientation of the rotor of the magnetic motor.
  • control unit rotates the rotor installed in the stator by the unit azimuth angle through the magnetic motor unit in accordance with the control signal to change the orientation of the rotor, and the rotor whose orientation is changed is stably held against the external force. It is fixed to the stator in the state.
  • the magnetic motor unit provides a rotational force by an electromagnetic coupling force applied between the permanent magnetic force of the permanent magnet and the electromagnetic force of the coil when supplying a current to the coil, so that the rotor is rotated at a unit azimuth angle, and when the current is interrupted to the coil, the permanent magnet
  • the rotor is fixed to the stator in a stable position against external forces by the magnetic coupling force acting between the permanent magnetic force and the magnetic body.
  • a rotation stopper and a fixed stopper are mutually engaged between the rotor and the stator.
  • a magnetic motor having a precise unit azimuth may be configured by physically correcting an error that may occur when the unit azimuth rotates by the magnetic motor unit during the assembly of the stopper and the fixed stopper.
  • the light reflecting portion of the camera module is fixed to the rotor of the magnetic motor, and the light reflecting portion is configured so that the directing direction is set according to the orientation of the rotor. Accordingly, various subject areas can be photographed through a single lens portion. have.
  • the structure of the camera module including the magnetic motor can be simplified and downsized, and the manufacturing process and the number of assembly parts can be reduced. The associated costs are greatly reduced and confidentiality is improved.
  • FIGS. 1 and 2 are exploded state diagrams and cross-sectional views showing the configuration of the magnetic motor for orientation control proposed as an embodiment in the present invention
  • Figure 3 shows the basic configuration of the magnetic motor portion and the circuit portion in the magnetic motor for orientation control proposed as an embodiment in the present invention
  • FIGS. 4 to 9 are views showing a direction control state of the rotor through the magnetic motor in the magnetic motor for orientation control proposed in the embodiment of the present invention
  • FIGS. 10 and 12 are views showing the overall configuration of the stopper part and the stopping process of the rotor through the stopper in the magnetic motor for orientation control proposed in the embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is an exploded state diagram showing a configuration of a camera module having a magnetic motor for orientation control proposed in the embodiment of the present invention and setting a directing direction of a light reflecting unit.
  • Control unit 51 Memory unit
  • FIGS. 4 to 9 show the orientation control state of the rotor through the magnetic motor unit in the magnetic motor for orientation control proposed in the embodiment of the present invention.
  • the magnetic motor 1 for orientation control proposed in the embodiment of the present invention has an electromagnetic coupling force acting between the permanent magnetic force of the permanent magnet 31 and the electromagnetic force of the coils Ac and Bc (if the same polarity, repulsive force action and different polarity).
  • azimuth the rotation angle position state of the rotor 20 and permanent magnetism of the permanent magnet 31.
  • It is configured to stably maintain the orientation of the rotor 20 changed by the magnetic coupling force (the force that the magnetic body adheres to the permanent magnet) applied between the magnetic body and the magnetic body 43.
  • the configuration of the orientation control magnetic motor (1), as shown in Figures 1 to 9 and the stator 10 is formed with a receiving space (11); A rotor 20 accommodated in a rotating structure in the accommodation space 11 of the stator 10; And a rotor disposed between the stator 10 and the rotor 20 to rotate the rotor 20 accommodated in the stator 10 by a unit azimuth by electromagnetic coupling force to change the orientation of the rotor, and by magnetic coupling force. It is composed of a magnetic motor unit 30 which is fixed to the stator 10 in a stable position against the external force applied from the magnetic motor 1 including the gravity of the rotor 20 is changed in the orientation.
  • the magnetic motor unit 30 is disposed on the outer wall of the rotor 20, the permanent magnet 31 and the N-pole portion 31a and the S-pole portion 31b alternated in a radial structure;
  • a coil (Ac, Bc) disposed on an inner wall of the stator 10 facing the permanent magnet 31 and generating an electromagnetic force according to a current supplied from the driving circuit part 53 of the magnetic motor circuit;
  • the magnetic body 43 is disposed on an inner wall or an outer wall of the stator 10 facing the permanent magnet 31 to form a permanent magnetic force and a magnetic coupling force of the permanent magnet 31.
  • a memory unit 51 storing data and programs necessary for the control of the controller 43;
  • An operation unit 52 for inputting a request command from the outside; Hall sensors (Bh, Ah) for detecting the magnetic poles of the permanent magnet polar parts 31a. 31b and outputting a detection signal (100.101) to the controller 50;
  • the driving circuit unit 53 is configured to supply or cut off current to the coils Ac and Bc according to a control signal of the controller 50.
  • the circuit is mounted on the magnetic motor circuit and provides an electrical connection state between the magnetic motor circuits. It is comprised including the board
  • the N-pole portion 31a and the S-polar portion 31b partitioned by the magnetic pole separating line 31c are alternately radially formed on the outer wall of the rotor 20 with respect to one surface thereof.
  • the permanent magnet 31 is arranged.
  • each polar portion 31a, 31b formed in the permanent magnet 31 that can not be directly distinguished with the naked eye can be visually identified to prevent work errors expected in the manufacturing process.
  • a pair of circuit boards 32 is disposed on an inner wall of the stator 10 facing the permanent magnets 31, and the circuit board 32 receives a current from the driving circuit unit 41 to emit an electromagnetic force.
  • a plurality of detection sensors Ah and Bh for outputting a detection signal, which is an information value of the rotor orientation, to the controller is disposed to face the permanent magnet 31.
  • Hall sensors Ah, Bh... which detect the magnetic pole of the polar part, or various switching sensors whose electrical state changes by the protruding section and the groove section may be used.
  • a plurality of Hall sensors Ah, Bh ... (Hall sensors) for detecting the polarities of the polarization parts 31a and 31b of the permanent magnet 31 and outputting a detection signal to the controller 50 are detected. I adopt it.
  • stator 10 facing the permanent magnet 31 can be seen that the plate-shaped magnetic body 43 for forming the permanent magnetic force and the magnetic coupling force of the permanent magnet 31 in the lower portion of the circuit board 32 is disposed. .
  • the controller 50 receives a sensing signal through the Hall sensors Ah, Bh, ... that detect magnetic poles of the permanent magnets 31, 31a and 31b in the direction of the current rotor, and inputs the sensing signal. And the orientation state data of the rotor for each detection signal stored in the memory unit 51 to recognize the orientation of the current rotor.
  • control unit 50 outputs a control signal to the driving circuit unit 53, and the driving circuit unit 53 supplies a current to the coil Ac or the coil Bc according to the control signal of the control unit 50.
  • the electromagnetic coupling force acting between the electromagnetic force generated in the coils Ac and Bc supplied with the current and the permanent magnet of the permanent magnet 31 is the physical force including gravity and friction and the permanent magnet and the magnetic body 43 of the permanent magnet 31.
  • the rotor rotates in unit azimuth and the orientation changes.
  • the controller 50 receives the detection signal of the hall sensor from the changed orientation of the rotor, compares the match with the request command through the program or the control unit 52, and if not, changes the orientation of the rotor through the control signal. Repeat the process sequentially.
  • the driving circuit 53 is stopped to cut off the current between the coil Ac and the coil Bc.
  • the control unit 50 controls the rotor orientation of the magnetic motor (1) through.
  • Step 1 when the controller 50 receives a program stored in the memory unit 51 or a direction change request command through the operation unit 52, the controller 50 receives a detection signal output from the detection sensors Ah and Bh to receive the bearing of the rotor. (Step 1)
  • the control unit 50 outputs a control signal to the drive circuit unit 53 according to a program stored in the memory unit 51 or a direction change request command through the operation unit 52, and receives the control signal.
  • ) Supplies current to the coils Ac and Bc of the magnetic motor unit 30 to change the orientation of the rotor 20, and then cuts off the current to maintain the changed orientation of the rotor 20.
  • the controller 50 receives a detection signal output from the detection sensors Ah and Bh, and determines whether the request command matches the changed orientation of the rotor 20 (third step).
  • a pair of coils (Ac, Bc) are disposed on an inner wall of the stator (10) facing the permanent magnet (31) fixed to the rotor (20), wherein any one of the pair of coils (Ac, Bc)
  • the coil of is disposed at the maximum magnetic field where the strength of the magnetic lines of the N polar portion 31a or the S polar portion 31b of the permanent magnet is the strongest, and the other coil is the N polar portion 31a and the S polar portion 31b.
  • the coils Ac and Bc When the forward current is supplied, the coils Ac and Bc generate N-polar electromagnetic force on the coil surface facing the permanent magnet 31, and when the reverse current is supplied, the coil surface facing the permanent magnet 31. Generate an S-polarity electromagnetic force.
  • the inner wall of the stator 10 facing the permanent magnet 31 disposed on the rotor 20 detects the magnetic poles of the polar parts 31a, 31b of the permanent magnet 31, and outputs a detection signal to control the controller.
  • a pair of Hall sensors Ah and Bh are arranged to recognize the orientation of the rotor 20.
  • the Hall sensors Ah and Bh are provided so as not to cross the magnetic pole separating line 31c existing between the polar portions 31a and 31b of the permanent magnet 31, and the N-polar portion 31a of the permanent magnet 31.
  • the controller 50 When the stimulus is detected, the controller 50 outputs a "High” detection signal, and when the stimulus of the S-polar part 31b is detected, the controller 50 outputs a "Low” detection signal.
  • a pair of driving magnetic layers facing the pair of coils Ac and Bc are formed in the permanent magnet 31, and a pair of coils disposed on an inner wall of the stator 10 facing the permanent magnet 31.
  • the unit azimuth angle in which the rotor 20 can be rotated by (Ac, Bc) increases and decreases according to the number of polar parts 31a and 31b formed in the driving magnetic layer, and the magnetic pole parts 31a and 31b formed in the driving magnetic layer.
  • the unit azimuth angle is 360 ° / (2 * m).
  • two Hall sensors Ah and Bh are formed on the inner wall of the stator 10, which forms a driving magnetic layer in which two polar parts 31a and 31b are formed on the permanent magnet 31 and faces the same.
  • the magnetic motor unit 30 can recognize the four directions by the control unit 50 so that the rotor 20 is rotated by a unit azimuth angle of 90 °.
  • the rotor 20 rotates at a unit azimuth angle of 45 °, and the permanent magnet ( forming a drive magnetic layer formed of the eight polar portions (31a, 31b) to 10), the rotor (20) rotates in a bearing unit of 22.5 °.
  • the N-pole part 31a and the S-pole part 31b are rotated through the magnetic motor part 30 including the permanent magnet 31 having a driving magnetic force layer alternately arranged in a radial structure. It shows the orientation state of the electron 20.
  • a Hall sensor Ah and a Hall sensor are disposed on the inner wall of the stator 10 facing the driving magnetic layer of the permanent magnet 31 to sense magnetic poles of the polar parts 31a and 31b formed on the permanent magnet 31. It can be seen that Bh does not intersect the magnetic pole separation line 31c in four azimuth states, and in four azimuth states, one of coils Ac and coil Bc is disposed at the maximum magnetic pole portion, and the other coils are connected to the magnetic pole separation line. You can see it crossed.
  • the Hall sensor Ah and the Hall sensor Bh respectively detect the N polar portions 31a of the permanent magnet 31 and output detection signals of “High” and “High” to the controller, and the controller 50 Through the high and high detection signals output from the hall sensors Ah and Bh, it is recognized that the permanent magnet 31 and the rotor 20 are in the azimuth (1 direction in Table 1) of FIG. 4.
  • the drive circuit portion 53 is forward of the coil Bc crossing the magnetic pole separating line 31c of the permanent magnet 31 in the forward direction. Supply current to dissipate the N-polarity electromagnetic force.
  • the attraction force which is the electromagnetic coupling force, acts between the N-polarity electromagnetic force of the coil and the permanent magnet S-polar part 31a, so that a unit azimuth angle of 90 ° clockwise to the position where the maximum magnetic force part of the S-polar part 31b is located.
  • the permanent magnet 31 and the rotor 20 are repositioned in the orientation of FIG.
  • the magnetic pole separating line 31c forms a state overlapped with the coil Ac
  • the Hall sensor Ah detects the S polar portion 31b
  • the Hall sensor Bh detects the N polar portion 31a to detect the low and high detection signals.
  • the controller 50 recognizes that the permanent magnet 31 and the rotor 20 are in the azimuth (2 direction of Table 1) of FIG.
  • the coil Bc intersecting with the magnetic pole separating line 31c of the permanent magnet 31 through the driving circuit unit 53.
  • the N-polar part 31a acts on the attraction force, which is the electromagnetic coupling force, between the S-polar electromagnetic force of the coil Bc and the N-polar part 31b of the permanent magnet 31.
  • the permanent magnet 31 and the rotor 20 are repositioned in the azimuth of FIG.
  • the magnetic pole separation line 31c forms a state overlapped with the coil Ac as shown in FIG. 7, the Hall sensor Ah detects the N polar portion 31a, and the Hall sensor Bh detects the S polar portion 31b, and thus, High,
  • the detection signal of Low is output to the controller, and through the detection signals of High and Low, the controller 50 indicates that the permanent magnet 31 and the rotor 20 are in the orientation of Fig. 7 (4 direction in Table 1). Recognize.
  • the magnetic pole separating line 31c of the permanent magnet 31 through the drive circuit portion 53 Supply reverse current to coil Bc intersecting with)) to generate S-polarity electromagnetic force.
  • a forward current is supplied to the coil Bc to generate an electromagnetic force of N polarity.
  • the permanent magnet has a concentric structure in which a driving magnetic layer in which the N-polar part and the S-polar part are alternately arranged in a radial structure, and one or more auxiliary magnetic layers in which the N-polar part and the S-polar part are alternately arranged in a radial structure. to be.
  • the auxiliary magnetic layers 31d and 31e concentrically arranged with the driving magnetic layer formed on the permanent magnet 31 may be formed at the outer side of the driving magnetic layer or may be formed at the inner side thereof.
  • the magnetic layer having a concentric structure in the permanent magnet has two polar portions formed at the innermost layer, and has a polar portion sequentially increased in multiples of two from the innermost layer to the outer layer.
  • a pair of Hall sensors are disposed to face each other in the magnetic layer forming the outermost layer, and one Hall sensor is disposed to face each magnetic layer formed inside the outermost layer.
  • any one of the magnetic layers formed concentrically in the permanent magnet may be used as a driving magnetic layer and the remaining layer may be used as a sensing magnetic layer, and a pair of magnetic layers used as the driving magnetic layer may be used.
  • the coils are arranged oppositely.
  • the magnetic layer formed on the outermost side of the permanent magnet since the magnetic layer formed on the outermost side of the permanent magnet has a large area and strong permanent magnetic force is generated, in this embodiment, the magnetic layer formed on the outermost side of the permanent magnet will be used as the driving magnetic layer.
  • the second auxiliary magnetic layer 31e is formed on the outer side of the first auxiliary magnetic layer 31e.
  • Four polar portions are formed in the second auxiliary magnetic layer 31d, and eight polar portions are formed in the driving magnetic layer formed on the outer side of the second auxiliary magnetic layer 31e.
  • a pair of Hall sensors Ch and Dh are disposed on the inner wall of the stator 10 facing the driving magnetic force layer disposed at the outermost side of the permanent magnet 31 and not intersecting with the magnetic pole separating line 31c.
  • the magnetic motor unit 30 including the permanent magnet 31 in which the auxiliary magnetic layer 31d having the two polar parts is formed in the driving magnetic layer having the four polar parts is illustrated.
  • Hall sensors Bh and Ch for detecting the polarity of the driving magnetic layer and coils Ac and Bc are disposed in the driving magnetic layer of 31.
  • a Hall sensor Ah for sensing the magnetic pole of the N-polar part and the S-polar part formed in the auxiliary magnetic layer 31d is disposed to face each other.
  • control unit 50 can recognize the eight orientations by the detection signals output from the Hall sensors Ah, Bh, Ch, and the permanent magnet and It is possible to control the selection of the coil to supply the current and the direction of supply of the current to the selected coil so that the rotor can be rotated in the unit azimuth angle of 45 ° clockwise or counterclockwise.
  • the Hall sensor senses an N polar part, Bh an S polar part, and Ch represents an N polar part and outputs detection signals High, Low, and High to the controller.
  • the controller 50 recognizes that the rotation angle position state is the orientation (4 direction in Table 2) of FIG. 8, and rotates the permanent magnet 31 and the rotor 20 at a unit azimuth angle of 45 ° clockwise.
  • To move (5 direction in Table 2) output a control signal for supplying a reverse current to generate a magnetic pole of the S pole to the coil Bc intersecting the magnetic pole separation line, and half the permanent magnet 31 and the rotor 20.
  • a control signal for supplying a current in the forward direction is generated to generate an electromagnetic force of the north pole on the coil Bc.
  • the second auxiliary magnetic layer 31e having four polar portions and the first auxiliary magnetic layer 31d having two polar portions have a concentric structure.
  • positioned is shown.
  • Hall sensors Dh and Ch for detecting the polarity of the driving magnetic layer and coils Ac and Bc are disposed in the driving magnetic layer of the permanent magnet 31.
  • the second auxiliary magnetic layer 31e of the permanent magnet 31 is disposed so as to face the Hall sensor Bh for sensing the magnetic pole of the polarity formed in the second auxiliary magnetic layer 31e, and the first auxiliary magnetic layer 31d.
  • the Hall sensor Ah for sensing the magnetic pole of the polar part formed in the first auxiliary magnetic layer 31d is disposed to face each other.
  • the control unit can recognize 16 orientations according to the detection signals output from the Hall sensors Ah, Bh, Ch, and Dh, and permanent magnets and rotations through the control signals for the recognized orientations. It is possible to control the selection of the coil to supply the current and the direction of supply of the current to the selected coil so that the electron can be rotated in the unit azimuth angle of 22.5 ° clockwise or counterclockwise.
  • the Hall sensor senses N polarity part, Bh S polarity part, Ch S polarity part, and Dh N polarity, and outputs detection signals High, Low, Low, and High to the controller.
  • the controller recognizes that the rotation angle position is the azimuth (4 direction in Table 3) of FIG. 9, and rotates the permanent magnet and the rotor in a clockwise direction at a unit azimuth angle of 22.5 ° (5 azimuth in Table 2).
  • the detection sensor structure for detecting the orientation of the rotor through the detection of the polarity portion as well as the Hall sensor structure for detecting the orientation of the rotor by detecting the polarity of the permanent magnet through the Hall sensor described above, Switching sensor structures can be utilized.
  • the projection section and the groove section having concentric structures are alternately formed on the stator or the rotor, and the switching sensor for detecting the projection section and the groove section is disposed on the rotor or stator facing the stator or the rotor. It is possible to distinguish between the facing section and the section in which the home section and the switching sensor face each other so that a different detection signal is electrically output.
  • the rotor has a concentric structure (not shown) and a groove section (not shown) of the radial structure, and when the contact is formed on the inner wall of the stator facing the electrically turned on and the contact is separated
  • the sensor unit is disposed as a switching (not shown) sensor including a brush, a pressure sensor, an electrostatic method, or a resistive touch sensor that is electrically turned off when the sensor is turned off.
  • the projection section physically presses the switching sensor to form a contact point, thereby outputting a high signal from the switching sensor to the controller, and in the section where the home section and the switching sensor face each other.
  • the sensor unit may be configured as a magnetic motor circuit unit by using a switching sensor that does not physically press the switching sensor to separate the contact and outputs a low signal from the switching sensor to the controller.
  • a hall sensor for detecting the polarity portion
  • a sensing sensor structure for detecting the projection section and the groove section.
  • the S-polarity electromagnetic force is generated when the forward current is supplied, and the N-polarity electromagnetic force may be generated when the reverse current is supplied, the circuit configuration method of a sensing sensor including a Hall sensor or a switching sensor
  • the low sensing signal may be output when facing the N polarity or the projection
  • the high sensing signal may be output when facing the S polarity or the projection.
  • the driving circuit unit includes an H-bridge circuit and a constant voltage source capable of turning the output voltage ON or OFF, and through the H-bridge circuit to change the supply direction of the current to the coil, the output voltage is ON Or it can be configured to cut off the supply of current to the coil through a constant voltage source that can be turned off.
  • the magnetic motor circuit may be configured separately, or may be grouped into a single IC;
  • the circuit board that provides the fixed mounting of the magnetic motor circuit unit and the electrical connection state may be configured separately or may be configured as one circuit board.
  • 10 and 12 illustrate the entire configuration of the stopping part and the stopping process of the rotor through the stopping part in the magnetic motor for orientation control proposed in the embodiment of the present invention.
  • the stopper 40 for physically fixing the rotor 20
  • the stopper 40 The rotor 20 to maintain a more stable position state to the stator 10 against the external force applied to the magnetic motor from the outside including gravity by the force generated by the unit azimuth rotation by the magnetic motor unit 30
  • the azimuth error may be improved.
  • the stopper 40 for maintaining the stable azimuth and the unit azimuth angle of the rotor 20 includes a permanent magnetic force of the permanent magnet 31 disposed on the rotor 20 and a stator facing the same. It includes a magnetic fixing structure by the magnetic coupling force acting between the magnetic body 43 disposed on the inner wall or the outer wall of 10), it is preferable that the magnetic coupling force is configured on the inner wall of the stator and the outer wall of the rotor.
  • the magnetic body 43 disposed on the inner wall or the outer wall of the stator 10 facing the permanent magnet 31 may be made of a metal piece of a separate magnetic material, but may form a metal film of the magnetic material, or Various modifications are possible, such as configuring the circuit board 42 with the magnetic body 43.
  • the engaging projections 41a and 42b are formed at equal intervals, respectively, and the engaging projection of the rotating stopper 41 formed on the rotor 20.
  • the groove 41a is engaged with the engaging projection 42b of the fixed stopper 42 formed in the stator 10 so that the rotor is engaged with the stator 10.
  • the rotary stopper 41 formed on the rotor 20 is a magnetic acting between the permanent magnet 31 and the magnetic body 43. It is engaged with the fixed stopper 42 formed on the inner wall of the stator 10 by the coupling force, and the rotor 20 is physically stable to the stator 10 by the combination of the rotary stopper 41 and the fixed stopper 42. State is maintained.
  • the controller 50 supplies current to the corresponding coils Ac and Bc of the magnetic motor unit 30 through the driving circuit unit 53, thereby permanently.
  • the magnet 31 and the rotor 20 change the orientation of the rotor.
  • a lubricant is applied to the contact surface of the fixed stopper 42 and the contact surface of the rotary stopper 41 to reduce the frictional force that hinders rotation when the orientation of the rotor 20 changes, so that the smooth movement of the rotary stopper 41 is possible. do.
  • the unit azimuth angle of the rotor 20 that can be controlled by the control unit 50 can also be set through the configuration of the magnetic motor unit 30, and also rotates with the fixed stopper 42 of the stopper 40 It can also be set through the forming interval of the engaging projections (41a, 42b) disposed radially on the stopper (41).
  • the stopper 40 may physically correct the azimuth error that may occur during the unit azimuth rotation movement by the magnetic motor unit 30, thereby improving the precision of the unit azimuth.
  • the engagement protrusions 41a and 42a formed in the fixed stopper 42 and the rotary stopper 41 have teeth or curved contact surfaces having the contact surfaces 41a-a and 42a-a inclined to the side surfaces.
  • It can be configured in a steel ball shape including a ball bearing having a ball bearing (including a ball bearing receiving space), the rotation stopper 41 when the orientation of the rotor is changed by the magnetic motor unit 30, the current supplied to the coil is cut off, And the rotor in the process of assembling the fixed stopper 42 slides along the contact surfaces 41a-a and 42a-a by magnetic coupling force, and unites the unit azimuth angle of the rotor 20 according to the precision of the assembling protrusion. Can be precisely calibrated.
  • the rotary stopper 41 is inclined contact surface formed on the engagement protrusions 41a and 42a by a magnetic coupling force ( 41a-a, 42a-a) or sliding to the fixed stopper 42 while sliding in the clockwise or counterclockwise direction through the curved contact surface, wherein the error of the rotor unit azimuth is a physical correction.
  • the engaging projection 42a formed on the fixed stopper 42 and the engaging projection 41a formed on the rotation stopper 41 are in close contact with each other. Only (41a-a, 42a-a) are brought into close contact with each other, and the remaining surfaces are formed with non-unassembled voids (G), which remain on the contact surfaces (41a-a, 42a-a) of the convex projections 41a, 42a.
  • the foreign matter can move to the space G during the assembly process of the rotary stopper 41 and the fixed stopper 42, and the assembling protrusions 41a and 42a formed in the fixed stopper 42 and the rotary stopper 31 by the foreign matter. ), The problem of poor cohesion can be solved.
  • FIG. 13 is an exploded state diagram showing an overall configuration of a camera module including a direction controlling magnetic motor proposed in the present invention and setting a directing direction of a light reflecting unit, and FIGS. 14 to 17 are shown in FIG. It shows the switching state of the direction of the light reflecting portion of the camera module.
  • the camera is configured to rotate the light reflecting unit 120, which reflects incident light entering the target area to the lens unit 110, through the magnetic motor 1 according to the present invention.
  • the module 100 is proposed, and when the orientation of the light reflecting unit 120 is adjusted as described above, the light reflecting unit 120 may enter a projection area having various orientations into the lens unit 110.
  • the camera module 100 may include an actuator unit in a configuration in which auto focus (AF) or optical zoom is applied, the lens unit 110 composed of a lens and an IR filter, and incident light of a subject area. And a reflected light unit 120 for reflecting the incident light into the lens unit and an image sensor unit (not shown) for converting the focus light through the lens unit 110 into image data.
  • AF auto focus
  • IR filter IR filter
  • a reflected light unit 120 for reflecting the incident light into the lens unit
  • an image sensor unit (not shown) for converting the focus light through the lens unit 110 into image data.
  • the light reflector 120 formed in the camera module 100 includes a mirror or a prism.
  • the light reflecting unit 120 is fixed to the rotor 20 of the magnetic motor 1 according to the present invention to change the orientation of the rotor, thereby changing the direction of the light reflecting unit 120.
  • the light reflecting unit 120 switches the subject area incident to the lens unit 110 of the camera module 100.
  • the camera module 100 may be manufactured in a separate case and then assembled with the magnetic motor through a separate mechanical connecting means.
  • the stator 10 constituting the magnetic motor 1 is provided.
  • each component constituting the camera module 100 to the stator 10 of the magnetic motor 1 without a separate case integrally Accept it.
  • the light entry hole 12 is formed at the four-side orientation of the stator 10, and the incident light entering the stator 10 through the light entry hole 12 is a light reflection part fixed to the rotor 20 ( It can be seen that it is reflected through 120, and configured to enter the image sensor unit through the lens unit 110.
  • the controller rotates the rotor 20 of the magnetic motor 1 in units of 90 degrees as shown in FIGS. 14 to 17, and converts the direction of the light reflecting unit 120 into units of 90 degrees. 100) can photograph the subject area of the four-side orientation.
  • Incident light incident on the lens unit through the light reflecting unit is changed into focus light through the lens unit, and the focus light is changed into image data by an image sensor unit (not shown).
  • the camera module can capture a wider field of view.
  • image signals having the same detection signal by the sensor unit are extracted, and image data having the same incident light inflow path is extracted. Can be screened.
  • the number and orientation of the light entry holes 12 may be variously modified according to the applied product.
  • light entrance holes may be formed on the front and the back of the magnetic entry motor, such as a smartphone or a notepad, to reflect light through the magnetic motor.
  • the direction can be switched in units of 180 ° so that the light reflecting unit can selectively direct the front and the rear, respectively.
  • the control unit according to the configuration of the magnetic motor according to the present invention through the drawings and description above can recognize the orientation state of the rotor through the sensor, including the rotation direction and the rotation speed and the rotation angle and rotation speed through the magnetic motor unit It is possible to change and control the direction of the rotor and to maintain the stable position of the rotor in the stator through the complementary action of the magnetic motor part and the stopping part and to realize the precision of the rotor direction, precisely the direction of the rotor The change control can be described in detail.
  • the light reflecting unit 120 is a lens unit to the projection area of various orientations It has been described in detail that it can be incident to (110).
  • the magnetic motor for azimuth control can be manufactured in a very small size, it can be utilized in various cameras equipped with a small camera module or a small camera module, and is also manufactured in various standards and requires the setting of a bearing. It is expected to be employed in various fields of instruments and devices, and can be utilized for precise control of the bearing.

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Abstract

본 발명은 회전자의 방위를 제어할 수 있는 자성모터와, 이를 이용한 카메라 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정자와 회전자 사이에 배치된 자성 모터부와 규합돌기를 구성하여 회전자의 방위를 변경하고, 변경된 회전자의 방위에 대해서 중력 및 자성모터의 외부에서 가해지는 외력에 대항하여 안정된 위치 유지 상태를 도모하고, 회전자 방위의 정밀도를 물리적으로 보정하여 정밀한 회전자의 방위를 변경 제어할 수 있는 자성모터와, 이를 이용한 카메라 모듈에 관한 것이다.

Description

방위 제어용 자성모터 및 제어방법과, 이를 이용한 카메라 모듈
본 발명은 방위 제어용 자성모터 및 제어방법과, 이를 이용한 카메라 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정자와 회전자 사이에 배치된 자성 모터부와 규합돌기를 구성하여 회전자의 방위를 변경하고, 변경된 회전자의 방위에 대해서 중력 및 자성모터의 외부에서 가해지는 외력에 대항하여 안정된 위치 유지 상태를 도모하고, 회전자 방위의 정밀도를 물리적으로 보정하여 정밀한 회전자의 방위를 변경 제어할 수 있는 방위 제어용 자성모터 및 제어방법과, 이를 이용한 카메라 모듈에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 회전력을 생성하는 모터는, 인가되는 전류의 형태에 따라 AC 모터와 DC 모터로 대별되며, 상기 AC 모터는 주로 송풍기나 환풍기, 전동장치 등의 대형부하가 요구되는 장치에 주로 사용되며, DC모터는 AC모터에 대비하여 상대적으로 부하량이 적은 송풍 팬, 드릴, 기어, 분동 등 소형부하가 요구되는 장치에 주로 사용된다.
여기서, 상기 DC모터는 영구자석과 코일과 회전자 몸체와 회전축부와 고정자 몸체부를 포함하여 구성되며, 장치의 용도에 맞는 팬, 드릴, 분동 등의 회전 동작이 필요한 외부 부하를 연결하여 회전 동작시키거나, 기어 등의 회전 동작을 직선 동작으로 변경하는 외부 부하를 연결하여 직선 이동 동작시켜 소형 장치에 적합한 DC모터를 형성한다.
그리고, 상기 DC모터를 적용한 소형 장치에는 동작신호의 수동 입력수단인 키, 버튼, 스위치 등의 조작부와; 프로그램 혹은 데이터를 저장할 수 있는 메모리부와; 상기 메모리부에 저장된 프로그램의 프로세서에 따라 DC모터와 소형 장치를 제어하는 제어부; 및 상기 제어부의 전기적 제어신호에 따라 DC 모터에 전류를 공급하는 구동 회로부를 포함한다.
그런데, 상기 DC 모터는 외부 부하를 회전축부의 구성품인 샤프트에 연결하도록 구성된 관계로 단순화 및 소형화가 어렵고, 결과적으로 체적이 크고 가격이 비싸져 소형부품 및 저 가격 부품이 필요한 장치에 적용하기 어렵다.
본 발명의 제 1 목적은, 영구자석과 코일과 자성체로 구성된 자성 모터부를 통해, 회전자의 방위를 변경할 수 있도록 하고, 변경된 방위의 외력에 대항하여 안정된 위치 유지 상태를 도모하고, 센서부와 제어부와 구동회로부와 조작부와 메모리부로 구성된 자성모터 회로부를 통해 회전자의 방위별 위치 상태를 인식하도록 하는 한편 요구명령에 따라 회전자의 방위를 변경 조절할 수 있도록하는 한편, 고정자의 수용공간에 회전자와 자성 모터부와 자성모터 회로부를 내장하여 기밀성과 구조의 간소화, 그리고 장치의 소형화가 이룩되도록 한 방위 제어용 자성모터 및 제어방법을 제공함에 있고,
본 발명의 제 2 목적은, 상기 자성모터를 이용하여 광 반사부의 지향방향을 전환하도록 한 카메라 모듈을 제공함에 있다.
상기한 목적은, 본 발명에서 제공되는 하기 구성에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 방위 제어용 자성모터는,
수용공간이 형성된 고정자와; 상기 고정자의 수용공간 내에 회전 구조로 설치되는 회전자와; 상기 고정자와 회전자 사이에 배치되어, 회전자의 방위를 변경하고 변경된 방위에서 외력에 대항하여 안정된 위치 상태를 유지하도록 하는 자성 모터부를 포함하여 구성되고,
상기 자성 모터부는, 상기 회전자에 고정되며 N극성부과 S극성부가 방사구조로 교번되게 배치된 영구자석과; 상기 영구자석과 마주하는 고정자의 내벽에 배치되어, 구동회로부에서 인가되는 전류의 인가방향에 따라 전자력의 극성을 전환시켜 영구자석의 극성부에서 발산되는 영구자력과 전자기 결합력을 형성하여 회전자를 순방향, 또는 역방향으로 회전시키는 코일과; 상기 고정자의 내벽 혹은 외벽에는 회전자에 설치된 영구자석과 자기 결합력을 형성하는 자성체를 설치되어,
영구자석과 코일 사이에 발생되는 전자기 결합력에 의해 영구자석, 이를 고정한 회전자를 단위 방위각으로 회전시켜 회전자의 방위를 변경하고, 영구자석의 영구자력과 자성체 사이에 작용되는 자기 결합력에 의해 회전자는 외력에 대항하여 안정된 위치 유지 상태를 고정됨을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 방위 제어용 자성모터의 제어방법은,
제어부가 감지센서에서 출력되는 감지신호를 인가받아 회전자의 방위를 인식하는 단계와;
제어부가 메모리부에 저장된 프로그램, 또는 조작부를 통한 방위 변경 요구 명령에 따라 제어신호를 구동 회로부로 출력하고, 제어신호를 인가받은 구동회로부가 자성 모터부의 코일에 전류를 공급하여 회전자의 방위를 변경한 다음, 전류를 차단시켜 회전자의 방위를 유지시키는 단계; 및
상기 제어부가 감지센서에서 출력되는 감지 신호를 입력받아, 상기 요구 명령과 회전자의 방위의 일치 여부를 판단하고, 불 일치하면 제어신호를 출력하여 회전자의 방위를 변경하고, 회전자의 방위가 변경되어 유지되는 상태에서 상기 요구 명령과 비교과정을 순차적으로 반복 실시하여, 요구 명령과 회전자의 방위가 일치되도록 하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 카메라 모듈은,
입사된 입사광을 초점광으로 변환하는 렌즈부와; 지향하는 피사영역에서 진입되는 입사광을 렌즈부로 반사시켜 입사하는 광 반사부를 포함하여 구성된 카메라 모듈에 있어서,
상기 광 반사부는 본 발명에 따른 자성모터의 회전자에 고정되어, 상기 광 반사부는 자성모터의 회전자의 방위 변경에 따라 피사영역의 지향 방위가 변경되도록 구성한 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이 본 발명에서는, 제어부는 제어신호에 따라 자성 모터부를 통해 고정자 내에 설치된 회전자를 단위 방위각씩 회전시켜 회전자의 방위를 변경하고, 방위가 변경된 회전자는 외력에 대항하여 안정되게 위치 유지 상태로 고정자에 고정된다.
상기, 자성 모터부는 코일에 전류를 공급할 때, 영구자석의 영구자력과 코일 의 전자력 사이에 작용되는 전자기결합력에 의해 회전력을 제공하여 회전자는 단위 방위각으로 회전되고, 코일에 전류를 차단할 때, 영구자석의 영구자력과 자성체 사이에 작용되는 자기 결합력에 의해 회전자는 외력에 대항하여 안정된 위치 유지 상태로 고정자에 고정된다.
특히, 본 발명에서는 자기 결합력을 이용하여 회전자를 고정자에 고정함에 있어, 회전자와 고정자 사이에 상호 규합되는 회전 스토퍼와 고정 스토퍼를 배치하고 있다.
따라서, 회전자는 고정자에 규합된 상태로 고정되므로 회전자의 보다 안정된 고정이 가능하고, 또한 회전 스토퍼와 고정 스토퍼에 치형, 또는 강구형의 규합돌기를 형성하면, 회전자의 회전각 고정을 위한 회동 스토퍼와 고정 스토퍼의 규합과정에 상기 자성 모터부에 의한 단위 방위각 회전시 발생할 수 있는 오류를 물리적으로 교정하여 정밀한 단위 방위각을 갖는 자성모터를 구성할 수 있다.
그리고, 본 발명에서는 카메라 모듈의 광 반사부를 자성모터의 회전자에 고정시켜, 광 반사부가 회전자의 방위에 따라 지향방향이 설정되도록 구성하고 있으며, 이에 따라 단일 렌즈부를 통해 다양한 피사영역을 촬영할 수 있다.
특히, 자성모터의 고정자 내에 카메라 모듈의 렌즈부와 광 반사부를 수용되게 배치하면, 자성모터를 포함하는 카메라 모듈의 구조 단순화 및 소형화가 이룩되고, 또 제조공정과 조립 부품 수를 줄일 수 있어, 제작에 따른 부대비용이 크게 절감되고, 기밀성이 향상된다.
도 1과 도 2는 본 발명에서 실시예로 제안하고 있는 방위 제어용 자성모터 구성을 보여주는 분해 상태도, 및 단면도이고,
도 3은 본 발명에서 실시예로 제안하고 있는 방위 제어용 자성모터에 있어, 자성 모터부와 회로부의 기본 구성을 보여주는 것이며,
도 4 내지 도 9는 본 발명에서 실시예로 제안하고 있는 방위 제어용 자성모터에 있어, 자성 모터부를 통한 회전자의 방위 조절상태를 보여주는 것이고,
도 10과 도 12는 본 발명에서 실시예로 제안하고 있는 방위 제어용 자성모터에 있어, 스토핑부의 전체 구성과, 스토핑부를 통한 회전자의 스토핑 과정을 보여주는 것이고,
도 13은 본 발명에서 실시예로 제안하고 있는 방위 제어용 자성모터를 구비하여, 광 반사부의 지향방향을 설정하는 카메라 모듈의 구성을 보여주는 분해 상태도이며,
도 14 내지 17은 상기 도 13에 도시된 카메라 모듈의 광 반사부의 지향방향의 전환상태를 보여주는 것이다.
*** 부호의 설명 ***
1. 자성모터
10. 고정자 11. 수용공간
12. 광 진입구
20. 회전자
30. 자성 모터부 31. 영구자석
31a. N 극성부 31b. S 극성부
31c. 자극 분리선 31d, 31e. 보조 자력층
31f. 조립공 32. 회로기판
40. 스토핑부 41. 회전 스토퍼
41a. 규합돌기 41a-a. 밀착면
G. 공극
42. 고정 스토퍼 42a. 규합돌기
42a-a. 밀착면 43. 자성체
50. 제어부 51. 메모리부
52. 조작부 53. 구동회로부
100. 카메라 모듈
110. 렌즈부 120. 광 반사부
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 방위 제어용 자성모터 및 제어방법과, 이를 이용한 카메라 모듈을 상세히 설명하기로 한다.
도 1과 도 2는 본 발명에서 실시예로 제안하고 있는 방위 제어용 자성모터 구성을 보여주는 분해 상태도, 및 단면도이고, 도 3은 본 발명에서 실시예로 제안하고 있는 방위 제어용 자성모터에 있어, 자성 모터부와 자성모터 회로부의 기본 구성을 보여주는 것이며, 도 4 내지 도 9는 본 발명에서 실시예로 제안하고 있는 방위 제어용 자성모터에 있어, 자성 모터부를 통한 회전자의 방위 조절상태를 보여주는 것이다.
본 발명에서 실시예로 제안하고 있는 방위 제어용 자성모터(1)는, 영구자석(31)의 영구자력과 코일(Ac,Bc)의 전자력 사이에 작용되는 전자기결합력(같은 극성이면 척력작용, 다른 극성이면 인력작용)에 의해 고정자(10) 내에 수용된 회전자(20)를 회전시켜, 회전자(20)의 회전각 위치 상태(이하, 방위라 칭함)를 변경하고, 영구자석(31)의 영구자력과 자성체(43) 사이에 작용되는 자기 결합력(영구자석에 자성체가 달라붙는 힘)에 의해 변경된 회전자(20)의 방위를 안정되게 유지되도록 구성된 것이다.
상기 방위 제어용 자성모터(1)의 구성은, 도 1 내지 도 9에서 보는 바와 같이 수용공간(11)이 형성된 고정자(10)와; 상기 고정자(10)의 수용공간(11) 내에 회전구조로 수용되는 회전자(20); 및 상기 고정자(10)와 회전자(20) 사이에 배치되어, 전자기 결합력에 의해 고정자(10) 내에 수용된 회전자(20)를 단위 방위각으로 회전시켜 회전자의 방위를 변경하고, 자기결합력에 의해 방위가 변경된 회전자(20)를 중력을 포함한 자성모터(1) 외부에서 가해지는 외력에 대항하여 고정자(10)에 안정되게 위치 유지 상태로 고정되도록 하는 자성 모터부(30)로 구성된다.
상기 자성 모터부(30)는 회전자(20)의 외벽에 배치되어, N극성부(31a)과 S극성부(31b)가 방사구조로 교번되게 구성된 영구자석(31)과; 상기 영구자석(31)과 마주하는 고정자(10)의 내벽에 배치되어, 자성모터 회로의 구동회로부(53)에서 공급되는 전류에 따라 전자력을 발생하는 코일(Ac, Bc)과; 상기 영구자석(31)과 마주하는 고정자(10)의 내벽 혹은 외벽에 배치되어, 영구자석(31)의 영구자력과 자기결합력을 형성하는 자성체(43)로 구성된다.
그리고, 상기 방위 제어용 자성모터(1)의 자성모터 회로는, 도 3과 같이 방위를 제어하는 제어부(50)와; 상기 제어부(43)의 제어에 필요한 데이터 및 프로그램이 저장된 메모리부(51)와; 외부에서 요구 명령을 입력하는 조작부(52)와; 상기 영구자석 극성부(31a.31b)의 자극을 감지하여 감지신호(100.101)를 제어부(50)로 출력하는 홀 센서(Bh,Ah)와; 제어부(50)의 제어신호에 따라 코일(Ac,Bc)에 전류를 공급 또는 차단하는 구동회로부(53)로 구성되며, 상기 자성모터 회로를 탑재 장착하고 자성모터 회로 사이의 전기적 연결 상태 제공하는 회로기판(32)을 포함하여 구성된다.
도 1 내지 도 9에서 보는 바와 같이, 상기 회전자(20)의 외벽에는 일면을 기준으로 자극 분리선(31c)으로 구획된 N극성부(31a)와 S극성부(31b)가 방사구조로 교번되게 구성된 영구자석(31)이 배치된다.
상기 영구자석(31)의 중심부에는 다각의 조립공(31f)을 형성하고, 마킹선(미도시)을 별도 표시함으로써, 육안으로 직접 구분할 수 없는 영구자석(31)에 형성된 각 극성부(31a, 31b)와 자극 분리선(31c)을 육안으로 확인 가능하도록 함으로써, 제조과정에서 예상되는 작업 오류를 예방하도록 한다.
그리고, 상기 영구자석(31)과 마주하는 고정자(10)의 내벽에는 회로기판(32)이 배치되고, 상기 회로기판(32)에는 구동회로부(41)로부터 전류를 공급받아 전자력을 발산하는 한 쌍의 코일(Ac, Bc)과; 회전자 방위의 정보 값인 감지신호를 제어부로 출력하는 복수의 감지센서(Ah, Bh)를 영구자석(31)과 마주하도록 배치한다.
상기 감지센서로는 후술되는 바와 같이 극성부의 자극을 감지하는 홀 센서(Ah, Bh...)나, 돌출 구간과 홈 구간에 의해 전기적 상태가 변화하는 다양한 스위칭 센서가 활용될 수 있다.
본 실시예에서는 영구자석(31) 극성부(31a, 31b)의 극성을 감지하여 감지신호를 제어부(50)로 출력하는 복수의 홀 센서(Ah, Bh...(Hall sensor))를 감지센서로 채택하고 있다.
또한, 상기 영구자석(31)과 마주하는 고정자(10)에는 회로기판(32)의 하부에 영구자석(31)의 영구자력과 자기결합력을 형성하는 판상의 자성체(43)를 배치됨을 볼 수 있다.
상기 제어부(50)를 통해 자성모터의 회전자(20)의 방위를 제어하는 동작을 상세히 설명하면, 메모리부(51)에 저장된 프로그램 혹은 조작부(52)을 통한 방위 변경 요구 명령이 입력되면, 제어부(50)는 현재 회전자의 방위에서 영구자석(31) 극성부(31a, 31b)의 자극을 감지하는 홀 센서(Ah, Bh,...)를 통해 감지신호를 입력받고, 입력된 감지신호와 메모리부(51)에 저장된 감지신호별 회전자의 방위 상태 데이터와 비교하여, 현재 회전자의 방위를 인식한다.
이후, 제어부(50)는 구동회로부(53)로 제어신호을 출력하고, 제어부(50)의 제어신호에 따라 구동회로부(53)는 코일(Ac), 혹은 코일(Bc)에 전류를 공급한다.
따라서, 전류가 공급된 코일(Ac, Bc)에서 발생하는 전자력과 영구자석(31)의 영구자력 사이에 작용하는 전자기결합력이 중력과 마찰력 포함한 물리력과 영구자석(31)의 영구자력과 자성체(43) 사이에 작용하는 자기 결합력의 합력보다 클 때, 회전자는 단위 방위각으로 회전하여 방위가 변경된다.
이후, 제어부(50)는 변경된 회전자의 방위에서 홀 센서의 감지신호를 입력받아 프로그램 혹은 조작부(52)을 통한 요구 명령과의 일치 여부를 비교하고, 불일치하면 제어신호를 통해 회전자 방위를 변경하는 과정을 순차적으로 반복 수행한다.
그리고, 요구명령과 변경된 방위가 일치되면 구동회로부(53)를 정지시켜 코일(Ac)와 코일(Bc)에 전류를 차단한다.
이때, 영구자석(31)의 영구자력과 자성체(43) 사이에 작용된 자기결합력에 의해 중력을 포함한 자성모터의 외부에서 가해지는 외력에 대항하여 회전자의 변경된 방위를 안정되며, 이러한 일련의 과정을 통해 제어부(50)는 자성모터(1)의 회전자 방위를 제어한다.
즉, 제어부(50)가 메모리부(51)에 저장된 프로그램, 또는 조작부(52)를 통한 방위 변경 요구 명령이 입력되면, 감지센서(Ah, Bh)에서 출력되는 감지신호를 입력받아 회전자의 방위를 인식한다.(제 1 단계)
그리고, 제어부(50)가 메모리부(51)에 저장된 프로그램, 또는 조작부(52)를 통한 방위 변경 요구 명령에 따라 제어신호를 구동회로부(53)로 출력하고, 제어신호를 입력받은 구동회로부(53)가 자성 모터부(30)의 코일(Ac, Bc)에 전류를 공급하여 회전자(20)의 방위를 변경한 다음, 전류를 차단시켜 변경된 회전자(20)의 방위를 유지시킨다.(제 2 단계)
상기 제어부(50)가 감지센서(Ah, Bh...)에서 출력되는 감지 신호를 입력받아, 상기 요구 명령과 변경된 회전자(20) 방위의 일치 여부를 판단한다.(제 3 단계)
그리고, 상기 제 3 단계에서 요구 명령과 변경된 회전자(20) 방위가 불일치하면, 제 2 단계와 제 3 단계를 반복 실시하고, 요구 명령과 회전자(20)의 방위가 일치하면 제어를 완료한다.(제 4 단계)
상기 회전자(20)에 고정된 영구자석(31)과 마주하는 고정자(10)의 내벽에는 한 쌍의 코일(Ac, Bc)이 배치되며, 이때 한 쌍의 코일(Ac, Bc) 중 어느 하나의 코일은 영구자석의 N 극성부(31a) 또는 S 극성부(31b)의 자력선의 세기가 가장 센 최대 자력부위에 배치되고, 나머지 하나의 코일은 N 극성부(31a)와 S 극성부(31b) 사이에 존재하는 자극 분리선(31c)과 교차되게 배치된다.
그리고, 상기 코일(Ac, Bc)은 순방향 전류가 공급되면 영구자석(31)과 마주하는 코일 면에 N극성의 전자력을 발생하고, 역방향의 전류가 공급되면 영구자석(31)과 마주하는 코일면에 S극성의 전자력을 발생한다.
또한, 상기 회전자(20)에 배치된 영구자석(31)과 마주하는 고정자(10)의 내벽에는 영구자석(31) 극성부(31a, 31b)의 자극을 감지하고, 감지신호를 출력하여 제어부(50)에서 회전자(20)의 방위를 인식하도록 하는 한 쌍의 홀 센서(Ah, Bh)가 배치된다.
상기 홀 센서(Ah, Bh)는, 영구자석(31)의 극성부(31a, 31b) 사이에 존재하는 자극분리선(31c)과 교차 되지 않도록 설치되며, 상기 영구자석(31) N극성부(31a)의 자극을 감지하면 제어부(50)로 "High" 감지신호를 출력하고, S극성부(31b)의 자극이 감지되면 제어부(50)로 "Low" 감지신호를 출력한다.
여기서, 제어부에서 감지센서의 감지신호를 통해 구분하여 인식할 수 있는 방위의 개수는 감지센서의 설치 개수에 따라 증감되는데, 상기 감지센서의 설치 개수를 n개로 할 때, 제어부에서 구분 인식할 수 있는 회전자의 방위 개수=2n 이라는 수학식이 도출된다.
그리고, 상기 영구자석(31)에는 한 쌍의 코일(Ac, Bc)과 마주하는 구동 자력층이 형성되고, 상기 영구자석(31)과 마주하는 고정자(10)의 내벽에 배치된 한 쌍의 코일(Ac, Bc)에 의해 회전자(20)가 회전 이동할 수 있는 단위 방위각은 구동 자력층에 형성된 극성부(31a, 31b)의 개수에 따라 증감되며, 구동 자력층에 형성된 자극부(31a, 31b)의 개수를 m개로 할 때 단위 방위각 = 360°/(2 * m)이라는 수학식이 성립한다.
즉, 도 4 내지 7과 같이 영구자석(31)에 2개의 극성부(31a, 31b)가 형성된 구동 자력층을 형성하고 이와 마주하는 고정자(10)의 내벽에 2개의 홀 센서(Ah, Bh)를 배치하면, 자성 모터부(30)는 제어부(50)에서 4 방위를 구분 인식할 수 있어서 회전자(20)는 90°의 단위 방위각으로 회전한다.
그리고, 도 8과 같이 영구자석(31)에 4개의 극성부(31a, 31b)가 형성된 구동 자력층을 형성하면 회전자(20)는 45°의 단위 방위각으로 회전하고, 도 9 에서 영구자석(10)에 8개의 극성부(31a, 31b)가 형성된 구동 자력층을 형성하면 회전자(20)는 22.5°의 단위 방위각으로 회전한다.
도 4 내지 도 7에서는, N극성부(31a)와 S극성부(31b)가 방사구조로 교번되게 배치된 구동 자력층을 갖는 영구자석(31)을 포함하는 자성 모터부(30)를 통한 회전자(20)의 방위 상태를 보여주는 것이다.
본 명세서에서는 하기 표 1을 통해 도 4 내지 도 7에 도시된 자성 모터부(30)의 감지신호 상태에 대한 회전자(20)의 방위 상태와; 회전자(20)의 방위 상태에 따른 회전자(20)의 회전방향별 코일(Ac, Bc) 선정과 선정된 코일(Ac, Bc)에 공급할 전류의 방향에 대한 제어부(50)의 제어신호를 구분하여 제시하고 있다.
표 1
Figure PCTKR2012009290-appb-T000001
도면을 보면 상기 영구자석(31)의 구동 자력층과 마주하는 고정자(10)의 내벽에 배치되어 영구자석(31)에 형성된 극성부(31a, 31b)의 자극을 감지하는 홀센서 Ah, 홀 센서 Bh는 4개의 방위 상태에서 자극분리선(31c)과 교차하지 않음을 볼 수 있고, 4개의 방위 상태에서 코일 Ac, 코일 Bc에서 어느 하나의 코일은 최대 자극부위에 배치되고, 나머지 코일은 자극분리선에 교차됨을 볼 수 있다.
도 4의 상태에서 홀센서 Ah와 홀센서 Bh는 영구자석(31)의 N극성부(31a)를 각각 감지하여 "High", "High"의 감지신호를 제어부로 출력하고, 제어부(50)는 홀 센서(Ah, Bh)에서 출력된 High, High 감지신호를 통해 영구자석(31) 및 회전자(20)가 도 4의 방위(표 1의 ①방위)에 있음을 인식한다.
그리고, 도 4 상태에서 영구자석(31) 및 회전자(20)를 시계방향으로 회전시키려면, 구동회로부(53)는 영구자석(31)의 자극 분리선(31c)과 교차하는 코일 Bc에 순방향의 전류를 공급하여 N극성의 전자력을 발산하도록 한다.
이에 따라, 코일의 N극성의 전자력과 영구자석 S 극성부(31a) 사이에 전자기 결합력인 인력이 작용하여 S극성부(31b)의 최대 자력부위가 위치한 위치까지 시계방향으로 90°의 단위 방위각으로 회전함으로써, 영구자석(31) 및 회전자(20)는 도 5의 방위로 위치 변경된다.
이때, 자극 분리선(31c)은 코일 Ac와 중첩된 상태를 이루며, 홀센서 Ah는 S극성부(31b)를 감지하고 홀센서 Bh는 N극성부(31a)를 감지하여 Low, High의 감지신호를 제어부(50)로 출력하고, Low, High의 감지신호를 통해 제어부(50)는 영구자석(31) 및 회전자(20)가 도 5의 방위(표 1의 ②방위)에 있음을 인식한다.
반대로, 도 4 상태에서 영구자석(31), 및 회전자(20)를 반시계 방향으로 회전시키려면, 구동회로부(53)를 통해 영구자석(31)의 자극 분리선(31c)과 교차하는 코일 Bc에 역방향의 전류를 공급하여 S극성의 전자력이 발생하도록 함으로써, 코일 Bc의 S극성의 전자력과 영구자석(31) N 극성부(31b) 사이에 전자기 결합력인 인력에 작용하여 N극성부(31a)의 최대 자력부위가 위치한 위치까지 반 시계방향으로 90°의 단위 방위각으로 회전 이동하여 영구자석(31) 및 회전자(20)는 도 7의 방위로 위치 변경된다.
이때, 자극 분리선(31c)은 도 7과 같이 코일 Ac와 중첩된 상태를 이루며, 홀센서 Ah는 N극성부(31a)를 감지하고 홀센서 Bh는 S극성부(31b)를 감지하여, High, Low의 감지신호를 제어부로 출력하고, High, Low의 감지신호를 통해 제어부(50)는 영구자석(31), 및 회전자(20)가 도 7(표 1의 ④방위)의 방위에 있음을 인식한다.
또한, 도 6(표 1의 ③방위)의 상태에서 영구자석(31) 및 회전자(20)를 시계방향으로 회전시키려면, 구동회로부(53)를 통해 영구자석(31)의 자극 분리선(31c))과 교차하는 코일 Bc에 역방향의 전류를 공급하여 S극성의 전자력을 발생하도록 하고. 반 시계방향으로 회전시키려면 코일 Bc에 순방향의 전류를 공급하여 N 극성의 전자력을 발생하도록 한다.
한편, 상기 영구자석은 N극성부와 S극성부가 교번하여 방사구조로 배치된 구동 자력층과, N극성부와 S극성부가 교번하여 방사구조로 배치된 하나 이상의 보조 자력층이 동심구조로 형성된 형태이다.
상기 영구자석(31)에 형성되는 구동 자력층과 동심구조로 배치되는 보조 자력층(31d, 31e)은 구동 자력층의 외곽에 형성될 수도 있고 내곽에 형성될 수 있다.
그리고, 영구자석에 동심구조로 형성된 자력층은 최 내곽층에는 2개의 극성부가 형성되고, 최 내곽층에서 외곽층으로 갈수록 2의 배수씩 순차로 증가하는 극성부를 갖는다.
또한, 최 외곽층을 형성하는 자력층에는 한 쌍의 홀 센서가 마주하여 배치되고, 최 외곽층의 내측에 형성된 각 자력층에는 하나의 홀 센서가 마주하여 배치된다.
그리고, 영구자석에 동심구조로 형성되는 자력층들 중, 어느 하나의 층을 구동 자력층으로 활용하고 나머지 층을 감지 자력층으로 활용할 수 있는데, 상기 구동 자력층으로 활용된 자력층에는 한 쌍의 코일이 마주하여 배치된다.
이때, 영구자석의 최 외곽에 형성되는 자력층은 면적이 넓어 강한 영구자력이 발생하므로, 본 실시예에서는 영구자석의 최 외곽에 형성되는 자력층을 구동 자력층으로 활용하기로 한다.
예컨대, 도 9와 같이 영구자석의 최 내곽에 형성된 제 1 보조 자력층(31e)에 N극성부와 S극성부로 이루어진 2개의 극성부가 형성되면, 제 1 보조 자력층(31e)의 외곽에 형성된 제 2 보조 자력층(31d)에는 4개의 극성부가 형성되고, 제 2 보조 자력층(31e)의 외곽에 형성된 구동 자력층에는 8개의 극성부가 형성된다.
그리고, 상기 영구자석(31)에서 최 외측에 배치된 구동 자력층과 마주하는 고정자(10)의 내벽에 자극 분리선(31c)과 비 교차하는 한 쌍의 홀센서(Ch, Dh)가 배치되고, 구동 자력층의 내측에 동심구조로 배치된 각 보조 자력층(31d, 31e)과 마주하는 고정자(10)의 내벽에는 자극 분리선(31e)과 비 교차하는 하나의 홀센서(Ah, Bh)가 각각 배치된다.
도 8에서는 4개의 극성부를 갖는 구동 자력층 내에, 2개의 극성부를 갖는 보조 자력층(31d)을 형성한 영구자석(31)을 포함하는 자성 모터부(30)를 도시하고 있으며, 상기 영구자석(31)의 구동 자력층에는 구동 자력층의 극성을 감지하는 홀 센서(hall sensor) Bh, Ch와, 코일 Ac, Bc가 마주하여 배치된다.
그리고, 상기 영구자석(31)의 보조 자력층(31d)에는 보조 자력층(31d)에 형성된 N극성부와 S극성부의 자극을 감지하는 홀 센서 Ah가 마주하여 배치된다.
따라서, 표 2에서 보는 바와 같이 제어부(50)는 홀 센서 Ah, Bh, Ch에서 출력되는 감지 신호에 의해 8개의 방위를 구분하여 인식할 수 있으며, 인식된 방위에 대해서 제어신호를 통해 영구자석 및 회전자를 시계방향, 혹은 반 시계 방향으로 45°의 단위 방위각으로 회전 이동할 수 있도록 전류를 공급할 코일의 선정과 선정된 코일에 전류의 공급방향을 제어할 수 있다.
예컨대, 도 8의 상태에서 홀 센서는 Ah는 N극성부, Bh는 S극성부, Ch는 N극성부를 감지하여 감지신호 High, Low, High를 제어부로 출력한다.
그리고, 상기 제어부(50)는 회전각 위치상태가 도 8의 방위(표 2의 ④방위)임을 인식하고, 영구자석(31) 및 회전자(20)를 시계방향으로 45°의 단위 방위각으로 회전 이동(표 2의 ⑤방위)시키려면 자극분리선과 교차하는 코일 Bc에 S극의 전자력을 발생하도록 역방향의 전류를 공급하는 제어신호를 출력하고, 영구자석(31) 및 회전자(20)를 반 시계방향으로 45°의 단위 방위각으로 회전 이동(표 2의 ③방위)시키려면 코일 Bc에 N극의 전자력이 발생하도록 순방향의 전류를 공급하는 제어신호를 출력함을 알 수 있다.
표 2
Figure PCTKR2012009290-appb-T000002
도 9에서 8개의 극성부(31a, 31b)를 갖는 구동 자력층 내에, 4개의 극성부를 갖는 제 2 보조 자력층(31e)과 2개의 극성부를 갖는 제 1 보조 자력층(31d)을 동심구조로 배치한 영구자석(31)을 포함하는 자성 모터부(30)를 도시하고 있다.
상기 영구자석(31)의 구동 자력층에는 구동 자력층의 극성을 감지하는 홀 센서(hall sensor) Dh, Ch와, 코일 Ac, Bc가 마주하여 배치된다.
그리고, 상기 영구자석(31)의 제 2 보조 자력층(31e)에는 제 2 보조 자력층(31e)에 형성된 극성부의 자극을 감지하는 홀 센서 Bh가 마주하여 배치되고, 제 1 보조 자력층(31d)에는 제 1 보조 자력층(31d)에 형성된 극성부의 자극을 감지하는 홀 센서 Ah가 마주하여 배치된다.
따라서, 표 3에서 보는 바와 같이 제어부는 홀 센서 Ah, Bh, Ch, Dh에서 출력되는 감지신호에 의해 16개의 방위를 구분하여 인식할 수 있으며, 인식된 방위에 대해서 제어신호를 통해 영구자석 및 회전자를 시계방향, 혹은 반 시계 방향으로 22.5°의 단위 방위각으로 회전 이동할 수 있도록 전류를 공급할 코일의 선정과 선정된 코일에 전류의 공급방향을 제어할 수 있다.
예컨대, 도 9의 상태에서 홀 센서는 Ah는 N극성부, Bh는 S극성부, Ch는 S극성부, Dh는 N극성를 감지하여, 감지신호 High, Low, Low, High를 제어부로 출력한다.
그리고, 상기 제어부는 회전각 위치상태가 도 9의 방위(표 3의 ④방위)임을 인식하고, 영구자석 및 회전자를 시계방향으로 22.5°의 단위 방위각으로 회전 이동(표 2의 ⑤방위)시키려면 자극분리선과 교차하는 코일 Bc에 N극의 전자력을 발생하도록 순방향의 전류를 공급하는 제어신호를 출력하고, 영구자석 및 회전자를 반 시계방향으로 22.5°의 단위 방위각으로 회전 이동(표 2의 ③방위)시키려면 코일 Bc에 S극의 전자력이 발생하도록 역방향의 전류를 공급하는 제어신호를 출력함을 알 수 있다.
표 3
Figure PCTKR2012009290-appb-T000003
한편, 본 발명에서는 극성부의 검출을 통해 회전자의 방위를 감지하는 감지센서구조로는, 전술한 홀센서를 통해 영구자석의 극성부를 감지하여 회전자의 방위를 검출하는 홀 센서구조 뿐 아니라, 다양한 스위칭 센서구조들이 활용될 수 있다.
예컨대, 고정자 혹은 회전자에 동심구조의 돌기 구간과 홈 구간을 교번되게 형성하고, 이와 마주하는 회전자 혹은 고정자에 돌기 구간과 홈 구간을 감지하는 스위칭 센서를 배치하여, 상기 돌기 구간과 스위칭 센서가 마주하는 구간과, 상기 홈 구간과 스위칭 센서가 마주하는 구간으로 구분하여 전기적으로 신호 상태가 다른 감지신호 출력되도록 할 수 있는 것이다.
이를 상술하자면, 회전자에 동심구조의 돌기구간(미도시)와 홈구간(미도시) 방사구조로 형성하고, 이와 마주하는 고정자의 내벽에는 접점이 형성될 때 전기적으로 On상태가 되고 접점이 분리될 때 전기적으로 Off 상태가 되는 브러쉬(Blush), 압력 센서, 정전방식 혹은 저항방식 터치 센서를 포함한 스위칭(미도시) 센서로 센서부를 배치한다.
따라서, 상기 돌기구간과 스위칭 센서가 마주하는 구간에서는 돌기 구간이 스위칭 센서를 물리적으로 압박하여 접점이 형성되도록 하여 스위칭 센서로부터 High 신호를 제어부로 출력하고, 상기 홈구간과 스위칭 센서가 마주하는 구간에서는 스위칭 센서를 물리적으로 압박하지 않음으로 접점이 분리되어 스위칭 센서로부터 Low 신호를 제어부로 출력하는 스위칭 센서로 구성한 센서부를 자성모터 회로부에 구성할 수도 있다.
그리고, 필요에 따라서는 극성부를 감지하는 홀센서와, 돌기 구간과 홈 구간을 검출하는 감지 센서구조를 혼용하는 것도 가능하다.
한편, 코일의 배치 및 제작 방법에 따라 순방향 전류를 공급할 때 S극성의 전자력이 발생하고,역방향 전류를 공급할 때 N극성의 전자력이 발생할 수도 있고, 홀 센서 또는 스위칭 센서를 포함한 감지센서의 회로 구성 방법에 따라 N극성 또는 돌기구간과 마주할 때 Low 감지신호를 출력하고, S극성 또는 돌기구간과 마주할 때 High 감지신호 출력할 수도 있다.
또한, 상기 구동회로부는 H-브릿지회로와 출력전압을 ON 혹은 OFF할 수 있는 정전압원을 포함하여 구성되며, H-브릿지회로를 통하여 코일에 전류의 공급방향을 변경할 수 있도록 하고, 출력전압을 ON 혹은 OFF할 수 있는 정 전압원을 통하여 코일에 전류의 공급과 차단할 수 있도록 구성한다.
또한, 상기 자성모터 회로는 분리하여 구성할 수도 있고, 군으로 묶어 하나의 IC로 구성할 수도 있으며; 상기 자성모터 회로부의 고정 탑재와 전기전 연결상태를 제공하는 회로기판은 분리하여 구성할 수도 있고, 하나의 회로 기판으로 구성할 수도 있다.
도 10과 도 12는 본 발명에서 실시예로 제안하고 있는 방위 제어용 자성모터에 있어, 스토핑부의 전체 구성과, 스토핑부를 통한 회전자의 스토핑 과정을 보여주는 것이다.
본 발명에서는 상기 자성 모터부(30)를 통해 회전자(20)의 방위를 변경함에 있어, 회전자(20)를 물리적으로 고정시키는 스토핑부(40)를 부가하여, 스토핑부(40)에 의해 중력을 포함한 외부에서 자성모터로 가해지는 외력에 대항하여 회전자(20)는 고정자(10)에 보다 안정된 위치 상태를 유지되도록 하고, 또 자성 모터부(30)에 의한 단위 방위각 회전 이동시 발생할 수 있는 방위각 오차를 스토핑 과정에서 회전자(20)의 방위각이 물리적으로 교정되도록 함으로써, 단위 방위각의 정밀도가 향상되도록 한다.
상기 회전자(20)의 단위 방위각의 교정, 및 안정된 위치 상태를 유지하도록 하는 스토핑부(40)는, 회전자(20)에 배치된 영구자석(31)의 영구자력과 이와 마주하는 고정자(10)의 내벽 혹은 외벽에 배치된 자성체(43) 사이에 작용하는 자기결합력에 의한 자성 고정구조를 포함하며, 상기 자기 결합력이 작용하는 고정자의 내벽과 회전자의 외벽에 구성됨이 바람직하다.
여기서, 영구자석(31)과 마주하는 고정자(10)의 내벽 혹은 외벽에 배치되는 자성체(43)는 별도의 자성체 재질의 금속편으로 구성하는 것도 가능하지만, 자성체 재질의 금속 피막을 형성하거나, 고정자 혹은 회로기판(42)을 자성체(43)로 구성하는 등 다양한 변형실시가 가능하다.
도 11과 도 12에서 상기 영구자석(31)과 자성체 재질의 금속편(43)으로 자성 고정구조를 구성하고, 회전자(20)에 형성된 회전 스토퍼(41)와; 고정자(10)의 내벽면 형성된 회전 스토퍼(41)와 규합되는 고정 스토퍼(42)를 포함하는 규합형의 스토핑부(40)을 구성하여, 자성 모터부(30)에 의해 방위가 변경된 회전자(20)는 고정자에 보다 안정된 위치 상태가 유지되도록 한다.
도면을 보면 상기 회전 스토퍼(41)와 고정 스토퍼(42)의 대향면에는, 각각 규합돌기(41a, 42b)들이 등간격으로 형성되고, 회전자(20)에 형성된 회전 스토퍼(41)의 규합돌기홈(41a)를 고정자(10)에 형성된 고정 스토퍼(42)의 규합돌기(42b)에 규합시켜, 회전자가 고정자(10)에 규합되도록 한다.
따라서, 상기 자성 모터부(30)에 의해 회전자(20)의 방위가 변경되면, 회전자(20)에 형성된 회전 스토퍼(41)는 영구자석(31)과 자성체(43) 사이에 작용되는 자기 결합력에 의해 고정자(10)의 내벽에 형성된 고정 스토퍼(42)와 규합되고, 회전 스토퍼(41)와 고정 스토퍼(42)의 규합에 의해 회전자(20)는 고정자(10)에 물리적으로 안정된 위치 상태를 유지된다.
이 상태에서 회전자(20)의 방위 변경 요구 명령이 입력되면, 제어부(50)는 구동회로부(53)를 통해 자성 모터부(30)의 해당 코일(Ac, Bc)에 전류를 공급시켜, 영구자석(31) 및 회전자(20)를 회전자의 방위를 변경한다.
상기 고정 스토퍼(42)의 밀착면과 회전 스토퍼(41) 밀착면에 회전자(20)의 방위변경시 회전을 방해하는 마찰력을 줄이기 위해서 윤활제를 도포하여 회전 스토퍼(41)의 원활한 미끌림이 가능하도록 한다.
한편, 상기 제어부(50)에서 제어할 수 있는 회전자(20)의 단위 방위각은 자성 모터부(30)의 구성를 통해서도 설정될 수 있고, 또 스토핑부(40)의 고정 스토퍼(42)와 회동 스토퍼(41)에 방사구조로 배치된 규합돌기(41a, 42b)의 형성 간격을 통해서도 설정될 수 있다.
예컨대, 고정 스토퍼(42)와 회동 스토퍼(41) 중 어느 하나에 36개의 규합돌기를 등 간격으로 형성하고, 이와 규합되는 나머지 스토퍼에 1 ~ 36개 규합돌기를 형성하면, 고정자에 형성된 고정 스토퍼와 회전자에 형성된 회동 스토퍼는 10°단위로 규합되어 회전자는 36개의 방위로 회전 이동할 수 있으며, 이를 통해 스토핑부(30)를 통해 제어할 수 있는 회전자의 단위 방위각 = 360°/고정자 또는 회전자에서 규합돌기가 많은 규합돌기의 개수라는 수학식이 성립한다.
그리고, 상기 스토핑부(40)는 자성 모터부(30)에 의한 단위 방위각 회전 이동시 발생할 수 있는 방위각 오차를 스토핑 과정에서 물리적으로 교정되도록 함으로써, 단위 방위각의 정밀도가 향상되도록 한다.
이때, 상기 고정 스토퍼(42)와 회전 스토퍼(41)에 형성된 규합돌기(41a, 42a)는, 측면에 경사진 밀착면(41a-a, 42a-a)을 갖는 치형이나, 만곡진 밀착면을 갖는 볼 베어링(볼베어링 수용공간 포함)을 포함한 강구형으로 구성할 수 있고, 자성 모터부(30)에 의해 회전자의 방위가 변경되고, 코일에 공급되는 전류가 차단될 때, 회전 스토퍼(41)와 고정 스토퍼(42)의 규합되는 과정에서 회전자는 자기결합력에 의해 밀착면(41a-a, 42a-a)을 따라 미끌림하며 규합되어 회전자(20)의 단위 방위각은 규합돌기의 정밀도에 따라 물리적으로 정밀하게 교정될 수 있다.
즉, 회전자(20)의 회전 스토퍼(41)와 고정자의 고정 스토퍼(42)의 규합 과정에서, 회전 스토퍼(41)는 자기결합력에 의해 규합돌기(41a, 42a)에 형성된 경사진 밀착면(41a-a, 42a-a)이나 만곡진 밀착면을 통해 시계 방향, 또는 반시계 방향으로 미끌림하면서 고정 스토퍼(42)에 규합되고, 이때 회전자 단위 방위각의 오차는 물리적인 교정이 이루어지는 것이다.
또한, 고정 스토퍼(42)에 회전 스토퍼(41)가 규합되었을 때, 고정 스토퍼(42)에 형성된 규합돌기(42a)와 회동 스토퍼(41)에 형성된 규합돌기(41a)는 상호 양측면에 형성된 밀착면(41a-a, 42a-a)만을 상호 밀착하고, 나머지면은 비 규합되는 공극(G)이 형성함으로, 규합돌기(41a, 42a)의 밀착면((41a-a, 42a-a)에 잔류된 이물질이 회전 스토퍼(41)와 고정 스토퍼(42)의 규합 과정에 공극(G)으로 이동시킬 수 있고, 이물질에 의해 고정 스토퍼(42)와 회전 스토퍼(31)에 형성된 규합돌기(41a, 42a)의 규합이 불량해지는 문제점을 해소할 수 있다.
도 13은 본 발명에서 실시예로 제안하고 있는 방위 제어용 자성모터를 구비하여, 광 반사부의 지향방향을 설정하는 카메라 모듈의 전체 구성을 보여주는 분해 상태도이며, 도 14 내지 17은 상기 도 13에 도시된 카메라 모듈의 광 반사부의 지향방향의 전환상태를 보여주는 것이다.
본 발명에서는 도 13 내지 17에서 보는 바와 같이 피사영역에서 진입되는 입사광을 렌즈부(110)로 반사시켜 입사시키는 광 반사부(120)를 본 발명에 따른 자성모터(1)를 통해 회전하도록 한 카메라 모듈(100)을 제안하고 있으며, 이와 같이 광 반사부(120)의 방위가 조절되면, 광 반사부(120)는 다양한 방위의 피사영역을 렌즈부(110)로 입사할 수 있다.
여기서, 상기 카메라 모듈(100)은 자동 초점(AF) 또는 광학줌(Optical Zoom)이 적용되는 구성에서 엑츄에이터부를 포함할 수 있으며, 렌즈와 IR필터로 구성된 렌즈부(110)와, 피사영역의 입사광을 렌즈부로 반사시켜 입사시키는 반사광부(120), 및 상기 렌즈부(110)를 통한 초점광을 이미지 데이터로 변환하는 이미지 센서부(미도시)를 포함하여 구성한다.
그리고, 상기 카메라 모듈(100)에 형성된 광 반사부(120)는 거울(mirror) 혹은 프리즘을 포함한다.
본 실시예에서는 상기 광 반사부(120)를 본 발명에 따른 자성모터(1)의 회전자(20)에 고정시켜 회전자의 방위를 변경함에 따라 광 반사부(120)의 지향방향을 전환함으로써, 광 반사부(120)를 통해 카메라 모듈(100)의 렌즈부(110)로 입사되는 피사영역을 전환하도록 한다.
상기 카메라 모듈(100)은 별도의 케이스에 수용된 상태로 제작된 다음, 별도의 기구적 연결수단을 통해 자성모터와 조립될 수도 있으나, 본 실시예에서는 자성모터(1)를 구성하는 고정자(10) 내부에 엑츄에이터를 포함한 렌즈부(110)와 광 반사부(120)를 배치하여, 별도의 케이스 없이 자성모터(1)의 고정자(10)에 카메라 모듈(100)을 구성하는 각 구성요소들을 일체로 수용하도록 한다.
도면을 보면 상기 고정자(10)의 4 측 방위에 광 진입구(12)가 구성되고, 광진입구(12)를 통해 고정자(10) 내로 진입된 입사광은 회전자(20)에 고정된 광 반사부(120)를 통해 반사되어, 렌즈부(110)를 통해 이미지 센서부로 진입되도록 구성됨을 볼 수 있다.
따라서, 제어부는 도 14 내지 17에서 보는 바와 같이 자성모터(1)의 회전자(20)를 90°단위로 회전시켜 광 반사부(120)의 지향방향을 90°단위로 전환하면, 카메라 모듈(100)은 4측 방위의 피사영역을 촬영할 수 있다.
그리고, 상기 광 반사부를 통해 피사영역에서 렌즈부로 입사된 입사광은, 렌즈부를 통해 초점광으로 변경되고, 상기 초점광은 이미지 센서부(미도시)에 의해 이미지 데이터로 변경된다.
한편, 상기 거울(mirror) 혹은 프리즘을 포함한 광반사부는 좁은 시야각(view angle)은 가짐으로, 시야각을 넓게 하기 위해서 광 진입구(12)에 화각이 넓은 별도 렌즈(121)를 설치하면, 피사영역의 확대할 수 있어 결과적으로 카메라 모듈은 보다 넓은 화각의 피사영역을 촬영할 수 있다.
또한, 상기 광 반사부(120)가 고정된 회전자(20)를 연속 회전 이동시켜 촬영한 이미지 데이터에서, 센서부에 의한 감지신호가 동일한 이미지 데이터를 추출하여, 입사광 유입경로가 동일한 이미지 데이터를 선별할 수 있다.
그리고, 상기 광 진입구(12)의 형성 개수나 방위는 적용되는 제품에 따라 다양한 변형실시가 가능하며, 예컨대 스마트폰이나 노트패드와 같이 전면과 배면에 광 진입구를 형성하여, 자성모터를 통해 광 반사부를 180°단위로 지향방향을 전환시켜, 광 반사부가 전방과 후방을 선택적으로 각각 지향하도록 할 수 있다.
이상 도면과 기재 내용을 통해서 본 발명에 따른 자성모터의 구성을 따른 제어부는, 센서를 통해 회전자의 방위 상태를 인식할 수 있고, 자성 모터부를 통해 회전방향과 회전수와 회전각과 회전 속도를 포함한 회전자의 방위를 변경 제어할 수 있으며, 자성 모터부와 스토핑부의 상호 보완작용을 통해 고정자 내에서 회전자의 안정된 위치 유지와 회전자의 방위의 정밀도를 구현하여, 회전자의 방위를 정밀하게 변경 제어할 수 있음을 상세히 설명하였다.
또한, 광 반사부(120)를 본 발명에 따른 자성모터(1)의 회전자에 배치하여, 회전자 및 광반사부의 방위를 변경함으로 광 반사부(120)는 다양한 방위의 피사영역을 렌즈부(110)로 입사할 수 있음을 상세히 설명하였다.
이상 도면과 명세서상의 기재 내용을 통해 본 발명의 사상과 내용을 상세히 설명하였고, 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허 청구범위에 기재된 본 발명을 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 따라서 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상이나 필수적 특징에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따른 방위 제어용 자성모터는 초소형으로 제작이 가능하므로, 소형의 카메라 모듈이나, 초소형의 카메라 모듈이 탑재된 각종 휴대기기 분야에 활용될 수도 있고, 또 다양한 규격으로 제작되어 방위의 설정이 요구되는 다양한 분야의 기구나 장치에 채택되어서, 방위의 정밀 제어에 활용될 수 있을 것으로 예상된다.

Claims (10)

  1. 수용공간이 형성된 고정자와; 상기 고정자의 수용공간 내에 회전 구조로 설치되는 회전자와; 상기 고정자와 회전자 사이에 배치되어, 회전자의 방위를 변경하고 변경된 방위에서 외력에 대항하여 안정된 위치 상태를 유지하도록 하는 자성 모터부를 포함하여 구성되고,
    상기 자성 모터부는, 상기 회전자에 고정되며 N극성부과 S극성부가 방사구조로 교번되게 배치된 영구자석과; 상기 영구자석과 마주하는 고정자의 내벽에 배치되어, 전류가 공급되면 전자력이 발생하는 코일; 및 상기 영구자석과 마주하는 고정자의 내벽에 배치되는 자성체를 포함하여 구성되고,
    상기 자성 모터부의 코일에서 생성된 전자력과 영구자석의 영구자력 사이에 작용하는 전자기 결합력에 의해 회전자는 회전하여 방위가 변경되고, 코일의 전류 공급이 차단되면 전자기 결합력에 의해 변경된 회전자의 방위는 영구자석의 영구자력과 자성체 사이에 작용하는 자기결합력에 의해 안정되게 유지되도록 구성한 것을 특징으로 하는 방위 제어용 자성모터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 회전자에 배치된 영구자석과 마주하는 고정자의 내벽에는 한 쌍의 코일이 배치되며, 상기 한 쌍의 코일 중 어느 하나의 코일은 영구자석의 N 극성부 또는 S 극성부의 최대 자력부위에 배치되고, 나머지 하나의 코일은 영구자석의 N 극성부와 S 극성부 사이에 존재하는 자극 분리선과 교차되게 배치되는 것을 특징으로 하는 방위 제어용 자성모터.
  3. 제 1항에 있어서, 회전자에 배치된 영구자석과 마주하는 고정자의 내벽에는 영구자석의 N 극성부 또는 S 극성부의 자극을 감지하여 감지신호를 출력하는 한 쌍의 홀 센서를 배치하고, 상기 홀 센서는 영구자석의 N 극성부와 S 극성부 사이의 존재하는 자극분리선과 비 교차되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방위 제어용 자성모터.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 영구자석은 N극성부와 S극성부가 교번하여 방사구조로 배치된 구동 자력층과, N극성부와 S극성부가 교번하여 방사구조로 배치된 하나 이상의 보조 자력층을 포함하는 자력층들이 동심구조로 형성되고,
    상기 영구자석에 동심구조로 형성된 자력층은 최 내곽층에는 2개의 극성부가 형성되고, 최 내곽층에서 외곽층으로 갈수록 2의 배수씩 순차로 증가하는 극성부를 갖고,
    상기 최 외곽층을 형성하는 자력층에는 한 쌍의 홀 센서가 마주하여 배치되고, 최 외곽층의 내측에 형성된 각 자력층에는 하나의 홀 센서가 마주하여 배치되는 한편,
    영구자석에 동심구조로 형성되는 자력층들 중, 어느 하나의 층을 구동 자력층으로 활용하고 나머지 층을 감지 자력층으로 활용하는 것을 특징으로 하는 방위 제어용 자성모터.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 회전자에는 교번하는 돌기구간과 홈구간이 동심구조로 배치되고, 이와 마주하는 고정자에는 돌기구간과 홈구간을 감지하는 스위칭 센서가 배치되어, 스위칭 센서는 검출되는 돌기구간과 홈구간에 따라 서로 다른 감지신호를 제어부로 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 방위 제어용 자성모터.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 영구자석이 배치된 회전자에는 규합돌기들이 방사구조로 형성되어 회전자와 함께 회전하는 회전 스토퍼가 배치되고, 이와 마주하는 고정자에는 규합돌기들이 방사구조로 배치된 고정 스토퍼가 배치되어,
    자성 모터부에 의해 방위가 변경된 회전자는, 회전 스토퍼를 고정자의 내벽에 형성된 고정 스토퍼에 규합시켜 고정되도록 구성한 것을 특징으로 하는 방위 제어용 자성모터.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 고정 스토퍼와 회전 스토퍼에 형성된 각 규합돌기는 양편에 경사진 밀착면을 갖는 치형, 또는 만곡진 밀착면을 갖는 강구형으로 구성하여,
    자성 모터부에 의해 방위가 변경된 회전자는, 상기 영구자석의 영구자력과 자성체 사이에 작용하는 자기결합력에 의해 회전 스토퍼에 형성된 규합돌기의 밀착면을 고정 스토퍼에 형성된 규합돌기의 밀착면에 밀착시키는 과정에서 미끌림되도록 구성하여, 자성 모터부에 의해 발생하는 단위 방위각 오차가 물리적으로 교정되도록 구성한 것을 특징으로 하는 방위 제어용 자성모터.
  8. 제어부가 메모리부에 저장된 프로그램, 또는 조작부를 통한 방위 변경 요구 명령이 입력되면, 감지센서에서 출력되는 감지신호를 입력받아 회전자의 방위를 인식하는 제 1 단계와;
    제어부가 메모리부에 저장된 프로그램, 또는 조작부를 통한 방위 변경 요구 명령에 따라 제어신호를 구동 회로부로 출력하고, 제어신호를 입력받은 구동회로부가 자성 모터부의 코일에 전류를 공급하여 회전자의 방위를 변경한 다음, 전류를 차단시켜 변경된 회전자의 방위를 유지시키는 제 2 단계와;
    상기 제어부가 감지센서에서 출력되는 감지 신호를 입력받아, 상기 요구 명령과 변경된 회전자 방위의 일치 여부를 판단하는 제 3 단계; 및
    상기 제 3 단계에서 요구 명령과 변경된 회전자 방위가 불일치하면, 제 2 단계와 제 3 단계를 반복 실시하고, 요구 명령과 회전자의 방위가 일치하면 제어를 완료하는 제 4 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 방위 제어용 자성모터의 제어방법.
  9. 입사된 입사광을 초점광으로 변환하는 렌즈부와; 지향하는 피사영역에서 진입되는 입사광을 렌즈부로 반사시켜 입사하는 광 반사부를 포함하여 구성된 카메라 모듈에 있어서,
    상기 광 반사부는 자성모터의 회전자에 배치되어, 자성모터의 회전자의 방위에 따라 광 반사부가 지향하는 피사영역이 변경되도록 구성한 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 자성모터의 고정자 내에는 렌즈부와 광 반사부가 수용되게 설치되고, 상기 고정자에는 피사영역과 광 반사부 사이를 연통시키는 광 진입구들이 방사구조로 형성된 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
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