KR100454660B1 - 코인형 진동 모터 및 정류자와 코일의 결선 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코인형 진동 모터 및 정류자와 코일의 결선 방법에 관한 것이다.

본 발명은 영구자석을 가지는 스테이터와; 상기 코일과, 편심추, 및 상기 전기자와 편심추를 일체로 지지하기 위한 수지로 된 절연물을 가지는 로터; 및 정류자와 브러쉬를 포함하는 전류경로 형성수단으로 구성된 코인형 진동 모터에 있어서, 상기 영구자석(116)은 원주방향으로 4개의 극으로 착자되며, 상기 코일은 단선으로 권선된 제1코일(124)과; 동축으로 복선으로 권선되어 원주방향으로 상기 제1코일(124)에 인접하여 배치된 제2코일(125) 및 제3코일(126)로 이루어지고, 각 코일의 일단을 공통단(144)으로 하여 스타 결선되며, 상기 정류자(134)는 대향 위치된 8개의 정류자편끼리 공통으로 접속되어 4쌍의 정류자편 쌍이 상기 로터(120)의 원주방향으로 상부 기판(121) 저면에 부착되고, 상기 정류자편 각 쌍은 로터의 회전 방향 순서대로 상기 코일의 일단 및 공통단에 연결되며, 상기 브러쉬(132)는 스테이터(110)에 부착되며 상기 정류자(134)에 90°의 공간 위상차를 가지고 접속되는 것을 특징으로 한다.

Description

코인형 진동 모터 및 정류자와 코일의 결선 방법 {COIN TYPE VIVRATING MOTOR AND METHOD OF CONNECTING COMMUTATOR AND COIL}

본 발명은 코인형 진동 모터에 관한 것으로서, 보다 상세히는 토크리플을 최소화하여 로터의 정지 위치에 관계없이 동일한 기동토크를 가질 뿐만 아니라 스타결선 방식에 DUMMY 결선을 추가함으로써 고토크를 발휘하여 고부하에서도 원활히 기동되는 코인형 진동 모터 및 정류자와 코일의 결선 방법에 관한 것이다.

소형 무선 전화 호출장치(paging device) 및 이동전화에 사용되는 코인형 진동 모터로서 로터가 편심 구조를 갖는 모터가 주지되어 있다.

또한, 최근에는 이동 전화 등이 소형화됨에 따라 종래의 진동 모터보다 크기는 작게 하고 높은 편심 효과를 얻기 위하여 1코일 또는 2코일로 구성된 많은 코인형 진동 모터가 제안되었다.

상기 진동 모터에서는 대부분 4개의 정류자편이 원주방향으로 배열되고, 서로 반대 방향으로 위치된 정류자의 정류자편은 공통으로 접속되어 있다.

동시에 코일의 시작단과 터미날단은 각각 인접한 정류자편에 연결되어 90° 각도로 배치된 브러쉬를 통하여 코일에 전류를 공급한다.

따라서, 로터가 회전됨에 따라 브러쉬와 정류자에 의해 코일에 흐르는 전류의 방향은 반전되고 회전은 한 방향으로 유지된다.

그런데, 상기와 같은 모터는 코일을 통하여 흐르는 전류의 방향이 변경된다는 점에서 인접한 정류자편이 하나의 브러시에 순간적으로 단락(short-circuit)된다. 결국 이러한 전원의 단락이 발생되지 않도록 정류자의 어느 부분(대체적으로 이웃하는 정류자편 사이)에 브러시가 접속되지 않는 비통전 사점(dead point)이 존재하게 되고, 로터가 이러한 사점에 정지된 경우 다음번 회전할 때 코일을 통하여 전류가 흐르지 않게 되어 시동이 불능상태가 된다.

따라서, 이러한 사점에서 로터의 정지를 방지하고자 아이언 핀을 가지고 시작위치를 조정하려는 시도가 있었으나, 아이언 핀 그 자체의 존재는 회전부하를 증가시키는 등 여러가지 문제점을 내포하고 있었다.

한편, 공개번호 제10-2001-0078301호(공개일:2001.08.20)에는 상기 문제를 해결하기위한 직류 진동 모터가 제시되었다.

도 1내지 도5참조하면, 공개번호 제10-2001-0078301호에 개시된 종래의 코인형 진동 모터는 원주 방향으로 다수의 위치에 자극을 갖도록 축방향으로 자화되어 링형 구조를 갖거나 또는 링형 구조로 배치된 영구자석으로 형성된 스테이터와; 상기 영구 자석의 자화면에 대향하여 위치하는 전기자와; 회전시 진동을 유발하는 편심추; 및 상기 전기자와 편심추를 일체로 하기위한 수지로 된 절연물을 가지며 상기 스테이터에 대하여 회전가능하게 고정된 로터; 및 상기 로터의 회전에 따라 극성이 연속적으로 반전되는 전류를 상기 전기자에 공급하기 위한 전류 경로를 형성하기 위한 브러쉬와 정류자를 포함하는 전류경로 형성수단으로 구성된다.

상기 전기자(22)는 동축으로 권선된 제1코일(24)(외측 코일) 및 제2코일(25)(내측 코일), 및 원주방향으로 코일(24,25)에 인접하여 배치된 제3코일(시동코일:26)을 포함한다.

예를들어, 도 3 및 도 4에 도시된 바와같이 제1코일(24), 제2 코일(25) 및제3코일(26)은 스타결선방식으로 접속된다.

정류자(23)는 6개의 정류자편으로 이루어지며 서로 대향하여 위치된 정류자편은 서로 접속되고, 서로 접속된 정류자편 쌍은 제1코일(24)의 일단, 제2코일(25)의 일단 및 제3코일(26)의 일단에 각각 접속되며, 코일(24,25,26)의 타단은 공통으로 접속된다.

정류자(23)에 대하여 90˚의 공간 위상차를 갖고 배치된 브러시(14,15)로부터 전류가 공급된다. 브러시(14,15)는 로터(2)의 회전에 따라 제1 내지 제3 코일(24,25,26)의 각각의 일단과 접속된 정류자(23)에 순차적으로 접속된다.

그 결과 도 3에 도시된 바와 같이 브러시(14)(또는 15)는 정류자(23)의 정류자편의 경계에 위치된 경우에는, 전류는 전원 → 브러시(14) → 정류자(23) → 제1 내지 제3 코일(24,25,26) → 정류자(23) → 브러시(15) → 접지의 경로로 흐르며, 이에 따라 로터는 회전하게 된다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 브러시(14,15)가 정류자(23)의 정류자편 각각과 접촉하는 경우에는 전류는 전원 → 브러시(14) → 정류자(23) → 제1 내지 제3 코일(24,25,26) 중 적어도 2개의 코일 → 정류자(23) → 브러시(15) → 접지의 경로로 흐르며, 이에 따라 로터는 회전하게 된다.

도 5는 상기 직류 진동 모터의 동작을 설명하기 위한 토크 파형도이며, 도 5의 빗금선으로 표시된 부분은 전류공급 구간을 표시한다.

도 5를 참조하면, 상기 종래의 코인형 진동 모터에서는, 전기자(41)가 어떤 각도로 설정되더라도 전류는 2개 이상의 코일을 통하여 거의 연속적으로 통전된다.

즉, 3개의 코일타입으로 구성된 종래의 코인형 진동 모터는 인접한 정류자(23)의 분할편이 브러시(14,15)를 통하여 단락될 경우에도 상기 코일(24,25,26) 가운데 적어도 2개의 코일이 문제없이 전원 사이에 개재될 수 있기 때문에 단락전류가 흐르지 않는다.

따라서, 인접한 분할편 사이의 간격은 가능한 한 좁게 하는 것이 가능하므로, 통전되지않는 사점을 제로로 할 수 있다. 결국, 기동시에 통전되지 않고 기동불능상태가 발생하는 현상을 방지할 수 있다.

그러나, 종래의 코인형 진동 모터는 6개의 정류자편과 3개의 코일을 스타결선한 3상 구동방식이다.

이에 따라, 종래의 코인형 진동 모터는 로터의 정지위치에 따라 토크리플이 커서 기동토크의 변동폭이 큰 문제점을 가진다.

또한, 코인형 진동 모터를 소형화하는 경우에 기동토크를 일정 이상 크게 할 수 없는 문제점을 가진다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 토크리플을 최소화하여 로터의 정지위치에 관계없이 기동토크를 일정하게 유지할 수 있는 코인형 진동 모터 및 정류자와 코일의 결선 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 스타 결선 방식에 DUMMY 결선을 추가함으로써 고토크를 발휘하여 고부하에도 기동될수 있는 코인형 진동 모터 및 정류자와 코일의 결선 방법을 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 코인형 진동 모터 및 정류자와 코일의 결선 방법의 일예로써, 본 발명은 원주 방향으로 다수의 위치에 자극을 갖도록 축방향으로 자화되어 링형 구조를 갖거나 또는 링형 구조로 배치된 영구자석을 구비한 스테이터와; 상기 스테이터에 대하여 회전가능하게 장착된 상부 기판의 상면에 고정되며 상기 영구자석의 자화면에 대향하여 위치하는 코일과, 상부 기판 상면에 편심되어 위치하여 진동을 발생시키는 편심추, 및 상기 전기자와 편심추를 일체로 지지하기 위한 수지로 된 절연물을 가지는 로터; 및 상기 로터의 회전에 따라 극성이 연속적으로 반전되는 전류를 상기 전기자에 공급하기 위한 전류 경로를 형성하기 위한 브러쉬와 정류자를 포함하는 전류경로 형성수단으로 구성된 코인형 진동 모터에 있어서, 상기 영구자석은 원주방향으로 4개의 극으로 착자되며, 상기 코일은 단선으로 권선된 제1코일과; 동축으로 복선으로 권선되어 원주방향으로 상기 제1코일에 인접하여 배치된 제2코일 및 제3코일로 이루어지고, 각 코일의 일단을 공통단으로 하여 스타 결선되며, 상기 정류자는 대향 위치된 8개의 정류자편끼리 공통으로 접속되어 4쌍의 정류자편 쌍이 상기 로터의 원주방향으로상부 기판 저면에 부착되고, 상기 정류자편 각 쌍은 로터의 회전 방향 순서대로 상기 코일의 일단 및 공통단에 연결되며, 상기 브러쉬는 스테이터에 부착되며 상기 정류자에 90°의 공간 위상차를 가지고 접속되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 코인형 진동 모터를 도시한 전개 사시도,

도 2는 종래의 코인형 진동 모터를 도시한 평면도,

도 3은 종래의 코인형 진동 모터 정류자와 코일의 결선 방법과 그에 따른 하나의 브러쉬가 2개의 정류자편에 동시에 접촉된 상태를 도시한 회로도,

도 4는 종래의 코인형 진동 모터 정류자와 코일의 결선 방법과 그에 따른 하나의 브러쉬 각각이 하나의 정류자편에 접촉된 상태를 도시한 회로도,

도 5는 종래의 코인형 진동 모터의 발생 토크와 시간 사이의 관계를 보여주는 관계도,

도 6은 본 발명에 따른 코인형 진동 모터의 스테이터를 도시한 평면도,

도 7은 도 6의 A-A' 단면도,

도 8은 본 발명에 따른 코인형 진동 모터의 로터를 도시한 평면도,

도 9는 도 8의 B-B' 단면도,

도 10은 본 발명에 따른 8개의 정류자편으로 구성된 정류자를 가지는 로터의 저면도,

도 11은 본 발명에 따른 8개의 정류자편으로 구성된 정류자와 코일의 결선 방법을 도시한 결선도,

도 12는 본 발명에 따른 8개의 정류자편으로 구성된 정류자를 가지는 로터의 위상별 기동토크를 도시한 관계도,

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 스테이터 112 : 브라켓

114 : 하부 기판 116 : 영구자석

118 : 리드 와이어 119 : 회전축

120 : 로터 121 : 상부기판

124 : 제1코일 125 : 제2코일

126 : 제3코일 127 : 절연물

128 : 편심추 129 : 베어링

132 : 브러쉬 134 : 정류자

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 6 내지 도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 코인형 진동 모터 정류자 및 코일의 결선구조가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 코인형 진동 모터는 고정부재인 스테이터(110)와, 회전부재인 로터(120), 및 스테이터(110)와 로터(120)를 전기적으로 연결(120)하여 로터의 회전에 따라 반전하는 전류를 공급하는 전류경로 형성수단으로 이루어진다.

상기 스테이터(110)는 원형의 평판인 브라켓(112))과, 그 상부면에 접합 등에 의해 부착되는 회로가 인쇄된 하부 기판(114)과, 이 하부 기판(114)에 부착되며, 축방향으로 4극으로 착자된 도너츠 형상의 영구자석(116)을 포함한다.

또한, 브라켓(112) 상부는 하향 개방된 캡형상의 케이스(도면에 미도시됨)에 의해 커버되며, 브라켓(112)과 상기 케이스는 회전축(119)에 의해 연결되어 용접 또는 강제 끼움에 의해서 견고하게 결합된다.

상기 스테이터의 회전축(119)에는 상기 로터에 대하여 회전 가능한 로터(120)가 장착된다.

로터(120)는 상기 스테이터(110)에 대하여 회전가능하게 회전축(119)에 고정되는 상부 기판(121)과, 상기 상부 기판(121)의 상부면에 상기 영구자석의 자화면에 대향하여 위치하는 코일(124,125,126)과, 상부 기판(121)에 상부면에 상기 코일(124,125,126)과 인접하게 편심위치되어 진동을 발생시키는 편심추(128), 및 상기 코일(124,125,126)과 편심추(128)를 일체로 지지하기 위한 수지로 된 절연물(127)을 가진다.

상기 코일(124,125,126)은 단선으로 권선되는 제1코일(124)과; 동축으로 복선으로 권선되어 원주방향으로 상기 제1코일(124)에 인접하여 배치된 제2코일(125) 및 제2코일(126)로 구성된다.

상기 전류경로 형성수단은 정류자(134)와 이에 접촉되는 브러쉬(132)를 포함하며, 도면에 미도시된 전류원으로부터 리드와이어(118)를 통해 상기 코일(124,125,126)에 로터(120)의 회전에 따라 반전되는 전류를 공급한다.

상기 정류자(134)는 수개의 정류자편이 상기 상부 기판(121)의 저면에 미세하게 이격되어 전체적으로 원형을 이루도록 배열된다.

상기 브러쉬(132)는 일단이 하부 기판(114)에 부착되며 타단이 상기 정류자(134)에 90°의 공간 위상차를 가지고 접속된다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 일실시예로서 코인형 진동 모터의 정류자 및 코일의 구조와 그 결선은 다음과 같다.

도 10을 참조하면, 정류자는 8개의 정류자편으로 이루어지며, 대향하는 각 정류자편 쌍은 공통으로 접속된다.

즉, 정류자편 C1과 정류자편 C5, 정류자편 C2와 정류자편 C6, 정류자편 C3과 정류자편 C7, 및 정류자편 C4와 정류자편 C8은 상부 기판(121)에 형성된 회로에 의하여 상호 연결된다.

또한, 도 11에는 본 실시예에 따른 정류자편과 코일의 결선이 도시되어 있다.

도 11을 참조하면, 정류자편 C1(또는 C5)은 제2코일(125) 일단(141)에 연결되고, 정류자편 C2(또는 C6)는 제1코일(124) 일단에 연결되고, 정류자편 C3(또는 C7)은 제3코일(126) 일단에 연결되며, 마지막으로 정류자편 C4(또는 C8)는 제1코일(124)의 타단과 제2코일(125)의 타단 및 제3코일(126) 타단(144)이 연결된 공통단에 연결된다.

즉, 제1코일(124)와 제2코일9125) 및 제3코일(126)은 스타 결선방식으로 연결되고, 그 공통단에 DUMMY로서 정류자편 C4(또는 C8)이 연결된다.

한편, 도 12에는 상기 실시예에 따른 코인형 진동 모터의 위상에 따른 기동토크가 제1코일, 제2코일, 제3코일 및 이들 코일 전체의 합성 토크를 순서대로 도시되어 있다.

정류자(134)와 브러쉬(132)의 관계와 이에 따른 통전 및 토크관계를 도 11 내지 도 12을 참조하여 로터(120)의 위상별로 검토하면 다음과 같다.

로터(120)가 0°위상인 경우에 브러쉬(132)는 정류자편 C1과 C2사이 및 정류자편 C3과 C4사이에 위치하게 됨에 따라 단자 141과 단자 142는 단락되고, 단자 143과 단자 144는 단락된다.

따라서, 전류는 제1코일 및 제2코일에만 흐르게 되며, 기동토크는 제1코일과 제2코일이 발생하는 토크의 합이된다.

토크가 제1코일, 제2코일, 제3코일 및 이들 코일 전체의 합성 토크를 순서대로 도시되어 있다. 도 12에 나타낸 파형중 곡선부는 코일의 기계각을 표시하고, 빗금친 부분은 코일의 전기각, 즉 전류 인가부분을 표시한다.

따라서, 전체 기동토크는 제1코일이 발생하는 토크와 제2코일이 발생하는 토크의 합성이 된다.

로터(120)가 위상 0°에서 위상 22.5° 사이에 위치하는 경우에 브러쉬(132)는 정류자편 C2 및 정류자편 C4에 위치하게 됨에 따라 단자 142와 단자 144는 단락된다.따라서, 전류는 제1코일에만 흐르게 되며, 기동토크는 제1코일이 발생하는 토크이다.다음으로 로터(120)가 위상 22.5°에 위치하는 경우에 브러쉬(132)는 정류자편 C1과 C2 및 C3과 C4 사이에 접속되므로 전류는 제1코일 및 제2코일을 지나 흐르게 된다.따라서, 전체 기동토크는 제1코일이 발생하는 토크와 제2코일이 발생하는 토크의 합성이 된다.한편, 로터(120)가 위상 22.5°에서 위상 67.5° 사이에 위치하는 경우에는 브러쉬(132)는 정류자편 C1 및 정류자편 C3에 위치하게 됨에 따라 단자 141과 단자 143은 단락된다.따라서, 전류는 제2코일과 제3코일에 동시에 흐르게 되며, 전체 토크는 제2코일 및 제3코일 토크의 합성이 된다.그리고, 로터(120)가 위상 67.5°에 위치하는 경우에 브러쉬(132)는 정류자편 C8과 C1 및 C2와 C3 사이에 접속되므로 전류는 제1코일 및 제3코일을 지나 흐르게 된다.따라서, 전체 기동토크는 제1코일이 발생하는 토크와 제3코일이 발생하는 토크의 합성이 된다.상술한 바와 같이 브러쉬(132)가 2개의 정류자편에 접속되는 경우뿐만 아니라 로터(120)가 위상 22.5°, 67.5°, 112.5°등에 위치하여 정류자편이 단락되는 경우에도 제1코일과 제2코일 혹은 제3코일 중 적어도 두 개의 코일에는 전류가 통전되므로 로터가 어느 위치에 정지하더라도 기동될 수 있다.도 12를 참조하면, 코일 각각은 위상의 변화에 따라 토크가 점진적으로 감소하는 토크리플을 가지나, 전체 기동토크는 상기 코일(124,125,126)이 발생하는 토 크의 합성이 되므로 상기 토크리플은 최소화되고 전체 기동토크는 로터의 위치에 관계없이 거의 일정한 값을 가지게 된다.

Claims (1)

1. 원주 방향으로 다수의 위치에 자극을 갖도록 축방향으로 자화되어 링형 구조를 갖거나 또는 링형 구조로 배치된 영구자석을 구비한 스테이터와; 상기 스테이터에 대하여 회전가능하게 장착된 상부 기판의 상면에 고정되며 상기 영구자석의 자화면에 대향하여 위치하는 코일과, 상부 기판 상면에 편심되어 위치하여 진동을 발생시키는 편심추, 및 상기 전기자와 편심추를 일체로 지지하기 위한 수지로 된 절연물을 가지는 로터; 및 상기 로터의 회전에 따라 극성이 연속적으로 반전되는 전류를 상기 전기자에 공급하기 위한 전류 경로를 형성하기 위한 브러쉬와 정류자를 포함하는 전류경로 형성수단으로 구성된 코인형 진동 모터에 있어서,

   상기 영구자석(116)은 원주방향으로 4개의 극으로 착자되며,

   상기 코일은 단선으로 권선된 제1코일(124)과; 동축으로 복선으로 권선되어 원주방향으로 상기 제1코일(124)에 인접하여 배치된 제2코일(125) 및 제3코일(126)로 이루어지고, 각 코일의 일단을 공통단(144)으로 하여 스타 결선되며,

   상기 정류자(134)는 대향 위치된 정류자편끼리 공통으로 접속되어 4쌍의 정류자편 쌍이 상기 로터(120)의 원주방향으로 상부 기판(121) 저면에 부착되고, 상기 정류자편 쌍중 한 쌍(C1,C5)은 제2코일(125) 일단(141)에 연결되고, 상기 정류자편 쌍에 이웃하는 다른 한 쌍(C2,C6)는 제1코일(124) 일단에 연결되고, 상기 정류자편 쌍에 이웃하는 또 다른 한 쌍(C3,C7)은 제3코일(126) 일단에 연결되며, 마지막 쌍(C4, C8)은 상기 공통단(144)에 연결되며,

   상기 브러쉬(132)는 스테이터(110)에 부착되며 상기 정류자(134)에 90°의 공간 위상차를 가지고 접속되는 것을 특징으로 하는 코인형 진동 모터.