KR100848413B1 - 진동모터와 이를 이용한 휴대용 통신단말기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제어가 간편하고 큰 진동을 생성하며 구동 토크(torque)가 효율적으로 생성되는 스테핑 모터를 포함하는 진동모터와 이 진동모터를 이용하는 휴대용 단말기가 제공된다.

본 진동모터는 단상(single-phase) 환형 고정자 코일; 상기 단상 환형 고정자 코일의 주변을 둘러싸면서 배치되고 자극 톱니(pole teeth)를 구비하는 고정자 요크(yoke), 상기 고정자 요크를 고정하고 상기 환형 고정자 코일에 연결되는 와이어링(wiring)을 구비한 인터페이스 보드; 상기 자극 톱니의 반대편에 배치되고 회전축을 중심으로 회전가능한 다수의 원호모양의 자석;그리고 상기 회전축을 중심으로 회전가능하도록 편심 중량체를 포함한다.

진동모터, 스테핑모터, 불규칙, 요철, 피치, 회전자, 고정자, 편심중량체

Description

진동모터와 이를 이용한 휴대용 통신단말기{Vibrating Motor and Portable Terminal Apparatus Using Same}

도 1A 및 도 1B는 본 발명의 예시되고 한정되지 않는 실시예에 의한 외부 회전자형(outer rotor type) 스테핑 모터를 포함하는 진동모터의 구조도.

도 2A 및 도 2B는 본 발명의 예시되고 한정되지 않는 실시예에 의한 다른 정지위치 제어수단의 상세도.

도 3A 및 도 3B는 본 발명의 예시되고 한정되지 않는 실시예에 의한 고정자 요크 내부의 정지위치 제어수단의 상세도.

도 4는 본 발명의 예시되고 한정되지 않는 실시예에 의한 코일의 구동회로를 제어하기 위한 회로도.

도 5A 및 도 5B는 본 발명의 예시되고 한정되지 않는 실시예에 의한 내부 회전자형 진동모터의 구조도.

도 6A 내지 도 6C는 JP-A-9-252573에 나타난 진동모터의 한 가지 형태를 나타내는 구조도.

본 발명은 예를 들어 휴대폰의 진동발생을 위한 진동 메카니즘을 포함하는 진동모터와 이러한 진동모터를 이용하는 휴대용 단말기에 관한 것이다.

브러쉬를 구비하는 직류(Direct Current)모터가 초기 휴대폰의 진동발생용으로 사용되어 왔는데, 그 당시에는 반도체 집적 기술이 발전하지 못했기 때문에 폭이 좁은 휴대폰 내에 모터의 제어회로를 추가하여 포함하는 회로를 특수 제작하기 어려웠고, 비용이 저렴하고 불량이 적다는 이유로 브러쉬를 구비한 직류모터가 주로 사용되었다. 이러한 브러쉬를 구비한 직류모터는 사용장소나 사용형태에 따라 다양한 형태(types)로 분류되는데, 시계 등에 사용되는 원통형 모터의 경우, 축의 회전면이 그 시계의 두께방향이므로 그 두께를 줄이기가 어렵고 소정의 진동량을 얻기 위한 외부의 편심 중량체(eccentric weight)를 제공하기가 어렵다. 동전형(coin type) 모터의 경우, 두께의 감소는 가능하지만 그 수명이 단축되고 기동시간(start time)과 제동시간(stop time)이 길어지며 그 제어가 어려워진다.

더욱이, 그 당시의 브러쉬 없는 모터의 경우에는, 브러쉬가 없어서 유지가 쉬워지는 장점은 있었으나, 구동회로, 회전자(rotor) 위치 탐지 회로, 극성 스위칭(polarity switching)회로 등이 더 요구되었다. 그 결과, 이러한 회로들이 비싸고 그 구조가 복잡해지는 문제점이 있어 왔다.

그 이후에 반도체 집적기술이 발전되어 왔고 브러쉬없는 모터의 제어회로를 채택하는 것이 가능해졌으며, 그 결과, 브러쉬없는 모터의 제어회로가 진동발생용으로 채택될 수 있게 되었다.

브러쉬없는 모터는 브러쉬가 없기 때문에 수명이 길어지고 안정성이 향상되 며, 그 진동량이 주파수(frequency)를 이용한 회전속도제어에 의해 조절될 수 있고 그 구조가 간단해진다.

특히, 휴대폰(cellular phone)의 경우, 다양한 기능을 포함할 필요가 있고, 집적회로의 고정 소자의 갯수와 메모리의 용량도 기하급수적으로 증가함에 따라, 간단한 회로를 쉽게 채용할 수 있게 되었다.

전술한 배경으로부터, 스테핑모터(stepping motor)를 진동모터로 이용한 예들에 대하여는, JP-A-9-252573에 기술된 것과 같은 실시예를 포함하여 특별한 용도에 한정되는 단지 몇 가지 실시예들이 보고되고 있으며, 일반적인 용도로 사용되는 실시예들은 거의 없다.

JP-A-9-252573 에 의하면, 시계에 채택하는 가정하에 진동모터가 개시된다.

도 6A-6C는 JP-A-9-252573에 개시된 진동모터의 일례의 구조를 나타낸 것인데, 도 6A는 이 진동모터의 자기회로(magnetic circuit)를 나타낸 것이고, 도 6B는 이 진동모터의 특징을 나타내는 설명도이며, 도 6C는 이 진동모터의 외부 형태도이다.

도 6A에 도시된 스테핑 모터(stepping motor)의 자기회로는 양극성(bipolar) 영구자석(108)으로 이루어진 회전자(rotor, 109)와; 상기 회전자의 회전위치를 탐지하기 위한 탐지코일과 여자(勵磁, exciting) 코일을 포함하는 코일(112)과; 그리고 틈새(110)을 통해 회전자(109)와 자기적으로 결합되며 회전자(109)를 수용하여 배치하기 위한 회전자 공(rotor hole, 141)이 형성된 평면부(140), 이 평면부(140)에 대하여 거의 수직으로 절곡되어 형성되는 2개의 연결부(122, 123) 및 코일(112) 의 양 코어(core) 말단부(126)에 연결되도록 절곡되는 연결 말단부(124, 125)를 구비하는 양극성 고정자(stator, 111)를 포함한다. 이 연결말단부(124, 125)의 넓은면과 코어의 양 말단부(126)의 넓은면은 서로 동일면에서 연결된다. 고정자(111)와 코일(112)간의 자기적 단락(short circuiting)을 방지하기 위하여 연결부(123)의 넓은면(113)이 코일(112)의 코어의 좁은면의 반대측에 형성된다.

다음으로, 스테핑모터의 특징이 도 6B를 참고하여 기술된다. 회전자(109)의 회전자 축(102)은 2개의 회전자 베어링(115, 116)에 의해 안착되고 회전자축(102)과 코일(112)은 원통축 방향으로 배치된다. 회로기판(118)은 스테핑모터의 구동 집적회로(117), 2개의 전원단자(103, 104) 및 제어단자(105)를 포함하고, 그 길이방향이 원통축 방향이 되도록 배치된다. 상기 기판(118), 상기 고정자(111) 및 상기 코일(112)은 프레임(106)(도 6C참조)에 형성된 나사공(107)을 통하여 프레임(106)에 나사(119, 120)에 의해 고정된다. 코일(112)의 코일 말단은 회로기판(118)의 각 코일 연결 패턴(도시 생략)에 부착되어 전도(傳導)된다.

전술한 바로부터, 스테핑모터는 양극성(bipolar) 영구자석(108)으로 이루어진 회전자(109), 양극성(bipolar) 고정자(111), 코일(112), 및 회로기판(118)을 포함하는 원통형 구조를 적용할 수 있다. 즉, 상기 구조에 의하면 상기 코일(112)에 의해 발생되는 자기장의 방향이 상기 회전자(109)의 회전면을 가로지르게 배열될 수 있다.

도 6C는 편심 중량체(eccentric weight)를 구비한 스테핑모터의 외형도이다. 편심 중량체를 갖는 스테핑모터는 상기 편심 중량체(128)가 상기 스테핑 모터의 회 전자축(102)의 일측 단부에 고정되어 편심 중량체(128)의 진동면이 상기 회전자축(102)에 수직을 이루게 된다.

스테핑 모터를 이용한 상기 진동모터에 있어서, 단상(單相,the single-phase) 스테핑 모터가 사용되는 경우, 그 구조가 단순하고 그 제어회로의 구성이 용이한데, 이것은 매우 유리한 장점이다. 그럼에도, 다음과 같은 문제점이 있다.

(1) 자극이 2개이기 때문에, 1회전에 2단계의 제어모드가 나타난다. 그 결과, 사용범위가 한정적이며 범용으로 사용하기 어렵다.

(2) 양극성 고정자는 양극성 영구자석으로 이루어지는 회전자의 반대편에 배치되므로 회전자 둘레로 회전 토크를 일정하게 발생시키기 어렵다. 더욱이, 자극의 갯수가 적어서 자극 당 회전각이 커져 기동(起動) 특성과 제동(制動) 특성을 조정하기도 어려워진다.

(3) 자극이 2개이기 때문에, 자극 당 회전각이 커져 정교한 회전각의 각도조정이 어려워진다.

(4) 회전방향을 결정하는 수단이 복잡하고 기동시간과 전류값을 제어하기가 어렵다.

(5) 편심 중량체가 회전자축의 일단에 제공되므로, 편심 중량체가 오직 한 쪽만 이용하는 외팔보 형태로 지지되어, 고속회전시 진동발생이 어렵다.

(6) 종래의 진동모터의 경우, 스테핑 모터 자체는 회전자축 방향으로 긴 구조이고 더 나아가 편심 중량체는 회전자축의 일단부에 제공된다. 그 결과, 전체적으로 진동모터는 회전자축 방향으로 길어지고, 모터가 부착될 수 있는 (목표)장치 가 그 모터를 수용해야 하는 하우징 공간때문에 제한을 받게된다. 예를 들어, 휴대폰의 경우를 고려해보면, 만약 주머니 속 등에 넣어져 있는 경우에도 진동이 감지되도록 하려면, 상당히 강한 진동에너지가 요구되는데, 이를 만족시키기 위해서는 진동모터가 회전자축 방향으로 길어지고 그 크기도 커지며 조립도 어려워지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 예시적이되 비한정적인 실시예의 목적은, 전술한 단점을 극복하고 제어가 간단하고 큰 진동을 발생시킬 수 있으며 구동 토크(drive torque)가 효율적으로 생성되는 스테핑 모터를 포함하는 진동모터를 제공하며, 그리고 이를 이용하는 휴대용 단말기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명의 요약

본 발명에 의한 진동모터의 예시적이되 비제한적인 실시예는, 단상(single-phase) 환형 고정자 코일이 자극 톱니(pole teeth)를 구비한 고정자 요크(yoke)에 의해 둘러싸여지고, 호형 자석(magnet)이 상기 자극 톱니의 반대편에 배치되도록 상기 고정자 요크를 따라 회전가능하게 배치되며, 그리고 호형 편심 중량체가 반경방향으로 상기 고정자 요크의 외부에 회전가능하게 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 예시적이되 비제한적인 휴대용 단말기의 실시예는, 그 단말기에 사용되는 진동모터로서, 기본적으로 전술한 구조를 구비한 진동모터를 사용한 다.

특히, 다음 수단이 채택된다.

(1) 진동모터는, 단상(單相) 환형 고정자 코일(coil)과, 상기 단상 환형 고정자 코일의 주변을 둘러싸게 배치되고 자극 톱니(pole teeth)를 구비한 고정자 요크(yoke)와, 상기 고정자 요크를 고정하고 상기 단상 환형 고정자 코일에 연결되는 와이어링(wiring)을 구비한 인터페이스 보드(interface board)와, 그리고 회전축과 상기 자극 톱니의 반대편에 배치되는 원호형상 자석(magnet) 및 편심 중량체를 포함하는 회전자를 포함하는 스테핑모터(stepping motor)를 포함한다.

(2) 상기 (1)항에 기재된 진동모터에서, 상기 자석은, 상기 고정자 요크의 자극 톱니의 피치(pitch)와 거의 동일한 자화(磁化) 피치(magnetization pitch)를 갖는 원호형상 회전자 자석과, 그리고 상기 고정자 요크의 자극 톱니 피치에 대하여 상기 회전자의 회전방향으로 이동하는 또 다른 자기화 피치를 구비한 보극(commutating pole) 자석을 포함하는데, 이 보극은 상기 회전자 자석의 자속(magnetic flux)보다 더 큰 자속을 구비한다.

(3) (2)에 언급된 진동모터에서, 상기 보극 자석은, 단극-자화(monopole-magnetized) 면을 구비한다. 즉, 상기 보극자석은 상기 자극 톱니에 대향하는 면을 구비하고 그 면은 N극 또는 S극 중 어느 하나가 된다.

(4) (1)에 언급된 진동모터에서, 상기 자석은, 상기 고정자 요크의 자극 톱니 피치와는 다른 자기화 피치를 구비한 원호형 회전자 자석을 포함하며, 상기 고정자 요크의 자극 톱니 구역과 상기 호형 회전자 자석의 자기화 피치 구역 사이의 틈새는, 상기 자극 톱니 구역과 상기 자화 피치 구역 중의 하나의 중앙부를 제외하고 남은 부분의 일부 구역 내에서 변화된다. (즉, 상기 고정자 요크의 자극 톱니와 상기 자석의 일 자극(pole)에 대응하는 부분 사이의 틈새가 일정하지 않다.)

(5) 전술한 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에서 언급된 진동모터에서, 상기 자석은 반경방향으로 자기화 된다.

(6) 전술한 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에서 언급된 진동모터에서, 상기 고정자 코일은 셀프본딩(self-bonding) 와이어(wire)를 와인딩(winding)하거나 융착(fusion-bonding)하는 방법으로 형성된다.

(7) 전술한 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에서 언급된 진동모터에서, 상기 회전자는, 회전축 둘레에 회전자 프레임(frame)을 더 포함하는데, 이 회전자 프레임은 회전축 주위와 상기 고정자 요크 외부에 배치되는 편심 중량체를 구비한다.

(8) 전술한 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에서 언급된 진동모터에서, 상기 고정자 요크는 제1 자극 톱니를 구비한 제1 고정자 요크, 제2 자극 톱니를 구비한 제2 고정자 요크, 그리고 상기 제1 및 제2 고정자 자극 톱니가 콤 티스(comb teeth) 형태로 서로 맞물리도록 상기 제1 및 제2 고정자 요크들을 배치시키고 결합시키는 제3 고정자 요크를 포함하며, 상기 제3 고정자 요크는 회전축의 베어링을 구비한다.

(9) (8)에서 언급한 진동모터에서, 제1 및 제2 자극 톱니의 상들(phases)은 회전자의 회전방향이 결정되도록 이동된다.

(10) (8)에 언급한 진동모터의 특징에 의하면, 제1 고정자 요크의 제1 자극 톱니 형상 및 제2 고정자 요크의 제2 자극 톱니 형상들은 상기 회전자의 회전방향 이 결정되도록 비대칭(asymmetric)으로 형성된다.

(11) 전술한 (8) 내지 (10) 중 어느 하나에서 언급된 진동모터에서, 상기 자석은 원호형 회전자 자석과 보극(commutating magnet) 자석을 포함하며, 상기 회전자는 상기 편심 중량체, 호형 회전자 자석 및 보극 자석을 구비한 회전자 프레임을 더 포함한다.

(12) 전술한 (8) 내지 (11) 중 어느 하나에서 언급된 진동모터에서, 상기 편심 중량체는, 자성체를 포함하고, 상기 고정자 요크의 대향면상에 상기 고정자 요크의 자극 톱니와 실질적으로 동일한 피치를 갖는 요철을 구비한다.

(13) 전술한 (1) 내지 (12) 중 어느 하나에서 언급된 진동모터를 포함하는 휴대용 단말기. 본 발명에 따른 예시적이되 비한정적인 실시예에 의하면, 제어가 간편하고, 큰 진동이 발생되며, 그리고 구동토크가 효율적으로 발생된다.

단상 스테핑모터를 사용하기 때문에, 그 구조가 간단하고 그 제어회로가 간단히 구성된다.

또한, 상기 단상 스테핑모터는 펄스 구동방식이기 때문에, 그 회전속도가 일정하게 제어될 수 있다. 그 결과, 그 펄스주파수가 변하면 그 진동이 크게 변화될 수 있다.

또한, 상기 단상 스테핑모터는 펄스 구동방식이기 때문에, 상기 진동모터의 회전이 정지될 수 있다. 즉, 그 진동을 짧은 시간에 멈추게 할 수 있다.

상기 자극 톱니를 구비한 상기 고정자 요크가 상기 단상 환형 고정자 코일을 둘러싸도록 제공되고, 상기 회전자 등이 상기 고정자 요크를 따라 회전가능하게 제 공되기 때문에, 두께감소와 고속운전이 가능해진다.

상기 편심 중량체가 반경방향으로 환형 고정자 요크 외부에 배치되므로 중심으로부터의 반경이 증가될 수 있어 강력한 진동이 발생 될 수 있다.

상기 회전자 자석과 보극 자석을 포함하는 자석이 반경방향으로 자화되기 때문에, 자극의 폭, 즉 본 실시예들에서 호의 길이가 원주방향으로 자화되는 경우보다 짧아져 여러개의 자석들을 원주방향으로 조밀하게 배치할 수 있으며, 이로 인해 미세 피치로 자화하는 것이 쉽게 된다. 그 결과, 한 스텝 폭이 좁아질 수 있고 따라서 진동모터의 외경이 작아질 수 있다.

회전자 자석과 보극 자석을 포함하는 상기 자석이 반경방향으로 자화되기 때문에, 정지 위치를 제어하는 것이 쉬워진다.

또한, 상기 자석이 반경방향으로 자화되는 경우, 다수의 자석들이 원주방향으로 가깝게 배치될 수 있으므로, 미세한 피치(fine pitch)로 그 자화 전극(pole)을 배열하는 것이 쉬워진다. 더욱이, 홀수의 자극들이 배열될 수 있어서, 공간이 효율적으로 사용될 수 있으며, 효율이 높은 모터의 디자인이 가능해진다.

상기 고정자 코일은, 셀프 본딩 와이어(self bonding wire)를 융착(fusion-bonding)이나 와인딩(winding)하여 만들어지므로, 감겨진 권선들 사이에 불균형이 생기지 않아 균일한 배열이 이루어진다. 그 외에도 진동 등에 의한 와인딩 내부에서의 이동이 일어나지 않으므로, 성능 특성이 안정화된다.

상기 편심 중량체, 회전자 자석 및 보극 자석이 회전자 프레임상에 제공되기 때문에, 회전 공간이 공유될 수 있어, 진동 모터의 크기를 작게 할 수 있다.

상기 편심 중량체가 자성 물질을 포함하고 있고, 상기 고정자 요크의 대향면상에 상기 고정자 요크의 자극 톱니와 거의 동일한 피치를 갖는 요철이 형성되기 때문에 진동모터의 구동력이 증가될 수 있다.

본 발명에 따른 스테핑모터를 포함하는 예시적이고 비제한적인 진동모터에 있어서, 축심(軸心)이 있는 자석 및 편심 중량체가 동일 회전면 상에 제공되므로, 진동모터는 고속회전이 얻어지고 강력한 진동을 발생시킬 수 있으면서도 편평한 원통형상으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 예시적이며 비제한적인 휴대용 단말기의 실시예는 전술한 진동 모터를 사용하므로, 상기 진동모터는 편평한 원통형상이라는 좁은공간에 효율좋게 장착되어 단말기로서 요구되는 강력한 진동이 발생될 수 있다.

본 발명에 의한 대표적인 실시예들을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

(실시예 1)

(구조)

본 발명에 의한 진동모터의 대표적인 실시예는 스테핑모터를 포함한다.

도 1A 및 1B 는 본 발명의 대표적인 실시예에 의한 외부 회전자 형(outer rotor type) 스테핑모터를 이용한 진동 모터의 구조도를 나타낸 것으로서, 도 1A는 도 1B의 선 A-A에 따른 단면도이고 도 1B는 도 1A의 B-B선에 따른 단면도이다.

진동모터(1)는 베어링의 역할을 아울러 겸하는 제3 고정자 요크(3c)가 구비된 회전축 및 회전자 프레임(4)을 포함한다. 상기 회전축(2)의 지름은 예를 들어 0.8mm 이고, 베어링의 역할도 겸하고 있는 상기 제3 고정자 요크(3c)의 외경은 예 를 들어, 1.8mm로 형성될 수 있다.

상기 제3 고정자 요크(3c)는, 오일리스(oilless) 금속 자성물질로 이루어진 베어링의 역할을 겸하는 것으로서, 거의 실린더 형태로 형성되어,

1. 상기 회전축(2)의 측면의 대분분을 회전가능하게 안내하고

2. 상기 코일에 의해 발생되는 자속이 전달되는 자로(magnetic path)의 일부를 구성하며,

3. 상기 회전자 프레임(4)의 고정된 베이스(base) 부분을 회전가능하게 지지한다.

위 2번 항목과 관련하여, 도 1B에 도시된 고정자 요크(3)는 상부 제1 고정자 요크(3a), 하부 제2 고정자 요크(3b) 및 베어링으로서 기능하는 제3 고정자 요크(3c)를 포함하고 있다. 이 베어링 기능을 겸하고 있는 제3 고정자 요크(3c)에 있어서, 도 1A에 도시된 바와 같이, 제1 고정자 요크(3a)의 중앙 개구부(3d) 및 상기 제2 고정자 요크(3b)는 상/하단 부근의 작은 직경으로 된 단차부(3e)에 결합되어 고정된다.

제1 고정자 요크(3a) 및 제2 고정자 요크(3b)는 자성 물질로 만들어지며, 도 1A의 평면도에 나타낸 바와 같이, 전체적으로 중앙에 개구를 구비하는 컵모양으로 형성되고, 5개의 대략 'U'자형 절단면(3f)이 등간격으로 개방되도록 원주방향으로 형성되며, 그리고 대략 'U'자 형상의 상기 절단면(3f)사이의 나머지 부분들이 자극톱니(3g)가 된다. 제1 고정자 요크(3a) 및 제2 고정자 요크(3b)는 이런 식으로 형성되어 상호작용하는 자극 톱니(3g) 즉, 제1 자극 톱니(3g-1, 3g-3, 등)들과 제2 자극 톱니(3g-2, 3g-4, 등)들이 콤 티스(comb teeth) 형태로 서로 맞물리도록 수직하게 배치된다. 고정자 코일을 수용하는 코일 보빈(bobbin, 6)은, 제1 고정자 요크(3a) 및 제2 고정자 요크(3b) 사이에 구비된다.

제1 고정자 요크(3a), 제2 고정자 요크(3b) 및 제3 고정자 요크(3c)를 포함하는 상기 고정자 요크(3)는 상기 환형 고정자 코일(5)의 둘레를 둘러싸도록 배치된다.

상기 코일 보빈(6)은 수지(resin)로 만들어지고, 'C'형상 단면을 가지며, 위에서 보면(도시 생략) 환형으로 형성된다. 고정자 코일(5)로서 보통의 와이어 로드(wire rod)를 사용할 수 있으나, 셀프 본딩(self bonding) 와이어(wire)가 바람직하다. 실시예 1의 경우에, 상기 고정자 코일(5)은, 집속된(integrated) 환형 코일 형상을 이루는데, 이는 셀프 본딩 와이어를 상기 환형 코일 보빈(6)의 둘레에 감은 다음 절연 코팅이 융착되도록 열을 가하여 형성할 수 있다. 즉, 상기 고정자 코일은 상기 셀프 본딩 와이어를 감아서 그 와이어를 융착시키는 구조로 형성될 수 있다. 상기 절연코팅의 융착 처리에 의하여, 그 권선되는 와인딩들 사이의 불균형이 억제 됨으로써 배열의 균일화가 실현될 수 있다.

전술한 (3)과 관련하여 보면, 상기 회전자 프레임(4)은 금속 재료로 형성되는데 바람직하게는, 예를 들어 SUS(스테인레스)303으로 제조된다. 상기 회전자 프레임(4)의 단면은 중앙에 개구를 갖는 'C' 형상이다. 상기 회전자 프레임은 전체적으로 보아 컵 모양으로서, 중앙에 개구부(4a)를 구비하는 대체로 원판형인 부분(4b) 및 그 둘레에 수직으로 세워지는 형태로 제공되는 원통형 부분(4c)를 포함한 다.

상기 회전자 프레임(4)과 관련하여 설명하면, 상기 개구부(4a)는 상기 회전축(2)의 작은 지름의 단차부(2a)에 맞춰져 고정된다. 이 때, 상기 회전자 프레임(4)은 제1 고정자 요크(3a)로부터의 소정의 공간을 갖도록 제공된다. 또한, 회전자 프레임(4)을 회전축(2)에 부착하는 베이스부 근방은 베어링으로서 기능하는 제3 고정자 요크(3c)의 축방향 단부면에 의해 축방향으로 지지된다. 원호형 편심 중량체(7) 및 적어도 2개의 원호형 자석(8a, 8b)이 회전자 프레임(4)의 원통부(4c) 내면에 구비된다.

상기 편심 중량체(7)는, 도 1A에 나타낸 바와 같이, 상기 자석(8a, 8b)의 절단면과 동일한 직사각형 단면을 가지며, 평면에서 보면, 도 1A에 나타낸 바와 같이, 상기 편심 중량체는 부분 원호형(semi-arc shape)으로 형성된다. 이 부분 원호형의 중심각은 설계에 의해 얻어지며 본 실시예1의 경우, 180°로 설정되었다.

상기 편심 중량체(7)은 텅스텐 합금과 같은 유해하지 않은 금속으로 만들어지며 공기중에서 부식되지 않으며 큰 질량을 구비한다. 또한, 상기 편심 중량체(7)는 자성 물질로 만들어 짐으로써, 회전토크를 높일 수 있는데 이는 반경방향으로 그 내부에 형성되는 상기 고정자의 자극 톱니 피치로 요철을 형성하는 것에 의해 이루어진다.

상기 편심 중량체(7)을 구비한 상기 회전자 프레임(4) 내에서 상기 회전축(2)에 제공되는 진동 메카니즘(mechanism)과 관련하여, 상기 편심중량체(7)의 질량은 m(kg), 무게중심으로부터의 길이는 r(m), 그리고 각속도는 ω라고 할 때, 진동 량은 mrω² 으로 얻어진다. 상기 진동량은 약 1G 일 때 바람직한 것으로 알려져 있다. 따라서, 감지될 정도의 진동은 약 10,000 rpm 정도일 때이고, 그 결과, 무게중심으로부터의 거리가 긴 외부 회전자 형이 내부 회전자 형보다 더욱 유리하다.

상기 자석(8)은 임의의 자성 물질로 만들어질 수 있는데, 바람직하게는, 네오디뮴(neodymium, Nd-Fe-B)합금 자석 즉, 본드 자석(bond magnet, 자성 분말을 바인더와 함께 고화시켜 형성하는 복합 자석)으로 이루어질 수 있다. 상기 자석(8)은 최소 한 개의 자석으로 구성될 수 있다. 한 개의 자석으로 구성되는 경우, 그 구조는 자화가 다중 자극을 제공할 수 있도록 이루어지는 방식의 것으로서, 자화된 다중 자극 중에서 단지 한 개의 자극만이 보극 효과를 갖는다. 즉, 그 구조는 다른 자극들과 비교하여, 단지 한 개의 자극만이 자극 피치내에서 이동되거나 또는, 단지 한 개의 자극이 상기 자극 톱니와 다른 갭(gap)을 가지고 이동될 수 있도록 하는 수단을 채택함으로써 이루어진다.

N극과 S극으로 이루어지는 한 쌍의 자극은 하나의 유닛을 이루며, 상기 자석(8)은 임의의 개수의 자극 쌍을 포함한다. 여기서, 자화를 설명할 때 "단일극 자기화"는 하나의 자극쌍의 자화를 의미하고, "다중극 자화"는 다수의 자극상의 자화를 의미한다.

물론, 자석(8)은 다수의 자석으로 구성될 수 있다. 실시예 1의 경우, 다수의 자석을 포함하는 자석(8)이 서술된다.

실시예 1에서 상기 자석(8)은 2개로 나누어지는데, 그중 하나는 회전자 자석 (8a)이고 다른 하나는 보극 자석(8b)이다. 상기 자석(8)의 크기는 요구되는 토크에 의해 결정된다.

상기 자석(8)의 자화 방향은, 임의의 방향으로 설정될 수 있으나, 바람직하게는 상기 축이 중심을 이루는 한편, 자화가 반경방향으로 NS 또는 SN을 갖도록 수행된다. 즉, 상기 자석(8)은 단일극-자화 면(N극면 또는 S극면)을 갖는다.

회전자 자석(8a)과 보극 자석(8b)를 포함하는 상기 자석(8)이 반지름 방향으로 자화되기 때문에 상기 자극의 폭, 즉, 실시예 1의 경우의 그 호의 길이가(자화가 원주방향으로 수행되는 경우보다) 짧아지고, 다수의 자석이 원주방향으로 가깝게 배치되기 때문에, 그리고 미세한 피치의 자화가 쉬워진다. 그러므로, 스텝(step) 폭이 좁아질 수 있으며, 이에 따라, 진동모터의 외부 직경을 감축시킬 수 있다. 상기 회전자 자석(8a) 및 보극 자석(8b)을 포함하는 상기 자석은 반경방향으로 자화되어, 제동위치의 조정이 쉬워진다.

상기 회전자 자석(8a)는 도 1B에 나타낸 바와 같이, 직사각형 단면을 구비하며, 평면을 보았을 때, 도 1A에 나타낸 바와 같이, 원호 형상으로 형성된다. 상기 회전자 자석(8a)는 상기 고정자 요크(3)의 자극 톱니(예를 들어, 3g-1,3g-2,...) 피치에 대응하는 호의 길이를 구비한다.

상기 보극 자석(8b)은 회전자 자석(8a)보다 더 큰 자속을 갖도록 형성되고, 상기 회전자 자석(8a)과 동일한 단면을 가지며, 그리고 평면도로 보았을때, 도 1A에 나타낸 원호 모양으로 형성된다. 상기 보극 자석(8b)은 그 호의 길이가 상기 고정자 요크(3)의 자극 톱니의 피치보다 더 좁고 , 상기 고정자 코일(5)의 여자전류 가 차단된 후에 상기 회전자(9)의 정지위치를 이동시키는 기능을 구비한다. 상기 회전자(9)는 회전축(2), 상기 회전자 프레임(4), 상기 편심 중량체(7) 및 상기 자석(8)을 포함한다.

상기 편심 중량체(7)의 상기 자석(8)에 대한 체적비는 예를 들어, 약 2:1이다.

케이스(10)는 비자성 금속, 예를 들어 SUS(스테인레스) 303 으로 이루어지고 'C' 형상의 단면을 가지며, 전체적으로 보아 원판부(10a) 및 이 원판부 가장자리에 수직하게 세워지는 원통형 부분(10b)으로 이루어지는 컵 모양의 구조로 형성된다. 솔더링(soldering) 또는 용접(welding)에 의해 인터페이스 보드(11)에 고정되는 돌출부(10c)는 상기 원통형 부분(10b)의 말단 면에 제공된다. 상기 케이스(10)는 예를 들어 10mm의 지름과 3mm보다 약간 작은 높이로 형성될 수 있다.

상기 인터페이스 보드(11)는, 절연 필름이 금속판상에 공급되고, 그리고 그 위에 필요한 와이어링(코일 충전제 등) 및 상기 돌출부(10c)에 체결하기 위한 개구(11a)가 형성됨으로써 형성된다. 상기 제2 고정자 요크(3b)는 상기 절연 필름을 통하여 상기 인터페이스 보드(11)에 고정되며, 상기 케이스(10)의 원통형부(10b)의 말단면에 형성되는 돌출부(10c)는 상기 개구(11a)에 맞춰끼워진 후 그 뒷면에서부터 솔더링된다. 외부의 제어회로, 전원공급장치 등이 상기 와이어링에 연결된다.

(구동 회로)

본 발명에 의한 진동모터는, 가속, 정속 및 감속 등과 같은 속도특성에 의해 제어된다. 가속의 경우, 저속으로 기동되어 그 속도가 예를 들면, 0.3 내지 0.5초 후에 일정속도까지 증가된다. 정속 시점에는, 회전이 예를 들면, 몸이 느끼기에 편안한 10,000rpm 정도로 이루어진다. 인간의 가속 감지기(detector)는 파치니소체(Pacini corpuscle)라고 일컬어 지는데, 일반적으로, 이 기관에 의해 쉽게 감지되는 진동주파수는 약 100에서 300 Hz 정도의 범위이다. 더욱이, 진동이 확실히 느껴지는 동시에 불쾌감이 거의 없는 진동 및 가속 범위는, 그 주파수가 100 내지 300Hz의 범위이고, 그 가속도가 0.2 내지 2G(중력가속도)의 범위라고 알려져 있다.

그러나, 본 발명에서와 같이, 모터 전체의 크기가 매우 소형이고 단상 스테핑모터가 진동모터로 사용되는 경우, 전술한 바와 같이, 얻은 결론은 10,000 rpm의 회전속도와 1G의 가속도가 바람직하다.

상기 회전축에 약 1G의 가속도가 가해지면, 그 속도는 최대 속도에 도달한다. 속도가 떨어지는 감속시간은 가능한 한 짧은 것이 바람직하다.

가속은 속도증가중에 최고 속력(일정속력)에 도달하기까지의 속도증가이며고, 스텝 구동에 의한 진동은 심각한 문제가 되진 않는다. 그러나, 감속은 정지를 위한 절차이고, 진동이 문제가 된다. 여자(勵磁)시간은 최대 구동 전류에 의해 결정된다. 따라서, 진동이 심각한 문제가 되지 않는 가속시 및 정속시에는 최대 구동 전류가 고속구동을 위한 큰 전류로 만들어지며, 진동이 문제가 되는 감속시에는 최대 구동 전류를 작게 흘려서 진동이 거의 없는 정지과정이 수행된다.

그 방향이 번갈아서 바뀌는 전류가, 예를 들어 도 4에 나타난 구동 회로에 의하여, 단상 환형 고정자 코일(5)로 흘러들어간다. 도 4는 본 발명에 따른 코일의 구동전류를 제어하는 회로 다이어그램(diagram)을 나타낸다.

도 4의 단상 스테핑 모터용 코일의 구동 타이밍(timing) 신호는, 타이밍 발생회로에 의해서 발생되어 P-형 MOSFETs(202, 203) 및 N-형 MOSFETs(204, 205)에 공급된다. 특히, 펄스구간 "a"에서 P-형 MOSFET(202)에 의한 제어신호(211) 및 N-형 MOSFET(205)에 의한 제어신호(214)는 각각 ON 포텐셜(potential)을 갖게되고, 한 방향으로 전류가 코일(5)로 공급된다. 그 후에, 다음 펄스 구간 "b"에서 P-형 MOSFET(203)의 제어신호(212) 및 N-형 MOSFET(204)의 제어신호(213)가 ON 포텐셜을 갖게되므로, 반대방향 전류가 상기 고정자 코일(5)에 공급된다. 그 후에는 동일한 제어과정이 반복된다.

MOSFET 대신 다른 트랜지스터 등을 이용한 스위칭 소자가 사용될 수도 있다.

제어하기 위한 펄스 신호는, 펄스폭변조(Pulse Width Modulation), 펄스주파수변조(Pulse Frequency Modulation), 또는 펄스진폭변조(Pulse Amplitude Modulation)에 의해서 조절됨으로써, 속도제어가 수행된다.

(정지위치 제어)

본 발명에 따른 진동모터는 단상 고정자 코일(5)을 사용하기 때문에, 고정자 코일(5)로 흐르는 구동전류가 차단(OFF)된 후, 회전자는 그 회전방향이 다음 시작 시간에 동일한 방향이 되도록 이동되어야 한다.

이를 위하여, 상기 자석(8)은 상기 회전축 둘레에 원주방향으로 원호형상으로 형성되며, 이러한 자석들이 예를 들면, 두 곳 이상의 위치에 배치된다. 이 때 그 회전방향이 결정될 수 있도록 다음 수단 (1) 내지 (4)의 조합이 채택된다.

(1) 상기 자석은 상기 요크의 자극 톱니와 동일한 자기화 피치를 갖는 원호 형 회전자 자석으로 이루어지고, 그리고 피치가 회전 방향으로 이동되는 보극 자석이 제공된다.

(2) 두 자석(회전자 자석과 보극 자석)의 자속의 양은 불규칙하다. 특히, 설정값은 회전자 자석의 자속량이 보극 자석의 자속량 보다 작도록 설정되어야 한다.

(3) 상기 보극 자석은 단극-자화 면을 갖는다.

(4) 상기 회전자는 자극 톱니 피치와는 다른 자화 피치를 갖도록 형성된다.

또한, 상기 고정자 요크는 다음과 같이 설계된다.

(5) 두 고정자 요크의 상기 자극 톱니 상(phase)이 이동되거나 또는, 상기 고정자 요크의 자극 톱니 형상이 비대칭이 되도록 형성된다.

(6) 상기 고정자 요크의 자극 톱니와 회전자 자석 사이의 갭(gap)이 불규칙하게 형성된다.

이하에, 실시예 1에 기초하여 상세하게 설명한다.

이하의 설명은 회전자를 보극 자석(8b)을 이용하여 회전 방향이 동일한 방향이 되도록 그 정지위치에서 시작위치로 이동시키는 동작원리를 기술한 것이다.

도 1A의 상태에서, 고정자 코일(5)를 통하여 전류를 흘려보냄으로써, 예를 들면, 제1 고정자 요크(3a)의 자극 톱니 3g-1 및 자극 톱니 3g-3 이 여자(勵磁)되어 S극을 갖게되고, 그리고 제2 고정자 요크(3b)의 자극톱니 3g-2 및 자극 톱니 3g-4 가 여자되어 N극이 된다. 한편, 회전자 자석(8a)에서, 자극은, 제1 고정자 요크(3a)와 제2 고정자 요크(3b)의 자극 톱니의 피치와 동일한 피치로 회전 방향으로 형성된다. 상기 회전자 요크(8a)의 자화는, 영역 8a-1과 같이, N극은 반경방향으로 내부에 형성되고, S극은 외부에 형성된다. 반면에, 영역 8a-2 에서는 S극이 반경방향으로 내부에 형성되고, N극이 그 외부에 형성된다. 여기서, 자로(磁路)는 영역 8a-1의 N극 -> 영역8a-1의 S극 -> 영역 8a-2의 N극 -> 영역 8a-2의 S극 -> 자극 톱니 3g-2의 N극 -> 자극 톱니 3g-1의 S극 -> 영역 8a-1의 N극의 경로를 따라 형성된다.

한편, 상기 회전자(8a)의 자극 피치를 표준으로 할 때, 상기 보극 자석(8b)은 상기 표준피치와 일치하지 아니하는 피치만큼 이동되도록 배치되는데, 실시예 1의 경우에는, 상기 제1 고정자 요크(3a) 자극 톱니 3g-3의 1/2정도 정도 떨어진 미세한 거리만큼 시계방향으로 회전한 위치에 상응하는 피치만큼, 그리고 상기 제2 고정자 요크(3b) 자극 톱니 3g-4의 1/2정도 정도 떨어진 미세한 거리만큼 시계방향으로 회전한 위치에 상응하는 피치만큼 이동되도록 배치된다. 상기 보극 자석(8b)은 또한 상기 회전자 자석(8a)과 마찬가지로 자화된다. 즉 예를 들면, S극은 반경방향으로 내부에 형성되고 상기 N극은 그 반대편에 반경방향의 외부에 형성된다.

상기 보극 자석(8b)의 자속량은 상기 회전자(8a)의 자속량보다 크게 설정된다.

여기서, 상기 고정자 코일(5)의 구동 전류가 차단되면(turned OFF), 상기 양 자석의 자력이 그 자속량에 비례하여 발생되기 때문에, 상기 보극 자석(8b)은 자기적으로 안정한 상태,즉, 자기 저항이 적은 상태에서 이동된다.

상기 보극 자석(8b)의 S극은 자기적으로 안정한 위치인 자극 톱니 3g-4의 반대편으로 이동된다.

이와 일치하도록 상기 보극 자석(8b)에 유사하게, 상기 회전자 프레임(4)과 결합되는 상기 회전자 자석(8a)은, 회전방향으로 동일하게 움직인다. 정지상태는 이 상태로 유지된다.

다음으로, 상기 고정자 코일(5)이 다시 구동되었을때, 마지막 구동 전류의 방향이 자료로 저장되며, 구동 전류의 방향이 이 저장된 자료를 기초로하여 그 회전방향이 이전과 동일하도록 결정된다.

실시예 1의 전술한 수단에 더하여 정지위치 제어에 적용되는 수단들은 다음과 같다. :

(1) 상기 회전자 자석이 상기 자극 톱니 피치와 다른 자기화 피치를 갖도록 하는 수단

(2) 상기 회전자 자석의 자기화 피치가 상기 고정자 요크의 자극 톱니 피치와 다르게 형성되도록 하고, 그리고 자극 톱니 영역(area)과 자기화 피치 영역 중 하나의 중앙부를 제외한 일부 영역에서, 상기 고정자 요크의 자극 톱니 면적과 상기 회전자 자석의 자기화 피치 면적 사이의 틈새가 변화하도록 하는 수단.

도 2A 및 2B는 본 발명의 예시적 실시예의 또다른 정지위치 제어수단의 설명도로서, 도 2A는 상기 회전자 자석이 상기 자극 톱니 피치와 다른 자기화 피치를 갖도록 하기 위한 전술한 (1)수단의 설명도이고, 도 2B는 상기 자기화 피치 및 상기 틈새가 변화되도록 하기 위한 전술한 (2)수단의 설명도이다.

회전자 자석(8)은 원호형 자석을 다극을 갖도록 자화함으로써 형성된다.

도 2A에서, 그 구조는, 연속적인 회전자 자석 8a1, 8a2 및 8a3 의 세개의 자 극의 길이가 고정자 요크의 두개의 돌출된 자극의 자기 피치에 대응되도록 형성된다. 도 2A에 나타낸 바와 같이, 상기 고정자 코일은 전류 인가에 의해 구동된다. 자극 톱니의 N극 및 회전자 자석의 S극은 서로 반대편에 형성된다. 여기서, 상기 고정자코일의 구동전류가 차단(OFF)되면, 상기 회전자 자석은 화살표의 회전방향으로 소정의 길이(L1)만큼 움직이고 그 결과, 상기 회전자 자석의 인접한 자극들은, 인접한 자극들 사이에서, 자기적으로 안정한 상태가 되며, 자기 저항은 최소가 된다. 상기 고정자 코일이 이 상태에서 다음상태로 구동되면, 초기 회전 방향으로 기동된다.

도 2B에 나타낸 바와 같이, 연속적인 회전자 자석 8a1, 8a2 및 8a3의 세 개의 자극의 자기(magnetic) 피치는, 상기 고정자 요크의 3개 이하의 돌출 자극의 자극 피치에 대응하도록 형성되며, 자극 톱니 3g-1 과 회전자 자석 8a1 사이의 틈새를 변화시키도록 형성되는 돌출부 T 가 중앙부를 제외한 자극 8a1의 내부 영역의 나머지 일부 영역에 제공된다. 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 상기 고정자 코일에 대한 구동전류가 차단(OFF)되면, 상기 회전자 자석은 상기 회전자 자석 8a1이 자기적으로 안정한 상태에 놓이도록 미리 결정된 소정의 거리(L2)만큼 움직이게 된다. 즉, 상기 회전자 자석 8a1 의 돌출부 T 가 상기 자극 3g-1의 중앙부로 이동하게 된다. 다음 단계의 시작은 이 정지 상태로부터 시작되고 그 시작은 초기 회전방향과 동일한 방향으로 일어난다.

또한, 상기 고정자 요크에서, 회전방향을 결정하기 위한 정지 위치 제어 수단에 대하여 설명한다.

(1) 상기 고정자 요크의 자극 톱니 형상을 비대칭되게 하는 수단, 그리고

(2) 2개의 고정자 요크의 자극 톱니 상(phase)을 이동시키는 수단.

도 3A 및 3B 는 본 발명에 의한 예시적인 실시예의 고정자 요크 내 정지 위치 제어 수단의 설명도로서, 도 3A는 상기 고정자 요크의 자극 톱니 형상을 비대칭되게 하는 수단(1)의 설명도이고, 도 3B는 2개의 고정자 요크의 자극 톱니 상(phase)을 이동시키는 수단(2)의 설명도이다.

도 3A에 나타낸 바와 같이, 상기 회전자 자석은 3개의 자극(Y4상태)을 구비하는데, 'Y2 + Y3' 상태의 자극 톱니는 비대칭되게 형성되며, X1 에서 X6은 회전방향으로 원주상의 위치를 가리킨다. 그리고 그 자극 톱니는 수평상태인 Y2 상태 및 Y3 상태를 나타낸다. 'Y2 + Y3' 상태의 자극 톱니가, 상기 고정자 코일의 구동 전류에 의해 Y2 상태의 극성(polarities)을 갖도록 여자되면, 상기 회전자 자석은 상기 자극들이 Y4의 상태에 지정된 것과 같은 위치에 자기적으로 고정된다. 이 상태에서 상기 구동전류가 차단(OFF)되면, 상기 회전자 자석에 대향하는 상기 자극의 영역이 Y3상태에서 영역 P가 되므로, 상기 회전자 자석은 거리 F2 만큼 Y5 상태의 위치로 이동한 결과, 이 영역 P 에대해 자기적으로 안정한 상태가 생긴다. 이 상태에서, Y2 상태에서의 자극은 Y5 상태에 있는 자극으로부터 F2 만큼 이동되기 때문에, 구동 전류가 상기 고정자 코일에 시작을 위해 인가되면, 도 3A의 오른쪽 방향으로의 기동(start) 토크가 상기 회전자 자석으로 인가되고, 그리고 이 회전자 자석은 미리 결정된 방향으로 회전될 수 있다.

도 3B에 나타낸 바와 같이, 상기 회전자 자석은 Y3 상태의 3개의 자극이 동 일한 피치를 갖도록 형성되며, Y2상태의 자극 톱니의 상(phase)은 이동되며, X1에서 X4는 회전방향으로 원주상의 위치를 가리킨다. 그리고 상기 자극 톱니들을 Y2 상태에서 나타내었다. Y2 상태의 자극 톱니가 상기 고정자 코일의 구동전류에 의해 여자되어 Y2상태의 극성을 갖게되면, 상기 회전자 자석은 상기 자극이 Y3 상태가 가리키는 것과 같은 위치에 자기적으로 고정된다. 이 상태에서 구동전류가 차단(OFF)되면, 상기 회전자 자석은 화살표 F1 만큼 이동된 결과, Y3 상태의 회전자 자석의 각각의 자극이, Y2 상태의 자극 톱니에 대해, 자기적으로 안정한 상태에 놓이게 된다. 결과적으로 X1위치에서의 자극 톱니 및 X4 위치에서의 자극 톱니의 자극에 대하여, 상기 회전자 자석의 반대편 자극의 자극 위치는 도 3B에서 오른쪽 방향으로 Y4상태에서 가리키는 F1 만큼 이동된다. 구동 전류가 상기 고정자 코일에 기동을 위해 인가되면, 전체 동작으로서, 도 3B에서 가리키는 오른쪽 기동 토크가 상기 회전자 자석에 인가되고 이 회전자 자석은 미리 결정된 방향으로 회전될 수 있다.

도 3A 및 3B에 있어서, Y1 상태는 상기 전류가 상기 고정자 코일에 인가되었을 때의 자극 톱니의 자극에 대응되는 상기 회전자 자석의 자극의 위치를 가리킨다.

전술한 바에 더하여, 회전방향이 그 다음 기동단계에서 초기방향과 동일한 방향으로 형성되도록 상기 회전자의 위치를 이동시키는 수단, 즉, 상기 회전자를 자기적으로 안정한 상태로 이동시키는 수단이 적용될 수 있다.

(실시예 2)

도 5A 및 5B는 본 발명에 따른 예시되는 실시예인 내부 회전자 형 진동 모터의 구조도이다. 도 5A는 도 5B의 C-C 선에 따른 단면도이고, 도 5B는 도 5A의 D-D 선에 따른 단면도이다.

베어링(12)은 실시예 1에서 보여진 것과 같은 인터페이스 보드(21)에 수직으로 형성되는데, 원통형 회전축(19)은 이 베어링(12)에 회전가능하게 형성되고, 지지 몸체(22)는 상기 회전축(19)에 고정되며, 자석(18)이 상기 지지몸체(22)의 끝단(tip)에 형성된다. 상기 자석(18)은 회전자 자석(18a) 및 보극 자석(18b)를 포함하는데, 실시예 2의 경우에는 상기 자석(18)이 2개의 자석을 포함함에도 불구하고, 이 자석은 하나 또는 그 이상의 자석으로 기본적으로 구성될 수 있다. 상기 회전자 자석(18a)과 상기 보극 자석(18b)의 자화 및 자극 피치 등은 실시예 1의 경우와 유사하게 구성된다.

고정자는, 단상 환형 고정자 코일(15)이, 'C' 형상의 단면을 갖고 위에서 보았을 때 환형인 코일보빈(16)내에 형성될 수 있도록 배열되고,

고정자 요크(13)는 상기 코일보빈(16)을 둘러싸도록 형성되며, 그리고 상기 고정자 요크(13)의 자극 톱니(13g)는 콤 티스(comb teeth) 형상으로 합쳐지고 배치된다. 상기 고정자 요크(13)은 실시예 1의 경우와 동일한 인터페이스 보드(21)에 부착된다.

상기 고정자 요크(13)은 도 5B에 나타낸 바와 같이, 상부의 제1 고정자 요크(13a), 하부의 제2 고정자 요크(13b), 그리고 상기 제1 및 제2 고정자 요크(13a, 13b)를 결합하는 제3 고정자 요크(13c)를 포함한다.

상기 제1 고정자 요크(13a) 및 제2 고정자 요크(13b)의 각각은 반경 방향으로 내부에 자극 톱니를 구비한다. 상기 자극 톱니의 형상은 임의로 형성될 수 있다.

상기 지지 몸체(22)에 더하여, 회전자 프레임(14)은 상기 회전축(19)에 고정된다. 실시예 1과 유사하게, 상기 회전자 프레임(14)은 금속 재질로 만들어지고 바람직하게는, 예를 들어 SUS(스테인레스) 303으로 형성될 수 있다. 상기 회전자 프레임(4)의 단면은 중앙에 개구부(14c)를 갖는 'C'형상을 구비한다. 전체적으로 그 구조는 컵모양으로서, 중앙에 개구부(14c)를 갖는 거의 원판형인 부분(14a) 및 수직으로 그 둘레에 서있는 원통형 부(14b)를 포함한다.

편심 중량체(17)은 상기 원통형부(14b)의 내부에 고정되고, 그 형상은 중심각이 180°인 원호 형상으로 형성되는데, 상기 편심 중량체(17)의 중심각은 임의로 설계될 수도 있다. 또한, 이러한 편심 중량체(17)는 반경방향으로 상기 고정자 요크(13)의 외부에 배치됨으로써, 이러한 편심 중량체와 상기 고정자 요크(13)사이에 갭(gap)이 제공될 수 있다.

또한, 상기 편심 중량체(17)은 자성 물질로 형성됨으로써, 상기 고정자 요크(13)의 자극 톱니 피치에 대한 불규칙성이 반경방향 내부에 제공되는 반면에, 내부의 자극 톱니에 대향하여 형성되는 자극 톱니는 상기 고정자 요크(13)의 반경방향으로 외부에 형성되어 회전 토크가 개선될 수 있다.

(실시예 3)

휴대폰 또는 페이저(pager) 등과 같은 휴대용 단말기 분야에서, 전화신호 착신을 알려주는 진동 발생 장치를 포함하는 휴대용 단말기의 수가 증가되고 있다. 휴대폰의 경우, 일반적으로 진동 모터의 입력단(feeding terminal)이 메인 보드에 제공되고 있음에도 불구하고, 진동모터 자체가 프레임에 직접 고정된다. 고정되는 장소는 상기 인터페이스 커넥터측면의 반대측 말단 및 안테나 근처인데, 하우징 공간이 상기 메인보드와 프레임 사이에 좁게 형성되기 때문에, 이 진동모터가 이러한 좁은 공간에 수용될 수 있도록, 진동모터가 차지하는 공간을 효율적인 형상으로 형성할 필요가 있다.

본 발명에 의한 상기 스테핑모터를 사용하는 진동 모터에 의하면, 축 중심을 갖는 자석과 편심중량체가 동일한 회전면에 제공되므로 고속회전이 얻어지는 한편, 강력한 진동이 발생 될 수 있고, 편평한 원통형 모양으로 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 휴대용 단말기는 전술한 진동모터를 사용하므로 상기 진동모터가, 효율적으로 편평한 원통형 형상으로 된 작은 차지 공간 내에 수용된다. 상기 장치에 의해 요구되는 강한 진동이 발생될 수 있다.

본 발명이 그 실시예를 참조하여 특별하게 보여지고 서술되었으나, 관련 기술분야의 전문가들에 의해서 그 형태의 다양한 변화와 세부 내용이 제시되는 청구항에 의해 정의되는 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에서 이루어질 수 있다는 사실이 이해되어져야 한다.

본 발명 출원은 일본 특허 출원 번호 JP2004-257605(2004.9.3)에 기초한 것이고 그 내용은 참고로서 본 발명에 통합된다.

이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 의하면 다음의 효과가 있다.

상기 외부 회전자 형 진동모터가 상기 자석과 동일한 최외각 회전 영역에 상기 편심 중량체를 통합하여 형성되기 때문에, 상기 편심 중량체의 하우징 공간이 상기 자석과 공유되는 효과가 있다. 상기 편심 중량체가 최외각에 배치되기 때문에, 그 반지름이 길이지고 강력한 토크가 발생되며, 그리고 외부에 노출되는 부분이 없어진다. 또한 상기 스테핑모터는 브러쉬가 없기 때문에, 다른 브러쉬리스 모터와 마찬가지로, 유지보수의 필요성이 거의 사라지고 그 수명이 연장된다.

또한, 회전 속도가 입력 펄스와 동기되도록 제어되어 상기 진동량이 선형적으로 조정될 수 있고, 그리고 제동 시간이 단축될 수 있다.

단상 방식이므로, 방향이 번갈아가며 변환되는 구동펄스전류가 상기 고정자 요크 둘레에 감겨있는 단상 고정자 코일에 입력된다. 이 코일은 단상을 갖게 되기 때문에, 차지하는 공간이 적어지고, 그 두께가 감소되며, 또한, 제어회로에 대하여, 전류의 변환 회로가 기본적이기 때문에, 회로의 구조가 단순화된다.

상기 제2 고정자 요크를 제1 고정자 요크에 결합시키는 제3 고정자 요크는, 베어링의 역할을 겸하도록 자성 물질로 형성되므로 자속의 누설의 발생이 억제되며, 상기 베어링을 통과하는 자로(磁路)가 구성되어 발생된 자속이 효율적으로 사용될 수 있다.

상기 자석은 중앙부에 회전축을 구비하고 그 원주상에 원호형상을 갖도록 형 성되며, 두 곳 이상의 장소에 배치된다. 이와 동시에, 다음 수단 (1) 내지 (4)의 조합이 그 회전방향을 결정하기 위하여 적용된다.

(1) 상기 자석은 상기 요크 자극 톱니와 동일한 자기화 피치를 구비하는 원호 형상의 회전자 자석으로 형성되고, 그 피치가 회전 방향으로 이동되는 보극 자석이 제공된다.

(2) 상기 두 자석(회전자 자석 및 보극 자석)의 자속량은 불규칙하게 형성되는데, 특히, 상기 회전자 자석의 자속량은 상기 보극 자석의 자속량보다 작게 설정된다.

(3) 상기 보극 자석은 단일-자기화 면을 구비한다.

(4) 상기 회전자 자석은 자극 톱니 피치와는 다른 자기화 피치를 구비하도록 형성된다.

또한, 상기 자석은 반경방향으로 자화된다. 이 경우에, 다수의 자석이 원주방향으로 가깝게 배치된다. 그 결과, 미세한 피치로 자극을 배열하기가 쉬워진다. 더욱이, 자극을 홀수로 배열하는 것이 가능해 지고 그 공간이 효율적으로 사용되ㅇ어 효율적인 모터 설계가 가능해진다.

상기 편심 중량체는 자성 물질로 만들어지고, 상기 요크의 자극 톱니와 거의 동일한 피치를 구비하는 불규칙성이 상기 요크에 대향하는 면에 제공되므로 효율이 증대된다.

상기 고정자 요크에 대하여, 2개의 고정자 요크의 자극 톱니의 상(phase)이이동되거나 또는 상기 고정자 요크의 고정자의 모양이 비대칭 형상으로 이루어 짐 으로써, 회전 방향이 결정될 수 있다.

상기 고정자 요크의 자극 톱니와 상기 회전자 자석의 갭(gap)이 불규칙하게 형성됨으로써, 회전 방향이 결정된다.

상기 셀프 본딩(self-bonding) 와이어(wire)가, 상기 고정자 코일용으로 사용되므로 두께 감소, 품질 개선(부풀어오름의 개선), 고 밀도 와인딩(잘 정렬된 와인딩)이 이루어진다.

또한, 본 발명의 실시예 2에 의하면 다음의 효과가 있다.

회전자 프레임에 편심 중량체만이 제공되고, 상기 편심중량체가 상기 회전축(19)로부터 최외각측에 제공되므로 큰 진동을 얻을 수 있다.

더욱이, 상기 자석과 상기 편심 중량체의 회전 영역이 서로 다르게 형성되므로 편심 중량체를 고려하지 않고, 상기 자석과 상기 자극 톱니가 자유롭게 설계될 수 있다.

상기 고정자 요크의 자극 톱니에 대하여, 회전축의 반지름이 상기 지지 몸체에 제공되는 상기 자석에 의하여 더욱 길게 형성되므로 상기 자극 톱니의 수가 증가될 수 있고, 결과적으로 단차(step)의 수가 증가되어 정교한 제어가 가능해진다.

상기 자석, 상기 고정자 요크 및 상기 편심 중량체는 일렬로 배열되고 편평한 또는 얇은 구조가 가능하다.

또한, 위 실시예 1 및 실시예 2를 이용한 진동모터를 이용한 휴대용 단말기에 의하면,

전술한 진동모터를 사용하므로 상기 진동모터가 효율적으로 편평한 원통형 형상으로 된 작은 차지 공간 내에 효율적으로 수용되고, 그 결과 요구되는 강한 진동이 발생될 수 있다.

Claims (13)

1. 단상(single phase) 환형 고정자 코일(coil)과;

   상기 단상 환형 고정자 코일의 주변을 둘러싸면서 배치되고 자극 톱니(pole teeth)를 구비하는 고정자 요크(yoke)와;

   상기 고정자 요크를 고정하고 상기 단상 환형 고정자 코일에 연결되는 와이어링(wiring)을 구비하는 인터페이스 보드(interface board)와;

   회전축에 설치되고, 또한, 회전축을 중심으로 하여 상기 고정자 요크 외측에 위치하는 회전자 프레임과;

   상기 자극 톱니에 대향하여 배치되는 동시에, 상기 회전자 프레임에 설치되는 원호 형상의 자석(magnet)과;

   상기 자석과 동일한 회전면으로 상기 회전자 프레임에 설치된 편심 중량체;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동모터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 자석은, 상기 고정자 요크의 자극 톱니의 피치(pitch)와 동일한 자기화 피치를 갖는 원호형상의 회전자 자석; 및

   상기 고정자 요크의 상기 자극 톱니의 피치에 대하여 상기 회전자의 회전 방향으로 이동되는 또 하나의 자기화 피치를 구비하여 상기 원호형 회전자 자석의 자속보다 더 큰 자속량을 갖는 보극 자석;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동모터.
3. 제2항에 있어서,

   상기 보극 자석은 상기 자극 톱니에 대향하는 소정의 면을 구비하고 그 면은 N극 및 S극 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 진동모터.
4. 제1항에 있어서,

   상기 자석은, 상기 고정자 요크의 자극 톱니(pole teeth)의 피치(pitch)와는 다른 자기화 피치를 구비하는 호형 회전자 자석을 포함하고;

   상기 고정자 요크의 자극 톱니 영역과 상기 호형 회전자 자석의 자기화 피치 영역의 갭(gap)은, 상기 자극 톱니 영역과 상기 자기화 피치 영역 중 하나의 중앙부를 제외한 나머지 영역의 일부 영역에서 변화되는 것을 특징으로 하는 진동모터.
5. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 자석은 반경방향으로 자화되는 것을 특징으로 하는 진동모터.
6. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 단상 환형 고정자 코일은 셀프본딩(self-bonding) 와이어(wire)의 와인딩(winding) 및 융착(fusion-bonding)에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 진동모터.
7. 삭제
8. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 고정자 요크는,

   제1 자극 톱니를 갖는 제1 고정자 요크;

   제2 자극 톱니를 갖는 제2 고정자 요크; 그리고

   상기 제1 및 제2 고정자 요크가, 상기 제1 및 제2 자극 톱니가 콤 티스(comb teeth) 형상으로 서로 맞물리도록 배치시키고 결합시키는 제3 고정자 요크를 포함하고, 그리고

   상기 제3 고정자 요크가 상기 회전축의 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동모터.
9. 제8항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 자극 톱니의 상(phase)은, 상기 회전자의 회전방향이 결정되도록 이동되는 것을 특징으로 하는 진동모터.
10. 제8항에 있어서,

    상기 제1 고정자 요크의 제1 자극 톱니의 형상 및 상기 제2 고정자 요크의 제2 자극 톱니의 형상이 상기 회전자의 회전방향이 결정되도록 비대칭(asymmetric) 으로 형성되는 것을 특징으로 하는 진동모터.
11. 제8항에 있어서,

    상기 자석은 호형 회전자 자석 및 보극 자석을 포함하고, 그리고

    상기 회전자는 상기 회전축 둘레에 회전자 프레임을 더 포함하며, 상기 회전자 프레임은 상기 편심 중량체, 상기 호형 회전자 자석 및 보극 자석을 구비하는 것을 특징으로 하는 진동모터.
12. 제8항에 있어서,

    상기 편심 중량체는, 자성체를 포함하고, 상기 고정자 요크의 대향면상에 상기 고정자 요크의 자극 톱니와 실질적으로 동일한 피치를 갖는 요철을 구비하는 것을 특징으로 하는 진동모터.
13. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 기재된 진동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 통신단말기.

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