KR101047657B1 - 편평형 진동 모터 - Google Patents

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Abstract

편평형 진동 모터가 개시된다. 상기 편평형 진동 모터는 회전자와 작용하여 회전자를 회전시키는 고정자용 마그네트와 대향되게 다른 하나의 마그네트를 설치하여, 고정자용 마그네트에서 발생되는 자속이 회전자를 관통하여 회전자와 수직인 방향으로만 흐르도록 한다. 따라서, 회전자에 수직으로 작용하여 회전자를 시소형태로 운동시키는 전자기력이 억제되므로, 회전자에 결합된 베어링이 지지축에 압착되지 않는다. 이로인해, 베어링에서 누설되는 오일의 양이 줄어들므로, 수명이 연장된다. 또한, 마그네트가 2개 설치되므로, 토크가 증가하여 라이징타임(Rising Time)이 단축된다.

Description

편평형 진동 모터{FLAT TYPE VIBRATION MOTOR}
도 1은 종래의 편평형 진동 모터의 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 회전자에 축방향으로 작용하는 전자기력을 보인 도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 편평형 진동 모터의 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 회전자의 평면도로서, 지지부재를 제거한 상태의 평면도.
도 5는 도 3에 도시된 회전자에 축방향으로 작용하는 전자기력을 보인 도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
111 : 브라켓 115 : 케이스
120 : 지지축 130 : 베어링
140 : 회전자 143 : 코일
160,180 : 제 1,2 마그네트 170 : 브러시
본 발명은 편평형 진동 모터에 관한 것이다.
편평형 진동 모터는 경량, 박형 및 슬림한 형태이면서 충분한 진동을 발생하 기에, 휴대용 통신기기의 착신수단용으로 널리 사용되고 있다.
도 1은 종래의 편평형 진동 모터의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 회전자에 축방향으로 작용하는 전자기력을 보인 도로서, 이를 설명한다.
도시된 바와 같이, 상호 결합된 브라켓(11)과 케이스(13)가 마련되고, 브라켓(11) 및 케이스(13)의 상면에는 지지축(15)의 하단부측 및 상단부측이 각각 지지된다.
지지축(15)의 외주면에는 베어링(17)이 회전가능하게 설치되고, 베어링(17)에는 베어링(17)과 일체로 회전하면서 진동을 발생하는 편심된 회전자(21)가 고정된다. 회전자(21)는 반원형의 회전자기판(21a), 회전자기판(21a)에 설치된 코일(21b)과 웨이트(미도시) 및 지지용 합성수지(21c)를 가진다.
브라켓(11)에는 회전자(21)와 작용하여 회전자(21)를 회전시키는 링형상의 마그네트(23) 및 기판(25)이 각각 설치된다. 마그네트(23)가 고정자이다. 기판(25)에는 브러시(27)의 하부측이 접속 설치되고, 브러시(27)의 상부측은 회전자기판(21a)에 탄성 접촉되어 외부의 전원을 코일(21b)로 전달한다.
그리하여, 외부의 전원이 코일(21b)로 공급되면, 코일(21b)과 마그네트(23) 사이에 형성되는 전자기장에 의하여 회전자(21)가 회전하면서 진동을 발생한다.
마그네트(23)에서 발생되는 자속은 코일(21b)을 통과하여 백요크의 기능을 하는 케이스(13)로 유입된 후, 다시 마그네트(23)로 유입되는 루프를 이룬다.
그런데, 마그네트(23)의 외주면측 및 내주면측에서 발생된 자속은 지지축(15)의 반경방향측 마그네트(23)의 외측 및 내측으로 각각 누설된다. 마그네트(23)의 외측 및 내측으로 누설되는 자속은 코일(21b)을 통과할 때, 지지축(15)의 축방향으로 직진하지 않고 지지축(15) 반경 방향측으로 휘게되므로, 지지축(13)의 축방향으로 전자기력이 작용한다. 회전자(21)에 작용하는 전자기력은, 도 2에 도시된 바와 같이, 회전하는 회전자(21)의 위치에 따라 대략 -1.1gf ∼ +1.1gf이다. 이는 회전자(21)에 작용하는 (+) 및 (-)의 전자기력에 의하여 회전자(21)가 지지축(15)의 중심에 대하여 시소형태로 운동하면서 회전하는 것을 의미한다.
상기와 같은 종래의 편평형 진동 모터는 회전자(21)를 지지축(15)의 중심에 대하여 시소형태로 운동시키려는 전자기력이 너무 세다. 이로인해, 회전자(21)에 결합된 베어링(17)의 상단부측 및 하단부측이 지지축(15)에 압착되어 오일이 누설되므로, 수명이 단축되는 단점이 있다.
또한, 편평형 진동 모터의 경량, 박형 및 슬림화에 따라 토크가 작다. 이로인해, 진동력이 저하되고, Rising Time이 270∼300ms로 긴 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 회전자를 시소형태로 운동시키는 전자기력을 저감시켜 수명을 연장할 수 있는 편평형 진동 모터를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 큰 진동력을 얻을 수 있고, Rising Time을 줄일 수 있는 편평형 진동 모터를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 편평형 진동 모터는, 상호 결합된 브라켓과 케이스; 일단부측은 상기 브라켓에 지지되고, 타단부측은 상기 브라켓과 대향하는 상기 케이스의 일면에 지지되어 기립 설치된 지지축; 상기 지지축에 회전가능하게 설치된 베어링; 상기 베어링에 결합되어 상기 베어링과 일체로 회전하면서 진동을 발생하며, 코일을 가지는 회전자; 상기 회전자와 대향되게 상기 브라켓에 설치되며 상기 코일과 작용하여 상기 회전자를 회전시키는 링형상의 제 1 마그네트; 상기 제 1 마그네트에서 발생되는 자속이 상기 지지축의 축방향을 따라 상기 코일을 통과하는 것을 촉진하고, 상기 지지축의 반경방향을 따라 상기 제 1 마그네트의 외측 및 내측으로 누설되는 것을 방지하는 제 1 수단을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 편평형 진동 모터를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 편평형 진동 모터의 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 회전자의 평면도로서, 지지부재를 제거한 상태의 평면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 회전자에 축방향으로 작용하는 전자기력을 보인 도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(110)이 마련된다. 하우징(110)은 상호 결합되어 내부에 소정 공간을 형성하며 상대적으로 수직방향 하측에 위치된 브라켓(111)과 수직방향 상측에 위치된 케이스(115)를 가진다.
이하, 브라켓(111)과 케이스(115)를 포함한 다른 구성요소들의 면 및 방향을 지칭함에 있어서, 하우징(110)의 수직방향 상측을 향하는 면 및 방향을 "상면 및 상측", 하측을 향하는 면 및 방향을 "하면 및 하측"이라 한다.
브라켓(111)은 원판형상으로 마련되고, 케이스(115)는 하면이 개방된 원통형상으로 마련되어 개방된 하면측이 브라켓(111)에 결합된다.
브라켓(111)의 중앙부측 및 케이스(115)의 상면 중앙부측에는 상호 대향되게 지지관(112) 및 지지홈(116)이 각각 형성되고, 지지관(112) 및 지지홈(116)에는 지지축(120)의 하단부측 및 상단부측이 각각 지지되어 하우징(110)에 대하여 수직으로 기립 설치된다.
지지축(120)의 외주면에는 베어링(130)이 회전가능하게 설치되고, 베어링(130)에는 베어링(130)과 일체로 회전하면서 진동을 발생하는 편심된 회전자(140)가 결합 고정된다.
회전자(140)는 대략 반원판형으로 형성되어 베어링(130)을 감싸는 회전자기판(141), 회전자기판(141)의 상면에 접속 설치된 코일(143), 회전자기판(141)의 상면에 설치되며 큰 진동력을 발생하기 위한 웨이트(145), 브라켓(111)과 대향하는 회전자기판(141)의 하면에 형성되며 코일(143)과 접속된 정류자(147) 및 회전자기판(141)과 코일(143)과 웨이트(145)를 일체로 결합하며 베어링(130)의 외주면에 결합된 지지부재(149)를 가진다. 지지부재(149)는 합성수지제로 사출에 의하여 회전자기판(141)과 코일(143)과 웨이트(145)에 일체로 형성된다.
브라켓(111)의 상면 대략 중앙부측에는 PCB(Printed Circuit Board)(150)가 접착 고정되고, 테두리부측에는 지지축(120)을 감싸는 형태로 고정자인 링형상의 제 1 마그네트(160)가 고정된다. 그리고, 기판(150)에는 브러시(170)의 하부측이 접속 설치되는데, 브러시(170)의 상단부측은 정류자(147)에 탄성 접촉된다. 브러 시(170)는 PCB(150)와 회전자(140)를 전기 접속시킬 뿐만 아니라, 회전자(140)를 지지축(120)의 축방향으로 탄성 지지한다.
그리하여, 외부의 전원이 PCB(150)→브러시(170)→정류자(147)를 통하여 코일(143)로 공급되면, 코일(143)과 제 1 마그네트(160)의 작용에 의하여 회전자(140)가 회전하면서 진동을 발생한다.
제 1 마그네트(160)에서 발생되는 자속은 코일(143)을 통과하여 백요크의 기능을 하는 케이스(115)로 유입된 후, 다시 제 1 마그네트(160)로 유입되는 루프를 이룬다.
이때, 제 1 마그네트(160)의 외주면측 및 내주면측에서 발생된 자속은 힘이 약하여 지지축(120)의 반경방향을 따라 제 1 마그네트(160)의 외측 및 내측으로 각각 흐른다. 그런데, 제 1 마그네트(160)의 외측 및 내측으로 흐르는 자속에 의하여 회전자(140)의 테두리부측 및 중앙부측에는 지지축(120)의 축방향으로 전자기력이 작용한다. 그러면, 회전자(140)가 지지축(120)을 기준으로 시소형태로 운동하고, 이로인해 베어링(130)의 상단부 및 하단부측이 지지축(120)에 압착되므로 오일이 누설된다.
원통좌표계에서 자속밀도 B = Bρaρ + Bφaφ + Bzaz 이다.
그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 전하의 흐름방향에 따라, 전하밀도 DL1 = DLρ1aρ, DL2 = DLφ2 aφ, DL3 = DLρ3aρ, DL4 = DLφ2 aφ 이고, 전자기력
Figure 112008046970198-pat00001
이다. dL = dL1 + dL2 + dL3 + dL4 이므로, 이를 대입하면,
Figure 112008046970198-pat00002
이다. 이때, 자속밀도 B의 성분 중, z방향 성분만 존재한다면,
Figure 112008046970198-pat00003
이므로, 상기 수식에서 F의 az방향 성분은 사라지게 된다.
즉, 회전자(140)에 수직하는 지지축(120)의 축방향 전자기력은 존재하지 않는다.
본 실시예에 따른 편평형 진동 모터에는 제 1 마그네트(160)에서 발생되는 자속이 지지축(120)의 축방향을 따라 코일(143)을 통과하는 것을 촉진하고, 지지축(120)의 반경방향을 따라 제 1 마그네트(160)의 외측 및 내측으로 누설되는 것을 방지하는 제 1 수단이 마련되는데, 이를 상세히 설명한다.
상기 제 1 수단은 제 1 마그네트(160)와 대향되게 케이스(115)의 일면에 결합된 링형상의 제 2 마그네트(180)로 마련된다. 회전자(140)를 사이에 두고 제 1 마그네트(160)와 제 2 마그네트(180)는 대향하고, 제 1 마그네트(160)와 제 2 마그네트(180) 사이의 갭은 충분히 작으므로, 제 1 마그네트(160)에서 발생된 자속의 대부분은 지지축(120)의 반경방향으로 휘지 않고 제 2 마그네트(180)로 유입된다. 즉, 제 1 마그네트(160)에서 발생된 자속은 코일(143)을 통과하여 제 2 마그네트(180)→케이스(115)로 유입된 후, 다시 제 1 마그네트(160)로 유입되는 루프로 흐른다.
상기와 같이 구성된 본 실시예에 따른 편평형 진동 모터는 회전자(140)에 작용하는 지지축(120)의 축방향 전자기력은, 도 5에 도시된 바와 같이, 0.15gf ∼ 0.3gf로 대단히 작다. 이는 회전자(140)의 중량을 이기지 못하는 힘이므로, 베어링(130)이 지지축(120)에 압착되지 않는다.
본 실시예에 따른 편편형 진동 모터에는 제 2 마그네트(180)를 이용하여 코일(143)을 통과하는 자속이 휘지 않고 지지축(120)의 축방향으로 직진하도록 하는 제 2 수단이 마련된다.
상기 제 2 수단은 제 2 마그네트(180)의 내경을 제 1 마그네트(160)의 내경과 같거나 작게 형성하고, 제 2 마그네트(180)의 외경을 제 1 마그네트(160)의 외경과 같거나 크게 형성하여 마련한다. 이는, 제 1 마그네트(160)의 외주면측 및 내주면측에서 발생되는 자속도 코일(143)을 통과하여 제 2 마그네트(180)로 흐르게 하기 위함이다.
또한, 상기 제 2 수단은 제 1 마그네트(160)와 회전자(140) 사이의 갭(G1) : 제 2 마그네트(180)와 회전자(140) 사이의 갭(G2) = 1 : 0.2∼1로 형성하거나, 제 1 마그네트(160)의 두께(t1) : 제 2 마그네트(180)의 두께(t) = 1 : 0.3∼1로 형성한다.
가장 바람직하게는, 지지축(120)의 축방향에 대한 코일(143)의 두께 중심선(O-O)을 기준으로 상측 및 하측의 자속량이 동일한 것이 이상적이다.
본 실시예에 따른 편평형 진동 모터는 마그네트가 2개 마련되므로, 토크가 향상된다. 따라서, 회전자(140)가 정상적인 진동에 도달하는 시간인 라이징 타임(Rising Time)이 125ms 정도로 단축된다.
지지관(112)과 베어링(130)의 하단면(下端面) 사이 및 베어링(130)의 상단면(上端面)과 케이스(115)의 상면 사이에는 베어링(130)이 각각 접촉 지지되어 마모되는 것을 방지하는 제 1 및 제 2 와셔(191,193)가 각각 설치된다. 그리고, 제 2 와셔(193)와 베어링(130)의 상단면(上端面) 사이에는 제 3 와셔(195)가 더 설치될 수 도 있다.
제 1 내지 제 3 와셔(191,193,195)는 내마모성이 우수하고 마찰소음을 최소화하는 수지로 형성되며, 설치공간을 줄이기 위하여 외경은 베어링(130)의 외경보다 작은 것이 바람직하다.
이상에서 설명하듯이, 본 발명에 따른 편평형 진동 모터는 회전자와 작용하여 회전자를 회전시키는 고정자용 마그네트와 대향되게 다른 하나의 마그네트를 설치하여, 고정자용 마그네트에서 발생되는 자속이 회전자를 관통하여 회전자와 수직인 방향으로만 흐르도록 한다. 따라서, 회전자에 수직으로 작용하여 회전자를 시소형태로 운동시키는 전자기력이 억제되므로, 회전자에 결합된 베어링이 지지축에 압착되지 않는다. 이로인해, 베어링에서 누설되는 오일의 양이 줄어들므로, 수명이 연장된다.
또한, 마그네트가 2개 설치되므로, 토크가 증가하여 라이징타임(Rising Time)이 단축된다.
이상에서는, 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.

Claims (13)

  1. 상호 결합된 브라켓과 케이스;
    일단부측은 상기 브라켓에 지지되고, 타단부측은 상기 브라켓과 대향하는 상기 케이스의 일면에 지지 설치된 지지축;
    상기 지지축에 회전가능하게 설치된 베어링;
    상기 베어링에 결합되어 회전하면서 진동을 발생하며, 코일을 가지는 회전자;
    상기 브라켓에 설치되며 상기 코일과 작용하여 상기 회전자를 회전시키는 링형상의 제 1 마그네트;
    상기 제 1 마그네트와 대향되게 상기 케이스의 일면에 결합되어 상기 제 1 마그네트에서 발생되는 자속이 상기 지지축의 축방향을 따라 상기 코일을 통과하는 것을 촉진하는 링형상의 제 2 마그네트를 포함하고,
    상기 제1 마그네트의 두께는 상기 제2 마그네트의 두께보다 크고,
    상기 제 2 마그네트의 내경은 상기 제 1 마그네트의 내경보다 작게 형성되고, 상기 제 2 마그네트의 외경은 상기 제 1 마그네트의 외경보다 크게 형성되며, 상기 회전자의 외경은 상기 제1 마그네트의 외경보다 크고 상기 제2 마그네트의 외경보다 작은 편평형 진동 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 마그네트와 상기 회전자 사이의 갭은 상기 제 2 마그네트와 상기 회전자 사이의 갭보다 큰 편평형 진동 모터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스에는 홈이 형성되고, 상기 홈은 상기 지지축의 상면과 접촉하며,
    상기 케이스의 홈 주위는 상기 브라켓 방향으로 돌출되어 상기 지지축의 측면과 접촉하는 편평형 진동 모터.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지축의 축방향에 대한 상기 코일의 두께 중심선을 기준으로 상측 및 하측의 자속량은 동일한 편평형 진동 모터.
  6. 제 5 항에 있어서.
    상기 브라켓 및 상기 케이스의 일면에는 상기 지지축의 일단부측 및 타단부측이 각각 지지되는 지지관 및 지지홈이 형성된 편평형 진동 모터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 지지관과 상기 베어링 사이 및 상기 베어링과 상기 케이스의 일면 사이에는 상기 베어링의 일단면(一端面) 및 타단면(他端面)이 각각 지지되는 제 1 및 제 2 와셔가 개재된 편평형 진동 모터.
  8. 제 7 항에 있어서.
    상기 제 2 와셔와 상기 베어링 사이에는 제 3 와셔가 더 개재된 편평형 진동 모터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 와셔의 외경은 상기 베어링의 외경보다 작은 편평형 진동 모터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전자는 반원형상으로 형성되며 상기 코일이 접속 설치되는 회전자기판, 상기 회전자기판에 설치된 웨이트, 상기 브라켓과 대향하는 상기 회전자기판의 면에 형성되며 상기 코일과 접속된 정류자 및 상기 회전자기판과 상기 코일과 상기 웨이트를 일체로 결합하며 상기 베어링에 결합된 지지부재를 더 가지는 편평형 진동 모터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 브라켓에는 PCB(Printed Circuit Board)가 설치되고,
    일단부측은 상기 PCB에 접속 설치되고 타단부측은 상기 정류자에 탄성 접촉되어 상기 회전자를 상기 지지축의 축방향으로 지지하는 브러시를 포함하는 편평형 진동 모터.
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