专利名称：扁平无换向器振动电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改良扁平振动电机，其配置在流动通讯终端等，以产生振动讯号，更具体地说，涉及一种没有电刷和换向器的扁平无刷型振动电机，其适合代替具有电刷和换向器的电刷型振动电机并包括一设置在由永久磁铁制成的转子的圆周表面的一侧上的偏心件、一对或多对装在振动电机中的霍尔感应器(hallsensors)，以便启动和驱动所述振动电机、一安装在所述电机的内部或外部的电机控制器和一配置上改进的定子线圈以减少磁通量损失并排除非工作点，因此，可以防止所述振动电机的启动和驱动失调以及提高它的性能与效率。
背景技术：
通常，流动通讯终端中采用一种振动电机诸如一手提电话，则用于提醒用户来电。为了满足流动终端的体积小、重量轻以及能耗低的要求，广泛采用一种硬币形的扁平振动电机，其尺寸与厚度大大缩少。
该扁平振动电机主要包括一作为固定件的永久磁铁、一作为转动件的转子和一在电源(+，-)与转子之间的电连接件，通常由电刷与一换向器构成。
早期，采用一在转动电机的输出轴上安装的偏心板或一整体偏向一侧的扇状转子来获得振动，所述转子具有三个在其上安装带有其间不重叠部分的电枢线圈。
这样一种扇状振动电机采用扇状的转子，其包括一具有多个空间性偏向一侧的电枢线圈的偏心转子、一在该偏心转子中心安装的轴杆和一支撑轴承与一外壳，两者用作支撑该偏心转子，以致于转子靠轴杆和轴承自由转动。该扇状振动电机还包括一由一支架构成的外壳、一装配在支架上把磁通量供给偏心转子的环状永久磁铁、一些装配在永久磁铁中的电刷、一插入其中的电刷座和一装配在该偏心转子的一表面上的换向器以与该电刷的顶部处于滑动接触。
该振动电机的结构是这样的所述偏心转子其具有多个空间性偏向旋转一侧的电枢线圈；固定永久磁铁和采用通过该电刷与换向器接受驱动力的电刷式电机，因此，导致以下的问题。
即是说这些问题是众所周知的，因为该振动电动机的直径小到约10mm(毫米)和所述电刷与换向器的结构脆弱和耐用性低，结果，使用寿命缩短，由于该电刷和换向器制作困难而成本增加以及连接结构引起的火花与噪音则对其他各种电子器件有不良的影响。
由于流动通讯终端等中采用的其他传统振动电机还都采用具有偏心不平衡锤的电刷式的电机，其均有相同的问题。现行只有噪音过滤器等用来解决所述问题。
此外，由于传统的振动电机在转子线圈之间具有大的空隙，以致于带来相当大的漏磁通，从而存在振动电机的效率降低和能耗增加的问题，结果使流动通讯终端的使用寿命缩短。
发明内容
故而，本发明是考虑到以上的问题而作出的和本发明的目的是提供一种没有电刷和换向器的扁平无电刷式振动电机，以便代替现行流动通讯终端采用的无电刷式振动电机。
本发明的另一目的是提供一种振动电机，其中一对或多对探测(感应)一永久磁铁转子的磁极及其位置的霍尔感应器配置在一振动电机一定子的内侧上固定两或三个磁场线圈的接纳空间以使振动电机启动或驱动，以及使该振动电机的一控制器安装在两个可安装位置中的一个位置上，一位置在接纳空间中和另一位置在外部。
本发明进一步的目的是提供一种振动电机，其中霍尔感应器与控制振动电机的集成电路(IC)元件结合为一体，以便简化整个电路并降低生产成本。
本发明再一个的目的提供一种振动电机，其中定子磁场线圈的配置得以改进以降低磁场损耗和磁场线圈配置或互相重叠，或是磁场线圈之间的界限与虚拟线(径向向外地由轴杆的中心线伸展)不一致，以便排除非工作点，这样会防止工作失调和进一步提高本发明的效率和性能。
本发明的以上和其他目的可以通过一非换向振动电机实现，其包括由韧磁性材料制作的上下外壳、一由一永久磁铁(具有两或多个磁极)或一环形永久磁铁制作的转子、一在所述永久磁铁的背面上结合的韧性磁体、产生一转动磁场以使永久磁铁转动的定子磁场线圈、一带有一轴承并使永久磁铁轴向安装在其上的轴杆、一固定该轴杆与磁场线圈的绝缘定子、一对或多对检测永久磁铁的磁极及其位置的霍尔感应器、一控制该振动电机的所有工作的电机控制器和固定在永久磁铁的圆周表面的一侧上的电机控制器。
该绝缘定子最好在它的内部限定一接纳空间，以便安装一对或多对左右霍尔感应器，该电机控制器连接霍尔感应器或该霍尔感应器与一控制电机的集成电路成一体，以致于配置在接纳空间里的霍尔感应器可检测(感应)和控制该转子永久磁铁磁极(或它的振动)及其位置。
所述磁场线圈之间的界限最好与虚拟线(径向向外地由轴杆的中心线伸展)不一致或与其平衡。此外，相互邻接的磁场线圈以重叠配置，以使排除非工作点。
该永久磁铁最好偏心地安装在轴杆上，而不是采用与该永久磁铁的圆周表面的一侧结合的偏心件。
该振动电机控制器最好包括霍尔感应器、对自霍尔感应器输入的讯号作比较和输出的运算放大器、一控制该电机启动和驱动的控制单元、多个电机驱动器和分别与电机驱动器连接的磁场线圈。
该控制单元最好包括一波形整形电路以整形由霍尔感应器输入的讯号波形、一依据业已整形的讯号来确定供电给该磁场线圈的顺序的逻辑电路、一由所述逻辑电路确定输出运行与供电定时讯号的运行设定电路和依据输出运行讯号来确定与改变对磁场线圈供电方向的开关件。
以下，将结合附图对本发明作详细的叙述，由此则更清楚地明白本发明的以上和其代目的、特征和其他优点，其中图1所示为本发明一最佳实施例的振动电机的外形透视图；图2和图3所示为图1的剖视平面图；图4至图7所示为本发明另一最佳实施例的振动电机的平面图；图8所示为本发明另一最佳实施例的振动电机的垂直剖视图；图9所示为永久磁铁(转子)上配置偏心件的平面图；图10所示为本发明振动器电机控制器的一控制器方块图；图11所示为本发明另一最佳实施例中采用两磁场线圈的振动电机的平面图；图12所示为图11的剖视图；图13所示为图11中振动电机的控制电路的方块图；以及图14所示为关于图13的控制电路的时间图。
具体实施例图1和图2所示分别是透视外形和剖视图，其所示为本发明的没有电刷与换向器的一种扁平无刷式振动电机2的主要部分。
本发明的振动电机2包括韧磁性材料制成的上外壳4与下外壳6，一用作转子的永久磁铁8，一在永久磁铁8的背面上结合的韧性磁体10和定子磁场线圈C1，C2与C3，以产生一转动的磁场使所述永久磁铁8转动。一支撑轴承12安装在韧性磁体10的中心孔。一轴杆14与支撑轴承12的中心孔连接。轴杆14和磁场线圈C1，C2与C3固定在一绝缘定子16。振动电机2还包括一对或多对霍尔感应器(所示实施例中为H1和H2)，以检测永久磁铁8的磁极及其位置，一控制振动电机2的所有工作的电机控制器18和一分别把驱动功率与一外部控制讯号传送给振动电机2与电机控制器18的供电端20。一接纳空间22只用作安装霍尔感应器H1与H2或与电机控制器18配置在一起。偏心件24固定在永久磁铁8的圆周表面上。
本发明的外壳4与6和韧性磁体均由磁性材料制作，其会因一磁铁接近显示磁化的特性，而当移开磁铁便退磁。外壳4和6用作内部零件的保护罩和一磁屏障。标号26为一垫圈。
永久磁铁8具有两个或多个交替配置的磁极(N或S)，其以面向定子16的方式安装。永久磁铁的转动方向基于磁场线圈C1，C2与C3产生的磁场顺序由电机控制器18确定。
韧性磁体10防止永久磁铁8的磁场向后漏出和受到干扰。
另外，如图3所示，霍尔感应器H1与H2单独安装在接纳空间22中并与电机控制器18结合，或者如图5所示，H1和H2结合到一控制该振动电机的单晶片IC。霍尔感应器H1与H2以面向永久磁铁8配置并检测磁极的位置和变化，随后把检测的结果输入电机控制器18。
换句话说，所述霍尔感应器检测转子的位置并使检测到的讯号输入至电机控制器18。
该电机控制器18基于上述输入讯号，在振动电机2工作中测定供给磁场线圈C1，C2与C3的电源时序，以便启动和驱动该振动电机2。如图3和图5所示，电机控制器18配置在振动电机2内部，其中控制器与霍尔感应器H1和H2一起配置在接纳空间22中。如图4所示，电机控制器还可以配置在振动器外部，其中控制器与H1和H2作电连接。
如上所述，转子包括轴杆14、支撑轴承12、永久磁铁8和偏心件(不平衡的重物)24，所述偏心件固定或接合在该永久磁铁8的圆周表面的一侧上。该支撑轴承12一般由金属制作。
磁场线圈C1，C2与C3由细直径的导线如漆包线制作，其绕成一种要求结构。可以采用铁心，也可以不用。但最好至少有两个或最佳三个铁心配置在定子16上，其位置与铁心上安置的永久磁铁8相对应。
磁场线圈C1，C2与C3和轴杆14由镶嵌模型塑法模制成绝缘定子16中和磁场线圈C1，C2与C3的末端部分通过端子20与电机控制器18连接。
偏心件24的安装覆盖角为180°或以上，并固定地沿永久磁铁的圆周表面上配置，其使振动力减少和另一方面，少于20°至30°的安装覆盖角度则使振动电机的效率降低和使振动电机超荷。因此，本发明的安装覆盖角度为大于20°至30°而少于180°的角度，最好约为100°。另外，当磁场线圈C1，C2和C3的安装覆盖角度的和值大于150°时，就能获得使振动电机8顺畅地转动的足够的磁场。
作为偏心件24的不平衡体一般由高比重的重物制作。由于不平衡体固定地连接在转子(永久磁铁8)的圆周表面上，故而由非磁性金属或非金属重物制作，以致于不对永久磁铁8的磁场产生影响。
偏心件24由重物制作的原因是为取得引起振动的足够的偏心率，但振动也可以通过在轴杆14偏心地配置永久磁铁8获得而不需不平衡体。
当本发明的振动电机2这样配置时，即在轴杆偏心地配置转子永久磁铁8，则可不用单个偏心件(不平衡体)而使振动电机的尺寸缩小以顺应现行的小型趋势。
此外，因为该偏心件24可固定在永久磁铁8的圆周表面的任何位置，所以它的优点是不需要设定固定位置，这样更容易制造。
本发明的定子16中，偏置的磁场线圈C1，C2和C3可以使接纳空间22在其一侧上形成，以便把一对或多对霍尔感应器H1和H2配置在其中或使电动控制器18与霍尔感应器H1和H2结合一起配置。
如图3所示，当磁场线圈C1，C2和C3之间的边界与自轴杆14中心径向地向外伸展的虚拟线O重合或平行时，这样便产生非工作点。因此，如图6和7所示，本发明的磁场线圈C1，C2和C3以这样一种形状配置在定子16中，即边界不会与虚拟线O重合或平行，以便消除非工作点和防止振动电机8不正常工作。
此外，如图8所示，所述磁场线圈C1，C2和C3的配置方式要使磁场线圈C1与C2垂直地重叠以及磁场线圈C2与C3也垂直地重叠，以致于没有平面中的边界部分，籍此防止振动电机8不正常工作和提高效率。
图10所示为本发明一实施例的振动电机的控制器18的电路图。该控制器18包括霍尔感应器H1和H2、用作比较和输出霍尔感应器H1与H2的运算放大器OP1至OP4和一根据运算放大器OP1至OP4的信号控制振动电机2a启动与驱动的控制单元。控制器18还包括多个放大控制单元的输出的电机驱动器D1，D2与D3和分别与电机驱动器D1，D2与D3的输出端连接的磁场线圈C1，C2与C3。
所述控制单元包括一对霍尔感应器H1与H2的信号进行波形整形的波形整形电路(施密特(Schmitt)触发器电路)和一根据业已波形整形的信号确定供给磁场线圈C1，C2与C3的电源时序的逻辑电路。控制单元还包括一分配逻辑电路的输出运行与定时供电信号的运行分配电路和一根据输出运行信号确定与改变供电方向的开关电路。
下表所示为霍尔感应器H1与H2的输出信号，例如，所述信号是基于具有六个磁极的永久磁铁8的磁极与磁极的位置。
表1(霍尔感应器检测具有六个磁极的永久磁铁的极性的信号例子)
振动电机2的启动与驱动状态由表1的例子说明。
当信号‘H’(有源)根据永久磁铁8的位置提供给霍尔感应器H1的地址1和霍尔感应器H2的地址2，电源电压供给磁场线圈C1以使启动和驱动振动电机2。当信号‘H’提供给霍尔感应器的地址0与1和霍尔感应器的地址2，电源电压供给磁场线圈C2以使启动和驱动振动电机2。
当然，本发明不限于上述的例子和输出状态可以根据永久磁铁8的磁极数量或其次序而变化。
另一方面，图11和12所示为根据本发明的另一实施例的振动电机2a的示意图与剖视图，其中磁场线圈C4与C5配置在绝缘定子16的两边。所述振动电机的大部分均类似采用三个磁场线圈C1，C2与C3的振动电机，但磁场线圈C4与C5的配置则不一样，由于其磁场线圈C4与C5的数量为二个。因此，把控制电源供给两个磁场线圈C4与C5的电路和控制转子(永久磁铁)顺畅转动的定时控制也有不同。
换句话说，该振动电机2a包括上下外壳4和6、转子永久磁铁8、与转子永久磁铁8的后面结合的韧性磁体10和产生转动永久磁铁8的旋转磁场的定子磁场线圈C4与C5。一支撑轴承12连接韧性磁体10的中心孔。一轴杆14连接支撑轴承12的中心孔。轴杆14和磁场线圈C4与C5固定在绝缘定子16中。振动电机2a还包括一对或多对检测永久磁铁8的磁极及其位置的霍尔感应器H1与H2、一控制振动电机2的全部工作的电机控制器18a和一分别把驱动功率与外部控制信号传送给振动电机2与电机控制器18a的供电端20。一接纳空间22只限定配置霍尔感应器H1与H2或连同电机控制器18a一起配置。偏心件24固定在永久磁铁8的圆周表面上。
磁场线圈C4与C5可以分别径向地配置在绝缘定子16的左右两边以使振动电机2a顺畅地工作。然而，因为接纳空间22处于绝缘定子16的内部，所以如图11所示，两磁场线圈要配置成不会直接互相面对，而在接纳空间22的旁边。
磁场线圈C4与C5对称地相对垂直中央线配置。磁场线圈C4的安装覆盖角度θ1最好约为90°和垂直中央线与磁场线圈C4之间的角度θ2约为15°以对振动电机2a的启动及驱动不产生负面影响，只要确保接纳空间22与霍尔感应器H1和H2的空间范围。
永久磁铁8具有两个或多个交替配置的磁极N与S，其以面向定子16配置。启动与驱动方向(旋转方向)则基于由磁场线圈C4与C5产生的磁场的顺序由电机控制器18a决定。
另外，一对或多对面向永久磁铁8的霍尔感应器H1与H2以以下方式配置在接纳空间22中单独地或与电机控制器18a结合在一起或成为或集成为单晶片，其有控制振动电机2a的IC元件。霍尔感应器H1与H2检测永久磁铁8的磁极的变化或位置(或转子的位置)，然后把它们输入电机控制器18a。
图13所示为本发明另一实施例的振动电机2a的控制电路的方块图。该电路与图10的电路十分相似。但因为与控制单元的输出端连接的是两个磁场线圈C4与C5而磁场线圈C4与C5交替地产生磁极N与S，所以具有改变电源电压的极性(+，-)功能的驱动器D4和D5的数量为二个和磁场线圈C4与C5分别连接驱动器D4与D5的输出端。
根据由霍尔感应器H1与H2输入的转子的位置，电机控制器18a测定在振动电机2a的启动与驱动时施加在磁场线圈C4与C5的电压极性(+)(-)的移位时限，以便启动和驱动振动电机2。如上所述，电机控制器18a可以配置在振动电机2的内部，其中控制器和霍尔感应器H1与H2一起配置在接纳空间22中。电机控制器18a还可以配置在振动电机2的外部，其中所述控制器与霍尔感应器H1与H2作电连接。
另外，控制单元包括一整形霍尔感应器H1与H2的信号形状的波形整形电路和一开关电路与一逻辑电路根据已整形的信号的形状确定和改变施加在磁场线圈的电压极性(+)(-)的移位时限和电源的时序。
驱动器D4中，施加在磁场线圈C4的电源电压的极性(+)(-)和磁场线圈C4的磁场是根据与控制单元的输出端连接的端子D与E的输出状态而改变。还有，驱动器D5中，施加在磁场线圈C5的电源电压的极性(+)(-)和磁场线圈C5的磁场是根据与控制单元的输出端连接的端子F与G的输出状态而改变。
例如，当信号‘H’(有源)由控制单元的输出端D输出和信号‘L’由输出端E输出，由驱动器D4的输出端Da输出极性(+)的电压和由驱动器D4的输出端Ea输出极性(-)的电压。这时候，一S-极磁场由磁场线圈C4产生。
反之，当信号‘L’(有源)由控制单元的输出端D输出和信号‘H’由输出端E输出，由驱动器D4的输出端Da输出极性(-)的电压和由驱动器D4的输出端Ea输出极性(+)的电压。这时候，一N-极磁场由磁场线圈C4产生。
另外，当信号‘H’(有源)由控制单元的输出端F输出和信号‘L’由输出端G输出，由驱动器D5的输出端Fa输出极性(+)的电压和由驱动器D5的输出端Ga输出极性(-)的电压。这时候，一S-极磁场由磁场线圈C5产生。
反之，当信号‘L’(有源)由控制单元的输出端F输出和信号‘H’由输出端G输出，由驱动器D5的输出端Fa输出极性(-)的电压和由驱动器D5的输出端Ga输出极性(+)的电压。这时候，一N-极磁场由磁场线圈C5产生。
图14所示为时间图，其说明本发明另一实施例的振动电机2a的启动与驱动。
换句话说，当N(N1)是输入霍尔感应器H1的转子起初位置信号时，电源电压通过控制器18a供给磁场线圈C4以产生S-极磁场并产生使转子转向磁场线圈C4的磁引力。当转子转动约为60°，把电源电压供给磁场线圈C5以产生N-极磁场并产生吸引转子的磁极S1的磁力。这样的工作中，磁场线圈C4与C5之间相差为30°，其使磁场不断变化，以驱动振动电机和它的偏心旋转。
另一实施例中，采用两个磁场线圈C4与C5，以便以简单的方式形成定子与控制电路，还可以降低生产成本与重量。
本发明采用一种霍尔感应器(磁敏感器件中的一种)，例如，用作检测永久磁铁8的磁极N与S。然而，还可以采用其他磁敏感器件诸如一行程开关、一读出开关、一磁阻件、一热磁敏感件、一磁二极管、磁性晶体管和一磁半导体闸流管。其他可用的器件则包括一光学传感器、摄像传感器和一近程传感器等。
当采用光学传感器、摄像传感器或近程传感器时，多个反射器可在相应传感器的位置上以预先排列方式在永久磁铁的表面上形成。另外，一摄像传感器也可根据在其上所形成的不同的反射或色度或者近程传感器的目标探测器的一排列方式在其上形成。
工业实用性本发明采用一种没有电刷与换向器的无刷型振动电机，而不是一种带有电刷与换向器的电刷式振动电机。这样使生产过程简化和防止传统振动电机所遇到的问题诸如由小型电刷与换向器引起的耐用性差、寿命短和因连接结构产生的火花与噪音。
此外，排除非工作点以使防止工作失调和收窄磁场线圈之间的界面或排除面内界限部分以使磁场的磁漏进一步降低，因此获得低耗电的振动电机和提高效率。这样使移动通讯端的使用期限更长。
此外，另一采用两个磁场线圈的实施例中，使定子与控制电路的结构简化以降低生产成本与重量。
此外，电机控制器可以安装在振动电机的内部接纳空间中，因此更佳地利用空间以及霍尔传感器与控制电机的IC器件形成一晶片，籍此降低生产成本和改善工作的可靠性。
虽然从说明的观点来看本发明公开了一些最佳实施例，但是本领域的技术人员将完全明白在不脱离本发明权利要求中所揭示的精神和范围中，可以作出各种改型、增加和置换。
权利要求
1.一种扁平无刷式振动电机，其包括一转子，其由轴向地安装并具有两个或多个磁极的永久磁铁构成；一韧性磁体，其在永久磁铁的背面结合；三个定子磁场线圈，其用作产生一使永久磁铁转动的转动磁场；一绝缘定子，其上固定一轴杆和磁场线圈；一对或多对霍尔感应器，用作检测永久磁铁的磁极及其位置；一电机控制器，其用作控制振动电机的整体工作；以及一偏心件，其固定在永久磁铁的圆周表面的一侧。
2.根据权利要求1所述的扁平无刷式振动电机，其特征在于所述绝缘定子的内部限定一接纳空间和所述霍尔感应器配置在接纳空间中。
3.根据权利要求2所述的扁平无刷式振动电机，其特征在于所述霍尔感应器与电机控制器连接和该控制器配置在接纳空间中。
4.根据权利要求2所述的扁平无刷式振动电机，其特征在于所述霍尔感应器与电机控制器结合成单晶片IC器件和该集成电机控制器配置在接纳空间中。
5.根据权利要求1或2所述的扁平无刷式振动电机，其特征在于至少一磁场线圈之间的至少一界线与径向地由轴杆中央向外伸展的一虚拟线不重叠或不平行，以便排除非工作点。
6.根据权利要求1或2所述的扁平无刷式振动电机，其特征在于相互相邻的磁场线圈以互相重叠地配置，以便排除非工作点。
7.根据权利要求1或2所述的扁平无刷式振动电机，其特征在于转子永久磁铁是偏心地配置在轴杆上以使电机振动。
8.根据权利要求1或2所述的扁平无刷式振动电机，其特征在于电机控制器包括霍尔感应器，其用作检测永久磁铁的位置；运算放大器，其用作比较和输出由霍尔感应器输入的讯号；一控制单元，其用作参照运算放大器的输入讯号来控制振动电机的启动和驱动；多个电机驱动器，其用作放大控制单元输出的讯号；以及磁场线圈，其分别与驱动器连接。
9.一种扁平无刷式振动电机，其包括一转子，其由轴向安装并具有两个或多个磁极的永久磁铁构成；一韧性磁体，其在永久磁铁的背面结合；二个定子磁场线圈，其用作产生一使永久磁铁转动的转动磁场；一绝缘定子，其上固定一轴杆和磁场线圈；一对或多对霍尔感应器，其用作检测永久磁铁的磁极及其位置；一电机控制器，其用作控制振动电机的整体工作；以及一偏心件，其固定在永久磁铁的圆周表面的一侧。
10.根据权利要求9所述的扁平无刷式振动电机，其特征在于所述电机控制器包括霍尔感应器，其用作检测永久磁铁的位置；运算放大器，其用作比较和输出由霍尔感应器输入的讯号；一控制单元，其用作参照由运算放大器输入的讯号来控制振动电机的启动和驱动；多个驱动器，其用作变换根据控制单元输出的讯号供给磁场线圈的电源电压的极性(+)(-)；以及磁场线圈，其分别与驱动器连接。
11.根据权利要求9所述的扁平无刷式振动电机，其特征在于所述磁场线圈分别相对绝缘定子的垂直中线对称地配置在绝缘定子内部的两边；磁场线圈中的一线圈的安装覆盖角度约为90°和所述垂直中线与其中一磁场线圈之间的角度约为15。
全文摘要
本发公开一种改型的扁平振动电机，其配置在移动通讯终端等以产生一振动讯号。本发明采用一种无电刷和换向器的无刷式振动电机，不采用具有电刷与换向器的电刷式振动电机。一偏心件配置在一永久磁铁构成的转子的圆周表面的一侧和一对或多对安装在振动电机中以使启动和驱动该振动电机的霍尔感应器。一电机控制器可以内部或外部地配置在振动电机上。改进定子线圈的排列以使减少磁通量的流失和排除非工作点，因此，防止振动电机的启动和驱动失调并改善性能与效率。
文档编号H02P6/00GK1618158SQ02827804
公开日2005年5月18日 申请日期2002年8月30日 优先权日2001年12月6日
发明者金正勋 申请人:株式会社J&J