KR100279188B1

KR100279188B1 - 진동 발생 장치

Info

Publication number: KR100279188B1
Application number: KR1019980024105A
Authority: KR
Inventors: 이쓰노리 후지타; 유타카 사카모토; 히토시 미카미; 야스히로 마루가와
Original assignee: 오카모토 유지; 스미토모 도큐슈 긴조쿠 가부시키가이샤; 후지타 히토시; 가부시키가이샤 데루타 쓰링구
Priority date: 1998-06-25
Filing date: 1998-06-25
Publication date: 2001-01-15
Also published as: KR20000003024A

Abstract

진동 발생 장치는 서로 반대되는 같은 자극을 가지고 서로로부터 이격된 제1 및 제2영구 자석(14, 16)과 제1영구 자석(14)을 움직이게 하는 기전형 액츄에이터(electromotive actuator)(12)를 포함한다. 기전형 액츄에이터(12)는 제1영구 자석(14)을 제2영구 자석(16)에 대해 주기적이고 반복적이게 이동하게 하여 제1 및 제2영구 자석(14, 16)의 반대되는 면적을 전환하므로서, 제2영구 자석(16)을 제1영구 자석(14)에 대해 진동시킨다.

Description

진동 발생 장치

본 발명은 일반적으로 진동 발생 장치에 관한 것이며, 특히 다수의 영구 자석의 척력을 이용하여 생기는 수직 방향의 진동 에너지를 발생시키는 진동 발생 장치에 관한 것이다.

여진기(exciter) 또는 진동 발생기는 구조물의 특성을 이루는 진동을 연구하기 위해 진동을 인위적으로 발생시키는데 사용되고 있다. 기전형의 여진기 및 불균형 질량 또는 캠을 사용하는 여진기가 공지되어 있다.

예를 들어 크랭크와 같은 링크 장치를 쓰는 여진기는, 그러나 부하가 구동 모터에 직접 가해지기 때문에 상대적으로 큰 구동 모터를 갖출 필요가 있다. 한편 기전형(electromotive) 여진기는 낮은 주파수들을 처리할 수 없다.

또한, 종래의 여진기는 일반적으로 크기가 크기 때문에, 상대적으로 큰 공간을 차지할 뿐만 아니라 설치 작업에도 시간이 많이 걸린다. 게다가, 종래의 여진기는 많은 양의 열을 발생시키므로 송풍기 또는 그와 같은 것으로 공기를 냉각시킬 필요가 있으며, 잡음 평가를 할 수 없다는 점이 문제이다.

또한, 종래의 여진기는 복잡한데다가 무겁고 값이 비싸서 가볍고 저렴한 여진기에 대한 필요성이 대두되고 있다.

본 발명은 전술한 단점들을 극복하기 위해 개발되었다.

따라서 본 발명의 목적은 잡음 방출이 가장 적은 소형의 경제적인 여진기 및 다수의 영구자석을 갖는 진동 발생 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 저비용으로 쉽게 제조될 수 있는 간단한 구조를 가진, 상기에서 언급된 형태의 진동 발생 장치를 제공하는 것이다.

상기 및 다른 목적이 완성되면, 본 발명에 따른 진동 발생 장치는 서로 반대되는 같은 자극을 갖는, 서로 간격을 둔 제1 및 제2영구 자석과 제1영구 자석을 조종하는 기전형 액츄에이터를 포함한다. 기전형 액츄에이터는 제2영구 자석에 대해 상호적이면서 주기적으로 제1영구 자석을 이동시켜 제1 및 제2영구 자석의 반대되는 면적을 전환시키고, 그에 의해 제2영구 자석이 제1영구 자석에 대해 진동하게 한다.

제1 및 제2영구 자석이 수직으로 이격될 때, 쌍으로 된 제1영구 자석과 제2 영구 자석은 제1영구 자석과 제2영구 자석 각측에 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 제1 및 제2영구 자석의 각각은 서로 반대되는 같은 자극을 갖고 수직으로 간격을 둔다. 그러므로, 제2영구 자석에 수직으로 가해지는 부하는 쌍을 이룬 제1 및 제2영구 자석의 척력에 의해 유지된다.

이와는 달리, 적어도 두 개의 탄성 부재가 제1 및 제2영구 자석의 각 측부에 배치될 수 있는데, 여기서 제2영구자석에 수직으로 가해지는 부하는 적어도 두 개의 탄성 부재의 복원력에 의해 유지된다.

기전형 액츄에이터는 설치면(mounting surface)에 활주되게 설치되는 홀더, 홀더의 적어도 한 단의 둘레를 감는 코일, 코일에서 소정의 거리로 떨어진 적어도 하나의 영구 자석을 포함하는데, 제1영구 자석은 홀더에 고착된다. 이러한 경우에, 홀더는 코일을 통해 펄스 전류를 흐르게 하여 왕복운동한다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 특징은 바람직한 실시예의 설명과 첨부된 도면으로부터 더 명백해질 것이며, 도면과 명세서에서는 같은 부분에 대해 같은 참조 번호를 사용한다

도 1은 본 발명에 따른 진동 발생 장치에 사용된 자기 스프링의 간략도인데, 특히 입력측 및 출력측에 있는 두 영구 자석의 평형 위치를 나타낸다.

도 2는 도 1의 자기 스프링에 대한 기본적인 특성을 나타낸 그래프이며, 특히 두 개의 영구 자석중 하나에 가해진 부하(ldad)와 평형 위치로부터 그것의 편향도간의 관계를 나타낸다.

도 3은 측정된 부하와 편향도 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 4a는 자하(magnetic charge)가 영구 자석의 단 표면에 균일하게 분포된다고 가정한 전하 모델로 에상되는 입력 및 출력 방법을 간단하게 나타낸 도면으로서, 인력을 나타내고 있다.

도 4b는 도 4a와 유사한 도면으로서 척력을 나타낸다.

도 4c는 도 4a와 유사한 도면이지만, 도 4b에서 나타낸 것과는 다른 위치에 있는 척력을 나타낸다.

도 5는 서로 반대되는 같은 전극을 가진 서로 일정한 간격으로 떨어진 영구 자석을 나타내며, 또한 영구 자석 중 하나가 다른 것에 비해 이동된 경우를 나타내는 도면이다.

도 6은 도 5를 근거로 하여 계산이 행해질 때 X-축 방향의 이동량에 대한 X-축 및 Z-축 방향의 부하를 나타내는 그래프이다.

도 7은 도 5의 자석들간의 거리가 일정하게 유지되고, 자석 중 하나가 다른 것에 대해 완전히 슬립된 상태에서 완전히 겹쳐지는 상태로, 그리고 다시 슬립되는 상태로 될 때 부하와 편향도 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 8은 서로 반대되는 자극을 가진 서로 떨어진 영구 자석을 나타내고 자석중 하나가 다른 것에 대해 회전된 경우(그것의 반대되는 면적을 하전하는)를 나타낸 간략도이다.

도 9는 자석 중 하나가 도 8에서 보인 바와 같이 회전될 때 반대 면적에 대한 최대 부하를 나타내는 도면이다.

도 10은 네오디뮴을 가진 자석이 사용될 때 자석들간의 거리와 부하 사이의 관계를 나타낸 도면이다.

도 11은 두 영구 자석간의 기하하적 크기가 그것의 반대되는 면적을 변화시킴으로서 변하게 되는 슬라이딩 형태의 원리 모형(principle modle)을 나타낸 사시도이다.

도 12는 도 11의 원리 모형에서 얻어진 입력 및 출력 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 13은 도 11의 슬라이드형 원리 모형이 설치된 진동 발생 장치의 간략한 사시도이다.

도 14는 도 13의 진동 발생 장치에 구동 소스로서 설치된 기전형 액츄에이터의 부분적으로 절단된 평면도.

도 15는 도 14의 기전형 액츄에이터의 부분적인 측면도이다.

도 16은 도 14의 기전형 액츄에이터에 형성된 코일의 배선도이다.

도 17은 도 14의 기전형 액츄에이터에 설치된 자기 회로의 간략 측면도이다.

도 18은 변형된 형태의 기전형 액츄에이터를 나타낸 사시도이다.

도 19는 또 다른 형태로 변형된 기전형 액츄에이터의 측면도이다.

도 20은 1A의 전류가 도 14의 기전형 액츄에이터를 흐르게 될 때 트러스트 분포를 나타낸 그래프이다.

도 21은 본 발명에 따른 진동 발생 장치의 기계적인 모형을 간략하게 나타낸 도면이다.

도 22는 기전형 액츄에이터가 사인파로 구동될 때 폐쇄 루프 제어를 나타내는 블록도이다.

도 23은 여진파(drive wave)로 사용되는 사인파의 그래프이다.

도 24는 여진파로 사용된 랜덤파를 나타내는, 도 23과 유사한 그래프이다.

이 출원은 1996년 12월 27일에 일본에 출원된 출원 번호 제8-350828을 토대로 하며, 그 내용을 참고하였다.

도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 지금부터 설명한다.

자기 스프링 구조가 서로 반대되는 같은 자극을 가진 적어도 두 개의 이격된 영구 자석으로 형성될 때, 두 개의 이격된 영구 자석은 서로 접촉하지 않은 상태로 유지된다. 따라서, 만약 그 구조의 마찰 손실이 무시된다면, 그것의 정특성이 거꾸로 되는데, 예를 들어 출력(return)이 입력(go)과 같은 선상에 있게 되고 비선형이 된다. 또한, 네가티브 댐핑(negative damping)은 비접촉쌍에 대한 고유의 자유도 및 플로트 제어 시스템의 불안정성을 이용하는 적은 양의 입력으로 정적 자기장(자석의 배열)을 변하게 하므로서 쉽게 얻을 수 있다.

본 발명은 이러한 사실을 인지하여 개발되었다. 입력(go) 및 출력(return) 시, 두 자석 사이의 기하학적 크기는 영구 자석들이 이격되는 동적 시스템의 장치 내부에 의해 또는 외력에 의해 변화된다. 기하학적 크기의 변화가 동적 시스템에서 척력으로 변환되어 영구 자석의 평형 위치에서 입력시보다 출력시 더 큰 척력을 발생시킨다.

다음에는 기본적인 원리를 설명한다.

도 1은 입력 및 출력측에서 두 개의 영구 자석(2, 4)의 평형 위치를 간략하게 나타내며, 한편 도 2는 두 개의 자석 중 하나에 부가된 부하와 평형 위치에서 편향된 그것의 편향도 사이의 관계를 나타낸 자기 스프링 구조의 기본적인 특징을 나타낸다.

도 1에서 나타낸 바와 같이, 영구 자석(2)에 대한 입력측상의 영구 자석(4)의 평행 위치 및 자기 스프링의 스프링 상수는 각각 x₀및 k₁이고, 출력측상에서 그것의 평형 위치와 스프링 상수는 각각 x₁및 k₂이며, 면적 변환은 x₀및 x₁사이에서 이루어진다. 그리고 평형 위치에서 다음 관계가 유지된다.

-k₁/x₀+ mg = 0

-k₂/x₁+ mg = 0

k₂> k₁

따라서, 정특성은 도 2에 보인 바와 같이 네가티브 댐핑 특성을 나타내고, 위치 x₁과 위치 x₀사이의 위치차는 발진을 위한 위치 에너지에 해당된다.

도 1의 모형이 만들어지고 부하와 편향도 사이의 관계는 부하가 부가되는 동안 시간을 변화시키므로서 측정되었다. 결과적으로, 도 3에 나타낸 그래프가 얻어지고, 이 그래프는, 두 개의 영구 자석(2, 4)이 가장 가까운 위치로 접근할 때 큰 척력이 발생되고, 평형 위치로부터의 편향도의 양이 약간 변하면 자기 스프링의 댐퍼 효과로 인해 마찰 손실이 생기며, 따라서 댐핑 값이 생긴다는 것을 의미하는 것으로 해석될 수 있다.

도 3에서, (a)는 일정한 부하가 가해질 때 얻어진 곡선이며, 부하가 가해지는 동안 시간은 (a), (b) 및 (c)의 순서로 짧아지게 된다. 반면에, 정특성은 부하가 가해지는 방법에 따라서 변하고, 부하가 가해지는 동안 시간이 더 길어지며 더 큰 임퍼스가 존재하게 된다.

희토류 자석(rare-earth magnet)에 대해 말하자면, 자화 강도는 자기장에 영향을 받지 않는다. 특히, 내부 자기 모멘트는 자기장에 쉽게 영향을 받지 않으므로, 소자화(demagnetization) 곡선상의 자화 강도는 잘 변하지 않으며, 그 값은 포화 자화의 값에 가장 가깝게 유지된다.

따라서, 희토류 자석의 경우, 힘은 자기 부하가 그것의 표면에 균일하게 분포된다고 가정한 변화 모형을 사용하여 계산될 수 있다.

도 4는 자석이 한 세트의 가장 작은 단위 자석으로 형성되는 방식을 나타낸다. 단위 자석들간에 작용하는 힘의 관계는 그것을 세 개로 분류하여 계산된다.

(a) 인력(단위 자석은 r과 m이 동일하기 때문에 두 형태는 하나로 정의된다)

f⁽¹⁾=(m²/r²)dx₁dy₁dx₂dy₂

f_x ⁽¹⁾=f⁽¹⁾cosθ

f_z ⁽¹⁾=f⁽¹⁾sinθ

(b) 척력

f_x ⁽²⁾=f⁽²⁾cosθ

f_z ⁽²⁾=f⁽²⁾sinθ

(c) 척력

f_x ⁽³⁾=f⁽³⁾cosθ

f_z ⁽³⁾=f⁽³⁾sinθ

따라서,

-f_x=2f_x ⁽¹⁾-f_x ⁽²⁾-f_x ⁽³⁾

-f_z=2f_z ⁽¹⁾-f_z ⁽²⁾-f_z ⁽³⁾

그러면, 쿨룽의 법칙은 다음과 같이 표현된다:

F=k(q₁q₂/r²) r: 거리

q=MS q₁, q₂: 자하

M(m): 자화 강도

S: 면적(area)

힘은 자석 크키와 관련하여 상기 (-f_x) 및 (-f_z)를 적분하여 얻어진다.

도 5에서 보인 바와 같이, 계산은, 두 개의 자석이 완전히 겹쳐지는 상태(이동 길이 x=0mm)에서 그들 중 하나가 완전히 슬립되는 상태(이동 거리 x=50mm)까지 두 개의 반대되는 자석 중 하나를 다른 자석에 대해 이동시키므로서 각 자석 간격에 대해 실행된다. 계산 결과는 도 6에 나타내었다. 비록 내부 자기 모멘트가 일정하다고 할지라도, 자석 간격이 작을 때 자석 둘레에 장애(disorder)가 발생되므로 그것은 다소 정정된다.

상기 계산 결과는 일반적으로 실제 측정 결과와 일치한다. 도 2에서 점(a)를 점(b)로 이동시키기 위해 필요한 힘은 x-축 부하이고, 반면에 출력은 z-축 부하로 표현된다. 불안정성에 의해 발생된 입력 < 출력의 관계는 정적으로 해석된다.

도 7은 자석들간의 거리가 3mm를 유지할 때 x-축 부하 및 z-축 부하 사이의 관계와, 완전히 슬립되는 상태에서 완전히 겹쳐지는 상태로, 그리고 다시 완전히 슬립되는 상태로 변하는 자석의 상태를 나타낸다. 이 그래프는 x-축 부하의 절대값은 같지만 출력의 방향은 역이되는 것을 나타내는 특성 곡선이다. 자석 중 하나가 다른 자석에 대해 완전히 겹쳐진 상태에 가깝게 이동될 때, 전자(former)는 저항을 받아들여 결과적으로 댐핑이 일어나게 한다. 이와는 달리, 자석 중 하나가 다른 자석에 대해 완전히 겹쳐진 상태에서 슬립된 상태로 이동될 때, 전자는 가속된다.

도 8에서 보인 바와 같이 반대되는 자석의 회전각이 변하면, 도 9에 보인 그래프가 얻어진다. 반대 면적에 따라 감소하는 최대 부하가 감소되는 것은 당연하다. 이 그래프는 출력이 소정의 입력을 제공하므로서 실행되는 면적 변환을 통해 변할 수 있다는 것을 나타낸다.

도 10은 네오디뮴을 사용한 자석을 이용할 때 자석들간의 거리 및 부하 사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 척력은 질량 증가로 인해 증가한다. 반발력 F는 다음과 같이 표현된다:

F∝Br²×(기하하적 크기)

Br: 자화 강도

기하학적 크기는 반대되는 자석들간의 거리, 반대되는 면적, 자속 밀도, 자기장의 강도 또는 그와 같은 것에 의해 결정된 크기를 의미한다. 만약 자석 재료가 같다면, 자화 강도(Br)는 일정하므로 자석의 척력은 기하학적 크기들을 변화시키므로서 변화될 수 있다.

도 11은 슬라이딩형 원리 모델을 나타내며, 여기서 기하학적 크기는 영구 자석의 반대 면적을 변하게 하기 위해 두 영구 자석 중 하나를 다른 것에 대해 슬라이딩시키므로서 변한다.

도 11에 보인 바와 같이, 영구 자석(2)은 선형 슬라이더(8)가 수직으로 연장되도록 하는 기판(6)상에 미끄러지게 설치된다. L형 부재(10)는 선형 슬라이더(8)에 수직으로 활주되도록 설치된다. 영구 자석(4)은 L형 부재(10)의 저부에 고착되어서 서로 반대되는 같은 자극을 가진 영구 자석(2)과 면하게 된다.

상기에서 설명된 구조의 슬라이딩형 원리 모형에서, 50mmL×25mmW×10mmH의 크기의 영구 자석(상품명: NEOMAX-39SH)이 영구 자석(2, 4)으로 사용되고 전체 무게가 약 3.135kg인 부하가 사용될 때, 그리고 영구 자석(2)이 영구 자석(4)에 대해 활주될 때, 도 12와 같은 그래프가 얻어진다.

도 12의 그래프는 입력 작업의 실험값과 출력 작업의 실험값 사이의 관계를 나타낸다. 이 그래프에서 나타나는 바와 같이 4J의 출력 작업은 0.5J의 입력 작업으로부터 얻어진다. 이것은 상대적으로 큰 출력 작업은, 두 개의 반대되는 영구 자석(2, 4)으로 형성되는 자기 스프링이 갖는 네가티브 댐핑 특성을 사용하거나, 또는 정자기 에너지를 변하시키므로서 상대적으로 적은 입력으로 이루어질 수 있다는 것을 의미한다.

도 13은 상기에서 언급된 슬라이딩형 원리 모형이 설치된 진동 발생 장치를 보여 준다.

도 13의 진동 발생 장치는 기전형 액츄에이터(12), 기전형 액츄에이터에 고착된 제1영구 자석(14) 및 상기에 배치되고 서로 반대되는 같은(반발하는) 자극을 가진 제1영구 자석(14)에서 소정의 거리를 둔 수직으로 이동가능한 제2영구 자석(16)을 포함한다.

도 13 내지 15에서 보인 바와 같이, 기전형 액츄에이터(12)는 홀더(18), 홀더(18)의 각 측부에 배치된 두 개의 자기 회로(20), 홀더(18)의 저부 표면에 고착된 선형 베어링(22) 및 설치면에 고착된 선형 가이드(24)를 포함한다. 선형 베어링(22)은 선형 가이드(24) 사이에 활주하도록 설치된다.

자기 회로(20)의 각각은 홀더의 둘레를 감는 코일(26) 및 그로부터 소정의 간격을 두도록 코일(26)의 상하로 배치된 다수의 영구 자석(28)을 포함한다.

비록 코일(26)의 각각이 홀더(18)의 한 측부에 다른 것 위에 하나가 형성된 두 개의 층을 이룰지라도, 두 개의 코일(26)은, 도 16에 보인 바와 같이 마치 그 것들이 단일 동선으로 형성된 것처럼 직렬로 연결된다. 즉, 도 13과 도 14에서, 단자(A)는 단자(B)에 연결되고, 상좌부와 하좌부 코일도 이러한 순서로 연결된다. 다음에, 단자(C)는 단자(D)에 연결되고, 하우부 및 상우부 코일도 이러한 순서로 연결된다. 결국, 단자(E)는 단자(F)에 연결된다.

도 17에 보인 바와 같이, 다수의 영구 자석(28)은 홀더(18) 각 측부의 코일(26)과 직면한다(한 측부의 상좌부 및 하좌부 코일과 다른 측부의 상우부 및 하우부 코일). 홀더(18)의 각 측부에 배치된 영구 자석(28)은, 반대되는 자극이 결합된 상부 및 하부 영구 자석들간이 서로 반대되도록, 아래로 향하는 반대되는 자극을 갖고 케이싱(30) 상부벽의 저부 표면에 고착된 두 개의 상부 영구 자석 및 위로 향하게 되는 반대되는 자극을 갖고 케이싱(30) 저벽의 상부 표면에 고착된 두 개의 하부 영구 자석을 포함한다.

상기에서 언급한 구성의 자기 회로(20)에 여자(勵磁) 전류가 흐를 때, 힘(F)이 플레밍 법칙을 근거로 하여 코일(26)에 부가되면, 선형 가이드(24)를 따라 힘(F)의 방향으로 홀더(18)를 이동시킨다. 따라서, 여자 펄스 전류가 코일(26)을 흐를 때, 코일(26)은 홀더와 더불어 전후로 이동한다. 즉, 기전형 액츄에이터(12)는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 전환하는 이러한 실시예에서 사용된다.

상기에서 언급된 실시예에서, 홀더(18)는 그것의 각 단들의 둘레를 감는 두 개의 코일(26)을 갖는 것으로 설명되지만, 홀더는 그것의 한 단 둘레를 감는 단일 동선으로 형성되는 단지 하나의 코일을 가질 수 있다는 것을 여기에서 주목해야 한다.

또한 상기에서 언급된 실시예에서, 두 개의 영구 자석(28)이 케이싱의 상부 및 저벽의 각각에 고착될지라도, 서로 반대되는 같은 자극을 갖는 단지 하나의 자석만이 상부 및 저벽의 각각에 고착될 수 있다는 것이 주목된다.

이에 더하여, 액츄에이터는 도 19에 나타낸 기전형 액츄에이터(12B)이며 홀더(18)의 각 측부에 배치된 두 케이싱(30) 각각의 저벽의 상부 표면에 고착된 단지 하나의 영구 자석을 포함한다는 것을 알 수 있다.

도 13 내지 15에 나타낸 실시예에서, 네오디뮴으로 만들어진 4개의 자석(상품명: NEOMAX-42)(11mmH×35mmW×42mmL)은 홀더(18)의 각 측부에서 영구 자석(28)으로 사용되고, 한편

φ

0.72-EIW 동선으로 형성되고 160턴을 갖는, 일반적으로 평평한 두 개의 공심 코일(air-core coil)은 홀더(18) 각 측부의 수지 보빈(resinous bobbin)에 접착된다. 직렬로 연결된 모든 이러한 코일(4개의 코일)은 4.51Ω의 저항을 갖는다. 자기 회로의 무게는 1850g×2=3700g이고 모든 코일 무게는 890g이다.

상기 명세서의 기전형 액츄에이터(12)의 1A 당 트러스트 분포를 근거로 도 20에 나타낸 바와 같은 그래프가 얻어진다. 2.64kgf/A(26NA)의 트러스트가 30mm 스트로크의 중앙에서 얻어진다는 것을 도 20의 결과로부터 알 수 있다.

상기에서 설명한 구조에서, 제1영구 자석(14)이 제2영구 자석(16)에 부가되는 부하(W)를 가진 구동 소스로서의 기전형 액츄에이터(12)에 의해 선형 가이드(24)를 따라 왕복운동 할 때, 서로 반대되는 같은 자극을 가진 제1영구 자석(14)과 면하는 제2영구 자석(16)은 수직으로 움직인다. 즉, 도 13 내지 15의 진동 발생 장치는 두 영구 자석(14, 16)의 반대 면적을 주기적으로 전환하여 여기상태(excitation)를 만들고, 따라서 수직 방향으로 주기적 진동을 발생시킨다.

그러나, 제2영구 자석(16)에 가해지는 부하(W)의 크기에 따라서, 두 영구 자석(32, 34) 및 두 영구 자석(36, 38)이, 도 13에 보인 바와 같이 서로 반대되는 같은 자극을 가진 제1 및 제2영구 자석(14, 16)의 각 측부에 배치될 수 있다는 것을 알아야 한다. 이러한 구조에서, 기전형 액츄에이터(12) 및 그것의 각 측부에 배치된 영구 자석(32, 36)이 예를 들어 기판(base plate)(40)에 고착되고, 한편 제2영구 자석(16) 및 그것의 각 측부에 배치된 영구 자석(34, 38)이 예를 들어 기판(top plate)(42)에 고착되며, 기판(42)이 다수의 수직축 또는 그와 같은 것을 통해 기판(40)에 수직으로 이동가능하게 설치될 때, 그 것은 가능한 부하(W)를 주기적으로 진동시키도록 만든다.

특히, 고정 자석(32, 34, 36 및 38)이 부하(W)를 지지하도록 작동하는 한편, 여자 자석(제1영구 자석(14))의 활주 운동은 수직적인 진동을 발생시킨다. 이러한 운동시, 제1영구 자석(14)에 대한 제2영구 자석(16)의 평형점과 제2영구 자석(16)의 폭은 제1 및 제2영구 자석(14, 16)의 체적에 따라 잠정적으로 결정된다. 여자 자석(14)의 스트로크 양은 부하 편향 곡선, 진폭, 및 로드된 질량에 따라서 설정된다. 여자 자석(14)의 스트로크 중앙부는 구동 소스로서 사용된 기전형 액츄에이터(12)의 본래 위치를 결정하기 위한 기준 위치이다.

제2영구 자석(16)의 상부 사점(top dead point)과 저부 사점(bottom dead point)은 수평 방향에서 여자 자석(14)의 스트로크 양에 따라서 결정되고, 한편 상부 및 저부 사점 각각에서 수직 및 수평 부하는 제2영구 자석(16)에 대한 여자 자석(14)의 중복 정도와 그들 사이의 간격 정도에 따라서 결정된다.

비록 상기에서 설명한 구조에서 제2영구 자석(16)에 부가된 부하(W)가 기전형 액츄에이터(12)의 각 측부에 배치된 두 쌍의 영구 자석(32, 34, 36, 38)에 의해 지지된다고 할지라도, 제2영구 자석(16)에 부가된 부하(W)가 탄성 부재의 복원력을 이용하여 지지될 수 있도록 다수의, 예를 들어 두 개의 코일 스프링과 같은 탄성 부재가 두 쌍의 영구 자석(32, 34, 36 및 38)의 적소에 이용될 수 있다.

상기에서 설명한 구조의 진동 발생 장치는 다음과 같이 제어된다.

사인파, 랜덤파 또는 그와 같은 파는 일반적으로 액츄에이터(12)의 여진파로 이용된다. 도 21의 기계적 모형에서 나타나는 바와 같이, 예를 들어 액츄에이터(12)의 움직임을 감지하는 전위차계(potentiometer)와 같은 센서는 액츄에이터(12)의 위치나 가속도를 목표점에 있게 하기 위한 피드-백 제어를 위해 필요하다.

사인파가 여진파로 사용될 때, 회전식 인코더 또는 전위차계와 같은 위치 센서는 여진파의 진폭을 계속적으로 제어하는 여자 플랫폼(도 13에서 상부 기판(42))의 움직임을 감지하는데 필요하고, 한편 가속도 센서는 그것의 계속적인 제어를 위한 여자 플랫폼의 가속도를 감지하는데 필요하다. 이와는 달리, 랜덤파가 여진파로 사용되다면, 회전식 인코더 또는 그와 같은 위치 센서는 여자 플랫폼의 움직임을 감지하기 위해 필요하다.

도 22는 액츄에이터(12)가 도 23에 보인 사인파로 제어될 때, 폐루프 제어를 나타내는 블록도이다.

도 22에서, 데이터는 소정의 타이밍(예를 들어, 1msec 마다)으로 사인파 테이블(76)에서 디지털-아날로그 변환기(D/A)(78)로 출력되고, D/A(78)의 전압값은 예를 들어 펄스폭 변조(PWM) 제어 증폭기와 같은 증폭기로 입력되어, 액츄에이터(12)를 구동시킨다. 비교기(84)는 사인파 테이블(76)의 출력을 액츄에이터(12)에 연결되는 전위차계(82)에 의해 표시되는 값과 비교하고, 액츄에이터(12)가 목표 위치로 움직일 수 있도록 두 값들 간의 차는 D/A(78)로 출력된다.

사인파 테이블(76)은 예를 들어 퍼스널 컴퓨터에 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 경우, 퍼스널 컴퓨터의 START 명령은 사이파 테이블(76)로 하여금 소정의 사인파를 출력하게 하고 STOP 또는 CLEAR 명령에 수신될 때까지 출력은 계속된다.

도 24에 보인 랜덤파도 여진파로 사용될 수 있다. 이러한 경우, 퍼스널 컴퓨터에서 보낸 START 명령을 근거로 하여, 진폭값은 계속적인 폐루프 제어에서 액츄에이터(12)가 목표 위치로 향하도록 진폭기(80)에서 액츄에이터(12)까지 소정의 타이밍으로 출력된다. 이러한 출력은 증폭기(80)에서 다음 데이터가 입력될 때 까지 유지된다.

상기에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따라서, 반대되는 두 개의 영구 자석중 하나는 기전형 액츄에이터의 구동력으로 다른 자석에 대해 주기적으로 왕복운동하여 두 영구 자석의 반대되는 면적을 전환하고, 그에 의해 다른 영구 자석을 진동시킨다. 그러므로, 다른 영구 자석에 부가되는 부하는 영구 자석의 척력을 사용하여 진동될 수 있으며, 따라서 상대적으로 소형이고 저렴하며 잡음 방출이 적은 진동 발생 장치의 제조가 보다 쉬워진다.

또한, 두 영구 자석들은 수직으로 이격되고, 수직으로 가해진 부하는 두 쌍의 영구 자석에 의한 반발력 또는 두 영구 자석의 각 측부에 배치된 적어도 두 탄성 부재의 복원력에 의해 지지된다. 이러한 구조는 상대적으로 큰 부하에 적응할 수 있으며 원하는 진동을 발생시킬 수 있도록 만들어진다.

기전형 액츄에이터는 두 영구 자석 중 하나에 고착되어 활주가능하게 설치되는 홀더로 구성되기 때문에, 코일은 홀더의 적어도 한 단의 둘레를 감고, 영구 자석 중 적어도 하나는 코일에서 소정의 거리로 이격되며, 홀더는 그것의 슬라이딩 부분 외의 부분에서는 비접촉 상태로 미끄러질 수 있다. 따라서, 기전형 액츄에이터는 종래의 액츄에이터보다 더 적은 잡음을 발생시키고 소형이며 저렴한 진동 발생 장치를 제공하는데 기여한다.

비록 본 발명이 첨부한 도면을 참조하여 충분히 설명되었다할지라도, 당업계의 당업자들은 발명의 다양한 수정과 변형이 가능하다는 것을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로, 이러한 다양한 수정과 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는다면 여기에 포함되는 것으로 해석해야 한다.

본 발명은 잡음 방출이 적은 경제적인 진동 발생 장치를 제공하는데, 이는 간단한 구조로 쉽게 제조될 수 있다.

Claims

진동 발생 장치에 있어서,

서로 반대되는 같은 자극을 가진 서로 이격된 제1 및 제2영구 자석(14, 16); 및

상기 제1영구 자석(14)을 이동시키는 기전형 액츄에이터(12)를 포함하는데,

상기 기전형 액츄에이터(12)는 상기 제1영구 자석(14)을 상기 제2영구 자석(16)에 대해 주기적으로 왕복운동하게 하여 상기 제1 및 제2영구 자석(14, 16)의 반대되는 면적을 전환하고, 그에 의해 상기 제2영구 자석(16)이 상기 제1영구 자석(14)에 대해 진동하도록 하는 것을 특징으로 하는 진동 발생 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2영구 자석은 수직으로 이격되고, 제1 및 제2영구 자석(14, 16)의 각 측부에 배치된 한 쌍의 제1영구 자석(32, 34) 및 한 쌍의 제2영구 자석(36, 38)을 더 포함하며, 상기 쌍을 이룬 제1 및 제2영구 자석(32, 34, 36 및 38)은 서로 반대되는 같은 자극으로 인해 수직으로 이격되는데, 상기 제2영구 자석(16)에 수직으로 가해진 부하는 쌍을 이루고 있는 상기 제1 및 제2영구 자석(32, 34, 36 및 38)의 척력에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 진동 발생 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2영구 자석(14, 16)은 수직으로 이격되고, 상기 제1 및 제2영구 자석(14, 16)의 각 측부에 배치된 적어도 두 개의 탄성 부재를 더 포함하는데, 상기 제2영구 자석(16)에 수직으로 부가된 부하는 적어도 두 개의 탄성 부재의 복원력에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 진동 발생 장치.
제1항에 있어서,

상기 기전형 액츄에이터(12)는 설치면에 활주되도록 설치되기에 적당한 홀더(18), 상기 홀더(18)의 적어도 한 단의 둘레를 감는 코일(26) 및 상기 코일(26)로부터 소정의 거리로 이격된 적어도 하나의 영구 자석(28)을 포함하는데, 상기 제1영구 자석(14)은 홀더(18)에 고착되고, 상기 홀더는 상기 코일(26)을 통해 펄스 전류를 흐르게 하여 왕복운동하는 것을 특징으로 하는 진동 발생 장치.