KR100452828B1

KR100452828B1 - 다기능 음향 장치

Info

Publication number: KR100452828B1
Application number: KR10-2001-0079048A
Authority: KR
Inventors: 고바야시다카시; 니카이도아키라
Original assignee: 가부시키가이샤 시티즌 덴시
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2004-10-14
Also published as: EP1217872A2; JP2002186080A; KR20020050113A; CN1360454A; EP1217872A3; CN1157088C; US6621911B2; TW521534B; US20020076078A1

Abstract

다이어프램에 고정되는 음성 코일을 구비하는 스피커 다이어프램이 프레임 내에 제공되고, 영구 자석을 구비하는 회전자가 프레임 내에 회전 가능하게 지지되며, 자극들을 구비하는 고정자가 프레임 내에 제공된다. 회전자에 제공된 영구 자석은 회전자와 고정자를 관통하는 자기 회로를 형성하기 위해 제공되며, 고정자 코일이 고정자 내에 제공된다. 구동 회로는 회전자를 회전시키기 위한 고정자 코일에 전류를 공급하기 위해 제공된다.

Description

다기능 음향 장치{MULTIFUNCTION ACOUSTIC DEVICE}

본 발명은 휴대 전화와 같은 휴대용 기기에 사용되는 다기능 음향 장치에 관한 것이다.

호출 신호음들을 생성하기 위해 스피커가 제공되고, 음향을 발생시키지 않고 호출 신호를 수신자에게 전달하기 위한 진동 모터가 제공되는 휴대 장치의 음향 장치가 제공되었다. 이러한 장치에는 스피커 및 모터가 모두 음향 장치 내에 장착되므로, 휴대 장치의 크기 및 무게가 증가되고 제조 비용이 증가된다.

최근에 있어서, 다기능 음향 장치가 상기 단점을 해결하기 위해 제공되었다. 다기능 음향 장치는 다이어프램을 구비한 스피커 및 스피커의 다이어프램에 부착된 음성 코일에 자기적으로 결합되는 영구 자석을 포함한다. 상기 영구 자석은 장치 케이스의 진동에 의해 호출 신호의 수신을 알리도록 100 - 150 Hz의 저주파에서 독립적으로 진동하고, 이 진동은 장치 사용자의 몸에 전달된다.

도 6은 공개된 일본 실용신안 제5-85192호에 개시된 종래 전자기 유도 컨버터의 단면도이다. 상기 컨버터는 케이스(512)의 외주부에 장착된 다이어프램(506), 상기 다이어프램(506)의 중앙 부분(507)의 배면에 고정된 음성 코일(509), 상기 케이스(512)에 장착된 스프링판(511), 상기 스프링판(511)의 중앙 부분에 고정되고 상기 음성코일(509)에 삽입된 영구 자석(510)을 포함한다.

저주파 신호 또는 고주파 신호를 상기 음성 코일(509)에 인가함으로써, 스프링판(511)은 자석(510)의 극성 방향(Y)으로 진동한다.

상기 장치에 있어서, 다이어프램(506) 및 스프링판(511)은 음성 코일(509)과 자석(510) 사이의 자기 결합을 통해 상대적으로 움직인다. 그 결과로서, 저주파 신호 또는 고주파 신호가 음성 코일(509)에 인가된 때, 다이어프램(506) 및 스프링판(511)은 모두 순차적으로 진동한다. 결과적으로, 상기 장치로부터 생성되는 음성, 음악, 그 밖의 다른 것들과 같은 음향은 왜곡되고, 이로 인하여 음질이 떨어지게 된다. 또한, 음성 코일(509) 및 자석(510) 모두의 진동으로 인하여 자석의 저주파 진동이 음성 코일(509) 및 자석(510)의 자기 결합에 중첩되게 되고, 이로 인해 음은 더 크게 왜곡된다.

도 7은 종래의 다기능 음향 장치의 단면을 도시한다. 상기 장치는 플라스틱으로 만들어지고, 파형(波形)의 외주부(603a) 및 돔형 중앙부를 갖는 스피커 다이어프램(603), 중앙 부분에서 다이어프램(603)의 배면에 고정된 음성 코일(604), 자성체(610)를 포함한다. 상기 다이어프램(603)은 접착제를 사용하여 프레임(609)에 고정된다.

자성체(610)는 하부 요크(605), 상기 요크(605)의 중앙 부분에 형성된 코어(601), 하부 요크(605) 위에 부착된 환상(環狀)의 영구 자석(602), 상기 영구 자석(602) 상에 부착된 환상의 상부 요크(606)를 포함한다. 하부 요크(605) 및 상부 요크(606)는 스프링판(607, 608)에 의해 프레임(609) 내에 탄성적으로 지지된다. 자기 간극(611)이 코어(601)의 외주부(601a)와 상부 요크(606)의 내부벽(606a) 사이에 형성되어 음성 코일(604)에 자기적으로 결합된다.

교류 전압이 입력 단자(612a, 612b)를 통하여 음성 코일(604)에 인가된 때, 스피커 다이어프램(603)은 Y 방향으로 진동하여 700 Hz 와 5 KHz 사이의 주파수로 음향을 생성한다. 저주파 신호 또는 고주파 신호가 음성 코일(604)에 인가되면, 자성체(610) 및 스피커 다이어프램(603)이 음성 코일(604) 및 자성체(610)의 자기 결합을 통해 상대적으로 움직이기 때문에 스피커 다이어프램(603) 및 자성체(610)가 순차적으로 진동한다.

결과적으로, 장치로부터 생성되는 음성, 음악, 및 기타의 음향은 왜곡되어, 음질이 떨어진다. 부가적으로, 음성 코일(604) 및 자성체(610) 모두의 구동은 저주파 진동이 음성 코일(604) 및 자성체(610)의 자기 결합 상에 중첩되게 하고, 이로 인하여 음이 더 크게 왜곡된다.

도 8은 다른 종래 다기능 음향 장치의 단면을 도시한다. 상기 장치는 플라스틱으로 만들어지고, 파형의 외주부(603a) 및 돔형 중앙부를 갖는 스피커 다이어프램(603), 중앙 부분에서 다이어프램(603)의 배면에 고정된 음성 코일(604), 자성체(610)를 포함한다. 상기 다이어프램(603)은 접착제에 의해 프레임(609)에 고정된다.

상기 자성체(610)는 하부 요크(703), 요크(703)의 중앙 부분에 형성된 코어(601), 하부 요크(703)에 고정된 환상(環狀)의 영구 자석(702), 외주벽(606b)을 갖고 영구 자석(702) 상에 부착된 환상의 상부 요크(606)를 포함한다. 상부 요크(606)는 스프링판(707, 708)에 의해 프레임(609) 내에 탄성적으로 지지된다. 제1 자기 간극(701)이 코어(601)의 외주부(601a)와 상부 요크(606)의 내부벽(606a) 사이에 형성되어 음성 코일(604)에 자기적으로 결합된다. 제2 간극(705)이 하부 요크(703)의 외주부(703a)와 상부 요크(606)의 내부벽(606a) 사이에 형성된다. 구동 코일(706)은 프레임에 고정되고 제2 간극(705) 내에 삽입된다.

음악용 고주파 신호가 음성 코일(604)에 인가된 때, 스피커 다이어프램(603)만 진동한다. 그러므로, 음의 왜곡은 발생되지 않는다. 더욱이, 저주파 신호가 구동 코일에 인가된 때, 자성체(610)만 진동하고, 스피커 다이어프램(603)은 진동하지 않는다.

그러나, 고주파 신호가 입력 단자(612a, 612b)에 인가되고, 저주파 신호가 또한 입력 단자(704a, 704b)에 인가되는 경우, 스피커 다이어프램(603) 및 자성체(610)는 순차적으로 진동하고, 이로 인하여 음질이 떨어진다.

전술한 종래 장치들에 있어서, 저주파 신호 또는 고주파 신호가 음성 코일에 인가된 때, 스피커 다이어프램 및 자성체가 전부 진동한다. 그 이유는 저주파 진동체가 고주파 진동 방향과 동일한 방향으로 진동하기 때문이다.

본 발명의 목적은 진동 부재가 다른 진동 부재와 함께 진동하지 않게 함으로써, 종래 장치의 단점이 제거되는 다기능 음향 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 프레임, 이 프레임 내에 지지되는 스피커 다이어프램, 이 스피커 다이어프램에 고정된 음성 코일, 환상(環狀)의 회전자 영구 자석을 구비하고 상기 프레임 내에 회전 가능하게 지지된 회전자(rotor), 자극(magnetic pole)을 구비하고 상기 프레임 내에 제공되며 상기 회전자에 대응하는 고정자(stator), 상기 회전자의 회전자 영구 자석과 상기 고정자의 자극 사이에 자속을 형성하는 고정자 코일을 포함한 다기능 음향 장치가 제공된다.

상기 장치는 프레임의 바닥 중앙 부분에 고정된 원통형 스피커 요크와, 이 스피커 요크의 바닥에 고정된 스피커 영구 자석과, 이 스피커 영구 자석의 상부에 고정된 상부판과 회전자가 회전하는 동안 회전자를 진동시키기 위해 회전자에 제공되는 편심 수단을 더 포함한다.

상기 음성 코일은 상기 스피커 요크와 상기 상부판 사이에 형성된 간극 내에 배치된다.

상기 회전자 영구 자석은 상기 스피커 요크의 외주벽에 회전 가능하게 지지된다.

상기 편심 수단은 상기 회전자에 편심적으로 제공된 추(抽)이다.

구동 회로는 회전자를 회전시키기 위한 고정자 내의 코일에 전류를 공급하기 위해 제공된다.

이러한 본 발명의 목적 및 다른 목적과 특징들은 첨부된 도면을 참고하여 이어지는 상세한 설명으로 더욱 명백하게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 다기능 음향 장치의 단면도.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 절단한 단면도.

도 3은 본 발명의 다기능 음향 장치의 회전자의 분해 사시도.

도 4는 본 발명의 다기능 음향 장치의 고정자의 분해 사시도.

도 5는 본 발명의 다기능 음향 장치에 사용되는 구동 회로를 도시한 도면.

도 6은 종래 전자기 유도 컨버터의 단면도.

도 7은 종래 다기능 음향 장치의 단면도.

도 8은 다른 종래 다기능 음향 장치의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 프레임

10 : 음향 발생 장치

11 : 스피커 간극

12 : 제2 간극

13 : 커버

14 : 스피커 다이어프램

14a : 스피커 다이어프램 돔형 중앙부

14b : 스피커 다이어프램 외주부

15 : 음성 코일

19a, 19b : 음성 코일(15)의 입력 터미널

20 : 회전자

21 : 원통형 스피커 요크

22 : 원통형 스피커 영구 자석

23 : 상부 요크

24 : 환상 회전자 영구 자석

25 : 환상 스러스트 볼 베어링

26 : 원통형 볼 베어링

27 : 반원 추

30 : 환상(環狀)의 고정자

31 : 환상의 상부 고정자 요크

31a1, 31b1, 31c1, 31d1 : 상부 고정자 요크 주 자극

31a2, 31b2, 31c2, 31d2 : 상부 고정자 요크 보조 자극

32 : 환상의 하부 고정자 요크

32a1, 32b1, 32c1, 32d1 : 하부 고정자 요크 주 자극

32a2, 32b2, 32c2, 32d2 : 하부 고정자 요크 보조 자극

33 : 환상 고정자 코일

35 : 하부 차폐판

36 : 상부 차폐판

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 다기능 음향 장치는 음향 발생 장치(10)와, 회전자(20)와, 플라스틱으로 만들어진 원통형 프레임(1)내에 제공된 환상(環狀)의 고정자(30)를 포함한다. 상기 음향 발생 장치(10)는 돔형 중앙부(14a)를 구비하고 접착제를 사용하여 외주부(14b)가 프레임에 고정된 스피커 다이어프램(14), 상기 스피커 다이어프램(14)의 배면에 고정된 음성 코일(15)을 포함한다. 상기 스피커 다이어프램(14)은 복수 개의 음배출구를 구비하고 외주 가장자리가 프레임(1)에 고정되는 커버(13)에 의해 덮혀진다.

자성 재료로 만들어진 원통형 스피커 요크(21)는 프레임(1)의 베이스판 중앙 부분에 고정되고, 원통형 스피커 영구 자석(22)은 축방향으로 자화된 스피커 요크(21)의 바닥에 고정된다. 자성 재료로 만들어진 상부 요크(23)는 영구 자석(22)의 상부에 고정된다. 음성 코일(15)은 상부 요크(23)의 외부벽과 스피커 요크(21)의 내부벽 사이에 형성된 스피커 간극(11) 내에 배치된다.

상기 회전자(20)는 프레임(1)의 베이스판 위 및 환상 스러스트 볼 베어링(25; thrust ball bearing) 및 원통형 볼 베어링(26)을 통해 스피커 요크(21)의 외부벽에 회전 가능하게 장착된 환상 회전자 영구 자석(24)을 포함한다. 이 환상 영구 자석(24)은 반경 방향으로 자화된다.

도 2에 도시된 반원 추(27)는 영구 자석(24)에 고정되도록 장착된다. 다른 수단들과 마찬가지로, 영구 자석(24)은 회전자(20)의 축에 대하여 편심적으로 배치될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 환상 고정자(30)는 회전자(20) 외주부에 배치되어, 회전자(20)의 외주부와 환상 고정자(30)의 내부벽 사이에 제2 간극(12)이 형성된다.

도 4를 참조하면, 고정자(30)는 환상 고정자 코일(33)과, 이 환상 고정자 코일(33)의 상부측 및 하부측에 배치된 환상의 상부 및 하부 차폐판(36, 35)과, 환상의 상부 및 하부 고정자 요크(31, 32)를 포함한다. 상기 상부 고정자 요크(31)는 4 개의 주 자극(31a1, 31b1, 31c1, 31d1)과 4 개의 보조 자극(31a2, 31b2, 31c2, 31d2)을 구비한다. 각각의 자극은 축방향으로 하부 고정자 요크(32)를 향해 연장된다. 상기 하부 고정자 요크(32)는 4 개의 주 자극(32a1, 32b1, 32c1, 32d1)과 4 개의 보조 자극(32a2, 32b2, 32c2, 32d2)을 구비한다.

한 쌍의 상부 주 자극 및 보조 자극(31a1 및 31a2) 및 한 쌍의 하부 주 자극 및 보조 자극(32a1 및 32a2) 및 다른 자극의 쌍들은 하나의 자극 피치가 90도가 되는 각도(전기각 360°)로 배치된다. 주 자극 및 보조 자극의 폭의 합계는 45도 이내이고, 주 자극의 폭은 보조 자극의 폭보다 넓다.

상부 주 자극 및 보조 자극의 쌍 및 하부 주 자극 및 보조 자극의 쌍은 도 2에 도시한 바와 같이 동일원 상에 교대로 배치된다.

상부 차폐판(36)은 4 개의 구멍(36a, 36b, 36c, 36d)을 구비하며, 각각의 구멍은 상기 차폐판(36)의 내부벽으로부터 내부 반경 방향으로 돌출된 돌출부 내에 각각 형성된다. 이와 유사하게, 하부 차폐판(35)은 4 개의 구멍(35a, 35b, 35c,35d)을 갖는다. 상부 고정자 요크(31)의 보조 자극(31a2, 31b2, 31c2, 31d2)은 상기 상부 차폐판(36)의 구멍(36a 내지 36d)에 삽입된다. 이와 유사하게, 하부 고정자 요크(32)의 보조 자극(32a2, 32b2, 32c2, 32d2)은 상기 하부 차폐판(35)의 구멍(35a 내지 35d)에 삽입된다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 하부 고정자 요크(32)는 원통형 외주벽(32e)을 포함한다. 상기 하부 차폐판(35)은 외주벽(32e)과 주 자극 및 보조 자극 사이의 하부 고정자 요크(32) 상에 장착된다. 고정자 코일(33), 상부 차폐판(36), 상부 고정자판(31)은 하부 차폐판(35) 상에 순서대로 적층된다. 그러므로, 회전자(20) 및 고정자(30)는 동기 모터 내에 조립된다.

상기 모터는 다수의 극을 갖는 영구 자석 회전자를 구비한 스테핑 모터(stepping motor)내에 만들어 질 수 있음을 이해할 수 있다.

영구 자석(24)의 기자력(起磁力)은 제2 간극(12)에 공급되어, 회전자에 필요한 자속 밀도가 제공된다.

도 5를 참조하면, 회전자 구동 회로(40)는 고정자 코일(33)을 사이에 삽입하여 십자형으로 접속된 한 쌍의 NPN 트랜지스터(41, 43) 및 한 쌍의 PNP 트랜지스터(42, 44)를 포함한다. 트랜지스터(41, 42)의 베이스는 입력 터미널(48)에 접속되고, 트랜지스터(43, 44)의 베이스는 인버터(47)를 통하여 입력 터미널(48)에 접속된다.

동작에 있어서, 고주파 신호가 음성 코일(15)의 입력 터미널(19a, 19b)(도 1에 도시됨)에 공급된 때, 스피커 다이어프램(14)은 (도 1에 도시된) Y 방향으로 진동하여 음(音)을 생성한다.

약 100 Hz - 300 Hz의 저주파 신호가 구동 회로(40)의 입력 터미널(48)에 공급된 때, 트랜지스터(41, 44)는 입력 신호의 고레벨에서 턴온된다. 따라서, 전류가 Vcc 로부터 트랜지스터(41, 44)를 통하여 고정자 코일(33)을 통과해 GND로 흐른다. 그리고 전류는 입력 신호의 저레벨에서 트랜지스터(43), 코일(33), 트랜지스터(42)를 통해 흐른다. 그러므로, 저주파 입력 신호에 대응하는 저주파 교류 전류는 고정자 코일에 흐른다. 결과적으로, 주 자극(32a1) 및 보조 자극(32a2)의 쌍 내지 주 자극(32d1) 및 보조 자극(32d2)의 쌍은 자기력을 얻게된다. 이때, 4 개의 보조 자극(31a2, 31b2, 31c2, 31d2)에 의해 발생된 자속 및 4 개의 보조 자극(32a2, 32b2, 32c2, 32d2)에 의해 발생된 자속은 상부 차폐판(36)의 구멍(36a - 36d) 및 하부 차폐판(35)의 구멍(35a - 35d)을 통과하는 와류(渦流) 전류에 의해 위상이 지연되어, 미리 결정된 방향의 회전력을 발생시키는 변이 자장(磁場)을 생성한다. 이리하여, 회전자(20)는 구동 저주파에서 회전한다. 추(27)는 상기 회전자(20)에 편심적으로 장착되므로, 회전자는 반경 방향으로 진동한다. 상기 진동은 사용자의 신체에 프레임(1) 및 장치의 케이스를 통해 전달되어 사용자에게 호출을 알린다.

회전자의 회전수(N)는 다음과 같이 표현된다.

N = 60f/Z (rpm) 1

여기서, Z 는 회전자 자극의 쌍의 수이고,

f 는 구동 주파수이다.

부하 토크(TL)는 다음과 같이 표현된다.

TL = μrRω²M (Nㆍm) 2

여기서, M 은 회전자 추(27)의 질량이고,

R 은 회전자 중심과 추(27)의 무게 중심 사이의 거리이며,

r 은 회전자의 반경이고,

μ는 회전자와 스피커 요크(21) 사이의 마찰 계수이며,

ω는 회전자(20)의 회전수(rad/sec)이다.

상기 회전자(20)는 단지 부하 토크(TL)를 생성하므로, 장치의 전력 소비는 작다.

스피커 다이어프램(14)에 의해 음이 발생하는 동안 회전자(20)를 회전시키기 위해 저주파 신호가 입력 터미널(48)에 공급된 경우, 제1 간극 내의 자속 밀도는 스피커 다이어프램(14)만 진동할 때의 자속 밀도로부터 변하지 않는다.

비록 동기 모터가 전술한 실시예에 사용되었지만, 스테핑 모터와 같은 다른 모터, 직류 모터 및 그 외의 모터가 사용될 수 있다. 더욱이, 회전자는 고정자 밖에 배치될 수도 있다.

전술한 설명으로부터, 본 발명이 음질을 떨어뜨리지 않고 음의 생성 및 프레임 진동을 동시에 발생할 수 있는 다기능 음향 장치를 제공한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 종래 기술에서는 스피커 다이어프램 및 자성체가 같은 방향으로 진동하기 때문에, 장치의 두께가 증가된다. 본 발명의 장치에 있어서는, 자성체가 회전하므로, 장치의 두께를 줄일 수 있다.

본 발명은 바람직한 특정 실시예와 결부하여 설명되었지만, 상기 설명은 예시를 위한 것이고, 이어지는 청구 범위에 의해 규정되는 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 것을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 음질을 떨어뜨리지 않고 음의 생성 및 프레임 진동을 동시에 발생할 수 있는 다기능 음향 장치를 제공한다. 종래 기술의 다기능 음향 장치는 스피커 다이어프램 및 자성체가 같은 방향으로 진동하므로, 음이 왜곡되지 않게 하기 위해서는 장치의 두께를 증가시켜야 하는 반면, 본 발명의 장치에 있어서는, 자성체가 회전하므로, 장치의 두께를 줄일 수 있다.

Claims

다기능 음향 장치에 있어서,

프레임과,

상기 프레임 내에 지지되는 스피커 다이어프램과,

상기 스피커 다이어프램에 고정된 음성 코일과,

회전자 영구 자석을 구비하고, 베어링에 의해 상기 프레임 내에 회전가능하게 지지되는 회전자와,

자극들을 구비하고, 상기 회전자에 대응하여 상기 프레임 내에 제공된 고정자와,

상기 회전자의 상기 회전자 영구 자석과 상기 고정자의 자극들 사이에 자속을 형성하는 고정자 코일을 포함하고,

상기 회전자 및 상기 고정자는 상기 회전자의 회전 중심에 대해 한 방향으로 상기 회전자를 계속적으로 회전시키도록 구성되어 있는. 다기능 음향 장치.
제1항에 있어서,

상기 프레임 바닥의 중앙 부분에 고정된 원통형 스피커 요크와,

상기 스피커 요크의 바닥에 고정된 스피커 영구 자석과,

상기 스피커 영구 자석의 상부에 고정된 상부판을 더 포함하는, 다기능 음향 장치.
제1항에 있어서, 상기 회전자가 회전하는 동안 상기 회전자를 진동시키기 위해 상기 회전자 상에 제공되는 편심 수단을 더 포함하는, 다기능 음향 장치.
제2항에 있어서, 상기 음성 코일은 상기 스피커 요크와 상기 상부판 사이에 형성된 간극 내에 배치되는, 다기능 음향 장치.
제2항에 있어서, 상기 회전자 영구 자석은 상기 스피커 요크의 외주벽에 회전 가능하게 지지되는, 다기능 음향 장치.
제3항에 있어서, 상기 편심 수단은 상기 회전자에 편심적으로 제공된 추인 것인, 다기능 음향 장치.
제5항에 있어서, 상기 회전자를 회전시키기 위해 상기 고정자 내의 상기 코일에 전류를 공급하는 구동 회로를 더 포함하는, 다기능 음향 장치.
제7항에 있어서, 상기 회전자 및 상기 고정자는 동기 모터 내에 형성되는, 다기능 음향 장치.