KR101105060B1 - 진동 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

베이스; 상기 베이스에 고정되는 고정자; 상기 고정자와 대향되며 회전축을 중심으로 회전하고 상기 고정자와의 대향면이 상기 회전축에 수직한 진동자; 를 포함하며, 상기 고정자 및 상기 진동자의 대향면에 작용하는 전자기력에 의하여 상기 진동자가 정방향 회전 및 역방향 회전을 교대로 반복함으로써 진동을 발생하는 진동 액츄에이터가 제공된다.

Description

진동 액츄에이터{VIBRATING ACTUATOR}

본 발명은 진동 액츄에이터에 관한 것으로서, 예를 들어 게임기나 핸드폰 등의 전자 장치에 햅틱 기능을 부여하는 진동 액츄에이터에 관한 것이다.

도 1은 종래의 진동 모터를 도시한 측단면도이다. 이를 참조하면, 종래의 진동 모터는 코일(15)이 솔더링되는 기판(10)과, 기판(10)에 고정되는 하우징(60)과, 하우징(60) 내부에 장착되는 스프링(20)과, 일면은 스프링(20)에 고정되고 타면에는 마그네트(40)가 장착되며 측면에 진동자(50)가 장착되는 요크(30)로 이루어진다. 이러한 타입의 진동 모터는 코일(15) 및 마그네트(40)의 상호 작용에 의하여 진동자(50)가 일 방향, 도시된 바에 의하면 상하 방향(진동 모터의 두께 방향)으로 진동되는 동특성을 갖는다. 즉, 스프링(20)은 상하 방향으로 탄성 변형되며, 스프링(20)에 의하여 탄성 지지되는 진동자(50)는 상하 방향으로 진동된다.

소형의 진동 모터는 게임기나 핸드폰과 같은 휴대용 통신 기기에 많이 사용되는데, 최근에는 햅틱 기능이 강화되고 제어성 향상이 필요하여, 진동 모터의 진 동량, 소모 전력, 사용자의 감성 품질을 좌우하는 진동 방향 등 진동 모터의 다양한 성능 항목에 대한 민감도 높은 설계가 필요하다.

또한, 진동 모터의 경박 단소화에 따라 적은 소비전력으로 큰 진동량을 얻는 것이 중요한데, 진동자를 높이 방향으로 지지하는 스프링 지지 구조에서는 스프링의 탄성 계수를 조절하거나 일정한 조립 조건을 유지하는 것이 어려우므로 소정의 진동량을 획득하는데 난점이 있다.

한편, 일반적으로 큰 진동량을 얻기 위하여 진동 모터를 공진점에서 진동시키는 경우가 많다. 그러나, 고유 진동수에 관계하는 질량, 탄성계수, 경계 조건 등이 허용 범위를 벗어나면, 애초에 설계한 고유 진동수를 얻을 수 없어 특정 주파수에서 진동 모터가 공진되지 않는 불량이 발생한다. 즉, 탄성계수에 영향을 주는 스프링(20)의 두께 산포나, 경계 조건에 영향을 주는 스프링(20)의 용접 위치나, 진동자(50)의 질량 편차로 인하여 고유 진동수가 설계치를 벗어나면, 진동 모터가 공진되지 않아 진동량이 미달되는 품질 불량을 야기한다.

또한, 종래의 진동 모터는 코일(15)에 전원이 인가되지 않을 때 코일(15)의 자유 진동을 억제할 수 있는 초기 위치 유지 수단이 마련되지 않았다. 따라서, 전자 장치의 움직임에 의한 가진시 스프링의 초기 위치 유지력이 충분하지 않아 진동자가 진동할 수 있으므로 사용자가 핸드폰에 수신 신호가 발생한 것으로 착각하는 문제점도 염려된다.

본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로, 진동자의 상하 진동 구조를 개선하는 한편 공진 주파수를 꼭 이용하지 않더라도 적은 소비 전력으로 큰 진동량을 얻을 수 있으며, 제조 공정상의 미소 변화에 따라 진동량이 급격히 변화되지 않아 공정 불량율을 낮출 수 있고, 전원이 인가되지 않을 때는 진동자가 초기 위치를 그대로 유지하게 하는 새로운 구조의 진동 액츄에이터를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 실시예로서, 본 발명의 진동 액츄에이터는, 베이스; 상기 베이스에 고정되는 고정자; 상기 고정자와 대향되며 회전축을 중심으로 회전하고 상기 고정자와의 대향면이 상기 회전축에 수직한 진동자; 를 포함한다.

여기서, 상기 고정자 및 상기 진동자의 대향면에 작용하는 전자기력에 의하여 상기 진동자가 정방향 회전 및 역방향 회전을 교대로 반복함으로써 진동이 발생된다.

일 실시예로서, 본 발명의 진동 액츄에이터는, 서로 평행하게 배치되는 제1 코일 및 제2 코일과, 상기 제1 코일의 내부 및 상기 제2 코일의 내부에 각각 삽입되는 코어를 포함하는 고정자; 회전축을 중심으로 회전되는 것으로, 상기 회전축에 수직한 대향면을 따라 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일과 대면되는 마그네트를 포함하는 진동자; 를 포함한다.

일 실시예로서, 본 발명의 진동 액츄에이터는, 제1 코일 및 제2 코일을 포함하는 고정자; 회전축을 중심으로 회전되는 것으로, 상기 회전축에 수직한 대향면을 따라 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일과 대면되는 마그네트를 포함하는 진동자; 를 포함한다.

여기서, 상기 제1 코일 및 상기 제2코일에 양의 전원이 인가되면 상기 진동자가 정방향으로 회전되고 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일에 음의 전원이 인가되면 상기 진동자가 역방향으로 회전되도록, 상기 마그네트의 분극선, 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일이 배치된다.

본 발명에 따르면 진동자의 정역 회전에 의하여 진동을 발생하므로 내구성과 신뢰성이 향상되고, 낙하 충격시 내부 부품이 파손될 염려가 없으며, 회전축을 지지하는 베어링을 통하여 진동이 그대로 외부로 전달되므로 소모 전력 대비 진동 전 달 효율이 우수하고, 종래와 달리 반드시 공진에 의하지 않고 고정자에 인가되는 전원의 주파수를 조절함으로써 진동자의 진동 주파수를 얼마든지 조절할 수 있는 높은 제어성을 갖는다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 진동 액츄에이터의 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명에 따른 진동 액츄에이터의 내부에 대한 조립 사시도이다. 도 4는 본 발명에 따른 진동 액츄에이터의 작용을 설명하는 도면이다. 도 2 내지 도 4를 함께 참조하며 본 발명의 진동 액츄에이터의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.

본 발명의 진동 액츄에이터는 고정자(300) 및 진동자(200)를 포함한다. 또한, 이들을 내부에 수용하는 베이스(400) 및 케이스(100)가 마련될 수 있다.

베이스(400)는 고정자(300)에 전원을 인가하는 기판(410)이 부착되며, 고정자(300)가 베이스(400) 또는 기판(410) 위에 고정된다. 케이스(100)는 베이스(400)를 덮어 진동 액츄에이터의 내부를 보호한다.

일 실시예로서, 베이스(400)의 가장자리에 돌출된 고정 돌기(405) 및 케이 스(100)의 가장자리에 함몰된 고정홈(105)의 상호 결합에 의하여 베이스(400) 및 케이스(100)가 결합된다.

고정자(300)는 서로 평행하게 배치되는 제1 코일(310a) 및 제2 코일(310b)을 포함하며, 이들의 내부에는 코어(320)가 삽입된다. 구체적인 실시예로서, 코어(320)는 제1 코일(310a)의 내부에 끼워지는 제1 삽입부(321)와, 제2 코일(310b)의 내부에 끼워지는 제2 삽입부(322)와, 제1 삽입부(321) 및 제2 삽입부(322)를 연결하는 연결부(323)를 포함하며, 진동자(200)와 대면되는 대향면(Su)측이 개구된 사각 형상이 바람직하다.

진동자(200)는 고정자(300)와 대향되며, 회전축(230)을 중심으로 회전한다. 고정자(300)와의 대향면(Su)은 회전축(230)에 수직하게 위치한다. 진동자(200)는 제1 코일(310a)의 일측 및 제2 코일(310b)의 일측과 대면되는 마그네트(220)와, 마그네트(220)에 질량을 부가하는 웨이트(210)를 포함한다. 여기서, 마그네트(220)와 웨이트(210)는 회전축(230)을 중심으로 대칭 형상으로 마련된다.

본 발명의 가장 큰 특징을 들자면, 고정자(300) 및 진동자(200)의 대향면(Su)에 작용하는 전자기력에 의하여 진동자(200)가 정방향 회전 및 역방향 회전을 교대로 반복함으로써 진동을 발생하는 것이다.

이를 위하여, 대향면(Su)에 노출된 제1 코일(310a)의 단부의 전자기 극성 및 대향면(Su)에 노출된 제2 코일(310b)의 단부의 전자기 극성이 서로 반대되도록 제1 코일(310a) 및 제2 코일(310b)이 권선된다.

도 4를 참조하면, 예를 들어 제1 코일(310a) 및 제2 코일(310b)에 양의 전 원(C1,C3)이 인가되면 제1 코일(310a)의 단부는 S극, 제2 코일(310b)의 단부는 N극이 된다. 반대로 제1 코일(310a) 및 제2 코일(310b)에 음의 전원(C2)이 인가되면 제1 코일(310a)의 단부는 N극, 제2 코일(310b)의 단부는 S극이 된다.

한편, 전원이 제1 코일(310a) 및 제2 코일(310b)에 인가되지 않을 경우, 고정자(300)와 진동자(200) 사이의 자기력 평형에 의하여 진동자(200)가 초기 위치를 유지한다. 이는 낙하 충격시 진동자(200)가 초기 위치를 크게 벗어나지 않게 하고 정밀한 진동 제어시 진동자(200)가 초기 위치를 시작 위치로 하여 진동 발생을 개시하게끔 한다.

초기 위치는 마그네트(220)의 분극선(L)이 제1 코일(310a)의 중심 및 상기 제2 코일(310b)의 중심을 연장한 가상선과 동일하게 일치하는 위치이다. 초기 위치는 도 4에 도시된 것과 같이 마그네트(220)가 회전을 개시하기 직전의 위치를 말한다.

전원이 제1 코일(310a) 및 제2 코일(310b)에 인가되는 경우, 제1 코일(310a)의 단부 및 제2 코일(310b)의 단부가 분극선(L)의 일측 및 타측을 밀거나 당김으로써 진동자(200)가 회전을 개시한다. 즉, 마그네트(220)의 분극선(L)과 전원 인가시 제1 코일(310a) 및 제2 코일(310b)의 정중앙에 위치할 코일의 분극 라인이 서로 일치되는 방향으로 진동자(200)가 회전한다. 궁극적으로 회전 모멘트가 평형을 이룰때까지 진동자(200)는 회전될 것이다. 그러나, 그 전에 전원의 방향을 바꾸어 줌으로써 반대 방향으로 진동자(200)를 회전시키며, 이러한 과정을 반복함으로써 원하는 주파수의 진동을 발생한다.

예를 들어 제1 코일(310a) 및 제2코일에 양의 전원(C1, C3)이 인가되면 마그네트(220)를 포함한 진동자(200)가 정방향으로 회전된다. 제1 코일(310a) 및 제2 코일(310b)에 음의 전원(C2)이 인가되면 마그네트(220)를 포함한 진동자(200)가 역방향으로 회전된다. 이와 같은 구성이 가능하도록, 마그네트(220)의 분극선(L), 제1 코일(310a) 및 제2 코일(310b)이 배치되는 것이 또한 특징이다.

다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 진동 발생을 위한 반복 회전에 불구하고 충분한 내구성과 신뢰성을 갖도록 하는 회전축 지지 수단이 마련된다. 이러한 실시예로서, 베어링(430) 및 베어링 하우징(420)이 마련된다.

베어링(430)은 회전축(230)의 일측을 회전 가능하게 지지한다. 회전축(230)의 단부는 베어링 홀(435)에 회전 가능하게 삽입 지지되며 오일에 의하여 윤활되는 것이 바람직하다. 베어링(430)은, 동을 포함한 금속 분말을 소결시키고 오일을 함침시킨 메탈 베어링이나 일반 구름 베어링이 될 수 있다. 베어링(430)은 베어링 하우징(420)에 압입되거나 본딩될 수 있다.

베어링 하우징(420)은 베어링(430)을 지지하며, 고정자(300)의 일측 위치에서 베이스(400)에 고정된다. 베어링 하우징(420)은 회전축(230)을 신뢰성 있게 지지할 수 있도록 베이스(400)에 용접되는 것이 바람직하다.

여기서, 진동자(200)가 베어링(430) 또는 베어링 하우징(420)에 접촉 간섭되는 것을 방지할 수 있도록 진동자(200)의 회전축(230) 주변을 함몰시킨 회피 홈(215)이 마련되는 것이 바람직하다.

한편, 베어링(430)에 의하여 일단이 지지되는 회전축(230)을 외팔보 형상으 로 방치하는 것보다는 양단이 지지될 수 있도록 회전축(230)의 타단을 지지하는 수단을 마련하는 것이 바람직하다. 이러한 구조로서, 회전축(230)은 제1 코일(310a) 및 제2 코일(310b) 사이의 이격된 공간을 관통하여 연장되며, 코어(320)의 연결부(323)의 중앙에 형성된 코어 홀(325)에 회전축(230)의 타단이 삽입 지지되는 것이 바람직하다.

또한, 고정자(300) 및 진동자(200)가 서로 접촉 간섭되지 않도록 하는 수단도 마련된다. 이러한 실시예로서, 고정자(300) 및 진동자(200)가 일정 간극을 유지하도록 고정자(300) 및 진동자(200) 사이에 개재되는 와셔(440)가 마련된다. 와셔(440)의 중앙에는 와셔 홀(445)이 형성되며, 와셔 홀(445)을 관통하여 회전축(230)이 연장된다.

도 4를 참조하며, 본 발명의 진동 액츄에이터의 작용을 설명한다. 제1 코일(310a) 및 제2 코일(310b)에는 일정 부호의 직류 전원이 공급되는 것이 아니라 서로 동일한 듀티(duty)비를 갖는 양의 전원 및 음의 전원이 교대로 인가된다. 도시된 바에 의하면 구형파 교류 전원이 인가되고 있으나, 이에 한정되지 않고 사인파 교류 전원이나 삼각파 교류 전원 등 일정 주기로 교대되는 극성의 전원이 공급되면 무방하다.

제1 코일(310a) 및 제2 코일(310b)에 인가되는 전원의 주파수는 그대로 진동자(200)의 진동수가 된다. 따라서, 본 발명의 진동 액츄에이터는 종래의 진동 모터와 달리 특정의 고유 진동수를 목표로 삼아 공진점에서 운전하는 데 그치지 않고 공진점은 물론 비공진점에서도 진동을 발생한다.

이러한 진동 액츄에이터를 사용하면 전자 장치의 제어성을 크게 향상시킬 수 있음은 물론, 진동 액츄에이터가 채용된 게임기, 휴대폰 등의 전자 장치의 각 기능별로 구분되는 주파수의 진동수를 발생할 수 있으므로 햅틱 기능의 강화와 사용자 체감 품질을 크게 높일 수 있게 된다. 또한, 제1 코일(310a) 및 제2 코일(310b)에 인가되는 전원의 주기를 감소시키면 진동자(200)의 진동수를 아주 정밀하게 증가시킬 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

도 1은 두께 방향으로 진동되는 종래의 진동 모터를 도시한 측단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 진동 액츄에이터의 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 진동 액츄에이터의 내부에 대한 조립 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 진동 액츄에이터의 작용을 설명하는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100...케이스 105...고정홈

200...진동자 210...웨이트

215...회피 홈 220...마그네트

230...회전축 300...고정자

310a,310b...제1 코일, 제2 코일

320...코어 321...제1 삽입부

322...제2 코어 323...연결부

325...코어 홀 400...베이스

405...고정 돌기 410...기판

420...베어링 하우징 430...베어링

435...베어링 홀 440...와셔

445...와셔 홀

L...분극선 Su...대향면

Claims (12)

1. 베이스;

   상기 베이스에 고정되는 고정자;

   상기 고정자와 대향되며 회전축을 중심으로 회전하고 상기 고정자와의 대향면이 상기 회전축에 수직한 진동자; 를 포함하며,

   상기 고정자 및 상기 진동자의 대향면에 작용하는 전자기력에 의하여 상기 진동자가 정방향 회전 및 역방향 회전을 교대로 반복함으로써 진동을 발생하며,

   상기 고정자는,

   서로 평행하게 배치되는 제1 코일 및 제2 코일과,

   상기 제1 코일의 내부에 끼워지는 제1 삽입부와, 상기 제2 코일의 내부에 끼워지는 제2 삽입부와, 상기 제1 삽입부 및 상기 제2 삽입부를 연결하는 연결부를 갖는 코어를 포함하는 진동 액츄에이터.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 회전축은 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일 사이의 이격된 공간을 관통하여 연장되며,

   상기 연결부의 중앙에 형성된 코어 홀에 상기 회전축의 단부가 삽입 지지되는 진동 액츄에이터.
4. 베이스;

   상기 베이스에 고정되는 고정자;

   상기 고정자와 대향되며 회전축을 중심으로 회전하고 상기 고정자와의 대향면이 상기 회전축에 수직한 진동자; 를 포함하며,

   상기 고정자 및 상기 진동자의 대향면에 작용하는 전자기력에 의하여 상기 진동자가 정방향 회전 및 역방향 회전을 교대로 반복함으로써 진동을 발생하며,

   상기 고정자는 서로 평행하게 배치되는 제1 코일 및 제2 코일을 포함하고,

   상기 진동자는 상기 제1 코일의 일측 및 상기 제2 코일의 일측과 대면되는 마그네트와, 상기 마그네트에 질량을 부가하는 웨이트를 포함하며,

   상기 마그네트 및 상기 웨이트는 상기 회전축을 중심으로 대칭 형상인 진동 액츄에이터.
5. 제1항에 있어서,

   상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링;

   상기 베어링을 지지하며 상기 고정자의 일측 위치에서 상기 베이스에 고정되는 베어링 하우징; 을 포함하는 진동 액츄에이터.
6. 제5항에 있어서,

   상기 베어링 및 상기 베어링 하우징의 접촉 간섭을 회피하도록, 상기 진동자의 회전축 주변을 함몰시킨 회피 홈; 을 포함하는 진동 액츄에이터.
7. 제1항에 있어서,

   상기 고정자 및 상기 진동자가 일정 간극을 유지하도록 상기 고정자 및 상기 진동자 사이에 개재되는 와셔; 를 포함하는 진동 액츄에이터.
8. 서로 평행하게 배치되는 제1 코일 및 제2 코일과, 상기 제1 코일의 내부 및 상기 제2 코일의 내부에 각각 삽입되는 코어를 포함하는 고정자;

   회전축을 중심으로 회전되는 것으로, 상기 회전축에 수직한 대향면을 따라 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일과 대면되는 마그네트를 포함하는 진동자; 를 포함하는 진동 액츄에이터.
9. 제8항에 있어서,

   상기 제1 코일 및 상기 제2 코일에 전원이 인가되면 상기 대향면에 노출된 상기 제1 코일의 단부의 전자기 극성 및 상기 대향면에 노출된 상기 제2 코일의 단 부의 전자기 극성이 서로 반대되도록 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일이 권선되는 진동 액츄에이터.
10. 제9항에 있어서,

    상기 전원이 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일에 인가되지 않을 경우, 상기 마그네트의 분극선이 상기 제1 코일의 중심 및 상기 제2 코일의 중심을 연장한 가상선과 동일하도록 상기 진동자가 위치하는 진동 액츄에이터.
11. 제10항에 있어서,

    상기 전원이 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일에 인가되는 경우, 상기 제1 코일의 단부 및 상기 제2 코일의 단부가 상기 분극선의 일측 및 타측을 밀거나 당김으로써 상기 진동자가 회전하는 진동 액츄에이터.
12. 제1 코일 및 제2 코일을 포함하는 고정자;

    회전축을 중심으로 회전되는 것으로, 상기 회전축에 수직한 대향면을 따라 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일과 대면되는 마그네트를 포함하는 진동자; 를 포함하며,

    상기 제1 코일 및 상기 제2코일에 양의 전원이 인가되면 상기 진동자가 정방향으로 회전되고 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일에 음의 전원이 인가되면 상기 진동자가 역방향으로 회전되도록, 상기 마그네트의 분극선, 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일이 배치되는 진동 액츄에이터.

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