KR101224432B1 - 진동발생 모듈, 이를 이용한 액추에이터, 및 휴대용 기기 - Google Patents

진동발생 모듈, 이를 이용한 액추에이터, 및 휴대용 기기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진동발생 모듈 및 이를 이용한 액추에이터에 관한 것으로서, 영구자석과 교번되는 전자기력을 발생하는 솔레노이드를 이용하여 자기력을 생성하고, 생성된 자기력에 따라 영구자석 또는 솔레노이드가 이동함으로써 관성 또는 충격에 의한 진동을 발생하는 진동발생 모듈 및 이를 이용한 액추에이터에 관한 것이다. 이를 위해 인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하는 복수의 전자기력발생수단(110); 및 복수의 전자기력발생수단(110)의 사이에 위치하여 자기력을 발생하는 복수의 자기력발생수단(120);을 포함하고, 자극 변환신호에 따라 일측 방향으로 전자기력발생수단(110) 또는 자기력발생수단(120)이 이동함으로써 진동을 발생하는 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈이 개시된다.

Description

진동발생 모듈, 이를 이용한 액추에이터, 및 휴대용 기기{Vibration generating module, actuator using the same, and handheld device}
본 발명은 진동발생 모듈 및 이를 이용한 액추에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 영구자석과 교번되는 전자기력을 발생하는 솔레노이드를 이용하여 자기력을 생성하고, 생성된 자기력에 따라 영구자석 또는 솔레노이드가 이동함으로써 관성 또는 충격에 의한 진동을 발생하는 진동발생 모듈 및 이를 이용한 액추에이터에 관한 것이다.
최근 휴대용 전자기기의 보급과 더불어 터치스크린의 활용이 눈에 띄게 늘어나고 있는 추세이다. 이에 발맞추어 종래에는 클릭돔 형식으로 사용되던 키패드가 최근에는 터치스크린 상에 구현되고 있는 실정이다.
터치스크린 상에 구현되는 키패드는 진동이나 햅틱 피드백이 없는 경우 사용자가 입력 여부를 알 수 없는 문제점이 있었다. 따라서 터치스크린 방식의 입력장치가 사용되는 휴대용 전자기기에 햅틱 피드백의 일종인 진동에 의한 촉감을 발생시킴으로서 사용자가 터치스크린에 입력되는 값을 일일이 확인해야 하는 번거로움을 해소하고자 하는 노력이 있어 왔다.
그러나, 종래의 코인형 또는 바아형 진동모터는 응답시간이 길어 햅틱 피드백 기능을 구현하는데 한계가 있었다. 반면에 응답시간이 짧고, 소모전력이 낮으며, 신뢰도가 높은 선형모터가 제안되었으나, 종래의 선형모터는 하나의 공진 주파수만 가지며, 공진 주파수에서 2~3Hz 정도만 벗어나더라도 진동력이 급격하게 저하되는 단점이 있다. 그리고 선형모터 또한 응답속도가 25ms 정도로 여전히 느려 실재감 있는 버튼 클릭감을 모사하는 것과 다양한 햅틱 진동 패턴을 제공하는데 한계가 있어왔다.
한편, 종래의 발명은 휴대폰에 진동에 의한 촉감을 제공하기 위하여 안정구조를 활용하여 왔다. 이러한 안정구조에 의한 햅틱 피드백은 임팩트 바이브레이션(Impact Vibration)이 약하게 발생되는 문제가 있었다.
선행기술문헌인 대한민국 출원번호 제10-2010-103662호(발명의 명칭 : 휴대용 단말기의 진동 모듈)는 응답시간을 짧게 개선함으로써 터치 스크린을 통한 빠르고 연속된 키 입력 동작에서도 양호한 클릭감 또는 햅틱 피드백 기능을 제공하는 발명에 관한 것이다. 본원발명은 선행기술문헌인 대한민국 출원번호 제10-2010-103662호의 구조를 개선시킨 발명에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 영구자석과 교번되는 전자기력을 발생하는 솔레노이드 및 불안정 구조를 이용하여 응답반응 속도가 현저히 빠르며, 충격에 의한 진동발생시에 여진이 발생하지 않고, 임팩트 바이브레이션이 강하게 발생되는 진동발생 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 영구자석과 솔레노이드 코일에 의해 생성되는 자기장의 자기경로를 효율적으로 설계함으로써 공진주파수에서의 진폭을 증가시켜 사용자에게 더욱 민감한 진동에 의한 촉감을 전달하는데 그 목적이 있다.
그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 본 발명의 목적은, 인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하는 복수의 전자기력발생수단(110); 및 복수의 전자기력발생수단(110)의 사이에 위치하여 자기력을 발생하는 복수의 자기력발생수단(120);을 포함하고, 자극 변환신호에 따라 일측 방향으로 전자기력발생수단(110) 또는 자기력발생수단(120)이 이동함으로써 진동을 발생하는 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈을 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 복수의 전자기력발생수단(110)은, 자극 변환신호에 따라 교번되는 자극을 형성하는 복수의 철심(111); 및 철심(111)을 감싸며 와인딩되는 복수의 솔레노이드 코일(113);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 복수의 철심(111)은, 서로 대향하는 위치에 구비되는 제1,2철심(111a,111b)으로서, 제1철심(111a)에 형성되는 자극은 서로 대향되는 위치에 형성된 제2철심(111b)의 자극과 서로 다른 자극인 것을 특징으로 한다.
또한, 교번되는 자극과 복수의 자기력발생수단(120)에서 생성된 자극은 서로 인력 또는 척력의 자기력이 형성되어 전자기력발생수단(110) 또는 자기력발생수단(120)이 일측방향으로 이동하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 인가되는 자극 변환신호가 펄스폭 변조신호인 경우 충격에 의한 진동이 발생되는 것을 특징으로 한다.
또한, 인가되는 자극 변환신호가 여현파 신호인 경우 관성에 의한 진동이 발생되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 목적은 인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하는 복수의 전자기력발생수단(110), 복수의 전자기력발생수단(110)의 사이에 위치하여 자기력을 발생하는 복수의 자기력발생수단(120)를 포함하는 진동발생 모듈; 및 자극 변환신호를 전자기력발생수단(110)에 출력하는 제어수단(210);을 포함하고, 자극 변환신호에 따라 일측 방향으로 전자기력발생수단(110) 또는 자기력발생수단(120)이 이동함으로써 진동을 발생하는 것을 특징으로 하는 액추에이터를제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 제어수단(210)은, 펄스폭 변조신호를 출력하여 충격에 의한 진동을 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어수단(210)은, 여현파 신호를 출력하여 관성에 의한 진동을 생성하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 목적은 인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하는 복수의 전자기력발생수단(110), 복수의 전자기력발생수단(110)의 사이에 위치하여 자기력을 발생하는 복수의 자기력발생수단(120), 자극 변환신호를 전자기력발생수단(110)에 출력하는 제어수단(210)을 포함하는 액추에이터; 및 휴대용 기기(300)의 상태를 감지하며, 상태에 따라 진동에 의한 촉감을 제공하기 위하여 제어수단(210)에 제어신호를 출력하는 마이크로프로세서(310);를 포함하고, 자극 변환신호에 따라 일측 방향으로 전자기력발생수단(110) 또는 자기력발생수단(120)이 이동함으로써 진동을 발생하는 것을 특징으로 하는 휴대용 기기를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 휴대용 기기(300)의 상태는, 터치스크린(320)의 눌림, 터치스크린(320)에 표시되는 키패드(330)의 눌림, 어플리케이션의 실행, 및 이벤트의 발생 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 목적은 인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하며, 전자기력에 따라 서로 다른 방향의 복수의 자기장을 생성하는 복수의 전자기력발생수단(110'); 및 복수의 전자기력발생수단(110')의 사이에 위치하여 자기력을 발생하는 복수의 자기력발생수단(120');을 포함하며, 자극 변환신호에 따라 일측 방향으로 전자기력발생수단(110') 또는 자기력발생수단(120')이 이동함으로써 진동을 발생하는 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈을 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 복수의 전자기력발생수단(110')은, 자극 변환신호에 따라 교번되는 자극을 형성하는 복수의 철심(111'); 및 복수의 철심(111')을 감싸며 와인딩되는 복수의 솔레노이드 코일(113');을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 교번되는 자극과 복수의 자기력발생수단(120')에서 생성된 자극은 서로 인력 또는 척력의 자기력이 형성되어 전자기력발생수단(110') 또는 자기력발생수단(120')이 일측방향으로 이동하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 인가되는 자극 변환신호가 펄스폭 변조신호인 경우 충격에 의한 진동이 발생되는 것을 특징으로 한다.
또한, 인가되는 자극 변환신호가 여현파 신호인 경우 관성에 의한 진동이 발생되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 목적은 인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하며, 전자기력에 따라 서로 다른 방향의 복수의 자기장을 생성하는 복수의 전자기력발생수단(110'), 복수의 전자기력발생수단(110')의 사이에 위치하여 자기력을 발생하는 복수의 자기력발생수단(120')을 포함하는 진동발생 모듈; 및 자극 변환신호를 전자기력발생수단(110')에 출력하는 제어수단(210');을 포함하고, 자극 변환신호에 따라 일측 방향으로 전자기력발생수단(110') 또는 자기력발생수단(120')이 이동함으로써 진동을 발생하는 것을 특징으로 하는 액추에이터를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 제어수단(210)은, 펄스폭 변조신호를 출력하여 충격에 의한 진동을 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어수단(210)은, 여현파 신호를 출력하여 관성에 의한 진동을 생성하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 목적은 인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하며, 전자기력에 따라 서로 다른 방향의 복수의 자기장을 생성하는 복수의 전자기력발생수단(110'); 복수의 전자기력발생수단(110')의 사이에 위치하여 자기력을 발생하는 복수의 자기력발생수단(120'), 자극 변환신호를 전자기력발생수단(110')에 출력하는 제어수단(210)을 포함하는 액추에이터; 및 휴대용 기기(300)의 상태를 감지하며, 상태에 따라 진동에 의한 촉감을 제공하기 위하여 제어수단(210)에 제어신호를 출력하는 마이크로프로세서(310);를 포함하고, 자극 변환신호에 따라 일측 방향으로 전자기력발생수단(110') 또는 자기력발생수단(120')이 이동함으로써 진동을 발생하는 것을 특징으로 하는 휴대용 기기를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 휴대용 기기(300)의 상태는, 터치스크린(320)의 눌림, 터치스크린(320)에 표시되는 키패드(330)의 눌림, 어플리케이션의 실행, 및 이벤트의 발생 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 영구자석과 교번되는 전자기력을 발생하는 솔레노이드 및 불안정 구조를 이용하여 응답반응 속도가 현저히 빠르며, 임팩트 바이브레이션이 강하게 발생하는 진동발생 모듈을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 구조가 간단하고 소형화되어 저렴하고, 소모전력이 현저히 낮은 진동발생 모듈을 제공하는 효과가 있다.
또한, 탄성에 의한 공진주파수를 높임으로서 사용자에게 더욱 민감한 진동에 의한 촉감을 전달할 수 있는 효과가 있다.
또한, 광대역(넓은) 주파수 영역에 걸쳐 강한 충격진동을 생성할 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명에 의하면 응답반응 속도가 현저히 빠른 진동발생 모듈이 휴대용 기기에 장착됨으로써 터치스크린의 눌림시 현저히 반응이 빠른 진동에 의한 촉감을 전달하는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 진동발생 모듈의 개념을 설명하기 위한 도면이고,
도 3 및 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 진동발생 모듈의 개념을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 휴대용 기기의 구성을 나타낸 구성도이고,
도 6은 본 발명에 따른 휴대용 기기의 정면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.
먼저, 본 발명에서 정의되는 불안정 구조란 전자기력발생수단(110,110')에 전류가 인가되기 전의 초기상태에서는 자기력발생수단(120,120')과 전자기력발생수단(110,110')간에 상호 자기력이 미치지 않아 자기력발생수단(120,120') 및 전자기력발생수단(110,110')이 움직이지 않는다.
이러한 초기상태에서 외란을 가하면, 즉 전자기력발생수단(110,110')에 전류를 인가하면, 전자기력발생수단(110,110')에 자극이 형성되어 자기력발생수단(120,120')과 상호 자기력에 의한 영향으로 자기력발생수단(120,120') 또는 전자기력발생수단(110,110')이 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동할 수 있는 구조를 말한다.
< 제1실시예의 구성>
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 진동발생 모듈은 복수의 전자기력발생수단(110) 및 복수의 자기력발생수단(120)으로 구성하여 진동을 발생할 수 있다. 이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 진동발생 모듈의 구성을 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 전자기력발생수단(110)은 복수로 구비되며, 인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생한다. 이때 자극 변환신호는 후술하는 바와 같이 충격에 의한 진동 또는 관성에 의한 진동을 생성하는 신호로서 자극 변환신호의 전류 방향에 따라 교번되는 자극이 형성된다.
한편, 본 발명에 따른 진동발생 모듈은 인가되는 자극 변환신호에 따라 충돌에 의한 진동 또는 관성에 의한 진동을 생성할 수 있다. 충돌에 의한 진동을 생성하기 위하여는 펄스폭 변조신호를 인가한다. 펄스폭 변조신호는 펄스의 듀티비(duty ratio)를 제어하는 것으로서 듀티비에 따라 전압의 크기가 변화된다. 따라서 인가되는 전류의 크기를 변화시킬 수 있으며 전류의 크기가 변화되는 경우 솔레노이드 코일에서 생성되는 자기장의 크기를 변화시키게 된다.
반면에, 관성에 의한 진동을 생성하기 위하여는 여현파 신호를 인가한다. 여현파 신호는 사인파 또는 코사인파의 형태로서 여현파의 크기 또는 주파수를 변화시킴으로써 충격이 발생하지 않고 관성에 의한 진동을 생성할 수 있다. 상술한 충격에 의한 진동과 관성에 의한 진동에 따라 진동발생 모듈은 휴대용 기기의 상태에 반응하여 다양한 촉감을 사용자에게 전달할 수 있다.
한편, 전자기력발생수단(110)은 복수의 철심(111) 및 복수의 솔레노이드 코일(113)을 이용하여 전자기력을 발생한다. 복수의 철심(111)은 제1철심(111a)과 제2철심(111b)으로 구성되며, 복수의 솔레노이드 코일(113)은 제1솔레노이드 코일(113a)과 제2솔레노이드 코일(113b)로 구성된다. 이하에서는 제1전자기력발생수단을 제1철심(111a)과 제1솔레노이드 코일(113a)이라 하고, 제2전자기력발생수단을 제2철심(111b)과 제2솔레노이드 코일(113b)이라 한다.
여기서, 제1솔레노이드 코일(113a)은 제1철심(111a)의 둘레면을 와인딩하며, 제2솔레노이드 코일(113b)은 제2철심(111b)의 둘레면을 와인딩한다. 이렇게 솔레노이드 코일의 내측에 철심을 구비하여 와인딩함으로써 철심을 구비하지 않을 때 보다 더 큰 자기장을 발생시킬 수 있다.
솔레노이드의 자기장의 세기는 코일의 턴 수와 전류의 세기에 따라 비례하므로 자기장의 세기를 더 크게 하기 위해서는 코일의 턴 수를 증가시키거나 전류의 세기를 더 크게 하면 된다. 반면에 코일의 턴 수를 감소시키거나 전류의 세기를 작게 하는 경우에는 자기장의 세기가 약해진다. 이때 전류의 크기를 증가시키거나 감소시키기 위해 본 발명의 일실시예에서는 펄스폭 변조 신호 또는 여현파 신호를 이용하는 것이 바람직하다.
한편, 철심(111)의 양측에는 자극 변환신호에 따라 교번되는 자극이 형성되며, 제1철심(111a)과 제2철심(111b)은 서로 대향되며 제1철심(111a)의 일측에 형성되는 자극은 이와 마주보는 제2철심(111b)에 형성되는 자극과 서로 다른 자극을 형성한다. 즉 제1철심(111a)과 제2철심(111b)에 흐르는 자기장의 방향이 서로 다르다.
자기장의 방향은 인가되는 자극 변환신호의 전류방향을 바꾸어줌으로써 구현할 수 있다. 철심(111)은 자극을 형성하고 자기경로를 제공할 수 있는 자성체인 것이 바람직하고, 본 발명의 일실시예에서는 "ㄷ"자 형상을 하고 있다.
본 발명에 따른 자기력발생수단(120)은 제1전자기력발생수단과 제2전자기력발생수단 사이에 위치한 복수의 영구자석이다. 제1자기력발생수단(120a)은 왼쪽에 위치하며, 제2자기력발생수단(120b)은 중앙에 위치하며, 제3자기력발생수단(120c)은 오른쪽에 위치한다.
제1자기력발생수단(120a)과 제2자기력발생수단(120b) 사이에는 제1비자성체(131)가 위치하며, 제2자기력발생수단(120b)과 제3자기력발생수단(120c) 사이에는 제2비자성체(133)가 위치한다.
여기서, 도 1에 도시된 바와 같이 이동체가 오른쪽으로 이동하는 경우에는 제1자기력발생수단(120a)의 N극은 제1철심(111a)에 형성된 S극에 의해 F1(인력)의 자기력이 생성된다. 또한, 제1자기력발생수단(120a)의 S극은 제2철심(111b)에 형성된 N극에 의해 각각 F1'(인력)의 자기력이 생성된다. 이때, F1과 F1'의 y축 방향의 힘은 서로 상쇄되며 따라서 x축 방향의 힘 성분만 남는다.
동일한 원리를 적용하면 제2자기력발생수단(120b)의 S극은 제1철심(111a)에 형성된 S극 및 N극과 각각 F2a(인력) 및 F2a'(척력)의 자기력이 생성된다. 또한, 제1자기력발생수단(120a)의 N극은 제2철심(111b)에 형성된 S극 및 N극과 각각 F2b(인력) 및 F2b'(척력)의 자기력이 생성된다. 이때 F2a(인력) 및 F2a'(척력)와 F2b(인력) 및 F2b'(척력)의 y축 방향의 힘은 서로 상쇄되고 따라서 x축 방향의 힘 성분만 남는다.
제3자기력발생수단(120c)과 제1,2철심(111a,111b)에서의 자기력은 상술한 제1자기력발생수단(120a)과 동일한 원리를 적용하면 y축 방향의 힘은 서로 상쇄되며 따라서 x축 방향의 힘 성분만 남게 된다. 결론적으로 x축 방향(오른쪽 방향)의 힘 성분만 남게 되어 진동발생 모듈의 이동체가 오른쪽으로 이동할 수 있다.
한편, 이동체가 왼쪽으로 이동하는 경우에는 철심(111)에 형성되는 자극이 이동체가 오른쪽으로 이동하는 경우에 대해 서로 반대되는 자극이 형성된다. 즉 도 2에 도시된 바와 같이 제1철심(111a)에 형성되는 자기장의 방향은 오른쪽에서 왼쪽 방향이고, 제2철심(111b)에 형성되는 자기장의 방향은 왼쪽에서 오른쪽 방향이다. 따라서 도 1에 도시된 힘의 방향과는 달리 x축 방향(왼쪽 방향)의 힘 성분만 남게 되어 상술한 자기력의 척력 및 인력에 의해 이동체를 왼쪽으로 이동시킬 수 있다.
상술한 철심(111)에 형성되는 자극과 자기력발생수단(120)에서 형성되는 자극의 인력 및 척력의 상호작용에 의해 이동체를 좌/우로 이동시킴으로써 충격 또는 관성에 의한 진동을 생성한다. 또한, 이동체의 좌/우 이동에 따른 자기장의 자기경로가 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 진동발생 모듈은 전자기력발생수단(110) 이 고정되고 자기력발생수단(120) 및 후술하는 비자성체(130)가 좌/우측으로 이동하는 제1이동체로 구성할 수 있다. 다른 실시예에서는 자기력발생수단(120) 및 비자성체(130)가 고정되고 제2이동체인 전자기력발생수단(111)이 좌/우측으로 이동할 수도 있다. 이때, 이동되는 이동체(제1이동체 또는 제2이동체)에 따라 후술하는 탄성수단(150)이 결합되는 위치가 변하게 된다.
본 발명에 따른 비자성체(130)는 제1,2,3비자성체(131,133,135)로 구성할 수 있다. 제1비자성체(131)는 제1자기력발생수단(120a)과 제2자기력발생수단(120b) 사이에 위치하며, 제2비자성체(133)는 제2자기력발생수단(120b)과 제3자기력발생수단(120c) 사이에 위치한다. 제3비자성체(135)의 왼쪽 내측은 제1자기력발생수단(120a)과 결합하며, 오른쪽 내측은 제3자기력발생수단(120c)과 결합한다.
제1,2비자성체(131,133)는 단면이 직사각형 또는 정사각형 형상의 비자성체로서 제1,2,3자기력발생수단(120a,120b,120c)과 나란하게 구비된다. 또한, 제3비자성체(135)는 일정한 폭(w1)을 가진 단면이 직사각형 또는 정사각형 형상의 비자성체로서 전자기력발생수단(110) 및 자기력발생수단(120)을 내측으로 포함하고 있다.
이때, 제1이동체가 이동하는 경우에는 제3비자성체(135)와 비자성체인 하우징(160) 사이에 탄성수단(150)이 결합되어 제1이동체를 좌/우측으로 이동시킨다. 이때 하우징(160)은 일정한 폭(w2)을 가진 단면이 직사각형 또는 정사각형 형상의 비자성체이다. 반면에 다른 실시예로서 제2이동체가 이동하는 경우에는 고정된 제3비자성체(135)와 이동체인 전자기력발생수단(110) 사이에 탄성수단(150)이 결합되어 제2이동체를 좌/우측으로 이동시킬 수 있다.
여기서, 탄성수단(150)은 자기력에 의해 제1이동체 또는 제2이동체가 한쪽으로 움직여도 복원력에 의해 제자리로 돌아갈 수 있는 스프링 등을 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않으며 탄성에너지를 저장할 수 있는 소재이면 된다. 이때 스프링의 탄성계수 또는 제1,2이동체의 질량에 의해 적절한 공진 주파수를 설정할 수 있으며, 제1,2이동체가 공진 주파수에 따라 이동한다면 충격에 의한 진동력을 더 강화시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에서는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 철심(111)의 양측에 비자성체인 실리콘 재질의 충돌수단(140)을 구비할 수 있다. 반면에 다른 실시예에서는 충돌수단(140)을 철심(111)의 양측에 구비하는 것이 아니라 제3비자성체(135) 내측과 결합하도록 구비할 수도 있다.
충돌수단(140)은 제1이동체 또는 제2이동체의 좌/우측 이동에 따라 충격에 의한 진동을 생성한다. 다만, 충격에 의한 진동이 아니라 관성에 의한 진동을 생성하는 경우에는 충돌수단(140)이 제3이동체(135)와 충격할 필요가 없다.
관성에 의한 진동은 제1이동체 또는 제2이동체가 여현파 신호에 따라 충돌수단(140)에 의해 충격되지 아니하는 범위에서 좌/우측을 일정한 주기로 이동함으로써 사용자에게 촉감을 전달한다.
< 제2실시예의 구성>
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 진동발생 모듈은 복수의 전자기력발생수단(110) 및 복수의 자기력발생수단(120)으로 구성하여 진동을 발생할 수 있다. 이하에서는 앞선 제1실시예에 따른 구성과 다른 구성만을 설명하며 동일한 구성 및 기능은 제1실시예의 기재에 갈음하기로 하며, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 진동발생 모듈의 구성을 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 전자기력발생수단(110')은 복수의 철심(111') 및 복수의 솔레노이드 코일(113')을 이용하여 전자기력을 발생한다. 복수의 철심(111')은 제1,2,3,4철심(111a',111b',111c',111d')으로 구성되며, 복수의 솔레노이드 코일(113')은 제1,2,3,4솔레노이드 코일(113a',113b',113c',113d')로 구성된다.
이하에서는 제1전자기력발생수단을 제1철심(111a')과 제1솔레노이드 코일(113a')이라 하고, 제2전자기력발생수단을 제2철심(111b')과 제2솔레노이드 코일(113b')이라 하고, 제3전자기력발생수단을 제3철심(111c')과 제3솔레노이드 코일(113c')이라 하고, 제4전자기력발생수단을 제4철심(111d')과 제4솔레노이드 코일(113d')이라 한다.
여기서, 제1,2,3,4솔레노이드 코일(113a',113b',113c',113d')은 각각 제1,2,3,4철심(111a',111b',111c',111d')의 둘레면을 와인딩한다. 이렇게 솔레노이드 코일의 내측에 철심을 구비하여 와인딩함으로써 철심을 구비하지 않을 때 보다 더 큰 자기장을 발생시킬 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 제1전자기력발생수단과 제2전자기력발생수단은 나란하게 서로 이격되어 위치하며, 또한 제3전자기력발생수단과 제4전자기력발생수단도 나란하게 서로 이격되어 위치한다. 제1전자기력발생수단과 제3전자기력발생수단이 서로 대향하여 위치하며 또한 제2전자기력발생수단과 제4전자기력발생수단이 서로 대향하여 위치한다.
여기서, 도 1에 도시된 바와 같이 철심(111')의 양측에는 자극 변환신호에 따라 교번되는 자극이 형성된다. 이때, 제1철심(111a')에는 왼쪽에 S극이 오른쪽에 N극이 형성되며, 제2철심(111b')에는 왼쪽에 N극이 오른쪽에 S극이 형성되고, 제3철심(111c')에는 왼쪽에 N극이 오른쪽에 S극이 형성되고, 제4철심(111d')에는 왼쪽에 S극이 오른쪽에 N극이 형성된다.
상술한 자극을 형성하기 위하여는 전자기력발생수단(110')에 인가되는 자극 변환신호의 전류의 방향을 변화시킴으로써 자극을 형성할 수 있다. 철심(111')은 자극을 형성하고 자기경로를 제공할 수 있는 자성체인 것이 바람직하고, 본 발명의 일실시예에서는 단면이 "ㄷ"자 형상을 하고 있다.
한편, 본 발명에 따른 진동발생 모듈은 인가되는 자극 변환신호에 따라 충돌에 의한 진동 또는 관성에 의한 진동을 생성할 수 있다. 충돌에 의한 진동을 생성하기 위하여는 펄스폭 변조신호를 인가한다. 펄스폭 변조신호는 펄스의 듀티비(duty ratio)를 제어하는 것으로서 듀티비에 따라 전압의 크기가 변화된다. 따라서 인가되는 전류의 크기를 변화시킬 수 있으며 전류의 크기가 변화되는 경우 솔레노이드 코일에서 생성되는 자기장의 크기를 변화시키게 된다.
반면에, 관성에 의한 진동을 생성하기 위하여는 여현파 신호를 인가한다. 여현파 신호는 사인파 또는 코사인파의 형태로서 여현파의 크기 또는 주파수를 변화시킴으로써 충격이 발생하지 않고 관성에 의한 진동을 생성할 수 있다. 상술한 충격에 의한 진동과 관성에 의한 진동에 따라 진동발생 모듈은 휴대용 기기의 상태에 반응하여 다양한 촉감을 사용자에게 전달할 수 있다.
본 발명에 따른 자기력발생수단(120')은 제1전자기력발생수단과 제2전자기력발생수단 사이에 위치한 복수의 영구자석이다. 제1자기력발생수단(120a')은 왼쪽에 위치하며, 제2자기력발생수단(120b')은 오른쪽에 위치한다.
여기서 제1,2,3비자성체(131',133',135')는 제1자기력발생수단(120a')과 제4비자성체(137')의 왼쪽 내측과 결합하는 제1비자성체(131'), 제1자기력발생수단(120a')과 제2자기력발생수단(120b') 사이에 결합하는 제2비자성체(133'), 제2자기력발생수단(120b')과 제4비자성체(137')의 오른쪽 내측과 결합하는 제3비자성체(135')로 구성된다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 이동체가 오른쪽으로 이동하는 경우에는 제1자기력발생수단(120a')의 S극은 제1철심(111a')에 형성된 S극 및 N극에 의해 Fa(인력)와 Fa'(척력)의 자기력이 생성된다. 이때 각각의 자기력의 y축 성분의 힘은 서로 상쇄되고 오른쪽 방향의 x축 힘 성분만이 남게 된다. 동일한 원리에 의해 Fb와 Fb', Fc와 Fc', 및 Fd와 Fd'의 자기력은 y축 성분의 힘은 서로 상쇄되고 오른쪽 방향의 x축 힘 성분만이 남게 되어 이동체를 오른쪽으로 이동시키게 된다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이 이동체가 왼쪽으로 이동하는 경우에는 철심(111')에 형성되는 자극이 이동체가 오른쪽으로 이동하는 경우에 대해 각각의 철심(111')에서 서로 반대되는 자극이 형성된다. 따라서 도 3에 도시된 힘의 방향과는 달리 x축 방향(왼쪽 방향)의 힘 성분만 남게 되어 상술한 자기력의 척력 및 인력에 의해 이동체를 왼쪽으로 이동시킬 수 있다.
상술한 철심(111')에 형성되는 자극과 자기력발생수단(120)에서 형성되는 자극의 인력 및 척력의 상호작용에 의해 이동체를 좌/우로 이동시킴으로써 충격 또는 관성에 의한 진동을 생성한다. 또한, 이동체의 좌/우 이동에 따른 자기장의 자기경로가 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 진동발생 모듈은 전자기력발생수단(110') 이 고정되고 자기력발생수단(120') 및 후술하는 비자성체(130')가 좌/우측으로 이동하는 제1이동체로 구성할 수 있다. 다른 실시예에서는 자기력발생수단(120') 및 비자성체(130')가 고정되고 제2이동체인 전자기력발생수단(111')이 좌/우측으로 이동할 수도 있다. 이때, 이동되는 이동체(제1이동체 또는 제2이동체)에 따라 후술하는 탄성수단(150')이 결합되는 위치가 변하게 된다.
이때, 제1이동체가 이동하는 경우에는 제4비자성체(137')와 비자성체인 하우징(160') 사이에 탄성수단(150')이 결합되어 제1이동체를 좌/우측으로 이동시킨다. 이때 하우징(160')은 일정한 폭(w2)을 가진 단면이 직사각형 또는 정사각형 형상의 비자성체이다. 반면에 다른 실시예로서 제2이동체가 이동하는 경우에는 고정된 제4비자성체(137')와 이동체인 전자기력발생수단(110') 사이에 탄성수단(150')이 결합되어 제2이동체를 좌/우측으로 이동시킬 수 있다.
또한, 제4비자성체(137')는 일정한 폭(w1)을 가진 단면이 직사각형 또는 정사각형 형상의 비자성체로서 전자기력발생수단(110') 및 자기력발생수단(120')을 내측으로 포함하고 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에서는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제1철심(111a')의 왼쪽과 제2철심(111b')의 오른쪽에 비자성체인 실리콘 재질의 충돌수단(140')을 구비할 수 있다. 또한, 제3철심(111c')의 왼쪽과 제4철심(111d')의 오른쪽에 비자성체인 실리콘 재질의 충돌수단(140')을 구비할 수 있다. 반면에 다른 실시예에서는 충돌수단(140')을 철심(111')의 양측에 구비하는 것이 아니라 제4비자성체(137') 내측과 결합하도록 구비할 수도 있다.
<액추에이터의 구성>
상술한 제1실시예 및 제2실시예에 따른 진동발생 모듈을 이용한 액추에이터는 진동발생 모듈과 진동발생 모듈의 전자기력발생수단(110,110')에 자극 변환신호를 출력하는 제어수단(210)으로 구성할 수 있다. 본 발명에 따른 액추에이터는 휴대용 기기(300)에 삽입되며, 휴대용 기기의 상태에 따라 관성에 의한 진동 또는 충돌에 의한 진동을 생성하여 사용자에게 촉감을 피드백한다.
이러한 제어수단(210)은 MCU, MPU, DSP 등을 사용하여 구현할 수 있으며, 또한 FPGA 또는 ASIC 등의 집적회로 설계에 의해 구현될 수도 있다. 물론 제어수단(210)을 구동하기 위한 프로그램이 저장되는 메모리(도면 미도시)가 필요함은 당업자에게 자명할 것이다.
<휴대용 기기의 구성>
도 5는 본 발명에 따른 휴대용 기기의 구성을 나타낸 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 휴대용 기기의 정면도이다.
본 발명에 따른 휴대용 기기는 대략 진동발생 모듈, 액추에이터, 및 마이크로프로세서(310)로 구성되어 있다. 진동발생 모듈 및 액추에이터(200)는 상술한 기재에 갈음하기로 하고 이하에서는 마이크로 프로세서(310)를 중심으로 설명하기로 한다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 마이크로 프로세서(310)는 휴대용 기기(300)의 상태를 감지하며, 휴대용 기기(300)의 상태에 따라 진동에 의한 촉감을 제공하기 위하여 제어수단(210)에 제어신호를 출력하는 수단이다. 이때 제어수단(210)에 출력되는 신호는 전자기력발생수단(110,110')에 의해 생성되는 자기장의 방향이나 전류의 크기를 바꾸기 위한 제어신호이다.
여기서, 마이크로프로세서(310)가 제어수단(210)에 제어신호를 출력하고 제어수단(210)은 전자기력발생수단(110,110')에 자극 변환신호를 출력함으로써 자기장이 생성된다. 이때 마이크로프로세서(310)에 의해 생성되는 제어신호는 촉감을 전달하기 위한 온/오프 신호 및 진동의 종류(충돌 또는 관성)일 수 있고, 제어신호에 따라 제어수단(210)이 펄스폭 변조신호 또는 여현파 변조신호를 출력할 수 있다. 한편, 필요에 따라 마이크로프로세서(310)가 진동발생 모듈의 전자기력발생수단(110)에 직접 제어신호를 출력할 수도 있다.
한편, 휴대용 기기(300)의 상태는 도 6에 도시된 바와 같이, 터치스크린(320)의 눌림 또는 터치스크린(320)에 나타나는 아이콘(321), 터치스크린(320)에 표시되는 키패드(330)의 자판(331)의 눌림, 또는 휴대용 기기(300)의 이벤트의 발생일 수 있다. 이때 휴대용 기기(300)의 이벤트는 전화를 걸 때 또는 받을 때, 문자메시지 수신, 휴대용 기기(300)에서 게임, 또는 휴대용 기기(300)를 이용한 사진촬영 등이 있을 수 있으며, 이러한 이벤트에 대응하는 진동을 진동발생 모듈(100)이 생성한다.
따라서, 상술한 기능을 가지는 마이크로 프로세서(310)는 MCU, MPU, DSP 등을 사용하여 구현할 수 있으며, 또한 FPGA 또는 ASIC 등의 집적회로 설계에 의해 구현될 수도 있다. 물론 마이크로 프로세서(310)를 구동하기 위한 프로그램이 저장되는 메모리(도면 미도시)가 필요함은 당업자에게는 자명할 것이다.
이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
110 : 전자기력발생수단
111 : 철심
111a: 제1철심
111b: 제2철심
113 : 솔레노이드 코일
113a: 제1솔레노이드 코일
113b: 제2솔레노이드 코일
120 : 자기력발생수단
120a : 제1자기력발생수단
120b : 제2자기력발생수단
120c : 제3자기력발생수단
130 : 비자성체
131 : 제1비자성체
133 : 제2비자성체
135 : 제3비자성체
140 : 충돌수단
150 : 탄성수단
160 : 하우징
110' : 전자기력발생수단
111' : 철심
111a': 제1철심
111b': 제2철심
111c': 제3철심
111d': 제4철심
113' : 솔레노이드 코일
113a': 제1솔레노이드 코일
113b': 제2솔레노이드 코일
113c': 제3솔레노이드 코일
113d': 제4솔레노이드 코일
120' : 자기력발생수단
120a': 제1자기력발생수단
120b': 제2자기력발생수단
130' : 비자성체
131' : 제1비자성체
133' : 제2비자성체
135' : 제3비자성체
137' : 제4비자성체
140' : 충돌수단
150' : 탄성수단
160' : 하우징
210 : 제어수단
300 : 휴대용 기기
310 : 마이크로프로세서
320 : 터치스크린
321 : 아이콘
330 : 키패드
331 : 키패드 자판

Claims (21)

  1. 인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하는 복수의 전자기력발생수단(110); 및
    상기 복수의 전자기력발생수단(110)의 사이에 위치하여 자기력을 발생하는 복수의 자기력발생수단(120);을 포함하되,
    상기 자극 변환신호에 따라 일측 방향으로 상기 전자기력발생수단(110) 또는 상기 자기력발생수단(120)이 이동함으로써 진동이 발생되고,
    상기 인가되는 자극 변환신호가 펄스폭 변조신호인 경우 충격에 의한 진동이 발생되며,
    상기 인가되는 자극 변환신호가 여현파 신호인 경우 관성에 의한 진동이 발생되는 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전자기력발생수단(110)은,
    상기 자극 변환신호에 따라 교번되는 자극을 형성하는 복수의 철심(111); 및
    상기 철심(111)을 감싸며 와인딩되는 복수의 솔레노이드 코일(113);을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 철심(111)은,
    서로 대향하는 위치에 구비되는 제1,2철심(111a,111b)으로서,
    상기 제1철심(111a)에 형성되는 자극은 서로 대향되는 위치에 형성된 상기 제2철심(111b)의 자극과 서로 다른 자극인 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 교번되는 자극과 상기 복수의 자기력발생수단(120)에서 생성된 자극은 서로 인력 또는 척력의 자기력이 형성되어 상기 전자기력발생수단(110) 또는 상기 자기력발생수단(120)이 일측방향으로 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하는 복수의 전자기력발생수단(110),
    상기 복수의 전자기력발생수단(110)의 사이에 위치하여 자기력을 발생하는 복수의 자기력발생수단(120)를 포함하는 진동발생 모듈; 및
    상기 자극 변환신호를 상기 전자기력발생수단(110)에 출력하는 제어수단(210);을 포함하되,
    상기 자극 변환신호에 따라 일측 방향으로 상기 전자기력발생수단(110) 또는 상기 자기력발생수단(120)이 이동함으로써 진동이 발생되고,
    상기 제어수단(210)은,
    펄스폭 변조신호를 출력하여 충격에 의한 진동을 생성하고, 여현파 신호를 출력하여 관성에 의한 진동을 생성하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하는 복수의 전자기력발생수단(110),
    상기 복수의 전자기력발생수단(110)의 사이에 위치하여 자기력을 발생하는 복수의 자기력발생수단(120),
    상기 자극 변환신호를 상기 전자기력발생수단(110)에 출력하는 제어수단(210)을 포함하는 액추에이터; 및
    휴대용 기기(300)의 상태를 감지하며, 상기 상태에 따라 진동에 의한 촉감을 제공하기 위하여 상기 제어수단(210)에 제어신호를 출력하는 마이크로프로세서(310);를 포함하고,
    상기 자극 변환신호에 따라 일측 방향으로 상기 전자기력발생수단(110) 또는 상기 자기력발생수단(120)이 이동함으로써 진동이 발생되고,
    상기 인가되는 자극 변환신호가 펄스폭 변조신호인 경우 충격에 의한 진동이 발생되며,
    상기 인가되는 자극 변환신호가 여현파 신호인 경우 관성에 의한 진동이 발생되는 것을 특징으로 하는 휴대용 기기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 휴대용 기기(300)의 상태는,
    터치스크린(320)의 눌림, 상기 터치스크린(320)에 표시되는 키패드(330)의 눌림, 어플리케이션의 실행, 및 이벤트의 발생 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 진동을 발생하는 휴대용 기기.
  12. 인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하며, 상기 전자기력에 따라 서로 다른 방향의 복수의 자기장을 생성하는 복수의 전자기력발생수단(110'); 및
    상기 복수의 전자기력발생수단(110')의 사이에 위치하여 자기력을 발생하는 복수의 자기력발생수단(120');을 포함하되,
    상기 자극 변환신호에 따라 일측 방향으로 상기 전자기력발생수단(110') 또는 상기 자기력발생수단(120')이 이동함으로써 진동이 발생되고,
    상기 인가되는 자극 변환신호가 펄스폭 변조신호인 경우 충격에 의한 진동이 발생되며,
    상기 인가되는 자극 변환신호가 여현파 신호인 경우 관성에 의한 진동이 발생되는 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 전자기력발생수단(110')은,
    상기 자극 변환신호에 따라 교번되는 자극을 형성하는 복수의 철심(111'); 및
    상기 복수의 철심(111')을 감싸며 와인딩되는 복수의 솔레노이드 코일(113');을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 교번되는 자극과 상기 복수의 자기력발생수단(120')에서 생성된 자극은 서로 인력 또는 척력의 자기력이 형성되어 상기 전자기력발생수단(110') 또는 상기 자기력발생수단(120')이 일측방향으로 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하며, 상기 전자기력에 따라 서로 다른 방향의 복수의 자기장을 생성하는 복수의 전자기력발생수단(110'),
    상기 복수의 전자기력발생수단(110')의 사이에 위치하여 자기력을 발생하는 복수의 자기력발생수단(120')을 포함하는 진동발생 모듈; 및
    상기 자극 변환신호를 상기 전자기력발생수단(110')에 출력하는 제어수단(210');을 포함하되,
    상기 자극 변환신호에 따라 일측 방향으로 상기 전자기력발생수단(110') 또는 상기 자기력발생수단(120')이 이동함으로써 진동이 발생되고,
    상기 제어수단(210)은,
    펄스폭 변조신호를 출력하여 충격에 의한 진동을 생성하고, 여현파 신호를 출력하여 관성에 의한 진동을 생성하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하며, 상기 전자기력에 따라 서로 다른 방향의 복수의 자기장을 생성하는 복수의 전자기력발생수단(110');
    상기 복수의 전자기력발생수단(110')의 사이에 위치하여 자기력을 발생하는 복수의 자기력발생수단(120'),
    상기 자극 변환신호를 상기 전자기력발생수단(110')에 출력하는 제어수단(210)을 포함하는 액추에이터; 및
    휴대용 기기(300)의 상태를 감지하며, 상기 상태에 따라 진동에 의한 촉감을 제공하기 위하여 상기 제어수단(210)에 제어신호를 출력하는 마이크로프로세서(310);를 포함하되,
    상기 자극 변환신호에 따라 일측 방향으로 상기 전자기력발생수단(110') 또는 상기 자기력발생수단(120')이 이동함으로써 진동이 발생되고,
    상기 인가되는 자극 변환신호가 펄스폭 변조신호인 경우 충격에 의한 진동이 발생되며,
    상기 인가되는 자극 변환신호가 여현파 신호인 경우 관성에 의한 진동이 발생되는 것을 특징으로 하는 휴대용 기기.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 휴대용 기기(300)의 상태는,
    터치스크린(320)의 눌림, 상기 터치스크린(320)에 표시되는 키패드(330)의 눌림, 어플리케이션의 실행, 및 이벤트의 발생 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 진동을 발생하는 휴대용 기기.

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