KR101254211B1

KR101254211B1 - 선형 진동자

Info

Publication number: KR101254211B1
Application number: KR1020120035236A
Authority: KR
Inventors: 이종배; 이성수; 주민수
Original assignee: 크레신 주식회사
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2012-04-05
Publication date: 2013-04-18

Abstract

본 발명은 휴대 전화 등에 사용되고 있는 선형 진동자에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 진동을 발생시키기 위한 코일을 두 개로 분리하여 중심 축 상에 배치함으로써 자기 효율을 높이면서도 선형 진동자의 높이를 줄여 소형화를 실현시킬 수 있는 기술이 개시된다.

Description

선형 진동자{LINEAR VIBRATOR}

본 발명은 휴대 전화 등에 사용되고 있는 선형 진동자에 관한 것이다.

휴대 전화의 대중적인 보급으로 인한 수신음 공해는 진동이라는 새로운 형태의 수신 알림 방식을 탄생시켰다. 이러한 새로운 형태의 수신 알림 방식은 진동자에 전류가 인가됨에 따라 진동을 발생시킴으로써 사용자에게 전화가 걸려오고 있음을 알려주는 기술에 의해 구현되어진다.

한편, 최초의 진동자는 모터로 편심을 가지는 질량체를 회전시킴으로써 진동을 발생시키는 방식을 취하였으나, 휴대성과 밀접한 소형화와 박형화라는 기술적 과제는 회전에 의해 진동을 발생시키는 데서 더 나아가 선형으로 진동하는 진동자에 관한 기술을 도출시켰다. 특히, 근래에 보급되는 터치폰에는 터치가 이루어졌음을 알 수 있게 진동을 발생시키는 기술이 적용되고 있는데, 이러한 경우 진동의 반응이 빠르게 이루어질 것이 요구되고 있어서 선형 진동자의 적용이 필수적이다. 이러한 선형 진동자의 일 예로 대한민국 등록특허 등록번호 10-1046044호(발명의 명칭 : 선형진동자, 이하 '종래기술'이라 함) 등을 통해 제안된 기술을 꼽을 수 있다.

종래기술은 기존에 진동판을 진동시켜 음향을 발생시키던 다이나믹 스피커(DYNAMIC SPEAKER)의 원리를 이용하여 진동판 대신 진동체(종래기술에서는 '질량체'로 정의 함)를 진동시켜 진동을 발생시키는 기술이며, 상하 두 개의 영구자석을 서로 같은 극성끼리 마주보도록 하고 두 개의 영구자석 사이에 플레이트를 위치시킴으로써, 영구자석들의 외측에 있는 코일 측으로 자속밀도를 높여 자기효율을 증가시키고자 하는 기술이다.

그러나 상기한 바와 같은 종래기술에는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 두 개의 영구자석을 서로 같은 극성끼리 마주보도록 하고 두 개의 영구자석 사이에 플레이트를 위치시키는 배치 작업, 케이스와 브라켓의 본딩 작업 등이 두 영구자석 간의 척력으로 인해 까다롭다.

둘째, 질량체와 코일이 함께 진동하는 구조이기 때문에 코일의 배선 작업이 까다롭다.

셋째, 두 개의 영구 자석 사이에 플레이트를 위치시키고 있으며, 작업성을 위해 일 측 영구자석의 경우 플레이트로부터 이격시켜 배치(종래기술 도면6 및 7등 참고)시킴으로써, 진동자의 높이를 증가할 수밖에는 없는 구조이기 때문에 그 두께 감축(소형화 또는 박형화)에 걸림돌로 작용한다.

본 발명의 목적은 자기효율을 증가시키면서도 소형화를 구현시킬 수 있는 진동자에 관한 기술을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선형 진동자는, 제1 전기적 신호에 따라 자속(磁束)을 발생시키도록 마련되는 원통 형상의 상부 코일; 상기 상부 코일의 하측에 마련되며, 제2 전기적 신호에 따라 상기 상부 코일이 발생시키는 자속과 반대 방향의 자속을 발생시키도록 마련되는 원통 형상의 하부 코일; 중앙에 구멍을 가지고 있고, 상기 구멍에 상기 상부 코일과 하부 코일이 삽입되어지는 형태로 배치됨으로써 상기 상부 코일과 하부 코일의 외측에 위치되며, 상기 상부 코일 및 하부 코일이 발생시키는 자속에 의해 상하 방향으로 진동 가능하게 마련되는 고리 형상의 영구자석; 상기 영구자석에 결합됨으로써 상기 영구자석과 함께 상하 방향으로 진동하는 진동체; 상기 진동체를 탄성 지지하면서 상기 영구자석 및 진동체의 상하 방향으로의 진동폭을 제한하는 스프링; 상기한 상부 코일, 하부 코일, 영구자석, 진동체 및 스프링을 수용하는 케이스; 및 상기 상부 코일로는 제1 전기적 신호를 입력시키고, 상기 하부 코일로는 제2 전기적 신호를 입력시키기 위해 마련되는 회로기판; 을 포함한다.

상기 영구자석의 상면에 고정되며 상기 영구자석으로부터 발생된 자속을 상기 상부 코일 측으로 밀집시키는 고리 형상의 상부 플레이트; 및 상기 영구자석의 하면에 고정되며 상기 영구자석으로부터 발생된 자속을 상기 하부 코일 측으로 밀집시키는 고리 형상의 하부 플레이트; 를 더 포함한다.

상기 상부 코일 및 하부 코일의 내측으로 자속을 밀집시키기 위해 상기 상부 코일과 하부 코일의 내측에 삽입되는 구조로 구비되는 폴피스; 를 더 포함한다.

상기 회로기판은 상기 케이스의 하면에 접하는 고리 형상으로 구비되며, 상기 폴피스는 상기 회로기판의 내측에서 상기 케이스의 하면에 접한다.

상기 회로기판은 상기 케이스의 하면에 접하는 고리 형상으로 구비되며, 상기 하부 코일은 상기 회로기판의 내측에서 상기 케이스의 하면에 접한다.

위와 같은 본 발명에 따르면 상부 코일 및 하부 코일이 서로 반대 방향의 자속을 발생시킴으로써 자석의 상측 및 하측 부분의 자속을 모두 이용하기 때문에 자기효율을 증가시킬 수 있으면서도 다음과 같은 효과를 추가적으로 가진다.

첫째, 전기적 신호가 입력되지 않는 상태에서 선형 진동자를 조립하기 때문에 상부 코일과 하부 코일의 척력 발생이 없어 조립상의 곤란함이 발생하지 않는다.

둘째, 상부 코일 및 하부 코일이 폴피스에 감겨져 고정되기 때문에 회로기판으로부터 상부 코일이나 하부 코일로 이어지는 배선 작업이 간단하다.

셋째, 상부 코일의 하단과 하부 코일의 상단을 상호 접하게 배치시킬 수 있기 때문에 선형 진동자의 높이를 줄여 소형화를 실현시킬 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 선형 진동자에 대한 개략적인 분해 사시도이다.
도2는 도1의 선형 진동자에 대한 개략적인 결합 단면도이다.
도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 진동자에 대한 개략적인 결합 단면도이다.
도4 및 도5는 도1의 선형 진동자의 작동을 설명하기 위한 참조도이다.

이하 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도1 및 도2에서 참조되는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 선형 진동자(100)는 상부 코일(111), 하부 코일(112), 폴피스(120), 영구자석(130), 상부 플레이트(141), 하부 플레이트(142), 진동체(150), 스프링(160), 댐퍼(170), 케이스(180) 및 회로기판(190) 등을 구비한다.

원통형 솔레노이드 형태의 상부 코일(111)은 회로기판(190)으로부터 입력되는 제1 전기적 신호에 따라 회전성을 가지는 자속을 발생시킨다.

원통형 솔레노이드 형태의 하부 코일(112)은, 상부 코일(111)의 하측에 마련되며, 회로기판(190)으로부터 입력되는 제2 전기적 신호에 따라 상부 코일(111)에 의해 발생되는 자속과 반대 방향으로의 회전성을 가지는 자속을 발생시킨다.

또한, 상기한 상부 코일(111)과 하부 코일(112)은 상하 방향으로 나란히 배치되며, 상부 코일(111)의 하단과 하부 코일(112)의 상단이 상호 이격됨이 없이 접하도록 마련되는 것이 바람직하다. 물론, 상부 코일(111)을 이루는 코일선과 하부 코일(112)을 이루는 코일선은 얇은 수지로 코팅되어 있기 때문에 상부 코일(111)과 하부 코일(112)간 전기적인 단락(short circuit)이 이루어지지는 않는다.

폴피스(120)는, 원기둥 형상으로 구비되며, 그 상측이 케이스(180)의 상면(T)에 고정되고 그 하측이 케이스(180)의 하면(B)에 고정된다. 그리고 이러한 폴피스(120)의 외면에는 상기한 상부 코일(111)과 하부 코일(112)이 감겨지는 형태로 고정된다. 또한, 폴피스(120)는 자성체 재질로 구비되어서 영구자석(130)으로부터 발생되는 자속을 상부 코일(111)과 하부 코일(112) 측으로 밀집시키는 역할을 수행한다.

영구자석(130)은 중앙에 구멍(131)을 가지는 고리 형상이며, 구멍(131)에 상기한 상부 코일(111)과 하부 코일(112)이 삽입되어지는 형태로 배치됨으로써 상부 코일(111)과 하부 코일(112)의 외측에 위치하게 배치되고, 상부 코일(111)과 하부 코일(112)이 발생시키는 자속에 의해 상하 방향으로 진동 가능하도록 마련된다. 물론 영구자석(130)의 상측과 하측은 서로 반대되는 자극을 가진다.

상부 플레이트(141)는, 고리 형상이면서 자성체 재질로 구비되며, 영구자석(130)의 상면에 고정되어서 영구자석(130)으로부터 발생되는 자속을 상부 코일(111) 측으로 밀집시킨다.

하부 플레이트(142)는, 고리 형상이면서 자성체 재질로 구비되며, 영구자석(130)의 하면에 고정되어서 영구자석(130)으로부터 발생되는 자속을 하부 코일(112) 측으로 밀집시킨다.

물론, 상부 플레이트(111)와 하부 플레이트(112)는 영구자석(130)과 함께 상하 방향으로 진동하게 된다.

진동체(150)는, 중앙에 구멍(151)을 가지고 있어서 영구자석(130)이 구멍(151)에 끼워지는 형태로 배치됨으로써 상하 방향으로 진동하는 영구자석(130)과 함께 진동하며, 진동하는 영구자석(130)에 중량을 부여하여 진동 충격을 증가시킨다.

스프링(160)은, 상하 방향으로 진동하는 영구자석(130)과 진동체(150)를 탄성 지지함으로써 영구자석(130)과 진동체(150)에 위치 복원을 위한 탄성력을 제공하면서 영구자석(130)과 진동체(150)의 상하 방향으로의 진동폭을 제한하여 영구자석(130) 및 진동체(150)가 케이스(180)의 상면(T)과 하면(B)에 충돌하는 것을 방지하기도 한다. 이를 위해 스프링(160)은 그 상측이 케이스(180)의 상면(T)에 고정되고, 그 하측이 진동체(150)에 고정되는 데, 실시하기에 따라서는 도3에서 참조되는 바와 같이 스프링(360)의 하측이 케이스(380)의 하면(B)에 고정되고, 그 상측이 진동체(150)에 고정되게 구현될 수도 있을 것이다.

댐퍼(170)는, 고리 형상의 쿠션 재질로 구비되며, 진동하는 부분(진동체, 상부 및 하부 플레이트, 스프링)의 일부가 케이스(180)의 상면(T)이나 하면(B)에 직접 접촉되는 것을 방지하기 위해 마련된다.

케이스(180)는 상기한 상부 코일(111), 하부 코일(112), 폴피스(120), 영구자석(130), 상부 플레이트(141), 하부 플레이트(142), 진동체(150), 스프링(160) 및 댐퍼(170) 등을 수용하기 위한 수용 공간(S)을 가지며, 상부 케이스(181)와 하부 케이스(182)로 분리될 수 있다.

회로기판(190)은 제1 전기적 신호를 상부 코일(111)로 입력시키고 제2 전기적 신호를 하부 코일(112)로 입력시키기 위해 마련된다. 여기서 폴피스(120)에 고정된 상부 코일(111)로 제1 전기적 신호를 입력시키기 위해 상부 코일(111)로부터 인출되는 코일선과 폴피스(120)에 고정된 하부 코일(112)로 제2 전기적 신호를 입력시키기 위해 하부 코일(112)로부터 인출되는 코일선은 각각 모두 영구자석(130)의 진동과 무관하기 때문에 각각 선형 진동자(100)의 작동과 관계없이 안정되게 회로기판(190)의 회로에 용접될 수 있다.

한편, 회로기판(190)은 케이스(180)의 하면(B)에 접하도록 구비되며, 고리 형상으로 마련된다. 따라서 하부 코일(112) 및 폴피스(120)의 하단이 케이스(180)의 하면(B)에 직접 접하는 상태로 고정될 수 있게 될 수 있어서, 궁극적으로 선형 진동자(100)의 높이를 줄일 수 있게 된다.

계속하여 위와 같은 구성을 가지는 선형 진동자(100)의 작동에 대하여 설명한다.

영구자석(120)에 의해 발생한 자속은, 예를 들어 도4에서 참조되는 바와 같은 상부 플레이트(131)에서 나와 하부 플레이트(132)로 들어가는 회전성을 가지게 된다.

한편, 회로기판(190)으로부터 제1 전기적 신호와 제2 전기적 신호에 따른 전류가 각각 상부 코일(111) 및 하부 코일(112)로 인가된다.

이 때, 상부 코일(111)과 하부 코일(112)이 한 바퀴 감아진 한 가닥(111a, 112a) 한 가닥들을 고려할 때, 도5에서와 같이, 상부 코일(111)의 가닥(111a)들과 하부 코일(112)의 가닥(112a)들은 전류(I₁, I₂)의 방향(자속이 통과하는 지점에서 전류의 방향)에 따라 플레밍의 왼손 법칙에 의해 정의된 바와 같이 서로 동일한 상측 또는 하측 방향으로 힘(F₁, F₂)을 받게 되면서 가닥(111)들이 모여 이루어진 상부 코일(111) 및 하부 코일(112)에 전체적으로 상측 또는 하측 방향으로 합산된 힘이 작용하게 된다. 그러나 상부 코일(111)과 하부 코일(112)은 케이스(180)에 고정된 폴피스(120)에 고정되어 있기 때문에 상부 코일(111)과 하부 코일(112)이 받는 합산된 힘의 반작용력이 상대적으로 상하 방향으로 이동 가능한 영구자석(130)과 이에 결합된 진동체(150)에 작용하게 됨으로써 영구자석(120)과 이에 결합된 진동체(150)가 진동하게 되면서 진동 충격이 발생하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.

100 : 선형 진동자
111 : 상부 코일 112 : 하부 코일
120 : 폴피스
130 : 영구자석
141 : 상부 플레이트 142 : 하부 플레이트
150 : 진동체
160 : 스프링
170 : 댐퍼
180 : 케이스
190 : 회로기판

Claims

제1 전기적 신호에 따라 자속(磁束)을 발생시키도록 마련되는 원통 형상의 상부 코일;
상기 상부 코일의 하측에 마련되며, 제2 전기적 신호에 따라 상기 상부 코일이 발생시키는 자속과 반대 방향의 자속을 발생시키도록 마련되는 원통 형상의 하부 코일;
중앙에 구멍을 가지고 있고, 상기 구멍에 상기 상부 코일과 하부 코일이 삽입되어지는 형태로 배치됨으로써 상기 상부 코일과 하부 코일의 외측에 위치되며, 상기 상부 코일 및 하부 코일이 발생시키는 자속에 의해 상하 방향으로 진동 가능하게 마련되는 고리 형상의 영구자석;
상기 영구자석에 결합됨으로써 상기 영구자석과 함께 상하 방향으로 진동하는 진동체;
상기 진동체를 탄성 지지하면서 상기 영구자석 및 진동체의 상하 방향으로의 진동폭을 제한하는 스프링;
상기한 상부 코일, 하부 코일, 영구자석, 진동체 및 스프링을 수용하는 케이스; 및
상기 상부 코일로는 제1 전기적 신호를 입력시키고, 상기 하부 코일로는 제2 전기적 신호를 입력시키기 위해 마련되는 회로기판; 을 포함하는 것을 특징으로 하는
선형 진동자.
제1항에 있어서,
상기 영구자석의 상면에 고정되며 상기 영구자석으로부터 발생된 자속을 상기 상부 코일 측으로 밀집시키는 고리 형상의 상부 플레이트; 및
상기 영구자석의 하면에 고정되며 상기 영구자석으로부터 발생된 자속을 상기 하부 코일 측으로 밀집시키는 고리 형상의 하부 플레이트; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
선형 진동자.
제2항에 있어서,
상기 상부 코일 및 하부 코일의 내측으로 자속을 밀집시키기 위해 상기 상부 코일과 하부 코일의 내측에 삽입되는 구조로 구비되는 폴피스; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
선형 진동자.
제3항에 있어서,
상기 회로기판은 상기 케이스의 하면에 접하는 고리 형상으로 구비되며,
상기 폴피스는 상기 회로기판의 내측에서 상기 케이스의 하면에 접하는 것을 특징으로 하는
선형 진동자.
제1항에 있어서,
상기 회로기판은 상기 케이스의 하면에 접하는 고리 형상으로 구비되며,
상기 하부 코일은 상기 회로기판의 내측에서 상기 케이스의 하면에 접하는 것을 특징으로 하는
선형 진동자.