KR101275286B1

KR101275286B1 - 선형 진동모터

Info

Publication number: KR101275286B1
Application number: KR1020120030183A
Authority: KR
Inventors: 노명규; 유승열; 최정규; 이학인
Original assignee: 충남대학교산학협력단
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-06-17

Abstract

본 발명은 휴대폰 등에 사용될 수 있는 선형 진동모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영구자석과 코일에 흐르는 전류를 이용하여 로렌츠 힘을 발생시켜 진동자가 선형으로 이동하면서 진동을 발생시키며, 종래의 기계적 스프링을 영구자석의 반발력을 이용한 구조로 대체하는 선형 진동모터에 관한 것으로, 내부에 소정의 공간이 형성된 케이스와, 양단부가 상기 케이스의 내측면에 고정되는 축부재와, 상기 축부재에 장착되고, 할박 배열(Halbach array)로 배치된 제1 영구자석을 포함하는 진동자와, 상기 케이스의 내측면에 접하도록 상기 축부재의 양단부에 장착되는 완충용 제2 영구자석과, 상기 진동자를 감싸도록 권선된 코일을 포함한다.

Description

선형 진동모터{linear vibration motor}

본 발명은 휴대폰 등에 사용될 수 있는 선형 진동모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영구자석과 코일에 흐르는 전류를 이용하여 로렌츠 힘을 발생시켜 진동자가 선형으로 이동하면서 진동을 발생시키며, 종래의 기계적 스프링을 영구자석의 반발력을 이용한 구조로 대체하는 선형 진동모터에 관한 것이다.

일반적으로 진동모터라 함은 전자기적 힘의 발생원리를 이용하여 전기적 에너지를 기계적 진동에너지로 변화시키는 부품으로서 무선호출기, 무선 단말기 등에 이용되어 일반화되기 시작하였으며, 완구류, 건강용품 등 여러 제품에 널리 사용되고 있다. 진동모터는 형상에 따라 원통형과 평판형으로 분류되는데, 원통형 진동모터는 모터가 불균형 질량을 회전시켜 진동을 발생시키는데, 대량생산 용이, 가격저렴 등의 장점이 있지만 적용대상에 따라서 부피적 제한이 따르게 된다. 평판형 진동모터는 회전형과 선형 진동형으로 나눌 수 있는데, 회전형 평판 진동모터는 불평형 질량 회전자에 설치된 여러 개의 코일과 코일 아래에 위치하는 환형 영구자석 사이에 전류가 인가되면 회전자와 영구자석 사이에 전자기력이 발생되어 회전하면서 진동을 발생시키는 장치이다. 평판 회전형 진동모터는 원심력에 의한 편심 구동력을 이용하여 회전자 회전시 발생하는 원심력을 이용하여 진동을 발생시키므로, 원심력을 증가시키기 위하여 회전자를 고속으로 회전시키거나 장착된 불평형 질량의 무게 및 회전자의 반경을 증가시켜야 하며, 이는 진동모터의 전력소비량 및 크기 등의 증가를 가져온다. 반면, 선형진동모터는 진동자가 수평, 수직방향으로 선형운동을 하며 진동을 발생시키는 장치이며, 원리는 회전형과 동일하게 진동자의 코일에 전류가 인가되면 진동자 상부 혹은 하부에 있는 영구자석에 의해 전자기력이 발생해 진동자가 움직여 진동을 발생하게 된다.

도 1은 종래의 수평형 진동모터의 단면도로서, 일정한 크기를 가지는 케이스 (11)내 빈공간(12)에 중량체를 부착한 진동체(13)가 존재하며, 두 개의 결합부(14)로 케이스(11)와 연결되며, 상기 결합부(14)는 중량체를 포함하는 진동체(13)를 수평방향으로 진동시키는 스프링 역할을 하며, 진동체(13) 하부에는 영구자석과 코일이 장착되어 진동체를 수평방향으로 움직일 수 있는 힘을 발생시킨다.

하지만, 종래의 선형진동모터의 경우 코일과 영구자석에 의한 전자기력에 의해 발생하는 진동은 진동자가 기계적 스프링과 연결됨으로써 발생하는 반발력을 이용하여 수평방향으로 진동하게 된다. 그렇기 때문에 종래의 선형진동모터는 스프링의 기계적 피로한계가 선형진동모터의 수명을 제한하는 결과를 초래하였다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로써, 그 목적은 휴대폰의 진동발생을 위해 선형진동모터의 구동 시 발생하는 기계적 스프링의 피로한계를 극복하기 위한 방안으로 영구자석의 반발력을 이용하여 수평형 진동모터의 형태를 개선하는 데에 있다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 진동모터는 내부에 소정의 공간이 형성된 케이스와, 양단부가 상기 케이스의 내측면에 고정되는 축부재와, 상기 축부재에 장착되고, 할박 배열(Halbach array)로 배치된 제1 영구자석을 포함하는 진동자와, 상기 케이스의 내측면에 접하도록 상기 축부재의 양단부에 장착되는 완충용 제2 영구자석과, 상기 진동자를 감싸도록 권선된 코일을 포함하여 이루어지며, 상기 진동자의 제1 영구자석과 제2 영구자석은 같은 극 끼리 마주보도록 배치되어 상호간에 척력이 작용한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 케이스는 상부 또는 하부가 개방된 박스형태로 형성되고, 상기 케이스의 개방된 상부 또는 하부를 개폐하는 커버가 구비된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 케이스는, 내측 전방과 후방에 상기 코일이 권선되는 통로가 상하방향으로 형성된 고정용 프레임이 장착된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 축부재의 양단부에는 지그가 고정되고, 상기 지그의 양측에 상기 완충용 제2 영구자석이 장착된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 진동자는, 상기 축부재의 외주면에 이동 가능하도록 끼워지는 베어링과, 상기 베어링을 감싸도록 장착된 중량체와, 상기 중량체의 상부와 하부에 장착된 지그를 더 포함하고, 상기 제1 영구자석은 상기 중량체의 양측에 상호 대응하도록 배치되고, 상기 지그에 의해 고정된다.

본 발명에서 제안하는 선형 진동모터에 따르면, 기계적 스프링의 역할을 영구자석의 반발력을 이용하여 대체함으로써, 반복적인 사용에 의한 기계적 피로로 발생하는 수명단축의 문제점을 극복하여 진동모터의 수명을 연장할 수 있으며, 영구자석을 할박 배열(Halbach array)로 배치함으로써 같은 부피, 혹은 적은 부피의 영구자석을 이용하여 더 큰 자속밀도를 유도하여 보다 큰 진동력이 발생할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 선형 진동모터를 보인 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선형 진동모터의 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선형 진동모터의 단면사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선형 진동모터의 분리 사시도이다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선형 진동모터의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선형 진동모터의 단면사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선형 진동모터의 분리 사시도이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 선형 진동모터는 내부에 소정의 공간(110)이 형성된 케이스(100)와, 양단부가 상기 케이스(100)의 내측면에 고정되는 축부재(200)와, 상기 축부재(200)에 장착되고, 할박 배열(Halbach array)로 배치된 제1 영구자석(310)을 포함하는 진동자(300)와, 상기 케이스(100)의 내측면에 접하도록 상기 축부재(200)의 양단부에 장착되는 완충용 제2 영구자석(400)과, 상기 진동자(300)를 감싸도록 권선된 코일(500)을 포함하여 이루어지며, 상기 진동자(300)의 제1 영구자석(310)과 제2 영구자석(400)은 같은 극 끼리 마주보도록 배치되어 상호간에 척력이 작용하는 것을 특징으로 한다.

케이스(100)는 내부에 소정의 공간(110)이 형성된다. 상기 케이스(100)는 원주형 또는 사각기둥의 형태를 취할 수 있으며, 상부 또는 하부가 개방되어 개구부를 형성할 수 있다. 내부 공간(110)에는 축부재(200), 진동자(300), 제2 영구자석(400) 및 코일(500) 등이 수용된다.

축부재(200)는 원형 파이프 또는 원주형으로 이뤄지며, 양단부가 상기 케이스(100)의 내측면에 고정된다. 상기 축부재(200)는 상기 진동자(300)가 장착되어 상기 진동자(300)가 직선으로 왕복 이동할 수 있도록 가이드해주는 역할을 한다. 상기 축부재(200)는 서로 평행하도록 복수 형성될 수 있다.

진동자(300)는 상기 축부재(200)에 장착되고, 할박 배열(Halbach array)로 배치된 제1 영구자석(310)을 포함한다. 상기와 같은 영구자석(310)은 복수개 배치되며,할박 배열(Halbach array)은 영구자석(310)의 자화방향이 90°씩 돌아가도록 구성되는 배열로서, 1980년대 Klaus Halbach에 의해 제안된 영구자석 배열방법이며 유도되는 영구자석의 자속밀도를 극대화할 수 있는 배열이다. 진동자(300)는 양측을 관통하는 통공이 형성되며 상기 축부재(200)가 상기 통공에 끼워지는 것으로, 진동자(300)가 축부재(200)에 장착된다.

제2 영구자석(400)은 상기 케이스(100)의 내측면에 접하도록 상기 축부재(200)의 양단부에 장착된다. 상기 진동자(300)에 포함된 제1 영구자석(310)과 제2 영구자석(400)은 같은 극 끼리 마주보도록 배치되어 상호간에 척력이 작용한다.

코일(500)은 상기 진동자(300)를 감싸도록 권선된다. 상기 코일(500)은 외부의 전원과 연결된 회로기판에 연결될 수 있으며, 상기 진동자(300)를 감싸도록 권선되며, 상기 진동자(300)와는 소정의 거리만큼 이격된 상태를 유지한다. 상기 코일(500)에 전원이 공급되면, 상기 진동자(300)가 축부재(200)를 따라 축방향으로 이동하면서 진동을 발생한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 케이스(100)는 상부 또는 하부가 개방된 박스형태로 형성되고, 상기 케이스(100)의 개방된 상부 또는 하부를 개폐하는 커버(120)가 구비될 수 있다. 따라서, 상기 케이스(100)의 개방된 상부 또는 하부를 통해 상기 축부재(200), 진동자(300), 제2 영구자석(400) 및 코일(500)을 상기 케이스(100) 내부에 설치하고, 커버(120)로 차폐할 수 있다. 또한, 상기 커버(120)를 열고 케이스(100) 내부에 수용된 각 부품들을 점검하고, 고장이 발생한 경우 수리 등의 작업이 용이하게 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 케이스(100)는, 내측 전방과 후방에 상기 코일(500)이 권선되는 통로(630)가 상하방향으로 형성된 고정용 프레임(600)이 장착된다. 상기 고정용 프레임(600)은 상기 케이스(100)의 전면 또는 후면과 평행하도록 형성된 패널부(610)와, 상기 케이스(100)의 내측면과 패널부(610) 사이에 배치되어 패널부(610)와 케이스(100)의 간격을 확보하는 이격재(620)를 포함할 수 있다. 상기 이격재(620)는 직육면체의 형태를 취할 수 있으며, 양측에 나란히 배치된다. 즉, 상기 이격재(620)는 상기 케이스(100)의 전방과 후방에 각각 2개씩 배치되고, 상기 나란히 배치된 이격재(620) 사이에 통로(630)가 형성되어, 상기 전방과 후방의 통로(630)를 통해 코일(500)이 권선될 수 있도록 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 축부재(200)의 양단부에는 지그(700)가 고정되고, 상기 지그(700)의 양측에 상기 제2 영구자석(400)이 장착된다. 상기 지그(700)는 상기 축부재(200)의 양단부에 고정되는 것으로, 전체적으로 ‘I’자 형태를 취할 수 있다. 상기 지그(700)의 요입된 양측의 홈에는 상기 제2 영구자석(400)이 고정된다. 따라서, 상기 제2 영구자석(400)은 축부재(200)의 양단부에 각각 2개 씩 장착될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 진동자(300)는, 상기 축부재(200)의 외주면에 이동 가능하도록 끼워지는 베어링(320)과, 상기 베어링(320)을 감싸도록 장착된 중량체(330)와, 상기 중량체(330)의 상부와 하부에 장착된 지그(340)를 더 포함하고, 상기 제1 영구자석(310)은 상기 중량체(330)의 양측에 상호 대응하도록 배치되고, 상기 지그(340)에 의해 고정된다.

상기 베어링(320)은 상기 진동자(300) 축부재(200)를 따라 매끄럽게 이동할 수 있도록 상기 진동자(300)와 축부재(200) 사이의 마찰력을 감소시키는 작용을 한다. 중량체(330)는 상기 베어링(320)을 감싸도록 장착된다. 지그(340)는 상기 중량체(330)의 상부와 하부에 장착되며, 상기 제1 영구자석(310)은 상기 중량체(330)의 양측에 상호 대응하도록 배치되고, 제1 영구자석(310)의 상단과 하단이 상기 지그(340)에 의해 고정된다. 따라서, 상기 제1 영구자석(310)의 측면은 상기 중량체(330)에 의해 지지되고, 상부와 하부는 상기 지그(340)에 의해 고정된다. 일례로, 상기 제1 영구자석(310)은 상기 중량체(330)의 일측에 3개씩 총 6개가 장착될 수 있다.

이하, 상술한 구성으로 이루어진 본 발명의 작동과정에 대하여 살펴본다.

상기 코일(500)에 전원이 인가되면, 코일(500)과 할박 배열(Halbach array)로 배치된 제1 영구자석(310) 사이에서 로렌츠 힘(Lorentz force)이 발생하여 코일(500)에 인가되는 전류의 방향에 따라 제2 영구자석(400)의 작동방향인 수평방향으로 이동한다. 이 때, 고정용 프레임(600)과 진동자(300)의 중량체(330) 및 지그(340)는 코일(500)과 제1 영구자석(310)에서 발생하는 자기장의 흐름을 원활하게 하는 역할을 하여, 제1 영구자석(310)과 코일(500)에서 자기장의 상호작용이 원활하게 하였다. 코일(500)에 인가되는 전원에 의하여 진동자(300)가 수평방향으로 이동함에 따라, 마주보도록 축부재(200)의 양측 단부에 배치되어 있는 제2 영구자석(400)과 진동자(300)의 거리가 가까워지거나 멀어지게 된다. 이 때, 가까워진 측의 제2 영구자석(400)에서는 진동자(300)가 축부재(200)의 중간에 있을 때 보다 큰 반발력이 발생하여 진동자(300)를 맞은편으로 밀어주게 되고, 맞은편 제2 영구자석(400) 측에서도 같은 현상이 일어나게 되어 진동자(300)는 수평방향으로 왕복하며 직선운동을 하게 된다. 일반적으로 영구자석 사이의 반발력은 자석간 간극의 제곱에 반비례하기 때문에 간극이 좁아질수록 더 큰 힘을 발생하게 된다. 상기와 같이 제2 영구자석(400)은 진동자(300)의 이동에 따라 스프링의 역할을 수행하여 진동자(300)가 진동을 발생하게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 선형 진동모터에 따르면, 기계적 스프링의 역할을 영구자석의 반발력을 이용하여 대체함으로써, 반복적인 사용에 의한 기계적 피로로 발생하는 수명단축의 문제점을 극복하여 진동모터의 수명을 연장할 수 있으며, 영구자석을 할박 배열(Halbach array)로 배치함으로써 같은 부피, 혹은 적은 부피의 영구자석을 이용하여 더 큰 자속밀도를 유도하여 보다 큰 진동력이 발생할 수 있는 장점이 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 케이스
110 : 공간
120 : 커버
200 : 축부재
300 : 진동자
310 : 제1 영구자석
320 : 베어링
330 : 중량체
340 : 지그
400 : 제2 영구자석
500 : 코일
600 : 고정용 프레임
630 : 통로
700 : 지그

Claims

내부에 소정의 공간이 형성된 케이스;
양단부가 상기 케이스의 내측면에 고정되는 축부재;
상기 축부재의 외주면에 이동 가능하도록 끼워지는 베어링과, 상기 베어링을 감싸도록 장착된 중량체와, 상기 중량체의 상부와 하부에 장착된 지그와, 상기 중량체의 양측에 상호 대응하도록 할박 배열(Halbach array)로 배치되며 상기 지그에 의해 고정되는 제1 영구자석을 포함하는 진동자;
상기 케이스의 내측면에 접하도록 상기 축부재의 양단부에 장착되는 완충용 제2 영구자석;
상기 진동자를 감싸도록 권선된 코일;을 포함하여 이루어지며, 상기 진동자의 제1 영구자석과 제2 영구자석은 같은 극 끼리 마주보도록 배치되어 상호간에 척력이 작용하는 것을 특징으로 하는 선형 진동모터.
제 1항에 있어서,
상기 케이스는 상부 또는 하부가 개방된 박스형태로 형성되고, 상기 케이스의개방된 상부 또는 하부를 개폐하는 커버가 구비된 것을 특징으로 하는 선형 진동모터.
제 2항에 있어서,
상기 케이스는, 내측 전방과 후방에 상기 코일이 권선되는 통로가 상하방향으로 형성된 고정용 프레임이 장착된 것을 특징으로 하는 선형 진동모터.
제 1항에 있어서,
상기 축부재의 양단부에는 지그가 고정되고, 상기 지그의 양측에 상기 제2 영구자석이 장착된 것을 특징으로 하는 선형 진동모터.
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