KR101325938B1 - 선형 진동발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선형으로 진동할 수 있는 탄성 구조체를 공진주파수 부근에서 진동을 발생하게 하는 선형 진동발생기에 관한 것이다.
더욱 상세하게는 케이스와 베이스로 외곽을 이루고, 코일, 중량체를 스프링 평면부에 결합하고 스프링 평면부 측면에 복수개의 스프링 탄성 기능부를 구비하며 상기 스프링 탄성 기능부 끝단을 고정자에 연결하여 진동자를 이루며, 상기 케이스, 베이스 및 상기 베이스에 결합되는 마그네트로 고정자를 이루고 일 측은 베이스에 부착되고 일 측은 진동자에 부착된 유연한 인쇄회로기판을 통해 코일에 전류를 인가하게 하여 얇은 두께의 수직 방향으로 진동자가 진동하는 선형 진동 발생기를 제공한다.

Description

선형 진동발생기 {Linear Type Vibrator}

본 발명은 선형 진동발생기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄성체에 의해 지지되는 코일을 포함하는 피가진(加振) 중량체를 공진 주파수 부근에서 진동 시키는 선형진동 발생기에 관한 것이다. 여러 응용 사례가 있을 수 있으나 최근에 용도가 증가하고 있는 휴대폰이나 PDA, 게임기 등에 사용되는 진동 발생용 사례로 설명을 하고자 한다.

일반적으로 최근 통신기술 발달과 함께 대중들에게 가장 널리 보급된 것들 중에 잘 알려진 것들은 휴대폰, 개인정보단말기 등이다. 이러한 기기들은 그 크기가 갈수록 작아져 휴대가 간편할 뿐만 아니라 언제 어디서나 음성 및 데이터를 입출력할 수 있기 때문에 필수 휴대품으로서 자리를 굳혀가고 있다. 요즘은 공공 에티켓으로 진동 기능이 필수로 되었을 뿐 아니라 터치형으로 전화번호와 같은 데이터를 입력할 때 뿐 아니라 게임기능에서도 총을 쏘거나 스포츠 게임에서 공을 칠 때 등의 경우에 진동을 발생시켜 게임자가 보다 실감나게 게임을 할 수 있는 기능도 제공하고 있다. 이런 경우 보통 진동을 발생하는 모터를 채용하는데 이와 같이 다양한 경우에 진동 기능을 사용하게 됨으로써 진동 발생기의 사용 빈도가 증가하게 되어 모터에 대해 장수명화, 높은 신뢰성의 요구가 증대되고 있다.

종래의 브러시를 사용하는 회전형의 진동 모터로는 브러시 및 정류자와 같은 접점부품의 마모를 수반하여 기술적으로 긴 수명을 보장하기에 한계가 있기 때문에 이에 대한 대응의 한 방법으로 선형 진동발생기가 등장하였다.

도 1은 종래의 회전형 진동발생기의 단면도이다. 종래의 평편형 진동발생기는 크게 고정부재인 고정자와 회전 부재인 회전자로 이루어진다. 이 회전자는 권선 코일(10), 중량체(12)들을 대체로 한쪽으로 몰아 배치하므로 무게 중심이 회전 중심보다 편심되어 회전시 진동을 동반하게 되는 것이다. 이런 브러시 타입의 진동 발생기는 브러시(7a.7b)와 정류자(9)의 습동 접점에 의해 전류의 방향을 바꾸므로 기계적 마모를 피할 수 없어 장수명 요구에 대응할 수가 없어 마모를 수반하는 전기적 접점이 없는 선형진동 발생기가 등장하게 된다.

선형 진동발생기로서는 일본특허공개공보 제1997-205763호에서 진동발생장치가 제안된 바 있으며, 이와 같은 유형의 고안에서 제시하는 구조는 도 2와 도 3에서 개념적으로 도시되고 있다. 도 2를 참조하여 그 작용을 살펴보면, 진동 발생장치는 케이스(212) 내부에 스프링(220)이 배치되고, 상기 스프링(220)에 결합된 요크(241), 마그네트(242) 및 평면요크(243)에 의해서 자기장(磁氣場)이 발생된다. 상기 자기장 내에 코일(230)이 배치되는데 코일(230) 한 끝단은 상기 베이스(211)의 내측면에 고정된다. 상기 진동 발생기는 상기 자기장의 방향과 상기 코일(230)을 따라 흐르는 전류의 방향이 수직으로 형성되어, 상기 코일(230)에 전류가 흐르면 플레밍의 왼손의 법칙에 따라 상기 자기장방향과 전류의 방향에 수직인 방향, 즉 도 2에서는 아래 또는 위로 스프링(220)에 의해 지지되는 자기장 형성부품이 움직이게 된다. 코일(230)에 인가되는 전류의 방향을 연속적으로 바꿔 주면 진동자는 연속적으로 상하 진동을 발생하게 된다, 이런 선형 진동 발생기는 회전형 진동발생기와 달리 습동 접점이 없으므로 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 선형 진동발생기는 종래 브러시타입 진동모터에서 진동량을 얻기 위한 방식인 회전형 구조를 탈피하여, 공진을 이용하여 최대변위를 발생시켜 원하는 주파수 대역에서 진동량을 얻을 수 있는 구조를 갖게 할 수 있다. 여기서, 공진주파수는(fn)는 아래 [식 1]에서 보듯이 진동자의 질량(m)과 스프링 상수(k)에 영향을 받는다.

[식 1]

그러나, 본 고안의 경우 마그네트(242)가 상하운동을 하는 구조므로 상하운동하는 마그네트(242)와 통상 금속 재질의 케이스(212) 또는 베이스(211)와 상호 자기(磁氣) 흡인력이 생겨 공진 주파수 왜곡이 생기는 등 부작용이 있어 마그네트 진동형 대신에 코일 진동형이 제시되고 있다.

이와 같이 코일이 상하 진동하는 고안의 한 사례를 대한민국 등록특허 10-1046044를 사례로 도 4에서 소개한다. 도 4로 설명을 하자면 코일(430), 요크(441), 중량체(444)로 진동자를 이루고, 두 개의 마그네트(442a, 442b)를 베이스(411b)와 케이스(412)에 각 각 결합하고, 한 개의 평면요크(443)로 고정자를 이루고 진동자와 고정자를 스프링(420)으로 연결하고 베이스(411b)에 결합되는 유연한 인쇄회로기판(411a)을 통해 코일(430)에 전류를 인가하여 상하 진동하는 구조를 제시하고 있다. 도 2나 도 4의 종래의 상하 선형진동 발생기는 두께 방향으로 진동을 하므로 진동 발생기를 얇게 만드는 것에 한계가 있게 된다. 그래서 등장하는 고안의 유형이 도 5에 나타낸 대한민국 공개특허 10-2011-0051422과 같이 외형을 사각형으로 만들면서 두께의 직각 방향으로 진동하게 하여 얇은 진동 발생기를 제공하고자 하고 있다.

도 5와 같이 외형을 사각형으로 만들면서 두께의 직각 방향으로 진동하게 하면 도 2나 도4와 같은 두께 방향의 선형진동 발생기보다 얇게 만들 수 있다는 것은 전문가가 아니라도 일견하여 자명한 사실이나 문제는 복잡한 기구 구조를 얼마나 간단히 하여 대량 생산이 가능한 구조를 제공하느냐가 관건이라 하겠다. 예를 들자면 도 4의 고안과 달리 도 5의 고안에서는 스프링이 4개나 개별적으로 사용하게 되고 그렇게 하면서도 스프링 내부에 두께 방향의 변형을 억제하는 댐퍼류의 부품을 다량 사용하게 되어 재료비도 올라가고 조립공정도 복잡해지는 단점이 있다. 본 고안에서는 두께가 얇은 구조가 가능하면서도 단순한 탄성지지 구조를 고안하여 부품의 수를 줄이고 제조 공정을 단순하게 하는 것이 가능하게 하고 있다.

본 고안은 도 6에서의 사례와 같이 1개의 금속 부품의 양 측면을 구부리고 연결된 부위에 복 수의 스프링 탄성체 기능을 부여하고 각 탄성체 끝 단은 고정자에 결합하며 중앙 평면 부위에는 코일과 중량체를 결합하여 진동자를 구성하게 하는 것이 본 고안의 핵심 내용이라 할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 외곽을 형성하는 케이스와 베이스 및 상기 베이스에 결합되는 마그네트를 포함하는 고정자; 그리고, 코일 및 중량체와 결합된 스프링 평면부와, 상기 스프링 평면부 측면에 구비되는 적어도 2 이상의 스프링 탄성 기능부를 포함하며, 상기 스프링 탄성 기능부의 끝단이 상기 고정자에 연결되는 진동자;를 포함하는 선형 진동 발생기가 제공될 수 있다.
그리고, 일측은 상기 베이스에 부착되고 타측은 상기 진동자에 부착되어 코일에 전류를 인가하는 유연한 인쇄회로기판이 더 포함될 수 있다.
상기 마그네트 상면에 자성유체가 도포될 수 있다.
상기 스프링 평면부 일부가 절개될 수 있으며 상기 절개한 부위 일부를 중량체로 채울 수 있다.
또한, 상기 케이스와 마주보는 진동자 면에 자성유체가 도포될 수 있다.
상기 고정자 내부에 구비되는 댐퍼가 더 포함될 수 있다.

상기 구조로는 사각형태의 외곽을 구성하고 두께의 수직 방향으로 진동하는 선형 진동 발생기에 있어서 도 5의 고안과 달리 스프링을 4개나 개별적으로 사용하거나 그러면서도 스프링 내부에 두께 방향의 변형을 억제하는 댐퍼류의 부품을 다량 사용할 필요가 없이 1개의 부품으로 코일과 중량체를 결합하는 지지체와 복수의 탄성체 기능을 일괄적으로 할 수 있게 하여 부품수를 획기적으로 줄이고 제조 공정을 단순히 할 수 있게 하여 원가가 저렴하게 제조가 가능해 진다.

도 1은 종래의 회전형 진동발생기의 측 단면을 도시한다.
도 2는 종래의 마그네트 진동형 두께방향 선형진동발생기의
측 단면을 도시한다.
도 3은 종래의 마그네트 진동형 두께방향 선형진동발생기의
스프링이 나타나는 평면도를 도시한다.
도 4는 종래의 코일 진동형 두께방향 선형진동발생기 사례의 측
단면을 도시한다.
도 5는 종래의 코일 진동형 두께 수직방향 선형 진동발생기 사례를
도시한다
도 6은 본 고안의 코일 진동형 두께 수직방향 선형 진동발생기
구조도를 도시한다.
도 7은 본 고안의 변형된 코일 진동형 두께 수직방향 선형 진동발생기
구조도를 도시한다.
도 8은 본 고안의 진동자를 바닥에서 본 구조도 사례를 도시한다.
도 9는 본 고안의 마그네트 상면에 자성 유체를 도포한 사례를 도시한다.
도 10은 본 고안의 스프링 구조의 변형된 사례를 도시한다.

본 고안은 금속으로 이루어지는 케이스(612)와 베이스(611b)로 외곽을 이루고, 코일(630), 일반적으로 텅스텐을 주성분으로 하는 소결체로 구성되는 중량체(644)를 스프링 평면부(620a)에 결합하고 스프링 끝 단부(620c)를 고정자에 결합하여 진동자를 이루며, 상기 케이스(612), 베이스(611b) 및 상기 베이스(611b)에 마그네트를 결합하여 고정자를 구성하고 일 측은 베이스(611b)에 부착되고 일 측은 진동자에 부착된 유연한 인쇄회로기판(611a)을 통해 코일(630)에 전류를 인가하면 진동자를 두께의 수직 방향인 좌우 방향의 일 측으로 이동하게 하는 구조를 제시한다. 이런 구조에서는 마그네트(642)의 자극(磁極)이 좌우 진동하는 방향으로 N극, S극으로 착자 되어 유연한 인쇄회로기판(611a)을 통해 코일(630)에 전류를 흘리면 진동자가 이동하게 되며, 코일(630)에 흐르는 전류의 방향을 바꾸면 반대 방향으로 이동할 수 있게 하고 이 전류방향을 바꾸는 주파수를 진동자의 공진 주파수와 일치시켜 극대화된 진동을 발생하게 한다.

한편으로 도 9에 나타낸 사례와 같이 마그네트(642) 상면에 자성유체(645a)를 도포하면 마그네트(642)의 자력(磁力)에 의해 자성유체(645a)가 일정 위치에 유지가 되므로 진동자 하부와 고정자 내부 상부인 마그네트(642) 상면이 진동시 접촉하더라도 액체인 자성유체(645a)를 매개로 한 접촉이 되게 하여 진동시 발생하는 불필요한 소음을 줄일 수 있다. 도 9에서는 마그네트(642) N극, S극 두 자극(磁極)의 외곽에 도포하는 방법을 제시하나 도포 지역을 축소 또는 변형하는 방법들은 마그네트(642)의 모서리를 포함한 상면에 자성유체(645a)를 도포하는 경우는 여전히 본 고안의 사례임이 자명하다 하겠다.

추가 선택 사항으로 진동자 상면 중에 케이스(612)와 면대항 하는 부위에도 자성유체(645b)를 추가 도포하여 같은 원리로 진동자와 케이스(612)의 비정상적인 접촉에도 소음의 발생을 억제할 수도 있다. 진동자 상면을 형성하는 스프링 평면부(620a)의 일부를 절개할 수도 있고 이 절개 부위를 비중이 높은 중량체(644)로 다시 채울 수도 있으며 진동자 상면에 자성유체(645b)를 도포하는 경우 바람직하기로는 이 절개부 주변에 도포하여 자성유체(645b)가 다른 부위로 이동해 버리는 것을 방지하는 것으로 하지만 모서리 부위를 포함하여 진동자 상면 부위라면 다른 부위에 도포하는 변형적인 방법도 본 고안의 범주에 해당한다고 할 수 있다.

본 고안의 다른 사례로 휴대폰과 같이 진동발생기 조립 제품을 바닥에 떨어뜨렸을 때와 같이 비정상적으로 충격을 받았을 때 충격 흡수용으로 케이스(612)나 베이스(611b) 내부 공간에 댐퍼(615a, 615b)를 부착할 수도 있다.

211,411,511,611 : 베이스 어셈블리,
411a, 611a : 유연한 인쇄회로기판
511a : 코일에 전류 통전 수단
411b, 511b, 611b : 베이스
212,412,512,612 : 케이스,
220,420,520, 620 : 스프링,
620a : 스프링 평면부, 620b : 스프링 탄성 기능부, 620c : 스프링 끝단
230,430,530, 630 : 코일,
241,441,541 : 요크,
242,442,542a, 642 : 마그네트,
542b : 제2의 마그네트,
243,443,543 : 평면요크,
415, 515, 615a, 615b : 댐퍼,
444,544, 644 : 중량체,
545, 645a, 645b : 자성유체,

Claims (8)

1. 외곽을 형성하는 케이스와 베이스 및 상기 베이스에 결합되는 마그네트를 포함하는 고정자; 그리고,
   코일 및 중량체와 결합된 스프링 평면부를 포함하며, 상기 스프링 평면부 양 끝단에 탄성체 기능을 부여하고 이를 구부려 상기 고정자에 결합하는 진동자;를 포함하는 선형 진동 발생기.
2. 제1항에 있어서,
   일측은 상기 베이스에 부착되고 타측은 상기 진동자에 부착되어 코일에 전류를 인가하는 유연한 인쇄회로기판을 더 포함하는 선형 진동 발생기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 마그네트 상면에 자성유체를 도포한 것을 특징으로 하는 선형 진동 발생기.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 스프링 평면부 일부를 절개한 것을 특징으로 하는 선형 진동 발생기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 스프링 평면부 일부를 절개한 부위 일부를 중량체로 채운 것을 특징으로 하는 선형 진동 발생기.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 케이스와 마주보는 진동자 면에 자성유체를 도포한 것을 특징으로 하는 선형 진동 발생기.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 고정자 내부에 구비되는 댐퍼를 더 포함하는 선형 진동 발생기.
   
8. 삭제

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