KR101779290B1 - 선형 진동자 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 선형 진동자는 전자기력을 발생하는 코일과, 코일 내측 면에 결합하여지는 원통형 돌기 요크 면을 갖춘 브라켓을 포함하는 고정체; 상기 원통형 돌기 요크 면에 대항하게 배치되며 방향과 세기를 가진 자기장을 발생하는 영구자석과 결합한 중량체로 구성되는 진동체; 상기 진동체의 진동을 효과적으로 전달하도록 진동체와 고정체에 결합되는 탄성 부재; 상기 고정체와 진동체, 탄성 부재는 내부가 비어있는 케이스와 결합되어 구성된다.

Description

선형 진동자 {Linear Vibration}

본 발명은 휴대 단말기에 채용된 선형 진동자에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 외부에 입력된 전원 주파수의 전기신호에 따라 가변하는 전자기력을 발생하는 코일에 의해 발생하는 전자기력과 고정된 세기와 방향을 가진 자기력을 발생하는 원통형 영구자석과 인력 및 척력에 의해 상하 진동이 발생하고 발생한 진동을 전달하는 탄성부재를 통하여 외부에 전달하는 선형 진동자에 관한 것이다.

최근에는 스마트폰이 널리 보급되고 있으며, 이에 따라 터치 촉감을 통한 다양한 방식의 터치 기능에 진동을 결합하여 빠른 응답성을 갖춘 진동모터가 필요로 하게 되고 있다.

일반적으로, 진동모터는 전자기적 힘의 발생원리를 이용하여 전기적 에너지를 기계적 진동으로 변환하는 부품으로 소리가 아닌 진동으로 착신상태를 알려주도록 발명된 것이 진동모터이며, 이런 진동모터에는 대한민국 특허등록 제10-1141002호에 기재된 것처럼 브러시를 사용한 dc 모터에 중량 체를 달아서 사용하는 것이 일반적인 방식이지만 이는 브러시를 사용함으로써 수명이 길지 못한 제한이 발생하며, 사용에 제한이 발생하며 현재 터치 휴대전화인 스마트폰이 널리 유행하면서 빠른 응답특성과 긴 수명의 진동모터가 요구되는 소비자의 요구를 충족하기 어렵다.

한편, 이러한 문제점인 모터의 수명 및 응답성의 단점을 극복하고 터치 스크린의 진동기능을 구현하기 위해 많이 사용되어지는 것이 선형 진동자이다.

선형 진동자는 모터의 회전원리가 아닌 내부에 설치된 탄성 복원력을 갖춘 탄성 부재에 중량 체를 결합하고 이를 외부에 인가되는 전원 주파수에 동기화되어 주기적으로 발생시키면서 공진을 일으키게 되어 진동이 발생하게 된다.

그러나 수직방향으로 진동하도록 설계되어 있는 선형 진동자에 대해서 다양한 진동과 터치 센서를 이용하기 위해서는 더욱 빠른 응답특성을 갖춘 선형 진동자가 필요하게 되고 그에 따른 전자기력과 자기력, 탄성 복원력의 상관관계를 극대한 빠른 응답 특성을 갖춘 선형 진동자에 대한 연구가 시급한 실정이다.

대한민국 특허등록 제10-1141002호

상기와 같은 종래 기술에서의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 빠른 응답 특성이 가능하도록 코일의 전자기력을 원통형 돌기 요크에 집중하고 진동축 방향으로 대칭면에 상대 자기력을 발생하는 영구자석을 배치하고 그 사이에 탄성 복원력을 가지는 탄성 부재를 배치하여 교번하는 외부 전원에 동기화되어 영구자석과 전자기력이 집중된 원통형 돌기 요크 사이에 인력과 척력과 함께 탄성 부재의 탄성 복원력에 의해 빠른 응답 특성이 가능한 선형 진동자를 제공함에 있다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 본 발명은 전자기력을 발생하는 코일과, 코일 내측 면과 결합하여지는 원통형 돌기 요크를 갖춘 브라켓을 포함하는 고정자; 상기 원통형 돌기 요크와 대항하여 배치되며 방향과 세기를 가진 자기장을 발생하는 영구자석과, 영구자석과 결합한 중량 체로 구성되는 진동체; 상기 진동체의 진동을 효과적으로 전달하도록 진동체와 고 정체 사이에 결합하는 탄성 부재; 상기 고 정체와 진동체, 탄성 부재는 내부가 비어있는 케이스와 결합되어 구성된다.

또한, 영구자석은 원통형이면서 진동축 방향으로 착자되어 상측 면에 일측방향으로 자기를 집중하도록 하여주는 플레이트를 결합하고 영구자석 하 측면은 전자기력이 집중된 원통형 돌기 요크와 마주보는 방향으로 위치하게 구성한다.

또한, 영구자석에 결합한 플레이트는 영구자석의 자기력을 일측방향으로 보낼 수 있도록 금속성 자성재료로 구성한다.

또한, 영구자석에 결합한 플레이트와 내부가 비어있는 케이스 사이에 자기적 완충작용을 위하여 플레이트 면에 자성유체를 더 포함하여 구성한다.

또한, 영구자석과 원통형 돌기 요크 사이에 탄성 부재가 위치하게 구성한다.

또한, 브라켓은 원통형 돌기 요크와 영구자석 사이에 자기적 완충작용을 위해 영구자석에 자성유체를 더 포함하도록 구성한다.

또한, 브라켓 중앙에 위치한 원통형 돌기 요크의 중앙에 관통 홀을 포함하도록 구성한다

또한, 내부가 비어있는 케이스는 금속성 자성재료로 구성하고 그 중앙에 중앙 관통 홀를 포함하도록 구성한다.

또한, 코일과 전기적으로 연결되어 상기 코일에 전류를 제공하도록 하며 일측부가 도출되어 전원연결단자가 형성된 인쇄회로 기판으로 구성된 PCB를 포함하도록 구성한다.

본 발명은 진동축 방향으로 착자되어 있는 영구자석의 자기력과 코일의 전자기력이 집중되어 있는 원통형 돌기 요크와의 인력과 척력에 의해 상하로 동작하게 되며 그 사이에 진동축 방향으로 밴딩하여 일정한 높이를 유지하도록 하여 진동축 방향으로 탄성 복원력이 발생하는 탄성 부재를 위치하여 영구자석의 자기력과 전자기력이 집중된 원통형 돌기 요크와의 인력과 척력에 탄성 복원력이 더하여 지므로 빠른 응답 특성이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 선형 진동자의 결합상태를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 기술이 적용된 선형 진동자를 도시한 분해 상태의 사시도.
도 3은 본 발명의 기술이 적용된 선형 진동자의 영구자석과 플레이트로 구성된 진동체와 원통형 돌기 요크를 구성된 브라켓과 최종적으로 내부가 비어있는 케이스와의 자기력과 코일에 인가되어 원통형 돌기 요크에 집중된 전자기력과의 관계를 설명한 도면으로서, a)는 정상상태를, b)는 진동체 하강상태를, c)는 진동체 상승상태를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 기술이 적용된 선형 진동자의 탄성 부재를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 기술이 적용된 선형 진동자의 브라켓을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 기술이 적용된 선형 진동자의 케이스를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 선형 진동자의 결합상태를 도시한 단면 구성도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 선형 진동자의 결합상태를 도시한 단면 구성도.

이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성과 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 선형 진동자의 결합상태를 도시한 단면도, 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 선형 진동자를 도시한 분해 상태의 사시도, 도 3은 본 발명의 기술이 적용된 선형 진동자의 영구자석(320)과 플레이트(330)로 구성된 진동체(300)와 원통형 돌기 요크(111)가 구성된 브라켓(110)과 최종적으로 내부가 비어있는 케이스(400)와의 자기력과 코일(130)에 인가되어 원통형 돌기 요크(111)에 집중된 전자기력과의 관계를 설명한 도면으로서, a)는 정상상태를, b)는 진동체 하강상태를, c)는 진동체 상승상태를 도시한 도면, 도 4는 본 발명의 기술이 적용된 선형 진동자의 탄성 부재(200)를 도시한 도면, 도 5는 본 발명의 기술이 적용된 선형 진동자의 브라켓(110)을 도시한 도면, 도 6은 본 발명의 기술이 적용된 선형 진동자의 케이스(400)를 도시한 도면으로서 함께 설명한다.

본 발명의 기술이 적용되는 선형 진동자는, 전자기력을 발생하는 코일(130)과, 코일 내측 면에 결합하여지는 원통형 돌기 요크(111)를 갖춘 브라켓(110)을 포함하는 고정체(100); 상기 원통형 돌기 요크(111)에 대항하게 배치되며 방향과 세기를 가진 자기력을 발생하는 영구자석(320)과, 영구자석과 결합한 중량체(310)로 구성되는 진동체(300); 상기 진동체의 진동을 효과적으로 전달하도록 진동체와 고 정체 사이에 결합하는 탄성 부재(200); 상기 고정체와 진동체, 탄성부재는 내부가 비어있는 케이스(400)로 결합되어 구성된다.

상기 코일(130)은 전기적으로 연결되어 외부 전원이 제공하도록 하며 일측부가 도출되어 전원연결단가가 형성된 인쇄회로 기판으로 구성된 PCB(120)를 통행 결합하여지며 코일 내측 면에 브라켓의 원통형 돌기 요크(111) 외측을 감싸면서 결합하여 고정체(100)를 구성하며 외부 교번하는 전원에 의하여 코일에 발생한 전자기력은 원통형 돌기 요크(111)에 집중하게 된다.

상기 진동체는 원통형 영구자석(320)과 원통형 영구자석 외측과 결합하여 지고 진동축 방향으로 착자되어진 원통형 영구자석 상측에 플레이트(330)를 포함하여 구성된다.

여기서, 영구자석(320)에 결합한 플레이트(330)는 영구자석(320)의 자기력을 일측방향으로 보낼 수 있도록 하기 위하여 금속성 자성재료로 구성된다.

상기 도 4에 도시된 것과 같이 탄성 부재(200)는 진동방향으로 자기력이 형성된 원통형 영구자석(320)과 같은 방향으로 밴딩하여 일정한 높이를 유지하도록 하여 진동방향으로 탄성 복원력이 발생하고 큰 외경을 갖는 바깥 테두리와 복수의 지지대로 이루어지며 링 형태의 상측 부위와 복수의 지지대가 연결되면서 바깥 테두리는 고정체인 브라켓(110)과 결합되어지고 상측 부위는 중량체(310)와 결합하여 구성된다.

상기 도 3에 도시된 것과 같이 진동방향으로 자기력선이 형성된 원통형 영구자석(320)은 원통형 돌기 요크(111)를 갖춘 브라켓(110)과 케이스(400)와 플레이트(330)를 통하여 영구자석으로 돌아오는 자기 폐회로가 형성되어 고정체와 진동체 사이에 자기력에 의한 인력이 발생하여 진동체는 하강하려는 힘이 발생하며 이 자기력선에 의한 힘과 진동 축 방향으로 밴딩되어 형성된 탄성 복원력을 갖춘 탄성부재(200)의 탄성 복원력이 균형을 유지하는 지점에서 영구자석(320)과 플레이트(330)와 중량체(310)로 결합되어진 진동체(300)는 위치하게 된다.

이때, 영구자석(320)에 의한 자기력선과 탄성 부재(200)의 탄성 복원력과 함께 코일(130)에 인가하는 교번하는 전원에 의해 발생한 전자기력은 원통형 돌기 요크(111)에 집중되며 외부 교번하는 전원에 의해 전자기력의 방향이 교번하게 되면 영구자석(320)의 자기력과 탄성 부재의 탄성 복원력 사이에 인력과 척력이 발생하여 진동체(300)는 상하로 동작하게 된다.

또한, 교번하는 외부 전원이 PCB(120)를 통해서 코일(130)에 인가되면 전자기력이 발생하고 발생한 전자기력은 원통형 돌기 요크(111)에 집중되며 집중된 전자기력과 같은 방향으로 형성된 영구자석(320)에 의해 발생한 자기력에 의해 인력이 발생하여 진동체(300)는 하측으로 이동하고 교번하는 외부 전원이 바뀌면 코일에 의해 원통형 돌기 요크에 집중된 전자기력의 방향이 바뀌게 되어 영구자석(320)에서 발생한 자기력과 반대의 힘이 발생하여 척력이 발생하고 발생시점에서 추가적인 탄성 복원력도 척력이 발생하여 탄성 복원력이 더해지므로 빠르게 영구자석으로 구성된 진동체(300)를 밀어내어 이동거리를 증대하게 되어 진동체의 진동 폭 증대와 빠른 응답이 가능하게 된다.

이때. 전자기력과 자기력에 의한 인력발생시 원통형 돌기 요크(111)와 영구자석(320)이 접촉될 수 있으므로 자성 유체를 영구자석에 도포함으로써 자기적으로 완충작용을 하여 일정 거리를 유지되어 접촉에 따른 소음을 줄일수가 있다.

또한, 선형 진동자 조립이 완료된 상태에서 진동체(300)의 영구자석(320)에 자성 유체(350) 도포가 수월하도록 브라켓 중앙에 위치한 원통형 돌기 요크(111)의 중앙에 관통 홀(112)을 포함하여 자기적 완충작용을 하는 자성유체 도포가 손쉽게 조절할 수가 있다.

또한, 전자기력과 자기력에 의한 진동체에 척력 발생시 상승하게 되고 진동체(300)가 상승하면서 케이스(400)와 플레이트(330)가 접촉에 따른 소음이 발생할 수 있으므로 자성 유체(340)를 플레이트(330) 상측 면에 도포하면 영구자석(320)의 원통 외주면을 따라서 환형의 자성 유체가 모이게 되므로 자기적으로 완충작용을 하여 일정 거리를 유지되어 접촉에 따른 소음을 줄일수가 있다.

또한, 선형 진동자 조립이 완료된 상태에서 상기 내부가 비어있는 케이스(400)의 중앙에는 진동체(300)의 플레이트(330) 면에 자성 유체(340) 도포가 수월하도록 중앙 관통 홀(410)을 두어 이곳을 통하여 선형 진동자의 자기적 완충작용을 하는 자성 유체(340) 도포가 손쉽게 조절할 수가 있다.

여기서, 상기 내부가 비어있는 케이스(400)는 금속성 자성재료로 구성되어 진다.

또한, 영구자석에 출발한 자기력선은 원통형 돌기 요크(111)를 갖춘 브라켓(110)을 통해서 케이스(400)에 전달되고 케이스에 전달된 자기력은 진동체(300)의 플레이트(330)를 통하여 영구자석(320)으로 돌아오는 자기 폐회로가 형성되어 진다.

또한, 이렇게 형성된 자기 폐회로는 PCB(120)를 통해서 인가되는 외부 전원이 없어지면 교번하는 외부 전원에 의해 상하로 구동하던 진동체(300)는 자기 폐회로를 통한 자기력과 탄성부재(200)의 탄성 복원력과의 균형을 이루면서 멈추게 된다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 선형 진동자의 결합상태를 도시한 단면 구성도로써 전자기력을 발생하는 코일(130)과 코일 내측 면에 결합하여지는 요크(140)와, 요크 외 측면과 브라켓(110)이 결합하여 고정체(100)를 구성하며, 상기 요크에 대항하게 배치되며 방향과 세기를 가진 자기력을 발생하는 영구자석(320)과, 영구자석과 결합한 중량체(310)로 구성되는 진동체(300)를 구성한다.

상기 진동체(300)의 진동을 효과적으로 전달하도록 진동체와 고정체 사이에 결합하는 탄성 부재(200)와 고정체(100)와 진동체(300), 탄성 부재(200)는 내부가 비어있는 케이스(400)와 결합하여 구성된다.

상기 코일(130)은 전기적으로 연결되어 외부 전원이 제공하도록 하며 일측부가 도출되어 전원연결단가가 형성된 인쇄회로 기판으로 구성된 PCB(120)를 통해 결합하여지며 코일 내측 면에 요크(140)를 감싸면서 결합하고 브라켓 중앙 부위에 위치한 관통 홀에 요크(140)를 결합하여 고정체(100)를 구성하며 외부 전원에 의해서 코일에 발생한 전자기력을 요크에 집중하게 된다.

여기서, 영구자석에 결합한 플레이트는 영구자석의 자기력을 일측 방향으로 보낼수 있도록 하기 위해서 플레이트는 금속성 자성재료로 결합하여 구성된다.

여기서, 진동방향으로 자기력이 형성된 원통형 영구자석(320)은 일측방향으로 밀어주는 플레이트(330)와 요크(140)를 통해서 자기 폐회로가 형성되어 고정체(100)와 진동체(300) 사이에는 인력이 발생하여 진동체는 하강하려는 힘이 발생하며 이 자기력에 의한 힘과 같은 방향으로 밴딩하여 일정한 높이를 유지하도록 진동방향으로 탄성 복원력을 갖춘 탄성부재와는 힘의 균형을 이루는 지점에 진동체가 위치하게 된다.

이때, 영구자석(320)에 의한 자기력선과 탄성 부재(200)의 탄성 복원력과 함께 코일(130)에 인가하는 교번 전원에 의해 발생한 전자기력은 요크(140)에 집중되며 외부 교전하는 전원에 의해 전자기력의 방향이 교번하게 되면 그에 따른 탄성 부재(200)의 탄성 복원력과 영구자석(320)의 의한 자기력과 요크에 의해 집중된 전자기력에 의해 인력과 척력이 발생하여 진동체는 상하로 동작하게 된다.

이때, 교번하는 외부전원이 PCB(120)를 통해서 코일(130)에 인가되면 전자기력이 발생하고 발생한 전자기력은 요크(140)에 집중되며 집중된 전자기력과 같은 방향으로 형성된 영구자석(320)에 의해 발생한 자기력에 의해 인력이 발생하여 진동체는 하측으로 이동하고 교번하는 외부 전원이 바뀌면 코일(130)에 의해 요크(140)에 집중된 전자기력의 방향이 바뀌게 되어 영구자석에서 발생한 자기력과 반대의 힘이 발생하여 척력이 발생하고 발생 시점에서 추가적인 탄성 복원력 또한 척력이 발생하여 더해지므로 빠르게 영구자석으로 구성된 진동체를 밀어내어 빠른 응답이 가능하게 되면서 상측으로 이동시키게 되어 진동체의 진동폭을 확대하게 된다.

이때. 전자기력과 자기력에 의한 인력발생시 요크(140)와 영구자석(320)이 접촉될 수 있으므로 자성 유체를 영구자석에 도포함으로써 자기적으로 완충작용을 하여 일정 거리를 유지되어 접촉에 따른 소음을 줄일수가 있다.

또한, 전자기력과 자기력에 의한 진동체에 척력 발생시 상승하게 되고 진동체가 상승하면서 케이스(400)와 플레이트(330)가 접촉에 따른 소음이 발생할 수 있으므로 자성 유체(340)를 플레이트 상측 면에 도포하면 영구자석의 원통 외주면을 따라서 환형의 자성 유체가 모이게 되므로 자기적으로 완충작용을 하여 일정 거리를 유지되어 접촉에 따른 소음을 줄일수가 있다.

여기서, 상기 내부가 비어있는 케이스와 요크는 금속성 자성재료로 구성되어 진다.

또한, 영구자석에 출발한 자기력선은 요크와 브라켓을 통해서 케이스에 전달되고 케이스에 전달된 자기력은 진동체의 플레이트(330)를 통하여 영구자석으로 돌아오는 자기 폐회로가 형성되어 진다.

또한, 이렇게 형성된 자기 폐회로는 PCB(120)를 통해서 인가되는 외부 전원이 없어지면 교번하는 외부 전원에 의해 상하로 구동하던 진동체(300)는 자기 폐회로를 통한 자기력과 탄성부재(200)의 탄성 복원력과의 균형을 이루면서 멈추게 된다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 선형 진동자로서 영구자석(320) 상 측면에 플레이트를 제외하여 구성한 것으로써 외부전원을 공급하는 PCB(120), 전자기력을 발생하는 코일(130)과, 코일 내측 면에 결합하여지는 요크(140), 요크와 결합한 브라켓(110)으로 구성된 고정체(100), 상기 요크에 대항하게 배치되며 방향과 세기를 가진 자기력을 발생하는 영구자석(320)과, 영구자석과 결합한 중량체로 구성되는 진동체(300), 상기 진동체와 고정체 사이에 위치한 탄성 부재(200), 상기 고정체와 진동체, 탄성 부재는 내부가 비어있는 케이스(400)와 결합하여 구성한다.

이상과 같은 본 발명의 기술이 적용된 선형 진동자에 대해서 설명하였지만, 본 발명의 청구 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

100: 고정체 110: 브라켓 111: 원통형 돌기 요크
112: 관통 홀 120: PCB 130: 코일 140: 요크
200: 탄성 부재 210: 바깥 테두리 220: 복수의 지지대 230: 상측 부위
300: 진동체 310: 중량체 320: 영구자석 330: 플레이트
400: 케이스 410: 중앙 관통 홀

Claims (10)

1. 전자기력을 발생하는 코일(130)과, 상기 코일의 내측 면에 결합되고 중앙에 관통 홀(112)을 갖는 원통형 돌기 요크(111)를 갖춘 브라켓(110)으로 이루어지는 고정체(100);
   상기 원통형 돌기 요크(111)에 대항하여 진동축 방향으로 상하로 착자되며 상측면은 금속 플레이트(330)와 결합되고, 하측면은 상기 원통형 돌기 요크의 관통 홀(112)을 통하여 주입된 자기적 완충용 자성 유체(350)와 결합되어 자기장을 발생하는 영구자석(320)과, 상기 영구자석과 결합된 중량체(310)로 이루어지는 진동체(300);
   상기 진동체(300)와 상기 고정체(100) 사이에 결합되는 탄성부재(200);
   상기 고정체(100)의 브라켓(110)에 결합되어 상기 진동체(300) 및 탄성부재(200)를 내장할 수 있도록 내부가 비어있고, 중앙 관통 홀(410)이 형성된 케이스(400)를 구비하되, 상기 중앙 관통 홀(410)을 통하여 주입된 자기적 완충용 자성 유체(340)가 상기 금속 플레이트(330) 상에 구비되는 것을 특징으로 하는 선형 진동자.
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