KR102138339B1 - 사운드 진동 액츄에이터 - Google Patents

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KR102138339B1
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 사운드 진동 액츄에이터(100)는, 하부 케이스(10a), 측부 케이스(10b) 및 상부 케이스(10c)를 포함하며 내부 공간을 형성하는 케이스(10), 상기 케이스(10)의 내부 공간에 배치되는 제1 진동부(30) 상기 제1 진동부(30) 및 상기 상부 케이스(10c) 사이에서, 상기 상부 케이스(10c)와 결합 배치되는 제2 진동부(20a) 상기 제1 진동부(30)와 일면이 결합되는 탄성부재(40) 및 상기 제1 진동부(30)와 상기 하부 케이스(10a) 사이에서, 상기 하부 케이스(10a)와 결합 배치되는 제3 진동부(20b)를 포함하고, 상기 하부 케이스(10a)는, 외부 음향 발생부(S)에 고정되는 것을 특징으로 한다.

Description

사운드 진동 액츄에이터{SOUND VIBRATION ACTUATOR}
본 발명은 사운드 진동 액츄에이터에 관한 것이다. 보다 자세하게는 복수 개의 진동부를 포함하여 다양한 대역의 공진 주파수를 발생시킬 수 있는 사운드 진동 액츄에이터에 관한 것이다.
일반적으로 스마트폰 등의 모바일 단말에는 통화 착신 등의 인터페이싱은 물론, 키 입력, 이벤트 발생, 앱 실행 등을 사용자에게 인터페이싱하기 위한 진동 기능(햅틱, Haptic)이 구현되며, 진동 기능을 구현하기 위한 구동 장치로, 전자기력을 기계적 구동력으로 빠르게 변환하여 상하 진동을 발생시키는 진동 모터가 이용되고 있다.
한편, 최근 모바일 단말은 전방 화면의 비율이 90% 이상을 차지하는 베젤리스(Vezelless)가 디자인이 대세를 이룸에 따라 종래의 모바일 단말 전면에 배치한 사운드 스피커, 리시버 홀 등을 모바일 단말 내에 배치시키는 기술이 개시되고 있으며, 이러한 기술 중 하나로 전자기력을 이용하는 진동 모터의 주파수 제어를 통해 원하는 음향을 발생시키는 사운드 액츄에이터가 개발되고 있다.
사운드 진동 액츄에이터를 모바일 단말 내부에 적용시키기 위해서는 우수한 응답 특성뿐만 아니라 다양한 주파수 대역에서 일정 수준 이상의 진동량이 요구된다.
따라서 다양한 대역의 공진 주파수를 발생시켜 스피커, 리시버 등의 사운드 기능을 제공할 수 있는 사운드 진동 액츄에이터가 요구되며, 본 발명은 이에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 다양한 주파수 대역의 진동을 발생시킬 수 있는 사운드 진동 액츄에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 복수 개의 진동부를 구비하여 저음역대부터 고음역대까지 다양한 음역대의 진동을 발생시킬 수 있는 사운드 진동 액츄에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 외부 음향 발생 장치에 장착되어 진동 발생 장치와 음향 발생 장치의 역할을 모두 수행할 수 있는 사운드 진동 액츄에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 진동 액츄에이터는 하부 케이스, 측부 케이스 및 상부 케이스를 포함하며 내부 공간을 형성하는 케이스, 상기 케이스의 내부 공간에 배치되는 제1 진동부, 상기 제1 진동부 및 상기 상부 케이스 사이에서, 상기 상부 케이스와 결합 배치되는 제2 진동부, 상기 제1 진동부와 일면이 결합되는 탄성부재 및 상기 제1 진동부와 상기 하부 케이스 사이에서, 상기 하부 케이스와 결합 배치되는 제3 진동부를 포함하고, 상기 하부 케이스는, 외부 음향 발생부에 고정된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 진동부는, 외부로부터 전원을 공급받아 유도 기전력을 발생시키는 코일 및 자속을 집속시키며, 자성 물질로 이루어지는 코일 요크를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 코일은, 상기 코일 요크의 상부에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제3 진동부는, 상기 하부 케이스와 결합되는 플레이트, 상기 플레이트의 중심부에 안착되며, 외부로부터 전원을 공급받아 유도 기전력을 발생시키는 코일 및 자속을 집속시키며, 자성 물질로 이루어지는 코일 요크를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 코일은, 상기 코일 요크의 하부에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 진동부는, 상하 진동하는 자석, 상기 자석의 외측 둘레를 따라 배치되는 중량체 및 상기 자석과 중량체가 맞닿는 측면에 배치되는 요크를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 진동부의 코일과 상기 제3 진동부의 코일은, 각각 상이한 임피던스를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 플레이트는, 중심부에 상기 코일이 안착되는 돌출부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 플레이트는, 상기 돌출부 내부에 중공 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 플레이트는, 상기 돌출부를 중심으로 적어도 하나 이상의 홈을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나 이상의 홈은, 꼭지점이 잘린 부채꼴 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 플레이트는, 상기 하부 케이스와 외측 가장자리 영역이 고정 결합될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 사운드 진동 액츄에이터는, 상기 제1 내지 제3 진동부의 진동에 따라 발생하는 각기 다른 공진 주파수를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 하부 케이스, 상기 측부 케이스, 상기 상부 케이스를 포함하는 케이스는, 자성 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 사운드 진동 액츄에이터 내부에 적어도 3개 이상의 진동부를 포함함으로써, 적어도 3개 이상의 공진 주파수를 얻을 수 있다.
또한, 사운드 진동 액츄에이터가 장착되는 외부 음향 발생부가 저음역대부터 고음역대까지 다양한 주파수 대역의 음향을 발생시킬 수 있다.
또한, 사운드 진동 액츄에이터의 내부 구조를 변형시키지 않고도, 저음, 중음, 고음역대에 해당하는 공진 주파수를 발생시켜, 음압(dB)이 떨어지는 것을 최대한 방지할 수 있다는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 진동 액츄에이터의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 진동 액츄에이터를 도 1에 도시된 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 진동 액츄에이터의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 사운드 진동 액츄에이터의 단면도에서 진동부들의 극성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 진동 액츄에이터의 주파수-진동량 그래프를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 진동 액츄에이터(100)의 사시도이다.
도 1을 설명하기에 앞서, 본 발명에서의 사운드 진동 액츄에이터(100)는 진동 및 진동에 따른 음향을 발생시키는 장치로서, 내부의 구성 요소들 간의 전자기적인 힘에 의해 진동을 발생시키고, 적어도 하나의 면이 외부 음향 발생부(S)와 결합되어 진동에 따른 음향을 발생시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 사운드 진동 액츄에이터(100)는 납작한 원통 형상으로 이루어지며, 측면에 입력 단자(15)를 포함하는 인쇄 회로 기판(13)이 꺾인 형상으로 배치됨을 확인할 수 있다.
보다 구체적으로, 사운드 진동 액츄에이터(100)는 진동을 발생시키는 내부 구성요소들을 보호하는 케이스(10)의 상부와 측부 사이 작은 공간으로 전원을 공급하는 입력 단자(15)가 인출될 수 있다. 즉, 여기서의 입력 단자(15)는 전원 입력 단자이며, 인쇄 회로 기판(13)과 입력 단자(15)를 보호하기 위한 기판 안착 홀더(60)가 인쇄 회로 기판(13)과 동일하게 꺾인 형상으로 사운드 진동 액츄에이터(100)의 측면에 배치될 수 있다.
또한, 사운드 진동 액츄에이터(100)의 내부에 전원을 공급하는 입력 단자(15)는 상부와 측부 사이 공간 외에도 하부와 측부 사이에의 작은 공간으로 인출될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 진동 액츄에이터(100)를 도 1에 도시된 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 진동 액츄에이터(100)의 분해 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 사운드 진동 액츄에이터(100)는, 케이스(10), 제 1, 2, 3 진동부(30, 20a, 20b) 및 탄성부재(40)를 포함함을 확인할 수 있다.
먼저, 케이스(10)는 내부에 진동과 사운드를 발생시키기 위한 제 1, 2, 3 진동부(30, 20a, 20b) 및 탄성부재(40)를 수용하도록 내부 공간이 형성될 수 있다. 이러한 내부 공간을 형성하기 위해, 케이스(10)는 하부 케이스(10a), 측부 케이스(10b), 상부 케이스(10c)로 나누어질 수 있으며, 각각의 케이스는 나누어져 각각이 코킹(caulking) 또는 본딩(Bonding) 또는 용접(Welding)을 통해 결합될 수 있다. 또한, 사용자의 설계에 따라 각 부분이 선택적으로 결합되어 형성될 수도 있다.
상부 케이스(10c)는 중심부에 제2 진동부(20a)가 안착될 수 있는 돌출부(11a)를 포함함을 확인할 수 있다. 돌출부(11a)는 상부 케이스(10c)의 중심부에서 내부 공간으로 삽입된 중공 형상으로, 프레스 또는 딥 드로잉 공법을 사용하여 형성될 수 있다. 다만, 돌출부(11a)의 구조는 이에 한정되지 않으며, 중심부에 중심 요크가 배치되어 제2 진동부(20a) 등 사운드 진동 액츄에이터(100) 내부에 배치된 구성 요소들을 지지할 수 있다.
한편, 상부 케이스(10c)는 음향 진동판일 수 있으며, 그에 따라 제2 진동부(20a)가 내부 구성 요소들 간의 전자기력에 의해 진동함으로써 사운드를 발생시킬 수 있다.
측부 케이스(10b)는 상부 케이스(10c) 및 하부 케이스(10a)의 둘레와 동일한 형상을 가지고 배치될 수 있다. 본 발명에서 측부 케이스(10b)는 원통 형상을 이루는 것으로 설명되었으나, 이에 한정되지 않고, 상부 케이스(10c) 및 하부 케이스(10a)의 형상에 따라 사각형, 다각형 등으로 형성될 수도 있으며, 케이스(10)의 내부 공간에 배치된 탄성부재(40)도 동일한 사각형, 다각형 형상일 수 있다.
하부 케이스(10a)는 외부 음향 발생부(S)와 고정 결합될 수 있다. 이를 위해, 하부 케이스(10a)의 일면에 접착 부재가 배치되거나 하부 케이스(10a)를 관통하는 고정 홀(미도시)를 포함할 수 있다. 한편, 음향 발생부(S)는 사운드를 발생시키는 다양한 종류의 기구물을 포함하며, 예를 들어 디스플레이 모듈이 포함될 수 있다.
또한, 하부 케이스(10a)만이 외부 음향 발생부(S)에 고정되고, 나머지 구성 요소들은 외부의 어느 장치에도 고정되어 있지 않아, 사운드 진동 액츄에이터(100)에 전원이 공급되는 경우, 상부 케이스(10c)의 내측면에 배치된 제2 진동부(20a) 또는 하부 케이스(10a)의 내측면에 배치된 제3 진동부(20b)도 함께 진동할 수 있어, 사운드 진동 액츄에이터(100)와 연결된 외부 음향 발생부(S)가 중음, 고음역대의 진동을 발생시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 진동부(20a) 또는 제3 진동부(20b)가 제1 진동부(30)와 함께 진동하는 경우, 기본적인 100Hz 중심의 저주파수 대역 외에도 5000Hz 내지 10100Hz 범위의 고주파수 범위의 진동을 발생시킬 수 있다.
한편, 하부 케이스(10a), 측부 케이스(10b) 및 상부 케이스(10c)를 포함하는 케이스(10)는 내부 공간에 배치된 제2 진동부(20a) 또는 제3 진동부(20b)로부터 발생되는 자계를 극대화하기 위해, 자성물질로 이루어질 수 있다. 그에 따라, 하부 케이스(10a), 측부 케이스(10b) 및 상부 케이스(10c)는 동일한 자성체로 이루어지거나, 사용자의 선택에 따라 서로 다른 자성 물질로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 사운드 진동 액츄에이터(100)가 내부 공간에 복수 개의 진동부를 구비함에 따라, 저주파수 대역부터 고주파수 대역까지의 진동을 발생시킬 수 있으며, 사운드 진동 액츄에이터(100)를 모바일 단말에 내장시키는 경우, 단말에 리시버를 사용하지 않고도 디스플레이 표면에서 저음역대부터 고음역대까지의 다양한 범위의 사운드를 발생시킬 수 있어, 모바일 단말 내 디스플레이 표면을 최대로 사용할 수 있다.
다음으로, 제2 진동부(20a)는 코일(22a) 및 코일 요크(24a)를 포함함을 확인할 수 있다. 여기서, 코일(22a) 및 코일 요크(24a)는 케이스(10)의 상측, 즉 상부 케이스(10c)와 결합되며, 상부 케이스(10c)의 경우, 가장자리 영역만이 측부 케이스(10b)와 고정되고, 이외의 영역에서는 어떠한 구성 요소와도 고정되어 있지 않기 때문에, 코일(22a) 및 코일 요크(24a)가 진동하는 과정에서 함께 진동할 수 있다. 그에 따라, 상부 케이스(10c)도 제2 진동부(20a)에 포함된다.
한편, 제2 진동부(20a)의 코일(22a)은 사운드용 코일일 수 있으며, 외부로부터 전원을 공급받아 방향과 세기가 다른 자계를 발생시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 코일(22a)에 교류전류가 공급되면, 코일(22a)로 유도 기전력이 발생하여 코일(22a)과 접촉된 상부 케이스(10c)가 가청 주파수 대역, 공진 주파수(제2 주파수)의 신호로 진동하고, 이를 통해 사운드가 발생할 수 있다.
한편, 제2 진동부(20a)의 코일(22a) 및 코일 요크(24a)는 상부 케이스(10c)의 돌출부(11a) 둘레를 따라 배치될 수 있으며, 코일 요크(24a)의 상부에 코일(22a)이 배치될 수 있다. 또한, 코일(22a) 및 코일 요크(24a)는 돌출부(11a)의 둘레 맞게 배치되기 위해 링 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 돌출부(11a)에 맞게 끼워질 수 있는 홀을 포함하는 다양한 형상을 가질 수 있다.
아울러, 제2 진동부(20a)의 코일 요크(24a)는 돌출부(11a)를 따라 코일(22a)과 평행하게 배치되며, 자성 물질로 이루어져 코일(22a) 내에서 발생하는 자속을 집속시키고, 유도 기전력을 증폭시킬 수 있다.
한편, 제2 진동부(20a)의 코일(22a) 및 코일 요크(24a)가 발생시키는 유도 기전력에 따라 제2 진동부(20a)가 진동하는 과정에서, 제2 진동부(20a)와 평행하게 배치된 제1 진동부(30)의 공진 주파수에 대응되는 유도 기전력이 발생하는 경우, 제1 진동부(30)가 구동될 수 있다. 그에 따라, 제1 진동부(30)의 공진 주파수(제1 주파수) 가 100Hz 내지 300Hz 를 가지도록 설계된 경우, 제2 진동부(20a)가 이에 대응되는 교류 전류를 공급받을 수 있다. 다만, 설계 조건에 따라 진동부의 공진 주파수 대역은 변경될 수 있다.
다음으로, 제1 진동부(30)는 코일(22a)의 외측면에 배치될 수 있으며, 자석(32), 중량체(34) 및 요크(36)를 포함함을 확인할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 제1 진동부(30)는 제2 진동부(20a)에 교류 전류가 공급되면, 교류 전류의 크기 변화에 따라 상이하게 구동될 수 있다. 또한, 제1 진동부(30)는 후술하게될 제3 진동부(20b)에 교류 전류가 공급된 경우에도 동일하게, 교류 전류의 크기 변화에 따라 상이하게 구동될 수 있다.
제1 진동부(30)의 자석(32)은 코일 요크(24a, 24b)의 둘레를 따라 배치될 수 있으며, 제2 진동부(20a) 및 후술하게 될 제3 진동부(20b)의 코일(22a, 22b) 및 코일 요크(24a, 24b)에서 발생하는 유도 기전력을 통해 상하 진동을 수행하고 전자기력을 발생시킬 수 있다. 또한, 도 2의 자석(32)은 하나로 도시되어 있으나, 두 개 이상의 자석(32)이 결합되어 있을 수 있으며, 그에 따라 보다 강한 전자기력을 발생시킬 수 있다.
한편, 제1 진동부(30)의 자석(32)과 코일 요크(24a, 24b) 사이에 자성 유체(미도시)가 도포될 수 있으며, 그에 따라, 제1 진동부(30)가 진동 발생 후 서서히 정지하는 과정에서 자성 유체의 점성에 의해 진동력을 억제하여 사운드 진동 액츄에이터(100) 내에서 발생하는 소음을 억제시킬 수 있다. 또한, 자성 유체가 자석(32)과 코일 요크(24a, 24b)의 직접적인 접촉을 방지하여, 진동 과정에서 자석(32)과 코일 요크(24a, 24b)가 충돌하여 손상되는 것을 막을 수 있다.
다음으로, 제1 진동부(30)의 자석부(30)의 중량체(34)는 자석(32)의 둘레를 따라 배치되어, 자석(32)의 상하 진동을 증폭시킬 수 있다. 또한, 중량체(34)의 외경은 측부 케이스(10b)의 내경보다 작게 형성되어, 자석부(30) 전체가 상하 진동을 수행하는 과정에서 측부 케이스(10b)와 접촉하는 것을 방지하여, 사운드 진동 액츄에이터(100)의 신뢰성을 확보할 수 있다.
제1 진동부(30)의 자석부(30)의 요크(36)는 자석(32)과 중량체(34)가 맞닿는 측면에 배치되며, 자석(32)과는 직접 접촉될 수 있다. 요크(36)는 자석(32)에서 발생되는 자기장의 흐름을 원활하게 하기 위한 자기 폐회로를 형성할 수 있다.
다음으로, 제3 진동부(20b)는 제1 진동부(30)와 하부 케이스(10a) 사이에서, 하부 케이스(10a)와 결합 배치됨을 확인할 수 있다. 보다 구체적으로, 제3 진동부(20b)는 제2 진동부(20a)와 동일하게 코일(22b) 및 코일 요크(24b)를 포함하며, 코일(22b) 및 코일 요크(24b)는 하부 케이스(10a) 상에 배치된 플레이트(50)도 제3 진동부(20b)에 포함될 수 있다.
여기서, 플레이트(50)는 하부 케이스(10a) 상에 안착되는 판 형상의 진동 부재로, 외측 가장 자리 영역만이 하부 케이스(10a)와 고정되고, 이외의 영역에서는 어떠한 구성 요소와도 고정되어 있지 않아, 코일(22b) 및 코일 요크(24b)가 진동하는 과정에서 함께 진동할 수 있다.
한편, 플레이트(50)는 적어도 하나 이상의 홈(H)을 포함하는 음향 진동판일 수 있으며, 코일(22b) 및 코일 요크(24b)가 내부 구성 요소들 간의 전자기력에 의해 진동함으로써 사운드를 발생시킬 수 있다. 이 때, 홈(H)은 꼭지점이 잘린 부채꼴 형상으로서, 적어도 하나 이상의 홈(H)의 넓이에 따라, 제3 진동부(20b)의 공진 주파수가 변경될 수 있다. 또한, 플레이트(50)의 중심부를 기준으로 적어도 하나 이상의 홈(H)이 대칭을 이루며 배치될 수 있다.
플레이트(50)는 중심부에 코일(22b)이 안착되는 돌출부(11b)를 포함하여, 돌출부(11b)의 둘레를 따라, 코일(22b) 및 코일 요크(24b)가 평행하게 배치되고, 제2 진동부(20a)와는 반대로 코일(22b)이 코일 요크(24b)의 하부에 배치될 수 있다.
이와 같이, 플레이트(50)가 코일(22b) 및 코일 요크(24b)를 지지하기 위해, 돌출부(11b)는 플레이트(50)의 중심부에서 내부 공간으로 삽입된 중공 형상을 이루며, 프레스 또는 딥 드로잉 공법을 사용하여 형성될 수 있다. 다만, 돌출부(11b)의 구조는 이에 한정되지 않으며, 중심부에 중심 요크가 배치되어 제1 진동부(30) 등 사운드 진동 액츄에이터(100) 내부에 배치된 구성 요소들을 지지할 수 있다.
또한, 제3 진동부(20b)의 코일(22b)은 사운드용 코일일 수 있으며, 외부로부터 전원을 공급받아 방향과 세기가 다른 자계를 발생시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 코일(22b)에 교류전류가 공급되면, 코일(22b)로 유도 기전력이 발생하여 코일(22b)과 접촉된 플레이트(50)가 가청 주파수 대역, 공진 주파수(제3 주파수)의 신호로 진동하고, 이를 통해 사운드가 발생할 수 있다.
한편, 코일(22b) 및 코일 요크(24b)를 통해 발생되는 유도 기전력에 따라 제3 진동부(20b)가 진동하는 과정에서, 제3 진동부(20b)와 평행하게 배치된 제1 진동부(30)의 공진 주파수에 대응되는 유도 기전력이 발생하는 경우, 제1 진동부(30)가 구동될 수 있다. 그에 따라, 제1 진동부(30)의 공진 주파수(제1 주파수) 가 100Hz 내지 300Hz 를 가지도록 설계된 경우, 제2 진동부(20a)가 이에 대응되는 교류 전류를 공급받을 수 있다. 다만, 설계 조건에 따라 진동부의 공진 주파수 대역은 변경될 수 있다.
제3 진동부(20b)의 코일 요크(24b)는 자성 물질로 이루어져 코일(22b) 내에서 발생하는 자속을 집속시키고, 유도 기전력을 증폭시킬 수 있다.
이와 같이, 제3 진동부(20b)는 하부 케이스(10a) 상에서 돌출부(11b)를 포함하는 플레이트(50)를 중심으로 진동할 수 있으며, 각각의 구성 요소들은 케이스(10)의 형상에 맞게 원 또는 링 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는 다양한 형상을 가질 수 있다.
다음으로, 탄성부재(40)는 상부 케이스(10c)에 배치되어 제1 진동부(30)를 지지할 수 있다. 보다 구체적으로, 탄성부재(40)의 외측에서 내측으로 들어갈수록 하부 방향으로 돌출된 구조를 가질 수 있으며, 그에 따라 탄성부재(40)의 외측 가장자리는 상부 케이스(10c)와 접하고, 내측 중심부는 제1 진동부(30)와 접할 수 있다.
이와 같이, 탄성부재(40)가 제1 진동부(30)를 지지함에 따라, 제1 진동부(30)의 상하 운동을 지지할 뿐만 아니라, 제1 진동부(30)의 상하 진동을 증폭시킬 수 있으며, 탄성부재(40)를 자성을 가지는 물질로 형성하여, 제1 진동부(30)의 상하 진동을 보조할 수도 있다.
한편, 탄성부재(40)가 제1 진동부(30)를 지지하는 과정에서, 일면이 상부 케이스(10c)가 아닌 하부 케이스(10a)와 접할 수 있으며, 그에 따라 탄성부재(40)의 내측 중심부는 제1 진동부(30)와 접하고, 외측 가장자리는 하부 케이스(10a)와 접할 수 있다.
또한, 탄성부재(40)는 상부 케이스(10c) 또는 하부 케이스(10a)와 용접 방식으로 고정 결합될 수 있으며, 그에 따라 탄성부재(40)의 고정력이 상승하여, 원하는 공진 주파수를 정확하게 설정할 수 있다.
다음으로, 사운드 진동 액츄에이터(100)는 추가적으로 얇은 FPC 기판, 인쇄 회로 기판(13)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 인쇄 회로 기판(13)은 상부 케이스(10c)에 배치되며, 제2 진동부(20a)의 코일(22a)로 전원을 공급하기 위해 일부 영역이 측부 케이스(10b)가 이루는 공간 외측으로 노출될 수 있다. 보다 구체적으로, 인쇄 회로 기판(13)은 상부 케이스(10c) 상에 배치되기 위해, 중심부에 돌출부(11a)와 동일한 지름을 가지는 홀을 포함할 수 있으며, 제2 진동부(20a)의 코일(22a)과 직접적으로 접촉하게 된다. 아울러, 외부로부터 전원을 공급받기 위해, 인쇄 회로 기판(13)은 상부 케이스(10c)가 형성하는 내부 공간으로부터 인출되어, 측부 케이스(10b)를 따라, 하측으로 연장될 수 있으며, 하부 케이스(10a)가 배치된 지점에서, 케이스(10)와 평행하게 배치될 수 있도록 끝 단이 꺾인 형상을 이룰 수 있다.
뿐만 아니라, 인쇄 회로 기판(13)은 하부 케이스(10a)에 배치되며, 제3 진동부(20b)의 코일(22b)로 전원을 공급하기 위해 일부 영역이 측부 케이스(10b)가 이루는 공간 외측으로 노출될 수 있다. 이러한 경우 인쇄 회로 기판(13)은 하부 케이스(10a)가 형성하는 내부 공간으로부터 인출되어, 외부 음향 발생부(S)와 평행하게 배치될 수 있다.
마지막으로, 사운드 진동 액츄에이터(100)가 얇은 인쇄 회로 기판(13)을 포함함에 따라, 인쇄 회로 기판(13)이 안착될 수 있는 기판 안착 홀더(60)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 기판 안착 홀더(60)는 측부 케이스(10b)의 외측면에 배치될 수 있으며, 그에 따라 얇게 형성된 인쇄 회로 기판(13)를 안전하게 배치 및 고정시킬 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 진동 액츄에이터(100)의 내부 구조에 대하여 설명하였다. 본 발명에 따르면, 사운드 진동 액츄에이터(100)가 제1 내지 제3 진동부(30, 20a. 20b)를 포함함에 따라, 각기 다른 세 개의 공진 주파수를 가지는 진동을 발생시키고, 그에 따라 사운드 진동 액츄에이터(100)와 결합하는 외부 음향 발생부(S)가 저주파수 대역부터 고주파수 대역까지의 음향을 발생시킬 수 있어, 사운드 진동 액츄에이터(100)가 다양한 분야에 적용 가능할 수 있다.
이하에서는 사운드 진동 액츄에이터(100) 내 제1 내지 제3 진동부(30, 20a, 20b)의 동작 및 그에 따른 공진 주파수에 대하여 설명하도록 하며, 이는 도 4 및 도 5에 관한 내용이다.
도 4는 도 2에 도시된 사운드 진동 액츄에이터(100)의 단면도에서 진동부(30, 20a, 20b)들의 극성을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 진동 액츄에이터(100)의 주파수-진동량 그래프를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1 진동부(30)의 자석(32)은 제2 진동부(20a) 또는 제3 진동부(20b)의 코일(22a, 22b)에서 발생하는 전기장의 영향으로 상하로 진동하게 되며, 자석(32)과 결합된 중량체(34) 및 요크(36)가 함께 진동함에 따라, 제1 진동부(30) 전체가 상하로 진동하게 된다.
이러한 진동 과정에서 제1 진동부(30)의 질량(m1) 및 탄성계수(k1) 값을 통해 제1 주파수가 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, 아래의 [수학식 1]에 따라 주파수 값이 결정되며, 제1 진동부(30)의 질량(m1)은, 자석(32), 중량체(34), 요크(34)의 질량을 합한 전체 질량을 의미하며, 탄성계수(k1)는 탄성부재(40)의 탄성계수 값을 의미할 수 있다.
[수학식 1]
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한편, 사운드 진동 액츄에이터(100) 중심부에 배치된 제1 진동부(30)의 제1 주파수는, 사운드 진동 액츄에이터(100)를 외부 장치에 장착 하는 경우, 외부 장치를 소지한 사용자의 체감 진동을 위해 사용되는 고유 주파수(고유 진동수)와 대응되며, 외부 장치가 사운드 발생 장치인 경우, 제1 주파수는 사운드 발생 장치의 저음 특성에 영향을 줄 수 있다.
이와 관련하여, 도 5 를 참조하면, 본 발명의 제1 진동부(30)는 제1 주파수 즉, 100Hz을 중심 주파수로 하는 낮은 주파수 대역의 진동을 발생시켜, 저음 특성에 영향을 줄 수 있음을 확인할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 제2 진동부(20a)는 상부 케이스(10c)를 포함하며, 앞서 언급한 바와 같이, 상부 케이스(10c)는 외측 가장자리 영역이 측부 케이스(10b)와 결합한 것 이외에, 어느 구성 요소에도 고정 결합되어 있지 않은 바, 제2 진동부(20a)의 코일(22a)에 전원이 공급되면, 제2 진동부(20a)가 상하로 진동하게 된다.
한편, 이러한 진동 과정에서 제2 진동부(20a)의 질량(m2)과 탄성계수(k2) 값을 통해 제2 주파수가 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 진동부(20a)의 질량(m2)은, 코일(22a), 코일 요크(24a), 상부 케이스(10c)의 질량을 합한 전체 질량을 의미하며, 탄성계수(k2)는 상부 케이스(10c)의 탄성 계수 값을 의미할 수 있다.
이와 같이, 사운드 진동 액츄에이터(100) 상측에 배치된 제2 진동부(20a)의 제2 주파수는, 상부 케이스(10c)를 이루는 두께가 두꺼워 탄성계수 값(k2)이 커짐에 따라, 5000Hz이상의 중역대~고역대에 속할 수 있으며, 사운드 발생 장치와 사운드 진동 액츄에이터(100)가 결합될 시에, 제2 주파수가, 중, 고음 특성에 영향을 줄 수 있다.
마지막으로, 제3 진동부(20b)는 케이스(10)의 내부 공간에서 하부 케이스(10a) 상에 배치된 플레이트(50)와 함께, 코일(22b)과 코일 요크(24b)가 상하로 진동하게 된다.
한편, 플레이트(50)가 하부 케이스(10a)와 고정 결합됨에 따라, 하부 케이스(10a)도 제3 진동부(20b)에 포함될 수 있으나, 하부 케이스(10a)의 경우, 별도의 고정 장치를 통해 외부 음향 발생부(S)에 고정되어 있는 바, 상하 진동 시에 제3 진동부(20b)의 나머지 구성 요소들에 비해 상대적으로 상하 변위가 작아, 진동 및 주파수에 큰 영향을 미치지 않는다.
그에 따라, 제3 진동부(20b)의 질량(m3)은, 코일(22b), 코일 요크(24b), 플레이트(50)를 합한 전체 질량을 의미하며, 탄성게수(k3)는 홈(H)을 포함하는 플레이트(50)의 탄성 계수 값을 의미할 수 있다.
이와 같이, 사운드 진동 액츄에이터(100) 하측에 배치된 제3 진동부(20b)의 제3 주파수는, 플레이트(50)가 포함하는 홈(H)의 면적에 따라, 5000Hz 이상의 중역대~고역대에 속하며, 홈(H)의 면적이 커질수록 탄성계수(k3) 값이 증가하여, 제3 주파수도 보다 큰 값을 가질 수 있다. 즉, 제3 진동부(20b)를 포함하는 사운드 진동 액츄에이터(100)가 사운드 발생 장치와 결합된 경우, 제3 주파수가 중, 고음 특성에 영향을 줄 수 있다.
도 5를 참조하면, 제2 또는 제3 주파수는 각각 제2 진동부(20a) 및 제3 진동부(20b)의 질량(m2, m3) 및 탄성계수(k2, k3)에 의해 고주파수 대역의 진동을 발생시키는 것을 확인할 수 있으며, 대략 5000Hz, 10100Hz를 중심 주파수로 하는 진동을 발생시키는 것을 확인할 수 있다. 다만, 사용자의 상부 케이스(10c) 및 플레이트(50)의 설계에 따라 탄성계수(k2, k3) 값이 조절되고, 그에 따라 다양한 고주파수 대역의 진동을 발생시킬 수 있다.
한편, 다시 도 4를 참조하면, 제2 진동부(20a)와 제3 진동부(20b)는 마주 보고 있는 영역(코일 요크(24a, 24b) 영역)의 극성을 (a), (b)와 같이 동일한 극을 가지거나, 상이한 극을 가지도록 코일(22a, 22b)을 연결할 수 있다.
보다 구체적으로, 제2 진동부(20a) 또는 제3 진동부(20b)의 코일(22a, 22b)에 교류 전류가 인가되면, 전자석 역할을 수행하는 코일 요크(24a, 24b)의 극성 및 상부 케이스(10c) 및 플레이트(50)의 극성이 N극, S극으로 교번 형성될 수 있으며, 상하 N극, S극을 가지는 자석(32)과의 인력 및 척력으로 인해, 제2 진동부(20a) 또는 제3 진동부(20b)의 진동이 증폭될 수 있다.
아울러, 각각의 코일(22a, 22b)은 서로 다른 임피던스 값을 가지도록 하여, 입력되는 전압, 주파수에 따라 사운드 진동 액츄에이터(100)가 새로운 진동모드(새로운 공진 주파수)를 생성할 수도 있다.
한편, 제2 진동부(20a)와 제3 진동부(20b)는, 사운드 진동 액츄에이터(100)를 구동시키는 과정에서 이와 연결된 외부 음향 발생부(S)의 특성을 개선시키기 위해, 하나의 진동부로만 전류를 인가할 수 있다.
지금까지, 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 진동 액츄에이터(100) 각각의 진동부들의 구동 방식에 대하여 설명하였다. 본 발명에 따르면, 각각의 진동부들이 질량 및 형상에 따라 고유의 진동 모드를 생성하고, 각각의 모드에 따라 저음, 중음, 고음역대에 해당하는 각기 다른 주파수를 생성할 수 있으며, 외부 음향 발생부(S)로 진동이 전달되어 음압(dB)이 떨어지는 것을 최대한 방지할 수 있다는 효과가 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 사운드 진동 액츄에이터가 적용되는 전자 장치는, 예를 들면, 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 영상 전화기, 전자책 리더기(e-book reader), 데스크탑 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), 워크스테이션(workstation), 서버, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라(camera), 또는 웨어러블 장치(wearable device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 웨어러블 장치는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트렌즈, 또는 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자 의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드(skin pad) 또는 문신), 또는 생체 이식형(예: implantable circuit) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시 예들에서, 전자 장치는 가전제품(home appliance)일 수 있다. 가전제품은, 예를 들면, 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱박스(set-top box), 홈 오토메이션 컨트롤 패널(home automation control panel), 보안 컨트롤 패널(security control panel), TV 박스(예: 삼성 HomeSyncTM, 애플TVTM, 또는 구글 TVTM), 게임 콘솔(예: XboxTM, PlayStationTM), 전자 사전, 전자 키, 캠코더(camcorder), 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시 예에서, 전자 장치는, 각종 의료기기(예: 각종 휴대용 의료측정기기(혈당 측정기, 심박 측정기, 혈압 측정기, 또는 체온 측정기 등), MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 또는 초음파기 등), 내비게이션(navigation) 장치, 위성 항법 시스템(GNSS(global navigation satellite system)), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차 인포테인먼트(infotainment) 장치, 선박용 전자 장비(예: 선박용 항법 장치, 자이로 콤파스 등), 항공 전자기기(avionics), 보안기기, 차량용 헤드 유닛(head unit), 산업용 또는 가정용 로봇, 금융 기관의 ATM(automatic teller's machine), 상점의 POS(point of sales), 또는 사물 인터넷 장치(internet of things)(예: 전구, 각종 센서, 전기 또는 가스 미터기, 스프링클러 장치, 화재경보기, 온도조절기(thermostat), 가로등, 토스터(toaster), 운동기구, 온수탱크, 히터, 보일러 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 전자 장치는 가구(furniture) 또는 건물/구조물의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 사인 수신 장치(electronic signature receiving device), 프로젝터(projector), 또는 각종 계측기기(예: 수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측기기 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에서, 전자 장치는 전술한 다양한 장치들 중 하나 또는 그 이상의 조합일 수 있다. 어떤 실시 예에 따른 전자 장치는 플렉서블 전자 장치일 수 있다. 또한, 본 문서의 실시 예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않으며, 기술 발전에 따른 새로운 전자 장치를 포함할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 사운드 진동 액츄에이터
10: 케이스
10a: 하부 케이스
10b: 측부 케이스
10c: 상부 케이스
11a, 11b: 돌출부
13: 인쇄 회로 기판
15: 입력 단자
20a, 20b: 제2, 3진동부
22a, 22b: 코일
24a, 24b: 코일 요크
30: 제1 진동부
32: 자석
34: 중량체
36: 요크
40: 탄성부재
50: 플레이트
60: 기판 안착 홀더
S: 외부 음향 발생부

Claims (14)

  1. 하부 케이스(10a), 측부 케이스(10b) 및 상부 케이스(10c)를 포함하며 내부 공간을 형성하는 케이스(10);
    상기 케이스(10)의 내부 공간에 배치되는 제1 진동부(30);
    상기 제1 진동부(30) 및 상기 상부 케이스(10c) 사이에서, 상기 상부 케이스(10c)와 결합 배치되는 제2 진동부(20a);
    상기 제1 진동부(30)와 일면이 결합되는 탄성부재(40); 및
    상기 제1 진동부(30)와 상기 하부 케이스(10a) 사이에서, 상기 하부 케이스(10a)와 결합 배치되는 제3 진동부(20b);
    를 포함하고,
    상기 제1 진동부(30)는,
    상하 진동하는 자석(32)과, 상기 자석(32)의 외측 둘레를 따라 배치되는 중량체(34)와, 상기 자석(32)과 중량체(34)가 맞닿는 측면에 배치되는 요크(36)를 포함하며,
    상기 제2 진동부(20a)는,
    외부로부터 전원을 공급받아 유도 기전력을 발생시키는 코일(22a)을 포함하고,
    상기 각 진동부들은 서로 다른 공진주파수로 진동하며,
    상기 하부 케이스(10a)는, 외부 음향 발생부(S)에 고정되는,
    사운드 진동 액츄에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 진동부(20a)는,
    자속을 집속시키며, 자성 물질로 이루어지는 코일 요크(24a);
    를 더 포함하는 사운드 진동 액츄에이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코일(22a)은,
    상기 코일 요크(24a)의 상부에 배치되는,
    사운드 진동 액츄에이터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 진동부(20b)는,
    상기 하부 케이스(10a)와 결합되는 플레이트(50);
    상기 플레이트의 중심부에 안착되며, 외부로부터 전원을 공급받아 유도 기전력을 발생시키는 코일(22b); 및
    자속을 집속시키며, 자성 물질로 이루어지는 코일 요크(24b);
    를 포함하는 사운드 진동 액츄에이터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코일(22b)은,
    상기 코일 요크(24b)의 하부에 배치되는,
    사운드 진동 액츄에이터.
  6. 삭제
  7. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 진동부(20a)의 코일(22a)과 상기 제3 진동부(20b)의 코일(22b)은,
    각각 상이한 임피던스를 가지는,
    사운드 진동 액츄에이터.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 플레이트(50)는,
    중심부에 상기 코일(22b)이 안착되는 돌출부(11b)를 포함하는,
    사운드 진동 액츄에이터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 플레이트(50)는,
    상기 돌출부(11b) 내부에 중공 형상을 가지는,
    사운드 진동 액츄에이터.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 플레이트(50)는,
    상기 돌출부(11b)를 중심으로 적어도 하나 이상의 홈(H)을 포함하는,
    사운드 진동 액츄에이터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 홈(H)은,
    꼭지점이 잘린 부채꼴 형상을 가지는,
    사운드 진동 액츄에이터.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 플레이트(50)는,
    상기 하부 케이스(10a)와 외측 가장자리 영역이 고정 결합되는,
    사운드 진동 액츄에이터.
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 하부 케이스(10a), 상기 측부 케이스(10b) 및 상기 상부 케이스(10c)를 포함하는 케이스(10)는, 자성 물질로 이루어지는, 사운드 진동 액츄에이터.
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