KR102288717B1 - 엑추에이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엑추에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 말굽 형상 또는 오목 형상의 판금 요크와 상하 대칭 구조를 이용하여 자기력의 크기를 높일 수 있는 엑추에이터에 관한 것이다. 이를 위해 중앙영역이 중공인 코일부, 중앙영역이 중공이고, 코일을 상측 및 하측에서 각각 감싸도록 형성되는 상부 및 하부 요크부, 및 코일부의 전류방향에 따라 코일의 중공 영역을 코일 면을 기준으로 수직 이동함으로써 진동을 생성하는 진동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑츄에이터가 개시된다.

Description

엑추에이터{Actuator}
본 발명은 엑추에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 말굽 형상 또는 오목 형상의 판금 요크와 상하 대칭 구조를 이용하여 자기력의 크기를 높일 수 있는 엑추에이터에 관한 것이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 일반적인 보이스 코일 모터는 평균 자기력이 10[N] 정도이고, 20Hz 미만 및 70Hz 이상의 구간에서 주파수 대비 음압 특성이 좋지 않다. 이와 같은 보이스 코일 모터의 특성을 향상시키기 위한 다양한 모델이 종래에 개시되고 있으나 그 구조가 복잡해지고 복잡한 구조에 따라 비용이 증가하는 문제점이 있어 왔다.
대한민국 등록특허공보 제10-1512838호(발명의 명칭 : 듀얼 포스 보이스 코일 선형 액추에이터)
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 말굽 형상 또는 오목 형상의 요크와 상하 대칭 구조를 이루어 자기 분포를 형성함으로써 간단한 구조에 의해서도 자기력이 종래에 비해 증가하고 양산 조립을 용이하게 할 수 있는 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.
그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 본 발명의 목적은, 중앙영역이 중공인 코일부, 중앙영역이 중공이고, 코일을 상측 및 하측에서 각각 감싸도록 형성되는 상부 및 하부 요크부, 및 코일부의 전류방향에 따라 코일의 중공 영역을 코일 면을 기준으로 수직 이동함으로써 진동을 생성하는 진동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑츄에이터를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 상부 및 하부 요크부는 각각 둘레방향을 따라 소정 폭 및 높이로 이루어진 중앙 돌출부, 코일부가 안착되는 안착부, 및 중앙 돌출부의 높이보다 상대적으로 더 높도록 이루어진 외곽 돌출부를 포함하며, 코일부가 안착부에 안착되어 중앙 돌출부와 외곽 돌출부의 사이에 개재됨으로써 상부 및 하부 요크부가 코일부를 감싼다.
또한, 진동부는 중간 요크부, 중간 요크부의 상측에 배치되는 상부 자석부, 중간 요크부의 하측에 배치되는 하부 자석부, 상부 자석부의 상측에 배치되는 상부 이동 요크부, 및 하부 자석부의 하측에 배치되는 하부 이동 요크부를 포함한다.
또한, 상부 요크부의 상측에 배치되는 상부 스페이서부, 및 하부 요크부의 하측에 배치되는 하부 스페이서부를 더 포함하며, 코일부를 중심으로 상하로 대칭구조를 형성한다.
또한, 상부 이동 요크부의 상측에 배치되는 상부 스프링부, 및 하부 이동 요크부의 하측에 배치되는 하부 스프링부를 더 포함한다.
또한, 상부 요크부, 상부 자석부, 및 상부 이동 요크부를 포함 경유하여 상부 자기력선이 형성된다.
또한, 하부 요크부, 하부 자석부, 및 하부 이동 요크부를 포함 경유하여 하부 자기력선이 형성된다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 말굽 형상 또는 오목 형상의 요크와 상하 대칭 구조를 이루어 자기 분포를 형성함으로써 간단한 구조에 의해서도 자기력이 종래에 비해 증가하고 양산 조립을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 엑추에이터의 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 엑추에이터의 대략적인 부품 전개도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 상부 및 하부 요크부의 사시도이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 상부 및 하부 스프링부의 사시도이고,
도 6(a),(b)는 본 발명의 일실시예에 따른 엑추에이터의 자기력선의 분포를 도시한 도면이고,
도 7(a),(b)는 본 발명의 일실시예에 따른 종래 기술과 본 발명의 특성을 비교 도시한 도면이고,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 종래 기술과 본 발명의 주파수 대비 음압 특성을 도시한 도면이고,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 엑추에이터에 스프링부를 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다. 또한, 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 엑츄에이터(10)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 중앙영역을 기준으로 상하 대칭 구조를 형성함으로써 대략 중앙영역에 위치한 진동부가 상하로 수직방향으로 이동함으로써 진동을 생성한다. 도 3에 도시된 바와 같이 코일부(170)는 대략 엑츄에이터(10)의 중심영역에 배치된다. 코일부(170)는 코일에 흐르는 전류의 방향이 변경될 수 있도록 제어부(도면 미도시)에 의해 제어된다. 제어부는 코일에 흐르는 전류의 방향을 변화시킴으로써 후술하는 도 6에 도시된 바와 같이 자기력선의 방향을 변경시켜 진동부를 수직방향으로 상하 이동시킬 수 있다. 코일부(170)는 중심영역이 중공으로 이루어지도록 형성되며, 이 코일부(170)의 중공영역을 진동부가 자기력선의 변화에 따라 상하 수직이동하게 된다.
진동부는 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이 중간 요크부(180), 중간 요크부(180)의 일면을 기준으로 수직방향으로 상측에 배치되는 상부 자석부(161), 상부 자석부(161)의 상측에 배치되는 상부 이동 요크부(151)의 제1 진동부를 포함한다. 또한, 진동부는 중간 요크부(180)의 일면을 기준으로 수직방향으로 하측에 배치되는 하부 자석부(162), 하부 자석부(162)의 하측에 배치되는 하부 이동 요크부(152)의 제2 진동부를 포함한다. 각각의 요크부는 자기력선이 또는 전류가 흐를 수 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 상술한 진동부는 중간 요크부(180)를 기준으로 수직방향으로 대칭 구조를 이룬다. 진동부는 코일부(170)의 전류 방향 변화에 따라 코일부(170)의 중공영역을 수직방향으로 이동함으로써 진동을 생성할 수 있다.
상부 및 하부 요크부(141,142)는 판금으로 이루어지며 서로 동일한 형상이다. 다만, 상부 요크부(141)는 코일부(170)의 상측에 배치되고, 하부 요크부(142)는 코일부(170)의 하측에 배치된다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상부 요크부(141) 또는 하부 요크부(142)는 단면이 대략 원 또는 타원 형상으로서 둘레방향으로 중심영역이 중공으로 이루어져 필요에 따라 진동부가 관통할 수 있다. 중심영역은 중공이면서 중앙 돌출부(141a,142a)가 형성된다. 또한, 코일부(170)의 일면(코일의 상부면 또는 하부면)이 안착되는 안착부(141b,142b)가 형성된다. 상부 요크부(141)는 코일의 상부면이 안착 되며, 하부 요크부(142)는 코일의 하부면이 안착된다. 또한, 상부 및 하부 요크부(141,142)는 외곽 둘레방향으로 외곽 돌출부(141c,142c)가 형성된다. 외곽 돌출부(141c,142c)는 중앙 돌출부(141a,142a)에 비해 돌출 높이가 더 높게 형성된다. 따라서 코일부(170)가 상부 및 하부 요크부(141,142)의 각각의 안착부(141b,142b)에 각각 안착되면 상부 및 하부 요크부(141,142)에 의해 코일부(170)의 상부 둘레면 및 하부 둘레 면이 감싸지도록 배치된다. 이에 따라 도 6에 도시된 바와 같이 상부 및 하부 요크부(141,142)가 코일부(170)를 감싸도록 배치되면 좌측 단면 및 우측 단면이 "말굽 형상" 또는 "오목 형상"으로 형성된다. 즉, "
Figure 112019086686312-pat00001
"와 같은 형상으로 이루어진다. 이와 같은 말굽 형상 또는 오목 형상에 의해 도 6에 도시된 바와 같은 자기력선이 형성될 수 있는 장점이 있다.
도 6(a)는 좌측 코일로 전류가 나오고 우측 코일로 전류가 들어가는 것을 도시한 것으로서 수직 상측방향으로 진동부가 이동한다. 수직 상측방향으로 진동부가 이동하기 위해 좌측 상부 자기력선이 상부 요크부(141), 상부 이동 요크부(151), 및 상부 자석부(161)를 따라 제1 페곡선을 이루면서 흐르도록 생성된다. 또한, 우측 상부 자기력선도 좌측 상부 자기력선과 동일하게 제1 폐곡선이 생성되어 흐른다. 한편, 좌측 중앙 자기력선이 중간 요크부(180), 상부 요크부(141), 하부 요크부(142), 하부 자석부(162)를 따라 제2 폐곡선을 이루면서 순차적으로 흐르도록 생성된다. 또한, 우측 중앙 자기력선도 좌측 중앙 자기력선과 동일하게 제2 폐곡선이 생성되어 흐른다. 여기서, 제1 폐곡선의 자기력선 흐름 방향은 시계방향이고, 제2 폐곡선의 자기력선 흐름 방향은 반시계방향으로서 서로 반대방향으로 흐른다.
도 6(b)는 우측 코일로 전류가 나오고 좌측 코일로 전류가 들어가는 것을 도시한 것으로서 수직 하측방향으로 진동부가 이동한다. 수직 하측방향으로 진동부가 이동하기 위해 좌측 하부 자기력선이 하부 요크부(142), 하부 이동 요크부(152), 및 하부 자석부(162)를 따라 제3 페곡선을 이루면서 흐르도록 생성된다. 또한, 우측 하부 자기력선도 좌측 하부 자기력선과 동일하게 제3 폐곡선이 생성되어 흐른다. 한편, 좌측 중앙 자기력선이 중간 요크부(180), 하부 요크부(142), 상부 요크부(141), 상부 자석부(161)를 따라 제4 폐곡선을 이루면서 순차적으로 흐르도록 생성된다. 또한, 우측 중앙 자기력선도 좌측 중앙 자기력선과 동일하게 제4 폐곡선이 생성되어 흐른다. 여기서, 제1 폐곡선의 자기력선 흐름 방향은 반시계방향이고, 제2 폐곡선의 자기력선 흐름 방향은 시계방향으로서 서로 반대방향으로 흐른다.
상술한, 제1 폐곡선의 자기력선 방향과 제2 폐곡선이 자기력선 방향이 서로 반대이고, 또한 제1 폐곡선의 자기력선 방향과 제3 폐곡선의 자기력선 방향이 서로 반대이다. 마찬가지로 제2 폐곡선의 자기력선 방향과 제4 폐곡선의 자기력선 방향도 서로 반대방향이다. 도 6에 도시된 바와 같이 중간 요크부(180)를 기준으로 좌측 및 우측도 대칭 구조를 이룬다.
상술한 바와 같은 자기력선의 형성은 상부 및 하부 요크부(141,142)가 말굽 형상 또는 오목 형상으로 이루어지면서 중간 요크부(180)를 중심으로 진동부가 상하 대칭 구조로 이루어지기 때문에 형성될 수 있는 장점이 있다. 또한, 도 7(a)에 도시된 바와 같이 종래의 보이스 코일 모터(VCM)의 평균 자기력 10[N]에 비해 도 7(b)에 도시된 본 발명의 평균 자기력이 45[N]로서 자기력이 훨씬 더 강한 장점이 있다. 더 나아가 본원발명은 도 8에 도시된 바와 같이 VCM 대비 20Hz 미만에서의 음압이 높아 인체 무릎에 진동을 줄 때 더욱 효과가 있고, 또한 VCM 대비 70Hz 이상 구간의 음압이 높아 인체 가슴에 진동을 줄 때 더욱 효과가 있다.
상부 요크부(141)의 상측면에는 상부 스페이서부(131)가 배치되며, 하부 요크부(142)의 하측면에는 하부 스페이서부(132)가 배치된다. 또한, 진동부의 상측 및 하측에는 각각 도 5에 도시된 바와 같은 상부 및 하부 스프링(121,122)이 배치되어 진동부의 이동에 따른 탄성을 제공할 수 있다. 다만, 도 9에 도시된 바와 같이 상부 스프링(121)은 진동부의 상부측에만 배치되거나 또는 도면에는 도시되어 있지 않으나 하부측에만 배치될 수도 있다. 바람직하게는 원활한 탄성을 제공하기 위해서 진동부의 상부 및 하부측에 모두 배치하는게 좋다.
도 3 및 도 9에 도시된 바와 같이 코일부(170)를 기준으로 상부 엑추에이터는 상부 요크부(141), 상부 스페이서부(131), 상부 스프링부(121), 상부 케이스부(111)로 구성될 수 있고, 하부 엑추에이터는 하부 요크부(142), 하부 스페이서부(132), 하부 스프링부(122), 하부 케이스부(112)로 구성된다. 따라서 상부 엑추에이터와 하부 엑추에이터가 코일부(170)를 기준으로 상하 대칭 구조이고, 진동부도 중간 요크부(180)를 기준으로 상하 대칭 구조를 이룸으로써 도 7 및 도 8과 같은 장점을 가질 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다. 또한, 상술한 본 발명의 구성요소는 본 발명의 설명의 편의를 위하여 설명하였을 뿐 여기에서 설명되지 아니한 구성요소가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 추가될 수 있다.
상술한 각부의 구성 및 기능에 대한 설명은 설명의 편의를 위하여 서로 분리하여 설명하였을 뿐 필요에 따라 어느 한 구성 및 기능이 다른 구성요소로 통합되어 구현되거나, 또는 더 세분화되어 구현될 수도 있다.
이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 및 그 구성 또는 본 발명의 각 구성에 대한 결합관계에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
10 : 엑츄에이터
111 : 상부 케이스부
112 : 하부 케이스부
121 : 상부 스프링부
122 : 하부 스프링부
131 : 상부 스페이서부
132 : 하부 스페이서부
141 : 상부 요크부
141a : 중앙 돌출부
141b : 안착부
141c : 외곽 돌출부
142 : 하부 요크부
142a : 중앙 돌출부
142b : 안착부
142c : 외곽 돌출부
151 : 상부 이동 요크부
152 : 하부 이동 요크부
161 : 상부 자석부
162 : 하부 자석부
170 : 코일부
180 : 중간 요크부

Claims (7)

  1. 중앙영역이 중공인 코일부,
    중앙영역이 중공이고, 상기 코일을 상측 및 하측에서 각각 감싸도록 형성되는 상부 및 하부 요크부,
    상기 코일부의 전류방향에 따라 코일의 중공 영역을 코일 면을 기준으로 수직 이동함으로써 진동을 생성하는 진동부,
    상기 상부 요크부의 상측에 배치되는 상부 스페이서부,
    상기 하부 요크부의 하측에 배치되는 하부 스페이서부를 포함하며,
    상기 코일부를 중심으로 상하로 대칭구조를 형성하며,
    상기 진동부는,
    중간 요크부,
    상기 중간 요크부의 상측에 배치되는 상부 자석부,
    상기 중간 요크부의 하측에 배치되는 하부 자석부,
    상기 상부 자석부의 상측에 배치되는 상부 이동 요크부, 및
    상기 하부 자석부의 하측에 배치되는 하부 이동 요크부를 포함하며,
    상기 상부 및 하부 요크부는 각각,
    둘레방향을 따라 소정 폭 및 높이로 이루어진 중앙 돌출부,
    상기 코일부가 안착되는 안착부, 및
    상기 중앙 돌출부의 높이보다 상대적으로 더 높도록 이루어진 외곽 돌출부를 포함하며, 상기 코일부가 안착부에 안착되어 상기 중앙 돌출부와 상기 외곽 돌출부의 사이에 개재됨으로써 상기 상부 및 하부 요크부가 상기 코일부를 감싸며, 상기 상부 및 하부 요크부는 각각은 중심영역이 중공으로 이루어져 상기 진동부가 관통하여 상하 진동하며,
    상기 중앙 돌출부 및 외곽 돌출부를 따라 자기력선이 형성되며,
    상기 코일부를 흐르는 전류가 제1 방향일 때,
    일측 상부 자기력선이 상기 상부 요크부, 상부 이동 요크부 및 상부 자석부를 따라 제1 폐곡선을 이루면서 흐르고,
    일측 중앙 자기력선이 중간 요크부, 상부 요크부, 하부 요크부, 및 하부 자석부를 따라 제2 폐곡선을 이루면서 흐르고,
    상기 코일부를 흐르는 전류가 제1 방향과 반대방향의 제2 방향일 때,
    일측 하부 자기력선이 하부 요크부, 하부 이동 요크부 및 하부 자석부를 따라 제3 폐곡선을 이루면서 흐르고,
    일측 중앙 자기력선이 중간 요크부, 하부 요크부, 상부 요크부, 상부 자석부를 따라 제4 폐곡선을 이루면서 흐르고,
    상기 제1 폐곡선의 자기력선 방향과 제2 폐곡선의 자기력선 방향은 서로 반대방향이고, 상기 제1 폐곡선의 자기력선 방향과 제3 폐곡선의 자기력선 방향은 서로 반대방향이고, 상기 제2 폐곡선의 자기력선 방향과 제4 폐곡선의 자기력선 방향은 서로 반대방향인 것을 특징으로 하는 엑츄에이터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 이동 요크부의 상측에 배치되는 상부 스프링부,
    상기 하부 이동 요크부의 하측에 배치되는 하부 스프링부,
    상기 진동부를 내측으로 포함하며, 중심영역이 개방 형성된 상부 케이스부,
    상기 상부 케이스부의 하부에 마련되며, 중심영역이 개방 형성된 하부 케이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑츄에이터.
  6. 삭제
  7. 삭제
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