KR102401415B1

KR102401415B1 - 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터

Info

Publication number: KR102401415B1
Application number: KR1020210152971A
Authority: KR
Inventors: 강진선; 최교석; 박현준; 김화식; 이종기
Original assignee: 에이유에스피코리아 주식회사
Priority date: 2021-11-09
Filing date: 2021-11-09
Publication date: 2022-05-25
Also published as: CN218335698U; CN115833516A

Abstract

본 발명은 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터에 관한 것으로서 특히, 모바일 시장 외에 VR(Virtual Reality), AR(Augmented Reality) 시장 확대 및 자동차 전장, 가전, 미용 등등 다양한 아이템에 진동 액추에이터가 적용되는 가운데 적용되는 기기의 크기가 커짐에 따라 다양한 햅틱진동 효과를 진동으로 표현하기 위한 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터에 관한 것이다.

Description

단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터{UNIAXIAL HORIZONTAL LINEAR VIBRATION ACTUATOR}

일반적으로 모바일 시장 외에 VR(Virtual Reality), AR(Augmented Reality) 시장 확대 및 자동차 전장, 가전, 미용 등등 다양한 아이템에 진동 액추에이터가 적용되고 있다.

진동 액추에이터는 휴대용 통신기기 내부에 탑재되는 초기 모델의 경우, 고정자와 회전자를 기본 구성으로 한 회전형 진동모터 형태였으며, 회전형 진동모터는 고정자의 브라켓에 샤프트를 고정하고 회전자를 샤프트에 지지 회전시킴으로서 진동을 발생시켰고, 진동력을 향상시키기 위해서 회전자의 체적을 크게 하거나, 회전수를 증가시켜 진동력을 개선하였으나, 구조상의 문제로 소형화에 한계가 있었을 뿐만 아니라 고진동을 발생시키는데 많은 어려움이 있었으며, 일정시간 이상의 수명을 보장할 수 없는 문제점이 있었다.

이러한 회전형 진동모터의 문제점을 개선하고자 상하 진동형 액추에이터 타입 진동모터가 제안되었고, 제안된 상하 진동형 액추에이터 타입 진동모터는 서로 대합되는 상부케이스 및 하부케이스와, 상부케이스 및 하부케이스의 적어도 한 면에 형성한 자기력 발생수단과, 자기력 발생수단에 대향하는 인력 또는 척력이 작용되는 마그네트와, 마그네트를 장착하여 한 몸체를 이루고 상하로 움직이면서 진동력을 가중시키기 위한 중량물과, 중량물의 상면과 하면 중 적어도 어느 한 면의 하부에 위치하여 중량물을 탄력적으로 지지하는 탄성수단과, 탄성수단의 타단을 상부케이스 및 하부케이스에 고정시키기 위한 고정부재를 포함하여 이루어진다.

상하 진동형 액추에이터 타입 진동모터는 회전형 진동모터의 비해 사용 수명을 연장할 수 있고, 크기의 한계를 극복할 수 있을 뿐만 아니라 빠른 응답 속도를 얻을 수 있는 장점이 있어 최근에는 널리 사용되고 있으나, 액추에이터가 적용되는 기기의 크기가 커짐에 따라 다양한 햅틱진동 효과를 진동으로 표현하기 어려운 문제점이 있었다.

또한 대부분의 수평진동모터의 경우 대부분 장축방향으로 진동방향이 진동되어지도록 되어 있어 단축방향으로 진동이 필요한 제품에는 장착할 수 없는 문제점이 있었다.

공개특허공보 제10-2010-0073301호(2010.07. 01.)

본 발명은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서 수평진동모터의 경우 대부분 장축방향으로 진동 되어지며 이로 인해 단축방향으로 진동이 필요한 제품에는 장착할 수 없는 단점을 보완하기 위해 단축방향으로 수평 진동할 수 있는 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터를 제공하는데 목적이 있다.

그리고 본 발명은 외부로 누설되는 누설자속을 최소화 하고, 자계효율을 극대화하여 강한 진동력과, 진동 응답시간을 더욱 향상한 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

외곽을 형성하며, 에프피시비(20), 코일(50)과 스프링(60)을 고정시키며, 누설자속이 차폐되도록 구비된 브라켓(10)과;

외부전원이 코일(50)에 공급되게 상기 브라켓(10)의 모서리 외측에 안착되도록 구비된 상기 에프피시비(20)와;

상기 스프링(60)에 고정되며, 요크 플레이트(70)와 하부 마그네트(40)를 고정시키고, 마그네트에서 발생되는 자계의 폐루프를 형성하고 누설자속이 차폐되도록 구비된 요크(30)와;

영구자석으로 상기 요크(30)에 고정되며, 자기장을 발생시키고, 코일(50)의 자기장과 작용하여 진동체에 단축방향으로 수평 진동이 발생되도록 구비된 하부 마그네트(40)와;

외부신호에 의해 전자계가 발생되며, 상부 마그네트(90)와 하부 마그네트(40)에 작용하여 단축방향으로 수평 진동이 증폭되도록 브라켓(10)에 구비된 코일(50)과;

상기 브라켓(10)과 요크(30)에 연결되어 진동을 증폭시키며 공진 주파수가 결정되도록 구비된 스프링(60)과;

상기 요크(30)와 결합되어 마그네트에서 발생되는 자계의 폐루프를 형성하며, 누설자속을 차폐하고, 웨이트(80)와 상부 마그네트(90)가 고정되도록 구비된 요크 플레이트(70)와;

상기 요크 플레이트(70)에 고정되며, 웨이트 중량을 이용하여 진동을 증폭시키고, 공진주파수가 결정되도록 구비된 웨이트(80)와;

영구자석으로 상기 요크 플레이트(70)에 고정되어 자기장을 발생시키며 코일(50)의 자기장과 작용하여 진동체에 단축방향으로 수평 진동이 발생되도록 구비된 상부 마그네트(90)와;

외각을 형성하여 진동체를 보호하고, 누설자속이 차폐되도록 구비된 케이스(100)가 포함됨으로써, 전자계 포스(Force)를 개선하여 진동력이 극대화되도록 하는 가운데 진동 응답시간을 더욱 향상시킬 수 있도록 구성된다.

따라서, 본 발명은 기존 장축방향 수평 진동에 따른 장착성 제한을 받는 제품들에게 적용 가능하도록 진동방향을 단축방향 수평 진동으로 개선시켜 적용 가능한 제품을 확대할 수 있도록 하고, 코일을 중심에 위치되도록 한 상태에서 상, 하로 마그네트가 위치되도록 하여 자계 폐루프를 형성하도록 함으로써, 전자계 포스를 개선시켜 진동력이 극대화될 수 있도록 하고, 아울러 그에 따른 진동 응답시간을 더욱 향상시킬 수 있는 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터를 제공하는 효과를 갖는다.

도1은 본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터의 분해 사시도이다.
도2은 본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터의 종단면도이다.
도3은 본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터에 있어 요크와 요크 플레이트 및 상하부 마그네트가 결합된 상태를 도시한 예시도이다.
도4는 본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터에 있어 요크와 요크 플레이트 및 상하부 마그네트가 결합된 상태의 자계방향성, 기존 기술과 본 발명에 따른 전가계 분포화 누설자속량을 도시한 예시도이다.
도5는 본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터에 있어 브라켓과 브라켓에 고정되는 코일을 확대 도시한 예시도이다.
도6은 본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터에 있어 스프링 및 스프링이 구비되는 부분을 확대 도시한 예시도이다.
도7은 본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터에 있어 스프링이 구비되는 부분을 확대 도시한 예시도이다.
도8은 본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터에 있어 기존 장축방향 수평진동모터와 본 발명에 따른 응답특성을 도시한 예시도이다.

이하, 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예를 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 실시 예들은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있으며, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

우선 본 발명은, 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터에 관한 것으로서, 브라켓(10), 에프피시비(20), 요크(30), 하부 마그네트(40), 코일(50), 스프링(60), 요크 플레이트(70), 웨이트(80), 상부 마그네트(90) 및 케이스(100) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면,

도1은 본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터의 분해 사시도이고, 도2은 본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터의 종단면도이다.

본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터는 외곽이 형성되며, 누설자속이 차폐되도록 구비된 브라켓(10)에 에프피시비(20), 코일(50)과 스프링(60)이 고정되도록 구비되어 있고, 상기 에프피시비(20)가 브라켓(10)의 모서리 외측에 안착되도록 구비되어 간섭이 발생되는 것을 방지하는 가운데 외부전원이 코일(50)에 공급될 수 있게 구비되어 있다.

또한, 요크(30)는 스프링(60)에 고정되는 것으로, 요크 플레이트(70)와 하부 마그네트(40)를 고정시키며, 마그네트에서 발생되는 자계의 폐루프를 형성하고 누설자속이 차폐되도록 구비되어 있고, 하부 마그네트부(40)는 영구자석으로 구비된 것으로, 상기 요크(30)에 고정되며, 자기장을 발생시키고, 코일(50)의 자기장과 작용하여 진동체에 단축방향으로 수평 진동이 발생되도록 구비되어 있다. 이때, 상기 요크(30)는 평판형태의 양측단부에 수직으로 향하여 절곡되어 "

"형태의 마그네트 감쌈 공간부(SP)가 구비되어 있다.

또한, 상기 코일(50)은 브라켓(10)에 구비된 것으로, 외부신호에 의해 전자계가 발생되며, 상부 마그네트(90)와 하부 마그네트(40)에 작용하여 단축방향으로 수평 진동이 증폭되도록 구비되고, 상기 스프링(60)은 브라켓(10)과 요크(30)에 연결되어 진동을 증폭시키며 공진 주파수가 결정되도록 구비되어 있다.

상기 요크 플레이트(70)는 요크(30)와 결합되어 마그네트에서 발생되는 자계의 폐루프를 형성하며, 누설자속을 차폐하고, 웨이트(80)와 상부 마그네트(90)가 고정되도록 구비되어 있고, 상기 웨이트(80)는 요크 플레이트(70)에 고정되는 것으로, 웨이트 중량을 이용하여 진동을 증폭시키고, 공진주파수가 결정되도록 구비되어 있다.

상기 상부 마그네트(90)는 영구자석으로 이루어진 것으로, 요크 플레이트(70)에 고정되어 자기장을 발생시키며, 코일(50)의 자기장과 작용하여 진동체에 수평으로 진동이 발생되도록 구비되어 있고, 상기 케이스(100)는 외각을 형성하여 진동체를 보호하고, 누설자속이 차폐되도록 구비되어 있다.

도3을 참조하면,

도3은 본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터에 있어 요크와 요크 플레이트 및 상하부 마그네트가 결합된 상태를 도시한 예시도이다.

본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터는 상기 요크(30)와 요크 플레이트(70)에 조립 방향부(AS)를 갖도록 구비됨으로써, 조립 과정에서 역조립이 발생되는 것을 방지하는 가운데 식별이 용이하게 이루어질 수 있도록 하고, 아울러 조립의 정확성을 높일 수 있도록 구비되어 있다.

상기 조립 방향부(AS)는 요크(30)의 양측 상부 중앙에 구비된 제1,2조립돌기(301)(302) 및 요크 플레이트(70)의 양측 중앙에 제1,2조립홈(701)(702)이 구비되어 짐으로써, 용이한 조립이 이루어질 수 있도록 하는 가운데 상기 제1조립홈(701)이 제2조립홈(702) 보다 폭이 크게 구비됨으로써, 역조립이 발생되는 것을 막을 수 있게 구비되어 있다.

도4를 참조하면,

도4는 본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터에 있어 요크와 요크 플레이트 및 상하부 마그네트가 결합된 상태의 자계방향성, 기존 기술과 본 발명에 따른 전가계 분포화 누설자속량을 도시한 예시도이다.

본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터는 상기 하부 마그네트(40)와 상부 마그네트(90)는 다극착자 마그네트로 구비되는 가운데 상하로 배치됨으로써, 마그네트가 요크(30)와 요크플레이트(70)에 의하여 감싸여지는 구조로 인하여 자계 폐루프가 형성되도록 하고, 누설자속을 최소화하여 전자계 Force가 극대화될 수 있게 된다.

본 발명에 따른 진동방향의 전자계 Force 비교시 기존 기술의 전자계 Force는 0.032 N이고, 본 발명의 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터의 전자계 Force는 0.394 N 으로 12배 이상 높음을 알 수 있다.

또한, 누설자속량 비교시 본 발명의 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터의 누설자속은 11.26mT이고 기존 구조의 누설자속은 160.6mT로 14배 이상 누설자속량이 적음을 알 수 있다.

도5를 참조하면,

도5는 본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터에 있어 브라켓과 브라켓에 고정되는 코일을 확대 도시한 예시도이다.

본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터의 브라켓(10)은 평판형태를 갖는 장방향 양측 끝단부에 각각 상단이 각각 상부 내측을 향하여 "

", "

" 형태로 절곡된 코일 고정편(101)이 포함되도록 구비되어 있다.

이러한 상기 브라켓(10)은 평판형태를 갖는 장방향 양측 끝단부의 측면에 상부를 향하여 수직으로 절곡된 스프링 고정편(102)이 대각선 방향으로 구비되어 있다. 이때, 상기 브라켓(10)과 코일(50)일 사이에는 절연체(IS)가 삽입됨으로써, 조립 과정이나 사용 과정에서 절연이 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

도6을 참조하면,

도6은 본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터에 있어 스프링 및 스프링이 구비되는 부분을 확대 도시한 예시도이다.

본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터의 스프링(60)은 양측단부의 접촉 고정부(601) 및 접촉 고정부(601) 사이를 연결하는 접촉 연결부(602)로 구비된 것으로, 상기 접촉 고정부(601)는 접촉 연결부(602) 보다 폭이 넓게 구비되도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 접촉 연결부(602)는 "

", "

" 중 어느 하나의 형태를 갖도록 구비됨으로써, 공진주파수가 조정될 수 있게 된다.

도7을 참조하면,

도7은 본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터에 있어 스프링이 구비되는 부분을 확대 도시한 예시도이다.

본 발명에 따른 단축방향으로 수평 진동하도록 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터의 스프링(60)은 양측단부의 접촉 고정부(601) 외측에 제1,2서포트(ST)가 덧대어지게 구비됨으로써, 스프링(60)이 고정되는 과정에서 더욱 견고하게 지지되는 가운데 변형 및 파손에 대한 내구성을 높일 수 있게 된다.

또한, 이러한 상기 스프링(60)은 양측단부의 접촉 고정부(601) 내, 외측으로 댐퍼(DP)가 구비되도록 할 경우, 댐퍼(DP)가 대각방향으로 대칭되도록 하는 것이 바람직하고, 1곳 이상 추가할 경우, 개선된 진동력 및 응답속도를 얻을 수 있게 된다.

도8을 참조하면,

도8은 본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터에 있어 기존 장축방향 수평진동모터와 본 발명에 따른 응답특성을 도시한 예시도이다.

본 발명에 따른 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터의 응답특성은 도8에 도시된 바와 같이, 기존 장축방향 수평진동모터에 비해 본 진동 액추에이터의 응답특성이(Rising Time, Falling Time) 약 3.5배 이상 개선됨을 알 수 있고, 이러한 응답특성을 더욱 개선하기 위해 자성유체를 사용할 수 있다.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 바를 바탕으로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 도면에 한정되는 것은 아니다.

10:브라켓 20:에프피시비
30:요크 40:하부 마그네트
50:코일 60:스프링
70:요크 플레이트 80:웨이트
90:상부 마그네트 100:케이스

Claims

외곽을 형성하며, 에프피시비(20), 코일(50)과 스프링(60)을 고정시키며, 누설자속이 차폐되도록 구비된 브라켓(10)과;
상기 스프링(60)에 고정되며, 요크 플레이트(70)와 하부 마그네트(40)를 고정시키고, 마그네트에서 발생되는 자계의 폐루프를 형성하고 누설자속이 차폐되도록 구비된 요크(30)와;
영구자석으로 상기 요크(30)에 고정되며, 자기장을 발생시키고, 코일(50)의 자기장과 작용하여 진동체에 단축방향으로 수평 진동이 발생되도록 구비된 하부 마그네트(40)와;
상기 브라켓(10)과 요크(30)에 연결되어 진동을 증폭시키며 공진 주파수가 결정되도록 구비된 스프링(60)과;
상기 요크(30)와 결합되어 마그네트에서 발생되는 자계의 폐루프를 형성하며, 누설자속을 차폐하고, 웨이트(80)와 상부 마그네트(90)가 고정되도록 구비된 요크 플레이트(70)와;
상기 요크 플레이트(70)에 고정되며, 웨이트 중량을 이용하여 진동을 증폭시키고, 공진주파수가 결정되도록 구비된 웨이트(80)와;
영구자석으로 상기 요크 플레이트(70)에 고정되어 자기장을 발생시키며 코일(50)의 자기장과 작용하여 진동체에 수평으로 진동이 발생되도록 구비된 상부 마그네트(90)와;
외각을 형성하여 진동체를 보호하고, 누설자속이 차폐되도록 구비된 케이스(100)가 포함됨을 특징으로 하는 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터에 있어서,
상기 요크(30)와 요크 플레이트(70)는 조립 방향부(AS)를 갖도록 구비되고, 상기 조립 방향부(AS)는 요크(30)의 양측 상부 중앙에 구비된 제1, 2조립돌기(301)(302)와 요크 플레이트(70)의 양측 중앙에 형성되어 상기 제1, 2조립돌기(301)(302)가 끼워져 조립되도록 제1, 2조립홈(701)(702)을 구비하고, 상기 제1조립홈(701)은 제2조립홈(702) 보다 폭이 크게 구비됨을 특징으로 하는 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터.
제1항에 있어서,
상기 브라켓(10)은
평판형태를 갖는 장방향 양측 끝단부에 각각 상단이 각각 상부 내측을 향하여 절곡된 코일 고정편(101)이 포함되고, 평판형태를 갖는 장방향 양측 끝단부의 측면에 상부를 향하여 수직으로 절곡된 스프링 고정편(102)이 대각선 방향으로 구비됨을 특징으로 하는 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터.
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제1항에 있어서,
상기 스프링(60)은
양측단부의 접촉 고정부(601) 및 접촉 고정부(601) 사이를 연결하는 접촉 연결부(602)를 구비하고, 상기 접촉 고정부(601)는 접촉 연결부(602) 보다 폭이 넓게 구비됨을 특징으로 하는 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터.
삭제
제1항에 있어서,
상기 스프링(60)은
양측단부의 접촉 고정부(601) 외측에 제1, 2서포트(ST)가 덧대어지고 양측단부의 접촉 고정부(601) 내, 외측으로 댐퍼(DP)가 대각방향으로 대칭되도록 하는 것을 특징으로 하는 단축방향 수평 리니어 진동 액추에이터.
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