KR102401417B1 - 단축방향 수평리니어 진동액추에이터 - Google Patents

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최교석
박현준
김화식
이종기
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Abstract

본 발명은 단축방향 수평리니어 진동액추에이터에 관한 것으로서, 특히 모바일 시장 외에 VR, AR 시장 확대 및 자동차 전장, 가전, 미용 등등 다양한 아이템에 적용될 수 있도록 전자계 집중을 통한 강한 진동력을 효과적으로 제어하고, 구동소음이 최소화 될 수 있도록 한 단축방향 수평리니어 진동액추에이터에 관한 것이다.

Description

단축방향 수평리니어 진동액추에이터{SHORTCUT DIRECTION HORIZONTAL LINEAR VIBRATION ACTUATOR}
본 발명은 단축방향 수평리니어 진동액추에이터에 관한 것으로서, 특히 모바일 시장 외에 VR(Virtual Reality), AR(Augmented Reality) 시장 확대 및 자동차 전장, 가전, 미용 등등 다양한 아이템에 적용될 수 있도록 전자계 집중을 통한 강한 진동력을 효과적으로 제어하고, 구동소음이 최소화 될 수 있도록 한 것이다.
휴대용 통신기기 내부에 탑재되는 진동모터의 초기 모델들은 고정자와 회전자를 기본 구성으로 한 회전형 진동모터 형태였으며, 이러한 회전형 진동모터는 고정자의 브라켓에 샤프트를 고정하고 회전자를 샤프트에 지지 회전시킴으로서 진동을 발생시켰으며, 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.
전술한 회전형 진동모터의 문제점을 개선하고자 최근에는 상하 진동형 액추에이터 타입 진동모터가 제시되었다.
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.
이와 같은 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 있다. 그러나, 상하 진동형 액추에이터의 경우 제품에 장착되어 구동 시 진동 전달력은 좋으나 상하진동에 의한 공명이 발생되어 구동 소음이 커지는 문제가 발생될 수 있다. 이러한 공명소음을 개선하기 위해 최근에는 수평으로 진동하는 수평 진동 액추에이터가 많이 개발 되고 있으나 액추에이터가 적용되는 기기의 크기가 커짐에 따라 다양한 햅틱진동 효과를 표현하기 어려운 문제점이 있었다.
또한 대부분의 수평진동 액추에이터의 경우 대부분 장축방향으로 진동방향이 진동되어지도록 되어 있어 단축방향으로 진동이 필요한 제품에는 장착할 수 없는 문제점이 있었다.
또한 강한 진동력 때문에 구동 소음이 보다 높게 발생되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 개선할 수 있는 진동 액추에이터의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
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 진동 할 수 있는 단축방향 수평리니어 진동액추에이터를 제공하는 것에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 외부로 누설되는 누설자속을 최소화 하고, 자계효율을 극대화하여 강한 진동력과, 진동 응답시간을 더욱 향상시킨 단축방향 수평리니어 진동액추에이터를 제공하는 것에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전자계 집중을 통한 강한 진동력을 효과적으로 제어하고, 구동소음을 최소화 할 수 있는 단축방향 수평리니어 진동액추에이터를 제공하는 것에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
외곽이 형성되며, 에프피시비(20), 스프링(60), 코일(90)이 고정 및 지지되도록 구비된 브라켓(10)과;
외부 전기신호가 코일(90)로 공급되도록 구비된 상기 에프피시비(20)와;
상기 브라켓(10)의 코일부착면에 부착되며, 상기 브라켓(10)과 코일(90)간의 절연이 방지되도록 구비된 절연테이프(30)와;
상기 스프링(60)에 고정되고, 하부 마그네트(50)와 요크 플레이트(110)가 고정되며, 하부 마그네트(50)에서 발생되는 자계의 폐루프를 형성하고, 누설자속이 차폐되도록 구비된 요크(40)와;
영구자석으로 상기 요크(40)에 고정되고, 자기장을 발생시키며, 코일(90)의 자기장과 작용하여 진동체에 수평 진동이 발생되도록 구비된 상기 하부 마그네트(50)와;
상기 브라켓(10)과 요크(40)에 연결되어 진동을 증폭 시키며, 공진 주파수가 결정되도록 구비된 스프링(60)과;
상기 스프링(60)에 고정되며, 요크(40)와 고정되어 스프링(60)을 지지하여 변형 및 파손이 방지되도록 구비된 제1서포트(70)와;
상기 스프링(60)에 고정되며, 브라켓(10)과 고정되어 스프링(60)을 지지하여 변형 및 파손이 방지되도록 구비된 제2서포트(80)와;
외부 전기신호에 의해 자기장이 발생되며, 마그네트의 자기장과 상호 작용하여 진동이 발생되도록 구비된 코일(90)과;
영구자석으로 상기 요크 플레이트(110)에 고정되고, 자기장이 발생되며, 코일(90)의 자기장과 작용하여 진동체에 수평 진동이 발생되도록 구비된 상부 마그네트(100)와;
상부 마그네트(100)와 웨이트(120)가 고정되며, 요크(40)와 결합되어 상부 마그네트(100)에서 발생되는 자계의 폐루프가 형성되고, 누설자속이 차폐되도록 구비된 상기 요크 플레이트(110)와;
상기 요크 플레이트(110)에 고정되고, 웨이트 중량을 이용하여 진동이 증폭되며, 공진주파수가 결정되도록 구비된 웨이트(120)와;
상기 요크 플레이트(110)의 상면에 구비되고, 케이스(140)와 접촉되어 진동력이 제어되고, 응답속도 및 소음이 개선되도록 구비된 자성유체(130); 및
외각을 형성하여 진동체가 보호되고, 누설자속이 차폐되도록 구비된 상기 케이스(140)가 포함됨으로써, 전자계 집중을 통한 강한 진동력을 효과적으로 제어하고, 구동소음이 최소화 될 수 있도록 구성된다.
따라서, 본 발명은 기존 장축방향 진동에 따른 장착성 제한을 받는 제품들에게 적용 가능하도록 진동방향을 단축방향으로 개선하여 적용 가능한 제품을 확대할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 코일을 중심에 위치하고 상, 하로 마그네트를 위치하여 자계 폐루프를 형성하도록 함으로써, 전자계 Force를 개선하여 진동력을 극대화 하고, 진동 응답시간을 더욱 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
그리고 본 발명은 자성유체(Magnetic Fluid)가 자석의 영향을 받으면 자성화 되는 특성을 이용하여 일정한 위치에 고정되어지고, 액체성분의 유연한 댐핑효과를 이용하여 효과적으로 진동력을 제어할 수 있고, 소음을 개선할 수 있는 효과를 갖는다.
도1은 본 발명에 따른 단축방향 수평리니어 진동액추에이터의 횡단면도이다.
도2는 본 발명에 따른 단축방향 수평리니어 진동액추에이터의 분해 사시도이다.
도3은 본 발명에 따른 단축방향 수평리니어 진동액추에이터의 종단면도이다.
도4는 본 발명에 따른 단축방향 수평리니어 진동액추에이터의 평면도 및 그에 따른 자계분포도와 누설자속량을 도시한 도면이다.
도5는 종래 기술에 따른 리니어 진동액추에이터의 평면도 및 그에 따른 자계분포도와 누설자속량을 도시한 도면이다.
도6은 본 발명에 따른 단축방향 수평리니어 진동액추에이터의 진동력 특성 그래프를 기존과 비교한 도면이다.
도7은 본 발명에 따른 단축방향 수평리니어 진동액추에이터의 다른 실시예를 도시한 평면도이다.
이하, 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 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 수평리니어 진동액추에이터에 관한 것으로서, 브라켓(10), 에프피시비(20), 절연테이프(30), 요크(40), 하부 마그네트(50), 스프링(60), 제1서포트(70), 제2서포트(80), 코일(90), 상부 마그네트(100), 요크 플레이트(110), 웨이트(120), 자성유체(130) 및 케이스(140) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면,
도1은 본 발명에 따른 단축방향 수평리니어 진동액추에이터의 횡단면도이고, 도2는 본 발명에 따른 단축방향 수평리니어 진동액추에이터의 분해 사시도이고, 도3은 본 발명에 따른 단축방향 수평리니어 진동액추에이터의 종단면도이다.
본 발명에 따른 단축방향 수평리니어 진동액추에이터는 외곽이 구비되도록 하는 브라켓(10)에 외부 전기신호가 코일(90)로 공급되도록 하는 에프피시비(20)가 구비되어 있고, 상기 브라켓(10)의 코일부착면에 절연테이프(30)가 부착되어 상기 브라켓(10)과 코일(90)간의 절연이 방지될 수 있게 구비되어 있다.
또한, 하부 마그네트(50)에서 발생되는 자계의 폐루프를 형성하고, 누설자속이 차폐되도록 요크(40)가 구비되어 있고, 이러한 요크(40)는 스프링(60)에 고정되고, 하부 마그네트(50)와 요크 플레이트(110)가 고정되게 구비되어 있다.
상기 하부 마그네트(50)는 영구자석으로 상기 요크(40)에 고정되어 자기장을 발생시키고, 코일(90)의 자기장과 작용하여 진동체에 수평 진동이 발생되도록 구비되어 있다.
또한, 상기 브라켓(10)과 요크(40)에 연결되어 진동을 증폭 시키며, 공진 주파수가 결정되도록 스프링(60)이 구비되어 있고, 상기 스프링(60)에 고정되며, 요크(40)와 고정되어 스프링(60)을 지지하여 변형 및 파손이 방지되도록 제1서포트(70)이 구비되어 있고, 상기 스프링(60)에 고정되며, 브라켓(10)과 고정되어 스프링(60)을 지지하여 변형 및 파손이 방지되도록 구비된 제2서포트(80)가 구비되어 있다.
또한, 외부 전기신호에 의해 자기장이 발생되며, 마그네트의 자기장과 상호 작용하여 진동이 발생되도록 코일(90)이 구비되어 있고, 상기 요크 플레이트(110)에 고정되고, 자기장이 발생되며, 코일(90)의 자기장과 작용하여 진동체에 수평 진동이 발생되도록 영구자석으로 이루어진 상부 마그네트(100)가 구비되어 있다.
상기 요크 플레이트(110)는 상부 마그네트(100)와 웨이트(120)가 고정되며, 요크(40)와 결합되어 상부 마그네트(100)에서 발생되는 자계의 폐루프가 형성되고, 누설자속이 차폐되도록 구비되어 있고, 웨이트 중량을 이용하여 진동이 증폭되며, 공진주파수가 결정되도록 상기 요크 플레이트(110)에 웨이트(120)가 결합되도록 구비되어 있다.
상기 요크 플레이트(110)의 상면에는 케이스(140)와 접촉되어 진동력이 제어되는 가운데 응답속도 및 소음이 개선되도록 자성유체(130)가 구비되어 있고, 외각을 형성하여 진동체가 보호되고, 누설자속이 차폐되도록 케이스(140)가 포함되도록 구비되어 있다.
여기에서, 상기 자성유체(130)는 직경10.0nm의 입자 크기를 갖는 산화철이 Base Oil과 계면활성제에 혼합되어 시간이 지나도 그 특성이 변하지 않는 콜로이드 액체형태로 만들어지는 것으로, 자계가 제로일 경우에는 자성이 없는 단순한 액체이지만, 자석 등 외부로부터 자계를 작용시키면 자성화되는 특징을 가지게 된다.
이러한 자성유체(130)를 보다 효과적으로 이용하기 위해, 상기 자성유체(130)는 요크 플레이트 몸체(111)의 상면인 자계가 집중되는 부분에 구비된 지지홈(113)에 도포되어 고정되어지고, 상기 요크 플레이트 몸체(111)의 상면이 케이스(140)의 상부 내측면에 부딪쳐서 발생될 수 있는 자성유체(130)의 비산과 유실되는 것을 방지되도록 도3의 좌측 상부에 확대 도시된 바와 같이, 웨이트(120) 상면이 요크플레이트 몸체(111) 상면보다 “T” 만큼 높게 돌출되는 웨이트 돌출부(122)를 형성하고, 자성유체(130)가 도포된 요크플레이트 몸체(111)상면이 케이스(140)상부 내측면에 부딪치지 않게 일정한 공간이 형성되어져 자성유체(130)의 비산 및 유실을 방지할 수 있다.
또한, 자성유체(130)의 고정 및 유실을 막기위해 도3의 우측 상부에 확대 도시된 바와 같이, 요크플레이트(110)의 몸체(111) 중앙에 음각의 단조형상의 지지홈(113)을 만들고 지지홈(113)의 단차를 “WxD”로 형성함으로써 자성유체(130)는 요크플레이트(110)의 몸체(111) 중앙의 지지홈(113)에 폭 “W”, 깊이 “D” 만큼 도포되어 형성되어져 자계집중효과를 더욱 향상시키고 자성유체(130)가 도포되었을 때 자성유체(130) 형태의 형성을 더욱 용이하게 할 수 있다.
또한, 외부 충격에 의해 요크플레이트(110)가 직접적으로 케이스와 부딪칠 때 압착에 의한 자성유체(130)의 비산과 유실을 방지하기 위해 요크플레이트(110) 보다 “T”만큼 높은 구조를 가짐으로써 공간형성을 통해 자성유체(130)의 비산과 유실을 방지할 수 있다.
도4를 참조하면,
도4는 본 발명에 따른 단축방향 수평리니어 진동액추에이터의 평면도 및 그에 따른 자계분포도와 누설자속량을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 요크 플레이트(110)의 상부에 구비된 자성유체(130)는 자성화 특성에 의하여 요크 플레이트(110)의 중앙에 자계가 집중되는 곳에 구비됨으로써, 자성유체(130)의 유실을 방지하고, 자성유체(130)의 유연한 댐핑 효과를 이용하여 효과적으로 진동력과 구동 소음(Noise)이 개선될 수 있게 된다. 이때, 본 발명에 따른 단축방향 수평리니어 진동액추에이터의 누설자속량은 0.006 [Tesla]로 누설자속의 대부분이 차폐됨을 알 수 있다.
도5는 종래 기술에 따른 리니어 진동액추에이터의 평면도 및 그에 따른 자계분포도와 누설자속량을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 단축방향 수평리니어 진동액추에이터에 대하여 기존의 리니어 진동액추에이터의 경우, 도5에 도시된 바와 같이, 요크와 조립되는 부분의 요크 플레이트에 조립홈부가 구비되고, 조립홈부의 모서리 부분으로 구비된 틈을 통하여 일부 자속이 누설됨을 알 수 있다. 이때, 자계분포도와 누설자속량을 도시한 도면에서와 같이, 조립되는 틈 사이로 누설되는 자속이 1,514 [Tesla] 내외로 발생됨을 확인 할 수 있다.
도6은 본 발명에 따른 단축방향 수평리니어 진동액추에이터의 진동력 특성 그래프를 기존과 비교한 도면이다.
본 발명에 따른 단축방향 수평리니어 진동액추에이터는 진동력 제어를 용이하게 하게 이루어짐으로써, 구동 소음이 개선될 수 있게 된다. 이는 종래 진동은 일정 주기로 미세한 파형 왜곡이 발생하는 반면, 본 발명은 미세한 파형 왜곡이 발생되는 것에 비하여 보다 안정적인 주기를 갖는 진동을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.
도7은 본 발명에 따른 단축방향 수평리니어 진동액추에이터의 다른 실시예를 도시한 평면도이다.
본 발명에 따른 단축방향 수평리니어 진동액추에이터는 브라켓(10)과 스프링(60) 및 제1, 2서포트(70)(80)가 단순 결합으로 이루어지도록 하였으나, 이러한 형태 이외에 도7에 도시된 바와 같이, 상기 브라켓(10)과 스프링(60) 및 제1, 2서포트(70)(80) 사이에 각각 댐퍼(150)가 대각방향으로 구비되도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 진동력 제어를 더 용이하게 하게 이루어짐으로써, 구동 소음이 개선될 수 있게 된다.
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:절연테이프 40:요크
50:하부 마그네트 60:스프링
70:제1서포트 80:제2서포트
90:코일 100:상부 마그네트
110:요크 플레이트 120:웨이트
122:웨이트 돌출부 130:자성유체
140:케이스

Claims (6)

  1. 외곽이 형성되며, 에프피시비(20), 스프링(60), 코일(90)이 고정 및 지지되도록 구비된 브라켓(10)과, 상부 마그네트(100)와 웨이트(120)가 고정되며, 요크(40)와 결합되어 상부 마그네트(100)에서 발생되는 자계의 폐루프가 형성되고, 누설자속이 차폐되도록 구비된 요크 플레이트(110)와, 상기 요크 플레이트(110)에 고정되고, 웨이트 중량을 이용하여 진동이 증폭되며, 공진주파수가 결정되도록 구비된 웨이트(120)로 구성된 단축방향 수평리니어 진동액추에이터에 있어서,
    상기 요크 플레이트(110)의 상면에 구비되어 진동력이 제어되고, 응답속도 및 소음이 개선되도록 요크 플레이트 몸체(111)의 상면인 자계가 집중되는 부분에 음각 단조형상의 지지홈(113)을 형성하여 자성유체(130)가 도포되어 고정되어지도록 하고, 상기 웨이트(120)의 상면이 상기 요크플레이트 몸체(111) 상면보다 돌출되는 웨이트 돌출부(122)를 형성하며, 자성유체(130)가 도포된 상기 요크플레이트 몸체(111)의 상면이 케이스(140) 상부 내측면에 부딪치지 않게 일정한 공간이 형성되어지도록 하여 상기 요크 플레이트 몸체(111)의 상면이 상기 케이스(140)의 상부 내측면에 부딪쳐서 발생될 수 있는 자성유체(130)의 비산과 유실되는 것을 방지할 수 있도록 구비된 것을 특징으로 하는 단축방향 수평리니어 진동액추에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 브라켓(10)과 스프링(60) 및 제1, 2서포트(70)(80) 사이에 각각 댐퍼(150)가 대각방향으로 구비함으로써 진동력 제어를 용이하게 하여 구동 소음이 개선되도록 함을 특징으로 하는 단축방향 수평리니어 진동액추에이터.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자성유체(130)는 직경10.0nm의 입자 크기를 갖는 산화철이 Base Oil과 계면활성제에 혼합되어 시간이 지나도 외부로부터의 자계의 작용으로 자성화 되는 특성이 변하지 않는 콜로이드 액체형태로 구비됨을 특징으로 하는 단축방향 수평리니어 진동액추에이터.
  5. 삭제
  6. 삭제
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