KR102530626B1 - 성능이 향상된 음파진동자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 성능이 향상된 음파진동자에 관한 것으로서, 하우징의 수용공간에 고정되는 보빈과, 보빈에 단방향으로 권선되는 코일로 구성되어 공급되는 전류를 매개로 자기장을 만드는 전자석; 상기 하우징의 상면과 하면으로 돌출되게 보빈의 중공에 삽입되는 안내부, 안내부의 길이방향과 직교되게 돌출된 환형상 코어로 구성된 커넥터와, 환형상 코어를 사이에 두고 동일 극성끼리 서로 마주보게 안내부에 각각 끼워지는 한 쌍의 영구자석으로 구성되어 전자석의 자기장에 의해 상하로 왕복이동하는 진동부; 상기 안내부의 돌출된 말단과 동일 평면상에 위치되게 하우징의 상면과 하면 가장자리에 배치되는 스페이서; 상기 진동부의 상면과 하면에 맞대어지게 스페이서에 배치되어 체결수단을 매개로 진동부와 하우징에 고정되고, 다수 개의 스포크가 회오리형태로 배열되며, 진동부에 의해 상하로 돌출되는 회오리형 판스프링;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 회오리형 판스프링의 각 스포크는 휘어진 활꼴 형태로 형성되고, 스포크의 길이가 길어짐에 따라 종래 판스프링의 스포크에 비해 내구성이 뛰어나다.

Description

성능이 향상된 음파진동자{Acoustic oscillator with improved performance}

본 발명은 성능이 향상된 음파진동자에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 종래에 대비 소형으로 제작할 수 있음은 물론, 소비전력은 대폭 낮출 수 있으면서도 큰 전자기력을 구현할 수 있어 진동부의 변위 증가에 따른 진동효율을 크게 향상시킬 수 있는 성능이 향상된 음파진동자에 관한 것이다.

현대사회는 직장생활 및 일상생활 속의 다양한 스트레스로 인하여 근육 경직, 만성피로, 근육 경련과 같은 다양한 질병에 시달리고 있다.

이러한 근육의 경직 및 신경의 피로를 해소하기 위하여 최근 마사지를 받는 인구가 증가하고 있다.

종래의 마사지는 사람이 직접 손 또는 도구를 이용하여 신체의 일부를 가압하는 방식으로 이루어졌다.

마사지를 받는 인구가 점차 증가함에 따라 사람이 아닌 기계를 이용하여 마사지를 수행할 수 있는 다양한 마사지 기계가 개발되고 있다.

마사지 기계의 예로는 안마의자, 종아리 안마기, 발 안마기 등을 포함할 수 있다. 이러한 마사지 기계는 일반적으로 모터 또는 액추에이터에 의한 진동 방식이 사용된다.

액추에이터는 자기장을 생성하는 코일, 코일이 권선되는 보빈, 보빈과 이격되어 자기장을 발생시키는 영구자석, 및 위아래로 움직이는 판스프링을 포함한다.

코일에 전류가 공급되면 코일이 자기장을 생성한다.

영구자석에 의해 생성된 자기장 내에서 코일에 의한 자기장이 생성됨에 따라, 상하방향의 전자기력이 발생된다.

전자기력에 의하여 보빈이 상하로 움직이고, 보빈의 상하 움직임으로 인하여 판스프링도 함께 움직인다.

판스프링의 상하움직임으로 인하여 발생된 진동이 마사지 기계의 사용자의 신체로 전달된다.

그러나 종래의 액추에이터에 포함된 판스프링은 진동 세기가 작고 내구성이 약한 문제점이 있었다.

또한, 종래의 액추에이터는 한 쌍의 코일 사이에 영구자석이 배치되는 구조이므로 소비전력의 소모가 상당하였다.

1. 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0113912호 2. 대한민국 등록특허 제10-2179266호

본 발명은 종래에 대비 소형으로 제작할 수 있음은 물론, 소비전력은 대폭 낮출 수 있으면서도 큰 전자기력을 구현할 수 있어 진동부의 변위 증가에 따른 진동효율을 크게 향상시킬 수 있는 성능이 향상된 음파진동자를 제공하려는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

하우징의 수용공간에 고정되는 보빈과, 보빈에 단방향으로 권선되는 코일로 구성되어 공급되는 전류를 매개로 자기장을 만드는 전자석;

상기 하우징의 상면과 하면으로 돌출되게 보빈의 중공에 삽입되는 안내부, 안내부의 길이방향과 직교되게 돌출된 환형상 코어로 구성된 커넥터와, 환형상 코어를 사이에 두고 동일 극성끼리 서로 마주보게 안내부에 각각 끼워지는 한 쌍의 영구자석으로 구성되어 전자석의 자기장에 의해 상하로 왕복이동하는 진동부;

상기 안내부의 돌출된 말단과 동일 평면상에 위치되게 하우징의 상면과 하면 가장자리에 배치되는 스페이서;

상기 진동부의 상면과 하면에 맞대어지게 스페이서에 배치되어 체결수단을 매개로 진동부와 하우징에 고정되고, 다수 개의 스포크가 회오리형태로 배열되며, 진동부에 의해 상하로 돌출되는 회오리형 판스프링;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 보빈은 제1영구자석의 제1·2극에 경계와 제2영구자석의 제1·2극에 경계 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 회오리형 판스프링은 서로 다른 크기로 제작되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 회오리형 판스프링은,

상기 스페이서에 고정되는 림과,

상기 회오리형 판스프링의 중심측에 배치되고 안내부에 고정되는 중심링과,

상기 림과 중심링을 활꼴 형태로 연결하고 림과 중심링 사이에 회오리 형태로 배열되는 다수의 스포크로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 회오리형 판스프링의 각 스포크는 휘어진 활꼴 형태로 형성되고, 스포크의 길이가 길어짐에 따라 종래 판스프링의 스포크에 비해 내구성이 뛰어나다.

또한, 진동부의 상부 및 하부 배치되는 회오리형 판스프링 중 어느 하나는 상대적으로 사이즈를 작게 형성하였는데, 이는 사이즈가 큰 회오리형 판스프링에 비해 사이즈가 작은 회오리형 판스프링의 가압면적이 상대적으로 작아 단위면적당 가압력을 높일 수 있으며, 이에 따라 마사지용으로 적용될 경우 사용자에 맞는 마사지의 강도를 선택할 수 있게 되는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 전자석의 전체길이는 종래에 길이에 비해 상대적으로 짧게 형성됨에 따라 종래에 대비 소형으로 제작할 수 있음은 물론, 소비전력은 대폭 낮출 수 있으면서도 큰 전자기력을 구현할 수 있어 진동부의 변위 증가에 따른 진동효율을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 성능이 향상된 음파진동자의 결합사시도.
도 2는 본 발명에 따른 성능이 향상된 음파진동자의 분해사시도.
도 3은 본 발명에 따른 성능이 향상된 음파진동자의 평면도(A) 및 저면도(B).
도 4는 본 발명에 따른 성능이 향상된 음파진동자의 결합단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 성능이 향상된 음파진동자의 작용을 설명하기 위한 도면.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 성능이 향상된 음파진동자의 결합사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 성능이 향상된 음파진동자의 분해사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 성능이 향상된 음파진동자의 평면도(A) 및 저면도(B)이며, 도 4는 본 발명에 따른 성능이 향상된 음파진동자의 결합단면도이며, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 성능이 향상된 음파진동자의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 성능이 향상된 음파진동자는 하우징(10)과 전자석(20), 진동부(30), 스페이서(40) 및 회오리형 판스프링(50)으로 구성된 것으로, 이에 의하면 종래에 대비 소형으로 제작할 수 있음은 물론, 소비전력은 대폭 낮출 수 있으면서도 큰 전자기력을 구현할 수 있어 진동부의 변위 증가에 따른 진동효율을 크게 향상시킬 수 있는 기술적인 특징이 있다.

상기 하우징(10)은 브라켓(11)과 커버(12)로 구성된 자성체로서, 본 실시 예의 경우 내측으로 수용되는 전자석(20)을 고정하는 역할을 한다.

상기 브라켓(11)은 판의 양단부를 상방으로 절곡시켜 형성한 부재로서, 중앙에는 관통되게 끼워지는 진동부(30)가 상하로 움직일 수 있게 관통홀(11a)이 일체로 형성되고, 관통홀(11a)을 중심으로 가장자리에는 하면으로 맞대어지는 스페이서(40)와 상호 연통되는 연통홀(11b)이 일체로 형성되며, 관통홀(11a)을 사이에 두고 양측에는 전자석(20)의 끼움돌기(21c)가 삽탈가능하게 끼워져 고정되는 돌기결합공(11c)이 일체로 형성되며, 이러한 구조를 갖는 브라켓(11)의 내측으로 전자석(20)이 수용된다.

상기 커버(12)는 브라켓(11)의 상부를 덮도록 절곡부위에 얹혀지는 판으로서, 중앙에는 관통되게 끼워지는 진동부(30)가 상하로 움직일 수 있게 관통홀(12a)이 일체로 형성되고, 관통홀(12a)을 중심으로 가장자리에는 상면으로 맞대어지는 스페이서(40)와 상호 연통되는 연통홀(12b)이 일체로 형성되며, 관통홀(12a)을 사이에 두고 양측에는 전자석(20)의 끼움돌기(21c)가 삽탈가능하게 끼워져 고정되는 돌기결합공(12c)이 일체로 형성되며, 이러한 구조를 갖는 커버(12)는 브라켓(11)에 얹혀져 브라켓(11)의 내측으로 수용된 전자석(20)의 상면을 덮는다.

한편, 상기 관통홀(11a,12a)에는 전자석(20)의 간섭방지부(21b)가 삽탈가능하게 끼워져 끼움돌기(21c)와 더불어 하우징(10) 내에서의 움직임을 제한토록 하면서 진동부(30)가 하우징(10)과 간섭없이 상하로 움직일 수 있게 도움을 준다.

상기 전자석(20)은 보빈(21)과 코일(22)로 구성된 것으로서, 본 실시 예의 경우 하우징(10)의 수용공간에 설치되어 공급되는 전류의 흐름에 따라 자기장을 형성해 내측에 배치되는 진동부(30)를 상하방향으로 이동시켜주는 역할을 한다.

상기 보빈(21)은 비자성체로 제작한 부재로서, 중앙에는 진동부(30)가 승강가능하게 삽입될 수 있게 상하로 관통된 진동부수용홀(21a)이 형성되고, 진동부수용홀(21a)의 가장자리에는 수직으로 연장되어 하우징(10)의 관통홀(11a,12a)에 삽탈가능하게 끼워지는 관형상의 간섭방지부(21b)가 일체로 형성되며, 간섭방지부(21b)를 기준으로 양측에는 수직으로 연장되어 하우징(10)의 돌기결합부(11c,12c)에 삽탈가능하게 끼워지는 끼움돌기(21c)가 일체로 형성되며, 외주면에는 코일(22)이 삽입되어 권선되는 권취홈(21d)이 마련된다.

상기 코일(22)은 전류가 흐르는 얇은 구리재질의 금속선으로, 보빈(21)의 권취홈(21d)에 삽입되고, 보빈(21)의 외주면에 권선된다.

여기서, 상기 코일(22)은 전류를 공급받아 자기장을 발생시키는 것으로, 진동부(30)의 제1·2영구자석(32,33)과의 전기적인 상호 작용에 의해 진동부(30)를 진동시키는 구동력을 발생시킨다.

일 예로, 상기 코일(22)에 전류가 흐르게 되면 자기장이 발생하게 되고, 코일(22)에 의해 형성된 자기장은 보빈(21)의 중공 내에 위치되는 진동부(30)의 제1·2영구자석(32,33)에 영향을 미치게 되며, 자기장의 영향을 받은 진동부(30)는 보빈(21)을 따라 상하로 움직이게 된다.

또한, 상기 진동부(30)의 상하로 움직임은 진동부(30)의 상면과 하면에 각각 고정된 회오리형 판스프링(50)으로 전달되고, 이에 따라 회오리형 판스프링(50)의 중심측이 상하로 움직이게 된다.

상기 진동부(30)는 커넥터(31)와 제1·2영구자석(32,33)으로 구성된다.

이러한 상기 진동부(30)의 상단부와 하단부는 하우징(10)의 상면과 하면으로 돌출되게 보빈(21)의 진동부수용홀(21a)에 승강가능하게 끼워진다.

이렇게 설치된 상기 진동부(30)는 전자석(20)과의 전기적인 상호 작용에 의해 상하방향으로 움직인다.

상기 커넥터(31)는 안내부(31a)와 환형상 코어(31b)로 구성된 비자성체로 제작된다.

상기 안내부(31a)는 원형관으로, 상단부와 하단부가 하우징(10)의 상면과 하면으로 각각 돌출되게 보빈(21)의 중공 즉, 진동부수용홀(21a)에 삽입된다.

이러한, 상기 안내부(31a)의 내부에는 내주면 길이방향을 따라 한 쌍의 너트관(31a-1)이 일체로 형성되며, 이 너트관(31a-1)에는 제2나사볼트(63)가 착탈가능하게 체결된다.

상기 환형상 코어(31b)는 안내부(31a)의 길이방향과 직교되게 돌출된 부재로서, 안내부(31a)의 중간에 형성되어 제1·2영구자석(32,33)을 두께만큼 상호 이격시켜주는 역할을 한다.

상기 제1·2영구자석(32,33)은 환형상 코어(31b)를 기준으로 좌우대칭되게 배열되는데, 제1영구자석(32)은 서로 다른 두 극인 제1극(S극)과 제2극(N)으로 이루어지고, 제2영구자석(33) 역시 서로 다른 두 극인 제1극(S극)과 제2극(N극)으로 이루어지는데, 본 실시 예에서는 제1·2영구자석(32,33)을 동일 극성끼리 서로 마주보게 환형상 코어(31b)에 착좌시켜 줌으로서 자기효율이 극대화될 수 있게 하였다.

도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 상기 전자석(20)의 코일(22)에 전류가 인가되면, 플레밍의 왼손법칙(Fleming's left hand rule)에 따라 자기장의 방향과 전류의 방향에 대해 직교하는 방향, 즉 상향 또는 하향되게 진동부(30)를 구동하는 로렌츠 힘(Lorentz force)을 발생하게 되며, 여기에 더하여 코일(22)에 인가되는 전류의 방향을 연속적으로 바꿔주면 진동부(30)는 연속적으로 상하로 진동하게 된다.

특히, 상기 전자석(20)의 내부에 제1·2영구자석(32,33)을 동일 극성끼리 서로 마주보게 배치해 줌에 따라 최초 기동시 진동부(30)를 구동하는 힘의 방향을 상측 또는 하측으로 편향되게 구동시킬 수 있다.

즉, 상기 보빈(21)의 길이방향을 따라 나란하게 배치된 제1·2영구자석(32,33) 외주면 둘레에 코일(22)을 단방향으로 권선하고 있어, 전자기력을 향상시켜 진동부(30)의 진동 폭을 증가시키면서 신속한 응답속도를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 코일(22)과 직교되는 방향으로 관통하는 자기력선의 양을 증가시키기 위해 제1·2영구자석(32,33)을 동일 극성끼리 서로 마주보게 배치하는데, 자속은 쇄교하는 곳에 집중되기 때문에 동일 체적에서 같은 소비전류를 소비한다면 보다 큰 전자기력을 구현할 수 있게 되고, 이는 진동부(30)의 변위를 증가시켜 진동량을 크게 구현할 수 있게 된다.

이를 위해 코일(22)의 높이는 제1·2영구자석(32,33)의 높이보다 작아야 하며, 바람직하게는 제1영구자석(32)의 제1극(S극)과 제2극(N)에 경계 그리고 제2영구자석(33)의 제1극(S극)과 제2극(N극)에 경계 사이에 위치될 수 있는 크기로 제작하는 것이 좋다.

상기 스페이서(40)는 하우징(10)과 회오리형 판스프링(50) 사이로 개입되어 핀너트(61)와 제1나사볼트(62)에 의한 상호 결합시 회오리형 판스프링(50)을 지지하는 역할을 한다.

상기 스페이서(40)는 관으로, 본 실시 예의 경우 하우징(10)의 연통홀(11b,12b)과 상호 연통되도록 일단이 배치되고, 타단이 회오리형 판스프링(50)에 배치된다.

상기와 같이 배치된 상태에서, 핀너트(61)를 하부에 배치된 회오리형 판스프링(50)의 구멍으로 삽입하여 하부에 배치된 스페이서(40)와 하우징(10)의 연통홀(11b,12b)을 거쳐 상부에 배치된 스페이서(40)까지 끼워준 다음, 상부에 배치된 회오리형 판스프링(50)을 관통하는 제1나사볼트(62)를 핀너트(61)에 체결해 줌으로서 하우징(10)과 회오리형 판스프링(50)을 상호 결합할 수 있으며, 이때 스페이서(40)가 회오리형 판스프링(50)을 안정적으로 지지해 줌으로 회오리형 판스프링(50)의 처짐이 방지된다.

상기 회오리형 판스프링(50)은 림(51)과 중심링(52) 및 스포크(53)로 구성되며, 합성수지/우레탄/고무 등에 의해 제조된 탄성체이다.

상기 림(51)은 회오리형 판스프링(50)의 외측에 위치되는 것으로서, 핀너트(61)와 제1나사볼트(62)를 매개로 스페이서(40)에 고정되며, 이에 따라 진동부(30)가 상하로 움직이더라도 림(51)은 움직이지 않는다.

상기 중심링(52)은 회오리형 판스프링(50)의 중심측에 위치되고, 제2나사볼트(63)를 매개로 진동부(30)의 너트관(31a-1)에 고정되어 진동부(30)와 일체형 구조를 이루며, 이에 따라 진동부(30)가 상하로 움직일 때 회오리형 판스프링(50)의 림(51)은 움직이지 않지만, 중심링(52)은 진동부(30)와 함께 상하로 움직인다.

상기 다수 개의 스포크(53)는 활형으로 휘어진 형태로, 회오리형 판스프링(50)의 중심을 기준으로 회오리형태로 배열되어 림(51)과 중심링(52)을 연결하는데, 중심링(52)이 진동부(30)에 의해 상하로 움직일 때, 림(51)과 중심링(52)을 연결하는 다수 개의 스포크(53)가 회오리 형태로 배열되어 있어 각 스포크(53)의 외측에서 중심측으로 갈수록 회오리형 판스프링(50)의 상하 움직임의 폭이 증가하며, 이에 따라 회오리형 판스프링(50)은 중심측에서 가장 크게 상하로 움직이게 된다.

특히, 본 발명의 실시 예에 따른 회오리형 판스프링(50)의 스포크(53)는 종래기술(대한민국 공개특허공보 제10-2017-0113912호)의 판스프링의 스포크에 비해 더 길게 형성되는데, 이에 의하면 본 발명의 회오리형 판스프링(50)은 림(51)과 중심링(52)을 연결하는 다수 개의 스포크(53)가 회오리형태로 배열되어 있는데 반하여, 종래의 판스프링은 방사상으로 배열되고 직선으로 형성되어 있기 때문에 본 발명의 실시 예에 따른 회오리형 판스프링(50)의 중심링(52)은 수직방향으로의 상하 움직임이 더 커지고, 종래의 판스프링에 비해 더 강한 진동을 생성할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 회오리형 판스프링(50)의 각 스포크(53)는 휘어진 활꼴 형태로 형성되고, 스포크(53)의 길이가 길어짐에 따라 종래 판스프링의 스포크에 비해 내구성이 뛰어나다.

한편, 상기 진동부(30)의 상부 및 하부 배치되는 회오리형 판스프링(50) 중 어느 하나는 상대적으로 사이즈를 작게 형성하였는데, 이는 사이즈가 큰 회오리형 판스프링(50)에 비해 사이즈가 작은 회오리형 판스프링(50)의 가압면적이 상대적으로 작아 단위면적당 가압력을 높일 수 있으며, 이에 따라 마사지용으로 적용될 경우 사용자에 맞는 마사지의 강도를 선택할 수 있게 되는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 전자석(20)의 전체길이는 종래(대한민국 등록특허 제10-2179266호)의 보빈과 한 쌍의 보이스코일로 구성된 조립체(이하, 전자석이라 칭함)에 길이에 비해 상대적으로 짧게 형성됨에 따라 종래에 대비 소형으로 제작할 수 있음은 물론, 소비전력은 대폭 낮출 수 있으면서도 큰 전자기력을 구현할 수 있어 진동부(30)의 변위 증가에 따른 진동효율을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 기재된 구체적인 실시 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상범위 내에서 다양하게 변형 및 수정할 수 있음은 당업자에 있어서 당연한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10: 하우징 11: 브라켓 12: 커버
20: 전자석 21: 보빈 22: 코일
30: 진동부 31: 커넥터 32: 제1영구자석
33: 제2영구자석 40: 스페이서 50: 회오리형 판스프링

Claims (4)

1. 하우징의 수용공간에 고정되는 보빈과, 보빈에 단방향으로 권선되는 코일로 구성되어 공급되는 전류를 매개로 자기장을 만드는 전자석;
   상기 하우징의 상면과 하면으로 돌출되게 보빈의 중공에 삽입되는 안내부, 안내부의 길이방향과 직교되게 돌출된 환형상 코어로 구성된 커넥터와, 환형상 코어를 사이에 두고 동일 극성끼리 서로 마주보게 안내부에 각각 끼워지는 한 쌍의 영구자석으로 구성되어 전자석의 자기장에 의해 상하로 왕복이동하는 진동부;
   상기 안내부의 돌출된 말단과 동일 평면상에 위치되게 하우징의 상면과 하면 가장자리에 배치되는 스페이서;
   상기 진동부의 상면과 하면에 맞대어지게 스페이서에 배치되어 체결수단을 매개로 진동부와 하우징에 고정되고, 다수 개의 스포크가 회오리형태로 배열되며, 진동부에 의해 상하로 돌출되는 회오리형 판스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 성능이 향상된 음파진동자.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 보빈은 제1영구자석의 제1·2극에 경계와 제2영구자석의 제1·2극에 경계 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 성능이 향상된 음파진동자.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 회오리형 판스프링은 서로 다른 크기로 제작되는 것을 특징으로 하는 성능이 향상된 음파진동자.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 회오리형 판스프링은,
   상기 스페이서에 고정되는 림과,
   상기 회오리형 판스프링의 중심측에 배치되고 안내부에 고정되는 중심링과,
   상기 림과 중심링을 활꼴 형태로 연결하고 림과 중심링 사이에 회오리 형태로 배열되는 다수의 스포크로 구성된 것을 특징으로 하는 성능이 향상된 음파진동자.

Images