KR102557860B1 - 햅틱 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 햅틱 액추에이터에 관한 것으로서 특히, 모바일 시장 외에 가상현실, 증강현실의 시장 확대 및 전장, 가전, 미용 등등 아이템에 다양한 형태의 햅틱 진동을 표현하기 위한 햅틱 액추에이터에 관한 것이다.

Description

햅틱 액추에이터{HAPTIC ACTUATOR}

본 발명은 햅틱 액추에이터에 관한 것으로서 특히, 모바일 시장 외에 가상현실, 증강현실의 시장 확대 및 전장, 가전, 미용 등 아이템에 다양한 형태의 햅틱 진동을 표현하기 위한 햅틱 액추에이터에 관한 것이다.

최근 무선통신기술의 급격한 발달에 따라 휴대용 통신기기는 점점 소형화 및 경량화되고 있으며, 소형화 및 경량화 추세에 따라 휴대용 통신기기 내부에 탑재되는 기구장치, IC칩 및 회로를 포함하는 부품들은 고집적화와 고기능화되면서 공간활용도를 높일 수 있도록 사이즈 및 형상의 진화가 필요하게 되었다.

그리고 휴대용 통신기기 내부에 장착되어 무음 진동으로 착신을 알리는 편평형 진동모터 역시 전술한 추세에 맞추어 많은 연구들이 이루어지고 있다.

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 엑추에이터 타입 진동모터가 제시되었다.

상하 진동형 엑추에이터 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 좌우로 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 엑추에이터 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.

근래에는 전자기기의 물리적 버턴이 없어지고, 터지방식의 터치패널이 많이 사용되고 있으며 터치패널의 사이즈도 점점 커지고 있어 이를 구동할 수 있는 진동모터의 개발이 요구되고 있다.

공개특허공보 제10-2010-0073301호(2010.07.01)

본 발명은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서 다양한 진동형태의 햅틱 효과를 구현 할 수 있는 햅틱 액추에이터를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 강한 진동력을 구현 할 수 있는 햅틱 액추에이터를 제공하는데 목적이 있으며, 공진 주파수를 2개 이상 구현하여 진동 방향에 대한 다양한 진동 형태의 햅틱 효과를 구현하는데 목적이 있다.

그리고 본 발명은 앗세이화를 통한 조립의 간편성을 구현 할 수 있는 햅틱 액추에이터를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

외곽이 형성되며, 누설자속이 차폐되도록 구비된 브라켓(100)과;

외부전원이 코일(420)에 공급되도록 구비된 에프피시비(200)와;

상기 브라켓(100)에 고정되며, 요크부(400)의 위치가 결정되도록 구비된 서포트(300)와;

외부신호에 의해 전자계가 발생되어 마그네트(800)와 작용하여 진동이 증폭되도록 상기 서포트(300)에 끼워지는 샤프트(410)에 의하여 지지되게 구비된 코일(420)을 포함하는 상기 요크부(400)와;

웨이트(600)와 상기 브라켓(100)에 연결되어 진동이 증폭되며, 공진 주파수가 결정되도록 구비된 스프링(500)과;

제1플레이트(700)와 상기 스프링(500)에 연결되며 중량을 이용하여 진동을 증폭시키고, 공진 주파수가 결정되도록 구비된 웨이트(600)와;

상기 웨이트(600)에 고정되며, 마그네트(800)와 결합하여 자계 폐루프가 형성되도록 하고, 자계가 집중되도록 구비된 상기 제1플레이트(700)와;

영구자석으로 상기 제1플레이트(700)에 고정되고, 자기장을 발생시키며 코일(420)의 자기장과 작용하여 진동체에 좌,우,상,하 진동이 발생되게 구비된 마그네트(800)와;

상기 제1플레이트(700)에 고정되어 마그네트(800)의 위치를 결정하고, 자계가 집중되도록 구비된 제2플레이트(900); 및

외각을 형성되여 진동체를 보호하고 누설자속이 차폐되도록 구비된 케이스(1000)가 포함됨으로써, 다양한 진동형태의 햅틱 효과가 구현되는 가운데 강한 진동력이 구현될 수 있고, 아울러 앗세이화를 통한 조립의 간편성이 구현될 수 있게 구성된다.

따라서, 본 발명은 공진 주파수를 2개 이상 구현하여 다양한 진동형태의 햅틱효과가 구현 가능하도록 하는 가운데 전자계 Force를 개선시켜 진동특성이 향상될 수 있도록 하고, 구동 소음이 적고 진동체가 무접촉으로 진동으로 장수명 구동이 가능하도록 하고, 아울러 앗세이화를 통한 조립의 간편성이 구현되도록 하여 원가 경쟁력을 갖는 효과가 있다.

도1은 본 발명에 따른 햅틱 액추에이터의 분해 사시도이다.
도2는 본 발명에 따른 햅틱 액추에이터의 종단면도이다.
도3은 본 발명에 따른 햅틱 액추에이터에 있어, 서포트 및 서포트에 결합된 요크부를 도시한 단면도와 시시도이다.
도4는 본 발명에 따른 햅틱 액추에이터에 있어, 케이스가 오픈된 상태를 도시한 사시도이다.
도5는 본 발명에 따른 햅틱 액추에이터에 있어, 스프링을 도시한 사시도와 정면도 및 1,2차 공진 해석을 도시한 예시도이다.
도6은 본 발명에 따른 햅틱 액추에이터에 있어, 웨이트가 스프링에 결합된 상태를 도시한 사시도 및 정면도이다.
도7은 본 발명에 따른 햅틱 액추에이터에 있어, 전자계부 구조와 마그네트 앗세이 및 그에 따른 자계 분포도를 도시한 예시도이다.
도8은 본 발명에 따른 햅틱 액추에이터에 있어, 마그네트를 도시한 사시도 및 경사각에 따른 전자계 포스를 도시한 예시도이다.

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, 햅틱 액추에이터에 관한 것으로서, 브라켓(100), 에프피시비(200), 서포트(300), 요크부(400), 스프링(500), 웨이트(600), 제1플레이트(700), 마그네트(800), 제2플레이트(900) 및 케이스(1000) 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 햅틱 액추에이터의 분해 사시도이고, 도2는 본 발명에 따른 햅틱 액추에이터의 종단면도이다.

본 발명에 따른 햅틱 액추에이터는 외곽이 형성되며, 누설자속이 차폐되도록 구비된 브라켓(100)에 에프피시비(200)가 구비되어 외부전원이 코일(420)에 공급되면 전자계가 발생된다.

이를 위해, 상기 브라켓(100)은 서포트(300)가 구비되어 요크부(400)의 위치가 결정되도록 구비되고, 이러한 상기 요크부(400)는 외부신호에 의해 전자계가 발생되어 마그네트(800)와 작용하여 진동이 증폭되도록 상기 서포트(300)에 끼워지는 샤프트(410)에 의하여 지지된 코일(420)을 포함하는 앗세이 형태를 갖는다.

상기 브라켓(100)과 웨이트(600)에 연결되어 진동이 증폭되며, 공진 주파수가 결정되도록 스프링(500)이 구비되고, 상기 스프링(500)에 연결되며 중량을 이용하여 진동을 증폭시키고, 공진 주파수가 결정되도록 제1플레이트(700)에 웨이트(600)가 연결 된다.

이러한 상기 웨이트(600)에 고정되며, 마그네트(800)와 결합하여 자계 폐루프가 형성되도록 하고, 자계가 집중되도록 제1플레이트(700)가 구비되고, 상기 제1플레이트(700)에 고정되고, 자기장을 발생시키며 코일(420)의 자기장과 작용하여 진동체에 좌,우,상,하 진동이 발생되게 영구자석인 마그네트(800)가 구비된다.

상기 마그네트(800)의 위치를 결정하고, 자계가 집중되도록 구비된 제2플레이트(900)가 상기 제1플레이트(700)에 고정되고, 외각을 형성되여 진동체를 보호하고 누설자속이 차폐되도록 구비된 케이스(1000)가 덮혀진다.

도3을 참조하면,

도3은 본 발명에 따른 햅틱 액추에이터에 있어, 서포트 및 서포트에 결합된 요크부를 도시한 단면도와 시시도이다.

상기 서포트(300)는 평판형태를 갖는 서포트 몸체(310) 및 상기 서포트 몸체(310)의 양측인 상부 중앙에 소정 깊이를 갖는 샤프트 삽입홈(321)이 구비된 서포트 웹부(320)가 직립되게 구비됨으로써, 요크부(400)의 코일(420)과 샤프트(410)가 하나의 앗세이 형태로 안정되게 결합된다.

이러한 상기 서포트 몸체(310)는 서포트편(330)이 외측으로 연장되게 구비되어 에프피시비(200)가 더 안정되게 받쳐지게 되고, 비자성체로 구비됨으로써, 전자계의 효율이 낮아지는 것을 방지한다.

상기 샤프트 삽입홈(321)은 ""형태를 갖도록 하여 코일(420)을 관통하여 양측으로 노출된 샤프트(410)가 용이하게 끼워질 수 있게 된다.

도4 내지 도6을 참조하면,

도4는 본 발명에 따른 햅틱 액추에이터에 있어, 케이스가 오픈된 상태를 도시한 사시도이고, 도5는 본 발명에 따른 햅틱 액추에이터에 있어, 스프링을 도시한 사시도와 정면도 및 1,2차 공진 해석을 도시한 예시도이고, 도6은 본 발명에 따른 햅틱 액추에이터에 있어, 웨이트가 스프링에 결합된 상태를 도시한 사시도 및 정면도이다.

상기 스프링(500)은 서포트부(300)의 양측에 위치되게 각각 분리된 형태를 갖는 것으로, 찬넬형태를 갖는 웨이트 안착부(510)의 양측에 "N"형태를 갖는 스프링 지지부(520)가 구비된다.

이러한 상기 웨이트 안착부(510)는 하부가 스프링 지지부(520) 보다 높게 구비됨으로써, 진동 과정에서 간섭현상이 발생되는 것을 막아 좌,우 공진인 1차 공진은 도5의 좌측 하부에 도시된 바와 같이, 168.6Hz를 가지며, 상,하 공진인 2차 진동은 도5의 우측 하부에 도시된 바와 같이, 297.8Hz로 진동이 더 안정적으로 이루어진다.

상기 스프링 지지부(520)는 V형태를 갖는 양측 경사면에 관통홀(521)이 구비되어 단면적이 줄어 들게 됨으로써, 진동이 더 증가 된다.

도7을 참조하면,

도7은 본 발명에 따른 햅틱 액추에이터에 있어, 전자계부 구조와 마그네트 앗세이 및 그에 따른 자계 분포도를 도시한 예시도이다.

상기 제1플레이트(700)는 마그네트(800)의 양측이 감싸지는 자성체로 "ㄷ"형태를 갖도록 구비됨으로써, 자계 분포도에 도시된 바와 같이, 자기력이 집중될 수 있게 된다.

도8을 참조하면,

도8은 본 발명에 따른 햅틱 액추에이터에 있어, 마그네트를 도시한 사시도 및 경사각에 따른 전자계 포스를 도시한 예시도이다.

상기 마그네트(800)는 다극착자 구조를 갖도록 구비된 것으로, 소정 기울기의 경사각(θ)을 갖도록 구비된다. 이때, 경사각(θ)의 기울기에 따라 X축과 Y축의 전자기력이 조절될 수 있게 된다. 이는 X축과 Y축으로 발생되는 전자계함에 의해 2개의 공진 주파수 위치에서 강한 진동이 발생된다.

경사각(θ)이 40도 일 경우, F(x):0.0011115, F(y):0.61721이고, 45도 일 경우, F(x):0.00030395, F(y):0.7127이고, 50도 일 경우, F(x):-0.00019438, F(y):0.80442로 경사각에 따른 전자계 포스를 알 수 있다.

따라서 상기 경사각(θ)은 40~50°를 갖도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

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.

100:브라켓 200:에프피시비
300:서포트 310:서포트 몸체
321:샤프트 삽입홈 320:서포트 웹부
330:서포트편 400:요크부
410:샤프트 420:코일
500:스프링 510:웨이트 안착부
520:스프링 지지부 521:관통홀
600:웨이트 700:제1플레이트
800:마그네트 900:제2플레이트
1000:케이스

Claims (10)

1. 외곽이 형성되며, 누설자속이 차폐되도록 구비된 브라켓(100);
   외부전원이 코일(420)에 공급되도록 구비된 에프피시비(200);
   상기 브라켓(100)에 고정되며, 요크부(400)의 위치가 결정되도록 구비된 서포트(300);
   외부신호에 의해 전자계가 발생되어 마그네트(800)와 작용하여 진동이 증폭되도록 상기 서포트(300)에 끼워지는 샤프트(410)에 의하여 지지되게 구비된 코일(420)을 포함하는 상기 요크부(400);
   웨이트(600)와 상기 브라켓(100)에 연결되어 진동이 증폭되며, 공진 주파수가 결정되도록 서포트(300)의 양측에 위치되게 각각 분리된 형태를 갖는 것으로, 찬넬형태를 갖는 하부가 스프링 지지부(520) 보다 높게 구비되는 웨이트 안착부(510)와 상기 웨이트 안착부(510)의 양측에 "N"형태를 갖고, “V”형태를 갖는 양측 경사면에는 관통홀(521)이 구비되는 스프링 지지부(520)가 구비된 스프링(500);
   제1플레이트(700)와 상기 스프링(500)에 연결되며 중량을 이용하여 진동을 증폭시키고, 공진 주파수가 결정되도록 구비된 웨이트(600);
   상기 웨이트(600)에 고정되며, 마그네트(800)와 결합하여 자계 폐루프가 형성되도록 하고, 자계가 집중되도록 구비된 상기 제1플레이트(700);
   영구자석으로 상기 제1플레이트(700)에 고정되고, 자기장을 발생시키며 코일(420)의 자기장과 작용하여 진동체에 좌우상하 진동이 발생되게 구비된 마그네트(800);
   상기 제1플레이트(700)에 고정되어 마그네트(800)의 위치를 결정하고, 자계가 집중되도록 구비된 제2플레이트(900); 및
   외각을 형성하여 진동체를 보호하고 누설자속이 차폐되도록 구비된 케이스(1000)가 포함됨을 특징으로 하는 햅틱 엑추에이터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 서포트(300)는
   서포트 몸체(310) 및
   상기 서포트 몸체(310)의 양측에 직립되게 구비된 것으로, 상부 중앙에 소정 깊이를 갖는 샤프트 삽입홈(321)이 구비된 서포트 웹부(320)를 포함함을 특징으로 하는 햅틱 엑추에이터.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 서포트 몸체(310)는
   비자성체로 구비된 것으로, 서포트편(330)이 외측으로 연장되게 구비되어 에프피시비(200)가 안정되게 받쳐지게 구비됨을 특징으로 하는 햅틱 엑추에이터.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1플레이트(700)는
   마그네트(800)의 양측이 감싸지는 자성체로 "ㄷ"형태를 갖도록 구비됨을 특징으로 하는 햅틱 엑추에이터.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 마그네트(800)는
   소정 기울기의 경사각(θ)을 갖는 다극착자 구조로 구비됨을 특징으로 하는 햅틱 엑추에이터.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 경사각(θ)은
    40~50°를 갖도록 구비됨을 특징으로 하는 햅틱 엑추에이터.

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