KR20020062830A - 다기능 음향 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 다기능 음향 장치는 요크를 가지며 프레임 내에 회전 가능하게 지지되는 회전자와, 상기 프레임 내의 프레임의 중심부에 설치된 고정자와, 요크 상에 제공되는 환형의 제1 영구 자석과, 상기 요크 상에 제공되는 환형의 제2 영구 자석과, 프레임 내에 지지되는 진동판과, 상기 진동판에 고정되고 제1 영구 자석에 의해 형성된 간극에 삽입되는 음성 코일과, 상기 고정자 위에 제공되어 상기 회전자를 회전시키기 위해 회전자와 고정자 사이에 자속을 형성하는 적어도 2 개의 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다기능 음향 장치{MULTIFUNCTION ACOUSTIC DEVICE}

본 발명은 휴대 전화와 같은 휴대용 기기에 사용되는 다기능 음향 장치에 관한 것이다.

호출 신호의 음향을 생성하기 위해 설치된 스피커와, 음향을 생성하지 않고서도 호출 신호를 수신기로 전달하기 위해 설치된 진동 모터를 구비하는 휴대용 기기의 음향 장치가 제공되고 있다. 이와 같은 휴대용 기기의 음향 장치에 있어서는, 음향 장치의 내부에 스피커와 진동 모터가 모두 탑재되어 있기 때문에, 장치의 크기와 중량 및 제조 비용을 증가시키는 원인이 되고 있다.

최근, 전술한 문제점을 해소하기 위하여 다기능 음향 장치가 제안되고 있다. 이 다기능 음향 장치는 진동판을 갖는 스피커와, 이 스피커의 진동판에 장착된 음성 코일에 자성 결합된 영구 자석을 포함하고 있다. 상기 다기능 음향 장치의 케이스의 진동에 의하여 호출 신호의 수신을 전달하기 위해서 100∼150 ㎐의 저주파수에서 영구 자석이 독립적으로 진동되어 음향 장치의 사용자의 몸으로 그 진동이 전달된다.

도 7은 일본 실용 신안 공개 공보평 제5-85192호에 개시된 종래의 전자기 유도 컨버터의 단면도이다. 이와 같은 종래의 전자기 유도 컨버터는 그 외주면의 케이스(512)의 내부에 탑재된 진동판(diaphragm)(506)과, 상기 진동판(506)의 중심부(507)의 하부에 고정된 음성 코일(508)과, 케이스(512)의 내부에 탑재된 스프링판(511) 및 상기 스프링판(511)의 중심부에 고정되어 상기 음성 코일(508)의 내부에 삽입되는 영구 자석(510)을 포함하고 있다.

저주파수 신호 또는 고주파수 신호를 음성 코일(508)에 인가함으로써, 스프링판(511)은 영구 자석(510)의 극성 방향(Y축 방향)으로 진동한다.

이러한 전자기 유도 컨버터 장치에 있어서, 진동판(diaphragm)(506)과 스프링판(511)은 음성 코일(508)과 영구 자석(510) 사이에서 자성 결합을 통해서 상대적으로 이동한다. 결과적으로, 저주파수 신호 또는 고주파수 신호가 음성코일(508)에 인가될 때, 진동판(506)과 스프링판(511)은 순차적으로 진동된다. 그 결과, 컨버터 장치로부터 생성된 음성이나 음악 등과 같은 음향을 왜곡시킴으로써, 음향의 음질을 감소시킨다. 또한, 음성 코일(508)과 영구 자석(510)의 진동은 음성 코일(508)과 영구 자석(510)의 자성 결합을 통해서 영구 자석의 저주파수 진동을 중첩시킴으로써, 음향을 더욱 크게 왜곡시킨다.

도 8은 종래의 다기능 음향 장치를 도시하는 단면도이다. 이 다기능 음향 장치는 플라스틱 재료로 제조되며 물결 모양의 외주면(603a)과 돔형의 중앙부(central dome)로 이루어진 스피커 진동판(603)과, 중심부에서 상기 스피커 진동판(603)의 하부에 고정되는 음성 코일(604)과, 자성체(magnet composition)(610)를 포함하고 있다. 스피커 진동판(603)은 접착제에 의하여 프레임(609)에 고정되어 있다.

자성체(610)는 하부 요크(605)와, 자성체의 중심부에서 상기 하부 요크(605) 상에 형성된 코어(601)와, 상기 하부 요크(605) 상에 탑재된 환형의 영구 자석(602)과, 상기 영구 자석(602) 상에 탑재된 환형의 상부 요크(606)를 포함하고 있다. 하부 요크(605) 및 상부 요크(606)는 스프링판(607, 608)에 의해 프레임(609)에 탄성적으로 지지된다. 코어(601)의 외주면(601a)과 음성 코일(604)에 자성적으로 결합되는 상부 요크(606)의 내측벽(606a)과의 사이에는 자성 간극(611)이 형성되어 있다.

교류 전압이 입력 단자(612a, 612b)를 통해서 음성 코일(604)로 인가되면, 스피커 진동판(603)은 Y축 방향으로 진동하여 700 Hz ∼ 5 ㎑ 사이의 주파수에서음향을 생성한다. 만약 저주파수 신호나 고주파수 신호가 음성 코일(604)에 인가되면, 스피커 진동판(603)과 자성체(610)가 순차적으로 진동하는데, 그 이유는 자성체(610)와 스피커 진동판(603)이 음성 코일(604)과 자성체(610)의 자성 결합을 통해서 상대적으로 이동하기 때문이다.

그 결과, 음향 장치로부터 생성된 음성이나 음악 등과 같은 음향을 왜곡시킴으로써, 음향의 음질을 감소시킨다. 또한, 음성 코일(604)과 자성체(610)의 구동은음성 코일(604)과 자성체(610)의 자성 결합을 통해서 저주파수 진동을 중첩시킴으로써, 음향을 더욱 크게 왜곡시킨다.

도 9는 종래의 또 다른 다기능 음향 장치를 도시하는 단면도이다. 이 다기능 음향 장치는 플라스틱 재료로 제조되며 물결 모양의 외주면(603a)과 돔형의 중앙부로 이루어진 스피커 진동판(603)과, 중심부에서 상기 스피커 진동판(603)의 하부에 고정되는 음성 코일(604)과, 자성체(610)를 포함하고 있다. 스피커 진동판(603)은 접착제에 의하여 프레임(609)에 고정된다.

자성체(610)는 하부 요크(703)와, 자성체의 중심부에서 상기 하부 요크(703) 상에 형성된 코어(601)와, 상기 하부 요크(703)에 고정된 환형의 영구 자석(702)과, 주변벽(606b)을 가지며 영구 자석(702) 상에 탑재된 환형의 상부 요크(606)를 포함하고 있다. 상부 요크(606)는 스프링판(707, 708)에 의해 프레임(609)에 탄성적으로 지지된다. 코어(601)의 외주면(601a)과 음성 코일(604)에 자성적으로 결합되는 상부 요크(606)의 내측벽과의 사이에는 제1 자성 간극(701)이 형성되어 있다. 하부 요크(703)의 외주면(703a)과 상부 요크(606)의 내측벽(606a)과의 사이에는제2 간극(705)이 형성되어 있다. 구동 코일(706)은 프레임에 고정되어 제2 간극(705) 내에 삽입된다.

교류 전압이 입력 단자(612a, 612b)를 통해서 음성 코일(604)로 인가되면, 스피커 진동판(603)은 Y축 방향으로 진동하여 700 ㎐ ∼ 5 ㎑ 사이의 주파수에서 음향을 생성한다. 만약 저주파수 신호 또는 고주파수 신호가 음성 코일(604)에 인가되면, 스피커 진동판(603)과 자성체(610)가 순차적으로 진동하는데, 그 이유는 자성체(610)와 스피커 진동판(603)이 음성 코일(604)과 자성체(610)의 자성 결합을 통해서 상대적으로 이동하기 때문이다.

상기 음성 코일(604)에 음악용 고주파수 신호가 인가되는 경우에는, 스피커 진동판(603)만이 진동됨으로써, 음향의 왜곡은 발생하지 않는다. 또한, 구동 코일(706)에 저주파수 신호가 인가되었을 때는, 자성체(610)만이 진동되고, 스피커 진동판(603)은 진동하지 않는다.

그러나, 만약 고주파수 신호가 입력 단자(612a, 612b)에 인가되고 저주파수 신호가 입력 단자(704a, 704b)에도 인가되면, 스피커 진동판(603)과 자성체(610)는 순차적으로 진동되어, 음향의 음질을 감소시킨다.

전술한 종래의 음향 장치에 있어서는, 저주파수 신호 또는 고주파수 신호가 음성 코일에 인가될 때, 스피커 진동판과 자성체가 모두 진동된다. 이것은 저주파수 진동체가 고주파수 진동 방향과 동일한 방향으로 진동되는 이유에 의해 발생된다.

또한, 최근에 휴대 전화를 동작시키기 위한 전력이 증가함에 따라, 요크를 진동시키기 위한 코일의 온도가 증가하게 되었다.

본 발명의 목적은 진동 부재가 다른 진동 부재와 함께 진동되지 않도록 함으로써 종래의 음향 장치의 문제점을 해소하는 다기능 음향 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 코일의 온도를 감소시킬 수 있는 음향 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 다기능 음향 장치의 단면도.

도 2는 도 1의 라인 Π- Π를 따라서 절단하여 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명의 다기능 음향 장치의 회전자의 분해 사시도.

도 4는 본 발명의 다기능 음향 장치의 고정자의 평면도.

도 5는 냉각팬의 블레이드를 도시하는 단면도.

도 6은 본 발명의 다기능 음향 장치에 사용되는 구동 회로도.

도 7은 종래의 전자기 유도 컨버터의 단면도.

도 8은 종래의 다기능 음향 장치를 도시하는 단면도.

도 9는 종래의 또 다른 다기능 음향 장치를 도시하는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 프레임

10 : 음향 생성 장치

13 : 커버

14 : 스피커 진동판

15 : 음성 코일

16 : 회전축

18 : 상부 요크

20 : 회전자

21 : 영구 자석

23 : 회전자 요크

23a : 원통부

25 : 웨이트

27 : 냉각팬

28 : 돌출부

30 : 고정자

31 : 허브

32 : 스포크

33 : 고정자 코일

41∼44 : 트랜지스터

본 발명에 따르면, 프레임과, 요크를 가지며 상기 프레임 내에 회전 가능하게 지지되는 회전자와, 상기 프레임 내의 프레임의 중심부에 제공된 고정자와, 상기 요크 상에 제공된 환형의 제1 영구 자석과, 상기 요크 상에 제공된 환형의 제2 영구 자석과, 프레임 내에 지지되는 진동판과, 상기 진동판에 고정되고 제1 영구 자석에 의해 형성된 간극 내에 삽입되는 음성 코일과, 상기 고정자 위에 설치되어 회전자를 회전시키기 위해 회전자와 고정자 사이에 자속을 형성하는 적어도 2 개의 코일을 포함하는 다기능 음향 장치가 제공된다.

상기 회전자는 중심축에 의해 프레임 상에 회전 가능하도록 장착되어 있다.

상기 회전자 위에는 상기 회전자가 회전하는 동안 회전자를 진동시키기 위한 편심 부재가 설치되어 있다.

상기 고정자는 허브와 복수의 스포크를 갖는 스파이더를 포함하고 있다.

상기 코일은 스파이더의 스포크 상에 제공된다.

상기 요크는 상승하는 중앙 원통부를 가지며, 상기 고정자는 원통부에 배치된다.

상기 편심 부재는 회전자에 편심적으로 제공된 웨이트(weight)이다.

상기 제1 영구 자석 위에는 상부 요크와 이 상부 요크의 원통부 사이에서 간극을 형성하는 환형의 상부 요크가 장착되어 있다.

상기 코일에 전압을 인가하여 회전자를 회전시키기 위한 구동 회로가 추가로 설치되어 있다.

본 발명의 이들 목적과 기타의 목적 및 특징은 첨부된 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 다기능 음향 장치는 음향 생성 장치(10)와, 회전자(20)와, 플라스틱 재료로 제조되어 원통형 프레임(1)에 제공된 환형의 고정자(30)를 포함하고 있다. 이러한 음향 생성 장치(10)는 돔형의 중앙부(central dome)(14a)를 가지며 접착제에 의하여 외주면(14b)에서 프레임(1)에 고정되는 스피커 진동판(14)과, 상기 스피커 진동판(14)의 하부에 고정되는 음성 코일(15)을 포함하고 있다. 스피커 진동판(14)은 복수 개의 음향 방출구를 가지며 스피커 진동판의 주변 에지에서 프레임(1)에 고정되는 커버(13)에 의해 덮혀 있다.

회전자(20)는 회전축(16)에 고정된 상승하는 중앙 원통부(23a)를 갖는 회전자 요크(23)를 포함하고 있다. 회전축(16)은 실린더(26)에 의해 프레임(1)의 베이스판에 고정된 베어링(22a, 22b)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 회전자 요크(23)가 프레임(1)에 회전 가능하게 탑재되도록 오일 흡입 부재(24)를 사이에 두고 있다. 환형의 스피커 영구 자석(17)은 원통부(23a) 주변의 회전자 요크(23)에 고정되고, 환형의 상부 요크(18)는 환형의 스피커 영구 자석(17)에 고정된다. 스피커 영구 자석(17)은 원주의 위치에서 축 방향에 동일한 극성으로 자화된다. 이와 같이, 상부 요크(18)와 회전자 요크(23)의 원통부(23a) 사이에는 제1 자기 회로가 형성되어 있다.

환형의 회전자 영구 자석(21)은 원통부(23a)의 내부벽에 고정된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 회전자 영구 자석(21)은 8 개의 원주 위치에서 8 개의 극성으로 자화된다. 이와 같이, 회전자(20)와 고정자(30) 사이에는 제2 자기 회로가 형성되어 있다. 상부 요크(18)의 내부벽과 회전자 요크(23)의 원통부(23a)의 외부벽 사이에 형성된 스피커 간극(11) 내에는 음성 코일(15)이 배치되어 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 텅스텐 입자와 같은 중입자를 포함하고 있는 플라스틱 재료로 제조된 반원의 웨이트(25)는 스피커 영구 자석(17)의 외부벽에 고정되고 회전자 요크(23)에 탑재된다. 다른 부재로서, 스피커 영구 자석(17)은 회전축(16)에 대하여 편심으로 배치될 수 있다. 회전자 영구 자석(21)의 내부벽과 고정자(30) 사이에는 모터 간극(12)이 형성되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 냉각팬(27)이 원통부(23a)의 상부판에 설치되어 고정자(30)를 냉각시킨다. 도 5에 도시된 바와 같이 상부판을 절단하고 아래로 구부림으로써 각각의 블레이드(blade)(27a)가 형성된다.

또한, 복수 개의 돌출부(28)가 상부 요크(18)의 내부벽에 형성되어 음성 코일(15)을 냉각시킨다. 또한, 복수 개의 열 방전구(29)가 회전자 요크(23)에 형성되어 음성 코일(15)에 의해 가열된 공기를 방출한다.

도 4를 참조하면, 고정자(30)는 환형의 허브(31) 및 이 허브(31)로부터 방사적으로 돌출된 8 개의 스포크(32)를 가진 스파이더(spider)와, 각각의 스포크(32)에 감긴 고정자 코일(33)을 포함하고 있다. 고정자 코일(33)은 상이한 극성으로 여기되도록 서로 접속된다.

회전자(20)의 회전의 기동을 개선하기 위해서는, 스포크(32)의 길이(L)를 변경시키는 것이 바람직할 수 있다.

이와 같이, 회전자(20) 및 고정자(30)는 동기형 모터에 조립된다. 이러한 모터는 스테핑 모터(stepping motor)로 이루어질 수 있다고 인식될 것이다.

도 6을 참조하면, 회전자 구동 회로(40)는 고정자 코일(33)을 사이에 두고서 십자형으로 접속되어 있는 한쌍의 NPN 트랜지스터(41, 43)와 한쌍의 PNP 트랜지스터(42, 44)를 포함하고 있다. 트랜지스터(41, 42)의 베이스는 입력 단자(48)에 접속되고, 트랜지스터(43, 44)의 베이스는 인버터(47)를 통해 입력 단자(48)에 접속된다.

동작시에, 고주파수 신호가 음성 코일(15)의 입력 단자(19a, 19b)(도 1)에 인가되면, 스피커 진동판(14)은 Y축 방향(도 1)으로 진동되어 음향을 발생시킨다.

대략 100∼300 Hz의 저주파수 신호가 구동 회로(40)의 입력 단자(48)에 인가되면, 트랜지스터(41, 44)는 입력 신호의 하이 레벨에서 온된다. 결과적으로, 전류가 Vcc 로부터 GND로 트랜지스터(41, 44)를 통해 고정자 코일(33)을 통과한다. 그리고, 전류가 트랜지스터(43)와 코일(33)을 통해 상이한 극성으로 통과한다. 이와같이, 회전자(20)는 구동 저주파수에서 회전한다. 웨이트(25)가 회전자(20) 상에 편심으로 탑재되기 때문에, 회전자는 방사 방향으로 진동한다. 호출 신호가 사용자에게 전달되도록 프레임(1) 및 장치의 케이스를 통해 사용자의 몸에 진동이 전달된다.

한편, 냉각팬(27)은 코일(33)을 냉각시키고, 돌출부(28)는 음성 코일(11)을 냉각시킨다. 또한, 음성 코일(11)의 열은 개구(29)를 통해 방출된다.

회전자의 회전수(N)는 다음과 같이 나타낸다.

N = 60f/P(rpm)

여기서, P는 회전자의 자극의 수이고, f는 구동 주파수이다.

부하 토크(TL)는 다음과 같이 나타낸다.

TL = μrR ω²M(Nㆍm)

여기서, M은 회전자의 웨이트(25)의 질량이고, R은 회전축(16)의 중심부와 웨이트(25)의 중력의 중심 사이의 길이이며, r은 회전축(16)의 반지름이고, μ은 회전축(16)과 회전자(20) 사이의 마찰 계수이며, ω은 회전자(20)의 회전수(rad/sec)이다.

회전자(20)가 부하 토크(TL)를 유지하고 있기 때문에, 음향 장치의 소비 전력은 적다.

만약 저주파수 신호가 스피커 진동판(14)에 의해 음향을 생성하는 동안에 회전자(20)를 회전시키기 위해 입력 단자(48)에 인가되면, 제1 간극(11) 내의 자속 밀도는 스피커 진동판(14)만이 진동될 때는 자속 밀도로부터 변경되지 않는다. 따라서, 진동판에 의해 생성된 음향의 음질은 회전자(20)가 회전하더라도 감소되지 않는다.

동기형 모터가 상기 실시예에서 사용될 지라도, 스테핑 모터, 직류 모터 등과 같은 다른 모터가 사용될 수도 있다. 또한, 회전자는 고정자의 외부에 배치될 수도 있다.

전술한 설명으로부터, 본 발명은 음향의 음질을 감소시키지 않고서 동시에 음향 및 프레임의 진동을 발생시킬 수 있는 다기능 음향 장치를 제공할 수 있음을 인식할 수 있을 것이다. 종래의 기술에 있어서, 스피커 진동판 및 자성체가 동일한 방향으로 진동되기 때문에, 음향 장치의 두께는 증가하고 있지만, 이에 비하여 본 발명의 장치에서는 자성체가 회전하기 때문에, 음향 장치의 두께를 감소시킬 수 있다.

또한, 음향 장치에 제공된 코일은 냉각 장치에 의해 냉각될 수 있어서, 음향 장치의 기능을 개선할 수 있다.

본 발명이 바람직한 특정 실시예와 관련해서 설명되고 있지만, 본 발명에 관한 전술한 설명에 의해서 본원 발명의 기술적 사상을 제한하고자 하는 것은 아니며, 이하의 특허 청구의 범위에 의해 명시되는 범위 내에서 제한하고자 의도되는 점을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

1. 프레임과;

   요크를 가지며 상기 프레임 내에 회전 가능하게 지지되는 회전자와;

   상기 프레임 내의 프레임의 중심부에 설치된 고정자와;

   상기 요크 상에 제공된 환형의 제1 영구 자석과;

   상기 요크 상에 제공된 환형의 제2 영구 자석과;

   프레임 내에 지지되는 진동판과;

   상기 진동판에 고정되고 상기 제1 영구 자석에 의해 형성된 간극 내에 삽입되는 음성 코일과;

   상기 고정자 위에 설치되어, 상기 회전자를 회전시키기 위해 상기 회전자와 고정자 사이에 자속을 형성하는 적어도 2 개의 코일

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 음향 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 회전자는 중심축에 의해 상기 프레임 상에 회전 가능하게 장착된 것인 다기능 음향 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 회전자 위에 설치되어, 상기 회전자가 회전하는 동안 상기 회전자를 진동시키기 위한 편심 부재를 더 포함하는 것인 다기능 음향 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 고정자는 허브와 복수 개의 스포크를 갖는 스파이더를 포함하는 것인 다기능 음향 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 코일은 상기 스파이더의 스포크 상에 제공되는 것인 다기능 음향 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 요크는 상승하는 중앙 원통부를 가지며, 상기 고정자는 상기 원통부 내에 배치되는 것인 다기능 음향 장치.
7. 제3항에 있어서, 상기 편심 부재는 상기 회전자에 편심적으로 제공된 웨이트인 것인 다기능 음향 장치.
8. 제4항에 있어서, 상기 제1 영구 자석에 장착되어, 상부 요크와 이 상부 요크의 원통부 사이에 간극을 형성하는 환형의 상부 요크를 더 포함하는 것인 다기능 음향 장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 코일에 전압을 인가하여 상기 회전자를 회전시키기 위한 구동 회로를 더 포함하는 것인 다기능 음향 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 회전자 및 고정자는 동기형 모터로 형성되는 것인 다기능 음향 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 제2 영구 자석의 외주면은 상기 고정자의 스포크에 대응하는 복수 개의 자극을 갖는 것인 다기능 음향 장치.