KR20020077682A - 다기능 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내면에 공간을 가진 케이스와, 상기 케이스의 상단부에 외측단부가 고정되는 음향발생용 떨림판과, 상기 떨림판의 하단에 원통형으로 권선되어 고정된 보이스 코일과, 상하 방향으로 착자된 마그네트와, 상기 마그네트에 부착되어 자기회로를 형성하는 어퍼 플레이트와, 상기 마그네트와 함께 자기회로를 형성하는 요크와, 상기 어퍼 플레이트 및 요크와 함께 진동체를 이루는 웨이트와, 상기 진동체를 지지하는 서스펜션 스프링 및 상기 케이스의 하단부에 설치되어 진동을 발생시키고 신호원에 상기 보이스 코일과 병렬로 연결되는 진동발생용 코일로 구성된 것을 특징으로 하는 다기능 액츄에이터에 관한 것으로서 보이스 코일과 진동발생용 코일을 동시에 구동하여 보다 큰 진동력을 발생시킴으로서 진동특성을 향상시키는 방법에 관한 것이다.

Description

다기능 액츄에이터{Multi actuator}

본 발명은 음향 및 진동 발생 기능을 동시에 수행하는 다기능 액츄에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상기 액츄에이터 내의 보이스 코일과 진동발생용 코일을 동시에 구동시킬 수 있도록 함으로서 진동특성을 향상시킬 수 있는 다기능 액츄에이터에 관한 것이다.

일반적으로 스피커는 전기 및 전자적으로 수신되는 음향신호 또는 미리 입력된 벨 또는 멜로디를 사람이 들을 수 있는 소리로서 출력시키게 되는 발성기기이다. 이러한 스피커 기능은 최근 핸드폰 등 이동통신 수단에 이용되어 왔으나 일반 대중이 밀집한 공공장소에서는 주위 사람들에게 소음을 발생시키게 되고 이러한 소음을 발생시키지 않으려는 배려에서 그 사용이 제한을 받게 되었다. 대신 진동신호를 착신신호로 사용하는 빈도수가 많아지게 되었으며 이러한 기능을 충족시키기 위하여 다기능 액츄에이터의 필요성이 증대되고 있다.

따라서 최근 핸드폰 등 이동통신 수단에 사용되는 진동 모터, 부저, 리시버, 스피커 등의 부품을 일체화 시켜 공간적인 사이즈를 줄이면서도 요구되는 기본 기능을 충실히 수행할 수 있는 다기능 액츄에이터에 관한 개발이 활발히 이루어져 왔다.

그러나, 여러 가지 기능을 동시에 이루기 위해서는 상대적인 기능 감소가 야기되기 마련이며 따라서 이를 극복할 수 있는 다양한 방법이 시도되고 있다. 특히 진동 기능에 있어서는 스프링에 매달려 있는 진동체를 공진시켜 진동을 얻는 구조이기 때문에 기존의 진동모터에 비하여 진동량이 현저히 작아 이에 대한 보완이 절실하게 요구되는 상황이다.

종래의 일반적인 다기능 액츄에이터는 떨림판이 있는 쪽의 자기 회로부에 보이스 코일이 있어 고주파의 전류가 인가되면 음향이 출력되고, 상기 보이스 코일에 저주파의 전류가 인가되면 진동을 발생시키는 방식을 채택하고 있다.

그러나 이러한 종래 구조의 다기능 액츄에이터는 외부로부터 리이드선을 통해 전류가 인가될 때 통상 두 가닥의 선에 의해 각각 +, - 의 신호원에 연결되는 방식이 일반적이다.

이하 종래 구조에 대하여 도 1을 통하여 상세히 설명하고자 한다. 도 1에 나타난 바와 같이 다기능 액츄에이터는 내면에 공간을 가진 케이스(10)와, 상기 케이스의 상단부에 외측단부가 고정되는 음향 발생용 떨림판(1)과, 상기 떨림판의 하단에 원통형으로 권선되어 고정된 보이스 코일(2)과, 상하 방향으로 착자된 마그네트(4)와, 상기 마그네트에 부착되어 자기회로를 형성하는 어퍼 플레이트(3)와, 상기 마그네트와 함께 자기회로를 형성하는 요크(5)와, 상기 어퍼 플레이트 및 요크와 함께 진동체를 이루는 웨이트(6) 및 상기 진동체를 상측과 하측에서 각각 지지하는 상측 서스펜션 스프링(7)및 하측 서스펜션 스프링(8)으로 구성되는데 이 때 상기 리이드선 a(14)와 리이드선 b(15)를 통하여 전류가 인가되면 어퍼 플레이트(3), 상하 방향으로 착자되는 마그네트(4) 및 요크(5)로 이루어진 자기회로 내의 보이스 코일(2)에 전자기력이 발생하게 되어 음향출력이 이루어진다. 즉 마그네트(4)의 N극으로부터 나온 자력선은 어퍼 플레이트(3), 보이스 코일(2) 및 요크(5)를 차례로 지나 다시 마그네트의 S극으로 향하는 자계를 형성하는데 이 때상기 보이스 코일은 자기회로에 의한 자속을 이용하여 음향을 출력하는 스피커 기능을 하게 된다.

한편 상기 보이스 코일(2)에 리이드선 a(14)와 리이드선 b(15)를 통하여 저주파의 전류가 인가되면 상기 자기회로를 구성하는 부품인 마그네트(4), 어퍼 플레이트(3) 및 요크(5)에 웨이트(6)를 추가로 포함하는 진동체의 상하 운동을 촉발시켜 진동이 발생하게 된다.

그러나 보이스 코일만을 이용하여 음향과 진동을 발생시키는 상기와 같은 구조에서는 동일 신호원에 입력되는 주파수의 대역에 의해 음향과 진동을 발생시키다 보니 사용 주파수의 중복 등 제어상의 여러 가지 문제점이 발생하게 된다. 따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 별도의 진동발생용 코일을 사용하기에 이르렀다.

즉 종래 기술의 또 다른 구조는 케이스의 하단부에 진동을 발생시키는 진동발생용 코일을 별도로 설치하는 것으로서 도 2와 같이 나타낼 수 있다.

진동발생용 코일을 별도로 구비한 다기능 액츄에이터는 외부로부터 리이드선 a(14), 리이드선 b(15), 리이드선 c(16) 및 리이드선 d(17)를 통해 전류가 인가될 때 상기 네 가닥의 선이 +, - 의 각 신호원에 연결되는 방식이 일반적이다.

상기와 같이 진동발생용 코일이 있는 구조에서는, 리이드선 a(14), 리이드선 b(15)를 통하여 전류가 인가될 때 어퍼 플레이트(3), 상하 방향으로 착자되는 마그네트(4) 및 요크(5)로 이루어진 자기회로 내의 보이스 코일(2)에 전자기력이 발생하게 된다.

즉 어퍼 플레이트(3), 상하 방향으로 착자되는 마그네트(4), 요크(5)로 이루어진 자기회로내의 보이스 코일(2)에 자계가 형성되고, 마그네트(4)의 N극으로부터 나온 자력선은 어퍼 플레이트(3), 보이스 코일(2), 요크(5)를 차례로 지나 다시 마그네트의 S극으로 향하는 자계를 형성하는데 이 때 상기 보이스 코일(2)에서는 상기 자계에 의한 자기 회로의 자속을 이용하여 스피커 기능을 하게 된다.

한편 요크(5) 하단부는 측면에 비해 두께가 얇아 자속의 일부가 하부에 위치한 진동발생용 코일(9)을 향해 누설되는데 여기에 리이드선 c(16) 및 리이드선 d(17)를 통해 전류가 인가될 때 이러한 누설된 자속에 의해 상기 진동발생용 코일(9)에도 전자기력이 발생된다.

그런데 상술한 바와 같이 누설된 자속의 일부를 나누어 쓰다 보니 자속의 세기가 충분하지 못하여 하부의 진동발생용 코일(9)에 충분한 전자기력을 발생시키지못하게 되고 결국 파워의 부족 현상이 일어나게 된다.

일반적으로 진동발생용 코일(9)에서 발생시킬 수 있는 자속은 전류와 권선수의 곱에 비례하므로 상기와 같은 자속 부족 현상을 피하기 위하여 전류의 세기를 증가시키는 방법도 고려되었지만 그렇게 할 경우 배터리 용량이 증대되어야 하는 문제점이 발생하게 되어 결국 제한된 전류의 범위 내에서 파워의 부족 현상을 해결하는 것이 절실하게 요구되는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 종래의 다기능 액츄에이터의 기본 구성과 동일한 구성을 가지면서도 자기회로에 있어서는 별도 하부의 자기회로와 상하부의 전자기력을 동시에 사용하는 병렬구조를 통해 휴대폰, 페이져 등 이동통신 단말기에 사용되는 다기능 액츄에이터의 진동특성을 향상시키고자 하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 다기능 액츄에이터의 일예.

도 2는 종래 기술에 의한 다기능 액츄에이터의 다른 예.

도 3은 본 발명의 다기능 액츄에이터.

도 4는 본 발명에 의한 로우패스 필터 .

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 101: 떨림판 2, 102: 보이스 코일

3, 103: 어퍼 플레이트 4, 104: 마그네트

5, 105: 요크 6, 106: 웨이트

7, 107: 상측 서스펜션 스프링 8, 108: 하측 서스펜션 스프링

9, 109: 진동발생용 코일 10, 110: 케이스

111: 로우 패스 필터 112: 캐패시터

113: 인덕터 14, 114: 리이드 선 a

15, 115: 리이드 선 b 16, 116: 리이드 선 c

17, 117: 리이드 선 d

본 발명은 진동발생용 코일이 있는 다기능 액츄에이터의 구조에서 상부와 하부의 자기회로를 갖도록 하는 것으로서 진동발생용 코일과 보이스 코일에 진동신호를 동시에 인가하는 것이 가능하게 한 것을 기본적인 특징으로 한다.

이하 도 2를 통하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하고자 한다. 내면에 공간을 가진 케이스(110)와, 상기 케이스의 상단부에 외측단부가 고정되는 음향 발생용 떨림판(101)과, 상기 떨림판의 하단에 원통형으로 권선되어 고정된 보이스 코일(102)과, 상하 방향으로 착자된 마그네트(104)와, 상기 마그네트에 부착되어 자기회로를 형성하는 어퍼 플레이트(103)와, 상기 마그네트와 함께 자기회로를 형성하는 요크(105)와, 상기 어퍼 플레이트 및 요크와 함께 진동체를 이루는 웨이트(106)와, 상기 진동체를 상측과 하측에서 각각 지지하는 상측 서스펜션 스프링(107)과 하측 서스펜션 스프링(108) 및 상기 케이스의 하단부에 설치되어 진동을 발생시키는 진동발생용 코일(109)로 구성된 다기능 액츄에이터에서 다음과 같은 특징을 갖는다.

상기 보이스 코일(102)을 외부의 신호원과 연결하기 위하여 리이드선 a(114) 및 리이드선 b(115)로 된 두 가닥의 선이 마련되며, 상기 진동발생용 코일(109)에도 역시 리이드선 c(116) 및 리이드선 d(117)로 된 두 가닥의 선이 마련된다. 이때 상기 보이스 코일(102)과 진동발생용 코일(109)을 서로 병렬적으로 외부의 신호원에 연결하게 되는데 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

보이스 코일의 일단에 연결된 리이드선 a(114)와 진동발생용 코일(109)의 일단에 연결된 리이드선 c(116)를 연결하여 외부의 신호원 + 측에 연결하며, 보이스 코일의 타단에 연결된 리이드선 b(115)와 진동발생용 코일(109)의 타단에 연결된 리이드선 d(117)를 연결하여 외부의 신호원 - 측에 연결한다.

상술한 바와 같이 보이스 코일과 진동발생용 코일을 서로 병렬적으로 연결하게 되면 고주파의 전류가 인가될 경우에는 어퍼 플레이트(103), 상하 방향으로 착자되는 마그네트(104) 및 요크(105)로 이루어진 자기회로 내의 보이스 코일(102)에 전자기력이 발생하게 되어 음향출력이 이루어지게 되며, 저주파의 전류가 인가될 경우에는 상기 보이스 코일(102)과 상기 진동발생용 코일(109) 양측에 전자기력이 발생하게 되어 결국 마그네트(104), 어퍼 플레이트(103), 요크(105) 및 웨이트(106)로 된 진동체의 상하 운동을 촉발시켜 진동신호가 발생하게 된다. 이 때 상기 보이스 코일(102)과 상기 진동발생용 코일(109)은 진동체를 동일 방향으로 움직이게 할 수 있도록 병렬 연결한다.

그러나 상기와 같은 구조에서 고주파 전류가 인가될 때 진동발생용 코일에 흐르는 전류가 손실분으로 작용되지 않도록 하기 위하여 진동발생용 코일의 저항이 보이스 코일의 저항의 약 2~3배가 되도록 크게 구성함으로서 손실을 최소화 한다.

본 발명의 보다 바람직한 실시를 위하여, 로우 패스 필터(111)가 추가로 연결된 상기 진동발생용 코일과 상기 보이스 코일이 병렬 연결된다. 상기 로우 패스필터는 캐패시터(112)와 인덕터(113)로 구성되는데 이는 도 3에 나타난 바와 같이 상기 인덕터는 상기 진동발생용 코일과 신호원을 연결하는 두 개의 리이드선 중 하나인 리이드선 c(116)에 직렬로 연결되고, 상기 캐패시터(112)는 상기 진동발생용 코일과 신호원을 연결하는 두 개의 리이드선 들 사이 즉 리이드선 c(116) 및 리이드선 d(117)에 병렬로 연결되는데 이 때 상기 인덕터(113)는 상기 캐패시터(112)보다 진동발생용 코일 측으로 위치되며 이는 로우 패스 필터의 일 예이다.

또한 상기 로우 패스 필터는 200Hz 이상의 주파수를 차단하도록 구성함을 특징으로 하는데 이는 100~200Hz의 저주파 성분만 원활하게 통과할 수 있도록 하기 위한 것으로서 차단 주파수는 다음 식과 같이 나타낸다.

여기서 L은 인덕터의 인덕턴스를 나타내며, C는 캐패시터의 용량을 나타낸다.

본 발명을 구현함에 있어 상술한 구조는 단지 일 실시예에 불과한 것으로서 본 발명의 특허청구범위에 기재된 발명의 영역과 기본적인 사상으로부터 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다른 형태의 장치들이 제안될 수 있음을 밝혀두고자 한다.

본 발명은 기존의 자기회로와는 달리 상부 자기회로와 하부 자기회로에 의해 각각 음향과 진동을 발생시키는 구조에 관한 것으로서, 다기능 액츄에이터의 동작원리의 기본이 되는 마이크로 스피커 등 동일한 원리의 적용이 가능한 다양한 분야에 응용이 가능하며, 진동 발생시 보이스 코일과 진동발생용 코일을 동시에 구동하여 하나의 코일에 의해서만 진동이 발생하는 것에 비해 진동성능이 월등히 향상된다.

즉 별도로 하부의 자기회로를 구성함으로서 동일 입력 하에서도 자속의 세기를 증가시킬 수 있도록 함으로서 이를 통하여 휴대폰, 페이져 등 이동통신 단말기에 사용되는 다기능 액츄에이터의 진동특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 내면에 공간을 가진 케이스와:

   상기 케이스의 상단부에 외측단부가 고정되는 음향 발생용 떨림판과:

   상기 떨림판의 저면에 원통형으로 권선되어 고정된 보이스 코일과:

   상하 방향으로 착자된 마그네트와:

   상기 마그네트에 부착되어 자기회로를 형성하는 어퍼 플레이트와:

   상기 마그네트와 함께 자기회로를 형성하는 요크와:

   상기 마그네트, 어퍼 플레이트 및 요크와 함께 진동체를 이루는 웨이트와;

   상기 진동체를 지지하는 서스펜션 스프링 및

   상기 케이스의 하단부에 설치되어 진동을 발생시키고 신호원에 상기 보이스 코일과 병렬로 연결되는 진동발생용 코일로 구성된 것을 특징으로 하는 다기능 액츄에이터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 진동발생용 코일 저항은 상기 보이스 코일 저항의 약 2~3배 이상이 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 다기능 액츄에이터.
3. 내면에 공간을 가진 케이스와:

   상기 케이스의 상단부에 외측단부가 고정되는 음향 발생용 떨림판과:

   상기 떨림판의 저면에 원통형으로 권선되어 고정된 보이스 코일과:

   상하 방향으로 착자된 마그네트와:

   상기 마그네트에 부착되어 자기회로를 형성하는 어퍼 플레이트와:

   상기 마그네트와 함께 자기회로를 형성하는 요크와:

   상기 마그네트, 어퍼 플레이트 및 요크와 함께 진동체를 이루는 웨이트와;

   상기 진동체를 지지하는 서스펜션 스프링과;

   상기 케이스의 하단부에 설치되어 진동을 발생시키고 신호원에 상기 보이스 코일과 병렬로 연결되며, 로우 패스 필터가 포함된 진동발생용 코일로 구성된 것을 특징으로 하는 다기능 액츄에이터.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 로우 패스 필터는 200Hz 이상의 주파수를 차단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다기능 액츄에이터.