KR20030057569A - 진동 장치의 발진을 유지관리하기 위한 방법 및 이 방법을이용한 진동 장치 - Google Patents

진동 장치의 발진을 유지관리하기 위한 방법 및 이 방법을이용한 진동 장치 Download PDF

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세르지오 로타
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에타 쏘시에떼 아노님 마누팍투레 홀로게레 스위세
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Abstract

진동 장치의 발진을 관리하기 위한 방법 및 이 방법을 구현하는 장치가 소개된다. 이 진동 장치는 손목시계처럼 신체에 가깝게 착용하는 유닛에 내장되도록 만들어진다. 이 진동 장치는 케이스, 진동 전달을 위해 케이스에 내장된 동체(moving mass), 진동을 위해 상기 동체에 전자기적으로 연결된 코일(L), 그리고 상기 코일(L)을 여기시키기 위한 여기 회로를 포함한다. 공개되는 방법에 따르면, 상기 코일(L)의 단자(B1, B2) 간 움직임 유도 전압(Uind, VB12)의 극값과 일치하는, 극성이 교대로 바뀌고 지정 구간(Tpulse)를 가지는, 구동 펄스(21, 22)가 상기 움직임 유도 전압(Uind, VB12)의 평균값 크로싱(O)으로부터 고려되는 지정된 비-변화 시간 구간(Tto-pulse)의 종료시 발생된다. 이때, 구동 펄스(21, 22)의 종료시 상기 움직임 유도 전압이 상기 평균값 크로싱에 도달하는 데 걸리는 시간 구간(Tfrom-pulse)은 진동 장치의 순간적 자연 발진 주파수에 의해 결정되어, 상기 구동 펄스(21, 22)가 발생되는 주파수의 적응이 실행되도록 한다.

Description

진동 장치의 발진을 유지관리하기 위한 방법 및 이 방법을 이용한 진동 장치{METHOD FOR MAINTAINING OSCILLATIONS OF A VIBRATING DEVICE AND VIBRATING DEVICE USING SAME}
수많은 상황에서, 음향/시각적 수단이 아닌 수단에 의해 사람에게 정보를 전달할 수 있는 것이 유용하다. 이는 특히 군중 들 사이에 있는 한 사람에게만 경보를 전하고자할 때와 같은 경우이다. 정보 전송을 위한 촉감 수단(tactile means)은 아래와 같은 바람직한 유닛을 제공한다. 즉, 이벤트 발생(메시지 도착, 전화, 회의 등)이나 지정 시간을 국부적으로 표시하도록 피부를 자극하기 위해, 손목시계같이 신체에 휴대하는 유닛이 제공된다. 이러한 촉감 정보 전송 수단은 시력이 낮거나 눈이 먼 사람들에게 시간, 경보 발생, 또는 그 외 다른 이벤트를 표시하기 위한 장치에 응용할 수 있다. 진동 장치를 채택한 손목시계에 관한 내용을 도입한 본 출원인 명의의 EP 0 710 899 호와 EP 0 884 663 호를 참고할 수 있다.
회전자 상에 장착된 비균형식 진동 장치는 당 분야에 잘 알려져 있다. 이 장치에서는 일반적으로, 초당 수십회의 회전 속도를 가진 불균형 회전이 수십 밀리와트의 전력으로 공급되는 전기 모터에 기인한 것이고, 이 전기 모터는 착용자에 의해 이벤트 발생이 인지되어야할 순간에 시작된다.
이 장치들은 다량의 에너지를 소비한다는 주된 결점을 가지며, 이는 손목시계 분야에서 맞닥뜨리는 구성요소 및 배터리의 소형화 요건과 상충한다.
본 출원인 명의의 EP 0 625 738 호는 손목시계같은 유닛을 진동하게 하는 장치를 공개한다. 이 장치는 움직이는 동체에 전자기적으로 연결된 코일을 포함한다.
이 특허 출원은 코일 여기 수단의 특징을 공개하지 않는다. 이에 대하여 말하자면, 주어진 양의 공급 에너지에 대하여 최대의 진동 진폭을 얻기 위해 동체의 자연적 기계식 발진 주파수와 같은 주파수의 펄스들이 코일에 공급되어야 한다는 것이 잘 알려져 있다.
그러나, 실제로, 이 자연 주파수는 엄격하게 결정하기가 어렵다. 무엇보다도, 자연 주파수는 15% 수준의 제작 허용 공차 때문에 한 동체로부터 다른 동체사이에서 변하기 쉽다. 그후, 자연 주파수는 코일-동체 유닛이 운반되는 방식의 함수로, 그리고 착용자의 신체에 가깝거나 먼 정도의 함수로 변화한다. 일반적으로, 착용 조건은 유닛의 자연 주파수의 5% 수준의 변화를 유도하고, 소실 에너지의 변화도 유도한다. 이 변화들은 고정 에너지에서 동작하도록 설계된 여기 수단의 출력결과를 저하시키고, 이는 상당한 에너지 손실로 나타난다.
본 발명은 손목시계처럼 신체에 착용한 유닛에 내장되도록 만들어지는 진동 장치 및 그 외 다른 비-음향 경보 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 진동 장치의 발진을 관리하기 위한 방법과 이 방법을 구현하는 진동 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 구동 방법을 구현하는 진동 장치의 구동 회로의 블록도표.
도 2는 코일 단자 사이에 움직임에 의해 유도되는 전압 Uind의 시간에 따른도표와, 시간에 따라 생성되는 구동 펄스의 형태를 도시하는 도표.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따르는, 진동 장치가 스위치 온될 때 시간에 따라 실행되는 여러 위상들의 도표.
도 4A~C는 통상적 발진 주파수 f0과 같은, f0보다 큰, 그리고 f0보다 작은 주파수에 대해 코일 단자간에 존재하는 전압 VB12의 시간에 대한 전개의 제 1, 2, 3 도표.
도 5는 각각의 구동 펄스 종료시 나타나는 과전압을 필터링하게 하는 원리의 예를 보여주는 도면.
본 발명의 목적은 이 결점들을 극복하는 것이다.
US 5,436,622 호로부터 당 분야의 통상의 지식을 가진 자들은, 유닛의 자연 발진 주기를 결정하기 위해, 동체의 통상적 자연 발진 주파수와 동일한 주파수로 제 1 단계동안 활성화되고, 제 2 단계동안 자유 발진으로 남게되는 코일 동체 유닛을 포함하는 진동 장치를 이미 알고 있다. 이때, 유닛의 자연 발진 주파수는 사용자가 장치를 착용하는 조건에 따라 좌우된다. 자연 발진 주파수가 결정되면, 진동의 나머지 구간동안 동체가 이 주파수에서 구동된다.
위 문서에 따르면, 동체가 진동하도록 만들어진 전체 주기동안 지정된 자연 주파수와 동일한 주파수의 주기적 장방형 신호에 의해 진동하도록 진동 장치가 만들어진다. 이는 US 5,436,622 호에서 명확하게 나타난다. 이 문서에 따르면, 진동 장치는 장치가 진동하는 주기동안 연속적으로 구동되며 자유 발진으로 남는 경우가 전혀 없다.
이 유닛의 자연 발진 주파수가 착용 조건에 따라 좌우되는 상황에서, 이 주파수는 장치가 진동하는 주기동안 변할 수 있다. 따라서, US 5,436,622 호에 공개되는 장치의 주된 결함은 진동 장치의 진동 중 자연 발진 주파수의 수정에 응답할 수 없다는 점에 있다. 이때, 측정은 장치가 그다음 동작할 때 만 실행된다. 장치의 에너지 양품률은 따라서 최적이 아니므로, 대안의 해법을 찾아야 한다. US 5,436,622 호에 따르면, 발진 진행 중 진동 장치의 발진 주파수를 적응시키기 위해, 본 문서의 도 5에 나타나는 바와 같이, 발진 주파수를 측정하기 위한 추가적인 센서가 진동 장치에 내장된다.
본 출원인 명의의 EP 0 938 034 호는 동체 발진의 각 주기(또는 반-주기)동안 진동 장치의 자연 발진 주파수가 결정됨에 따라 바람직한 해법을 공개한다. US 특허에서 공개된 해법과는 달리, 이 해법은 추가 센서를 이용할 필요없이, 장치가 진동하도록 만들어질 때 자연 공명 주파수의 변화를 고려한다. 여기서, 장치는 지정 주파수의 주기적 장방형 신호에 의해서가 아니라, 선행 주기 중 측정된 동체의 순간적 발진 주파수의 함수인 시간 구간 종료시 발진의 각각의 반-주기동안 발생되는 일련의 양의 펄스와 음의 펄스에 의해서, 진동된다. 구동 펄스 사이에서, 장치는 순간 자연 주파수의 측정이 가능하도록 자유롭게 발진한다.
출원인은 이 해법이 일부 조건에서 결함을 가질 수 있다는 것을 관측할 수 있었다. 적절한 제어 수단없이는 이 해법이 측정 오류에 빠져, 부적절한 주파수에서 진동자를 구동하는 결과를 얻을 수 있다. 게다가, 측정 오류가 나타나는 경우에, 이 측정 오류가 다음의 발진중에도 계속 반복되어, 장치가 급속하게 불안정해진다. 이 위험을 방지하기 위해, 장치는 이 불안정성이 예방되도록 설계되어야 한다.
이 문제점에 대한 한가지 해법은 자연 발진 주파수가 측정되는 주기와, 진동 장치의 발진이 유지되는 동안의 주기를 교대로 하는 과정을 포함할 수 있다. 이로 인해, 진동 장치가 자유롭게 발진할 수 있고, 자연 발진 주파수를 신뢰도있게 측정할 수 있기 때문이다. 그러나 이 해법은 발진의 급속한 댐핑(제동)으로 때문에 적절하지 않다. 이는 유닛의 발진을 유지하기 위해 높은 강도의 구동 펄스를 발생시켜서, 높은 전력 소모를 결과적으로 발생시킨다.
따라서 본 발명의 또하나의 목적은 EP 0 938 034 호에 특히 공개된 해법에대한 대안의 해법을 제시하는 것으로서, 진동 장치의 자연 발진 주파수의 변화에 대하여 적절한 응답이 이루어지게 하고 구현하기 용이하게 유지하는 것이다.
발명의 또한가지의 목적은 기존의 해법보다 보다 견고하고 보다 안정한 해법을 제시하는 것이다.
따라서 본 발명은 청구범위 제 1 항의 특징들에 따라 신체에 착용한 유닛에 내장된 진동 장치를 구동하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 방법의 바람직한 실시예들은 청구범위의 종속항의 주제를 형성한다.
본 발명은 청구범위 제 4 항의 특징들에 따라 신체에 착용한 유닛에 내장되도록 만들어지는 진동 장치에 또한 관련된다.
이 진동 장치의 바람직한 실시예들은 청구범위 종속항의 주제를 형성한다.
발명에 따르면, 진동 장치의 자연 응답 주파수는 그 동작의 시작에서 한번에 그리고 전부에 대해 결정된다. 구동 펄스는 동작 시작시에 실행되는 측정에 따라 특히 좌우되는 시간의 지정된 비-변화 구간의 종료시 발생되며, 코일 단자 사이에 발생되는 움직임 유도 전압이 그 평균 값을 가로지르는 순간으로부터 고려된다. 이 비-변화 시간 구간은 미리 결정되고 있고, 진동 장치의 자연 발진 주파수의 예비 측정을 필요로하지 않는다. 따라서, 다음의 구동 펄스 발생과, 움직임 유도 전압의 평균값의 교차간 시간 구간이 고정됨에도 불구하고, 구동 펄스가 발생되는 주파수의 적응이 실행된다. 왜냐하면, 구동 펄스 발생 이후 유도 전압이 평균값에 도달하는 데 소요되는 시간이 순간 자연 발진 주파수의 함수이기 때문이다. 움직임 유도 전압은 동체의 자연 기계적 발진 주파수에 해당하는 발진 주파수를 가진 동체의 속도의 이미지일 것이다.
더욱이, 이 해법은 진동 장치가 선행 발진 주기동안 자연 주파수 측정의 오류에 덜 민감하다는 점에서 EP 0 938 034 호에 추천된 해법보다 견고하다. 이 오류는 장치의 불안정성을 촉발시킬 수 있다. 게다가, 진동 장치가 진동을 시작하여, 움직임에 의해 유도되는 전압이 그 평균값을 가로지르는 순간으로부터 시작되는 시간 구간을 이 자연 발진 주파수가 결정할 때, 자연 발진 주파수가 한번에 모두에 대해 측정되며, 이 순간의 종료시 구동 펄스가 발생될 것이다.
본 발명에 따르면, 중간절충이 이루어짐을 이해할 수 있을 것이다. 게다가, 진동 장치가 진동하기 시작할 때 자연 발진 주파수가 한번에 모두에 대해 측정됨에도 불구하고, 착용 조건 변화로 인한 주파수 변화가 어느 정도까지는 전혀 고려될 필요가 없다. 왜냐하면, 코일 단자간에 발생되는 움직임 유도 전압이 그 평균값을 가로지르는 순간으로부터 고려되는 지정 시간 구간의 종료시 각각의 구동 펄스가 발생되기 때문이다. 따라서, 구동 펄스의 발생과 코일 단자간 발생되는 유도 전압 사이에는 친밀한 관계가 있다. 구동 펄스는 착용 조건에 따라 약간 일찍, 또는 약간 늦게 발생될 것이지만, 시스템에 불안정성을 발생시킬 수 있는 부적절한 순간에 어떤 이벤트에서도 발생하지 않을 것이다.
선호되는 실시예에서, 발명에 따르는 진동 장치는 EP0 625 738 호에 공개된 바와 유사한 구조 부재를 포함한다. 따라서 본 진동 장치는 케이스(도시되지 않음), 케이스 내에서 진동을 전달하기 위한 동체(moving mass)(도시되지 않음), 그리고 동체에 전자기적으로 연결된 코일을 포함한다.
이 코일 L은 도 1에 도식적으로 전개된다. 코일의 제 1 단자 B1과 제 2 단자 B2는 네 트랜지스터 Q1, Q2, Q3, Q4의 상태에 따라 0 전압(접지 Vss)이나 전압 VBAT로 설정될 수 있다.
네 개의 트랜지스터 Q1, Q2, Q3, Q4는 바이폴러 모드로 진동 장치를 제어하기 위한 H 브리지를 형성한다. H 브리지는 Q1과 Q2를 포함하는 제 1 브랜치와, Q3와 Q4를 포함하는 제 2 브랜치를 포함하며, 이 두 브랜치는 전압 VBAT와 Bss 사이에장착된다. 특히, 트랜지스터 Q1과 Q3는 p형 MOS 트랜지스터이고, 트랜지스터 Q2와 Q4는 n형 MOS 트랜지스터이다. 도 1에 나타나는 바와 같이, 코일의 제 1 단자 B1은 트랜지스터 Q1, Q2의 연결 노드에 연결되고, 제 2 단자 B2는 트랜지스터 Q3, Q4의 연결 노드에 연결된다.
트랜지스터 Q1, Q2, Q3, Q4의 게이트들은 논리 회로(3)에 의해 생성되는 신호 A, B, C, D에 의해 각각 제어된다. 제어 신호 A, B, C, D의 함수로, 트랜지스터 Q1, Q2, Q3, Q4와 코일 L은 다음의 진리표에 의해 표시되는 상태를 점유한다. 이때, "NC"와 "C"는 트랜지스터가 비전도 상태(Non-Conductive)와 전도 상태(Conductive)임을 각각 의미한다.
A B C D Q1 Q2 Q3 Q4 코일 L
1 0 1 0 NC NC NC NC 높은 임피던스
0 0 1 1 C NC NC C B1=VBAT, B2=Vss
1 1 0 0 NC C C NC B1=Vss, B2=VBAT
0 0 0 0 C NC C NC 단락회로
코일 L의 제 1, 2 단자 B1, B2는 코일 L의 단자 B1, B2간에 측정되는 움직임 유도 전압 Uind을 증폭시키고 출력부에 되보내는 기능을 하는 차동 증폭기로 형성되는 비교기(2)의 비-인버팅 단자(양단자) 및 인버팅 단자(음단자)에도 각각 연결된다. 움직임 유도 전압 Uind는, 진동 장치의 진동 구동 펄스 및 시작 펄스의 발생을 보장하기 위해 H 브리지의 트랜지스터 Q1, Q2, Q3, Q4에 필요한 제어 신호 A, B, C, D를 발생시키는 기능을 하는, 그리고 비교기(2)로부터 도출되는 유도 전압 Uind의 주파수를 측정하는 기능을 하는, 논리 회로(3)의 입력에 공급된다.
논리 회로(3)의 제작에 관하여는 더 이상 언급하지 않는다. 본 발명에서 참고로 인용되는 EP 0 938 034 호에서, 아래에 제공되는 내용을 바탕으로 본 발명에 따르는 장치를 제작하는 데 필요한 정보를 얻을 수 있을 것이다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 진동 장치는 비교기(2)의 인버팅 입력(음 입력)에서 지정 전압을 공급하는 기능을 하는, 스위칭 온될 수 있는, 전압 디바이더(4)를 추가로 포함한다. 이 전압 디바이더(4)는 움직임 유도 전압 Uind가 관측될 때, 즉, 두 일련의 구동 펄스 사이에서, 코일 L이 높은 임피던스 상태에 있을 때, 지정 전위에 비교기(2)의 음의 입력을 고정시키는 수단을 저항 디바이더 형태로 형성한다. 이 저항 디바이더는 다른 상태(위상)에서 스위칭 오프된다.
특히, 저항 디바이더(4)는 제 1 트랜지스터 Q10(P형 MOS 트랜지스터), 제 1, 2 저항 R1, R2, 그리고 제 2 트랜지스터 Q11(N형 MOS 트랜지스터)의 전압 VBAT와 Vss간에 직렬 배열을 포함한다. 저항 R1, R2간의 연결 노드는 비교기(2)의 인버팅 입력에 연결되고, 트랜지스터 Q10과 Q11의 게이트는 논리 회로(3)에 연결된다.
본 실시예에서, 동일한 값의 저항 R1과 R2를 이용하여 VBAT/2와 같은 전압에서 비교기(2)의 인버팅 단자의 전위를 고정시키는 것을 선택할 수 있다. 코일 L이 높은 임피던스 상태에 있을 때, 즉, H 브리지의 트랜지스터 Q1, Q2, Q3, Q4가 모두 비-전도 상태에 있을 때, 저항 디바이더(4)는 트랜지스터 Q10, Q11을 동작시킴으로서 스위칭 온되고, VBAT/2의 전압이 비교기(2)의 인버팅 입력에 공급된다. 결과적으로, 유도 전압의 평균값은 이 수준 VBAT/2에 고정된다.
VBAT/2는 구동 펄스가 발생되어야 하는 시작 시간의 순간을 감지하기 위한 용도로 논리 회로(3)에 의해 특히 이용될 것이다. VBAT/2에 대한 움직임 유도 전압 Uind를 참고함으로서, 움직임 유도 전압 Uind가 항상 양이고, 그 피크간 진폭이 전압 VBAT보다 작다는 것을 또한 보장할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 실시예에서, 움직임 유도 전압 Uind가 지정 주파수에서 샘플링되는 것을 이해할 수 있을 것이다. 움직임 유도 전압 Uind의 평균값을 VBAT/2로 고정시킴으로서, 모든 신호 샘플이 양이다.
저항 디바이더를 반드시 이용할 필요는 없다. VBAT/2와는 다른 평균값이 저항 디바이더(4)에 의해 고정될 수도 있다.
도 2는 시간에 따라 발생되는 움직임 유도 전압 Uind와 구동 펄스의 형태를 그래프화한 것이다. 상술한 바와 같이, 움직임 유도 전압 Uind의 평균값은 VBAT/2로 고정된다. 이 유도 전압은 T의 주기를 가진다(다시 말하면 주파수 f를 가진다). 이 주기 T는 진동 장치를 채택한 물체의 착용 조건에 의해 부분적으로 결정된다. 신호의 주파수 f는 진동 장치의 기계적 공진 주파수에 해당한다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 구동 펄스는 움직임 유도 전압과 동상(in phase)으로 발생된다. 양의 극성(21)과 음의 극성(22)의 구동 펄스들이 시간에 따라 서로 교대로 나타난다. 특히, 구동 펄스는 움직임 유도 전압 Uind의 극값과 동상으로 발생된다. 에너지 측면에서, 동체의 움직임 진폭이 0일 때, 즉, 움직임 유도 전압 Uind의 진폭이 최대일 때, 이 구동 펄스들을 발생시키는 것이 실제로 선호된다. 구동 펄스가 다른 시기에 발생될 경우 에너지 균형이 크게 나빠진다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 움직임 유도 전압 Uind와 구동 펄스 발생간에 밀접한 관계가 존재한다.
구동 펄스의 형태를 나타내는 도 2의 도표를 참고로 하여, 두개의 일련의 구동 펄스를 분리시키는 시간 구간 T*는 진동 장치가 구동되는 주파수를 결정할 것이다. 펄스의 폭 Tpulse은 발생되는 진동의 강도를 결정한다. 펄스 폭이 넓을수록, 진동 강도가 커진다. 그러나, 두 일련의 구동 펄스간 유닛이 자유 진동을 보이도록, 그리고 진동 장치의 동작 중 진동 주파수가 적응되도록, 펄스 폭이 제한된다.
본 발명의 범위 내에서, 두 일련의 구동 펄스간 시간 구간 T*가 움직임 유도 전압 Uind의 형태로부터 발생하는 유닛의 순간적 발진 주파수에 적응된다. 상술한 EP 0 938 034 호에 공개된 발진 장치는 유사한 원리로 동작하지만, 두 일련의 펄스간 시간 구간이 본 유럽특허출원에 따르면, 발진 선행 주기(또는 반-주기) 중 움직임 유도 전압 Uind로부터 측정되는 발진 주기로 정확하게 조절된다는 점에서, 차이가 있다. 본 유럽특허출원에 따르면, 두 일련의 구동 펄스간 시간 구간 T*가 선행 주기동안 측정된 움직임 유도 전압 Uind의 발진의 반주기에 해당한다.
역으로, 본 발명의 범이 내에서, 두 일련의 구동 펄스를 분리하는 시간 구간 T*가 진동 장치의 발진의 순간적 주기로 정확하게 조절되지 않도록, 장치가 진동하게 될 때 측정이 한번에 전부에 대해 실행된다. 확장해서, 이 측정은 반드시 필요한 것이 아니며, 전형적인/통상적인 발진을 바탕으로, 구동 펄스가 발생되어야할때를 규정하는 시간 매개변수가 사전에 고정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이 시간 구간 T*는 각각의 발진 중 순간 발진 주파수의 정확한 측정을 실행할 필요없이, 순간 발진 주파수의 함수로 변화한다. 결과적으로, 진동 장치가 시작되거나 사전에 결정될 때 이 측정이 한번에 실행되는 경우에만, 순간적 발진 주파수의 오류 측정에 링크된 잠재적 문제점들이 사라진다. 상술한 유럽특허출원 0 938 034 호에 공개된 원리를 바탕으로 동작하는 진동 장치에서 이러한 문제점이 발생할 수 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따르는, 진동 장치의 시작을 도시한다. 특히, 도 3은 진동 장치가 시작되는 순간에서 시간에 대한 코일 L의 단자간 전압 VB12의 전개를 도식화한다. 시작 단계라 불리는 제 1 단계동안, 반대 극성의 두 시작 펄스(31, 32)가 차례로 발생되어 장치를 진동하도록 설정한다.
제 1 단계 다음에 주파수 측정 단계라 불리는 제 2 단계가 이어진다. 제 2 단계 동안에는 진동 장치는 자유 발진으로 남는다. 제 2 단계동안, 진동 장치는 통상적 발진 주파수라 불리는 자연 발진 주파수 f0에 따라 발진하려 할 것이다. 통상적 주파수 f0는 움직임 유도 전압이 평균값을 가로지르는 것을 바탕으로 제 2 단계동안 움직임 유도 전압의 통상적 발진 주기라 불리는 발진 주기 T0를 결정함으로서 측정된다(일례임). 대안으로, 신호의 발진 반-주기를 단순히 측정할 수도 있다. 상술한 바와 같이, 통상적 주기 T0가 사전에 고정될 수 있기 때문에 이러한 제 2 측정단계가 반드시 필요한 것은 아니다.
통상적 주기 T0가 이미 결정되면, 진동 장치는 구동 단계라 불리는 제 3 단계에 들어간다. 이 단계는 진동 장치의 진동 종료시까지 이어진다. 제 3 단계 중, 움직임 유도 전압의 극값과 동상인, 극성이 교대하는 구동 펄스(21, 22)가 도 2를 참고하여 제시된 원리에 따라 발생된다.
구동 단계 중, 진동 장치의 코일 L에 공급되는 각각의 구동 펄스 종료시, H 브리지의 네 트랜지스터 Q1, Q2, Q3, Q4가 동시에 막혀서, 반대 극성의 과전압(40)이 나타나고, 그 시간 상수는 코일 L의 특성, 특히, 코일 L의 전기저항 및 인덕턴스에 따라 좌우된다. 이 과전압의 문제점에 대하여 아래에서 설명이 제시될 것이다.
도 4A~C를 참고로 하여, 본 발명에 따르는 진동 장치의 구동 원리가 상세하게 설명될 것이다. 단순화를 위해, 상술한 과전압이 이 도면에는 도시되지 않았다. 더욱 단순화를 위해, 코일 단자간 전압 VB12는, 저항 디바이더(4)에 의해 부여되는 VBAT/2와 같은 평균값을 가지는 것이 아니라 0의 평균값을 가지는 것으로 도시된다. 원칙적으로 이는 다른 사항을 변경시키지 않는다.
도 4A, 4B, 4C는 구동 단계 중 코일 L의 단자간 전압 VB12의 시간에 따른 전개를 도시한다. 특히 도 4A는, 진동 장치의 자연 발진 주파수가 주파수 측정 단계(도 3이 제 2 단계) 중 진동 장치의 주파수였던 통상적 주파수 f0에 해당하는 경우에, 즉, 진동 장치의 자연 발진 주파수가 사용자가 착용한 조건에 의해 변경될 수 없는 상황에서, 전압 VB12의 전개를 도시한다.
이 경우에, 주파수에 수정이 있을 수 없는 상황에서, 두 일련의 구동 펄스(21, 22)를 분리하는 구간 T*는 측정된, 또는 고정된 통상적 주기 T0의 반, 즉, T0/2와 같으며, 따라서 진동 장치는 측정된 통상적 주파수 f0와 같은 주파수에서 구동된다.
발명에 따르면 각각의 구동 펄스는, 양의 극성이든 음의 극성이든지에 상관없이, 지정된 시간 구간 Tto-pulse의 종료시에 발생된다. Tto-pulse는 도면에서 기준점 O로 표시되는 전압 VB12의 평균값 교차점으로부터 고려된다. 이 시간 주기 Tto-pulse는 통상적 주기 T0를 결정함으로서 한번에 전부에 대해 고정된다. 특히, 이 시간 주기 Tto-pluse는 통상적 주기 T0의 1/4에서 펄스 폭 Tpulse의 반을 뺀 값이다. 즉,
Tto-pulse = T0/4 - Tpulse/2 (1)
두 일련의 구동 펄스(21, 22)를 분리하는 시간 구간 T*가 시간 구간 Tto-pulse에 의해 부분적으로 결정된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 시간 구간 T*는 코일에 대한 평균 위치로 동체를 되돌리는 데 소요되는 시간에 의해 또한 결정된다. 다시 말해서, 움직임 유도 전압을 0의 진폭으로 떨어뜨리는 데 사용되는 시간에 의해 또한 결정된다. 도면에서, 이 시간은 Tfrom-pluse로 표시된다. 결과적으로, 두 펄스간 시간 구간 T*는 두 요소에 좌우되며, 이 중 한가지는 결정된 비-변화 시간 주기 Tto-pulse이고, 다른 하나는 진동 장치를 착용한 조건에 따라 좌우되는 가변적인 시간 주기 Tfrom-pluse이다.
본 발명에 따르면, 진동 장치가 시작될 때만 주파수 측정이 발생하지만, 그럼에도 불구하고 구동 펄스가 발생되는 주파수는 진동 장치의 순간 발진 주파수의 함수로 변화한다. 이는 도 4B와 4C를 참고할 때 더욱 명백해질 것이다.
도 4B는 진동 장치를 착용하는 조건의 변화가 통상적주파수 f0에 대한 발진 주파수의 증가를 이끄는 또다른 경우를 도시한다. 이로 인해 움직임 유도 전압 주파수가 수정되고, 따라서 코일 단자간 전압 VB12가 수정된다. 이 수정은 도 4B의 곡선(b)으로 표시된다. 비교를 위해 도 4A의 곡선이 도 4B에 도시된다.
도 4B에 도시되는 상황에서, 평균값에 대해 0의 진폭으로 움직임 유도 전압이 떨어지는 데 소요되는 시간 Tfrom-pulse이 도 4A에 도시되는 상황에 비해 결과적으로 감소됨을 이해할 수 있을 것이다. 다음 구동 펄스가 발생되는 종료시의 시간 구간 Tto-pulse가 고정값으로 유지되기 때문에, 어떤 펄스도 발생되지 않는 경우 움직임 유도 전압의 전개를 도시하는 곡선 b*에 대해 구동 펄스(22)의 시간의 위치를 비교함으로서 나타낼 수 있는 바와 같이 움직임 유도 전압의 극값에 대해 약간의 위상 오류(래그(lag))가 구동 펄스(22)에 공급된다. 에너지적 관점에서, 공지기술에서의 해법에서처럼 구동 펄스가 주기적으로 고정 시간 구간에 발생되는 경우에 비해 에너지 균형이 더 좋다.
도 4C는 진동 장치를 착용한 조건의 변화가 통상 주파수 f0에 대한 발진 주파수의 감소를 이끄는 반대 경우를 도시한다. 이는 움직임 유도 전압 주파수를 또한 수정시키기며, 따라서 도 4C의 곡선 c에 의해 도시되는 코일의 단자간 전압 VB12를 수정시킨다. 비교를 위해, 도 4A의 곡선은 도 4C에도 도시된다.
도 4C에 도시되는 상황에서, 움직임 유도 전압을 평균값에 대해 0의 진폭으로 저하시키는 데 소요되는 시간 Tfrom-pulse는 도 4A에 도시되는 상황에 비해 결과적으로 더 길다. 시간 구간 Tto-pulse의 종료시 다음번 구동 펄스가 발생되는, 이러한 시간 구간 Tto-pulse가 고정으로 유지되기 때문에, 어떤 펄스도 발생되지 않는 경우 움직임 유도 전압의 전개를 도시하는 곡선 c*에 대해 구동 펄스(22)의 시간에 대한 위치를 비교함으로서 알 수 있는 바와 같이, 움직임 유도 전압의 극값에 대한 작은 위상 오류(리드)가 구동 펄스(22)에 제공된다. 이 경우에도 에너지 균형은 공지 기술에서 고정 시간 주기로 구동 펄스가 주기적으로 발생되는 경우에 비해 더 양호하다.
본 발명에 따르는 구동 원리를 EP 0 938 034 호에 소개된 구동 원리와 비교할 경우, 에너지 측면에서 본 발명에 따르는 해법이 약간 덜 최적이라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그럼에도 불구하고, 진동 장치가 그 실제 자연 발진 주파수에 대해 잘못된 주파수로 구동될 위험이 없고, 따라서 진동 장치가 불안정해질 위험이 없다는 측면에서, 본 발명에 따르는 해법이 보다 견고하고 안정적이다. 위 두가지 위험들이 상술한 유럽특허출원에 따라 동작하는 진동 장치에서는 발생할 수 있다.
다른 공지 기술 해법에 대한 본 발명의 특별한 관심사는 구동 펄스가 발생되는 주파수가 진동 장치를 사용자가 착용하는 조건의 함수로 변화한다는 것이다.
각각의 구동 펄스의 인터럽션 중 과전압 발생 문제로 되돌아갈 필요가 있다. 이 과전압의 시간 상수는 코일의 특성에 의해 주로 결정되며, 특히 그 전기저항 및 인덕턴스에 의해 주로 결정된다. 각각의 과전압은 평균값에 의한 전압 VB12의 두 일련의 크로싱(crossing)으로 나타난다. 이 과전압은 적절한 수단에 의해 필터링되어야 하는 것이 선호된다. 즉, 구동 펄스의 발생 시간을 결정하는 요망 시간 값 크로싱, 즉, 구체적인 순간으로 감지되는 과전압으로 인한 이 평균값 크로싱을 방지하기 위해, 적절한 아날로그 필터링 수단에 의해 비교기(2)의 입력에서, 또는, 디지털 필터링 수단에 의해 비교기(2)의 출력에서, 필터링되는 것이 선호된다.
아날로그 해법에 추가하여, 한가지 해법은 구동 펄스의 인터럽션 후 지정 시간 구간동안 비교기(2)를 차단하는 과정을 포함하며, 이때, 과전압이 생성되는 동안의 시간보다 이러한 시간 구간이 더 크게 선택된다.
또다른 해법에 따르면, 과전압의 "디지털 필터링" 실현을 위해, 비교기(2)의 출력에서 생성되는 일곱 개의 일련의 신호 샘플들이 검사되어야 한다. 도 5는 구동 펄스(21)의 발생 종료시 나타나는 과전압(40)과 코일 단자간에 존재하는 전압 VB12를 도식적으로 도시한다. 도시되는 바와 같이, 일련의 신호 샘플들이 생성되도록 TH로 표시되는 규칙적 구간에서 신호가 샘플링된다. 샘플의 수와 샘플의 축적이 예로서 제시된다.
특히, 과전압(40) 순간에, 움직임 유도 전압의 평균값보다 작은 값을 가지는 네 개의 샘플(1, 2, 3, 4)이 생성된다. 네 번째 샘플(4)에 이어지는 샘플은 움직임 유도 전압의 평균값보다 큰 값을 가진다. 기준점 O로 표시되는 움직임 유도 전압의 평균값 크로싱에 이어서, 움직임 유도 전압의 평균값보다 작은 값을 가지는 10개 이상의 샘플들(1~10)이 발생된다. 이 상황은 음의 극성의 구동 펄스 종료시 생성되는 과전압을 검사하는 경우에 역전된다.
따라서, N개의 일련의 샘플(가령, 도 5의 예에서 10개)을 검사하고 이 일련의 샘플들이 모두 움직임 유도 전압의 평균값(본 예에서 0)보다 작다는 것을 확인함으로서, 정상적 평균값 크로싱으로부터 과전압을 명확하게 구분할 수 있다. 따라서, 과전압에 이어 생성되는 평균값보다 낮은 값의 샘플들의 수보다 큰 N개의 샘플을 선택하여야 한다. N 곱하기 샘플 주기 TH와 같은 값을 가지는 주기 TN인, 평균 값 크로싱 O의 결정 중 발생되는 지연을 또한 고려하여야 하며, 상술한 공식 (1)에 규정된 다음 구동 펄스의 발생시까지 이 지연을 시간 Tto-pulse로부터 빼야한다(도 5).
첨부된 청구범위에 의해 규정되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 본 명세서에서 기술된 진동 장치와 구동 방법에 대하여 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백한 여러 다양한 수정 및 개선이 이루어질 수 있다. 특히, 진동 장치의 발진 주파수를 미리 측정할 필요성이 강제적이지 않으며, 구동 장치가 발생되어야할 때를 규정하는 시간 매개변수, 즉, 시간 구간 Tto-pulse가 미리 정해질 수있고 통상적인 값으로 고정될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 동작되는 순간에 진동 장치의 자연 주파수를 가능한 가깝게 함으로서 진동 장치의 동작을 최적화한다는 측면에서 사전 측정은 선호된다.

Claims (11)

  1. 손목시계처럼 신체에 가깝게 착용한 유닛에 내장되도록 만들어지는 진동 장치의 발진을 유지관리하기 위한 방법으로서,
    이 진동 장치는, 케이스, 진동 전달을 위해 상기 케이스 내에 내장된 동체(moving mass), 발진을 위해 상기 동체에 전자기적으로 연결된 코일(L), 그리고 상기 코일(L)을 여기시키기 위한 여기 회로를 포함하며,
    이 방법은, 코일(L)의 단자(B1, B2)간에 생성되는 움직임 유도 전압(Uind, VB12)의 극값과 일치하는, 극성을 교대하면서 지정 구간(Tpulse)을 가지는 구동 펄스 세트(21, 22)를 상기 여기 회로에 의해 발생시키는 과정을 포함하는, 이상과 같은 발진 유지 방법에 있어서,
    각각의 구동 펄스(21, 22)는 상기 움직임 유도 전압(Uind, VB12)의 평균값 크로싱(O)으로부터 고려되는 지정식 비-변화 시간 구간(Tto-pulse)의 종료시 발생되고, 이때, 구동 펄스(21, 22)의 종료시 상기 움직임 유도 전압(Uind, VB12)이 상기 평균값 크로싱(O)에 도달하는 데 걸리는 시간 구간(Tfrom-pulse)은 진동 장치의 순간적 자연 발진 주파수에 의해 결정되며, 그래서, 상기 구동 펄스(21, 22)가 발생되는 주파수의 적응이 실행되는 것을 특징으로 하는, 손목시계처럼 신체에 가깝게 착용한 유닛에 내장되도록 만들어지는 진동 장치의 발진을 유지하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 진동 장치가 동작하거나 상기 진동 장치가 신체에 밀접하게 착용된 상기 유닛에 대한 급작스런 변화가 이어질 때, 상기 진동 장치를 발진시키는 한개 이상의 시작 펄스(31, 32)가 발생되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 진동 장치의 강제적 발진에 이어, 상기 비-변화 시간 구간(Tto-pulse)를 고정시키도록 자연 발진 주파수 측정이 실행되며, 이때, 이 비-변화 시간 구간(Tto-pulse) 종료시 각각의 구동 펄스(21, 22)가 움직임 유도 전압의 상기 평균값 크로싱으로부터 발생되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 손목시계처럼 신체에 가깝게 착용한 유닛에 내장되도록 만들어지는 진동 장치로서,
    이 진동 장치는, 케이스, 진동 전달을 위해 상기 케이스 내에 내장된 동체(moving mass), 발진을 위해 상기 동체에 전자기적으로 연결된 코일(L), 그리고 상기 코일(L)을 여기시키기 위한 여기 회로(1)를 포함하며, 상기 여기 회로(1)는 코일(L)의 단자(B1, B2)간에 생성되는 움직임 유도 전압(Uind, VB12)의 극값과 일치하는, 극성을 교대하면서 지정 구간(Tpulse)을 가지는, 구동 펄스 세트(21, 22)를 생성시키도록 배열되는, 이상과 같은 진동 장치에 있어서,
    상기 여기 회로(1)는 상기 움직임 유도 전압(Uind, VB12)의 평균값 크로싱(O)으로부터 고려되는 지정된 비-변화 시간 구간(Tto-pulse) 종료시 각각의 구동펄스(21, 22)를 발생시키도록 배열되고, 이때, 상기 구동 펄스(21, 22)의 종료시 상기 움직임 유도 전압(Uind, VB12)이 상기 평균값 크로싱(O)에 도달하는 데 걸리는 시간 구간(Tfrom-pulse)은 진동 장치의 순간적 자연 발진 주파수에 의해 결정되며, 그래서, 상기 구동 펄스(21, 22)가 발생되는 주파수의 적응이 실행되는 것을 특징으로 하는, 손목시계처럼 신체에 가깝게 착용한 유닛에 내장되도록 만들어지는 진동 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 여기 회로(1)는,
    - 두 공급 전위(VBAT, Vss) 사이에 연결된 한쌍의 트랜지스터(Q1, Q2, Q3, Q4) 시리즈를 각각 포함하는 제 1 브랜치와 제 2 브랜치를 가지는 H 브리지로서, 이때 상기 코일은 각각의 브랜치의 트랜지스터들의 연결 노드 사이에 그 단자(B1, B2)에 의해 연결되는, 이러한 H 브리지,
    - 상기 코일(L)의 단자(B1, B2)에 연결된 제 1, 2 입력을 포함하고 상기 코일(L)의 단자간 전압(VB12)을 증폭시키도록 배열되는 비교기(2), 그리고
    - 상기 구동 펄스(21, 22)를 발생시키기 위해 상기 코일의 단자(B1, B2) 사이에 양전압과 음전압을 교대로 공급하도록 상기 H 브리지의 트랜지스터(Q1, Q2, Q3, Q4)의 상태를 제어하기 위한 논리 회로(3)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 진동 장치가 작동할 때, 또는 신체에 가깝게 착용된 상기 유닛에 급작스런 변화가 있을 때, 상기 진동 장치를 발진시키기 위해, 상기 논리 회로(3)가 한개 이상의 시작 펄스(31, 32)를 발생시키는 특징으로 하는 진동 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 비-변화 시간 구간(Tto-pulse)을 고정시키도록 상기 논리 회로(3)가 진동 장치의 자연 발진 주파수를 측정하게 하고, 이때, 상기 비-변화 시간 구간(Tto-pulse)의 종료시 움직임 유도 전압의 상기 평균값 크로싱(O)으로부터 각각의 구동 펄스(21, 22)가 발생되는 것을 특징으로 하는 진동 장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 각각의 구동 펄스(21, 22) 발생 종료시 나타나는 과전압(40)을 필터링하기 위한 필터링 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 비교기(2)의 출력에서 발생되는 신호가 상기 논리 회로(3)에 의해 샘플링되고, 상기 필터링 수단은 상기 신호의 N개의 일련의 샘플을 검사하기 위한 검사 수단을 포함하며, 이때, 상기 숫자 N은 상기 움직임 유도 전압(Uind, VB12)의 상기 평균값 크로싱(O)과 상기 과전압(40)간의 차이를 구분할 수 있도록 선택되고, 이때, N 곱하기 샘플링 주기(TH)와 같은 시간 구간(TN)을 상기비-변화 시간 구간(Tto-pulse)으로부터 빼는 것을 특징으로 하는, 진동 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 필터링 수단은 상기 과전압(40)의 구간보다 더 큰 지정 시간 구간동안 상기 비교기(2)의 출력을 차단하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 장치.
  11. 제 5 항 내지 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 움직임 유도 전압(Uind, VB12)의 평균값을 지정 전압(VBAT/2)으로 고정시키기 위해 진동 장치가 자유롭게 발진 중일 때 두 일련의 구동 펄스(21, 22) 사이에 지정 전압(VBAT/2)으로 상기 비교기(2)의 입력 중 하나의 전위를 고정시키도록, 스위칭 온될 수 있는 전압 디바이더(4)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 장치.
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