KR20080014757A - 진동 장치 - Google Patents

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KR20080014757A
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콜린 조나단 휴스
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가부시키가이샤 소니 컴퓨터 엔터테인먼트
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Abstract

본 발명에 따른 진동 장치는, 각각이 하나 이상의 자기 요소들을 가지는 스테이터 및 로터를 가지는 모터를 포함한다. 로터 및 스테이터 중 적어도 하나의 자기 요소는, 스테이터와 관련하여 로터의 회전을 일으키도록 로터 및 스테이터 중 다른 하나의 자기 요소와 상호작용하기 위해 전류를 공급받을 수 있는 전자석을 포함하고; 함께 고려되는, 로터의 하나 이상의 자기 요소들은, 로터의 회전축으로부터 벗어난 질량 중심을 가진다. 로터 및 스테이터는 액체를 포함하는 공동 내에 배열되거나, 또는 함께 상기 공동을 형성한다.
진동 장치, 자기 요소, 로터, 스테이터

Description

진동 장치{Vibration device}
본 발명은 진동 장치들에 관한 것이다.
진동 장치들은, 무선 호출기들(pagers) 또는 ("묵음(silent)" 통화 알림(call alert) 등을 위한) 이동 전화들과 같은 어플리케이션들(applications) 및 (촉각 피드백(feedback)을 게임 플레이어에게 주기 위한) 컴퓨터 게임 핸드-헬드 제어기들(computer game hand-held controllers)에 사용된다.
이전에 제안된 진동 장치 중 하나의 유형은, 회전축으로부터 벗어난 질량 중심을 가지는 편심 질량 또는 캠(eccentric mass or cam) 등을 구동시키는 통상의 회전 모터를 포함한다. 모터가 벗어난 질량을 구동시킴에 따라서, 진동은 모터가 부착된 케이스 또는 다른 부재에 전달된다.
또 다른 이전에 제안된 진동 장치는, 솔레노이드의 자기장에 의해 영향을 받는 이동가능 질량을 가진 (예를 들어, 솔레노이드 내의 질량 중심에 연결된) 솔레노이드를 포함한다. 솔레노이드는 적절한 교류 공급 전류를 공급받아, 이동가능 질량이 발진함으로써 진동을 생성한다.
특히 이동 전화 어플리케이션들에 대하여, 진동 장치들이 더 작고 더 가벼워 지는 것에 대한 지속적인 필요가 있어왔다.
본 발명은, 각각이 하나 이상의 자기 요소들을 갖는 스테이터(stator) 및 로터(rotor)를 갖는 모터(motor)를 포함하는 진동 장치로서, 로터 및 스테이터 중 적어도 하나의 자기 요소는, 스테이터와 관련하여 로터의 회전을 일으키도록 로터 및 스테이터 중 다른 하나의 자기 요소와 상호작용하기 위해 전류를 공급받을 수 있는 전자석을 포함하고; 함께 고려되는, 로터의 하나 이상의 자기 요소들은, 로터의 회전축으로부터 벗어난 질량 중심을 가지며; 로터 및 스테이터는, 액체를 포함하는 공동 내에 배열되거나 또는 공동을 함께 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시형태들은, 진동을 일으키는 오프셋 또는 편심 질량(offset or eccentric mass)으로서 모터 자체의 자기 요소들(영구 자석들, 전자석들 또는 이들의 조합)을 사용함으로써 더 작고 더 가벼운 진동 장치를 제공할 수 있다. 그러므로, 무게의 증가가 방지된다.
본 발명은, 로터가 스테이터의 내부에서 회전하도록 배열된 장치들 또는 로터가 적어도 부분적으로 스테이터의 외부에서 회전하도록 배열된 장치들에 적용될 수 있다.
바람직하게는 진동 장치는, 2개 이상의 회전 이동 전자석들(rotationally displaced electromagnets); 및 전자석들의 회전 이동 및 각각의 구동 전류들의 상대적인 타이밍이 스테이터와 관련된 로터의 회전을 증진시키도록, 각각의 구동 전류들을 전자석들에 공급하도록 배열된 구동 전류를 포함한다. 이러한 배열에서, 구동 회로는 모터가 스테핑 또는 저키 이동(stepped or jerky movement)을 행하게 하여, 향상된 진동 효과를 제공할 수 있다.
로터 및 스테이터는 오일과 같은 액체를 포함하는 공동 내에 배열되거나 또는 상기 공동을 함께 형성한다. 이것은 다양한 잠재적인 장점들을 가진다. 예를 들어, 액체는 로터로부터 케이스로 진동 운동을 전달하는 것을 도울 수 있고; 액체는 윤활유 역할을 할 수 있으며, 그리고/또는 액체는, 구동 회로가 제거될 때 모터가 더욱 빠르게 정지할 수 있도록 한다.
본 발명의 실시형태들은, 예를 들어 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다:
도 1은, 스테이터 내부에 배치된 로터를 가지는 전기 모터를 개략적으로 도시하고;
도 2는, 스테이터 주변에 배치된 로터를 가지는 전기 모터를 개략적으로 도시하며;
도 3 및 4는, 비대칭 로터들을 가진 전기 모터들을 개략적으로 도시하고;
도 5a 내지 5d는, 브러시가 없는 모터(brushless motor)의 동작을 개략적으로 도시하며;
도 6은, 브러시가 없는 모터의 전기적 접속들을 개략적으로 도시하고;
도 7a 내지 7c는, 브러시가 없는 모터에 대한 로터들을 개략적으로 도시하며;
도 8은 게임 제어기를 개략적으로 도시하고;
도 9는 무선 호출기를 개략적으로 도시하며;
도 10은 이동 전화를 개략적으로 도시한다.
이제, 도면들을 참조하면, 도 1은, 스테이터(20, 30)의 내부에 배치된 로터(10)를 가진 전기 모터를 개략적으로 도시한다.
본 실시예의 로터는 축을 중심으로 회전하도록 배열된 3개의 전기적 권선들로 형성되고, 도 1은 물론 축에 수직인 평면의 단면이다.
스테이터는, 코일 권선들(10)에 의해 생성된 필드(field)들과 상호작용하는 자기장을 생성하는 자기 요소들(20, 30)로 형성된다. 모터는 하우징(50) 내에 실장되어 있다.
이러한 유형의 단순 전기 모터의 동작은 공지되어 있고 다른 곳에서 잘 기술되어 있지만, 간략히 서술하면 전류는 예를 들어 정류자 및 관련 브러시들을 경유하여 코일 권선들(10)에 선택적으로 공급된다. 코일 권선들(10)에 의해 생성된 자기장들은 축(40)을 중심으로 하는 회전 운동을 생성하도록 스테이터(20, 30)에 의해 제공되는 자기장들과 상호작용한다.
스테이터는, 영구 자석들, 전자석들 또는 이들의 조합에 의해 형성될 수 있다.
도 2는, 스테이터(70)의 주변에 배치된 로터(60)를 가지는 또 다른 단순 전기 모터를 개략적으로 도시한다. 이러한 경우에, 이 경우에, 스테이터(70)는, 케이스(50)에 대하여 정지된 영구 자석 또는 전자석으로 형성될 수 있다. 유사하게, 로 터(60)는, 축(40) 주위의 회전 운동을 일으키도록 적절한 극성들로 에너지가 형성되는 영구 자석 또는 전자석으로 형성될 수 있다.
매우 많은 다른 구성들의 전기 모터들이 공지되어 있다. 전기 모터 내에 영구 자석들을 사용하는 것이 가능하지만, 자기 요소들 중 적어도 일부는 로터, 스테이터 또는 모두의 일부로서 전자석들일 필요가 있다.
도 1 및 2와 관련하여 기술된 모터들은 이전에 제안된 디자인들이다. 이러한 모터들은, 로터의 질량 중심이 축(40)과 일치하거나 실질적으로 일치하는 특징을 공통적으로 가진다. 이러한 모터는 감소된 진동 동작을 제공하는 것이 바람직한 특징으로 고려된다.
반대로, 향상된 진동 동작을 제공하는 목적을 가진 본 발명의 실시형태들에 따른 모터들이 이제 설명될 것이다. 실제로, 많은 실시예들에서, 이러한 모터들의 단독 사용 또는 목적은 진동을 생성하는 것이다.
도 3은, 도 1의 모터와 동작에서 유사하지만 비대칭 로터를 가진 모터를 도시한다. 특히, 로터는, 예를 들어 관념적인 위치(100)에 있는, 축(40)으로부터 벗어나 이동되는 질량 중심을 제공하도록 협력하는 하나의 큰 섹션(large section; 80) 및 2개의 작은 섹션들(smaller sections; 90)로 형성된다.
도 3에서, 섹션들(80, 90)을 형성하는 자석들의 중심들의 각 변위는 120°를 유지하여 모터의 신뢰성 있는 동작을 제공한다. 그러나, 모터가 회전함에 따라, 옮겨지는 질량 중심은 전체 배열이 진동하도록 한다.
유사하게, 도 4는, 로터가 2개의 가벼운 세그먼트들(120) 및 하나의 무거운 세그먼트(110)로 형성되는 것을 제외하면, 옮겨지는 질량 중심을 (예를 들어, 모터의 전류 방향의 관념적인 위치(130)에서) 제공하는 도 2와 유사한 모터를 개략적으로 도시한다. 도 4의 경우에도, 모터가 회전함에 따라, 옮겨지는 질량 중심이 회전하여, 전체 배열의 일반적인 진동을 일으킨다.
다른 실시형태들에서, 로터 섹션들의 각각의 크기는 실질적으로 동일하지만, 섹션들은 예를 들어 적어도 부분적으로 다른 물질들로부터 제조됨으로써 다른 질량들을 가진다.
도 3 및 4의 모터들( 및 이어서 설명될 모터들)에서, 케이스(50)는 전체적으로 또는 부분적으로 오일과 같은 액체로 채워진다. 바람직하게는 액체는 브러시들과 같은 임의의 전기적 연결들의 동작을 억제하지 않도록 전기적으로 도전되지 않는다. 액체는, 모터의 윤활, 전력이 제거될 때의 모터의 감폭(damping), 및 로터로부터 케이스(50)로의 진동 또는 운동 전달을 도울 수 있다.
케이스는 적어도 부분적으로 자기 요소들 자체의 일부에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 3에서, 케이스의 적어도 일부분은, 예를 들어 스테이터 요소들 사이의 원주 공백을 차지하는 비자성 액밀성 물질(non-magnetic but liquid-tight material)을 이용하여 스테이터 요소들(20, 30)에 의해 형성될 수 있다.
이제까지 설명된 실시예들은 브러시들을 이용한 모터들이다. 이제, 브러시가 없는 모터 배열이 또 다른 실시예에 의해 설명될 것이다. 도 5a 내지 5d에 도시된 도면들은, 개략적으로 이러한 브러시가 없는 모터의 동작을 도시한다. 또한, 도 5a 내지 5d는 모터 축에 수직인 평면을 따르는 개략적인 단면들이다. 이상에서 설명된 액체를 포함하는 케이스는, 본 발명의 실시형태를 제공하기 위해 스테이터의 외부에 의해 형성될 수 있지만, 간명함을 위하여 도시되지 않는다.
도 5a를 살펴보면, 스테이터는 6개의 폴들(poles) 또는 "톱니들(teeth)"을 가진 외부 구조(200)로서 도시된다. 이것들은 쌍으로 배열되고, A, B, 및 C로서 라벨(label)이 붙여진다. 내부에서, 스테이터는 축(220)을 중심으로 회전하는 연강 로터(210)이다. 로터는 4개의 폴들을 가진다.
이상에서 언급된 것처럼, 스테이터 폴들 주위의 권선들은 쌍들(A, B 및 C)로 배열된다. 각각의 쌍은 직렬로 연결된 2개의 코일들을 가진다. 이러한 권선들의 세트는 "상(phase)"으로 명명되므로, 도 5a에 도시된 실시예는 3상 모터이다. 전류는, 상들의 라벨링(labelling)에 대응하는 A, B 및 C로 라벨링되는 각각의 스위치들을 경유하여 상들에 제공된다.
도 5a 내지 5d에서, 간명함을 위하여 로터는 대칭 구조를 가진 것으로 도시된다. 본 발명의 실시형태들에 따르면, 비대칭 구조가 사용되고, 이러한 구조들의 실시예들은 도 7a 내지 7c를 참조하여 이하에서 설명될 것이다.
도 5a로부터 시작하여, 상 A에 전압이 걸리고, 4개의 로터 톱니들 중 2개는 상 A에 대하여 스테이터 톱니들과 함께 정렬된다. 다음으로, 도 5b에서, 상 B에 대한 스위치가 폐쇄되고, 상 B에 대응하는 톱니들 사이의 인력은 시계 반대 방향 토크가 로터에 작용하도록 한다. 도 5c를 살펴보면, 이것은 시계 반대 방향으로 로터의 회전을 일으킨다. 도 5d를 참조하면, 상 A에 대한 톱니들로의 전류 공급이 제거되고, 로터는 상 B에 대한 톱니들과 함께 정렬된다. 그 다음에 위와 같은 과정이 반복되어, 상 C에 전압이 걸리고 상 B가 해제된다.
도 6은, 도 5a 내지 5d의 모터로의 전기적 연결들을 개략적으로 도시한다. 각각의 상에 대한 코일들의 쌍들은 A1, A2 등으로서 라벨링되고, 전류는, 종종 단일 집적 회로 장치로 이루어진 구동 회로(230)로부터 공급된다.
"정상" 동작에서, 구동 회로는 적절한 순서 및 주파수에서 각각의 코일들을 구동하여 실질적으로 일정한 속도 동작을 제공한다. 그러나, 구동 회로가 모터의 다른 상들의 전압 인가 사이에서 다른 시간 구간을 공급한다면, 거친 또는 "저키(jerky)" 동작 모드가 달성될 수 있다. 이하에서 설명될 비대칭 로터들과 관련하여, 이것은 향상된 진동 효과를 제공할 수 있다.
도 7a 내지 7c는, 이상에서 설명된 유형의 브러시가 없는 모터에 대한 로터들을 개략적으로 도시한다. 로터들은 축(220)을 중심으로 하는 단면으로 도시되고, 예를 들어 연강으로 형성될 수 있다. 로터들 각각의 질량 중심이 축으로부터 벗어남으로써, 로터가 회전될 때 어느 정도의 진동을 일으킨다는 것을 알 수 있다. 다른 실시형태들에서, 로터의 일반적인 단면은 균일하고, 로터의 톱니들의 적어도 일부는 다른 거리들에 대하여 축을 따라 확장하여 오프셋(offset) 질량 중심을 제공한다.
최종적으로, 이상에서 기술된 유형의 모터의 사용의 일부 실시예들이 이제 주어질 것이다. 도 8은, (소니 플레이스테이션 2(SonyRTM PlayStation 2TM) 가정 컴 퓨터 엔터테인먼트 시스템과 같은) 가정 컴퓨터 엔터테인먼트 시스템(310)과 관련된 게임 제어기(300)를 개략적으로 도시한다. 게임 제어기 상의 다양한 컨트롤들(320)은 게임 프로세서(310)로 제어 라인들(330)을 경유하여 전달되는 제어 신호들을 생성하고, 사용 중인 특정 게임의 동작을 제어한다. 게임 동작의 적절한 시간에, 신호들은 핸드헬드 제어기 내에서 진동 장치(350)로 제어 라인들(240)을 경유하여 송신된다. 이것은 진동 장치(350)가 진동하도록 하여 사용자에게 향상된 느낌을 제공한다.
도 9는, 메시지 스크린(410), 청취가능 경고 장치(420) 및 진동 장치(430)를 가지는 무선 호출기(400)를 개략적으로 도시한다. 무선 호출기가 소위 "묵음" 모드로 설정되어 있을 때, 청취가능 경고 장치(420)가 꺼지고, 진동 장치(430)만이 사용자에게 메시지가 도착하였음을 알리는 데에 이용된다. 유사하게, 도 10은 디스플레이 스크린(500), 이어폰 및 청취가능 경고 장치(510), 키보드(520) 및 마이크로폰(530)을 가지는 이동 전화를 개략적으로 도시한다. "묵음" 모드에서 사용하기 위해, 이상에서 설명된 유형일 수 있는 진동 장치(540)는, 통화 또는 메시지가 수신될 때 사용자가 진동( 및 플래시 광(flashing light))에 의해서만 감지하도록 제공된다.

Claims (7)

  1. 각각이 하나 이상의 자기 요소들을 갖는 스테이터(stator) 및 로터(rotor)를 갖는 모터(motor)를 포함하는 진동 장치로서,
    상기 로터 및 상기 스테이터 중 적어도 하나의 자기 요소는, 상기 스테이터와 관련하여 상기 로터의 회전을 일으키도록 상기 로터 및 상기 스테이터 중 다른 하나의 자기 요소와 상호작용하기 위해 전류를 공급받을 수 있는 전자석을 포함하고;
    함께 고려되는, 상기 로터의 하나 이상의 자기 요소들은, 상기 로터의 회전축으로부터 벗어난 질량 중심을 가지며;
    상기 로터 및 상기 스테이터는, 액체를 포함하는 공동 내에 배열되거나 또는 상기 공동을 함께 형성하는 것을 특징으로 하는 진동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 로터는 상기 스테이터의 내부에서 회전하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 로터는 적어도 부분적으로 상기 스테이터의 외부에서 회전하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    2개 이상의 회전 이동 전자석들(rotationally displaced electromagnets); 및
    상기 전자석들의 회전 이동 및 상기 각각의 구동 전류들의 상대적인 타이밍이 상기 스테이터와 관련된 로터의 회전을 증진시키도록, 각각의 구동 전류들을 상기 전자석들에 공급하도록 배열된 구동 전류를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 장치.
  5. 이전 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체는 오일(oil)인 것을 특징으로 하는 진동 장치.
  6. 이전 청구항들 중 어느 한 항에 따른 진동 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 진동 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 게임 제어기.
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