KR20110009820U - 선형 진동발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선형으로 진동할 수 있는 탄성 구조체를 공진주파수 부근에서 진동을 발생시키는 선형 진동발생기에 관한 것이다.
더욱 상세하게는 케이스의 안쪽에 충격 흡수용 댐퍼를 결합한 후에 상기 케이스와 요크에 각각 결합되는 스프링, 상기 요크에 결합되는 마그네트, 상기 마그네트 다른 일면에 결합되는 가운데 구멍이 있는 평면 요크, 요크 외측으로 중량체를 결합시키고, 상기 평면 요크의 가운데 구멍부위와 가장자리에 자성유체를 도포한 후, 상기 평면 요크와 요크의 개구부에 배치되게 코일을 베이스 어셈블리상의 통전 수단에 결합한 후에 코일을 베이스 어셈블리 상의 통전 수단과 회로적으로 연결한 후 상기 케이스와 피가진부의 결합체와 최종 결합하여 구성되는 선형 진동발생기를 제공한다.

Description

선형 진동발생기 {Linear Type Vibrator}

본 발명은 선형 진동발생기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄성체에 의해 지지되는 마그네트를 포함하는 피가진(加振) 중량체를 공진 주파수 부근에서 가진 시키는 선형진동 발생기에 관한 것이다. 여러 응용 사례가 있을 수 있으나 최근에 용도가 증가하고 있는 휴대폰이나 PDA, 게임기 등에 사용되는 진동 발생용 사례로 설명을 하고자 한다.

일반적으로 최근 통신기술 발달과 함께 대중들에게 가장 널리 보급된 것들 중에 잘 알려진 것들은 휴대폰, 개인정보단말기(PDA) 등이다. 이러한 기기들은 그 크기가 갈수록 작아져 휴대가 간편할 뿐만 아니라 언제 어디서나 음성 및 데이터 입출력이 가능하기 때문에 필수 휴대품으로서 자리를 굳혀가고 있다. 요즘은 공공 에티켓으로 진동 기능이 필수로 되었을 뿐 아니라 터치형으로 전화번호와 같은 데이터를 입력할 때나 게임을 할 때에도 진동 기능을 이용하는 것들이 제공되고 있다. 또, 일반 게임기능에서도 총을 쏘거나 스포츠 게임에서 공을 칠 때 등의 경우에 진동을 발생시켜 게임자가 보다 실감나게 게임을 할 수 있는 기능을 제공하기 시작했다. 이런 경우 보통 진동을 발생하는 모터를 채용하는데 이와 같이 다양한 경우에 진동 기능을 사용하게 됨으로써 진동 발생기의 사용 빈도가 증가하게 되어 모터에 대해 장수명화, 높은 신뢰성의 요구가 증대되고 있다.

종래의 브러시를 사용하는 회전형의 진동 모터로는 브러시 및 정류자와 같은 접점부품의 마모를 수반하여 기술적으로 긴 수명을 보장하기에 한계가 있기 때문에 이에 대한 대응의 한 방법으로 선형 진동발생기가 등장하였다.

도 1은 종래의 회전형 진동발생기의 단면도이다. 종래의 편평형 진동발생기는 크게 고정부재인 고정자와 회전 부재인 회전자로 이루어진다. 즉, 원형의 평판인 베이스(1)의 상부면으로 하부기판(6)이 결합되고, 이 하부기판(6)의 상부에는 외부의 전원과 연결되는 리드와이어(4a,4b), 리더와이어의 끝단 도체선(5a,5b),브러시(7a,7b)가 전기적으로 도통 연결되게 결합되고, 또, 동심원을 갖는 와셔형상의 마그네트(16)가 결합된다. 베이스(1)의 상부 중심에는 사프트(2)가 조립되며 샤프트(2)를 중심으로 베이스(1) 반대 면에 케이스(3)가 조립되어 베이스(1)와 케이스(3)에 의해서 전체적인 외곽 구조를 구성한다. 샤프트(2)는 아래에서 설명하는 회전자의 회전을 가이드 하는 역할을 한다, 이때의 회전자는 상부기판(8)을 중심으로 한 측면에 정류자(9)가 기판의 패턴으로 구성되고 반대 면에 동(구리)선으로 권선한 권선 코일(10) 2개를 결합하고 2개의 권선 코일(10) 사이에 중량체(12)를 결합하고 중심에 베어링(13)을 배치시킨 상태에서 수지 절연물(11)로서 통상 사출을 통해 몰딩되어 기구적으로 일체화되어 진다. 회전자가 회전시에 베이스(1)이나 케이스(3)에 의한 접촉부의 회전저항을 적게 하기 위해 마찰저항이 적은 재질로 만든 상부 와셔(14), 하부와셔(15)를 추가하기도 한다. 전류의 흐름을 따라서 설명을 하면, 외부의 전류가 리드와이어(4a,4b)에 인가되고 이 전류는 하부기판(6)의 패턴을 따라 브러시(7a,7b)로 흐른 후 회전자의 상부기판(8)의 한쪽면의 정류자(9)에 이른 후 상부기판(8)의 패턴을 따라 권선 코일(10)에 이르러 권선 코일(10) 내부를 흘러 전자기력을 발생하여 전자석 기능을 하게 되어 베이스(1) 상부에 위치하고 권선 코일(10)과 면대항하게 배치된 마그네트(16)가 상호 작용을 하여 회전력을 발생하게 된다.

이 회전자는 권선 코일(10),중량체(12)들을 대체적으로 한쪽으로 몰아 배치하므로 무게 중심이 회전 중심보다 편심되어 회전시 진동을 동반하게 되는 것이다. 상기와 같은 진동 발생기를 브러시 타입 평편형 진동발생기라고 한다.

이런 브러시 타입의 진동 발생기는 브러시(7a.7b)와 정류자(9)의 습동 접점에 의해 전류의 방향을 바꾸어 주므로 기계적 마모를 피할 수 없어 장수명 요구에 대응할 수가 없어 마모를 수반하는 전기적 접점이 없는 선형진동 발생기가 등장하게 된다.

선형 진동발생기로서는 일본특허공개공보 제1997-205763호에서 진동발생장치가 제안된 바 있으며, 이와 같은 유형의 고안에서 제시하는 구조는 도 2와 도 3에서 개념적으로 도시되고 있다. 도 2를 참조하여 그 작용을 살펴보면, 진동 발생장치는 케이스(112) 내부에 스프링(120)이 배치되고, 상기 스프링(120)에 마그네트(142), 요크(141) 및 평면 요크(143)에 의해서 자기장(磁氣場)이 발생된다. 상기 자기장 내에 코일(130)이 배치되는데 코일(130) 한 끝단은 상기 베이스(111)의 내측면에 고정된다. 상기 진동 발생기는 상기 자기장의 방향과 상기 코일(130)을 따라 흐르는 전류의 방향이 수직으로 형성되어, 상기 코일(130)에 전류가 흐르면 플레밍의 왼손의 법칙에 따라 상기 자기장방향과 전류의 방향에 수직인 방향, 즉 도 2에서는 아래 또는 위로 스프링(120)에 의해 지지되는 자기장 형성부품이 움직이게 된다. 코일(130)에 인가되는 전류의 방향을 연속적으로 바꿔 주면 피가진체는 연속적으로 상하 진동을 발생하게 된다, 이런 선형 진동 발생기는 회전형 진동발생기와 달리 습동 접점이 없으므로 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 선형 진동발생기는 종래 브러시타입 진동모터에서 진동량을 얻기 위한 방식인 회전형 구조를 탈피하여, 공진을 이용하여 최대변위를 발생시켜 원하는 주파수 대역에서 진동량을 얻을 수 있는 구조를 갖는다. 여기서, 공진주파수는(fn)는 아래 [식 1]에서 보듯이 피가진체의 질량(m)과 스프링 상수(k)에 영향을 받는다.

[식 1]

그러나, 종래의 회전형 구조의 진동모터와 달리 마모하는 전기적 접점이 없는 반면 운동을 가이드하는 축이나 베어링도 없이 스프링에 매달려 상하진동하는 형태가 되므로 상하 진동하는 부품이 안정적으로 동작을 하게 보장하는 기구 구조설계가 선형 진동기의 핵심 기술이라 할 수 있다.

이와 같이 상하 진동하는 부품이 안정적으로 동작을 하게 보장하기 위한 고안의 한 사례를 도 4에 소개한다. 도 4에서는 스프링(220)이 결합되는 요크(212) 상부에 자성체 가루가 분산된 액체 즉, 자성유체(245)의 도포하여 진동 진폭이 크게 되어 기구적으로 접촉이 발생하게 되면 발생하는 충격과 소음을 줄이는 방안을 제시하고 있다.

도 2의 종래의 선형진동 발생기 기술에서는 운동을 가이드하는 축이나 베어링이 없는 상태에서 단순히 진동자가 스프링에만 매달려 진동하는 구조이므로 지름 10밀리미터(mm)처럼 아주 작은 구조로 만들게 되면 진동자와 고정자 간에 상하 또는 좌우에서 간섭이 일어나기 쉬워지고 따라서 진동력이 떨어지거나 듣기 싫은 소음이 발생하게 되는 치명적 결함이 있다. 따라서, 소형구조에 고안의 기구 구조로만 제작시는 실용성이 크게 떨어진다.

이에 대한 대책으로 고안된 사례가 도 4의 고안인데, 도 4에서는 스프링(220)이 결합되는 요크(212) 상부에 자성유체(245)를 도포하여 진동 진폭이 크게 되어 기구적으로 접촉이 발생하게 되면 발생하는 충격과 소음을 줄이는 방안을 제시하고 있다. 기능면에서 상하 진동에서 상부와 간섭이 발생시에도 충격과 소음을 줄여 실용성을 개선한 고안이라 할 수 있으나 4의 고안에서 제시한 설계 구조적 요인으로 스프링(220)이 케이스(212)에 결합된 후에 자성유체(245)를 도포할 수밖에 없게 되어 결국 케이스(212)의 상부에 자성유체(245) 도포를 위한 개구부(213)를 만들어 개구부를 통해 자성유체(245)를 도포하게 되어 자성유체(245)를 도포하는 작업도 어렵고, 기구 부품 사이에 도포하게 되어 도포된 상태를 직접 관찰할 수도 없을 뿐 아니라, 과다하게 도포 되었을 경우는 자성유체(245)를 제거하는 작업은 더 까다롭다. 또한, 자성유체(245)가 빠져나오는 것을 막고, 이물 침입을 막기 위해서 별도의 밀봉작업을 필요로 하는 단점이 있어 결과적으로 제조공정이 까다로워져서 제조 원가가 올라가게 된다.

본 고안은 도 5에서와 같이 케이스(312)의 안쪽에 충격 흡수용 댐퍼(313)를 결합한 후에 상기 케이스(312)와 요크(341)에 각각 결합되는 스프링(320), 상기 요크(341)에 결합되고 상하방향으로 착자되는 마그네트(342), 상기 마그네트(342) 다른 일면에 결합되는 가운데 구멍이 나게 가공된 평면 요크(343), 상기 요크(341) 외측으로 중량체(344)를 결합시키고, 상기 평면 요크(343)의 가운데 구멍 부위와 가장자리에 자성유체(345a,345b)를 도포한 후, 상기 평면 요크(343)와 요크(341)의 개구부에 배치되게 코일(330)을 표면에 통전수단(311a)을 가지는 베이스 어셈블리(311)에 결합한 후에 코일(330)을 베이스 어셈블리(311) 상의 통전 수단(311a)과 회로적으로 연결한 후 상기 케이스(312)와 피가진부의 결합체와 최종 결합하는 것으로 구성된다. 본 고안의 핵심 내용은 평면 요크(343)의 가운데 구멍 부위를 구성하고 상기 구멍 부위와 가장자리에 자성유체(345a,345b)를 도포하는 것으로 자계(磁界)의 특성상 자성유체는 평면 요크(343)의 구멍 부위와 그 가장자리에 머물게 된다.

케이스(312) 아래에 결합된 댐퍼(313)와 더불어 평면 요크(343)의 가운데 구멍 부위에 도포된 자성유체(345a)는 상하 진동이 과다할 때 상부 및 하부에서 진동자와 고정자가 접촉하는 충격을 흡수하고 듣기에 거슬리는 소음을 줄여 주는 역할을 하게 된다. 다시 말하자면 종래의 고안과 달리 케이스(312) 아래에 결합된 댐퍼(313)로 간단히 상부에서의 접촉시 충격과 소음을 줄이고, 하부에서는 자성유체(345a)를 베이스 어셈블리(311) 조립 전에 도포상태를 확인하며 적정량을 도포할 수 있어 하부에서의 접촉시의 충격과 소음을 줄일 수 있게 된다. 따라서, 종래의 고안과 달리 자성유체 도포를 위한 개구부를 만들거나 개구부를 다시 밀봉하는 번거로운 공정들을 생략할 수가 있어 공정이 단순해지고 육안으로도 도포상태를 확인이 가능하여 필요량을 정확히 제어할 수가 있어 품질을 개선할 수 있게 된다.

또한, 자성유체(345a)를 평면 요크(343)의 가운데 구멍 부위에 도포할 때 평면 요크(343) 가장자리에도 자성유체(345b)를 같이 도포하면 자성유체(345b)의 작용에 의해 코일(330)과 마그네트(342) 또는 코일(330)과 요크(341) 사이의 간격이 일정하게 유지되어 종래의 회전형 진동발생기에서의 축과 베어링의 기능을 하게 되어 좌우 반경 방향에서의 고정자와 진동자의 간섭을 예방하여 진동력 저하나 소음의 발생을 예방할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 회전형 진동발생기의 측 단면을 도시한다.
도 2는 종래의 선형진동발생기의 측 단면을 도시한다.
도 3은 종래의 선형진동발생기의 스프링이 나타나는 평면도를 도시한다.
도 4는 종래의 선형진동발생기 개량사례의 측 단면을 도시한다.
도 5는 본 고안의 측 단면을 도시한다.
도 6은 본 고안의 평면 요크의 다른 구조 사례들을 도시한다.

본 고안은 일반적으로 금속으로 제조되는 케이스(312)의 안쪽에 수지류 발포재나 고무류 등의 탄성이 있는 충격 흡수용 댐퍼(313)를 결합한 후에 상기 케이스(312)와 통상 연자성체 재질로 제조되는 요크(341)에 바람직하기는 용접방식 혹은 접착방식 등으로 스프링(320)이 결합되고, 마그네트(342)가 상기 요크(341)에 결합되고 상하 방향으로 착자되며, 연자성체 재질의 가운데 구멍이 있는 평면 요크(343)가 마그네트(342) 다른 일면에 부착되며, 요크(341) 외 측으로는 바람직하기에는 텅스텐과 같은 고비중재의 소결품으로 제조되는 중량체(344)를 배치시키고, 상기 평면 요크(343)의 가운데 구멍부위와 가장자리에 자성유체(345a,345b)를 도포한 후, 상기 평면 요크(343)와 요크(341)의 개구부에 배치되게 코일(330)을 얇은 회로기판이나 금속 단자와 같은 통전 수단(311a)을 같이 구비하는 베이스 어셈블리(311)에 결합한 후 베이스 어셈블리(311) 상의 통전 수단(311a)과 회로적으로 연결한 후 상기 케이스(312)와 피가진부의 결합체와 최종 결합하는 것으로 구성된다.

본 고안은 평면 요크(343)의 가운데 구멍 부위를 구성하고 상기 구멍 부위와 가장자리에 자성유체(345a,345b)를 도포하는 것으로 자계(磁界)의 특성을 이용하여 자성유체를 평면 요크(343)의 구멍 부위와 그 가장자리에 머물게 하는 것이 특징이지만 평면 요크(343)의 가운데 구멍 부위를 만드는 대신에 도 6의 예시와 같이 평면 요크(343)의 가운데에 여러 형태의 요홈부를 만들어도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

312 : 케이스, 313 : 댐퍼, 341 : 요크, 320 : 스프링, 342 : 마그네트,
343 : 평면 요크, 344 : 중량체, 345a,345b : 자성유체, 330 : 코일
311a : 통전 수단, 311 : 베이스 어셈블리

Claims (4)

1. 케이스의 안쪽에 충격 흡수용 댐퍼를 결합한 후에 상기 케이스와 요크에 각각 결합되는 스프링, 상기 요크에 결합되는 마그네트, 상기 마그네트 다른 일면에 결합되는 가운데 구멍이 있는 평면 요크, 요크 외측으로 중량체를 결합시키고, 상기 평면 요크의 가운데 구멍부위와 가장자리에 자성유체를 도포한 후, 상기 평면 요크와 요크의 개구부에 배치되게 코일을 베이스 어셈블리상의 통전 수단에 결합한 후에 코일을 베이스 어셈블리 상의 통전 수단과 회로적으로 연결한 후 상기 케이스와 피가진부의 결합체와 최종 결합하여 구성되는 선형 진동발생기
2. 제 1항에 있어서 평면 요크의 가운데에 요(凹)홈부의 형태를 가지고 상기 평면 요크 요홈부와 가장자리에 자성유체를 도포한 선형 진동발생기
   
3. 제 1항에 있어서 케이스 측에 부착되는 충격 흡수용 댐퍼를 삭제한 선형 진동발생기
   
4. 제 2항에 있어서 케이스 측에 부착되는 충격 흡수용 댐퍼를 삭제한 선형 진동발생기

Images