KR20120033018A - 수평 선형 진동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코일 지지대와 스프링 지지대를 갖는 선형 진동기에 관한 것으로, 케이스의 내부에 영구자석, 코일부 및 회로기판을 구비하고, 회로기판을 통해 외부로부터 전원이 입력되면 코일부와 영구자석 사이에 작용하는 전자기력에 의해 질량체가 진동하는 선형 진동기에 있어서, 상기 운동부 일부에 공진 주파수 조정을 위해 배치된 질량 보조재를 두어 공진주파수 조정이 가능하도록 함으로써 소형 경량화 구조가 가능하고, 양산성이 좋은 수평 진동자를 제공한다

Description

수평 선형 진동기{Horizontal Linear vibrator}

본 발명은 수평 선형 진동기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개인 휴대 단말기나 게임기에 장착되어 진동하도록 설계되는 수평 선형 진동기에 관한 것이다.

일반적으로 통신기기에서 반드시 필요한 기능 중의 하나가 착신기능이다. 이러한 착신기능으로 많이 사용되는 유형은 멜로디나 벨과 같은 발성 기능과 기기를 떨게 하는 진동기능이 있다. 이 중 특히 진동기능은 스피커를 통해 멜로디나 벨이 외부로 전달되어 타인에게 피해를 입히지 않고자 하는 경우 주로 사용되는데, 이러한 진동을 위해서는 소형의 진동기를 구동시켜, 그 구동력이 기기의 케이스로 전달되도록 하여 기기가 진동을 할 수 있도록 하는 것이 일반적이다.

또한, 최근에는 터치스크린 휴대폰의 보급이 늘어나면서 진동기는 단순히 멜로디를 대신한 착신기능을 넘어 가상의 터치감을 사용자에게 제공하는 기능이 요구되고 있다.

현재 휴대폰에 적용되고 있는 진동모터는 회전력을 발생시켜 불평형 질량의 회전부를 이용하여 기계적 진동을 얻는 방식이다. 이 때 사용되는 대부분의 진동모터는 브러시와 정류자를 이용하여 전류를 공급한다.

이와 같이 휴대폰 또는 게임기에 착장된 진동기는 긴 수명, 작은 사이즈, 우수한 진동성능이 요구되고 있다.

도 1은 종래의 회전형 진동기를 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 FPCB를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 1의 회전자를 나타내는 도면이다.

도면을 참조하면, 종래의 회전형 진동기(10)에서 운동체(20)에 구비된 코일(25)에 외부전원을 공급하는 방법은 다음과 같다.

먼저 케이스(11)에 고정되어 있는 리드선(17)을 통해 회전형 진동기(10)에 전원이 공급된다. 리드선(17)은 FPCB(유연성 인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board), 15)에 납땜 등의 방법으로 전기적으로 연결되어 있으며, FPCB(15)에는 전기가 연결될 수 있도록 도 2와 같은 회로패턴이 형성된다.

도 2를 참조하면 FPCB(15)는 일단에 리드선(17)과 전기적으로 연결되는 리드선 연결단자(15a)가 형성되고, 타단에 브러쉬 타입의 전원연결부(19)와 전기적으로 연결되는 전원연결부 연결단자(15b)가 형성된다.

한편 운동체(20)에는 코일(25)이 위치해 있고, 코일(25)은 회로기판(15)과 전기적으로 연결되어 있다. 도 3을 참조하면 회로기판(15)은 전원연결부(12)가 전기적으로 미끄럼 접촉을 할 수 있도록 복수의 정류자 패턴(16)이 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 종래의 회전형 진동기(10)는 외부전원이 리드선(17)을 통해 공급되면 FPCB(15)와 브러쉬 타입의 전원연결부(19)를 통해 운동체(20)에 배치된 회로기판(15)에 전달된다. 그리고, 운동체(20)의 회로기판(13)에 전달된 전원은 회로기판(15)에 전기적으로 연결된 코일(25)로 전달되게 된다.

외부에서 전원이 인가되면 전자기력에 의해 운동체(20) 및 회로기판(15)이 회전하면서 진동이 발생되며 브러쉬 타입의 전원연결부(19)와 회로기판(15)은 마찰 운동을 하면서 전기적으로 연결된다.

회로기판(15)은 회전자(14)가 회전 시 적절히 정류작용을 하면서 코일(25)에 전원을 적절히 공급할 수 있도록 정류자(16)가 몇 개의 조각으로 나누어서 배치되어 있다. 그리고 종래에는 운동체(20)가 샤프트(21)를 중심으로 지지되어 회전함으로써 베어링(23)과 샤프트(21)의 높은 정밀도로 소음을 감소시키고 샤프트(21)와 베어링(23) 사이에 베어링(23)에서 나온 오일로 윤활을 좋게 하고 소음을 줄였다.

그러나 이런 구조는 샤프트(21)를 중심으로 운동체(20)가 회전함으로써 진동 방향이 2축으로 진동하며 1축으로만 진동을 발생시키기는 어렵다. 그리고 회전력을 이용함으로써 회전자의 관성으로 인해 응답성이 떨어져 빠른 응답성을 요구하는 기능에는 적합하지 않다. 또 브러시와 정류자를 사용함으로써 생기는 기계적인 마찰로 인해 수명을 단축시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 케이스의 내부에 영구자석, 코일부 및 회로기판을 구비하고, 회로기판을 통해 외부로부터 전원이 입력되면 코일부와 영구자석 사이에 작용하는 전자기력에 의해 질량체가 수평 진동하는 선형 진동기에 있어서, 상기 영구자석 또는코일과 인접한 부위에 공진 주파수 조정을 위해 배치된 질량 보조재 설치함으로써 제품의 양산성을 개선하고 소형 경량화 구조가 가능하고, 진동력이 높은 수평진동자를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 내부에 소정의 공간을 가지는 케이스,상기 케이스의 내부 공간에 배치된 코일,상기 코일과 전자기적인 힘이 작용하도록 배치된 영구자석,상기 영구자석과 코일의 전자기적인 힘에 의해 운동하는 질량체,상기 코일과 상기 질량체가 결합된 운동부,상기 코일에 전원을 공급하는 전원 연결부,상기 운동부와 상기 케이스 내측 사이에 적어도 하나 이상 배치된 스프링 구조에 있어서, 상기 코일과 인접한 부위에 공진 주파수 조정을 위해 배치된 질량 보조재를 포함한다. 상기 코일의 내측에 있는 빈 공간 속에 질량 보조재를 배치하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 코일의 외측과 수평 질량체 사이에 있는 빈 공간을 이용하여 질량 보조재를 배치하는 것을 특징으로 할 수 있다.

내부에 소정의 공간을 가지는 케이스,상기 케이스의 내부 공간에 배치된 코일,

상기 코일과 전자기적인 힘이 작용하도록 배치된 영구자석,상기 영구자석과 코일의 전자기적인 힘에 의해 운동하는 질량체,상기 영구자석과 상기 질량체가 결합된 운동부,상기 코일에 전원을 공급하는 전원 연결부,상기 운동부와 상기 케이스 내측 사이에 적어도 하나 이상 배치된 스프링 구조에 있어서, 상기 영구자석과 마주보는 부위에 공진 주파수 조정을 위해 배치된 질량 보조재를 포함한다.

상기 질량 보조재를 본드,접착테이프, 납땜, 용접 등으로 고정하는 것을 특징으로한다, 그리고 상기 질량 보조재는 비중이 4 이상인 금속 재질을 사용한 것을 특징으로 한다

본 발명에 따르면,

본 발명은 질량 보조재를 갖는 선형 진동기에 관한 것으로, 케이스의 내부에 영구자석, 코일부 및 회로기판을 구비하고, 회로기판을 통해 외부로부터 전원이 입력되면 코일부와 영구자석 사이에 작용하는 전자기력에 의해 질량체가 진동하는 선형 진동기에 있어서, 상기 운동부 일부에 공진 주파수 조정을 위해 배치된 질량 보조재를 두어 공진주파수 조정이 가능하도록 함으로써 소형 경량화 구조가 가능하고, 원자재의 품질 산포로 인해 발생하는 공진 주파수 불량을 획기적으로 감소시키고 양산성을 개선하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 회전형 진동기를 나타내는 단면도.
도 2는 도 1의 FPCB를 나타내는 도면.
도 3은 도 1의 회전자를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 질량 보조재를 갖는 선형진동기 도면
도 5는 본 발명의 질량 보조재의 배치 실시 예
도 6은 본 발명의 질량 보조재의 상세 구조 실시 예

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 질량 보조재를 갖는 선형진동기의 도면이고 도 5는 도 4의 질량 보조재의 배치 실시 예이며 도 6은 본 발명의 질량 보조재의 상세 구조 실시 예를 나타낸다.

본 발명에 따른 선형 진동기는 내부에 소정의 공간을 가지는 케이스(120)가 구성되어 있고, 상기 케이스(120)의 중앙부에 일정한 공간을 가지고, 서로 마주보고 배치된 영구자석(150)이 고정되어 있다.

그리고, 상기 케이스와 영구자석(150)과 서로 간섭이 없도록 운동부가 배치되어 있는 데, 상기 운동부는 먼저 상기 영구자석(150)과 전자기적인 힘이 작용하도록 서로 마주보고 배치된 영구자석 사이에 코일(140)이 배치되며, 상기의 영구자석(150)과 코일(140)의 전자기적인 힘에 의해 운동하는 질량체(131)가 배치된다. 그리고, 상기 케이스(120)에는 외부로부터 전원이 공급되는 회로기판(180)이 구성되어 있으며, 상기 케이스와 운동부 사이에 적어도 하나 이상의 스프링(132)이 배치된다.

이러한 구성을 가지는 선형진동기에 있어서, 외부로부터 전기적인 입력신호가 회로기판(180)을 통해 들어와서 상기 스프링(132)과 상기 질량체(131)를 지나 상기 코일(140)에 인가되고 맞은 편 질량체(131)와 스프링(132)을 통해 회로기판(180)에 연결됨으로써 전자기적인 힘을 발생시키며 운동부(130)와 코일(140)이 움직인다. 그리고 스프링(132)의 완충 특성을 이용함으로써 코일(140)의 공간적인 이동에도 관계없이 항상 전기적으로 연결되는 효과를 얻는다.

특히 본 고안은 운동부(130) 내에 있는 질량체(131)가 자유롭게 공중에서 왕복운동을 하도록 구성되어 있으나 운동부(130)의 일부가 무게로 인해 탄성 부재(260)와 상호 미끄럼 작용으로 왕복 운동을 하게 되어 있다. 만일 탄성 부재(260)가 없다면 운동부(130)가 자유롭게 왕복 운동을 하기 위해서는 질량체(131)와 상하로 맞닿아 있는 케이스(120)와 어느 정도 간격을 갖고 케이스(120) 상사 또는 좌우 공간 사이에 운동부(130)가 끼어서 동작이 되지 않는 일이 없도록 구성되어야 한다. 그러나 이 간격으로 인해 운동부(130)가 왕복 운동시 스프링(132)의 중심축 방향으로 미끄럼 운동을 할 뿐만 아니라 스프링(132)의 중심축과 직각 방향으로도 움직인다. 스프링(132) 중심축의 직각 방향으로 움직이면서 운동부(130)에 고정된 질량체(131)의 일부가 케이스(120) 상하 또는 측면을 때리는 현상이 발생한다. 이로 인해 소음이 발생한다. 본 고안은 운동부(130)와 케이스(120) 사이에 탄성 부재(260)를 두되 탄성 부재(260)는 재질과 형상의 특성으로 발생하는 탄성력을 가지고 운동부(130)에 탄성력을 작용시키도록 고안되었다. 운동부(130)가 왕복운동을 원활히 하면서도 탄성 부재(260)와 맞닿아 있어 운동부(130)가 케이스(120)를 직접 때리는 충격을 피함으로써 금속 간의 접촉에 따른 소음을 없애고 또 탄성 부재(260)에 충격을 주더라도 탄성 부재(260)가 갖고 있는 탄성력 또는 공기의 탄성력으로 그 충격을 완화함으로써 소음을 줄이도록 고안되었다. 또한 본 제품은 질량과 스프링의 상관관계에 따른 공진 특성을 이용하여 진동량을 극대화하여 사용한다.

공진 주파수는 수식은 다음과 같다.

공진 주파수 =상수 * root(k/m) (k는 스프링 상수, m은 운동부 질량)

즉 공진 주파수를 변화시키려면 스프링 상수값이나 운동부의 질량을 변화시켜야 한다. 특히 양산 중에는 제품의 산포, 부품의 산포에 따라 당초 설계 사양대로 제품의 공진주파수가 나오지 않고, 중심 주파수가 이동되어 불량이 발생될 수 있다. 따라서 공진 주파수를 제조 현장에서 쉽게 변경할 수 있다면 매우 유용한 기술이 된다. 이론적으로 공진주파수를 이동시키려면 질량을 바꾸든지 스프링 상수를 바꾸어야 한다. 본 고안은 질량을 조금씩 변경 가능하도록 고안함으로써 공진주파수를 변경할 수 있게 고안되었다. 도 5의 (a)는 질량 보조재(310)를 코일(140) 내측에 배치한 실시 예이며 도 5의 (b)는 질량 보조재(310)를 코일(140) 외측과 평판 질량체(160) 사이에 배치한 실시 예이다. 제조 공정 중에서 공진 주파수가 원하는 주파수 대비 높은 경우 질량 보조재(310)를 코일(140) 인접부위에 배치하여 질량을 미세 조정함으로써 별도의 공간이나 별도의 대책이 필요없이 간단하게 공진주파수 조정이 가능하다. 질량 보조재(310)를 고정하는 방법에는 본딩, 솔더링, 접착테이프, 용접 등이 가능하다. 특히 질량 보조재(310) 재질로는 금속이 적절하며 보통은 텅스텐을 도 6과 같은 형태로 몇가지 종류로 만들어서 필요한 양만큼 배치한다.

특히 코일(140)을 평판 질량체(160)와 결합할 경우 반드시 외측에 공간이 있고 그 공간을 유용하게 활용할 수 있어서 별도의 공간을 마련하지 않고 질량 보조재(310)고정이 가능하다. 또 코일(140) 내측에는 권선 시 권선 중심축으로 활용되는 작은 공간이 생기고 그 공간을 이용하여 질량 보조재(310)를 고정함으로써 별도의 공간이 필요없이 질량 조정이 가능하여 소형 경량의 제품 개발이 가능하고 주파수 특성을 개선함으로써 불량률을 개선하고 양산성이 높은 제품을 제공할 수 있다.

이상에서, 본 발명의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

100 : 선형진동기
120 : 케이스 130 : 운동부
131 : 질량체 132 : 스프링
140 : 코일 150 : 마그네트(영구자석)
160 : 평판 질량체 180 : 회로기판
190 : 코일연결부 200 : 마찰 부재
210 : 댐퍼 260 : 탄성 부재
300 : 플레이트 와셔 310 : 질량 보조재

Claims (6)

1. 내부에 소정의 공간을 가지는 케이스,
   상기 케이스의 내부 공간에 배치된 코일,
   상기 코일과 전자기적인 힘이 작용하도록 배치된 영구자석,
   상기 영구자석과 코일의 전자기적인 힘에 의해 운동하는 질량체,
   상기 코일과 상기 질량체가 결합된 운동부,
   상기 코일에 전원을 공급하는 전원 연결부,
   상기 운동부와 상기 케이스 내측 사이에 적어도 하나 이상 배치된 스프링 구조에 있어서,
   상기 코일과 인접한 부위에 공진 주파수 조정을 위해 배치된 질량 보조재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평 선형 진동기
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 코일의 내측에 있는 빈 공간 속에 질량 보조재를 배치하는 것을 특징으로 하는 수평 선형 진동기
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 코일의 외측과 수평 질량체 사이에 있는 빈 공간을 이용하여 질량 보조재를 배치하는 것을 특징으로 하는 수평 선형 진동기
   
4. 내부에 소정의 공간을 가지는 케이스,
   상기 케이스의 내부 공간에 배치된 코일,
   상기 코일과 전자기적인 힘이 작용하도록 배치된 영구자석,
   상기 영구자석과 코일의 전자기적인 힘에 의해 운동하는 질량체,
   상기 영구자석과 상기 질량체가 결합된 운동부,
   상기 코일에 전원을 공급하는 전원 연결부,
   상기 운동부와 상기 케이스 내측 사이에 적어도 하나 이상 배치된 스프링 구조에 있어서,
   상기 영구자석과 마주보는 부위에 공진 주파수 조정을 위해 배치된 질량 보조재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평 선형 진동기
   
   
5. 제1항 내지 제4항에 있어서,
   상기 질량 보조재를 본드,접착테이프, 납땜, 용접 등으로 고정하는 것을 특징으로하는 수평 선형 진동기
   
6. 제1항 내지 제 4항에 있어서,
   상기 질량 보조재는 비중이 4 이상인 금속 재질을 사용한 것을 특징으로하는 수평 선형 진동기
   

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