KR20120051504A - 선형 진동기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 케이스의 내부에 영구자석, 코일부 및 전원연결부를 구비하고, 전원연결부를 통해 외부로부터 전원이 입력되면 코일부와 영구자석 사이에 작용하는 전자기력에 의해 질량체가 진동하는 선형 진동기로서,
브라켓과 운동부 사이에 스프링 부재를 두어 케이스가 없어도 정상적인 동작이 가능하게 구성됨으로써 케이스 원자재 및 형상에 따른 두께를 자유롭게 줄일 수 있고 특히 생산 과정에서 제품 조립 및 검사가 용이하여 생산성이 극대화된다.
또한 코일 내측에 자성체의 요크를 두어 작은 공간에서 최대의 전자기력을 발생시킬 수 있도록 고효율의 자기회로를 구성함으로써 소형화, 슬림화, 고진동량을 얻는 수직 진동기를 제공한다.

Description

선형 진동기{Linear vibrator}

본 발명은 선형 진동기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개인 휴대 단말기나 게임기 또는 리모콘 등에 장착되어 진동하도록 설계되는 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, 코일 및 전원연결부를 구비하고, 전원 연결부를 통해 외부로부터 전원이 입력되면 코일과 영구자석 사이에 작용하는 전자기력에 의해 질량체가 수직으로 진동하는 선형 진동기에 있어서, 코일 내측에 자성체의 코일 요크를 사용함으로써 장수명이며 고효율의 전자계 구조를 가짐으로써 소형 경량화 구조가 가능하고, 진동력이 높은 선형 진동기를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 내부에 소정의 공간을 가지는 케이스,

상기 케이스의 내부 공간에 배치된 자석 요크, 상기 자석 요크에 영구자석이 장착되어 일정 세기의 자기장을 만드는 자기 회로부, 상기 자기 회로부 아래에 배치되어 전원 인가시 전기장을 발생시키는 코일, 상기 코일에 전원을 인가하도록 구성된 전원 연결부, 상기 코일 및 상기 전원 연결부와 일체로 형성된 브라켓, 상기 브라켓에 일측면이 고정되고 상기 자기 회로부의 일부에 또 다른 일측면이 연결된 스프링 부재, 상기 자기 회로부에 일체로 장착된 질량체를 갖고 상기 자기 회로부와 더불어 상기 스프링 부재의 탄성을 이용하여 상하 진동되는 운동부, 상기 케이스 또는 상기 브라켓과 상기 운동부 사이에 배치된 댐핑 부재를 포함하고, 상기 코일 내측에 배치되어 전자기력의 효율을 증가시키는 코일 요크를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 코일 요크는 내측에 구멍이 있고 상기 운동부의 운동 방향과 상기 운동부와 직각 방향의 형상을 일체로 형성하는 것을 장착할 수 있다.

상기 영구자석은 상기 운동부의 운동방향과 직각 방향으로 착자된 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 코일 요크는 코일 요크 지지대에 의해 지지되어 장착될 수도 있다.

또한 상기 영구자석은 단수 개의 영구자석으로 구성될 수 있으며 복수 개의 영구자석으로도 구성할 수도 있다.

상기 스프링 부재는 상기 브라켓과 연결된 상기 케이스의 내측면에 일측면이 고정되고 상기 운동부의 일부에 또 다른 일측면이 연결되어 사용될 수도 있다.

상기 코일의 중심축 방향이 영구자석 착자 방향으로 배치되도록 코일 요크를 영구자석 내측에 장착할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 케이스의 내부에 영구자석, 코일부 및 전원연결부를 구비하고, 전원연결부를 통해 외부로부터 전원이 입력되면 코일과 영구자석 사이에 작용하는 전자기력에 의해 질량체가 진동하는 선형 진동기로서, 브라켓과 운동부 사이에 스프링 부재를 두어 케이스가 없어도 정상적인 동작이 가능하게 구성됨으로써 케이스 원자재 및 형상에 따른 두께를 자유롭게 줄일 수 있고 특히 생산 과정에서 제품 조립 및 검사가 용이하여 생산성이 극대화된다.

또한 코일 내측에 자성체의 요크를 두어 작은 공간에서 최대의 전자기력을 발생시킬 수 있도록 고효율의 자기회로를 구성함으로써 소형화, 슬림화, 고진동량을 얻고 영구자석과 코일 요크 사이에 발생하는 코깅력을 이용하여 잔진동을 감소시키는 선형 진동기를 제공한다.

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 실시 예에 따른 단면도
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 도 4의 분해 사시도
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 도 4의 내부 평면도
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 단면도
도 8는 본 발명의 실시 예에 따른 도 7의 분해 사시도

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 단면도이고

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 도 4의 분해 사시도이며

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 도 4의 내부 평면도이다. 도면을 참조하면, 내부에 소정의 공간을 가지는 케이스(110), 상기 케이스(110)의 내부 공간에 배치된 자석 요크(114)가 있고,상기 자석 요크(114) 내측에 영구자석(113)이 장착되어 일정 세기의 자기장을 만드는 자기회로부(116)를 구성한다. 상기 자기회로부(116)은 상기 자석 요크(114)에 장착된 영구자석(113)에서 발생된 자속이 코일 요크(127)를 지나면서 사기 코일 요크(127)를 감싸고 감겨진 코일(125)를 쇄교하고 통해 다시 영구자석(113)으로 흐르도록 구성된다.

상기 영구자석(113) 내에 배치되고 상기 요크(114)에 감겨져서 전원 인가시 전기장을 발생시키는 진동 발생용 코일(125)이 장착된다. 그리고 상기 코일(125)에 전원을 인가하도록 구성된 전원 연결부(115)를 둔다. 보통은 전원 연결부(115)는 연성 회로기판을 많이 사용한다. 특히 상기 전원 연결부(115)는 브라켓(111)에 형성된 도피홈(133)에 배치되어 운동부(112)의 이동 공간을 최대로 키울 수 있도록 한다.

상기 코일(125)은 코일 지지대(126)을 이용하여 상기 영구자석(113)과 최적의 자기회로부(116)를 구성하도록 높이를 조절하여 부착하도록 하였다. 영구자석(113)은 댐핑 부재(120)에 의해 최대로 내려올 수 있는 높이가 정해지고 그 이하로는 내려가지 못해서 내려가지 못한 부분만큼의 코일 부분은 전자기적인 효율이 낮아진다. 즉 슬림으로 최대한 얇게 제품을 구성하고자 하는 경우에는 코일(125)의 위치를 영구자석(113)의 위치에 맞추어 최적화하고 불필요한 코일(125)의 권선 부분을 삭제함으로써 저항을 줄이고 효율을 극대화 할 수 있다. 그리고 도피홈(133)을 두어 운동부(112)의 이동공간을 최대로 키웠다.

그리고 상기 코일 지지대(126)는 상기 전원 연결부(115)와 브라켓(111)에 일체로 형성시킨다.또한 상기 브라켓(111) 상단에 고정되고 상기 자기회로부(116) 하단에 고정된 스프링 부재(123) 장착한다. 그리고 상기 자기회로부(116)에 일체로 장착된 질량체(121)를 갖고 상기 자기회로부(116)와 더불어 상기 스프링 부재(123)의 탄성을 이용하여 상하 진동하는 운동부(112)를 구성한다. 상기 운동부(112)가 상하 진동시 상기 케이스(110) 또는 상기 브라켓(111) 간의 직접 접촉을 막고 충격을 흡수하도록 상기 케이스(110) 또는 상기 브라켓(111)과 상기 운동부(112) 사이에 배치된 댐핑 부재(120)를 배치한다..

이러한 구성을 가진 수직 진동자(100) 작동은 상기 전원연결부(115)를 통해 인가된 전원이 상기 진동 발생용 코일(125)에 공급되면 상기 자기 회로부(116)에서 발생하는 자기장과 상기 진동 발생용 코일(125)에서 발생하는 전기장 간의 상호작용에 의하여 상기 영구자석(113), 자석 요크(114), 및 질량체(121)를 포함하는 운동부(112)가 스프링 부재(123)를 연결고리로 하여 브라켓(111)에 달려서 상하방향으로 진동하는 것이다.

종래에는 질량체(121)를 포함하는 운동부(112)가 스프링 부재(123)를 연결고리로 하여 케이스(111)에 달려서 상하방향으로 진동하는 것이 일반적이나 이는 반드시 케이스(110)와 브라켓(111)을 일체로 조립을 해야 진동 특성을 알 수 있고, 또한 주파수 특성 불량이 나면 수리가 거의 불가하다.

따라서 본 고안과 같이 브라켓(111)에 스프링 부재(123)를 고정함으로써 케이스(110)을 덮지 않고서도 제품의 진동 특성 및 주파수 특성을 검사할 수 있고 또한 케이스(110)을 없애고 바로 수직 진동자(110)가 사용되는 모바일 폰이나 게임기 등의 적용 대상 제품에 직접 장착이 가능하도록 함으로써 케이스(110)를 사용함으로써 발생되는 높이를 줄일 수 있고 원가도 절감된다. 특히 운동부(112) 일부에 중량 조정 홈(200)을 두어 중량 조정 홈(200)에 필요에 따라 중량 조정 돌기(210)를 부착한다. 본 진동기는 공진 특성을 이용하고 있으며 공진 주파수는 다음과 같은 특성을 갖는다.

공진주파수 = C * Root(M/k) : C-상수, M-질량, k-스프링 상수

따라서 상기 수식에서 보면 질량이 변하면 공진 주파수가 변함을 알 수 있다.

이 원리를 이용하여 중량 조정 홈(200)과 중량 조정 돌기를 적절히 사용하여

공진 주파수 특성을 조정하여 원자재 편차, 용접 불량또는 조립 편차로 발생되는 공진주파수 불량을 획기적으로 줄일 수 있다.

특히 제 6도에서 보는 바와 같이 자기회로부(116)를 구성할 때 자기회로 통로를 가능한 한 짧게 하고 자기 저항을 줄이는 방향으로 고안되었다.

자기 저항을 줄이기 위해 코일 내부에 코일 요크(127)라는 자성체를 사용하였고 자기회로부(116)도 자속이 영구자석(113)에서 코일요크(127)를 거쳐 바로 영구자석(113)으로 흐르도록 하였으며 외부에 누설이 적고 내부에 고효율의 자기회로부(116)를 구성하기 위해 영구자석(113)주위에 자석 요크(114)를 사용하였다.

그리고 영구자석(113)은 코일 요크(127)의 돌기가 2개로 구성되어서 이에 맞는 자기회로를 구성하기 위해 2극으로 착자를 하였다.

본 고안은 일반적으로 외부로부터 전원이 인가되지 않는 경우에는 영구자석(113)과 코일 요크(127) 사이에 자기적인 힘 또는 코깅력이 발생하여 운동부(112)가 외부의 충격이나 진동에도 안정적인 자세를 취할 수 있도록 하였다. 특히 스프링과 질량을 이용하여 진동하는 시스템에서는 운동부가 왕복 운동시 관성에 의해 외부로부터 전원이 끊어져도 지속적으로 왕복 운동을 하여 진동을 발생시키기 쉽다. 본 고안에서는 상기의 코깅력을 이용하여 운동부(112)가 상기 스프링 부재(123)와 작용하여 발생하는 잔진동 등을 억제하도록 고안되었다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 단면도이고

도 8는 본 발명의 실시 예에 따른 도 7의 분해 사시도이다.

도면을 참조하면 내부에 소정의 공간을 가지는 케이스(110), 상기 케이스(110)의 내부 공간에 배치된 자석 요크(114)가 있고,상기 자석 요크(114)에 영구자석(113)이 장착되고 영구자석(113) 끝단에 하부 플레이트(114a)두어 코일요크(127)를 마주보고 배치되어 일정 세기의 자기장을 만드는 자기 회로부(116)를 구성한다.

특히 코일 요크(127)는 내측에 구멍이 있고 단면이 T자형으로 구성되어 브라켓(111)에 장착하였다. 이는 코일(125) 권선이 용이하고 조립이 간단하다.

특히 케이스(110) 일측면과 자석 요크(114) 일측면 사이에 스프링 부재(123) 외측과 내측의 일측면을 고정하여 사용하는 경우에는 자기회로 효율이 극대화되어 좀더 고효율의 진동 특성을 나타낸다.

그리고 착자가 단극 착자로 비교적 착자 공정이 용이하다.

그리고 영구자석(113) 하측에 배치된 하부 플레이트(114a)의 일측면에 스프링 부재(123) 일측면을 용접이나 본딩, 코킹 등으로 고정하고 스프링 부재(123)의 또 다른 일측면을 브라켓(111)에 고정함으로써 케이스(110)을 덮지 않고서도 제품의 진동 특성 및 주파수 특성을 검사할 수 있고, 또한 케이스(110)을 없애고 바로 수직 진동자(110)가 사용되는 모바일폰이나 게임기 등의 적용 대상 제품에 직접 장착이 가능하도록 함으로써 대상 제품의 기구 부분의 일부가 케이스(110)를 대신하여 기능을 함으로써, 케이스(110)를 사용함으로써 발생되는 높이를 줄일 수 있고 원가도 절감된다.

또한 운동부(112) 일부에 중량 조정 홈(200)을 두어 중량 조정 홈(200)에 필요에 따라 중량 조정 돌기를 부착하여 공진 주파수도 조정할 수 있다.

그리고 운동부(112)가 상하 운동시 소음을 줄이기 위해 댐핑 부재(120)을 운동부(112)와 케이스(110) 사이 또는 운동부(112)와 브라켓(111) 사이에 배치하였다.

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 : 선형 진동기
110 : 케이스 111 : 브라켓
112 : 운동부 113 : 영구자석
114 : 자석 요크 114a : 하부플레이트
115 : 전원 연결부 116 : 자기회로부
120 : 댐핑 부재 121 : 질량체
123 : 스프링 부재 125 : 코일
126 : 코일 지지대 127 : 코일 요크
133 : 도피 홈 200 : 중량 조정 홈

Claims (7)

1. 내부에 소정의 공간을 가지는 케이스,
   상기 케이스의 내부 공간에 배치된 자석요크,
   상기 자석요크에 영구자석이 장착되어 일정 세기의 자기장을 만드는 자기 회로부,
   상기 자기 회로부 아래에 배치되어 전원 인가시 전기장을 발생시키는 코일,
   상기 코일에 전원을 인가하도록 구성된 전원 연결부,
   상기 코일 및 상기 전원 연결부와 일체로 형성된 브라켓,
   상기 브라켓에 일측면이 고정되고 상기 자기 회로부의 일부에 또 다른 일측면이 연결된 스프링 부재,
   상기 자기 회로부에 일체로 장착된 질량체를 갖고 상기 자기 회로부와 더불어 상기 스프링부재의 탄성을 이용하여 상하 진동되는 운동부,
   상기 케이스 또는 상기 브라켓과 상기 운동부 사이에 배치된 댐핑 부재를 포함하고,
   상기 코일 내측에 배치되어 전자기력의 효율을 증가시키는 코일 요크를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 진동기
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 코일 요크는 내측에 구멍이 있고 상기 운동부의 운동 방향과 상기 운동부와 직각 방향의 형상을 일체로 형성하는 것을 특징으로 하는 선형 진동기
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 영구자석은 상기 운동부의 운동방향과 직각 방향으로 착자된 것을 특징으로 하는 선형 진동기
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 코일 요크는 코일 요크 지지대에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 선형 진동기
   
5. 제1 항에 있어서,
   상기 영구자석은 복수 개의 영구자석으로 구성된 것을 특징으로 하는 선형 진동기
   
6. 제1 항에 있어서,
   상기 스프링 부재는 상기 브라켓과 연결된 상기 케이스의 내측면에 일측면이 고정되고 상기 운동부의 일부에 또 다른 일측면이 연결된 것을 특징으로 하는 선형 진동기
   
7. 제1 항에 있어서,
   상기 코일의 중심축 방향이 영구자석 착자 방향으로 배치되도록 코일요크를 영구자석 내측에 장착하는 것을 특징으로 하는 선형 진동기
   
   
   

Images