KR20120064380A - 진동발생 모듈, 이를 이용한 휴대용 기기, 진동 생성방법 및 그 기록매체 - Google Patents

진동발생 모듈, 이를 이용한 휴대용 기기, 진동 생성방법 및 그 기록매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진동발생 모듈 및 이를 이용한 액추에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 영구자석과 교번되는 전자기력을 발생하는 솔레노이드를 이용하여 자기력을 생성하고, 생성된 자기력에 따라 영구자석 또는 솔레노이드가 이동함으로써 관성 또는 충격에 의한 진동을 발생하는 불안정 구조를 이용한 발명에 관한 것이다. 이를 위해 자기력을 발생하는 자기력발생수단(110); 및 인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하는 전자기력발생수단(120);을 포함하고, 자극 변환신호에 따라 어느 한쪽 방향으로 자기력발생수단(110) 또는 전자기력발생수단(120)이 이동함으로써 진동을 발생하는 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈이 개시된다.

Description

진동발생 모듈, 이를 이용한 액추에이터, 휴대용 기기, 진동 생성방법 및 그 기록매체 {Vibration generating module, actuator using the same, handheld device, method for generating vibration and recording medium thereof}
본 발명은 진동발생 모듈 및 이를 이용한 액추에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 영구자석과 교번되는 전자기력을 발생하는 솔레노이드를 이용하여 자기력을 생성하고, 생성된 자기력에 따라 영구자석 또는 솔레노이드가 이동함으로써 관성 또는 충격에 의한 진동을 발생하는 불안정 구조를 이용한 발명에 관한 것이다.
최근 휴대용 전자기기의 보급과 더불어 터치스크린의 활용이 눈에 띄게 늘어나고 있는 추세이다. 이에 발맞추어 종래에는 클릭돔 형식으로 사용되던 키패드가 최근에는 터치스크린 상에 구현되고 있는 실정이다.
터치스크린 상에 구현되는 키패드는 진동이나 햅틱 피드백이 없는 경우 사용자가 입력여부를 알 수 없는 문제점이 있었다. 따라서 터치스크린 방식의 입력장치가 사용되는 휴대용 전자기기에 햅틱 피드백의 일종인 진동에 의한 촉감을 발생시킴으로서 사용자가 터치스크린에 입력되는 값을 일일이 확인해야 하는 번거로움을 해소하고자 하는 노력이 있어왔다.
그러나, 종래의 코인형 또는 바아형 진동모터는 응답시간이 길어 햅틱 피드백 기능을 구현하는데 한계가 있었다. 반면에 응답시간이 짧고, 소모전력이 낮으며, 신뢰도가 높은 선형모터가 제안되었으나, 종래의 선형모터는 하나의 공진 주파수만 가지며, 공진 주파수에서 2~3Hz 정도만 벗어나더라도 진동력이 급격하게 저하되는 단점이 있다. 그리고 선형모터 또한 응답속도가 25ms 정도로 여전히 느려 실재감 있는 버튼 클릭감을 모사하는 것과 다양한 햅틱 진동 패턴을 제공하는데 한계가 있어왔다.
한편, 종래의 발명은 휴대폰에 진동에 의한 촉감을 제공하기 위하여 안정구조를 활용하여 왔다. 이러한 안정구조에 의한 햅틱 피드백은 임팩트 바이브레이션(Impact Vibration)이 약하게 발생되는 문제가 있었다.
따라서 본 발명이 속하는 기술 분야에서는 불안정 구조를 이용하여 임팩트 바이브레이션이 강하게 발생되며, 응답시간이 빠른 휴대용 전자기기 등에 장착될 수 있는 진동발생 모듈의 개발을 요하고 있었다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 영구자석과 교번되는 전자기력을 발생하는 솔레노이드 및 불안정 구조를 이용하여 응답반응 속도가 현저히 빠르며, 충격에 의한 진동발생시에 여진이 발생하지 않고, 임팩트 바이브레이션이 강하게 발생되는 진동발생 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 본 발명의 목적은, 자기력을 발생하는 자기력발생수단(110); 및 인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하는 전자기력발생수단(120);을 포함하고, 자극 변환신호에 따라 어느 한쪽 방향으로 자기력발생수단(110) 또는 전자기력발생수단(120)이 이동함으로써 진동을 발생하는 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈을 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 자기력발생수단(110)은 복수로 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 전자기력발생수단(120)은, 교번되는 전자기력에 따라 발생하는 자극 중 적어도 어느 하나의 자극은 복수의 자기력발생수단(110)의 자극과 대향됨으로써 자기력이 생성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 자기력은 인력 및 척력인 것을 특징으로 한다.
또한, 복수의 자기력발생수단(110)은 서로 대향되는 자극이 서로 다른 자극인 것을 특징으로 한다.
또한, 전자기력발생수단(120)을 포함하는 제1이동체(130); 및 상기 자기력발생수단(110)을 내측으로 포함하여 결합하는 제2이동체(140);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제2이동체(140)와 결합하는 탄성수단(150); 및 탄성수단(150)과 결합하는 하우징(160);을 더 포함하고, 제2이동체(140)가 이동함으로써 관성에 의한 진동을 발생하는 것을 특징으로 한다.
또한, 복수의 전자기력발생수단(120)과 결합하는 탄성수단(150); 및 탄성수단(150)과 결합하는 제2이동체(140);를 더 포함하고, 제1이동체(140)가 이동함으로써 관성에 의한 진동을 발생하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1이동체(130)는, 전자기력발생수단(120)과 함께 이동되면서 전자기력발생수단(120)을 충격으로부터 보호하는 복수의 보호수단(131);을 포함하고, 제2이동체(140)는, 보호수단(131)과 충격하여 충격에 의한 진동을 발생하는 복수의 리미터수단(141);을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 자기력발생수단(110) 또는 전자기력발생수단(120)이 관성에 의한 공진주파수에서 이동하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 제2이동체(140)는 교번되는 전자기력 방향에 따라 자기경로를 둘레방향으로 형성하여 자기력을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 목적은, 자기력을 발생하는 자기력발생수단(110) 및 인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하는 전자기력발생수단(120)을 포함하는 진동발생 모듈(100); 및 자극 변환신호를 전자기력발생수단(120)에 출력하는 제어수단(210);을 포함하고, 자극 변환신호에 따라 어느 한쪽 방향으로 자기력발생수단(110) 또는 전자기력발생수단(120)이 이동함으로써 진동을 발생하는 것을 특징으로 하는 액추에이터를 제공함으로써 달성될 수 있다.
그리고, 전자기력발생수단(120) 및 제어수단(210)에 전기를 공급하는 전원수단(220);을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 목적은, 자기력을 발생하는 자기력발생수단(110) 및 인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하는 전자기력발생수단(120)을 포함하는 진동발생 모듈(100); 및 자극 변환신호를 전자기력발생수단(120)에 출력하는 제어수단(210)을 포함하는 액추에이터(200);를 포함하고, 자극 변환신호에 따라 어느 한쪽 방향으로 자기력발생수단(110) 또는 전자기력발생수단(120)이 이동함으로써 진동을 발생하는 것을 특징으로 하는 진동을 발생하는 휴대용 기기를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 휴대용 기기(300)의 상태를 감지하며, 상태에 따라 진동에 의한 촉감을 제공하기 위하여 제어수단(210)에 제어신호를 출력하는 마이크로프로세서(310);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 휴대용 기기(300)의 상태는 터치스크린(320)의 눌림, 터치스크린(320)에 표시되는 키패드(330)의 눌림, 및 이벤트의 발생 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 목적은 다른 카테고리로서, 액추에이터를 이용한 진동 생성방법에 있어서, 제어수단(210)이 전자기력발생수단(120)에 제어신호를 출력하는 단계(S110); 전자기력발생수단(120)이 제어신호에 기초하여 전자기력을 발생하는 단계(S120); 전자기력에 따라 전자기력발생수단(120)의 자극이 형성되는 단계(S130); 전자기력발생수단(120)의 자극과 자기력발생수단(110)의 자극에 의해 자기력이 생성되는 단계(S140); 및 자기력에 의해 자기력발생수단(110)이 이동하여 충돌함으로써 진동을 발생하는 단계(S150);를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 생성방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
그리고, 자기력은 인력 및 척력이고, 그리고 전자기력발생수단(120)은 고정되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 목적은, 액추에이터를 이용한 진동 생성방법에 있어서, 제어수단(210)이 전자기력발생수단(120)에 제어신호를 출력하는 단계(S210); 전자기력발생수단(120)이 제어신호에 기초하여 전자기력을 발생하는 단계(S220); 전자기력에 따라 전자기력발생수단(120)의 자극이 형성되는 단계(S230); 전자기력발생수단(120)의 자극과 자기력발생수단(110)의 자극에 의해 자기력이 생성되는 단계(S240); 및 자기력에 의해 전자기력발생수단(120)이 이동하여 충돌함으로써 진동을 발생하는 단계(S250);를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 생성방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 자기력은 인력 또는 척력이고, 그리고 자기력발생수단(110)은 고정되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 전자기력발생수단(120)은, 교번되는 전자기력에 따라 발생하는 자극 중 적어도 어느 하나의 자극은 자기력발생수단(110)의 자극과 대향됨으로써 자기력이 생성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 목적은 다른 카테고리로서 진동 생성방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공함으로써 달성될 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 영구자석과 교번되는 전자기력을 발생하는 솔레노이드 및 불안정 구조를 이용하여 응답반응 속도가 현저히 빠르며, 임팩트 바이브레이션이 강하게 발생하는 진동발생 모듈을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 구조가 간단하고 소형화되어 저렴하고, 소모전력이 현저히 낮은 진동발생 모듈을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 불필요하게 발생하는 Y축 방향의 힘을 제거시키고, X축 방향의 힘을 극대화 시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 탄성에 의한 공진주파수를 높임으로서 사용자에게 더욱 민감한 진동에 의한 촉감을 전달할 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명에 의하면 응답반응 속도가 현저히 빠른 진동발생 모듈이 휴대용 기기에 장착됨으로써 터치스크린의 눌림시 현저히 반응이 빠른 진동에 의한 촉감을 전달하는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 진동발생 모듈의 탄성수단이 제1이동체에 결합되는 구성을 설명하기 위한 도면,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 진동발생 모듈의 탄성수단이 제2이동체에 결합되는 구성을 설명하기 위한 도면,
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 2개의 자기력발생수단과 전자기력발생수단에 의해 제1이동체가 이동하는 개념을 설명하기 위한 도면,
도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 4개의 자기력발생수단과 전자기력발생수단에 의해 제1이동체가 이동하는 개념을 설명하기 위한 도면,
도 11 내지 도 13은 본 발명에 따른 2개의 자기력발생수단과 전자기력발생수단에 의해 제2이동체가 이동하는 개념을 설명하기 위한 도면,
도 14 내지 도 16은 본 발명에 따른 4개의 자기력발생수단과 전자기력발생수단에 의해 제2이동체가 이동하는 개념을 설명하기 위한 도면,
도 17 및 도 18은 본 발명에 따른 자기경로를 설명하기 위한 도면,
도 19는 본 발명에 따른 액추에이터의 구성을 나타낸 구성도,
도 20은 본 발명에 따른 휴대용 기기의 구성을 나타낸 구성도,
도 21은 본 발명에 따른 휴대용 기기의 정면도,
도 22는 본 발명에 따른 자기력발생수단의 이동에 의한 진동 생성방법을 순차적으로 나타낸 순서도,
도 23은 본 발명에 따른 전자기력발생수단의 이동에 의한 진동 생성방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.
<진동발생 모듈의 구성>
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 진동발생 모듈의 탄성수단이 제1이동체에 결합되는 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 진동발생 모듈의 탄성수단이 제2이동체에 결합되는 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 진동발생 모듈은 대략 자기력발생수단(110) 및 전자기력발생수단(120)으로 구성할 수 있으며, 이에 더하여 제1이동체(130), 제2이동체(140), 탄성수단(150), 및 하우징(160)을 더 부가하여 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 이하 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 진동발생 모듈의 구성을 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 자기력발생수단(110)은 영구자석을 사용하여 자기력을 발생하는 수단이다. 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 자기력발생수단(110)은 2개의 영구자석을 구비할 수 있다. 따라서 2개의 영구자석은 서로 마주보는 자극이 서로 다른 자극으로 형성되어야 한다. 즉 제1자기력발생수단(111)과 제2자기력발생수단(113)의 마주보는 어느 한쪽의 자극이 S극인 경우 대향되는 한쪽의 자극은 N극이어야 한다. 그리고 후술할 전자기력발생수단(120)에서 형성되는 한쪽 자극과 제1자기력발생수단(111) 및 제2자기력발생수단(113)의 자극이 서로 대향됨으로써 자기력이 생성된다.
한편, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 자기력발생수단(110)은 4개의 영구자석을 구비할 수도 있다. 4개의 영구자석을 구비하는 경우에는 y축 방향의 불필요한 자기력 성분을 최대한 상쇄시킬 수 있으며, x축 방향의 자기력을 증가 시킬수 있다.
이때 4개의 영구자석은 서로 마주보는 자극이 서로 다른 자극으로 형성되어야 한다. 즉 제1자기력발생수단(111)과 제2자기력발생수단(113)의 마주보는 어느 한쪽의 자극이 S극인 경우 대향되는 한쪽의 자극은 N극이어야 하며, 제3자기력발생수단(115)과 제4자기력발생수단(117)도 마찬가지이다. 그리고 제1자기력발생수단(111)과 제3자기력발생수단(115)도 마주보는 어느 한쪽의 자극이 S극인 경우 대향되는 한쪽의 자극은 N극이어야 한다. 제2자기력발생수단(113)과 제4자기력발생수단(117)도 마찬가지이다. 그리고 전자기력발생수단(120)에서 형성되는 양쪽 자극과 제1자기력발생수단(111), 제2자기력발생수단(113), 제3자기력발생수단(115), 및 제4자기력발생수단(117)의 자극이 서로 대향됨으로써 자기력이 생성된다.
본 발명에 따른 전자기력발생수단(120)은 인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하는 수단이다. 전자기력발생수단(120)은 솔레노이드를 사용하여 자기장을 생성하며, 내측에 철심(123)을 구비하여 솔레노이드 코일(121)을 와인딩함으로써 더 세기가 큰 자기장을 발생시킬 수 있다. 이러한 솔레노이드에서의 자기장의 세기는 코일의 턴수와 전류의 세기에 따라 비례하므로 자기장의 세기를 더 크게 하기 위해서는 코일의 턴 수를 증가시키면 된다.
한편, 전자기력발생수단(120)에서 형성되는 양쪽 자극은 후술할 제어수단(210)에 의해 교번되는 자극을 형성하며, 교번되는 자극 중 적어도 어느 하나의 자극은 자기력발생수단(110)의 자극과 대향됨으로써 자기력이 생성되어 작용한다.
본 발명에 따른 제1이동체(130)는 보호수단(131) 및 전자기력발생수단(120)을 포함하여 구성된다. 전자기력발생수단(120)은 상술한 바와 같으므로 이에 갈음하기로 하고, 이하 보호수단(131)에 대하여 설명하기로 한다.
보호수단(131)은 제1이동체(130)가 충격에 의한 진동을 발생시킴으로 인한 전자기력발생수단(120)의 충격을 보호하는 수단이다. 따라서 보호수단(131)은 실리콘 등의 비자성 물질로 형성하여 전자기력발생수단(120)을 충격으로부터 보호하는 것이 바람직하나, 다만 실리콘에 한정되지는 않음은 당업자에게 자명할 것이다.
본 발명에 따른 제2이동체(140)는 복수의 자기력발생수단(110) 및 리미터수단(141)을 포함하여 구성되나, 이에 더하여 연결수단(143)을 더 구비하는 것이 바람직하다. 자기력발생수단(110)은 상술한 기재에 갈음하기로 하고, 이하에서는 리미터수단(141) 및 연결수단(143)에 대하여 설명하기로 한다.
리미터수단(141)은 제2이동체(140)의 측면 양쪽에 구비되어 제1이동체(130) 또는 제2이동체(140)가 이동할 수 있는 범위를 한정하게 되며, 보호수단(131)과 충돌함으로써 진동을 발생한다. 이러한 리미터수단(141)은 실리콘으로 형성할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며 상술한 보호수단(131)과 충돌함으로써 진동을 생성할 수 있는 소재면 어느 것이나 가능함은 당업자에게 자명할 것이다.
한편, 연결수단(143)은 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 자기력발생수단(110)이 4개의 영구자석으로 이루어져 있는 경우에 구비됨이 바람직하다. 연결수단(143)은 비자성 물질의 소재로 형성함이 바람직하며, 제2이동체(140)는 연결수단(143)과 결합된다. 이때 제2이동체(140)의 둘레면은 자기장이 흐를 수 있는 순철 재질로 형성됨이 바람직하며, 필요에 따라 크롬으로 도금을 할 수도 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 탄성수단(150)은 보호수단(131) 및 제1이동체(130)와 결합함으로써 제2이동체(140)는 고정되고 제1이동체(130)가 이동할 수 있는 구성이다. 한편, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 탄성수단(150)은 제2이동체(140) 및 하우징(160)과 결합함으로써 제1이동체(130)는 고정되고 제2이동체(140)가 이동할 수 있는 구성이다.
이러한 탄성수단(150)은 자기력에 의해 제1이동체(130) 또는 제2이동체(140)가 한쪽으로 움직여도 복원력에 의해 제자리로 돌아갈 수 있는 스프링 등을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않으며 탄성에너지를 저장할 수 있는 소재이면 가능하다. 이때 스프링의 탄성계수 또는 제1,2이동체(130,140)의 질량에 의해 적절한 공진 주파수를 설정할 수 있으며, 제1,2이동체(130,140)가 공진 주파수에 따라 이동한다면 충격에 의한 진동력을 더 강화시킬 수 있다.
한편, 보호수단(131) 및 리미터수단(141)을 구비하지 않고 전자기력발생수단(120) 또는 제2이동체(140)가 탄성수단(150)과 결합되어 관성에 의한 진동을 피드백 할 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 하우징(160)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 탄성수단(150)과 일측에서 결합한다. 하우징(160)과 탄성수단(150)의 결합으로 제2이동체(140)가 이동하여 충격을 발생시킬 수 있으며, 또한 복원력에 의해 제2이동체(140)가 원위치로 이동할 수 있다. 이러한 하우징(160)은 비 자성 물질로 형성되는 것이 바람직하다.
<진동발생 모듈의 동작>
(제1이동체의 동작)
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 2개의 자기력발생수단과 전자기력발생수단에 의해 제1이동체가 이동하는 개념을 설명하기 위한 도면이고, 도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 4개의 자기력발생수단과 전자기력발생수단에 의해 제1이동체가 이동하는 개념을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 도 5 내지 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 제1이동체(130)의 동작을 설명하기로 한다.
먼저, 전자기력발생수단(120)의 솔레노이드 코일에 전류가 흐르면 전자기장이 유도되며, 솔레노이드 내측에 구비된 철심(123)에 자극이 형성된다. 이때 생성되는 자극은 전류의 방향에 따라 바뀔 수 있으며, 후술할 제어수단(210)이 전류의 방향을 바꿀 수 있는 제어신호를 출력하게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이 2개의 자기력발생수단(110)을 이용하는 경우에, 철심(123)에 자극이 형성되면, 철심(123)의 S극과 제1자기력발생수단(111)의 N극 사이에 인력(F1)이 발생하고, 철심(123)의 S극과 제2자기력발생수단(113)의 S극 사이에 척력(F2)이 발생한다. 이때 인력과 척력의 성분을 분해하면 x축 및 y축 방향의 자기력 성분으로 분해가 가능하다. 인력과 척력의 y축 성분은 서로 상쇄되고, x축 방향의 성분만 남게 되며, x축 방향의 성분의 힘이 제1이동체(130)를 도 6에 도시된 바와 같이 왼쪽으로 이동시키게 되며, 보호수단(131)과 리미터수단(141)의 충격에 의해 진동이 발생한다. 이때는 충격에 의한 진동을 피드백 할 수 있다.
그러나, 탄성수단(150)이 전자기력발생수단(120)과 제2이동체(140)에 결합되어 있는 경우에는 전자기력발생수단(120)이 관성에 의한 진동을 발생할 수 있다. 이러한 관성에 의한 진동은 보호수단(131)과 리미터수단(141)을 구비하지 않더라도, 전자기력발생수단(120)이 이동함으로써 관성에 의한 진동을 피드백 할 수 있다. 이러한 관성에 의한 진동은 이하에서도 동일하게 작용할 수 있으며, 그 설명을 생략하기로 하고, 충격에 의한 진동만을 설명하기로 한다.
만약 왼쪽으로 이동된 상태에서 전자기력발생수단(120)에 인가되는 전류를 없애면 철심(123)에 자극이 형성되지 않는다. 따라서 이동된 제1이동체(130)는 탄성수단(150)의 복원력에 의해 원위치로 복원된다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1이동체(130)가 왼쪽에 이동된 경우 철심(123)의 자극을 변환시키게 되면, 철심(123)의 N극과 제1자기력발생수단(111)의 N극 사이에 척력(F1)이 발생하고, 철심(123)의 N극과 제2자기력발생수단(113)의 S극 사이에 인력(F2)이 발생한다. 이때 인력과 척력의 성분을 분해하면 인력과 척력의 y축 성분은 서로 상쇄되고, x축 방향의 성분만 남게 된다. x축 방향의 성분의 힘이 제1이동체(130)를 도 7에 도시된 바와 같이 오른쪽으로 이동시키게 되며, 보호수단(131)과 리미터수단(141)의 충격에 의해 진동이 발생한다. 이때도 상술한 바와 같이 보호수단(131) 및 리미터수단(141)을 구비하지 않고 관성에 의한 진동을 피드백 할 수 있음은 물론이다.
만약 오른쪽으로 이동된 상태에서 전자기력발생수단(120)에 인가되는 전류를 없애면 철심(123)에 자극이 형성되지 않는다. 따라서 이동된 제1이동체(130)는 탄성수단(150)의 복원력에 의해 원위치로 복원된다.
도 8에 도시된 바와 같이 4개의 자기력발생수단(110)을 이용하는 경우에는, 철심(123)에 자극이 형성되면, 철심(123)의 S극과 제1자기력발생수단(111)의 N극 사이에 인력(F1)이 발생하고, 철심(123)의 S극과 제2자기력발생수단(113)의 S극 사이에 척력(F2)이 발생한다. 또한, 철심(123)의 N극과 제3자기력발생수단(115)의 S극 사이에 인력(F3)이 발생하고, 철심(123)의 N극과 제4자기력발생수단(117)의 N극 사이에 척력(F4)이 발생한다.
이때 인력과 척력의 성분을 분해하면 x축 및 y축 방향의 자기력 성분으로 분해가 가능하며 인력과 척력의 y축 성분은 서로 상쇄되고, x축 방향의 성분만 남게 된다. x축 방향의 성분의 힘이 제1이동체(130)를 도 9에 도시된 바와 같이 왼쪽으로 이동시키게 되며, 보호수단(131)과 리미터수단(141)의 충격에 의해 진동이 발생한다. 이때도 상술한 바와 같이 보호수단(131) 및 리미터수단(141)을 구비하지 않고 관성에 의한 진동을 피드백 할 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같이 4개의 영구자석을 사용하는 것이 2개의 영구자석을 사용할 때 보다 x축 방향의 자기력 성분이 더 커서 진동을 더 세게 생성할 수 있다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1이동체(130)가 왼쪽으로 이동된 경우 철심(123)의 자극을 변환시키게 되면, 철심(123)의 N극과 제1자기력발생수단(111)의 N극 사이에 척력(F2)이 발생하고, 철심(123)의 N극과 제2자기력발생수단(113)의 S극 사이에 인력(F1)이 발생한다. 또한, 철심(123)의 S극과 제3자기력발생수단(115)의 S극 사이에 척력(F3)이 발생하고, 철심(123)의 S극과 제4자기력발생수단(117)의 N극 사이에 인력(F4)이 발생한다. 인력과 척력의 y축 성분은 서로 상쇄되고, x축 방향의 성분만 남게 되며, x축 방향의 성분의 힘이 제1이동체(130)를 도 10에 도시된 바와 같이 오른쪽으로 이동시키게 되며, 보호수단(131)과 리미터수단(141)의 충격에 의해 진동이 발생한다. 이때도 상술한 바와 같이 보호수단(131) 및 리미터수단(141)을 구비하지 않고 관성에 의한 진동을 피드백 할 수 있음은 물론이다.
(제2이동체의 동작)
도 11 내지 도 13은 본 발명에 따른 2개의 자기력발생수단과 전자기력발생수단에 의해 제2이동체가 이동하는 개념을 설명하기 위한 도면이고, 도 14 내지 도 16은 본 발명에 따른 4개의 자기력발생수단과 전자기력발생수단에 의해 제2이동체가 이동하는 개념을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 도 11 내지 도 16을 참조하여 본 발명에 따른 제2이동체(140)의 동작을 설명하기로 한다.
제2이동체(140)의 동작은 상술한 제1이동체(130)의 동작과 동일한 원리에 의해 이동하게 된다. 다만 제2이동체(140)가 이동하고 제1이동체(130)가 고정되어 있는 것 이외에는 동일하고, 자기력의 인력과 척력에 의해 제2이동체(140)가 이동한다.
(자기장의 경로)
도 17 및 도 18은 본 발명에 따른 자기경로를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 자기경로는 자기력발생수단(110)이 4개의 영구자석으로 이루어 지는 경우에 형성된다. 이하 본 발명에 따른 자기경로를 설명하기로 한다.
도 17에 도시된 바와 같은 제1자기경로(11)는 제1자기력발생수단(111)의 N극과 마주보는 철심(123)의 자극이 S극인 경우에 형성되며, 이렇게 형성된 자기경로는 솔레노이드 및 제3자기력발생수단(115)을 지나 제2이동체(140)의 둘레면을 따라 흐른다. 이때 연결수단(143)은 비자성체로 이루어지므로 제2이동체(140)의 둘레면을 따라 흐르는 자기장은 제1자기력발생수단(111)으로 다시 흐르며 자기경로를 형성한다.
한편, 도 18에 도시된 바와 같은 제2자기경로(13)는 제2자기력발생수단(113)의 S극과 마주보는 철심(123)의 자극이 N극인 경우에 형성되며, 자기경로는 도 18에 도시된 바와 같다.
상술한 자기경로를 형성하는 이유는 자기경로를 형성하지 않을 때와 비교하여 자기력의 손실을 줄일 수 있다. 따라서 영구자석과 솔레노이드간에 형성되는 자기력이 손실되지 않으며, 자기경로를 형성하지 않을 때와 비교해서 더욱 큰 자기력이 발생될 것이다.
<액추에이터의 구성>
도 19는 본 발명에 따른 액추에이터의 구성을 나타낸 구성도이다. 도 19에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 액추에이터는 대략 진동발생 모듈(100), 제어수단(210), 및 전원수단(220)으로 구성할 수 있다. 진동발생 모듈(100)의 구성은 상술한 기재에 갈음하기로 하고, 제어수단(210) 및 전원수단(220)을 중심으로 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 제어수단(210)은 진동발생 모듈(100)의 전자기력발생수단(120)에 자극 변환신호를 출력한다. 이때 자극 변환신호는 전자기력발생수단(120)이 교번되는 전자기력을 생성하도록 하는 신호이다. 교번되는 전자기력에 의해 서로 다른 자극이 철심(123)에 유도된다.
이러한 제어수단(210)은 MCU, MPU, DSP 등을 사용하여 구현할 수 있으며, 또한 FPGA 또는 ASIC 등의 집적회로 설계에 의해 구현될 수도 있다. 물론 제어수단(210)을 구동하기 위한 프로그램이 저장되는 메모리(도면 미도시)가 필요함은 당업자에게는 자명할 것이다.
본 발명에 따른 전원수단(220)은 전자기력발생수단(120) 및 제어수단(210)에 전기를 공급하는 수단이다. 필요에 따라 교류 또는 직류전압을 공급할 수도 있으나, 직류전압을 공급하는 것이 바람직하다.
<휴대용 기기의 구성>
도 20은 본 발명에 따른 휴대용 기기의 구성을 나타낸 구성도이고, 도 21는 본 발명에 따른 휴대용 기기의 정면도이다.
도 20에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 휴대용 기기는 대략 진동발생 모듈(100), 액추에이터(200), 및 마이크로 프로세서(310)로 구성할 수 있다. 이하에서는 진동발생 모듈(100) 및 액추에이터(200)는 상술한 기재에 갈음하기로 하고, 마이크로 프로세서(310)를 중심으로 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 마이크로 프로세서(310)는 휴대용 기기(300)의 상태를 감지하며, 휴대용 기기(300)의 상태에 따라 진동에 의한 촉감을 제공하기 위하여 제어수단(210)에 제어신호를 출력하는 수단이다. 이때 제어수단(210)에 출력되는 신호는 전자기력발생수단(120)의 철심(123)에 형성되는 자극을 유도하거나, 서로 바꾸기 위한 제어신호이다.
한편, 휴대용 기기(300)의 상태는 도 21에 도시된 바와 같이, 터치스크린(320)의 눌림 또는 터치스크린(320)에 나타나는 아이콘(321), 터치스크린(320)에 표시되는 키패드(330)의 자판(331)의 눌림, 또는 휴대용 기기(300)의 이벤트의 발생일 수 있다. 이때 휴대용 기기(300)의 이벤트는 전화를 걸때 또는 받을때, 문자메시지 수신, 휴대용 기기(300)에서 게임, 또는 휴대용 기기(300)를 이용한 사진촬영 등이 있을 수 있으며, 이러한 이벤트에 대응하는 진동을 진동발생 모듈(100)이 생성한다.
따라서, 상술한 기능을 가지는 마이크로 프로세서(310)는 MCU, MPU, DSP 등을 사용하여 구현할 수 있으며, 또한 FPGA 또는 ASIC 등의 집적회로 설계에 의해 구현될 수도 있다. 물론 마이크로 프로세서(310)를 구동하기 위한 프로그램이 저장되는 메모리(도면 미도시)가 필요함은 당업자에게는 자명할 것이다.
<진동 생성방법>
도 22는 본 발명에 따른 자기력발생수단의 이동에 의한 진동 생성방법을 순차적으로 나타낸 순서도이고, 도 23은 본 발명에 따른 전자기력발생수단의 이동에 의한 진동 생성방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
상술한 구성을 가지는 액추에이터(200)에 의하여 수행될 수 있는 진동 생성방법의 일실시예가 도 22 및 도 23에 도시되어 있다.
도 22에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자기력발생수단의 이동에 의한 진동 생성방법은 S110 단계 내지 S150 단계를 수행하며, 이하 도 22를 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 제어수단(210)이 전자기력발생수단(120)에 제어신호를 출력하는 단계를 수행하게 된다(S110). 이때 출력되는 제어신호는 전자기력발생수단(120)의 철심(123)에 자극을 형성하기 위한 신호이다. 제어신호에 따라 전자기력발생수단(120)에 전류가 흐름으로서 자극이 형성되며, 또한 전류의 흐름을 바꿈으로써 자극을 서로 변환시킬 수 있다.
다음으로, S110 단계 후, 전자기력발생수단(120)이 제어신호에 기초하여 전자기력을 발생하는 단계를 수행하게 된다(S120). 이때 형성되는 전자기력은 솔레노이드의 내측과 외측에 형성된다.
다음으로, S120 단계 후, 전자기력에 따라 전자기력발생수단(120)의 자극이 형성되는 단계를 수행하게 된다(S130). 자극의 형성은 필요에 따라 제어수단(210)의 제어신호에 의해 서로 바뀔 수 있다.
다음으로, S130 단계 후, 전자기력발생수단(120)의 자극과 자기력발생수단(110)의 자극에 의해 자기력이 생성되는 단계를 수행하게 된다(S140). 이때 생성되는 자기력은 인력 및 척력으로서, 인력 및 척력의 생성은 철심(123)에 생성되는 자극 중 적어도 어느 하나의 자극은 자기력발생수단(110)의 자극과 대향됨으로써 생성된다.
마지막으로, S140 단계 후, 자기력에 의해 자기력발생수단(110)이 이동하여 충돌함으로써 진동을 발생하는 단계를 수행하게 된다(S150).
한편, 전자기력발생수단의 이동에 의한 진동 생성방법은 상술한 S110 단계 내지 S140 단계와 동일하고, 자기력에 의해 전자기력발생수단(120)이 이동하여 충돌함으로써 진동을 발생하는 단계를 수행하게 된다(S250). 이때는 자기력발생수단(110)이 이동하지 않고 고정되어 있으며, 전자기력발생수단(1200이 이동하는 구성에 의해 수행될 수 있다.
<기록매체>
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
11 : 제1자기경로
13 : 제2자기경로
100 : 진동발생 모듈
110 : 자기력발생수단
111 : 제1자기력발생수단
113 : 제2자기력발생수단
115 : 제3자기력발생수단
117 : 제4자기력발생수단
120 : 전자기력발생수단
121 : 솔레노이드 코일
123 : 철심
130 : 제1이동체
131 : 보호수단
140 : 제2이동체
141 : 리미터수단
143 : 연결수단
150 : 탄성수단
160 : 하우징
200 : 액추에이터
210 : 제어수단
220 : 전원수단
300 : 휴대용 기기
310 : 마이크로프로세서
320 : 터치스크린
321 : 아이콘
330 : 키패드
331 : 키패드 자판

Claims (22)

  1. 자기력을 발생하는 자기력발생수단(110); 및
    인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하는 전자기력발생수단(120);을 포함하고,
    상기 자극 변환신호에 따라 일측 방향으로 상기 자기력발생수단(110) 또는 상기 전자기력발생수단(120)이 이동함으로써 진동을 발생하는 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기력발생수단(110)은 복수로 구비하는 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 교번되는 전자기력에 따라 발생하는 자극 중 적어도 어느 하나의 자극은 복수의 상기 자기력발생수단(110)의 자극과 대향됨으로써 자기력이 생성되는 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 자기력은 인력 및 척력인 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈.
  5. 제 3 항에 있어서,
    복수의 상기 자기력발생수단(110)은,
    서로 대향되는 자극이 서로 다른 자극인 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 전자기력발생수단(120)을 포함하는 제1이동체(130); 및
    상기 자기력발생수단(110)을 내측으로 포함하여 결합하는 제2이동체(140);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2이동체(140)와 결합하는 탄성수단(150); 및
    상기 탄성수단(150)과 결합하는 하우징(160);을 더 포함하고,
    상기 제2이동체(140)가 이동함으로써 관성에 의한 진동을 발생하는 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈.
  8. 제 6 항에 있어서,
    복수의 상기 전자기력발생수단(120)과 결합하는 탄성수단(150); 및
    상기 탄성수단(150)과 결합하는 상기 제2이동체(140);를 더 포함하고,
    상기 제1이동체(140)가 이동함으로써 관성에 의한 진동을 발생하는 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제1이동체(130)는,
    상기 전자기력발생수단(120)과 함께 이동되면서 상기 전자기력발생수단(120)을 충격으로부터 보호하는 복수의 보호수단(131);을 포함하고,
    상기 제2이동체(140)는,
    상기 보호수단(131)과 충격하여 충격에 의한 진동을 발생하는 복수의 리미터수단(141);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 자기력발생수단(110) 또는 상기 전자기력발생수단(120)이 관성에 의한 공진주파수에서 이동하는 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2이동체(140)는,
    상기 교번되는 전자기력 방향에 따라 자기경로(11,13)를 둘레방향으로 형성하여 상기 자기력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 진동발생 모듈.
  12. 자기력을 발생하는 자기력발생수단(110) 및
    인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하는 전자기력발생수단(120)을 포함하는 진동발생 모듈(100); 및
    상기 자극 변환신호를 상기 전자기력발생수단(120)에 출력하는 제어수단(210);을 포함하고,
    상기 자극 변환신호에 따라 일측 방향으로 상기 자기력발생수단(110) 또는 상기 전자기력발생수단(120)이 이동함으로써 진동을 발생하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전자기력발생수단(120) 및 제어수단(210)에 전기를 공급하는 전원수단(220);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  14. 자기력을 발생하는 자기력발생수단(110) 및
    인가되는 자극 변환신호에 따라 교번되는 전자기력을 발생하는 전자기력발생수단(120)을 포함하는 진동발생 모듈(100); 및
    상기 자극 변환신호를 상기 전자기력발생수단(120)에 출력하는 제어수단(210)을 포함하는 액추에이터(200);를 포함하고,
    상기 자극 변환신호에 따라 일측 방향으로 상기 자기력발생수단(110) 또는 상기 전자기력발생수단(120)이 이동함으로써 진동을 발생하는 것을 특징으로 하는 진동을 발생하는 휴대용 기기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    휴대용 기기(300)의 상태를 감지하며, 상기 상태에 따라 진동에 의한 촉감을 제공하기 위하여 상기 제어수단(210)에 제어신호를 출력하는 마이크로프로세서(310);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동을 발생하는 휴대용 기기.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 휴대용 기기(300)의 상태는,
    터치스크린(320)의 눌림, 상기 터치스크린(320)에 표시되는 키패드(330)의 눌림, 어플리케이션의 실행, 및 이벤트의 발생 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 진동을 발생하는 휴대용 기기.
  17. 제 12 항에 기재된 액추에이터를 이용한 진동 생성방법에 있어서,
    제어수단(210)이 전자기력발생수단(120)에 제어신호를 출력하는 단계(S110);
    상기 전자기력발생수단(120)이 상기 제어신호에 기초하여 전자기력을 발생하는 단계(S120);
    상기 전자기력에 따라 상기 전자기력발생수단(120)의 자극이 형성되는 단계(S130);
    상기 전자기력발생수단(120)의 자극과 자기력발생수단(110)의 자극에 의해 자기력이 생성되는 단계(S140); 및
    상기 자기력에 의해 상기 자기력발생수단(110)이 이동하여 충돌함으로써 진동을 발생하는 단계(S150);를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 생성방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 자기력은 인력 및 척력이고, 그리고
    상기 전자기력발생수단(120)은 고정되는 것을 특징으로 하는 진동 생성방법.
  19. 제 12 항에 기재된 액추에이터를 이용한 진동 생성방법에 있어서,
    제어수단(210)이 전자기력발생수단(120)에 제어신호를 출력하는 단계(S210);
    상기 전자기력발생수단(120)이 상기 제어신호에 기초하여 전자기력을 발생하는 단계(S220);
    상기 전자기력에 따라 상기 전자기력발생수단(120)의 자극이 형성되는 단계(S230);
    상기 전자기력발생수단(120)의 자극과 자기력발생수단(110)의 자극에 의해 자기력이 생성되는 단계(S240); 및
    상기 자기력에 의해 상기 전자기력발생수단(120)이 이동하여 충돌함으로써 진동을 발생하는 단계(S250);를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 생성방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 자기력은 인력 및 척력이고, 그리고
    상기 자기력발생수단(110)은 고정되는 것을 특징으로 하는 진동 생성방법.
  21. 제 17 항 또는 제 19 항에 있어서,
    교번되는 상기 전자기력에 따라 발생하는 자극 중 적어도 어느 하나의 자극은 상기 자기력발생수단(110)의 자극과 대향됨으로써 자기력이 생성되는 것을 특징으로 하는 진동 생성방법.
  22. 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 진동 생성방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
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