KR20140073727A - 선형 진동자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선형 진동자에 관한 것으로서, 내부공간을 제공하는 하우징; 상기 내부공간에 수직하게 배치되고 외주면에 구비되는 요크를 기준으로 대향하도록 상부 및 하부에 코일이 구비되는 샤프트; 상기 코일과 대향하게 배치되고 상기 코일과 상호작용하여 전자기력을 발생시키는 마그네트를 구비하는 진동부; 및 일단은 상기 하우징에 고정되고 타단은 상기 진동부에 고정되어 상기 진동부의 진동을 탄성지지하는 탄성부재;를 포함할 수 있다.

Description

선형 진동자{Linear vibrator}
본 발명은 선형 진동자에 관한 것이다.
최근에는 사용자의 편의성을 위해 LCD화면이 큰 개인휴대단말기의 출시가 급증하고 있으며, 이에 따라 터치스크린 방식이 채택되게 되고, 터치시 진동을 발생시키기 위해 진동모터가 사용되고 있다.
진동모터는 전자기적 힘의 발생원리를 이용하여 전기적 에너지를 기계적 진동으로 변환하는 부품으로써, 개인휴대단말기에 탑재되어 무음 착신알림용으로 사용되고 있다.
종래에는 회전력을 발생시켜 불평형 질량의 회전부를 회전시킴으로써 기계적 진동을 얻는 방식을 사용하고 있었으며, 회전력은 브러쉬(Brush)와 커뮤테이터(Commutator)의 접점을 통해 정류작용을 거쳐 기계적 진동을 얻는 방식을 사용하고 있었다.
그러나, 이러한 커뮤테이터(Commutator)를 사용한 브러쉬(Brush) 타입의 구조는 모터 회전시 브러쉬(Brush)가 커뮤테이터(Commutator)의 세그먼트와 세그먼트의 극간을 지나면서 기계적인 마찰과 전기적인 스파크를 유발하고, 이물을 생성하여 모터의 수명이 짧아지는 문제점이 있었다.
또한, 모터에 전압 인가시 회전관성에 의하여 목표진동량에 도달하는데 시간이 걸리므로 터치스크린에서의 적합한 진동을 구현하는데 문제가 있었다.
이러한 모터의 수명 및 응답성의 단점을 극복하고 터치스크린의 진동 기능을 구현하기 위해 많이 사용되고 있는 것이 선형 진동자이다.
선형 진동자는 모터의 회전원리를 이용한 것이 아니라, 내부에 설치되는 스프링과 스프링에 매달린 질량체를 통해 얻어진 전자기력을 공진주파수에 맞춰서 주기적으로 발생시키면 공진을 일으키게 되어 진동이 발생하는 원리를 이용한 것이다.
이러한 선형 진동자는 휴대용 전자기기의 소형화 및 슬림화를 요구하는 시장의 트랜드에 맞춰 슬림화가 가능하고 효율적으로 생산 가능해야 하며, 여러가지 요인이 작용하더라도 진동자의 성능 및 특성에 영향이 없어야 한다.
특히, 하우징의 내부공간에 구비되는 선형 진동자의 경우 크게 진동부와 고정부로 구분되어 고정부는 상기 하우징에 고정되고 진동부는 상기 고정부와의 전자기적 상호작용에 의해 진동하게 된다. 여기서, 상기 하우징에 고정되는 고정부가 선형 진동자에 가해지는 외부 충격 등에 의해 하우징에서 분리되는 경우가 발생할 수 있어 문제로 지적되고 있다.
또한, 종래의 선형 진동자는 코일 하나와 마그네트 하나가 대향 배치된 상태로 상호 작용하여 진동을 발생시키므로 진동력이 약하다는 단점이 있다.
하기의 선행기술문헌에 기재된 특허문헌 1은 고정부인 요크(15) 및 코일(14)이 브라켓(11)에 고정되어 있는데, 일단만 상기 브라켓(11)에 고정된 형상으로 구비되어 외부 충격 등이 가해지는 경우 상기 요크(15)가 상기 브라켓(11)에서 이탈할 수 있는 문제점이 존재하며, 하나의 마그네트(23)와 하나의 코일(14)이 대향하므로 진동력이 약하다는 문제점 또한 존재한다.
한국등록특허 제10-1101330호
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서 외부 충격 등에 의하더라도 고정부가 하우징에 단단히 고정된 상태를 유지할 수 있는 선형 진동자를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 진동력을 발생시키는 수단인 마그네트 또는 코일을 복수개 구비하도록 하여 진동력을 충분히 형성할 수 있도록 하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선형 진동자는 내부공간을 제공하는 하우징; 상기 내부공간에 수직하게 배치되고 외주면에 구비되는 요크를 기준으로 대향하도록 상부 및 하부에 코일이 구비되는 샤프트; 상기 코일과 대향하게 배치되고 상기 코일과 상호작용하여 전자기력을 발생시키는 마그네트를 구비하는 진동부; 및 일단은 상기 하우징에 고정되고 타단은 상기 진동부에 고정되어 상기 진동부의 진동을 탄성지지하는 탄성부재;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선형 진동자에서 상기 코일은 상기 요크에 인접하는 부분이 서로 동일한 극성을 갖도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선형 진동자에서 상기 요크를 기준으로 상부 및 하부에 감기는 코일은 각각 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선형 진동자에서 상기 샤프트 및 상기 요크는 자성체일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선형 진동자에서 상기 하우징은, 일측이 개방되고 소정의 내부공간을 제공하는 케이스; 및 상기 케이스의 개방된 일측에 결합하여 상기 케이스에 의해 형성되는 상기 내부공간을 밀폐하는 브라켓;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선형 진동자에서 상기 케이스는 상기 내부공간으로 돌출 형성되는 외벽을 구비하고, 상기 샤프트의 상부가 상기 외벽의 내측에 삽입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선형 진동자에서 상기 샤프트는 하단이 상기 브라켓에 구비되는 안착홈 또는 안착홀에 끼움 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선형 진동자에서 상기 요크는 상기 마그네트와 대향하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 진동자는 내부공간을 제공하는 하우징; 상기 내부공간에 수직하게 배치되고 외주면에 구비되는 요크를 기준으로 대향하도록 상부 및 하부에 구비되는 마그네트; 상기 마그네트와 대향하게 배치되고 상기 마그네트 상호작용하여 전자기력을 발생시키는 코일을 구비하는 진동부; 및 일단은 상기 하우징에 고정되고 타단은 상기 진동부에 고정되어 상기 진동부의 진동을 탄성지지하는 탄성부재;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 진동자에서 상기 마그네트는 상기 요크에 인접하는 부분이 서로 동일한 극성을 갖도록 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 진동자에서 상기 요크를 기준으로 상부 및 하부에 구비되는 마그네트는 각각 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 진동자에서 상기 샤프트 및 상기 요크는 자성체일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 진동자에서 상기 요크는 상기 코일과 대향하도록 배치될 수 있다.
본 발명에 의하면 외부 충격 등에 의하더라도 고정부가 하우징에 단단히 고정된 상태를 유지할 수 있는 선형 진동자를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 진동력을 발생시키는 수단인 마그네트 또는 코일을 복수개 구비하도록 하므로 진동력을 충분히 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 진동자를 도시한 개략 분해 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 진동자를 도시한 개략 단면도이며,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 진동자를 도시한 개략 분해 사시도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 진동자를 도시한 개략 단면도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 진동자를 도시한 개략 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 진동자를 도시한 개략 단면도이다.
우선, 방향에 대한 용어를 정의하면, 반경 방향 외측 또는 내측 방향은 케이스(112)의 중심으로부터 상기 케이스(112)의 외주면을 향하는 방향 또는 그 반대 방향일 수 있다. 또한, 원주 방향은 상기 케이스(112)를 기준으로 상기 케이스(112)의 둘레 방향(시계방향 또는 반시계방향 모두 포함)을 의미할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 진동자(100)는 상기 선형 진동자(100)의 외관을 형성하는 하우징(110)과, 질량체(131), 탄성부재(135) 및 자계부(136)를 포함하는 진동부(130)와, 샤프트(153), 요크(152) 및 코일(151)(154)을 포함하는 전자석(150)과, 상기 전자석(150) - 상세하게는, 상기 코일(151)(154) - 에 전원을 공급하기 위한 기판(140)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 자계부(136)는 요크 역할을 수행하는 상부 및 하부 플레이트(132)(134)와 그 사이에 개재되는 마그네트(133)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전자석(150)은 상기 하우징(110)의 내부공간에 상하 방향으로 구비되는 샤프트(153)와, 상기 샤프트(153)에 구비되는 요크(152) 및 상기 요크(152)를 기준으로 상하로 상기 샤프트(153)에 구비되는 코일(151)(154)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 샤프트(153) 및 상기 요크(152)는 자성체 재질로 구비될 수 있다.
하우징(110)은 일측이 개방되고 소정의 내부공간을 제공하는 케이스(112)와 상기 케이스(112)의 개방된 일측에 결합하여 상기 케이스(112)에 의해 형성되는 상기 내부공간을 밀폐할 수 있는 브라켓(114)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 내부공간은 전자석(150) 및 진동부(130) 등을 수용할 수 있으며, 상기 케이스(112) 및 상기 브라켓(114)은 일체로도 형성될 수 있다.
또한, 상기 브라켓(114)은 상기 케이스(112)의 개방된 일측을 밀폐시키는 밀폐부(114a)와 상기 케이스(112)와 결합된 후 상기 케이스(112)의 외측으로 돌출되는 돌출부(114b)를 구비할 수 있다.
한편, 상기 케이스(112) 내부의 상면 - 즉, 천정면 - 에는 상기 샤프트(153)의 외경과 대응되도록 돌출형성되는 외벽(112a)을 구비하여 상기 외벽(112a)의 내면에 상기 샤프트(153)의 외주면을 삽입 고정함으로써 더욱 견고히 결합될 수 있다.
전자석(150)은 상기 하우징(110)의 내부공간에 구비되도록 상기 하우징(110)에 고정 장착될 수 있다. 상기 전자석(150)은 상기 하우징(110) - 케이스(112) 또는 브라켓(114)에 장착 가능 - 에 본딩, 압입 및 용접 중 적어도 하나의 방법으로 결합될 수 있다. 즉, 상기 전자석(150)은 상기 케이스(112) 또는 상기 브라켓(114)에 상단 또는 하단이 고정 결합되는 샤프트(153)와 상기 샤프트(153)에 고정 결합되는 요크(152) 및 코일(151)(154)을 포함할 수 있다.
상기 전자석(150) - 더욱 상세하게는, 상기 요크(152) 및 코일(151)(154) - 은 상기 자계부(136)를 형성하는 상부 및 하부 플레이트(132)(134)와 마그네트(133)의 내경보다 작은 외경을 구비할 수 있으며, 상기 하우징(110) - 케이스(112) 또는 브라켓(114) - 에 결합되어 고정부재로 작용할 수 있다.
여기서, 상기 전자석(150)은 하우징(110)에 고정되는 샤프트(153)와, 상기 샤프트(153)에 결합되는 요크(152) 및 상기 요크(152)를 기준으로 상기 샤프트(153)에 상하로 배치되는 코일(151)(154)을 포함할 수 있다. 상기 코일(151)(154)은 도 2에서 보듯이, 상기 요크(152)에 인접하는 부분이 서로 동일한 극성을 갖도록 배치될 수 있다. 가령, 도 2를 참조하면, 상부에 배치되는 코일(151)이 상하로 순차적으로 N극, S극을 갖도록 배치되고, 하부에 배치되는 코일(154)이 상하로 순차적으로 S극, N극을 갖도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 요크(152)를 기준으로 상부 및 하부에 감기는 코일(151)(154)은 각각 하나 이상으로 구비될 수 있다.
나아가, 상기 샤프트(153) 및 상기 요크(152)는 자성체 재질로 구비되어 전자기력을 극대화할 수 있다. 아울러, 상기 샤프트(153) 및 상기 요크(152)는 일체로 구비될 수도 있다.
또한, 상기 요크(152)는 진동부(130)에 구비되는 상기 마그네트(133)와 대향하도록 배치될 수 있다.
상기 코일(151)(154)과 진동부(130)의 마그네트(133)의 상호작용으로 전자기력을 발생시키는 과정에서 자속의 흐름을 원활하게 형성하도록 하기 위해 상기 샤프트(153) 및 상기 요크(152)가 구비될 수 있다.
상기 샤프트(153)는 일단이 상기 하우징(110) - 더욱 상세하게는, 상기 브라켓(114) - 에 구비되는 안착홈 또는 안착홀(114c)에 끼움 고정될 수 있다. 물론, 이에 한정하는 것은 아니며 본딩, 압입 및 용접 등 다양한 방식을 활용하여 상기 샤프트(153)를 상기 하우징(110)에 고정할 수 있다. 또한, 상기 샤프트(153)는 타단이 상기 하우징(110) - 더욱 상세하게는, 상기 케이스(112)의 천정면 - 에 구비되는 외벽(112a)에 끼움 고정될 수 있다. 물론, 이에 한정하는 것은 아니며 본딩, 압입 및 용접 등 다양한 방식을 활용하여 상기 샤프트(153)를 상기 하우징(110)에 고정할 수 있다. 즉, 상시 샤프트(153)는 상기 케이스(112) 및 상기 브라켓(114) 중 적어도 어느 하나에 고정 장착될 수 있다. 이와 같이 상기 샤프트(153)가 상기 케이스(112) 및 상기 브라켓(114) 중 적어도 어느 하나에 고정 장착됨으로써 상기 전자석(150)은 선형 진동자에 가해지는 외부 충격 등에 의하더라도 이탈되지 않도록 견고하게 고정될 수 있다.
또한, 상기 코일(151)(154)의 인출선은 상기 하우징(110)의 내면에 구비되는 기판(140)에 연결될 수 있다. 물론, 상기 기판(140)을 연성회로기판으로 하여 직접 상기 코일(154)의 저면에 부착할 수도 있다(도 4에 도시된 방식). 상기 코일(151)(154)에 전류를 일정주파수에 따라 인가하면 상기 코일(151)(154)의 주변에 자기장을 유도할 수 있다. 이 경우, 상술한 바와 같이 상하로 구비되는 상기 코일(151)(154)이 상기 요크(152)와 인접하는 부분은 동일한 극성을 갖도록 하여 자기장을 유도할 수 있다.
진동부(130)는 질량체(131), 탄성부재(135) 및 자계부(136)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 자계부(136)는 상부 및 하부 플레이트(132)(134)와 그 사이에 구비되는 마그네트(133)를 포함할 수 있다.
상기 탄성부재(135)의 일단은 상기 자계부(136)를 내측에 구비하는 상기 질량체(131)에 고정되고 타단은 상기 하우징(110) - 케이스(112) 또는 브라켓(114)에 고정 가능 - 에 고정될 수 있다.
상기 자계부(136)는 상기 질량체(131)의 내측 면에 고정 구비되어 상기 자계부(136)의 내측에 대향하도록 하우징(110)에 고정 구비되는 전자석(150) - 즉, 코일(151)(154) - 과 상호작용하여 상기 진동부(130)를 탄성부재(138)를 매개로 상기 전자석(150)에 상대 진동하도록 구현될 수 있다.
즉, 상기 진동부(130)는 상기 탄성부재(135)를 매개로 상하로 진동할 수 있는 부재일 수 있다.
여기서, 상기 상부 및 하부 플레이트(132)(134)와 마그네트(133)는 상기 전자석(150) - 더욱 상세하게는, 상기 코일(151)(154) 및 요크(152) - 의 외경보다 큰 내경을 구비할 수 있다.
구체적으로, 상기 자계부(136)는 상기 전자석(150)과 대향하게 배치될 수 있고, 상기 전자석(150)의 적어도 일부가 상기 자계부(136)에 의해 형성되는 공간 내에 삽입될 수 있다.
따라서, 상기 진동부(130)가 운동하는 동안 상기 전자석(150)과 상기 자계부(136)는 비접촉의 상태를 유지할 수 있다.
또한, 상기 마그네트(133)은 상기 질량체(131)의 중공 내주면에 결합할 수 있다.
상기 질량체(131)는 상하로 진동하는 진동체로써 상하로 진동하는 경우 하우징(110) 내에서 접촉 없이 진동할 수 있도록 상기 케이스(112)의 내주면의 내경보다는 작은 외경으로 구비될 수 있다.
이에 따라, 상기 케이스(112)의 내주면과 상기 질량체(131)의 외주면 사이에는 일정 크기의 간극이 형성될 수 있다.
이러한 질량체(131)는 상기 마그네트(133)에서 발생되는 자력의 영향을 받지 않는 비자성체 또는 상자성체 소재로 구성되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 질량체(131)는 철보다 무거운 비중을 갖는 텅스텐과 같은 물질이 바람직하며, 이는 동일한 체적 내에 상기 진동부(130)의 질량을 높임으로써 공진주파수를 조절하여 진동량을 최대로 하기 위함이다.
다만, 상기 질량체(131)의 재질은 텅스텐에 한정하는 것은 아니며 설계자의 의도에 따라 다양한 재질을 사용하는 것도 가능하다.
여기서, 상기 선형 진동자(100)의 고유진동수를 보정하기 위해 상기 질량체(131)는 서브 질량체를 추가적으로 삽입할 수 있는 공간이 형성되어 상기 질량체(131)의 질량을 가감할 수도 있다.
상기 코일(151)(154)에 전류를 일정주파수에 따라 인가하면 상기 코일(151)(154)의 주변에 자기장을 유도할 수 있다. 이때, 상기 코일(151)(154)을 통하여 전자기력이 가진되면, 상기 마그네트(133)에서 상기 코일(151)(154)을 통과하는 자속의 방향은 좌우로 형성되고, 상기 코일(151)(154)에 의해 발생되는 자기장은 상하로 형성되어 상기 진동부(130)가 상하로 진동하게 된다.
따라서, 상기 마그네트(133)의 자속방향과 상기 진동부(130)의 진동방향은 수직을 이루게 된다.
즉, 상기 진동부(130)의 기계적 고유진동수와 동일한 진동수를 가지는 전자기력을 가진하면 상기 진동부(130)는 공진 진동을 하여 최대의 진동량을 얻을 수 있으며, 상기 진동부(130)의 고유진동수는 상기 진동부(130)의 질량과 상기 탄성부재(135)의 탄성계수에 의해 영향을 받게 된다.
여기서, 상기 코일(151)(154)에 인가되는 전류, 즉, 일정주파수를 가지는 외부전원은 상기 코일(151)(154)과 전기적으로 결합하는 기판(140)에 의해 제공될 수 있으며, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
탄성부재(135)는 상기 언급한 바와 같이 질량체(131)와 하우징(110) - 케이스(112) 또는 브라켓(114) - 에 결합하여 탄성력을 제공하는 부재로서, 상기 탄성부재(135)의 탄성계수에 의해 진동부(130)의 고유진동수에 영향을 미치게 된다.
여기서, 상기 탄성부재(135)는 코일스프링 또는 판스프링 중 하나일 수 있으나, 여기에 한정되지 않으며 탄성력을 제공하는 부재이면 제한이 없음을 밝혀둔다.
기판(140)은 상기 전자석(150)을 구성하는 상기 코일(151)(154)의 인출선과 전기적으로 결합할 수 있다.
상기 기판(140)을 하우징(110)에 장착하는 과정에서 상기 하우징(110)에 고정 구비되는 전자석(150)을 끼울 수 있는 관통홀(149)을 구비할 수 있다. 상기 관통홀(149)에 의해 기판(140)의 장착이 용이할 수 있다.
구체적으로, 상기 기판(140)은 전체적으로 상기 하우징(110)에 밀착되도록 장착되고 상기 코일(151)(154)의 인출선이 연장되어 상기 기판(140)에 전기적으로 연결될 수 있다.
또는, 상기 기판(140)은 플랙서블 인쇄회로기판일 수 있으며, 상기 코일(151)(154)와 결합하는 이동편(142), 상기 브라켓(114)의 돌출부(114b)와 결합하는 고정편(146) 및 상기 이동편(142)과 상기 고정편(146)을 서로 연결하는 연결편(144)을 포함할 수 있다.
상기 이동편(142)은 상기 브라켓(114)에 밀착 구비되지 않고 상기 코일(151)(154)의 하부면에 접촉하여 결합할 수 있다(도 4의 코일과 기판 결합 구조 참고).
그리고, 상기 이동편(142)에 의해 형성되는 내부공간은 앞서 언급한 관통홀(149)을 의미할 수 있다.
상기 고정편(146)의 상면에는 상기 코일(151)(154)에 전원을 공급하기 위한 전원연결단자(147)를 구비할 수 있으며, 상기 케이스(112)의 외부로 돌출될 수 있다.
따라서, 상기 기판(140)의 고정편(146)은 상기 돌출부(114b)와 결합할 수 있다.
또한, 상기 기판(140)은 상기 이동편(142)과 상기 고정편(146)을 연결하는 연결편(144)을 구비할 수 있으며, 상기 연결편(144)은 상기 고정편(146)의 단부로부터 상기 이동편(142)의 가장자리와 일정 간극을 사이에 둔 채로 상기 이동편(142)의 원주 방향으로 선회하도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 기판(140)의 하면에는 특정주파수의 전기신호를 코일(151)(154)로 전달하기 위한 전극패드(미도시)를 구비할 수 있으며, 상기 전극패드(미도시)는 상기 코일(151)(154)의 인출선과 전기적으로 접속될 수 있다.
여기서, 상기 전극패드(미도시)는 상기 코일(151)(154)의 외경보다 외측에 형성될 수 있으며, 상기 전극패드(미도시)와 상기 코일(151)(154)의 인출선의 일단은 솔더링에 의해 전기적으로 접속될 수 있다.
다시 말하면, 상기 전극패드(미도시)는 상기 기판(140)의 이동편(142)의 하면에 형성되어 상기 코일(151)(154)의 인출선과 결합될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 진동자(300)는 상기 선형 진동자(300)의 외관을 형성하는 하우징(310)과, 질량체(331), 탄성부재(335) 및 전자석(336)을 포함하는 진동부(330)와, 샤프트(353), 요크(352) 및 마그네트(351)(354)를 포함하는 자계부(350)와, 상기 전자석(336) - 상세하게는, 상기 코일(333) - 에 전원을 공급하기 위한 기판(340)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전자석(336)은 요크 역할을 수행하는 상부 및 하부 플레이트(332)(334)와 그 사이에 개재되는 코일(233)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 자계부(350)은 상기 하우징(310)의 내부공간에 상하 방향으로 구비되는 샤프트(353)와, 상기 샤프트(353)에 구비되는 요크(352) 및 상기 요크(352)를 기준으로 상하로 상기 샤프트(353)에 구비되는 마그네트(351)(354)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 샤프트(353) 및 상기 요크(352)는 자성체 재질로 구비될 수 있다.
하우징(310)은 일측이 개방되고 소정의 내부공간을 제공하는 케이스(312)와 상기 케이스(312)의 개방된 일측에 결합하여 상기 케이스(312)에 의해 형성되는 상기 내부공간을 밀폐할 수 있는 브라켓(314)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 내부공간은 자계부(350) 및 진동부(330) 등을 수용할 수 있으며, 상기 케이스(312) 및 상기 브라켓(314)은 일체로도 형성될 수 있다.
또한, 상기 브라켓(314)은 상기 케이스(312)의 개방된 일측을 밀폐시키는 밀폐부(314a)와 상기 케이스(312)와 결합된 후 상기 케이스(312)의 외측으로 돌출되는 돌출부(314b)를 구비할 수 있다.
한편, 상기 케이스(312) 내부의 상면 - 즉, 천정면 - 에는 상기 샤프트(353)의 외경과 대응되도록 돌출형성되는 외벽(312a)을 구비하여 상기 외벽(312a)의 내면에 상기 샤프트(353)의 외주면을 삽입 고정함으로써 더욱 견고히 결합될 수 있다.
자계부(350)는 상기 하우징(310)의 내부공간에 구비되도록 상기 하우징(310)에 고정 장착될 수 있다. 상기 자계부(350)은 상기 하우징(310) - 케이스(312) 또는 브라켓(314)에 장착 가능 - 에 본딩, 압입 및 용접 중 적어도 하나의 방법으로 결합될 수 있다. 즉, 상기 자계부(350)는 상기 케이스(312) 또는 상기 브라켓(314)에 상단 또는 하단이 고정 결합되는 샤프트(353)와 상기 샤프트(353)에 고정 결합되는 요크(352) 및 마그네트(351)(354)를 포함할 수 있다.
상기 자계부(350) - 더욱 상세하게는, 상기 요크(352) 및 마그네트(351)(354) - 는 상기 전자석(336)을 형성하는 상부 및 하부 플레이트(332)(334)와 코일(333)의 내경보다 작은 외경을 구비할 수 있으며, 상기 하우징(310) - 케이스(312) 또는 브라켓(314) - 에 결합되어 고정부재로 작용할 수 있다.
여기서, 상기 자계부(350)는 하우징(310)에 고정되는 샤프트(353)와, 상기 샤프트(353)에 결합되는 요크(352) 및 상기 요크(352)를 기준으로 상기 샤프트(353)에 상하로 배치되는 마그네트(351)(354)을 포함할 수 있다. 상기 마그네트(351)(354)은 도 4에서 보듯이, 상기 요크(352)에 인접하는 부분이 서로 동일한 극성을 갖도록 배치될 수 있다. 가령, 도 4를 참조하면, 상부에 배치되는 마그네트(351)이 상하로 순차적으로 N극, S극을 갖도록 배치되고, 하부에 배치되는 마그네트(354)이 상하로 순차적으로 S극, N극을 갖도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 요크(352)를 기준으로 상부 및 하부에 배치되는 마그네트(351)(354)은 각각 하나 이상으로 구비될 수 있다.
나아가, 상기 샤프트(353) 및 상기 요크(352)는 자성체 재질로 구비되어 전자기력을 극대화할 수 있다. 아울러, 상기 샤프트(353) 및 상기 요크(352)는 일체로 구비될 수도 있다.
또한, 상기 요크(352)는 진동부(330)에 구비되는 상기 코일(333)와 대향하도록 배치될 수 있다.
상기 마그네트(351)(354)와 진동부(130)의 코일(333)의 상호작용으로 전자기력을 발생시키는 과정에서 자속의 흐름을 원활하게 형성하도록 하기 위해 상기 샤프트(353) 및 상기 요크(352)가 구비될 수 있다.
상기 샤프트(353)는 일단이 상기 하우징(310) - 더욱 상세하게는, 상기 브라켓(314) - 에 구비되는 안착홈 또는 안착홀(314c)에 끼움 고정될 수 있다. 물론, 이에 한정하는 것은 아니며 본딩, 압입 및 용접 등 다양한 방식을 활용하여 상기 샤프트(353)를 상기 하우징(310)에 고정할 수 있다. 또한, 상기 샤프트(353)는 타단이 상기 하우징(310) - 더욱 상세하게는, 상기 케이스(312)의 천정면 - 에 구비되는 외벽(312a)에 끼움 고정될 수 있다. 물론, 이에 한정하는 것은 아니며 본딩, 압입 및 용접 등 다양한 방식을 활용하여 상기 샤프트(353)를 상기 하우징(310)에 고정할 수 있다. 즉, 상시 샤프트(353)는 상기 케이스(312) 및 상기 브라켓(314) 중 적어도 어느 하나에 고정 장착될 수 있다. 이와 같이 상기 샤프트(353)가 상기 케이스(312) 및 상기 브라켓(314) 중 적어도 어느 하나에 고정 장착됨으로써 상기 자계부(350)는 선형 진동자에 가해지는 외부 충격 등에 의하더라도 이탈되지 않도록 견고하게 고정될 수 있다.
또한, 상기 코일(333)의 인출선은 상기 하우징(310)의 내면에 구비되는 기판(340)에 연결될 수 있다. 물론, 상기 기판(340)을 연성회로기판으로 하여 직접 상기 코일(354)의 저면에 부착할 수도 있다(도 4 참조). 상기 코일(333)에 전류를 일정주파수에 따라 인가하면 상기 코일(333)의 주변에 자기장을 유도할 수 있다.
진동부(330)는 질량체(331), 탄성부재(335) 및 전자석(336)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 전자석(336)은 상부 및 하부 플레이트(332)(334)와 그 사이에 구비되는 코일(333)을 포함할 수 있다.
상기 탄성부재(335)의 일단은 상기 전자석(336)을 내측에 구비하는 상기 질량체(331)에 고정되고 타단은 상기 하우징(310) - 케이스(312) 또는 브라켓(314)에 고정 가능 - 에 고정될 수 있다.
상기 전자석(336)은 상기 질량체(331)의 내측 면에 고정 구비되어 상기 전자석(336)의 내측에 대향하도록 하우징(110)에 고정 구비되는 자계부(350) - 즉, 마그그네트(351)(354) - 과 상호작용하여 상기 진동부(330)를 탄성부재(338)를 매개로 상기 자계부(350)에 상대 진동하도록 구현될 수 있다.
즉, 상기 진동부(330)는 상기 탄성부재(335)를 매개로 상하로 진동할 수 있는 부재일 수 있다.
여기서, 상기 상부 및 하부 플레이트(332)(334)와 코일(333)은 상기 자계부(350) - 더욱 상세하게는, 상기 마그네트(351)(354) 및 요크(152) - 의 외경보다 큰 내경을 구비할 수 있다.
구체적으로, 상기 전자석(336)은 상기 자계부(350)와 대향하게 배치될 수 있고, 상기 전자석(336)의 적어도 일부가 상기 자계부(350)에 의해 형성되는 공간 내에 삽입될 수 있다.
따라서, 상기 진동부(330)가 운동하는 동안 상기 자게부(350)와 상기 전자석(336)는 비접촉의 상태를 유지할 수 있다.
또한, 상기 코일(333)은 상기 질량체(331)의 중공 내주면에 결합할 수 있다.
상기 질량체(331)는 상하로 진동하는 진동체로써 상하로 진동하는 경우 하우징(310) 내에서 접촉 없이 진동할 수 있도록 상기 케이스(312)의 내주면의 내경보다는 작은 외경으로 구비될 수 있다.
이에 따라, 상기 케이스(312)의 내주면과 상기 질량체(331)의 외주면 사이에는 일정 크기의 간극이 형성될 수 있다.
이러한 질량체(331)는 상기 코일(333)에서 발생되는 자력의 영향을 받지 않는 비자성체 또는 상자성체 소재로 구성되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 질량체(331)는 철보다 무거운 비중을 갖는 텅스텐과 같은 물질이 바람직하며, 이는 동일한 체적 내에 상기 진동부(330)의 질량을 높임으로써 공진주파수를 조절하여 진동량을 최대로 하기 위함이다.
다만, 상기 질량체(331)의 재질은 텅스텐에 한정하는 것은 아니며 설계자의 의도에 따라 다양한 재질을 사용하는 것도 가능하다.
여기서, 상기 선형 진동자(300)의 고유진동수를 보정하기 위해 상기 질량체(331)는 서브 질량체를 추가적으로 삽입할 수 있는 공간이 형성되어 상기 질량체(331)의 질량을 가감할 수도 있다.
상기 코일(333)에 전류를 일정주파수에 따라 인가하면 상기 코일(333)의 주변에 자기장을 유도할 수 있다. 이때, 상기 코일(333)을 통하여 전자기력이 가진되면, 상기 마그네트(351)(354)에서 상기 코일(333)을 통과하는 자속의 방향은 좌우로 형성되고, 상기 코일(333)에 의해 발생되는 자기장은 상하로 형성되어 상기 진동부(330)가 상하로 진동하게 된다.
따라서, 상기 마그네트(351)(354)의 자속방향과 상기 진동부(330)의 진동방향은 수직을 이루게 된다.
즉, 상기 진동부(330)의 기계적 고유진동수와 동일한 진동수를 가지는 전자기력을 가진하면 상기 진동부(330)는 공진 진동을 하여 최대의 진동량을 얻을 수 있으며, 상기 진동부(330)의 고유진동수는 상기 진동부(330)의 질량과 상기 탄성부재(335)의 탄성계수에 의해 영향을 받게 된다.
여기서, 상기 코일(333)에 인가되는 전류, 즉, 일정주파수를 가지는 외부전원은 상기 코일(333)과 전기적으로 결합하는 기판(340)에 의해 제공될 수 있으며, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
탄성부재(335)는 상기 언급한 바와 같이 질량체(331)와 하우징(310) - 케이스(312) 또는 브라켓(314) - 에 결합하여 탄성력을 제공하는 부재로서, 상기 탄성부재(335)의 탄성계수에 의해 진동부(330)의 고유진동수에 영향을 미치게 된다.
여기서, 상기 탄성부재(335)는 코일스프링 또는 판스프링 중 하나일 수 있으나, 여기에 한정되지 않으며 탄성력을 제공하는 부재이면 제한이 없음을 밝혀둔다.
기판(340)은 상기 전자석(336)을 구성하는 상기 코일(333)의 인출선과 전기적으로 결합할 수 있다.
상기 기판(340)을 하우징(310)에 장착하는 과정에서 상기 하우징(310)에 고정 구비되는 자계부(350)을 끼울 수 있는 관통홀(349)을 구비할 수 있다. 상기 관통홀(349)에 의해 기판(340)의 장착이 용이할 수 있다.
구체적으로, 상기 기판(340)은 전체적으로 상기 하우징(310)에 밀착되도록 장착되고 상기 코일(333)의 인출선이 연장되어 상기 기판(340)에 전기적으로 연결될 수 있다.
또는, 상기 기판(340)은 플랙서블 인쇄회로기판일 수 있으며, 상기 코일(333)와 결합하는 이동편(342), 상기 브라켓(314)의 돌출부(314b)와 결합하는 고정편(346) 및 상기 이동편(342)과 상기 고정편(346)을 서로 연결하는 연결편(344)을 포함할 수 있다.
상기 이동편(342)은 상기 브라켓(314)에 밀착 구비되지 않고 상기 코일(333)의 하부면에 접촉하여 결합할 수 있다(도 4의 코일과 기판 결합 구조 참고).
그리고, 상기 이동편(342)에 의해 형성되는 내부공간은 앞서 언급한 관통홀(349)을 의미할 수 있다.
상기 고정편(346)의 상면에는 상기 코일(333)에 전원을 공급하기 위한 전원연결단자(347)를 구비할 수 있으며, 상기 케이스(312)의 외부로 돌출될 수 있다.
따라서, 상기 기판(340)의 고정편(346)은 상기 돌출부(314b)와 결합할 수 있다.
또한, 상기 기판(340)은 상기 이동편(342)과 상기 고정편(346)을 연결하는 연결편(344)을 구비할 수 있으며, 상기 연결편(344)은 상기 고정편(346)의 단부로부터 상기 이동편(342)의 가장자리와 일정 간극을 사이에 둔 채로 상기 이동편(342)의 원주 방향으로 선회하도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 기판(340)의 하면에는 특정주파수의 전기신호를 코일(333)로 전달하기 위한 전극패드(미도시)를 구비할 수 있으며, 상기 전극패드(미도시)는 상기 코일(333)의 인출선과 전기적으로 접속될 수 있다.
여기서, 상기 전극패드(미도시)는 상기 코일(333)의 외경보다 외측에 형성될 수 있으며, 상기 전극패드(미도시)와 상기 코일(333)의 인출선의 일단은 솔더링에 의해 전기적으로 접속될 수 있다.
다시 말하면, 상기 전극패드(미도시)는 상기 기판(340)의 이동편(342)의 하면에 형성되어 상기 코일(333)의 인출선과 결합될 수 있다.
한편, 도시는 생략하나 본 발명의 실시예에서는 상기 탄성부재(335)를 전원연결선으로 활용할 수 있다. 도 3 및 도 4에서 보듯이, 상기 선형 진동자(300)의 내부 구조는 상당히 복잡하므로 별도의 전원연결선 - 가령, 상기 이동편(342) - 등을 별도로 구비하는 것이 어려울 수 있다. 이에, 상기 고정편(346)을 상기 탄성부재(335)의 하단에 연결하고, 상기 탄성부재(335)의 상단을 상기 코일(333)의 인출선과 연결하여 전원을 공급할 수도 있다.
100, 300: 선형 진동자
110, 310: 하우징
130, 330: 진동부
136, 350 : 자계부
140, 340: 기판
150, 336: 전자석

Claims (13)

  1. 내부공간을 제공하는 하우징;
    상기 내부공간에 수직하게 배치되고 외주면에 구비되는 요크를 기준으로 대향하도록 상부 및 하부에 코일이 구비되는 샤프트;
    상기 코일과 대향하게 배치되고 상기 코일과 상호작용하여 전자기력을 발생시키는 마그네트를 구비하는 진동부; 및
    일단은 상기 하우징에 고정되고 타단은 상기 진동부에 고정되어 상기 진동부의 진동을 탄성지지하는 탄성부재;를 포함하는 선형 진동자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일은 상기 요크에 인접하는 부분이 서로 동일한 극성을 갖도록 배치되는 선형 진동자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 요크를 기준으로 상부 및 하부에 감기는 코일은 각각 하나 이상인 선형 진동자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트 및 상기 요크는 자성체인 선형 진동자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하우징은,
    일측이 개방되고 소정의 내부공간을 제공하는 케이스; 및
    상기 케이스의 개방된 일측에 결합하여 상기 케이스에 의해 형성되는 상기 내부공간을 밀폐하는 브라켓;을 포함하는 선형 진동자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 내부공간으로 돌출 형성되는 외벽을 구비하고,
    상기 샤프트의 상부가 상기 외벽의 내측에 삽입되는 선형 진동자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 샤프트는 하단이 상기 브라켓에 구비되는 안착홈 또는 안착홀에 끼움 고정되는 선형 진동자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 요크는 상기 마그네트와 대향하도록 배치되는 선형 진동자.
  9. 내부공간을 제공하는 하우징;
    상기 내부공간에 수직하게 배치되고 외주면에 구비되는 요크를 기준으로 대향하도록 상부 및 하부에 구비되는 마그네트;
    상기 마그네트와 대향하게 배치되고 상기 마그네트 상호작용하여 전자기력을 발생시키는 코일을 구비하는 진동부; 및
    일단은 상기 하우징에 고정되고 타단은 상기 진동부에 고정되어 상기 진동부의 진동을 탄성지지하는 탄성부재;를 포함하는 선형 진동자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 마그네트는 상기 요크에 인접하는 부분이 서로 동일한 극성을 갖도록 배치되는 선형 진동자.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 요크를 기준으로 상부 및 하부에 구비되는 마그네트는 각각 하나 이상인 선형 진동자.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 샤프트 및 상기 요크는 자성체인 선형 진동자.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 요크는 상기 코일과 대향하도록 배치되는 선형 진동자.
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