KR20150042897A

KR20150042897A - 선형 진동자

Info

Publication number: KR20150042897A
Application number: KR20130121625A
Authority: KR
Inventors: 박준
Original assignee: 박준
Priority date: 2013-10-12
Filing date: 2013-10-12
Publication date: 2015-04-22

Abstract

본 발명에 따르면, 내부에 공간을 형성하며 상부의 적어도 일부가 폐쇄되고 하부가 개방된 케이스, 상기 케이스 내부에 배치된 영구자석, 상기 영구자석과 결합된 웨이트를 포함하는 운동부, 상기 케이스의 내측에 일측면이 고정되고 또 다른 일측면이 운동부에 연결되는 탄성부재, 상기 운동부의 일부를 감싸며 상기 케이스의 내측면의 일부에 배치되는 코일, 상기 코일에 연결된 전원공급장치, 및 상기 전원 공급장치와 결합된 브라켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 진동자에 있어서 코일을 외측으로 배치하여 활용되지 못하는 빈 공간을 최소화하고 코일의 면적을 크게하여 보다 큰 진동력을 발생할 수 있어 넓은 주파수 범위에서 사용할 수 있는 선형 진동자를 제공한다.

Description

선형 진동자 {Linear Actuator}

본 발명은 선형 진동자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개인 휴대 단말기나 태블릿PC, 게임기 또는 리모콘 등에 장착되어 진동하도록 설계되는 선형 진동자에 관한 것이다.

일반적으로 통신기기에서 반드시 필요한 기능 중의 하나가 착신기능이다. 이러한 착신기능으로 소리 또는 진동으로 알려주는 기능이 있다.

이 중 진동기능은 스피커를 통해 멜로디나 벨이 외부로 전달되어 타인에게 피해를 입히지 않고자 하는 경우에 주로 사용되는데, 이러한 진동을 위해서는 소형의 액추에이터를 구동시켜, 그 구동력이 기기의 케이스로 전달되도록 하여 기기가 진동 할 수 있도록 하는 것이 일반적이다.

또한, 최근에는 터치스크린을 장착한 스마트폰 및 태블릿 등의 보급이 늘어나면서, 진동기능은 단순한 착신기능을 넘어 가상의 터치감을 사용자에게 제공하는 기능이 요구되고 있다.

과거 착신 기능만을 필요로 할 때에는 중량체가 회전하는 형태의 진동자가 주로 사용되었지만, 터치스크린을 장착한 기기에서는 터치에 대한 반응에 빠른 응답을 하여야 하기 때문에 선형운동을 하는 선형 진동자가 주로 사용되고 있다.

종래의 선형 진동자는 선형 진동자의 중심부에 영구자석과 코일이 모두 배치되어 코일의 내측과 외측으로 다른 기구물과 접촉이 되지 않도록 빈 공간을 확보하여야 하기 때문에 공간의 손실이 커져 내부 공간을 효율적으로 활용하지 못하여 선형 진동자의 진동력 증대에 한계가 있다.

그리고 선형 진동기의 진동력이 작으면 진동기능을 위해 사용할 수 있는 충분한 진동력을 발생할 수 있는 주파수의 범위가 좁아 다양한 활용을 하기 어렵다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 케이스, 브라켓, 영구자석, 웨이트, 요크, 탄성부재, 코일, 전원공급장치로 구성된 선형 진동자에 있어서 코일을 외측으로 배치함으로써, 활용되지 못하는 빈 공간을 최소화하고 코일의 면적을 크게하여 보다 큰 진동력을 발생하여 넓은 주파수 범위에서 사용할 수 있는 선형 진동자를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 내부에 공간을 형성하며 상부의 적어도 일부가 폐쇄되고 하부가 개방된 케이스, 상기 케이스 내부에 배치된 영구자석, 상기 영구자석과 결합된 웨이트를 포함하는 운동부, 상기 케이스의 내측에 일측면이 고정되고 또 다른 일측면이 운동부에 연결되는 탄성부재, 상기 운동부의 일부를 감싸며 상기 케이스의 내측면의 일부에 배치되는 코일, 상기 코일에 연결된 전원공급장치 및 상기 전원 공급장치와 결합된 브라켓을 포함한다.

상기 코일은 상기 케이스의 내측면에 접촉하여 고정되는 것이 바람직하다.

상기 코일은 단수 개 또는 복수개로 구성될 수 있다.

상기 전원연결장치와 상기 브라켓을 일체로 형성하며 회로기판을 사용할 수도 있다.

또한 상기 운동부의 일측면에 요크를 배치하는 것이 바람직하다.

상기 요크는 상기 영구자석의 일측면에 배치되며 강자성체 재질로 이루질 수 있다.

상기 탄성부재의 일측면이 상기 운동부에 배치된 요크와 연결할 수 있다.

또한 내부에 공간을 형성하며 상부의 적어도 일부가 폐쇄되고 하부가 개방된 케이스, 상기 케이스 내부에 배치된 영구자석, 상기 영구자석과 결합된 웨이트를 포함하는 운동부, 상기 케이스의 내측에 일측면이 고정되고 또 다른 일측면이 운동부에 연결되는 복수개로 이루어진 탄성부재, 상기 운동부의 일부를 감싸며 상기 케이스의 내측면의 일부에 배치되는 코일, 상기 코일에 연결된 전원공급장치, 및 상기 전원 공급장치와 결합된 브라켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 진동자로 구성될 수 있다.

본 발명의 특징 및 잇점들을 첨부 도면에 의거하여 다음의 상세한 설명으로 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 케이스, 브라켓, 영구자석, 웨이트, 탄성부재, 코일, 전원공급장치로 구성된 선형 진동자에서 코일을 외측으로 배치함으로써, 활용되지 못하는 빈 공간을 최소화하고 코일의 면적을 크게하여 보다 큰 진동력을 발생할 수 있어 넓은 주파수 범위에서 사용할 수 있는 선형 진동자를 제공한다.

도1 본 발명에 따른 선형 진동자에 대한 단면도
도2 본 발명에 따른 선형 진동자에 대한 분해사시도
도3 선형 진동자의 코일과 요크의 배치에 대한 도면
도4 선형 진동자의 주파수에 대한 진동력 그래프
도5 본 발명에 따른 선형 진동자의 다른 실시 예
도6 본 발명에 따른 선형 진동자의 다른 실시 예의 동작 구조
도7 본 발명에 따른 선형 진동자의 또 다른 실시 예
도8 본 발명에 따른 선형 진동자의 또 다른 실시 예
도9 본 발명에 따른 선형 진동자의 또 다른 실시 예의 외부 전극 구성
도10 본 발명에 따른 선형 진동자의 또 다른 실시 예
도11 종래의 선형 진동자

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 선형 진동자(100)의 단면도이고, 도2는 상기 선형 진동자(100)의 분해사시도이다. 도시된 바와 같이 상기 선형 진동자(100)는 내부에 소정의 공간을 가지는 케이스(110), 상기 케이스(110)의 개방된 측면에 결합되는 브라켓(111), 상기 케이스(110) 내측면에 결합된 코일(125), 상기 코일(125)에 연결되어 전원을 공급하여주는 전원공급장치(115), 상기 코일(125)의 내측에 배치된 영구자석(113), 상기 영구자석(113)에 결합되어 상기 코일(125)과 상기 영구자석(113)에 의해 발생하는 진동력을 증대시켜주는 웨이트(127), 상기 영구자석(113)의 상측면과 하측면에 결합되어 상기 영구자석(113)에서 발생되는 자기력을 효율적으로 이용할 수 있도록 하는 요크(129), 상기 요크(129)와 상기 케이스(110)에 연결되어 공진에 의해 진동력을 증대시켜주는 탄성부재(123), 상기 웨이트(127)의 상측 또는 하측의 마주보는 면에 구비되어 상기 웨이트(127)가 운동할 때 접촉에 의한 충격으로 발생되는 소음 또는 파손을 방지하여주는 댐핑부재(121)로 구성된다. 상기 코일(125)은 상기 케이스(110)의 내측면에 결합되며 상기 코일(125)의 내측에 상기 영구자석(113)과 상기 웨이트(127)와 상기 요크(129)가 배치된다.이 때, 상기 영구자석(113)과 상기 웨이트(127)와 상기 요크(129)는 일체로 결합되어 운동하며, 상기 코일(125)의 내측과 상기 웨이트(127)의 외측이 접촉되어 발생되는 소음 또는 파손 등이 발생되지 않도록 상기 코일(125)과 상기 웨이트(127) 사이에 빈 공간을 구비하게 된다.

특히 상기 영구자석(113)과 상기 웨이트(127)가 결합하여 운동부(120)을 구성하며,

상기 운동부(120)의 중량이 커질수록 동일 주파수에서 진동력이 증가한다. 그리고 상기 운동부(120)의 일부인 상기 영구자석(113)의 상측면과 하측면에 결합되어 상기 영구자석(113)에서 발생되는 자기력을 효율적으로 이용할 수 있도록 하는 강자성제의 재질로 이루어진 요크(129)가 구성되어 있다. 상기 요크(129)는 상기 웨이트(127)의 외측에 상기 영구자석(113)이 배치될 경우에는 삭제할 수도 있다.

그리고 상기 탄성부재(123)의 고정을 용이하게 하기 위해서 상기 운동부(120)의 일부에 상기 요크(129)를 결합하여 사용할 수 있으며 이때에는 강자성체 재질이 아닌 비자성체 재질을 사용하여 구성할 수도 있다. 주로 SUS를 많이 사용한다.

또한 도10에서 도시한 바와 같이, 종래의 선형 진동자(200)에서는 구동 중에 발생하는 접촉을 방지하기 위하여 웨이트(127)의 외측과 코일(125)의 외측 및 상기 코일(125)의 내측에 모두 빈 공간(GAP)을 구비하여야 하여 활용되지 못하고 손실되는 빈 공간이 많아 내부 공간의 활용이 효과적이지 못하다.

그러나 본 발명에 의한 선형진동자(100)에서는 상기 웨이트(127)의 외측에만 공간을 구비하면 되므로, 공간 활용이 좋아 상기 웨이트(127)를 더 크게 하여 무게를 증가시켜 상기 선형진동자(100)의 진동력을 증대시킬 수 있다.

또한 도3에서 도시한 바와 같이 상기 코일(125)의 직경이 커짐에 따라 상기 코일(125)과 상기 요크(129)가 마주하는 면이 커짐으로써, 더 큰 힘을 발생시킬 수 있다. 그리고 도4에서 도시한 바와 같이 상기 선형 진동자(100)의 진동력이 증가하면 상기 선형 진동자(100)가 더 넓은 주파수 영역에서 다양하게 활용될 수 있는 장점이 있다.

상기 웨이트(127)는 상기 코일(125) 및 상기 영구자석(113)에 의해 발생하는 진동력을 증대시키는 역할을 하며, 진동력의 극대화를 위해 텅스텐 등의 비중이 큰 재질을 사용하여 질량을 크게 하여주는 것이 바람직하다.

상기 요크(129)는 상기 영구자석(113)의 상측면 또는 하측면에 결합되어, 상기 영구자석(113)에서 발생하는 자기력을 효율적으로 이용할 수 있도록 자기회로를 구성하여주며, 강자성체로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 탄성부재(123)는 일측면이 상기 케이스(110)에 고정되고, 다른 측면이 상기 요크(129)에 고정되어, 상기 코일(125) 및 상기 영구자석(113)에 의해 발생하는 진동력을 공진에 의해 증대시키는 역할을 한다. 상기 탄성부재(123)는 본딩, 용접, 코킹 등의 방법으로 고정할 수 있으며, 탄성이 좋은 금속으로 구성하는 것이 바람직하다.

도3은 본 발명에 따른 선형 진동자(100)와 종래의 선형 진동자(200)의 구조에 대한 코일(125)과 요크(129)의 배치를 도시한 것이다. 도3(a)는 본 발명에 따른 선형 진동자(100)이고, 도3(b)는 종래의 선형 진동자(200)를 나타낸 것으로, 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 선형 진동자(100)의 상기 코일(125)의 직경이 종래의 선형 진동자(200)의 코일(125)의 직경보다 더 큰 것을 알 수 있다.

본 발명에 따른 선형 진동자(100)의 상기 코일(125)의 직경이 더 크게 구성됨으로써, 상기 코일(125)과 상기 요크(129)가 마주하는 면의 크기가 종래의 선형 진동자(200)보다 더 크기 때문에 코일의 권선수를 증가시킨다든지 영구자석을 크게 배치할 수 있어서 상기 선형 진동자(100)의 구동 시 상기 코일(125)과 상기 요크(129)의 상호작용에 의해 발생되는 힘이 종래의 선형 진동자(200)에서 발생되는 전자기적인 힘보다 더 커지게 할 수 있다.

도4는 선형 진동자(100)의 진동력과 사용 주파수 영역에 대해 설명하기 위한 그래프이다. 도시된 그래프는 선형 진동자(100)의 주파수에 대한 진동력 특성을 나타낸 그래프로 가로축은 주파수, 세로축은 진동력을 표시하였다.

도시된 바와 같이 상기 선형 진동기(100)는 공진 주파수(f0)에서 가장 큰 진동력 발생하며, 입력 주파수가 증가 또는 감소함에 따라 진동력이 작아지는 특성을 나타낸다.

상기 선형 진동자(100)는 요구되는 진동력(g) 이상의 진동력이 발생하는 주파수 영역에서 사용하는데, 도4에서 볼 수 있는 바와 같이 동일한 주파수에 대한 진동력 특성을 가진 선형 진동자(100)라도 진동력이 큰 (a)의 요구되는 진동력(g) 이상의 진동력이 발생하는 주파수 구간인 f(a)의 크기가 진동력이 작은 (b)의 주파수 구간인 f(b)보다 더 큰 것을 알 수 있다.

따라서 더 큰 진동력을 발생시킬 수 있는 선형 진동자(100)가 더 넓은 주파수 영역에서 다양하게 활용될 수 있는 장점이 있다.

도5는 본 발명에 따른 선형 진동자(100)의 다른 실시 예를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 상기 선형 진동자(100)는 도1의 선형진동자(100)의 구조에서 케이스(110)의 내측면에 코일(125)을 복수개로 구성한 것이다.

상기 코일(125)을 추가로 배치하여 영구자석(113)의 N극과 S극을 모두 활용할수 있기 때문에 도1의 선형 진동자(100)보다 더 큰 진동력을 발생시킬 수 있다.

도6은 도5의 선형 진동자(100)의 동작을 설명한 도면이다. 도6(a)는 상기 선형 진동자(100)에 전압이 인가되지 않은 정지상태를 나타낸 도면이다. 상기 선형 진동자(100)에 전압이 인가되면 도6(b) 또는 도6(c)와 같이 코일(125)에 자기력이 발생하여 영구자석(113)이 상측 또는 하측으로 운동하게 된다.

이 때 상기 코일(125)이 상측과 하측에 권선방향이 서로 반대가 되도록 배치하거나 전원 연결을 반대로 하여, 전압 인가 시에 상측과 하측의 상기 코일(125)에서 발생되는 자기의 극성이 도시된 바와 같이 반대로 나타나게 하는 것이 바람직하다.

도7은 본 발명에 따른 선형 진동자(100)의 또 다른 실시 예를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 상기 선형 진동자(100)는 도1의 선형 진동자(100)의 전원공급장치(115)를 브라켓(111)과 일체로하여 그 일측면에 외부전극(131)을 구비한 것이다.

상기 전원공급장치(115)를 상기 브라켓(111)과 일체로 구성하여 상기 선형 진동자(100)의 제조 공정을 간소화 할 수 있으며, 상기 선형 진동자(100)의 적용시 표면실장기술을 이용할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

도8은 도7의 선형 진동자(100)의 상기 외부전극(131)을 구성한 실시 예이다. 도시된 바와 같이 상기 외부전극(131)은 나란히 배치할 수도 있고, 하나의 외부전극(131)이 다른 외부전극(131)을 둘러싸도록 배치할 수도 있다.

도9는 본 발명에 따른 선형 진동자(100)의 또 다른 실시 예를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 상기 선형 진동자(100)는 내부에 소정의 공간을 가지는 케이스(110), 상기 케이스(110)의 개방된 측면에 결합되는 브라켓(111), 상기 케이스(110)의 내측면에 결합된 코일(125), 상기 코일(125)에 연결되어 전원을 공급하여주는 전원공급장치(115), 상기 코일의 내측에 인접하여 마주보고 배치된 영구자석(113), 상기 영구자석(113)의 상측면과 하측면에 결합되는 요크(129), 상기 영구자석(113)의 내측면에 결합되는 웨이트(127), 상기 웨이트(127)와 상기 케이스(110)에 연결되는 탄성부재(123), 상기 웨이트(127)의 상측 또는 하측의 마주보는 면에 구비되는 댐핑부재(121)로 구성되어 있다.

상기 코일(125)과 상기 영구자석(113)이 인접하여 배치됨으로써, 상기 코일(125)과 상기 영구자석(113)에 의해 발생되는 진동력을 극대화 시킬 수 있다.

도10은 본 발명에 따른 선형 진동자(100)의 또 다른 실시 예에 대한 횡단면도이다. 도시된 바와 같이 상기 선형 진동자(100)는 내부에 소정의 공간을 가지는 케이스(110), 상기 케이스(110)의 내측면에 결합된 코일(125), 상기 코일(125)에 연결되어 전원을 공급하여주는 전원공급장치(115), 상기 코일(125)의 내측에 수평으로 배치된 영구자석(113), 상기 영구자석(113)에 결합되어 상기 코일(125)과 상기 영구자석(113)에 의해 발생하는 진동력을 증대시켜주는 웨이트(127), 상기 영구자석(113)의 양측면에 결합되어 상기 영구자석(113)에서 발생되는 자기력을 효율적으로 이용할 수 있도록 하는 요크(129), 상기 요크(129)와 상기 케이스(110)에 연결되어 공진에 의해 진동력을 증대시켜주는 복수개의 탄성부재(123), 상기 케이스(110)의 내측에 구비되어 상기 웨이트(127)가 운동할 때 접촉에 의한 충격으로 발생되는 소음 또는 파손을 방지하여주는 댐핑부재(121)로 구성된다.

도11은 종래의 선형 진동자(200)을 도시한 것이다. 도시한 바와 같이 상기 종래의 선형 진동자(200)는 내부에 소정의 공간을 가지는 케이스(110), 상기 케이스(110)의 개방된 측면에 결합되는 브라켓(111), 상기 케이스(110)의 내부에 배치된 영구자석(113), 상기 영구자석(113)의 일측면과 반대편 측면에 결합된 요크(129), 상기 영구자석(113)과 인접하여 배치되는 코일(125), 상기 요크(129)와 결합되어 상기 코일(125)의 외측에 배치되는 웨이트(127), 상기 요크(129)와 상기 케이스(110)에 연결된 탄성부재(123), 상기 웨이트(127)에 마주보고 배치되는 댐핑부재(121), 상기 코일(125)에 연결되어 전원을 공급하여주는 전원공급장치(115)로 구성되어 있다.

상기 종래의 선형 진동자(200)는 구동 중에 발생하는 접촉을 방지하기 위하여 상기 케이스(110)의 내측면과 상기 웨이트(127)의 외측면, 상기 코일(125)의 외측면과 상기 웨이트(127)의 내측면, 상기 코일(125)의 내측면과 상기 영구자석(113)의 외측면 사이에 각각 빈 공간을 구비하여야 하므로 활용되지 못하고 손실되는 빈 공간이 많아 내부 공간의 활용이 효과적이지 못하다.

이상 본 발명은 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 선형 진동자에 한정되지않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다. 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위에 의하여 명확해질 것이다.

100 : 선형 진동자 110 : 케이스
111 : 브라켓 113 : 영구자석
115 : 전원공급장치 120 : 운동부
121 : 댐핑부재 123 : 탄성부재
125 : 코일 127 : 웨이트
129 : 요크 131 : 외부전극
200 : 종래의 선형 진동자

Claims

내부에 공간을 형성하며 상부의 적어도 일부가 폐쇄되고 하부가 개방된 케이스;
상기 케이스 내부에 배치된 영구자석;
상기 영구자석과 결합된 웨이트를 포함하는 운동부;
상기 케이스의 내측에 일측면이 고정되고 또 다른 일측면이 운동부에 연결되는 탄성부재;
상기 운동부의 일부를 감싸며 상기 케이스의 내측면의 일부에 배치되는 코일;
상기 코일에 연결된 전원공급장치;
및 상기 전원 공급장치와 결합된 브라켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 진동자
제1 항에 있어서,
상기 코일은 상기 케이스의 내측면에 접촉하여 고정되는 것을 특징으로 하는 선형 진동자
제1 항에 있어서,
상기 코일은 복수개로 구성되는 것을 특징으로 하는 선형 진동자
제1 항에 있어서,
상기 전원연결장치와 상기 브라켓을 일체로 형성하며 회로기판을 사용하는 것을 특징으로 하는 선형 진동자
제1 항에 있어서,
상기 운동부의 일측면에 요크를 배치하는 것을 특징으로 하는 선형 진동자
제5 항에 있어서,
상기 요크는 상기 영구자석의 일측면에 배치되며 강자성체 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 선형 진동자
제1 항에 있어서,
상기 탄성부재의 일측면이 상기 운동부에 배치된 요크와 연결된 것을 특징으로 하는 선형 진동자
내부에 공간을 형성하며 상부의 적어도 일부가 폐쇄되고 하부가 개방된 케이스;
상기 케이스 내부에 배치된 영구자석;
상기 영구자석과 결합된 웨이트를 포함하는 운동부;
상기 케이스의 내측에 일측면이 고정되고 또 다른 일측면이 운동부에 연결되는 복수개로 이루어진 탄성부재;
상기 운동부의 일부를 감싸며 상기 케이스의 내측면의 일부에 배치되는 코일;
상기 코일에 연결된 전원공급장치;
및 상기 전원 공급장치와 결합된 브라켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 진동자