KR20150082769A

KR20150082769A - 진동 발생기

Info

Publication number: KR20150082769A
Application number: KR1020140002128A
Authority: KR
Inventors: 오성관; 양현기; 안혁상; 김은지; 주선홍
Original assignee: 주식회사 모아텍
Priority date: 2014-01-08
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2015-07-16
Also published as: CN204425099U

Abstract

본 발명은 휴대폰, PDA, 류대용 게임기 등에 장착되어 진동을 발생하여 사용자에게 촉감을 통하여 신호를 전달하는 진동 발생기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 진동자가 탄성체의 일단부와 고정 결합되어 상하, 좌우, 전후 운동 방향으로 운동이 가능한 구조로 되고, 상기 상하, 좌우, 전후 운동 방향의 공진 주파수는 각각 다르게 형성하며, 상기 코일에 인가되는 전기신호의 주파수가 상기 진동자의 상하, 좌우, 전후 운동 방향 중 어느 한 방향의 공진 주파수와 일치할 경우 그 일치된 공진 주파수에 해당되는 운동 방향으로 진동하게 함으로써, 종래의 회전형 진동 발생기 및 근래의 일방향으로 진동하는 진동 발생기의 단점을 보완하여 구조가 간단하면서도 사용자에게 다양한 촉감 패턴을 제공할 수 있는 진동 발생기에 관한 것이다.

Description

진동 발생기{LINEAR VIBRATOR}

본 발명은 휴대폰, PDA, 휴대용 게임기 등에 장착되어 진동을 발생하여 사용자에게 촉감을 통하여 신호를 전달하는 진동 발생기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 진동자가 탄성체의 일단부와 고정 결합되어 상하, 좌우, 전후 운동 방향으로 운동이 가능한 구조로 되고, 상기 상하, 좌우, 전후 운동 방향의 공진 주파수는 각각 다르게 형성하며, 상기 코일에 인가되는 전기신호의 주파수가 상기 진동자의 상하, 좌우, 전후 운동 방향 중 어느 한 방향의 고유 주파수와 일치할 경우 공진 현상이 발생되어 그 일치된 고유 주파수에 해당되는 운동 방향으로 진동하게 함으로써, 종래의 회전형 진동 발생기 및 근래의 일방향으로 진동하는 진동 발생기의 단점을 보완하여 구조가 간단하면서도 사용자에게 다양한 촉감 패턴을 제공할 수 있는 진동 발생기에 관한 것이다.

휴대폰, PDA, 휴대용 게임기 등에 장착되어 진동을 발생하여 사용자에게 촉감을 통하여 신호를 전달하는 진동 발생기는 브러시 DC 모터에 편심형 또는 편질량형 웨이트(Weight)를 장착한 진동 모터이거나 회전체에 편심형 웨이트(Weight)를 장착한 BLDC 진동 모터, 코인형 진동 모터, 또는 공진을 이용한 수직 진동 모터 등이 있었으나, 상기 진동 발생기들은 상기 핸드폰 등의 기기에서 요구하는 장수명, 신뢰성, 박형화 및 높은 진동량 등 조건을 전부 만족하기에는 부족한 부분이 있었다.

예를 들면, 상기 브러시 DC 모터를 사용한 진동 발생기는 브러시가 정류자의 세그먼트와 또 다른 세그먼트 사이의 극간을 지나면서 기계적인 마찰과 전기적인 스파크 및 마모를 발생시켜 이물질을 생성하여 상기 진동 발생기의 수명을 단축하는 문제점이 있었다.

또한, 공진을 이용하여 상하로 운동하는 수직 진동 모터는 상기 브러시 DC 모터를 사용한 진동 발생기의 문제점을 해소하기 위하여 스프링 및 웨이트를 포함한 무빙 어셈블리(Moving Assembly)를 전자기력과 자기장의 상호 작용에 의하여 전자기력을 가진하여 공진 진동을 얻을 수 있었으나, 탄성체를 사용하여 상하로 이동하는 메커니즘으로 되어 있어 그 구조상 상하로 이동할 수 있는 최소한의 기구적인 공간이 필요하게 되고 이로 인해 전체적인 진동 발생기의 높이를 줄일 수 없는 기구적인 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위하여 본 출원인은 박형의 구조를 가지면서도 진동력이 큰 수평 진동형 진동 발생기를 제공하는 기술인 특허출원 제10-2010-0090230호, 제10-2011-008308호, 제10-2011-0019823호, 제10-2012-0124255호, 제10-2013-0089911호 등으로 제안한 바 있으나, 상기 특허출원들은 진동부가 좌우 또는 상하 일방향으로 진동하는 것으로서 사용자의 다양한 촉감 패턴의 구현의 한계가 있어 다양한 진동 패턴의 구현을 원하는 사용자의 요구를 만족시키지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 그 목적은 진동자가 탄성체의 일단부와 고정 결합되어 상하, 좌우, 전후 운동 방향으로 운동이 가능한 구조로 되고, 상기 상하, 좌우, 전후 운동 방향의 고유 주파수는 각각 다르게 형성하며, 상기 코일에 인가되는 전기신호의 주파수가 상기 진동자의 상하, 좌우, 전후 운동 방향 중 어느 한 방향의 고유 주파수와 일치할 경우 공진 현상이 발생되어 그 일치된 고유 주파수에 해당되는 운동 방향으로 진동하게 함으로써, 상기 진동자가 다양한 방향으로 진동할 수 있어 사용자에게 다양한 촉감 패턴을 제공할 수 있는 진동 발생기를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 진동 발생기는 내부에 일정 공간이 형성된 케이스와, 상기 케이스 내부에 구비되고 전기신호가 인가되는 코일을 포함하는 고정자와, 상기 케이스 내부에 구비되고 상기 고정자에 대향되게 배치되어 전자기력에 의하여 운동하는 진동자와, 일단부가 상기 케이스에 고정 결합되고 타단부가 상기 진동자에 고정 결합된 탄성체를 포함하여 구성된 진동 발생기에 있어서, 상기 진동자는 상기 탄성체의 일단부와 고정 결합되어 상하, 좌우, 전후 운동 방향으로 운동이 가능한 구조로 되고, 상기 상하, 좌우, 전후 운동 방향의 고유 주파수는 각각 다르게 형성하며, 상기 코일에 인가되는 전기신호의 주파수가 상기 진동자의 상기 상하, 좌우, 전후 운동 방향 중 어느 한 방향의 고유 주파수와 일치할 경우 공진 현상이 발생되어 그 일치된 고유 주파수에 해당되는 운동 방향으로 상기 진동자가 진동하게 한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 진동자의 상하, 좌우, 전후 운동 방향의 고유 주파수 각각이 상기 진동자와 탄성체의 구조에 따라 다르게 형성되는 것을 특징으로 한다,

또한, 본 발명은 상기 코일에 인가되는 전기신호의 주파수가 상기 상하, 좌우, 전후 운동 방향으로 운동하는 고유 주파수와 동일한 공진 주파수들을 적어도 2개 이상을 중첩하여 상기 코일에 인가하는 것을 특징으로 한다,

또한, 본 발명은 상기 코일에 인가되는 전기신호의 주파수가 2개 이상의 공진 주파수로 중첩되면 각 공진 주파수에 의하여 발생된 진동력의 벡터들의 합력 방향으로 진동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 진동자의 상기 좌우 방향 또는 전후 방향의 진동은 휴대폰의 착신 신호로 이용되고, 상기 상하 방향의 진동은 상기 휴대폰의 버튼 입력 감지신호로 이용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 탄성체가 상기 진동자를 'ㄷ'자 형상으로 감싸면서 그 일단부가 상기 케이스에 고정 결합되고 그 타단부는 상기 진동자와 고정 결합된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 진동자의 상하 운동 방향의 진동이 상기 고정자와 수직된 방향으로 진동하는 것이고, 상기 진동자의 좌우 운동 방향의 진동은 상기 탄성체의 일단부와 타단부가 마주보는 방향으로 진동하는 것이며, 상기 진동자의 전후 운동 방향의 진동은 상기 탄성체의 일단부와 타단부가 없는 부분의 방향으로 진동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 코일에 인가되는 전기신호의 주파수가 상기 진동자의 상기 상하, 좌우, 전후 운동 방향 중 어느 한 방향의 공진 주파수±10[Hz]로 인가되는 것을 특징으로 한다,

본 발명에 따른 진동 발생기는 진동자가 탄성체의 일단부와 고정 결합되어 상하, 좌우, 전후 운동 방향으로 운동이 가능한 구조로 되고, 상기 상하, 좌우, 전후 운동 방향의 고유 주파수는 각각 다르게 형성하며, 상기 코일에 인가되는 전기신호의 주파수가 상기 진동자의 상하, 좌우, 전후 운동 방향 중 어느 한 방향의 고유 주파수와 일치할 경우 공진 현상이 발생되어 그 일치된 고유 주파수에 해당되는 운동 방향으로 진동하게 함으로써, 상기 진동자가 다양한 방향으로 진동할 수 있어 사용자에게 다양한 촉감 패턴을 제공할 수 있고 이로 인하여 사용 환경별 다양한 촉감을 제공할 수 있으며 사용자의 직관성을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 상기 코일에 인가되는 전기신호의 주파수가 2개 이상의 공진 주파수로 중첩되게 하여 각 공진 주파수에 의하여 발생된 진동력의 벡터들의 합력 방향으로 진동하도록 함으로써, 진동자가 상하, 좌우, 전후 방향의 진동뿐만 아니라 보다 다양한 방향으로 진동이 가능하게 되어 보다 다양한 진동 패턴을 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 진동 발생기 일실시예의 전체 분해사시도
도 2의 (a)는 본 발명에서 진동자, 탄성체, 코일이 결합된 상태의 사시도이고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 단면도
도 3은 본 발명에 따른 진동 발생기의 진동방향을 설명하기 위한 도면
도 4의 (a) 내지 (c)는 각각 본 발명에서 진동자가 상하 진동, 좌우 진동, 전후 진동을 하는 상태를 도시한 도면
도 5의 (a) 내지 (c)는 본 발명에서 고정자에 특정 주파수를 인가하여 진동자의 진동력을 측정한 것을 그래프로 나타낸 도면

이하, 본 발명에 따른 진동 발생기에 대하여 첨부된 도면을 참고로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 진동 발생기는 그 일실시예로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 4개의 측벽부와 일면이 개방되고 다른 일면이 폐쇄되는 사각통 형상으로 형성되어 내부에 공간을 형성된 케이스(10)와, 상기 케이스(10)의 내부에 구비되고 전기신호가 인가되는 고정자(40)와, 상기 케이스(10)의 내부에 구비되고 상기 고정자(40)에 대향되게 배치되어 전자기력에 의하여 운동하는 진동자(20)와, 일단부가 상기 케이스(10)에 고정 결합되고 타단부가 상기 진동자(20)에 고정 결합된 탄성체(30) 등으로 구성된다.

상기 고정자(40)는 외부로부터 전기신호가 인가되는 코일(41)과 상기 코일의 하부에 설치된 회로 패턴이 설치된 FPC(Flexible Printed Circuit, 43) 등으로 구성되고, 상기 코일(41)은 내부공간이 형성되고 그 내부 공간에 코어(42)를 설치하거나 생략할 수 있다.

상기 진동자(20)는 상기 고정자(40)의 코일(41)에 대향되게 배치되어 상기 코일(41)과의 상호 작용에 의하여 발생된 전자기력에 의하여 운동하는 것으로서, 웨이트(21)와 상기 웨이트(21)의 내부에 형성된 공간에 설치되는 마그네트(22, 23) 등으로 구성되어 있다. 상기 마그네트(22)는 1개로 구성할 수 있고 상기 마그네트의 상부에는 자성체로 된 요크를 더 설치할 수 있고, 상기 웨이트(21)는 2개의 웨이트로 구성할 수 있다.

상기 탄성체(30)는 그 일실시예로서 상기 진동자(20)를 'ㄷ'자 형상으로 감싸면서 그 일단부(31)가 상기 케이스(10)에 고정 결합되고 그 타단부(32)는 상기 진동자(20)와 고정 결합되어 외팔보 구조를 가지며 상기 진동자(20)가 상하, 좌우, 전후 운동 방향으로 진동이 가능한 구조로 되어 있다.

도 3및 도 4를 참고하여 상하, 좌우, 전후 운동 방향을 정의하면, 상기 진동자(20)의 상하 운동 방향의 진동은 상기 고정자와 수직된 방향(Z축 방향)으로 진동하는 것이고[도 4의 (a) 참조], 상기 진동자(20)의 좌우 운동 방향의 진동은 상기 탄성체(30)의 일단부(31)와 타단부(32)가 마주보는 방향(Y축방향)으로 진동하는 것이며[도 4의 (b) 참조], 상기 진동자(20)의 전후 운동 방향의 진동은 상기 탄성체(30)의 일단부(31)와 타단부(32)가 없는 부분의 방향(X축 방향)으로 진동[도 4의 (c) 참조]하는 것으로 할 수 있다.

상기 탄성체(30)는 상기 케이스(10)에 고정 결합된 일단부(31)의 반대쪽 방향인 타단부(32)가 상기 일단부(31)를 기준으로 변형이 크게 나타나게 되는데 상기 타단부(32)에 외력을 가한 후 제거하면 외력 작용방향과 반대 방향으로 진동하게 되며 그 빠르기는 형상, 재질, 구속 조건 등에 따라 결정되는 변하지 않는 고유 값이다.

본 발명에서는 상기 진동자(20) 및 탄성체(30)의 형상, 재질, 구속 조건 등에서 구할 수 있는 고유 주파수(진동수)와 동일한 주파수인 공진 주파수를 인가하면 상기 X, Y, Z 축 등 여러 방향으로 움직일 수 있는 진동 발생기를 구현할 수 있게 된다. 즉 상기 진동자(20)의 상하, 좌우, 전후 운동 방향의 고유 주파수들은 상기 진동자(20)와 상기 탄성체(30)의 구조 등에 따라 다르게 형성된다.

본 발명에서는 상기 진동자(20)의 상기 X, Y, Z 축 운동 방향의 고유 주파수는 각각 다르게 형성되어 있으며, 상기 코일(41)에 인가되는 전기신호의 주파수가 상기 진동자(20)의 상기 X, Y, Z 축 운동 방향 중 어느 한 방향의 공진 주파수와 일치할 경우 공진 현상이 발생되어 그 일치된 공진 주파수에 해당되는 운동 방향으로 상기 진동자가 진동하게 된다.

도 5의 (a) 내지 (c)는 상기 진동자(20)를 'ㄷ'자 형상으로 감싸면서 그 일단부(31)가 상기 케이스(10)에 고정 결합되고 그 타단부(32)는 상기 진동자(20)와 고정 결합된 외팔보 구조를 가진 탄성체로 된 진동 발생기에서 상기 고정자(40)에 특정 주파수를 인가하여 상기 진동자(20)의 X, Y, Z축의 진동력을 측정한 것을 그래프로 나타낸 것으로서, 도 5의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이 코일(41)에 150Hz의 전기신호를 인가한 경우 Z축 방향으로 진동이 발생하였고, 170Hz의 전기신호를 인가한 경우 Y축 방향으로 진동이 발생하였으며, 230Hz의 전기신호를 인가한 경우 X축 방향으로 진동이 발생하였다. 즉, Z축 방향의 진동은 150Hz±10[Hz]의 전기신호를 인가되는 경우에만 발생되고, Y축 방향의 진동은 170Hz±10[Hz]의 전기신호를 인가되는 경우에만 발생되고, X축 방향의 진동은 230Hz±10[Hz]의 전기신호를 인가되는 경우에만 발생됨을 알 수 있고, 이들 150Hz, 170Hz, 230Hz는 각각 Z, Y, X축 방향의 진동에 대한 공진 주파수이다. 상기 코일(41)에 인가되는 전기신호의 주파수는 공진주파수±10[Hz]의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

상기 공진 주파수들은 고정된 것이 아니며, 상기 진동자(20) 및 탄성체(30)의 형상, 재질, 구속 조건 등의 구조 설계에 따라 달라 질 수 있다.

즉, 상기 진동자(20) 및 탄성체(30)의 구조 설계에 따라 해당 공진 주파수에서 각각 상하, 좌우, 전후 운동할 수도 있고, 좌우, 상하, 전후 등으로 운동할 수도 있다.

상기 진동자(20)의 진동 방향에 대하여 여러 이용예가 있을 수 있고 그 일예로서 상기 좌우 방향(Y축 방향) 또는 전후 방향(X축 방향)의 진동은 휴대폰의 착신 신호로 이용하는 것이 바람직하고, 상기 상하 방향(Z축 방향)의 진동은 상기 휴대폰의 버튼 입력 감지신호로 이용되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 코일(41)에 인가되는 전기신호의 주파수에 대하여 상기 Z, Y, X축 방향의 진동을 발생하는 공진 주파수들을 적어도 2개 이상을 중첩하여 상기 코일에 인가할 수 있다.

이와 같이 상기 코일(41)에 인가되는 전기신호의 주파수가 2개 이상의 공진 주파수들로 중첩되면 각 공진 주파수에 의하여 각각 해당 방향으로 진동이 발생되고, 이들 진동력은 각각 해당 방향으로 발생된 진동력의 벡터들의 합력 방향으로 진동하게 된다.

이와 같이 함으로써 진동자가 상하, 좌우, 전후 방향의 진동뿐만 아니라 보다 다양한 방향으로 진동이 가능하게 되어 보다 다양한 진동 패턴을 제공할 수 있는 이점이 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 아래의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 케이스 20: 진동자
21: 웨이트 22. 23: 마그네트
30: 탄성체 31: 일단부
32: 타단부 40: 고정자
41: 코일 42: 코어
43: FPC 50: 베이스

Claims

내부에 일정 공간이 형성된 케이스와, 상기 케이스 내부에 구비되고 전기신호가 인가되는 코일을 포함하는 고정자와, 상기 케이스 내부에 구비되고 상기 고정자에 대향되게 배치되어 전자기력에 의하여 운동하는 진동자와, 일단부가 상기 케이스에 고정 결합되고 타단부가 상기 진동자에 고정 결합된 탄성체를 포함하여 구성된 진동 발생기에 있어서,
상기 진동자는 상기 탄성체의 일단부와 고정 결합되어 상하, 좌우, 전후 운동 방향으로 운동이 가능한 구조로 되고, 상기 상하, 좌우, 전후 운동 방향의 고유 주파수는 각각 다르게 형성하며,
상기 코일에 인가되는 전기신호의 주파수가 상기 진동자의 상기 상하, 좌우, 전후 운동 방향 중 어느 한 방향의 고유 주파수와 일치할 경우 공진 현상이 발생되어 그 일치된 고유 주파수에 해당되는 운동 방향으로 상기 진동자가 진동하게 한 것
을 특징으로 하는 진동 발생기.
제 1 항에 있어서,
상기 진동자의 상하, 좌우, 전후 운동 방향의 고유 주파수 각각은 상기 진동자와 탄성체의 구조에 따라 다르게 형성되는 것
을 특징으로 하는 진동 발생기.
제 1 항에 있어서,
상기 코일에 인가되는 전기신호의 주파수는 상기 상하, 좌우, 전후 운동 방향으로 운동하는 고유 주파수와 동일한 공진 주파수들을 적어도 2개 이상을 중첩하여 상기 코일에 인가하는 것
을 특징으로 하는 진동 발생기.
제 3항에 있어서,
상기 코일에 인가되는 전기신호의 주파수가 2개 이상의 공진 주파수로 중첩되면 각 공진 주파수에 의하여 발생된 진동력의 벡터들의 합력 방향으로 진동하는 것
을 특징으로 하는 진동 발생기.
제1항에 있어서,
상기 진동자의 상기 좌우 방향 또는 전후 방향의 진동은 휴대폰의 착신 신호로 이용되고, 상기 상하 방향의 진동은 상기 휴대폰의 버튼 입력 감지신호로 이용되는 것
을 특징으로 하는 진동 발생기.
제1항에 있어서,
상기 탄성체는 상기 진동자를 'ㄷ'자 형상으로 감싸면서 그 일단부가 상기 케이스에 고정 결합되고 그 타단부는 상기 진동자와 고정 결합된 것
을 특징으로 하는 진동 발생기.
제6항에 있어서,
상기 진동자의 상하 운동 방향의 진동은 상기 고정자와 수직된 방향으로 진동하는 것이고,
상기 진동자의 좌우 운동 방향의 진동은 상기 탄성체의 일단부와 타단부가 마주보는 방향으로 진동하는 것이며,
상기 진동자의 전후 운동 방향의 진동은 상기 탄성체의 일단부와 타단부가 없는 부분의 방향으로 진동하는 것
을 특징으로 하는 진동 발생기.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코일에 인가되는 전기신호의 주파수는 상기 진동자의 상기 상하, 좌우, 전후 운동 방향 중 어느 한 방향의 공진 주파수±10[Hz]로 인가되는 것
을 특징으로 하는 진동 발생기.