KR20160045324A

KR20160045324A - 선형 진동자

Info

Publication number: KR20160045324A
Application number: KR1020140140675A
Authority: KR
Inventors: 이인호
Original assignee: (주)테라다인
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2016-04-27
Also published as: WO2016060421A1

Abstract

본 발명에 따르면, 외부로부터 공급되는 전원을 연결시켜주는 전원공급장치, 상기 전원공급장치에 전기적으로 연결된 코일, 상기 코일의 내측에 배치된 영구자석, 상기 영구자석과 결합이 가능한 영구자석 고정부와 베어링을 일체로 형성한 영구자석 고정부재, 상기 영구자석 고정부재와 상기 영구자석이 일체로 결합하여 형성된 운동부, 상기 베어링의 일부를 관통하여 배치된 지지축, 상기 지지축을 감싸며 상기 운동부에 결합된 탄성부재 및 상기 지지축의 양측 끝단을 지지하는 브라켓을 포함하는 선형 진동자에 있어서, 빠른 응답이 가능한 선형 진동자의 특성을 가지면서 지지축의 장축과 단축의 길이를 다르게 구성하여 운동부가 기울어지지 않고 안정적으로 직선운동 할 수 있으며, 코일을 외측으로 배치함으로써 코일의 면적을 크게하여 전자기적 힘을 극대화하고, 탄성부재가 지지축을 감싸고 배치됨으로써 두께가 작으면서도 보다 향상된 진동력을 얻을 수 있다.
그리고 베어링과 영구자석 고정부를 일체로 형성함으로써 베어링이 영구자석과 결합하여 구성되는 운동부의 강도를 증대시킬 수 있고, 지지축에 관통되어지는 복수개의 베어링홈이 서로 틀어지지 않도록 하여 운동부가 지지축을 따라 안정적으로 직선운동 할 수 있는 소형의 선형 진동자를 제공한다.

Description

선형 진동자 {Linear Actuator}

본 발명은 선형 진동자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개인 휴대 단말기나 웨어러블 디바이스, 게임기 또는 리모콘 등의 소형 제품에 장착될 수 있도록 크기가 작아 장착성이 좋으며 전력소모량이 낮은 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 진동자를 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 진

동자가 주로 사용되었지만, 터치스크린을 장착한 기기에서는 터치에 대한 반응에

빠른 응답을 하여야 하기 때문에 선형운동을 하는 선형 진동자가 주로 사용되고 있다.

그리고, 최근 스마트폰의 보급이 활발해지며 스마트폰과 연동되는 웨어러블 디바이스 시장이 폭발적으로 성장하고 있다. 웨어러블 디바이스는 안경, 시계, 목걸이 등 사용자의 몸에 착용하는 기기로서 크기가 작아 그 구성부품도 소형화가 이루어 져야하고, 따라서 고성능의 소형 진동자의 필요성이 부각되고 있다.

두께가 얇은 선형 진동자를 구현하기 위하여 운동부가 기울어지지 않고 안정적으로 직선운동을 할 수 있는 지지축의 설계가 중요하며, 지지축을 따라 운동부가 부드럽게 직선운동을 할 수 있도록 베어링의 중심이 틀어지지 않도록 하는 것이 필요하다. 또한 휴대하여 사용하는 웨어러블 디바이스에 적용될 수 있도록 외부의 충격에 쉽게 파손되지 않도록 견고한 결합이 될 수 있는 구조가 요구된다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 빠른 응답이 가능한 선형 진동자의 특성을 가지면서 운동부가 기울어지지 않고 안정적으로 직선운동 할 수 있으며, 베어링이 영구자석과 결합하여 구성되는 운동부의 강도를 증대시킬 수 있고, 운동부가 지지축을 따라 안정적으로 직선운동 할 수 있는 소형의 선형 진동자를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 외부로부터 공급되는 전원을 연결시켜주는 전원공급장치, 상기 전원공급장치에 전기적으로 연결된 코일, 상기 코일의 내측에 배치된 영구자석, 상기 영구자석과 결합이 가능한 영구자석 고정부와 베어링을 일체로 형성한 영구자석 고정부재, 상기 영구자석 고정부재와 상기 영구자석이 일체로 결합하여 형성된 운동부, 상기 베어링의 일부를 관통하여 배치된 지지축, 상기 지지축을 감싸며 상기 운동부에 결합된 탄성부재 및 상기 지지축의 양측 끝단을 지지하는 브라켓을 포함한다.

상기 영구자석 고정부재는 수지로 형성될 수 있다. 또한 상기 영구자석 고정부재는 분말야금 재질로 형성될 수도 있다.

상기 지지축은 복수개로 구성되되 서로 접촉하여 구성될 수 있다.

상기 탄성부재는 상기 운동부와 일체로 결합되되 상기 베어링의 운동방향의 일면으로 일체로 결합될 수 있다.

상기 운동부의 운동방향의 직각방향으로 상기 탄성부재의 외측에 배치된 스토퍼를 구비할 수도 있다. 그리고 상기 스토퍼의 일측면에 댐핑부재를 구비할 수도 있다.

상기 영구자석은 복수개로 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, 빠른 응답이 가능한 선형 진동자의 특성을 가지면서 지지축의 장축과 단축의 길이를 다르게 구성하여 운동부가 기울어지지 않고 안정적으로 직선운동 할 수 있으며, 코일을 외측으로 배치함으로써 코일의 면적을 크게하여 전자기적 힘을 극대화하고, 탄성부재가 지지축을 감싸고 배치됨으로써 두께가 작으면서도 보다 향상된 진동력을 얻을 수 있다.

그리고 베어링과 영구자석 고정부를 일체로 형성함으로써 베어링이 영구자석과 결합하여 구성되는 운동부의 강도를 증대시킬 수 있고, 지지축에 관통되어지는 복수개의 베어링홈이 서로 틀어지지 않도록 하여 운동부가 지지축을 따라 안정적으로 직선운동 할 수 있다.

도1 본 발명에 따른 선형 진동자에 대한 단면도
도2 본 발명에 따른 선형 진동자에 대한 분해사시도
도3 본 발명에 따른 영구자석 고정부재의 실시 예
도4 종래의 지지축 구성 방법에 따른 문제점
도5 본 발명에 따른 선형 진동자의 지지축의 실시 예
도6 영구자석의 착자방향 및 운동방향을 설명하는 도면
도7 본 발명에 따른 선형 진동자의 다른 실시 예

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 선형 진동자(100)의 횡단면도 및 종단면도이고, 도2는 상기 선형 진동자(100)의 분해사시도이다. 도시된 바와 같이 상기 선형 진동자(100)는 외부로부터 공급되는 전원을 연결시켜주는 전원공급장치(115), 상기 전원공급장치(115)를 통해 공급되는 전원에 의해 전자기력을 발생시켜 주는 코일(125), 상기 코일(125)의 내측에 배치되어 상기 코일(125)에서 발생되는 전자기력과 상호작용하여 힘을 발생하는 영구자석(113), 상기 영구자석(113)과 결합되며 영구자석 고정부(137)와 베어링(139)을 일체로 형성한 영구자석 고정부재(117), 상기 영구자석(113)과 상기 영구자석 고정부재(117)를 포함하는 운동부(120), 상기 베어링(139)을 관통하여 상기 운동부(120)의 흔들림을 방지하여주는 지지축(121), 상기 지지축(121)의 양측 끝단에 고정되는 브라켓(111), 상기 지지축(121)의 일부를 감싸며 상기 브라켓(111)과 상기 운동부(120) 사이에 배치되어 공진에 의해 진동력을 극대화 시켜주는 탄성부재(123), 상기 브라켓(111)의 일부와 결합되어 상기 운동부(120)를 감싸고 있는 케이스(110)로 구성된다.

상기 케이스(110)는 내부에 상기 선형진동자(100)의 구성품을 포함할 수 있는 공간이 형성되어 있으며, 외부로부터 발생하는 이물, 충격 등을 방지하여 준다. 상기 케이스(110)와 상기 브라켓(111)의 적어도 일부를 일체로 형성할 수도 있다.

상기 코일(125)는 내측에 소정의 공간이 구비되어 있으며 외측은 상기 케이스(110)의 일측면에 고정된다. 상기 코일(125)은 상기 전원공급장치(115)에 연결되어 외부로부터 전원을 공급받아 전자기력을 발생시킨다. 상기 코일(125)은 상기 전원공급장치(115)에 열융착 또는 용접 또는 솔더로 전기적으로 연결할 수 있다.

상기 전원공급장치(115)는 인쇄회로기판 또는 연성회로기판으로 구성할 수 있으며, 결합부재(135)와 일체로 결합하여 상기 케이스(110)의 하측면에 배치하고, 상기 전원공급장치(115)의 하측면에 외부전극(129)을 구비하여 상기 선형진동자(100)의 설치에 표면실장기술을 이용할 수 있도록 하여 상기 선형진동자(100)의 설치를 자동화 시킬 수 있으며, 설치와 동시에 전기적으로 연결됨으로써 전원을 연결하기 위해 전선을 용접하는 별도의 공정이 필요하지 않아 공정이 간소화되는 효과가 있다. 상기 전원공급장치(115)는 상기 결합부재(135)를 사용하지 않고 상기 케이스(110)에 본딩, 코킹, 용접 등으로 직접 결합될 수도 있다. 또한 상기 전원공급장치(115)는 상기 케이스(110)의 측면에 배치할 수도 있다.

상기 영구자석(113)은 상기 코일(125)의 내측에 배치되어 상기 코일(125)과 상호작용을 하여 진동력을 발생한다. 상기 영구자석(113)은 복수개로 구성하여 상기 지지축(121)의 양측에 배치할 수 있으며, 일체로 형성하여 상기 지지축(121)을 감싸고 배치할 수도 있다. 상기 영구자석(113)은 상기 케이스(110)가 강자성체로 이루어질 경우 상기 영구자석(113)의 자력에 의해 인력이 발생하여 상기 운동부(120)가 운동하는데 방해가 되는 것을 방지하기 위해 도6에 도시한 바와 같이 상기 운동부(120)의 운동방향과 동일한 방향으로 착자를 하는 것이 바람직하다.

상기 영구자석 고정부재(117)는 도3에 도시된 바와 같이 상기 지지축(121)과 접촉되어 직선운동을 할 수 있도록 베어링홈(119)을 구비한 상기 베어링(139)과 상기 영구자석(113)을 견고하게 고정할 수 있도록 지지하는 상기 영구자석 고정부(137)를 포함하여 일체로 형성함으로써, 상기 영구자석(113)과 견고하게 결합하여 상기 운동부(120)의 내구성을 증대시킬 수 있으며 상기 지지축(121)이 관통하여 배치되는 베어링홈(119)의 중심이 틀어지지 않도록 하여 상기 지지축(121)과 어긋나지 않게 결합될 수 있다. 도3(b)와 같이 상기 베어링(139)이 일체형으로 구성되지 않을 경우 상기 영구자석(113)과 결합되는 접착 면적이 작아 충격에 약하며 결합시 상기 베어링(139)의 조립공차에 의해 베어링홈(119)의 중심이 서로 틀어지게 되면 상기 지지축(121)과 정상적으로 조립될 수 없는 문제가 있다.

즉, 상기 베어링(139)과 상기 영구자석 고정부(137)를 일체로 구성함으로써 외부의 충격에 강하게 할 수 있으며, 상기 베어링홈(119)의 중심축이 틀어지지 않도록 하는 효과가 있다.

상기 영구자석 고정부재(117)는 수지 또는 분말야금 재질을 이용하여 형성할 수 있다.

상기 탄성부재(123)는 코일 스프링으로 형성하여, 상기 탄성부재(123)의 일측면은 상기 운동부(120)의 일측면에 결합되고 또 다른 일측면은 상기 브라켓(111)에 결합되어 상기 운동부(120)의 진동시 공진에 의해 진동력을 극대화 시켜준다.

상기 운동부(120) 및 상기 브라켓(111)의 일부에 상기 탄성부재(123)의 내측에 접촉하여 고정할 수 있는 고정턱(133)을 구성하여 상기 탄성부재(123)의 결합시 중심이 틀어지지 않고 견고하게 조립될 수 있도록 할 수 있다.

그리고 상기 고정턱(133)은 상기 탄성부재(123)의 밀착고보다 높게 형성하면 낙하 등의 외부 충격에 의해 상기 운동부(120)의 과도한 이동이 발생시 상기 탄성부재(123)가 눌려 변형 또는 파손되는 것을 방지할 수 있다. 상기 고정턱(133)은 상기 영구자석 고정부재(117) 또는 상기 브라켓(111)의 일부를 성형하여 일체로 구성할 수도 있고, 별도의 기구물을 상기 영구자석 고정부재(117) 또는 상기 브라켓(111)에 결합하여 구비할 수도 있다.

상기 탄성부재(123)는 상기 영구자석 고정부재(117)의 운동방향의 일면에 구비하여 상기 베어링(139)의 크기를 확보하면서도 상기 탄성부재(123)의 내경을 작게 할 수 있어 상기 선형진동자(100)를 소형화 할 수 있다.

상기 운동부(120) 운동방향의 직각방향으로 상기 탄성부재(123)의 외측에 스토퍼(131)를 배치하면 상기 운동부(120)의 이동 변위를 제한함으로써 넓은 주파수 대역에서 동일한 진동가속도를 얻을 수 있어 상기 선형진동자(100)의 안정적인 성능을 확보할 수 있다. 상기 스토퍼(131)는 상기 브라켓(111) 또는 상기 영구자석 고정부재(117)의 일부에 일체로 형성할 수 있다. 또한 상기 스토퍼(131)는 상기 브라켓(111) 또는 상기 운동부(120)에 별도의 기구물로 구성하여 결합할 수도 있다.

상기 스토퍼(131)의 일측면에 댐핑부재(127)를 구비하여 접촉에 의해 발생하는 소음 및 충격을 방지할 수 있다. 상기 댐핑부재(127)는 우레탄, 실리콘, 고무 등의 충격을 흡수할 수 있는 재질로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 지지축(121)은 복수개로 구성하되 서로 접촉하여 일체화 함으로써 장축과 단축의 길이가 다르도록 구성하여 상기 운동부(120)가 기울어지지 않고 안정적으로 직선운동 할 수 있도록 하였으며, 복수개의 지지축(121)을 따로 배치할 때 조립오차에 의해 지지축(121)간의 평행이 맞지 않아 운동부(120)가 정상적으로 이동하지 못하는 현상을 개선하였다. 상기 지지축(121)은 장축과 단축의 길이가 다르도록 가공하여 한 개로 구성할 수도 있다.

도3은 본 발명에 따른 영구자석 고정부재(117)를 설명하는 도면이다.

도3(a)에 도시된 바와 같이 상기 영구자석 고정부재(117)는 상기 지지축(121)과 접촉되어 직선운동을 할 수 있도록 베어링홈(119)을 구비한 베어링(139)과 영구자석(113)을 견고하게 고정할 수 있도록 지지하는 상기 영구자석 고정부(137)를 포함하여 일체로 형성함으로써 상기 영구자석(113)과 결합되는 면적을 크게 할 수 있으며, 상기 영구자석(113)을 기구적으로 지지함으로써 결합강도를 증대시킬 수 있어 운동부(120)가 충격에 의해 파손되지 않도록 할 수 있다. 또한 상기 베어링(139)이 일체로 구성되어 상기 지지축(121)이 관통하여 배치되는 상기 베어링(139)에 구비된 복수개의 베어링홈(119)의 중심이 틀어지지 않아 상기 지지축(121)과 어긋나지 않게 결합될 수 있고, 상기 운동부(120)가 상기 지지축(121)을 따라 직선운동을 할 수 있다.

도3(b)는 복수개의 베어링(139)을 영구자석(113)과 결합하여 운동부(120)를 구성하는 것을 도시한 것으로, 상기 베어링(139)과 상기 영구자석(113)이 결합되는 면의 접착 면적이 작아 충격에 약하며, 결합시 상기 베어링(139)의 조립공차에 의해 베어링홈(119)의 중심이 서로 틀어지게 되면 상기 지지축(121)과 정상적으로 조립될 수 없으며, 상기 운동부(120)가 상기 지지축(121)을 따라 자연스럽게 직선운동을 하기 어려워 지는 문제가 있다.

즉, 상기 베어링(139)과 상기 영구자석 고정부(137)를 일체로 구성함으로써 외부의 충격에 강하게 할 수 있으며, 상기 베어링홈(119)의 중심축을 틀어지지 않도록 할 수 있다.

도4는 종래의 기술로 지지축(121)을 구성시의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.

도4(a)에 도시된 바와 같이 원형의 지지축(121)을 하나로 배치하면 상기 지지축(121)을 중심으로 베어링(139)이 기울어져 코일(125)과 접촉하여 파손 또는 단선 등의 문제가 발생할 수 있다. 도4(b)는 베어링(139)이 기울어지지 않도록 지지축(121)을 복수개로 구성한 것으로 지지축(121)이 조립 오차 등에 의해 서로 평행하게 조립되지 않으면 지지축(121)의 끝단의 간격(①)이 반대편 끝단의 간격(②)과 다르게 되어 상기 지지축(121)에 의해 관통되어 배치되는 베어링(139)이 정상적으로 이동할 수 없게되는 문제가 있다.

도5는 본 발명에 따른 지지축(121)의 실시 예를 도시한 것이다. 도5(a)에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 상기 지지축(121)은 복수개의 지지축(121)을 일체로 결합하여 구성함으로써, 도5(b)에 도시된 바와 같이 장축과 단축의 길이가 다르게 구성되는 효과를 낼 수 있다. 도5(c)에 도시한 바와 같이 장축 방향으로 평탄하게 지지할 수 있는 면을 형성하게 되어 상기 베어링(139)이 틀어지지 않고 직선운동을 할 수 있도록 하여준다.

또한 복수개의 상기 지지축(121)을 서로 접촉하여 나란히 배치함으로써 복수개의 상기 지지축(121)이 틀어지지 않도록 서로 평행하게 조립할 수 있다.

상기 지지축(121)은 원형의 소재를 압착하거나 일부를 연마가공하여 면을 형성함으로써 동일한 효과를 낼 수도 있다.

도6은 상기 영구자석(113)의 착자방향에 대해 설명하기 위한 도면이다. 상기 케이스(110) 또는 상기 브라켓(111)이 강자성체로 이루어질 경우, 상기 영구자석(113)의 자력에 의해 인력이 발생하여 상기 영구자석(113)이 이동하는데 방해가 되는 것을 방지하기 위해 운동방향과 동일한 방향으로 착자를 하는 것이 바람직하다.

도7은 본 발명에 따른 선형진동자(100)의 다른 실시 예를 도시한 것이다. 도시한 바와 같이 상기 운동부(120) 운동방향의 직각방향으로 상기 탄성부재(123)의 외측에 스토퍼(131)를 배치하면 상기 운동부(120)의 이동 변위를 제한함으로써 넓은 주파수 대역에서 동일한 진동가속도를 얻을 수 있어 상기 선형진동자(100)의 안정적인 성능을 확보할 수 있다. 상기 스토퍼(131)는 상기 브라켓(111) 또는 상기 영구자석 고정부재(117)의 일부에 일체로 형성할 수 있다. 또한 상기 스토퍼(131)는 상기 브라켓(111) 또는 상기 운동부(120)에 별도의 기구물로 구성하여 결합할 수도 있다.

그리고 상기 스토퍼(131)는 도시된 바와 같이 대칭으로 배치될 수도 있고, 편측에만 구비될 수도 있다.

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 진동자 110 : 케이스
111 : 브라켓 113 : 영구자석
115 : 전원공급장치 117 : 영구자석 고정부재
119 : 베어링홈 120 : 운동부
121 : 지지축 123 : 탄성부재
125 : 코일 127 : 댐핑부재
129 : 외부전극 131 : 스토퍼
133 : 고정턱 135 : 결합부재
137 : 영구자석 고정부 139 : 베어링

Claims

외부로부터 공급되는 전원을 연결시켜주는 전원공급장치;
상기 전원공급장치에 전기적으로 연결된 코일;
상기 코일의 내측에 배치된 영구자석;
상기 영구자석과 결합이 가능한 영구자석 고정부와 베어링을 일체로 형성한 영구자석 고정부재;
상기 영구자석 고정부재와 상기 영구자석이 일체로 결합하여 형성된 운동부;
상기 베어링의 일부를 관통하여 배치된 지지축;
상기 지지축을 감싸며 상기 운동부에 결합된 탄성부재; 및
상기 지지축의 양측 끝단을 지지하는 브라켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 진동자
제1 항에 있어서,
상기 영구자석 고정부재는 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 선형 진동자
제1 항에 있어서,
상기 영구자석 고정부재는 분말야금 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 선형 진동자
제1 항에 있어서,
상기 지지축은 복수개로 구성되되 서로 접촉하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선형 진동자
제1 항에 있어서,
상기 탄성부재는 상기 운동부와 일체로 결합되되 상기 베어링의 운동방향의 일면으로 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 선형 진동자
제1 항에 있어서,
상기 운동부의 운동방향의 직각방향으로 상기 탄성부재의 외측에 배치된 스토퍼를 구비하는 것을 특징으로 하는 선형 진동자
제1 항 및 제6 항에 있어서,
상기 스토퍼의 일측면에 댐핑부재를 구비한 것을 특징으로 하는 선형 진동자
제1 항에 있어서,
상기 영구자석은 복수개로 구성되는 것을 특징으로 하는 선형 진동자