KR20170024757A - 진동 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동을 발생시키는 진동 액추에이터로서, 특히 진동력을 유지하면서 인가되는 전력이 차단된 후 진동의 폴링 타임(falling time)을 감소시킬 수 있는 진동 액추에이터에 관한 것이다.
본 발명의 진동 액추에이터는 마그네트와 코일 사이에 발생하는 전자기력을 이용하여 진동을 발생시키는 것으로서, 내부에 수용공간이 형성되어 있는 케이스; 상기 수용공간에서 상기 전자기력에 의해 상하 진동하는 진동부; 상기 진동부가 초기 위치를 유지하도록 상기 진동부를 탄성 지지하는 탄성부재; 및 상기 진동부에 의해 가압되어 상기 케이스와 진동부 사이에 배치되는 제1 스펀지를 포함하며, 상기 제1 스펀지는 상기 진동부가 상하 진동함에 따라 압축 및 팽창하고, 상기 전자기력이 제거되면 상기 진동부의 폴링 타임(falling time)을 감소시켜 상기 진동부를 정지시키는 것을 특징으로 한다.

Description

진동 액추에이터{Vibration actuator}

본 발명은 진동을 발생시키는 진동 액추에이터로서, 특히 진동력을 유지하면서 인가되는 전력이 차단된 후 진동의 폴링 타임(falling time)을 감소시킬 수 있는 진동 액추에이터에 관한 것이다.

진동 액추에이터는 마그네트에 의한 자기력과 코일부에서 발생하는 소정 주파수의 전자기력의 상호 작용에 의해 분동이 직선적으로 상하로 진동하는 것이다.

이러한 진동 액추에이터는 공개특허공보 제10-2014-0104353호에 개시되어 있다. 도 1은 종래의 진동 액추에이터의 내부 구조를 나타낸 단면도이다. 종래의 진동 액추에이터는, 자성체로 이루어져 케이스의 내부에서 자기회로를 구성하는 샤프트(20)와, 상기 샤프트에 의해 지지되는 코일(24)과, 상기 코일 및 샤프트를 둘러싸도록 배치된 링형상의 마그네트(13)와, 상기 마그네트에 고정된 분동(15)과, 상기 케이스 내에 배치되고 상기 마그네트 및 분동을 상기 샤프트의 축선방향으로 바이어스시키는 판스프링(17)을 구비하고 있다.

그러나 이러한 종래의 진동 액추에이터는 코일에 인가된 전력이 차단되면, 분동이 판스프링의 탄성력에 의해 진동하게 되고, 분동이 초기위치에 정지하기까지 일정 시간이 소요된다. 즉 진동의 폴링 타임(falling time)이 발생하게 되는데 상기 폴링 타임이 길어질수록 진동을 정밀하게 제어하기 어렵고, 섬세한 진동을 구현할 수 없다. 일 예로 짧은 간격으로 두 번의 진동을 연속적으로 발생시킬 때, 진동의 폴링 타임이 길어지게 되면 첫 번째 진동이 완전히 끝나기 전에 두 번째 진동이 발생하여 두 번의 진동을 구분하기 어렵다. 이 경우 두 번의 진동을 구분하여 표현하기 위해서는 폴링 타임에 맞춰 진동 발생 간격을 늘릴 수밖에 없으므로 진동의 정밀한 제어 및 섬세한 구현이 불가능하다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 진동력을 유지하면서 인가되는 전력이 차단된 후 진동의 폴링 타임을 감소시켜 진동 성능을 향상시킬 수 있는 진동 액추에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 진동 액추에이터는 마그네트와 코일 사이에 발생하는 전자기력을 이용하여 진동을 발생시키는 것으로서, 내부에 수용공간이 형성되어 있는 케이스; 상기 수용공간에서 상기 전자기력에 의해 상하 진동하는 진동부; 상기 진동부가 초기 위치를 유지하도록 상기 진동부를 탄성 지지하는 탄성부재; 및 상기 진동부에 의해 가압되어 상기 케이스와 진동부 사이에 배치되는 제1 스펀지를 포함하며, 상기 제1 스펀지는 상기 진동부가 상하 진동함에 따라 압축 및 팽창하고, 상기 전자기력이 제거되면 상기 진동부의 폴링 타임(falling time)을 감소시켜 상기 진동부를 정지시킨다.

그리고 상기 탄성부재는 상기 진동부의 상부에 위치하고, 상기 제1 스펀지는 상기 진동부의 하부에 위치하며, 상기 제1 스펀지의 두께는 상하 진동하는 상기 진동부의 상사점에서 상기 진동부와 상기 케이스 하면 사이의 거리보다 두껍다.

또한, 본 발명의 진동 액추에이터는 상기 탄성부재와 상기 케이스의 상면 사이에 배치되는 제2 스펀지를 더 포함한다.

그리고 상기 탄성부재는, 상기 케이스의 상면에 고정 장착되는 상부고정부와, 상기 상부고정부의 지름보다 크고 상기 진동부에 고정 장착되는 하부고정부와, 상기 상부고정부와 하부고정부를 연결하는 복수의 연결부로 이루어지고, 상기 제2 스펀지는 상기 케이스의 상면과 상기 연결부 사이에 배치된다.

그리고 상기 진동부는 중량체와 상기 마그네트를 포함하고, 상기 마그네트와 마주하는 상기 케이스의 하면에는 돌출부가 돌출 형성되어 있다.

그리고 상기 중량체는 상기 코일을 중심으로 원형 링(ring) 형상으로 형성되고, 상기 마그네트는 상기 중량체의 내주면에 장착되며, 상기 마그네트의 상하 중심은 상기 중량체의 상하 중심보다 하부에 형성된다.

본 발명에 따른 진동 액추에이터는 상하로 진동하는 진동부와 케이스 사이에 스펀지를 배치함으로써, 전자기력에 의해 진동하는 진동부의 진동력 저하를 최소화하여 높은 진동력을 유지하면서 코일에 인가되는 전력이 차단된 후 탄성부재의 탄성력에 의해 상하로 진동하는 진동부의 폴링 타임을 감소시킬 수 있고, 진동부가 정지할 때까지 걸리는 시간을 최소화함으로써 진동의 정밀한 제어 및 섬세한 구현이 가능하다.

도 1은 종래의 진동 액추에이터의 내부 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 진동 액추에이터의 사시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 진동 액추에이터의 분해사시도.
도 4는 도 2의 A-A선을 취하여 본 단면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 코어 및 탄성부재를 별도로 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 진동 액추에이터의 작동상태도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 진동 액추에이터의 분해사시도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 진동 액추에이터의 단면도.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 진동 액추에이터의 작동상태도.

본 발명은 진동의 폴링 타임(falling time)을 감소시킬 수 있는 진동 액추에이터에 관한 것으로, 전자기력에 의해 진동하는 진동부의 진동력 저하를 최소화하여 높은 진동력을 유지하면서 코일에 인가되는 전력이 차단된 후 탄성부재의 탄성력에 의해 상하로 진동하는 진동부의 폴링 타임을 감소시킬 수 있고, 진동부가 정지할 때까지 걸리는 시간을 최소화함으로써 진동의 정밀한 제어 및 섬세한 구현이 가능하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 따라 상세히 설명한다.

제1 실시예

본 발명의 제1 실시예에 따른 진동 액추에이터는 도 2 내지 6에 도시된 바와 같이, 케이스(100), 코어(200), 코일(300), 진동부(400), 탄성부재(500) 및 제1 스펀지(600)를 포함하여 이루어진다.

케이스(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 밑판과 덮개로 구분될 수 있으며, 내부에 수용공간이 형성되어 있다. 그리고 케이스(100)의 상부 및 하부에는 각각 결합공(100a,100b)이 형성되어 있다. 결합공(100a,100b)에는 코어(200)의 상단과 하단이 각각 삽입되어 케이스(100)의 중심부에 코어(200)가 수직으로 결합된다. 그리고 케이스(100)의 하면에는 돌출부(110)가 상방향으로 돌출 형성되어 있다. 돌출부(110)는 원호 형상으로 형성되고 케이스(100)의 하면에 형성되어 있는 결합공(100a)을 중심으로 두 개가 서로 대칭적으로 형성되어 있다. 이와 같이 케이스(100)의 하면에 돌출부(110)를 돌출 형성함으로써 마그네트(420)와의 거리를 축소하여 진동부(400)의 진동에 따른 마그네틱 강성(magnetic stiffness)을 높일 수 있다. 즉 마그네트(420)와 금속재질의 돌출부(110) 사이의 인력이 강화됨으로써, 코일(300)에 인가되는 전력을 차단한 후 탄성부재(500)의 탄성력에 의한 진동부(400)의 진동시에 진동부(400)가 정지할 때까지 걸리는 시간을 단축시킬 수 있다.

코어(200)는 케이스(100)의 중심부에 결합되며, 도 3에 도시된 바와 같이 외주면에 코일(300)이 감겨있다. 구체적으로 코어(200)는 중심요크(210)와, 중심요크(210)의 외주면에 상하로 서로 이격되어 형성되어 있는 제1 내지 제3 요크(220,230,240)로 이루어진다. 제1 요크(220)는 중심요크(210)의 하단으로부터 상기 케이스(100)의 두께만큼 상방향으로 이격되어 형성된다. 이에 따라 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 중심요크(210)의 하단은 케이스(100)의 하부에 형성되어 있는 결합공(100ab)에 삽입되고, 제1 요크(220)는 케이스(100)의 하면에 접촉하게 된다. 그리고 도 5에 도시된 바와 같이 제1 요크(220)에는 제1 홈(221)이 형성되어 있다. 제2 요크(230)는 제1 요크(220)로부터 상방향으로 이격되어 형성되며, 제2 요크(230)에는 제2 홈(231)이 형성되어 있다. 제3 요크(240)는 제2 요크(230)로부터 상방향으로 이격되어 중심요크(210)의 상단에 형성된다. 그리고 제3 요크(240)는 케이스(100)의 상부에 형성되어 있는 결합공(100ab)에 삽입 배치되고, 제3 요크(240)에는 제3 홈(241)이 형성되어 있다. 제1 내지 제3 요크(220,230,240)의 사이에는 각각 코일(300)이 위치하며, 제1 홈(221) 및 제2 홈(231)은 코일(300)과 코일(300), 코일(300)과 케이스(100)의 하면에 장착되는 회로기판(P)을 전기적으로 연결하기 위하여 코일(300)이 지나가는 공간이다. 그리고 제3 요크(240)에 형성되어 있는 제3 홈(241)에는 탄성부재(500)가 결합된다. 이때, 제3 요크(240)의 두께는 케이스(100)의 두께보다 두껍게 형성되어 제3 요크(240)의 상부 일부는 케이스(100)의 상부에 형성되어 있는 결합공(100ab)에 삽입되고, 나머지 하부 일부는 수용공간으로 돌출되어 제3 홈(241)에 탄성부재(500)가 결합된다. 제3 요크(240)와 탄성부재(500)의 결합에 대해서는 후술한다.

코일(300)은 전술한 바와 같이 제1 요크(220)와 제2 요크(230) 사이 그리고 제2 요크(230)와 제3 요크(240) 사이에 위치하고, 중심요크(210)에 감겨있다. 그리고 제1 홈(221)에 코일(300)이 배선되어 코일(300)과 회로기판(P)을 전기적으로 연결하며, 제2 홈(231)에 코일(300)이 배선되어 상하로 이격되어 있는 두 개의 코일(300)이 전기적으로 연결된다.

진동부(400)는 수용공간에서 상하로 진동한다. 이러한 진동부(400)는 도 3에 도시된 바와 같이 중량체(410)와 마그네트(420)로 구성된다. 중량체(410)는 코어(200) 및 코일(300)을 중심으로 원형 링(ring) 형상으로 형성된다. 그리고 마그네트(420)는 코어(200) 및 코일(300)을 중심으로 원형 링(ring) 형상으로 형성되며, 중량체(410)의 내주면에 장착된다. 마그네트(420)는 코일(300)의 주위에 자기장을 형성하며, 코일(300)에 전류가 형성되면 전자기력이 발생하여 중량체(410)와 마그네트(420)가 상하로 진동하게 된다. 도 4(a)에 도시된 바와 같이 마그네트(420)는 상하 중심이 중량체(410)의 상하 중심과 일치하도록 중량체(410)에 장착되어 있다.

한편, 도 4(b)에 도시된 바와 같이 마그네트(420)의 상하 중심이 중량체(410)의 상하 중심보다 하부에 형성되도록 마그네트(420)를 중량체(410)에 장착시킬 수도 있다. 이에 따라 다른 구조적 변경 없이 마그네트(420)와 돌출부(110)를 더욱 가까이 배치할 수 있으며, 진동부(400)의 상하 진동시에 마그네트(420)의 상부에 위치하는 탄성부재(500)와 마그네트(420)의 충돌을 방지할 수 있는 이점이 있다.

탄성부재(500)는 진동부(400)가 초기 위치를 유지하도록 진동부(400)를 탄성 지지한다. 이러한 탄성부재(500)는 진동부(400)의 상부에 위치한다. 그리고 탄성부재(500)는 도 5에 도시된 바와 같이 상부고정부(510), 하부고정부(520) 및 복수의 연결부(530)로 이루어진다. 상부고정부(510)는 대략 원형 링(ring) 형상으로 형성되고, 케이스(100)의 상면에 고정 장착된다. 그리고 상부고정부(510)의 내측에는 제3 홈(241)에 삽입되는 결합돌기(511)가 돌출 형성되어 있다. 이에 따라 탄성부재(500)를 조립하기 용이하다. 하부고정부(520)는 대략 원형 링(ring) 형상으로 형성되고, 진동부(400)에 고정 장착된다. 더욱 구체적으로 하부고정부(520)는 중량체(410)의 상부에 고정 장착되다. 그리고 하부고정부(520)는 상부고정부(510)의 지름보다 크게 형성된다. 복수의 연결부(530)는 하부로 갈수록 지름이 점점 증가하는 나선형으로 형성되어 상부고정부(510)와 하부고정부(520)를 연결한다.

제1 스펀지(600)는 진동부(400)의 하부에서 진동부(400)에 의해 가압되어 케이스(100)와 진동부(400) 사이에 배치된다. 구체적으로 제1 스펀지(600)는 원형 링(ring) 형상으로 형성된다. 그리고 제1 스펀지(600)는 상하 진동하는 진동부(400)의 상사점에서 진동부(400)와 케이스(100)의 하면 사이의 거리보다 두껍게 형성됨으로써, 별도의 고정수단 없이 진동부(400), 즉 중량체(410)에 의해 가압되어 진동부(400)와 케이스(100)의 하면 사이에 위치한다.

이러한 제1 스펀지(600)는 진동부(400)의 초기위치에서 진동부(400)에 의해 가압된 상태이며, 도 6에 도시된 바와 같이 코일(300)에 전력이 인가되어 진동부(400)가 상하 진동함에 따라 압축 및 팽창한다. 그리고 제1 스펀지(600)는 진동부(400)를 상하 진동시키는 전자기력이 제거되면 진동부(400)의 폴링 타임(falling time)을 감소시킨다. 즉 제1 스펀지(600)는 진동부(400)가 탄성부재(500)의 탄성력에 의해 초기위치를 벗어나는 방향으로 이동할 때 상기 탄성력에 대항함으로써 탄성력에 의해 진동부(400)가 진동하는 시간을 단축시킨다. 이에 따라 코일(300)에 인가되는 전력을 차단한 후, 진동부(400)가 탄성부재(500)의 탄성력에 의해 상하로 진동할 때 진동부(400)가 초기위치에서 정지할 때까지의 시간을 단축하여 액추에이터의 진동을 정밀하게 제어할 수 있고, 섬세한 진동구현이 가능하다. 따라서 액추에이터의 진동 성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 진동부(400)를 진동시키는 전자기력은 진동부(400)의 진동에 반하는 제1 스펀지(600)의 대항력에 비해 매우 강하기 때문에 제1 스펀지(600)에 의한 진동력의 감소는 무시할 수 있으므로 진동력의 손실은 거의 없다.

제2 실시예

본 발명의 제2 실시예에 따른 진동 액추에이터는 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 케이스(100), 코어(200), 코일(300), 진동부(400), 탄성부재(500), 제1 스펀지(600) 및 제2 스펀지(700)를 포함하여 이루어진다. 제2 실시예는 제1 실시예와 비교하여 제2 스펀지(700)를 더 포함한다. 제2 스펀지(700) 외에 제2 실시예에 따른 진동 액추에이터를 구성하는 요소들은 제1 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

제2 스펀지(700)는 도 7 또는 도 8에 도시된 바와 같이 탄성부재(500)와 케이스(100)의 상면 사이에 배치된다. 구체적으로 제2 스펀지(700)는 원형 링(ring) 형상으로 형성되고, 케이스(100)의 상면과 연결부(530) 사이에 배치된다. 그리고 제2 스펀지(700)는 연결부(530)에 의해 상방향으로 가압된 상태로 연결부(530)와 케이스(100) 사이에 위치하며, 도 9에 도시된 바와 같이 코일(300)에 전력이 인가되어 진동부(400)가 상하로 진동함에 따라 연결부(530)에 의해 압축 및 팽창하게 되고, 코일(300)에 인가되는 전력이 차단되면 진동부(400)의 폴링 타임(falling time)을 감소시킨다.

제2 스펀지(700)는 제1 스펀지(600)와 동일한 작용을 하며, 제2 실시예에서는 제2 스펀지(700)를 추가함으로써 제1 스펀지(600)와 함께 진동의 폴링 타임을 더욱 감소시킬 수 있다.

본 발명에 다른 진동 액추에이터는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

100 : 케이스, 110 : 돌출부,
200 : 코어, 210 : 중심요크, 220 : 제1 요크, 221 : 제1 홈, 230 : 제2 요크, 231 : 제2 홈, 240 : 제3 요크, 241 : 제3 홈,
300 : 코일,
400 : 진동부, 410 : 중량체, 420 : 마그네트,
500 : 탄성부재, 510 : 상부고정부, 511 : 결합돌기, 520 : 하부고정부, 530 : 연결부,
600 : 제1 스펀지,
700 : 제2 스펀지,

Claims (6)

1. 마그네트와 코일 사이에 발생하는 전자기력을 이용하여 진동을 발생시키는 진동 액추에이터에 있어서,
   내부에 수용공간이 형성되어 있는 케이스;
   상기 수용공간에서 상기 전자기력에 의해 상하 진동하는 진동부;
   상기 진동부가 초기 위치를 유지하도록 상기 진동부를 탄성 지지하는 탄성부재; 및
   상기 진동부에 의해 가압되어 상기 케이스와 진동부 사이에 배치되는 제1 스펀지를 포함하며,
   상기 제1 스펀지는 상기 진동부가 상하 진동함에 따라 압축 및 팽창하고, 상기 전자기력이 제거되면 상기 진동부의 폴링 타임(falling time)을 감소시켜 상기 진동부를 정지시키는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 탄성부재는 상기 진동부의 상부에 위치하고,
   상기 제1 스펀지는 상기 진동부의 하부에 위치하며,
   상기 제1 스펀지의 두께는 상하 진동하는 상기 진동부의 상사점에서 상기 진동부와 상기 케이스 하면 사이의 거리보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 탄성부재와 상기 케이스의 상면 사이에 배치되는 제2 스펀지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 탄성부재는,
   상기 케이스의 상면에 고정 장착되는 상부고정부와,
   상기 상부고정부의 지름보다 크고 상기 진동부에 고정 장착되는 하부고정부와,
   상기 상부고정부와 하부고정부를 연결하는 복수의 연결부로 이루어지고,
   상기 제2 스펀지는 상기 케이스의 상면과 상기 연결부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 진동부는 중량체와 상기 마그네트를 포함하고,
   상기 마그네트와 마주하는 상기 케이스의 하면에는 돌출부가 돌출 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 중량체는 상기 코일을 중심으로 원형 링(ring) 형상으로 형성되고,
   상기 마그네트는 상기 중량체의 내주면에 장착되며,
   상기 마그네트의 상하 중심은 상기 중량체의 상하 중심보다 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.

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