KR20180019622A - 진동 발생장치 - Google Patents

Abstract

진동 발생장치가 개시된다. 본 발명에 따른 진동 발생장치에 의하면, 자성유체가 원래 위치에서 이탈하여 영구자석쪽으로 움직이게 되고, 그에 따라 원래 댐핑 기능을 수행해야 할 위치에서 벗어나게 되는 문제점을 해결할 수 있다.
그리고 요구되는 다양한 진동 특성에 부응하고, 적용되는 가용 주파수 범위를 확대할 수 있으며, 기계적 복원력이 아닌 전자기적 특성이 반영된 설계변수 조절을 통해 진동 발생장치의 응답속도를 증가시킬 수 있다.

Description

진동 발생장치{vibration actuator}

본 발명은 진동 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 요크의 날개부 형상을 조절함으로써 사용자가 원하는 공진주파수 대역을 조정할 수 있고, 진동력과 응답속도를 향상시킬 수 있으며, 내부 구성간의 충돌에 의한 진동 및 소음을 억제할 수 있는 진동 발생장치에 관한 것이다.

최근에 휴대 단말기의 무음의 착신장치로 사용되는 선형 진동 발생장치는 행정거리가 짧고, 탄성부재의 탄성력으로 인해 기존의 편심 회전형 진동 발생장치에 비해, 시작과 정지 시에 빠른 진동 특성을 가지므로, 휴대 단말기의 슬림화 추세에 부응하여 왔다.

이러한 선형 진동 발생장치는 영구자석을 포함하는 진동자와, 진동자를 지지하는 고정자로 구성되는 것이 일반적이며, 고정자에 배치된 코일에 전류를 인가하여 발생한 전자기력과 영구자석에서 발생된 자성과의 상호 동작으로 영구자석이 상하로 이동하여 진동이 발생한다.

구체적으로, 종래의 선형 진동 발생장치는 케이스 내에 코일을 구비한 고정자와, 영구자석을 구비한 진동자를 배치하고, 이러한 영구자석이 탄성적으로 지지되어 진동을 발생시키도록 탄성부재가 구비되었다.

물론 전술한 구조 이외에도 영구자석이 고정자에 구비되고, 코일이 중량체에 결합되어 진동자에 구비되는 진동 발생장치의 구조도 적용되고 있다. 이러한 종래의 진동 발생장치는 한국등록특허 10-1354867호 또는 한국등록특허 10-1046044호에 기재되어 있다.

일반적으로 선형 진동 발생장치가 진동을 발생시킬 때 충격에 의한 파손과 진동 및 소음을 방지하기 위하여 영구자석 부근에 댐퍼 기능을 수행하는 자성유체를 도포하게 된다.

그런데 이러한 자성유체는 자성에 의해 영구자석쪽으로 지속적으로 이동하는 경향이 있다. 따라서 영구자석 자체에 도포되는 자성유체 이외에 근방에 도포된 자성유체의 경우 원래 위치에서 이탈하여 영구자석쪽으로 움직이게 되고, 그에 따라 원래 댐핑 기능을 수행해야할 위치에서 벗어나게 되는 문제점이 있다.

한편, 최근의 진동 발생장치는 적용되는 기기가 다양해짐에 따라 다양한 진동 특성을 요구하고, 적용되는 가용 주파수 범위가 증가하게 되었다. 따라서 이에 부응할 수 있도록 폭넓은 가용 주파수 범위를 커버하고, 응답 속도 증가를 통해 최적의 응답 성능을 발휘할 수 있도록 요크와 영구자석 간의 설계 변수를 조절해야 할 필요성이 증대되고 있다.

본 발명의 실시예들은 자성유체가 원래 위치에서 이탈하여 영구자석쪽으로 움직이게 되고, 그에 따라 원래 댐핑 기능을 수행해야 할 위치에서 벗어나게 되는 문제점을 해결하고자 한다.

또한, 요구되는 다양한 진동 특성에 부응하고, 적용되는 가용 주파수 범위를 확대하고자 한다.

또한, 기계적 복원력이 아닌 전자기적 특성이 반영된 설계변수 조절을 통해 진동 발생장치의 응답속도를 증가시키고자 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 케이스와 결합되어 내부 공간을 형성하는 브라켓; 상기 브라켓 상면에 결합하는 회로기판과, 상기 회로기판과 연결되는 코일과, 상기 코일 내측에 구비된 요크를 구비하는 고정자; 상기 코일 외측에 배치되는 영구자석과, 상기 영구자석 외주 측에 결합하는 중량체를 구비하는 진동자; 및 상기 고정자와 진동자를 연결하며, 상기 진동자를 탄성 지지하는 탄성부재;를 포함하며, 상기 고정자는 상기 코일 상부에 위치된 날개부를 더 포함하고, 상기 영구자석 두께 대비 상기 날개부 두께의 비율은 0.05 내지 0.7인 것을 특징으로 하는 진동 발생장치가 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 진동 발생장치는 상기 진동자와 탄성부재 사이에 개재되는 플레이트를 더 포함하며, 상기 비자성 댐퍼는 상기 플레이트와 중량체의 적어도 일부를 커버하도록 도포될 수 있다.

상기 비자성 댐퍼는 액상의 그리스(grease)로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 진동 발생장치는 상기 영구자성 상면에 도포되는 자성유체를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 진동 발생장치는 상기 브라켓 상면에 구비되는 제1 댐퍼와, 상기 케이스 상부 하면에 구비되는 제2 댐퍼를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 요크는 중심으로부터 외주측으로 연장 형성되는 날개부를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 영구자석 두께 대비 상기 날개부 두께의 비율은 0.05 내지 0.7로 이루어질 수 있다.

상기 영구자석 두께 대비 상기 날개부 두께의 비율은 0.25 내지 0.5로 이루어질 수 있다.

상기 영구자석의 내경 대비 상기 날개부 직경의 비율은 0.4 내지 0.99로 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 케이스와 결합되어 내부 공간을 형성하는 브라켓; 상기 브라켓 상면에 결합하는 회로기판과, 상기 회로기판과 연결되는 코일과, 상기 코일 내측에 구비된 요크를 구비하는 고정자; 상기 코일 외측에 배치되는 영구자석과, 상기 영구자석 외주 측에 결합하는 중량체를 구비하는 진동자; 및 상기 고정자와 진동자를 연결하며, 상기 진동자를 탄성 지지하는 탄성부재;를 포함하며, 상기 고정자는 상기 코일 상부에 위치된 날개부를 더 포함하고, 상기 영구자석의 내경 대비 상기 날개부 직경의 비율은 0.4 내지 0.99로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진동 발생장치가 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 진동 발생장치는 상기 중량체와 탄성부재 사이에 구비되는 비자성 댐퍼를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예들은 자성유체가 원래 위치에서 이탈하여 영구자석쪽으로 움직이게 되고, 그에 따라 원래 댐핑 기능을 수행해야 할 위치에서 벗어나게 되는 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 요구되는 다양한 진동 특성에 부응하고, 적용되는 가용 주파수 범위를 확대할 수 있다.

또한, 기계적 복원력이 아닌 전자기적 특성이 반영된 설계변수 조절을 통해 진동 발생장치의 응답속도를 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 발생장치의 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 발생장치의 분해사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 발생장치의 측단면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 발생장치의 요크 날개부 두께 변화에 따른 변형예를 도시한 측단면도
도 5는 도 4의 요크 날개부 두께 변화에 따른 공진 주파수 대역을 나타낸 그래프
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 발생장치의 요크 날개부 직경 변화에 따른 변형예를 도시한 측단면도
도 7과 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 발생장치의 케이스와 중량체가 사각형으로 이루어지는 경우를 도시한 분해사시도와 측단면도
도 9와 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 발생장치의 케이스가 사각형으로 이루어지고 중량체가 팔각형으로 이루어지는 경우를 도시한 분해사시도와 측단면도

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 발생장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 발생장치의 분해사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 발생장치의 측단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 발생장치(100)는 케이스(103)와 결합하여 내부 공간을 형성하는 브라켓(101); 상기 브라켓(101) 상면에 결합하는 회로기판(200)과, 상기 회로기판(200)과 연결되는 코일(130)과, 상기 코일(130) 내측에 배치되는 요크(140)를 구비하는 고정자; 상기 코일(130) 외측에 배치되는 영구자석(170)과, 상기 영구자석(170) 외주 측에 결합하는 중량체(160)를 구비하는 진동자; 및 상기 고정자와 진동자를 연결하며, 상기 진동자를 탄성 지지하는 탄성부재(120);를 포함하여 이루어질 수 있다.

구체적으로 상기 케이스(103)와 브라켓(101)이 결합하여 내부에 수용 공간을 형성하고, 브라켓(101) 상면에 회로기판(200)이 결합하며, 회로기판(200)에 부착된 코일(130) 내측으로 요크(140)가 구비된다. 여기서 상기 케이스(103)와 브라켓(101), 회로기판(200)과 코일(130) 및 요크(140)는 고정자를 구성한다.

그리고 상기 코일(130) 외측에 링(ring) 형상의 영구자석(170)이 배치되고 상기 영구자석(170)의 외주측에 중량체(160)가 결합하여 진동자를 구성한다. 상기 케이스(103) 하부와 상부에는 각각 제1 댐퍼(110)와 제2 댐퍼(180)가 구비되어 진동에 의한 충격을 완화할 수 있다.

상기 고정자와 진동자 사이에는 진동자의 상하 운동을 탄성 지지하는 탄성부재(120)가 개재된다. 이때 상기 진동자와 탄성부재(120)를 연결하도록 플레이트(150)가 구비될 수 있다. 이와 같이 구성된 진동 발생장치(100)는 교류전원이 회로기판(200)을 통해 인가됨에 따라 진동자가 상하로 진동하게 된다.

상기 영구자석(170) 상부면에는 진동 발생장치(100)가 진동을 발생시킬 때 충격에 의한 파손과 진동 및 소음을 방지하기 위하여 댐퍼 기능을 수행하는 자성유체(172)를 도포한다.

한편, 종래에는 상기 진동자와 탄성부재(120)가 연결되는 부분 즉, 플레이트(150)가 설치되는 부근에도 자성유체가 도포되었다. 그런데 전술한 바와 같이, 자성유체를 도포하는 경우 자성유체가 영구자석(170) 쪽으로 지속적으로 이동하는 경향이 있다.

따라서 영구자석(170) 자체에 도포되는 자성유체 이외에 근방에 도포된 자성유체의 경우 원래 위치에서 이탈하여 영구자석(170) 쪽으로 움직이게 되고, 그에 따라 원래 댐핑 기능을 수행해야할 위치에서 벗어나게 되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 있어서는 상기 중량체(160)와 탄성부재(120) 사이에 비자성 댐퍼(190)가 구비될 수 있다. 구체적으로 상기 비자성 댐퍼(190)는 상기 플레이트(150)와 중량체(160)의 적어도 일부를 커버하도록 도포될 수 있다.

이때, 상기 비자성 댐퍼(190)는 액상의 그리스(grease)로 이루어져 자성을 갖지 않으므로 영구자석(170) 쪽으로 이동하지 않고 원래 도포된 위치에서 댐핑 기능을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 진동 발생장치(100)는 요크(140) 형상과 관련된 설계 인자를 조절함으로써 폭넓은 가용 주파수 범위를 커버하고, 응답 속도 증가를 통해 최적의 응답 성능을 발휘하도록 구현할 수 있다. 이하 요크(140)의 설계 인자와 관련된 사항에 대해 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 발생장치의 요크 날개부 두께 변화에 따른 변형예를 도시한 측단면도이고, 도 5는 도 4의 요크 날개부 두께 변화에 따른 공진 주파수 대역을 나타낸 그래프이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 발생장치의 요크 날개부 직경 변화에 따른 변형예를 도시한 측단면도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 발생장치(100)의 요크(140)는 중심으로부터 외주측으로 연장 형성되는 날개부(142)를 포함하여 이루어질 수 있다.

도 4(a) 내지 도 4(c)에는 상기 요크(140)의 날개부(142) 두께(A)의 변형예들이 도시되어 있다. 상기 날개부(142) 두께(A)와 영구자석(170)의 두께(B)의 비는 공진주파수 대역을 조정하는 변수로 작용할 수 있다.

여기서 공진주파수 대역은 좋고 나쁨의 문제보다 사용자가 원하는 대역과 진동력을 어떻게 조정해서 제공하느냐와 연관된 사항으로서, 상기 영구자석(170) 두께(B) 대비 상기 날개부(142) 두께(A)의 비율 즉, A/B의 값이 작아질수록 진동력은 저하되고, A/B의 값이 클수록 진동력도 세지고 대역도 넓어지게 된다.

이러한 변화는 도 5의 그래프에서 확인할 수 있는데, 그래프에 나타난 A, B, C 선들은 각각 도 4(a), 도 4(b), 도 4(c)의 변형예의 공진주파수 대역과 진동력 세기를 나타낸다.

이러한 관계를 이용하여 동일 코일(130)과 영구자석(170)에서 발생하는 전자기력의 손실량을 최소화 하기 위한 요크(140)의 날개부(142)와 영구자석(170) 두께 비율을 설정할 수 있는 것이다.

여기서 A/B의 값은 0.05 내지 0.7 사이에서 결정하는 것이 바람직한데, 0.05보다 작은 경우에는 진동력이 낮아져서 사용자가 인지하는 진동의 세기를 구현할 수 없으므로 사용이 어렵다.

그리고 A/B의 값이 0.7보다 큰 경우에는 사용자가 인지하는 공진주파수 대역을 벗어나므로 역시 사용이 어려운 문제가 있다. 따라서 A/B의 값은 0.05 내지 0.7 사이의 범위에서 결정하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, A/B의 값은 공진주파수 대역과 진동력의 선택의 문제이므로 실제 진동 발생장치(100)가 적용되는 휴대 단말기 등의 제조사의 요구와 용도에 따라 위 범위에서 선택 가능하다.

예를 들어, 본 발명에 따른 진동 발생장치(100)가 Haptic 진동에 적용될 때에는 공진주파수 대역이 넓은 진동 특성을 요하게 되므로, 이 경우 A/B의 값은 0.25 내지 0.5 사이의 범위에서 결정되는 것이 바람직하다.

한편, 도 6(a) 내지 도 6(c)에는 상기 요크(140)의 날개부(142) 직경(C)의 변형예들이 도시되어 있다. 상기 날개부(142) 직경(C)과 영구자석(170)의 내경(D)의 비는 진동 발생장치(100)의 응답속도를 조정하는 변수로 작용할 수 있다.

기존의 진동 발생장치(100)는 응답속도, 특히 Falling time(전원 off 후 정지 시간)을 감소시키기 위하여 별도의 Driver IC 제어가 필요하다. 그러나 본 발명에 따른 진동 발생장치(100)의 경우에는 상기 영구자석(170)의 내경(D) 대비 상기 날개부(142) 직경(C)의 비율 즉, C/D의 최적값의 범위를 설정함으로써 기계적 충돌 또는 탄성체의 복원력에 의존한 스톱퍼가 아닌 전자기적 제어를 통한 빠른 응답속도를 구현할 수 있다.

구체적으로, 상기 영구자석(170)의 내경(D) 대비 상기 날개부(142) 직경(C)의 비율 즉, C/D의 값은 0.4 내지 0.99 범위에서 결정되는 것이 바람직하다. 0.4보다 작은 경우에는 종래의 브러시 타입 진동모터 또는 BLDC 등의 편심 진동모터 등과 동등 또는 이하의 응답속도 특성을 구현하는데 불과하므로 바람직하지 않다.

그리고 0.99보다 큰 경우에는 요크(140)의 날개부(142)와 영구자석(170) 사이 간격이 매우 협소해지므로 진동이 불가능하거나 진동 중 상호 충돌로 파손의 위험성이 있으므로 역시 바람직하지 않다.

따라서 C/D값은 0.4 내지 0.99로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 7과 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 발생장치의 케이스와 중량체가 사각형으로 이루어지는 경우를 도시한 분해사시도와 측단면도이고, 도 9와 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 발생장치의 케이스가 사각형으로 이루어지고 중량체가 팔각형으로 이루어지는 경우를 도시한 분해사시도와 측단면도이다.

전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 발생장치(100)의 기술적 특성은 다양한 형태의 진동 발생장치(100)에 적용 가능하다. 예를 들어 도 7과 도 8에 도시된 사각형 케이스(103)와 사각형의 중량체(160)가 적용된 진동 발생장치(100)에도 전술한 비자성 댐퍼(190)나 요크(140) 날개부(142)의 변형예들이 동일하게 적용될 수 있다.

그리고 도 9와 도 10에 도시된 사각형 케이스(103)와 팔각형의 중량체(160)가 적용된 진동 발생장치(100)에도 동일한 기술적 특징들이 적용 가능함은 물론이다.

지금까지 설명한 본 발명의 실시예들에 의한 진동 발생장치에 의하면, 자성유체가 원래 위치에서 이탈하여 영구자석쪽으로 움직이게 되고, 그에 따라 원래 댐핑 기능을 수행해야 할 위치에서 벗어나게 되는 문제점을 해결할 수 있다.

그리고 요구되는 다양한 진동 특성에 부응하고, 적용되는 가용 주파수 범위를 확대할 수 있으며, 기계적 복원력이 아닌 전자기적 특성이 반영된 설계변수 조절을 통해 진동 발생장치의 응답속도를 증가시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

100 : 진동 발생장치 101 : 브라켓
103 : 케이스 110 : 제1 댐퍼
120 : 탄성부재 130 : 코일
140 : 요크 150 : 플레이트
160 : 중량체 170 : 영구자석
180 : 제2 댐퍼 190 : 비자성 댐퍼

Claims (8)

1. 케이스와 결합되어 내부 공간을 형성하는 브라켓;
   상기 브라켓 상면에 결합하는 회로기판과, 상기 회로기판과 연결되는 코일과, 상기 코일 상부에 위치된 날개부를 구비하는 고정자;
   상기 코일 외측에 배치되는 영구자석과, 상기 영구자석 외주 측에 결합하는 중량체를 구비하는 진동자; 및
   상기 고정자와 진동자를 연결하며, 상기 진동자를 탄성 지지하는 탄성부재;를 포함하며,
   상기 영구자석 두께 대비 상기 날개부 두께의 비율은 0.05 내지 0.7인 것을 특징으로 하는 진동 발생장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 진동자와 탄성부재 사이에 개재되는 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 발생장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 중량체와 탄성부재 사이에 구비되는 비자성 댐퍼를 더 포함하며,
   상기 비자성 댐퍼는 액상의 그리스(grease)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진동 발생장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 영구자석 상면에 도포되는 자성유체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 발생장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 영구자석의 내경 대비 상기 날개부 직경의 비율은 0.4 내지 0.99인 것을 특징으로 하는 진동 발생장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 브라켓 상면에 구비되는 제1 댐퍼와, 상기 케이스 상부 하면에 구비되는 제2 댐퍼를 더 포함하는 진동 발생장치.
7. 케이스와 결합되어 내부 공간을 형성하는 브라켓;
   상기 브라켓 상면에 결합하는 회로기판과, 상기 회로기판과 연결되는 코일과, 상기 코일 상부에 위치된 날개부를 구비하는 고정자;
   상기 코일 외측에 배치되는 영구자석과, 상기 영구자석 외주 측에 결합하는 중량체를 구비하는 진동자; 및
   상기 고정자와 진동자를 연결하며, 상기 진동자를 탄성 지지하는 탄성부재;를 포함하며,
   상기 영구자석의 내경 대비 상기 날개부 직경의 비율은 0.4 내지 0.99로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진동 발생장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 영구자석 두께 대비 상기 날개부 두께의 비율은 0.25 내지 0.5인 것을 특징으로 하는 진동 발생장치.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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