KR20200110715A - 이중 영구자석을 활용한 수직 진동자 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 수직 진동자는 교번하는 전원 주파수의 전기신호에 따라 가변하는 전자기력을 발생하는 코일을 요크에 집중하여 발생하는 전자기력과 고정된 세기와 방향을 가지면서 중앙에 플레이트를 두고 상측과 하측에 2개의 영구자석을 위치하게 하여 자기력을 발생하는 원통형 영구자석과의 인력 및 척력에 의해 상하로 동작하면서 진동이 발생하고 발생한 진동을 전달하는 탄성 부재를 통하여 외부로 전달하는 수직 진동자에 관한 것이다.

Description

이중 영구자석을 활용한 수직 진동자 {vertical vibrator using double-magnet}

본 발명은 휴대 단말기에 채용된 수직 진동자에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 외부에 입력된 교번하는 전원 주파수의 전기신호에 따라 가변하는 전자기력을 발생하는 코일을 요크에 집중하여 발생하는 전자기력과 고정된 세기와 방향을 가지면서 중앙에 플레이트를 두고 상측과 하측에 2개의 영구자석을 위치하게 하여 자기력을 발생하는 원통형 영구자석과의 인력 및 척력에 의해 상하로 동작하면서 진동이 발생하고 발생한 진동을 전달하는 탄성 부재를 통하여 외부로 전달하는 수직 진동자에 관한 것이다.

최근에는 스마트폰이 널리 보급되고 있으며, 이에 따라 터치스크린을 통한 다양한 방식으로 터치 기능에 진동을 결합하여 빠른 응답성을 갖춘 진동모터가 사용되고 있다.

일반적으로, 진동모터는 전자기적 힘의 발생원리를 이용하여 전기적 에너지를 기계적 진동으로 변환하는 부품으로 소리가 아닌 진동으로 착신상태를 알려주도록 발명된 것이 진동모터이며, 이런 진동모터에는 브러시를 사용한 DC 모터에 진동체를 달아서 사용하는 것이 일반적인 방식이지만 이는 브러시를 사용함으로써 수명이 길지 못한 제한이 발생하며, 다양한 진동모드의 사용에 제한이 발생하며 현재 전면 액정을 사용하는 방식으로 전환되면서 터치에 통해서 다양한 기능을 사용함에 따라 빠른 응답특성과 긴 수명의 진동모터가 요구되는 소비자의 요구를 충족하기 어렵다.

한편, 이러한 문제점인 모터의 수명 및 응답성의 단점을 극복하고 터치스크린의 진동 기능을 구현하기 위해 많이 사용되어지는 것이 수직 진동자이다

수직 진동자는 모터의 회전원리가 아닌 내부에 설치된 탄성 복원력을 갖춘 탄성 부재에 질량체를 결합하고 이를 외부에 인가되는 전원 주파수에 동기화되어 주기적으로 발생시키면서 공진을 일으키게 되어 진동이 발생하게 된다.

그러나 수직 방향으로 진동하도록 설계되어 있는 수직 진동자에 대해서 다양한 진동모드와 터치 센서를 이용하기 위해서는 더욱 빠른 응답특성을 갖춘 수직 진동자가 필요하게 되고 그에 따른 전자기력과 자기력과의 상관관계를 극대한 빠른 응답 특성을 갖춘 수직 진동자에 대한 연구가 시급한 실정이다.

상기와 같은 종래 기술에서의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 빠른 응답 특성이 가능하도록 중앙에 플레이트 사이에 상측과 하측 영구자석을 각각 배치하고 상측과 하측 영구자석에 대항하여 수직방향에 상측 요크 플레이트와 하측 요크 플레이트를 두고 요크 기둥을 통해 결합하여지고 플레이트의 면에 접촉되는 상측 영구자석과 하측 영구자석의 극성이 같은 극성으로 하여 상측 영구자석과 상측 요크 플레이트와 요크 기둥을 통해 플레이트로 돌아오는 상측 자기 폐회로와 하측 영구자석과 하측 요크 플레이트와 요크 기둥을 통해 플레이트로 돌아오는 하측 자기 폐회로로 2개의 자기 폐회로를 구성하여 자기력을 집중하여 빠른 응답 특성이 가능한 수직 진동자를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 영구자석에 자기력에 대응하면서 외부에 입력된 교번하는 전원 주파수의 전기신호에 따라 가변하는 전원의 의해 코일에서 발생한 전자기력을 요크에 집중하고 집중된 전자기력을 요크 기둥과 요크 기둥의 상 측면에 결합한 상측 요크 플레이트와 요크 기둥의 하 측면에 결합한 하측 요크 플레이트에 집중하여 영구자석의 자기력선과 대항하면서 집중해서 발생하게 하여 전자기력과 자기력의 인력과 척력에 의해 빠른 응답 특성이 가능한 수직 진동자를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 진동축 방향으로 수직 왕복 운동 시 영구자석으로 구성된 진동체가 원활한 상하 이동이 가능하게끔 원통형 코일의 외 측면을 따라 이동하게 하여 원활한 수직 왕복 운동이 가능하게끔 하여 이상 동작을 최소로 하는 선형 진동자를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 진동을 발생하는 진동체의 내측 면에 플레이트와 상측 영구자석과 하측 영구자석과의 결합하여 외부에 진동을 전달하기 위해 중앙에 안착 가이드 면을 이용하여 결합력을 유지하게 함으로써 안정적인 진동체의 상하 이동이 가능하게 함으로 빠른 응답 특성이 구현이 가능하게 된다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 본 발명은 전자기력을 발생하는 코일과, 코일 내측 면과 결합하여지는 요크와 요크와 결합하여지는 브라켓을 포함하는 고정체; 플레이트는 고정된 방향과 세기를 가진 자기장을 발생하는 하측 영구자석과, 상측 영구자석을 결합하여지면서 중량체와 결합되어지는 진동체; 상기 진동체의 진동을 효과적으로 전달하도록 결합하는 탄성 부재와; 상기 고정체의 요크와 결합하여지는 내부가 비어있는 케이스로 결합되어 구성된다.

본 발명은 빠른 응답 특성이 가능하도록 중앙에 플레이트 사이에 상측과 하측에 영구자석을 각각 배치하고 상측과 하측 영구자석에 대항하여 수직방향에 상측 요크 플레이트와 하측 요크 플레이트를 두고 요크 기둥을 통해 결합하여지고 플레이트의 면에 접촉되는 상측 영구자석과 하측 영구자석의 극성이 같은 극성으로 하여 상측 영구자석과 상측 요크 플레이트와 요크 기둥을 통해 플레이트로 돌아오는 상측 자기 폐회로와 하측 영구자석과 하측 요크 플레이트와 요크 기둥을 통해 플레이트로 돌아오는 하측 자기 폐회로로 2개의 자기 폐회로를 구성하여 자기력을 집중하여 빠른 응답 특성이 가능한 수직 진동자를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 수직 진동자를 도시한 분해 상태의 사시도.
도 2는 본 발명의 기술이 적용된 수직 진동자의 결합상태를 도시한 단면 구성도.
도 3은 본 발명의 기술이 적용된 수직 진동자의 상측 영구자석과 플레이트와 하측 영구자석으로 구성된 진동체와 중앙부위에 요크 기둥과 상측 요크 가이드와 하측 요크 가이드와의 자기력선에 대하여 설명한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 기술이 적용된 수직 진동자의 상측 영구자석과 플레이트와 하측 영구자석으로 구성된 진동체의 자기력선 분포와 중앙부위에 요크 기둥과 상측 요크 가이드와 하측 요크 가이드와 코일로 구성된 고정체의 전자기력과의 상관관계를 이해를 돕기 위해 설명한 도면으로서, a)는 전원이 OFF 된 상태를, b)는 순방향전원인가 상태를, c)는 역방향 전원인가 구간을 설명한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 기술이 적용된 수직 진동자의 진동체의 상하 이동에 따른 충격 완충용 자성 유체와 댐퍼와의 관계를 설명한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 기술이 적용된 수직 진동자의 상측 영구자석과 플레이트 하측 마그네트와 진동자의 결합상태를 설명한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 기술이 적용된 수직 진동자의 요크와 브라켓에 일체화된 하측 요크 플레이트를 설명한 도면이다.

이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성과 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 수직 진동자를 도시한 분해 상태의 사시도,도 2는 본 발명의 기술이 적용된 수직 진동자의 결합상태를 도시한 단면 구성도. 도 3은 본 발명의 기술이 적용된 수직 진동자의 상측 영구자석과 플레이트와 하측 영구자석으로 구성된 진동체와 중앙부위에 요크와 상측 요크 가이드와 하측 요크 가이드와의 자기력선에 대하여 설명한 단면도이다. 도 4는 본 발명의 기술이 적용된 수직 진동자의 상측 영구자석과 플레이트와 하측 영구자석으로 구성된 진동체의 자기력선 분포와 중앙부위에 요크 기둥과 상측 요크 가이드와 하측 요크 가이드와 코일로 구성된 고정체의 전자기력과의 상관관계를 이해를 돕기 위해 설명한 도면으로서, a)는 전원이 OFF 된 상태를, b)는 순방향전원인가 상태를, c)는 역방향 전원인가구간을 설명한 단면도이다. 도 5는 본 발명의 기술이 적용된 수직 진동자의 진동체의 상하 이동에 따른 충격 완충용 자성 유체와 댐퍼와의 관계를 설명한 단면도이다. 도 6은 본 발명의 기술이 적용된 수직 진동자의 상측 영구자석과 플레이트 하측 영구자석과 진동자의 결합상태를 설명한 단면도로 함께 설명한다.

본 발명의 기술이 적용되는 수직 진동자는, 전자기력을 발생하는 코일과, 코일 내측 면과 결합하여지는 요크와, 요크와 결합하여지는 브라켓을 포함하는 고정체; 플레이트와 고정된 방향과 세기를 가진 자기장을 발생하는 하측 영구자석과, 상측 영구자석과 결합하여지면서 중량체와 결합하여지는 진동체; 상기 진동체의 진동을 효과적으로 전달하도록 결합하는 탄성 부재와; 내부가 비어있는 케이스로 결합하여 구성된다.

또한, 전자기력을 발생하는 코일의 내측 면에 결합한 요크는 요크 기둥과 하측 요크 플레이트와 상측 요크 플레이트로 구성하고 전자기력을 발생하는 코일의 내측 면에 결합한 요크 기둥과 요크 기둥의 상 측면에 결합하여진 상측 요크 플레이와 요크 기둥의 하 측면에 결합하여진 하측 요크 플레이트는 코일에 의해 발생한 전자기력을 집중하면서 일측방향으로 보낼 수 있도록 하기 위해서 금속성 자성재료로 구성한다.

상기 코일은 전기적으로 연결되어 전류를 제공하도록 하며 일측부가 도출되어 전원연결 단자가 형성된 인쇄회로 기판으로 구성된 PCB를 통해 결합하여지며 외부 전류에 의해서 발생한 전자기력은 요크에 집중되고 집중된 전자기력은 요크 기둥과상측 요크 플레이트와 하측 요크 플레이트를 거쳐서 요크 기둥으로 진행되는 전자기력선이 발생하게 된다.

또한, 상측 영구자석과 하측 영구자석은 중앙이 관통된 원통형이면서 코일에 흐르는 전류에 의해 발생한 전자기력이 집중되어 있는 요크 기둥의 상측 요크 플레이트와 하측 요크 플레이트와 마주보는 방향으로 위치하게 구성한다.

또한, 플레이트 상 측면에 결합한 상측 영구자석과 플레이트 하 측면에 결합한 하측 영구자석은 같은 극성으로 구성하여 중앙이 관통된 원통형 플레이트에 자기력을 집중한다.

또한, 플레이트는 영구자석의 자기력선을 일측방향으로 보낼 수 있도록 하기 위해서 금속성 자성재료로 구성한다.

이렇게 플레이트에 집중된 자기력선은 상측 영구자석과 상측 요크 플레이트와 요크 기둥을 거쳐서 플레이트로 돌아오는 자기적인 폐회로가 형성되는 상측 자기력선과 하측 영구자석과 하측 요크 플레이트와 요크 기둥을 거쳐서 플레이트로 돌아오는 자기적인 폐회로가 형성되는 하측 자기력선이 2개의 자기력선을 유지하여 형성하게 된다.

또한, 중량체와 브라켓 사이에는 탄성 부재가 위치하게 하며 탄성 부재는 큰 외경을 갖는 바깥 테두리 부위와 복수의 지지대로 이루어지며 상측 부위는 도넛 형으로 안쪽 테두리 부위로 구성되며 바깥 테두리는 브라켓과 결합하고 안쪽 테두리는 중량체와 결합하도록 구성하면서 복수의 지지대로 인해 고유 탄성 복원력을 갖추도록 형성한다.

이때, 전원이 OFF 된 정상상태 구간에서는 상측 영구자석과 하측 영구자석에 의해 발생한 상측 자기력선과 하측 자기력선은 탄성 부재의 탄성 복원력이 균형을 유지하는 지점에서 진동체는 초기 상태의 위치를 유지하게 된다.

이때, 순방향의 전원이 코일에 인가되면 코일에 의해 발생한 전자기력은 요크 기둥과 상측(하측) 요크 플레이트를 통해서 하측(상측) 요크 플레이트로 발생하는 전자기력이 발생하고 이때 영구자석에서 의해 발생한 상측 자기력과는 척력(인력)이 하측 자기력과는 인력(척력)이 발생되어 진동체는 하강(상승)을 한다.

또한, 순방향의 전원이 OFF 되고 역방향의 전원이 인가되면 코일에 의해 발생한 전자기력은 요크 기둥과 하측(상측) 요크 플레이트를 통해서 상측(하측) 요크 플레이트로 발생하는 전자기력이 발생하고 이때 영구자석에서 의해 발생한 상측 자기력과는 인력(척력)이 하측 자기력과는 척력(인력)이 발생하여 진동체는 상승(하강)을 한다.

이때, 외부 전원을 통로인 PCB를 통해서 전자기력을 발생하는 코일에 교번 전원이 인가하게 되면 영구자석에 의한 자기력선과 탄성 부재의 탄성 복원력에 의한 힘 외에 코일에 인가하는 교번 전원에 의한 전자기력이 바뀌면서 인력 및 척력이 발생되어 진동체는 상하로 동작하게 된다

또한, 코일에 인가하는 교번 전원에 의해 전자기력이 바뀌면서 인력 및 척력이 발생하여 진동체는 상하로 동작하게 되면서 진동체의 상측 영구자석과 상측 요크 플레이트와 하측 영구자석과 하측 요크 플레이트는 접촉될 수 있으므로 상측 요크 플레이트와 마주보는 상측 영구자석과 하측 요크 플레이트와 마주보는 하측 영구자석에는 자성 유체를 도포하여 자기적으로 완충작용을 하여 일정거리를 유지함으로써 접촉에 따른 소음을 줄일 수가 있다.

또한, 코일에 인가하는 교번 전원에 의해 전자기력이 바뀌면서 인력 및 척력이 발생되어 진동체는 상하로 동작하게 되면서 진동체는 케이스와 접촉될 수 있으므로 기계적으로 완충작용을 하도록 상측 영구자석과 마주보는 케이스에는 상측 댐퍼를 하측 영구자석과 마주보는 브라켓에는 하측 댐퍼를 두어 일정거리를 유지함으로써 접촉에 따른 소음을 줄일 수가 있다.

또한, 브라켓과 케이스는 중앙에 요크에 집중된 전자기력 및 영구자석에 발생하여진 자기력에 영향을 주지 않도록 금속성 비 자성재료로 구성한다.

또한, 중량체는 상측 영구자석과 하측 영구자석과 플레이트의 결합이 원활하도록 안착 가이드면을 두어 정확한 위치에 고정 결합하도록 구성한다.

또한, 중량체와 브라켓 사이에 탄성 부재가 위치하게 하며 탄성 부재는 큰 외경을 갖는 바깥 테두리 부위와 복수의 지지대로 이루어지며 상측 부위는 도넛 형으로 안쪽 테두리 부위로 구성되며 바깥 테두리는 브라켓과 결합하고 안쪽 테두리는 중량체와 결합하도록 구성한다.

또한, 브라켓의 중앙에는 하측 요크 플레이트와 요크 기둥의 결합이 가능하도록 결합 관통홀을 포함하도록 구성한다.

또한, 내부가 비어있는 케이스의 중앙에는 상측 요크 플레이트와 요크 기둥의 결합이 가능하도록 중앙 관통 홀을 포함하도록 구성한다.

또한, 코일과 전기적으로 연결되어 상기 코일에 전류를 제공하도록 하며 일측부가 도출되어 전원연결단자가 형성된 인쇄회로 기판으로 구성된 PCB를 포함하도록 구성한다.

도 7은 본 발명의 기술이 적용된 수직 진동자의 요크와 브라켓에 일체화된 하측 요크 플레이트를 설명한 도면으로써 브라켓의 일측면을 돌출 요크면을 두어 하측 요크 플레이트와 동일한 역할이 되도록 나타낸 것으로 외부 전원에 의해서 코일에서 발생한 전자기력은 요크 기둥과 브라켓의 돌출요크면과 상측 요크 플레이를 거쳐서 돌아오는 폐회로가 형성되도록 하여 상기 설명한 코일에 의해 발생하는 전자기력선과 동일하게 형성할 수 있다.

이때, 외부 전원에 의해서 코일에서 발생한 전자기력은 요크 기둥과 브라켓의 돌출요크면과 상측 요크 플레이를 거쳐서 돌아오는 폐회로가 형성되도록 하기 위해서는 브라켓은 코일에서 발생한 전자기력의 이동 통로가 되어야 하므로 금속성 자성재료로 변경할 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 기술이 적용된 선형 진동자에 대해서 설명하였지만, 본 발명의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

100 : 고정체 110 : 브라켓 111 : 결합 관통홀
112 : 돌출 요크면 120 : PCB 130 : 하측 댐퍼
140 :　탄성 부재
200 : 진동체 210: 하측 영구자석 220 : 중량체
221 : 안착 가이드면 230 : 플레이트 240 : 상측 영구자석
300 : 요크 310 : 하측 요크 플레이트 320 : 요크 기둥
330 : 코일 340 : 상측 요크 플레이트
400 : 케이스 조립체 410 : 상측 댐퍼 420 : 케이스
421 : 중앙 관통홀 500 : 자성 유체 700 : 수직 진동자

Claims (12)

1. 전자기력을 발생하는 코일과, 코일 내측 면과 결합하여지는 요크와, 요크와 결합하여지는 브라켓을 포함하는 고정체; 플레이트와 고정된 방향과 세기를 가진 자기장을 발생하는 하측 영구자석과, 상측 영구자석으로 결합하여지면서 중량체와 결합하여지는 진동체; 상기 진동체의 진동을 효과적으로 전달하도록 결합하는 탄성 부재와; 내부가 비어있는 케이스로 결합하여 구성하는 것을 특징으로 하는 수직 진동자.
2. 제1항에 있어서;
   전자기력을 발생하는 코일의 내측 면에 결합한 요크는 요크 기둥과 하측 요크 플레이트와 상측 요크 플레이트로 구성하는 것을 특징으로 하는 수직 진동자.
3. 제2항에 있어서;
   전자기력을 발생하는 코일의 내측 면에 결합한 요크는 요크의 상 측면에 결합하여진 상측 요크 플레이와 요크의 하 측면에 결합하여진 하측 요크 플레이트는 코일에 의해 발생한 전자기력을 집중하면서 일측방향으로 보낼 수 있도록 하기 위해서 금속성 자성재료로 구성하는 것을 특징으로 하는 수직 진동자.
4. 제1항에 있어서;
   상측 영구자석과 하측 영구자석은 중앙이 관통된 원통형이면서 코일에 흐르는 전류에 의해 발생한 전자기력이 집중되어 있는 요크의 상측 요크 플레이트와 하측 요크 플레이트와 마주보는 방향으로 위치 하는 것을 특징으로 하는 수직 진동자.
5. 제1항에 있어서;
   플레이트는 영구자석의 자기력선을 일측방향으로 보낼 수 있도록 하기 위해서 금속성 자성재료로 구성하면서 플레이트 상 측면에 결합한 상측 영구자석과 플레이트 하 측면에 결합한 하측 영구자석은 같은 극성으로 구성하는 것을 특징으로 하는 수직 진동자.
6. 제1항에 있어서;
   상측 요크 플레이트와 마주보는 상측 영구자석과 하측 요크 플레이트와 마주보는 영구자석에는 자기적 완충작용을 위해서 자성 유체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 진동자.
7. 제1항에 있어서;
   브라켓과 케이스는 전자기력이 집중된 요크와 상측 영구자석과 하측 영구자석과 플레이트로 구성되어 발생하여진 자기력에 영향을 주지 않도록 금속성 비 자성재료로 구성하는 것을 특징으로 하는 수직 진동자.
8. 제1항에 있어서;
   중량체는 상측 영구자석과 하측 영구자석과 플레이트의 결합이 원활하도록 안착 가이드면을 두어 정확한 위치에 고정 결합하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 수직 진동자.
9. 제1항에 있어서;
   브라켓과 케이스 사이에 위치한 중량체와의 사이에는 기계적으로 완충작용을 하도록 상측 영구자석과 마주보는 케이스에는 상측 댐퍼를 하측 영구자석과 마주보는 브라켓에는 하측 댐퍼를 구성하는 것을 특징으로 하는 수직 진동자.
10. 제1 항에 있어서;
    내부가 비어있는 케이스의 중앙에는 상측 요크 플레이트와 요크 기둥이 결합할 수 있도록 중앙 관통 홀을 포함하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 수직 진동자.
11. 제1항에 있어서;
    브라켓의 중앙에는 하측 요크 플레이트와 요크 기둥의 결합이 가능하도록 결합 관통홀을 포함하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 수직 진동자.
12. 제1항에 있어서;
    코일과 전기적으로 연결되어 상기 코일에 전류를 제공하도록 하며 일측부가 도출되어 전원연결단자가 형성된 인쇄회로 기판으로 구성된 PCB를 포함하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 수직 진동자.

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