KR20200113960A - Mre와 전자석을 이용한 진동 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터로서, 솔레노이드 코일이 감겨지며, 상기 솔레노이드 코일에 인가되는 전원에 의해 자기장을 형성하는 전자석; 상기 전자석의 상부에 배치되며, 자기장이 인가되지 않은 상태에서는 원래의 크기를 유지하고, 상기 솔레노이드 코일에 인가되는 전원으로 상기 전자석에서 형성하는 자기장이 인가되는 상태에서는 압축되어 원래의 크기에서 작아지는 MRE(Magneto-Rheological Elastomer); 및 상기 전자석에 감겨진 솔레노이드 코일에 자기장 형성을 위한 전원을 공급하기 위한 전원 공급부를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터에 따르면, 솔레노이드 코일에 인가되는 전원에 의해 자기장을 형성하는 전자석과, 솔레노이드 코일에 인가되는 전원으로 전자석에서 형성하는 자기장에 의해 크기가 가변되는 MRE와, 전자석에 감겨진 솔레노이드 코일에 자기장 형성을 위한 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하여 구성함으로써, 얇고 유연하며 내구성이 강한 소형의 진동 액추에이터의 구현이 가능하고, MRE에 인가되는 단속적인 자기장을 통해 MRE의 크기가 작아지고 커지기를 반복하는 크기의 가변으로 진동을 효과적으로 생성하여 전달할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터에 따르면, 솔레노이드 코일에 감긴 전자석에서 발생하는 자기장을 통해 MRE의 가변되는 크기를 진동으로 사용함으로써, 진동 액추에이터의 간단한 구조 및 소형화가 가능하고, 진동 발생의 구동 제어가 용이하며, 다기능화로 소형화되는 스마트기기에 최적화된 적용이 가능하도록 할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터에 따르면, 자기장을 형성하는 전자석을 인가되는 전원에 의해 NS 극성이 가변되는 전자영구자석으로 구성함으로써, 진동 발생을 위한 진동 액추에이터의 소비되는 전력을 줄여줄 수 있다.

Description

MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터{VIBRATION ACTUATOR USING MRE AND ELECTRO-PERMANENT MAGNET}

본 발명은 진동 액추에이터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 MRE(Magneto-Rheological Elastomer)와 전자석(EPM)을 이용한 진동 액추에이터에 관한 것이다.

기존의 컴퓨터 기술은 인간과 컴퓨터가 정보를 주고받는데 시청각 정보가 주로 이용되었다. 그러나 사용자가 가상현실을 통해 더욱 구체적이고 실감나는 정보를 원하게 되고, 이를 충족시키기 위해 개발된 기술이 촉감과 힘까지 전달하는 햅틱 기술이다. 통상적인 햅틱을 제공하는 전자 디바이스에서는 진동 모터를 이용하여 전자 디바이스에서 발생하는 시청각 정보와 함께 진동 모터를 구동시켜 진동을 전달하게 된다. 이러한 햅틱 기술은 게임 시뮬레이터, 의료 시뮬레이터, 항공기 시뮬레이터, 차량 시뮬레이터 등의 여러 분야에 폭넓게 응용될 수 있다.

최근에는 디지털 기기에도 햅틱 기술을 도입하여 적용시키기 위한 노력을 하고 있다. 이와 같은 디지털 기기에는 스마트폰, 휴대폰, PDA, PMP, 디지털 카메라, 휴대용 게임기, MP3 플레이어 및 스마트TV 등과 같이 편리성이 강조된 기기들이 있다.

특히, 스마트기기에서 반드시 필요한 기능 중의 하나가 착신기능이다. 이러한 착신기능으로 많이 사용되는 유형은 멜로디나 벨과 같은 음향기능과 기기를 떨게 하는 진동 기능이 있다. 이 중 특히 진동 기능은 스피커를 통해 멜로디나 벨이 외부로 전달되어 타인에게 피해를 입히지 않고자 하는 경우에 주로 사용된다. 이러한 스마트기기에 적용되고 있는 진동 액추에이터는 전자기적 힘의 발생 원리를 이용하여 전기적 에너지를 기계적 진동으로 변환시키는 부품으로 무음 착신알림용으로 사용되고 있다.

스마트폰의 급속한 팽창과 함께 여러 가지 기능이 부가되는 추세에 따라 스마트폰 부품의 소형화, 고품질화가 요구되는 상황에서 진동 액추에이터 또한 기존 제품의 단점을 개선하고, 품질을 획기적으로 개선시킬 수 있는 새로운 구조의 제품 개발의 필요성이 대두되고 있다. 이러한 특성을 갖는 진동 액추에이터는 피에조 소자 또는 전자석과 마그넷을 이용한 액추에이터의 힘에 의해 탄성부재를 진동시키는 방식으로 구현되며, 소형화 및 고성능화로 구현되는 스마트기기의 적용에 한계가 따르는 문제가 있었다.

본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 솔레노이드 코일에 인가되는 전원에 의해 자기장을 형성하는 전자석과, 솔레노이드 코일에 인가되는 전원으로 전자석에서 형성하는 자기장에 의해 크기가 가변되는 MRE와, 전자석에 감겨진 솔레노이드 코일에 자기장 형성을 위한 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하여 구성함으로써, 얇고 유연하며 내구성이 강한 소형의 진동 액추에이터의 구현이 가능하고, MRE에 인가되는 단속적인 자기장을 통해 MRE의 크기가 작아지고 커지기를 반복하는 크기의 가변으로 진동을 효과적으로 생성하여 전달할 수 있도록 하는, MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 솔레노이드 코일에 감긴 전자석에서 발생하는 자기장을 통해 MRE의 가변되는 크기를 진동으로 사용함으로써, 진동 액추에이터의 간단한 구조 및 소형화가 가능하고, 진동 발생의 구동 제어가 용이하며, 다기능화로 소형화되는 스마트기기에 최적화된 적용이 가능하도록 하는, MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

뿐만 아니라, 본 발명은, 자기장을 형성하는 전자석을 인가되는 전원에 의해 NS 극성이 가변되는 전자영구자석으로 구성함으로써, 진동 발생을 위한 진동 액추에이터의 소비되는 전력을 줄여줄 수 있도록 하는, MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터는,

MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터로서,

솔레노이드 코일이 감겨지며, 상기 솔레노이드 코일에 인가되는 전원에 의해 자기장을 형성하는 전자석;

상기 전자석의 상부에 배치되며, 자기장이 인가되지 않은 상태에서는 원래의 크기를 유지하고, 상기 솔레노이드 코일에 인가되는 전원으로 상기 전자석에서 형성하는 자기장이 인가되는 상태에서는 압축되어 원래의 크기에서 작아지는 MRE(Magneto-Rheological Elastomer); 및

상기 전자석에 감겨진 솔레노이드 코일에 자기장 형성을 위한 전원을 공급하기 위한 전원 공급부를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 전자석은,

상기 솔레노이드 코일에 인가되는 전원에 의해 NS 극성이 가변되는 전자영구자석(Electro-permanent Magnet)으로 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 MRE(Magneto-Rheological Elastomer)는,

원래의 크기에서 인가되는 자기장에 의해 압축되어 크기가 작아지는 마그네틱 파티클을 포함하는 자기유변탄성체로서, 평평한 플레이트 형상 구조로 구성될 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 MRE(Magneto-Rheological Elastomer)는,

상기 전자석에서 형성되어 인가되는 자기장의 단속에 대응하여 크기가 작아지고 커지기를 반복하는 크기의 가변으로 진동할 수 있다.

더욱 더 바람직하게는, 상기 전원 공급부는,

상기 MRE의 진동 발생을 위한 전원을 상기 전자석의 솔레노이드 코일에 단속적으로 공급할 수 있다.

본 발명에서 제안하고 있는 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터에 따르면, 솔레노이드 코일에 인가되는 전원에 의해 자기장을 형성하는 전자석과, 솔레노이드 코일에 인가되는 전원으로 전자석에서 형성하는 자기장에 의해 크기가 가변되는 MRE와, 전자석에 감겨진 솔레노이드 코일에 자기장 형성을 위한 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하여 구성함으로써, 얇고 유연하며 내구성이 강한 소형의 진동 액추에이터의 구현이 가능하고, MRE에 인가되는 단속적인 자기장을 통해 MRE의 크기가 작아지고 커지기를 반복하는 크기의 가변으로 진동을 효과적으로 생성하여 전달할 수 있도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터에 따르면, 솔레노이드 코일에 감긴 전자석에서 발생하는 자기장을 통해 MRE의 가변되는 크기를 진동으로 사용함으로써, 진동 액추에이터의 간단한 구조 및 소형화가 가능하고, 진동 발생의 구동 제어가 용이하며, 다기능화로 소형화되는 스마트기기에 최적화된 적용이 가능하도록 할 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명의 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터에 따르면, 자기장을 형성하는 전자석을 인가되는 전원에 의해 NS 극성이 가변되는 전자영구자석으로 구성함으로써, 진동 발생을 위한 진동 액추에이터의 소비되는 전력을 줄여줄 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터의 구성을 기능블록으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터에 적용되는 MRE의 자기장 미인가 및 인가에 따라 크기가 가변되는 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터의 진동 발생의 연속적인 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터의 진동 동작 상태를 도시한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결 되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 간접적으로 연결 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터의 구성을 기능블록으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터의 개략적인 구성을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터에 적용되는 MRE의 자기장 미인가 및 인가에 따라 크기가 가변되는 구성을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터의 진동 발생의 연속적인 구성을 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터의 진동 동작 상태를 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 5에 각각 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터(100)는, 전자석(110), MRE(120), 및 전원 공급부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.

전자석(110)은, 솔레노이드 코일(111)이 감겨지며, 솔레노이드 코일(111)에 인가되는 전원에 의해 자기장을 형성하는 구성이다. 이러한 전자석(110)은 솔레노이드 코일(111)에 인가되는 전원에 의해 NS 극성이 가변되는 전자영구자석(Electro-permanent Magnet)으로 구성될 수 있다. 여기서, 전자석(110)은 NS 극성을 갖는 영구자석으로, 인가되는 전원에 의해 NS 극성이 전환되는 특성을 갖는 것으로 이해될 수 있다.

또한, 전자석(110)은 인가되는 전원에 의해 NS 극성이 전자석과 같이 가변하되, 솔레노이드 코일(111)에 인가되는 전원을 끊으면 솔레노이드 코일(111)의 자력은 사라지나, 전자석(110)의 자력은 미리 설정된 시간동안 계속 유지될 수 있다.

MRE(120)는, 전자석(110)의 상부에 배치되며, 자기장이 인가되지 않은 상태에서는 원래의 크기를 유지하고, 솔레노이드 코일(111)에 인가되는 전원으로 전자석(110)에서 형성하는 자기장이 인가되는 상태에서는 압축되어 원래의 크기에서 작아지는 구성이다. 이러한 MRE(Magneto-Rheological Elastomer)(120)는 전원의 미인가 상태의 원래의 크기에서 인가되는 자기장에 의해 압축되어 크기가 작아지는 마그네틱 파티클을 포함하는 자기유변탄성체로서, 평평한 플레이트 형상 구조로 구성될 수 있다.

또한, MRE(Magneto-Rheological Elastomer)(120)는 전자석(110)에서 형성되어 인가되는 자기장의 단속에 대응하여 크기가 작아지고 커지기를 반복하는 크기의 가변으로 진동할 수 있다.

또한, MRE(120)는 전자석(110)에서 형성되어 인가되는 자기장의 세기에 따라 압축되는 크기가 달라지고, 그에 따른 진동 세기가 조절될 수 있다. 즉, MRE(120)는 전자석(110)에서 인가되는 자기장의 세기가 클수록 압축되는 크기가 더욱 작아질 수 있다.

전원 공급부(130)는, 전자석(110)에 감겨진 솔레노이드 코일(111)에 자기장 형성을 위한 전원을 공급하기 위한 구성이다. 이러한 전원 공급부(130)는 MRE(120)의 진동 발생을 위한 전원을 전자석(110)의 솔레노이드 코일(111)에 단속적으로 공급할 수 있다.

또한, 전원 공급부(130)는 MRE의 진동 발생을 위한 전원을 전자석(110)의 솔레노이드 코일(111)에 단속적으로 제공하되, MRE(120)의 진동 세기의 단계별 조절을 위해 미리 설정된 가변 전원을 공급할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터의 개략적인 구성의 구조를 나타내고 있으며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터에 적용되는 MRE의 자기장 미인가 및 인가에 따라 크기가 가변되는 구성을 나타내고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 진동 액추에이터(100)는 전자석 고정 하우징(101)의 내부로 솔레노이드 코일(111)이 감긴 전자석(110)이 배치 고정되고, 전자석(110)의 상부로 MRE 고정 패널(102)에 고정된 MRE(120)가 배치되며, 전원 공급부(130)가 전자석(110)에 감긴 솔레노이드 코일(111)에 전원을 단속적으로 공급할 수 있는 구조로 구성되고 있다. 도 3은 MRE(120)에 자기장이 미인가된 상태의 크기와, 자기장 인가에 따라 MRE(120)의 크기가 압축되어 작아진 크기 구성의 비교를 나타내고 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터의 진동 발생의 연속적인 구성을 나타내고 있으며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터의 진동 동작 상태를 나타내고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 하부의 타이밍 그래프는 전원 공급부(130)를 통해 전자석(110)의 솔레노이드 코일(111)에 공급되는 전압의 타이밍을 나타내고, 상부의 진동 액추에이터(100)들은 타이밍 그래프의 인가되는 전원에 대응하여 진동 액추에이터(100)의 MRE(120)의 크기가 원래 상태에서 압축되어 작아지고, 다시 원래 상태로 복원되어 진동을 생성하는 동작과정을 나타내고 있다. 도 5는 도 4에 따른 진동 액추에이터(100)의 연속하는 동작을 통해 생성되는 진동이 사용자의 손가락에 전달되는 상태를 나타내고 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터는, 솔레노이드 코일에 인가되는 전원에 의해 자기장을 형성하는 전자석과, 솔레노이드 코일에 인가되는 전원으로 전자석에서 형성하는 자기장에 의해 크기가 가변되는 MRE와, 전자석에 감겨진 솔레노이드 코일에 자기장 형성을 위한 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하여 구성함으로써, 얇고 유연하며 내구성이 강한 소형의 진동 액추에이터의 구현이 가능하고, MRE에 인가되는 단속적인 자기장을 통해 MRE의 크기가 작아지고 커지기를 반복하는 크기의 가변으로 진동을 효과적으로 생성하여 전달할 수 있으며, 특히, 솔레노이드 코일에 감긴 전자석에서 발생하는 자기장을 통해 MRE의 가변되는 크기를 진동으로 사용함으로써, 진동 액추에이터의 간단한 구조 및 소형화가 가능하고, 진동 발생의 구동 제어가 용이하며, 다기능화로 소형화되는 스마트기기에 최적화된 적용이 가능하도록 할 수 있다. 또한, 자기장을 형성하는 전자석을 인가되는 전원에 의해 NS 극성이 가변되는 전자영구자석으로 구성함으로써, 진동 발생을 위한 진동 액추에이터의 소비되는 전력을 줄여줄 수 있게 된다.

이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 본 발명의 일실시예에 따른 진동 액추에이터
101: 전자석 고정 하우징
102: MRE 고정 패널
110: 전자석
111; 솔레노이드 코일
120: MRE(Magneto-Rheological Elastomer)
130: 전원 공급부

Claims (5)

1. MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터(100)로서,
   솔레노이드 코일(111)이 감겨지며, 상기 솔레노이드 코일(111)에 인가되는 전원에 의해 자기장을 형성하는 전자석(110);
   상기 전자석(110)의 상부에 배치되며, 자기장이 인가되지 않은 상태에서는 원래의 크기를 유지하고, 상기 솔레노이드 코일(111)에 인가되는 전원으로 상기 전자석(110)에서 형성하는 자기장이 인가되는 상태에서는 압축되어 원래의 크기에서 작아지는 MRE(Magneto-Rheological Elastomer)(120); 및
   상기 전자석(110)에 감겨진 솔레노이드 코일(111)에 자기장 형성을 위한 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(130)를 포함하는 것을 특징으로 하는, MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터.
2. 제1항에 있어서, 상기 전자석(110)은,
   상기 솔레노이드 코일(111)에 인가되는 전원에 의해 NS 극성이 가변되는 전자영구자석(Electro-permanent Magnet)으로 구성되는 것을 특징으로 하는, MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 MRE(Magneto-Rheological Elastomer)(120)는,
   원래의 크기에서 인가되는 자기장에 의해 압축되어 크기가 작아지는 마그네틱 파티클을 포함하는 자기유변탄성체로서, 평평한 플레이트 형상 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는, MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터.
4. 제3항에 있어서, 상기 MRE(Magneto-Rheological Elastomer)(120)는,
   상기 전자석(110)에서 형성되어 인가되는 자기장의 단속에 대응하여 크기가 작아지고 커지기를 반복하는 크기의 가변으로 진동하는 것을 특징으로 하는, MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터.
5. 제4항에 있어서, 상기 전원 공급부(130)는,
   상기 MRE(120)의 진동 발생을 위한 전원을 상기 전자석(110)의 솔레노이드 코일(111)에 단속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는, MRE와 전자석을 이용한 진동 액추에이터.

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