KR20210016792A - 햅틱용 액츄에이터 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 다양한 실시예에 따른 액츄에이터는 브라켓과, 브라켓 상에 위치되는 요크 및 상기 요크 둘레를 둘러싸는 코일을 포함하는 고정자; 상기 코일 둘레를 둘러싸는 영구자석과, 상기 영구자석 둘레를 둘러싸는 중량체 및 상기 영구 자석 및 상기 중량체를 지지하는 플레이트를 포함하는 진동자; 상기 브라켓과 상기 진동자 사이에 위치되어 상기 진동자를 지지하는 탄성부재; 및 상기 진동자와 상기 고정자 사이에 위치되어 상기 진동자의 진동 시 댐핑 안정성을 제공하는 자성 유체를 포함하며, 상기 자성 유체의 중량은 상기 진동자의 중량 대비 0.24% 내지 0.71%의 사이일 수 있다. 그 밖에 다양한 실시예들이 가능하다.
Description
본 발명의 다양한 실시예는 전자 장치에 실장되는 햅틱용 액츄에이터의 진동에 관한 것이다.
전자 장치는 적어도 하나 이상의 햅틱용 액츄에이터가 배치될 수 있다. 이러한 햅틱용 액츄에이터는 전자 장치에 배치되어서 터치를 비롯한 입력 동작에 따른 다양한 질감을 유저에게 제공할 수 있다.
햅틱용 액츄에이터는 고정자와 진동자를 포함할 수 있다. 전류를 인가하면, 고정자 상에서 진동자가 일정 주파수를 가지고 진동함으로서, 사용자에게 다양한 질감, 예컨대 터치감을 제공할 수 있다. 액츄에이터는 고정자에 배치된 코일에 전류를 인가하면, 진동자에 배치된 영구 자석과의 합력에 의해 전자기력이 발생하여 진동자가 동작하는 구조로 이루어진다.
햅틱용 액츄에이터에서, 대부분의 햅틱 패턴의 경우에는 30ms 이하의 짧은 구동 시간을 갖는다. 또한, 진동 패턴이 동일한 시간 및 진동력을 갖더라도 구동 주파수가 다르면 다른 햅틱 체감을 제공할 수 있다.
햅틱용 액츄에이터 설계에 있어서, 댐핑 값의 제어가 매우 중요하며, 진동력을 보다 효율적으로 얻기 위해서는 탄성 부재나 자기 설계 시에 가능한 한 댐핑 효과를 제거해야 한다. 작은 댐핑 계수를 갖는 액츄에이터는 매우 좁은 가동가능 주파수를 갖는 반면, 댐핑 계수가 증가하면, 공진 주파수에서 진동력은 감소하나, 가용 주파수가 넓어진다.
따라서, 액츄에이터 설계에서, 댐핑 값은 최대 진동력이나 가용 주파수 폭과 밀접한 관계가 있을 뿐만 아니라, 질량의 이동의 다이나믹한 특성에 많은 영향을 미칠 수 있다.
하지만, 보다 다양한 햅틱 효과를 구현하기 위해서는 폭 넓은 구동 가능 주파수를 가지며, 짧은 시간 안에 강한 진동력을 구현할 수 있는 최적의 댐핑 계수를 가지는 햅틱용 액츄에이터가 필요할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 최적의 댐핑 계수를 가짐으로서, 댐핑 안정성을 제공할 수 있는 액추에이터 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공하는데 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 액츄에이터는 브라켓과, 브라켓 상에 위치되는 요크 및 상기 요크 둘레를 둘러싸는 코일을 포함하는 고정자; 상기 코일 둘레를 둘러싸는 영구자석과, 상기 영구자석 둘레를 둘러싸는 중량체 및 상기 영구 자석 및 상기 중량체를 지지하는 플레이트를 포함하는 진동자; 상기 브라켓과 상기 진동자 사이에 위치되어 상기 진동자를 지지하는 탄성부재; 및 상기 진동자와 상기 고정자 사이에 위치되어 상기 진동자의 진동 시 댐핑 안정성을 제공하는 자성 유체를 포함하며, 상기 자성 유체의 중량은 상기 진동자의 중량 대비 0.24% 내지 0.71%의 사이일 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예는 넓은 사용가능 주파수 영역에서, 구동 전압에 따른 안정적인 주파수를 얻을 수 있고, 안정적인 햅틱 특성을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 전면을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 후면을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 내부 구성을 나타내는 분리 사시도이다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 액츄에이터의 구조를 나타내는 분리 사시도이다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 액츄에이터의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 댐핑 계수 증가에 따라서, 주파수에 따른 진동력 특성을 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 도 6의 일부 주파수 구간을 확대한 그래프이다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 댐핑 계수(c/m)가 336일 경우, 서로 다른 구동 전압에서 주파수에 따른 진동력 특성을 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 댐핑 계수(c/m)가 442일 경우, 서로 다른 구동 전압에서 주파수에 따른 진동력 특성을 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 댐핑 계수(c/m)가 374보다 작을 경우, 주파수에 따른 진동력 특성을 보여주는 그래프이다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 댐핑 계수(c/m) 증가에 따라서, 주파수 증가에 따른 햅틱 특성을 보여주는 그래프이다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 댐핑 계수가 306인 시료에 대해서 주파수에 따른 햅틱 진동 특성을 나타내는 그래프이다.
도 13은 일 실시예에 따른 댐핑 계수(c/m)에 따라서 액츄에이터의 성능을 개략적으로 표현한 예시도이다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 후면을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 내부 구성을 나타내는 분리 사시도이다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 액츄에이터의 구조를 나타내는 분리 사시도이다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 액츄에이터의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 댐핑 계수 증가에 따라서, 주파수에 따른 진동력 특성을 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 도 6의 일부 주파수 구간을 확대한 그래프이다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 댐핑 계수(c/m)가 336일 경우, 서로 다른 구동 전압에서 주파수에 따른 진동력 특성을 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 댐핑 계수(c/m)가 442일 경우, 서로 다른 구동 전압에서 주파수에 따른 진동력 특성을 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 댐핑 계수(c/m)가 374보다 작을 경우, 주파수에 따른 진동력 특성을 보여주는 그래프이다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 댐핑 계수(c/m) 증가에 따라서, 주파수 증가에 따른 햅틱 특성을 보여주는 그래프이다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 댐핑 계수가 306인 시료에 대해서 주파수에 따른 햅틱 진동 특성을 나타내는 그래프이다.
도 13은 일 실시예에 따른 댐핑 계수(c/m)에 따라서 액츄에이터의 성능을 개략적으로 표현한 예시도이다.
이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 개시를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 예를 들면, 전자 장치는 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 화상 전화기, 전자북 리더기(e-book reader), 데스크탑 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), 워크스테이션(workstation), 서버, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라(camera), 또는 웨어러블 장치(wearable device)(예: 스마트 안경, 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD)), 전자 의복, 전자 팔찌, 전자 목걸이, 전자 앱세서리(appcessory), 전자 문신, 스마트 미러, 또는 스마트 와치(smart watch))중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
어떤 실시예들에서, 전자 장치는 스마트 가전 제품(smart home appliance)일 수 있다. 스마트 가전 제품은, 예를 들면, 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스(set-top box), 홈 오토매이션 컨트롤 패널(home automation control panel), 보안 컨트롤 패널(security control panel), TV 박스(예: 삼성 HomeSync??, 애플TVTM 또는 구글 TVTM, 게임 콘솔 (예:Xbox??, PlayStation??), 전자 사전, 전자 키, 캠코더(camcorder), 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 전자 장치는, 각종 의료기기(예:각종 휴대용 의료측정기기 (혈당 측정기, 심박 측정기, 혈압 측정기, 또는 체온 측정기 등), MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 또는 초음파기 등), 네비게이션(navigation) 장치, GPS 수신기(global positioning system receiver), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차 인포테인먼트(infotainment) 장치, 선박용 전자 장비(예: 선박용 항법 장치, 자이로 콤파스 등), 항공 전자기기(avionics), 보안 기기, 차량용 헤드 유닛(head unit), 산업용 또는 가정용 로봇, 금융 기관의 ATM(automatic teller's machine), 상점의 POS(point of sales), 또는 사물 인터넷 장치 (internet of things)(예:전구, 각종 센서, 전기 또는 가스 미터기, 스프링클러 장치, 화재경보기, 온도조절기(thermostat), 가로등, 토스터(toaster), 운동기구, 온수탱크, 히터, 보일러 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
어떤 실시예에 따르면, 전자 장치는 가구(furniture) 또는 건물/구조물의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 사인 수신 장치(electronic signature receiving device), 프로젝터(projector), 또는 각종 계측 기기(예:수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측 기기 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 전자 장치는 전술한 다양한 장치들 중 하나 또는 그 이상의 조합일 수 있다. 어떤 실시예에 따른 전자 장치는 플렉서블 전자 장치일 수 있다. 또한, 본 개시의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않으며, 기술 발전에 따른 새로운 전자 장치를 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 모바일 전자 장치의 전면을 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 전자 장치의 후면을 나타내는 사시도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 전자 장치(100)는, 제 1 면(또는 전면)(110A), 제 2 면(또는 후면)(110B), 및 제 1 면(110A) 및 제 2 면(110B) 사이의 공간을 둘러싸는 측면(110C)을 포함하는 하우징(110)을 포함할 수 있다. 다른 실시예(미도시)에서는, 하우징은, 도 1의 제 1 면(110A), 제 2 면(110B) 및 측면(110C)들 중 일부를 형성하는 구조를 지칭할 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 제 1 면(110A)은 적어도 일부분이 실질적으로 투명한 전면 플레이트(102)(예: 다양한 코팅 레이어들을 포함하는 글라스 플레이트, 또는 폴리머 플레이트)에 의하여 형성될 수 있다. 제 2 면(110B)은 실질적으로 불투명한 후면 플레이트(111)에 의하여 형성될 수 있다. 상기 후면 플레이트(111)는, 예를 들어, 코팅 또는 착색된 유리, 세라믹, 폴리머, 금속(예: 알루미늄, 스테인레스 스틸(STS), 또는 마그네슘), 또는 상기 물질들 중 적어도 둘의 조합에 의하여 형성될 수 있다. 상기 측면(110C)은, 전면 플레이트(102) 및 후면 플레이트(111)와 결합하며, 금속 및/또는 폴리머를 포함하는 측면 베젤 구조 (또는 "측면 부재")(118)에 의하여 형성될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 후면 플레이트(111) 및 측면 베젤 구조(118)는 일체로 형성되고 동일한 물질(예: 알루미늄과 같은 금속 물질)을 포함할 수 있다.
도시된 실시예에서는, 상기 전면 플레이트(102)는, 상기 제 1 면(110A)으로부터 상기 후면 플레이트(111) 쪽으로 휘어져 심리스하게(seamless) 연장된 2개의 제 1 영역(110D)들을, 상기 전면 플레이트(102)의 긴 엣지(long edge) 양단에 포함할 수 있다. 도시된 실시예(도 2 참조)에서, 상기 후면 플레이트(111)는, 상기 제 2 면(110B)으로부터 상기 전면 플레이트(102) 쪽으로 휘어져 심리스하게 연장된 2개의 제 2 영역(110E)들을 긴 엣지 양단에 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 상기 전면 플레이트(102) (또는 상기 후면 플레이트(111))가 상기 제 1 영역(110D)들 (또는 상기 제 2 영역(110E)들) 중 하나 만을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서는, 상기 제 1 영역(110D)들 또는 제 2 영역(110E)들 중 일부가 포함되지 않을 수 있다. 상기 실시예들에서, 상기 전자 장치(100)의 측면에서 볼 때, 측면 베젤 구조(118)는, 상기와 같은 제 1 영역(110D) 또는 제 2 영역(110E)이 포함되지 않는 측면 쪽에서는 제 1 두께 (또는 폭)을 가지고, 상기 제 1 영역(110D) 또는 제 2 영역(110E)을 포함한 측면 쪽에서는 상기 제 1 두께보다 얇은 제 2 두께를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(100)는, 디스플레이(101), 오디오 모듈(103, 107, 114), 센서 모듈(104, 116, 119), 카메라 모듈(105, 112, 113), 키 입력 장치(117), 발광 소자(106), 펜 입력 장치(120) 및 커넥터 홀(108, 109) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(100)는, 구성요소들 중 적어도 하나(예: 키 입력 장치(117), 또는 발광 소자(106))를 생략하거나 다른 구성요소를 추가적으로 포함할 수 있다.
디스플레이(101)는, 예를 들어, 전면 플레이트(102)의 상당 부분을 통하여 노출될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 상기 제 1 면(110A), 및 상기 측면(110C)의 제 1 영역(110D)을 형성하는 전면 플레이트(102)를 통하여 상기 디스플레이(101)의 적어도 일부가 노출될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 디스플레이(101)의 모서리를 상기 전면 플레이트(102)의 인접한 외곽 형상과 대체로 동일하게 형성할 수 있다. 다른 실시예(미도시)에서는, 디스플레이(101)가 노출되는 면적을 확장하기 위하여, 디스플레이(101)의 외곽과 전면 플레이트(102)의 외곽간의 간격이 대체로 동일하게 형성될 수 있다.
다른 실시예(미도시)에서는, 디스플레이(101)의 화면 표시 영역의 일부에 리세스 또는 개구부(opening)을 형성하고, 상기 리세스 또는 상기 개구부(opening)와 정렬되는 오디오 모듈(114), 센서 모듈(104), 카메라 모듈(105), 및 발광 소자(106) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 다른 실시예(미도시)에서는, 디스플레이(101)의 화면 표시 영역의 배면에, 오디오 모듈(114), 센서 모듈(104), 카메라 모듈(105), 지문 센서(116), 및 발광 소자(106) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 다른 실시예(미도시)에서는, 디스플레이(101)는, 터치 감지 회로, 터치의 세기(압력)를 측정할 수 있는 압력 센서, 및/또는 자기장 방식의 스타일러스 펜을 검출하는 디지타이저와 결합되거나 인접하여 배치될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 상기 센서 모듈(104, 119)의 적어도 일부, 및/또는 키 입력 장치(117)의 적어도 일부가, 상기 제 1 영역(110D), 및/또는 상기 제 2 영역(110E)에 배치될 수 있다.
오디오 모듈(103, 107, 114)은, 마이크 홀(103) 및 스피커 홀(107, 114)을 포함할 수 있다. 마이크 홀(103)은 외부의 소리를 획득하기 위한 마이크가 내부에 배치될 수 있고, 어떤 실시예에서는 소리의 방향을 감지할 수 있도록 복수개의 마이크가 배치될 수 있다. 스피커 홀(107, 114)은, 외부 스피커 홀(107) 및 통화용 리시버 홀(114)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는 스피커 홀(107, 114)과 마이크 홀(103)이 하나의 홀로 구현 되거나, 스피커 홀(107, 114) 없이 스피커가 포함될 수 있다(예 : 피에조 스피커).
센서 모듈(104, 116, 119)은, 전자 장치(100)의 내부의 작동 상태, 또는 외부의 환경 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 센서 모듈(104, 116, 119)은, 예를 들어, 하우징(110)의 제 1 면(110A)에 배치된 제 1 센서 모듈(104)(예: 근접 센서) 및/또는 제 2 센서 모듈(미도시)(예: 지문 센서), 및/또는 상기 하우징(110)의 제 2 면(110B)에 배치된 제 3 센서 모듈(119)(예: HRM 센서) 및/또는 제 4 센서 모듈(116) (예: 지문 센서)을 포함할 수 있다. 상기 지문 센서는 하우징(110)의 제 1면(110A)(예 : 디스플레이 (101) 뿐만 아니라 제 2면(110B)에 배치될 수 있다. 전자 장치(100)는, 도시되지 않은 센서 모듈, 예를 들어, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서(104) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
카메라 모듈(105, 112, 113)은, 전자 장치(100)의 제 1 면(110A)에 배치된 제 1 카메라 장치(105), 및 제 2 면(110B)에 배치된 제 2 카메라 장치(112), 및/또는 플래시(113)를 포함할 수 있다. 상기 카메라 모듈(105, 112)은, 하나 또는 복수의 렌즈들, 이미지 센서, 및/또는 이미지 시그널 프로세서를 포함할 수 있다. 플래시(113)는, 예를 들어, 발광 다이오드 또는 제논 램프(xenon lamp)를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 2개 이상의 렌즈들 (적외선 카메라, 광각 및 망원 렌즈) 및 이미지 센서들이 전자 장치(100)의 한 면에 배치될 수 있다.
키 입력 장치(117)는, 하우징(110)의 측면(110C)에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서는, 전자 장치(100)는 상기 언급된 키 입력 장치(117)들 중 일부 또는 전부를 포함하지 않을 수 있고 포함되지 않은 키 입력 장치(117)는 디스플레이(101) 상에 소프트 키 등 다른 형태로 구현될 수 있다. 어떤 실시예에서, 키 입력 장치는 하우징(110)의 제 2면(110B)에 배치된 센서 모듈(116)을 포함할 수 있다.
발광 소자(106)는, 예를 들어, 하우징(110)의 제 1 면(110A)에 배치될 수 있다. 발광 소자(106)는, 예를 들어, 전자 장치(100)의 상태 정보를 광 형태로 제공할 수 있다. 다른 실시예에서는, 발광 소자(106)는, 예를 들어, 카메라 모듈(105)의 동작과 연동되는 광원을 제공할 수 있다. 발광 소자(106)는, 예를 들어, LED, IR LED 및 제논 램프를 포함할 수 있다.
커넥터 홀(108, 109)은, 외부 전자 장치와 전력 및/또는 데이터를 송수신하기 위한 커넥터(예를 들어, USB 커넥터)를 수용할 수 있는 제 1 커넥터 홀(108), 및/또는 외부 전자 장치와 오디오 신호를 송수신하기 위한 커넥터를 수용할 수 있는 제 2 커넥터 홀(예를 들어, 이어폰 잭)(109)을 포함할 수 있다.
펜 입력 장치(120)(예 : 스타일러스(stylus) 펜)는, 하우징(110)의 측면에 형성된 홀(121)을 통해 하우징(110)의 내부로 안내되어 삽입되거나 탈착 될 수 있고, 탈착을 용이하게 하기 위한 버튼을 포함할 수 있다. 펜 입력 장치(120)에는 별도의 공진 회로가 내장되어 상기 전자 장치(100)에 포함된 전자기 유도 패널(390)(예 : 디지타이저(digitizer))과 연동될 수 있다. 펜 입력 장치(120)는 EMR(electro-magnetic resonance)방식, AES(active electrical stylus) 및 ECR(electric coupled resonance) 방식을 포함할 수 있다.
도 3은 도 1의 전자 장치의 내부 구성을 나타내는 분리 사시도이다.
도 3을 참조하면, 전자 장치(300)는, 측면 베젤 구조(310), 제 1 지지부재(311)(예 : 브라켓), 전면 플레이트(320), 디스플레이(330), 전자기 유도 패널(390), 인쇄 회로 기판(340), 배터리(350), 제 2 지지부재(360)(예 : 리어 케이스), 안테나(370), 펜 입력 장치(120) 및 후면 플레이트(380)를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(300)는, 구성요소들 중 적어도 하나(예: 제 1 지지부재(311), 또는 제 2 지지부재(360))를 생략하거나 다른 구성요소를 추가적으로 포함할 수 있다. 전자 장치(300)의 구성요소들 중 적어도 하나는, 도 1, 또는 도 2의 전자 장치(100)의 구성요소들 중 적어도 하나와 동일, 또는 유사할 수 있으며, 중복되는 설명은 이하 생략한다.
전자기 유도 패널(390)(예: 디지타이저(digitizer))은 펜 입력 장치(120)의 입력을 감지하기 위한 패널일 수 있다. 예를 들어, 전자기 유도 패널(390)은 인쇄회로기판(PCB)(예: 연성 인쇄회로기판(FPCB, flexible printed circuit board))과 차폐시트를 포함할 수 있다. 차폐시트는 전자 장치(100) 내에 포함된 컴포넌트들(예: 디스플레이 모듈, 인쇄회로기판, 전자기 유도 패널 등)로부터 발생된 전자기장에 의한 상기 컴포넌트들 상호 간의 간섭을 방지할 수 있다. 차폐시트는 컴포넌트들로부터 발생된 전자기장을 차단함으로써, 펜 입력 장치(120)로부터의 입력이 전자기 유도 패널(240)에 포함된 코일에 정확하게 전달되도록 할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 전자기 유도 패널(240)은 전자 장치(100)에 실장된 생체 센서에 대응하는 적어도 일부 영역에 형성된 개구부를 포함할 수 있다. 예컨대, 전자 장치(300)는 전자기 유도 패널(390)이 삭제될 수 있다.
제 1 지지부재(311)는, 전자 장치(300) 내부에 배치되어 측면 베젤 구조(310)와 연결될 수 있거나, 측면 베젤 구조(310)와 일체로 형성될 수 있다. 제 1 지지부재(311)는, 예를 들어, 금속 재질 및/또는 비금속 (예: 폴리머) 재질로 형성될 수 있다. 제 1 지지부재(311)는, 일면에 디스플레이(330)가 결합되고 타면에 인쇄 회로 기판(340)이 결합될 수 있다. 인쇄 회로 기판(340)에는, 프로세서, 메모리, 및/또는 인터페이스가 장착될 수 있다. 프로세서는, 예를 들어, 중앙처리장치, 어플리케이션 프로세서, 그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
메모리는, 예를 들어, 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
인터페이스는, 예를 들어, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다. 인터페이스는, 예를 들어, 전자 장치(300)를 외부 전자 장치와 전기적 또는 물리적으로 연결시킬 수 있으며, USB 커넥터, SD 카드/MMC 커넥터, 또는 오디오 커넥터를 포함할 수 있다.
배터리(350)는 전자 장치(300)의 적어도 하나의 구성 요소에 전력을 공급하기 위한 장치로서, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 또는 재충전 가능한 2차 전지, 또는 연료 전지를 포함할 수 있다. 배터리(350)의 적어도 일부는, 예를 들어, 인쇄 회로 기판(340)과 실질적으로 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 배터리(350)는 전자 장치(300) 내부에 일체로 배치될 수 있고, 전자 장치(300)와 탈부착 가능하게 배치될 수도 있다.
안테나(370)는, 후면 플레이트(380)와 배터리(350) 사이에 배치될 수 있다. 안테나(370)는, 예를 들어, NFC(near field communication) 안테나, 무선 충전 안테나, 및/또는 MST(magnetic secure transmission) 안테나를 포함할 수 있다. 안테나(370)는, 예를 들어, 외부 장치와 근거리 통신을 하거나, 충전에 필요한 전력을 무선으로 송수신 할 수 있다. 다른 실시예에서는, 측면 베젤 구조(310) 및/또는 상기 제 1 지지부재(311)의 일부 또는 그 조합에 의하여 안테나 구조가 형성될 수 있다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 액츄에이터의 구조를 나타내는 분리 사시도이다.
도 4를 참조하면, 한 실시예에 따른 액츄에이터(40)는 하우징에 적어도 하나 이상 배치될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 액츄에이터(40)는 진동 모터로서, 예컨대, 햅틱용 피드백 진동 모터일 수 있다. 한 실시예에 따르면, 액츄에이터(40)는 고정자(53) 및 진동자(54)를 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 고정자(53)는 진동하지 않는 부분일 수 있고, 진동자(54)는 코일(43)에 전류가 인가되었을 때에 진동하는 부분일 수 있다.
한 실시예에 따르면, 고정자(53)는 브라켓(41)과, 요크(42) 및 코일(43)을 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 브라켓(41) 상에 요크(42)와 코일(43)이 고정될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 브라켓(41)은 수용된 부품들을 바닥에서 지지하는 지지 구조물로서, 얇은 금속 플레이트로 형성될 수 있다.
한 실시예에 따르면, 브라켓(41)은 케이스(46)를 더 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 케이스(46)는 브라켓(41)에 결합되어서, 하우징 기능을 담당할 수 있다. 예컨대, 케이스(46)와 브라켓(41)은 금속 재질로 형성될 수 있다.
한 실시예에 따르면, 요크(42)는 코일(43)을 지지하는 지지체로서, 브라켓(41)에 형성된 중심 돌기(410)에 삽입되어 고정될 수 있다. 예컨대, 요크(42)는 삽입 돌기(420)가 형성되어서, 중심 돌기(410)에 삽입될 수 있다. 예컨대, 요크(42)는 외경이 1.5~3.0mm 의 범위에 존재하며, 일체 또는 분할 구조로 구성되되, 영구 자석(44)과 최소 0.05mm의 간극을 가지게 배치될 수 있다. 요크(42)는 자기장 폐회로를 형성하여 에너지 효율을 극대화할 수 있게 하는 부재일 수 있다.
한 실시예에 따르면, 코일(43)은 요크(42)에 지지되어 브라켓(41)에 상에 고정될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 코일(43)은 요크(42)를 둘러싸이는 구조로 배치될 수 있다. 코일(43)에 전류가 인가되고, 이러한 전류가 흐르는 코일(43) 및 영구 자석(44)과 자기력 발생에 따라서 진동력이 발생할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 진동자(54)는 영구 자석(44)(magnet)과, 중량체(45)(weight) 및 플레이트(50)를 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 영구 자석(44)은 코일(43)의 외주 주변을 에워 쌓게 배치될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 영구 자석(44)은 링 형상으로서, 링 형상의 상면과 하면을 포함할 수 있다. 예컨대, 영구 자석(44)은 플럭스(flux)가 6~15μWb 범위에 존재할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 중량체(45)는 영구 자석(44) 둘레를 둘러싸게 배치될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 중량체(45)는 내경면(inner diameter surface)을 포함할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 액츄에이터(40)는 영구 자석(44)과 탄성 부재(47) 사이에 배치되는 플레이트(50)를 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 플레이트(50)는 진동자(54)인 영구 자석(44)과 중량체(45)를 지지할 수 있다. 예컨대, 플레이트(50)는 액츄에이터(40)에서 삭제될 수 있다.
한 실시예에 따르면, 액츄에이터(40)는 고정자(53)와 진동자(54) 사이에 탄성 부재(47)를 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 탄성 부재(47)는 브라켓(41)과 진동자(54) 사이에 배치되어서, 진동자(54)를 지지할 수 있다. 예컨대, 탄성 부재(47)는 190~210gf/mm의 스프링 상수를 가지며, 일단에서 타단으로 갈수록 점차 좁아지는 형상일 수 있다. 한 실시예에 따르면, 탄성 부재(47)와 중량체(45)는 자기력을 운동에너지로 전환할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 액츄에이터(40)는 중량체(45)와 영구 자석(44)에 의한 과도한 진동에 따른 충격량을 줄이기 위해서 상하부 댐퍼(48,49)가 추가적으로 배치될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 상부 댐퍼(48)는 상부 케이스(46)에 배치되고, 하부 댐퍼(49)는 브라켓(41) 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 상부 댐퍼(48) 및 하부 댐퍼(49)는 스폰지나 러버를 포함할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 액츄에이터(40)는 코일(43)에 전류를 인가하기 위하여 전기적 연결 부재(51)를 포함할 수 있다. 예컨대, 전기적 연결 부재(51)는 연성 회로기판(FPCB)을 포함할 수 있다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 액츄에이터의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 한 실시예에 따르면, 액츄에이터(40)는 진동자(54)와 고정자(53) 사이에 배치되어서, 진동자(54)의 진동 시에 댐핑 안정성을 제공하는 자성 유체(52)(magnet fluid)를 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 영구 자석(44) 상면은 링 형상이라서, 자성 유체(52)는 영구 자석(44)의 상면에 링 형상으로 도포될 수 있지만, 링 형상으로 한정될 필요는 없다. 한 실시예에 따르면, 자성 유체(52)는 영구 자석(44) 상면에 도포되어 이탈되지 않도록 점성을 가질 수 있다. 예컨대, 자성 유체(52)는 1000cp 이상의 점도를 가질 수 있다.
한 실시예에 따르면, 자성 유체(52)는 도포되는 량에 따라서 진동자(54)의 진동량을 제어할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 자성 유체(52)는 자성 미립자와, 계면 활성제 및 베이스 오일을 포함할 수 있다. 베이스 오일은 synthetic hydrocarbon 오일일 수 있다. 한 실시예에 따르면, 자성 유체(52)의 자성 분말은 유체(베이스 오일) 대비 1.76% 내지 1.8% 범위에 존재할 수 있다.
한 실시에에 따르면, 액츄에이터(40)는 진동자(54) 대비 자성 유체(52)의 무게비가 0.24% ~ 0.71% 사이일 수 있다. 하기 [표 1]을 참조하여, 자성 유체(52)의 무게비에 따른 진동 특성을 살펴보면 다음과 같다.
상기 테이블 1을 참조하면, 중량체(45)가 1.68g일 경우, 자성 유체(52)는 대략적으로 4mg~12mg 범위에서 안정적인 파형을 제공하는 중량임을 알 수 있다. 이러한 자성 유체(52)의 중량은 진동자(54)의 중량 대비 0.24~0.71% 사이에 포함됨을 알 수 있다.
이러한 범위 사이에 있는 중량으로 도포된 자성 유체(52)를 포함하는 액츄에이터는 사용가능한 넓은 주파수 영역 및 구동 전압에 따른 안정적인 주파수를 제공할 수 있다. 예컨대, 자성 유체(52)가 도포되는 최대량은 12mg을 넘지 않도록 한다.
한 실시예에 따르면, 브라켓(41)과 요크(42) 사이에는 결합 구조가 형성될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 결합 구조는 중심 돌기(410)와, 삽입 돌기(420)의 결합에 의해 형성될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 브라켓(41)은 하단에 중심 돌기(410)가 형성되어서, 요크(42)가 결합될 수 있다. 예컨대, 중심 돌기(410)는 중공형일 수 있고, 중공형의 개구에 요크의 삽입 돌기(420)가 삽입될 수 있다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 댐핑 계수 증가에 따라서, 주파수에 따른 진동력 특성을 보여주는 그래프이다. 도 7은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 도 6의 일부 주파수 구간을 확대한 그래프이다.
도 6, 도 7을 참조하면, 한 실시예에 따르면, 동일한 구동 조건에서(Vop=2.5Vrms), 댐핑 계수(c/m 또는 c)가 커짐에 따라서, 피크(peak) 진동력이 감소하고, 반치폭이 증가되는 것을 알 수 있다.
한 실시예에 따르면, 댐핑 계수(damping factor)(c/m)가 374보다 작은 경우, 진동자(예 ; 도 5에 도시된 진동자(54))(mass)의 진폭의 증가로 상판 케이스의 터치에 의해서 진동력 분포 곡선이 왜곡됨을 알 수 있다. 반면에 댐핑 계수(c/m)가 541부터는 피크 진동력이 현저하게 감소하는 것을 알 수 있다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 댐핑 계수(c/m)가 336일 경우, 서로 다른 구동 전압에서 주파수에 따른 진동력 특성을 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 댐핑 계수(c/m)가 442일 경우, 서로 다른 구동 전압에서 주파수에 따른 진동력 특성을 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 댐핑 계수(c/m)가 374보다 작을 경우, 주파수에 따른 진동력 특성을 보여주는 그래프이다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 댐핑 계수(c/m) 증가에 따라서, 주파수 증가에 따른 햅틱 특성을 보여주는 그래프이다.
도 11을 참조하면, 댐핑이 큰 경우(c/m>500), 도 6, 도 7에서 보여주는 특성과 유사하게 햅틱 진동력이 매우 약하게 나오는 것을 알 수 있다. 반면에 댐핑이 작은 경우(c/m <400), 매우 큰 햅틱 진동력을 얻을 수 있다.
한 실시예에 따르면, 액츄에이터(10)의 햅틱 진동력은 초기에 1.5 주기의 sine파 형태의 전압을 인가하였을 때 최대의 진동력으로 정의를 하였다. 여기서 주기와 인가전압의 형태는 본 발명의 설명을 위한 것이다. 사용 목적에 따라서 구동 주기와 인가전압 파형은 변경이 가능할 수 있다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 댐핑 계수가 306인 시료에 대해서 주파수에 따른 햅틱 진동 특성을 나타내는 그래프이다.
도 12를 참조하면, 한 실시예에 따르면, 댐핑 계수가 306인 시료의 경우, 140~250Hz에서 7이상의 햅틱 진동력을 보여주고 있지만(도 11 참조), 이 주파수에서의 진동 파형은 sinusoidal하게 나오지 않고 파형이 심하게 깨져있는 것을 알 수 있다.
파형이 심하게 깨진 경우에는 피크 진동력이 매우 크다고 할지라도 실제 체감 진동력은 크게 느껴지지 않는 반면에 소음이 발생되며, 햅틱 진동 체감도 매우 좋지 않아 햅틱 피드백용 액츄에이터(로 사용할 수 없다.
도 12를 보면, 200Hz의 경우에는 5Vop까지 진동 파형이 찌그러짐을 알 수 있다. 위의 결과로부터 댐핑 계수(c/m)가 작은 경우, 특정 주파수 영역에서 안정된 진동 파형을 얻을 수 없음 알 수 있다.
한 실시예에 따르면, 댐핑 계수(c/m)에 따른 햅틱 및 진동력 특성을 검토해 본 결과, 이 값이 너무 작을 경우(>350), Loss가 작아 효율은 매우 좋으나 효율이 좋은 공진 주파수 영역에서 구동 전압 및 공진 주파수에 따른 진동력의 변화가 너무 심하게 발생하여 제어하기가 매우 어려워 일정한 햅틱 품질을 구현하는데 많은 제약조건이 따르게 된다.
반면에 댐핑 계수(damping factor)가 큰 경우(>550), 주파수에 따른 진동분포가 급격한 변화를 보이지 않아 넓은 주파수 대역에서 햅틱 및 진동 f/b을 제공할 수 있는 반면에 에너지 효율이 너무 낮아서 전자 장치에서 사용하는 일반적인 구동 조건에서 사용자가 진동을 체감하기 어려울 수 있다.
도 13은 댐핑 계수에 따른 액츄에이터(10)의 성능은 개략적으로 표현한 예시도이다.
도 13을 참조하면, 영역1(Region I) 영역에서는 에너지 효율은 매우 좋으나 구동 조건(구동 전압, 구동 주파수) 따라서 진동력의 변화 매우 커 제어하는 어려움이 많다. 또한 반응 속도(rising time/falling time)가 느려 좋은 햅틱 성능을 구현하는데 많은 제약이 된다.
반면에, 영역3(Region III)에서는 구동 주파수 대역폭이 넓고 반응속도가 빠른 반면에 damping이 커서 구동전류가 높아 소모전류가 매우 높아지게 되어 짐으로서, 전자 장치에서 사용하기에는 적절치 못하다.
한 실시예에 따르면, 소모전류, 제어 편의성, 반응 속도를 고려할 때, 댐핑 계수(c/m)가 350~550 영역의 댐핑 계수(damping factor)를 갖는 액츄에이터(예 ; 도 5에 도시된 액츄에이터(10))의 구조가 최적의 구조라고 할 수 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 개시의 다양한 실시예들은 본 개시의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 개시의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 개시의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 개시의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 개시의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 개시의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (20)
- 전자 장치의 액츄에이터에 있어서,
브라켓과, 브라켓 상에 위치되는 요크 및 상기 요크 둘레를 둘러싸는 코일을 포함하는 고정자;
상기 코일 둘레를 둘러싸는 영구자석과, 상기 영구자석 둘레를 둘러싸는 중량체와, 상기 영구 자석 및 중량체를 지지하는 플레이트를 포함하는 진동자;
상기 브라켓과 상기 진동자 사이에 위치되어 상기 진동자를 지지하는 탄성부재; 및
상기 진동자와 상기 고정자 사이에 위치되어 상기 진동자의 진동 시 댐핑 안정성을 제공하는 자성 유체를 포함하며,
상기 자성 유체의 중량은 상기 진동자의 중량 대비 0.24% 내지 0.71%의 사이인 액츄에이터. - 제1항에 있어서, 상기 자성 유체는 상기 영구 자석 상면에 도포되는 액츄에이터.
- 제2항에 있어서, 상기 자성 유체는 링 형상으로 도포되는 액츄에이터.
- 제1항에 있어서, 상기 자성 유체는 1000cp 이상의 점도를 가지는 액츄에이터.
- 제1항에 있어서, 상기 자성 유체는 자성 분말이 유체 대비 성분비가 1.76 내지 1.8% 사이에 포함되는 액츄에이터.
- 제1항에 있어서, 상기 자성 유체는 상기 중랑체의 중량 대비 0.24% 내지 0.71% 사이인 전자 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 자성 유체와 상기 진동자 간 또는 상기 탄성 부재 간 댐핑 계수(damping factor)는 350 ~ 550 사이의 범위에 포함되는 액츄에이터.
- 제1항에 있어서, 상기 요크는 상기 영구 자석의 내경과 최소 0.05mm의 간극을 가지게 배치되는 액츄에이터.
- 제1항에 있어서, 상기 요크는 상기 브라켓에 삽입되기 위한 삽입 돌기가 더 형성되는 액츄에이터.
- 제9항에 있어서, 상기 브라켓은 중공형 중심 돌기가 더 형성되고, 상기 삽입 돌기가 상기 중공형 중심 돌기에 삽입되어서, 상기 요크는 상기 브라켓에 고정되는 액츄에이터.
- 햅틱용 액츄에이터에 있어서,
고정자;
상기 고정자 상에 배치되어 동작하는 진동자;
상기 고정자 및 상기 진동자 사이에 배치되어 상기 진동자를 지지하는 탄성 부재; 및
상기 진동자에 도포되어 댐핑 안정성을 제공하는 자성 유체를 포함하고,
상기 자성 유체의 중량은 상기 진동자의 중량 대비 0.24% 내지 0.71%의 사이인 액츄에이터. - 제11항에 있어서, 상기 고정자는
브라켓;
상기 브라켓 상에 고정되는 요크 및
상기 요크 둘레를 둘러싸는 코일을 포함하고,
상기 브라켓과 상기 요크 사이에는 결합 구조가 배치되는 액츄에이터. - 제12항에 있어서, 상기 결합 구조는
상기 요크에 형성된 삽입 돌기; 및
상기 브라켓에 형성되되, 상기 삽입 돌기에 삽입되어 상기 요크를 상기 브라켓에 고정시키는 중공형 중심 돌기를 포함하는 액츄에이터. - 제11항에 있어서, 상기 진동자는
상기 코일 둘레를 둘러싸는 영구자석; 및
상기 영구자석 둘레를 둘러싸는 중량체를 포함하는 액츄에이터. - 제11항에 있어서, 상기 자성 유체의 중량은 상기 중랑체의 중량 대비 0.24% 내지 0.71% 사이인 전자 장치.
- 전자 장치에 있어서,
하우징을 포함하고, 상기 하우징은 적어도 하나 이상의 햅틱 피드백용 액츄에이터를 포함하며, 상기 햅틱 피드백용 액츄에이터는
고정자;
상기 고정자 상에 배치되어 동작하는 진동자;
상기 고정자 및 상기 진동자 사이에 배치되어 상기 진동자를 지지하는 탄성 부재; 및
상기 진동자에 도포되어 댐핑 안정성을 제공하는 자성 유체를 포함하고,
상기 자성 유체의 중량은 상기 진동자의 중량 대비 0.24% 내지 0.71%의 사이인 액츄에이터. - 제16항에 있어서, 상기 고정자는
브라켓;
상기 브라켓 상에 고정되는 요크 및
상기 요크 둘레를 둘러싸는 코일을 포함하고,
상기 브라켓과 상기 요크 사이에는 결합 구조가 배치되며,
상기 진동자는
상기 코일 둘레를 둘러싸는 영구자석; 및
상기 영구자석 둘레를 둘러싸는 중량체를 포함하는 전자 장치. - 제17항에 있어서, 상기 결합 구조는
상기 요크에 형성된 삽입 돌기; 및
상기 브라켓에 형성되되, 상기 삽입 돌기에 삽입되어 상기 요크를 상기 브라켓에 고정시키는 중공형 중심 돌기를 포함하는 전자 장치. - 제16항에 있어서, 상기 자성 유체의 중량은 상기 중랑체의 중량 대비 0.24% 내지 0.71% 사이인 전자 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 자성 유체와 진동부 간 또는 탄성 부재 간 댐핑 계수(damping factor)는 350 ~ 550 사이의 범위에 포함되는 액츄에이터.
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