KR20210044178A - 촉감 발생 장치 및 이를 포함하는 응용 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 촉감 발생 장치는, 고정부, 회전부, 자석, 및 코일을 포함할 수 있다. 상기 고정부는 스토퍼를 포함할 수 있다. 상기 회전부는 상기 고정부에 대해 회전하고, 돌기를 가질 수 있다. 상기 자석은 상기 회전부 및 고정부 중 어느 하나에 포함되며, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 코일은 상기 회전부 및 고정부 중 다른 하나에 포함되며 상기 자석과 작용하여 회전력을 발생시킬 수 있다. 상기 회전부는 360도 범위 내에서 왕복 회전 운동할 수 있다. 상기 회전부가 제1 방향으로 회전할 때, 상기 회전부의 상기 돌기가 상기 고정부의 상기 스토퍼와 충돌하기 전에 상기 회전부의 회전 운동을 강제 정지시키거나 또는 상기 제1 방향의 반대 방향인 제2 방향으로 회전시켜 회전 관성 진동을 발생할 수 있다.

Description

촉감 발생 장치 및 이를 포함하는 응용 장치{HAPTIC GENERATOR AND APPLIED APPARATUS INCLUDING THE SAME}
본 발명은 촉감 발생 장치 및 이를 포함하는 응용 장치에 관한 것으로, 상세하게는 회전 관성 진동과 충격 진동을 발생하는 촉감 발생 장치 및 이를 포함하는 응용 장치에 관한 것이다.
진동을 발생시키는 장치는 휴대폰에 내장되어 벨소리 대신 진동으로 착신이나 메세지 도착을 알려 주거나, 게임 조작장치에 내장되어 게임을 즐기는 사용자에게 실체감을 주어 즐거움이나 흥미를 증가시키기 위해 이용되고 있다. 또한 기술의 발달에 따라 휴대폰으로도 통신뿐만 아니라 멀티미디어 재생과 송수신, 인터넷, 게임 등을 즐길 수 있게 되었고, 게임기로 인터넷이나 동영상 재생도 가능하게 되었으며, 동영상 재생기에서도 음악, 동영상을 재생하고 인터넷 및 게임도 가능하게 되었다. 그에 따라 진동 발생장치의 활용 분야는 더욱 확대되는 추세에 있으며, 이러한 기기들에는 주로 소형의 진동 모터를 사용하고 있다. 이 경우, 진동의 조정은 일반적으로 전압을 조정하여 모터 회전수를 변경시킴으로써 진동의 세기를 변화시키고 있다.
본 발명은, 하나의 촉감 소자를 이용하여 사용자에게 서로 다른 느낌을 제공하는 충격 진동과 회전 관성 진동을 제공하는 촉감 발생 장치와 응용장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 촉감 발생 장치는, 고정부, 회전부, 자석, 및 코일을 포함할 수 있다. 상기 고정부는 스토퍼를 포함할 수 있다. 상기 회전부는 상기 고정부에 대해 회전하고, 돌기를 가질 수 있다. 상기 자석은 상기 회전부 및 고정부 중 어느 하나에 포함되며, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 코일은 상기 회전부 및 고정부 중 다른 하나에 포함되며 상기 자석과 작용하여 회전력을 발생시킬 수 있다. 상기 회전부는 360도 범위 내에서 왕복 회전 운동할 수 있다. 상기 회전부가 제1 방향으로 회전할 때, 상기 회전부의 상기 돌기가 상기 고정부의 상기 스토퍼와 충돌하기 전에 상기 회전부의 회전 운동을 강제 정지시키거나 또는 상기 제1 방향의 반대 방향인 제2 방향으로 회전시켜 회전 관성 진동을 발생할 수 있다.
상기 촉감 발생 장치는 상기 회전 관성 진동과 상이한 충격 진동을 발생시킬 수 있다. 상기 회전 관성 진동 발생시 상기 회전부의 회전 각도는 상기 충격 진동 발생시 상기 회전부의 회전 각도 보다 작을 수 있다.
상기 촉감 발생 장치는, 상기 돌기와 상기 스토퍼가 충돌하여 상기 충격 진동을 발생시킬 수 있다.
상기 회전 관성 진동 발생시 주파수는 상기 충격 진동 발생시 주파수와 서로 상이할 수 있다.
상기 회전 관성 진동을 발생할 때, 상기 회전부가 회전 방향을 변경하지 않고 회전하는 동안 상기 회전부를 상기 회전 방향으로 회전시키는 동작과 브레이크 동작을 수행할 수 있다.
상기 회전 관성 진동을 발생할 때, 상기 회전부가 상기 제1 방향으로 회전 운동을 시작한 후 기 설정된 시간 이상에서 상기 회전부의 회전 운동을 정지시키거나 또는 정지 하기 이전에 상기 제2 방향으로 회전시킬 수 있다.
상기 자석의 자극 수가 m 개 일때, 상기 회전부는 m-1개의 자극이 차지하는 회전 각도 내에서 회전하며 상기 회전 관성 진동을 발생하고, m은 3이상의 자연수일 수 있다.
상기 코일의 개수는 상기 자석의 자극들의 개수의 k배이고, k는 자연수일 수 있다.
상기 회전부에 결합된 편심체를 더 포함할 수 있다.
상기 회전 관성 진동을 발생할 때, 상기 회전부가 회전 방향을 변경하지 않고 회전하는 동안 상기 회전부를 제1 방향으로 회전시키는 동작과 브레이크 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 촉감 발생 장치는 고정부, 회전부, 자석, 및 코일을 포함할 수 있다. 상기 고정부는 스토퍼를 포함할 수 있다. 상기 회전부는 상기 고정부에 대해 회전하고, 돌기를 가질 수 있다. 상기 자석은 상기 회전부 및 고정부 중 어느 하나에 포함되며, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 코일은 상기 회전부 및 고정부 중 다른 하나에 포함되며 상기 자석과 작용하여 회전력을 발생시킬 수 있다. 상기 회전부는 360도 범위 내에서 왕복 회전 운동할 수 있다. 상기 회전부는 특정한 회전 각도 범위 내에서 회전하며 서로 다른 충격 진동과 회전 관성 진동을 혼합하여 발생시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 응용 장치는 촉감 소자 및 상기 촉감 소자에 전류를 제공하는 구동 회로를 포함할 수 있다. 상기 촉감 소자는, 고정부, 회전부, 자석, 및 코일을 포함할 수 있다. 상기 고정부는 스토퍼를 가질 수 있다. 상기 회전부는 상기 고정부에 대해 회전하고, 돌기를 가질 수 있다. 상기 자석은 상기 회전부 및 고정부 중 어느 하나에 포함되며, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 코일은 상기 회전부 및 고정부 중 다른 하나에 포함되며 상기 자석과 작용하여 회전력을 발생시킬 수 있다. 상기 회전부는 360도 범위 내에서 왕복 회전 운동할 수 있다. 상기 회전부가 제1 방향으로 회전할 때, 상기 회전부의 상기 돌기가 상기 고정부의 상기 스토퍼와 충돌하기 전에 상기 회전부의 회전 운동을 강제 정지시키거나 또는 상기 제1 방향의 반대 방향인 제2 방향으로 회전시켜 회전 관성 진동을 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 촉감 발생 장치에 의하면, 하나의 촉감 소자를 이용하여 사용자에게 서로 다른 느낌을 제공하는 충격 진동과 회전 관성 진동을 제공할 수 있다. 따라서, 사용자에게 더욱 다양하고 실체감있는 햅틱 피드백을 제공할 수 있다.
또한, 충격 진동과 회전 관성 진동의 주파수와 세기를 개별적으로 제어할 수 있다.
또한, 회전 관성 진동을 발생시킬 때, 회전부의 회전 속도, 브레이크 동작, 휴지 기간의 조합으로 회전 관성 진동의 떨림 유형을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촉감 발생 장치를 도시한 블록도이다.
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 촉감 소자의 평면도이다.
도 3는 도 2의 I-I`선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 촉감 발생 장치의 충격 진동을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 5a 내지 도 5c는 촉감 발생 장치의 회전 관성 진동을 위한 개념도들이다.
도 6은 촉감 소자와 촉감 소자에 전류를 인가하는 구동 회로를 도시한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 회전부의 회전 속도를 제어하기 위해 도 6의 제1 및 제4 트랜지스터에 인가되는 제어 신호들을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 회전 관성 진동과 충격 진동을 번갈아 발생시키는 촉감 발생 장치의 개념도들이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉감 소자를 도시한 평면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉감 소자의 단면도이다.
이하에서 설명되는 모든 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 나타낸 것이며, 여기에 설명된 실시 예들과 다르게 변형되어 다양한 실시 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 공지 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위해서 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있으며, 각 구성요소들에 참조번호를 기재할 때, 동일한 구성요소들에 대해서는 다른 도면에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시하였다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속될 수 있지만, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 '연결', '결합' 또는 '접속'될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명에 대한 다양한 변형 실시 예들이 있을 수 있다.
그리고, 본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
또한, 본 출원에서 사용된 단수의 표현은 문맥상 명백히 다른 것을 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촉감 발생 장치를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 촉감 발생 장치(100)는 촉감 소자(10)와 구동 회로(20)를 포함할 수 있다.
촉감 소자(10, haptic element)는 구동 회로(20)로부터 인가된 전류에 의해 진동을 발생시킨다.
구동 회로(20)는 구동 신호를 수신하고, 촉감 소자(10)에 전류를 제공한다.
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 촉감 소자의 평면도이고, 도 3는 도 2의 I-I`선을 따라 절단한 단면도이다.
도 2 및 도 3를 참조하면, 촉감 소자(10)는 회전축(1), 고정부와 고정부에 대해 회전하는 회전부를 포함한다.
회전축(1)은 회전부의 중심부에 배치된다. 회전축(1)은 고정부에 회전 가능하게 결합될 수 있다.
회전부는 회전축(1)에 연결되어, 회전축(1)이 회전함에 따라 회전할 수 있다. 회전부는 회전 케이스(2), 자석(3), 및 돌기(4)을 포함할 수 있다. 회전 케이스(2)는 내부에 공간을 제공한다. 자석(3)은 회전 케이스(2)의 내주면에 고정될 수 있다. 자석(3)은 복수 개의 자극을 가질 수 있다. 자석(3)은 회전 케이스(2)에 결합될 수 있고, 본 발명의 실시예에서, 자석(3)은 회전 케이스(2)의 내주면에 결합될 수 있다. 자석(3)은 회전축(1)이 회전함에 따라 회전 케이스(2)와 함께 회전할 수 있다.
돌기(4)는 회전 케이스(2) 또는 회전축(1)에 결합될 수 있다. 돌기(4)는 회전축(1)이 회전함에 따라 회전할 수 있다.
고정부는 홀더(6), 권선 코어(7), 코일(8), 및 스토퍼(9)를 포함할 수 있다.
홀더(6)의 중심부에 회전축(1)이 배치되는 공간이 확보될 수 있다. 홀더(6)의 중심부 내에 회전축(1)은 회전 가능하게 고정될 수 있다.
권선 코어(7)는 홀더(6)에 결합될 수 있다. 권선 코어(7)에는 코일(8)이 권선될 수 있다. 권선 코어(7)는 자성체로 이루어져 권선된 코일(8)의 자기효율을 증가시킬 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고, 권선 코어(7)는 원가절감이나 소형화를 위해 비자성체로 이루어지거나 생략될 수 있으며, 홀더(6)와 일체로 형성될 수 있다. 권선 코어(7)는 복수 개로 이루어질 수 있다.
코일(8)은 회전축(1) 주변에 배치되며 자석(3)과 마주하게 배치된다. 코일(8)은 자석(3)과 이격되어 자석(3)과 함께 전자기력을 발생시키고, 전자기력에 의해 회전부는 회전될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 코일(8)은 권선 코어(7)에 권선되어 자기 효율을 향상시킬 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고, 권선 코어(7)가 생략된 경우, 코일(8)은 고정부의 구성에 고정될 수 있다.
코일(8)의 개수가 증가할수록 회전부가 원할하게 회전되고, 회전 방향이 용이하게 제어될 수 있다. 코일(8)의 개수와 자석(3)의 자극의 개수도 특정한 조건을 가질 때, 회전부의 제어가 용이하다. 구체적인 내용은 후술된다.
코일(8)이 복수 개로 제공되는 경우, 코일(8)이 권선되는 권선 코어(7)도 복수 개로 제공될 수 있다. 이때, 각 코일들은 서로 연결되거나 구분되어 하나의 동일한 구동 회로(20, 도 1 참조)에 의해 전류를 인가 받을 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고, 각 코일들은 서로 다른 구동 회로로부터 전류를 인가 받을 수 있다.
스토퍼(9)는 회전부가 회전할 때, 돌기(4)와 충돌하여 돌기(4)의 회전을 방해하고, 충격을 발생하도록 배치된다. 스토퍼(9)는 홀더(6)에 결합될 수 있다.
고정부는 베어링(5)을 더 포함할 수 있다. 베어링(5)은 홀더(6)의 중심부에 배치되고, 홀더(6)에 고정될 수 있다. 베어링(5)의 내부에 구멍이 형성되고, 회전축(1)은 베어링(5)의 구멍에 삽입될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 촉감 발생 장치(100)에서는 회전부가 회전할 때, 스토퍼(9)가 돌기(4)와 충돌하여 충격 진동을 발생시키므로, 회전부가 360도 미만까지 회전할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 촉감 소자(10)에서, 회전부에 자석(3)이 포함되고, 고정부에 코일(8) 및 권선 코어(7)가 포함되는 것으로 설명하였다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고, 다른 실시예에서, 회전부에 코일이 포함되고, 고정부에 자석이 포함되더라도 동일한 원리도 동작될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 촉감 발생 장치의 충격 진동을 설명하기 위한 개념도들이다.
평면상에서, 돌기(4)는 회전축(1)을 중심으로 점선으로 표시된 회전 경로를 따라 회전하여 스토퍼(9)에 충돌하고, 충격 진동을 발생시킬 수 있다.
도 4a의 상태에서, 돌기(4)를 반시계 방향(D1)으로 회전시키면, 도 4b와 같이 돌기(4)는 스토퍼(9)의 일측에 충돌한다. 이후, 돌기(4)를 시계 방향(D2)으로 회전시키면, 도 4c와 같이 돌기(4)는 스토퍼(9)의 타측에 충돌한다.
돌기(4)가 도 4b 위치에서 도 4c 위치로 1회전하는 주기를 T라고 가정하면, 돌기(4)와 스토퍼(9)가 충돌하는 주파수는 T의 역수가 된다. 돌기(4)가 고정된 회전부가 최고속도로 회전하는 경우, T의 역수는 돌기(4)가 왕복 회전 운동하며 충격 진동을 발생시킬 수 있는 최고 주파수가 된다.
본 발명의 실시예에 따른, 촉감 발생 장치는 충격 진동뿐만 아니라, 회전 관성 진동을 표현할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 촉감 발생 장치의 회전 관성 진동을 설명하기 위한 개념도들로서, 도 2의 실시예를 평면도로 나타낸 것이다.
이하, 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 촉감 발생 장치의 회전 관성 진동을 설명한다.
회전부가 시계방향/반시계방향으로 회전하다가 반시계방향/시계방향으로 회전방향을 바꾸면 진행중인 회전 방향으로 계속 회전하려는 회전 관성력과 진행중인 회전 방향의 반대 방향으로 회전하려는 에너지의 충돌에 의해 진동이 발생한다. 또한, 회전부의 회전을 강제로 정지시키는 경우도 마찬가지이다. 이러한 진동을 회전 관성 진동으로 정의한다. 본 발명의 촉감 발생 장치(100)에서 발생하는 회전 관성 진동은 회전부의 회전 관성력의 작용 반작용 원리에 의해 발생할 수 있다.
회전 관성 진동의 크기는 회전부가 회전 운동하며 갖는 회전에너지가 강할수록 커지고, 회전부의 회전속도와 무게에 비례한다. 또한 회전부가 회전방향을 전환할 때나 정지할 때의 에너지 변화의 크기에 비례한다. 따라서, 회전부의 회전 속도를 서서히 감속하며 정지하거나, 정지된 후 회전 방향을 바꿔 회전 속도를 서서히 증가시키는 경우, 회전 관성 진동은 미미할 수 있다.
도 5a의 돌기(4) 위치를 시작 상태라고 가정하면, 도 5b와 같이 회전부를 반시계 방향(D1)으로 회전시킨다. 이후, 회전부의 돌기(4)가 정지 하기 전이나 스토퍼(9)의 일측에 충돌하기 전에, 회전부의 회전을 강제로 정지시키거나, 도 5c와 같이 시계 방향(D2)으로 역 회전시켜 회전 관성 진동을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 촉감 발생 장치(100)를 통해 발생하는 회전 관성 진동은 종래의 ERM(Eccentric Rotating Mass)에서 편심된 회전자가 회전함에 따라 발생하는 진동 및 LRA(Linear Resonant Actuator)에서 탄성체에 연결된 추의 선형 공진 운동에 의해 발생하는 진동과 비교하여 서로 다른 진동 발생 원리와 효과를 갖는다.
마찬가지로, 도 5c와 같이 시계 방향(D2)으로 회전하는 회전부의 돌기(4)가 정지 하기 전이나 스토퍼(9)의 타측에 충돌하기 전에, 회전부의 회전을 강제로 정지시키거나, 도 5b와 같이 반시계 방향(D1)으로 역 회전시켜 회전 관성 진동을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 촉감 발생 장치(100)에 의하면, 하나의 촉감 소자(10)를 이용하여 사용자에게 서로 다른 느낌을 제공하는 충격 진동과 회전 관성 진동을 제공할 수 있다. 따라서, 사용자에게 더욱 다양하고 실체감있는 햅틱 피드백을 제공할 수 있다.
촉감 발생 장치(100)가 회전 관성 진동을 발생시킬 때, 돌기(4)의 회전 각도는 촉감 발생 장치(100)가 충격 진동을 발생시킬 때에 비하여 작을 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 촉감 발생 장치(100)가 회전 관성 진동을 발생시킬 때와 충격 진동을 발생시킬 때, 서로 다른 주파수와 주기를 가질 수 있다. 회전부가 최대 속도로 회전하는 경우와 같이, 회전 속도가 일정하다는 가정할 때, 촉감 발생 장치(100)가 회전 관성 진동을 발생시킬 때의 주파수는 충격 진동을 발생시킬 때의 주파수 보다 클 수 있다. 또한, 촉감 발생 장치(100)가 회전 관성 진동을 발생시킬 때의 주기는 충격 진동을 발생시킬 때의 주기 보다 작을 수 있다. 더 나아가 회전 관성 진동과 충격 진동시 주파수와 주기를 개별적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 촉감 발생 장치(100)의 회전 관성 진동의 세기와 유형이 조절될 수 있다. 회전 관성 진동의 세기는 회전부의 속도, 돌기(4)의 회전 각도에 의해 제어될 수 있다. 회전 관성 진동의 유형은 회전부의 왕복 회전 주기나 회전 방향을 바꾸는 순간의 속도 변화 또는 에너지 변화에 의해 제어될 수 있다. 이하, 촉감 발생 장치(100)의 회전 관성 진동이 제어되는 구체적인 방법에 대해 기재한다.
도 6은 촉감 소자와 촉감 소자에 전류를 인가하는 구동 회로를 도시한 도면이다. 도 6에서 구동 회로(20)는 브릿지 회로인 것을 예시적으로 도시하였다.
도 2, 도 3, 및 도 6을 참조하면, 촉감 발생 장치(100)의 코일(8)에 흐르는 전류는 구동 회로(20)에 의해 인가될 수 있다. 구동 회로(20)는 회로 기판에 구비되고, 회로 기판은 촉감 소자(10)를 포함하는 패키지 내부 또는 외부에 구비될 수 있다.
촉감 발생 장치(100)의 회전부의 회전 방향은 촉감 소자(10)의 코일(8)에 인가되는 전류의 방향에 의해 결정될 수 있다.
구동 회로(20)는 각각이 제어 신호에 의해 온/오프 제어되는 제1 내지 제4 트랜지스터들(QA, QB, QC, QD)을 포함할 수 있다. 제1 트랜지스터(QA) 및 제3 트랜지스터(QC)는 직렬 연결되고, 제2 트랜지스터(QB) 및 제4 트랜지스터(QD)는 직렬 연결된다. 제1 트랜지스터(QA)와 제2 트랜지스터(QB)가 연결된 노드는 전원 전압(Vd)를 수신하고, 제3 트랜지스터(QC) 및 제4 트랜지스터(QD)가 연결된 노드는 접지된다. 촉감 소자(10)의 일단은 제1 트랜지스터(QA) 및 제3 트랜지스터(QC)가 연결된 노드에 연결되고, 촉감 소자(10) 의 타단은 제2 트랜지스터(QB) 및 제4 트랜지스터(QD)가 연결된 노드에 연결된다.
제1 트랜지스터(QA) 및 제4 트랜지스터(QD)를 턴-온시키고, 제2 트랜지스터(QB) 및 제3 트랜지스터(QC)를 턴-오프시키면, 촉감 발생 장치(100)에는 제1 방향(A1)으로 전류가 흐르게 된다. 제2 트랜지스터(QB) 및 제3 트랜지스터(QC)를 턴-온시키고, 제1 트랜지스터(QA) 및 제4 트랜지스터(QD)를 턴-오프시키면, 촉감 소자(10)에는 제1 방향(A1)의 반대 방향인 제2 방향(A2)으로 전류가 흐르게 된다. 제1 내지 제4 트랜지스터들(QA, QB, QC, QD)을 온/오프 제어함으로써, 촉감 소자(10)에 흐르는 전류 방향을 변경시키고, 회전부의 회전 방향을 제어할 수 있다.
촉감 발생 장치(100)의 회전 관성 진동은 회전부의 회전 방향을 변경시키는 것뿐만 아니라, 브레이크 동작을 통해서도 발생될 수 있다.
도 6을 참조하면, 촉감 발생 장치(100)에 제1 방향(A1) 또는 제2 방향(A2)으로 전류가 흐르는 상태에서, 제3 트랜지스터(QC) 및 제4 트랜지스터(QD)를 턴-온시키고, 제1 트랜지스터(QA) 및 제2 트랜지스터(QB)를 턴-오프시킬 수 있다. 이때, 촉감 소자(10)의 회전부의 회전을 방해하는 힘이 발생하며, 이는 브레이크 동작일 수 있다.
이하, 촉감 발생 장치(100)의 회전부의 회전 속도를 제어하는 방안을 설명한다.
도 7a 및 도 7b는 회전부의 회전 속도를 제어하기 위해 도 6의 제1 및 제4 트랜지스터에 인가되는 제어 신호들을 예시적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에서, 촉감 발생 장치(100)의 코일에 흐르는 전류 크기를 조절하여 회전부의 회전 속도를 제어할 수 있다. 구체적으로, 도 6의 트랜지스터들에 인가되는 제어 신호의 온-오프 비율을 제어함으로써 전류의 온-오프 비율이 제어되고, 전류 크기를 조절할 수 있다.
도 6에서 촉감 소자(10)에 제1 방향(A1)으로 전류가 흐르는 경우를 예시적으로 설명한다. 도 7a의 제어 신호(C1)가 제1 트랜지스터(QA) 및 제4 트랜지스터(QD) 각각의 제어단에 인가된 경우 촉감 소자(10)에 흐르는 전류 크기는 도 7b의 제어 신호(C2)가 인가된 경우 촉감 소자(10)에 흐르는 전류 크기에 비해 클 수 있다. 전류의 크기의 제어에 의하여 회전 속도 또는 회전 에너지의 크기를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 회전부가 회전 방향을 변경하지 않고 회전하는 동안 촉감 소자(10)의 코일에 특정 방향으로 전류를 제공하는 동작과 브레이크 동작을 반복하여 회전부의 회전 속도는 제어될 수 있다. 이때, 브레이크 동작시 회전 관성 진동이 발생될 수 있으므로, 회전부의 회전 각도 범위 내에서도 매우 큰 회전 주파수를 가질 수 있다.
촉감 소자(10)의 코일에 특정 방향으로 전류를 제공하는 동작을 수행하는 경우에도 상술한 바와 같이, 트랜지스터의 제어 신호의 온-오프 비율을 제어할 수 있다. 또한, 브레이크 동작 이후에, 도 6의 제1 내지 제4 트랜지스터들(QA, QB, QC, QD)을 모두 턴-오프시키는 휴지기간이 더 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 촉감 발생 장치(100)의 회전부의 속도를와 방향을 제어함으로써, 회전부의 주파수와 주기를 제어할 수 있고, 회전 관성 진동의 세기를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 촉감 발생 장치(100)의 회전부의 회전 주기 동안 평균 속도는 일정하더라도, 회전방법에 따라 진동 떨림 유형이 제어될 수 있다.
예를 들어, 회전부가 일 방향으로 제1 속도를 갖고 제1 시간 동안 회전한 후 반대 방향으로 제1 속도로 회전할 때 발생하는 회전 관성 진동을 제1 회전 관성 진동으로 정의할 수 있다. 또한, 회전부가 일 방향으로 제1 속도의 절반인 제2 속도를 갖고 제1 시간의 절반인 제2 시간 동안 회전한 후 제2 시간 동안 브레이크 동작을 수행한 후, 반대 방향으로 제1 속도로 회전할 때 발생하는 회전 관성 진동을 제2 회전 관성 진동으로 정의할 수 있다. 제1 회전 관성 진동과 제2 회전 관성 진동은 서로 다른 떨림 유형으로, 사용자에게 다르게 느껴질 수 있다. 제1 회전 관성 진동이 제2 회전 관성 진동에 비해 좀 더 강하거나 날카로운 느낌을 사용자에게 전달할 수 있을 것이다.
예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 실시예에 의하면, 촉감 발생 장치(100)의 회전부의 회전 속도, 브레이크 동작, 휴지 기간의 다양한 조합에 따라 회전 관성 진동의 떨림 유형이 제어될 수 있다. 이러한 다양한 떨림 유형은 사용자에게 현실감 있고 재미있는 촉감을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 회전방향을 변경하는 시간을 조절해서 회전각도를 결정할 수도 있다. 촉감 발생 장치(100)가 회전 관성 진동을 발생하는 경우, 돌기(4)가 스토퍼(9)와 충돌하지 않도록 회전방향을 변경하는 시간을 조절할 수 있다. 또한 회전방향을 변경하는 시간을 조절하여 돌기(4)가 스토퍼(9)와 충돌하여 충격진동을 잘생하도록 할 수도 있다.
도 8a 내지 도 8c는 회전 관성 진동과 충격 진동을 번갈아 발생시키는 촉감 발생 장치의 개념도들로서, 도 2의 실시예를 평면도로 나타낸 것이다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하여, 촉감 발생 장치(100)는 회전 관성 진동과 충격 진동을 번갈아 발생시킬 수 있다.
도 8a에서와 같이, 돌기(4)는 시작 상태에서 특정 방향으로 스토퍼(9)에 상대적으로 가깝게 위치하고, 반대 방향으로 스토퍼(9)에 상대적으로 멀게 위치한다. 예를 들어, 도 8a와 같이 돌기(4)는 시계 방향(D2)에 비해 반시계 방향(D1)으로 스토퍼(9)에 더 인접하게 배치된다.
도 8a와 같은 시작 상태에서, 돌기(4)를 포함하는 회전부는 시작 상태의 위치로부터 특정 회전 범위로 왕복 운동을 수행하여, 충격 진동과 회전 관성 진동을 발생시킬 수 있다.
도 8b를 참조하면, 회전부는 반시계 방향(D1)으로 회전하여 스토퍼(9)의 일측에 충돌하고 충격 진동을 발생시킬 수 있다.
이후, 도 8c를 참조하면, 돌기(4)를 시계 방향(D2)으로 회전시킨다. 회전부의 돌기(4)가 스토퍼(9)의 타측에 충돌하기 전에, 회전부의 회전을 강제로 정지시키거나, 반시계 방향(D1)으로 역회전시켜 회전 관성 진동을 발생시킬 수 있다. 이때, 충격 진동과 회전 관성 진동은 동일한 주파수와 동일한 주기로 진동을 발생시킬 수 있다.
충격 발생 장치(100)는 돌기(4)의 초기 위치와 특정 회전 범위를 설정함으로써, 충격 진동과 회전 관성 진동을 번갈아 발생시킬 수 있다. 이러한 진동 형태는 충격 진동과 회전 관성 진동을 단독으로 발생시키는 것과는 상이한 햅틱 피드백으로 사용자에게 느껴질 수 있다. 따라서, 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 설명한 촉감 발생 장치(100)에 의하면, 충격진동이나 관성진동을 발생할 수 있을 뿐 아니라 충격진동과 관성 진동을 혼합하여 발생할 수 있으므로 다양한 조합으로부터 매우 풍부한 촉감을 발생할 수 있으므로 사용자가 다양한 촉감을 느낄 수 있도록 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉감 소자를 도시한 평면도이다. 도 9에서, 돌기(4)와 스토퍼(9)는 설명의 편의를 위해 개략적으로 도시하였다. 도 9과 달리 돌기(4)와 스토퍼(9)의 평면상 위치는 변경될 수 있다.
도 9의 촉감 소자(11)는 도 2 및 도 3를 참조하여 설명한 촉감 소자 (10)에 비해 자기 센서(19)를 더 포함할 수 있다. 자기 센서(19)는 홀 소자일 수 있다.
자기 센서(19)는 고정부에 결합될 수 있다. 자기 센서(19)는 자석(3)과 이격되고, 인접하게 배치될 수 있다. 평면상에서 자기 센서(19)는 스토퍼(9)와 이격되어 배치될 수 있다.
자기 센서(19)는 인접한 권선 코어(7) 사이에 배치될 수 있다.
*자기 센서(19)는 회전부의 회전에 따른 자석(3)의 자극 변화를 센싱할 수 있다. 자기 센서(19)는 촉감 발생 장치(11)가 회전 관성 진동을 발생시킬 때, 회전부의 돌기(4)의 회전 각도를 결정하기 위해 구비될 수 있다. 즉, 자기 센서(19)에 의해 돌기(4)는 스토퍼(9)에 충돌하지 않는 회전 각도 범위 내에서 회전 운동을 수행할 수 있다.
자기 센서(19)를 이용하여 회전부의 회전각도를 제어하는 하나의 방법을 예시적으로 설명한다. 자기 센서(19)는 자석(3)의 N극에 인접하면 제1 신호를 발생시키고, S극에 인접하면 제2 신호를 발생시킬 수 있다. 제1 신호는 하이 신호 및 로우 신호 중 어느 하나이고, 제2 신호는 나머지 하나일 수 있다.
도 9와 같이, 돌기(4)가 자석(3)의 N극과 인접하게 배치되고, 최초 자기 센서(19)는 자석(3)의 N극에 인접하게 배치된 상태를 가정한다. 초기 상태에서, 자기 센서(19)는 제1 신호를 발생시킨다. 이후, 회전부를 제1 방향(D1)으로 회전시켜 자기 센서(19)가 자석(3)의 S극과 인접하면 자기 센서(19)는 제2 신호를 발생시킨다. 만일, 회전부가 제1 방향(D1)으로 계속 회전하여 다시 자기 센서(19)가 자석(3)의 N극과 인접하면, 돌기(4)는 스토퍼(9)와 충돌할 것이다. 따라서, 돌기(4)와 스토퍼(9)의 충돌을 막기 위해, 자기 센서(19)가 제2 신호를 발생시키면, 회전부의 회전 방향을 변경하여 제2 방향(D2)으로 회전시킨다. 자기 센서(19)가 처음의 N극과 인접하여 제1 신호를 발생시킨다. 회전부가 제2 방향(D2)으로 더욱 회전하면, 자기 센서(19)는 S극과 인접하여 제2 신호를 발생시키고, 회전부의 회전 방향을 변경할 수 있다. 자석(3)의 자극 수가 m 개라면, 회전 관성 진동 발생을 위하여 회전부는 최대로 m-1개의 극이 차지하는 회전 각도 내에서 회전할 수 있다. 이때, m은 3 이상의 자연수일 수 있다. 다시 말해, 이 자석(3)의 자극 수가 m 개라면, 신호의 변경이 최대 m-2 번 있을 때마다, 회전부의 회전 방향을 변경할 수 있다.
자석(3)의 자극은 항상 N극과 S극이 쌍으로 존재하므로 회전 관성 진동 발생을 위하여 자석(3)은 최소 2개의 인접한 극들이 차지하는 회전 각도 내에서 왕복 회전 운동할 수 있다. 즉 자극의 수가 6개 이상일 경우에도 자석(3)은 최소 2개의 인접한 N과 S극에 걸쳐서 왕복 회전 운동하며 회전 관성 진동을 발생 할 수 있다
다시 도 2 내지 도 6를 참조하여 자석(3)의 자극 수와 코일(8)이 권선된 권선 코어(7)의 개수의 관계에 대해 설명한다.
코일(8)이 권선된 권선 코어(7)는 자석(3)의 자극 수의 k배로 제공될 수 있다. 이때, k는 자연수일 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 자석(3)의 자극 수는 4개이고, 코일(8)이 권선된 권선 코어(7)의 개수는 4개인 것을 예시적으로 도시하였다. 각 권선 코어(7)에 권선된 코일(8)의 극성을 마주하는 자석(3)의 자극과 동일하게 또는 반대로 제어하면, 자석(3)의 모든 자극을 활용하여 척력 또는 인력을 발생시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, 자석(3)과 권선 코어(7)의 개수를 제어하여, 회전부의 빠른 회전력과 강한 정지력을 확보할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 촉감 발생 장치(100)에 의하면, 돌기(4)와 스토퍼(9)의 충돌에 의해 발생하는 충격 진동뿐만 아니라, 회전 관성 진동을 발생시킬 수 있다. 또한, 회전 관성 진동시의 주파수와 유형이 제어될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉감 소자의 단면도이다.
도 10을 참조하여 설명하는 촉감 소자(12)는 도 2 및 도 3를 참조하여 설명한 촉감 소자(10)에 비해 편심체(30)를 더 포함할 수 있다.
편심체(30)는 회전부에 결합될 수 있다. 구체적으로, 편심체(30)는 회전 케이스(2), 자석(3), 회전축(1) 및 돌기(4) 중 적어도 어느 하나에 결합될 수 있다. 도 10에서 편심체(30)는 회전 케이스(2)에 결합된 것을 예시로 도시하였다.
편심체(30)는 돌기의 중량을 증가시키는 효과가 있어, 충격 진동 및 회전 관성 진동이 증가될 수 있다.
본 발명의 촉감 발생 장치는 다양한 응용장치에 적용될 수 있다.
응용장치는 게임장치, 게임 조작 장치, 휴대폰, 휴대용 통신기기, 멀티미디어 재생장치 등을 포함할 수 있다.
응용장치는 본 발명의 실시예에 따른 촉감 발생 장치와 제어부를 포함한다. 제어부는 촉감 발생 장치와 신호를 주고 받을 수 있다. 응용 장치는 촉감 발생 장치를 포함하여 회전 관성 진동과 충격 진동을 발생시키고, 각 진동의 주파수와 주기 뿐아니라 강도를 개별적으로 제어할 수 있다. 따라서, 사용자의 실체감을 극대화할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 촉감 발생 장치 10: 촉감 소자
20: 구동 회로 1: 회전축
2: 회전 케이스 3: 자석
4: 돌기 5: 베어링
6: 홀더 7: 권선 코어
8: 코일 9: 스토퍼

Claims (4)

  1. 스토퍼를 갖는 고정부;
    상기 고정부에 대해 회전하고, 돌기를 갖는 회전부;
    상기 회전부 및 고정부 중 어느 하나에 포함되며, 복수 개의 자극을 갖는 자석; 및
    상기 회전부 및 고정부 중 다른 하나에 포함되며 상기 자석과 작용하여 회전력을 발생시키는 코일을 포함하고,
    상기 회전부는 360도 범위 내에서 왕복 회전 운동하며,
    상기 회전부는 특정한 회전 각도 범위 내에서 회전하며 서로 다른 충격 진동과 회전 관성 진동을 혼합하여 발생시키고,
    상기 회전 관성 진동을 발생할 때, 상기 회전부는 2개의 인접한 자극들이 차지하는 회전 각도 내에서 왕복 회전 운동하고, 인접한 N극과 S극에 걸쳐서 왕복 회전 운동하는 촉감 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충격 진동과 상기 회전 관성 진동을 번갈아 발생하는 촉감 발생 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전부는 특정 방향으로 회전하여 상기 충격 진동을 발생시키고, 상기 특정 방향의 반대 방향으로 회전하여 상기 회전 관성 진동을 발생시키는 촉감 발생 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 충격 진동과 상기 회전 관성 진동은 동일한 주파수로 동작하는 촉감 발생 장치.

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