KR20210088041A - 수평형 리니어 진동발생장치 - Google Patents

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KR20210088041A
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vibrator
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정경양
이원국
유한호
김승기
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Abstract

수평형 리니어 진동발생장치가 개시된다. 본 발명에 따른 수평형 리니어 진동발생장치는, 브라켓과 결합하여 내부에 실장공간을 형성시키는 케이스와, 실장공간에 실장되며 브라켓 상면의 회로기판과 전기적으로 연결되는 코일-요크 유닛을 포함하는 고정자, 코일-요크 유닛에 대응되는 자석과 진동을 증폭시키는 중량체를 구비하며 실장공간 내에서 고정자에 대해 제1 방향으로 진동하는 진동자 및 케이스와 진동자 사이에 설치되며, 실장공간 내에서의 고정자에 대한 진동자의 제1 방향 요동을 양 측에서 탄성 지지하는 제1, 제2 스프링을 포함하며, 제1 스프링과 제2 스프링 각각에 상기 진동자 실장을 위한 제1, 제2 스프링 발이 일체로 형성되고, 제1, 제2 스프링 발 각각은 적어도 하나 이상의 가동 스토퍼를 구비하며, 가동 스토퍼에 대응하여 케이스와 브라켓에 적어도 하나 이상의 고정 스토퍼가 형성되고, 상호 대응되는 가동 스토퍼와 고정 스토퍼는 제1 방향에서 봤을 때 적어도 일부가 중첩되도록 구성되는 것을 요지로 한다.

Description

수평형 리니어 진동발생장치{Horizontal type linear vibration generating device}
본 발명은 수평형 리니어 진동발생장치에 관한 것으로, 특히 코일이 발생시키는 전기장과 자석에 의한 자기장의 상호 작용에 의하여 진동자가 수평방향으로 요동하면서 진동을 발생시키는 수평형 리니어 진동발생장치에 관한 것이다.
일반적으로 휴대 단말기에 착신장치로 사용되는 진동발생장치로서 편심 회전형 진동발생장치가 보편적으로 사용되어 왔다. 그러나 이 기술은 긴 수명을 보장하지 못하고 응답성이 빠르지 못하며 다양한 진동모드를 구현하는데 한계가 있어, 터치 조작 방식의 스마트폰이 급속도로 대중화되는 추세에서 수요자의 요구를 충족시키지 못하는 문제가 있다.
이에 중량체를 선형적으로 요동시켜 진동을 발생시키는 선형 진동발생장치가 개발되었다. 선형 진동발생장치는 기본적으로 1차 진동계를 이용한 것으로, 종래의 선형 진동 발생 장치는 기본적으로, 코일이 발생시킨 전기장과 영구 자석의 자기장 간 상호 작용에 따른 힘(Lorenz force)으로 중량체를 수평방향으로 요동시켜 진동을 발생시키는 매카니즘을 갖는다.
도 1은 종래 선형 진동발생장치의 대표적인 일례를 도시한 분해 사시도이다.
도 1의 예시와 같이, 종래의 선형 진동발생장치는 고정자(300)와 상기 고정자(300)를 중심으로 진동하는 진동자(400)를 포함한다. 또한 고정자(300)에 대한 상기 진동자(400)의 수평 방향 요동을 양측에서 탄성 지지하도록 구비되는 파형의 탄성체(500)와, 고정자(300)가 장착되는 베이스(100) 및 베이스(100)와 결합하는 커버(200)를 포함한다.
고정자(300)는 코어(310)와 코어(310)를 둘러싸는 코일(320)로 구성되며, 진동자(400)는 진동 방향으로 이격된 한 쌍의 중량체(420, 430)와 중량체(420, 430) 사이에 상기 고정자(300)를 사이에 두고 진동 방향과 직교하는 방향으로 대향 배치되는 한 쌍의 자석(410), 그리고 한 쌍의 중량체(420, 430)와 자석(410)을 실장하는 프레임(440)으로 구성된다.
고정자(300)를 구성하는 상기 코일(320)에는 베이스(100) 상의 기판(미도시)으로부터 교류 전류가 인가되며, 코일(320)에 교류 전류가 인가되면 자화된 코일(320)과 자석(410) 간 상호 작용에 의한 힘이 발생하여 중량체(420, 430)와 탄성체(500)의 탄성 계수에 의해 미리 정해진 주파수 응답 특성에 따라 진동자(400)가 진동을 하게 된다.
그러나 이와 같은 구성의 종래 선형 진동발생장치는, 한 쌍의 중량체(420, 430)와 자석(410)을 프레임(440)에 실장하고 탄성체(500)가 프레임(440)을 양 옆에서 탄성 지지하는 구조로서, 중량체(420, 430)와 자석(410)을 탄성체(500)에 연결하는 별도의 부품(프레임(440))을 사용해야 하므로, 양산성이 떨어지고 소형화 및 생산 단가 측면에서 경쟁력을 확보하기 어려운 구조이다.
또한, 중량체(420, 430)와 자석(410)을 실장하는 프레임(440)의 양 측면부에 탄성체(500)를 용접시켜야 했기 때문에, 장치 작동 시 반복적으로 작용하는 하중에 따른 피로 누적으로 용접 부위에 피로 파괴(Fatigue Fracture)나 균열(Crack)이 발생하기 쉽고, 용접에 의한 잔류 응력까지 더해져 내구성이 크게 떨어지는 문제가 있다.
한편, 선형 진동발생장치에는 일반적으로 진동자의 진폭을 제한하는 스토퍼가 구비된다. 스토퍼의 주된 기능은 공진 및 과전류에 의해 진동하는 진동체가 정상범위의 진동구간을 벗어나 인접 다른 구성품(예컨대, 도 1의 커버(200) 또는 고정자(300))과 충돌함으로써, 핵심 부품이 파손되거나 비정상적인 소음 및 진동이 발생되는 것을 방지하는 것이다.
그러나 종래 선형 진동발생장치 대부분은 별도의 부품을 사용하여 스토퍼를 구성함으로써, 장치를 구성하는 전체적인 부품수가 증가하는 문제와 더불어, 제품의 양산성 저하와 비용(생산 원가) 상승이 수반되는 문제가 있으며, 스토퍼를 별도의 부품으로 구성하려면 그만큼의 공간이 더 필요하므로 효율적인 공간 활용이 어렵고 콤팩트한 크기로 장치를 구현해내기 어렵다는 문제가 있다.
한국등록특허 제10-1858969호 (2018.05.11. 등록)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 진동자의 일부와 고정자의 일부를 유효하게 활용하여 스토퍼로 구성함으로써, 종래와 같이 별도의 부품을 사용하여 스토퍼를 구성하지 않아도 되는 수평형 리니어 진동발생장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 탄성체(스프링)에 진동자를 실장하는 구성(스프링 발)이 일체로 형성됨으로써, 중량체와 자석을 탄성체에 연결하기 위한 별도의 부품(도 1의 프레임) 사용을 배제할 수 있는 수평형 리니어 진동발생장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 탄성체(스프링)에 진동자를 실장하는 구성(스프링 발)이 일체로 형성됨으로써, 탄성체를 진동자 측에 용접시켜야 했던 종래 기술에서 발생하는 내구성 문제를 해소할 수 있는 수평형 리니어 진동발생장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 전기장과 자기장의 상호작용이 극대화되는 방향으로 자기력을 집중시킬 수 있도록 자기회로 구조를 개선하여 보다 향상된 진동특성과 반응속도(응답성)를 발휘하는 수평형 리니어 진동발생장치를 제공하고자 하는 것이다.
과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 실시 예에 따르면,
브라켓과 결합하여 내부에 실장공간을 형성시키는 케이스;
상기 실장공간에 실장되며, 상기 브라켓 상면의 회로기판과 전기적으로 연결되는 코일-요크 유닛을 포함하는 고정자;
상기 코일-요크 유닛에 대응되는 자석과 진동을 증폭시키는 중량체를 구비하며, 실장공간 내에서 상기 고정자에 대해 제1 방향으로 진동하는 진동자; 및
상기 케이스와 진동자 사이에 설치되며, 실장공간 내에서의 고정자에 대한 상기 진동자의 제1 방향 요동을 양 측에서 탄성 지지하는 제1, 제2 스프링;을 포함하며,
상기 제1 스프링과 제2 스프링 각각에 상기 진동자 실장을 위한 제1, 제2 스프링 발이 일체로 형성되고,
상기 제1, 제2 스프링 발 각각은 적어도 하나 이상의 가동 스토퍼를 구비하며,
상기 가동 스토퍼에 대응하여 상기 케이스와 브라켓에 적어도 하나 이상의 고정 스토퍼가 형성되며,
상호 대응되는 가동 스토퍼와 고정 스토퍼는 제1 방향에서 봤을 때 적어도 일부가 중첩되는 수평형 리니어 진동발생장치를 제공한다.
본 발명에 적용된 상기 진동자는 바람직하게, 상기 코일-요크 유닛을 사이에 두고 제1 방향으로 대향 설치되는 제1, 제2 중량체와, 상기 코일-요크 유닛을 사이에 두고 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 대향 설치되는 제1, 제2 자석을 포함하는 구성일 수 있다.
이때 상기 제1 스프링 발에 제1 중량체와 제1 자석이 실장되고, 상기 제2 스프링 발에 제2 중량체와 제2 자석이 실장될 수 있다.
또한, 상기 제1 스프링과 제1 스프링 발 경계부의 제1 스프링 내단에 상기 제1 중량체의 일면이 점 용접(Spot welding) 또는 접착제로 고정되며, 상기 제2 스프링과 제2 스프링 발 경계부의 제2 스프링 내단에 상기 제2 중량체의 일면이 점 용접(Spot welding) 또는 접착제로 고정될 수 있다.
바람직하게는, 진동 시 상기 제1 자석과 제2 자석이 제1 방향으로 이탈되지 않도록 제1 스프링 발과 제2 스프링 발 각각에는 한 쌍의 이탈방지편이 형성될 수 있다.
이때, 상기 한 쌍의 이탈방지편은 제1 스프링 발과 제2 스프링 발의 자석 실장판 일부를 절개하고 절개된 부분을 자석이 실장되는 방향으로 절곡(Bending)시켜 형성되는 구성일 수 있다.
이와는 달리, 상기 한 쌍의 이탈방지편은 제1 스프링 발과 제2 스프링 발의 상부 측판 및 하부 측판의 양단 일부를 절개하고 절개된 부분을 자석이 실장되는 방향으로 절곡(Bending)시켜 형성되는 구성일 수도 있다.
또한 상기 제1 자석과 제2 자석 각각은, 하나의 중심자석과, 상기 중심자석 양 옆에 연접하도록 설치되는 한 쌍의 보조자석으로 구성되되, 상기 제1 자석의 중심자석과 제2 자석의 중심자석은 코일-요크 유닛과 가까운 쪽이 N극이고 코일-요크 유닛과 먼 쪽이 S극이며, 각 중심자석 양 옆에 연접 설치되는 상기 한 쌍의 보조자석은 중심자석과 연접한 쪽이 N극이고 중심자석과 먼 쪽이 S극이며, 하나의 중심자석 양 옆으로 연접 배치되는 한 쌍의 보조자석과 상기 중심자석이 서로 접하는 자극면이 경사진 구성일 수 있다.
이 경우 상기 중심자석은 바람직하게, 코일-요크 유닛에서 멀어질수록 양 옆의 보조자석과 접하는 한 쌍의 자극면 사이의 간격이 좁아지는 이등변삼각형 또는 등각 사다리꼴 모양으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 적용된 상기 가동 스토퍼는 제1 스프링 발과 제2 스프링 발 각각의 일측 상단과 하단 및 반대편 타측 상단과 하단에 각각 하나씩 형성되고, 가동 스토퍼 각각에 대응되도록 상기 케이스와 브라켓에 고정 스토퍼가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 가동 스토퍼는 제1 스프링 발과 제2 스프링 발 각각의 상부 측판 및 하부 측판 양단에 형성되는 복수의 스토퍼용 날개를 케이스와 브라켓 방향으로 각각 절곡(Bending)시켜 형성되며, 상기 고정 스토퍼는 각 가동 스토퍼에 대응되는 위치의 케이스와 브라켓의 일부를 절개하고 절개된 부분을 상기 실장공간 방향으로 절곡(Bendign)시킨 구성일 수 있다.
또한, 상기 제1 스프링과 제2 스프링의 탄성이 균형을 이루는 진동자 초기 중립 위치에서 가동 스토퍼와 해당 가동 스토퍼에 대응되는 고정 스토퍼 사이의 거리(D1)를 적어도 코일-요크 유닛과 중량체 사이의 최단 거리(D2)보다 작게 함으로써, 낙하 충격 등에 의한 진동자의 오버 스트로크(Over stroke)에도 진동자가 코일-요크 유닛에 직접적으로 충돌하지 않도록 구성함이 바람직하다.
이상의 본 발명의 실시 예에 따르면, 진동자의 일부와 고정자의 일부를 유효하게 활용하여 스토퍼를 구성함으로써, 종래와 같이 별도의 부품으로 스토퍼를 구성함에 따른 문제(부품수 증가, 제품의 양산성 증대와 비용(생산 원가) 상승, 공간 활용성 저하, 콤팩트한 크기로 장치를 구현해 내기 어려운 문제 등)가 해소될 수 있다.
또한, 탄성체(스프링)에 중량체와 자석을 실장할 수 있는 구성(스프링 발)이 일체로 부가됨으로써, 중량체와 자석을 탄성체에 연결하기 위한 종래 프레임과 같은 별도의 부품 사용을 배제할 수 있다. 이에 따라 제품 소형화 및 생산성 개선을 도모할 수 있으며, 별도 부품 사용이 배제되는 만큼 생산 단가를 낮출 수 있어 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.
또한, 탄성체(스프링)에 진동자를 실장하는 구성(스프링 발)이 일체로 형성됨으로 인하여, 탄성체와 진동자 사이의 결속력이 일층 증대되고 탄성체와 진동자를 용접으로 결합시킴에 따른 종래 기술의 내구성 문제도 명확하게 해소할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 진동자가 낙하 충격 등에 의해 오버 스트로크(Over stroke) 되더라도 한 쌍의 스토퍼에 의해 진동자와 코일-요크 유닛 간 직접적인 충돌이 방지됨으로써, 낙하 충격 등에 의한 부품(진동자와 코일-요크 유닛) 간 충돌로 인한 이상 소음 및 진동, 그리고 장치를 구성하는 핵심 부품(예컨대, 코일-요크 유닛)의 파손을 원천적으로 방지할 수 있다.
또한, 스프링 발의 일부 및 케이스와 브라켓의 일부를 서로를 향하도록 절곡시켜 가동 스토퍼와 고정 스토퍼를 구성함으로써, 진동자와 케이스 및 진동자와 브라켓 사이의 에어 갭(Air gap)이 줄고, 에어 갭이 준 만큼 진동자가 어느 한 방향으로 이동할 때 공기 저항이 줄어, 에어 갭에 의한 공기 저항이 진동자의 진동 특성에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있다.
또한 본 발명은, 제1, 제2 자석이 고정자의 측면에 대면해서 힘을 받는 구조이기 때문에 진동자가 힘을 받은 구간이 길어져 진동 특성이 양호하게 발휘되며, 독특한 영구자석 배열에 따른 자기회로적 특성(코일과 대면하는 측의 자력이 증대되는 특성)으로 인하여 더 큰 진동을 발생시킬 수 있으며 반응속도(응답성)도 빠른 장점이 있다.
도 1은 종래 선형 진동발생장치의 대표적인 일례를 도시한 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수평형 리니어 진동발생장치의 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수평형 리니어 진동발생장치의 분해 사시도.
도 4는 도 2의 수평형 리니어 진동발생장치를 A-A선 방향에서 바라본 단면도.
도 5는 도 2의 수평형 리니어 진동발생장치를 B-B선 방향에서 바라본 단면도.
도 6은 스프링 발을 일체로 구비하는 도 2의 스프링을 확대 도시한 사시도.
도 7은 스프링 발을 일체로 구비하는 스프링의 변형 예를 도시한 도면.
도 8은 도 2의 수평형 리니어 진동발생장치를 C-C선과 D-D선 방향에서 바라본 단면도.
도 9는 가동 스토퍼 및 고정 스토퍼에 의한 진동자의 이동 제한을 설명하기 위한 본 발명의 작동 상태도.
도 10은 진동자의 자석과 고정자인 코일-요크 유닛으로 구성되는 자기회로의 바람직한 실시 예를 도시한 도면.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 자세히 살펴보기로 한다.
명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 본 발명의 설명에서, "대략(substantially)"이라는 용어는, 인용된 특성, 파라미터 또는 값이 정확하게 달성될 필요는 없으며, 허용오차, 측정 오류, 측정 정확성 한계 및 당업자에게 알려진 다른 요소들을 포함하는 편차 또는 변화, 특성이 제공하고자 하는 효과를 제외하지 않는 정도로 이해되어야 한다.
이후 설명될 본 실시 예들은 "휴대 가능한 사용자 기기"에 적용되는 것으로, 휴대 단말기는 휴대 가능한 사용자 기기를 지칭한다. 그러나 이는 단지 일반적인 용어이며, 본 실시 예는 이동 전화기, 손바닥 크기(palm sized) 개인용 컴퓨터(PC), 개인용 통신 시스템(PCS: Personal Communication System), 개인용 디지털 어시스턴트(PDA: Personal Digital Assistant), 휴대용 PC(HPC: Hand-held PC), 스마트 폰(smart phone), 무선 LAN(Local Area Network) 단말기, 랩탑 컴퓨터, 넷북(netbook), 태블릿 피씨(tablet personal computer), 모바일 외 게임기, VR 기기(Virtual Reality), 차량 등 중 다양한 기기 또는 분야에 적용 가능함을 밝혀 둔다.
따라서 "휴대 가능한 사용자 기기"라는 용어를 이용하는 것은 본 실시 예의 적용을 특정 유형의 장치로 한정하는데 이용되어서는 안 된다.
이하 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명을 설명하기에 앞서 이후 사용될 방향관련 용어에 대해 다음과 같이 정의하기로 한다. 이하 사용되는 방향 용어 중 제1 방향은 도면상 진동발생장치의 길이방향, 좀 더 구체적으로는 고정자에 대해 진동자가 진동하는 방향으로 정의하고, 제2 방향은 같은 평면 상에서 상기 제1 방향과 직교하는 방향으로서 진동발생장치의 폭방향으로 정의한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수평형 리니어 진동발생장치의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수평형 리니어 진동발생장치의 분해 사시도이다. 그리고 도 4는 도 2의 수평형 리니어 진동발생장치를 A-A선 방향에서 바라본 단면도이며, 도 5는 도 2의 수평형 리니어 진동발생장치를 B-B선 방향에서 바라본 단면도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수평형 리니어 진동발생장치는 크게, 진동자(10)와 고정자(20)로 구성될 수 있다. 여기서 진동자(10)와 고정자(20)는 서로 상대적인 개념으로서, 고정자(20)는 상기 진동자(10)에 대해 고정되는 부분을 의미하고, 상기 진동자(10)는 고정자(20)에 대해서 진동하는 부분을 의미한다.
진동자(10)는 장치 외형을 구성하는 케이스(30) 내에 설치되며 고정자(20)와 상호작용(Interaction)으로 제1 방향에 대하여 운동방향이 주기적으로 바뀌는 직선운동을 한다. 진동자(10)와 상기 케이스(30)의 사이에는 운동방향이 주기적으로 바뀌는 진동자(10)의 제1 방향 직선운동을 탄성 지지하는 제1, 제2 스프링(40L, 40R)이 개재된다.
케이스(30)는 도면의 예시와 같이, 제2 방향 폭에 비해 제1 방향 길이가 긴 평면 모양이 직사각형이며 하부가 개구된 직육면체 구조일 수 있으며, 그 개구된 하부에는 브라켓(34)이 결합된다. 케이스(30) 및 그 하부에서 결합되는 브라켓(34)에 의해 내부에 실장공간이 형성되며, 이처럼 형성된 실장공간에 상기 진동자(10)와 고정자(20), 그리고 스프링(40L, 40R)이 실장된다.
고정자(20)는 상기 브라켓(34) 상에 탑재되어 실장공간 중앙에 위치하도록 고정되며, 브라켓(34)과 고정자(20) 사이의 상기 브라켓(34) 상면에는 진동자(10)를 구성하는 자석(12A, 12B)과 고정자(20)의 코일-요크 유닛(21) 사이의 상호 작용으로 진동이 발생하도록 코일-요크 유닛(21)을 구성하는 코일(22)에 외부로부터 교류 전류를 공급하는 회로기판(50)이 배치된다.
고정자(20)는 코일-요크 유닛(21)을 포함한다. 코일-요크 유닛(21)은 브라켓(34) 상면의 회로기판(50)과 전기적으로 연결되는 코일(22)과, 그 외면 일부를 상기 코일(22)이 감싸도록 구성되는 자성체인 요크(24L, 24R)를 포함한다. 이때 요크(24L, 24R)는 제1 방향에 대해 코일(22)을 중심으로 대향되는 배치를 이루도록 한 쌍으로 구성될 수 있다.
요크(24L, 24R)는 코일(22)에 둘러싸인 요크 코어(240)와, 코일(22)의 권선영역을 구획하는 요크 엔드(242)로 구성될 수 있다. 그리고 한 쌍의 요크(24L, 24R)와 코일(22)로 구성된 코일-요크 유닛(21)은 코일 가이드(26)에 의해 브라켓(34)으로부터 부양된 상태로 케이스(30)와 브라켓(34)이 형성하는 상기 실장공간의 중앙에 위치하도록 설치된다.
코일 가이드(26)는 도면의 예시와 같이, 상하 2 분할된 구성으로 이루어져 2 분할된 코일 가이드의 상부 파트와 하부 파트가 브라켓(34)의 중앙부와 케이스(30) 상면 중앙부에 돌기-홀(부호 생략) 결합구조로 각각 고정되는 구성일 수 있다. 또한 상하로 분할된 상부 파트와 하부 파트 각각에는 요크(24L, 24R)를 구속하는 요홈(부호 생략)이 형성될 수 있다.
요크(24L, 24R)는 코일(22)에 전류가 인가될 때 발생하는 자기력선을 한 방향으로 집중시키는 역할을 한다. 또한 코일(22)에 인가되는 전원, 구체적으로는 교류 전류의 방향에 따라 교대로 N극과 S극으로 자화된다. 이에 따라, 교대로 N극과 S극으로 자화되는 코일-요크 유닛(21)과 후술하는 제1, 제2자석(12A, 12B) 간 상호작용(인력과 척력)으로 진동이 발생된다.
진동자(10)는 상기 코일-요크 유닛(21)에 대응되는 자석과 중량체를 포함한다. 중량체는 구체적으로, 코일-요크 유닛(21)을 사이에 두고 제1 방향으로 대향 배치되는 제1, 제2 중량체(16L, 16R)로 구성되며, 자석은 코일-요크 유닛(21)의 양측에서 이와 나란하게 위치하는, 즉 코일-요크 유닛(21)을 사이에 두고 제2 방향으로 대향 배치되는 제1, 제2 자석(12A, 12B)으로 구성될 수 있다.
케이스(30)와 진동자(10) 사이에는 제1, 제2 스프링(40L, 40R)이 설치된다. 제1, 제2 스프링(40L, 40R)은 앞서 언급한 바와 같이, 고정자(20)에 대한 상기 진동자(20)의 제1 방향 요동을 양 측에서 탄성 지지하며, 장치 동작 시 교대로 압축과 인장되면서 진동자(10)를 초기 중립 위치로 되돌리려는 복원력을 발생시킨다. 또한 진동자(10)의 진폭을 소정거리로 제한하는 역할도 한다.
제1, 제2 스프링(40L, 40R) 각각에는 제1, 제2 스프링 발(42L, 42R)이 일체로 형성된다. 두 스프링 발(42L, 42R)은 코일-요크 유닛(21)을 사이로 제2 방향에 대해 대향 배치되며 제1 방향을 따라 반대편 스프링 방향으로 각각 연장되는 구성을 갖고, 제1 스프링(40L)과 제1 스프링 발(42L), 제2 스프링(40R)과 제2 스프링 발(42R)에 의해 구획되는 직사각형 모양의 수납공간에 진동자(10)가 수납된다.
제1 스프링 발(42L)과 제2 스프링 발(42R)은 진동자(10)의 제2 방향 일 측면과 대향부 타 측면 일부를 감싸는 형태로 진동자(10)와 결합된다. 제1 중량체(16L)와 제1 자석(12A)이 제1 스프링 발(42L)에 실장되고, 제2 중량체(16R)와 제2 자석(12B)이 제2 스프링 발(42R)에 실장되는 구조로 스프링 발(42L, 42R)에 진동자(10)의 일부가 결합될 수 있다.
제1 중량체(16L)의 일면은 제1 스프링(40L)과 제1 스프링 발(42L) 경계부의 제1 스프링(40L) 내단에 점 용접(Spot welding) 또는 접착제를 통해 고정될 수 있다. 마찬가지로, 제2 중량체(16R)의 일면은 상기 제2 스프링(40R)과 제2 스프링 발(42R) 경계부의 제2 스프링(40R) 내단에 점 용접(Spot welding) 또는 접착제를 통해 고정될 수 있다.
도 6은 스프링 발을 일체로 구비하는 상기 스프링을 확대 도시한 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1, 제2 스프링(40L, 40R)에 일체로 형성된 제1, 제2 스프링 발(42L, 42R) 각각에는 이탈방지편(43-1)이 한 쌍씩 구성된다. 스프링 발 각각에 한 쌍으로 구성된 상기 이탈방지편(43-1)은 진동자(10)가 고정자(20)에 대해 제1 방향으로 진동할 때 각각의 스프링 발에 실장된 자석(12A, 12B)이 진동 방향으로 이탈되지 않도록 저지하는 역할을 한다.
또한, 상기 이탈방지편(43-1)은 정해진 장착 위치에 자석(12A, 12B)이 정확히 실장될 수 있도록 안내하는 조립 가이드 역할도 겸한다. 이러한 이탈방지편(43-1)은 제1 스프링 발(42L)과 제2 스프링 발(42R)의 자석 실장판(420)의 일부를 절개하고 절개된 부분을 자석이 실장되는 방향으로 대략 90도 절곡(Bending)시키는 펀칭 또는 프레싱 공정을 통해 일괄 형성일 수 있다.
도 7은 스프링 발을 일체로 구비하는 스프링의 변형 예를 나타낸다.
도 7의 (a)와 같이, 이탈방지편(43-2)은 제1 스프링 발(42L)과 제2 스프링 발(42R)의 자석 실장판(420) 가장자리 일부를 절개하고 절개된 부분을 자석이 실장되는 방향으로 대략 90도 절곡시킨 형태로도 변경 가능하며, 도 7의 (b)와 제1, 제2 스프링 발(42L, 42R)의 상부 측판(422) 및 하부 측판(424)의 양단 일부를 절개하고 절개된 부분을 자석이 실장되는 방향으로 절곡시킨 구성(43-3)일 수도 있다.
도 8은 도 2의 수평형 리니어 진동발생장치를 C-C선 및 D-D선 방향에서 바라본 단면도이다.
도 8 및 앞선 도 3과 도 6을 함께 참조하면, 제1, 제2 스프링 발(42L, 42R) 각각에는 적어도 하나 이상의 가동 스토퍼(44L, 44R)가 구비된다. 또한 케이스(30)와 브라켓(34)에는 상기 가동 스토퍼(44L, 44R)에 대응하여 적어도 하나 이상의 고정 스토퍼(35, 36)가 형성된다. 이때 상호 대응되는 가동 스토퍼(44L, 44R)와 고정 스토퍼(35, 36)는 제1 방향에서 봤을 때 적어도 일부가 중첩되도록 구성된다.
가동 스토퍼(44L, 44R)는 바람직하게, 제1 스프링 발(42L)과 제2 스프링 발(42R) 각각의 일측 상단과 하단 및 반대편 타측 상단과 하단에 각각 하나씩 형성되는 구조로 총 8개가 구성될 수 있다. 그리고 상기 케이스(30)와 브라켓(34) 각각에는 위와 같이 총 8개로 구성된 가동 스토퍼(44L, 44R) 각각에 하나씩 대응되도록 고정 스토퍼(35, 36)가 4개씩 구성될 수 있다.
가동 스토퍼(44L, 44R)는 제1, 제2 스프링 발(42L, 42R) 각각의 상부 측판(422) 및 하부 측판(424) 양단에 형성되는 복수의 스토퍼용 날개(46)를 케이스(30)와 브라켓(34) 방향으로 각각 대략 90도 절곡시킨 구성일 수 있고, 고정 스토퍼(35, 36)는 각 가동 스토퍼(44L, 44R)에 대응되는 위치의 케이스(30)와 브라켓(34)의 일부를 절개하고 절개된 부분을 실장공간 방향으로 대략 90도 절곡시킨 구성일 수 있다.
이처럼 스프링 발의 일부 및 케이스(30)와 브라켓(34)의 일부를 서로를 향하도록 절곡시켜 가동 스토퍼(44L, 44R)와 고정 스토퍼(35, 36)를 구성하면, 진동자(10)와 케이스(30) 및 진동자(10)와 브라켓(34) 사이의 에어 갭(Air gap)이 줄게 되고, 에어 갭이 준 만큼 진동자(10)가 어느 한 방향으로 이동할 때 공기 저항이 줄게 된다. 결과적으로, 에어 갭에 따른 공기 저항이 진동자(10)의 진동 특성에 미치는 악영향이 크게 줄게 된다.
도 8의 도시와 같은 진동자(10) 미작동 상태, 좀 더 구체적으로는 제1 스프링(40L)과 제2 스프링(40R)의 탄성이 균형을 이루는 진동자(10) 초기 중립 위치(전원 미인가 상태)에서, 상기 가동 스토퍼(44L, 44R)와 해당 가동 스토퍼(44L, 44R)에 대응되는 고정 스토퍼(35, 36) 사이의 거리(D1)는 적어도 코일-요크 유닛(21)과 중량체(16L 또는 16R) 사이의 최단 거리(D2)보다 작게 설정될 수 있다.
제1, 제2 스프링(40L, 40R)의 탄성이 균형을 이루는 전원 미인가 상태에서, 가동 스토퍼(44L, 44R)와 해당 가동 스토퍼(44L, 44R)에 대응되는 고정 스토퍼(35, 36) 사이의 거리(D1)를 적어도 코일-요크 유닛(21)과 중량체(16L 또는 16R) 사이의 최단 거리(D2)보다 작게 하면, 낙하 충격 등으로 진동자(10)가 오버 스트로크(Over stroke) 되더라도 진동자(10)와 코일-요크 유닛(21) 간 직접적인 충돌이 방지된다.
즉 낙하 충격 등에 의해 진동자(10)가 정상범위의 진동구간을 벗어나 어느 한 방향으로 과하게 이동되더라도 도 9의 작동 상태도와 같이, 진동자(10) 일측의 중량체(16L)가 코일-요크 유닛(21)에 충돌하기 전 진동자(10)가 이동된 방향에 위치한 가동 스토퍼(44L, 44R)가 대응되는 고정 스토퍼(35, 36)에 먼저 닿아 더 이상 진동자(10)가 이동할 수 없게 되고, 따라서 진동자(10)와 코일-요크 유닛(21) 간 직접적인 충돌은 발생하지 않는 것이다.
도 10은 진동자의 자석과 고정자인 코일-요크 유닛으로 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 수평형 리니어 진동발생장치의 자기회로를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 진동자(10)를 구성하는 두 개의 자석(12A, 12B)은 각각, 하나의 중심자석(120)과, 중심자석(120) 양 옆에 연접 설치되는 한 쌍의 보조자석(122L, 122R)을 포함한다. 이때 하나의 중심자석(120) 양 옆으로 연접 배치되는 한 쌍의 보조자석(122L, 122R)과 상기 중심자석(120)이 서로 접하는 자극면(121)은 경사진 구성일 수 있다.
제1 자석(12A)의 중심자석(120)과 제2 자석(12B)의 중심자석(120)은 코일-요크 유닛(21)과 가까운 쪽이 N극이고 반대편 코일-요크 유닛(21)과 먼 쪽이 S극이며, 각 중심자석(120) 양 옆에 연접 설치되는 상기 한 쌍의 보조자석(122L, 122R)은 중심자석(120)과 연접한 쪽(자극면(121)에 가까운 쪽)이 N극이고 반대편 중심자석(120)과 먼 쪽에 S극이 위치한다.
중심자석(120)은 도면에 예시한 바와 같이, 코일-요크 유닛(21)에서 멀어질수록 양 옆의 보조자석(122L, 122R)과 접하는 한 쌍의 자극면(121) 사이의 간격이 좁아지는 이등변삼각형 또는 등각 사다리꼴 모양으로 형성될 수 있다.
이처럼 중심자석(120)의 자기장이 고정자를 향하고 보조자석(122L, 122R)의 자기장이 중심자석(120)을 향하도록 배열하면, 중심자석(120)이 보조자석(122L, 122R)의 자속을 코일 측으로 밀어내는 효과가 발현되며, 이에 따라 제1, 제2 자석(12A, 12B) 각각의 일측(코일-요크 유닛(21)과 마주하는 측)의 자속 밀도는 증가하고 반대편 타측의 자속 밀도는 상대적으로 줄어들게 된다.
즉 중심자석(120)의 자기장 방향이 코일을 향하고 보조자석(122L, 122R)의 자기장 방향이 중심자석(120)을 향하는 할바흐 배열(Halbach array)로 인하여, 코일-요크 유닛(21) 반대편 영역(②) 자속 밀도는 할바흐 배열에 따른 자기력선 사이의 상호 간섭 효과에 의해 상쇄되어 크게 감소하며, 코일-요크 유닛(21)과 마주하는 영역(①)이 자속 밀도는 반대로 증가하게 된다.
그 결과 실질적으로 코일-요크 유닛(21)과 상호작용을 통해 진동력을 발생시키는 영역(①)의 자기력의 세기는 증대되고, 증대된 자기력과 코일-요크 유닛(21)의 기자력 간 상호작용에 따른 힘(Drive force)이 커져 고정자(20)에 대한 진동자(10)의 흡인 및 반발, 그리고 추진력이 향상된다. 결과적으로, 진동력이 커지고 반응속도(응답성)가 빨라지게 된다.
이상의 본 발명의 실시 예에 따르면, 진동자의 일부와 고정자의 일부를 유효하게 활용하여 스토퍼를 구성함으로써, 종래와 같이 별도의 부품으로 스토퍼를 구성함에 따른 문제(부품수 증가, 제품의 양산성 증대와 비용(생산 원가) 상승, 공간 활용성 저하, 콤팩트한 크기로 장치를 구현해 내기 어려운 문제 등)가 해소될 수 있다.
또한, 탄성체(스프링)에 중량체와 자석을 실장할 수 있는 구성(스프링 발)이 일체로 부가됨으로써, 중량체와 자석을 탄성체에 연결하기 위한 종래 프레임과 같은 별도의 부품 사용을 배제할 수 있다. 이에 따라 제품 소형화 및 생산성 개선을 도모할 수 있으며, 별도 부품 사용이 배제되는 만큼 생산 단가를 낮출 수 있어 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.
또한, 탄성체(스프링)에 진동자를 실장하는 구성(스프링 발)이 일체로 형성됨으로 인하여, 탄성체와 진동자 사이의 결속력이 일층 증대되고 탄성체와 진동자를 용접으로 결합시킴에 따른 종래 기술의 내구성 문제도 명확하게 해소할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 진동자가 낙하 충격 등에 의해 오버 스트로크(Over stroke) 되더라도 한 쌍의 스토퍼에 의해 진동자와 코일-요크 유닛 간 직접적인 충돌이 방지됨으로써, 낙하 충격 등에 의한 부품(진동자와 코일-요크 유닛) 간 충돌로 인한 이상 소음 및 진동, 그리고 장치를 구성하는 핵심 부품(예컨대, 코일-요크 유닛)의 파손을 원천적으로 방지할 수 있다.
또한, 스프링 발의 일부 및 케이스와 브라켓의 일부를 서로를 향하도록 절곡시켜 가동 스토퍼와 고정 스토퍼를 구성함으로써, 진동자와 케이스 및 진동자와 브라켓 사이의 에어 갭(Air gap)이 줄고, 에어 갭이 준 만큼 진동자가 어느 한 방향으로 이동할 때 공기 저항이 줄어, 에어 갭에 의한 공기 저항이 진동자의 진동 특성에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있다.
또한 본 발명은, 제1, 제2 자석이 고정자의 측면에 대면해서 힘을 받는 구조이기 때문에 진동자가 힘을 받은 구간이 길어져 진동 특성이 양호하게 발휘되며, 독특한 영구자석 배열에 따른 자기회로적 특성(코일과 대면하는 측의 자력이 증대되는 특성)으로 인하여 더 큰 진동을 발생시킬 수 있으며 반응속도(응답성)도 빠른 장점이 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 진동자
12 A, 12B : 제1, 제2 자석
14L, 14R : 제1, 제2 컵 플레이트
16L, 16R : 제1, 제2 중량체
20 : 고정자
21 : 코일-요크 유닛
22 : 코일
24L, 24R : 요크
26 : 코일 가이드
30 : 케이스
34 : 브라켓
33, 36 : 고정 스토퍼
40L, 40R : 제1, 제2 스프링
42L, 42R : 제1, 제2 스프링 발
43-1 ~ 43- 3 : 이탈방지편
44L, 44R : 가동 스토퍼
46 : 스토퍼용 날개
50 : 회로기판
120 : 중심자석
121 : 경사진 자극면
122 : 보조자석
240 : 요크 코어
242 : 요크 엔드

Claims (12)

  1. 브라켓과 결합하여 내부에 실장공간을 형성시키는 케이스;
    상기 실장공간에 실장되며, 상기 브라켓 상면의 회로기판과 전기적으로 연결되는 코일-요크 유닛을 포함하는 고정자;
    상기 코일-요크 유닛에 대응되는 자석과 진동을 증폭시키는 중량체를 구비하며, 실장공간 내에서 상기 고정자에 대해 제1 방향으로 진동하는 진동자; 및
    상기 케이스와 진동자 사이에 설치되며, 실장공간 내에서의 고정자에 대한 상기 진동자의 제1 방향 요동을 양 측에서 탄성 지지하는 제1, 제2 스프링;을 포함하며,
    상기 제1 스프링과 제2 스프링 각각에 상기 진동자를 실장하기 위한 제1, 제2 스프링 발이 일체로 형성되고,
    상기 제1, 제2 스프링 발 각각은 적어도 하나 이상의 가동 스토퍼를 구비하며,
    상기 가동 스토퍼에 대응하여 상기 케이스와 브라켓에 적어도 하나 이상의 고정 스토퍼가 형성되고,
    상호 대응되는 가동 스토퍼와 고정 스토퍼는 제1 방향에서 봤을 때 적어도 일부가 중첩되는 수평형 리니어 진동발생장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동자는,
    상기 코일-요크 유닛을 사이에 두고 제1 방향으로 대향 설치되는 제1, 제2 중량체와,
    상기 코일-요크 유닛을 사이에 두고 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 대향 설치되는 제1, 제2 자석을 포함하는 수평형 리니어 진동발생장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 스프링 발에 제1 중량체와 제1 자석이 실장되며,
    상기 제2 스프링 발에 제2 중량체와 제2 자석이 실장되는 수평형 리니어 진동발생장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 스프링과 제1 스프링 발 경계부의 제1 스프링 내단에 상기 제1 중량체의 일면이 점 용접(Spot welding) 또는 접착제로 고정되며,
    상기 제2 스프링과 제2 스프링 발 경계부의 제2 스프링 내단에 상기 제2 중량체의 일면이 점 용접(Spot welding) 또는 접착제로 고정되는 수평형 리니어 진동발생장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    진동 시 상기 제1 자석과 제2 자석이 제1 방향으로 이탈되지 않도록 제1 스프링 발과 제2 스프링 발 각각에 한 쌍의 이탈방지편이 형성된 수평형 리니어 진동발생장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 이탈방지편은 제1 스프링 발과 제2 스프링 발의 자석 실장판 일부를 절개하고 절개된 부분을 자석이 실장되는 방향으로 절곡(Bending)시켜 형성되는 수평형 리니어 진동발생장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 이탈방지편은 제1 스프링 발과 제2 스프링 발의 상부 측판 및 하부 측판의 양단 일부를 절개하고 절개된 부분을 자석이 실장되는 방향으로 절곡(Bending)시켜 형성되는 수평형 리니어 진동발생장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 자석과 제2 자석 각각은,
    하나의 중심자석과,
    상기 중심자석 양 옆에 연접하도록 설치되는 한 쌍의 보조자석으로 구성되되,
    상기 제1 자석의 중심자석과 제2 자석의 중심자석은 코일-요크 유닛과 가까운 쪽이 N극이고 코일-요크 유닛과 먼 쪽이 S극이며,
    각 중심자석 양 옆에 연접 설치되는 상기 한 쌍의 보조자석은 중심자석과 연접한 쪽이 N극이고 중심자석과 먼 쪽이 S극이며,
    하나의 중심자석 양 옆으로 연접 배치되는 한 쌍의 보조자석과 상기 중심자석이 서로 접하는 자극면이 경사진 수평형 리니어 진동발생장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 중심자석은 코일-요크 유닛에서 멀어질수록 양 옆의 보조자석과 접하는 한 쌍의 자극면 사이의 간격이 좁아지는 이등변삼각형 또는 등각 사다리꼴 모양으로 형성된 수평형 리니어 진동발생장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동 스토퍼는 제1 스프링 발과 제2 스프링 발 각각의 일측 상단과 하단 및 반대편 타측 상단과 하단에 각각 하나씩 형성되고,
    가동 스토퍼 각각에 하나씩 대응되도록 상기 케이스와 브라켓에 고정 스토퍼가 형성되는 수평형 리니어 진동발생장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가동 스토퍼는 제1 스프링 발과 제2 스프링 발 각각의 상부 측판 및 하부 측판 양단에 형성된 복수의 스토퍼용 날개를 케이스와 브라켓 방향으로 각각 절곡(Bending)시켜 형성되며,
    상기 고정 스토퍼는 각 가동 스토퍼에 대응되는 위치의 케이스와 브라켓의 일부를 절개하고 절개된 부분을 상기 실장공간 방향으로 절곡(Bendign)시켜 형성되는 수평형 리니어 진동발생장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    제1 스프링과 제2 스프링의 탄성이 균형을 이루는 진동자 초기 중립 위치에서 가동 스토퍼와 해당 가동 스토퍼에 대응되는 고정 스토퍼 사이의 거리(D1)는 적어도 코일-요크 유닛과 중량체 사이의 최단 거리(D2)보다 작은 수평형 리니어 진동발생장치.
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