KR20220101737A

KR20220101737A - 진동 운동 생성용 트랜스듀서

Info

Publication number: KR20220101737A
Application number: KR1020227022311A
Authority: KR
Inventors: 니콜라스 이노우에
Original assignee: 니콜라스 이노우에
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2022-07-19
Also published as: WO2021105456A1; CN114901403B; GB201917525D0; GB2591982A; JP2023504483A; EP4065292A1; US11996752B2; US20230117699A1; CN114901403A

Abstract

진동 운동 생성용 트랜스듀서
본 명세서는 전기 신호를 진동 운동으로 변환하도록 구성된 트랜스듀서를 설명한다. 트랜스듀서는 축방향 자화(axially-magnetised) 왕복 자석의 대향 측면에 위치한 제1 및 제2 축방향 자화 고정 자석 사이에 자기적으로 부유된(magnetically suspended) 축방향 자화 왕복 자석을 포함하는데, 축방향 자화 왕복 자석은 왕복 자석이 내부 경계와 외부 경계를 가지도록 하는 개구(aperture)를 포함한다. 트랜스듀서는 두 쌍 이상의 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드를 더 포함하는데, 두 쌍 이상의 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드는 왕복 자석을 구동하여 제1 및 제2 축방향 자화 고정 자석 사이의 부피에서 왕복하도록 구성된다. 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드 쌍 중 각 쌍의 제1 솔레노이드는 외부 경계보다 내부 경계에서 왕복 자석에 더 많은 영향을 미치도록 배치되고, 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드 쌍 중 각 쌍의 제2 솔레노이드는 내부 경계보다 외부 경계에서 왕복 자석에 더 많은 영향을 미치도록 배치된다.

Description

진동 운동 생성용 트랜스듀서

본 명세서는 일반적으로 진동 운동을 생성하기 위한 트랜스듀서(transducer)에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 명세서는 신발과 같은 휴대용 애플리케이션에 포함되기에 적합한 트랜스듀서에 관한 것이다.

진동을 이용하여 인간의 촉각을 자극하는 것은 햅틱(Haptic) 기술의 영역이다. 점점 더 많은 제품이 햅틱을 포함하도록 발전함에 따라, 작고 효율적이면서도 우수한 저주파 응답을 제공할 수 있는 트랜스듀서에 대한 요구가 있다.

인간의 발은 터치에 특히 민감하기 때문에 햅틱 신발(즉, 착용자의 발에 진동을 전달할 수 있는 신발)의 제공이 특히 바람직하다. 하지만, 우수한 저주파 응답을 제공하는 트랜스듀서는 일반적으로 신발에 사용하기에는 크기나 모양 면에서 적합하지 않다.

본 발명은 청구항에 의해 정의된다.

제1 측면에서, 본 명세서는 전기 신호를 진동 운동으로 변환하도록 구성된 트랜스듀서를 설명한다. 트랜스듀서는 축방향 자화(axially-magnetised) 왕복 자석의 대향 측면에 위치한 제1 및 제2 축방향 자화 고정 자석 사이에 자기적으로 부유된(magnetically suspended) 축방향 자화 왕복 자석을 포함하는데, 축방향 자화 왕복 자석은 왕복 자석이 내부 경계와 외부 경계를 가지도록 하는 개구(aperture)를 포함한다. 트랜스듀서는 동심으로 배치된 두 쌍 이상의 전자기 솔레노이드를 더 포함하는데, 동심으로 배치된 두 쌍 이상의 전자기 솔레노이드는 왕복 자석을 구동하여 제1 및 제2 축방향 자화 고정 자석 사이의 부피에서 왕복하도록 구성된다. 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드 쌍 각각 중 제1 솔레노이드는 외부 경계보다 내부 경계에서 왕복 자석에 더 많은 영향을 미치도록 배치되고, 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드 쌍 각각 중 제2 솔레노이드는 내부 경계보다 외부 경계에서 왕복 자석에 더 많은 영향을 미치도록 배치된다. 축방향 자화 왕복 자석의 왕복 축을 따라 봤을 때, 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드 쌍 각각 중 상기 제1 솔레노이드는 상기 왕복 자석의 상기 개구 내에 위치할 수 있고, 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드 쌍 각각 중 제2 솔레노이드는 왕복 자석의 외부 경계 바깥에 위치할 수 있다.

트랜스듀서는 중앙 가이드 부재를 포함할 수 있는데, 왕복 링 자석이 구동되어 왕복하는 부피는 중앙 가이드 부재를 둘러싸고, 중앙 가이드 부재는 왕복 자석의 개구를 통해 연장되고, 두 쌍 이상의 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드는 왕복 자석을 구동하여 중앙 가이드 부재의 길이방향을 따라 왕복하도록 구성된다. 트랜스듀서는 왕복 자석이 구동되어 왕복하는 부피를 둘러싸고 외부 경계를 형성하는 외부 가이드 부재를 더 포함할 수 있다. 왕복 자석의 내부 경계에 인접한 중앙 가이드 부재의 외부 표면과 왕복 자석의 외부 경계에 인접한 외부 가이드 부재의 내부 표면은, 왕복 자석과 외부 가이드 부재의 중앙부 사이의 마찰을 줄이는 물질로 형성될 수 있다. 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드 쌍 각각 중 제2 솔레노이드는 외부 가이드 부재 내에 위치하거나 그 일부를 형성할 수 있다. 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드 쌍 각각 중 제1 솔레노이드는 중앙 가이드 부재 내에 위치하거나 그 일부를 형성할 수 있다.

중앙 가이드 부재는 중앙 가이드 부재의 제1 단부와 중앙 가이드 부재의 제2 단부 사이의 중앙 가이드 부재의 중앙 영역을 유체가 통과하도록 하는 중앙 가이드 부재의 중앙 영역을 통해 연장되는 중앙 가이드 부재 유체 채널을 포함할 수 있다.

트랜스듀서는 축방향 자화 왕복 자석이 구동되어 왕복하는 부피와 중앙 가이드 부재 유체 채널의 제1 단부 사이를 유체가 통과하게 하도록 구성된 하나 이상의 제2 유체 채널을 포함할 수 있다. 트랜스듀서는 축방향 자화 왕복 자석이 구동되어 왕복하는 부피와 중앙 가이드 부재 유체 채널의 제2 단부 사이를 유체가 흐르게 하도록 구성된 하나 이상의 제3 유체 채널을 포함할 수 있다. 트랜스듀서는 기밀하게(hermetically) 밀봉될 수 있다.

트랜스듀서는 축방향 자화 고정 자석과 왕복 자석 사이에 제공된 충격 흡수 물질을 포함할 수 있다. 충격 흡수 물질은 왕복 자석과 대향하는 축방향 자화 고정 자석의 표면상에 제공될 수 있다. 대안적으로, 충격 흡수 물질은 축방향 자화 고정 자석과 대향하는 왕복 자석의 표면상에 제공될 수 있다.

트랜스듀서의 자석으로부터 트랜스듀서 주변의 환경을 자기적으로 차폐하는 자기 차폐를 포함할 수 있다.

왕복 자석은: 제1 축방향 자화 고정 자석에 대향하는 제1 주 표면; 제2 축방향 자화 고정 자석에 대향하는 제2 주 표면; 왕복 자석의 내부 경계에서 제1 및 제2 주 표면 사이에 연장되는 내부 표면; 및 왕복 자석의 외부 경계에서 제1 및 제2 주 표면 사이에 연장되는 외부 표면을 포함할 수 있다. 또한: 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드의 쌍 중 제1 쌍의 제1 솔레노이드의 에지는 제1 주 표면과 내부 표면을 연결하는 왕복 자석의 에지에 인접하게 배치될 수 있고; 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드의 쌍 중 제2 쌍의 제1 솔레노이드의 에지는 제2 주 표면과 내부 표면을 연결하는 왕복 자석의 에지에 인접하게 배치될 수 있고; 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드의 쌍 중 제1 쌍의 제2 솔레노이드의 에지는 제1 주 표면과 외부 표면을 연결하는 왕복 자석의 에지에 인접하게 배치될 수 있고; 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드의 쌍 중 제2 쌍의 제2 솔레노이드의 에지는 제2 주 표면과 외부 표면을 연결하는 왕복 자석의 에지에 인접하게 배치될 수 있다.

제2 측면에서, 본 명세서는 제1 측면을 참조하여 설명된 트랜스듀서를 포함하는 신발류 아이템을 설명한다. 신발류 아이템은 트랜스듀서에 인접하여 배치되고 전기 신호를 트랜스듀서에 제공하도록 구성된 증폭기를 더 포함할 수 있다. 신발류 아이템은 트랜스듀서에 제공되는 전기 신호가 생성되는 것에 기반하여 무선 신호를 수신하기 위한 트랜시버 및 배터리를 포함하는 착탈식 모듈을 더 포함할 수 있다.

제 3 측면에서, 본 명세서는 제1 진동 장치 및 제2 진동 장치를 포함하는 촉각 자극 시스템을 설명한다. 제1 진동 장치는: 제1 전기 신호를 진동 운동으로 변환하도록 구성된 제1 트랜스듀서; 제1 통신 프로토콜을 통해 송신된 제1 데이터 신호를 무선으로 수신하도록 구성된 제1 무선 수신기; 상이한 제2 통신 프로토콜을 통해 제2 데이터 신호를 무선으로 송신하도록 구성된 제1 무선 송신기; 및 무선으로 수신된 제1 데이터 신호에 기반하여 제1 전기 신호를 생성하여 제1 트랜스듀서에 제공하고, 무선으로 수신된 제1 데이터 신호에 기반하여 제2 데이터 신호를 생성하여 제1 무선 송신기에 의한 송신을 위해 제공하도록 구성된 제1 처리 장치를 포함한다. 제2 진동 장치는: 제2 전기 신호를 진동 운동으로 변환하도록 구성된 제2 트랜스듀서; 제2 통신 프로토콜을 통해 제1 진동 장치의 제1 무선 송신기에 의해 송신된 제2 데이터 신호를 무선으로 수신하도록 구성된 제2 무선 수신기; 및 무선으로 수신된 제2 데이터 신호에 기반하여 제2 전기 신호를 생성하여 제2 트랜스듀서에 제공하도록 구성된 제2 처리 장치를 포함한다. 제1 전기 신호 및 제2 전기 신호는 제1 및 제2 트랜스듀서가 실질적으로 동일한 주파수 응답으로 진동하도록 한다.

촉각 자극 시스템은 오디오 플레이어 또는 오디오 플레이어용 액세서리를 더 포함할 수 있는데, 오디오 플레이어 또는 오디오 플레이어용 액세서리는: 제1 통신 프로토콜을 통해 제1 진동 장치의 제1 무선 수신기로 제1 데이터 신호를 무선으로 송신하도록 구성된 제2 무선 송신기 - 제1 데이터 신호는 오디오 플레이어에 의한 오디오 데이터 신호 출력을 기반으로 생성됨 -; 및 제2 데이터 신호를 오디오 스피커에 무선으로 송신하도록 구성된 제3 무선 송신기를 포함한다. 제3 무선 송신기는 제1 통신 프로토콜을 통해 오디오 스피커에 제1 데이터 신호를 무선으로 송신하도록 구성될 수 있다. 제1 통신 프로토콜은 블루투스 프로토콜일 수 있고 및/또는 제2 통신 프로토콜은 RF UHF 통신 프로토콜일 수 있다.

촉각 자극 시스템의 제1 및 제2 트랜스듀서 각각은 제1 측면에 따라 설명된 트랜스듀서일 수 있다. 제1 진동 장치는 한 쌍의 신발류 아이템 중 제1 신발류 아이템에 제공될 수 있고, 제2 진동 장치는 한 쌍의 신발류 아이템 중 제2 신발류 아이템에 제공될 수 있다.

여기 설명된 장치와 방법의 보다 나은 이해를 위해, 실시예에 의해 첨부된 도면이 참조될 것인데:
도 1a 및 1b는 전기 신호를 진동 운동으로 변환하도록 구성된 트랜스듀서의 두 측면을 보여주고;
도 2a 및 도 2b는 도 1a 및 도 1b의 구성과 같은 예시적인 구성에서, 작동 중인 트랜스듀서 내의 진동 유체 운동의 두 측면을 보여주고;
도 3a 내지 도 3h는 도 1a 및 도 1b와 같은 트랜스듀서에 제공될 수 있는 유체 경로 구성의 변형을 도시하고;
도 4는동심원으로 배치된 두 쌍의 전자기 솔레노이드로부터의 영향하에 있는 왕복 자석의 자기 동기(motivation)와, 그러한 통전 솔레노이드 구성 내에서 링 자석의 자연적인 정지 위치를 나타내는 단순화된 설정의 도시이고;
도 5a 내지 도 5e는 도 1a 및 도 1b와 같은 구성에서 왕복 자석을 부유시키기(suspend) 위해 사용되는 자기 스프링 부유(suspension) 시스템 구성의 변형을 도시하고;
도 6a 내지 도 6c는 전기 신호를 진동 운동으로 변환할 때 트랜스듀서의 효율을 개선하고 주파수 응답을 변경하기 위해, 도 1a 및 도 1b와 같은 구성에서 왕복 자석의 왕복 거리가 어떻게 최적화될 수 있는지를 도시하고;
도 7은 도 1a 및 도 1b와 같은 구성에서 트랜스듀서를 자기적으로 차폐하기 위한 예시적인 접근법을 도시하고;
도 8a 및 도 8b는 보더(boarder) 주파수 응답을 가지는 트랜스듀서를 제공하기 위해 여기 설명된 개념에 따라 트랜스듀서에 제공될 수 있는 동심원으로 배치된 복수의 왕복 자석의 예를 도시하고;
도 9는 여기 설명된 트랜스듀서를 수용하도록 적용된 신발 아이템의 예시 구성을 도시하고;
도 10a 내지 10c는 장치로부터의 오디오 입력을 무선으로 그리고 동시에 신발 한 쌍에 전달하기 위한 시스템의 실시예를 도시하며, 각각은 여기에 설명된 트랜스듀서, 및 무선 헤드폰을 포함한다.

설명 및 도면에서, 동일한 참조 번호는 전체에 걸쳐 동일한 요소를 지칭한다.

본 명세서는 일반적으로 우수한 저주파 응답을 가지고 입력 오디오 신호(예를 들면, 음악 작곡 또는 영화나 비디오 게임과 같은 AV 콘텐츠의 오디오 성분)에 기반하여 사용자에게 진동 자극을 제공하기 위해 신발에 통합되도록 구성된 트랜스듀서에 관한 것이다.

그러한 트랜스듀서(100)의 실시예가 도 1a 및 도 1b에 도시되는데, 각각 트랜스듀서(100)의 다른 측면을 보여준다.

트랜스듀서(100)는 축방향 자화(axially-magnetised) 왕복 자석(101)의 반대편에 위치한 제1 및 제2 축방향 자화 고정 자석(102-A, 102-B) 사이에 자기적으로 부유된 축방향 자화 왕복 자석(101)을 포함한다. 고정 자석(102-A, 102-B)의 극 방향은 이들이 축방향 자화 왕복 자석(101)의 어느 한 측면을 밀어내도록 선택됨으로써, 자기 스프링 조립체를 형성하며, 이에 의해 왕복 자석은 2개의 고정 자석(102-A, 102-B) 사이의 평형 위치에 놓인다(즉, 부유됨). 이러한 고정 자석은 왕복 자석(101)을 밀어내도록 배열되기 때문에 반발 자기 스프링 자석 또는 그냥 반발 자석으로 지칭될 수 있다.

축방향 자화 왕복 자석(101)은 그 왕복 자석이 내부 경계와 외부 경계를 가지도록 하는 개구(aperture)를 포함한다. 첨부 도면에 도시된 왕복 자석에 대한 가능한 형태는, 링 자석의 형태이다(및 왕복 자석은 때때로 여기에서 링 자석으로 지칭될 수 있음). 링 자석 사용과 관련된 이점이 있을 수 있지만, 왕복 자석의 다른 구성이 대신 사용될 수 있다. 예를 들면, 링 자석의 외부 경계/둘레는 사각, 육각 또는 다른 어떤 형태일 수 있다. 내부 경계/둘레는 외부 경계와 동일한 형태이거나 다른 형태일 수 있다. 트랜스듀서의 얕은 깊이를 보장하기 위해 왕복 자석의 직경/폭이 깊이보다 큰 것이 바람직할 수 있다. 잘 작동하는 것으로 밝혀진 일부 특정 구현에서, 왕복 링 자석(101)은 대략 50mm의 직경을 가진다. 하지만, 여기에 설명된 개념의 적용 가능성은 물론 그러한 직경을 가지는 왕복 자석의 사용으로만 한정되는 것은 아니다.

트랜스듀서(100)는 두 쌍 이상의 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드(104-A, 105A 및 104-B, 105-B)를 더 포함한다. 두 쌍은 상부 쌍 및 하부 쌍으로 지칭될 수 있으며, 특정 쌍의 모든 솔레노이드는 왕복 자석(101)의 동일한 측에 위치한다. 이들 솔레노이드는 왕복 자석(101)을 구동하여 제1 및 제2 축방향 자화 고정 자석(102-A, 102-B) 사이의 부피 내에서 왕복하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 동심으로 위치된 전자기 솔레노이드 쌍 각각 중 제1 솔레노이드(104-A, 104-B)(쌍의 내측 솔레노이드로 지칭될 수 있음)는 외측 경계에서보다 내측 경계에서 왕복 자석(101)에 더 많은 영향을 주도록 배치되고, 동심으로 위치된 전자기 솔레노이드 쌍 각각 중 제2 솔레노이드(105-A, 105-B)(쌍의 외측 솔레노이드로 지칭될 수 있음)는 내측 경계에서보다 외측 경계에서 왕복 자석(101)에 더 많은 영향을 주도록 배치된다. 축방향 자화 왕복 자석의 왕복 축을 따라 봤을 때, 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드 쌍 각각 중 제1(내측) 솔레노이드(104-A, 104-B)는 왕복 자석(101)의 개구 내에 위치하고, 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드 쌍 각각 중 제2(외측) 솔레노이드(105-A, 105-B)는 왕복 자석(101)의 외측 경계 바깥에 위치한다.

일부 실시예에서, 각 솔레노이드는 전도성 물질(예를 들면, 와이어)인 단일 코일을 포함할 수 있다. 하지만, 솔레노이드는 여기에 설명된 방식으로 왕복 자석을 구동하는 기능을 충족한다면 어떤 적절한 형태도 가질 수 있다.

왕복 자석 내에 제공된 개구는 솔레노이드 쌍 각각에 의해 영향을 받을 수 있는 자석의 두 에지를 제공한다. 반면, 왕복 자석이 중앙 개구를 가지지 않는다면, 자석의 한 에지, 외측 경계만 영향을 받을 수 있다. 이는 트랜스듀서의 응답성을 향상시키고 주어진 사용 가능한 축 길이에 대해 더 무거운 자석을 사용할 수 있게 하는데, 저주파에서 트랜스듀서의 성능을 향상시킨다. 또한 왕복 링 자석(101)의 더 넓은 영역이 솔레노이드에 의해 영향을 받도록 트랜스듀서의 더 큰 효율을 제공한다.

솔레노이드의 내부 축방향 표면 범위를 링 자석(101)의 외부 축방향 표면 범위에 가까운 거리에 배치하는 것이 유리할 수 있다. 이는 트랜스듀서가 왕복 자석(101)과 솔레노이드 모두의 가장 높은 자속의 영역으로부터 이익을 얻을 수 있게 한다. 왕복 링 자석(101)의 평형 위치 위와 아래의 짧은 축 방향 거리에 두 솔레노이드 쌍을 동심원으로 배치하면, 왕복 자석(101) 상에 4개의 자기 영향 영역이 제공된다. 다른 방식으로, 한 솔레노이드 쌍은 왕복 자석의 쌍의 한 측에 제공되고, 제2 솔레노이드 쌍(105-b, 104-b)은 반대 측에 제공된다. 또 다른 방식으로, 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드 중 제1 쌍의 제1 솔레노이드의 에지는, 제1 축방향 자화 고정 자석을 향하는 왕복 자석의 제1 주 표면을 연결하는 왕복 자석의 에지와, 제2 축방향 자화 고정 자석을 향하는 왕복 자석의 제2 주 표면과 제1 주 표면 사이를 연장하는 왕복 자석의 내부 경계에 있는 왕복 자석의 내부 표면에 인접하여 배치된다. 또한, 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드 중 제2 쌍의 제1 솔레노이드의 에지는, 솔레노이드의 내부 표면과 제2 주 표면을 연결하는 왕복 자석의 에지에 인접하여 배치된다. 또한, 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드 중 제1 쌍의 제2 솔레노이드의 에지는, 제1 주 표면과 외측 표면을 연결하는 왕복 자석의 에지에 인접하여 배치되는데, 이는 왕복 자석의 외부 경계에서 제1 및 제2 주 표면 사이에서 연장된다. 또한, 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드 중 제2 쌍의 제2 솔레노이드의 에지는, 제2 주 표면과 외측 표면을 연결하는 왕복 자석의 에지에 인접하여 위치할 수 있다.

두 내부 솔레노이드(104-A, 104-B)는 중앙 스페이서(110)에 의해 분리되고, 두 외부 솔레노이드(105-A, 105-B)는 외부 스페이서(111)에 의해 분리된다. 중앙 및 외부 스페이서의 높이는 따라서 왕복 자석(101)과 두 솔레노이드 쌍(105-A, 104-A 및 105-B, 104-B) 각각 사이의 축방향 거리를 형성한다. 이 축방향 거리의 선택은 트랜스듀서 설계에서 중요한 고려 사항이다. 그에 의해 스페이서가 길어질수록, 왕복 링 자석(101)이 가속하기 위한 이용 가능한 축방향 편위가 더 길어지고, 따라서 더 큰 힘이 생성될 수 있다.

내부 솔레노이드(104-A 및 104-B)의 중앙 축 스택은 중앙 스페이서(110)와 함께 왕복 링 자석(101)의 개구에 의해 형성된 내부 경계에 인접한 외부 표면을 가지는 구조를 형성한다. 이 스택은 링 자석(101)을 위한 가이드 부재(중앙 가이드 부재)를 제공한다. 중앙 가이드 부재는 개구를 통과하고 왕복 자석(101)은 그 길이를 따라 왕복하도록 구동된다. 중앙 가이드 부재는 또한 중앙 선형 베어링 표면 역할을 한다.

외부 솔레노이드(105-A 및 105-B)의 외부 축 스택은, 외부 스페이서(111)와 함께 왕복 링 자석(101)의 외부 경계에 인접한 내부 표면을 가지는 구조를 형성한다. 외부 축 스택의 내부 표면은 왕복 자석이 왕복 운동하도록 구동되는 부피의 외부 경계를 형성한다. 외부 축 스택은 링 자석(101)을 위한 외부 가이드 부재를 형성하면서 또한 외부 선형 베어링 표면 역할도 한다.

선형 베어링이 가이드 부재를 따라 자유 운동을 유지하기 위해서는, 선형 베어링과 가이드 부재 사이의 마찰 계수는 적용된 힘(왕복 자석의 직경 또는 폭에 의존하는)의 레버-암(lever-arm) 거리와 베어링 길이 사이의 주어진 비율에 대해 특정 값(X) 미만이어야 한다. 이는 가이드 부재의 표면과 일시적으로 결합하여 비선형 운동을 초래할 수 있는 왕복 자석의 동적 운동 동안 스틱-슬립(stick-slip) 효과를 방지한다.

트랜스듀서(100)의 배열은 두 가이드 부재가 선형 베어링 표면 역할을 하는 이점을 가진다. 이는 스틱-슬립 효과 발생을 줄이는 역할을 한다. 왜냐하면 그 이하에서 자유 운동이 유지되고 그 이상에서는 스틱 슬립이 발생할 수 있는 임계값 (X)을 증가시키기 때문이다. 이는 주어진 베어링 길이에 대해 더 긴 레버 암을 사용할 수 있는 기회를 제공한다.

여기 설명된 트랜스듀서(100)의 응용에 대해, 내부 및 외부 가이드 부재의 활용은 왕복 링 자석(101)의 축방향 길이(즉, 깊이), 즉, 왕복 링 자석(101)의 베어링 길이가 단일 가이드 부재만을 사용하는 장치보다 짧도록 허용하는 반면, 그러한 가이드 상의 왕복 부재의 스틱-슬립 결합은 피한다. 축방향 길이의 이러한 감소는 트랜스듀서의 전체 프로파일을 감소시킨다.

위에서 언급되었듯이, 스틱-슬립을 피하기 위해, 동적 및 정적 부품 사이의 마찰 계수를 줄이는 것이 좋다. 이와 같이, 도 1a 및 1b에 도시되었듯이, 트랜스듀서(100)는 중앙 축 스택의 외부 및 외부 축 스택의 내부 표면에 인접하고 부착된 정적 표면인 구성요소(106 및 107)를 포함할 수 있다. 정적 표면(106 및 107)은 각각 중앙 및 외부 가이드 부재의 일부를 형성할 수 있다. 구체적으로, 정적 표면(106)은 왕복 자석(101)의 내부 경계에 인접하고 정적 표면(107)은 왕복 자석(101)의 외부 경계에 인접한다.

정적 표면(106 및 107)은 왕복 자석(101)과 중앙 및 외부 가이드 부재 사이의 마찰을 감소시키는 물질에 형성, 코팅 또는 적층될 수 있다. 효과적으로 작용하는 것으로 입증된 한 물질은 흑연 코팅된 에폭시 함침된(impregnated) 판지의 슬리브를 사용하는 것이다.

추가로 또는 대안적으로, 왕복 링 자석(101)은 또한 저마찰 물질이 코팅되거나 그 위에 적층될 수 있다. 또한, 왕복 링 자석(101)은 저마찰 물질로 형성되거나 코팅될 수 있는 사봇(sabot)으로 조립되거나 주조될 수 있다. 저마찰층 또는 코팅은 적절한 두께를 가짐으로써 자석의 왕복운동으로 인한 마모에도 불구하고 장기간에 걸쳐 저마찰을 유지할 수 있어야 한다.

저마찰 표면 층을 특징으로 하는 가이드 부재이든 및/또는 왕복 링 자석(101)이든, 왕복 링 자석의 자기 표면과 솔레노이드의 자기 표면 사이의 간격은, 이상적으로는, 트랜스듀서의 전기 기계 효율을 증가시키기 위해 최소여야 한다.

이러한 트랜스듀서(100)가 대량 생산되어야 하는 경우, 솔레노이드를 포함하지만 구성요소(108-A 109-A)는 없는 전체 프레임 조립체가 단일 작업으로 형성될 수 있다. 장기간 내마모성이 있는 저마찰 표면을 제공하면서 온도 변화에 대한 고유한 탄력성을 갖는 플라스틱이 사용될 수 있다. 좋은 재료의 예로는 PEEK 또는 PEEK와 PTFE 조성물일 수 있다.

왕복 링 자석(101)과 중앙 가이드 부재의 저마찰면 사이의 간격은 두 가지 이유로 최소화되어야 한다. 첫째로, 최소 간격은 허용되는 축 방향 정렬 불량의 양을 줄인다. 이는 동적 운동 동안 링 자석(101)의 바람직하지 않은 기계적 공진 모드를 개선하는 역할을 한다(동시에, 물론, 링 자석(101)의 자유 운동을 제공하기에 충분히 큰 간격을 허용함). 간격과 관련하여 고려해야 할 두 번째 측면은 왕복 링 자석(101)을 둘러싸고, 중심 및 외부 가이드 부재 사이의 부피(114)를 형성하고, 링 자석(101)이 왕복하는 작동 유체에 관련된다. 간격은 링 자석(101)을 둘러싸는 유체가 링 자석(101)의 운동에 직접 영향을 받도록 선택되어야 하지만, 중앙 가이드 부재와 왕복 링 자석(101)의 개구의 내부 표면 사이, 그리고 링 자석(101)의 외부 표면과 외부 가이드 부재의 내부 표면 사이에 유체의 상당한 흐름이 존재하지 않도록 선택되어야 한다. 정적 및 동적 표면 사이에서 10여 미크론의 동심 공차가 얻어지고, 유체의 동적 점도가 낮으면, 간격은 왕복 링 자석(101)이 이를 둘러싸는 유체의 얇은 필름을 가지는 가이드 부재 상에 부드럽게 안착하도록 선택될 수 있고, 유체가 가스일 때 공기 베어링처럼 자체 윤활을 제공한다.

중앙 가이드 부재 및 외부 가이드 부재는 가이드 부재의 양 단부에서 내부 가이드 부재와 외부 가이드 부재 사이에 걸쳐 있는 연결 표면(108-A 및 108-B)에 의해 동심원 형태로 유지된다. 이들은 상부 및 하부(또는 제1 및 제2) 연결 표면(108-A 및 108-B)으로 지칭될 수 있다.

내부 가이드 부재와 외부 가이드 부재 사이에 연결 표면을 제공하는 것 외에도, 연결 표면은 왕복 링 자석(101)이 이동할 부피(114)를 기밀하게 밀봉할 수 있다. 부피(114) 내의 유체는 자석의 왕복 운동에 저항하거나 감쇠시키는 역할을 할 수 있다. 이는 외부 충격을 완화하는 것과 같은 몇몇 이점을 가질 수 있다. 또한 일부 구현에서, 유체(예를 들면, 가스 화합물)는 일정 수준의 댐핑(압축성에 의존하는)을 생성하고 및/또는 트랜스듀서에 특정 주파수 응답을 제공하도록 선택(또는, 예를 들면, 진공에서와 같이 완전히 생략)될 수 있다.

하지만, 트랜스듀서의 주 응용은 움직이는 질량으로부터 반력을 생성하는 것이다. 따라서 왕복 자석(101)의 최대 피크-피크 진폭 변위를 허용하는 것이 일반적으로 바람직하다. 그와 같이, 트랜스듀서(100)의 전체 전기기계적 효율을 향상시키기 위해 왕복 자석의 운동에 대한 가능한 한 적은 제한을 가지는 것이 바람직할 것이다. 따라서, 연결 표면(108-A 및 108-B)은 왕복 링 자석(101)의 움직임 영향 하에서, 중앙 가이드 부재와 외부 가이드 부재 사이에 생성되는 부피의 내부 및 외부에서 유체가 흐르게 하는 한 오리피스(orifice) 또는 다수의 오리피스(112-A 및 112-B)를 가질 수 있다. 하지만 움직이는 질량체에 의해 생성된 반력의 효과에 작용하는 촉각 트랜스듀서의 사용에 서, 그러한 흐름은 보다 적절한 방식으로 사용될 수 있다. 특히, 중앙 가이드 부재는 중앙 가이드 부재(104-B, 110, 104-A) 전체에 걸쳐 축방향으로 연장되고, 하나 이상의 오리피스(112-A, 112-B)를 통해 부피(114)에 어느 한 단부에서 연결되는 개구(113)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 솔레노이드(104-A 및 104-B)는 중앙 개구(113)를 가지도록 감겨지거나 그렇지 않으면 구성될 수 있는데, 이는 중심 가이드 부재 유체 채널(113)로 지칭될 수 있다. 중앙 가이드 부재의 이러한 유체 채널(113)은 왕복 링-자석(101)의 운동에 의해 직접적으로 영향을 받는 유체가 유리한 방식으로 재지향되도록 한다.

구체적으로, 도 2a 및 도 2b에 도시되었듯이, 유체는, 제2 유체 채널(연결 표면 중 하나(예를 들면, 108-A)의 오리피스(들)(예를 들면, 112-A)가 그 일부인)을 통해 및 중앙 가이드 부재 유체 채널(113) 내로, 왕복 자석(101)의 이동에 의해, 자석(101)의 제1 측면(즉, 자석(101)이 이동하는 측면) 상의 부피 바깥으로 가압될 수 있다. 중앙 가이드 부재 유체 채널(113)로부터, 유체는 제3 유체 채널(연결 표면 중 나머지 하나(예를 들면, 108-B)의 오리피스(들)(예를 들면, 112-B)가 그 일부인)을 통해 링 자석(101)의 다른 측면 상의 부피(114)의 부분 내로 흐른다. 이러한 방식으로, 압축 손실/감쇠를 피할 수 있다. 부피(114)를 중앙 가이드 부재 유체 채널(113)에 연결하는 제1 및 제2 유체 채널은, 구성요소(108-A 및 108-B)의 외부 축방향 표면에 밀봉되는 리세스(recess)를 특징으로 하는 간단한 디스크로 완성될 수 있는데, 구성요소(109-A 및 109-B)로서 트랜스듀서(100)에 도시된다.

이러한 유체 채널들의 배열로부터 발생하는 다른 이점은, 왕복 링 자석(101)의 운동에 기인하는 유체의 진동 운동에 의해, 중앙 가이드 부재(104-A 및 104-B) 내의 솔레노이드에서 생성된 열이 트랜스듀서(100) 내에 존재하는 유체에 효과적으로 전달될 수 있다는 것이다. 솔레노이드에 전달되는 전력의 증가는 저항성 발열을 증가시키지만, 중앙 부재 개구(113)를 통한 냉각수의 더 빠른 흐름 전달 속도가 동반된다. 열을 발산시키는 이러한 접근 방식은 다른 접근 방식보다 선호될 수 있는데, 변환기 내에서 특정 열 전도 물질(예를 들면, 알루미늄 또는 구리)의 사용이 트랜스듀서의 성능에 잠재적으로 문제가 될 수 있는 와전류(eddy currents)를 발생시킬 수 있기 때문이다.

트랜스듀서 내의 유체는 액체 또는 기체일 수 있다. 만약 액체가 사용되어야 한다면, 그러한 자기 마이크로-입자 일관성을 가지는 액체는 외부 자기장에 의해 트랜스듀서(100)의 주파수 응답이 수정될 수 있게 할 수 있다. 하지만, 링 자석(101)의 왕복을 최소로 제한하는 것이 바람직하다면, 기체가 바람직할 것이다. 기체는 공기 또는 건조 질소이거나, 헬륨이나 수소와 같이, 열 전달에 특히 효과적인 기체일 수 있다.

내부 솔레노이드로부터의 열이 트랜스듀서(100) 내에 포함된 유체로 전달된 다음, 왕복 링-자석(101) 및 외부 솔레노이드(105-A 및 105-B)로 또한 전달되어, 트랜스듀서가 장치에 걸쳐 더 균일하게 가열되게 한다. 열적 가열은 구리 또는 알루미늄과 같은 금속이거나 히트-파이프 조립체일 수 있는, 열 전도성 밴드일 수 있는 열 경로의 사용에 의해 추출됨으로써 관리될 수 있는데, 이들 중 어느 하나는 트랜스듀서(100) 외부의 히트싱크로 이어질 것이다.

왕복 자석(101)의 적극적인 움직임은 왕복 자석(101) 또는 고정 자석(102-A 및 102-B)을 손상시키기에 충분한 힘으로 왕복 자석이 반발 고정 자석(102-A 및 102-B)과 충돌하도록 할 수 있다. 이와 같이, 트랜스듀서는 충격을 흡수하고 왕복 및 고정 자석 표면 사이의 직접적인 충격을 멈출 수 있는 물질을 더 포함할 수 있다. 그러한 물질은 고무일 수 있다. 예를 들면, 소르보탄(Sorbothane) 고무는 유용한 특성을 나타내는데, 충격으로 인한 충격을 감쇠시키는 것이 바운스를 줄이는 데 효과적이어서 충격으로 인해 발생하는 소리가 덜 들리게 하는 것 등이 그것이다.

그러한 충격 흡수 물질은 동적 왕복 자석(101)에 위치하여 저마찰 사봇의 구성의 일부를 형성하거나, 트랜스듀서(100)에서 구성요소(103-A 및 103-B)로 설명된 것인 왕복 링 자석(101)과 마주하는 고정 자석의 표면상에 위치할 수 있다.

도 3a 내지 도 3h는 트랜스듀서에 통합될 수 있는 유체 채널 구성의 예시적인 변형을 도시한다. 도 3a 및 도 3b는 도 1a, 1b, 2a 및 2b를 참조하여 도시되고 설명된 것과 일치하는 유체 채널에 대한 "기준(baseline)" 구성을 보여준다.

도 3c는 구성요소(109-A 및 109-B)에 형성된 리세스의 깊이를 증가시킴으로써 도 3a 및 도 3b에 도시된 기준으로부터의 변화를 도시한다. 깊이를 증가시킴으로써, 유체 흐름에 대한 저항이 감소하고, 그에 의한 확장으로, 왕복 링 자석(101)의 운동에 대한 저항 또한 감소한다.

도 3d는 제2 및 제3 유체 채널이 더 복잡한 형태인 구성을 보여준다. 특히, 제1 및 제2 유체 채널은 방향에 관계없이 흐름에 대한 동일한 저항을 촉진하기 위해 날카로운 모서리가 없도록 구성될 수 있다. 이는 트랜스듀서(100)의 효율적인 기계적 작동뿐 아니라, 바람직하지 않은 "쳐핑(chuffing)" 노이즈 및 전기기계적 효율의 손실을 초래할 수 있는 난류를 피하기 위해서도 바람직하다.

도 3e는 디스크(109)의 두께에 비해 충분히 깊은 리세스를 가지는 구성요소(109-A 및 109-B)를 도시하는데, 나머지 물질은 트랜스듀서(100)의 동작 동안 발생하는 압력 변화 하에서 유연하다. 그림 3c는 디스크의 유연한 영역의 자연스러운 위치와 확장된 위치를 모두 보여준다. 이러한 효과는 구성요소(109-A 및 109-B)의 확장 영역이 사용자의 피부에 가깝거나 접촉하는 경우 촉각 자극을 보완할 수 있다.

도 3f, 도 3g 및 도 3h는, 제1 및 제2 유체 채널의 일부를 형성하는 오리피스(112-A 및 112-B)의 다양한 가능한 구성을 도시한다. 보다 구체적으로, 도 3f는 기준과 비교하여 확대된 직경을 보여주고, 도 3g는 더 많은 수의 오리피스를 보여주고, 도 3h는 기준과 비교하여 수정된 형상을 보여준다. 그러한 구성은 유체 경로의 저항을 감소시키고(도 3f), 층류(laminar flow)가 오리피스(112-A 및 112-B)로부터 흘러나오도록 촉진하여 쳐핑 소음을 감소시키고(도 3g), 흐름을 180도만큼 효율적으로 중앙 부재 개구(113)로 재지향시키는(도 3h) 역할을 할 수 있다.

도 4a 및 도 4b는, 도 4c에 도시된 바와 같이, 축방향으로 자화된 왕복 자석(101)과 솔레노이드(104A/105A 또는 104B/105B) 사이의 트랜스듀서(100)에서의 자기장 상호작용의 단순화된 표현(300)을 도시한다.

도 4a는 트랜스듀서 장치(100)에 기술된 바와 같이 자기 스프링 형태의 왕복 자석(101)에 대한 외부 반발력이 없는 상황에서 한 쌍의 통전된 솔레노이드 내의 왕복 자석(101)의 자연적 자기 평형 위치(내부 솔레노이드(104-A/B)는 왕복 자석(101)의 개구 내에 위치하고 외부 솔레노이드(105A/B)는 왕복 자석(101)의 외부 경계 주위에 위치함)를 도시한다. 솔레노이드(104A/B 및 105A/B)의 축방향 범위 외부에서 왕복 자석(101)의 축방향 이동의 길이는 한 쌍의 통전된 솔레노이드 내에서 왕복 자석(101)의 자연적 자기 평형 위치에 부분적으로 기반하여 선택된다.

도 4a는 또한 왕복 자석(101)과 중앙 솔레노이드(104A/B) 및 외부 솔레노이드(105A/B)의 자기장 선을 묘사하는 장치(300)의 절반의 확대도를 포함한다. 그러한 묘사는 중앙 솔레노이드(104A/B)가, 왕복 자석(101)의 외부 경계/에지에서 보다 내부 경계/에지에서 왕복 자석에 더 많은 영향을 미치는 것을 도시하는 역할을 한다. 마찬가지로, 외부 솔레노이드(105A/B)가 왕복 자석(101)의 내부 경계/에지에서 보다 외부 경계/에지에서 왕복 자석에 더 많은 영향을 미치는 것을 도시한다. 내부 및 외부 경계들/에지들 모두에서 왕복 자석(101) 모두에 영향을 미침으로써, 내부 또는 외부 에지만 비슷한 솔레노이드에 의해 자기적으로 영향을 받을 때와 비교하면 왕복 자석(101) 상으로의 고정 솔레노이드들(104A/B 및 105A/B)로부터의 자기적 영향이 증가된다. 그 효과는 트랜스듀서의 전기기계적 효율을 증가시키는 것이다.

도 4b는, 이 경우 왕복 자석이 고정 자석(102-A, 102-B)(미도시)에 의해 제 위치에 자기적으로 유지(매달려 있음)되고 있는 것을 제외하고는, 도 4a에 제공된 것과 유사한 확대도를 도시한다. 왕복 자석(101)이 유지되는 위치는 솔레노이드(104A/B, 105A/B)의 축방향 표면 범위를 넘어선 거리이다. 솔레노이드의 축방향 표면 범위를 넘어선 이 거리는 중앙 축방향 스페이서(110) 및 외부 스페이서(111)의 길이에 의해 결정된다. 도 4b에 도시된 자속선은, 솔레노이드가 통전되는 순간에 왕복 자석(101)과 솔레노이드(104A/B 및 105A/B) 사이에 발생하는 자기 상호작용을 이해하는 것을 돕는다. 왕복 링 자석(101)에 가해지는 힘이 솔레노이드(104A/B 및 105A/B)에 의해 영향을 받는 정도는 고정 솔레노이드와 왕복 자석 사이의 왜곡된 자속선의 수에 따라 다르다. 중앙 축방향 스페이서(110)와 외부 스페이서(111)의 증가된 길이를 선택하는 경우(즉, 상부 및 하부 솔레노이드 쌍 사이의 분리도를 증가시킴), 왕복 링 자석(101)은 더 큰 자유 축방향 편위 거리를 가질 수 있는데, 더 먼 거리를 제공함으로써 더 높은 가속 및 힘 생성을 허용한다. 하지만, 이것의 결과는 또한 왕복 자석이 고정 자석(102-A 및 102-B)에 의해 유지되는 위치가 솔레노이드(104A/B 및 105A/B)의 영향으로부터 더 멀어지므로, 그에 의해 전기기계적으로 덜 효율적이라는 것이다. 따라서, 솔레노이드(A/B 및 105A/B)로부터 왕복 링 자석(101) 상으로의 가장 큰 자기 영향뿐 아니라 축 변위를 생성하도록 최적화된 축방향 거리를 선택하는 것이 유리한데, 이는 웨어러블 기술의 응용에서 트랜스듀서 장치(100)의 전체 두께를 염두에 두는 것이다.

도 5a 내지 5f는 왕복 자석(101)을 부유시키는 반발 자기 스프링 조립체의 고정 자석(102a 및 102-B)에 사용될 수 있는 다양한 구성의 다른 도시이다. 도 5a 및 5b는 고정 자석에 대한 한 예시적인 구성을 도시한다. 도시되었듯이, 도 5b(및 또한 도 5d)에서 고정 자석은 링 자석일 수 있다.

도 5c 내지 5f에 도시되었듯이, 고정 자석들의 구성은 원하는 자기 스프링 강성에 기반하여 수정/선택될 수 있는 한편, 왕복 자석의 축방향 표면(즉, 외부 경계를 내부 경계에 연결하는 왕복 자석의 주 표면) 범위들에 걸쳐 균일한 힘을 유지한다. 왕복 자석(101)의 축방향 표면 범위에 걸친 반발 자석(102-A 및 102-B)으로부터의 균일하지 않은 힘은 왕복 자석(101)의 내부 및 외부 가이드 부재의 균일하지 않은 마모 또는 원치 않는 모드 진동을 초래할 수 있다.

그와 같이 반발 고정 자석(102-A 및 102-B)은 그 형상이 왕복 링 자석(101)에 균등한 힘을 제공하도록 선택되어야 한다. 고정 자석(102-A, 102-B)이 왕복 자석과 유사한 형상을 가지는 것이 따라서 바람직할 수 있다. 그와 같이, 왕복 자석이 링 자석인 경우, 고정 자석 또한 왕복 링 자석(101)과 유사한 축방향 표면적 및 형상의 링 자석일 수 있다.

도 5a 및 5b의 구성과 비교할 때, 도 5c는 고정 자석(102-A 및 102-B)의 축방향 깊이의 증가를 나타내는 반면, 도 5e는 링 자석의 감소된 축방향 깊이를 가진다. 주어진 물질에 대한 영구 자석의 축방향 깊이가 표면 자기장 플럭스에 관련되므로, 자기 스프링 내의 임의의 자석의 축방향 깊이를 증가시키는 것은 더 높은 스프링 강성을 초래할 것이고, 자석 두께의 감소에 대한 반대의 경우도 마찬가지이다. 자기 스프링 강성과 자석의 질량은 트랜스듀서(100)의 원하는 동작 주파수에서 자연 공진을 가지도록 선택되어야 한다.

도 5d에 도시되었듯이, 고정 자석(102-A 및 102-B)은 왕복 링 자석(101)의 영역을 부분적으로만 덮을 수 있어서, 링 자석(101)의 축방향 표면 범위에 균등한 힘을 유지하면서 자기 스프링 강성을 감소시킬 수 있다.

도 5f에 도시되었듯이, 고정 자석(102-A, 102-B) 각각은 복수의 자석으로 이루어질 수 있다. 이들은 서로 균등하게 이격되어 있고 왕복 자석의 주 표면 모양에 의존하는 배열로 제공된다(따라서 이 예에서는 링으로 배열됨). 단일 자석 대신에 복수의 작은 자석(예를 들면, 작은 디스크 자석)을 사용하면 가능한 더 많은 수의 배열로 인해 더 넓은 범위의 자기 강성을 얻을 수 있다. 작은 자석의 이러한 배열은 중앙 가이드 부재와 외부 가이드 부재 사이의 축의 범위에 걸쳐 방사상으로 힘의 구배가 이루어지도록 할 수 있다. 그러한 배열은 외부 범위보다 왕복 링 자석(101)의 중앙에 더 높은 탄성력을 가지게 함으로써 스틱-슬립 효과의 가능성을 줄이는 데 사용될 수 있다.

도 6a 내지 6c는 솔레노이드 쌍(104-A/105-A 및 104-B/105-B) 사이의 간격, 및 이들의 외부 축방향 표면 너머의 편위 길이의 다양한 예를 도시한다. 솔레노이드 사이의 중앙 간격은 중앙 스페이서(110)와 외부 스페이서(111)의 길이에 의존한다. 이전에 언급되었듯이, 선택된 길이는 잠재적인 자기-결합(magnetic-coupling)과 왕복 자석(101)의 이용 가능한 편위 거리 사이의 절충안이다. 이는 스페이서의 길이가 왕복 자석(101)의 축방향 길이(또한 깊이로 지칭됨)와 동일해서 왕복 자석(101)의 외부 축방향 표면 범위 모두가 솔레노이드 쌍(104-A/105-A 및 104-B/105-B)의 내부 축방향 표면 범위들과 정렬되면, 솔레노이드가 왕복 자석에 미치 이용 가능한 힘이 그 최대치에 도달하기 때문이다. 하지만, 도 4a에 도시된 것 처럼 바람직한 평형에 도달하기 전, 링 자석(101)의 이용 가능한 편위 거리는 짧고 따라서 최대 이용 가능한 가속도가 제한된다. 솔레노이드가 자석에 미치는 영향은 주어진 거리의 세제곱의 역수만큼 감소한다. 따라서, 도 6c에서와 같은 링 자석(101)의 축방향 길이보다 긴 스페이서(110, 111)는 솔레노이드의 전자기 영향 하에서 왕복 자석(101)에 생성되는 힘을 더 적게 생성함으로써, 덜 효율적인 트랜스듀서를 초래할 수 있다.

도 6a의 배열은 왕복 링 자석(101)의 축방향 길이보다 약 20% 더 긴 스페이서(110, 111)를 가지며, 링 자석(101)의 이용가능한 편위 거리와, 솔레노이드 쌍(104-A/ 105-A 및 104-B/105-B)과 자석(101)사이의 전자기 결합 사이의 효과적인 절충안임이 발견되었다. 이해될 것은, 다른 스페이서 길이가 대신 사용될 수 있다는 것이다. 예를 들면, 상위 및 하위 솔레노이드 사이의 간격은 왕복 자석의 깊이보다 10%에서 30% 더 길거나, 왕복 자석의 깊이보다 15%에서 25% 더 길거나, 왕복 자석의 깊이보다 17.5%에서 22.5% 더 길 수 있다.

도 6b는 도 6a에 보인 구성과 비교하여, 구성요소(108-A 및 108-B) 내의 외부 편위 거리(즉, 솔레노이드 위아래에서 자석이 왕복할 수 있는 부피의 길이)의 증가를 보여준다. 이러한 구성으로, 전체 트랜스듀서 축 길이(즉, 얼마나 두꺼운지/깊은지)와 링 자석(101)의 이용 가능한 편위 사이에는 절충안이 있다. 솔레노이드 쌍(104-A/105-A 및 104-B/105-B)의 외부 축방향 길이를 초과하는 편위 길이의 증가는, 왕복 자석(101)과 고정 자석(102-A 및 102-B)사이에 있일 수 있는 폼 물질과 같이, 더 깊은 충격 완화 전략을 허용한다. 또한, 더 깊은 스프링 자석(102-A 및 102-B)이 사용될 수 있다.

도 7은 내부 자기 복귀 경로가 없을 수 있고, 높은 표유(stray) 자기장을 가질 수 있는 고강도 영구 자석 및 솔레노이드로 구성된 트랜스듀서(100)를 도시한다. 그와 같이, 트랜스듀서는 그러한 표유 자기장을 관리하기 위한 자기 차폐(shielding)를 포함할 수 있다.

트랜스듀서 장치(100)의 외부 자기 차폐는 외부 자기 요크(yolk)의 이용을 통해 제공될 수 있다. 이러한 요크는 연강(mild steel) 또는 표유 자기장을 위한 완전한 자기 경로를 만드는 방식으로 배향된 단일 입자(single-grain) 고규소(high-silicon) 강철의 적층으로 구성될 수 있다. 또 다른 가능한 물질은 Mu-Metal인데, 이는 높은 투자율(magnetic permeability)을 나타내는 니켈-철 합금이다.

자기 차폐에서 와전류(eddy-current) 손실을 최소화하기 위해, 트랜스듀서 장치(100)로부터의 표유 자기장을 차폐하기에 적절한 두께의 단일 층을 사용하는 대신, 각각의 내부 층이 다음 외부 층과 전기적으로 절연된 Mu-Metal 호일의 여러 층을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 트랜스듀서를 둘러싸는 구성요소(501)로 도시된다.

추가적으로 또는 대안적으로, 트랜스듀서는 내부 스페이서(110) 및 외부 스페이서(111) 내에 내장된, 비강자성(non-ferromagneti)이지만 전기 전도성인 물질(예를 들면, 알루미늄 또는 구리)로 이루어진 링인 구성요소(502 및 503)를 포함할 수 있다. 이들 구성요소는 링 자석(101)의 왕복의 유도 영향 하에서 와전류를 능동적으로 생성하는 역할을 할 수 있으며, 그에 의해 트랜스듀서 장치(100)의 전체 주파수 응답을 수정할 수 있다. 이러한 주파수 수정은 저역 통과 필터의 수동적 효과를 가지기 위한 것이며, 이러한 구성은 또한 왕복 링 자석(101)의 가능한 가속도의 양을 제한함으로써 트랜스듀서에 대한 외부 충격으로부터의 손상을 억제할 수 있다.

도 8a 및 8b는 단일 왕복 자석(101)을 포함하는 이전 도면들에 도시된 트랜스듀서(100)의 변형인 예시적인 트랜스듀서(700)의 두 측면을 도시한다.

도 8a 및 8b의 실시예에서, 트랜스듀서는 복수의 왕복(예를 들면, 링) 자석 구성요소(702, 704 및 706)를 포함하는데, 이들은 서로 동심으로 배치된다. 그러한 구성에서, 더 큰 직경을 가지는 자석은 더 작은 직경의 자석에 비해 증가된 질량을 가진다. 질량이 다른 복수의 왕복 링 자석을 사용하는 것의 이점은, 자체 자기 스프링 내에 부유된 각 왕복 링 자석이 고유의 공진 주파수와 대역폭을 가진다는 것이다. 따라서, 전체 트랜스듀서(700)의 동작 대역폭이 넓어질 수 있다.

이전 도면들의 트랜스듀서(100)와 같이, 내부 및 외부 가이드 부재 상에서 왕복하는 왕복 자석(101), 장치(700)의 각 왕복 자석은 또한 왕복 자석의 내부 및 외부 경계 모두에 가이드 부재를 가진다. 내부 왕복 자석(702)의 경우, 내부 경계는 내부 제1 가이드 부재를 둘러싸는 저마찰 표면(708) 위로 미끄러지며, 702의 외부 경계는 제2 가이드 부재를 둘러싸는 표면(709) 위로 미끄러진다. 자기 스프링은 구성요소(714-A 및 714-B)로 보인 내부 왕복 자석(702)의 축 방향 범위 위아래에 고정 반발 자석을 배치함으로써 형성된다.

그러한 배열은 제3 가이드 부재 상의 표면(710)에 의해 가이드되는 내부 경계 및 제4 가이드 부재 상의 711에 의해 가이드되는 704의 외부 경계를 가지는 중앙 왕복 자석(704)과 유사하다. 704를 위한 자기 스프링은 고정 자석(715-A 및 715-B)에 의해 형성된다.

외부 왕복 자석(706)은 제5 가이드 부재를 둘러싸는 저마찰 표면(712) 상에서 미끄러지는 내부 경계와, 제6 가이드 부재의 내부 표면 상에 있는 표면(713) 상에서 미끄러지는 706의 외부 경계를 가진다. 자기 스프링은 구성요소(716-A 및 701-B)로 보인 외부 왕복 자석(706)의 축 방향 범위 위아래에 고정 자석을 배치함으로써 형성된다.

트랜스듀서(700) 내의 각 왕복 자석에 대해, 트랜스듀서(100)에서처럼, 각 왕복 자석은 왕복 자석의 중앙 개구의 내부 에지의 축방향 범위 위아래와, 왕복 자석의 외부 에지의 축방향 범위 모두에 영향을 미치는 솔레노이드의 자기장에 의해 움직이도록 영향을 받을 수 있다. 내부 왕복 자석(702)의 경우, 내부 에지는 스페이서 사이에 유지되고 제1 가이드 부재를 형성하는 구성요소(701-A 및 701-B)의 축방향 스택에 의해 영향을 받는다. 자석(702)의 외부 에지는 스페이서 사이에 유지되고 제2 가이드 부재를 형성하는 구성요소(703-A 및 703-B)의 축방향 스택에 의해 영향을 받는다.

내부 왕복 자석(704)의 경우, 내부 에지는 스페이서 사이에 유지되고 제3 가이드 부재를 형성하는 구성요소(703-A 및 703-B)의 축방향 스택에 의해 영향을 받는다. 링 자석(704)의 외부 에지는 스페이서 사이에 유지되고 제4 가이드 부재를 형성하는 구성요소(705-A 및 705-B)의 축방향 스택에 의해 영향을 받는다.

외부 왕복 자석(706)의 경우, 내부 에지는 스페이서 사이에 유지되고 제5 가이드 부재를 형성하는 구성요소(705-A 및 705-B)의 축방향 스택에 의해 영향을 받는다. 왕복 자석(706)의 외부 에지는 스페이서 사이에 유지되고 제6 가이드 부재를 형성하는 구성요소(707-A 및 707-B)의 축방향 스택에 의해 영향을 받는다.

도 9는 이 예에서 신발류(900-X) 아이템에 내장된 트랜스듀서 장치(100)의 전형적인 응용을 도시한다. 도시된 신발류 아이템은 유사하게 구성된 신발류 아이템의 쌍(900-X, 900-Y) 중 절반일 수 있으며, 각 아이템은 개별 트랜스듀서를 포함하고 일반적으로 아래에 설명되는 바와 같이 구성된다.

신발류(900-X) 아이템은 갑피 부분 요소(901) 및 밑창을 포함하며, 트랜스듀서 요소(100)(또는 700)는 밑창의 뒤꿈치 부분에 내장될 수 있다. 발의 뒤꿈치와 볼(ball)은 인간의 발에서 가장 높은 압력을 받는 지점이고 따라서 신발의 밑창과 가장 많이 접촉할 것이다. 따라서, 밑창의 뒤꿈치 부분에 트랜스듀서를 배치하면 착용자가 경험하는 감각을 최대화할 수 있다. 또한 발 뒤꿈치는 다리와 일직선이므로 사용자 뒤꿈치의 진동은 저주파 바닥 진동이 서있는 사람과 상호작용 하듯이 자연스럽게 몸 위로 전달될 것이다. 비교적 얇은 밑창을 유지하기 위해, 신발류 아이템은 신발류의 뒤꿈치 영역의 중앙에 배치된 단일 트랜스듀서(100)를 포함한다.

트랜스듀서(100)는 솔레노이드의 저항성 손실을 통해 주로 열을 생성한다. 발생된 열은 열 전도성 경로를 통해 밑창 외부에 배치된 히트싱크(heatsink)(904)로 열을 전달함으로써 관리된다. 그러한 히트싱크(904)는 신발의 장식적인 디자인을 특징으로 하거나 특징이 되도록 하는 방식으로 성형될 수 있다. 트랜스듀서(100)용 전력 증폭기(보이지 않음)는 트랜스듀서 및 히트싱크에 매우 근접하게 위치하여 송신 거리 손실을 최소화하고 트랜스듀서 및 증폭기 모두에 대해 단일 히트싱크를 사용함으로써 필요한 총 히트싱크 영역 수를 줄일 수 있다.

밑창(902)은 또한 무선 통신 신호 처리, 전력 증폭 및 배터리가 위치할 수 있는 리세스를 포함한다. 이는 단일 모듈(903)에 제공될 수 있는데, 수리 및/또는 배터리 충전을 위해 밑창(902)에서 분리될 수 있다. 무선 통신 신호 처리, 전력 증폭 및 배터리(903)는 밑창의 발가락 부분과 뒤꿈치 부분 사이의 아치 영역에 위치할 수 있다.

도 10은 제1 진동 장치(900-X)(예를 들면, 도 9에 도시된 신발류 제1 아이템) 및 제2 진동 장치(900-Y)(예를 들면, 도 9에 도시된 것과 유사한 신발류 제2 아이템)를 포함하는 촉각 자극 시스템을 도시한다. 간결함을 위해 진동 장치(900-X 및 900-Y)를 제1 및 제2 신발이라고 한다. 하지만, 그것들로 제한되지는 않음이 이해될 것이다.

쌍 중 제1 신발(900-X)은 제1 전기 신호를 진동 운동으로 변환하도록 구성되는 제1 트랜스듀서(100-X)(또는 700)를 포함한다. 제1 신발(900-X)은 제1 통신 프로토콜을 통해 송신된 제1 데이터 신호를 무선으로 수신하도록 구성된 제1 무선 수신기(1103-X)를 또한 포함한다. 제1 무선 수신기(1103-X)는 블루투스(예를 들면, 블루투스 4.2) 오디오(예를 들면, 스테레오 오디오) 수신기 요소(1103-X)일 수 있다.

제1 신발은 제2의 상이한 통신 프로토콜을 통해 제2 오디오 신호를 무선으로 송신하도록 구성된 제1 무선 송신기를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 통신 프로토콜은 RF UHF 프로토콜일 수 있다. 이 상이한 프로토콜(블루투스가 아닌)의 사용은 제1 신발(900-X)에서의 트랜스듀서(100-X)의 그것과 비교하여 제2 신발(900-Y)에서 제1 트랜스듀서(100-Y)의 주파수 응답 사이의 어떤 지연도 최소화하는 역할을 할 수 있다.

제 1 신발(900-X)은 무선으로 수신된 제1 오디오 신호에 기반하여 제1 전기 신호(변환기에서 진동을 유발하기 위한)를 생성 및 제공하도록 구성된 처리 장치(1109-X)를 더 포함할 수 있다. 또한 처리 장치(1109-X)는 무선으로 수신된 제1 오디오 신호로부터 유도된 제2 오디오 신호의 제1 무선 송신기(1108)에 의한 송신을 제공하도록 구성된다. 제1 무선 송신기(1108)는 제1 오디오 신호가 수신된 것과 다른 통신 프로토콜을 통해 제2 오디오 신호를 송신할 수 있다.

보다 구체적으로, 수신기(1103-X)에 의해 수신된 (제1) 오디오 신호는 제1 필터(1106-X)로 전달된다. 일부 실시예에서, 오디오 신호는 믹서를 통해 필터(1106-X)로 전달될 수 있다. 신호가 스테레오 오디오 신호인 실시예에서, 스테레오 신호의 2개 채널 중 하나만 제1 필터(1106-X)로 전달될 수 있다.

제1 필터는 대역폭, 및 상한과 하한 컷오프 중 하나 이상이 수정될 수 있는 제어 가능한 대역 통과 필터(1106-X)일 수 있다. 제1 필터(1106-X)로부터의 신호는 그 다음 파워 앰프(904-X)로 전달되고 진동이 발생하도록 트랜스듀서(100-X)로 전달될 수 있다.

수신된 스테레오 오디오 신호 중 다른 채널은 제2 필터(1107-X)로 전달될 수 있다. 제2 필터는 대역폭, 및 상한과 하한 컷오프 중 하나 이상이 수정될 수 있는 제어 가능한 대역 통과 필터(1107-X)일 수 있다.

제2 필터(1107-X)에 의해 출력된 신호는 제1 무선 송신기(1108)에 전달되어 송신될 수 있다. 위에서 언급되었듯이, 제1 무선 송신기(1108)는 제1 오디오 신호가 수신되는 것과 다른 프로토콜을 사용하여 자신의 신호를 송신할 수 있다.

수신된 신호가 스테레오가 아닌 실시예에서, 제1 필터(1106-X)의 출력은 또한 송신기로 전달될 수 있다.

일부 실시예에서 제1 신발은 디지털 오디오 플레이어(1105)를 포함할 수 있다. 그러한 예에서, 제1 수신기(1103-X)에 의해 출력된 신호는 오디오 믹서(1104-X)로 전달될 수 있으며, 이는 다른 채널에서 온보드 디지털 오디오 플레이어 요소(1105)로부터 오디오를 또한 수신한다. 오디오 믹서는 수신기에 의해 수신된 오디오 신호 또는 온보드 디지털 오디오 플레이어에 의해 출력된 오디오 신호를 제1 트랜스듀서(100-X)(및 제2 신발)에 선택적으로 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 온보드 디지털 오디오 플레이어는 장치(900-X/Y)의 전원을 켤 때 오디오를 재생할 수 있거나 성능 피드백 측정을 위한 보정 오디오 트랙을 재생하는 데 사용될 수 있다.

오디오 믹서(1104-X)로부터의 신호는 위에서 설명된 것과 유사하게 제1 필터로 전달될 수 있다.

신발(900-X)을 위한 전력은 온보드 배터리(1113-X)로부터 전달될 수 있다. 시스템 전력은 모듈(1112-X)에 의해 관리될 수 있고 시스템 전력은 구성요소(1110-X)에 의해 관리될 수 있다.

온보드 배터리(1113-X)는 또한 충전 패드(미도시)로부터의 외부 진동 전자기장이 유도 코일(1115-X)을 여기시켜 전력이 충전 패드와 유도 코일(1115-X) 사이에 무선으로 송신될 수 있도록 하는 유도 무선 충전을 포함할 수 있다. 유도 코일(1115-X)로부터의 전력은 전하 관리 장치(1115-X)를 통과한다.

제1 신발(900-X)의 다양한 기능은 마이크로프로세서일 수 있는 처리 장치(1109-X)에 의해 제어 또는 모니터링될 수 있다. 또한, 제1 신발은 사용자가 신발에 직접 명령을 제공할 수 있도록 하는 사용자 입력 장치(1111-X)(예를 들면, 버튼)를 포함할 수 있다.

제2 신발(900-Y)은 제2 전기 신호를 진동 운동으로 변환하도록 구성된 제2 트랜스듀서(900-Y)(예를 들면, 위에서 설명된 트랜스듀서 중 어느 것)를 포함한다.

제2 신발은 제2 통신 프로토콜(예를 들면, RF UHF)을 통해 제1 신발의 제1 무선 송신기(1108)에 의해 송신된 오디오 신호를 무선으로 수신하도록 구성된 제2 무선 수신기(1116)를 더 포함한다.

제2 신발은 무선으로 수신된 제2 무선 수신기(1116)에 의해 수신된 오디오 신호에 기반하여 제2 전기 신호의 생성 및 제2 변환기에 대한 제공을 야기하도록 구성된(1109-Y) 제2 처리 장치(1109-Y)를 더 포함할 수 있다.

제2 신발(900-Y)의 오디오 처리 기능의 동작은 제1 신발(900-X)을 참조하여 설명된 것과 유사할 수 있다. 구체적으로, 제2 무선 수신기(1116)에 의해 출력된 신호는 제3 필터(1106-Y)에 제공될 수 있는데, 이는 제1 신발(900-X)을 참조하여 설명되었듯이 제어 가능한 대역 통과 필터일 수 있다. 제3 필터(1106-Y)의 출력은 제2 파워 앰프(904-Y)에 제공될 수 있다. 제2 전력 증폭기의 출력은 그 다음 제2 트랜스듀서(100-Y)에 제공된다.

제2 신발은 또한 제1 신발(900-X)을 참조하여 설명된 온보드 배터리뿐 아니라 배터리 관련 기능을 가질 수 있다.

제1 신발과 유사하게, 제2 신발(900-Y)의 모든 기능은 마이크로프로세서일 수 있는 처리 장치(1109-Y)에 의해 제어 또는 모니터링될 수 있다. 또한, 제2 신발(900-Y)은 사용자가 신발에 직접 명령을 제공할 수 있도록 하는 사용자 입력 장치(1111-X)(예를 들면, 버튼)를 포함할 수 있다.

2개의 장치(즉, 신발 및 사용자의 헤드폰(1102))를 사용자의 모바일 장치(1000)에 동시에 연결할 수 있게 하는 블루투스 5.0의 일반 릴리스까지는, 시스템은 오디오가 사용자의 헤드폰(1102) 및 제1 신발(900-X)에 송신되도록 하기 위해 구성요소(1101)로 설명된 듀얼-블루투스 송신기를 필요로할 수 있다. 그러한 이중 송신기의 사용은 사용자의 오디오 장치(1100)와 블루투스 헤드폰 및 신발 사이의 신호 레이턴시가 비슷하도록 보장한다.

대안적인 해결책은 헤드폰으로 송신하는 신발 중 하나에 다른 블루투스 송신기를 포함하는 것이다. 하지만 처리와 그 후 트랜스듀서로 전달될 신발 상의 블루투스 수신기로부터의 신호는, 블루투스를 통해 신발로부터 사용자 헤드폰까지의 지연과 일치시키기 위해 신호에 인공적인 지연이 추가될 필요가 있을 것이다. 실용성을 위해 신발 외부에 듀얼 블루투스 송신기를 사용하면 사용자의 헤드폰과 신발에 동시에 연결할 수 있는 오디오 장치의 옵션을 더 많이 사용할 수 있다.

처리 장치(1109X, 1109-Y)는 메모리(미도시)와 통신 가능하게 연결된 하나 이상의 프로세서(처리 장치로도 지칭됨)를 포함할 수 있다. 메모리는 컴퓨터 판독 가능한 명령어를 저장할 수 있는데, 이는 프로세서에 의해 실행될 때 위의 도면들을 참조하여 설명된 동작들 중 다양한 동작의 수행을 야기한다.

하나 이상의 프로세서는 임의의 적절한 구성일 수 있고 임의의 적절한 유형 또는 적절한 유형의 조합의 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 프로세서는 컴퓨터 프로그램 명령을 해석하고 데이터를 처리하는 프로그램 가능한 프로세서일 수 있다. 하나 이상의 프로세서는 복수의 프로그램 가능한 프로세서를 포함할 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 프로세서는, 예를 들면, 펌웨어가 내장된 프로그램 가능한 하드웨어일 수 있다. "처리 수단"으로 지칭될 수 있는, 하나 이상의 프로세서는 대안적으로 또는 추가로 하나 이상의 응용 특화 집적 회로(Application Specific Integrated Circuits, ASIC)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 처리장치는 컴퓨팅 장치로 지칭될 수 있다.

하나 이상의 프로세서는 메모리(하나 이상의 저장 장치로 지칭될 수 있음)에 연결되고 메모리(503-2)로/로부터 데이터를 판독/기록하도록 동작 가능하다. 메모리는 컴퓨터 판독 가능 명령어(또는 코드)가 저장되는 단일 메모리 유닛 또는 복수의 메모리 유닛을 포함할 수 있다. 예를 들면, 메모리는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리 모두를 포함할 수 있다. 예를 들면, 컴퓨터 판독 가능 명령어/프로그램 코드는 비휘발성 메모리에 저장될 수 있고 데이터 또는 데이터 및 명령어의 임시 저장을 위해 휘발성 메모리를 사용하는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 휘발성 메모리의 예는 RAM, DRAM, 및 SDRAM 등을 포함한다. 비휘발성 메모리의 예는 ROM, PROM, EEPROM, 플래시 메모리, 광학 저장 장치, 자기 저장 장치 등을 포함한다. 메모리는 일반적으로 비휘발성 컴퓨터 판독 가능 메모리 매체로 지칭될 수 있다.

'메모리'라는 용어는, 비휘발성 메모리와 휘발성 메모리를 모두 포함하는 메모리를 포함하는 것 외에도, 하나 이상의 휘발성 메모리만, 하나 이상의 비휘발성 메모리만, 또는 하나 이상의 휘발성 메모리와 하나 이상의 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예는 소프트웨어, 하드웨어, 응용 로직 또는 소프트웨어, 하드웨어 및 응용 로직의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어, 응용 로직 및/또는 하드웨어는 메모리 또는 어느 컴퓨터 매체에 있을 수 있다. 예시 실시예에서, 응용 로직, 소프트웨어 또는 명령어 세트는 다양한 통상적인 컴퓨터 판독 가능 매체 중 어느 하나에 유지된다. 이 문서의 맥락에서, "메모리" 또는 "컴퓨터 판독 가능 매체"는 컴퓨터와 같은 명령 실행 시스템, 장치(apparatus), 또는 장치(device)에 의해 또는 이와 관련하여 사용하기 위한 명령어를 포함, 저장, 통신, 전파 또는 전송할 수 있는 어떤 매체 또는 수단일 수 있다.

관련되는 경우 "컴퓨터 판독 가능 저장 매체", "컴퓨터 프로그램 제품", "유형적으로 내장된 컴퓨터 프로그램" 등, 또는 "프로세서" 또는 "처리 장치" 등에 대한 언급은 단일/다중 프로세서 구조 및 직렬/병렬 구조와 같은 다양한 구조뿐만 아니라, FPGA(field programmable gate arrays), ASIC(application specify circuits), 신호 처리 장치 및 기타 장치와 같은 특화된 회로도 포함한다. 컴퓨터 프로그램, 명령어, 코드 등에 대한 언급은 프로세서에 대한 명령어 또는 고정 기능 장치, 게이트 어레이, 프로그램 가능한 논리 장치 등에 대한 구성 또는 구성 설정으로서 하드웨어 장치의 프로그램 가능한 내용과 같은 프로그램 가능한 프로세서 펌웨어용 소프트웨어를 표현한다는 것이 이해되어야 한다.

바람직하다면, 여기에 논의된 다양한 기능은 서로 다른 순서 및/또는 동시에 수행될 수 있다. 또한, 바람직하다면, 위에서 설명된 기능 중 하나 이상은 선택적이거나 결합될 수 있다.

본 발명의 다양한 측면이 독립 청구항에 설명되어 있지만, 본 발명의 다른 측면은 설명된 실시예 및/또는 종속 청구항의 특징과 독립 청구항의 특징의 다른 조합을 포함하고, 청구항에 명시적으로 설명된 조합만이 아니다.

위에서 다양한 실시예가 설명되었지만, 이러한 설명은 제한적인 의미로 이해되어서는 안된다는 것을 또한 유의해야 한다. 그보다는, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있는 여러 변형 및 수정이 있다.

Claims

전기 신호를 진동 운동으로 변환하도록 구성된 트랜스듀서로서,
상기 트랜스듀서는:
축방향 자화(axially-magnetised) 왕복 자석의 대향 측면들에 위치한 제1 및 제2 축방향 자화 고정 자석 사이에 자기적으로 부유된(magnetically suspended) 축방향 자화 왕복 자석 - 상기 축방향 자화 왕복 자석은 상기 왕복 자석이 내부 경계와 외부 경계를 가지도록 하는 개구(aperture)를 포함함 -; 및
동심으로 배치된 두 쌍 이상의 전자기 솔레노이드 - 상기 동심으로 배치된 두 쌍 이상의 전자기 솔레노이드는 상기 왕복 자석을 구동하여 상기 제1 및 제2 축방향 자화 고정 자석 사이의 부피에서 왕복하도록 구성됨 -;
를 포함하되,
상기 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드 쌍 중 각각의 제1 솔레노이드는 상기 외부 경계보다 상기 내부 경계에서 상기 왕복 자석에 더 많은 영향을 미치도록 배치되고,
상기 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드 쌍 중 각각의 제2 솔레노이드는 상기 내부 경계보다 상기 외부 경계에서 상기 왕복 자석에 더 많은 영향을 미치도록 배치되는, 트랜스듀서.
제1항에 있어서,
상기 축방향 자화 왕복 자석의 왕복 축을 따라 봤을 때, 상기 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드 쌍 중 각각의 상기 제1 솔레노이드는 상기 왕복 자석의 상기 개구 내에 위치하고,
상기 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드 쌍 중 각각의 상기 제2 솔레노이드는 상기 왕복 자석의 상기 외부 경계 바깥에 위치하는, 트랜스듀서.
제1항 또는 제2항에 있어서,
중앙 가이드 부재를 포함하되, 상기 왕복 링 자석이 구동되어 왕복하는 상기 부피는 상기 중앙 가이드 부재를 둘러싸고, 상기 중앙 가이드 부재는 상기 왕복 자석의 상기 개구를 통해 연장되고, 상기 동심으로 배치된 두 쌍 이상의 전자기 솔레노이드는 상기 왕복 자석을 구동하여 상기 중앙 가이드 부재의 길이방향을 따라 왕복하도록 구성되는, 트랜스듀서.
제3항에 있어서,
상기 왕복 자석이 구동되어 왕복하는 상기 부피를 둘러싸고 외부 경계를 형성하는 외부 가이드 부재를 포함하는, 트랜스듀서.
제4항에 있어서,
상기 왕복 자석의 상기 내부 경계에 인접한 상기 중앙 가이드 부재의 외부 표면과 상기 왕복 자석의 상기 외부 경계에 인접한 상기 외부 가이드 부재의 내부 표면은, 상기 왕복 자석과 상기 중앙 및 외부 가이드 부재 사이의 마찰을 줄이는 물질로 형성되는, 트랜스듀서.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드 쌍 중 각각의 상기 제2 솔레노이드는 상기 외부 가이드 부재 내에 위치하거나 상기 외부 가이드 부재의 일부를 형성하는, 트랜스듀서.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드 쌍 중 각각의 상기 제1 솔레노이드는 상기 중앙 가이드 부재 내에 위치하거나 상기 중앙 가이드 부재의 일부를 형성하는, 트랜스듀서.
제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중앙 가이드 부재는 상기 중앙 가이드 부재의 제1 단부와 상기 중앙 가이드 부재의 제2 단부 사이의 상기 중앙 가이드 부재의 중앙 영역을 유체가 통과하도록 하는 상기 중앙 가이드 부재의 중앙 영역을 통해 연장되는 중앙 가이드 부재 유체 채널을 포함하고,
상기 트랜스듀서는 상기 축방향 자화 왕복 자석이 구동되어 왕복하는 상기 부피와 상기 중앙 가이드 부재 유체 채널의 상기 제1 단부 사이를 유체가 통과하게 하도록 구성된 하나 이상의 제2 유체 채널을 포함하고,
상기 트랜스듀서는 상기 축방향 자화 왕복 자석이 구동되어 왕복하는 상기 부피와 상기 중앙 가이드 부재 유체 채널의 제2 단부 사이를 유체가 흐르게 하도록 구성된 하나 이상의 제3 유체 채널을 포함하는, 트랜스듀서.
제8항에 있어서,
상기 트랜스듀서는 기밀하게(hermetically) 밀봉되는, 트랜스듀서.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 축방향 자화 고정 자석과 상기 왕복 자석 사이에 제공되는 충격 흡수 물질을 포함하는, 트랜스듀서.
제10항에 있어서,
상기 충격 흡수 물질은 상기 왕복 자석과 대향하는 상기 축방향 자화 고정 자석의 표면상에 제공되는, 트랜스듀서.
제10항에 있어서,
상기 충격 흡수 물질은 상기 축방향 자화 고정 자석과 대향하는 상기 왕복 자석의 표면상에 제공되는, 트랜스듀서.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 트랜스듀서의 상기 자석으로부터 상기 트랜스듀서 주변의 환경을 자기적으로 차폐하는 자기 차폐를 포함하는, 트랜스듀서.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 왕복 자석은:
상기 제1 축방향 자화 고정 자석과 대향하는 제1 주 표면;
상기 제2 축방향 자화 고정 자석과 대향하는 제2 주 표면;
상기 왕복 자석의 상기 내부 경계에서 상기 제1 및 제2 주 표면 사이에 연장되는 내부 표면; 및
상기 왕복 자석의 상기 외부 경계에서 상기 제1 및 제2 주 표면 사이에 연장되는 외부 표면;
을 포함하되,
상기 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드의 쌍 중 제1 쌍의 상기 제1 솔레노이드의 에지는, 상기 제1 주 표면과 상기 내부 표면을 연결하는 상기 왕복 자석의 에지에 인접하여 배치되고,
상기 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드의 쌍 중 제2 쌍의 상기 제1 솔레노이드의 에지는, 상기 제2 주 표면과 상기 내부 표면을 연결하는 상기 왕복 자석의 에지에 인접하여 배치되고,
상기 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드의 쌍 중 제1 쌍의 상기 제2 솔레노이드의 에지는, 상기 제1 주 표면과 상기 외부 표면을 연결하는 상기 왕복 자석의 에지에 인접하여 배치되고,
상기 동심으로 배치된 전자기 솔레노이드의 쌍 중 제2 쌍의 상기 제2 솔레노이드의 에지는, 상기 제2 주 표면과 상기 외부 표면을 연결하는 상기 왕복 자석의 에지에 인접하여 배치되는, 트랜스듀서.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 트랜스듀서를 포함하는 신발류 아이템.
제15항에 있어서,
상기 트랜스듀서에 인접하여 배치되고 전기 신호를 상기 트랜스듀서에 제공하도록 구성된 증폭기를 포함하는, 신발류 아이템.
제15항 또는 제16항에 있어서,
상기 트랜스듀서에 제공되는 전기 신호가 생성되는 것에 기반한 무선 신호를 수신하기 위한 트랜시버 및 배터리를 포함하는 착탈식 모듈을 포함하는, 신발류 아이템.
촉각 자극 시스템으로서:
제1 진동 장치 및 제2 진동 장치를 포함하되,
상기 제1 진동 장치는:
제1 전기 신호를 진동 운동으로 변환하도록 구성된 제1 트랜스듀서;
제1 통신 프로토콜을 통해 송신된 제1 데이터 신호를 무선으로 수신하도록 구성된 제1 무선 수신기;
상이한 제2 통신 프로토콜을 통해 제2 데이터 신호를 무선으로 송신하도록 구성된 제1 무선 송신기; 및
제1 처리 장치;
를 포함하고,
상기 제1 처리 장치는:
상기 무선으로 수신한 제1 데이터 신호에 기반하여 상기 제1 전기 신호를 생성하고 상기 제1 트랜스듀서에 제공하고,
상기 무선으로 수신한 제1 데이터 신호에 기반하여 제2 데이터 신호를 생성하고 상기 제1 무선 송신기에 의한 송신을 위해 제공하도록 구성되고,
상기 제2 진동 장치는:
제2 전기 신호를 진동 운동으로 변환하도록 구성된 제2 트랜스듀서;
상기 제2 통신 프로토콜을 통해 상기 제1 진동 장치의 상기 제1 무선 송신기에 의해 송신된 상기 제2 데이터 신호를 무선으로 수신하도록 구성된 제2 무선 수신기; 및
제2 처리 장치;
를 포함하고,
상기 제2 처리 장치는:
상기 무선으로 수신한 제2 데이터 신호에 기반하여 상기 제2 전기 신호를 생성하고 상기 제2 트랜스듀서에 제공하도록 구성되고,
상기 제1 전기 신호 및 상기 제2 전기 신호는 상기 제1 및 제2 트랜스듀서가 실질적으로 동일한 주파수 응답으로 진동하도록 하는, 촉각 자극 시스템.
제18항에 있어서,
오디오 플레이어 또는 오디오 플레이어용 액세서리를 포함하되, 상기 오디오 플레이어 또는 상기 오디오 플레이어용 상기 액세서리는:
상기 제1 통신 프로토콜을 통해 제1 진동 장치의 상기 제1 무선 수신기로 상기 제1 데이터 신호를 무선으로 송신하도록 구성된 제2 무선 송신기 - 상기 제1 데이터 신호는 상기 오디오 플레이어에 의한 오디오 데이터 신호 출력을 기반으로 생성됨 -; 및
상기 제2 데이터 신호를 오디오 스피커로 무선으로 송신하도록 구성된 제3 무선 송신기;
를 포함하는, 촉각 자극 시스템.
제19항에 있어서,
상기 제3 무선 송신기는 상기 제1 통신 프로토콜을 통해 상기 오디오 스피커에 상기 제1 데이터 신호를 무선으로 송신하도록 구성되는, 촉각 자극 시스템.
제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 통신 프로토콜은 블루투스 프로토콜이고 및/또는 상기 제2 통신 프로토콜은 RF UHF 통신 프로토콜인, 촉각 자극 시스템.
제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 트랜스듀서 각각은 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 정의된 트랜스듀서인, 촉각 자극 시스템.
제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 진동 장치는 한 쌍의 신발류 아이템 중 제1 신발류 아이템에 제공되고, 상기 제2 진동 장치는 상기 한 쌍의 신발류 아이템 중 제2 신발류 아이템에 제공되는, 촉각 자극 시스템.