KR100972047B1 - 진동 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

(과제) 서스펜션 등을 이용하는 일 없이, 간단한 구조로 소형화해도 체감하기에 충분한 진동을 얻을 수 있는 진동 액츄에이터를 제공한다.

(해결 수단) 마그넷을 사이에 두어 배치한 컵 형상 요크의 형성하는 자기 공극에 의해서 가동자의 진폭을 제한하고, 고정자 내벽에 충돌하는 일 없이 가동자를 진동시킴으로써 가동자와 고정자와의 사이에 작용하는 자기력을 서스펜션으로서 기능시켜, 서스펜션을 마련한 것에 의한 진폭의 감소라는 과제를 해결함과 아울러, 가동자의 상하 공간의 공기를 댐퍼로서 이용하는 에어 댐퍼 구조에 의해서 넓은 대역폭을 얻는 것이 가능해진다.

액츄에이터, 진동, 댐퍼

Description

진동 액츄에이터 {VIBRATING ACTUATOR}

현재, 휴대 전화로 대표되는 이동체 통신 기기에는, 착신시에 진동에 의해서 사용자에게 착신을 알리는 기능이 탑재되어 사용되고 있다. 상기와 같은 기능을 부가하기 위해 탑재되는 진동 액츄에이터로서는, 모터의 회전축에 편심(偏心) 수단을 마련하여 진동을 얻는 구조의 진동 모터가, 일본특허 제2530518호로서 등록되어 있다.

이 진동 모터는, 하우징 내부에 편심 수단을 마련함으로써, 구동시에 분동의 부착 기판 등으로의 접촉을 방지하고, 기판 부착시에, 다른 부착부품과 회전하는 분동(分銅) 과의 충돌을 방지하기 위한 간격을 형성할 필요가 없어진다는 이점이 있다.

또한, 내장하는 마그넷의 회전을, 회전축에 부착(取付)한 편심 축베어링으로 전달함으로써 진동을 얻는 구조로 되어 있고, 텅스텐 합금 등의 고가의 부재가 불필요해지기 때문에, 비용적으로 유리해진다는 이점을 가지고 있었다.

전술한 바와 같이, 상기 진동 모터에서는, 회전축에 편심 수단을 부착하여 진동을 얻는다는 구조를 이용하고 있다.

이 때문에, 모터의 지름을 작게 해 가면, 편심 수단의 회전수를 올림으로써 진동량을 유지할 필요가 있다는 과제를 갖고 있었다.

상기 과제를 해결하기 위해, 일본공개실용신안공보 평05-28464호, 일본공개특허공보 2003-154314호에는 진동 액츄에이터가 출원, 공개되어 있다. 일본공개실용신안공보 평05-28464호는 마그넷과 그 마그넷 주위에 배치한 코일과의 상호의 자기력에 의해서 마그넷이 진동하는 구조로 되어 있다.

일본공개특허공보 2003-154314호는 중심부에 구비한 코일과 코일 외주(外周)에 구비한 마그넷과의 사이에 작용하는 로렌츠(Lorentz)력에 의해서 마그넷이 진동하는 구조로 되어 있다.

상기와 같이, 마그넷을 직접 진동시키는 구조를 이용함으로써, 편심 분동을 회전시키는 경우와 비교했을 때 진동량을 향상시켜, 사용자가 감지하기에 충분한 진동을 얻는 것이 가능해진다.

또한, 간단한 구조를 이용한 것에 의해서 용이하게 소형화할 수 있음과 아울러, 부착 기판(取付基板)에 대해서 진동 방향이 수직으로 되도록 배치함으로써 사용자가 진동을 용이하게 감지하는 것이 가능해진다.

그러나, 상기 진동 액츄에이터는 마그넷을 서스펜션(suspension)에 의해서 지지하고 있기 때문에 소형화, 혹은 박형화했을 때에 서스펜션에 의해서 진동이 제한되어 버린다는 과제가 있었다.

추가로, 소형화 되어가는 과정에서 진동 부분으로의 서스펜션의 조립이 곤란하게 되어, 결과적으로 제조 비용을 억제하는 것이 어려워져 버린다.

그래서 본 발명은, 간단한 구조로 조립이 용이하고, 박형화해도 진동이 제한 되는 일이 없는 진동 액츄에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

특허 문헌 1 :일본특허 제2530518호

특허 문헌 2 :일본공개특허공보 평04-183240호

특허 문헌 3 :일본공개특허공보 2003-154314호

특허 문헌 4 :일본공개실용신안공보 평05-28464호

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1에서는, 하우징 케이스내에 진동 방향으로 착자(着磁)한 판 형상의 마그넷을 갖고, 가이드 샤프트 등의 수단에 의해서 가동 범위가 진동 방향으로 제한된 가동자(可動子)와, 이 마그넷 외주(外周)에 계자(界磁) 코일과 자성체로 이루어지는 코일 요크(coil yoke)를 가지며, 이 코일에 통전했을 때, 상기 가동자에 관한 진폭의 중심 부근에 단일의 자극을 발생하도록 상기 코일과 상기 코일 요크를 배치하고, 상기 코일이 발생하는 자계(磁界)와 상기 마그넷이 발생하는 자계와의 상호작용에 의해서 상기 판(板) 형상의 마그넷을 진동시키는 진동 액츄에이터에 있어서,

상기 판 형상의 마그넷을 갖는 가동자가, 자성체로 이루어지는 2개의 컵 형상을 갖는 마그넷 요크를 구비하고, 상기 2개의 마그넷 요크가, 상기 마그넷을 사이에 두고 자기 공극을 형성함으로써, 상기 가동자의 진폭이 제한되고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 2에서는, 청구항 1 기재의 진동 액츄에이터에 있어서, 상기 마그넷 요크가, 상기 판 형상 마그넷 외연부로부터 외주측에 대하여 돌출부를 갖고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 3에서는, 청구항 1 또는 2 기재의 진동 액츄에이터에 있어서, 가동자의 주변부에 배치한 코일이, 판 형상의 자성체로 이루어지는 코일 요크를 갖고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 4에서는, 청구항 1 내지 3 기재의 진동 액츄에이터에 있어서, 상기 2개의 컵 형상요크가 형성하는 자기 공극이 상기 판 형상 마그넷의 두께에 대하여 30∼70%인 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 5에서는, 청구항 1 내지 4 기재의 진동 액츄에이터에 있어서, 요크 외연부(外緣部)와, 상기 가동자를 수납하는 하우징 내벽 또는 코일 내벽과의 간극(隙間)을 조절함으로써 공기의 이동량을 제한한 것을 특징으로 하고 있다.

(발명의 효과)

청구항 1 기재의 발명에 의하면, 소형화해도 진동을 제한하는 일이 없이, 간단한 구조로 소형화에 적합한 진동 액츄에이터를 제공할 수 있다.

본 발명의 진동 액츄에이터는, 마그넷을 사이에 두고 마련한 요크가 자기 공극을 형성함으로써 요크 단부(端部)에 자속을 집중시켜, 외주부의 계자 코일과 요크 단부에 집중한 자속과의 상호의 자기력에 의해서 마그넷 및 요크를 구비한 가동자가 진동하는 구조로 되어 있다.

이 때문에, 상기 가동자가 진동 방향에 관해서 하우징 내벽에 접촉하지 않도록 그 자기 공극을 설정함으로써, 구동시, 가동자가 내벽과 충돌하지 않고 진동하여, 전술한 바와 같은 진동 액츄에이터가 가지고 있던 서스펜션에 의한 진폭의 제한이라는 과제를 해결하는 것이 가능해진다.

또한, 가동자에 구비한 요크와 자성체로 이루어지는 코일 요크와의 사이에 작용하는 자기력에 의해서 가동자가 고정되기 때문에, 가동자가 진동 액츄에이터 저면에 대하여 수평인 상태를 유지할 수 있다.

이 때문에, 전류를 인가했을 때에 가동자가 수평인 상태로, 코일 요크에 자속이 집중하여, 가이드 샤프트 등에 부담을 주는 일 없이 시작(스타트)이 양호한 진동 특성을 얻는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 진동 액츄에이터는 앞에서 설명한 진동 액츄에이터와 동일하게, 부착기판에 대하여 수직인 진동을 발생하기 때문에, 소형화해도 사용자가 감지하는 것이 용이한 진동을 제공할 수 있다.

청구항 2 기재의 발명에 의하면, 마그넷의 크기를 바꾸어도 요크에 의해서 청구항 1 기재의 진동 액츄에이터와 동일한 효과를 얻는 것이 가능해진다.

청구항 3 기재의 발명에 의하면, 진폭의 중심 부근에 단일의 자극이 발생하도록 배치한 계자 코일에 관해서, 동일하게 배치한 코일 요크 이외로의 자속의 누설을 방지하여, 자기 효율을 향상시킬 수 있다.

청구항 4 기재의 발명에 의하면, 청구항 1 내지 3에서 기재한 진동 액츄에이터의 자기 공극(磁氣空隙)을 마그넷의 두께에 대하여 30∼70%의 범위로 설정함으로써, 구동시에 있어서의 고정자 내벽(內壁)에 대한 가동자의 충돌을 방지하고, 또한 사용자가 감지하기에 충분한 진동을 발생하도록 진동 액츄에이터를 설계하는 것이 가능해진다.

청구항 5 기재의 발명에 의하면, 청구항 1 내지 4 기재의 진동 액츄에이터 내부에서의 공기의 이동을 제한함으로써, 가동자를 사이에 둔 상하 공간의 공기를 댐퍼(damper)로서 사용하여, 평탄한 진동 특성을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예 1 및 2에 있어서 이용하는 가동자의 부품 구성을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예 1에 있어서 이용하는 코일 구성을 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예 2에 있어서 이용하는 코일 구성을 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예 1 및 2에 있어서 추가되는 코일 요크의 측단면도이다.

도 6은 본 발명의 실시예 1 및 2에 있어서 추가되는 마그넷 요크에 볼록부를 마련한 구조의 단면도이다.

도 7은 본 발명과 종래의 진동 액츄에이터를 비교했을 때의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

1: 케이스 2: 샤프트

3: 코일 4: 코일 요크

5: 마그넷 6: 마그넷 요크

6a: 돌출부 7: 축베어링

8: 커버 9: 분동

α: 본 발명의 실시예에 있어서의 진동 액츄에이터의 주파수 특성

β: 종래의 진동 액츄에이터의 주파수 특성

이하에 도면을 참조해 본 발명의 실시 형태에 따른 진동 액츄에이터에 대하여 설명한다.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

실시예 1

도 1부터 도 6에, 본 발명에서 이용하는 제 1 및 제2 실시 형태에 관한 단면도를 나타낸다.

도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 나타내는 진동 액츄에이터는 원통 부분을 가지는 컵 형상의 케이스(1) , 그 케이스(1)의 내벽에 코일 요크(4)와 함께 배치된 코일(3)로 이루어지는 고정자와, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 원통 형상의 마그넷(5), 그 마그넷(5)의 내주에 배치되는 분동(9) 및, 마그넷(5)을 상하로부터 자기 공극을 형성하면서 상하로부터 사이에 두는 마그넷 요크(6, 6')로 이루어지는 가동자, 그리고 그 가동자의 이동 방향을 진동 방향으로 제한하기 위해서 축베어링(7)을 통하여 가동자를 관통하고, 일단(一端)을 상기 케이스(1)에 고정한 샤프트(2) 및, 이 샤프트(2)의 다른 일단을 고정하여, 케이스 개구부를 덮는 커버(8)로 구성되어 있다.

도 3에 본 발명에 있어서의 제1 실시예에서 이용하는 고정자 부분의 구성을 나타낸다. 본 실시예에서는 자성체로 이루어지는 원환(圓環) 형상의 코일 요크(4)를 사이에 두고 상하로 코일(3)을 배치하고 있다.

따라서, 고정자측의 코일 요크(4)에 단일의 자극(磁極)이 집중하도록 상하 2개의 코일(3, 3')이 항상 반발하는 구동 전류를 가함으로써, 가동자측의 마그넷 요크(6)가 자기 공극을 형성하고, 그 자기 공극의 양단에 집중시킨 자극과 코일 요크(4)와의 사이에 상호의 자기력을 발생시켜 가동자를 진동시키는 구조로 되어 있다.

본 실시예에서는, 가동자의 진폭이 자기 공극의 폭에 의해서 제한되고, 진동시에 가동자가 진동 방향에 관해서 충돌하지 않도록 설정되어 있다. 이 때문에, 서스펜션 등에 의해서 가동자를 지지할 필요가 없고, 무(無) 통전시에는 자성체인 코일 요크(4)와 마그넷 요크(6)와의 사이에 작용하는 자력에 의해서 상기 가동자의 이동을 제한하고 있다.

또한, 본 실시예에서는 샤프트(2)로, 가동자와 고정자 내벽과의 사이의 치수를 고정자 내벽의 직경에 대하여 0∼2.5%로 유지함으로써 가동자의 상하 공간에 있어서의 공기의 이동을 제한하고, 구동시에 상하 공간의 공기를 댐퍼(damper)로서 사용하는 에어(air) 댐퍼 구조를 가지고 있어, 서스펜션 등을 사용하지 않는 것에 의한 양호한 시작(스타트)과, 에어 댐퍼 구조를 사용하는 것에 의한 평탄한 진동 특성을 얻고 있다.

상기와 같이, 본 실시예에서 나타낸 진동 액츄에이터를 이용함으로써, 박형화해도 서스펜션 등에 의해서 진폭이 제한되는 일이 없이, 진동의 시작이 양호한 진동 액츄에이터를 얻을 수 있다.

(실시예 2)

도 4에 본 발명에 있어서의 제2 실시예에서 이용하는 고정자 부분의 구성을 나타낸다. 본 실시예에서는 자성체로 이루어지는 판 형상의 코일 요크(4)를 중심으로 하여 권회한 코일(3)을 가동자의 주위에 4조 배치한 구성으로 되어 있고, 제1 실시예와 비교하여 코일끼리가 반발하지 않는다는 이점이 있다.

또한, 본 실시예에서도 제1 실시예와 동일하게 무통전시에 마그넷 요크(6)와 코일 요크(4)와의 사이의 자기력을 사용한 가동자의 고정 구조를 가지고 있어, 무통전시에 가동자의 이동을 제한하고 있음과 아울러, 가동자와 고정자 내벽과의 사이의 치수를 고정자 내벽의 치수에 대하여 0∼2.5%로 유지함으로써, 전술한 가동자를 사이에 둔 상하 공간의 공기를 댐퍼로서 사용하는 에어 댐퍼 구조를 가진 구성으로 되어 있다.

상기 에어 댐퍼 구조를 구비함으로써, 본 실시예에 나타낸 진동 액츄에이터에 평탄한 진동 특성을 부여하는 것이 가능해진다.

여기서, 전술한 2개의 실시예에서 나타낸 진동 액츄에이터의 코일 요크에 있어서, 도 5(b)에 나타낸 (1), (2), (3)과 같은 축단면을 가지는 판 형상 자성체를 이용하여 코일(3)의 상하, 또는 외주 측면을 덮음으로써 코일 외부로의 누설 자속 을 저감시켜, 자기 효율을 향상시킬 수 있다.

그리고, 같은 기술적 견지로부터, 도 6에 나타내는 마그넷 요크 단부(6 a)만을 외주 방향으로 돌출시킨 형상으로 하여, 고정자와 가동자와의 사이의 간격을 조정하는 일도 또한 가능하다.

또한, 도 7에 나타낸 종래의 진동 액츄에이터의 주파수 특성(β)과 본 실시예의 진동 액츄에이터의 주파수 특성(α)으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 진동 액츄에이터는 종래의 진동 액츄에이터와 비교하여 보다 넓은 주파수대역으로 진동량을 유지할 수 있기 때문에, 이동체 통신 기기 등에 탑재하여 사용할 때의 제어가 용이하다는 이점이 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 진동 액츄에이터를 이용함으로써 간단한 구조로 조립이 용이하며, 박형화해도 진동이 제한되는 일이 없는 진동 액츄에이터를 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. 하우징 케이스 내에 진동 방향으로 착자(着磁)한 판 형상의 마그넷을 갖고, 가이드 샤프트에 의해서 가동 범위가 진동 방향으로 제한된 가동자(可動子)와, 이 마그넷 외주에 계자 코일과 자성체로 이루어지는 코일 요크(coil yoke)를 가지며, 상기 코일에 통전했을 때, 상기 가동자에 관한 진폭의 중심 부근에 단일의 자극을 발생하도록 상기 코일과 상기 코일 요크를 배치하고, 상기 코일이 발생하는 자계와 상기 마그넷이 발생하는 자계와의 상호작용에 의해서 상기 판 형상의 마그넷을 갖는 가동자를 진동시키는 진동 액츄에이터에 있어서,

   상기 판 형상의 마그넷을 갖는 가동자가 자성체로 이루어지는 2개의 컵 형상을 갖는 마그넷 요크를 구비하고, 상기 2개의 마그넷 요크가, 상기 마그넷을 사이에 두고 자기 공극을 형성하며, 진동시에 가동자가 하우징 케이스 내벽과 접촉하지 않도록 상기 자기 공극의 폭을 설정함으로써 상기 가동자의 진폭이 제한되고 있는 것을 특징으로 하는 진동 액츄에이터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 마그넷 요크가, 상기 판 형상 마그넷 외연부(外緣部)로부터 외주측에 대하여 돌출부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 진동 액츄에이터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 가동자의 주변부에 배치한 코일이, 판 형상의 자성체로 이루어지는 코 일 요크를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 진동 액츄에이터.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 2개의 컵 형상 요크가 형성하는 자기 공극이 상기 판 형상 마그넷의 두께에 대하여 30∼70%인 것을 특징으로 하는 진동 액츄에이터.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 마그넷 요크 외연부와, 상기 가동자를 수납하는 하우징 내벽 또는 코일 내벽과의 간극을 조절함으로써 공기의 이동량을 제한한 것을 특징으로 하는 진동 액츄에이터.

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