KR101025109B1

KR101025109B1 - 진동 모터

Info

Publication number: KR101025109B1
Application number: KR1020090114938A
Authority: KR
Inventors: 박영일
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2011-03-25
Also published as: US8253282B2; CN102078857B; US20110127858A1; CN102078857A

Abstract

전원을 인가하는 기판을 지지하는 베이스; 상기 베이스를 덮는 하우징; 상기 베이스 또는 상기 하우징에 고정되는 고정자; 상기 고정자와 대면되며 전자기력에 의하여 진동되는 것으로, 질량을 부가하는 웨이트와, 상기 웨이트를 탄성 지지하는 스프링을 포함하는 진동자; 를 포함하며, 상기 스프링이 복수로 마련됨으로써 상기 진동자가 복수의 고유 진동수에서 공진되는 진동 모터를 제공한다.

Description

진동 모터{VIBRATION MOTOR}

본 발명은 게임기나 휴대용 전자 기기에 채용되는 진동 모터에 관한 것이다.

도 1은 종래의 진동 모터를 도시한 측단면도이다. 이를 참조하면, 종래의 진동 모터는 코일(15)이 솔더링되는 기판(10)과, 기판(10)을 고정하는 하우징(60)과, 하우징(60) 내부에 장착되는 스프링(20)과, 일면은 스프링(20)에 고정되고 타면에는 마그네트(40)가 장착되며 측면에 진동자(50)가 장착되는 요크(30)로 이루어진다. 이러한 타입의 진동 모터는 코일(15) 및 마그네트(40)의 상호 작용에 의하여 진동자(50)가 일 방향, 도시된 바에 의하면 상하 방향으로 진동되는 동특성을 갖는다. 즉, 스프링(20)은 상하 방향으로 탄성 변형되며, 스프링(20)에 의하여 탄성 지지되는 진동자(50)는 상하 방향으로 진동된다.

도시된 실시예에서, 주로 마그네트(40) 및 진동자(50)의 질량과 스프링(20)의 탄성에 의하여 결정되는 진동 모터의 고유 진동수는 하나의 값을 가지며, 이와 같이 기구적으로 결정되는 고유 진동수 값은 예를 들어 100~300Hz 대역 내에서 상 수값을 갖는다. 크기가 작은 진동 모터의 경우, 입력 전원이 크지 않으므로 주로 공진에 의하여 진동을 발생하도록 되어 있다.

진동 모터는 게임기나 핸드폰과 같은 휴대용 통신 기기에 많이 사용되는데, 최근에는 햅틱 기능이 강화되면서 각 기능별로 구분되는 진동 주파수를 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 사용자는 서로 다른 진동 주파수에 대응되는 서로 다른 기능을 촉각으로 인식한다.

그러나, 도시된 바와 같이 고유 진동수가 하나의 상수값을 갖는 경우 진동 모터가 채용된 전자 장치를 이용하여 사용자가 게임 또는 무선 통신시 단일한 주파수의 진동을 발생할 뿐이므로 다양한 주파수의 진동을 발생할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로, 복수의 고유 진동수를 갖도록 설계된 진동 모터를 제공하기 위한 것이다. 이를 구현하기 위하여 진동자의 형태 및 진동자를 탄성 지지하는 스프링의 구조를 특별히 설계하였으며, 구조의 간단한 변경에 의하여 고유 진동수의 개수 및 원하는 고유 진동수 값을 튜닝할 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 실시예로서, 본 발명의 진동 모터는, 전원을 인가하는 기판을 지지하는 베이스; 상기 베이스를 덮는 하우징; 상기 베이스 또는 상기 하우징에 고정되는 고정자; 상기 고정자와 대면되며 전자기력에 의하여 진동되는 것으로, 질량을 부가하는 웨이트와, 상기 웨이트를 탄성 지지하는 스프링을 포함하는 진동자; 를 포함한다.

여기서, 상기 스프링이 복수로 마련됨으로써 상기 진동자가 복수의 고유 진동수에서 공진된다.

또한, 상기 스프링은 상기 베이스 및 상기 하우징의 두께 방향에 수직한 방향으로 상기 진동자를 탄성 바이어스시킴으로써 상기 진동자가 상기 베이스 및 상기 하우징의 두께 방향에 수직한 방향으로 공진된다.

일 실시예로서, 본 발명의 진동 모터는, 베이스; 상기 베이스를 덮는 하우징; 상기 베이스 또는 상기 하우징에 고정되며, 제1 고유 진동수에 대응되는 제1 주파수 및 제2 고유 진동수에 대응되는 제2 주파수의 전원이 인가되는 코일; 상기 코일과 대면되는 마그네트와, 상기 마그네트에 질량을 부가하는 웨이트와, 상기 웨이트를 탄성 지지하며 서로 다른 탄성 계수를 갖는 제1 스프링 및 제2 스프링을 포함하는 진동자; 를 포함한다.

여기서, 상기 코일에 상기 제1 주파수의 전원이 인가되면 상기 진동자는 상기 제1 고유 진동수에서 공진되고, 상기 코일에 상기 제2 주파수의 전원이 인가되면 상기 진동자는 상기 제2 고유 진동수에서 공진된다.

본 발명에 따르면, 독립적인 진동 변위를 갖는 질량을 복수로 설치하는 구조에 의하지 않고, 질량을 탄성 지지하는 스프링을 복수로 설치하는 구조를 취한다. 따라서, 진동 모터의 경박 단소화된 구조에서 명백하게 구분되는 복수의 고유 진동수를 갖게 되며, 진동 모터가 장착되는 전자 장치의 각 기능에 대응되는 하나 이상의 고유 진동수에서 진동자가 공진된다. 그 결과, 햅틱 기능의 강화, 적은 전력 소모, 장치의 소형화, 진동자의 내구성 향상 등 다양한 효과를 기대할 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 2는 본 발명의 진동 모터를 도시한 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명의 진동 모터의 내부 구조를 도시한 평면도이다. 도 4는 본 발명의 진동 모터의 주파수 응답 특성을 도시한 그래프이다. 도 2 내지 도 4를 함께 참조하며 본 발명의 진동 모터의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

본 발명의 진동 모터는 고정자(200)와 진동자(300)를 포함한다. 고정자(200)와 진동자(300)는 베이스(160) 및 하우징(170)으로 이루어진 빈 공간 내부에 수용된다. 일 실시예로서, 하우징(170)의 가장 자리가 베이스(160)에 용접됨으로써, 진동 모터의 몸체를 이룬다. 베이스(160)에는 기판(100)이 고정되어 코일(150)에 전원을 인가한다. 코일(150)은 소정 굵기의 도체가 권선된 것으로, 그 양단이 기판(100)에 솔더링되어 전원을 인가받는다. 코일(150)에 인가되는 전원의 스위칭 주파수에 따라 진동자(300)는 스위칭 주파수에 대응되는 고유 진동수에서 공진된다. 코일(150)의 파손을 방지하고, 전자기력선 누설을 방지하기 위하여 코일(150) 주위에 보빈(155)이 마련된다.

본 발명에 따르면 스프링(110,120)이 복수로 마련됨으로써 진동자(300)가 복수의 고유 진동수에서 공진되는 한편, 스프링(110,120)은 베이스(160) 및 하우징(170)의 두께 방향에 수직한 방향으로 진동자(300)를 탄성 바이어스시킨다. 따라서, 진동자(300)가 베이스(160) 및 하우징(170)의 두께 방향에 수직한 방향으로 공진되는 특징을 갖는다.

또한, 본 발명의 진동 모터는 진동 모터의 두께 방향(베이스(160) 및 하우징(170)의 두께 방향과 일치)에 수직한 폭 방향 또는 길이 방향을 따라 고정자(200) 및 진동자(300)가 서로 대면된다. 따라서, 진동자(300)가 진동 모터의 폭 방향 또는 길이 방향으로 진동되는 특징을 갖는다. 고정자(200)로서 코일(150)이 마련되고 진동자(300)로서 마그네트(140)가 마련되는 경우 코일(150) 및 마그네트(140)가 상기 폭 방향 또는 길이 방향으로 대면되며, 마그네트(140)의 진동 방향은 상기 폭 방향 또는 길이 방향이 된다. 따라서, 종래의 두께 방향으로 진동하는 진동 모터에 비하여 적은 전원을 인가하여도 충분한 진동량을 얻을 수 있으며, 햅틱 체감도가 향상되는 장점이 있다.

기판(100)은 베이크라이트 등의 강성 재질로 된 인쇄회로기판(100)(PCB : printed circuit board), 또는 폴리이미드 등의 연성 재질로 된 FPC(flexible printed circuit) 또는 FFC(Flexible Flat Cable)가 될 수 있다.

고정자(200)는 베이스(160) 또는 하우징(170)에 고정된다. 고정자(200)와 대면되는 진동자(300)는 복수의 고유 진동수에서 공진됨으로써, 소형의 전자 장치에서 전원 공급이 적더라도 충분한 진동량을 얻을 수 있도록 되어 있다.

진동자(300)는 고정자(200)와 대면되어 전자기력에 의하여 공진되는 것으로서, 마그네트(140)와, 웨이트(130)와, 제1 스프링(110) 및 제2 스프링(120)을 포함한다.

마그네트(140)는 코일(150)과 대면되어 전자기력이 상호 작용되는 부재이다. 웨이트(130)는 마그네트(140)에 질량을 부가하는 것으로 진동 모터의 고유 진동수에 따라 결정되는 소정의 질량을 갖는다.

진동자(300)는 진동 모터가 장착되는 전자 장치의 각 기능별로 구분되는 복수의 고유 진동수를 가지며, 코일(150)에 인가되는 전원의 주파수에 따라 서로 다른 진동 주파수에서 공진된다.

일반적으로 질량-탄성-댐핑 시스템에서 시스템의 고유 진동수는 질량 및 탄성에 의하여 결정된다. 진동자(300)가 복수의 고유 진동수를 갖도록 하는 방법에는 여러 가지가 있을 수 있지만, 본 발명에서는 독립적인 진동 변위를 갖는 질량을 복수로 설치하는 방법에 의하지 않고, 질량을 탄성 지지하는 스프링(110,120)을 복수로 설치하는 방법을 사용하여, 경박 단소화된 구조에서 명백하게 구분되는 복수의 고유 진동수를 획득한다.

예를 들어 본 발명의 진동 모터가 장착될 전자 장치의 각 기능별로 제1 진동수 및 제2 진동수의 진동 성분이 필요한 경우, 진동자(300)의 고유 진동수가 제1 진동수와 일치하는 제1 고유 진동수(F1) 및 제2 진동수와 일치하는 제2 고유 진동수(F2)를 갖도록 스프링(110,120)의 구조를 설계한다. 이를 위하여 서로 다른 탄성 계수를 갖는 제1 스프링(110) 및 제2 스프링(120)과 같이 복수의 스프링(110,120) 을 마련한다. 이와 같이 스프링(110,120)이 복수로 마련됨으로써 진동자(300)가 복수의 고유 진동수에서 공진되는 것이 본 발명의 주요 특징이다.

뿐만 아니라, 시스템의 고유 진동수에 영향을 미치는 경계 조건(boundary condition)에 변화를 주어, 제1 스프링(110)의 지지 구조 및 제2 스프링(120)의 지지 구조를 서로 다르게 설계함으로써 제1 고유 진동수(F1) 및 제2 고유 진동수(F2)가 서로 명백하게 구분되게 한다.

서로 다른 제1 고유 진동수(F1) 및 제2 고유 진동수(F2)는 도 4에 상세하게 도시하였다. 도시된 바에 의하면 제1 고유 진동수(F1)가 제2 고유 진동수(F2)보다 작은 경우가 도시되지만, 각 스프링(110,120)의 형상이나 진동 방정식에서 경계 조건에 해당하는 지지 조건을 다르게 설계하면 그 반대의 경우도 얼마든지 가능하다.

일 실시예로서, 고정자(200)는 기판(100)에 연결되어 전원을 인가받는 코일(150)을 포함하며, 진동자(300)는 마그네트(140), 웨이트(130), 복수의 스프링(110,120)을 포함한다. 도시된 실시예와 별개로, 마그네트(140), 웨이트(130), 복수의 스프링(110,120)을 포함함 고정자(200)가 마련되고, 코일(150)을 포함한 진동자(300)가 마련되는 실시예도 가능하다.

복수의 스프링(110,120)은 제1 스프링(110) 및 제2 스프링(120)을 포함한다. 물론, 제3 고유 진동수를 얻기 위하여 제3 스프링(110,120)이 마련되는 실시예도 가능하다.

제1 스프링(110)은 베이스(160) 또는 하우징(170)에 일단이 고정된다. 제2 스프링(120)은 양단이 제1 스프링(110) 및 웨이트(130)에 각각 고정된다. 제1 스프 링(110) 및 제2 스프링(120)은 서로 다른 탄성 계수를 갖고 서로 다른 경계 조건을 가짐으로써 진동자(300)는 복수의 고유 진동수를 갖는다.

일 실시예로서, 제1 스프링(110)의 일부는 제1 용접부(W1)에서 베이스(160) 또는 하우징(170)에 결합된다. 제2 스프링(120)의 일단부는 제2 용접부(W2)에서 제1 스프링(110)에 결합된다. 웨이트(130)는 제2 스프링(120)의 타단부에 위치한 제3 용접부(W3)에서 제2 스프링(120)에 결합된다. 고정자(200)와 대면되는 마그네트(140)가 제3 용접부(W3)에 인접하여 웨이트(130)에 결합된다.

본 발명의 이러한 구조는 간단한 구조에 불구하고 명확하게 분리된 복수의 고유 진동수를 얻을 수 있다. 이러한 효과는 다수의 용접부(W1,W2,W3)에 의하여 각 스프링(110,120)의 경계 조건이 명확하게 구분되는 구조에 의하여 더욱 강화된다. 또한, 제1 스프링(110) 및 제2 스프링(120)의 결합 강도를 강화시켜 장시간 사용에 불구하고 진동자(300)가 이탈되거나 고정 상태가 훼손되는 신뢰성 문제를 개선할 수 있고, 진동 방향이 진동 모터의 횡방향으로 작용하게 되므로 종래의 진동 모터가 수직 방향으로만 진동하던 한계를 극복할 수 있게 한다.

일 실시예로서, 제1 스프링(110) 및 제2 스프링(120)은 밴드 형상의 탄성 부재를 절곡시킨 형상이다. 측면에서 보면 마치 외팔보 형상의 형상 및 지지 구조를 취하므로 재질의 두께를 얇게 하지 않더라도 탄성 계수를 충분히 낮출 수 있다. 이는 낮은 주파수의 고유 진동수를 얻고자 할 때 효과적이다. 부가적으로 고유 진동수의 조절은 웨이트(130)의 질량을 조절하여도 된다. 즉, 제1 스프링(110) 및 제2 스프링(120)의 탄성 계수를 증가시키거나, 웨이트(130)의 질량을 줄이면 고유 진동 수의 값이 증가될 것이다.

제1 스프링(110)은 베이스(160) 또는 하우징(170)에 고정되는 부분이 개구된 사각형 형상이다. 제2 스프링(120)은 제1 스프링(110)에 고정되며, 제1 스프링(110)에 고정되는 부분의 반대측이 개구된 사각형 형상이다. 제1 스프링(110) 및 제2 스프링(120)의 개구된 부분에 고정자(200)가 위치한다.

코일(150)에는 제1 고유 진동수(F1)에 대응되는 제1 주파수 및 제2 고유 진동수(F2)에 대응되는 제2 주파수의 전원이 인가된다. 진동자(300)는 코일(150)과 대면되는 마그네트(140)와, 마그네트(140)에 질량을 부가하는 웨이트(130)와, 웨이트(130)를 탄성 지지하며 서로 다른 탄성 계수를 갖는 제1 스프링(110) 및 제2 스프링(120)을 포함한다. 코일(150)에 제1 주파수의 전원이 인가되면 진동자(300)는 제1 고유 진동수(F1)에서 공진되고, 코일(150)에 제2 주파수의 전원이 인가되면 진동자(300)는 제2 고유 진동수(F2)에서 공진된다.

여기서, 제1 스프링(110)은 베이스(160) 또는 하우징(170)에 고정되고, 제2 스프링(120)은 제1 스프링(110)에 고정되며, 마그네트(140) 및 웨이트(130)는 제2 스프링(120)에 고정된다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

도 1은 종래의 진동 모터를 도시한 측단면도이다.

도 2는 본 발명의 진동 모터를 도시한 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명의 진동 모터의 내부 구조를 도시한 평면도이다.

도 4는 본 발명의 진동 모터의 주파수 응답 특성을 도시한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100...기판 110...제1 스프링

120...제2 스프링 130...웨이트(weight)

140...마그네트(magnet) 150...코일(coil)

155...보빈(bobbin) 160...베이스(base)

170...하우징(housing) 200...고정자

300...진동자 W1...제1 용접부

W2...제2 용접부 W3...제3 용접부

F1...제1 고유 진동수 F2...제2 고유 진동수

Claims

전원을 인가하는 기판을 지지하는 베이스;

상기 베이스를 덮는 하우징;

상기 베이스 또는 상기 하우징에 고정되는 고정자;

상기 고정자와 대면되며 전자기력에 의하여 진동되는 것으로, 질량을 부가하는 웨이트와, 상기 웨이트를 탄성 지지하는 스프링을 포함하는 진동자; 를 포함하며,

상기 스프링이 복수로 마련됨으로써 상기 진동자가 복수의 고유 진동수에서 공진되고,

상기 스프링은 상기 베이스 및 상기 하우징의 두께 방향에 수직한 방향으로 상기 진동자를 탄성 바이어스시킴으로써 상기 진동자가 상기 베이스 및 상기 하우징의 두께 방향에 수직한 방향으로 공진되는 진동 모터.
제1항에 있어서,

상기 고정자는 상기 기판에 연결되어 전원을 인가받는 코일을 포함하고,

상기 진동자는 상기 코일에 대면되는 마그네트를 포함하며,

상기 베이스 및 상기 하우징의 두께 방향에 수직한 폭 방향 또는 길이 방향을 따라 상기 코일 및 상기 마그네트가 대면됨으로써, 상기 진동자가 상기 폭 방향 또는 상기 길이 방향으로 진동되는 진동 모터.
제1항에 있어서,

상기 스프링은,

상기 베이스 또는 상기 하우징에 일단이 고정되는 제1 스프링과,

양단이 상기 제1 스프링 및 상기 웨이트에 각각 고정되며 상기 제1 스프링과 다른 탄성 계수를 갖는 제2 스프링을 포함하는 진동 모터.
제1항에 있어서,

상기 스프링은 제1 스프링 및 제2 스프링을 포함하고,

상기 제1 스프링의 일부는 제1 용접부에서 상기 베이스 또는 상기 하우징에 결합되며,

상기 제2 스프링의 일단부는 제2 용접부에서 상기 제1 스프링에 결합되고,

상기 웨이트는 상기 제2 스프링의 타단부에 위치한 제3 용접부에서 상기 제2 스프링에 결합되며,

상기 고정자와 대면되는 마그네트가 상기 제3 용접부에 인접하여 상기 웨이트에 결합되는 진동 모터.
제1항에 있어서,

상기 스프링은 밴드 형상의 탄성 부재를 절곡시킨 제1 스프링 및 제2 스프링을 포함하고,

상기 제1 스프링은 상기 베이스 또는 상기 하우징에 고정되며,

상기 제1 스프링은 상기 베이스 또는 상기 하우징에 고정되는 부분이 개구된 사각형 형상이고,

상기 제2 스프링은 상기 제1 스프링에 고정되며,

상기 제2 스프링은 상기 제1 스프링에 고정되는 부분의 반대측이 개구된 사각형 형상이고,

상기 제1 스프링 및 상기 제2 스프링의 개구된 부분에 상기 고정자가 위치하는 진동 모터.
베이스;

상기 베이스를 덮는 하우징;

상기 베이스 또는 상기 하우징에 고정되며, 제1 고유 진동수에 대응되는 제1 주파수 및 제2 고유 진동수에 대응되는 제2 주파수의 전원이 인가되는 코일;

상기 코일과 대면되는 마그네트와, 상기 마그네트에 질량을 부가하는 웨이트와, 상기 웨이트를 탄성 지지하며 서로 다른 탄성 계수를 갖는 제1 스프링 및 제2 스프링을 포함하는 진동자; 를 포함하며,

상기 코일에 상기 제1 주파수의 전원이 인가되면 상기 진동자는 상기 제1 고유 진동수에서 공진되고,

상기 코일에 상기 제2 주파수의 전원이 인가되면 상기 진동자는 상기 제2 고유 진동수에서 공진되는 진동 모터.
제6항에 있어서,

상기 제1 스프링은 상기 베이스 또는 상기 하우징에 고정되고,

상기 제2 스프링은 상기 제1 스프링에 고정되며,

상기 마그네트 및 상기 웨이트는 상기 제2 스프링에 고정되는 진동 모터.