KR101067211B1 - 선형진동자 - Google Patents

Abstract

본 발명의 선형진동자는 내부 수용공간을 구획하는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 수용되어 선형진동하는 중량체와, 일단이 상기 케이스의 내부에 연결되고 타단이 상기 중량체에 연결되어 상기 중량체를 탄성지지하는 탄성부재와, 상기 중량체 및 상기 탄성부재의 하부에 장착된 요크 및 상기 요크의 내부에 구비되며 가동자인 코일 및 상기 코일의 외측을 감싸도록 내외경1극 착자되며 고정자인 제1 마그넷 및 상기 코일의 내부를 관통하도록 배치되되, 상기 제1 마그넷과 반대극성으로 내외경1극 착자되어 상기 코일의 내경으로부터 반경방향 또는 상기 코일의 외경에서 내경방향으로 퍼져 나가도록 설계되며 가동자인 제2 마그넷 및 상기 요크의 하부에 장착되어 외부입력단자와 연결되는 기판 및 상기 기판의 하부에 장착된 브라켓을 포함한다.

Description

선형진동자{Linear Vibrator}

본 발명은 선형진동자에 관한 것이다.

진동모터는 전자기적 힘의 발생원리를 이용하여 전기적 에너지를 기계적 진동으로 변환하는 부품으로서, 휴대전화에 탑재되어 무음 착신알림용으로 사용되고 있다. 휴대전화 시장이 급속도로 팽창되고 있고, 이와 더불어 여러가지 기능이 휴대폰에 부가되는 추세에 따라 휴대폰 부품의 소형화, 고품질화가 요구되어지는 상황에서 진동모터 또한 기존제품의 단점을 개선하고 품질을 획기적으로 개선시키는 새로운 구조의 제품개발의 필요성이 대두되고 있다.

최근, 몇년간 LCD 화면이 큰 휴대폰의 출시가 급증하면서, 터치스크린 방식이 채택됨에 따라 터치시 진동을 발생시키는 용도로 채용이 증가되어 왔다. 터치스크린에서의 터치시 진동에 있어서 특히 요구되는 성능은, 첫째 착신시 진동발생에 비하여 사용횟수가 많아짐에 따라서 동작수명시간의 증가를 요구하게 되고, 둘째 화면을 터치하는 속도에 맞추어 진동의 응답속도도 빨라져야 사용자가 터치시 진동을 체감하는데 있어서 만족감을 높일 수 있다.

종래에 많이 사용되는 진동모터는 회전력을 발생시켜 불평형 질량을 회전부에 회전시킴으로써 기계적 진동을 얻는 방식을 사용하고 있으며, 회전력은 브러쉬와 정류자의 접점을 통하여 정류작용을 거쳐 회전자 코일에 전류를 공급하는 구조로 발생시킨다. 하지만 이러한 정류자를 사용한 브러쉬타입 구조는 모터 회전시 브러쉬가 정류자의 세그먼트와 세그먼트 사이의 극간을 지나면서 기계적인 마찰과 전기적인 스파크를 유발하거나 마모 및 블랙 파우더 등 이물을 생성하여 모터수명이 짧아지는 단점이 있다.

또한, 모터에 전압 인가시 불평형 질량을 갖는 회전부의 관성에 의하여 목표진동량에 도달하는데 시간이 걸려서 응답속도가 느려지는 단점이 있어서 터치스크린 폰에서 적합한 진동구현에 어려움이 있다.

이러한 수명 및 응답성의 단점을 극복하여 현재 터치스크린폰의 진동기능구현을 위하여 많이 사용되고 있는 것이 선형진동자이다.

선형진동자는 모터의 회전원리를 이용한 것이 아니라, 진동자 내부에 설치되는 스프링과 스프링에 매달린 운동부를 이용하여 결정되는 공진주파수를 갖는 전자기력으로 가진되어 진동을 발생시키게 된다. 여기에서 전자기력은 운동 질량부에 위치한 마그넷이 지지판에 위치한 코일의 일정한 주파수를 갖는 직류 또는 교류전류와 상호작용하여 발생한다.

본 발명의 목적은 진동력을 충분히 크게 할 수 있는 선형진동자를 제공하는 것이다.

본 발명의 선형진동자는 내부 수용공간을 구획하는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 수용되어 선형진동하는 중량체와, 일단이 상기 케이스의 내부에 연결되고 타단이 상기 중량체에 연결되어 상기 중량체를 탄성지지하는 탄성부재와, 상기 중량체 및 상기 탄성부재의 하부에 장착된 요크 및 상기 요크의 내부에 구비되며 가동자인 코일 및 상기 코일의 외측을 감싸도록 내경 및 외경이 1극 착자되며 고정자인 제1 마그넷 및 상기 코일의 내부를 관통하도록 배치되되, 상기 제1 마그넷과 반대극성으로 내경 및 외경이 1극 착자되며 가동자인 제2 마그넷 및 상기 요크의 하부에 장착되어 외부입력단자와 연결되는 기판 및 상기 기판의 하부에 장착된 브라켓을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 마그넷은 외경이 S극, 내경이 N극으로 착자되며 상기 제2 마그넷은 내경이 N극, 외경이 S극으로 착자되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 마그넷은 외경이 N극, 내경이 S극으로 착자되며 상기 제2 마그넷은 내경이 S극, 외경이 N극으로 착자되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 마그넷은 상기 코일의 내경으로부터 반경방향 또는 상기 코일의 외경에서 내경방향으로 퍼져 나가도록 설계되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 선형진동자는 제1마그넷과 제2마그넷이 반대극성으로 마주하도록 하여 자기장의 방향이 코일의 내경으로부터 반경방향 또는 코일의 외경에서 내경방향으로 퍼져 나가도록 설계하여, 동일체적에 전자기력을 극대화할 수 있는 구조를 제안한다.

이러한 구조를 통하여, 진동자가 수직방향에 따른 운동변위확보의 필요성이 없으며, 이에 따라 진동자의 두께 박형화가 가능하다.

또한, 진동방향으로 긴 진동자의 외관설계가 가능하게 되어 수직 리니어진동자에 비하여 진동량이 증가가능하다.

뿐만 아니라, 내경 및 외경이 1극착자된 마그넷 두 개를 반대 극성으로 마주보게 하는 구조로 전자기력을 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 선형진동자의 분해사시도;
도 2는 본 발명에 따른 선형진동자의 일부 조립도;
도 3은 본 발명에 따른 선형진동자의 또다른 일부 조립도;
도 4는 본 발명에 따른 선형진동자의 제1마그넷 및 제2마그넷의 전자기 방향도;
도 5는 본 발명에 따른 선형진동자의 제1마그넷 및 제2마그넷의 또다른 전자기 방향도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 내외경1극착자 마그넷을 사용하고, 코일의 내부와 외부를 연결하는 닫힌구조의 자기회로를 구성하여 코일에 쇄교되는 자기력을 크게 하는 구조를 구현함으로써 코일에 흐르는 전류와 합해진 전자기력을 크게 하고, 결과적으로 진동자의 진동력을 충분히 크게하는 것을 목적으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 선형진동자는 케이스(110), 중량체(120), 탄성부재(130), 요크(140), 내외경1착자 제1마그넷(150), 코일(160), 내외경1착자 제2마그넷(170), 기판(180), 브라켓(190)으로 이루어진다.

본 발명에 따른 선형진동자는 자기회로가 개선된 선형진동자로서, 내외경1극 착자된 두 개의 링형 마그넷과 코일을 이용한 자기회로 시스템이다.

리니어모터는 공진주파수(F)는 모터를 구동시키는 고정주파수를 압력으로 받아들이기 때문에 공진주파수와 입력주파수의 차이가 발생하면 진동력이 약해질 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 공진주파수와 인접한 주파수 대역에서도 진동량을 확보하기 위해서는 일정량의 대역폭(Band width)를 확보해야 한다. 여기서, 대역폭이란 대역의 상하한의 주파수의 차이를 헤르츠(hz)로 나타낸 것을 말한다.

또한, 터치스크린폰에 적용시 터치하는 속도에 맞추어 진동의 응답속도도 빨라져야 사용자가 진동을 체감하는데 있어서 만족감을 높일 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 선형진동자는, 선형진동자의 주요성능인 진동량을 넓은 주파수 대역에서 확보하기 위한 대역폭의 개선과 진동의 응답속도 개선을 하기위한 자기회로구조를 제안한다.

케이스(110)는 일정크기의 내부공간을 갖는 수용부재이며, 내부에 중량체(120)를 비롯한 진동자 및 고정자를 포함한다.

중량체(120)는 코일(160)의 전원신호를 인가하여 마그넷(150,170)과 상호작용함으로써 선형진동을 발생한다. 여기서, 중량체(120)는 철보다 무거운 비중을 갖는 것이 바람직한데, 이는 동일한 체적 내에서 진동자의 질량을 높임으로써 진동체의 질량에 관계하는 공진주파수(F)를 조절하여 진동량을 최대로 하기 위함이다.

중량체(120)는 측면으로 확장되어 더 큰 질량을 갖도록 할 수도 있는바, 이 또한, 제한된 체적 내에 질량을 증가시켜 진동량을 최대로 하기 위함이다.

일반적으로 공진주파수(F)를 이용하는 선형진동자에 있어서, 공진주파수(F)는 아래 [수학식 1]에서 보듯이 중량체(120)의 질량(m)과 탄성부재(130)의 탄성계수(k)로 결정된다. 코일(160)에 이 공진주파수(F)를 갖는 전원이 인가되어 전류가 흐를 때 중량체(120)가 상하로 움직이는 변위는 최대가 되고 진동량도 최대가 된다.

선형진동자(100)의 고유 진동수를 보정하기 위해서 중량체(120)는 적어도 어느 하나 이상의 홀(미도시)를 구비하여 중량체(120)의 질량을 가감가능하도록 할 수도 있다.

탄성부재(130)는 일측이 중량체(120)에 장착되고 타측이 케이스(110)에 장착되어 중량체(120)의 선형진동을 탄성지지한다. 탄성부재(130)의 탄성계수는 중량체(120)의 고유진동수에 영향을 미치게 된다.

또한, 탄성부재(130)는 코일스프링 또는 판스프링 형태로 케이스(110)의 내부공간에 고정되고 중량체(120)에 연결되어 탄성력을 발생시키도록 이루어진다.

요크(140)는 중량체(120) 및 탄성부재(130)의 하부에 구비되며, 내부에 내외경1착자 제1마그넷(150)과 코일(160) 및 내외경1착자 제2마그넷(170)을 포함한다. 요크(140)는 마그넷(150,170)과 관련하여 자기장의 세기를 일정하게 유도할 수 있다.

내외경1착자 제1마그넷(150)은 코일(160)의 외경에 배치되며, 코일(160)에 흐르는 전류와 상호작용하여 코일(160)의 중심축 방향으로 전자기력을 발생시킬 수 있도록 내외경1착자 제2마그넷(170)이 코일(160)의 내경에 배치된다.

코일(160)은 전류를 일정주파수에 따라 인가받으면 주변에 자기장이 유도되며 중량체(120)와 전원신호를 인가하여 마그넷(150,170)과 상호작용함으로써 중량체(120)의 선형진동을 발생시킨다.

기판(180)은 각종 전자회로 및 수동소자가 장착되어 전기신호를 송수신하도록 연결되며 요크(140)의 하부에 장착된다.

브라켓(190)은 기판(180)의 하부에 구비되어 선형진동자(100)의 부품들을 하부에서 지지한다. 여기서, 브라켓(190)은 구동부에 영향을 주지않도록 비자성 또는 약자성체로 만들어진다.

도 2는 본 발명에 따른 선형진동자(100)가 케이스(110)가 개방된 채로 조립된 형상을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 선형진동자(100)의 중량체(120)는 탄성부재(130)에 의해 탄성지지되어 선형진동을 실시한다.

도 3은 본 발명에 따른 선형진동자(100)의 일부조립도로써, 브라켓(190)의 내부상면에 외부입력단자와 연결되는 기판(180)이 장착되는데, 기판(180)은 외부에서 인가되는 전원을 진동자 내부의 코일(160)로 연결시키는 회로패턴을 포함한다. 또한, 베이스에는 코일(160)과 코일(160)의 외측을 감싸도록 내외경1극 착자된 제1마그넷이 구비되어 있다.

도 4는 제1 마그넷(150)과 제2 마그넷(170)이 반대극성으로 마주하도록 하여 자기장의 방향이 코일(160)의 내경으로부터 반경방향 또는 코일(160)의 외경에서 내경방향으로 퍼져나가도록 설계하여, 동일체적에서 전자기력을 극대화할 수 있는 구조를 나타내며 전자기 방향도 함께 나타낸다.

여기서, 제1마그넷(150)은 고정자이며, 코일(160)과 제2마그넷(170)은 가동자이다. 또한, 마그넷이 두 개이므로 자기회로의 누설이 없는 구조이다.

도 4는 제1마그넷(150)의 외경이 S극, 내경이 N극으로 착자된 경우이며, 도 5는 제1마그넷(150)의 외경이 N극, 내경이 S극으로 착자된 경우를 나타낸다.

상기와 같은 구조를 가지는 본 발명에 따른 선형진동자(100)는 제1마그넷(150)과 제2마그넷(170)이 반대극성으로 마주하도록 하여 자기장의 방향이 코일(160)의 내경으로부터 반경방향 또는 코일(160)의 외경에서 내경방향으로 퍼져 나가도록 설계하여, 동일체적에 전자기력을 극대화할 수 있는 구조를 제안한다.

이러한 구조를 통하여, 진동자가 수직방향에 따른 운동변위확보의 필요성이 없으며, 이에 따라 진동자의 두께 박형화가 가능하다.

또한, 진동방향으로 긴 진동자의 외관설계가 가능하게 되어 수직 리니어진동자에 비하여 진동량이 증가가능하다.

뿐만 아니라, 내외경 1극착자된 마그넷 두 개를 반대 극성으로 마주보게 하는 구조로 전자기력을 증가시킬 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 선형진동자(100)는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100: 선형진동자 110: 케이스
120: 중량체 130: 탄성부재
140: 요크 150: 제1 마그넷
160: 코일 170: 제2 마그넷
180: 기판 190: 브라켓

Claims (4)

1. 내부 수용공간을 구획하는 케이스;
   상기 케이스의 내부에 수용되어 선형진동하는 중량체;
   일단이 상기 케이스의 내부에 연결되고 타단이 상기 중량체에 연결되어 상기 중량체를 탄성지지하는 탄성부재;
   상기 중량체 및 상기 탄성부재의 하부에 장착된 요크 및 상기 요크의 내부에 구비되며 가동자인 코일;
   상기 코일의 외측을 감싸도록 내경 및 외경이 1극 착자되며 고정자인 제1 마그넷;
   상기 코일의 내부를 관통하도록 배치되되, 상기 제1 마그넷과 반대극성으로 내경 및 외경이 1극 착자되며 가동자인 제2 마그넷; 및
   상기 요크의 하부에 장착되어 외부입력단자와 연결되는 기판 및 상기 기판의 하부에 장착된 브라켓;을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형진동자.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 마그넷은 외경이 S극, 내경이 N극으로 착자되며 상기 제2 마그넷은 내경이 N극, 외경이 S극으로 착자된 것을 특징으로 하는 선형진동자.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 마그넷은 외경이 N극, 내경이 S극으로 착자되며 상기 제2 마그넷은 내경이 S극, 외경이 N극으로 착자된 것을 특징으로 하는 선형진동자.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 마그넷은 상기 코일의 내경으로부터 반경방향 또는 상기 코일의 외경에서 내경방향으로 퍼져 나가도록 설계되는 것을 특징으로 하는 선형진동자.

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