KR101451871B1 - 리니어 모터 - Google Patents

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KR101451871B1
KR101451871B1 KR1020120125149A KR20120125149A KR101451871B1 KR 101451871 B1 KR101451871 B1 KR 101451871B1 KR 1020120125149 A KR1020120125149 A KR 1020120125149A KR 20120125149 A KR20120125149 A KR 20120125149A KR 101451871 B1 KR101451871 B1 KR 101451871B1
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강승렬
윤금영
김종태
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(주)파트론
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Abstract

본 발명은 외부로 유출되는 자기장이 감소되어 다른 소자에 영향을 주지 않는 리니어 모터에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 두께를 최소화하면서도 자기장의 유출을 최소화할 수 있고, 진동자의 변위를 유지함으로써 적절한 진동량을 유지할 수 있다.

Description

리니어 모터{LINEAR MOTOR}
본 발명은 리니어 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부로 유출되는 자기장이 감소되어 다른 소자에 영향을 주지 않는 리니어 모터에 관한 것이다.
최근 터치스크린 방식을 채용한 개인휴대단말기에 있어서, 별도의 스타일러스 펜을 구비하고, 스타일러스 펜에 마그네트를 장착하여, 스타일러스 펜의 접근을 감지할 수 있는 개인휴대단말기가 출시되고 있다. 이러한 방식으로 스타일러스 펜의 접근 여부를 판단하는 것은 자력의 세기를 감지해야 하므로 주변의 다른 자기장에 매우 민감하다.
그러나 최근 사용자의 편의성 및 미관상의 이유로 개인휴대단말기가 슬림화되고 있어, 내부에 실장되는 부품들의 배치가 조밀해질뿐만 아니라 각 부품들도 소형화되고 있어 자기장의 간섭 문제가 발생할 수 있다.
특히, 진동 모터는 코일과 마그네트의 상호적인 작용을 통해 전기적 에너지를 기계적인 진동으로 변환하는 부품이다. 최근에는 빠른 응답성과 긴 수명을 이유로 종전에 통용되었던 회전 진동 모터 대신에 선형 진동 모터를 일반적으로 사용하고 있다. 선형 진동 모터에 대한 종래 기술로 대한민국 등록특허 10-1046003(2011.06.27) 및 10-1055562(2011.08.02)에 상세하게 개시되어 있다.
선형 진동 모터는 내부에 탄성체와 결합된 진동자가 공진주파수에 맞춰서 상하로 공진하면서 진동을 생성한다. 이는 상하 방향의 공진 변위를 확보하여야 하므로, 두께를 줄이기 위해서는 상대적으로 강한 자력을 갖는 마그네트를 사용하여야 했다. 이와 같이 강한 자력을 갖는 마그네트를 사용함에 따라 다른 부품, 특히 스타일러스 펜의 마그네트와 자기장의 간섭이 발생하게 되는 문제점이 발생하였다.
따라서, 일정 수준 이상의 진동량을 확보하면서 두께가 얇고, 외부로 자기장이 유출되지 않는 진동 모터의 연구가 시급한 실정이다.
본 발명의 목적은 두께가 얇으면서도, 외부로 유출되는 자기장을 감소시킬 수 있는 진동 모터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따른 리니어 모터는 일정크기의 내부공간을 형성하며 하부가 개방된 케이스, 상기 케이스와 결합하여 상기 내부공간을 한정하고, 그 중앙부에서 내측으로 돌출된 돌출부를 구비한 브라켓, 상기 브라켓의 상기 돌출부의 상면에 배치되고, 자력을 발생시키는 적어도 하나의 마그네트, 상기 마그네트와 상호작용으로 전자기력을 발생시키는 코일과 상기 코일과 일체로서 진동하는 웨이트를 구비하는 진동자, 상기 진동자 및 상기 케이스의 내측에 결합하여 탄성력을 제공하는 탄성부재 및 상기 진동자와 결합하며, 상기 코일에 전기신호를 전달하는 기판을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 돌출부는 상기 브라켓의 바닥면에서 내측 수직방향으로 연장되는 측면부와 상기 측면부에서 바닥면과 수평방향으로 연장되고 마그네트가 배치되는 상면부로 형성될 수 있다.
또한, 상기 상면부의 외경은 상기 마그네트의 외경보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 기판은 상기 돌출부의 측면부와 접촉되지 않도록, 상기 돌출부의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸도록 설치된 기판을 포함할 수 있다.
또한, 상기 돌출부는 상기 상면부에서 연장되어 돌출되고, 상기 마그네트의 외주면과 결합하는 결합돌기를 구비할 수 있다.
또한, 상기 돌출부에 의해 하부가 외측으로 개방된 차폐 공간이 형성되고, 상기 차폐 공간 내부에 배치된 차폐 플레이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 차폐 공간은 충진제로 충진되고, 상기 차폐 플레이트는 상기 충진제에 의해 고정될 수 있다.
또한, 상기 차폐 플레이트는 상기 돌출부의 상면부의 외경보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 차폐 플레이트는 강자성체일 수 있다.
또한, 상기 차폐 플레이트는 상기 브라켓과 자기적으로 단절되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 리니어 모터에 의하면, 두께를 최소화하면서도 자기장의 유출을 최소화할 수 있다.
또한, 진동자의 변위를 유지함으로써 적절한 진동량을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 리니어 모터의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 리니어 모터의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 리니어 모터의 일부 구성요소에 대한 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 리니어 모터의 절개사시도이다.
하기 설명에서는 설명되는 실시예들의 기초 개념을 잘 이해하기 위해 많은 특정 세부 사항이 제시된다. 그러나, 당업자라면 설명된 실시예들이 이러한 특정 세부 사항의 일부 또는 전부가 없더라도 실시될 수 있음을 잘 알 것이다. 다른 경우에, 잘 알려져 있는 구성요소에 대해서는 본 발명의 기본 개념을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 설명하지 않았다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
명세서 전체에서, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결" 또는 "결합"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결" 또는 "직접적으로 결합"되어 있는 경우뿐아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전자기적으로 연결" 또는 "전자기적으로 결합"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 각 실시예에 대한 첨부된 각 도면들의 참조번호를 부여하는데 있어서, 동일한 구성요소에 대하여는 다른 도면에 표시되더라도 가능한 동일한 번호를 부여하였고, 유사하거나 유사한 기능을 수행하는 구성요소에 대하여는 가능한 유사한 번호를 부여하였다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 리니어 모터(900)의 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 리니어 모터(900)의 개략적인 분해사시도이다. 도 3은 도 1에 도시한 리니어 모터(900)의 일부 구성요소에 대한 사시도이다. 도 4는 도 1에 도시한 리니어 모터(900)의 개략적인 절개사시도이다.
도 1 내지 도 4을 참조하면, 본 발명에 따른 리니어 모터(900)는 케이스(100), 브라켓(200), 마그네트(300), 진동자(400), 탄성부재(500), 기판(600), 차폐 플레이트(700) 및 충진제(800)를 포함할 수 있다.
케이스(100)는 일정크기의 내부공간을 형성하며 하부가 개방된 형태를 갖을 수 있다. 케이스(100)의 개방된 하부는 후술할 브라켓(200)과 결합하여 밀폐될 수 있다. 브라켓(200)과의 결합에 의하여 케이스(100)가 형성한 내부공간이 한정된다. 케이스(100)와 브라켓(200)은 일체로 형성될 수 있다.
케이스(100)에 의해서 형성된 내부공간에는 후술할 마그네트(300), 진동자(400), 탄성부재(500) 및 기판(600) 등을 수용할 수 있다. 특히, 탄성부재(500)의 일측은 케이스(100)의 내측에 결합할 수 있다. 바람직하게는 탄성부재(500)는 케이스(100)의 상부면의 내측에 결합할 수 있다.
통상적으로 케이스(100)는 하부가 개방된 원통형 형상일 수 있다. 케이스(100)의 측벽부는 그 측벽부의 일부에 후술할 기판의 연결편(630)이 외부로 노출될 수 있는 개구부(opening)를 구비할 수 있다.
브라켓(200)은 케이스(100)와 결합하여 내부공간을 한정하고, 그 중앙부에서 내측으로 돌출된 돌출부(230)를 구비할 수 있다. 브라켓(200)은 케이스(100)의 하면과 결합하여 내부공간을 한정할 수 있다. 브라켓(200)은 케이스(100)의 하면과 결합하므로, 그 형상이 케이스(100)의 개방된 하면과 대응되는 형상을 가질 수 있다. 통상적으로 케이스(100)가 하부가 개방된 원통형이므로, 통상적으로 브라켓(200)은 원판형일 수 있다.
브라켓(200)은 평평한 판 형태의 바닥면(210)과 바닥면(210)의 중앙부에서 내측으로 돌출된 돌출부(230)을 구비할 수 있다.
브라켓(200)의 바닥면(210) 상면에는 후술할 기판(600)이 배치될 수 있다. 기판(600)은 바닥면(210)과 결합될 수도 있고, 결합되지 않은 상태에서 바닥면(210) 상면에 위치할 수도 있다. 바닥면(210)은 후술할 기판의 연결편(630)이 그 상단에 위치하여 지지될 수 있도록 하는 지지편(211)을 구비할 수 있다. 지지편(211)은 상술한 케이스(100)의 개구부에 대응하는 위치에 결합되는 것이 바람직하다.
브라켓(200)은 그 바닥면(210)의 중앙부에서 내측으로 돌출하는 돌출부(230)을 구비할 수 있다. 돌출부(230)는 브라켓(200)의 바닥면(210)에서 내측 수직방향으로 연장되는 측면부(231)와 측면부(231)에서 바닥면(210)과 수평방향으로 연장되고 마그네트가 배치되는 상면부(233)로 형성될 수 있다. 통상적으로 돌출부(230)는 하부가 개방된 원통형으로 형성될 수 있다.
상면부(233)의 외경은 후술할 마그네트(300)의 외경보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상면부(233)에 마그네트(300)가 배치되는데 그 배치의 안정성과 용이성을 도모하기 위함이다.
돌출부(230)는 상면부(233)에서 연장되어 돌출되고, 마그네트(300)의 외주면과 결합하는 결합돌기(235)를 구비할 수 있다. 결합돌기(235)는 환형(ring shpe) 또는 호형(arc shape)으로 형성될 수 있다. 결합돌기(235)는 마그네트(300)의 외경에 대응하는 내경을 가질 수 있다. 결합돌기(235)의 내부에 마그네트(300) 결합될 수 있다. 결합돌기(235)와 마그네트(300)의 외주면은 접착제 등을 통하여 고정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 기판(600)은 브라켓(200)의 바닥면(210) 상면에 배치될 수 있다. 이 때, 기판(600)은 후술할 진동자(400)와 결합하여 일체로서 진동하는 진동편(610)과 진동편(610)에서 연장되어 외부와 연결되는 연결편(630)으로 구성된다. 진동편(610)은 돌출부(230)의 측면부(231)와 접촉되지 않도록, 돌출부(230)의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸도록 설치될 수 있다. 진동편(610)은 돌출부의 측면부(231)를 둘러싸므로, 원의 일부에 해당하는 형태 또는 원주 방향으로 적어도 하나의 원을 형성하며 선회하는 형태의 형상을 가질 수 있다. 이때 진동편(610)이 일부를 형성하는 원 또는 진동편(610)이 형성하며 선회하는 원의 외경은 돌출부의 측면부(231)와 접촉되지 않도록 하기 위하여, 돌출부의 측면부(231)의 외경보다 크게 형성될 수 있다.
돌출부(230)에 의해 하부가 외측으로 개방된 차폐 공간이 형성될 수 있다. 돌출부(230)가 하부가 개방된 원통형인 경우, 원통형의 차폐 공간이 형성될 수 있다. 차폐 공간은 케이스(100)와 브라켓(200)에 의해 형성된 내부공간이 아닌 외부에 형성된다.
차폐 공간 내부에 차폐 플레이트(700)가 배치될 수 있다. 차폐 공간이 원통형으로 형성될 경우, 차폐 플레이트(700) 또한 원통형으로 형성될 수 있다. 차폐 플레이트(700)는 차폐 공간 내부에 삽입되어 배치되기 위해서, 차폐 플레이트(700)의 외경이 돌출부(230)의 외경보다 작게 형성될 수 있다.
차폐 플레이트(700)는 마그네트(300)에서 발생하는 자기장을 차폐하는 기능을 수행한다. 따라서, 차폐 플레이트(700)는 니켈(Ni), 철(Fe) 등의 강자성체일 수 있다.
효과적인 차폐를 위해서, 차폐 플레이트(700)는 브라켓(200)과 자기적으로 단절되어 있을 수 있다. 자기적으로 연결되어 있다는 것은 차폐 플레이트(700)가 브라켓(200)과 물리적으로 완전히 연결되어 있거나, 강자성체 또는 반강자성체 등을 통해 연결되어 있는 것을 의미한다. 따라서, 차폐 플레이트(700)는 브라켓(200)과 물리적으로 완전히 분리되어 있거나 상자성체 또는 비자성체 등 마그네트(300)에 의해 자화되지 않는 물질을 통해 연결되어 있을 수 있다.
차폐 공간은 충진제(800)로 충진되어 있을 수 있다. 충진제(800)는 마그네트(300)에 의해 자화되지 않는 상자성체 또는 비자성체 등이 바람직하다. 예를 들면, 에폭시 등의 수지가 사용될 수 있다.
충진제(800)는 차폐 플레이트(700)를 고정시킬 수 있다. 비자성체의 충진제(800)에 의해서 차폐 공간에서 차폐 플레이트(700)가 고정된다면, 차폐 플레이트(700)는 브라켓(200)과 자기적으로 단절되어 있을 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 리니어 모터(900)의 누설자력을 비교한 그래프이다. 도 5를 참조하면, 돌출부(230)가 형성된 경우 누설 자력이 약 14% 정도 감소하고, 돌출부(230)에 차폐 플레이트(700)까지 형성된 경우 누설 자력이 약 20% 정도 감소함을 알 수 있다.
케이스(100)와 브라켓(200)은 서로 결합하여 내부공간을 형성한다. 도면에는 케이스(100)가 하부가 개방된 형태이고 브라켓(200)이 케이스(100)의 하부를 밀폐하는 형태이지만, 이와 반대로, 브라켓(200)이 상부가 개방된 형태이고 케이스(100)가 브라켓의 상부를 밀폐하여 공간을 형성하는 것도 가능하며, 이러한 실시예도 본 발명의 범위에 속하는 것은 자명하다.
마그네트(300)는 브라켓(200)의 돌출부(230)의 상면에 배치되고, 자력을 발생시킨다. 리니어 모터(900)는 마그네트(300)를 적어도 하나 구비할 수 있다. 마그네트(300)는 돌출부(230)의 상면에 접착제 등을 통해 본딩 방식으로 결합될 수 있다.
진동자(400)는 마그네트(300)와 상호작용으로 전자기력을 발생시키는 코일(410)과 코일(410)과 일체로서 진동하는 웨이트(weight)(430)을 구비할 수 있다. 진동자(400)는 탄성부재(500)와 결합하여 탄성력을 제공받아 진동한다.
코일(410)은 중심부에 마그네트(300) 및 돌출부(230)가 관통되는 환형(ring shape)으로 형성될 수 있으며, 웨이트(430)는 코일(410)의 외주면에 결합될 수 있는 환형으로 형성될 수 있다. 코일(410)과 웨이트(430)은 결합부재(450)를 통해 결합될 수 있다. 따라서 코일(410)의 내경은 마그네트(300) 및 돌출부(230)의 외경보다 크게 형성될 수 있다. 웨이트(430)의 내경은 코일(410)의 외경와 동일하거나 약간 크게 형성될 수 있다. 웨이트(430)는 진동할 때, 케이스(100)와 접촉되지 않도록 웨이트(430)의 외주면은 케이스(100)의 내주면보다 작게 형성할 수 있다.
코일(410)은 기판(600)으로부터 특정한 주파수를 갖는 교류의 전기신호를 공급받을 수 있다. 교류의 전기신호를 공급받은 코일(410) 및 웨이트(430)는 마그네트(300)와 상호작용으로 특정한 고유진동수로 진동하게 된다.
웨이트(430)는 코일(410)과 함께 진동하는 진동자(400)를 이룰 수 있다. 웨이트(430)는 진동자(400)의 질량을 높임으로써 공진진동수를 조절하고, 진동량을 조절할 수 있다.
탄성부재(500)는 진동자(400) 및 케이스(100)의 내측에 결합하여 탄성력을 제공할 수 있다. 탄성부재(500)의 일측은 케이스(100)의 내측에 결합할 수 있다. 탄성부재(500)의 타측은 진동자(400)와 결합할 수 있다.
탄성부재(500)는 예를 들면, 코일스프링 또는 판스프링일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
기판(600)은 진동자(400)와 결합하며, 코일(410)에 전기신호를 전달한다. 기판(600)은 진동자(400)와 결합하여 일체로서 진동하는 진동편(610)과 진동편(610)에서 연장되어 외부와 연결되는 연결편(630)으로 구성된다.
진동편(610)은 진동자(400)와 결합하여 일체로서 진동할 수 있도록 유연한(flexible) 재질 또는 탄성력 있는 재질일 수 있다. 예를 들면, 연성회로기판(FPCB ; Flexible Printed Circuit Board)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
진동편(610)의 일단은 진동자(400)와 결합하여 코일(410)에 특정한 주파수를 갖는 교류의 전기신호를 공급한다. 진동편(610)의 타단은 연결편(630)으로 연장된다.
연결편(630)은 브라켓(200)의 지지편(211) 상면에 배치되고, 외부로부터 특정한 주파수를 갖는 교류의 전기신호를 공급받는다. 따라서 연결편(630)의 일단에는 외부와 연결될 수 있는 단자부가 형성될 수 있다.
진동편(610)은 돌출부(230)의 측면부(231)와 접촉되지 않도록, 돌출부(230)의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸도록 설치될 수 있다. 진동편(610)은 돌출부의 측면부(231)를 둘러싸므로, 원의 일부에 해당하는 형태 또는 원주 방향으로 적어도 하나의 원을 형성하며 선회하는 형태의 형상을 가질 수 있다. 이때 진동편(610)이 일부를 형성하는 원 또는 진동편(610)이 형성하며 선회하는 원의 외경은 돌출부의 측면부(231)와 접촉되지 않도록 하기 위하여, 돌출부의 측면부(231)의 외경보다 크게 형성될 수 있다.
100 : 케이스
200 : 브라켓
230 : 돌출부
231 : 측면부 233 : 상면부
235 : 결합돌기
300 : 마그네트
400 : 진동자
410 : 코일 430 : 웨이트
500 : 탄성 부재
600 : 기판
610 : 진동편 630 : 연결편
700 : 차폐 플레이트
800 : 충진제

Claims (10)

  1. 일정크기의 내부공간을 형성하며 하부가 개방된 케이스;
    상기 케이스와 결합하여 상기 내부공간을 한정하고, 그 중앙부에서 수직방향의 내측으로 돌출된 돌출부를 구비한 브라켓;
    상기 브라켓의 상기 돌출부의 상면과 결합되고, 자력을 발생시키는 마그네트;
    상기 마그네트와 상호작용으로 전자기력을 발생시키는 코일과 상기 코일과 일체로서 진동하는 웨이트를 구비하는 진동자;
    상기 진동자 및 상기 케이스의 내측에 결합하여 탄성력을 제공하는 탄성부재; 및
    상기 진동자와 결합하며, 상기 돌출부의 측면과 접촉되지 않도록, 상기 돌출부의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸도록 설치되고, 상기 코일에 전기신호를 전달하는 기판을 포함하며,
    상기 돌출부에 의해 하부가 외측으로 개방된 차폐 공간이 형성되고, 상기 차폐 공간 내부에 배치된 차폐 플레이트를 더 포함하는
    리니어 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차폐 공간은 충진제로 충진되고,
    상기 차폐 플레이트는 상기 충진제에 의해 고정되는
    리니어 모터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차폐 플레이트는 상기 돌출부의 상면부의 외경보다 작게 형성된
    리니어 모터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 차폐 플레이트는 강자성체인
    리니어 모터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 차폐 플레이트는 상기 브라켓과 자기적으로 단절되어 있는
    리니어 모터.



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