KR200316436Y1 - 진동 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 진동 액츄에이터를 제공한다. 본 고안의 진동 액츄에이터는 비자성 베이스와; 비자성 베이스에 고정적으로 설치되며, 인가되는 교번전류에 의해 양쪽 자극의 극성이 교번적으로 변환되는 전자기적 작동수단과; 전자기적 작동수단의 양쪽 자극과 공극을 두고 대향할 수 있는 한 쌍의 돌극부를 갖는 진동자와; 진동자가 상기 전자기적 작동수단에 대해 운동할 수 있도록 진동자를 비자성 베이스에 탄성 지지시키는 탄성지지수단과; 진동자에 고정적으로 설치되며, 전자기적 작동수단의 한쪽 자극과 이에 대응되는 진동자의 한쪽 돌극부 간에는 인력이, 전자기적 작동수단의 다른쪽 자극과 이에 대응되는 진동자의 다른쪽 돌극부 간에는 척력이 발생되도록 돌극부들을 동일한 극성으로 자화시키는 영구자석을 포함한다. 이러한 본 고안은 하나의 전자석에만 전류를 공급해도 되므로 전력 소모가 매우 적다. 또한, 그 구성이 매우 간단하여 제작공정의 단순화가 가능하고, 저렴한 비용으로 간편하게 제작할 수 있다. 또한, 기계적 마찰접촉부가 없으므로 내구성이 향상되며, 따라서 수명이 연장되는 효과를 갖는다.

Description

진동 액츄에이터{VIBRATION ACTUATOR}

본 고안은 진동 액츄에이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력 소모가 적고 제작비용이 저렴하며 내구성이 높은 진동 액츄에이터에 관한 것이다.

진동 액츄에이터는 진동을 일으키는 장치로서, 각종 진동마사지기구와 진동운동기구에 장착되어 사용되고 있다. 특히, 최근에는 휴대용 전화기 또는 무선호출기 등과 같은 소형의 통신기기에 내장되어 착신(着信)을 알려주는 수단으로서 널리 사용되고 있다.

진동 액츄에이터의 일례로서, 편심 중추식 진동 액츄에이터가 개발되어 사용되고 있다. 편심 중추식 진동 액츄에이터는 편심된 무게중심을 갖는 언밸런스 웨이트를 회전형 모터로 회전시킴으로써 회전 불균형을 일으키면서 진동을 발생시킨다.

그러나 이러한 편심 중추식 진동 액츄에이터는 언밸런스 웨이트를 직접 회전시켜야 하기 때문에 전력 소비가 크다는 단점이 있다. 또한, 편심 중추식 진동 액츄에이터는 회전자를 갖는 회전형 모터를 구비하는 바, 상대적으로 고속 회전하는 회전자와 기타 다른 부품간에 회전 마찰접촉부가 형성되며, 이에 따라 마찰접촉부가 조기에 마모되거나 손상되어 기계적 수명이 짧다는 단점이 있다.

뿐만 아니라, 편심 중추식 진동 액츄에이터는 회전형 모터로서 직류 모터(DC motor)를 사용할 경우, 회전자의 각 코일에 전류를 교번적으로 공급하기 위한 브러쉬, 정류자 등이 필요하므로 상대적으로 그 구성이 복잡하다는 단점이 있다. 이러한 단점은 많은 제작비가 소요되는 원인이 되며, 제작 시간을 지연시키는 원인이 된다. 또한 이러한 직류 모터는 내장된 정류자와 브러시가 스위칭(Switching) 관계이기 때문에 상기 정류자와 브러시의 순간적인 전원단락에 의해 스파크가 발생되는 문제까지 갖고 있다.

한편, 최근에는 이를 감안하여 회전형 모터와 언밸런스 웨이트를 사용하지 않고도 진동을 발생시킬 수 있는 전자식 진동 액츄에이터가 개발되어 사용되고 있다. 그 일례로서, 일본공개특허공보 2002-18354에는 전자 진동 액츄에이터가 제안되어 있다. 이 기술은 케이스 내부에 한 쌍의 "U"자형 전자석을 서로 교차하는 형태로 마주보게 설치한 다음, 그 가상의 교차점에 영구자석을 배치하고, 배치된 영구자석을 탄성 샤프트로 요동 운동가능하게 지지하는 구성을 갖는다.

이러한 전자식 진동 액츄에이터는 한 쌍의 "U"자형 전자석에 전류를 인가하되, 그 자극(磁極)을 주기적으로 절환하여 영구자석에 대한 인력 및 척력을 변화시킴으로써 상기 영구자석을 요동 운동시키면서 진동을 발생시킨다.

한편, 이와 같은 전자식 진동 액츄에이터는 회전형 모터와 언밸런스 웨이트를 사용하지 않기 때문에 마찰접촉부가 없으며, 이에 따라 수명이 연장된다는 장점이 있다. 그러나, 두 개의 "U"자형 전자석에 전력을 동시에 공급해야 하기 때문에 전력 소모율이 높다는 단점이 지적되고 있다. 또한, 두 개의 "U"자형 전자석을 구비해야 하고, 두 개의 "U"자형 전자석에 전류를 절환 공급해주기 위한 별도의 제어부를 구비해야하는 등, 고가(高價)의 부품들이 많이 사용된다는 단점이 있다. 이 같은 단점은 진동 액츄에이터의 단가를 증가시키는 요인이 된다.

따라서, 본 고안은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 전력 소모가 적으면서 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 진동 액츄에이터를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 내구성이 향상되어 수명이 연장될 수 있는 진동 액츄에이터를 제공하는데 있다.

도 1은 본 고안에 따른 진동 액츄에이터의 구성을 나타내는 단면도,

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도,

도 3과 도 4는 본 고안에 따른 진동 액츄에이터의 작동도이다.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 외장케이스 16: 인쇄회로기판

18: 비자성 베이스 20: 진동자

22b: 돌극부 24: 영구자석

26: 비자성 웨이트 30: 탄성력지지수단

32: 고정부 34: 탄성다리부

40: 전자기적 작동수단 40a: 일단

40b: 타단 50: 교번전류 공급수단

52: 영구자석 54: 홀 직접회로

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 비자성 베이스와; 상기 비자성 베이스에 고정적으로 설치되며, 인가되는 교번전류에 의해 양쪽 자극의 극성이 교번적으로 변환되는 전자기적 작동수단과; 상기 전자기적 작동수단의 양쪽 자극과 공극을 두고 대향할 수 있는 한 쌍의 돌극부를 갖는 진동자와; 상기 진동자가 상기 전자기적 작동수단에 대해 운동할 수 있도록 상기 진동자를 상기 비자성 베이스에 탄성 지지시키는 탄성지지수단과; 상기 진동자에 고정적으로 설치되며, 상기 전자기적 작동수단의 한쪽 자극과 이에 대응되는 진동자의 한쪽 돌극부 간에는 인력이, 상기 전자기적 작동수단의 다른쪽 자극과 이에 대응되는 진동자의 다른쪽 돌극부 간에는 척력이 발생되도록 상기 돌극부들을 동일한 극성으로 자화시키는 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안에 따른 진동 액츄에이터에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 진동 액츄에이터의 구성을 나타내는 단면도이며, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다. 먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 본 고안의 진동 액츄에이터는 외장케이스(10)를 갖는다. 외장케이스(10)는 비자성 재질로 구성되며, 도 2에 도시된 바와 같이 진동실(12a)을 갖는 원통형 몸체(12)와, 진동실(12a)을 밀폐하도록 원통형 몸체(12)에 결합되는 커버(14)로 구성된다.

그리고 본 고안의 액츄에이터는 외장케이스(10)의 진동실(12a)에 설치되는 인쇄회로기판(16)과 비자성 베이스(18)를 갖는다. 인쇄회로기판(16)은 진동실(12a)의 내벽을 따라 설치되며, 외부의 전원 소스와 전기적으로 연결되어 외부의 전원을 진동실(12a) 내부로 도입한다. 그리고 비자성 베이스(18)는 수지(Resin) 재질로 이루어지며, 도 1에 도시된 바와 같이 진동실(12a)의 하측에 고정적으로 설치된다.

다시, 도 1을 참조하면, 본 고안의 액츄에이터는 대략 "∩"자 형상의 진동자 (20)와, 이 진동자(20)를 비자성 베이스(18)에 운동가능하게 지지시키는 탄성지지수단(30)을 갖는다.

진동자(20)는 규소 강판을 적층하여서 된 대략 "∩"자형의 가동코어(22)와, 가동코어(22)를 자화시키도록 상기 가동코어(22)에 고정적으로 설치되는 영구자석 (24)으로 구성된다. 가동코어(22)는 중앙의 바디부(22a)와, 바디부(22a)의 양단으로부터 하방의 베이스(18)를 향해 뻗어 있는 한 쌍의 돌극부(Salient pole part: 22b)를 갖는다.

영구자석(24)은 가동코어(22)의 바디부(22a) 밑면에 고정되는 것으로, 가동코어(22)의 양쪽 돌극부(22b)가 동일한 극성을 가질 수 있도록 N극을 갖는 일단부 (24a) 또는 S극을 갖는 타단부(24b) 중 어느 한쪽 부분만이 가동코어(22)에 고정되도록 구성된다. 본 고안에서는 영구자석(24)의 N극(24a)이 가동코어(22)에 연결 고정되는 것으로 설명하며, 이에 따라 가동코어(22)의 양쪽 돌극부(22b)는 N극의 극성을 갖게 된다.

그리고 진동자(20)는 영구자석(24)의 양쪽에 설치되는 한 쌍의 비자성 웨이트(26)를 더 갖추고 있다. 비자성 웨이트(26)는 진동자(20)의 무게를 늘려 줌으로써 진동자(20)의 운동관성력을 증대시켜주는 역할을 한다. 비자성 웨이트(26)는 비중이 높은 재질, 예를 들어 납 등으로 구성됨이 바람직하다.

한편, 진동자(20)를 지지하기 위한 탄성지지수단(30)은, 판스프링에 의해 구현된다. 판스프링은 진동자(20)가 고정되는 고정부(32)와, 고정부(32)의 양쪽으로부터 하방으로 절곡되어 비자성 베이스(18)에 지지되는 한 쌍의 탄성다리부(34)로 구성된다. 특히, 고정부(32)는 도 2에 도시된 바와 같이 진동자(20)의 상측부가 안착될 수 있도록 안착홈(32a)을 갖는다.

이러한 탄성지지수단(30)은 도 1에 도시된 바와 같이 양쪽의 탄성다리부(34)가 비자성 베이스(18)에 지지됨으로써 양쪽의 탄성다리부(34)들을 지지점으로하여 양쪽 방향으로 탄성 운동하게 된다. 특히, 고정부(32)에 지지된 진동자(20)를 양쪽 방향으로 운동시키는 역할을 한다.

본 고안의 설명에서는 탄성지지수단(30)의 양쪽 탄성다리부(34)를 비자성 베이스(18)에 지지시키는 것으로 설명되어 있지만, 외장케이스(10)에 지지시키는 것도 가능하다.

또한, 본 고안에서는 탄성지지수단(30)으로서, 판스프링으로 구성하였지만, 예를 들어 진동자(20)의 양측과 외장케이스(10)의 사이에 코일스프링을 설치함으로써 상기 진동자(20)를 탄성 운동가능하게 지지시키는 것도 가능하다. 또한, 진동자 (20)의 양측과 외장케이스(10) 사이에 탄성고무를 설치함으로써 상기 진동자(20)를 탄성 운동가능하게 지지시키는 것도 가능하다.

다시, 도 1을 참조하면, 본 고안의 액츄에이터는 진동자(20)의 양쪽 돌극부 (22b) 사이에 배치되는 전자기적 작동수단(40)을 갖는다. 전자기적 작동수단(40)은 규소 강판을 적층하여서 된 고정코어(42)와, 고정코어(42)의 둘레에 감겨지는 코일 (44)로 구성된다.

고정코어(42)는 코일(44)이 감겨지는 막대형 바디부(42a)와, 막대형 바디부 (42a)의 양측으로부터 하방으로 연장되어 비자성 베이스(18)에 지지되는 지지다리 (42b)로 구성된다. 여기서, 바디부(42a)는 그 일단(40a)과 타단(40b)이 진동자(20)의 돌극부(22b)와 소정의 공극(g)을 두고 대향하도록 구성된다.

코일(44)은 인쇄회로기판(16)과 전기적으로 연결되며, 인쇄회로기판(16)으로부터 인가되는 전류에 의해 고정코어(42)의 일단(40a)과 타단(40b)에 N극과 S극의 자력(磁力)을 형성시킨다. 특히, 인가되는 교번전류(交番電流)에 의해 고정코어 (42)의 일단(40a)과 타단(40b)의 극성을 N극에서 S극으로, S극에서 N극으로 상호 교번적으로 바꾸어주는 역할을 하게 된다.

결과적으로, 이와 같은 구성의 전자기적 작동수단(40)은 인가되는 전류에 의해 도 3에 도시된 바와 같이 그 일단(40a)과 타단(40b)이 N극과 S극의 극성을 가짐으로써 이에 대향되는 진동자(20)의 돌극부(22b)들과 각각 척력(斥力)과 인력(引力)이 발생되게 하며, 이에 따라 진동자(20)를 어느 한쪽으로 방향으로 운동시키게 된다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이 인가되는 교번전류에 의해 그 일단(40a)과 타단(40b)의 극성이 S극과 N극으로 바뀜으로써 진동자(20)의 양쪽 돌극부(22b)에 대한 인력과 척력도 서로 바뀌게 하며, 이에 따라 한쪽 방향으로 이동된 진동자(20)를 다른 한쪽 방향으로 운동시키게 된다. 결국, 전자기적 작동수단(40)은 인가되는 교번전류에 의해 일단(40a)과 타단(40b)의 극성이 상호 교번적으로 바뀜으로써 진동자(20)의 양쪽 돌극부(22b)에 대한 인력과 척력이 교번적으로 바뀌게 되며, 이에 따라 상기 진동자(20)를 양쪽 방향으로 직선 왕복운동시키면서 진동시키는 것이다.

한편, 본 고안에 있어서, 상기 전자기적 작동수단(40)은 도 1에 도시된 바와 같이 영구자석(24)의 수직 하부에 배치되며, 그 일단(40a)과 타단(40b)이 영구자석 (24)의 타단부(24b), 즉 S극 양측과 서로 대응되는 관계로 구성된다. 이는 도 3에 도시된 바와 같이 N극과 S극을 갖는 전자기적 작동수단(40)의 양단(40a, 40b)과 영구자석(24)의 타단부(24b), 즉 S극 간에 각각 인력과 척력을 발생시키기 위함이다. 특히, 극성이 교번적으로 바뀌어지는 전자기적 작동수단(40)의 양단(40a, 40b)과, 영구자석(24)의 S극 간에 인력과 척력을 교번적으로 바꾸어줌으로써, 진동자(20)를 진동시키기 위함이다.

이와 같은 전자기적 작동수단(40)과 영구자석(24)간의 관계는, 전자기적 작동수단(40)과 진동자(20)의 양쪽 돌극부(22b)간의 관계와 더불어 진동자(20)를 진동시키는 근원이 된다.

한편, 영구자석(24)과, 전자기적 작동수단(40)의 일단(40a)과 타단(40b) 간에 발생되는 인력과 척력은, 진동자(20)의 돌극부(22b)와 전자기적 작동수단(40)의 일단(40a)과 타단(40b) 간에 발생되는 인력과 척력과 상호 반대 관계이므로 진동자 (20)의 진동효율은 더욱 더 배가(倍加)된다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 전자기적 작동수단(40)의 일단(40a)이 N극이면, N극의 극성을 갖는 진동자(20)의 돌극부(22b)와 전자기적 작동수단(40)의 일단 (40a) 사이에는 척력이 발생된다. 그러나, S극의 극성을 갖는 영구자석(24)의 타단부(24b)와 N극의 극성을 갖는 전자기적 작동수단(40)의 일단(40a) 사이에는 인력이 발생된다. 따라서, 전자기적 작동수단(40)과 돌극부(22b) 간에 발생하는 척력과, 전자기적 작동수단(40)과 영구자석(24) 간에 발생하는 인력은, 결과적으로 진동자 (20)를 동일한 방향으로 운동시키는 결과를 낳으므로 진동자(20)의 진동효율은 배가 된다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 전자기적 작동수단(40)의 일단(40a)이 S극이면, N극의 극성을 갖는 진동자(20)의 돌극부(22b)와 S극의 극성을 갖는 전자기적 작동수단(40)의 일단(40a) 사이에는 인력이 발생된다. 그러나, S극의 극성을 갖는 영구자석(24)의 타단부(24b)와 전자기적 작동수단(40)의 일단(40a) 사이에는 척력이 발생된다. 따라서, 전자기적 작동수단(40)과 돌극부(22b) 간에 발생하는 인력과, 전자기적 작동수단(40)과 영구자석(24) 간에 발생하는 척력은, 결과적으로 진동자(20)를 동일한 방향으로 운동시키는 결과를 낳으므로 진동자(20)의 진동효율은 배가된다.

결국, 영구자석(24)과 전자기적 작동수단(40) 간에 발생되는 인력·척력은, 진동자(20)의 돌극부(22b)와 전자기적 작동수단(40) 간에 발생되는 인력·척력과 함께 진동자(20)를 동일한 방향으로 운동시킴으로써 진동자(20)의 진동효율을 배가시키게 되는 것이다.

다시, 도 1을 참조하면, 본 고안의 액츄에이터는 전자기적 작동수단(40)의 코일(44)에 외부로부터 공급되는 직류전류를 교번전류로 변환하여 공급해주는 교번전류 공급수단(50)을 갖는다. 교번전류 공급수단(50)은 진동자(20)에 고정적으로 설치되는 영구자석(52)과, 영구자석(52)의 자기장을 인지할 수 있도록 외장케이스 (10)에 설치되는 홀 직접회로(Hall IC:54)로 구성된다.

영구자석(52)은 양쪽의 N극(52a)과 S극(52b)이 진동자(20)의 양쪽 운동방향을 향하도록 구성된다. 특히, 그 중심이 진동자(20)의 중심축선(ℓ)과 정렬되도록 배치된다. 이러한 영구자석(52)은 진동자(20)가 양쪽 방향으로 왕복운동함에 따라 상기 진동자(20)와 함께 동시에 왕복운동한다.

홀 직접회로(54)는 영구자석(52)의 수직 상부에 정렬될 수 있도록 인쇄회로기판(16)에 장착된 상태로 외장케이스(10)에 고정되며, 상기 전자기적 작동수단 (40)과 전기적으로 연결된다. 이러한 홀 직접회로(54)는 왕복운동하는 영구자석 (52)의 N극(52a)과 S극(52b)을 교번적으로 인지함으로써 교번전류를 인가한다.

이와 같은 구성의 교번전류 공급수단(50)은 영구자석(52)의 움직임에 따라 교번전류를 인가하고, 인가된 교번전류를 전자기적 작동수단(40)에 공급하게 된다. 그리고 공급된 교번전류는 전자기적 작동수단(40)의 일단(40a)과 타단(40b)의 극성을 교번적으로 변환시키게 된다.

한편, 교번전류 공급수단(50)의 홀 직접회로(54)는, 상기 영구자석(24)이 양쪽의 운동 전환점, 즉 체인지 포인트(change point)에 도달하기 전에 전류방향을 변환하도록 구성되는 바, 진동자(20)가 진동하면 할수록 더욱 빠른 속도로 전류방향의 변환시켜주게 되며, 이에 따라 고주파수의 교번전류를 얻을 수 있게 한다. 결국, 고주파수의 교번전류를 얻을 수 있음에 따라 진동자(20)의 진동수를 더욱 크게 하여 미세 진동을 얻을 수 있게 한다. 특히, 진동자(20)의 진동수가 커져 그 진동수가 진동자(20)의 고유 진동수가 같아질 때에는 공진(Resonance)현상이 일어나 진동효율을 극대화시킨다.

본 고안에서는 교번전류 공급수단(50)이 설치되어 전자기적 작동수단(40)에 교번전류를 공급하도록 설명되어 있지만, 예를 들어 전자기적 작동수단(40)에 교류 전류가 공급될 때에는 교번전류 공급수단(50)이 설치되지 않아도 무방하다.

이상에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 고안의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 실용신안등록청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 진동 액츄에이터는, 하나의 전자석에만 전류를 공급해도 되므로 전력 소모가 매우 적다. 또한, 그 구성이 매우 간단하므로 저렴한 비용으로 간편하게 제작할 수 있다. 또한, 기계적 마찰접촉부가 없으므로 내구성이 향상되며, 따라서 수명이 연장되는 효과를 갖는다.

Claims (6)

1. 비자성 베이스와;

   상기 비자성 베이스에 고정적으로 설치되며, 공급된 교번전류에 의해 양쪽 자극의 극성이 교번적으로 변환되는 전자기적 작동수단과;

   상기 전자기적 작동수단의 양쪽 자극과 공극을 두고 대향할 수 있는 한 쌍의 돌극부를 갖는 진동자와;

   상기 진동자가 상기 전자기적 작동수단에 대해 운동할 수 있도록 상기 진동자를 상기 비자성 베이스에 탄성 지지시키는 탄성지지수단과;

   상기 진동자에 고정적으로 설치되며, 상기 전자기적 작동수단의 한쪽 자극과 이에 대응되는 진동자의 한쪽 돌극부 간에는 인력이, 상기 전자기적 작동수단의 다른쪽 자극과 이에 대응되는 진동자의 다른쪽 돌극부 간에는 척력이 발생되도록 상기 돌극부들을 동일한 극성으로 자화시키는 영구자석을 포함하는 진동 액츄에이터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전자기적 작동수단에 직류전류를 교번전류로 공급하기 위한 교번전류 공급수단을 더 포함하며, 상기 교번전류 공급수단은 상기 진동자에 고정적으로 설치되는 영구자석과, 상기 진동자와 함께 진동하는 상기 영구자석의 위치를 인지하여 교번전류를 인가하는 홀 직접회로인 것을 특징으로 하는 진동 액츄에이터.
3. 제 1항에 있어서, 상기 비자성 베이스와 전자기적 작동수단과 진동자가 설치되는 밀폐형의 진동실을 제공하는 비자성 외장케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 액츄에이터.
4. 제 1항에 있어서, 상기 영구자석은 한쪽 자극이 상기 고정자에 고정되고, 다른쪽 자극이 상기 전자기적 작동수단의 양쪽 자극과 대응하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 진동 액츄에이터.
5. 제 1항에 있어서, 상기 탄성지지수단은 판스프링이며, 상기 판스프링은 상기 진동자가 고정되는 고정부와, 상기 고정부의 양측으로부터 절곡되어 상기 비자성 베이스에 지지되는 한쌍의 탄성다리부로 구성되는 것을 특징으로 하는 진동 액츄에이터.
6. 제 1항에 있어서, 상기 진동자의 운동관성력을 증대시킬 수 있도록 상기 진동자에 고정적으로 설치되는 웨이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 액츄에이터.