WO2016021834A1 - 햅틱 액추에이터 - Google Patents

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WO2016021834A1
WO2016021834A1 PCT/KR2015/006643 KR2015006643W WO2016021834A1 WO 2016021834 A1 WO2016021834 A1 WO 2016021834A1 KR 2015006643 W KR2015006643 W KR 2015006643W WO 2016021834 A1 WO2016021834 A1 WO 2016021834A1
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magnet
magnetic
elastic member
magnetic body
vibrating body
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PCT/KR2015/006643
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Inventor
천세준
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(주)하이소닉
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/02—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with armatures moved one way by energisation of a single coil system and returned by mechanical force, e.g. by springs
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/16—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with polarised armatures moving in alternate directions by reversal or energisation of a single coil system
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/34—Reciprocating, oscillating or vibrating parts of the magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1869—Linear generators; sectional generators

Definitions

  • the present invention relates to a haptic actuator, and more particularly, to a haptic actuator that is embedded in an electronic device that requires a vibration response by a touch such as a mobile terminal and generates vibration by interaction between a coil and a magnet.
  • ringtones and vibrations are widely used for incoming calls in communication devices.
  • the vibration generating device which is one of the receiving means that is applied to communication devices such as mobile phones, is a component that converts electrical energy into mechanical vibration by using the principle of electromagnetic force. .
  • Such a vibration generating device is widely used for the purpose of informing the reception of a mobile phone, etc. In recent years, it is also installed in a game device to inform the user of the progress of the game or mounted on a touch phone, etc. so that the user feels that the key has been touched. Its use is increasing for purposes.
  • vibration generators With the rapid expansion of the mobile phone market and the addition of various functions to mobile phones, vibration generators also improve the shortcomings of the existing products and dramatically improve the quality in the situation where miniaturization and high quality of mobile phone parts are required. There is a need for a new product development with a new structure.
  • Conventional vibration generating apparatus mounted on a portable terminal basically uses a primary vibrometer and attaches a weight to an elastic body such as a coil spring, and has a coil for vibrating the weight.
  • the weight When a current is applied to the coil, the weight vibrates according to a frequency response characteristic predetermined by the elastic modulus of the weight body and the elastic body.
  • Recently described portable terminals have a function of providing feedback corresponding to the input to the user by outputting voice or vibration in response to the user's touch input as described above.
  • the conventional vibration generating device is to generate the up and down driving force of the weight body by the Lorentz force generated between the coil and the stator magnet, due to the limitation of the vibration generating device structure by Lorentz force in the vibration strength and vibration frequency band It was difficult to show good characteristics.
  • the conventional LRA (Linear Resonant Actuator) type vibration generating apparatus has a problem in that the reaction speed is not fast because there is a limit to the increase in the damping value.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent No. 10-1250288
  • Patent Document 2 Republic of Korea Patent No. 10-1055562
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a haptic actuator having improved performance such as a response speed and a frequency band according to a user's touch by improving a magnetic force structure.
  • the haptic actuator of the present invention includes a case having an accommodating portion therein, a coil member fixedly mounted to the case, wound in a longitudinal direction, and connected to receive power from a controller, and an outer side of the coil member.
  • a haptic actuator having a vibrating body disposed in the receiving portion and elastically movable in the transverse direction, the vibrating body, the first magnet and the second magnet is spaced apart from each other in the longitudinal end of the coil member magnet; Third and fourth magnets spaced apart from each other at the other end in the longitudinal direction of the coil member; A first magnetic body mounted at one end in a horizontal direction of the first magnet and the third magnet; A second magnetic body mounted at the other end in the horizontal direction of the second magnet and the fourth magnet; A first weight weight and a second weight weight mounted on the first magnetic body and the second magnetic body, respectively; It includes, but the polarity of the first magnet and the second magnet is formed in the direction opposite to each other N pole, S pole in the opposite direction is formed, the polarity of the third magnet and the fourth magnet N poles are formed in a direction facing each other and S poles are formed in the opposite direction, and magnetic force lines emitted from the N poles of the first magnet, the second magnet, the third magnet and the fourth magnet converge to the
  • the first magnetic body is separated into two, and are spaced apart from each other and disposed in the first magnet and the third magnet, respectively, the second magnetic body is formed into two, separated from each other and the second magnet and the fourth Is placed on the magnet.
  • the first magnetic body is formed of one body, and both ends of the longitudinal direction are in contact with the first magnet and the third magnet, respectively, and the second magnetic body is formed of one body, and both ends of the longitudinal direction are respectively the second magnet. And contact with the fourth magnet.
  • Magnetic reinforcement grooves concave in the center direction are formed at the upper and lower ends of the first magnetic body and the second magnetic body, respectively.
  • a first elastic member and a second elastic member for elastically supporting the vibrating body in the horizontal direction are respectively mounted between the horizontal ends of the vibrating body and the case, wherein the first elastic member and the second elastic member have a wavy shape. It consists of a leaf spring bent.
  • the vibrating body is formed with a through hole into which the coil member is inserted, and the first magnet, the second magnet, the third magnet, the fourth magnet, the first magnetic body, the second magnetic body, the first weight and the first A support plate having a seating space in which two additional weights are mounted;
  • the first elastic member and the second elastic member is mounted between the horizontal direction both ends of the case and the support plate, respectively, and elastically supports the support plate to move in the horizontal direction.
  • a third elastic member and a fourth elastic member are respectively provided to increase the acceleration of the vibrating body by the repulsive force when colliding with the vibrating body.
  • the haptic actuator of the present invention as described above has the following effects.
  • the vibrating body becomes a semi-stiffness state by magnetism due to the structure of the magnetic force line, and a force to be disposed in the center of the coil member is generated in the vibrating body, thereby increasing the damping value of the vibrating body.
  • the reaction speed of the vibrating body in accordance with the signal of the will occur.
  • the reaction speed of the vibrating body increases, the response according to the touch of the mobile terminal to which the haptic actuator is applied can be quickly transmitted to the user, thereby improving quality and performance.
  • Magnetic reinforcement grooves are formed in the first magnetic body and the second magnetic body, respectively, to enhance the driving force of the vibrating body when the first magnetic body and the second magnetic body are magnetized.
  • the acceleration of the vibrating body is increased, thereby generating an effect of further increasing the reaction speed of the haptic actuator.
  • FIG. 1 is a perspective view of a haptic actuator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a haptic actuator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view seen from A-A of FIG.
  • FIG. 4 is a plan view of the haptic actuator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a magnetic structural diagram of a vibrating body according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an operating state diagram of a haptic actuator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view of the first magnetic body and the second magnetic body according to an embodiment of the present invention.
  • 331 the first magnet
  • 332 the second magnet
  • FIG. 1 is a perspective view of a haptic actuator according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the haptic actuator according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a cross-sectional view as seen from AA of Figure 1
  • Figure 4 is an embodiment of the present invention
  • 5 is a plan view of a haptic actuator according to the present invention
  • FIG. 5 is a magnetic structure diagram of a vibrating body according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an operating state diagram of a haptic actuator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an embodiment of the present invention. Is a planar structural diagram of a first magnetic body and a second magnetic body according to the present invention.
  • the haptic actuator according to the embodiment of the present invention includes a case 100, a coil member 200, a vibrating body 300, a first elastic member 410, and a second elastic member. 420, the third elastic member 510, and the fourth elastic member 520.
  • the case 100 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape in a horizontal direction HD, that is, in a left and right direction, and is nonmagnetic, and specifically, includes a bottom plate 110 and a cover 120.
  • the base plate 110 has a long rectangular plate shape in the horizontal direction (HD), the fixing groove 111 is fixed to the coil member 200 to be fixed to the center is formed in the center.
  • the cover 120 surrounds the bottom plate 110 such that an accommodating part 121, which is a space accommodating the coil member 200 and the vibrating body 300, is formed therein. Is mounted.
  • the coil member 200 is formed to be wound in a longitudinal direction VD on a bobbin long in a horizontal direction HD, that is, in a left and right direction, and is fixedly mounted to the bottom plate 110 of the case 100.
  • the coil member 200 is manufactured by winding a conducting wire in a bobbin (bobbin) in the vertical direction (HD), as shown in Figure 3, the lower end of the bobbin is fitted into the fixing groove 111 is fixed.
  • the coil member 200 may be fixed to the bottom plate 110 by applying an adhesive or the like.
  • the coil member 200 is connected to a controller (not shown) such as a mobile terminal, and receives power from the controller.
  • the vibrating body 300 is disposed outside the coil member 200 of the receiving portion 121, it is mounted to move left and right.
  • the vibrating body 300 is the support plate 310, the first magnet 331, the second magnet 332, the third magnet 333, the fourth magnet 334, the first magnetic body 323,
  • the second magnetic body 324, the first weight 341 and the second weight 342 is composed of.
  • the support plate 310 is formed in a hexahedral shape having an open top, and has the first magnet 331, the second magnet 332, the third magnet 333, and a third inside.
  • a seating space in which the four magnets 334, the first magnetic body 323, the second magnetic body 324, the first weight weight 341, and the second weight weight 342 are mounted is formed.
  • the first elastic member 410 and the second elastic member 420 which will be described later, are mounted on both sides of the horizontal direction HD of the support plate 310, and the first elastic member 410 and the second elastic member are mounted.
  • the support plate 310 is mounted to the receiving portion 121 of the case 100 so as to be movable left and right by 420.
  • a rectangular through hole 311 into which the coil member 200 is inserted is formed at the center of the lower end of the support plate 310.
  • the size of the through hole 311 is larger than that of the coil member 200, and thus does not interfere with the coil member 200 when the support plate 310 is moved left and right.
  • the first magnets 331 and the second magnets 332 have a hexahedral shape having a long horizontal length, are fixed to the support plate 310, and are spaced apart from one another in the longitudinal direction of the coil member 200.
  • the polarities of the first magnets 331 and the second magnets 332 are arranged to face each other in the opposite direction, and the S poles are arranged in opposite directions.
  • the polarities of the first magnet 331 and the second magnet 332 are arranged symmetrically with each other.
  • the third magnet 333 and the fourth magnet 334 is formed in the same manner as the first magnet 331, is fixed to the support plate 310, mutually at the other end in the longitudinal direction of the coil member 200 Spaced apart.
  • the polarities of the third magnets 333 and the fourth magnets 334 are arranged in the N poles facing each other, and the S poles are disposed in the opposite directions thereof.
  • the polarities of the third magnet 333 and the fourth magnet 334 are arranged symmetrically with each other.
  • the polarity of the first magnet 331 and the second magnet 332 is arranged in the opposite direction to the N pole, the S pole in the opposite direction, the third magnet 333 and the fourth
  • the magnet 334 should also be arranged with the N pole in the direction facing each other, the S pole in the opposite direction, wherein the first magnet 331, the second magnet 332, the third magnet 333 and the fourth magnet
  • the magnetic force lines emanating from the N pole of 334 converge to the coil member 200.
  • the first magnetic body 323 is made of a SPCC material, that is, a ferromagnetic material, is formed in a long rectangular parallelepiped in the longitudinal direction (VD), the first magnet 331 and the third magnet 333 is disposed
  • a SPCC material that is, a ferromagnetic material
  • the first magnetic body 323 is formed of one body, and both ends of the vertical direction (VD) contact the first magnet 331 and the third magnet 333, respectively.
  • a semicircular magnetic reinforcing groove 323a is formed on the outer side of the first magnetic body 323.
  • the magnetic reinforcement grooves 323a are formed at upper and lower ends of the first magnetic body 323, respectively, and are concave in the direction of the center of the first magnetic body 323.
  • the magnetic force reinforcing groove 323a has the effect of enhancing the driving force of the vibrating body 300 by strengthening the strength of the magnetic force when the first magnetic body 323 is magnetized.
  • the first magnetic body 323 may be made of one body of a rectangular parallelepiped without the magnetic reinforcing groove 323a, as shown in Fig. 7 (c) As shown in the drawing, two pieces are formed in the vertical direction VD, and may be mounted to be in contact with the first magnet 331 and the third magnet 333 while being spaced apart in the vertical direction VD, respectively.
  • the force according to the displacement distance of the vibrating body 300 is greater than that of the first magnetic body 323 in which the magnetic reinforcing groove 323a is not formed. high.
  • the second magnetic body 324 is made of a SPCC material, similar to the first magnetic body 323, and has a long hexahedral shape in the longitudinal direction (VD), the second magnet 332 and the fourth magnet 334 ) Is disposed at the other end of the coil member 200 in the horizontal direction (HD), that is, as shown in FIG. 4, on the right side of the second magnet 332 and the fourth magnet 334. 310).
  • magnetic reinforcement grooves 324a described above are also formed at upper and lower ends of the second magnetic body 324, and thus the detailed description thereof will be omitted.
  • the vibrating body 300 having the above configuration, as shown in the arrow direction shown in Figure 5, by forming a magnetic force line of four closed loop structure by magnetic.
  • the vibrating body 300 is in a state of semi-stiffness when vibrating.
  • the damping value of the vibrating body 300 increases, and thus the reaction speed of the vibrating body 300 according to the signal of the controller is increased. The effect is faster.
  • the conventional vibration motor shows a response speed of about 27.5ms
  • the haptic actuator according to an embodiment of the present invention is about 5.5ms
  • the reaction rate is shown.
  • the acceleration of the haptic actuator according to an embodiment of the present invention is larger than the conventional vibration motor, the reaction frequency range is also wide.
  • the performance of the frequency band of the haptic actuator according to the embodiment of the present invention is superior to that of the conventional vibration motor by the magnetic field structure of the vibrating body 300 according to the embodiment of the present invention, and in particular, the reaction speed is faster. You lose.
  • the portable terminal to which the haptic actuator is applied can be quickly generated and transmitted according to various input signal patterns, thereby improving quality and performance.
  • the first weight weight 341 is formed in a hexahedral shape, and the material is made of tungsten, disposed on the right side of the first magnetic body 323, and the support plate. It is fixedly mounted on 310.
  • the second weight 342 is formed in the same manner as the first weight 341, is disposed on the left side of the second magnetic body 324, and is fixedly mounted to the support plate 310.
  • the first weight 341 and the second weight 342 is such that the vibration body 300 has the same resonance frequency as the frequency of the power applied to the coil member 200, and affects the acceleration When the power is applied to the coil member 200, the magnetic force lines formed on the vibrating body 300 and the magnetic force lines formed around the coil member 200 are translated in left and right directions and vibrate. Generates.
  • the first elastic member 410 and the second elastic member 420 are mounted between both ends of the horizontal direction HD of the vibrator 300 and the case 100.
  • the first elastic member 410 is formed of a leaf spring having a corrugated shape in the vertical direction (VD), both ends are fixed to the left side of the support plate 310 and the cover 120, respectively.
  • the second elastic member 420 is a leaf spring having a wave shape in the vertical direction (VD) similar to the first elastic member 410, both ends of the right side of the support plate 310 and the cover 120, respectively It is fixed.
  • the first elastic member 410 and the second elastic member 420 support the vibrating body 300 in the horizontal direction HD, that is, the left and right directions to perform left and right translational motions of the vibrating body 300. To facilitate.
  • first elastic member 410 and the second elastic member 420 is made of a leaf spring having a corrugated shape in the vertical direction (VD), the vibration body 300 by the weight of the base plate 110 It produces the effect of preventing being hit by).
  • the third elastic member 510 and the fourth elastic member 520 is formed in a hexahedral shape, respectively mounted on both sides of the horizontal direction (VD) of the coil member 200, a rubber material having an elastic force Is done.
  • the third elastic member 510 and the fourth elastic member 520 generate a repulsive force by collision with the vibrating body 300 when the vibrating body 300 translates in the horizontal direction VD. Thus, the acceleration of the vibrating body 300 is increased.
  • the third elastic member 510 and the fourth elastic member 520 serve as a sound absorbing material to reduce the generation of noise when colliding with the vibrating body 300.
  • the third elastic member 510 and the fourth elastic member 520 are mounted on both sides of the coil member 200, thereby increasing the acceleration of the vibrating body 300, thereby haptic actuators
  • the reaction speed is further increased, and the effect of noise generation is reduced.
  • the vibrator 300 when a power source having a predetermined frequency is applied to the coil member 200 through the control unit, as shown in FIG. 6, the vibrator 300 is The translational movement to the left or right, the first weight 341 and the second weight 342 is excited, the vibration is generated.
  • the magnetic force lines of the four closed loop structure formed by the magnetic pole arrangement is formed in the vibrating body 300, the vibration by the mutual relationship between the first elastic member 410 and the second elastic member 420
  • the sieve 300 is in a state of semi-stiffness when vibrating, thereby increasing the damping value of the vibrating body 300, thereby increasing the response speed of the haptic actuator according to the signal of the controller. do.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
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Abstract

본 발명은 햅틱 액추에이터에 관한 것으로서, 진동체는, 코일부재의 세로 방향 일단에 상호 이격되어 배치되는 제1자석 및 제2자석; 코일부재의 세로 방향 타단에 상호 이격되어 배치되는 제3자석 및 제4자석; 제1자석 및 제3자석의 가로 방향 일단에 장착되는 제1자성체; 제2자석 및 상기 제4자석의 가로 방향 타단에 장착되는 제2자성체; 제1자성체 및 제2자성체에 각각 장착되는 제1무게추 및 제2무게추; 를 포함하여 이루어지되, 제1자석 및 상기 제2자석의 극성은 서로 마주보는 방향으로 N극이 형성되고, 그 반대방향으로 S극이 형성되며, 제3자석 및 상기 제4자석의 극성은 서로 마주보는 방향으로 N극이 형성되고 그 반대방향으로 S극이 형성되며, 제1자석, 제2자석, 제3자석 및 제4자석의 N극으로부터 발산되는 자기력선은 코일부재로 수렴된다.

Description

햅틱 액추에이터
본 발명은 햅틱 액추에이터에 관한 것으로서, 특히 휴대단말기 등 터치에 의한 진동 반응을 필요로 하는 전자기기에 내장되며, 코일과 자석의 상호작용에 의해 진동을 발생시키는 햅틱 액추에이터에 관한 것이다.
일반적으로 통신기기에서 착신을 하기 위해 많이 사용되는 것이 벨소리와 진동이다. 진동을 위해서는 소형의 진동 발생장치를 구동시켜 구동력이 기기의 케이스로 전달되도록 하여 기기전체가 진동을 할 수 있도록 하는 것이 일반적이다.
현재 휴대폰과 같은 통신기기에 적용되고 있는 착신수단 중 하나인 진동 발생장치는 전자기적 힘의 발생원리를 이용하여 전기적 에너지를 기계적 진동으로 변환하는 부품으로써, 휴대폰에 탑재되어 무음 착신알림용으로 사용되고 있다.
이러한 진동 발생장치는 휴대폰의 착신을 알리는 등의 목적으로 널리 사용되고 있으며, 근래에 들어서는 게임장치에도 장착되어 사용자에게 게임의 진행상태를 알리거나 터치폰 등에 장착되어 사용자로 하여금 키가 터치되었음을 느끼도록 하기 위한 목적으로 그 사용이 늘고 있다.
휴대폰시장이 급속도로 팽창되고 있고, 이와 더불어 여러 가지 기능이 휴대폰에 부가되는 추세에 따라 휴대폰 부품의 소형화, 고품질화가 요구되는 상황에서 진동 발생장치 또한 기존제품의 단점을 개선하고, 품질을 획기적으로 개선시키는 새로운 구조의 제품개발의 필요성이 대두 되고 있는 실정이다.
휴대단말기에 장착되는 종래의 진동 발생장치는 기본적으로 1차 진동계를 이용한 것으로 중량체를 코일형 스프링과 같은 탄성체에 부착시키고, 중량체를 진동시키기 위한 코일을 구비하고 있다.
상기 코일에 전류를 인가하면 상기 중량체와 탄성체의 탄성 계수에 의해 미리 정해진 주파수 응답 특성에 따라 상기 중량체가 진동한다
최근 출시되는 휴대단말기는 상술한 바와 같이, 사용자의 터치입력에 반응하여 음성 또는 진동을 출력함으로써, 사용자에게 입력에 대응하는 피드백을 제공하는 기능을 구비하고 있다.
특히, 햅틱 기술이 적용된 휴대단말기의 경우에는 사용자의 여러 가지 입력에 반응하여 다양한 촉각 피드백을 제공하기 위해 다양한 형태의 진동을 발생하는 진동 발생장치의 연구가 한창 진행되고 있다.
그러나 종래의 진동 발생장치는 코일과 고정자석 사이에서 발생하는 로렌츠의 힘으로 중량체의 상하구동력을 발생하도록 하였는바, 로렌츠 힘에 의한 진동 발생장치 구조의 한계로 인하여 진동의 세기 및 진동주파수 대역 등에서 좋은 특성을 나타내기 어려웠다.
특히, 종래의 LRA(Linear Resonant Actuator) 방식의 진동 발생장치에서는 댐핑값의 증가에 한계가 있어 반응속도가 빠르지 못한 문제점이 있었다.
[선행기술문헌]
(특허문헌 1) 대한민국 등록특허 제10-1250288호
(특허문헌 2) 대한민국 등록특허 제10-1055562호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자기력 구조를 개선하여 사용자의 터치에 따른 반응속도 및 주파수 대역 등의 성능이 더욱 향상된 햅틱 액추에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 햅틱 액추에이터는, 내부에 수용부가 형성된 케이스와, 상기 케이스에 고정 장착되며 세로 방향으로 감김 형성되고 제어부로부터 전원을 공급받도록 연결되는 코일부재와, 상기 코일부재의 외측에 배치되며 상기 수용부에 가로 방향으로 탄성적으로 이동 가능하게 장착되는 진동체를 갖는 햅틱 액추에이터로서, 상기 진동체는, 상기 코일부재의 세로 방향 일단에 상호 이격되어 배치되는 제1자석 및 제2자석; 상기 코일부재의 세로 방향 타단에 상호 이격되어 배치되는 제3자석 및 제4자석; 상기 제1자석 및 상기 제3자석의 가로 방향 일단에 장착되는 제1자성체; 상기 제2자석 및 상기 제4자석의 가로 방향 타단에 장착되는 제2자성체; 상기 제1자성체 및 상기 제2자성체에 각각 장착되는 제1무게추 및 제2무게추; 를 포함하여 이루어지되, 상기 제1자석 및 상기 제2자석의 극성은 서로 마주보는 방향으로 N극이 형성되고, 그 반대방향으로 S극이 형성되며, 상기 제3자석 및 상기 제4자석의 극성은 서로 마주보는 방향으로 N극이 형성되고 그 반대방향으로 S극이 형성되며, 상기 제1자석, 제2자석, 제3자석 및 제4자석의 N극으로부터 발산되는 자기력선은 상기 코일부재로 수렴된다.
상기 제1자성체는 2개로 분리 형성되고, 서로 이격되어 각각 상기 제1자석 및 상기 제3자석에 배치되며, 상기 제2자성체는 2개로 분리 형성되고, 서로 이격되어 각각 상기 제2자석 및 제4자석에 배치된다.
상기 제1자성체는 하나의 몸체로 이루어지며, 세로 방향 양단이 각각 상기 제1자석 및 상기 제3자석과 접하고, 상기 제2자성체는 하나의 몸체로 이루어지며, 세로 방향 양단이 각각 상기 제2자석 및 상기 제4자석과 접한다.
상기 제1자성체 및 상기 제2자성체의 상단 및 하단에는 가운데 방향으로 오목한 자력 강화홈이 각각 형성된다.
상기 진동체의 가로 방향 양단과 상기 케이스 사이에는 상기 진동체를 가로 방향으로 탄성 지지하는 제1탄성부재 및 제2탄성부재가 각각 장착되되, 상기 제1탄성부재 및 상기 제2탄성부재는 파형 형상으로 절곡된 판 스프링으로 이루어진다.
상기 진동체는, 상기 코일부재가 삽입 배치되는 관통공이 형성되며, 내부에 상기 제1자석, 제2자석, 제3자석, 제4자석, 제1자성체, 제2자성체, 제1무게추 및 제2무게추가 장착되는 안착공간이 형성된 지지판; 을 더 포함하되, 상기 제1탄성부재 및 상기 제2탄성부재는 상기 케이스와 상기 지지판의 가로 방향 양단 사이에 각각 장착되며, 상기 지지판을 가로 방향으로 이동 가능하게 탄성 지지한다.
상기 코일부재의 가로 방향 양단에는, 상기 진동체와의 충돌시 반발력에 의해 상기 진동체의 가속도를 증가시키는 제3탄성부재 및 제4탄성부재가 각각 구비된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 햅틱 액추에이터는 다음과 같은 효과가 있다.
진동체는 자기력선의 구조에 의해 자성에 의해 반 강성(Negative stiffness) 상태가 되며, 진동체에 코일부재의 중심에 배치되려는 힘이 발생하게 되고, 이로 인해 진동체의 댐핑값이 증가하게 되며, 제어부의 신호에 따른 진동체의 반응속도가 빨라지는 효과가 발생하게 된다.
또한, 진동체의 반응속도가 빨라지면, 햅틱 액추에이터가 적용되는 휴대 단말기의 터치에 따른 반응을 사용자에게 신속하게 전달할 수 있어 품질 및 성능을 향상시킬 수 있다.
제1자성체 및 제2자성체에 각각 자력 강화홈이 형성됨으로써, 제1자성체 및 제2자성체가 자화되었을 때 자력의 세기를 강화시켜 진동체의 구동력을 향상시키는 효과를 나타낸다.
제3탄성부재 및 제4탄성부재가 코일부재의 양측에 각각 장착됨으로써, 진동체의 가속도를 증가시키고, 이로 인해 햅틱 액추에이터의 반응속도를 더욱 증가시키는 효과를 발생시킨다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 액추에이터의 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 액추에이터의 분해사시도,
도 3은 도 1의 A-A에서 바라본 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 액추에이터의 평면 구조도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 진동체의 자기 구조도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 액추에이터의 작동 상태도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제1자성체 및 제2자성체의 평면 구조도.
[부호의 설명]
100 : 케이스, 200 : 코일부재,
300 : 진동체, 310 : 지지판,
323 : 제1자성체, 324 : 제2자성체,
331 : 제1자석, 332 : 제2자석,
333 : 제3자석, 334 : 제4자석,
341 : 제1무게추, 342 : 제2무게추,
410 : 제1탄성부재, 420 : 제2탄성부재,
510 : 제3탄성부재, 520 : 제4탄성부재
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 액추에이터의 사시도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 액추에이터의 분해사시도, 도 3은 도 1의 A-A에서 바라본 단면도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 액추에이터의 평면 구조도, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 진동체의 자기 구조도 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 액추에이터의 작동 상태도, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제1자성체 및 제2자성체의 평면 구조도이다.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 액추에이터는 케이스(100), 코일부재(200), 진동체(300), 제1탄성부재(410), 제2탄성부재(420), 제3탄성부재(510) 및 제4탄성부재(520)로 이루어진다.
상기 케이스(100)는 대략 가로 방향(HD), 즉 좌우 방향으로 긴 직육면체 형상으로 형성되며, 비자성체이고, 구체적으로 밑판(110)과 덮개(120)로 이루어진다.
상기 밑판(110)은 가로 방향(HD)으로 긴 직사각형의 판 형상이며, 중심부에 후술할 상기 코일부재(200)가 고정 장착되는 고정홈(111)이 형성된다.
상기 덮개(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 내부에 상기 코일부재(200) 및 상기 진동체(300)가 수용되는 공간인 수용부(121)가 형성되도록 상기 밑판(110)을 감싸게 장착된다.
상기 코일부재(200)는 가로 방향(HD), 즉 좌우 방향으로 긴 보빈(bobbin)에 세로 방향(VD)으로 감김 형성되며, 상기 케이스(100)의 밑판(110)에 고정 장착된다.
즉, 상기 코일부재(200)는 보빈(bobbin)에 도선을 세로 방향(HD)으로 감아 제작되며, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 보빈의 하단이 상기 고정홈(111)에 끼워져 고정된다.
물론, 코일부재(200)는 접착제 등을 도포하여 상기 밑판(110)에 고정될 수도 있다.
이러한 상기 코일부재(200)는 휴대단말기 등의 제어부(미도시)와 연결되며, 상기 제어부로부터 전원을 공급받게 된다.
한편, 상기 진동체(300)는 상기 수용부(121)의 상기 코일부재(200) 외측에 배치되며, 좌우 이동 가능하게 장착된다.
구체적으로, 상기 진동체(300)는 지지판(310), 제1자석(331), 제2자석(332), 제3자석(333), 제4자석(334), 제1자성체(323), 제2자성체(324), 제1무게추(341) 및 제2무게추(342)로 이루어진다.
상기 지지판(310)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 상단이 개방된 육면체 형상으로 형성되며, 내부에는 상기 제1자석(331), 제2자석(332), 제3자석(333), 제4자석(334), 제1자성체(323), 제2자성체(324), 제1무게추(341) 및 제2무게추(342)가 장착되는 안착공간이 형성된다.
상기 지지판(310)의 가로 방향(HD) 양측에는 후술할 상기 제1탄성부재(410) 및 상기 제2탄성부재(420)가 장착되며, 상기 제1탄성부재(410) 및 상기 제2탄성부재(420)에 의해 상기 지지판(310)은 상기 케이스(100)의 수용부(121)에 좌우 이동 가능하게 장착된다.
또한, 상기 지지판(310)의 하단 중심부에는 상기 코일부재(200)가 삽입 배치되는 사각형의 관통공(311)이 형성된다.
상기 관통공(311)의 크기는 상기 코일부재(200) 보다 크게 형성되며, 이로 인해 상기 지지판(310)이 좌우 이동될 때 상기 코일부재(200)와 간섭되지 않는다.
상기 제1자석(331) 및 상기 제2자석(332)은 가로 길이가 긴 육면체 형상이며, 상기 지지판(310)에 고정되고, 상기 코일부재(200)의 세로 방향 일단에 상호 이격되어 배치된다.
그리고 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1자석(331) 및 상기 제2자석(332)의 극성은 서로 마주보는 방향으로 N극이 배치되고, 그 반대 방향으로 S극이 배치된다.
즉, 상기 제1자석(331) 및 상기 제2자석(332)의 극성은 상호 대칭되게 배치된다.
상기 제3자석(333) 및 상기 제4자석(334)은 상기 제1자석(331)과 동일하게 형성되며, 상기 지지판(310)에 고정되고, 상기 코일부재(200)의 세로 방향 타단에 상호 이격되어 배치된다.
그리고 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제3자석(333) 및 상기 제4자석(334)의 극성은 서로 마주보는 방향으로 N극이 배치되고, 그 반대 방향으로 S극이 배치된다.
즉, 상기 제3자석(333) 및 상기 제4자석(334)의 극성은 상호 대칭되게 배치된다.
만약, 상기 제1자석(331) 및 상기 제2자석(332)의 극성이, 상호 마주보는 방향으로 N극, 그 반대방향으로 S극이 배치된다면, 상기 제3자석(333) 및 상기 제4자석(334)도 상호 마주보는 방향으로 N극, 그 반대방향으로 S극이 배치되어야 하며, 이때 상기 제1자석(331), 제2자석(332), 제3자석(333) 및 제4자석(334)의 N극으로부터 발산되는 자기력선은 상기 코일부재(200)로 수렴된다.
한편, 상기 제1자성체(323)는 SPCC 재질, 즉 강자성체 재질로 이루어지며, 세로 방향(VD)으로 긴 직육면체 형상으로 형성되고, 상기 제1자석(331) 및 상기 제3자석(333)이 배치된 상기 코일부재(200)의 가로 방향(HD) 일단, 즉 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1자석(331) 및 제3자석(333)의 좌측에 배치되며, 상기 지지판(310)에 고정된다.
즉, 상기 제1자성체(323)는 하나의 몸체로 이루어지며, 세로 방향(VD) 양단이 각각 상기 제1자석(331) 및 상기 제3자석(333)과 접한다.
또한, 도 2 및 도 7(a)에 도시된 바와 같이, 상기 제1자성체(323)의 외측에는 반원 형상의 자력 강화홈(323a)이 형성된다.
상기 자력 강화홈(323a)은 상기 제1자성체(323)의 상단 및 하단에 각각 형성되며, 상기 제1자성체(323)의 중심 방향으로 오목하게 형성된다.
이러한 상기 자력 강화홈(323a)은 상기 제1자성체(323)가 자화되었을 때 자력의 세기를 강화시켜 상기 진동체(300)의 구동력을 향상시키는 효과를 나타낸다.
물론, 경우에 따라, 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 상기 제1자성체(323)는 상기 자력 강화홈(323a)이 없이 직육면체의 하나의 몸체로 이루어질 수도 있으며, 도 7(c)에 도시된 바와 같이 세로 방향(VD)으로 2개로 분리 형성되며, 각각 세로 방향(VD)으로 이격된 상태로 상기 제1자석(331) 및 상기 제3자석(333)에 접하게 장착될 수 있다.
그러나 상기 제1자성체(323)에 상기 자력 강화홈(323a)이 형성된 경우 자력 강화홈(323a)이 형성되어 있지 않은 제1자성체(323)보다 상기 진동체(300)의 변위 거리에 따른 힘이 높다.
따라서 도 7(b)에 도시된 형상을 갖는 타입보다 도7(a)에 도시된 상기 자력 강화홈(323a)이 형성된 타입을 사용하는 것이 더 바람직한 실시예라 할 수 있다.
물론, 도 7(c)에 도시된 타입의 힘이 도 7(a)에 도시된 타입보다 높지만, 도 7(c)에 도시된 타입은 2개로 분리되어 있어 조립성이 떨어지고, 단가가 높아지는 문제가 있으므로 도7(a)에 도시된 상기 자력 강화홈(323a)이 형성된 타입을 사용하는 것이 더 바람직한 실시예라 할 수 있다.
한편, 상기 제2자성체(324)는 상기 제1자성체(323)와 마찬가지로 SPCC재질로 이루어지며, 세로 방향(VD)으로 긴 육면체 형상이고, 상기 제2자석(332) 및 상기 제4자석(334)이 배치된 상기 코일부재(200)의 가로 방향(HD) 타단, 즉 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2자석(332) 및 제4자석(334)의 우측에 배치되며, 상기 지지판(310)에 고정된다.
또한, 상기 제2자성체(324)의 상단과 하단에도, 위에서 설명한 상기 자력 강화홈(324a)이 형성되며, 그 효과 및 기능은 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
위 구성으로 이루어진 상기 진동체(300)는, 도 5에 도시된 화살표 방향과 같이, 자성에 의해 4개의 폐루프 구조의 자기력선을 형성시킨다.
이러한 자기력선의 구조와 후술할 상기 제1탄성부재(410) 및 상기 제2탄성부재(420)의 구조로 인해 상기 진동체(300)는 진동시 반 강성(Negative stiffness) 상태가 된다.
즉, 상기 코일부재(200)에 전원을 인가하였을 때, 상기 진동체(300)가 좌우 이동하는 변위 거리(mm)의 일정 구간에서는, 상기 진동체(300)에 발생하는 자력의 힘(N)과 상기 제1탄성부재(410) 및 상기 제2탄성부재(420)의 탄성력의 차가 ±1 미만인 안정적인 상태가 된다.
또한, 상기 진동체(300)의 자계 구조에 의해 상기 진동체(300)에는 상기 코일부재(200)의 중심에 배치되려는 힘이 발생하게 된다.
이와 같이 상기 진동체(300)가 반 강성(Negative stiffness) 상태가 되면, 상기 진동체(300)의 댐핑값이 증가하게 되고, 이로 인해 상기 제어부의 신호에 따른 상기 진동체(300)의 반응속도가 빨라지는 효과가 발생하게 된다.
여기에서, 종래기술의 진동모터와 본 발명의 햅틱 액추에이터의 반응속도를 측정한 결과, 종래의 진동모터는 약 27.5ms의 반응속도를 보이지만, 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 액추에이터는 약 5.5ms의 반응속도를 나타내었다.
그리고 종래의 진동모터보다 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 액추에이터의 가속도가 크고, 반응 주파수 범위도 넓다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 상기 진동체(300)의 자계 구조에 의해 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 액추에이터의 주파수 대역 등의 성능은 종래의 진동 모터보다 월등히 뛰어나며, 특히, 반응속도가 빨라지게 된다.
또한, 햅틱 액추에이터의 반응속도가 빨라지면, 햅틱 액추에이터가 적용되는 휴대 단말기에서 다양한 입력신호 패턴에 따라 그에 상응하는 출력을 신속하게 생성 및 전달하고, 이로 인해 품질 및 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 제1무게추(341)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 육면체 형상으로 형성되며, 재질은 텅스텐으로 이루어지고, 상기 제1자성체(323)의 우측에 배치되며, 상기 지지판(310)에 고정 장착된다.
상기 제2무게추(342)는 상기 제1무게추(341)와 동일하게 형성되며, 상기 제2자성체(324)의 좌측에 배치되고, 상기 지지판(310)에 고정 장착된다.
이러한 상기 제1무게추(341)와 상기 제2무게추(342)는 상기 진동체(300)가 상기 코일부재(200)에 인가되는 전원의 주파수와 동일한 공진주파수를 갖도록 하며, 가속도에 영향을 주고, 상기 코일부재(200)에 전원이 인가될 때, 상기 진동체(300)에 형성되는 자기력선과 상기 코일부재(200) 주변에 형성되는 자기력선의 상호 작용에 의해 좌우 방향으로 병진 운동되며, 진동을 발생시킨다.
상기 제1탄성부재(410)와 상기 제2탄성부재(420)는 상기 진동체(300)의 가로 방향(HD) 양단과 상기 케이스(100) 사이에 장착된다.
구체적으로, 상기 제1탄성부재(410)는 세로 방향(VD)으로 파형 형상인 판 스프링으로 형성되며, 양단이 상기 지지판(310)의 좌측과 상기 덮개(120)에 각각 고정된다.
상기 제2탄성부재(420)는 상기 제1탄성부재(410)와 동일하게 세로 방향(VD)으로 파형 형상인 판 스프링이며, 양단이 상기 지지판(310)의 우측과 상기 덮개(120)에 각각 고정된다.
이러한 상기 제1탄성부재(410) 및 상기 제2탄성부재(420)는, 상기 진동체(300)를 가로 방향(HD), 즉 좌우 방향으로 지지하여 상기 진동체(300)의 좌우 병진 운동을 용이하게 한다.
또한, 상기 제1탄성부재(410) 및 상기 제2탄성부재(420)는 세로 방향(VD)으로 파형 형상을 갖는 판 스프링으로 이루어짐으로써, 상기 진동체(300)가 무게의 의해 상기 밑판(110)으로 쳐지는 것을 방지하는 효과를 발생시킨다.
한편, 상기 제3탄성부재(510) 및 상기 제4탄성부재(520)는, 육면체 형상으로 형성되며, 상기 코일부재(200)의 가로 방향(VD) 양측에 각각 장착되고, 탄성력을 갖는 고무재질로 이루어진다.
이러한 상기 제3탄성부재(510) 및 상기 제4탄성부재(520)는 상기 진동체(300)가 가로 방향(VD)으로 병진 운동할 때, 상기 진동체(300)와 충돌에 의해 반발력을 발생시켜, 상기 진동체(300)의 가속도를 증가시킨다.
뿐만 아니라, 상기 제3탄성부재(510) 및 상기 제4탄성부재(520)는 상기 진동체(300)와의 충돌시 소음 발생을 줄이는 흡음재 역할을 하게 된다.
이와 같이, 상기 제3탄성부재(510) 및 상기 제4탄성부재(520)가 상기 코일부재(200)의 양측에 각각 장착됨으로써, 상기 진동체(300)의 가속도를 증가시키고, 이로 인해 햅틱 액추에이터의 반응속도를 더욱 증가되며, 소음 발생 줄이는 효과를 발생시킨다.
위 구성으로 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 액추에이터는, 상기 제어부를 통해 상기 코일부재(200)에 일정 주파수를 갖는 전원이 인가되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 진동체(300)가 좌측 또는 우측으로 병진운동 하게 되며, 상기 제1무게추(341) 및 상기 제2무게추(342)는 가진되고, 진동이 발생하게 된다.
여기에서, 상기 진동체(300)에는 자극 배치에 의해 형성된 4개의 폐루프 구조의 자기력선이 형성되며, 상기 제1탄성부재(410) 및 상기 제2탄성부재(420)와의 상호 관계에 의해 상기 진동체(300)는 진동시 반 강성(Negative stiffness) 상태가 되고, 이로 인해 상기 진동체(300)의 댐핑값이 증가하게 되며, 상기 제어부의 신호에 따른 햅틱 액추에이터의 반응속도가 빨라지는 효과가 나타나게 된다.
본 발명은 이에 한정되지 않으며, 이하의 부속 청구 범위의 사상 및 영역을 이탈하지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 여러 형태로 변형 실시될 수 있으며, 따라서 이와 같은 변형은 본 발명의 영역 내에 있는 것으로 해석해야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 내부에 수용부가 형성된 케이스와, 상기 케이스에 고정 장착되며 세로 방향으로 감김 형성되고 제어부로부터 전원을 공급받도록 연결되는 코일부재와, 상기 코일부재의 외측에 배치되며 상기 수용부에 가로 방향으로 탄성적으로 이동 가능하게 장착되는 진동체를 갖는 햅틱 액추에이터에 있어서,
    상기 진동체는,
    상기 코일부재의 세로 방향 일단에 상호 이격되어 배치되는 제1자석 및 제2자석;
    상기 코일부재의 세로 방향 타단에 상호 이격되어 배치되는 제3자석 및 제4자석;
    상기 제1자석 및 상기 제3자석의 가로 방향 일단에 장착되는 제1자성체;
    상기 제2자석 및 상기 제4자석의 가로 방향 타단에 장착되는 제2자성체;
    상기 제1자성체 및 상기 제2자성체에 각각 장착되는 제1무게추 및 제2무게추; 를 포함하여 이루어지되,
    상기 제1자석 및 상기 제2자석의 극성은 서로 마주보는 방향으로 N극이 형성되고, 그 반대방향으로 S극이 형성되며, 상기 제3자석 및 상기 제4자석의 극성은 서로 마주보는 방향으로 N극이 형성되고 그 반대방향으로 S극이 형성되며,
    상기 제1자석, 제2자석, 제3자석 및 제4자석의 N극으로부터 발산되는 자기력선은 상기 코일부재로 수렴되는 것을 특징으로 하는 햅틱 액추에이터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1자성체는 2개로 분리 형성되고, 서로 이격되어 각각 상기 제1자석 및 상기 제3자석에 배치되며,
    상기 제2자성체는 2개로 분리 형성되고, 서로 이격되어 각각 상기 제2자석 및 제4자석에 배치되는 것을 특징으로 하는 햅틱 액추에이터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1자성체는 하나의 몸체로 이루어지며, 세로 방향 양단이 각각 상기 제1자석 및 상기 제3자석과 접하고,
    상기 제2자성체는 하나의 몸체로 이루어지며, 세로 방향 양단이 각각 상기 제2자석 및 상기 제4자석과 접하는 것을 특징으로 하는 햅틱 액추에이터.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1자성체 및 상기 제2자성체의 상단 및 하단에는 가운데 방향으로 오목한 자력 강화홈이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 햅틱 액추에이터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 진동체의 가로 방향 양단과 상기 케이스 사이에는 상기 진동체를 가로 방향으로 탄성 지지하는 제1탄성부재 및 제2탄성부재가 각각 장착되되,
    상기 제1탄성부재 및 상기 제2탄성부재는 파형 형상으로 절곡된 판 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 햅틱 액추에이터.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 진동체는,
    상기 코일부재가 삽입 배치되는 관통공이 형성되며, 내부에 상기 제1자석, 제2자석, 제3자석, 제4자석, 제1자성체, 제2자성체, 제1무게추 및 제2무게추가 장착되는 안착공간이 형성된 지지판; 을 더 포함하되,
    상기 제1탄성부재 및 상기 제2탄성부재는 상기 케이스와 상기 지지판의 가로 방향 양단 사이에 각각 장착되며, 상기 지지판을 가로 방향으로 이동 가능하게 탄성 지지하는 것을 특징으로 하는 햅틱 액추에이터.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 코일부재의 가로 방향 양단에는, 상기 진동체와의 충돌시 반발력에 의해 상기 진동체의 가속도를 증가시키는 제3탄성부재 및 제4탄성부재가 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 햅틱 액추에이터.
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