KR101748365B1 - 진동형 리니어 액추에이터 - Google Patents

Abstract

진동형 리니어 액추에이터가 개시된다. 본 발명은 솔레노이드코일과 진동기 및 케이스 등 간단한 구성으로 인해 조립이 간편하여 제조비용이 절감되고, 솔레노이드코일을 감싸는 고정케이스에 의해 자속의 누설을 최소화하며, 서로 다른 방향으로 진동하는 진동기에 의해 경제적이고 효율적인 진동을 제공하는 동시에 탄성력을 갖춘 스트립스프링에 의해 수명이 현저하게 늘어나는 효과가 있는 진동형 리니어 액추에이터를 제공한다.

Description

진동형 리니어 액추에이터{LINEAR TYPE VIBRATION ACTUATOR}

본 발명은 액추에이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 솔레노이드코일과 진동기 및 케이스 등 간단한 구성을 가지고 자속의 누설을 최소화하며, 서로 다른 방향으로 진동하는 진동기에 의해 경제적이고 효율적인 진동을 제공하는 진동형 리니어 액추에이터에 관한 것이다.

종래부터 탄성체와 질량을 갖는 가동자의 관성에 의해서 에너지를 변환, 보존 가능한 공진계를 구동하는 구동회로로서, 진동형의 액추에이터의 구동 회로가 알려져 있다. 진동형의 액추에이터는 코일을 갖는 고정자와, 영구자석을 갖는 가동자와, 고정자가 고착되어 있는 동시에 스프링을 거쳐서 가동자를 왕복운동 자유롭게 지지하는 프레임부를 구비한다.

한편 진동형 리니어 액추에이터는 완전 회전식 운동이 아닌 전후 진동 동작을 생성하는 모터 설비를 구비한다. 이러한 설비는 이동을 지지하는 통상적인 모터 베어링 구조체뿐 아니라, 모터 구동 샤프트 및 작업편의 운동을 정해진 각운동으로 구속하기 위한 특정한 구조적 요소도 필요로 한다. 이러한 베어링 또는 다른 요소들은 통상적으로 고가이고 용품 제조에 곤란성이 있으며, 용품을 사용하는데 있어서 신뢰성/내구성의 문제를 갖는다.

자세하게는 진동형의 리니어 액추에이터는 그 구동 회로에서 가동자의 이동 방향이 반전된 위치를 나타내는 신호(코일에 여자되는 유도 기전압이 대략 제로가 되는 타이밍을 나타내는 신호)와, 가동자의 속도를 나타내는 신호(위상 기준신호가 검출되고 나서 소정 시간 후의 유도 기전압)를 제어 신호로서 이용하여 코일에의 교번 전압의 인가 시간을 센서리스 피드백 제어하는 것에 의해 가동자를 왕복운동시킨다.

이러한 리니어 진동형의 액추에이터는 전기면도기 등 특정한 용도에서 사용되어 왔지만, 예를 들어, 터치 패널을 눌렀을 때의 조작 감각을 유저에게 피드백시키기 위한 진동을 만들어내는 소자에 채용되는 등 최근 그 용도가 확대되고 있다. 이러한 햅틱스 용도의 확대에 수반하여, 금후 리니어 진동 모터의 출하수가 신장되어 갈 것으로 예상된다.

따라서, 정해진 진동 동작을 생성하면서 강하고(rugged), 소음이 없고, 작동을 위한 베어링 또는 구속 부재를 필요로 하지 않는 개인 관리용품용 모터의 개발 및 출원이 활발하게 이루어지고 있다.

한국등록특허 제10-0676452호 (2007년01월24일)

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 솔레노이드코일과 진동기 및 케이스 등 간단한 구성으로 인해 조립이 간편하여 제조비용이 절감되고, 솔레노이드코일을 감싸는 고정케이스에 의해 자속의 누설을 최소화하며, 서로 다른 방향으로 진동하는 진동기에 의해 경제적이고 효율적인 진동을 제공하는 동시에 탄성력을 갖춘 스트립스프링에 의해 수명이 현저하게 늘어나는 효과가 있는 진동형 리니어 액추에이터를 제공하는 것이다.

상기 첫 번째 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내부에 중공이 형성된 중심코어에 코일이 감기고, 교류전원이 인가되는 솔레노이드코일과, 상기 중공의 내부에 삽입되는 진동축과, 상기 진동축에 연장되는 연장바 및 상기 연장바에서 이어지고, 제1 본체에 고정되는 고정바가 형성된 제1 진동기와, 상기 중공의 내부에 삽입되고 상기 진동축과 이격되어 위치된 진동축과, 상기 진동축에 연장되는 연장바 및 상기 연장바에서 이어지고, 제2 본체에 고정되는 고정바가 형성된 제2 진동기 및 제1 본체와 상기 제1 본체에 이격된 제2 본체가 구비된 외부케이스를 포함하는 진동형 리니어 액추에이터를 제공한다.

상기 두 번째 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내부에 중공이 형성된 중심코어에 코일이 감기고, 교류전원이 인가되는 솔레노이드코일과, 상기 솔레노이드코일의 전자기력으로 자화되도록 상기 중공의 내부에 삽입되는 플랜지가 돌출 형성된 복수개의 철편이 결합된 철심과, 상기 철심의 상단에 위치되고 자성을 갖는 제1 마그네틱과, 상기 제1 마그네틱과 다른 극성을 갖는 제2 마그네틱이 구비된 마그네틱과, 상기 제1 마그네틱과 결합되고 제1 본체에 고정되는 제1 진동수용체와, 상기 제2 마그네틱과 결합되고 제2 본체에 고정되는 제2 진동수용체가 구비된 진동수용체 및 상기 솔레노이드코일과, 철심 및 진동수용체를 수용하고, 제1 본체와 상기 제1 본체에 이격된 제2 본체가 구비된 외부케이스를 포함하는 진동형 리니어 액추에이터를 제공한다.

상기에서 설명한 본 발명의 진동형 리니어 액추에이터에 의하면, 간단한 구성으로 인해 조립이 간편하여 제조비용이 절감되고, 자속의 누설을 최소화하며, 경제적이고 효율적인 진동을 제공하는 동시에 수명이 현저하게 늘어나는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 진동형 리니어 액추에이터의 사시도이다.
도 2는 도 1의 진동기와, 고정케이스 및 솔레노이드코일을 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 진동기를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1의 A-A 단면도이다.
도 5는 도 1의 진동형 리니어 액추에이터를 아래에서 바라본 모습을 도시한 사시도이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 진동형 리니어 액추에이터의 사시도이다. 본 발명에 의한 액추에이터(100)는 영구자석을 사용하지 않아도 진동을 발생할 수 있는 구성에 특징이 있는 것이고, 또한 간단한 구성으로 인해 조립이 간편하며 이에 따라 제조비용이 절감될 수 있는 효과가 있다. 이하 도면과 함께 본 발명의 구성을 설명하기로 한다.

우선 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 진동형 리니어 액추에이터(100, 이하 '액추에이터'라 한다)는 내부에 중공(111)이 형성되고 교류전원이 인가되는 솔레노이드코일(110)과, 상기 중공(111)의 내부에 삽입되어 솔레노이드코일(110)의 전자기력에 의해 서로 역 위상 관계로 자화되어 왕복 운동하는 철재재질의 제1 진동기(120), 제2 진동기(130)와, 상기 솔레노이드코일(110)을 수용하는 고정케이스(140) 및 상기 고정케이스(140)를 수용하는 외부케이스(150)를 포함한다.

이 경우 상기 솔레노이드코일(110)은 내부에 중공(111)이 형성된 중심코어(112)에 코일이 감겨져 있는 일반적인 솔레노이드를 의미한다.

본 발명의 주요 구성인 진동기(120, 130)는 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 솔레노이드코일(110)의 중공(111)에 삽입되는 진동축(121, 131)이 길이방향(C방향, 도 3 참조)으로 형성되어 소정간격으로 이격되고, 상기 진동축(121, 131)에 수평으로 구비되며, 폭방향(D방향)으로 소정간격 이격되어 상기 외부케이스(150)에 고정되는 고정바(123, 133) 및 상기 진동축(121, 131)에서 수직으로 연장되어 상기 고정바(123, 133)에 이어지는 연장바(122, 132)를 포함한다.

이 경우 상기 진동축(121, 131)은 상호 접촉되지 않도록 이격되어 구비되는데, 자세하게는 제1 진동축(121)은 원뿔 형상으로 형성되며, 제2 진동축(131)은 원뿔 형상을 수용할 수 있도록 내부에 공간이 형성된다. 따라서 제1 진동기(120), 제2 진동기(130)는 전체적으로 일정간격을 두고 이격되어 상호 접촉되지 않는다. 또한 상기 진동축(121, 131)은 고정케이스(140)의 관통공(142)을 통과하여 솔레노이드코일(110)의 중공(111)에 삽입된다.

도 2를 다시 참조하면, 상기 고정케이스(140)는 일측에 돌출 형성된 고정돌기(141)에 의해 외부케이스(150)에 단단히 고정된다. 이 경우 고정케이스(140)는 그 재질이 철재로써 솔레노이드코일(110)을 둘러쌓은 형상으로 솔레노이드코일(110)에서 발생하는 자속의 누설을 최소화하게 된다.

따라서 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 솔레노이드코일(110)에 교류전원이 인가되면, 중심코어(112)의 내부 중공(111)에 자기장이 발생하고, 상기 중공(111)에 삽입된 진동축(121, 131)이 자화되어 상호 끌어당김과 밀어냄을 반복하여 왕복운동을 하여 진동하게 된다. 또한 상기 진동기(120, 130)는 외부케이스(150)에 고정되므로, 이러한 진동이 외부케이스(150)에 전달된다.

이 경우 제1 진동축(121)은 원뿔 형상으로 테이퍼 지게 형성되며, 제2 진동축(131)은 원뿔 형상을 수용할 수 있도록 내부에 공간이 형성되어, 넓은 표면적으로 가지고 충분한 자력으로 끌어당김과 밀어냄을 반복할 수 있게 된다. 또한 본 발명에서는 제1 진동축(121)의 형상을 원뿔로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 제2 진동축(131)과 넓은 단면적으로 상호 이격될 수 있는 구성이라면 선택하여 채용될 수 있다.

한편 도 1에 도시된 바와 같이, 진동기(120, 130)의 고정바(123, 133)는 외부케이스(150)의 상측에 결합되는데, 이 경우 상기 외부케이스(150)는 제1 진동기(120)와 결합되는 제1 본체(160)와, 제2 진동기(130)와 결합되는 제2 본체(170)로 구분될 수 있다. 이 경우 상기 제1 본체(160)와 제2 본체(170)는 소정간격으로 이격되며 하부는 외부케이스(150)에 고정되는 형태로, 상기 진동기(120, 130)의 끌어당김과 밀어냄의 진동에 따라 함께 탄성적인 변형을 가져와 진동력을 증진시키게 된다.

또한 상기 외부케이스(150)는 진동기(120, 130)의 연장바(122, 132)에 접촉되도록 하방향 돌출된 탄성력을 갖춘 스트립스프링(152)이 구비될 수 있다. 자세하게는 상기 스트립스프링(152)은 제1 본체(160)와 제2 본체(170)에 각각 구비되며, 본체(160, 170)에서 하방향으로 돌출형성되어 상기 진동기(120, 130)의 진동에 따라 상호 멀어지는 경우 상기 스트립스프링(152)에 의하여 초기위치로 복귀될 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예로서 도 1과 도 5에는 상기 스트립스프링(152)이 좌측과 우측에 각각 4개로 구비되는 것을 확인할 수 있는데, 이 경우 상기 스트립스프링(152)은 외측에 위치되는 제1, 4 스트립스프링(152a, 152d)과, 내측에 위치되는 제2, 3 스트립스프링(152b, 152c)로 구분될 수 있다. 이는 좌우 대칭으로서 반대편 스트립스프링에도 동일하게 적용되어 구분된다.

상기 제1, 4 스트립스프링(152a, 152d)은 외부케이스(150) 하단에서 상방향으로 연장되는 플랜지(153)의 상측에 결합되고, 제2 스트립스프링(152b)은 상기 제1 본체(160)에서 연장되며, 제3 스트립스프링(152c)은 마찬가지로 상기 제2 본체(170)에서 연장될 수 있다.

이 경우 상기 제1 본체(160)와 제2 본체(170)는 외부케이스(150)에서 분리된 상태로 이격되는데, 상기 스트립스프링(152)은 내부에 관통된 연결공(152e)가 형성되고, 상기 연결공(152e)의 내부로 탄성재질의 플라스틱바(미도시)가 삽입될 수 있다. 따라서 상기 플라스틱바에 의한 탄성력으로 말미암아, 상기 진동기(120, 130)의 끌어당김과 밀어냄의 진동에 따라 함께 탄성적인 변형을 가져와 진동력을 증진시키게 된다.

이에 따라 솔레노이드코일(110)과, 상기 솔레노이드코일(110)에 인해 자화되어 진동하는 진동기(120, 130)와, 이를 둘러싸 누설자속을 최소화한 고정케이스(140) 및 상기 고정케이스(140)를 고정하는 외부케이스(150)을 가지고, 상기 솔레노이드코일(110)에 교류전원이 공급되면 원뿔형상으로 테이퍼진 진동축에 의해 진동기(120, 130)이 자화되어 서로 당김과 밀어냄을 반복하여 리니어 진동형 액츄에이터로 작동하게 되는 것이다.

특히 본 발명에 의한 액추에이터(100)는 영구자석을 사용하지 않아 제조비용이 절감되는 효과도 아울러 발생하게 된다. 이러한 액추에이터(100)는 제1 본체(160)를 제1 커터와 결합되고, 제2 본체(170)를 제2 커터에 결합되어 진동되는 건식 면도기 내에 포함될 수 있다.

또한 상기 외부케이스(150) 즉, 제1 본체(160)와 제2 본체(170)에는 상하방향으로 압력을 효율적으로 제거하도록 양측에 텐션부(151)가 구비될 수 있다. 상기 텐션부(151)는 관통공이 형성되어 상대적으로 얇은 탄성력을 갖춘 상하 두 개의 플라스틱 판으로 형성되며, 상기 외부케이스(150)의 상측 압력으로부터 변형을 일으키며, 압력이 제거되면 탄성력에 의해 그 위치가 복귀된다.

이상에서 설명된 본 발명의 진동형 리니어 액추에이터의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

100, 200 : 액추에이터 110 : 솔레노이드코일
111 : 중공 120 : 제1 진동기
121, 131 : 진동축 122, 132 : 연장바
130 : 제2 진동기 140 : 고정케이스
142 : 관통공 150 : 외부케이스
151 : 텐션부 152 : 스트립스프링
152e : 연결공 153 : 플랜지
160 : 제1 본체 170 : 제2 본체

Claims (6)

1. 내부에 중공(111)이 형성된 중심코어(112)에 코일이 감기고, 교류전원이 인가되는 솔레노이드코일(110);과,
   상기 중공(111)의 내부에 삽입되는 제1 진동축(121)과, 상기 제1 진동축(121)에 연장되는 연장바(122) 및 상기 연장바(122)에서 이어지고, 제1 본체(160)에 고정되는 고정바(123)가 형성된 제1 진동기(120);와,
   상기 중공(111)의 내부에 삽입되고 상기 제1 진동축(121)과 이격되어 위치된 제2 진동축(131)과, 상기 제2 진동축(131)에 연장되는 연장바(132) 및 상기 연장바(132)에서 이어지고, 제2 본체(170)에 고정되는 고정바(123)가 형성된 제2 진동기(130); 및
   제1 본체(160)와 상기 제1 본체(160)에 이격된 제2 본체(170)가 구비된 외부케이스(150);
   를 포함하는 진동형 리니어 액추에이터에 있어서,
   상기 외부케이스(150)는 진동기(120, 130)의 연장바(122, 132)에 접촉되도록 돌출된 탄성력을 갖춘 스트립스프링(152)이 구비되고,
   상기 스트립스프링(152)은,
   외부케이스(150) 하단에서 상방향으로 연장되는 플랜지(153)의 상측에 결합되는 제1, 4 스트립스프링(152a, 152d)과,
   상기 제1 본체(160)에서 연장되는 제2 스트립스프링(152b) 및,
   상기 제2 본체(170)에서 연장되는 제3 스트립스프링(152c)을 포함하고,
   상기 스트립스프링(152)은 내부에 관통된 연결공(152e)가 형성되는 것을 특징으로 하는 진동형 리니어 액추에이터.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 진동축(121)은 원뿔 형상으로 형성되고,
   제2 진동축(131)은 상기 제1 진동축(121)의 원뿔 형상을 수용할 수 있도록 내부에 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 진동형 리니어 액추에이터.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 솔레노이드코일(110)을 수용하고, 솔레노이드코일(110)에서 발생하는 자속의 누설을 방지하도록 철재 재질로 형성되며, 상기 제1 및 제2 진동축(121, 131)이 솔레노이드코일(110)의 중공(111)에 삽입되도록 관통공(142)이 형성된 고정케이스(140);
   를 더 포함하는 진동형 리니어 액추에이터.
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   제1 본체(160)와 제2 본체(170)에는 상하방향으로 압력을 효율적으로 제거하도록 텐션부(151)가 구비된 것을 특징으로 하는 진동형 리니어 액추에이터.

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