KR102666483B1 - 액추에이터, 출력 장치 및 입력 장치 - Google Patents

Abstract

신속한 구동이 가능하고 에너지 효율성이 향상된 액추에이터, 입력 장치 및 출력 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 액추에이터는, 일측과 타측의 극성의 방향이 서로 다른 방향으로 배치되도록 구성된 고정 자석부와, 상기 고정 자석부의 내부에 배치되고, 전류 인가에 따라 극성의 방향이 변경되어 상기 고정 자석부의 일측 또는 타측 방향으로 이동되도록 구성된 이동 자석부 및 상기 이동 자석부의 일단에 연결되고, 상기 이동 자석부와 함께 이동되도록 구성된 핀부를 포함한다.

Description

액추에이터, 출력 장치 및 입력 장치{ACTUATOR, OUTPUT DEVICE AND INPUT DEVICE}

본 발명은 액추에이터, 출력 장치 및 입력 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 신속한 구동이 가능하고 에너지 효율성이 향상된 액추에이터, 입력 장치 및 출력 장치에 관한 것이다.

최근의 휴대용 전자기기(portable electronic devices), 가상 현실기기(virtual reality devices), 훈련용 시뮬레이터 등에는 사용자에게 다양하고 생생한 촉각 피드백을 제공하기 위한 액추에이터가 설치되어 있다.

특히 최근 스마트폰과 같은 스마트 기기의 사용이 증가함에 따라 정상인들의 경우 다양한 정보를 쉽게 접하는 것이 가능하지만, 시각장애인들에게는 이러한 스마트 기기를 사용하는데 어려움이 있어 정보격차가 더욱 커지고 있다. 이러한 시각장애인들의 정보 수집을 보조하도록 상기 액추에이터 중 점자 액추에이터가 널리 이용되고 있다.

최근 새로운 방식으로 시도되는 액추에이터 중 하나는 솔레노이드를 이용한 방식이다. 이러한 방식의 경우 영구자석과 전자석을 이용하여 돌출시키고자 하는 돌기(예: 핀) 주변에 설치된 전자석에 전류를 인가하여 전자석과 영구 자석 사이에 인력 또는 척력이 작용되도록 함으로써 사용자에게 정보를 출력할 수 있다.

다만, 이러한 방식의 액추에이터의 경우, 경우에 따라 영구자석과 전자석 사이에 충분한 자기적 인력이 작용하지 않아 돌기의 신속한 상승이 어려울 뿐만 아니라, 돌기의 작동 상태를 유지하기 위해 지속적인 에너지가 소비되어야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 신속한 구동이 가능하고 에너지 효율성이 향상된 액추에이터, 입력 장치 및 출력 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 액추에이터는, 일측과 타측의 극성의 방향이 서로 다른 방향으로 배치되도록 구성된 고정 자석부와, 상기 고정 자석부의 내부에 배치되고, 전류 인가에 따라 극성의 방향이 변경되어 상기 고정 자석부의 일측 또는 타측 방향으로 이동되도록 구성된 이동 자석부 및 상기 이동 자석부의 일단에 연결되고, 상기 이동 자석부와 함께 이동되도록 구성된 핀부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 액추에이터는, 상기 고정 자석부의 내부에 배치되고, 상기 이동 자석부를 감싸도록 구성된 코일부를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 고정 자석부는, 제 1 고정 자석 및 상기 제 1 고정 자석보다 상기 핀부에 인접하게 배치되고, 상기 제 1 고정 자석과 극성의 방향이 다른 제 2 고정 자석을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제 2 고정 자석은, 상기 제 1 고정 자석보다 더 큰 사이즈로 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 액추에이터는, 상기 제 1 고정 자석의 하부에 배치되는 제 1 코어 및 상기 제 2 고정 자석의 상부에 배치되는 제 2 코어를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 이동 자석부는, 상하 방향으로 상기 제 1 코어와 상기 제 2 코어 사이에 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 액추에이터는, 상하 방향으로 상기 제 1 고정 자석과 상기 제 2 고정 자석 사이에 배치되는 제 3 코어를 더 포함하고, 상기 이동 자석부는 반경 방향으로 상기 제 3 코어의 내부에 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제 2 코어는, 상기 핀부와 상기 제 2 고정 자석 사이에 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 이동 자석부가 상부로 이동되고 전류가 인가되지 않은 상태에서, 상기 핀부가 하부를 향해 가압되는 경우에, 상기 이동 자석부와 제 1 고정 자석 및 제 2 고정 자석 사이에 형성되는 자기장 경로(magnetic path)의 자기 저항을 최소화시키기 위하여, 상기 이동 자석부가 상부로 원위치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제 1 고정 자석과 상기 제 1 코어 사이에는, 소정 높이의 간격이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 출력 장치는, 전술한 바와 같은 본 발명의 일 측면에 따른 액추에이터를 적어도 하나 이상 포함한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 입력 장치는, 전술한 바와 같은 본 발명의 일 측면에 따른 액추에이터를 적어도 하나 이상 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 액추에이터는, 일측과 타측의 극성의 방향이 서로 다른 방향으로 배치되도록 구성되고, 일정한 규칙을 가지고 배열되는 복수개의 고정 자석부와, 상기 일정한 규칙을 가지고 배열되는 복수개의 고정 자석부 사이에 배치되고, 전류 인가에 따라 극성의 방향이 변경되어 상기 고정 자석부의 일측 또는 타측 방향으로 이동되도록 구성된 복수개의 이동 자석부 및 상기 이동 자석부의 일단에 연결되고, 상기 이동 자석부와 함께 이동되도록 구성된 핀부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 복수개의 이동 자석부 주변에 배열되는 복수개의 고정 자석부는, 상기 이동 자석부를 기준으로 좌측 상단, 좌측 하단, 우측 상단, 우측 하단에 동일한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 복수개의 고정 자석부는, 직육면체의 평단면 형상을 가지고, 횡방향 또는 종방향을 기준으로 소정각도 기울어진 형태로 배열될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 이동 자석부의 극성의 방향이 변경될 만큼의 시간 동안만 전류를 인가하여 핀부를 상하 방향으로 이동시킬 수 있으므로, 액추에이터의 구동 시간이 보다 단축될 수 있다.

또한, 외력이 작용하는 경우에 추가적인 전류를 흘려주지 않더라도 핀부의 작동 상태가 유지될 수 있으므로, 액추에이터의 전력 소모를 최소화할 수 있다.

이외에도 본 발명의 여러 실시예에 의하여, 여러 다른 추가적인 효과가 달성될 수 있다. 이러한 본 발명의 여러 효과들에 대해서는 각 실시예에서 상세하게 설명하거나, 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 효과에 대해서는 그 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 액추에이터의 분해사시도이다.
도 3은 도 1의 액추에이터의 상세 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 7은 도 1의 액추에이터의 작동 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 액추에이터 관련, 자석의 특성을 설명하기 위한 히스테리시스 곡선에 대해 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액추에이터를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액추에이터를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 액추에이터를 나타낸 도면이다.
도 12 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터에 있어서, 이동 자석부와 고정 자석부 사이에 발생하는 자기장 경로를 보여주기 위한 시뮬레이션 데이터이다.
도 14 내지 도 19는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 액추에이터의 평단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터(10)를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 액추에이터(10)의 분해사시도이며, 도 3은 도 1의 액추에이터(10)의 상세 구조를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 실시예에서, 도면에 도시된 X축 방향은 액추에이터(10)의 전후 방향, Y축 방향은 X축 방향과 수평면(XY평면)상에서 수직된 액추에이터(10)의 좌우 방향, Z축 방향은 X축 방향 및 Y축 방향에 대해 모두 수직된 상하 방향을 의미할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터(10)는, 고정 자석부(100), 이동 자석부(200) 및 핀부(300)를 포함할 수 있다.

상기 고정 자석부(100)는, 일측과 타측의 극성의 방향이 서로 다른 방향으로 배치되도록 구성될 수 있다. 일례로서, 고정 자석부(100)는, 강 자성 물질(hard magnet material)의 일종인 네오디움(NdFeB)을 포함할 수 있다. 또한, 고정 자석부(100)는, 높은 보자력(Coercivity, )을 가져 외부 자기장에 의해 극성의 방향이 변경되기 어렵도록 구성될 수 있다. 이러한 고정 자석부(100)의 상세 구성에 대해서는 후술되는 관련 설명에서 보다 상세히 설명하기로 한다.

상기 이동 자석부(200)는, 상기 고정 자석부(100)의 내부에 배치될 수 있다. 이러한 이동 자석부(200)는, 고정 자석부(100)의 반경 방향 내측에 위치할 수 있다. 일례로서, 이동 자석부(200)는, 연 자성 물질(soft magnet material)의 일종인 알니코(AlNiCo)를 포함할 수 있다. 또한, 이동 자석부(200)는, 외부 자기장에 의해 극성의 방향 변경이 쉽게 이루어지도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는 후술되는 관련 설명에서 보다 상세히 설명하기로 한다.

상기 핀부(300)는, 이동 자석부(200)의 일단(예: 상단)에 연결되도록 구성될 수 있다. 일례로서, 상기 핀부(300)는, 비자성체로 구성될 수 있다. 또한, 핀부(300)는, 이동 자석부(200)의 일단과 연결되는 연결부(310)를 포함할 수 있다.

한편, 상기 액추에이터(10)는, 고정 자석부(100), 이동 자석부(200) 및 핀부(300)를 내부에 수용하도록 구성된 하우징(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 하우징은, 내부에 수용된 구성들과의 전기적 간섭이 방지되도록 비자성체 재질로 구성될 수 있다.

도 4 내지 도 7은 도 1의 액추에이터의 작동 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 3과 함께 도 4 내지 도 7을 참조하면, 상기 이동 자석부(200)는, 전류 인가에 따라 극성의 방향이 변경되어 고정 자석부(100)의 일측 또는 타측 방향으로 이동되도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 액추에이터(10)에는, 전류 인가부(미도시)가 연결될 수 있다. 이러한 전류 인가부는, 액추에이터(10)에 전류를 인가할 수 있다. 여기서, 전류 인가부는, 액추에이터(10)에 전류를 인가하여 이동 자석부(200) 내부에 흐르던 자기장의 흐름이 강해지도록 유도함으로써 이동 자석부(200)의 극성의 방향이 변경될 수 있다.

이에 따라, 이동 자석부(200)는, 고정 자석부(100)의 일측 또는 타측 방향으로 이동되도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 고정 자석부(100)의 일측은, 하부 고정 자석으로서, 후술되는 제 1 고정 자석(110)일 수 있다. 이 때, 고정 자석부(100)의 일측은 전류 인가부의 전류 인가에 따라 발생된 자기장에 의해 극성의 방향이 변경되지 않을 수 있다. 일례로서, 고정 자석부(100)의 일측은, 상측이 S극, 하측이 N극을 나타낼 수 있다.

또한, 고정 자석부(100)의 타측은, 상부 고정 자석으로서, 후술되는 제 2 고정 자석(120)일 수 있다. 이 때, 고정 자석부(100)의 타측은 전류 인가부의 전류 인가에 따라 발생된 자기장에 의해 극성의 방향이 변경되지 않을 수 있다. 일례로서, 고정 자석부(100)의 타측은, 상측이 N극, 하측이 S극을 나타낼 수 있다.

예시적으로, 도 4의 상태에서 액추에이터(10)에 전류가 인가되면, 코일부(400) 내부에 강한 자기장이 형성되고, 상기 코일부(400) 내부에 형성된 강한 자기장에 의해서 이동 자석부(200) 내부에 흐르던 자기장의 흐름이 강해지면서, 도 5에 도시된 바와 같이 이동 자석부(200)의 극성의 방향이 S극에서 N극으로 변경될 수 있다.

이 때, 도 6에 도시된 바와 같이, 극성의 방향이 변경된 이동 자석부(200)와 고정 자석부(100)의 타측 사이에는 자기적 인력이 작용할 수 있다. 또한, 극성의 방향이 변경된 이동 자석부(200)와 고정 자석부(100)의 일측 사이에는 척력이 작용할 수 있다. 이에 따라, 이동 자석부(200)는, 고정 자석부(100)의 타측 방향으로 이동할 수 있다.

한편, 도 6의 상태에서, 액추에이터(10)에 다시 전류가 인가되면, 코일부(400) 내부에 형성된 강한 자기장에 의해 이동 자석부(200) 내부에 흐르던 자기장의 흐름이 강해지면서, 도 7에 도시된 바와 같이 이동 자석부(200)의 극성의 방향이 순간적으로 N극에서 S극으로 변경될 수 있다.

이 때, 도 4를 다시 참조하면, 극성의 방향이 변경된 이동 자석부(200)와 고정 자석부(100)의 일측 사이에는 자기적 인력이 작용할 수 있다. 또한, 극성의 방향이 변경된 이동 자석부(200)와 고정 자석부(100)의 타측 사이에는 척력이 작용할 수 있다. 이에 따라, 이동 자석부(200)는, 고정 자석부(100)의 일측 방향으로 이동할 수 있다.

즉, 이동 자석부(200)는, 도 4 내지 도 7에서와 같이, 액추에이터(10)에 인가되는 전류에 따라 극성의 방향이 바뀌어 상하 방향으로 이동할 수 있다.

또한, 핀부(300)는, 이동 자석부(200)와 함께 이동되도록 구성될 수 있다. 즉, 핀부(300)는, 액추에이터(10)에 인가된 전류에 의한 이동 자석부(200)의 상하 방향 이동에 따라, 이동 자석부(200)와 함께 상하 방향으로 이동할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이 이동 자석부(200)와 고정 자석부(100)의 타측 사이에 자기적 인력이 작용하는 상태에서, 핀부(300)는, 상측 방향으로 이동될 수 있다. 이 때, 핀부(300)는, 커버(B)에 형성된 홀을 통해 외부로 노출될 수 있다. 일례로서, 커버(B)는, 전술한 하우징의 상부를 구성할 수 있다.

한편, 도 6의 상태에서 이동 자석부(200)는 극성의 방향이 변경된 상태를 유지하므로, 핀부(300)에 하측 방향으로 외력이 작용하더라도 이동 자석부(200)와 고정 자석부(100) 사이에 계속적으로 작용하는 자기적 인력에 의해 이동 자석부(200)는 다시 상측 방향으로 이동될 수 있다. 즉, 도 6의 상태에서 하측으로 핀부(300)를 누르는 외력이 작용하더라도, 핀부(300)는 다시 상측 방향으로 이동될 수 있다.

이 때, 핀부(300)의 하측에는 반경 방향으로 연장되어 형성된 플랜지부(320)가 구비될 수 있다. 이러한 플랜지부(320)는 핀부(300)의 상측 방향으로의 이동시 커버(B)의 하단면에 맞닿을 수 있다. 이에 따라, 핀부(300)의 상측 방향으로의 이동시 핀부(300)가 커버(B) 외측으로 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 도 4의 상태에서 이동 자석부(200)는 극성의 방향이 변경된 상태를 유지하므로, 핀부(300)를 상측으로 잡아당기는 방향으로 외력이 작용하더라도 이동 자석부(200)와 고정 자석부(100) 사이에 계속적으로 작용하는 자기적 인력에 의해 이동 자석부(200)는 다시 하측 방향으로 이동될 수 있다. 즉, 도 4의 상태에서 상측으로 핀부(300)를 커버(B) 외측으로 돌출시키도록 외력이 작용하더라도, 핀부(300)는 다시 하측 방향으로 이동될 수 있다.

또한, 상기 액추에이터(10)는, 적어도 하나 이상 구비되어 출력 장치를 구성할 수 있다.

상기 출력 장치는, 액추에이터(10)의 핀부(300)가 상측 방향으로 이동하는 구성을 이용한 것으로서, 핀부(300)의 이동에 따른 감각을 사용자에게 전달하는 장치일 수 있다. 예시적으로, 출력 장치는, 점자 디스플레이, 점자 패드, 키오스크, 촉각 디스플레이 등일 수 있다.

본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 이동 자석부(200)의 극성의 방향이 변경될 만큼의 시간 동안만 전류를 인가하여 핀부(300)를 상하 방향으로 이동시킬 수 있으므로, 액추에이터(10)의 구동 시간이 보다 단축될 수 있다.

또한, 외력이 작용하는 경우에 추가적인 전류를 흘려주지 않더라도 핀부(300)의 작동 상태가 유지될 수 있으므로, 액추에이터(10)의 전력 소모를 최소화할 수 있다.

도 8은 본 발명의 액추에이터(10) 관련, 자석의 특성을 설명하기 위한 히스테리시스 곡선에 대해 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 2 내지 도 7을 다시 참조하면, 상기 액추에이터(10)는, 코일부(400)를 더 포함할 수 있다.

상기 코일부(400)는, 고정 자석부(100)의 내부에 배치되고, 이동 자석부(200)를 감싸도록 구성될 수 있다. 이 때, 코일부(400)는, 전술한 하우징 내부에 수용될 수 있다. 일례로서, 상기 코일부(400)는, 솔레노이드 코일을 포함할 수 있다.

상기 코일부(400) 및 상기 코일부(400)가 감싸도록 구성되는 이동 자석부(200)는 길이방향을 따라 연장 형성되는 원통형 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 이동 자석부(200)는 단면이 사각형이나 그밖의 다각형으로 이루어지며 길이방향으로 연장 형성되는 직육면체 또는 다면체로 이루어질 수 있으며, 상기 코일부(400)는 이동 자석부(200)의 외주면에 대응되는 내주면을 가져야 하므로, 상기 이동 자석부(200)와 동일한 형태로 이루어질 수 있다.

또한, 코일부(400)에는, 전술한 전류 인가부가 연결될 수 있다. 이 때, 전류 인가부로부터 코일부(400)에 인가된 전류에 의해 고정 자석부(100)와 이동 자석부(200) 사이에 자기장이 발생될 수 있다.

이와 같이 코일부(400)가 이동 자석부(200)를 감싸도록 구성되므로, 코일부(400)에 전류 인가시 이동 자석부(200) 내의 자기장이 보다 강하게 발생될 수 있다.

한편, 도 8의 히스테리시스 곡선을 참조하면, 코일부(400)에 전류가 인가될 경우, 코일부(400)에 의해 생성된 자기장에 의해 이동 자석부(200)의 보자력보다 큰 외부 자기장이 작용할 수 있다. 그리고, 코일부(400)에 의해 생성된 자기장에 의해 고정 자석부(100)에는 고정 자석부(100)의 보자력보다 작은 외부 자기장이 고정 자석부(100)에 형성됨으로써 이동 자석부(200)의 극성의 방향이 용이하게 변경될 수 있다.

반면, 코일부(400)에 전류 인가가 중단된 경우에는, 코일부(400) 내에서 이동 자석부(200)가 상하 방향으로 어느 부분에 위치하더라도, 고정 자석부(100)와 이동 자석부(200) 간에 생성되는 자기장이 이동 자석부의 보자력보다 작게 형성되므로 이동 자석부(200)의 극성 방향이 변경되지 않고 유지될 수 있다. 따라서, 전술한 도 4 및 도 6에서, 이동 자석부(200)가 극성의 방향이 변경된 상태를 유지할 수 있다.

도 1 내지 도 7을 다시 참조하면, 상기 고정 자석부(100)는, 제 1 고정 자석(110) 및 제 2 고정 자석(120)을 포함할 수 있다.

상기 제 1 고정 자석(110)은, 일례로서, 상측이 S극, 하측이 N극을 나타낼 수 있다.

상기 제 2 고정 자석(120)은, 제 1 고정 자석(110)보다 핀부(300)에 인접하게 배치될 수 있다. 또한, 제 2 고정 자석(120)은, 제 1 고정 자석(110)과 극성의 방향이 다를 수 있다. 일례로서, 제 2 고정 자석(120)은, 상측이 N극, 하측이 S극을 나타낼 수 있다.

이러한 실시 구성에 의하면, 전술한 코일부(400)에 가해지는 전류에 따라 이동 자석부(200)의 왕복 이동이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.

도 1 내지 도 7을 다시 참조하면, 상기 액추에이터(10)는, 제 1 코어(C1) 및 제 2 코어(C2)를 더 포함할 수 있다. 일례로서, 제 1 코어(C1) 및 제 2 코어(C2)는, 자성체인 금속 재질(예: 철)을 포함할 수 있다.

상기 제 1 코어(C1)는, 제 1 고정 자석(110)의 하부에 배치될 수 있다.

상기 제 2 코어(C2)는, 제 2 고정 자석(120)의 상부에 배치될 수 있다.

이와 같이 자성체로 구성된 제 1 코어(C1) 및 제 2 코어(C2)는, 고정 자석부(100)와 이동 자석부(200) 사이에서 자기장이 강하게 발생할 수 있도록 보조할 수 있다.

바람직하게는, 상기 이동 자석부(200)가 상부로 이동되고 전류가 인가되지 않은 상태에서, 상기 핀부(300)가 하부를 향해 가압되는 경우에, 상기 이동 자석부(200)와 제 1 고정 자석(110) 및 제 2 고정 자석(120) 사이에 형성되는 자기장 경로(magnetic path)의 자기 저항을 최소화시키기 위하여, 상기 이동 자석부(200)가 상부로 원위치될 수 있다.

구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이 제 2 고정 자석(120)과 이동 자석부(200) 사이에 자기장이 발생하는 경우, 자성체인 제 2 코어(C2)는 이동 자석부(200)와 제 2 고정 자석(120) 사이에서의 자기장 경로가 강하게 발생하도록 유도할 수 있다. 이에 따라, 도 6의 상태에서 이동 자석부(200)와 제 2 고정 사이(120)에 작용하는 자기적 인력이 안정적으로 유지될 수 있다. 또한, 도 6의 상태에서 전류가 전혀 인가되지 않고, 하측으로 핀부(300)를 누르는 외력이 작용하더라도, 자성체인 제 2 코어(C2)가 제 2 고정 자석(120)과 이동 자석부(200) 사이의 자기장 발생이 유지되게 유도하고, 특히 위치가 고정된 제 1 고정 자석(110) 및 제 2 고정 자석(120)과 선형이동하는 이동 자석부(200)에서 발생하는 자기장은 자기장 경로(magnetic path)의 자기 저항을 최소화시키려는 성질에 따라(도 12 내지 도 13 참고) 상기 이동 자석부(200)는 전류가 인가되지 않더라도 다시 상부로 원위치되고, 그에 따라 상기 핀부(300)는 다시 상측 방향으로 이동될 수 있다.

그리고, 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 고정 자석(110)과 이동 자석부(200) 사이에 자기장이 발생하는 경우, 자성체인 제 1 코어(C1)는 이동 자석부(200)와 제 1 고정 자석(110) 사이에서의 자기장 경로가 강하게 발생하도록 유도할 수 있다. 이에 따라, 도 4의 상태에서 이동 자석부(200)와 제 1 고정 자석(110) 사이에 작용하는 자기적 인력이 안정적으로 유지될 수 있다. 또한, 도 4의 상태에서 핀부(300)를 상측으로 잡아당기는 방향으로 외력이 작용하더라도, 자성체인 제 1 코어(C1)가 제 1 고정 자석(110)과 이동 자석부(200) 사이의 자기장 발생이 유지되게 유도하므로, 핀부(300)는 다시 하측 방향으로 이동될 수 있다.

이와 같은 제 1 코어(C1) 및 제 2 코어(C2) 구성에 따라, 보다 신속하고 안정적으로 액추에이터(10)의 구동이 가능할 뿐만 아니라, 외력이 작용하는 경우에도 핀부(300)의 작동 상태가 더 확실하게 유지될 수 있어 액추에이터(10)의 에너지 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

특히, 이동 자석부(200)는, 상하 방향으로 제 1 코어(C1)와 제 2 코어(C2) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 이동 자석부(200)는, 도 4 내지 도 7에서와 같이 코일부(400)에 인가되는 전류에 따라 상하 방향으로 이동하는 과정에서, 제 1 코어(C1)의 상면 또는 제 2 코어(C2)의 하면에 자기력에 의해 결합될 수 있다.

구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이 제 2 고정 자석(120)과 이동 자석부(200) 사이에 자기장이 발생하는 경우, 이동 자석부(200)의 상면은 자성체인 제 2 코어(C2)의 하면에 자기력에 의해 결합될 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 고정 자석(110)과 이동 자석부(200) 사이에 자기장이 발생하는 경우, 이동 자석부(200)의 하면은 자성체인 제 1 코어(C1)의 상면에 자기력에 의해 결합될 수 있다.

이러한 실시 구성에 의하면, 이동 자석부(200)가 상하 방향으로 이동하는 과정에서, 제 1 코어(C1) 또는 제 2 코어(C2)에 이동 자석부(200)가 자기력에 의해 결합되므로, 핀부(300)의 작동 상태가 보다 안정적으로 유지될 수 있다.

또한, 상기 액추에이터(10)는, 제 3 코어(C3)를 더 포함할 수 있다. 일례로서, 제 3 코어(C3)는, 자성체인 금속 재질(예: 철)을 포함할 수 있다.

상기 제 3 코어(C3)는, 상하 방향으로 제 1 고정 자석(110)과 제 2 고정 자석(120) 사이에 배치될 수 있다. 이 때, 이동 자석부(200)는, 반경 방향으로 제 3 코어(C3)의 내부에 배치될 수 있다. 즉, 제 3 코어(C3)는 제 1 고정 자석(110)과 제 2 고정 자석(120) 사이에 배치되어 제 1 고정 자석(110) 또는 제 2 고정 자석(120)과 이동 자석부(200) 사이의 자기장 발생을 추가적으로 보조할 수 있다.

이러한 실시 구성에 의하면, 고정 자석부(100)와 이동 자석부(200) 사이에서 자기장이 보다 강하게 발생할 수 있다.

도 1 내지 도 7을 다시 참조하면, 제 2 코어(C2)는, 핀부(300)와 제 2 고정 자석(120) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 제 2 코어(C2)는, 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 고정 자석(110)과 이동 자석부(200) 사이에 자기적 인력이 발생되어 핀부(300)가 하측 방향으로 이동될 때, 핀부(300)의 하측에 형성된 플랜지부(320)와 맞닿을 수 있다.

도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액추에이터(12)를 나타낸 도면이다.

본 실시예에 따른 액추에이터(12)는, 앞선 실시예의 상기 액추에이터(10)와 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.

도 9를 참조하면, 상기 액추에이터(12)에서, 제 2 고정 자석(120)은, 제 1 고정 자석(110)보다 더 큰 사이즈로 구성될 수 있다. 일례로서 제 2 고정 자석(120)은, 제 1 고정 자석(110)보다 더 큰 높이를 가질 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않고, 제 2 고정 자석(120)은, 제 1 고정 자석(110)보다 더 큰 폭을 가질 수도 있고, 제 1 고정 자석(110)보다 더 큰 부피를 가질 수도 있다.

이에 따라, 제 1 고정 자석(110)보다 상부에 위치한 제 2 고정 자석(120)은, 제 1 고정 자석(110)보다 더 큰 자력을 가질 수 있다. 따라서, 제 1 고정 자석(110)과 이동 자석부(200) 사이에 작용하는 자기장 및 자기적 인력보다 더 큰 자기장 및 자기적 인력이 제 2 고정 자석(120)과 이동 자석부(200) 사이에 작용할 수 있다. 즉, 이동 자석부(200)가 상하 방향으로 이동하는 과정에서, 핀부(300)가 상측 방향으로 이동하는 힘이 하측 방향으로 이동하는 힘보다 더 클 수 있다. 그러므로, 핀부(300)는, 상측 방향으로 이동할 때 더 강하게 이동할 수 있다.

또는, 본 실시예의 액추에이터(12)에서, 제 2 고정 자석(120)의 성분 자체가 제 1 고정 자석(110)보다 자력이 더 강한 소재로 형성될 수도 있다.

본 실시예에 따른 액추에이터(12)에 의하면, 핀부(300)가 상측 방향으로 이동할 때 강하게 이동할 수 있으므로, 액추에이터(12)를 출력 장치로 이용하는 경우 핀부(300)의 이동에 따른 감각을 보다 즉각적으로 사용자에게 전달할 수 있다.

도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액추에이터(14)를 나타낸 도면이다.

본 실시예에 따른 액추에이터(14)는, 앞선 실시예의 상기 액추에이터(10)와 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.

도 10을 참조하면, 상기 액추에이터(14)에서, 제 1 고정 자석(110)과 제 1 코어(C1) 사이에는, 소정 높이의 간격이 형성될 수 있다. 즉, 제 1 고정 자석(110)과 제 1 코어(C1)는 상하 방향으로 이격되어 구성될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 이동 자석부(200)가 상하 방향으로 이동하는 과정에서, 핀부(300)가 하측 방향으로 이동하는 힘이 상측 방향으로 이동하는 힘보다 더 작을 수 있다. 따라서, 핀부(300)는, 상측 방향으로 이동할 때 더 강하게 이동할 수 있다.

또는, 본 실시예의 액추에이터(14)에서, 제 1 고정 자석(110)과 제 3 코어(C3) 사이에 소정 높이의 간격이 형성될 수도 있다. 더불어, 이동 자석부(200)와 제 1 코어(C1) 사이에 소정 높이의 간격이 형성될 수도 있다.

본 실시예에 따른 액추에이터(14)에 의하면, 핀부(300)가 상측 방향으로 이동할 때 강하게 이동할 수 있으므로, 액추에이터(14)를 출력 장치로 이용하는 경우 핀부(300)의 이동에 따른 감각을 보다 즉각적으로 사용자에게 전달할 수 있다.

도 11은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 액추에이터(16)를 나타낸 도면이다.

본 실시예에 따른 액추에이터(16)는, 앞선 실시예의 상기 액추에이터(10)와 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.

도 11을 참조하면, 상기 액추에이터(16)는, 적어도 하나 이상 구비되어 입력 장치를 구성할 수 있다.

구체적으로, 상기 액추에이터(16)에서, 제 1 코어(C1)의 상면에는 센서(S)가 배치될 수 있다. 상기 센서(S)는, 도 10에서와 같이 반경방향으로 코일부(400)의 내부에 배치될 수 있다. 특히, 센서(S)는, 코일부(400) 내부의 하측에 배치될 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 센서(S)는, 코일부(400) 내부의 상측, 커버(B)의 하단 또는 제 1 코어(C1)의 하단에 배치될 수도 있다.

이러한 센서(S)는, 제 1 고정 자석(110)과 이동 자석부(200) 간에 자기적 인력 및 자기장이 발생되어 이동 자석부(200)가 하측 방향으로 이동되는 경우, 이동 자석부(200)의 하면과 접촉될 수 있다. 즉, 이동 자석부(200)가 센서(S)에 접촉되는 경우에는, 핀부(300)가 하측 방향으로 이동된 상태인 것으로 볼 수 있다.

따라서, 센서(S)를 통해 별도의 프로세서(미도시)에 전송된, 이동 자석부(200)의 센서(S)에 대한 접촉 또는 비접촉 정보를 이용하여, 본 실시예에 따른 액추에이터(16)를 입력 장치로 이용할 수 있다. 일례로서, 본 실시예에 따른 액추에이터(16)는, 별도의 하드웨어(미도시, 예: 컴퓨터 등)에 핀부(300)의 이동에 따른 감각을 입력하는 입력 장치로 이용될 수 있다.

도 14 내지 도 19는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 액추에이터의 평단면도이다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 액추에이터(10)를 각 도면별로 설명하면 아래와 같다.

우선 도 14에 도시된 액추에이터(10)의 평단면도에서는, 어레이(array)형 홀이 복수개 형성된 판 형상의 고정 자석부(100)가 형성될 수 있으며, 기 설정된 배열 및 간격을 가지고 복수개의 홀이 규칙적으로 형성될 수 있다. 상기 복수개의 홀 각각에 이동 자석부(200)가 삽입되고, 상기 이동 자석부(200)를 감싸도록 코일부(400)가 배치될 수 있다. 이렇게, 상기 이동 자석부(200) 상부에 연결 형성되는 핀부(300)가 다수개 형성되는 액추에이터(10)를 통해 다양한 입력신호를 전달하는 입력 장치 등으로 활용할 수 있다.

도 15에 도시된 액추에이터(10)는 원기둥 형상의 복수개의 고정 자석부(100)가 일정한 규칙을 가지고 배열될 수 있으며, 복수개의 고정 자석부(100) 사이에 이동 자석부(200)가 배치되고, 상기 이동 자석부(200)를 감싸도록 코일부(400)가 배치될 수 있다. 이렇게, 상기 이동 자석부(200) 및 코일부(400) 둘레를 따라 고정 자석부(100)가 형성되지 않고, 그 주변 둘레를 따라 소정거리 이격되어 복수개가 배치된 경우에도, 전술한 액추에이터(10)의 구동이 가능하다.

도 16에서는 도 15에서 도시된 고정 자석부(100)가 각각의 이동 자석부(200) 및 코일부(400)가 삽입 설치될 수 있도록 내부에 홀이 형성된 원기둥 형상으로 이루어져, 각각의 고정 자석부(100) 및 이동 자석부(200)로 이루어진 다수의 액추에이터(10)가 다양한 입력신호를 전달할 수도 있다.

또한, 도 17 내지 도 19에서는 일정한 규칙을 가지고 복수개의 이동 자석부(200) 및 이를 감싸는 코일부(400)가 나란히 배열될 수 있으며, 나란히 배열된 이동 자석부(200)를 기준으로 양측으로 소정거리 이격되어 고정 자석부(100)가 배치될 수 있다. 여기서, 상기 고정 자석부(100)는 도 17에 도시된 바와 같이, 나란히 배열된 복수개의 이동 자석부(200) 양측에 길이방향으로 연장 형성되는 고정 자석부(100)가 배치될 수 있고, 도 18에서는 도 17의 고정 자석부(100)가 길이방향으로 연장 형성된 것이 아닌 분리 형성되어 상기 이동 자석부(200)를 기준으로 좌측 상단, 좌측 하단, 우측 상단, 우측 하단에 나란히 배치될 수도 있으며, 도 19에서는 도 18에 도시된 고정 자석부(100)가 소정각도 기울어진 형태로 나란히 배치될 수도 있다.

이렇게, 상기 고정 자석부(100)와 이동 자석부(200)가 다양한 배열 및 형태로 이루어진 액추에이터(10)를 통해 다양한 입력신호를 전달하는 입력 장치 등으로 활용할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

한편, 본 발명에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

10, 12, 14, 16 : 액추에이터
100 : 고정 자석부
110 : 제 1 고정 자석
120 : 제 2 고정 자석
200 : 이동 자석부
300 : 핀부
400 : 코일부
C1 : 제 1 코어
C2 : 제 2 코어
C3 : 제 3 코어

Claims (14)

1. 일측과 타측의 극성의 방향이 서로 다른 방향으로 배치되도록 구성된 고정 자석부;
   상기 고정 자석부의 내부에 배치되고, 전류 인가에 따라 극성의 방향이 변경되어 상기 고정 자석부의 일측 또는 타측 방향으로 이동되도록 구성된 이동 자석부; 및
   상기 이동 자석부의 일단에 연결되고, 상기 이동 자석부와 함께 이동되도록 구성된 핀부를 포함하고,
   상기 고정 자석부의 내부에 배치되고, 상기 이동 자석부를 감싸도록 구성된 코일부를 더 포함하며,
   상기 복수개의 코일부에 전류가 인가되면, 상기 복수개의 코일부 내부에 자기장이 형성되면서 상기 복수개의 이동 자석부의 극성이 변경되고,
   상기 고정 자석부는, 제 1 고정 자석과, 상기 제 1 고정 자석보다 상기 핀부에 인접하게 배치되고, 상기 제 1 고정 자석과 극성의 방향이 다른 제 2 고정 자석을 포함하고,
   상기 제 1 고정 자석을 기준으로 상기 제 2 고정 자석의 반대편에 배치되는 제 1 코어와, 상기 제 2 고정 자석을 기준으로 상기 제 1 고정 자석의 반대편에 배치되는 제 2 코어를 더 포함하며,
   상기 이동 자석부가 상부로 이동되고 전류가 인가되지 않은 상태에서, 상기 이동 자석부가 하부를 향해 가압되는 경우에, 상기 제 2 코어가 제 2 고정 자석과 이동 자석부 사이의 자기장 발생이 유지되도록 유도하고, 상기 이동 자석부와 상기 제 1 고정 자석 및 제 2 고정 자석 사이에 형성되는 자기장 경로(magnetic path)의 자기 저항을 최소화시키기 위하여, 상기 이동 자석부가 상부로 원위치되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 이동 자석부는,
   상기 제 1 코어와 상기 제 2 코어 사이에서, 상기 액추에이터의 길이 방향을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 고정 자석과 상기 제 2 고정 자석 사이에 배치되는 제 3 코어를 더 포함하고,
   상기 이동 자석부는,
   상기 제 3 코어의 내부에 배치된 것을 특징으로 하는 액추에이터.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 제 2 코어는,
   상기 핀부와 상기 제 2 고정 자석 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 액추에이터.
8. 삭제
9. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 고정 자석과 상기 제 1 코어 사이에는,
   소정 높이의 간격이 형성된 것을 특징으로 하는 액추에이터.
10. 제 1항, 제 5항 내지 제 7항 및 제 9항 중 어느 한 항에 따른 액추에이터를 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 출력 장치.
11. 제 1항, 제 5항 내지 제 7항 및 제 9항 중 어느 한 항에 따른 액추에이터를 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
12. 일측과 타측의 극성의 방향이 서로 다른 방향으로 배치되도록 구성되고, 일정한 규칙을 가지고 배열되는 복수개의 고정 자석부;
    상기 일정한 규칙을 가지고 배열되는 복수개의 고정 자석부 사이에 배치되고, 전류 인가에 따라 극성의 방향이 변경되어 상기 고정 자석부의 일측 또는 타측 방향으로 이동되도록 구성된 복수개의 이동 자석부; 및
    상기 이동 자석부의 일단에 연결되고, 상기 이동 자석부와 함께 이동되도록 구성된 핀부를 포함하고,
    상기 고정 자석부의 내부에 배치되고, 상기 이동 자석부를 감싸도록 구성된 코일부를 더 포함하며,
    상기 복수개의 코일부에 전류가 인가되면, 상기 복수개의 코일부 내부에 자기장이 형성되면서 상기 복수개의 이동 자석부의 극성이 변경되고,
    상기 고정 자석부는, 제 1 고정 자석과, 상기 제 1 고정 자석보다 상기 핀부에 인접하게 배치되고, 상기 제 1 고정 자석과 극성의 방향이 다른 제 2 고정 자석을 포함하고,
    상기 제 1 고정 자석을 기준으로 상기 제 2 고정 자석의 반대편에 배치되는 제 1 코어와, 상기 제 2 고정 자석을 기준으로 상기 제 1 고정 자석의 반대편에 배치되는 제 2 코어를 더 포함하며,
    상기 이동 자석부가 상부로 이동되고 전류가 인가되지 않은 상태에서, 상기 이동 자석부가 하부를 향해 가압되는 경우에, 상기 제 2 코어가 제 2 고정 자석과 이동 자석부 사이의 자기장 발생이 유지되도록 유도하고, 상기 이동 자석부와 상기 제 1 고정 자석 및 제 2 고정 자석 사이에 형성되는 자기장 경로(magnetic path)의 자기 저항을 최소화시키기 위하여, 상기 이동 자석부가 상부로 원위치되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 복수개의 이동 자석부 주변에 배열되는 복수개의 고정 자석부는,
    상기 이동 자석부를 기준으로 좌측 상단, 좌측 하단, 우측 상단, 우측 하단에 동일한 간격으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
14. 제 13항에 있어서,
    상기 복수개의 고정 자석부는, 직육면체의 평단면 형상을 가지고,
    상기 이동 자석부를 향하는 방향 또는 상기 이동 자석부를 향하는 방향에 수직한 방향으로 소정각도 기울어진 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.

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