專利名稱：往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器和使用它的電動(dòng)牙刷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器和使用該致動(dòng)器的電動(dòng)牙刷。
背景技術(shù)：
參照?qǐng)D15說明例如由日本待審專利公開No.2002-176758中示出的傳統(tǒng)往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器。在此傳統(tǒng)往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器150中，由磁性材料形成的柱塞151固定在軸152的外圓周上。軸152通過軸承162樞設(shè)，能夠沿平行于其中心軸線的方向(軸線方向)往復(fù)并線性移動(dòng)。環(huán)形線圈154以與柱塞151的外圓周具有預(yù)定間隙的方式設(shè)置在防護(hù)殼體153的內(nèi)圓周表面上。此外，相對(duì)于線圈154對(duì)稱磁化的環(huán)形永久磁體155和156沿上述軸線方向設(shè)置在防護(hù)殼體153的內(nèi)圓周表面上且在線圈154的兩側(cè)。環(huán)形第一磁軛157和158分別設(shè)置在永久磁體155與線圈154之間和156與線圈154之間，環(huán)形第二磁軛159和160設(shè)置在永久磁體155和156關(guān)于線圈154的相反的位置。彈簧件161設(shè)置在柱塞151與防護(hù)殼體152，用于沿線性驅(qū)動(dòng)的往復(fù)方向中的一個(gè)方向?qū)χ?51施加附加力。
當(dāng)線圈154中沒有電流流動(dòng)時(shí)，柱塞151停止在由兩個(gè)永久磁體155和156經(jīng)磁軛157和158施加至柱塞151的磁力與由彈簧件61產(chǎn)生的壓力互相平衡的位置。當(dāng)線圈154中有單向電流流動(dòng)時(shí)，由永久磁體155和156中的一個(gè)產(chǎn)生的磁通被削弱，以致柱塞151抵抗彈簧件161的壓力或者使彈簧件161受壓(charging)而朝向另一永久磁體移動(dòng)。當(dāng)線圈154中有反向電流流動(dòng)時(shí)，柱塞151向反向移動(dòng)。因此，通過在線圈154中流動(dòng)交流電，能夠沿軸線方向往復(fù)振蕩柱塞151。
但是，在上述傳統(tǒng)往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器150中，永久磁體155和156設(shè)置為與柱塞的外圓周具有間隙，以致環(huán)形永久磁體155和156的內(nèi)徑和外徑變大，并且永久磁體155和156的體積也變大。由此，永久磁體155和156的材料成本變得昂貴。此外，由于永久磁體155和156是通過組合多個(gè)弧形永久磁體而形成為環(huán)形，所以環(huán)形永久磁體155和156的制造過程變得復(fù)雜，并且其制造成本變得昂貴。因此，使用傳統(tǒng)永久磁體及線圈的致動(dòng)器和使用該致動(dòng)器的電動(dòng)牙刷的成本變得昂貴。另外，由于永久磁體155和156較大，所以難以實(shí)現(xiàn)小型化且輕質(zhì)的致動(dòng)器150和使用該致動(dòng)器的電動(dòng)牙刷。

發(fā)明內(nèi)容
提出本發(fā)明以解決上述傳統(tǒng)致動(dòng)器和電動(dòng)牙刷的問題，本發(fā)明旨在提供一種低成本、小型化、輕質(zhì)、并且改進(jìn)了可安裝性的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，并提供一種低成本、小型化及輕質(zhì)的使用該致動(dòng)器的電動(dòng)牙刷。
為達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方案的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器包括移動(dòng)物體，其具有樞設(shè)于其上而能夠沿軸線方向往復(fù)及線性地移動(dòng)的軸以及多個(gè)永久磁體，每個(gè)永久磁體被磁化為沿該軸的軸線方向的兩個(gè)端部的極性不同并且被安裝固定在該軸上；以及定子，其上設(shè)置以預(yù)定間隙面對(duì)永久磁體的平行于該軸的軸線方向的端面的線圈，并且當(dāng)通電時(shí)該線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)；以及通過提供交流電至該線圈，該移動(dòng)物體被沿該軸的軸線方向往復(fù)及線性地驅(qū)動(dòng)。
此外，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方案的電動(dòng)牙刷包括刷體，在其前端植入刷；往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，用于沿預(yù)定方向往復(fù)及線性地驅(qū)動(dòng)該刷體；電源，用于向該往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器提供電能；以及驅(qū)動(dòng)電路，用于向該往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器提供驅(qū)動(dòng)電流。該往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器包括移動(dòng)物體，其具有樞設(shè)于其上而能夠沿軸線方向往復(fù)及線性地移動(dòng)的軸以及多個(gè)永久磁體，每個(gè)永久磁體被磁化為沿該軸的軸線方向的兩個(gè)端部的極性不同并且被安裝固定在該軸上；以及定子，其上設(shè)置以預(yù)定間隙面對(duì)永久磁體的平行于該軸的軸線方向的端面的線圈，并且當(dāng)通電時(shí)該線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)；以及該驅(qū)動(dòng)電路提供交流電至該線圈，由此沿該軸的軸線方向往復(fù)及線性地驅(qū)動(dòng)該移動(dòng)物體。
這樣，由于永久磁體安裝為固定在軸上，所以相比于永久磁體設(shè)置在定子側(cè)的情形，可以使永久磁體的內(nèi)徑和外徑較小。因此，永久磁體的體積變小，并且由此永久磁體的材料成本可減小。此外，由于永久磁體的沿該軸的軸線方向的兩個(gè)端面部分的極性彼此不同，永久磁體的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，所以其可容易地制造，從而永久磁體的制造成本可減小。另外，該往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，從而提高了可裝配性。因而，該往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器和使用該致動(dòng)器的電動(dòng)牙刷的成本可被減小。再者，由于永久磁體的體積減小，所以該往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器和使用該致動(dòng)器的電動(dòng)牙刷的小型化和輕質(zhì)化可以實(shí)現(xiàn)。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的第一結(jié)構(gòu)示例的截面圖；圖2是示出該往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的第二結(jié)構(gòu)示例的截面圖；圖3是示出該往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的第三結(jié)構(gòu)示例的截面圖；圖4是示出該往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的第四結(jié)構(gòu)示例的截面圖；圖5是示出該往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的第五結(jié)構(gòu)示例的截面圖；圖6是示出該往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的第六結(jié)構(gòu)示例的截面圖；圖7是示出該往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的第七結(jié)構(gòu)示例的截面圖；圖8是示出該往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的第八結(jié)構(gòu)示例的截面圖；圖9A是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖9B是示出定位結(jié)構(gòu)的示例的視圖，該定位結(jié)構(gòu)用于對(duì)圖9A所示的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的移動(dòng)物體繞軸進(jìn)行定位；圖10是圖9A所示的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的分解立體圖；圖11A是示出在上述另一實(shí)施例中用于將永久磁體和磁軛安裝并固定在軸上的結(jié)構(gòu)的改型的立體圖；圖11B是示出上述磁軛的形狀的前視圖；圖12是示出彈簧承載件與上述磁軛的接合狀態(tài)的立體圖；圖13是示出在該往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器中當(dāng)使電壓恒定時(shí)在交流電的頻率與移動(dòng)物體的振幅之間的關(guān)系和此時(shí)在頻率與電流之間的關(guān)系的坐標(biāo)圖；圖14是示出使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的電動(dòng)牙刷的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖15是示出傳統(tǒng)往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)的截面圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器和使用該致動(dòng)器的電動(dòng)牙刷。
圖1示出根據(jù)此實(shí)施例的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的第一結(jié)構(gòu)示例。在第一結(jié)構(gòu)示例的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器101中，基本成圓柱形的定子5設(shè)置在管形(例如圓柱形)的防護(hù)殼體16的內(nèi)圓周表面上。定子5是由通過將金屬線繞線軸(bobbin)10纏繞形成的線圈4和設(shè)置在線軸10兩側(cè)的基本成環(huán)形的多個(gè)固定磁軛11構(gòu)成。
軸承17沿防護(hù)殼體16的軸線方向設(shè)置在防護(hù)殼體16中的兩端部，適配地插入防護(hù)殼體16的軸1通過軸承17樞設(shè)而沿其軸線方向可往復(fù)及線性地移動(dòng)?；境蓤A盤形或基本成管形(例如圓盤形或圓柱形)的兩個(gè)永久磁體2L和2R安裝為以預(yù)定距離固定在軸1上。軸1以及永久磁體2L和2R構(gòu)成移動(dòng)物體3。
此外，在圖1中，永久磁體2L和2R的厚度、即永久磁體2L和2R沿軸1的軸線方向的長度比永久磁體2L和2R沿與軸1的軸線方向相垂直的方向的尺寸短，從而在以下說明中被稱為“圓盤形”。但是，用于根據(jù)本發(fā)明的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器中的永久磁體不限于圓盤形，而可以是管形的，其沿軸1的軸線方向的長度基本等于或長于與軸1的軸線方向相垂直的方向的尺寸。
永久磁體2L和2R分別沿厚度方向被磁化，以使沿軸1的軸線方向的兩個(gè)端面部的極性被設(shè)定為彼此不同。而且，兩個(gè)永久磁體2L和2R以以下方式固定在軸1上，使得相互面對(duì)的面的極性相同。例如，當(dāng)左側(cè)永久磁體2L的左端面的極性被設(shè)定為S極時(shí)，磁體2L的右端面的極性變?yōu)镹極，右側(cè)磁體2R的左端面的極性變?yōu)镹極，并且磁體2R的右端面的極性變?yōu)镾極；反之亦然。這樣，通過在軸1上平行地設(shè)置兩個(gè)永久磁體2L和2R，能夠產(chǎn)生較大的磁通。
永久磁體2L和2R安裝并固定到軸1上而構(gòu)成的移動(dòng)物體3以如下方式插入防護(hù)殼體16，即與固定在防護(hù)殼體16上的定子5的內(nèi)圓周表面相距預(yù)定間隙。將多個(gè)壓縮線圈彈簧件7分別設(shè)置為使得軸1穿過防護(hù)殼體16(或軸承17)的兩個(gè)端面與兩個(gè)永久磁體2L和2R之間的每個(gè)中空部。
移動(dòng)物體3和彈簧件7構(gòu)成往復(fù)及線性驅(qū)動(dòng)移動(dòng)物體3的振動(dòng)系統(tǒng)。換句話說，彈簧件7分別介于兩個(gè)永久磁體2L和2R與軸承17之間，以使兩個(gè)彈簧件7跟隨移動(dòng)物體3的往復(fù)線性驅(qū)動(dòng)而擴(kuò)張及收縮，從而將壓縮力和張力施加至移動(dòng)物體3。
在線圈4中無電流流動(dòng)的狀態(tài)下，移動(dòng)物體3停止在永久磁體2L和2R施加至固定磁軛11的磁力與由彈簧件7施加的力相平衡的位置，移動(dòng)物體3的兩個(gè)永久磁體2L和2R的外側(cè)面分別面對(duì)定子5的兩個(gè)固定磁軛11的內(nèi)側(cè)面。
當(dāng)線圈4中有單向電流流動(dòng)時(shí)，移動(dòng)物體3向一個(gè)方向移動(dòng)；并且，當(dāng)線圈4中有反向電流流動(dòng)時(shí)，移動(dòng)物體3向相反方向移動(dòng)。因此，通過在線圈4中提供交流電流，移動(dòng)物體能夠沿軸1的軸線方向被往復(fù)及線性地驅(qū)動(dòng)。特別是，通過在線圈4中流動(dòng)接近由彈簧件7的彈簧常數(shù)和移動(dòng)物體3的質(zhì)量限定的諧振頻率的交流電，能夠使得移動(dòng)物體3的往復(fù)線性驅(qū)動(dòng)(往復(fù)振蕩)處于接近諧振態(tài)的狀態(tài)，從而能夠擴(kuò)大移動(dòng)物體3的移動(dòng)量(振幅量)。
這樣，在根據(jù)此實(shí)施例的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器101中，對(duì)于昂貴的永久磁體的使用，圓盤形永久磁體2L和2R設(shè)置在插入定子5的移動(dòng)物體3的側(cè)面上，而能夠被往復(fù)及線性地驅(qū)動(dòng)，代替在如傳統(tǒng)的管狀定子的側(cè)面上設(shè)置永久磁體，以使永久磁體2L和2R的內(nèi)徑和外徑變小，并且永久磁體2L和2R的體積變小。由此，永久磁體的材料成本能夠減小。此外，由于圓盤形永久磁體2L和2R分別沿厚度方向被磁化，因此通過沿其軸線方向磁化具有預(yù)定內(nèi)徑和外徑的管狀磁性物質(zhì)、并沿垂直于其中心軸線的方向?qū)⑵淝懈畛深A(yù)定厚度，能夠容易地制造圓盤形永久磁體。因此，永久磁體的制造成本也能夠減小。另外，由于往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器101的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，因此能夠簡(jiǎn)化其安裝過程。因此，往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的成本能夠大幅減小。再者，由于永久磁體2L和2R的體積變小，因此往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器101本身被小型化并變?yōu)檩p質(zhì)。
下面，圖2示出往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的第二結(jié)構(gòu)示例。在第二結(jié)構(gòu)示例的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器102中，由磁性物質(zhì)制成的四個(gè)圓盤形磁軛9進(jìn)一步以與安裝并固定到軸1上的兩個(gè)永久磁體2L和2R的兩個(gè)端面分別接合的方式安裝并固定到軸1上。這樣，通過以與移動(dòng)物體3的各永久磁體2L和2R的軸線方向上的端面?zhèn)认嘟雍系姆绞皆O(shè)置磁軛9，由永久磁體2L和2R產(chǎn)生的大部分磁通會(huì)通過磁軛9。因此，相比于第一結(jié)構(gòu)示例的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器101，結(jié)構(gòu)變得稍復(fù)雜并且成本稍微增大，但永久磁體2L和2R的磁通能夠被更有效使用。
下面，圖3示出往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的第三結(jié)構(gòu)示例。在第三結(jié)構(gòu)示例的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器103中，管形鐵心8進(jìn)一步設(shè)置在兩個(gè)永久磁體2L和2R之間，該管形鐵心8用作當(dāng)電流流過線圈4時(shí)產(chǎn)生的磁通的路徑。這樣，通過在兩個(gè)永久磁體2L和2R之間設(shè)置管形鐵心8，能夠形成一條路徑，該路徑作為通過提供電流至線圈4而產(chǎn)生的磁通的旁路，從而雖然相比于第二結(jié)構(gòu)示例的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器102，結(jié)構(gòu)進(jìn)一步變得稍復(fù)雜并且成本稍微增大，但由線圈4產(chǎn)生的磁通能夠更有效地通至移動(dòng)物體3的永久磁體2L和2R側(cè)。
下面，圖4示出往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的第四結(jié)構(gòu)示例。理想的是，由非磁性材料(例如不銹鋼)形成軸1，以便安裝并固定到軸1上的永久磁體2L和2R的磁通通過固定磁軛11，而不通過軸1。但是，非磁性材料通常比磁性材料昂貴。而且，廉價(jià)的非磁性材料具有較低強(qiáng)度。在第四結(jié)構(gòu)示例的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器104中，軸1由磁性材料例如鐵制成，并且由非磁性材料制成的管形隔離片19安裝并固定在軸1上。此外，永久磁體2L和2R、磁軛9和鐵心8安裝并固定到該隔離片的外圓周表面。
這樣，通過介入由非磁性材料制成的隔離片19，雖然結(jié)構(gòu)變得稍復(fù)雜，但通過使用廉價(jià)且高強(qiáng)度的磁性材料能夠形成軸1，從而能夠減小成本并保持軸1的強(qiáng)度。此外，永久磁體2L和2R的磁通能夠更有效地通過固定磁軛11。
下面，圖5示出往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的第五結(jié)構(gòu)示例。在利用管形鐵心8形成由線圈4產(chǎn)生的磁通的通道(磁路)上，為了形成最短的磁路，必須使鐵心8的外徑基本等于永久磁體2L和2R或磁軛9的外徑。另一方面，不必使鐵心8的內(nèi)徑基本等于永久磁體2L和2R或磁軛9的內(nèi)徑。當(dāng)鐵心8的內(nèi)徑被設(shè)定為與永久磁體2L和2R或磁軛9的內(nèi)徑相同時(shí)，鐵心8的重量變重。因此，這不是優(yōu)選的，因?yàn)橐苿?dòng)物體3的重量也相應(yīng)變重。因而，在第五結(jié)構(gòu)示例的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器105中，將鐵心8的內(nèi)徑制得大于永久磁體2L和2R或磁軛9的內(nèi)徑，并且，由非磁性材料制成的隔離片19的在安裝并固定鐵心8的地方、即沿軸線方向的中心部分處的部分的外徑大于另一部分的直徑。
這樣，雖然隔離片19的形狀變得稍復(fù)雜，但通過將鐵心8的內(nèi)徑增大到比永久磁體2L和2R或磁軛9的內(nèi)徑大，能夠減輕鐵心8的重量，因而移動(dòng)物體3可以是輕質(zhì)的。此外，由線圈4產(chǎn)生的磁通的磁路能夠變成為最短的長度，從而由線圈4產(chǎn)生的磁通能夠被更有效地利用。
下面，圖6示出往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的第六結(jié)構(gòu)示例，圖7示出第七結(jié)構(gòu)示例。在第六結(jié)構(gòu)示例的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器106中，安裝并固定到移動(dòng)物體3上的兩個(gè)永久磁體2L和2R之間的距離比定子5的兩個(gè)固定磁軛11之間的距離窄，并且當(dāng)移動(dòng)物體3不處于往復(fù)線性驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，沿軸線方向的兩個(gè)固定磁軛11之間的中心位置與兩個(gè)永久磁體2L和2R之間的中心位置基本重合。
另一方面，在第七結(jié)構(gòu)示例的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器107中，安裝并固定到移動(dòng)物體3上的兩個(gè)永久磁體2L和2R之間的距離比定子5的兩個(gè)固定磁軛11之間的距離寬，并且當(dāng)移動(dòng)物體3不處于往復(fù)線性驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，沿軸線方向的兩個(gè)固定磁軛11之間的中心位置與兩個(gè)永久磁體2L和2R之間的中心位置基本重合。
通過將兩個(gè)永久磁體2L和2R之間的距離設(shè)定為比兩個(gè)固定磁軛11的距離窄或?qū)挘軌蚋鶕?jù)用途來調(diào)節(jié)移動(dòng)物體3的往復(fù)線性驅(qū)動(dòng)的沖程或往復(fù)振蕩的振幅。
此外，當(dāng)移動(dòng)物體3不處于往復(fù)線性驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，通過使沿軸線方向的兩個(gè)固定磁軛11之間的中心位置與兩個(gè)永久磁體2L和2R之間的中心位置基本重合，能夠使在振幅的中央位置上由于永久磁體2L和2R抵抗固定磁軛11而產(chǎn)生的張力和反作用力為零，從而使彈簧件7的設(shè)計(jì)變得容易，并且往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的可安裝性得到增加。
下面，圖8示出往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的第八結(jié)構(gòu)示例。在第八結(jié)構(gòu)示例的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器108中，永久磁體2L和2R以及磁軛9直接安裝并固定到軸1上，而不使用隔離片19，并且在管形鐵心8的內(nèi)圓周表面與軸1的外圓周表面之間形成空間30。根據(jù)此結(jié)構(gòu)，通過使用夾具等能夠較容易地固定鐵心8，從而由于使組裝過程不那么多而使移動(dòng)物體3可以是輕質(zhì)的。
下面，描述往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的更具體的結(jié)構(gòu)示例，該往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器被考慮用作電動(dòng)牙刷的致動(dòng)器。圖9A是示出用作電動(dòng)牙刷的致動(dòng)器的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器109的結(jié)構(gòu)的截面圖。在往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器109中，對(duì)于移動(dòng)物體3和定子5，使用與上述第六結(jié)構(gòu)示例相似的部件，但并不限于此，可以使用第一至第八結(jié)構(gòu)示例中的任何一個(gè)。圖9B是示出往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器109的軸1的后端部和用于樞設(shè)軸1的軸承的形狀的視圖。圖10是示出往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器109的結(jié)構(gòu)的分解立體圖。
從圖9A和圖10可見，防護(hù)殼體16基本成管形，并且密封件31和32分別安裝并固定到其前開口和后開口。此外，用于樞設(shè)能夠沿其軸線方向往復(fù)線性驅(qū)動(dòng)的軸1的軸承17F和17R分別設(shè)置在密封件31和32上。如圖9B所示，軸1的后端部的橫截面形成為基本D形。另一方面，安裝有軸1的后端部1a的基本D形的安裝孔25形成在密封件32后側(cè)。由于軸1的后端部1a安裝入安裝孔25，因此軸1能夠沿其軸線方向被往復(fù)及線性地驅(qū)動(dòng)，但繞其軸線的旋轉(zhuǎn)受到限制。此外，在第一結(jié)構(gòu)示例至第八結(jié)構(gòu)示例中的上述往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器中，能夠類似地限制軸1繞其軸線的旋轉(zhuǎn)。
定子5固定在防護(hù)殼體16的內(nèi)圓周表面上。此外，移動(dòng)物體3以使其外圓周表面以預(yù)定間隙面向定子5的內(nèi)圓周表面的方式安裝并固定在軸1上。多個(gè)彈簧接收件29以面向前側(cè)的軸承17F的后面、移動(dòng)物體3的前面和后面、以及后側(cè)的軸承17R的前面的方式分別安裝在軸1上。此外，基本管形的吸振心軸(spindle)20在移動(dòng)物體3與后側(cè)的軸承17R之間以較大余量與軸1嚙合。然后，卷簧7a和7b分別設(shè)置在彈簧接收件29與吸振心軸20之間，并且卷簧7c設(shè)置在移動(dòng)物體3的彈簧接收件29與前側(cè)的軸承17F之間。
在此實(shí)施例中，定子5和防護(hù)殼體16被設(shè)想為固定部，并且該固定部可以被操作為移動(dòng)物體3的質(zhì)量和吸振心軸20的質(zhì)量的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)模型的系統(tǒng)。在此情況下，存在移動(dòng)物體3和吸振心軸20被以相同相位驅(qū)動(dòng)的第一(低級(jí)側(cè))振動(dòng)模式，以及移動(dòng)物體3和吸振心軸20被以相反相位驅(qū)動(dòng)的第二(高級(jí)側(cè))振動(dòng)模式。當(dāng)通過將頻率接近第二振動(dòng)模式中的固有振動(dòng)頻率的電流提供至線圈4而使移動(dòng)物體3被沿軸線方向往復(fù)及線性地驅(qū)動(dòng)時(shí)，被以相反相位驅(qū)動(dòng)的吸振心軸20抵銷移動(dòng)物體3的慣性力，反過來，移動(dòng)物體3抵銷吸振心軸20的慣性力。由此，能夠減小傳播至防護(hù)殼體16的振動(dòng)。
下面，圖11A和圖11B示出用于將永久磁體2L和2R及磁軛9安裝并固定在軸1上的結(jié)構(gòu)的改型示例。在圖9A和圖10示出的結(jié)構(gòu)示例中，隔離片被安裝到由磁性材料制成的軸1上，并且永久磁體2L和2R及磁軛9被進(jìn)一步安裝并固定在隔離片19上。在圖11A和圖11B示出的改型示例中，多個(gè)(例如四個(gè))凸起13形成在磁軛9的內(nèi)圓周部分上，通過使凸起13與軸1的外圓周表面相接觸，磁軛9被安裝并固定到軸1上，并且在各凸起13之間形成間隙12。雖未示出，但以上同樣適用于各永久磁體2L和2R。因此，雖然為減小成本并為確保軸1的強(qiáng)度的目的軸1是由磁性材料制成的，但永久磁體2L和2R的磁通很少通過軸1側(cè)，大部分磁通能夠通過固定磁軛11側(cè)，從而永久磁體2L和2R的磁通能夠被更有效地利用。
此外，如圖12所示，多個(gè)(例如四個(gè))嚙合凸起29a形成在彈簧接收件29的與彈簧件7a、7b或7c不接觸的端面上，而被安裝到磁軛9上形成的間隙12。通過此結(jié)構(gòu)，能夠限制彈簧接收件29相對(duì)于磁軛9繞軸1的中心軸線的旋轉(zhuǎn)。
下面，參照?qǐng)D13描述在根據(jù)此實(shí)施例的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器中，當(dāng)提供至線圈4的交流電的電壓設(shè)定為恒定時(shí)，在頻率與移動(dòng)物體3的振幅之間的關(guān)系和此時(shí)在頻率與電流之間的關(guān)系。
在圖13中，曲線A和曲線B分別示出當(dāng)電壓設(shè)定為恒定時(shí)在頻率與移動(dòng)物體3的振幅之間的關(guān)系，曲線C和曲線D分別示出在頻率與電流之間的關(guān)系。在圖13中，記號(hào)◆表示無負(fù)載的振幅，記號(hào)●表示帶負(fù)載的振幅，記號(hào)◇表示無負(fù)載的電流值，記號(hào)○表示帶負(fù)載的電流值。
如前所述，通過提供頻率接近諧振頻率(圖13中P點(diǎn)所示)的交流電能夠提高移動(dòng)物體3的振蕩量(振幅量)，其中該諧振頻率由彈簧件7a、7b和7c的彈簧常數(shù)和移動(dòng)物體3的質(zhì)量確定。例如，在250Hz頻率附近，移動(dòng)物體3的振幅示出最大值1.1mm。在頻率大于等于230Hz且小于等于250Hz的區(qū)域S中，以及在頻率大于等于250Hz且小于等于280Hz的區(qū)域T中，振幅分別示出大于等于0.5mm的值。
當(dāng)流到線圈4的交流電的頻率被設(shè)定在這些區(qū)域中時(shí)，通過利用彈簧件7a、7b和7c，能夠擴(kuò)大移動(dòng)物體3的振蕩量(振幅量)。因此，在該諧振頻率附近，在頻率高于諧振頻率的區(qū)域中，以及在頻率低于諧振頻率的區(qū)域中，均能夠獲得類似于此的振幅。當(dāng)通過設(shè)定低于諧振頻率的頻率(當(dāng)頻率設(shè)定在區(qū)域S中時(shí))而往復(fù)及線性地驅(qū)動(dòng)移動(dòng)物體3時(shí)，能夠通過小電流以目標(biāo)振幅進(jìn)行往復(fù)線性驅(qū)動(dòng)。尤其是，當(dāng)往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的電源是電池時(shí)，能夠使電池的工作壽命更長。另一方面，當(dāng)頻率設(shè)定為高于諧振頻率時(shí)(當(dāng)頻率設(shè)定在區(qū)域T中時(shí))，雖然電流變大，但也能夠以目標(biāo)振幅進(jìn)行往復(fù)線性驅(qū)動(dòng)，以獲得大的輸出功率。
上述每個(gè)往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器可用作各種驅(qū)動(dòng)力。作為例子，圖14示出包括上述往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的電動(dòng)牙刷的結(jié)構(gòu)。
電動(dòng)牙刷100包括管形細(xì)長殼體15、沿縱向設(shè)置在殼體15中前側(cè)的上述圖9A中所示的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器109、沿縱向設(shè)置在殼體15中后側(cè)的電池(蓄電池)21、控制電路單元22、設(shè)置在殼體15的外圓周部分上的電開關(guān)33等等。往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器109的軸1的端部從殼體15的前端面向外凸出。
在圖14所示的示例中，由于刷體14是在其前端的刷部27沿基本垂直于刷體14的縱向的方向植入的類型，所以刷體14以如下方式連接在軸1上，即，刷體14的手柄部26的后端部可拆卸地連接在軸1的一端上，并且不可繞軸1的軸線旋轉(zhuǎn)。在圖9A中所示的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器109中，軸1的后端部1a形成為基本D形，并且安裝有后端部1a的安裝孔25也形成為基本D形，從而可限制軸1繞其軸線的旋轉(zhuǎn)。因而，通過將刷體14的手柄部26和軸1的前端部形成為相似的結(jié)構(gòu)，能夠限制手柄部26而不繞軸1的軸線旋轉(zhuǎn)。因此，在刷體14的刷部27的凸出方向與設(shè)置在殼體15上的電開關(guān)33之間的位置關(guān)系可以保持不變，從而有利于電動(dòng)牙刷的可操作性。
當(dāng)操作如上構(gòu)成的電動(dòng)牙刷100的電開關(guān)33以提供電流至往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器109的線圈4時(shí)，軸1可被沿其軸線方向往復(fù)及線性地驅(qū)動(dòng)。由此，連接在軸1上的刷體14被沿軸線方向往復(fù)及線性地驅(qū)動(dòng)，從而通過往復(fù)及線性地驅(qū)動(dòng)刷部27能夠進(jìn)行刷牙。
如上所述，按照根據(jù)此實(shí)施例的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的每種結(jié)構(gòu)，基本圓盤形或基本管形(圓盤形或圓柱形)的永久磁體2L和2R直接或經(jīng)由隔離片19安裝并固定到軸1上，從而各永久磁體2L和2R的內(nèi)徑和外徑變小，并且永久磁體2L和2R的體積變小。由此，永久磁體的重量和成本減小，因而，往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器和使用該致動(dòng)器的電動(dòng)牙刷的成本可以減小。
本申請(qǐng)是基于日本提交的日本專利申請(qǐng)2003-139571，通過引用上述專利申請(qǐng)的說明書和附圖將其內(nèi)容援引于此。
雖然參照附圖通過示例已經(jīng)完整地描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，各種變化和改型對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是明顯的。因此，只要這些變化和改型不脫離本發(fā)明的范圍，就都應(yīng)被認(rèn)作包含在本發(fā)明中。
工業(yè)實(shí)用性如上所述，在本發(fā)明的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器中，永久磁體的內(nèi)徑和外徑變小，并且永久磁體的體積變小。相應(yīng)于此，永久磁體的材料成本可被減小。此外，由于永久磁體以沿軸線方向的兩個(gè)端面的磁極彼此不同的方式被磁化，因此永久磁體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且其制造變得容易，而且永久磁體的制造成本可被減小。另外，往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，從而可裝配性得到增加。因此，往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的成本大幅減小。再者，相應(yīng)于永久磁體的體積減小，往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器可被小型化及輕質(zhì)化。此外，由于本發(fā)明的電動(dòng)牙刷使用了如上所述的低成本、小型化及輕質(zhì)化的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，所以能夠以低成本提供小型化及輕質(zhì)化的電動(dòng)牙刷。
權(quán)利要求
1.一種往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，包括移動(dòng)物體，其具有樞設(shè)于其上而能夠沿軸線方向往復(fù)及線性地移動(dòng)的軸；以及多個(gè)永久磁體，每個(gè)永久磁體被磁化為沿該軸的軸線方向的兩個(gè)端部的極性不同并且被安裝固定在該軸上；以及定子，其上設(shè)置以預(yù)定間隙面對(duì)永久磁體的平行于該軸的軸線方向的端面的線圈，并且當(dāng)通電時(shí)該線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)；以及通過提供交流電至該線圈，該移動(dòng)物體被沿該軸的軸線方向往復(fù)及線性地驅(qū)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，其特征在于該移動(dòng)物體具有兩個(gè)永久磁體，以預(yù)定距離沿該軸的軸線方向設(shè)置；以及鐵心，基本成管形，在所述兩個(gè)永久磁體之間以平行于該軸的軸線方向的方式安裝在該軸上；以及沿所述兩個(gè)永久磁體的厚度方向磁化，使每個(gè)永久磁體的沿該軸的軸線方向的兩個(gè)端面的極性彼此不同，并且將所述兩個(gè)永久磁體固定在該軸上，使它們的相對(duì)端面的極性彼此相同。
3.如權(quán)利要求2所述的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，其特征在于多個(gè)磁軛安裝固定在該軸上，以將沿該軸的軸線方向的所述兩個(gè)永久磁體的每個(gè)端面接合。
4.如權(quán)利要求3所述的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，其特征在于該鐵心的內(nèi)徑大于所述永久磁體或所述磁軛的內(nèi)徑。
5.如權(quán)利要求1所述的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，其特征在于該軸由非磁性材料制成。
6.如權(quán)利要求1所述的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，其特征在于該軸由磁性材料制成，并且該軸和所述永久磁體由非磁性材料制成的隔離片固定。
7.如權(quán)利要求2所述的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，其特征在于該定子還具有線軸，其上纏繞—線圈；以及兩個(gè)固定磁軛，它們沿該軸的軸線方向設(shè)置在該線軸的兩側(cè)；以及安裝固定在該移動(dòng)物體上的兩個(gè)永久磁體之間的距離比該定子的兩個(gè)固定磁軛之間的距離窄，并且在該移動(dòng)物體未被往復(fù)及線性地驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)下，沿該軸線方向的所述兩個(gè)固定磁軛之間的中心位置與所述兩個(gè)永久磁體之間的中心位置基本重合。
8.如權(quán)利要求3所述的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，其特征在于在所述磁軛的內(nèi)圓周表面上形成與該軸的外圓周表面相接觸的多個(gè)凸起和各凸起之間的多個(gè)間隙。
9.如權(quán)利要求1所述的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，其特征在于還設(shè)置一個(gè)用于限制該移動(dòng)物體繞該軸的軸線旋轉(zhuǎn)的裝置。
10.如權(quán)利要求1所述的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，其特征在于還包括多個(gè)彈簧件，它們與該移動(dòng)物體相耦接，用于支撐能夠沿該軸的軸線方向往復(fù)線性驅(qū)動(dòng)的該移動(dòng)物體，并且由該移動(dòng)物體和所述彈簧件構(gòu)成沿該軸的軸線方向往復(fù)線性驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)系統(tǒng)；以及通過將頻率等于或接近于該振動(dòng)系統(tǒng)的諧振頻率的交流電提供至該線圈，該移動(dòng)物體被往復(fù)及線性地驅(qū)動(dòng)。
11.如權(quán)利要求1所述的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，其特征在于還包括多個(gè)彈簧件，它們與該移動(dòng)物體相耦接，用于支撐能夠沿該軸的軸線方向往復(fù)線性驅(qū)動(dòng)的該移動(dòng)物體，并且由該移動(dòng)物體和所述彈簧件構(gòu)成沿該軸的軸線方向往復(fù)線性驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)系統(tǒng)；以及通過將頻率接近于并低于該振動(dòng)系統(tǒng)的諧振頻率的交流電提供至該線圈，該移動(dòng)物體被往復(fù)及線性地驅(qū)動(dòng)。
12.如權(quán)利要求1所述的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，其特征在于還包括多個(gè)彈簧件，它們與該移動(dòng)物體相耦接，用于支撐能夠沿該軸的軸線方向往復(fù)線性驅(qū)動(dòng)的該移動(dòng)物體，并且由該移動(dòng)物體和所述彈簧件構(gòu)成沿該軸的軸線方向往復(fù)線性驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)系統(tǒng)；以及通過將頻率接近于并高于該振動(dòng)系統(tǒng)的諧振頻率的交流電提供至該線圈，該移動(dòng)物體被往復(fù)及線性地驅(qū)動(dòng)。
13.一種電動(dòng)牙刷，包括刷體，在其前端植入刷；往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，用于沿預(yù)定方向往復(fù)及線性地驅(qū)動(dòng)該刷體；電源，用于向該往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器提供電能；以及驅(qū)動(dòng)電路，用于向該往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器提供驅(qū)動(dòng)電流；其中該往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器包括移動(dòng)物體，其具有樞設(shè)于其上而能夠沿軸線方向往復(fù)及線性地移動(dòng)的軸；以及多個(gè)永久磁體，每個(gè)永久磁體被磁化為沿該軸的軸線方向的兩個(gè)端部的極性不同并且被安裝固定在該軸上；以及定子，其上設(shè)置以預(yù)定間隙面對(duì)永久磁體的平行于該軸的軸線方向的端面的線圈，并且當(dāng)通電時(shí)該線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)；以及該驅(qū)動(dòng)電路提供交流電至該線圈，由此沿該軸的軸線方向往復(fù)及線性地驅(qū)動(dòng)該移動(dòng)物體。
全文摘要
在用作電動(dòng)牙刷的驅(qū)動(dòng)源的往復(fù)式線性驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器中，兩個(gè)永久磁體形成為基本盤形或基本管形，并在軸的軸線方向上以預(yù)定距離直接或經(jīng)由隔離片安裝在軸上，從而由該軸和所述永久磁體構(gòu)成移動(dòng)物體。另一方面，由纏繞在線軸上的線圈、多個(gè)固定磁軛等構(gòu)成的管形定子設(shè)置為經(jīng)由預(yù)定間隙與該移動(dòng)物體的永久磁體的側(cè)面相對(duì)，從而其中心軸線與該軸的中心軸線共軸。通過提供交流電至該線圈，該移動(dòng)物體被沿該軸的軸線方向往復(fù)及線性地驅(qū)動(dòng)。
文檔編號(hào)H02K33/04GK1792022SQ20048001345
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2004年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月16日
發(fā)明者清水宏明, 本橋良, 藪內(nèi)英一, 西中孝宏 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社