CN107852078B - 致动器及电动理美容器具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够以简易的结构稳定地实现高输出而不会产生磁饱和的致动器。该致动器包括：可动体，具备转动轴及圆筒状的磁铁部，该磁铁部在以该转动轴为中心包围该转动轴的周面上沿周向交替地具有N磁极面和S磁极面；以及固定体，具备供转动轴插入的轴承、极齿面以及线圈，该极齿面配置成与磁铁部的周面对置地在周向上包围轴承且与N磁极面及S磁极面数量相同，该线圈被供给电流从而在周向上以交替不同的极性对极齿面进行激磁。可动体以极齿面的周向的中心与磁铁部的磁极面的切换位置对置的位置作为转动基准位置，以能够以转动轴为中心在周向上往复转动的方式保持于固定体。轴承为磁性体。

Description

致动器及电动理美容器具
技术领域
本发明涉及共振旋转驱动型的致动器及电动理美容器具。
背景技术
以往，在电动剃刀、电动理发推剪、电动牙刷、电动洗脸刷等电动理美容器具中，装入有将内置的电机的旋转运动转换成往复运动的运动转换装置。通过使电动剃刀的内刀刃、电动理发推剪的可动刀刃、电动牙刷的刷头等结合于运动转换装置而进行往复运动，来进行所希望的理美容处理。在这样运动转换装置中，从旋转运动向往复运动的运动转换的效率低。
从运动转换的效率方面来看，近年来，已知有使用了电磁驱动的线性致动器的理美容器具(例如，专利文献1、2)。一般的线性致动器由具备线圈的定子、和磁性体的动子构成，利用电磁力使动子相对于定子进行往复驱动来进行所希望的理美容处理。
特别是在专利文献2中，公开了一种线性共振驱动的致动器，其用于电动剃刀中，具有用于使动子相对于定子往复移动的往复运动式的电动机。该电动机对应于各刃头的可动刀刃，具有利用一个定子进行驱动的多个动子，使动子的固有振动频率大致相等。另外，还已知应用了VCM(Voice Coil Motor，音圈电机)结构的所谓旋转共振型的致动器(例如参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献1：日本专利第4123232号公报
专利文献2：日本专利第3427468号公报
专利文献3：日本特开2010-104718号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，作为使用于电动理美容器具中而进行往复旋转运动的致动器，期待结构更简易且具有稳定的高输出的致动器。例如，在使用DC电机的结构中，由于驱动时的负载而使电机的转速下降，因此旋转速度下降而产生旋转速度的变动，该旋转速度的变动有可能给使用者带来不舒适的感觉。另外，在使用专利文献2所示的线性共振驱动型致动器的情况下，由于是共振驱动，所以可动体的速度是通过以驱动频率的驱动来设定的，因此以固定速度进行驱动，使用感良好。但是，如专利文献2所示，构成部件较多，存在大型化的可能，需要用于配置致动器的宽广空间。并且，由于构成部件较多，所以因驱动力产生的大小而引起的磁极的对置面有可能变窄，由此，难以构成转换效率高的设计。
另外，在旋转共振型致动器中，由于是VCM结构，所以磁阻增大而难以形成为转换效率高的设计，且磁铁的体积增大而成本变高。另外，由于形成为使用了单极磁化的磁铁的结构，所以无法在线圈的整周配置因驱动力产生的大小引起的线圈的扭矩产生部。由此，存在向往复运动的转换效率变差的问题。另外，在致动器的磁路中，需要使输出不会因扭矩常数的下降而下降，上述扭矩常数的下降是因磁通的集中而产生磁饱和所导致的磁阻(reluctance)的增大所引起的。
在这样的电动理美容器具中使用的致动器中，期待能够以简易的结构，将向往复运动的转换效率设定为较高且高输出的致动器。
本发明的目的在于提供一种能够以简易的结构，不产生磁饱和地、稳定地实现高输出的致动器及电动理美容器具。
解决问题的方案
本发明的致动器的一个形态采用以下结构，其包括：可动体，具备转动轴以及圆筒状的磁铁部，该磁铁部在以该转动轴为中心包围该转动轴的周面上沿周向交替地具有N磁极面和S磁极面；以及固定体，具备供所述转动轴插入的轴承、极齿面以及线圈，该极齿面配置成与所述磁铁部的内周面对置地在周向上包围所述轴承且与所述N磁极面及所述S磁极面数量相同，该线圈被供给电流从而在周向上以交替不同的极性对所述极齿面进行激磁，所述可动体以所述极齿面的周向的中心与所述磁铁部的所述内周面的磁极面的切换位置对置的位置作为转动基准位置，以能够以所述转动轴为中心在周向上往复转动的方式保持于所述固定体，所述固定体具有：磁性体的底板，与所述可动体对置地配置；磁芯，由包围所述线圈的磁性体构成，在所述底板上形成有中空的筒状部，该筒状部从所述底板的底面部分向可动体侧突出，所述轴承被压入固定于所述筒状部内，所述轴承为磁性体，所述磁芯具有沿轴向夹着所述线圈的两个主体板部，所述两个主体板部分别为圆环状，在所述两个主体板部的各自的外周缘上垂直地设置有所述极齿面，所述极齿面以包围所述线圈的外周面的方式在周向上配置在交错的位置，在所述两个主体板部上分别设置有配置为筒状的磁芯内周部，所述磁芯内周部各自从所述主体板部的中央向所述线圈的内侧突出，且相互抵接或以大致抵接的方式配置，所述线圈卷绕于与所述转动轴为同一轴心的绕线管，两个所述磁芯内周部插入至所述绕线管的开口，所述两个磁芯内周部外嵌于所述筒状部，与所述轴承和所述筒状部一起形成磁路，所述筒状部具备筒部主体和台座部，所述线圈和所述磁芯通过所述两个磁芯内周部的外嵌而固定于所述筒部主体，所述磁芯在从所述底面部分间隔开的位置卡止于所述台座部，所述线圈、所述磁芯内周部、所述筒状部、以及所述轴承彼此相邻地配置，所述台座部的外径比所述筒部主体的外径大，所述轴承的向所述筒状部的压入方向侧的外径比基端侧的外径小，所述轴承的基端侧在所述台座部的背面侧卡合。
本发明的电动理美容器具采用以下结构，其具备上述结构的致动器。
发明效果
根据本发明，能够以简易的结构，不产生磁饱和地、实现稳定的高输出。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的致动器的立体图。
图2是表示该致动器的底面的立体图。
图3是该致动器的仰视图。
图4是该致动器的主要部分分解立体图。
图5是从下方观察图3所示的致动器的主要部分分解立体图。
图6是图3的A-A线记号剖面图。
图7是图3的B-B线记号剖面图。
图8是表示在该致动器中通过交流电输入部供给至线圈的交流电的周期的图。
图9是用于说明本发明的实施方式的磁通的流动的图。
图10是用于说明本发明的实施方式的磁通的流动的图。
图11是本发明的一实施方式的致动器的主视图。
图12是本发明的一实施方式的致动器的后视图。
图13是本发明的一实施方式的致动器的俯视图。
图14是本发明的一实施方式的致动器的仰视图。
图15是本发明的一实施方式的致动器的右视图。
图16是本发明的一实施方式的致动器的左视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。
图1是表示本发明的一实施方式的致动器的立体图，图2是表示该致动器的底面的立体图，图3是该致动器的仰视图。另外，图4是该致动器的主要部分分解立体图，图5是从下方观察图3所示的致动器的主要部分分解立体图。图6是图3的A-A线记号剖面图，图7是图3的B―B线记号剖面图。此外，图11～图16中表示本发明的一实施方式的致动器的六面图。具体而言，图11是本发明的一实施方式的致动器的主视图，图12是该致动器的后视图、图13是该致动器的俯视图，图14是该致动器的仰视图，图15是该致动器的右视图，图16是该致动器的左视图。
图1、图2及图11～图16所示的致动器100具有：固定体110、可动体120、将可动体120自由可动地支撑于固定体110的弹簧材料150(参照图2)、以及交流电供给输入部(以下，称为“交流电输入部”)112。
在图1及图2所示的致动器100中，可动体120通过从交流电输入部112输入的对线圈部114的电力供给，相对于固定体110可动。可动体120的旋转轴122在规定的角度范围内在正反方向(图1的箭头方向)上转动，以旋转往复振动的形式向外部输出。
如图3～图7所示，固定体110具有：底板111、轴承(bearing)113、圆环状的线圈部114、具有沿线圈部114的外周配置的极齿(极齿面)115b、116b的梳齿状的上磁轭(磁芯(core))115、下磁轭(磁芯)116。
固定体110具有由磁性体构成的底板111，在底板111上设置有向上表面侧(可动体110侧)突出的中空的筒状部1111。将轴承113压入至筒状部1111中。通过对底板111的拉深加工，筒状部1111成型为从底板111的下表面侧向上表面侧垂直地突出。筒状部1111具有：筒部主体1111a、以及外径比筒部主体1111a大的台座部1111b。
在筒部主体1111a中，从上表面侧外插有由上磁轭115、下磁轭116包围的线圈部114。另外，由上磁轭115、下磁轭116包围的线圈部114卡止于台座部1111b的上表面。
与由筒部主体1111a及台座部1111b在外径上形成台阶的形状对应地，还形成有轴承113。也就是，轴承113的向筒状部1111的压入方向侧的外径(前端侧的外径)比基端侧的外径小，在压入时基端侧在台座部1111b的背面侧卡合。筒状部1111具有磁芯(夹着线圈部114的上磁轭115、下磁轭116)的上下尺寸(轴向的长度)，上端面构成固定体(定子(stator))110的上表面。
从底板111的下表面侧将轴承113压入至筒状部1111中。轴承113内嵌于筒状部1111，且以从底板111的底面部分垂直地立设的状态固定。这样，轴承113能够通过压入底板111，从而高精度且以稳定的状态固定于底板111。
在轴承113中插入有可动体120的旋转轴122，轴承113对旋转轴122可自由旋转地进行轴支撑。轴承113为磁性体，优选为具有磁性的烧结含油轴承。优选轴承113由铁系烧结材料等形成，并且具有高饱和磁通密度的材料。作为烧结含油轴承，例如列举了保来得(Porite)PI001(注册商标)等。在本实施方式中，对于轴承113，将上下方向(轴向)上的长度设为与筒状部1111的长度大致相同。另外，在利用烧结材料构成轴承113时至少将壁厚设为1mm以上。
在该轴承113的外周配置线圈部114，该线圈部114内插底板111的筒状部1111地被上磁轭115、下磁轭116包围。
线圈部114是通过使线圈114b在周向上围绕绕线管(bobbin)114a旋转而构成的。绕线管114a与线圈114b一起用于致动器100的驱动源的产生。绕线管114a与旋转轴122及线圈114b的轴为同一轴心。线圈114b的线圈绕组连接于交流电输入部112，并通过交流电输入部112连接于交流电源供给部。从交流电供给部通过交流电输入部112对线圈114b供给交流电源(交流电压)。
上磁轭(磁芯)115、下磁轭(磁芯)116为磁性体，呈梳齿状地具备从圆环状的主体板部115a、116a的外周缘垂直地设置的极齿115b、116b。上磁轭115、下磁轭116以从轴向上夹持线圈部114的方式彼此非接触地配置。上磁轭115、下磁轭116的各自的主体板部115a、116a与线圈部114中在轴向上间隔开的上下表面对置配置。另外，上磁轭115、下磁轭116的各自的极齿115b、116b以包围线圈部114的外周面的方式在周向上配置在交错的位置，像描绘圆周那样配置。
另外，在上磁轭115、下磁轭116的圆环状的主体板部115a、116a的中央以包围开口部的方式形成有筒状的磁芯内周部115c、116c。
分别通过对板状的主体板部115a、116a的中央进行拉深加工而形成磁芯内周部115c、116c。
在上磁轭115中，磁芯内周部115c向与极齿115b相同的方向突出地形成。在下磁轭116中，磁芯内周部116c向与极齿116b相同的方向突出地形成。
上磁轭115从线圈部114的上侧嵌入，其主体板部115a与线圈部114的上表面对置，极齿115b沿线圈部114的外周面配置为梳齿状(隔开规定间隔)。此外，磁芯内周部115c从上侧插入至线圈部114的中央开口部(具体而言是绕线管114a的开口)。
下磁轭116从线圈部114的下侧嵌入，主体板部116a与线圈部114的下表面对置，极齿116b以同样的方式配置在沿线圈部114的外周面设置的极齿115b之间。此外，磁芯内周部116c从下侧插入至线圈部114的中央开口部(具体而言是绕线管114a的开口)。
由上磁轭115、下磁轭116夹着线圈部114而构成的磁芯外嵌于筒状部1111的筒部主体1111a，并卡止于台座部1111b，因此与底板111间隔开台座部1111b的高度的量而对置地安装。
这时，上磁轭115、下磁轭116的磁芯内周部115c、116c在线圈部114的内部或抵接或以大致抵接的方式配置。在图6及图7中，磁芯内周部115c与116c的前端部在线圈部114内抵接。由此，除了轴承113、筒状部1111(筒部主体1111a)以外，磁芯内周部115c、116c也介于绕线管114b与旋转轴122之间。磁芯内周部115c、116c与筒状部1111一起形成在外周侧包围筒状部1111的磁路。
上磁轭115、下磁轭116的极齿115b、116b具有与可动体120的磁铁123(后述)的磁极数相等的极数。
通过该结构，若对线圈114b供给交流电源，则上磁轭115与下磁轭116分别被激磁而形成彼此不同的极性，上磁轭115、下磁轭116的各自的极齿115b、116b也以不同的极性被激磁。若线圈114b被从交流电输入部112供给与可动体120的共振频率大致相等的频率的交流电，则交替地以不同的极性对极齿115b、116b进行激磁。即，在线圈部114的外周面上，成为沿外周面交替地并列配置有不同的磁极面的状态。
这些极齿115b、116b的极性通过对线圈部114供给正向和反向的电流而交替地改变。
与沿线圈部114的外周面配置的极齿115b、116b对置地，隔开规定间隔地配置有可动体120的磁铁123。
此外，极齿115b、116b是随着对应的磁铁的极数(后述)而成为16极的结构，但只要是2极以上，可以是任意极。只要是多个极即可，不限于此。此处，极齿115b、116b与磁铁123的周面对置，且在周向上交替地配置有16极，设为与磁铁123中的N极(N磁极面)及S极(S磁极面)数量相同的极数。
可动体120具有：旋转轴122、磁铁123、以及对旋转轴122和磁铁123进行固定的转子盖部124。
磁铁123形成为圆筒形状，且使多极(此处是16极)在周向上交替地磁化。对于磁铁123，可应用粘结钕磁铁、粘结铁氧体磁铁、烧结钕磁铁、铁氧体橡胶磁铁等。
具体而言，磁铁123以在与极齿115b、116b对应的周面(此处是内周面)上沿周向，如N极、S极、N极、S极、N极、…那样交替地具有不同的极性的磁极面的方式受到磁化。N极，S极，…的各磁化面上的周向(此处是相对于旋转轴在周向上正交的方向)上的长度比极齿115b、116b的周向上的长度长。此外，磁铁123为呈圆筒形状且一体化的结构。
磁铁123通过由磁性体构成的转子盖部124固定于旋转轴122。
相对于磁铁123的磁化面，极齿115b、116b各自的周向上的中心位置位于与磁铁123的磁化面N、S(N磁极面、S磁极面)切换的位置(将磁化面S、N隔开的位置)以旋转轴心为中心在半径方向上重合的位置。此外，将中心位置、切换的位置以旋转轴122为中心在半径方向上(也就是，呈放射状)在同一直线上重合的位置设为可动体120的转动动作基准位置(转动基准位置)。即，可动体120以极齿115b、116b的周向上的中心位置与磁铁123的磁极面的切换位置(分隔线)对置的位置作为转动基准位置而可自由转动地保持于固定体110。
此处，致动器100由16极构成，所以可动体120的转动范围是相对于固定体110，以转动基准位置为中心在正向或者反向上各转动11.25度的范围。为了确定中心位置及切换的位置分别以旋转轴122为中心在半径方向上(也就是，呈放射状)在同一直线上重合的位置，在磁铁123上形成有凹部123a。由此，能够容易地使磁铁123的磁极切换的位置位于极齿115b、116b的中心位置而对致动器100进行组装。此外，可以根据致动器100的输出来选择磁铁123。
作为磁铁固定部发挥功能的转子盖部124呈通过拉深加工而形成的杯状，是使筒状部124b从圆盘状的固定部主体124a的外周垂下而成的。在该筒状部124b的内周面上紧固有磁铁123。
在转子盖部124的固定部主体124a的中央部，对在正交方向上插通的旋转轴122以使前端部122a突出至外部的状态进行固定。此处，转子盖部124与旋转轴122通过熔接而固定。转子盖部124通过熔接固定于旋转轴122，因此可以在装配好旋转轴122之后，固定于该旋转轴122。此外，转子盖部124也可以通过环氧系材料的粘接而固定于旋转轴122。
旋转轴122插通转子盖部124而固定于转子盖部124的轴心上。优选旋转轴122是非磁性体。这是由于，在旋转轴122是磁性体的情况下，在磁路的结构上，会因磁吸引力而吸引至轴承113，使衰减变大。在本实施方式中，旋转轴122是奥氏体系的不锈钢(日本JIS标准SUS)，为非磁性，耐腐蚀性优异，不易生锈。
该旋转轴122插通在固定体110(底板111)上形成的筒状部1111的轴孔。旋转轴122的另一端部在底板111的背面侧，在弹簧材料150中，通过基底固定部件(接合部)164固定在底板111上。
弹簧材料150对可动体120相对于固定体110进行弹性支撑。此处，应用扭转螺旋弹簧作为弹簧材料150。在该扭转螺旋弹簧的内部可自由转动地插入旋转轴122。此外，旋转轴122位于扭转螺旋弹簧的轴上，优选旋转轴122的轴心与扭转方向的中心轴一致。
作为弹簧材料150的扭转螺旋弹簧的一端部152通过轴固定部件162固定于旋转轴122的基端部122b，并且另一端部154通过基底固定部件(接合部)164固定于底板111。此处，轴固定部件162形成为弹簧材料的一端部152内嵌的凹状(参照图16所示的凹状部1625)，在将相对于旋转轴122的一端部152配置在凹状内而进行定位之后，可以确定轴固定部件162相对于旋转轴122的位置。即，轴固定部件162可以根据一端部152的位置，不施加多余的负载地、通过熔接等将弹簧材料150紧固于旋转部122。
作为扭转螺旋弹簧的弹簧材料150的两端部152、154在弹簧材料150中具有弹簧常数(后述的K)的基准点K1、K2。弹簧材料150在将其两端部分别进行固定的可动体120及固定体110的至少一者上，固定于比弹簧常数的基准点K1、K2更靠前端侧的位置。
此处，弹簧材料150的另一端部154通过基底固定部件164，固定在比作为弹簧常数的基准点的基准位置K1更靠近另一端部154的前端的部位。
具体而言，基底固定部件164在底板111下表面，在弹簧材料150的另一端部154的前端侧，通过对XY方向上的移动进行限制的接合部160而接合于底板111。
此处，接合部160具有：从底板111立设的突条的凸棱161、基底固定部件164、以及将基底固定部件164在底板111固定于规定位置的螺钉部165。
基底固定部件164具有：通过螺钉部165固定于底板111的主体板164a、从主体板164a垂直地立设的突条的凸棱164b。基底固定部件164的凸棱164b具有：相对于另一端部154固定在比基准位置K1更靠近前端的部位(自由端侧的部位)的紧固部160b、以及在比基准位置K1更靠弹簧材料150的一端部152侧的位置在弹簧材料150变形时抵接而使在另一端部154的固定部分产生的应力缓和的应力缓和部160a。
另外，凸棱161也同样地，具有：相对于弹簧材料150的另一端部154固定在比基准位置K1更靠自由端侧的位置的紧固部160b、以及在比基准位置K1更靠弹簧材料150的一端部侧的位置在弹簧材料150变形时抵接而使在另一端部154的固定部分产生的应力缓和的应力缓和部160a。
此处，紧固部160b通过熔接固定于另一端部154。此外，紧固部160b也可以通过环氧系材料的粘接而固定于另一端部154。
应力缓和部160a在弹簧材料150、特别是扭转螺旋弹簧变形时抵接，以使另一端部154承受的应力缓和。
这样，弹簧材料150在变形时，在比该紧固部160b更靠弹簧材料150的线圈部分侧的位置抵接于应力缓和部160a，因此可以使弹簧材料150中局部集中于另一端部154的应力分散。由此，在可动体120进行往复旋转移动、也就是进行振动时产生的应力不会在弹簧材料150(具体而言是接合于底板111的另一端部154)中局部集中。
弹簧材料(扭转螺旋弹簧)150在可动体120的磁铁123的内周面上，以相邻的磁性不同的磁化面的切换位置位于固定体110的极齿115b、116b中的周向上的中心的方式定位。
另外，弹簧材料(扭转螺旋弹簧)150可以获得相对于磁铁123的转动方向为固定的弹簧常数，可动体120在周向上可动。能够通过该弹簧材料150对致动器100中的共振频率进行调整。
在上述结构的致动器100中，通过向线圈114b输入的交流电波而使上磁轭115、下磁轭116、也就是极齿115b、116b磁化，从而相对于可动体120的磁铁123，高效地产生磁吸引力及排斥力。由此，可动体120的磁铁123以作为转动基准位置的极齿115b、116b的中心为基准，沿周向在两个方向上移动，由此磁铁123自身以旋转轴122为中心进行往复转动。
在本实施方式的致动器100中，在将可动体120的转动惯量设为J、将扭转方向上的弹簧常数设为Ksp的情况下，可动体120相对于固定体110，以通过下述式(1)计算的共振频率fr[Hz]进行振动。
[数学式1]
Figure GDA0002319899220000111
fr：共振频率[Hz]
本实施方式的致动器100从交流电输入部112对线圈114b供给与可动体120的共振频率fr大致相等的频率的交流电并通过线圈114b对极齿115b、116b进行激磁。由此，能够使可动体120效率良好地驱动。
本致动器100中的可动体120成为通过弹簧材料150而利用由固定体110支撑的弹簧质量系统结构加以支撑的状态。由此，若对线圈114b供给与可动体120的共振频率fr相等的频率的交流电，则可动体120以共振状态被驱动。这时产生的旋转往复振动传递至可动体120的旋转轴122。
致动器100基于下述式(2)所示的运动方程式及下述式(3)所示的电路方程式进行驱动。
[数学式2]
Figure GDA0002319899220000112
J：转动惯量[Kgm2]
θ(t)：角度[rad]
Kt：扭矩常数[Nm/A]
i(t)：电流[A]
Ksp：弹簧常数[Nm/rad]
D：衰减系数[Nm/(rad/s)]
TLoad：负载扭矩[Nm]
[数学式3]
Figure GDA0002319899220000113
e(t)：电压[V]
R：电阻[Ω]
L：电感[H]
Ke：反电动势常数[V/(rad/s)]
即，致动器100中的转动惯量J[Kgm2]、旋转角度θ(t)[rad]、扭矩常数Kt[Nm/A]、电流i(t)[A]、弹簧常数Ksp[Nm/rad]、衰减系数D[Nm/(rad/s)]、负载扭矩TLoad[Nm]等可以在满足式(2)的范围内进行适当改变。另外，电压e(t)[V]、电阻R[Ω]、电感L[H]、反电动势常数Ke[V/(rad/s)]可以在满足式(3)的范围内适当改变。
这样，在由致动器100、可动体110的转动惯量J和弹簧材料(弹性体)150的弹簧常数K确定的共振频率fr下进行驱动的情况下，可以高效地获得大输出。
接着，对致动器100的具体动作进行说明。
若在线圈部114的线圈114b中流过电流(设为在正向上流动)，则上磁轭115的极齿115b被激磁而具有极性(例如N极)，下磁轭116的极齿116b被激磁，而具有与极齿115b不同的极性(例如S极)。与这些极齿115b、116b对置地，在各极齿115b、116b的周向(转动方向)上的中心位置、也就是转动基准位置上，配置可动体120的在磁铁123中的磁极面(S、N)的分隔线。
由此，对于磁铁123，在内周面的整个面，将N极面向S极面即极齿115b吸引，将磁铁123的S极面向N极齿即极齿116b吸引，并且同极彼此排斥。由此在磁铁123的内周整个面上，产生最大的扭矩，磁铁123向周向的一个方向(例如逆时针方向)转动。于是，磁铁123中的各自的极面将停止在与由相对的磁极激磁后的极齿115b、116b对置的位置。在磁铁123将位于该位置时，由于和与磁铁123邻近的同磁极的极齿的排斥而使得与先前的移动方向相反的方向的扭矩也作用于磁铁123。
另外，通过弹簧材料150的恢复力，朝向转动基准位置侧的推压力作用于磁铁123(可动体120)。在该状态下，在线圈部114中流过与正向电流反向的电流(反向电流)。于是，极齿115b、116b的各自的极性发生变化，原本是N极的极齿115b被激磁为S极，原本是S极的极齿116b被激磁为N极。由此，磁铁123通过在各磁极面、与极齿115b、116b之间产生的磁吸引力及磁排斥力，在与先前的移动相反的方向上产生扭矩而移动。此外，该扭矩还通过弹簧材料150的恢复力起作用。
即，通过在线圈114b中正向、反向交替地流过电流，而使得可动体120相对于固定体110依次重复以下移动：向周向中的一个方向的移动，通过弹簧材料150的推压力而向转动基准位置侧的移动、超过转动基准位置而向周向中的另一方向的移动、通过弹簧材料150的推压力而向转动基准位置侧的移动、超过转动基准位置而向周向中的一个方向的移动。这样，致动器100的可动体120以旋转轴122为中心，且以转动基准位置为中心进行往复转动，也就是，进行振动并通过旋转轴122将往复振动力向外部输出。
图8是表示在本实施方式的致动器中通过交流电输入部112向固定体110的线圈114b供给的交流电的周期的图。
在线圈中流过的交流电可以如图8的(A)所示为频率f0的脉冲波，也可以如图8的(B)所示为频率f0的正弦波。
供给图8所示的时刻t1的正向的电流，且供给时刻t3的反向的电流。另外，如图8的时刻t4所示，对电流的方向进行切换，在磁铁123转动而返回到转动基准位置时，供给时刻t5的正向的电流。这是一个周期的动作，通过重复进行这样动作，可动体120重复进行位移动作，从而进行旋转往复振动。
在组装致动器100时，可以将轴承113插入至底板111中，将弹簧材料150通过轴固定部件162、基底固定部件164接合于底板111及旋转轴122。即，在组装致动器100时，可以在将由上磁轭115、下磁轭116包围的线圈部114外嵌于筒状部1111，或将转子盖部124通过熔接或粘接而紧固于旋转轴122之前，将在制造上会产生公差的弹簧材料150，在较早的阶段，一边吸收公差一边介于可动体120的旋转轴122与固定体110的底板111之间而设置，可以在之后装配线圈部114、磁铁123。
另外，在组装致动器100时，最后，可以通过熔接或粘接将转子盖部124固定于旋转轴122。由此，当在可动体120的旋转方向上存在错位的情况下将转子盖部124固定于旋转轴122时，可以一边调整该错位一边组装致动器100。在这样地组装致动器100时，通过熔接、粘接等进行相互固定的部件彼此的接合，由此能够吸收与弹簧材料150的不均的大小相应的错位。由此，能够防止由弹簧材料150的不均导致的组装后的致动器100的组装精度的恶化。
此外，在致动器100中，可动体120进行旋转往复运动、也就是旋转往复振动，且将该旋转往复振动通过旋转轴122向外部输出。通过在旋转轴122的前端部122a上，连结具备与轴向正交地设置于头部的毛束部的刷头部、洗脸刷部、或者电动剃刀、电动剃须刀、电动式的理发器具等的刀刃，能够使刷子或者刀刃进行往复振动。
这样，致动器100满足式(2)、(3)，通过使用了式(1)所示的共振频率的共振现象而进行驱动。由此，在致动器100中，在稳态下消耗的电力仅为由负载扭矩引起的损耗以及由摩擦等引起的损耗，从而能够以低功耗进行驱动，也就是，能够以低功耗使可动体120进行旋转往复振动。
在本实施方式中，可动体120具有：磁铁123，呈圆筒形状且经多极(此处为16极)磁化；转子盖部124，为磁性体，对磁铁123进行固定；以及旋转轴122，压入固定于转子盖部124的中央部。
另外，固定体110具有：对可动体120的旋转轴122进行轴支的轴承113、对轴承113进行固定的底板111及用于产生驱动源而固定于轴承113的线圈部114(圆环状的绕线管114a及线圈114b)、以及从上下方夹持线圈部114而配置的串齿形状的两个上磁轭115、下磁轭116及将线圈部114的绕组连接于外部端子的交流电输入部112。
固定体110的上磁轭115、下磁轭116具有磁极数与可动体120的磁铁123的磁极数相等的极齿115b、116b。通过向线圈部114输入的交流电波而被磁化，从而高效地产生磁吸引力·排斥力。
磁铁123与在固定体110上以极性交替地不同的方式配置在圆周上的极齿115b、116b对置地，配置为圆环状。
由此，能够将与极齿115b、116b对置的磁铁123的整个内周设为驱动源，从而能够实现转换效率高的致动器100。另外，在磁铁123的整周产生磁吸引力、磁排斥力，从而能够产生最大的扭矩。
通过该结构，在致动器100中，来自作为呈放射状地配置有多个的相同磁极的极齿115b、116b的磁通全部成为通过上磁轭115、下磁轭116而集中流向中央侧的磁路。这样若磁通集中，则会产生磁饱和，引起磁阻(reluctance)的增大，所以有可能导致扭矩常数下降，特性下降，也就是，输出自身下降。
但是，在本实施方式的致动器100中，轴承113为磁性体，所以可以增大在线圈部114的内侧且在旋转轴122的周围的剖面面积(磁通流动的磁路剖面面积)。
由此，能够使由从外周侧的极齿115b、116b向内侧集中于中央部分的磁通产生的磁饱和得到缓和。由此，扭矩常数Kt变大，从而能够提高能量转换效率，增加致动器100的输出。
另外，在线圈部114中，上磁轭115、下磁轭116在以沿轴向夹着线圈部114的方式配置的圆环状的主体板部115a、116a的中央部，具有通过拉深加工形成的磁芯内周部115c、116c。
磁芯内周部115c、116c配置在线圈部114的内侧(内周侧且为线圈部114的中央的开口部内)，且外嵌于筒状部1111。另外，磁芯内周部115c、116c彼此在线圈部114的内侧使彼此的前端部抵接，由磁芯内周部115c、116c形成一个由磁性体构成的筒状体。
通过这些磁芯内周部115c、116c，在线圈部114的内侧，且除了筒状部1111、轴承113的剖面面积(磁路剖面面积)以外，还能够进一步增大在旋转轴122周围的剖面面积(作为磁通流动的磁路的磁路剖面面积)。此外，磁芯内周部115c、116c是上磁轭115、下磁轭116的一部分，因此能够增加上磁轭115、下磁轭116中的极齿的位置精度及固定时的强度。
另外，磁芯内周部115c、116c及轴承113与固定体110的上下尺寸大致相等。另外，磁芯内周部115c、116c与筒状部1111为同轴，所以在制造上易于确保其精度。
另外，旋转轴122为非磁性体，所以能够消除与轴承113之间的接触面上的磁吸引力。由此，不会在旋转轴122与轴承113之间产生多余的摩擦力，能够使衰减下降，实现输出的提高。即，与旋转轴122为磁性体的情况不同，旋转轴122不会由于磁吸引力而吸附于轴承113，从而导致衰减增大。
此外，在本实施方式中，旋转轴122是奥氏体系不锈钢(日本JIS标准SUS402)，因此即使在前端部122a向外部突出、与外部空气·水等接触的情况下，耐腐蚀性也优异，因此不易生锈。
图9、图10是用于说明本实施方式的磁通的流动的图，图9的(A)表示本实施方式的磁通的流动，对应于图6。另外，图9的(B)表示在本实施方式的结构中，不考虑磁饱和的参考结构，具体而言，表示轴承113A不是磁性体，且不将磁芯内周部115c、116c设为磁通路径的结构。图10是图3的A-A线剖面立体图，为了便于理解，省略了包含磁铁123、转子盖部124的转子部分的图示。
即，在本实施方式中，如图9的(A)所示，在作为非磁性体的转动轴部122与线圈114b之间，配置有全部具有磁性的轴承113、底板111的筒状部1111、磁芯内周部115c、116c，使得作为磁路的剖面面积增加。若对图9的(A)和图9的(B)进行比较，则在图9的(A)中，集中的磁通通过轴承113、筒状部1111、磁芯内周部115c、116c的每一个而被分散。具体而言，磁通的流动为，极齿115b→磁芯内周部115c(116c)+筒状部1111(详细地是台座部1111b)+轴承113→极齿116b。相对于此，如图9的(B)所示，在轴承113A为非磁性体的情况下，磁通不在轴承113A中流过，作为磁通路径而发挥功能的剖面面积减少，从而引起磁饱和，在图9的(B)所示的致动器中磁阻增大，磁通量减少。另外，在图9的(B)中，磁芯内周部115c、116c彼此不接触，因此与之相应地，磁通量减少。
这样，在本实施方式中，在旋转轴122的周围，作为磁通路径而发挥功能的磁性体的剖面面积大(特别是相当于轴承113的厚度的量地大)，因此如图10所示，从位于磁芯的外侧的、以包围磁芯的方式在整周设置的磁齿116b流向内侧的磁通被分散。
这样，通过增加致动器的中央部分，即，增加磁路中的中心部分的磁路剖面面积，能够使集中的磁饱和更有效地缓和，从而使能量转换效率进一步得到改善(最大振幅提高3.5％)。
另外，根据本实施方式，通过压入而将轴承113固定于底板111，因此轴承113在底板111上的位置精度提高，相对于可动体120的转动轴122也能够进行准确的定位。
另外，可动体120通过弹簧材料(扭转螺旋弹簧)150自由可动地支撑于固定体110，弹簧材料150通过作为接合部160的凸棱161、基底固定部件164固定于固定体110(具体而言是底板111)。接合部160具有：在弹簧材料150的另一端部154紧固于自由端侧的紧固部160b、以及与紧固部160b邻近配置且使在弹簧材料150变形时产生的应力缓和的应力缓和部160a。由此，致动器100进行驱动而使可动体120进行往复旋转运动时，即使在弹簧材料150的另一端部154产生应力，也能够通过由应力缓和部加以分散，从而在弹簧材料150中应力不会局部地集中，弹簧寿命变长。由此，能够实现长时间驱动，能够确保高可靠性。
另外，弹簧材料150的另一端部154通过设于底板的凸棱161、以及能够改变对固定体110(底板111)的安装位置的基底固定部件164，固定于固定体110(底板111)。由此，即使产生作为弹簧材料150的扭转螺旋弹簧的制造上产生的扭转螺旋弹簧自身的尺寸误差，也能够在其组装时吸收误差，消除致动器100中的组装性的恶化。
此外，上述本发明只要不脱离本发明的精神，可以进行各种改变，而且显然本发明涉及该改变后的发明。
在2015年8月4日提出的日本专利申请2015-154528中包含的说明书、附图及摘要的公开内容全部引用于本申请。
工业实用性
本发明的致动器及电动理美容器具以简易的结构，具有能量转换效率高而实现高输出的效果，能有效地应用于电动剃刀、电动牙刷等中。
附图标记说明
100 致动器
110 固定体
111 底板
112 交流电输入部
113、113A 轴承
114 线圈部
114a 绕线管
114b 线圈
115 上磁轭
115b、116b 极齿
115c、116c 磁芯内周部
116 下磁轭
120 可动体
122 旋转轴
123 磁铁
124 转子盖部
150 弹簧材料
160 接合部
152 一端部
154 另一端部
1111 筒状部

Claims (4)

1.一种致动器，其包括：
可动体，具备转动轴以及圆筒状的磁铁部，该磁铁部在以该转动轴为中心包围该转动轴的周面上沿周向交替地具有N磁极面和S磁极面；以及
固定体，具备供所述转动轴插入的轴承、极齿面以及线圈，该极齿面配置成与所述磁铁部的内周面对置地在周向上包围所述轴承且与所述N磁极面及所述S磁极面数量相同，该线圈被供给电流从而在周向上以交替不同的极性对所述极齿面进行激磁，
所述可动体以所述极齿面的周向的中心与所述磁铁部的所述内周面的磁极面的切换位置对置的位置作为转动基准位置，以能够以所述转动轴为中心在周向上往复转动的方式保持于所述固定体，
所述固定体具有：磁性体的底板，与所述可动体对置地配置；磁芯，由包围所述线圈的磁性体构成，
在所述底板上形成有中空的筒状部，该筒状部从所述底板的底面部分向可动体侧突出，所述轴承被压入固定于所述筒状部内，
所述轴承为磁性体，
所述磁芯具有沿轴向夹着所述线圈的两个主体板部，所述两个主体板部分别为圆环状，在所述两个主体板部的各自的外周缘上垂直地设置有所述极齿面，所述极齿面以包围所述线圈的外周面的方式在周向上配置在交错的位置，
在所述两个主体板部上分别设置有配置为筒状的磁芯内周部，所述磁芯内周部各自从所述主体板部的中央向所述线圈的内侧突出，且相互抵接或以大致抵接的方式配置，
所述线圈卷绕于与所述转动轴为同一轴心的绕线管，两个所述磁芯内周部插入至所述绕线管的开口，
所述两个磁芯内周部外嵌于所述筒状部，与所述轴承和所述筒状部一起形成磁路，
所述筒状部具备筒部主体和台座部，所述线圈和所述磁芯通过所述两个磁芯内周部的外嵌而固定于所述筒部主体，所述磁芯在从所述底面部分间隔开的位置卡止于所述台座部，
所述线圈、所述磁芯内周部、所述筒状部、以及所述轴承彼此相邻地配置，
所述台座部的外径比所述筒部主体的外径大，
所述轴承的向所述筒状部的压入方向侧的外径比基端侧的外径小，
所述轴承的基端侧在所述台座部的背面侧卡合。
2.如权利要求1所述的致动器，其中，
所述轴承是具有磁性的烧结含油轴承。
3.如权利要求1所述的致动器，其中，
所述转动轴为非磁性体。
4.一种电动理美容器具，其具备权利要求1所述的致动器。
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