CN1792023A - 转动驱动致动器以及使用该转动驱动致动器的电动牙刷 - Google Patents

Abstract

在用作电动牙刷的驱动源的转动驱动致动器中，永磁体形成为平板状，且通过将所述永磁体安装到形成于磁轭的外周面上的槽而构成移动对象，其中该磁轭压配合并固定到轴上。另一方面，由围绕线圈架缠绕的线圈以及沿该轴的轴向设置在线圈架两侧的固定磁轭构成的管状定子被设置成以一预定间隙与移动对象的永磁体的外表面或者磁轭的外表面相对，以使其中心轴线与该轴的中心轴线同轴。通过给线圈供应交变电流，使移动对象以围绕所述轴的轴线转动驱动的方式被驱动。

Description

转动驱动致动器以及使用该转动驱动致动器的电动牙刷

技术领域

本发明涉及一种转动驱动致动器以及一种使用该转动驱动致动器的电动牙刷。

背景技术

如日本特开平No.9-173360所示，公知有一种电动牙刷，其可以通过使用机械驱动转换机构而选择性地沿轴的轴向进行往复线性驱动以及围绕该轴线进行往复旋转驱动(转动驱动)。在这种电动牙刷中，通过切换马达的旋转方向，可以选择性地沿轴的轴向进行往复线性驱动运动以及围绕牙刷本体的轴线进行转动驱动运动，其中，牙刷本体通过驱动转换机构连接到所述轴上。

在这种使用机械驱动转换机构的电动牙刷中，用于在沿轴的轴向的往复线性驱动以及绕该轴线的转动驱动之间进行切换的驱动转换机构的结构较复杂。因此，这种电动牙刷尺寸较大，且装配困难，造成成本的增加。

另一方面，例如日本特开平No.2002-176758示出了一种电动牙刷，其通过使用往复式线性驱动致动器而沿轴的轴向往复地且线性地驱动连接到该轴上的牙刷本体。这种往复式线性驱动致动器仅能执行轴的往复线性驱动，而不能执行转动驱动。不过，其作为使用永磁体和线圈的传统致动器的参考进行说明。

参考图16对该传统致动器进行说明。对于这种传统的往复式线性驱动致动器150而言，在轴152的外周上固定有由磁性材料制成的柱塞151。轴152借助轴承162进行枢转，该轴承162能够沿平行于其中心轴线的方向(轴向)往复地且线性地移动。环形线圈154设置在保护罩153的内周表面上，并且相对于柱塞151的外周具有预定的间隙。另外，相对于线圈154对称磁化的环形永磁体155和156设置在保护罩153的内周表面上以及线圈154沿上述轴向的两侧上。在永磁体155和156以及线圈154之间分别设置有环形的第一磁轭157和158，而环形第二磁轭159和160相对于线圈154被设置在与永磁体155和156相对的位置处。在柱塞151和保护罩153之间设置有弹簧构件161，其用于沿线性驱动的往复方向中的一个方向向柱塞151施加附加力(accompanying force)。然后，通过向线圈154供应交变电流，柱塞151可以沿轴向被往复地且线性地驱动。

不过，在上述使用传统的永磁体以及线圈的往复式线性驱动致动器150中，永磁体155和156被设置成相对于柱塞的外周具有间隙，使得环形永磁体155和156的内径和外径变得较大，永磁体155和156的体积也变得较大。随之而来的是，永磁体155和156的材料成本变得昂贵。另外，由于通过多个弧形永磁体的组合使得永磁体155和156形成为环形，因此环形永磁体155和156的制造过程变得复杂，且其制造成本变得昂贵。这样，使用传统的永磁体和线圈的致动器以及使用该致动器的电动牙刷的成本变得昂贵。再者，由于永磁体155和156变得较大，所以难以实现致动器150以及使用该致动器的电动牙刷的小型化和减重。

发明内容

本发明旨在解决上述传统致动器中的问题，其目的在于提供一种转动驱动致动器，其能够使成本低廉、小型化、重量减轻并且能改进装配操作性，并且还提供一种是使用该成本低廉、小型化且重量减轻的致动器的电动牙刷。

为了实现上述目的，根据本发明一方案的转动驱动致动器包括：移动对象，其具有：枢转轴，以能够绕该轴的轴线进行旋转；磁轭，其固定于所述轴上；和至少一个平板状的永磁体，其绕所述轴的轴线紧邻所述磁轭连接并且沿其厚度方向被磁化；以及管状定子，其具有线圈，所述线圈绕所述轴的轴线缠绕，以围住所述移动对象；和固定磁轭，其由磁性材料制成，并被设置成在垂直于所述轴的轴线的方向上以预定间隙面向所述磁轭和永磁体的最外周部分；并且通过向所述线圈供应交变电流，而以转动驱动的方式绕所述轴的轴线在预定的角度范围内驱动所述移动对象。

另外，根据本发明一方案的电动牙刷包括：牙刷本体，在该牙刷本体的前端处植有刷毛；转动驱动致动器，用于沿预定方向转动驱动所述牙刷本体；电源，用于向所述转动驱动致动器供应电力；以及驱动电路，用于向所述转动驱动致动器供应驱动电流。所述转动驱动致动器包括：移动对象，其具有：枢转轴，其能绕该轴的轴线进行旋转；磁轭，其固定在所述轴上；和至少一个平板状的永磁体，其绕所述轴的轴线紧邻所述磁轭连接并且沿其厚度方向被磁化；以及管状定子，其具有：线圈，该线圈绕所述轴的轴线缠绕，以围住所述移动对象；和固定磁轭，其由磁性材料制成，并被设置成在垂直于所述轴的轴线的方向上以预定间隙面向所述磁轭和永磁体的最外周部分；并且通过向所述线圈供应交变电流，而以转动驱动的方式绕所述轴的轴线在预定角度范围内驱动所述移动对象。

这样，由于平板状永磁体连接到移动对象的轴上，所以与例如传统致动器中将永磁体设置在定子侧上的情形相比，该永磁体的体积变得较小，并且可以降低永磁体的材料成本。另外，由于永磁体沿厚度方向磁化，所以永磁体的制造过程变得较简单，从而可以降低永磁体的制造成本。再者，永磁体外表面的极性与磁轭外表面的极性彼此相反，这样永磁体的磁通可以很容易地通过磁轭，从而可以有效利用永磁体的磁通。另外，其改进了转动驱动致动器的装配操作性，并且与使用机械驱动转换机构的传统致动器相比，该致动器可以小型化和轻质化。因此，可以提供成本低廉、小型化且轻质化的转动驱动致动器以及使用这种转动驱动致动器的电动牙刷。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的转动驱动致动器结构的剖视图；

图2是图1所示的转动驱动致动器的分解立体图；

图3是示出用于对设置在图1所示的转动驱动致动器后端部分处的轴的转角进行限制的结构视图；

图4是示出磁轭和弹簧容置构件装配在构成上述转动驱动致动器的移动构件的轴上的情形的立体图；

图5A是示出移动对象和上述转动驱动致动器的定子的相对部分的结构的侧视剖视图；图5B是示出移动对象和定子的上述相对部分的结构的后视图；图5C是示出移动对象和定子的上述相对部分的结构的主视图；

图6是示出组成上述转动驱动致动器定子的线圈架和固定磁轭的结构的分解立体图；

图7A是示出上述转动驱动致动器的保护罩和移动对象的结构的分解立体图；图7B是示出上述保护罩的结构的主视剖视图；

图8A至8C是分别示出上述转动驱动致动器的弹簧构件的结构的主视图、侧视图和后视图；

图9A和9B是分别示出上述转动驱动致动器的弹簧容置构件的结构的侧视图和主视图；

图10是示出弹簧构件的端部与上述弹簧容置构件接合的状态的侧视图；

图11A至11D是分别示出上述转动驱动致动器的减震心轴的主视图、侧视剖视图、后视图以及立体图；

图12A和12B是分别示出根据本发明实施例的该转动驱动致动器的修改实例的侧视剖视图以及后视剖视图；

图13A和13B是分别示出根据本发明实施例的该转动驱动致动器的另一修改实例的侧视剖视图以及后视剖视图；

图14是一坐标图，其示出了当转动驱动致动器内的电压恒定时交变电流的频率和移动对象的振幅之间的关系，以及此时频率和电流之间的关系；

图15是示出使用根据本发明实施例的转动驱动致动器的电动牙刷的结构的剖视图；

图16是示出传统的振荡式线性致动器(参考实例)的结构的剖视图。

具体实施方式

下面参考附图对根据本发明实施例的转动驱动致动器以及使用该转动驱动致动器的电动牙刷进行说明。

首先，说明根据该实施例的转动驱动致动器，其是适用于电动牙刷的致动器。图1是示出根据该实施例的转动驱动致动器2的结构的侧视剖视图。图2是该转动驱动致动器2的分解立体图。图3是示出用于对设置在图1所示的转动驱动致动器后端部分处的轴的转角进行限制的结构视图。

如图1和图2所示，保护罩12大致呈圆筒形，其前、后开口处分别安装并固定有密封构件41和42。另外，在密封构件41和42上分别设置有轴承24a和24b，用于使轴3在箭头R所示的预定范围内绕其轴线可往复地且可转动地枢转。

移动对象6由轴3、被压配合(press-fitted)并固定到轴3上的磁轭5、固定到磁轭5上的平板状的永磁体4等构成。在该实施例中，轴3由非磁性材料制成。通过采用非磁性材料来制造轴3，使得通过轴3无磁通泄漏，从而可以减小能量损失。另外，非磁性材料通常很昂贵。而且，廉价的非磁性材料的强度较低。因此，当允许通过轴3有些许磁通泄漏时，轴3可由磁性材料制成以增加强度。

定子10由线圈架8、通过绕线圈架8缠线的导线构成的线圈7、沿轴3的轴向设置于线圈架8两侧的固定磁轭9等构成。定子10大致呈管状，并且固定在保护罩12的内周面上。当轴3借助轴承24a和24b枢转时，移动对象6以这样的方式被保持：移动对象6的、沿垂直于轴3的轴线的方向的最外周部分相对于定子10的最内周部分保持预定间隙。这样，通过将移动对象6可转动地插入定子10的内部来构成转动驱动致动器2的磁路。

沿轴3的轴向在磁轭5的两侧分别连接由非磁性材料制成的环形弹簧容置构件26。另外，相同的弹簧容置构件26分别连接到位于前侧的轴承24a的后面以及位于后侧的轴承24b的前面。另外，大致呈圆柱形的减震心轴17与轴3以相对较大的公差在移动对象6和后侧的轴承24b之间接合。然后，在弹簧容置构件26和减震心轴17之间分别设置螺旋弹簧13a和13b，并且在移动对象6的弹簧容置构件26和前侧的轴承24a的弹簧容置构件之间设置有螺旋弹簧13c。

图8A至8C示出了弹簧构件13a、13b和13c的结构。另外，图9A和9B示出了弹簧容置构件26的结构。此外，图10中示出了各弹簧构件13a、13b和13c与弹簧容置构件26的连接结构。如图8A至8C所示，各弹簧构件13a、13b和13c具有基本相同的形状，并且均由具有两个臂131和132的扭转螺旋弹簧13构成。如图9A和9B所示，在各弹簧容置构件26上形成有钩接部分28，以夹住各弹簧构件13a、13b和13c的臂131或132，从而限制弹簧构件13a、13b和13c的转动。

另外，图11A至图11D示出了减震心轴17的结构。如图11A至11D所示，在减震心轴17上形成有钩接部分29和30，用于通过钩接弹簧构件13a和13b的臂131或132来防止旋转。这样，由于三个弹簧构件13a、13b和13c各自的臂131和132通过弹簧容置构件26和减震心轴17的钩接部分28、29和30进行固定，以用于阻止旋转，移动对象6以绕轴3的轴线如箭头R所示进行旋转的状态而被保持，与移动对象6绕轴3的轴线进行旋转的运动相对应，在各弹簧构件13a、13b和13c中积蓄(charge)有弹性力。这样，限制了移动对象6可以绕轴3的轴线转动的角度范围，从而决定了轴3的转动角度。

这样，在上述仅通过弹簧构件13a、13b和13c来限制移动对象6旋转的结构中，当来自外部的转动移动对象6的力超出绕轴3的轴线的允许范围时，移动对象6可能会转动超出允许范围，从而可能影响致动器的驱动特性。因此，图3所示的轴3的转动限制结构被设置为当从外部绕所述轴的轴线向移动对象6施加超出允许范围的旋转力时机械地停止移动对象6的旋转。

轴3的后端部分3a形成为具有大致呈D形的截面。另一方面，在后侧的密封构件42上形成有一个大致呈扇形的安装孔14，轴3的后端部分3a安装到该安装孔内从而限制轴3绕轴线的旋转。通过将轴3的后端部分3a安装到安装孔14内，绕轴3的轴线的旋转角被限制在一固定范围内。虽然在安装孔14上的斜面(tapered face)31形成为角形截面(angle section)，但当移动对象6处于振幅的中间位置(neutral position)时，轴3后端部分3a的大致呈D形截面的平面部分不接触角形截面的斜面31，从而移动对象6可以绕轴3的轴线往复地旋转。当移动对象6沿箭头R1所示的力向绕轴3的轴线旋转超过允许范围时，轴3的后端部分3a的大致呈D形截面的平面部分接触角形截面的斜面31，从而进一步限制该旋转。沿由R2所示的相反方向转动的情形与之相同。这样，机械地限制了移动对象6超过转动角度的转动，从而确保转动驱动致动器2对抗外加负载或冲击负载等时的可靠性。

另外，当磁轭5被压配合并固定到轴3上时，轴3的后端部分3a还被用作参考平面。具体地，通过以如下方式压配合磁轭5，即使得磁轭5的矩形拐角U形槽25的平底面25a(参考图4)与轴3的后端部分3a的大致呈D形截面的平面部分彼此基本平行，这样可以很容易地限定磁轭5相对于轴3的恰当的装配角度。

图4中示出了磁轭5被压配合并固定到轴3上的情形。另外，图5A至图5C中示出了移动对象6和定子10的相对部分，也就是产生驱动力的主要部分的结构。从这些附图中可以看到，由磁性材料制成的磁轭5大致呈管状，并且在其外周面上形成有至少一个槽25(图中为4个)。每个槽25沿轴3的轴线形成，并具有大致呈U形的截面(通道形状)，从而使其底面是平整的。于是，由于槽25的深度、永磁体4的厚度、槽25的宽度和永磁体4的宽度分别被设置为是基本相等的，所以平板状的永磁体4几乎无间隙地分别安装到槽25中，如图5A至图5C所示。结果，各平板状的永磁体4的外表面4a被设置成与磁轭5的弧形外表面5a处于邻接的状态。

各永磁体4沿厚度方向磁化，从而在垂直于轴3的轴线的方向上外表面4a的极性和内表面4b的极性彼此不同。另外，各永磁体4以相同的朝向(orientation)固定到磁轭5上，例如四个永磁体4的所有外表面4a形成N极。通过以这种方式将永磁体4固定到磁轭5上，使得磁轭5位于两相邻永磁体4之间的所有弧形外表面5a形成S极，反之亦然。

图5A至图5C分别示出了未对线圈7施加电流的初始状态。当未对线圈7施加电流时，移动对象6停在永磁体4作用到固定磁轭9上的磁力与弹簧构件13的力平衡的位置处。于是，固定磁轭9上设置的磁极11a和11b分别面向永磁体4定位。当向线圈7施加单向电流时，一个固定磁轭9的磁极11a形成为N极，而另一个固定磁轭9的磁极11b形成为S极。这样，如图3所示，移动对象6绕轴线例如沿箭头R1所示方向旋转。当向线圈7施加一反向电流时，一个固定磁轭9的磁极11a形成为S极，而另一个固定磁轭9的磁极11b形成为N极。从而，移动对象6绕轴线沿相反的方向，例如沿箭头R2所示的方向旋转。因此，通过向线圈7提供交变电流，可以执行移动对象6绕轴3的轴线在预定角度范围内的转动驱动，如箭头R所示。

这样，在预定角度范围内绕轴3的轴线执行转动驱动的移动对象6以及用于绕轴线支撑移动对象6的弹簧构件13构成了转动驱动的振动系统。与移动对象6绕轴线的转动驱动相对应，弹簧13沿拉紧方向和松开方向扭曲。这样，其沿着限制移动对象6绕轴线旋转的方向提供积蓄力(charging force)。通过向线圈7施加频率接近由弹簧构件13的弹簧常数以及移动对象6的质量所限定的共振频率的电流，可以放大移动对象6的振荡量(振幅量)。

另外，如图4所示，由于在弹簧容置构件26的表面上设置有多个突起27，因此当这些突起27沿纵向插入磁轭5的槽25的端部时，弹簧容置构件26不可旋转地固定到磁轭5上。

如图5B和图5C所示，在各固定磁轭9的内周部分上设置有数量少于预定数目(在所述图中为4个位置)的磁极11，这些磁极用于面向移动对象6(永磁体4的外表面4a和磁轭5的外表面5a)的磁极。如图6所示，在固定磁轭9的两个紧邻磁极11之间分别形成有切口117。这样，通过在磁极11之间设置切口117，即使轴3由诸如铁之类的磁性材料制成，也可以减小轴3的磁通泄漏，从而使永磁体4的磁通可以有效地用于所述固定磁轭9侧中。另外，磁极11的数量不止一个就已足够，但可以将磁极11的数量增加到与永磁体4的数量(四个)相同。

在如图5A所示沿轴3的轴向在线圈架8的两侧上设置固定磁轭9的情况下，固定磁轭9分别以这样的方式设置，即使得一个固定磁轭9的磁极11a与另一个固定磁轭9的磁极11b绕移动对象6的轴3的轴线的位置并不一致，如图5B和5C所示。另外，在未对线圈7施加电流时移动对象6处于初始位置的情况下，一个固定磁轭9的各磁极11a被定位成绕轴3的轴线面向永磁体4的一端部与磁轭5的接触位置15a；而另一个固定磁轭9的各磁极11b被定位成面向同一永磁体4的另一端部与磁轭5的另一个接触位置15b。从而，一个固定磁轭9的磁极11a和另一个固定磁轭9的磁极11b相对于同一永磁体4的间隙几乎相同，由此可以有效地执行移动对象6的转动驱动。

当向线圈7施加单向电流时，永磁体4受到来自一个固定磁轭9的磁极11a的磁性排斥力，并且同时受到来自另一个固定磁轭9的磁极11b的磁性吸引力。这样，移动对象6在一个大的力的作用下沿绕轴3的轴线的方向上(例如沿箭头R1所示的方向)被旋转地驱动。当向线圈7施加反向电流时，永磁体4受到来自一个固定磁轭9的磁极11a的磁性吸引力，并且同时受到来自另一个固定磁轭9的磁极11b的磁性排斥力，从而，移动对象6在一个大的力的作用下沿绕轴3的轴线的另一个方向(例如沿箭头R2所示的方向)被旋转地驱动。因此，通过向线圈7提供交变电流，可以进行移动对象6绕轴3的轴线的转动驱动。

另外，其极性彼此不同的永磁体4的外表面4a以及磁轭5的外表面5a被设置成沿移动对象6的外周方向彼此邻接，从而使得在磁极11a和11b以及磁轭5的外表面5a之间产生用于旋转移动对象6的驱动力。此外，永磁体4的外表面4a是平整的，从而可以很大程度上地确保其与磁极11的相对面积。另一方面，磁轭5的外表面5a为弧形，从而可以减小磁极11和其外表面之间的间隙，同时确保其与磁极11的相对面积。因此，进一步增加了用于使移动对象6绕轴3的轴线旋转的驱动力，在移动对象6旋转的初始状态下的驱动力变得较大，从而可以平稳地开始转动驱动。

如图6所示，沿轴3的轴向在线圈架8的两端面上分别设置有用于将固定磁轭9相对于线圈架8进行定位的固定磁轭定位部分16。在图6所示的实例中，固定磁轭定位部分16均为呈弧形的突出肋，其被设置成在四个位置处突出预定距离。另一方面，如前所述，在固定磁轭9上的两个邻接的磁极11之间形成有切口117。通过以如下方式将两个固定磁轭9分别沿轴3的轴向连接至线圈架8的两端面上，即使得固定磁轭定位部分16被分别安装到固定磁轭9的切口117内，来固定两个固定磁轭9绕轴3的轴线的相对位置。

另外，如图7所示，在大致呈圆筒形的保扩罩12上形成有旋转限制部分20a，其例如通过压力加工而朝向内周表面侧突出。与之对应，在线圈架8和固定磁轭9的外周面上形成有将与旋转限制部分20a接合的接合内凹部分19。通过将定子10以如下方式安装到保护罩12的内周面上，即接合内凹部分19与旋转限制部分20a接合，使得固定磁轭9相对于保护罩12绕轴3的轴线的旋转也被限制。类似地，在保护罩12上形成有多个例如通过压力加工而突向内周表面侧的止挡部20b。例如，在图7A中，当要从例如保护罩12的右侧处的开口将定子10安装到保护罩12的内周面时，左侧的固定磁轭9与止挡部20b接触，从而使沿轴3的轴向的运动被限制在该位置。根据这样的一种结构，将定子10固定到保护罩12的操作变得更加简单。可选地，通过在各固定磁轭9的外周面上形成接合突起部分，并在保护罩12的内周面上通过挤压加工的冲孔操作形成内凹槽作为旋转限制部分20a，可以获得基本相同的效果。

如前所述，在转动驱动的振动系统中设置有减震心轴17。减震心轴17大致呈管状，其设置在移动对象6和轴承部分24b之间，并且由弹簧构件13a和13b沿轴3的轴向保持。减震心轴17的重心位置M同轴地设置在移动对象6的轴线D上。

在该实施例中，定子10和保护罩12假定为固定部分，其可以当作由移动对象6的质量和减震心轴17的质量构成的两质点振动模型来处理。在这种情况中，存在第一(低阶侧)振动模式，此时移动对象6和减震心轴17被同相驱动；以及第二(高阶侧)振动模式，此时移动对象6和减震心轴17被反相驱动。当通过向线圈7施加频率接近第二振动模式的固有振动频率的电流使移动对象6绕移动对象6的轴3的轴线执行转动驱动时，被反相驱动的减震心轴17消除了移动对象6的惯性力。从而可以降低传到保护罩12的振动。

另外，减震心轴17的转动惯量被设定为大于移动对象6旋转时的转动惯量。在该实施例中，通过调整减震心轴17的重量而使减震心轴17的转动惯量大于移动对象6的转动惯量。通过增大减震心轴17的转动惯量，增大了移动对象6的旋转助力(assisting force)，从而进一步增大了转动驱动致动器2的输出功率。另外，减震心轴17以与移动对象6绕轴3的轴线的旋转反相地进行旋转，使得其通过辅助移动对象6的旋转而增大输出功率。再者，在减震心轴17和移动对象6之间沿垂直于轴3的轴线的方向设置有间隙18。间隙18为气隙，用来使减震心轴17平稳且无阻力地绕轴3的轴线旋转。尽管可以插入轴承或类似件，但优选设置间隙18以将成本限制得较低。

如上所述，在转动驱动致动器2的结构中，使用了平板状的永磁体4，且永磁体4被设置在移动对象6的这侧而不是定子10的这侧，从而与在保护罩12的内表面上设置管状永磁体的传统情况相比，各永磁体4的体积可以大大减小。这样，可以减小与永磁体4小型化相对应的永磁体4的材料重量，并降低其成本。此外，可以通过将沿厚度方向磁化的大块板状的永磁体切割成预定尺寸来制造永磁体4，从而使永磁体的制造变得更简单并且可以降低制造成本。另外，沿厚度方向磁化的平板状的永磁体4只是安装到磁轭5的大致呈U形的槽25的平底面25a上，从而改进了装配操作性。这样，可以减少转动驱动致动器2的成本。另外，永磁体4的外表面4a以及磁轭5的外表面5a的极性是交互反向的，从而永磁体4的磁通可以很容易地通过磁轭5，且可以有效利用永磁体4的磁通。因此，与使用机械驱动转换机构的传统致动器相比，可以增加该转动驱动致动器的驱动效率。

下面，对根据本发明的转动驱动致动器的修改实例进行说明。在上述说明中，沿轴3的轴向在线圈架的两侧上分别设置了两个固定磁轭9。也可以沿轴3的轴向只在线圈架8的一侧设置固定磁轭9，如图12A和12B或图13A和13B所示。

在图12A和12B所示的修改实例中，在未对线圈7供应电流的初始状态下，固定磁轭9的磁极11被定位成面向平板状永磁体4的外表面4a。并且，在图13A和图13B所示的修改实例中，在未对线圈7供应电流的初始状态下，固定磁轭9的磁极11被定位成面向平板状永磁体和磁轭5的外表面5a之间边界的邻接部15。在两种情形中，移动对象6的运动与上面的描述相同。

在图12A和图12B所示的修改实例中，当通过以这样的方式将磁轭5进行压配合，即使得轴3后端部分3a的大致呈D形截面的平面部分与磁轭5的大致呈U形的槽25的平底面25a基本平行，将磁轭5压配合并固定到轴3上时，其具有的优点是，可以很容易地确定磁轭5相对于轴3的恰当装配角度。另一方面，在图13A和13B所示的修改实例中，通过与参考图5A至5C所描述的情形相类似地将磁轭9的磁极11从平板状永磁体4移位，可以增大移动对象6的初始驱动力，从而其具有的优点是，可以平稳地开始转动驱动。

在根据本发明的转动驱动致动器2中，转动驱动的振动系统是由绕轴3的轴线转动驱动的移动对象6以及绕轴3的轴线支撑移动对象6的弹簧构件13a、13b和13c构成。参考图14所示的坐标图，其描述了根据该实施例的这种转动驱动致动器中，当供应至线圈7的交变电流电压被设定为常数时移动对象6的频率和振幅之间的关系，以及此时频率和电流之间的关系。

在图14中，曲线A和B分别表示当电压被设定为常数时移动对象6的频率和振幅之间的关系，而曲线C和D分别表示频率和电流之间的关系。在图14中，标记◆表示无负载时的振幅，标记●表示有负载时的振幅，标记◇表示无负载时的电流，标记○表示有负载时的电流。

如前面提到的，通过提供频率接近由弹簧构件13a、13b和13c的弹簧常数以及移动对象6的质量所限定的共振频率(图14中以点P表示)的交变电流，可以增大移动对象6的振动量(振幅量)。例如，在频率250Hz附近，移动对象6的振幅显示为最大值1.1mm。在频率大于等于230Hz且小于等于250Hz的S范围以及大于等于250Hz且小于等于280Hz的T范围中，所示的振幅分别等于或大于0.5mm。

当流经线圈7的交变电流的频率被设置在这些范围时，可以利用弹簧构件13a、13b和13c而放大移动对象6的振动量(振幅量)。因此，在共振频率附近，以及在频率高于共振频率的范围和频率低于共振频率的范围内，可以获得类似的振幅。当通过设定频率低于共振频率(当频率被设定在S范围内)而使移动对象6执行转动驱动时，可以通过小电流执行具有目标振幅的转动驱动。特别地，当转动驱动致动器2的电源是电池时，可以延长电池的工作寿命。另一方面，当频率被设定为高于共振频率(当频率被设定在T范围时)，虽然电流变得较大，但是可以执行具有目标振幅的转动驱动，从而获得大输出功率。

上述转动驱动致动器可用作各种驱动力。作为一个实例，图15中示出了包括上述转动驱动致动器的电动牙刷的结构。

该电动牙刷1包括管状的细长壳体22、沿纵向设置于壳体22前侧的如图1所示的转动驱动致动器2、沿纵向设置在壳体22后侧的电池(蓄电池)21、控制电路单元32、设置在壳体22外周部分上的电开关33，等等。转动驱动致动器2的轴3的端部从壳体22的前端面向外突出。

在图15所示的实例中，牙刷本体24的类型是在其前端部沿大致垂直于牙刷本体24的纵向方向植入刷毛部分23，其以如下方式连接到轴3上，即牙刷本体24的手柄24a的后端部分可拆卸地连接到轴3的端部上，并且不能绕轴3的轴线旋转。如图1和图2所示，由于轴3的前端部附近形成具有大致呈D形的截面，通过在牙刷本体24的手柄部分24a上形成具有大致呈D形截面并且待安装到轴3前端部分的安装孔，可以限制牙刷本体24不绕轴3的轴线旋转。这样，牙刷本体24的刷毛部分23的突出方向与设置于壳体22上的电开关33之间的位置关系可以保持恒定，从而电动牙刷的操作性不会出现问题。

当操作如上构成的电动牙刷1的电开关33而向转动驱动致动器2的线圈7提供电流时，轴3可以执行绕其轴线的转动驱动。这样，连接在轴3上的牙刷本体24执行绕该轴线的转动驱动，从而可以通过往复地且线性地驱动刷毛部分23来进行刷牙。

如上所述，根据该实施例的转动驱动致动器被构造成，永磁体4形成为平板状并且安装到形成于磁轭5上的槽25中，从而各永磁体4的体积变得较小，并且简化了永磁体4的制造过程以及移动对象6的装配过程。这样，可以降低转动驱动致动器和使用该转动驱动致动器的电动牙刷的成本。

另外，根据本发明的转动驱动致动器2并不限于被用作电动牙刷1的驱动源，其可以广泛地用作电动剃须刀和其他装置的驱动源。

该申请基于在日本提交的日本专利申请2003-139572，在此通过参考上述专利申请的说明书及附图而援引其内容。

尽管已经参考附图通过实例的方式对本发明进行了全面的描述，但是应该理解，对于本领域的普通技术人员而言，各种改变和修改都是显而易见的。因此，除非这些变化和修改背离了本发明的范围，否则其应该被解释为包含在本发明中。

工业实用性

如上所述，在本发明的转动驱动致动器中，其构成为将平板状永磁体连接到形成于磁轭上的槽中，使得永磁体的体积变得更小，从而与将管状永磁体设置于保护罩的内表面上的传统情形相比，可以降低永磁体的材料成本。而且，沿厚度方向被磁化的平板状永磁体通过安装到磁轭的槽内来进行连接，使得永磁体的制造过程以及移动对象的装配过程变得简单，从而可以降低永磁体的制造成本以及移动对象的装配成本。再者，平板状永磁体的外表面的极性以及磁轭的外表面的极性彼此相反，使得永磁体的磁通很容易通过磁轭，这样可以有效地利用永磁体的磁通。结果，可以以低成本提供小型化、轻质化并且易于装配的转动驱动致动器。

而且，根据本发明的电动牙刷，如上所述可以使用可小型化、轻质化并且易于装配的低成本转动驱动致动器，从而可以实现电动牙刷的小型化、轻质化、改进的装配操作性以及降低的成本。

Claims (16)

1.一种转动驱动致动器，包括：

移动对象，其具有：枢转轴，该枢转轴能绕其轴线进行旋转；磁轭，该磁轭固定于所述轴上；和至少一个平板状的永磁体，所述永磁体绕所述轴的轴线紧邻所述磁轭连接并且沿其厚度方向被磁化；以及

管状定子，其具有：线圈，该线圈绕所述轴的轴线缠绕，以围绕所述移动对象；以及固定磁轭，所述固定磁轭由磁性材料制成，并在垂直于所述轴的轴线的方向上以预定间隙设置成面向所述磁轭和永磁体的最外周部分；并且

通过向所述线圈供应交变电流，而以转动驱动的方式绕所述轴的轴线在预定的角度范围内驱动所述移动对象。

2.如权利要求1所述的转动驱动致动器，其特征在于，所述平板状的永磁体设置在绕所述轴的轴线的多于两个的位置处，并且连接成使各所述平板状永磁体的极性相同。

3.如权利要求1所述的转动驱动致动器，其特征在于，所述磁轭为大致的管状体，其被压配合并固定到所述轴上，并且在所述磁轭的外表面上具有至少一个与所述轴的轴向平行的槽，所述永磁体安装到所述槽上。

4.如权利要求1所述的转动驱动致动器，其特征在于，还包括弹簧构件，用于将所述移动对象的旋转角度限制在一预定范围内。

5.如权利要求4所述的转动驱动致动器，其特征在于，还包括旋转限制结构，当从外部施加使移动对象绕所述轴的轴线旋转的力超过允许范围时，其用于机械地阻止所述移动构件的旋转。

6.如权利要求1所述的转动驱动致动器，其特征在于，所述固定磁轭沿所述轴的轴向设置在线圈架的两侧上，所述线圈绕所述线圈架缠绕，并且一个固定磁轭的磁极与另一个固定磁轭的磁极绕所述轴的轴线的位置并不一致。

7.如权利要求6所述的转动驱动致动器，其特征在于，在所述定子的至少一个固定磁轭上设置的磁极被定位成，在未对所述线圈供应电流的初始状态下面向所述平板状永磁体与所述移动对象的磁轭之间的接触位置。

8.如权利要求6所述的转动驱动致动器，其特征在于，在所述线圈架的、沿所述轴的轴向的端面上设置有固定磁轭定位部分，其用于将所述固定磁轭相对于所述线圈架绕所述轴的轴线进行定位。

9.如权利要求1所述的转动驱动致动器，其特征在于，

还包括：弹簧构件，其绕所述轴的轴线可旋转地支撑所述移动对象；以及减震心轴，其由所述弹簧构件沿着所述轴向并围绕所述轴的轴线支撑；

所述移动对象和所述弹簧构件构成所述转动驱动的振动系统；

所述减震心轴的重心位置设置在所述轴的轴线上；并且

当绕所述轴的轴线转动驱动所述移动对象时，所述减震心轴绕所述轴的轴线被反相地旋转驱动。

10.如权利要求9所述的转动驱动致动器，其特征在于，沿垂直于所述轴的轴线的方向在所述减震心轴和所述移动对象之间设置有间隙。

11.如权利要求9所述的转动驱动致动器，其特征在于，所速减震心轴的转动惯量被设置成大于所述移动对象被旋转驱动时的转动惯量。

12.如权利要求1所述的转动驱动致动器，其特征在于，

还包括：弹簧构件，用于绕所述轴的轴线可旋转地支撑所述移动对象；

所述移动对象和所述弹簧构件构成所述转动驱动的振动系统；并且

通过向所述线圈提供频率等于或接近所述振动系统的共振频率的交变电流而以转动驱动的方式驱动所述移动对象。

13.如权利要求1所述的转动驱动致动器，其特征在于，

还包括：弹簧构件，其用于绕所述轴的轴线可旋转地支撑所述移动对象；

所述移动对象和所述弹簧构件构成所述转动驱动的振动系统；并且

通过向所述线圈提供频率接近或低于所述振动系统的共振频率的交变电流而以转动驱动的方式驱动所述移动对象。

14.如权利要求1所述的转动驱动致动器，其特征在于，

还包括：弹簧构件，其用于绕所述轴的轴线可旋转地支撑所述移动对象；

所述移动对象和所述弹簧构件构成所述转动驱动的振动系统；并且

通过向所述线圈提供频率接近或高于所述振动系统的共振频率的交变电流而以转动驱动的方式驱动所述移动对象。

15.如权利要求1所述的转动驱动致动器，其特征在于，

还包括：大致呈管状的保护罩，所述定子固定在所述保护罩的内周面上；

在所述固定磁轭的外周面上平行于所述轴的轴线设置有外凸或内凹状的接合部分；并且

在所述保护罩的内周面上设置有内凹或外凸状的旋转限制部分，以与所述固定磁轭的所述接合部分接合，从而限制所述固定磁轭绕所述轴的轴线的旋转。

16.一种电动牙刷，包括：牙刷本体，其前端处植有刷毛；转动驱动致动器，其用于沿预定方向转动驱动所述牙刷本体；电源，其用于向所述转动驱动致动器供应电能；以及驱动电路，其用于向所述转动驱动致动器供应驱动电流；其特征在于：

所述转动驱动致动器包括：

移动对象，其具有：枢转轴，该枢转轴能绕其轴线进行旋转；磁轭，该磁轭固定于所述轴上；和至少一个平板状的永磁体，所述永磁体绕所述轴的轴线紧邻所述磁轭连接，并且沿其厚度方向被磁化；以及

管状定子，其具有：线圈，该线圈绕所述轴的轴线缠绕，以围绕所述移动对象；和固定磁轭，所述固定磁轭由磁性材料制成，并在垂直于所述轴的轴线的方向上以预定间隙被设置成面向所述磁轭和所述永磁体的最外周部分；并且

通过向所述线圈供应交变电流，而以转动驱动的方式绕所述轴的轴线在预定角度范围内驱动所述移动对象。

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