【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気駆動力で可動子を往復動作させて振動させる振動発生装置に関し、特に磁気駆動力を変化させて振動パターンを多彩に出力できる振動発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の振動発生装置としては、下記特許文献１に示すものがある。この特許文献１には、内側にコイルが固定されたヨークが設けられ、さらに前記ヨーク内には永久磁石が内蔵されたロータ（可動子）が回転可能に支持されている。またロータは扇形に形成され、偏心した状態で支持されている。
【０００３】
また、図４と図５は、それぞれ別の従来の振動発生装置を示す平面図である。図４に示す振動発生装置８０は、回転力を出力できるモータ８１を有し、このモータ８１の出力軸８２に扇状に形成された可動子８５が設けられている。この可動子８５は、前記出力軸８２に偏心した状態で固定されている。前記モータ８１は、ゴム等などの弾性部材８４を介してベース８３上に設置されている。この振動発生装置８０では、モータ８１の回転駆動力によって、可動子８５が偏心した状態で回転させられることにより振動が発生する。
【０００４】
図５に示す振動発生装置９０は、磁性材料で形成された１対の円柱状のコア９１，９２を有し、その各コア９１，９２の外周面にそれぞれコイル９３，９４が巻き付けられている。コア９１とコア９２には、Ｘ方向に延びる案内軸９５が設けられ、前記案内軸９５の端部がコア９１と９２にそれぞれ固定されている。また前記案内軸９５には、鉄やマグネット等で形成された可動子９６が移動自在に支持されている。この可動子９６は、Ｘ１側がＳ極に、Ｘ２側がＮ極に着磁されている。また前記可動子９６の近傍には、この可動子９６の位置を検出できる位置センサー９７が設けられている。
【０００５】
前記振動発生装置９０では、コイル９３を通電して可動子９６に対向するコア９１の対向面９１ａをＮ極に着磁させ、コイル９４を通電して可動子９６に対向するコア９２の対向面９２ａをＳ極に着磁させると、可動子９６は案内軸９５に案内されながらＸ１方向へ移動させられる。また逆にコア９１の可動子９６との対向面９１ａをＳ極に着磁させ、コア９２の可動子９６との対向面９２ａをＮ極に着磁させると、可動子９６はＸ２方向へ移動させられる。これを交互に実施できるように前記コイル９３，９４の通電のタイミングを切り替えることで、可動子９６を振動させることができる。なお、前記位置センサー９７では、前記可動子９６の位置を検出して、前記切り替え動作のタイミングが制御されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０５−０６４３９１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１と図４に示す従来の振動発生装置では、簡単な構造で振動を発生させることができるものの、振動の大きさを制御することは難しく、振動の大きさを変える際には重さの異なる可動子に交換したり、複数の振動発生装置を搭載する必要がある。
【０００８】
また図５に示す振動発生装置９０では、コイル９３，９４の通電のタイミングを制御して、可動子９６のＸ方向の移動量（ストローク）を調節することによって、振動の大きさを変化させることができる。しかし、可動子のストロークを大きくしたり、可動子を高速で反転動作させようとすると、多大な消費電力が必要になる。その結果、携帯用の電子機器など電池駆動される機器に搭載すると、多彩な振動を発生させることが難しくなる。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、消費電力を抑えつつ、多彩な振動を発生させることができる振動発生装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、移動自在に支持された可動子と、この可動子に対向して設けられた固定子と、前記可動子と前記固定子との間で磁気駆動力を発生させて前記可動子を往復動作させる磁気駆動手段を有し、
前記磁気駆動手段による磁気駆動力を可変にすることで、前記可動子と前記固定子との間に生じるばね力を変化させて、前記可動子を任意の動作パターンで駆動させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
例えば、前記ばね力は、同極に設定された前記可動子と前記固定子との間に発生する磁気反発力と、異極に設定された前記可動子と前記固定子との間に発生する磁気吸引力のいずれか一方を可変にすることにより発揮されるものである。
【００１２】
また、前記ばね力は、同極に設定された前記可動子と前記固定子との間に発生する磁気反発力と、異極に設定された前記可動子と前記固定子との間に発生する磁気吸引力をそれぞれ可変にすることにより発揮されるものであってもよい。
【００１３】
また、前記磁気反発力は、前記可動子と前記固定子にそれぞれ形成された互いの対向磁極面の面積を可変にすることで発生させられることが好ましく、これにより前記ばね力を変化させることができる。また前記磁気吸引力は、前記可動子と前記固定子にそれぞれ形成された対向磁極面の面積を可変にすることで発生させられるものでもよく、これにより前記ばね力を変化させることが可能になる。
【００１４】
例えば、前記可動子は扇状に形成され且つ回動自在に支持されており、前記可動子の各回動端にそれぞれ対向する固定子が設けられている構成にしてもよい。このとき前記可動子の重心が、前記回動中心から外れた位置に設定されていると、より大きな振動力を得ることができる。
【００１５】
また、前記可動子は、直線往復動作自在に支持される構成にしてもよい。
また本発明では、前記可動子には、前記固定子に対して接近する方向または離れる方向に付勢する弾性部材が設けられている構成であってもよい。この場合、前記弾性部材によるばね力と可動子と固定子との間に働くばね力とによって、可動子を動作させるばね力とすることができる。
【００１６】
また、前記可動子を前記ばね力で動作させるときの振動周波数を、共振周波数に設定すると、可動子をより少ない電力且つ大きな振動で効率的に動作させることができる。その結果、強い振動を発生させる場合であっても、低い消費電力で駆動できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態の振動発生装置を示す部分断面図である。
【００１８】
この振動発生装置１は、金属材料で扇状に形成された可動子２を有している。この可動子２は支持軸３に固定されて、この支持軸３が図示しないベース上に回動可能に支持されている。よって可動子２は、前記支持軸３を支点として紙面水平方向に回動自在となっている。
【００１９】
前記可動子２の外周面には、周方向に沿って一方の端部から他方の端部に向けて延びるマグネット４が設けられている。前記マグネット４では、Ｘ２側の端部がＮ極に着磁され、Ｘ１側の端部がＳ極に着磁されている。なお、このマグネット４は永久磁石によって形成されている。
【００２０】
前記振動発生装置１には、フェライトや鉄などの磁性材料で形成された固定子１１と１２が設けられている。前記固定子１１は、Ｎ極に磁化された前記マグネット４の対向磁極面４ａに対向する位置に設けられ、前記固定子１２は、Ｓ極に磁化された前記マグネットの対向磁極面４ｂに対向する位置に設けられている。前記固定子１１，１２の周囲には、それぞれ磁気駆動手段としてのコイル１３，１４が巻回されている。
【００２１】
前記固定子１１，１２には、永久磁石で形成された対向マグネット１５，１６がそれぞれ固定されている。前記対向マグネット１５，１６は、前記固定子１１，１２のコイル１３，１４を挟む逆側の基端部に固定され、互いに対向する方向へ延びて形成されている。前記対向マグネット１５は、前記対向マグネット１６に対向する側がＮ極に磁化されてその逆側がＳ極に磁化されている。また対向マグネット１６は、前記対向マグネット１５に対向する側がＳ極に磁化されてその逆側がＮ極に磁化されている。
【００２２】
また前記対向マグネット１５と１６の間には、コイルスプリングなどで形成された反発ばね１７が設けられており、対向マグネット１５，１６が互いに離れる方向へ常に付勢されている。
【００２３】
また本実施の形態の振動発生装置１では、前記固定子１１と１２の間隔を調節するための調整手段２０が設けられている。この調整手段２０は、前記対向マグネット１５，１６の位置を変化させることによって、前記固定子１１と１２の対向間隔を変化させることができるものである。
【００２４】
すなわち、前記対向マグネット１５，１６には、それぞれ軸受部２１，２２が固定されており、この軸受部２１，２２に棒状の軸部材２３が挿入されている。前記軸受部２１，２２が前記軸部材２３に対して摺動自在となっている。
【００２５】
前記軸受部２１，２２には、互いに対向する面に、磁性材料で形成された磁性体２４，２５が前記軸部材２３に挿通された状態で固定されている。また前記軸部材２３には、前記磁性体２４と２５の間において、磁性体からなるコア２６が、軸部材２３に挿入された状態で固定されている。前記コア２６には、その周囲に調整コイル２７が巻回されている。なお、前記磁性体２４，２５には、前記調整コイル２７が通電されたときに、その双方が前記コア２６側へ吸引する方向へ磁気力が発生するようになっている。
【００２６】
このように形成された前記調整手段２０では、前記調整コイル２７が通電されて磁性体２４，２５を吸引する吸引力がコア２６に発生すると、軸受部２１，２２が互いに接近する方向へ、前記反発ばね１７の弾性復帰力に反発しながら移動させられる。
【００２７】
次に、前記振動発生装置１の動作について説明する。なお、本実施の形態の対向磁極面とは、可動子に固定されたマグネット４の各端面４ａ，４ｂと、前記可動子２に対向する固定子１１，１２の端面１１ａ，１２ａを意味している。またコイル１３，１４が通電されていないときには、前記対向磁極面１１ａはＮ極に、前記対向磁極面１２ａはＳ極に着磁されているため、マグネット４の対向磁極面４ａ，４ｂと互いに同極に設定されて磁気反発力が発生し、可動子２が固定子１１や１２に吸着しないようになっている。
【００２８】
また、図示されているように、前記調整手段２０が動作しておらず、前記固定子１１，１２が初期状態に位置しているときには、可動子２の対向磁極面４ａと固定子１１の対向磁極面１１ａとは、互いに対向面積が同じに設定されている。また可動子２の対向磁極面４ｂと固定子１２の対向磁極面１２ａも同様に同じ面積で対向するように設定されている。よって、この初期状態において、可動子２の対向磁極面４ａ，４ｂと固定子１１，１２の対向磁極面１１，１２ａの対向面積が最大となる。
【００２９】
図１に示す状態において、コイル１３，１４を逆位相の電流として通電すると、各固定子１１，１２に交番磁界が発生し、この交番磁界により、可動子２と固定子１１，１２との間で回転往復動作による振動が引き起こされる。この場合、例えば、前記交番磁界によって、可動子２と固定子１１との間で磁気反発力を発生させ、可動子２と固定子１２との間で磁気吸引力を発生させることで、紙面時計回り方向へ可動子２を回動させることができる。そして今度は逆に可動子２と固定子１１との間で磁気吸引力を発生させ、可動子２と固定子１２との間で磁気反発力を発生させて、反時計回り方向へ回動させることができる。このように固定子１１，１２の対向磁極面１１ａ，１２ａに、可動子２に対する磁気反発力と磁気吸引力を交互に発生させることで、可動子２を支持軸３を支点として回転動作による振動を発生させることが可能になる。
【００３０】
また、前記調整コイル２７を通電して、磁性体２４，２５をコア２６へ吸着させる方向へ移動させると、軸受部２１，２２が、反発ばね１７の弾性力に抗しながら、互いに接近する方向へ移動する。よって、固定子１１と固定子１２との間隔が狭まることで、固定子１１の対向磁極面１１ａとマグネット４の対向磁極面４ａとの対向面積と、固定子１２の対向磁極面１２ａとマグネット４の対向磁極面４ｂとの対向面積がそれぞれ減少する。対向面積が減少することで、磁気によるばね力が減少して、前記とは異なる振動動作を発生させることが可能になる。
【００３１】
例えば、可動子２の質量をｍ、可動子２の回転中心Ｏから重心Ｇまでの距離をｒ、振動周波数をωとすると、可動子２が回転運動したときに得られるエネルギー（Ｅ）は、Ｅ＝ｍｒω２で表すことができる。また振動周波数ωは、√（ｋ／ｍ）に比例している。前記式より、質量ｍは常に一定であるので、磁気ばね定数ｋを可変にできれば、振動周波数ωを可変できるようになる。前記磁気ばね定数ｋは、ばね力をＦとし、ストロークをｘとすると、Ｆ＝ｋｘで表わすことができる。よって、磁気ばね定数を可変にするには、ばね力Ｆを可変できれば可能になる。
【００３２】
前記ばね力Ｆは、可動子２の対向磁極面４ａ，４ｂと固定子１１，１２の対向磁極面１１ａ，１２ａとの面積によって変化せることができるので、本実施の形態の振動発生装置１を用いることで磁気ばね定数ｋを可変にできる。
【００３３】
したがって、振動周波数ωを可変にできるので、そのとき得られるエネルギーは、ω２に比例にして変化させることができる。このように磁気によるばね力を可変にすることで、可動子２の回転のストロークを変更せずに振動のパターンを変えることができる。よって、より多彩な振動のパターンを発生させることができる。
【００３４】
また、前記振動発生装置１では、コイル１３，１４に与える電流を制御して、可動子２の回転動作のストロークを可変にすれば、同じ振動周波数で強さの異なる振動を得ることもできる。
【００３５】
また前記振動発生装置１では、前記振動周波数ωを共振周波数に設定すると効率的に振動を発生できる。すなわち、少ない電力でより大きな振動を発生させることができる。
【００３６】
なお、前記振動発生装置１では、一方のコイル１３を通電して磁気吸引力を発生させて、可動子２を固定子１１側へ可動限界位置まで近づけた後に、前記コイル１３への通電を停止することによって磁気反発力を発生させるという制御を繰り返すことによって振動させるようにしてもよい。このように制御すると、可動子２を減衰振動するように動作させることができる。
【００３７】
また、可動子２の振動周波数を制御する方法としては、コイル１３，１４に誘起される逆起電力を監視することにより可能となる。例えば、コイル１３，１４に磁界がかかっており、この磁界が変化した場合に、磁束の変化に対応した電流がコイル１３，１４に誘起される。このとき誘起される電圧は、磁束の変化速度に比例した値になるので、この値を検出することにより、可動子２の速度を検出することが可能になる。またこの速度の変化を監視することにより、発生している固有の振動数を検出することもできる。また可動子２の振動の振幅（ストローク）については、速度の積分が変移量であることを利用して算出することができる。このような検出機構を設けることにより、可動子２の位置を検出するための特別なセンサーを設ける必要がなくなる。
【００３８】
また、図１に示す実施の形態では、調整手段２０として磁気吸引力を利用した機構について記載しているが、可動子２と固定子１１，１２との対向面積を可変にできるものであればこれに限られるものではなく、例えばステッピングモータとスクリュー軸とで調整手段を構成して、固定子１１と１２の間隔を調整できるようにしてもよい。
【００３９】
図２は、本発明の第２の実施の形態の振動発生装置を示す平面図である。
この振動発生装置３０は、円柱状や四角柱状に形成された可動子３１を有し、この可動子３１に対向し円柱状や四角柱状に形成された固定子３３が設けられている。可動子３１には、前記固定子３３とは逆のＺ１側に円錐状のコイルスプリングで形成された弾性部材３２が固定され、この弾性部材３２のＺ１側が図示しないシャーシなどのベースに支持されている。また可動子３１の先端部には、永久磁石で形成されたマグネット３４が固定されており、このマグネット３４は前記固定子３３と対向するＺ２側がＳ極に着磁され、Ｚ１側がＮ極に着磁されている。
【００４０】
前記固定子３３には、前記可動子３１に対向する側に対向マグネット３６が固定されている。この対向マグネット３６は、永久磁石からなり、前記マグネット３４と対向するＺ１側がＳ極に着磁され、Ｚ２側がＮ極に着磁されている。よって前記可動子３１と固定子３３との間で磁気反発力が発生している。また前記固定子３３には、その周囲に磁気駆動手段としてのコイル３８が巻き付けられている。
【００４１】
図２に示す実施の形態では、可動子３１の対向磁極面３５ａと固定子３３の対向磁極面３７ａが互いに同極に設定されているので、可動子３１と固定子３３とが吸着することがなく、可動子３１と固定子３３とが所定間隔離間した状態に設定されている。
【００４２】
コイル３８を通電して固定子３３にＺ２方向の磁界を発生させると、前記可動子３１では前記固定子３３からの磁気反発力が増大して、前記可動子３１は弾性部材３２の弾性復帰力に反発して、可動子３１がＺ１方向へ移動させられる。そして、コイル３８の通電を停止させると、可動子３１は初期の位置へ復帰する。このとき、可動子３１と固定子３３との間での磁気によるばね力と、弾性部材３２によるばね力とによって可動子３１が減衰振動しながら初期状態へ復帰する。
【００４３】
例えば、弾性部材３２のばね定数をｋ２とし、可動子３１と固定子３３との間に生じる磁気ばね定数をｋ３とすると、この振動発生装置３０におけるトータルのばね定数はｋ４（＝ｋ２＋ｋ３）となる。弾性部材３２のばね定数は一定であるが、磁気ばね定数ｋ３は、コイル３８に通電する電流量によって可変できるので、全体としてばね定数を可変にできる。よって図１に示す実施の形態において説明したように、得られる振動の振動周波数を変化させることができる。したがって、図２に示す実施の形態においても、任意の大きさの振動を発生させることができる。またこの振動発生装置３０においても、可動子３１を駆動させるときの振動周波数を共振周波数に設定して駆動させることで、より効率的に振動させることができる。
【００４４】
なお、図２に示す実施の形態において、可動子３１を弾性部材３２とともに可動子３１の移動方向に対して垂直方向へ移動できるように支持して、可動子３１と固定子３３との互いの対向磁極面の対向面積を可変にするようにしてもよい。
【００４５】
図３は、本発明の第３の実施の形態の振動発生装置を示す斜視図である。
この振動発生装置４０は、四角柱状に形成された可動子４１を有している。この可動子４１は、四角柱状の永久磁石で形成されたマグネット４２，４３が一体に組み合わされたものである。
【００４６】
前記可動子４１のＺ方向の両側には、固定子４４，４７が設けられており、固定子４４と４７との間において前記可動子４１がＺ方向に移動可能となるように設定されている。前記固定子４４は、永久磁石により直方体状に形成された対向マグネット４５，４６が一体に組み合わされたものであり、前記固定子４７も同様に対向マグネット４８，４９が一体に組み合わされたものである。また前記固定子４４，４７は、回動軸５０，５１によってそれぞれ回転自在に支持されている。
【００４７】
なお、前記可動子４１と前記固定子４４，４７では、その全体がマグネットで形成されている必要はなく、可動子４１の前記固定子４４，４７との対向面だけにマグネットが設けられている構成でもよい。また固定子４４，４７も同様に可動子４１との対向面だけにマグネットが設けられている構成であってもよい
前記マグネット４２は、固定子４４に向く対向磁極面４２ａがＮ極に、固定子４７に向く対向磁極面４２ｂがＳ極に着磁されている。また前記マグネット４３は、前記とは逆に固定子４４に向く対向磁極面４３ａがＳ極に、固定子４７に向く対向磁極面４３ｂがＮ極に着磁されている。なお、図３に示す実施の形態では前記対向磁極面４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂはいずれも同じ面積となるように形成されている。
【００４８】
前記対向マグネット４５，４６は、前記可動子４１に向く対向磁極面４５ａ，４６ａがそれぞれＮ極とＳ極に設定されている。また前記対向マグネット４８，４９は、前記可動子４１に向く対向磁極面４８ａ，４９ａがそれぞれＳ極，Ｎ極に設定されている。これら対向磁極面４５ａ，４６ａ，４８ａ，４９ａも前記対向磁極面４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂと同じ面積になるように設定されている。
【００４９】
図３に示す実施の形態では、可動子４１および固定子４４，４７の一部または全部を構成している各マグネット４２，４３，４５，４６，４８，４９により磁気駆動手段が形成されている。図３は、可動子４１と固定子４４，４７との対向面がいずれも同極となるように位置して磁気反発力が発生している状態である。よって、可動子４１と固定子４４との間の磁気反発力と、可動子４１と固定子４７との間の磁気反発力が釣り合う位置で停止している。
【００５０】
前記振動発生装置４０では、例えば、前記可動子４１に対して前記固定子４４を図３に示す位置から９０度回転させると、マグネット４２，４３とマグネット４５，４６との対向面でのＮ極（Ｓ極）とＮ極（Ｓ極）による同極の対向面積と、Ｓ極とＮ極による異極の対向面積とは等しくなる。これにより、磁気反発力と磁気吸引力とが釣り合った状態になる。このように、図３に示す状態を０度とし、固定子４４を９０度回転させると、０度と９０度の間で磁気反発力をリニアに変化させることが可能になる。これは、可動子４１と固定子４７との間においても同様である。
【００５１】
したがって、固定子４７を固定子４４に対して９０度遅らせた状態で回転させると、可動子４１と固定子４４との間で磁気反発力と磁気吸引力とが釣り合ったときに、可動子４１と固定子４７との間で磁気反発力が最大になって、可動子４１を固定子４４側に移動させることができる。さらに固定子４４，４７を所定角度回転させると、前記とは逆に可動子４１と固定子４４との間で磁気反発力が最大になり、可動子４１と固定子４７との間で磁気反発力と磁気吸引力が釣り合って、可動子４１を前記とは逆の固定子４７側に移動させることができる。このような動作を繰り返すことにより、可動子４１をＺ方向に直線往復動作させることが可能になる。
【００５２】
なお、可動子４１を往復動作させる方法としては、可動子４１と固定子４４，４７との対向面積を可変にできるものであれば、上記実施の形態に限られるものではなく、例えば、固定子４４，４７を可動子４１の動作方向に対して垂直方向に移動可能な駆動機構を設けてもよい。またこの場合には、可動子４１と固定子４４，４７との対向面の磁極を単極にしてもよいし、２極のままであってもよい。あるいは、磁極を３極以上に形成してもよい。
【００５３】
図３に示す実施の形態においても、可動子４１と固定子４４，４７との間においてそれぞれ磁気によるばね力が発生するものとなる。前記したように、可動子４１と固定子４４，４７との間での対向磁極面の面積を可変にすることで、各ばね力を変化せることができる。ばね力を可変にできるので、図１の実施の形態で説明したように、多彩な動作パターンで可動子４１を往復動作させることが可能になる。
【００５４】
すなわち、図３に示す実施の形態での振動エネルギー（Ｅ）は、可動子４１の質量をｍ、可動子４１の振幅（ストローク）をｘ、そして振動周波数をωとすると、Ｅ＝ｍｘω２で表わすことができる。可動子４１と固定子４４，４７との間での磁気反発力をそれぞれ可変にでき、振動周波数を可変にできるので、可動子４１のストロークを変えなくても、エネルギー（振動の強弱）を変化させることができる。なお、この実施の形態においても、可動子４１を駆動させる振動周波数を共振周波数に設定すると、消費電力を抑えた状態で大きな振動を発生させることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明した本発明は、任意の大きさの振動を発生させることができ、しかも大きな振動を発生させる場合であっても、低い消費電力で駆動させることができる。また、可動子が往復動作するストロークを変えなくても、多彩な振動を発生できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の振動発生装置の第１の実施の形態の断面図、
【図２】本発明の振動発生装置の第２の実施の形態の斜視図、
【図３】本発明の振動発生装置の第３の実施の形態の平面図、
【図４】従来の振動発生装置を示す平面図、
【図５】従来の他の振動発生装置を示す平面図、
【符号の説明】
２，３１，４１ 可動子
４，３４，４２，４３ マグネット
１１，１２，３３，４４，４７ 固定子
１３，１４ コイル
１５，１６，３６，４５，４６，４８，４９ 対向マグネット
２０ 調整手段
３２ 弾性部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vibration generator that reciprocates a movable element with a magnetic driving force to vibrate, and more particularly to a vibration generator that can output a vibration pattern in various ways by changing a magnetic driving force.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art As a conventional vibration generator, there is one disclosed in Patent Document 1 below. In Patent Document 1, a yoke having a coil fixed inside is provided, and a rotor (movable element) having a built-in permanent magnet is rotatably supported in the yoke. The rotor is formed in a fan shape and is supported eccentrically.
[0003]
4 and 5 are plan views showing different conventional vibration generators. The vibration generating device 80 shown in FIG. 4 has a motor 81 capable of outputting a rotational force, and an output shaft 82 of the motor 81 is provided with a mover 85 formed in a fan shape. The mover 85 is fixed to the output shaft 82 in an eccentric state. The motor 81 is mounted on a base 83 via an elastic member 84 such as rubber. In the vibration generator 80, vibration is generated by rotating the mover 85 in an eccentric state by the rotational driving force of the motor 81.
[0004]
The vibration generating device 90 shown in FIG. 5 has a pair of cylindrical cores 91 and 92 formed of a magnetic material, and coils 93 and 94 are wound around the outer peripheral surfaces of the cores 91 and 92, respectively. . The core 91 and the core 92 are provided with a guide shaft 95 extending in the X direction, and the ends of the guide shaft 95 are fixed to the cores 91 and 92, respectively. A mover 96 formed of iron, a magnet, or the like is movably supported on the guide shaft 95. The mover 96 is magnetized to the S pole on the X1 side and to the N pole on the X2 side. In the vicinity of the mover 96, a position sensor 97 capable of detecting the position of the mover 96 is provided.
[0005]
In the vibration generator 90, the coil 93 is energized to magnetize the opposing surface 91 a of the core 91 facing the mover 96 to the N pole, and the coil 94 is energized to oppose the core 92 facing the mover 96. When the pole 92a is magnetized to the S pole, the mover 96 is moved in the X1 direction while being guided by the guide shaft 95. Conversely, when the surface 91a of the core 91 facing the mover 96 is magnetized to the S pole and the surface 92a of the core 92 facing the mover 96 is magnetized to the N pole, the mover 96 moves in the X2 direction. Let me do. The movable element 96 can be vibrated by switching the energization timing of the coils 93 and 94 so that this can be performed alternately. Note that the position sensor 97 detects the position of the mover 96 and controls the timing of the switching operation.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-064391
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional vibration generators shown in Patent Document 1 and FIG. 4, although the vibration can be generated with a simple structure, it is difficult to control the magnitude of the vibration. It is necessary to replace the mover with a different weight or to mount a plurality of vibration generators.
[0008]
In the vibration generator 90 shown in FIG. 5, the magnitude of vibration is changed by controlling the timing of energizing the coils 93 and 94 to adjust the amount of movement (stroke) of the mover 96 in the X direction. Can be. However, increasing the stroke of the mover or reversing the mover at a high speed requires a large amount of power consumption. As a result, when mounted on a battery-driven device such as a portable electronic device, it becomes difficult to generate various vibrations.
[0009]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a vibration generator capable of generating various vibrations while suppressing power consumption.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a movable element movably supported, a stator provided to face the movable element, and a magnetic driving force generated between the movable element and the stator to form the movable element. Having magnetic drive means for reciprocating operation,
By making the magnetic driving force by the magnetic driving means variable, the spring force generated between the mover and the stator is changed to drive the mover in an arbitrary operation pattern. It is a feature.
[0011]
For example, the spring force is generated between a magnetic repulsive force generated between the mover and the stator set to the same polarity, and generated between the mover and the stator set to the different polarity. This is achieved by making any one of the magnetic attractive forces variable.
[0012]
Further, the spring force is generated between a magnetic repulsive force generated between the mover and the stator set to the same polarity, and generated between the mover and the stator set to different polarities. It may be exerted by making the magnetic attraction force variable.
[0013]
Further, it is preferable that the magnetic repulsive force is generated by changing the area of the opposing magnetic pole surfaces formed on the mover and the stator, respectively, thereby changing the spring force. it can. Further, the magnetic attraction force may be generated by changing the area of opposing magnetic pole faces formed on the mover and the stator, respectively, and thereby the spring force can be changed. .
[0014]
For example, the mover may be formed in a fan shape and rotatably supported, and a stator may be provided at each rotating end of the mover. At this time, when the center of gravity of the mover is set at a position deviated from the rotation center, a larger vibration force can be obtained.
[0015]
Further, the mover may be configured to be supported so as to be capable of linearly reciprocating.
In the present invention, the movable element may be provided with an elastic member that urges the movable element toward or away from the stator. In this case, the spring force for operating the mover can be obtained by the spring force of the elastic member and the spring force acting between the mover and the stator.
[0016]
Further, when the vibration frequency at which the mover is operated by the spring force is set to the resonance frequency, the mover can be efficiently operated with less electric power and large vibration. As a result, even when strong vibration is generated, driving can be performed with low power consumption.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a partial cross-sectional view illustrating a vibration generator according to a first embodiment of the present invention.
[0018]
The vibration generator 1 has a mover 2 formed in a fan shape from a metal material. The mover 2 is fixed to a support shaft 3, and the support shaft 3 is rotatably supported on a base (not shown). Accordingly, the mover 2 is rotatable in the horizontal direction on the paper about the support shaft 3 as a fulcrum.
[0019]
A magnet 4 extending from one end to the other end along the circumferential direction is provided on the outer peripheral surface of the mover 2. In the magnet 4, the end on the X2 side is magnetized to the N pole, and the end on the X1 side is magnetized to the S pole. The magnet 4 is formed by a permanent magnet.
[0020]
The vibration generator 1 is provided with stators 11 and 12 formed of a magnetic material such as ferrite or iron. The stator 11 is provided at a position facing the opposing magnetic pole surface 4a of the magnet 4 magnetized to the N pole, and the stator 12 opposes the opposing magnetic pole surface 4b of the magnet magnetized to the S pole. Position. Coils 13 and 14 are wound around the stators 11 and 12, respectively, as magnetic driving means.
[0021]
Opposite magnets 15, 16 formed of permanent magnets are fixed to the stators 11, 12, respectively. The opposed magnets 15 and 16 are fixed to opposite base ends of the stators 11 and 12 with the coils 13 and 14 interposed therebetween, and are formed so as to extend in directions facing each other. The opposite magnet 15 has its N-pole magnetized on the side facing the opposed magnet 16 and its S-pole magnetized on the opposite side. The opposite magnet 16 has its S-pole magnetized on the side facing the opposed magnet 15 and its N-pole magnetized on the opposite side.
[0022]
Further, a rebound spring 17 formed of a coil spring or the like is provided between the opposed magnets 15 and 16, and the opposed magnets 15 and 16 are constantly urged in a direction away from each other.
[0023]
Further, in the vibration generator 1 of the present embodiment, an adjusting means 20 for adjusting the interval between the stators 11 and 12 is provided. The adjusting means 20 can change the facing distance between the stators 11 and 12 by changing the positions of the opposed magnets 15 and 16.
[0024]
That is, bearing portions 21 and 22 are fixed to the opposed magnets 15 and 16, respectively, and a rod-shaped shaft member 23 is inserted into the bearing portions 21 and 22. The bearing portions 21 and 22 are slidable with respect to the shaft member 23.
[0025]
Magnetic bodies 24 and 25 made of a magnetic material are fixed to the bearing portions 21 and 22 so as to be inserted into the shaft member 23 on surfaces facing each other. A core 26 made of a magnetic material is fixed to the shaft member 23 between the magnetic members 24 and 25 while being inserted into the shaft member 23. An adjusting coil 27 is wound around the core 26. When the adjusting coil 27 is energized, a magnetic force is generated in the magnetic members 24 and 25 in a direction in which both are attracted to the core 26 side.
[0026]
In the adjusting means 20 formed as described above, when the adjusting coil 27 is energized and an attractive force for attracting the magnetic bodies 24 and 25 is generated in the core 26, the bearings 21 and 22 move in the direction in which the bearings 21 and 22 approach each other. It is moved while repelling the elastic return force of the repulsion spring 17.
[0027]
Next, the operation of the vibration generator 1 will be described. The opposing magnetic pole faces of the present embodiment mean the end faces 4a and 4b of the magnet 4 fixed to the mover and the end faces 11a and 12a of the stators 11 and 12 facing the mover 2. I have. When the coils 13 and 14 are not energized, the opposing magnetic pole surface 11a is magnetized to the N pole and the opposing magnetic pole surface 12a is magnetized to the S pole, so that the opposing magnetic pole surfaces 4a and 4b of the magnet 4 are the same. The poles are set to generate a magnetic repulsive force so that the mover 2 does not stick to the stators 11 and 12.
[0028]
As shown, when the adjusting means 20 is not operating and the stators 11 and 12 are in the initial state, the opposing magnetic pole surface 4a of the mover 2 The areas facing the magnetic pole surface 11a are set to be the same. Similarly, the opposing magnetic pole surface 4b of the mover 2 and the opposing magnetic pole surface 12a of the stator 12 are similarly set to oppose each other with the same area. Therefore, in this initial state, the opposing area between the opposing magnetic pole faces 4a, 4b of the mover 2 and the opposing magnetic pole faces 11, 12a of the stators 11, 12 is maximized.
[0029]
In the state shown in FIG. 1, when the coils 13 and 14 are energized as currents of opposite phases, an alternating magnetic field is generated in each of the stators 11 and 12, and the alternating magnetic field causes a gap between the mover 2 and the stators 11 and 12. Causes vibration due to the rotary reciprocating operation. In this case, for example, the alternating magnetic field generates a magnetic repulsive force between the mover 2 and the stator 11 and a magnetic attraction force between the mover 2 and the stator 12, so that the clock on the paper The mover 2 can be rotated in the circumferential direction. Then, conversely, a magnetic attraction force is generated between the mover 2 and the stator 11, and a magnetic repulsion force is generated between the mover 2 and the stator 12, and the counterclockwise rotation is performed. be able to. As described above, the magnetic repulsion force and the magnetic attraction force for the mover 2 are alternately generated on the opposing magnetic pole surfaces 11a and 12a of the stators 11 and 12, so that the vibration by the rotation operation with the mover 2 as the fulcrum about the support shaft 3 is provided. Can be generated.
[0030]
When the adjusting coil 27 is energized to move the magnetic bodies 24 and 25 in a direction to attract the core 26, the bearings 21 and 22 move toward each other while resisting the elastic force of the rebound spring 17. Move to Therefore, the distance between the opposed magnetic pole surface 11a of the stator 11 and the opposed magnetic pole surface 4a of the magnet 4 and the distance between the opposed magnetic pole surface 12a of the stator 12 and the magnet 4 are reduced by reducing the distance between the stator 11 and the stator 12. Respectively, and the area facing the opposite magnetic pole surface 4b decreases. By reducing the facing area, the spring force due to magnetism decreases, and it becomes possible to generate a vibration operation different from the above.
[0031]
For example, if the mass of the mover 2 is m, the distance from the rotation center O of the mover 2 to the center of gravity G is r, and the vibration frequency is ω, the energy (E) obtained when the mover 2 rotates is it can be expressed by E = mrω 2. The vibration frequency ω is proportional to √ (k / m). According to the above equation, since the mass m is always constant, if the magnetic spring constant k can be varied, the vibration frequency ω can be varied. The magnetic spring constant k can be expressed by F = kx where F is the spring force and x is the stroke. Therefore, it is possible to change the magnetic spring constant if the spring force F can be changed.
[0032]
The spring force F can be changed by the area of the opposing magnetic pole faces 4a, 4b of the mover 2 and the opposing magnetic pole faces 11a, 12a of the stators 11, 12, so that the vibration generator 1 of the present embodiment can be changed. By using this, the magnetic spring constant k can be varied.
[0033]
Therefore, it is possible to the vibration frequency omega variable, energy obtained at that time, can be varied in the proportion to omega 2. By making the spring force by magnetism variable, the vibration pattern can be changed without changing the rotation stroke of the mover 2. Therefore, more various vibration patterns can be generated.
[0034]
Further, in the vibration generator 1, if the current applied to the coils 13 and 14 is controlled to change the stroke of the rotating operation of the mover 2, vibrations having different intensities can be obtained at the same vibration frequency.
[0035]
Further, in the vibration generator 1, when the vibration frequency ω is set to the resonance frequency, vibration can be generated efficiently. That is, larger vibration can be generated with a small amount of power.
[0036]
In the vibration generator 1, after energizing one of the coils 13 to generate a magnetic attraction force and moving the movable element 2 closer to the stator 11 to the movable limit position, the energization of the coil 13 is stopped. Alternatively, the control may be repeated to generate a magnetic repulsive force, thereby causing vibration. With such control, the mover 2 can be operated so as to perform damped vibration.
[0037]
Further, a method of controlling the vibration frequency of the mover 2 can be realized by monitoring the back electromotive force induced in the coils 13 and 14. For example, a magnetic field is applied to the coils 13 and 14, and when the magnetic field changes, a current corresponding to the change in the magnetic flux is induced in the coils 13 and 14. The voltage induced at this time has a value proportional to the changing speed of the magnetic flux. By detecting this value, the speed of the mover 2 can be detected. Further, by monitoring the change in the speed, it is possible to detect the inherent frequency that occurs. Further, the amplitude (stroke) of the vibration of the mover 2 can be calculated using the fact that the integral of the speed is the amount of displacement. By providing such a detection mechanism, it is not necessary to provide a special sensor for detecting the position of the mover 2.
[0038]
In the embodiment shown in FIG. 1, a mechanism using a magnetic attraction force is described as the adjusting means 20, but any mechanism that can change the facing area between the mover 2 and the stators 11 and 12 can be used. However, the present invention is not limited to this. For example, an adjusting unit may be configured by a stepping motor and a screw shaft so that the distance between the stators 11 and 12 can be adjusted.
[0039]
FIG. 2 is a plan view showing a vibration generator according to a second embodiment of the present invention.
The vibration generating device 30 has a movable element 31 formed in a columnar or quadrangular column shape, and a stator 33 formed in a columnar or quadrangular column shape facing the movable element 31 is provided. An elastic member 32 formed of a conical coil spring is fixed to the mover 31 on the Z1 side opposite to the stator 33, and the Z1 side of the elastic member 32 is supported by a base such as a chassis (not shown). I have. A magnet 34 formed of a permanent magnet is fixed to the tip of the mover 31. The magnet 34 is magnetized to the S pole on the Z2 side facing the stator 33, and is magnetized to the N pole on the Z1 side. Magnetized.
[0040]
An opposing magnet 36 is fixed to the stator 33 on a side facing the mover 31. The opposing magnet 36 is made of a permanent magnet, and the Z1 side facing the magnet 34 is magnetized to the S pole, and the Z2 side is magnetized to the N pole. Therefore, a magnetic repulsive force is generated between the mover 31 and the stator 33. A coil 38 as a magnetic driving means is wound around the stator 33.
[0041]
In the embodiment shown in FIG. 2, the opposed magnetic pole surface 35a of the mover 31 and the opposed magnetic pole surface 37a of the stator 33 are set to have the same polarity, so that the movable member 31 and the stator 33 may be attracted. Instead, the mover 31 and the stator 33 are set to be separated from each other by a predetermined distance.
[0042]
When the coil 38 is energized to generate a magnetic field in the Z2 direction in the stator 33, the magnetic repulsive force from the stator 33 increases in the mover 31, and the mover 31 exerts an elastic return force of the elastic member 32. , The mover 31 is moved in the Z1 direction. When the energization of the coil 38 is stopped, the mover 31 returns to the initial position. At this time, the movable element 31 returns to the initial state while damping and vibrating due to the spring force of the magnetism between the movable element 31 and the stator 33 and the spring force of the elastic member 32.
[0043]
For example, assuming that the spring constant of the elastic member 32 is k2 and the magnetic spring constant generated between the mover 31 and the stator 33 is k3, the total spring constant of the vibration generator 30 is k4 (= k2 + k3). . Although the spring constant of the elastic member 32 is constant, the magnetic spring constant k3 can be changed by the amount of current supplied to the coil 38, so that the spring constant can be changed as a whole. Therefore, as described in the embodiment shown in FIG. 1, the vibration frequency of the obtained vibration can be changed. Therefore, also in the embodiment shown in FIG. 2, vibration of any magnitude can be generated. Also in this vibration generator 30, by setting the vibration frequency at the time of driving the mover 31 to the resonance frequency and driving, the vibration can be more efficiently performed.
[0044]
In the embodiment shown in FIG. 2, the movable element 31 is supported together with the elastic member 32 so as to be movable in a direction perpendicular to the moving direction of the movable element 31, so that the movable element 31 and the stator 33 The opposing area of the opposing magnetic pole surface may be made variable.
[0045]
FIG. 3 is a perspective view showing a vibration generator according to a third embodiment of the present invention.
The vibration generating device 40 has a movable element 41 formed in a quadrangular prism shape. The mover 41 is formed by integrally combining magnets 42 and 43 formed of quadrangular columnar permanent magnets.
[0046]
Stators 44 and 47 are provided on both sides of the mover 41 in the Z direction, and the mover 41 is set to be movable in the Z direction between the stators 44 and 47. . The stator 44 is formed by integrally combining opposing magnets 45 and 46 formed in a rectangular parallelepiped shape by permanent magnets, and the stator 47 is similarly formed by integrally combining opposing magnets 48 and 49. is there. The stators 44 and 47 are rotatably supported by rotating shafts 50 and 51, respectively.
[0047]
The mover 41 and the stators 44 and 47 do not need to be entirely formed of magnets, and magnets are provided only on the surfaces of the mover 41 facing the stators 44 and 47. A configuration may be used. Similarly, the stators 44 and 47 may have a configuration in which a magnet is provided only on the surface facing the mover 41. The magnet 42 is configured such that the facing magnetic pole surface 42a facing the stator 44 is fixed to the N pole. The opposing magnetic pole surface 42b facing the element 47 is magnetized to the S pole. In the magnet 43, the opposite magnetic pole surface 43a facing the stator 44 is magnetized to the south pole, and the opposite magnetic pole surface 43b facing the stator 47 is magnetized to the north pole. In the embodiment shown in FIG. 3, the facing magnetic pole surfaces 42a, 42b, 43a, 43b are all formed to have the same area.
[0048]
The opposing magnets 45 and 46 have opposing magnetic pole surfaces 45a and 46a facing the mover 41 set to N pole and S pole, respectively. In the opposed magnets 48 and 49, opposed magnetic pole faces 48a and 49a facing the mover 41 are set to S pole and N pole, respectively. These opposed magnetic pole faces 45a, 46a, 48a, 49a are also set to have the same area as the opposed magnetic pole faces 42a, 42b, 43a, 43b.
[0049]
In the embodiment shown in FIG. 3, each of the magnets 42, 43, 45, 46, 48, and 49 constituting a part or all of the mover 41 and the stators 44 and 47 forms a magnetic drive unit. . FIG. 3 shows a state in which the opposing surfaces of the mover 41 and the stators 44 and 47 have the same polarity, and a magnetic repulsive force is generated. Therefore, it stops at the position where the magnetic repulsion between the mover 41 and the stator 44 and the magnetic repulsion between the mover 41 and the stator 47 are balanced.
[0050]
In the vibration generator 40, for example, when the stator 44 is rotated 90 degrees from the position shown in FIG. 3 with respect to the mover 41, the N pole on the opposing surfaces of the magnets 42 and 43 and the magnets 45 and 46 The facing area of the same pole by the (S pole) and the N pole (S pole) is equal to the facing area of the different pole by the S pole and the N pole. Thereby, the magnetic repulsion force and the magnetic attraction force are in a state of being balanced. Thus, when the state shown in FIG. 3 is set to 0 degree and the stator 44 is rotated by 90 degrees, the magnetic repulsive force can be changed linearly between 0 degree and 90 degrees. This is the same between the mover 41 and the stator 47.
[0051]
Therefore, when the stator 47 is rotated in a state of being delayed by 90 degrees with respect to the stator 44, when the magnetic repulsive force and the magnetic attraction force are balanced between the movable member 41 and the stator 44, the movable member 41 is rotated. The magnetic repulsion between the armature and the stator 47 is maximized, and the mover 41 can be moved to the stator 44 side. When the stators 44 and 47 are further rotated by a predetermined angle, the magnetic repulsion between the mover 41 and the stator 44 is maximized, and the magnetic repulsion between the mover 41 and the stator 47 is reversed. When the force and the magnetic attraction force are balanced, the mover 41 can be moved to the stator 47 side opposite to the above. By repeating such an operation, the mover 41 can be linearly reciprocated in the Z direction.
[0052]
The method of reciprocating the mover 41 is not limited to the above embodiment as long as the opposing area between the mover 41 and the stators 44 and 47 can be changed. A drive mechanism capable of moving the moving members 44 and 47 in the direction perpendicular to the operation direction of the mover 41 may be provided. In this case, the magnetic poles on the opposing surfaces of the mover 41 and the stators 44 and 47 may be monopolar or may remain two poles. Alternatively, three or more magnetic poles may be formed.
[0053]
Also in the embodiment shown in FIG. 3, a spring force due to magnetism is generated between the mover 41 and the stators 44 and 47, respectively. As described above, the spring force can be changed by changing the area of the opposing magnetic pole surface between the mover 41 and the stators 44 and 47. Since the spring force can be varied, the movable element 41 can be reciprocated in various operation patterns as described in the embodiment of FIG.
[0054]
That is, vibration energy of the embodiment shown in FIG. 3 (E) the mass of the mover 41 m, the amplitude of the movable element 41 (stroke) x, and the oscillation frequency when the omega, with E = mxω 2 Can be represented. Since the magnetic repulsion between the mover 41 and the stators 44 and 47 can be varied and the vibration frequency can be varied, the energy (strength of vibration) can be changed without changing the stroke of the mover 41. Can be done. Also in this embodiment, when the vibration frequency for driving the mover 41 is set to the resonance frequency, a large vibration can be generated with the power consumption suppressed.
[0055]
【The invention's effect】
The present invention described above can generate vibration of any magnitude, and can be driven with low power consumption even when generating large vibration. Also, various vibrations can be generated without changing the stroke of the reciprocating motion of the mover.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of a vibration generator according to the present invention;
FIG. 2 is a perspective view of a vibration generator according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a plan view of a third embodiment of the vibration generator according to the present invention;
FIG. 4 is a plan view showing a conventional vibration generator.
FIG. 5 is a plan view showing another conventional vibration generator.
[Explanation of symbols]
2, 31, 41 Mover 4, 34, 42, 43 Magnet 11, 12, 33, 44, 47 Stator 13, 14 Coil 15, 16, 36, 45, 46, 48, 49 Opposing magnet 20 Adjusting means 32 Elasticity Element
