KR100664638B1 - 진동 선형 구동기와 이를 이용한 전기 칫솔 - Google Patents

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 진동 선형 구동기는 그 속에 관통 구멍과 그 주위에 와인딩 와이어(4)를 구비한 고정자(2), 그 속에 관통 구멍과 자성 물질로 되어 있는 부재(5)를 구비한 가동 부재(6), 상기 가동 부재(6)에 대하여 역방향으로 움직일 수 있도록 하기 위하여 상기 가동 부재(6)의 상기 관통 구멍에 삽입된 샤프트(13), 그리고 상기 샤프트(13)가 상기 가동 부재(6)와 반대 위상으로 왕복 운동할 수 있도록 하는 조정 부재(15, 16, 17)를 포함하고, 상기 와인딩 와이어에 전류를 인가한 상태에서 상기 가동 부재(6)가 축 방향으로 왕복 운동할 수 있도록 하기 위하여 상기 가동 부재(6)는 상기 고정자(2)의 상기 관통 구멍의 안쪽에 주어져 있다.

진동 선형 구동기, 가동 부재, 샤프트, 고정자, 조정 부재, 와인딩 와이어, 관통 구멍

Description

진동 선형 구동기와 이를 이용한 전기 칫솔 {VIBRATORY LINEAR ACTUATOR AND ELECTRIC TOOTHBRUSH USING THE SAME}

도1은 본 발명 중 한 실시예에 따른 진동 선형 구동기의 단면도.

도2는 도1에서 도시한 진동 선형 구동기의 분해 사시도.

도3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 진동 선형 구동기의 단면도.

도4는 본 발명의 또 하나의 다른 실시예에 따른 진동 선형 구동기의 단면도.

도5는 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 칫솔의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2: 고정자

14: 베어링

6: 가동 부재

9: 영구 자석

13: 샤프트

본 발명은 진동 선형 구동기와 이를 이용한 전기 칫솔에 관한 것이다.

특히 전기 칫솔의 구동원으로서 보다 더 바람직하게 사용하기 위한 진동 선형 구동기 중의 한 예는 와인딩 와이어를 구비한 실린더 모양의 고정자, 자성 물질로 되어 있는 부재를 포함하면서, 고정자의 안쪽에 배치되는 실린더 모양의 가동 부재, 그리고 가동 부재에 부착되어 있는 샤프트로 구성되어 있는 것으로 알려져 있었다. (일본 특허 출원 공개 번호 2002-176758 참조)

또한, 가동 부재의 관성력으로 인하여 발생하는 진동의 문제점을 제거하기 위하여 가동 부재와는 독립적으로 움직이는 진동 흡수 추(vibration absorbing weight)가 장착되어 원치 않는 진동을 감소시키거나 상쇄시키는 또 하나의 진동 선형 구동기가 알려져 있었다. (일본 특허 번호 3475949 참조)

그러나, 가동 부재와 반대 위상으로 움직이는 진동 흡수 추가 진동을 감소시키는 데 사용될 때, 진동 선형 구동기는 크기 면에서 불가피하게 더 커진다. 게다가, 진동 흡수 추를 사용하면 가동 부재와 추를 비롯한 움직이는 요소의 무게가 증가하여 요소들을 왕복시키는 데에 더 많은 에너지가 필요하다.

따라서, 그러한 진동 선형 구동기를 사용한 전기 칫솔은 또한 크기를 줄이는 면과 에너지를 줄이는 면에서 문제점을 가진다.

본 발명은 상기의 문제점을 보완하기 위하여 만들어졌고, 본 발명의 목적은 작고 경제적이면서 효율적인 진동 선형 구동기와 이를 이용한 전기 칫솔을 만드는 것이다.

상기의 목적를 달성하기 위하여 진동 선형 구동기는 그 속에 관통 구멍과 그 주위에 와인딩 와이어를 구비한 고정자, 속에 관통 구멍과 자성 물질로 되어 있는 부재를 구비한 가동 부재, 가동 부재에 대하여 역방향으로 움직일 수 있게 하기 위하여 가동 부재의 관통 구멍으로 삽입되는 샤프트, 그리고 샤프트가 가동 부재와 반대 위상으로 왕복 운동할 수 있도록 하는 조정 부재로 구성되어 있으며, 상기 가동 부재가 전류가 와인딩 와이어에 인가된 상태에서 축 방향으로 왕복운동을 할 수 있도록 상기 가동 부재는 고정자의 관통 구멍의 안 쪽에 위치하고 있다.

진동 선형 구동기에서 샤프트는 가동 부재의 관성으로 인한 진동을 상쇄 또는 감소시키기 위한 진동 흡수 부재로서의 역할을 하는 것이다.

이 경우, 상기 가동 부재가 샤프트와 가동 부재 사이에 위치하는 베어링에 의해 지지될 때에는 대체로 진동 선형 구동기의 바깥 직경을 줄이는 데에 유리한 점을 가진다. 반면에, 가동 부재가 고정자와 가동 부재 사이에 위치하는 베어링에 의해 지지될 때에는 고정자와 가동 부재 사이에 있는 자성 간격이 샤프트의 변형 기타의 원인으로 인하여 영향을 받지 않고 일정하게 유지되며 그리하여 더 큰 자기 구동력을 발생시킨다.

게다가, 상기 베어링이 구름 요소와 구름 요소를 지지하는 지지 부재로 구성되어 있고, 그 구름 요소를 지지하는 지지부재가 비자성 물질로 되어 있을 때에는 설령 구름 요소가 자성 물질로 되어 있다고 하더라도 그 구름 요소는 자석 회로에 의해 발생되는 자기력에 의해 직접 영향을 받지 않는다. 그리하여 구동 손실이 줄어든다.

또한, 상기 베어링이 구름 요소와 그 구름 요소를 지지하는 지지 부재로 구 성되어 있고, 그 구름 요소가 비자성 물질로 되어 있을 때에는 그 구름 요소는 자석 회로에 의해 발생되는 자기력에 의해 직접 영향을 받지 않고 그리하여 구동 손실이 줄어든다.

상기 조정 부재로서, 바람직하게는 가동 부재와 샤프트를 연결하는 스프링 부재가 이용된다. 이 경우, 가동 부재와 샤프트는 스프링 진동 시스템을 구성하게 되고, 따라서 더 큰 출력을 낼 수 있도록 촉진한다.

조정 부재로서, 가동 부재와 샤프트를 연결하는 연결 부재가 사용될 수 있고, 그리하여 샤프트로 하여금 정확하게 일직선으로 왕복 운동을 할 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 전기 칫솔은 구동원으로서 상기 진동 선형 구동기와 이빨을 닦을 때 사용하는 브러쉬로 구성되어 있다는 점에 특징이 있고, 그리하여 작고 경제적이면서, 가볍고, 진동이 적은 전기 칫솔을 공급할 수 있다.

본 발명에 의하면, 샤프트는 자기력으로 말미암아 가동 부재와 반대 위상을 가지고 일직선으로 왕복하게 됨으로써 진동 흡수 부재로서의 역할을 한다. 원치 않은 진동을 감소시키기 위한 추가적인 진동 흡수 추가 불필요하므로, 크기를 줄이는 면과 무게를 줄이는 면에서 이점이 있다. 그리고, 많은 구동 에너지가 필요하지 않기 때문에 진동 선형 구동기는 크기를 줄이는 면에서 훨씬 더 유리하다.

첨부된 도면에 본 발명의 바람직한 실시예가 상세하게 도시될 것이다. 도1과 도2는 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 진동 선형 구동기(30)의 단면도와 분해 사시도이다. 도시된 바와 같이 실린더 모양의 고정자(2)가 실린더형 실드 케이스(1)의 안 쪽에 있고, 샤프트(13)는 베어링(14)에 부착되어 있어 샤프트(13)는 A축 방향을 따라 일직선으로 왕복 운동할 수 있다. 고정자(2)는 코일 보빈(coil bobbin)(3)에 감긴 와인딩 와이어(4)로 만들어진 코일 부재와 코일 보빈(3)의 양쪽 측면에 있는 실린더 모양의 고정 부분(5)으로 구성되어 있다.

고정자(2)의 안쪽에는 실린더 모양의 가동 부재(6)가 있다. 구체적으로 가동 부재(6)는 베어링(20)에 의해 지지 되고 베어링(20)은 가동 부재(6)의 바깥 표면과 고정자(2)의 안쪽 표면 사이의 미리 설정된 자성 간격(7)이 일정하게 유지될 수 있도록 샤프트(13)와 맞추어져 있다. 가동 부재(6)는 자성 물질로 되어 있는 실린더 모양의 요크(yoke)(8)와 실린더 모양의 영구 자석(9)으로 구성되어 있고, 실린더 모양의 영구 자석(9)은 요크(8)의 양쪽 측면에 A축 방향으로 주어져 있다. 영구 자석(9)은 그 외곽 둘레가 고정 부분(5)의 안쪽 측면을 바라보도록 자리잡혀 있다. 그리고, 각각의 영구 자석(9)은 각 측마다 다른 극성을 구비하고 있다. 또한 하나의 영구 자석(9)의 바깥쪽 면은 다른 영구 자석(9)의 바깥쪽 면과 같이 같은 극성을 구비하고 있고, 그 바깥쪽 면은 영구 자석(9)의 면으로서 요크(8)와는 만나지 않는다. 또한, 영구 자석(9)의 바깥쪽 면의 가까운 곳에서는 베어링(20), 무게 조정 추(10)가 배치되어 있는데, 영구 자석(9)과 베어링(20)은 연결 부재(11)로 연결된다. 그런데, 여기서는 가동 부재(6)가 영구 자석(9)을 포함하는 경우를 예로 들고 있기는 하지만, 가동 부재(6)는 영구 자석(9) 대신에 자성 물질로 되어 있는 다른 대체 부재를 포함할 수도 있다.

샤프트(13)는 실린더 모양의 가동 부재(6)를 관통하는 관통 구멍(12)에 삽입되어 있다. 상기 가동 부재(6)가 베어링(20)을 수단으로 하여 A 축 방향을 따라 움직인다는 점에 주목해야 한다. 가동 부재(6)의 한쪽 말단과 실드 케이스(1)의 한쪽 말단(도 1에서 오른쪽 말단) 사이에는 코일 스프링으로 된 스프링 부재(15)가 배치되어 있다. 가동 부재(6)의 다른 쪽 말단과 샤프트(13)에 부착되어 있는 스프링 지지 부재(19)사이에는 코일 스프링으로 된 스프링 부재(17)가 배치되어 있다. 그리고 스프링 지지 부재(19)와 실드 케이스(1)의 다른 쪽 말단 사이에는 코일 스프링으로 된 스프링 부재(16)가 배치되어 있다.

이 스프링 부재들(15, 16, 17)은 가동 부재(6)와 샤프트(13)와 함께 스프링 진동 시스템을 구성하고 샤프트(13)로 하여금 가동 부재(6)와 반대 위상으로 왕복 운동할 수 있도록 하는 조정 부재로서의 역할을 한다. 즉, 가동 부재(6)가 고정자(2)의 와인딩 와이어(4)와 가동 부재(6)의 영구 자석(9)에 의하여 만들어진 자석 회로에 의하여 구동되어 왕복 운동을 할 때, 와인딩 와이어(4)에 인가되는 교류 전류의 주파수와 스프링 부재(15, 16, 17)의 스프링 상수, 그리고 스프링 진동 시스템에 속하는 가동 부재(6)와 샤프트(13)의 총 질량에 따라 결정되는 공진 주파수를 충분히 일치시킴으로써 공진 상태에서 샤프트(13)는 가동 부재(6)와 반대 위상으로 왕복 운동할 수 있다.

샤프트(13)와 가동 부재(6)가 양자 상호 간에 발생하는 원치 않는 진동을 상쇄시키므로, 별도의 진동 흡수 추가 있을 필요가 없다. 또한, 샤프트(13)가 가동 부재(6)의 관통 구멍(12)에 삽입되므로, 원치 않는 진동이 감소됨과 동시에 진동 선형 구동기(30)의 크기가 줄어들게 된다. 더욱이, 대체로 움직이는 부분의 질량을 감소시키는 것이 가능하므로, 진동 선형 구동기(30)는 더욱 효율적인 장치가 된다.

샤프트(13)를 지지하기 위한 베어링(20)이 고정자(2)의 안쪽으로부터 멀리 위치함으로써 이 실시예에서 B 직경방향으로 진동 선형 구동기(30)의 크기가 줄어들었다고 하더라도 베어링(20)은 도 3에 도시된 진동 선형 구동기(301)와 같이 고정자(2)의 안쪽 면과 가동 부재(6)의 바깥면 사이에 배치될 수도 있다. 이 경우, 가동 부재(6)와 고정자(2) 사이에 있는 자성 간격(7)이 샤프트(2)의 변형 기타의 원인에 영향을 받지 않고 일정하게 유지된다. 그리하여 안정적인 자기력을 얻는다. 추가적으로, 베어링(20)은 가동 부재(6)와 고정자(2)를 감싸고 있는 실드 케이스(1) 사이에 배치될 수도 있다.

그런데, 베어링(20)이 구름 요소(21)(도1, 도3, 도4에 있는 볼(21))와 구름 요소(21)를 지지하기 위해 사용하는 지지 부재(22)로 구성될 때, 바람직하게는 구름 요소(21)와 지지 부재(22)중 어느 하나가 비자성 물질로 구성되어 있다. 이 때문에, 구름 요소(21)는 자석 회로에 의해 가해지는 자기력에 의해 영향을 받지 않으며, 따라서 구동 손실을 감소시킨다.

도 4는 또 하나의 실시예에 따른 진동 선형 구동기(302)를 도시하고 있다. 이 실시예에서는 가동 부재(2)와 반대 위상으로 샤프트(13)를 움직이기 위해 사용하는 조정 부재가 연결 부재(23)로 구성되어 있다. 연결 부재(23)의 한 쪽 말단은 가동 부재(6)에 연결되어 있고, 연결 부재(23)의 다른 쪽 말단은 샤프트(13)에 연 결되어 있다. 그리고, 연결 부재(23)의 중간 부분은 실드 케이스(1)에 의해 지지된다. 가동 부재(6)가 왕복 운동을 할 때, 샤프트(13)는 진동 주파수에 관계없이 가동 부재(6)과 반대 위상으로 왕복 운동할 수 있다.

상기 실시예에서 고정자(2), 가동 부재(6), 그리고 샤프트(13)가 실린더 모양을 구비하고 있다고 하더라도 그것들이 반드시 이런 모양으로 만들어지지는 않는다. 예를 들어, 그것들이 다각형 모양의 막대 모양으로 만들어질 수도 있는 것이다. 물론 이 경우에 있어서도 고정자(2)가 관통 구멍(또는 속이 빈 공간)을 구비하여 그 속에 가동 부재(6)가 들어갈 수 있도록 하여야 하고, 마찬가지로 가동 부재(6)는 샤프트(13)가 삽입될 관통 구멍을 구비해야하는 것은 자명하다.

본 발명에 따른 진동 선형 구동기는 여러 종류의 구동원으로서 사용될 수 있으며, 그 예 중의 하나가 전기 칫솔로서 도5에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 전기 칫솔(100)은 하우징(31), 전술한 실시예에 의하여 제조된 진동 선형 구동기(30), 전원으로서 배터리(32), 진동 선형 구동기(30)의 와인딩 와이어(4)에 교류 전류를 공급하기 위해 사용하는 제어 회로(33), 그리고 이빨을 닦기 위한 브러쉬(34)을 포함한다. 진동 선형 구동기(30)와 배터리(32)는 하우징(31) 내부에 세로방향(C방향)을 따라서 나란히 배치되어 있다. 브러쉬(34)는 하우징(31)으로부터 세로 방향(C방향)으로 돌출되어 있는 샤프트의 단부에 부착되어 샤프트(13)에 의해 왕복 운동을 하도록 구동된다. 구동원으로서 진동 선형 구동기는 작고 경제적일 뿐 아니라, 원치 않은 진동을 감소시키고 무게를 줄임으로 말미암아 더 큰 출력을 발생시킬 수 있기 때문에 전기 칫솔(100)은 사용자에게 편리하다.

그런데, 전기 칫솔(100)이 진동 선형 구동기(30)로 구성되어 있다고 하더라도 본 발명에 따른 전기 칫솔이 전에 언급했던 진동 선형 구동기(300, 301)로 구성될 수도 있다는 것은 자명하다.

당업자에 의한 추가적인 이점의 발견과 발명의 변형이 가능하다. 본 발명은 여기에 도시되고 기술된 구체적인 사항들과 대표적인 실시예에 국한되지 않는다. 따라서, 첨부된 특허청구범위에 기재된 발명 및 그와 동동한 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 행해질 수 있다.

본 발명에 따르면 크기가 작고 경제적이며 효율적인 진동 선형 구동기가 제공되고, 전기 칫솔의 구동원으로서 상기 진동 선형 구동기를 이용할 수 있게 된다.

Claims (8)

1. 그 속에 관통 구멍과 그 둘레에 와인딩 와이어를 구비한 고정자와,

   그 속에 관통 구멍과 자성 물질로 이루어진 부재를 구비한 가동 부재와,

   상기 가동 부재에 대하여 역방향으로 움직일 수 있도록 상기 가동 부재의 상기 관통 구멍에 삽입된 샤프트와,

   상기 샤프트가 상기 가동 부재와 반대 위상으로 왕복 운동할 수 있도록 하는 조정 부재를 포함하고,

   상기 와인딩 와이어로의 전류의 인가시 상기 가동 부재가 축 방향으로 왕복 운동을 할 수 있도록 하기 위하여 상기 가동 부재가 상기 고정자의 상기 관통 구멍 내부에 위치하는 진동 선형 구동기.
2. 제1항에 있어서, 상기 가동 부재는 상기 샤프트와 상기 가동 부재 사이에 배치된 베어링 부재에 의하여 지지되는 진동 선형 구동기.
3. 제1항에 있어서, 상기 가동 부재는 상기 고정자와 상기 가동 부재 사이에 위치하는 베어링 부재에 의해 지지되는 진동 선형 구동기.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 베어링 부재는 구름 요소와 상기 구름 요소를 지지하기 위한 비자성 물질로 이루어진 지지 부재를 포함하는 진동 선형 구동 기.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 베어링 부재는 비자성 물질로 이루어진 구름요소와 상기 구름 요소를 지지하기 위한 지지 부재를 포함하는 진동 선형 구동기.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정 부재는 상기 가동 부재와 상기 샤프트를 연결하는 스프링 부재인 진동 선형 구동기.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정 부재는 상기 가동 부재와 상기 샤프트를 연결하는 연결 부재인 진동 선형 구동기.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 진동 선형 구동기를 구동원으로서 포함하고, 이빨을 닦기 위한 브러쉬를 포함하며, 상기 브러쉬는 상기 샤프트에 의하여 구동되는 전기 칫솔.

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