KR100664639B1

KR100664639B1 - 진동 및 회전 운동 모두를 위한 선형작동기와 이를 이용한전동 칫솔

Info

Publication number: KR100664639B1
Application number: KR1020060005296A
Authority: KR
Inventors: 노보루 고바야시; 다까히로 니시나까; 겐사꾸 가나다; 히로아끼 시미즈; 료 모또하시; 히데까즈 야부우찌
Original assignee: 마츠시다 덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2006-01-18
Publication date: 2007-01-04
Also published as: EP1684401A1; CN100511930C; US20060168745A1; JP2006204004A; US7443059B2; DE602006000158T2; DE602006000158D1; CN2922265Y; EP1684401B1; CN1808863A; KR20060084377A; ATE376278T1; JP4400464B2

Abstract

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 진동 및 회전 운동 모두를 위한 선형작동기는 축 방향 및 축 주위를 회전하는 방향으로 왕복 운동할 수 있도록 지지되는 샤프트(2)와, 샤프트(2)를 축 방향으로 선형 왕복 운동시키기 위해서 권선(16)을 가지는 원통형 고정자(41)와 고정자(41) 내에 배치된 이동 부재(40)를 포함하는 제1 선형 드라이버(3A)와, 샤프트(2)를 회전 방향으로 왕복 운동시키기 위해서 권선(11)을 가지는 원통형 고정자(31)와 고정자 내에 배치된 이동 부재(30)를 포함하는 제2 선형 드라이버(3B)와, 이동 부재(30,40) 중 어느 하나와 샤프트(2)를 이동 부재(30,40) 중 다른 하나에 대해 반대 위상으로 움직이도록 하는 조정 부재(25)를 포함하고, 이동 부재들(30,40) 중 어느 하나는 샤프트(2)에 고정되어 있고, 이동 부재들(30,40) 중 다른 하나는 샤프트(2)에 대해 상대적으로 움직일 수 있다.

선형작동기, 전동 칫솔, 제1 선형 드라이버, 제2 선형 드라이버, 조정 부재, 원통형 고정자

Description

진동 및 회전 운동 모두를 위한 선형작동기와 이를 이용한 전동 칫솔 {LINEAR ACTUATOR FOR BOTH VIBRATING AND ROLLING MOVEMENT AND ELECTRIC TOOTHBRUSH USING THE SAME}

도1은 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예의 단면도.

도2는 도1에 대응하는 분해 사시도.

도3a는 회전 왕복 운동을 위한 선형드라이버의 수직 단면도.

도3b는 회전 왕복 운동을 위한 선형드라이버의 수평 단면도.

도4는 본 발명에 따른 다른 바람직한 실시예의 단면도.

도5a와 5b는 각각 차폐 케이스와 고정자의 사시도와 단면도.

도6a와 6b는 각각 샤프트와 전달 부재의 사시도와 단면도.

도7은 본 발명에 따른 전동 칫솔의 바람직한 일 실시예의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 차폐 케이스

2: 샤프트

3A: 제1 선형 드라이버

3B: 제2 선형 드라이버

25: 조정 부재

50: 전달 부재

60,600: 선형 작동기

본 발명은 선형과 회전 방식으로 왕복 운동할 수 있는, 진동 및 회전 운동 모두를 위한 선형 작동기, 그리고 이를 이용한 전동 칫솔에 관한 것이다.

주어진 축을 따라 선형으로 왕복 운동하고 축 주위를 회전할 수 있는 선형 작동기는 일본 특허출원공개 제2004-343933호에 공개되어 있다. 선형 작동기는 축을 따라 선형으로 왕복 운동 그리고 축 주위를 회전하도록 하기 위해 지지되는 샤프트와, 샤프트가 축을 따라 선형으로 왕복 운동하도록 하기 위한 선형 드라이버와, 샤프트가 축 주위를 회전운동하도록 하기 위한 선형 드라이버로 구성된다.

선형 왕복 운동을 위한 선형 드라이버는 진동 요소와 고정자로 구성된다. 진동 요소는 원통 형태이고 샤프트 주위의 일부를 둘러싸서 동축 방향으로 구비된다. 또한, 진동 요소의 양 단부에는 양 단부에 다른 자기 극을 갖는 원통형 영구 자석들이 구비된다. 선형 왕복 운동을 위한 선형 드라이버의 고정자는 원통 모양이고 진동요소 둘레에 동축으로 배열된다. 또한 이 고정자는 그 주위에 권선을 가지고 있다.

회전 왕복 운동을 위한 선형 드라이버는 회전 부재와 고정자로 구성된다. 회전 부재는 영구 자석과 요크(yoke)로 구성되며 샤프트의 다른 부분 둘레에 동축 으로 구비된다. 회전 왕복 운동을 위한 선형 드라이버의 고정자는 원통 형상이고 회전 요소 주위에 동축으로 배치된다. 또한, 이 고정자는 그 주위에 권선을 가지고 있다.

게다가, 전술한 공개에 따른 선형 작동기에는 축을 따른 선형 왕복 운동에 의해 야기되는 원치않는 진동을 흡수하기 위해 상기의 이동 부재들과 독립적으로 진동 흡수용 추가 제공된다. 즉, 그런 원치않는 진동은 샤프트와 이동 부재들로 구성된 이동 부품들과 반대 위상으로 진동 흡수용 추를 진동시킴으로써 흡수된다.

그러나, 진동 흡수용 추를 이동 부재들과 반대 위상으로 움직임으로써 진동이 흡수되기 때문에, 진동 흡수용 추가 이동 부재들에 부가적으로 제공되어야만 하고, 이로 인해 전동 칫솔이 더 크고 무겁게 된다. 게다가, 크기와 총 중량의 증가 때문에, 왕복 운동을 일으키기 위해 더 많은 동력이 요구되고, 이로 인해 구동 효율이 감소된다.

본 발명은 상기 단점들을 고려하여 이루어진 것으로서 본 발명의 목적은 진동 및 회전 운동 모두를 위한 소형의 저렴하고 효율적인 선형 작동기를 제공하는 것이다. 또한, 벤트 암 부분의 단부에는 측면에서 봤을 때 암과 실질적으로 평행하게 연장되는 블레이드(blade) 후방부가 구비되고, 블레이드 후방부에는 블레이드가 제공된다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 축 방향 및 축 주위를 회전하는 방향으로 왕복 운동할 수 있도록 지지되는 샤프트; 축 방향으로 상기 샤 프트를 선형 왕복 운동시키기 위해 권선을 가지는 원통형 고정자와 고정자 내에 배치된 이동 부재를 포함하는 제1 선형 드라이버(선형 왕복 운동을 위한 선형 작동기); 회전 방향으로 상기 샤프트를 회전 왕복 운동시키기 위해 권선을 가지는 원통형 고정자와 고정자 내에 배치된 이동 부재를 포함하는 제2 선형 드라이버(회전 왕복 운동을 선형 작동기); 상기 이동 부재 중 어느 하나와 상기 샤프트를 상기 이동 부재 중 다른 하나에 대해 반대 위상으로 움직일 수 있게 하기 위한 조정 부재를 포함하고; 상기 이동 부재들 중 어느 하나는 상기 샤프트에 고정되어 있고, 상기 이동 부재들 중 다른 하나는 상기 샤프트에 대해 상대적으로 움직일 수 있는 진동 및 회전 운동 모두를 위한 선형 작동기를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 선형 왕복 운동을 위한 선형 작동기의 이동 부재와 회전 왕복 운동을 위한 선형 작동기의 이동 부재가 서로에 의해 야기되는 진동을 상쇄시키거나 감소시키도록 움직인다.

일 모드에서 선형 왕복 운동을 위한 선형 작동기의 이동 부재가 샤프트에 대해 상대적으로 움직일 수 있는 동안 회전 왕복 운동을 위한 선형 작동기의 이동 부재가 샤프트에 고정되어 있는 반면, 다른 모드에서는 회전 왕복 운동을 위한 선형 작동기의 이동 부재가 샤프트에 대해 상대적으로 움직일 수 있는 동안 선형 왕복 운동을 위한 선형 작동기의 이동 부재가 샤프트에 고정되어 있다.

바람직하게는, 샤프트에 상대적으로 움직일 수 있는 이동 부재에는 진동을 효율적으로 상쇄시키거나 감소시키기 위해 필요한 질량을 보유하도록 중량 조절 부재가 구비된다.

게다가, 조정 부재는 바람직하게는 양 이동 부재들을 샤프트의 회전 방향에서 서로 반대 위상으로 움직여서 그 방향에서 발생하는 진동을 상쇄시키거나 감소시킨다.

조정 부재로서, 바람직하게는 이동 부재들과 함께 스프링 진동 체계를 구성하는 스프링 부재가 사용된다. 이것은 공명의 좋은 효과를 고려한 것으로 이로써 높은 동력을 출력시킬 수 있다.

샤프트에 대해 상대적으로 움직일 수 있는 이동 부재에는 바람직하게는 원통 형상이며 스프링 부재를 둘러싸기 위해 배치되는 중량 조절 부재가 구비되며, 이로써 선형 작동기의 방사상의 치수를 줄인다.

샤프트에 대해 상대적으로 움직일 수 있는 이동 부재는 바람직하게는 샤프트 또는 고정자에 부착된 베어링을 사용하여 지지되며, 이로써 이동 부재와 고정자 사이의 미리 정해진 자기 간격(magnetic gap)을 유지한다.

본 발명에 의한 전동 칫솔은 진동 및 회전 운동 모두를 위한 상기 선형 작동기를 구동원으로서 활용하고 선형 작동기의 샤프트에 의해 구동되는 브러쉬(brush)를 포함한다. 이로써, 진동이 감소된 가벼운 전동 칫솔이 제공된다.

본 발명에 따르면, 선형 왕복 운동을 위한 선형 드라이버의 이동 부재와 회전 왕복 운동을 위한 선형 드라이버의 이동 부재가 서로에 의해 야기되는 진동을 상쇄시킬 수 있기 때문에, 진동 흡수용 추가 진동을 흡수하는 부재로서 추가로 필요하지 않다. 이로써, 크기가 작고 가벼운 선형 작동기가 구현된다. 게다가, 이와 같은 선형 작동기는 구동 에너지를 절약할 수 있고, 이로써 크기를 줄이는 이점 을 제공한다.

첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들이 상세히 기술될 것이다. 도1과 도2는 본 발명의 제1 실시예로서 진동 및 회전 운동 모두를 위한 선형 작동기(60)를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 진동 및 회전 운동 모두를 위한 선형 작동기(60)는 축 방향(A)으로 샤프트(2)를 선형으로 왕복 운동시키기 위한 선형 드라이버(3A)와 회전 방향(B)으로 샤프트(2)를 회전 왕복 운동시키기 위한 선형 드라이버(3B)로 구성되며, 드라이버들(3A,3B)은 원통 형상의 차폐 케이스(1) 내에 구비된다.

샤프트(2)는 축 방향(A)으로 선형으로 왕복 운동하고 회전 방향(B)으로 회전할 수 있도록 그 양 단부에서 베어링들(4,4)에 의해 지지된다. 베어링들(4,4)은 각각 차폐 케이스(1)의 양 단부에 부착되어 있다. 샤프트(2)의 팁(tip)부에는 동력을 외부 부재로 전달하는 전달 부재(50)가 제공된다.

회전 왕복 운동을 위한 선형 드라이버(3B)는 샤프트(2)에 고정된 회전 부재(30)와 차폐 케이스(1) 내의 회전 부재(30)에 상응하는 위치에 배치된 고정자(31)로 구성된다. 회전 부재(30)는 자성체로 만들어진 원통형의 회전 요크(5), 판모양의 영구 자석(6) 그리고 자성체로 만들어진 반원형의 회전 요크(7)로 구성된다. 회전 부재(30)의 원통형의 회전 요크(5)는 접착, 가압 끼워맞춤, 용접, 또는 나사 체결에 의해 샤프트(2)에 고정된다.

서로 평행하게 마주보고 있는 두 개의 홈들(8,8)을 형성하기 위해 원통형의 회전 요크(5)의 원주에는 두 개의 평면들이 구비된다. 판모양의 영구 자석(6)은 각 홈(8)에 맞춰지고 반원형의 회전 요크(7)가 판모양의 영구 자석(6)의 상부에 부착된다. 이러한 형상으로, 도3b에 도시된 바와 같이 반원형의 회전 요크(7)의 원호가 원통형의 회전 요크(5)의 원호와 함께 실질적으로 원을 만든다.

판모양의 영구 자석(6)의 안쪽 면과 바깥쪽 면은 다른 자기 극성을 가지고 있다. 여기서 바깥쪽 면은 바깥쪽으로 향하는 면임에 비하여, 안쪽 면은 샤프트(2)의 축 방향(A)에 직교하는 방향(C)에 대해 안쪽으로 향하는 면이다. 즉 두 개의 영구 자석들(6)의 바깥쪽 면들이 N극일 때, 안쪽 면들은 모두 S극이고, 그 반대도 성립된다.

한편, 회전 왕복 운동을 위한 선형 드라이버(3B)를 구성하는 고정자(31)는 코일 보빈(10) 둘레에 선(11)(이하, 권선이라 함)을 감아서 만든 코일 부재와 코일 부재의 코일 보빈(10)의 양 단부에 배치된 원통형 고정 부품들(12a,12b)로 구성되어, 전체적으로 원통 형상을 가진다. 도3b에 도시된 바와 같이, 고정자(31)는 그것의 안쪽 면이 회전 부재(30)의 바깥쪽 면과 마주하는 방식으로 그 사이에 미리 정해진 자기 간격(13)을 남겨두고 차폐 케이스(1) 안에 구비된다.

원통형의 고정 부품(12a)의 안쪽 면에는 두 개의 자극 부재들(14a,14a)이 회전 부재(30)를 마주하도록 구비된다(도3b). 이와 유사하게 회전 부재(30)를 마주하는 두 개의 자극 부재들(14b)이 원통형의 고정 부품(12b)의 안쪽 면에 구비된다. 자극 부재들(14a, 14b)의 수는 이 실시예의 회전 부재(30)의 영구 자석들(6)의 수와 같다. 게다가, 원통형의 고정 부품(12a)의 자극 부재들(14a)은 축 방향 A에서 봤을 때 원통형의 고정 부품(12b)의 자극 부재들(14b)과 각 방향(angular direction)으로 교대한다.(도3b)

이런 방식으로 형성된 회전 왕복 운동을 위한 선형 드라이버(3B)에서, 직류가 한 방향으로 권선(11)을 통해 흐를 때, 회전 부재(30)가 일 회전방향(B)으로 회전하고, 반면에 전류가 반대 방향으로 흐를 때에는 그에 따라 회전 부재(30)가 반대 방향으로 회전한다. 그러므로, 교류가 권선코일(11)을 통해 흐를 때, 회전 부재(30)는 회전 방향 B로 왕복 회전할 수 있다.

다음으로, 선형 왕복 운동을 위한 선형 드라이버(3A)는 진동 부재(40)와 고정자(41)로 구성된다. 고정자(41)는 코일 보빈(15) 둘레에 선(16)(이하, 권선이라 함)을 감아서 만든 코일 부재와 코일 부재의 코일 보빈(15)의 양측에 배치된 원통형 고정 부품들(17,17)로 구성되어, 전체적으로 원통 형상을 가진다. 고정자(41)는 고정자(41)의 안쪽 면과 진동 부재(40)의 바깥쪽 면 사이에 미리 정해진 자기 간격(18)을 남겨두고 진동 부재(40)를 동축으로 둘러싸도록 차폐 케이스(1) 안에 구비된다.

진동 부재(40)는 자성체로 만들어진 원통형 요크(19)와 요크(19)의 양 단부에 구비된 원통형 영구 자석들(20,20)로 구성된다. 진동 부재(40)의 양 단부에는 연결 부재(22)에 의해 중량을 조절하기 위한 추(21)가 구비된다. 영구 자석들(20,20)은 바깥쪽 면이 고정자(41)의 고정 부품들(17,17)의 안쪽 면을 마주하는 방식으로 위치한다. 각 영구 자석(20)의 방향(A)에 따른 양 단부는 다른 자극을 가지고, 요크(19)를 마주하지 않는 영구 자석들(20,20)의 바깥쪽 면들은 같은 자극을 가진다.

진동 부재(40)는 샤프트(2)가 관통하는 관통구멍(23)을 가지는 원통 형상이다. 진동 부재(40)는 한 쌍의 베어링들(24,24)에 의해 샤프트(2)에 움직일 수 있게 부착된다. 베어링들(24,24) 때문에, 진동 부재(40)와 샤프트(2)가 축 방향(A)와 회전 방향(B)로 독립적으로 움직일 수 있다.

진동 부재(40)의 일 단부의 스프링 지지부(26)와 차폐 케이스(1)의 일 단부 사이에 헬리컬 압축 스프링으로 만들어진 스프링 부재(25)가 배치된다. 이와 유사하게, 진동 부재(40)의 다른 단부의 스프링 지지부(21)와 회전 부재(30)의 일 단부의 스프링 지지부(9) 사이에 헬리컬 압축 스프링으로 만들어진 스프링 부재(25)가 배치된다. 게다가, 회전 부재(30)의 다른 단부의 스프링 지지부(9)와 차폐 케이스(1)의 다른 단부 사이에 헬리컬 압축 스프링으로 만들어진 또 다른 스프링 부재(25)가 배치된다. 이러한 형상들로, 샤프트(2)와 샤프트(2)에 고정된 회전 부재(30) 그리고 진동 부재(40)가 축 방향으로 스프링 진동 체계를 구성한다.

진동 부재(40)의 영구 자석들(20,20)과 고정자(41)의 권선(16)이 자기 회로를 형성하고, 이는 진동 부재(40)가 축 방향(A)을 따라 선형으로 왕복 운동할 수 있게 한다. 즉, 직류가 일 방향으로 고정자(41)의 권선(16)을 통해 흐를 때 진동 부재(40)는 축 방향(A)을 따라 일 방향으로 움직이고, 이에 반해 직류가 다른 방향으로 흐를 때 진동 부재(40)는 반대 방향으로 움직인다. 그러므로, 권선코일(16)에 교류를 적용함으로써 진동 부재(40)는 축 방향(A)을 따라 선형으로 왕복 운동한다.

이어서 진동 부재(40)의 그러한 움직임이 회전 부재(30)와 샤프트(2)를 축 방향(A)을 따라 움직이게 한다. 여기서, 세 개의 스프링 부재들(25), 샤프트(2), 회전 부재(30), 및 진동 부재(40)로 구성된 스프링 진동 체계가 샤프트(2)와 부재들(30,40)의 중량 및 스프링 부재들(25)의 스프링 상수에 의해 결정되는 고유의 공명 주파수를 가진다. 교류의 주파수가 이 공명 주파수 근처로 정해질 때, 회전 부재(30)와 샤프트(2) 및 진동 부재(40)가 공명 조건 하에 움직인다. 결과적으로, 회전 부재(30)와 샤프트(2)가 진동 부재(40)와 반대 위상으로 선형으로 왕복 운동하게 된다. 즉, 스프링 부재들(25)이 샤프트(2)와 그 위에 고정된 회전 부재(30)가 진동 부재(40)와 반대 위상으로 움직이게 하는 조정 부재를 구성한다.

그런데, 스프링 부재들(25)은 또한 회전 방향과 관련하여 스프링 진동 체계를 구성하는 부재로서 작용한다.

상기 언급된 바와 같이, 이 실시예에 따른 선형 작동기에서는 선형 왕복 운동을 위한 선형 드라이버(3A)와 회전 왕복 운동을 위한 선형 드라이버(3B)가 동시에 작동함으로써 축 방향(A)으로 선형 왕복 운동할 수 있게 하고 회전 방향(B)으로 회전 왕복 운동할 수 있게 한다. 게다가, 회전 부재(30)와 샤프트(2)는 진동 부재(40)와 반대 위상으로 왕복 운동하고, 이로써 반대 위상 운동 때문에 진동 부재(40)의 선형 왕복 운동에 의해 야기되는 원치 않는 진동을 감소시킨다. 즉, 마치 추들(21,21)을 가진 진동 부재(40)가 샤프트(2)를 위해 관련 기술 분야의 진동 흡수용 추로서 작용하는 것처럼 이해된다.

게다가, 진동 부재(40)는 회전 방향(B)으로 선형 왕복 운동하는 샤프트(2)와 회전 부재(30)에 대해 실질적으로 반대 위상으로 회전 왕복 운동하고, 이로써 선형왕복 운동에 의해 야기되는 원치 않는 진동을 감소시킨다.

나아가, 축 방향(A)과 회전 방향(B)의 왕복 운동들이 상기 언급된 바와 같은 공명 조건하에서 일어나고 진동을 감소시키기 위한 추가적인 진동 흡수용 추들이 불필요하기 때문에, 전체적으로 이동 부품들이 가벼워질 수 있고, 이로써 상당히 낮은 에너지 입력으로부터 높은 출력을 만든다. 또한, 추들(21,21)을 포함하는 진동 부재(40)와 샤프트(2)는 모두 동축으로 배치되고, 이로써 이 실시예에서의 선형 작동기를 더욱 작고 가볍게 만든다.

그런데, 진동 부재(40)는 회전 부재(30)와 샤프트(2)(그리고 전달 부재(50)에 의해 축에 연결된 구동 부재)의 질량에 상응하기 위해 상기 언급된 바와 같이 추들(21)이 갖추어져 있다. 추(21)가 원통형이고 스프링 부재(25)를 감싸도록 배치된 이유는 축 방향의 작동기의 치수를 줄이기 위함이다.

게다가, 회전 부재(30)가 샤프트(2)에 고정되고 진동 부재(40)가 추들(21,21)로 구비되기 때문에, 회전 부재(30)의 회전 왕복 운동이 샤프트(2)로 직접 전달되고, 이로써 회전 방향으로 움직이는 샤프트(2)에 의해 만들어지는 출력을 향상시킨다.

도4는 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예는 선형 왕복 운동을 위한 선형 드라이버(3A)와 회전 왕복 운동을 위한 선형 드라이버(3B)가 위치를 바꾸고; 진동 부재(40)가 샤프트(2)에 고정되고; 그리고 추들(21,21)을 갖춘 회전 부재(30)가 베어링들(24,24)에 의해 샤프트(2)와 지지되어 회전 부재(30)가 샤프트(2)에 대해 축 방향과 회전 방향 양쪽으로 움직일 수 있다는 점에서 앞서 언급된 실시예와 다르다. 이러한 형상에서, 진동 부재(40)에 의한 축 방향 선형 왕복 운동은 샤프트(2)로 직접 전달되고, 이로써 축 방향으로 움직이는 샤프트(2)에 의해 만들어지는 출력을 향상시킨다.

그런데, 이전 실시예에서 진동 부재(40) 또는 회전 부재(30)는 샤프트(2)에 대해 상대적으로 움직일 수 있도록 베어링(24)에 의해 샤프트와 지지된다. 베어링(24)이 회전 부재(30)로부터 떨어져 배치되고 고정자(41)의 안쪽 면과 샤프트(2)의 사이에 배치되지 않기 때문에, 선형 작동기(60)는 방사상 방향으로 크기가 작아질 수 있다. 그러나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 베어링(24)은 진동 부재(40)(회전 부재(30))와 고정자(41)(고정자(31)) 사이에 또는 진동 부재(40)(회전 부재(30))와 차폐 케이스(1) 사이에 배치될 수 있다.

게다가, 회전 부재(30)(또는 진동 부재(40))에 고정된 추(21)가 샤프트(2)에 대해 상대적으로 움직일 수 있게 하는 베어링(24)은 추들(21,21)의 일부로서 작용하고, 이로써 선형 작동기를 전체적으로 가볍게 만든다. 그런데, 상기 실시예들에서 베어링(24)은 강철 볼(28), 볼(28)을 지지하기 위한 지지 부재(29), 그리고 자신의 안쪽 면으로 볼을 수용하기 위한 수용 부재(34)로 구성된다. 그러나, 베어링(24)은 추(21)의 안쪽 면에 구비되는 미끄럼 베어링일 수도 있다. 이 경우에 추(21)의 바깥쪽 면에는 고정자(41)(고정자(31)) 또는 차폐 케이스(1)와 접촉할 수 있는 미끄럼 베어링이 제공된다.

도5a 와 5b는 앞서 언급한 고정자들을 대체할 수 있는 고정자(51)의 예로서, 고정자(51)가 어떻게 고정되는지를 도시한다. 도시된 대로 고정자(51)는 차폐 케이스(1)에 삽입되어 미리 정해진 위치에 놓여지고, 차폐 케이스(1)의 코킹(caulking) 부분(52)이 변형되어서 고정자(51)가 변형된 코킹 부분(52)에 맞춰지고 이로써 차폐 케이스(1) 안에 고정된다. 동시에 코킹 부분(52)은 고정자(51)의 바깥 면에 또는 그 위에 만들어진 스텝(step)(53)(또는 노치(notch))내로 끼워 맞춰질 수 있고, 이로써 축 방향(A)뿐만 아니라 회전 방향(B)으로도 고정자(51)를 고정시킨다. 결과적으로, 고정자(51)는 단단하면서도 용이하게 고정된다. 그런데, 고정자(51)는 접착 또는 용접에 의해 차폐 케이스(1)에 고정될 수도 있다.

도6a 와 6b는 샤프트(2)에 의해 만들어진 출력을 전달하기 위한 전달 부재(50)의 구멍 부분(55)내로 가압 끼워맞춤되도록 샤프트(2)의 팁부(54)의 지름이 다른 부분에 비해서 작게 되었다는 것을 보여준다. 이러한 형상으로, 샤프트(2)는 샤프트(2)가 끼워지는 전달 부재(50)와 다른 지름을 가질 수 있기 때문에, 전달 부재(50)의 지름이 샤프트(2)의 지름과 상관없이 임의로 정해질 수 있고 샤프트(2)의 지름은 전달 부재(50)의 지름과 관계없이 줄어들 수 있다. 이로써 선형 작동기(60)의 크기가 작아진다. 게다가, 이러한 형상은 전달 부재(50)가 축 방향(A) 또는 회전 방향(B)으로 움직이는 샤프트(2)에 대해 미끄러질 때 야기되는 전달 손실을 방지할 수 있게 한다. 전달 부재(50)는 접착으로 또는 가압 끼워 맞춤과 접착을 같이 사용하여 샤프트에 고정될 수 있다.

본 발명의 상기 실시예에서의 선형 작동기는 다양한 종류의 구동원으로 적용될 수 있다. 예를 들면, 선형 작동기는 도7에 도시된 바와 같은 전동 칫솔(100)에 적용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 전동 칫솔(100)은 상기 실시예들의 작동기와 동일한 형상을 갖는 선형 작동기(60(600))와 배터리(62)가 하우징(61)의 길이 방향으로 나란히 배치되어 있는 실질적으로 원통형인 하우징(61), 길이 방향으로 하우징(61)의 일 단부로부터 돌출된 샤프트(2)에 부착된 브러쉬(64)로 구성된다. 또한, 전동 칫솔(100)은 배터리(62)로부터 교류, 즉 선형 작동기의 스프링 진동 체계의 공명 주파수와 실질적으로 같은 주파수를 갖는 교류를 만드는 역할을 하는 제어 회로 부분(63)을 포함한다.

전동 칫솔(100)에서 브러쉬(64)는 선형 작동기(60)에 의해 구동되어 축 방향과 회전 방향 양 방향으로 움직일 수 있고, 이로써 효과적이고 효율적인 양치질을 보장한다. 게다가, 진동 및 회전 운동 모두를 위한 선형 작동기(60)는 원치않는 진동을 방지할 수 있고, 높은 출력을 만들기 위해서 경량으로 콤팩트하게 만들어질 수 있기 때문에 전동 칫솔(100)은 편리한 사용을 제공한다.

추가적인 이점들과 변경들을 당해 기술 분야의 숙련된 사람들은 쉽게 생각할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 여기에 도시되고 기술된 구체적인 예 및 대표적인 실시예들에 한정되지 않는다. 따라서, 첨부된 청구항들 및 이들의 균등물에 의해 한정되는 발명의 요지 또는 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변형예들이 만들어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 선형 왕복 운동을 위한 선형 드라이버의 이동 부재와 회전 왕복 운동을 위한 선형 드라이버의 이동 부재가 서로에 의해 야기되는 진동을 상쇄시킬 수 있기 때문에, 진동 흡수용 추가 진동을 흡수하는 부재로서 추가로 필요하지 않다. 이로써, 크기가 작고 가벼운 선형 작동기가 구현된다. 게다가, 이와 같은 선형 작동기는 구동 에너지를 절약할 수 있고, 이로써 크기를 줄이는 이점을 제공한다.

Claims

축 방향 및 축 주위를 회전하는 방향으로 왕복 운동할 수 있도록 지지되는 샤프트와,

축 방향으로 상기 샤프트를 선형 왕복 운동시키기 위해 권선을 가지는 원통형 고정자와 그 고정자 내에 배치된 이동 부재를 포함하는 제1 선형 드라이버와,

회전 방향으로 상기 샤프트를 회전 왕복 운동시키기 위해 권선을 가지는 원통형 고정자와 그 고정자 내에 배치된 이동 부재를 포함하는 제2 선형 드라이버와,

상기 이동 부재들 중 어느 하나와 상기 샤프트를 상기 이동 부재들 중 다른 하나에 대해 반대 위상으로 움직일 수 있게 하는 조정 부재를 포함하고,

상기 이동 부재들 중 어느 하나는 상기 샤프트에 고정되어 있고, 상기 이동 부재들 중 다른 하나는 상기 샤프트에 대해 상대적으로 움직일 수 있는 진동 및 회전 운동 모두를 위한 선형 작동기.
제1항에 있어서, 상기 제2 선형 드라이버에 포함된 상기 이동 부재가 상기 샤프트에 고정되고, 상기 제1 선형 드라이버에 포함된 상기 이동 부재가 상기 샤프트에 대해 상대적으로 움직일 수 있는 진동 및 회전 운동 모두를 위한 선형 작동기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 선형 드라이버에 포함된 상기 이동 부 재가 상기 샤프트에 고정되고, 상기 제2 선형 드라이버에 포함된 움직일 수 있는 상기 이동 부재가 상기 샤프트에 대해 상대적으로 움직일 수 있는 진동 및 회전 운동 모두를 위한 선형 작동기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 샤프트에 대해 상대적으로 움직일 수 있는 상기 이동 부재에 제공된 무게 조절 부재를 더 포함하는 진동 및 회전 운동 모두를 위한 선형 작동기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조정 부재가 상기 샤프트와 그 위에 고정된 상기 이동 부재를 축 방향뿐만 아니라 회전 방향으로 상기 샤프트에 대해 상대적으로 움직일 수 있는 상기 이동 부재와 반대 위상으로 움직일 수 있게 하는 진동 및 회전 운동 모두를 위한 선형 작동기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조정 부재가 상기 이동 부재들과 함께 스프링 진동 체계를 구성하는 스프링 부재인 진동 및 회전 운동 모두를 위한 선형 작동기.
제6항에 있어서, 상기 스프링 부재를 둘러싸도록 배치된 원통형 중량 조절 부재가 상기 샤프트에 대해 상대적으로 움직일 수 있는 상기 이동 부재에 구비되어 있는 진동 및 회전 운동 모두를 위한 선형 작동기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 샤프트에 대해 상대적으로 움직일 수 있는 상기 이동 부재가 베어링에 의해 상기 샤프트 또는 상기 고정자와 지지되는 진동 및 회전 운동 모두를 위한 선형 작동기.
구동원으로서 제1항 또는 제2항에서 언급된 진동 및 회전 운동 모두를 위한 선형 작동기를 포함하고 상기 선형 작동기의 상기 샤프트에 의해 구동되는 칫솔을 포함하는 전동 칫솔.