KR100676452B1

KR100676452B1 - 진동형 리니어 액추에이터

Info

Publication number: KR100676452B1
Application number: KR1020040111789A
Authority: KR
Inventors: 사네마쓰와타루; 나카야마사토시; 후지와라마코토; 미시마치즈코; 이시가미요헤이
Original assignee: 마츠시다 덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2007-01-30
Also published as: JP2005198362A; JP3928619B2; US7304407B2; EP1548917A3; CN2812401Y; CN1638248A; EP1548917A2; KR20050067048A; CN1638248B; EP1548917B1; US20050140219A1; ATE467941T1; DE602004027113D1

Abstract

진동형 리니어 액추에이터는 최소의 부수적 진동 또는 응력으로 유연한 왕복운동을 발생시킨다. 액추에이터는, 영구 자석과, 부하를 구동시키도록 연결되기에 적합한 출력축을 구비하는 진동기 및 전자석을 구비하는 고정자 조립체를 포함한다. 상기 전자석은 상기 진동기를 리니어 통로 내에서 상기 고정자 조립체에 대해 왕복운동시키도록 상기 영구 자석과 상호작용하는 자장을 생성한다. 스프링 링크는 상기 진동기를 상기 리니어 통로 내에서 왕복운동할 수 있게 하기 위해 상기 진동기와 상기 고정자 조립체 사이에 갭 거리를 둔채로 상기 진동기를 상기 고정자 조립체에 탄성적으로 지지하도록 제공되어 있다. 상기 스프링 링크는, 상기 진동기가 상기 고정자 조립체로 향해 또한 상기 고정자 조립체로부터 멀리 이동할 수 있게 하기 위해 상기 리니어 통로 방향 이외의 방향에서도 탄성적으로 변형되거나, 상기 고정자 조립체에 대해 비틀리도록 구성되어 있다.

따라서, 상기 스프링 링크는 상기 진동기가 상기 리니어 통로 방향 이외의 방향에서 봉착할 수 있는 부수적인 응력 또는 변위를 흡수할 수 있어, 스프링 링크에 누적되는 피로를 최소로 하여 진동기에 유연한 왕복운동을 발생하는 것을 보장한다.

액추에이터, 영구 자석, 출력축, 진동기, 전자석, 고정자 조립체, 리니어 통로, 스프링 링크, 갭 거리.

Description

진동형 리니어 액추에이터{LINEAR OSCILLATING ACTUATOR}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진동형 리니어 액추에이터의 사시도이다.

도 2는 액추에이터의 정면도이다.

도 3은 액추에이터의 분해 사시도이다.

도 5 내지 도 8은 각각 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 액추에이터를 도시하는 정면도이다.

도 9 내지 도 11은 각각 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 액추에이터를 도시하는 사시도이다.

도 12 및 도 13은 도 11의 실시예에 적용 가능한 커플러 스프링의 수정예를 각각 도시하는 사시도이다.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액추에이터의 부분 사시도이다.

본 발명은 스프링 링크에 의해 고정자 조립체에 이동 가능하게 지지된 진동기를 구비한 진동형 리니어 액추에이터에 관한 것이다.

EP 0 674 979 A는 건식 면도기의 내부 커터를 구동하기 위해 이용되는 진동형 리니어 액추에이터를 개시하고 있다. 액추에이터는 전자석을 구비한 고정자 조립체와, 영구 자석을 구비하는 진동기로 구성되었다. 진동기는 전자석 및 영구 자석과의 상호작용에 의해 고정자 조립체에 대해 리니어 통로에서 왕복운동하도록 이동 가능하게 지지되었다. 고정자 조립체는 고정자 코어와, 진동기와 고정자 코어 사이에 자기 갭을 가진 상태로 고정자 코어의 위에서 진동기를 현수시키기 위해 고정자 코어의 상부에서 돌출하는 프레임을 포함하였다. 진동기를 현수시키고 이동 가능하게 지지하기 위해, 리프 스프링(leaf spring)이 진동기를 프레임에 연결하기 위해 이용되었다. 리프 스프링은 리니어 통로를 따라 진동기를 이동시킬 수 있을 정도로 충분히 탄성적이지만, 리니어 통로 방향 이외의 방향에서는 경직되어 있다. 진동기의 리니어 운동이 종종 리니어 통로 방향 이외의 방향에서 작은 변위를 수반할 수 있다는 점에서, 리프 스피링은 변위로부터 발생하는 과도한 응력을 받기 쉽다. 이러한 점에서, 상기 액추에이터는 그러한 변위와 관련된 부수적인 진동을 흡수하기에 충분하지 않는 것으로 나타났다.

상기 문제점을 감안하여, 본 발명은 최소의 부수적 진동 또는 응력으로 유연한 왕복운동을 발생시킬 수 있는 진동형 리니어 액추에이터를 제공하기 위해 이루어졌다. 본 발명에 따른 액추에이터는, 영구 자석과, 부하를 구동시키도록 연결되기에 적합한 출력축을 구비하는 진동기 및 전자석을 구비하는 고정자 조립체를 포함한다. 상기 전자석은 상기 진동기를 리니어 통로 내에서 상기 고정자 조립체에 대해 왕복운동시키도록 상기 영구 자석과 상호작용하는 자장을 생성한다. 스프링 링크는 상기 진동기를 상기 리니어 통로 내에서 왕복운동할 수 있게 하기 위해 상기 진동기와 상기 고정자 조립체 사이에 갭 거리를 둔채로 상기 진동기를 상기 고정자 조립체에 탄성적으로 지지하도록 제공되어 있다. 상기 스프링 링크는, 상기 진동기가 상기 고정자 조립체로 향해 또한 상기 고정자 조립체로부터 멀리 이동할 수 있게 하기 위해 상기 리니어 통로 방향 이외의 방향에서도 탄성적으로 변형되거나, 상기 갭 거리를 따라 연장되는 갭 축에 대해 상기 고정자 조립체에 대해 비틀리도록 구성되어 있다. 따라서, 상기 스프링 링크는 상기 진동기가 상기 리니어 통로 방향 이외의 방향에서 봉착할 수 있는 부수적인 응력 또는 변위를 흡수할 수 있어, 스프링 링크에 누적되는 피로를 최소로 하여 진동기에 유연한 왕복운동을 발생하는 것을 보장한다.

이것은 진동기가 스프링 링크에 의해 고정자 조립체 위로 들어올려질 때 특히 이점을 갖는다. 예로서, 상기 스프링 링크 2개가 상기 진동기의 양쪽 단부를 각각 상기 고정자 조립체에 연결하기 위해 설치되어 있을 때, 상기 2개의 스프링 링크는 상기 진동기를 상기 고정자 조립체 위에 지지하기 위해 상기 고정자 조립체로부터 위로 돌출되어 있다. 이 경우에, 스프링 링크는 진동기의 리니어 왕복운동에 수반되는 진동기로부터의 압축 또는 비틀림 힘을 받기 쉽고, 유연한 왕복운동을 위해 그러한 부수적 응력을 흡수할 수 있다.

바람직하게는, 상기 스프링 링크는 상기 갭 거리를 변화시키는 갭 방향으로 탄성적으로 변형되도록 구성되어 있어, 진동기의 왕복운동 동안에 스프링 링크에 작용할 수 있는 압축력을 흡수한다.

이러한 목적을 위해서, 상기 스프링 링크는 활 모양의 스트립으로 형성될 수 있고, 상기 활 모양의 스트립은 그 양쪽 단부가 상기 진동기 및 상기 고정자 조립체에 연결되어 있다. 또한, 스프링 링크는 스트립의 형태로 될 수 있는데, 스트립의 폭은 그 중심에서보다 그 양쪽 단부로 가면서 더 크게 된다. 또한, 스프링 링크는 진동기에의 연결부에 갭 변화 방향으로 탄성 변형 작용을 하는 탄성부가 형성될 수 있다. 또는, 스프링 링크는 그 양쪽 단부들 사이의 중간부에 갭 변화 방향으로 탄성 변형 작용을 하는 접힘부가 형성될 수 있다.

상기 스프링 링크는 상기 진동기의 성형부와 함께 일체로 성형되어 있어, 부품의 수를 감소시킨다.

평행한 한 쌍의 진동기가 서로 역 위상 관계로 왕복운동하도록 상기 고정자 조립체에 공통으로 지지되어 있는 경우에는, 상기 진동기는 상기 역 위상 관계를 돕는 커플러 스프링에 의해 서로 상호연결되어 있다. 상기 커플러 스프링은 상기 리니어 통로 및 상기 갭 변화 방향을 따라 탄성 변형되어, 커플러 스프링에 의해서도 부수적 응력을 흡수하는 기능을 준다. 이 변경예에서, 상기 스프링 링크와 상기 커플러 스프링은 상기 진동기의 성형부와 함께 일체로 성형될 수 있어, 부품의 수를 감소시킨다.

또한, 상기 스프링 링크는 길이 방향 축에 대해 탄성적으로 비틀리도록 구성될 수 있어, 진동기의 왕복운동 동안에 스프링 링크에 작용하는 비틀림 응력을 흡수한다.

본 발명의 이러한 이점 및 다른 이점은 첨부된 도면과 관련하여 바람직한 실시예의 다음의 설명으로부터 더욱 명백하게 될 것이다.

이제 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진동형 리니어 액추에이터가 도시된다. 액추에이터는 서로 역 위상 관계로 왕복운동하도록 단일 고정자 조립체에 공통으로 지지된 2개의 진동기(30)를 포함하지만, 본 발명은 그것에 제한되지 않고, 하나의 고정자 조립체(10)에 공통한 단일 또는 둘 이상의 진동기를 포함할 수 있다.

고정자 조립체(10)는 전자석(20)을 구비하고, 각각의 진동기(30)는 리니어 통로에서 왕복운동하도록 구동되기 위해 부하에의 연결을 위해 출력축(36)과 영구 자석(40)을 구비한다. 예로서, 액추에이터는 내부 커터를 외부 커터에 대해 왕복운동시키기 위해 건식 면도기 내에 포함될 수 있다. 전자석(20)은 중심 코어(22)와 한 쌍의 측부 코어(23)를 구비하는 E자형 고정자를 포함한다. 코일(24)은 중심 코어(22) 주위에 감기어, 여기될 때에 중심 코어와 측부 코어의 각각의 상단부에 있는 극 단부(pole end)를 반대 극으로 자화시킨다.

각각의 진동기(30)는 플라스틱 재료로 성형되어 수평으로 연장된 막대(31)를 형성하는데, 막대(31)의 상부 중심으로부터 출력축(36)이 연장된다. 영구 자석(40)은 막대(31)의 바닥에 고정된 자기 요우크(42)에 의해 백업된다. 각각의 진동기(30)는 스프링 링크(50)에 의해 고정자 조립체(10)에 이동 가능하게 지지되어, 영구 자석(40)과 전자석(20) 사이에 작은 자기 갭을 가진 상태로 영구 자석(40)을 전자석(20)의 코어의 바로 위에 위치시킨다. 교류가 공급될 때, 전자석(20)은 진동기(30)를 각각의 리니어 통로 내에서 고정자 조립체(10)에 대해 왕복운동시키기 위해 영구 자석(40)과 상호작용하는 교류 자장을 발생시킨다. 각각 수평 연장되는 평평한 막대의 형태인 영구 자석(40)은 반대 방향으로 자화되어, 진동기(30)는 반대 방향 왕복운동하도록, 즉, 서로 역 위상 관계로 구동된다.

스프링 링크(50)는 막대(31)의 길이방향 반대 단부로부터 각각 현수되고, 그 하단부에서 측부 코어(23)로부터 일체로 돌출하는 플랜지(26)에 고정되어, 진동기(30)는 고정자 조립체(10) 위로 올려지고 스프링 링크(50)를 탄성적으로 변형시킴으로써 리니어 통로 내에서 왕복운동할 수 있게 된다. 스프링 링크(50)는 수직 스트립(51)과, 그 스트립(51)의 상단부 및 하단부로부터 수평으로 연장되는 상부 및 하부 브리지(52, 53)로 구성되는 단일의 일체식 구조물로 성형된다. 상부 브리지(52)는 막대(31)의 길이방향 단부에 본딩되고, 하부 브리지(53)는 핀(28)에 의해 플랜지(26)에 고정된 두꺼운 마운트(54)에서 종료된다. 스트립(51)과 브리지(52, 53)는, 도 4에 도시되듯이, 리니어 통로에 따른 방향 및 영구 자석과 전자석(20) 사이의 갭을 따른 방향에 대해 스프링 링크(50)에 탄성을 부여하는 작용을 한다. 따라서, 스프링 링크(50)는 진동기(30)의 왕복운동과 관련될 수 있는 진동기(30)의 부수적인 변위를 흡수할 수 있다.

스프링 링크가 부수적인 변위를 흡수하기 위해 탄성적으로 변형하도록 구성되는 다른 실시예가 또한 여기에 기술된다. 유사한 부품은 유사한 도면 부호가 지정되고, 중복적인 설명은 필요하지 않다고 생각된다.

도 5의 실시예에서, 스프링 링크(50A)는 길이방향 반대 단부에서보다 길이방향 중심으로 가면서 더욱 작게 되는 두께를 갖도록 구성된 수직 스트립(51A)을 포함한다.

도 6의 실시예에서, 스프링 링크는 수직 스트립(51B)과 상부 브리지(52B)를 구비하는 L자형 부재(50B)를 이루도로 형성된다. 이 실시예에서, 두께가 감소된 플랜지(26B)는 각각의 측부 코어(23B)로부터 돌출되어 수직 스트립(51B)의 하단부와 일체로 되고, 수직 스트립(51B) 및 상부 브리지(52B)와 협동하여 리니어 통로에 추가하여 갭 거리에 대해 탄성적 변형을 준다.

도 7의 실시예에서, 스프링 링크는 활 모양의 스트립(50C)으로 형성된다.

도 8의 실시예에서, 스프링 링크(50D)는 길이방향의 양쪽 단부 사이의 중간부에 접힘부(56)를 갖도록 형성된다. 접힘부(56)를 포함함으로써, 스프링 링크는 길이방향에서, 즉, 갭 거리의 방향을 따라, 상부 및 하부 브리지(52D, 53D)의 변형에 의존하지 않고도 진동기에 작용하는 압축 응력을 흡수할 만큼 큰 정도로, 탄성 변형될 수 있다.

도 9의 실시예에서, 스프링 링크(50E)는 길이방향 양쪽 단부에서보다 길이방향 중심으로 가면서 더 좁게 되는 폭을 갖도록 형성된다.

도 10은 또 다른 실시예를 도시하는데, 스프링 링크(50F)는 진동기(30)의 막대(31F)와 일체로 성형되어 부품의 수를 감소시킨다.

도 11은 또 다른 실시예를 도시하는데, 2개의 진동기(30)는 그 사이의 역 위상 관계를 돕는 커플러 스프링(60)에 의해 상호연결된다. 커플러 스프링(60)은, 진동기 중 하나의 리니어 운동에 응답하여, 탄성 변형되도록 구성되어, 발생되는 바이어스를 반대 방향으로 이동하는 다른 진동기에 추가하여 최적 최대 출력 효율로 부하를 구동한다. 커플러 스프링(60)은 웨브(62)에 의해 연결된 다리부(61)를 구비하는 U자형 구조물로 플라스틱 재료로부터 성형되고, 다리부(61)의 상단부에 각각 형성된 결합부(64)에서 진동기(30)의 길이방향 인접 단부에 용접된다. U자형 구조물에 의해, 커플러 스프링(60)에는 진동기가 진동기의 길이방향 및 수직 방향으로 서로에 대해 이동할 수 있게 하는 탄성 변형이 주어진다. 따라서, 진동기(30)는 커플러 스프링(60)에 의해 제한됨이 없이 리니어 통로 및 갭 변화 방향을 따라 이동할 수 있다. 바람직하게는, 커플러 스프링(60)은 스프링 링크(50) 및 진동기(30)의 막대(31)와 일체로 성형된다.

도 12는 수정된 커플러 스프링(60G)을 도시하는데, 커플러 스프링(60G)은 2개의 진동기(30)에 작용할 가능성이 있는 뒤틀림 변위를 흡수하는 추가적인 특성을 갖고서 2개의 진동기(30)를 상호연결하는 데에 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위해서, 각각의 다리부(61)는 감소된 두께의 수평 빔(65)에 의해 결합부(64)에 연결되는데, 이것은 결합부(64), 따라서 진동기(30)가 서로에 대해 측방향으로 이동할 수 있게 한다. 따라서, 커플러 스프링(60)에는 진동기들 사이의 수직 변위에 추가하여 진동기들 사이의 측방향 변위의 가능성이 주어져, 2개의 진동기(30)가 서로에 대해 가까이 또한 멀리 이동할 수 있게 하면서 측방향 및 수직 방향 변위와 조합하여 뒤틀림 변위를 흡수할 수 있게 한다.

또한, 도 13에 도시되듯이, 커플러 스프링(60H)은, 2개의 진동기(30) 사이에 어떠한 가능한 의도되지 않은 변위도 효율적으로 흡수하도록, 다리부(61)를 결합부(64)에 연결하는 부위에 비틀린 빔(66)을 구비하도록 형성될 수 있다. 비틀린 빔(66)은 진동기의 길이 방향 및 폭 방향 둘 다에서 탄성 변형을 갖도록 진동기의 길이 방향 및 폭 방향에 대해 감소된 두께를 갖도록 구성되고, 2개의 진동기(30) 사이에 작용하는 의도되지 않은 변위를 흡수하도록 수직 방향에서 주어진 변형성과 협동한다.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는데, 스프링 링크는 비틀림(torsion) 스프링(50J)의 형태를 갖는데, 비틀림 스프링(50J)은 도면에서 화살표로 표시되듯이 길이 방향에 대해 탄성적 비틀림 변형을 발생시켜, 진동기(30)가 고정자 조립체(10)에 대해 어느 정도로 갭 거리를 따라 축에 관해 피봇할 수 있게 한다. 따라서, 진동기의 가능한 비틀림 변위가 스프링 링크(50J)에서 흡수될 수 있어 진동기(30)의 유연한 왕복운동을 보장한다.

본 발명의 진동형 리니어 액추에이터는 최소의 부수적 진동 또는 응력으로 유연한 왕복운동을 발생시킨다.

Claims

영구 자석과, 부하를 구동시키도록 연결되기에 적합한 출력축을 구비하는 진동기,

전자석을 구비하는 고정자 조립체로서, 상기 전자석은 상기 진동기를 리니어 통로 내에서 상기 고정자 조립체에 대해 왕복운동시키도록 상기 영구 자석과 상호작용하는 자장을 생성하는, 고정자 조립체, 및

상기 진동기를 상기 리니어 통로 내에서 왕복운동할 수 있게 하기 위해 상기 진동기와 상기 고정자 조립체 사이에 갭 거리를 둔채로 상기 진동기를 상기 고정자 조립체에 탄성적으로 지지하도록 구성되어 있는 스프링 링크

를 포함하며,

상기 스프링 링크는, 상기 진동기가 상기 고정자 조립체로 향해 또한 상기 고정자 조립체로부터 멀리 이동할 수 있게 하기 위해 상기 리니어 통로 방향 이외의 방향에서도 탄성적으로 변형되거나, 상기 갭 거리를 따라 연장되는 갭 축에 관해 상기 고정자 조립체에 대해 비틀리도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 리니어 액추에이터.
제1항에 있어서,

상기 스프링 링크 2개가 상기 진동기의 양쪽 단부를 각각 상기 고정자 조립체에 연결하기 위해 설치되어 있고,

상기 2개의 스프링 링크는 상기 진동기를 상기 고정자 조립체 위에 지지하기 위해 상기 고정자 조립체로부터 위로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 리니어 액추에이터.
제1항에 있어서,

상기 스프링 링크는 상기 갭 거리를 변화시키는 갭 방향으로 탄성적으로 변형되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 리니어 액추에이터.
제3항에 있어서,

상기 스프링 링크는 스트립의 형태로 되어 있고, 상기 스트립의 두께는 길이 방향 양쪽 단부에서보다 길이 방향 중심으로 가면서 더 작게 되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 리니어 액추에이터.
제3항에 있어서,

상기 고정자 조립체는 상기 스프링 링크와의 연결을 위한 탄성 플랜지를 포함하고, 상기 탄성 플랜지는 상기 갭 변화 방향에 대해 상기 스프링 링크에 탄성 변형성을 추가하는 것을 특징으로 하는 진동형 리니어 액추에이터.
제3항에 있어서,

상기 스프링 링크는 활 모양의 스트립(50C)의 형태로 되어 있고, 상기 활 모 양의 스트립은 그 양쪽 단부가 상기 진동기 및 상기 고정자 조립체에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 리니어 액추에이터.
제3항에 있어서,

상기 스프링 링크에는 그 양쪽 단부 사이의 중간 부분에, 상기 갭 변화 방향으로 상기 스프링 링크를 탄성 변형시키는 작용을 하는 접힘부가 형성된 것을 특징으로 하는 진동형 리니터 액추에이터.
제3항에 있어서,

상기 스프링 링크는 스트립의 형태로 되어 있고, 상기 스트립의 폭은 길이 방향 양쪽 단부에서보다 길이 방향 중심으로 가면서 더 좁게 되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 리니어 액추에이터.
제3항에 있어서,

상기 스프링 링크는 상기 진동기의 성형부와 함께 일체로 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 리니어 액추에이터.
제3항에 있어서,

한 쌍의 상기 진동기는 서로 역 위상 관계로 왕복운동하도록 상기 고정자 조립체에 지지되어 있고,

상기 한 쌍의 진동기는 상기 역 위상 관계를 돕는 커플러 스프링에 의해 서로 상호연결되어 있으며,

상기 커플러 스프링은 상기 리니어 통로 및 상기 갭 변화 방향을 따라 탄성 변형 가능한 것을 특징으로 하는 진동형 리니어 액추에이터.
제10항에 있어서,

상기 스프링 링크와 상기 커플러 스프링은 상기 진동기의 성형부와 함께 일체로 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 리니터 액추에이터.
제10항에 있어서,

상기 커플러 스프링은 상기 2개의 진동기가 서로를 향해 또한 서로로부터 멀리 이동 가능하게 하는 방향으로 탄성 변형 가능한 것을 특징으로 하는 진동형 리니어 액추에이터.
제1항에 있어서,

상기 스프링 링크는 길이 방향 축에 대해 탄성적으로 비틀리도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 리니어 액추에이터.