CN100346945C - 具有用于产生振荡运动的驱动装置的小型电动器具 - Google Patents

具有用于产生振荡运动的驱动装置的小型电动器具 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种小型电动器具，包括为该小型电动器具的至少一个工作单元(12)产生振荡运动的驱动装置。驱动装置有第一驱动组件(1)、第二驱动组件(2)和用于产生磁场的线圈(5)，该磁场从第一驱动组件(1)伸出并作用在第二驱动组件(2)上，后者被可动地安装在小型电动器具中，使得第二驱动组件(2)设置为振荡运动。第一驱动组件(1)被可动地安装在小型电动器具中，使得它执行与第二驱动组件(2)反相的振荡运动，且驱动装置通过至少一个第一弹簧元件(14)被固定在小型电动器具上。

Description

具有用于产生振荡运动的驱动装置的小型电动器具
技术领域
本发明涉及具有用于产生振荡运动的驱动装置的小型电动器具，此小型器具特别适用于电动剃须刀或者电动牙刷中。
背景技术
根据DE 1 151 307 A可知，用于干式剃须刀的振荡电枢驱动器具有往复工作运动的剃须刀具。这种已知的振荡电枢驱动器包括一个被紧密固定在剃须刀外壳中的U形电磁铁。工作电枢放置在靠近电磁铁两极的地方，而在工作电枢的每一侧，则非常对称地放置了一个对应的振荡补偿电枢。工作电枢和补偿电枢由U形片簧悬挂着，其位置是可动的。在运行时，驱动剃须刀具的工作电枢沿着固定不动的电磁铁的磁极表面平行振荡，同时补偿电枢作反相位的振荡运动，从而尽可能避免将工作电枢的振荡传递给剃须刀的外壳。
DE 196 80 506 T1所揭示的电动剃须刀具有线性振荡马达和固定不动电磁铁，以及其它一些可移动组件，它们被设置成在电磁铁的作用下按照彼此相反的相位进行振荡。电磁铁通过螺丝被固定在剃须刀的底盘上。可移动组件通过片簧悬挂在底盘上，其位置是可动的。片簧上有许多裂纹，使得各个可移动组件能够相对反向地移动。
发明内容
本发明的目标是在小型电动器具的内部尽可能以最优的方式产生振荡运动，同时尽量防止器具上不受欢迎的振动。
本发明中的小型电动器具包括为该小型电动器具的至少一个工作单元产生振荡运动的驱动装置。驱动装置具有第一驱动组件、第二驱动组件和用于产生磁场的线圈，该磁场从第一驱动组件伸出并作用在第二驱动组件上，后者被可动地安装在小型电动器具中，使得将第二驱动组件设置为振荡运动。本发明的特征在于，第一驱动组件被可动地安装在小型电动器具中，使得它执行与第二驱动组件反相的振荡运动，并且驱动装置通过至少一个第一弹簧元件被固定在小型电动器具上。
由于两个驱动组件振荡运动反相，与仅有一个驱动组件运动而另一个驱动组件静止不动的传统驱动装置相比，本驱动组件能够获得高得多的相对速度。由于这种驱动装置的效率随驱动组件的相对速度而增加，因此通过本发明的驱动装置可以达到比现有技术中已知的类似驱动装置更高程度的效率。利用弹簧元件悬挂的方式具有以下优点：它在应用中几乎没有摩擦，并且能在振荡方面将小型器具的其余部分(特别是外壳)与驱动装置充分解耦。
第一驱动组件和第二驱动组件可以通过至少一个第二弹簧元件相互连接起来。这样的优点是使两个驱动组件的相对运动几乎没有摩擦，而同时这也能够获得操作驱动装置所需的回复力。第二弹簧元件的弹性常量优选地大于第一弹簧元件的弹性常量。一方面，这使得两个组件之间具有相对较为紧密的耦合，而另一方面，这也使得驱动装置与小型器具的外壳之间的耦合较为松散。
在本发明的小型器具的优选实施例中，第一和/或第二弹簧元件由片簧构成。片簧只能在某个空间方向上产生弹性屈伸，而在另两个空间方向上则表现得类似刚体，因而可以在这些空间方向上执行另外的静态功能。片簧的其它优点是它对空间的要求非常低，并且成本低廉。
第一和第二弹簧元件可以被构造成为一个集成单元，从而可以减少本发明的小型器具中单个部件的数量。特别地，第一弹簧元件和第二弹簧元件可以被构造成十字交叉形式的普通片簧。
多个第二弹簧元件可以被布置为层层相叠的形式。这种布置的优点是具有非常高的弹性常量，从而能够实现两个驱动组件之间非常紧密的耦合。为了保持尽可能低的摩擦力，在这种方案中提供间隔器是有好处的，这样使得第二弹簧元件相互之间能保持一定的距离。
也可以配置第三弹簧元件从而设定驱动装置其余部分的位置。
在优选实施例中，第一驱动组件和第二驱动组件(包括与第一驱动组件或第二驱动组件共同运动的那些部分)的重心都在同一条直线上运动，这样可以避免产生角动量。另外，驱动装置的优选构造方案是使第一驱动组件和第二驱动组件(包括与第一驱动组件或第二驱动组件共同运动的那些部分)的线性动量大小相等而方向相反，从而没有线性动量产生。这种配置使得第二弹簧元件的尺寸非常微弱，从而达到驱动装置与小型器具外壳的近似完全解耦。
两个驱动组件中至少有一个具有一个或多个永久磁铁。另外，两个驱动组件中至少有一个具有线圈缠绕的磁芯。通过这种安装方式，可以在相对较小的尺寸下获得强有力的驱动，其中的能量消耗足够低，以允许例如小型电动器具的电池供电的运行。
附图说明
本发明将在下文中通过引用带有图示说明的实施例加以解释。该实施例与电动剃须刀的每种使用实例都有联系。然而，应该理解，本发明也适用于其它小型电动器具中，例如电动牙刷。
在图中：
图1是本发明的剃须刀驱动装置实施例的高度示意性的截面视图。
图2是本发明的剃须刀的高度示意性的局部视图，显示出图1中所说明的线性马达的实施例。
图3是在已安装条件下片簧实施例的侧视图。
图4是本发明的剃须刀实施例的局部透视图，显示出对应于图2的细节部分。
图5是与图4相似的视图，但已移除某些覆盖面从而显示出更多细节。
图6是图5中实施例的分解透视图。
具体实施方式
图1是本发明的剃须刀驱动装置实施例的高度示意性的截面视图。剃须刀驱动装置由线性振荡马达构成，它具有以比较小的相对距离排列的两个可动的马达组件1和2。第一马达组件1由铁芯3构成，它具有向第二马达组件2方向伸展的两条引腿4。在每条引腿4上安置一个缠绕线圈5，其既可以作为分离的独立线圈也可以作为一个公共线圈那样进行操作。第二马达组件2具有三个永久磁铁6，它们被以这样的方式极性反平行地并排放置于公共承载板7上，使得其中一个磁极指向第一马达组件1的铁芯3的方向。与铁芯3类似，承载板7也是用铁质材料制成。两个马达组件1和2被并排放置得如此靠近，仅有狭窄的气隙8将永久磁铁6与铁芯3的邻接引脚4的末端分隔开来，气隙8的宽度由固定至铁芯3和承载板7的对应面的两块片簧9决定。片簧9的一个特性是在它们扩展出的平面内表现得像刚体一般，仅在垂直这个平面的方向上能够发生弹性屈伸。在图1所示的实施例中，这意味着，为了克服片簧9所造成的回复力，两个马达组件1和2将相对彼此向左方和右方运动，同时仍然保持它们的相对距离以及气隙8的宽度不变。这样的结果是得到这样的振荡系统，其中第一马达组件1和第二马达组件2执行各自的线性振荡运动。两个马达组件1和2的运动方向相反，也就是说，两者的振荡相位相反。
为了启动和维持振荡，让电流流过线圈5。线圈5用作电磁铁，在铁芯3的辅助下产生磁场，该磁场作用于永久磁铁6并导致线圈5和永久磁铁6的相对运动。通过适当的激励，可以反转线圈5所产生的磁场的极性，造成第一和第二马达组件1和2的振荡相位正好相反。在这种情况下，本发明的基本方面是第一马达组件1和第二马达组件2都会运动，也就是说，线性马达并没有用于驱动转子的定子，而是具有相互驱动的两个反相振荡的马达组件1和2。这些马达组件1或2中的一个对应了传统线性马达中的转子，而另一个则执行传统线性马达中定子的功能，但是不像定子，它并不静止而是同样运动的。这样的结果是，在其它的确定情况下，本发明的线性马达的第一和第二马达组件1和2的相对运动速度是传统线性马达的定子和转子的相对速度的两倍，因而可以达到相对较高的效率程度。两个马达组件1和2的振荡运动频率由线圈5的激励所预先设定，特别地被设为对应于两个马达组件1和2和片簧9所形成的振荡系统的谐振频率。在共振条件下，这会产生高度稳定的振荡行为，并且仅仅需要极少的能量输入。
图2是本发明的剃须刀的高度示意性的局部视图，显示出图1中所说明的线性马达的实施例。该视图被限制在剃须刀中紧靠线性马达的安装环境里。通过片簧9，线性马达被悬挂在剃须刀的外壳10中，也就是说，在所示的实施例中，片簧9不仅仅执行耦合两个马达组件1和2用于相对运动的功能，同时也将线性马达悬挂在外壳10中。有关片簧9的可能的几何设计细节将通过参考图3加以解释。采用片簧9悬挂线性马达的方案之所以被认为是合适的，是因为与传统的线性马达相比，马达组件1和2都能够移动，这就排除了在外壳10上采用螺丝连接或其它方法固定马达组件1和2中某一个的可能性。片簧9可以实现无摩擦的悬挂，另外也在很大程度上防止了发生外壳10的不受欢迎的振动。为了确保线性马达在这种松散悬挂的情况下能够占据余下的确定位置，同时也为了保持片簧9的稳定性，至少要有一块片簧9通过另外的弹性元件11连接到外壳10上。图2也显示了被安装在第一马达组件1或者第二马达组件2上的剃须刀具12。作为选择，也可以配置两个剃须刀具12，一个安装在第一马达组件1上，而另一个则安装在第二马达组件2上。单个剃须刀具12或者两个剃须刀具12中的每一个都被线性马达以往复运动的方式进行驱动。
图3是在已安装条件下片簧9的实施例的侧视图。选择这个视图使得被片簧9掩盖起来的两个马达组件1和2的振荡与投影平面相垂直。在这个实施例中，片簧9是十字交叉形的，具有相对较宽的水平梁13和从中部延伸的相对较窄的垂直梁14，这两条梁由一个部件集成制造而得。水平梁13用于连接第一和第二马达组件1和2。垂直梁14用于将线性马达悬挂在剃须刀的外壳10上，并且在几何结构上具有比水平梁13充分小的弹性常量。
图3的实施例与图2中所示的片簧9稍有不同，在于图2中附加的弹性元件11以垂直梁14较低部分的形式与片簧9集成形成，也就是说，图2中的片簧9不再需要这个较低的部分，这使它们成为T形而不是十字交叉形。在垂直梁14的底端和顶端固定外壳10。与将垂直梁14安置在水平梁13的中央并因此在中央悬挂水平梁13的方案不同，可以提供两条垂直梁14，将其分别安置在水平梁13的两个末端区域，并用于在各个末端将水平梁13悬挂在外壳10上。在这种变化方案中，片簧9是H形而不是十字交叉形的。然而，当片簧9固定在外壳10上时，需要允许两个马达组件1和2的振荡运动传递到片簧的垂直梁14上。
图4是本发明的剃须刀实施例的局部透视图，显示出对应于图2的细节部分。图5是与图4相似的视图，但已移除某些覆盖面从而显示出更多细节。图6是图5示例的分解图。本发明的基本方面是如图4至6所示线性马达的构造以及其在剃须刀中的悬挂。否则，剃须刀将按照图中没有显示的传统方式那样进行构造。
马达组件1和2的设计基本对应图1所示的实施例，只是第二马达组件2具有四个永久磁铁6，而不是三个永久磁铁6。在每个马达组件1和2上都安装一个剃须刀具12，使得两个剃须刀具12的相互反相振荡。剃须刀具12交叉地安装在马达组件1和2上，使得由第一马达组件1所驱动的剃须刀具12被安置在第二马达组件2的上方，而由第二马达组件2所驱动的剃须刀具12被安置在第一马达组件1的上方。在承载板7上提供配重18。这样做的目的是使得第一马达组件1和第二马达组件2(包括随之移动的部分，例如剃须刀具12)的重心尽可能远地沿着共同的直线运动，从而不会或者只有很小的角动量被产生，这个角动量会带来不受欢迎的振动。代替提供单一片簧9，在线性马达的每一侧排列层叠的三个矩形片簧9，同时提供插片15以维持弹簧的间距，螺丝16用于将它们保持在一起并固定在两个马达组件1和2上。插片15可以减少层叠中的各块片簧9之间的摩擦。为了将线性马达悬挂在外壳10上，提供了四个分离的振荡桥17，它们呈带状且具有逐渐变细的部分，通常由弹性钢材制成，这一点与片簧9类似。在振荡桥17的一端与片簧9一并旋接至马达组件1或2之一，振荡桥17的另一端则旋接至外壳10。
在操作过程中，两个马达组件1和2以及它们所带的剃须刀具12按照相反的相位分别进行线性振荡。当这种情况发生时，两个层叠着的片簧9经历连续的弹性弯曲，使得它们较窄的一侧向相反的方向偏转，并且此偏转方向会周期性地反向。随着片簧9较窄一侧的偏转，被固定于此的振荡桥17的末端也因此周期性地偏转。当振荡桥17如同当前实施例中所示那样尺寸非常微小时，这种偏转在实践中不会被传递到外壳10上。然而，在这个情况中，振荡桥17并没有处在吸收可被感知的角动量或线性动量的位置上。因此，需要设计线性马达的几何结构以便尽可能地防止最终的角动量和线性动量的产生。这一目标可以通过将第一马达组件1(包括所有随之运动的部分)的重心和第二马达组件2(包括所有随之运动的部分)的重心沿同一直线运动而实现。另外，第一和第二马达组件1和2(包括随各自运动的部分)的线性动量应该大小相等而方向相反。

Claims (13)

1.一种小型电动器具，具有用于产生该小型电动器具的至少一个工作单元(12)的振荡运动的驱动装置，其中所述驱动装置具有第一驱动组件(1)、第二驱动组件(2)和用于产生磁场的线圈(5)，该磁场从第一驱动组件(1)伸出并以这样的方式作用在可动地设置在小型电动器具中的第二驱动组件(2)上，使得将第二驱动组件(2)设置为振荡运动，其特征在于，第一驱动组件(1)被可动地设置在小型电动器具中，以执行与第二驱动组件(2)反相的振荡运动，同时相关驱动组件之间的气隙被基本维持为常量，并且驱动装置借助于至少一个第一弹簧元件(14)被固定至小型电动器具。
2.根据权利要求1所述的小型电动器具，其中，第一驱动组件(1)和第二驱动组件(2)通过至少一个第二弹簧元件(13)相互连接。
3.根据权利要求2所述的小型电动器具，其中，第二弹簧元件(13)的弹性常量大于第一弹簧元件(14)的弹性常量。
4.根据前述权利要求之一所述的小型电动器具，其中，第一弹簧元件(14)和/或第二弹簧元件(13)被构造为片簧。
5.根据前述权利要求2至3中任一项所述的小型电动器具，其中，第一弹簧元件(14)和第二弹簧元件(13)被构造成为一个集成单元。
6.根据权利要求5所述的小型电动器具，其中，第一弹簧元件(14)和第二弹簧元件(13)被构造成十字交叉形式的公共片簧。
7.根据前述权利要求2至3中任一项所述的小型电动器具，其中，多个第二弹簧元件(13)以层层相叠的形式设置。
8.根据权利要求7所述的小型电动器具，其中，第二弹簧元件(13)通过插片(15)保持相互之间的距离。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的小型电动器具，其中，提供第三弹簧元件(11)用于设定驱动装置其余部分的位置。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的小型电动器具，其中，第一驱动组件(1)及与之共同运动的部分，和第二驱动组件(2)及与之共同运动的部分，其重心都在一条公共直线上运动。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的小型电动器具，其中，第一驱动组件(1)及与之共同运动的部分，和第二驱动组件(2)及与之共同运动的部分，其动量大小相等而方向相反。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的小型电动器具，其中，两个驱动组件(1，2)中至少有一个具有至少一块永久磁铁(6)。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的小型电动器具，其中，两个驱动组件(1，2)中至少有一个具有线圈(5)缠绕的磁芯(3)。
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