CN104052230A - 一种基于共振的小型回转摆动电机 - Google Patents
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Abstract
一种基于共振的小型回转摆动电机，它主要由电机外壳、电机前端盖、电机后端盖、永磁体组、前端轴承、后端轴承、转子轴、转子铁芯、转子绕组及弹性轴组成；转子轴的前后端分别安装在前端轴承和后端轴承内，弹性轴的前端和转子轴的后端固定连接，弹性轴的后端则固定安装在电机后端盖中。本发明的弹性轴随着转子轴的转动而发生弹性变形，调整弹性轴的结构尺寸将改变电机的固有频率；当转子绕组通过交变电流时，将产生交变磁场，该交变磁场和相邻的永磁体组相互作用，使转子轴回转摆动，调整交变电流的频率使其和电机的固有频率相近，则电机在其共振频率附近回转摆动，输出功率大，能量转换效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于共振的小型回转摆动电机，此小型回转摆动电机特别适用于电动牙刷或电动剃须刀。
背景技术
传统的回转摆动电机常采用偏心轮机械结构，振动频率低、使用寿命短且噪音大。中国专利(专利号：200620062958.4)公开了一种高频振动电机：二个线架上绕有线圈，若干永磁铁安装在线圈的下方及上方，线架、线圈及永磁铁固定安装在电机壳的内壁，电机转子轴上安装有铁芯，铁芯和线圈相邻安装，当线圈中通过交变电流时，将产生交变磁场，从而驱动电机转子回转振动；该高频电机，由于线圈固定安装在电机外壳内，在结构上不易小型化；另外，电机转子轴活动安装在前后二个轴承中，由于转子的惯性作用，当交变磁场变化时，转子并不能同步迅速相应，其结果是摆动幅度小，输出功率有限。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足和缺陷而提供一种易于小型化且输出功率大的基于共振的小型回转摆动电机。
本发明的目的由如下技术方案实现。
一种基于共振的小型回转摆动电机，它主要由电机外壳、电机前端盖、电机后端盖、永磁体组、前端轴承、后端轴承、转子轴、转子铁芯、转子绕组及弹性轴组成；其特征在于:所述的电机外壳、电机前端盖及电机后端盖固定连接；所述的永磁体组固定安装在转子铁芯上下两侧的电机外壳的内壁；所述的转子绕组绕制在转子铁芯上，转子铁芯固定安装在转子轴上，转子轴的前后端分别安装在前端轴承和后端轴承内；所述的弹性轴的前端和转子轴的后端固定连接，弹性轴的后端则固定安装在电机后端盖中，弹性轴随着转子轴的转动而发生弹性变形。
进一步的，所述永磁体组包括4块永磁体，两两安装在所述转子铁芯的上方及下方，其配置结构是上方左右都为N极，下方左右都为S极；或者上方左右都为S极，下方左右都为N极；或者上方左右分别为N极、S极，下方左右分别为S极、N极；或者上方左右分别为S极、N极，下方左右分别为N极、S极。
进一步的，所述前端轴承和后端轴承是滚动轴承，或是滑动轴承，或是弹性轴承。
进一步的，所述弹性轴和转子轴是固定连接，或是一体制造。
与现有技术相比，本发明所述的基于共振的小型回转摆动电机的优点在于：
1、本发明包括一可随所述转子轴转动而发生弹性变形的弹性轴，通过调整弹性轴的结构尺寸将改变电机的固有频率；当转子绕组通过交变电流时，将产生交变磁场，该交变磁场和相邻的永磁体组相互作用，使转子轴回转摆动，调整交变电流的频率使其和电机的固有频率相近，则电机在其共振频率附近回转摆动，输出功率大。
2、本发明的弹性轴和转子轴是固定连接，或是一体制造，当电机转子在磁场力的作用下正向回转摆动时，部分能量将以弹性势能贮存在弹性轴中，改变转子绕组中电流的方向，磁场力将使电机转子反向回转摆动，此时，贮存在弹性轴中的弹性势能将释放以加速电机转子的反向回转摆动，从而使本发明的回转摆动电机输出功率大，能量转换效率高。
附图说明
图1是本发明基于共振的小型回转摆动电机的结构示意图。
图2是一种永磁体组和转子绕组配置结构图及磁作用力分析图。
图3是图2在转子绕组电流方向改变后的磁作用力分析图。
图4是另一种永磁体组和转子绕组配置结构图。
图中：1电机外壳，2电机前端盖，3电机后端盖，4永磁体组，5前端轴承，6后端轴承，7转子轴，8转子铁芯，9转子绕组，10弹性轴。
具体实施方式
以下结合附图1、图2、图3和图4进一步详细说明本发明的结构。
图1是一种基于共振的小型回转摆动电机，它主要由电机外壳1、电机前端盖2、电机后端盖3、永磁体组4、前端轴承5、后端轴承6、转子轴7、转子铁芯8、转子绕组9及弹性轴10组成；所述的电机外壳1、电机前端盖2及电机后端盖3固定连接；所述的永磁体组4固定安装在转子铁芯8上下两侧的电机外壳1的内壁；所述的转子绕组9绕制在转子铁芯8上，转子铁芯8固定安装在转子轴7上，转子轴7的前后端分别安装在前端轴承5和后端轴承6内；所述的弹性轴10的前端和转子轴7的后端固定连接，弹性轴10的后端则固定安装在电机后端盖3中，弹性轴10随着转子轴7的转动而发生弹性变形，调整弹性轴10的结构尺寸(直径及长度)将改变电机的固有频率；当转子绕组9通过交变电流时，将产生交变磁场，该交变磁场和相邻的永磁体组4相互作用，使转子轴7回转摆动，调整交变电流的频率使其和电机的固有频率相近，则电机在其共振频率附近回转摆动，输出功率大。
所述前端轴承5和后端轴承6是滚动轴承，或是滑动轴承，或是弹性轴承。
所述的弹性轴10和转子轴7是固定连接，或是一体制造；当电机转子在磁场力的作用下正向回转摆动时，部分能量将以弹性势能贮存在弹性轴10中，改变转子绕组9中电流的方向，磁场力将使电机转子反向回转摆动，此时，贮存在弹性轴10中的弹性势能将释放以加速电机转子的反向回转摆动，从而使本发明的回转摆动电机输出功率大，能量转换效率高。
图2是一种永磁体组4和转子绕组9配置结构图及磁作用力分析图：永磁体组4由4块永磁体构成，假定转子绕组9在通过驱动电流时，转子铁芯8的左右二端为异性磁极，图中左边为N极，右边为S极；此时，永磁体组4上方左右配置为N极(N1，N2)，下方左右则为S极(S1，S2)，永磁体N1对转子铁芯8的磁作用力为FN1，永磁体S1对转子铁芯8的磁作用力为FN2，FN1和FN2的合力为FN；同样永磁体N2和永磁体S2对转子铁芯8的磁作用力分别为FS1和FS2，其合力为FS；FN和FS大小相等，方向相反，对转子轴7施加了一个逆时针方向的磁力矩，其大小为FN*R+FS*R＝2FN*R,该磁力矩驱动转子轴7逆时针方向回转摆动。
对于图2，当转子绕组9中的电流方向改变时，转子铁芯8的左边为S极，右边为N极，见图3，此时，转子铁芯8受顺时针方向磁力矩，该磁力矩驱动转子轴7顺时针方向回转摆动。
由以上分析可知，永磁体组4和转子绕组9在图2的配置下，当转子绕组9通过交变电流时，转子铁芯8受逆时针方向及顺时针方向磁力矩的交替作用，从而驱动转子轴7作周期回转摆动。
上述图2中的4块永磁体的另外一种配置是上方左右配置为S极，下方左右配置为N极。
图4是另一种永磁体组4和转子绕组9配置的结构图：假定转子绕组9在通过驱动电流时，转子铁芯8的左右二端为同性磁极，同为N极或同为S极；此时，永磁体组4上方左右分别配置为N极、S极，下方左右分别配置为S极、N极。图4的永磁体组4另外一种配置是上方左右分别为S极、N极，下方左右分别为N极、S极。
本发明并不受上述实施例的限制，在本发明范围内的技术人员可设计出其他实施例。
Claims (4)
1.一种基于共振的小型回转摆动电机，其特征在于:它主要由电机外壳(1)、电机前端盖(2)、电机后端盖(3)、永磁体组(4)、前端轴承(5)、后端轴承(6)、转子轴(7)、转子铁芯(8)、转子绕组(9)及弹性轴(10)组成；所述的电机外壳(1)、电机前端盖(2)及电机后端盖(3)固定连接；所述的永磁体组(4)固定安装在转子铁芯(8)上下两侧的电机外壳(1)的内壁；所述的转子绕组(9)绕制在转子铁芯(8)上，转子铁芯(8)固定安装在转子轴(7)上，转子轴(7)的前后端分别安装在前端轴承(5)和后端轴承(6)内；所述的弹性轴(10)的前端和转子轴(7)的后端固定连接，弹性轴(10)的后端则固定安装在电机后端盖(3)中，弹性轴(10)随着转子轴(7)的转动而发生弹性变形。
2.根据权利要求1所述的一种基于共振的小型回转摆动电机，其特征在于：所述永磁体组(4)包括4块永磁体，两两安装在所述转子铁芯(8)的上方及下方，其配置结构是上方左右都为N极，下方左右都为S极；或者上方左右都为S极，下方左右都为N极；或者上方左右分别为N极、S极，下方左右分别为S极、N极；或者上方左右分别为S极、N极，下方左右分别为N极、S极。
3.根据权利要求1所述的一种基于共振的小型回转摆动电机，其特征在于：所述前端轴承(5)和后端轴承(6)是滚动轴承，或是滑动轴承，或是弹性轴承。
4.根据权利要求1所述的一种基于共振的小型回转摆动电机，其特征在于：所述弹性轴(10)和转子轴(7)是固定连接，或是一体制造。
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