CN104471848B - 线性马达和具有线性马达的电气装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于线性马达的板片弹簧，其中所述弹簧具有内紧固部分、外紧固部分以及连接内紧固部分与外紧固部分的弹簧臂。弹簧臂围绕内紧固部分的面心盘旋，并且板片弹簧在其延伸平面上是扁平的，使得片簧的宽度和板片弹簧的高度之间的比率具有至少约1.33的值，其中测量高度的方向垂直于测量宽度的方向。具体地，板片弹簧可由单个片材制成，使得内紧固部分、弹簧臂和外紧固部分彼此成一体。

Description

线性马达和具有线性马达的电气装置

技术领域

本发明涉及一种线性马达(即，用于提供线性往复运动或振荡运动的共振式弹簧-质量马达)，并且具体地涉及一种用于在此类线性马达中提供恢复力的弹簧。本发明还涉及包括此类线性马达的电气装置。

背景技术

线性马达被熟知包括壳体、安装在壳体处用于线性振荡的电枢、包括用于驱动所述电枢进行振荡运动的线圈的定子和振幅控制杆，其中所述电枢在一端部处利用卷簧抵靠所述壳体偏置，振幅控制杆在一端部处通过卷簧抵靠所述壳体偏置，并且其中电枢的另一端部通过卷簧抵靠振幅控制杆的另一端部偏置。振幅控制杆具体地用于吸收或增大电枢的振幅。文档US2004/130221A1大体讨论了此类马达。

本公开的一个目标是提供一种用于线性马达的弹簧、线性马达和配备有此类线性马达的电气装置，所述线性马达和电气装置被改进优于已知的线性马达和电气装置，或至少提供另选设计。

发明内容

根据至少一个方面，本发明提供了一种用于线性马达的板片弹簧，其中所述弹簧均由内紧固部分、外紧固部分以及连接所述内紧固部分和所述外紧固部分的弹簧臂组成，具体地其中所述板片弹簧由单个板材制成，使得所述内紧固部分、所述弹簧臂和外紧固部分彼此成一体，其中所述弹簧臂围绕所述内紧固部分的面心盘旋，并且所述板片弹簧在其延伸平面上是扁平的，使得所述片簧的宽度与所述板片弹簧的高度之间的比率具有至少约1.33的值，测量所述高度的方向垂直于测量所述宽度的方向。

根据至少一个方面，本发明提供了一种线性马达，所述线性马达具有安装用于基本上沿纵向从动线性振荡的电枢和至少第一电枢安装弹簧组件和第二电枢安装弹簧组件，所述电枢安装弹簧组件各自相对于纵向垂直地进行布置，其中所述第一电枢安装弹簧组件和第二电枢安装弹簧组件各自通过根据前述权利要求中任一项所述的板片弹簧中的至少一个来实现，任选地其中所述第一电枢安装弹簧组件或第二电枢安装弹簧组件是所提出的板片弹簧中的至少两个的叠堆，并且所述第一电枢安装弹簧组件和第二电枢安装弹簧组件在纵向上彼此位置对齐。

根据至少一个方面，本发明还提供了一种具有所提出的线性马达的电气装置，其中所述线性马达被布置用于驱动所述电气装置的功能元件。

附图说明

本发明的板片弹簧、线性马达和具有此类线性马达的电气装置将通过示例性实施例的详细说明并且参考附图进行进一步阐述。在附图中，

图1是片簧在它可被用于所提出的线性马达时的一个示例性实施例的描绘；

图2是剖过根据本公开的线性马达的一个示例性实施例的纵向剖面；

图3是沿由线A-A所指示的平面剖过图3所示的线性马达的横截面；

图4是指示可由线性马达提供的最大驱动力F对线性振荡的峰值振幅A的图形，其中附注为M的曲线与根据本说明书的马达有关；

图5是可包括根据本公开的线性马达的电气装置的一个示例性实施例的描绘。

具体实施方式

以下文字阐述了本公开的众多不同实施例的广义说明。本说明旨在被理解为仅是示例性的，而并非描述每一种可能的实施例，因为描述每一种可能的实施例是不可能的也是不切实际的。应当理解，本文所述的任何特征、特性、组件、组成、成分、产品、步骤或方法均可被删掉、整个地或部分地与本文所述的任何其它特征、特性、组件、组合物、成分、产品、步骤或方法相组合或由后者取代。可使用当前技术或在本专利的提交日期之后开发的技术来实施众多可供选择的实施例，所述在本专利的提交日期之后开发的技术将仍然属于本权利要求的范围。本文引用的所有公布和专利均以引用方式并入本文。

尽管本文在电动口腔卫生装置诸如电动牙刷的背景下描述了各实施例，实施例并不受此限制。本文所公开的实施例可以应用于多种应用中，诸如在电动刮舌器、电动按摩装置和许多其他的应用中。

在一些实施例中，根据本说明书的线性马达具有安装用于基本上沿纵向从动线性振荡的电枢和安装用于基本上沿纵向线性振荡的次质量。次质量与电枢功能上联接(例如，通过安装到接合基座诸如外壳或支撑结构)，使得由电枢生成的振荡激励次质量进行反向振荡，从而抵消电枢的振荡。

如本领域中所公知的，其中次质量与从动电枢功能上联接的此类线性马达，次质量可提供由线性马达向其外壳所传递的振荡的总体减小。除此之外或作为另外一种选择，从次质量传递到外壳的振荡可将从电枢传递到外壳的振荡至少抵消到一定程度并且理想地完全抵消。如果电枢和次质量按照相反的振幅(即，具有约180°的相移)运动，则这种效果具体地可被理解。在一些实施例中，电枢通过至少第一电枢安装弹簧组件和第二电枢安装弹簧组件进行安装，所述电枢安装弹簧组件每个均在垂直于电枢沿其被驱动进行线性运动的纵向的平面上延伸，并且除此之外或作为另外一种选择，次质量利用至少第一次质量安装弹簧组件和第二次质量安装弹簧组件进行安装，所述次质量安装弹簧组件每个均在垂直于纵向的平面上延伸。至少第一电枢弹簧组件和第二电枢弹簧组件具有相同的形状和取向并且当在纵向上观看时是重叠的(即，在纵向上成一直线)。线性马达的每个弹簧组件均可包括根据本公开的板片弹簧中的至少一个或者可具有至少两个此类片簧的叠堆。

在一些实施例中，选择电枢的质量和次质量的质量近似地相同，例如，两个质量相差不超过10％，任选地相差不超过5％，进一步任选地相差不超过2％以及甚至进一步任选地相差不超过1％。在一些实施例中，次质量的质量和电枢的质量相同。

在一些实施例中，根据本说明书的线性马达具有安装用于基本上沿纵向的从动线性振荡的电枢、被所述电枢驱动进行沿平行于纵向的第一纵向轴线的线性振荡的驱动轴，其中所述电枢相对于纵向轴线不对称地布置并具有沿第一纵向轴线延伸的两个相对的端部部分、包括永久电磁体构造的中心部分和每个均连接端部部分之一与中心部分的两个连接部分，所述中心部分在纵向上偏离于第一纵向轴线延伸。

线性马达的此类特定设计明显地利用线性马达的有效构造体积。具体地，如果电枢通过在中心区域具有相应的紧固部分的片簧组件进行安装，则电枢的中心部分需要从紧固位置的相应中心轴线回缩，以允许可只被布置在电枢对面的定子构造体积最大。电枢的中心部分的后侧然后可尽可能接近于线性马达的外壳。因为电枢的端部部分需要被固定到弹簧组件的内紧固部分，连接部分将端部部分与回缩的中心部分连接。

本公开中的术语“弹簧组件”被用来指所提出的共振式线性马达的所有弹簧组件，即，该术语可包括至少第一电枢安装弹簧组件或至少第一次质量安装弹簧组件。每个弹簧组件均可通过根据本公开的至少一个板片弹簧或者通过此类板片弹簧中的至少两个的叠堆来实现。板片弹簧在静止状态中(即，当它们未变形时)是平坦的，因此在平面上延伸(忽略片簧的厚度或片簧的叠堆的厚度)。板片弹簧具有螺旋状结构，即，板片弹簧包括从板片弹簧的中心区域盘旋到外部区域的弹簧臂。在一些实施例中，源于板片弹簧的面心或源于内紧固部分的面心的在板片弹簧的延伸平面上的射线束对于所有角度(即，0°至360°)总是交叉弹簧臂至少一次。根据本公开的至少一个方面，所有弹簧组件均可具有相同的形状，并且可按相同的取向进行布置(即，它们全都相对于纵向对齐，或者换句话讲，当沿纵向观察时是重叠的)。

根据本公开的至少一个方面，弹簧组件在片簧的至少一半中的形状可通过从其切下一部分的圆来近似，其中所述部分的高度为所述圆直径的至少约10％，任选地所述直径的至少约15％，进一步任选地所述直径的至少约20％，以及甚至进一步任选地所述直径的至少约25％，但是不排除更高的值，例如至少30％，至少35％等。由于弹簧组件的形状可基本上限定线性马达的横截面形状，此类形状提供与线性马达并行的附加构造体积，假使线性马达被设置在具有横截面是基本上圆形的内腔体的(电气装置的柄部部分的)外壳中。下面具体地参考图1描述了根据本公开的弹簧组件的另外的或另选的方面。

图1是可被用于所提出的线性马达中的板片弹簧50的一个示例性实施例的描绘。图1示出板片弹簧50处于其被坐标轴x和y跨越的延伸平面上的一般形貌。具体地，板片弹簧50可在z方向上(即，在垂直于其中描绘片簧50的纸平面的方向上)具有均匀的厚度。所述厚度可在约0.1mm至约1.0mm之间的范围内，任选地可选择在约0.3mm至约0.5之间的范围内的厚度。在一些实施例中，可使用0.35mm至0.4mm之间的厚度。如图所示的此类板片弹簧具体地可由不锈钢片材制成(具体地由合适的弹簧钢制成)，例如通过冲压或激光切割，但是不应当排除其他材料，具体地其它金属片材材料诸如黄铜，并且也不应当排除其他制造技术，诸如普遍切割。

板片弹簧50具有大体螺旋状的形貌。板片弹簧50具有位于顶部左侧位置处的外紧固部分51，之后跟随的是螺旋状弹簧臂58，所述弹簧臂由第一弹簧臂部分52和第二弹簧臂部分53构成。在螺旋状弹簧臂58处于更中心位置接近于片簧50的中心区域59的另一端部，弹簧臂58以内紧固部分54而结束。由于螺旋状形貌，外紧固部分51位于片簧的外部，并且内紧固部分54位于片簧区域内更靠近中心。这意味着，如果外紧固部分被用于将片簧50固定在马达外壳20处(如图2所示)，则驱动联接器轴线(即，如图2所指示的纵向轴线L)被迫使位于片簧面积的中心附近。

一般来讲，板片弹簧50由内紧固部分54、外紧固部分51和弹簧臂58组成，所述弹簧臂连接内紧固部分和外紧固部分54、51，并沿至少360°的角度范围围绕内紧固部分54的面心54A盘旋。一般来讲，板片弹簧50在其延伸平面上是扁平的，即，板片弹簧50的宽度w与板片弹簧的高度h的比率大于1.0，具体地该比率为至少1.33。如图1所示，仍完全包封板片弹簧50的可能的最小的矩形Q具有与板片弹簧50的高度和宽度相一致的短边和长边。相对于该矩形Q限定了笛卡尔坐标系。坐标系的原点位于矩形Q的面心Q1中，并且x轴然后与矩形Q的长轴相一致并且y轴与矩形Q的短轴相一致。板片弹簧50的宽度w在x方向上测量并且板片弹簧的高度在y方向上测量。

所示的板片弹簧50的示例性实施例具有下面将进行描述的一般可选特性的各种特征结构。为清晰起见，所提出的用于线性马达的板片弹簧可不具有这些另外的特征结构中的任何一者，可具有一个、若干或所有的所描述的特征结构。

外紧固部分51可被用于相对于外壳固定板片弹簧，并且内紧固部分54可被用来联接到可运动部分诸如如下面将进一步进行描述的马达电枢。

因此，外紧固部分和内紧固部分51和54在安装状态中与将相对于彼此运动的部件连接。当弹簧变形时，具体地如果它们在其整个区域上(图1中的阴影区域)与例如外壳部分或马达的电枢连接，则外紧固部分和内紧固部分可保持基本上平坦。尽管外紧固部分51被示出为是封闭区域，而内紧固部分被示出为具有中心孔，紧固部分的设计对于技术人员是可获得的并且可适合于设计需要，例如外紧固部分同样可具有中心孔和/或内紧固部分54同样可为封闭区域，或者紧固部分之一或二者可具有两个甚至更多个孔。

可通过设定板片弹簧的尺寸(即，其在x方向上的宽度，其在y方向上的高度以及其在z方向上的厚度)和通常其形貌来影响和调整片簧50的弹簧常数。此外，为了设定特定的弹簧常数，可将两个或更多个板片弹簧50在z方向上堆叠以形成片簧组件，所述片簧组件然后提供否则可只能通过更大的单个片簧来提供的弹簧常数(在其宽度和高度值上，即，在其x和y延伸方向上更大，或者通过更厚的片簧来提供，因为弹簧常数大体与弹簧体积成比例)。从图1所示和前述说明的板片弹簧50的形貌明显可见，在给定的弹簧常数k_z下，板片弹簧50允许外紧固部分和内紧固部分51和54相对于彼此在z方向上运动，其起到使片簧50恢复到单一延伸平面(板片弹簧的静止状态)的作用。分别在x和y方向作用的弹簧常数k_x和k_y比弹簧常数k_z更大。因此，在如图2所示的线性马达中利用板片弹簧50或两个或更多个板片弹簧50的叠堆的片簧组件不仅导致在z方向上作用的防止电枢或次质量从其相应的静止位置的位移的返回力，而且允许将电枢和次质量安装在马达外壳处而不使用任何其它轴承诸如球轴承或滑动轴承，因为板片弹簧提供x和y方向上的稳定支撑。

外紧固部分51的面心51A可相对于y轴偏移距离d1(即，外紧固部分的面心51A的位置然后在以上定义的笛卡尔坐标系中位于x＝-d1处，其中在某些实施例中，d1可在约0.1mm至10mm的范围内。除此之外或作为另外一种选择，内紧固区域54的面心54A可相对于x轴偏移距离d2(即，内紧固部分的面心54A然后位于x＝0和y＝-d2处)，其中在某些实施例中，d2可在约0.1mm至10mm之间的范围内。第一紧固部分和/或第二紧固部分51和54的这些偏移d1、d2具体地可对增加螺旋状弹簧臂58的总长度和/或角长有用，优于其中外紧固部分和内紧固部分中的至少一个未偏移的设计，并且因此这些偏移很可能导致变化，具体地对于预期用途的改善的片簧50的弹簧特性。具体地，弹簧臂58然后可相对于内紧固部分54的面心54A在至少约360°的角度范围内延伸。

螺旋状弹簧臂58在其第一弹簧臂部分和第二弹簧臂部分52和53两者中具有变化的臂宽b(其中臂宽在垂直于弹簧臂58的中心线58A的方向上进行测量)。如图1所示，臂宽可作为角度的角位置的函数而确定，其中将是弹簧臂的起始角度，在该角度其与内紧固部分54连接。在所示的实施例中，角度端值将是在该角度弹簧臂58与外紧固部分51连接。为了进行示意性的说明，在图1中对于给定的角值描绘了矢量该矢量源于内紧固部分54的面心54A并延伸直到其中所述矢量与弹簧臂58的中心线58A相交的点。然后在垂直于弹簧臂58的中心线58A的方向上测量臂宽如图1所示。

在所示的实施例中，第一弹簧臂部分52的臂宽从宽度接近于外紧固部分51的初始宽度值增加到在正x方向上几乎处在其最大延伸处的中心宽度值，其相对于初始宽度值可增大150％(即，乘以因数1.5)。在第一弹簧臂部分52在负y方向上延伸最大之处即在第一弹簧臂部分52并入第二弹簧臂部分53之处，可再次大致达到最初的初始宽度值。如图1所示，弹簧臂58的位于第一弹簧臂部分和第二弹簧臂部分52和53合并处的部分可具有在x方向上延伸的平坦外边缘(即，该外边缘平行于x轴)。第二弹簧臂部分53的最大宽度值实际上可增大到初始宽度值的200％。臂宽上的这种较高增大可被视为第二弹簧臂部分53较大曲率半径的结果，所述第二弹簧臂部分需要朝向板片弹簧50的中心区域盘旋，而第一弹簧臂部分52具有较小的曲率半径。此外，在第二臂部分53并入内紧固部分54处，第二弹簧臂53的臂宽可比初始宽度值变小，例如25％。对于给定的线性马达设计，精确的设计和形貌可通过数值模拟来发现，并且螺旋状弹簧臂58的径向宽度上的变化具体地可被选择以使片簧50在操作期间应力最小，并因此所示的和所讨论的优化特征结构对片簧50的磨损具有正面影响。此处对于图3所示的示例性实施例给出的值仅是示例性的，并且也可考虑任何其它值，其取决于具体形状、尺寸和材料以及取决于片簧必须经受的振荡幅度。一般来讲，弹簧臂可具有类似起弹簧臂中心线的曲率半径作用的径向宽度，例如，弹簧臂的径向宽度可与弹簧臂的中心线的线曲率成正比增大。

为了示出此处大体讨论的板片弹簧的扁平结构的效果，下面的章节采取另外的方法来表征本发明的板片弹簧的形式和形貌。片簧50的至少一半可用在延伸平面上绘出的圆60来近似，使得所述圆的至少一个部分61可从所述圆被切掉，或者使得两个部分61、62可通过两条平行线61A、62A从所述圆被切掉(在所示的实施例中，这两条平行线平行于x轴)，使得余下的形状仍包封整个片簧。此处，“通过圆近似”是指选择仍然包封整个板片弹簧的最小的可能圆。所述圆的每个切掉部分在y方向上的高度(假设裁切线61A、62A平行于x轴)可在所述圆的半径的约1％至约100％之间的范围内。尽管切掉的部分可在y方向上可具有相等的或类似的高度，切掉的高度具体地可被选择为不同的，例如，对于如图3所示的片簧形貌，相对的切掉高度对于下面部分(即，在负y范围)可为5％并且对于上面部分(即，在正y范围)可为30％。因为线性马达外壳的外部形状可遵循片簧的形状(其是指图2所示的所有其它部件也必须适合片簧所限定的这种形状)，这可导致线性马达将在其中被实施的电气装置的圆形形状外壳内部的自由构造空间。因此，线性马达的平坦的或扁平的横截面可在电气装置的外壳内留下构造空间，其可被用于例如容纳(任选地柔性的)印刷电路板或电气装置的其它部件。换句话讲，板片弹簧可适合于如上所述的最小的矩形，其中所述矩形的拐被倒圆。

在一些实施例中，板片弹簧由弹簧钢片材料(材料号1.4310)制成，并且各个片簧的厚度可介于约0.35mm和约0.4mm之间。

图2是剖切根据本公开的一个或多个方面的线性马达10的一个示例性实施例的纵向剖面，所述线性马达10此处还包括布置在管状马达外壳延伸部23中的驱动轴组件。线性马达10具体地可被用于如将要结合图5进行讨论的电气装置1中。线性马达10可具有马达外壳20、定子200、安装用于沿如双箭头O1所指示的纵向(其平行于纵向轴线L)的线性振荡的电枢100、和安装用于沿如双箭头O2所指示的纵向的线性振荡的次质量单元500。在一些实施例中，可存在用于将电枢100机械地联接到次质量单元500的联接单元。指示了笛卡尔坐标系，其中z轴与纵向轴线L相一致(即，相平行)，并且y轴在纸平面中垂直于z轴。x轴延伸到纸张深处。

定子200包括可与马达外壳20固定地连接的线圈铁芯201，并且定子线圈202围绕在线圈铁芯201周围。尽管在图2中显示了E形的(即，三个齿的)护铁，这不应当排除可利用其他护铁设计，例如U形的(即，两个齿的)护铁。线圈铁芯201的齿状物具有面向安装在电枢100的中心部分110处的永磁体构造120的端面。线性马达10可包括用于在操作期间向定子线圈202提供电流的至少两个电触点。线圈铁芯201可由绝缘片材诸如如本领域所公知的铁磁体金属片(“软铁”，例如Fe-Si基金属)的叠堆制成。在一些示例性的实施例中，E形线圈铁芯的中心腿部的端面在z-方向上的长度可为约3.0mm，并且另外两个腿部的端面的相应长度可为约2.0mm。

电枢100也可(至少部分地)如本领域中所公知的由绝缘片材诸如铁磁金属片(例如Fe-Si基金属)制成。电枢100可借助于第一电枢安装弹簧组件和第二电枢安装弹簧组件310、311被安装到外壳20，并且次质量单元500可借助于第一次质量安装弹簧组件和第二次质量安装弹簧组件312、313被安装到马达外壳20。电枢安装弹簧组件310和311和/或次质量安装弹簧组件312和313具体地可均被实施成在静止状态中各自在垂直于纵向轴线L的平面上延伸的板片弹簧。所述板片弹簧具体地可均被实施成以上参考图1所讨论的大体提出的板片弹簧，所述板片弹簧具有螺旋状形状，其中外紧固部分被布置在板片弹簧的外部并且内紧固部分被布置在板片弹簧的接近中心区域中。安装弹簧组件310、311、312、313中的每个均可分别在一端部处(即，利用外紧固部分)被固定连接在马达外壳20处或者与马达外壳有关，并且在另一端部处(即，在内紧固部分处)与电枢100或次质量单元500固定地连接。如图2所示，安装弹簧组件310、311、312、313中的每个均可借助于紧固元件230、231或530被安装在马达外壳20处，所述紧固元件可各自被固定地安装在马达外壳20处并可被固定地安装在相应的安装弹簧组件的外紧固部分处。所提及的弹簧组件310、311、312或313中的每个均可由单个板片弹簧制成或者由在z方向上堆叠的(具体地同一形状的)板片弹簧的叠堆制成。每个片簧具体地均可在z向上具有厚度以获得目标弹簧常数。可设定片簧的厚度和数目，以调整线性马达10的组件的特性诸如共振和反共振(或者：抵消)频率(反共振或抵消频率是其中电枢和次质量不仅按基本上相反的相位运动而且按基本相同的振幅运动，使得传递到马达外壳的振动最小的频率)。尽管高弹簧常数可通过厚片簧而不是两个较薄的片簧的堆叠来获得，已发现较厚的片簧具有与堆叠两个薄片簧不同的挠度曲线，而且后者具有较好的抗疲劳性，并因此可改善整个马达设计的长寿命表现。具体地可布置安装弹簧组件，使得它们在纵向上对齐，即，使得同一形状的板片弹簧彼此叠置。

电枢100可具有在z向上延伸且相对于纵向轴线L在中心被设置的紧固突起115和116。如图2所示，对于根据本公开的线性马达的一个示例性实施例而言，左侧紧固突起116(其中左和右相对于在其上描绘线性马达的纸平面来使用)可与左侧电枢安装弹簧组件311固定地连接。此外，右侧紧固突起115可与右侧电枢安装弹簧组件310固定地连接。另外，左侧紧固突起116可与驱动轴190建立连接，使得由双箭头O1所指示的电枢100的线性振荡在操作期间被传递到驱动轴190并且从驱动轴190传递到功能元件，以使其被驱动进行运动(如参考图5所说明)。驱动轴190可相对于纵向轴线L在中心被设置。电枢和驱动轴可通过机械部件(例如，按扣配合连接)、通过压入配合元件推到一起相连接，或者它们可通过单独的工艺例如焊接工艺连接。

此外，次质量520可具有在z向上(即，在纵向延伸方向上)延伸且沿纵向延伸轴线L在中心被设置的紧固突起525和526。右侧紧固突起525可与右侧次质量安装弹簧组件312固定地连接。此外，左侧紧固突起526可与左侧次质量安装弹簧组件313固定地连接。

如下面将要更加详细进行说明的，次质量单元500被用来在操作期间被激励进行相对于电枢振荡的反振荡。因此，传递到马达外壳20的振动(并因此最后传递到其中可安装了线性马达10的电气装置的柄部部分)在一方面由于没有次质量单元500的设计将被减轻，并且传递到外壳的振荡在另一方面由于次质量单元500相对于电枢100的振荡的反相振荡将至少部分地相互抵消。

电枢100可包括几部分，即两个端部部分113和114、一个中心部分110和两个中间部分111和112，所述中间部分各自将中心部分110的一个端部与相应的端部部分113或114连接，即，右中间部分111将中心部分110的右端与右端部部分113连接，并且左中间部分114将中心部分110的左端与左端部部分114连接。尽管右端部部分和左端部部分113和114可围绕着纵向轴线L在中心设置，所述纵向轴线L距马达外壳20具有一定距离，中心部分110仅距马达外壳20很小的距离设置，即，中心部分110沿平行于纵向轴线L且接近于马达外壳20定位的纵向轴线延伸。因此，中心部分110朝向马达外壳20的一侧回缩，使得在马达外壳20的相对侧和中心部分110之间可用到更大的构造体积。与区别于其中定子围绕电枢进行布置的电动牙刷的其它线性马达设计相比，所讨论的电枢100的特定设计允许在马达外壳的相对侧处将定子200布置成与电枢100的中心部分110相对。

先前提及的永磁体组件120可被设置在电枢100的中心部分110的面向线圈铁芯201的齿状物的端面的一侧上。永磁体组件120此处通过在z方向上并列布置的两个邻接的永磁体121和122来实施。在一个示例性实施例中，永磁体可具有x方向上的1.3mm的高度，z方向上11.5mm的宽度和y方向上6.0mm的长度。永磁体可由(烧结的)FeNdB(钕-铁-硼)材料制成。具体地，线圈铁芯201的端面和永磁体构造120之间的气隙可接近于、具体地相对于纵向轴线L近似地在中心延伸，该设计可导致在操作期间低翻转力，其也利用安装弹簧组件充当电枢的轴承支撑。这在一方面导致马达设计更加简单，因此导致线性马达的实施成本相对较低，并且在另一方面，导致允许在给定的构造体积线性马达提供较高力的设计方案(如下面将要参考图4进一步讨论)。

两个永磁体121和122被安装在电枢100的中心部分110处，使得永磁体121、122的端面面向E形线圈铁芯201的三个腿部203、205、207的端面。在静止状态中，线圈铁芯201的中心腿部203的端面在中心被布置在两个永磁体121、122的端面之间。电枢100被直接地(例如通过焊接连接或压入配合连接)或通过联接适配器联接到驱动轴190。驱动轴190与纵向轴线L在中心被对齐，该纵向轴线L平行于电枢100的线性振荡沿其发生的纵向。永磁体121、122的端面和线圈铁芯的腿部的端面之间的气隙被布置成接近于纵向轴线L，具体地，所述气隙的中心线可偏离纵向轴线L不超过约1mm，任选地不超过0.5mm。

定子200与马达外壳20固定地连接。马达外壳20可包括用于增加马达外壳20稳定性的底盖21和顶盖22。驱动轴190可在大体管状的前外壳23的空心中延伸，所述前外壳在连接部分24中结束，其可包括适于在附接部分与相应的连接器结构建立具体的机械连接的连接器结构。驱动轴190可在其自由端(与其被联接到电枢100处的其端部相对)处具有固定器部分191，所述固定器部分可容纳磁联接元件192，该磁联接元件用于与附接部分的相应的磁联接元件建立磁性连接，使得驱动轴190可将由电枢100提供的线性振荡传递到安装在附接部分上的功能元件以用于从动运动。波形密封件194可被布置在驱动轴190和前外壳23之间，以针对液体和/或粉尘密封线性马达。

图3是沿由图2中的线A-A所指示的平面剖过图2所示的线性马达10的剖视图，其中视向朝向驱动轴。剖视图通过电枢的中心部分110，其中第二永磁体122被安装在该中心部分处，所述第二永磁体122具有面向线圈铁芯201的中心腿部203的端面204的端面123。中心腿部203的端面204和第二永磁体122的端面123在它们之间布置有气隙，该气隙可具有如下宽度：在约0.1mm至约0.6mm之间的范围内，任选地在约0.2mm至约0.5mm之间的范围内，以及进一步任选地在约0.25mm至约0.4mm之间的范围内。定子线圈202围绕在线圈铁芯201的中心腿部203周围。

图3显示，定子200的和电枢100的特定的相对布置方式允许以最佳方式利用线性马达10的横截面形状的宽度和高度，所述横截面形状基本上由安装弹簧组件的板片弹簧的形状限定，所述安装弹簧组件此处均具有相同的尺寸并且被对齐。由于这种布置方式，所提出的线性马达可提供比具有相同构造尺寸和体积的其它线性马达高的最大驱动力，但是是在利用了不同的马达设计诸如定子和电枢的同心布置的情况下。

在下文中，描述了所提出的线性马达的操作，其中涉及图2和图3所示的示例性实施例，它们不应当被理解为限制。在操作中，通过马达控制电路，交变的线圈电流从能量源被施加到定子线圈202。交变的电磁场围绕着定子200形成，所述电磁场与电枢100的永磁体构造120相互作用并导致电枢100的交替的(即，振荡的)线性运动。提供到定子线圈202的交变的线圈电流可具有处在或接近于整个振荡系统的反共振(或：抵消)频率的频率。相应的反共振频率(或多个频率)可例如以经验为主地或借助于数值模拟来确定。线性马达10可按以下方式设计，即，当提供最大有效电流时，获得位于约±0.1mm至约±2.0mm的范围内的线性电枢振荡的典型最大振幅值。任选地，这个范围可被选择为介于±0.5mm至约±1.5mm之间，进一步任选地介于±0.8mm至约±1.2mm之间。在一些实施例中，最大振幅值可被选择为约±1.0mm。

此处据说使用如图1所示的片簧基本上将电枢100的可能运动限制于z方向上的振荡线性运动。然而，图1所示的片簧50(或其它螺旋状片簧)在操作期间经历的变形将不可避免地导致第二紧固部分54的轻微侧向运动。现在可按第一取向(例如，如图1所示的取向)排列电枢安装弹簧组件310、311中的一个，而另一个电枢安装弹簧组件按镜像(即，相对于图1中的y轴)取向排列来补偿侧向运动。但此类布置方式将可能导致电枢100相对于z轴偏斜。相比之下，如果电枢安装弹簧组件310和311将按照同一取向进行安装，则这将导致电枢100的整个侧向运动，其有可能是比任何偏斜运动好的可控运动(按照其中将利用线性马达的电气装置的整体设计)。

线性驱动的电枢100的振动被传递给次质量单元500，所述次质量单元通过马达外壳20充当接合基座由次质量安装弹簧组件312和313安装在马达外壳20处。假定所施加的定子线圈电流的激励频率因此被预先确定，次质量单元500的反相振荡从而可被激发，所述反相振荡对于电枢100的振荡运动的相移至少接近180°。

已知在电气装置例如口腔卫生装置诸如Oral-B^TM Pulsonic中利用线性马达，其中在约255Hz的频率下线性马达驱动被附接到驱动轴的替换刷头进行相应的线性振荡运动，所述驱动轴提供具有约±0.5mm的振荡幅度的线性振荡。Oral-B^TM Pulsonic的线性马达具有约18.4cm³的体积并可在操作期间提供约4.5牛顿(N)的最大驱动力，并且如果在线性马达处施加了约5.5N的力就会被锁定(如下面参考图4将会理解)。相比之下，所提出的线性马达可被实施为具有约14.8cm³的体积(48.5mm长、21mm宽和14.5mm高)，所述线性马达可通过其驱动轴在约150Hz的频率下提供具有约±1.0mm的振荡幅度的线性振荡，并可在操作期间提供约6.0N的最大驱动力并且如果在线性马达上施加了约10.0N的力就可被锁定。相应的运动行为被示于图4中，其中对于两种提及的马达(其中P指示Oral-B^TM Pulsonic马达，并且M指示在本段落中限定的所提出的马达的示例性实施例)可看见力(F)对振幅(A)图形。力F与相应的马达所容许的最大电流设定值有关。在图4中，可以看出，马达P在约0.5mm的峰值振幅值下提供约4.5N的最大力F，并且马达M在约1.0mm的峰值振幅值下提供约6N的最大力。随着在马达处所施加的力增大，所提供的振幅下降。对于先前已知的马达P而言，5.5N的所施加的力将导致马达完全锁定并且将不再提供振幅。就此处所讨论和提出的示例性实施例马达M而言，马达在10N的所施加的力下将被锁定。因此，马达M可不仅被用来驱动替换刷头进行线性振荡运动，还可用来驱动安装在替换刷的外壳上的功能元件进行与线性振荡运动不同的运动，即，需要齿轮机构并因此需要克服附加负载的运动。与具有类似的甚至更高体积的已知马达相比，确保本发明的线性马达的高的力成的一个方面是参考图2所讨论的特定马达设计，其利用如图1所示并且参考图1所讨论的板片弹簧。这允许制造提供高力的具有小体积的线性马达。

利用设置在柄部部分中的所提出的线性马达和具有如安装用于围绕垂直于线性马达沿其振动的纵向轴线的轴线的振荡旋转的功能元件、已知的替换刷头(例如，Oral-B^TMPrecision Clean)的附接部分对于作为电气装置的电动牙刷进行了测试。首先，已发现，提供围绕静止位置具有约±1.0mm的振幅的线性振荡运动的线性马达可驱动刷头进行围绕静止位置具有约±20°的角振幅的振荡旋转，所述±20°代表由当前电动牙刷诸如装备有Oral-B^TM Precision Clean的Oral-B^TM Professional 5000提供的角振幅。同样对于与约75-85Hz的频率相对比的约150Hz的较高频率，±20°的角振幅通过灵敏度试验来确定为某一数值，所述数值通过至少一小组测试候选人来提出。第二，已发现，在±1.0mm的峰值振幅值下6N的最大驱动力被要求为此类电动牙刷提供良好的清洁效果。在低驱动力下，角度峰值振幅从±20°下降到合格清洁条件之下非常快。

图5显示此处实施成电动牙刷的根据本公开的电气装置1的一个示例性实施例，所述电气装置1可包括根据本公开的线性马达。所述电气装置1可包括柄部部分2和具体可拆卸的附接部分3，所述附接部分被示出处于附接状态中，即，处于附接部分3被附接到柄部部分2的状态中。附接部分3可包括第一连接器结构，并且柄部部分2可包括第二连接器结构，确保附接部分3和柄部部分2之间具体地可拆卸地连接，例如，附接部分3可包括一个或两个柔性按扣吊钩，并且柄部部分2可包括按扣吊钩的按扣鼻可接合到其中的一个或两个相应的凹陷。附接部分3具体地可包括功能元件4，所述功能元件此处实施成刷头，所述刷头可被安装用于从动运动。之前已经说明，线性马达可被设置在柄部部分2中并且可包括驱动轴，所述驱动轴可在附接状态中与功能元件4功能上联接，使得驱动轴在操作期间将由线性马达所提供的运动传递到功能元件4。例如，线性马达可通过驱动轴提供线性振荡运动，所述线性振荡被传递到功能头4并可通过相应的齿轮机构被转换成功能元件4围绕旋转轴线的振荡旋转，所述旋转轴线具体地可基本上垂直于驱动轴沿其振动的纵向轴线。当然，设想了功能元件的其它运动，例如，围绕基本上平行于纵向轴线的某一轴线的振荡擦拭运动，围绕相对于纵向轴线成角度的旋转轴线的振荡旋转等。代替被实施成电动牙刷，电气装置1可被实施成例如另一种电动口腔卫生装置诸如电动牙线器，电动刮舌器，电动齿间清洁器，电动牙签或者实施成电动皮肤处理装置诸如电动按摩装置或电动剥离刷等。

本文所公开的量纲和值不可理解为严格限于所引用的精确值。相反，除非另外指明，每个这样的量纲旨在表示所述的值以及围绕该值功能上等同的范围。例如，所公开的量纲“40mm”旨在表示“约40mm”。

Claims (14)

1.一种用于线性马达的板片弹簧，其中所述弹簧由内紧固部分、外紧固部分以及连接所述内紧固部分和所述外紧固部分的弹簧臂组成，其中所述弹簧臂围绕所述内紧固部分的面心盘旋，并且所述板片弹簧在其延伸平面是扁平的，使得所述板片弹簧的宽度与所述板片弹簧的高度之间的比率具有至少1.33的值，测量所述高度的方向垂直于测量所述宽度的方向，并且所述弹簧臂围绕所述内紧固部分的面心在至少360°的角度范围内盘旋，其中所述内紧固部分的面心相对于所述弹簧的高度不对称地定位并相对于所述弹簧的宽度对称地定位，并且所述外紧固部分的面心相对于所述弹簧的宽度不对称地定位。

2.根据权利要求1所述的板片弹簧，其中所述弹簧臂具有垂直于所述弹簧臂的中心线测量的臂宽，所述臂宽在所述弹簧臂的长度上变化，并且与位于其中所述弹簧臂基本上以笔直的方式延伸的区域中的所述臂的宽度相比，位于其中所述弹簧臂弯曲的两个基本上相对的弹簧臂部分中的所述臂宽较大。

3.根据权利要求1所述的板片弹簧，其中所述板片弹簧由单个片材制成，使得所述内紧固部分、所述弹簧臂和所述外紧固部分彼此成一体。

4.一种线性马达，包括：

电枢，其被安装用于基本上沿纵向的从动线性振荡；和

至少第一电枢安装弹簧组件和第二电枢安装弹簧组件，其各自相对于所述纵向垂直地布置；

其中所述第一电枢安装弹簧组件和所述第二电枢安装弹簧组件各自通过根据权利要求1至3中任一项所述的板片弹簧中的至少一个来实现。

5.根据权利要求4所述的线性马达，其中至少所述第一电枢安装弹簧组件或所述第二电枢安装弹簧组件是根据权利要求1至3中任一项所述的板片弹簧中的至少两个的叠堆，并且所述第一电枢安装弹簧组件和第二电枢安装弹簧组件在所述纵向上彼此位置对齐。

6.根据权利要求4所述的线性马达，还包括：

次质量单元，其被安装用于沿所述纵向的线性振荡并旨在用于相对于所述电枢的反振荡；和

至少第一次质量安装弹簧组件和第二次质量安装弹簧组件，其各自相对于所述纵向垂直地布置；

其中所述第一次质量安装弹簧组件和所述第二次质量安装弹簧组件各自通过根据权利要求1至3中任一项所述的板片弹簧中的至少一个来实现。

7.根据权利要求6所述的线性马达，其中所述第一次质量安装弹簧组件或所述第二次质量安装弹簧组件是根据权利要求1至3中任一项所述的板片弹簧中的至少两个的叠堆，并且所述第一次质量安装弹簧组件和第二次质量安装弹簧组件在所述纵向上彼此位置对齐并与所述第一电枢安装弹簧组件和第二电枢安装弹簧组件位置对齐。

8.根据权利要求4或6所述的线性马达，其中所述电枢与所述第一电枢安装弹簧组件的至少一个板片弹簧的内紧固部分以及所述第二电枢安装弹簧组件的至少一个板片弹簧的内紧固部分固定地连接。

9.根据权利要求4或6所述的线性马达，其中所述第一电枢安装弹簧组件的至少一个板片弹簧的外紧固部分和所述第二电枢安装弹簧组件的至少一个板片弹簧的外紧固部分相对于所述线性马达的定子固定地连接。

10.一种电气装置，包括被安装用于从动运动的功能元件和根据权利要求4至9中任一项所述的线性马达，其中所述线性马达被布置用于驱动所述电气装置的功能元件。

11.根据权利要求10所述的电气装置，其中所述功能元件被安装用于围绕相对于所述纵向成角度的旋转轴线的从动旋转振荡，并且齿轮被布置在所述线性马达和所述功能元件之间。

12.根据权利要求10或11所述的电气装置，其中所述线性马达被设计成提供在至少5牛顿的最大驱动力下围绕中心位置介于±0.5mm至±1.5mm之间的范围内的振荡峰值振幅。

13.根据权利要求10或11所述的电气装置，其中所述线性马达被设计成提供在至少5.5牛顿的最大驱动力下围绕中心位置±1.0mm的振荡峰值振幅。

14.根据权利要求10所述的电气装置，其是电动口腔卫生装置。