CN105899163B - 用于个人护理器具的具有增强的磁性弹簧功能的致动器 - Google Patents

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Abstract

一种用于个人护理器具(50)的致动器(52)包括壳体(54)、主轴(64)、切向致动器部分(70)和轴向致动器部分(72)。切向致动器部分(70)包括限定切向致动器部分的切向弹簧功能的第一磁体与磁极组件(76)和第二磁体与磁极组件(78)。轴向致动器部分(72)包括限定轴向致动器部分的轴向弹簧功能的第三磁体与磁极组件(90)和所述第四磁体与磁极组件(92)。(i)切向致动器部分(70)的第一磁体与磁极组件(76)和所述第二磁体与磁极组件(78)和(ii)轴向致动器部分的第三磁体与磁极组件和所述第四磁体与磁极组件(90，92)中的至少一个被配置成对应地增强轴向致动器部分或切向致动器部分的相应的弹簧功能。

Description

用于个人护理器具的具有增强的磁性弹簧功能的致动器
技术领域
本实施例大体涉及用于诸如电动牙刷等的个人护理器具的驱动系统，并且更特别地涉及具有增强的磁性弹簧功能的组合切向和轴向运动驱动系统。
背景技术
图1是根据现有技术的具有切向致动器部分12和轴向致动器部分14的双运动致动器10的截面图。切向致动器部分12和轴向致动器部分14共用相同的壳体16和轴(或主轴)18。图1的左手部分图示出致动器10的端部视图，并且特别是如从左手端部看时的切向致动器部分12。图1的右手部分图示出致动器10的另一端部视图，并且特别是如从右手端部看时的轴向致动器部分14。
切向致动器部分12一般包括谐振系统，其中弹簧功能由电磁系统提供，电磁系统包括(i)安装在筒状壳体16的内侧的小磁体和(ii)安装在筒状壳体16内的轴18上的磁极。壳体16包括金属。小磁体包括分别安装在筒状壳体16的内表面26上的N极和S极磁体20和22。各N极磁体20和S极磁体22被进一步纵向地设置在壳体16的内径向表面26上、也就是被垂直地指向到附图的左手部分的左手端部视图的页面内。切向致动器部分12的致动器磁极(即，致动器磁极组件)包括例如诸如用附图标记28指示出等的5个磁极构件。磁极组件的五(5)个磁极构件是相等尺寸的并且在围绕主轴或轴18设置的径向配置中相等地间隔开。另外，当使轴转动时磁极(即，转子)的齿槽(cogging)位置具有弹簧特性。
换言之，仍然参照图1，切向致动器部分12的一部分的磁体与磁极组件包括分别用附图标记20和22指示出的多个N极和S极磁体。多个N极和S极磁体包括相等尺寸并且围绕壳体16的内径向表面26 相等地间隔开(即，等间隙的N磁体和S磁体布置)的十(10)个磁体。各N极磁体20和S极磁体22被进一步纵向地设置在壳体16的内径向表面18上。磁体与磁极组件进一步包括具有相等尺寸的并且在围绕主轴或轴18设置的径向配置中相等地间隔开的五(5)个磁极构件的磁极组件28。在该配置中，现有技术切向致动器具有提供单一个切向致动器特性的一个有效齿槽位置。
更进一步地，图1的轴向致动器部分14具有均匀分布的北(N)和南(S)极磁体与磁极。轴向致动器部分14一般包括完整的环形磁体(N和S)和完整的盘芯。例如，如在图1的右手侧上图示出的，轴向致动器部分14的S极环形磁体30被安装在壳体16的内表面上并且轴向磁极构件32(即，完整的盘芯)被安装在轴18上。
图1的现有技术致动器10的一个缺点是两个致动器部分被限定为独立的致动器。弹簧常数通过转子的在两个方向(即，轴向和切向)上的磁性偏好位置来实现。轴向系统趋向于太刚硬，并且切向系统刚度太低，即对于在用于个人护理器具的驱动系统中使用时。为了实现要求的刚度，需要相对高的磁体体积。所有的定子是沿着轴向长度交替的N或S。换言之，为获得期望的切向刚度要求过多的磁体体积以达到期望的刚度。
于是，期望用于克服现有技术中的问题的改进的方法和设备。
发明内容
依照一个方面，公开了一种包括切向致动器部分和轴向致动器部分的用于个人护理器具的致动器，其中两个致动器部分的功能被改进，而没有使用增加的磁体体积。一个致动器部分可以有利地对另一致动器部分的刚度做贡献，并且反之亦然。根据本公开的实施例，如这里所公开的用于两个致动器部分的几何形状有利地提供了两个致动器部分的功能被改进的相互效果。改进进一步允许减少总的要求的磁体体积，并因此降低了致动器的制造或生产的成本。
根据一个实施例，用于个人护理器具的致动器包括壳体、主轴、 切向致动器部分和轴向致动器部分。切向致动器部分包括限定切向致动器部分的切向弹簧功能的第一磁体与磁极组件和第二磁体与磁极组件。轴向致动器部分包括限定轴向致动器部分的轴向弹簧功能的第三磁体与磁极组件和第四磁体与磁极组件。(i)切向致动器部分的第一磁体与磁极组件和第二磁体与磁极组件和(ii)轴向致动器部分的第三磁体与磁极组件和第四磁体与磁极组件中的至少一个被配置成对应地增强轴向致动器部分或切向致动器部分的相应的弹簧功能
壳体包括具有内径向表面和沿着其长度尺寸纵向延伸的主轴线的磁性材料。壳体进一步包括沿着其长度尺寸的至少第一和第二部分。主轴包括沿着壳体的主轴线在壳体内纵向延伸的可磁化材料。主轴进一步包括分别与壳体的至少第一和第二部分对应的至少第一和第二部分。
切向致动器部分被联接在壳体的第一部分与主轴的第一部分之间。切向致动器部分包括(i)第一永久磁体与磁极组件、(ii)第二永久磁体与磁极组件、和(iii)在第一磁体与磁极组件和第二磁体与磁极组件之间围绕主轴设置并被联接至其上的电磁线圈。在操作中，响应于被施加至电磁线圈的转动控制信号，切向致动器部分使主轴围绕主轴线相对于壳体转动地移位。
轴向致动器部分被联接在壳体的第二部分与主轴的第二部分之间，其中轴向致动器部分包括(i)第三永久磁体与磁极组件、(ii)第四永久磁体与磁极组件、和(iii)在第三磁体与磁极组件和第四磁体与磁极组件之间围绕主轴设置并被联接至其上的第二电磁线圈。在操作中，响应于被施加至第二电磁线圈的平移控制信号，轴向致动器部分使主轴沿着主轴线相对于壳体轴向地移位。
在另一实施例中，致动器进一步包括用于提供从由转动控制信号、平移控制信号、和转动与平移控制信号两者的任何组合构成的组中选出的至少一个的控制器。
在进一步的实施例中，轴向致动器部分增加切向致动器部分的切向弹簧功能上的刚度。
在另一实施例中，切向致动器部分增加轴向致动器部分的轴向弹簧功能上的刚度。
在又另一实施例中，轴向致动器部分的子磁极构件与磁体子段的互补产生增强致动器的切向致动器部分的切向弹簧功能。
在另一实施例中，轴向致动器部分的第三永久磁体与磁极组件包括(i)(a)在第一纵向定向上根据第一纵向间距模式间隔开并且具有第一(N)和第二(S)磁极性的第一磁极顺序的第一纵向设置序列的磁体段。第一纵向设置序列的磁体段中的各段在壳体的第二部分内围绕内径向表面周向地设置。第一纵向设置序列的磁体段中的至少一个段包括围绕内径向表面的各自的给定圆周通过给定的径向间距互相间隔开的相同极性的至少两个子段。
轴向致动器部分的第三永久磁体与磁极组件包括(i)(b)具有用于与第一纵向设置序列的磁体段建立轴向齿槽关系的围绕主轴的第二部分设置并且设置在其上的至少一个磁极构件的第三磁极组件。第一纵向设置序列的磁体段中的至少一个段进一步包括至少两个段，其中(i)至少两个段中的第一段包括围绕内径向表面的各自的给定圆周通过给定的径向间距互相间隔开的第一极性的子段，并且(ii)至少两个段中的第二段包括围绕内径向表面的各自的给定圆周通过给定的径向间距互相间隔开的与第一极性相反的第二极性的子段。
在又另一实施例中，(i)第一纵向设置序列的磁体段中的至少两个段中的第一段和(ii)第一纵向设置序列的磁体段中的至少两个段中的第二段(iii)包括相邻的段(即，纵向上相邻的段或者在纵向方向上互相相邻的段)。
在进一步的实施例中，第三磁极组件的至少一个磁极构件进一步包括以围绕主轴设置的第一径向配置布置的至少两个子磁极构件。第一径向配置包括被配置成与第一纵向设置序列的磁体段中的至少一个段的至少两个子段互补的至少两个子磁极构件。在另一实施例中，子磁极构件通过(i)第三磁极组件的各子磁极构件的接近相应子段的内径向表面但通过间隙与其分开地朝向第一纵向设置序列的磁体段 中的至少一个段的相应子段的内径向表面径向向外延伸的自由端径向表面、和(ii)第三磁极组件的各子磁极构件的近似等于相应的子段的内径向尺寸的自由端径向尺寸与子段互补。
在进一步的实施例中，轴向致动器部分的第四永久磁体与磁极组件包括(ii)(a)在第二纵向定向上根据第二纵向间距模式间隔开并且具有与第三永久磁体与磁极组件的第一纵向设置序列的磁体段的第一极性顺序相反的第一(N)和第二(S)磁极性的第二极性顺序的第二纵向设置序列的磁体段。第二纵向设置序列的磁体段中的各段在壳体的第二部分内围绕内表面周向地设置。轴向致动器部分的第四永久磁体与磁极组件进一步包括(ii)(b)具有用于与第二纵向设置序列的磁体段建立轴向齿槽关系的围绕主轴的第二部分设置并且设置在其上的至少一个磁极构件的第四磁极组件。
在进一步的实施例中，第二纵向设置序列的磁体段中的至少一个段包括围绕内表面的各自的给定圆周通过给定的径向间距互相间隔开的相同极性的至少两个子段。第二纵向设置序列的磁体段中的至少一个段进一步包括至少两个段，其中(i)至少两个段中的第一段包括围绕内表面的各自的给定圆周通过给定的径向间距互相间隔开的第一极性的子段，并且(ii)至少两个段中的第二段包括围绕内表面的各自的给定圆周通过给定的径向间距互相间隔开的与第一极性相反的第二极性的子段。
在再进一步的实施例中，(i)第二纵向设置序列的磁体段中的至少两个段中的第一段和(ii)第二纵向设置序列的磁体段中的至少两个段中的第二段(iii)包括相邻的段(即，纵向上相邻的段或者在纵向方向上互相相邻的段)。
在再进一步的实施例中，第四磁极组件的至少一个磁极构件进一步包括以围绕主轴设置的第二径向配置布置的至少两个子磁极构件。第二径向配置包括被配置成与第二纵向设置序列的磁体段中的至少一个段的至少两个子段互补的至少两个子磁极构件。子磁极构件通过(i)第四磁极组件的各子磁极构件的接近相应子段的内径向表面但通 过间隙与其分开地朝向第二纵向设置序列的磁体段的至少一个段中的相应的子段的内径向表面径向向外延伸的自由端径向表面、和(ii)第四磁极组件的各子磁极构件的近似等于相应的子段的内径向尺寸的自由端径向尺寸与子段互补。
一种个人护理器具包括根据这里所公开的实施例的致动器，其中个人护理器具包括从由电动牙刷、口腔卫生装置、牙齿抛光装置及其任何组合构成的组中选出的一个。
在再进一步的实施例中，一种用于个人护理器具的致动器，包括：
(a)磁性材料的筒状壳体，具有内径向表面和沿着其长度尺寸延伸的主轴线，壳体进一步包括沿着其长度尺寸的至少第一和第二部分；
(b)可磁化材料的主轴，沿着壳体的主轴线在壳体内纵向延伸，主轴进一步包括分别与壳体的至少第一和第二部分对应的至少第一和第二部分；
(c)切向致动器部分，被联接在壳体的第一部分与主轴的第一部分之间，其中切向致动器部分包括(i)第一永久磁体与磁极组件、(ii)第二永久磁体与磁极组件、和(iii)在第一磁体与磁极组件和第二磁体与磁极组件之间围绕主轴设置并被联接至其上的电磁线圈，其中响应于被施加至电磁线圈的转动控制信号，切向致动器部分使主轴围绕主轴线相对于壳体转动地移位；
(d)轴向致动器部分，被联接在壳体的第二部分与主轴的第二部分之间，其中轴向致动器部分包括(i)第三永久磁体与磁极组件、(ii)第四永久磁体与磁极组件、和(iii)在第三磁体与磁极组件和第四磁体与磁极组件之间围绕主轴设置并被联接至其上的第二电磁线圈，其中响应于被施加至第二电磁线圈的平移控制信号，轴向致动器部分使主轴沿着主轴线相对于壳体轴向地移位；和
(e)控制器，用于提供从由转动控制信号、平移控制信号和转动与平移控制信号两者的任何组合构成的组中选出的至少一个。
第一磁体与磁极组件和第二磁体与磁极组件限定切向致动器部 分的切向弹簧功能，并且第三磁体与磁极组件和第四磁体与磁极组件限定轴向致动器部分的轴向弹簧功能，并且(i)切向致动器部分的第一磁体与磁极组件和第二磁体与磁极组件和(ii)轴向致动器部分的第三磁体与磁极组件和第四磁体与磁极组件中的至少一个被配置成对应地增强轴向致动器部分或切向致动器部分的相应的弹簧功能。
轴向致动器部分的第三永久磁体与磁极组件进一步包括：(i)(a)在第一纵向定向上根据第一纵向间距模式间隔开并且具有第一(N)和第二(S)磁极性的第一磁极顺序的第一纵向设置序列的磁体段，第一纵向设置序列的磁体段中的各段在壳体的第二部分内围绕内径向表面周向地设置，其中第一纵向设置序列的磁体段中的至少一个段包括围绕内径向表面的各自的给定圆周通过给定的径向间距互相间隔开的相同极性的至少两个子段，和(i)(b)具有用于与第一纵向设置序列的磁体段创建周向齿槽关系的围绕主轴的第二部分设置并且设置在其上的至少一个磁极构件的第三磁极组件。
轴向致动器部分的第四永久磁体与磁极组件包括：(ii)(a)在第二纵向定向上根据第二纵向间距模式间隔开并且具有与第三永久磁体与磁极组件的第一纵向设置序列的磁体段的第一极性顺序相反的第一(N)和第二(S)磁极性的第二磁极顺序的第二纵向设置序列的磁体段，第二纵向设置序列的磁体段中的各段在壳体的第二部分内围绕内径向表面周向地设置，和(ii)(b)具有用于与第二纵向设置序列的磁体段创建轴向齿槽关系的围绕主轴的第二部分设置并且设置在其上的至少一个磁极构件的第四磁极组件。
本公开的实施例因此以若干方式有利地克服了现有技术中的问题。一个致动器部分可以对另一致动器部分的刚度做出贡献，并且反之亦然。另外，改变轴向致动器部分的轴向磁极配置也减小了其转子的重量惯性矩，这导致对于切向致动器部分的较低弹簧刚度要求。此外，实施例通过相对于彼此的特定磁极与磁体角度有利地提供了减少切向和轴向致动器部分两者的非线性特性的机会。再进一步地，可以获得磁体体积减少和因此的制造成本价格降低。
再进一步的优点和益处将在阅读和理解以下详细描述时对于本领域普通技术人员来说变得显而易见。
附图说明
本公开的实施例可以采取各种组成部件和组成部件的布置的形式及各种步骤和布置的设置的形式。于是，附图是为了图示出各种实施例的目的并且不应该被解释为限制实施例。在附图中，同样的附图标记是指同样的元件。另外，需要注意的是附图可能未按比例绘制。
图1是根据现有技术的具有切向致动器部分和轴向致动器部分的致动器的截面图；
图2是包括根据本公开的实施例的具有切向致动器部分和轴向致动器部分的致动器、即双运动致动器的个人护理器具的立体图；
图3是根据本公开的实施例的具有切向致动器部分和轴向致动器部分的致动器的示意图；
图4是根据本公开的一个实施例的致动器的轴向致动器部分的磁体与磁极组件的多个磁体子段和磁极构件的一个实施例的截面图；
图5是根据本公开的致动器的轴向致动器部分的磁体与磁极组件的多个磁体子段和磁极构件的另一实施例的截面图，其中磁极构件包括多个子磁极构件；和
图6是根据本公开的致动器的另一实施例的截面图，其中切向致动器部分被配置用于增强轴向致动器部分的弹簧功能，轴向致动器部分包括多个磁体子段和包含多个子磁极构件的磁极构件。
具体实施方式
本公开的实施例和各种特征及其有利细节将参照附图中描述和/或图示出的并且在以下描述中详述的非限制性示例更充分地进行说明。应当注意的是，附图中图示出的特征不一定按比例绘制，并且一个实施例的特征如熟练的技术人员将认识到的那样可以与其他实施例一起采用，即使这里未明确声明。公知组成部件和处理技术的描述 可以省略以便不会不必要地使本公开的实施例模糊不清。这里所使用的示例仅仅旨在便于可实践本公开的实施例所采用的方式的理解和进一步使得本领域技术人员能够实践本公开的实施例。于是，这里的示例不应当被解释为限制本公开的实施例的范围，该范围仅只由随附权利要求和适用法律限定。
应该理解的是，本公开的实施例不限于这里所描述的特定的技术、协议、装置、设备、材料、应用等，因为这些可以是变化的。还应该理解的是，这里所使用的技术仅用于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制如所要求保护的实施例的范围。必须注意的是，如这里和随附权利要求中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另外清楚地规定。
除非另有限定，这里所使用的所有技术和科学术语具有与本公开的实施例所属的领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。描述了优选的方法、装置和材料，但可以在实施例的实践或测试中使用与这里所描述的方法和材料类似或等效的任何方法和材料。
根据这里所讨论的一个或多个实施例，双功能致动器的轴向磁体体积通过将分段引入诸如关于图4、图5和图6图示出并且待在这里进一步讨论等的轴向致动器(即，轴向定子磁体段)内而被减小。将轴向定子磁体分段的一个优点是在轴向致动器部分上的较小磁体体积和较低刚度。
现在转到图2，示出有包括包含根据本公开的实施例的致动器52(即，双运动致动器)的驱动系统的个人护理器具50的立体图。在一个实施例中，个人护理器具50包括电动牙刷。致动器52一般被设置在个人护理器具50的手柄内。致动器52使用磁性作用来驱动安装工件55、例如安装用于电动牙刷的刷头的输出安装轴53。
现在参照图3，更详细地示出有根据本公开的实施例的致动器52的示意图。致动器52包括磁性材料的筒状壳体54，筒状壳体54具有内径向表面56和沿着其长度尺寸纵向延伸的主轴线58。壳体54还包括沿着其长度尺寸分别用附图标记60和62指示出的至少第一和第二 部分。致动器进一步包括沿着壳体的主轴线58在壳体54内纵向延伸的可磁化材料的主轴64。主轴还包括与壳体54的至少第一和第二部分60和62分别对应的至少第一和第二部分。主轴64凭借轴承或本领域已知的其他合适手段相对于壳体54机械地联接。作为结果，主轴64被启用用于主轴的相对于壳体54的转动运动66和轴向运动68两者。
致动器52进一步包括切向致动器部分70和轴向致动器部分72。切向致动器部分70被联接在壳体54的第一部分60与主轴64的相应的第一部分之间，而轴向致动器部分72被联接在壳体54的第二部分62与主轴64的相应的第二部分之间。
仍然参照图3，致动器52进一步包括控制器74，其中控制器包括任何合适的微处理器、多个微处理器、控制器、多个控制器或者本领域已知的其他类型的合适的控制装置。特别地，控制器74被配置用于根据给定的致动器实施的特定要求提供从由(i)至切向致动器部分70的转动控制信号、(ii)至轴向致动器部分72的平移控制信号和(iii)转动和平移控制信号两者的任何组合构成的组中选出的至少一个。例如，转动和平移控制信号可以被配置成提供用于个人护理器具50的多个不同的致动器运动和/或操作模式。
根据本公开的一个实施例的致动器52的切向致动器部分70被联接在壳体54的第一部分60与主轴64的相应的第一部分之间。切向致动器部分70包括(i)第一永久磁体与磁极组件76、(ii)第二永久磁体与磁极组件78和(iii)电磁线圈80(或电磁线圈绕组)。
切向致动器部分70的第一永久磁体与磁极组件76包括(i)(a)间隔开并且具有第一极性顺序的第一序列82的磁体段。第一极性顺序可以包括例如第一N磁体段、自由空间、第二S磁体段、第二自由空间等，直到第n1S磁体段和第n1自由空间，其中“n1”是整数。例如，整数n1可以在一个实施例中等于5(即，n1＝5)，此外其中径向定向包括在磁体段中的相邻的磁体段的中心之间的三十六(36)度。然而，“n1”可以代表被配置用于给定的切向致动器部分实施的磁体 段的任何合理的数量。例如，“n1”可以等于4。另外，第一序列82的各磁体段被沿着内径向表面56纵向地设置在壳体54的第一部分60内。
切向致动器部分70的第一永久磁体与磁极组件76进一步包括(i)(b)第一磁极组件84，具有在主轴的相应的第一部分上以围绕主轴64设置的第一径向配置布置的第一组磁极构件。第一径向配置中的第一组磁极构件可以包括例如若干“m1”个磁极，其中“m1”是整数。在一个实施例中，“m1”的数值＝第一序列82的磁体段的“n1”。
另外，第一磁极组件84的各磁极构件的自由端径向表面接近第一序列82的磁体段的内径向表面但通过间隙与其分开地朝向第一序列82的磁体段的内径向表面径向向外延伸。再进一步地，在一个实施例中，各磁极构件的外径向表面与单独磁体段的内径向表面互补。
切向致动器部分70的第二永久磁体和磁极组件78与第一永久磁体和磁极组件76的类似，具有以下差异。第二永久磁体与磁极组件78包括(ii)(a)在第二径向定向上间隔开并且具有与第一极性顺序相反的第二极性顺序的第二序列86的磁体段。第二径向定向和第二极性顺序可以包括例如第一S磁体段、自由空间、第二N磁体段、第二自由空间等，直到第n2N磁体段和第n2自由空间，其中“n2”是整数。例如，整数n2可以在一个实施例中等于5(即，n2＝5)，此外其中径向定向包括在磁体段中的相邻的磁体段的中心之间的三十六(36)度。然而，“n2”可以代表被配置用于给定致动器实施的磁体段的任何合理的数量。例如，“n2”可以等于4(即，n2＝4)。另外，第二序列86的各磁体段被沿着内径向表面56纵向地设置在壳体54的第一部分60内。
切向致动器部分70的第二永久磁体与磁极组件78进一步包括(ii)(b)第二磁极组件88，具有在主轴的第一部分上以围绕主轴64设置的第二径向配置布置的第二组磁极构件。第二径向配置中的第二组磁极构件可以包括例如若干“m2”个磁极，其中“m2”是整数。在一个实施例中，“m2”的数值＝第二序列86的磁体段的“n2”。
另外，第二磁极组件88的各磁极构件的自由端径向表面接近第二序列86的磁体段的内径向表面但通过间隙与其分开地朝向第二序列86的磁体段的内径向表面径向向外延伸。再进一步地，在一个实施例中，各磁极构件的外径向表面与单独磁体段的内径向表面互补。
切向致动器部分70进一步包括电磁线圈80(或电磁线圈绕组)。电磁线圈80在相应的第一磁体与磁极组件和所述第二磁体与磁极组件76和78之间围绕主轴64设置并且被联接至其上。响应于从控制器74施加至电磁线圈80的转动控制信号，切向致动器部分70使主轴64围绕主轴线58相对于壳体54转动地移位，并因此将期望的转动运动66赋予主轴64。期望的转动运动可以包括例如具有有着9°至11°的范围或其他范围的峰值-峰值幅度的转动运动，视给定的致动器实施而定。如这里所指出的，转动和平移控制信号可以被配置成提供用于个人护理器具50的多个不同的致动器运动和/或操作模式。例如，控制器进一步根据给定的个人护理器具实施的期望的操作特性将致动器(多个)驱动成近共振。
仍然参照图3，轴向致动器部分72被联接在壳体54的第二部分62与主轴64的相应的第二部分之间。轴向致动器部分72包括(i)第三永久磁体与磁极组件90、(ii)第四永久磁体与磁极组件92、和(iii)电磁线圈94(或电磁线圈绕组)。
轴向致动器部分72的第三永久磁体与磁极组件90包括(i)(a)在第一纵向定向上间隔开并且具有第三极性顺序的第三序列96的磁体段(如用附图标记98、100和102指示出)。第一纵向定向和第三极性顺序可以包括例如磁体段98、自由空间、第二磁体段100…第n自由空间和第n磁体段102，其中“n”是整数。在一个实施例中，整数n等于3(即，n＝3)，此外其中纵向定向包括磁体段中的相邻的磁体段之间的预定间距。然而，“n”可以代表被配置用于给定的轴向致动器部分实施的磁体段的任何合理的数量。在一个实施例中，诸如段100等的中间磁体段可以包括单独N-S(或S-N)成组磁体段，如将在这里进一步讨论的。
第三序列96的磁体段的各段(例如，段98、100、102)围绕内径向表面56被周向地设置在壳体54的第二部分62内并且在沿着壳体的长度尺寸的各自的纵向位置处。换言之，各段在沿着壳体的长度尺寸的各自的位置处呈围绕壳体的内周的环的形式。在一个实施例中，段98包括S极磁体段、段100包括单独N-S成组磁体段并且段102包括N极磁体段。
现在参见图4，示出有根据本公开的一个实施例的致动器52的轴向致动器部分72的磁体与磁极组件的多个磁体子段与磁极构件的一个实施例的截面图。如图4中图示出的，段98进一步包括给定的磁极性、例如S极的子段99的环。子段99的环是集体形成围绕内径向表面56设置的段98的单独间隔开的子段。段102(图3)与段98类似并且也包括集体形成段98的子段。关于段100(图3)，它也包括与段98和102的子段类似的子段；然而，段100的各子段包括单独N-S成组磁体子段。在一个实施例中，段100的各单独N-S成组磁体子段的N极部分位于段98的右侧(S极)，而段100的各单独N-S成组磁体子段的S极部分位于段102的左侧(N极)。
在一个实施例中，每个各自的段98、100和102的子段的数量包括四。每个各自的段98、100和102的四个子段围绕给定的圆周、即围绕壳体54的内径向表面56互相相等地间隔开。另外，每个各自的子段的径向和轴向根据给定的轴向致动器部分72的特定要求来确定。例如，子段中的每个可以跨越近似60°的径向距离延伸并且相邻子段之间的相应间距可以例如对于每个各自的段98、100和102来说跨越近似30°的径向距离延伸，如图4中的关于子段99所示。
再次参照图3，轴向致动器部分72的第三永久磁体与磁极组件90进一步包括(i)(b)第三磁极组件104，具有在主轴的第二部分上围绕主轴64设置的至少一个磁极构件。如图3中图示出的，第三磁极组件104包括分别用附图标记104a和104b指示出的第一和第二磁极构件。另外，每个各自的磁极构件的径向和轴向尺寸根据给定的轴向致动器部分72的特定要求来确定。在一个实施例中，第一和第 二磁极构件中的每个包括各自的实心一体式磁极构件。另外，第一和第二磁极构件中的每个与各自的纵向齿槽位置对应地被纵向定位在给定的一组第一与第二磁体段之间。例如，第一磁极构件104a被定位在段98与100之间，并且第二磁极构件104b被定位在段100与102之间。如上面指示出的，段100包括单独N-S成组磁体段。单独N-S成组磁体段100因此在轴向致动器部分的操作期间、即交替的致动期间在第一磁极构件104a与第二磁极构件104b之间共用。
仍然参照图3，轴向致动器部分72的第四永久磁体与磁极组件92与第三永久磁体与磁极组件90的类似，具有以下差异。第四永久磁体与磁极组件92包括(ii)(a)在第二纵向定向上间隔开并且具有与第三极性顺序相反的第四极性顺序的第四序列106的磁体段(如用附图标记108、110和112指示出)。第二纵向定向和第四极性顺序可以包括例如磁体段108、自由空间、第二磁体段110…第n2自由空间和第n2磁体段112，其中“n2”是整数。如图3中示出的，在一个实施例中，整数n2等于3(即，n2＝3)，此外其中纵向定向包括在磁体段中的相邻的磁体段之间的预定间距。然而，“n2”可以代表被配置用于给定的轴向致动器部分实施的磁体段的任何合理的数量。在一个实施例中，诸如段110等的中间磁体段可以包括单独N-S(或S-N)成组磁体段，如将在这里进一步讨论的。
第四序列106的磁体段的各段(例如，段108、110、112)围绕内径向表面56被周向地设置在壳体54的第二部分62内。换言之，各段在沿着壳体的长度尺寸的各自的位置处呈围绕壳体的内周的环的形式。在一个实施例中，段108包括N极磁体段、段110包括单独N-S成组磁体段并且段112包括S极磁体段。
另外，与参照图4图示出并且以上在这里所讨论的类似的，段108、110和112中的每个进一步包括各自的磁极性的子段的环。子段是集体形成围绕壳体54的内径向表面56设置的各自的段的单独间隔开的子段。如图3中图示出的，段110的各单独N-S成组磁体子段的S极部分位于段108的右侧，而段110的各单独N-S成组磁体子段的N 极部分位于段112的左侧。
在一个实施例中，每个各自的段108、110和112的子段的数量包括四。每个各自的段108、110和112的四个子段围绕给定的圆周、即围绕壳体54的那个径向表面56互相相等地间隔开。另外，每个各自的子段的径向和轴向尺寸根据给定的轴向致动器部分72的特定要求来确定。例如，子段中的每个可以跨越近似60°的径向距离延伸并且相邻子段之间的相应间距可以例如对于每个各自的段108、110和112来说跨越近似30°的径向距离延伸，与如图4中的关于子段99所示类似。
轴向致动器部分72的第四永久磁体与磁极组件92进一步包括(ii)(b)第四磁极组件114，具有在主轴的第二部分上围绕主轴64设置的至少一个磁极构件。如图3中图示出的，第四磁极组件114包括分别用附图标记114a和114b指示出的第一和第二磁极构件。另外，每个各自的磁极构件的径向和轴向尺寸根据给定的轴向致动器部分72的特定要求来确定。在一个实施例中，第一和第二磁极构件中的每个包括各自的实心一体式磁极构件。另外，第一和第二磁极构件中的每个与各自的纵向齿槽位置对应地被纵向地定位在给定的一组第一与第二磁体段之间。例如，第一磁极构件114a被定位在段108与110之间，并且第二磁极构件114b被定位在段110与112之间。如上面指示出的，段110包括单独N-S成组磁体段。单独N-S成组磁体段110因此在轴向致动器部分的操作期间、即交替的致动期间在第一磁极构件114a与第二磁极构件114b之间共用。
除了以上之外，第三磁极组件104的各磁极构件(例如，104a、104b)的自由端径向表面接近第三序列96的磁体段的内径向表面但通过间隙与其分开地朝向第三序列96的磁体段的内径向表面径向向外延伸。此外，第四磁极组件114的各磁极构件(例如，114a、114b)的自由端径向表面接近第四序列106的磁体段的内径向表面但通过间隙与其分开地朝向第四序列106的磁体段的内径向表面径向向外延伸。
仍然参照图3，轴向致动器部分72进一步包括电磁线圈94(或电磁线圈绕组)。电磁线圈94在相应的第三磁体与磁极组件和所述第四磁体与磁极组件90和92之间围绕主轴64设置并且被联接至其上。响应于从控制器74施加至电磁线圈94的平移控制信号(或轴向控制信号)，轴向致动器部分72使主轴64沿着主轴线58相对于壳体54轴向移位，并因此将期望的轴向运动68赋予主轴64。期望的轴向运动可以包括例如具有达到1mm或其他范围的峰值-峰值幅度的轴向运动，视给定的致动器实施而定。如这里所指出的，转动和平移控制信号可以被配置成提供用于个人护理器具50(图2)的多个不同的致动器运动和/或操作模式。
关于包括单独N-S成组磁体子段的段100的各子段和关于也包括单独N-S成组磁体子段的段110的各子段，各子段包括分别具有N-S或S-N磁化模式的单一个磁体段。如这里所讨论的，磁体被组合配对(即，N-S或S-N)。在该配置中，各N-S对(或S-N对)由一个段制成，并且N-S(S-N)磁化模式通过合适的磁化过程来创建。段(例如，段可以包括铁定子)的磁化可以在被安装在致动器壳体内之后完成。将凭借磁化过程在各段(或定子)的N和S部分之间限定出边界。
现在参照图5，示出有多个磁体子段和包括多个子磁极构件的磁极构件的截面图。如以上在这里所讨论的，参照图4，磁体与磁极组件90的磁极组件104可以包括如图4中示出的实心盘磁极构件104a。然而，对于给定的致动器实施，图4的实施例中的实心盘可能将对于给定的致动器实施弹簧的常数保持得太高，并且所以轴向致动器部分的实心盘如图5的分段盘磁极构件104a’所示被有利地分段。
特别地，磁极构件被分段成子磁极构件，连同将相应的轴向定子磁体分段，以减小其相应的弹簧常数。转子(即，轴向致动器部分的分段盘104a’或芯构件)连同联接至轴或主轴的其他磁极构件，也会像由双运动致动器52的切向致动器部分70驱动那样切向地振荡。除了将轴向磁体分段之外，如这里所讨论的，盘的分段归因于分段芯的朝向磁体段的优选位置而有利地创建了附加的切向刚度，例如如图5 中所示。此外，由于切向刚度凭借图5的实施例和轴向致动器部分被有利地增加，所以将需要较少的磁体体积用于切向致动器部分。
仍然参照图5，轴向致动器部分的分段盘104a’(即，芯)引入了较低的移动质量和质量惯性矩，这使得再一次能够实现切向以及轴向两者上的较低弹簧常数。这因此再一次降低了用于双运动致动器的总磁体体积。
现在参照图6，示出有根据本公开的双运动致动器52的另一实施例的截面图，其中切向致动器部分70被配置用于增强轴向致动器部分72的弹簧功能，轴向致动器部分包括多个磁体子段和包括多个子磁极构件的磁极构件 。图6的实施例提供了相反的效果。也就是，切向芯、例如图6中用附图标记88部分指示出的被调谐以将轴向刚度添加至双运动致动器52。切向芯的调谐有利地提供了轴向磁体体积的进一步的减小，例如如图6中所示。另外，切向致动器部分70和轴向致动器部分72的各自的转子和定子沿着它们的各自的径向边缘对应，用于更好的强度和弹簧常数。
于是，本公开的实施例有利地提供了对于在一个壳体中的双运动致动器的两个致动器部分改进的最佳的总体效果，和较低的制造成本。在一个实施例中，轴向系统的轴向磁极和磁体形状的改变被特意地配置成有益地影响切向系统、即双运动致动器的切向致动器部分的切向刚度。在另一实施例中，切向致动器部分的切向磁极和磁体配置也被调谐成将附加的轴向刚度提供至轴向系统、即双运动致动器的轴向致动器部分的轴向刚度。
虽然以上仅详细描述了几个示例性实施例，但本领域技术人员将容易领会的是，很多修改是可能的而实质上不脱离本公开的实施例的新颖的教导和优点。例如，致动器壳体可以是除筒状以外的形状。另外，本公开的实施例可以有利地用在电动牙刷、口腔卫生装置、牙齿抛光装置或具有双运动的其他类型的个人护理器具中。于是，所有这样的修改旨在被包含在如以下权利要求所限定的本公开的实施例的范围内。在权利要求中，功能性限定条款旨在覆盖执行所陈述的功能 时的这里所描述的结构并且不仅是结构等效物而且是等效的结构。
另外，一个或多个权利要求中的置于括号内的任何附图标记不应当被解释为限制权利要求。词语“包括了”和“包括”及类似物不排除除了任何权利要求或作为整体的说明书中所列出的那些以外的元件或步骤的存在。元件的单数引用不排除这样的元件的复数引用并且反之亦然。实施例中的一个或多个可以借助于包括数个完全不同的元件的硬件和/或借助于合适地编程的计算机来实施。在列举了数个部件的装置权利要求中，这些部件中的数个可以通过硬件中的一个或相同的项目来体现。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施的纯粹的事实不表明这些措施的组合不能有利地使用。

Claims (11)

1.一种用于个人护理器具的致动器(52)，包括：
(a)磁性材料的壳体(54)，具有内表面(56)和沿着所述壳体(54)的长度尺寸延伸的主轴线(58)，所述壳体进一步包括沿着其长度尺寸的至少第一部分(60)和第二部分(62)；
(b)可磁化材料的主轴(64)，沿着所述主轴线(58)在所述壳体(54)内纵向延伸，所述主轴进一步包括分别与所述壳体(54)的至少第一部分(60)和第二部分(62)对应的至少第一部分和第二部分；
(c)切向致动器部分(70)，被联接在所述壳体(54)的所述第一部分(60)与所述主轴(64)的所述第一部分之间，其中所述切向致动器部分包括(i)第一磁体与磁极组件(76)、(ii)第二磁体与磁极组件(78)和(iii)在所述第一磁体与磁极组件和所述第二磁体与磁极组件之间围绕所述主轴(64)设置并被联接至其上的电磁线圈(80)，其中响应于被施加至所述电磁线圈(80)的转动控制信号，所述切向致动器部分(70)使所述主轴(64)围绕所述主轴线(58)相对于所述壳体(54)转动地移位；和
(d)轴向致动器部分(72)，被联接在所述壳体(54)的所述第二部分(62)与所述主轴(64)的所述第二部分之间，其中所述轴向致动器部分包括(i)第三磁体与磁极组件(90)、(ii)第四磁体与磁极组件(92)和(iii)在所述第三磁体与磁极组件和所述第四磁体与磁极组件之间围绕所述主轴(64)设置并被联接至其上的第二电磁线圈(94)，其中响应于被施加至所述第二电磁线圈(94)的平移控制信号，所述轴向致动器部分(72)使所述主轴(64)沿着所述主轴线(58)相对于所述壳体(54)轴向地移位，
其中所述第一磁体与磁极组件(76)和所述第二磁体与磁极组件(78)限定所述切向致动器部分(70)的切向弹簧功能，并且所述第三磁体与磁极组件(90)和所述第四磁体与磁极组件(92)限定所述轴向致动器部分(72)的轴向弹簧功能，和
其中所述切向致动器部分(70)和所述轴向致动器部分(72)还包括下面(i)和(ii)中的至少一个，(i)所述切向致动器部分(70)的所述第一磁体与磁极组件(76)和所述第二磁体与磁极组件(78)，被配置成增强所述轴向致动器部分(72)的弹轴向簧功能，(ii)所述轴向致动器部分(72)的所述第三磁体与磁极组件(90)和所述第四磁体与磁极组件(92)，被配置成增强所述切向致动器部分(70)的切向弹簧功能；
其中所述第三磁体与磁极组件(90)包括(i)(a)根据第一纵向间距模式间隔开并且具有第一磁极顺序的第一序列(96)的磁体段，所述第一序列(96)的磁体段中的各段(98，100，102)在所述壳体(54)的所述第二部分(62)内围绕所述内表面(56)周向地设置，其中所述第一序列(96)的磁体段中的至少一个段(98，100，102)包括围绕所述内表面(56)的各自的给定圆周互相间隔开给定的径向间距的相同极性的至少两个子段(99)，和(i)(b)具有围绕所述主轴(64)的所述第二部分设置并且设置在其上的至少一个磁极构件(104a，104b)的第三磁极组件(104)。
2.根据权利要求1所述的致动器，其中所述第一序列(96)的磁体段中的所述至少一个段(98，100，102)进一步包括至少两个段(98，102)，其中(i)所述至少两个段中的第一段(98)包括围绕所述内表面(56)的各自的给定圆周间隔开的第一极性的子段，并且(ii)所述至少两个段中的第二段(102)包括围绕所述内表面(56)的各自的给定圆周间隔开的与所述第一极性相反的第二极性的子段。
3.根据权利要求2所述的致动器，进一步地其中(i)所述第一序列(96)的磁体段中的所述至少两个段中的所述第一段(98)和(ii)所述第一序列(96)的磁体段中的所述至少两个段中的所述第二段(102)(iii)包括相邻的段。
4.根据权利要求2所述的致动器，其中所述第三磁极组件(104)的所述至少一个磁极构件(104a，104b)进一步包括以围绕所述主轴设置的第一径向配置而布置的至少两个子磁极构件(104a’)，
其中所述第一径向配置包括被配置成与所述第一序列的磁体段中的所述至少一个段的所述至少两个子段(99)互补的所述至少两个子磁极构件(104a’)，以及
其中子磁极构件通过(i)各子磁极构件(104a’)的接近相应的子段的内径向表面但与其分开一定间隙地朝向相应的子段(99)的所述内径向表面径向向外延伸的自由端径向表面、和(ii)各子磁极构件(104a’)的自由端径向尺寸近似等于相应的子段(99)的内径向尺寸而与子段互补。
5.根据权利要求2所述的致动器，其中所述第四磁体与磁极组件(92)包括(ii)(a)根据第二纵向间距模式间隔开并且具有与所述第一极性顺序相反的第二极性顺序的第二序列(106)的磁体段，所述第二序列(106)的磁体段中的各段(108，110，112)在所述壳体(54)的所述第二部分(62)内围绕所述内表面(56)周向地设置，和(ii)(b)具有围绕所述主轴(64)的所述第二部分设置并且设置在其上的至少一个磁极构件(114a，114b)的第四磁极组件(114)。
6.根据权利要求5所述的致动器，其中所述第二序列(106)的磁体段中的至少一个段(108，110，112)包括围绕所述内表面(56)的各自的给定圆周互相间隔开给定的径向间距的相同极性的至少两个子段。
7.根据权利要求6所述的致动器，其中所述第二序列(106)的磁体段中的所述至少一个段(108，110，112)进一步包括至少两个段，其中(i)所述至少两个段中的第一段包括围绕所述内表面(56)的各自的给定圆周间隔开的第一极性的子段，并且(ii)所述至少两个段中的第二段包括围绕所述内表面(56)的各自的给定圆周间隔开的与所述第一极性相反的第二极性的子段。
8.根据权利要求7所述的致动器，进一步地其中(i)所述第二序列(106)的磁体段中的所述至少两个段中的所述第一段(108)和(ii)所述第二序列(106)的磁体段中的所述至少两个段中的所述第二段(112)(iii)包括相邻的段。
9.根据权利要求6所述的致动器，其中所述第四磁极组件(114)的所述至少一个磁极构件(114a，114b)进一步包括以围绕所述主轴(64)设置的第二径向配置而布置的至少两个子磁极构件，
其中所述第二径向配置包括被配置成与所述第二序列(106)的磁体段中的所述至少一个段的所述至少两个子段互补的所述至少两个子磁极构件，以及
其中子磁极构件通过(i)各子磁极构件的接近相应的子段的内径向表面但与其分开一定间隙地朝向相应的子段的所述内径向表面径向向外延伸的自由端径向表面、和(ii)各子磁极构件的自由端径向尺寸近似等于相应的子段的内径向尺寸而与子段互补。
10.根据权利要求1所述的致动器，进一步包括：
(e)控制器(74)，用于提供从由所述转动控制信号、所述平移控制信号、和转动与平移控制信号两者的任何组合构成的组中选出的至少一个。
11.一种个人护理器具(50)，包括根据权利要求1所述的致动器(52)，其中所述个人护理器具包括从由电动牙刷、口腔卫生装置、牙齿抛光装置及其任何组合构成的组中选出的一个。
CN201480071978.5A 2013-12-30 2014-12-08 用于个人护理器具的具有增强的磁性弹簧功能的致动器 Active CN105899163B (zh)

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