CN108039782A - 磁悬浮电机 - Google Patents
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Abstract
一种磁悬浮电机，包括：电机座，内部设有安装腔体；磁极组，设置于所述安装腔体内，用于形成磁场；转动轴组，受所述磁场驱动而可旋转地保持于所述安装腔体内，所述转动轴组具有磁体及用于对外输出运动的转动轴，所述转动轴组与所述磁极组共轴布置。本发明提供的磁悬浮电机具有简洁的机械传动结构，以磁场叠加增益而使输出力矩的上限大幅增加，并避免由偏心力矩引起的偏摆力矩，保证磁悬浮电机的输出平稳。
Description
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体地来说，是一种磁悬浮电机。
背景技术
牙刷是用于清洁牙齿的一种刷子，属于人们生活的必需品。随着科学技术的发展，电动牙刷作为新的牙刷形式而出现。调查显示，电动牙刷与普通牙刷相比，更为科学有效，可以清除牙菌斑、减少牙龈炎、牙周病和牙龈出血等口腔疾病，因而日益受到人们的欢迎。
目前的电动牙刷主要以振动原理为主。此类电动牙刷通过电动机芯的快速旋转或震动，使刷头产生高频震动，瞬间将牙膏分解成细微泡沫，深入清洁牙缝；与此同时，刷毛的颤动能促进口腔的血液循环，对牙龈组织有按摩效果。
现有的振动型电动牙刷内部设置有驱动电机和转轴，驱动电机与转轴通过偏心轮连接在一起，驱动电机旋转带动偏心轮转动，利用偏心运动使转轴产生振动，而转轴另一端连接有刷头，从而达到电动牙刷刷头高频摆动的效果。
现有的振动型电动牙刷在使用过程中存在以下问题：驱动电机利用偏心轮产生振动，偏心轮转动过程中，机械传动较多，导致振动频率低、输出力矩上限较低，对牙齿的清洁能力效果差。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种磁悬浮电机，以中心轴分布结构获得磁场叠加增益，使输出力矩的上限大幅增加，并具有简单的机械传动结构而保证振动频率。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种磁悬浮电机，包括：
电机座，内部设有安装腔体；
磁极组，设置于所述安装腔体内，用于形成磁场；
转动轴组，受所述磁场驱动而可旋转地保持于所述安装腔体内，所述转动轴组具有磁体及用于对外输出运动的转动轴，所述转动轴组与所述磁极组共轴布置。
作为上述技术方案的改进，所述磁极组包括复数个励磁绕组，所述励磁绕组包括铁芯与缠绕于所述铁芯上的励磁线圈，复数个所述励磁线圈沿所述转动轴组的旋转周向均匀分布，所述励磁线圈与交流电源连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述励磁线圈的磁场方向与所述转动轴组的旋转轴向垂直。
作为上述技术方案的进一步改进，所述铁芯包括硅钢片，所述硅钢片环形分布于所述转动轴组之周侧。
作为上述技术方案的进一步改进，所述转动轴组包括共轴固定的转动支架与所述转动轴，所述转动支架上设有所述磁体，所述转动轴一端延伸至所述安装腔体外部。
作为上述技术方案的进一步改进，所述转动支架包括用于约束所述磁体的导磁挡板，所述导磁挡板由导磁材料制成。
作为上述技术方案的进一步改进，成对的所述导磁挡板分别自所述磁体的两侧约束所述磁体。
作为上述技术方案的进一步改进，所述磁体为复数个，并沿所述转动轴组的旋转周向均匀分布。
作为上述技术方案的进一步改进，所述磁悬浮电机还包括弹性元件，所述弹性元件两端分别连接所述电机座与所述转动轴组，用于使所述转动轴组复位。
作为上述技术方案的进一步改进，所述弹性元件为弹簧钢片或弹簧钢丝。
本发明的有益效果是：
于电机座内设置磁极组与转动轴组，磁极组与转动轴组共轴布置，使转动轴组获得源自磁极组的叠加增益磁场，磁体受磁场驱动而带动转动轴旋转，从而对外输出运动，具有简洁的机械传动结构，叠加增益而使输出力矩的上限大幅增加，并避免由偏心力矩引起的偏摆力矩，保证磁悬浮电机的输出平稳。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例1提供的磁悬浮电机的分解结构示意图；
图2是本发明实施例1提供的磁悬浮电机的局部放大示意图；
图3是本发明实施例1提供的磁悬浮电机的硅钢片的第二结构示意图；
图4是本发明实施例1提供的磁悬浮电机的转动支架的第一结构分解示意图；
图5是本发明实施例1提供的磁悬浮电机的转动支架的第一结构装配剖视图；
图6是本发明实施例1提供的磁悬浮电机的转动支架的第二结构分解示意图；
图7是本发明实施例1提供的磁悬浮电机的弹性元件的示意图。
主要元件符号说明：
1000-磁悬浮电机，0100-电机座，0110-环形壳体，0120-端部封盖，0121-定位座，0200-磁极组，0210-励磁绕组，0211-硅钢片，0212-励磁线圈，0213-绝缘支架，0214-线圈挡板，0300-转动轴组，0310-转动支架，0311-安装通孔，0312-嵌入槽，0313-导磁挡板，0314-固定槽，0320-转动轴，0330-磁体，0400-弹性元件，0410-弹簧钢片，0420-弹簧钢丝，0500-轴承。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对磁悬浮电机进行更全面的描述。附图中给出了磁悬浮电机的优选实施例。但是，磁悬浮电机可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对磁悬浮电机的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在磁悬浮电机的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
请参阅图1，本实施例公开一种磁悬浮电机1000，该磁悬浮电机1000包括电机座0100、磁极组0200与转动轴组0300，用于提供一种具有中心轴结构的电机结构，尤其适用于电动牙刷的震动输出。以下对该磁悬浮电机1000的主要构造进行具体介绍。
电机座0100用于提供整体式的封装结构，以便完成各个部件的安装。在封装式构造先，电机座0100内部设有安装腔体，用于安装固定各个部件。示范性地，电机座0100包括环形壳体0110与端部封盖0120，环形壳体0110与端部封盖0120包围而成安装腔体。
其中，环形壳体0110远离端部封盖0120的一端保持封闭，并于封闭端中心形成通孔。环形壳体0110可由多种材料制成，示范性地，环形壳体0110由金属材料制成，具有较佳的结构强度。进一步地，通孔内设置轴承0500，以对转动轴组0300提供良好的运动承载。
端部封盖0120封装于环形壳体0110的开口端，示范性地，二者之间具有良好的水密性。端部封盖0120可采用多种材料制成，示范性地，端部封盖0120由塑料制成，具有良好的绝缘性。
示范性地，端部封盖0120接近环形壳体0110的一侧设有安装槽，以便实现对应部件的固定。示范性地，端部封盖0120远离环形壳体0110的一侧设有定位槽，以便实现磁悬浮电机1000的对外连接。示范性地，端部封盖0120上设有过线孔，以便电路连接线通过。
请结合参阅图1～2，磁极组0200设置于安装腔体内，用于形成磁场，以提供磁悬浮驱动的磁驱基础。磁极组0200的组成形式众多，即如永磁体、励磁绕组0210等类型。示范性地，磁极组0200可采励磁绕组0210的形式，以下着重说明。
励磁绕组0210包括铁芯与缠绕于铁芯上的励磁线圈0212，励磁线圈0212与交流电源连接。交流电源向励磁线圈0212输出交流电，使励磁线圈0212中形成磁场。断开电流后，励磁线圈0212产生的磁场消失，从而停止运动输出。示范性地，励磁线圈0212的电路连接线穿过过线孔而与交流电源连接。
在铁芯的作用下，励磁线圈0212中产生的磁场得以进一步增强，使转动轴组0300获得足够的驱动力。示范性地，励磁线圈0212的磁场方向与转动轴组0300的旋转轴向垂直，以保证转动轴组0300受到的驱动力良好地驱动其旋转。
进一步地，磁极组0200包括复数个励磁绕组0210，复数个励磁线圈0212沿转动轴组0300的旋转周向均匀分布。任一励磁线圈0212分别在交流电下产生磁场，各个磁场共同作用于转动轴组0300，使转动轴组0300旋转而输出动力。示范性地，励磁绕组0210的数量为两个，并以转动轴组0300为中心而呈中心对称分布，使对称成对的励磁绕组0210产生的磁场方向相反。
其中，铁芯的实现方式众多。示范性地，铁芯包括硅钢片0211。硅钢片0211即silicon lamination，是一种含碳极低的硅铁软磁合金，一般含硅量为0.5～4.5％。其中，加入硅可提高铁的电阻率和最大磁导率，降低矫顽力、铁芯损耗(铁损)和磁时效。
进一步地，硅钢片0211环形分布于转动轴组0300之周侧。例如，请参阅图3，硅钢片0211为一体成型的环形体，环形体套设于转动轴组0300之周侧，复数个励磁绕组0210环布于环形体上。又如，请参阅图2，硅钢片0211的数量至少为二个，相互拼接而形成环形体，环形体套设于转动轴组0300之周侧，复数个励磁绕组0210环布于环形体上(如可对应地一一设置于不同的硅钢片0211上)。
进一步地，硅钢片0211内侧设有绝缘支架0213。示范性地，硅钢片0211内侧设有T型架，绝缘支架0213上对应设置T型槽，从而使绝缘支架0213稳固地套设于T型架上。励磁线圈0212缠绕于绝缘支架0213上，示范性地，绝缘支架0213、硅钢片0211与励磁线圈0212之数量一致，三者一一对应地设置。进一步地，绝缘支架0213远离硅钢片0211的一侧设有线圈挡板0214。
转动轴组0300用于于磁场中运动而输出动力。具体地，转动轴组0300受磁场驱动而可旋转地保持于安装腔体内。其中，转动轴组0300具有磁体0330及用于对外输出运动的转动轴0320，转动轴组0300与磁极组0200共轴布置。
换言之，转动轴组0300位于磁极组0200产生的磁场之中心处，形成中心轴式电机构造，进一步优化磁悬浮电机1000的性能，具有输出稳定、启停控制性好、输出扭矩大等优点。此外，由于转动轴组0300居中布置，避免偏心布置存在的偏摆颤抖，保证输出平稳。
例如，在前述的示范例中，复数个励磁绕组0210均匀环绕于转动轴组0300之周侧，使各个励磁绕组0210产生的磁场形成叠加增益，转动轴组0300可获得叠加增益的驱动力，使输出扭矩的上限大幅增加。
转动轴组0300的结构形式众多。示范性地，转动轴组0300包括共轴固定的转动支架0310与转动轴0320。其中，转动支架0310与转动轴0320沿轴向依次连接。转动支架0310上设有磁体0330，示范性地，磁体0330嵌入安装于转动支架0310上。
转动轴0320一端延伸至安装腔体外部，以便与外部执行件(如电动牙刷刷头)连接，从而驱动外部执行件运动。在前述示范例中，环形壳体0110远离端部封盖0120的一端保持封闭，并于封闭端中心形成通孔，转动轴0320可旋转地贯穿该通孔。
磁体0330由磁性材料制成，一种常见的形式为磁铁。磁体0330与转动轴0320一体连接，在交变磁场中受力而转动，并带动转动轴0320一体旋转。其中，磁体0330的分布方式众多，根据不同的数量设置而有所不同，以下仅举数例示范。
请结合参阅图4～5，示范性地，转动支架0310的中央处设有安装通孔0311，磁体0330嵌入安装于安装通孔0311内。其中，磁体0330的数量可为一至复数个。示范性地，磁体0330数量为一，整体地嵌入于安装通孔0311内。
请结合参阅图6，示范性地，转动支架0310上均匀地设有复数个嵌入槽0312，用于嵌入安装磁体0330。对应地，磁体0330与嵌入槽0312数量相等，形成一一对应的嵌入结构。示范性地，转动支架0310的外表面对称地设有两个嵌入槽0312，嵌入槽0312以转动支架0310的旋转轴为对称轴。
优选地，转动支架0310包括用于约束磁体0330的导磁挡板0313，避免磁体0330与转动支架0310发生分离。进一步地，导磁挡板0313成对分布，且成对的导磁挡板0313分别自磁体0330的两侧约束磁体0330。其中，导磁挡板0313由导磁材料制成，使磁场作用良好地传递，避免发生磁场衰减，从而保证磁体0330所需的驱动力。
优选地，磁悬浮电机1000还包括弹性元件0400。弹性元件0400两端一端固定连接电机座0100，另一端固定连接转动轴组0300，用于使转动轴组0300复位。
例如，当转动轴组0300旋转时，弹性元件0400与转动轴组0300的连接端随之旋转，而弹性元件0400与电机座0100的连接端保持静止，使弹性元件0400发生扭转。弹性元件0400于扭转过程发生弹性变形，积蓄内能并于转动轴组0300失去磁场驱动时释放，使转动轴组0300反向旋转复位。
请结合参阅图7，弹性元件0400的形式众多，包括弹簧钢片0410、弹簧钢丝0420、扭簧等类型。弹性元件0400的固定方式众多，即如钩接、挂接、钉接等类型。
示范性地，转动支架0310远离转动轴0320的一端设有固定槽0314，弹性元件0400一端嵌入固定于固定槽0314内。进一步地，弹性元件0400与固定槽0314之间具有过盈配合关系。
示范性地，端部封盖0120接近转动支架0310的一侧设有定位座0121，定位座0121用于固定弹性元件0400。定位座0121上可设有槽、孔等固定结构，以便弹性元件0400远离转动支架0310的一端嵌入于其中，使该端与端部封盖0120一并保持静止。
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种磁悬浮电机，其特征在于，包括：
电机座，内部设有安装腔体；
磁极组，设置于所述安装腔体内，用于形成磁场；
转动轴组，受所述磁场驱动而可旋转地保持于所述安装腔体内，所述转动轴组具有磁体及用于对外输出运动的转动轴，所述转动轴组与所述磁极组共轴布置。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述磁极组包括复数个励磁绕组，所述励磁绕组包括铁芯与缠绕于所述铁芯上的励磁线圈，复数个所述励磁线圈沿所述转动轴组的旋转周向均匀分布，所述励磁线圈与交流电源连接。
3.根据权利要求2所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述励磁线圈的磁场方向与所述转动轴组的旋转轴向垂直。
4.根据权利要求2所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述铁芯包括硅钢片，所述硅钢片环形分布于所述转动轴组之周侧。
5.根据权利要求1所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述转动轴组包括共轴固定的转动支架与所述转动轴，所述转动支架上设有所述磁体，所述转动轴一端延伸至所述安装腔体外部。
6.根据权利要求5所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述转动支架包括用于约束所述磁体的导磁挡板，所述导磁挡板由导磁材料制成。
7.根据权利要求6所述的磁悬浮电机，其特征在于，成对的所述导磁挡板分别自所述磁体的两侧约束所述磁体。
8.根据权利要求5所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述磁体为复数个，并沿所述转动轴组的旋转周向均匀分布。
9.根据权利要求1所述的磁悬浮电机，其特征在于，还包括弹性元件，所述弹性元件两端分别连接所述电机座与所述转动轴组，用于使所述转动轴组复位。
10.根据权利要求9所述的磁悬浮电机，其特征在于，所述弹性元件为弹簧钢片或弹簧钢丝。
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