CN115734851A - 为电池供电设计的理发推剪枢轴电机 - Google Patents

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拉菲·赛义德
柯蒂斯·詹姆斯·德弗朗格
史蒂芬·贝哈
达斯汀·R·泰勒
乔恩·托马斯·弗雷亚斯
杰森·凯尔·埃弗利
丹尼尔·亚当·布鲁姆霍夫
马修·奥斯特博斯基
苏迪尔·布拉曼丹
马修·杰森·伯尔斯
斯科特·梅尔顿
德鲁·米切尔
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Abstract

提供了一种用于理发推剪的枢轴电机(54)，包括：定子(56)，具有多个叠片；绕线轴(58)，与所述定子以可操作关系定位，并且具有围绕所述绕线轴缠绕的线圈(60)；电枢(66)，配置成用于在一端部(68)处驱动理发推剪活动刀片(18)，并且在相对端部(72)处具有至少一个磁体(70)，所述电枢具有枢转点(74)，所述电机配置成用于在2.5和4.2伏特之间操作。

Description

为电池供电设计的理发推剪枢轴电机
相关申请
本申请根据35USC 119(e)要求于2020年6月29日递交的美国临时申请号63/045,644的权益，其全文通过引用并入于此。
技术领域
本发明总体上涉及电动枢轴电机，也称为振动电机，更具体地涉及用于为电动理发推剪和修剪器供电的枢轴电机。
背景技术
枢轴电机广泛用于给电动理发推剪供电，在共同受让的美国专利号7,239,053、8,276,279和10,137,582中公开了合适的示例，它们都通过引用并入。传统的枢轴电机用在理发推剪中，因为它们产生使切割刀片振动以切割毛发的往复运动。这种枢轴电机具有在一端部上具有驱动臂而在相对端部上具有磁性组件的电枢、以及在驱动臂和磁性组件之间的枢轴。位于磁组件附近的定子产生驱动电枢往复运动的磁通量，进而使往复刀片振动以切割毛发。枢轴电机是理发推剪所需要的，因为由于磁路的运行和定子与磁性组件之间的通量转移，可以相对有效地将大量的功率传输到往复刀片。
由枢轴电机供电的传统电动推剪和修剪器(统称为推剪或理发推剪)一般是通过由传统电器电源线供应的线路电压来供电。在发型设计行业，越来越多的人开始使用无线或电池供电的剪发设备。然而，到目前为止，还没有一种令人满意的商业可用的用于理发推剪的电池驱动枢轴电机。
传统理发推剪枢轴电机的另一个常见的问题是当前的将磁体固定到磁通桥的方法包括将柱胶合和热熔焊穿过磁体中心。由于磁体和磁通桥直接接触，存在强大的磁力将磁体保持在磁通桥上。然而，当电机运行时，磁体的角部变得非常接近叠片，磁体和叠片之间的力可导致磁体从磁通桥上滑落。一旦磁体滑得足够远，它们就可能被线圈中产生并由叠片引导的磁力从磁通桥上拉下来。
因此，需要一种适合于电池供电的枢轴电机。进一步地，需要一种改进的理发推剪，其设计成用于容纳电池供电的枢轴电机。此外，需要一种改进的理发推剪枢轴电机，以解决上述磁体松动的问题。
发明内容
本发明的为电池供电设计的理发推剪枢轴电机满足或超越了上面列出的需求。更具体地，本理发推剪枢轴电机是为在2.5至4.2伏特范围内操作而设计的，该范围远低于由线路电压供电的传统理发推剪枢轴电机。本发明理发推剪枢轴电机的另一个特征是与传统枢轴电机40mm的轴向长度相比在轴向上相对缩短的长度，在23-27毫米的范围内。作为对较短长度的补偿，本发明的电机使用了具有相对较粗的规线(gauge wire)，优选26规线或更粗的线。在提供所需的切割功率方面，较粗的规线补偿了较短的电机长度。
本发明理发推剪枢轴电机的另一个特征是改进的枢轴臂，其不仅容纳形成磁通桥的往复磁体，所述磁体除了一个磁表面之外完全被枢轴臂限制或封套。在一个优选实施方式中，磁体与枢轴臂一体地形成。本发明理发推剪枢轴电机的一个相关特征是重新设计的枢轴臂，其枢转点被移动成更靠近往复刀片。摘样，磁体的运动弧线相对于传统枢轴电机更宽，并在活动刀片相对于固定刀片的往复运动上提供了更大的机械优势。因此，本发明的设计使用较少的动力为活动刀片提供了等效的切割功率。
本发明电机的另一个特征是使用传感器来调节切割刀片运动的冲程。传统理发推剪枢轴电机本身通过将切割刀片频率固定到电机的驱动频率来保持切割刀片频率。然而，连接到活动刀片的枢轴臂的冲程如果不进行补偿的话会在加载条件下减小。在本发明的电机中，冲程由传感器通过定时测量方式间接测量，并且因此通过使用脉冲宽度调制(PWM)增加或减少线圈上看到的电压来进行补偿。根据以下事实将时间转换为振幅：对于以固定频率正弦振荡的物体来说，该物体在两个振幅水平之间通过所花费的时间与运动的总体振幅成反比。因此，本发明的电机通过自动增加从电池施加的电压来调节适应较高的负载条件，如更厚或更密的毛发。
还有，电磁电机中的重要参数是磁性材料之间的气隙，因为其对所产生的输出功率和电机效率具有主要影响。在传统的理发推剪枢轴电机中，磁体被吸引到钢叠片。因此，为了保持一致的间隙，许多枢轴电机设计在电机的顶侧上使用次级板，以便从顶部到底部保持枢轴销。
更具体地，提供了一种用于理发推剪的枢轴电机，包括：具有多个叠片的定子；绕线轴，与定子以可操作的关系定位并且具有围绕所述绕线轴缠绕的线圈；电枢，配置成用于在一端部处驱动理发推剪活动刀片，并且在相对端部处具有至少一个磁体，所述电枢具有枢转点，所述电机配置成用于在2.5和4.2伏特之间操作。
在一个实施方式中，定子具有在23-27mm范围内的轴向长度。在一个实施方式心中，可充电电池电连接到该电机。在一个实施方式中，电枢构造并布置成所述至少一个磁体具有多个表面，除了一个表面之外的所有表面由电枢封套。在一个实施方式中，电枢的枢转点定位成相比于所述电枢的容纳所述磁体的端部更靠近所述电枢的接合所述推剪活动刀片的端部。在一个相关的实施方式中，枢转点到电枢的容纳所述至少一个磁体的端部的距离与从枢转点到电枢的接合理发推剪活动刀片的端部的距离之比为2.1:1。
在一个优选实施方式中，传感器构造并布置成用于测量电枢的操作冲程，并且电连接到电机上的控制器，所述控制器用于根据感测到的电枢冲程使用脉冲宽度调制来调节电机电压。在一个实施方式中，传感器是光传感器。在一个实施方式中，控制器配置成使得当感测到的电枢冲程减小时，电机电压增大。
在一个实施方式中，设置支撑板，定子连接到该支撑板，该支撑板还是电枢的安装点。在一个实施方式中，定子通过焊接连接到支撑板。
在另一个实施方式中，提供了一种用于理发推剪的枢轴电机，包括：具有多个叠片的定子；绕线轴，与定子以可操作的关系定位并且具有围绕所述绕线轴缠绕的线圈；电枢，配置成用于在一端部处驱动理发推剪活动刀片，并在相对端部处具有至少一个磁体，该电枢具有枢转点；以及定子具有在23-27mm范围内的轴向长度。在一个实施方式中，定子具有在28-35mm范围内的宽度。在一个实施方式中，绕线轴设有26规线(Gauge wire)或更大直径的线圈。在一个实施方式中，线圈包括75匝导线。
在另一个实施方式中，提供了一种具有枢轴电机的理发推剪，包括：理发推剪壳体；理发推剪刀片组，与壳体以可操作的方式相联，并且包括固定刀片和配置成相对于固定刀片侧向往复运动的活动刀片；枢轴电机，安装在理发推剪中。所述枢轴电机包括：具有多个叠片的定子；绕线轴，与定子以可操作的关系定位并且具有围绕所述绕线轴缠绕的线圈；电枢，配置成用于在一端部处驱动活动刀片并且在相对端部处具有至少一个磁体，该电枢具有枢转点；传感器与推剪壳体相联并且构造并布置成用于测量电枢的操作冲程，并且电连接到电机上的控制器，所述控制器用于根据感测到的所述电枢冲程使用脉冲宽度调制来调节电机电压。
在一个实施方式中，该传感器是光传感器。在一个实施方式中，所述控制器配置成使得当感测到的电枢冲程减小时，电机电压增大。
附图说明
图1是装备有枢轴电机的现有的理发推剪的部分的俯视图；
图2是适合于与本发明的枢轴电机一起使用的理发推剪的俯视透视图；
图3是图2的理发推剪的部分的俯视透视图，其中为了清楚起见省略了一部分；
图4是展现本发明的枢轴电机的图3的理发推剪的放大的部分的透视图，为了清楚起见进一步省略了一部分；
图5是本发明的枢轴电机的俯视图；
图6是本发明的枢轴电机的部分的俯视透视图；
图7是感测到的脉冲宽度和正弦波振幅的图表；
图8是图7中绘出的关系的放大图表。
具体实施方式
现在参见图1，示出了现有的理发推剪10具有固定刀片12，该固定刀片以可操作的方式紧固到壳体14。固定刀片12具有第一排切割齿16。侧向往复的或活动的刀片18以可操作的方式抵靠固定刀片12被紧固。往复刀片18具有与第一排切割齿16互补的第二排切割齿20。第一和第二排切割齿的尖部之间的距离可以利用调节杠杆22来设置或者改变。
被动元件24紧固到往复刀片18。允许往复刀片来回运动的弹簧(未示出)将往复刀片18压向固定刀片12，使得切割齿在操作中切割毛发。枢轴电机28也紧固在壳体14中。包括在枢轴电机28中的是定子30，该定子30包括叠片堆叠，该叠片堆叠形成大体上“E”形状。枢轴电机28由通过电源线31、开关32和导线(未示出)而提供的交流电来供电。具有绕线线圈35的绕线轴34位于由定子限定的空间36中。
电枢或枢转臂38具有枢转点40，并且在一端部46处连接到活动刀片18，而在相对端部42处具有至少一个磁体44。可以看到，定子30具有轴向长度“L”，其是大约40mm长。定子30的宽度“W”是大约31mm。
现在参见图2和3，本发明的理发推剪整体上用50表示。与理发推剪10共用的元件用相同的附图标记表示。理发推剪10与50之间的主要差别是前者是由通过电源线31的传统的线路电压供电的，而后者是由电池供电的，优选地由可充电电池52(图2隐藏示出)。因此，整体上用54表示的本发明的枢轴电机被设计成电连接到电池52，而不是由传统的线路电压供电。本发明的枢轴电机54的重要特征是其构造并布置成在2.5-4.2伏特的电力范围内操作，远低于理发推剪10，理发推剪10是在120或240伏特下操作的，在一些情况下低至12伏特。更优选地，本发明的枢轴电机54构造并布置成以3.6伏特操作。
虽然本发明枢轴电机54与枢轴电机28具有共有的结构特征，但是可以看到，是包括多个叠片的定子56和保持围绕绕线轴缠绕的线圈60的绕线轴58明显短于它们在电机28中的相应部件。盖板62安装在推剪壳体14的腔体64内用于定位下面更详细描述的传感器。
现在参见图4-6，更详细地示出了本枢轴电机54。最明显的是，定子54的长度“l”在23-27mm之间，更优选是25mm，该长度远远短于推剪10中的定子30。然而，定子56的宽度“W”与定子30的宽度大致相同，在28-35mm的范围内。这种配置背离了关于枢轴电机设计的传统想法，在传统想法中通常认为更长且更细的电机更有效率。本发明的枢轴电机54的较短外形还创造了更多的空间用于腔体64中的电池52。
此外，围绕绕线轴58缠绕的线圈60的导线比在线圈35中使用的导线具有相对更粗的规(gauge)。在枢轴电机54中，与绕线轴58一起使用的导线优选地是26规或更粗的，意味着更大的直径。更优选地，线圈60用22规的导线线缠绕的。此外，优选地，围绕绕线轴58缠绕大约75匝这种导线，然而根据需要可以想到其他匝数。通过在线圈60中使用更粗规的导线，本发明的枢轴电机54补偿了其较短的长度“l”。
电枢66相对电枢38进行了明显改变，然而其也配置成用于在第一端部68处驱动理发推剪活动刀片18，在相对端部72处具有至少一个磁体70，并且该电枢具有枢转点74。电枢66的一个新特征是每个磁体70具有多个表面76，并且是大体上矩形的和箱形的(图6)，并且除了一个表面之外的所有表面由电枢封套。已经发现磁体70的这种封套成功解决了磁体由于延期使用和暴露于电机28的显著磁力而从传统电枢中脱出的问题。在电枢66中，防止了磁铁70脱出。
电枢66的另一个特征是枢转点74的运动。一般地，在本发明的枢轴电机54中，相比于容纳磁体70的端部72，枢转点74更靠近接合活动刀片18的第一端部68。相反，在传统的枢轴电机28中，枢转点40在接合活动刀片18的端部46与容纳磁体44的端部42之间是大致等距的。在枢轴电机54的操作过程中，正如在图4-6中看到的，电枢从左到右往复，这种侧向运动的极限称作电机的冲程。在端部68处，电枢66的冲程需要足以使活动刀片18侧向地移动到固定刀片12的端部，正如在本领域中已知的。通过使枢转点74移动更靠近第一端部68，本发明的电枢66被提供有增加的机械优势，这使得电枢向活动刀片提供了额外的力。这种增加的力允许本发明的枢轴电机54提供令人满意的切割功率，尽管操作电压较低。
更具体地，正如在图6中看到的，枢转点74到具有所述至少一个磁体的磁体70的端部72的距离“A”与从枢转点到接合活动刀片18的端部68的距离“B”的比率(A:B)是2.1:1。这与电机28中的1.3:1的类似比率形成对比。
本发明枢轴电机54的另一个特征是使用传感器80(图3)，该传感器优选地位于盖板62上，但是可以想到位于推剪壳体14上。在该优选实施方式中，传感器80是光传感器，然而，可以想到本领域中已知的其他传感器，比如霍尔效应传感器。设置传感器80用于监视电枢66的操作冲程。此外，传感器80电连接到控制器或微控制器82，该控制器或微控制器82与枢轴电机54相联用于根据感测到电枢冲程使用脉冲宽度调制来调节电机电压。
在优选实施方式中，控制器82配置成使得当感测到的电枢冲程减小时，电机电压增大。该系统用于调接和节省电机资源，以便在切割负载增加时(如在相对浓密或厚毛发的情况下)，向电机54提供额外的电压。
现在参见图7和8，示出了测量到的脉冲宽度与正弦波振幅的对比图表。图7示出了3个频率相同但振幅不同的正弦波，都向1归一化，以及由两个振幅阈值极限定义的窗口，这些振幅阈值极限小于正弦波的最小期望峰值。图8是图7的中央部分的放大局部图，突出显示了正弦波通过阈值窗口的区域。从图7和8可以看出物体在两个固定振幅水平之间通过所花费的时间与运动的总体振幅成反比，如图所示。由传感器80测量出的电枢66的运动时间通过这种关系转换为振幅。
再次参见图4-6，本发明的枢轴电机54的另一个特征是支撑板86，定子56附接到该支撑板86，并且该支撑板为枢转点74提供了安装点，该支撑板在结构上是坚固的以保持电枢66的端部72与定子60之间恒定的操作空间。这样，支撑板86被提供有细长的、优选位于中心的加强通道88。此外，定子56焊接到支撑板86从而使得将定子紧固到位的焊缝90(图6)超出了通道88的端部。
为了向电枢66提供抵抗由定子56和线圈60产生的往复运动的返回力，至少一个压缩弹簧92连接到电枢66。在优选实施方式中，设置四个这样的弹簧92，在电枢66的每侧有两个。对于每个弹簧92，弹簧的自由端部94固定在支撑板86的竖直突出的支架部96中。每个弹簧92的相对端部98与电枢66每侧上的座或插槽99相接合。
虽然这里已经描述了为电池供电设计的本发明的理发推剪枢轴电机的具体实施方式，但是本领域技术人员将会意识到的是在不脱离本发明的广泛方面和后面权利要求中陈述的范围的情况下可以对其进行改变和修改。

Claims (15)

1.一种用于理发推剪的枢轴电机，包括：
定子(56)，具有多个叠片；
绕线轴(58)，与所述定子以可操作的关系定位并且具有围绕所述绕线轴缠绕的线圈(60)；
电枢(66)，配置成用于在一端部(68)处驱动理发推剪活动刀片(18)，并且在相对端部(72)处具有至少一个磁体(70)，所述电枢具有枢转点(74)；以及
所述电机配置成用于在2.5和4.2伏特之间操作。
2.根据权利要求1所述的枢轴电机，还包括所述定子(56)具有在23-27mm范围内的轴向长度。
3.根据权利要求1所述的枢轴电机，还包括电连接到所述电机的可充电电池(52)。
4.根据权利要求1所述的枢轴电机，其中所述电枢(66)构造并布置成使得所述至少一个磁体(70)具有多个表面(76)，除了一个表面之外的所有表面由所述电枢封套。
5.根据权利要求1所述的枢轴电机，其中所述电枢(66)的所述枢转点(74)定位成相比于所述电枢的容纳所述磁体(70)的端部更靠近所述电枢的接合所述推剪活动刀片的端部。
6.根据权利要求5所述的枢轴电机，其中所述枢转点(74)到所述电枢(66)的容纳所述至少一个磁体(70)的端部的距离与从所述枢转点到所述电枢的接合所述理发推剪活动刀片的端部的距离之比为2.1:1。
7.根据权利要求1所述的枢轴电机，还包括传感器(80)，所述传感器构造并布置成用于测量所述电枢(66)的操作冲程，并且电连接到所述电机上的控制器(82)，所述控制器用于根据感测到的所述电枢冲程使用脉冲宽度调制来调节电机电压，优选地其中所述传感器是光学传感器。
8.根据权利要求7所述的枢轴电机，其中所述控制器(82)配置成使得当感测到的所述电枢冲程减小时，所述电机电压增大。
9.根据权利要求1所述的枢轴电机，还包括支撑板(86)，所述定子(56)连接到所述支撑板，所述支撑板还是所述电枢(66)的安装点。
10.根据权利要求9所述的枢轴电机，其中所述定子(56)通过焊接连接到所述支撑板(86)。
11.一种用于理发推剪的枢轴电机，包括：
定子(56)，具有多个叠片；
绕线轴(58)，与所述定子以可操作的关系定位并且具有围绕所述绕线轴缠绕的线圈(60)；
电枢(66)，配置成用于在一端部(68)处驱动理发推剪活动刀片(18)，并且在相对端部(72)处具有至少一个磁体(70)，所述电枢具有枢转点(74)；以及
所述定子具有在23-27mm范围内的轴向长度。
12.根据权利要求11所述的枢轴电机，还包括所述定子(56)具有在28-35mm范围内的宽度。
13.根据权利要求11所述的枢轴电机，其中所述绕线轴(58)设置有26规线或更大的线圈，优选地，其中所述线圈包括75匝导线。
14.一种具有枢轴电机(54)的理发推剪(50)，包括：
理发推剪壳体(14)；
理发推剪刀片组，以可操作的方式与所述壳体相联，并且包括固定刀片(12)和配置成相对于所述固定刀片侧向往复运动的活动刀片(18)；
枢轴电机(54)，安装在所述理发推剪中，包括：
定子(56)，具有多个叠片；
绕线轴(58)，与所述定子以可操作的关系定位并且具有围绕所述绕线轴缠绕的线圈(60)；
电枢(66)，配置成用于在一端部(68)处驱动所述活动刀片(18)，并且在相对端部(72)处具有至少一个磁体(70)，所述电枢具有枢转点(74)；
传感器(80)，与所述推剪壳体相联并且构造和布置成用于测量所述电枢(66)的操作冲程，并且电连接到所述电机上的控制器，所述控制器用于根据感测到的所述电枢冲程使用脉冲宽度调制来调节电机电压。
15.根据权利要求14所述的枢轴电机，其中所述控制器(82)配置成使得当感测到的所述电枢冲程减小时，所述电机电压增大。
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