CN1510822A - 电力传动装置 - Google Patents

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CN1510822A CNA2003101223352A CN200310122335A CN1510822A CN 1510822 A CN1510822 A CN 1510822A CN A2003101223352 A CNA2003101223352 A CN A2003101223352A CN 200310122335 A CN200310122335 A CN 200310122335A CN 1510822 A CN1510822 A CN 1510822A
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Abstract

一种提供角往复驱动的电力传动装置(10)，包括外壳(100)、容纳在外壳(100)中的定子(200)、以及通过定子(200)同轴延展的转子(300)。定子(200)具有环形布置的磁极(216)和用于通过交流电进行激励的线圈(220)，以在相邻磁极(216)间磁化相反极性的磁极(216)。转子(300)具有通过外壳(100)支撑以进行角向运动的轴(310)和多个紧紧安置在轴(310)上并围绕轴(310)的永久磁铁(320)。磁铁(320)具有介于具有相反极性的相邻磁极(320)之间邻近的侧部，由此在所述交流电反复反向时，磁铁(320)和磁极(216)反复磁交互作用以使轴(310)震荡提供所述驱动。

Description

电力传动装置
技术领域
本发明涉及为电动手工工具提供角往复驱动的电力传动装置。
背景技术
在电动手工工具(尤其是诸如电动牙刷)中经常要求角往复运动。在电动牙刷中，往复运动一般并总是由电机驱动凸轮或者曲柄系统的方式来提供，所述凸轮或者曲柄系统将转动转换为往复运动。这是有缺陷的。凸轮/曲柄系统表示需要额外的部件，这将对制造成本和机械可靠性具有负面影响。力的间接传输导致能量的损耗。不仅如此，卫生方面也受到危害，因为凸轮/曲柄系统带来了内部空间和角落或者类似部位，在那里可能会积累污染。
本发明寻求通过提供新式电力传动装置来减轻或者至少缓解此类问题。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于提供角往复驱动的电力传动装置，其包括外壳、容纳在外壳中的定子和通过定子同轴延展的转子。所述定子具有环形布置的磁极和用于通过交流电激励的线圈，以在相邻磁极间磁化相反极性的磁极。所述转子具有通过所述外壳支撑以进行角向运动的轴和多个紧紧安置在轴上并围绕轴的永久磁铁。所述磁铁在具有相对极性的相邻磁铁之间具有邻近的侧部，这样在所述交流电反复反向时，磁铁和磁极反复磁交互作用以使轴震荡从而提供所述驱动。
优选地，磁铁位于围绕轴的等角位置。
优选地，每个磁铁在和轴基本相同的方向被延长和延展。
更为优选地，每个磁铁具有平表面，轴具有对应的平表面，所述磁铁以其平表面放置在所述对应的平表面上。
更为优选地，磁铁位于围绕轴的部分的等角位置，所述部分具有基本上为多边形横截面，所述横截面设有用于放置各个磁铁的多个平表面。
优选地，每个磁铁具有相对末端并在基本上平行于轴的方向延展，磁铁通过围绕磁铁的各相对末端的一对安装件固定到轴上。
在优选实施例中，磁极被分为两组各为交替的磁极，定子包括一对位于相对的末端的铁磁体环形件，每个环形件连接到用于在相同极性中磁化的各交替磁极组。
更为优选地，在两组之间的磁极在相对方向移动以和对应的环形件连接。
在特定的结构中，定子包括线轴，线圈围绕在线轴上，磁极位于线轴内。
更为具体地，线轴包括一对安置在相对末端的环形凸缘，线圈缠绕在所述凸缘之间。
更为具体地，线轴包括许多位于内表面上的槽，每个槽相对线轴轴向延展并定位各磁极。
优选地，磁极和磁铁以各自等角的方式布置，磁极的数目与磁铁的数目相同或者是磁铁数目的整倍数。
在优选的实施例中，转子包括用于相对外壳将轴偏移到中角位置的抗扭弹簧，横过磁中间位置，轴将进行震荡。
更为优选地，磁极和磁铁的放置方式使得在轴位于中间位置时每个磁铁在一对对应磁极对之间对称放置。
更为优选地，弹簧包括在轴上同轴放置的圆簧。
更为优选地，弹簧具有与轴上的固定部件啮合的第一末端和与外壳的末端盖啮合的第二末端。
更为优选地，固定部件包括牢固地安置在轴上的偏心重量。
优选地，转子包括牢固地安置在轴上的偏心重量。
更为优选地，偏心重量具有主体，所述主体在横截平面上延展并部分地围绕轴。
本发明也提供装有上述电力传动装置的电动手工工具，包括容纳传动装置的主体和可连接到轴的输出末端以由此驱动进行往复操作的器具。
作为示例，电动手工工具是电动牙刷，主体包括手柄，器具包括刷头。
附图说明
现在将参照附图通过实例对本发明进行详细说明，其中：
图1显示的是根据本发明中电力传动装置的实施例的透视图；
图2显示的是图1中传动装置的外壳的透视图；
图2A显示的是图2中外壳的分解透视图；
图3显示的是包括图1中传动装置的线圈的定子螺线管透视图；
图3A显示的是图3中的螺线管的分解透视图；
图4显示的是图1中传动装置的转子的透视图，所述转子包括轴和四个牢固地固定的永久磁铁；
图4A显示的是图4中转子的分解透视图；
图5显示的是图4中磁铁的透视图；
图5A显示的是由图5中磁铁所产生的磁场的示意端视图；
图6显示的是图2和图3中外壳和螺线管的示意横截面侧视图，显示了由螺线管线圈所产生的磁场；
图7A显示的是图2至图4中外壳、螺线管和转子的横截面端视图，说明了在螺线管被200Hz的电流激励时转子的角度往复运动；
图7B显示的是与图7A对应的横截面端视图，说明了在螺线管被250Hz的电流激励时转子的角度往复运动；以及
图8显示的是并入图1中传动装置的电动牙刷的横截面侧视图。
具体实施方式
参照附图，显示了实施本发明的电力传动装置10，所述传动装置10包括圆柱外壳100、同轴容纳在外壳100内的定子螺线管200、通过螺线管200同轴延展的转子300。在通过交流电激励时，螺线管200设置转子300进行角往复运动进而驱动诸如电动牙刷的电动手工工具。
外壳100通过两端开口的铁圆柱体110、一对闭合圆柱体110的相对前端和后端的环形铝末端盖120以及一对各自位于末端盖120中央内的球轴承130形成。后部末端盖120形成在器内表面偏离中心位置形成有小的凹槽122。
定子螺线管200包括圆柱铝线轴210，所述铝线轴在其相对末端具有一对环形凸缘212，瓷釉铜线的单个线圈220同轴缠绕在线轴210上。线圈220占据其末端凸缘212之间基本上线轴210的整个外圆柱空间。线轴210的内圆柱表面等角形成八个直槽214，所述直槽214在线轴210的轴向方向延展。
每个槽214放置用作磁极216的各铁磁体、硅钢条。磁极216环形安置并分成磁极216的两组交替磁极216A和216B，每个具有四个磁极，所述磁极在相反方向长度方向变换位置(图6)。
定子螺线管200包括一对由硅钢制造的铁磁体层压平环218，其各自具有与末端凸缘21 2相同的尺寸并同轴连接到末端凸缘212上。每个末端环218具有八个围绕其内边的等角分开矩形齿219。所述齿219和在其中作为延展的各线轴的槽214对齐，移动到另外一端的对应组216A/216B的磁极216与其相啮合或者连接。这样，每个末端环218和移动到那里的组216A/216B的四个交替磁极216接触并形成磁回路(图6)。
和外壳圆柱110的内径相比，线轴凸缘212的外径和末端环218必须尽可能的大，这样定子螺线管200作为推入配合容纳在外壳100中。考虑到圆柱壁110和末端环218相接触，其作为延展横过两个环218的磁通量的返回通路。
转子300包括不锈钢轴310和四个以等角度地紧固在轴310上并围绕轴310的永久磁条320。轴310具有轴颈通过对应轴承130的相对前后末端312、314，前端312自外壳100同轴凸起以驱动输出。每个磁铁320具有方形或者矩形截面，并包括四个平表面。
轴310包括更靠近后端314的中间部分316，其具有方形横截面并具有和磁铁320相同的长度。中间部分316设有四个平表面，磁铁320使用其各平表面相对这些表面放置，这样它们在轴310相同的方向延展。每个磁铁320具有阶梯状相对末端322。所有四个磁铁320和轴310通过一对方形安装盖324固定到位，所述盖由锌合金制造，并在轴部分316的相对末端包围和抓住磁铁末端322。
四个磁铁320是高等级强磁铁，由钕铁硼合金制造。它们被磁化并被放置使得它们在每对相邻磁铁320之间的相对或者靠近侧处于相对极性，由此如图5A中从后部所视的以四个闭合磁通量的形式产生磁场。磁铁320的外径在边上比磁极216限定的内径要小，这样定子螺线管200和转子300之间的圆柱空气间隙就很微小以使得磁损耗最小。
转子300包括T形铜偏心重量330，所述偏心重量直接紧固在后部安装盖324之后。重量330的主体332在横断平面上相反的方向延展并部分地围绕轴310，其杆上具有小孔334。金属螺旋线圈抗扭弹簧340和同轴放置其中的塑料套筒344一起被放置在轴310的后端314上。弹簧340具有在相对轴向方向弯曲的相对末端342，其分别啮合到后部末端盖120的凹部122中和重量330的孔334中。套筒344将弹簧340和其接触的轴310分开。
弹簧340用于弹性地将轴310相对后部末端盖120偏置到环向中间位置，并由此至外壳100。在弹簧340的弹性作用下，轴310只可以沿相对的方向在横过中间位置一定角度或者振幅之内角向震荡或者往复。重量330在轴310往复时作为和弹簧340交互作用的平衡重，由此重量330的角度动量(能量)在一个方向被存储在弹簧340中，然后在相反的方向释放。
在操作中，定子线圈220由预定频率的对称方形波交流电激励，所述频率典型地位于范围50Hz至600Hz，并优选地自200Hz至250Hz。在交流电的任一方向(正或者负半周)中，电子螺线管200被激励，这样其相对末端环218在相反极性磁化。这导致磁极216的两组磁极216A和216B具有相反极性，两组磁极216A和216B以交替的方式连接到各末端环218。即，由定子线圈220所产生的磁场的极性在横过每对的相邻磁极216而改变。在励磁电流的反转时，磁场和极性也以相同的频率同时反转。
尽管相邻磁极216具有相反极性，定子螺线管200的磁场被显示在图6中。磁通量自一个末端环218流动，通过连接到那里的四个磁极216中的每个横过其相对侧的两个相邻磁极216到达相对的末端环218，然后通过外壳壁110返回。横过相邻磁极216的磁通量由于具有交替极性的磁极216的结果在侧边弯曲。
磁极216的数目至少和磁铁320的数目相同或者是如在所说明的实施例中那样的整倍数(例如两倍)，由此能够在它们之间角度对称对齐。弹簧340角向布置，这样在轴310的中间位置，四个磁铁320相对每隔一个的磁极216(图7A或者图7B)而角向对齐。更详细而言，在此位置中，每个磁铁320对称位于一对对应磁极216之间，即两个磁极216立即位于磁极216的相对侧，相关联的磁铁320与其对齐。
在励磁电流的正半周，每个磁铁320通过相邻磁极片216吸引(拉)到引导侧并同时被相反的后侧上的磁极片所排斥(推)，由此转子轴310作诸如顺时针转动。当励磁电流反向到负半周，磁铁320在相反的方向被吸引和排斥，由此轴310逆时针转动。这样，在励磁电流反复反向时，轴310震荡以在其输出末端312提供角向往复驱动。
输出轴310的震荡振幅或者角度可以通过以相反的关系改变励磁电流的频率而变化。例如，震荡角度在励磁电流是200Hz频率(图7A)时大约为4°，而在250Hz电流(图7B)时大约为6°。
在振幅和角度运动的扭距之间需要达到理想的平衡。尤其地，振幅在主体传动装置10使用在电动牙刷20中(图8)相对而言更为重要，因为其确定刷头21往复的范围，即刷距离。
刷头21固定在杆22的前端，其后端可释放地连接到传动装置10的轴310的输出末端312，由此进行角向震荡。齿刷20包括以长柄23形式将传动装置10容纳在其前端及其后端的主体、由纽扣电池25驱动以产生前述用于传动装置10的励磁电流的电力控制回路24。压力开关26设于柄23的一侧以打开或者关闭传动装置10。
在操作中，刷头21以与励磁电流具有相同的频率围绕杆22的轴或者手柄23快速地上下摆动，从而模拟传统手工刷动作。
需要注意的是，转子300的磁铁320和定子螺线管200的反向磁场之间的相互作用理论上不依赖于抗扭弹簧340的存在，尽管使用其是优选的。在震荡系统中，弹簧340应该被选择具有这样的弹性系数，使在系统中震荡(即励磁电流)频率可以发生谐振，由此获得震荡的最大振幅。
可以想象，所述主体电力传动装置10可以被用于其它类型的电动手工工具中，诸如旋转磨碎机或者抛光机。
本发明只是以示例的方式给出，普通技术人员在不偏离本发明的范围对其进行不同的修改和/或者改变，所述范围在所附权利要求书中限定。

Claims (21)

1、一种提供角往复驱动的电力传动装置，包括：
外壳；
容纳在外壳中的定子；以及
通过定子同轴延伸的转子；
其特征在于：
所述定子具有环形布置的磁极和用于通过交流电激励的线圈，以在相邻磁极间磁化相反极性的磁极；
所述转子具有通过所述外壳支撑以进行角向运动的轴和多个紧紧安置在轴上并围绕轴的永久磁铁；以及
所述磁铁在具有相对极性的相邻磁铁之间具有邻近的侧部，这样在所述交流电反复反向时，磁铁和磁极反复磁交互作用以使轴震荡从而提供所述驱动。
2、根据权利要求1中所述的电力传动装置，其特征在于，磁铁位于围绕轴的等角位置。
3、根据权利要求1中所述的电力传动装置，其特征在于，每个磁铁在与轴基本相同的方向被延长和延展。
4、根据权利要求3中所述的电力传动装置，其特征在于，每个磁铁具有平表面，轴具有对应的平表面，所述磁铁以其平表面放置在所述对应的平表面上。
5、根据权利要求4中所述的电力传动装置，其特征在于，所述磁铁位于围绕轴的部分的等角位置，所述部分具有基本上为多边形横截面，所述横截面设有用于放置各个磁铁的多个平表面。
6、根据权利要求1中所述的电力传动装置，其特征在于，每个磁铁具有相对末端并在基本上平行于轴的方向延展，磁铁通过围绕磁铁的各相对末端的一对安装件固定到轴上。
7、根据权利要求1中所述的电力传动装置，其特征在于，磁极被分为两组各为交替的磁极，定子包括一对位于相对末端的铁磁体环形件，每个环形件连接到用于在相同极性中磁化的各交替磁极组。
8、根据权利要求7中所述的电力传动装置，其特征在于，在两组之间的磁极在相对方向移动以和对应的环形件连接。
9、根据权利要求1中所述的电力传动装置，其特征在于，定子包括线轴，线圈围绕在线轴上，磁极位于所述线轴内。
10、根据权利要求9中所述的电力传动装置，其特征在于，线轴包括一对安置在其相对末端的环形凸缘，线圈缠绕在所述凸缘之间。
11、根据权利要求9中所述的电力传动装置，其特征在于，线轴包括多个位于内表面上的槽，每个槽相对线轴轴向延展并定位各个磁极。
12、根据权利要求1中所述的电力传动装置，其特征在于，磁极和磁铁以各自等角的方式布置，磁极的数目与磁铁的数目相同或者是磁铁数目的整倍数。
13、根据权利要求1中所述的电力传动装置，其特征在于，转子包括用于相对外壳将轴偏移到中角位置的抗扭弹簧，横过此中间位置，轴将进行震荡。
14、根据权利要求13中所述的电力传动装置，其特征在于，磁极和磁铁的放置方式使得在轴位于中间位置时每个磁铁在一对对应磁极对之间对称放置。
15、根据权利要求13中所述的电力传动装置，其特征在于，弹簧包括在轴上同轴放置的圆簧。
16、根据权利要求13中所述的电力传动装置，其特征在于，弹簧具有与轴上的固定部件啮合的第一末端和与外壳的末端盖相连接的第二末端。
17、根据权利要求16中所述的电力传动装置，其特征在于，固定部件包括牢固地安置在轴上的偏心重量。
18、根据权利要求1中所述的电力传动装置，其特征在于，转子包括牢固地安置在轴上的偏心重量。
19、根据权利要求18中所述的电力传动装置，其特征在于，偏心重量具有主体，所述主体在横截平面上延展并部分地围绕所述轴。
20、一种装有权利要求1所述的电力传动装置的电动手工工具，包括容纳传动装置的主体和可连接到轴的输出末端以由此驱动进行往复操作的器具。
21、根据权利要求20中所述的电动手工工具，为电动牙刷，其特征在于，所述主体包括手柄，器具包括刷头。
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