CN1538598A - 电动马达 - Google Patents

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CN1538598A CNA2004100287953A CN200410028795A CN1538598A CN 1538598 A CN1538598 A CN 1538598A CN A2004100287953 A CNA2004100287953 A CN A2004100287953A CN 200410028795 A CN200410028795 A CN 200410028795A CN 1538598 A CN1538598 A CN 1538598A
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Abstract

一种摆动式马达(10)的转子转动从一静止位置转动大约±15°。转子(11)具有两个横过小气隙(14)面对着相应永久磁体(13)的凸极(12)。定子具有支承着磁体的层叠式定子芯(15)和各支承着定子线圈(17)的两个凸极(16)。定子凸极在两个转子极之间横过小气隙(18)面对着转子。当没有电流流过线圈时，转子(11)停放于静止位置上，这时极(12)在磁体(13)的北和南极之间对齐。在工作时，定子线圈(17)在定子极(16)中感应产生同样的磁极，从而又在转子极(12)中感应产生同样的磁极，引起转子向着永久磁体的相对磁极摆动。当电流沿反向流过时，转子向着磁体的相对极摆动。在定子线圈中流过交流电就引起转子在一小角度范围内持续地摆动。

Description

电动马达
技术领域
本发明涉及一种摆动式电动马达，尤其涉及一种适于在以便携电池为动力的设备中使用的微型摆动式马达。
背景技术
摆动式马达为从其具有自外壳延伸的输出轴这一点看起来而象一种马达的装置。然而，输出轴并不完全转动，而是在低于一转的有限运动范围内来回地摆动，通常是摆过很小的角度，例如30°或60°。
专利US 4595849示出了这样一种用于电动牙刷中的马达。该马达具有一永久磁体转子和一用于使转子偏压于静止位置的复位弹簧。一飞轮安装于马达轴上以便细调转子的谐振频率从而在工作频率下发生谐振。
需要一种结构简单，可靠且易于大量生产的摆动式马达。
发明内容
据此，本发明提供了一种摆动式马达，其包括一轴；一配装于轴上的层叠式转子芯，转子芯具有至少一个凸极；一具有至少一个凸极的层叠式定子芯；至少一个绕定子极缠绕的定子线圈；至少一个配装在定子芯上的永久磁体，其定位成与定子极沿圆周方向相隔开且横过一气隙面对着转子极，永久磁体具有两个沿圆周方向相隔开的磁极；因而流过定子线圈的交流电引起转子极在永久磁体的各极之间摆动。
优选地，转子芯具有两个凸极；定子芯具有两个凸极，各定子极具有相应的定子线圈；两个永久磁体配装于定子芯上，它们分别沿圆周方向位于定子极之间且分别横过一气隙面对着转子极；其中缠绕的定子线圈用于在定子极中感应产生同样的磁极，从而又在转子极中感应产生同样的磁极。
优选地，转子通过一复位弹簧的作用偏压于静止位置。
优选地，永久磁体或各永久磁体包括许多单独的较小永久磁体片。
优选地，轴承为带有一自润滑或低摩擦材料的轴界面的衬套。
优选地，其中一个轴承为可提供推动轴进入预定方位的弹簧功能的特种轴承。
优选地，轴在±5°与±20°之间的角度范围内摆动，优选地在±5°与±10°之间摆动。
附图说明
现在将参照附图，对本发明的优选的实施例进行描述，其中：
图1为一种根据优选实施例的马达的剖视图；
图2为图1的马达的纵向剖视图；
图3为一种改进型马达的与图2相似的纵向剖视图；
图4为图3的马达的一端盖的横断面视图；
图5为另一种改进型马达的与图2相似的纵向剖视图；以及
图6为图5中的马达所使用的一密封轴承的正视图。
具体实施方式
优选实施例的摆动式马达具有一简单结构，其角度运动从弹簧偏置的中性或静止位置摆动±15°。图1为通过马达中间的剖面图，示出了定子和转子的结构。
转子11包括一带有两个安装于一马达轴20上的凸极12的层叠式转子芯21。没有与转子11相关联的绕组或磁体。定子具有一环型层叠式定子芯15，该环型层叠式定子芯15具有两个定子凸极16。定子线圈17缠绕在每个定子极16上。定子还具有两个永久磁体13，它们在定子极16之间沿圆周隔开并且与转子极12相对。磁体13沿侧向磁化，以便具有如图1所示的互相紧接的N极和S极，这时磁体的设置可提供与每个定子极16相邻接的北极和南极。
定子极16横过一小气隙18面对着转子芯21的主体部分，而转子极12横过小气隙14面对着永久磁体13，而转子在磁体13作用下在正常情况下偏压位于与磁体13的中部相重合的磁极正中间的中性或静止位置。转子11也通过弹簧偏压于静止位置。在下文中将对这种弹簧偏压的功能进行详细地描述。
如图2所示，一塑料外壳22覆盖着定子芯15。端盖23封闭着外壳的打开端。轴20支承于安装在外壳22和端盖23上的轴承24、25中。端盖23还支承着一扭簧19。扭簧19为一固定于轴20端部的狭槽中的一弹簧钢扁平条。弹簧19从轴20的端部沿轴向延伸，并且位于端盖23的相应狭槽26中。
现在将对马达的工作情况进行描述。在不活动状态中，永久磁体13借助于弹簧19而将转子11回复或保持于其静止位置中，在这个静止位置上，转子极12受到永久磁体13的两极的引力相同。当马达开启时，电流通过定子线圈17中从而在定子极16中感应产生磁场。沿一个方向的电流产生形成于两定子极16上的北磁极。这又在两转子极12上感应产生北极，当磁体的南极与转子北极之间的引力和转子北极与磁体北极之间的斥力大于弹簧19的约束力时，因而造成转子向磁体13的南极摆动，从而使得转子极12现在与磁体13的南极对齐。
当电流沿相反的方向进入定子线圈时，就在两个定子极16中产生南极，从而造成转子沿相反的方向摆动以便与磁体13的北极对齐。
当无电流流入线圈17时，定子极16不再受到磁化，并且在转子极12内不会感应产生磁场，因此转子11在弹簧19和永久磁体13的作用下回到其静止位置。
通过输送交流电通过定子线圈17，转子11就从北极向南极摆动并返回，从而使输出轴20产生持续摆动。可以设想通过电池驱动的电子振荡器电路来提供交流电。
摆动的角度可以预定，最大容许移动由马达的结构中的物理约束设定，但输出范围理所当然地取决于永久磁体13的圆周或弓形范围、弹簧19的强度或刚性、磁场的强度以及系统的自然谐振频率和工作频率。
一种优选的无载工作条件为在150-350Hz之间的谐振频率下摆动±15°。
当工作频率与转动系统的谐振频率相匹配时，马达工作最为有效。谐振频率主要受转子的质量以及其上的附属物、转动质量影响。然而，对于某些应用如牙刷和剃须刀而言，所需的输出频率可能高于转动质量的谐振频率。弹簧偏压作用用于向上调节转动质量的谐振频率。据认为，通过在定子线圈中的电流反向时，提高转子朝向静止位置的加速度，就可以实现这一点。加速度越快，谐振频率就越高。因此，通过增大弹簧偏压作用，即通过利用刚性的弹簧，就可以提高马达的谐振频率。通过选择适当的弹簧，就可以使马达的谐振频率与工作频率相匹配以便提供最高效率从而使每次电池充电能够提供最长工作时间。
转子所用的轴承24、25必须在沿各方向只有小转动的情况下工作，因此油浸式烧结轴承、微型电动马达所用的轴承可能并不适用。优选的轴承为涂有自润滑或低摩擦材料例如PTFE或NiPTFE的硬质塑料衬套、尼龙衬套和/或陶瓷衬套。
图3示出了一与图2中的马达相似的马达，其中轴承24、25为球轴承并且复位弹簧19是沿径向放置而非沿轴向的片簧的形式。工作原理相同。图4为图3中马达的端盖23内侧的剖面图，示出了复位弹簧19的设置方式。弹簧19为一位于轴20端部的狭槽中的弹簧钢扁平条。弹簧19从轴20沿径向延伸并且弹簧的两端分别位于端盖23中的相应凹槽26中，以便容许弹簧沿径向略微滑动同时又能防止弹簧19与轴20一起转动。因此，当轴20转动时，弹簧19卷绕或者说发生弹性变形从而产生作用于轴20上的回复力以便使转子11回到静止位置。
图5示出了与图2中的马达相似的另一种改进型马达，其中弹簧和轴承组合成单个特种轴承单元，其也可以密封马达外壳的端部，这点对于潮湿的应用例如用于电动牙刷或电动剃须刀中很重要。
下文中称作橡胶轴承24的这种特种轴承单元在图6中示出。橡胶轴承24具有一用于压配合入马达外壳22或端盖23上的外环27和用于安装于轴20上的内环28。多个肋29在内、外环28、27之间延伸并提供对轴20的径向支承。腹板或橡胶板30在各肋29与内、外环28、27之间延伸以便密封开口。内环28硫化处理于轴20上以便提供良好的水密封和固定方式。为了在轴20与内环28之间给予更好的夹紧或粘附效果，轴20可以提供有一特征31，例如扁平面、切口或压花。内环可以具有相似的形状。因此，内环28与轴20一起转动，并且这种转动造成肋29发生弹性变形，这种弹性变形提供改变转子谐振频率并使轴20偏压到静止位置所需的弹力。
当摆动的角度小时，假定为±5至10°，这种轴承设置结构尤其具有吸引力。这种特种轴承单元的材料优选地为橡胶或橡胶类材料，尤其是带有或不带金属或塑料嵌入物的硅酮橡胶。
上述实施例仅供示例，本发明所属领域的普通技术人员应该清楚，在不背离如后附的权利要求书所确定的本发明的精神及范围的情况下可以做出的各种改动。例如，各永久磁体可以由许多单独的永久磁体片组成。

Claims (20)

1.一种摆动式马达，其包括：
一轴；
一配装于轴上的层叠式转子芯，转子芯具有至少一个凸极；
一具有至少一个凸极的层叠式定子芯；
至少一个绕定子极缠绕的定子线圈；
至少一个配装在定子芯上的永久磁体，其定位成与定子极沿圆周方向相隔开且横过一气隙面对着转子极，永久磁体具有两个沿圆周方向相隔开的磁极；
这样，流过定子线圈的交流电引起转子极在永久磁体的各极之间摆动。
2.根据权利要求1所述的摆动式马达，其中
转子芯具有两个凸极；
定子芯具有两个凸极，各定子极具有相应的定子线圈；
两个永久磁体配装于定子芯上，它们分别沿圆周方向位于定子极之间且分别横过一气隙面对着转子极；
其中缠绕的定子线圈用于在定子极中感应产生同样的磁极，从而又在转子极中感应产生同样的磁极。
3.根据权利要求1或2所述的摆动式马达，其中转子通过一复位弹簧的作用偏压于静止位置。
4.根据权利要求3所述的马达，其中复位弹簧为一弹簧钢条形式的扭簧，其一端附连于轴上而另一端附连于马达的静止部分上。
5.根据权利要求4所述的马达，其中弹簧具有固定于轴一端中的狭槽内的第一端和定位于端盖中的狭槽内的第二端，弹簧沿轴的轴向延伸。
6.根据权利要求4所述的马达，其中弹簧位于轴的狭槽中，沿轴的径向延伸，并且弹簧的端部位于端盖中的凹槽内。
7.根据前述权利要求中任一项所述的马达，其中永久磁体包括许多单独的较小永久磁体片。
8.根据前述权利要求中任一项所述的马达，其中马达具有一在其一端由一端盖封闭的杯形外壳，外壳和端盖各支承着一轴承以便可转动地支承着轴。
9.根据权利要求8所述的马达，其中轴承为带有一自润滑或低摩擦材料的轴界面的衬套。
10.根据权利要求9所述的马达，其中低摩擦材料为NiPTFE、PTFE、尼龙或硬质塑料。
11.根据权利要求8所述的马达，其中轴承之一为可提供推动轴进入预定方位的弹簧功能的特种轴承。
12.根据权利要求11所述的马达，其中这种特种轴承还使轴与外壳密封起来以防潮气侵入。
13.根据权利要求12所述的马达，其中这种特种轴承和端盖使轴与外壳密封起来。
14.根据权利要求13所述的马达，其中这种特定轴承包括一固定于外壳或端盖上的外环、一固定于轴上以便与其一起转动的内环、一在内、外环之间延伸的腹板以及多个在内、外环之间延伸的肋。
15.根据权利要求14所述的马达，其中这种特种轴承为由可弹性变形的材料构成的单个铸件。
16.根据权利要求15所述的马达，其中特种轴承的材料选自橡胶、合成橡胶、橡胶类材料和硅酮。
17.根据权利要求14所述的马达，其中这种特种轴承硫化处理于马达轴上。
18.根据前述权利要求中任一项所述的马达，其中轴在±5°与±20°之间的角度范围内摆动，优选地在±5°与±10°之间摆动。
19.根据前述权利要求中任一项所述的马达，其中马达设置成在150Hz至350Hz之间的交流电源频率下工作(每秒输出150至350次摆动)。
20.根据前述权利要求中任一项所述的马达，其中转子芯和定子芯上的凸极在物理上防止转子发生完全转动。
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