CN1681627A - 具有用于产生振荡运动的驱动装置的小型电动器具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小型电动器具，包括为该小型电动器具的至少一个工作单元(18)产生振荡运动的驱动装置。驱动装置有第一驱动组件(1)、第二驱动组件(2)和用于产生磁场的线圈(4)，该磁场从第一驱动组件(1)伸出并作用在第二驱动组件(2)上，后者被可动地安装在小型电动器具中，使得第二驱动组件(2)设置为振荡运动。第一驱动组件(1)被可动地安装在小型电动器具中，使得它执行第二驱动组件(2)反相的振荡运动，且第一驱动组件(1)和第二驱动组件(2)(包括与第一驱动组件(1)或第二驱动组件(2)共同运动的那些部分)的重心在一条公共直线上运动。

Description

具有用于产生振荡运动的驱动装置的小型电动器具

本发明涉及具有用于产生振荡运动的驱动装置的小型电动器具，此小型器具特别适用于电动剃须刀或者电动牙刷中。

根据DE 1 151 307 A可知，用于干式剃须刀的振荡电枢驱动器具有往复工作运动的剃须刀具。这种已知的振荡电枢驱动器包括一个被紧密固定在剃须刀外壳中的U形电磁铁。工作电枢放置在固定不动的电磁铁的两极附近，而在工作电枢的每一侧，则非常对称地放置了一个对应的振荡补偿电枢。在运行时，驱动剃须刀具的工作电枢沿着电磁铁的磁极表面平行振荡，同时补偿电枢作反相位的振荡运动，从而尽可能避免将工作电枢的振荡传递给剃须刀的外壳。

DE 196 80 506 T1所揭示的电动剃须刀具有线性振荡马达和固定不动电磁铁，以及其它一些可移动组件，它们被设置成在电磁铁的作用下按照彼此相反的相位进行振荡。为了使可动组件在负载状态下也能够保持相互之间的相位关系，上述组件通过联结机制相互连接，因而可以将振荡运动同步且反相地从一个可动组件传递到另一个。

根据DE 197 81 664 C2可知，带线性驱动装置的电动剃须刀具有中空的圆柱形定子和电磁线圈。在定子中安装的是两个相位相反的可动元件，其中一个元件驱动剃须刀具，而另一个则作为平衡物用于抵消不受欢迎的摇动。

本发明的目标是在小型电动器具的内部尽可能以最优的方式产生振荡运动。

这一目标通过根据权利要求1中的各项特性而得以实现。

本发明中的小型电动器具包括为该小型电动器具的至少一个工作单元产生振荡运动的驱动装置。驱动装置具有第一驱动组件、第二驱动组件和用于产生磁场的线圈，该磁场从第一驱动组件伸出并作用在第二驱动组件上，后者被可动地安装在小型电动器具中，使得将第二驱动组件设置为振荡运动。本发明的特征在于，第一驱动组件被可动地安装在小型电动器具中，使得它执行与第二驱动组件反相的振荡运动，且第一驱动组件和第二驱动组件(包括与第一驱动组件或第二驱动组件共同运动的那些部分)的重心在一条公共直线上运动。

由于两个驱动组件振荡运动反相，与仅有一个驱动组件运动而另一个驱动组件静止不动的传统驱动装置相比，本驱动组件能够获得高得多的相对速度。由于这种驱动装置的效率随驱动组件的相对速度而增加，因此通过本发明的小型器具可以达到比现有技术中已知的类似驱动装置更高程度的效率。另外，重心在一条公共直线上运动防止驱动装置产生角动量，而该角动量将引起不受欢迎的振动传递到例如小型器具的外壳上。

根据本发明，小型器具的构造方案是使第一驱动组件和第二驱动组件(包括与第一驱动组件或第二驱动组件共同运动的那些部分)的动量大小相等而方向相反。这样的优点是消除另一不受欢迎的振动源，也就是因此发生的线性动量。

在优选实施例中，第一驱动组件和第二驱动组件互相啮合。这使得本发明中的小型器具的驱动装置是以高度紧密的方式进行构造，同时却补偿了上述的角动量，因此获得令人满意的振荡作用。

两个驱动组件中至少有一个具有一个或多个永久磁铁。另外，两个驱动组件中至少有一个具有线圈缠绕的磁芯。通过这种安装方式，可以在相对较小的尺寸下获得强有力的驱动，其中的能量消耗足够低，以允许例如本发明的小型器具的电池供电的运行。

本发明的小型器具的驱动装置中提供至少一个弹性元件用以产生回复力，其结果是振荡系统被优选运行在谐振条件下。特别地，弹性元件被构造为片簧，其被固定在第一驱动组件和第二驱动组件上。因此，片簧抵消两个驱动组件的相对位移，且具有几乎不占任何空间的优点。

另外，第一驱动组件和第二驱动组件通过至少一个耦合元件而相互机械耦合起来的方案很有益处。这样可以保证精确符合两个驱动组件的振荡运动的反相。特别地，耦合元件被可转动地铰接在第一驱动组件和第二驱动组件上。根据驱动装置的几何结构，两个驱动组件也可以完成横向运动，也就是说，它们与上述振荡的方向稍稍横向地运动。因此，具有优点的，耦合元件被铰接到至少一个驱动组件上，在运行时与驱动组件的运动方向交叉。这样便通过可转动地安装耦合元件，可以特别简单地用耦合元件建立起两个驱动组件之间的反相关系。在优选实施例中，耦合元件被可转动地安装在装配轴上，从而将驱动装置固定在本发明的小型器具中。这种方案被认为是合适的，因为耦合元件的支点并没有移动，因此将它固定在小型器具中并不困难。装配轴可以在第一驱动组件和第二驱动组件上的耦合元件的铰接点之间偏心设置。这种安装方案的优点在于可以通过非常简单的方式得到不同的振荡幅度，并不需要额外的传动装置，而且在驱动组件的负载状态下也可以保持两者之间的关系不会变化。

本发明将在下文中通过引用带有图示说明的实施例加以解释。

在图中：

图1是本发明的小型器具中线性振荡马达的实施例的示意图。

图2是本发明的小型器具中线性振荡马达的另一实施例的示意图。

图3是电动剃须刀中线性振荡马达的实施例的透视图。

图4是图3中实施例的分解透视图。

图5是图3中线性马达的两个可动马达组件的透视图，它们被显示为分离的单元。

图6是图5中两个马达组件在装配情况下的透视图。

为了解释本发明的原理，首先参考高度示意性表述的图1和2中的实施例。然后，参考图3至6详细讨论带有线性振荡马达的电动剃须刀的实施例，其中图形化的表述和相关的描述都被限制在剃须刀的驱动系统中。剃须刀剩余的构造部分将采用传统方式加以实现，因而不作为单独描述的主题。

图1是本发明的小型器具中线性振荡马达的实施例的示意图。线性马达具有以比较小的相对距离排列的两个可动的马达组件1和2。第一马达组件1由条形铁芯3和线绕线圈4组成。第二马达组件2有两对永久磁铁5。每一对永久磁铁5被极性反平行地并排放置于公共承载板6上。与铁芯3类似，承载板6也是用铁质材料制成，且具有U形结构。如图1所示，为了减少磁场偏移，承载板6也可以构造为封闭的矩形框架。虽然在下文中对每个案例的描述都是针对U形结构的承载板6，这同样也适用于框架结构。每个永久磁铁5都被固定在U形承载板6的两条引腿内。在相对的成对永久磁铁5之间安置了铁芯3，从而保持了铁芯3的两端与各自的邻接成对永久磁铁5之间的气隙7。在铁芯3末端的附近，两条弹簧8被固定在铁芯的侧面，上述弹簧沿着承载板6的引脚平行延伸至底部，并被固定在该底部。第一马达组件1和第二马达组件2被可动地悬挂着，使得它们能够执行平行于承载板6的引脚的运动，也就是说，沿图1所表述的水平方向的运动。考虑到弹簧8，得到振荡系统，其中第一马达组件1和第二马达组件2各自进行线性振荡运动。两个马达组件1和2的运动方向相反，也就是说，两者的振荡反相。

本发明的要点是第一马达组件1和第二马达组件2的重心在一条公共直线上运动。这意味着两个马达组件1和2的运动不会产生角动量。为了满足重心运动的上述条件，图1中所示实施例中的两个马达组件1和2结构对称，且相互对称地排列。然而，马达组件1和2在结构上和排列上的物理对称并不是绝对必要的。另外，如果马达组件1和2的线性动量在两个马达组件1和2的运动范围内的任何时刻都大小相等而方向相反，那么例如悬挂在电动剃须刀外壳上的线性马达不会产生振动。

在图1的表述中，线性马达处于它自己的平衡位置处，也就是说，弹簧8既不被拉伸也不被压缩。在没有外力的作用下，马达组件1和2将停留在这个位置。由于水平方向上的位移，需要克服弹簧8所产生的回复力。假如由于外力的作用，两个马达组件1和2发生了相互位移，弹簧8所产生的回复力促使它们回到平衡位置上。为了产生位移所需的力，让电流流过线圈4。线圈4作为电磁铁，在铁芯3的辅助下产生磁场，该磁场作用于永久磁铁5，从而导致线圈4和永久磁铁5的相对运动。在图1的表述中，相对运动是水平方向的。通过适当的激励，可以反转线圈4所产生的磁场的极性，造成第一和第二马达组件1和2的振荡反相。在这种情况下，本发明的基本方面是第一马达组件1和第二马达组件2都运动，也就是说，线性马达并没有用于驱动转子的定子，而是具有相互驱动的两个反相振荡的马达组件1和2。这些马达组件1或2中的一个对应于传统线性马达中的转子，而另一个则执行传统线性马达中定子的功能，但是不像定子，它并不静止而是同样运动的。这样的结果是，在其它的确定情况下，本发明的线性马达的第一和第二马达组件1和2的相对运动速度是传统线性马达的定子和转子的相对速度的两倍，因而可以由根据本发明的线性马达达到相对较高的效率程度。

两个马达组件1和2的振荡运动频率由线圈4的激励所预先设定，特别地被设为对应于两个马达组件1和2和弹簧8所形成的振荡系统的谐振频率。在共振条件下，这会产生高度稳定的振荡行为，并且仅仅需要极少的能量输入。

图2是本发明的小型器具中线性振荡马达的另一实施例的示意图。在这一实施例中，铁芯3被构造维在一侧上具有裂口9的矩形框架。框架的另外三面连续延伸，每一面都带有线圈4，因此总共提供三个线圈4。在裂口9中反极性排列一对永久磁铁5，并且采用总体呈条形的配置方案，其中永久磁铁5由气隙7与铁芯3再次分离开。弹簧8处于铁芯3正对裂口9的一面和永久磁铁5之间且被拉紧。另外，永久磁铁5通过横跨各个气隙10的两个压杆10与铁芯3机械耦合。由于这个原因，每个压杆10具有将其可旋转地铰接在铁芯3和永久磁铁5上的第一钻孔11和第二钻孔12。此外，每个压杆10在第一钻孔11和第二钻孔12之间的区域有第三钻孔13，用于将线性马达固定在外壳上，这一点在图中并没有显示出来。除了这种固定的功能，压杆10也用于耦合两个马达组件1和2的运动。这种耦合的效果是使两个马达组件1和2在任何时刻精确反相地运动，因为马达被固定在第一马达组件1联结和第二马达组件2联结之间的空间里。换句话说，当如图2所示的第一马达组件1向左运动时，第二马达组件2同时向右运动，反之亦然。由于在这种运动中，两个马达组件1和2的铰接点之间的距离会稍稍变化，所以钻孔11和12是长型孔，使得在某些情况下联结会受到影响。

在一个特别的实施例中，第三钻孔13并不是处于钻孔11和12的正中间，而是更靠近用于将第一马达组件1联结在铁芯3上的第一钻孔11。因此，两个马达组件1和2以不同的振幅振荡。给定所示的几何结构，第一马达组件1的振幅要小于第二马达组件2。两个马达组件1和2的运动速度相互成相应的反比。在这个实施例中，为了使两个马达组件1和2的线性动量的数值大小相等而方向相反，设计使得第一马达组件1的质量大于第二马达组件2的质量。这种几何结构被用在例如电动剃须刀中，其中一个或多个剃须刀具进行大幅度的快速振荡运动，而剃须刀头则是小幅度的反相振荡。为了达到这种效果，剃须刀具由第二马达组件2驱动，而剃须刀头由第一马达组件1驱动。

图3是电动剃须刀中线性振荡马达的实施例的透视图。相关的分解图显示在图5中。除线性马达本身之外，仅示出与线性马达直接耦合的少数剃须刀组件。为了增加图示的清晰性，省略了剃须刀头。否则，剃须刀可以传统方式进行构造。在描述中，对图2所示的相应部分采用相同的附图标记，而部件和完整的线性马达的具体构造则与图2中的某些方面具有显著的区别。

线性马达被安装在机座14上，后者牢固地与图中未显示的剃须刀外壳相连。在机座14中容纳两个分段螺栓15，它们被引导穿过压杆10中的第三钻孔13。通过钻孔所延伸穿过的四个轴承块16，两个马达组件1和2被可转动地铰接在压杆10上。为了达到这种效果，每个压杆10具有用于接收轴承块16的两个耳轴17，从而允许在耳轴17和轴承块16的钻孔11或12之间进行某些清除工作。在由各自的压杆10所接收的两个轴承块16中，一个用于保护第一马达组件1，而另一个则用于保护第二马达组件2。这种安装方案的优点是两个马达组件1和2被悬挂起来，因此能够在特定的限制范围内以平行于机座14的纵向面的方向进行运动。两个马达组件1和2通过总共四条弹簧8互相连接起来，这四条弹簧8被构造为片簧并且可以在偏移如图所示的平衡位置时产生回复力。各个剃须刀具18与第一马达组件1和第二马达组件2固定连接，使得两个剃须刀具18被相互反相地驱动。所示的线性马达的实施例中包含铁芯3作为另外的组件，铁芯3带有线圈4和永久磁铁5的，该线性马达的实施例还包括许多其它组件，它们在本发明的范围内并不具有特别的重要性，因而不会详细加以讨论。

图5所示的是图3中线性马达的两个马达组件1和2，它们被作为分离单元显示在透视图中。图6显示在装配情况下的两个马达组件1和2。与图3和4相比较可知，图5和6是展示更多细节的后视图，即，所示的物体围绕垂直轴旋转了180°。

图5和6中明显指出，两个马达组件1和2被设计成相互啮合。这就可以使线性马达具有高度紧密的构造，同时却补偿了上述的角动量，也就是说，将两个马达组件1和2的质量以这样的方式分布，使得它们的重心在一条公共直线上运动。在这种情况下，可以毫不费力地允许由两个马达组件1和2所驱动的剃须刀具18的质量，在可能的情况下还可以允许剃须刀头的质量。在所示的实施例中，马达被悬挂在螺栓15上，位于第一马达组件1和第二马达组件2的铰接点的中间。因此，两个马达组件1和2以相同的振幅运动，根据数量关系，其速度也相同。通过平衡两个马达组件1和2以及共同运动部件的质量，可以补偿线性动量，从而能够获得低振动的剃须刀。

Claims (13)

1.一种小型电动器具，具有用于产生该小型电动器具的至少一个工作单元(18)的振荡运动的驱动装置，其中所述驱动装置具有第一驱动组件(1)、第二驱动组件(2)和用于产生磁场的线圈(4)，该磁场从第一驱动组件(1)伸出并以这样的方式作用在可动地设置在小型电动器具中的第二驱动组件(2)上，使得将第二驱动组件(2)设置为振荡运动，其特征在于，第一驱动组件(1)被可动地设置在小型电动器具中，以执行与第二驱动组件(2)反相的振荡运动，且第一驱动组件(1)和第二驱动组件(2)，包括与第一驱动组件(1)或第二驱动组件(2)共同运动的部分，的重心在一条公共直线上运动。

2.按权利要求1所述的小型电动器具，其中，第一驱动组件(1)和第二驱动组件(2)，包括与第一驱动组件(1)或第二驱动组件(2)共同运动的部分，的动量大小相等而方向相反。

3.按前述权利要求之一所述的小型电动器具，其中，第一驱动组件(1)和第二驱动组件(2)相互啮合。

4.按前述权利要求之一所述的小型电动器具，其中，两个驱动组件(1，2)中至少有一个具有至少一块永久磁铁(5)。

5.按前述权利要求之一所述的小型电动器具，其中，两个驱动组件(1，2)中至少有一个具有线圈(4)缠绕的铁芯(3)。

6.按前述权利要求之一所述的小型电动器具，其中，提供至少一个弹性元件(8)用于产生回复力。

7.按权利要求6所述的小型电动器具，其中，弹性元件(8)被构造为固定至第一驱动组件(1)和第二驱动组件(2)上的片簧。

8.按前述权利要求之一所述的小型电动器具，其中，第一驱动组件(1)和第二驱动组件(2)通过至少一个耦合元件(10)而相互机械耦合

9.按权利要求7所述的小型电动器具，其中，耦合元件(10)被可转动地铰接至第一驱动组件(1)和第二驱动组件(2)。

10.按权利要求7或8所述的小型电动器具，其中，耦合元件(10)被铰接到至少一个驱动组件(1，2)，在运行时与驱动组件(1，2)的运动方向交叉。

11.按权利要求7至9之一所述的小型电动器具，其中，耦合元件(10)被可转动地安装。

12.按权利要求10所述的小型电动器具，其中，耦合元件(10)被可转动地安装在装配轴(15)上，用于将驱动装置固定至小型器具。

13.按权利要求10或11所述的小型电动器具，其中，耦合元件(10)在第一驱动组件(1)和第二驱动组件(2)上的耦合元件(10)的铰接点之间被可转动地偏心安装。

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