CN1886885B - 用于小型电器的电动机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于小型电器的电动机。根据本发明的电动机具有：至少一个可振动的电动机部件(1、2)、具有至少一个永久磁铁(5)的磁性装置(6)、以及用于产生磁场的线圈(9)，该磁场与磁性装置(6)相互作用产生用于激励线性振动运动的力。根据本发明的电动机的特征在于，在由线圈(9)产生的磁场和磁性装置(6)相互作用时另外产生用于激励旋转振动运动的转矩。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于小型电器的电动机。此外本发明涉及一种具有这样电动机的小型电器以及电动机的操纵方法。
背景技术
已知各种各样结构的用于小型电器的电动机。例如DE 1 151 307 A公开了一种用于具有能往复工作运动的剃齿刀的干剃须刀的振动电枢驱动机构，该机构具有与剃须刀的外壳固定连接的U形的电磁铁。在电磁铁的磁极附近设置工作电枢，在工作电枢的两边各设置一个补偿电枢。在运行的状态下，驱动剃齿刀的工作电枢平行于电磁铁的磁面振动，其中补偿电枢与之反相位地进行振动，以便尽可能防止工作电枢的振动传输到剃须刀的外壳上。
此外从US 5 632 087中已知一种具有线性电机的干剃须刀。该线性电机具有定子线圈和多个永久磁铁组成的转子，该永久磁铁通过定子线圈进行线性振动。转子的位移通过与转子相关的检测器测量并且被继续加工到平均值的形式。在这种情况下，定子线圈的电流供应依据平均值如此控制，使得所有转子的振动振幅尽可能保持不变。检测器总是由一个设置在相应的转子上的永久磁铁和固定安装的传感器线圈组成，在所述传感器线圈中通过永久磁铁的作用产生依据相应的转子的速度的感应电压。
从EP 1 193 844 A1中已知一种线性振荡器，其中在构造为定子的外壳中设置转子，该转子进行往复运动。此外用于控制转子的振荡振幅的主轴也可移动地设置在外壳中。转子和主轴借助于弹簧互相连接并且与外壳连接。转子与外壳的连接能够特别通过螺旋弹簧实现，其中螺旋弹簧的一端固定在外壳上并且另一端固定在转子上。在这种布置中，在压缩和拉伸时弹簧不仅施加沿轴向的力，而且每次也略微转动转子，所以产生振荡旋转运动，特别当通过振荡的旋转运动的谐振频率进行激励时。
通过已知的布置，首先仅产生线性振动。在这种情况下根据EP 1193 844 A1还存在下面的可能，即借助于弹簧另外从线性振动中产生振荡的转动。但是如此产生的振荡转动与线性振动有关并且必须要求线性振动的激励。此外振动的转动总是具有与线性振动相同的频率，所以变化的可能性是非常有限的。
发明内容
因此本发明的任务在于提供一种尽可能优化的用于小型电器的电动机。
该任务通过权利要求1的特征组合被完成。
根据本发明的用于小型电器的电动机具有至少一个可振动的电动机部件和带有至少一个永久磁铁的磁性装置。此外，根据本发明的电动机具有用于产生磁场的线圈，其与磁性装置的相互作用产生用于激励线性振动运动的力。根据本发明的电动机的特征在于，在由线圈产生的磁场和磁性装置的相互作用时另外产生用于激励旋转振动运动的转矩。每种运动能够与其他运动隔离地单独分开地产生。
本发明具有如下优点，即相同的电机不仅产生线性振动运动而且产生旋转振动运动并且为此不要求变速器。另一个优点在于，根据本发明的电动机结构非常简单。此外有利的是，容易获得比较高的振动频率，仅产生很小的外壳摆动并且可能非常安静的操作。
线性振动运动优选地平行于和/或垂直于旋转振动运动的转轴定向。对于这样的运动模式存在大量的应用情况。
根据本发明的电动机能够如此构造，使得相同的电动机部件进行多种不同的振动。同样也可以的是，多个电动机部件每个进行至少一种振动。在这种情况下，电动机部件能够进行不同的振动。例如一个电动机部件进行线性振动并且另一个电动机部件进行旋转振动。
在根据本发明的一个有利的实施例中，每一套永久磁铁各激励一种类型振动。在这种情况下，多个功能区段轴向互相并排设置，其中每个功能区段具有一套永久磁铁。例如至少一个设置在轴向端部区域的外部功能区段设有一套用于激励线性振动的永久磁铁。此外至少一个设置在两个外部功能区段之间的内部功能区段设有一套用于激励旋转振动的永久磁铁。
作为可振动的电动机部件，例如能够提供转子和定子。在这种情况下，定子不是位置固定地设置，而是同转子一样可运动地悬吊。可振动的电动机部件能够进行彼此反相的振动运动。通过如此获得的补偿效果，外壳振动将能够保持得非常小。同样可以提供至少一个平衡质量，该平衡质量通过至少一个弹性元件与可振动的电动机部件耦合。在这种情况下，通过平衡质量与相关的可振动的电动机部件的反相位振动，能够实现外壳振动的抑制。特别有利的是，提供具有不同谐振频率的多个可振动的电动机部件。因此允许单个可振动的电动机部件的单独控制，即使仅存在用于激励可振动的电动机部件的单独的线圈。此外有利的是，至少一个可振动的电动机部件的运动可通过弹簧元件分接(abgreifbar)。以这种方式可以在没有机械变速器的情况下实现振动运动的增速或减速。
为了使由线圈产生的磁场尽可能优化地与磁性装置相互作用，总是通过线圈的磁场而临时磁化的可磁化材料至少部分设置在线圈内。
此外本发明还涉及一种小型电器，其配备有根据本发明的电动机。根据本发明的小型电器例如能够构成为电动牙刷或者电动剃须刀。
此外，本发明涉及一种用于操作电动机的方法，该电动机包括至少一个可振动的电动机部件，具有至少一个永久磁铁的磁性装置，以及用于产生磁场的线圈，该磁场与磁性装置相互作用产生用于激励线性振动运动的力。根据本发明的方法的特征在于，在由线圈产生的磁场和磁性装置相互作用时另外产生用于激励旋转振动运动的转矩。
在根据本发明的方法的范围中，可振动的电动机部件被激励以不同的频率和/或不同的振幅振动，所以能够产生较宽范围的运动状态。
附图说明
下面根据在附图中示出的实施例详细地描述本发明，其中根据本发明的电动机特别应用于电动牙刷。在附图中：
图1是根据本发明电动机的实施例的示意图；
图2是根据本发明的电动机在图1中所示的实施例的示意剖视图，其中截面穿过定子的内部区段中的一个延伸；
图3是根据本发明的电动机在图1中所示的实施例的示意剖视图，其中截面穿过定子的外部区段中的一个延伸；
图4是根据本发明的电动机的另一个实施例的示意性的剖视图；
图5是用于根据本发明的电动机在图1、2和3中所示的实施例的弹簧质量系统的可能结构的示意图；
图6是弹簧质量系统的变型的示意图；
图7是弹簧质量系统的又一个变型的示意图；
图8是弹簧质量系统的另一个变型的示意图；
图9是弹簧质量系统的再一个变型的示意图；
图10是弹簧质量系统的不同的实施例的示意图；以及
图11是又一个实施例。
具体实施方式
图1是根据本发明的电动机的一个实施例的原理示意图。电动机具有定子1和相对于定子1可转动的并且可平行于转轴移动的转子2。定子1由一堆软铁片3组成，通过这些软铁片构成四个轴向并列设置的区段4。每个区段4具有一套绕定子1的圆周分布的多个永久磁铁5，它们一起构成定子1的磁性装置6。转子2具有在轴7上设置的带有线圈9的铁芯8并且不仅能进行线性振动运动而且能相对于定子1进行旋转振动运动。为了激发该振动运动，向线圈9供应电流信号。通过穿过线圈9的电流，特别是在铁芯8的区域中构成磁场并且因此铁芯8被临时磁化。由于在磁化的铁芯8和永久磁铁5之间的磁相互作用，产生力和转矩，它们的方向依赖于永久磁铁5相对于磁化的铁芯8的布置。在该实施例中，通过在磁化的铁芯8和永久磁铁5之间的相互作用，定子1的两个内部区段4总是产生沿相同方向的转矩，并且通过在磁化的铁芯8和永久磁铁5之间的相互作用，两个外部区段4总是产生沿轴向的力。通过这些转矩和力的作用，转子2既被转动驱动又被沿轴向方向驱动。参考图2和3解释用于产生这些驱动运动的部件。
图2是根据本发明的电动机的在图1中所示的实施例的示意剖视图，其中截面穿过定子1的内部区段4中的一个延伸。从图2中可以看出，铁芯8具有两个径向凸起10，它们在直径上正相对并且在它们的区域中通过铁芯8的临时磁化构成磁极。固定在定子1的内部区段4上的永久磁铁5设置成径向相邻于铁芯8的径向凸起10。在这种情况下每两个永久磁铁5以沿圆周方向的相反的磁极互相定位。永久磁铁5相对于铁芯8的相邻的径向凸起10的定位对于两个径向凸起10是一样的，所以永久磁铁5关于在两个径向凸起10之间经过的正中面对称设置。
图2以瞬时图示出线圈9的磁场的形成以及因此铁芯8的磁化，以及转子2相对于定子1的转动位置.在所示的时间点，通过在永久磁铁5和磁化的铁芯8的不同磁极之间的引力作用以及通过在相同磁极之间的排斥作用，产生合成的转矩，该转矩驱动转子2相对于定子1逆时针方向运动.如果通过线圈9的电流反向，那么线圈9的磁场并且因此铁芯8的磁化也换向，并且因此产生沿相反方向的合成转矩，该转矩驱动转子2相对于定子1沿顺时针方向运动.如果通过线圈9的电流不断的反向，那么转子2的转动方向也不断的反向，所以转子2进行相对于定子1的旋转振动运动.从图1中可以看出，定子1的两个内部区段4的轴向相邻的永久磁铁5被同样地定向.因为除了铁芯8在定子1的两个内部区段4的区域中的磁化在轴向上不重要的变化之外，磁化的铁芯8与两个内部区段4的永久磁铁5的相互作用不产生沿轴向的力.这意味着，定子1的两个内部区段4的永久磁铁5在图1和2中所示的布置允许转子2的有针对性的转动激励.
图3是根据本发明的电动机的在图1中所示的实施例的示意剖视图，其中截面穿过定子1的外部区段4中的一个延伸。该视图涉及与在图2中相同的时间点。不同于定子1的内部区段4，在铁芯8的径向凸起10的区域中每两个具有相同磁极的永久磁铁5沿圆周方向互相相邻地设置在两个外部区段4中。这导致，由于在磁化的铁芯8和定子1的两个外部区段4的永久磁铁5之间的相互作用不合成转矩。此外在直径上正相对的圆周区域中的永久磁铁5设置相反的磁极，所以作用在转子2上的径向力总是不相互抵消。如从图1中可以看出，定子1的两个外部区段4的互相相应的永久磁铁5总是互相相对地设置相反的磁极。这导致在图1所示的时间点，在磁化的铁芯8和左边区段4的永久磁铁5之间的吸引作用以及在磁化的铁芯8和右边区段4的永久磁铁5之间的排斥作用。附带的轴向力使转子2产生相对于定子1向左定向的轴向运动。通过线圈9的电流的反向导致磁化的铁芯8的极性转换并且因此导致转子2的运动方向的反向。因此定子1的两个外部区段4允许轴向振动运动的有针对性的激励。
除了轴向振动之外，也可以产生转子2的径向振动。为此要求永久磁铁5的另一种布置。在图4中示出用于产生径向振动的永久磁铁5的布置的实施例。
图4是根据本发明的电动机的另一个实施例的示意性的剖视图。在这种情况下截面经过定子1的一个区段4，该区段用于产生径向振动。这样构造的区段4例如能够代替在图1中所示的实施例的外部区段4，所以电动机能够产生旋转振动以及沿径向方向的线性振动。同样可能的是，将一个或多个这样的区段4增加到电动机的在图1中所示的实施例上。那么这样构造的电动机能够产生旋转振动以及沿轴向方向和沿径向方向的各一个线性振动。
在图4中所示的定子1的区段4的特征在于，永久磁铁5在铁芯8的径向凸起10的区域中以相反的极性沿圆周方向互相相邻地设置，其中在两个径向凸起10中的永久磁铁5极性互相相反地构成。因为此外铁芯8的两个径向凸起10是相反的磁极，通过永久磁铁5在两个径向凸起10上施加沿相同方向的磁力。合成的力导致转子2沿径向方向运动。在图4中所示的时间点，该运动垂直向下定向。当通过线圈9的电流的方向改变时，运动方向也反向并且导致在图4中所示的视图中垂直向上。
根据本发明的电动机能够沿多个方向进行振动运动。如前面所述，为此要求相应激励各个期望的振动运动。此外还必须存在能振动的系统。因此根据本发明的电动机构造为弹簧质量系统，其被调节到期望的振动运动。这将在下面参考图5-10详细地描述。
图5示出用于根据本发明的电动机在图1、2和3中所示的实施例的弹簧质量系统的可能结构的示意图.转子2是能振动的质量，其通过弹簧11与外壳12耦合，定子1固定在该外壳上.弹簧11例如构造为螺旋弹簧并且不仅用作线性弹簧元件也用作扭转弹簧元件.因此转子2既能进行沿轴向的线性振动运动也能进行旋转振动运动，其中各种振动类型的谐振频率取决于转子2的质量和弹簧11的线性弹簧常数或者取决于转子2的转动惯量和弹簧11的转动弹簧常数.在这种情况下如此选择参数，使得用于转子2的两种振动类型的谐振频率是不同的.因此可能的是，单独控制两种振动类型.为此线圈9例如能够被输送电流信号，该信号的频率位于两种振动类型的谐振频率之间，以便激励两种振动类型.同样如果电流信号的频率与用于一种振动类型的谐振频率一致，那么基本上仅这一种振动类型被激励.此外同样可能的是，通过向线圈9供应具有多个频率分量的电流信号，以不同的频率激励两种振动类型，其中每个频率分量相应于一个谐振频率.通过各个频率分量的比重，振动类型能够被不同程度地激励.在使用共同的弹簧11用于两种振动类型时，单独的振动类型的分开激励虽然会略微干扰，因为通过弹簧11可以将线性振动运动很小程度地转化为旋转振动运动并且反之亦然.但是在本发明的范围内，用于产生线性振动运动和旋转振动运动的主要贡献来自于在图1、2和3所述的在转子2的磁化铁芯8和定子1的各个区段4的永久磁铁5之间的磁相互作用.
图6示出弹簧质量系统的变型的示意图。与在图5中所示的弹簧质量系统的结构相比，另外设有平衡质量13和弹簧14，它们互相连接并且设置在弹簧11和外壳12之间。平衡质量13用于减小外壳12的摆动并且与转子2反相位地振动。弹簧14明显设计得比弹簧11弱，以便保持尽可能低的振动运动传输到外壳12上。可选地可以在轴7和外壳1之间插入一个第三弹簧。在弹簧合适的设计时，那么在轴7和质量13相反振动时没有摆动传输到外壳上。
图7示出弹簧质量系统的又一个变型的示意图。在弹簧质量系统的该结构中，轴7在轴向上分开，其中轴7的两个部分通过弹簧11耦合。轴7的在图7示出中左边所示的部分上设有平衡质量13，其中该左边所示部分用于接收图中未示出的插入牙刷。轴7的另外部分是转子2的部件并且通过弹簧14悬吊在外壳12上。轴7的这两部分进行互相反相位的线性和旋转振动。在这种情况下，轴7的两个部分的振动振幅互相反向，正如各个相关的质量或者转动惯量。因此以这种方式在不需提供机械变速器的情况下可以实现通过根据本发明的电动机产生的驱动运动的减速和增速。
图8示出弹簧质量系统的另一个变型的示意图。该变型的特点在于，定子1与外壳12不固定连接，而是通过弹簧14弹性地安装在外壳12上并且因此是可运动的。通过弹簧11，定子1和转子2互相耦合。该几何形状导致定子1与转子2反相位振动并且因此即使没有平衡质量13也能够很大程度抑制外壳振动的发生。此外，原则上可以为了驱动的目的而利用定子1的运动。特别地，同样可以由根据本发明的电动机形成的振动类型以不同的方式分配到定子1和转子2上。这例如根据图9和10解释。
图9示出用于弹簧质量系统的另一个实施例的示意图.在该实施例中，转子2进行旋转振动运动并且根据轴7的镶入也沿轴向进行线性振动运动.定子1沿轴向进行线性振动运动.为了能进行这些振动运动，定子1利用多个弹簧15悬吊在外壳12上，该外壳在图9中仅在每个悬吊点的区域中象征性地示出.通过使用多个弹簧15，可以防止定子1的显著的旋转偏差.相反，弹簧15支持定子1沿轴向的线性振动运动.转子2的轴7通过弹簧11悬吊在外壳12上，其如此构造使得它不仅支持旋转振动运动而且支持沿轴向的线性振动运动.在一个扩展方案中，轴7沿轴向方向被夹紧，所以转子2的轴向振动运动是不可能的.在这种情况下，转子2仅仅进行旋转振动运动，所以转子2能够进行旋转振动运动并且定子1进行沿轴向的线性振动运动.弹簧质量系统的在图9中所示的实施例也可以如此构造，使得弹簧11和/或弹簧15都不固定在外壳12上，而是固定在可运动的平衡质量13上.
图10示出用于弹簧质量系统的另一种类型的实施例的示意图。在该实施例中，转子2进行旋转振动。当转子2的轴7没有径向夹紧时，转子2还沿径向进行线性振动。通过至少支持旋转运动的弹簧11，转子2弹性地安装在外壳12上。转子1通过主要防止定子1的转动的弹簧15以径向弹性的方式安装在外壳12上。根据图10的弹簧质量系统能够通过用于旋转激励和沿径向线性激励的定子1的区段4驱动。在轴7径向夹紧时，为了驱动电器，在轴7上的旋转振动是有效的并且在定子1上的沿径向的线性振动是有效的。
作为对前述实施例的备选，例如永久磁铁5也可以是转子2的部件并且线圈9是定子1的部件。一个这样的例子在图11中示出。原则上该结构相应于电动整流的直流电动机。区别在于磁铁的布置。在这种情况下可以包括多个永久磁铁5-如在图11中所示-或者一个单独的磁铁可以被相应“倾斜地”磁化。备选的，如果使用通常线性磁化的磁铁，电枢铁芯片可以倾斜设置。同样可以的是将永久磁铁5和线圈9一起设置在定子1上或者转子2上。此外，可以将多个一起被控制的单独线圈互相连接成线圈9。在本发明的范围内，多个电力上互相连接的单独线圈看作为整个线圈9。
在图中所示的本发明的电动机的实施例主要用于电动牙刷，其中通过不同的振动能够实现不同的刷洗运动。但是根据本发明的电动机也适用于其他小型电器，特别是电动剃须刀。根据本发明的电动机的结构可以根据规定的应用改变。
Claims (17)
1.一种用于小型电器的电动机，包括：至少一个可振动的电动机部件(1、2)、具有至少一个永久磁铁(5)的磁性装置(6)、以及用于产生磁场的线圈(9)，该磁场与磁性装置(6)相互作用产生用于激励线性振动运动的力，其特征在于，在由线圈(9)产生的磁场和磁性装置(6)相互作用时另外产生用于激励旋转振动运动的转矩；多个功能区段(4)轴向互相并排设置，其中每个功能区段(4)具有一套永久磁铁(5)；其中至少一个设置在轴向端部区域的外部功能区段(4)设有一套用于激励线性振动运动的永久磁铁(5)；以及其中至少一个设置在两个外部功能区段(4)之间的内部功能区段(4)设有一套用于激励旋转振动运动的永久磁铁(5)。
2.如权利要求1所述的电动机，其中线性振动运动平行于和/或垂直于旋转振动运动的转轴定向。
3.如前述权利要求中任一项所述的电动机，其中相同的电动机部件(2)进行多个不同的振动运动。
4.如权利要求1所述的电动机，其中多个电动机部件(1、2)各进行至少一个振动运动。
5.如权利要求4所述的电动机，其中电动机部件(1、2)进行不同的振动运动。
6.如权利要求4或5所述的电动机，其中电动机部件(1)进行线性振动运动并且另一个电动机部件(2)进行旋转振动运动。
7.如权利要求1所述的电动机，其中每一套永久磁铁(5)各激励一种振动运动类型。
8.如权利要求1所述的电动机，其中设有转子和定子，它们构造为可振动的电动机部件(1、2)。
9.如权利要求1所述的电动机，其中可振动的电动机部件(1、2)进行互相反相位的振动运动。
10.如权利要求1所述的电动机，其中设有至少一个平衡质量(13)，该平衡质量通过至少一个弹性元件(11)与可振动的电动机部件耦合。
11.如权利要求10所述的电动机，其中平衡质量(13)与所耦合的可振动的电动机部件(1、2)反相位振动。
12.如权利要求1所述的电动机，其中多个可振动的电动机部件(1、2)设有不同的谐振频率。
13.如权利要求1所述的电动机，其中至少一个可振动的电动机部件(2)的运动可通过弹簧元件(11)分接。
14.如权利要求1所述的电动机，其中总是通过线圈(9)的磁场而临时磁化的可磁化材料(8)至少部分设置在线圈(9)内部。
15.一种具有电动机的小型电器，其特征在于，该电动机根据前述权利要求中任一项构成。
16.如权利要求15所述的小型电器，其中它构成为电动牙刷。
17.如权利要求15所述的小型电器，其中它构成为电动剃须刀。
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