CN205647234U - 电动牙刷及其驱动电机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电动牙刷及其驱动电机，该驱动电机包括U型磁轭、旋转输出组件、第二磁轭和四个永磁体，该U型磁轭的两个支脚上分别缠绕有线圈，在控制电路下可使两个支脚的端面产生交变磁极。该四个永磁体围绕旋转中心线成中心对称设置，第一永磁体和第四永磁体极性相同，第二永磁体和第三永磁体极性相同；并且第一永磁体和第二永磁体极性相反且对应第一支脚设置；第三永磁体和第四永磁体极性相反且对应第二支脚设置。在控制电路的控制下，驱动永磁体带动第二磁轭和旋转输出组件绕旋转中心线往复旋转。这种U型磁轭对应四个永磁体和第二磁扼的设计是跟现有技术不同的磁路设计，比同功率的现有电机转矩更大，作用磁通大，驱动功率相应减小。

Description

电动牙刷及其驱动电机

技术领域

本申请涉及一种电机，尤其是可输出往复旋转运动的电机。

背景技术

电机是一种依据电磁感应定律实现电能的转换的一种电磁装置，其被广泛应用于各个领域内，是当今社会不可或缺的原动机，为大量电器或各种机械提供动力源。

电动牙刷即为一种以电机为动力机构的设备，目前，电动牙刷的驱动电机通常是包括一个山型铁芯磁扼(或称为E型磁轭)、永磁体(一块或两块)以及旋转输出组件，在安装在山型铁芯磁扼上的线圈作用下，永磁体带动旋转输出组件往复旋转。但山型铁芯磁扼的中间支架磁扼磁通大，两端支架磁扼的磁通小，和永磁体的作用力小；且要求壳体和旋转输出组件不能有导磁材料影响磁路。此类电动牙刷，要保证足够的力矩，还必须靠共振弹簧共振保障。

发明内容

本申请提供一种新型的电动牙刷及其驱动电机。

本申请提供的驱动电机，包括：

U型磁轭，所述U型磁轭具有第一支脚和第二支脚，所述第一支脚和第二支脚上分别缠绕有线圈；

控制电路，所述控制电路与线圈电连接，并产生交变脉冲，使U型磁轭的两个支脚的端面产生交变磁极；

旋转输出组件，所述旋转输出组件可绕一旋转中心线往复旋转；

第二磁轭，所述第二磁轭设置在旋转输出组件靠近U型磁轭的一端；

以及四个永磁体，所述永磁体固定安装在第二磁轭上；所述四个永磁体围绕旋转中心线成中心对称设置，且按照排列顺序依次为第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体；所述第一永磁体和第四永磁体的外端面极性相同，所述第二永磁体和第三永磁体的外端面极性相同；并且所述第一永磁体的外端面和第二永磁体外端面的极性相反且对应第一支脚的端面设置；所述第三永磁体的外端面和第四永磁体外端面的极性相反且对应第二支脚的端面设置；所述永磁体的端面和其对应支脚的端面具有气隙，在所述控制电路的控制下，驱动永磁体带动第二磁轭和旋转输出组件绕旋转中心线往复旋转。

作为所述驱动电机的进一步改进，所述旋转输出组件的旋转中心线与所述U型磁轭的支脚端面垂直，且经过第一支脚端面和第二支脚端面的对称中心点。

作为所述驱动电机的进一步改进，所述第一支脚和第二支脚的端面为具有一个倾斜角度α的斜端面，所述旋转输出组件的旋转中心线与所述斜端面垂直。

作为所述驱动电机的进一步改进，所述倾斜角度α取值为3°≤α≤8°。

作为所述驱动电机的进一步改进，所述第一永磁体与第二永磁体之间的间隙小于第一支脚端面在第一永磁体和第二永磁体所在方向上的长度，所述第三永磁体与第四永磁体之间的间隙小于第二支脚端面在第三永磁体和第四永磁体所在方向上的长度。

作为所述驱动电机的进一步改进，所述旋转输出组件包括旋转轴，所述旋转轴以可转动地方式安装在一支撑体上；还包括共振组件，在旋转轴往复旋转过程中，所述共振组件与旋转轴形成共振，增大旋转轴的旋转摆幅和力矩。

作为所述驱动电机的进一步改进，所述共振组件包括与旋转轴一起旋转的限位体和具有弹性的共振体，所述共振体设置在限位体的往复旋转轨迹上，所述限位体随旋转轴往复旋转时造成共振体变形。

作为所述驱动电机的进一步改进，所述共振组件包括限位体和具有弹性的共振体，所述共振体与旋转轴一起旋转，所述限位体限制共振体的旋转，使共振体在旋转时产生变形。

作为所述驱动电机的进一步改进，所述旋转轴包括驱动轴和输出轴，所述驱动轴与输出轴通过连轴体固定连接。

作为所述驱动电机的进一步改进，在所述旋转轴的旋转方向上设置有用于吸收旋转轴转动惯量的弹性体，所述弹性体的弹性特征为二次以上的曲线，所述弹性体为圆球、椭圆球、圆柱、椭圆柱或半圆形的硅胶件或橡胶件。

本申请提供的电动牙刷，包括如上述任一项所述的驱动电机以及刷头，所述刷头安装在驱动电机的旋转输出组件上。

本申请的有益效果是：

本申请提供的驱动电机，其包括U型磁轭、旋转输出组件、第二磁轭和四个永磁体，该U型磁轭的两个支脚上分别缠绕有线圈，在控制电路下可使两个支脚的端面产生交变磁极。该四个永磁体围绕旋转中心线成中心对称设置，第一永磁体和第四永磁体的外端面极性相同，第二永磁体和第三永磁体的外端面极性相同；并且第一永磁体的外端面和第二永磁体外端面的极性相反且对应第一支脚的端面设置；第三永磁体的外端面和第四永磁体外端面的极性相反且对应第二支脚的端面设置。在控制电路的控制下，驱动永磁体带动第二磁轭和旋转输出组件绕旋转中心线往复旋转。这种U型磁轭对应四个永磁体和第二磁扼的设计是跟现有技术不同的磁路设计，比同功率的现有电机转矩更大，作用磁通大，驱动功率相应减小。

附图说明

图1为本申请用于电动牙刷的驱动电机一种实施例的结构示意图；

图2为图1所示实施例侧面示意图；

图3为图1所示实施例四个永磁体分布示意图；

图4为图1所示实施例U型磁轭上斜端面的示意图；

图5为图1所示实施例永磁体之间的距离与对应支脚长度示意图；

图6为本申请驱动电机中共振体第一种实施例的结构示意图；

图7为本申请驱动电机中共振体第二种实施例的结构示意图；

图8为本申请驱动电机中共振体第三种实施例的结构示意图；

图9为本申请驱动电机中共振体第四种实施例的结构示意图；

图10为本申请驱动电机中吸收旋转轴转动惯量的弹性体一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。本申请可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解，其中上、下、左、右等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。

然而，本领域的技术人员可能会意识到其中的一个或多个的具体细节描述可以被省略，或者还可以采用其他的方法、组件或材料。在一些例子中，一些实施方式并没有描述或没有详细的描述。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。

此外，本文中记载的技术特征、技术方案还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。因此，附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。

实施例一：

本实施例一提供一种驱动电机，该驱动电机可输出一种往复旋转运动。

请参考图1和2，该驱动电机包括：

U型磁轭100，U型磁轭100具有第一支脚110和第二支脚120，第一支脚110和第二支脚120上分别缠绕有线圈210；

控制电路220，控制电路220与线圈210电连接，并产生交变脉冲，使U型磁轭100的两个支脚的端面111、121产生交变磁极；

旋转输出组件500，该旋转输出组件500可绕一旋转中心线C往复旋转；

第二磁轭300(为将之与U型磁轭100区别开，故称其为第二磁轭)，第二磁轭300安装在旋转输出组件500靠近U型磁轭100的一端；

以及四个永磁体，永磁体固定安装在第二磁轭300上；四个永磁体围绕旋转中心线C成中心对称设置，且按照排列顺序依次为第一永磁体410、第二永磁体420、第三永磁体430和第四永磁体440；第一永磁体410和第四永磁体440的外端面(第四永磁体440的外端面即图5中441所示的端面，其他永磁铁的外端面跟该第四永磁体440相同，图中未再示出其他永磁铁的外端面)极性相同，第二永磁体420和第三永磁体430的外端面极性相同；并且第一永磁体410的外端面和第二永磁体420外端面的极性相反且对应第一支脚110的端面111设置；第三永磁体430的外端面和第四永磁体440外端面的极性相反且对应第二支脚120的端面121设置；永磁体的端面和其对应支脚的端面具有气隙，在控制电路220的控制下，驱动永磁体410、420、430、440带动第二磁轭300和旋转输出组件500绕旋转中心线C往复旋转。

其中，请参考图3，该四个永磁体410、420、430、440可以是围绕旋转中心线C成中心对称矩形排列，第一永磁体410与第四永磁体440之间的水平距离等于第二永磁体420与第三永磁体430之间的水平距离，第一永磁体410与第二永磁体420之间的垂直距离等于第四永磁体440与第三永磁体430之间的垂直距离。

该U型磁轭100、第二磁轭300、旋转输出组件500和永磁体装在壳体800内，其中旋转输出组件500是以可转动地方式安装在壳体800内的。这里所说的壳体800可以是该电机专用的壳体，也可以是使用该电机的电器的壳体。

通电后，U型磁轭100的每个支脚对应两个永磁体，保证转矩足够大，不借助外力就实现整个往复摆动过程。这种U型磁轭对应四个永磁体和第二磁扼的设计是跟现有技术不同的磁路设计，使得本驱动电机比同功率的现有电机转矩更大，作用磁通大，驱动功率相应的就会减小。

具体说来，请参考图1、2、3，假定第一永磁体410和第四永磁体440的端面为N极，而第二永磁体420和第三永磁体430的端面为S极。当线圈210通电，如此时第一支脚110的端面为N极，第二支脚120的端面为S极，则第一支脚110的N极将对第二永磁体420的S极产生吸力F2，而对第一永磁体410的N极产生斥力F1。同样地，第二支脚120的S极将会对第四永磁体440的N极产生吸力F4，而对第三永磁体430的S极产生斥力F3，从而使旋转输出组件500以图3所示画面下顺时针旋转。则旋转输出组件的总转矩为(F1+F2+F3+F4)×受力半径，受力半径为磁作用力到旋转中心的距离。

当线圈210内电流方向改变，此时第一支脚110的端面为S极，第二支脚120的端面为N极，则第一支脚110的S极将对第二永磁体420的S极产生斥力，而对第一永磁体410的N极产生吸力。同样地，第二支脚120的N极将会对第四永磁体440的N极产生斥力，而对第三永磁体430的S极产生吸力，从而使旋转输出组件500以图3所示画面下逆时针旋转。

综上，线圈210连接控制电路220，控制电路220产生脉宽可调的交变脉冲，使U型磁轭100的端面产生交变的磁极，使永磁体产生吸力转矩和斥力转矩，或斥力转矩和吸力转矩，驱动旋转输出组件500往复旋转，从而通过旋转输出组件500驱动相应的要往复旋转的机械单元。

本驱动电机在断电状态下，第一和第二永磁体410、420与第一支脚110通过气隙形成闭合磁路，第三和第四永磁体430、440与第二支脚120通过气隙形成闭合磁路，可避免漏磁。而且永磁体和第二磁轭300安装在旋转输出组件500上，也使得旋转输出组件500的其它部分不会对磁场产生影响，即旋转输出组件的其它部分有导磁材料也不会影响磁路。

进一步，第一支脚110和第二支脚120的端面111、121为具有一个倾斜角度α的斜端面，该旋转输出组件500的旋转中心线C与斜端面垂直。

该倾斜角度为图4所示α，在图4所示方位下，其是由支脚端面121与竖直平面形成的夹角。

进一步地，可选择将倾斜角度α取值设定为3°≤α≤8°。同样地，因为旋转输出组件500的旋转中心线C与斜端面垂直，因此旋转输出组件500也会倾斜3-8°，该角度可保证电动牙刷在使用的时候符合使用者人体工学，便于使用者进行口腔清理。

该U型磁轭100可以使由矽钢片冲压叠铆而成，再经水切割或激光切割工艺切割成斜端面。

进一步地，第一永磁体410与第二永磁体420之间的间隙可以是小于第一支脚110端面111在第一永磁体410和第二永磁体420所在方向上的长度，第三永磁体430与第四永磁体440之间的间隙可以是小于第二支脚120端面121在第三永磁体430和第四永磁体440所在方向上的长度。以保证U型磁轭100的支脚对各永磁体具有足够的作用力。

请参考图5，以第三永磁体430与第四永磁体440为例，第三永磁体430与第四永磁体440之间的间隙是指图5中L1所示距离，第二支脚120端面在第三永磁体430和第四永磁体440所在方向上的长度是指图5中L2所示距离。

请参考图1，第一永磁体410、第二永磁体420、第三永磁体430与第四永磁体440的宽度可以大于第一支脚110和第二支脚120的宽度，同样用来保证U型磁轭100的支脚对各永磁体具有足够的作用力。宽度即图1所示画面中竖直方向的距离。

请参考图1，该旋转输出组件500可包括旋转轴，该旋转轴以可转动地方式安装在一支撑体上。如图1所示，该支撑体可能是为一个支撑轴承540，或者也可能为其他可支撑旋转轴可转动安装的结构，如弹簧支撑结构。

旋转轴可能是一根一体成型的轴结构，也可能是由多个部件组合而成。请参考图1和2，本实施例中旋转轴包括驱动轴511和输出轴512，该驱动轴511与输出轴512通过连轴体513固定连接。这种结构便于在旋转轴上增加其他结构，减小加工难度。

此外，本驱动电机还包括共振组件，在旋转轴往复旋转过程中，共振组件与旋转轴形成共振，增大旋转轴的旋转摆幅和力矩。

该共振组件可以包括与旋转轴一起旋转的限位体和具有弹性的共振体，该共振体设置在限位体的往复旋转轨迹上，限位体随旋转轴往复旋转时造成共振体变形。该限位体可以设置在连轴体上，减少加工难度。

如图6所示，将两个弹簧621设置在一个安装座630内，限位体611为板状结构，其随旋转轴510往复旋转时挤压弹簧621，使弹簧621与旋转轴510形成共振，从而进一步增大旋转轴510的旋转摆幅和力矩。

这里所说的旋转轴510为一种示意图，其具体地结构可能是驱动轴511、输出轴512和连轴体513组合结构，也可能是一根一体成型的轴结构。

如图7所示，该弹簧622也可能固定在一个底板631上，限位体612为两个板状结构，其分别设置在旋转轴510的两侧，并分别压住各自对应的弹簧622，其随旋转轴510往复旋转时挤压弹簧622，使弹簧622与旋转轴510形成共振。

该共振组件也可以是包括限位体和具有弹性的共振体，该共振体与旋转轴一起旋转，限位体限制共振体的旋转，使共振体在旋转时产生变形。

如图8所示，该共振体为弹片623，其为两个，分别设置在旋转轴510的两侧，而限位体613也为两个，分别位于对应弹片623的下方。当弹片623与旋转轴510一起旋转时，限位体613限制弹片523的旋转，使弹片523在旋转时产生变形，与旋转轴510形成共振。

如图9所示，该共振体为弹簧624，其为一个或两个，分别设置在旋转轴510的一侧或两侧，而限位体614设置在支撑体或壳体上。弹簧624一端与连轴体513固定，另一端与限位体614固定。当弹簧624与旋转轴510一起旋转时，限位体614限制弹簧624的旋转，使弹簧624在旋转时产生变形，与旋转轴510形成共振。

进一步地，在旋转轴的旋转方向上设置有用于吸收旋转轴转动惯量的弹性体，该弹性体的弹性特征为二次以上的曲线，弹性体为圆球、椭圆球、圆柱、椭圆柱或半圆形的硅胶件或橡胶件。

具体地，请查看图10，旋转轴510上固定联动体710，该联动体710位于两个弹性体720中间，该限位体随旋转轴旋转，挤压弹性体720。

其中，该弹性体720主要用于吸收旋转输出组件500在空载状态下的转动惯量，其弹力随着压缩行程的增加，在到位前，弹力很小，快到位时，弹力快速变大。该弹性体720的弹性特征可保证弹性体720对负载状态下旋转输出组件500的旋转不产生过多影响(负载状态下旋转输出组件500旋转会衰减)，只有旋转输出组件500在空载状态下过多挤压弹性体720才会产生较大的回复力。

请参考图1，还可以包括充电电池230和充电模块240，充电电池230用于供电，充电模块240与控制电路连接，用于向充电电池230充电。

控制电路还可包括状态指示模块250和开关，状态指示模块250用于指示电机的工作状态，开关用于给控制电路触发信号，来控制开闭电机。

进一步地，控制电路220通过对线圈通电脉冲的计数可以确定机械摆动次数，输出信号对机械单元的运行状况给与相应的指示。

本实施例所示驱动电机除可带动电动牙刷外，还可带动各种需要往复旋转运动的机械单元。

实施例二：

本实施例二提供一种电动牙刷。

该电动牙刷包括驱动电机和刷头，该驱动电机可输出一种往复旋转运动，带动刷头往复摆动运动，从而实现口腔清理。

该驱动电机可采用上述任一实施例所示的驱动电机结构，其中刷头安装在驱动电机的旋转输出组件500上，例如可安装在输出轴512上。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种用于电动牙刷的驱动电机,其特征在于，包括：

U型磁轭，所述U型磁轭具有第一支脚和第二支脚，所述第一支脚和第二支脚上分别缠绕有线圈；

控制电路，所述控制电路与线圈电连接，并产生交变脉冲，使U型磁轭的两个支脚的端面产生交变磁极；

旋转输出组件，所述旋转输出组件可绕一旋转中心线往复旋转；

第二磁轭，所述第二磁轭设置在旋转输出组件靠近U型磁轭的一端；

以及四个永磁体，所述永磁体固定安装在第二磁轭上；所述四个永磁体围绕旋转中心线成中心对称设置，且按照排列顺序依次为第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体；所述第一永磁体和第四永磁体的外端面极性相同，所述第二永磁体和第三永磁体的外端面极性相同；并且所述第一永磁体的外端面和第二永磁体外端面的极性相反且对应第一支脚的端面设置；所述第三永磁体的外端面和第四永磁体外端面的极性相反且对应第二支脚的端面设置；所述永磁体的端面和其对应支脚的端面具有气隙，在所述控制电路的控制下，驱动永磁体带动第二磁轭和旋转输出组件绕旋转中心线往复旋转。

2.如权利要求1所述的驱动电机，其特征在于，所述旋转输出组件的旋转中心线与所述U型磁轭的支脚端面垂直，且经过第一支脚端面和第二支脚端面的对称中心点。

3.如权利要求1所述的驱动电机，其特征在于，所述第一支脚和第二支脚的端面为具有一个倾斜角度α的斜端面，所述旋转输出组件的旋转中心线与所述斜端面垂直。

4.如权利要求3所述的驱动电机，其特征在于，所述倾斜角度α取值为3°≤α≤8°。

5.如权利要求1所述的驱动电机，其特征在于，所述第一永磁体与第二永磁体之间的间隙小于第一支脚端面在第一永磁体和第二永磁体所在方向上的长度，所述第三永磁体与第四永磁体之间的间隙小于第二支脚端面在第三永磁体和第四永磁体所在方向上的长度。

6.如权利要求1所述的驱动电机，其特征在于，所述旋转输出组件包括旋转轴，所述旋转轴以可转动地方式安装在一支撑体上；还包括共振组件，在旋转轴往复旋转过程中，所述共振组件与旋转轴形成共振，增大旋转轴的旋转摆幅和力矩。

7.如权利要求6所述的驱动电机，其特征在于，所述共振组件包括与旋转轴一起旋转的限位体和具有弹性的共振体，所述共振体设置在限位体的往复旋转轨迹上，所述限位体随旋转轴往复旋转时造成共振体变形。

8.如权利要求6所述的驱动电机，其特征在于，所述共振组件包括限位体和具有弹性的共振体，所述共振体与旋转轴一起旋转，所述限位体限制共振体的旋转，使共振体在旋转时产生变形。

9.如权利要求6所述的驱动电机，其特征在于，所述旋转轴包括驱动轴和输出轴，所述驱动轴与输出轴通过连轴体固定连接。

10.一种电动牙刷,其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的驱动电机以及刷头，所述刷头安装在驱动电机的旋转输出组件上。