CN213213297U - 一种双向磁悬浮声波无刷电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双向磁悬浮声波无刷电机，包括机壳和轴枝，所述轴枝设置在机壳轴心处，所述机壳底端设有后盖，所述机壳和后盖的轴心处均开设有轴孔，所述轴枝贯穿两个轴孔，且轴枝与轴孔的连接处设有轴承，所述轴承一侧设有调整介子。本实用新型通过依靠电磁效应实现运动的传递，电机在径向上不再需要安装扭力杆等弹性机构，轴向上避免了使用导轨滑块机构，双向都可以达到磁悬浮。效率高、成本低，结构紧凑。动力传递稳定，可靠性高，两个磁场推动第一磁钢和第二磁钢分别在轴向和径向上往复运动，实现轴枝上下伸缩与左右摆动互相独立运动，可以分开进行也可以同时进行的效果，动力传递稳定，实现双向磁悬浮的机械能供给。

Description

一种双向磁悬浮声波无刷电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，具体涉及一种双向磁悬浮声波无刷电机。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，电动牙刷开始走进人们的日常生活中，替代传统牙刷以实现更理想和更便捷的刷牙效果。

现有的电动牙刷通常采用电机驱动，通过牙刷刷头的振动起到清洁牙齿的作用。现有的电动牙刷中的声波电机一般需要安装弹簧或者类似扭簧的扭力杆，在使用过程中这类结构容易损坏，不易修复，因此电机的使用寿命往往取决于上述结构能使用多长时间。并且采用上述结构设计使得电机的承载能力低，单位体积的电机能够传递的扭矩较小，而且承受不同负载时电机轴的摆幅变化较大，使用效果也不够稳定。

另外，现有电动牙刷运动轨迹普遍都是径向左右摆动，有两种方式：第一种是电机径向摆动带动刷头在齿间做上下运动，第二种是电机轴向作伸缩运动带动刷头在齿间做横向运动。达到清洁牙齿的目的，然而市场上电机能够实现轴向和径向配合运动的电机很少，要么需要很复杂的机械结构来实现，可靠性低，效能低，现有的电机在实现双向磁悬浮稳定机械能供给上不理想。

因此，发明一种双向磁悬浮声波无刷电机来解决上述问题很有必要。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种双向磁悬浮声波无刷电机，通过依靠电磁效应实现运动的传递，电机在径向上不再需要安装扭力杆等弹性机构，轴向上避免了使用导轨滑块机构，双向都可以达到磁悬浮。效率高、成本低，结构紧凑。动力传递稳定，可靠性高，两个磁场推动第一磁钢和第二磁钢分别在轴向和径向上往复运动，实现轴枝上下伸缩与左右摆动互相独立运动，可以分开进行也可以同时进行，以解决技术中的上述不足之处。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种双向磁悬浮声波无刷电机，包括机壳和轴枝，所述轴枝设置在机壳轴心处，所述机壳底端设有后盖，所述机壳和后盖的轴心处均开设有轴孔，所述轴枝贯穿两个轴孔，且轴枝与轴孔的连接处设有轴承，所述轴承一侧设有调整介子，所述机壳内部设有上下伸缩单元和左右摆动单元，且上下伸缩单元设置于左右摆动单元靠近后盖的一侧；

所述上下伸缩单元包括第一定子铁芯，所述第一定子铁芯两侧对称分布有第一线架，两个所述第一线架内部均设有第一转子铁芯，所述第一转子铁芯两侧均设有第一磁钢，两个所述第一转子铁芯之间设有套管，两个所述第一线架外侧设有第一线圈绕组；

所述左右摆动单元包括第二定子铁芯，所述第二定子铁芯两侧对称分布有第二线架，两个所述第二线架和第二定子铁芯内部之间设有第二转子铁芯，所述第二转子铁芯外侧设有第二磁钢，所述第二磁钢的数量设置为四个，四个第二磁钢环绕分布在第二转子铁芯外表面，所述第一转子铁芯与第二转子铁芯之间设有套管，两个所述第二线架外侧设有第二线圈绕组；

所述第一定子铁芯和第二定子铁芯内侧均设有定子齿，所述定子齿一端固定连接有极靴，所述第一线架和第二线架靠近定子齿的一侧均设有卡槽，所述定子齿与卡槽卡接，所述第一转子铁芯外弧面均与极靴内弧面相匹配，所述第一转子铁芯两侧均开设有第一放置槽，两个第一磁钢分别固定连接在两个第一放置槽内部，所述第二转子铁芯外侧开设有四个第二放置槽，四个第二磁钢分别固定连接在四个第二放置槽内部；

所述左右摆动单元中包括两个线圈绕组抽头线，两个线圈绕组抽头线分别设置为线圈一和线圈四，两个所述上下伸缩单元中包括四个线圈绕组抽头线，四个线圈绕组抽头线分别设置为线圈二、线圈三、线圈五和线圈六，具体连接方式为：

所述线圈一的尾接线圈四的尾，所述线圈一的头与线圈四的头引出接外电路，所述线圈三的尾接线圈二的头，所述线圈六的尾接线圈五的头，所述线圈二的尾接线圈五的尾，所述线圈三的头与线圈六的头引出接外电路。

优选的，所述线圈一的头端设置为A端，所述线圈四的头端设置为B端，所述线圈二的头端设置为C端，所述线圈六的头端设置为D端，所述A端和B端通入占空比大小相等、相位差相差180°的方波信号，所述C端和D端通入占空比大小相等、相位差相差180°的方波信号。

优选的，所述第一磁钢与第一定子铁芯之间和第二磁钢与第二定子铁芯之间均形成了自吸面和非自吸面，且自吸面面积大于非自吸面面积。

优选的，所述上下伸缩单元的数量设置为一个或多个，所述左右摆动单元的数量设置为一个或多个，所述上下伸缩单元与左右摆动单元相互独立设置。

优选的，所述第一转子铁芯、第二转子铁芯、套管和调整介子均套接在轴枝外侧，所述第一线圈绕组和第二线圈绕组均绕设在定子齿上，且第一线圈绕组和第二线圈绕组在定子齿上绕线方向相同。

优选的，所述第二定子铁芯长度大于第一定子铁芯长度，所述第二转子铁芯长度大于第一转子铁芯长度，所述第二磁钢长度大于第一磁钢长度。

优选的，所述第一磁钢与第二磁钢的位置分布方式为：

轴向上，第一定子铁芯的高度A1与第一转子铁芯的高度B1为一个预设值，轴向上，第一磁钢超出第一定子铁芯的高度D2与第一磁钢在第一定子铁芯里面的高度D1为一个预设值；

径向上，第二转子铁芯间距角度C1、C3和与之相匹配的第二磁钢角度C2均为一个预设值，且横向上相邻两个所述第二磁钢之间的距离小于纵向上相邻两个所述第一磁钢之间的距离。

优选的，多个所述第一磁钢和第二磁钢的极性分布方式为：

轴向上相邻两个所述第一磁钢极性相反，径向上相邻两个所述第一磁钢极性相反；

横向上相邻两个所述第二磁钢极性相反，纵向上相邻两个所述第二磁钢极性相同。

在上述技术方案中，本实用新型提供的技术效果和优点：

通过依靠电磁效应实现运动的传递，电机在径向上不再需要安装扭力杆等弹性机构，轴向上避免了使用导轨滑块机构，双向都可以达到磁悬浮。效率高、成本低，结构紧凑。动力传递稳定，可靠性高，两个磁场推动第一磁钢和第二磁钢分别在轴向和径向上往复运动，实现轴枝上下伸缩与左右摆动互相独立运动，可以分开进行也可以同时进行的效果，动力传递稳定，实现双向磁悬浮的机械能供给。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的整体结构爆炸图；

图2为本实用新型的整体结构示意图；

图3为本实用新型第一线圈绕组和第二线圈绕组的分布结构示意图；

图4为本实用新型图3中A-A，B-B剖面电路连接结构示意图；

图5为本实用新型内部结构的局部剖视图；

图6为本实用新型左右摆动单元的剖面结构示意图；

图7为本实用新型第一磁钢与第二磁钢的极性分布图；

图8为本实用新型图7的轴向剖面极性分布图；

图9为本实用新型图7中左右摆动单元处的轴向剖面极性分布图；

图10为本实用新型上下伸缩单元的局部纵剖图；

图11为本实用新型左右摆动单元的局部纵剖图；

图12为本实用新型实施例1中正向通电第二转子铁芯径向转动场景图；

图13为本实用新型实施例1中正向通电第一转子铁芯轴向移动场景图；

图14为本实用新型实施例1的反向通电第二转子铁芯径向转动场景图；

图15为本实用新型实施例1的反向通电第一转子铁芯轴向移动场景图。

附图标记说明：

1机壳、2轴枝、3后盖、4轴承、5调整介子、6第一定子铁芯、7第一线架、8第一转子铁芯、9第一磁钢、10套管、11第一线圈绕组、111线圈一、112线圈四、12第二定子铁芯、13第二线架、14第二转子铁芯、15第二磁钢、16第二线圈绕组、161线圈二、162线圈三、163线圈五、164线圈六、17定子齿、18极靴、19自吸面、20非自吸面。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细介绍。

本实用新型提供了如图1-11所示的一种双向磁悬浮声波无刷电机，包括机壳1和轴枝2，所述轴枝2设置在机壳1轴心处，所述机壳1底端设有后盖3，所述机壳1和后盖3的轴心处均开设有轴孔，所述轴枝2贯穿两个轴孔，且轴枝2与轴孔的连接处设有轴承4，所述轴承4一侧设有调整介子5，所述机壳1内部设有上下伸缩单元和左右摆动单元，且上下伸缩单元设置于左右摆动单元靠近后盖3的一侧；

所述上下伸缩单元包括第一定子铁芯6，所述第一定子铁芯6两侧对称分布有第一线架7，两个所述第一线架7内部均设有第一转子铁芯8，所述第一转子铁芯8两侧均设有第一磁钢9，两个所述第一转子铁芯8之间设有套管10，两个所述第一线架7外侧设有第一线圈绕组11；

所述左右摆动单元包括第二定子铁芯12，所述第二定子铁芯12两侧对称分布有第二线架13，两个所述第二线架13和第二定子铁芯12内部之间设有第二转子铁芯14，所述第二转子铁芯14外侧设有第二磁钢15，所述第二磁钢15的数量设置为四个，四个第二磁钢15环绕分布在第二转子铁芯14外表面，所述第一转子铁芯8与第二转子铁芯14之间设有套管10，两个所述第二线架13外侧设有第二线圈绕组16；

所述第一定子铁芯6和第二定子铁芯12内侧均设有定子齿17，所述定子齿17一端固定连接有极靴18，所述第一线架7和第二线架13靠近定子齿17的一侧均设有卡槽，所述定子齿17与卡槽卡接，所述第一转子铁芯8外弧面均与极靴18内弧面相匹配，所述第一转子铁芯8两侧均开设有第一放置槽，两个第一磁钢9分别固定连接在两个第一放置槽内部，所述第二转子铁芯14外侧开设有四个第二放置槽，四个第二磁钢15分别固定连接在四个第二放置槽内部；

所述左右摆动单元中包括两个线圈绕组抽头线，两个线圈绕组抽头线分别设置为线圈一111和线圈四112，两个所述上下伸缩单元中包括四个线圈绕组抽头线，四个线圈绕组抽头线分别设置为线圈二161、线圈三162、线圈五163和线圈六164，具体连接方式为：

所述线圈一111的尾接线圈四112的尾，所述线圈一111的头与线圈四112的头引出接外电路，所述线圈三162的尾接线圈二161的头，所述线圈六164的尾接线圈五163的头，所述线圈二161的尾接线圈五163的尾，所述线圈三162的头与线圈六164的头引出接外电路。

进一步的，在上述技术方案中，所述线圈一111的头端设置为A端，所述线圈四112的头端设置为B端，所述线圈二的头端设置为C端，所述线圈六164的头端设置为D端，所述A端和B端通入占空比大小相等、相位差相差180°的方波信号，所述C端和D端通入占空比大小相等、相位差相差180°的方波信号。

进一步的，在上述技术方案中，所述第一磁钢9与第一定子铁芯6之间和第二磁钢15与第二定子铁芯12之间均形成了自吸面19和非自吸面20，且自吸面19面积大于非自吸面20面积，在径向上，定子齿17吸第二磁钢15，且自吸面19比非自吸面20面积大，所以径向可以悬浮，在轴向上，定子齿17吸磁钢，且上下两个第一磁钢9相互作用，所以轴向可以悬浮，在径向，即使第二转子铁芯14偏摆到最大位置角度，自吸面19的面积依然大于非自吸面20。

进一步的，在上述技术方案中，所述上下伸缩单元的数量设置为一个或多个，所述左右摆动单元的数量设置为一个或多个，所述上下伸缩单元与左右摆动单元相互独立设置。

进一步的，在上述技术方案中，所述第一转子铁芯8、第二转子铁芯14、套管10和调整介子5均套接在轴枝2外侧，所述第一线圈绕组11和第二线圈绕组16均绕设在定子齿17上，且第一线圈绕组11和第二线圈绕组16在定子齿17上绕线方向相同。

进一步的，在上述技术方案中，所述第二定子铁芯12长度大于第一定子铁芯6长度，所述第二转子铁芯14长度大于第一转子铁芯8长度，所述第二磁钢15长度大于第一磁钢9长度。

进一步的，在上述技术方案中，所述第一磁钢与第二磁钢的位置分布方式为：

轴向上，第一定子铁芯6的高度A1与第一转子铁芯8的高度B1为一个预设值，轴向上，第一磁钢9超出第一定子铁芯6的高度D2与第一磁钢9在第一定子铁芯6里面的高度D1为一个预设值；

径向上，第二转子铁芯14间距角度C1、C3和与之相匹配的第二磁钢15角度C2均为一个预设值，且横向上相邻两个所述第二磁钢15之间的距离小于纵向上相邻两个所述第一磁钢9之间的距离。

进一步的，在上述技术方案中，多个所述第一磁钢9和第二磁钢15的极性分布方式为：

轴向上相邻两个所述第一磁钢9极性相反，径向上相邻两个所述第一磁钢9极性相反；

横向上相邻两个所述第二磁钢15极性相反，纵向上相邻两个所述第二磁钢15极性相同。

实施例1：

如图12和图13所示，线圈正向通电，在线圈的a和d处均电流方向向外，在线圈的b和c处均电流方向向里，根据磁场的相对关系，第二转子铁芯14在径向上顺时针摆动，当线圈三162和线圈六164绕组也正向通电时，第一转子铁芯8在轴向上向下运动。

如图14和图15所示，线圈反向通电，在线圈的a和d处均电流方向向里，在线圈的b和c处均电流方向向外，根据磁场的相对关系第二转子铁芯14在径向上逆时针摆动，当线圈三162和线圈六164绕组也反向通电时，第一转子铁芯8在轴向上向上运动。

实施例1仅列出了一种转子NS极排布和定子通电的情况，其他类似的如以上提到的不管是转子NS极如何排布，定子通电顺序如何变更，只要不违反上述提到的结构，都应该受到保护。

实施方式具体为：本装置在实际使用时，第一线圈绕组11通电在第一定子铁芯6处形成磁场，第一磁钢9位于该磁场内，由于轴向有预设值，它们相互作用，定子磁场推动第一磁钢9，驱动第一磁钢9并带第一转子铁芯8作上下伸缩运动，第一线圈绕组11通过外部电路切换电流方向及控制通电时间，进而带动轴枝2作上下往复运动，与此同时，第二线圈绕组16通电在第二定子铁芯12处形成磁场，第二磁钢15位于该磁场内，由于径向有预设值，它们相互作用，定子磁场推动第二磁钢15，驱动第二磁钢15并带第二转子铁芯13作左右摆动运动，第二线圈绕组16通过外部电路切换电流方向及控制通电时间，进而带动轴枝2作左右摆动运动，该装置应用于电动牙刷时，上下伸缩运动配合左右摆动更贴近日常生活中刷牙的感受，清洁作用大大提升，通过电磁结构传递动力，使得动力传递过程更为稳定。

本实用新型工作原理：

参照说明书附图1-15，本装置在实际使用时，第一线圈绕组11通电在第一定子铁芯6处形成磁场，定子磁场推动第一磁钢9，驱动第一磁钢9并带第一转子铁芯8作上下伸缩运动，第一线圈绕组11通过外部电路切换电流方向及控制通电时间，进而带动轴枝2作上下往复运动，定子磁场推动第二磁钢15，驱动第二磁钢15并带第二转子铁芯13作左右摆动运动，第二线圈绕组16通过外部电路切换电流方向及控制通电时间，进而带动轴枝2作左右摆动运动，轴枝2上下伸缩与左右摆动互相独立运动，可以分开进行也可以同时进行。

以上只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本实用新型权利要求保护范围的限制。

Claims (8)

1.一种双向磁悬浮声波无刷电机，包括机壳（1）和轴枝（2），所述轴枝（2）设置在机壳（1）轴心处，其特征在于：所述机壳（1）底端设有后盖（3），所述机壳（1）和后盖（3）的轴心处均开设有轴孔，所述轴枝（2）贯穿两个轴孔，且轴枝（2）与轴孔的连接处设有轴承（4），所述轴承（4）一侧设有调整介子（5），所述机壳（1）内部设有上下伸缩单元和左右摆动单元，且上下伸缩单元设置于左右摆动单元靠近后盖（3）的一侧；

所述上下伸缩单元包括第一定子铁芯（6），所述第一定子铁芯（6）两侧对称分布有第一线架（7），两个所述第一线架（7）内部均设有第一转子铁芯（8），所述第一转子铁芯（8）两侧均设有第一磁钢（9），两个所述第一转子铁芯（8）之间设有套管（10），两个所述第一线架（7）外侧设有第一线圈绕组（11）；

所述左右摆动单元包括第二定子铁芯（12），所述第二定子铁芯（12）两侧对称分布有第二线架（13），两个所述第二线架（13）和第二定子铁芯（12）内部之间设有第二转子铁芯（14），所述第二转子铁芯（14）外侧设有第二磁钢（15），所述第二磁钢（15）的数量设置为四个，四个第二磁钢（15）环绕分布在第二转子铁芯（14）外表面，所述第一转子铁芯（8）与第二转子铁芯（14）之间设有套管（10），两个所述第二线架（13）外侧设有第二线圈绕组（16）；

所述第一定子铁芯（6）和第二定子铁芯（12）内侧均设有定子齿（17），所述定子齿（17）一端固定连接有极靴（18），所述第一线架（7）和第二线架（13）靠近定子齿（17）的一侧均设有卡槽，所述定子齿（17）与卡槽卡接，所述第一转子铁芯（8）外弧面均与极靴（18）内弧面相匹配，所述第一转子铁芯（8）两侧均开设有第一放置槽，两个第一磁钢（9）分别固定连接在两个第一放置槽内部，所述第二转子铁芯（14）外侧开设有四个第二放置槽，四个第二磁钢（15）分别固定连接在四个第二放置槽内部；

所述左右摆动单元中包括两个线圈绕组抽头线，两个线圈绕组抽头线分别设置为线圈一（111）和线圈四（112），两个所述上下伸缩单元中包括四个线圈绕组抽头线，四个线圈绕组抽头线分别设置为线圈二（161）、线圈三（162）、线圈五（163）和线圈六（164），具体连接方式为：

所述线圈一（111）的尾接线圈四（112）的尾，所述线圈一（111）的头与线圈四（112）的头引出接外电路，所述线圈三（162）的尾接线圈二（161）的头，所述线圈六（164）的尾接线圈五（163）的头，所述线圈二（161）的尾接线圈五（163）的尾，所述线圈三（162）的头与线圈六（164）的头引出接外电路。

2.根据权利要求1所述的一种双向磁悬浮声波无刷电机，其特征在于：所述线圈一（111）的头端设置为A端，所述线圈四（112）的头端设置为B端，所述线圈二的头端设置为C端，所述线圈六（164）的头端设置为D端，所述A端和B端通入占空比大小相等、相位差相差180°的方波信号，所述C端和D端通入占空比大小相等、相位差相差180°的方波信号。

3.根据权利要求1所述的一种双向磁悬浮声波无刷电机，其特征在于：所述第一磁钢（9）与第一定子铁芯（6）之间和第二磁钢（15）与第二定子铁芯（12）之间均形成了自吸面（19）和非自吸面（20），且自吸面（19）面积大于非自吸面（20）面积。

4.根据权利要求1所述的一种双向磁悬浮声波无刷电机，其特征在于：所述上下伸缩单元的数量设置为一个或多个，所述左右摆动单元的数量设置为一个或多个，所述上下伸缩单元与左右摆动单元相互独立设置。

5.根据权利要求1所述的一种双向磁悬浮声波无刷电机，其特征在于：所述第一转子铁芯（8）、第二转子铁芯（14）、套管（10）和调整介子（5）均套接在轴枝（2）外侧，所述第一线圈绕组（11）和第二线圈绕组（16）均绕设在定子齿（17）上，且第一线圈绕组（11）和第二线圈绕组（16）在定子齿（17）上绕线方向相同。

6.根据权利要求1所述的一种双向磁悬浮声波无刷电机，其特征在于：所述第二定子铁芯（12）长度大于第一定子铁芯（6）长度，所述第二转子铁芯（14）长度大于第一转子铁芯（8）长度，所述第二磁钢（15）长度大于第一磁钢（9）长度。

7.根据权利要求1所述的一种双向磁悬浮声波无刷电机，其特征在于：所述第一磁钢与第二磁钢的位置分布方式为：

轴向上，第一定子铁芯（6）的高度A1与第一转子铁芯（8）的高度B1为一个预设值，轴向上，第一磁钢（9）超出第一定子铁芯（6）的高度D2与第一磁钢（9）在第一定子铁芯（6）里面的高度D1为一个预设值；

径向上，第二转子铁芯（14）间距角度C1、C3和与之相匹配的第二磁钢（15）角度C2均为一个预设值，且横向上相邻两个所述第二磁钢（15）之间的距离小于纵向上相邻两个所述第一磁钢（9）之间的距离。

8.根据权利要求1所述的一种双向磁悬浮声波无刷电机，其特征在于：多个所述第一磁钢（9）和第二磁钢（15）的极性分布方式为：

轴向上相邻两个所述第一磁钢（9）极性相反，径向上相邻两个所述第一磁钢（9）极性相反；

横向上相邻两个所述第二磁钢（15）极性相反，纵向上相邻两个所述第二磁钢（15）极性相同。

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