DE20319996U1

DE20319996U1 - Elektrischer Aktuator

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Publication number: DE20319996U1
Application number: DE20319996U
Authority: DE
Original assignee: CYBER INDUSTRIAL Ltd; Cyber Ind Ltd
Current assignee: CYBER INDUSTRIAL Ltd; Cyber Ind Ltd
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2013-12-23
Also published as: CN2706941Y; US20040119344A1; DE10361077A1; CN1510822A; US6833639B2

Abstract

Elektrischer Aktuator (10), der einen in Winkelrichtung hin und her gehenden Antrieb bereitstellt und ein Gehäuse (100), einen in dem Gehäuse (100) untergebrachten Stator (200) und einen axial durch den Stator (200) verlaufenden Rotor (300) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass
der Stator (200) eine ringförmige Anordnung von Polen (216) und eine Spule, die durch einen Wechselstrom erregt wird und die Pole (216) so magnetisiert, dass sie zu jeweils benachbarten Polen eine entgegengesetzte Polarität besitzen, umfasst,
der Rotor (300) eine Welle (310), die von dem Gehäuse (100) für eine Winkelbewegung unterstützt ist, sowie mehrere Permanentmagneten (320), die an der und um die Welle (310) fest angebracht sind, umfasst und die Magneten (320) proximate Seiten zwischen benachbarten
Magneten besitzen, die entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, wobei bei wiederholten Umkehrungen des Wechselstroms die Magneten mit den Polen (216) magnetisch in Wechselwirkung stehen, um die Welle (310) zu einer Oszillation zu veranlassen, wodurch der...

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der elektrischen Aktuatoren und insbesondere einen elektrischen Aktuator, der einen in Winkelrichtung hin und her gehenden Antrieb für elektrische Handwerkzeuge schafft.
In Winkelrichtung hin und her gehende Bewegungen sind oftmals für elektrische Handwerkzeuge wie etwa elektrische Zahnbürsten erforderlich. In einer elektrischen Zahnbürste wird die Hin- und Herbewegung herkömmlich und unveränderlich durch einen Elektromotor geschaffen, der ein Nocken-/Kurbelsystem antreibt, das die Drehung in eine Hin- und Herbewegung umsetzt. Hierbei bestehen Nachteile. Das Nocken/Kurbelsystem besitzt zusätzliche Komponenten, die auf die Herstellungskosten und die mechanische Zuverlässigkeit nachteilige Auswirkungen haben. Die indirekte Übertragung der Kraft hat einen Leistungsverlust zur Folge. Darüber hinaus unterliegt die Hygiene einem Kompromiss, das das Nocken-/Kurbelsystem innere Zwischenräume, Ecken oder dergleichen aufweist, wo sich. Schmutz absetzen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Aktuator zu schaffen, der die oben genannten Nachteile beseitigt oder zumindest abschwächt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen elektrischen Aktuator nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung wird ein elektrischer Aktuator geschaffen, der einen in Winkelrichtung hin und her gehenden Antrieb schafft und ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse untergebrachten Stator sowie einen koaxial durch den Stator verlaufenden Rotor umfasst. Der Stator besitzt eine ringförmige Anordnung von Polen sowie eine Spule, die mit Wechselstrom angeregt wird, um die Pole so zu magnetisieren, dass sie zu jeweils benachbarten Polen eine entgegengesetzte Polarität besitzen. Der Rotor besitzt eine Welle, die von dem Gehäuse für eine Winkelbewegung unterstützt ist, und mehrere Permanentmagneten, die an der Welle und um die Welle fest angebracht sind. Die Magneten besitzen zwischen benachbarten Magneten mit entgegengesetzter Polarität proximate Seiten, wobei bei wiederholten Umkehrungen des Wechselstroms die Magneten mit den Polen magnetisch in Wechselwirkung stehen, um die Welle zu Oszillationen zu veranlassen, wodurch der Antrieb geschaffen wird.
Vorzugsweise sind die Magneten in gleichen Winkelabständen um die Welle positioniert.
Vorzugsweise ist jeder Magnet lang gestreckt und verläuft im Wesentlichen in der gleichen Richtung wie die Welle.
Stärker bevorzugt besitzt jeder Magnet eine flache Oberfläche, wobei die Welle eine entsprechende flache Oberfläche besitzt, an der der Magnet mit seiner flachen Oberfläche anliegt.
Weiterhin stärker bevorzugt sind die Magneten in jeweils gleichem Winkelabstand um einen Abschnitt der Welle positioniert, wobei der Abschnitt einen im Wesentlichen polygonförmigen Querschnitt besitzt, der mehrere flache Oberflächen aufweist, die der Positionierung der jeweiligen Magneten dienen.
Vorzugsweise besitzt jeder Magnet gegenüberliegende Enden und verläuft im Wesentlichen parallel zu der Welle, wobei die Magneten an der Welle durch ein Paar Anbringungselemente, die die jeweiligen gegenüberliegenden Enden der Magneten umgeben, befestigt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Pole in zwei Gruppen aus jeweils abwechselnden Polen unterteilt, ferner enthält der Stator an seinen gegenüberliegenden Enden ein Paar ferromagnetischer Ringelemente, wovon jedes mit einer entsprechenden Gruppe abwechselnder Pole verbunden ist, um mit derselben Polarität magnetisiert zu werden.
Stärker bevorzugt sind die Pole von zwei Gruppen in entgegengesetzten Richtungen verschoben, um mit entsprechenden ringförmigen Elementen verbunden werden zu können.
In einer besonderen Konstruktion enthält der Stator eine Haspel, um die die Spule gewickelt ist und in der die Pole positioniert sind.
Genauer umfasst die Haspel an ihren gegenüberliegenden Enden ein Paar ringförmiger Flansche, zwischen denen die Spule gewickelt ist.
Genauer weist die Spule an ihrer inneren Oberfläche mehrere Nuten auf, wovon sich jede in Bezug auf die Haspel axial erstreckt und in der sich ein entsprechender Pol befindet.
Vorzugsweise sind die Pole und die Magneten in entsprechenden gleichen Winkelabständen positioniert, wobei die Anzahl der Pole gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Anzahl der Magneten ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Rotor eine Torsionsfeder, die die Welle in eine mittlere Winkelposition in Bezug auf das Gehäuse vorbelastet, wobei die Welle um die Mittelposition oszilliert.
Stärker bevorzugt sind die Pole und die Magneten in der Weise positioniert, dass jeder Magnet symmetrisch zwischen einem entsprechenden Paar von Polen positioniert ist, wenn sich die Welle in der mittleren Position befindet.
Weiterhin stärker bevorzugt umfasst die Feder eine Schraubenfeder, die koaxial auf der Welle angeordnet ist.
Stärker bevorzugt besitzt die Feder ein erstes Ende, das mit einem festen Element an der Welle in Eingriff ist, und ein zweites Ende, das mit einer Stirnkappe des Gehäuses in Eingriff ist.
Weiterhin stärker bevorzugt umfasst das feste Element ein exzentrisches Gewicht, das an der Welle fest angebracht ist.
Vorzugsweise enthält der Rotor ein exzentrisches Gewicht, das an der Welle fest angebracht ist.
Das exzentrische Gewicht besitzt einen Hauptkörper, der sich in einer Querebene und teilweise um die Welle erstreckt.
Die Erfindung schafft außerdem ein elektrisches Handwerkzeug, das den oben beschriebenen elektrischen Aktuator enthält und einen Körper, in dem der Aktuator untergebracht ist, sowie ein Instrument, das mit einem Abtriebsende der Welle verbunden werden kann, um in Winkelrichtung hin und her gehend angetrieben zu werden, umfasst.
Beispielsweise ist das elektrische Handwerkzeug eine elektrische Zahnbürste, wobei der Körper einen Griff umfasst und das Instrument einen Bürstenkopf umfasst.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des elektrischen Aktuators gemäß der Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses des Aktuators von 1;
2A eine perspektivische Explosionsansicht des Gehäuses von 2;
3 eine perspektivische Ansicht eines Stator-Elektromagneten, der eine Spule des Aktuators von 1 enthält;
3A eine perspektivische Explosionsansicht des Elektromagneten von 3;
4 eine perspektivische Ansicht eines Rotors des Aktuators von 1, wobei der Rotor eine Welle und vier daran fest angebrachte Permanentmagneten umfasst;
4A eine perspektivische Explosionsansicht des Rotors von 4;
5 eine perspektivische Ansicht der Magneten von 4;
5A eine schematische Stirnansicht eines Magnetfeldes, das von den Magneten von 5 erzeugt wird;
6 eine schematische Seitenschnittansicht des Gehäuses und des Elektromagneten der 2 und 3, in der ein durch die Elektromagnet-Spule erzeugtes Magnetfeld dargestellt ist;
7A eine Stirnschnittansicht des Gehäuses, des Elektromagneten und des Rotors der 2 bis 4, in der die Hin- und Herbewegung in Winkelrichtung des Rotors veranschaulicht ist, wenn der Elektromagnet mit einem elektrischen Strom von 200 Hz erregt wird;
7B eine Stirnschnittansicht, die 7A entspricht, die jedoch die Hin- und Herbewegung in Winkelrichtung des Rotors veranschaulicht, wenn der Elektromagnet mit einem elektrischen Strom von 250 Hz erregt wird; und
8 eine Seitenschnittansicht einer elektrischen Zahnbürste, die den Aktuator von 1 enthält.
In den Zeichnungen ist ein elektrischer Aktuator 10 gezeigt, in dem die Erfindung ausgeführt ist und der ein zylindrisches Gehäuse 100, einen Stator-Elektromagneten 200, der im Gehäuse 100 koaxial untergebracht ist, sowie einen Rotor 300, der sich durch den Elektromagneten 200 koaxial erstreckt, umfasst. Wenn der Elektromagnet 200 mit einem Wechselstrom erregt wird, versetzt er den Rotor 300 in eine Hin- und Herbewegung in Winkelrichtung, so dass dieser ein elektrisches Handwerkzeug wie etwa eine elektrische Zahnbürste oszillierend antreibt.
Das Gehäuse 100 ist durch einen Eisenzylinder 110 mit beidseitig offenem Ende, ein Paar kreisförmiger Aluminiumstirnkappen 120, die die gegenüberliegenden vorderen und hinteren Enden des Zylinders 110 verschließen, und ein Paar Kugellager 130, die sich in den Zentren der Stirnkappen 120 befinden, gebildet. Die hintere Stirnkappe 120 ist an einer exzentrischen Position ihrer inneren Oberfläche mit einer kleinen Aussparung 122 versehen.
Der Stator-Elektromagnet 200 umfasst eine zylindrische Aluminiumhaspel 210 mit einem Paar ringförmiger Flansche 212 an seinen gegenüberliegenden Enden und eine einzelne Spule 220 aus einem emaillierten Kupferdraht, der koaxial auf die Haspel 210 gewickelt ist. Die Spule 220 belegt im Wesentlichen den gesamten äußeren zylindrischen Raum der Haspel 210 zwischen ihren Stirnflanschen 212. Die innere zylindrische Oberfläche der Haspel 210 ist in gleichen Winkelabständen mit acht geradlinigen Nuten 214 versehen, die sich in axialer Richtung der Haspel 210 erstrecken.
Jede Nut 214 nimmt einen entsprechenden ferromagnetischen Siliciumstahlstreifen auf, der als Pol 216 wirkt. Die Pole 216 sind ringförmig angeordnet und in zwei Gruppen 216A und 216B abwechselnder Pole 216 unterteilt, wovon jede vier Pole besitzt, die in Längsrichtung in entgegengesetzten Richtungen verschoben sind (6).
Der Stator-Elektromagnet 200 umfasst ein Paar ferromagnetischer, laminierter flacher Ringe 218 aus Siliciumstahl, die die gleiche Größe wie die Stirnflansche 212 besitzen und daran koaxial befestigt sind. Jeder Stirnring 218 besitzt längs seiner Innenkante acht im gleichen Winkelabstand beabstandete, rechtwinklige Zähne 219. Die Zähne 219 sind auf die entsprechenden Nuten 214 der Haspel 210 ausgerichtet und bilden hiervon Verlängerungen, mit denen die Pole 216 der entsprechenden Gruppe 216A/216B, die zu ihnen verschoben sind, in Eingriff oder verbunden sind. Somit ist jeder Stirnring 218 mit vier abwechselnden Polen 216 der Gruppe 216A/216B, die zu ihm verschoben sind, in Kontakt, wodurch ein Magnetkreis gebildet wird (6).
Der Außendurchmesser der Haspelflansche 212 und der Stirnringe 218 sollte im Vergleich zum Innendurchmesser des Gehäusezylinders 110 so groß wie praktisch möglich sein, damit der Stator-Elektromagnet 200 durch Schubpassung in dem Gehäuse 100 untergebracht werden kann. Sofern die zylindrische Wand 110 mit den Stirnringen 218 in Kontakt ist, wirkt sie als Rückkehrweg für den Magnetfluss, der durch die beiden Ringe 218 verläuft.
Der Rotor 300 umfasst eine Welle 310 aus rostfreiem Stahl sowie vier Permanentmagnetstäbe 320, die im gleichen Winkelabstand um die Welle 310 fest angebracht sind. Die Welle 310 besitzt gegenüberliegende vordere und hintere Enden 312 und 314, die durch entsprechende Lager 130 gelagert sind, wobei das vordere Ende 312 koaxial aus dem Gehäuse 100 vorsteht, um einen Drehantriebsausgang zu schaffen. Jeder Magnet 320 besitzt einen quadratischen oder rechtwinkligen Querschnitt mit vier flachen Oberflächen.
Die Welle 310 enthält einen mittleren Abschnitt 316 näher beim hinteren Ende 314, der einen quadratischen Querschnitt besitzt und die gleiche Länge wie die Magneten 320 hat. Der mittlere Abschnitt 316 schafft vier flache Oberflächen, an denen die Magneten 320 mit ihren flachen Oberflächen in der Weise anliegen, dass sie sich in derselben Richtung wie die Welle 310 erstrecken. Jeder Magnet 320 besitzt gegenüberliegende Enden 322, die gestuft sind. Alle vier Magneten 320 sind an ihrer Position an der Welle 310 durch ein Paar quadratischer Anbringungskappen 324, die aus einer Zinklegierung hergestellt sind und die Magnetenden 322 an gegenüberliegenden Enden des Schaftabschnitts 316 umschließen und ergreifen, befestigt.
Die vier Magneten 320 sind sehr starke Magneten, die aus einer Neodym- Ferro-Bor-Legierung hergestellt sind. Sie sind so magnetisiert und positioniert, dass ihre gegenüberliegenden oder proximalen Seiten zwischen den benachbarten Magneten 320 jedes Paars entgegengesetzte Polaritäten besitzen, wodurch ein Magnetfeld in Form vier geschlossener Schleifen des Magnetflusses erzeugt wird, wie in 5A in einer Stirnansicht gezeigt ist. Der Außendurchmesser der Magneten 320 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser, der durch die Pole 216 definiert ist, so dass der zylindrische Luftspalt zwischen den Stator-Elektromagneten 200 und dem Rotor 300 gering ist, um den magnetischen Verlust minimal zu machen.
Der Rotor 300 enthält ein T-förmiges exzentrisches Messinggewicht 330, das an der Welle 310 direkt hinter der hinteren Anbringungskappe 324 befestigt ist. Ein Hauptkörper 332 des Gewichts 330 erstreckt sich in entgegengesetzten Richtungen in einer Querebene teilweise um die Welle 310, wobei der Schaft ein kleines Loch 334 besitzt. Eine metallische, schraubenlinienförmige Torsionsfeder 340 ist zusammen mit einer darin koaxial angeordneten Kunststoffhülse 344 am hinteren Ende 314 der Welle 310 angeordnet. Die Feder 340 besitzt gegenüberliegende Enden 342, die in entgegengesetzten axialen Richtungen gekrümmt sind und in der Aussparung 122 der hinteren Stirnkappe 120 bzw. im Loch 334 des Gewichts 330 in Eingriff sind. Die Hülse 344 trennt die Feder 340 von der Welle 310.
Die Feder 340 dient dazu, die Welle 310 elastisch in eine Mittelposition in Winkelrichtung in Bezug auf die hintere Stirnkappe 120 und daher auf das Gehäuse 100 vorzubelasten. Unter der elastischen Wirkung der Feder 340 kann die Welle 310 nur um die Mittelposition um einen bestimmten Winkel oder eine bestimmte Amplitude oszillieren oder sich in Winkelrichtung hin und her bewegen. Das Gewicht 330 wirkt als Gegengewicht, das mit der Feder 340 in Wechselwirkung steht, wenn sich die Welle 310 hin und her bewegt, wobei der Drehimpuls (Energie) des Gewichts 330 in der Feder 340 in einer Richtung gespeichert und dann in die entgegengesetzte Richtung abgegeben wird.
Im Betrieb muss die Statorspule 220 mit einem Wechselstrom mit symmetrischer Rechteckwelle und vorgegebener Frequenz, die typischerweise im Bereich von 50 Hz bis 600 Hz und vorzugsweise im Bereich von 200 Hz bis 250 Hz liegt, erregt werden. Der Stator-Elektromagnet 200 wird in jeder Richtung (positiver oder negativer Halbzyklus) des Wechselstroms erregt, so dass seine gegenüberliegenden Stirnringe 218 mit entgegengesetzten Polaritäten magnetisiert werden. Dies hat zwei Gruppen 216A und 216B von Polen 216 zur Folge, die abwechselnd mit den jeweiligen Stirnringen 218 mit entgegengesetzten Polaritäten verbunden sind. Das heißt, dass sich die Polarität des Magnetfeldes, das von der Statorspule 220 erzeugt wird, über benachbarte Pole 216 jedes Paars ändert. Bei einer Umkehrung des Erregungsstroms kehren sich auch das Magnetfeld und die Polaritäten gleichzeitig und mit derselben Frequenz um.
Während benachbarte Pole 216 entgegengesetzte Polaritäten haben, hat das Magnetfeld des Stator-Elektromagneten 200 die in 6 gezeigte Form. Der Magnetfluss verläuft von einem Stirnring 218 durch jeden der vier Pole 216, die mit ihm verbunden sind, über zwei benachbarte Pole 216 an seinen gegenüberliegenden Seiten, um den gegenüberliegenden Stirnring 218 zu erreichen, und kehrt dann über die Gehäusewand 110 zurück. Der Magnetfluss durch benachbarte Pole 216 ist als Ergebnis der wechselnden Polaritäten der Pole 216 seitlich gebogen.
Die Anzahl der Pole 216 sollte wenigstens gleich der Anzahl der Magneten 320 oder ein ganzzahliges Vielfaches, z. B. zwei im Fall der beschriebenen Ausführungsform, sein, wodurch eine symmetrische Ausrichtung in Winkelrichtung zwischen ihnen ermöglicht wird. Die Feder 340 ist in Winkelrichtung so angeordnet, dass die vier Magneten 320 in der mittleren Position der Welle 310 in Winkelrichtung auf entsprechende, jeweils andere Pole 216 ausgerichtet sind (7A oder 7B). Genauer ist in dieser Position der Magnet 320 symmetrisch zwischen einem entsprechenden Paar von Polen 216 positioniert, die die beiden Pole 216 sind, die sich direkt auf gegenüberliegenden Seiten des Pols 216 befinden, auf die der Magnet 320 ausgerichtet ist.
Während eines positiven Halbzyklus des Erregungsstroms wird jeder Magnet 320 durch das benachbarte Polstück 216 auf einer, der vorderen Seite angezogen (gezogen), während er gleichzeitig durch jenes auf der gegenüberliegenden, hinteren Seite abgestoßen (geschoben) wird, wodurch die Rotorwelle 310 beispielsweise im Uhrzeigersinn gedreht wird. Sobald der Erregungsstrom in den negativen Halbzyklus übergeht, werden die Magneten 320 in der entgegengesetzten Richtung angezogen bzw. abgestoßen, wodurch die Welle 310 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Daher führt die Welle 310 bei wiederholten Umkehrungen des Erregungsstroms an ihrem Abtriebsende 312 Oszillationen aus, um einen in Winkelrichtung hin und her gehenden Antrieb bereitzustellen.
Die Amplitude oder der Winkel, über die bzw. den die Abtriebswelle 310 oszilliert, kann durch Ändern der Frequenz des Erregungsstroms in einer inversen Beziehung geändert werden. Beispielsweise beträgt der Oszillationswinkel etwa 14°, wenn der Erregungsstrom eine Frequenz von 200 Hz hat (7A), oder aber er beträgt 6°, wenn der Erregungsstrom eine Frequenz von 250 Hz hat (7B).
Zwischen der Amplitude und dem Drehmoment der Winkelbewegung sollte ein optimales Gleichgewicht vorhanden sein. Insbesondere ist die Amplitude relativ wichtiger, wenn der betreffende Aktuator 10 in einer elektrischen Zahnbürste 20 verwendet wird (8), da sie das Ausmaß festlegt, in dem ein Bürstenkopf 21 hin und her bewegt wird, d. h., dass durch die Amplitude die Bürststrecke bestimmt ist.
Der Bürstenkopf 21 ist am vorderen Ende eines Schafts 22 befestigt, dessen hinteres Ende mit dem Abtriebsende 312 der Welle 310 des Aktuators 10 lösbar gekoppelt ist, um eine Winkeloszillation auszuführen. Die Zahnbürste 20 umfasst einen Körper in Form eines lang gestreckten Griffs 23, der den Aktuator 10 in seinem vorderen Ende aufnimmt, während in seinem hinteren Ende eine elektronische Steuerschaltung 24 angeordnet ist, die von einer Batteriezelle 25 mit Leistung versorgt wird, um den oben genannten Erregungsstrom für den Aktuator 10 zu erzeugen. Auf einer Seite des Griffs 23 ist ein Druckschalter 26 vorgesehen, der den Aktuator 10 ein- und ausschaltet.
Im Betrieb schwingt der Bürstenkopf 21 um die Achse des Schafts 22 oder des Griffs 23 schnell und mit der gleichen Frequenz wie der Erregungsstrom nach oben und nach unten, um eine herkömmliche manuelle Bürstwirkung zu simulieren.
Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die Wechselwirkung zwischen den Magneten 320 des Rotors 300 und dem sich umkehrenden Magnetfeld des Stator-Elektromagneten 200 theoretisch zwar nicht vom Vorhandensein der Torsionsfeder 340 abhängt, ihre Verwendung wird aber dennoch bevorzugt. In einem oszillierenden System sollte die Feder 340 so gewählt sein, dass sie einen Elastizitätskoeffizienten besitzt, derart, dass in dem System eine Resonanz bei der Oszillationsfrequenz, d. h. bei der Frequenz des Erregungsstroms, auftritt, um eine maximale Oszillationsamplitude zu erzielen.
Es kann in Betracht gezogen werden, den elektrischen Aktuator 10 in anderen Typen elektrischer Handwerkzeuge wie etwa einem Drehschleifer oder einem Drehpolierer zu verwenden.
Die Erfindung ist lediglich beispielhaft angegeben worden, wobei der Fachmann viele verschiedene Abwandlungen und/oder Änderungen an der beschriebenen Ausführungsform vornehmen kann, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der durch die beigefügten Ansprüche bestimmt ist.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen elektrischen Aktuator (10) für die Erzeugung eines in Winkelrichtung hin und her gehenden Antriebs, der ein Gehäuse (100), einen Stator (200), der in dem Gehäuse untergebracht ist, und einen Rotor (300), der koaxial durch den Stator verläuft, umfasst. Der Stator besitzt eine ringförmige Anordnung von Polen (216) und eine Spule (220), die durch einen Wechselstrom erregt wird, um die Pole so zu magnetisieren, dass sie zu jeweils benachbarten Polen eine entgegengesetzte Polarität besitzen. Der Rotor besitzt eine Welle (310), die von dem Gehäuse für eine Winkelbewegung unterstützt ist, und mehrere Permanentmagneten (320), die an der und um die Welle fest angebracht sind. Die Magneten besitzen proximale Seiten zwischen benachbarten Magneten mit entgegengesetzten Polaritäten, wodurch bei wiederholten Umkehrungen des Wechselstroms die Magneten mit den Polen magnetisch in Wechselwirkung stehen, wodurch die Welle zu Oszillationen veranlasst wird und der Antrieb geschaffen wird.

Claims

Elektrischer Aktuator (10), der einen in Winkelrichtung hin und her gehenden Antrieb bereitstellt und ein Gehäuse (100), einen in dem Gehäuse (100) untergebrachten Stator (200) und einen axial durch den Stator (200) verlaufenden Rotor (300) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (200) eine ringförmige Anordnung von Polen (216) und eine Spule, die durch einen Wechselstrom erregt wird und die Pole (216) so magnetisiert, dass sie zu jeweils benachbarten Polen eine entgegengesetzte Polarität besitzen, umfasst, der Rotor (300) eine Welle (310), die von dem Gehäuse (100) für eine Winkelbewegung unterstützt ist, sowie mehrere Permanentmagneten (320), die an der und um die Welle (310) fest angebracht sind, umfasst und die Magneten (320) proximate Seiten zwischen benachbarten Magneten besitzen, die entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, wobei bei wiederholten Umkehrungen des Wechselstroms die Magneten mit den Polen (216) magnetisch in Wechselwirkung stehen, um die Welle (310) zu einer Oszillation zu veranlassen, wodurch der Antrieb geschaffen wird.
Elektrischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Magneten an Positionen befinden, die in Winkelrichtung um die Welle (310) im Wesentlichen gleich beabstandet sind.
Elektrischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Magnet (320) lang gestreckt ist und sich im Wesentlichen in der gleichen Richtung wie die Welle (310) erstreckt.
Elektrischer Aktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Magnet (320) eine flache Oberfläche besitzt und die Welle (310) eine entsprechende flache Oberfläche besitzt, an der der Magnet (310) mit seiner flachen Oberfläche anliegt.
Elektrischer Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneten (310) in gleichem Winkelabstand um einen Abschnitt der Welle (310) positioniert sind, der einen im Wesentlichen polygonförmigen Querschnitt hat, der mehrere flache Oberflächen aufweist, durch die die jeweiligen Magneten (310) positioniert sind.
Elektrischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Magnet (310) gegenüberliegende Enden besitzt und sich im Wesentlichen parallel zu der Welle (310) erstreckt und dass die Magneten (320) an der Welle (310) durch ein Paar Anbringungselemente befestigt sind, die die entsprechenden gegenüberliegenden Enden der Magneten (320) umgeben.
Elektrischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole (316) in zwei Gruppen aus jeweils abwechselnden Polen (216A, 216B) unterteilt sind und der Stator (200) ein Paar ferromagnetischer ringförmiger Elemente besitzt, die sich an seinen gegenüberliegenden Enden befinden, wobei jedes Element mit einer entsprechenden Gruppe abwechselnder Pole verbunden ist, um mit derselben Polarität magnetisiert zu werden.
Elektrischer Aktuator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole zwischen den beiden Gruppen (216A, 216B) in entgegengesetzten Richtungen verschoben sind, um eine Verbindung mit den entsprechenden ringförmigen Elementen zu ermöglichen.
Elektrischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator eine Haspel (210) besitzt, um die die Spule (220) gewickelt ist und in der die Pole (216) angeordnet sind.
Elektrischer Aktuator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Haspel (210) an ihren gegenüberliegenden Enden ein Paar ringförmiger Flansche (212) aufweist, zwischen denen die Spule (220) gewickelt ist.
Elektrischer Aktuator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Haspel (210) auf ihrer inneren Oberfläche mehrere Nuten aufweist, wovon sich jede relativ zu der Haspel (210) axial erstreckt und einen entsprechenden Pol (216) aufnimmt.
Elektrischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole (216) und die Magneten (320) jeweils in gleichem Winkelabstand positioniert sind und dass die Anzahl der Pole (216) gleich der Anzahl der Magneten (320) oder ein ganzzahliges Vielfaches hiervon ist.
Elektrischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (300) eine Torsionsfeder (340) aufweist, die die Welle (310) in eine mittlere Winkelposition in Bezug auf das Gehäuse (100) vorbelastet, wobei die Welle (310) um die mittlere Position oszilliert.
Elektrischer Aktuator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole (216) und die Magneten (320) in der Weise positioniert sind, dass jeder Magnet (320) symmetrisch zwischen einem entsprechenden Paar von Polen (216) positioniert ist, wenn sich die Welle (310) in ihrer mittleren Position befindet.
Elektrischer Aktuator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder eine Schraubenfeder (340) umfasst, die auf der Welle (310) koaxial angeordnet ist.
Elektrischer Aktuator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder ein erstes Ende, das mit einem festen Element an der Welle (310) in Eingriff ist, und ein zweites Ende, das mit einer Stirnkappe des Gehäuses (100) in Eingriff ist, aufweist.
Elektrischer Aktuator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das feste Element ein an der Welle (310) fest angebrachtes exzentrisches Gewicht umfasst.
Elektrischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (300) ein an der Welle (310) fest angebrachtes exzentrisches Gewicht umfasst.
Elektrischer Aktuator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das exzentrische Gewicht einen Hauptkörper besitzt, der sich in einer Querebene teilweise um die Welle (310) erstreckt.
Elektrisches Handwerkzeug, das den elektrischen Aktuator nach Anspruch 1 umfasst und einen Körper, der den Aktuator aufnimmt, sowie ein Instrument, das mit einem Abtriebsende der Welle (310) verbunden werden kann, um zu einer Hin- und Herbewegung angetrieben zu werden, umfasst.
Elektrisches Handwerkzeug nach Anspruch 20, das eine elektrische Zahnbürste ist, wobei der Körper einen Griff umfasst und das Instrument einen Bürstenkopf umfasst.