JP4890245B2 - 振動変位を発生させるための電気モータを有する小型電気器具 - Google Patents

振動変位を発生させるための電気モータを有する小型電気器具 Download PDF

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Description

本発明は、振動動作を発生させるための電気モータを有する小型電気器具に関する。当該小型電気器具は、特に、電気シェーバー又は電動歯ブラシであっても良い。
シェービングカッターの往復運転動作を伴うドライ・シェービング器具の振動電機子駆動部は、DE1151307A(特許文献1参照。)から知られる。既知の振動電機子駆動部は、シェービング器具の筐体に固定されたU型電磁石を有する。固定された電磁石の極の近くに作用電機子と、質量対称での作用電機子の一端においては、夫々の振動補償電機子とが配置されている。動作時に、シェービングカッターを駆動する作用電機子は、電磁石の電極面に沿って振動し、補償電機子は、作用電機子の振動がシェービング器具の筐体上に伝わることをできる限り防ぐために、作用電機子に対して反対の位相で振動動作を実行する。
DE19680506T1(特許文献2参照。)は、電磁石を用いて互いに対して反対の位相で振動を生ずる固定電磁石と幾つかの可動部品とを有する直線振動モータを有する電気シェービング器具を開示する。荷重のかかった状態でも可動部品の相互の位相関係を維持するために、前記部品は、同時に反対方向で、一つの可動部品から他の可動部品へ振動動作を伝える連鎖機構によって相互に連結されている。
DE19781664C2(特許文献3参照。)から、電磁石コイルを有する中空円筒型のステータを有する直線駆動部を有する電気シェーバーが知られる。ステータには、互いに対して反対の位相で駆動される二つの可動要素が配置され、一つの要素はシェービングカッターを駆動し、一方、もう一つの要素は、望ましくない振動を抑制するカウンターウェイトを有しても良い。
EP1193844A1(特許文献4参照。)から、ステータとして構成された筐体が往復動作を実行するローターを適応させる直線振動が知られる。また、筐体では、ローターの振動振幅を制御するためにスピンドルが可動式に配置されている。ローター及びスピンドルは、バネによって、互い及び筐体に結合されている。直線振動子によって発生した振動動作は、ローター又はスピンドルのいずれかで相殺されうる。
DE1151307A DE19680506T1 DE19781664C2 EP1193844A1
本発明は、可能な限り最適な方法で小型電気器具の少なくとも一つの作用ユニットを駆動することを目的とする。
上記目的は、請求項1による特徴の組み合わせによって達成される。
本発明の小型電気器具は、少なくとも一つの振動動作を発生させるための電気モータを有する。該電気モータは、二つの駆動部品を有する。該駆動部品のうちの一つは、少なくとも一つの第一の弾性要素を介して少なくとも一つの可動部品に接続され、電気コイルの磁界によって振動動作を実行するよう励振されうる。本発明の小型電気器具の特別な特徴は、両駆動部品が相互に互いを駆動し、互いに対して反対の位相で振動動作を実行するために当該小型電気器具内に可動式に配置されていることである。
本発明の一つの利点は、当該小型電気器具が高い効率を伴う低い振動での動作を実現することである。他の利点は、電気モータが最初から二つの振動動作を発生することである。従って、これら二つの動作は、如何なる付加的な設備も用いずに得られる。最後に、可動部品が第一の弾性要素を介して駆動部品の一つに接続されることが有利である。これは、第一の弾性要素を適切に必要な大きさにすることによって部品の動きに影響を及ぼす実現性を提供するからである。従って、全体として見ると、比較的単純な構成の電気モータは、夫々の用途に適応した動作特性を有する多種多様な駆動動作を作り出すために使用されうる。
原則として、前記二つの駆動部品は、少なくとも一つの第二の弾性要素によって互いに結合されている。この配置では、前記第二の弾性要素のスプリング力が前記第一の弾性要素のスプリング力よりも大きいことが、多数の用途に対して有利である。望ましくは、前記可動部品と、該可動部品が前記第一の弾性要素を介して接続された前記駆動部品とは、互いに対して反対の位相で振動動作を実行する。
本発明の一つの実施例において、前記可動部品は、有用な動作が前記第一の弾性要素により分離されるように、第一の作用ユニットとして構成される。他の実施例では、前記可動部品は、バランスウェイトとして構成される。バランスウェイトは、望ましくない振動を補償するよう働くので、この実施例は、筐体と同じく、非常に僅かにしか望ましくない振動を伴わない小型電気器具の動作を可能にする。
前記電気モータは、少なくとも一つの第二の作用ユニットを駆動しても良い。前記第二の作用ユニットは、前記駆動部品の一つにしっかりと接続されても良い。望ましくは、前記二つの作用ユニットは、互いに対して反対の位相で振動動作を実行するので、二つの作用ユニットの動作から、適切な大きさの望ましくない振動も生じない。多くの用途において、前記二つの作用ユニットは、異なる振幅及び/又は異なる周波数で振動動作を実行することが有利である。これは、より大きな支出を伴わずに本発明の小型電気器具を実現する。特に、本発明の小型電気器具は、前記電気コイルを介して前記二つの作用ユニットの振動動作の振幅を個別に制御する実現性を提供する。これは、夫々の動作状況に対する最適な適応を可能とする。また、状況下で、前記二つの作用ユニットを同じ駆動部品に結合することも有利でありうる。その場合には、特に、一つの作用ユニットは、第一の弾性要素を介して結合され、他の作用ユニットはしっかりと結合されている。
例えば電気シェービング器具のような、本発明の小型電気器具の一つの実施例では、前記電気モータは、直線振動モータとして構成される。例えば電動歯ブラシのような、本発明の小型電気器具の他の実施例では、前記電気モータは、回転振動モータとして構成される。前記回転振動モータは、更に、連続的な回転動作を実行するよう変形されることができる。
本発明を、添付の図面で表されている実施例を参照して、以下で説明する。
図1は、ステータレス直線モータを有する本発明の電気シェービング器具の一実施例を側面図で示す。ステータレス直線モータの関連する平面図は、図2で示されている。ステータレス直線モータは、僅かな距離だけ互いから間隔を空けられた第一のローター1及び第二のローター2を有する。第一のローター1は、第二のローター2の方向で広がっている二つの脚4を有する鉄心3を有する。夫々の脚には、巻き線型コイル5が配置されている。巻き線型コイル5は、離された個々のコイル又は共有されたコイルとして実施可能である。第二のローター2は、磁極の夫々一つが第一のローター1の鉄心3に向かうように、共通の搬送板7の上に逆の極性で並行して配置された三つの永久磁石6を有する。鉄心3と同じく、搬送板7は鉄材から作られている。二つのローター1及び2は、永久磁石6が僅かなエアギャップ8のみによって鉄心3の夫々の隣り合う脚4の夫々の端から離されるように、互いに対して極めて接近して並行に配置されている。エアギャップ8の幅は、鉄心3及び搬送板7の側面に夫々取り付けられた二つの重ね板バネ9によって予め決められる。重ね板バネ9は、それらによって決められた平面において剛体のように働くよう設計される一方で、弾性的にそれに対して直角に曲がる。図1に表された実施例に関して、これは、二つのローター1及び2が、重ね板バネ9によって作られた復元力に勝る場合に、その間に左右への夫々の動作を実行しても良いが、それらの夫々の距離及びそれによるエアギャップ8の幅が実際上は変更されないままであることを意味する。従って、第一のローター1及び第二のローター2が夫々直線振動動作を実行する振動システムが得られる。二つのローター1及び2の動作の方向は、互いに対して反対である。即ち、振動は、互いに対して反対の位相である。
振動は、動くように設定され、コイル5を流れる電流によって保持される。コイル5は、電磁石として夫々動作し、永久磁石6に作用して、コイル5と永久磁石6との間の相対的な動作を作る磁界を鉄心3と共に発生させる。適切な制御下では、コイル4で作られる夫々の磁界の極性を反転し、二つのローター1及び2を逆位相で振動させることが可能である。従って、第一のローター1は、従来の直線モータのステータの駆動機能を実行するが、このようなステータとは異なり、固定式ではなくて可動式である。他の結果の中では、これは、別な風の同一の状態の下で、従来の直線モータのステータ及びローターの相対速度の2倍の相対速度で動くステータレス直線モータの二つのローター1及び2をもたらす。従って、相対的に高い効率が達成可能である。
図1で示されている実施例では、第一のローター1は、電気シェービング器具の第一のシェービングカッター10を駆動し、第二のローター2は、第二のシェービングカッター11を駆動する。この目的のために、第一のシェービングカッター10は、第一の接続部材12を用いて第一のローター1にしっかりと接続されており、第二のシェービングカッター11は、第二の接続部材13を用いて第二のローター2にしっかりと接続されている。図1では、シェービングカッター10及び11並びに接続部材12及び13は、前後に並べられているので、個々の部品として可視的ではない。第一のシェービングホイル14及び第二のシェービングホイル15は、二つのシェービングカッター10及び11の極めて近くに配置されており、第一のシェービングヘッド部16及び第二のシェービングヘッド部17に夫々組み込まれている。第一のシェービングヘッド部16は、重ね板バネ18を用いて第一のローター1に接続されている。第二のシェービングヘッド部17は、重ね板バネ19を用いて第二のローター2に接続されている。最後に、第一のシェービングヘッド部16及び第二のシェービングヘッド部17は、夫々、重ね板バネ20と重ね板バネ21とを用いて電気シェービング器具の筐体22に可動式に吊るされている。重ね板バネ9、18、19、20及び21は、重ね板バネ9が最も堅いように、それらの剛性に等級をつけられている。重ね板バネ18及び19は、同じ剛度で作られており、重ね板バネ9よりも幾分弱い。重ね板バネ20及び21は、同様に、同じ剛度で作られており、最も弱い。上記部品で作られた振動システムを図3に表す。
図3は、図1で表されている部品によって形成された振動システムのブロック図を示す。この配置では、個々のブロックは、連帯して動作する部品の塊を表し、関連する部品の参照番号によって相応に識別される。重ね板バネ9、18、19、20及び21は、隣り合うブロック間に描かれたバネ記号によって表されている。最後に、二つのローター1と2との間に働く磁力Fは、双方向矢印の形で示されている。ローター1及び2並びにそれらに接続されたシェービングカッター10及び11の共振周波数で望ましくは周期的に動作する磁力Fの存在するところで、ローター1及び2と、対応して、それらにしっかりと接続されたシェービングカッター10及び11とは、およそ2mmの標準的な振動振幅で逆位相で振動する。ローター1及び2の振動は、シェービングホイル14及び15を含むシェービングヘッド部16及び17に重ね板バネ18及び19を介して伝えられる。重ね板バネ18及び19が比較的弱いと考えると、シェービングヘッド部16及び17は、極めてより低い振幅で振動させられる。シェービングヘッド部16及び17の振動振幅及びそれに伴うシェービングホイル14及び15の振動振幅の標準値は、ほぼ0.2mm程度である。更に、シェービングホイル14及び15の振動は、シェービングカッター10及び11の振動に対して逆位相である。最後に、重ね板バネ20及び21は、また、シェービングヘッド部16及び17の振動を筐体22に伝える。しかし、重ね板バネ20及び21は非常に弱く、筐体22は大きな質量を有するので、筐体22へのエネルギー伝達は非常に低い。更に、振動の逆位相は、また、補償効果を生じうる。
概して、図1で表されているステータレス直線モータでは、第一のシェービングカッター10、第二のシェービングカッター11、第一のシェービングホイル14及び第二のシェービングホイル15は、歯車装置又は類似する補助装置の補助を伴わずに、夫々異なる大きさで振動することができる。二つのシェービングカッター10及び11は、互いに対して反対の位相で、且つ、関連するシェービングホイル14及び15に対して夫々反対の位相で振動する。
図4は、本発明の電気シェービング装置の第二の実施例を側面図で示す。図1と対照的に、第二の実施例のステータレス直線モータは、90度だけ回転された位置で電気シェービング器具に取り付けられている。即ち、選択された図では、二つのローター1及び2は前後に配置されずに、上下に配置されている。先と同じく、二つのローター1及び2は、重ね板バネ9を介して互いに接続されている。第一のシェービングカッター10及び第二のシェービングカッター11は、第一の接続部材12及び第二の接続部材13を用いて第二のローター2に接続されている。第一のシェービングホイル14及び第二のシェービングヘッド部16並びに第二のシェービングホイル15及び第二のシェービングヘッド部17は、同様に、重ね板バネ18及び19を介して第二のローター2に接続され、更に、重ね板バネ20及び21を用いて筐体22に吊るされている。これは、第二の実施例において、第一のローター1が駆動機能を有さないが、自由に振動することを意味する。システム全体の振動動作について、図5を参照して更に詳細に説明する。
図5は、図3と同様に、図4で表されている部品によって形成される振動システムのブロック図を示す。振動動作は、接続部材12及び13並びにシェービングカッター10及び11を含む第二のローター2の質量に対する第一のローター1の質量の比に極めて依存する。質量が異なる大きさである場合には、第一及び第二のローター1及び2の相応に異なる振動振幅がパルス維持のために大きくなりうる。第一のシェービングカッター10及び第二のシェービングカッター11の振動振幅が荷重を受けて極めて大幅に落ちることを防ぐために、重ね板バネ9のスプリング力は、シェービングホイル14及び15でのシェービングカッター10及び11の摩擦力よりも極めて大きくあるべきである。更に、第一のローター1の重心と、接続部材12及び13並びにシェービングカッター10及び11を含む第二のローター2の重心と、シェービングホイル14及び15を含むシェービングヘッド部16及び17の重心とは、静止の位置で上下に位置するべきである。これら三つの重心の振動を図6に示す。
図6は、図4で表されている電気シェービング器具の実施例の部品の重心又は部品の集合の振動のダイアグラムを示す。時間tは、横座標にプロットされ、静止位置からの重心の偏位Aが縦軸にプロットされている。第一のローター1の重心の振動は、破線として表されている。接続部材12及び13並びにシェービングカッター10及び11を含む第二のローター2の重心によって実行する振動は、実線として示されている。点線は、シェービングホイル14及び15を含むシェービングヘッド部16及び17の重心の振動を表す。図解の目的のために、それらに接続された部品を含む第一のローター1及び第二のローター2の質量は等しく選択されているので、第一のローター1及び第二のローター2は、同じ振動振幅で互いに対して反対の位相で振動する。シェービングホイル14及び15を含むシェービングヘッド部16及び17は、同様に、第二のローター2に対して反対の位相で振動するが、十分により低い振動振幅を有する。
図7は、二つの異なる振動周波数に対するステータレス直線モータの一実施例を側面図で示す。この実施例では、第一のローター1は、螺旋状のバネ23を介して第一のバランスウェイト24に接続されており、一方、螺旋状のバネ25は、第二のローター2を第二のバランスウェイト26に接続する。螺旋状のバネ23及び25は、図7ではそのうちの一つしか示されていない重ね板バネ9よりも極めて高いバネ定数を有する。二つのローター1及び2並びに二つのバランスウェイト24及び25は、両方とも、非常に弱い構造の重ね板バネ27を介して筐体22に直線的に可動であるように吊るされているので、非常に低い振動が筐体22に伝えられる。第一のローター1、その一方にある螺旋状のバネ23及び第一のバランスウェイト24、並びに第二のローター2、その一方にある螺旋状のバネ25及びバランスウェイト26は、夫々、コイル5に対する適切な電圧信号の適用によって振動を起こすことができる振動システムを形成する。二つの振動システムが異なる共振周波数を有するように構成されている場合には、これらは、電圧信号内の二つの適切な励振周波数により選択的に振動させられうるので、二つの振動システムの振動振幅が個別に影響を及ぼされることを可能にする。同様に、二つの振動システムに結合されたシェービングカッター10及び11並びにシェービングホイル14及び15の振動振幅も影響を及ぼされうる。電圧信号によるこの個別制御の可能性は、また、例えば、図4で表わされている実施例及び本発明の更なる実施例において、用途を見つけても良い。
図8は、図3と同様に、図7で表わされているステータレス直線モータのブロック図を示す。第一のローター1及び第一のバランスウェイト24は、互いに対して反対の位相で振動動作を生じさせる。同様に、第二のローター2及び第二のバランスウェイト26は、互いに対して反対の位相で振動する。この逆位相関係により、振動が如何に大きな程度でも筐体22に伝えられることを防ぐことが可能である。これらの振動の周波数は、原則として、二つの振動システムの共振周波数に対応する。振動振幅は、コイル5の駆動により個別に影響を及ぼされうる。
本発明は、電気シェービング器具及び直線モータを有する他の小型電気器具に限定されず、例えば電動歯ブラシのような、回転モータを装備した小型電気器具でも使用されて良い。これを図9から12に表わす。
図9は、ステータレス回転モータの実施例を側面図で示す。ステータレス回転モータは、ステータレス直線モータに類似する機能部品を有する。しかし、これらの機能部品は、回転動作が直線動作の代わりに作られるように、変形されている。従って、ステータレス回転モータは、回転可能であるように吊るされ、鉄材から作られた外部ローター28を有する。外部ローター28は、コイル5内の部分に、しかしそれに触れることなく広がっており、それによって外部ローター28は固定コイル5に対して回転することが可能となる。鉄材から作られたローター鉄心30及びそれに取り付けられた永久磁石6を有する内部ローター29は、外部ローター28内に配置されている。内部ローター29は、同じく回転可能であるように吊るされており、外部ローター28及び内部ローター29は、共有の回転軸31を有する。更に、回転モータは、また、外部ローター28と内部ローター29との間に配置された螺旋状のバネ32及び外部ローター28と中空円筒形部材34との間に配置された螺旋状のバネ33の組を有する。中空円筒形部材34は、筐体22の部品部分であっても、又は図示されていないバネによって筐体22に吊るされていても良く、電動歯ブラシに関する場合には、歯ブラシ取付け部に接続されても良い。従って、回転モータは、二つの共振周波数を有する。回転モータの制御に関して、直線モータの制御に関する上記説明が同じように適用される。ステータレス回転モータが小型電気器具において特定の用途を見出す場合には、望ましくは、一つ又は幾つかのねじりバネが、二組の螺旋状のバネ32及び33に代わって使用される。
図10は、ステータレス回転モータの更なる実施例を側面図で示す。この実施例は、コイル5が内部ローター29の部品部分であって、永久磁石6が外部ローター28の部品部分である点で、図9とは本質的に異なる。
図11は、図10と比べて再度変形された、ステータレス回転モータの一実施例を側面図で示す。この実施例では、永久磁石6の配置のみが図10とは異なる。変形配置のために、外部ローター28及び内部ローター29は、図11の表示において垂直方向に広がる直線振動を生ずる。
図12は、連続的な回転動作を起こすことのできるステータレス回転モータの一実施例を側面図で示す。この実施例では、外部ローター28は、永久磁石6を備え、内部ローター29は、幾つかのコイル5を有する。螺旋状のバネ33は、外部ローター28と中空円筒形部材34との間に設置されている。内部ローター29が自由に回転することを可能にするために、螺旋状のバネ32は、内部ローター29に取り付けられていない。内部ローター29の回転動作は、コイル5に交互に直流電圧を印加することにより作られる。これは、電子スイッチ装置の補助を有する既知の方法で実現可能である。交流電圧が直流電圧の上に重ねられると、外部ローター28は、螺旋状のバネ33を介して筐体22に伝えられる回転振動を実行するように振動を生じさせられる。望ましくは、交流電圧の振幅が直流電圧を超えないように制御が成される。螺旋状のバネ33のスプリング力は、中空円筒形部材34の所望の振動を発生するように選ばれる。
変形された構成では、振動動作は、内部ローター29をアンバランスにすることによって発生する。それによって引き起こされた振動の振幅は、振動動作の共振周波数に関する内部ローター29の共振周波数の選択によって影響を及ぼされうる。
本発明によって構成され、ステータレス直線モータを有する電気シェービング器具の一実施例の側面図である。 図1の電気シェービング器具のステータレス直線モータの平面図である。 図1で表された部品によって形成される振動システムのブロック図である。 本発明によって構成される電気シェービング器具の第二の実施例の側面図である。 図3と同様に、図4で表される部品によって形成される振動システムのブロック図である。 第一のローターと、接続部材及びシェービングカッターを含む第二のローターと、シェービングホイルを含むシェービングヘッド部との重心に関する振動動作を示すグラフである。 二つの異なる振動周波数に対するステータレス直線モータの一実施例の側面図である。 図3と同様に、図7で表されているステータレス直線モータのブロック図である。 ステータレス回転モータの一実施例の側面図である。 ステータレス回転モータの他の実施例の側面図である。 図10と比べて再度変形された、ステータレス回転モータの一実施例の側面図である。 連続的な回転動作を実行することのできるステータレス回転モータの一実施例の側面図である。

Claims (17)

  1. 電気モータを有し、少なくとも一つの振動動作を発生させる小型電気器具であって、
    二つの駆動部品を有し、
    前記二つの駆動部品のうちの一方は、少なくとも一つの第一の弾性要素によって少なくとも一つの可動部品に接続され、電気コイルの磁界によって振動動作を行うよう励振されるようになっており、
    前記二つの駆動部品のうちの他方は、前記電気コイルとの作用により磁界を形成する手段を有しており
    前記二つの駆動部品は、相互に互いを駆動し、夫々が、互いに対して反対の位相で前記振動動作の行うために当該小型電気器具内に可動式に配置されている
    ことを特徴とする小型電気器具。
  2. 前記二つの駆動部品は、少なくとも一つの第二の弾性要素によって互いに結合されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の小型電気器具。
  3. 前記第二の弾性要素のスプリング力は、前記第一の弾性要素のスプリング力よりも大きい
    ことを特徴とする請求項2に記載の小型電気器具。
  4. 前記可動部品と、該可動部品が前記第一の弾性要素を介して接続された駆動部品とは、互いに対して反対の位相で振動動作を行う
    ことを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一項に記載の小型電気器具。
  5. 前記可動部品は、第一の作用ユニットとして構成される
    ことを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか一項に記載の小型電気器具。
  6. 前記可動部品は、バランスウェイトとして構成される
    ことを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか一項に記載の小型電気器具。
  7. 前記電気モータは、少なくとも一つの第二の作用ユニットを駆動する
    ことを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれか一項に記載の小型電気器具。
  8. 前記第二の作用ユニットは、前記二つの駆動部品のうちの一つに堅固に接続されていることを特徴とする請求項7に記載の小型電気器具。
  9. 前記第一の作用ユニット及び前記第二の作用ユニットは、互いに対して反対の位相で振動動作を行う
    ことを特徴とする請求項7または8に記載の小型電気器具。
  10. 前記第一の作用ユニット及び前記第二の作用ユニットは、異なる振幅及び/又は異なる周波数で振動動作を行う
    ことを特徴とする請求項7乃至9のうちいずれか一項に記載の小型電気器具。
  11. 前記第一の作用ユニット及び前記第二の作用ユニットの振動動作の振幅は、前記電気コイルを介して個別に制御可能である
    ことを特徴とする請求項7乃至10のうちいずれか一項に記載の小型電気器具。
  12. 前記第一の作用ユニット及び前記第二の作用ユニットは、同じ駆動部品に結合されている
    ことを特徴とする請求項7乃至11のうちいずれか一項に記載の小型電気器具。
  13. 前記電気モータは、直線振動モータとして構成されている
    ことを特徴とする請求項1乃至12のうちいずれか一項に記載の小型電気器具。
  14. 電気シェービング器具として構成されている
    ことを特徴とする請求項13記載の小型電気器具。
  15. 前記電気モータは、回転振動モータとして構成されている
    ことを特徴とする請求項1乃至12のうちいずれか一項に記載の小型電気器具。
  16. 前記回転振動モータは、更に、連続的な回転動作を行う
    ことを特徴とする請求項15に記載の小型電気器具。
  17. 電動歯ブラシとして構成されている
    ことを特徴とする請求項15または16に記載の小型電気器具。
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