JP5579835B2 - 小型電気器具用の電動モータ - Google Patents

Description

本発明は、小型電気器具用の電動モータに関する。本発明は更に、そのようなモータを有する小型電気器具と、電動モータの作動方法とに関する。

回転及び線形振動運動を生成し得る電動モータは既知であり、例えば電動歯ブラシに使用されている。

この目的のために提供される既知のモータはＤＣモータであり、続いて、伝動装置の補助により、又は第１の駆動ユニット内で線形運動を生成し、かつ第２の駆動ユニット内で回転運動を生成することにより、回転運動を更なる線形運動に変換する。

国際公開第２００５／０６２４４５号に記載されている電動モータは、２つの振動モータ構成要素と、複数の永久磁石による磁石構成体とを有する。コイルは磁界を生成し、この磁界は、磁石構成体との相互作用により、振動構成要素の線形振動運動を励起する力を生成するために提供される。コイル及び磁石構成体により生成される磁界の相互作用は、第２の振動モータ構成要素の回転振動運動を生成するためのトルクを更に生成する。

国際公開第２００５／０６２４４５号

本発明の目的は、小型器具用の、小型で費用効率の高い、簡素な構造の電動モータ、及びそのような電動モータの作動方法を提供することにある。

この目的は、請求項１の特徴を有する電動モータ、及び請求項９の特徴を有する電動モータにより満たされる。本発明による電動モータを有する小型電気器具は、請求項１２の主題である。目的は、方法に関しては、請求項１５の特徴を有する電動モータの回転子の並進振動運動の生成方法により満たされる。従属請求項はそれぞれ、好ましい実施形態に関する。

小型電気器具のための本発明による電動モータは、回転子及び固定子と、磁界を生成のためのコイルとを有する。第１の磁石構成体は、コイルにより生成された磁界との相互作用により、回転子の回転運動を励起するための力を生成する少なくとも１つの永久磁石を有する。本発明による電動モータは、特に、第２の磁石構成体が提供されることを特徴とし、この第２の磁石構成体は、回転子の並進振動運動が、内部を電流が流れるコイルの導体上の第２の永久磁石の界内に作用するローレンツ力により達成されるよう配置されている、少なくとも１つの第２の永久磁石を含む。

２つの異なる物理的原理が、一方では回転運動を生成し、他方では並進運動を生成するために、本発明による電動モータの補助と組み合わされている。回転運動は、第１の磁石構成体及びコイルを用いて、それ自体既知の様式で生成される。コイルの補助により磁束が生成される、コイルを有する鉄心を、例えば固定子として、駆動部の中心部内に提供してもよい。包囲状に配置された永久磁石は、磁束方向に一致するよう整列するため、包囲する回転子の回転運動が行われる。

請求項１によれば、少なくとも１つの永久磁石を有する本発明による第２の磁石構成体が提供され、この少なくとも１つの永久磁石は、内部を電流が流れるコイルの導体上に磁気ローレンツ力を生成する。固定されたコイルにより、これは、少なくとも１つの第２の永久磁石の、並進方向での相対的な運動を意味する。内部を電流が流れるコイルの導体上の磁石構成体のローレンツ力を使用することにより、小型器具用の小型で、簡素かつ費用効率の高い電動モータの実施形態が可能である。駆動部の構造のための個々の部品が低減される。

少なくとも１つの第２の永久磁石の相対的な並進運動と、回転子の回転運動とを結合させて、結合された回転運動と線形運動を得ることは一般に可能である。しかしながら、第２の永久磁石が回転子と共に運動し、特に、第２の永久磁石が回転子に接続されている場合、特に簡素である。そうすれば、回転子の回転運動と少なくとも第２の永久磁石の線形運動とが自動的に組み合わされて、結合された運動となる。

少なくとも１つの第２の永久磁石は、その第２の永久磁石が、磁界に影響を与える他の界が存在しない場合、回転子の回転軸と実質的に平行に整列される界を生成するよう配置されてもよい。これは特に、少なくとも１つの第２の永久磁石が、コイルの上方又は下方にて回転子の回転軸に対称的に整列されて配置された場合、簡素な様式で達成され得る。このような配置により、例えば、第２の永久磁石をコイルの上方及び下方の両方に提供して、所望の効果の２倍を提供することができる。このような少なくとも１つの第２の永久磁石の配置により生成される磁束は、特に、回転軸に対して垂直に整列されたコイルの導体領域上に作用する。

別の実施形態は、磁石の界に影響を与える他の要素が存在しない場合、回転子の回転軸に対して実質的に径方向に界を生成するよう配置されている少なくとも１つの第２の永久磁石を提供する。この少なくとも１つの第２の永久磁石の配置により生成される磁束は、特に、回転軸に対して平行に整列されたコイルの導体領域上に作用する。

第２の磁石構成体の少なくとも１つの永久磁石が、第１の磁石構成体の永久磁石の間に配置されている場合、空間を特に節約する配置が可能である。

記載した両方の実施形態を組み合わせることもでき、したがって、特に、回転子の回転軸に対して実質的に径方向に向けられる界を生成する少なくとも１つの第２の永久磁石と、その界が回転子の回転軸に対して実質的に平行に整列される少なくとも１つの追加の永久磁石とを有する、第２の磁石構成体が提供される。この様式にて、ローレンツ力の強度と、したがって例えば並進振動運動の振幅とを、非常に柔軟に設定することができる。

第１の磁石構成体及び第２の磁石構成体の永久磁石の個々の区分の好適な配置により、第２の磁石構成体の少なくとも一部が、第１の磁石構成体の一部とともに１つの部品であることも可能である。

請求項８の特徴を有する小型電気器具用の本発明による別の電動モータは、特に、内部を電流が流れるコイルの導体上のローレンツ力により、少なくとも１つの第１の永久磁石の界内で並進運動が達成されるように、第１の磁石構成体が既に配置及び構成されていることを特徴とする。このような本発明の実施形態により、回転運動を生成するための第１の磁石構成体の永久磁石が生成する磁束に加えて、第１の磁石構成体が、内部を電流が流れるコイルの導体上にローレンツ力を付与する界構成要素が存在するように、例えばそれに応じて対称的に形成される。このような配置は、特にコンパクトかつ簡素な様式で製造することができる。

本発明による電動モータは、並進振動運動と、連続する回転運動とを行うよう構成され得る。しかしながら、本発明は、回転運動が振動運動でもある場合に特に都合がよい。

回転振動運動及び並進振動運動が異なる共鳴周波数を有する場合、個々の振動運動は、それに応じて選択された周波数の電流を給電することによっても、個別に制御することができる。混合周波数を給電することにより、それに応じて分配された回転又は並進振動運動が達成される。

一般に、場合により存在するコイルの軟性の磁心（例えば鉄の）が例えば回転可能に支持され、電動モータの永久磁石が静止していることが可能である。その結果、磁心は並進振動運動を実行する回転子を形成する。しかしながら、コイルの磁心が電動モータの固定子の一部であり、かつ回転子が第１の磁石構成体を含む場合、より都合がよくかつより簡素である。この点から、コイルが第１の磁石構成体の内部に配置されている配置が、特にコンパクトである。

本発明による電動モータにおいては、並進運動が回転軸に垂直であるように配置を選択することが好ましい。

本発明による電動モータは、ブラシヘッドが並進振動運動及び回転振動運動を行う電動歯ブラシ、又は剃毛ヘッドが並進及び回転振動運動を行うかみそりなどの小型電気器具の駆動に特に好適である。

電動モータの回転子の並進振動運動を生成するための本発明による方法では、内部を電流が流れるコイルの導体上の永久磁気の界内におけるローレンツ力が、回転子の並進振動運動の生成に使用される。

本発明による実施形態を例として示す同封の概略的な図面を参照して、本発明を詳細に説明する。以下が示される。
部分的に透明に表される、本発明による電動モータの概略斜視図。 図１に示したＹ−Ｚ面における断面図。 部分的に透明に表される、本発明による別に実施形態の概略斜視図。 部分的に透明に表される、本発明による更なる実施形態の概略斜視図。 指示した磁界線を有する、図４に示したＸ−Ｙ面における断面図。 部分的に透明に表される、本発明による尚更なる実施形態の概略斜視図。

図１は、回転子１２を有する、小型電気器具用の電動モータ１０を示し、このモータ１０は、他の構成要素をより良好に表すためにここでは透明に示されている。図面の縁５０は、図１にて全体像を示すためのみに示される。

永久磁石１８、２０、２２、２４は回転子内部で締結され、回転子と共に運動し、互いに隣接して配置されている磁石１８、２０又は２２、２４は、反対の極性に磁化されている。回転子は、Ｚ軸を中心として回転可能に支持され、これは矢印２６で示されるべきである。コイル１６は回転子内に配置され、そのコイル内に固定子として鉄心１４が配置されている。コイルの巻き線は、Ｙ−Ｚ面に平行な面内に配置されている。図１では、本明細書でローレンツ磁石と称される永久磁石３０が、この配置の上方に配置され、ローレンツ磁石３０により生成される磁界は、コイル１６又は永久磁石１８、２０、２２、２４の影響により歪められない場合、Ｚ軸に平行であろう。ローレンツ磁石３０はまた、回転子１２に固定連結されている。ローレンツ力は、電流がコイル内に流れている際に、尚、追加の永久磁石３０の補助により記載される様式で、コイル１６及び固定子１４の配置上にて矢印２８の方向に生成される。固定コイル１６により、これは回転子１２と磁石１８、２０、２２、２４及びローレンツ磁石３０との、方向２８での並進振動運動を意味する。

図２は、Ｙ−Ｚ面における断面図を示す。

したがって、並進振動運動２８は、以下のように生じる。コイル１６と鉄心１４とは、電動モータ内のように、それ自体既知の様式にて、電流がコイル内を流れている際に、永久磁石１８、２０、２２、２４に回転運動を生成するよう作用する。これを目的として、磁束がコイルを介して鉄心１４内に生成される。周囲の永久磁石１８、２０、２２、２４−したがって回転子１２−は、磁束の方向に従って整列する。

回転運動をもたらす、生じる力に加えて、内部を電流が流れるコイル１６の導体上に更にローレンツ力が存在し、このローレンツ力は、磁束と、内部を電流が流れかつ磁束に暴露される導体の長さにより乗じられ、また電流により乗じられる、内部を電流が流れる導体の方向とのベクトル積の方向に存在する。ローレンツ磁石３０は、図１及び２の実施形態では、磁束を実質的に回転軸（ｚ軸）の方向に生成するように整列されている。この点で、コイル１６のコイル巻き線は、図２の像面内に配置されている。したがって、特に、図２のコイル１６の頂部の領域内と、ローレンツ磁石３０に対して直接近接する領域内では、内部を電流が流れるコイル巻き線の導体は、Ｙ方向に延びる。したがって電流がコイル１６を通って流れる場合、コイルとローレンツ磁石３０との間に、相対的な力の効果がｘ方向に生じる。したがって、固定して保持されたコイル１６により、ローレンツ磁石３０は、回転子１２と共にｘ方向に運動する。

回転子１２が連続的に回転する場合、コイルを通る電流の方向は、回転子１２又は回転子１２に固定連結されたローレンツ磁石３０の座標系内で周期的に変化し、それにより並進振動運動が生じる。方向２６の又は方向２６の反対の回転振動運動の生成のための電流方向の好適な極性の反転により、電流方向はまたローレンツ磁石により生成される磁束に関連して変化し、それにより、その後並進振動運動も生じる。

例えば、電動歯ブラシのブラシヘッド、又は電気かみそりの剃毛ヘッドが回転子１２に接続されている場合、これらは回転子１２の回転運動２６を行うのみでなく、方向２８の並進運動も行う。

図３は、２つのローレンツ磁石３０がコイル１６の上方及び下方に提供されている変更実施形態を示す。これにより、力の効果は実質的に２倍となる。

図１〜３の配置におけるローレンツ力は、特に、内部を電流が流れる、ここではより短いコイル側の導体上に作用し、また、ｙ軸と平行に整列されている。

図４の実施形態では、磁石区分３２、３４がローレンツ磁石として、回転運動を生成する永久磁石１８、２０、２２、２４に加えて永久磁石１８、２０、２２、２４の間に配置されている。したがって、それらはコイル１６を介してｙ方向に磁束を生成する。したがって、この磁束は特に、図４の表現にてｚ方向に平行に延びる、ここではより長いコイル部分に作用する。

本実施形態では、磁石区分３２、３４は、永久磁石１８及び２２と実質的に同一の極性を有する。矢印４０は、それぞれの永久磁石１８、２０、２２、２４又はローレンツ磁石３２、３４の相対的な極性を概略的に示すはずであり、矢印はＳ極からＮ極への方向を示している。例えば、Ｓ極が磁石区分３２、３４及び永久磁石１８、２２内で径方向内側に配置される場合、Ｎ極は永久磁石２０、２４内で径方向内側に配置される。

図４の配置では、ローレンツ力は、内部を電流が流れるコイル１６の導体上にて方向ｘに生成される。これは、ローレンツ力を決定するための外積に従って方向２８に整列される。したがって、固定して保持されたコイル１６又は固定して保持された鉄心１４により、回転子１２は方向２６にて回転的に運動するのみでなく、方向２８にて並進的に運動する。

図５は、図４の配置を通したＸ−Ｙ面における断面図を示す。加えて、ここでは、永久磁石１８、２０、２２、２４及びローレンツ磁石３２、３４の配置によりもたらされる磁界線の方向を示す。図５の表現にて特に明確に認識できるように、ローレンツ磁石３４は、永久磁石１８、２２及びローレンツ磁石３４の機能を受け継ぐより大きい磁石要素の一部を形成し、またその３つの区分１８、２２、３４の全てに関する極性は、径方向外側又は径方向内側のいずれかの同一方向に向いている。

ローレンツ磁石３２の極性が、径方向にて同一方向に向いている一方（即ち、例えば永久磁石１８、２２及びローレンツ磁石３４の極性が外側に指向されている場合、外側）、永久磁石２０、２４の極性は径方向にて反対方向である。

図６の実施形態は、図１及び図４の実施形態の組み合わせである。ここでは、径方向に配置されたローレンツ磁石３２、３４と、軸方向に配置されたローレンツ磁石３０とが提供されている。これらの磁石の強度を好適に選択することにより、ローレンツ力と、したがって並進力との柔軟な設定が可能となる。

全ての実施形態において、並進振動運動又は回転振動運動のいずれかを、コイルに給電される電流の周波数の、対応する選択により励起することができる。これを目的として、給電される周波数は、それぞれの振動運動の共鳴周波数に従って選択される。対応する混合周波数又は複数の周波数の照射の選択を用いて、振動運動の互いに対する強度を設定することができる。

本発明による実施形態は、駆動部の構成に必要な個々の部品の数を低減し、駆動部ユニットのコンパクトな構造形状を可能にする。駆動部の構造構成に応じて、回転運動の達成可能なトルクと、並進方向における力とを自由に設定することができる。トルク及び力は、モータの長さに対してほぼ線形的に増減され、並進運動は、回転運動の角度的位置に大きく依存することが判明している。追加の並進運動の生成のための伝動装置が除外されることにより、騒音の発生がより少ない。

本明細書に開示されている寸法及び値は、列挙した正確な数値に厳しく制限されるものとして理解すべきではない。それよりむしろ、特に規定がない限り、こうした各寸法は、列挙された値とその値周辺の機能的に同等の範囲との両方を意味することが意図される。例えば、「４０ｍｍ」として開示された寸法は、「約４０ｍｍ」を意味することを意図する。

Claims (12)

1. 小型電気器具用の電動モータ（１０）であって、
   −回転子（１２）及び固定子と、
   −磁界を生成するためのコイル（１６）と、
   −少なくとも１つの第１の永久磁石（１８、２０、２２、２４）を有する第１の磁石構成体であって、前記少なくとも１つの第１の永久磁石（１８、２０、２２、２４）は、前記コイル（１６）を使用して生成された磁界との相互作用により、回転軸を中心とする前記回転子（１２）の回転運動（２６）を励起するための力を生成する、第１の磁石構成体と、
   少なくとも１つの第２の永久磁石（３０、３２、３４）を含む第２の磁石構成体であって、前記少なくとも１つの第２の永久磁石（３０、３２、３４）は、内部を電流が流れる前記コイル（１６）の導体上の前記第２の永久磁石の界内に作用するローレンツ力により、前記回転子（１２）の並進振動運動（２８）が達成されるように配置されている、第２の磁石構成体と、を備え、
   前記少なくとも１つの第２の永久磁石（３０）は、他の界の影響を受けない前記少なくとも１つの第２の永久磁石（３０）の界が前記回転子（１２）の前記回転軸に対して実質的に平行に整列されるように配置されていることを特徴とする、電動モータ。
2. 前記第２の磁石構成体が、前記回転子（１２）と共に運動することを特徴とする、請求項１に記載の電動モータ。
3. 前記少なくとも１つの第２の永久磁石（３０）が、前記コイル（１６）の上方又は下方にて前記回転軸の方向に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電動モータ。
4. 前記第２の永久磁石は、少なくとも１つの追加の永久磁石（３２、３４）を含み、前記少なくとも１つの追加の永久磁石（３２、３４）は、他の界の影響を受けない前記少なくとも１つの追加の永久磁石（３２、３４）の界が前記回転子（１２）の前記回転軸に対して実質的に径方向を向くように配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電動モータ。
5. 前記第１の磁石構成体が複数の永久磁石（１８、２０、２２、２４）を含み、前記複数の永久磁石（１８、２０、２２、２４）が、前記回転軸に対して同心状に配置され、前記第２の磁石構成体のうち前記少なくとも１つの追加の永久磁石（３２、３４）は、前記第１の磁石構成体の前記永久磁石（１８、２０、２２、２４）が前記同心状に配置されることによって形成される円形形状の周方向において、前記第１の磁石構成体の永久磁石（１８、２０、２２、２４）の間に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の電動モータ。
6. 前記第２の磁石構成体の少なくとも１つの永久磁石（３４）が、前記第１の磁石構成体の少なくとも１つの永久磁石（１８、２２）とともに１つの部品に形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動モータ。
7. 前記少なくとも１つの第１の永久磁石（１８、２０、２２、２４）及び前記コイル（１６）は、前記少なくとも１つの第１の永久磁石（１８、２０、２２、２４）が前記コイル（１６）を使用して生成された磁界との相互作用により、前記回転子（１２）の回転振動運動を励起するための力を生成するように構成及び配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動モータ。
8. 前記回転振動運動と前記並進振動運動とが、異なる共鳴周波数を有することを特徴とする、請求項７に記載の電動モータ。
9. 前記回転子（１２）が前記第１の磁石構成体（１８、２０、２２、２４）を含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動モータ。
10. 並進振動運動及び回転運動を励起するための請求項１〜９のいずれか一項に記載の特徴を有する電動モータを備える小型電気器具。
11. ブラシヘッドを有する電動歯ブラシであり、前記電動モータが、前記ブラシヘッドの並進振動運動及び回転運動を生成するよう機能することを特徴とする、請求項１０に記載の、電動モータを備える小型電気器具。
12. 剃毛ヘッドを有する電気かみそりであり、前記電動モータが、前記剃毛ヘッドの並進振動運動及び回転運動を生成するよう機能することを特徴とする、請求項１０に記載の、電動モータを備える小型電気器具。

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