摆动电机和电推剪 |
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申请号 | CN201610095990.0 | 申请日 | 2016-02-19 | 公开(公告)号 | CN105743319A | 公开(公告)日 | 2016-07-06 |
申请人 | 胡建坤; | 发明人 | 胡建坤; 胡建长; 胡斐然; 胡斐凡; | ||||
摘要 | 本 申请 公开了一种摆动 电机 及电推剪,该摆动电机包括U型磁轭、四个 永磁体 和摆臂,该U型磁轭在控制 电路 下可使两个支脚的端面产生交变磁极。该四个永磁体通过第二磁轭固定安装在内臂上。四个永磁体分别为第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体,其依次分布在以 支点 为圆心的同一圆周上。第一永磁体和第四永磁体的径向端面极性相同,第二永磁体和第三永磁体的径向端面极性相同且与第一永磁体径向端面的极性相反。当线圈通电,四个永磁体都会产生相同旋转方向的转矩,从而在U型磁轭的两个支脚作用下往复摆动。这种永磁体冗余的设计是跟 现有技术 不同的电机磁路设计,比同功率的现有电机转矩更大,作用磁通大,驱动功率则相应的减小。 | ||||||
权利要求 | 1.一种摆动电机,其特征在于,包括: |
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说明书全文 | 摆动电机和电推剪技术领域[0001] 本申请涉及一种电机,尤其是可输出摆动运动的电机。 背景技术[0003] 电推剪即为一种以电机为动力机构的设备,目前,电推剪的电机分为旋转电机和摆动电机。旋转电机是依靠电磁感应原理而运行的旋转电磁机械,用于实现机械能和电能的相互转换,同时旋转电机借助传动机构来将旋转运动转换成往复摆动,通常的传动机构例如凸轮机构、偏心连杆结构。摆动电机则包括山型铁芯磁扼、永磁体(一块或两块)以及由纯铁组成并与永磁体相连的摆臂,在山型铁芯磁扼上线圈的作用下,摆臂在山型磁扼左右摆动,如公开号为1070359(永磁式电推剪)、公开号为203357478U(电推剪摆动杆)等专利。 [0004] 但,以旋转电机配合凸轮机构或偏心连杆结构这种方式输出往复摆动运动,工作电流大,尤其是启动时和堵转时工作电流异常大。如采用3.7伏直流旋转有刷电机,工作电流在800-1200毫安,功率4瓦左右,摆动频率随阻力变化大,堵摆时电流超过2000毫安,电机的寿命约400小时。 [0005] 而摆动电机中,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,两端支架在工作时只有单一的吸力或很短时间的斥力,中间支架只在很短时间内同时有吸力和斥力,其它时间只有吸力,且大于两端支架的吸力或斥力。此类电推剪,要保证足够的力矩,就要使线圈通220V交流电,其功率达到8-12瓦,同时利用220V交流电的固定频率使摆臂摆动,靠共振弹簧共振保障。此结构如用充电电池做低压驱动,则力矩很小,无法产生工作的力矩,也就是此类电推剪不能做无线的便携式设计。发明内容 [0006] 本申请提供一种新型的摆动电机及电推剪。 [0007] 本申请提供的摆动电机,包括: [0008] 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; [0009] 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; [0011] 第二磁轭,所述第二磁轭安装在内臂靠近U型磁轭的一端; [0012] 以及四个永磁体,所述永磁体固定安装在第二磁轭上;所述四个永磁体依次分布在以支点为圆心的同一圆周上,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径向端面的极性相同,所述第二永磁体和第三永磁体的径向端面的极性相同;并且所述第一永磁体的径向端面和第二永磁体径向端面的极性相反且对应第一支脚的端面设置;所述第三永磁体的径向端面和第四永磁体径向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。 [0013] 作为所述摆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的宽度,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的宽度。 [0014] 作为所述摆动电机的进一步改进,所述永磁体的径向端面宽度与U型磁轭支脚的端面宽度相同。 [0015] 作为所述摆动电机的进一步改进,所述第一支脚和第二支脚的端面具有匹配永磁体摆动时所对应圆周的圆弧面。 [0016] 作为所述摆动电机的进一步改进,在所述摆臂的两侧设置有用于吸收摆臂在摆动到位时的转动惯量的弹性体,所述弹性体的弹性特征为二次以上的曲线。 [0018] 作为所述摆动电机的进一步改进,在U型磁轭外侧且第一永磁体和/或第四永磁体的移动轨迹上设置有用于检测第一永磁体或第四永磁体到位状态的检测元件,所述检测元件与控制电路连接。 [0019] 作为所述摆动电机的进一步改进,所述检测元件为霍尔元件。 [0020] 作为所述摆动电机的进一步改进,还包括共振弹性件,所述共振弹性件一 端固定在摆臂的支点上,另一端连接在外臂或内臂上。 [0021] 作为所述摆动电机的进一步改进,所述外臂具有力输出部,所述力输出部具有弧形外壁。 [0022] 作为所述摆动电机的进一步改进,所述外臂和/或内臂上设置有用于力输出的摆杆,所述摆杆垂直于摆臂的摆动平面。 [0023] 本申请提供的电推剪,包括摆动电机和刀头,所述摆动电机采用如上述任一项所述的摆动电机,所述刀头与摆臂的外臂连接。 [0024] 作为所述电推剪的进一步改进,所述外臂具有力输出部,所述力输出部具有弧形外壁,所述刀头具有拨动连接体,所述拨动连接体具有与力输出部匹配的凹槽,所述力输出部安装在所述凹槽内。 [0025] 本申请的有益效果是: [0026] 本申请提供的摆动电机,其包括U型磁轭、四个永磁体和摆臂,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。该摆臂可绕支点摆动的摆臂,其靠近U型磁轭的一端为内臂,远离U型磁轭的一端为外臂。该四个永磁体通过第二磁轭固定安装在内臂上。四个永磁体分别为第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体,其依次分布在以支点为圆心的同一圆周上。第一永磁体和第四永磁体的径向端面极性相同,第二永磁体和第三永磁体的径向端面极性相同,同时第一永磁体与第二永磁体径向端面的极性相反且对应第一支脚的端面设置;第三永磁体的径向端面和第四永磁体径向端面的极性相反且对应第二支脚的端面设置,永磁体与U型磁扼对应有气隙。当线圈通电,四个永磁体都会产生相同旋转方向的转矩。如果通电后,第一和第三永磁体对U型磁轭产生大小相同的磁吸力,则第二和第四永磁体对U型磁轭产生大小相同的磁斥力;反向通电,第一和第三永磁体对U型磁轭产生大小相同的磁斥力,则第二和第四永磁体对U型磁轭产生大小相同的磁吸力。U型磁轭的每个支脚对应两个永磁体,这种永磁体冗余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,驱动功率则相应的减小。对于需要往复运动且运动距离不大的机械单元,可采用该电机直接驱动,不需要凸轮机构或偏心连杆结构,噪音小,电流稳定,也没有像旋转电机那样的启动大电流,堵摆时电流变化不大,摆动频率不随阻力变化,可用充电电池供电,便于便携性设计。 [0027] 本申请提供的电推剪采用上述摆动电机,只需通低压直流电(如3.7V),工 作电流约500毫安,功率2瓦左右,堵摆时电流约700毫安,驱动电流平稳,摆动频率不随阻力变化。其工作电流小于有刷直流电机,节能效果明显,且可用充电锂电池,没有启动时和堵摆时的大电流,电池寿命更长,是一种节能环保的设计。 附图说明 [0028] 图1为本申请摆动电机一种实施例的结构示意图; [0029] 图2为图1所示实施例中永磁体与U型磁轭支脚的配合示意图; [0030] 图3为图1所示实施例在通电状态下的示意图; [0031] 图4为图1所示实施例在与图3反向的通电状态下的示意图; [0032] 图5为图1所示实施例中四个永磁体径向端面第一种展开示意图; [0033] 图6为图1所示实施例中四个永磁体径向端面第二种展开示意图; [0034] 图7为图1所示实施例中四个永磁体径向端面第三种展开示意图; [0035] 图8为图1所示实施例中摆臂输出部分另一种实施例的结构示意图; [0036] 图9为本申请摆动电机第二种实施例的结构示意图; [0037] 图10为本申请摆动电机第三种实施例的结构示意图; [0038] 图11为图10所示实施例中共振弹性件另一种形状示意图; [0039] 图12为本申请电推剪一种实施例的结构示意图。 具体实施方式[0040] 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。 [0041] 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。 [0042] 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。 [0043] 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。 [0044] 实施例一: [0045] 本实施例一提供一种摆动电机,该摆动电机可输出一种往复摆动运动。 [0046] 请参考图1和2,该摆动电机包括: [0047] 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200; [0048] 控制电路300,控制电路300与线圈200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; [0049] 可绕支点摆动的摆臂400,摆臂400自U型磁轭100的端面111、121向外延伸,且以支点为界,摆臂400靠近U型磁轭100的一端为内臂420,摆臂400远离U型磁轭100的一端为外臂430; [0050] 第二磁轭500(为将之与U型磁轭100区别开,故称其为第二磁轭500),第二磁轭500安装在内臂420靠近U型磁轭100的一端; [0051] 以及四个永磁体,永磁体固定安装在第二磁轭500上(如胶粘固定)。四个永磁体依次分布在以支点为圆心的同一圆周上,且按照排列顺序依次为第一永磁体610、第二永磁体620、第三永磁体630和第四永磁体640。第一永磁体610和第四永磁体640的径向端面611、 641的极性相同,第二永磁体620和第三永磁体630的径向端面621、631的极性相同,并且第一永磁体610的径向端面611和第二永磁体620径向端面621的极性相反且对应第一支脚110的端面111设置,第三永磁体630的径向端面631和第四永磁体640径向端面641的极性相反且对应第二支脚120的端面121设置,四个永磁体的端面和其对应支脚的端面具有气隙。 [0052] 其中,四个永磁体依次分布在以支点为圆心的同一圆周上是指该四个永磁体到支点的半径大致相等,即沿摆动中心线径向分布。 [0053] 该U型磁轭100、摆臂400、第二磁轭500和永磁体装在壳体700内,其中摆臂400的支点为一摆动轴410,该摆动轴410固定安装在壳体700上,摆臂400套装在该摆动轴410上。这里所说的壳体700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。 [0054] 当线圈200通电,四个永磁体都会产生相同旋转方向的转矩。如果通电后, 第一和第三永磁体610、630对U型磁轭100产生大小相同的磁吸力,则第二和第四永磁体620、640对U型磁轭100产生大小相同的磁斥力;反向通电,第一和第三永磁体610、630对U型磁轭100产生大小相同的磁斥力,则第二和第四永磁体620、640对U型磁轭100产生大小相同的磁吸力。U型磁轭的每个支脚对应两个永磁体,这种永磁体冗余的设计是跟现有技术不同的磁路设计,使得本摆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。 [0055] 该四个永磁体同时受到U型磁轭100沿同一个摆动方向的作用力,其能够保证摆臂400不借助外力就实现整个往复摆动过程。 [0056] 具体说来,请参考图1、2、3,假定第一永磁体610和第四永磁体640的端面为N极,而第二永磁体620和第三永磁体630的端面为S极。当线圈200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620的S极产生吸力,而对第一永磁体610的N极产生斥力。同样地,第二支脚120的S极将会对第四永磁体640的N极产生吸力,而对第三永磁体630的S极产生斥力,从而使摆臂400从图1所示位置摆动到图3所示位置,形成第一次摆动。 [0057] 当线圈200内电流方向改变,如图4所示,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620的S极产生斥力,而对第一永磁体610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640的N极产生斥力,而对第三永磁体630的S极产生吸力,从而使摆臂400从图3所示位置摆动到图4所示位置,形成第二次摆动。 [0058] 综上,线圈200连接控制电路300,控制电路300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,驱动摆臂400摆动,从而通过摆臂400驱动相应的要摆动的机械单元。 [0059] 进一步,如图2所示,可使第一永磁体610与第二永磁体620之间的间隙小于第一支脚110的端面111的宽度,第三永磁体630与第四永磁体640之间的间隙小于第二支脚120的端面121的宽度,以保证U型磁轭100的支脚对各永磁体具有足够的作用力。 [0060] 每个永磁体的宽度与U型磁轭100支脚的端面宽度可以相同或者不同。这 里所说的宽度是指图2中箭头所指方向上的宽度。 [0061] 为了减小气隙,如图2所示,可使第一支脚110和第二支脚120的端面111、121具有匹配永磁体摆动时所对应圆周的圆弧面,即第一支脚110和第二支脚120的端面111、121所成圆弧面与永磁体摆动时所形成的圆周的部分弧面仅有气隙间距。 [0062] 其中,请参考图5,四个永磁体的径向端面排列如图5所示,大致呈矩形。此外,永磁体的径向端面还可设置为其他形状,如图6所示,将第一永磁体610a与第二永磁体620a的径向端面设置为相邻一边倾斜且彼此平行,将第三永磁体630a与第四永磁体640a的径向端面设置为相邻一边倾斜且彼此平行,即第二永磁体620a和第四永磁体640a大致为同方向设置的直角梯形,而第一永磁体610a和第三永磁体630a也为相同形状的直角梯形,但方向与第二永磁体620a和第四永磁体640a相反;或者,如图7所示,将四个永磁体的径向端面均设置为倾斜且相互平行,均大致为平行四边形。 [0063] 以上所示永磁体排布图中,永磁体交错分布,可改善输出力矩曲线,使输出力矩变得平稳。 [0064] 进一步地,请参考图1,外臂430具有力输出部431,力输出部431具有弧形外壁,该弧形外壁可作用于执行元件,驱动执行元件摆动。 [0065] 摆臂400的外臂430为输出臂,外力臂小于内力臂,内力臂距离为永磁体的径向端面到摆动轴410中心的距离,外力臂距离为摆动轴410中心到外臂430的力输出部431中心的距离。这里还可根据对摆动幅度的需求设计内壁与外壁长度之比。 [0066] 此外,请参考图8,还可在外臂430和/或内臂420上设置有用于力输出的摆杆432、421,该摆杆432、421垂直(该垂直包括大致成垂直角度这一类情况)于摆臂400的摆动平面,当摆臂400摆动时,带动摆杆432、421及安装在摆杆432、421上的执行元件440摆动。 [0067] 每次摆动过程中,四个永磁体实际上都受到朝相同方向摆动的作用力,输出力矩=输出力×外力臂=(F1+F2+F3+F4)×内力臂,F1、F2、F3、F4为U型磁轭100分别对四个永磁体的作用力。 [0068] 请参考图1,本摆动电机在断电状态下,第一和第二永磁体610、620与第一支脚110通过气隙形成闭合磁路,第三和第四永磁体630、640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500安装在摆臂 400上,也使得摆臂400的其它部分不会对磁场产生影响。 [0069] 此外,请参考图1,还可以包括充电电池310和充电模块320,所述充电电池310用于供电,充电模块320与控制电路连接,用于向充电电池310充电。 [0071] 进一步地,控制电路300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。 [0072] 该摆动电机的摆臂绕支点摆动,支点与摆臂配合结构的寿命即是该电机的寿命,例如摆臂通过轴承安装在摆动轴上,该轴承的寿命就是电机的寿命,因此该电机的寿命异常长,是现有的有刷直流电机无法相比的。或者摆臂也可直接套接在摆动轴,此时该套接结构的寿命就是电机的寿命。 [0073] 本实施例所示摆动电机除可带动电推剪外,还可带动各种需要往复运动且运动距离不大的机械单元。该摆动电机不需要凸轮机构或偏心连杆结构,噪音小,电流稳定,堵摆时电流变化不大,摆动频率不随阻力变化。 [0074] 实施例二: [0075] 本实施例二提供另一种摆动电机。 [0076] 请参考图9,该摆动电机在实施例一所示结构上进行了改进。 [0077] 具体地,在摆臂400的两侧设置有用于吸收摆臂400在摆动到位时的转动惯量的弹性体810,弹性体810的弹性特征为二次以上的曲线。 [0078] 其中,该弹性体810主要用于吸收摆臂400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810的弹性特征可保证弹性体810对负载状态下摆臂400的摆动不产生过多影响(负载状态下摆臂400摆动距离会衰减),只有摆臂400在空载状态下过多挤压弹性体810才会产生较大的回复力,避免摆臂400在空载状态撞击周围部件。 [0079] 弹性体810可安装在内臂420和/或外臂430的两侧,本实施例将弹性体810安装在内臂420与壳体700之间的位置。 [0080] 该弹性体810可采用圆球、椭圆球、圆柱、椭圆柱或半圆形等形状的硅胶件或橡胶件。 [0081] 在U型磁轭100外侧且第一永磁体610和/或第四永磁体640的移动轨迹上 还可设置有用于检测第一永磁体610或第四永磁体640到位状态的检测元件820,检测元件820与控制电路300连接。 [0082] 该检测元件820可检测第一永磁体610和/或第四永磁体640是否到达检测位置或到达检测位置的时间,从而判断阻力的大小,进而改变通电脉冲脉宽来改变电流的大小。例如,第一永磁体610和/或第四永磁体640到位时间长,则说明阻力大,则控制电路300可控制增大电流,反之,则减小电流。 [0083] 当然,该检测元件820可选用霍尔元件,也可选择其他可用于到位情况检测的检测元件820。 [0084] 如此,控制电路300可以通过分析驱动单元的力矩变化,从而改变驱动电流,达到驱动稳定,减少功耗。 [0085] 实施例三 [0086] 本实施例三提供另一种摆动电机。 [0087] 请参考图10,该摆动电机在实施例一所示结构上进行了改进,增加了用于在恒定摆动频率下产生共振的共振弹性件。 [0088] 具体地,该共振弹性件一端固定在摆臂的支点上,另一端连接在外臂或内臂上。 [0090] 实施例四 [0091] 本实施例四提供一种电推剪。 [0092] 请参考图12,该电推剪包括摆动电机和刀头,该摆动电机可输出一种往复摆动运动,带动刀头往复摆动运动,从而实现理发。 [0093] 该摆动电机可采用上述任一实施例所示的摆动电机结构,其中该刀头与摆臂的外臂连接,具体地,外臂430具有力输出部431,力输出部431具有弧形外壁,刀头910具有拨动连接体920,该拨动连接体920具有与力输出部431匹配的凹槽921,该力输出部431安装在凹槽921内,其弧形外壁可作用于拨动连接体920,驱动刀头910摆动。 [0094] 本实施例所示电推剪只需通低压直流电(如3.7V),工作电流约500毫安,功率2瓦左右,堵摆时电流约700毫安,驱动电流平稳,也没有像旋转电机那 样启动时和堵摆时的大电流,摆动频率不随阻力变化。其电机的寿命异常长,其工作电流小于有刷直流电机,节能效果明显,且可用充电锂电池,没有启动时和堵摆时的大电流,电池寿命更长,是一种节能环保的设计。 [0095] 进一步地,控制电路300通过对线圈通电脉冲的计数可以确定刀头摆动次数,输出信号对刀头加油润滑给与相应的指示,防止刀头发热磨损。 [0096] 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。 |