专利名称：用于小电气装置的电动马达的制作方法
用于小电气装置的电动马达本发明涉及一种用于操作小电气装置的电动马达和具有这种电动马达的小电气装置。本发明也涉及用于操作这种电动马达的方法和用于制造所述电动马达的方法。WO 2005/006538A1是基于ー种具有电动马达的小电气装置，所述电动马达用于产生摆动运动。提供两个驱动组件，其中的一个通过至少ー个弾性元件被连接到柔性部件并且能够被启动；其可通过电感器的磁场来激发摆动运动。所述两个驱动组件通过附加元件彼此连接，并且被设计成使得它们彼此相互驱动并被布置在小电气装置中以用于执行彼此反相的摆动运动。 电动马达是已知的，它们可产生旋转运动和平移摆动运动，并且它们被用于例如电动牙刷。电动马达比如WO 2005/062445中所述的电动马达具有两个摆动马达组件和具有多个永久磁体的磁体配置。提供电感器以产生磁场。通过与磁体配置相互作用，该磁场用来产生用于启动摆动组件中的一个的平移摆动运动的力。所产生的磁场与电感器和磁体配置的相互作用也产生用于启动第二摆动马达组件的旋转摆动运动的扭矩。利用这种配置，可同时产生平移运动和旋转摆动运动；而不需要驱动器。在根据EP 0850027B1的电动牙刷的情形中，在壳体中提供电动驱动单元，所述壳体一方面借助于驱动器将旋转运动传送至轴，所述运动能够被转换为例如牙刷的刷毛头部的旋转运动。所述电动驱动单元的第二组件离心地连接到电动马达的输出并从而启动摆动曲柄的围绕与马达轴线成直角的轴线的平移摆动运动。摆动曲柄帮助产生这种枢转运动并且引导所述轴做这种运动，所述轴帮助传送旋转摆动运动。WO 2005/048437描述了ー种驱动単元，所述驱动単元用于产生摆动运动，例如用于产生电动牙刷或电动剃刮设备的刷毛头部的旋转摆动。非旋转对称的转子在定子内移动，所述定子具有电感器以及第ー磁体配置和第二磁体配置。转子具有第一径向延伸部和第二径向延伸部，其中相对于转子的径向延伸部的磁体配置允许在磁体配置和径向延伸部之间进行成对的配置。同时，所述配置被选择成使得在磁体配置和每ー对的径向延伸部之间的磁相互作用大于在磁体配置和两个不同对的径向延伸部之间的磁相互作用。这使得可能设计出具有较低质量和较低惯性矩的转子。转子通过由弹性元件提供的扶正相互作用来与定子耦接并从而形成摆动系统。流入到电感器中的电流的周期性磁极反转在该情况下产生转子的摆动旋转。此外，在“断开”位置方向上的相应的旋转还受到由弾性元件产生的扶正カ矩的促迸。作为附加弹簧，考虑到了由磁体配置的磁体施加在转子上的磁性扶正カ矩。作为用于扶正相互作用的弾性元件，实施方案描述了帮助转子与定子相耦接的扭カ杆、卷簧或螺旋弹簧。共振频率取决于由转子和弾性元件例如扭カ杆形成的弹簧/质量系统。本发明的课题g在指示用于小电气装置的电动马达以及设计这种小且廉价的电气装置。此外，还应指示用于操作这种电动马达的方法和用于制造这种电动马达的方法。所述课题用以下装置和方法来解决具有如权利要求I所述部件的电动马达、具有如权利要求14所述部件的小电气装置、用于操作具有如权利要求16所述部件的电动马达的方法和/或用于制造具有如权利要求17所述部件的电动马达的方法。从属权利要求的主题在每种情况下均为有利的实施方案。
根据本发明的电动马达具有至少ー个第一摆动马达组件和用于产生磁场的电感器。提供第一磁体配置，其具有至少ー个第一永久磁体，所述至少ー个第一永久磁体与用电感器产生的磁场相互作用产生用于启动第一摆动组件围绕旋转轴线的旋转摆动运动的力，并且因此具体地讲帮助提供旋转摆动运动。具体地讲，根据本发明的电动马达的特征在于，所述至少ー个第一摆动马达组件和第一磁体配置被设计和/或被布置成使得作用在第一马达组件和所述至少ー个永久磁体之间的磁阻扭矩用作用于旋转摆动运动的专用扶正カ矩。因此不需要具体地讲由回复弹簧施加的附加扶正カ矩，并且可获得尤其小的具有预期特性的设计。当线圈电流被接通吋，电感器在第一摆动马达组件中感生磁通量，所述组件被定向成趋于根据由第一磁体配置产生的磁场来最小化能量。如果在该定向运动之后，电感器使所述电流变为零，则第一磁体配置的磁场线试图尽可能地绕过第一摆动组件。因此，第一摆动组件经历扶正カ矩(磁阻扭矩)，所述カ矩独自使第一摆动马达组件回复至其起始位置。根据本发明的电动马达使得有可能完全不需要附加的机械摆动弹簧，因为复位力 単独地由磁阻扭矩来提供。这使得马达的构造简单了许多并且减少了组件的数目，这有利地影响了所述设计的尺寸和制造成本。因此，根据本发明的用于操作电动马达的方法的特征在于，发生在所述至少ー个摆动马达组件和所述至少ー个永久磁体之间的磁阻扭矩能够被用作用于旋转摆动运动的唯一的扶正カ矩。具体地讲，用于制造根据本发明的电动马达的ー种有利的方法的特征在于，第一摆动马达组件和第一磁体配置中的所述至少ー个永久磁体的几何形状被设计成使得磁阻扭矩能够被用作用于旋转摆动运动的唯一的扶正カ矩。这能够以尤其优选的方式发生，所述方式作为对单个组件和作用在它们之间的カ的数字模拟的一部分。同时，所述数字模拟使得相应的客观测试成为没有必要的，并且使得有可能预先极精密地设定所述各个參数。用于制造电动马达的其他エ序是人们熟知的，并且对于本发明来讲并不重要。鉴于此，不对其进行单独的描述。因此被模拟和设定为尤其灵敏的參数为例如所述至少一个摆动马达组件的转子孔径角和第一磁体配置的磁体扇形角。根据ー个实施方案，第一摆动马达组件具有被配置给第一磁体配置的转子，并且转子的转子孔径角和第一永久磁体的磁体扇形角被选择成使得，当电动马达运行时，通过所选择的最大偏转角在转子和第一磁体配置之间获得磁阻扭矩的基本上线性的迹线。根据本发明的电动马达的ー个尤其优选的实施方案，至少在第一摆动组件的偏转角的ー个区域中具有例如(借助于根据本发明的用于制造根据本发明的电动马达的エ序)预设的几何形状，所述几何形状依靠偏转角的磁阻扭矩导致小于最大偏转角的线性迹线。以该方式，磁阻扭矩用作类似于机械弹簧的线性扶正カ矩。根据本发明的电动马达的尤其有利的实施方案使得有可能附加地启动平移摆动运动。这可为有用的，例如在电动牙刷的以下情形中期望同时发生固定刷毛的刷毛头部的旋转运动和刷毛头部的平移刺戳运动以除去牙斑。为此，如果平移摆动运动垂直于旋转摆动运动的轴线，则是尤其合适的。
为此，根据本发明的电动马达的ー个实施方案提供了至少ー个第二摆动马达组件和具有至少ー个第二永久磁体的第二磁体配置，所述第二永久磁体与用电感器产生的磁场相互作用产生用于启动所述至少ー个第二摆动组件的一种此类平移摆动运动的力。另ー个实施方案提供了具有至少ー个永久磁体的第二磁体配置，所述永久磁体与用电感器产生的磁场相互作用产生用于启动所述至少ー个第一摆动马达组件的附加平移摆动运动的力。后一个实施方案使得制造电动马达更为容易且组件更少，因为仅需要ー个摆动马达组件来提供所述两种不同的摆动运动。相比之下，在具有两种摆动运动的前ー个实施方案中，平移和旋转摆动运动更强烈地彼此退耦，因此这使得极易于按特殊要求来调整[马达]。当所述设计使得平移和旋转摆动运动具有不同的共振频率时，具有经适当选择的线圈电流的启动频率的所述各种运动选择性地或在不同的振幅条件下被启动。例如，在电动牙刷的实例中，可因此通过具有相应频率的控制器来选择不同的清洁程序。电动马达的ー个尤其简单且易于制造的实施方案的特征在于，第一磁体配置包括 被布置成与第一摆动组件同轴的多个永久磁体。具有经适当选择的磁极的所述永久磁体可例如在周向上被分组在第一摆动组件周围。在一个可供选择的实施方案中，取决于[所用的]内转子的类型，第一磁体配置和任选的第二磁体配置的永久磁体与第一摆动组件一起摆动。在一个节省空间的实施方案中，其中第一摆动马达组件不仅执行旋转运动而且执行平移摆动运动，第二磁体配置优选地具有多个永久磁体，所述多个永久磁体在至少ー个轴向上被连接到第一磁体配置的永久磁体。在根据本发明的电动马达的ー个优选的实施方案中，其中旋转摆动运动由第一摆动马达组件产生并且平移摆动运动由第二摆动马达组件产生，提供磁通引导元件，所述磁通引导元件被布置成使得其引导所述电感器与所述至少第二永久磁体相互作用产生的磁通量。因此，有可能容易地使旋转运动和平移运动彼此独立，并且用于旋转摆动运动而被启动的摆动马达组件的角偏转不影响用于旋转摆动运动而被启动的摆动马达组件的性能，即使它们两者由同一电感器的磁场来启动。磁通引导兀件可包括例如金属磁轭，所述金属磁轭抓持产生磁场的电感器的线圈。根据本发明的小电气装置在至少ー个旋转方向上具有至少ー个摆动元件，所述摆动元件由根据本发明的电动马达来启动以用于启动至少ー个旋转摆动运动。例如，根据本发明的小电气装置可为具有切割头的电动剃刮设备。根据本发明的电动马达可尤其有利地用于电动牙刷，其中所述摆动元件包括刷毛头部。以上对根据本发明的电动马达的尤其有利的实施方案的描述产生根据本发明的小电气装置的尤其有利的设计。附图描绘了根据本发明的示例性的且原理上不同的实施方案，它们详述了本发明。图I以部分透明的示图示出了根据本发明的电动马达的第一实施方案；图2示出了穿过根据本发明的电动马达的ー个容易地改进的实施方案的旋转单元的横切图；图3a和3b为示意图，其用于说明在根据本发明的电动马达中用于旋转摆动运动的扶正カ矩；图4示出了根据本发明的电动马达的ー个实例的随转子的偏转角而变的磁阻扭矩的迹线；图5a和5b为示意图，其用于说明根据本发明的电动马达的ー个实施方案的转子的平移偏转的磁阻功率；图6示出了根据本发明的电动马达的第二实施方案的第一磁体配置和第二磁体配置的永久磁体的配置情况；图7为根据本发明的电动马达的第三实施方案的示意图；
图8为根据本发明的电动马达的第四实施方案的示意图；图9为根据本发明的电动马达的第五实施方案的示意图；并且
图10为根据本发明的电动马达的第六实施方案的示意图。图I以部分透明的图片示出了根据本发明的电动马达10。金属壳体12在此处被示出为透明的以便示出位于其中的各个组件，其中具有永久磁体14，16，18和20的第一磁体配置位于所述金属壳体内。所述配置在此处是经过选择的，以便在磁体14和18中，磁南极被示出朝向z轴，即其向内辐射，而磁北极被示出向外辐射。另ー方面，在磁体16和20中，磁南极被示出向外福射，并且磁北极被示出朝向旋转轴线z向内福射。这些永久磁体14，16，18和20形成第一磁体配置，所述配置用来产生转子22围绕旋转轴线z的旋转摆动运动。此外，此处的电动马达10还具有两部分的电磁电感器24，所述电感器的线圈表面垂直于坐标轴X。转子22由合适的金属的且可磁化的材料例如铁制成。第二磁体配置包括永久磁体26，28，30和32，它们在z方向上轴向地连接到第一磁体配置的磁体。然而在该实施方案中，磁体30和32的北极和南极的配置对应第一磁体配置的相邻永久磁体18和20的磁极的配置，在永久磁体26和28中，极性不同于轴向且直接连接的第一磁体配置的永久磁体14和16的极性。因此，具体地讲，在磁体26和32中，南极被示出向外辐射，而北极被示出朝向z轴向内辐射。在永久磁体28和30中，北极被示出向外福射，而南极被不出在z轴方向上向内福射。磁体18和30,如同磁体20和32 —样,也可被构造为例如ー个单元。金属的且可磁化的壳体12提供磁轭，所述磁轭用于布置第一磁体配置和第二磁体配置的永久磁体。图2以被提供用于旋转摆动运动的第一磁体配置的量示出了ー个容易地改进的实施方案的横切图。此外，在此处还示出了转子22在全操作期间所执行的旋转摆动运动R的运动方向和平移摆动运动L的运动方向，图2的实施方案的实例说明了參数a和b。b表示磁体扇形角，其为第一磁体配置的永久磁体14，16，18和20的周向尺寸的测量值。a表示此处被布置在第一磁体配置内的围绕z轴旋转的转子22的对应尺寸，并且其在下文中被称作转子孔径角。图2示出了处在“断开”位置的电动马达。此刻，转子22对称于第一永久磁体配置14，16，18和20。因而所示出的X轴形成转子22以及第一永久磁体配置14，16，18和20的镜像配置的中心轴线。磁体扇形角b在S中心轴线(X轴)和第一永久磁体配置14,16,18和20的最大周向尺寸之间被确定。转子孔径角a也在中心轴线(X轴)和转子22的最大周向尺寸之间被确定。在图2的改进的实施方案中，永久磁体14，16，18和20的区域中的两层的金属壳体12也由壳体加固件34来加固，所述加固件也是金属的且可磁化的并且帮助改善永久磁体的磁场线的磁轭。图3通过两个示意图示出了根据本发明的实施方案的基本作用模式，所述实施方案利用磁阻作为用于旋转摆动运动的扶正カ矩。第一磁场配置的永久磁体14，16，18和20的磁场极性在此处被指示为北极(N)方向上的南极(S)之间的箭头。磁场线以已知的方式使壳体12(此处未示出)与壳体加固件34共轭。图3A示出了当转子22处在其“断开”位置时的配置。如果在示意地指示的电感器24中所示出的线圈电流被接通，则在流线23的方向上在金属转子22中产生磁通量。同时，电感器24的所述横切图中的叉号g在表示与所述横切图中的点号相反的电流方向。形成磁南极和磁北极(在图中画在南极上方)。转子(其可围绕z轴旋转)试图将其自身与该场中的最小能量对齐以便在箭头Rl的方向上产生カ以偏转旋转摆动运动。当转子22因此将其自身与最小能量对齐时，转子22的北极和永久磁体14的南极彼此相对，如同转子22的南极和永久磁体20的北极那样。
如果现在使线圈电流变为零，则将产生如同图3b中的情況。在转子22内不再获得磁通量，所述磁通量本来由电感器24中的线圈电流感生。磁体16和14( 一方面)以及20和18(另ー方面)内的磁场线试图绕过金属转子22，如图3b中的箭头25所示。当与转子22相关的磁场线的磁轭尽可能地大时，大部分的能量能够被最小化。当转子被布置成对称于永久磁体14和16 (—方面)以及18和20 (另ー方面)时,情况就是如此,并且在该方面其在各图中仍然是垂直对齐的。这产生力(磁阻力)，所述カ使转子22回复至其対称的“断开”位置。所得运动方向被指示为R2并且与偏转方向R1相反，所述偏转方向參照图3a来说明。在根据本发明的电动马达中，具体地讲，借助于数字模拟，转子孔径角a和磁体扇形角b被设定成使得在其他几何条件下，所得复位カ在方向R2上具有期望值，所述力足以造成用于转子22的旋转摆动运动的扶正カ矩。这使得其他弹簧，具体地讲机械回复弹簧成为不必要的。作为另外一种选择，转子孔径角a和磁体扇形角b可借助于测试来确定。在给定电动马达的规格參数(例如扭矩、频率、性能、最大几何尺寸、材料)的情况下，这导致在转子的旋转摆动运动的整个给定角区上的磁阻扭矩的最佳线性化。可导出关于磁阻扭矩的模拟弹簧常数(如下文所述)。通过选择具体地讲与马达的长度(即在马达轴的延伸方向上)相关的质量惯性矩，可调整电动马达的所期望的共振频率。在上述和下述的所有实施方案中，具体地讲，转子孔径角a和磁体扇形角b被选择成使得在转子22的偏转角的尽可能大的区域中，磁阻扭矩(其对应于由磁阻カ引起的扭矩力)为偏转角的线性函数。图4示出了ー个相应的实例，其中给出了直至-15°的偏转角时的ー种此类线性联系。由于其线性地取决于偏转角，因而磁阻扭矩的作用如同机械回复弹簧一祥。具体地讲，与偏转角相关的线性化的磁阻扭矩具有因而可获得最大磁阻扭矩的效应。非线性化的磁阻扭矩作用范围的值至少在小于所述线性化的磁阻扭矩曲线的子范围内。甚至转子孔径角a或磁体扇形角b与所述最佳值的微小偏差(例如I度)也会在整个所期望的偏转角区导致显著较低的且非线性的磁阻扭矩作用范围，这最終意味着所述磁阻 力不可再被独自用作所述唯一的复位力。因此，该实施方案的旋转运动通过启动电感器24中的线圈电流来起动，这触发图3a所示的运动R1，所述运动从图3a所示的其“断开”位置开始移动转子22。切断线圈电流会导致永久磁体14和16 ( —方面)以及18和20 (另ー方面)的磁场线绕过转子22，这导致所得磁阻扭矩在方向R2上移动。适宜地选择的參数，具体地讲转子孔径角a和磁体扇形角的參数有利于根据本发明的设计；方向R2上的恢复扭矩足以保持摆动运动而无需附加的机械回复弹簧。在图I所示的根据本发明的电动马达的实施方案中，具有永久磁体26，28，30和32的第二磁体配置除了旋转摆动运动以外还可产生图2中已经描述过的方向Y上的平移摆动运动し运动L对应轻敲运动，以便第二磁体配置的磁体在下文中也被称作“轻敲磁体”。图5示出了第二磁体配置的轻敲磁体26，28，30和32的区域中的磁条件，所述第ニ磁体配置在图I的实施方案中在轴z的方向上轴向连接到第一磁体配置。尽管轻敲磁体30和32的磁极性对应于磁体18和20的磁极性，但磁体26和28的磁极性与磁体14和16的磁极性相反。如图5a所示，当线圈电流在电感器24中被接通时，磁通量(由通量线23指示)在转子22中产生。由于转子22与永久磁体26，28，30和32之间的磁相互作用的缘故，产生了力38。 由于カ38的缘故，转子22以平移方式在y方向上被偏转，从而产生图5b所示的情況。如图5b所示，如果使电感器24中的线圈电流变为零，则这会导致磁阻力40，所述カ触发永久磁体28和32内的磁场线试图绕过金属的且可磁化的转子22，如由磁场线25所
/Jn o磁阻カ40在此处在相同的方向上用作轻敲カ38，使得足够的反作用力必须由机械弹簧36来产生以便转子22不顶压住磁体。仅示意地示出了该弹簧36在点37处固定到壳体。图6示出了图I的实施方案的一个改进的实施方案，其中轻敲磁体的第二磁体配置出现了两次。每个第二磁体配置26，28，30和32均连结到第一磁体配置14，16，18和20的所述两个轴向侧。继而，图6将磁体的极性示出为箭头。第二磁体配置26，28，30和32的双份存在増加了已參照图5说明过的轻敲效应。图7示出了用于产生旋转摆动运动的另ー个实施方案。在该马达48中，永久磁体50和52被牢固地安装在转子54上并且在先前所选择的命名中形成永久磁体第一磁体配置[原文如此]。磁性元件的极性被指示为北极N和南极S。转子54与永久磁体50和52 —起在部分地由两个定子58围绕的区域中围绕z轴旋转，其中定子被布置成如在两部分的电感器56中所示的那样。如果在电感器56中启动电流，则在定子中感生出磁通量。因而在一个定子的转子端产生北扱，同时在另一个定子58的转子端产生南扱。磁轭在可磁化的壳体60上发生。在该实施方案中，将转子回复至其起始位置所需的复位力也由磁阻カ形成，所述磁阻カ在线圈电流被断开之后被设置在永久磁体50和52与定子58之间。例如，通过数字模拟来选择所述各个元件的几何形状，以便除了磁阻カ以外无需提供其他复位元件。图7的实施方案也可由附加的轻敲磁体来扩展，所述轻敲磁体在轴向上连接到第ー磁体配置的永久磁体50和52。通过使用图7的实施方案，除了围绕Z轴的旋转运动以夕卜，还有可能以类似于已经描述过的实施方案的方式来获得转子的轻敲运动。图8示出了马达68的另ー个实施方案，其中所述设计为不对称的并且仅使用了一个电感器74。如在图7中ー样,在该情况下,永久磁体与转子70 —起在固定的定子72内移动。在电感器74中的相应的线圈电流方向的情形中，磁极配置例如(由定子72上的字母N和S指示)在定子72中形成。在图8中可见的为第一磁体配置的四个永久磁体76中的两个，所述永久磁体连结到转子70，并且以类似于參照图I至5和6所述的第一磁体配置的永久磁体14，16，18和20的方式负责旋转摆动运动。第一磁体配置的两个附加永久磁体在图8中是不可见的，因为它们被定子72覆盖了。负责y方向上的平移摆动运动L的第二磁体配置的轻敲磁体80，82，84和86在z轴的方向上连接在第一磁体配置的永久磁体的两侧上。此外，在图8的实施方案中，所述几何形状被选择成使得对于围绕z轴的旋转摆动运动，磁阻扭矩用作单ー扶正 力矩以便在旋转方向上偏转之后且在线圈电流被断开之后使转子70回复至其起始位置。參照图I至8所述的实施方案的特征在于，作为第一摆动组件的转子同时提供旋转摆动运动和平移摆动运动，所述运动可被例如直接传送至牙刷的刷毛头部。图9示出了马达100的一个实施方案，其中第一摆动组件由转子22形成，所述转子在该情况下仅负责旋转摆动运动。旋转摆动运动由第一磁体配置14，16，18和20通过电感器24的磁场来产生，如已经參照图I的第一磁体配置所说明的那样。由于操作模式与图I的实施方案相同，因此使用了相同的附图标号。永久磁体14，16，18和20的磁化也与图I的实施方案中的相同。被布置在图9的实施方案中的还有电感器24内的转子22，所述电感器在该情况下由两个元件组成，并且在所示的配置中，当有电流从其中流过时会在X方向上产生磁场。转子22围绕z轴旋转以便其在电感器被接通时被所产生的磁场磁化。位于电感器24的线圈内的还有由例如铁组成的U形磁通引导元件102，其具有基座104以及两个磁导侧片106和108。当线圈电流被接通时，在其中感生出磁通量，所述磁通量被第二磁体配置接收，所述磁体配置包括两个永久磁体，其中，例如片段110和112为南扱，并且片段114和116为北扱。磁体片段牢固地连接到转子118，所述转子被安装成使得其可执行方向L上的平移摆动运动。由电感器24在磁通引导元件102中所感生的磁通量导致第二磁体配置的磁体110，112，114和116的能量最小化式对齐，这导致转子118在X方向上，即在相对于转子22的旋转轴线z的径向上移动。转子22、磁通引导元件102和转子118各自具有中心孔，由转子22所帮助其旋转的轴(未示出)被引导穿过所述中心孔。同时，转子118的中心孔在最低限度上具有足够大的尺寸以便连接到转子22的轴不參与转子118的平移摆动运动し因此转子118的摆动运动和转子22的摆动运动是彼此独立的。转子118和转子22可因此被用作(如有必要)用于平移摆动运动(L)和旋转摆动运动(R)的独立驱动器。此外，类似于图I的实施方案，在图9的实施方案中，所述各个元件的几何形状，具体地讲转子的转子孔径角22和第一磁体配置的永久磁体的磁体扇形角被选择成使得磁阻扭矩用作用于旋转摆动运动的复位カ。图10示出了根据本发明的电动马达128的另ー个实施方案，其中旋转摆动运动和平移摆动运动由两个独立元件来执行。在该情况下，电感器130围绕金属的且可磁化的芯132。在图10的配置中，芯132的纵向对齐平行于电感器的轴线。
在图10中，负责旋转的第一磁体配置被布置在电感器130的下面并且包括永久磁体134，136和138。第四永久磁体(在图10中不可见)与永久磁体134，136和138—起形成ー个矩形。永久磁体的极性在每种情况下均由字母N(北扱)和S(南扱)来指示。所述不可见磁体的极性对应永久磁体136的极性。作为磁轭的金属的且可磁化的元件140位于永久磁体的下面。当在电感器130中感生出电流时(所述电流导致例如在芯132的底端形成北极)，永久磁体134,136和138与金属磁轭140 —起围绕z轴的运动即被启动。在图10中，在电感器130的上方布置了负责轻敲运动的第二磁体配置的永久磁体。这些永久磁体142和144的极性也由字母N(北极)和S(南极)来指示。当在电感器130中启动电流时(所述电流在金属芯132中产生磁通量，所述磁通量在芯132的顶端导致南扱)，图10中的永久磁体142和144的配置移向左边。将所述电流方向的极性反转会导致向右边的运动。永久磁体142和144通过元件146成为磁性共轭的,所述元件包括可适宜地磁化的金属材料。附图标号148是指壳体部件。
永久磁体134，136和138相对于芯132的配置和设计可通过数字模拟来确定，以便在该实施方案中，磁阻カ用作用于旋转摆动运动的扶正カ矩。因此，元件140可用作用于旋转摆动运动的输出，并且元件146可用作用于平移摆动运动的输出。根据本发明的特征(其中磁阻カ能够被用作用于旋转摆动运动的唯一的扶正カ矩)是全部所述实施方案所共有的。为了确保磁阻カ提供足够的用于旋转摆动运动的复位力，本发明规定了以下规程。首先，汇集所期望的对马达的要求(例如扭矩、频率、性能、最大几何尺寸或其他设计限制条件)。接受例如对应于所示实施方案中的ー个的马达系统。具体地讲，作为数字模拟的一部分，改变磁体扇形角b和转子孔径角a(如參照图2所说明的)或其他几何形状情形中的相关尺寸，直到发现合适的构型，其中磁阻扭矩在指定角区上均为线性的。最后，可制定所期望的用于旋转摆动运动的频率。为此，由磁阻扭矩和偏转角来确定模拟弹簧常数。如果磁阻扭矩的线性迹线取决于所述角度(例如图4中的情况就是如此)，则弹簧常数为恒定的。也计算出转子(包括轴在内)的质量惯性矩。因而所得摆动频率为(Iパ2 Ji)) (弹簧常数/质量惯性矩)1/2。该实例简单地将所述频率计算为单ー质量的振荡器，其中由例如壳体形成的第二质量可包括在以已知方式所作的计算中。通过改变具体地讲磁体扇形角和转子孔径角，可选择随偏转角而变的磁阻扭矩迹线，即弹簧常数。可通过适当地选择弹簧常数和惯性矩来选择所期望的频率。在同时提供旋转运动和平移摆动运动的实施方案中，用于平移摆动运动的复位力可由机械复位元件来保证。具体地讲，可调整平移摆动运动的共振频率使其远离旋转摆动运动的共振频率以便所述各种摆动可彼此独立地被启动，前提条件是电感器中的线圈电流的启动对应于这些摆动运动中的ー个的共振频率。附图fa号列表:10电动马达12壳体14,16,18,20第一磁体配置的永久磁体22转子
23磁通量线24电感器25磁场线26，28，30和32第二磁体配置的永久磁体34壳体加固件37固定到外壳上的点38轻敲カ40磁阻カ
48电动马达50,52永久磁体54转子56电感器58定子60壳体68电动马达70转子72定子74电感器76第一磁体配置的永久磁体80，82，84，86第二磁体配置的永久磁体100电动马达102磁通引导元件104磁通引导元件的基座106,108磁导侧片110，112，114，第二磁体配置的磁体片段116118转子128电动马达130电感器132电感器芯134，136，138 第一磁体配置的永久磁体140磁轭142,144第二磁体配置的永久磁体146磁轭148壳体部件R旋转摆动运动L平移摆动运动R1, R2旋转运动的方向z旋转轴线
N北极
S南极
权利要求
1.一种用于操作小电气装置的电动马达(10，48，68，100，128)，所述电动马达具有 -至少一个第一摆动马达组件(22，54，70，140)， -用于产生磁场的电感器(24, 56, 74,130),和 -具有至少一个第一永久磁体(14,16,18,20 ；50,52 ；76 ； 134,136,138)的第一磁体配置，所述至少一个第一永久磁体与用所述电感器(24,56,74,130)产生的磁场相互作用产生用于启动所述至少一个第一摆动马达组件(22，54，70，140)围绕旋转轴线(z)的旋转摆动运动(R)的力， 其特征在于 所述至少一个第一摆动马达组件(22，54，70)和所述第一磁体配置被设计成使得作用在所述第一摆动马达组件(22，54，70，140)和所述第一磁体配置中的所述至少一个永久磁体(14，16，18，20 ；50,52 ；76 ;134，136，138)之间的所述磁阻扭矩排他地用作所述旋转摆动运动(R)的扶正力矩。
2.如权利要求I所述的电动马达，其特征在于，所述至少一个第一摆动马达组件(22，54,70,140)和所述第一磁体配置被设计成使得至少在所述第一摆动组件(22，54，70，140)的偏转角的一个区域中，所述磁阻扭矩在最大偏转角以下为所述偏转角的线性函数。
3.如权利要求I或2所述的电动马达，其中所述第一摆动马达组件具有转子(22)，所述转子被配置给所述第一磁体配置(14，16，18，20)，并且所述转子的转子孔径角(a)和所述第一永久磁体的磁体扇形角(b)被选择成使得，当所述电动马达运行时，直到所述选择的最大偏转角，在所述转子和所述第一磁体配置之间获得所述磁阻扭矩的基本上线性的迹线。
4.如权利要求I至3中任一项所述的电动马达，其特征在于，至少一个第二摆动马达组件(118，146)和具有至少一个第二永久磁体(110，112，114，116 ;142，144)的第二磁体配置，所述第二永久磁体与用所述电感器(24，130)产生的磁场相互作用产生用于启动所述至少一个第二摆动马达组件(118，146)的平移摆动运动(L)的力。
5.如权利要求I至3中任一项所述的电动马达，其特征在于，具有至少一个第二永久磁体(26，28，30，32 ;80，82，84，86)的第二磁体配置，所述第二永久磁体与用电感器(24，74)产生的磁场相互作用产生用于启动所述至少一个第一摆动马达组件(22，70)的平移摆动运动(L)的力。
6.如权利要求4或5所述的电动马达，其特征在于，所述平移摆动运动(L)垂直于所述旋转摆动运动(R)的旋转轴线(z)。
7.如权利要求4至6中任一项所述的电动马达，其特征在于，所述平移摆动运动(L)和所述旋转摆动运动(R)具有不同的共振频率。
8.如权利要求4至7中任一项所述的电动马达，其特征在于，所述第一磁体配置(76)和所述第二磁体配置(80，82，84，86)中的永久磁体与所述第一摆动马达组件(70) —起移动。
9.如权利要求I至8中任一项所述的电动马达，其特征在于，所述第一磁体配置包括多个永久磁体(14，16，18，20 ;50，52 ;76)，所述多个永久磁体与所述第一摆动组件(22，54，70)同轴布置。
10.如权利要求9所述的电动马达，在其直接地或间接地从属于权利要求5的情况下，其特征在于，所述第二磁体配置包括多个永久磁体(26，28，30，32 ;80，82，84，86)，所述多个永久磁体在至少一个轴向上连接到所述第一磁体配置的永久磁体(14，16，18，20 ;76)。
11.如权利要求4或权利要求6至8中任一项所述的电动马达，在其直接或间接地从属于权利要求3的情况下，其特征在于至少一个磁通引导元件(102)，所述磁通引导元件被布置成其引导所述电感器(24)与所述至少一个第二永久磁体(110，116;112，114)相互作用产生的磁通量。
12.如权利要求I至11中任一项所述的电动马达，其特征在于，所述至少一个电感器(24，56，74)的轴线和所述旋转摆动运动(R)的旋转轴线(z)彼此垂直。
13.如权利要求I至11中任一项所述的电动马达，其特征在于，所述至少一个电感器(130)的轴线和所述旋转摆动运动(R)的旋转轴线(z)彼此平行。
14.如权利要求13所述的电动马达，在其直接或间接地从属于权利要求3的情况下，其特征在于，所述第一磁体配置(134，136，138)和第二磁体配置(142，144)在所述至少一个电感器(130)的轴线方向上被布置在所述电感器(130)的不同侧上。
15.一种小电气装置，所述小电气装置在至少一个旋转方向上具有至少一个摆动元件，其特征在于如前述权利要求中的任一项所述的电动马达(10，48，68，100，128)，所述电动马达用于启动至少所述旋转摆动运动(R)。
16.如权利要求15所述的小电气装置，其特征在于，其被设计为电动牙刷，并且所述至少一个摆动元件包括刷毛头部。
17.一种操作用于小电气装置的电动马达(10，48，68，100，128)的方法，所述电动马达具有至少一个第一摆动马达组件(22，54，70，140)、用于产生磁场的电感器(24，56，74，130)和具有至少一个永久磁体(14，16，18，20 ;50，52 ；76 ;134，136，138)的第一磁体配置，所述永久磁体与用所述电感器(24，56，74，130)产生的磁场相互作用产生用于启动所述至少一个第一摆动马达组件(22，54，70，140)的旋转摆动运动(R)的力，其特征在于 作用在所述至少一个摆动马达组件(22，54，70，140)和所述第一磁体配置中的所述至少一个永久磁体(14，16，18，20 ；50,52 ；76 ;134，136，138)之间的磁阻扭矩被用作用于所述旋转摆动运动(R)的唯一的扶正力矩。
18.一种用于制造如权利要求I至14中任一项所述的电动马达(10，48，68，100，128)的方法，其中，优选地作为数字模拟的一部分，所述至少一个第一摆动马达组件(22，54，70，140)的几何形状和所述第一磁体配置中的所述至少一个永久磁体(14，16，18，20 ；50,52 ；76 ;134，136，138)的几何形状被建立成使得所述磁阻扭矩能够被用作用于所述旋转摆动运动(R)的唯一的扶正力矩。
19.如权利要求18所述的方法，其中，优选地作为数字模拟的一部分，所述第一摆动马达组件(22，54，70)的转子孔径角(a)和所述第一磁体配置的磁体扇形角(b)被建立成使得所述磁阻扭矩能够被用作用于所述旋转摆动运动(R)的唯一的扶正力矩。
20.如权利要求18或19所述的方法，其中，优选地作为数字模拟的一部分，所述至少一个第一摆动马达组件(22，54，70，140)的几何形状和所述第一磁体配置的几何形状被建立成使得至少在所述第一摆动组件(22，54，70，140)的偏转角的一个区域中，所述磁阻扭矩 在最大偏转角以下为所述偏转角的线性函数。
全文摘要
本发明涉及一种用于操作小电气装置的电动马达(10，48，68，100，128)，所述电动马达具有第一摆动马达组件(22，54，70，140)和用于产生磁场的电感器(24，56，74，130)。第一磁体配置具有至少一个第一永久磁体(14，16，18，20，50，52，76，134，136，138)，所述至少一个第一永久磁体与用电感器(24，56，74，130)产生的磁场相互作用产生用于启动第一摆动马达组件(22，54，70，140)围绕旋转轴线的旋转摆动运动的力。根据本发明，第一摆动马达组件(22，54，70，140)和第一磁体配置被设计成使得作用在第一摆动马达组件(22，54，70，140)和第一磁体配置中的所述至少一个永久磁体(14，16，18，20，50，52，76，134，136，138)之间的磁阻扭矩用作用于旋转摆动运动的扶正力矩。本发明也涉及具有根据本发明的电动马达的小电气装置、用于操作根据本发明的电动马达的方法和用于制造根据本发明的电动马达的方法。
文档编号H02K33/16GK102804564SQ201080025021
公开日2012年11月28日 申请日期2010年6月11日 优先权日2009年6月12日
发明者亚历山大·多尔, 尤韦·肖伯, 弗兰克·克莱斯曼 申请人:博朗有限公司