專利名稱：電動馬達的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種擺動式電動馬達，尤其涉及一種適于在以便攜電池為動力的設備中使用的微型擺動式馬達。
背景技術：
擺動式馬達為從其具有自外殼延伸的輸出軸這一點看起來而象一種馬達的裝置。然而，輸出軸并不完全轉動，而是在低于一轉的有限運動范圍內來回地擺動，通常是擺過很小的角度，例如30°或60°。
專利US 4595849示出了這樣一種用于電動牙刷中的馬達。該馬達具有一永久磁體轉子和一用于使轉子偏壓于靜止位置的復位彈簧。一飛輪安裝于馬達軸上以便細調轉子的諧振頻率從而在工作頻率下發生諧振。
需要一種結構簡單，可靠且易于大量生產的擺動式馬達。
發明內容
據此，本發明提供了一種擺動式馬達，其包括一軸；一配裝于軸上的層疊式轉子芯，轉子芯具有至少一個凸極；一具有至少一個凸極的層疊式定子芯；至少一個繞定子極纏繞的定子線圈；至少一個配裝在定子芯上的永久磁體，其定位成與定子極沿圓周方向相隔開且橫過一氣隙面對著轉子極，永久磁體具有兩個沿圓周方向相隔開的磁極；因而流過定子線圈的交流電引起轉子極在永久磁體的各極之間擺動。
優選地，轉子芯具有兩個凸極；定子芯具有兩個凸極，各定子極具有相應的定子線圈；兩個永久磁體配裝于定子芯上，它們分別沿圓周方向位于定子極之間且分別橫過一氣隙面對著轉子極；其中纏繞的定子線圈用于在定子極中感應產生同樣的磁極，從而又在轉子極中感應產生同樣的磁極。
優選地，轉子通過一復位彈簧的作用偏壓于靜止位置。
優選地，永久磁體或各永久磁體包括許多單獨的較小永久磁體片。
優選地，軸承為帶有一自潤滑或低摩擦材料的軸界面的襯套。
優選地，其中一個軸承為可提供推動軸進入預定方位的彈簧功能的特種軸承。
優選地，軸在±5°與±20°之間的角度范圍內擺動，優選地在±5°與±10°之間擺動。
現在將參照附圖，對本發明的優選的實施例進行描述，其中圖1為一種根據優選實施例的馬達的剖視圖；圖2為圖1的馬達的縱向剖視圖；圖3為一種改進型馬達的與圖2相似的縱向剖視圖；圖4為圖3的馬達的一端蓋的橫斷面視圖；圖5為另一種改進型馬達的與圖2相似的縱向剖視圖；以及圖6為圖5中的馬達所使用的一密封軸承的正視圖。
具體實施例方式
優選實施例的擺動式馬達具有一簡單結構，其角度運動從彈簧偏置的中性或靜止位置擺動±15°。圖1為通過馬達中間的剖面圖，示出了定子和轉子的結構。
轉子11包括一帶有兩個安裝于一馬達軸20上的凸極12的層疊式轉子芯21。沒有與轉子11相關聯的繞組或磁體。定子具有一環型層疊式定子芯15，該環型層疊式定子芯15具有兩個定子凸極16。定子線圈17纏繞在每個定子極16上。定子還具有兩個永久磁體13，它們在定子極16之間沿圓周隔開并且與轉子極12相對。磁體13沿側向磁化，以便具有如圖1所示的互相緊接的N極和S極，這時磁體的設置可提供與每個定子極16相鄰接的北極和南極。
定子極16橫過一小氣隙18面對著轉子芯21的主體部分，而轉子極12橫過小氣隙14面對著永久磁體13，而轉子在磁體13作用下在正常情況下偏壓位于與磁體13的中部相重合的磁極正中間的中性或靜止位置。轉子11也通過彈簧偏壓于靜止位置。在下文中將對這種彈簧偏壓的功能進行詳細地描述。
如圖2所示，一塑料外殼22覆蓋著定子芯15。端蓋23封閉著外殼的打開端。軸20支承于安裝在外殼22和端蓋23上的軸承24、25中。端蓋23還支承著一扭簧19。扭簧19為一固定于軸20端部的狹槽中的一彈簧鋼扁平條。彈簧19從軸20的端部沿軸向延伸，并且位于端蓋23的相應狹槽26中。
現在將對馬達的工作情況進行描述。在不活動狀態中，永久磁體13借助于彈簧19而將轉子11回復或保持于其靜止位置中，在這個靜止位置上，轉子極12受到永久磁體13的兩極的引力相同。當馬達開啟時，電流通過定子線圈17中從而在定子極16中感應產生磁場。沿一個方向的電流產生形成于兩定子極16上的北磁極。這又在兩轉子極12上感應產生北極，當磁體的南極與轉子北極之間的引力和轉子北極與磁體北極之間的斥力大于彈簧19的約束力時，因而造成轉子向磁體13的南極擺動，從而使得轉子極12現在與磁體13的南極對齊。
當電流沿相反的方向進入定子線圈時，就在兩個定子極16中產生南極，從而造成轉子沿相反的方向擺動以便與磁體13的北極對齊。
當無電流流入線圈17時，定子極16不再受到磁化，并且在轉子極12內不會感應產生磁場，因此轉子11在彈簧19和永久磁體13的作用下回到其靜止位置。
通過輸送交流電通過定子線圈17，轉子11就從北極向南極擺動并返回，從而使輸出軸20產生持續擺動。可以設想通過電池驅動的電子振蕩器電路來提供交流電。
擺動的角度可以預定，最大容許移動由馬達的結構中的物理約束設定，但輸出范圍理所當然地取決于永久磁體13的圓周或弓形范圍、彈簧19的強度或剛性、磁場的強度以及系統的自然諧振頻率和工作頻率。
一種優選的無載工作條件為在150-350Hz之間的諧振頻率下擺動±15°。
當工作頻率與轉動系統的諧振頻率相匹配時，馬達工作最為有效。諧振頻率主要受轉子的質量以及其上的附屬物、轉動質量影響。然而，對于某些應用如牙刷和剃須刀而言，所需的輸出頻率可能高于轉動質量的諧振頻率。彈簧偏壓作用用于向上調節轉動質量的諧振頻率。據認為，通過在定子線圈中的電流反向時，提高轉子朝向靜止位置的加速度，就可以實現這一點。加速度越快，諧振頻率就越高。因此，通過增大彈簧偏壓作用，即通過利用剛性的彈簧，就可以提高馬達的諧振頻率。通過選擇適當的彈簧，就可以使馬達的諧振頻率與工作頻率相匹配以便提供最高效率從而使每次電池充電能夠提供最長工作時間。
轉子所用的軸承24、25必須在沿各方向只有小轉動的情況下工作，因此油浸式燒結軸承、微型電動馬達所用的軸承可能并不適用。優選的軸承為涂有自潤滑或低摩擦材料例如PTFE或NiPTFE的硬質塑料襯套、尼龍襯套和/或陶瓷襯套。
圖3示出了一與圖2中的馬達相似的馬達，其中軸承24、25為球軸承并且復位彈簧19是沿徑向放置而非沿軸向的片簧的形式。工作原理相同。圖4為圖3中馬達的端蓋23內側的剖面圖，示出了復位彈簧19的設置方式。彈簧19為一位于軸20端部的狹槽中的彈簧鋼扁平條。彈簧19從軸20沿徑向延伸并且彈簧的兩端分別位于端蓋23中的相應凹槽26中，以便容許彈簧沿徑向略微滑動同時又能防止彈簧19與軸20一起轉動。因此，當軸20轉動時，彈簧19卷繞或者說發生彈性變形從而產生作用于軸20上的回復力以便使轉子11回到靜止位置。
圖5示出了與圖2中的馬達相似的另一種改進型馬達，其中彈簧和軸承組合成單個特種軸承單元，其也可以密封馬達外殼的端部，這點對于潮濕的應用例如用于電動牙刷或電動剃須刀中很重要。
下文中稱作橡膠軸承24的這種特種軸承單元在圖6中示出。橡膠軸承24具有一用于壓配合入馬達外殼22或端蓋23上的外環27和用于安裝于軸20上的內環28。多個肋29在內、外環28、27之間延伸并提供對軸20的徑向支承。腹板或橡膠板30在各肋29與內、外環28、27之間延伸以便密封開口。內環28硫化處理于軸20上以便提供良好的水密封和固定方式。為了在軸20與內環28之間給予更好的夾緊或粘附效果，軸20可以提供有一特征31，例如扁平面、切口或壓花。內環可以具有相似的形狀。因此，內環28與軸20一起轉動，并且這種轉動造成肋29發生彈性變形，這種彈性變形提供改變轉子諧振頻率并使軸20偏壓到靜止位置所需的彈力。
當擺動的角度小時，假定為±5至10°，這種軸承設置結構尤其具有吸引力。這種特種軸承單元的材料優選地為橡膠或橡膠類材料，尤其是帶有或不帶金屬或塑料嵌入物的硅酮橡膠。
上述實施例僅供示例，本發明所屬領域的普通技術人員應該清楚，在不背離如后附的權利要求書所確定的本發明的精神及范圍的情況下可以做出的各種改動。例如，各永久磁體可以由許多單獨的永久磁體片組成。
權利要求
1.一種擺動式馬達，其包括一軸；一配裝于軸上的層疊式轉子芯，轉子芯具有至少一個凸極；一具有至少一個凸極的層疊式定子芯；至少一個繞定子極纏繞的定子線圈；至少一個配裝在定子芯上的永久磁體，其定位成與定子極沿圓周方向相隔開且橫過一氣隙面對著轉子極，永久磁體具有兩個沿圓周方向相隔開的磁極；這樣，流過定子線圈的交流電引起轉子極在永久磁體的各極之間擺動。
2.根據權利要求1所述的擺動式馬達，其中轉子芯具有兩個凸極；定子芯具有兩個凸極，各定子極具有相應的定子線圈；兩個永久磁體配裝于定子芯上，它們分別沿圓周方向位于定子極之間且分別橫過一氣隙面對著轉子極；其中纏繞的定子線圈用于在定子極中感應產生同樣的磁極，從而又在轉子極中感應產生同樣的磁極。
3.根據權利要求1或2所述的擺動式馬達，其中轉子通過一復位彈簧的作用偏壓于靜止位置。
4.根據權利要求3所述的馬達，其中復位彈簧為一彈簧鋼條形式的扭簧，其一端附連于軸上而另一端附連于馬達的靜止部分上。
5.根據權利要求4所述的馬達，其中彈簧具有固定于軸一端中的狹槽內的第一端和定位于端蓋中的狹槽內的第二端，彈簧沿軸的軸向延伸。
6.根據權利要求4所述的馬達，其中彈簧位于軸的狹槽中，沿軸的徑向延伸，并且彈簧的端部位于端蓋中的凹槽內。
7.根據前述權利要求中任一項所述的馬達，其中永久磁體包括許多單獨的較小永久磁體片。
8.根據前述權利要求中任一項所述的馬達，其中馬達具有一在其一端由一端蓋封閉的杯形外殼，外殼和端蓋各支承著一軸承以便可轉動地支承著軸。
9.根據權利要求8所述的馬達，其中軸承為帶有一自潤滑或低摩擦材料的軸界面的襯套。
10.根據權利要求9所述的馬達，其中低摩擦材料為NiPTFE、PTFE、尼龍或硬質塑料。
11.根據權利要求8所述的馬達，其中軸承之一為可提供推動軸進入預定方位的彈簧功能的特種軸承。
12.根據權利要求11所述的馬達，其中這種特種軸承還使軸與外殼密封起來以防潮氣侵入。
13.根據權利要求12所述的馬達，其中這種特種軸承和端蓋使軸與外殼密封起來。
14.根據權利要求13所述的馬達，其中這種特定軸承包括一固定于外殼或端蓋上的外環、一固定于軸上以便與其一起轉動的內環、一在內、外環之間延伸的腹板以及多個在內、外環之間延伸的肋。
15.根據權利要求14所述的馬達，其中這種特種軸承為由可彈性變形的材料構成的單個鑄件。
16.根據權利要求15所述的馬達，其中特種軸承的材料選自橡膠、合成橡膠、橡膠類材料和硅酮。
17.根據權利要求14所述的馬達，其中這種特種軸承硫化處理于馬達軸上。
18.根據前述權利要求中任一項所述的馬達，其中軸在±5°與±20°之間的角度范圍內擺動，優選地在±5°與±10°之間擺動。
19.根據前述權利要求中任一項所述的馬達，其中馬達設置成在150Hz至350Hz之間的交流電源頻率下工作(每秒輸出150至350次擺動)。
20.根據前述權利要求中任一項所述的馬達，其中轉子芯和定子芯上的凸極在物理上防止轉子發生完全轉動。
全文摘要
一種擺動式馬達(10)的轉子轉動從一靜止位置轉動大約±15°。轉子(11)具有兩個橫過小氣隙(14)面對著相應永久磁體(13)的凸極(12)。定子具有支承著磁體的層疊式定子芯(15)和各支承著定子線圈(17)的兩個凸極(16)。定子凸極在兩個轉子極之間橫過小氣隙(18)面對著轉子。當沒有電流流過線圈時，轉子(11)停放于靜止位置上，這時極(12)在磁體(13)的北和南極之間對齊。在工作時，定子線圈(17)在定子極(16)中感應產生同樣的磁極，從而又在轉子極(12)中感應產生同樣的磁極，引起轉子向著永久磁體的相對磁極擺動。當電流沿反向流過時，轉子向著磁體的相對極擺動。在定子線圈中流過交流電就引起轉子在一小角度范圍內持續地擺動。
文檔編號H02K5/12GK1538598SQ20041002879
公開日2004年10月20日 申請日期2004年3月18日 優先權日2003年3月18日
發明者G·斯特羅爾, G 斯特羅爾 申請人:德昌電機股份有限公司