CN111865027A - 一种高频高转速摆动电机及其实现方法 - Google Patents

一种高频高转速摆动电机及其实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高频高转速摆动电机，包括机壳，机壳的一端嵌入设置有端盖，机壳的内壁上连接有定子组件，定子组件的内部设有转子组件，定子组件包括线圈、铁芯和定子磁钢组件，铁芯嵌入在机壳的内部，定子磁钢组件设置在铁芯的内部，线圈也缠绕在铁芯的内部，转子组件包括输出轴和转子磁钢组件，输出轴的两端分别与机壳和端盖转动连接；本发明还公开了一种高频高转速摆动电机的实现方法。本发明通过铁芯与转子磁钢相互作用，并且通过定子磁钢与转子磁钢相互作用，产生驱动电机动作的扭矩，上述两种转矩工作方式相同，共同提高电机空载频率，保证电机在负载后也具有高频率高转速，明显优于普通有刷摆动电机与无刷摆动电机。

Description

一种高频高转速摆动电机及其实现方法
技术领域
本发明属于摆动电机技术领域，具体涉及一种高频高转速摆动电机及其实现方法。
背景技术
近年来，随着电机在消费电子产品应用的不断拓宽，其要求也越来越专业化，如提供触觉的振动电机、提供往复运动的驱动电机等。电动牙刷、洁面仪等作为新兴消费电子，其按照应用的电机方式不同主要分为以下两类：一，线性电机提供直线运动，再通过连杆、铰链、轮盘等机械结构转化为刷头往复旋转的旋转式电动牙刷；二，以摆动电机提供绕轴摆动运动(在一定角度内的往复旋转运动)，刷头直接套接在电机转轴，使得刷头上下摆动，即为摆动式电动牙刷。前者优点是频率可以做得比较高从而有较好的清洁效果，但存在结构相对复杂、成本较高的问题；后者优点是应用方式简单，应用成本低，但其频率受到结构限制，无法设计得较高，清洁力度无法与前者相比。所以如何提高摆动电机竞争力的技术关键，就是提出一种高频高转速摆动电机，以提升此类产品应用优势。
摆动电机按照设计分类，主要分为有刷摆动电机与无刷摆动电机。有刷摆动电机结构特点是线圈绕组位于转子上，磁钢位于壳体上，通过电刷为线圈供电，通过电磁相互作用，推动转子工作。有刷摆动电机其独特的结构设计，导致转子所占空间较大，具有较大的转动惯量，虽然空载频率不是特别高，但负载后频率减小较小，但存在电刷老化、绕组电流不能过大(影响电刷寿命)等无法避免的问题。无刷摆动电机结构特点是绕制有线圈绕组的铁芯固定于机壳，磁钢位于转子上。无刷摆动电机其独特的结构设计中线圈位于定子部分，所以线圈可直接与外部电源连通，无需电刷，也不存在电刷老化等问题，同时线圈绕组电流较大也不会明显影响寿命，但是由于其转子所占空间较小，其转动惯量较小，即使空载频率可以做到有刷摆动电机水平，负载后频率减小较大，在应用上明显较有刷摆动电机较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高频高转速摆动电机，以解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供的一种高频高转速摆动电机，具有保证电机在负载后也具有高频率高转速的特点。
本发明另一目的在于提供一种高频高转速摆动电机的实现方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高频高转速摆动电机，包括机壳，机壳的一端嵌入设置有端盖，机壳的内壁上连接有定子组件，定子组件的内部设有转子组件，定子组件包括线圈、铁芯和定子磁钢组件，铁芯嵌入在机壳的内部，定子磁钢组件设置在铁芯的内部，线圈也缠绕在铁芯的内部，转子组件包括输出轴和转子磁钢组件，输出轴的两端分别与机壳和端盖转动连接。
在本发明中进一步地，铁芯的内部嵌入有衬套组件，衬套组件包括两个结构相同的铁芯衬套，线圈缠绕在铁芯衬套内部的Y形凸起上。
在本发明中进一步地，定子磁钢组件包括两个定子磁钢，两个定子磁钢分别连接在铁芯衬套内部的上下平面上。
在本发明中进一步地，输出轴的一端与端盖通过第一轴承转动连接，输出轴的另一端与机壳通过第二轴承转动连接。
在本发明中进一步地，输出轴的外部镶套有转子底座，转子底座位于机壳的内部。
在本发明中进一步地，转子磁钢组件包括四个转子磁钢，四个转子磁钢均匀的的嵌入连接在转子底座的圆周上。
在本发明中进一步地，端盖为塑料构件，端盖上设有用于线圈与外部电源连通的过线孔。
在本发明中进一步地，四个转子磁钢两个为一组，且两组转子磁钢的充磁方向相反。
在本发明中进一步地，所述的高频高转速摆动电机的实现方法，包括以下步骤：
(一)、两个铁芯衬套嵌入在铁芯的内部，两个定子磁钢分别连接在铁芯衬套内部的上下平面上，两组线圈分别缠绕在铁芯衬套内部的Y形凸起上，组成定子组件；
(二)、输出轴的外部镶套有转子底座，四个转子磁钢均匀的的嵌入连接在转子底座的圆周上，组成转子组件；
(三)、两个定子磁钢以及四个转子磁钢为转子组件提供驱动磁场；
(四)、线圈通电产生电磁场，电磁场与磁场相互作用，驱动转子组件往复旋转。
在本发明中进一步地，所述的高频高转速摆动电机的实现方法，端盖为塑料构件，端盖上设有用于线圈与外部电源连通的过线孔，四个转子磁钢两个为一组，且两组转子磁钢的充磁方向相反，两个磁极相反的转子磁钢朝向铁芯的Y形凸起位置，两个磁极相同的转子磁钢朝向定子磁钢所在的位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过铁芯与转子磁钢相互作用，并且通过定子磁钢与转子磁钢相互作用，产生驱动电机动作的扭矩，上述两种转矩工作方式相同，共同提高电机空载频率，保证电机在负载后也具有高频率高转速，明显优于普通有刷摆动电机与无刷摆动电机；
2、本发明线圈断电时，转子组件所受转矩始终指向平衡位置，由于转子磁钢相对定子组件运动，铁芯上磁通不断变化，引起线圈内部产生感应电动势，导致动能迅速转化为热能耗散，使得电机迅速停止；
3、本发明转子底座为导磁材料，如不锈铁、硅钢等，其上型腔为转子磁钢组装提供装配面，并收拢电机磁场，提高电机转矩；
4、本发明铁芯为导磁材料，其不但为定子其余部件提供固定和收容空间，而且收拢工作磁场，提高磁场利用率和减少漏磁。
附图说明
图1为本发明的结构***示意图；
图2和3均为本发明的轴向剖视结构示意图；
图4为本发明的径向剖视结构示意图；
图5为本发明的线圈电流相位关系示意图，箭头方向为充磁方向；
图中：1、端盖；2、第一轴承；3、铁芯衬套；4、转子磁钢；5、线圈；6、定子磁钢；7、第二轴承；8、输出轴；9、机壳；10、铁芯；11、转子底座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-5，本发明提供以下技术方案：一种高频高转速摆动电机，包括机壳9，机壳9的一端嵌入设置有端盖1，机壳9的内壁上连接有定子组件，定子组件的内部设有转子组件，定子组件包括线圈5、铁芯10和定子磁钢组件，铁芯10嵌入在机壳9的内部，定子磁钢组件设置在铁芯10的内部，线圈5也缠绕在铁芯10的内部，转子组件包括输出轴8和转子磁钢组件，输出轴8的两端分别与机壳9和端盖1转动连接。
进一步地，铁芯10的内部嵌入有衬套组件，衬套组件包括两个结构相同的铁芯衬套3，线圈5缠绕在铁芯衬套3内部的Y形凸起上。
通过采用上述技术方案，铁芯10为导磁材料，如不锈铁、硅钢等，本实施例优选为硅钢材料，其不但为定子其余部件提供固定和收容空间，而且收拢工作磁场，提高磁场利用率和减少漏磁；在平衡位置时，铁芯10与转子磁钢4受力平衡，使得转子组件保持在平衡位置，一旦转子组件转动一定角度，铁芯10吸力会使得转子组件产生一个与转动方向相反的转矩，指向平衡位置；铁芯衬套3为绝缘材料，本实施例选用塑料，其主要为线圈5绕制提供依托面，并为线圈5绕制提供空间。
进一步地，定子磁钢组件包括两个定子磁钢6，两个定子磁钢6分别连接在铁芯衬套3内部的上下平面上。
通过采用上述技术方案，定子磁钢6与转子磁钢4同极相对；在平衡位置时，定子磁钢6与转子磁钢4受力平衡，转子组件静止于平衡位置，一旦转子组件转动一定角度，定子磁钢6对接近它的同极转子磁钢4的排斥力增大，对远离它的同极转子磁钢4的排斥力减小，受力平衡被破坏，转子组件所受转矩方向与转动方向相反，指向初始平衡位置。
定子磁钢6与转子磁钢4之间的转矩工作方式与铁芯10与转子磁钢4之间的转矩工作方式相同，共同提高电机空载频率，保证电机在负载后也具有高频率高转速。
进一步地，输出轴8的一端与端盖1通过第一轴承2转动连接，输出轴8的另一端与机壳9通过第二轴承7转动连接。
通过采用上述技术方案，输出轴8为不导磁的不锈钢，为轴承内圈及转子底座11提供固定，并将电机转子运动输出，通过第一轴承2和第二轴承7的设置使转子组件可以转动。
进一步地，输出轴8的外部镶套有转子底座11，转子底座11位于机壳9的内部。
通过采用上述技术方案，转子底座11为导磁材料，如不锈铁、硅钢等，本实施例优选为硅钢材质，其上型腔为转子磁钢4组装提供装配面，并收拢电机磁场，提高电机转矩。
进一步地，转子磁钢组件包括四个转子磁钢4，四个转子磁钢4均匀的的嵌入连接在转子底座11的圆周上，四个转子磁钢4两个为一组，且两组转子磁钢4的充磁方向相反，两个磁极相反的转子磁钢4朝向铁芯10的Y形凸起位置，两个磁极相同的转子磁钢4朝向定子磁钢6所在的位置。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于：进一步地，端盖1为塑料构件，端盖1上设有用于线圈5与外部电源连通的过线孔。
通过采用上述技术方案，为线圈5与外部电源连通提供通道，并将电机主要部分封闭于机壳9的内部。
进一步地，本发明所述的高频高转速摆动电机的实现方法，包括以下步骤：
(一)、两个铁芯衬套3嵌入在铁芯10的内部，两个定子磁钢6分别连接在铁芯衬套3内部的上下平面上，两组线圈5分别缠绕在铁芯衬套3内部的Y形凸起上，组成定子组件；
(二)、输出轴8的外部镶套有转子底座11，四个转子磁钢4均匀的的嵌入连接在转子底座11的圆周上，组成转子组件；
(三)、两个定子磁钢6以及四个转子磁钢4为转子组件提供驱动磁场；
(四)、线圈5通电产生电磁场，电磁场与磁场相互作用，驱动转子组件往复旋转。
本发明的工作原理为：
(一)、未通电时，转子组件位于如图5所示位置，此时转子组件受力平衡，为电机平衡位置、初始位置；
(二)、线圈5通电时，铁芯10中产生磁场，推动转子磁钢4，产生转矩，使得转子组件转动离开平衡位置；
(三)、线圈5断电时，转子组件所受转矩始终指向平衡位置，由于转子磁钢4相对定子组件运动，铁芯10上磁通不断变化，引起线圈5内部产生感应电动势，导致动能迅速转化为热能耗散，使得电机迅速停止；
(四)、在平衡位置时，铁芯10与转子磁钢4受力平衡，使得转子组件保持在平衡位置，一旦转子组件转动一定角度，铁芯10的吸力会使得转子组件产生一个与转动方向相反的转矩，指向平衡位置；
(五)、在平衡位置时，定子磁钢6与转子磁钢4受力平衡，转子组件静止与平衡位置，一旦转子组件转动一定角度，定子磁钢6对接近它的同极转子磁钢4的排斥力增大，对远离它的同极转子磁钢4的排斥力减小，受力平衡被破坏，转子组件所受转矩方向与转动方向相反，指向初始平衡位置；
(六)、上述两种转矩工作方式相同，共同提高电机空载频率，保证电机在负载后也具有高频率高转速，明显优于普通有刷摆动电机与无刷摆动电机。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种高频高转速摆动电机，包括机壳(9)，其特征在于：机壳(9)的一端嵌入设置有端盖(1)，机壳(9)的内壁上连接有定子组件，定子组件的内部设有转子组件，定子组件包括线圈(5)、铁芯(10)和定子磁钢组件，铁芯(10)嵌入在机壳(9)的内部，定子磁钢组件设置在铁芯(10)的内部，线圈(5)也缠绕在铁芯(10)的内部，转子组件包括输出轴(8)和转子磁钢组件，输出轴(8)的两端分别与机壳(9)和端盖(1)转动连接。
2.根据权利要求1所述的一种高频高转速摆动电机，其特征在于：铁芯(10)的内部嵌入有衬套组件，衬套组件包括两个结构相同的铁芯衬套(3)，线圈(5)缠绕在铁芯衬套(3)内部的Y形凸起上。
3.根据权利要求2所述的一种高频高转速摆动电机，其特征在于：定子磁钢组件包括两个定子磁钢(6)，两个定子磁钢(6)分别连接在铁芯衬套(3)内部的上下平面上。
4.根据权利要求1所述的一种高频高转速摆动电机，其特征在于：输出轴(8)的一端与端盖(1)通过第一轴承(2)转动连接，输出轴(8)的另一端与机壳(9)通过第二轴承(7)转动连接。
5.根据权利要求1所述的一种高频高转速摆动电机，其特征在于：输出轴(8)的外部镶套有转子底座(11)，转子底座(11)位于机壳(9)的内部。
6.根据权利要求5所述的一种高频高转速摆动电机，其特征在于：转子磁钢组件包括四个转子磁钢(4)，四个转子磁钢(4)均匀的的嵌入连接在转子底座(11)的圆周上。
7.根据权利要求1所述的一种高频高转速摆动电机，其特征在于：端盖(1)为塑料构件，端盖(1)上设有用于线圈(5)与外部电源连通的过线孔。
8.根据权利要求1所述的一种高频高转速摆动电机，其特征在于：四个转子磁钢(4)两个为一组，且两组转子磁钢(4)的充磁方向相反。
9.根据权利要求1-8任一项所述的高频高转速摆动电机的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
(一)、两个铁芯衬套(3)嵌入在铁芯(10)的内部，两个定子磁钢(6)分别连接在铁芯衬套(3)内部的上下平面上，两组线圈(5)分别缠绕在铁芯衬套(3)内部的Y形凸起上，组成定子组件；
(二)、输出轴(8)的外部镶套有转子底座(11)，四个转子磁钢(4)均匀的的嵌入连接在转子底座(11)的圆周上，组成转子组件；
(三)、两个定子磁钢(6)以及四个转子磁钢(4)为转子组件提供驱动磁场；
(四)、线圈(5)通电产生电磁场，电磁场与磁场相互作用，驱动转子组件往复旋转。
10.根据权利要求9所述的高频高转速摆动电机的实现方法，其特征在于：端盖(1)为塑料构件，端盖(1)上设有用于线圈(5)与外部电源连通的过线孔，四个转子磁钢(4)两个为一组，且两组转子磁钢(4)的充磁方向相反，两个磁极相反的转子磁钢(4)朝向铁芯(10)的Y形凸起位置，两个磁极相同的转子磁钢(4)朝向定子磁钢(6)所在的位置。
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