ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ НЕБОЛЬШОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОРТАТИВНОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2015 года по МПК H02K33/16 

Область применения

Настоящее изобретение, в целом, относится к двигателям для небольших электрических портативных устройств.

Уровень техники

Небольшие электрические портативные устройства, такие как электробритва или электрическая зубная щетка, обычно имеют электродвигатель, приводящий в движение другой компонент, например, эксцентрично расположенный груз. В частности, для приведения в движение эксцентрично расположенного груза часто используется электродвигатель постоянного тока. На выбор компоновки электрического портативного устройства и технических характеристик его двигателя влияет множество факторов. В настоящее время в небольших электрических портативных устройствах наиболее часто используются электродвигатели постоянного тока и/или магнитные ярма Е-образной формы, которые должны быть установлены в ограниченном пространстве. Так, например, рукоятка электробритвы, как правило, по размерам и/или объему больше, чем рукоятка ручного прибора для влажного бритья, поскольку в ней необходимо разместить электрические компоненты, в частности, электродвигатель. Большая по размерам и/или объему рукоятка имеет очень неэргономичную форму. Так, например, диаметр в самом узком месте рукоятки электробритвы Fusion® ProGlide™ (производства The Gillette Company, Бостон, штат Массачусетс) составляет примерно 11-12 мм. В таком ограниченном пространстве должен быть установлен электродвигатель достаточной мощности для работы данного портативного устройства. Кроме того, выходная мощность двигателя постоянного тока зависит от частоты вырабатываемых им вибраций, которая в свою очередь зависит от напряжения питания. И хотя частоту вибрации двигателя постоянного тока изменить можно, амплитуду вибраций изменить нельзя. Кроме того, вибрации электродвигателя постоянного тока подвержены различным эффектам аттенюации (например, вызванной прикосновением руки пользователя), зависят от температуры и/или степени старения материалов двигателя. В целом, если хотят разместить электродвигатель в меньшем пространстве, то используют двигатель меньшей мощности, но при этом страдают характеристики эффективности двигателя и приводимого им в движение компонента. Примеры малых электрических портативных устройств и используемых в них двигателей описаны в патентных заявках США 2010/0175207, 2008/0204177, 2007/0137043 и 2005/0046281, а также в патентах США 7554225, 7015602 и 6933630.

Поэтому существует потребность в линейном двигателе, который может быть размещен внутри рукоятки небольшого электрического портативного устройства. При этом электродвигатель должен иметь как можно меньшую ширину, иметь меньше частей и быть более надежным по сравнению с двигателями в соответствии с существующим уровнем техники. Электродвигатель небольшого электрического портативного устройства, несмотря на меньшую ширину, предпочтительно должен иметь технические характеристики (например, КПД), не уступающие, или даже превосходящие характеристики существующих портативных устройств. Еще более предпочтительно, чтобы была обеспечена возможность более легкого изменения частоты работы (резонансной частоты) электродвигателя.

Сущность изобретения

Одно из воплощений изобретения относится к рукоятке для небольшого электрического портативного устройства. Рукоятка содержит расположенный внутри нее электродвигатель в сборе. Электродвигатель в сборе содержит в целом L-образной формы магнитное ярмо, образованное двумя в сущности перпендикулярными поверхностями, образующими вогнутую приемную часть. Электродвигатель в сборе содержит также железный сердечник и катушку (обмотку), расположенные в сущности в упомянутой вогнутой приемной части ярма таким образом, что в исходном состоянии электродвигателя в сборе железный сердечник и обмотка не находятся в контакте с одной из двух в сущности перпендикулярных поверхностей.

Описанное выше воплощение может включать одно или более из следующих воплощений. Электродвигатель в сборе может дополнительно содержать по меньшей мере один магнит, расположенный в сущности в вогнутой приемной части. Упомянутый по меньшей мере один магнит может представлять собой два магнита, расположенные в сущности в вогнутой приемной части. Упомянутый по меньшей мере один магнит и железный сердечник могут не находиться в контакте друг с другом, в результате чего между ними образуется первый зазор, и упомянутый по меньшей мере один магнит и в целом L-образной формы магнитное ярмо могут не находиться в контакте друг с другом, в результате чего между ними образуется второй зазор.

Первый зазор и второй зазор могут быть в сущности перпендикулярны друг другу. Угол между первым зазором и вторым зазором может составлять от примерно 60° до примерно 120°. Электродвигатель в сборе может дополнительно содержать железную пластину, расположенную в сущности в вогнутой приемной части. Железная пластина может не находиться в контакте с железным сердечником. Железная пластина может быть присоединена к упомянутому по меньшей мере одному магниту и расположена над ним магнитом. Железная пластина может не находиться в контакте с в целом L-образной формы магнитным ярмом. Электродвигатель в сборе может дополнительно содержать пластинчатую пружину, присоединенную к в целом L-образной формы магнитному ярму. Конфигурация пластинчатой пружины может определять резонансную частоту электродвигателя в сборе. Пластинчатая пружина может иметь в целом U-образную форму. Пластинчатая пружина может находиться в контакте только с частью L-образной формы магнитного ярма таким образом, что она не находится в контакте и/или не имеет какой-либо поверхности, перекрывающей одну из двух в сущности перпендикулярных поверхностей в целом L-образной формы магнитного ярма. Параллельные поверхности в целом U-образной формы пластинчатой пружины не перекрывают по меньшей мере одной из двух в сущности перпендикулярных поверхностей магнитного ярма. Электродвигатель в сборе может быть резонирующим. Электродвигатель в сборе может дополнительно содержать массу, связанную с железной пластиной. Масса и/или железная пластина могут быть магнитными, например, масса и/или железная пластина могут быть выполнены из мягкого магнитного материала. Масса может быть выполнена из немагнитного материала. Роль массы могут выполнять по меньшей мере железная пластина или упомянутый по меньшей мере один магнит. Масса может быть подобрана таким образом, что она будет определять резонансную частоту электродвигателя в сборе. В результате этого мощность электродвигателя в сборе, может линейно зависеть от отклонения массы от исходного положения. Электродвигатель в сборе может дополнительно содержать установочный элемент, присоединенный к наружной стороне одной из двух в сущности перпендикулярных поверхностей в целом L-образной формы магнитного ярма и к железному сердечнику таким образом, что установочный элемент не расположен внутри вогнутой приемной части. Электродвигатель в сборе может сообщать линейное вибрирующее движение вдоль продольной оси рукоятки. Электродвигатель в сборе может быть помещен в часть рукоятки, имеющую диаметр менее, чем примерно 7 мм. Частота вибрации электродвигателя в сборе может составлять от примерно 50 Гц до примерно 500 Гц.

Еще одно воплощение изобретения также относится к рукоятке для небольшого электрического портативного устройства. Рукоятка содержит расположенный внутри нее электродвигатель в сборе. Электродвигатель в сборе содержит в целом L-образной формы ярмо магнита, образованное двумя в сущности перпендикулярными поверхностями, образующими вогнутую приемную часть. Электродвигатель в сборе содержит также железный сердечник, катушку (обмотку) и по меньшей мере один магнит, расположенный в сущности в вогнутой приемной части таким образом, что упомянутый по меньшей мере один магнит и железный сердечник не находятся в контакте друг с другом, в результате чего между ними образуется первый зазор, и упомянутый по меньшей мере один магнит и в целом L-образной формы магнитное ярмо не находятся в контакте друг с другом, в результате чего между ними образуется второй зазор, при этом первый зазор и второй зазор в сущности перпендикулярны друг другу.

Описанное выше воплощение может включать одно или более из следующих воплощений. Угол между первым зазором и вторым зазором может составлять от примерно 60° до примерно 120°. Электродвигатель в сборе может дополнительно содержать железную пластину, расположенную в сущности в вогнутой приемной части. Железная пластина может не находиться в контакте с железным сердечником. Железная пластина может быть присоединена к упомянутому по меньшей мере одному магниту и расположена над ним магнитом. Железная пластина может не находиться в контакте с в целом L-образной формы магнитным ярмом. Электродвигатель в сборе может дополнительно содержать пластинчатую пружину, присоединенную к в целом L-образной формы магнитному ярму. Конфигурация пластинчатой пружины может определять резонансную частоту электродвигателя в сборе. Пластинчатая пружина может иметь в целом U-образную форму. Пластинчатая пружина может находиться в контакте только с частью L-образной формы магнитного ярма таким образом, что она не находится в контакте и/или не имеет какой-либо поверхности, перекрывающей одну из двух в сущности перпендикулярных поверхностей в целом L-образной формы магнитного ярма. Параллельные поверхности в целом U-образной формы пластинчатой пружины не перекрывают по меньшей мере одной из двух в сущности перпендикулярных поверхностей магнитного ярма. Электродвигатель в сборе может быть резонирующим. Электродвигатель в сборе может дополнительно содержать массу, связанную с железной плитой. Масса и/или железная плита могут быть магнитными, например, масса и/или железная плита могут быть выполнены из мягкого магнитного материала. Масса может быть выполнена из немагнитного материала. Роль массы могут выполнять по меньшей мере железная пластина или упомянутый по меньшей мере один магнит. Масса может быть подобрана таким образом, что она будет определять резонансную частоту электродвигателя в сборе. В результате этого мощность электродвигателя в сборе, может линейно зависеть от отклонения массы от исходного положения. Электродвигатель в сборе может дополнительно содержать установочный элемент, присоединенный к наружной стороне одной из двух в сущности перпендикулярных поверхностей в целом L-образной формы магнитного ярма и к железному сердечнику таким образом, что установочный элемент не расположен внутри вогнутой приемной части. Электродвигатель в сборе может сообщать линейное вибрирующее движение вдоль продольной оси рукоятки. Электродвигатель в сборе может быть помещен в часть рукоятки, имеющую диаметр менее чем примерно 7 мм. Частота вибрации электродвигателя в сборе может составлять от примерно 50 Гц до примерно 500 Гц.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение, а также его отличительные особенности и преимущества будут более понятны из нижеследующего описания различных воплощений, сопровождаемого прилагаемыми чертежами.

Фиг. 1. Схематический аксонометрический вид известного электродвигателя в сборе, расположенного в рукоятке небольшого электрического портативного устройства.

Фиг. 2. Схематический вид сбоку известного электродвигателя в сборе.

Фиг. 3. Схематический аксонометрический вид электродвигателя в сборе в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения.

Фиг. 4. Схематический вид сбоку электродвигателя в сборе, изображенного на фиг. 3.

Фиг. 5. Схематический аксонометрический вид электродвигателя в сборе в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения.

Фиг. 6A и 6B. Схематический аксонометрический вид и схематический вид спереди одного из воплощений настоящего изобретения.

Фиг. 7. Схематический вид сбоку электродвигателя в сборе, изображенного на фиг. 6A и 6B, с указанием вектора плотности магнитного потока.

Фиг. 8. График зависимости силы, развиваемой электродвигателем в сборе в соответствии с настоящим изобретением, от смещения массы.

Фиг. 9A и 9B. Схематические виды сбоку электродвигателей в сборе в соответствии с различными воплощениями настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Если явно не указано иное, то упоминание объекта в единственном числе означает «один или более» таких объектов.

На фиг. 1 показано известное небольшое электрическое портативное устройство 10, содержащее рукоятку 20 и электродвигатель 30 в сборе, расположенный внутри рукоятки. Электродвигатель 30 в сборе включает установочный элемент 31 электродвигателя, присоединенный к U- или С-образному магнитному ярму 32. Не ограничивающие примеры электродвигателей в сборе с магнитными ярмами описаны в патентных заявках США 2010/0175207, 2008/0204177, 2007/0137043 и 2005/0046281, а также в патентах США 7554225, 7015602 и 6933630 и 6051902. Внутри U-образного или С-образного магнитного ярма 32 расположена катушка 33. К внешней поверхности магнитного ярма 32 присоединена пара пластинчатых пружин 34, сходящихся друг с другом в целом над магнитным ярмом 32. Кроме того, над магнитным ярмом 32 расположена пара магнитов 36, присоединенных к железной пластине 38, также расположенной над магнитным ярмом 32. Рычаг 40, расположенный железной пластиной 38, присоединен к пластинчатым пружинам 34 в части, образующей выходной элемент электродвигателя 30 в сборе. При работе электродвигателя 30 в сборе пластинчатые пружины определяют резонансную частоту и воображаемую ось вращения выходного элемента, вокруг которой могут осциллировать из сторону в сторону магниты 36 и железная пластина 38.

В известных небольших электрических портативных устройствах, как правило, используется электродвигатель постоянного тока. Используемые электродвигатели постоянного тока, как правило, совершают от примерно от примерно 3000 до примерно 30000 об/мин, и соответственно с частотой от примерно 50 до примерно 500 Гц. Электродвигатели постоянного тока в электробритвах, как правило, помещаются в рукоятку диаметром от примерно 10 до примерно 11 мм.

На фиг. 2 показан фрагмент еще одного известного небольшого электрического портативного устройства 50. В частности, показан фрагмент рукоятки 60 и электродвигателя 70 в сборе. Электродвигатель 70 в сборе включает магнитное ярмо 72 Е-образной формы. Внутри Е-образной формы магнитного ярма 72 расположены катушки 73. К внешней поверхности магнитного ярма 72 присоединены пластинчатые пружины 74 таким образом, что пара пластинчатых пружин 74 сходится в целом над магнитным ярмом 72. Кроме того, над магнитным ярмом 72 расположена пара магнитов 76, присоединенных к железной пластине 78, также расположенной над магнитным ярмом 72. Рычаг 80, расположенный над железной пластиной 68, присоединен к пластинчатым пружинам 74 в части, образующей выходной элемент электродвигателя 70 в сборе. При работе электродвигателя 70 в сборе пластинчатые пружины 74 определяют резонансную частоту и воображаемую ось вращения выходного элемента, вокруг которой могут осциллировать из сторону в сторону магниты 76 и железная пластина 78.

Фиг. 3 и 4 показано воплощение настоящего изобретения. Линейный электродвигатель 100 в сборе включает установочный элемент 101 электродвигателя, к которому присоединено магнитное ярмо 102 в целом L-образной формы, имеющее две в сущности перпендикулярные поверхности (например, две в сущности линейные поверхности, которые в сущности перпендикулярны друг другу), образующие вогнутую приемную часть. Под «в сущности линейными» подразумеваются поверхности ярма 102, которые могут включать нелинейные элементы, например, канавки, выступы или углубления, или могут включать области вдоль своей длины, которые являются нелинейными, например, сужающиеся и/или расширяющиеся, что может быть сделано по технологическим причинам и/или конструкционным причинам. В дополнение к этому, или в качестве альтернативы, магнитное ярмо 102 в целом L-образной формы содержит два компонента в целом L-образной формы, не обязательно идентичных друг другу. Так, например, упомянутые два компонента могут находиться в контакте друг с другом и по меньшей мере частично перекрывать друг друга. В одном из воплощений под магнитным ярмом 102 расположен установочный элемент 101 для электродвигателя. К магнитному ярму 102 в целом L-образной формы присоединен железный сердечник 104 с намотанной вокруг него обмоткой 106. Над железным сердечником 104 и обмоткой 106 расположена масса 108. Масса может быть выбрана из группы, состоящей из: по меньшей мере одного магнита 109, например, из пары магнитов, железной пластины 110 и их сочетаний. В одном из воплощений масса может быть магнитной. Масса образует движущуюся часть электродвигателя 100 в сборе. Упомянутый по меньшей мере один магнит 109 расположен внутри вогнутой приемной части в целом L-образной формы магнитного ярма 102. В дополнение к этому, или в качестве альтернативы, железная пластина 110 также расположена по меньшей мере в сущности внутри вогнутой приемной части в целом L-образной формы магнитного ярма 102. В одном из воплощений часть железной пластины 110 расположена вне вогнутой приемной части. Магнит 109 и железная пластина 110 не находятся в контакте с железным сердечником. Железный сердечник и обмотка не находятся в контакте с одной из двух в сущности перпендикулярных поверхностей. Магнит 109 не находится в контакте с железным сердечником 104, в результате чего между ними образуется первый зазор 112. Магнит 109 не находится в контакте с магнитным ярмом 102 в целом L-образной формы, в результате чего образуется второй зазор 114. Первый зазор 112 и второй зазор 114 в сущности перпендикулярны друг другу. Перпендикулярное расположение данных зазоров 112 и 114, в отличие от традиционного расположения в одной плоскости, позволяет изготовить электродвигатель 100 в сборе, имеющий меньшие размеры, благодаря чему, например, электродвигатель 100 в сборе может быть помещен в рукоятку меньшего диаметра или меньшей ширины.

В одном из воплощений настоящего изобретения электродвигатель в сборе представляет собой линейный вибрационный двигатель, то есть двигатель, сообщающий ведомому элементу линейную вибрацию вдоль направления длины рукоятки. И хотя теоретически это не обязательно, можно ожидать, что линейная вибрация является предпочтительной для определенных типов небольших электрических портативных устройств, таких, как электробритвы и электрические зубные щетки. Так, например, можно предположить, что вибрация, вырабатываемая роторным двигателем, неприятна для человека (вызывает неприятные ощущения для кожи, руки и так далее). Более того, в линейном двигателе легче изменить амплитуду вибрации. Легче настроить и нужную частоту вибрации и поддерживать ее постоянной, не изменяющейся при изменениях напряжения питания, нагрузки (например, при намокании волос), температуры, по мере старения материалов двигателя и под воздействием прочих факторов. Для линейного электродвигателя в сборе в соответствии с настоящим изобретением амплитуда и частота вибрации могут быть настроены независимо друг от друга.

В одном из воплощений весь электродвигатель 100 в сборе может быть резонирующим. Резонансную частоту может определять масса. Железная пластина и/или якорь могут быть изготовлены из электромагнитных материалов, например, из вольфрама, предпочтительно из вольфрама высокой плотности.

На фиг. 5, 6A, 6B и 7 показано еще одно воплощение настоящего изобретения, в котором электродвигатель 200 в сборе с магнитным ярмом 202 в целом L-образной формы, имеющим две в сущности перпендикулярные поверхности (то есть, две в сущности линейные поверхности, которые в сущности перпендикулярны друг другу), образующие вогнутую приемную часть, включает также якорь 204. Якорь 204 может быть расположен поверх железной пластины 206, которая в свою очередь расположена поверх по меньшей мере одного магнита 208, например, поверх двух магнитов. В дополнение к этому, или в качестве альтернативы, к в целом L-образной формы магнитному ярму, например, к наружной поверхности магнитного ярма 202, прикреплены пластинчатая пружина 210 или пара пластинчатых пружин. В одном из воплощений пластинчатая пружина 210 или пара пластинчатых пружин находятся в контакте только с частью магнитного ярма 202 таким образом, что пластинчатая пружина 210 или пара пластинчатых пружин не находятся в контакте с одной из двух в сущности перпендикулярных поверхностей магнитного ярма 202. Пластинчатая пружина 210 может представлять собой цельную конструкцию в целом U-образной формы, или она может представлять собой пару цельных элементов в целом L-образной формы. Пластинчатая пружина 210 может быть в целом U-образной формы или в целом L-образной формы, даже если пластинчатая пружина 210 включает канавки, выступы, отверстия, углубления, сужающиеся или расширяющиеся концы в силу технологических или конструкционных особенностей. В одном из воплощений пластинчатая пружина 210 находится в контакте или присоединена к железной пластине 206 и/или якорю 204 таким образом, что пластинчатая пружина 210 не находится в контакте с магнитом 208. В дополнение к этому, или в качестве альтернативы, поверхности пластинчатой пружины 210, или поверхности пары пластинчатых пружин, которые присоединены к железной пластине 206 и/или якорю 204, или находятся в контакте с ними, могут быть в целом параллельны. В целом параллельные поверхности позволяют получить в целом постоянный воздушный зазор 212 между магнитом 208 и железным сердечником (как показано на фиг. 6A и 6B, где обмотка 214 показано только частично). В одном из воплощений масса может быть выбрана из группы, состоящей из: по меньшей мере одного магнита 208, например, из пары магнитов, железной пластины 206, якоря 204, пластинчатой пружины 210, например, из пары пластинчатых пружин и их сочетаний. Масса образует движущуюся часть электродвигателя в сборе. В одном из воплощений якорь 204 расположен вне вогнутой приемной части в целом L-образной формы магнитного ярма 202.

Примеры подходящих материалов для изготовления железной пластины 206, магнитного ярма 202 и железного сердечника 212 включают, но не ограничиваются ими, мягкий магнитный материал, например, электропроводящий лист (включая ламинированный), магнитную сталь и мягкий магнитный пластический материал. В одном из воплощений магнит 208 предпочтительно является магнитом из редкоземельных металлов (например, NdFeB или SmCo) или жестким магнитным материалом (например, AlNiCo). В одном из воплощений обмотка 214 предпочтительно изготовлена из медной, алюминиевой или серебряной проволоки.

В качестве альтернативы, обмотка 214 может быть изготовлена из листов, например, из тех же материалов, из которых могут быть изготовлены железная пластина 206, магнитное ярмо 202, и/или железный сердечник 212. В одном из воплощений первая пластинчатая пружина 210 предпочтительно изготовлена из немагнитной стали, например, из нержавеющей стали. В одном из воплощений якорь 204 предпочтительно изготовлен из материала, имеющего высокий удельный вес, например, из вольфрама. Якорь 204 может быть изготовлен из того же материала, что и железная пластина 206.

Установочный элемент для электродвигателя может быть расположен на дне железного сердечника. В таком воплощении магнит, железная пластина, якорь (то есть масса) или их сочетания совершают движение при работе электродвигателя. В альтернативном воплощении магнит, железная пластина, якорь (то есть масса) или их сочетания могут быть установлены на корпус портативного устройства. В таком воплощении при работе электродвигателя в сборе движутся остальные компоненты двигателя и таким образом, остальные компоненты работают, как осциллирующая масса.

На фиг. 7 показаны векторы плотности магнитного потока в одном из воплощений, а именно в воплощении, изображенном на фиг. 5, 6A и 6B. Ток, протекающий через обмотку 214, индуцирует магнитный поток, входящий в железный сердечник 212. Магнит 208, например, пара магнитов, при этом стремится расположиться вдоль линий магнитного потока. Контур магнитного потока становится замкнутым и проходящим через железную пластину 206, магнит 208, в целом L-образной формы магнитное ярмо 212 и нижнюю часть железного сердечника 212. При этом в данном замкнутом контуре имеется два воздушных зазора: (1) между магнитом 208 и железным сердечником 212 и (2) между железной пластиной 206 и в целом L-образной формы магнитным ярмом 202. Данные воздушные зазоры не лежат в одной плоскости, а ориентированы перпендикулярно друг другу. Из-за большой площади перекрывающихся участков железной пластины 206 и ярма 202 магнитное сопротивление воздушного зазора между ними относительно невелико. Это обеспечивает высокие значения возникающих магнитных сил.

На фиг. 8 показан график сил, возникающих в двигателе, в зависимости от величины смещения массы в одном из воплощений настоящего изобретения, а именно, в воплощении, показанном на фиг. 5, 6A и 6B. В таком воплощении может быть получена осциллирующая резонансная система. Резонансная частота может быть рассчитана по формуле:

где f - резонансная частота, m - масса и C - совокупный коэффициент упругости пружины. Совокупный коэффициент упругости пружины представляет собой сумму константы упругости пружины и эффективной константы сил магнитного сопротивления. Совокупный коэффициент (С) упругости пружины может быть определен как угол наклона линии наилучшего приближения кривой зависимости силы от смещения массы

В одном из воплощений кривая суммарной силы сопротивления имеет в сущности постоянный наклон во всем диапазоне хода массы. В таком воплощении может быть обеспечена постоянная частота осцилляции в заданном диапазоне перемещения массы. В сущности линейная зависимость силы от смещения может быть достигнута различными способами. Так, например, конструкция двигателя может обеспечивать очень малую (практически нулевую) силу магнитного сопротивления по сравнению с упругой силой пружины, в результате чего сумма силы магнитного сопротивления и силы упругости пружины будет в сущности линейно зависеть от величины смещения массы, поскольку сила упругости пружины линейно, или в сущности линейно зависит о величины смещения массы. В другом воплощении конструкция магнитной системы может быть подобрана таким образом, что сила магнитного сопротивления будет линейно или в сущности линейно меняться в зависимости от величины смещения массы.

Электродвигатель в сборе в соответствии с настоящим изобретением может быть размещен в составной части небольшого электрического портативного устройства, имеющей максимальный наружный диаметр, составляющий примерно 8 мм, предпочтительно примерно 7 мм. Во время работы двигателя масса совершает смещение в пределах примерно ±0,7 мм. Резонансная частота электродвигателя в сборе может составлять от примерно 10 Гц до примерно 500 Гц, предпочтительно от примерно 10 Гц до примерно 120 Гц, более предпочтительно от примерно 95 Гц до примерно 105 Гц, и еще более предпочтительно - примерно 100 Гц. По сравнению с известными электродвигателями в сборе для небольших электрических портативных устройств, в настоящем изобретении предлагается двигатель меньшего размера (примерно на 30% меньше по наружному диаметру), более простой конструкции с меньшим количеством деталей, более устойчивый к износу (вследствие меньшего количества изнашиваемых деталей), и соответственно более дешевый.

В одном из воплощений суммарная длина электродвигателя в сборе зависит от размера инертной массы (то есть движущейся части электродвигателя в сборе) и размера железного сердечника. Данные два параметра могут быть определены, исходя из требуемой рабочей (резонансной) частоты. При меньшей требуемой рабочей частоте электродвигатель в сборе будет длиннее, а при большей требуемой частоте электродвигатель в сборе будет короче.

И хотя теоретически это не обязательно, можно ожидать, что в целом L-образной формы магнитное ярмо имеет практически такие же, и даже лучшие, характеристики, чем применяемые магнитные ярма U-образной формы или Е-образной формы. Единственным недостатком магнитного ярма L-образной формы является относительно низкий КПД двигателя. Кроме того, сборка магнитного ярма в целом L-образной формы из металлических листов может быть затруднительной. Как правило, в двигателях с высоким КПД используются ламинированные металлические листы, для снижения потерь на вихревые токи. Но поскольку электродвигатель в сборе в соответствии с настоящим изобретением предназначен для небольших электрических портативных устройств, то главное в таких устройствах - это обеспечить малый размер двигателя, а КПД у всех таких двигателей, как правило, низкий. Размеры таких двигателей не позволяют использовать металлические листы. Поэтому можно предположить, что двигатель с в целом L-образной формы магнитным ярмом будет иметь практически такой же, а может быть, и больший КПД, чем двигатели в известных небольших электрических портативных устройствах с ярмом U-образной формы или Е-образной формы.

На фиг. 9A-9B показаны дополнительные воплощения настоящего изобретения, которые могут использоваться в приложениях с различными требованиями к механическому устройству и пространственной компоновке. Электродвигатель 300 в сборе включает в целом L-образной формы магнитное ярмо 302, имеющее две в сущности перпендикулярные поверхности (например, две в сущности линейные поверхности, которые являются в сущности перпендикулярными), образующие в сущности вогнутую приемную часть. Одна из двух в сущности линейных поверхностей может иметь концевую часть 303, которая не лежит в одной плоскости с остальной частью линейной поверхности, хотя вся поверхность в сущности линейна. Концевая часть 303 может быть расположена под углом к остальной части линейной поверхности, составляющий от примерно 45° до примерно 135°, предпочтительно от примерно 60° до примерно 120°. Внутри вогнутой приемной части магнитного ярма 302 расположен якорь 304, поверх железной пластины 306, которая в свою очередь расположена поверх по меньшей мере одного магнита 308, например, поверх двух магнитов. В одном из воплощений якорь 304 расположен за пределами вогнутой приемной части в целом L-образной формы магнитного ярма 302. В дополнение к этому, или в качестве альтернативы, к в целом L-образной формы магнитному ярму 302, например, к наружной поверхности магнитного ярма, присоединены пластинчатая пружина или пара пластинчатых пружин. Сформирован первый воздушный зазор 310 между по меньшей мере одним магнитом 308 и железным сердечником 312, присоединенным к магнитному ярму 302. Сформирован также второй воздушный зазор 314 между по меньшей мере одним магнитом 308 и/или железной пластиной 306. Угол 316 между первым воздушным зазором 310 и вторым воздушным зазором 314 может составлять от примерно 45° до примерно 135°, предпочтительно от примерно 60° до примерно 120°. Такая конфигурация обеспечивает универсальность конструкции, благодаря чему электродвигатель 300 в сборе может быть встроен в различные устройства с различной геометрией и размерами пространства под двигатель. Электродвигатель 300 в сборе может также иметь различную длину и ширину (то есть, может быть сделан длиннее или короче, шире или уже).

Следует понимать, что любое ограничение некоторым максимальным числовым значением, приводимое в настоящем описании, включает любое ограничение меньшим максимальным числовым значением, как если бы все такие ограничения меньшими максимальными числовыми значениями были указаны явно. Любое ограничение некоторым минимальным числовым значением, приводимое в настоящем описании, включает любое ограничение большим минимальным числовым значением, как если бы все такие ограничения большими минимальными числовыми значениями были указаны явно. Любое ограничение некоторым диапазоном числовых значений, приводимое в настоящем описании, включает любое ограничение более узким диапазоном числовых значений, входящим в указанный диапазон, как если бы все такие ограничения более узкими диапазонами числовых значений были указаны явно.

Размеры и их значения, содержащиеся в данном документе, не следует рассматривать как строго ограниченные в точности приведенными значениями. Напротив, если не оговорено особо, под приведенным значением понимается данное значение в точности и все значения, находящиеся в функционально эквивалентной его окрестности. Так, например, значение, обозначенное как 40 мм, следует рассматривать как «примерно 40 мм».

Все документы, на которые приводятся ссылки в настоящем описании, включая ссылки на иные патенты и заявки, цитируются целиком, если явно не оговорено, что они цитируются частично или с ограничениями. Цитирование какого-либо документа не означает признание того, что цитируемый документ должен быть включен в уровень техники по отношению к изобретению, изложенному в настоящей заявке, или что цитируемое изобретение само по себе или в сочетании с другим документом, или другими документами, объясняет, предлагает или описывает идею настоящего изобретения. Кроме того, если какое-либо значение или определение понятия в настоящем документе не совпадает со значением или определением данного понятия в документе, на который дается ссылка, следует руководствоваться значением или определением данного понятия, содержащимся в настоящем документе.

Несмотря на то что в данном документе иллюстрируются и описываются конкретные воплощения настоящего изобретения, сведущим в данной области техники будет очевидно, что возможно внесение прочих изменений и модификаций, не нарушающих идею и назначение изобретения. С этой целью имелось в виду в прилагаемой формуле изобретения представить все возможные подобные изменения и модификации в объеме настоящего изобретения.

Изобретение относится к двигателям для небольших электрических портативных устройств. Рукоятка для небольшого электрического портативного устройства, содержащая расположенный в ней электродвигатель в сборе. Электродвигатель в сборе содержит в целом L-образной формы магнитное ярмо, сформированное из двух в сущности перпендикулярных поверхностей таким образом, что упомянутые две в сущности перпендикулярные поверхности образуют вогнутую приемную часть. Электродвигатель в сборе содержит также железный сердечник и обмотку, расположенные в сущности в вогнутой приемной части таким образом, что в исходном состоянии электродвигателя железный сердечник и обмотка не находятся в контакте с одной из двух в сущности перпендикулярных поверхностей. Техническим результатом является повышение надежности. 19 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Рукоятка для небольшого электрического портативного устройства, содержащая:
электродвигатель в сборе, расположенный в рукоятке, при этом электродвигатель в сборе содержит:
в целом L-образной формы магнитное ярмо, образованное из двух в сущности перпендикулярных поверхностей, при этом упомянутые две в сущности перпендикулярные поверхности образуют вогнутую приемную часть; и
железный сердечник и обмотку, расположенную в сущности в вогнутой приемной части,
при этом железный сердечник и обмотка не находятся в контакте с одной из упомянутых двух в сущности перпендикулярных поверхностей, когда электродвигатель в сборе находится в исходном состоянии.

2. Рукоятка по п. 1, отличающаяся тем, что электродвигатель в сборе дополнительно содержит по меньшей мере один магнит, расположенный в сущности в вогнутой приемной части.

3. Рукоятка по п. 2, отличающаяся тем, что упомянутый по меньшей мере один магнит и железный сердечник не находятся в контакте друг с другом, в результате чего образуется первый зазор, упомянутый по меньшей мере один магнит и в целом L-образной формы магнитное ярмо не находятся в контакте друг с другом, в результате чего образуется второй зазор, и при этом первый и второй зазоры в сущности перпендикулярны друг другу.

4. Рукоятка по п. 2, отличающаяся тем, что упомянутый по меньшей мере один магнит и железный сердечник не находятся в контакте друг с другом, в результате чего образуется первый зазор, упомянутый по меньшей мере один магнит и в целом L-образной формы магнитное ярмо не находятся в контакте друг с другом, в результате чего образуется второй зазор, и при этом первый зазор и второй зазор расположены под углом от примерно 60° до примерно 120° друг к другу.

5. Рукоятка по п. 2, отличающаяся тем, что электродвигатель в сборе дополнительно содержит железную пластину, расположенную в сущности в вогнутой приемной части.

6. Рукоятка по п. 5, отличающаяся тем, что железная пластина не находится в контакте с железным сердечником.

7. Рукоятка по п. 6, отличающаяся тем, что железная пластина присоединена к упомянутому по меньшей мере одному магниту и расположена над ним.

8. Рукоятка по п. 7, отличающаяся тем, что железная пластина не находится в контакте с в целом L-образной формы магнитным ярмом.

9. Рукоятка по п. 1, отличающаяся тем, что электродвигатель в сборе дополнительно содержит пластинчатую пружину, присоединенную к в целом L-образной формы магнитному ярму, при этом конфигурация пластинчатой пружины определяет резонансную частоту электродвигателя в сборе.

10. Рукоятка по п. 9, отличающаяся тем, что пластинчатая пружина имеет в целом U-образную форму.

11. Рукоятка по п. 10, отличающаяся тем, что пластинчатая пружина находится в контакте только с частью в целом L-образной формы магнитного ярма таким образом, что пластинчатая пружина не находится в контакте с одной из двух в сущности перпендикулярных поверхностей в целом L-образной формы магнитного ярма.

12. Рукоятка по п. 1, отличающаяся тем, что электродвигатель в сборе является резонирующим.

13. Рукоятка по п. 5, отличающаяся тем, что электродвигатель в сборе дополнительно содержит массу, присоединенную к железной пластине, при этом по меньшей мере один из следующих элементов: масса и/или железная пластина - выполнен из мягкого магнитного материала.

14. Рукоятка по п. 5, отличающаяся тем, что электродвигатель в сборе дополнительно содержит массу, присоединенную к железной пластине, и при этом масса выполнена из немагнитного материала.

15. Рукоятка по п. 13, отличающаяся тем, что конфигурация массы определяет резонансную частоту электродвигателя в сборе.

16. Рукоятка по п. 13, отличающаяся тем, что результирующая мощность электродвигателя в сборе, в сущности линейно зависит от величины отклонения массы.

17. Рукоятка по п. 1, отличающаяся тем, что электродвигатель в сборе дополнительно содержит установочный элемент, присоединенный к наружной стороне одной из двух в сущности перпендикулярных поверхностей в целом L-образной формы магнитного ярма и к железному сердечнику таким образом, что установочный элемент не расположен внутри вогнутой приемной части.

18. Рукоятка по п. 1, отличающаяся тем, что электродвигатель в сборе имеет конфигурацию, сообщающую линейное вибрирующее движение вдоль продольной оси рукоятки.

19. Рукоятка по п. 1, отличающаяся тем, что электродвигатель в сборе размещен в части рукоятки, имеющей диаметр менее чем 7 мм.

20. Рукоятка по п. 1, отличающаяся тем, что частота вибрации электродвигателя в сборе составляет от примерно 50 Гц до примерно 500 Гц.