专利名称：用于产生振荡运动的电动驱动单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于产生振荡运动的电动驱动单元。此外本发明涉及一种具有这样驱动单元的小型电器以及用于制造这样驱动单元的方法。
背景技术：
用于产生振荡运动的电动驱动单元例如应用于电动牙刷和电动剃须刀中。所以从DE 28 20 437 A1中已知具有转子摆动式电动机的电动牙刷。转子摆动式电动机使其上安装刷子部分的轴来回地转动。转动受到扭转弹簧和阻尼元件影响，所以调节到期望的运动过程。
从US 5,613,259中已知一种振荡装置，特别是一种电动牙刷。该装置具有机械的振荡器，其被电动机驱动。依据由传感器检测的机械的振荡器的振动频率如此控制电动机，使得机械的振荡器在不同的负载情况下也保持谐振。机械的振荡器通过弹簧质量系统构成，所述系统能够具有螺旋弹簧或者扭转棒。
为了能够实现用于产生振荡运动的电动驱动单元的尽可能优化的运行，应该通过相应于该系统的谐振频率的或者位于该系统的谐振频率的附近频率激励该驱动单元。但是谐振频率不仅随着驱动单元的负载改变而且由于在批量质量时产生的制造公差产生偏差。虽然该偏差能够通过激励频率补偿。但是这样的调节需要额外的制造费用。此外，在一些应用中不希望激励频率的改变。
发明内容
因此，本发明的任务在于，以尽可能小的费用并且尽可能优化地构造一种用于产生振荡运动的电动驱动单元。
该任务通过权利要求1的特征组合完成。
根据本发明构造的用于产生振荡运动的电动驱动单元具有定子、转子和扭转元件。根据本发明的驱动单元的特征在于，设有用于机械地调整驱动单元的谐振频率的在扭转元件上作用的调整元件。
本发明具有下面优点，即驱动单元允许与制造公差无关地将电动驱动能量最好地转化为振荡运动并且因此比较小的电能用于根据本发明的驱动单元的运行。
根据本发明的驱动单元优选地如此构成，使得调整元件使扭转元件固定在扭转元件的可变的位置上。在这种情况下，调整元件可运动并且可固定地设置在定子上。特别地，调整元件平行于驱动单元的纵向轴运动。为此，调整元件可以例如接合在定子中的至少一个槽中。以相对小的成本实现这样的结构并且可以简单地调整根据本发明的驱动单元的谐振频率。
在简单的处理的意义上特别有利的是，调整元件构成为夹紧装置。在这种情况下，调整元件具有两个部分和至少一个用于使两个部分相接的连接元件。
扭转元件通常固定在转子上。在根据本发明的一个优选的实施例中转子具有中空轴。在这种情况下特别有利的是，扭转元件至少部分地设置在中空轴内。以这样的方式根据本发明的驱动单元能够构造得非常紧凑。扭转元件优选地构成为扭转棒，其以非常小制造公差被制造并且特别是在与中空轴的组合中几乎不要求结构空间。
根据本发明的驱动单元能够具有外壳，其在调整元件的区域中具有凹处。因此可以允许在根据本发明的驱动单元已经完全装配的时刻进行谐振频率的调整。
在根据本发明的驱动单元的一个优选的实施例中，定子具有永久磁铁和至少一个线圈。转子优选地具有由可磁化材料制成的电枢。
此外本发明还涉及一种具有根据本发明的驱动单元的小型电器。根据本发明的小型电器优选地构成为电动牙刷或者剃须刀。在这种电器中存在借助于蓄电池与电源无关的运行，所以根据本发明的驱动单元的相对低的能量消耗对于通过一个蓄电池能量取得的电器消耗时间有积极的效果。
根据本发明的方法涉及用于产生振荡运动的电动驱动单元的制造，其中驱动单元具有定子、转子和扭转元件。根据本发明的方法特征在于，在驱动单元装配之后通过扭转元件机械地调整它的谐振频率。
在根据本发明的方法的范围内，扭转元件的参与振荡运动的区域能够改变，以便调整驱动单元到期望的谐振频率。为此，扭转元件能够固定在调整元件上，其中调整元件在扭转元件上所接合的位置如此选择，使得驱动单元具有期望的谐振频率。为了获得谐振频率的有效调整，使驱动单元处于振荡运动，并且从振荡运动的衰减特性中计算出调整元件应该固定在扭转元件上的位置。在根据本发明的方法的一个优选的实施例中，通过脉冲形激励使驱动单元振荡运动。调整元件应该固定在扭转元件的位置例如通过振荡运动的衰减特性计算。扭转元件优选地固定在一个转动位置中，当关闭驱动单元时转子处于该转动位置。
下面根据在附图中所示的实施例详细地说明本发明，其中根据本发明的驱动单元总是用于电动牙刷。其中
图1示出根据本发明构成的驱动单元的第一实施例的俯视图；图2示出根据本发明的驱动单元的第一实施例的沿图1中所示的线A-A的纵向剖视图；图3示出根据本发明的驱动单元的第一实施例的另一个纵向剖视图，其中剖切面相对于图2绕根据本发明的驱动单元的纵向轴旋转90度；图4示出根据本发明的驱动单元的第一实施例的沿图1中所示的线B-B的横向剖视图；图5示出根据本发明的驱动单元的第一实施例的沿图1中所示的线C-C的横向剖视图；以及图6示出根据本发明的驱动单元的第二实施例的沿图1中所示的线C-C的横向剖视图。
具体实施例方式
图1示出根据本发明构成的驱动单元1的实施例的俯视图。驱动单元1具有纵向延伸的外壳2，中空轴3从该外壳的端侧伸出，所述中空轴平行于驱动单元1的纵向轴。用于容纳图中未示出的嵌入牙刷的连接件4同轴地插入到中空轴3的在外壳2外部的轴向末端中并且与中空轴3抗扭地连接。外壳2在它的一个纵向面上在与中空轴3从外壳2中所伸出的端侧远离的端部区域中具有窗形的间隙5。透过间隙5可以看见设置在外壳2的内部中的滑移件6，其可以平行于驱动单元1的纵向轴移动并且在下面还将详细地描述。从图2-5的剖视图或者从第二实施例的图6的剖视图中详细地示出驱动单元1的内部结构。
图2示出驱动单元1的第一实施例的沿图1中所示的线A-A的纵向剖视图。图3示出另一个纵向剖视图，其中剖切面相对于图2绕驱动单元1的纵向轴旋转90度。如从图2和3中可以看出，中空轴3延伸到外壳2的内部并且相对于外壳2可转动地安装在两个轴承7中。轴承7设置在线圈体8中。在两个轴承7之间的区域中，电枢9抗扭地设置在中空轴3上。扭转棒10与中空轴3同轴地在中空轴3内部延伸，所述扭转棒的两个轴向端从中空轴3中伸出。扭转棒10在它的第一轴向端的区域中抗扭地与连接件4连接并且因此也与中空轴3连接。扭转棒10在它的第二轴向端附近抗扭地被夹在滑移件6中并且因此与外壳2抗扭连接。因此通过扭转棒10，在外壳2上构成包括连接件4和电枢9的中空轴3的扭转弹性的吊挂装置。永久磁铁12径向上邻近于电枢9地设置在载板11上。载板11在直径上相对地设置在外壳2的内侧上。通过在图3和4中所示的部件构成位置固定的定子13和相对于定子13可转动的转子14。外壳2、线圈体8、载板11和永久磁铁12可以分配给定子13。转子14的零件是带有连接件4和电枢9的中空轴3。通过扭转棒10，定子13和转子14互相扭转弹性地接合。
图4示出驱动单元1的第一实施例的沿图1中所示的线B-B的横向剖视图。从图4中可以看出，电枢9具有纵向延伸的横截面并且这样设置在长的中空空间15中，使得电枢能够相对于所示的静止位置在两个转动方向上略微转动。至少一个线圈16设置在线圈体8上，所述线圈在图4中仅仅部分地示出。当电流通过线圈16时，在电枢9中产生磁场，所以在电枢9的相邻于永久磁铁12的径向表面的区域中产生与永久磁铁12的磁相互作用，因此导致电枢9从它的静止位置偏转并且因此中空轴3略微地转动。通过线圈16的交替的电流供应能够令电枢9从静止位置交替地沿相反的转动方向进行偏转并且因此产生转子14的振荡转动运动。该振荡转动运动由扭转棒10支持，该扭转棒总是将转子14回转到电枢9的静止位置中并且与转子14构成可振动的弹簧质量系统。如果由载流的线圈16以弹簧质量系统的谐振频率进行激励，那么振荡的转动运动的振幅将特别大。在谐振频率的区域中，激励能量能够被最有效地传输，所以希望的振幅所要求的激励能量采取最小值。为了驱动单元1能够尽可能有效的运行，因此弹簧质量系统的谐振频率与激励频率或者与激励频率的附近的预定值尽可能精确地相符。但是在制造多个驱动单元1时，由于驱动单元1的部件的制造产生的公差而产生谐振频率的数值分散。为了解决这个问题，在本发明的范围中建议在每个驱动单元1装配之后机械地调整弹簧质量系统的谐振频率。该调整总是以下面的方式进行，即借助于滑移件6改变扭转棒10的有效长度。有关的步骤参考图5详细的描述。
图5示出驱动单元1的第一实施例的沿图1中所示的线C-C的横向剖视图。因此该截面通过滑移件6，该滑移件由上部17和下部18组成。在滑移件6的上部17和下部18之间的分离面平行于驱动单元1的纵向轴延伸。滑移件6的上部17在两侧接合在线圈体8中的每个平行于驱动单元1的纵向轴形成的槽19并且仅沿该方向运动。上部17与下部18借助于两个螺栓20拧紧到一起，其中所述螺栓进入到滑移件6的上部17的通孔21中并且啮合在滑移件6的下部18的螺纹孔22中。当拧紧时，扭转棒10在两个键槽23之间被夹紧，所述键槽平行于驱动单元1的纵向轴构成在滑移件6的上部17和下部18中并且键槽的壁表面被压向扭转棒10的圆柱形圆周表面。因此扭转棒10力接合地固定在滑移件6上。同时阻止滑移件6平行于驱动单元1的纵向轴的运动可能性，因为扭转棒10在该方向是刚性的。为了释放和紧固，通过在外壳2中的间隙5可以到达螺栓20。可以如下所述进行驱动单元1的弹簧质量系统的谐振频率的调整扭转棒10在转动位置中被夹在滑移件6中，由于在电枢9上的永久磁铁12的作用，扭转棒将该位置用作静止位置。在扭转棒10通过螺栓20固定之前，滑移件6被移动到一个位置中，在此处能够很可能获得弹簧质量系统的期望的谐振频率并且因此进行预调节。这涉及通过滑移件6调节扭转棒10的有效长度并且相应地影响弹簧质量系统的谐振频率。扭转棒10的有效长度对应于扭转棒10在连接件4上的固定位置和扭转棒10在滑移件6上的固定位置之间的距离。通过减短扭转棒10的有效长度，也就是说通过滑移件6向中空轴3移动，提高谐振频率。与之相反，通过增长扭转棒10的有效长度，即通过增大在滑移件6和中空轴3之间的距离实现降低谐振频率。在预调节进行之后，驱动单元1通过脉冲激励而进行振荡运动并且从振荡运动的衰减特性中计算出弹簧质量系统对于滑移件6的当前位置所具有的实际的谐振频率。实际谐振频率与期望谐振频率的偏差中例如借助于凭经验建立的表格计算出滑移件6为了达到期望的谐振频率应该移动的距离。接着滑移件6被移动计算出的距离。通过再一次脉冲形激励能够检验滑移件6的位置。如果要求，滑移件6重新调整，直到弹簧质量系统的实际谐振频率以预定精度对应于期望的谐振频率。然后滑移件6被持久地固定。
如从图4和5中可以看出，在根据本发明的驱动单元1的第一实施例中扭转棒10具有圆形的横截面。备选地，在本发明的范围中扭转棒10也可以是其他类型的结构。可能的变型在图6中示出。
图6示出驱动单元1的第二实施例的沿图1中所示的线C-C的横向剖视图。在第二实施例中，扭转棒10具有正方形横截面。在第二实施例中扭转棒10的旋转对称的结构的取消提供了如下可能，即确保扭转棒10与滑移件6形式接合而不转动。在这种情况下，在第一实施例中为了固定扭转棒10而在滑移件6的上部17和下部18上设置的键槽23可以保留。同样在其他的结构和功能方面，驱动单元1的第二实施例对应于第一实施例。
权利要求
1.一种用于产生振荡运动的电动驱动单元，具有定子(13)，转子(14)，扭转元件(10)和调整元件(6)，该调整元件作用在扭转元件(10)上用于机械地调整驱动单元的谐振频率，其特征在于，转子(14)具有中空轴(3)并且扭转元件(10)至少部分设置在中空轴(3)内部。
2.如权利要求1所述的驱动单元，其中调整元件(6)将扭转元件(10)固定在扭转元件(10)的可变的位置上。
3.如前述权利要求中任一项所述的驱动单元，其中调整元件(6)可运动并且可固定地设置在定子(13)上。
4.如权利要求3所述的驱动单元，其中调整元件(6)平行于驱动单元(1)的纵向轴运动。
5.如权利要求3或4所述的驱动单元，其中调整元件(6)啮合在定子(13)中的至少一个槽(19)中。
6.如前述权利要求中任一项所述的驱动单元，其中调整元件(6)构成为夹紧装置。
7.如权利要求6所述的驱动单元，其中调整元件具有两个部分(17、18)和至少一个用于使两个部分(17、18)接近的连接元件(20)。
8.如前述权利要求中任一项所述的驱动单元，其中扭转元件(10)固定在转子(14)上。
9.如前述权利要求中任一项所述的驱动单元，其中扭转元件(10)作为扭转棒构成。
10.如前述权利要求中任一项所述的驱动单元，其中设有外壳(2)，其在调整元件(6)的区域中具有凹处(5)。
11.如前述权利要求中任一项所述的驱动单元，其中定子(13)具有永久磁铁(12)和至少一个线圈(16)。
12.如前述权利要求中任一项所述的驱动单元，其中转子(14)具有由可磁化材料制成的电枢(9)。
13.一种小型电器，其特征在于，它具有如前述权利要求中任一项所述的驱动单元(1)。
14.如权利要求中13所述的小型电器，其中它构成为电动牙刷或者电动剃须刀。
15.一种用于制造产生振荡运动的电动驱动单元(1)的方法，其中驱动单元(1)具有定子(13)、转子(14)、扭转元件(10)和调整元件(6)，并且驱动单元(1)的谐振频率被机械地调整，其特征在于，使驱动单元(1)处于振荡运动，并且从振荡运动的衰减特性中计算出调整元件(6)应该固定在扭转元件(10)上的位置。
16.如权利要求中15所述的方法，其中扭转元件(10)固定在调整元件(6)上，其中调整元件(6)在扭转元件(10)上所接合的位置如此选择，使得驱动单元(1)具有期望的谐振频率。
17.如权利要求中16所述的方法，其中通过脉冲形激励使驱动单元(1)振荡运动。
18.如权利要求15-17中任一项所述的方法，其中扭转元件(10)固定在一个转动位置中，当关闭驱动单元(1)时转子(14)处于该转动位置。
全文摘要
本发明涉及一种用于产生振荡运动的电动驱动单元(1)。根据本发明的驱动单元(1)具有定子(13)、转子(14)和扭转元件(10)并且其特征在于，设有用于机械地调整驱动单元(1)的谐振频率的在扭转元件(10)上作用的调整元件(6)。
文档编号A61C17/16GK1875536SQ200480032261
公开日2006年12月6日 申请日期2004年10月23日 优先权日2003年10月29日
发明者格哈德·克雷斯纳, 亚历山大·施勒特尔, 克里斯蒂安·容克, 彼得·希尔芬格, 汉斯约尔格·赖克, 伯恩哈德·克劳斯, 乌韦·舍贝尔 申请人:布劳恩股份有限公司