往复扭转式驱动机构及护理装置的制作方法

本发明涉及电机驱动技术领域，尤其涉及一种往复扭转式驱动机构及带有该往复扭转式驱动机构的护理装置。

【背景技术】

随着人们生活水平的提高，人们对电动产品的需求越来越多，尤其是在个人护理产品上，比如清洁用的刷类产品，利用自动控制方式，实现刷头的自动运动，比如转动、往复上下运动、左右运动等。

现有技术中，以绕轴输出往复回转振动原理的电动牙刷，电动洗颜刷也逐渐成为主流的设计方案。为了实现高效的绕轴往复回转震动的输出，市面上已出现了多类设计方案，但这些方案几乎都面临结构复杂，工艺要求高，空间利用用率低，结构欠紧凑造成产品体积大，手持震感强，抗载能力差等问题，尤其因电机尺寸限制造成产品体积过大和因转动惯量带来的强烈手持震感引起的不适，在青少年，儿童类的产品应用上表现出局限性。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明公开一种往复扭转式驱动机构和护理装置，其结构简单、小巧，其空间利用率高，利用挠性轴往复扭转的结构进行往复震动，减小了手持震动感。

为达到上述目的，本发明一种往复扭转式驱动机构，包括：

轴联：包括第一轴联和第二轴联；

转子：所述转子上设置有槽体；

挠性轴：所述挠性轴的一端固定在所述第一轴联上，另一端穿过所述槽体后与第二轴联连接固定，所述挠性轴与所述槽体过盈配合；

固定支架：包括容置腔和线圈支撑架，所述转子在所述挠性轴的支撑下容置在所述固定支架的容置腔内；

磁体组件：固定在所述固定支架上，所述磁体组件至少包括两块磁性相反的间隔设置的磁体，且同时与所述转子的端部间隔设置；

线圈：固定在所述线圈支撑架上，且沿着所述挠性轴延伸方向环绕在所述转子上，所述线圈上通交流电，所述转子在电磁场下互感产生交变磁极，产生磁极的转子因所述磁体产生吸合或排斥力发生移动，带动所述挠性轴扭动。

进一步的，所述磁体组件包括四块磁体，分别间隔固定在固定支架上，四块磁体包括两块n极磁性磁体和两块s极磁性磁体，其中每两块磁性相反的磁体组合成一组位于所述转子的同一侧，两组磁体分别位于所述转子的两对称边。

进一步的，所述磁体朝向所述转子的一面为弧形结构，且弧形结构的轴心与所述转子转动的轴心为同心。

进一步的，所述挠性轴设置有两个，所述转子的其中两对称的端部设置有两个槽体，两个所述挠性轴分别穿过两个所述槽体，且与所述槽体过盈配合。

进一步的，所述转子为“h”型结构，且两端部的宽度较中间的宽度宽，所述线圈沿所述转子上的槽体的延伸方向套设在所述转子的中间部位，所述线圈通电产生的磁力线方向与所述挠性轴移动输出方向垂直。

进一步的，所述转子端部上的槽体为半开口的槽体结构，将所述转子分成四个端部，每个端部分别对应一块磁体，四个所述端部与与之对应的所述磁体之间的间隙宽度一样。

进一步的，四个所述转子的端部都为弧形结构，其弧形结构的轴心与所述转子转动的轴心为同心结构。

进一步的，所述固定支架包括第一固定支架和第二固定支架，所述第一固定支架与第二固定支架相互拼接在一起形成所述容置腔，以容置所述转子和线圈。

本发明还公开一种护理装置，包括上述任意一项所述的往复扭转式驱动机构，还包括转轴和刷头，所述第二轴联与所述转轴连接，所述转轴与刷头连接，所述驱动机构往复扭转，带动转轴往复转动，所述转轴带动刷头往复转动。

进一步的，所述第二轴联为包括位于两边的第一容置部、第二容置部和位于中间的转轴容置部，所述第一容置部和所述第二容置部分别用于容置所述挠性轴，所述转轴容置部容置所述转轴，所述挠性轴往复摆动，带动所述第一容置部和所述第二容置部相对摆动，从而带动容置在中间的所述转轴转动。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明采用硅钢叠片制作的转子，转子与挠性轴过盈配合，转子的外围设置有磁体组件，线圈通交流电的时候，转子在电磁场下互感产生交变磁极，产生磁极的转子因所述磁体产生吸合或排斥力发生移动，带动所述挠性轴扭动，采用可以容易发生形变和恢复形变的挠性轴扭转带动第一轴联转动的方式运转平稳，转轴惯量低，噪音低；

2)采用挠性轴进行储能，在驱动功率不变条件下对输出转轴表现出的扭矩却因转角骤降而提升，令使用者感受到是输出轴动力充沛，进一步改善了抗负载能力；

3)磁体固定在固定支架上，转子和线圈容置在固定支架内部的容置腔内部，挠性轴与转子过盈配合，结构更为紧凑，大大减小了整个驱动机构的体积。

4)挠性轴通过第一轴联和第二轴联固定，而第一轴联和第二轴联与外壳分开设置，采用挠性轴取缔传统的刚性设计，实现了在转轴满负载高速扭转条件下，护理装置本体上的壳体能保持无震感，且改善了在重载条件的输出能力。

【附图说明】

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明往复扭转式驱动机构的组合图；

图2为本发明往复扭转式驱动机构爆炸图，

图3为本发明往复扭转式驱动机构的内部结构组合图；

图4为本发明往复扭转式驱动机构转子转动示意图；

图5为本发明转子与线圈和支架的连接关系示意图；

图6为本发明转子与线圈位置关系的第一实施例结构示意图；

图7为本发明转子与线圈位置关系的第二实施例结构示意图；

图8为本发明转子与线圈位置关系的第三实施例结构示意图；

图9为本发明第二轴联结构示意图；

图10为本发明护理装置结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地描述，其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合

诸如第一和第二等之类的关系术语以及“上”“下”“左”“右”的方向术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系、顺序和方向。

请参阅图1、图2和图3，图1为往复扭转式驱动机构的组合图；图2为其爆炸图，图3为往复扭转式驱动机构的内部结构组合图，本发明公开一种往复扭转式驱动机构10，包括轴联11、转子12、挠性轴13、固定支架14、磁体组件15和线圈16，其中，请进一步参阅图4，

轴联11包括第一轴联111和第二轴联112；

转子12：所述转子12上设置有槽体121；其结构参阅图5；

所述挠性轴13的一端固定在所述第一轴联111上，另一端穿过所述槽体121后与第二轴联112连接固定，所述挠性轴13与所述槽体121过盈配合；

所述固定支架14包括一容置腔(图未示)和线圈支撑架(图未示)，所述转子12在所述挠性轴13的支撑下容置在所述固定支架14的容置腔内；

所述磁体组件15固定在所述固定支架14上，所述磁体组件15至少包括两块磁性相反的磁体151，所述磁体组件15至少包括两块磁性相反的间隔设置的磁体151，且所述磁体151同时与所述转子12的端部间隔设置；

所述线圈16固定在所述线圈支撑架上，且同时沿着所述挠性轴13延伸方向环绕在所述转子12上，所述线圈16上通交流电，所述转子12在电磁场下互感产生交变磁极，产生磁极的转子因与所述磁体151产生吸合或排斥力发生移动，带动所述挠性轴13扭动。

在本发明中，所述磁体组件15至少包括两块磁性相反的磁体151，且磁体151是固定在固定支架14上，转子12与磁体151之间始终存在一定的间隙，以确保转子12的往复移动。关于转子12与磁体151的相对位置关系有多种结构，比如：

在第一实施例中，请参阅图6，两块磁体151同时位于转子12的同一端部，这样，当转子12在线圈16通电状态下感应产生磁性的时候，会朝向与之磁性相反的磁体151移动，当改变线圈16的电流方向时，转子12的磁性也改变，朝另一个磁体151移动，从而实现转动的移动。

在第二实施例中，请参阅图7，两块磁体151还可以分别位于转子12的其中对称的两端，由于两个磁体151是固定的磁性的，故随着通过线圈16的电流发生改变时，转子12上的磁性发生变化，转子12与磁体151发生相吸或相斥动作，从而控制转子12发生移动。

可以理解的是，所述磁体151不限于上述实施例所述，不限于有两个，可以为三个或者更多，以增强这种吸附或排斥力。请一并参阅图8，所述磁体组件15设置有四块磁体151，固定支架14上间隔设置有四个容置磁体151的容置位，四块磁体151依次固定在容置位上，需要说明的是，在本实施例中，四块磁体151包括两块n极磁性磁体和两块s极磁性磁体，其中每两块磁性相反的磁体组合成一组位于所述转子12的同一侧，两组磁体分别位于所述转子12的两端部，且相互对称设置。这种结构，无论转子12的磁性如何改变，都能在同一侧既有相吸的力又有相斥的力，使转子12移动的速度更快，转子12转动时的力更强劲。

进一步的，无论转子12与磁体组件15为上述的何种结构，作为一种优选的方案，所述磁体151朝向所述转子12的一面可设计成弧形结构，且弧形结构的轴心与所述转子12转动的轴心为同心，以便于增大吸力与斥力。因此，当转子运转时，为了保证转子12转动的平稳性，转子12端部到磁体151之间的间距必须相等，故所述磁体151相对的转子12的端部也优选地设置成弧形结构，该弧形结构的轴心与转子12转动的轴心也为同心结构。

进一步的，在本实施例中个，所述转子12设计成中间扁平的“h”型结构，且两端部的宽度较中间的宽度宽，所述线圈16沿所述转子12上的槽体121的延伸方向套设在所述转子12上，所述线圈16通电产生的磁力线方向与所述挠性轴13扭动输出方向垂直。

请进一步的参阅图5，所述转子12端部上的槽体121为半开口结构，将所述转子12分成四个端部，每个端部分别与一块磁体151相对设置，四个所述端部与所述磁体151之间的间隙宽度一样，所述端部也为与转轴转动的轴心为同心轴的弧形结构，其弧形结构的轴心与所述转子转动的轴心为同心结构。在另一实施例中，槽体121还可以为不开口的通孔结构，只要能容置挠性轴13的结构都适用，但是本申请中优选在转子12的弧形端部上设置半开口结构的槽体121，还可以防止异向的磁力线出现短路爬行。

进一步的，依据上述的线圈16与转子12的位置关系，转子12上的磁力线主作用面为磁体151的内弧面，在线圈16的驱动电流为零时，因磁体151会对转子12进行磁化，此时转子12会迅速稳定地居中，假如将外作用正反扭矩施加在固定在第一轴联111的主轴20上，在外力撤销后，第一轴联111能迅速居中。这种稳态过程为利用槽磁力稳定地达到谐振提供条件。

为了获得足够的磁力，转子12两端面形成的分支的弧形结构需要有一定的宽度，且转子12与磁体151的间隔距离也需依据所需的谐振频率进行调节。理论上，转子12上的分支的弧形结构宽度越宽，磁体151对其作用力就越大，磁阻就越大，谐振频率会上升。磁体151与转子12间的间隔距离越小，磁作用力也就越大，谐振频率点也会上升。反之如果需要调低谐振频率，减少转子12分支上的弧形结构磁极面的宽度或加大磁体151与转子12间的间隔均可将谐振频率点降低。但磁间距加大会造成磁感效率差，影响驱动机构的电磁能量转换效率，因此合理选择转子12的端面弧形结构的宽度和磁体151与转子12的间隔距离尤为重要。

依图中所示假定在驱动电流信号的某一个半周期，示意中的转子12一端面为s极另一端面为n极。依据同名相斥，异名相吸原理，转子将发生图8箭头所示的逆时针扭转。当驱动电流发生反向切换，转子电磁力极性也产生反方向转，原s极变换为n极，n极变换为s极，同理最终转子因磁场方向异向改变而顺时针回转。

进一步的，在转子12的两端部分别设置有两个槽体121，相对应的，在本实施例中，挠性轴13也设置有两个，分别插入在这两个槽体121中，且两个挠性轴13分别与所述槽体121过盈配合，防止转子12在转动过程中与挠性轴13发生松动，确保转子12转动的时候，能带动挠性轴13始终一起转动。

本实施例中，挠性轴13的一端固定在第一轴联111上，而第一轴联111的端部套设有第一轴承171后固定在底盖181上，同样，挠性轴13的另一端固定在第二轴联112上，第二轴联112的端部套设有第二轴承172后固定在前盖182上，由于底盖181和前盖182都是固定的，故当挠性轴13扭转的时候，会带动挠性轴13与第一轴联111和第二轴联112的接触位置扭转，在本实施例中，一种优选的方案是，将第一轴联111和第二轴联112采用耐热的尼龙制作，使第一轴联111和第二轴联112也具有一定的弹性，方便其发生扭转。本实施例中，挠性轴13通过第一轴联111和第二轴联112固定，而第一轴联111和第二轴联112与外壳分开设置，实现了在转轴满负载高速扭转条件下，护理装置本体上的壳体能保持无震感，且改善了在重载条件的输出能力。

在本实施例中，在转子12的两端部嵌套有两根导磁弹性优异的挠性轴13，替代常用的钢轴结构，所述挠性轴13的首尾均露出转子12的上下端部，且靠近作为输出部的第二轴联112的一段有一部分裸露在外面，有利于挠性轴13将转子12上产生的往复移动里转化成扭力，利用挠性轴13自身的弹性，使动力到负载的传递过程中出现一定的延迟，以减缓第二轴联112上往复运动的震动感。

本发明中，因本驱动机构隶属于振动类型的驱动，最终需要达到的效果是拖载后能保持振动效果。传统的转子系统为刚性轴，当输出轴受载后，因转子刚性较大，负载对转子影响出现动力骤降。而本发明的挠性转子系统，输出轴受载后，在最极端的重载下，假定动力输出主轴转动角速度为零。但因传递动力的两根挠性轴13的挠性特性，转子仍可以在一定范围内谐振扭摆，虽然扭摆的角度骤然变小，此刻两根挠性轴13的挠性特性却表现出储能特性，在驱动功率不变条件下对输出轴表现出的扭矩却因转角骤降而提升，令使用者感受到是输出轴动力充沛，进一步改善了抗负载能力。

本发明中，转子12采用硅钢叠片构成，转子12在磁体151的磁力和本身感应到的电磁力相互作用下发生扭转，在此我们假定所有的负载均加在与第二轴联112连接的输出转轴上，原理上负载是会出现抵抗转子12的扭转反向作用的，所有的动力均通过挠性轴13传递，特别是作用在露出转子12的端面与第二轴联112之间的挠性轴13上，因该段挠性轴13具备一定的挠性，挠性的指标由挠性轴13的直径，裸露出的高度和截面形状决定，理论上直径越小，高度越大挠性表现愈明显。当动力由挠性轴13传递到第二轴联112上的负载时，因第二轴联112上的转轴负载的转动惯量和本身挠性轴13的挠性特性，会出现动力传递延迟，此处定义的延迟指转子12扭转的角度与拖动负载的主轴被扭转的角度在时间轴上有差异，在角速度表现上存在相位差。

当驱动电流反向切换时，转子12运动角速度降至零并往反方向递增。此刻因传动动力的两根挠性轴13的挠性特性，造成了输出响应延迟，且表现出转子12与负载的转向相反。这一特性，转子12的转动惯量和负载的转动惯量均同时加载到了容置该驱动机构的壳体19上。虽然量近似相等，但方向相反，经过力学矢量叠加，最终会对壳体19振动影响相互抵消，从而减轻对壳体19的振动，但这一过程却没有影响转子12对主轴的最终动力传递，仅是在量的表现上存在时间轴上的差异。实际上两根挠性轴13自身在此过程也表现出来的本身挠性带来的谐振。为了获得壳体19最佳的减震效果，通过调节两根挠性轴13的裸露长度，及挠性轴13的界面尺寸和界面形状来达到最优的减震效果。

请参阅图9，在本实施例中，所述第二轴联112包括位于两边的第一容置部1121、第二容置部1122和为与中间的转轴容置部1123，所述第一容置部1121和所述第二容置部1122分别容置有挠性轴13，所述转轴容置部1123容置所述转轴20，挠性轴113往复摆动，带动第一容置部1121和第二容置部1122分别相对摆动，从而带动容置在中间的转轴20转动。在本实施例中，整个第二轴联112优选耐热的尼龙材料，且第一容置部1121和第二容置部1122分别位于转轴容置部1123的两边，且中间的转轴容置部1123的高度较两边的第一容置部1121和第二容置部1122高，第一容置部1121和第二容置部1122本身具备一定的弹性，故当挠性轴13发生扭转动作的时候，会带动第一容置部1121和第二容置部1122也现对于中间的转轴容置部1123发生扭转，从而使转轴容置部1123旋转。

进一步的，在本实施例中，所述固定支架14包括第一固定支架141和第二固定支架142，所述第一固定支架141与第二固定支架142相互拼接在一起形成一个容置腔以容置所述转子12。所述第一固定支架141和第二固定支架142的结构一样，方向相对拼接固定。所述第一固定支架141和第二固定支架142分别为“m”型结构，其两端部的宽度较中间宽，且两端部分别设置有用于容置磁体151的腔体，其中间位置凹陷，以隔离位于两端部的磁体151。

当第一固定支架141和第二固定支架142拼接时，其内部形成一个容置转子12的容置腔，第一固定支架141和第二固定支架142的中间部位凹陷，构成线圈支撑架(图未示)，线圈16套设在第一固定支架141和第二固定支架142上，由于线圈支撑架是沿着挠性轴13延伸方向设置的，故线圈16也是沿着挠性轴13方向套在转子12外部。

进一步的，第一固定支架141上设置有凸块1411和凹槽1412，第二固定支架142上也设置有凸块(图未示)和凹槽(图未示)，第一固定支架141上的凸块1411插入第二固定支架142上的凹槽适配固定，同时，第一固定支架141上的凹槽1412与第二固定支架142上的凸块适配固定以将第一固定支架141和第二固定支架142拼接在一起。

进一步的，底盖181上设置有凸出部1811，前盖182上也设置有凸出部1821，第一固定支架141和第二固定支架142的两端分别设置有凹陷部143，供所述底盖181上的凸出部1811和前盖182上的凸出部1821插入，当凸出部1811(1821)插入凹陷部143，前盖182、第一固定支架141、第二固定支架142和底盖181连接固定。

本发明还公开一种护理装置，请参阅图10，包括上述任意一项所述的往复扭转式驱动机构10，还包括转轴20和刷头30，这里所说的护理装置可以为电动牙刷、电动洗颜仪或者电动按摩仪等等。以电动牙刷为例，包括牙刷本体40，牙刷本体40内部包括主控制器(图未示)和电池41，所述电池41与往复扭转式驱动机构10连接，以便于给线圈16提供交变电流。常规下，采用方波电流接入线圈，方波电流是以对称正负对称周期性切换的方式驱动线圈，因线圈16是环套在转子12上的，转子12在线圈16周期性极性切换的电流驱动条件下，在转子12的弧形端部上产生的电磁场极性也依随线圈电流周期性切换。

进一步的，在本实施例中，所述第二轴联112与所述转轴20连接，所述转轴20与刷头30连接，所述驱动机构10依据上述公开的工作原理往复扭转，带动转轴20往复转动，所述转轴20带动刷头30往复转动，从而实现自动刷牙。

虽然上面已经示出了本发明的一些示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明发明的原理或精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出改变，本发明发明的范围由权利要求及其等同物限定。