往复运动型干式剃须器 本发明涉及一种往复运动型干式剃须器，该剃须器包括在永磁线性电机驱动下可往复运动的运动刀片。
欧洲专利公开EP349077中描述了一种往复运动型干式剃须器，其包括在削剪时使运动刀片往复运动并与静止刀片相接合的线性电机。该电机包括作为定子的电磁铁和作为往复运动器支承运动刀片的永久磁铁。电磁铁由固定频率的电流激励以驱动往复运动器和运动刀片。在剃须期间，当运动刀片承受重力载荷时，运动刀片只借助轻微的撞击产生运动，这样将会在降低运动刀片速度的同时使振幅减小，从而降低剃削的锋利性和甚至留下未剃干净的胡须。在已有技术中已经有许多对电机进行反馈控制的往复运动型剃须器，例如在日本专利早期公开No.5-38387，日本实用新型早期公开No.62-23569，和日本实用新型早期公开No.61-167174中均公开了此类技术。这种已有的剃须器包括转动电机和带有运动刀片的往复运动器。这种往复运动器是通过转动-往复运动转换机构耦接到转动电机上的，从而能实现由电机驱动的往复运动。在剃须器中设有检测器用以检测电机电流、电机速度或往复运动器的速度从而形成相应的输出信号，用反馈方式对该输出信号进行处理以便改变电机输出最终达到保持振幅不变的目的。然而，由于包含产生能量损失地转动-往复运动转换机构，所以在反馈控制中总是会形成响应滞后。由于很难进行有效的快速控制，因此，在剃须期间承受重力载荷的运动刀片在受驱动后要延迟一定时间才能以比先前大的力产生运动，这样就无法实现快速的锋利剃须。
本发明解决了上述问题并且提供了一种能够不受作用在运动刀片上的载荷影响而保持恒定振幅的往复运动型干式剃须器。本发明的往复运动型干式剃须器包括静止刀片，运动刀片和永磁线性电机，该永磁线性电机具有定子和在电流驱动下相对于定子产生往复运动的往复运动器。往复运动器上带有可运动刀片，在剃须时使运动刀片往复运动与静止刀片相接合。还包含有向电机提供电能的电源电路。剃须器还包括检测器，其检测运动刀片的位移并形成表示检测到的运动刀片位移的输出信号。剃须器还包括控制器，该控制器根据速度检测器的输出用反馈的方式改变输送到电机的电能以便使运动刀片的振幅保持不变。以这种方式，既使在剃须期间受到重力载荷的作用运动刀片也能够产生往复运动而不会被卡住，由此可避免不希望出现的运动刀片的速度减小，运动刀片速度下降会导致剃削效率降低。
因此，本发明的主要目的是提供一种往复运动型干式剃须器，这种剃须器既使在剃须期间使运动刀片承受重力载荷的作用也同样能够确保锋利地剃削。
检测器最好是速度检测器，该速度检测器检测用位移表示的运动刀片的速度而且检测器的结构使它能够在往复运动的运动刀片的每半个振动周期内产生输出信号，以便改变每半个周期内送给电机的电能。因此通过精确而迅速的控制能够避免在运动刀片往复运动的每半个周期内出现的不希望的速度下降。
通过下面结合附图对实施例所作的详细描述将会使本发明的这些和其它目的及其良好特性变得更加明显。
图1是说明按照本发明第一实施例所述往复运动型干式剃须器原理部分的正面剖视图；
图2是上述剃须器的侧面剖视图；
图3是刀片座的透视图，刀片座中包含有上述剃须器中使用的电机；
图4是拆去可移动刀片后刀片座的顶视图；
图5是刀片座的分解透视图；
图6是表示上述剃须器中所用往复运动器运动状态的透视图；
图7是表示控制器在剃须器中的工作状态的方框图；
图8和图9分别是表示控制器工作状态的波形图；
图10是说明使供给电机的电能发生变化的系统的波形图；
图11是说明使供给电机的电能发生变化的另一个系统的波形图；
图12是表示一个变换的控制器在剃须器中工作状态的方框图；
图13是按照本发明第二实施例所述往复运动型剃须器的正面剖视图；
图14是图13所示剃须器的侧面剖视图；
图15是图13的剃须器中使用的刀片座的分解透视图；
图16是表示上述剃须器中使用的电机磁铁布置状况的示意图；
图17是按照本发明第三实施例所述干式剃须器中使用的刀片座的透视图；
图18是图17中所示刀片座的顶视图，所述可移动刀片已从刀片座上拆去；
图19是按照本发明第四实施例所述干式剃须器中使用的刀片座的透视图；
图20是表示把图19中的刀片座安装在剃须器外壳中的示意图；
图21是按照本发明第四实施例所述干式剃须器中使用的刀片座的透视图；
实施例1(图1-12)
参照图1-图5，其表示本发明第一实施例的往复运动型干式剃须器。该剃须器包括带有剃须器头10的外壳1，剃须器头上设有两个外刀片头20和一个中间刀片头30，中间刀片头30与外刀片头20彼此平行地水平延伸。外刀片头20包括其剪切片形状通常为U形截面的静止刀片21和受驱动后产生往复运动且在剪切时与静止刀片21相接触的运动刀片22。将静止刀片21装在头架11上，并将头架可拆卸地装在外壳1上，同时将可动刀片22装在位于外壳1中的刀片座40上。中间刀片头30包括通常为U形结构的细齿刀片31和受驱动后产生往复运动且在剪切时与刀片31相接触的可动叶片32。将刀片31安装在头架11上，同时将叶片32安装在刀片座40上使其与一个可动刀片22一起运动
如图3和图5所示，刀片座40包括支承永磁线性电机50的底架41。电机50包括一个作为定子的电磁铁51和一对往复运动器61和62，每个运动器上都带有一组永久磁铁54和55。电磁铁51包括一个E形磁芯52和线圈53，线圈在交流电流的激励下可使磁芯的三个极端产生相反极性的磁化。从电池2通过放在外壳1中控制箱5内的控制器100供电。永久磁铁54和55并排地与轭铁56一起嵌在往复运动器61和62底部的中间位置上，并且在垂直于往复运动器长度的方向上被磁化从而在磁铁54和55的下侧端上具有相对的磁极。用螺钉42将电磁铁51固定在底架41的下端使三个磁极的端面朝上。借助片簧71和72把往复运动器61和62悬挂底架41上以便使它们产生可相对于底架41和电磁铁51的运动。片簧71和72的上端成一体，该上端部可用螺钉43固定到底架41上。用螺钉44分别将片簧71和72的下端固定到从往复运动器61、62的两个相对纵向端部垂下的对置侧腿63的下端上。如图6所示，这样就使得往复运动器61和62只沿其纵向相对于电磁铁51运动，同时使永久磁铁54、55和电磁铁51的磁极端部之间基本上保持恒定的间隙。使嵌有永久磁铁54和55的往复运动器的底部不与电磁铁51的磁极端部相接触以便用最少的能量损耗平滑地驱动往复运动器。将一个往复运动器61中的永久磁铁54和55设置成与另一个往复运动器62中的永久磁铁相对，以便驱动往复运动器61和62在相反的方向上产生往复运动从而使往复运动达到动态平衡。在此应注意到，将往复运动器61和62下部的腿63固定到片簧71和72的竖向下部，该部分低于电磁铁51的上磁极端部，以便将电磁铁的上部放入腿63之间形成的凹槽中，由此可减小刀片座40的高度尺寸。
分别从往复运动器61和62的纵向中部突出的是用于与外刀片头20的运动刀片22相连接的接合部64。如图2所示，接合部64内装有弹簧65，该弹簧把运动刀片22顶在外刀片头20的静止刀片21上。往复运动器61的接合部64上还另外形成了一个部件66，通过该部件能够驱动中间刀片头30上的运动叶片32。往复运动器61上设有一对从往复运动器61的两个相对纵向端朝相邻的往复运动器62伸出的端部突起67，而往复运动器62上设有朝相邻的往复运动器61伸出的中间突起68。将螺旋弹簧73插在中间突起68和端部突起67之间使其与相应的片簧71、72以及电机磁铁柔量的水平分量相互作用从而形成相对于往复运动器61和62来说具有固有频率的振动系统。即，使螺旋弹簧73与相应的片簧71和72以及磁铁柔量的水平分量相互作用以便为质量分别为M1和M2的往复运动器61和62的各振动系统提供力常数K1和K2。在这个实施例中，往复运动器61的振动系统所具有的力常数K1是按下面的公式确定的：
K1＝Kb1＋Km1＋4Kc其中
Kb1是片簧71的弹簧常数；
Km1是电机弹簧常数的水平分量；
Kc是单个螺旋弹簧73的弹簧常数。同样，往复运动器62的振动系统的弹簧常数K2是按下面的公式确定的：
K2＝Kb2＋Km2＋4Kc其中
Kb2片簧72的弹簧常数；
Km2是电机弹簧常数的水平分量；
Kc是单个螺旋弹簧73的弹簧常数；在这个实施例中，使K1/M1之比近似等于K2/M2，其中M1和M2表示各振动系统的质量，即，M1是往复运动器61、接合部64、部件66、运动刀片22和运动叶片32的总质量，而M2是往复运动器62、接合部64和运动刀片22的总质量。由于关系式K1/M1＝K2/M2，所以两个振动系统具有基本上相同的固有频率f=12π·KM,]]>由此可减小施加到剃须器头上的不平衡振动。由于两个往复运动器61和62是通过弹簧73而彼此耦接的，所以当一个往复运动器受重力载荷的作用使其速度减慢时，另一个摆脱了该重力载荷的往复运动器可通过弹簧73把它的动能转移到上述往复运动器上从而使该往复运动器形成恒定的振幅，这样就能使两个往复运动器形成平衡的振动。在该实施例如中，如图2所示，将螺旋弹簧73设置在刀片座40以及剃须器宽度方向的中心位置上并使其与在包含宽度中心的平面Z-Z内延伸的纵轴对中。由此可减小其相对刀片座40中心的力偶增长，从而降低不必要的振动。此外，将螺旋弹簧73设置在纵剖面上刀片座40所处的质量中心上，这样可减小纵轴周围的力偶增长，所述纵轴穿过包括刀片座40质量中心的水平面。
将一组永久磁铁81和82与装在底架41中的电感传感器83成并列关系地分别嵌入往复运动器61和62的纵向中心使其沿往复运动器的纵向对中。使磁铁81和82在垂直于往复运动器长度的方向上磁化并将磁铁布置成使往复运动器的外表面具有相反的极性。随着往复运动器61、62的往复运动，永久磁铁81和82作朝向和离开电感传感器83的运动，由此在电感传感器83上感应出与往复运动器的速度成正比和指示往复运动器运动方向的正弦电压。由于电感传感器83装在底架41的壁上，所以可以在不必增加剃须器头部宽度尺寸的情况下加入传感器。
图7表示控制器100的电路，其包括平均值电路101，该电路接收两个电感传感器83的输出信号并形成指示往复运动器61和62即运动刀片22平均速度的平均值输出。将平均后的输出信号送至速度分析器102进行处理以便提供指示特定时间内平均速度的速度信号，这将在下文中进行讨论。把来自速度分析器102的信号送至电流鉴别器103，鉴别器随之把电流信号送到电流调节器104以便改变输送给电机线圈53的电能。控制器100中还包括一个方向检测器，该检测器从分析器102得到指示往复运动器61或62运动方向的方向信号。极性鉴别器106根据方向信号给出一个信号使电流调节器104输送具有这种极性的电流从而对振动系统产生驱动力使往复运动器的运动保持或加速。
如图8所示，电感传感器83的输出电压V是一个正弦波，它与往复运动器的位移D的相位相差90度。加到线圈53上的电流形式为交替出现的脉冲Ip，该脉冲在往复运动器达到其最大速度时出现以便产生保持振动的驱动力。当测出的速度低于预定范围，结果使得在剃须时运动刀片22和/或运动叶片32承受重力载荷时，控制器100随之增加所施加的电流量并增大往复运动器的速度以便保持往复运动器恒定的振动幅度，从而保持期望的锋利剃削。在该实施例中，如图9所示，在往复运动器的速度从零增加到达到最大值的短暂时间To内对速度进行检测并给出测得的电压Vo。在控制器100的平均值电路101中对两个往复运动器的速度电压V1和V2进行处理并用图中所示的方式通过将一个速度电压(V2-V2′)转向形成平均速度电压Va。因此，在这个实例中，用时刻To的电压Vo与预定电平相比较。控制电流量来改变脉冲宽度或将电流送到电机的周期。如图10所示，脉冲Ip在To过后很短的固定时刻T1处开始并在另一时刻T2处结束。应注意到，需选择时刻T1和T2使脉冲宽度包括往复运动器达到其最大速度时的时刻T3。这个在往复运动器将要达到其最大速度时提供驱动力的系统只需为振动系统供给最小的外部能量就能使往复运动器保持振动，这样能够提高能量的传输效率。
此外，如图11所示，在固定的时间周期内(T1-T2)通过改变电流电平可以控制往复运动器的恒定振幅。即，当在时刻To测得的速度电压Vo低于预定电平时，需在固定的时间周期(T1-T2)内增加脉冲电流的电平。按照图10和11所示，应该注意到这样一个关系，即，在往复运动器振动的每半个周期内要进行速度检测以便控制在下半个周期中向电机提供的能量。根据这个结果，应马上增大往复运动器的速度以便在剃须期间既使是运动刀片承受重力载荷也能在由振幅确定的整个距离上移动，由此可保持所期望的锋利剃削。在这个实施例中，虽然所检测的速度是用振幅来表示的，但是也可以直接对往复运动器的幅值或位移进行检测和处理以便进行反馈控制。
在上述实施例中，设置电感传感器83和与之结合的磁铁81、82来检测两个往复运动器61和62各自的速度并将测得的速度值进行平均，然后给出平均速度，用平均速度作为使振幅保持恒定的控制基础。然而，如图12所示，同样可以使用单个电感传感器83对一个往复运动器进行检测和根据测得的一个往复运动器的速度进行控制。此外，通过将永久磁铁54和55相对于往复运动器61和62布置成相同的极性顺序，可以在相同的方向上驱动往复运动器61和62。
在上述实施例中，虽然是用电感传感器来检测往复运动器，即，运动刀片的速度的，但是也可以使用其它类型的传感器，例如霍尔效应装置。将霍尔效应装置与往复运动器上的永久磁铁相结合对往复运动器的速度进行电压指示。此外，可以用检测往复运动器自身的位移来代替检测往复运动器的速度对输送给电机的变化电能进行反馈控制。为此，还可以使用类似的传感器例如光电传器监测从往复运动器反射的光来检测往复运动器的位移。可以直接用测得的位移来进行反馈控制或微分以便给出往复运动器的速度，该速度用图7或12所示的方式进行处理。此外，还可以使用加速度传感器提供往复运动器的加速度，对该加速度进行积分后给出往复运动器的速度。上述任何一种传感器都不需要在往复运动器和底架或携带传感器的类似部件之间进行机械连接。
实施例2(图13-16)
图13-16表示按照本发明第二实施例所述的干式剃须器，除了使用了不同形状的往复运动器61A和62A之外其它结构均与第一实施例相同。用带有下标字母“A”的相同标号表示与上述相同的部件而且在此不再对其进行重复说明。矩形架形式的往复运动器62A包括两个由端杆161连接的平行元件162，而往复运动器61A包括一个设在元件162之间的细长元件。一个用于安装与外刀片头20A相应的运动刀片22A的接合部64A从往复运动器62A的一个元件162上伸出。另一个往复运动器61A具有接合部64A，该接合部在中间突起68A上伸出以便与保持刀片头20A的可运动刀片22A相耦接。往复运动器61A的接合部64A上附加设置了与中间刀片头30A的运动叶片32A相耦接的部件66A。元件162和往复运动器61A上均设有嵌在元件162和往复运动器61A底部中间位置上的永久磁铁54A和55A。在垂直于元件和往复运动器长度的方向上使磁铁54A和55A磁化和反向磁化以便使元件162和往复运动器61A的下端形成相反的极性。往复运动器61A和62A的磁铁54A和55A通过同样嵌在往复运动器中的磁材料轭铁56A分别耦接。如图16所示，中间往复运动器61A的磁铁54A和55A的磁极S和N与往复运动器62A的元件162上的两组相邻磁铁55A和54A相反，所以能使往复运动器61A和62A在相反的方向上往复运动。通过这样设置磁铁，能够消除由横向隔开的磁铁在垂直于往复运动器运动方向上作用在中间往复运动器61A上的磁力从而确保往复运动器的平滑运动。
往复运动器61A和62A借助于片簧71A和72A悬置在底架41A上并能沿元件的长度方向作相对于电磁铁51A的运动同时在往复运动器和电磁铁51A的上磁极端部之间形成基本上恒定的间隙。在这个实施例中，腿63A从元件162和往复运动器61A的纵向相对端垂下并且在低于电磁铁51A上极端的竖向切面处用螺钉44A分别固定到片簧72A和71A的下端，从而可以将电磁铁51A的上部放入腿63A之间的凹口中。将螺旋弹簧73A插在往复运动器61A的中部突起68A和往复运动器62A的端杆161之间以便形成相应的弹簧常数，将该常数与片簧71A和72A的弹簧常数以及电机的弹簧常数相加可以确定适合于质量为M1和M2的各振动系统的力常数，其中
K1＝Kb1＋Km1＋4Kc 而K2＝2Kb2＋2Km2＋4Kc
Kb1是片簧71A的弹簧常数；
Km1是电机弹簧常数的水平分量；
Kc是单个螺旋弹簧73A的弹簧常数；
Kb2是片簧72A的弹簧常数；
Km2是电机弹簧常数的水平分量；
Kc是单个螺旋弹簧73A的弹簧常数；
M1是往复运动器61A、接合部64A、部件66A、运动刀片22A和运动叶片32A的总质量，和
M2是往复运动器62A、接合部64A和运动刀片22A的总质量。
在往复运动器61A上形成有折叶162，该折叶从中间突起68A的上端垂下以便安装一对沿往复运动器长度方向放置并与装在底架41A中的电感传感器83A成并列关系的永久磁铁81A和82A。使磁铁81A和82A在垂直于往复运动器长度的方向上磁化并将其设置成使往复运动器的外表面具有不同极性。将同一组磁铁81A和82A嵌入往复运动器62A的一个元件162中使其与装在底架41A中的同一个电感传感器83A成并列关系。将折叶163放到往复运动器62A的一个元件162的凹槽164中。
用与实施例1相同的方式对电机进行反馈控制。在本实施例中，应满足关系式K1/M1＝K2/M2以便使两个振动系统形成相等的固有频率。为了满足上述关系，需要将作用在各往复运动器上的磁场强度与电磁铁的强度区分开。一个例子是，例如用不同磁力线密度的磁铁或不同体积的磁铁对永久磁铁的强度进行区分。此外，还可以用不同导磁率的轭铁56A或用不同尺寸的轭铁对磁场强度进行区分。而且，还可以将往复运动器61A的间隙与往复运动器62A的间隙区分开。此外，使两个振动系统的质量相等从而满足上述关系式K1/M1＝K2/M2是很有效的。
在本实施例中，将往复运动器61A设置在刀片座40A以及剃须器头10A的宽度中心以便在竖向平面内穿过宽度中心作往复运动，而且使往复运动器61A的中间突起68A另一侧上的螺旋弹簧73A位于该竖向平面内。结果是，减小了往复运动器61A周围的力偶作用，从而减小了不希望的振动。而且，将螺旋弹簧73A设置在刀片座40A的质量中心，这样能够减小围绕纵向轴的力偶作用，所述纵向轴穿过包含刀片座40A质量中心的水平面。
实施例3(图17和18)
图17表示按照本发明第三实施例所述干式剃须器中采用的刀片座40B。除了在往复运动器61B和62B的两个振动系统中共用一个螺旋弹簧73B之外，刀片座40B与第一实施例中的刀片头40相同。用带有下标字母“B”的相同标号表示相同的部件。在这个实施例中，如图18所示，在往复运动器61B和62B上分别形成向内伸出的端部突起67B，在突起67B之间装有螺旋弹簧73B。螺旋弹簧73B具有弹簧常数，该弹簧常数与片簧71B、72B以及电机的水平分量相加提供适合两个振动系统的力常数K1和K2。
实施例4(图19和20)
图19和20表示按照本发明第四实施例所述干式剃须器中使用的刀片座40C。除了底架41C带有一个其上装有相同电磁铁51C的基板45之外，刀片座40C与第一实施例相同。通过将弹簧46插在外壳1C头部的基板45和底部部件3之间可以将刀片座40C悬浮地装在外壳1C内，这样可使弹簧46产生偏压，并向与刀片头的静止刀片(未示出)相对的运动刀片22C加压。在外壳1C中设有导轨4以便使刀片座40C能在竖向上平滑地运动。借助于这种结构，不需要在接合部64C上设置向运动刀片22C施加偏压的弹簧。用带有下标字母“C”的相同标号表示相同的部件。
实施例5(图21)
图21表示在第五实施例中的干式剃须器使用的刀片座40D，除了底架41D上带有其上装有相同电磁铁51D的基板45D和片簧71D、72D水平延伸以支承基板45D上的往复运动器61D和62D之外，该刀片座与第一实施例相同。基板45D上设有四个向上伸出的支柱47，这些支柱与和往复运动器61D、62D相应的纵向端成横向间隔关系。片簧71D和72D从支柱47的上端水平延伸到往复运动器61D和62D的纵向端以便使往复运动器借助弹簧的变形严格地在水平面中运动，从而能在往复运动器底部的永久磁铁54D、55D以及电磁铁51D的反端磁极之间保持恒定的间隙。用带有下标字母“D”的相同标号来表示相同的部件。
虽然上述实施例中使用了带有一个定子，即，电磁铁和多个往复运动器的电机，但是也可以采用多个相同的电机，每个电机都包含有一个相同的定子，即电磁铁和带有一组相同永久磁铁的往复运动器。每个往复运动器携带一个相同的运动刀具，各运动刀片分别由相应的一个电机驱动。在这个实例中，设置了相应数量的检测器，它们分别给出指示各个运动刀片速度的输出信号。根据来自检测器的不同输出，通过控制器进行控制以改变输送给各电机的各个电能从而保持运动刀片的振幅恒定不变。