用于電動牙刷的振動補(bǔ)償系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種具有振動補(bǔ)償系統(tǒng)的電動牙刷，該牙刷包括牙刷殼體(72)以及致動器，致動器包括具有第一慣性矩的定子(74)以及具有第二慣性矩的轉(zhuǎn)子(76)，刷毛構(gòu)件安裝在所述轉(zhuǎn)子的端部。具有第一彈簧常數(shù)的第一彈簧元件(86)將定子連接到殼體，同時具有第二彈簧常數(shù)的第二彈簧元件(88)將轉(zhuǎn)子連接到殼體，其中第一彈簧常數(shù)與第二彈簧常數(shù)的比率與第一慣性矩與第二慣性矩的比率基本上相同。
【專利說明】用于電動牙刷的振動補(bǔ)償系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本本發(fā)明大體上涉及電動牙刷，并且更具體地說涉及用于在牙刷的操作過程中使牙刷的把手部分的振動減小的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]許多電動牙刷使用諧振驅(qū)動系統(tǒng)，因此它們可以以在牙齒的清洗中已經(jīng)證明有效的頻率高效地運(yùn)行，例如在200-300HZ的范圍內(nèi)。諧振驅(qū)動系統(tǒng)通常地包括通過致動器驅(qū)動的機(jī)械質(zhì)量/彈簧裝置。在操作中，諧振質(zhì)量與彈簧來回地互換機(jī)械能以產(chǎn)生顯著地大于致動器力自身的刷力。
[0003]然而，如果在把手內(nèi)的致動器和/或諧振彈簧的定子部分以任何方式機(jī)械地附接到牙刷的殼體，諸如為了安裝的目的，那么通過質(zhì)量/彈簧動作提供的形成的反作用轉(zhuǎn)矩將作用在牙刷殼體上，導(dǎo)致把手的振動，此振動通常地足夠大以至于可注意到并且在一些情形中對使用者產(chǎn)生不舒服，致動器能量的至少一部分消散在使用者的手中。
[0004]多種解決方案試圖解決或者至少減小此影響。一個解決方案是增加殼體(把手)的質(zhì)量慣性矩；然而，由于通常小直徑把手，到把手的任何增加的質(zhì)量都將不會顯著地增加其質(zhì)量慣性矩。因此通過增加質(zhì)量將對振動具有很小的影響。另一個解決方案是使用節(jié)點(diǎn)彈簧裝置，其中彈簧在彈簧節(jié)點(diǎn)處連接到殼體。然而，此布置通常結(jié)構(gòu)上復(fù)雜并且此外，致動器的定子部分仍連接到把手，導(dǎo)致把手的繼續(xù)振動。
[0005]因此，期望的是具有在操作期間顯著地減小或消除了牙刷把手的振動的對電動牙刷的諧振驅(qū)動裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]一種在電動牙刷器具中的振動補(bǔ)償系統(tǒng)，其包括:牙刷殼體，其適于通過使用者抓握；用于牙刷的電動致動器，其包括`具有第一慣性矩的定子與具有第二慣性矩的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子在其向前端具有安裝在其上的用于清洗牙齒的刷毛構(gòu)件，其中所述致動器在操作中產(chǎn)生用于驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子以及由此驅(qū)動所述刷毛構(gòu)件的轉(zhuǎn)矩，并且其中在所述器具的操作過程中所述定子與所述轉(zhuǎn)子沿著相對方向移動；具有第一彈簧常數(shù)的第一彈簧元件或組件，其將定子連接到殼體或固定到殼體的元件；以及具有第二彈簧常數(shù)的第二彈簧元件，其連接在轉(zhuǎn)子與殼體或固定到殼體的元件之間，其中第一與第二彈簧常數(shù)的比率與第一與第二慣性矩的比率充分地類似以至于在牙刷的操作過程中基本上沒有形成的傳送到器具殼體的轉(zhuǎn)矩并且因此在器具的操作過程中基本上沒有殼體的振動。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是示出包括定子與轉(zhuǎn)子的簡化的電動牙刷驅(qū)動裝置的橫截面視圖。
[0008]圖2是示出圖1的電動牙刷的多個部分以及其間的電連接與機(jī)械連接的圖。
[0009]圖3是分別示出圖1的殼體、定子與轉(zhuǎn)子部分的移動的圖。[0010]圖4是示出這里描述的在電動牙刷的操作過程中用于減小把手的振動的驅(qū)動裝置的圖。
[0011]圖5是示出圖4的驅(qū)動裝置的元件之間的連接件的圖。
[0012]圖6是示出具有這里所述的裝置的轉(zhuǎn)子、定子與殼體部分的移動的振動圖。
[0013]圖7和圖8示出了用于電動牙刷的本驅(qū)動裝置的一個實(shí)施方式的示意圖。
[0014]圖9示出了本驅(qū)動裝置的另一個實(shí)施方式的剖視圖。
[0015]圖10和圖1OA是示出彈簧裝置的兩種振動的橫截面圖。
[0016]圖11示出了圖10的變型中的一個的插圖以及用于軸向與切向方向的彈簧剛度的公式。
[0017]圖12是具有帶有彈簧補(bǔ)償組件的致動器的電動牙刷的橫截面圖。
[0018]圖13是具有一個彈簧補(bǔ)償系統(tǒng)的電動牙刷的一部分的橫截面圖。
[0019]圖14是具有另一個彈簧補(bǔ)償系統(tǒng)的電動牙刷的一部分的橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如上所述，具有諧振驅(qū)動致動器系統(tǒng)的圖1中示出的傳統(tǒng)電動牙刷10將包括把手12與在其前端上具有刷毛部分16的刷頭組件14。刷頭組件14包括形成致動器的轉(zhuǎn)子部分18的心軸或頸部件17。致動器還包括定子部分20。定子通過電池驅(qū)動，具有電子控制，大體上整體以21示出。如上面指出的，此布置導(dǎo)致振動傳送到把手12。
[0021]圖2和圖3中示出了圖1的用于致動器系統(tǒng)的振動效果。圖2示出了驅(qū)動定子/轉(zhuǎn)子裝置的用于致動器22的轉(zhuǎn)矩的源(Tart)。定子20具有質(zhì)量慣性矩Js而轉(zhuǎn)子18具有質(zhì)量慣性矩Jr。轉(zhuǎn)子18通過彈簧24 (指示為kJ連接到定子20，其是諧振驅(qū)動系統(tǒng)的質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的彈性部分，同時定子機(jī)械地連接到具有質(zhì)量慣性矩Jh的殼體26。Jh分別包括電子裝置與電池的質(zhì)量，而I還包括牙刷的刷毛部分的質(zhì)量。
[0022]在產(chǎn)生的操作中，轉(zhuǎn)子18以在牙齒上產(chǎn)生清洗動作的頻率與振幅振蕩。參照圖3，在圖3的線30處示出了轉(zhuǎn)子(心軸)的振動，而在線32處指示的定子的移動相對保持靜止。然而，殼體26經(jīng)歷了如通過線34示出的顯著的振動。轉(zhuǎn)子的振動伴隨其相對大的振幅與殼體34的振動異相180°，而定子的小振動與課題的振動同相。
[0023]在這里示出與描述的本裝置中，通過來自轉(zhuǎn)子的第二反作用轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償來自定子的轉(zhuǎn)矩的反作用。如上面指出的，由于定子與轉(zhuǎn)子在操作中沿著相反方向移動因此這是可能的。圖4示出了本振動補(bǔ)償裝置的簡化的描述，包括殼體(把手)38、定子40、以及包括在其向前端部具有刷毛部分44的心軸的轉(zhuǎn)子42。彈簧46固定(固定地附接)到定子40與殼體(把手)38,同時彈簧48固定在轉(zhuǎn)子42與殼體38之間。彈簧46和彈簧48的各自的彈簧常數(shù)Ksh和Kril選擇為與定子與轉(zhuǎn)子的各自的質(zhì)量慣性矩具有相同的比率。這導(dǎo)致在殼體上的凈轉(zhuǎn)矩是零，即沒有到殼體的振動。
[0024]圖5是圖4的系統(tǒng)的示意性描述，其包括轉(zhuǎn)矩源52、定子54、轉(zhuǎn)子56和殼體58。彈簧60連接定子54與殼體58，同時彈簧62連接轉(zhuǎn)子56與殼體58。彈簧64連接定子與轉(zhuǎn)子。Js、Jr和Jh表不用于定子、轉(zhuǎn)子與殼體的質(zhì)量慣性矩，而ksh和krh表不彈簧60和62的彈簧常數(shù)。轉(zhuǎn)子和定子具有相反 的運(yùn)動/振蕩；它們各自的轉(zhuǎn)矩由此相對于殼體上的任何動作彼此相對。為了產(chǎn)生到殼體的約為零的凈轉(zhuǎn)矩，使得如果有的話存在很小的把手的振動，彈簧常數(shù)g的比率必須約等于質(zhì)量慣性矩|^的比率。當(dāng)彈簧常數(shù)的比率等于質(zhì)量
慣性矩的比率時，把手的振動基本上是零，因?yàn)槭┘拥桨咽值膬艮D(zhuǎn)矩將是零。這在圖6中示出，其示出了通過線64表示的轉(zhuǎn)子運(yùn)動以及通過線66表示的相對于轉(zhuǎn)子相反的定子運(yùn)動。如通過線68示出的，此結(jié)果是缺少對殼體的振蕩。
[0025]圖7和圖8中不出了振蕩補(bǔ)償系統(tǒng)的第一實(shí)施方式。此圖不出了圓柱形殼體72、定子74和轉(zhuǎn)子76。定子與轉(zhuǎn)子選擇為提供刷毛構(gòu)件附接到那里的驅(qū)動軸或頸部的有效旋轉(zhuǎn)。圖7示出了定子與殼體之間的彈簧連接件。在此特別的裝置中，三個銷突出部82-82從定子74的后端表面84延伸出去。彈簧連接件包括三個單獨(dú)的板簧86-86，與每個銷關(guān)聯(lián)一個。在示出的實(shí)施方式中，彈簧是塑料的，盡管它們也可以是金屬。它們是柔性的，并且大體上以“W”的形式成形。
[0026]圖8示出了物件的相對端，致動器的轉(zhuǎn)子部分以76示出。在示出的實(shí)施方式中彈簧88具有螺旋形狀并且在殼體與轉(zhuǎn)子之間延伸，彈簧固定地附接到二者。如果是塑料的話彈簧的厚度是0.3-0.4_。如果彈簧由金屬制成那么彈簧將會通常地更薄。彈簧連接件可以通過多種方式制成，其中包括焊接或粘接。
[0027]兩個彈簧還可以具有其它功能。例如，定子彈簧可以是用作使致動件懸置在殼體內(nèi)的，在定子與殼體之間延伸的片簧。轉(zhuǎn)子(心軸)彈簧可以是平行于殼體在固定到心軸的構(gòu)件與從殼體向內(nèi)地延伸一小段距離的突出部之間延伸的片簧。
[0028]圖9示出了通常地以90示出的另一個實(shí)施方式的剖視圖。此實(shí)施方式包括殼體92、定子94和轉(zhuǎn)子96。在轉(zhuǎn)子的端部通常地安裝有刷頭(未示出)。轉(zhuǎn)子96從定子延伸通過固定地安裝 到殼體92的安裝盤98。在此實(shí)施方式中，單個彈簧100實(shí)現(xiàn)了定子與殼體以及轉(zhuǎn)子與殼體之間的彈簧固定連接。單個彈簧從定子94延伸，然后單轉(zhuǎn)部分到安裝盤98中的凹槽，然后五轉(zhuǎn)部分到轉(zhuǎn)子96。彈簧100的單轉(zhuǎn)部分102在定子與殼體之間起到定子彈簧的作用，而五轉(zhuǎn)部分104在轉(zhuǎn)子與殼體之間起到轉(zhuǎn)子彈簧的作用。
[0029]再次重要的考慮是彈簧常數(shù)的比率(定子彈簧部分102與轉(zhuǎn)子彈簧部分104的比率)與定子與轉(zhuǎn)子部分的慣性矩的比率相同或接近相同。這導(dǎo)致到殼體的凈零轉(zhuǎn)矩。
[0030]當(dāng)準(zhǔn)確的比率匹配將產(chǎn)生零凈轉(zhuǎn)矩時，在彈簧常數(shù)比率的范圍上凈轉(zhuǎn)矩保持接近零，即兩個比率無需相同以獲得期望的零轉(zhuǎn)矩結(jié)果。匹配率布置也不受到載荷即器具在牙齒上的使用的影響。由于在載荷下沒有振動傳送到把手，致動能量的那個部分施加到牙齒，因此產(chǎn)生用于清洗的額外的能量并且產(chǎn)生牙刷的改進(jìn)的效率。因此，本匹配比率布置具有雙重有利效果，即其減小/消除了把手的振動，導(dǎo)致對于使用者的增加的舒適，并且還增加了效率，即器具的清洗有效性。
[0031]在一些布置中，定子必須能夠相對于殼體沿著軸向與切向方向移動。在一個設(shè)計(jì)中，彈簧線圈的橫截面是長方形的，在兩個彈簧端部中的線圈彼此成90°定向以使單個彈簧可以是從一個矩形線纏繞的。功能上地，此橫截面提供了另一個自由度，使得沿著切向彈簧方向的剛度獨(dú)立于沿著軸向彈簧方向的剛度。根據(jù)圖11，軸向剛度與b2h2相關(guān)以使線圈的橫截面的定向不相關(guān)。然而，切向剛度與bh3相關(guān)，使得線圈的橫截面的定向的改變導(dǎo)致彈簧的剛度比的改變。軸向剛度與切向剛度各自可以相對于彼此成比例，軸向剛度根據(jù)直徑D改變，同時切向剛度隨著D3改變。通過此種方式，軸向彈簧剛度與切向彈簧剛度，結(jié)合質(zhì)量與慣性力矩可以調(diào)諧到期望的諧振頻率比率。
[0032]從每個質(zhì)量與慣性矩的比率確定軸向與切向剛度比率，軸向比率是1: 2.5并且切向比率是1: 10。b/h比率是0.5?？倓偠?，與轉(zhuǎn)子質(zhì)量/慣性矩一起確定沿著兩個方向的諧振頻率。
[0033]圖10示出了單個彈簧110實(shí)施方式，其中左側(cè)線圈112 (—個線圈)連接到定子而右側(cè)線圈114(2.5個線圈)，隨著其橫截面旋轉(zhuǎn)90°，連接到輸出軸(未示出)。單個彈簧110的中間部分118連接到殼體(未示出)。圖10的線圈裝置可以分成兩件(如圖1OA中所示)。此裝置使得能夠在斷點(diǎn)120處具有頭部/把手接口。通過使替換彈簧部分122是刷頭組件的一部分，彈簧部分122可以調(diào)節(jié)為適應(yīng)全部替換部分的其它質(zhì)量特性，同時當(dāng)附接到把手時仍提供相同的振動補(bǔ)償效果。其它彈簧部分118通過把手保持。
[0034]如上所述，在一些裝置中致動器定子必須能夠相對于殼體沿著軸向與切向方向移動。圖12中示出了一個具體的裝置。圖12包括器具的殼體130的一部分、致動器定子132與刷頭組件可以安裝在其上的轉(zhuǎn)子/軸136。在此布置中，致動器通過位于致動器的兩個端部外部的軸承138、140支撐，軸承連接到殼體130。軸承138與140將來自刷子的使用者載荷傳到把手，承受通過使用者施加的刷力。前軸承140定位在連接到殼體的圓形安裝件141上。通過致動器軸承146和148支撐軸136。將定子與轉(zhuǎn)子連接到殼體的彈簧懸掛組件以150表不。
[0035]圖13和圖14更加詳細(xì)地示出了彈簧組件系統(tǒng)。在圖13的實(shí)施方式中，彈簧組件152布置為使得刷頭組件154簡單地安裝在軸156上并且從軸156移除。彈簧部分152是整體的，通過固定安裝元件165在一個部分160連接到定子162與殼體164，而其它彈簧部分166通過安裝元件165連接到轉(zhuǎn)子156與殼體164。
[0036]圖14示出了另選布置，其中包括彈簧部分174與刷頭組件176的殼體的向前端170與固定殼體安裝件172通過連接接口 178A與178B與器具的剩余部分180是可拆卸的。彈簧部分182將定子184連接到殼體安裝`件186。
[0037]盡管為了描述的目的公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是應(yīng)該理解的是在不偏離通過下面的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的思想的情況下多種改變、修改與替換可以包括在此實(shí)施方式中。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電動牙刷器具的振動補(bǔ)償系統(tǒng)， 其包括: 牙刷殼體(72)，其適于被使用者抓握； 用于所述牙刷的電動致動器，其包括具有第一慣性矩的定子(74)與具有第二慣性矩的轉(zhuǎn)子(76)，所述轉(zhuǎn)子在其向前端具有安裝在其上的用于清洗牙齒的刷毛構(gòu)件，其中所述致動器在操作中產(chǎn)生用于驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子并由此驅(qū)動所述刷毛構(gòu)件的轉(zhuǎn)矩，并且其中在所述器具的操作期間所述定子與所述轉(zhuǎn)子在相對的方向移動； 具有第一彈簧常數(shù)的第一彈簧元件或組件(86)，其將所述定子連接到所述殼體或固定到所述殼體的元件；以及 具有第二彈簧常數(shù)的第二彈簧元件，其連接在所述轉(zhuǎn)子與所述殼體或固定到所述殼體的元件之間，其中所述第一彈簧常數(shù)與第二彈簧常數(shù)的比率與所述第一慣性矩與第二慣性矩的比率足夠地類似以至于在所述牙刷的操作期間基本上沒有產(chǎn)生的傳送到所述殼體的轉(zhuǎn)矩，并且因此在所述器具的操作期間基本上沒有所述殼體的振動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙刷，其中所述第一彈簧元件與第二彈簧元件分離并且各自直接地連接到所述殼體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙刷，其中所述第一彈簧元件與第二彈簧元件包括單個彈簧(100)，其中所述彈簧的一端連接到所述定子(94)，另一個端連接到所述轉(zhuǎn)子(96)并且所述彈簧連接到或者延伸通過在所述彈簧的第一端與第二端之間的點(diǎn)固定到所述殼體(92)的安裝元件(98)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙刷，其中所述第一彈簧常數(shù)與第二彈簧常數(shù)的比率基本上與所述第一慣性矩與第二慣性矩的比率相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的牙刷，其中所述單個彈簧是盤簧。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙刷，其中所述第一彈簧元件或組件包括多個板簧，而所述第二彈簧元件或組件是螺旋彈簧。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙刷，其中所述第一與第二彈簧元件或組件中的一個或兩個是塑料的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙刷，其中所述第一與第二彈簧元件或組件中的一個或兩個是金屬的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙刷，其中所述第一彈性元件與第二彈性元件被布置為允許所述定子相對于所述殼體的軸向與切向運(yùn)動同時保持針對振動的補(bǔ)償。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙刷，其中所述第一彈簧元件與第二彈簧元件(112，114)包括單個彈簧(110)，其中所述單個彈簧在所述第一彈簧元件與第二彈簧元件之間的選定點(diǎn)(118)處連接到所述殼體或者連接到連接到所述殼體的元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的牙刷，其中所述第一彈簧元件與第二彈簧元件(182，174)是從彼此可斷開連接的，其中所述第二彈簧元件是組件的一部分，所述組件的一部分包括所述殼體的遠(yuǎn)端部分(170)、刷頭組件(176)以及與在所述器具的剩余部分(180)上的接口部分(178B)連接的接口部分(178A)。
12.一種用于與電動牙刷器具一起使用的刷頭組件，所述電動牙刷器具包括具有第一牙刷殼體部分(186)的把手，所述第一牙刷殼體部分包含包括具有第一慣性矩的定子(184)，以及把手轉(zhuǎn)子部分的電動致動器，其中在操作中所述致動器產(chǎn)生用于驅(qū)動所述把手轉(zhuǎn)子部分的轉(zhuǎn)矩，并且其中在所述器具的操作期間所述定子與所述把手轉(zhuǎn)子部分在相對的方向中移動，所述器具包括具有第一彈簧常數(shù)的第一彈簧元件或組件以將所述定子連接到所述第一殼體部分或固定到所述殼體的元件，其中所述刷頭組件包括: 刷頭軸(176)，具有在其遠(yuǎn)端的用于清洗牙齒的刷毛構(gòu)件，以及在其近端的具有連接轉(zhuǎn)子接口部分(178A)的刷頭轉(zhuǎn)子部分以用于可移除地將所述刷頭轉(zhuǎn)子部分連接到所述把手轉(zhuǎn)子部分，其中所述把手轉(zhuǎn)子部分與所述刷頭組件形成具有第二慣性矩的器具轉(zhuǎn)子； 第二牙刷殼體部分，當(dāng)所述刷頭組件連接到所述把手時其與所述第一牙刷殼體部分配合，所述第一與第二殼體部分限定器具殼體；以及 具有第二彈簧常數(shù)的第二彈簧元件，其連接在所述刷頭轉(zhuǎn)子部分與所述第二殼體部分或固定到所述第二殼體部分的元件之間，其中所述第一與第二彈簧常數(shù)的比率與所述第一與第二慣性矩的比率足夠地類似以至于當(dāng)所述刷頭組件連接到所述把手時在所述牙刷的操作期間基本上沒有產(chǎn)生的傳送到所述器具殼體的轉(zhuǎn)矩并且因此在所述器具的操作期間基本上沒有所述器具殼體的振動。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的刷頭組件，其中所述第一彈簧常數(shù)與第二彈簧常數(shù)的比率基本上與所述第一慣性矩與第二慣性矩的比率相同。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的刷頭，其中所述第二彈簧元件或組件是塑料的。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的刷`頭，其中所述第二彈簧元件或組件是金屬的。
【文檔編號】A61C17/34GK103889367SQ201280051620
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月24日
【發(fā)明者】P·J·巴克斯, F·J·博斯曼, G·H·韋斯特拉普 申請人:皇家飛利浦有限公司