用於共振式電動牙刷的具有電機和偏心裝置的機械驅動機構的製作方法

2023-11-30 14:40:51 1

專利名稱：用於共振式電動牙刷的具有電機和偏心裝置的機械驅動機構的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及共振驅動的電動牙刷，並且更具體地涉及用於這種電動牙刷的包括直流電機的驅動機構。
背景技術：
一些電動牙刷使用正弦驅動的彈簧組件產生振蕩刷頭動作，其導致用戶的牙齒的有效的清潔。然而，這種驅動機構需要響應於正弦信號而操作的定製定子，以形成驅動彈簧組件的振蕩磁場。在這種系統中也需要相對昂貴的電子電路。使用直流電機驅動共振式電動牙刷是較不昂貴的選擇方案。因為除了低成本之夕卜，還有它的簡單，所以直流電機驅動機構是有利的。典型的直流電機產生圓形運動；在直流電機驅動的電動牙刷的的可選發展線中，彈簧組件裝置用來提供振蕩動作而不是圓形動作。振蕩動作，在所選定的頻率和振幅範圍內，用來產生有效的清潔是已知的。在ー個具體執行方式中，具有偏心裝置的直流電機用來以扭轉模式機械地激勵彈簧系統，產生所期望的共振式振蕩動作。然而，這些特定系統通過與彈簧構件一起振蕩的撓性配合件被驅動。撓性配合件可能經歷可靠性問題。此外，在這些系統中，偏心裝置被安裝成在套筒中旋轉，其導致偏心裝置/套筒接觸面處的磨損並且是不期望的噪聲的來源。因此，期望具有可靠的、簡單的系統，其使用直流電機用於以它的共振模式機械地激勵彈簧組件，其具有最小的部件，同時避免主要與磁耦合相關的問題，諸如不足的啟動扭矩和過調，其當刷子失速時發生，導致電機以比所期望的更高的rpm運行。

發明內容
因此，電動牙刷包括包含電池和直流電機的驅動組件，所述直流電機具有從其ー端延伸的旋轉驅動軸；安裝在驅動軸上或通過另一元件連接到驅動軸上並與其一起旋轉的偏心構件；包括彈簧構件的彈簧組件，所述彈簧構件的特徵在於扭轉剛度導致低於由彎曲剛度導致的旋轉系統的共振頻率的旋轉系統的共振頻率，其中電機被安裝到彈簧組件的近端，其中彈簧組件的另一端被固定在合適位置處；安裝到彈簧組件並從其向遠處延伸的刷頭軸；和附連到刷頭軸的帶有刷毛的刷頭，其中在操作期間，偏心裝置以所選定的頻率的旋轉激勵彈簧構件的振蕩動作，導致刷軸和刷頭與其一起振蕩。


圖I是結合這裡所公開的驅動機構的整個牙刷的分解圖。圖2是圖I的牙刷的一部分的分解圖。
圖3是圖I的牙刷的結構的側立面視圖。圖4是圖3的牙刷的後立面視圖。
具體實施例方式通常，這裡所公開的發明是用於共振式電動牙刷的直流電機執行的驅動機構組件，其用與以圍繞刷頭組件的軸線的振蕩動作來驅動刷頭組件。所公開的驅動機構組件產生足以以所期望的共振模式激勵彈簧組件的機械力，其接著產生牙刷的刷頭組件部分的所期望的振蕩動作。通常，振蕩頻率將在100-300HZ的範圍內，同時振蕩振幅在6° -14°的範圍內。現在參考附圖，牙刷10包括由電池15提供電カ的直流電機12。在所示的實施方式中，直流電機是高速的(10K-20Krpm或大約160-320轉每秒)，和低扭矩的，在O. 2mNm到 ImNm的範圍內，儘管這可以變化。電機12包括延伸到電機的後面17外面的、在把手15的後端的方向上的旋轉輸出軸16。偏心裝置20固定地固定到輸出軸16，其在所示的實施方式中呈現盤的形式，儘管可以使用其它形式。偏心裝置20由它的質量和它的偏心距限定，所述偏心距是從偏心裝置的質心到電機輸出軸16的旋轉軸線的距離。偏心裝置的質量在所示的實施方式中在O. 5-5克的範圍內，同時偏心距的範圍是O. 02-5毫米。直流電機12被附連到大體上在24處示出的彈簧組件的自由端。彈簧組件24包括後彈簧轂構件26、前彈簧安裝構件28以及連接在所述彈簧轂構件和彈簧安裝構件之間因此形成「V」形彈簧構件41的兩個片簧30和32。在牙刷的操作期間，彈簧轂構件26是可自由移動的，同時彈簧安裝構件28被固定到底座的合適位置處，諸如牙刷的框架或把手。彈簧轂構件26和彈簧安裝構件28是塑料的，但是也可以是模鑄金屬。彈簧轂構件具有對稱的但是不規則的形狀，如同在圖3中最清楚地示出的那樣，儘管精確形狀不是重要的。彈簧轂構件將直流電機連接到V形彈簧41的近端。彈簧轂構件在它的最寬點處具有大約15mm的寬度，大約15_的高度和8_的厚度。如同上面所指出的那樣，直流電機12被固定到彈簧轂構件的後表面36並且因此與其一起移動。振蕩質量的質量運動慣量在250和500gmm2之間，所述振蕩質量包括直流電機12、偏心裝置20和彈簧轂構件26。前彈簧安裝構件如所示的那樣具有圓形的構造，具有大約25mm的直徑，其中在它的下部部分中具有切ロ部分39。在所示的實施方式中，彈簧安裝構件具有大約3mm的厚度。而且，前彈簧安裝件的特定形狀不是重要的。重要的是前彈簧安裝件提供連接到把手或內框架構件的剛性連接。組成V形彈簧構件41的兩個片簧30和32是同樣的彈簧鋼，大約10_30mm長，
2-15mm寬，優選為5mm寬，和O. 2mm到I. Omm厚，優選為大約O. 5mm厚。在所示的實施方式中，兩個片簧30和32之間的角度是在45° -100°的範圍內，優選為大約70°。兩個片簧30,32如同所示的那樣被布置成在與刷毛從刷毛板延伸的方向相同的方向上打開，並且沿著它們的下邊緣間隔開大約5_。兩個片簧的扭轉彈簧比率在O. 5和2. ONm/半徑之間。驅動機構的扭轉模式的共振頻率是質量慣性矩和彈簧比率的函數。刷軸38從彈簧轂構件26延伸，通過彈簧安裝構件28並且延伸到彈簧安裝構件前面大約75mm。刷軸38被固定到彈簧轂構件和彈簧安裝構件並且被定位在距離輸出軸16的旋轉軸線的一定距離處。這個距離(被稱作カ矩臂43)在所示的實施方式中是大約6mm，但是能在從I到15mm的範圍內。カ矩臂越大,旋轉偏心質量形成的扭矩越大。在其的遠端上具有ー組刷毛44的常規的刷頭組件42被可拆卸地安裝在刷軸38上。
V形彈簧構件41的重要特徵是它在彎曲運動中是比在扭轉運動中顯著地更硬的。彎曲中的更大的剛度驅動與彎曲相關的在所期望的操作頻率以上至少50Hz的共振頻率。在牙刷的操作期間，扭轉模式(導致刷頭組件的振蕩動作)將因此被激勵，而彎曲模式(側到側或上/下運動)將不被激勵。這防止了彈簧轂構件26和電機12在操作期間的擺動，而允許電機振蕩，並且導致刷頭組件和刷毛以所期望的方式用上面所展示的頻率和振幅振蕩用以清潔牙齒。除了使用V形彈簧驅動在所期望的扭轉模式頻率之上的彎曲模式頻率之夕卜，支撐套筒和/或軸承可以用來増加所期望的方向上的剛度。來自電池15的電導線50和52在它們被安裝到彈簧安裝構件28中的點處被連接到片簧30和32。在這個點處，因為彈簧安裝構件是固定的，片簧的遠端也是固定的。片簧連接到直流電機上的正極端子和負極端子，形成電路。片簧被設計成經得住疲勞並且因此能經受正常操作的頻率和振幅。通過將導線附連到片簧的固定端並且通過片簧實現電連接到電機，由於在正常操作期間片簧的以上面所指出的頻率和振幅的運動而引起的電線或引線斷開的任何困難被消除棹。圖3示出了從與刷頭上的刷毛相反的牙刷的近端觀察的端示圖。它尤其示出了電機軸16，刷軸38和電機軸16的旋轉方向。カ矩臂43、如同上面所指出的那樣，是刷軸38和電機的輸出軸14之間的距離。在操作時，有偏心裝置20的旋轉形成的力。因為彈簧轂構件不被抑制，電機12與彈簧41 一起振蕩並且因此是包括V形彈簧、彈簧轂構件、電機和偏心裝置的運動系統，也就是，旋轉系統的慣量的組成部分。在正確的頻率時，接近旋轉系統的共振頻率，旋轉的偏心裝置產生的カ以共振的扭轉模式激勵V形彈簧41，其產生刷頭的所期望的振蕩動作。在所示的實施方式中，頻率和振幅在上面所闡述的範圍內，但是優選為分別是大約260Hz和10°。在操作吋，V形彈簧41實現本發明的裝置的三個目的。它有助於約束，也就是，抑制刷軸38運動為所期望的振蕩運動，因為兩個片簧在扭轉中是比在彎曲中更軟的；它幫助建立動態(旋轉)系統的共振頻率；並且它提供從電池到電機的可靠的電連接。因此，已經公開了用於電動牙刷的機械驅動機構，其使用直流電機和偏心裝置以等於或接近系統的共振頻率的頻率激勵彈簧組件。用相對簡單的和便宜的包含相對少的單獨的部件的驅動系統產生刷毛的有效的運動。儘管為了說明的目的已經公開了本發明的優選實施方式，但是應當理解，在不脫離由下面的權利要求限定的本發明的精神的情況下，各種變化、修改和替換可以被合併在 實施方式中。
權利要求
1.一種電動牙刷,包括 驅動組件，包括電池(15)和直流電機(12)，所述直流電機具有從其一端延伸的旋轉驅動軸(16)； 偏心構件(20)，安裝在所述驅動軸上或者通過另一元件連接到所述驅動軸並可與其一起旋轉； 彈簧組件(24)，包括彈簧構件(41)，所述彈簧構件(41)的特徵在於扭轉剛度導致的旋轉系統的共振頻率低於由彎曲剛度導致的旋轉系統的共振頻率，其中，所述電機被安裝到所述彈簧組件的近端，其是可自由移動的，其中所述彈簧組件的另一端被固定在合適的位置處； 刷頭軸(38)，其被安裝到所述彈簧組件並且從其向遠端延伸；和 刷頭(42)，具有刷毛(44)，其被附連到所述刷頭軸，其中在操作時，以選定的頻率的偏心構件旋轉激勵所述彈簧構件的振蕩動作，導致所述刷軸和所述刷頭與其一起振蕩。
2.如權利要求I所述的電動牙刷，其中所述彈簧構件和所述刷軸的振蕩動作具有等於或接近旋轉系統的共振頻率的頻率。
3.如權利要求I所述的電動牙刷，其中所述彈簧組件包括在近端處的彈簧轂構件(26)和在遠端處的彈簧安裝構件(28)，所述彈簧構件具有被分別安裝到所述彈簧轂構件和所述彈簧安裝構件並在所述彈簧轂構件和所述彈簧安裝構件之間延伸的V形彈簧的形式。
4.如權利要求I所述的電動牙刷，其中所述牙刷具有轉動慣量並且所述直流電機被固定到所述彈簧轂構件的後表面並與其和所述V形彈簧一起移動，使得所述電機是所述牙刷的轉動慣量的一部分。
5.如權利要求I所述的電動牙刷，其中所述驅動組件包括將所述電池連接到所述彈簧構件的電導線(50，52)，在那裡它被固定到所述彈簧安裝構件，使得在所述牙刷的操作期間，和所述彈簧構件的運動期間，所述電導線不與所述電機的運動一起運動。
6.如權利要求I所述的電動牙刷，其中所述刷毛以100-300HZ範圍內的頻率和6-14°範圍內的振幅振蕩。
7.如權利要求I所述的電動牙刷，其中所述彈簧構件包括一對片簧(30，32)，其中兩個片簧都具有提供低於由所述片簧的彎曲剛度產生的共振頻率的旋轉系統的共振頻率的扭轉剛度。
8.如權利要求7所述的電動牙刷，其中所述片簧的彎曲剛度導致所述旋轉系統的比所期望的扭轉模式共振頻率高至少50Hz的共振頻率，以防止在所述牙刷的正常操作期間激勵彎曲模式。
9.如權利要求I所述的電動牙刷，其中所述偏心構件是具有O.5-5克範圍內的質量和O.2-5mm的偏心距的盤。
10.如權利要求I所述的電動牙刷，其中所述刷頭軸從所述電機驅動軸側向偏移l-15mm範圍內的距離。
全文摘要
牙刷包括驅動組件，該驅動組件包括由電池(15)驅動的直流電機(12)，該直流電機具有從所述直流電機的一端延伸的旋轉驅動軸(16)，偏心構件(20)安裝於所述旋轉驅動軸上，該偏心構件(20)與所述驅動軸一起旋轉。彈簧組件(24)包括在近端處的轂構件(26)，在遠端處的安裝構件(28)以及安裝到它們並在它們之間延伸的V形彈簧構件(41)。所述直流電機被固定到所述轂構件的後表面，在牙刷的操作期間所述電機和所述轂構件可以一同自由移動。所述安裝構件被固定在牙刷中的合適位置處。刷頭軸(38)被安裝到所述轂構件和所述安裝構件並且在所述轂構件和所述安裝構件之間延伸，並從所述安裝構件向遠處延伸。所述刷頭軸構件是從所述電機驅動軸的旋轉軸線側向偏移的。包括一組刷毛(44)的刷頭組件(42)被可拆卸地安裝在所述刷頭軸上。
文檔編號A61C17/32GK102665601SQ201080059001
公開日2012年9月12日 申請日期2010年11月22日 優先權日2009年12月23日
發明者T·G·科洛斯特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司