用於確定電動牙刷的使用模式的方法和電動牙刷的製作方法
2023-09-20 10:06:45 6
專利名稱：用於確定電動牙刷的使用模式的方法和電動牙刷的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於確定電動牙刷使用模式的方法，其中所述電動牙刷包括用於連接到刷子部件的傳動軸、電動馬達、和用於提供所述傳動軸的第一運動的驅動器。本發明還涉及一種包括用於連接到刷子部件的傳動軸、電動馬達、用於提供所述傳動軸的第一運動的驅動器的電動牙刷。
背景技術：
DE 196 277 52A1公開了一種包括柄部和刷子部件的電動牙刷。電動馬達位於柄部中。傳動軸從柄部伸出並可連接到電動馬達。刷子部件可連結到柄部。刷子部件還包括用於刷毛的載體，其可機械地連接到傳動軸。當在運行時，用於刷毛的載體執行旋轉運動以及平移或搖擺運動，其中搖擺運動的頻率大於旋轉運動的頻率。為了避免在刷毛和使用者的牙齒間的接觸壓力超過某個預定值時發生損壞，DE 196 27 752A1還描述了當接觸壓力超過某個預定值時中斷用於刷毛的載體的搖擺運動。當通過脫離提供傳動軸搖擺運動的偏心件機械地實現了如DE 196 27 752所述的搖擺運動中斷時，通過機械地激活電開關獲得了給使用者發送接觸壓力超過臨界值的聲學或光學信號。
發明內容
因此，本發明的一個目的是提供一種方法和一種牙刷，其允許簡化確定電動牙刷的使用模式。本發明的另一個目的是提供一種方法和一種牙刷，其允許簡化識別接觸壓力超過
某一預定值。本發明的又一目的是提供一種方法和一種具有減少數目的部件的電動牙刷，以及具體地講節省用於指示接觸力過大的電開關。這些目的中的至少一個通過用於確定電動牙刷使用模式的方法而解決，其中所述電動牙刷包括用於連接到刷子部件的傳動軸、電動馬達、和用於提供傳動軸的第一運動的驅動器，其中所述方法包括以下步驟測量電動馬達的特性參數；檢測所述特性參數的特異性變化；和評估所述特異性變化。電動馬達的特性參數很好地表現牙刷的使用模式。例如，施加在牙齒上的接觸壓力對刷子的旋轉速度起作用。特性參數上的變化指示刷子的特定狀態，並因此允許確定電動牙刷的使用模式。根據本發明，使用模式因此通過檢測特性參數由於牙刷的特定狀態而產生的特異性變化而不是通過比較特性參數的絕對值與閾值來確定。在本發明的一個實施方案中，所述驅動器被布置成提供傳動軸的第一運動和第二運動，其中所述驅動器被布置成使得在超過預定接觸壓力時第二運動被中斷。在一個特定的另一個實施方案中，第一運動是旋轉運動，並且第二運動是搖擺運動。在用於實施所述方法的電動牙刷的一個實施方案中，傳動軸的旋轉運動和搖擺運動用單個電動馬達和驅動器來提供，驅動器將電動馬達的旋轉運動分解成傳動軸的優選的擺動旋轉運動和搖擺運動。在本發明的一個實施方案中，本專利申請意義上的搖擺運動是傳動軸基本上在垂直於傳動軸旋轉軸線的方向上的平移運動或樞轉運動。在另一個實施方案中，傳動軸被布置成使得它可機械地連接到刷子部件，刷子部件包括其中多個刷毛連結到其上的刷毛的載體。在運行期間，電動馬達通過驅動器提供連結到傳動軸上的刷毛載體的旋轉的、優選震蕩旋轉運動，並且此外提供平行於刷毛載體的旋轉軸線的刷毛載體的搖擺運動，使得刷毛就它們的旋轉運動執行清理運動。在一個實施方案中，傳動軸被安裝成使得它可圍繞樞轉點進行樞轉。傳動軸的搖擺運動接著通過連接到電動馬達並與所述傳動軸或連結到所述傳動軸的一個元件接合的偏心件來提供。在一個實施方案中，偏心件或者與偏心件相連的元件朝向傳動軸或者與所述傳動軸相連的元件被彈簧偏置。每當扭矩在垂直於旋轉軸的方向上作用於傳動軸並且其超過由偏動簧片所提供的扭矩時，在偏心件和傳動軸或者連接到傳動軸的元件之間的形狀配合或壓力配合被中斷，並且因此傳動軸的搖擺運動被停止。在該實施方案中，偏動簧片的力預先確定刷毛和使用者的牙齒之間的臨界接觸壓力。當該臨界接觸力被超過時，傳動軸的搖擺運動或平移運動被中斷。為了在臨界接觸壓力被超過時允許給牙刷的使用者發信號，根據本發明的一個實施方案的方法測量電動馬達的特性參數、檢測所述特性參數上的特異性變化、以及評估所述特異性變化。在一個實施方案中，這種特性參數上的特異性變化的檢測和評估使電開關給使用者發出多餘信號。在一個實施方案中，所測量的特性參數是由電動馬達感生的電壓或該電壓的導數。感生電壓可或是直接進行測量或是當已知公式的其它參數時可從電動馬達公式推導
出ο在其中電動馬達由脈衝寬度調製器(PWM)信號來驅動的一個實施方案中，由電動馬達感生的電壓或者該電壓的導數可在兩個驅動電脈衝間進行測量。在一個可供旋轉的實施方案中，特性參數是電動馬達的轉動頻率或者通過現有技術熟知的方法例如磁致伸縮轉速傳感器所測量的導數。根據本發明的一個實施方案的方法可用於其中電動馬達被恆定驅動信號驅動使得電動馬達的轉動頻率取決於施加到馬達上的載荷的應用場合。作為另外一種選擇，它同樣可用於其中保持電動馬達的轉動頻率不變不考慮例如由PID元件(比例-積分-微分元件)施加到馬達上的載荷的應用場合。在一個實施方案中，使用用於驅動電動馬達的脈衝寬度調製器信號同時保持電動馬達的轉動頻率不變，所測得的馬達的特性參數可為脈衝寬度調製信號的佔空因數或者該
4佔空因數的導數。脈衝寬度調製器信號的佔空因數從本專利申請的意義上是其中接收信號的時間除以信號的周期。當轉動頻率被保持不變時，佔空因數為施加到馬達上的載荷提供清楚的指示。在另一個實施方案中，所確定的特性參數是電動馬達的換向頻率或表現其轉動頻率特性的該轉動頻率的導數。在一個實施方案中，假定電動馬達的特性參數很好地表現其載荷並且因此是施加到刷子並且繼而通過驅動器施加到馬達上的接觸壓力的量度。例如，當預定的接觸壓力被超過時傳動軸的平移運動中斷導致清楚地辨識平移運動的中斷並且因此遇到預定的臨界接觸壓力的特性參數上的特異性變化。在一個實施方案中，檢測特性參數的特異性變化包括以下步驟記錄特性參數隨時間的變化；和比較所記錄的特性參數與預定的特性參數進展。這樣的比較例如可通過將所測量的和所記錄的特性參數與存儲在查找表中的數值相比較或者比較呈描述其隨時間或接觸壓力進展的公式形式的特性參數的所存儲數列來執行。記錄特性參數例如可通過將測量值對時間存儲在存儲器中來執行。作為另外一種選擇或除此之外，根據本發明的一個實施方案的方法可包括以下步驟確定特性參數的斜率和檢測隨後發生的具有異號的斜率。在另一個實施方案中，上述參數之一的導數即斜率可被直接測量為電動馬達的特性參數。特性參數上的變化接著可例如如上所述通過記錄參數對時間進行檢測。作為另外一種選擇，可省略記錄參數並檢測在兩次測量之間無論何時發生的導數表示上出現的變化。例如，在一個實施方案中，當接觸壓力由牙刷的使用者通過將刷毛越來越重地壓到牙齒上而增大時，電動馬達的轉動頻率降低。轉動頻率隨時間降低直到由電動馬達通過驅動器所提供的搖擺運動被中斷為止，導致在電動馬達上的總體載荷減小，並因此導致電動馬達的轉動頻率的增加。因此，就在中斷平移運動之後，可觀察到轉動頻率隨時間的增加。因為在中斷搖擺運動之前和之後旋轉運動的兩個斜率是退耦搖擺運動的特徵，所確定的斜率辨識超過臨界接觸壓力並允許相應地給使用者發信號。根據另一個實施方案，特性參數的特異性變化被評估以確定牙刷使用的品質因數。在一個實施方案中，該品質因數可通過評估或者計算其中特異性變化例如超過臨界接觸壓力發生的次數來確定。該數目接著形成品質因數。該數越低，刷子被用得就越好。在另一個實施方案中，品質因數用信號發送給使用者。在一個實施方案中，這可通過在每次使用周期結束時例如在完成牙齒刷洗時顯示其中臨界接觸壓力已經被超過的次數給使用者而實現。在一個可供選擇的實施方案中，發送品質因數信號給使用者通過呈發光二極體 (LED)形式的表現而實現，其中例如每個二極體代表某個閾值。在一個實例中，綠色LED表示臨界接觸壓力從未被超過，橙色LED表示臨界接觸壓力被超過三次或更少，並且紅色LED 表示臨界接觸壓力被超過三次以上。以上目標中的至少一個也通過包括用於連接到刷子的傳動軸、電動馬達、用於提供傳動軸的第一運動的驅動器、布置成用於測量電動馬達的特性參數的測量裝置、和布置成用於檢測特性參數的特異性變化和用於評估所述特異性變化的處理器的電動牙刷而解決。在一個實施方案中，測量裝置、記錄器和處理器被包含在微控制器中。在可至少部分地用軟體控制處理器實現以上實施方案的情況下，很顯然提供此類控制的電腦程式和在其上存儲這樣一種電腦程式的存儲介質被認為是本發明的不同方面。
從下面的實施方案的說明書和附圖中，本發明的其他優點、特徵和應用將顯而易見。圖1顯示根據本發明的電動牙刷的示意性剖面圖。圖2顯示沿著線A-A截取的圖1中牙刷的剖面圖。圖3顯示在接觸壓力範圍內轉動頻率的示意圖。圖4顯示在接觸壓力範圍內用於電動牙刷的脈衝寬度調製驅動信號的佔空因數的示意圖。
具體實施例方式圖1所述的電動牙刷1被提供用於清潔使用者的牙齒，具體地講用於從牙齒表面去除牙斑。所述電動牙刷包括具有細長的近似圓柱體形式的柄部2。刷子部件3可連結到柄部2。同時柄部2的直徑被選擇使得電動牙刷1的使用者可在柄部2安全地握住它。刷子部件3的直徑小於柄部2的直徑以便能夠將刷子部件3插入到使用者的口中。在刷子部件3的自由端，眾多的刷毛4延伸，它們可用來清潔使用者的牙齒。柄部2包括其中設置了底座6的外殼5。底座6具有細長的基本圓柱體形式並在外殼5並因此柄部2的幾乎整個長度上延伸。底座6承載電動馬達8、蓄電池9、以及其他電子元件例如充電線圈10和控制器 46。底座6此外包括可圍繞樞轉軸線12樞轉的擺動曲柄11。曲柄11以及樞轉軸線12位於柄部2朝向刷子部件3的那部分中。曲柄11部分地在柄部2上延伸。曲柄11的其他部件是管13、懸臂14和兩個承載元件15、16。曲柄11的管13延伸穿過柄部2的開口 17，其中在管13和柄部2的外殼5之間設置了由橡膠製成的環形膜 18以便提供管13通過柄部2中的開口的彈性饋通。刷子部件3可連結到管13在外殼5之上延伸的那部分。連結到曲柄11的刷子部件3朝向刷毛4延伸曲柄11。在曲柄11的管13中，設置了傳動軸20，在其遠離柄部的末端，其可連結到機械地連接到刷毛4的另一個軸23。在管13中以及在承載元件15上可圍繞旋轉軸線21轉動地安裝傳動軸20。曲柄11的樞轉軸線12和傳動軸20的軸線21被布置近似轉動彼此正交。刷子部件3包括其中可樞轉地安裝刷子轉軸23的承載管22。當刷子部件3被夾牢在外殼2上時，刷子轉軸23是與傳動軸21同心的，並且傳動軸21在凹槽M中接合刷子轉軸23，從而提供型面配合的傳動裝置。
外殼25位於刷子部件3的自由端。包括眾多刷毛4的刷毛載體沈位於外殼25 中。刷毛載體26被可樞轉地安裝在軸27上。軸27近似平行於刷毛4並垂直於刷子軸線 23並且垂直於傳動軸21。具有兩個傘齒輪段使得圍繞軸線21的刷子轉軸23的交替旋轉運動可被轉換成圍繞軸27的刷毛載體沈的交替旋轉運動。將四桿鏈30在柄部2中設置在曲柄11和電動馬達8之間。為了形成四桿鏈30， 電動馬達8包括近似平行於傳動軸20的軸線21並在電動馬達8之上延伸的馬達轉軸31。 安裝到馬達轉軸31上的齒輪32嚙合正齒輪33。正齒輪33被可轉動地安裝在軸線34上的銷軸35上。銷軸35被安裝在連結到電動馬達8的承載元件36中。正齒輪33還包括以距軸線34某一距離被安裝到正齒輪33的偏心曲柄。轉軸37 還通過連接元件38和在曲柄11的承載元件16中的銷軸39可轉動地進行安裝。銷軸39 與由銷軸35所形成的軸線34是同心的。在轉軸37上，可轉動地安裝了連接杆40。如圖2所示，連接杆40通過銷軸41可樞轉地安裝到傳動軸42。傳動軸42在管13和承載元件15之間被耐扭安裝到曲柄11的轉軸20。在電動馬達8的馬達轉軸31上，設置了滾珠軸承43。滾珠軸承43包括偏心內環 44和同心外環45。利用偏心內環44將滾珠軸承43裝配在馬達轉軸31上。偏心內環44 因此作為偏心件運行。同心外環45緊靠曲柄11的懸臂14。曲柄11的懸臂14被彈簧偏置抵靠滾珠軸承43的外環45。因此，當運行時，電動馬達8在單一方向上提供馬達轉軸31的旋轉運動，其接著被轉換成傳動軸20的交替旋轉運動，並且同時轉換成圍繞樞轉軸線12的傳動軸20的搖擺運動。電動牙刷受電子控制器46控制，電子控制器包括用於給馬達8提供電驅動信號的必需元件。此外，控制器46提供對實施根據本發明的一個實施方案的方法所必要的元件。 此外，控制器46控制給使用者發信號。當由作用在刷毛4的載體沈上的力引起的扭矩超過由偏置力朝向滾珠軸承43的外環45壓迫懸臂14引起的扭矩時，由滾珠軸承43所形成的偏心件和懸臂14之間的接合被中斷，使得傳動軸20圍繞樞轉軸線12的搖擺運動繼而也被中斷。傳動軸20搖擺運動的這種中斷現在被用於給牙刷1的使用者發信號，即通過測量和分析電動馬達的特性參數隨時間的變化遇到了刷毛與使用者牙齒的臨界接觸力，其中所述分析包括以下步驟檢測特性參數的特異性變化和評估那些變化。在第一實施方案中，電動馬達8由恆定的脈衝寬度調製器信號和反電動勢驅動， 即，在其中脈衝寬度調製信號低的隨後的時間點期間，測量由電動馬達8所感生的電壓作為特性參數。作為電動馬達特性參數的感生電壓是電動馬達8的轉動頻率的良好量度。在圖3中，感生電壓Uind被標繪在施加到刷毛載體沈的接觸壓力F。範圍內。假設接觸壓力隨著時間線性地增大，所述坐標軸也可表示時間。不考慮任何效果，當接通電動牙刷時，假設用適度的力使刷毛最初開始與使用者的牙齒接合，導致感生電壓Uind的水平為 100。假設接著增大接觸壓力F。，在圖3中所繪製的圖形的段110中感生電壓Uind降低，提供具有負斜率的圖形。當由接觸壓力F。引起的扭矩超過由彈簧的偏置力朝向滾珠軸承43 的外環45推動懸臂14引起的扭矩時，偏心件和懸臂14間的接合被中斷。當這種情況發生時，傳動軸的搖擺運動停止，導致其中電動馬達的扭矩被完全轉移到刷子的旋轉運動的情形。這繼而導致轉動頻率增加並導致由圖3中120所表示的感生電壓Uind增大。如果刷毛和使用者的牙齒間的接觸壓力在某個階段被進一步增大，轉動頻率並因此由電動馬達8感生的電壓再次下降，如果接觸壓力被進一步增大。這種所感生的電壓上的進一步下降通過圖3中的130來表示。根據本發明的該實施方案，感生電壓Uind隨時間變化被記錄下來並且從對應於圖 3中曲線圖的記錄曲線中，明白無誤地識別傳動軸20的搖擺運動中斷的特性行為即斜率上的特異性變化被檢測。在所示的實例中，曲線圖的標識部分是具有負斜率繼之以正斜率的隨後的段110和120。在另一個實施方案中，可採取記錄特性參數即Uind的曲線的曲率變化來辨識傳動軸的搖擺運動中斷。為了能夠清楚地辨識表徵搖擺運動中斷並因此表徵接觸壓力在預定臨界壓力範圍內增大的圖形位元，圖1中所示牙刷的電子控制器46包括存儲器47，辨識搖擺運動中斷的圖形的特徵位元被存儲在其中並且在運行牙刷期間將所記錄的特性參數隨時間的變化與存儲值相比較。在一個可供選擇的實施方案中，保持牙刷1的電動馬達的轉動頻率恆定並測量和記錄為驅動電動馬達8所提供的脈衝寬度調製信號的佔空因數隨時間的變化作為電動馬達的特性參數。所確定的佔空因數被定義為在其範圍內信號是高的時間除以擺動信號周期的比率。在該實施方案中，電動牙刷包括用於控制電動馬達轉動頻率的PID元件。當刷毛 4和使用者的牙齒間的接觸壓力被增大時，這導致電動馬達轉動頻率上的減小。為了補償這種減小，增大了脈衝寬度調製信號的佔空因數。這清楚地描繪於圖4中，其中佔空因數D 被標繪在施加到刷毛的接觸壓力F。範圍內。如以前一樣，假設接觸壓力隨著時間線性地增大，X軸也可被定義成時間。在最初在點200處使刷毛與牙齒接合之後，佔空因數D在增大的接觸壓力內的段中被增大。當達到由懸臂14朝向偏心件43的機械偏置而限定的臨界接觸壓力時，轉動頻率將開始增大，但被如圖4中曲線圖的段220所示的脈衝寬度調製信號的佔空因數所補償。 如果接觸壓力在某個時間點被進一步增大，則這導致轉動頻率開始下降，其接著被由圖4 中230所表現的脈衝寬度調製信號的佔空因數所補償。如前所述，對於作為特性參數的感生電壓Uind，傳動軸20的搖擺運動中斷再次通過在其中搖擺運動中斷的時間點附近所記錄的佔空因數的特性進展來辨別。本文所公開的量綱和值不旨在被理解為嚴格地限於所述的精確值。相反，除非另外指明，每個這樣的量綱均是指所引用數值和圍繞那個數值的功能上等同的範圍。例如，公開為40mm的量綱旨在表示約40mm。參考標號1 牙刷2 柄部3刷子部件4 刷毛5 外殼6 底座
8
8馬達
9蓄電池
10線圈
11曲柄
12軸線
13管
14懸臂
15承載元件
16承載元件
17開口
18膜
20傳動軸
21旋轉軸線
22管
23刷子轉軸
24凹槽
25外殼
26刷毛載體
27軸線
30四桿鏈
31電動轉軸
32齒輪
33正齒輪
34軸線
35銷軸
36承載元件
37轉軸
38連接元件
39銷軸
40連接杆
41銷軸
42傳動軸
43滾珠軸承，偏心件
44偏心內環
45同心內環
46控制器
47存儲器
100初始感生電壓
110感生電壓的降低側
120感生電壓的增加側130感生電壓的降低側200初始佔空因數210佔空因數的增大側220佔空因數減小側230佔空因數增大側
權利要求
1.一種用於確定電動牙刷(1)的使用模式的方法，其中所述電動牙刷(1)包括用於連接到刷子部件(3)的傳動軸00)；電動馬達(8)；和用於提供所述傳動軸OO)的第一運動的驅動器，其中所述方法包括以下步驟測量所述電動馬達⑶的特性參數； 檢測所述特性參數的特異性變化；以及評估所述特異性變化。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述驅動器被布置成提供所述傳動軸OO)的第一運動和第二運動，其中所述驅動器被布置成使得在超過了所述牙刷的預定接觸壓力時所述第二運動被中斷。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述第一運動是旋轉運動，並且所述第二運動是搖擺運動。
4.如權利要求1至3所述的方法，其特徵在於，所述特性參數是由所述電動馬達(8)引起的電壓或該電壓的導數。
5.如權利要求1至3所述的方法，其特徵在於，所述特性參數是所述電動馬達(8)的轉動頻率或該轉動頻率的導數。
6.如權利要求1至3所述的方法，其特徵在於，所述特性參數是為驅動所述電動馬達 (8)所提供的脈衝寬度調製信號的佔空因數或該佔空因數的導數。
7.如權利要求1至3所述的方法，其特徵在於，所述特性參數是所述電動馬達(8)的換向頻率或該換向頻率的導數。
8.如權利要求1至7所述的方法，其特徵在於還包括以下步驟 記錄所述特性參數；和將所述記錄的特性參數與所述特性參數的預定進展進行比較。
9.如權利要求1至8所述的方法，其特徵在於包括以下步驟 確定所述特性參數的斜率；以及檢測隨後發生的具有異號的斜率。
10.如權利要求1至9所述的方法，其特徵在於，評估所述特異性變化的步驟包括在檢測到所述特性參數的特異性變化時給使用者發信號。
11.如權利要求1至10所述的方法，其特徵在於，評估所述特異性變化的步驟包括推導所述牙刷(1)的使用品質因數。
12.一種用於執行如權利要求1至11中的一項所述的方法的電腦程式。
13.一種包含如權利要求12所述的電腦程式的計算機可讀數據存儲器。
14.一種其上加載了如權利要求12所述的電腦程式的微控制器。
15.一種電動牙刷(1)，所述電動牙刷包括 用於連接到刷子部件(3)的傳動軸OO)； 電動馬達(8)；用於提供所述傳動軸OO)的第一運動的驅動器；被布置成用於測量所述電動馬達(8)的特性參數的測量裝置；和被布置成用於檢測所述特性參數的特異性變化和用於評估所述特異性變化的處理器。
全文摘要
本發明是給使用者發送電動牙刷的錯誤使用模式信號的方法，其中所述電動牙刷包括用於連接到刷子部件的傳動軸；電動馬達；和用於提供所述傳動軸的第一運動和第二運動的驅動器，其中所述驅動器被布置成使得在超過預定接觸壓力時所述第二運動被中斷。這種狀態通過激活連接到警示燈的電開關發信號給使用者。因此，本發明的一個目的是提供允許簡化地確定電動牙刷使用模式的一種方法和一種牙刷。這可通過修正以上方法使得包括以下步驟來實現測量所述電動馬達的特性參數；檢測所述特性參數的特異性變化；和評估所述特異性變化。
文檔編號A61C17/22GK102355869SQ201080012465
公開日2012年2月15日 申請日期2010年3月18日 優先權日2009年3月19日
發明者利奧·法蘭達, 弗蘭克·斯特凡·斯科普, 託爾斯滕·克萊姆, 馬西亞斯·席巴恩 申請人:博朗有限公司