CN101237832B

CN101237832B - 用于个人护理用具的摆式驱动系统

Info

Publication number: CN101237832B
Application number: CN2006800290239A
Authority: CN
Inventors: W·埃特斯; P·莱谢姆; P·J·巴克斯; A·布朗
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-08-05
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2026-08-04
Also published as: WO2007017823A1; JP2009502411A; JP5410754B2; EP1912588A1; US20080204177A1; EP1912588B1; CN101237832A; US7852182B2

Abstract

一种个人护理用具例如牙刷(11)的致动器(10，90)，其包括：外壳构件(12)；双E形卡箍组件(14，52)，其具有两个围绕相对的E形区段缠绕的电线圈(36，38)。衔铁(28)在卡箍组件(14，52)顶部附近延伸，且延伸超出其边缘。衔铁(28)还包括在E形卡箍(52)侧边附近延伸的侧部，每个侧部包括两个间隔开的磁体，当致动器(10，90)处于不工作位置时所述磁体与线圈(36，38)对准。电力由电池供应，并且可编程控制组件(46)以可选择的方式向线圈(36，38)供应电力，以在从衔铁(28)处延伸的输出轴端部处产生刷头工作部件(33)沿轴向和/或切向的运动，或复杂的运动。

Description

用于个人护理用具的摆式驱动系统

技术领域

本发明一般涉及用于诸如电动牙刷的个人护理用具的驱动系统(致动器)，更具体而言，本发明涉及利用磁性作用产生工作部件安装轴在X-Y平面上的运动的驱动系统。

背景技术

在诸如电动牙刷、剃须刀、修剪器和类似装置的个人护理用具中，具有使工作部件作预期运动的可靠的驱动(致动)系统是重要的。相对于这种致动系统，诸如费用、易组装性和安全性等其它方面也是重要的。

许多不同类型的驱动/致动系统是公知的，包括AC和DC小型电机、各种磁体以及电磁装置。然而，大多数致动系统被设计成产生单一、特定类型或模式的工作部件的运动，通常为诸如旋转或局部旋转的切向运动或者诸如进出式振动的轴向运动。但是，在一些情况下，希望致动系统能够产生多于一种形式的工作部件的运动。在另外一些情况下，希望致动系统产生较为复杂的工作部件的运动，包括同时使用两种分离的运动模式来产生复杂的运动，例如8字型或相似模式。需要可编程能力，以便能够易于改变用具的工作部件的运动，以适应特殊用途。

发明内容

因此，一种致动器，包括用于具有外壳的个人护理用具的致动机构，包括：卡箍组件，其具有两个或多个间隔开的外线圈支脚和一个中间工作部件支脚；衔铁，其定位在卡箍组件的支脚部分的自由端附近；弹簧组件，其将衔铁连接至个人护理用具的外壳；输出驱动轴，其从衔铁构件处延伸，该衔铁构件适于在其自由端处容纳工作部件安装轴和/或工作部件；至少一个线圈，其缠绕在卡箍组件的两个外线圈支脚上；用于致动器机构的电源；以及可编程控制系统，其用于以可选择的方式将电力施加到线圈上，以使衔铁和输出驱动轴在至少两个方向上运动。

附图说明

图1示出了包括本发明驱动系统的牙刷；

图2是致动器的一种实施方式的纵向剖视图；

图3示出了图2的致动器的一种运动模式；

图4A和图4B示出了图2的致动器的其它运动模式；

图5是致动器的另一种实施方式的剖视图；

图6A、图6B、图7A和图7B示出了图5的致动器的多种运动模式；

图8是致动器的又一种实施方式的剖视图；

图9A、图9B、图10A和图10B示出了图8的致动器的多种运动模式。

具体实施方式

图1和图2示出了驱动系统的一种实施方式，该驱动系统在这里称为摆式致动器，通常由附图标记10表示，其用于例如牙刷11的个人护理用具。

致动器10包括外壳12和安装在该外壳12内的E形卡箍14。卡箍14包括两个外脚16、18，中间脚20和基底构件40。在中间脚20的顶部有槽口或凹口24，其适于容纳依附于盘状衔铁28的下表面中心的配合突起26。衔铁28向外延伸至E形卡箍14的外脚16和18的外边缘，并且定位在所述脚的自由端的稍上方。除了E形卡箍之外，还可以使用其它形状的卡箍，包括D形以及其它形状。

安装块29固定于衔铁28的上表面，输出轴30从该安装块29处延伸，该输出轴30驱动工作部件安装轴31(图1)，在其端部上连接诸如牙刷刷头33的工作部件。

衔铁28通过弹簧组件34相对于E形卡箍14被支撑，该弹簧组件34在安装块29(在卡箍14上)和外壳12之间延伸。利用该弹簧组件支撑，衔铁和输出轴能够相对于E形卡箍和外壳沿轴向一起运动，并且能够相对于E形卡箍的中间脚20在一个方向或另一个方向上倾斜。线圈36和38分别缠绕E形卡箍14的外脚16和18。线圈36和38大致从E形卡箍14的基底构件40处延伸至外脚16和18的顶部附近。

上述布置导致衔铁28(以及输出轴30，并由此工作部件轴31和工作部件33)在“Y”平面(朝向和远离卡箍14)上的位移幅度不依赖于作为整体的驱动系统的一些结构和物理参数，包括衔铁28和卡箍14之间的距离、两个弹簧34的弹簧常数等。

参看图2，衔铁28和E形卡箍14之间的空隙必须小。否则，吸引力就会小。这将导致衔铁(以及最终为工作部件)在XY平面上的纵向(轴向)位移非常有限。

可编程电力/控制单元46向两个线圈供应电力。在本示例中，通过电池提供电力。控制单元46控制电力供应给一个线圈或两个线圈。利用所示布置，如果使大小相等的电流通过线圈36和38两者，那么具有连接在轴31上的工作部件的衔铁28和输出轴30将沿轴向朝向E形卡箍14运动。这在图3中示出。因此，能够简单地通过周期性地向线圈施加大小相等的电流脉冲来使工作部件沿轴向往复运动。

如果仅向线圈36供应电流，如所示，那么衔铁28和驱动轴将移向(倾向)E形卡箍的如图4A所示的部分，使得工作部件在“X”平面上线性运动。替代地，如果仅向线圈38供应电流，那么衔铁和驱动轴将倾向E形卡箍的如图4B所示的部分。

此外，如果将施加在线圈36和38上的DC电流进行AC调制，那么复杂的波形可以导致驱动轴30和安装在轴31上的工作部件作的复杂运动。

如上所示，可以使用替代的卡箍结构，例如D形和/或其它形状。同样，卡箍可以具有多于两个(例如3或4个)脚，以支撑线圈。此外，在一些实施方式中，可以使用一个或多于两个线圈。致动器可在三个方向以及仅在X和Y方向上运动。

图5、图6A、图6B和图7A、图7B示出了摆式致动器的另一种实施方式。该实施方式也包括外壳50；双(背对背)E形卡箍52(尽管可以使用其它卡箍结构)，其安装在外壳50内；以及衔铁54，其在卡箍52的相对侧顶部和底部上方延伸。衔铁54的侧部56、57每个包括一对安装在其内表面上且朝向E形卡箍52延伸的间隔开的永磁体。在侧部56上的磁体是58和60，而在另一侧部上的磁体是62和64。磁体具有极性指示(N/S)，如所示。弹簧构件66和68将衔铁侧部56、57的顶端67、69连接到外壳50上，弹簧构件70和72将衔铁54侧部的底端71、73连接到外壳上。

安装块75安装在衔铁54中心处的上表面79上，驱动轴77从该安装块75延伸，类似于图2实施方式中所示出的。通常，轴77的自由端连接到工作部件轴31上，例如牙刷刷头的工作部件位于工作部件轴31的端部处，如图1所示。

第一线圈76缠绕卡箍52的E形区段中的一个，第二线圈78缠绕与上述区段相对的E形区段。根据卡箍的布置，可以使用不同数量的线圈，包括一个线圈。当致动器处于非工作(未致动)位置时，磁体58和60在第一线圈76附近对准，磁体62和64在第二线圈78附近对准。电力通过可编程电力控制单元80来提供。

图5的布置的优点在于，衔铁54的位移以及最终工作部件的位移不依赖于衔铁与卡箍之间最初的空隙距离。而是通过诸如卡箍的磁性横截面、施加的电流大小、永磁体的强度，以及四个弹簧的弹性常数等因素来确定致动器的动作。

与图2的实施方式相比，图5的布置产生了更加对称的致动，并由此更加有效地进行操作。在该实施方式中，可以进行二维和三维运动。当通过供电电路80施加的电流沿图6A所示方向穿过线圈76和78时，在上磁体58和62以及线圈76，78的上部之间产生吸引力，在下磁体60和64以及线圈76，78的下部之间产生排斥力。衔铁54远离其非工作位置以及远离卡箍52运动，如图6A中指示的衔铁向上运动。

相反地，当穿过线圈76和78的电流反向，自图6A所示沿反向流动，衔铁将移向卡箍52，如图6B所示。这种双重运动使得衔铁和安装轴(带有工作部件)在Y平面上沿轴向(进出)运动。

如果施加的电流仅通过一个线圈，例如仅通过线圈76，或沿相同的方向通过两个线圈，那么衔铁54将沿一个方向倾斜，如图7A所示，产生在“X”平面上的线性运动。通过使电流仅流过线圈78或使电流沿相同的方向但与图7A中相反的方向通过两个线圈来实现相反运动。这在图7B中示出。

因此，通过改变电流通过线圈76和78的方向，可以使衔铁沿轴向和切向运动。通过AC调制通过两个线圈的电流，可以得到输出轴77的具有可编程控制振幅和频率的复杂波形，致使工作部件沿二维和三维方向运动。由于使用了永磁体，因此可以得到更加有效的致动器。可以使用多种驱动信号，使得衔铁的一部分较慢运动，而另一部分较快运动，致使工作部件作各种不同的动作。该装置也可以在共振模式下进行操作。

图8示出了类似于图5的实施方式，但所示致动器较小且较适用于牙刷或类似的小型用具应用中。

致动器90包括外壳92，双(背对背)E形卡箍94，其具有两个缠绕在相对的“E”区段上的线圈96和98。可以使用其它卡箍结构。也可以使用较少或较多数量的线圈。致动器90包括衔铁100，该衔铁包括顶和底盘状部102和104。安装块106固定在顶盘102的上表面上。驱动轴108从安装块106延伸。安装块109固定在底盘104的下表面上。弹簧构件110将安装块106连接到外壳92上，如所示，弹簧构件112将安装块109连接到外壳92上。否则的话，致动器90将不连接至外壳。

图9A和图9B示出了当如图所示沿相反方向将电流施加到两个线圈上时致动器(和驱动轴108)相对于外壳在“Y”方向上的轴向运动(进出)。当电流反向时，致动器改变方向。图10A和图10B示出了当如图所示沿相同的方向仅将电流施加到线圈中的一个或两个线圈上时致动器(和驱动轴)在“X”方向上的运动。电流换向导致在“X”方向上前后运动。

上述布置的显著优点在于，可以通过编程控制工作部件在XY平面上作复杂运动。通过改变致动器中通向线圈的驱动电流的方向、频率和大小，可以产生切向运动和/或轴向运动，以及包括切向运动和轴向运动两者的复杂运动。工作部件可以作二维和三维运动。这可以通过程序控制来完成。

尽管所述致动器主要用于电动牙刷，但应当理解，可以将其用于其它个人护理用具中，诸如剃须刀、修剪器或脱毛器等。

尽管出于示意的目的公开了本发明的优选实施方式，但应当理解，在不背离由所附权利要求书限定的本发明的精神的条件下，可以将各种改变、变形和替代并入所述实施方式中。

Claims

1.一种用于具有外壳的个人护理用具的致动器机构，包括：卡箍组件(14)，其具有两个或多个间隔开的外线圈支脚(16，18)和中间工作部件支脚(20)；衔铁(28)，其定位在所述卡箍组件(14)的支脚的自由端附近；弹簧组件(34)，其将所述衔铁(28)连接到所述个人护理用具的外壳(12)；输出驱动轴(30)，其从所述衔铁延伸，所述输出驱动轴适于在其自由端处容纳工作部件安装轴(31)和/或工作部件；至少一个线圈(36，38)，其缠绕在所述卡箍组件(14)的所述外线圈支脚(16，18)上；用于所述致动器机构的电源；以及可编程控制系统(46)，其用于以可选择的方式将电力施加到所述线圈，以使所述衔铁和所述输出驱动轴在至少两个方向上运动。

2.根据权利要求1所述的致动器机构，其中所述卡箍组件(14)呈E形，其中线圈(36，38)缠绕在所述E形卡箍组件的各个外线圈支脚上。

3.根据权利要求1所述的致动器机构，其中所述可编程控制系统(46)以这样的方式将电力施加到所述线圈上，使得所述衔铁(28)和所述输出驱动轴(30)在三维方向上运动。

4.根据权利要求2所述的致动器机构，其中当将大小相等的电流施加到两个线圈(36，38)时，所述衔铁(28)朝向或远离所述卡箍组件(14)在一维方向上运动，当仅使电流通过所述线圈中的仅一个或另一个时，所述衔铁(28)相对于所述卡箍组件(14)沿切向运动。

5.根据权利要求1所述的致动器机构，其中所述致动器机构是电动牙刷(11)的一部分，所述工作部件是刷头(33)。

6.根据权利要求1所述的致动器机构，其中所述衔铁(28)通过所述弹簧组件(34)支撑，使得当所述衔铁(28)不工作时，在所述衔铁(28)和所述E形卡箍组件的支脚的自由端之间有小空隙。

7.根据权利要求1所述的致动器机构，其中所述衔铁(28)是盘状构件，其具有从其下表面延伸的中心突起，所述突起配合在所述卡箍组件(14)的中间工作部件支脚(20)中的接收凹槽(24)中，使得在操作中，所述衔铁(28)在“X”方向上相对于所述中间工作部件支脚(20)倾斜。

8.一种用于包括外壳的个人护理用具的致动器组件，包括：卡箍组件(14)，其包括安装在其上的至少两个线圈(36，38)；衔铁组件(28)，包括在所述卡箍组件(14)顶部上和上方延伸的顶部，和两个穿过所述卡箍组件的两个线圈(36，38)向下延伸的依附侧部，所述依附侧部具有固定在其上的第一和第二间隔开的磁体组件(58，60，62，64)，所述第一和第二间隔开的磁体组件(58，60，62，64)在当所述致动器处于不工作位置时与相应的电线圈(36，38)对准，其中激励所述线圈会导致所述衔铁作相应的运动；至少一个弹簧组件(34)，其倾向于将所述衔铁定向在所述不工作位置；电源，其用于向所述线圈施加电力；以及可编程控制系统(46)，其用于以可选择的方式向所述线圈施加电力，以使所述衔铁在至少两个方向上运动。

9.根据权利要求8所述的致动器组件，其中施加的电流沿相对的方向通过两个线圈(36，38)并基于所述电流的连续换向导致所述衔铁(28)朝向和远离所述E形卡箍(52)沿轴向运动，并且其中施加的电流沿相同的方向通过一个或两个线圈，随着所述电流换向导致所述衔铁(28)在X-Y平面的“X”方向上运动。

10.根据权利要求8所述的致动器组件，其中将所述卡箍组件(14)安装到所述外壳(12)，并且其中所述衔铁(28)包括稍远离所述E形卡箍(52)顶部而支撑的顶部，并且其中所述弹簧组件(34)大致从所述衔铁(28)的侧部的顶部和底部延伸至所述外壳(12)。

11.根据权利要求8所述的致动器组件，其中所述致动器组件是牙刷结构(11)的一部分，并且还包括定位在所述安装轴的外端上的刷头元件(33)。

12.根据权利要求8所述的致动器组件，其中所述衔铁(100)包括顶盘部(102)和底盘部(104)，并且其中所述两个侧部在顶部和底部的外围边缘之间延伸至所述外壳(92)，并且其中所述顶部和底部弹簧组件(110)在安装块(106)和所述外壳(92)之间延伸。