CN101257857A - 使用线性致动器的个人护理用具的致动系统 - Google Patents

使用线性致动器的个人护理用具的致动系统 Download PDF

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Abstract

一种个人护理用具驱动系统包括一对能在反相位模式或在并行(同相位)模式都能够操作的线性致动器(20，22)。系统包括运动转换器组件(64)，能将两个线性致动器(20，22)的反相位运动转换成输出驱动轴(14)的旋转运动，还能将同相运动转换成输出轴的平移运动或驱动例如泵的用具的其他功能。同时在反相位模式和在同相位模式操作的运动转换器(64)产生工件的复杂运动。

Description

使用线性致动器的个人护理用具的致动系统
技术领域
本发明一般涉及一种用于例如动力牙刷的个人护理用具的致动系统，更具体地涉及一种使用两个线性致动器和运动转换器以产生安装在用具的驱动轴部分的工件的期望的运动的致动系统。
背景技术
用于动力牙刷的许多不同的致动/驱动系统是已知的，包括多种机械的，机电的和磁的配置。许多这样的驱动系统的一个显著问题在于由驱动系统的运动引起的手柄的振动以及噪声。多种阻尼形式已经用于降低这种不希望的噪声和/或手柄振动。还有多种弹簧/电机配置已经设计用于试图抵消手柄中的振动。然而，这些抵振/阻尼系统中的许多都复杂而且昂贵；其他的又不能达到期望的结果。
因此，需要有一种驱动系统，其中通过驱动系统本身的设计优点抵消振动或将其降到最小。
发明内容
因此，本发明是一种用于个人护理用具的驱动系统，包括：第一和第二线性致动器，其能够在反相位模式或同相位模式操作；以及运动转换器，用于将反相位模式转换成输出驱动轴以及安装于其上之工件的旋转运动，并且将同相位模式转换成输出驱动轴或其他元件的平移运动以完成所选功能。
附图说明
图1是示出本发明的总致动系统的透视图。
图2是示出图1中致动系统的双线性致动器部分的透视图。
图3是示出图1中致动系统的轭架和运动转换器部分的透视图。
图4A，图4B和图4C示出具有图1中致动系统的用具工件的可能运动的不同模式。
具体实施方式
图1示出本发明驱动/致动系统的一个实施例。该驱动/致动系统通常用10表示，还被示出驱动输出轴连接件12，输出驱动轴14就固定在其上。在图1中，示出输出轴14被两个彼此隔开的旋转且线性的轴承16和18支撑，然而这些并不是该用具系统所必需的。在输出轴14的自由端15上安装了工件(未示出)，它可以是例如牙刷刷头或其他个人护理用具元件。术语“驱动组件”和“致动组件”在这里是可以相互替换使用的，并且都用于指代系统10。所示和描述的装置可用于个人护理用具，例如电动牙刷和其他具有往复摆动和/或振荡运动的小型用具。
驱动系统10包括两个线性致动器20和22。可使用任何对线性致动器。在图1和图2中示出带有两个线性致动器的磁性实施例。磁性系统包括两个中心并行线圈(仅示出一个线圈26)，其具有置于线圈相对端30和32的磁性组件。每个磁性组件包括两个钢板34和36以及中心磁体38。每个磁体组件中的磁体定向为相反的极性。磁体组件分别包括衔铁40和42，每块衔铁由两个悬架/离合板簧46和48支撑且相互平行。衔铁40和42随着交流电流施加在致动线圈上而前后移动。两块衔铁40和42的末端部分52和54分别从悬架弹簧延伸出去，正如所示的以用于用具驱动系统10。正如前面提到的，多种类型的线性致动器可以用在这里所示和所描述的驱动系统中。图2的磁性配置是一个示例。另一种可能包括平的线性驱动系统，可变空气隙驱动系统以及液压系统。本系统的运动转换器部分将双线性运动转化成输出轴的旋转和/或平移运动，正如下面所描述的那样。
衔铁40和42两个末端部分52和54的自由端固定在运动转换器组件64的轭架部分62的后端。在实施例中示出了，轭架部分62是金属薄片元件，其具有水平底部元件66，从底部元件66中间向上延伸出的垂直元件68和位于垂直元件68上端的水平连接元件70。连接元件70那里具有多个开孔72，72，其可以通过螺钉等方式将轭架部分62方便地连接到用具的外壳上。轭架部分62典型地由金属薄板制成，其厚度约为0.008英寸。
两块衔铁末端部分52和54的自由端固定于轭架部分62底部元件66的相对端67，69。使用中，当两个致动器在反相位驱动时，使得一个致动器向外运动，另一个致动器向内运动，反之亦然，轭架底部元件66的一端67向内运动，朝向磁性致动器，而另一端69远离致动器运动，反之亦然。在这样的配置中，从其上延伸出垂直元件68的底部元件66的中点是驻点。随着底部元件66的末端67，69进行朝向和远离致动器的相反运动，元件68沿着其长度扭动。在板簧46和48上的两个衔铁40和42的动态反作用力彼此相反且相互抵消。这导致传递到用具外壳的振动明显减弱。
图3还具体示出了运动转换器组件64的L转换器部分76。L转换器部分76是金属薄板的L形部分，其从轭架部分62的底部元件66水平延伸，大约是在底部元件66的中点处。垂直翼77延伸到输出轴连接机构12。在所示的实施例中，L转换器76约有0.08英寸宽和0.008英寸厚，其水平翼和垂直翼78，77各约有0.4英寸长。两翼之间的夹角可在70-110°之间变化而不会影响L转换器的功能。在本实施例的一个配置中，底部元件66、轭架部分62和L转换器76由单片轻质钢金属薄板制成。正如上面提到的，L转换器76的垂直翼77连接在输出轴连接元件12上。输出轴连接件12是用螺钉等方式通过元件12上的开孔74连接到用具外壳上的钢块。
从连接件12上延伸出来的是输出驱动轴14(图1)，其响应于线性致动器的运动而运动。正如上面所提到的，轭架部分62的底部元件66会关于其中点扭动(旋转)。这个运动通过L转换器76传递到输出轴连接元件12上，导致输出轴14关于其纵轴旋转。轴旋转的量取决于由两个线性致动器的运动产生的底部元件66的偏转量。操作者可通过频率控制单元80选择操作频率，或频率可以由制造商设立。
在其他运动模式下，致动器，特别是衔铁40和42相互并行地操作，也就是说，它们一起前后运动，这由两个彼此同相的驱动信号产生。这产生了整个底部元件66的前后运动和L转换器76的推拉运动。这个运动可被用于产生连接元件12和输出驱动轴14的平移运动，也就是前后运动，或可被用于在用具中驱动额外功能，例如动力牙刷中的牙膏泵。这个运动在图3中用双箭头73表示。当其他运动模式用于提供例如泵运动的额外功能时，就没有输出驱动轴和工件的平移运动。操作者也可通过频率控制单元80选择这种模式的操作频率，或频率由制造商设置。
在另一个配置中，两组不同驱动信号可被同时应用到磁性致动器上，导致源自一组驱动信号的轭架扭动(旋转)运动和源自另一组驱动信号的轭架平移运动。一组驱动信号是非同相的，而另一组驱动信号可为同相的。例如，非同相驱动信号组可为相对高的频率，如260Hz，而同相驱动信号可为明显较低的频率，如80Hz。这导致了工件的复杂运动，当两驱动信号都应用到同一输出轴上。两驱动信号的频率可由操作者选定，也就是说它们通过控制单元80是可编程的，所以，仅仅通过改变两驱动信号各自频率，或通过使用单一模式操作的已选的单一频率，便可方便得到工件的不同复杂运动。
图4A，图4B和图4C示出由线性致动器产生的轭架部分62的三个可能的运动。在图4A中，反相位驱动(由反相位驱动信号产生)生成轭架部分62关于其垂直元件部分68的旋转。轭架部分由块件95表示。在底部元件66上的两个致动器的相反运动用相反的箭头82，84表示，而引起的旋转运动由弯曲箭头86表示。
图4B示出系统的线性、平移运动模式下的运动，其中由于同相驱动信号而使致动器并行操作。在底部元件66上的致动器并行运动用两个箭头90和92表示，引起的轭架的中心垂直元件68的平移运动用箭头94表示。
图4C示出两个驱动运动的叠加，其中一组驱动信号产生旋转运动，而另一组驱动信号产生平移运动。轭架中心只接收平移运动。在元件66的一端，旋转运动会加入到平移运动中(箭头98)，而在另一端，旋转运动会从平移运动中减去(箭头100)。在驱动信号的下一个半周期运动会反转。
个人护理用具可以是动力牙刷。操作中，在一种配置中的刷头旋转运动约为20°，而平移运动在00.2英寸范围以内。可方便地得到其他运动，这取决于驱动频率和配置。
因此，已经图示并描述了用于个人护理用具的、使用两个线性致动器和运动转换器的驱动系统/致动器。这个案例中的运动转换器包括轭架部分和L转换器部分，它们依次固定在输出轴连接元件上。致动器可在并行模式和反相位模式下驱动，它可以产生输出轴的多种运动，或输出轴和用具的其他功能的运动。
尽管本发明的优选实施例是为了解释说明的目的而公开，多种可能并入实施例中的改变、修改和置换都应被认为未脱离本发明之精神，其将由在下面的权利要求书所限定。

Claims (12)

1.一种用于个人护理用具的驱动系统，包括：第一和第二线性致动器(20，22)，能够在反相位或在同相位模式下操作；和运动转换器(64)，用于将该反相位模式运动转换成输出驱动轴(14)和安装在其上的工件的旋转运动，并将该同相位模式运动转换成该输出驱动轴(14)或其他元件的平移运动以完成选定的功能。
2.如权利要求1所述的驱动系统，包括用于线性致动器(20，22)的频率控制系统(80)，可由操作者控制，以选择用于设备操作的反相位和/或同相位模式的频率。
3.如权利要求2所述的驱动系统，其中该频率控制系统(80)是可编程的。
4.如权利要求1所述的驱动系统，其中该运动转换器(64)包括韧性轭架部分(62)，其依次包括伸长的底部元件(66)，其中该第一和第二线性致动器(20，22)固定在该底部元件(66)的相对端上，该轭架部分(62)还包括从该底部元件(66)在约为其中点的部位处向上延伸出的垂直元件(68)并且其中该轭架部分(62)适于在该垂直元件(68)的上端处连接到该个人护理用具的外壳上。
5.如权利要求4所述的驱动系统，其中该运动转换器(64)进一步包括L转换器(76)，其包括材料的韧性L形部分(77)，其大约从该轭架部分(62)的该底部元件(66)的中点延伸到输出轴连接组件(12)，该输出轴连接组件适合于被固定到该个人护理用具的外壳上，且其中该工件安装在其上的输出轴从该连接组件上延伸出来。
6.如权利要求5所述的驱动系统，其中该轭架部分(62)和该L转换器部分(76)由金属薄板制成。
7.如权利要求2所述的驱动系统，其中该反相位模式的操作频率约为260Hz，且其中并行相位模式的操作频率约为80Hz。
8.如权利要求1所述的驱动系统，，其中该个人护理用具是动力牙刷且包括固定在该输出轴(14)的自由端的刷头元件，并且其中该运动转换器(64)配置为响应于该第一和第二线性致动器(20，22)的运动产生在020°范围以内的工件的旋转。
9.如权利要求5所述的驱动系统，其中该轭架部分(62)和该L转换器部分(76)用单片材料制成。
10.如权利要求1所述的驱动系统，其中该个人护理用具是动力牙刷且包括固定在该输出轴(14)的自由端的刷头元件，并且其中该运动转换器(64)配置且布置为响应于该第一和第二线性致动器(20，22)的运动产生在00.2英寸范围以内的工件的平移。
11.一种用于个人护理用具的驱动系统，包括：第一和第二线性致动器(20，22)，能够在反相位模式下操作；和运动转换器(64)，用于将该反相位模式运动转换成输出驱动轴(14)和安装在其上的工件的旋转运动，以完成选定的功能。
12.如权利要求11所述的驱动系统，其中该运动转换器(64)包括材料的韧性L形部分(77)，该第一和第二线性致动器(20，22)固定在其上，以产生该输出轴(14)的旋转运动。
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