CN101801308A - 在个人护理设备中使用的振动消除次级谐振器 - Google Patents

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Abstract

一种个人护理设备(10)包括手柄/外壳(20)、工件配件(12)、安装在手柄上用于驱动工件配件的电机配件(18)以及连接至电机配件或手柄的次级谐振器(30)，该次级谐振器包括弹簧质量配件，其特征在于，在其谐振操作时，由电机配件的动作产生的振动被显著减小/消除，否则该振动将传递至手柄。

Description

在个人护理设备中使用的振动消除次级谐振器
技术领域
本发明一般地涉及个人护理设备中的减振，并且更具体地涉及使用次级谐振器来实现此类减振。
背景技术
在诸如电动牙刷的个人护理设备中，使用节点安装的谐振器以实现所希望的刷头动作，谐振器的一部分相对于中心节点的振动与其他部分在相位上相差180°，这基本上消除了传递到设备手柄的谐振器的振动。此类节点安装的系统的示例在美国专利No.6,859,968中示出，其由本发明的受让人所拥有并且通过引用合并于此。
然而，在非节点安装的设备中，在操作期间，基本振动通常传递到设备的手柄，这对于用户可能是不愉快的并且取决于用户握持手柄有多牢固导致了性能的改变。在个人护理设备正在开发期间，传递到手柄的振动通常随手柄变小而增加，尤其随着手柄直径的减小而增加。行业中对此越来越关注，因为诸如电动牙刷之类的新的个人护理设备通常变得越来越小，特别是更窄。
而且，由于手柄变得更小，设备的驱动系统也必须改变，即，必须重新设计来补偿由手柄的改变而产生的设备的固有谐振频率的改变，从而维持所希望的效率水平。此类重新设计的努力可能是耗时并且昂贵的过程，即，如果改变手柄，现在必须重新设计已经与给定的手柄配置一起成功使用一段时间的谐振器平台。这可能阻止对设备的手柄部分的所希望的更新。
发明内容
因而，希望有一种与主谐振器分离的系统，其可以用于补偿和/或减少由电机系统(即，主谐振器)的动作产生的振动。
因而，在本发明的一个实施方式中是个人护理设备，包括：手柄部分；工件配件；电机配件，其安装在所述手柄上，用于驱动所述工件配件，所述电机配件在操作中产生传递至所述手柄的振动；以及次级谐振器，其连接至所述电机配件或连接至所述手柄部分，所述次级谐振器包括弹簧质量配件，其特征在于，当所述设备操作时，谐振频率和操作导致从所述电机配件到所述手柄部分的振动的减小。
附图说明
图1是集成这里描述的减振系统的一个实施方式的电动牙刷的简化图。
图2是示出了图1的电动牙刷的备选实施方式的简化图。
图3是示出了个人护理设备中减振系统的一部分的一个实施方式的图示。
图4示出了减振系统的另一个实施方式。
图5示出了减振系统的另一个实施方式。
图6示出了减振系统的另一个实施方式。
图7示出了减振系统的另一个实施方式。
图8和图8A示出了减振系统的另一个实施方式。
图9和图9A示出了减振系统的另一个实施方式。
图10示出了减振系统的另一个实施方式。
图11示出了减振系统的另一个实施方式。
图12和图12A示出了减振系统的另一个实施方式。
图13和图14示出了减振系统的其他实施方式。
图15-图18示出了对于上述实施方式和其他实施方式有用的各种振动阻尼配置。
具体实施方式
美国专利No.6,859,968涉及用于驱动诸如牙刷的电动个人护理设备的节点安装的系统。该节点安装的设备包括将电机输出耦合至工件配件的弹簧谐振器配件。电机安装在手柄上。弹簧谐振器配件包括其间具有中心节点的两个弹簧部分。两个弹簧部分关于节点相对运动，从而导致了消除或显著减小了传递到手柄的振动。
然而，在非节点安装的系统中，电机和弹簧谐振器配件的动作通过延伸在电机和手柄之间的电机安装配件传递到手柄。
图1和图2示出了能够显著减小(如果不能基本上消除的话)传递到手柄的此类主谐振器振动的系统的两个实施方式。针对一个实施方式参考图1，一般地以10示出了电动牙刷形式的个人护理设备。简化形式的设备包括工件配件12，其例如可以包括牙刷刷头部件14，其由延伸的臂16支持。工件配件12由往复运动电机驱动，该电机一般地示为18。电机18可以是各种电机配置中的任何一个。电磁电机配置的一个示例示出并且描述在美国专利No.5,189,751中，其由本发明的受让人所拥有，并且其内容通过引用合并于此。然而，应该理解，这里示出并描述的实施方式不限于与任何特定的电机配置一起使用。
图1中电机18通过标准安装配件22安装到手柄20，也称为外壳。图1示出了非节点安装的系统。由电机谐振器(主谐振器)产生的振动通过安装配件22导致了手柄的振动。这些振动可能至少是恼人的，并且在某些情况中，对于用户而言非常不舒适，特别是在设备具有小的或窄的手柄时。可以以各种方式对电机18供电，包括电池24，其示出为定位在图1的手柄内。
在如图所示的图1的实施方式中，提供次级谐振器以减小来自于主谐振器的动作的对手柄的振动。该次级谐振器(一般地参考为30)包括弹簧质量系统，该系统包括固定到电机外壳上的弹簧部件32，如图所示，以及附着于弹簧部件端部的分离质量34。弹簧质量系统30可以采用各种具体配置，将在下面详细讨论，但是其谐振频率应该在来自于电机18的驱动信号的频率的10Hz内，并且优选地车约2Hz内。
弹簧质量系统30特征在于使得在谐振时，即当其以其谐振频率移动(振荡)时并且与主谐振系统(主谐振器)在相位上相差180°时，其动作(例如，旋转或平移)与主谐振系统的动作相反，从而相对于未补偿的配置基本上减小或消除传递到手柄的任何振动。例如，在典型的电动牙刷配置中，振动可以减小约70％，尽管这可能在合理的程度上改变。尽管优选动作是在相位上相差180°，但是在180°之上以及之下的角度范围上(即91°-269°)，也能获取某些益处。角度越接近180°，则结果越好。
如上所述的弹簧质量系统30固定到图1的实施方式中的电机18的外壳。弹簧质量系统可以固定到电机外壳上的各种位置，只要其自由振动，即谐振。在所示配置中，弹簧质量系统30从电机外壳的尾端38延伸。
在图2中示出了图1配置的备选方案，尽管图1的配置是优选的。图2包括与图1中相同的元件，但是替代弹簧质量系统30固定到电机外壳并且从电机外壳延伸出，其固定到手柄20的内表面并且从其延伸出来。在示出的实施方式中，弹簧质量系统30从外壳20的尾端40的内表面延伸出来。其可以在内表面的各种位置。
两个上述实施方式都能够产生所希望的结果，即，基本上减小或消除由于主谐振器的动作传递到设备手柄的振动。
图3-图12示出了弹簧质量系统的各种实施方式，说明了次级谐振器的弹簧质量系统可以采用各种配置并且仍旧产生显著减振的所希望的效果。出于说明目的，每幅图是各种配置的相对简单的图示。图3示出了包括单个质量46的弹簧质量系统，单个质量46通过叶片弹簧48连接至电机外壳47。在该示例中，质量46示出为立方体(质量/惯性体)并且被选择来与选定的弹簧一起动作以提供所希望的谐振频率。该实施方式中的叶片弹簧48例如约为15mm(0.6英寸)长、6mm(0.25英寸)宽以及0.33mm(0.01英寸)厚。这些尺寸仅是为了示出示例；它们可以改变。在操作中，当电机在一个方向上旋转工件配件时，该方向由箭头52示出，质量46将在相反方向上振荡，即与工件的运动在相位上相差180°。在该配置中，振荡是横向的(从一侧到另一侧)，其与工件的横向运动相反。这导致传递到手柄的振动的基本减小/消除。
图4示出了某种程度上类似的配置，其具有设备电机56和双弹簧质量配件，分别包括质量58、58a和叶片弹簧60、60a。这是多弹簧质量实施方式，在该实施方式中，质量旋转并且基本上减小/消除主谐振器的旋转振动，主谐振器也具有旋转动作。
图5示出了具有包括质量64和扭力杆66的弹簧质量配件的设备电机62。在该配置中，扭力杆约为15mm(0.6英寸)长，并且具有约1mm(0.39英寸)的直径。
图6示出了包括设备电机68和弹簧质量配件的另一个实施方式，该弹簧质量配件包括质量70和延伸在电机外壳和质量70之间的线弹簧72。在该实施方式中，线弹簧具有约1.0mm(0.04英寸)的直径，约50mm(2英寸)长，并且在形式上是电机和质量之间的线圈。
图7示出了包括设备电机76和弹簧质量配件的另一个实施方式，该弹簧质量配件包括质量78和分离弹簧部件79，其中弹簧部件从单个金属片切下，形式为圆柱，具有约10mm(0.4英寸)的直径，15mm(0.6英寸)长以及1.5mm(0.06英寸)厚。
图8和图8A示出了某种程度上不同的配置。该实施方式包括设备电机80和弹簧质量配件82。弹簧质量配件82是交叉铰链弹簧，也称为柔性枢轴，其可以是金属的也可以是塑料的。质量包括四分之一扇区弯曲元件86和安装电机的部件88。弹簧部件90将弯曲元件86固定到部件88。
图9和图9A示出了包括电机92和弹簧质量系统的配置，弹簧质量系统包括质量94和V弹簧96。V弹簧在其中心部分包括切口(cut-out)部分98。通常，V弹簧约为14mm(0.55英寸)长以及约7.7mm(0.3英寸)宽(未弯曲状态)以及约0.3mm(0.012英寸)厚。
图10示出了另一个实施方式，具有电机102，其在一个旋转方向上旋转工件。弹簧配置104从电机延伸出来，其包括中央安装部分106，在该部分106的端部处，是两个弹簧部件108、109，两个弹簧部件108、109从安装部分106向相反的方向延伸。在弹簧部件108、109的端部处的是分离质量110、111。
图11示出了不同弹簧质量配置，包括电机114，其在一个方向上旋转工件。弹簧质量配件包括质量118，其具有延伸在质量118和电机114之间的第一弹簧120和延伸在质量118和设备手柄124之间的第二质量122。两个弹簧具有在手柄内为弹簧质量配件提供更好定位的优势。
图12和图12A示出了包括电机126和弹簧质量配件的实施方式，其中电机126在一个方向上旋转工件，弹簧质量配件包括延伸的两部分质量配件130和以质量配件的两部分之间的螺旋延伸的手表或小闹钟弹簧部件132(比如手表弹簧)。
应该理解，虽然图3-图12的实施方式示出为连接至电机外壳，可以类似于图2中一般示出的实施方式配置相同配置，即，安装到手柄。
图13和图14示出了用于振动减小/消除的磁性弹簧配置。图13示出了具有质量134的电机133，该质量134通过可以是弹簧的部件135或仅连接部件连接至电机。磁体136固定至具有极性配置的质量，如图所示。两个磁体137、137A利用所示磁极定位，以随磁体136的移动提供排斥动作。排斥动作倾向于在磁体136通过电机133的动作而振荡时，对其进行“定心”，因此产生对磁体的相反振荡，从而减振。磁体137和137A落在外壳上。图14示出了“吸引”模式，在该模式中，磁体138的磁极配置用于吸引磁体136，再次产生了反动作和反振荡。磁体138落在外壳上。磁体138和磁体139之间的空间可以改变，以对减振提供可调节效应。磁体136可替换地可以直接附接至电机。此外，可以使用另一定子。提供通过定子的电流产生了磁场，其导致类似的排斥/吸引效应，这依赖于是否使用图13(磁体137、137A)或图14(磁体138)的磁体配置。
而且，应该理解，虽然每种情况中电机示出为向工件提供旋转动作，但是电机也可以提供其他运动，包括横向、前后运动或其他类型的运动或运动的组合。
而且，应该理解，这里示出的减振实施方式对于谐振驱动系统相当有用。它们也可以与具有非谐振驱动系统的设备一起使用。
而且，尽管上述系统主要与非节点安装的系统一起使用，从而减小或消除振动，但是其也可以用于节点安装的系统，诸如在美国专利No.6,859,968中示出的系统，从而在此类设备中进一步减小振动。
上述配置示出了本发明的结构性和功能性特征，即其可以是分离的模块，该分离模块可以定位在现有设备的现有外壳内，从而产生所希望的减振。其还可以是新设备设计的一部分。
上述实施方式还可以与用于控制设备内振动阻尼的其他元件一起使用。阻尼支持振动消除范围内的更广的操作频率范围。例如，这允许变频驱动信号算法在特定振动消除范围内工作。其还允许谐振和驱动频率中更广的操作容差，从而改进可制造性。阻尼部件允许对谐振结构的Q进行调节。
图15示出了弹簧质量系统环境中的阻尼结构的一个实施方式，包括电机140、质量142和弹簧系统144。应该理解，弹簧质量系统可以是各种实施方式中的任何一个，诸如上述实施方式。在该配置中，通过向质量添加阻尼部件146实现阻尼。阻尼部件由橡胶材料制成并且具有对次级谐振器的振动产生所希望的阻尼效果的此类尺寸和其他特征。
在图16中示出了用于阻尼的另一配置，其包括电机150和弹簧质量系统，该弹簧质量系统包括质量152和弹簧154。在该实施方式中，弹簧材料具有低效率，其提供阻尼功能。提供合适阻尼效果的低效率弹簧材料的示例是塑料或橡胶。
图17示出了具有阻尼效应的其他实施方式，该实施方式包括电机160和弹簧质量系统，该弹簧质量系统包括质量162和类似于上述实施方式任何一个中示出的弹簧元件164。在该配置中，弹簧的一端166安装在作为质量162一部分的阻尼部件168中。该情况中的阻尼部件是高粘性橡胶材料。
在其他配置中，风扇叶片部件170、171可以附接至来自电机174的弹簧质量系统中的质量173，其响应于电机的动作在空气中提供了质量173反旋转的阻尼或阻力因素。
此外，在图16的实施方式的变形中，具有风扇叶片的质量可以定位在其中具有粘性材料的手柄内的小外壳和/或模块内，粘性材料将对质量旋转提供额外的阻尼。
因此，可以与上述任何或所有弹簧质量反旋转系统组合使用各种阻尼结构。
因此，在非节点安装的驱动系统中已经示出并且描述了次级或添加的谐振器系统，该系统配置用于相对于个人护理设备中的主谐振器提供减振/振动消除效果，从而减小了手柄的振动，尽管该系统还可以用于改进节点安装的驱动系统的性能。已经公开了此类次级谐振器的各种实施方式，以及提供阻尼功能的各种阻尼配置，从而改进了系统的功能。而且，如上所述，这里描述的添加的谐振器系统可以与其中没有主谐振器的非谐振驱动系统一起使用。
尽管已经出于说明的目的示出了本发明的优选实施方式，但是应该理解，在不脱离由所附权利要求书限定的本发明的精神的情况下，各种改变、修改和替换可以并入实施方式。

Claims (36)

1.一种个人护理设备，包括：手柄部分(20)；工件配件(12)；电机配件(18)，其安装在所述手柄上，用于驱动所述工件配件，所述电机配件在操作中产生传递至所述手柄的振动；以及次级谐振器(30)，其连接至所述电机配件或连接至所述手柄部分，所述次级谐振器包括弹簧质量配件，其特征在于，当所述设备操作时，谐振频率和操作导致从所述电机配件到所述手柄部分的振动减小。
2.根据权利要求1所述的个人护理设备，其中所述次级谐振器的运动与所述电机配件的运动在相位上相差约180°。
3.根据权利要求1所述的个人护理设备，其中所述次级谐振器的所述谐振频率在所述设备的驱动频率的10Hz之内。
4.根据权利要求1所述的个人护理设备，其中所述工件配件的运动是旋转的。
5.根据权利要求1所述的个人护理设备，其中所述工件配件的运动是横向的。
6.根据权利要求1所述的个人护理设备，其中所述次级谐振器包括振动阻尼结构。
7.根据权利要求6所述的个人护理设备，其中所述振动阻尼结构(146)是包括所述次级谐振器的所述弹簧质量配件的质量部分的一部分。
8.根据权利要求6所述的个人护理设备，其中振动阻尼部件包括固定在所述质量部分上的安装部件(168)，所述安装部件连接至所述弹簧部件的一端。
9.根据权利要求6所述的个人护理设备，其中所述振动阻尼部件包括所述弹簧质量配件的低效率弹簧部件(154)部分，所述弹簧质量配件包括所述次级谐振器。
10.根据权利要求6所述的个人护理设备，其中所述振动阻尼部件包括至少一个风扇叶片元件(170)，其附接至包括所述次级谐振器的所述弹簧质量配件的所述质量部分。
11.根据权利要求10所述的个人护理设备，包括至少两个相对的风扇叶片元件(170，171)。
12.根据权利要求10所述的个人护理设备，其中所述质量部分和所述风扇叶片安装在包括粘性材料的容器内，从而增加了由所述风扇叶片产生的阻尼动作。
13.根据权利要求1所述的个人护理设备，其中用于驱动所述工件的所述电机配件是非节点安装的。
14.根据权利要求1所述的个人护理设备，其中所述弹簧质量配件的所述弹簧部分包括叶片弹簧(48)。
15.根据权利要求1所述的个人护理设备，其中所述弹簧质量配件的所述弹簧部分包括扭力杆(66)。
16.根据权利要求1所述的个人护理设备，其中所述弹簧质量配件的所述弹簧部分包括线弹簧(72)。
17.根据权利要求1所述的个人护理设备，其中所述弹簧质量配件的所述弹簧部分包括盘绕的手表弹簧(132)。
18.根据权利要求1所述的个人护理设备，其中所述弹簧质量配件的所述弹簧部分包括分离弹簧(79)。
19.根据权利要求1所述的个人护理设备，其中所述弹簧质量配件的所述弹簧部分包括V弹簧部件(96)。
20.根据权利要求1所述的个人护理设备，其中所述次级谐振器的所述弹簧质量配件包括质量部件、延伸在所述电机配件和所述质量部件之间的第一弹簧(120)，以及所述质量部件和所述手柄之间的第二弹簧(122)。
21.根据权利要求1所述的个人护理设备，其中基本上消除了由所述电机配件对所述手柄产生的振动。
22.根据权利要求1所述的个人护理设备，其中所述次级谐振器是磁体配件，其包括固定的磁体配置(137，173A，139)和连接至电机的磁体(136，138)，并且其对连接到电机的磁体产生定心效应，导致了反振荡并且减振。
23.根据权利要求22所述的个人护理设备，其中所述磁体配件配置为以在所述连接到电机的磁体和所述固定的磁体配置之间排斥的方式操作，或以在所述连接到电机的磁体和所述固定的磁体配置之间吸引的方式操作。
24.根据权利要求1所述的个人护理设备，其中所述次级谐振器包括次级定子部件，通过所述定子部件引导电流以提供磁场，并且所述次级谐振器进一步包括安装到所述外壳上的磁体配置，其中所述固定磁体和所述磁场之间的磁交互对所述次级定子部件的移动产生了定心效应，导致了相对于所述电机动作的反振荡，从而减振。
25.在一种个人护理设备中，其包括手柄部分；工件配件；电机配件，其限定用于驱动所述工件的主谐振器，改进包括：次级谐振器(30)，其连接至所述电机配件(18)或所述手柄(20)，所述次级谐振器包括弹簧质量配件，其特征在于，当其谐振时，减小传递到所述手柄的振动。
26.根据权利要求25所述的个人护理设备，其中所述次级谐振器的振动与所述主谐振器的振动在相位上相差约180°。
27.根据权利要求25所述的个人护理设备，其中所述质量配件具有在所述设备的驱动频率的10Hz之内的谐振频率。
28.根据权利要求25所述的个人护理设备，其中所述工件的运动是旋转的。
29.根据权利要求25所述的个人护理设备，其中所述工件配件的运动是横向的。
30.根据权利要求25所述的个人护理设备，其中所述次级谐振器包括振动阻尼结构。
31.根据权利要求25所述的个人护理设备，其中基本上消除了由所述主谐振器产生的振动。
32.一种个人护理设备，包括：手柄部分(20)；工件配件(12)；电机配件(18)，其安装在所述手柄上，用于驱动所述工件配件，所述电机配件在操作中产生传递至所述手柄的振动；以及谐振器，其连接至所述电机配件或连接至所述手柄部分，所述谐振器包括弹簧质量配件，其特征在于，当所述设备操作时，谐振频率和操作导致从所述电机配件到所述手柄部分的振动减小。
33.根据权利要求32所述的个人护理设备，其中所述谐振器的运动与所述电机配件的运动在相位上相差约180°。
34.根据权利要求32所述的个人护理设备，其中所述工件配件的运动是旋转的。
35.根据权利要求32所述的个人护理设备，其中所述工件配件的运动是横向的。
36.根据权利要求32所述的个人护理设备，其中所述谐振器包括振动阻尼结构。
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