CN102665599B - 具有自动启动的牙刷 - Google Patents

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Abstract

一种电动牙刷包括手柄(12)和刷头(18)，其中在刷头(18)中具有导电电极传感元件(25)。该牙刷包括用于该刷头的驱动器组件(14)和用于测量在该刷头上/中的该传感元件与该牙刷的该手柄中的电接地(27)之间的电容的传感器系统(28)。微处理器/控制器(26)被编程为确定该测量电容是否高于阈值，其中该阈值指示该牙刷靠近或位于用户的口腔中。当该电容值高于该阈值时，该微处理器启动该驱动器组件以便该牙刷的操作。

Description

具有自动启动的牙刷
技术领域
本发明整体涉及电动牙刷，并且更具体而言涉及电动牙刷的启动。
背景技术
典型而言，电动牙刷包括用于开启和关闭该电动牙刷的机械(即触摸)开关。对于一些用户具体而言对残疾用户而言，机械开关难以操作。因此能够无需操作机械开关来启动电动牙刷将是有利的。一种无需开关启动电动牙刷的已知系统包括在该牙刷的外表面上使用导电电极来完成在该电极表面与用户的唾液或齿龈组织之间的电气回路。但是，由于在牙刷上的导电构件进行的电气接触，该系统可能在口腔中产生讨厌的味道或感觉。该系统还可能价格昂贵、操作复杂并且多次使用之后变得不可靠。
牙刷的有效、可靠自动启动的优势还在于在一些系统中可用于确保在该牙刷中只使用授权的刷头。未授权刷头的使用仍然是个严重的问题。
发明内容
因此，一种自动启动电动牙刷包括：手柄；包括一组刷毛的刷头；用于该刷头的驱动器组件；在该刷头中或上的导电电极；用于测量在该导电电极与该手柄中的牙刷接地之间的电容的系统；以及控制器，该控制器被编程为确定该测量电容是否高于用于指示该牙刷靠近或位于用户的口腔中的预先设立的阈值，并且此后用于启动该驱动器组件以便该牙刷的操作。
此外，一种在电动牙刷中使用的刷头，其中，该牙刷包括用于刷头组件的驱动器组件以及用于测量在该刷头组件上的导电电极与该牙刷的手柄部分中的电接地之间的电容的系统，该刷头包括：可插入到该电动牙刷的其余部分并且可从该电动牙刷的其余部分去除的刷头，该刷头自身具有的电容值是在该导电电极与该电接地之间的总电容的一部分，其中该总电容高于这样一种预先选择的阈值或处于这样一种预先选择的用于牙刷启动的范围中，其中该阈值或该范围用于指示该刷头是该牙刷的授权刷头。
附图说明
图1是本文所述的牙刷的分解图。
图2是用于说明电容的测量的图。
图3是用于说明当牙刷处于口腔之外时在刷头上的传感器元件与牙刷接地之间的电场耦合的图。
图4是用于说明当牙刷处于口腔之内时电场耦合的图。
具体实施方式
本文公开的牙刷大体上包括用于牙刷的自动启动(即自动开关)的系统。具体而言，其使用当牙刷位于口腔中或靠近口腔时，在牙刷刷头上靠近刷毛的传感器元件与牙刷手柄上的电(路)接地点之间的电路电容改变来启动牙刷。当用户使电动牙刷位于他们口腔中或靠近他们口腔时，因为传感元件接近口腔中的大的导电表面，在牙刷刷头上或中的传感元件与牙刷上的电接地之间的电容显著改变。当牙刷位于口腔之外时，可以容易地测量电容相比于在传感元件与牙刷电接地之间的标称电容的改变，并且使用该改变来启动牙刷。由于口腔的导电组织在牙刷附近的静电场上的影响，甚至在刷头与用户的齿龈、唾液或牙齿之间没有实际的物理接触，该电容改变也可以发生。
现在参考图1和图2，其中图1示出了牙刷并且图2进一步说明电容测量功能，牙刷10包括手柄部分12和由电池16供电的直流电机14，该电机提供用于刷头18的驱动动作，刷头18又可去除地装配到电机驱动轴22上。但是应该理解在包括本自动启动系统的电动牙刷中可以使用各种驱动动作装置。直流电机的说明仅仅是多个可能的电机系统中的一个。
刷头18包括装配在刷毛背板构件上的一组刷毛24，刷毛背板构件定义了刷头的刷毛部分，刷毛24通过由电机14提供的摆动动作完成清洁。由作为电动牙刷的常规组件的微处理器/控制器26控制电机14的操作。牙刷10包括电容传感器系统28，电容传感器系统28测量在刷头18上或中(典型而言位于靠近刷毛24)的导电电极/传感元件25与图1中的手柄12中的27处所表示的电接地平面之间的电容。该电容传感器系统28是常规的并且在商业上可从各种制造商获得的。
在图2的刷头中将导电电极/传感元件25显示为针25的形式。金属针25位于刷毛组24附近。可以使用其他电极/传感元件配置，包括金属涂层或包衣。对于刷头上的电极元件的位置而言，本系统最重要之处在于当电极靠近或进入口腔时在导电电极与手柄中的牙刷电接地平面之间的静电场线显著改变。参考图3，当牙刷头部远离用户口腔时，由传感器系统28测量的电容由在导电电极25与手柄12中的电接地平面27之间近似电场的场线34所表示的边缘场产生。由于该导电电极与接地平面相距相当大的距离，所以电场耦合很弱，并且产生的电容很小，小于1皮法。
参考图4，当如31处所表示的，刷头靠近或进入口腔时，在电极25与电接地27之间的电容受到口腔组织的强烈影响，口腔组织的电容在图2中的32处所表示而在该电平面与图4中的用户手指35之间的电容在图2中用36所表示。图4示出了电气建模的人体以作为单个大型导电构件。牙刷刷头靠近口腔以及用户手指35把握手柄12提供了从导电电极到手柄中的电接地的电场线的紧密得多的耦合。用户的口腔和到用户的手的导电路径对导电场提供了短路。典型而言，与图3中当牙刷位于口腔之外的耦合相比，图4中当牙刷位于口腔中时的耦合将总电容增加了1000倍。
将来自传感电路28的测量电容值提供给微处理器26，微处理器26被编程为确定测量电容值是否大于设置阈值。该阈值被预先设立为接近当牙刷保持在口腔内部时的电容值。如果确定电容值小于该阈值，则牙刷保持处于关闭状态。但是如果确定电容值大于该阈值，则微处理器向手柄12中的开关40(图2)发送电子信号，以开始驱动系统(电机)14的操作。在由该微处理器确定的选择时间内，牙刷然后将进行操作，或者如果将该牙刷从口腔中移除则关闭该牙刷。在一个实施方式中，该牙刷将在位于或接近牙刷的谐振频率的频率上进行操作，但是该操作不是本文所述的基于电容的启动系统的使用所必须的。
该牙刷还可以包括触摸开关(图1)，使得仅当操作开关并且该确定电容高于该阈值时才操作该牙刷。
上述电容启动系统除了具有当牙刷位于口腔中或附近时产生牙刷的自动启动从而潜在地排除对于机械开关的需要的优点之外，还可以用于确保仅有授权的刷头可以与该牙刷的手柄12一起使用。如果刷头被插入到牙刷的手柄中，并且传感器28对于电接地产生的测量电容没有高于预先设定的阈值或者处于唯一的预先选择电容范围中，则不启动该牙刷。这导致要求刷头自身的电容与其他可用刷头的电容具有充分的差异，以产生对于授权刷头排他的电容范围，这意味着只有授权刷头产生高于该选择电容阈值或者处于这样一种具体电容范围中的电容值，其中该具体电容范围被该微处理器识别为授权刷头组件的特征。在制造期间可以向刷头增加电容增强元件以确保该排他性，即由牙刷系统接受的电容范围包括新刷头的电容但是排除由以前商业可用的刷头产生的电容值。
该电容增强元件可以具有各种各样的形式。但是在所示实施方式中，其是位于刷头中靠近近端、当刷头插入驱动轴上时环绕电机驱动轴的金属环38(图1)。并且在该配置中，以前可用的刷头当放在牙刷上时将不进行操作，因为它们不具有合适的电容值来产生该牙刷的启动所需要的总电容，否则该以前可用的刷头在位于牙刷上时将进行操作。可以使用其他增强元件，包括例如金属针或管。
如果希望产生牙刷的启动，则也可以在与机械开关的组合中使用具有该电容元件的实施方式。
因此，公开了一种由基于电容的传感器通过当牙刷位于用户的口腔附近或口腔中时确定在牙刷上的导电电极与电接地平面或点之间的电容，自动启动的牙刷。该系统还可以用于确保仅可以与牙刷一起使用授权的替换刷头。
虽然为了说明的目的公开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所定义的本发明的精神的前提下，可以在实施方式中包括各种各样的改变、修改和替换。

Claims (14)

1.一种电动牙刷，包括：
手柄(12)；
刷头(18)，其包括一组刷毛(24)；
驱动器组件(14)，用于所述刷头；
在所述刷头中或所述刷头上的导电电极(25)；
其特征在于，
用于测量在所述导电电极与所述手柄中的电接地(27)之间的电容的系统(28)；以及
控制器(26)，所述控制器被编程为确定测量的电容是否高于用于指示所述牙刷靠近用户的口腔或位于用户的口腔中的预先设立的阈值，并且此后用于启动所述驱动器组件以便所述牙刷的操作。
2.根据权利要求1所述的牙刷，其中所述导电电极是嵌入在所述刷头中与所述一组刷毛相邻的针。
3.根据权利要求1所述的牙刷，其中没有机械开启/关闭开关。
4.根据权利要求1所述的牙刷，包括可由用户操作的开启/关闭开关，其中当所述开启/关闭开关开启并且所述测量的电容高于所述预先设立的阈值时，启动所述驱动器组件。
5.根据权利要求1所述的牙刷，其中所述牙刷操作在与所述牙刷的谐振频率相同或相近的频率上。
6.根据权利要求1所述的牙刷，其中所述刷头可从所述手柄去除，并且其中所述刷头包括用于允许授权刷头的确定的电容增强元件(38)。
7.根据权利要求6所述的牙刷，其中所述电容增强元件是位于所述刷头的近端附近的金属环。
8.根据权利要求6所述的牙刷，其中所述电容增强元件是从金属针、金属管或金属涂层中选择的其中一个。
9.一种在电动牙刷中使用的刷头，其中所述牙刷包括用于刷头的驱动器组件以及用于测量在所述刷头上的导电电极与所述牙刷的手柄部分中的电接地之间的电容的系统，其特征在于，所述刷头包括：
可插入到所述电动牙刷的其余部分并且可从所述电动牙刷的其余部分去除的刷头(18)，所述刷头自身具有的电容值是在所述导电电极(25)与电接地(27)之间的总电容的一部分，其中所述总电容高于这样一种预先选择的阈值或处于这样一种预先选择的用于牙刷启动的范围中，其中所述阈值或所述范围用于指示所述刷头是所述牙刷的授权刷头。
10.根据权利要求9所述的刷头，其中除了所述电容高于所述阈值或者处于所述预先选择的范围中之外，只有操作了机械用户操作开关才启动所述牙刷。
11.根据权利要求9所述的刷头，其中所述刷头还包括电容增强元件，电容的选择值包括所述电容增强元件的电容值。
12.根据权利要求11所述的刷头，其中所述电容增强元件是金属环(38)。
13.根据权利要求11所述的刷头，其中所述电容增强元件是金属针、金属管或金属涂层。
14.根据权利要求12所述的刷头，其中所述金属环位于所述刷头的近端附近。
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