CN102665600B - 刷头内具有促动器的电动牙刷 - Google Patents

Abstract

电动牙刷(10)包括位于刷头内用于驱动刷头组件的小电磁促动器(24)，所述刷头组件包括具有从其延伸的刷毛的刷头部(14)。所述促动器包括固定的下元件(26)和可移动的上元件(28)，其中所述下和上元件的每个具有在其相对端的曲面滚轴接触部(24，36，46，48)。滚轴元件(52，54)位于所述上和下元件的滚轴接触部之间。至少一个线圈安装在所述下元件上，响应于交流激励信号。具有交替的极性位置的至少两个永磁组件位于所述上元件上。

Description

刷头内具有促动器的电动牙刷

技术领域

本发明通常涉及电动牙刷，更具体地涉及使用电磁促动器组件的电动牙刷，所述促动器组件被配置成和布置成可放置在牙刷的刷头内或可用于其它的个人护理设备布置中。

背景技术

电动牙刷典型地由于刷头的驱动机构以及向驱动器提供电力的电池的尺寸和重量，通常比对应的人工牙刷更大和更重。人工牙刷由于其小型和相对轻的重量，便于特别在可携带的用途中使用，因为它们可容易地携带在钱包、箱子等之中，同时在实际的物理使用中也容易操作。另外，它们通常比电动牙刷便宜。然而，人工牙刷在清洁牙齿方面通常显著地不如电动牙刷有效。

发明内容

因此，需要具有一种在清洁效率方面可与其他电动牙刷比拟的，但比典型电动牙刷显著小和轻，并接近常规人工牙刷的尺寸和重量的电动牙刷。

因而，所述电动牙刷包括：把柄；刷头组件，包括具有从其延伸的刷毛的刷头组件；刷头组件促动器，其包括弹簧质量系统，所述弹簧质量系统包括不移动的定子下元件和移动的上元件，所述上和下元件包括分隔的对准的(in registry)曲面部；两个滚轴元件，每个滚轴元件被捕获在所述上元件和下元件的曲面部之间；以及驱动组件，用于使上元件在所述滚轴元件上来回移动，从而产生用于清洁牙齿的所述刷头组件和所述刷毛的振荡动作。

附图说明

图1是本申请主题的电动牙刷的实施例的纵向截面图；

图2是图1的电动牙刷的透视图，该图示出了其附有促动器组件的刷头部；

图3是图2所示的促动器组件的局部的侧立视图；

图4是包含用于感测牙刷操作的组件的电动牙刷的电路/功能图。

具体实施方式

如上所述，电动牙刷通常在清洁牙齿方面有效。在一个示例中，美国专利号5189751示出的电动牙刷使用电磁促动器并且操作在大约150～400Hz的声音频率范围之内。而如图1和图2所示的本发明的牙刷也使用电磁促动器并且具有在190-260Hz范围内的操作频率。用于图1的牙刷的所述促动器组件被构造成使得它能够位于所述电动牙刷的刷头部，从而允许其把柄部更类似人工牙刷的尺寸和重量。

在图1和图2中通常指代为10的电动牙刷包括手柄部12和刷头部14。安装在刷头14上的是一组用于清洁牙齿的常规刷毛16。如与其他电动牙刷一样，在把柄12中定位有电池18、微处理器控制器20和开/闭开关22以及在电动牙刷中的其他常规元件(诸如定时器等)。图1中通常指代为24的电磁促动器定位于刷头14内。电连接(未示出)在把柄中的电池18和微处理器20与促动器24之间以常规的方式延伸。尽管示出的促动器24位于刷头14内，但它可以位于把柄内，从而通过电连接元件驱动附有刷毛的刷头14。

图2和图3更详细地示出了促动器24。促动器24包括下和上元件26和28。下元件26固定在位置上且用作所述促动器的定子部。在示出的实施例中，该下元件是近似典型刷头尺寸的单片钢。位于该下元件的每个端部的是凸起的滚轴支撑部25、27，它们每个分别具有指代为34和36的曲面的上表面。下面更详细地讨论所述支撑部27、27的上表面的曲率的配置。所述下元件的两个凸起的支撑部的中间以及连接所述两个凸起的支撑部的是板部43。

上元件28在尺寸和配置上等同于下元件26，但被定位使得它为下元件26的镜像。上元件28包括两个向下朝向的滚轴支撑部40和42，以及在它们之间的中间板部44。支撑部40和42分别包括朝向向下的曲面部46和48。典型地，在下元件(定子)和上元件之间存在诸如橡胶的弹性密封。所述密封可以以各种方式被固定于所述下和上元件，所述各种方式包括胶合、焊接和通过模制(over molding)和其他方式。

被捕获在所述促动器远端的曲面部34和46之间的是第一滚轴52，而捕获在所述促动器近端的曲面部36和48之间的是第二滚轴54。在所示的实施例中，滚轴52和54由诸如钢的金属制成，或者它们也可以由塑料制成。在所示的实施例中，它们典型地稍微短于上和下元件26和28的宽度。

安装在下元件的中间板43上的是两个线圈48、50，它们的每个具有诸如铁的可磁化芯。所述线圈以相反的方向缠绕。在所示的实施例中，每个线圈具有64匝且稍微成大约6mm宽8.5mm长的卵形形状，虽然这些尺寸和所述线圈配置可以变化。尽管示出了两个线圈，但也可能使用单个线圈或更多线圈(例如，四个线圈)。

定位在对于两个线圈所示出的实施例中的所述上元件的所述中间板44上的是3个永磁组件60，62和64。因为每个线圈将面向相邻永磁组件的北/南分隔线，所以所述永磁组件的数目将取决于线圈的数目。在一个特定实施例中，所述永磁组件60和64的每个包括总计6个的单独磁体68-68，所述磁体布置成3个在刷头的深度横向以及2个在刷头的纵向。在这个特定实施例中，每个永磁体68为2平方mm乘1mm高。然而应理解，所述单独磁体的尺寸能够大幅变化。

所述单独磁体被定向成使得在永磁组件62和64中的永磁体68-68的南极朝向向下(朝向所述下元件)，同时相反极朝向远离所述下元件。所述中间磁组件62定位在永磁组件60和64之间，且邻接所述永磁组件60和64。所述线圈48和50被定位成使得一个线圈面向永磁组件60和62之间的邻接(分隔)线，而另一线圈面向永磁组件62和64之间的邻接线。如果使用附加的线圈，则需要附加的永磁组件。在示出的特定实施例中，永磁组件62包括总计9个的单独永磁体70-70，即3个跨刷头横向以及3个在刷头纵向，尽管可以在纵向优选有4个磁体。在所示的磁组件62中的每个磁体是2平方mm乘1mm厚。然而，所述磁体的尺寸也仅是示例性的。可以使用各种尺寸的磁体。永磁组件62被定向成所述单独磁体的北极面向下元件而南极面向远离所述下元件。尽管描述的所述永磁组件每个包括多个较小的单独永磁体，但应理解也可以有形成所述永磁组件60，62和64的3个单个永磁体，或其它磁体的组合。

促动器24作为弹簧质量系统(spring mass system)操作，其中，移动的上元件形成质量，以及滚轴52和54起弹簧的作用，虽然所述滚轴不像典型的弹簧那样伸长。这相比于常规的弹簧质量系统是有利的。所述下元件的凸起部的曲面部34和36以及相对应的所述上元件的凸起部的曲面部46和48的曲率贡献于弹簧常数以及磁吸力。如图3最清楚所示，所述滚轴52和54的截面为半径1-1/2mm的圆形，虽然这可以改变。括住每个滚轴的曲面部的每个在所述曲面部的中心附近具有接近于圆形的曲率(在那个点具有2-1/2mm的半径)来用于接收1-1/2mm半径的滚轴。对于其它滚轴尺寸相同的关系也成立。然而，随着所述曲面部接近它们各自的相对端(在此处它们与所述上或下元件的平坦表面相交)，所述曲面部的曲率一直逐渐平坦化。

在下面更详细解释的一般操作中，下元件26在位置上保持固定，而所述上元件通过由线圈和永磁体产生的电磁动作以往复方式来回移动。所述上元件凸起部的曲面部在所述滚轴的外表面上滚动，而所述滚轴本身也相对于所述把柄在纵向移动。

在电磁操作中，一个线圈(例如线圈56)以一个方向(例如顺时针)缠绕，且响应于来自所述微处理器的交流激励信号的一半，产生吸引所述永磁组件的一端的电磁场，从而移动所述上元件。当相同的电流应用于其他线圈时，产生排斥所述永磁组件的另一端的电磁场，从而增添了所述第一线圈的效果。

在所述正弦激励信号的另一半期间，来自所述线圈的磁场向相反方向排斥所述永磁组件和所述上元件，因而所述完整的交流激励信号导致所述上元件在滚轴52和54上的往复式来回动作，产生刷毛的清洁动作。在所示的实施例中，所述移动的频率在190Hz至260Hz的范围内。

如上所指示的，所述上和下元件的曲面部和所述滚轴的直径之间的关系对于所述牙刷的恰当操作而言是重要的。典型地，由于来自激励线圈的磁场和所述永磁体之间的磁相互作用，所产生的上元件和刷毛的移动是轴向的(纵向的)。当所述上元件轴向移动时，所述滚轴本身沿着所述上和下元件的曲面部滚动。然而，由于所述永磁体的吸引力，附加的轴向力产生了，从而试图驱动所述上元件回其原始纵向位置，来辅助所述上元件和所述刷毛的轴向运动。通过改变所述滚轴的曲率(例如椭圆形)和所述线圈和永磁体的布置，可以实现正交于(以及除了)轴向运动的方向的运动，从而实现具有更有效清洁的更复杂的刷毛运动。

在上面的变型中，所述滚轴可以是球体，其与所述曲面部的特定曲率的组合可以产生所述刷头的甚至更复杂运动。

图4示出了所述电动牙刷的另一特征。该特征包括具有分离的感测线圈79的感测组件77，所述感测线圈79被定位于邻近所述促动器线圈。图4示出了用于说明的一个促动器线圈81。当所述上元件在操作中运动时，由所述永磁组件(图2)产生的磁通量将产生跨所述感测线圈的端82-82的电压。所述电压信号包含关于所述上元件的纵向运动(冲程(stroke))以及所述上元件的来回运动的速度的信息。跨所述感测线圈的电压还可能包含由所述促动器产生的分量，但这些可以诸如利用图4的电路滤去。

现在参考图4，来自感测线圈79的信号在80处积分并与来自促动器线圈81的测量电流比较(87)，所述促动器线圈81由设备电子器件85内的全桥电路激励。然后来自比较器87的结果在84被放大，继而在86处被峰-峰(peak-peak)探测来产生冲程(stroke)信息。该值可以用于正常的反馈控制系统。该值可以在比较器88处与设置点值比较，将结果在89处滤波，以通过在90处移动到全桥的反馈控制信号的频率或占空比来调节全桥电路的功率输出。这一电路消除了在81-81的信号处出现的不期望的电压分量。在该设备的使用中，以各种方式连接的(例如磁的、机械的(诸如卡销或者滑动和棘爪连接)以及其他方式)所述刷头是一次性使用的。如果所述促动器在所述把柄中，则连接的刷头组件可以是一次性使用的。

因此，已经公开了一种具有促动器的电动牙刷，该促动器被布置成通过电磁驱动器提供振荡动作。所述促动器包括上和下元件，所述上和下元件包括具有曲面部的凸起部，所述曲面部括住滚轴来提供弹簧质量驱动动作。本发明可以用于其他的诸如例如剃须刀(此时使用用来剃毛的端部受动器)的个人护理设备中，

尽管出于说明的目的，已经公开了优选的实施例，但应理解在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神的前提下，可以在所述优选的实施例中做出各种改变、修改以及替换。

Claims (15)

1.一种具有电磁促动器的电动牙刷，包括：

把柄(12)；

刷头组件，包括具有从其延伸的刷毛的刷头元件(14)；

刷头组件促动器(24)，其包括下元件(26)和上元件(28)，所述下元件具有在沿着其长度的分隔位置的曲面接触部(34,36)，所述上元件(28)与所述下元件分隔，且具有在沿着其长度方向的分隔位置的曲面接触部(46,48)，所述上元件的曲面接触部(46,48)与所述下元件的曲面接触部对准；

至少一个促动器线圈，安装在所述下元件上且在两个分隔的接触部之间；

电源组件(18,20)，用于使用交流信号激励所述促动器线圈；

至少两个永磁组件，位于所述上元件上的曲面接触部之间，其中连续的永磁组件被布置成具有连续的相对极性；以及

滚轴元件(52,54)，捕获在所述上和下元件的所述曲面接触部之间，其中所述线圈和所述永磁组件被布置成使得交流信号至促动的线圈的应用导致用于清洁牙齿的所述上元件和所述刷头组件的往复运动。

2.根据权利要求1所述的电动牙刷，其中所述至少一个促动器线圈包括两个促动器线圈(48,50)；所述至少两个永磁组件包括三个永磁组件(60,62,64)，

所述两个促动器线圈(48,50)被安装在所述下元件上的所述曲面接触部之间；以及

所述三个永磁组件(60,62,64)被布置成使得两个永磁组件邻接在每个线圈的近似中心线之上。

3.根据权利要求1所述的电动牙刷，其中，所述曲面接触部位于所述上和下元件的相对端，并且相对于其中间部凸起。

4.根据权利要求2所述的电动牙刷，其中，所述三个永磁组件的每个包括多个单独磁体。

5.根据权利要求2所述的电动牙刷，其中，所述三个永磁组件包括三个单独磁体。

6.根据权利要求1所述的电动牙刷，其中，所述滚轴具有圆形截面，以及其中所述曲面接触部的中央部分近似圆形，而所述曲面接触部的剩余部分平坦化至所述曲面接触部的相对端。

7.根据权利要求1所述的电动牙刷，其中，所述滚轴元件的直径大约为1¹/₂mm以及所述曲面接触部的中央部分的直径大约为2¹/₂mm。

8.根据权利要求1所述的电动牙刷，其中，所述滚轴元件是细长的，对于大约所述刷头元件的宽度而延伸。

9.根据权利要求1所述的电动牙刷，其中，所述滚轴元件是球形的。

10.根据权利要求1所述的电动牙刷，其中，包括感测绕组组件(77)，其中在所述电动牙刷的操作期间的来自永磁体的磁通量产生指示移动刷头组件的速度和/或冲程的电压信号。

11.根据权利要求10所述的电动牙刷，其中，所述感测绕组组件包括用于控制所述牙刷的操作的反馈控制电路(88,89,90)。

12.一种电动牙刷，包括：

把柄(12)；

刷头组件，包括具有从其延伸的刷毛的刷头元件(14)；

刷头促动器(24)，其包括弹簧质量系统，所述弹簧质量系统包括不移动的定子下元件(26)和移动的上元件(28)，所述上和下元件包括分隔的对准的曲面部；

两个滚轴元件(52,54)，每个滚轴元件被捕获在上元件和下元件的曲面部之间；

驱动组件(18,20,48,50,60,62,64)，用于使上元件在所述滚轴元件上来回移动，从而产生所述刷头组件和所述刷毛的用于清洁牙齿的振荡动作。

13.根据权利要求12所述的电动牙刷，其中，所述驱动组件是响应于交流驱动信号的电磁驱动器。

14.根据权利要求12所述的电动牙刷，其中，来回振荡刷头组件的移动的频率范围是190-260Hz。

15.根据权利要求12所述的电动牙刷，其中，所述滚轴的外部相对于所述上和下元件的曲面部的曲率配置，以及永磁组件相对于线圈布置使得所述上元件沿所述牙刷的纵向、但也朝向和远离所述下元件移动。