CN109803605B - 电驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电驱动装置，其包括壳体(4)、电动马达(1)和从动轴(12)，所述电动马达(1)带有具有第一旋转轴线(I)的驱动轴(2)与相对于旋转轴线(I)偏心地连接到驱动轴(2)的驱动销(3)，所述从动轴(12)具有第二旋转轴线(II)并安装在壳体(4)中，以执行围绕第二旋转轴线(II)的枢转。所述从动轴(12)借助齿轮机构间接联接到所述驱动轴(2)，所述齿轮机构包括止转轭机构(5,7)，所述止转轭机构(5,7)将所述驱动轴(2)的旋转运动转换为所述从动轴(12)的往复枢转运动。所述止转轭机构包括交叉滑块(7)，所述交叉滑块(7)具有垂直于所述第一旋转轴线(I)延伸的滑动支承件(6)，并且其直接地或借助具有接纳所述驱动销(3)的轴承的滑块(5)接纳所述驱动销(3)，其中所述交叉滑块(7)被轴向导入所述壳体(4)中，以在垂直于所述第一旋转轴线(I)并且垂直于所述滑动支承件(6)的延伸(III)的轴向方向上是可移动的。所述从动轴(12)借助可枢转的曲柄臂(13)联接到所述交叉滑块(7)，从而将所述驱动轴(2)的旋转运动转换为所述从动轴(12)的往复运动。

Description

电驱动装置
技术领域
本发明涉及一种电驱动装置，例如电动牙刷、电动毛发移除装置或电动皮肤处理装置。
背景技术
具有包括齿轮的驱动机构的电动牙刷已知例如得自DE 39 37 854 A1。驱动机构将电动马达的驱动轴的连续旋转移动转换为从动轴的往复枢转。EP 0 850 027 B1和EP 1357 854 B1公开了具有齿轮的其它驱动机构，其中该机构进一步产生驱动轴围绕旋转轴线的附加枢转。使用齿轮可能导致发出的声音变大。
US 2006/0101598 A1公开了一种电动牙刷，其具有将电动马达的驱动轴的连续旋转移动转换为从动轴的往复纵向位移的止转轭机构。
此外，US 5,381,576描述了一种电动牙刷，其包括壳体、电动马达和从动轴，所述电动马达带有具有第一旋转轴线的驱动轴与相对于旋转轴线偏心地连接到驱动轴的驱动销，所述从动轴具有第二旋转轴线并安装在壳体中，以执行围绕第二旋转轴线的枢转。从动轴通过齿轮机构间接联接到驱动销，该齿轮机构将驱动轴的旋转运动转换为从动轴的往复枢转。齿轮机构包括可弹性变形的传动构件。
WO 2014/033685 A2公开了一种电动牙刷，其包括用于将驱动轴的旋转运动转换成印刷围绕枢轴的侧向清扫动作的止转轭机构。
本发明的一个目的是提供发出的声音减小的电驱动装置。
发明内容
根据一个方面，提供了一种电驱动装置，其包括壳体、电动马达、从动轴，所述电动马达安装在壳体中并包括具有第一旋转轴线的驱动轴，所述从动轴具有第二轴线并安装在壳体中，以执行相对于壳体的移动。从动轴可借助齿轮机构间接联接到驱动轴，该齿轮机构包括止转轭机构，即，开槽连杆机构，其将驱动轴的旋转运动转换为从动轴的往复枢转运动。驱动销可相对于旋转轴线偏心地连接到驱动轴。止转轭机构包括具有滑动支承件的交叉滑块，该滑动支承件垂直于第一旋转轴线延伸，并且其直接地或通过具有接纳驱动销的轴承的滑块来接纳驱动销。交叉滑块被轴向导入壳体中，以在垂直于第一旋转轴线并且垂直于滑动支承件的延伸的轴向方向上是可移动的。从动轴借助可枢转的曲柄臂联接到交叉滑块。偏心驱动销可直接连接到驱动轴，或者可例如借助一个或多个插入元件和/或齿轮间接连接到驱动轴。
根据另一方面，带有壳体和具有第一旋转轴线的驱动轴的电驱动装置包括借助摇臂架可枢转地安装在壳体中的从动轴。摇臂架相对于壳体可为围绕垂直于第一旋转轴线的枢转轴线可枢转的。可弹性变形的元件可设置在壳体和摇臂架之间，从而将摇臂架偏置到静止位置中。
附图说明
图1示出根据第一实施方案的装置的剖视图；
图2A-B示出图1的装置的不同剖视图，其垂直于图1的视图；
图3A-D示出图1的装置的其它剖视图，其在驱动销的不同位置垂直于图1的视图；
图4A-B示出处于图3C的位置中的装置的剖视图，其中将不同的负载施加到从动轴上；
图5示意性地该机构的值的相关性；并且
图6示出根据其它实施方案的装置的剖视图。
具体实施方式
执行当前牙刷的清洁元件(例如刷毛)的摆动枢转的驱动系统被认为声音过大。具体地，期望提供发出的声音低于55dB(A)声功率级的电驱动装置，尤其是在83Hz的电流驱动频率下。噪音的一个重要因素是随时间推移的运动形式。速度是位移的一阶导数，加速度是运动的二阶导数。如果波形不是正弦波或谐波，则会产生较高的加速度并因此产生惯性力。这些周期力转化成支承反力并从而产生对装置结构的激发，并且这可能引起元件以它们的自然频率摆动时发出非期望的噪音。噪音的另一个来源为两个物体相互撞击并产生咔哒咔哒的噪音。这例如在凸轮驱动系统中发生。
根据一个方面，齿轮机构包括第一传送阶段和第二传送阶段。例如，在第一步骤中，从一侧到另一侧的运动由第一传送阶段产生，而从动轴的摆动运动在第二传送阶段的第二步骤中产生。从一侧到另一侧的运动可由传送阶段借助滑块产生，该滑块具有接纳驱动销的轴承和具有滑动支承件的交叉滑块，该滑动支承件垂直于第一旋转轴线延伸并接纳滑块。例如，交叉滑块可借助垂直于第一旋转轴线并且垂直于滑动支承件的延伸延伸的至少两个固定杆可位移地安装在壳体中。换句话讲，交叉滑块被轴向导入壳体中，以在垂直于第一旋转轴线并且垂直于滑动支承件的延伸的轴向方向上是可移动的，执行从一侧到另一侧的往复轴向运动。该滑动支承件的延伸被理解为在装置使用期间在交叉滑块中的滑块的往复移动的轴向。
第二传送阶段的可枢转的曲柄臂可枢转铰接到交叉滑块的支承点，并且被旋转地约束到从动轴的锚固点。在交叉滑块中产生的摆动运动通过臂被传递到从动轴并且转换成从动轴的枢转运动。根据一个方面，提供了一种齿轮机构，该齿轮机构将驱动轴的旋转运动转换为从动轴的往复枢转，优选为从动轴的正弦移动或从动轴的基本上正弦的移动。这有助于减小在装置使用过程中产生的噪音。
曲柄臂可包括具有两个腿状件的托架，例如，在剖视图中的C形件，其部分接纳交叉滑块。借助延伸穿过交叉滑块并至少部分地穿过腿状件的销，曲柄臂可枢转地铰接到交叉滑块。曲柄臂可包括弹簧翼片等接合壳体的可弹性变形的构件，或者固定到壳体上的组成部件，例如杆被约束到壳体。例如，将杆设置为被约束到壳体并且位于面朝马达的从动轴的端部处。这些特征可有助于减小从动轴中的轴向间隙。此外，在装置下落到从动轴上的情况下，该杆可防止齿轮机构的损坏。
电驱动装置还可包括滑块，该滑块具有接纳驱动销的轴承。例如，滑块可被轴向导入交叉滑块的滑动支承件。换句话讲，齿轮机构的工作方式可类似于将驱动销的连续旋转转换为交叉滑块和从动轴的往复枢转移动的止转轭机构。作为在交叉滑块内提供滑块的另选方案，驱动销可直接接合交叉滑块的滑动支承件，例如具有开槽孔的形式。
壳体可为单个一体化组成部件，适于包封和/或安装装置的其它组成部件。在其它实施方案中，壳体可包括不同的组成部件，例如外壳、插入件、底座和/或框架。例如，壳体包括外壳和安装在外壳内的底座，其中至少两个固定杆固定在底座内。
在其它实施方案中，可期望从动轴执行3D运动，例如围绕第二旋转轴线的摆动枢转以及从动轴围绕另一轴线的叠加枢转。这可由曲柄臂围绕从动轴执行旋转运动，同时被约束到仅轴向移动的交叉滑块所导致。由于这些不同的移动，施加在从动轴上的轴向力FX可导致从动轴的附加运动。在该方面，从动轴可以可枢转地安装在壳体中，例如通过相对于壳体围绕枢转轴线可枢转的摇臂架，该枢转轴线垂直于第一旋转轴线并且垂直于滑动支承件的延伸。从动轴可借助至少一个轴承插入件被导入摇臂架中，或者可被直接导入摇臂架中。
例如，可弹性变形的元件如弹簧可设置在壳体和摇臂架之间，通过偏置力FV将摇臂架偏置到静止位置或零位中。弹簧可为片簧或例如柱形弹簧。静止位置可由可弹性变形的元件处于未受力状态来限定，即，偏置力FV为零。除此之外或作为另外一种选择，摇臂架可邻接处于静止位置或零位的第一止动件。
开关或传感器可被提供并布置在壳体中，使得开关或传感器检测摇臂架相对于壳体的移动。更详细地，开关或传感器可被布置在壳体中，使得开关或传感器检测摇臂架相对于壳体的移动是否超过移动阈值。例如，可检测到与静止位置或零位的偏离。如果例如通过牙刷的刷头将力施加在从动轴上，则摇臂架围绕轴线枢转并移位至抵靠壳体和/或安装在壳体中的PCB处。该移动可用于测量和控制施加的压力。执行可为开关被激活情况下的阈值，或者磁体和霍尔传感器可用于测量位移。其它选项包括光学装置或感应式接近传感器。例如在0.5N至4N的力下，压力传感器的臂的行程可在<0.5mm至2mm的范围内。
交叉滑块的横向从一侧到另一侧的移动可在垂直于第二轴线的方向上产生间歇力FX，该间歇力FX经由可枢转的曲柄臂和从动轴传递到摇臂架。间歇力FX可使摇臂架偏置远离静止位置。为了允许从动轴的3D移动，由交叉滑块的运动产生的间歇力FX可超过可弹性变形的元件的偏置力FV。
根据一个方面，摇臂架相对于壳体以恒定的振幅和不同的力枢转，这取决于使用者施加在从动轴上的力的幅值，例如牙刷对使用者牙齿的接触压力。例如，如果摇臂架相对于壳体处于其静止位置并且可弹性变形的元件不受力，则使用者施加在从动轴上的力可被导向为与由交叉滑块的运动产生的间歇力FX相反和/或与偏置力FV相反。
电驱动装置可包括标准DC马达。马达可在2至4V的电压下，在4,800至7,200rpm的速度下具有至少2mNm的扭矩，例如2.4mNm的扭矩。该电压可由锂离子电池或提供高于3V的电压和低内阻的任何其它电池组合供应。除此之外或作为另外一种选择，马达可连接供应电源。
在图1至图3中所示的实施方案中，示出采取电动牙刷形式的电驱动装置的一部分。该装置包括电动马达1，其具有在使用期间旋转的驱动轴2。销3偏心地附接到驱动轴2。马达1被约束在装置壳体4中或安装在壳体中的底座中，这在图1中仅部分可见。驱动轴2限定第一旋转轴线I。销3联接滑块5，使得滑块5跟随销3的移动。然而，销3可在滑块5的孔内旋转。销3继而被导入交叉滑块6的滑动支承件7中。交叉滑块7通过在底座9中接纳的两个杆8被安装在壳体4中。底座9刚性连接外壳10(参见图2B)，例如与附加的外壳部件一起形成壳体4。交叉滑块7包括接纳销11的开口。
从动轴12通过销11和曲柄臂13联接交叉滑块7。如在图1中可见，曲柄臂13刚性地固定到从动轴12上并具有在托架的腿状件之间接纳一部分交叉滑块7的托架形式。销11延伸穿过交叉滑块7并接合曲柄臂13的托架的两个腿状件。换句话讲，曲柄臂13沿循交叉滑块7的移动，但是可相对于交叉滑块7旋转。
从动轴12限定第二旋转轴线II。从动轴12被可旋转地导入摇臂架14的轴承中。臂13被旋转地约束到从动轴12的锚固点。臂13可由塑料和从动轴中的滚花或底切制成，使得形成形状配合。另一种选择是压接在从动轴12上的附加部件。
摇臂架14借助杆15可枢转地安装在壳体4中。此外，摇臂架14通过另外的杆16联接到底座9上，该杆通过间隙引导摇臂架14。摇臂架14围绕杆15的相对于壳体4的枢转受到片簧17的反作用力，该片簧被设置在壳体4和摇臂架14之间。弹簧17可具有对外壳4的底座的侧向支承，例如弹簧支承。该支承避免了摇臂架14的从一侧至另一侧的移动。作为另外一种选择，可使用不同类型的可弹性变形的元件17，例如柱形螺旋弹簧。摇臂架14设置有指示器14a，其可设置有磁体。磁体的位置，即，摇臂架的位移，可借助霍尔传感器(未示出)来检测。作为另外一种选择，指示器可激发开关、光学检测器或感应式接近传感器。
另一个杆18被约束在壳体4中，在面朝马达1的从动轴12的端部处的与从动轴12邻接或紧密接触的位置处。该杆18直接装配在从动轴12的下方，用于承受在从动轴上的装置下落时产生的力。为了避免轴向移动，弹簧元件可被模制成从动轴的连接臂13。换句话讲，曲柄臂13在图1的剖视图中可具有接合杆18的C形构型，并且该C形的下段为柔性的。另一个弹簧元件也是可能的。
如在图1中可见，其示出处于静止位置或零位的装置，第一旋转轴线I平行于第二旋转轴线II延伸。第三轴线III由交叉滑块7内的滑动支承件6限定。第三轴线III垂直于第一旋转轴线I并且垂直于图1的剖视图的平面。第四轴线IV由杆16限定。第四轴线IV垂直于第一旋转轴线I并且垂直于第三轴线III。
在下文中，该装置的操作参照附图进行了更详细地说明。图3A至图3D示出在马达1运行期间滑块5和交叉滑块7的不同位置。焊接到马达轴2上的偏心销3是旋转的。销3安装在滑块5中的孔中。滑块5在交叉滑块7中沿一个方向滑动，并且因此由旋转运动产生正弦波形式的从一侧至另一侧的运动。这是止转轭机构或开槽连杆机构的工作原理。由于杆8轴向引导交叉滑块7，输出为线性运动。图3A示出处于起始位置的装置，其中交叉滑块7处于中心位置并且滑块5处于较低位置。曲柄臂13的中心与第三轴线III对齐。图3B示出具有驱动轴2和旋转90°的偏心销3的装置。由于该旋转，滑块5处于中心位置，并且交叉滑块7在图3B中侧向移位到右侧。因此，曲柄臂13偏转并围绕第二轴线II旋转。图3C示出具有与图3A的位置相比旋转180°的驱动轴2的装置。交叉滑块7再次处于中心位置，并且滑块5处于上部位置。曲柄臂13旋转回到中心位置。图3D示出具有旋转270°的驱动轴2的装置，在图3D中该旋转使得滑块7侧向移位到左侧，同时滑块5处于中心位置。与图3B相比，曲柄臂13偏转并在相反方向上围绕第二轴线II旋转。
由于曲柄臂13围绕第二轴线II旋转而交叉滑块7执行纯轴向位移，产生了作用于从动轴12和摇臂架14上的力FX。该力FX引起摇臂架14围绕杆16的旋转，反作用于弹簧17的偏置力FV。例如，弹簧的偏置力FV小于在马达1的旋转期间产生的力Fx。换句话讲，如果从动轴12上未施加导致从动轴12的3D运动的外力，则摇臂架14被片簧17的偏置力FV驱动着围绕杆16枢转。摇臂架14的移动在图3A至图3D中通过引导在杆15上相对于底座9的摇臂架14的部分的侧向空间示出。例如，摇臂架14和底座9之间的下部空间略大于图3A和图3C中的摇臂架14和底座9之间的上部空间。相比之下，摇臂架14和底座9之间的上部空间略大于图3B和图3D中的摇臂架14和底座9之间的下部空间。换句话讲，从动轴12和摇臂架14响应于力FX的摆动具有两倍于马达1的驱动频率的频率。
在附图中所示的实施方案中，该装置可为具有刷头(未示出)的牙刷，刷头可例如可释放地附接到从动轴12。如果在刷头上施加力时，摇臂架14围绕由杆16限定的轴线IV枢转并移位至抵靠壳体4的底座和安装在壳体4的底座上的PCB(未示出)处。该移动可用于测量和控制施加的压力。
图4A和图4B示出处于与图3C相同的位置的装置，但使用者施加于从动轴12上的力不同。例如，图4A中使用者施加了较小的力，例如0.5N，而在图3C中施加了更大的力，例如2.25N，并且在图4B中施加了甚至更大的力，例如4.0N。比较图3C、图4A和图4B，可看出在弹簧17和底座9之间的空间不同，表明由于使用者的力不同而导致位移不同。
偏心销3进行圆形旋转。相对于侧面的位移为至马达轴线I的中心的半径。例如对于1.5mm的半径，从一侧至另一侧的行程d为d＝±1.5mm。当销3在滑块5中的孔内时，滑块5和交叉滑块移动相同的距离。在第二轴线II和销11之间的距离r为例如r＝4.5mm的情况下，19.5°的摆动角度phi可由下式计算：
sin(phi)＝d/r (1)
通过下式计算从动轴12的横向运动t(在x方向上)：
t＝r–r*cos(phi) (2)
对于上述示例值，这导致t＝0.257mm，图5示意性地示出值r、d、t和phi的相关性。该运动被导向从动轴12的下端处，并且在距枢转轴线IV(在杆16处)比距刷头(未示出)更短的距离处。如果例如至枢转轴线的致动距离为35.5mm并且从枢转轴线至刷头的距离为65mm，所得3D运动将为0.257mm*65/35.5＝0.47mm。实际上，由于接合部中的间隙以及由于组成部件中的弹性，3D运动可能比理想数学模型中小一点。作为另外一种选择，量值为例如0.03mm至0.20mm或最多至0.30mm，具体地0.04mm至0.1mm的3D运动对于一些牙刷可为期望的。对于不同的装置，其它值可为期望的。
图6示出驱动销3相对于马达1的驱动轴2的可供选择的布置方式。在该实施方案中，另一个齿轮机构插置在驱动轴2和驱动销3之间。更详细地，小齿轮19设置在与环形齿轮20啮合的驱动轴2上，该环形齿轮继而推动驱动销3。在驱动轴2和驱动销3之间的齿轮齿数比可按需进行调整，例如根据马达1的扭矩和/或电压进行调整。
作为所示的曲柄臂13和从动轴12为单独组成部件的实施方案的另外一种选择，曲柄臂可为带有从动轴的一体化组成部件。
本文所公开的量纲和值不应理解为严格限于所引用的精确数值。相反，除非另外指明，否则每个此类量纲旨在表示所述值以及围绕该值功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。
参考标号
1 马达
2 驱动轴
3 销
4 壳体
5 滑块
6 滑动支承件
7 交叉滑块
8 杆
9 底座
10 外壳
11 销
12 从动轴
13 臂
14 摇臂架
14a 指示器
15 杆
16 杆
17 弹簧
18 杆
19 小齿轮
20 环形齿轮
I 第一旋转轴线
II 第二旋转轴线
III 第三轴线
IV 第四轴线

Claims (15)

1.一种电驱动装置，所述电驱动装置包括：
壳体（4），
电动马达(1)，所述电动马达(1)安装在所述壳体(4)中并包括具有第一旋转轴线(I)的驱动轴(2)，
从动轴(12)，所述从动轴(12)具有第二轴线(II)并安装在所述壳体(4)中，以用于执行相对于所述壳体(4)的移动，
其中所述从动轴(12)借助齿轮机构间接联接到所述驱动轴(2)，所述齿轮机构包括止转轭机构(5, 7)，所述止转轭机构(5, 7)将所述驱动轴(2)的旋转运动转换为所述从动轴(12)的往复运动，
其特征在于，
驱动销(3)相对于所述旋转轴线(I)偏心地连接到所述驱动轴(2)，所述止转轭机构包括交叉滑块(7)，所述交叉滑块(7)具有垂直于所述第一旋转轴线(I)延伸的滑动支承件(6)，并且其直接地或借助具有接纳所述驱动销(3)的轴承的滑块(5)接纳所述驱动销(3)，其中所述交叉滑块(7)被轴向导入所述壳体(4)中，以在垂直于所述第一旋转轴线(I)并且垂直于所述滑动支承件(6)的延伸(III)的轴向方向上是可移动的，并且
所述从动轴(12)借助可枢转的曲柄臂(13)联接到所述交叉滑块(7)，从而将所述驱动轴(2)的旋转运动转换为所述从动轴(12)的往复枢转。
2.根据权利要求1所述的电驱动装置，其特征在于，借助垂直于所述第一旋转轴线(I)并且垂直于所述滑动支承件(6)的延伸(III)延伸的至少两个固定杆(8)，所述交叉滑块(7)可位移地安装在所述壳体(4)中。
3.根据权利要求2所述的电驱动装置，其特征在于，所述壳体(4)包括外壳(10)和安装在所述外壳(10)内的底座(9)，其中所述至少两个固定杆(8)固定在所述底座(9)内。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动装置，其特征在于，所述可枢转的曲柄臂(13)可枢转地铰接到所述交叉滑块(7)的支承点，并且被旋转地约束到所述从动轴(12)的锚固点。
5.根据权利要求4所述的电驱动装置，其特征在于，所述曲柄臂(13)包括托架，所述托架具有部分接纳所述交叉滑块(7)的两个腿状件，其中借助延伸穿过所述交叉滑块(7)并至少部分地穿过所述腿状件的销，所述曲柄臂(13)可枢转地铰接到所述交叉滑块(7)。
6.根据权利要求4所述的电驱动装置，其特征在于，所述曲柄臂(13)包括接合所述壳体(4)的弹簧翼片或固定到所述壳体(4)上的组成部件。
7.根据权利要求1到权利要求3中任一项所述的电驱动装置，其特征在于，将杆(18)设置为被约束到壳体(4)并且位于面朝所述马达(1)的从动轴(12)的端部处。
8.根据权利要求1到权利要求3中任一项所述的电驱动装置，其特征在于，借助相对于所述壳体(4)围绕枢转轴线(IV)可枢转的摇臂架(14)，所述从动轴(12)可枢转地安装在所述壳体(4)中，所述枢转轴线(IV)垂直于所述第一旋转轴线(I)并且垂直于所述滑动支承件(6)的延伸(III)。
9.根据权利要求8所述的电驱动装置，其特征在于，可弹性变形的元件(17)设置在所述壳体(4)和所述摇臂架(14)之间，从而将所述摇臂架(14)偏置到相对于所述壳体(4)的静止位置中。
10.根据权利要求8所述的电驱动装置，其特征在于，开关或传感器被提供并布置在所述壳体(4)中，使得所述开关或传感器检测所述摇臂架(14)相对于所述壳体(4)的移动。
11.根据权利要求8所述的电驱动装置，其特征在于，借助平行于所述枢转轴线(IV)延伸的至少一个附加杆(15)，所述摇臂架(14)相对于所述壳体(4)被进一步引导。
12.根据权利要求9所述的电驱动装置，其特征在于，所述交叉滑块(7)的移动在垂直于所述交叉滑块(7)的轴向移动的方向上产生间歇力(FX)，所述间歇力(FX)经由所述曲柄臂(13)和所述从动轴(12)传递到所述摇臂架(14)，并且所述间歇力(FX)将所述摇臂架(14)偏置远离所述静止位置。
13.根据权利要求12所述的电驱动装置，其特征在于，由所述交叉滑块(7)的运动产生的所述间歇力(FX)超过所述可弹性变形的元件(17)的偏置力(FV)。
14.根据权利要求13所述的电驱动装置，其特征在于，如果所述摇臂架(14)相对于所述壳体(4)处于其静止位置并且所述可弹性变形的元件(17)不受力，则使用者施加在所述从动轴(12)上的力被导向为与由所述交叉滑块(7)的运动产生的间歇力(FX)相反。
15.根据权利要求1到权利要求3中任一项所述的电驱动装置，其特征在于，所述齿轮机构将所述驱动轴(2)的连续旋转运动转换为所述交叉滑块(7)的正弦往复位移。
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