CN112153920A - 用于具有刷牙力传感器组件的电动牙刷的双刚度支架 - Google Patents

Abstract

一种电动牙刷(10)和操作电动牙刷的方法。电动牙刷包括手柄部分(14)，该手柄部分(14)具有轴(38)，该轴(38)被配置为接收来自刷头(12)的带刷毛端(18)的刷牙载荷。传感器组件(30)被配置为确定在与刷牙载荷相关联的第一方向(24)上的、与刷牙载荷成比例的偏转。传感器组件包括气隙(32)，并被配置为基于气隙的变化确定偏转。安装支架(50)连接在气隙的相对两侧之间，该安装支架在第一方向上具有第一弯曲刚度，以及在基本上与第一方向相反的第二方向(28)上具有第二弯曲刚度。第一弯曲刚度大于第二弯曲刚度。

Description

用于具有刷牙力传感器组件的电动牙刷的双刚度支架

技术领域

本公开总体上涉及电动牙刷，并且更具体地涉及具有传感器组件的电动牙刷，该传感器组件被配置为通过牙刷的偏转来确定刷牙力。

背景技术

已经证明，在刷牙过程中施加过大的力可能会损坏用户的牙釉质或齿龈。为此，一些电动牙刷设置有刷牙力或压力传感器，以在用户刷得太用力时向用户指示。一些力传感器通过测量牙刷的一个或多个部件的偏转间接测量力。然而，牙刷还应能够承受掉落(例如，从一米到两米的高度掉落到工作台面或地板上)，并且包括力传感器在内的牙刷的一些部件可能容易因较大的力而损坏。

因此，本领域持续需要一种牙刷组件，其既允许确定刷牙力，又在意外冲击的情况下保护内部部件免受不期望的大力。

发明内容

本公开涉及用于电动牙刷的发明性装置。根据本发明的实施例，电动牙刷包括安装支架，该安装支架响应于施加到牙刷上的与掉落载荷相关的第一方向的扭矩掉落载荷而顺从，并且响应于与用户施加的刷牙载荷相关的第二方向的扭矩而相对较硬挺。牙刷可被布置成使得第一方向和第二方向彼此相反。支架可包括大致呈L形布置的第一腿和第二腿。支架可包括一个或多个从第一腿横向延伸至第二腿的臂，用于提供双刚度功能。该臂可包括钩，该钩可与第二腿上的凸台接合，用于防止第一腿和第二腿响应于刷牙载荷相对旋转，同时允许第一腿和第二腿响应于掉落载荷相对旋转。替换地，臂可以被配置为响应于由掉落载荷施加的扭矩而弯曲，例如通过在臂中包括向外的弓弯、膨胀或弯曲。

总的来说，在一个方面，提供了一种电动牙刷。电动牙刷包括手柄部分，该手柄部分具有轴，该轴被配置为从刷头的带刷毛端接收刷牙载荷；传感器组件，其被配置为确定与刷牙载荷相关联的针对第一方向的与刷牙载荷成比例的偏转，该传感器组件包括气隙，并且被配置为基于气隙的变化确定偏转；以及连接在气隙的相对两侧之间的安装支架，该安装支架被配置为具有针对第一方向的第一弯曲刚度和针对基本上与第一方向相反的第二方向的第二弯曲刚度，其中第一弯曲刚度大于第二弯曲刚度。

在一个实施例中，传感器组件包括位于气隙的相对两侧上的磁体和磁性叠层，其被配置为产生磁场，其中刷牙载荷可基于磁场的变化确定。

在一个实施例中，电动牙刷还包括邻近磁体的背铁部件，该背铁部件被配置为传导磁场。在一个实施例中，背铁部件被布置为平板或具有弱弯曲的L形部件。

在一个实施例中，电动牙刷还包括顺从性元件，其被配置为响应于刷牙载荷控制偏转的量。在一个实施例中，顺从性元件包括V形弹簧。在一个实施例中，安装支架被配置为衰减沿第二方向施加于安装支架的力，以保护安装支架与顺从性元件的连接。

在一个实施例中，安装支架包括耦接到轴的第一腿和耦接到顺从性元件的第二腿。在一个实施例中，安装支架包括在第一腿和第二腿之间横向延伸的一个或多个臂，以及被配置为防止第一腿和第二腿在第一方向上相对移动的止挡件。

在一个实施例中，止挡件包括形成在一个或多个臂上的钩，该钩可与从安装支架延伸的凸台接合。

在一个实施例中，安装支架包括在第一腿和第二腿之间横向延伸的一个或多个臂，其中该一个或多个臂被配置成响应于在第二方向施加到第一腿的力而弯曲。在一个实施例中，一个或多个臂向外弓弯以促进弯曲。

总的来说，在另一方面，提供了一种操作电动牙刷的方法。该方法包括在牙刷的刷头的带刷毛端接收刷牙力，该刷牙力导致电动牙刷在第一方向上偏转；通过传感器组件测量作为气隙变化的偏转；以及利用连接在气隙的相对两侧之间的安装支架在气隙的相对两侧之间传递施加的力，其中安装支架被配置为在第一方向上具有第一弯曲刚度并且在基本上与第一方向相反的第二方向上具有第二弯曲刚度，其中第一弯曲刚度大于第二弯曲刚度。

在一个实施例中，该方法进一步包括响应于刷牙力成比例地用顺从性元件控制偏转量。在一个实施例中，该传递包括衰减在第二方向上施加到安装支架的力，以保护安装支架与顺从性元件的连接。

应当理解，前述概念和下文更详细讨论的附加概念的所有组合(前提是这些概念不相互矛盾)均被视为本发明公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开末尾的所要求保护的主题的所有组合被认为是本公开的发明主题的一部分。还应当理解，在此明确使用的术语(其也可能出现在通过引用纳入的任何公开中)应被赋予与在此公开的特定概念最一致的含义。

附图说明

在所有不同的视图中，类似的附图标记通常指相同的部分。此外，附图不一定按比例绘制，重点通常放在说明本发明的原理上。

图1是根据本文公开的一个实施例的具有刷头和手柄部分的电动牙刷的一部分的侧视图。

图2是电动牙刷的部件的放大侧视图，该部件与用于测量电动牙刷中的偏转的传感器组件相关，通过该偏转可以确定用户的刷牙力。

图3是电动牙刷的一部分的截面图，该部分与用于测量电动牙刷中的偏转的传感器组件相关，通过该偏转可以确定用户的刷牙力。

图4是电动牙刷中V形弹簧和沿力路径的各种部件的立体图。

图5是根据本文公开的一个实施例的电动牙刷内沿力路径安装的双刚度支架的顶部透视图。

图6是根据本文公开的一个实施例的电动牙刷内沿力路径安装的双刚度支架的底部透视图。

图7是根据本文公开的一个实施例的双刚度支架的正面透视图。

图8是安装在电动牙刷中的图7的双刚度支架的透视图。

图9是根据本文公开的一个实施例的电动牙刷的手柄部分的侧视图，该电动牙刷的手柄部分在用于磁体的背铁部件中具有减弱的弯曲。

图10是根据本文公开的一个实施例的电动牙刷的手柄部分的侧视图，该电动牙刷具有用于磁体的背铁部件，该背铁部件布置为板。

具体实施方式

本公开描述了电动牙刷的各种实施例。更一般而言，申请人已经认识到并意识到，提供一种电动牙刷是有益的，该电动牙刷包括双刚度支架，用于响应因用户刷牙而施加的载荷提供第一刚度，该第一刚度高于响应因掉落牙刷而施加的载荷而提供的第二刚度。使用本公开的某些实施例的特定目的是在掉落过程中保护电动牙刷的内部部件，同时允许确定用户的刷牙力。

鉴于前述内容，各种实施例和实施方式针对一种电动牙刷，其包括安装支架，该安装支架响应于与施加到牙刷上的掉落载荷相关的沿第一方向的扭矩是顺从性的，并且响应于与用户施加的刷牙载荷相关的沿第二方向的扭矩是相对较硬的。牙刷可被布置成使得第一方向和第二方向彼此相反。支架可包括大致呈L形布置的第一腿和第二腿。支架可包括一个或多个从第一腿横向延伸至第二腿的臂，用于提供双刚度功能。该臂可包括钩，该钩可与第二腿上的凸台接合，用于防止第一腿和第二腿响应于刷牙载荷相对旋转，同时允许第一腿和第二腿响应于掉落载荷相对旋转。替换地，臂可以被配置为响应于由掉落载荷施加的扭矩而弯曲，例如通过在臂中包括向外的弓弯、膨胀或弯曲。

参见图1，在一个实施例中，电动牙刷10设置有附接到手柄部分14(手柄部分14的外壳从该视图中移除，以便于讨论手柄部分14的部件)的刷头12。刷头12包括从手柄部分14延伸的颈部16和远离手柄部分14的带刷毛端18，例如，用于在使用牙刷10时靠着接合用户的牙齿并刷用户的牙齿。例如，手柄部分14可包括驱动组件20，该驱动组件20被配置为引起刷头14的振动、摆动或其他运动，以帮助用带刷毛端18刷用户的牙齿。

在典型的使用中，由于用户将端部18的刷毛用力接合在用户的牙齿表面上，刷头12将产生施加在刷头上的如图1中箭头所示的刷牙力或载荷22。如下文更详细讨论的，刷牙载荷22可导致沿图2所示的方向24向牙刷10的部件施加扭矩。也就是说，由于刷牙载荷22，颈部16基本上作为杠杆臂，用于在方向24上施加扭矩。牙刷10可包括但不是必须包括传感器组件30，用于测量牙刷10的选定部件之间的位移或偏转，由此可确定刷牙载荷22。从图2的放大图(为清晰起见，移除了额外的外壳支撑结构)、图3的截面图和图4的透视图中可以更好地理解传感器组件30的部件，下文将对此进行更详细的讨论。

为了根据牙刷10的选定部件的偏转来确定刷牙载荷22，传感器组件30可以包括具有已知顺从性曲线或常数(例如，响应于施加的载荷以已知的量偏转)的顺从性元件或与该元件结合使用。通过这种方式，基于顺从性元件的已知顺从性特性，可以将偏转量可靠地转换为刷牙载荷22的值。如下文更详细讨论的，包括顺从性元件的力路径中的高刚度可有助于使顺从性元件的偏转能够准确量化刷牙载荷22，同时保护牙刷10的其他部件。

然而，如下文更详细讨论的，高刚度水平可能会妨碍牙刷10承受其他方向施加的力的能力，例如由牙刷10掉落产生的那些力。图1中提供了箭头，以表示掉落载荷26的方向，例如，可能是由于牙刷从手持位置掉落到水槽、工作台面或地板上而导致的。掉落载荷26导致沿方向28(如图2所示)施加到牙刷10的部件上的扭矩，该方向28基本上与刷牙载荷22的方向24相反。在此公开的实施例有利地衰减了掉落载荷26，以保护牙刷10的易损坏的内部部件免受方向28上的扭矩，同时允许测量由于刷牙载荷22引起的方向24上的一定程度的偏转，从而使得能够使用传感器组件30确定刷牙载荷22的值，同时仍然为牙刷的内部部件提供掉落保护。

可以测量在气隙32的相对两侧之间的位移，在图2-3中最佳示出，可以根据该位移确定刷牙载荷22的值。也就是说，在该实施例中，刷牙载荷22由于牙刷10的偏转导致气隙32变宽，而任一掉落载荷28由于沿方向28的偏转导致气隙32变窄。在一个实施例中，可以测量气隙32的宽度以确定刷牙载荷22。附加地或替代地，气隙32的变宽可能伴随着气隙32的相对侧上的部件在与刷牙载荷22相同的方向上的未对准，这可以被测量。

如图2-3所示，传感器组件30包括位于气隙32相对两侧的磁体34和叠层35，并且它们共同产生磁场。因此，气隙32的相对两侧上的部件的位移可以根据磁场的变化(例如，根据由磁场变化引起的电流和/或电压的测量变化)来确定。在一个实施例中，位于气隙32的与叠层35相同侧上的霍尔效应传感器可用于基于在传感器在气隙32由于施加的力而变宽和变窄时相对于磁体34被移动时该传感器测量的磁场变化来确定位移。在另一个实施例中，可以通过使用安装在气隙32的一侧上的接近传感器(例如，红外线、超声波等)来测量位移，其感测到气隙32相对侧的表面的距离。例如，可以包括光学传感器，以测量从气隙32的一侧(例如，安装到具有叠层35的一侧的光学传感器)到气隙32的另一侧的表面(例如，磁体34或其它部件的面向气隙32的表面)的距离。此外，与上述类似，除了测量气隙32的宽度之外，任何这样的传感器可以测量气隙32的相对两侧上的部件在横向于(例如，基本垂直于)牙刷10的纵向的方向上的偏转。例如，光学传感器可被布置成测量部件在施加刷牙载荷22的相同方向(例如，针对图1-3的朝向在“向下”的方向)上的位移。本领域普通技术人员将认识到测量气隙相对两侧的位移的其他方式。

如上所述，牙刷10可包括顺从性元件，该顺从性元件限定了气隙32的位移和施加的刷牙载荷22的值之间的关系。例如，可以使用具有可量化顺从性的弹簧或其他弹性元件，例如图1-4实施例中的V形弹簧36。也就是说，V形弹簧36可被选择为响应于刷牙载荷22的不同值而偏转设定量或已知量。通过这种方式，传感器组件30测量的位移可以基于V形弹簧36的已知顺从性可靠地转换为刷牙载荷22的值。可以理解，也可以使用除V形弹簧之外的具有可量化顺从性的其他类型的元件。

特别参照图3，在轴38周围包括密封件42可用于防止牙膏、唾液、水等在轴38发生位移时，例如在操作过程中，进入手柄部分14，从而导致内部部件，特别是钢部件和电子设备的腐蚀、退化和/或损坏。

可以包括将气隙32相对两侧上的部件连接在一起的安装支架44。更具体地，所示实施例中的支架44是连接到轴38和V形弹簧36的大致L形部件。安装支架44可以被包括增加至V形弹簧36的力路径的刚度，从而限制了偏转程度。可额外和/或替代地包括用于磁体34的背铁部件46(例如，从磁体34传导静态磁场)。此外，背铁部件46可以可选地包括一个或多个加强件48，以进一步提高刚度，从而防止偏转。

为保护手柄部分14和其中的部件免受掉落冲击26，在安装支架44中提供一定程度的顺从性或柔性可能是有益的。例如，较低的刚度将使安装支架44能够更容易地移动，例如收窄或关闭气隙32，而不会使安装支架44和V形弹簧36之间的连接过载。例如，安装支架44和V形弹簧36可以焊接在一起。有鉴于此以及以上，根据本申请公开的实施例，希望刷牙载荷22通过安装支架44通过安装支架44中的高刚度完全传递至V形弹簧36，同时希望安装支架44具有与掉落载荷26相关的相对较低刚度，以保护与V形弹簧36的焊接或其他固定机构。

因此，图5-6中示出了牙刷的相关部分，其具有双刚度安装支架50以代替上述安装支架44。类似于安装支架44，双刚度安装支架50是大致L形的部件，具有第一腿52(连接到轴38)和第二腿54(连接到V形弹簧36)。应当理解，由于刷牙载荷22，第一腿52和第二腿54将在第一方向24上被朝着彼此偏置，而掉落载荷26将导致腿52和54在方向28上远离彼此偏置。腿52和54的相对旋转可发生在腿52和54远离彼此延伸的连接部或弯曲部56。例如，连接部56可类似于允许腿52和54围绕旋转轴线58相对于彼此弹性弯曲的铰链，即，从而改变腿52和54之间的角度。

双刚度指的是安装支架50具有与刷牙载荷22和在第一方向24上的偏转相关的第一刚度(或抗弯度)，和针对掉落载荷26和在第二方向28上的偏转的第二刚度(或抗弯度)。安装支架50可被配置为使得第一刚度(关于第一方向24)大于第二刚度(关于第二方向28)。换句话说，在第二方向28上，安装支架50吸收至少部分力，或沿着绕过或避开与V形弹簧36的结合点的力路径引导至少部分施加的力，以衰减由于掉落载荷26施加到V形弹簧36和安装支架50之间的焊接或其他连接上的力。安装支架50的双刚度功能可通过一个或多个臂60实现，例如，臂60设置在相对两侧上，该臂60从第一腿52向第二腿54横向延伸。

臂60中的每一个臂仅固定于第一腿52(例如，整体形成)，因此可以与第一腿52一起相对于第二腿54移动。然而，安装支架50具有止挡件62，其防止或限制腿52和54在刷牙载荷22的方向24上的相对偏转。以这种方式，安装支架50提供的刚度在刷牙载荷22的第一方向24上大于掉落载荷26的第二方向。在图5中，止挡件62由臂60中的钩64形成，该钩64被配置为与从第二腿54延伸的凸台66接合(抓住)。为了防止在牙刷10的操作过程中钩和凸台发出卡嗒噪音，臂60可以利用形成框架支架50的材料的自然刚度在一定的预张力下安装。本领域普通技术人员将认识到，可以使用其他单向闩锁机构来代替钩64和凸台66。

根据图7中示出的另一实施例的安装支架50’，安装支架50’示出为安装在图8中的牙刷10的相关部分中。类似于安装支架50，安装支架50’具有一个或多个从第一腿52横向延伸至第二腿54的臂60’(图7中示出了两个)。然而，与臂60不同，臂60’固定在腿52和腿54上。例如，臂60’可与腿52整体形成，并通过焊接68或一些其他固定方式(例如粘合剂、螺栓等)附接到腿54。为了提供针对掉落载荷26的相对降低的刚度，臂60’被配置为在方向28上弯曲。为了促进弯曲，臂60’可以向外弯曲、膨胀、弓弯或成拱形。为了更好地理解臂60’中的曲率，图7中示出了虚线70，其指示了如果臂不是弯曲的，臂60’的内表面的顶部边缘会在哪里。本领域普通技术人员将认识到臂可以被配置成更容易在一个方向上弯曲的其他方式。例如，在一个实施例中，臂可以由连接在腿52和54之间的金属线代替，该金属线对由于掉落载荷26引起的在方向28上的弯曲提供很小的阻力或没有阻力，但是给刷牙载荷22提供了在相反的方向24上的高抗拉度。

还注意到，磁体34的背铁部件46可以提供对弯曲刚度的贡献。在图9的实施例中，包括背铁部件46，该背铁部件46形成为大致L形的支架，该支架在弯曲部74处被弱化，例如通过在弯曲部74处包括明显更小的横截面厚度。以这种方式，弯曲部74可类似于活动铰链操作，从而降低了背铁部件46的刚度并提高了其柔性。

在一个实施例中，如图10所示，背铁部件46被包括并形成为单个板，而不是L形支架。这样，手柄部分14中的弯曲刚度由支架50提供，而不受背铁部件46的影响。省略背铁部件46的底部或基部的另一个优点是，相对于L形实施例，背铁部件的惯性贡献减少，从而允许更高的设计或增加其他部件的自由度，而不会过度增加组件的该部分的高度。

虽然这里已经描述和说明了几个创造性实施例，本领域普通技术人员将很容易想到各种其他方式和/或结构，用于执行功能和/或获得这里所述的结果和/或一个或多个优点，并且这些变化和/或修改中的每一个都被认为在这里所述的创造性实施例的范围内。更一般而言，本领域技术人员将容易理解，在此描述的所有参数、尺寸、材料和配置都是示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于使用本发明教导的具体应用。本领域技术人员将认识到或能够仅通过常规实验确定与本文所述具体发明实施例的许多等同物。因此，应当理解，前述实施例仅作为示例给出，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，本发明的实施例可以以不同于具体描述和要求的方式实施。本公开的创造性实施例针对在此描述的每个单独的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。另外，两个或多个该等特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合，如果该等特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不是相互不一致的，则包括在本公开的发明范围内。

本说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应被理解为指如此结合的元素中的“一个或全部两个”，即在某些情况下结合存在而在其他情况下分离存在的元素。以“和/或”列出的多个元素应以相同的方式解释，即“一个或多个”如此结合的元素。除了由“和/或”从句明确标识的元素之外，其他元素可以可选地存在，无论与明确标识的元素相关还是无关。如本说明书和权利要求书中使用的，“或”应理解为具有与上文定义的“和/或”相同的含义。

还应理解，除非明确指出相反的情况，否则在本申请中要求保护的包括一个以上步骤或动作的任何方法中，该方法的步骤或动作的顺序不一定限于该方法的步骤或动作的叙述顺序。

Claims (15)

1.一种电动牙刷(10)，包括：

手柄部分(14)，具有轴(38)，所述轴(38)被配置为从刷头(12)的带刷毛端(18)接收刷牙载荷(22)；

传感器组件(30)，被配置为确定与所述刷牙载荷成比例的、沿与所述刷牙载荷相关联的第一方向(24)的偏转，所述传感器组件包括气隙(32)，并且被配置为基于所述气隙的变化确定所述偏转；和

安装支架(50)，连接在所述气隙的相对两侧之间，所述安装支架被配置为具有沿所述第一方向的第一弯曲刚度、以及沿与所述第一方向基本相反的第二方向(28)的第二弯曲刚度，其中所述第一弯曲刚度大于所述第二弯曲刚度。

2.根据权利要求1所述的电动牙刷，其中所述传感器组件包括位于所述气隙的相对两侧上的磁体和磁性叠层，所述磁体和磁性叠层被配置为产生磁场，其中所述刷牙载荷能基于所述磁场的变化来确定。

3.根据权利要求2所述的电动牙刷，还包括邻近所述磁体的背铁部件(46)，所述背铁部件被配置为传导所述磁场。

4.根据权利要求3所述的电动牙刷，其中所述背铁部件被布置为平板(76)、或具有弱化弯曲部(74)的L形部件(72)。

5.根据权利要求1所述的电动牙刷，还包括顺从性元件(36)，所述顺从性元件被配置为响应于所述刷牙载荷控制所述偏转的量。

6.根据权利要求5所述的电动牙刷，其中所述顺从性元件包括V形弹簧。

7.根据权利要求5所述的电动牙刷，其中所述安装支架被配置为衰减在所述第二方向上施加于所述安装支架的力，以保护所述安装支架与所述顺从性元件的连接。

8.根据权利要求5所述的电动牙刷，其中所述安装支架包括耦接至所述轴的第一腿(52)和耦接至所述顺从性元件的第二腿(54)。

9.根据权利要求8所述的电动牙刷，其中所述安装支架包括在所述第一腿和所述第二腿之间横向延伸的一个或多个臂(60)、以及被配置为防止所述第一腿和所述第二腿在所述第一方向上的相对移动的止挡件(62)。

10.根据权利要求9所述的电动牙刷，其中所述止挡件包括形成在所述一个或多个臂上的钩(64)，所述钩能够与从所述安装支架延伸的凸台(66)接合。

11.根据权利要求8所述的电动牙刷，其中所述安装支架包括在所述第一腿和所述第二腿之间横向延伸的一个或多个臂(60’)，其中所述一个或多个臂被配置为响应于沿所述第二方向施加到所述第一腿的力而弯曲。

12.根据权利要求11所述的电动牙刷，其中所述一个或多个臂向外弓弯以促进弯曲。

13.一种操作电动牙刷(10)的方法，包括：

在所述牙刷的刷头(12)的带刷毛端(18)处接收刷牙力(22)，所述刷牙力导致所述电动牙刷沿第一方向(24)偏转；

通过传感器组件(30)测量作为气隙(32)变化的所述偏转；和

通过连接在所述气隙的相对两侧之间的安装支架(50)，在所述气隙的所述相对两侧之间传递施加的力，其中所述安装支架被配置为具有沿所述第一方向的第一弯曲刚度、以及沿基本上与所述第一方向相反的第二方向(28)的第二弯曲刚度，其中所述第一弯曲刚度大于所述第二弯曲刚度。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括响应于所述刷牙力，利用顺从性元件(36)成比例地控制所述偏转的量。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述传递包括衰减在所述第二方向上施加于所述安装支架的力，以保护所述安装支架与所述顺从性元件的连接。

Images