ES2953508T3

ES2953508T3 - Circuito ajustable para aparato eléctrico de aseo personal

Info

Publication number: ES2953508T3
Application number: ES15906953T
Authority: ES
Inventors: Xiaoguo Dai; Zhenwu Xu; Ling Dai
Original assignee: Shanghai Shift Electrics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Shift Electrics Co Ltd
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2023-11-14
Anticipated expiration: 2035-10-29
Also published as: WO2017070887A1; EP3370338A1; US20190068100A1; EP3370338A4; EP3370338B1; US10418928B2

Abstract

Un circuito ajustable para un aparato de limpieza eléctrico personal. Un aparato para el cuidado de la limpieza comprende una parte de suministro de energía y un controlador (1), la parte de suministro de energía comprende un circuito de puente en H, el controlador (1) comprende un transductor, una bobina impulsora (2) y un núcleo de hierro de la bobina impulsora (3).) previsto en la bobina impulsora (2), un miembro elástico (8, 9) y un cuerpo magnético permanente (4, 5, 6, 7) están dispuestos en el transductor, un elemento de limpieza está montado en un eje impulsor (10) del transductor, y cuando una corriente alterna fluye a través de la bobina impulsora (2), el elemento de limpieza y el transductor realizan un movimiento de rotación recíproco de forma resonante bajo la acción de una fuerza electromagnética de la bobina impulsora (2). Un circuito ajustable comprende un procesador de microchip (un IC) y el circuito de puente H; conectando un banco de capacitores y la bobina impulsora (2) que está conectada al banco de capacitores en serie en un extremo de carga del circuito de puente H, se controla que al menos algunos de los capacitores en el banco de capacitores se conecten al banco de capacitores. bobina (2) en serie o para ser desconectada de la bobina impulsora (2), la capacitancia de los condensadores conectados se puede controlar, de modo que una corriente que fluye a través de la bobina impulsora (2) se puede limitar de manera controlable a un cierto valor, tal como que se puede controlar un valor de amplitud de movimiento del elemento de limpieza y no se pueden generar interferencias electromagnéticas adicionales. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Circuito ajustable para aparato eléctrico de aseo personal

SECTOR TÉCNICO

La presente invención se refiere a un circuito ajustable que puede ser conectado a un aparato eléctrico de aseo personal y, más específicamente, a un circuito con eficiencia eléctrica y amplitud ajustables, que puede ser conectado a un aparato eléctrico de aseo personal.

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR

En un aparato eléctrico de aseo personal (en lo sucesivo denominado aparato de aseo), se utiliza frecuentemente un sistema de accionamiento de oscilación resonante para accionar el aparato de aseo para un movimiento giratorio. Tal como se describe en la otra Patente PCT/CN2015/071696 del solicitante, el aparato de aseo comprende una empuñadura con una carcasa de empuñadura. La carcasa de la empuñadura está equipada internamente con una parte de fuente de alimentación, para suministrar energía a diversas partes del aparato de aseo, una parte de control, para controlar diversos modos de funcionamiento del aparato de aseo y encender o apagar el aparato de aseo, una parte de activación, para encender o apagar el funcionamiento del aparato de aseo, y un accionador, para convertir la energía eléctrica de entrada en salida de energía mecánica. El accionador comprende un transductor, una bobina de accionamiento y un núcleo de hierro de la bobina de accionamiento situado en la bobina de accionamiento.

La figura 1 es un diagrama esquemático de un accionador existente. Tal como se muestra en la figura 1, cuando una corriente alterna i circula a través de la bobina de accionamiento, los imanes permanentes distribuidos en el transductor están sujetos a una fuerza de reacción de la fuerza electromagnética para impulsar el transductor para realizar un movimiento giratorio alternativo a la frecuencia de la corriente alterna, con el fin de que el soporte de elementos de limpieza y los elementos de limpieza ensamblados en el árbol de accionamiento del transductor realicen un movimiento giratorio alternativo, obteniendo de este modo un efecto de limpieza. En la estructura anterior, el transductor, el soporte de elementos de limpieza y los elementos de limpieza tienen una frecuencia natural fⁿ, y la corriente en la bobina de accionamiento tiene su frecuencia de accionamiento f^ü. La frecuencia fⁿestá muy cerca de la frecuencia f^ü. En general, si se cumple la condición 0,85f⁰≤ fⁿ≤ 1,05f⁰, la fuerza electromagnética entre la bobina de accionamiento y el transductor podría permitir que el transductor, el soporte de elementos de limpieza y los elementos de limpieza estuviesen en un estado de oscilación resonante; como resultado, se puede conseguir una mayor eficiencia mecánica.

Un sistema de accionamiento de la oscilación resonante que utiliza efecto magnético para un cepillo de dientes eléctrico se da a conocer en la Patente CN 103140190 A, que comprende devanados de inducción situados adyacentes a los devanados de la bobina, el movimiento del componente de imán permanente genera un flujo magnético que induce una tensión en los devanados de inducción de acuerdo con la posición de las bobinas de inducción con respecto a los imanes permanentes. Dicho sistema de accionamiento comprende, además, un componente de control, el componente de control se utiliza para procesar las señales de tensión de los devanados de inducción para resolver la tensión generada solo por el flujo magnético del componente de imán permanente y se utiliza para comparar la tensión con un valor estándar y, a continuación, se utiliza el valor de comparación para cambiar la frecuencia o el ciclo de trabajo de la señal de accionamiento, de modo que la carrera del husillo tenga la magnitud y/o el ángulo deseados. Sin embargo, ninguno de estos dos documentos dados a conocer se refiere a la estructura específica del circuito, al modo de control y a problemas tales como cómo mejorar la eficiencia del circuito.

En los aparatos eléctricos de aseo personal existentes, la energía eléctrica es convertida en energía mecánica por medio de la bobina de accionamiento. Para mejorar los efectos de limpieza, generalmente se requiere que los elementos de limpieza posean movimientos giratorios de diferentes amplitudes de movimiento, con el fin de cumplir con los diferentes requisitos del usuario. En un estado de la técnica anterior, regulando la frecuencia de la corriente de la bobina de accionamiento, la frecuencia de la fuerza electromagnética entre la bobina de accionamiento y el transductor se hace incluso alejarse de la frecuencia natural del transductor, del soporte de elementos de limpieza y de los elementos de limpieza, reduciendo de este modo la amplitud del movimiento giratorio de los elementos de limpieza. Sin embargo, este procedimiento aumenta la corriente de la bobina de accionamiento, de modo que el consumo total de energía del aparato de aseo aumenta y la potencia mecánica de salida resulta ser más baja. En otra técnica anterior, la corriente media que circula a través de la bobina de accionamiento es reducida controlando el tiempo durante el cual la corriente circula a través de la bobina de accionamiento, por ejemplo, la corriente en la bobina de accionamiento es conmutada frecuentemente utilizando un modo de PWM (Pulse-Width Modulation, modulación de ancho de impulso). La corriente media más pequeña en la bobina de accionamiento puede reducir la amplitud de movimiento de los elementos de limpieza. Este procedimiento puede obtener una menor amplitud de movimiento de los elementos de limpieza al mismo tiempo que reduce el consumo total de energía, sin embargo, el encendido y apagado frecuente de la corriente en la bobina de accionamiento puede causar interferencias electromagnéticas y, por lo tanto, la contaminación del ambiente. Es seguro que una interferencia electromagnética puede ser apantallada por otros medios, pero aumentará el coste.

La Patente WO 2008/053441 A1 describe un sistema de adaptación para un aparato de accionamiento resonante que incluye un circuito para medir la fuerza contraelectromotriz (back eMF) inducida en la bobina del estátor del motor después de apagar el aparato. La frecuencia de la señal de la fuerza contraelectromotriz se determina a partir de los pasos por cero de la señal de la fuerza electromotriz. La frecuencia determinada es comparada, a continuación, con un promedio móvil de las determinaciones de frecuencia anteriores, y la frecuencia de accionamiento del aparato es ajustada si la diferencia entre las frecuencias comparadas es mayor que un valor umbral, por ejemplo, 1 Hz.

La Patente US 4,331,263 A describe una unidad de control para controlar un alimentador de cuenco vibratorio que es efectivo para mantener, para cargas variables del alimentador, una amplitud preseleccionada constante de vibración del alimentador de cuenco a una frecuencia vibratoria que coincide con la frecuencia de resonancia mecánica cambiante del sistema de alimentación. La unidad de control incluye un sensor que detecta la amplitud y la frecuencia de la vibración del cuenco alimentador, un bucle de control de la frecuencia y un bucle de control de la amplitud.

La Patente US 5,189,751 A describe un cepillo de dientes vibratorio que incluye un cuerpo de cepillo de dientes y un brazo de palanca que tiene cerdas de cepillo de dientes en un extremo del mismo. El brazo de palanca está montado para el movimiento pivotante en un elemento de pivote que está en la proximidad del otro extremo del brazo de palanca.

CARACTERÍSTICAS

Un objetivo de la presente invención es dar a conocer un circuito de alta eficiencia con eficiencia eléctrica ajustable que puede ser conectado al aparato eléctrico de aseo personal, que puede resolver uno o varios problemas expuestos anteriormente y otros problemas de la técnica, especialmente para que el volumen y el coste de fabricación del aparato de aseo no aumenten. Otro objetivo de la presente invención es optimizar el ángulo de fase eléctrica de la corriente en la bobina de accionamiento y las tensiones de los terminales de la bobina de accionamiento, con el fin de ajustar la eficiencia eléctrica de la bobina de accionamiento y ajustar la amplitud de movimiento de los elementos de limpieza.

El objetivo se consigue mediante las características de las respectivas reivindicaciones independientes. 0tras realizaciones están definidas en las respectivas reivindicaciones dependientes.

Es conocido que un aparato eléctrico de aseo personal comprende una parte de fuente de alimentación, para suministrar energía a diversas partes del aparato de aseo, una parte de control, para controlar diversos modos de funcionamiento del aparato de aseo, una parte de activación, para encender o apagar el funcionamiento del aparato de aseo, y un accionador, para convertir la energía eléctrica de entrada en una salida de energía mecánica. El accionador comprende un transductor, una bobina de accionamiento y un núcleo de hierro de la bobina de accionamiento situado en el interior de la bobina de accionamiento. El transductor está dotado de un elemento elástico y de imanes permanentes sobre el mismo, y el árbol de accionamiento del transductor está equipado con un soporte de elementos de limpieza y elementos de limpieza. El transductor, el soporte de elementos de limpieza y los elementos de limpieza constituyen un cuerpo vibratorio conforme a una ley de vibración armónica simple. Los elementos de limpieza, el soporte de elementos de limpieza y el transductor realizan un movimiento giratorio alternativo en un modo de oscilación resonante bajo la acción de la fuerza electromagnética con una frecuencia de configuración f_ogenerada por la bobina de accionamiento. Los elementos de limpieza, el soporte de elementos de limpieza y el transductor tienen una frecuencia natural f_n, en el que el circuito ajustable comprende un circuito de accionamiento de puente H compuesto por transistores. En el circuito ajustable que puede ser conectado al aparato eléctrico de aseo personal de la presente invención, suponiendo que la frecuencia de accionamiento generada por el circuito de accionamiento de puente H es f₀, cuando se alimenta una corriente alterna i a través de la bobina de accionamiento, la corriente en la bobina de accionamiento contiene una parte de corriente sinusoidal con una frecuencia f₀, de tal manera que f_nsatisface 0,85f ≤ f_n≤ 1,05f₀. Durante un período de trabajo o durante un cierto período de tiempo de subdivisión del período de trabajo del funcionamiento del aparato eléctrico de aseo correspondiente a un modo de funcionamiento, la corriente en la bobina de accionamiento tiene una única frecuencia constante; en el que el circuito ajustable comprende, además, un procesador de microchip programable IC, un conjunto de condensadores que comprende una pluralidad de condensadores está conectado en los extremos de carga del circuito de accionamiento de puente H, el conjunto de condensadores está conectado en serie con la bobina de accionamiento, y como mínimo una parte de los condensadores del conjunto de condensadores son controlados para ser conectados o desconectados con la bobina de accionamiento a través de una interfaz de I/O OInput/Output, entrada/salida) del procesador de microchip programable IC; como resultado, la capacitancia del condensador o los condensadores conectados puede ser controlada para que la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento se limite de

manera controlable a un valor entre aproximadamente cero y ^ , con el fin de controlar la magnitud de la amplitud del movimiento de los elementos de limpieza, donde U₀es la tensión de salida de la fuente de alimentación, R_Les la resistencia de CC de la bobina de accionamiento, Z es la tasa de cambio de la amplitud de la componente de velocidad de los imanes permanentes perpendicular a la dirección de las líneas magnéticas con respecto a la amplitud de la corriente de la bobina de accionamiento, Z se obtiene experimentalmente, N es el número de vueltas de la bobina de accionamiento cortadas por las líneas magnéticas, B es la densidad de campo magnético en el conductor de la bobina de accionamiento, l es la longitud efectiva del conductor de la bobina cortado por las líneas magnéticas; en el que el conjunto de condensadores comprende una pluralidad de condensadores que están conectados en serie con los transistores correspondientes, respectivamente, para formar ramas, estas ramas se conectan en paralelo entre sí y en serie con la bobina de accionamiento, durante un semiciclo positivo o un semiciclo negativo o un ciclo completo de la corriente de la bobina de accionamiento, el transistor y la bobina de accionamiento en como mínimo una rama se mantienen siempre encendidos o apagados de manera síncrona.

Se puede seleccionar el valor de capacitancia equivalente del conjunto de condensadores, de modo que un factor de potencia cos⁹de un circuito compuesto por la bobina de accionamiento y el conjunto de condensadores sea cercano o igual a 1 cuando wL-1/wCe = 0, el circuito compuesto por la bobina de accionamiento y el conjunto de condensadores es puramente resistivo.

El conjunto de condensadores también puede comprender como mínimo dos condensadores en paralelo entre sí.

Debido a que ese conjunto de condensadores y la bobina de accionamiento conectada en serie con el conjunto de condensadores, que pueden controlar la capacitancia en tiempo real, están conectados en los extremos de carga del circuito de accionamiento de puente H, el factor de potencia cos⁹del circuito es controlado controlando la capacitancia equivalente del conjunto de condensadores conectado, se puede controlar la magnitud de la corriente en la bobina de accionamiento y, por lo tanto, se controla la magnitud de la amplitud de rotación de los elementos de limpieza, por lo que, se consigue una menor amplitud de movimiento de los elementos de limpieza con un menor consumo de potencia, y no se producirán interferencias electromagnéticas adicionales. Especialmente, cuando la corriente en la bobina de accionamiento tiene una única frecuencia constante durante un determinado período de tiempo de subdivisión del funcionamiento del aparato eléctrico de aseo correspondiente a un modo de funcionamiento, la eficiencia de la potencia eléctrica de la bobina de accionamiento puede ser la más alta.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 es un diagrama esquemático de un accionador existente;

la figura 2 es una circuitería de control existente;

la figura 3 es un diagrama de temporización de la tensión de I/O22, I/O23 en el circuito IC, tal como se muestra en la figura 2;

la figura 4 es un diagrama de temporización de la tensión de I/O21, I/O24 en el circuito IC, tal como se muestra en la figura 2;

la figura 5 es un diagrama de temporización de la tensión en los dos terminales de la bobina de accionamiento correspondiente a la salida en la interfaz de I/O en el circuito IC, tal como se muestra en la figura 2;

la figura 6 es una circuitería de control;

la figura 7 es una circuitería de control de una realización de la presente invención;

la figura 8 es una circuitería de control de una segunda realización de la presente invención;

la figura 9 es un diagrama de temporización de la tensión de I/O82, I/O83 (figura 8), I/O132, I/O133 (figura 13) e I/O152, I/O153 (figura 15) en el circuito IC;

la figura 10 es un diagrama de temporización de la tensión de I/O81, I/O84 (figura 8), I/O131, I/O134 (figura 13) e I/O151, I/O154 (figura 15) en el circuito IC;

la figura 11 es un diagrama de temporización de la tensión de I/O85 (figura 8), I/O135 (figura 13) y I/O155 (figura 15) en el circuito IC;

la figura 12 es un diagrama de temporización de la tensión de I/O86 (figura 8), I/O136 (figura 13) y I/O156 (figura 15) en el circuito IC;

la figura 13 presenta otra circuitería de control adicional;

la figura 14 presenta otra circuitería de control adicional; y

la figura 15 es una circuitería de control de una tercera realización de la presente invención.

EXPLICACIÓN DE LOS PRINCIPALES NUMERALES DE REFERENCIA

1 accionador

2 bobina de accionamiento

3 núcleo de hierro de la bobina de accionamiento

4, 5, 6, 7 imanes permanentes del transductor

8, 9 elementos elásticos del transductor

10 árbol de accionamiento de los elementos de limpieza en el transductor

A un nodo de entrada de la bobina de accionamiento

B⁰otro nodo de entrada de la bobina de accionamiento

D nodo de carga del circuito de accionamiento de puente H

E nodo de carga del circuito de accionamiento de puente H

H⁰salida de nivel alto en la interfaz de I/O

U⁰tensión de salida de la fuente de alimentación

R... resistencia

Q... transistor

IC procesador de microchip programable

I/O... diferentes interfaces de entrada/salida de un IC

C condensador

R^Lresistencia de CC de la bobina de accionamiento

L inductancia ideal sin resistencia interna correspondiente a la bobina de accionamiento

w velocidad angular eléctrica

t tiempo

f⁰frecuencia de accionamiento

i corriente que pasa a través de la bobina de accionamiento

I amplitud de la corriente que pasa a través de la bobina de accionamiento

l longitud efectiva del conductor de la bobina cortado por líneas magnéticas

N el número de vueltas de la bobina de accionamiento cortadas por líneas magnéticas

B densidad de campo magnético en el conductor de la bobina de accionamiento

O componente de velocidad de los imanes permanentes en la dirección perpendicular a las líneas magnéticas

Om amplitud de la componente de velocidad de los imanes permanentes en la dirección perpendicular a las líneas magnéticas

DESCRIPCIÓN DETALLADA

A continuación, una realización a modo de ejemplo de la presente invención se describirá con más detalle tomando un cepillo de dientes eléctrico como un ejemplo habitual de aparato eléctrico de aseo personal de la presente invención, haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Aunque el cepillo de dientes eléctrico se utiliza a continuación como ejemplo para la explicación, la presente invención no está limitada a este. La presente invención también es aplicable a aparatos eléctricos de aseo personal tales como una máquina de afeitar eléctrica, un limpiador facial eléctrico, una ducha eléctrica y similares.

Tal como se indicó anteriormente, un sistema de accionamiento de oscilación resonante se utiliza a menudo en el aparato eléctrico de aseo personal para accionar el aparato de aseo para realizar un movimiento giratorio alternativo.

En la presente invención, un circuito de accionamiento de la oscilación resonante para el aparato eléctrico de aseo personal comprende una parte de fuente de alimentación, una parte de control y una parte de activación. La parte de fuente de alimentación suministra energía eléctrica a diversas partes del aparato de aseo; la parte de control se utiliza para controlar diversos modos de operación del aparato de aseo; y la parte de activación se utiliza para encender o apagar el funcionamiento del aparato de aseo. La parte de fuente de alimentación es una fuente de alimentación de CC, que puede estar compuesta por una pluralidad de baterías recargables o una pluralidad de baterías secas. La parte de fuente de alimentación también puede contener un conocido circuito de accionamiento de puente H compuesto por transistores y capaz de permitir el paso de corriente positiva y negativa a través de las cargas. La frecuencia de accionamiento generada por el circuito de accionamiento de puente H se establece para que sea f₀. Cuando una corriente alterna pasa a través de la bobina de accionamiento, la corriente en la bobina de accionamiento contiene una parte de corriente sinusoidal con una frecuencia f₀.

La figura 2 presenta un circuito de accionamiento de puente H habitual existente que utiliza una batería como fuente de alimentación de CC para generar una corriente alterna con una frecuencia f⁰en la bobina de accionamiento. Cuando el procesador del microchip IC controla I/O21, I/O22, I/O23, I/O24 para emitir señales de tensión de acuerdo con la secuencia de temporización de la tensión que se muestra en las figuras 3 y 4, los transistores Q₂₁, Q₂₂y los transistores Q₂₃, Q₂₄se encienden alternativamente, las corrientes positiva e inversa circulan a través de la bobina de accionamiento alternativamente y el diagrama de temporización de la tensión en la bobina de accionamiento se aproxima al que se muestra en la figura 5. Tal como es bien sabido, la velocidad angular eléctrica w = 2 nf₀, donde f₀es una tensión de activación o frecuencia de la corriente. Tal como se puede ver en la figura 5, en el circuito mostrado en la figura 2, se genera una tensión de onda rectangular con una frecuencia fo en la bobina de accionamiento.

Desarrollándola de acuerdo con la serie de Fourier,

Donde UABoes la tensión a través de los dos terminales A y B₀, Ulm es la amplitud de la tensión de CC en la bobina de accionamiento, m es el orden de los armónicos de orden superior, w es la velocidad angular eléctrica y t es el tiempo.

Es decir, la onda rectangular con una frecuencia de accionamiento f₀tal como se muestra en la figura 5 se puede descomponer en un número infinito de ondas sinusoidales con diferentes amplitudes y diferentes

frecuencias. Aparentemente, la onda fundamenta

l tiene la amplitud máxima, la amplitud del tercer armónico es 1/3 de la amplitud de la onda fundamental, la amplitud del quinto armónico es 1/5 de la amplitud de la onda fundamental, y se conoce, a partir de la ecuación de la tensión terminal de la bobina de accionamiento, que:

Ul comprende una parte real (¡Rl+NB Id) y una parte imaginaria (jcoLi).

La dimensión de la parte real es ¡Rl+NB Id, y la dimensión de la parte imaginaria es ooLi,

donde U_Les la tensión terminal de la bobina de accionamiento, R^les la resistencia de CC de la bobina de accionamiento, N es el número de vueltas de la bobina de accionamiento cortadas por líneas magnéticas, B es la densidad de campo magnético en el conductor de la bobina de accionamiento, l es la longitud efectiva del conductor de la bobina cortado por líneas magnéticas, O es la componente de velocidad de los imanes permanentes en la dirección perpendicular a las líneas magnéticas, L es la inductancia ideal sin resistencia interna correspondiente a la bobina de accionamiento, i es la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento, y w es la velocidad angular eléctrica.

El transistor Q en la presente invención puede ser un transistor unipolar y también puede ser un transistor bipolar. En las siguientes realizaciones, el transistor bipolar se utiliza como ejemplo para el análisis y la explicación, los resultados de su análisis también son adecuados para un transistor unipolar.

En la presente invención, el transductor está dotado de elementos elásticos e imanes permanentes que son accionados por la fuerza de reacción de la fuerza electromagnética. El transductor, el soporte de elementos de limpieza y los elementos de limpieza constituyen un cuerpo vibratorio conforme a la ley de vibración armónica simple. De acuerdo con el principio de vibración armónica simple, cuando la función de la fuerza de reacción experimentada por los imanes permanentes del transductor debido a la fuerza electromagnética con una frecuencia f₀con respecto a wt(₂nf₀t) es una función seno o coseno, la función del desplazamiento y la velocidad a la que los imanes permanentes del transductor realizan un movimiento giratorio alternativo con respecto a wt(2nf_ot) también es una función seno o coseno. Aún más, cuando la frecuencia natural fⁿdel movimiento giratorio del transductor, el soporte de elementos de limpieza y los elementos de limpieza es igual a la frecuencia f₀de la fuerza de reacción de la fuerza electromagnética, el transductor, el soporte de elementos de limpieza y los elementos de limpieza están en un estado de vibración resonante bajo el accionamiento de la fuerza de reacción de la fuerza electromagnética. En este momento, cuando los imanes permanentes del transductor realizan un movimiento giratorio alternativo, la dirección de la componente de velocidad de los imanes permanentes en la dirección perpendicular a las líneas magnéticas es idéntica a la dirección de la fuerza de reacción de la fuerza electromagnética, es decir, la diferencia de ángulo eléctrico entre ellas es cero.

El movimiento giratorio del transductor, el soporte de elementos de limpieza y los elementos de limpieza tiene una frecuencia natural f_n, la corriente en la bobina de accionamiento tiene una frecuencia de accionamiento f₀. Al acercar mucho f_ny f₀en la presente invención, por ejemplo, para hacerlas satisfacer la desigualdad 0,85f₀≤ f_n≤ 1,05f_o, la fuerza electromagnética entre la bobina de accionamiento y el transductor podrían hacer que el transductor, el soporte de elementos de limpieza y los elementos de limpieza estén en un estado de oscilación resonante. Cuando los imanes permanentes del transductor realizan un movimiento giratorio alternativo en el estado de oscilación resonante, la diferencia de ángulo entre la dirección de la componente de velocidad de los imanes permanentes en la dirección perpendicular a las líneas magnéticas y la dirección de la fuerza de reacción de la fuerza electromagnética es igual a la diferencia del ángulo eléctrico. Debido a que 0,85f_o≤ f_n≤ 1,05f_o, dicha diferencia de ángulo eléctrico es muy pequeña. En aplicaciones de ingeniería, se puede considerar aproximadamente que la componente de velocidad de los imanes permanentes en la dirección perpendicular a las líneas magnéticas y la fuerza de reacción de la fuerza electromagnética tienen la misma dirección, es decir, la diferencia de ángulo eléctrico entre ellas es cero, es decir, si la fuerza electromagnética cumple F_e= NBI / senwt, entonces, cuando los imanes permanentes del transductor realizan un movimiento giratorio alternativo, la componente de velocidad de los imanes permanentes en la dirección perpendicular a las líneas magnéticas cumple O = O^Msenwt, donde Om es la amplitud de la componente de velocidad de los imanes permanentes en la dirección perpendicular a las líneas magnéticas.

De acuerdo con el principio de vibración, es conocido que, en el modelo de oscilación resonante en el que la frecuencia de accionamiento es constante, la amplitud del movimiento de un objeto en vibración forzada es proporcional a la magnitud de la fuerza de accionamiento. En la presente invención, la fuerza de accionamiento que actúa sobre el transductor del objeto en vibración forzada se obtiene de la fuerza electromagnética F_ede la bobina de accionamiento, F_e= NBI / senwt, donde N, B, I y w son valores constantes, I es la amplitud de la corriente i, es decir, la magnitud de la corriente i es proporcional a la magnitud de la fuerza electromagnética F^e. Por lo tanto, la amplitud de movimiento de los elementos de limpieza se puede controlar controlando la magnitud de i.

El aparato eléctrico de aseo de la presente invención a menudo está dotado de diversos modos de funcionamiento, tales como modo de limpieza, modo de sensibilidad, modo de blanqueamiento y similares. En el modo de limpieza, la frecuencia f₀de la corriente en la bobina de accionamiento permanece constante durante cada período de trabajo (por ejemplo, 120 segundos). En el modo de blanqueamiento, las frecuencias f₀de la corriente en la bobina de accionamiento son dos frecuencias diferentes que cambian alternativamente durante cada período de funcionamiento (por ejemplo, 120 segundos). Por ejemplo, la frecuencia de la corriente en la bobina de accionamiento funciona a una frecuencia de 260 Hz durante 0,5 segundos, después, funciona a una frecuencia de 240 Hz durante 0,5 segundos, después funciona a una frecuencia de 260 Hz durante 0,5 segundos, y después funciona a una frecuencia de 240 Hz durante 0,5 segundos, realizando un ciclo en este orden hasta completar el período de trabajo (por ejemplo, 120 segundos). Aparentemente, en la presente invención, la frecuencia de accionamiento de la corriente en la bobina de accionamiento permanece constante durante un cierto período de tiempo subdividido (por ejemplo, los 0,5 segundos en el modo de blanqueamiento). Eso es, durante un cierto período de tiempo subdividido del funcionamiento del aparato eléctrico de aseo, la corriente en la bobina de accionamiento tiene una única frecuencia constante. Por lo tanto, el análisis sobre la relación entre la corriente y la amplitud del movimiento de los elementos de limpieza en la presente invención también es adecuado para el aparato eléctrico de aseo en el que la corriente en la bobina de accionamiento tiene una única frecuencia constante como mínimo durante un cierto período de tiempo subdividido.

La potencia eléctrica PL en la bobina de accionamiento se puede obtener a partir de la ecuación ©

En esta ecuación, ξM es la amplitud de O, I es la amplitud de i, U_Lyes el valor efectivo de la tensión terminal de la bobina de accionamiento, e L es el valor efectivo de i.

Aparentemente, la energía eléctrica P_Len la bobina de accionamiento comprende la energía térmica consumida por la resistencia de CC Rl de la bobina de accionamiento, la salida de potencia electromagnética (NB Id i) al transductor y la parte de trabajo inactiva (jcoLi2) almacenada en la bobina inductiva. Co sφ en la ecuación © es un factor de potencia. Cuando cosφ = 1, la eficiencia de potencia eléctrica de la bobina de accionamiento es la más alta. De la ecuación del cosφ se puede deducir que, cuando la parte imaginaria jwL es cero, cosφ =1 , y cuanto menor sea jwL es, más se acercará cosφ a 1.

En realidad, siendo la bobina de accionamiento una parte de salida de energía, su propia inductancia L no puede ser muy baja; de lo contrario es imposible producir suficiente energía. Al mismo tiempo, para conseguir un efecto de limpieza fiable y eficiente, siempre es necesario que el dispositivo de limpieza funcione a una frecuencia de funcionamiento comprendida entre 200 y 300 Hz, es decir, w está comprendida entre aproximadamente 400n y 600n. Por lo tanto, jwL no puede ser muy pequeño.

Con el fin de reducir jwL, la presente invención introduce un condensador o condensadores conectados en serie con la bobina de accionamiento, con el fin de eliminar o de reducir enormemente la parte de trabajo inactiva en la energía eléctrica P_Len la bobina de accionamiento, o alternativamente, con el fin de controlar la magnitud del factor de potencia cos⁹controlando la magnitud de la parte de trabajo inactiva en la energía eléctrica Pl por medio del uno o varios condensadores.

Para mayor explicación, la figura 6 muestra una circuitería de control. Tal como se muestra en la figura 6, el conjunto de condensadores comprende solo un condensador C_{6 1}. El condensador C₆₁y la bobina de accionamiento están conectados en serie a los extremos de carga del circuito de accionamiento de puente H, es decir, el condensador C₆₁y la bobina de accionamiento están conectados en serie entre los nodos de carga D y E del circuito de accionamiento de puente H. En este caso, se supone que la frecuencia natural del transductor, el soporte de elementos de limpieza y los elementos de limpieza es f_n, la frecuencia de accionamiento de la corriente en la bobina de accionamiento es f₀, y hace que f₀y f_nsatisfagan la condición de oscilación resonante 0,85f_o≤ f_n≤ 1,05f_o. Por ejemplo, es posible configurar f_o= 260 Hz, mientras que, de acuerdo con el análisis de la serie de Fourier mencionado anteriormente, es claro que, para la onda rectangular de la tensión con una frecuencia f₀aplicada en la bobina de accionamiento, solo la fuerza electromagnética generada por la corriente fundamental puede trabajar junto con el transductor, el soporte de elementos de limpieza y los elementos de limpieza con una frecuencia natural f_npara generar oscilación resonante, mientras que el tercer armónico o un armónico de orden superior de la tensión o corriente de la bobina de accionamiento tiene su frecuencia muy alejada de f_n, por lo que la fuerza electromagnética generada por la corriente del tercer armónico o la corriente de un armónico de orden superior en la bobina de accionamiento no puede funcionar junto con el transductor, el soporte de elementos de limpieza y los elementos de limpieza con una frecuencia f_npara generar un efecto de oscilación resonante. Por lo tanto, su contribución a la amplitud de movimiento de los elementos de limpieza es limitada. Es decir, la fuerza electromagnética generada por la corriente fundamental con una frecuencia f₀en la bobina de accionamiento es la principal fuerza de accionamiento para accionar el transductor, el soporte de limpieza y los elementos de limpieza. La velocidad angular eléctrica cu correspondiente a la frecuencia fo es 2ufo. Cuando C₆₁satisface

la ecuación:

₁ 2L _{, tal como se muestra en}. _{la figura 6 ,}. _{la ecuaci}._ó,_{n de}. _latensión para los terminales AE es:

Cuando

Aparentemente, la impedancia de C₆₁puede compensar de manera efectiva la impedancia del inductor.

Cuando , la bobina de accionamiento se combina con el condensador C₆₁de tal manera que la bobina de accionamiento es puramente resistiva, por lo que el factor de potencia cos₉del circuito de la bobina de accionamiento y el conjunto de condensadores se puede mejorar de manera efectiva, de modo que el cos₉sea cercano o igual a 1 y, por lo tanto, la eficiencia eléctrica de la bobina de accionamiento aumenta enormemente. En términos absolutos, no es necesario que 1/ωC₆₁sea igual a wL. Aparentemente, ajustando la magnitud del valor de la capacitancia del condensador C_{6 1}, se pueden conseguir diferentes factores de potencia cosφ .

En este ejemplo, el análisis solo se realiza para el caso en que la fuente de alimentación de CC aplica una tensión de onda rectangular con una frecuencia f₀en la bobina de accionamiento por medio de un procesador de microchip. Del mismo modo, la fuente de alimentación de CC puede aplicar una tensión de onda sinusoidal o de coseno o una tensión de otras formas de onda (por ejemplo, onda triangular) con una frecuencia f₀en la bobina de accionamiento por medio de un procesador de microchip o una bobina multinivel. El análisis del condensador introducido C₆₁conectado en serie con la bobina de accionamiento es similar al análisis anterior y no se repetirá en el presente documento.

En resumen, el aparato eléctrico de aseo de la presente invención tiene elementos de limpieza, un soporte de elementos de limpieza y un transductor capaz de girar de manera alternativa. El transductor está dotado de elementos elásticos e imanes permanentes. Los elementos de limpieza, el soporte de elementos de limpieza y el transductor tienen una frecuencia natural fn, y una corriente alterna con una frecuencia f₀pasa a través de la bobina de accionamiento. Los elementos de limpieza, el soporte de elementos de limpieza y el transductor realizan un movimiento giratorio alternativo en un modo de oscilación resonante bajo la acción de la fuerza electromagnética con una frecuencia de ajuste f₀generada en la bobina de accionamiento. fn y f₀satisfacen:

0,85f0 ≤ fn ≤ 1,05f0. Puesto que el condensador C₆₁y la bobina de accionamiento están conectados en serie a los extremos de carga del circuito de accionamiento de puente H, la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento también circula a través del condensador, y la amplitud de la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento es igual a la amplitud de la corriente que circula a través del condensador.

Sobre la base de la descripción anterior, en una realización de la presente invención, tal como se muestra en la figura 7, se introduce un conjunto de condensadores que comprende como mínimo dos condensadores.

Este conjunto de condensadores está conectado en serie con la bobina de accionamiento, mientras que los valores de capacitancia de este conjunto de condensadores son controlables. En la figura 7, la circuitería de control comprende una pluralidad de condensadores C₇₂, C₇₃, ..., C_{7 9 -3}) conectados en serie con la bobina de accionamiento, y una pluralidad de transistores Q₇₅, Q₇₆, ..., Q⁷n conectados en serie con los condensadores correspondientes, respectivamente. La rama en la que el condensador C₇₁se combina con los transistores Q₇₃, Q₇₂y está conectado en serie con los transistores Q₇₃, Q₇₂, la rama en la que el condensador C₇₂se combina con los transistores Q₇₅y está conectado en serie con los transistores Q₇₅, la rama en la que el condensador C₇₃se combina con los transistores Q₇₆y está conectado en serie con el transistor Q₇₆, y la rama en la que el condensador C_{7 9}-₃) se combina con los transistores Q_7ny se conecta en serie con el transistor Q_7n, están en paralelo entre sí. Durante el semiciclo positivo o el semiciclo negativo o el ciclo completo de la corriente de la bobina de accionamiento, el transistor Q y la bobina de accionamiento como mínimo de una de las ramas se mantienen siempre encendidos o apagados de manera síncrona; por lo tanto, el condensador y la bobina de accionamiento en esta rama se mantienen siempre conectados o desconectados de manera síncrona durante el ciclo de la corriente, garantizando de este modo que la bobina de accionamiento no sufrirá un encendido-apagado adicional causado por la conexión del condensador conectado en serie, para evitar la generación de interferencias electromagnéticas adicionales debido al encendido-apagado adicional de la bobina de accionamiento. Por ejemplo, en la figura 7, durante el ciclo completo de la corriente de la bobina de accionamiento, C₇₁se mantiene siempre conectado o desconectado de manera síncrona con la bobina de accionamiento. El procesador de microchip controla si se conectan otros condensadores mediante el nivel de salida de las interfaces I/O correspondientes. Por ejemplo, el procesador de microchip controla I/O71, I/O74 de modo que I/O71, I/O74 permanezcan en un nivel bajo; el procesador de microchip controla I/O72, I/O73 de modo que I/O72, I/O73 permanezcan en un nivel alto; el procesador de microchip controla I/O75 de modo que I/O75 permanezca en un nivel bajo, por lo tanto, el transistor Q₇₅no se enciende, mientras que el procesador de microchip controla las I/O asociadas con otros condensadores, tales como I/O72, I/O76, ..., I/O7n, de modo que los transistores correspondientes, tales como Q₇₂, Q₇₆, ..., Q₇n, estén encendidos. En este momento, todos los demás condensadores del conjunto de condensadores están conectados en paralelo, excepto el condensador C⁷², y la capacitancia equivalente del n-3

Ce7h= S C?J ~ C 72

conjunto de condensadores es . Aparentemente, por medio del conjunto de condensadores anterior, es posible conseguir un valor de capacitancia controlable cuando Q_{7 1}, Q₇₂están encendidos, es decir, durante el semiciclo positivo de la corriente de la bobina de accionamiento, mientras que Q₇₆, ..., Q_7nse encienden simultáneamente. En el conjunto de condensadores anterior, los condensadores en estado encendido están conectados en paralelo entre sí, y los condensadores en estado encendido están conectados en serie con la bobina de accionamiento. La corriente que circula a través de la bobina de accionamiento también circula a través del transistor en estado activado y de los condensadores correspondientes, y la suma de las corrientes que circulan a través de todos los transistores en el estado encendido y los condensadores correspondientes es igual a la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento. Puesto que la caída de tensión en los transistores Q_{7 1}, Q_{7 2}, Q₇₃, ..., Q_7nen la trayectoria por la que circula la corriente de los flujos de la bobina de accionamiento es muy baja y puede ser ignorada, la magnitud del valor absoluto de la amplitud de la tensión entre los puntos A y E en la figura 7 es aproximadamente igual a la tensión de salida U⁰de la fuente de alimentación de CC. En este ejemplo, cuando Q⁷³, Q⁷⁴están encendidos, es decir, durante el semiciclo negativo de la corriente de la bobina de accionamiento, todos los demás condensadores C⁷², C⁷³, ..., C^7(n-3)excepto C⁷¹están desconectados mediante Q⁷⁵, Q⁷⁶, ..., Q⁷ⁿ, es decir, los condensadores C⁷², C⁷³, ..., C^7(n-3)están desconectados de la bobina de accionamiento, por lo tanto, durante el ciclo completo de la corriente de la bobina de accionamiento

la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento es:

_{Es conocido a partir de la ecuación}® _{v-v que Ce en esta ecuación es el valor de la capacitancia equivalente}del conjunto de condensadores, es decir, la suma de los valores de la capacitancia de todos los condensadores en el estado encendido. Cuando (wL-1/wCe) es grande, la amplitud de la corriente I de la bobina de accionamiento tiende a ser cero. Cuando (üoL-1/u>Ce) = 0, la amplitud de la corriente I de la bobina

de accionamiento es igual a

L .En este ejemplo, la fuerza electromagnética entre la bobina de accionamiento y el transductor podría hacer que el transductor, el soporte de elementos de limpieza y los elementos de limpieza entren en un estado de oscilación resonante. Si la fuerza electromagnética cumple Fe = NBI l senwt, la velocidad a la que los imanes permanentes del transductor se mueven alternativamente cumple ξ = ^Msenwt, y los imanes permanentes del transductor producen una vibración armónica simple bajo la acción de la fuerza electromagnética. La velocidad ξm a la que los imanes permanentes del transductor se mueven alternativamente es proporcional a la magnitud de la fuerza electromagnética Fe. Debido a que NB l en este caso es un valor constante, cuando los imanes permanentes del transductor realizan un movimiento giratorio alternativo, la amplitud ξm de la componente de la velocidad de los imanes permanentes en la dirección perpendicular a las líneas magnéticas es proporcional a la magnitud de la corriente en la bobina de accionamiento. Dado que ξm = ZI, en este caso Z es la tasa de cambio de la amplitud de la componente de la velocidad de los imanes permanentes en la dirección perpendicular a las líneas magnéticas con respecto a la amplitud de la corriente en la bobina de accionamiento, que se puede obtener experimentalmente. Cuando (wL-1/wCe) es grande, la amplitud de la corriente I de la bobina de accionamiento tiende a ser cero y la amplitud del movimiento de los elementos de limpieza tiende a ser cero. Cuando (üoL-1/üoCe)=0, la amplitud

de la corriente I de la bobina de accionamiento es igual a

^l |_a amplitud del movimiento de los elementos de limpieza tiende a ser máxima, y la amplitud del movimiento de los elementos de limpieza es

proporcional

a esíe caso ^ |a bobina de accionamiento y el conjunto de condensadores son puramente resistivos, el factor de potencia cos⁹del circuito de la bobina de accionamiento y el conjunto de condensadores es igual a 1, y la eficiencia eléctrica del circuito es la más alta. Aparentemente, con el conjunto de condensadores, cuyo valor de capacitancia es controlable, conectado en serie en el circuito, es posible ajustar la amplitud I de la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento de cerca de

cero a

, de tal manera que la amplitud del movimiento de los elementos de limpieza se ajuste desde casi cero hasta el máximo. Es evidente que una pequeña corriente corresponde a una pequeña amplitud del movimiento de los elementos de limpieza. Cuanto menor sea la corriente, menor será la energía térmica consumida en la resistencia de CC R_Lde la bobina de accionamiento. En este caso, un conjunto de condensadores, cuyo valor de capacitancia es controlable, es introducido, por lo tanto, variando el valor de la capacidad equivalente del conjunto de condensadores conectado en serie con la bobina de accionamiento, es posible ajustar el factor de potencia del circuito de la bobina de accionamiento y el conjunto de condensadores y la amplitud de la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento de manera controlable.

Puesto que la frecuencia de la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento durante un cierto período de tiempo de subdivisión del funcionamiento del aparato eléctrico de aseo es una única frecuencia constante, la amplitud del movimiento giratorio del transductor, el soporte de elementos de limpieza y los elementos de limpieza del aparato de aseo en la presente invención es proporcional a la amplitud de la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento. En este caso, se proporciona un conjunto de condensadores compuesto por como mínimo dos condensadores conectados en paralelo entre sí (conjunto de condensadores en paralelo), en el que como mínimo un condensador (por ejemplo, un primer condensador) siempre se mantiene conectado o desconectado de manera síncrona con la bobina de accionamiento. La conexión de una parte o de la totalidad de los condensadores restantes del conjunto de condensadores se controla mediante un procesador de microchip IC, y estos condensadores conectados en paralelo entre sí están conectados en serie con la bobina de accionamiento, de modo que la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento también circule a través de todos los condensadores conectados, conectados en paralelo entre sí, por lo que la suma de las corrientes que circulan a través de todos los condensadores conectados es igual a la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento. Conectando en serie un conjunto de condensadores con diferentes capacitancias equivalentes en el circuito de la bobina de accionamiento de manera controlable, la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento puede ser limitada de manera controlada a un valor comprendido entre

aproximadamente cero y

, y la magnitud de la amplitud del movimiento de los elementos de limpieza puede ser controlada. Aún más, al conectar en serie un conjunto de condensadores con diferentes capacitancias equivalentes en el circuito de la bobina de accionamiento de manera controlable, la amplitud del movimiento de los elementos de limpieza puede ser limitada de manera controlable a un valor que va desde aproximadamente cero hasta la amplitud máxima a la que corresponde el sistema. Cuando la bobina de accionamiento y la capacitancia equivalente conectada en serie es puramente resistiva (es decir,

), se produce la amplitud máxima del movimiento a la que corresponde el sistema.

La figura 8 presenta una circuitería de control de una segunda realización de la presente invención. La diferencia entre las figuras 8 y 7 es que el conjunto de condensadores en la figura 8 comprende dos condensadores C₈₁, C₈₈conectados en paralelo. La rama en la que un primer condensador C₈₁se combina con los transistores Q₈₂y Q₈₃y se conecta en serie con los transistores Q₈₂y Q₈₃y la rama en la que un segundo condensador C₈₂se combina con los transistores Q₈₅, Qs6, están conectadas en paralelo entre sí. La bobina de accionamiento está conectada en serie con el conjunto de condensadores. El primer condensador C₈₁siempre se mantiene conectado o desconectado de manera síncrona con la bobina de accionamiento. El segundo condensador C₈₂está conectado en paralelo con el primer condensador C₈₁mediante el control de encendido-apagado de los correspondientes transistores Q₈₅y Q₈₆. El encendido o apagado de los transistores Q_{85 ^y}Q₈₆está controlado por las correspondientes I/O85 y I/O86 del procesador de microchip IC.

Las figuras 9, 10, 11 y 12 son diagramas de temporización del nivel eléctrico de I/O81, I/O82, I/O83, I/O84, I/O85 y I/O86. Cuando wt está en el intervalo comprendido entre 0 y n, I/O82 y I/O83 están en nivel alto, I/O81 y I/O84 están en nivel bajo, I/O85 es una salida de nivel de modo de PWM, e I/O86 está en nivel alto. Cuando wt está en el intervalo comprendido entre n y 2n, I/O82 y I/O83 están en nivel bajo, I/O81 e I/O84 están en nivel alto, I/O85 está en nivel bajo y I/O86 es una salida de nivel del modo de PWM. Cuando wt está en el intervalo comprendido entre 0 y n, según las figuras 8, 9, 10, 11 y 12, los transistores Q_{81 y}Q₈₂están encendidos, mientras que el transistor Q₈₅está en el estado encendido o apagado de acuerdo con el modo de PWM, la corriente i de la fuente de alimentación de CC circula desde el punto A en la figura 8 al punto B⁰a través de la bobina de accionamiento. En el modo de PWM, cuando el transistor Q₈₅está en el estado encendido y el transistor Qb6 está en el estado apagado, una parte de la corriente i circula a través del condensador C₈₁y del transistor Q₈₂hacia la fuente de alimentación de CC, otra parte de la corriente i circula

a través del condensador C₈₂y del transistor Q₈₅y de nuevo hacia la fuente de alimentación de CC, y la magnitud de la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento es igual a la suma de las corrientes que circulan a través de los condensadores C₈₁y C₈₂. En este momento, la bobina de accionamiento está conectada en serie con los dos condensadores en paralelo C₈₁y C₈₂. Debido a que la resistencia equivalente entre el colector y el emisor del transistor es pequeña, se puede ignorar la resistencia equivalente del transistor; por lo tanto, la impedancia equivalente de la bobina de accionamiento y el conjunto

de condensadores es

es decir, el valor de la capacitancia equivalente Ce del conjunto de condensadores es la suma de las capacitancias de los condensadores C₈₁y C₈₂. Cuando el transistor Q₈₅está en el estado apagado en el modo de PWM y el transistor Q₈₆también está en el estado apagado, toda la corriente i de la fuente de alimentación de CC que circula a través de la bobina de accionamiento circula a través del condensador C₈₁y el transistor Q₈₂y, de nuevo a la fuente de alimentación

de CC. En este momento, la bobina de accionamiento está conectada en serie con el condensador C₈₁. De

manera similar, la resistencia equivalente del transistor se ignora; por lo tanto, la impedancia equivalente de

la bobina de accionamiento y del conjunto de condensadores es

, es decir, el valor de la capacitancia equivalente del conjunto de condensadores es el valor de la capacitancia del condensador C_81.

Si se supone que y es el ciclo de trabajo de PWM, por ejemplo, tal como se muestra en la figura 11, cuando 0

T

≤ ωt ≤ tt , yi se refiere a la relación entre el tiempo de nivel alto y el tiempo tota

en modo de PWM.

Aparentemente, cuando 0 ≤ wt ≤ n, el valor de la capacitancia medio equivalente del conjunto de condensadores anterior es

Aparentemente, los condensadores C₈₁y C₈₁no aumentarán adicionalmente el encendido y apagado de la bobina de accionamiento, de modo que se pueda mantener la continuidad de la corriente en la bobina de accionamiento.

Cuando n ≤ wt ≤ 2n, los transistores Q₈₄, Qb⁴se encienden, los transistores Q₈₁, Q₈₂, Q₈₅transistor Q₈₆se enciende en el modo de PWM tal como se muestra en la figura 12, el análisis del circuito es

similar al de 0 ≤ u>t ≤ tt , y no será repetido en el presente documento. Cuando π ≤ u>t ≤ 2_tt, tal como se

muestra en la figura 12, y²se refiere a la relación entre el tiempo de nivel bajo y el tiempo tota

l en modo

de PWM. Cuando n ≤ wt ≤ 2n, el valor de la capacitancia equivalente media del conjunto de condensadores

Aparentemente, los condensadores C₈₁y C₈₂no aumentarán adicionalmente el

encendido y apagado de la bobina de accionamiento; por lo tanto, la continuidad de la corriente en la bobina

de accionamiento se puede mantener. Por lo tanto, durante todo el tiempo de funcionamiento del circuito, el

valor de la capacitancia equivalente media del conjunto de condensadores en paralelo es

Aparentemente, los condensadores C₈₁y C₈₂no aumentarán

adicionalmente el encendido y apagado de la bobina de accionamiento; por lo tanto, se puede mantener la continuidad de la corriente en la bobina de accionamiento.

En la presente invención, los ciclos de trabajo de PWM y₁e y₂de I/O85, I/O86 se controlan mediante un procesador de microchip IC, por lo que es posible controlar el valor de la capacitancia equivalente media C^emh

del conjunto de condensadores en paralelo conectado en serie con la bobina de accionamiento. En este

caso, al controlar el valor de la capacitancia equivalente media C_emh, se pueden controlar la magnitud y el

ángulo de fase de la impedancia de la bobina de accionamiento y el conjunto de condensadores en paralelo

y, por lo tanto, se pueden controlar la magnitud de la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento y la magnitud del factor de potencia del circuito de la bobina de accionamiento y el conjunto de condensadores en paralelo. De acuerdo con la presente invención, un conjunto de condensadores en paralelo, cuya capacitancia media equivalente es controlable, se conecta creativamente en serie con la

bobina de accionamiento, de modo que sea posible controlar la magnitud de la corriente que circula a través

de la bobina de accionamiento y el factor de potencia eléctrica cos_φdel circuito de la bobina de accionamiento y el conjunto de condensadores. Además, el condensador o conjunto de condensadores conectado en serie con la bobina de accionamiento de acuerdo con la presente invención no aumentará adicionalmente el encendido y apagado de la bobina de accionamiento.

De manera similar a la ilustración en la figura 6, la figura 13 presenta otra circuitería de control. La diferencia

entre las figuras 13 y b es que el conjunto de condensadores en la figura 13 comprende dos condensadores

C_{1 31}, C₁₃₂en serie. El circuito de la figura 13 puede ser analizado específicamente de manera similar, y no se

repetirá en el presente documento. La característica del circuito en la figura 13 se analiza solo de manera sencilla, tal como se muestra en las figuras 13, 9, 10, 11 y 12, por ejemplo, durante un cierto período de tiempo (0 ≤ wt ≤ n), el procesador de microchip IC enciende los transistores Q_{1 31}, Q₁₃₂, apaga los transistores Q_133,Q₁₃₄, Q₁₃₆y enciende el transistor Q₁₃₅en modo de PWM. Cuando el transistor Q₁₃₅está en el estado apagado en modo de PWM, el primer condensador C₁₃₁y el segundo condensador C₁₃₂están conectados en serie para formar un conjunto de condensadores en tándem ^C ₁₃₁ ^{, C} ₁₃₂ ^,en este caso, el valor de la C C

_{capacitancia equivalente del conjunto de condensadores en tándem es}

_{Cuando el transistor}Q₁₃₅está en el estado encendido bajo el modo de PWM, el valor de la capacitancia equivalente del conjunto de condensadores en tándem es igual al valor de la capacitancia de C ₁₃₁- De una manera similar, puesto que n

y₃se refiere a la relación entre el tiempo de nivel alto y el tiempo total oy en el modo de PWM, aparentemente, cuando 0 ≤ wt ≤ n, el valor de la capacitancia equivalente media del conjunto de

condensadores en tándem anterior es ^ 131 ^ T 32. Durante otro período de tiempo (tt < wt ≤ 2n), el procesador de microchip IC enciende los transistores Q_{13 3}, Q₁₃₄, apaga los transistores Q₁₃₁, Q_132,Q₁₃₅, y enciende el transistor Q₁₃₆en un modo de PWM. Cuando el transistor Q₁₃₆está en el estado apagado en modo de PWM, el primer condensador C₁₃₁y el segundo condensador C₁₃₂están conectados en serie para formar un conjunto de condensadores en tándem; en este caso, el valor de la capacitancia equivalente

de dicho conjunto de condensadores en tándem es

. Cuando el transistor Q₁₃₆está en el estado encendido en modo de PWM, el valor de la capacitancia equivalente del conjunto de condensadores es igual al valor de la capacitancia del condensador ^C131 ^-De manera similar, puesto que ^{y 4}se refiere a la relación del

£

tiempo de nivel bajo con respecto al tiempo total o) en el modo de PWM, aparentemente, cuando ^tt ≤ u>t ≤ 2tt , el valor de la capacitancia equivalente media del conjunto de condensadores anterior es

r lo tanto, durante todo el período de tiempo para el funcionamiento del

circuito, el valor de la capacitancia equivalente media del conjunto de condensadores es ^C 3 E

En este caso, el procesador de microchip IC controla los

ciclos de trabajo de PWM y³e y⁴de I/O135, I/O136, por lo que controla el valor de la capacitancia equivalente media Cems del conjunto de condensadores en tándem conectado en serie con la bobina de accionamiento, la magnitud y el ángulo de fase de la impedancia de la bobina de accionamiento, y el conjunto de condensadores en tándem se controlan por medio de una capacitancia equivalente media controlable Cems, por lo que la magnitud de la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento y la magnitud del factor de potencia del circuito de la bobina de accionamiento y el conjunto de condensadores en tándem están controlados. De este modo, de acuerdo con la presente invención, la bobina de accionamiento está creativamente conectada en serie con un conjunto de condensadores con un valor de la capacitancia equivalente media controlable, de modo que la magnitud de la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento y el factor de potencia eléctrica cos⁹del circuito de la bobina de accionamiento y el conjunto de condensadores puedan ser controlados.

De manera similar, una pluralidad de conjuntos de condensadores conectados en serie entre sí pueden ser controlados por el procesador de microchip IC, tal como se muestra en una circuitería de control en la figura 14. La diferencia entre las figuras 14 y 13 es que el conjunto de condensadores de la figura 14 está compuesto por más de dos condensadores en tándem C₁₄₁- C₁₄. Su análisis de circuito es similar al de las figuras 7, 8 y 13 en esta descripción, y no se repetirá en este caso.

En las dos realizaciones anteriores de la presente invención, como mínimo un condensador siempre se mantiene encendido o apagado de manera síncrona con la bobina de accionamiento. Por supuesto, puede que no sea necesario mantener siempre como mínimo un condensador encendido o apagado de manera síncrona con la bobina de accionamiento. De manera similar, la magnitud y el ángulo de fase de la impedancia de la bobina de accionamiento y el conjunto de condensadores pueden ser controlados controlando el valor de la capacitancia equivalente media C^ede los condensadores o del conjunto de condensadores conectados en serie con la bobina de accionamiento, por lo tanto, se controla la magnitud de la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento y la magnitud del factor de potencia del circuito de la bobina de accionamiento y del conjunto de condensadores, tal como se muestra en una tercera realización de la presente invención en la figura 15.

Tal como se muestra en las figuras 9, 10, 11, 12 y 15, por ejemplo, durante un cierto período de tiempo (0 ≤ w ≤ n), el procesador de microchip IC enciende los transistores Q_{1 51}, Q₁₅₂, apaga los transistores Q₁₅₃, Q₁₅₄, Q₁₅₆y enciende el transistor Q₁₅₅en modo de PWM. Cuando el transistor Q₁₅₅está en el estado apagado en modo de PWM, el condensador C₁₅₁está conectado en serie con la bobina de accionamiento, y el valor de la capacitancia equivalente del conjunto de condensadores es igual al valor de la capacitancia del condensador C₁₅₁. Cuando el transistor Q₁₅₅está en el estado encendido en modo de PWM, el condensador C₁₅₁es cortocircuitado por el transistor Q₁₅₅, y el valor de la capacitancia equivalente del conjunto de condensadores es cero. De manera similar, puesto que y₃se refiere a la relación del tiempo de nivel alto con respecto al

tiempo total

en el modo de PWM, aparentemente, cuando

el valor de la capacitancia equivalente media del conjunto de condensadores anterior es C_e5h1= (1 -y3)C₁₅₁, mientras que, durante otro período de tiempo (n ≤ wt ≤ 2n), el procesador de microchip IC enciende los transistores Q₁₅₃, Q_154,apaga los transistores Q₁₅₁, Q₁₅₂, Q₁₅₅y enciende el transistor Q₁₅₆en modo de PWM. Cuando el transistor Q₁₅₆está en el estado apagado en modo de PWM, el condensador C₁₅₁está conectado en serie con la bobina de accionamiento, y el valor de la capacitancia equivalente del conjunto de condensadores es igual al valor de la capacitancia del condensador C_{1 5 1}. Cuando el transistor Q₁₅₆está en el estado encendido en modo de PWM, el condensador C₁₅₁está cortocircuitado por el transistor Q₁₅₆, y el valor de la capacitancia equivalente del conjunto de condensadores es cero. De manera similar, puesto que y₄se refiere a la relación del tiempo de Jl

nivel bajo con respecto al tiempo total

en el modo de PWM, aparentemente, cuando tt ≤ u>t ≤ 2_tt, el valor de la capacitancia equivalente media del conjunto de condensadores anterior es C_e5h2= y₄C_{1 51}. Por lo tanto, durante el ciclo de corriente completo de la bobina de accionamiento, el valor de la capacitancia equivalente

media del conjunto de condensadores es

¿ .En este caso, el procesador de microchip IC controla los ciclos de trabajo de PWM y³e y⁴de I/O135, I/O136, por lo que el valor de la capacitancia equivalente media C_e5= (1 -y3+y4)C₁₅₁/ 2 del conjunto de condensadores conectado en serie con la bobina de accionamiento puede ser controlado. En este caso, la magnitud y el ángulo de fase de la impedancia de la bobina de accionamiento y el conjunto de condensadores son controlados mediante la capacitancia equivalente media C_e5controlable, por lo que, se controla la magnitud de la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento y la magnitud del factor de potencia del circuito de la bobina de accionamiento y el conjunto de condensadores. De este modo, según la presente invención, la bobina de accionamiento está creativamente conectada en serie con un conjunto de condensadores con un valor de la capacitancia equivalente media controlable, de modo que se puede controlar la magnitud de la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento y el factor de potencia eléctrica cosφ del circuito de la bobina de accionamiento y el conjunto de condensadores. Además, en la presente invención, los condensadores o el conjunto de condensadores conectados en serie con la bobina de accionamiento no aumentará adicionalmente el encendido y apagado de la bobina de accionamiento.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Circuito ajustable que puede ser conectado a un aparato eléctrico de aseo personal, comprendiendo el aparato de aseo una parte de fuente de alimentación, para suministrar potencia a diversas partes del aparato de aseo, una parte de control, para controlar diversos modos de funcionamiento del aparato de aseo, en el que los diversos modos de funcionamiento comprenden modo de limpieza, modo de sensibilidad y modo de blanqueamiento, una parte de activación, para encender o apagar el funcionamiento del aparato de aseo, un accionador (1), para convertir la energía eléctrica de entrada en una salida de energía mecánica; comprendiendo el accionador (1) un transductor, una bobina de accionamiento (2) y un núcleo de hierro (3) de la bobina de accionamiento (2) situado en el interior de la bobina de accionamiento (2), estando dotado el transductor de elementos elásticos (8, 9) e imanes permanentes (4, 5, 6, 7) en el mismo, estando equipado un árbol de accionamiento (10) del transductor con un soporte de elementos de limpieza y elementos de limpieza, en el que el transductor, el soporte de elementos de limpieza y los elementos de limpieza constituyen un cuerpo vibratorio conforme a una ley de vibración armónica simple; en el que los elementos de limpieza, el soporte de elementos de limpieza y el transductor forman un movimiento alternativo giratorio en un modo de oscilación resonante bajo la acción de la fuerza electromagnética con una frecuencia de ajuste f₀generada por la bobina de accionamiento (2); en el que los elementos de limpieza, el soporte de elementos de limpieza y el transductor tienen una frecuencia natural f_n;

en el que el circuito ajustable comprende un circuito de accionamiento de puente H compuesto por transistores (Q_{7 1},...,Q₇₅, Q₇₆, ... Q_7n), y está, además,

caracterizado por que

una frecuencia de accionamiento generada por el circuito de accionamiento de puente H se establece en f⁰, cuando la bobina de accionamiento (2) es alimentada con una corriente alterna i, la corriente en la bobina de accionamiento (2) contiene una parte de corriente sinusoidal con una frecuencia de f^ü, en el que fⁿsatisface: 0,85f_o≤ f_n≤ 1,05f₀; la corriente en la bobina de accionamiento (2) tiene una frecuencia constante única durante un período de trabajo o durante un cierto período de tiempo de subdivisión del período de trabajo del funcionamiento del aparato eléctrico de aseo correspondiente al modo de funcionamiento; en el que el circuito ajustable comprende, además, un procesador de microchip programable (IC), en el que un conjunto de condensadores, que comprende una pluralidad de condensadores (C_{7 2}, C_{7 3}, ... C₇(n-3)), está conectado en los extremos de carga del circuito de accionamiento de puente H, el conjunto de condensadores está conectado en serie con la bobina de accionamiento (2), como mínimo una parte de la pluralidad de condensadores (C_{7 2}, C_{7 3}, ... C₇(n-3)) del conjunto de condensadores es controlado para ser conectado o desconectado con la bobina de accionamiento (2) a través de una interfaz (I/O) del procesador de microchip programable (IC), en el que la capacitancia de los condensadores conectados (C_{7 2}, C_{7 3}, ... C₇(n-3)) es controlable de modo que la corriente que circula a través de la bobina de accionamiento (2) se limite de manera controlable a un valor

comprendido entre aproximadamente cero y R_L+ ZNBI ^ y contro|ando de este modo la magnitud de la amplitud del movimiento de los elementos de limpieza, donde U⁰es una tensión de salida de la fuente de alimentación, RL es una resistencia de CC de la bobina de accionamiento (2), Z es la tasa de cambio de la amplitud de una componente de velocidad de los imanes permanentes (4, 5, 6, 7) perpendicular a la dirección de las líneas magnéticas con respecto a la amplitud de la corriente de la bobina de accionamiento (2), N es el número de vueltas de la bobina de accionamiento (2) cortadas por las líneas magnéticas, B es la densidad de campo magnético en un conductor de la bobina de accionamiento (2), y l es la longitud efectiva del conductor de la bobina cortada por las líneas magnéticas; en el que la pluralidad de condensadores (C₇₂, C₇₃, ... C₇(n-3)) están conectados en serie con los transistores (Q⁷⁵, Q⁷⁶, ... Q⁷ⁿ) correspondientes respectivamente para formar ramas, estando conectadas dichas ramas en paralelo entre sí y en serie con la bobina de accionamiento (2), respectivamente, en el que durante un semiciclo positivo o un semiciclo negativo o un ciclo completo de la corriente de la bobina de accionamiento (2), los transistores (Q₇₅, Q₇₆, ... Q_7n)de como mínimo una de las ramas y la bobina de accionamiento (2) se mantienen siempre encendidos o apagados de manera síncrona.

2. Circuito ajustable, según la reivindicación 1, en el que si una suma de los valores de capacitancia de todos los condensadores (C_{7 2}, C_{7 3}, ... C₇(n-3)) en el conjunto de condensadores es un valor de capacitancia equivalente (C_e), el valor de capacitancia equivalente (C_e) del conjunto de condensadores se selecciona de modo que un factor de potencia cos⁹de un circuito compuesto por la bobina de accionamiento (2) y el conjunto de condensadores sea cercano o igual a 1 cuando wL-1/wC_e= 0, lo que provoca que el circuito compuesto por la bobina de accionamiento (2) y el conjunto de condensadores sea puramente resistivo, donde L es una inductancia ideal sin resistencia interna correspondiente a la bobina de accionamiento y w es una velocidad angular eléctrica.

3. Circuito ajustable, según la reivindicación 1, en el que el conjunto de condensadores comprende como mínimo dos condensadores (C_{7 2}, C₇₃, ... C_7(n-3)) conectados en paralelo entre sí.