JP3319843B2 - 電動歯ブラシ - Google Patents

電動歯ブラシ

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JP3319843B2
JP3319843B2 JP32546393A JP32546393A JP3319843B2 JP 3319843 B2 JP3319843 B2 JP 3319843B2 JP 32546393 A JP32546393 A JP 32546393A JP 32546393 A JP32546393 A JP 32546393A JP 3319843 B2 JP3319843 B2 JP 3319843B2
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    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C17/00Devices for cleaning, polishing, rinsing or drying teeth, teeth cavities or prostheses; Saliva removers; Dental appliances for receiving spittle
    • A61C17/16Power-driven cleaning or polishing devices
    • A61C17/22Power-driven cleaning or polishing devices with brushes, cushions, cups, or the like
    • A61C17/221Control arrangements therefor

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】本発明は、電動歯ブラシに関する
ものである。

【0002】

【従来の技術】電池を電源としてモータを駆動し、この
モータの回転を減速機で減速するとともに回転運動を歯
ブラシの動きに運動変換機構を通じて変換する電動歯ブ
ラシが提供されているが、モータのパワースイッチとし
て機械的スイッチを用いているものにはモータの回転速
度制御を行うものにはなかった。

【0003】またモータの回転方向の切換を半導体スイ
ッチ素子からなるブリッジ回路を用いた行う電動歯ブラ
シも提供されている。

【0004】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにモータの
回転方向の切り換えを半導体スイッチ素子からなるブリ
ッジ回路で行うものは、電源を電池で得ている場合、電
源電圧が低いためブリッジ回路の半導体スイッチ素子で
の電圧降下が無視できず、その結果同じトルクを達成す
るためにモータ電圧仕様を下げて電流を流す構成をとる
必要があるが、駆動電流が大きくなるので半導体スイッ
チ素子での電圧降下も更に増して悪循環に陥いるという
問題があった。

【0005】本発明は上記の問題点に鑑みて為されたも
ので、その目的とするところはモータの回転速度制御を
行う電動歯ブラシにおいて低電圧の電池電源を用いるこ
とができる電動歯ブラシを提供するにある。

【0006】

【課題を解決するための手段】請求項1の発明では、電
池電源、モータ、減速器、運動変換機構を備えた電動歯
ブラシにおいて、4つの機械式のスイッチで構成される
ブリッジ回路の出力端間にモータを接続し、ブリッジ回
路の対向辺に位置するスイッチ同士をオン/オフするこ
とによりモータへの通電方向を切り換えてモータの回転
方向を切り換えるとともに、電池電源モータの回転速度
を制御する制御素子の通電を上記ブリッジ回路のスイッ
チの接点信号により入/切するものであって、予めプリ
セットされている負荷カーブを上記モータの回転方向の
正逆の方向に応じて設定し、上記負荷カーブとモータ電
流とを比較して上記モータの回転速度を制御する制御回
路を設けたものである。

【0007】

【0008】請求項の発明では、上記制御素子の駆動
をPWM信号で行うPWM制御回路を備え、上記制御回
路はモータ電流から検出する負荷の大きさが一定値以上
になるとPWM制御回路の電源又はPWM制御回路に与
える基準電圧を調整してPWM信号のデュティを変化さ
せる回転数設定部を制御し若しくはPWM制御回路から
出力させるPWM信号の発生デュティ又は発生周波数を
制御するものである。

【0009】請求項の発明では、上記発生デュティ又
は発生周波数を段階的に制御する上記制御回路を設けた
ものである。請求項の発明では、上記モータの停止
後、モータにかかる負荷が無くなったときに段階的にモ
ータの回転速度を上昇させて所定回転速度に戻すように
上記発生デュティ又は発生周波数を段階的に制御する上
記制御回路を設けたものである。

【0010】請求項の発明では、上記モータの停止と
動作とを間歇的に繰り返して行う制御回路を設けたもの
である。請求項の発明では、上記制御回路は、繰り返
し周期を可変自在とするものである。請求項の発明で
は、上記制御回路は、繰り返し周期を自動的に可変する
ものである。

【0011】請求項の発明では、上記発生デュティ又
は発生周波数を段階的に変化させる途中で、モータ電流
をサンプリングしてその電流値によりモータにかかる負
荷が設定値以下となったことを検出した時に所定回転速
度に戻すように制御する上記制御回路を設けたものであ
る。請求項の発明では、モータ起動時からモータ電流
の検出を禁止する一定期間を設定したものである。

【0012】請求項10の発明では、上記制御回路は、
スイッチオン時に、上記PWM制御回路の動作が安定す
るまで上記制御素子の駆動を遅延させるように上記PW
M制御回路を制御する機能を備えたものである。請求項
11の発明では、上記モータの再起動時からモータ電流
の検出を禁止する一定期間を設定するとともに、該一定
期間後に低速でモータを回転するように制御して負荷の
有無を検出するものである。

【0013】請求項12の発明では、上記制御素子の駆
動をPWM信号で行うPWM制御回路を備えるとともに
モータの逆起電圧を抵抗ブリッジで検出する手段を備
え、上記PWM制御回路にはモータの逆起電圧を取り込
む誤差増幅器と、この誤差増幅器の出力と三角波発生回
路から発生させる三角波とを比較して上記逆起電圧が一
定となるようにデュティが制御されたPWM信号を出力
する手段を備えたものである。

【0014】請求項13の発明では、上記制御素子を通
じてモータへパルス電圧を印加するとともに、上記PW
M制御回路の誤差増幅器にフィルタを介して上記逆起電
圧を入力させる。請求項14の発明では、上記電池電源
として充電電池を用い、この充電電池の充電中を検出す
る信号があるときには上記制御素子をオフ状態に保持す
るものである。

【0015】請求項15の発明では、充電器と電動歯ブ
ラシ本体とを分離し、充電器側に設けた1次コイルに非
接触で電磁気的に結合する2次コイルを電動歯ブラシ本
体に設け、この2次コイルに誘起される電圧で充電中を
検出するものである。請求項16の発明では、上記2次
コイルは上記充電電池を充電する充電用コイルを兼ねた
ものである。

【0016】

【作用】請求項1の発明によれば、モータの正逆転切換
と電源スイッチとを兼ねたスイッチが機械的により構成
され、しかも制御素子の通電制御に上記スイッチの接点
信号を用いるため、正逆転切換のドライバ回路が不要と
なり、しかもスイッチにおける電圧降下が殆ど無視でき
るため、低い電圧の電池電源を使用しても電圧降下を考
慮する必要がなく、そのためモータ電圧仕様を使用電源
電圧に対応させることが可能となってモータの消費電流
の低減が図れる上に回路ロスを低減でき、結果コストの
低減や小型化が可能となる。

【0017】更に予めプリセットされている負荷カーブ
を上記モータの回転方向の正逆の方向に応じて設定し、
上記負荷カーブとモータ電流とを比較して上記モータの
回転速度を制御する制御回路を設けたものであるから、
モータの回転方向に対応したモータの回転速度の制御が
できる。

【0018】請求項の発明では、上記制御素子の駆動
をPWM信号で行うPWM制御回路を備え、上記制御回
路はモータ電流から検出する負荷の大きさが一定値以上
になるとPWM制御回路の電源又はPWM制御回路に与
える基準電圧を調整してPWM信号のデュティを変化さ
せる回転数設定部を制御し若しくはPWM制御回路から
出力させるPWM信号の発生デュティ又は発生周波数を
制御するものであるから、歯磨き圧等の増加による負荷
増大時にモータを停止させる際に歯ブラシの使用者に違
和感が少ない滑らかな停止が行える。

【0019】請求項の発明では、上記発生デュティ又
は発生周波数を段階的に制御する上記制御回路を設けた
ものであるから、歯ブラシの使用者に違和感を与えるこ
となくより一層滑らかにモータを停止させることができ
る。請求項の発明では、モータの停止後、モータにか
かる負荷が無くなったときに段階的にモータの回転速度
を上昇させて所定回転速度に戻すように上記発生デュテ
ィ又は発生周波数を段階的に制御する上記制御回路を設
けたので、歯ブラシの使用者を驚かすことなく滑らかに
モータの再起動が行える。

【0020】請求項の発明では、モータの停止と動作
とを間歇的に繰り返して行う制御回路を設けたので、歯
磨き時にマッサージ効果を持たせることができる。請求
の発明では、上記制御回路は、繰り返し周期を可変
自在とするものであるから、上記マッサージ効果を使用
者に合わせることができる。請求項の発明では、上記
制御回路は、繰り返し周期を自動的に可変するものであ
るから、マッサージ効果を自動的に高めることが可能と
なる。

【0021】請求項の発明では、上記発生デュティ又
は発生周波数を段階的に変化させる途中で、モータ電流
をサンプリングしてその電流値によりモータにかかる負
荷が設定値以下となったことを検出した時に所定回転速
度に戻すように制御する制御回路を設けたものであるか
ら、停止動作途中から早くモータの回転速度を所定回転
速度に戻したり、或いは復帰過程で負荷が大きくなった
場合に早くモータを停止させることができ、使用者を苛
立せない。

【0022】請求項の発明では、モータ起動時からモ
ータ電流の検出を禁止する一定期間を設定したものであ
るから、モータ起動時に大きなモータ電流が流れても、
負荷増大と見做すことがなく、起動時の誤ったモータ停
止を防止することができる。請求項10の発明では、上
記制御回路は、スイッチオン時に、PWM制御回路の動
作が安定するまで制御素子の駆動を遅延させるようにP
WM制御回路を制御する機能を備えたものであるから、
電源投入時の動作不安定時における誤制御を無くすこと
ができる。

【0023】請求項11の発明では、モータの再起動時
からモータ電流の検出を禁止する一定期間を設定すると
ともに、該一定期間後に低速でモータを回転するように
制御して負荷の有無を検出するものであるから、歯ブラ
シ使用者を驚かすことなく再起動時が行える。請求項
の発明では、制御素子の駆動をPWM信号で行うPW
M制御回路を備えるとともにモータの逆起電圧を抵抗ブ
リッジで検出する手段を備え、PWM制御回路にはモー
タの逆起電圧を取り込む誤差増幅器と、この誤差増幅器
の出力と三角波発生回路から発生させる三角波とを比較
して検出逆起電圧が一定となるようにデュティが制御さ
れたPWM信号を出力する手段を備えたものであるか
ら、電子ガバナ方式の特徴とPWM制御方式の特徴とが
生かせて、回路構成の小型化と回路ロスの低減化が図れ
る。

【0024】請求項13の発明では、制御素子を通じて
モータへパルス電圧を印加するとともに、PWM制御回
路の誤差増幅器にフィルタを介して上記逆起電圧を入力
させるので、逆起電圧の位相合わせを行うフィルタの小
型化、コストダウンが図れる。請求項14の発明では、
電池電源として充電電池を用い、この充電電池の充電中
を検出する信号があるときには制御素子をオフ状態に保
持するものであるから、充電式の電動歯ブラシにおいて
スイッチの切り忘れによる充電ミスの防止が図れる。

【0025】請求項15の発明では、充電器と電動歯ブ
ラシ本体とを分離し、充電器側に設けた1次コイルに非
接触で電磁気的に結合する2次コイルを電動歯ブラシ本
体に設け、この2次コイルに誘起される電圧で充電中を
検出するものであるから、防水構造の電動歯ブラシ本体
の実現が容易となる上に、充電器と電動歯ブラシ本体と
の近接配置のみ充電開始が行え、更に充電時に発生する
電気信号を制御素子のオフ状態を保持するための信号と
して用いるから、充電開始と同時に自動的にモータへの
通電を停止させることができる。

【0026】請求項16の発明では、上記2次コイルは
上記充電電池を充電する充電用コイルを兼ねたものであ
るから、充電の電力と制御素子をオフ状態にするための
信号取り出しとを同じコイルで兼用できるから、コスト
の低減と小型化とが図れる。

【0027】

【実施例】まず実施例の説明を行う前に、本発明の基本
となる例を図面を参照して説明する。(基本例1)図1
は本基本例の回路構成を示しており、本基本例では、4
つの機械的スイッチSW1 〜SW4 をブリッジ接続した
ブリッジ回路により直流モータからなるモータMの正逆
転切換回路1を構成し、この正逆転切換回路1の入力端
間にモータMの回転速度を制御するための制御素子Q1
を介して電池電源VBを接続してある。

【0028】正逆転切換回路1を構成する各スイッチS
1 〜SW4 の内対向辺に位置するスイッチ同士は同時
に同じ動作を為す連動機能を有するもので、直列に接続
したスイッチSW1 ,SW3 の接続点と、スイッチSW
4 ,SW4 の接続点との間に接続してあるモータMに流
れる電流をスイッチSW1 →モータMのa端子→モータ
Mのb端子→スイッチSW4 と流れる電流I1 と、スイ
ッチSW2 →モータMのb端子→モータMのa端子→ス
イッチSW3 と流れる電流I2 とに切り換えてモータM
を正転/逆転させることができるようになっている。

【0029】制御素子Q1 は制御回路2により制御され
るものであって、この制御回路2は制御素子Q1 のベー
ス回路に挿入してあるドライバトランジスタQ2 をオ
ン、オフする。制御素子Q1 はドライバトランジスタQ
2 がオンすると、抵抗R1 ,R 2 のバイアス回路により
ベースが順バイアスされてオン動作し、このオン動作に
より上記正逆転切換回路1を通じてモータMを電池電源
Bに接続しモータMを動作させる。

【0030】制御回路2はトランジスタQ3 を介して電
池電源VBより電源供給を受けるものであり、トランジ
スタQ3 はベースを抵抗R3 ,R4 を夫々通じて上記正
逆切換回路1のスイッチSW1 ,SW2 の接続点と、ス
イッチSW3 ,SW4 の接続点とに夫々接続し、スイッ
チSW3 又はSW4 がオンしたときにベース電流がスイ
ッチSW3 又はSW4 を通じて流れてオンし、スイッチ
SW3 、SW4 の何れもオフの時にベース電流が遮断さ
れオフするようになっている。

【0031】つまり正逆転切換回路1のスイッチS
3 ,SW4 の接点信号に応じてトランジスタQ3 がオ
ン/オフして制御回路2への通電を制御するようになっ
ており、結果として制御素子Q1 の通電が正逆転切換回
路1のスイッチSW3 ,SW4 の接点信号に応じて入/
切されるのである。而して今正逆転切換回路1のスイッ
チSW1 ,SW4 又はSW2 ,SW3 をオンさせると、
トランジスタQ3 がオンして制御回路2には電池電源V
Bから電源が供給される。制御回路2は電源供給に応じ
て出力を発生し、ドライバトランジスタQ2 をオンす
る。このドライバトランジスタQ2 のオンにより制御素
子Q1はベース電流が流れて駆動される。そのため該制
御素子Q1 を通じて正逆転切換回路1に電池電源VB
接続されたモータMは回転することになる。

【0032】正逆転切換回路1のオン中のスイッチSW
1 ,SW4 又はSW2 ,SW3 がオフされると、トラン
ジスタQ3 がオフして制御回路2の電源供給が停止し、
結果制御素子Q1 の駆動が停止し、モータMは回転を停
止する。ここで正逆転切換回路1のスイッチSW1 〜S
4 は機械的スイッチで構成されているため、その電圧
降下は殆ど無視でき、電池電源VBとモータM間の電圧
降下は制御素子Q1 のエミッタ・コレクタ間の電圧降下
ce分だけとなる。つまりブリッジ回路のスイッチを例
えばトランジスタで構成している場合には制御素子Q1
のエミッタ・コレクタ間の電圧降下Vceに二つのトラン
ジスタのエミッタ・コレクタ間の電圧降下Vce分が加わ
るが、本基本例の場合にはこの分が加わらないため、電
池電源VBの電圧を低くすることができる。また制御回
路2もブリッジ回路のスイッチを構成するトランジスタ
を駆動する必要がないため回路構成を簡素化することが
できる。

【0033】以上のように本基本例では正逆転切換を機
械的スイッチにより達成し、且つモータMの回転速度の
制御等を電子的に行うため、低い電圧の電池電源が使用
でき、しかもモータ消費電流を低減して効率化が図れ、
コストダウンやダウンサイジングすることが可能とな
る。 (基本例2) 図2は本基本例の回路を示しており、本基本例は、モー
タMの回転方向をモータMの回転制御にフィードバック
するようにしたものであり、制御回路2は正転信号入力
端FFと、逆転信号入力端REWとを有し、正転信号入
力端FFを抵抗R6 を介してモータMのb端子に、また
逆転信号入力端REWを抵抗R7 を介してモータMのa
端子に接続してあり、スイッチSW1 ,SW4 がオンし
てモータMに正転方向に回転させる電流が流れていると
きにはa端子の電圧が”H”となって正転信号が与えら
れ、またスイッチSW2 ,SW3 がオンしてモータMに
逆転方向に回転させる電流が流れているときにはb端子
の電圧が”H”となって逆転信号が与えれるようになっ
ている。

【0034】而して制御回路2は正転信号が入力してい
る時と、逆転信号が入力している時とで制御素子Q1
制御条件を変えてモータMの速度制御を行うのである。
以上の基本例1,2に基づいて以下に本発明の実施例を
説明する。 (実施例) 本実施例は基本例2の回路に加えて、図3に示すように
モータMに流れるモータ電流を抵抗R5 で電圧に変換
し、この電圧値を増幅器3で増幅したのち、制御回路2
のA/D変換端子に入力する回路を設け、且つ制御回路
2には正転信号、逆転信号に夫々対応するトルクとモー
タ電流の関係特性を示す負荷カーブFF,REW(図4
に示す)をプリセットする機能と、上記A/D変換端子
に入力する電圧をデジタル値に変換してモータ電流値を
検出する電流検出機能と、入力する信号によって選択し
た上記負荷カーブと、検出電流値とを比較して所定トル
クT1に対応する電流値が検出された場合にドライバト
ランジスタQ2 をオフする比較機能とを設けてある。

【0035】而して本実施例ではモータMの回転方向に
応じて制御回路2では負荷カーブFF又はREWを選択
し、その関係特性と検出電流値とを比較して、一定トル
クT1に対応する電流値I0 が検出されると、つまり歯
磨き圧が一定値に達するとドライバトランジスタQ2
オフさせて制御素子Q1 の駆動を停止し、モータMの回
転を停止させる。

【0036】(実施例) 本実施例は制御素子Q1 をPWM制御してモータMの回
転速度制御を行うものであり、図5に示すように制御素
子Q1 はPWM制御回路4のPWM信号により、オンオ
フ駆動されるようになっている。PWM制御回路4は安
定化回路40と、三角波発生回路41と、コンパレータ
42と、出力用トランジスタQ4 とで構成され、安定化
回路40は電池電源VBにトランジスタQ3 を介して電
源供給を受けて一定電圧を発生させるようになってい
る。この一定電圧はモータの回転速度を調整する可変抵
抗器VRにより分圧され、コンパレータ42の基準電圧
Vref となる。コンパレータ42は三角波発生回路41
から出力される図6(a)に示す三角波と基準電圧Vre
f とを比較し、図6(b)に示すように基準電圧Vref
を三角波のレベルを越えない期間に”H”の出力を、越
える期間に”L”の出力を発生させ、この出力で出力用
トランジスタQ4 をオンオフする。このコンパレータ4
2の動作は制御回路2のDT端子の出力DTが”L”の
ときに行われ、”H”のときには停止するようになって
いる。

【0037】制御回路2は基本例2と同様に正逆点切換
回路1と電池電源VBとの間に挿入してある抵抗R5
両端電圧を増幅する増幅器3の出力をA/D端子から取
り込んでA/D変換することによりモータ電流値を検出
する機能と、”H”レベルに通常吊り上げているFF端
子、REW端子が正逆転切換回路1のスイッチSW3
はSW4 のオン操作によって”L”レベルとなることに
より、電源オン操作の検出と同時に回転方向の検出を行
い、電源オン操作検出時に上記トランジスタQ3 をオン
駆動するためにST端子を”L”する機能と、上述した
負荷カーブFF又はREWを選択し、選択された負荷カ
ーブFF又はREWと検出モータ電流値とを比較して一
定トルクT1に対応するモータ電流I0 が検知されると
出力DTを”L”から”H”に切り換える機能とを備え
ている。

【0038】而して電池電源VBが接続されている状態
で、且つ正逆転切換回路1のスイッチSW1 ,SW4
びSW2 ,SW3 がオンされていない状態では制御回路
2のFF端子、REW端子が共に”H”であるため、制
御回路2はST端子を”H”とし、DT端子の出力DT
を”L”としている。つまりトランジスタQ3 がオフで
あるためPWM制御回路4に電源が供給されず、制御素
子Q1 は駆動されない状態にある。

【0039】次に正逆転切換回路1のスイッチSW1
SW4 又はSW2 ,SW3 がオンされると、FF端子又
はREW端子がスイッチSW4 又はSW3 を通じてグラ
ンドに接続され、そのため”L”となる。制御回路2は
FF端子又はREW端子のいずれかが”L”となると電
源オン操作が為されたと判断してST端子を”L”と
し、また”L”となった端子によりモータMの回転方向
を検出してその回転方向に応じたトルクとモータ電流の
関係特性FF又はREWを選択設定する。

【0040】制御回路2のST端子が”L”となると、
トランジスタQ3 にベース電流が流れてトランジスタQ
3 はオンする。このオンにより増幅器3及びPWM制御
回路4の安定化回路40にはトランジスタQ3 を通じて
電池電源VBが接続されて、増幅器3及びPWM制御回
路4が動作を開始する。ここで電源オン時は歯磨きを開
始する前であるため、モータMには大きな負荷がかかっ
ておらず、そのため検出モータ電流値は選択設定されて
いる関係特性の所定トルクT1に対応する電流I0 より
小さいため、制御回路2は出力DTを”L”に保持す
る。そのためPWM制御回路4のコンパレータ42は基
準電圧Vref と三角波発生回路41からの三角波のレベ
ルとを比較し、図6(b)に示すPWM信号を発生する
ことになる。このPWM信号によりトランジスタQ4
オンオフし、制御素子Q1 を駆動する。この制御素子Q
1 の駆動によりPWM制御されたパルス電圧が正逆転切
換回路1のスイッチSW1 ,SW4 又SW2 ,SW3
通じてモータMに印加されてモータMの回転速度が制御
される。

【0041】歯磨き圧が大きくなって所定トルクに対応
するモータ電流が検出されると制御回路2は出力DTを
図6(a)に示すように”L”から”H”に反転させ、
PWM制御回路4のコンパレータ42の出力を止める。
ここでトルク制御がかかったときに出力DTをPWM制
御回路2のキャリア周波数よりも遅い周波数で発振させ
てモータMの回転を徐々に遅くしながら停止に至るよう
にすれば歯ブラシの使用者に違和感がない滑らかな停止
感を与えることができることになる。 この様な制御は
上記の方法以外にPWM制御回路4の電源供給を制御す
る制御回路2のST端子の出力の制御や、回転速度設定
部である基準電圧Vref を変化させることでも行え、更
に上記出力DTの発生周波数の周期の他にディティを変
化させることも可能である。

【0042】(実施例) 本実施例は、図7に示すように制御回路2の出力DTを
発振させるとき、その周期やデュティを段階的に切り換
えてモータMの回転速度を段階的に遅くするようにして
滑らかな停止感を与えるようにするとともに、モータM
の停止後、負荷が無くなってモータMを再度回転させる
場合に段階的に回転速度を上げるように出力DTを発振
させるようにして、滑らかなスタート感をも得るように
したものである。

【0043】(実施例) 本実施例は、上記のように制御回路2の出力DTを発振
させるとき、図8(a)(b)に示すようにその周期を
遅くしたりデュティの幅を換えて間歇的にすることによ
り、歯茎に対するマッサージ効果を持たせるようにした
ものである。尚周期やデュティを可変する際、1/f揺
らぎやファジイ制御等を採用して自動的にすることによ
りマッサージ効果をより高めることも可能である。

【0044】(実施例) 上記実施例では歯磨き圧等の増加により一定トルクT
1に対応するモータ電流I0 が検出されたときにモータ
Mの回転速度を徐々に下げて停止させるのであるが、本
実施例ではモータMの回転速度を低下させている途中で
一定トルクT1以下になったときに、図9に示すように
段階的にモータMの回転速度を上昇させて設定回転速度
までに戻すように制御回路2が検出モータ電流値に対応
させて出力DTを制御する。尚停止後の再起動時にモー
タMの回転速度を段階的に上昇させていく場合にも一定
トルクT1に対応するモータ電流値I0 を検出した時に
はその時点から段階的にモータMの回転速度を低下させ
るように出力DTを制御するにしても良い。

【0045】このようにすることによって、早くモータ
Mの回動速度を設定回転速度に戻すことができたり、あ
るいは停止させたりすることが可能となり、使用者を苛
立たせない効果が得られる。尚上記実施例至実施例
のように制御回路2においてモータMの電流値が予め
設定される電流値I0 に達したときにモータMの回転を
停止させる方向に制御を行うものでは、正逆転切換回路
1のスイッチSW1 ,SW4 又はSW2 ,SW3 の投入
時にモータMに流れる起動電流値が上記電流値I0 を越
えてしまって、モータMを停止させる方向の制御が行わ
れる恐れがあるため、増幅器3出力をA/D変換して
モータ電流値をサンプリングする動作を起動時に禁止す
る期間を設定するように制御回路2の動作プログラムを
設定しても良い。また禁止期間の設定でなく、起動電流
の大きさで規制するようにしても良い。

【0046】(実施例) 電動歯ブラシでは使用歯ブラシを変えることができるた
め、歯ブラシの形状や機構が変化し、無負荷時のトルク
が変わることがある。この無負荷時のトルクをモータM
を停止させるための閾値となる一定トルクT1(モータ
電流値I0 )を設定する際に加味するようにしたものが
本実施例であり、その具体回路は図10に示すように実
施例の回路と基本的には同じもので、上記機能を制御
回路2に持たせている。

【0047】ところで電動歯ブラシを使用する場合、大
多数の人はスイッチSW1 ,SW4又はSW2 、SW3
の操作後、直ぐに歯磨を開始する。そのため上記のよう
に無負荷時のトルクに対応する無負荷時のモータ電流を
検出することができる期間はモータMの起動直後の僅か
の時間しかない。またモータMの起動時に制御回路2の
動作が安定していないと、上記のようにモータ電流のサ
ンプリングを禁止する期間を設けていても過渡現象が長
く続きバウンティング等が起きると本来の無負荷電流よ
り低い値を検知してしまい、制御に悪影響を与える可能
性がある。

【0048】そこで本実施例では、スイッチSW1 ,S
4 又はSW2 、SW3 の操作があるとまず制御回路2
は実施例と同様にST端子の出力を”H”から”L”
にしてPWM制御回路4及び増幅器3に電源を供給し、
その後出力DTを”H”から”L”に切り換えて、PW
M制御回路4のコンパレータ42からPWM信号を発生
させるようにしてある。つまり基準電圧Vref と三角波
発生回路41の動作が安定したから、制御素子Q1 を駆
動してモータMを動作させ、起動時の過度現象時間を最
低限に抑えている。尚PWM制御回路4の動作が安定し
たかどうかの判定はPWM制御回路4の電源電圧や、基
準電圧Vref の情報を制御回路2の別のA/D端子を介
してフィードバックしても良く、また予め計測された時
間に基づいて上記出力DTの反転のタイミングを設定し
ても良い。

【0049】本実施例では以上のようにして無負荷時の
トルクを無負荷時のモータ電流を検出することにより、
トルク制御の際の閾値となる一定トルクT1の設定に加
味しているため、歯ブラシが変わっても適正なモータM
の回転速度の制御が行えるのである。 (実施例) 上記各実施例では歯磨き圧が一定値以上に達したときに
モータMの回転を停止させ、停止後モータMを再起動さ
せ、その時の歯磨き圧が一定値より小さい場合には設定
速度でのモータMの回転を保持すれば良いが、再起動時
に急に回転させると口の中で負荷をかけているので、使
用者がびっくりするという事態を招くことがある。その
ため本実施例では図11に示すように回転速度設定の基
準電圧Vref を接続しているPWM制御回路4のFB端
子を制御回路2のSL端子に抵抗R8 を介して接続し、
制御回路2はモータMを再起動させる際にSL端子を”
L”にしてPWM制御回路4に与える基準電圧Vref を
低くし、つまりモータMの回転速度を下げるように基準
電圧Vref を低下させ、急な回転速度の上昇により使用
者を驚かすという事態を避けるようにしてある。またこ
のようにすることにより電動歯ブラシの制御の欠点であ
るモータMの停止、起動の繰り返しによる不快感を取り
除くことができる。

【0050】(実施例) 従来小型モータの回転速度を一定に制御する場合電子ガ
バナ方式が良く採用されているが、この方式は回路を簡
素化する点で非常に有効で、電動歯ブラシのように細い
形状のものに搭載するのには好都合であるが、制御素子
をシリーズで動作させるため、発熱が大きいという問題
がある。そのためモータ電流が大きい電動歯ブラシには
このような電子ガバナ方式が採用できなかった。

【0051】本実施例では実施例2乃至7に用いたPW
M制御方式とこの電子ガバナ方式とを併用し、モータM
の回転速度を一定に制御するとともに、しかも小型化と
低損失化を図ったものである。図12は本実施例の回路
を示しており、本実施例ではモータMに発生する逆起電
圧を取り出し、この逆起電圧が一定になるようにモータ
電流を制御することによりモータMの回転速度を一定に
保持するようになっている。

【0052】つまりモータMの回転時には、モータ電流
をIMとすると、モータMの両端にはEM=Ra・IM
+EGという電圧が発生する。この電圧EMに含まれる
電圧EGが上記の逆起電圧であり、この逆起電圧EGを
抵抗R5 ,モータMの内部抵抗Ra及び抵抗R10,R11
の抵抗ブリッジ回路により抽出してPWM制御回路4に
設けた誤差増幅器43に取り込むようになっている。こ
こで抵抗R5 、R10と、内部抵抗Raと抵抗R11の抵抗
比率を同じに設定し、PWM制御回路4の誤差増幅器4
3に入力される電圧を通常は平衡に保ち、逆起電圧EG
成分を誤差増幅器43に出力するようにしている。モー
タMの回転速度は基準電圧Vref を可変抵抗器VRの調
整により変化させて逆起電圧EGに加減にすることによ
り調節することができるようになっている。

【0053】PWM制御回路4では誤差増幅器43の出
力と三角波発生回路41の三角波のレベルとを比較して
PWM信号を作成し、上記実施例2乃至7と同様に制御
素子Q1 を駆動するようになっている。このとき誤差増
幅器43の入力電圧はパルスとなり原理的には逆起電圧
EGを取り出すことができるが、実施例では抵抗R12
抵抗R13、コンデンサC2 により構成されるフィルタで
±の入力電圧の位相合わせを行っている。通常のPWM
制御の場合には制御素子の後ろにLCフィルタを使用す
るが、本実施例では小型化と、コストダウンのためと、
電動歯ブラシのノイズの影響が小さいという理由で、上
記のようなフィルタを採用している

【0054】尚制御回路2によるモータMの回転停止制
御や、電源オン操作による電源供給動作、更に正逆回転
方向の検出による動作等は実施例2乃至7に準ずるため
説明は省略する。 (実施例) 上記各実施例では電池電源VBを用いているが、電動歯
ブラシのように毎日使用するものでは充電式のものが多
い。しかし充電電池の電池容量を使い切ってしまった場
合動作しないため、使用者がモータの電源スイッチを入
れたまま充電電池を充電しようとする場合がある。この
場合充電電流がモータに流れて充電電池の充電が行え
ず、充電が完了したと思って使用しようとすると充電電
池には全く充電されていないという場合が多かった。そ
こで機械的なスイッチやリードスイッチ等を用いられて
きたが、機械的スイッチの場合は歯ブラシの特異な構造
からみてみて防水への対応が難しく、又リードスイッチ
を用いた場合には落下に対する信頼性等に問題があっ
た。本実施例ではモータMの制御系の回路には基本例
と同様な回路を採用し、電池電源VBとして充電電池を
採用したものであるが、充電器5側と電動歯ブラシ本体
6に分離して、電動歯ブラシ本体6側には充電器5側に
設けた1次コイルL1 と非接触で電磁結合する2次コイ
ルL2 を備えており、充電器5に電動歯ブラシを近接配
置した場合に、商用電源で充電器5の1次コイルL1
発生する磁束が2次コイルL2 に鎖交して2次コイルL
2 に出力を発生させ、その2次出力を整流器REFで整
流して充電電池VBを充電するようになっている。また
上記2次出力をダイオードD0 で半波整流し、コンデン
サC0 で平滑した電圧を制御回路2への電源供給を行う
ためのトランジスタQ3 のベースに接続している。

【0055】而して本実施例では正逆転切換回路1のス
イッチSW1 ,SW4 又はSW2 ,SW3 がオンしてい
る状態で充電を行っても上記抵抗R9 と抵抗R4 又はR
3 とでコンデンサC1 の両端電圧を分圧した電圧をトラ
ンジスタQ3 のベースに印加してベース電圧を0.6V
以上に保持することにより逆バイアスをかけ、オフ状態
を維持するようになっている。

【0056】つまり抵抗R9 と抵抗R3 又はR4 との抵
抗比を上記のように逆バイアスがかかるように設定して
おり、充電電池2の充電中にはたとえスイッチSW1
SW 4 又はSW2 ,SW3 がオン操作されていてもトラ
ンジスタQ3 をオフ状態に保持して制御回路2への電源
供給を止めて制御素子Q1 を通じてモータMへ充電電流
が流れるのを抑止している。この際抵抗R9 と抵抗R4
又はR3 とを通じてモータMに流れる電流は充電電流と
比較すると殆ど影響のない値で設定できるため、スイッ
チSW1 ,SW4 又はSW2 ,SW3 の切り忘れがあっ
ても充電電池V Bを充電することができることになる。

【0057】尚制御回路2の動作は基本例1と同じであ
るから説明は省略する。

【0058】

【発明の効果】請求項1の発明は、モータの正逆転切換
と電源スイッチとを兼ねたスイッチが機械的により構成
され、しかも制御素子の通電制御に上記スイッチの接点
信号を用いるため、正逆転切換のドライバ回路が不要と
なり、しかもスイッチにおける電圧降下が殆ど無視でき
るため、低い電圧の電池電源を使用しても電圧降下を考
慮する必要が無く、そのためモータ電圧仕様を使用電源
電圧に対応させることが可能となってモータの消費電流
の低減が図れる上に回路ロスを低減でき、結果コストの
低減や小型化が可能となるという効果がある。また予め
プリセットされている負荷カーブを上記モータの回転方
向の正逆の方向に応じて設定し、上記負荷カーブとモー
タ電流とを比較して上記モータの回転速度を制御する制
御回路を設けたものであるから、モータの回転方向に対
応した負荷カーブに基づいて、モータの回転速度の制御
ができるという効果がある。

【0059】

【0060】請求項の発明は、御素子の駆動をPWM
信号で行うPWM制御回路を備え、上記制御回路はモー
タ電流から検出する負荷の大きさが一定値以上になると
PWM制御回路の電源又はPWM制御回路に与える基準
電圧を調整してPWM信号のデュティを変化させる回転
数設定部を制御し若しくはPWM制御回路から出力させ
るPWM信号の発生デュティ又は発生周波数を制御する
ものであるから、歯磨き圧等の増加による負荷増大時に
モータを停止させ際、歯ブラシの使用者に違和感を与え
ることのないように滑らかな停止が行えるという効果が
ある。

【0061】請求項の発明は、上記発生デュティ又は
発生周波数を段階的に制御する上記制御回路を設けたも
のであるから、歯ブラシの使用者に違和感を与えること
なくより一層滑らかにモータを停止させることができる
という効果がある。請求項の発明は、モータの停止
後、モータにかかる負荷が無くなったときに段階的にモ
ータの回転速度を上昇させて所定回転速度に戻すように
上記発生デュティ又は発生周波数を段階的に制御する上
記制御回路を設けたので、歯ブラシの使用者を驚かすこ
となく滑らかにモータの再起動が行えるという効果があ
る。

【0062】請求項の発明は、モータの停止と動作と
を間歇的に繰り返して行う制御回路を設けたので、歯磨
き時にマッサージ効果を持たせることができるという効
果がある。請求項の発明は、上記制御回路は、繰り返
し周期を可変自在とするものであるから、上記マッサー
ジ効果を使用者に合わせることができるという効果があ
る。

【0063】請求項の発明は、上記制御回路は、繰り
返し周期を自動的に可変するものであるから、マッサー
ジ効果を自動的に高めることが可能となるという効果が
ある。請求項の発明は、上記発生デュティ又は発生周
波数を段階的に変化させる途中で、モータ電流をサンプ
リングしてその電流値によりモータにかかる負荷が設定
値以下となったことを検出した時に所定回転速度に戻す
ように制御する制御回路を設けたものであるから、停止
動作途中から早くモータの回転速度を一定回転速度に戻
したり、或いは復帰過程で負荷が大きくなった場合に早
くモータを停止させることができ、使用者を苛立せない
という効果がある。

【0064】請求項の発明は、モータ起動時からモー
タ電流の検出を禁止する一定期間を設定したものである
から、モータ起動時に大きなモータ電流が流れても、負
荷増大と見做すことがなく、起動時の誤ったモータ停止
を防止することができるという効果がある。請求項10
の発明は、上記制御回路は、スイッチオン時に、PWM
制御回路の動作が安定するまで制御素子の駆動を遅延さ
せるようにPWM制御回路を制御する機能を備えたもの
であるから、電源投入時の動作不安定時における誤制御
を無くすことができるという効果がある。

【0065】請求項11の発明は、モータの再起動時か
らモータ電流の検出を禁止する一定期間を設定するとと
もに、該一定期間後に低速でモータを回転するように制
御して負荷の有無を検出するものであるから、歯ブラシ
使用者を驚かすことなく再起動時が行えるという効果が
ある。請求項12の発明は、モータ回転速度を制御する
制御素子の駆動をPWM信号で行うPWM制御回路を備
えるとともにモータの逆起電圧を抵抗ブリッジで検出す
る手段を備え、PWM制御回路にはモータの逆起電圧を
取り込む誤差増幅器と、この誤差増幅器の出力と三角波
発生回路から発生させる三角波とを比較して検出逆起電
圧が一定となるようにデュティが制御されたPWM信号
を出力する手段を備えたものであるから、電子ガバナ方
式の特徴とPWM制御方式の特徴とが生かせて、回路構
成の小型化と回路ロスの低減化が図れるという効果があ
る。へパルス電圧を印加するとともに、PWM制御回路
の誤差増幅器にフィルタを介して上記逆起電圧を入力さ
せるという効果がある。

【0066】請求項13の発明は、制御素子を通じてモ
ータへパルス電圧を印加するとともに、PWM制御回路
の誤差増幅器にフィルタを介して逆起電圧を入力させる
ので、逆起電圧の位相合わせを行うフィルタの小型化、
コストダウンが図れるという効果がある。請求項14
発明は、電池電源として充電電池を用い、この充電電池
の充電中を検出する信号があるときには制御素子をオフ
状態に保持するものであるから、充電式の電動歯ブラシ
においてスイッチの切り忘れによる充電ミスの防止が図
れるという効果がある。

【0067】請求項15の発明は、充電器と電動歯ブラ
シ本体とを分離し、充電器側に設けた1次コイルに非接
触で電磁気的に結合する2次コイルを電動歯ブラシ本体
に設け、この2次コイルに誘起される電圧で充電中を検
出するものであるから、防水構造の電動歯ブラシ本体の
実現が容易となる上に、充電器と電動歯ブラシ本体との
近接配置のみで充電が行え、更に充電時に発生する電気
信号を制御素子のオフ状態を保持するための信号として
用いるから、充電開始と同時に自動的にモータへの通電
を停止させることができるという効果がある。

【0068】請求項16の発明は、上記2次コイルは上
記充電電池を充電する充電用コイルを兼ねたものである
から、充電の電力と制御素子をオフ状態にするための信
号取り出しとを同じコイルで兼用できるから、コストの
低減と小型化とが図れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の基本例1の回路図である。

【図2】本発明の基本例2の回路図である。

【図3】本発明の実施例の回路図である。

【図4】同上で使用するトルク−モータ電流関係特性図
である。

【図5】本発明の実施例の回路図である。

【図6】同上の動作説明用タイミングチャートである。

【図7】本発明の実施例の動作説明図である。

【図8】本発明の実施例の動作説明用タイミングチャ
ートである。

【図9】本発明の実施例の動作説明図である。

【図10】本発明の実施例の回路図である。

【図11】本発明の実施例の回路図である。

【図12】本発明の実施例の回路図である。

【図13】本発明の実施例の回路図である。

【符号の説明】

1 正逆転切換回路 2 制御回路 SW1 〜SW4 スイッチ Q1 制御素子 Q2 ドライバトランジスタ Q3 トランジスタ VB 電池電源 M モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A46B 13/00 - 13/02 H02P 7/06 H02P 7/29

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電池電源、モータ、減速器、運動変換機構
    を備えた電動歯ブラシにおいて、4つの機械式のスイッ
    チで構成されるブリッジ回路の出力端間にモータを接続
    し、ブリッジ回路の対向辺に位置するスイッチ同士をオ
    ン/オフすることによりモータへの通電方向を切り換え
    てモータの回転方向を切り換えるとともに、電池電源モ
    ータの回転速度を制御する制御素子の通電を上記ブリッ
    ジ回路のスイッチの接点信号により入/切するものであ
    って、予めプリセットされている負荷カーブを上記モー
    タの回転方向の正逆の方向に応じて設定し、上記負荷カ
    ーブとモータ電流とを比較して上記モータの回転速度を
    制御する制御回路を設けたことを特徴とする電動歯ブラ
    シ。
  2. 【請求項2】上記制御素子の駆動をPWM信号で行うP
    WM制御回路を備え、上記制御回路はモータ電流から検
    出する負荷の大きさが一定値以上になるとPWM制御回
    路の電源又はPWM制御回路に与える基準電圧を調整し
    てPWM信号のデュティを変化させる回転数設定部を制
    御し若しくはPWM制御回路から出力させるPWM信号
    の発生デュティ又は発生周波数を制御することを特徴と
    する請求項1記載の電動歯ブラシ。
  3. 【請求項3】上記発生デュティ又は発生周波数を段階的
    に制御する上記制御回路を設けたことを特徴とする請求
    項2記載の電動歯ブラシ。
  4. 【請求項4】上記モータの停止後、モータにかかる負荷
    が無くなったときに段階的にモータの回転速度を上昇さ
    せて所定回転速度に戻すように上記発生デュティ又は発
    生周波数を段階的に制御する上記制御回路を設けたこと
    を特徴とする請求項記載の電動歯ブラシ。
  5. 【請求項5】上記モータの停止と動作とを間歇的に繰り
    返して行う制御回路を設けたことを特徴とする請求項
    記載の電動歯ブラシ。
  6. 【請求項6】上記制御回路は、繰り返し周期を可変自在
    とすることを特徴とする請求項記載の電動歯ブラシ。
  7. 【請求項7】上記制御回路は、繰り返し周期を自動的に
    可変することを特徴とする請求項記載の電動歯ブラ
    シ。
  8. 【請求項8】上記発生デュティ又は発生周波数を段階的
    に変化させる途中で、モ ータ電流をサンプリングしてそ
    の電流値によりモータにかかる負荷が設定値以下となっ
    たことを検出した時にモータの回転速度を所定回転速度
    に戻すように制御する上記制御回路を設けたことを特徴
    とする請求項記載の電動歯ブラシ。
  9. 【請求項9】モータ起動時からモータ電流の検出を禁止
    する一定期間を設定したことを特徴とする請求項記載
    の電動歯ブラシ。
  10. 【請求項10】上記制御回路は、スイッチオン時に、上
    記PWM制御回路の動作が安定するまで上記制御素子の
    駆動を遅延させるように上記PWM制御回路を制御する
    機能を備えたことを特徴とする請求項記載の電動歯ブ
    ラシ。
  11. 【請求項11】上記モータの再起動時からモータ電流の
    検出を禁止する一定期間を設定するとともに、該一定期
    間後に低速でモータを回転するように制御して負荷の有
    無を検出することを特徴とする請求項10記載の電動歯
    ブラシ。
  12. 【請求項12】上記制御素子の駆動をPWM信号で行う
    PWM制御回路を備えるとともにモータの逆起電圧を抵
    抗ブリッジで検出する手段を備え、上記PWM制御回路
    にはモータの逆起電圧を取り込む誤差増幅器と、この誤
    差増幅器の出力と三角波発生回路から発生させる三角波
    とを比較して上記逆起電圧が一定となるようにデュティ
    が制御されたPWM信号を出力する手段を備えたことを
    特徴とする請求項1記載の電動歯ブラシ。
  13. 【請求項13】上記駆動させる制御素子を通じてモータ
    へパルス電圧を印加するとともに、上記PWM制御回路
    の誤差増幅器にフィルタを介して上記逆起電圧を入力さ
    せることを特徴とする請求項12記載の電動歯ブラシ。
  14. 【請求項14】上記電池電源として充電電池を用い、こ
    の充電電池の充電中を検出する信号があるときには上記
    制御素子をオフ状態に保持することを特徴とする請求項
    1の電動歯ブラシ。
  15. 【請求項15】充電器と電動歯ブラシ本体とを分離し、
    充電器側に設けた1次コイルに非接触で電磁気的に結合
    する2次コイルを電動歯ブラシ本体に設け、この2次コ
    イルに誘起される電圧で充電中を検出することを特徴と
    する請求項14記載の電動歯ブラシ。
  16. 【請求項16】上記2次コイルは上記充電電池を充電す
    る充電用コイルを兼ねたものであることを特徴とする請
    求項15記載の電動歯ブラシ
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