机械驱动的谐振驱动电动牙刷制作方法

T·G·科洛斯特

2012年10月24日

2010年10月15日

2009年11月16日

皇家飞利浦电子股份有限公司

A61C17/34GK102753116SQ201080051796

驱动 电动牙刷 谐振 制作 机械

1.一种电动牙刷,包括 手柄(12)； 工件组件(18)，具有其末端处的刷头(20);以及 驱动组件(14),用于驱动所述工件组件,包括具有旋转输出轴(42)的电动机组件(26)、用于所述电动机的安装组件(28)、扭簧部件(64)、偏心部件(52)、用于连接所述电动机的旋转输出轴和所述偏心部件的后端的耦接部件(44)、以及毂部件(62)，其中所述偏心部件的另一端延伸到所述毂部件并且安装在所述毂部件处，以及其中所述扭簧在电动机底座和所述毂部件之间延伸，其中在操作中，在特定频率下，旋转偏心部件激励弹簧部件中的期望的谐振模式，提供所述工件组件和所述刷头的前后清扫动作2.根据权利要求I所述的牙刷，其中所述电动机是DC电动机，以12000至16000rpm操作，扭矩为0. 5毫牛米至I. 5毫牛米3.根据权利要求I所述的牙刷，其中所述扭簧是V形弹簧，夹角介于50°和120°之间，长度在20至60mm的范围内并且弹簧刚性系数在0. 5牛米至2牛米的范围内4.根据权利要求I所述的牙刷，其中所述操作频率是200至280Hz，以及其中所述刷头的振幅在7°至20°的范围内5.根据权利要求I所述的牙刷，其中所述偏心部件是实心半圆柱6.根据权利要求I所述的牙刷，其中所述偏心部件宽松地安装在刷动部分(60)中，所述刷动部分￠0)又安装在所述毂部件中7.根据权利要求I所述的牙刷，包括弹性部件(38)，位于所述电动机底座和所述手柄之间，提供它们之间的柔性的、吸收能量的连接8.根据权利要求I所述的牙刷，其中所述偏心部件的轴和刷臂的纵轴之间的力臂在5至Ilmm的范围内9.一种电动牙刷，包括 手柄(12)； 工件组件(18)，具有其末端处的刷头(20);以及 驱动组件(14)，包括电动机组件(26)、用于驱动所述工件组件的扭簧部件￠4)、以及用于在期望的谐振模式中机械激励扭簧的组件(52，44)，提供所述刷头的前后清扫动作10.根据权利要求9所述的牙刷，其中所述电动机是具有旋转输出轴的DC电动机11.根据权利要求9所述的牙刷，其中所述电动机是DC电动机，以12000至16000rpm操作，扭矩为0. 5毫牛米至I. 5毫牛米12.根据权利要求9所述的牙刷，其中操作频率是200至280Hz，以及其中所述刷头的振幅在7°至20°的范围内13.根据权利要求9所述的牙刷，其中所述电动机安装在电动机底座(28)中，以及其中所述驱动组件进一步包括位于所述电动机底座和所述手柄之间的弹性部件(38)，提供它们之间的柔性的、吸收能量的连接14.根据权利要求10所述的牙刷，其中所述弹簧激励组件包括偏心部件(52)，其通过所述DC电动机的动作而旋转，以及其中偏心旋转轴和刷臂的纵轴之间的力矩运动臂以及来自旋转的偏心部件的力导致足以在期望的模式中激励所述扭簧的扭矩

本发明总体上涉及电动牙刷，更具体地，涉及使用在其期望的谐振模式处或附近激励的扭簧系统来产生清洁动作的驱动机构

图I在10处示出了电动牙刷电动牙刷10通常包括手柄12、由电池16供电的驱动机构组件14、以及在其末端处具有刷头20的刷臂组件18电动牙刷10通过通/断开关(未示出)致动微处理器22控制牙刷10的操作图2是驱动机构组件14的分解视图，而图3示出了驱动机构组件驱动机构14包括DC电动机26在所示出的实施例中，电动机26是相对高速的，即12000rpm至16800rpm，具有适度低的扭矩，扭矩的范围是0. 5毫牛米至I. 5毫牛米DC电动机的优点在于其低费用和相对小的尺寸，此两者在牙刷中是重要的然而，电动机的速度和扭矩可以变化电动机26被固定到通常在28处示出的电动机底座，更具体地借助于螺钉31连接到电动机底座的末端部/法兰30，螺钉31穿过法兰30延伸到电动机的前端中如下文更详细讨论的，电动机底座用作针对手柄12的底部(ground)，尽管其未刚性固定到手柄在所示出的实施例中，电动机底座28是塑料的，但是也可以由诸如金属的其他材料制成电动机底座28包括半圆柱形的壁32其可以包括沿其长度隔开的用于增加强度的肋部件在电动机底座组件28后面是两个相对的翼部件36-36O形环38在每个翼部件的外周周围延伸，接触手柄的内表面O形环提供电动机底座和手柄之间的柔性的、弹性的，即非刚性的连接，同时仍将电动机底座和电动机作为底部安装(grounding)到手柄该布置导致了从驱动机构的弹簧部分的动作吸收驱动机构的操作所不需要的一些能量DC电动机26包括输出轴42弹性耦接部件44固定到输出轴42并且从其延伸耦接部件44包括后部分或基部分46，其通常为圆柱形，直径约为5mm并且长6mm随后是较小直径(约I. 5mm)部分 48附接部分50从较小直径部分48的前端延伸，偏心部件52连接到附接部分50偏心部件包括从实心半圆柱中心部分58的相对末端延伸的杆状部分54和56偏心部件52的质心相对电动机输出轴42的旋转轴偏移偏心部件52可以采取各种形状，但是如下文讨论的，在其旋转时必须形成足以激励驱动机构的弹簧部分的力前杆状部分56延伸到刷毂部件62的刷动部分60中在所示出的实施例中，刷毂62由诸如锌的软金属制成，但是也可以是塑料的偏心部件通过宽松配合延伸到刷动部分60中对于适当的操作，不需要紧贴的配合宽松配合导致了偏心部件的较容易的旋转扭簧64也从电动机底座28延伸在所示出的实施例中，扭簧64是V形的，在所示出的实施例中成约90°，但是也可以在50°和120°之间可以使用诸如扭杆或卷簧的其他扭簧部件，尽管它们将典型地需要另外的承载支承用于抵抗用户负荷以及来自偏心部件的不需要的上/下力扭簧64从电动机底座延伸到刷毂62的下边缘扭簧64的后端通过支承组件连接到电动机底座28的前端，该支承组件包括弹簧底座配件63螺钉66将V形弹簧附接到弹簧底座配件63弹簧底座配件63由锌制成并且通过螺钉65附接到电动机底座然而，配件63可以是注塑成型的塑料电动机底座的一部分扭簧64的另一端通过相似的配件67和相关联的螺钉78被固定到刷毂62的下缘V形弹簧64的前端位于偏心部件52的前端下方这在图3和4最清楚地示出在所示出的实施例中，V形弹簧64的长度介于20至60mm之间，并且具有可以在0. 6牛米每弧度至2牛米每弧度之间的变化的弹簧刚性系数V形弹簧由弹簧钢制成，在所示出的实施例中厚度约为0. 3mm，但是该厚度也可以在0. 2至0. 8mm的范围内V形弹簧沿每个上缘具有切除部分70，在其前端和后端处具有两个小的耳状凸起72、73该切除部分大约6mm深该切除部分提供了从V形弹簧的形变部分到其末端处的刚性夹具的逐渐的刚度过渡这导致了弹簧中的较平缓的、较低的应力梯度刷头驱动轴82在刷毂62下端附近从刷毂62 (图4)的前表面80延伸刷臂组件18以可移除的方式配合到刷头驱动轴82上偏心部件52的旋转轴与刷臂组件和V形弹簧的轴之间的距离被称为驱动机构的力臂力臂越大，则偏心部件在旋转时产生的扭矩就越大通常，对于具有便利尺寸的牙刷，力臂应尽可能小，但是必须足够大以产生激励弹簧30所需的扭矩，以便产生有效的清洁动作4至Ilmm之间的力臂典型地足以提供所需的扭矩在操作中，通过DC电动机26的动作使偏心部件52以正确的频率旋转将在期望的谐振模式中激励V形弹簧64，这又产生对于刷臂组件和刷头的期望的运动在所示出的实施例中，得到的刷头运动的频率在200至280Hz之间V形弹簧将偏心部件52的运动约束为清扫往复(双向)运动这是因为V形弹簧在扭曲时是顺从的，即较软的，并且在弯曲时是较坚硬的，即其可顺从延其长度的扭转动作而抵抗弯曲运动根据弹簧的刚度，刷臂组件的往复(前后)运动的谐振频率可以变化通过以上设置，刷头20的振幅将总计是10°，在中间位置的每侧±5°，尽管总振幅可以高达20°可以通过弹簧部件的刚度、偏心部件的质量和偏心量(偏心质量的偏心距离)、物品的操作频率、V形弹簧旋转轴和旋转的偏心中心之间的距离以及系统的旋转部分的旋转惯性来控制振幅如上文讨论的，产生清扫运动的V形弹簧在其期望的谐振模式处由DC电动机和偏心部件机械激励该设置以相对低的成本为电动牙刷提供了可靠的、有效的运动尽管出于说明的目的公开了优选实施例，但是应理解，在不偏离如所附权利要求 限定的本发明的精神的情况下，可以在优选实施例中进行各种改变和修改以及替换