用于调节电动机的驱动电流频率的方法和装置制作方法

乌韦·容尼克尔, 托尔斯滕·克莱姆, 英戈·维特尔

2012年5月23日

2010年7月30日

2009年8月12日

博朗有限公司

A61C17/22GK102474216SQ201080034328

驱动电流 电动机 频率 调节 用于

1.一种方法，所述方法用于调节具有能够摆动的机构的小电器中的电动机的驱动电流的频率(f)，所述能够摆动的机构由所述电动机来驱动，其中在与所述驱动电流的周期相关的指定的测量时间U3w)时检测由所述电动机产生的电变量，其中在所述指定的测量时间 (t )时确定所述检测的电变量是否基本上具有零交叉，并且其中改变所述驱动电流的频率(f)直至所述检测的电变量在所述测量时间U3w)时基本上具有零交叉2.如权利要求1所述的方法，其中，与所述驱动电流的最大值或最小值相关的所述测量时间U3w)在所述电动机的驱动电流的周期的一半的中间3.如权利要求1所述的方法，其中，所述电变量为所述电动机的一个线圈处的反电动势4.如权利要求3所述的方法，其中，在所述驱动电流的频率(f)的每次改变之后，确定与所述改变的驱动电流的周期相关的测量时间U3w)5.如权利要求4所述的方法，其中，所述驱动电流的频率被递增性地改变6.如权利要求4所述的方法，其中，所述驱动电流的频率被存储并且被提供给所述小电器的控制电子器件，所述驱动电流的频率在所述测量时间U3w)时的反电动势中基本上具有零交叉7.如权利要求1所述的方法，其中，所述小电器为用于个人用途的设备，例如电动剃刮装置或电动牙刷8.—种小电器，所述小电器具有能够摆动的机构、驱动所述能够摆动的机构的电动机和用于调节所述电动机的驱动电流的频率(f)的装置，其中所述电动机能够用预定频率 (f)的驱动电流来操作，其中，所述装置被设计成-在与所述驱动电流的周期相关的指定时间U3w)时检测由所述电动机产生的电变量，-在所述指定的测量时间U3tt)时确定所述检测的电变量是否基本上具有零交叉，以及-改变所述驱动电流的频率(f)直至所述检测的电变量在所述测量时间U3w)时基本上具有零交叉9.如权利要求8所述的小电器，其中，所述测量时间U3tt)在所述驱动电流的周期的一半的中间10.如权利要求8所述的小电器，其中，所述电变量为所述电动机的一个线圈处的反电动势11.如权利要求10所述的小电器，其中，所述电动机的驱动电流的频率连续被调节直至基本上所述反电动势的零交叉存在于所述测量时间U3w)时，其中在所述驱动电流的频率(f)的每次改变之后，确定所述测量时间U3w)与所述改变的驱动电流的周期相关12.如权利要求8所述的小电器，所述小电器被设计成用于个人用途的设备13.如权利要求12所述的小电器，其中，所述小电器被设计成用作电动牙刷或电动剃刮装置

本发明涉及用于调节摆动电动机的驱动电流的频率的方法和装置，所述摆动电动机优选地用于小电器，例如具有能够摆动的机构的电动牙刷或电动剃刮装置，所述能够摆动的机构可用摆动电动机来驱动

本发明的方法更详细地描述了利用具有通常已知的手持式部件的电动牙刷，所述手持式部件具有电动机，所述电动机例如提供传动轴，置换刷子置于所述传动轴上电动机可导致置换刷子进行摆动运动置于传动轴处的置换刷子导致某一质量并在操纵期间导致能够摆动的机构的某一惯性矩，因此导致某一共振频率，所述能够摆动的机构基本上包括电动机的转子、传动轴和置换刷子此外，电动牙刷具有用于调节电动机的驱动电流频率的装置以便改变电流频率， 使得其接近共振频率这导致用于电动机的高水平的频率以下说明了下述步骤，根据所述步骤来改变驱动电流的频率并通过调节装置来执行所述步骤为此并参考图1至4，解释摆动系统的运动与小电器的控制电子器件和/或电动机的电变量之间的关系图1示出了摆动系统随时间的摆动运动s(t)，例如电动机的转子、传动轴和电动牙刷的置换刷子的随时间的摆动运动图2示出了电动机随时间的速度v(t)和在电动机的一个线圈处随时间的反电动势u(t)所述反电动势U (t)与电动机的马达常数一起与电动机的速度V (t)成比例图3和4示出了驱动电动机的控制电子器件在一个线圈处的驱动电压u(t)和驱动电流i(t)在无驱动电流的相中，即当i(t) =0时，有可能在该线圈处直接测量图2所示的电动机的反电动势然而，关于图2所示的反电动势的振幅的定量说明仅仅在如果测量和/或评价总是在与t2相关的指定时间时发生时成为可能利用所述方法，有可能将驱动电流调节至摆动系统的共振频率而无需定量测量过程为此，改变驱动电流的频率f直至驱动电流处于与摆动系统共振的状态该过程中的共振条件由驱动电流与摆动系统之间的相移变成90°而被识别该情况下的效率水平为最大值共振条件通过确定反电动势在与驱动电流的周期相关的预定测量时间I3 时是否基本上具有零交叉来指定优选地，测量时间、ΙΛ为驱动电流的周期的一半的中间，即从驱动电流的最大值开始在驱动电流的士90°的相移处测量如果反电动势在测量时间t}J 时不具有零交叉，则驱动电流的频率f优选地以预定值改变在改变驱动电流的频率f之后，再次确定与驱动电流的新周期相关的测量时间 t8 ，并进行检查以确定反电动势随后是否具有零交叉重复该过程直至反电动势在测量时间t}J 时具有零交叉当反电动势具有相对于驱动电流的最大值具有士90°的相移的零交叉时，驱动电流与摆动系统处于共振状态驱动电流与摆动系统之间的相移随后也为90°图5示出了反电动势频率的连续改变，其源于驱动电流的频率的改变在所述方法中尤其有利的是反电动势的零交叉可非常容易地被电检测图6示出了驱动电流与摆动系统之间的相关系未满足的系统的一个实例，其意味着驱动电流不处于与摆动系统共振的状态图6示出了反电动势20的零交叉不位于驱动电流10的测量时间t}J 时在该情况下，测量时间点t 相对于驱动电流的最大值为90° 相移图7示出了满足驱动电流10与摆动系统之间的相关系的一个实例该情况中的驱动电流与摆动系统处于共振状态反电动势20的零交叉位于驱动电流10的测量时间t 8 时反电动势20和驱动电流10相对于摆动系统为90°相移并与所述系统处于共振状态该情况中的实际测量时间点代表测量角度，其为驱动电流的频率持续时段的百分比所描述的方法在相移(即测量角度)不精确地为90°时也起作用；然而，在启动电动机时要考虑与90°的测量角度的偏差所述方法的优点在于摆动系统的共振频率中极高的精确度可用最少的对启动设备部件的技术努力实现，这是由于启动设备仅仅必须提供不受控的频率，并且为了评价相关系，仅仅需要确定在测量时间时是否存在反电动势的零交叉驱动电流的频率f可递增或递减直至在驱动电流与摆动系统之间存在与驱动电流的最大或最小值相关的90°的相移在本发明的一个实施方案中，递增可在开始时较大并随时间降低这使得驱动电流的频率f能够极迅速地逼近摆动系统的共振频率根据所述方法确定的驱动电流的频率可存储在例如启动设备中并用作下一调节过程的起始频率有利的是，不再需要用于例如测定电流最小值的定量测量过程的复杂设备另外一个优点在于启动设备的初始振荡器容限可几乎完全消除，这是由于最终存储的频率基于该容限存储用于整个系统的成本保持较低，这是由于不需要例如比较器或电压基准的组件 电子器件印刷电路板可更紧凑地被生产图8示出了电动牙刷的概念电路图电动牙刷基本上包括电动机1、电源2、调节用于电动机1的驱动电流频率的装置3、以及可被电动机驱动的牙刷4牙刷4为电动牙刷的能够摆动的机构的组件电动机1由电源2供给能量，其中电源的电流频率f可调整和/或可控制装置3被设计成使得所述装置可指定与驱动电流的周期相关的测量时间点，用于检测由电动机1产生的反电动势，从而其可确定在指定的测量时间t}J 时的反电动势是否基本上具有零交叉，并且其可改变驱动电流的频率f直至反电动势的零交叉基本上存在于测量时间时因此，装置3确定在预定的时间时，电动机1的反电动势的零交叉是否取决于电源2的电流频率f而存在并改变如果在牙齿清洁中向着牙齿按压牙刷的压力改变，则能够摆动的系统的机械共振频率也将由于更重地压在一起的牙刷的惯性矩不同于较轻地压在一起的牙刷的惯性矩而改变利用所描述的方法，牙刷也在此类状况下通过相应再调节驱动电流的频率总是共振操作所描述的方法并不局限在用于电动牙刷反之，其也可用于具有摆动直接驱动器的其他电器，例如电动剃刮装置或家用电器同样地，所描述的小电器可不仅为电动牙刷， 也可为电动剃刮装置或家用电器除非明确地不包括在内或换句话讲限制，本文所引用的每篇文献，包括任何交叉引用的或相关的专利或专利申请，均特此以引用方式全文并入本文任何文献的引用不是对其作为本文所公开或受权利要求书保护的任何发明的现有技术的认可，或者对其自身， 或者与任何其它的参考文献的任意组合，或者参考、提出、建议或公开任何此类发明的认可此外，当本文件中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文件中相同术语的任何含义或定义矛盾时，应当服从在本发明中赋予该术语的含义或定义尽管已用具体实施方案来说明和描述了本发明，但对于本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和保护范围的情况下可作出许多其他的变化和修改因此， 有意识地在附加的权利要求书中包括属于本发明范围内的所有这些改变和变型