CN102665601B - 用于共振式电动牙刷的具有电机和偏心装置的机械驱动机构 - Google Patents

Abstract

牙刷包括驱动组件，该驱动组件包括由电池(15)驱动的直流电机(12)，该直流电机具有从所述直流电机的一端延伸的旋转驱动轴(16)，偏心构件(20)安装于所述旋转驱动轴上，该偏心构件(20)与所述驱动轴一起旋转。弹簧组件(24)包括在近端处的毂构件(26)，在远端处的安装构件(28)以及安装到它们并在它们之间延伸的V形弹簧构件(41)。所述直流电机被固定到所述毂构件的后表面，在牙刷的操作期间所述电机和所述毂构件可以一同自由移动。所述安装构件被固定在牙刷中的合适位置处。刷头轴(38)被安装到所述毂构件和所述安装构件并且在所述毂构件和所述安装构件之间延伸，并从所述安装构件向远处延伸。所述刷头轴构件是从所述电机驱动轴的旋转轴线侧向偏移的。包括一组刷毛(44)的刷头组件(42)被可拆卸地安装在所述刷头轴上。

Description

用于共振式电动牙刷的具有电机和偏心装置的机械驱动机构

技术领域

本发明总体上涉及共振驱动的电动牙刷，并且更具体地涉及用于这种电动牙刷的包括直流电机的驱动机构。

背景技术

一些电动牙刷使用正弦驱动的弹簧组件产生振荡刷头动作，其导致用户的牙齿的有效的清洁。然而，这种驱动机构需要响应于正弦信号而操作的定制定子，以形成驱动弹簧组件的振荡磁场。在这种***中也需要相对昂贵的电子电路。

使用直流电机驱动共振式电动牙刷是较不昂贵的选择方案。因为除了低成本之外，还有它的简单，所以直流电机驱动机构是有利的。典型的直流电机产生圆形运动；在直流电机驱动的电动牙刷的的可选发展线中，弹簧组件装置用来提供振荡动作而不是圆形动作。振荡动作，在所选定的频率和振幅范围内，用来产生有效的清洁是已知的。

在一个具体执行方式中，具有偏心装置的直流电机用来以扭转模式机械地激励弹簧***，产生所期望的共振式振荡动作。然而，这些特定***通过与弹簧构件一起振荡的挠性配合件被驱动。挠性配合件可能经历可靠性问题。此外，在这些***中，偏心装置被安装成在套筒中旋转，其导致偏心装置/套筒接触面处的磨损并且是不期望的噪声的来源。

因此，期望具有可靠的、简单的***，其使用直流电机用于以它的共振模式机械地激励弹簧组件，其具有最小的部件，同时避免主要与磁耦合相关的问题，诸如不足的启动扭矩和过调，其当刷子失速时发生，导致电机以比所期望的更高的rpm运行。

发明内容

因此，电动牙刷包括包含电池和直流电机的驱动组件，所述直流电机具有从其一端延伸的旋转驱动轴；安装在驱动轴上或通过另一元件连接到驱动轴上并与其一起旋转的偏心构件；包括弹簧构件的弹簧组件，所述弹簧构件的特征在于扭转刚度导致低于由弯曲刚度导致的旋转***的共振频率的旋转***的共振频率，其中电机被安装到弹簧组件的近端，其中弹簧组件的另一端被固定在合适位置处；安装到弹簧组件并从其向远处延伸的刷头轴；和附连到刷头轴的带有刷毛的刷头，其中在操作期间，偏心装置以所选定的频率的旋转激励弹簧构件的振荡动作，导致刷轴和刷头与其一起振荡。

附图说明

图1是结合这里所公开的驱动机构的整个牙刷的分解图。

图2是图1的牙刷的一部分的分解图。

图3是图1的牙刷的结构的侧立面视图。

图4是图3的牙刷的后立面视图。

具体实施方式

通常，这里所公开的发明是用于共振式电动牙刷的直流电机执行的驱动机构组件，其用与以围绕刷头组件的轴线的振荡动作来驱动刷头组件。所公开的驱动机构组件产生足以以所期望的共振模式激励弹簧组件的机械力，其接着产生牙刷的刷头组件部分的所期望的振荡动作。通常，振荡频率将在100-300Hz的范围内，同时振荡振幅在6°-14°的范围内。

现在参考附图，牙刷10包括由电池15提供电力的直流电机12。在所示的实施方式中，直流电机是高速的(10K-20Krpm或大约160-320转每秒)，和低扭矩的，在0.2mNm到1mNm的范围内，尽管这可以变化。

电机12包括延伸到电机的后面17外面的、在把手15的后端的方向上的旋转输出轴16。偏心装置20固定地固定到输出轴16，其在所示的实施方式中呈现盘的形式，尽管可以使用其它形式。偏心装置20由它的质量和它的偏心距限定，所述偏心距是从偏心装置的质心到电机输出轴16的旋转轴线的距离。偏心装置的质量在所示的实施方式中在0.5-5克的范围内，同时偏心距的范围是0.02-5毫米。

直流电机12被附连到大体上在24处示出的弹簧组件的自由端。弹簧组件24包括后弹簧毂构件26、前弹簧安装构件28以及连接在所述弹簧毂构件和弹簧安装构件之间因此形成“V”形弹簧构件41的两个片簧30和32。在牙刷的操作期间，弹簧毂构件26是可自由移动的，同时弹簧安装构件28被固定到底座的合适位置处，诸如牙刷的框架或把手。弹簧毂构件26和弹簧安装构件28是塑料的，但是也可以是模铸金属。弹簧毂构件具有对称的但是不规则的形状，如同在图3中最清楚地示出的那样，尽管精确形状不是重要的。弹簧毂构件将直流电机连接到V形弹簧41的近端。弹簧毂构件在它的最宽点处具有大约15mm的宽度，大约15mm的高度和8mm的厚度。如同上面所指出的那样，直流电机12被固定到弹簧毂构件的后表面36并且因此与其一起移动。振荡质量的质量运动惯量在250和500gmm²之间，所述振荡质量包括直流电机12、偏心装置20和弹簧毂构件26。

前弹簧安装构件如所示的那样具有圆形的构造，具有大约25mm的直径，其中在它的下部部分中具有切口部分39。在所示的实施方式中，弹簧安装构件具有大约3mm的厚度。而且，前弹簧安装件的特定形状不是重要的。重要的是前弹簧安装件提供连接到把手或内框架构件的刚性连接。

组成V形弹簧构件41的两个片簧30和32是同样的弹簧钢，大约10-30mm长，2-15mm宽，优选为5mm宽，和0.2mm到1.0mm厚，优选为大约0.5mm厚。在所示的实施方式中，两个片簧30和32之间的角度是在45°-100°的范围内，优选为大约70°。两个片簧30、32如同所示的那样被布置成在与刷毛从刷毛板延伸的方向相同的方向上打开，并且沿着它们的下边缘间隔开大约5mm。两个片簧的扭转弹簧比率在0.5和2.0Nm/半径之间。驱动机构的扭转模式的共振频率是质量惯性矩和弹簧比率的函数。

刷轴38从弹簧毂构件26延伸，通过弹簧安装构件28并且延伸到弹簧安装构件前面大约75mm。刷轴38被固定到弹簧毂构件和弹簧安装构件并且被定位在距离输出轴16的旋转轴线的一定距离处。这个距离(被称作力矩臂43)在所示的实施方式中是大约6mm，但是能在从1到15mm的范围内。力矩臂越大，旋转偏心质量形成的扭矩越大。在其的远端上具有一组刷毛44的常规的刷头组件42被可拆卸地安装在刷轴38上。

V形弹簧构件41的重要特征是它在弯曲运动中是比在扭转运动中显著地更硬的。弯曲中的更大的刚度驱动与弯曲相关的在所期望的操作频率以上至少50Hz的共振频率。在牙刷的操作期间，扭转模式(导致刷头组件的振荡动作)将因此被激励，而弯曲模式(侧到侧或上/下运动)将不被激励。这防止了弹簧毂构件26和电机12在操作期间的摆动，而允许电机振荡，并且导致刷头组件和刷毛以所期望的方式用上面所展示的频率和振幅振荡用以清洁牙齿。除了使用V形弹簧驱动在所期望的扭转模式频率之上的弯曲模式频率之外，支撑套筒和/或轴承可以用来增加所期望的方向上的刚度。

来自电池15的电导线50和52在它们被安装到弹簧安装构件28中的点处被连接到片簧30和32。在这个点处，因为弹簧安装构件是固定的，片簧的远端也是固定的。片簧连接到直流电机上的正极端子和负极端子，形成电路。片簧被设计成经得住疲劳并且因此能经受正常操作的频率和振幅。通过将导线附连到片簧的固定端并且通过片簧实现电连接到电机，由于在正常操作期间片簧的以上面所指出的频率和振幅的运动而引起的电线或引线断开的任何困难被消除掉。

图3示出了从与刷头上的刷毛相反的牙刷的近端观察的端示图。它尤其示出了电机轴16，刷轴38和电机轴16的旋转方向。力矩臂43、如同上面所指出的那样，是刷轴38和电机的输出轴14之间的距离。在操作时，有偏心装置20的旋转形成的力。因为弹簧毂构件不被抑制，电机12与弹簧41一起振荡并且因此是包括V形弹簧、弹簧毂构件、电机和偏心装置的运动***，也就是，旋转***的惯量的组成部分。在正确的频率时，接近旋转***的共振频率，旋转的偏心装置产生的力以共振的扭转模式激励V形弹簧41，其产生刷头的所期望的振荡动作。在所示的实施方式中，频率和振幅在上面所阐述的范围内，但是优选为分别是大约260Hz和10°。

在操作时，V形弹簧41实现本发明的装置的三个目的。它有助于约束，也就是，抑制刷轴38运动为所期望的振荡运动，因为两个片簧在扭转中是比在弯曲中更软的；它帮助建立动态(旋转)***的共振频率；并且它提供从电池到电机的可靠的电连接。

因此，已经公开了用于电动牙刷的机械驱动机构，其使用直流电机和偏心装置以等于或接近***的共振频率的频率激励弹簧组件。用相对简单的和便宜的包含相对少的单独的部件的驱动***产生刷毛的有效的运动。

尽管为了说明的目的已经公开了本发明的优选实施方式，但是应当理解，在不脱离由下面的权利要求限定的本发明的精神的情况下，各种变化、修改和替换可以被合并在实施方式中。

Claims (10)

1.一种电动牙刷，包括：

驱动组件，包括电池(15)和直流电机(12)，所述直流电机具有电机本体，电机本体具有从电机本体的向后朝向端延伸的旋转驱动轴(16)；

偏心构件(20)，安装在所述驱动轴上或者通过另一元件连接到所述驱动轴并可与其一起旋转；

弹簧组件(24)，包括弹簧构件(41)，所述弹簧构件(41)的特征在于扭转刚度导致的旋转***的共振频率低于由弯曲刚度导致的旋转***的共振频率，其中，所述电机本体的向前朝向端被安装到所述弹簧组件的近端，其是可自由移动的，其中所述弹簧组件的另一端被固定在合适的位置处，使得该电机与弹簧构件一起振荡；

刷头轴(38)，其被安装到所述弹簧组件并且从其向远端延伸；和

刷头(42)，具有刷毛(44)，其被附连到所述刷头轴，其中在操作时，以选定的频率的偏心构件旋转激励所述弹簧构件的振荡动作，导致所述刷轴和所述刷头与其一起振荡。

2.如权利要求1所述的电动牙刷，其中所述弹簧构件和所述刷轴的振荡动作具有等于或接近旋转***的共振频率的频率。

3.如权利要求1所述的电动牙刷，其中所述弹簧组件包括在近端处的弹簧毂构件(26)和在远端处的弹簧安装构件(28)，所述弹簧构件具有被分别安装到所述弹簧毂构件和所述弹簧安装构件并在所述弹簧毂构件和所述弹簧安装构件之间延伸的V形弹簧的形式。

4.如权利要求1所述的电动牙刷，其中所述牙刷具有转动惯量并且所述直流电机被固定到所述弹簧毂构件的后表面并与其和所述V形弹簧一起移动，使得所述电机是所述牙刷的转动惯量的一部分。

5.如权利要求1所述的电动牙刷，其中所述驱动组件包括将所述电池连接到所述弹簧构件的电导线(50，52)，在那里它被固定到所述弹簧安装构件，使得在所述牙刷的操作期间，和所述弹簧构件的运动期间，所述电导线不与所述电机的运动一起运动。

6.如权利要求1所述的电动牙刷，其中所述刷毛以100-300Hz范围内的频率和6-14°范围内的振幅振荡。

7.如权利要求1所述的电动牙刷，其中所述弹簧构件包括一对片簧(30，32)，其中两个片簧都具有提供低于由所述片簧的弯曲刚度产生的共振频率的旋转***的共振频率的扭转刚度。

8.如权利要求7所述的电动牙刷，其中所述片簧的弯曲刚度导致所述旋转***的比所期望的扭转模式共振频率高至少50Hz的共振频率，以防止在所述牙刷的正常操作期间激励弯曲模式。

9.如权利要求1所述的电动牙刷，其中所述偏心构件是具有0.5-5克范围内的质量和0.2-5mm的偏心距的盘。

10.如权利要求1所述的电动牙刷，其中所述刷头轴从所述电机驱动轴侧向偏移1-15mm范围内的距离。