專利名稱：一種用于驅(qū)動輸出工具的組合固定的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及一種電動牙刷和類似裝置的共振驅(qū)動系統(tǒng)，具體涉及設(shè)有旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的系統(tǒng)，帶有從馬達(dá)到輸出件，如刷頭，的彈性連接機構(gòu)。
背景技術(shù)：
一般都熟悉電動牙刷，已有各種類型的電動牙刷設(shè)計和形狀布置。一些電動牙刷已經(jīng)證明是有效的和商業(yè)上成功的。一個例子是美國專利No.5,189,153顯示的牙刷，該專利為提出本發(fā)明的受讓人所擁有。
許多電動牙刷可作旋轉(zhuǎn)運動。某些電動牙刷能夠令電樞作360°轉(zhuǎn)動，由于設(shè)計機構(gòu)可產(chǎn)生限于特定運動范圍，如選定的360°的弧線部分，的振動，提供了更適合的刷牙動作。一些旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)是機械驅(qū)動的，而另一些是共振系統(tǒng)，其涉及到移動塊，比如刷頭結(jié)構(gòu)和連接到手柄的彈性件。系統(tǒng)的共振頻率受到手柄的影響。
本發(fā)明涉及共振系統(tǒng)。使用帶旋轉(zhuǎn)電樞的馬達(dá)的共振機構(gòu)具有的優(yōu)點是設(shè)計簡單和價格合理，并通常具有較小的尺寸。但是也有明顯的缺點，包括連接到裝置手柄的振動，該振動是由系統(tǒng)在通過選定弧線前后振動時的反向動作，而不是作360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)，造成的。振動通過彈簧件連接到手柄。該系統(tǒng)的共振頻率受到手柄的慣性矩(MO1)的影響，以及驅(qū)動系統(tǒng)的其他部件慣性矩的影響。裝置的性能還受到手柄的動態(tài)特性如阻尼性，彈簧剛度、和慣性矩的影響。此外，當(dāng)使用者握住這種簡單的共振系統(tǒng)裝置的手柄時，使用者成為該系統(tǒng)的一部分。這樣就進(jìn)一步改變了手柄的動態(tài)特性和裝置的最終性能。因此，在共振系統(tǒng)中，許多變量影響到手柄和系統(tǒng)性能的動態(tài)特性。此外，連接到共振系統(tǒng)的手柄的彈簧在手柄中產(chǎn)生相當(dāng)大的物理振動。這些缺點已經(jīng)影響到這類牙刷的商業(yè)成功。
因此希望盡量減少這種共振驅(qū)動系統(tǒng)對手柄產(chǎn)生的物理振動和噪音，并提高這種系統(tǒng)的效率。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提出一種電動牙刷或其他類似裝置，包括牙刷外殼；驅(qū)動組件，其包括馬達(dá)，所述馬達(dá)具有通過預(yù)定大小的弧前后轉(zhuǎn)動的電樞；輸出組件，其包括刷頭；帶有節(jié)點的連接組件，所述連接組件連接所述電樞到所述輸出組件，其中所述連接組件響應(yīng)驅(qū)動信號進(jìn)行動作，其頻率令牙刷以刷頭與電樞的轉(zhuǎn)動反相180°的模式操作，使得驅(qū)動組件與所述外殼基本隔絕地振動；和至少一個支承件，連接到所述驅(qū)動組件和所述外殼之間；其中，節(jié)點在牙刷工作時基本保持靜止。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)的主要部分的透視圖；圖2是顯示本發(fā)明的電動牙刷內(nèi)的驅(qū)動系統(tǒng)的透視圖；圖3是線性彈簧的簡圖；圖4是本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)的另一可選實施例的透視圖。
具體實施例方式
參考圖1和圖2，小型馬達(dá)12安裝到電動牙刷16的外殼或手柄14(分離顯示)中。雖然出于方便說明和顯示，本發(fā)明通過電動牙刷進(jìn)行介紹，應(yīng)當(dāng)知道本發(fā)明的系統(tǒng)可用于其他驅(qū)動工作件的小型裝置。
馬達(dá)12包括電樞18，其響應(yīng)電池20供應(yīng)到馬達(dá)12的定子部分(未顯示)的電流以旋轉(zhuǎn)模式進(jìn)行驅(qū)動。電池一般是可充電電池，通過充電基座(未顯示)進(jìn)行充電，牙刷在不使用時可置于基座中。這樣的充電基座，例如在美國專利No.5,796,325公開，該專利也由提出本發(fā)明的受讓人擁有。
在驅(qū)動系統(tǒng)的相對馬達(dá)12的另一端是工作件，比如刷頭22。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，刷頭22可具有各種結(jié)構(gòu)。刷頭22固定到細(xì)長軸24，其從刷頭22向后延伸到輸出塊25，其位于外殼14中。本發(fā)明，如上所述，是共振系統(tǒng)，一個特征是驅(qū)動系統(tǒng)在一定頻率下受到馬達(dá)的驅(qū)動，該頻率等于或非常接近機械驅(qū)動系統(tǒng)的共振頻率。這樣可提高系統(tǒng)的效率，以及提供其他優(yōu)良的性能。
本發(fā)明的共振系統(tǒng)包括彈性組件，整體用26表示，其連接馬達(dá)電樞18到輸出塊25。軸承27和29在外殼中支承馬達(dá)和輸出軸。在所示實施例中的彈性組件26包括螺旋彈簧，其分成兩個部分28和30，通過中間節(jié)點32分開。在所示實施例中，兩個彈簧部分28和30的長度基本相等，分別具有彈簧常數(shù)k1和k2。在節(jié)點32設(shè)有固定彈性件36，也可稱作中心彈簧，其固定，即連接，彈性組件26到外殼14。固定彈性件36對彈性組件的動作有很小的阻尼作用。
如上所示，彈簧部分28和30一般包括單個彈簧結(jié)構(gòu)，其包括安裝了中心彈性件36的節(jié)點區(qū)。圖示的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是將驅(qū)動系統(tǒng)與外殼隔離開，使得很少或沒有振動傳遞到外殼。
在所示實施例中的螺旋彈簧部分28和30可具有不同的彈簧結(jié)構(gòu)，包括金屬絲纏繞的螺旋彈簧或片簧，或者是扭轉(zhuǎn)件，還具有兩個彈簧部分之間的節(jié)點。中心彈性件36(具有一定阻尼作用)可用多種不同材料制成，包括橡膠，和具有不同的結(jié)構(gòu)，包括厚墊狀結(jié)構(gòu)。中心彈性件36位于兩個彈簧部分之間的節(jié)點，在裝置工作期間基本不動，因此，只有非常少的或沒有振動從驅(qū)動系統(tǒng)連接到外殼。中心彈性件36還可在裝置工作期間保證刷頭和馬達(dá)對準(zhǔn)。
本發(fā)明的共振系統(tǒng)正常工作時，驅(qū)動頻率將大約等于驅(qū)動系統(tǒng)的共振頻率。在這種模式中，刷頭部分與馬達(dá)反相180°?，F(xiàn)在參考圖2，彈簧部分30的遠(yuǎn)端連接到輸出塊25，其具有慣性矩j2，輸出塊又連接到刷頭軸24。電樞18具有慣性矩j1。刷頭軸24和刷頭22的組合具有慣性矩j3。在所示實施例中，如果兩個彈簧部分28，30的彈簧常數(shù)k1，k2是相等的，如果馬達(dá)電樞18的慣性矩j1等于輸出塊25的慣性矩j2和組合的軸和刷頭的慣性矩j3之和，使k1＝k2，和j1＝j(luò)2+j3，驅(qū)動系統(tǒng)的共振頻率ω近似等于ω=k1j1]]>或ω=k2j2+j3]]>如果在該模式(共振頻率模式)下驅(qū)動馬達(dá)，未加載的刷頭22將移動與馬達(dá)電樞18移動的相同弧線(相同的刷頭幅度)，但與電樞轉(zhuǎn)動的方向相反，即反相180°。馬達(dá)在驅(qū)動系統(tǒng)的共振頻率下工作將形成高效系統(tǒng)，即在共振頻率下有很大的能量傳輸?shù)剿㈩^件。此外，驅(qū)動系統(tǒng)的振動很少或沒有連接到外殼，即共振的驅(qū)動系統(tǒng)與外殼并與使用者(通過使用者的把握，可發(fā)生變化)的慣性矩隔離。在圖2的組合安裝結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)驅(qū)動端(電樞)的慣性矩相對從動端(刷頭)的慣性矩作用，產(chǎn)生希望的振動隔離作用。
盡管圖2的實施例給出了兩個彈簧部分28和30，應(yīng)當(dāng)指出彈性組件26可通過單個彈簧來實現(xiàn)。在這種情況下，節(jié)點近似位于彈簧長度的一半，用于安裝彈性件36。如上所述，彈性件36可用各種阻尼材料制造，并直接固定到外殼14。彈性件36可是扭轉(zhuǎn)彈簧，彈簧常數(shù)為k3，連接到節(jié)點32和外殼14之間。另外，扭轉(zhuǎn)彈簧提供了馬達(dá)和負(fù)荷(刷頭)的對中(對準(zhǔn))功能。
可選擇與上述結(jié)構(gòu)不同的方案。例如，如果希望刷頭或其他工作件的振幅與馬達(dá)電樞的振幅不同，電樞的慣性矩j1與輸出塊(j2)及軸和刷頭(j3)的慣性矩之和的比不是1.0。沿彈性組件的節(jié)點位置將不出現(xiàn)在長度中點的地方。在一個示例中，為了使刷頭的振幅具有馬達(dá)振幅的一半，j1＝0.5(j2+j3)，k1＝0.5k2。選擇其他的彈簧常數(shù)值和慣性矩將導(dǎo)致其他的振幅比。
此外，可能希望在使用牙刷期間的特定時間產(chǎn)生振動作用來引起使用者注意，例如，在使用一定時間后(如2分鐘)。這就要求驅(qū)動操作具有不同的扭轉(zhuǎn)模式，也稱作振動模式。在這種模式中，系統(tǒng)的刷頭端的轉(zhuǎn)動與系統(tǒng)的驅(qū)動端(馬達(dá))的轉(zhuǎn)動同相，作用到手柄。這種操作振動模式發(fā)生在馬達(dá)頻率(驅(qū)動信號)與連接系統(tǒng)的共振頻率顯著不同時。特定系統(tǒng)的該頻率可由所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員確定。裝置可以程序化，使得當(dāng)發(fā)生應(yīng)通知使用者的事件時，如計時器信號，驅(qū)動頻率改變使裝置以振動模式操作。在這種模式中，如上所述，驅(qū)動系統(tǒng)的明顯振動通過中心彈性件36連接到外殼14。振動連接到外殼14向使用者提供了物理指示(反饋)，如發(fā)生了選擇的操作條件，比如使用時間或刷牙壓力，這些可通過系統(tǒng)的其他部分測量。
本發(fā)明的組合安裝系統(tǒng)的另一實施例在圖4A和4B顯示。該實施例使用了扭轉(zhuǎn)件40，代替彈性組件26。扭轉(zhuǎn)件在各個方向都是剛性的，除了希望的扭曲或轉(zhuǎn)動動作方向外。盡管顯示出作為這種扭轉(zhuǎn)件示例的U形槽件，也可以使用其他截面形狀，如V形或其他截面形狀。在安裝到馬達(dá)和系統(tǒng)的刷頭部分方面，V形件比U形件有優(yōu)點。在所示實施例中，扭轉(zhuǎn)件40的各端安裝到彈性端件42，43。安裝軸44從彈性端件42延伸。安裝軸44支承刷頭組件(未顯示)或其他工作件。彈性端件43位于裝置的馬達(dá)端(驅(qū)動端)。馬達(dá)用45表示。銷45A從馬達(dá)的電樞延伸，使得裝置的馬達(dá)端可支承于外殼。安裝軸44和銷45A通過彈性支承件46和47支承。支承件為裝置提供了徑向和旋轉(zhuǎn)對準(zhǔn)，以及支承。
支承件固定到與其相關(guān)的軸/銷上。操作時，容納件48，49保持固定的支承件的外部(表面)，同時，連接到軸的各支承件內(nèi)部通過電樞軸的轉(zhuǎn)動以類似彈簧的模式變緊。這種設(shè)置，當(dāng)在驅(qū)動組件的共振頻率下驅(qū)動時，使電樞沿一個方向轉(zhuǎn)動，而刷頭軸沿相反的方向轉(zhuǎn)動。虛擬的節(jié)點在沿件40的某個位置出現(xiàn)，通過容納件48，49施加到外殼的振動扭矩可有效地互相中止。
還應(yīng)當(dāng)知道，工作件除轉(zhuǎn)動外的運動可使用與圖2類似的連接彈簧來實現(xiàn)。例如，刷頭或類似工作件的線性縱向運動可使用壓縮彈簧來形成，壓縮彈簧以軸向運動模式來操作。參考圖3，驅(qū)動塊50可通過各種馬達(dá)裝置進(jìn)行線性移動，馬達(dá)驅(qū)動彈簧組件54的一端，造成從動件56，即刷頭，與驅(qū)動塊一起移動。驅(qū)動塊和從動塊因此以相反方向移動。對于圖1中的實施例，沿彈性件存在特定點，在裝置操作時不會移動，這就是節(jié)點58。使用彈簧和節(jié)點結(jié)構(gòu)可產(chǎn)生類似的效果，其中驅(qū)動塊繞節(jié)點作側(cè)向移動，該動作然后通過彈簧的第二部分傳遞到從動塊。這兩個運動是180°反相。
因此，在本發(fā)明中，馬達(dá)用于通過選定的振幅或弧度驅(qū)動電樞。電樞的動作通過連接組件傳遞到工作件，比如刷頭，在一個實施例中連接組件包括兩個扭轉(zhuǎn)彈簧部分，在彈簧之間設(shè)有節(jié)點。在共振頻率下驅(qū)動系統(tǒng)可導(dǎo)致工作件遵循電樞動作，但存在180°反相。還可發(fā)生高效的能量傳遞使工作件產(chǎn)生有效的動作。在另一實施例中，扭轉(zhuǎn)件，如U形槽件或V形槽件，用來代替彈簧件，沿其長度上某點產(chǎn)生虛擬節(jié)點。盡管本發(fā)明通過牙刷進(jìn)行介紹，應(yīng)當(dāng)知道相同的機構(gòu)可用于其他小型的裝置。
雖然本文為了說明公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應(yīng)當(dāng)知道，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，可對本發(fā)明進(jìn)行各種改變、變化和替代，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種電動牙刷，包括牙刷外殼；驅(qū)動組件，包括馬達(dá)，所述馬達(dá)具有可通過預(yù)定大小的弧線作前后轉(zhuǎn)動的電樞；輸出組件，其包括刷頭；帶有節(jié)點的連接組件，所述連接組件連接所述電樞到所述輸出組件，其中所述連接組件響應(yīng)驅(qū)動信號進(jìn)行操作，其頻率令所述刷頭與電樞的轉(zhuǎn)動180°反相，使得所述驅(qū)動組件與所述外殼基本隔離地振動；至少一個支承件，連接到所述驅(qū)動組件和所述外殼之間，其中，所述節(jié)點在牙刷工作時基本保持靜止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙刷，其特征在于，所述馬達(dá)在近似等于所述驅(qū)動組件的共振頻率的頻率下驅(qū)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的牙刷，其特征在于，所述連接組件是彈簧件，所述支承件在彈簧件的節(jié)點和所述外殼之間延伸，因此沿長度形成兩個彈簧部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的牙刷，其特征在于，所述連接組件是扭轉(zhuǎn)件，包括分別連接在所述電樞及所述牙刷軸和所述外殼之間的支承件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的牙刷，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)件，除扭轉(zhuǎn)方向外，基本在所有方向是剛性的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的牙刷，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)件是U形構(gòu)件。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的牙刷，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)件是V形構(gòu)件。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的牙刷，其特征在于，所述牙刷包括彈性端件，分別連接所述馬達(dá)和刷頭軸到所述扭轉(zhuǎn)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙刷，其特征在于，所述輸出組件包括輸出塊和從所述輸出塊延伸的刷頭軸，所述刷頭安裝在軸外端。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的牙刷，其特征在于，所述兩個彈簧部分的長度基本相等，并有基本相同的彈簧常數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的牙刷，其特征在于，所述電樞的慣性矩近似等于所述輸出組件的慣性矩。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙刷，其特征在于，所述電樞和所述刷頭移動基本相同的弧線。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙刷，其特征在于，所述刷頭移動的弧的大小不同于所述電樞移動的弧大小。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙刷，其特征在于，所述牙刷操作時，所述節(jié)點相對所述外殼基本不移動，所述支承件是具有一定阻尼作用的彈性件。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙刷，其特征在于，所述牙刷包括馬達(dá)控制電路，可選擇地改變所述驅(qū)動信號的頻率，使所述牙刷具有所述刷頭與所述電樞同相轉(zhuǎn)動的工作模式，導(dǎo)致所述驅(qū)動組件的振動連接到手柄，向使用者提供其選擇的信號。
16.一種電動裝置，包括裝置外殼；驅(qū)動組件，包括馬達(dá)，所述馬達(dá)具有通過預(yù)定大小的弧振動的電樞；輸出組件，其包括工作件；帶有節(jié)點的連接組件，所述連接組件連接所述電樞到所述輸出組件，其中所述連接組件對選定頻率的驅(qū)動信號作出反應(yīng)進(jìn)行操作，使所述輸出組件與電樞的轉(zhuǎn)動反相180°，使所述驅(qū)動組件與所述外殼基本隔離地振動；和支承件，連接在所述節(jié)點和所述外殼之間，其中，所述裝置工作時所述節(jié)點基本保持靜止。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述馬達(dá)在近似等于所述驅(qū)動組件的共振頻率的頻率下驅(qū)動。
18.一種電動裝置，包括裝置外殼；驅(qū)動組件，可前后移動驅(qū)動塊通過一定距離；輸出組件，其包括工作件；和連接組件，其連接所述驅(qū)動塊到所述輸出組件，其中所述連接組件包括帶有節(jié)點的扭轉(zhuǎn)件；支承件連接在所述節(jié)點和所述外殼之間，其中所述驅(qū)動組件具有所述工作件沿與所述驅(qū)動組件相反的旋轉(zhuǎn)方向移動的工作模式；所述輸出組件和所述驅(qū)動組件的慣性矩相對，因此基本可防止振動連接到所述外殼。
全文摘要
一種可作旋轉(zhuǎn)刷頭運動的電動牙刷，包括外殼，其設(shè)有固定于其中的馬達(dá)，馬達(dá)具有通過預(yù)定大小的弧轉(zhuǎn)動的電樞。該牙刷還包括固定到軸的刷頭，軸連接到輸出塊。彈性組件將電樞連接到輸出塊。彈性組件包括兩個彈簧部分，其間帶有節(jié)點，當(dāng)電樞轉(zhuǎn)動時，刷頭沿相反方向移動。電樞的移動頻率設(shè)定為等于彈性連接系統(tǒng)和輸出組件的共振頻率。
文檔編號A61C17/34GK1662190SQ03814523
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月24日
發(fā)明者K·A·米勒, J·W·佩斯, A·G·科斯特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司