專(zhuān)利名稱(chēng)：共振馬達(dá)單元及具有共振馬達(dá)單元的電氣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及共振馬達(dá)單元和包括共振馬達(dá)單元的電氣裝置、以及控制共振馬達(dá)的方法。
背景技術(shù)：
可基于共振馬達(dá)的負(fù)荷來(lái)控制共振馬達(dá)。為了實(shí)現(xiàn)這種控制，可測(cè)量共振馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)馬達(dá)電樞的馬達(dá)電流或峰值振幅。這允許控制共振馬達(dá)，使得總是獨(dú)立于馬達(dá)的負(fù)荷而獲得恒定的峰值振幅。這種控制較為復(fù)雜，并且在控制回路中還需要其他元件諸如測(cè)量峰值振幅的位置檢測(cè)器。在其中僅需要簡(jiǎn)單控制的情況下，這些解決方案成本較高。因此期望提供一種共振馬達(dá)單元和以較簡(jiǎn)單的方式控制共振馬達(dá)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)至少一些實(shí)施方案，提供了一種共振馬達(dá)單元，其具有共振馬達(dá)、控制單元、測(cè)量單元和評(píng)測(cè)單元。所述控制單元用于以驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)共振馬達(dá)，用于在連續(xù)的驅(qū)動(dòng)循環(huán)中的至少第一短路相期間使 共振馬達(dá)短路，并且用于在驅(qū)動(dòng)循環(huán)內(nèi)的至少預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)處通過(guò)斷開(kāi)流過(guò)共振馬達(dá)的電流來(lái)結(jié)束第一短路相；所述測(cè)量單元用于在所述預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)處連續(xù)地測(cè)量由共振馬達(dá)提供的至少第一電壓信號(hào)；并且所述評(píng)測(cè)單元用于確定第一電壓信號(hào)在連續(xù)的測(cè)量之間是否已改變。根據(jù)至少一些實(shí)施方案，提供了一種控制共振馬達(dá)的方法，所述方法具有以下步驟以驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)共振馬達(dá)；在至少第一短路相期間使共振馬達(dá)短路；至少在預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)處斷開(kāi)通過(guò)共振馬達(dá)的電流；在所述預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)處測(cè)量由共振馬達(dá)提供的至少第一電壓信號(hào)；以及評(píng)測(cè)第一電壓信號(hào)在連續(xù)的測(cè)量之間是否已改變。


通過(guò)以下方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本公開(kāi)詳述共振馬達(dá)的共振馬達(dá)單元或控制方法的一般實(shí)施方案，并且參照附圖來(lái)詳述實(shí)例實(shí)施方案。在附圖中，圖1為具有共振馬達(dá)和控制電路的共振馬達(dá)單元的示圖；圖2A為關(guān)于不同的外加負(fù)荷的三條運(yùn)動(dòng)感生電壓的曲線(xiàn)和相應(yīng)的通過(guò)馬達(dá)線(xiàn)圈的電流的曲線(xiàn)的示意圖；圖2B為圖2A的所述兩種最極端情況下的電流和橫跨共振馬達(dá)的總電壓的示意圖；圖3為取決于施加在共振馬達(dá)處的負(fù)荷水平的共振馬達(dá)的控制方案的示意圖；圖4為通過(guò)共振馬達(dá)的線(xiàn)圈的電流的兩個(gè)實(shí)例的示意圖，其中預(yù)見(jiàn)了三個(gè)預(yù)定的測(cè)量時(shí)間點(diǎn)；圖5為通過(guò)共振馬達(dá)的線(xiàn)圈的電流的示意圖，其中預(yù)見(jiàn)了驅(qū)動(dòng)相期間的預(yù)定的測(cè)量時(shí)間點(diǎn)；并且
圖6為可包括所提出的共振馬達(dá)單元的電氣裝置的示圖。
具體實(shí)施例方式一種共振彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)，諸如共振馬達(dá)(其也可稱(chēng)作擺動(dòng)馬達(dá)或振動(dòng)馬達(dá))具有共振頻率(m ；ks)，所述共振頻率取決于相關(guān)的質(zhì)量m和相關(guān)的彈簧常數(shù)ks。該共振彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)能夠受激于具有驅(qū)動(dòng)頻率fd的周期性驅(qū)動(dòng)力F (t)，這導(dǎo)致該質(zhì)量的受驅(qū)動(dòng)的周期性(通常為正弦曲線(xiàn))運(yùn)動(dòng)。在一些實(shí)施方案中，共振馬達(dá)具有包括馬達(dá)線(xiàn)圈(其可固定到其中設(shè)置了共振馬達(dá)的電氣裝置的外殼上)的定子和包括一個(gè)或多個(gè)永久磁體的活動(dòng)安裝的馬達(dá)電樞。在未通電狀態(tài)中，活動(dòng)安裝的馬達(dá)電樞由返回力保持在靜止位置，所述返回力在一個(gè)實(shí)施方案中可由彈簧或彈簧配置提供。當(dāng)為馬達(dá)線(xiàn)圈提供交變供電電壓(即將能量導(dǎo)入到共振馬達(dá)中)時(shí)，所產(chǎn)生的馬達(dá)線(xiàn)圈的電磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)活動(dòng)安裝的馬達(dá)電樞作周期運(yùn)動(dòng)。馬達(dá)電樞的運(yùn)動(dòng)中的至少一些抵抗由返回力元件所提供的返回力。只要連續(xù)地提供能量以替換被共振馬達(dá)消耗的能量，共振馬達(dá)就可獲得并且然后保持在平衡狀態(tài)，其中只要共振馬達(dá)的負(fù)荷保持恒定，運(yùn)動(dòng)馬達(dá)電樞的峰值振幅就保持恒定。馬達(dá)電樞的受驅(qū)動(dòng)的周期運(yùn)動(dòng)的頻率f；由驅(qū)動(dòng)頻率fd確定，即f； = fd。周期性驅(qū)動(dòng)力和受驅(qū)動(dòng)的周期運(yùn)動(dòng)具有限定的相移φ，所述相移尤其取決于驅(qū)動(dòng)頻率fd和有效共振頻率fr之間的差值。當(dāng)共振馬達(dá)(或一般來(lái)講共振彈簧-質(zhì)量系統(tǒng))以其有效共振頻率受驅(qū)動(dòng)時(shí)即fd = f；，受驅(qū)動(dòng)的周期運(yùn)動(dòng)具有φ = -π/2的相移，即相對(duì)于周期性驅(qū)動(dòng)力，Φ = -90度。當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率和共振頻率一致時(shí)，該彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)以最高效率受驅(qū)動(dòng)。圖1示出了共振馬達(dá)單元800的一個(gè)實(shí)例實(shí)施方案，其包括共振馬達(dá)L和用于控制共振馬達(dá)L的控制電路。在所示的實(shí)例實(shí)施方案中，共振馬達(dá)L被布置在H-橋(也稱(chēng)作全橋)配置的橋段中，所述配置具有四個(gè)開(kāi)關(guān)SI，S2，S3，S4(在H-橋的腿的每一個(gè)中布置一個(gè)開(kāi)關(guān))。開(kāi)關(guān)SI，S2，S3，S4在一個(gè)實(shí)施方案中可被實(shí)現(xiàn)為場(chǎng)效應(yīng)管，或在其他實(shí)施方案中可被實(shí)現(xiàn)為其他切換裝置，例如晶體管。開(kāi)關(guān)SI，S2，S3，S4中的每一個(gè)可包括保護(hù)性元件諸如保護(hù)性二極管，所述保護(hù)`性二極管被布置成平行于開(kāi)關(guān)以保護(hù)開(kāi)關(guān)不受到過(guò)電壓的影響，并且允許電流通過(guò)所述保護(hù)性二極管整流，例如當(dāng)通過(guò)共振馬達(dá)L的電感器(即共振馬達(dá)L的線(xiàn)圈)的電流被斷開(kāi)時(shí)。在一些實(shí)施方案中，共振馬達(dá)單元800包括功能元件，所述功能元件耦合到馬達(dá)電樞以便在操作期間作受驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。共振馬達(dá)單元800可用于電氣裝置，例如如圖6所示的電動(dòng)牙刷或用于電動(dòng)剃刀、工具、家用電器等。如上所述，能夠通過(guò)施加周期性驅(qū)動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)共振馬達(dá)L的電樞作周期運(yùn)動(dòng)。該周期性驅(qū)動(dòng)力通過(guò)控制單元400來(lái)產(chǎn)生，所述控制單元在驅(qū)動(dòng)循環(huán)內(nèi)接通和斷開(kāi)開(kāi)關(guān)SI，S2，S3，S4，使得源自供電電壓源500的供電電壓可在正半周和負(fù)半周中施加在共振馬達(dá)L處。在驅(qū)動(dòng)循環(huán)的正半周期間，供電電壓可在正向上施加，例如SI和S4被閉合而同時(shí)S2和
S3被打開(kāi)，并且在驅(qū)動(dòng)循環(huán)的負(fù)半周中，電壓可在反向上施加，例如S2和S3被閉合而同時(shí)SI和S4被打開(kāi)。如果共振馬達(dá)L不是連續(xù)地受驅(qū)動(dòng)的(即不連續(xù)地供應(yīng)能量)，則通常固有地存在于任何真實(shí)系統(tǒng)中的阻尼將逐漸減小馬達(dá)振幅直到運(yùn)動(dòng)馬達(dá)電樞停止。在恒定的驅(qū)動(dòng)頻率fd和恒定的共振頻率下(例如在無(wú)負(fù)荷狀況fK中以及在有負(fù)荷狀況f；中)，運(yùn)動(dòng)馬達(dá)電樞的振幅能夠通過(guò)增加或減小驅(qū)動(dòng)力(即通過(guò)增加或減小周期性地輸入到共振馬達(dá)中的能量)來(lái)改變。驅(qū)動(dòng)力的這種增加或減小能夠通過(guò)增加或減小驅(qū)動(dòng)相的時(shí)長(zhǎng)(即其間供電電壓被施加在共振馬達(dá)L處的時(shí)長(zhǎng))來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，控制單元400還可控制開(kāi)關(guān)SI，S2，S3，S4以使共振馬達(dá)L在驅(qū)動(dòng)相之后的至少第一短路相期間短路。例如，控制單元400可在短路相期間閉合開(kāi)關(guān)SI和S2或S3和
S4(同時(shí)相應(yīng)的其他兩個(gè)開(kāi)關(guān)，S3和S4或SI和S2分別被打開(kāi))?？刂茊卧?00還可控制開(kāi)關(guān)SI，S2，S3，S4，使得至少在預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)處結(jié)束第一短路相，并且通過(guò)共振馬達(dá)(即通過(guò)馬達(dá)線(xiàn)圈)的電流被斷開(kāi)，即所有開(kāi)關(guān)被打開(kāi)。驅(qū)動(dòng)共振馬達(dá)的此類(lèi)相，連同可能的其他相，一般描述于DE10246520A1中。馬達(dá)處的電壓UM(相對(duì)于地電位600測(cè)量)可提供在測(cè)量單元401的輸入700處。測(cè)量單元401在所示的實(shí)施方案中被實(shí)現(xiàn)為控制單元400的一部分。電壓Um的測(cè)量可與通過(guò)共振馬達(dá)L的電流的斷開(kāi)同時(shí)進(jìn)行。然后當(dāng)電流被斷開(kāi)時(shí)，由共振馬達(dá)L提供的電壓信號(hào)可由評(píng)測(cè)單元402來(lái)評(píng)測(cè)，所述評(píng)測(cè)單元在所示的實(shí)施方案中也被實(shí)現(xiàn)為控制單元400的一部分。下文進(jìn)一步討論電壓UM。一般來(lái)講，測(cè) 量單元401和評(píng)測(cè)單元402中的一者或兩者均可被實(shí)現(xiàn)為與控制單元400相分離。作為另外一種選擇，源自由控制單元400、測(cè)量單元401和評(píng)測(cè)單元402所組成的組的至少兩個(gè)單元可被實(shí)現(xiàn)為整體單元，諸如微處理器，在所述微處理器上實(shí)現(xiàn)所述組合單元的功能。當(dāng)共振馬達(dá)L處于恒定地受驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)時(shí)，只要馬達(dá)上的(機(jī)械)負(fù)荷不改變，馬達(dá)電樞就以恒定振幅擺動(dòng)。當(dāng)供電電壓在驅(qū)動(dòng)相期間施加在共振馬達(dá)L處時(shí)，電流累積通過(guò)共振馬達(dá)L。該電流累積尤其取決于驅(qū)動(dòng)頻率fd和共振頻率(無(wú)負(fù)荷共振頻率fK或有效共振頻率f；)之間的差值，即電流的上升尤其取決于周期性驅(qū)動(dòng)力和受驅(qū)動(dòng)的周期運(yùn)動(dòng)之間的相移。當(dāng)馬達(dá)隨后在緊接驅(qū)動(dòng)相之后的第一短路相期間被短路時(shí)，即當(dāng)供電電壓不再橫跨馬達(dá)線(xiàn)圈被施加時(shí)，電流受到經(jīng)由運(yùn)動(dòng)馬達(dá)電樞在馬達(dá)線(xiàn)圈中感生的電壓的驅(qū)動(dòng)。在第一短路相的末尾，剩余電流可通過(guò)在斷開(kāi)相期間打開(kāi)H-橋的所有開(kāi)關(guān)而被斷開(kāi)。下文將對(duì)此作更詳細(xì)的描述。橫跨共振馬達(dá)的總電壓Um由自感電壓給出隊(duì)=L · dl(t)/dt，其中L為線(xiàn)圖的電感并且dl(t)/dt為馬達(dá)電流的時(shí)間變化(即馬達(dá)電流I(t)相對(duì)于時(shí)間t的一階導(dǎo)數(shù))，通過(guò)永久磁體相對(duì)于線(xiàn)圈的運(yùn)動(dòng)在馬達(dá)線(xiàn)圈中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)感生電壓Uind，并且在馬達(dá)線(xiàn)圈的歐姆電阻處產(chǎn)生電壓Uk = I *R，其中I為馬達(dá)電流并且R為馬達(dá)線(xiàn)圈的電阻，使得Um = UL+Uind+UE = L · dl (t) /dt+Uind+I · R。此處未指出，在該公式中出現(xiàn)的所有電壓均為時(shí)間依賴(lài)性的，即UM = UM(t)等。運(yùn)動(dòng)感生電壓Uind通常為正弦曲線(xiàn)，這是由于其依賴(lài)于受驅(qū)動(dòng)的電樞相對(duì)于定子的運(yùn)動(dòng)，而所述運(yùn)動(dòng)通常為正弦曲線(xiàn)。如前所述，受驅(qū)動(dòng)的周期運(yùn)動(dòng)具有相對(duì)于周期性驅(qū)動(dòng)力的相移，其取決于共振馬達(dá)的(有效)共振頻率和驅(qū)動(dòng)頻率之間的差值。在下文中，共振彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)諸如共振馬達(dá)在無(wú)負(fù)荷狀況下的共振頻率用&表示，當(dāng)共振馬達(dá)有負(fù)荷時(shí)，即當(dāng)限定共振頻率的相關(guān)參數(shù)中的一個(gè)被改變時(shí)所產(chǎn)生的有效共振頻率用f；表示。共振馬達(dá)可用于電氣裝置(例如，電動(dòng)口腔衛(wèi)生裝置或毛發(fā)移除裝置等)從而驅(qū)動(dòng)功能元件作運(yùn)動(dòng)，尤其是作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)其中電氣裝置為口腔衛(wèi)生裝置，例如電動(dòng)牙刷的實(shí)施方案中，功能元件可為刷頭，所述刷頭包括從刷頭表面延伸的多個(gè)清潔元件。當(dāng)使刷頭頂壓某個(gè)表面例如牙齒表面時(shí)，共振馬達(dá)的有效質(zhì)量和共振馬達(dá)的有效彈簧常數(shù)中的至少一個(gè)受到影響。有效質(zhì)量或有效彈簧常數(shù)中的至少一個(gè)的該壓力依賴(lài)影響導(dǎo)致有效共振頻率f；的變化，這是由于共振頻率依賴(lài)于這些參數(shù)(即在共振馬達(dá)上的負(fù)荷被改變的情況下，電氣裝置的有效共振頻率在操作期間隨著時(shí)間的推移而改變)。在一個(gè)實(shí)施方案中，驅(qū)動(dòng)頻率fd保持恒定，而有效共振頻率f；則變化，例如歸因于施加在受驅(qū)動(dòng)的功能元件上的壓力。當(dāng)機(jī)械負(fù)荷施加在共振馬達(dá)處時(shí)，受驅(qū)動(dòng)的周期運(yùn)動(dòng)的峰值振幅也變化。此處應(yīng)當(dāng)指出，在一些實(shí)施方案中，施加機(jī)械負(fù)荷下的有效共振頻率f；可能不是顯著地不同于共振馬達(dá)在無(wú)負(fù)荷狀況下的共振頻率fK。然而，施加在共振馬達(dá)處(即施加在受共振馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的功能元件處)的機(jī)械負(fù)荷也對(duì)受驅(qū)動(dòng)的周期運(yùn)動(dòng)的峰值振幅具有影響。因此，在共振馬達(dá)處施加機(jī)械負(fù)荷將相對(duì)于相移和峰值振幅的高度改變運(yùn)動(dòng)感生電SUind。類(lèi)似地，當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率fd被改變時(shí)，運(yùn)動(dòng)感生電壓Uind相對(duì)于周期性驅(qū)動(dòng)力被改變，因?yàn)轵?qū)動(dòng)頻率的改變影響周期性驅(qū)動(dòng)力和受驅(qū)動(dòng)的周期運(yùn)動(dòng)之間的相移。在下文中，參照的是圖2A和2B。圖2A示出了三種不同的實(shí)例情況的運(yùn)動(dòng)感生電壓Uind(t)和通過(guò)馬達(dá)線(xiàn)圈的電流I(t)。在所示的實(shí)例情況下，施加在共振馬達(dá)處的負(fù)荷變化，但驅(qū)動(dòng)頻率為固定的。所示出的曲線(xiàn)涉及共振馬達(dá)的平衡狀態(tài)期間的單一驅(qū)動(dòng)循環(huán)。所述三條實(shí)例曲線(xiàn)用Uindl，Uind2和Uind3來(lái)指示運(yùn)動(dòng)感生電壓，并且用II，12和13來(lái)指示流過(guò)馬達(dá)線(xiàn)圈的電流。在這三條示例性曲線(xiàn)中，第一驅(qū)動(dòng)相Sd的時(shí)長(zhǎng)Td和驅(qū)動(dòng)相Sd之后的且后接了在固定的預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)h處斷開(kāi)電流的第一短路相Ss的時(shí)長(zhǎng)Ts在第一(此處正)半周內(nèi)為固定的。運(yùn)動(dòng)感生電壓Uind(t)相對(duì)于受驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)馬達(dá)電樞的位置函數(shù)(即受驅(qū)動(dòng)的周期運(yùn)動(dòng))相移了-90度。當(dāng)在中心位置時(shí)，運(yùn)動(dòng)馬達(dá)電樞在加電狀態(tài)的速度是最高的，因此運(yùn)動(dòng)感生電壓也是最高的，粗曲線(xiàn)Uindl示出了其中(有效)共振頻率較遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)頻率的情況，并且細(xì)線(xiàn)Uind2示出了其中共振頻率較接近驅(qū)動(dòng)頻率的情況。中等粗細(xì)的線(xiàn)Uind3指示其中電流在所述預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)h處為大約零的情況，在所述時(shí)間點(diǎn)處所述電流被斷開(kāi)。還可見(jiàn)到，運(yùn)動(dòng)感生電`壓的峰值振幅對(duì)于所述三條不同的曲線(xiàn)Uindl，Uind2和Uind3是不同的。在一些實(shí)施方案中，有效共振頻率在施加機(jī)械負(fù)荷時(shí)的改變可較小，并且運(yùn)動(dòng)感生電壓的功能行為的主要改變由峰值振幅的變化給出。在一些其他實(shí)施方案中，可認(rèn)為有效共振頻率的改變并因此相移的改變是占優(yōu)勢(shì)的。該行為取決于所用馬達(dá)的種類(lèi)和由共振馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的功能元件的種類(lèi)。圖2B示出了圖2A所示的所述兩種極端情況(Uindl和Uind2)下的橫跨共振馬達(dá)的(總)電壓Um (t) (Uind (t)為其一個(gè)分量)，并且再次示出了通過(guò)馬達(dá)線(xiàn)圈的電流I(t)。橫跨馬達(dá)的電壓UM(t)用Ul (粗線(xiàn))和U2(細(xì)線(xiàn))指示，所述曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)于分別用線(xiàn)11(粗線(xiàn))和12(細(xì)線(xiàn))指示的電流。參見(jiàn)圖2A和2B，共振馬達(dá)以恒定的驅(qū)動(dòng)頻率fd受驅(qū)動(dòng)。根據(jù)本公開(kāi)的控制方案的一個(gè)實(shí)施方案，在每個(gè)驅(qū)動(dòng)循環(huán)中，提供具有預(yù)定時(shí)長(zhǎng)Td的第一驅(qū)動(dòng)相Sd，所述第一驅(qū)動(dòng)相后接具有預(yù)定時(shí)長(zhǎng)Ts的第一短路相Ss。驅(qū)動(dòng)相Sd和短路相Ss可僅在驅(qū)動(dòng)循環(huán)的第一半周中(例如僅在正半周或僅在負(fù)半周中)施加。在所示的實(shí)施方案中，第一半周為正半周。
在所示的實(shí)施方案中，第二驅(qū)動(dòng)相S/和第二短路相Ss’也可在驅(qū)動(dòng)循環(huán)的第二半周(此處負(fù)半周)期間施加。在另一個(gè)實(shí)施方案中，在第二半周期間不施加驅(qū)動(dòng)相和短路相。在一些實(shí)施方案中，在第二半周中施加的第二驅(qū)動(dòng)相S/和第二短路相Ss’中的至少一個(gè)可具有與它們?cè)诘谝话胫苤邢鄳?yīng)的對(duì)應(yīng)相不同的時(shí)長(zhǎng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，可在第一和/或第二半周中施加兩個(gè)或更多個(gè)驅(qū)動(dòng)相，并且每個(gè)相均可后接相應(yīng)的短路相。在第一驅(qū)動(dòng)相\期間(即，在其間供電電壓被施加在共振馬達(dá)處的時(shí)段期間)，電流I (t)在馬達(dá)線(xiàn)圈中累積。電流的上升尤其取決于周期性驅(qū)動(dòng)力和受驅(qū)動(dòng)的周期運(yùn)動(dòng)之間的相移φ，并且還取決于運(yùn)動(dòng)感生電壓Uind的峰值振幅Upeak。峰值振幅Upeak和相移Φ確定運(yùn)動(dòng)感生電壓在驅(qū)動(dòng)循環(huán)內(nèi)的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)t處的實(shí)際高度，即umd(t) = Umd(t; φ, Upeak),并且運(yùn)動(dòng)感生電壓的該實(shí)際高度影響通過(guò)共振馬達(dá)的電流累積。由于這兩個(gè)因素通過(guò)改變施加在共振馬達(dá)處的機(jī)械負(fù)荷而被改變，因此通過(guò)共振馬達(dá)的電流累積取決于外加負(fù)荷。類(lèi)似地，當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率fd被改變時(shí)，至少運(yùn)動(dòng)感生電壓Uind相對(duì)于周期性驅(qū)動(dòng)力的相移會(huì)改變，因此驅(qū)動(dòng)相期間的電流累積將受到影響。如所述的那樣，運(yùn)動(dòng)感生電壓Uind的這些差值尤其影響第一(或第二)驅(qū)動(dòng)相Sd(或S/)期間的電流累積。電流累積也取決于驅(qū)動(dòng)相被啟動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)相起動(dòng)時(shí)間td。在一些實(shí)施方案中，驅(qū)動(dòng)相起動(dòng)時(shí)間td可被選擇一次，然后保持固定。因此，當(dāng)td和Td為固定的時(shí)，在驅(qū)動(dòng)相\期間通過(guò)馬達(dá)線(xiàn)圈的電流I(t)取決于相移(即，取決于驅(qū)動(dòng)頻率4和有效共振頻率f；之間的差值)，并且取決于運(yùn)動(dòng)感生電壓Uind的峰值振幅，所述相移和峰值振幅受到施加在共振馬達(dá)處的機(jī)械負(fù)荷 的影響或通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)頻率受到影響。具有預(yù)定時(shí)長(zhǎng)Ts的第一短路相Ss可緊接在第一驅(qū)動(dòng)相Sd之后。通過(guò)馬達(dá)線(xiàn)圈的電流因而受到運(yùn)動(dòng)感生電壓Uind的驅(qū)動(dòng)，并且一般在第一短路相Ss期間減小。在第一短路相Ss的末端，通過(guò)共振馬達(dá)的電流可在預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)h處被斷開(kāi)。取決于所述各種因素，在所述預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)h處流過(guò)共振馬達(dá)的線(xiàn)圈的電流Ut1)的高度可為正的或負(fù)的(或可正好為零)，如所述三條實(shí)例曲線(xiàn)II，12和13所示。因此，所述預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)A處的電流值I U1)取決于驅(qū)動(dòng)頻率fd和有效共振頻率f；之間的差值(即相移)并且取決于運(yùn)動(dòng)感生電壓的峰值振幅。當(dāng)通過(guò)共振馬達(dá)的電流改變其正負(fù)號(hào)時(shí)，共振馬達(dá)處的總電壓Um也改變其正負(fù)號(hào)。在Um的零交點(diǎn)處(其中波形Um跨越圖2B中的時(shí)間軸)在時(shí)間^處，電流為零并且共振馬達(dá)的歐姆電阻處的電壓Uk因此也為零，Uk = O。因此，自感電壓隊(duì)和運(yùn)動(dòng)感生電壓Uind在電壓高度上是相同的，但具有不同的正負(fù)號(hào)，即Ul = -Uind。盡管馬達(dá)處的總電壓因而為零，但合計(jì)為零的所述兩個(gè)分量未必很小。運(yùn)動(dòng)感生電壓的絕對(duì)高度涉及斷開(kāi)時(shí)的共振馬達(dá)中的殘余能量。通常，所述預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)^處的電流不為零(但通常很小)；歐姆電阻處的電壓因而也很小，因?yàn)槠渑c電流成正比。因而運(yùn)動(dòng)感生電壓Uind的絕對(duì)高度確定斷開(kāi)點(diǎn)處的馬達(dá)中的殘余能量。當(dāng)通過(guò)馬達(dá)線(xiàn)圈的電流在第一短路相的末尾被斷開(kāi)時(shí)，共振馬達(dá)以第一電壓信號(hào)P1來(lái)響應(yīng)，所述第一電壓信號(hào)允許殘余電流通過(guò)H-橋電路的開(kāi)關(guān)的保護(hù)性二極管被整流掉(所謂的反電磁力，B-EMF)。該電壓信號(hào)P1的高度可受到保護(hù)性元件例如被布置成平行于所述開(kāi)關(guān)中的每一個(gè)的保護(hù)性二極管的限制。第一電壓信號(hào)P1的高度還取決于切換速度，相關(guān)開(kāi)關(guān)(例如圖1所示的S4，在其中S3和S4被閉合且SI和S2被打開(kāi)的短路相之后)以所述切換速度被打開(kāi)，因?yàn)榍袚Q速度確定電流的改變dl (t)/dt。該第一電壓信號(hào)P1的正負(fù)號(hào)取決于共振馬達(dá)中的殘余能量是正的還是負(fù)的。在圖2B中，粗線(xiàn)Il示出了以下情況，其中在斷開(kāi)相之前，所述預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)h處的殘余電流為正的，并且共振馬達(dá)處的電壓UJt1)為負(fù)的。在該情況下，第一電壓信號(hào)P1的正負(fù)號(hào)為正的。細(xì)線(xiàn)12指示以下情況，其中在斷開(kāi)相之前，在所述預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)h處通過(guò)共振馬達(dá)的殘余電流為負(fù)的，并且共振馬達(dá)處的電壓UJt1)如線(xiàn)U2所示為正的。在該情況下，第一電壓信號(hào)P1的正負(fù)號(hào)為負(fù)的。按照上述內(nèi)容，在一些實(shí)施方案中，該系統(tǒng)可為預(yù)校準(zhǔn)的，以便第一電壓信號(hào)P1在以下?tīng)顩r下改變其正負(fù)號(hào)外加負(fù)荷從高于(或低于)第一預(yù)定負(fù)荷值變成低于(或高于)該值。以該方式，可確定共振馬達(dá)是否經(jīng)歷了從小于第一預(yù)定負(fù)荷值Dl(示出于圖3中)的外加負(fù)荷至大于第一預(yù)定負(fù)荷值Dl的外加負(fù)荷的過(guò)渡(例如，電動(dòng)牙刷的刷頭從非接合狀態(tài)變?yōu)榻雍蠣顟B(tài)，其中將刷頭施加到使用者一個(gè)牙齒或多個(gè)牙齒的表面上)。由于驅(qū)動(dòng)相Sd的時(shí)長(zhǎng)!^可能需要為固定的以周期性地將一定量的能量輸入到共振馬達(dá)中，短路相Ss的時(shí)長(zhǎng)Ts可變化使得在給定的外加負(fù)荷下在第一預(yù)定的時(shí)間點(diǎn)處發(fā)生電壓信號(hào)的正負(fù)號(hào)改變。因此，這允許測(cè)量某個(gè)負(fù)荷何時(shí)被施加到由共振馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的功能元件上。類(lèi)似地，驅(qū)動(dòng)頻率fd可在連續(xù)的測(cè)量之間被改變，并且所述預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)h可被選擇成使得第一電壓信號(hào)P1的正負(fù)號(hào)改變發(fā)生在當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率fd與共振頻率fK 一致的時(shí)候或當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率fd與目標(biāo)頻率ft 一致的時(shí)候，所述目標(biāo)頻率與共振頻率相距預(yù)定距離，ft = fK+Af。在一些實(shí)施方案中，控制單元可被布置成以起始驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)共振馬達(dá)，然后可接著連續(xù)地、準(zhǔn)連續(xù)地或逐步地改變驅(qū)動(dòng)頻率直到電壓信號(hào)的正負(fù)號(hào)的改變指示電流驅(qū)動(dòng)頻率與共振頻率相距預(yù)定距離。因此，控制單元可被布置成自動(dòng)地確定最佳驅(qū)動(dòng)頻率。通過(guò)這種設(shè)計(jì)，能夠自動(dòng)地處理當(dāng)與相同種類(lèi)的其他共振馬達(dá)比較時(shí)，導(dǎo)致共振馬達(dá)的共振頻率的差值的馬達(dá)部件的容限和/或隨著時(shí)間的推移導(dǎo)致共振馬達(dá)的共振頻率的差值的馬達(dá)部件的老化。在一些實(shí)施方案中，控制單元將利用可由于容限和/或老化而發(fā)生的應(yīng)當(dāng)高于(或低于)共振頻率的起始驅(qū)動(dòng)頻率，并且驅(qū)動(dòng)頻率隨后將被連續(xù)地減小(或增加)直到達(dá)到所述預(yù)定的目標(biāo)頻`率。在一些其中僅要確定電壓信號(hào)P1的正負(fù)號(hào)改變的實(shí)施方案中，測(cè)量單兀僅測(cè)量電壓信號(hào)P1的正負(fù)號(hào)就足夠了。這能夠例如通過(guò)以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)以微控制器的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字輸入施加第一電壓信號(hào)P1，其中高于某個(gè)閾值信號(hào)的電壓信號(hào)被檢測(cè)為清楚的“高”信號(hào)，并且低于該閾值的任何電壓信號(hào)被檢測(cè)為“低”信號(hào)。在其中正電壓信號(hào)可變得很小以致其可不再被可靠地檢測(cè)為清楚的“高”信號(hào)(例如當(dāng)所述預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)處的殘余電流很低且運(yùn)動(dòng)感生電壓很低時(shí))的情況下，可增加相應(yīng)的一個(gè)開(kāi)關(guān)或多個(gè)開(kāi)關(guān)的切換速度以生成(至少持續(xù)短時(shí)間)高得足以被檢測(cè)為清楚的“高”信號(hào)的電壓信號(hào)。因而測(cè)量第一電壓信號(hào)僅需要向評(píng)測(cè)單元遞送二進(jìn)制單數(shù)位輸出。在一些實(shí)施方案中，第一電壓信號(hào)P1可被饋送給被實(shí)現(xiàn)為高速模擬電路的測(cè)量單兀，所述模擬電路能夠檢測(cè)第一電壓信號(hào)的高度以及該電壓信號(hào)的寬度。在一些實(shí)施方案中，可使用數(shù)字電路，其具有足夠良好的時(shí)間和電壓分辨率以檢測(cè)電壓信號(hào)的寬度和高度。因而評(píng)測(cè)單元可具有包括預(yù)定表格的存儲(chǔ)單元，其中負(fù)荷值或頻率值可被賦與電壓信號(hào)的高度值和/或?qū)挾戎?，使得?shí)際外加負(fù)荷值或?qū)嶋H驅(qū)動(dòng)頻率與共振頻率之間的差值能夠從該表格和確定的高度和/或?qū)挾戎涤?jì)算出來(lái)。當(dāng)檢測(cè)到第一電壓信號(hào)的正負(fù)號(hào)改變時(shí)，控制單元隨后可通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)參數(shù)來(lái)控制共振馬達(dá)。參見(jiàn)圖2A和圖3，第一驅(qū)動(dòng)相Sd可通過(guò)例如增加時(shí)長(zhǎng)Td來(lái)增加，以便運(yùn)動(dòng)馬達(dá)電樞以所期望的更高峰值振幅Ap運(yùn)動(dòng)。替代增加時(shí)長(zhǎng)Td，也可通過(guò)以下方式來(lái)獲得峰值振幅的增加增加所施加的供電電壓(例如相應(yīng)地使用升壓轉(zhuǎn)換器以便提升由供電電壓源提供的電壓)。在一些實(shí)施方案中，可增加供電電壓和時(shí)長(zhǎng)Td這兩者以便增加振幅。驅(qū)動(dòng)相的時(shí)長(zhǎng)Tt^P短路相的時(shí)長(zhǎng)Ts(在一起為總驅(qū)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)Tds)可根據(jù)所要達(dá)到的峰值振幅來(lái)選擇。對(duì)于小的峰值振幅，總驅(qū)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)Tds可被選擇為半周時(shí)長(zhǎng)長(zhǎng)度的約1%，而對(duì)于高峰值振幅，總驅(qū)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)Tds可被選擇為半周時(shí)長(zhǎng)的至多99%。盡管驅(qū)動(dòng)頻率fd —般來(lái)講可具有每種可感值，但驅(qū)動(dòng)頻率fd在一些實(shí)施方案中可在介于約IHz至約10，OOOHz的范圍內(nèi)。在一個(gè)其中電氣裝置被實(shí)現(xiàn)為口腔衛(wèi)生裝置，例如電動(dòng)牙刷的實(shí)施方案中，驅(qū)動(dòng)頻率fd可在介于約30Hz至約500Hz的范圍內(nèi)。在一些其中電氣裝置為電動(dòng)牙刷的實(shí)施方案中，驅(qū)動(dòng)頻率fd可大于約120Hz。驅(qū)動(dòng)頻率可大于約120Hz，大于約130Hz，大于約140Hz，大于約150Hz，大于約160Hz，大于約170Hz，大于約180Hz，大于約190Hz，大于約200Hz，或小于約200Hz,小于約190Hz,小于約180Hz,小于約170Hz,小于約160Hz，小于約150Hz,小于約140Hz，小于約130Hz，和/或這些值以?xún)?nèi)的或包括這些值的任何數(shù)值或任何范圍。參見(jiàn)圖4，應(yīng)當(dāng)指出的是，不需要首先具有驅(qū)動(dòng)相，后接短路相，以便生成所述的第一電壓信號(hào)。在一些實(shí)施方案中，第一短路相被啟動(dòng)而不存在通過(guò)馬達(dá)線(xiàn)圈的殘余電流(即沒(méi)有直接在前的驅(qū)動(dòng)相)。例如，第一短路相可緊接在較長(zhǎng)的斷開(kāi)相之后，所述斷開(kāi)相已允許所有殘余電流通過(guò)保護(hù)性二極管被整流掉(即短路相起動(dòng)時(shí)無(wú)任何通過(guò)馬達(dá)線(xiàn)圈的殘余電流)。圖4中的線(xiàn)1001示出了其中斷開(kāi)相在時(shí)間點(diǎn)t5處被啟動(dòng)之后殘余電流為零的情況。通過(guò)馬達(dá)線(xiàn)圈的電流累 積因而受到第一短路相期間的運(yùn)動(dòng)感生電壓的驅(qū)動(dòng)，因此取決于運(yùn)動(dòng)感生電壓的正負(fù)號(hào)。當(dāng)變化的相移改變運(yùn)動(dòng)感生電壓的正負(fù)號(hào)時(shí)，電流因此基本上改變其正負(fù)號(hào)(因此，其中不發(fā)生明顯相移改變的實(shí)施方案可不允許測(cè)量任何正負(fù)號(hào)改變)。因而如此生成的較低電流能夠用來(lái)通過(guò)斷開(kāi)電流生成第一電壓脈沖。換句話(huà)講，這基本上簡(jiǎn)單地在所述預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)之前探測(cè)了運(yùn)動(dòng)感生電壓的正負(fù)號(hào)。圖3為示出了電氣裝置的峰值振幅曲線(xiàn)Al (細(xì)線(xiàn))和A2(粗線(xiàn))和對(duì)應(yīng)的噪聲水平曲線(xiàn)NI (細(xì)虛線(xiàn))和N2(粗虛線(xiàn))的示意圖，當(dāng)在操作期間獲得預(yù)定的第一負(fù)荷值Dl時(shí)，所述電氣裝置將以所述電氣裝置的受驅(qū)動(dòng)的功能元件的某個(gè)峰值振幅Ap工作。所述預(yù)定的第一負(fù)荷值Dl涉及施加在功能元件上的壓力，所述壓力影響運(yùn)動(dòng)感生電壓相對(duì)于驅(qū)動(dòng)功能的相移(即有效共振頻率被改變)和運(yùn)動(dòng)感生電壓的峰值振幅。在不失一般性的同時(shí)，假設(shè)對(duì)于給定共振馬達(dá)單元，施加在功能元件處的負(fù)荷以及相移(即有效共振頻率)和運(yùn)動(dòng)感生電壓的峰值振幅的改變具有清楚的函數(shù)關(guān)系。細(xì)線(xiàn)Al指示當(dāng)機(jī)械負(fù)荷被施加在共振馬達(dá)上而不應(yīng)用所述控制方法時(shí)的受共振馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的功能元件的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的峰值振幅的行為。相比之下，粗線(xiàn)A2指示當(dāng)使用了所提出的控制方法時(shí)的功能元件的峰值振幅的行為的一個(gè)實(shí)例實(shí)施方案。如粗線(xiàn)A2所示，共振馬達(dá)單元的控制單元可被布置成以預(yù)定的驅(qū)動(dòng)頻率fd驅(qū)動(dòng)共振馬達(dá)，以便當(dāng)電氣裝置被接通時(shí)和/或在小于Dl的負(fù)荷下獲得功能元件的低峰值振幅A’。如圖3所示，當(dāng)利用了本公開(kāi)的控制方法時(shí)，功能元件的起動(dòng)峰值振幅A高于起動(dòng)峰值振幅A’。
在不喪失一般性的同時(shí)，此處的曲線(xiàn)Al和A2示出了峰值振幅隨負(fù)荷D的增加而減小。利用本發(fā)明的共振馬達(dá)(或用于控制共振馬達(dá)的控制方法)，當(dāng)達(dá)到第一預(yù)定負(fù)荷值Dl時(shí)，共振馬達(dá)可按所期望的峰值振幅Ap受驅(qū)動(dòng)，并且當(dāng)電氣裝置在無(wú)負(fù)荷情況下運(yùn)行和/或在小于Dl的負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，其可按低振幅A’受驅(qū)動(dòng)。低起動(dòng)振幅可向使用者提供電氣裝置的操作狀態(tài)的可感知的信號(hào)。低振幅A’也可防止可能被施加到電氣裝置的功能元件上的水或任何物質(zhì)(例如牙膏)四處濺射。除此之外，還可獲得較低噪聲水平，如與細(xì)虛線(xiàn)NI相比較的粗虛線(xiàn)N2所示。NI指示在分別沒(méi)有本發(fā)明所提出的共振馬達(dá)單元和/或控制方法的電氣裝置的噪聲水平。如下文所更詳述，共振馬達(dá)單元也可被布置成測(cè)量并評(píng)測(cè)第二電壓信號(hào)，所述第二電壓信號(hào)可指示外加負(fù)荷是否已從高于(或低于)第二預(yù)定負(fù)荷值D2變成低于(或高于)第二預(yù)定負(fù)荷值D2。這可允許相對(duì)于該預(yù)定的第二負(fù)荷值D2來(lái)控制共振馬達(dá)?？刂茊卧删唧w地被布置成當(dāng)達(dá)到或如粗線(xiàn)A2示意性地所示地超過(guò)第二預(yù)定負(fù)荷值D2時(shí)降至受驅(qū)動(dòng)的功能元件的低峰值振幅或甚至零峰值振幅。例如，當(dāng)共振馬達(dá)驅(qū)動(dòng)作為電動(dòng)牙刷的刷頭的功能元件時(shí)，其能夠通過(guò)減小振幅和/或驅(qū)動(dòng)頻率向使用者指示刷洗牙齒和牙齦的壓力太高了。此外或作為另外一種選擇，控制單元還可被布置成向使用者指示一定的外加負(fù)荷。例如在如圖所示的實(shí)例中，當(dāng)外加負(fù)荷低于所述預(yù)定的第一負(fù)荷值Dl時(shí)，可點(diǎn)亮黃色光源以指示外加負(fù)荷不能有效地用于指定用途(例如牙齒刷洗)。當(dāng)外加負(fù)荷介于所述預(yù)定的第一負(fù)荷值Dl和所述預(yù)定的第二負(fù)荷值D2之間時(shí)，可點(diǎn)亮綠色光源以指示外加負(fù)荷處在優(yōu)選的范圍內(nèi)。如果外加負(fù)荷已達(dá)到或超過(guò)了所述預(yù)定的第二負(fù)荷值D2，則可點(diǎn)亮紅色光源以向使用者指示外加負(fù)荷太高。能夠利用任何種類(lèi)的指示，例如替代可視覺(jué)感知的指示，可使用聽(tīng)覺(jué)指示或可使用可觸覺(jué)感知的指示。除此之外，還設(shè)想到提供給使用者的指示的組合。例如，控制單元可減小振幅和/或頻率，并且可將附加信號(hào)提供給使用者。例如，附加信號(hào)可包括視覺(jué)信號(hào)、聽(tīng)覺(jué)信號(hào)、觸覺(jué)信號(hào)等或它們的組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，至`少兩個(gè)或更多個(gè)連續(xù)的短路相各自通過(guò)斷開(kāi)相結(jié)束，如圖4示意性地所示，其中示出了對(duì)應(yīng)于兩個(gè)連續(xù)的半周的通過(guò)馬達(dá)線(xiàn)圈的電流I (t)，并且其中三個(gè)預(yù)定的時(shí)間點(diǎn)、^5和t6被選擇為能夠辨別出三個(gè)不同的預(yù)定負(fù)荷值。在第一驅(qū)動(dòng)相Sd之后，共振馬達(dá)在具有時(shí)長(zhǎng)Tsl的第一短路相Ssl期間被短路，并且隨后電流在預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)14處被斷開(kāi)，如上所述，但此處斷開(kāi)相僅持續(xù)較短的第一斷開(kāi)時(shí)長(zhǎng)TM。如果在斷開(kāi)點(diǎn)處存在通過(guò)馬達(dá)線(xiàn)圈的殘余電流，則第一電壓信號(hào)將由共振馬達(dá)提供，如上所述。第一斷開(kāi)相的時(shí)長(zhǎng)Τω可在介于約5微秒和約100微秒之間,可選地介于約20微秒至約50微秒的范圍內(nèi)。在第一斷開(kāi)相之后，控制單元再次在具有時(shí)長(zhǎng)Ts2的第二短路相Ss2期間使共振馬達(dá)短路。時(shí)長(zhǎng)Ts2被選擇為很小的，以致流過(guò)馬達(dá)線(xiàn)圈的殘余電流在殘余電流極小時(shí)將僅通過(guò)保護(hù)性二極管被完全整流掉。隨后電流再次在預(yù)定的第二時(shí)間點(diǎn)t5處被斷開(kāi)。如果在斷開(kāi)點(diǎn)處存在通過(guò)馬達(dá)線(xiàn)圈的殘余電流，則第二電壓信號(hào)將由共振馬達(dá)提供，如上所述。第二斷開(kāi)相可具有時(shí)長(zhǎng)Ttj2，所述時(shí)長(zhǎng)也可在介于約5微秒和約100微秒之間，可選地介于約20微秒至約50微秒之間的范圍內(nèi)，如圖4所示。作為另外一種選擇，第二斷開(kāi)相可繼續(xù)進(jìn)行，直到起動(dòng)另一個(gè)驅(qū)動(dòng)相。在所示的實(shí)施方案中，第三短路相Ss3在第二斷開(kāi)相之后持續(xù)時(shí)長(zhǎng)Ts3，并且在預(yù)定的第三時(shí)間點(diǎn)t6處以斷開(kāi)相結(jié)束。如果在斷開(kāi)點(diǎn)處存在通過(guò)馬達(dá)線(xiàn)圈的殘余電流，則第三電壓信號(hào)將由共振馬達(dá)提供，如上所述。在另一個(gè)實(shí)施方案中，四個(gè)或甚至更多個(gè)斷開(kāi)相與相應(yīng)的短路相交替發(fā)生。線(xiàn)1000示意性地指示一個(gè)實(shí)例實(shí)施方案的電流I (t)，其中在所述預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)t4處和所述預(yù)定的第二時(shí)間點(diǎn)t5處存在電流，并且其中電流在所述預(yù)定的第三時(shí)間點(diǎn)t6處剛好變成零，即可在所述預(yù)定的第三時(shí)間點(diǎn)t6處檢測(cè)到的第三電壓信號(hào)的正負(fù)號(hào)改變隨后將指示，負(fù)荷被施加在了已達(dá)到預(yù)定的第三負(fù)荷值的共振馬達(dá)處。線(xiàn)1001(僅示出了第一半周)示意性地指示一種實(shí)例情況的電流，其中在所述預(yù)定的第二時(shí)間點(diǎn)〖5處測(cè)量的第二電壓信號(hào)的正負(fù)號(hào)改變可被檢測(cè)到，從而指示達(dá)到了預(yù)定的第二負(fù)荷值。由于線(xiàn)1001所示的電流在第二斷開(kāi)相之后被消除，此處的第三短路相Ss3導(dǎo)致受運(yùn)動(dòng)感生電壓驅(qū)動(dòng)的電流累積，如上所述，并因此可產(chǎn)生第三電壓信號(hào)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，如圖5所示，具有時(shí)長(zhǎng)Tdl的較短的第一驅(qū)動(dòng)相Sdl后接具有時(shí)長(zhǎng)Tsl的短的第一短路相Ssl，并且其在預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)t7處通過(guò)具有時(shí)長(zhǎng)Tra的較短斷開(kāi)相Sw結(jié)束。在斷開(kāi)之后生成的所得第一電壓信號(hào)隨后被饋送給測(cè)量單元?？稍谝恍?shí)施方案中具有更長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)Td2的第二驅(qū)動(dòng)相Sd2可在斷開(kāi)相Sw之后起動(dòng)，并且可在預(yù)定的第二時(shí)間點(diǎn)t8處通過(guò)斷開(kāi)相結(jié)束，在所述時(shí)間點(diǎn)處可測(cè)量所生成的第二電壓信號(hào)。短斷開(kāi)相Sra可具有在介于約5微秒至約100微秒之間，可選地介于約20微秒至約50微秒之間范圍內(nèi)的時(shí)長(zhǎng)Τω。第一驅(qū)動(dòng)相Sdl的時(shí)長(zhǎng)Tdl和第一短路相Ssl的時(shí)長(zhǎng)Tsl被設(shè)定為以下時(shí)長(zhǎng)值，所述時(shí)長(zhǎng)值允許電流在所述預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)t7處在預(yù)定的狀況下減小至零，但它們也很短以允許第二驅(qū)動(dòng)相Sd2可具有允許獲得運(yùn)動(dòng)馬達(dá)電樞的高振幅的時(shí)長(zhǎng)Td2。所述各個(gè)時(shí)長(zhǎng)可通過(guò)以經(jīng)驗(yàn)為主地來(lái)確定。一般來(lái)講，也有可能在數(shù)值上模擬共振馬達(dá)及其行為，并且基于這種計(jì)算機(jī)模擬來(lái)確定所述各種參數(shù)諸 如所述預(yù)定的時(shí)間點(diǎn)和時(shí)長(zhǎng)。參見(jiàn)圖5，線(xiàn)1010指示以下情況，其中運(yùn)動(dòng)感生電壓使得電流I (t)較高并且所述預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)〖7處的殘余電流為正的。因而所得第一電壓信號(hào)為負(fù)的。線(xiàn)1011指示以下情況，其中運(yùn)動(dòng)感生電壓已改變，使得電流I(t)低于線(xiàn)1010所指示的情況，并且所述預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)〖7處的殘余電流為負(fù)的。因而所得第一電壓信號(hào)為正的。存在多種可能性以測(cè)量第二(或更一般地另一個(gè))電壓信號(hào)，所述電壓信號(hào)指示例如外加負(fù)荷是否已從高于(或低于)預(yù)定的第二(或其他即第三，第四，)負(fù)荷值變成低于(或高于)該值。在一個(gè)實(shí)施方案中，第二預(yù)定負(fù)荷值可被選擇為D2,如圖3所不。在一個(gè)實(shí)施方案中，可在第二半周中施加不同的第二驅(qū)動(dòng)相S/和/或不同的第二短路相Ss’，使得能夠在預(yù)定的第二時(shí)間點(diǎn)t/處(如圖2A和2B所示)測(cè)量的第二電壓信號(hào)P2通過(guò)其正負(fù)號(hào)的改變來(lái)指示施加在共振馬達(dá)處的負(fù)荷從高于(或低于)預(yù)定的第二負(fù)荷值變成低于(或高于)該值。在一個(gè)實(shí)施方案中，在至少第一半周期間(可選地在這兩個(gè)半周中)施加兩個(gè)驅(qū)動(dòng)相，它們各自后接一個(gè)相應(yīng)的短路相，示出并參見(jiàn)圖5討論了其一個(gè)實(shí)例，因此允許測(cè)量外加負(fù)荷是低于兩個(gè)預(yù)定負(fù)荷值還是高于兩個(gè)預(yù)定負(fù)荷值還是在兩個(gè)預(yù)定負(fù)荷值之間(可選地能夠探測(cè)更多不同的預(yù)定負(fù)荷值)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，驅(qū)動(dòng)相和短路相中的一個(gè)的至少長(zhǎng)度在連續(xù)的驅(qū)動(dòng)循環(huán)之間被周期性地改變。例如，在第一驅(qū)動(dòng)循環(huán)Cl中，通過(guò)測(cè)量來(lái)測(cè)試預(yù)定的第一負(fù)荷值，在接著的第二驅(qū)動(dòng)循環(huán)c2中，測(cè)試預(yù)定的第二負(fù)荷值，在接著的驅(qū)動(dòng)循環(huán)中，再次測(cè)試所述預(yù)定的第一負(fù)荷值等。這可由cl-c2-cl-c2-cl-c2_...系列來(lái)指不?？稍O(shè)想到其他系列，諸如 cl-c2-c3-cl-c2-c3-cl-c2_c3-·..或 cl-c2-cl-c3-cl-c2-cl_c3-·..或cl_cl_c2_c2_cl_cl_c2_c2' ..等。設(shè)想到包括存儲(chǔ)器元件的操作的實(shí)施方案。例如，如果使用者通常超過(guò)了第二預(yù)定負(fù)荷值或第三預(yù)定負(fù)荷值，則可修改上述測(cè)量序列。具體地，如果超過(guò)了第三預(yù)定的值，則測(cè)量系列可為cl-c3，c-2-c-3, cl-c-3, c2-c3,...。該序列可發(fā)生直到使用者改變其衛(wèi)生習(xí)慣并開(kāi)始利用適當(dāng)?shù)厥┘拥牧?。此時(shí)，可將測(cè)量系列修改成先前所列的系列，其在循環(huán)c3期間更少測(cè)量。在一個(gè)實(shí)施方案中，在第一電壓信號(hào)的評(píng)測(cè)已指不外加負(fù)荷已從高于(或低于)預(yù)定的第一負(fù)荷值變成低于(或高于)該值之后，第一驅(qū)動(dòng)相的時(shí)長(zhǎng)可被改變。所述預(yù)定的第一時(shí)間隨后也可被改變。在一個(gè)實(shí)施方案中，在第一驅(qū)動(dòng)相的時(shí)長(zhǎng)的上述改變之后添加預(yù)定的第二時(shí)間點(diǎn)以允許測(cè)量外加負(fù)荷是已往回變成高于(或低于)所述預(yù)定的第一負(fù)荷值還是已從高于(或低于)預(yù)定的第二負(fù)荷值變成低于(或高于)該值。用以測(cè)試是否達(dá)到了多于一個(gè)的預(yù)定負(fù)荷值的所有各種可能性可在盡可能的程度上彼此組合。由于當(dāng)?shù)谝浑妷盒盘?hào)改變其正負(fù)號(hào)時(shí)，共振馬達(dá)受驅(qū)動(dòng)時(shí)的峰值振幅可從低振幅被改變?yōu)楦哒穹瑘D3所示的負(fù)荷值Dl應(yīng)當(dāng)涉及施加在功能元件處的負(fù)荷,所述負(fù)荷指示電氣裝置正被使用，例如，將其頂壓住某個(gè)表面。相應(yīng)的預(yù)定的第一負(fù)荷值或第二負(fù)荷值可被設(shè)定為在介于約O.1牛頓(N)至約5N之間的范圍內(nèi)。對(duì)于第一電壓信號(hào)，所述預(yù)定的第一負(fù)荷值具體地可被選擇為在介于約O. 5N至約1. 5N之間的范圍內(nèi)，并且對(duì)于第二電壓信號(hào)，所述預(yù)定的第二負(fù)荷值介于約1. 5N至約3. 5N之間。除此之外，電氣裝置還可裝配有指示燈以在以下時(shí)候向使用者發(fā)出指示當(dāng)外加負(fù)荷低于所述預(yù)定的第一負(fù)荷值水平時(shí)(例如通過(guò)黃光元件)，當(dāng)外加負(fù)荷介于所述預(yù)定的第一負(fù)荷值和第二負(fù)荷值之間時(shí)(例如用綠光元件)或當(dāng)外加負(fù)荷高于所述預(yù)定的第二負(fù)荷值時(shí)(例如用紅光元件)。
在一個(gè)上述實(shí)例實(shí)施方案中，一個(gè)在評(píng)測(cè)單元已檢測(cè)出外加負(fù)荷從高于(或低于)預(yù)定的第一(或第二，或第三，)負(fù)荷值變成低于(或高于)該值之后被改變的驅(qū)動(dòng)參數(shù)為第一驅(qū)動(dòng)相的時(shí)長(zhǎng)。替代改變第一驅(qū)動(dòng)相的時(shí)長(zhǎng)，另一個(gè)驅(qū)動(dòng)參數(shù)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)參數(shù)可被改變，例如，驅(qū)動(dòng)頻率可被改變，供電電壓的高度可被改變，某個(gè)半周內(nèi)的第一驅(qū)動(dòng)相的起動(dòng)時(shí)間可被改變等。 圖6為被實(shí)現(xiàn)為口腔衛(wèi)生裝置I的電氣裝置的示圖，所述口腔衛(wèi)生裝置在此處呈電動(dòng)牙刷形式。口腔衛(wèi)生裝置I包括柄部20和連接件10。連接件10包括功能元件11，所述功能元件被安裝成圍繞如雙箭頭12所示的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)R作受驅(qū)動(dòng)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。功能元件11 (在此處被實(shí)現(xiàn)為包括多個(gè)清潔元件的刷頭，所述清潔元件在此處被實(shí)現(xiàn)為刷毛簇)可由共振馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，使得功能頭部11圍繞旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)R擺動(dòng)。在操作期間，共振馬達(dá)由控制單元來(lái)控制。如下文所更詳述，在示例性口腔衛(wèi)生裝置，例如電動(dòng)牙刷的上下文中，可控制共振馬達(dá)在初始時(shí)具有較低操作振幅以向使用者指示該電動(dòng)牙刷處于接通狀態(tài)并且是可發(fā)揮功能的。當(dāng)將電動(dòng)牙刷的刷頭頂壓住使用者口腔中的表面時(shí)，共振馬達(dá)的施加的機(jī)械負(fù)荷可改變，并且當(dāng)外加負(fù)荷值達(dá)到或超過(guò)預(yù)定的第一負(fù)荷值時(shí)，共振馬達(dá)可被控制成具有更高的操作振幅(工作振幅)。低操作振幅可被選擇成在工作振幅的介于約1%至約75%之間的范圍內(nèi)，可選地在介于約5 %至約30 %之間的范圍內(nèi)。盡管已討論 了各種實(shí)例實(shí)施方案，但應(yīng)當(dāng)指出的是，本說(shuō)明書(shū)中所公開(kāi)的所有特征，不論是作為分離的特征還是作為其他特征的上下文中的特征，均旨在可單個(gè)地在盡可能的程度上彼此組合，并且不與本公開(kāi)的要旨和范圍相抵觸。本文所公開(kāi)的量綱和值不旨在被理解為嚴(yán)格地限于所述的精確值。相反，除非另外指明，每個(gè)這樣的量綱旨在表示所述值以及圍繞該值功能上等同的范圍。例如，所公開(kāi)的量綱“40mm”旨在表示“約40mm”。
權(quán)利要求
1.一種共振馬達(dá)單元，包括 共振馬達(dá)； 控制單元，所述控制單元用于以驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)所述共振馬達(dá)，用于在連續(xù)的驅(qū)動(dòng)循環(huán)中的第一短路相期間使所述共振馬達(dá)短路，并且用于在所述驅(qū)動(dòng)循環(huán)內(nèi)至少預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)處通過(guò)斷開(kāi)流過(guò)所述共振馬達(dá)的電流來(lái)結(jié)束所述至少第一短路相； 測(cè)量單元，所述測(cè)量單元用于在所述預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)處連續(xù)地測(cè)量由所述共振馬達(dá)提供的至少第一電壓信號(hào)；和 評(píng)測(cè)單元，所述評(píng)測(cè)單元用于確定所述第一電壓信號(hào)在連續(xù)的測(cè)量之間是否已改變。
2.如權(quán)利要求1所述的共振馬達(dá)單元，其中，所述測(cè)量單元被布置成僅測(cè)量所述第一電壓信號(hào)的正負(fù)號(hào)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的共振馬達(dá)單元，其中，所述預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)被預(yù)定成使得當(dāng)施加在所述共振馬達(dá)處的負(fù)荷從低于預(yù)定的第一負(fù)荷值變成高于預(yù)定的第一負(fù)荷值或從高于預(yù)定的第一負(fù)荷值變成低于預(yù)定的第一負(fù)荷值時(shí)，所述第一電壓信號(hào)改變其正負(fù)號(hào)。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的共振馬達(dá)單元，其中 所述控制單元還被布置成用于在連續(xù)的驅(qū)動(dòng)循環(huán)中的第二短路相期間使所述共振馬達(dá)短路，并且用于在所述驅(qū)動(dòng)循環(huán)內(nèi)的預(yù)定的第二時(shí)間點(diǎn)處通過(guò)斷開(kāi)流過(guò)所述共振馬達(dá)的電流來(lái)結(jié)束所述第二短路相； 所述測(cè)量單元還被布置成用于在所述預(yù)定的第二時(shí)間點(diǎn)處測(cè)量由所述共振馬達(dá)提供的第二電壓信號(hào)；并且 所述評(píng)測(cè)單元還被布置成用于確定所述第二電壓信號(hào)在連續(xù)的測(cè)量之間是否已改變。
5.如權(quán)利要求4所述的共振馬達(dá)單元，其中，所述測(cè)量單元被布置成用于 測(cè)量所述連續(xù)的驅(qū)動(dòng)循環(huán)中的至少一個(gè)的第一半周中的第一電壓信號(hào)和相同的驅(qū)動(dòng)循環(huán)的第二半周中的第二電壓信號(hào)；或 測(cè)量所述連續(xù)的驅(qū)動(dòng)循環(huán)中的至少一個(gè)的第一半周中的第一電壓信號(hào)和也在相同的驅(qū)動(dòng)循環(huán)的第一半周中的第二電壓信號(hào)；或 測(cè)量所述連續(xù)的驅(qū)動(dòng)循環(huán)中的至少一個(gè)內(nèi)的第一電壓信號(hào)和所述連續(xù)的驅(qū)動(dòng)循環(huán)中的至少另一個(gè)中的第二電壓信號(hào)。
6.如權(quán)利要求1或2所述的共振馬達(dá)單元，其中，所述控制單元被布置成在連續(xù)的測(cè)量之間改變所述驅(qū)動(dòng)頻率。
7.如權(quán)利要求6所述的共振馬達(dá)單元，其中，所述預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)被預(yù)定成使得當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)頻率與所述共振馬達(dá)的共振頻率一致或與具有與所述共振頻率相距預(yù)定距離的目標(biāo)頻率一致時(shí)，所述第一電壓信號(hào)改變其正負(fù)號(hào)。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的共振馬達(dá)單元，其中，所述控制單元被布置成在所述短路相之前的驅(qū)動(dòng)相期間在所述共振馬達(dá)處提供供電電壓。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的共振馬達(dá)單元，其中，所述控制單元被布置成當(dāng)基于所述第一馬達(dá)信號(hào)的改變被確定時(shí)改變所述共振馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)的至少一個(gè)參數(shù)，和/或向使用者指示所確定的改變。
10.一種電氣裝置，所述電氣裝置包括如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的共振馬達(dá)單元，可選地其中所述電氣裝置為口腔衛(wèi)生裝置，例如電動(dòng)牙刷。
11.一種控制共振馬達(dá)的方法，包括以下步驟 以驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)所述共振馬達(dá)； 在第一短路相期間使所述共振馬達(dá)短路； 至少在預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)處，斷開(kāi)通過(guò)所述共振馬達(dá)的電流； 在所述預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)處，測(cè)量由所述共振馬達(dá)提供的至少第一電壓信號(hào)；以及 評(píng)測(cè)所述第一電壓信號(hào)在連續(xù)的測(cè)量之間是否已改變。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括以下步驟 當(dāng)基于所述第一電壓信號(hào)的改變被確定時(shí)改變所述共振馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)的至少一個(gè)參數(shù)，和/或向使用者指示所確定的改變。
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，還包括以下步驟 在使所述共振馬達(dá)短路的步驟之前在所述共振馬達(dá)處施加供電電壓。
14.如權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的方法，還包括以下步驟 在第二短路相期間使所述共振馬達(dá)短路； 在預(yù)定的第二時(shí)間點(diǎn)處，斷開(kāi)通過(guò)所述共振馬達(dá)的電流； 測(cè)量第二馬達(dá)信號(hào)，所述第二馬達(dá)信號(hào)指示施加在所述共振馬達(dá)處的負(fù)荷；以及評(píng)測(cè)所測(cè)量到的第二馬達(dá)信號(hào)以確定由所述第二馬達(dá)信號(hào)指示的負(fù)荷值在連續(xù)的測(cè)量之間是否已從高于預(yù)定的第二負(fù)荷值變成低于預(yù)定的第二負(fù)荷值或從低于預(yù)定的第二負(fù)荷值變成高于預(yù)定的第二負(fù)荷值。
15.如權(quán)利要求11至14中任一項(xiàng)所述的方法，還包括以下步驟 在連續(xù)的測(cè)量之間改變所述驅(qū)動(dòng)頻率。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種共振馬達(dá)單元，其具有共振馬達(dá)、控制單元、測(cè)量單元和評(píng)測(cè)單元。所述控制單元用于以驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)共振馬達(dá)，用于在連續(xù)的驅(qū)動(dòng)循環(huán)中的至少第一短路相期間使共振馬達(dá)短路，并且用于在驅(qū)動(dòng)循環(huán)內(nèi)至少預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)處通過(guò)斷開(kāi)流過(guò)共振馬達(dá)的電流來(lái)結(jié)束第一短路相；所述測(cè)量單元用于在所述預(yù)定的第一時(shí)間點(diǎn)處連續(xù)地測(cè)量由共振馬達(dá)提供的至少第一電壓信號(hào)；并且所述評(píng)測(cè)單元用于確定第一電壓信號(hào)在連續(xù)的測(cè)量之間是否已改變。
文檔編號(hào)A61C17/34GK103068339SQ201180040156
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者托爾斯滕·克萊姆, 英戈·維特爾, 烏韋·容尼克爾, 貝內(nèi)迪克特·海爾, 克里斯·利克爾 申請(qǐng)人:博朗有限公司