CN102665603B - 用于电动牙刷的机械驱动的共振传动系统 - Google Patents

Abstract

电动牙刷包括驱动组件，该驱动组件又包括DC电动机(14)和电池。DC电动机具有在其自由端受支撑的旋转驱动轴(16)。驱动轴具有偏心部分(18)。塑料套管(20)装配于偏心部分上，该套管具有与弹簧构件(38)的一端对接的延伸部分。弹簧构件的另一端固定到轭状物(36)，该轭状物固定到刷头轴(32)。驱动轴的旋转导致塑料套管的延伸部分在压缩状态与延伸状态之间移动弹簧。DC电动机的动作激励弹簧以产生刷头轴和装配于其上的刷头组件(40)的振荡动作。

Description

用于电动牙刷的机械驱动的共振传动系统

技术领域

本发明总体上涉及电动牙刷并且更具体地涉及一种用于电动牙刷的传动系统。

背景技术

在用于电动牙刷的传动系统的一种形式中，正弦信号用来驱动弹簧组件，该弹簧组件继而在所期望的振荡运动中驱动牙刷的部分。然而，为了产生所需正弦信号以创建用于驱动弹簧系统的磁场而必需的定子是定制的，并且与这样的驱动系统所需要的电子器件组合明显增加这样的电动牙刷的总开支。

取而代之，为了简化并且为了减少总开支而已经在电动牙刷传动系统中使用DC电动机。为了产生振荡刷头动作(该动作一般对于刷牙而言最有效)，曲柄臂和连杆已经与DC电动机一起用来生成所需振荡刷头运动和幅度。然而，随着刷头运动的频率增加至有效值，针对与曲柄和连杆机构一起操作的电动机的转矩要求增加。

发明内容

因此希望具有如下传动系统，该系统为了简化和经济而使用DC电动机，但是没有用于产生所期望的刷头运动的直接曲柄和连杆组件的缺点。

因而，电动牙刷包括：驱动组件，包括电池和DC电动机，DC电动机具有从DC电动机延伸的旋转驱动轴，驱动轴具有旋转地装配于支撑构件中的自由端，驱动轴具有接近驱动轴的自由端定位的偏心部分；弹簧组件，从偏心部分延伸，弹簧组件包括随着偏心部分旋转而在两个状态之间交替的弹簧构件；刷头轴构件，其中刷头轴构件具有固定到刷头轴构件并且背离刷头轴构件延伸的轭状物构件，轭状物构件也固定到弹簧构件，其中在操作中随着驱动轴的偏心部分旋转而产生刷头轴的振荡动作，而弹簧构件在它的两个状态之间交替；以及刷头组件，具有装配于刷头轴上用于清洁用户的牙齿的刷毛。

附图说明

图1是具有本文公开的传动系统的牙刷的分解图。

图2是牙刷的另一分解图。

图3是示出了处于压缩的传动系统的弹簧组件部分的横截面图。

图4是示出了处于延伸的弹簧组件部分的横截面图。

图5是示出了图1-图4的牙刷的部分的侧正视图。

图6是示出了图1-图5的实施例的可替换实施例的侧正视图。

图7是图1-图6的弹簧布置的一个可替换实施例的横截面图。

具体实施方式

参照图1和图2，在10示出了电动牙刷。牙刷10包括DC电动机14定位于其中的常规柄部12。在所示实施例中，DC电动机为高速(5K-20K rpm或者近似80-320转每秒)和低转矩(0.2毫牛顿-米到1.5毫牛顿-米)的，但是这些值可以变化。包括偏心部分18的电动机(驱动)轴16从DC电动机14延伸。所示实施例中的偏心部分沿着轴16位于近似8mm处，近似18mm长并且具有0.5mm的偏心距。塑料套管20装配于偏心部分18上。

电动机轴16经过支撑板22中的开口延伸并且由支撑板22支撑，该支撑板与DC电动机14邻近并且固定到牙刷的柄部12，使得它不移动。驱动轴16的远端装配于其中的第二支撑板24在背离电动机14的方向上背离支撑板22。相隔(standoff)构件26和28定位于两个支撑板22与24之间。支撑板22和24以及相隔构件26和28由螺杆30-30连接在一起，而两个间隔螺杆用于每个相隔构件。如图3和图4中最清楚地所示，相隔构件26和28与支撑板的相对侧相邻定位，一个相隔构件朝着一个相邻正交侧定位并且另一相隔构件朝着另一相邻正交侧定位。然而，该具体布置可以变化。在所示实施例中，支撑板22和24以及相隔构件26和28由硬塑料制成。

塑料套管20耦合到电动机轴的偏心部分18，使得套管20随着电动机轴的动作而旋转。刷头轴32也在支撑板22和24之间延伸并且可在其中旋转。轭状物构件36固定地附着到在支撑板22与24之间的刷头轴32并且沿着刷头轴32与套管20纵向对齐定位。弹簧构件38固定到套管20的自由端35与轭状物构件36的自由端37，并且在其之间。弹簧构件38在所示实施例中为压缩弹簧，该弹簧在图3中所示一个位置压缩而在图4中所示另一位置释放(延伸)，这随着电动机轴16旋转而交替出现。套管20随着电动机轴旋转而交替压缩和释放弹簧38。弹簧38具有10-30牛顿/mm的弹簧刚度，优选地大约18.8牛顿/mm。在图1和图2所示的实施例中，以两个部分示出了刷头轴32：近侧部分在两个支撑板22和24之间延伸并且由它们支撑，而刷头38可移开地连接到其上的远侧部分背离支撑板24延伸。一组刷毛42在刷头组件40的远端。

在操作中，弹簧38充当在电动机轴16的偏心部分18与刷头轴32之间的链接。当在正确频率操作时，激励的弹簧操作以产生刷头轴32的扫描交替运动。在所示实施例中，运动角度在6°-18°之间，而频率在150-300Hz之间。弹簧38对轭状物36的动作产生扫描动作。在弹簧/轭状物连接与刷头轴的轴线之间的距离称为力矩臂。在所示实施例中的力矩臂优选为7.5mm长，但是可以在2mm与15mm之间变化。

所示传动系统在操作中使用弹簧构件38的机械激励以产生弹簧构件和刷头在动态系统的共振频率附近或者在该共振频率的共振响应。塑料套管20借助旋转偏心轴而生成的力激励弹簧38。在弹簧38的远端，向力矩臂施加的力向刷头轴提供所需转矩以产生刷头组件40和刷毛42的扫描运动。

根据向DC电动机14供应的电压、弹簧构件38的硬度和整个系统的惯性，可以控制弹簧的所期望的共振模式。可以通过变化驱动轴的偏心部分18的偏心距、操作频率和力矩臂的长度来控制刷毛运动的幅度。幅度也受振荡部件(包括刷头轴和刷头组件)的惯性力矩影响。

在图1-图5的布置中，弹簧构件38服务于两个目的：(1)它将塑料套管20的运动约束成对于刷牙而言有效的扫描交替运动(而不是旋转运动)，并且(2)它有助于动态系统的总共振频率。根据压缩弹簧的硬度和系统惯性，可以调整振荡系统用于扫描运动的共振频率。

图6示出了一个可替换实施例，在该实施例中牙刷电动机50电动机驱动第一齿轮52，该第一齿轮进而驱动配对齿轮54，偏心轴56装配到配对齿轮54，塑料套管58定位于偏心轴56上。利用该传动系统布置，有可能提供更低成本的牙刷，主要因为齿轮布置的速度倍增效应允许使用更低速度并且因此更低成本的电动机。它也可以用来变化刷头运动的频率。图6的实施例与上文描述的其他实施例一样适合在可能需要不同操作频率的其他个人护理电器(例如电动剃须刀)中使用。

图7示出了用于图1-图6的实施例的一个可替换弹簧实施例，该实施例在别的方面相似的传动系统布置中包括两个弹簧60和62。弹簧具有预载使得两个弹簧在所有时间保持于某压缩状态，而不是在压缩与延伸之间交替。该布置造成电器的疲劳减少和噪声减少。

因此，已经公开一种用于电动牙刷的传动系统，该传动系统使用对弹簧组件操作的机械驱动布置，其中驱动轴的偏心部分用来激励弹簧构件并且产生刷头的所需共振扫描运动。

虽然已经出于示例的目的而公开本发明的优选实施例，但是应当理解可以在实施例中并入各种改变、修改和替换而未脱离由所附权利要求书限定的本发明精神实质。

Claims (6)

1.一种电动牙刷，包括：

驱动组件，包括电池和DC电动机(14)，所述DC电动机具有从所述DC电动机延伸的旋转驱动轴(16)，所述驱动轴具有旋转地装配于支撑构件(24)中的自由端，所述驱动轴具有接近所述驱动轴的自由端定位的偏心部分(18)；

弹簧组件，从所述偏心部分延伸，所述弹簧组件包括第一弹簧组件或者第二弹簧组件，其中所述第一弹簧组件包括随着所述偏心部分旋转而在操作中在压缩与延伸之间交替移动的弹簧构件(38)，所述第二弹簧组件包括两个弹簧构件部分(60，62)，所述两个弹簧构件部分被连接成使得两个弹簧构件部分随着所述偏心部分旋转总是处于压缩；

刷头轴构件(32)，其中所述刷头轴构件具有固定到所述刷头轴构件并且背离所述刷头轴构件延伸的轭状物构件(36)，所述轭状物构件也固定到所述弹簧构件或所述两个弹簧构件部分，其中在操作中，随着所述驱动轴的所述偏心部分旋转而产生所述刷头轴构件的振荡动作，而所述第一弹簧组件中的所述弹簧构件在它的压缩与延伸之间交替，所述第二弹簧组件中的所述两个弹簧构件部分总是处于压缩；以及

刷头组件(40)，具有装配于所述刷头轴上用于清洁用户的牙齿的刷毛(42)。

2.根据权利要求1所述的牙刷，其中所述弹簧组件包括定位于所述偏心部分上的塑料套管构件(20)，所述塑料套管构件具有这样的配置使得随着所述电动机的所述驱动轴旋转，所述第一弹簧组件中的所述弹簧构件在所述压缩与延伸状态之间移动，所述第二弹簧组件中的所述两个弹簧构件部分总是处于压缩。

3.根据权利要求1所述的牙刷，其中所述DC电动机具有在范围5,000-20,000rmp内的速度和在范围0.2-1.5mNm内的转矩。

4.根据权利要求1所述的牙刷，其中所述弹簧具有在10牛顿/毫米到30牛顿/毫米的范围中的弹簧刚度。

5.根据权利要求1所述的牙刷，其中存在在所述弹簧组件与所述轭状物构件的接触位置与所述刷头轴构件的轴线之间的力矩臂，所述力矩臂具有在范围2-15mm中的长度。

6.根据权利要求1所述的牙刷，其中所述驱动轴包括在所述偏心部分之前的齿轮组件(52，54)，其中改变所述齿轮组件产生所述牙刷的操作频率改变和/或所述驱动轴的速度改变。