用于确定电动牙刷的使用模式的方法和电动牙刷的制作方法

文档序号:1199265阅读:292来源:国知局
专利名称:用于确定电动牙刷的使用模式的方法和电动牙刷的制作方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定电动牙刷使用模式的方法,其中所述电动牙刷包括用于连接到刷子部件的传动轴、电动马达、和用于提供所述传动轴的第一运动的驱动器。本发明还涉及一种包括用于连接到刷子部件的传动轴、电动马达、用于提供所述传动轴的第一运动的驱动器的电动牙刷。
背景技术
DE 196 277 52A1公开了一种包括柄部和刷子部件的电动牙刷。电动马达位于柄部中。传动轴从柄部伸出并可连接到电动马达。刷子部件可连结到柄部。刷子部件还包括用于刷毛的载体,其可机械地连接到传动轴。当在运行时,用于刷毛的载体执行旋转运动以及平移或摇摆运动,其中摇摆运动的频率大于旋转运动的频率。为了避免在刷毛和使用者的牙齿间的接触压力超过某个预定值时发生损坏,DE 196 27 752A1还描述了当接触压力超过某个预定值时中断用于刷毛的载体的摇摆运动。当通过脱离提供传动轴摇摆运动的偏心件机械地实现了如DE 196 27 752所述的摇摆运动中断时,通过机械地激活电开关获得了给使用者发送接触压力超过临界值的声学或光学信号。

发明内容
因此,本发明的一个目的是提供一种方法和一种牙刷,其允许简化确定电动牙刷的使用模式。本发明的另一个目的是提供一种方法和一种牙刷,其允许简化识别接触压力超过
某一预定值。本发明的又一目的是提供一种方法和一种具有减少数目的部件的电动牙刷,以及具体地讲节省用于指示接触力过大的电开关。这些目的中的至少一个通过用于确定电动牙刷使用模式的方法而解决,其中所述电动牙刷包括用于连接到刷子部件的传动轴、电动马达、和用于提供传动轴的第一运动的驱动器,其中所述方法包括以下步骤测量电动马达的特性参数;检测所述特性参数的特异性变化;和评估所述特异性变化。电动马达的特性参数很好地表现牙刷的使用模式。例如,施加在牙齿上的接触压力对刷子的旋转速度起作用。特性参数上的变化指示刷子的特定状态,并因此允许确定电动牙刷的使用模式。根据本发明,使用模式因此通过检测特性参数由于牙刷的特定状态而产生的特异性变化而不是通过比较特性参数的绝对值与阈值来确定。在本发明的一个实施方案中,所述驱动器被布置成提供传动轴的第一运动和第二运动,其中所述驱动器被布置成使得在超过预定接触压力时第二运动被中断。在一个特定的另一个实施方案中,第一运动是旋转运动,并且第二运动是摇摆运动。在用于实施所述方法的电动牙刷的一个实施方案中,传动轴的旋转运动和摇摆运动用单个电动马达和驱动器来提供,驱动器将电动马达的旋转运动分解成传动轴的优选的摆动旋转运动和摇摆运动。在本发明的一个实施方案中,本专利申请意义上的摇摆运动是传动轴基本上在垂直于传动轴旋转轴线的方向上的平移运动或枢转运动。在另一个实施方案中,传动轴被布置成使得它可机械地连接到刷子部件,刷子部件包括其中多个刷毛连结到其上的刷毛的载体。在运行期间,电动马达通过驱动器提供连结到传动轴上的刷毛载体的旋转的、优选震荡旋转运动,并且此外提供平行于刷毛载体的旋转轴线的刷毛载体的摇摆运动,使得刷毛就它们的旋转运动执行清理运动。在一个实施方案中,传动轴被安装成使得它可围绕枢转点进行枢转。传动轴的摇摆运动接着通过连接到电动马达并与所述传动轴或连结到所述传动轴的一个元件接合的偏心件来提供。在一个实施方案中,偏心件或者与偏心件相连的元件朝向传动轴或者与所述传动轴相连的元件被弹簧偏置。每当扭矩在垂直于旋转轴的方向上作用于传动轴并且其超过由偏动簧片所提供的扭矩时,在偏心件和传动轴或者连接到传动轴的元件之间的形状配合或压力配合被中断,并且因此传动轴的摇摆运动被停止。在该实施方案中,偏动簧片的力预先确定刷毛和使用者的牙齿之间的临界接触压力。当该临界接触力被超过时,传动轴的摇摆运动或平移运动被中断。为了在临界接触压力被超过时允许给牙刷的使用者发信号,根据本发明的一个实施方案的方法测量电动马达的特性参数、检测所述特性参数上的特异性变化、以及评估所述特异性变化。在一个实施方案中,这种特性参数上的特异性变化的检测和评估使电开关给使用者发出多余信号。在一个实施方案中,所测量的特性参数是由电动马达感生的电压或该电压的导数。感生电压可或是直接进行测量或是当已知公式的其它参数时可从电动马达公式推导
出ο在其中电动马达由脉冲宽度调制器(PWM)信号来驱动的一个实施方案中,由电动马达感生的电压或者该电压的导数可在两个驱动电脉冲间进行测量。在一个可供旋转的实施方案中,特性参数是电动马达的转动频率或者通过现有技术熟知的方法例如磁致伸缩转速传感器所测量的导数。根据本发明的一个实施方案的方法可用于其中电动马达被恒定驱动信号驱动使得电动马达的转动频率取决于施加到马达上的载荷的应用场合。作为另外一种选择,它同样可用于其中保持电动马达的转动频率不变不考虑例如由PID元件(比例-积分-微分元件)施加到马达上的载荷的应用场合。在一个实施方案中,使用用于驱动电动马达的脉冲宽度调制器信号同时保持电动马达的转动频率不变,所测得的马达的特性参数可为脉冲宽度调制信号的占空因数或者该
4占空因数的导数。脉冲宽度调制器信号的占空因数从本专利申请的意义上是其中接收信号的时间除以信号的周期。当转动频率被保持不变时,占空因数为施加到马达上的载荷提供清楚的指示。在另一个实施方案中,所确定的特性参数是电动马达的换向频率或表现其转动频率特性的该转动频率的导数。在一个实施方案中,假定电动马达的特性参数很好地表现其载荷并且因此是施加到刷子并且继而通过驱动器施加到马达上的接触压力的量度。例如,当预定的接触压力被超过时传动轴的平移运动中断导致清楚地辨识平移运动的中断并且因此遇到预定的临界接触压力的特性参数上的特异性变化。在一个实施方案中,检测特性参数的特异性变化包括以下步骤记录特性参数随时间的变化;和比较所记录的特性参数与预定的特性参数进展。这样的比较例如可通过将所测量的和所记录的特性参数与存储在查找表中的数值相比较或者比较呈描述其随时间或接触压力进展的公式形式的特性参数的所存储数列来执行。记录特性参数例如可通过将测量值对时间存储在存储器中来执行。作为另外一种选择或除此之外,根据本发明的一个实施方案的方法可包括以下步骤确定特性参数的斜率和检测随后发生的具有异号的斜率。在另一个实施方案中,上述参数之一的导数即斜率可被直接测量为电动马达的特性参数。特性参数上的变化接着可例如如上所述通过记录参数对时间进行检测。作为另外一种选择,可省略记录参数并检测在两次测量之间无论何时发生的导数表示上出现的变化。例如,在一个实施方案中,当接触压力由牙刷的使用者通过将刷毛越来越重地压到牙齿上而增大时,电动马达的转动频率降低。转动频率随时间降低直到由电动马达通过驱动器所提供的摇摆运动被中断为止,导致在电动马达上的总体载荷减小,并因此导致电动马达的转动频率的增加。因此,就在中断平移运动之后,可观察到转动频率随时间的增加。因为在中断摇摆运动之前和之后旋转运动的两个斜率是退耦摇摆运动的特征,所确定的斜率辨识超过临界接触压力并允许相应地给使用者发信号。根据另一个实施方案,特性参数的特异性变化被评估以确定牙刷使用的品质因数。在一个实施方案中,该品质因数可通过评估或者计算其中特异性变化例如超过临界接触压力发生的次数来确定。该数目接着形成品质因数。该数越低,刷子被用得就越好。在另一个实施方案中,品质因数用信号发送给使用者。在一个实施方案中,这可通过在每次使用周期结束时例如在完成牙齿刷洗时显示其中临界接触压力已经被超过的次数给使用者而实现。在一个可供选择的实施方案中,发送品质因数信号给使用者通过呈发光二极管 (LED)形式的表现而实现,其中例如每个二极管代表某个阈值。在一个实例中,绿色LED表示临界接触压力从未被超过,橙色LED表示临界接触压力被超过三次或更少,并且红色LED 表示临界接触压力被超过三次以上。以上目标中的至少一个也通过包括用于连接到刷子的传动轴、电动马达、用于提供传动轴的第一运动的驱动器、布置成用于测量电动马达的特性参数的测量装置、和布置成用于检测特性参数的特异性变化和用于评估所述特异性变化的处理器的电动牙刷而解决。在一个实施方案中,测量装置、记录器和处理器被包含在微控制器中。在可至少部分地用软件控制处理器实现以上实施方案的情况下,很显然提供此类控制的计算机程序和在其上存储这样一种计算机程序的存储介质被认为是本发明的不同方面。


从下面的实施方案的说明书和附图中,本发明的其他优点、特征和应用将显而易见。图1显示根据本发明的电动牙刷的示意性剖面图。图2显示沿着线A-A截取的图1中牙刷的剖面图。图3显示在接触压力范围内转动频率的示意图。图4显示在接触压力范围内用于电动牙刷的脉冲宽度调制驱动信号的占空因数的示意图。
具体实施例方式图1所述的电动牙刷1被提供用于清洁使用者的牙齿,具体地讲用于从牙齿表面去除牙斑。所述电动牙刷包括具有细长的近似圆柱体形式的柄部2。刷子部件3可连结到柄部2。同时柄部2的直径被选择使得电动牙刷1的使用者可在柄部2安全地握住它。刷子部件3的直径小于柄部2的直径以便能够将刷子部件3插入到使用者的口中。在刷子部件3的自由端,众多的刷毛4延伸,它们可用来清洁使用者的牙齿。柄部2包括其中设置了底座6的外壳5。底座6具有细长的基本圆柱体形式并在外壳5并因此柄部2的几乎整个长度上延伸。底座6承载电动马达8、蓄电池9、以及其他电子元件例如充电线圈10和控制器 46。底座6此外包括可围绕枢转轴线12枢转的摆动曲柄11。曲柄11以及枢转轴线12位于柄部2朝向刷子部件3的那部分中。曲柄11部分地在柄部2上延伸。曲柄11的其他部件是管13、悬臂14和两个承载元件15、16。曲柄11的管13延伸穿过柄部2的开口 17,其中在管13和柄部2的外壳5之间设置了由橡胶制成的环形膜 18以便提供管13通过柄部2中的开口的弹性馈通。刷子部件3可连结到管13在外壳5之上延伸的那部分。连结到曲柄11的刷子部件3朝向刷毛4延伸曲柄11。在曲柄11的管13中,设置了传动轴20,在其远离柄部的末端,其可连结到机械地连接到刷毛4的另一个轴23。在管13中以及在承载元件15上可围绕旋转轴线21转动地安装传动轴20。曲柄11的枢转轴线12和传动轴20的轴线21被布置近似转动彼此正交。刷子部件3包括其中可枢转地安装刷子转轴23的承载管22。当刷子部件3被夹牢在外壳2上时,刷子转轴23是与传动轴21同心的,并且传动轴21在凹槽M中接合刷子转轴23,从而提供型面配合的传动装置。
外壳25位于刷子部件3的自由端。包括众多刷毛4的刷毛载体沈位于外壳25 中。刷毛载体26被可枢转地安装在轴27上。轴27近似平行于刷毛4并垂直于刷子轴线 23并且垂直于传动轴21。具有两个伞齿轮段使得围绕轴线21的刷子转轴23的交替旋转运动可被转换成围绕轴27的刷毛载体沈的交替旋转运动。将四杆链30在柄部2中设置在曲柄11和电动马达8之间。为了形成四杆链30, 电动马达8包括近似平行于传动轴20的轴线21并在电动马达8之上延伸的马达转轴31。 安装到马达转轴31上的齿轮32啮合正齿轮33。正齿轮33被可转动地安装在轴线34上的销轴35上。销轴35被安装在连结到电动马达8的承载元件36中。正齿轮33还包括以距轴线34某一距离被安装到正齿轮33的偏心曲柄。转轴37 还通过连接元件38和在曲柄11的承载元件16中的销轴39可转动地进行安装。销轴39 与由销轴35所形成的轴线34是同心的。在转轴37上,可转动地安装了连接杆40。如图2所示,连接杆40通过销轴41可枢转地安装到传动轴42。传动轴42在管13和承载元件15之间被耐扭安装到曲柄11的转轴20。在电动马达8的马达转轴31上,设置了滚珠轴承43。滚珠轴承43包括偏心内环 44和同心外环45。利用偏心内环44将滚珠轴承43装配在马达转轴31上。偏心内环44 因此作为偏心件运行。同心外环45紧靠曲柄11的悬臂14。曲柄11的悬臂14被弹簧偏置抵靠滚珠轴承43的外环45。因此,当运行时,电动马达8在单一方向上提供马达转轴31的旋转运动,其接着被转换成传动轴20的交替旋转运动,并且同时转换成围绕枢转轴线12的传动轴20的摇摆运动。电动牙刷受电子控制器46控制,电子控制器包括用于给马达8提供电驱动信号的必需元件。此外,控制器46提供对实施根据本发明的一个实施方案的方法所必要的元件。 此外,控制器46控制给使用者发信号。当由作用在刷毛4的载体沈上的力引起的扭矩超过由偏置力朝向滚珠轴承43的外环45压迫悬臂14引起的扭矩时,由滚珠轴承43所形成的偏心件和悬臂14之间的接合被中断,使得传动轴20围绕枢转轴线12的摇摆运动继而也被中断。传动轴20摇摆运动的这种中断现在被用于给牙刷1的使用者发信号,即通过测量和分析电动马达的特性参数随时间的变化遇到了刷毛与使用者牙齿的临界接触力,其中所述分析包括以下步骤检测特性参数的特异性变化和评估那些变化。在第一实施方案中,电动马达8由恒定的脉冲宽度调制器信号和反电动势驱动, 即,在其中脉冲宽度调制信号低的随后的时间点期间,测量由电动马达8所感生的电压作为特性参数。作为电动马达特性参数的感生电压是电动马达8的转动频率的良好量度。在图3中,感生电压Uind被标绘在施加到刷毛载体沈的接触压力F。范围内。假设接触压力随着时间线性地增大,所述坐标轴也可表示时间。不考虑任何效果,当接通电动牙刷时,假设用适度的力使刷毛最初开始与使用者的牙齿接合,导致感生电压Uind的水平为 100。假设接着增大接触压力F。,在图3中所绘制的图形的段110中感生电压Uind降低,提供具有负斜率的图形。当由接触压力F。引起的扭矩超过由弹簧的偏置力朝向滚珠轴承43 的外环45推动悬臂14引起的扭矩时,偏心件和悬臂14间的接合被中断。当这种情况发生时,传动轴的摇摆运动停止,导致其中电动马达的扭矩被完全转移到刷子的旋转运动的情形。这继而导致转动频率增加并导致由图3中120所表示的感生电压Uind增大。如果刷毛和使用者的牙齿间的接触压力在某个阶段被进一步增大,转动频率并因此由电动马达8感生的电压再次下降,如果接触压力被进一步增大。这种所感生的电压上的进一步下降通过图3中的130来表示。根据本发明的该实施方案,感生电压Uind随时间变化被记录下来并且从对应于图 3中曲线图的记录曲线中,明白无误地识别传动轴20的摇摆运动中断的特性行为即斜率上的特异性变化被检测。在所示的实例中,曲线图的标识部分是具有负斜率继之以正斜率的随后的段110和120。在另一个实施方案中,可采取记录特性参数即Uind的曲线的曲率变化来辨识传动轴的摇摆运动中断。为了能够清楚地辨识表征摇摆运动中断并因此表征接触压力在预定临界压力范围内增大的图形位元,图1中所示牙刷的电子控制器46包括存储器47,辨识摇摆运动中断的图形的特征位元被存储在其中并且在运行牙刷期间将所记录的特性参数随时间的变化与存储值相比较。在一个可供选择的实施方案中,保持牙刷1的电动马达的转动频率恒定并测量和记录为驱动电动马达8所提供的脉冲宽度调制信号的占空因数随时间的变化作为电动马达的特性参数。所确定的占空因数被定义为在其范围内信号是高的时间除以摆动信号周期的比率。在该实施方案中,电动牙刷包括用于控制电动马达转动频率的PID元件。当刷毛 4和使用者的牙齿间的接触压力被增大时,这导致电动马达转动频率上的减小。为了补偿这种减小,增大了脉冲宽度调制信号的占空因数。这清楚地描绘于图4中,其中占空因数D 被标绘在施加到刷毛的接触压力F。范围内。如以前一样,假设接触压力随着时间线性地增大,X轴也可被定义成时间。在最初在点200处使刷毛与牙齿接合之后,占空因数D在增大的接触压力内的段中被增大。当达到由悬臂14朝向偏心件43的机械偏置而限定的临界接触压力时,转动频率将开始增大,但被如图4中曲线图的段220所示的脉冲宽度调制信号的占空因数所补偿。 如果接触压力在某个时间点被进一步增大,则这导致转动频率开始下降,其接着被由图4 中230所表现的脉冲宽度调制信号的占空因数所补偿。如前所述,对于作为特性参数的感生电压Uind,传动轴20的摇摆运动中断再次通过在其中摇摆运动中断的时间点附近所记录的占空因数的特性进展来辨别。本文所公开的量纲和值不旨在被理解为严格地限于所述的精确值。相反,除非另外指明,每个这样的量纲均是指所引用数值和围绕那个数值的功能上等同的范围。例如,公开为40mm的量纲旨在表示约40mm。参考标号1 牙刷2 柄部3刷子部件4 刷毛5 外壳6 底座
8
8马达
9蓄电池
10线圈
11曲柄
12轴线
13管
14悬臂
15承载元件
16承载元件
17开口
18膜
20传动轴
21旋转轴线
22管
23刷子转轴
24凹槽
25外壳
26刷毛载体
27轴线
30四杆链
31电动转轴
32齿轮
33正齿轮
34轴线
35销轴
36承载元件
37转轴
38连接元件
39销轴
40连接杆
41销轴
42传动轴
43滚珠轴承,偏心件
44偏心内环
45同心内环
46控制器
47存储器
100初始感生电压
110感生电压的降低侧
120感生电压的增加侧130感生电压的降低侧200初始占空因数210占空因数的增大侧220占空因数减小侧230占空因数增大侧
权利要求
1.一种用于确定电动牙刷(1)的使用模式的方法,其中所述电动牙刷(1)包括用于连接到刷子部件(3)的传动轴00);电动马达(8);和用于提供所述传动轴OO)的第一运动的驱动器,其中所述方法包括以下步骤测量所述电动马达⑶的特性参数; 检测所述特性参数的特异性变化;以及评估所述特异性变化。
2.如权利要求1所述的方法,其中,所述驱动器被布置成提供所述传动轴OO)的第一运动和第二运动,其中所述驱动器被布置成使得在超过了所述牙刷的预定接触压力时所述第二运动被中断。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述第一运动是旋转运动,并且所述第二运动是摇摆运动。
4.如权利要求1至3所述的方法,其特征在于,所述特性参数是由所述电动马达(8)引起的电压或该电压的导数。
5.如权利要求1至3所述的方法,其特征在于,所述特性参数是所述电动马达(8)的转动频率或该转动频率的导数。
6.如权利要求1至3所述的方法,其特征在于,所述特性参数是为驱动所述电动马达 (8)所提供的脉冲宽度调制信号的占空因数或该占空因数的导数。
7.如权利要求1至3所述的方法,其特征在于,所述特性参数是所述电动马达(8)的换向频率或该换向频率的导数。
8.如权利要求1至7所述的方法,其特征在于还包括以下步骤 记录所述特性参数;和将所述记录的特性参数与所述特性参数的预定进展进行比较。
9.如权利要求1至8所述的方法,其特征在于包括以下步骤 确定所述特性参数的斜率;以及检测随后发生的具有异号的斜率。
10.如权利要求1至9所述的方法,其特征在于,评估所述特异性变化的步骤包括在检测到所述特性参数的特异性变化时给使用者发信号。
11.如权利要求1至10所述的方法,其特征在于,评估所述特异性变化的步骤包括推导所述牙刷(1)的使用品质因数。
12.一种用于执行如权利要求1至11中的一项所述的方法的计算机程序。
13.一种包含如权利要求12所述的计算机程序的计算机可读数据存储器。
14.一种其上加载了如权利要求12所述的计算机程序的微控制器。
15.一种电动牙刷(1),所述电动牙刷包括 用于连接到刷子部件(3)的传动轴OO); 电动马达(8);用于提供所述传动轴OO)的第一运动的驱动器;被布置成用于测量所述电动马达(8)的特性参数的测量装置;和被布置成用于检测所述特性参数的特异性变化和用于评估所述特异性变化的处理器。
全文摘要
本发明是给使用者发送电动牙刷的错误使用模式信号的方法,其中所述电动牙刷包括用于连接到刷子部件的传动轴;电动马达;和用于提供所述传动轴的第一运动和第二运动的驱动器,其中所述驱动器被布置成使得在超过预定接触压力时所述第二运动被中断。这种状态通过激活连接到警示灯的电开关发信号给使用者。因此,本发明的一个目的是提供允许简化地确定电动牙刷使用模式的一种方法和一种牙刷。这可通过修正以上方法使得包括以下步骤来实现测量所述电动马达的特性参数;检测所述特性参数的特异性变化;和评估所述特异性变化。
文档编号A61C17/22GK102355869SQ201080012465
公开日2012年2月15日 申请日期2010年3月18日 优先权日2009年3月19日
发明者利奥·法兰达, 弗兰克·斯特凡·斯科普, 托尔斯滕·克莱姆, 马西亚斯·席巴恩 申请人:博朗有限公司
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