电驱动装置的制作方法

本发明涉及一种电驱动装置，例如电动牙刷、电动毛发移除装置或电动皮肤处理装置。

背景技术：

具有包括齿轮的驱动机构的电动牙刷已知例如得自de3937854a1。驱动机构将电动马达的驱动轴的连续旋转移动转换为从动轴的往复枢转。ep0850027b1和ep1357854b1公开了具有齿轮的其它驱动机构，其中该机构进一步产生驱动轴围绕旋转轴线的附加枢转。使用齿轮可能导致发出的声音变大。

us2006/0101598a1公开了一种电动牙刷，其具有将电动马达的驱动轴的连续旋转移动转换为从动轴的往复纵向位移的止转轭机构。

此外，us5,381,576描述了一种电动牙刷，其包括壳体、带有具有第一旋转轴线的驱动轴与相对于旋转轴线偏心地连接到驱动轴的驱动销的电动马达、以及具有第二旋转轴线并安装在壳体中的从动轴，该从动轴用于进行围绕第二旋转轴线的枢转。从动轴通过齿轮机构间接联接到驱动销，该齿轮机构将驱动轴的旋转运动转换为从动轴的往复枢转。齿轮机构包括可弹性变形的传动构件。

us5,689,850和ep0110327a2公开了电动牙刷，其包括用于将驱动轴的旋转运动转换为从动轴的往复枢转运动的止转轭机构。在us5,689,850中，从动轴围绕垂直于从动轴的轴线的轴线枢转，而在ep0110327a2中，从动轴围绕其纵向轴线枢转。

本发明的一个目的是提供发出的声音减小的电驱动装置。

技术实现要素：

根据一个方面，提供了一种电驱动装置，其包括壳体、安装在壳体中并包括具有第一旋转轴线的驱动轴的电动马达、具有第二轴线并安装在壳体中以进行相对于壳体的移动的从动轴。从动轴可借助齿轮机构间接联接到驱动轴，该齿轮机构包括止转轭机构，即，开槽连杆机构，其将驱动轴的旋转运动转换为从动轴的往复枢转运动(优选地围绕第二轴线)。驱动销可相对于旋转轴线偏心地连接到驱动轴。偏心驱动销可直接连接到驱动轴，或者可例如借助一个或多个插入元件和/或齿轮间接连接到驱动轴。止转轭机构包括具有滑动支承件的交叉滑块，该滑动支承件接纳驱动销并且垂直于第一旋转轴线延伸。交叉滑块借助至少两个可弹性变形的元件被导入壳体中。从动轴借助可枢转的曲柄臂联接到交叉滑块。曲柄臂可被旋转约束至从动轴的锚固点。此外，曲柄臂可铰接到交叉滑块的支承点上，该支承点可为销。

根据另一方面，带有壳体和具有第一旋转轴线的驱动轴的电驱动装置包括借助摇臂架可枢转地安装在壳体中的从动轴。摇臂架相对于壳体可为围绕垂直于第一旋转轴线的枢转轴线可枢转的。至少一个可弹性变形的元件可设置在壳体和摇臂架之间，从而将摇臂架偏置到静止位置中。

附图说明

图1示出根据第一实施方案的装置的剖视图。

图2示出沿着线a-a截取的图1中装置的剖视图。

图3示出沿着线b-b截取的图1中装置的剖视图。

图4示出沿着线c-c截取的图2中装置的剖视图。

图5示出沿着线d-d截取的图2中装置的剖视图。

图6a至d还示出图1中装置在不同状态下的剖视图；

图7示出图1中装置在不同状态下的另一剖视图；

图8示出弹簧、交叉滑块和销的子组件；

图9示意性地示出值l、d、t和phi的相关性；并且

图10示出通过齿轮机构联接到驱动轴的驱动销的另一个实施方案。

具体实施方式

执行当前牙刷的清洁元件(例如刷毛)的摆动枢转的驱动系统被认为声音过大。具体地，期望提供发出的声音低于55db(a)声功率级的电驱动装置，尤其是在83hz的电流驱动频率下。噪音的一个重要因素是随时间推移的运动形式。速度是位移的一阶导数，加速度是运动的二阶导数。如果波形不是正弦波或谐波，则会产生较高的加速度并因此产生惯性力。这些周期力转化成支承反力并从而产生对装置结构的激发，并且这可能引起元件以它们的自然频率摆动时发出非期望的噪音。噪音的另一个来源是两个物体相互撞击并产生咔哒咔哒的噪音。这例如在凸轮驱动系统中发生。

根据一个方面，提供了一种齿轮机构，该齿轮机构将驱动轴的旋转运动转换为从动轴的往复枢转，优选地为从动轴的正弦移动或从动轴的基本上正弦的移动。这有助于减小在装置使用过程中产生的噪音。

电驱动装置还可包括滑块，该滑块具有接纳驱动销的轴承。例如，滑块可被轴向导入交叉滑块的滑动支承件。换句话讲，齿轮机构的工作方式可类似于将驱动销的连续旋转转换为交叉滑块和从动轴的往复枢转移动的止转轭机构。作为在交叉滑块内提供滑块的另选方案，驱动销可直接接合交叉滑块的滑动支承件，例如具有开槽孔的形式。

根据一个方面，齿轮机构包括止转轭机构，并且借助至少两个可弹性变形的连接元件将交叉滑块导入壳体中。齿轮机构的止转轭机构可将驱动轴的连续旋转运动转换为交叉滑块的正弦往复移动。交叉滑块的移动可为旋转运动，其可接近由平行杠杆设计，通过至少两个可弹性变形的元件以平行四边形形式引导的线性运动。例如，至少两个可弹性变形的元件中的每一个可弹性地铰接到壳体的支承点，并且弹性地铰接到交叉滑块的支承点，使得交叉滑块被引导为在弯曲轨道上相对于壳体可移动。交叉滑块可具有一个圆柱形开口，限定滑块的滑动支承件，并且在滑动支承件中设置一个长孔以接纳驱动销。

壳体的支承点和交叉滑块的支承点之间的距离对于可弹性变形的元件可为相同的。作为另外一种选择，壳体的支承点和交叉滑块的支承点之间的距离对于每个可弹性变形的元件是弹性可变的。换句话讲，在相应轴承点之间的距离可在装置操作期间改变，该装置由可弹性变形的元件例如通过弯曲或拉直和/或通过压缩或伸展而进行弹性补偿。在这个方面，可弹性变形的元件在其未受力情况下可具有弯曲的形状，在受到相应可弹性变形的元件偏置时，所述弯曲的形状可弹性变形成伸直的形状。轻微弯曲的构型允许可弹性变形的元件在压力下挠曲而不产生弯曲。

可弹性变形的元件允许从一侧到另一侧的摆动运动并且在另一个垂直方向上是刚性的。例如，每个可弹性变形的元件为布置在壳体中的片簧，使得在平行于第一旋转轴线的方向上的弹簧刚度超过在垂直于第一旋转轴线的方向上的弹簧刚度。

可弹性变形的元件可为独立元件或可整体连接到彼此，即，单个组成部件。后一选项可有利于制造和组装。除此之外或作为另外一种选择，可弹性变形的元件可连接到倾斜部分，该倾斜部分联接到交叉滑块并联接到曲柄臂。因此，除了固定交叉滑块之外，作用在曲柄臂上的力还可受到可弹性变形的元件的反作用力。

从动轴借助可枢转的曲柄臂联接到交叉滑块。可枢转的曲柄臂将交叉滑块的旋转运动转变为围绕从动轴的旋转轴线的摆动枢转。例如，可枢转的曲柄臂可枢转铰接到交叉滑块的支承点上，并且旋转约束至从动轴的锚固点。

壳体可为单个一体化组成部件，适于包封和/或安装装置的其它组成部件。在其它实施方案中，壳体可包括不同的组成部件，例如外壳、插入件、底座和/或框架。

电驱动装置可为用于不同用途的平台，例如作为牙刷、作为皮肤处理装置或作为毛发移除装置。在一些实施方案中，可能有利的是从动轴仅执行围绕第二旋转轴线的摆动枢转，而无任何附加的其它移动。这可通过以下方式实现：选择在壳体的支承点和交叉滑块的支承点之间的可弹性变形的元件的距离，使其与在交叉滑块的支承点和从动轴的第二旋转轴线之间的可枢转曲柄臂的距离相同。例如，第二旋转轴线可定位在壳体的支承点与交叉滑块上用于可弹性变形的元件的支承点之间的直线上，并且曲柄臂也可定位在该直线上。作为另外一种选择，臂可被布置成相对于可弹性变形的元件偏置。

在一些其它实施方案中，可能期望的是从动轴不仅围绕第二旋转轴线进行摆动枢转，而且还进行3d运动，例如，从动轴的附加枢转。这可通过以下方式实现：选择在壳体的支承点和交叉滑块的支承点之间的可弹性变形的元件的距离，使其与在交叉滑块的支承点和从动轴的第二轴线之间的可枢转曲柄臂的距离不同。由于杠杆的这些不同的长度，施加在从动轴上的轴向力fx可导致从动轴的附加运动。在这一方面，从动轴可以可枢转地安装在壳体中，例如通过相对于壳体围绕枢转轴线可枢转的摇臂架，该枢转轴线垂直于第一旋转轴线并且垂直于滑动支承件的延伸。可弹性变形的元件可补偿由轴向力fx引起的摇臂架的移动。

例如，可弹性变形的元件如弹簧可设置在壳体和摇臂架之间，通过偏置力fv将摇臂架偏置到静止位置或零位中。弹簧可为独立的片簧或柱形弹簧。静止位置可由可弹性变形的元件处于未受力状态来限定，即，偏置力fv为零。除此之外或作为另外一种选择，摇臂架可邻接处于静止位置或零位中的第一止动件。在一些实施方案中，引导交叉滑块的可弹性变形的元件形成将摇臂架偏置到静止位置中的弹簧。

开关或传感器可被提供并布置在壳体中，使得开关或传感器检测摇臂架相对于壳体的移动。更详细地，开关或传感器可被布置在壳体中，使得开关或传感器检测摇臂架相对于壳体的移动是否超过移动阈值。例如，可检测到与静止位置或零位的偏离。如果例如经由牙刷的刷头将力施加在从动轴上，则摇臂架围绕轴线枢转并移位至抵靠壳体和/或安装在壳体中的pcb处。该移动可用于测量和控制施加的压力。执行可为开关被激活情况下的阈值，或者磁体和霍尔传感器可用于测量位移。其它选项包括光学装置或感应式接近传感器。例如在0.5n至4n的力下，压力传感器的臂的行程可在<0.5mm至2mm的范围内。

交叉滑块的移动可在垂直于第二轴线的方向上产生间歇力fx，该间歇力fx经由可枢转的曲柄臂和从动轴传递到摇臂架。间歇力fx可使摇臂架偏置远离静止位置。为了允许从动轴的3d移动，由交叉滑块的运动产生的间歇力fx可超过可弹性变形的元件的偏置力fv。

根据一个方面，摇臂架相对于壳体以恒定的振幅和不同的力枢转，这取决于使用者施加在从动轴上的力的幅值，例如牙刷对使用者牙齿的接触压力。例如，如果摇臂架相对于壳体处于其静止位置中并且可弹性变形的元件不受力，则使用者施加在从动轴上的力可被导向为与由交叉滑块的运动产生的间歇力fx相反和/或与偏置力fv相反。

可设置一个约束在壳体内的杆，并且其位于面朝马达的从动轴末端。在装置下落到从动轴上的情况下，这个杆可防止齿轮机构的损坏。

电驱动装置可包括标准dc马达。马达可在3至4v的电压下，在4,800至7,200rpm的速度下具有至少2mnm的扭矩，例如2.5mnm的扭矩。该电压可由锂离子电池或提供高于3v的电压和低内阻的任何其它电池组合供应。除此之外或作为另外一种选择，马达可连接供应电源。

在图1所示的实施方案中，示出采取电动牙刷形式的电驱动装置的一部分。该装置包括电动马达1，其具有在使用期间旋转的驱动轴2。销3偏心附接至驱动轴2。马达1被约束在装置壳体4或安装在壳体中的底座中。驱动轴2限定第一旋转轴线i。销3联接到滑块5，使得滑块5跟随销3的移动。然而，销3可在滑块5的孔内旋转。销3继而被导入交叉滑块6的滑动支承件7中。交叉滑块7通过两个可弹性变形的元件8被安装在壳体4中。在一个优选的布置中，交叉滑块7刚性联接到可弹性变形的元件8。尽管在本示例性布置中示为单独的组成部件，但交叉滑块7和可弹性变形的元件8可为单个一体化组成部件。

如在图8中可见，可弹性变形的元件8经由附接部分9彼此连接以形成单个一体化弹簧元件。每个可弹性变形的元件8形成柔性连接件，其铰接至壳体4的支承点10并铰接至交叉滑块7。可弹性变形的元件8可在相应的支承点10和交叉滑块7之间具有相同的长度l1。如在图6a和图6c中可见，在相应的支承点10和交叉滑块7之间的可弹性变形的元件8的部分可为直的。作为另外一种选择，在图3、图7和图8中示出在相应支承点10和交叉滑块7之间的可弹性变形的元件8的部分的略微弯曲构型。

弹簧元件可具有将附接部分9固定在交叉滑块7的凹槽中的倾斜部分11。如在图8中可见，倾斜部分11具有连接弹簧元件与交叉滑块7并且连接弹簧元件与从动轴12的开口。从动轴12通过曲柄臂13联接到交叉滑块7。从动轴12限定第二旋转轴线ii。从动轴12被可旋转地导入摇臂架14的轴承中。臂13被旋转约束至从动轴12的锚固点。另外，臂13铰接到交叉滑块7的支承点上，该支承点是图中所示的示例中的销15。臂13在第二旋转轴线ii和销15之间具有长度l2。如在附图中可见，长度l1不同于长度l2。

摇臂架14借助杆16可枢转地安装在壳体4中。摇臂架14围绕杆15的相对于壳体4的枢转受到弹簧元件(即，可弹性变形的元件8和附接部分9)的反作用力，该弹簧元件被布置在壳体4和摇臂架14之间。例如，弹簧元件8和弹簧元件9可通过改变两个可弹性变形的元件8的弯曲来补偿摇臂架14围绕杆15的枢转。弹簧元件还可提供摇臂架14对壳体4的底座的侧向支承，例如弹簧支承。作为弹簧元件8和弹簧元件9的另外一种选择，可单独使用可弹性变形的元件，例如圆柱形螺旋弹簧或片簧。

另一个杆17被约束在壳体4中，约束位置在面向马达1的从动轴12末端处的邻接或紧密接触从动轴12的位置。这个杆17直接装配在从动轴12的下方，用于承受在从动轴上的装置下落时产生的力。为了避免轴向移动，弹簧元件可被模制成从动轴的连接臂13。换句话讲，臂13在图1的剖视图中可具有接合杆17的c形构型，并且该c形的下段为柔性的。另一个弹簧元件也是可能的。

如在图1中可见，其示出处于静止位置或零位中的装置，第一旋转轴线i平行于第二旋转轴线ii延伸。第三轴线iii由交叉滑块7内的滑动支承件6限定。第三轴线iii垂直于第一旋转轴线i。第四轴线iv由杆16限定。第四轴线iv垂直于第一旋转轴线i并垂直于第三轴线iii。

在下文中，该装置的操作参照附图进行了更详细地说明。图6a至图6d示出在马达1运行期间滑块5和交叉滑块7的不同位置。焊接到马达轴2上的偏心销3是旋转的。销3安装在滑块5中的孔中。滑块5在交叉滑块7中沿一个方向滑动，并且因此在旋转运动之外还产生从一侧至另一侧的运动。这一原理类似于止转轭机构或开槽连杆机构。此处的差别在于，输出不是线性运动，而是接近由平行杠杆设计引导的线性运动的旋转运动，并且可弹性变形的元件8形成具有壳体部件和交叉滑块7的平行四边形。换句话讲，交叉滑块7不被导入纵向，而是围绕两个枢转点10摆动。这通过与可弹性变形的元件8的两个平行连杆连接器的连接来执行，形成允许摆动运动的平行四边形。因此，与正弦波形式的轻微偏差存在于附加的运动组件/轴中。

图6a示出驱动轴2的第一位置及其偏心销3。在这个第一位置中，滑块5位于滑动支承件6内的销15附近。此外，交叉滑块7位于相对于壳体4的中心位置。在图6b中，马达1将驱动轴2旋转90°。通过销3围绕第一旋转轴线i的该旋转，滑块5在滑动支承件6内远离销15移位。此外，交叉滑块7向右移位，如图6b所示。图6c示出在驱动轴2进一步旋转附加的90°之后的装置。通过销3围绕第一旋转轴线i的该旋转，滑块5在滑动支承件6内进一步远离销15移位。此外，交叉滑块7返回到相对于壳体4的中心位置。在图6d中，马达1将驱动轴2再旋转90°。通过销3围绕第一旋转轴线i的该旋转，滑块5在滑动支承件6内朝着销15移位。此外，交叉滑块7向左移位，如图6d所示。概括地，马达1的旋转引起交叉滑块7的基本上正弦的摆动运动。

由于由可弹性变形的元件8形成的连杆，交叉滑块7被引导成相对于壳体4弯曲(即，圆形)的路径。在第二步骤中，交叉滑块7的摆动运动通过曲柄臂13导致从动轴12围绕第二旋转轴线ii的摆动枢转。在交叉滑块7中产生的摆动运动被传递至从动轴12。为此，使用例如金属销15，其在曲线上移动联接臂13半径的距离。

假定可弹性变形的元件8以及附加臂13铰接到交叉滑块7，其长度l1与在附图示例中所示的长度l2不同，交叉滑块7的位移产生作用于从动轴12和摇臂架14上的力fx，该摇臂架可枢转地安装到壳体4的底座中。例如，弹簧元件8和弹簧元件9的偏置力fv小于在马达1的旋转期间产生的力fx。换句话讲，如果从动轴12上未施加导致从动轴12的3d运动的外力，则摇臂架14被弹簧元件8和弹簧元件9的偏置力fv驱动着围绕杆16枢转。即，摇臂架14保持在如图1和图2所示的零位。然而，如果使用者在从动轴12上施加力，例如在牙刷使用期间施加接触压力，则力fx和偏置力fv反作用于使用者施加的力。

在附图所示的实施方案中，该装置可为具有刷头(未示出)的牙刷，刷头可例如可释放地附接到从动轴12。摇臂架14可具有接触销18以与保持在壳体4中的pcb19的接触部分邻接。例如，如果在刷头上施加力时，摇臂架14及其接触销18围绕由杆16限定的轴线iv枢转并移位至抵靠壳体4的底座和pcb19处。该移动可用于测量和控制施加的压力。作为邻接作为机械开关的pcb的接触销18的替代形式，摇臂架14可设置有指示器，其可设置有磁体。磁体的位置，即，摇臂架的位移，可借助霍尔传感器(未示出)来检测。作为另外一种选择，指示器可激发光学检测器或感应式接近传感器。

偏心销3进行圆形旋转。相对于侧面的位移为至马达轴线i的中心的半径。例如对于1.5mm的半径，从一侧至另一侧的行程为±1.5mm。当销3在滑块5中的孔内时，滑块5移动相同的距离。交叉滑块7在可弹性变形的元件8中摆动，并且因此移动为连杆半径的距离，允许从一侧至另一侧的移动。例如，当连杆长度l1为9.06mm并且臂长l2为4.5mm时，横向侧运动d(在y方向上)可为1.5mm。因此，为9.53°的摆动角度phi可由下式计算：

sin(phi)＝d/l1(1)

通过下式计算横向运动t(在x方向上)：

t＝l–l*cos(phi)(2)

这导致具有长度l1的可弹性变形的元件8的t＝0.13mm，并且具有长度l2的曲柄臂13的t＝0.26mm。3d运动的有效值为t值的差值，即，δt＝0.13mm–0.26mm＝0.13mm。图9示意性地示出值l、d、t和phi的相关性。

该运动被导向到从动轴12的下端处，并且在距枢转轴线iv(在销16处)比距刷头(未示出)更短的距离处。如果例如至枢转轴线的致动距离为35.5mm并且从枢转轴线至刷头的距离为65mm，所得3d运动将为0.13mm*65/35.5＝0.24mm。实际上，由于接合部中的间隙以及由于组成部件中的弹性，3d运动可能比理想数学模型中小一点。量值为例如0.03mm至0.20mm或最多至0.30mm，具体地0.04mm至0.1mm的3d运动对于一些牙刷可为期望的。对于不同的装置，其它值可为期望的。3d运动以两倍于马达1的驱动频率的频率发生。

图10示出驱动销3相对于马达1的驱动轴2的可供选择的布置。在该实施方案中，另一个齿轮机构插置在驱动轴2和驱动销3之间。更详细地，小齿轮20设置在与环形齿轮21啮合的驱动轴2上，该环形齿轮继而推动驱动销3。在驱动轴2和驱动销3之间的齿轮齿数比可按需进行调整，例如根据马达1的扭矩和/或电压进行调整。

本文所公开的量纲和值不应理解为严格限于所引用的精确数值。相反，除非另外指明，否则每个此类量纲旨在表示所述值以及围绕该值功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。

参考标号

1马达

2驱动轴

3销

4壳体

5滑块

6滑动支承件

7交叉滑块

8可弹性变形的元件

9附接部分

10支承点

11倾斜部分

12从动轴

13曲柄臂

14摇臂架

15销

16杆

17杆

18接触销

19pcb

20小齿轮

21环形齿轮

i第一旋转轴线

ii第二旋转轴线

iii第三轴线

iv第四轴线