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运动转换成从动轴的往复枢转。ep0850027b1和ep1357854b1公开了具有齿轮的另外的驱动机构，其中该机构还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增大的声音。

us2006/0101598a1公开了一种电动牙刷，该电动牙刷具有止转轭机构，该止转轭机构将电动马达的驱动轴的连续旋转运动转换成从动轴的往复纵向位移。

此外，us5,381,576描述了一种电动牙刷，该电动牙刷包括：壳体；电动马达，该电动马达带有具有第一旋转轴线的驱动轴和相对于旋转轴线偏心地连接到驱动轴的驱动销；和从动轴，该从动轴具有第二旋转轴线并且安装在壳体中以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地联接到驱动销，该齿轮机构将驱动轴的旋转运动转换成从动轴的往复枢转。齿轮机构包括可弹性变形的传动构件。

wo2011/077285a2公开了一种电驱动牙刷，该电驱动牙刷包括齿轮机构，该齿轮机构具有第一传动级和第二传动级以用于将驱动轴的旋转运动转换成从动轴的往复枢转。第二传动级包括连接到接纳驱动销的套管的弹簧。

本公开的一个目的是提供发出减小的声音的电驱动装置。

技术实现要素：

根据一个方面，提供了一种电驱动装置，该电驱动装置包括：壳体；电动马达，该电动马达带有具有第一旋转轴线的驱动轴和相对于旋转轴线偏心地连接到驱动轴的驱动销；和从动轴，该从动轴具有第二旋转轴线并且安装在壳体中以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地联接到驱动销，该齿轮机构将驱动轴的旋转运动转换成从动轴的往复枢转。齿轮机构包括可弹性变形的传动构件。齿轮机构包括第一传动级和第二传动级，其中第二传动级包括可弹性变形的传动构件。第一传动级包括：交叉滑块，该交叉滑块具有滑动支承件，该滑动支承件垂直于第一旋转轴线延伸，并且该滑动支承件直接地或借助于具有接纳驱动销的轴承的滑块接纳驱动销；和连杆，该连杆相对于第二旋转轴线偏移定位并且将交叉滑块连接到可弹性变形的传动构件。交叉滑块被轴向地引导入壳体中，以使该交叉滑块可在垂直于第一旋转轴线并且垂直于滑动支承件的延伸的轴向方向上移动。偏心驱动销可直接地连接到驱动轴，或者可例如借助于一个或多个插入元件和/或齿轮间接地连接到驱动轴。

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可借助于摇臂架枢转地安装在壳体中的从动轴。摇臂架可能够相对于壳体围绕垂直于第一旋转轴线的枢转轴线枢转。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，其中摇臂架邻接第一止挡件，该第一止挡件防止摇臂架枢转到第一方向上。

附图说明

图1示出根据第一实施方案的装置的局部剖视图；

图2示出图1的装置的细节的剖视图；

图3a、图3b示出图1的装置在不同位置的另外的剖视图；

图4示出图1的装置的细节的透视图；

图5a、图5b示出图1的装置在不同位置的另外的剖视图；

图6示出图1的装置的局部剖视图；

图7a、图7b示出图1的装置在不同位置的工作原理；

图8示出根据第二实施方案的装置的示意图；

图9示出图1的装置的片簧的透视图；并且

图10示出借助于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

执行清洁元件(例如刷毛)的摆动枢转的当前牙刷驱动系统被认为太响。具体地，期望提供发出低于55db(a)声功率级的声音的电驱动装置，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的形式。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，并且因此产生惯性力。这些周期力转化成轴承反作用，并且因此产生对装置的结构的激发，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卡嗒卡嗒的噪音。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成从动轴的往复枢转，优选地从动轴的正弦或基本上正弦的运动，该运动具有较低的最大角加速度。这有助于减小在装置的使用中产生的噪音。

根据另一方面，齿轮机构包括第一传动级和第二传动级。例如，在第一步骤中，从一侧到另一侧的运动由第一传动级产生，而从动轴的摆动运动在第二传动级的第二步骤中产生。从一侧到另一侧的运动可由第一传动级借助于滑块产生，该滑块具有接纳驱动销的轴承和具有滑动支承件的交叉滑块，该滑动支承件垂直于第一旋转轴线延伸，并且该滑动支承件接纳滑块。相对于第二旋转轴线偏移布置的连杆可使交叉滑块连接到第二传动级的可弹性变形的传动构件。交叉滑块被轴向地引导入壳体中，以使该交叉滑块可在垂直于第一旋转轴线并且垂直于滑动支承件的延伸的轴向方向上移动，从而执行从一侧到另一侧的往复轴向运动。滑动支承件的延伸被理解为在装置的使用期间在交叉滑块中的滑块的往复运动的轴向方向。在交叉滑块中产生的摆动运动借助于第二传动级的可弹性变形的传动构件被传递到从动轴。

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，滑块可被轴向地引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成交叉滑块和从动轴的往复枢转运动的止转轭机构。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。

壳体可为单个一体化组成部件，该单个一体化组成部件适用于包封和/或安装装置的另外的组成部件。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。

齿轮机构的第一传动级可将驱动轴的连续旋转运动转换成交叉滑块的正弦往复位移。例如，可基于驱动销相对于驱动轴的旋转轴线的偏心度e，根据驱动轴的旋转角度phi，通过以下方程式来计算交叉滑块的从一侧到另一侧的侧向位移d(忽略轴承和联接件中可能的间隙)：

d＝e*sin(phi)(1)

因此，交叉滑块在马达驱动轴的一次完全旋转期间，介于正弦方式的值+e和-e之间发生侧向移位。交叉滑块可借助于垂直于第一旋转轴线并且垂直于滑动支承件的延伸而延伸的至少两个固定杆可位移地安装在壳体中。因此，具有连杆的交叉滑块被引导进行纯轴向的从一侧到另一侧的运动。交叉滑块可具有圆柱形开口，该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有长孔以接纳驱动销。滑块和交叉滑块的这种布置是用于基于驱动轴的旋转运动来产生连杆的从一侧到另一侧的运动的示例。作为另外一种选择，交叉滑块可具有多边形开口或具有适用于引导滑块的任何其它横截面的开口。

可弹性变形的传动构件可为轭，该轭被旋转地约束至从动轴，并且该轭包括连接到第一传动级的连杆并且相对于第二旋转轴线偏移定位的反向连杆。反向连杆可为被约束至轭的销，并且连杆为接纳销的轴承杯，或者反之亦然。由于第二传动级包括可弹性变形的传动构件和相对于从动轴的第二旋转轴线偏移的反向连杆，第一传动级的连杆的从一侧到另一侧的运动被转换成围绕从动轴的第二旋转轴线的摆动枢转。对于相对于从动轴的连杆和反向连杆的偏移lfs，可通过以下方程式计算对于交叉滑块为偏心度e的最大侧向位移d(参见方程式1)的从动轴的最大旋转角度psimax(参见图7)：

psimax＝arctan(e/lfs)(2)

在一些实施方案中，从动轴的最大旋转角度psimax可为20°，具有1.7mm的偏心度e和4.67mm的偏移lfs。作为另外一种选择，从动轴的最大旋转角度psimax可为22.5°，具有1.7mm的偏心度e和4.1mm的偏移lfs。

在装置的操作期间，可弹性变形的传动构件补偿连杆和反向连杆距从动轴的第二旋转轴线的变化的径向距离(偏移lfs)。径向距离或偏移的最大修正δlfs可通过以下方程式计算(参见图7)：

δlfs＝lfs/cos(psimax)-lfs(3)

对于上文示例，δlfs的值分别为0.3mm和0.34mm。轭弹簧可具有3n/mm至6n/mm，例如4n/mm至5n/mm的径向刚度crad，以及4n/mm至8n/mm，例如5n/mm至7n/mm的在交叉滑块的侧向运动方向上的刚度cumf。在一些实施方案中，如果cumf的值超过crad的值，则是优选的。然而，cumf的值和crad的值的比率可根据装置的预期用途而变化。上述示例适用于电动牙刷。

在一些实施方案中，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，从动轴的叠加枢转。齿轮机构可包括可枢转地安装在底座或装置壳体中的摇臂架。因此，3d运动是可能的。例如，从动轴可能够借助于可相对于壳体围绕枢转轴线枢转的摇臂架枢转地安装在壳体中，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。

根据一个方面，在装置的操作期间，连杆和反向连杆距从动轴的第二旋转轴线的径向距离或偏移的上述修正δlfs可用于产生此类3d运动。例如，轭弹簧的径向刚度crad在从动轴的径向方向上产生弹力frad，该力frad具有垂直于第一旋转轴线并且平行于滑动支承件的延伸而作用的分力fx(参见图7b)。

这种分力fx在驱动轴的旋转期间，在从动轴的两个反转点处(即，在+psimax和-psimax时)从psi＝0时的零值提高到最大值，使得分力fx以马达旋转的二倍频率脉动。换句话讲，交叉滑块的轴向运动可在垂直于交叉滑块的轴向运动方向上产生间歇力或分力，这是由于交叉滑块借助于与从动轴的第二旋转轴线偏移的连杆和反向连杆联接到从动轴。这种间歇力可经由可弹性变形的传动构件和从动轴传递到摇臂架。

可弹性变形的元件例如弹簧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或零位置。这一静止位置可由邻接第一止挡件的摇臂架限定。例如，第一止挡件防止摇臂架枢转到第一方向上。固定杆中的一个可为第一止挡件。根据一个方面，弹簧用于将摇臂架保持在其零位置或静止位置。这种弹簧可为片簧或柱形(螺旋)弹簧。可设置第二止挡件以防止摇臂架枢转到与第一方向相反的第二方向上。第二止挡件可为杆，该杆约束至壳体，并且该杆可位于面朝马达的从动轴的端部处。例如，杆可以是直接装配在从动轴下面的金属销，以承受当装置下落到从动轴上时产生的力。根据一个方面，间歇力fx使摇臂架偏置远离静止位置。换句话讲，间歇力具有被导向成与可弹性变形的元件的偏置力相反的分力。

可弹性变形的元件的偏置力可超过由交叉滑块产生的间歇力。即，如果无附加的外力被施加到装置，则摇臂架在装置的使用期间保持在其与第一止挡件邻接的静止位置。

如果使用者以介于上限阈值和下限阈值之间的量值将力施加在从动轴上，则摇臂架可处于在第一止挡件和第二止挡件之间摆动的脉动位置(脉动状态)。因此，当处于脉动位置时，摇臂架可在第一止挡件和第二止挡件之间摇摆。根据一个方面，摇臂架在这一脉动位置既不接触第一止挡件也不接触第二止挡件。当处于脉动位置时，由于交叉滑块产生的间歇力fx，摇臂架以摆动方式围绕其枢转轴线枢转。

根据一个方面，摇臂架相对于壳体以变化的振幅枢转，这取决于使用者施加在摇臂架和从动轴上的力的幅值，例如牙刷对使用者牙齿的接触压力。摇臂架的枢转振幅可为低于下限阈值的零值以及高于使用者的力的上限阈值，如果使用者的力为短时高于下限阈值或短时低于上限阈值，则振幅可更低，并且如果使用者的力显著高于下限阈值并且显著低于上限阈值，则振幅可更高。对于牙刷，下限阈值可为例如0.5n，并且上限阈值可为例如4n。可存在一个使用者的力的幅值范围，其中摇臂架的振幅具有最大值。较低的振幅可由摇臂架在枢转期间接触止第一止挡件或第二止挡件中的一者而引起。

在第一止挡件和第二止挡件之间的距离可介于0.4mm和2mm之间，例如介于0.6mm和1mm之间。可弹性变形的元件的径向刚度cv产生偏置力fv，如图1所示。例如，可弹性变形的元件的刚度cv可为1.9n/mm至5n/mm，例如4.4n/mm。

该装置还可包括至少一个传感器，该至少一个传感器检测摇臂架与第一止挡件和第二止挡件中的一者的接触。例如，当邻接第一止挡件和/或第二止挡件时，摇臂架可接触安装在壳体中的pcb。这种与pcb的接触可用于测量和控制由使用者施加到从动轴的压力，例如经由牙刷的刷头施加到从动轴的压力。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摇臂架的位移。其它选项包括光学装置或感应式接近传感器。在0.5n至4n的力下，压力传感器启动的摇臂架的行程可在<0.5mm至2mm的范围内。

电驱动装置可包括标准dc马达。马达可在3v至4v的电压下，在4,800rpm至7,200rpm的速度下具有至少2mnm，例如2.5mnm的扭矩。这种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，马达可连接到市电电源。

在图1所示的实施方案中，示出呈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，该电动马达具有在使用期间旋转的驱动轴2。如图2的放大视图所示，销3偏心地附接到驱动轴2。马达1被约束在装置壳体4中，这在图1和图2中仅部分可见。壳体4可为单个一体化组成部件，该单个一体化组成部件适用于包封和/或安装装置的另外的组成部件。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。

销3联接到滑块5，使得滑块5跟随销3的运动。然而，销3可在滑块5的孔内旋转，该滑块被引导入交叉滑块7的滑动支承件6中。交叉滑块7借助于两个杆8和9安装在壳体4中。交叉滑块7包括呈轴承杯形式的连杆10，该连杆用于将交叉滑块7联接到从动轴11。滑块5和交叉滑块7构成齿轮机构的第一传动级。

连杆10接纳作为反向连杆的销12，该反向连杆借助于轭弹簧13连接到从动轴11。轭弹簧13的设计在例如图1、图4、图5a和图5b中示出。轭弹簧13刚性地附接到从动轴11，从而防止轭弹簧13相对于从动轴11的相对旋转和轴向运动。在如附图所示的实施方案中，轭弹簧13包括从动轴11延伸的两个弓形件，它们均固定到销12。因此，销12可相对于从动轴11在从动轴11的径向方向上发生弹性移位，即，在销12和从动轴11之间的距离可受轭弹簧13的弹力而发生变化。轭弹簧13构成齿轮机构的第二传动级。

从动轴11被旋转地引导入摇臂架14中，该摇臂架可借助于杆15枢转地安装在壳体4中。摇臂架14相对于壳体4围绕杆15的枢转由轭弹簧13进行补偿。片簧16被布置成插置在壳体4和摇臂架14之间。另一个杆17被约束在壳体4中的在面朝马达1的从动轴11的端部处的邻接或紧密接触从动轴11的位置处。

摇臂架14设置有指示器18(参见图2和图6)，该指示器可设置有磁体。磁体的位置，即，摇臂架的位移，可借助于霍尔传感器(未示出)检测。作为一种选择，指示器可激发开关、光学检测器或感应式接近传感器。

如在图1中可见，马达1的驱动轴2限定第一旋转轴线i。在如图2所示的摇臂架14的位置中，由从动轴11限定的第二旋转轴线ii平行于第一旋转轴线i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8限定并且平行于杆5和杆17。第四轴线iv垂直于第一旋转轴线i并且垂直于第三轴线iii。

在下文中，该装置的操作参照图2、图3a、图3b、图5a、图5b、图7a和图7b进行了更详细地说明。图3a和图3b示出在马达1的操作期间滑块5和交叉滑块7的不同位置。图2和图3a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内的杆9附近。此外，交叉滑块7处于中心位置，并且滑动支承件6的第三轴线iii与第一旋转轴线i交叉。在图3b中，马达1将驱动轴2旋转90°，如示出销3的运动的箭头所指示。通过销3围绕第一旋转轴线i的这种旋转，滑块5在滑动支承件6内远离杆9移位。此外，交叉滑块7向左移位，如图3b所示。概括地讲，马达1的旋转借助于第一传动级引起交叉滑块7的从一侧到另一侧的正弦摆动运动。

交叉滑块7的这种从一侧到另一侧的摆动运动导致从动轴11借助于第二传动级的摆动枢转。这在图5a和图5b中示出，其中图5a对应于图3a所示的马达1的位置，并且图5b对应于图3b所示的马达1的位置。由于销12相对于从动轴11的偏移，交叉滑块7的从一侧到另一侧的运动导致从动轴11围绕第二旋转轴线ii旋转。这可通过比较图5a和图5b而看出，其中交叉滑块7的连杆10的侧向位移导致从动轴11的旋转运动，这是由于连杆10和反向连杆12与轭弹簧13的联接。

从动轴11的角速度在驱动销3旋转0°和180°时具有最大值。这种角速度可甚至超过纯正弦运动的角速度。尤其是，介于中间位置之前约30°和之后约30°之间的范围内的从动轴11的速度提高，这可具有例如由牙刷的刷毛速度提高所产生的有益效果。这可导致更好的清洁效果和对使用者更好的刷毛感觉。从动轴11的旋转角度psi随时间推移的二阶导数为角加速度。与常规装置相比并且也与纯正弦运动相比，本装置的从动轴11的角加速度具有改善的值。尤其是角加速度的最大值可减小，例如减小到2.436rad/s²，其比纯正弦运动的值低约10％。这导致较低的惯性力以及从动轴11的更平滑且更安静的运动。

此外，交叉滑块7的连杆10的侧向位移导致作用在从动轴11和摇臂架14上的力fx。例如，弹簧的偏置力fv大于在马达1的旋转期间产生的力fx。换句话讲，如果没有外力作用于从动轴11，则摇臂架14保持在邻接第一止挡件8处。即，摇臂架14保持在如图2所示的零位置。然而，如果使用者施加在从动轴11上的力为介于下限阈值和上限阈值之间的量值，例如在牙刷使用的期间的接触压力，则允许摇臂架14在第一止挡件8和第二止挡件17之间摇摆。在这种摇摆状态或位置期间，作用在从动轴11上的力fx引起从动轴11的脉动旋转运动，从而导致从动轴11的3d运动。

产生从动轴11的此类3d运动的工作原理也在图8中示出。在这个示意性示例中，片簧16被螺旋弹簧16'替换，并且轭弹簧13被另外的螺旋弹簧13'替换。如在图8中可见，作用在从动轴11和摇臂架14上的脉动力fx仅在由使用者施加的力(由图8中的箭头指示)超过允许摇臂架14与第一止挡件8'脱离接触的下限阈值并且低于使得摇臂架14不接触第二止挡件17'的上限阈值时，才导致从动轴11的脉动旋转运动。

考虑到作用在从动轴11和摇臂架14上的脉动力fx的值在马达1的旋转期间改变，如果由使用者施加的力接近下限阈值，则摇臂架14的旋转可以小的振幅发生，即，摇臂架14仅在fx的峰值时或接近该峰值时与第一止挡件脱离接触，但是如果力fx接近零值，则与第一止挡件保持邻接。以类似的方式，如果由使用者施加的力接近上限阈值，则摇臂架14的旋转运动的振幅减小，即，摇臂架14在fx的峰值时或接近该峰值时邻接第二止挡件，但是如果力fx接近零值，则在第一止挡件和第二止挡件之间保持摇摆。这可用于向使用者提供反馈，无论由使用者施加的接触压力是否在预期或期望的范围内。

图9示出片簧16的设计的示例。片簧16具有大致矩形的形状，在一端处具有叉状构型，以用于将片簧16与摇臂架14附接。片簧16还包括从主矩形板以约80°至95°的角度延伸的两个侧向闩锁。侧向闩锁提高片簧16的刚度，使得弹簧刚度主要由片簧16的平坦端部限定，该平坦端部不设置有闩锁并且背离叉状端部。片簧16的这种构型具有以下有益效果：在装置的另外的组成部件已被组装之后，片簧可通过插入安装到该装置中。

图10示出驱动销3相对于马达1的驱动轴2的另选的布置方式。在该实施方案中，另外的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19设置在与环形齿轮20啮合的驱动轴2上，该环形齿轮继而推动驱动销3。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”。

附图标号

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

8,8'杆(第一止挡件)

9杆

10连杆

11从动轴

12销(反向连杆)

13,13'弹簧

14摇臂架

15杆

16,16'弹簧

17,17'杆(第二止挡件)

18指示器

19小齿轮

20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