具有可编程致动能力的个人护理用具的谐振致动器.pdf

一种用于诸如牙刷的个人护理用具的驱动系统，如牙刷，包括：第一对相对的固定永磁组件，其沿着圆柱形用具外壳(12)的内表面的长度纵向放置，每个第一永磁组件包括具有北极的一部分和具有南极的另一部分；以及第二对永磁组件，其与第一对永磁组件垂直，一个第二永磁组件具有沿着其长度的多个邻近的第一部分，各部分在北极和南极之间交替，另一个第二永磁组件包括具有相反极性的类似部分。第一和第二衔铁(30，32)安装到主轴元件(34)上，或其一部分形成主轴元件(34)，该主轴元件沿着圆柱形外壳的长度并且从圆柱形外壳向外延伸。多个驱动绕组(36，38，40，42)以这样的方式围绕各衔铁放置，该方式为在可编程控制下，对绕组施加电流，以产生主轴和工作件的轴向和/或切向移动。

权利要求书
1.  一种用于个人护理用具的驱动系统，包括：外壳；第一对相对的永磁体，其沿着该外壳的内表面纵向放置，每个第一永磁体包括具有北极的第一部分和具有南极的第二部分，该第一和第二部分的每一个沿着该第一永磁体的长度延伸；第二对相对的永磁体，通常与该第一对永磁体垂直，并沿着该外壳的内表面纵向放置，每个第二永磁体具有沿着其长度的多个部分，在北极和南极之间交替，一个第二永磁体的第一部分具有北极而另一个第二永磁体的第一部分具有南极；第一移动衔铁，其安装在该外壳内用于在通电时旋转地移动，该第一衔铁沿着圆柱体纵向延伸；第二移动衔铁，其安装在该外壳内用于在通电时轴向地移动；驱动绕组，其围绕至少一个移动衔铁放置；主轴元件，该第一和第二衔铁连接到该主轴元件、或形成该主轴元件的部分，该主轴元件从该外壳的一个端部向外延伸，并且适于连接到包括工作件的输出组件，其中该主轴在该第一衔铁旋转时旋转，并在该第二衔铁轴向地移动时轴向地移动；电源；以及可编程控制装置，用于以可选择的方式给该驱动绕组供电，以产生该输出组件上的工作件的纵向和/或轴向移动。

2.  如权利要求1所述的驱动系统，其中每个衔铁具有两个部分，在该主轴的每侧上各有一个部分，并且其中该绕组围绕两个衔铁的两个部分延伸。

3.  如权利要求1所述的驱动系统，包括两个绕组，一个绕组位于该第一衔铁的一个部分的周围，而另一个绕组位于该第一衔铁的另一部分的周围。

4.  如权利要求1所述的驱动系统，其中该第二衔铁具有自由端，其基本上与对应的永磁体的宽度配准。

5.  如权利要求1所述的驱动系统，其中第二对永磁体的每个包括两个相同长度的部分。

6.  如权利要求2所述的驱动系统，其中第二对永磁体的每个包括4个相同长度的部分，并且其中第二永磁体具有在两个相邻北/南磁体部分之间的边界处的不工作位置。

7.  如权利要求1所述的驱动系统，其中该驱动系统用于牙刷。

8.  一种用于个人护理用具的驱动系统，包括：外壳；第一对相对的固定永磁组件；与该第一对永磁体近似垂直的第二对相对的固定永磁组件；轴部件，其安装在该外壳内并能旋转地和轴向地移动；第一衔铁组件，其附接到该轴部件或形成该轴部件的部分，用于在通电时与第一对固定的永磁体合作旋转地移动该轴部件；第二衔铁组件，其附接到该轴部件或形成该轴部件的部分，用于在通电时与第二对固定的永磁体合作纵向地移动该轴部件；以及电源和控制组件，用于选择性地给该第一和/或第二衔铁组件供电，以产生该轴的移动和工作件的对应的移动，该工作件连接到连接到该轴的组件或连接到该轴的组件的部分。

说明书具有可编程致动能力的个人护理用具的谐振致动器
技术领域
本发明一般涉及用于个人护理用具的驱动系统，该个人护理用具例如电动牙刷，更特别地涉及具有可编程驱动控制能力的组合切向/轴向移动驱动系统。
背景技术
存在许多已知的用于电动牙刷或其它个人护理用具的致动系统，它们驱动其上安装有工作件的输出轴或其它部件，该工作件例如为牙刷的刷头。这样的致动器包括马达以及磁系统和电磁系统，具有广泛的多种构造，并体现众多技术的和结构的构思。然而，这样的设备通常只能以一种模式致动工作件，例如旋转模式，其可能通常是用于DC马达致动器的情况。移动的单一模式是有局限的，特别当不同移动适合于不同清洁功能时，包括，例如清洁口腔的不同区域，如牙齿和牙龈。此外，移动的单一模式通常包括与复杂模式，例如8字移动，相反的简单移动。即使特定的移动是复杂的，通常该用具也只限于一种操作移动/模式。
所期望的是，能够选择多于一种的工作件的移动模式，特别是简单和复杂的移动两者，以及改变复杂移动，以便完成多种清洁目的，即使在电动牙刷的情况下。
发明内容
因此，本发明是一种用于个人护理用具的驱动系统，包括：外壳；第一对相对的固定永磁组件；第二对相对的固定永磁组件，其与第一对永磁体近似垂直；轴部件，其安装在外壳内并能旋转和纵向移动；第一衔铁组件，其附接到轴部件或形成轴部件的一部分，用于在通电时与第一对固定永磁组件合作旋转地移动轴组件；第二衔铁组件，其附接到轴组件或形成轴部件的一部分，用于在通电时与第二对固定永磁组件合作纵向地移动轴组件；以及电源和控制组件，用于选择性地给第一和/或第二衔铁组件供电，以产生轴的移动和工作件的对应的移动，该工作件连接到连接到轴的组件或其一部分。
附图说明
图1是电动牙刷的简化图。
图2A、图2B和图2C是本发明第一实施例的部分的各种视图。
图3A和图3B是图2A图2C的实施例的横向和纵向截面图，示出移动衔铁和相关联的线圈绕组。
图4A、图4B和图4C是图2A图2C的结构的替代实施例的部分的各种视图。
图5A图5C是图4A图4C的实施例的横向和纵向截面图，示出移动衔铁和相关联的绕组。
图6A和图6B和图7A和图7B是图4A图4C和图5A图5C的实施例的变化的截面图。
具体实施方式
图1、图2A图2C和图3A、图3B示出用于个人护理用具的驱动系统(致动器)的第一实施例。致动器实施例包括单个的圆柱形外壳12，具有使用磁作用的致动器，安装于外壳内。致动器驱动其上安装有工作件，如牙刷15的输出安装轴13。该实施例包括四个永磁组件14、16、18和20，其以90°间隔围绕圆柱形外壳内部放置。每一个永磁组件大约延伸外壳12的长度，在两端都有小的空间。在示出的实施例中，圆柱形外壳12能够改变直径和长度。每个永磁组件覆盖约60°，尽管这也能够变化。各永磁体被弯曲以符合外壳12的内部表面13。它们能够通过各种方法附接到外壳。
永磁组件14和16每个包括两部分24和26。部分24具有北极(N)，而另一部分26具有南极(S)。部分24和26每个延伸磁体组件的14和16的完全长度，但是在部分14和16之间反向，如在图2B和图2C中最清楚示出的那样。永磁组件18和20如上所示的以相对的安排安装，与磁体14和16垂直。磁体组件18和20每个也包括两部分。一部分28，其延伸磁体的整个宽度从其一个纵向端延伸到大约其中点29，并具有北极(N)，而另一部分30，其从中点29(邻接部分28)延伸到另一个纵向端，并具有南极(S)。部分28和30在磁体组件18和20之间反向，再次如在图2B和图2C中最清楚示出的那样。
图3A和图3B包括切向(旋转地)移动致动器/衔铁部件30、以及轴向移动致动器/衔铁部件32。切向致动器30连接到并操作旋转主轴34，其沿着圆柱形外壳12的中线安装。工作件安装到该主轴的端部，其延伸出外壳12。轴向致动器32也连接到主轴34，在操作中轴向地移动主轴。在一个实施例中，致动器30和32与主轴34组合，导致单个的集成的部件。
假设相对于主轴和工作件切向(旋转)移动的是放置在切向致动器30的相对的部分30A和30B周围的两个绕组36和38，而绕组40和42位于轴向致动器32的相对的部分32A和32B周围，如图3A和图3B所示。排列和安装绕组40和42(它们不移动)以便为致动器系统和主轴提供足够空间以便轴向地移动。
通过传统的电源，如电池45，其通常是可充电的，为各种绕组提供电力。
可编程控制单元46控制将电流施加到各种绕组。能够改变频率和幅度以提供工作件的选择的复杂的移动，如除了只有轴向和只有切向(旋转)移动外的移动。
应当理解的是，永磁组件和致动器元件的物理安排能够改变。例如，轴向致动器元件32的宽度能够在其自由端处增加到永磁组件的整个宽度，以提供更强大的致动。
图4A图4C和图5A图5C示出可替代的安排，其包括两个间隔的轴向致动器/衔铁60和62、和单个切向致动器/衔铁64(图5A图5C)。外壳和用于切向致动的外壳内表面上的永磁体安排与上述图2A图2C和图3A、图3B的实施例相同。每个轴向致动器的永磁安排包括用于磁体安排74的4个连续的磁体部分70、73，而磁体部分70A、73A用于磁体安排75。磁体部分70、73和70A、73A都是相同长度，并且在北极和南极之间交替。放置了两个轴向致动器60和62，使得在不工作时它们位于邻近北极和南极部分，如图5A和图5C中最清楚示出的那样。该双轴致动称作为“分开齿形”安排。能够使用更多的具有轴向致动器的磁体部分，在轴向方向上提供更强的致动。用于分开齿形致动器的绕组安排(36、38、40和42)，与上面对于图5B和图5C讨论的一样。
4绕组实施例能够由两个完整桥电路驱动，一个用于切向绕组(两个部分绕组)，而一个用于轴向(也是两个部分绕组)。
图6A、图6B和图7A、图7B的实施例与之前的实施例(图4A图4C和图5A图5C)相同，除了需要两个未分割的绕组之外。如图所示提供了绕组76和78。如果通过各绕组的电流在相同方向，则将出现切向致动(图6A、图6B)，而如果通过各绕组的电流在相反方向，则将出现轴向致动(图7A、图7B)。如果电流具有不同频率，将出现组合的、复杂的主轴移动。
上述旋转/轴向移动实施例使用各种材料。在这些多自由度的安排中，由于轴承表面中的摩擦引起的能量吸收/消耗会变为重要的问题。尽管电源(电池)保持恒定，能量的消耗通常将增加。为了部分克服该问题，支持在上述各种实施例中的外壳内的主轴的轴承元件可以由弹性材料制成，该弹性材料通常的特征在于非常低的内部阻尼属性。使用一种或其它弹性材料将在操作中减少由于牙刷或其它个人护理用具中的轴承摩擦引起的能量消耗。
尽管已经出于说明的目的公开了一种本发明的优选实施例，应当理解的是，可以将各种改变、修改和替代合并到该实施例而不偏离由权利要求书限定的本发明的精神。