利用霍尔传感器提供用于谐振驱动牙刷的连续反馈的力传感器.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201480013684.7 (22)申请日 2014.02.13 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 105101907 A (43)申请公布日 2015.11.25 (30)优先权数据 61/776,361 2013.03.11 US (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2015.09.10 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/IB2014/058956 2014.02.13 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2014/140959 EN 2014.0。

2、9.18 (73)专利权人 皇家飞利浦有限公司 地址 荷兰艾恩德霍芬市 (72)发明人 JT斯坎兰德 HR罗恩 KA米勒 (74)专利代理机构 北京市金杜律师事务所 11256 代理人 李辉 (51)Int.Cl. A61C 17/22(2006.01) A61C 17/34(2006.01) A46B 15/00(2006.01) (56)对比文件 WO 2010001196 A1,2010.01.07, US 2003205492 A1,2003.11.06, CN 101730512 A,2010.06.09, CN 101479497 A,2009.07.08, JP 20120529。

3、86 A,2012.03.15, CN 1703171 A,2005.11.30, JP 2011185914 A,2011.09.22, JP 2011145273 A,2011.07.28, JP 2008206375 A,2008.09.04, CN 104619211 A,2015.05.13, 审查员 黄慧 (54)发明名称 利用霍尔传感器提供用于谐振驱动牙刷的 连续反馈的力传感器 (57)摘要 该电动牙刷包括刷头臂(36)和在其远端的 刷元件(38)。 V型-弹簧组件(14)将动力驱动组件 的运动转换成来回运动。 在V型型弹簧组件的后 端的安装构件(55)为磁体(56)提供基部。 。

4、该V型- 弹簧组件的后端根据施加到刷元件的压力而移 位。 当V型-弹簧组件的后端由于刷头上的压力被 移位时， 霍尔效应传感器(58)被安装在由磁体产 生的变化的磁场内。 处理器(65)响应于来自霍尔 传感器的输出， 并当压力超过阈值时提供指示。 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 CN 105101907 B 2018.01.19 CN 105101907 B 1.一种电动牙刷， 包括： 包含动力驱动组件的手柄部； 刷头组件(32)， 包括刷头臂(36)和在其远端的刷元件(38)； V型-弹簧组件(14)， 其响应于所述动力驱动组件， 用于将所述动力驱动组件的动作转 换为所述刷头组件的来回运。

5、动， 其中， 所述V型-弹簧组件与所述刷头组件围绕枢轴点(52) 一起移动； 弹簧组件(46， 50)， 所述弹簧组件在所述V型-弹簧组件的相对两端提供预加载； 从与所述V型-弹簧组件的向前端相配合的支承构件(28)延伸的安装叶片(30)， 所述安 装叶片可移除地连接至所述刷头组件(32)， 当所述V型-弹簧组件与所述刷头组件围绕所述 枢轴点移动时， 所述刷头组件驱动所述刷元件(38)； 被定位在所述V型-弹簧组件的后端的安装构件(55)； 被附连到所述安装构件的磁体(56)； 霍尔效应传感器(58)， 其被安装在当所述V型-弹簧组件的所述后端移动时由所述磁体 产生的变化的磁场内， 其中， 所。

6、述霍尔效应传感器的输出从对应于由于所述刷元件上的压 力造成的所述V型-弹簧组件的所述后端的位移的空载状态开始改变； 处理器(65)， 其响应于所述霍尔效应传感器的输出(70)和存储的信息(81)， 以产生指 示在刷牙操作期间施加到所述刷元件的所述压力的信号； 以及 用于所述霍尔效应传感器输出的温度补偿的系统。 2.根据权利要求1所述的电动牙刷， 其中所述动力驱动组件包括电动机(11)， 所述电动 机具有驱动所述V型-弹簧组件的定子部分(12)。 3.根据权利要求1所述的电动牙刷， 其中所述安装构件包括含铁金属。 4.根据权利要求1所述的电动牙刷， 其中所述V型-弹簧组件具有沿其长度在中间的节 。

7、点， 其中， 当所述V型-弹簧组件的后部通过所述动力驱动组件的动作在一个方向上扭曲时， 所述V型-弹簧组件的向前部在相反的方向上扭曲， 从而产生所述刷头组件和所述刷元件的 来回清扫动作。 5.根据权利要求1所述的电动牙刷， 包括定位于所述磁体和所述霍尔效应传感器之间 的金属屏蔽(60)， 以减小当所述磁体通过所述刷元件上的压力移位时， 所述霍尔效应传感 器对由所述磁体所产生的所述变化的磁场的灵敏度。 6.根据权利要求1所述的电动牙刷， 其中所述处理器包括求所述霍尔效应传感器的信 号输出在若干周期(76)内的平均值和从霍尔信号输出(78)过滤掉噪声的能力。 7.根据权利要求1所述的电动牙刷， 其。

8、中所述处理器使用所述存储的信息来将所述霍 尔效应传感器的输出与至少一个预建立的阈值(82)关联， 并给用户提供关于所述刷元件上 的所述压力超过第一阈值的反馈信息(86)。 8.根据权利要求1所述的电动牙刷， 其中由所述处理器产生的信号是连续的， 从而提供 所述刷元件上的压力的连续指示。 9.根据权利要求7所述的电动牙刷， 其中所述处理器为用户提供关于所述刷元件上的 压力超过最小阈值的指示。 10.根据权利要求1所述的电动牙刷， 其中所述信号呈用户可识别的形式(88)。 11.根据权利要求1所述的电动牙刷， 包括温度确定元件和关联所感测的温度与所述霍 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 1。

9、05101907 B 2 尔效应传感器输出的调节的存储的代码或表， 使得对于给定的压力的所述霍尔效应传感器 的所述输出在所选择的温度范围内将保持恒定。 权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 105101907 B 3 利用霍尔传感器提供用于谐振驱动牙刷的连续反馈的力传 感器 技术领域 0001 本发明一般涉及谐振驱动磁致动电动牙刷， 并且更具体地说， 涉及这种具有压力 传感系统的牙刷。 背景技术 0002 在电动和手动牙刷中， 以许多不同的具体实施方式， 使用传感机构来确定施加到 牙刷的刷毛区部的压力是众所周知的。 通常， 某种类型的传感器测量施加到刷毛的力。 在许 多情况下， 该传感器包。

10、括弹簧、 力矩臂和开关， 其中施加到刷毛区的力在弹簧上产生动作， 继而驱动力矩臂。 当力达到阈值或触发值时， 开关被操作， 其发送所施加的力已经超过阈值 水平的信号到用户。 然后， 用户有机会将压力降低到可接受的水平。 0003 这样的系统还可以用来确保至少也由用户施加最小量的压力到刷毛区。 但是， 压 力传感系统通常难以在典型的电动或手动牙刷中实施。 这样的系统还会显著增加牙刷的整 体成本， 并且往往遭受不精确。 0004 典型地， 在这样的压力传感系统中， 不存在压力信息的连续反馈， 但是存在当施加 的压力达到指示过度压力的阈值时的指示。 0005 因此， 用于牙刷用谐振驱动系统的紧凑、 。

11、简单且廉价的传感器系统是所期望的， 特 别是提供连续压力反馈的传感器系统。 发明内容 0006 因此， 该电动牙刷， 包括： 包含动力驱动组件的手柄部； 刷头组件， 包括刷头臂和在 其远端的刷元件； 响应于动力驱动组件用于将动力驱动组件的动作转换成刷头组件的来回 动作的V型-弹簧组件， 其中， V型-弹簧组件与刷头组件一起围绕枢轴点移动； 被定位在V型- 弹簧组件的后端的安装构件； 附连到安装构件的磁体； 安装在当V型-弹簧组件的后端移动 时由磁体产生的变化的磁场内的霍尔效应传感器， 其中， 霍尔效应传感器的输出从对应于 由于刷元件上压力造成的V型-弹簧组件的后端的位移的空载状态改变； 和处理。

12、器， 其响应 于霍尔效应传感器输出和存储的信息， 以在刷牙操作期间产生指示施加到刷构件的压力的 信号。 附图说明 0007 图1是示出了电动牙刷的主要部件的剖面图， 其包括本文所述的压力传感系统。 0008 图2是图1的系统的一部分的更详细的剖面图。 0009 图3是本系统的霍尔效应传感器部分的输出的图。 0010 图4是简化的磁场图， 其示出了具有屏蔽的图2的压力传感系统的结构。 0011 图5是来自于图1、 图2和图4中所示的霍尔效应传感器的输出信号的处理的图。 0012 图6是曲线图， 其示出了用于特定霍尔效应传感器的未补偿输出。 说 明 书 1/4 页 4 CN 105101907 B。

13、 4 0013 图7是曲线图， 其示出了用于图6的霍尔效应传感器的补偿输出。 具体实施方式 0014 图1示出了电动牙刷的一个重要部分， 其包括本发明的压力传感系统。 图2示出了 图1的系统的一部分的更详细视图。 电动牙刷， 整体表示为10， 包括具有定子12的电动机 (11)， 其驱动V型-弹簧驱动组件14。 如图2所示的V型-弹簧， 具有中心节点16， 使得当V型-弹 簧组件的后部17通过电动机的动作沿一个方向扭曲或旋转时， V型-弹簧组件的向前部19沿 相反方向扭曲或旋转。 V型-弹簧组件14由轴承座支承， 该轴承座整体表示为20， 该轴承座继 而被安装到外壳或器具的内部托架， 未示出。。

14、 在轴承座20和V型-弹簧组件的下边缘之间延 伸的是两个支承轴承22和24。 V型-弹簧组件14可以包括各种不同的实施方式。 V型-弹簧组 件的向前端26与支承构件28相配合， 安装叶片32从该支承构件28延伸。 可移除地定位在安 装叶片30上的是刷头组件32， 其包括与牙刷的手柄配合的近端部34。 刷头组件在远端包括 细长臂36， 在远端上的是包括刷毛区的刷构件38。 在典型的动作中， 刷构件将来回移动通过 规定的角度， 例如9-11 ， 以实现牙齿的清洁。 0015 仍参照图1和图2， 与V型-弹簧组件14的上表面相邻的是节点构件23， 其基本上延 伸V型-弹簧组件的长度。 与节点构件的上。

15、表面相邻定位的是片簧40， 其也大约延伸V型-弹 簧组件的上部的长度并覆盖该上部。 节点构件和片簧由轴承元件42和44连接至V型-弹簧组 件的相对两端。 弹簧构件46， 48和50被连接到轴承42， 44和节点16。 弹簧46和50在片簧40上 提供预加载。 0016 刷头组件和V型-弹簧组件一起绕靠近大约在轴承22处的V型弹簧组件的向前端的 点52枢转， 而在节点16处的弹簧48， 50和后轴承44倾向于抵抗位移。 0017 当在刷牙动作(箭头54)期间力被对着刷毛区施加时， 刷头组件将倾向于移动， 从 而绕枢轴点52旋转。 V型-弹簧组件将在相反的方向上移动。 对着刷毛区施加的力通常被称 。

16、为压力。 在刷毛区上的该力或负载主要由用户动作产生， 虽然附加的负载是在正常刷牙期 间由用户的面颊和嘴唇产生。 下面描述的传感系统确定它是该总负载或力。 0018 仍参照图1和图2， 含铁安装元件55被固定到V型-弹簧组件的后端25。 磁体56被定 位在安装元件的后表面56处。 在所示实施例中的磁体具有如下尺寸： 13.49.04.0(mm)。 合适的磁体的一个例子是钕。 霍尔效应传感器58远离磁体56， 但在由磁体产生的磁场内被 定位。 在所示的实施例中， 霍尔效应传感器是常规的并且可以商业购买。 合适的霍尔效应传 感器的一个例子是奥地利微系统AS5510。 在所示的实施例中， 霍尔效应传感。

17、器被安装在牙 刷内的驱动车道(tram)框架上， 并位于距磁体约2.3mm处， 与磁体大约在同一平面中。 其他 霍尔效应传感器也可以被使用， 只要当由于刷毛区上的力磁体来回移动， 从而横向移位时， 它们对变化的磁场具有足够的灵敏度即可。 0019 在操作中， 在刷毛区上没有任何力的情况下， 当V型-弹簧的后端和磁体来回摆动 通过选定的角度， 而没有横向位移时， 霍尔效应传感器的电压输出正弦改变， 如图3所示。 基 本上， 霍尔效应传感器的电压输出将响应于变化的磁场而改变。 变化的磁场提供了用于确 定被施加到刷毛区的力的量的基础。 当力被施加到刷毛区时， V型-弹簧组件枢转， 从而移动 V型-弹。

18、簧的后端和磁体， 抵抗弹簧50的作用， 在霍尔效应传感器的方向上产生磁体的横向 位移。 当磁体变得更接近传感器时， 霍尔效应传感器足够敏感以检测磁场的变化。 在其微处 说 明 书 2/4 页 5 CN 105101907 B 5 理器中， 牙刷包括呈响应曲线的形式的信息表， 其涉及霍尔效应传感器的电压输出随磁体 的位移并且因此随施加到刷元件的力的变化。 磁体的位移将导致霍尔传感器的电压输出相 对于无负载条件下的电压输出的变化。 因此， 传感器输出的变化是被施加到刷毛区的力的 可靠指示。 0020 在如上所述的电动牙刷中， 用于确定力/压力的霍尔效应传感器的使用对温度很 敏感。 在牙刷制造和实际。

19、的使用到使用之间的温度变化， 将相应地导致传感器函数和输出 的变化， 这最终会降低压力输出的精度。 例如， 奥地利微系统AS5510霍尔效应传感器的典型 温度变化示于图6。 这说明了相对于特定传感器的几个系列的温度， 相当显著的输出变化。 对于其他霍尔效应传感器， 温度灵敏度也是真实的。 0021 诸如在图6中所示， 对于特定的霍尔效应传感器的温度曲线被存储在牙刷手柄内 的处理器/存储器中。 该牙刷将包括在手柄内的温度传感构件69。 温度传感构件可以在处理 器上或在手柄内的单独位置。 对于每一个温度值， 将存在被存储在处理器/存储器中的温度 常数， 其调整用于该温度的霍尔效应输出， 从而得到温。

20、度/输出表。 处理器将按照所存储的 温度/输出表调整霍尔效应输出。 在较低温度下， 输出将被提高到一定程度， 而在该温度范 围的较高端， 传感器输出将被减小， 从而得到对于特定的施加的压力/力在选定温度范围内 一致的霍尔效应输出。 温度补偿的霍尔效应输出被示于图7。 图6和图7涵盖了0和40摄氏度 之间的温度范围。 该温度补偿系统产生更精确的霍尔传感器输出， 这继而产生由处理器确 定并反馈给用户的更准确的压力信息。 0022 在一些情况下， 霍尔效应传感器的灵敏度相对于磁场可能过高。 这样的问题通过 使用图4所示的磁屏蔽件60可以被克服， 该磁屏蔽件在磁体56和霍尔效应传感器66之间被 安装驱。

21、动外壳62上。 各种屏蔽装置可以被使用， 但一个实例是使用 金属箔片。 低碳钢也可 被使用。 在示出的实施例中， 金属的厚度为大约0.3mm。 这样的布置降低了传感器的灵敏 度， 以便当磁体由于刷毛区中的力被移位时， 提供对磁场变化的精确响应。 0023 图5示出了用于通过处理器65实现力的测定的整个过程和结构元件。 用户动作在 框66表示， 从而指示对着刷毛区施加的力的量。 总用户负载被表示在67。 用户负载包括由用 户实际所施加的负载67A， 以及刷牙期间由于用户的嘴唇67B和用户的脸颊67C造成的负载。 这在刷毛区上产生总负载或力， 该总负载或力造成V型-弹簧的后端和磁体绕枢轴的位移， 。

22、由框68表示。 位移产生来自霍尔传感器的信号， 如由框70表示。 0024 然后霍尔输出信号在框74被处理， 从而确定由于总负载造成的电压和输出变化； 处理包括求多个循环的输出平均值， 参考76， 以及从信号滤除噪声， 包括来自于电动机的电 子噪声和机械噪声， 被表示在78。 结果为输出信号80， 其是至处理电路的其余部分的输入信 号。 如上所述， 微处理器包括涉及霍尔传感器输出与力值关系的响应曲线或信息表81。 响应 曲线通常是用于0-300克力的范围的直线。 计算也将包括相关步骤， 如84所表示的， 其涉及 在力范围内力和霍尔传感器值的相关性。 计算82的输出将是： (1)是否已经达到最小。

23、压力； (2)压力是否在预选范围内， 和(3)是否已超过最大压力值的指示。 信息被连续地提供。 作为 一个例子， 最小压力可以是30克， 而最大压力可以是300克。 0025 这个信息被证明为呈某种形式， 例如听觉、 视觉或感觉的反馈(框86)。 这种反馈可 由用户感知， 如88所示， 这使用户能够采取适当的行动， 特别是增加或减小压力或如果压力 是在所期望的范围内， 维持该压力， 如通常由框90表示的。 最大压力已经被超过(触发点)的 说 明 书 3/4 页 6 CN 105101907 B 6 一个指示是通过在很短的时间周期， 例如两秒钟内将频率略微改变得更高， 通常为10赫兹 左右， 然。

24、后将频率回复到其后的既定频率。 这种可感知反馈和用户对它的信赖， 使刷牙习惯 的改变是所期望的以产生长期良好的牙齿护理。 0026 应当认识到， 本文公开了一种用于在刷头上提供压力信息的简单可靠的系统， 该 系统提供了关于对着牙刷区的压力的连续信息。 0027 虽然本发明的优选实施例已经被公开用于说明的目的， 应该理解的是， 各种改变、 修改和替换可以在该实施例中被结合， 而不偏离由下面的权利要求限定的本发明的精神实 质。 说 明 书 4/4 页 7 CN 105101907 B 7 图1 图2 说 明 书 附 图 1/4 页 8 CN 105101907 B 8 图3 图4 说 明 书 附 图 2/4 页 9 CN 105101907 B 9 图5 说 明 书 附 图 3/4 页 10 CN 105101907 B 10 图6 图7 说 明 书 附 图 4/4 页 11 CN 105101907 B 11 。