具有附加惯性共振系统的电动牙刷的制作方法

本申请要求下面的申请的权益或优先权并描述它们之间的关系：其中本申请要求2014年7月17日提交的美国临时专利申请序列号62/025,531的优先权，该申请通过引用全部并入本文。

技术领域

本实施例大体涉及电动牙刷并且更特别地涉及具有附加惯性共振系统的电动牙刷和在电动牙刷中实施附加惯性共振系统的方法。

背景技术：

在电动牙刷中用作共振系统的马达设计一般是已知的。另外，用以克服机械不稳定性的惯性配重(例如，飞轮)的使用一般是公知的。然而，具有用于电动的牙刷的已知共振系统的这样的马达设计当置于用户载荷下时不期望地损失幅度。

例如，改进的电动牙刷的成功实施的障碍是当置于用户加载下时不能通过附接的刷头传递低功率但高幅度运动。

因此，期望提供一种当置于用户载荷下时不损失幅度的共振系统。因此用于克服本领域中的问题的改进的方法和设备是期望的。

技术实现要素：

依照一个方面，具有附加惯性共振系统的电动牙刷包括附加惯性，有效地控制在载荷条件下的运动的幅度。

依照另一方面，用于电动牙刷的附加惯性共振系统包括：驱动轴，具有限定旋转中心的主轴线；驱动系统，被配置成赋予所述驱动轴围绕主轴线往复运动；和至少一个惯性配重构件，被联接至驱动轴。至少一个惯性配重构件包括具有沿着x轴线、y轴线和z轴线平衡的复杂形状的单平面状材料，以使得驱动系统能够在置于用户加载下时获得驱动轴的低功率、高幅度运动。在一个实施例中，低功率、高幅度运动包括小于4W量级的功率和围绕旋转中心的达20量级度全运动的幅度。在另一实施例中，低功率包括1W至4W的范围。

在一个实施例中，惯性配重的复杂形状包括内部部分、在第一方向上从内部部分延伸的第一外部部分和在与第一方向相反的第二方向上从内部部分延伸的第二外部部分。

在另一实施例中，内部部分包括被配置用于沿着主轴线例如通过压配合安装到驱动轴上的具有主直径的安装孔。安装孔进一步包括被配置用于以相对于主轴线的给定径向定向通过压配合将惯性配重构件联接到驱动轴的互补的特征上的至少一个附接特征。在进一步的实施例中，至少一个附接特征包括围绕惯性配重构件的内部部分中的安装孔的内周边的等间隔特征。

根据另一实施例，复杂形状的第一外部部分包括位于与旋转中心相距第一和第二径向距离之间的第一额外配重。复杂形状的第二外部部分包括位于第一径向距离与第三径向距离之间的对抗平衡的额外配重，其中第三径向距离绕着z轴线大于第二径向距离。此外，第一外部部分的在第二径向距离处的周长大于第二外部部分的在第三径向距离处的周长。

在另一实施例中，惯性配重构件包括不锈钢。在进一步的实施例中，至少一个惯性配重构件在驱动轴的在选自由驱动系统的前部部分、中间部分和后部部分构成的组的一个内的部位处被联接至驱动轴。另外，至少一个惯性配重构件可以进一步包括形成在至少一个惯性配重构件的平面状表面中或上的凹陷和凹坑，凹陷和凹坑将多个惯性配重构件共同定位并固定到一起作为叠片以增加用于期望的总惯性质量的总配重。

在又一实施例中，电动牙刷包括：如上所述的附加惯性共振系统，和适于以可去除的方式联接至驱动轴的前部部分的刷头构件。

根据另一实施例，一种在用于电动牙刷的共振系统中提供附加惯性的方法，包括：提供具有限定旋转中心的主轴线的驱动轴；将驱动系统配置成赋予所述驱动轴围绕主轴线的往复运动；和将至少一个惯性配重构件联接至驱动轴。至少一个惯性配重构件包括具有沿着x轴线、y轴线和z轴线平衡的复杂形状的单平面状材料，以使得驱动系统能够在置于用户加载下时获得驱动轴的低功率、高幅度运动。复杂形状包括内部部分、在第一方向上从内部部分延伸的第一外部部分和在与第一方向相反的第二方向上从内部部分延伸的第二外部部分。

在进一步的实施例中，内部部分包括被配置用于沿着主轴线例如通过压配合安装到驱动轴上的具有主直径的安装孔。安装孔进一步包括被配置用于以相对于主轴线的给定径向定向通过压配合将惯性配重构件联接到驱动轴的互补的特征上的至少一个附接特征。

在再进一步的实施例中，复杂形状的第一外部部分包括位于与旋转中心相距第一和第二径向距离之间的第一额外配重。复杂形状的第二外部部分包括位于第一径向距离与第三径向距离之间的对抗平衡的额外配重，其中第三径向距离绕着z轴线大于第二径向距离，并且进一步地其中第一外部部分的在第二径向距离处的周长大于第二外部部分的在第三径向距离处的周长。

在另一实施例中，用于电动牙刷的共振系统中的附加惯性进一步包括弹性安装座和框架。驱动系统通过弹性安装座被联接至框架。弹性安装座包括转动位移阻挡止挡表面。另外，复杂形状的第一外部部分进一步包括第一和第二转动止挡表面，其中第一和第二转动止挡表面被配置用于与弹性安装座的阻挡止挡表面接合，以将驱动轴的转动位移限制在期望的范围内。

本公开的实施例有利地解决了当置于用户加载下时通过附接的刷头传递低功率、高幅度运动的问题。

再进一步的优点和益处对于本领域普通技术人员来说将在阅读和理解以下详述描述时变得显而易见。

附图说明

本公开的实施例可以采取各种组成部件和组成部件的布置的形式，以及各种步骤和步骤的布置的形式。因此，附图是为了说明各种实施例的目的，并且不应该被解释为限制实施例。在附图中，相似的参考数字是指相似的元件。另外，需要注意的是，附图可能未按比例绘制。

图1是根据本公开的实施例的具有附加惯性共振系统的电动牙刷的分解图解视图；

图2(A)、图2(B)和图2(C)是根据本公开的实施例的单惯性配重构件的立体图和影像图；

图3是根据本公开的实施例的图2的单惯性配重构件的沿着z轴线观察的二维视图；

图4是根据本公开的另一实施例的多个单惯性配重构件的层叠堆叠体的立体图解视图；

图5是根据本公开的实施例的位于电动牙刷的驱动系统的前部、中间或后部中的一个处的附加惯性配重构件的图解视图；和

图6(A)、图6(B)和图6(C)分别图示出根据本公开的实施例的用于电动牙刷中的共振马达的弹性马达安装座的立体图、侧面截面图和截面图。

具体实施方式

参照在附图中描述和/或图示的且在以下描述中详述的非限制性示例更全面地说明本公开的实施例及其各种特征和优点细节。应该注意的是，附图中图示的特征未必按比例绘制，并且如技术人员将认识到的，一个实施例的特征可以与其他实施例一起采用，即使本文没有明确指出。公知的组成部件和处理技术的描述可以省略以免不必要地使本公开的实施例模糊不清。本文所使用的示例仅仅旨在便于理解可以实践本公开的实施例的方式并且进一步使得本领域技术人员能够实践这些方式。因此，本文的实施例不应该被解释为限制本公开的实施例的范围，该范围唯一地由随附权利要求和适用法律限定。

需要理解的是，本公开的实施例不限于本文所描述的特定方法学、协议、装置、设备、材料、应用等等，因为这些可以是变化的。还需要理解的是，本文所使用的专门用语仅用于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制如所要求保护的实施例的范围。必须注意的是，如本文所使用的并且在随附权利要求中，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另有明确指示。

除非另有限定，本文所使用的所有技术和科学术语具有与本公开的实施例所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。描述了优选的方法、装置和材料，但是在实施例的实践或测试中可以使用与本文所描述的那些类似或等同的任何方法和材料。

根据一个实施例，具有附加惯性共振系统的电动牙刷适用作为共振系统，针对电动牙刷马达包括轴、驱动定子、叠片和磁体。以往复方式操作的电动牙刷马达可以设立在各种电动牙刷设计中，用于传递刷洗运动。惯性配重附加至往复运动已显示当在用户加载下时不太容易受低幅度运动和高功率消耗的影响，部分归因于附加的用户加载是驱动系统的配重/惯性的较低百分比。

根据一个实施例，平衡配重被附接至往复马达轴。本文讨论了各种实施例，比如，平衡配重在主驱动体的上方、主驱动体的内侧和/或主驱动体的后方位于往复马达轴上。配重在x轴线、y轴线和z轴线上是平衡的，以免引入任何不平衡的加载或归因于引入的不平衡而引起的振动。

根据本公开的实施例，平衡配重包括如下给定材料：不会干扰驱动马达或驱动系统的磁性能，但具有密度的大小足以允许设计以使得材料有效地用在手持电动牙刷设计上。在一个实施例中，单惯性配重被配置为被机械地加压到驱动系统的轴上。惯性配重的特征在于x轴线、y轴线和z轴线是平衡的。附加部件可以被堆叠为叠片，以便根据需要增加配重以使单独的系统平衡。在一个实施例中，惯性配重包括位于驱动系统的后部的不锈钢叠片；然而，惯性配重的材料和定位可以根据需要对每个设计是变化的。

现在参见图1，示出有根据本公开的一个实施例的具有附加惯性共振系统12的电动牙刷10的分解视图。电动牙刷10包括用于在他或她的牙齿的刷洗期间由用户握持的手柄14。除了驱动轴16的被配置用于刷头18的附接的一个端部之外，附加惯性共振系统12被包围在手柄14内。附加惯性共振系统12包括驱动轴16、驱动系统22和至少一个惯性配重构件24。驱动轴16具有限定旋转中心的主轴线26。驱动系统22被配置成赋予驱动轴16用箭头28大体指示出的围绕主轴线26的往复运动。至少一个惯性配重构件24被联接至驱动轴16，如本文下面将进一步讨论的。

在一个实施例中，至少一个惯性配重构件24包括具有沿着x轴线、y轴线和z轴线平衡的复杂形状的单平面状材料，以使得驱动系统22能够在置于用户加载时实现驱动轴16的低功率、高幅度运动。用户加载是指用户用附接至通过驱动系统22而往复运动的驱动轴16的刷头18刷洗他或她的牙齿。

在一个实施例中，驱动系统22优选地包括具有借助于永久磁场而轴向且转动地悬置在马达内的浮动轴的共振马达。该永久磁场优选地利用布置在马达壳体内的永久磁体来建立。驱动轴16的远端端部延伸穿过马达壳体并且当安装在电动牙刷手柄14中时穿过其顶部，远端端部被配置用于附接刷头或其他器具。在一个实施例中，驱动轴16的远端端部被配置成穿过马达壳体朝向手柄14的近端端部延伸。驱动轴16的近端端部优选地包括联接至其上的至少一个惯性配重构件24，如本文将进一步讨论的。

另外，仍然参照图1，驱动系统22通过如下至少两个组成部件被联接在手柄14内：包括(i)布置在手柄14内的框架60(图6中示出)和(ii)弹性马达安装座70，如将与图6有关地进一步讨论的。如将更详细地描述的，马达安装座70被布置成当组装好时与驱动轴16的近端端部轴向上隔开量“d”。马达安装座70在装置中进一步提供轴向冲击保护，例如对抗由施加至驱动轴16的远端端部的力F引发的轴向冲击。

现在转向图2(图2(A)、图2(B)、图2(C))，示出了根据本公开的实施例的惯性配重构件24的立体图解视图。惯性配重构件24包括图2(A)中示出的具有沿着x轴线、y轴线和z轴线平衡的复杂形状的平面状材料。在一个实施例中，惯性配重构件24包括具有等于或大于铝的强度的任何合适的高密度材料。例如，合适的高密度材料可以包括不锈钢、低碳钢、铁、烧结铁、铸铁、铸铝和/或铝。其他材料(包括非金属材料)也可以是可能的。在一个实施例中，单惯性配重构件24包括分别形成在惯性配重构件的相反的大体平面状表面中或上的多个凹陷和凹坑。多个凹陷和凹坑有利地提供了多个独立的惯性配重构件共同定位和层叠，而没有额外的要求。如图2(B)中所示，在第一大体平面状表面24₁上，使用任何合适的公知技术在表面内形成多个凹陷23。如图2(C)中所示，在与第一大体平面状表面24₁相反的第二大体平面状表面24₂上，使用任何合适的公知技术在表面内形成多个凹坑25。

在一个实施例中，在各多个内，多个凹陷23和多个凹坑25包括相同的数量。例如，表面24₁中的多个凹陷23可以包括四个凹陷，而表面24₂中的多个凹坑25可以包括四个凹坑。当层叠到一起时，第一惯性配重构件上的多个凹陷23被配置成与第二邻接惯性配重构件上的互补的多个凹坑25匹配和/或配合，以将第一惯性配重构件以给定的配置/定向固定至第二惯性配重构件。其它惯性配重构件被以类似的方式附加至前两个中，以获得期望的附加惯性共振系统的实施。虽然图2(B)和图2(C)图示出在某一配置中的四个凹陷和四个凹坑，但是凹陷和凹坑的其他配置和数量也是可能的。凹陷和凹坑有利地提供了用于给定的实施的多个惯性配重构件的共同定位、组装和固定到一起。

现在参见图3，示出了图2的惯性配重构件24的沿着z轴线观察的二维表示视图。如图示出的，惯性配重构件24的复杂形状包括内部部分30、从内部部分30在第一方向上延伸的第一外部部分32和在与第一方向相反的第二方向上从内部部分30延伸的第二外部部分34。换言之，第一外部部分32从内部部分30在沿着y轴线的正方向上延伸并且第二外部部分34从内部部分30在沿着y轴线的负方向上延伸。

仍然参照图3，内部部分30包括被配置用于沿着主轴线26安装(例如通过压配合)安装到驱动轴16(图1)上的具有主直径(即，具有半径R₀)的安装孔36。安装孔36进一步包括被配置用于以相对于主轴线26的给定径向定向通过压配合将惯性配重构件24联接到驱动轴16的互补的特征(未示出)上的至少一个附接特征38。在进一步的实施例中，至少一个附接特征38包括围绕惯性配重构件24的内部部分30中的安装孔36的内周边的等间隔特征。例如，至少一个附接特征38包括如用参考数字38₁、38₂、28₃和38₄指示出的四个等间隔特征。另外，至少一个附接特征38可以包括在惯性配重构件24内的切口或其他合适的特征。虽然图3图示出在某一配置中的四个切口，但是其他配置和数量的附接特征也是可能的。

复杂形状的第一外部部分32提供了位于与旋转中心(即，对应于主轴线26)相距第一(R₁)和第二(R₂)径向距离之间的第一额外配重。复杂形状的第二外部部分34提供了位于第一径向距离(R₁)与第三径向距离(R₃)之间的对抗平衡的额外配重，其中第三径向距离(R₃)绕着z轴线(图3中标为“Z”)大于第二径向距离(R₂)。此外，第一外部部分32的在第二径向距离(R₂)处的周长40大于第二外部部分34的在第三径向距离(R₃)处的周长42。

现在转向图4，示出了根据本公开的另一实施例的惯性配重构件24的层叠堆叠体44的立体图解视图。在一个实施例中，图4的层叠堆叠体44包括七个单惯性配重构件24。然而，在给定层叠堆叠体44中的单惯性配重构件24的具体数量根据用于电动牙刷10的附加惯性共振系统的给定实施的要求来确定。另外，层叠堆叠体44的惯性配重构件24中的每一个通过互补的凹陷和凹坑的配合彼此正确地对齐并且被固定地保持在一起，如本文前面参照图2(B)和图2(C)所讨论的。因此，层叠堆叠体44也包括沿着x轴线、y轴线和z轴线平衡的复杂形状。

参照图5，附加惯性配重构件24的图解视图可以位于驱动系统22的前部、中间或后部中的一个处，如分别用参考数字48、50和46大体指示出的。

现在参照图6(A)、图6(B)和图6(C)，分别图示有根据本公开的实施例的弹性马达安装座70的立体图、侧面截面图和截面图。弹性马达安装座70特别地特征在于，具有布置成在转动位移或沿着轴的轴线中的任一个中限制相关联的马达轴的最大位移的特征。马达安装座70还以压缩布置布置在马达50与、框架60或手柄14中的任一个的侧表面之间。

图6A的实施例是具有底部缓冲件71和分别用参考数字75和76指示出的第一和第二安装座臂的弹性马达安装座70。底部缓冲件71进一步包括轴向止挡表面72，其中当弹性马达安装座70和马达22在框架60和手柄14内被联接到一起时，止挡表面72以与驱动轴16的近端端部的隔开面对的定向被布置。图6B图示出这样的布置。底部缓冲件71起限制轴端部的轴向位移和从碰撞缓冲件71的轴端部吸收能量的作用。

马达安装座70还包括如用参考数字75和76指示出的一个或多个安装座臂。安装座臂75和76以压缩布置布置在马达22与框架60的内侧表面之间。安装座臂75和76中的每一个包括用参考数字77和78指示出的各自的压缩表面，该压缩表面的形状被形成为接收马达22的近端端部的一部分，如图6B中所示。

为了描述的目的，底部缓冲件71具有中心轴线和周边，中心轴线大体垂直于止挡表面72的中心布置并且穿过该中心。在图示实施例中，第一和第二安装座臂75和76中的每一个布置在周边的外侧，并且在沿着中心轴线的方向上远离周边延伸。各安装座臂进一步包括用参考数字73或74指示出的阻挡止挡表面，和用参考数字79或81指示出的安装座凸部。可以在底部缓冲件71上包括额外的安装座凸部82。如可以看出的，所得到的弹性马达安装座70是大体u形的，并且包括弹性体材料(诸如橡胶或塑料)的整体件。

参照图6B进一步详述止挡表面和安装座凸部的功能。首先，轴向止挡表面72布置成与马达驱动轴16的近端端部相距的隔开距离“d”(图1)。该布置允许用于正常牙刷操作的自由转动和轴向振动而没有过度的摩擦损失。然而在轴向冲击或过大的力下，底部缓冲件71和轴端部16可以接触，这抵抗驱动轴在轴向方向上的进一步的位移。这样的位移可能由掉落牙刷10或由在将刷头加压到远端轴端部上时的过大的力引发。在后一情况中，隔开距离应该少于由将牙刷头接收到驱动轴上的操作引起的位移。可选地，隔开距离应该与轴向磁性停靠位置相距小于磁极滑动距离，以防止轴向磁极滑动。可选地，隔开距离应该小于浮动驱动轴上的磁极元件与马达的后端部壳体表面之间的距离，以防止马达损坏。

安装座凸部79、81和82防止操作期间弹性马达安装座70在框架60内的转动。位于框架60中或可选地手柄14中的对应的互补狭槽接收安装座凸部79、81，使得其间的联接接合固定且有利地防止弹性马达安装座70在框架60内的任何转动位移。在图6的实施例中，安装座凸部79和81分别与压缩表面77和78大体相反地布置在安装座臂75、76上。凸部82位于底部缓冲件71的基部。

弹性马达安装座70包括布置在与驱动轴轴线相距径向距离处的用参考数字73和74指示出的阻挡止挡表面。当在过大的力的条件下时，阻挡止挡73和74与布置在驱动轴16的近端端部上的至少一个附加惯性配重构件24的第一外部部分32的用参考数字32₁和32₂指示出的对应的止挡表面相互作用，以防止驱动轴的过大的转动。通过将驱动轴的转动位移限制在期望的范围内，阻挡止挡有利地防止当轴磁极不期望地跳到(或不期望地转动地移位)下一定子磁体位置时可能发生的永久性阻挡转动位移。

如图6B和图6C的截面图中图示出的，阻挡止挡73和74布置在分别与附加惯性配重构件24的对应的止挡表面32₁和32₂相距角位移处。在正常共振操作(诸如达11度)的总位移期间，在阻挡止挡73、74与附加惯性配重构件24的止挡表面32₂之间不会发生接触。然而，阻挡止挡73、74将防止例如由驱动轴在器具上的受迫扭转所引发的在任一方向上超过预定角限值的额外的角运动，预定角限值诸如为θ/2。

尽管上面仅详细描述了几个示例性实施例，但是本领域技术人员将容易领会的是，很多修改在示例性实施例中是可能的而实质上不脱离本公开的实施例的新颖的教导和优点。例如，本公开的实施例可以有利地在根据需要具有配重以当在电动牙刷应用中的用户加载下时获得幅度和功率消耗规定的各种往复马达设计中实施。因此，所有这样的修改都旨在被包含在如以下权利要求中所限定的本公开的实施例的范围内。在权利要求中，部件加功能条款旨在覆盖本文描述为执行所记载的功能的结构，并且不仅是结构等同物，而且还有等同结构。

另外，一个或多个权利要求中的置于括号之间的任何参考符号都不应该被解释为限制权利要求。词语“包括了”和“包括”和类似物不排除除了任何权利要求或作为整体的说明书中所列出的那些以外的元件或步骤的存在。元件的单数引用不排除这样的元件的复数引用并且反之亦然。实施例中的一个或多个可以借助于包括若干不同元件的硬件和/或借助于合适编程的计算机来实施。在列举了若干部件的装置权利要求中，这些部件中的若干可以由一个和相同项目的硬件来体现。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施的纯粹的事实不表明这些措施的组合不能有利地使用。