本發(fā)明涉及具有共振馬達(dá)的個(gè)人衛(wèi)生裝置，所述共振馬達(dá)由馬達(dá)控制單元驅(qū)動(dòng)而作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

背景技術(shù)：

已知共振馬達(dá)(即基本上可被描述為彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)的馬達(dá)，所述系統(tǒng)具有共振行為，使得馬達(dá)在以其共振頻率或緊鄰其共振頻率被驅(qū)動(dòng)時(shí)尤其有效)可通過在擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)周期的每一半循環(huán)中周期性地施加基本上矩形的電壓信號(hào)而被驅(qū)動(dòng)作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，其中電壓信號(hào)是在單個(gè)周期的不同的半循環(huán)中以交變符號(hào)施加的。共振馬達(dá)可被布置在H橋式電路的跨接部分中，所施加的電壓信號(hào)可通過所述H橋式電路被交換即反向，并且馬達(dá)電流可在運(yùn)動(dòng)方向改變之前從馬達(dá)線圈放電。文獻(xiàn)WO 2004/034561A1一般討論了被布置在H橋式電路的跨接部分中的共振馬達(dá)和通過在馬達(dá)處施加矩形電壓脈沖信號(hào)(通過包括H橋式電路的馬達(dá)控制單元)進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)方案。

還已知共振馬達(dá)可用于個(gè)人衛(wèi)生裝置，諸如電動(dòng)牙刷或電動(dòng)剃刀。

本公開的目的是提供一種帶有共振馬達(dá)的個(gè)人衛(wèi)生裝置，個(gè)人衛(wèi)生裝置相比于已知的個(gè)人衛(wèi)生裝置來講是改善的，具體地在其噪聲行為方面是改善的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)一個(gè)方面，提供了一種人衛(wèi)生裝置，其包括共振馬達(dá)、馬達(dá)控制單元，所述馬達(dá)控制單元用于在共振馬達(dá)處施加帶有驅(qū)動(dòng)頻率的周期性電壓信號(hào)，以便驅(qū)動(dòng)共振馬達(dá)以等于驅(qū)動(dòng)頻率的擺動(dòng)頻率作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，其中馬達(dá)控制單元包括合成器電路，所述合成器電路用于以數(shù)字方式合成出自設(shè)置有高于驅(qū)動(dòng)頻率的脈沖頻率的具有可變長度的電壓脈沖的周期性電壓信號(hào)，使得至少在每個(gè)周期性電壓信號(hào)周期的兩個(gè)半循環(huán)之一中施加至少兩個(gè)電壓脈沖。

附圖說明

將通過詳細(xì)地描述示例性實(shí)施方案并參照附圖來進(jìn)一步說明本發(fā)明的個(gè)人衛(wèi)生裝置。在圖中，

圖1為根據(jù)本公開的個(gè)人衛(wèi)生裝置的一個(gè)示例性實(shí)施方案的示意圖；

圖2為用于驅(qū)動(dòng)共振馬達(dá)的馬達(dá)控制單元的示意圖；

圖3為包括合成器電路的馬達(dá)控制單元的示意圖，所述合成器電路用于以數(shù)字方式合成用于驅(qū)動(dòng)共振馬達(dá)的周期性電壓信號(hào)；并且

圖4為由具有可變長度的電壓脈沖構(gòu)成的正弦周期性電壓信號(hào)的半循環(huán)的示意圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)本公開的“共振馬達(dá)”(或擺動(dòng)馬達(dá))是指具有共振擺動(dòng)行為的馬達(dá)。共振馬達(dá)可在數(shù)學(xué)上被表示為諧振子，即彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)。根據(jù)本公開的共振馬達(dá)通過周期性地施加外力，具體地周期性電壓信號(hào)而被驅(qū)動(dòng)作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，如以下段落所述。當(dāng)所述外部驅(qū)動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)頻率處在所述共振頻率時(shí)，共振馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)部件的振幅變得最大。因此，共振馬達(dá)可有效地以處在或接近共振馬達(dá)的共振頻率的周期性電壓信號(hào)的驅(qū)動(dòng)頻率被驅(qū)動(dòng)，雖然用具有不同于所述共振頻率的驅(qū)動(dòng)頻率的周期性電壓信號(hào)來驅(qū)動(dòng)共振馬達(dá)也是可能的，但這導(dǎo)致不太有效的驅(qū)動(dòng)(需要更多的能量來實(shí)現(xiàn)與處在所述共振頻率時(shí)相同的振幅)。

共振馬達(dá)通常包括馬達(dá)線圈和承載至少一個(gè)永磁體組件的至少一個(gè)活動(dòng)馬達(dá)電樞，所述至少一個(gè)永磁體組件具有與馬達(dá)電樞固定連接的至少一個(gè)永磁體。馬達(dá)電樞由至少一個(gè)彈簧元件保持在靜止位置中。共振馬達(dá)通過如下方式被驅(qū)動(dòng)而作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)：在馬達(dá)線圈處施加周期性電壓信號(hào)(參見下文對(duì)周期性電壓信號(hào)的討論)，使得來自電壓源諸如電池或蓄電池并穿過馬達(dá)線圈的電流受到激勵(lì)。馬達(dá)電樞的永磁體組件與由流經(jīng)馬達(dá)線圈的電流所生成的電磁場相互作用。通過該相互作用，馬達(dá)電樞(其通過所述至少一個(gè)彈簧元件被保持在靜止位置中)被迫抵抗所述至少一個(gè)彈簧元件的彈簧力而運(yùn)動(dòng)出其靜止位置。當(dāng)所述電磁相互作用停止或改變其方向(例如周期性電壓信號(hào)在每個(gè)周期的所述兩個(gè)半循環(huán)之間改變其符號(hào))時(shí)，電樞往回朝其靜止位置運(yùn)動(dòng)并且也超過所述靜止位置(直到它達(dá)到其最大偏轉(zhuǎn)振幅)，使得最終電樞通過連續(xù)地周期性地施加電壓信號(hào)而被驅(qū)動(dòng)作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)頻率發(fā)生，周期性電壓信號(hào)以所述驅(qū)動(dòng)頻率施加在共振馬達(dá)處(即驅(qū)動(dòng)頻率確定共振馬達(dá)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的擺動(dòng)頻率)。

根據(jù)本公開的“周期性電壓信號(hào)”是指如下電壓信號(hào)，其具有周期性地重復(fù)發(fā)生的非零電壓信號(hào)內(nèi)容以提供用于馬達(dá)的外部驅(qū)動(dòng)力。由于周期性地重復(fù)發(fā)生的電壓信號(hào)的頻率確定共振馬達(dá)的擺動(dòng)頻率，周期性電壓信號(hào)具有被分成兩個(gè)等長半循環(huán)的周期。在一些實(shí)施方案中，非零電壓信號(hào)存在于這兩個(gè)半循環(huán)中(但帶有相反的符號(hào)以沿所述兩個(gè)擺動(dòng)方向驅(qū)動(dòng)共振馬達(dá))，但不是必需在這兩個(gè)半循環(huán)中驅(qū)動(dòng)共振馬達(dá)。在一些實(shí)施方案中，周期性電壓信號(hào)僅在每個(gè)周期的所述兩個(gè)半循環(huán)之一中具有非零電壓信號(hào)。雖然周期性電壓信號(hào)在數(shù)學(xué)意義上可為P周期函數(shù)(P為所述周期)，即(f(x+P)＝f(x))，但這不是必需的并且也常常不是生產(chǎn)性的，因?yàn)楣舱耨R達(dá)可能需要在不同的負(fù)載條件下以連貫的周期改變驅(qū)動(dòng)力，從而以基本上恒定的振幅擺動(dòng)。保持恒定的是電壓信號(hào)的重復(fù)發(fā)生的周期，即周期的長度和半循環(huán)的長度(或換句話講，驅(qū)動(dòng)頻率)，這將不排除驅(qū)動(dòng)頻率可能受到用戶的影響，如下文所詳述。也沒有必要使對(duì)電壓信號(hào)的時(shí)間積分對(duì)于這兩個(gè)半循環(huán)來講是相同的(即饋送給共振馬達(dá)的能量在某個(gè)周期的兩個(gè)半循環(huán)中可為不同的)，如已經(jīng)關(guān)于如下方面所清楚地說明的那樣：通過在僅所述半循環(huán)之一中施加非零電壓信號(hào)來驅(qū)動(dòng)共振馬達(dá)。在一些實(shí)施方案中，對(duì)所述兩個(gè)半循環(huán)中的電壓信號(hào)的時(shí)間積分是有限但不同的。

因此，在一些實(shí)施方案中，在周期性電壓信號(hào)的每個(gè)周期的所述兩個(gè)半循環(huán)中施加在共振馬達(dá)處的電壓信號(hào)具有相反的符號(hào)，并且進(jìn)一步具體地在一個(gè)半循環(huán)中施加的電壓信號(hào)與在另一個(gè)半循環(huán)中施加的電壓信號(hào)相比具有不同的符號(hào)但相同的絕對(duì)電壓水平，這將不排除如下實(shí)施方案，其中所述兩個(gè)半循環(huán)中的絕對(duì)電壓水平不是相同的。在一些實(shí)施方案中，周期性電壓信號(hào)在所述半循環(huán)之一中具有零電壓(類似于某人對(duì)秋千應(yīng)用的激發(fā)功能，其中能量也是僅沿一個(gè)運(yùn)動(dòng)方向施加在所述秋千處)。已發(fā)現(xiàn)在其半循環(huán)之一中提供具有零電壓的周期性電壓信號(hào)與在這兩個(gè)半循環(huán)中均施加電壓信號(hào)相比在能量上不太有效。

為清楚起見，共振馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)不同于DC馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)，其中施加的電壓信號(hào)的頻率不確定旋轉(zhuǎn)頻率，但其中旋轉(zhuǎn)頻率取決于施加在DC馬達(dá)處的電壓的高度(例如US 2011/005015A1描述了通過施加平均電壓信號(hào)而被驅(qū)動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的DC馬達(dá)，所述平均電壓信號(hào)由某個(gè)工作循環(huán)的PWM信號(hào)提供—所述PWM信號(hào)的工作循環(huán)越高—即處在恒定的所述PWM脈沖的頻率—，所述旋轉(zhuǎn)頻率就越高)。在US 2011/005015A1中，所述DC馬達(dá)的兩種不同的旋轉(zhuǎn)頻率用來激勵(lì)替換刷的不同的機(jī)械共振模式。所述DC馬達(dá)自身不是共振馬達(dá)。

本公開中的驅(qū)動(dòng)頻率通?？蔀榛蚪咏舱耨R達(dá)的共振頻率以便實(shí)現(xiàn)高效率。但顯然，這只是效率方面的考慮因素，并且共振馬達(dá)事實(shí)上可以任何驅(qū)動(dòng)頻率被驅(qū)動(dòng)(以減小的效率)，所述驅(qū)動(dòng)頻率繼而導(dǎo)致共振馬達(dá)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)具有等于驅(qū)動(dòng)頻率的擺動(dòng)頻率。

運(yùn)動(dòng)的永磁體組件也可在馬達(dá)線圈上感生出電壓，并且因此感生出穿過馬達(dá)線圈的電流，所述感生電流通常小于來自電壓源的電流。所述感生電壓為電樞速度的量度，并且由于所述直接關(guān)系的緣故也是電樞的振幅的量度。先前所提及的文獻(xiàn)WO 2004/034561A1(其將以引用方式并入本文)一般描述了共振馬達(dá)是如何被驅(qū)動(dòng)的，具體地被交變的周期性電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)。共振馬達(dá)的電樞可具體地被布置成用于作線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)或用于擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

一般已知的是(例如從文獻(xiàn)WO 2004/034561A1了解到)，為了通過施加周期性電壓信號(hào)來驅(qū)動(dòng)共振馬達(dá)，所述周期性電壓信號(hào)每半循環(huán)僅包括某個(gè)工作周期的單個(gè)電壓信號(hào)(其中工作循環(huán)的長度可受到控制以補(bǔ)償不同的負(fù)載情況)。即，如果共振馬達(dá)的擺動(dòng)頻率為f_o(例如在一個(gè)非限制性示例中，f_o為100Hz)，則驅(qū)動(dòng)頻率f_d可設(shè)定為f_o，即f_d＝f_o。所述周期性電壓信號(hào)的全循環(huán)(并且因此也是共振馬達(dá)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的全循環(huán))因此持續(xù)0.01秒，因而半循環(huán)持續(xù)0.005秒。在該已知的示例中，每半循環(huán)提供一個(gè)電壓脈沖，使得周期性電壓信號(hào)的脈沖頻率高達(dá)驅(qū)動(dòng)頻率的兩倍，即f_p＝2·f_d?，F(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)，共振馬達(dá)可被驅(qū)動(dòng)而作遠(yuǎn)遠(yuǎn)更平滑且更安靜的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，如果替代擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的每半循環(huán)的單個(gè)電壓脈沖，至少對(duì)于所述周期性電壓信號(hào)的某個(gè)循環(huán)的某一部分來講，所施加的周期性電壓信號(hào)逼近正弦波電壓信號(hào)或另一種類似的函數(shù)。

在本文所討論的一些實(shí)施方案中，電壓信號(hào)(其否則逼近連續(xù)的例如正弦函數(shù))在一些半循環(huán)中—例如在所施加的周期性電壓信號(hào)的每個(gè)第5周期的第一半循環(huán)中—可被調(diào)零一定的時(shí)間間隔，或者所述電壓可在每個(gè)周期的兩個(gè)半循環(huán)之一中被調(diào)零一定的時(shí)間間隔(該半循環(huán)總是可為第一半循環(huán)或第二半循環(huán)，或者該半循環(huán)可在第一半循環(huán)和第二半循環(huán)之間交替)?？蛇x擇其間所述電壓信號(hào)隨后被調(diào)零的時(shí)間間隔以允許在另外零外部電流下測量所提及的馬達(dá)線圈中的感生電壓，以便實(shí)現(xiàn)指示共振馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)的馬達(dá)電樞的速度和振幅的參數(shù)，并且因此允許控制周期性電壓信號(hào)，使得甚至在變化的負(fù)載條件下也實(shí)現(xiàn)恒定的振幅。

帶有根據(jù)本公開的共振馬達(dá)的個(gè)人衛(wèi)生裝置具有馬達(dá)控制單元，所述馬達(dá)控制單元可在共振馬達(dá)處提供可選擇的(數(shù)字合成的)周期性電壓信號(hào)；具體地可將所述周期性電壓信號(hào)選擇成正弦電壓信號(hào)。理想的正弦電壓信號(hào)不包括任何諧波，并且因此趨于導(dǎo)致總體個(gè)人衛(wèi)生裝置的更平滑的操作，因而由諧波造成的噪聲和振動(dòng)被有效地減小。根據(jù)本公開的合成器電路以數(shù)字方式合成來自具有可變長度的高數(shù)目的電壓脈沖的平滑的周期性電壓信號(hào)，其中以高于驅(qū)動(dòng)頻率的脈沖頻率提供電壓脈沖，使得至少在每個(gè)周期的半循環(huán)之一中提供兩個(gè)電壓脈沖(因此，脈沖頻率因而為驅(qū)動(dòng)頻率的至少四倍)。脈沖頻率由電壓脈沖之間的恒定的(時(shí)間)距離確定。在一些實(shí)施方案中，脈沖頻率為驅(qū)動(dòng)頻率的至少六倍(即每個(gè)半循環(huán)中的電壓信號(hào)由至少三個(gè)電壓脈沖逼近)，任選地為驅(qū)動(dòng)頻率的至少20倍(每半循環(huán)至少10個(gè)脈沖)，并且進(jìn)一步任選地為驅(qū)動(dòng)頻率的至少100倍(每半循環(huán)至少50個(gè)脈沖)。雖然所生成的電壓信號(hào)包括各個(gè)脈沖，但馬達(dá)的特征(例如電容和電感)過濾了脈沖，使得馬達(dá)“見到”連續(xù)的電壓信號(hào)。雖然如所述的那樣以數(shù)字方式合成的正弦電壓信號(hào)不一定導(dǎo)致理想的正弦信號(hào)，但已發(fā)現(xiàn)可在如下兩項(xiàng)之間實(shí)現(xiàn)多至-10dB的噪聲減?。河镁匦悟?qū)動(dòng)函數(shù)(即在所述周期性電壓信號(hào)的每個(gè)半循環(huán)中施加的單個(gè)矩形電壓脈沖)來驅(qū)動(dòng)個(gè)人衛(wèi)生裝置的共振馬達(dá)和用如本文所述以數(shù)字方式合成的幾乎正弦的電壓信號(hào)來驅(qū)動(dòng)個(gè)人衛(wèi)生裝置的共振馬達(dá)。正弦電壓信號(hào)也導(dǎo)致穿過馬達(dá)線圈的正弦電流。應(yīng)當(dāng)理解，以數(shù)字方式合成的周期性電壓信號(hào)(電壓信號(hào)合成的細(xì)節(jié)在下文中進(jìn)一步描述)相對(duì)于理想的正弦電壓信號(hào)的逼近品質(zhì)取決于例如脈沖頻率與驅(qū)動(dòng)頻率的比率，并且因此也僅產(chǎn)生近似的正弦電流。在每個(gè)電壓脈沖期間，進(jìn)入線圈中的電流累積起來，并且如果電壓脈沖被中斷直到提供下一個(gè)電壓脈沖，則存儲(chǔ)在線圈中的電荷在一定程度上流出該線圈。

根據(jù)本公開的個(gè)人衛(wèi)生裝置可為電動(dòng)牙刷、電動(dòng)刮舌器、電動(dòng)牙線潔齒裝置、電動(dòng)剃刀、電動(dòng)毛發(fā)移除裝置、電動(dòng)皮膚按摩裝置等。

圖1為根據(jù)本說明書的個(gè)人衛(wèi)生裝置1的示意圖。個(gè)人衛(wèi)生裝置1在此處被實(shí)現(xiàn)為電動(dòng)牙刷，但這不應(yīng)當(dāng)被看作是限制性的。個(gè)人衛(wèi)生裝置1一般包括被設(shè)置在個(gè)人衛(wèi)生裝置1的柄部部分20中的共振馬達(dá)(參見圖2)驅(qū)動(dòng)而作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的頭部部分10(整個(gè)頭部部分10被驅(qū)動(dòng)而作這種擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，或者頭部部分10包括被驅(qū)動(dòng)而作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的頭部元件11)。個(gè)人衛(wèi)生裝置1可具有通/斷開關(guān)21和任選地模式選擇器按鈕22，雖然個(gè)人衛(wèi)生裝置1可能不一定需要具有這些特征結(jié)構(gòu)(例如個(gè)人衛(wèi)生裝置1可被布置成如果頭部11接近組織則自動(dòng)接通共振馬達(dá)，所述組織可被電容閾值傳感器檢測到，和/或個(gè)人衛(wèi)生裝置1不具有可切換的模式或者模式選擇可以另一種方式來實(shí)現(xiàn)，例如經(jīng)由語音識(shí)別來實(shí)現(xiàn))。

在一些實(shí)施方案中，個(gè)人衛(wèi)生裝置1具有用戶可控制的輸入單元30，所述輸入單元用于提供用戶選擇的輸入，從而經(jīng)由馬達(dá)控制單元50影響施加在共振馬達(dá)處的周期性電壓信號(hào)，如下文所更詳述。一般來講，用戶能夠影響周期性電壓信號(hào)的形狀或周期性電壓信號(hào)的頻率，脈沖的頻率用來逼近理想的周期性電壓信號(hào)(見下文)等。在一些實(shí)施方案中，用戶可控制的輸入單元30具有控制元件31，用戶可經(jīng)由所述控制元件選擇性地影響施加在共振馬達(dá)處的周期性電壓信號(hào)(經(jīng)由馬達(dá)控制單元)。除此之外或另選地，用戶可控制的輸入單元30可包括獨(dú)立控制裝置40(即物理地與柄部部分20分開的獨(dú)立控制裝置)。個(gè)人衛(wèi)生裝置因而可包括無線連接單元33，所述無線連接單元用于在獨(dú)立控制裝置40和柄部部分20之間建立無線連接34，使得例如數(shù)據(jù)可以無線方式從獨(dú)立控制裝置40傳送至柄部部分20，并且因此傳送至馬達(dá)控制單元50。無線連接34可具體地被實(shí)現(xiàn)為藍(lán)牙連接，但其它無線連接標(biāo)準(zhǔn)也是可能的，例如IEEE 802.11射頻連接或?qū)Ｓ袩o線連接。一般來講，獨(dú)立控制裝置40包括控制元件42，用戶可經(jīng)由所述控制元件影響用于驅(qū)動(dòng)共振馬達(dá)的周期性電壓信號(hào)。控制元件42可被實(shí)現(xiàn)為開關(guān)或選擇器按鈕、滑塊等。在一些實(shí)施方案中，獨(dú)立控制裝置40包括觸敏屏幕41，在所述觸敏屏幕上可顯示虛擬控制元件42，所述虛擬控制元件可通過用手指觸摸屏幕41并且在所述屏幕上滑動(dòng)手指來調(diào)諧。在所示出的示例中，虛擬控制元件42被實(shí)現(xiàn)為虛擬滑塊，用戶可通過所述虛擬滑塊影響待施加在共振馬達(dá)處的周期性電壓信號(hào)，例如，用戶可設(shè)定所述周期性電壓信號(hào)具有正弦形狀或矩形形狀，并且潛在地用戶可在正弦形狀和矩形形狀之間設(shè)定具有更中間特征的所述周期性電壓信號(hào)的至少另一種形狀。在一些實(shí)施方案中，獨(dú)立控制裝置40由智能電話、平板電腦或任何其它移動(dòng)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。獨(dú)立控制裝置40因而可具有軟件模塊(諸如移動(dòng)應(yīng)用軟件或“app”)，所述軟件模塊被提供用于實(shí)現(xiàn)虛擬控制元件42，并且用于將用戶所選擇的設(shè)定值從獨(dú)立控制裝置40傳輸至柄部部分20中的接收器32。由于在操作期間所述周期性電壓信號(hào)的形狀趨于影響個(gè)人衛(wèi)生裝置1的噪聲特征，因此所述的這種用戶可控制的輸入裝置30允許用戶設(shè)定個(gè)人偏愛的周期性電壓信號(hào)，例如與由個(gè)人衛(wèi)生裝置1的制造商所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)周期性電壓信號(hào)相比生成較少(或較多)噪聲(或聲音)的周期性電壓信號(hào)。例如制造商可能已選擇了周期性電壓信號(hào)，在所述周期性電壓信號(hào)下，共振馬達(dá)的能量消耗相對(duì)較低，但其中個(gè)人衛(wèi)生裝置的噪聲或聲音水平處于中等水平，或者其中由于所述噪聲或聲音中頻譜分量的緣故，個(gè)人衛(wèi)生裝置的噪聲或聲音與用不同的周期性電壓信號(hào)所生成的噪聲或聲音相比被個(gè)體用戶感知為不太喜愛的。一些用戶可能偏愛較少的噪聲，因?yàn)樗麄儽辉肼曭}擾；而其他用戶可能偏愛更多的噪聲，因?yàn)樗麄儗€(gè)人衛(wèi)生裝置的聲音與其衛(wèi)生性能聯(lián)系在一起(例如就電動(dòng)牙刷而言，高聲音水平可能意味著推測的高清潔能力)。上文關(guān)于獨(dú)立控制裝置所述的有影響的可能性也可應(yīng)用于用戶可控制的輸入單元的情形，所述用戶可控制的輸入單元不是獨(dú)立的并且例如被實(shí)現(xiàn)為個(gè)人衛(wèi)生裝置的柄部部分的一部分。

圖2為馬達(dá)控制單元100的示意圖，所述馬達(dá)控制單元用于驅(qū)動(dòng)共振馬達(dá)200(其可設(shè)置在個(gè)人衛(wèi)生裝置的柄部部分中，如前所述)作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，例如線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)或它們的組合。共振馬達(dá)200被布置在包括四個(gè)開關(guān)191，192，193和194的H橋式(或：全橋式)電路的跨接部分中。H橋式電路的開關(guān)由開關(guān)控制單元110控制，并且如在先前提及的文獻(xiàn)WO 2004/034561A1中所討論的那樣，從電壓源210供應(yīng)的電壓因而可沿正方向通過接通開關(guān)191和194并斷開開關(guān)192和193來施加，并且沿負(fù)方向通過接通開關(guān)192和193并斷開開關(guān)191和194來施加。也有可能通過例如接通開關(guān)193和194并斷開開關(guān)191和192來短路共振馬達(dá)200(同樣如文獻(xiàn)WO 2004/034561A1中所述)。開關(guān)191至194可各自由場效應(yīng)晶體管(FET)，具體地由MOSFET來實(shí)現(xiàn)。開關(guān)191至194可具體地各自包括并聯(lián)的保護(hù)二極管，所述保護(hù)二極管用于保護(hù)相應(yīng)的開關(guān)不受過電壓的影響。開關(guān)191至194也被選擇成使得它們可用馬達(dá)控制單元100所需要的脈沖頻率來切換，例如作為一個(gè)非限制性示例，30kHz。

雖然文獻(xiàn)WO 2004/034561A1描述了在每個(gè)周期的每個(gè)半循環(huán)中將單個(gè)電壓脈沖施加在共振馬達(dá)處，但本發(fā)明的馬達(dá)控制單元100包括合成器電路，所述合成器電路用于在共振馬達(dá)處以如下脈沖頻率提供具有變化的脈沖長度的電壓脈沖，所述脈沖頻率為共振馬達(dá)所被驅(qū)動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)頻率的至少四倍。以相應(yīng)地高脈沖頻率施加電壓脈沖，其背后的想法是通過如下電壓脈沖對(duì)平均周期性電壓信號(hào)的目標(biāo)形狀進(jìn)行建模，所述電壓脈沖具有基本上恒定的高度(電壓高度可由電壓源確定)但具有變化的脈沖長度(數(shù)字合成)。(理想的)正弦周期性電壓信號(hào)因而將導(dǎo)致穿過馬達(dá)線圈的正弦電流，如先前所述。通常，個(gè)人衛(wèi)生裝置中的共振馬達(dá)可以介于約50Hz至約500Hz之間的驅(qū)動(dòng)頻率被驅(qū)動(dòng)，這將不排除其它驅(qū)動(dòng)頻率值。電動(dòng)牙刷常常以介于約65Hz至約300Hz之間的頻率被驅(qū)動(dòng)。作為一個(gè)非限制性示例，可使用150Hz的驅(qū)動(dòng)頻率。脈沖頻率由連貫的電壓脈沖之間恒定的時(shí)間距離給定；所述脈沖可具有變化的脈沖長度以便對(duì)周期性電壓信號(hào)的目標(biāo)形狀建模。脈沖頻率應(yīng)當(dāng)為驅(qū)動(dòng)頻率的至少四倍，具體地脈沖頻率為驅(qū)動(dòng)頻率的至少6倍(因而每半循環(huán)施加至少三個(gè)電壓脈沖)，任選地脈沖頻率為驅(qū)動(dòng)頻率的至少20倍(因而每半循環(huán)施加至少十個(gè)電壓脈沖)，并且進(jìn)一步任選地脈沖頻率為驅(qū)動(dòng)頻率的至少一百倍(因而每半循環(huán)施加至少50個(gè)電壓脈沖)。例如在150Hz的驅(qū)動(dòng)頻率下，脈沖頻率因而可為至少900Hz，至少3kHz，或至少15kHz。一般來講，脈沖頻率可高于18kHz，并且任選地高于20kHz，以便將脈沖頻率移位到不可聽(對(duì)于人耳來講)頻率范圍中。脈沖頻率可被選擇成低于100kHz。

根據(jù)本公開，馬達(dá)控制單元經(jīng)由其合成器電路在共振馬達(dá)處提供具有可變長度的電壓脈沖。為了允許平均周期性電壓信號(hào)可感測地成形，每個(gè)電壓脈沖的長度應(yīng)當(dāng)可用足夠的分辯率來控制，這要求所述電壓脈沖長度可在馬達(dá)控制單元的計(jì)時(shí)頻率下被控制，所述計(jì)時(shí)頻率高于脈沖頻率，例如脈沖頻率的128倍(從而導(dǎo)致電壓脈沖的7位分辯率)或脈沖頻率的256倍(8位分辯率)(雖然將不排除更高或更低的分辯率諸如9位或10位或6位或5位或4位等)。例如在15kHz的脈沖頻率下，對(duì)于8位分辯率來講，計(jì)時(shí)頻率將為3.84MHz。作為另一個(gè)示例，驅(qū)動(dòng)頻率為150Hz，脈沖頻率為30kHz，并且分辯率為7位(同樣導(dǎo)致3.84MHz的計(jì)時(shí)頻率)。

圖3為根據(jù)本公開的具有示例性合成器電路120的示例性馬達(dá)控制單元1000的示意圖。如圖所示的合成器電路120包括用于切換如圖2所示H橋的開關(guān)191至194的開關(guān)控制單元121、用于提供計(jì)時(shí)頻率(例如3.84MHz)的時(shí)鐘122和存儲(chǔ)器單元123。存儲(chǔ)器單元123可具體地包括要在一個(gè)半循環(huán)期間或在一個(gè)周期性電壓信號(hào)周期期間施加的歸一化電壓脈沖長度值的至少一個(gè)查找表。如果在第二半循環(huán)期間施加的電壓信號(hào)與在每個(gè)周期的第一半循環(huán)期間施加的電壓信號(hào)相同但反向，則只提供用于第一半循環(huán)的電壓脈沖長度值就足夠了(所述H橋的開關(guān)用來反轉(zhuǎn)在共振馬達(dá)處施加的電壓的符號(hào))。在一些實(shí)施方案中，存儲(chǔ)器單元123包括電壓脈沖長度值的至少兩個(gè)查找表，例如一個(gè)查找表用于正弦周期性電壓信號(hào)，并且另一個(gè)查找表用于矩形周期性電壓信號(hào)。在一些實(shí)施方案中，提供三個(gè)或更多個(gè)查找表，其中例如第三查找表提供用于類似于正弦形狀和矩形形狀之間的中間形狀的周期性電壓信號(hào)的電壓脈沖長度值。在一些實(shí)施方案中，提供用于中間周期性電壓信號(hào)形狀的兩個(gè)，三個(gè)或更多個(gè)諸如五個(gè)或十個(gè)等查找表，使得用戶可(經(jīng)由前述用戶可控制的輸入裝置)精細(xì)地調(diào)諧周期性電壓信號(hào)的形狀以位于正弦形狀和矩形形狀之間。合成器電路120因此可被布置成接收來自參照?qǐng)D1所討論的用戶可控制的輸入裝置30的輸入信號(hào)124。在一些實(shí)施方案中，提供至少一個(gè)查找表以用于生成不同于正弦形狀或矩形形狀(或這兩者之間的中間形狀)的周期性電壓信號(hào)，例如用于生成周期性三角形信號(hào)、周期性梯形信號(hào)、或周期性鋸齒形信號(hào)，甚至該列表將不被認(rèn)為是封閉的，因而也可采用任何其它周期性電壓信號(hào)形狀。如果使用如參照?qǐng)D1所討論的獨(dú)立控制裝置，則相應(yīng)的應(yīng)用軟件模塊可被布置成允許用戶自由地限定任意的周期性電壓信號(hào)形狀。合成器電路120可被實(shí)現(xiàn)為直接數(shù)字合成(DDS)電路(例如可允許用戶用手指在觸敏顯示器上滑動(dòng)來畫出所述形狀)。作為一個(gè)非限制性示例，合成器電路120的至少一部分可由購自Analog Devices(Norwood，MA，USA)的低功率DDS AD9838芯片(或類似的IC)來實(shí)現(xiàn)。在其它實(shí)施方案中，合成器電路(任選地連同H橋的開關(guān)一起)被實(shí)現(xiàn)為集成電路(IC)，具體地專用IC(ASIC)。此外或另選地，合成器電路可包括計(jì)算單元，所述計(jì)算單元實(shí)時(shí)地計(jì)算用于例如正弦電壓函數(shù)的電壓脈沖長度值，而不使用查找表。

在一些實(shí)施方案中并且如圖3以虛線所示，馬達(dá)控制單元1000另外還包括數(shù)字電壓電路160，所述數(shù)字電壓電路被布置成用于每半循環(huán)在共振馬達(dá)處提供單個(gè)矩形電壓脈沖，如從現(xiàn)有技術(shù)已知的那樣?？商峁╇妷荷煽刂齐娐?80以用于選擇性地接通合成器電路120或數(shù)字電壓電路160。合成器電路120和數(shù)字電壓電路均可因此耦接到H橋的開關(guān)191，192，193，194，并且電壓生成控制電路180將選擇性地允許僅這兩個(gè)電路120，160之一控制所述開關(guān)。在一些實(shí)施方案中，合成器電路120可用來通過多個(gè)短電壓脈沖(例如向上的電壓坡道)提供周期性電壓信號(hào)的第一部分，并且隨后電壓生成控制電路180切換至數(shù)字電壓電路160以生成作為周期性電壓信號(hào)的每半循環(huán)的第二部分的單個(gè)長電壓脈沖。任選地，電壓信號(hào)的第三部分因而可同樣由合成器電路120施加，例如向下的電壓坡道，使得例如梯形信號(hào)連同所述向上的坡道和所述長電壓脈沖一起生成。顯然，長矩形電壓信號(hào)也可由合成器電路而非模擬電壓電路形成。應(yīng)當(dāng)理解，替代經(jīng)由切換所述H橋的開關(guān)191至194(參見圖2)來施加電壓脈沖，由合成器電路生成的周期性電壓信號(hào)可直接施加在共振馬達(dá)處(合成器電路因而將包括必要的用于切換電壓脈沖的開關(guān)，所述周期性電壓信號(hào)是從所述電壓脈沖合成的)。

圖4為從具有可變長度但恒定高度的多個(gè)短電壓脈沖生成的示例性正弦周期性電壓信號(hào)的示意圖，其中僅示出了施加在共振馬達(dá)處的近似正弦周期性電壓信號(hào)周期的第一半循環(huán)。應(yīng)當(dāng)理解，第二半循環(huán)可具有相同的功能行為，但帶有反向電壓符號(hào)。在圖4中，正弦周期性電壓信號(hào)的第一半循環(huán)示例性地通過施加10個(gè)電壓脈沖301至310而生成(即脈沖頻率為驅(qū)動(dòng)頻率的20倍，例如在150Hz的驅(qū)動(dòng)頻率下，這導(dǎo)致3kHz的脈沖頻率)。如上所述，用于電壓脈沖301至310各自的電壓脈沖長度值可在存儲(chǔ)器單元中被提供為表格化的值，并且可能已被預(yù)先確定成使得平均來講產(chǎn)生了近似正弦電壓。圖4包括第三電壓脈沖303的放大圖示，并且用十六(16)個(gè)小十字符400指示在所示的情形中分辯率為四(4)位(這是非限制性示例，并且也是出于所述一般概念的可呈現(xiàn)性而選擇的)，使得在該示例性情形中需要48kHz的計(jì)時(shí)頻率。在所述示意圖中，第三電壓脈沖303具有七個(gè)計(jì)時(shí)頻率周期的脈沖長度W3，因而后接九個(gè)計(jì)時(shí)頻率周期的斷電壓長度O3(直到第四個(gè)電壓脈沖304被接通)。也如圖4所示，在共振馬達(dá)處提供的最大電壓V_max可低于可從電壓源獲得的電壓V_B(例如，V_max可為V_B的60％)。這允許當(dāng)共振馬達(dá)需要更多能量來提供相同的擺動(dòng)振幅時(shí)，在負(fù)載狀態(tài)下增大共振馬達(dá)處的電壓水平(例如，所述表格化的電壓長度值因而可按反映所述負(fù)載狀態(tài)的>1的轉(zhuǎn)換因數(shù)被增大)。

如在前述段落中所說明的那樣，如果未足夠地適配所述能量供應(yīng)，則施加在共振馬達(dá)處的負(fù)載可導(dǎo)致減小的運(yùn)動(dòng)振幅。共振馬達(dá)的馬達(dá)負(fù)載可通過確定馬達(dá)的后EMF電壓(即在馬達(dá)線圈中由運(yùn)動(dòng)的電樞的運(yùn)動(dòng)的永磁體組件所感生的電壓)來確定，因?yàn)樗龈猩妷簽殡姌兴俣鹊牧慷?其繼而為電樞運(yùn)動(dòng)的振幅的量度，因?yàn)閿[動(dòng)頻率是由驅(qū)動(dòng)頻率給定的，當(dāng)然在變化的負(fù)載下保持恒定)。一種確定該感生電壓的方法是提供被定位成接近電樞的另一個(gè)線圈，這涉及另外的成本和另外的部件。另一種方法是當(dāng)基本上沒有馬達(dá)電流時(shí)測量馬達(dá)線圈處的后EMF(因?yàn)檫@時(shí)所施加的電壓以及所述自感電壓基本上減小至零)。但如果正弦周期性電壓信號(hào)被提供為馬達(dá)線圈處的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，則產(chǎn)生正弦電流，并且因此在所述周期中不存在時(shí)隙，在所述時(shí)隙處無電流穿過馬達(dá)線圈。在一些實(shí)施方案中，因此提議至少在每個(gè)周期的或每個(gè)第5個(gè)或第10個(gè)等周期的所述半循環(huán)之一期間斷開所述正弦或任何其它連續(xù)的(或半連續(xù)的)驅(qū)動(dòng)信號(hào)并持續(xù)至少如下時(shí)間段，所述時(shí)間段允許馬達(dá)電流降至零并保持在零，直到完成對(duì)后EMF的測量。馬達(dá)可被短電路以實(shí)現(xiàn)快速電流放電。在一些實(shí)施方案中，電壓脈沖的供應(yīng)在相同的半循環(huán)中恢復(fù)，在所述半循環(huán)中電壓脈沖的供應(yīng)在完成了對(duì)后EMF的測量之后被停止。由于在提供了零電壓之后接通了相對(duì)高值的電壓，這可導(dǎo)致諧波的生成。在一些實(shí)施方案中，電壓脈沖供應(yīng)在其中所述電壓被斷開的半循環(huán)的整個(gè)第二象限中被斷開。已發(fā)現(xiàn)這表示電流消耗和噪聲生成(一方面)和后EMF測量的可靠性(另一方面)之間的良好平衡。

由于制造公差的緣故，共振馬達(dá)可能不總是具有相同的共振頻率，這可在由制造商裝配共振馬達(dá)結(jié)束時(shí)確定。在一些實(shí)施方案中，可認(rèn)為重要的是在共振馬達(dá)的共振頻率和由馬達(dá)控制單元施加的驅(qū)動(dòng)頻率之間總是具有相同的差值，可能有必要施加與初始時(shí)所計(jì)劃的驅(qū)動(dòng)頻率不同的驅(qū)動(dòng)頻率。例如，可能已計(jì)劃了150Hz的驅(qū)動(dòng)頻率，并且已在合成器電路的存儲(chǔ)器單元中相應(yīng)地提供了用于半循環(huán)的100個(gè)電壓脈沖長度值。但由于共振馬達(dá)的共振頻率的差值的緣故，驅(qū)動(dòng)頻率可能需要處在介于約145Hz至約155Hz之間的范圍內(nèi)。在所給定的示例中，單個(gè)電壓脈沖與約0.75Hz關(guān)聯(lián)，使得如果旨在采用145Hz的減小的驅(qū)動(dòng)頻率，則每半循環(huán)需要采用103.45個(gè)脈沖(假設(shè)計(jì)時(shí)頻率以及脈沖頻率為固定值)。為了處理該情況，可將驅(qū)動(dòng)頻率例如設(shè)定至約144.75Hz，并且每周期可采用兩次7個(gè)電壓脈沖長度值(就某個(gè)所需的更高驅(qū)動(dòng)頻率而言，可省略一些電壓脈沖)。這允許將可用查找表也用于其它頻率。在一些實(shí)施方案中，可允許用戶經(jīng)由用戶可控制的輸入單元來影響驅(qū)動(dòng)頻率。

本文所公開的量綱和值不應(yīng)被理解為嚴(yán)格限于所引用的精確值。相反，除非另外指明，否則每個(gè)這樣的量綱旨在表示所述值以及圍繞該值功能上等同的范圍。例如，公開為“40mm”的量綱旨在表示“約40mm”。