本發(fā)明總體上涉及共振電動(dòng)口腔護(hù)理器具，特別是能夠基于該器具是在用戶的口內(nèi)還是在用戶的口外來修改諸如牙刷的電動(dòng)口腔護(hù)理器具的振幅的非線性共振系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

因?yàn)樵谄贩N和效能飛漲的同時(shí)產(chǎn)品成本有所下降，所以電動(dòng)牙刷和其他電動(dòng)口腔護(hù)理器具已經(jīng)越來越受到消費(fèi)者的歡迎。大多數(shù)電動(dòng)口腔護(hù)理器具包括幾個(gè)通用部件。諸如刷頭的一種部件在某些情況下允許用戶通過使用刷頭應(yīng)用口腔衛(wèi)生產(chǎn)品(例如，牙膏)，來清潔牙齒、舌頭和/或牙齦。刷頭通常提供口腔護(hù)理器具和用戶的牙齒、舌頭、牙齦和口之間的直接相互作用。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，雖然上面描述了刷頭，但是可以使用各種其它口腔衛(wèi)生部件，包括但不限于舌頭清潔器、諸如airflossstm的電動(dòng)牙線機(jī)構(gòu)、或者任何其它類型的口腔衛(wèi)生部件、或其任何組合。然而，為了簡(jiǎn)單起見，將使用刷頭來進(jìn)一步描述本公開的特征。

刷頭通常附接到縱向軸，縱向軸連接到容納各種電子元件、系統(tǒng)和控制器的手柄。手柄還可以包括一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器或致動(dòng)器元件，其在共振牙刷系統(tǒng)的情況下，允許振動(dòng)或脈沖通過軸轉(zhuǎn)移到刷頭。這些脈沖或振動(dòng)使得刷頭以圍繞旋轉(zhuǎn)軸線或橫向方向上的有效振幅移動(dòng)。另一方面，在用戶沒有直接提供在刷頭處的任何振幅的情況下，非電動(dòng)牙刷缺乏產(chǎn)生這樣的振幅的能力，從而使整體刷牙體驗(yàn)變得不那么有效和愉快。此外，電動(dòng)口腔護(hù)理器具可以產(chǎn)生具有用于刷子的有效振幅范圍的高頻振動(dòng)。非電動(dòng)口腔護(hù)理器具可以達(dá)到所期望的振幅范圍，但是這樣做的時(shí)間往往要慢得多。

如通過引用將其全部?jī)?nèi)容并入本文的共同受讓的美國(guó)專利申請(qǐng)公開no.2012/0246846中所描述的，一些電動(dòng)牙刷使得牙刷能夠僅響應(yīng)于確定刷頭位于用戶口內(nèi)而打開。然而，其他電動(dòng)口腔護(hù)理器具仍然具有各種附加缺點(diǎn)。例如，由于有效牙齒清潔所需的刷頭的大振幅，在將刷頭插入用戶的口中之前，或者在電源仍然打開時(shí)響應(yīng)于從用戶的口中移除刷頭，用戶可能經(jīng)歷不希望的且不愉快的牙膏、水和/或唾液的飛濺。這可能會(huì)極大地減損用戶的整體體驗(yàn)。此外，在目前快節(jié)奏的消費(fèi)市場(chǎng)中，用戶具有最少量的時(shí)間和耐心，并且與特定口腔護(hù)理器具相關(guān)的任何負(fù)面(例如，由于用戶口中過多的泡沫積聚引起的飛濺、重新開始刷牙)可能會(huì)使用戶厭煩該特定電動(dòng)護(hù)理器具。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是提供一種諸如電動(dòng)牙刷的口腔護(hù)理器具，其在最小化諸如牙膏、水和唾液的不希望的飛濺的不利特征的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更高效和有效的用戶體驗(yàn)。根據(jù)本發(fā)明，通過提供一種共振系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)該目的，該共振系統(tǒng)根據(jù)刷頭是否位于用戶的口內(nèi)或者刷頭是否位于用戶的口外，利用非線性特性來修改口腔護(hù)理器具的刷頭的振幅。

在第一示例性實(shí)施例中，提供了一種利用非線性共振系統(tǒng)的口腔護(hù)理器具。口腔護(hù)理器具包括縱向軸、位于縱向軸的第一端處的刷頭、和位于縱向軸的第二端處的手柄。手柄包括以基本上恒定的頻率和基本上恒定的電壓操作的電機(jī)。電機(jī)操作為響應(yīng)于刷頭在用戶的口外而產(chǎn)生用于刷頭的第一振幅。電機(jī)進(jìn)一步操作為響應(yīng)于刷頭從在用戶的口外改變到在用戶的口內(nèi)，使得產(chǎn)生用于刷頭的第二振幅，其中第二振幅大于第一振幅。

在第二示例性實(shí)施例中，提供了一種用于增加口腔護(hù)理器具的刷頭的振幅的方法。該方法包括響應(yīng)于刷頭在用戶的口外而產(chǎn)生用于刷頭的第一振幅。該方法還包括刷頭從在用戶的口外移動(dòng)到在用戶的口內(nèi)。然后該方法包括響應(yīng)于刷頭從在用戶的口外移動(dòng)到在用戶的口內(nèi)，使得產(chǎn)生用于刷頭的第二振幅，其中第二振幅大于第一振幅。

附圖說明

在考慮以下結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的上述特征和其它特征、其性質(zhì)和各種優(yōu)點(diǎn)將更加明顯，其中：

圖1a-圖1c是根據(jù)各種實(shí)施例的電動(dòng)口腔護(hù)理器具的示意圖；

圖2是根據(jù)各種實(shí)施例的圖1的電動(dòng)口腔護(hù)理器具及其部件的另一示意圖；

圖3是根據(jù)各種實(shí)施例的電動(dòng)口腔護(hù)理器具的徑向橫截面的另一示意圖；

圖4是根據(jù)各種實(shí)施例的電動(dòng)口腔護(hù)理器具的縱向橫截面視圖的示意圖；

圖5是根據(jù)各種實(shí)施例的具有應(yīng)用于刷頭的質(zhì)量的電動(dòng)口腔護(hù)理器具的縱向橫截面視圖的示意圖；

圖6是根據(jù)各種實(shí)施例的用于電動(dòng)口腔護(hù)理器具的、利用振蕩的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來移動(dòng)的刷頭的振幅的透視圖；

圖7是根據(jù)各種實(shí)施例的用于產(chǎn)生用于針對(duì)口外和口內(nèi)兩種狀態(tài)的電動(dòng)口腔護(hù)理器具的刷頭的各種振幅的過程的說明性流程圖；

圖8是根據(jù)各種實(shí)施例的阻尼、從動(dòng)、諧波振蕩器的示意圖；

圖9是根據(jù)各種實(shí)施例的線性系統(tǒng)中的各種質(zhì)量的振幅對(duì)頻率的說明性圖；

圖10是根據(jù)各種實(shí)施例的關(guān)于旋轉(zhuǎn)角度的非線性彈簧剛度的說明性圖；

圖11和圖12是根據(jù)各種實(shí)施例的非線性系統(tǒng)的振幅對(duì)頻率的說明性圖；以及

圖13是根據(jù)各種實(shí)施例的針對(duì)有負(fù)載狀態(tài)和無負(fù)載狀態(tài)的振幅對(duì)頻率的另一說明性圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明可以采用各種部件和部件的布置、以及各種技術(shù)、方法、或工序和步驟的布置的形式。所引用的附圖僅用于圖示的實(shí)施例的目的，而不是被解釋為限制本發(fā)明。下面描述的各種發(fā)明特征可以各自彼此獨(dú)立地使用或與其它特征組合使用。此外，如本文所使用的，除非上下文另有明確規(guī)定，單數(shù)形式的“一”，“一個(gè)”和“該”包括復(fù)數(shù)引用。

所描述的概念提供了一種電動(dòng)口腔護(hù)理器具，其具有用于移動(dòng)口腔護(hù)理器具的刷頭的致動(dòng)器系統(tǒng)，如本文詳細(xì)描述的，當(dāng)刷頭處于無負(fù)載狀態(tài)時(shí)(例如，在用戶的口外)，致動(dòng)器系統(tǒng)使得刷頭以第一振幅移動(dòng)，并且當(dāng)刷頭處于有負(fù)載狀態(tài)時(shí)(例如，在用戶的口組織中并且在刷牙期間流體向刷頭添加質(zhì)量)，致動(dòng)器系統(tǒng)使得刷頭以第二振幅移動(dòng)，第二振幅與第一振幅不同，并且大于第一振幅。該配置的優(yōu)點(diǎn)在于，根據(jù)所述概念的一個(gè)方面，致動(dòng)器系統(tǒng)被描述和配置成：使得第一振幅足夠小，以在刷頭處于無負(fù)載狀態(tài)并且以第一振幅移動(dòng)時(shí)，不會(huì)發(fā)生牙膏、唾液等的不期望的飛濺；以及使得第二振幅足夠大，以在刷頭處于有負(fù)載狀態(tài)并且以第二振幅移動(dòng)時(shí)，提供足夠的刷牙功效。

圖1a-圖1c是根據(jù)一個(gè)非限制性示例性實(shí)施例的電動(dòng)口腔護(hù)理器具100的示意圖。在一個(gè)非限制性說明的實(shí)施例中，口腔護(hù)理器具100包括手柄部分190，手柄部分190基本上是環(huán)形的，其在手柄部分190的第一端處被連接到刷頭130。在手柄190內(nèi)是位于手柄部分190的第一端附近的電機(jī)或致動(dòng)器140，以及位于手柄部分190的與第一端相反的第二端處的電池150和充電線圈160。電機(jī)140、電池160和充電線圈170容納在環(huán)形框架150內(nèi)。框架150在手柄部分190內(nèi)提供支撐，使得位于其中的諸如電機(jī)140、電池160和充電線圈170的部件基本上固定在適當(dāng)?shù)奈恢?，并且在口腔護(hù)理器具100操作時(shí)不會(huì)移動(dòng)。手柄部分190還包括電子元件板180，其包括用于口腔護(hù)理器具100的各種電部件和電路。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，手柄190包括開/關(guān)按鈕192。當(dāng)用戶按壓按鈕192時(shí)，電子元件板180上的按鈕構(gòu)件可以形成電路徑，使得來自電池160的電荷可以流到電機(jī)140，以通過電子元件板180給口腔護(hù)理器具190供電。在一個(gè)實(shí)施例中，充電線圈170用于對(duì)電池160充電，然而本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，充電線圈170還可以用于給電機(jī)140和/或電子元件板180供電。在一個(gè)實(shí)施例中，按鈕192不包括在手柄190上，并且口腔護(hù)理器具100可以基于口腔護(hù)理器具100是位于用戶的口內(nèi)還是位于用戶的口外來打開和/或關(guān)閉。

圖2是示出其各部件的電機(jī)140的分解圖，圖3和圖4是電機(jī)140的兩個(gè)不同的示意性橫截面視圖，示出了容納在電機(jī)140中的特定部件?？谇蛔o(hù)理器具100(特別是電機(jī)140)包括縱向軸102，縱向軸102具有位于第一端處的刷頭130、以及位于第二端處的手柄140。軸102沿著口腔護(hù)理器具100的中心軸線延伸。在一些實(shí)施例中，軸102包括主軸(spindle)或者其本身是主軸。

在一個(gè)實(shí)施例中，刷頭130具有位于刷頭第一側(cè)的多個(gè)刷毛。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，盡管刷頭130被描述為包括多個(gè)刷毛，但可以使用任何合適的附件代替。例如，舌頭清潔器或牙線頭可以被附接到位于軸102的第一端處的附接區(qū)域。電機(jī)140容納口腔護(hù)理器具100的各種部件，諸如本文詳細(xì)描述的電機(jī)或致動(dòng)器。在示例性實(shí)施例中，手柄140包括具有高磁導(dǎo)率的細(xì)長(zhǎng)柱形外殼104。外殼104在每個(gè)端由相應(yīng)的端帽104a、104b界定。

外殼104內(nèi)是兩個(gè)永磁組件110和112、以及位于兩個(gè)磁組件110、112之間的線圈114。磁組件110和112具有周向地布置的多個(gè)交替極性的磁體(標(biāo)號(hào)為111a和111b，參見圖3)(例如，北/南)，其中磁間隔件位于每個(gè)不同的磁體111a、111b之間。在一個(gè)實(shí)施例中，磁組件110與磁組件112對(duì)準(zhǔn)，使得相反極性的磁體111a、111b彼此對(duì)準(zhǔn)。針對(duì)磁組件110和112中的每個(gè)，可以使用任何數(shù)量的磁體111a、111b。例如，在一個(gè)特定實(shí)施例中，針對(duì)組件110和112中的每一個(gè)，可以使用八(8)個(gè)磁體111a、111b，其中四(4)個(gè)北磁體111a和四(4)個(gè)南磁體111b彼此之間交替。在一個(gè)特定實(shí)施例中，用于磁組件110和112中的每個(gè)的磁體111a、111b的數(shù)量是偶數(shù)個(gè)磁體。

電機(jī)140還容納兩個(gè)磁極組件106和108，這兩個(gè)磁極組件106和108基本上位于由磁組件110和112包圍的容積內(nèi)。磁極組件106和108各自包括圍繞鄰近軸102的環(huán)部分均勻間隔開的多個(gè)極構(gòu)件106a-106d。可以使用任何數(shù)量的極構(gòu)件106a-106d，例如四個(gè)，八個(gè)，十六個(gè)等(其中在圖1-4的示例性實(shí)施例中示出四個(gè))。磁極組件106和108和軸102通常由磁性材料(例如鐵)制成，然而在某些實(shí)施例中還可以使用諸如鐵磁材料或具有磁性涂層的絕緣材料的其它材料。

在所示的示例性實(shí)施例中，端部構(gòu)件116被包括在軸102的端部處。在一個(gè)實(shí)施例中，端部構(gòu)件116容納軸承，其中軸承在其自身和軸102之間具有相當(dāng)小的間隙，從而最小化可以進(jìn)入電機(jī)140的任何碎屑。然而，在另一個(gè)實(shí)施例中，通過圍繞和密封電機(jī)140的附加殼體來防止碎屑進(jìn)入電機(jī)140。端部構(gòu)件116還可以“閉合”外殼104，以免外來媒介物(例如，污物、水)進(jìn)入到電機(jī)140中。在一些實(shí)施例中，端部構(gòu)件116可擰到電機(jī)140的端部上。

如先前所提到的，在第一示例性實(shí)施例中，電機(jī)140包括四個(gè)磁體111a和四個(gè)磁體111b，四個(gè)磁體111a和四個(gè)磁體111b沿外殼104的內(nèi)表面105周向交替。在一些實(shí)施例中，每個(gè)磁體111a和111b之間是磁間隔件113，并且八個(gè)磁間隔件113在圍繞外殼104的八個(gè)均勻間隔的位置處，其中磁體111a和111b中的一個(gè)以交替的極性布置位于間隔件113的任一側(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中，磁間隔件113是每個(gè)磁體111a和111b之間的空白空間(例如，空氣)。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，任何材料都可用于磁間隔件113，使得在每個(gè)磁體111a和111b之間存在基本上較低的磁場(chǎng)。例如，磁間隔件113可以是空白空間，或者它可以是絕緣材料、非導(dǎo)電材料或具有低磁導(dǎo)率的材料。

在示例性實(shí)施例中，磁極組件106包括四個(gè)旋轉(zhuǎn)磁極組件106a-106d。每個(gè)極構(gòu)件106a-106d圍繞鄰近軸102的環(huán)107被均勻地間隔開。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，對(duì)于不同的極組件，極的數(shù)量可以改變，并且使用四個(gè)極僅僅是示例性的。極構(gòu)件106a-106d位于第一“齒槽(cogging)”位置，第一“齒槽”位置可以是八個(gè)不同的優(yōu)選齒槽位置之一。在從環(huán)107徑向向外延伸的每個(gè)極構(gòu)件106a-106d的端部是閉合磁通回路120。磁通回路120穿過極構(gòu)件106a-106d的端部、磁體111a、111b和外殼104。齒槽效應(yīng)在一定量的旋轉(zhuǎn)度(諸如十五度(15度))內(nèi)遞送彈簧功能，并且彈簧功能對(duì)優(yōu)選齒槽位置的恢復(fù)力隨著角度增加而減小。然而，旋轉(zhuǎn)度的量可以取決于設(shè)計(jì)，并且上面提到的僅僅是示例性的。極組件108具有類似于剛剛描述的極組件106的結(jié)構(gòu)，因此包括其自己的極構(gòu)件。

響應(yīng)于通過線圈114發(fā)送的電流，在外殼104內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)。當(dāng)電流穿過線圈114時(shí)，在磁極組件106內(nèi)形成磁極，并且在磁極組件108內(nèi)形成相反的磁極。每個(gè)磁極組件的極性(例如，北、南)取決于流過線圈114的電流的方向。在該示例性實(shí)施例中，由線圈114形成的磁場(chǎng)在上黑色虛線回路中是順時(shí)針的、并且在下黑色虛線回路中是逆時(shí)針的，反之亦然。磁組件110和112的布置使得吸引力和排斥力兩者將在相同的方向上推動(dòng)軸102，并且如圖4中的黑色回路所示，通過對(duì)應(yīng)的磁組件110、112、極組件106、108、外殼104和軸102形成閉合磁回路。在示例性實(shí)施例中，用于外殼104和極組件106和108的材料具有非常高的磁導(dǎo)率。磁導(dǎo)率越高，電機(jī)常數(shù)將越大，但致動(dòng)器的剛性越低。通過增加極組件106、108的極數(shù)量和/或永磁組件110、112的數(shù)量，來增加致動(dòng)器的剛性。

當(dāng)交流電流流過線圈114時(shí)，產(chǎn)生通過極組件106、108、軸102、磁組件110、112和外殼104的交變磁場(chǎng)。根據(jù)極構(gòu)件106a-106d相對(duì)于磁體111a、111b的位置和極構(gòu)件106a-106d的極性，與磁體110和112一致的磁組件110、112將用于排斥或吸引極組件106和108的極構(gòu)件106a-106d。這個(gè)交變場(chǎng)和極構(gòu)件106a-106d的吸引/排斥將使得軸102周期性振蕩到期望的振幅。

圖5是根據(jù)各種實(shí)施例的具有質(zhì)量m施加到刷頭130的電動(dòng)口腔護(hù)理器具100的縱向橫截面視圖的示意圖。質(zhì)量m對(duì)應(yīng)于當(dāng)在用戶的口中的同時(shí)被壓靠用戶的牙齒時(shí)施加到刷頭130的質(zhì)量。例如，質(zhì)量m可以對(duì)應(yīng)于響應(yīng)于牙膏，水和/或唾液中的一種或多種被施加到刷頭130而由刷頭130感覺到的附加質(zhì)量。當(dāng)質(zhì)量被施加到刷頭130時(shí)，刷頭130的振幅將會(huì)增加。刷頭130的振幅和極組件106和108的旋轉(zhuǎn)角度基本相同，因此當(dāng)刷頭130的振幅增加時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)慣性的增加，極組件106和108的旋轉(zhuǎn)角度也增加。在移除質(zhì)量之后，刷頭130的振幅將減小，并且由于有效的磁彈簧常數(shù)增加而導(dǎo)致的旋轉(zhuǎn)慣性的減小，極組件106和108的角度也將減小。

圖6示意性地示出了根據(jù)所示出的示例性實(shí)施例的電動(dòng)口腔護(hù)理器具100的刷頭130在其圍繞固定旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)在旋轉(zhuǎn)方向上移動(dòng)的振幅。例如，在通過剛才描述的電動(dòng)口腔護(hù)理器具100的致動(dòng)器輸入方波激勵(lì)信號(hào)時(shí)，磁組件110和112使得軸102圍繞軸102的縱向軸線：在方形激勵(lì)信號(hào)的第一部分期間，沿第一方向(例如，順時(shí)針)旋轉(zhuǎn)；以及在方形激勵(lì)信號(hào)的第二部分期間，沿第二方向(例如，逆時(shí)針)旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)刷頭130從第一方向移動(dòng)到第二方向時(shí)，刷頭130的平移運(yùn)動(dòng)可以由線300描述，線300表示當(dāng)刷頭130旋轉(zhuǎn)到第一位置然后旋轉(zhuǎn)到第二個(gè)位置時(shí)的刷頭130的路徑。當(dāng)旋轉(zhuǎn)到第一位置時(shí)，刷頭130經(jīng)由角度α的旋轉(zhuǎn)從“零”位置或中心位置移動(dòng)到第一位置。在一些實(shí)施例中，零位置對(duì)應(yīng)于優(yōu)選的齒槽位置之一。響應(yīng)于從第一部分去向零的方形激勵(lì)波，刷頭130然后沿第二方向旋轉(zhuǎn)角度α以返回到零位置。當(dāng)方形激勵(lì)波移動(dòng)到第二部分時(shí)，刷頭130沿第二方向進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)角度α。在方形激勵(lì)波的第二部分之后，波返回到零，使得刷頭130再次沿第一方向旋轉(zhuǎn)角度α以返回到零位置。該過程可以貫穿口腔護(hù)理器具100的操作過程來重復(fù)，從而獲得刷頭130的運(yùn)動(dòng)路徑。

在一些實(shí)施例中，刷頭130旋轉(zhuǎn)的角度α被描述為刷頭130的振幅的一半。例如，如果振幅為10度，則這將對(duì)應(yīng)于α為5度，使得刷頭130將從其“零”位置順時(shí)針振蕩5度，以及從“零”位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)5度。在一個(gè)特定實(shí)施例中，刷頭130具有在5和10度之間的振幅，或者α在2.5和5度之間。在另一特定實(shí)施例中，刷頭130具有在10度和20度之間的振幅，或者α在5度和10度之間。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以使用任何振幅，并且振幅可以基于任何數(shù)量的因素(例如，齒槽位置的數(shù)量)。

如本文其他地方所述，在一些實(shí)施例中，刷頭130的振幅取決于口腔護(hù)理器具100和/或刷頭130本身的各種條件。例如，并且根據(jù)所描述的概念的一個(gè)方面，口腔護(hù)理器具100被構(gòu)造和配置為使得刷頭130當(dāng)位于用戶的口內(nèi)部時(shí)將具有比位于用戶的口外時(shí)更高的振幅。這對(duì)于用戶來說可能是極其有益的，因?yàn)楫?dāng)刷頭130在用戶的口外時(shí)，用戶可以具有減少的由于牙膏、水和/或唾液而導(dǎo)致的飛濺量。

在一個(gè)示例性實(shí)施例中，口腔護(hù)理器具100在其處于無負(fù)載狀態(tài)(例如，口外)時(shí)具有第一振幅。例如，在無負(fù)載狀態(tài)下，口腔護(hù)理器具100具有相當(dāng)小的振幅。通過具有相當(dāng)小的振幅，口腔護(hù)理器具100可以減少由于口腔護(hù)理器具100“打開”但并未活躍地用于刷牙而可能發(fā)生的任何無關(guān)的飛濺。在特定實(shí)施例中，無負(fù)載狀態(tài)下的第一振幅對(duì)應(yīng)于小于10度的振幅，或者小于5度的角度α，然而本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到這僅僅是示例性的。第一振幅對(duì)應(yīng)于足夠小使得可以發(fā)生最小飛濺的任何振幅。例如，無負(fù)載狀態(tài)下的第一振幅可以是4度，或者α為2度，其可以足夠小以允許最小的飛濺，但是足夠大以使得用戶意識(shí)到口腔護(hù)理器具打開。

在一些實(shí)施例中，當(dāng)其處于有負(fù)載狀態(tài)(例如，口中)時(shí)，口腔護(hù)理器具100具有第二振幅。例如，在有負(fù)載狀態(tài)下，口腔護(hù)理器具100具有比無負(fù)載狀態(tài)下的振幅更大的振幅。這可以允許用戶具有有效的刷牙體驗(yàn)，因?yàn)檎穹鶎⒆銐虼笠杂行У厍鍧嵱脩舻难例X、牙齦等。例如，第二振幅可以在9和12度之間，或者α在4.5和6度之間。作為另一示例，第二振幅可以在10和20度之間，或者α在5和10度之間。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可以使用任何振幅值或任何α值，并且上述僅僅是示例性的。有負(fù)載狀態(tài)與無負(fù)載狀態(tài)的振幅比率包括但不限于大約2:1、3:1、3:2、4:1，只要用戶經(jīng)歷在口外的振幅與口中的振幅之間的有效差異。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，盡管針對(duì)兩個(gè)狀態(tài)僅描述了兩個(gè)振幅，但是可以使用對(duì)應(yīng)于任何數(shù)量的狀態(tài)的任何數(shù)量的振幅。例如，根據(jù)口腔護(hù)理器具100是否在沒有牙膏或水的情況下打開，或者如果口腔護(hù)理器具100在具有牙膏或水的情況下打開，無負(fù)載狀態(tài)可以具有兩個(gè)不同的水平。

在一個(gè)實(shí)施例中，基于其是否在用戶的口外或者如果其在用戶的口內(nèi)部，由于口腔護(hù)理器具100的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的變化，口腔護(hù)理器具100自動(dòng)地從第一振幅變化到第二振幅。例如，當(dāng)口腔護(hù)理器具100在用戶的口外時(shí)，口腔護(hù)理器具100具有第一轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。當(dāng)口腔護(hù)理器具100在用戶的口內(nèi)部時(shí)，水、唾液、用戶的牙齦、牙膏、用戶的臉頰、口腔粘膜和口軟組織可能使得口腔護(hù)理器具100具有第二轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這使得口腔護(hù)理器具100自動(dòng)地從具有第一振幅變化到第二振幅。

圖7是根據(jù)各種實(shí)施例的針對(duì)口外和口中兩種狀態(tài)、用于產(chǎn)生用于示例性電動(dòng)口腔護(hù)理器具100的刷頭130的各種振幅的過程的示意性流程圖。在一些實(shí)施例中，過程400可以在步驟402開始。在步驟402，為電動(dòng)口腔護(hù)理器具100確定第一轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。例如，圖1的口腔護(hù)理器具100在口外環(huán)境狀態(tài)下的特征在于：沒有水、牙齒、牙齦或通常與用戶的口相關(guān)聯(lián)的其它物體存在于刷頭130上或附近，這使得口腔護(hù)理器具100具有第一轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

在步驟404，由于并且基于第一轉(zhuǎn)動(dòng)慣量402，產(chǎn)生用于口腔護(hù)理器具100的刷頭130的第一振幅。例如，如剛剛所述的，第一轉(zhuǎn)動(dòng)慣量402可以對(duì)應(yīng)于口腔護(hù)理器具100在用戶的口外。在這種情況下，口腔護(hù)理器具100的刷頭130具有對(duì)應(yīng)于第一轉(zhuǎn)動(dòng)慣量402的第一振幅404。在步驟406，口腔護(hù)理器具100經(jīng)歷環(huán)境條件的改變，這轉(zhuǎn)而使得口腔護(hù)理器具100具有第二轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。例如，刷頭130從處于用戶的口外變化到用戶的口內(nèi)部可以對(duì)應(yīng)于口腔護(hù)理器具100的環(huán)境狀態(tài)的改變。

在步驟408，確定用于口腔護(hù)理器具100的第二轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。在一些實(shí)施例中，第二轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)應(yīng)于口腔護(hù)理器具100在用戶的口中并且因此與用戶的牙齒、牙齦、水、牙膏、用戶的臉頰、口腔粘膜、口軟組織和/或唾液相互作用。在一些實(shí)施例中，基于并由于步驟406所示的環(huán)境狀態(tài)改變，來確定第二轉(zhuǎn)動(dòng)慣量408。例如，當(dāng)口腔護(hù)理器具100放置在用戶的口內(nèi)部時(shí)，用戶的牙齒、牙齦、水、牙膏、用戶的臉頰、口腔粘膜、口軟組織和/或唾液可以起作用，如同存在添加到刷頭130的質(zhì)量。刷頭130上的附加質(zhì)量將口腔護(hù)理器具100的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量從第一轉(zhuǎn)動(dòng)慣量402更改到第二轉(zhuǎn)動(dòng)慣量408。

在步驟410，由于并且基于第二轉(zhuǎn)動(dòng)慣量408，由口腔護(hù)理器具100自動(dòng)產(chǎn)生用于刷頭130的第二振幅。例如，響應(yīng)于在刷頭130上的附加質(zhì)量(例如，唾液、水等)并且因此發(fā)生的口腔護(hù)理器具100的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的改變，刷頭130的振幅改變。在一些實(shí)施例中，響應(yīng)于從第一轉(zhuǎn)動(dòng)慣量到第二轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的改變，振幅增加。例如，如果第一振幅是4度或α等于2度，則第二振幅可以在9和12度之間(α在4.5和6度之間)。

在一些實(shí)施例中，過程400可以替代地在步驟408開始，使得口腔護(hù)理器具100最初具有第二轉(zhuǎn)動(dòng)慣量408(例如，對(duì)應(yīng)于刷頭130在用戶的口中)，并且因此具有第二振幅410。響應(yīng)于環(huán)境條件的變化406(例如，從用戶的口中移除刷頭130)，用于口腔護(hù)理器具100的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量從第二轉(zhuǎn)動(dòng)慣量408變化到第一轉(zhuǎn)動(dòng)慣量402。因此，刷頭130的振幅也將從第二振幅410變化到第一振幅404。例如，當(dāng)在用戶的口中時(shí)，口腔護(hù)理器具100以在9和12度之間的振幅(或者在4.5和6度之間的α)操作，然而，在刷頭130已經(jīng)從用戶的口中移除之后，振幅將減小到4度，或者α減小到2度。因?yàn)榛诳谇蛔o(hù)理器具100從處于用戶的口內(nèi)到處于用戶的口外的改變，刷頭130的振幅減小，所以任何無關(guān)的飛濺將會(huì)減少。

諸如剛剛描述的口腔護(hù)理器具100的物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，由圍繞軸線的系統(tǒng)的角矩和系統(tǒng)的角速度之間的比率來定義。連續(xù)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以由方程1定義：

i＝∫ρ(r)r²dv方程1

在方程1中，通過將物體的密度ρ(r)在物體的體積上進(jìn)行積分來找到轉(zhuǎn)動(dòng)慣量i。如方程1所示，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與物體的密度有關(guān)。例如，具有均一質(zhì)量分布的實(shí)心桿將具有第一轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，然而除了附加質(zhì)量位于一端之外，具有均一質(zhì)量分布的相同的實(shí)心桿由于附加質(zhì)量將具有比第一轉(zhuǎn)動(dòng)慣量更大的第二轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

圖8是根據(jù)各種實(shí)施例的阻尼、從動(dòng)、諧波振蕩器系統(tǒng)的示意圖。系統(tǒng)500包括耦合到彈簧504和阻尼源506的質(zhì)量502。彈簧504和阻尼源506的一端直接耦合到質(zhì)量502，而彈簧504和阻尼源506的另一端耦合到諸如墻壁的固定表面。系統(tǒng)500具有力f，力f朝向墻壁驅(qū)動(dòng)質(zhì)量，使得當(dāng)驅(qū)動(dòng)力沿正方向施加時(shí)彈簧504壓縮。力f還將驅(qū)動(dòng)質(zhì)量離開墻壁，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力沿負(fù)方向時(shí)拉伸彈簧504。

在一些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)力f在時(shí)間t上可以是正弦的，并且可以表示為f(t)＝f0cos(ωt-ψ)，其中f0對(duì)應(yīng)于驅(qū)動(dòng)力的大小，ω對(duì)應(yīng)于驅(qū)動(dòng)頻率，以及ψ對(duì)應(yīng)于驅(qū)動(dòng)相位。在這種情況下，系統(tǒng)500的運(yùn)動(dòng)方程被描述為：

在方程2中，m對(duì)應(yīng)于質(zhì)量502，c對(duì)應(yīng)于阻尼506，k對(duì)應(yīng)于彈簧504的彈簧常數(shù)，以及和分別對(duì)應(yīng)于質(zhì)量502的位置相對(duì)于時(shí)間的二階導(dǎo)數(shù)和一階導(dǎo)數(shù)。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)500的自然頻率ω0可以由來描述，以及阻尼比率β可以對(duì)應(yīng)于使用ω0和β的這些表達(dá)式，方程2可以重寫為：

方程3的穩(wěn)態(tài)解為其中r對(duì)應(yīng)于驅(qū)動(dòng)頻率與自然頻率的比率，其中以及因此，質(zhì)量的振幅將被描述為：

圖9是根據(jù)各種實(shí)施例的用于線性系統(tǒng)的各種質(zhì)量的振幅對(duì)頻率的說明性圖。關(guān)于用于各種質(zhì)量的系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)頻率，圖550描述了諸如圖9的阻尼從動(dòng)諧波振蕩器500的線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)解的振幅。圖550表示各種質(zhì)量的振幅和頻率的關(guān)系，其中線508表示第一質(zhì)量，線510表示第二質(zhì)量，線512表示第三質(zhì)量以及線514表示第四質(zhì)量。對(duì)于由方程4描述的關(guān)系，第一質(zhì)量大于第二質(zhì)量，第二質(zhì)量大于第三質(zhì)量，第三質(zhì)量大于第四質(zhì)量。對(duì)于由線516表示的特定操作頻率(諸如1.5hz)，在所有其他參數(shù)保持恒定的情況下，隨著質(zhì)量增加，系統(tǒng)的振幅也增加。

圖10是根據(jù)各種實(shí)施例的就旋轉(zhuǎn)角度而言的非線性彈簧剛度的說明性圖。圖570描述了靜磁彈簧剛度，其中如線572所示，彈簧剛度隨著旋轉(zhuǎn)角度的增加而降低。當(dāng)口腔護(hù)理器具100的刷頭130沒有向其施加的質(zhì)量時(shí)，刷頭130以第一振幅前后振蕩(例如，無負(fù)載狀態(tài))?？谇蛔o(hù)理器具100的刷頭130的第一振幅對(duì)應(yīng)于極構(gòu)件106a-106d圍繞軸102的旋轉(zhuǎn)角度。當(dāng)極構(gòu)件106a-106d的旋轉(zhuǎn)角度小時(shí)，牙刷100的有效磁彈簧剛度大。在質(zhì)量被施加到口腔護(hù)理器具100的刷頭130時(shí)，當(dāng)口腔護(hù)理器具100的操作頻率低于無負(fù)載狀態(tài)下發(fā)生峰值振幅的頻率時(shí)，刷頭130的振幅、從而極構(gòu)件106a-106d的角度增加。增加的慣性和較低的有效彈簧剛度使得峰值振幅發(fā)生的頻率降低，并且如果操作頻率低于初始轉(zhuǎn)動(dòng)慣量狀態(tài)下的峰值振幅頻率，則允許口腔護(hù)理器具100的刷頭130的振幅隨著峰值振幅頻率接近操作頻率而增加。如圖570所示，隨著極構(gòu)件106a-106d的旋轉(zhuǎn)角度增加，口腔護(hù)理器具100的彈簧剛度將相應(yīng)地減小，這將允許口腔護(hù)理器具100在其處于有負(fù)載狀態(tài)(例如，在用戶的口中)時(shí)具有較大的振幅，相反地，在其處于無負(fù)載狀態(tài)(例如，在用戶的口外)時(shí)具有小振幅。

圖11和圖12是根據(jù)各種實(shí)施例的非線性系統(tǒng)的振幅對(duì)頻率的說明性圖。在非限制性示例性實(shí)施例中，用于電動(dòng)口腔護(hù)理器具100的有效磁彈簧是非線性的。這部分地歸因于依賴于旋轉(zhuǎn)角度的剛性，然而諸如磁場(chǎng)強(qiáng)度和距離之間的反比關(guān)系的因素也貢獻(xiàn)于非線性有效磁彈簧。非線性系統(tǒng)的一般運(yùn)動(dòng)方程被描述為：

在方程5中，θ(t)是極構(gòu)件(例如，構(gòu)件106a-106d)的旋轉(zhuǎn)角度，m是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，c是阻尼，k(θ)是取決于旋轉(zhuǎn)角度θ(t)的系統(tǒng)的剛性，以及f(t)是周期性激發(fā)力。當(dāng)電動(dòng)口腔護(hù)理器具100從在用戶的口外變?yōu)樵谟脩舻目趦?nèi)時(shí)，刷頭130的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加，這使圖600的第一振幅曲線602沿較低頻率的方向移位。因此，第一振幅曲線602移位到圖600的第二振幅曲線604。隨著第一振幅曲線602移動(dòng)到第二振幅曲線604，非線性跳躍點(diǎn)從大于操作頻率移動(dòng)到等于或小于操作頻率。例如，第一振幅曲線602的非線性跳躍點(diǎn)在圖11的操作頻率的右側(cè)，而第二振幅曲線604的非線性跳躍點(diǎn)在操作頻率的左側(cè)。

除了刷頭130的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增加之外，當(dāng)在用戶的口內(nèi)時(shí)，水、唾液、牙膏等用作刷頭130上的阻尼力。圖12的圖650中看到阻尼效應(yīng)。在所示實(shí)施例中，如通過圖650的第三振幅曲線606看到的，由于阻尼效應(yīng)，第二振幅曲線604被平滑，并且振幅減小。第三振幅曲線606具有與第二振幅曲線604基本上類似的非線性跳躍點(diǎn)，然而第三振幅曲線606的峰值振幅小于第二振幅曲線604的峰值振幅。此外，由于阻尼效應(yīng)，非線性跳躍點(diǎn)處的突變不連續(xù)被平滑，產(chǎn)生平滑的振幅曲線(例如，第三振幅曲線606)。

圖13是根據(jù)各種實(shí)施例的針對(duì)有負(fù)載狀態(tài)和無負(fù)載狀態(tài)的振幅對(duì)頻率的另一說明性圖。圖700對(duì)應(yīng)于針對(duì)共振系統(tǒng)的有負(fù)載和無負(fù)載狀態(tài)的振幅對(duì)頻率圖。實(shí)線702對(duì)應(yīng)于有負(fù)載狀態(tài)的振幅對(duì)頻率的圖，而虛線704對(duì)應(yīng)于無負(fù)載狀態(tài)的振幅對(duì)頻率的圖。點(diǎn)線712對(duì)應(yīng)于在將質(zhì)量施加到刷頭之后的線704。

在無負(fù)載狀態(tài)下，例如當(dāng)沒有質(zhì)量被施加到刷頭時(shí)，非線性系統(tǒng)可以由線704描述。隨著施加的質(zhì)量增加，無負(fù)載狀態(tài)的振幅略微增加，直到當(dāng)非線性跳躍點(diǎn)等于操作頻率時(shí)達(dá)到臨界點(diǎn)，在臨界點(diǎn)處振幅突然大大增加。當(dāng)質(zhì)量被施加到刷頭時(shí)，線704向左移位，這由線712示出。如果線704的操作頻率706保持固定，則在質(zhì)量被施加到刷頭時(shí)，曲線向左移動(dòng)，使得不連續(xù)點(diǎn)從操作頻率的右側(cè)移位到在操作頻率的左側(cè)，如點(diǎn)708所示。如上所述，在刷頭上的質(zhì)量增加時(shí)，系統(tǒng)的振幅增加，這意味著極組件的角度增加，這對(duì)應(yīng)于彈簧常數(shù)減小。

線702對(duì)應(yīng)于當(dāng)刷頭放置在用戶的口內(nèi)時(shí)由刷頭感受到的阻尼效應(yīng)。沿刷頭的用戶的牙齒、牙齦、唾液等阻尼，使得系統(tǒng)的振幅降低。該阻尼降低了曲線704或712的整體峰值。

在權(quán)利要求中，放置在括號(hào)之間的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制權(quán)利要求。詞語“包括”或“包含”不排除存在除了權(quán)利要求中列出的那些元件或步驟之外的元件或步驟。在列舉了若干裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這些裝置中的幾個(gè)可以由同一個(gè)硬件項(xiàng)來體現(xiàn)。元件之前的詞語“一”或“一個(gè)”不排除存在多個(gè)這樣的元素。在列舉了若干裝置的任何設(shè)備權(quán)利要求中，這些裝置中的幾個(gè)可以由同一個(gè)硬件項(xiàng)來體現(xiàn)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中記載某些元件的簡(jiǎn)單事實(shí)并不表示這些元件不能組合使用。