使用霍爾傳感器為諧振驅(qū)動牙刷提供連續(xù)反饋的力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及諧振驅(qū)動磁致動電動牙刷，并且更具體地涉及這樣的具有壓力感測系統(tǒng)的牙刷。
【背景技術(shù)】
[0002]在很多不同的特定實(shí)施方式中，在電動牙刷和手動牙刷二者中使用感測機(jī)構(gòu)來確定施加到牙刷的刷毛區(qū)部分的壓力是眾所周知的。通常，某一種類的傳感器測量施加到刷毛的力。在很多情況下，傳感器包括彈簧、力矩臂和開關(guān)，其中施加到刷毛區(qū)的力在彈簧上產(chǎn)生作用，這繼而驅(qū)動力矩臂。當(dāng)力達(dá)到閾值或觸發(fā)值時(shí)，開關(guān)被操作，這向用戶發(fā)送施加的力已超過閾值水平的信號。使用者因此具有將壓力降低到可接受水平的機(jī)會。
[0003]這樣的系統(tǒng)還可以用于確保至少最小量的壓力也由用戶施加到刷毛區(qū)。然而，壓力感測系統(tǒng)常常難以在典型的電動或手動牙刷中實(shí)施。這樣的系統(tǒng)還可以顯著地增加牙刷的總體成本并且經(jīng)常遭受不精確。
[0004]通常，在這樣的壓力感測系統(tǒng)中，沒有壓力信息的連續(xù)反饋而只有何時(shí)施加的壓力已達(dá)到指示過度壓力的閾值的指示。
[0005]因此，用于牙刷的諧振驅(qū)動系統(tǒng)的緊湊、簡單并廉價(jià)的傳感器系統(tǒng)所期望的，特別是提供連續(xù)的壓力反饋的傳感器系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，一種電動牙刷，包括:包含動力驅(qū)動組件的手柄部分；刷頭組件，包括刷頭臂和在其遠(yuǎn)端處的刷元件；響應(yīng)于動力驅(qū)動組件以用于將動力驅(qū)動組件的動作轉(zhuǎn)換為刷頭組件的來回動作的V形彈簧組件，其中V形彈簧組件和刷頭組件一起繞樞軸點(diǎn)移動；定位在V形彈簧組件的后端的安裝構(gòu)件；附連到安裝構(gòu)件的磁體；安裝在當(dāng)V形彈簧的后端移動時(shí)由磁體產(chǎn)生的變化的磁場內(nèi)的霍爾效應(yīng)傳感器，其中霍爾效應(yīng)傳感器的輸出從對應(yīng)于由刷元件上的壓力造成的V形彈簧的后端的位移的空載狀況而變化；以及響應(yīng)于霍爾傳感器輸出和存儲的信息以產(chǎn)生指示在刷牙操作期間施加到刷元件的壓力的信號的處理器。
【附圖說明】
[0007]圖1是示出包括本文所描述的壓力感測系統(tǒng)的電動牙刷的主要部件的剖面圖。
[0008]圖2是圖1的系統(tǒng)的一部分的更詳細(xì)的剖面圖。
[0009]圖3是本系統(tǒng)的霍爾效應(yīng)傳感器部分的輸出的圖。
[0010]圖4是示出具有屏蔽的圖2的壓力感測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的簡化磁場圖。
[0011]圖5是來自在圖1、圖2和圖4中示出的霍爾效應(yīng)傳感器的輸出信號的處理的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]圖1示出了包括本發(fā)明的壓力感測系統(tǒng)的電動牙刷的主要部分。圖2示出了圖1的系統(tǒng)的一部分的更詳細(xì)的視圖。一般以10示出的電動牙刷包括具有定子12的馬達(dá)(11)，其驅(qū)動V形彈簧驅(qū)動組件14。圖2中示出的V形彈簧具有中心節(jié)點(diǎn)16使得當(dāng)V形彈簧組件的后部17通過馬達(dá)的動作在一個(gè)方向上扭轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)時(shí)，V形彈簧組件的前部19在相反方向上扭轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)。V形彈簧組件14由一般以20示出的軸承座支撐，軸承座繼而被安裝到未示出的器具的殼體或內(nèi)部支架。在軸承座20和V形彈簧組件的下邊緣之間延伸的是兩個(gè)支撐軸承22和24。V形彈簧組件14可以包含各種不同的實(shí)施例。V形彈簧組件的前端26與從其延伸安裝刀片的支撐構(gòu)件28緊密配合。可移除地定位在安裝刀片30上的是刷頭組件32，其包括與牙刷的手柄緊密配合的近端部分34。刷頭組件包括在末端處的細(xì)長臂36，在細(xì)長臂36上的是包括刷毛區(qū)的刷構(gòu)件38。在典型的動作中，刷構(gòu)件將來回移動通過特定角度，例如，9-11°，以完成牙齒的清潔。
[0013]仍參考圖1和圖2，鄰近V形彈簧組件14的上表面的是基本上延伸V形彈簧組件的長度的節(jié)點(diǎn)構(gòu)件23。鄰近節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的上表面定位的是片彈簧40，其也大約延伸V形彈簧組件的上部的長度并且覆蓋該V形彈簧組件的上部。節(jié)點(diǎn)構(gòu)件和片彈簧由軸承元件42和44連接到V形彈簧組件的相對兩端。連接到軸承42和44以及節(jié)點(diǎn)16的是彈簧構(gòu)件46、48和50。彈簧46和50在片彈簧40上提供預(yù)加載。
[0014]刷頭組件和V形彈簧組件繞靠近大約在軸承22處的V形彈簧組件的前端的點(diǎn)52一起樞轉(zhuǎn)，而節(jié)點(diǎn)16處的彈簧48和50以及后軸承44傾向于對抗位移。
[0015]當(dāng)在刷牙動作期間抵靠刷毛區(qū)施加力(箭頭54)時(shí)，刷頭組件將傾向于移動，從而繞樞軸點(diǎn)52旋轉(zhuǎn)。V形彈簧組件將在相反方向上移動。抵靠刷毛區(qū)施加的力通常被稱為壓力。在刷毛區(qū)上的該力或負(fù)載主要由用戶動作產(chǎn)生，盡管在正常刷牙期間額外的負(fù)載由用戶的臉頰和嘴唇產(chǎn)生。它是下文描述的感測系統(tǒng)所確定的該總負(fù)載或力。
[0016]仍參考圖1和圖2，亞鐵安裝元件55被固定到V形彈簧組件的后端25。定位在安裝元件的后表面56處的是磁體56。在示出的實(shí)施例中的磁體具有以下尺寸:13.4x9.0x4.0 (mm)。合適的磁體的一個(gè)示例是釹。遠(yuǎn)離磁體56定位但在由磁體產(chǎn)生的磁場內(nèi)的是霍爾效應(yīng)傳感器58。在示出的實(shí)施例中，霍爾效應(yīng)傳感器是傳統(tǒng)的并且可以在市場上購買。合適的霍爾效應(yīng)傳感器的一個(gè)示例是Austria Microsystems (奧地利微系統(tǒng))AS5510。在示出的實(shí)施例中，霍爾效應(yīng)傳感器被安裝在牙刷中的驅(qū)動電車(tram)框架上并且大約在其相同的平面中距磁體大約2.3mm定位?？梢允褂闷渌魻栃?yīng)傳感器，只要它們在磁體來回移動，從而由于刷毛區(qū)上的力而橫向移位時(shí)，對變化的磁場具有足夠的靈敏度即可。
[0017]在操作中，在刷毛區(qū)上沒有任何力的情況下，當(dāng)V形彈簧的后端和磁體來回?cái)[動通過選定角度而沒有橫向位移時(shí)，霍爾效應(yīng)傳感器的電壓輸出正弦地變化，如圖3所示。基本上，霍爾效應(yīng)傳感器的電壓輸出將響應(yīng)于變化的磁場而改變。變化的磁場提供用于確定正施加到刷毛區(qū)的力的量的基礎(chǔ)。當(dāng)力被施加到刷毛區(qū)時(shí)，V形彈簧組件樞轉(zhuǎn)，抵抗彈簧50的動作移動V形彈簧的后端和磁體，從而產(chǎn)生磁體在霍爾效應(yīng)傳感器的方向上的橫向位移?；魻栃?yīng)傳感器對檢測當(dāng)磁體更靠近傳感器時(shí)磁場中的變化是足夠靈敏的。牙刷在其微處理器中包括呈響應(yīng)曲線的形式的信息的表，該表使霍爾效應(yīng)傳感器的電壓輸出與磁體的位移并且因此與施加到刷元件的力有關(guān)。磁體的位移將導(dǎo)致霍爾傳感器的電壓輸出相對于空載條件下的電壓輸出的變化。因此，傳感器輸出中的變化是施加到刷毛區(qū)的力的可靠的指示。
[0018]霍爾效應(yīng)傳感器的靈敏度在一些情況下相對于磁場可能太高。這樣的問題通過使用如圖4所不的安裝在磁體56和霍爾效應(yīng)傳感器66之間的驅(qū)動殼體62上的磁屏蔽構(gòu)件60而被克服。可以使用各種屏蔽布置，但一個(gè)示例是使用鎳鐵高導(dǎo)磁合金(mu-metal)箔。還可以使用軟鋼。在示出的實(shí)施例