使用霍爾效應(yīng)傳感器具有壓力傳感能力的諧振驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)牙刷的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一般涉及諧振驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)牙刷，更具體涉及這樣的包括壓力感測(cè)機(jī)構(gòu)的牙 刷。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓力傳感機(jī)構(gòu)在電動(dòng)和手動(dòng)牙刷中的使用通常是眾所周知的，并且已經(jīng)以各種具 體實(shí)施方案實(shí)施。壓力傳感器檢測(cè)被施加到牙刷的刷毛區(qū)的力。這種傳感器可以包括例如 簡(jiǎn)單的彈簧、力矩臂和開(kāi)關(guān)。隨著壓力的增加，通常由于用戶將牙刷壓靠在牙齒上的動(dòng)作， 彈簧被壓縮，其移動(dòng)力矩臂，直到達(dá)到最大閾值壓力，在該點(diǎn)力矩臂被移動(dòng)到用于操作開(kāi)關(guān) 的位置，這導(dǎo)致被引導(dǎo)到指示器組件的信號(hào)，該指示器組件為用戶提供反饋。然后，用戶有 機(jī)會(huì)將由他/她自己的動(dòng)作所產(chǎn)生的壓力改變到低于閾值水平的水平。然而，已知的用于 牙刷的壓力傳感器通常是復(fù)雜的，因此實(shí)施昂貴，并且在許多情況下，不提供可靠的結(jié)果。 因此，理想的是具有一種壓力傳感機(jī)構(gòu)，其緊湊、簡(jiǎn)單并相對(duì)便宜，特別用于諧振驅(qū)動(dòng)的電 動(dòng)牙刷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 因此，該電動(dòng)牙刷包括：含有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的手柄部；刷頭組件，包括刷頭臂和在 其遠(yuǎn)端的刷元件；響應(yīng)于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)組件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于產(chǎn)生刷頭組件的運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系組 件；被定位成使得它按照刷頭組件的運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)的磁體，該磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)；安裝在磁場(chǎng)內(nèi) 的霍爾效應(yīng)傳感器，其中磁場(chǎng)響應(yīng)相對(duì)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位具有相移；和處理器，其用于確定 在刷牙操作期間由刷元件上的負(fù)載造成的霍爾傳感器輸出的相移，并用于根據(jù)器具內(nèi)使相 移的值與負(fù)載相關(guān)的所存儲(chǔ)的信息，產(chǎn)生指示所述負(fù)荷的信號(hào)。
【附圖說(shuō)明】
[0004] 圖1是包括本文所公開(kāi)的壓力傳感系統(tǒng)的電動(dòng)牙刷的一部分的等距視圖。
[0005] 圖2是來(lái)自于本系統(tǒng)的霍爾效應(yīng)傳感器部的典型輸出信號(hào)圖。
[0006] 圖3是霍爾效應(yīng)傳感器的半周期輸出，其中輸出信號(hào)被校準(zhǔn)成用于器具的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)。
[0007] 圖4是類似于圖3的示意圖，其示出了由負(fù)載造成的輸出信號(hào)的相移。
[0008] 圖5是處理器及其功能的示意圖，用于確定牙刷使用期間被施加到刷毛區(qū)的壓 力。
[0009] 圖6是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中使用的過(guò)零電路的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 圖1是諧振驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)牙刷的分解視圖，其結(jié)合下面描述和示出的壓力傳感機(jī) 構(gòu)。整體地以10示出的電動(dòng)牙刷包括：由動(dòng)力系統(tǒng)14諧振地驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)系組件12,其包 括電池和電子載體（PCB)。傳動(dòng)系和動(dòng)力組件都是常規(guī)電動(dòng)牙刷元件，因此不作詳細(xì)描述。 所示的電動(dòng)牙刷還包括橡膠緩沖器17,其充當(dāng)外殼18內(nèi)的用于傳動(dòng)系的緩沖墊。電動(dòng)牙刷 還包括具有微處理器控制15的印刷電路板，用于為動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)?？梢瞥貜膫?動(dòng)系固定到驅(qū)動(dòng)桿23的是刷頭組件20,其遠(yuǎn)端是具有刷毛區(qū)22的刷構(gòu)件21。在驅(qū)動(dòng)組件 的后端的是磁體30。在所示實(shí)施例中，磁體具有以下尺寸：13. 4 X 9. 0 X 4. 0 (mm)。合適的磁 體的一個(gè)例子是釹。安裝在電動(dòng)牙刷內(nèi)部的是霍爾效應(yīng)傳感器32,其被鄰近磁體定位。合 適的霍爾效應(yīng)傳感器的一個(gè)例子是由Allegro微系統(tǒng)制造的Allegro A1395?；魻栃?yīng)傳 感器32可被安裝在電動(dòng)牙刷內(nèi)的各種位置；但是在一個(gè)實(shí)施例中，霍爾傳感器被安裝在柔 性電路34上，其被附接到印刷電路板15,以使霍爾傳感器能響應(yīng)于在操作中隨著牙刷移動(dòng) 變化的磁場(chǎng)。
[0011] 在空載條件下，從霍爾傳感器產(chǎn)生正弦輸出，如圖2所示。在本發(fā)明中，當(dāng)刷毛區(qū) 的壓力變化時(shí)，霍爾傳感器檢測(cè)用于器具的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和傳動(dòng)系/刷頭組件的機(jī)械響應(yīng)之間 的相位變化，如然后磁體30的運(yùn)動(dòng)。隨著壓力增加，相移增加。通常，相位變化將在從0克 到至少300克的限定的壓力（力）變化中將是線性的，在300克點(diǎn)處，壓力已經(jīng)超過(guò)用于舒 適性和有效性的典型最大值。
[0012] 信息被存儲(chǔ)在處理器15內(nèi)，對(duì)于被測(cè)試的特定器具，其特別地使相移值與施加的 力相關(guān)，使得特定的相移準(zhǔn)確指示施加到牙刷的刷毛區(qū)的壓力/力。
[0013] 驅(qū)動(dòng)信號(hào)通常是方波，其在一個(gè)周期中從零電位上升到正值，并在由驅(qū)動(dòng)頻率確 定的時(shí)間之后，下降到相反極性的值，對(duì)于每一個(gè)事件，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)周期持續(xù)牙刷的操作的 持續(xù)時(shí)間。在所示的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)頻率為250赫茲，運(yùn)動(dòng)的幅度是在9至11度之間。然 而，這僅是操作的一個(gè)例子。頻率和幅度可以變化。
[0014] 牙刷最初被校準(zhǔn)，以確定存在于方波電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)和機(jī)械響應(yīng)信號(hào)之間的時(shí)間 "t"偏移，如由來(lái)自霍爾傳感器的信號(hào)輸出所指示的。這是在空載條件下完成的，使得電動(dòng) 機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與響應(yīng)信號(hào)之間的靜態(tài)相位關(guān)系是已知的，并且可以實(shí)際上在牙刷的實(shí)際操作 過(guò)程期間是用于信號(hào)處理的零設(shè)定。
[0015] 圖3示出了響應(yīng)信號(hào)（霍爾傳感器輸出）的單個(gè)半周期，其中信號(hào)的左手邊緣與 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的上升沿同步。當(dāng)壓力/負(fù)載被施加到刷毛區(qū)時(shí)，相對(duì)于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào) 在霍爾傳感器的輸出信號(hào)中將存在相移。相移的一個(gè)例子不于圖4中。
[0016] 當(dāng)負(fù)載被施加到刷毛區(qū)時(shí)，相移的值被連續(xù)地確定。存在許多方法來(lái)確定相移。一 個(gè)方法是通過(guò)確定過(guò)零。當(dāng)相位移動(dòng)時(shí)，來(lái)自霍爾傳感器的響應(yīng)信號(hào)的過(guò)零將成正比移動(dòng)。 零閾值是通過(guò)平均多個(gè)周期的信號(hào)來(lái)確定的。然后，從電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)周期的開(kāi)始通過(guò)該零閾 值到傳感器信號(hào)的第一轉(zhuǎn)變的時(shí)間被測(cè)量。過(guò)零提供了相移的指示。合適的過(guò)零電路的一 個(gè)例子示于圖6中。電阻器42和電容器43形成低通電路，以從霍爾傳感器濾除交流信號(hào) 44。所得的平均電壓是到比較器45的一個(gè)輸入。到比較器的另一個(gè)輸入是直接霍爾傳感 器輸出。當(dāng)霍爾傳感器的交流信號(hào)通過(guò)其平均值時(shí)，比較器45的輸出轉(zhuǎn)變。
[0017] 用于獲得相移信息的另一種可能性是通過(guò)正交采樣處理，其中每個(gè)周期使用四個(gè) 樣本以提取直流偏移和正弦波的相位。四個(gè)樣品相隔90°獲取，在下面的計(jì)算由S1，S2,和 S4表示。平均電壓或直流偏移可以計(jì)算出：
[0019] 這些信號(hào)典型地將包括噪聲，使得多個(gè)樣本通常被平均以使結(jié)果平滑。為了計(jì)算 相位，同相位和正交相位的兩個(gè)樣本被定義如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電動(dòng)牙刷器具，包括： 手柄部，其包含動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（14); 刷頭組件（20)，包括刷頭臂和在其遠(yuǎn)端的刷元件（21); 傳動(dòng)系組件（12)，其響應(yīng)所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)組件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，W用于產(chǎn)生刷頭組件的運(yùn) 動(dòng)； 磁體（30)，其被定位成使得其按照所述刷頭組件的運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)，所述磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)； 霍爾效應(yīng)傳感器（32)，其被安裝在所述磁場(chǎng)內(nèi)，其中所述磁場(chǎng)響應(yīng)具有相對(duì)于所述驅(qū) 動(dòng)信號(hào)的相位的相移；和 處理器（15)，用于確定在刷牙操作期間由所述刷元件上的負(fù)載造成的所述霍爾傳感器 輸出的相移，并且用于根據(jù)所述器具（10)內(nèi)的使相移值與負(fù)載相關(guān)的存儲(chǔ)的信息，產(chǎn)生指 示所述負(fù)載的信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)牙刷器具，其中所述處理器被校準(zhǔn)，使得在空載條件下 所述霍爾傳感器輸出信號(hào)的相位與所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)一致。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)牙刷器具，包括用于確定所述相移的過(guò)零電路（43)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)牙刷，其中所述刷構(gòu)件上的所述壓力包括在刷牙操作期 間由用戶將所述刷構(gòu)件壓靠在牙齒上產(chǎn)生的負(fù)載巧2)、由用戶的唇產(chǎn)生的任何負(fù)載巧4) 和由用戶的臉頰巧6)產(chǎn)生的任何負(fù)載。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)牙刷，其中所述處理器包括取所述霍爾傳感器的所述信 號(hào)輸出在若干個(gè)周期化）內(nèi)的平均值和用于從所述霍爾信號(hào)輸出過(guò)濾噪聲化4)的能力。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)牙刷，其中所述處理器使用所述存儲(chǔ)的信息來(lái)使所述霍 爾傳感器的所述輸出與第一預(yù)建立的闊值相關(guān)聯(lián)，并當(dāng)所述刷構(gòu)件上的壓力超過(guò)所述第一 闊值時(shí)，為用戶提供反饋信息（74)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動(dòng)牙刷，其中所述第一闊值代表最大壓力值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)牙刷，包括代表最小壓力值的第二預(yù)建立闊值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)牙刷，其中來(lái)自于所述霍爾傳感器的輸出信號(hào)是連續(xù) 的，并且來(lái)自于所述處理器的反饋信號(hào)也是連續(xù)的，代表所述刷構(gòu)件上的壓力的連續(xù)指示。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)牙刷，其中所述反饋信息呈用戶（76)可識(shí)別的形式。
【專利摘要】一種牙刷，包括手柄部，其包括動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(14)；并且還包括刷頭組件(20)，其包括在其遠(yuǎn)端具有刷元件(21)的刷頭臂。傳動(dòng)系組件(12)響應(yīng)來(lái)自于所述動(dòng)力組件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用于將所述動(dòng)力組件的動(dòng)作轉(zhuǎn)變成所述刷頭組件的運(yùn)動(dòng)。磁體(30)被固定到所述傳動(dòng)系的后部，具有被安裝在當(dāng)所述牙刷在操作中移動(dòng)時(shí)由所述磁體所產(chǎn)生的磁場(chǎng)內(nèi)的霍爾效應(yīng)傳感器(32)。所述刷元件上的壓力產(chǎn)生所述霍爾傳感器輸出的相移。處理器(15)確定當(dāng)壓力被施加到所述刷構(gòu)件所述霍爾傳感器信號(hào)的相移值并通過(guò)使用所存儲(chǔ)的信息(71)產(chǎn)生指示施加的所述壓力的信號(hào)，所述存儲(chǔ)的信息(71)針對(duì)特定器具使相移與壓力相關(guān)。
【IPC分類】A61C17-34, A61C17-32, A61C17-22, A46B15-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104619212
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380046635
【發(fā)明人】K·A·米勒
【申請(qǐng)人】皇家飛利浦有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2013年8月30日
【公告號(hào)】CA2883813A1, EP2892387A1, US20150230898, WO2014037856A1