利用霍爾傳感器提供用于諧振驅(qū)動(dòng)牙刷的連續(xù)反饋的力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及諧振驅(qū)動(dòng)磁致動(dòng)電動(dòng)牙刷，并且更具體地說，涉及這種具有壓力傳感系統(tǒng)的牙刷。
【背景技術(shù)】
[0002]在電動(dòng)和手動(dòng)牙刷中，以許多不同的【具體實(shí)施方式】，使用傳感機(jī)構(gòu)來確定施加到牙刷的刷毛區(qū)部的壓力是眾所周知的。通常，某種類型的傳感器測(cè)量施加到刷毛的力。在許多情況下，該傳感器包括彈簧、力矩臂和開關(guān)，其中施加到刷毛區(qū)的力在彈簧上產(chǎn)生動(dòng)作，繼而驅(qū)動(dòng)力矩臂。當(dāng)力達(dá)到閾值或觸發(fā)值時(shí)，開關(guān)被操作，其發(fā)送所施加的力已經(jīng)超過閾值水平的信號(hào)到用戶。然后，用戶有機(jī)會(huì)將壓力降低到可接受的水平。
[0003]這樣的系統(tǒng)還可以用來確保至少也由用戶施加最小量的壓力到刷毛區(qū)。但是，壓力傳感系統(tǒng)通常難以在典型的電動(dòng)或手動(dòng)牙刷中實(shí)施。這樣的系統(tǒng)還會(huì)顯著增加牙刷的整體成本，并且往往遭受不精確。
[0004]典型地，在這樣的壓力傳感系統(tǒng)中，不存在壓力信息的連續(xù)反饋，但是存在當(dāng)施加的壓力達(dá)到指示過度壓力的閾值時(shí)的指示。
[0005]因此，用于牙刷用諧振驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的緊湊、簡(jiǎn)單且廉價(jià)的傳感器系統(tǒng)是所期望的，特別是提供連續(xù)壓力反饋的傳感器系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，該電動(dòng)牙刷，包括:包含動(dòng)力驅(qū)動(dòng)組件的手柄部；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V型用于將動(dòng)力驅(qū)動(dòng)組件的動(dòng)作轉(zhuǎn)換成刷頭組件的來回動(dòng)作的V型-彈簧組件，其中，V型-彈簧組件與刷頭組件一起圍繞樞軸點(diǎn)移動(dòng)；被定位在V型-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型形彈簧的后端移動(dòng)時(shí)由磁體產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)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(duì)應(yīng)于由于刷元件上壓力造成的V型-彈簧的后端的位移的空載狀態(tài)改變；和處理器，其響應(yīng)于霍爾傳感器輸出和存儲(chǔ)的信息，以在刷牙操作期間產(chǎn)生指示施加到刷構(gòu)件的壓力的信號(hào)。
【附圖說明】
[0007]圖1是示出了電動(dòng)牙刷的主要部件的剖面圖，其包括本文所述的壓力傳感系統(tǒng)。
[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是簡(jiǎn)化的磁場(chǎng)圖，其示出了具有屏蔽的圖2的壓力傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
[0011]圖5是來自于圖1、圖2和圖4中所示的霍爾效應(yīng)傳感器的輸出信號(hào)的處理的圖。
[0012]圖6是曲線圖，其示出了用于特定霍爾效應(yīng)傳感器的未補(bǔ)償輸出。
[0013]圖7是曲線圖，其示出了用于圖6的霍爾效應(yīng)傳感器的補(bǔ)償輸出。
【具體實(shí)施方式】
[0014]圖1示出了電動(dòng)牙刷的一個(gè)重要部分，其包括本發(fā)明的壓力傳感系統(tǒng)。圖2示出了圖1的系統(tǒng)的一部分的更詳細(xì)視圖。電動(dòng)牙刷，整體表示為10，包括具有定子12的電動(dòng)機(jī)(11)，其驅(qū)動(dòng)V型-彈簧驅(qū)動(dòng)組件14。如圖2所示的V型-彈簧，具有中心節(jié)點(diǎn)16，使得當(dāng)V型-彈簧組件的后部17通過電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作沿一個(gè)方向扭曲或旋轉(zhuǎn)時(shí)，V型-彈簧組件的向前部19沿相反方向扭曲或旋轉(zhuǎn)。V型-彈簧組件14由軸承座支承，該軸承座整體表示為20，該軸承座繼而被安裝到外殼或器具的內(nèi)部托架，未示出。在軸承座20和V型-彈簧組件的下邊緣之間延伸的是兩個(gè)支承軸承22和24。V型-彈簧組件14可以包括各種不同的實(shí)施方式。V型-彈簧組件的向前端26與支承構(gòu)件28相配合，安裝葉片32從該支承構(gòu)件28延伸。可移除地定位在安裝葉片30上的是刷頭組件32，其包括與牙刷的手柄配合的近端部34。刷頭組件在遠(yuǎn)端包括細(xì)長(zhǎng)臂36，在遠(yuǎn)端上的是包括刷毛區(qū)的刷構(gòu)件38。在典型的動(dòng)作中，刷構(gòu)件將來回移動(dòng)通過規(guī)定的角度，例如9-11°，以實(shí)現(xiàn)牙齒的清潔。
[0015]仍參照?qǐng)D1和圖2，與V型-彈簧組件14的上表面相鄰的是節(jié)點(diǎn)構(gòu)件23，其基本上延伸V型-彈簧組件的長(zhǎng)度。與節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的上表面相鄰定位的是片簧40，其也大約延伸V型-彈簧組件的上部的長(zhǎng)度并覆蓋該上部。節(jié)點(diǎn)構(gòu)件和片簧由軸承元件42和44連接至V型-彈簧組件的相對(duì)兩端。彈簧構(gòu)件46，48和50被連接到軸承42，44和節(jié)點(diǎn)16。彈簧46和50在片簧40上提供預(yù)加載。
[0016]刷頭組件和V型-彈簧組件一起繞靠近大約在軸承22處的V型彈簧組件的向前端的點(diǎn)52樞轉(zhuǎn)，而在節(jié)點(diǎn)16處的彈簧48，50和后軸承44傾向于抵抗位移。
[0017]當(dāng)在刷牙動(dòng)作(箭頭54)期間力被對(duì)著刷毛區(qū)施加時(shí)，刷頭組件將傾向于移動(dòng)，從而繞樞軸點(diǎn)52旋轉(zhuǎn)。V型-彈簧組件將在相反的方向上移動(dòng)。對(duì)著刷毛區(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(dòng)作產(chǎn)生，雖然附加的負(fù)載是在正常刷牙期間由用戶的面頰和嘴唇產(chǎn)生。下面描述的傳感系統(tǒng)確定它是該總負(fù)載或力。
[0018]仍參照?qǐng)D1和圖2，含鐵安裝元件55被固定到V型-彈簧組件的后端25。磁體56被定位在安裝元件的后表面56處。在所示實(shí)施例中的磁體具有如下尺寸:
13.4X9.0X4.0(mm)。合適的磁體的一個(gè)例子是釹。霍爾效應(yīng)傳感器58遠(yuǎn)離磁體56，但在由磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)內(nèi)被定位。在所示的實(shí)施例中，霍爾效應(yīng)傳感器是常規(guī)的并且可以商業(yè)購(gòu)買。合適的霍爾效應(yīng)傳感器的一個(gè)例子是奧地利微系統(tǒng)AS5510。在所示的實(shí)施例中，霍爾效應(yīng)傳感器被安裝在牙刷內(nèi)的驅(qū)動(dòng)車道(tram)框架上，并位于距磁體約2.3mm處，與磁體大約在同一平面中。其他霍爾效應(yīng)傳感器也可以被使用，只要當(dāng)由于刷毛區(qū)上的力磁體來回移動(dòng)，從而橫向移位時(shí)，它們對(duì)變化的磁場(chǎng)具有足夠的靈敏度即可。
[0019]在操作中，在刷毛區(qū)上沒有任何力的情況下，當(dāng)V型-彈簧的后端和磁體來回?cái)[動(dòng)通過選定的角度，而沒有橫向位移時(shí)，霍爾效應(yīng)傳感器的電壓輸出正弦改變，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(chǎng)而改變。變化的磁場(chǎng)提供了用于確定被施加到刷毛區(qū)的力的量的基礎(chǔ)。當(dāng)力被施加到刷毛區(qū)時(shí)，V型-彈簧組件樞轉(zhuǎn)，從而移動(dòng)V型-彈簧的后端和磁體，抵抗彈簧50的作用，在霍爾效應(yīng)傳感器的方向上產(chǎn)生磁體的橫向位移。當(dāng)磁體變得更接近傳感器時(shí)，霍爾效應(yīng)傳感器足夠敏感以檢測(cè)磁場(chǎng)的變化。在其微處理器中，牙刷包括呈響應(yīng)曲線的形式的信息表，其涉及霍爾效應(yīng)傳感器的電壓輸出隨磁體的位移并且因此隨施加到刷元件的力的變化。磁體的位移將導(dǎo)致霍爾傳感器的電壓輸出相對(duì)于無負(fù)載條件下的電壓輸出的變化。因此，傳感器輸出的變化是被施加到刷毛區(qū)的力的可靠指示。
[0020]在如上所述的電動(dòng)牙刷中，用于確定力/壓力的霍爾效應(yīng)傳感器的使用對(duì)溫度很敏感。在牙刷制造和實(shí)際的使用到使用之間的溫度變化，將相應(yīng)地導(dǎo)致傳感器函數(shù)和輸出的變化，這最終會(huì)降低壓力輸出的精度。例如，奧地利微系統(tǒng)AS5510霍爾效應(yīng)傳感器的典型溫度變化示于圖6。這說明了相對(duì)于特定傳感器的幾個(gè)系列的溫度，相當(dāng)顯著的輸出變化。對(duì)于其他霍爾效應(yīng)傳感器，溫度靈敏度也是真實(shí)的。
[0021]諸如在圖6中所示，對(duì)于特定的霍爾效應(yīng)傳感器的溫度曲線被存儲(chǔ)在牙刷手柄內(nèi)的處理器/存儲(chǔ)器中。該牙刷將包括在手柄內(nèi)的溫度傳感構(gòu)件69。溫度傳感構(gòu)件可以在處理器上或在手柄內(nèi)的單獨(dú)位置。對(duì)于每一個(gè)溫度值，將存在被存儲(chǔ)在處理器/存儲(chǔ)器中的溫度常數(shù)，其調(diào)整用于該溫度的霍爾效應(yīng)輸出，從而得到溫度/輸出表。處理器將按照所存儲(chǔ)的溫度/輸出表調(diào)整霍爾效應(yīng)輸出。在較低