專利名稱：供作用于人體的振動器械在初始階段使用的自動動力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般說來涉及諸如牙刷這樣的作用于人體的振動器械，尤其是關(guān)系到逐步增加向該器械提供動力的系統(tǒng)，這一系統(tǒng)使得向該器械提供的動力，從其剛被使用時的相對較低的初始水平，經(jīng)過一段選定的時間而逐步達到滿額動力水平。
背景技術(shù)：
在本文中所述的發(fā)明關(guān)系到作用于人體的振動器械的運行，這種振動器械具體說來包括振動牙刷。然而應當理解，本發(fā)明并不僅僅局限于這一振動牙刷。
在使用某些振動器械，具體說來包括某些振動牙刷時，最初的身體感覺可能是令人不快，甚至是不可忍受的。有些使用者對于這樣的振動特別敏感，至少在剛開始時是如此。因此在有些情況下，這樣的使用者限制使用這個器械，而在另一些情況下，干脆停止使用該器械。
在解決這一問題的種種嘗試中，有些器械允許使用者將振動調(diào)整到可接受的水平。但是，這樣一種方案從長期使用的角度看并不令人滿意，因為經(jīng)過一段時間，使用者常常會忘記器械并非處于滿額動力；同樣地，從使用者角度上說，也可能不愿增加器械的振動，使其超過某個確定點，即使為了達到最大效力，這樣做是很重要的情況下，也是如此。在低于滿額的動力下，器械的效力當然降低，有時這種降低還很顯著。因此又非常希望這種器械工作于滿額動力，以便取得滿意效果。
還有一種方案，是將一個機械裝置放置在器械內(nèi)的一個選定位置，以此來限制器械的振動。經(jīng)過一定時間后，使用者可去掉這個機械限制，使器械能以滿額動力振動。但是同樣地，使用者可能忘記器械正運行于較低的振動模式，并且/或者還可能不愿將限制器去掉，變換到滿額動力/振動。
但是同樣地，使器械工作于滿額動力以取得理想效果，這一點是非常重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面涉及向一個作用于人體的振動器械逐步增加動力供應的系統(tǒng)，它包括根據(jù)一個驅(qū)動信號，向一個振動器械，例如牙刷，提供驅(qū)動動力的裝置，例如發(fā)動機；在一個最初選定時刻，例如當振動器械被初次使用的時刻，向該器械提供低于滿額動力的裝置；以及根據(jù)使用者對器械選定的持續(xù)使用，使動力逐級增加，直至達到基本上滿額的動力。
本發(fā)明的第二方面涉及在以電池供能的、作用于人體的振動器械中，隨電池電壓的降低，持續(xù)向該器械提供適當動力的系統(tǒng)，它包括用于產(chǎn)生驅(qū)動信號，以運行一個諸如牙刷這樣的振動器械的裝置，它的動力來自電池，在此裝置中，當電池在滿額電壓時，選定的驅(qū)動信號特性被初始設(shè)定為低于最佳值；監(jiān)測電池輸出以判定何時電池已經(jīng)放電達到一個最初選定水平的裝置；以及當電池電壓下降到低于上述最初水平時，調(diào)整上述特性，使其趨于最佳，從而維持器械正常運行的裝置。
附圖簡要說明

圖1是一個振動牙刷的示意圖。
圖2是本發(fā)明裝置的方框圖。
圖3和圖4是軟件流程圖，表明圖2中內(nèi)容的原理性操作。
圖5是軟件流程圖，表明本發(fā)明的一種變化形式的原理性操作。
應用本發(fā)明的最佳方案圖1表示一個引入了本發(fā)明的電池供能電動牙刷。這樣一個電動牙刷可設(shè)計為能產(chǎn)生不同的刷洗動作，包括往復動作(前后)、左右和旋轉(zhuǎn)動作，以及其它更為復雜的動作。雖然要以這樣一種電動牙刷的情況對本發(fā)明加以說明，但應理解本發(fā)明并不局限于特定的某種電動牙刷，也不僅僅局限于牙刷。本發(fā)明可應用于許多振動器械，這些器械的運動或效果對于特定的一些人來說，會在使用初期令其感到不適。這類器械可包括各種按摩器械，電動剃須刀以及其它類似器械。
圖1中的電動牙刷10包括有一個牙刷柄12和一個從牙刷上部16延伸出來、到牙刷頭18為止的延伸臂14。臂14可以各種方式裝在上部16中，它由一個馬達20所帶動，而馬達20又由驅(qū)動器裝置22所操縱，馬達20和驅(qū)動器裝置22都位于柄12中。驅(qū)動器裝置22包括一個可充電電池和一套充電電路。馬達20可采用各種形式，包括電磁式的、機械式的和/或電動機械式的。本發(fā)明的原理并不依賴于某種特定形式的馬達。
通過由使用者按下和放開一個接通/關(guān)閉按鈕開關(guān)26，來操作牙刷10。當不使用牙刷時，牙刷放在充電器單元28上，充電器單元28與驅(qū)動器裝置22中的充電電路一起工作，為位于柄12中的電池充電。在圖示的牙刷10中，當牙刷從充電器單元上取下并實際使用時，在牙刷和外部電源間沒有直接的連接。
在專利號為U.S.Patent No.5,189,751，標題為“VibratingToothbrush Using a Magnetic Driver”并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的同一受讓人的專利中，說明了一種如本文上面所簡述的電磁牙刷。雖然在那種裝置中，馬達以150-400Hz范圍內(nèi)的頻率驅(qū)動牙刷頭，但應理解，本發(fā)明的原理并不受限于某一特定的牙刷頭頻率；而且也不受限于某一特定的振動范圍。振動范圍，以及電磁牙刷的其它特定的運行特性見于U.S.Patent No.5,378,153，標題為“High Performance AcousticalCleaning Apparatus for Teeth”。本處將“751”和“153”兩項專利的內(nèi)容引入作為參考資料。
如上所述，在一個振動牙刷，該牙刷已在上面加以圖示并說明，或其它振動器械初始的使用當中，使用者可能會感到有一點兒或者是更明顯的不適，并且決定不再繼續(xù)使用這個牙刷，或是以某種受益甚少或完全無益的方式來使用這個牙刷。通常的解決方案是逐步訓練使用者，使其適應牙刷的振動。在本發(fā)明中，從器械第一次被使用開始，在選定次數(shù)的使用中，通過使牙刷頭的動力從剛開始時較低的水平逐步依等級增加，從而使這一問題自動得到了解決。
圖2展示了圖1所示牙刷的運行概要方框圖，其中引入了本發(fā)明的系統(tǒng)。在牙刷柄上的電池充電線路32由充電器單元28供電。由電池充電線路32為電池36進行充電。電池36為一個微型控制器38和一個馬達驅(qū)動線路40供能，由微型控制器來控制馬達驅(qū)動線路40的運行。微型控制器通過按鈕開關(guān)26來關(guān)閉和接通。馬達驅(qū)動線路40輸出的是用于驅(qū)動馬達20的驅(qū)動信號，在本例中，馬達20為一個電磁馬達，再由這個馬達來振動裝在牙刷頭18上的一個臂桿機構(gòu)。
在所示實施例中，微型控制器38控制馬達驅(qū)動線路40的工作，從而也就控制了驅(qū)動信號，使其令馬達20的動力逐步增加。在所示實施例中，這一點是通過改變從馬達驅(qū)動線路40發(fā)出的驅(qū)動信號的工作循環(huán)(Duty cycle)來實現(xiàn)的。在滿額動力時，驅(qū)動信號的工作循環(huán)約為100％；微型控制器38通過控制馬達驅(qū)動線路40來提供這樣的驅(qū)動信號。
但在本發(fā)明中，對于通過啟動按鈕26而對器械所進行的初期使用來說，經(jīng)過對微型控制器的編程，使得馬達驅(qū)動控制信號的工作循環(huán)相對較低，約為47％，其它的初始動力水平當然也是可以接受的。而在此后，微型控制器以若干個順序等級，通過增加工作循環(huán)來提高動力水平。在所示實施例中，在47％工作循環(huán)的初始動力水平和最后的100％工作循環(huán)動力水平之間，共有4級動力水平，即52％、58％、65％和80％。一級水平用于最初的四次使用，其它的動力水平則每一級被使用兩次。當然動力水平的級數(shù)，以及在每一級水平所重復的次數(shù)(在每次使用中)都是可以改變的。
在所示實施例中，可計為一次使用的最少時間是一分鐘。如果在某一次設(shè)定的使用中，牙刷運行時間少于一分鐘，則這一次特定的使用從達到訓練程序的下一級動力水平(或是在同一級動力水平中使用次數(shù)的累積)的角度上說，達不到標準，不被計為一次使用。這一特點防止了在動力水平上的過早上升。
在所示實施例中，使用者還可選擇完全跳過訓練階段或是訓練階段中的任一部分，使器械在滿額動力上運行。使用者也可以視需要而多次重新啟動訓練程序。
在所示實施例中，只有當牙刷確實在充電器28上放置就位時，才能啟動/停止訓練程序。也就是說，通過按下接通/關(guān)閉按鈕開關(guān)26兩秒鐘，來使其從接通轉(zhuǎn)換成關(guān)閉或是相反，這樣來改變訓練程序的目前狀態(tài)。當器械轉(zhuǎn)換進入其訓練程序時，牙刷會發(fā)出兩個音頻信號(“嘟嘟”兩聲)。而當訓練程序被停止，則只發(fā)出一聲“嘟”。當訓練程序處于啟動狀態(tài)時，只要使用者接通器械電源，牙刷就會發(fā)出兩個音頻信號，以此來提醒使用者訓練程序仍在工作。
訓練程序在微型控制器38中執(zhí)行，圖3和圖4表示了軟件的具體執(zhí)行情況，在動力啟動/復位方框50，這種情況發(fā)生于牙刷電池初次充電或再充電情況下，系統(tǒng)被初始化，如方框52所示。在此處如果不按下接通/關(guān)閉按鈕開關(guān)，則系統(tǒng)基本上進入靜態(tài)狀態(tài)或稱“睡眠”狀態(tài)，以使用最少的電池能量，如方框54所示。以上三個步驟的進行與器械的實際使用無關(guān)，也就是說，是在牙刷最初的充電和再充電過程中進行的。
當使用者按下接通/關(guān)閉按鈕開關(guān)，如方框56所示，則在方框58處，對于是否柄，亦即牙刷，就位于充電器單元28(見圖1)中，軟件作出初始判定。如果牙刷實際上就是在充電器單元28中，并且接通/關(guān)閉開關(guān)未被按下滿兩秒鐘，如方框60所示，則牙刷還會進入睡眠狀態(tài)(關(guān)閉)。另一方面，當牙刷在充電器單元中，接通/關(guān)閉開關(guān)實際上也被按下達兩秒鐘，則牙刷訓練程序的狀態(tài)就被改變(變換)到其相反狀態(tài)(從啟動變?yōu)橥Ｖ?，或者反方向變換)，如方框62所示。
當訓練程序被改變，則判定訓練程序的新狀態(tài)，如方框64所示。如訓練程序處于啟動狀態(tài)，牙刷就發(fā)出兩聲“嘟”，如方框66所示，而如果訓練程序處于停止狀態(tài)，則只發(fā)出一聲“嘟”，如方框68所示。然而在兩種情況下，只要柄處于充電器單元28中，牙刷此后都會關(guān)閉。
回到步驟58，如果在按下接通/關(guān)閉開關(guān)時，牙刷不在充電器單元28中，例如此時器械正在被使用，則馬達驅(qū)動線路40即在其目前動力水平上接通，而無論其目前動力水平如何，如方框70所示。這樣牙刷就被啟動和運行了。牙刷的運行在計時器控制下進行。如果不再次按下接通/關(guān)閉開關(guān)26，馬達驅(qū)動線路40就會保持其目前動力水平，直到關(guān)掉牙刷。通常，電動牙刷具有自動計時功能，這使它能在一段預設(shè)時間，例如兩分鐘，的運行后，自動關(guān)閉。這樣一種牙刷見于U.S.Patent No.5,554,382，這項專利被轉(zhuǎn)讓給與本項專利相同的受讓人。那項應用的內(nèi)容也于此處引用，作為參考資料。
在牙刷正在運轉(zhuǎn)的時間里(在到達定時之前)，如果按下接通/關(guān)閉開關(guān)，如方框72所示，則馬達驅(qū)動線路40即被關(guān)閉，如方框74所示。軟件隨后循環(huán)回到步驟71，檢查是否定時已到。計時器將在略低于其定時的地方，在一段預先設(shè)定的時間內(nèi)暫停計時，軟件要檢查是否在上述的這段預定時間中，接通/關(guān)閉開關(guān)變回為接通。如果開關(guān)變回為接通，則計時器要從暫停處恢復計時，直到達到計時器的定時為止。如果開關(guān)未變?yōu)榻油?，則在暫停時間已滿時，計時器將被復位為其初始定時，即兩分鐘。
當計時器確實定時已到，軟件就要判定牙刷是否處于訓練程序當中，如方框76所示。如果結(jié)果為否，牙刷就會關(guān)閉；另一方面，如果牙刷處于訓練模式，則軟件就判定是否牙刷運行已滿一分鐘，如方框78所示。如果牙刷運行尚未滿一分鐘則關(guān)閉。而另一方面，如果牙刷已運行至少一分鐘，則依等級提高動力水平，將工作循環(huán)調(diào)到下一級較高水平上，如方框80所示，或者是在同一級動力水平上進入下一個循環(huán)。如果動力水平現(xiàn)在為100％，如方框82所判定，則訓練程序即被停止，如方框84所示。而另一方面，如果動力水平小于100％，則關(guān)閉牙刷。下一次啟動牙刷時，馬達驅(qū)動即會在新的動力水平上進行。
對于使用工作循環(huán)的一個替代方案是當器械為一諧振系統(tǒng)時，改變驅(qū)動信號的頻率。初始的驅(qū)動頻率與系統(tǒng)諧振頻率具有選定數(shù)值的偏離(差距)。在訓練程序中的若干級動力水平具有不同的驅(qū)動頻率，在系統(tǒng)諧振頻率上的驅(qū)動頻率為100％動力水平。
在本發(fā)明的一個變化形式中，令來自馬達驅(qū)動線路(見圖2)的驅(qū)動信號的一個選定動力特性產(chǎn)生變化，以便在變化的運行條件下，特別是電池在其放電過程中，改變了輸出的情況下，確保器械在基本恒定的動力輸出下運行。在一個實施例中，驅(qū)動信號的工作循環(huán)根據(jù)測得的電池電壓而變化。在這個實施例中，當電池電壓處于滿額強度時，驅(qū)動信號的工作循環(huán)小于100％，為85％，此后持續(xù)監(jiān)測電池電壓。當電池電壓下降到一個最初等級，驅(qū)動信號的工作循環(huán)即增加一個選定數(shù)量以便維持向馬達提供的所需電力水平。這一過程繼續(xù)進行下去，直到驅(qū)動信號的工作循環(huán)達到100％。電池電壓進一步下降，達到某一“最低”水平時，就將導致器械的運行被中斷，這個“最低”水平是器械效能發(fā)生了顯著降低的一點。除非為電池再充電，否則無法重新啟動該器械。
在恒定動力系統(tǒng)的另一實施例中，改變來自馬達驅(qū)動線路的驅(qū)動信號的頻率以補償電池電壓的下降，如果器械是一個諧振系統(tǒng)的話。在這種情況下，初始驅(qū)動信號頻率與系統(tǒng)諧振頻率具有某種選定數(shù)值的偏離。隨著電池的放電，使驅(qū)動頻率逐步改變，令其接近并最終近似等于系統(tǒng)的諧振頻率。在最終頻率上，當電池進一步損耗，低于最低水平時，器械就會被關(guān)閉。
圖5表示了這種恒定動力系統(tǒng)的一種基于軟件的實施方案。與圖3和圖4相同，在動力啟動/復位方框，系統(tǒng)被初始化，如方框92所示，然后在方框94關(guān)閉。直到在方框96，按鈕接通/關(guān)閉開關(guān)被啟動為止。在步驟98，判定柄是否仍在充電器單元中，如果答案為是，軟件就關(guān)閉，如果不是，則在最新的工作循環(huán)和/或頻率上使得馬達驅(qū)動啟動，如方框100所示。
隨后在方框102測量電池電壓；在方框103，如果電池電壓低于最小值，則器械關(guān)閉；否則調(diào)整驅(qū)動信號的工作循環(huán)或頻率，如方框104所示。隨著達到逐級下降的電壓水平，對于驅(qū)動信號特性要進行進一步調(diào)整。這一過程是通過一個預先確定的算法進行的，這一算法確定了連續(xù)下降的電池電壓水平及驅(qū)動信號特性的相應數(shù)值。
在工作循環(huán)/頻率被調(diào)整(或不作調(diào)整)之后，在方框106判定是否牙刷定時已到。如果定時已到，即關(guān)閉牙刷；否則在方框110判定是否已按下了接通/關(guān)閉開關(guān)。如果未按開關(guān)，則程序循環(huán)返回，在方框102測量電池電壓；而如果已經(jīng)按下了接通/關(guān)閉開關(guān)，則馬達驅(qū)動變換(改變)到其相反狀態(tài)，如方框104所示。
就這樣，本文說明了一種幫助敏感型使用者，使其適應一個振動器械的振動的系統(tǒng)。它包括一個自動訓練程序，該程序根據(jù)一個預先選定模式，從起始點到最終滿額動力點，通過一系列動力水平，從而也即是振動水平，而逐步前進。此外，還說明了這樣一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)在為一個器械供應動力的電池的放電過程中，使該器械的動力水平保持不變。
雖然本文為了說明起見，詳細描述了一個優(yōu)選實施例，但應理解，在不背離本發(fā)明精神的情況下，可對于這樣的實施例進行許許多多的改變、改進和替換。本發(fā)明由所附權(quán)利要求書所界定。
權(quán)利要求
1.一個在電池電壓下降情況下保持適當?shù)膭恿?，供給一個電池供能的振動器械的系統(tǒng)，所述振動器械作用于人體，所述系統(tǒng)包括由電池供能的裝置，用于產(chǎn)生驅(qū)動信號以運行一個振動器械，其中當電池處于滿額電壓時，驅(qū)動信號的選定特性被初始設(shè)置為低于最佳值；監(jiān)測電池輸出，以判定何時電池已放電達到一個最初選定水平的裝置；以及當電池電壓下降到低于所述最初水平時，調(diào)整所述特性，使其趨近于最佳值，從而保持所述器械正常運行的裝置。
2.一個如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括每次電池電壓值下降到低于選定的、依等級更低的水平時，改變所述特性，使其趨近于最佳值的裝置。
3.一個如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括當所述特性達到最佳值，并且此后電池電壓降低到低于一個選定的最低水平時，停止設(shè)備運行的裝置。
4.一個如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述特性為工作循環(huán)。
5.一個如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述特性為頻率。
全文摘要
當一個振動器械(10)剛開始被使用時，在低于滿額的水平上向該器械提供驅(qū)動動力。經(jīng)過在每一動力等級上選定次數(shù)的使用后，動力逐步依等級增加，直至達到滿額動力。同樣地，用于振動器械的電池供能驅(qū)動信號具有一個選定特性，例如工作循環(huán)，在初始時，將該特性設(shè)定為低于最佳值，此時包含在驅(qū)動裝置(22)中的電池處于滿額強度。隨著電池放電而調(diào)整該選定特性，使其趨于最佳，以便補償電池電壓的下降，并確保滿額動力輸出。
文檔編號B06B1/04GK1611195SQ20041008415
公開日2005年5月4日 申請日期1999年5月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月7日
發(fā)明者W·G·倫德爾, D·貝葉, W·G·麥科伊 申請人:飛利浦口腔護理公司