个人卫生装置
技术领域
本发明涉及一种包括柄部和处理头的个人卫生装置，其中所述处理头能够与所述柄部枢转地连接，使得至少沿处理方向抵靠所述处理头施加处理力导致所述处理头相对于所述柄部围绕枢轴的枢转，并且弹簧单元被布置成当在所述处理头处未施加处理力时限定所述处理头的静止位置。
背景技术
已知个人卫生装置可具有当在个人卫生装置的处理头处施加处理力时枢转的部分，其中可枢转部分通过弹簧单元与个人卫生装置的固定部分弹簧连接。当没有施加负载时，弹簧单元提供限定的零位置，并且当不再施加负载时，提供抵抗所施加的处理力而作用的弹簧力并将可枢转部分带回到零位置。
本公开的目的是提供所讨论类型的个人卫生装置，该个人卫生装置具有弹簧单元，该弹簧单元特别适用于将个人卫生装置的可枢转部分弹簧连接到固定部分的任务，特别是就构造体积的使用而言。
发明内容
根据一个方面，提供了一种个人卫生装置，该个人卫生装置具有旨在用于由用户抓握的柄部；旨在用于压靠用户的身体部分的处理头，其中所述处理头能够与所述柄部枢转地连接，使得至少沿处理方向抵靠所述处理头施加处理力导致所述处理头相对于所述柄部围绕枢轴的枢转；用于测量测量变量的传感器，具体地霍尔传感器，其相对于所述柄部和所述处理头中的一者牢固地固定；传感器协作单元，所述传感器协作单元用于根据所述传感器和所述传感器协作单元具体地传感器永磁体的相对位置来限定或影响所述测量变量，所述传感器永磁体相对于所述柄部和所述处理头中的另一者牢固地固定；以及弹簧单元，该弹簧单元用于当在所述处理头处未施加处理力时限定处理头的静止位置，其中所述弹簧单元具有在所述处理方向上的第一弹簧常数和在垂直于所述处理方向的横向方向上的第二弹簧常数，所述第二弹簧常数比所述第一弹簧常数高至少约两倍。
根据一个方面，提供了一种个人卫生装置，该个人卫生装置具有旨在用于由用户抓握的柄部；旨在用于压靠用户的身体部分的处理头，其中所述处理头能够与所述柄部枢转地连接，使得至少沿处理方向抵靠所述处理头施加处理力导致所述处理头相对于所述柄部围绕枢轴的枢转；用于测量测量变量的传感器，具体地霍尔传感器，其相对于所述柄部和所述处理头中的一者牢固地固定；传感器协作单元，所述传感器协作单元用于根据所述传感器和所述传感器协作单元具体地传感器永磁体的相对位置来限定或影响所述测量变量，所述传感器永磁体相对于所述柄部和所述处理头中的另一者牢固地固定，并且其中当在所述处理头上未施加处理力时，弹簧单元限定处理头的静止位置，并且所述弹簧单元包括沿柄部的纵向延伸方向延伸的至少第一杆状弹簧元件。
附图说明
本公开通过对示例性实施方案的详细描述和讨论而被进一步阐明，其中参考附图。在图中，
图1为根据本公开的示例性个人卫生装置的图示；
图2为切穿根据本公开的个人卫生装置的截面的剖视图；
图3为同轴对准的传感器永磁体与霍尔传感器之间的关系的示意图；
图4为取决于距离x的传感器永磁体的磁通量密度B的图示；
图5为示出了取决于对四种不同的个人卫生装置样品施加的外力F的霍尔电压U-HALL的测量值的曲线图；
图6为马达载体和包括两个杆状弹簧元件的弹簧单元的分离图示；
图7为示例性个人卫生装置的马达载体、弹簧单元和底座的细节的剖视图；
图8为根据本公开的示例性个人卫生装置的示意图；
图9为个人卫生装置的细节的图示，示出了马达载体的一部分、保持元件和包括两个杆状弹簧元件的弹簧单元的一部分。
图10A为通过结构化片簧与底座弹簧连接的马达载体的端部部分的另一个实施方案的顶视图；并且
图10B为图10A中所示的实施方案的侧视图。
具体实施方式
在本说明书的上下文中，“个人卫生”应指皮肤及其附器(即毛发和指/趾甲)以及牙齿和口腔(包括舌头、牙龈等)的营养(或护理)，其中目的一方面是预防疾病以及维持和加强健康(“卫生”)，另一方面是美容处理和改善皮肤及其附器的外观。它应包括维持和加强幸福感。这包括皮肤护理、毛发护理和口腔护理以及指/趾甲护理。这还包括其它梳理活动，诸如胡须护理、剃刮和脱毛。因此，“个人卫生装置”是指用于执行此类营养或梳理活动的任何装置，例如(化妆品)皮肤处理装置诸如电动皮肤按摩装置或电动皮肤刷子；电动剃刀或修剪器；电动脱毛器；以及电动口腔护理装置，诸如电动牙刷、电动牙线、电动冲洗器、电动舌清洁器、或电动齿龈按摩器。这不应排除所提议的个人卫生装置在一个或若干个这些营养或装置区域中可具有比在一个或若干个其他这些区域中更显著的有益效果。
在本公开中使用术语“处理力”或“外部处理力”时，这是指在处理方向上施加于处理头处的力，所述处理方向垂直于由马达载体的枢轴和施加处理力的刷头处的点限定的平面，使得所施加的处理力提供围绕枢轴枢转马达载体的力矩。所施加的总处理力可高于处理方向上的处理力，但由于在其他方向上作用的处理力的分量不能通过所讨论的设置来测量，因此不考虑它们。通常，在不同于处理方向的方向上施加于处理头处的力被吸收在轴承中或通过个人卫生装置的弹性变形被吸收。
在以下描述中，用于测量测量变量的传感器被描述为霍尔传感器，并且用于根据传感器与协作单元之间的相对位置提供或影响测量变量的传感器协作单元被描述为永磁体。但是应当理解，这仅仅是示例，并且还考虑了其他传感器/传感器协作单元对。例如，传感器可以是测量线圈电感的电感传感器，并且传感器协作单元于是可以是根据线圈芯的位置影响所测量的电感的线圈芯。在另一个示例中，传感器是测量其接收的光量的光电二极管，并且传感器协作单元是根据其相对于光电二极管的位置来阻挡一部分光的阴影。还设想了许多其他示例，例如，传感器可为电容传感器，并且传感器协作单元可为电介质对象，或者传感器可为光学三角测量传感器，并且传感器协作单元可为反射对象。在本发明的上下文中，术语“传感器”可意指包括感测部件(例如，光电二极管)和提供可测量介质的部件(例如，提供光的LED或激光二极管)的单元，并且协作单元于是可为影响测量变量的对象。在其他实施方案中，传感器被布置成测量所述测量变量(例如，霍尔传感器能够测量霍尔传感器的敏感区域处的磁通量)，并且传感器协作单元被布置成以取决于位置的方式提供测量变量(例如，永磁体提供磁通量场)。
根据本公开，弹簧单元被布置在个人卫生装置的处理头与柄部之间。处理头可与在柄部的中空部分中延伸的支撑结构(例如马达载体)固定地连接。此处应当理解，“固定地连接”不应排除处理头可重复地附接到支撑结构和从支撑结构移除，而是应意指处理头与支撑结构之间基本上不存在运动。在下面的描述中，其关注作为马达载体(即，承载马达的载体)的支撑结构，但应当理解这不是限制性的。弹簧单元由至少一个弹簧元件组成或包括至少一个弹簧元件。弹簧单元可包括另外的连接装置，诸如螺钉。
当选择弹簧单元的弹簧元件时，必须考虑若干要求：
-弹簧元件应当具有低制造公差；
-弹簧元件应需要低构造体积；
-弹簧常数应当在某个范围内，以便获得无负载状态与最大施加的外部负载之间的某个行进距离。
至少相对于低制造公差的要求，标准弹簧如螺旋弹簧不满足这些标准。结构化平面片簧可被制造成具有相对较低的公差，并且也可被设计和构造成提供所需的弹簧常数。这将在下文中具体参考图10A和图10B进一步讨论。本公开关注包括至少一个弹簧杆的弹簧单元。
为了满足所有要求，选择具有至少一个杆状弹簧元件(在下文中也称为弹簧杆)的示例性弹簧系统，特别是具有基本上矩形横截面形状的弹簧杆。在至少一个实施方案中，使用至少两个弹簧杆。弹簧杆(或多个弹簧杆)具有大致约一毫米的横截面尺寸，例如横截面尺寸可在0.6mm至2.0mm的范围内，例如，弹簧杆的高度可在0.6mm和1.0mm之间的范围内，并且弹簧杆的宽度可在1.0mm至2.0mm之间的范围内，这意味着宽度与高度的比率在1至3.33之间的范围内，具体地讲在1.25和2.0之间。在一些实施方案中，宽度与高度的比率为约1.5。宽度值和高度值因而限定相对坚固的弹簧，所述弹簧迄今为止不是从个人卫生装置，具体地讲不是从口腔卫生装置诸如电动牙刷了解到的。由于其坚固性，弹簧杆的相对较长的自由长度用来满足第三要求，即霍尔传感器与永磁体之间的可感知行程长度。其应当在0.6mm和2.0mm之间的范围内，具体地讲作为个人卫生装置的柄部，在设置在柄部内的部件之间的大行程距离内不提供许多构造体积。单个弹簧杆的自由长度应被选择为处于高于15mm。在使用两个弹簧杆的实施方案中，自由长度可被选择为高于20mm。在一些实施方案中，两个弹簧杆被选择为彼此平行地延伸，并且弹簧杆可具有24.3mm的自由长度，1.2mm的宽度和0.8mm的高度。为了实现与这两个弹簧杆相同的弹簧常数，具有0.1mm的厚度和20mm的宽度的平坦非结构化片簧可仅具有约6.2mm的自由长度。
在一些实施方案中，弹簧单元在处理方向上的第一弹簧常数在2N/mm和6N/mm之间的范围内，并且在垂直于处理方向的横向方向上的第二弹簧常数在6N/mm和24N/mm之间的范围内。
所述尺寸的弹簧杆可被制造成具有相对较低的公差。这允许以相对较高精度以浮动方式精确地限定处理头相对于柄部的静止位置。一个或多个弹簧杆的紧凑、坚固的横截面形状允许安装弹簧杆而不牺牲许多构造体积，因为弹簧杆可例如沿其他部件的侧面放置，例如沿设置在柄部内的电池或蓄电池放置。
弹簧杆的端部可安装在提供轴承的插座中，使得弹簧杆可围绕由轴承限定的枢转点枢转。轴承还可允许弹簧杆在纵向方向上移动，以补偿弹簧杆在柄部处的固定点与在处理头处的固定点或在与处理头固定地连接的支撑结构处的固定点之间的长度差。代替允许弹簧杆在纵向方向上移动，弹簧杆可牢固地固定在插座中，并且该插座可被弹簧安装在处理头或支撑结构处。
在一些实施方案中，第二对霍尔传感器和永磁体分别相对于柄部和处理头固定地安装，其中所述第二霍尔传感器和所述第二永磁体被布置成在所述静止位置中呈同轴关系，并且它们被布置成当在所述横向方向上在所述刷头处施加外力时相对于彼此轴向移动。此类布置允许确定所施加的横向力值，并且因此还允许校正由于第一永磁体与第一霍尔传感器之间的横向位移而由第一霍尔传感器提供的霍尔信号中的影响。
霍尔传感器信号的若干失真来源存在于当前类型的个人卫生装置中。例如，第一永磁体与第一霍尔传感器之间的轴向距离可受到个人卫生装置在操作中的振动(例如，由驱动单元引起)的影响。如果振动是由周期性激发(例如，由恒定频率驱动)引起的，则当在周期性振动的周期内总是同时测量霍尔传感器信号时，对霍尔传感器信号的影响可减小。失真的另一个来源是重力，其作用在相对于柄部可枢转地安装的处理头上。根据个人卫生装置相对于地球重力场的取向，改变第一永磁体与第一霍尔传感器之间的轴向距离。在一些实施方案中，个人卫生装置包括取向传感器，该取向传感器可确定个人卫生装置相对于地球重力场的取向，使得该取向对霍尔传感器信号的影响可被校正。
当霍尔传感器用于测量处理头或支撑结构相对于柄部的运动的现有目的时，必须满足总体设计的若干挑战：
1.电动牙刷的柄部中的空间是有限的，具体地讲，在其中移动部分即马达载体承载至少整个马达(所述马达通常是个人卫生装置的最大体积消费部件之一)的实施方案中。
2.个人卫生装置的所有部件均具有固有的制造公差，使得传感器永磁体和霍尔传感器相对于彼此的最终相对位置在单个个人卫生装置之间具有某种变化。
3.霍尔传感器的效率范围应尽可能好地使用。
4.作用于枢转安装的马达载体上的地球重力将根据装置相对于地球重力场的取向而引入霍尔电压的变化，因为随后可移动部件(例如，马达载体)或多或少受此附加力的影响，并且装置的进一步振动将增加霍尔电压信号的本底噪声。
5.传感器永磁体的成本应保持在可接受的水平。
为了应对前述挑战，考虑了本文所提出的布置方式的各种设计细节，其中以下设计方面中的每一个单独考虑(即，以其自身)，并且还以与一个或多个或者甚至所有其他方面的组合的形式(这意味着，以下特征中的每一个均为单独公开的特征并且还以与一个或若干个特征的所有可能组合的形式，只要这不导致自相矛盾的组合即可)：
1.传感器永磁体的形状可被选择成圆柱形或圆盘形(其中后者仅指具有低于直径的高度的圆柱体)。
2.传感器永磁体的面向霍尔传感器的表面的区域可被选择成在约3mm2和15mm2之间的范围内，具体地讲在7mm2和13mm2之间的范围内。
3.传感器永磁体的高度可被设定成处于1mm和3mm之间的范围内，具体地在1.5mm和2.5mm之间的范围内，并且更具体地，传感器永磁体的高度可在2.0±0.25mm的范围内。
4.传感器永磁体的体积可被设定成处于10mm3和30mm3之间的范围内，具体地讲在15mm3和25mm3之间的范围内。
5.传感器永磁体的磁共振可被限定在200mT和2000mT之间的范围内，具体地在300mT和1500mT之间的范围内。
6.传感器永磁体的磁共振和传感器永磁体的体积的乘积可被限定在3000mT·mm3和20000mT·mm3之间的范围内，具体地在12000mT·mm3和18000mT·mm3之间的范围内。
7.传感器永磁体和霍尔传感器的指定位置可被限定为使得传感器永久轴线的圆柱体轴线居中且垂直地穿过霍尔传感器的有效区域。具体地，可限定传感器永磁体和霍尔传感器的相对运动随后基本上沿圆柱体轴线发生。
8.永磁体与霍尔传感器之间的行进距离可被限定为高于0.5mm，具体地为至少0.8mm，并且更具体地讲为约1mm。
9.当马达载体处于静止位置时(即，当没有负载作用于处理头时，该位置随后也可被称为无负载位置)，传感器永磁体与霍尔传感器之间的初始距离可被限定在2mm和6mm之间的范围内，具体地在3.5mm和5.5mm之间的范围内，并且更具体地初始距离被设定为4.5±0.25mm。
10.传感器永磁体的磁场强度，霍尔传感器与传感器永磁体之间的初始距离，以及行进距离可被设定成使得系统在磁场的尾部中操作，其中磁场强度的行为大约是线性的，因为这以合理的方式利用霍尔传感器的线性响应范围。
11.可限定霍尔传感器具有处于10mT至200mT之间，具体地30mT至90mT之间的范围内的线性响应范围，即霍尔传感器可具有40mT或80mT的线性响应范围。
12.第一或最小可检测阈值力值可被设定成处于0.5N和1.5N之间的范围内，并且在无负载状态与第一可检测阈值力之间霍尔传感器相对于传感器永磁体的行进距离可被设定成至少0.15mm。
13.最大可检测力值可被设定成处于2.0N和4.0N之间的范围内，具体地在2.5N和3.5N之间的范围内(即，所述设计可被选择成使得，例如当达到最大可检测力值时，霍尔传感器线性灵敏度范围结束，或者作为另外一种选择或除此之外，当达到最大可检测力值时，可提供马达载体抵靠其邻接的至少一个止动器元件，使得进一步的枢转被机械地抑制)。
霍尔传感器的敏感区域通常相对较小，例如，敏感区域可为约1mm2或更低，例如霍尔传感器的敏感区域可为0.2mm的边缘长度的二次方程，因此有效区域则为0.04mm2。为了以霍尔传感器与传感器永磁体之间的合理距离提供强度相关的磁通量密度，传感器永磁体的面向霍尔传感器的区域被选择成在3mm2和15mm2之间的范围内，具体地在7mm2和13mm2之间的范围内。然后，霍尔传感器的敏感区域(通常近似为圆形区域)可近似地被认为是指向传感器永磁体的区域的点状。在这种情况下，使用圆柱形传感器永磁体(圆柱体的面向霍尔传感器的端面则具有圆形形状)并且将传感器永磁体定位成使得其与霍尔传感器的敏感区域同轴(或使得霍尔传感器的点状敏感区域位于圆柱形传感器永磁体的圆柱体轴上)被认为是实用的。这当然不应排除也可使用其他形状的传感器永磁体，例如，传感器永磁体的端面可具有二次形状、任何其他几何形状、或甚至不规则形状。传感器永磁体在霍尔传感器处的磁通量密度可仅在较小程度上由传感器永磁体的厚度增加。因此，该厚度可在1mm和3mm之间的范围内，并且具体地在1.5mm和2.5mm之间的范围内，更具体地该厚度可在2±0.25mm的范围内。
在一些已研究的实施方案中，传感器永磁体由NdFeBr制成并且具有1350mT的剩磁，该形状为圆柱形，其中直径为3.8mm，并且圆筒体高度为2mm。将传感器永磁体定位在与霍尔传感器相距4.4mm的距离处，并且在无负载状态与最大可检测外部处理力之间朝向霍尔传感器的行进距离为1mm。在其它实施方案中，行进距离甚至更高，例如1.1mm，1.2mm，1.3mm，1.4mm或1.5mm。
对于一些个人卫生装置，具体地对于牙刷，外部处理力为用户将刷头抵靠牙齿推动的力。通常已知的是，为了有效，应施加最小力(即，第一阈值力值)，并且具体地为了保护齿龈免受刺激，不应超过最大力(即，第二阈值力值)。因此，目的是能够检测用户是否处于第一阈值力值与第二阈值力值之间的该范围内，并将所施加的力传达给用户。最小力和最大力在一定程度上可取决于所使用的处理头的类型，并且也可取决于用户偏好。最小力(第一阈值力值)可处于0.5N至1.5N之间的范围内，并且具体地在0.5N和1.0N之间的范围内，最大力(第二阈值力值)可处于1.5N和3.5N之间的范围内，具体地在2.0N和3.0N之间的范围内。该系统可被布置成能够检测最大外部处理力，该最大外部处理力在2.0N和4.0N的范围内，具体地在2.5N和3.5N之间的范围内。在所研究的实施方案中，最小力被设定成0.75N，最大力被设定成2.15N并且最大可检测力被设定成3.0N。在无负载状态与施加最大可检测力之间传感器永磁体的行进距离为1.0mm，在无负载状态与施加最小力之间该行进距离为0.25mm。在这种情况下，必须考虑各种制造公差。因此，当行进距离被设计为1.0mm时，制造过程中从磁体的尺寸到霍尔传感器和传感器永磁体的位置范围内的总公差容易地合计为约0.1mm。不应将行进距离选择为低于0.5mm，因为由于所提及的公差则可能无法可靠地检测到最小力。当然考虑到超过1.0mm的行进距离，其中构造体积等允许这样，例如，可选择1.3m的行进距离。
霍尔传感器可具体地耦接到控制器，该控制器从霍尔传感器接收指示霍尔电压并且因此指示施加于处理头处的处理力的信号。该控制器可具体地被布置成根据来自霍尔传感器的所接收信号和至少一个阈值力值来触发个人卫生装置的动作。当来自霍尔传感器的信号指示所施加的处理力高于指示施加过高的力的第二阈值力值时，个人卫生装置的动作可为马达的停止或马达振幅的下降。
个人卫生装置还可包括耦接到控制器的指示单元，并且该控制器然后可被布置成向用户指示所施加的处理力是否低于第一阈值力值或者等于或高于第一阈值力值，或者除此之外，所施加的处理力是否通过视觉可检测的、听觉可检测的和/或触觉可检测的信号在第一阈值力值与第二阈值力值之间。例如，指示单元和控制器可被布置成通过中和色，诸如例如白光信号向用户传达所施加的处理力低于第一阈值力值，通过绿光信号向用户传达所施加的处理力介于第一阈值力值与第二阈值力值之间(即，所施加的处理力在预期范围内)，并且通过红光信号向用户传达所施加的处理力高于第二阈值力值。代替所指示颜色的突变，光信号的颜色可渐变。RGB-LED允许所指示的光信号的这种渐变。
个人卫生装置可包括用户界面，所述用户界面允许用户影响个人卫生装置的参数，尤其是设定第一阈值力值和/或第二阈值力值。
个人卫生装置可被布置成检测与个人处理装置一起使用的附接件或处理头的类型。例如，附接件可包括RFID芯片，并且柄部可包括RFID读出器单元，使得可确定处理头的类型。然后控制器可被布置成基于检测到的/确定的处理头自动地设定至少第一阈值力值。所述至少第一阈值力值可被存储在存储器单元中。
个人卫生装置可被布置成具有校准模式，在校准模式中控制器在零施加的外部处理力下使用来自霍尔传感器的信号并在作用于处理头处的预定义力下使用至少一个另外的霍尔信号，以确定并因此校准来自霍尔传感器的信号与施加于处理头处的处理力的值之间的关系。该校准可具体地由制造商在受控环境中使用，其中以受控方式，可在处理头处施加预定义处理力。该校准模式可在就在将个人卫生装置包装到销售包装件中之前的组装过程中使用。
此外，该控制器可被布置成针对无负载状态自动地复位霍尔传感器信号值，具体地该控制器可被布置成检测个人卫生装置是否位于充电器支架中(例如，使用如已经描述的RFID识别)，或者处于直立位置而不被移动(例如，通过使用加速度计)以在这些条件中的至少一个条件下针对无负载状态执行霍尔信号值的自动复位。
图1是实现为电动牙刷的个人卫生装置1的示例性实施方案的图示。个人卫生装置1具体地包括具有处理头3的可拆卸附接件2，即使在个人卫生装置1的不可拆卸结构处也可提供处理头。此处处理头3被实现为刷头并且被安装成围绕轴线4进行从动振荡旋转，如本领域通常已知的那样。附接件2附接到个人卫生装置1的柄部5。柄部5可具体地容纳用于将处理头3驱动成运动状态的马达。如果处理力6具有垂直于由枢轴8和处理力作用于处理头3处的点限定的平面的力分量，则在方向7上作用于处理头上的处理力6导致附接件2围绕枢轴8的枢转(在本文中相应的方向被命名为“处理方向”，图1中指示的方向7不与处理方向对准，并且因此测量的所施加的处理力低于作用于处理头处的总处理)。处理力6可具体地通过将处理头3抵靠用户的处理区域推动来形成(例如，在所示的实施方案中，刷头可用一定的力抵靠牙齿推动，使得安装在刷头上的刷毛可有效地清洁牙齿)。附接件2固定地附接到柄部5的连接器部分，所述连接器部分继而与设置在柄部5中的马达载体固定地连接。马达载体被安装成抵抗弹簧力围绕枢轴8枢转。
图2为沿着纵向中心平面切割打开的示例性个人卫生装置10的图示，所述个人卫生装置10仅被部分地示出(个人卫生装置的前端和底端未示出)。所述个人卫生装置包括柄部11和可拆卸附接件20。支撑结构实现为马达载体140设置在柄部11中并且枢转地安装在轮轴13上，以允许马达载体140围绕枢轴12的枢转。如前所述，一般设想处理头直接弹簧安装在柄部处，或者处理头与支撑结构固定地连接，所述支撑结构在此处被实现为承载马达的马达载体140。
马达载体140承载弹簧质量型共振马达100和振动消除单元200。马达100包括具有围绕定子腿部卷绕的线圈111的定子部分110(在此，定子110具有E芯，E芯带有由软磁性材料制成的三个定子腿部，并且线圈围绕中心腿部卷绕)。在操作中，控制器在线圈111处施加具有第一频率的周期性交变马达驱动信号。周期性交变驱动信号导致周期性交流电流过线圈111，并因此导致周期性交变电磁场的产生。马达100还包括电枢部分120，所述电枢部分具有安装在电枢部分120处的马达永磁体121(在此，术语“磁体”以其单数形式使用，这不应排除存在一个以上的马达永磁体)。电枢部分120通过弹簧130A和130B而被弹簧安装在马达载体140处。当线圈111在操作中产生周期性交变电磁场时，永磁体121与该电磁场相互作用，并且所得的力将电枢部分120驱动成抵抗由弹簧130A和130B提供的弹簧力从电枢部分120的静止位置沿纵向L进行线性振荡运动M。
振动消除单元200包括质量块210和将质量块210安装在马达载体140处的弹簧220A和220B。振动消除单元200具有与马达驱动信号的第一频率重合的谐振频率。在操作中，当马达被驱动成以第一频率振荡时，被传输至马达载体140的振动充当周期性外部激发力。当振动消除单元200基本上正好以其共振频率被激发并且因此将以与电枢部分120相反的相位振荡时，其可有效地取消传输至马达载体140的振动。随着振动消除单元200的实际谐振频率受到制造公差的限制，首先测量振动消除单元200的谐振频率，并然后将马达驱动信号的第一频率设定为振动消除单元200的确定的谐振频率可为合理的。虽然在此示出了振动消除单元安装到马达载体140，但其也可安装在柄部11处，因为由马达100产生的振动将经由轮轴130从马达载体140传输到柄部11。
在马达载体140的远端处，保持器元件142牢固地固定在马达载体140处，所述保持器元件142保持被定位在霍尔传感器420附近的传感器永磁体410。霍尔传感器420可具体地安装在PCB上，该PCB相对于柄部11固定地安装。原则上，霍尔传感器420也可相对于马达载体140固定地安装，但随后需要提供能够承受柄部(能量源安装在其上)与马达载体140之间的重复运动的电连接。
当外部处理力F1作用于处理头时(由箭头F1指示)，则该力F1导致马达载体140和所有固定连接的部件围绕由轮轴13限定的枢轴12枢转(如箭头R指示)，该轮轴13安装在柄部11处并延伸穿过马达载体140。因此，外部处理力F1必须抵抗此处由设置在马达载体140与柄部11之间的弹簧元件(参见图6、7和8)提供的弹簧力而作用。具体地讲，弹簧元件可被安装成使得当马达载体140处于其静止位置时，马达载体F1处于未偏压状态，即，任何外部处理力F1直接导致马达载体140的枢转运动。在弹簧元件施加偏压力的实施方案中，一旦外部处理力克服偏压力，马达载体将仅开始枢转。在一些实施方案中，应当可检测到相对较小的第一阈值力值，使得直接枢转的未偏压马达载体至少提供在零外力(未负载状态)与第一可检测阈值力之间的最大行进距离。
图3是传感器永磁体50和霍尔传感器60的示意图，该传感器永磁体在此处被描述为产生由磁通量线51指示的磁场的偶极，该霍尔传感器在此处被示出为适于自动安装在PCB上的SMD装置。该霍尔传感器60具有通常相对较小的敏感区域61，具体地约1mm2或更低，例如0.5mm2或0.25mm2或0.1mm2或0.01mm2。除了偶极磁化之外的其他磁化也是可能的，诸如四极磁化。当传感器永磁体50相对于霍尔传感器60移动时，霍尔传感器60的敏感区域处的磁通量密度发生变化，并且由霍尔传感器提供相应霍尔电压。霍尔传感器可具体地与控制器连接，以用于接收并且具体地分析霍尔电压。虽然传感器永磁体50与霍尔传感器60之间的任何相对位移将导致霍尔传感器60的敏感区域61处的磁通量密度的变化，并且因此导致霍尔电压的变化，但在此示出，如果施加一定的处理力，则传感器永磁体50可朝向霍尔传感器60移动，例如移动Δx的行进距离。具体地讲，传感器永磁体50和霍尔传感器60相对于中心轴线C同轴布置，并且传感器永磁体50与霍尔传感器之间的相对运动基本上沿着中心轴线C发生(由于结合图2所讨论的示例中的马达载体的枢转，将发生略微弯曲的运动，这可被认为是用于本发明目的的线性运动)。
本公开中讨论的传感器永磁体可由适于制造永磁体的各种材料制成。例如，传感器永磁体可由诸如NdFeB或SmCo的合金制成，所述材料可为塑性结合的或可为烧结的。烧结的NdFeB磁体可具有在1至1.4T范围内的剩磁，硬铁氧体材料诸如锶铁氧体通常也是可能的，即使这些材料的剩磁通常低于约400mT。塑性结合的永磁体的剩磁通常在600mT至700mT之间的范围内。
图4为曲线图，其以曲线70示出了取决于霍尔传感器与传感器永磁体之间的距离x(单位为mm)的示例性传感器永磁体的磁通量密度B(单位为T)。仅为示例性的，部分示出了另外两条曲线71和72，曲线71和72应指示磁通量密度对各种公差的依赖性。在一些实施方案中，传感器永磁体与霍尔传感器之间的初始距离被设定为X2＝4.4mm，并且在无负载状态与最大可检测处理力之间的行进距离应为1mm(朝向霍尔传感器)，使得端部位置在x1＝3.4mm处。这两个位置之间的磁通量密度的变化提供了霍尔传感器应提供线性霍尔电压信号的典型范围。磁通量密度的变化可例如为约40mT。由于位置公差和/或尺寸公差(烧结的NdFeB永磁体可容易地具有在±0.05mm至±0.1mm范围内的尺寸公差)，初始距离和行进距离也可容易地改变，如由与移位位置x1’和x2’相关的虚线指示的。为了应对这些公差，霍尔传感器必须被选择成具有较大线性范围例如约80mT，并且将限定的理想位置和尺寸等的提及示例性40mT检测范围计划为居中位于所选霍尔传感器的线性80mT灵敏度范围内。要指出的是，以上只是显示一般原则的一个示例。根据传感器永磁体尺寸、材料、与霍尔传感器的初始距离等，可使用例如具有20mT或160mT等的线性灵敏度范围的其他霍尔传感器。合适的霍尔传感器包括来自例如AllegroA1304系列(购自Allegro MicroSystems,LLC(Massachusetts,USA))或来自DiodesAH49F系列(购自DiodesIncorporated(Texas,USA))的传感器。霍尔传感器的灵敏度可在10mV/mT至90mV/mT之间的范围内。
图5为示出了用若干研究原型完成的测量曲线80、81、82和83的曲线图，其中霍尔电压信号UHALL(单位为V)显示为所施加的处理力(单位为N)F的函数。测量曲线80至83在0N的处理力和3N的处理力之间是基本上线性的。例如，由于曲线的差异，0.8N的最小可检测处理力或第一阈值力值也可测量为2.5N的第二阈值力值，因此对系统的响应执行校准是合理的。线性校准可能是足够的，例如在无负载状态和预定义处理力(例如，2.0N)下测量霍尔电压，尽管这不应排除校准用两个以上的测量点工作。校准可具体地在销售个人卫生装置之前在制造位点处进行，使得校准参数可存储在个人卫生装置的存储器中。
图6为承载马达100A和振动消除单元200A的马达载体140A的图示。驱动轴150A与马达100A的电枢部分连接。S形电连接器160A可用于将马达100A与能量源电连接，所述S型连接器是足够柔性的以适应马达载体140A在相对于个人卫生装置的柄部施加的处理力下的小运动。保持器元件142A牢固地固定在马达载体140A处，并保持传感器永磁体410A以及另外两个杆状弹簧元件5100A和5101A。杆状弹簧元件5100A和5101A在被接纳于与马达载体140A连接的插座1424A中的一端上，并且将被接纳于相对于个人卫生装置的柄部固定的相应保持夹具中，如将结合图7更详细地解释。杆状弹簧元件1500A和1501A一起形成弹簧单元510A，所述弹簧单元提供弹簧力，外部施加的处理力需要抵抗该弹簧力来起到使马达载体140A围绕枢轴枢转的作用。
此处所讨论的杆状弹簧元件1500A和1501A具有使它们适用于预期用途的某些特性。一方面，尽管制造成本较小，但可以以高精度制造杆状弹簧元件。此类高制造质量(即，低公差)支持弹簧元件可基本上安装而不引入偏压力，该偏压力将需要通过所施加的处理力来克服，这不利于最小可检测阈值力值的测量质量。另一方面，杆状弹簧元件可提供相对较高的弹簧常数，同时仅使用有限的构造体积。比以高精度提供类似的弹簧常数的卷簧或片簧更容易的是在个人卫生装置的外壳中容纳小直径或小横截面形状的长物体。此外，由于杆状弹簧元件可被制成具有基本上矩形的横截面，因此枢转方向上的弹簧常数和在垂直方向上的弹簧常数可被精确地调节。在一些所研究的实施方案中，杆状弹簧元件1500A和1501A各自具有约24mm的自由弹簧长度和约2N/mm的弹簧常数，并且由不锈弹簧钢1.4310制成并且具有尺寸为0.8mm乘以1.2mm的矩形横截面形状。
图7示出了穿过马达载体140B的端部并穿过底座600B的切口的细节，保持器元件142B固定地安装在马达载体140B处，该底座600B自身相对于个人卫生装置的柄部固定地安装。该底座600B可具体地承载能量源，诸如可再充电蓄电池和PCB，包括霍尔传感器的个人卫生装置的电子部件安装在该PCB上。保持器元件142B包括用于接纳杆状弹簧元件5100B的插座1424B(另一个此类插座可具体地设置在如图6所示的保持器元件142B的相对侧上以接纳杆状弹簧元件)。插座1424B具有通孔或镗孔1421B，其中对准的半圆柱形轴承结构1422B为杆状弹簧元件5100B提供支承点。如将更详细地解释，杆状弹簧元件5100B固定地安装在底座600B处，因此杆状弹簧元件5100B在保持器元件142B处的轴承必须在插座1424B内提供杆状弹簧元件5100B的某种可移动性。当马达载体140B如图7中的双箭头指示，围绕其枢轴移动例如约1mm时，杆状弹簧元件5100B应当能够在插座1424B中的其轴承内枢转，并且其也应当能够相对于插座1424B略微线性地移动，以补偿马达载体140B相对于底座600B的运动。结合图9示出并讨论了一种用于应对所提及的所需灵活性的替代设计。
图7中还示出了杆状弹簧元件5100B由设置在底座600B处的保持夹具610B接纳。保持夹具610B包括前夹钳6101B和后侧夹钳6102B。虽然在切口中不能看到，但前夹钳6101B和后侧夹钳6102B具有U形插座的形式。在其他实施方案中，夹钳可基本上被实现为O形夹钳。底座可包括两个以上的所示夹钳，具体地，底座可包括三个、四个、五个、六个、七个、八个或甚至更多个夹钳以用于固定地保持杆状弹簧元件5100B。夹钳6101B或6102B中的至少一个，但具体地讲夹钳中的每一个可具有倒角的前侧面(如图7所示)，以便于杆形弹簧元件5100B插入夹钳中。
杆状弹簧元件5100B在支承点1422B与前夹钳6101B之间具有自由长度Lf。杆形弹簧元件的自由长度Lf确定抵抗马达载体140B的枢转运动作用的弹簧常数。例如，杆形弹簧元件5100B可具有0.8mm的高度和1.2mm的宽度，24.3mm的自由长度，并且其可由具有195,000N/mm2的E-模量的弹簧钢制成。然后，每个杆状弹簧元件的刚度(即，弹簧常数)为约2.09N/mm，并且在使用两个杆状弹簧元件的情况下，则产生4.18N/mm的总刚度。通过调整自由长度Lf，可调节弹簧单元的刚度。
分别安装在可移动马达载体和个人卫生装置的柄部处的传感器永磁体和霍尔传感器的一般结构也适用于具有通用类型的马达而不是所描述的共振马达的个人卫生装置。这将结合图8来讨论，图8为具有柄部1C和包括处理头3C的头部部分2C的个人卫生装置10C的示意图。头部部分2C与马达载体140C固定地连接，所述马达载体承载用于将处理头3C驱动成进行运动的马达。马达载体140C围绕枢轴12C枢转地安装。在外部处理力F在处理方向上施加于处理头的情况下，头部部分2C和马达载体140C围绕枢轴12C枢转，如图8中的箭头P所示。马达载体140C被安装成抵抗由弹簧单元510C施加的弹簧力进行枢转运动。传感器永磁体410C安装在马达载体140C处，并且霍尔传感器420C安装在柄部11C处。提供止动器元件15C以避免高于预定最大施加的外部处理力时进一步枢转运动。在先前讨论中所解释的关于传感器永磁体和霍尔传感器的所有内容也适用于图8的实施方案。
图9是保持器元件142D被固定地安装到其中的马达载体140D的图示，并且所述保持器元件142D将两个杆状弹簧元件5100D和5101D保持在插座1424D中。与图7所示的设置在插座1424B中的允许杆状弹簧元件5100B的枢转和略微线性运动的轴承相反，图9示出了其中杆状弹簧元件5100D和5101D牢固地固定在插座1424D处的实现方式。例如，杆状弹簧元件5100D和5101D可具有相对于纵向延伸方向的底切，并且插座1424D被注塑在这些底切周围，使得杆形弹簧元件5100D和5101D牢固地固定在插座1424D处。插座1424D经由臂1425D与从保持元件142D的基部1427D延伸的桥接结构1426D连接。该特定设计允许臂1425D和桥接结构1426D在马达载体140D枢转时挠曲，使得能够适应长度差异。
图10A和图10B示出了根据本公开的另一个实施方案的顶视图和沿图10A所示的平面A-A的剖视图，其中支撑结构140E的端部部分经由结构化片簧510E弹簧连接到底座600E，其中底座600E牢固地固定在柄部外壳处，并且马达载体140E可枢转地安装在柄部外壳处，如具体地参考图2所述。
在所示实施方案中，结构化平面片簧510E相对于纵向中心轴线L2对称。片簧510E通过螺钉5116E牢固地固定在中心部分5111E的中心位置中的支撑结构140E的臂部分143E处。代替通过螺钉固定，可选择其他固定连接装置，例如片簧可模内成型到马达载体的一部分中。两个臂5121E和5122E从中心部分5111E延伸。臂5122E具有第一部分51132E，该第一部分51132E在右侧(相对于纸平面)延伸并且具有大致S形的形式，臂5121E具有第一部分5131E，该第一部分5131E在左侧延伸并且具有相同但镜像的S形。每个S形臂部分5131E、5132E分别镜像对称地延续到竖直臂部分5141E和5142E中，这使观察者想起象鼻管。“象鼻”部分中的每一个朝向连接器部分5114E和5115E加宽，其中连接器部分5114E和5115E中的每一个分别通过螺钉5112E和5113E固定地连接到底座600E的一部分。
支撑结构140E的臂部分143E用于当支撑结构140E由于在方向M3上施加外力而枢转时提供长度补偿，使得臂自身在方向P3上枢转以补偿片簧510E在底座600E处的固定点与支撑结构140E处的固定点之间的长度差。
片簧510E是结构化片簧的一个实施方案，该结构化片簧仅使用小构造体积并且可通过臂的片材厚度和精确形状被设计成在适用于预期用途的处理方向具有弹簧常数，并且其中在垂直于处理方向的横向方向上的弹簧常数高达在处理方向上的弹簧常数的至少两倍。
本文所公开的量纲和值不应理解为严格限于所引用的精确数值。相反，除非另外指明，否则每个此类量纲旨在表示所述值以及围绕该值功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。
