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个人卫生装置

2021-03-10 13:40:40

个人卫生装置

  技术领域

  本公开涉及一种个人卫生装置,所述个人卫生装置具有柄部和马达载体,所述马达载体被安装成当在与马达载体刚性连接的处理头处施加外部处理力时其围绕枢轴进行枢转运动。

  背景技术

  已知电动牙刷可配备有共振马达,其中共振马达具有定子部分和电枢部分以及布置在定子部分与电枢部分之间的弹簧单元。然后,所述定子部分与所述个人卫生装置的柄部固定地连接,并且所述电枢部分与所述电动牙刷的刷头连接。共振马达包括用于提供交变电磁场的线圈单元和用于与交变电磁场相互作用的永磁体单元。为了避免与移动马达部分的电连接,线圈单元可相对于共振马达的定子部分固定地安装,并且永磁体单元随后可固定地安装在共振马达的电枢部分上。所述马达的特征可在于质量和弹簧常数,其中所述质量通过周期性外力而被激发成振荡运动。这种弹簧质量系统具有谐振行为,即,取决于马达设计,即质量和弹簧常数,当周期性外力的频率处于弹簧质量系统的自然频率或共振频率时,电枢部分的振幅变得最大。还已知马达的电枢部分可相对于柄部可枢转地安装,使得在处理方向上作用于刷头处的外部处理力使整个处理头和电枢部分围绕枢轴点移动。还已知的是,将霍尔传感器单元放置在电枢部分的永磁体附近,该霍尔传感器单元在操作期间监测永磁体的振荡运动,并且在施加外部处理力的情况下也进一步监测永磁体的(具体地讲是非周期性的并且更好地描述为不稳定的)运动。关于外部处理力的值的知识可有助于向用户发出所施加的力过高、过低或正好正确的信号。文档WO 2014/140959A1大体公开了所讨论类型的电动牙刷。

  在所述电动牙刷中,霍尔传感器单元必须监测永磁体单元的组合运动,该组合运动是作为共振马达的电枢部分的一部分的永磁体的至少激发周期性运动和由外部处理力引起的附加运动的叠加。霍尔传感器的灵敏度范围必须被适配为能够适应组合运动,即霍尔传感器必须被适配为组合运动的全部范围提供合理的信号。

  因此,本公开的目的是提供一种具有共振马达的个人卫生装置,其中外部处理力的值的测量被简化,并且具体地讲其中霍尔传感器的灵敏度范围可最佳地被适配为测量由于所施加的外部处理力而引起的枢转运动。

  发明内容

  根据至少一个方面,提供了一种个人卫生装置,所述个人卫生装置具有柄部;处理头;马达载体,所述马达载体设置在所述柄部中并且抵靠布置在所述柄部与所述马达载体之间的至少一个弹簧元件被枢转安装;马达,所述马达具有固定地安装在所述马达载体处的定子部分和被弹簧安装在所述马达载体处以允许相对于所述马达载体的运动的电枢部分,所述电枢部分与和所述处理头连接的驱动轴耦接以用于将运动传递至所述处理头,其中在处理方向上作用于所述刷头上的外部处理力导致所述马达载体围绕枢轴相对于所述柄部的枢转,所述马达包括马达永磁体和用于提供与所述马达永磁体相互作用的交变电磁场的线圈元件,使得所述驱动轴的振荡运动在操作中被激发;霍尔传感器,所述霍尔传感器以固定的关系安装至所述柄部或所述马达载体;以及具体地为圆柱形形状的传感器永磁体,所述传感器永磁体以固定的关系安装至所述柄部或马达载体中的另一者,使得所述马达载体的枢转运动导致所述传感器永磁体与所述霍尔传感器之间的相对运动。

  根据至少一个方面,提供了一种个人卫生装置,所述个人卫生装置具有柄部;处理头;马达,所述马达固定地安装在马达载体上,所述马达载体设置在所述柄部中并且被布置成将运动传递至所述处理头,其中所述马达载体抵靠设置在所述柄部与所述马达载体之间的至少一个弹簧元件被枢转安装,使得在处理方向上作用于所述处理头上的外部处理力导致所述马达载体围绕枢轴相对于所述柄部的枢转;霍尔传感器,所述霍尔传感器以固定的关系安装至所述柄部或所述马达载体;以及具体地为圆柱形形状的传感器永磁体,所述传感器永磁体以固定的关系安装至所述柄部或马达载体中的另一者,使得所述马达载体的枢转运动导致所述传感器永磁体与所述霍尔传感器之间的相对运动。

  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;以及

  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。

  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。

  当霍尔传感器用于测量马达载体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,因为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)。

  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40mm3之间的范围内,具体地讲在15mm3和30mm3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,该最大外部处理力高于应施加的最大力并在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。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。

  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Allegro A1304系列(购自AllegromicroSystems,LLC(Massachusetts,USA))或来自Diodes AH49F系列(购自Diodes Incorporated(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U HALL(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。

  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”。

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