(57)【要約】  所定の駆動周波数で共振モータ（１０）を駆動し、駆動サイクル内の所定の測定時間（ｔｍ）で共振モータ（１０）の動作誘導電圧を測定し、測定された電圧値が所定の目標電圧値と一致するか、又は測定された電圧値が所定の目標値を超えるかを判定するための制御ユニットを有する、振動構成要素を駆動するための共振モータ（１０）を備える電気器具が提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動構成要素を駆動するための共振モータ（１０）を備える電気器具を操作する方法であって、
所定の駆動周波数で前記共振モータ（１０）を駆動する工程と、
駆動サイクル内の所定の測定時間（ｔｍ）で前記共振モータ（１０）の動作誘導電圧を測定する工程と、
前記測定された電圧値が所定の目標電圧値と一致するか、又は前記測定された電圧値が前記所定の目標値を超えるかを判定する工程と、を含む、方法。
【請求項２】
前記共振モータの機械的に無負荷状態の前記測定された電圧値がゼロボルトに近くなるように、前記測定時間（ｔｍ）が選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記測定された電圧値が前記共振モータに印加される所定の負荷値で前記所定の目標電圧値と本質的に一致するように、前記測定時間が選択される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記所定の目標電圧値を達成するか又は超えるまで、駆動する工程、測定する工程及び判定する工程を繰り返す前に、事前に選択された値によって前記駆動周波数を繰り返し変更する工程を更に含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記測定された電圧値が、比較器ユニットに印加され、前記比較器ユニットが、前記測定された電圧値との比較のために所定の基準電圧によって供給される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記基準電圧が、０ボルトである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記比較器ユニットが、二進一桁の出力信号を前記比較の関数として提供し、前記出力信号が、処理デバイスに供給される、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記測定された電圧値が目標値に達すると、音響、光又は触覚信号が生成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
振動構成要素を駆動するための前記共振モータ（１０）を有する電気器具であって、所定の駆動周波数で共振モータ（１０）を駆動し、駆動サイクル内の所定の測定時間（ｔｍ）で前記共振モータ（１０）の動作誘導電圧を測定し、前記測定された電圧値が所定の目標電圧値と一致するか、又は前記測定された電圧値が前記所定の目標値を超えるかを判定するための制御ユニットを備える、電気器具。
【請求項１０】
前記測定された電圧値を、任意で０ボルトである所定の基準電圧と比較するために配設される比較器ユニット（２０）を更に備える、請求項９又は１０に記載の電気器具。
【請求項１１】
前記測定時間が、機械的に無負荷の共振モータの場合、前記測定時間が動作誘導電圧のゼロ交差の近くに位置付けられるように選択され、及び／又は前記測定時間が、測定時に機械的負荷が前記共振モータにある状態で、前記動作誘導電圧のゼロ交差が前記共振モータで印加された所定の負荷で生じるように選択される、請求項９〜１０のいずれか一項に記載の電気器具。
【請求項１２】
前記比較器ユニットが、前記制御ユニットに供給することができる二進の出力信号を前記比較の関数として提供するように配設される、請求項１０又は１１に記載の電気器具。
【請求項１３】
前記測定された電圧値が前記所定の目標電圧値に到達し、及び／又は上回ることを示すために、可聴、視覚若しくは触覚信号を生成するように設計される指示デバイスを備える、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の電気器具。
【請求項１４】
前記測定された電圧値が前記所定の目標電圧値と一致しないとき、前記制御ユニットが、前記動作誘導電圧の連続測定間の前記駆動周波数を変更するために配設される、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の電気器具。
【請求項１５】
任意で、電流が前記共振モータを通って流動しない間、前記制御ユニットが、前記動作誘導電圧の測定を行うために配設され、前記測定時間の前に、前記制御ユニットが、前記共振モータを通る前記電流流動のスイッチをオフにするように配設される、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の電気器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気器具、例えば、電動歯ブラシ又は電動かみそりを操作するための方法に関し、更に、制御ユニットを備える電気器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気器具において、共振モータを、機械的構成要素を駆動して振動運動させるために提供され得ることが知られている。共振モータを、例えば、振動的電気モータとして認識してもよい。そのような共振モータを、電動かみそり又は電動歯ブラシに使用してもよく、その中で、駆動された機械的構成要素の作業振幅が、ギアリング機構なしで作成される。操作中の振動運動を目的とする機械的構成要素は、共振モータ、駆動軸、又は電動歯ブラシのブラシヘッド等の駆動軸に連結される構成要素の電機子であってもよい。
【０００３】
共振モータを効率よく駆動するために、共振モータが提供される駆動周波数が、（１）共振モータ及び駆動された構成要素によって判定されるバネ質量系の共振周波数と一致するか、又は（２）共振周波数までのある特定の距離を有するか、のいずれかであることが望ましい。
【０００４】
バネ質量系の共振周波数の近くの固定された周波数を有する駆動電流が増えるように、電気器具の共振駆動が供給電圧を適用することによって駆動され得ることが知られている。しかしながら、関連のバネ質量系の共振周波数は、電気器具が操作されている間に、変更し得るいくつかの要素によって決まる。特に、使用者が歯を磨く間に歯ブラシの剛毛への圧力を変更すると、駆動された機械的構成要素（例えば、歯ブラシのブラシヘッド）の機械負荷が変動し得る。これが、バネ質量系の実際の共振周波数のある変化を引き起こし得る。この場合、小さい電気器具の効率及び／又は性能が低下することもあるため、共振周波数の変化が検出され得る場合、電気器具の操作を改良することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、電気器具の駆動された振動構成要素の実際の共振周波数及び／又は機械負荷の変化が、実行するのに安価で簡易な方法で操作する間に検出され得る方法及び電気器具を提供することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
振動構成要素を駆動するための共振モータを有する電気器具を操作する方法であって、この方法は、所定の駆動周波数の駆動電流によって共振モータを駆動する工程と、駆動サイクル内の所定の測定時間で共振モータの動作誘導電圧を測定する工程と、測定された電圧値が所定の目標値と一致するか、又は測定された電圧値が所定の目標値を超えるかを判定する工程と、を含む。
【０００７】
振動構成要素を駆動するための共振モータを備える電気器具が提供されるが、電気器具は、所定の駆動周波数で共振モータを駆動するための制御ユニットを有する。電気器具は、（１）駆動サイクル内の所定の測定時間で共振モータの動作誘導電圧を測定するための、及び（２）測定された電圧値が所定の目標値と一致するか、又は測定された電圧値が所定の目標値を超えるかを判定するための、処理ユニットを更に含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
発明は、例示の実施形態及び図の参照により更に例示される。図中、
【図１】駆動周波数と（実際の）共振周波数との間の異なる関係のもとに共振の動作誘導電圧の時間経過。
【図２】駆動周波数と（実際の）共振周波数との間の異なる関係のもとに共振の動作誘導電圧の時間経過。
【図３】駆動周波数と（実際の）共振周波数との間の異なる関係のもとに共振の動作誘導電圧の時間経過。
【図４】共振モータを制御するための回路レイアウトのブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
共振モータは、少なくとも１つの永久磁石を積載するモータ電機子に関して静的に取り付けられたコイルを有してもよい。モータ電機子は、戻り力が電機子を安静位に保つように、又は電機子が安静位外に移動すると、戻り力を提供するように、取り付けられてもよい。戻り力は、バネ又はバネ配設などの戻り力要素によって生成されてもよい。機械的振動構成要素がモータ電機子と接続されてもよい。周期的に変化する供給電圧がコイルで駆動周波数を提供されているとき、モータコイルを介して交流電流が生成され、コイルの電磁界は、電機子が振動又は振動運動に組み込まれるように永久磁石を積載する電機子と相互作用し、その運動は、モータ電機子と接続された機械的振動構成要素も駆動する。共振モータは、関連のバネ定数及び関連の質量によって判定される共振周波数を有するバネ質量系を意味する。駆動周波数が共振周波数に近ければ近いほど、駆動をより効率的にし、即ち、駆動周波数が共振周波数と一致すると、モータ電機子の駆動された周期的な運動の最高振幅を達成する。
【００１０】
共振モータを有するバネ質量系の駆動周波数と実際の共振周波数との間の差が、モータ電機子の周期的駆動力と駆動される周期的運動との間の一定の位相シフトとなる。駆動される周期的運動は、移動永久磁石によって誘導される共振モータのコイルで動作誘導電圧を判定する。したがって、駆動周波数（例えば、駆動周波数を制御可能に変更することによる）、又は実際の共振周波数（例えば、駆動される機械的構成要素で機械負荷を適用することによる）の任意の変化は、この位相シフトの変化をもたらす。このように、動作誘導電圧が駆動サイクル内の一定の瞬間的な時間で所定の目標値に達すると、駆動周波数と実際の共振周波数との間の一定の関係が判定され得る。したがって、駆動周波数が（実際の）共振周波数と一致するか、又は（実際の）共振周波数からの一定の距離を有するかが判定され得る。加えて、これにより、一定の機械負荷が駆動される機械的構成要素に適用されるかどうかが判定され得るが、それは、これが駆動サイクル内の一定の測定時間で動作誘導電圧の一定の値によって反映されることによる。
【００１１】
駆動周波数が固定される間に、動作誘導電圧が測定時間で所定の値に達する（又は超える）場合、これは、所定の機械負荷が駆動される機械的構成要素に適用される指標になってもよい。一定の負荷状態の間（例えば、無負荷状態の間）、所定の目標値が測定される場合、これは、駆動周波数及び共振周波数が所定の距離（距離がゼロであってもよく、又はゼロではない値を有してもよい）を有することを示す。例として、所定の目標値が２ボルトの場合、第１の測定された動作誘導電圧が所定の目標値を超え、それに続く測定された動作誘導電圧が所定の目標値未満のとき、動作誘導電圧は「超える」。別の例として、第１の測定された動作誘導電圧が所定の目標値未満であり、それに続く動作誘導電圧が所定の目標値を超えるとき、動作誘導電圧は「超える」。
【００１２】
所定の目標電圧値が測定される場合、これは、音響、光学、触覚信号によって示されてもよい。音響及び／又は視覚及び／又は触覚信号は、適用された機械負荷が高すぎることを電気器具の使用者に警告し得る。信号が負荷の変更、及びこのような最適性能からの偏差を示す場合、使用者は、電気器具の取り扱いを変更できる。したがって、使用者は、電気器具の取り扱いを直感的に最適化できる。
【００１３】
測定時間は、共振モータが機械的に無負荷のとき、動作誘導電圧のゼロ交差の近くにあるように選択され得る。波形、例えば、動作誘導電圧は、横軸（水平、又はＸ軸）の上、及び横軸の下にある部分を有し得る。ゼロ交差は、波形が横軸を超え、又は交差する接点である。
【００１４】
測定時間は、所定の機械負荷が駆動される機械的構成要素（例えば、ブラシヘッド）で適用されると、動作誘導電圧のゼロ交差が測定時間で達せられるように選択されてもよい。動作誘導電圧のゼロ交差が、一定の絶対目標電圧値よりより容易に検出可能であってもよい。ゼロ交差が、例えば連続する測定の間の動作誘導電圧の標識変更を検出することによって（一定の不確実性範囲内に）検出され得る。
【００１５】
いくつかの実施形態において、動作誘導電圧が共振モータのコイルで印加され得、比較器ユニットが所定の目標電圧値の測定された電圧値を比較するように適用されてもよい。
【００１６】
基準電圧値は、０ボルト（０Ｖ）であってもよい。
【００１７】
いくつかの実施形態において、比較器ユニットは、比較結果により二進出力信号を提供するように配設されてもよく、提供される出力信号は、処理ユニットに供給されてもよい。
【００１８】
いくつかの実施形態において、制御ユニットは、動作誘導電圧の連続する測定の間の駆動周波数を変更するように配設されてもよい。駆動周波数及び共振周波数が所定の距離を有すると、動作誘導電圧のゼロ交差が発生するように測定時間が選択される場合、制御ユニットは、許容差、又はモータ部分の経年劣化の影響から独立して、最適な駆動周波数を自動的に検出できる。
【００１９】
共振モータ及びそれぞれの電気器具の電気器具を制御する方法は、電動歯ブラシの例を使用してより詳細に記載されるが、限定的に解釈されるべきではない。
【００２０】
電動歯ブラシのブラシが、ブラシヘッドの形態で機械的な振動構成要素が取り付けられ得る駆動軸を有する共振モータのハンドピースを有してもよい。共振モータは、ブラシヘッドを振動させ得る。共振モータ及び機械的な振動構成要素（ここでは、ブラシヘッド）によって判定されるバネ質量系は、特定の共振周波数を有する。実際の共振周波数は、機械負荷が適用されると、とりわけ変化する。使用中に、機械負荷が、歯表面のブラシヘッドの圧力によってもたらされ得る。
【００２１】
高効率を達成するため、共振モータは、所定の駆動周波数の交流の供給電圧を共振モータに供給することによって駆動されてもよく、駆動周波数は、バネ質量系の共振周波数への所定の距離を有するように選択されてもよい。駆動される周期的運動は、駆動周波数のような同一の周波数を有する。
【００２２】
いくつかの実施形態において、バネ質量系（例えば、適用された機械負荷のため）の実際の共振周波数の変化は、機械負荷が所定の負荷値と一致するかどうかを検出するように使用される。実際の共振周波数の変化を検出するために、共振モータのコイルの可動磁石によって誘導される動作誘導電圧が所定の測定時間で測定され、解析される。共振モータで動作誘導電圧を直接測定するために、駆動サイクル内の駆動位相の後に、モータコイルに流れる電流のスイッチをオフにしてもよい。共振モータから印加され得る電圧は自己誘導電圧であるが、コイルに電流が流れないときに印加され得、例えば、自己誘導電圧及び共振モータのオーム抵抗での電圧が、電流の停止で消失するときに測定される。参照により本開示に含まれる内容の米国特許第７，１８０，２５４号は、共振モータのコイルにわたる電圧の異なる構成要素を記載する。
【００２３】
図１は、振動機構上に適用される機械負荷なしで共振モータの永久磁石を積載する移動モータ電機子の速度対時間ｖ（ｔ）を示す。可動永久磁石により提供される変化する永久磁石のための共振モータの静的コイルに誘導された動作誘導電圧ｕ（ｔ）は、移動電機子の速度ｖ（ｔ）に比例する。そのため、動作誘導電圧の周波数ｕ（ｔ）は、駆動周波数と一致する。ここで、駆動周波数自体は、共振モータの共振周波数を超えると推測される。例えば、共振モータの共振周波数は、約３０Ｈｚ〜約５００Ｈｚの範囲にあってもよく、駆動周波数は、約１Ｈｚ〜約５０Ｈｚの範囲の共振周波数へのずれを有してもよい。
【００２４】
図３は、駆動周波数が共振モータの共振周波数未満の場合の移動電機子の速度対時間ｖ（ｔ）を同様に示す。この状況は、実際の共振周波数が駆動周波数を超える値まで大きくなり、駆動周波数が一定に保たれるように、負荷が実際の共振周波数を変化させる共振モータに適用されると、発生し得る。また、そのような状況は、共振モータが無負荷状態で保たれる間に、駆動周波数が変化すると、発生し得る。
【００２５】
いくつかの実施形態において、動作誘導電圧が測定され、解析される測定時間ｔｍは、動作誘導電圧のゼロ交差に近くなるように選択されてもよい。図１において、測定時間ｔｍは、ゼロ交差前に発生し、それは、図３において、図１により、測定される動作誘導電圧がｔｍ時間でゼロを超え、図３により、測定される動作誘導電圧がｔｍ時間でゼロ未満であり得るように、ゼロ交差の後に発生する。
【００２６】
共振モータ（例えば、電動ブラシのブラシヘッドなどの機械的構成要素を駆動する）が操作中に機械的に読み込まれる場合、例えば、機械負荷が共振モータ及び駆動される構成要素によって判定される実効バネ定数及び／又はバネ質量系の実効質量／質量慣性の少なくとも１つに作用するため、共振周波数が変化する。駆動サイクル内の固定された測定時間ｔｍで動作誘導電圧の測定された値が動作誘導電圧の前の測定された値から変化するように、共振周波数の変化がモータ電機子の周期的駆動力と駆動される周期的運動との間の位相シフトの変化となる。図３が、共振周波数が駆動周波数未満からそれを超えるまで変化する場合を示すように、速度対時間ｖ（ｔ）のゼロ交差もまた、測定時間ｔｍを超える。加えて、動作誘導電圧ｕ（ｔ）が速度ｖ（ｔ）に比例するため、ｕ（ｔ）が同様に超えると予測される。
【００２７】
図２は、位相シフトが速度対時間のゼロ交差を測定時間ｔｍに移動させるように機械負荷であるか、又は位相シフトが速度対時間のゼロ交差を測定時間ｔｍに移動させるように駆動周波数が変更されるか、のいずれかの状況で、共振モータの電機子の速度対時間ｖ（ｔ）を示す。
【００２８】
測定時間は、所定の機械負荷が到達されるか、又は駆動周波数及び共振周波数が所定の関係（すなわち駆動周波数と共振周波数との距離が、例えば、＋５Ｈｚ又は−８Ｈｚなどの所定の値を有する）を有する条件下での測定時間で、動作誘導電圧のゼロ交差が位置するように、選択され得る。負荷が共振周波数を変化させる場合において、実際の共振周波数及び駆動周波数が望まれる負荷値で一致するように系統が設計されてもよい。次に、系統は、より高い効率で動き、図２の速度対時間ｖ（ｔ）によって示されるように移動電機子のより高い速度で反映される。
【００２９】
また、動作誘導電圧が測定時間でゼロ交差を有するかを判定する代わりに、動作誘導電圧がゼロボルトに加えてその他の値を有するかを判定するように選択されてもよい。ゼロ交差（０ボルト）が、より簡素な電子回路で検出可能である傾向があってもよい。いくつかの実施形態において、動作誘導電圧の標識変更が連続する測定の間に検出されると、所定の負荷を超える負荷が適用されることが検出される。
【００３０】
測定時間ｔｍで動作誘導電圧のゼロ交差が検出される場合、又は動作誘導電圧が測定時間ｔｍで所定の電圧値に達する場合、これが使用者に示されてもよい。これは、例えば視覚、音響、及び／又は触覚の信号を出力するための指示デバイスを介してなされ得る。
【００３１】
したがって、共振モータの機械負荷が動作誘導電圧から直接判定され得る。機械負荷を検出するための、又は例えば、モータ電機子の実際のピーク振幅を測定するための、追加のセンサーは必要とされない。
【００３２】
発明による方法は、電動歯ブラシの使用に限定されない。むしろ、電動かみそり及び家庭用器具のなどの共振モータを備える他の電気器具で使用されてもよい。
【００３３】
図４は、共振モータ１０を駆動するための、及び動作誘導電圧を解析することによる小さな電気デバイスの振動機構の機械負荷を検出するための、可能な回路構成のブロック図を示す。
【００３４】
電気モータ１０を駆動するため、いわゆるＳ１、Ｓ２、Ｓ３、及びＳ４の４つのスイッチを備える全ブリッジ回路が、電気モータ１０が配設される分岐アームに提供され得る。全ブリッジ回路は制御ユニット３０に接続される。例えば、トランジスタとして設計され得る全ブリッジ回路の４つのスイッチは、制御ユニット３０によって制御される。スイッチ、例えばＳ１、Ｓ２、Ｓ３、及びＳ４は、電気モータを流れる電流が方向を周期的に変化するように従来の方法で制御されてもよい。スイッチＳ２及びＳ４が開いている間に、スイッチＳ１及びＳ３が閉ざされる場合、電流が電気モータを介してスイッチＳ１及びＳ３に流れる。スイッチＳ１及びＳ３が開いている間に、スイッチＳ２及びＳ４が閉ざされる場合、電流がスイッチＳ２及びＳ４を介して反対方向に電気モータを通して流れる。
【００３５】
共振モータ１０を流れる電流が、４つの全てのスイッチを開くことによってスイッチをオフにされてもよい。制御ユニット３０は、それぞれの駆動サイクルの一定時限の間にモータを介して電流のスイッチをオフにするように配設されてもよい。電流が停止すると、動作誘導電圧が共振モータから直接印加され得る。したがって、動作誘導電圧は、所定の電圧値が到達されるかを判定するために連続する駆動サイクルで測定されてもよい。いくつかの実施形態において、スイッチＳ１〜Ｓ４は、ＭＯＳＦＥＴとして実現されてもよい。
【００３６】
共振モータ１０から印加される電圧は、比較器ユニット２０に供給されてもよい。次に、比較器ユニット２０に提供される電圧は、駆動サイクル内の所定の測定時間で測定されてもよい。動作誘導電圧の解析は、図１〜図３の参照により上述される処理を使用して実行され得る。動作誘導電圧が所定の電圧値（例えば、０ボルト）に達するかを判定するために、比較器ユニット２０が基準電圧（例えば、０ボルト）で提供されてもよく、これは所定の電圧値と一致する。
【００３７】
比較の結果として、比較ユニット２０は、制御ユニット３０に供給される出力（高レベル又は低レベルで）で信号を提供する。測定された動作誘導電圧及び所定の電圧値が一致する場合、例えば、動作誘導電圧のゼロ交差が測定時間に存在する場合、高レベルが比較器ユニット２０の出力に適用され得る。いくつかの実施形態において、正電圧が測定されると、高レベル出力が比較器ユニット２０によって提供され、負電圧が測定されると、低レベル信号が提供される（逆もまた同様）。
【００３８】
制御ユニット３０は、比較器ユニット２０からの出力を解析するように配設されてもよく、解析に応じて、所定の作動を実行する。所定の作動は、ゼロ交差が到達されること又はゼロ交差が交わることを比較器ユニット２０が示す場合、例えば視覚、音響、又は触覚の信号を生成し得る。
【００３９】
いくつかの実施形態において、制御ユニット３０は、動作誘導電圧が所定の電圧値に達するまで、連続する測定の間の事前に選択された値によって駆動周波数を変更するように配設されてもよい。そのような手順によって、異なる共振モータ及び／又は共振周波数を変化させる経年劣化効果の間の許容差が対処され得、共振モータが高効率で常に駆動され得るように、駆動周波数は、共振周波数に自動的に設定され得るか、又は共振周波数に近づき得る。
【００４０】
本明細書に開示した寸法及び値は、記載された正確な数値に厳密に限定されるものとして理解されるべきでない。むしろ、特に断らないかぎり、そのようなそれぞれの寸法は、記載された値及びその値周辺の機能的に同等の範囲の両方を意味するものとする。例えば、「４０ｍｍ」として開示された寸法は、「約４０ｍｍ」を意味することを意図する。
【図１−３】
2013537798.tif 000003
【図４】
2013537798.tif 000004
【国際調査報告】
2013537798.tif 000005
2013537798.tif 000006
2013537798.tif 000007