ES2690408T3 - Dispositivo de higiene personal con motor resonante - Google Patents

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Abstract

Un dispositivo de higiene personal que comprende un motor resonante que comprende una bobina de motor y al menos una armadura móvil del motor que incluye al menos una unidad de imán permanente que tiene al menos un imán permanente conectado de forma fija a la armadura del motor, mediante la cual la armadura del motor se mantiene en posición de descanso mediante al menos un elemento de resorte; una unidad de control del motor para aplicar una señal de tensión periódica con una frecuencia de impulso en la bobina del motor del motor resonante para accionar la armadura del motor del motor resonante en un movimiento oscilante con una frecuencia oscilante igual a la frecuencia de impulso, donde la señal de tensión periódica tiene un período que se divide en dos medios ciclos de igual longitud; en donde la unidad de control del motor comprende un circuito sintetizador para sintetizar digitalmente la señal de tensión periódica de los impulsos de tensión de longitud variable proporcionados con una frecuencia de pulsación superior a la frecuencia de impulso de manera que se apliquen al menos dos impulsos de tensión en al menos uno de los dos medios ciclos de cada período de la señal de tensión periódica.

Description

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DESCRIPCIÓN
Dispositivo de higiene personal con motor resonante Campo de la invención
La presente invención se refiere a un dispositivo de higiene personal que tiene un motor resonante accionado por una unidad de control del motor en un movimiento oscilante.
Antecedentes de la invención
Se sabe que un motor resonante (es decir, un motor que puede describirse, esencialmente, como un sistema de masa- resorte que tiene un comportamiento de resonancia tal que el motor es particularmente eficaz cuando se acciona a o cerca de su frecuencia de resonancia) puede impulsarse a un movimiento oscilante mediante la aplicación periódica de una señal de tensión esencialmente rectangular cada medio ciclo de un período del movimiento oscilante, en donde la señal de tensión se aplica con señal alternante en los diferentes medios ciclos de un período individual. El motor resonante puede disponerse en la sección de puente de un circuito de puente H mediante el cual es posible conmutar la señal de tensión aplicada, y descargar la corriente del motor desde la bobina del motor antes de cambiar la dirección de movimiento. El documento WO 2004/034561 A1 describe generalmente un motor resonante dispuesto en una sección de puente de un circuito de puente H y un esquema de impulsión por medio de la aplicación de señales de pulsación de tensión rectangulares en el motor mediante una unidad de control del motor que incluye el circuito de puente H.
También se sabe que pueden utilizarse motores resonantes en dispositivos de higiene personal tales como cepillos dentales eléctricos o afeitadoras eléctricas.
Es un objeto de la presente descripción el proporcionar un dispositivo de higiene personal con un motor resonante mejorado con respecto a los dispositivos de higiene personal conocidos, en particular con respecto a su comportamiento de ruido.
Sumario de la invención
Según un aspecto, se proporciona un dispositivo de higiene personal que comprende un motor resonante, una unidad de control del motor para aplicar una señal de tensión periódica con una frecuencia de impulso en el motor resonante para accionar el motor resonante en un movimiento oscilante con una frecuencia de oscilación igual a la frecuencia de impulso, en donde la unidad del control del motor comprende un circuito sintetizador para sintetizar digitalmente la señal del tensión periódica desde impulsos de tensión de longitud variable proporcionados con una frecuencia de pulsación superior a la frecuencia de impulso de manera que al menos se apliquen dos impulsos de tensión al menos en uno de los dos medios ciclos de cada período de la señal de tensión periódica.
Breve descripción de los dibujos
El dispositivo de higiene personal propuesto se explicará mejor mediante una descripción detallada de varias realizaciones ilustrativas y haciendo referencia a las figuras. En las figuras
la Fig. 1 es una representación esquemática de una realización ilustrativa de un dispositivo de higiene personal según la presente descripción;
la fig. 2 es una representación esquemática de una unidad de control del motor para accionar un motor resonante;
la fig. 3 es una representación esquemática de una unidad de control del motor que comprende un circuito sintetizador para sintetizar digitalmente una señal de tensión periódica para accionar un motor resonante; y
la fig. 4 es una representación esquemática de medio ciclo de una señal de tensión periódica sinusoidal compuesta de impulsos de tensión de longitud variable.
Descripción detallada de la invención
Un “motor resonante” (o motor oscilante) según la presente descripción significa un motor que tiene un comportamiento de oscilación resonante. Un motor resonante puede expresarse matemáticamente como un oscilador armónico, es decir, un sistema tipo masa-resorte. Un motor resonante según la presente descripción funciona con un movimiento oscilante obtenido mediante la aplicación periódica de una fuerza externa, en concreto una señal de tensión periódica tal y como se explica en los siguientes párrafos. La amplitud de la parte móvil del motor resonante se maximiza cuando la frecuencia de impulso de la fuerza impulsora externa se encuentra en la frecuencia de resonancia. Por lo tanto, un motor resonante puede accionarse con eficacia con una frecuencia de impulso de la señal de tensión periódica en o cerca de la frecuencia de resonancia del motor resonante, aunque también es posible accionar el motor resonante con una señal de tensión
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periódica con una frecuencia de impulso diferente a la frecuencia de resonancia, pero resulta en un impulso menos eficiente (se necesita más energía para conseguir la misma amplitud que la conseguida en la frecuencia de resonancia).
El motor de resonancia por lo general comprende una bobina de motor y al menos una armadura móvil del motor que incluye al menos una unidad de imanes permanentes que tiene al menos un imán permanente conectado de forma fija a la armadura del motor. La armadura del motor se mantiene en una posición de reposo mediante al menos un elemento tipo muelle. El motor resonante se impulsa en un movimiento oscilante mediante la aplicación de una señal de tensión periódica (véase más adelante para una descripción de la señal de tensión periódica) en la bobina del motor de manera que se estimula un flujo de corriente desde una fuente de tensión tal como una batería o un acumulador a través de la bobina del motor. La unidad de imán permanente de la armadura del motor interactúa con el campo electromagnético generado por la corriente que fluye a través de la bobina de motor. Mediante esta interacción, la armadura del motor, que se mantiene en una posición de reposo mediante al menos un elemento de resorte, se fuerza para moverse fuera de su posición de descanso contra la fuerza de resorte de al menos un elemento de resorte. Cuando la interacción electromagnética cesa o cambia su dirección (p. ej., la señal de tensión periódica cambia su señal entre los dos medios ciclos por período), la armadura se mueve hacia atrás hasta su posición de reposo y también más allá de la posición de reposo (hasta que alcanza su amplitud de deflexión máxima) de manera que finalmente la armadura se acciona en un movimiento oscilatorio mediante la aplicación periódica continua de la señal de tensión. El movimiento oscilante ocurre con la frecuencia de impulso a la cual se aplica la señal de tensión periódica en el motor resonante (es decir, la frecuencia de impulso determina la frecuencia de oscilación del movimiento oscilante del motor resonante).
Una “señal de tensión periódica” según la presente descripción significa una señal de tensión que tiene un contenido de señal de tensión diferente a cero recurrente y periódica que proporciona la fuerza impulsora externa para el motor. A medida que la frecuencia de las señales de tensión recurrentes periódicas determina la frecuencia de oscilación del motor resonante, la señal de tensión periódica tiene un período que se divide en dos medios ciclos de igual longitud. En algunas realizaciones, hay una señal de tensión diferente a cero presente en ambos medios ciclos (pero con señales opuestas para accionar el motor resonante en las dos direcciones de oscilación), pero no es necesario impulsar el motor resonante en ambos medios ciclos. En algunas realizaciones, la señal de tensión periódica tiene una señal de tensión diferente a cero solamente en uno de los dos medios ciclos de cada período. Mientras que la señal de tensión periódica podría ser una función de P periódica (siendo P el período) en un sentido matemático, es decir (f(x+P) = f(x)), esto no es necesario y con frecuencia no productivo debido a que el motor resonante puede necesitar diferente fuerza motriz en períodos consecutivos bajo diferentes condiciones de carga para conseguir un movimiento oscilante con una amplitud prácticamente constante. Lo que permanece constante es el período de recurrencia de las señales de tensión, es decir, la duración del período y de los medios ciclos (en otras palabras, la frecuencia de impulso), lo que no excluirá que la frecuencia de impulso pueda ser influenciada por un usuario como se explicará más adelante. Tampoco es necesario que la integral de tiempo sobre la señal de tensión sea idéntica para ambos medios ciclos (es decir, la energía suministrada al motor resonante puede ser diferente en los dos medios ciclos de un período), tal como se explicó anteriormente con respecto a impulsar el motor resonante mediante la aplicación de una señal de tensión diferente a cero en tan solo uno de los dos medios ciclos. En algunas realizaciones, las integrales de tiempo sobre las señales de tensión en los dos medios ciclos son finitas, pero diferentes.
Por lo tanto, en algunas realizaciones, las señales de tensión aplicadas al motor resonante en los dos medios ciclos por período de la señal de tensión periódica son de signos opuestos y, además, en particular, la señal de tensión aplicada en un medio ciclo tiene signos diferentes pero mismo nivel absoluto de tensión que la señal de tensión aplicada en la otra mitad del ciclo, lo que no excluirá realizaciones en las cuales el nivel absoluto de tensión en los dos medios ciclos no sea idéntico. En algunas realizaciones, la señal de tensión periódica tiene una tensión cero en uno de los medios ciclos (similar a la función de excitación que una persona aplica en una oscilación, donde también se aplica solamente energía a la oscilación en una dirección de movimiento). Se ha descubierto que proporcionar una señal de tensión periódica que tiene tensión cero en uno de sus dos medios ciclos consume más energía que la aplicación de una señal de tensión en ambos medios ciclos.
Para mayor claridad, el accionamiento de un motor resonante es diferente al accionamiento de un motor de CC, en donde la frecuencia de una señal de tensión aplicada no determina la frecuencia de rotación, pero en donde la frecuencia de rotación depende del nivel de tensión aplicado al motor CC (p. ej., US 2011/005015 A1 describe un motor CC cuya rotación se consigue mediante la aplicación de una señal de tensión promedia proporcionada por una señal PWM de un determinado ciclo de trabajo; cuanto mayor sea el ciclo de trabajo de la señal PWM, es decir, a una frecuencia constante de impulsos PWM, mayor será la frecuencia de rotación). En US 2011/005015 A1 se utilizan dos frecuencias diferentes de rotación del motor de CC para excitar los diferentes modos de resonancia mecánica de un cepillo de sustitución. El motor de CC en sí no es un motor resonante.
La frecuencia de impulso en la presente descripción estará generalmente en o cerca de la frecuencia de resonancia del motor resonante para lograr una alta eficiencia. Pero obviamente, esto es solo una consideración de eficiencia y el motor resonante puede ser impulsado virtualmente a cualquier frecuencia de impulso (con eficacia reducida), y esa frecuencia de impulso conduce a su vez a un movimiento oscilante del motor resonante que tiene una frecuencia de oscilación igual a la frecuencia de impulso.
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La unidad de imán permanente móvil también induce una tensión a través de la bobina del motor y, por tanto, un flujo de corriente a través de la bobina del motor, cuyo flujo de corriente eléctrica inducida suele ser inferior al flujo de corriente eléctrica proveniente de la fuente de tensión. La tensión inducida es una medida de la velocidad de la armadura y, debido a su relación directa, también de la amplitud de la armadura. El documento WO 2004/034561 A1 mencionado anteriormente, que se incorpora aquí a modo de referencia, describe de modo general cómo se acciona un motor resonante, en concreto mediante una señal de tensión periódica alternante. La armadura del motor resonante puede disponerse para conseguir un movimiento reciprocante lineal o para conseguir un movimiento rotatorio oscilante.
Se sabe que (p. ej. del documento WO 2004/034561 A1) es posible accionar un motor resonante aplicando una señal de tensión periódica que comprende solamente una única señal de tensión de un determinado período de trabajo por cada medio ciclo (donde la longitud del ciclo de trabajo se pueda controlar para compensar las diferentes situaciones de carga). Es decir, si la frecuencia de oscilación del motor resonante es fo (p. ej., en un ejemplo no limitativo de fo es 100 Hz), que la frecuencia de impulso fd puede ajustarse a fo, es decir, fd = fo. Un ciclo completo de la señal de tensión periódica (y por tanto también del movimiento oscilante del motor resonante) durará por lo tanto 0,01 segundos y un medio ciclo 0,005 segundos. En este ejemplo conocido, se proporciona un impulso de tensión por cada medio ciclo, de manera que una frecuencia de impulso de la señal de tensión periódica es dos veces tan alta como la frecuencia de impulso, es decir, fp = 2f Se ha descubierto ahora que un motor resonante puede impulsarse a un movimiento oscilante mucho más suave y silencioso si en lugar de un solo impulso de tensión por cada medio ciclo del movimiento oscilante, la señal de tensión periódica aplicada se aproxima a una señal de tensión de onda sinusoidal u otra función similar, al menos para una determinada fracción de un ciclo de la señal de tensión periódica.
En algunas realizaciones consideradas en la presente memoria, la señal de tensión (que de cualquier otra forma se aproxima a un continuo, p. ej., una función sinusoidal) puede establecerse a cero por una determinada fracción de tiempo en algunos medios ciclos, p. ej., en el primer medio ciclo de cada quinto período de la señal de tensión periódica aplicada, o que la tensión se puede establecer en cero para una fracción de tiempo determinada en uno de los dos medios ciclos de cada período (este medio ciclo puede ser siempre el primer o el segundo medio ciclo, o puede alternar entre el primer y el segundo medio ciclo). El intervalo de tiempo durante el cual la señal de tensión se establece entonces en cero puede elegirse para permitir medir la tensión inducida mencionada en la bobina de motor a otro flujo de corriente externo cero con el fin de lograr un parámetro indicativo de la velocidad y amplitud de la armadura móvil del motor del motor resonante, y así permitir controlar la señal de tensión periódica de manera que se consiga una amplitud constante incluso bajo condiciones de carga cambiantes.
Un dispositivo de higiene personal con un motor resonante según la presente descripción tiene una unidad de control del motor que puede proporcionar una señal de tensión periódica seleccionable (sintetizada digitalmente) en el motor resonante; en particular, la señal de tensión periódica puede seleccionarse para ser una señal de tensión sinusoidal. Una señal de tensión sinusoidal ideal no comprende cualquier armónica y, por lo tanto, tiende a conducir a una operación más suave del dispositivo de higiene personal, reduciendo de forma eficaz el ruido y las vibraciones causados por la armónica. El circuito sintetizador según la presente descripción sintetiza digitalmente una señal de tensión periódica uniforme a partir de un número alto de impulsos de tensión de longitud variable, en donde los impulsos de tensión se proporcionan a una frecuencia de pulsación superior a la frecuencia de impulso de manera que al menos en uno de los medios ciclos por periodo se proporcionan dos impulsos de tensión (por tanto, la frecuencia de pulsación es al menos cuatro veces superior a la frecuencia de impulso). La frecuencia de pulsación se determina por la distancia constante (temporal) entre los impulsos de tensión. En algunas realizaciones, la frecuencia de impulso es al menos seis veces mayor que la frecuencia de impulso (es decir, la señal de tensión en cada ciclo se aproxima mediante al menos tres impulsos de tensión), opcionalmente, al menos 20 veces mayor (al menos 10 impulsos por medio ciclo) y, además, opcionalmente, al menos 100 veces mayor (al menos 50 impulsos por medio ciclo) que la frecuencia de impulso. Si bien la señal de tensión generada comprende impulsos individuales, las características (p. ej., capacitancia e inductancia) del motor filtran las pulsaciones, de manera que el motor pueda “ver” una señal de tensión continua. Aunque una señal de tensión sinusoidal digitalmente sintetizada como se ha descrito no da necesariamente como resultado una señal sinusoidal ideal, se ha descubierto que se puede conseguir una reducción del ruido de hasta -10 dB entre el accionamiento de un motor resonante de un dispositivo de higiene personal con una función impulsora rectangular (es decir, con un único impulso de tensión rectangular aplicado por medio ciclo de la señal de tensión periódica) y con una señal de tensión casi sinusoidal sintetizada digitalmente como se describe en la presente memoria. Una señal de tensión sinusoidal también crea un flujo de corriente sinusoidal a través de la bobina del motor. Debe entenderse que la calidad de aproximación de una señal de tensión periódica digitalmente sintetizada (los detalles de la síntesis de la señal de tensión se describen más abajo) en comparación con la señal de tensión sinusoidal ideal depende, p. ej., de la frecuencia de pulsación con la frecuencia de impulso y, por tanto, solamente se produce una corriente sinusoidal aproximada. Durante cada impulso de tensión, se acumula un flujo de corriente en la bobina y, si el impulso de tensión se interrumpe hasta que se proporcione el siguiente impulso de tensión, entonces la carga almacenada en la bobina fluye fuera de la bobina en cierta medida.
Un dispositivo de higiene personal según la presente descripción puede ser un cepillo dental eléctrico, un limpiador lingual eléctrico, un dispositivo de limpieza dental eléctrico, una afeitadora eléctrica, un dispositivo de extracción de vello eléctrico, un dispositivo de masaje de la piel eléctrico o similares.
La Fig. 1 es una representación esquemática de un dispositivo 1 de higiene personal según la presente descripción. El dispositivo 1 de higiene personal se realiza aquí como un cepillo dental eléctrico, no obstante, no deberá
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considerarse como una restricción. El dispositivo 1 de higiene personal comprende generalmente una sección 10 de cabezal que se acciona en un movimiento oscilatorio (ya sea que se accione toda la sección 10 del cabezal en dicho movimiento oscilatorio o que la sección 10 del cabezal comprenda un elemento 11 de cabezal que se accione en movimiento oscilatorio) mediante un motor resonante (véase la fig. 2) incluido en una sección 20 de mango del dispositivo 1 de higiene personal. El dispositivo 1 de higiene personal puede tener un interruptor 21 de encendido/apagado y, opcionalmente, un botón 22 selector de modo, incluso aunque el dispositivo 1 de higiene personal no necesita tener obligatoriamente estas características (p. ej., el dispositivo 1 de higiene personal puede estar diseñado para encender automáticamente el motor resonante si el cabezal 11 está cerca del tejido, algo que se puede detectar mediante un sensor de umbral capacitativo, y/o la higiene personal 1 no tiene modos seleccionables o puede que un modo de selección se utilice de otro modo, p. ej., mediante un sistema de reconocimiento de voz).
En algunas realizaciones, el dispositivo 1 de higiene personal tiene una unidad 30 de entrada controlable por el usuario para permitir que el usuario seleccione la entrada, influenciando la señal de tensión periódica aplicada al motor resonante mediante una unidad 50 de control del motor como se explicará con mayor detalle más adelante. Por lo general, el usuario podrá modificar la forma de la señal de tensión periódica o la frecuencia de la señal de tensión periódica, la frecuencia de los impulsos utilizados para aproximar la señal de tensión periódica ideal (véase más abajo), etc. En algunas realizaciones, la unidad 30 de entrada controlable por el usuario tiene un elemento 31 de control mediante el cual un usuario puede influenciar selectivamente la señal de tensión periódica aplicada en el motor resonante por medio de la unidad de control del motor. Adicional o alternativamente, la unidad 30 de entrada controlable por el usuario puede comprender un dispositivo 40 de control independiente (es decir, un dispositivo de control separado físicamente de la sección 20 del mango). El dispositivo de higiene personal puede comprender entonces una unidad 33 de conexión inalámbrica para establecer una conexión inalámbrica 34 entre el dispositivo 40 de control independiente y la sección 20 del mango, de modo que, p. ej., los datos puedan comunicarse de forma inalámbrica desde el dispositivo 40 de control independiente de la sección 20 de mango y, por lo tanto, a la unidad 50 de control del motor. La conexión inalámbrica 34 puede realizarse en particular como una conexión Bluetooth, pero también son posibles otras normas de conexión inalámbrica, p. ej., una conexión de radiofrecuencia IEEE 802.11 o una conexión inalámbrica de marca registrada. Generalmente, el dispositivo 40 de control independiente comprende un elemento 42 de control mediante el cual el usuario puede influenciar la señal de tensión periódica utilizada para accionar el motor resonante. El elemento 42 de control puede realizarse como un interruptor o como un botón selector, un control deslizante o similar. En algunas realizaciones, el dispositivo 40 de control independiente comprende una pantalla táctil 41 en la que se puede mostrar un elemento 42 de control virtual, que puede ajustarse tocando la pantalla 41 con un dedo y deslizando el dedo sobre la pantalla. En el ejemplo mostrado, el elemento 42 de control virtual se realiza como un deslizador virtual mediante el cual el usuario puede influenciar la señal de tensión periódica a aplicar al motor resonante, p. ej., el usuario puede establecer si la señal de tensión periódica tiene una forma sinusoidal o una forma rectangular y, potencialmente, el usuario puede configurar al menos una forma adicional de la señal de tensión que tenga un carácter más intermedio entre una forma sinusoidal y una forma rectangular. En algunas realizaciones, el dispositivo 40 de control independiente se realiza mediante un teléfono inteligente, una tablet o cualquier otro dispositivo móvil. El dispositivo 40 de control independiente puede tener entonces un módulo de software (tal como un software de aplicación móvil o “App”) proporcionado para realizar el elemento 42 de control virtual y para transmitir la configuración elegida por el usuario del dispositivo 40 de control independiente a un receptor 32 en la sección 20 del mango. Como la forma de la señal de tensión periódica tiende a influenciar el ruido característico del dispositivo 1 de higiene personal durante el funcionamiento, el dispositivo 30 de entrada controlable por el usuario descrito permite al usuario establecer una señal de tensión periódica de elección personal, p. ej, una señal de tensión periódica que genere menos ruido (o más) (o sonido) que la señal de tensión periódica estándar fijada por el fabricante del dispositivo 1 de higiene personal. Por ejemplo, el fabricante puede elegir una señal de tensión periódica en la cual el consumo de energía del motor resonante sea relativamente bajo, pero donde el nivel de ruido o sonido del dispositivo de higiene personal esté a un nivel medio o donde el ruido o sonido del dispositivo de higiene personal sean percibidos por un usuario individual como menos favorables debido a los componentes espectrales en el ruido o el sonido que el ruido o el sonido generados con una señal de tensión periódica diferente. Algunos usuarios pueden preferir un menor nivel de ruido porque les molesta, mientras que otros usuarios pueden preferir un mayor nivel de ruido porque lo asocian con las propiedades higiénicas del dispositivo de higiene personal (p. ej., en el caso de un cepillo de dientes eléctrico, un nivel de sonido más alto puede asociarse a una mayor potencia de limpieza). Las posibilidades de influencia descritas anteriormente con respecto a un dispositivo de control independiente también pueden aplicarse en caso de una unidad de entrada controlable por el usuario que no sea independiente y que esté, p. ej., realizada como parte de la sección de mango del dispositivo de higiene personal.
La fig. 2 es una representación esquemática de una unidad 100 de control de motor para accionar un motor resonante 200 (que puede disponerse en una sección del mango del dispositivo de higiene personal como se ha mencionado anteriormente) en un movimiento oscilante, p. ej., un movimiento recíproco lineal o una rotación oscilante o una mezcla de ambos. El motor resonante 200 está dispuesto en la sección de puente de un circuito puente H (o: puente completo) formada por cuatro interruptores 191, 192, 193 y 194. Los interruptores del circuito puente H se controlan mediante una unidad 110 de control de interruptor y, como se ha descrito en el documento mencionado anteriormente en el documento WO 2004/034561 A1 presentado anteriormente, una tensión suministrada desde una fuente 210 de tensión puede aplicarse entonces en una dirección positiva accionando los interruptores 191 y 194 y desactivando los
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interruptores 192 y 193, y en una dirección negativa accionando los interruptores 192 y 193 y desconectando los interruptores 191 y 194. También es posible cortocircuitar el motor resonante 200, p. ej., activando los interruptores 193 y 194 y desactivando los interruptores 191 y 192 (de nuevo, tal y como se describe en el documento WO 2004/034561 A1). Los interruptores 191 a 194 se pueden realizar mediante un field effect transistor (transistor de efecto de campo - FET), en particular mediante un MOSFET. Los interruptores 191 a 194 en particular pueden comprender cada uno un diodo de protección conectado en paralelo para proteger el botón respectivo frente a un posible exceso de tensión. Los interruptores 191 a 194 también se eligen de manera que puedan conmutarse con la frecuencia de pulsación requerida por la unidad 100 de control del motor, p. ej. 30 kHz, como ejemplo no limitativo.
Si bien el documento WO 2004/034561 A1 describe que se aplica un único impulso de tensión al motor resonante en cada medio ciclo de cada período, la unidad 100 de control del motor propuesta comprende un circuito sintetizador para suministrar impulsos de tensión de una longitud variable de impulso al motor resonante en una frecuencia de pulsación que es al menos cuatro veces más alta que la frecuencia de impulso a la que se acciona el motor resonante. La idea detrás de la aplicación de impulsos de tensión en una frecuencia de pulsación respectivamente alta es modelar una forma objetivo de la señal de tensión periódica promedia mediante los impulsos de tensión que tengan un nivel prácticamente constante (el nivel de la tensión puede determinarse mediante una fuente de tensión) pero variando la longitud del impulso (síntesis digital). Una señal de tensión periódica sinusoidal (ideal) conduciría a un flujo de corriente sinusoidal a través de la bobina de motor, como se ha explicado anteriormente. De forma típica, un motor resonante en un dispositivo de higiene personal puede accionarse a una frecuencia de accionamiento de entre aproximadamente 50 Hz a aproximadamente 500 Hz, sin excluir otros valores de frecuencia de accionamiento. Los cepillos de dientes eléctricos a menudo se accionan a una frecuencia de entre aproximadamente 65 Hz a aproximadamente 300 Hz. Como ejemplo no limitativo, puede utilizarse una frecuencia de accionamiento de 150 Hz. La frecuencia de pulsaciones viene dada por la distancia temporal constante entre impulsos de tensión consecutivos; los impulsos pueden tener una longitud variable de impulso con el fin de modelar la forma objetivo de la señal de tensión periódica. La frecuencia de pulsación debe ser al menos cuatro veces superior a la frecuencia de impulso, particularmente, la frecuencia de pulsación puede ser al menos 6 veces superior a la frecuencia de impulso (aplicando al menos tres impulsos de tensión por cada medio ciclo), opcionalmente la frecuencia de pulsación puede ser al menos 20 veces más alta que la frecuencia de impulso (aplicando al menos diez impulsos de tensión por cada medio ciclo) y, además, opcionalmente, la frecuencia de pulsación puede ser al menos cien veces superior a la frecuencia de impulso (aplicando al menos 50 impulsos de tensión por cada medio ciclo). Por ejemplo, a una frecuencia de impulso de 150 Hz, la frecuencia pulsación puede entonces ser al menos 900 Hz, al menos 3 kHz, o al menos 15 kHz. Generalmente, la frecuencia de pulsación puede ser superior a 18 kHz y, opcionalmente, superior a 20 kHz para cambiar la frecuencia de pulsación en un intervalo de frecuencia no audible (para el oído humano). Es posible seleccionar la frecuencia de pulsación para que sea inferior a 100 kHz.
Según la presente descripción, la unidad de control del motor proporciona, a través de su circuito sintetizador, impulsos de tensión de longitud variable al motor resonante. Con el fin de permitir un moldeado razonable de la señal de tensión periódica promedia, la longitud de cada impulso de tensión debe controlarse con la resolución suficiente, lo que requiere que la longitud de impulso de tensión se pueda controlar a una frecuencia de reloj de la unidad de control del motor que sea superior a la frecuencia de pulsación, p. ej. 128 veces más alta (lo que resulta en una resolución de 7 bits del impulso de voltaje) o 256 más alta (resolución de 8 bits) (aunque no se deben excluir resoluciones superiores o inferiores, tales como 9 bits, 10 bits, 6 bits, 5 bits. 4 bits, etc.). Por ejemplo, a una frecuencia de pulsación de 15 kHz, la frecuencia de cronometraje sería 3,84 MHz para una resolución de 8 bits. Como otro ejemplo, la frecuencia de impulso es 150 Hz, la frecuencia de pulsación es de 30 kHz y la resolución es de 7 bits (lo que de nuevo conlleva a una frecuencia de cronometraje de 3,84 MHz).
La fig. 3 es una representación esquemática de una unidad 1000 de control de motor ilustrativa que tiene un circuito 120 sintetizador ilustrativo según la presente descripción. El sintetizador 120 que se muestra comprende una unidad 121 de control del interruptor para conmutar los interruptores 191 a 194 de un puente H como se muestra en la Fig. 2, un reloj 122 para demostrar una frecuencia de cronometraje (p. ej. 3,84 MHz) y una unidad 123 de memoria. La unidad 123 de memoria puede comprender en concreto al menos una tabla de consulta de los valores de longitud de impulso de tensión normalizados a aplicar durante un medio ciclo o durante un período de la señal de tensión periódica. En caso de que la señal de tensión aplicada durante el segundo medio ciclo sea idéntica pero invertida con respecto a la señal de tensión aplicada durante el primer medio ciclo de cada período, entonces será suficiente suministrar los valores de la longitud del impulso de tensión para el primer medio ciclo (los interruptores del puente H se utilizan para invertir la señal de tensión aplicada al motor resonante). En algunas realizaciones, la unidad 123 de memoria comprende al menos dos tablas de consulta de los valores de longitud de impulso de tensión, p. ej., una tabla de consulta para una señal de tensión periódica sinusoidal y una tabla de consulta para una señal de tensión periódica rectangular. En algunas realizaciones se incluyen tres o más tablas de consulta, donde p. ej. la tercera tabla de consulta proporciona los valores de longitud de impulso de tensión para una señal de tensión periódica similar a una forma intermedia entre una forma sinusoidal y una forma rectangular. En algunas realizaciones se incluyen dos, tres o más, tales como cinco o diez etc., tablas de consulta para las formas de señal de tensión periódica intermedia, de modo que un usuario pueda ajustar con precisión (mediante el dispositivo de entrada controlable por el usuario descrito anteriormente) la forma de la señal de voltaje de tensión periódica de modo que quede entre una forma sinusoidal y una forma rectangular. El circuito sintetizador 120 puede, por lo tanto, disponerse para recibir una señal 124 de entrada del dispositivo 30 de entrada controlable por el usuario explicado con referencia a la Fig. 1. En algunas realizaciones, se proporciona al menos una tabla de consulta para generar una señal de
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tensión periódica diferente a una forma sinusoidal o rectangular (o una forma intermedia entre ambas), p. ej., para generar una señal triangular periódica, una señal trapezoide periódica, o una señal de diente de sierra periódica, incluso esta lista no debe considerarse como cerrada, pudiendo utilizar también cualquier otra forma de señal de tensión periódica. Si se utiliza un dispositivo de control independiente tal como se describe con referencia a la Fig. 1, el módulo de software de aplicación respectivo puede disponerse para permitir que el usuario defina libremente una forma de señal de tensión periódica arbitraria. El circuito sintetizador 120 puede realizarse como un circuito de direct digital synthesis (síntesis digital directa - DDS) (p. ej., el usuario puede dibujar la forma deslizando el dedo sobre una pantalla táctil). Como ejemplo no limitativo, al menos parte del circuito sintetizador 120 se puede realizar mediante el chip de baja potencia DDS AD9838 (o un IC similar) comercializado por Analog Devices, Norwood, MA, EE. UU. En otras realizaciones, el circuito sintetizador se realiza (opcionalmente junto con los interruptores del puente H) como un circuito integrado (IC), en particular un IC (ASIC) específico para la aplicación. Además, o alternativamente, el circuito sintetizador puede comprender una unidad de computación que calcule los valores de la longitud del impulso de tensión para, p. ej., una función de tensión sinusoidal en tiempo real en lugar de usar una tabla de consulta.
En algunas realizaciones e indicadas en la fig. 3 con líneas discontinuas, la unidad 1000 de control del motor comprende además un circuito 160 de tensión digital que está dispuesto para proporcionar un único impulso de tensión rectangular por cada medio ciclo al motor resonante, como se conoce de la técnica anterior. Se puede proporcionar un circuito 180 de control de generación de tensión para conmutar de forma selectiva el circuito sintetizador 120 o el circuito 160 de tensión digital. Ambos, el circuito sintetizador 120 y el circuito de tensión digital, pueden acoplarse con interruptores 191, 192, 193, 194 de un puente H, y el circuito 180 de control de la generación de tensión podría permitir selectivamente que solo uno de estos dos circuitos, 120 o 160, controlasen los interruptores. En algunas realizaciones, el circuito sintetizador 120 puede utilizarse para proporcionar una primera parte de una señal de tensión periódica mediante una pluralidad de impulsos de tensión cortos (p. ej., una rampa de tensión ascendente) y después el circuito 180 de control de generación de tensión conmuta al circuito 160 de tensión digital para generar un único impulso de tensión larga como una segunda parte de la señal de tensión periódica por medio ciclo. De forma opcional, una tercera parte de la señal de tensión puede aplicarse de nuevo mediante el circuito sintetizador 120, p. ej., una rampa de tensión descendente de manera que, p. ej., se genere una señal trapezoidal junto con la rampa ascendente y el impulso de tensión largo. Obviamente, las señales de tensión rectangular largas pueden formarse mediante un circuito sintetizador en lugar de un circuito de tensión analógico. Debe entenderse que, en vez de aplicar impulsos de tensión conmutando los interruptores 191 a 194 del puente H (véase la figura 2), se puede aplicar una señal de tensión periódica generada por un circuito sintetizador directamente al motor resonante (el circuito sintetizador podría incluir entonces los interruptores necesarios para cambiar los impulsos de tensión a partir de los cuales se sintetiza la señal de tensión periódica).
La fig. 4 es una representación esquemática de un ejemplo de una señal de tensión periódica sinusoidal generada a partir de una pluralidad de impulsos de tensión cortos de longitud variable, pero nivel constante, donde solamente se muestra el primer medio ciclo de un período de la señal de tensión periódica sinusoidal aproximada que se aplica al motor resonante. Se entiende que el segundo medio ciclo puede tener el mismo comportamiento funcional, pero con una señal de tensión invertida. En la fig. 4, el primer medio ciclo de la señal de tensión periódica sinusoidal se genera de modo ilustrativo al aplicar 10 impulsos 301 a 310 de tensión (es decir, la frecuencia de pulsación es 20 veces la frecuencia de impulso, p. ej., a una frecuencia de impulso de 150 Hz, se genera una frecuencia de pulsación de 3 kHz). Como se ha explicado anteriormente, los valores de longitud del impulso de tensión para cada uno de los impulsos 301 a 310 de tensión pueden proporcionarse como valores tabulados en una unidad de memoria y pueden predeterminarse de manera que, como promedio, se obtenga una tensión sinusoidal aproximada. La fig. 4 comprende una magnificación del tercer impulso 303 y se indica mediante dieciséis (16) marcas 400 de comprobación que la resolución en el caso mostrado es de cuatro (4) bits (este es un ejemplo no limitativo seleccionado, además, para la presentación del concepto general), de manera que, en este caso, se necesita una frecuencia de cronometraje de 48 kHz. En la representación esquemática, el tercer impulso 303 de tensión tiene una longitud de impulso W3 de siete períodos de cronometraje frecuencia y, a continuación, le sigue una tensión fuera de longitud O3 de nueve períodos de cronometraje de frecuencia (hasta que se activa el cuarto impulso 304 de tensión). Como también se indica en la fig. 4, la tensión máxima Vmáx proporcionada en el motor resonante puede ser inferior a la tensión disponible Vb de la fuente de tensión (p. ej., Vmáx podría ser 60 % de Vb). Esto permite aumentar el nivel de tensión en el motor resonante bajo una condición de carga cuando el motor resonante requiere más energía para proporcionar la misma amplitud de oscilación (p. ej., los valores de longitud de tensión tabulados pueden incrementarse mediante un factor de conversión > 1 que refleja el estado de carga).
Como se ha explicado en el párrafo anterior, una carga aplicada en el motor resonante puede llevar a una amplitud de movimiento reducida si la fuente de energía no se ha adaptado correctamente. La carga del motor de un motor resonante puede determinarse mediante la determinación de la fuerza electromotriz posterior del motor (es decir, la tensión que se induce en la bobina del motor por medio de la unidad de imanes permanentes en movimiento de la armadura móvil) cuando la tensión inducida es una medida de la velocidad de la armadura (lo que, a su vez, es una medición de la amplitud del movimiento de la armadura, dado que la frecuencia de oscilación permanece constante bajo condiciones diferentes de carga, debido a que se determina mediante la frecuencia de impulso). Un método para determinar esta tensión inducida es proporcionar una bobina adicional situada cerca de la armadura, lo que supone costes y piezas adicionales. Otro método es medir la fuerza electromotriz posterior en la bobina del motor cuando prácticamente no fluye la corriente del motor (a medida que se reduzcan a cero tanto la tensión aplicada como la
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tensión inducida automáticamente). Pero, si se proporciona una señal de tensión periódica sinusoidal como señal de impulso en la bobina de motor, se producirá una corriente sinusoidal y, por lo tanto, no existe ninguna franja de tiempo durante el período durante la cual no fluya ninguna corriente a través de la bobina del motor. Por lo tanto, en algunas realizaciones se propone desconectar el impulso sinusoidal o cualquier otra señal de impulso continuo (o semicontinuo) al menos durante uno de los medios ciclos de cada período o de cada 5° o 10°, etc., período al menos durante un período de tiempo que permita que la corriente del motor disminuya a cero y permanezca a cero hasta que se haya realizado una medición de la fuerza electromotriz posterior. El motor puede cortocircuitarse para lograr una descarga de corriente más rápida. En algunas realizaciones, el suministro de impulsos de tensión se reanuda en el mismo medio ciclo en el cual se interrumpió el suministro de impulsos de tensión después de realizar la medición de la fuerza electromotriz posterior. Esto puede conducir a la generación de armónicas, debido a la conmutación en una tensión de un valor relativamente alto después de haber proporcionado una tensión cero. En algunas realizaciones, el suministro de impulso de tensión se desconecta en el segundo cuadrante completo del medio ciclo en el cual se desconecta la tensión. Se ha descubierto que esto representa un buen equilibrio entre el consumo de corriente y la generación de ruido, por un lado, y, por otro lado, de la fiabilidad de la medición de la fuerza electromotriz posterior.
Debido a las tolerancias de fabricación, un motor resonante puede no siempre tener la misma frecuencia de resonancia, lo que puede determinar el fabricante una vez finalizado el montaje del motor resonante. En algunas realizaciones, se puede considerar importante mantener siempre la misma diferencia entre la frecuencia de resonancia del motor resonante y la frecuencia de impulso aplicada por la unidad de control del motor, aunque podría ser necesario aplicar una frecuencia de impulso diferente a la planificada originalmente. Por ejemplo, podría haberse planificado una frecuencia de impulso de 150 Hz y, respectivamente, proporcionarse valores de longitud de impulso de tensión 100 para un medio ciclo en la unidad de memoria del circuito sintetizador. Pero, debido a las diferencias en la frecuencia de resonancia del motor resonante, la frecuencia de impulso puede necesitar estar comprendida en un intervalo de entre aproximadamente 145 Hz a aproximadamente 155 Hz. En el ejemplo proporcionado, un único impulso de tensión se relaciona con aproximadamente 0,75 Hz, de modo que en el caso de que se emplee una frecuencia de impulso reducida de 145 Hz, sería necesario aplicar 103,45 impulsos por cada medio ciclo (se asume que la frecuencia de cronometraje y la frecuencia de pulsación son valores fijos). Es posible ajustar la frecuencia de impulso para hacer frente a esta situación, p. ej., podría ajustarse a aproximadamente 144,75 Hz y utilizarse 7 valores de longitud de impulso de tensión dos veces por cada período (en caso de que sea necesario una frecuencia de impulso superior, podrían omitirse algunos de los impulsos de tensión). Esto permite utilizar también las tablas de consulta disponibles para otras frecuencias. En algunas realizaciones, puede permitirse al usuario que modifique la frecuencia de impulso mediante una unidad de entrada controlable por el usuario.
Las dimensiones y valores descritos en la presente memoria no deben entenderse como estrictamente limitados a los valores numéricos exactos indicados. Sino que, salvo que se indique lo contrario, debe considerarse que cada dimensión significa tanto el valor indicado como un intervalo funcionalmente equivalente en torno a ese valor. Por ejemplo, una dimensión descrita como “40 mm” significa “aproximadamente 40 mm”.

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REIVINDICACIONES
Un dispositivo de higiene personal que comprende
un motor resonante que comprende una bobina de motor y al menos una armadura móvil del motor que incluye al menos una unidad de imán permanente que tiene al menos un imán permanente conectado de forma fija a la armadura del motor, mediante la cual la armadura del motor se mantiene en posición de descanso mediante al menos un elemento de resorte;
una unidad de control del motor para aplicar una señal de tensión periódica con una frecuencia de impulso en la bobina del motor del motor resonante para accionar la armadura del motor del motor resonante en un movimiento oscilante con una frecuencia oscilante igual a la frecuencia de impulso, donde la señal de tensión periódica tiene un período que se divide en dos medios ciclos de igual longitud; en donde la unidad de control del motor comprende un circuito sintetizador para sintetizar digitalmente la señal de tensión periódica de los impulsos de tensión de longitud variable proporcionados con una frecuencia de pulsación superior a la frecuencia de impulso de manera que se apliquen al menos dos impulsos de tensión en al menos uno de los dos medios ciclos de cada período de la señal de tensión periódica.
El dispositivo de higiene personal según la reivindicación 1, además comprende una unidad de entrada controlable del usuario para influenciar la señal de tensión periódica aplicada por la unidad de control del motor.
El dispositivo de higiene personal según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde al menos uno de los dos medios ciclos de cada período de la señal de tensión periódica o en al menos un medio ciclo de varios períodos consecutivos de la señal de tensión periódica, la tensión aplicada en el motor resonante se establece a cero durante un período de tiempo que permita que la corriente del motor disminuya a cero y permanezca en cero al menos durante un período de tiempo que permita realizar una medición de la tensión del motor a cero corriente.
El dispositivo de higiene personal según la reivindicación 3, en donde el período de tiempo durante el cual la señal de tensión se fija a cero tiene una longitud de tiempo de un cuarto de ciclo.
El dispositivo de higiene personal según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en donde la unidad de entrada controlable por el usuario comprende un elemento de control para influenciar de forma selectiva la señal de tensión periódica.
El dispositivo de higiene personal según una de las reivindicaciones 2 a 5, en donde la unidad de entrada controlable por el usuario comprende un dispositivo de control independiente que está físicamente separado de una sección del mango del dispositivo de higiene personal y el dispositivo de higiene personal además comprende una unidad de conexión inalámbrica para establecer una conexión inalámbrica entre la sección del mango y el dispositivo de control independiente.
El dispositivo de higiene personal según la reivindicación 6, en donde el dispositivo de control independiente tiene un elemento de control para influenciar selectivamente la señal de tensión periódica, en particular la forma de la señal de la tensión periódica.
El dispositivo de higiene personal según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el circuito sintetizador comprende una unidad de memoria en la que se almacena al menos una tabla de consulta de valores de longitud de impulso de tensión para al menos un medio ciclo de la señal de tensión periódica.
El dispositivo de higiene personal según la reivindicación 2, en donde el circuito sintetizador comprende una unidad de memoria en la cual al menos dos tablas de consulta comprenden cada una los valores de longitud de impulso para al menos un medio ciclo de la señal de tensión periódica y la unidad de entrada controlable del usuario está dispuesta para determinar qué tabla de consulta se utiliza para generar la señal de tensión periódica.
El dispositivo de higiene personal según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la frecuencia de pulsación del circuito sintetizador es al menos 6 veces tan alta como la frecuencia de impulso.
El dispositivo de higiene personal según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde la frecuencia de pulsación es superior 18 kHz.
El dispositivo de higiene personal según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde una frecuencia de cronometraje del circuito del sintetizador es al menos 32 veces la frecuencia de pulsación.
El dispositivo de higiene personal según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde la señal de tensión periódica es de una señal de onda sinusoidal, una señal triangular, una señal trapezoidal, o una señal de diente de sierra.
14. El dispositivo de higiene personal según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde la unidad de control del motor comprende un circuito de tensión digital para proporcionar un único impulso de tensión por cada medio ciclo en el motor resonante.
5 15. El dispositivo de higiene personal según la reivindicación 14, en donde la unidad de control del motor
está dispuesta para crear la señal de tensión periódica alternando selectivamente entre el circuito sintetizador y el circuito de voltaje digital.
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