專利名稱：流體控制閥以及用于它的反饋控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般說(shuō)來(lái)，本發(fā)明涉及流體流動(dòng)閥門，比如在散布流體的牙刷中使用的那些閥門，更具體地說(shuō)，涉及一種流體流動(dòng)閥門，它將在機(jī)械壓力下變形，從而可以通過(guò)/阻塞流體流。
背景技術(shù)：
在流動(dòng)管線中對(duì)流體流量實(shí)現(xiàn)精確并可靠的控制在廣泛的多種應(yīng)用中很重要。在一些特殊的應(yīng)用中對(duì)于使用電信號(hào)和/或特別的開(kāi)關(guān)裝置實(shí)現(xiàn)所要求的流體控制有限制。在這樣的應(yīng)用中，例如在散布流體的牙刷中一種洗牙流體由牙刷中的一個(gè)貯室流到牙刷頭，在這樣的牙刷中在流動(dòng)線路中一個(gè)選定的位置設(shè)置一個(gè)控制閥門，典型地靠近流動(dòng)線路的出口端。此閥門必須在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中即在嘴中可靠并且安全地運(yùn)行。安全問(wèn)題可以包括污染和/或細(xì)菌。在這樣的應(yīng)用中，與流體接觸的任何部件是一次性的/可以更換的并且成本很低可能是有利的。
進(jìn)而，對(duì)于散布流體的應(yīng)用的限制還包括流動(dòng)線路的尺寸相當(dāng)小，并且要求控制閥門相當(dāng)簡(jiǎn)單以便將閥門的花費(fèi)維持在一個(gè)可以接受的水平上。在下面的專利和出版物中給出了用于各種應(yīng)用的流體控制閥的某些示例英國(guó)專利申請(qǐng)NO.9012422.3，此申請(qǐng)公開(kāi)了一種彈性的可變形的單向閥，它有鴨嘴形的構(gòu)形；英國(guó)專利申請(qǐng)NO.8203570，它也公開(kāi)了一種可變形的鴨嘴形控制閥。在每種情況下利用機(jī)械作用力打開(kāi)閥門。其它相關(guān)的專利/出版物包括PCT申請(qǐng)No.PCT/US9-0/01246和美國(guó)專利No.4498092。然而，所有這些控制閥都有復(fù)雜并且昂貴的問(wèn)題。
因此，希望有一種流體控制閥，它不僅簡(jiǎn)單并且在運(yùn)行中可靠，而且便宜并且在運(yùn)行中安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面是與流體管線一起使用的一種流動(dòng)閥門系統(tǒng)，它包括與流體管線以一種對(duì)流體密封的關(guān)系設(shè)置的一個(gè)可變形的彈性閥門件，其特征在于，閥門件有一個(gè)從中穿過(guò)的開(kāi)口，當(dāng)沒(méi)有致動(dòng)閥門時(shí)此開(kāi)口關(guān)閉，當(dāng)致動(dòng)閥門時(shí)此開(kāi)口打開(kāi)；一個(gè)致動(dòng)件，將它設(shè)置成當(dāng)要把閥門打開(kāi)時(shí)它將運(yùn)動(dòng)，使閥門件變形，使得當(dāng)打開(kāi)閥門時(shí)流體通過(guò)閥門流動(dòng)；以及作用在致動(dòng)件上的裝置，使該致動(dòng)件運(yùn)動(dòng)將閥門件變形。
本發(fā)明的第二方面是用來(lái)控制流體管線中的一個(gè)流動(dòng)閥門的一種反饋系統(tǒng)，它包括用來(lái)確定在一個(gè)器具中流體高度的裝置；用來(lái)對(duì)于通過(guò)該閥門送出的流體確定所選定標(biāo)準(zhǔn)的裝置；用來(lái)接通該閥門的裝置，使得流體可以通過(guò)它流動(dòng)；以及用來(lái)確定在該系統(tǒng)工作過(guò)程中是否已經(jīng)滿足預(yù)先確定的選定標(biāo)準(zhǔn)、并且如果所述標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)滿足用來(lái)關(guān)斷該閥門的裝置。


圖1A和1B示出了本發(fā)明的流動(dòng)閥門的縱向和橫向剖面圖，此閥門使用一種環(huán)形的致動(dòng)器；圖2A和2B分別為處于關(guān)閉位置和打開(kāi)位置的圖1A和1B的流動(dòng)閥門的橫向剖面圖；圖3A為一個(gè)流動(dòng)閥門的縱向剖面圖，此閥門帶有一個(gè)成形的金屬致動(dòng)器；圖3B為圖3A的成形的金屬致動(dòng)器的側(cè)視圖；圖4為一個(gè)流動(dòng)閥門的橫向剖面圖，此閥門包括在流動(dòng)線路上的一個(gè)突起；圖5為一個(gè)示意圖，示出了電動(dòng)牙刷的牙刷頭部分，此牙刷采用了本發(fā)明的流動(dòng)閥門/致動(dòng)器；圖6為用于本發(fā)明的流動(dòng)閥門/致動(dòng)器的反饋控制系統(tǒng)的流程圖；圖7A，7B和7C示出了采用環(huán)形的致動(dòng)器的一種優(yōu)選的流動(dòng)閥門的兩個(gè)縱向剖面圖和一個(gè)橫向剖面圖；圖8 A，8B和8C示出了采用環(huán)形的致動(dòng)器的一種替代構(gòu)形的流動(dòng)閥門的縱向剖面圖和橫向剖面圖；圖9A，9B和9C示出了采用一個(gè)球的替代構(gòu)形的流動(dòng)閥門的一個(gè)縱向剖面圖和兩個(gè)橫向剖面圖；圖10A和10B示出了不需要致動(dòng)器的一種流動(dòng)閥門構(gòu)形的關(guān)閉位置和打開(kāi)位置的剖面圖；以及圖11示出了圖5的流動(dòng)系統(tǒng)的示意性剖面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1A和1B示出了本發(fā)明的流動(dòng)閥門/致動(dòng)器組合體的一個(gè)實(shí)施例10，它包括柔性的流動(dòng)管道12，該管道帶有設(shè)置在其中的一個(gè)流動(dòng)閥門13。下面將關(guān)于圖7A-7C討論當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例。在圖1A和1B的實(shí)施例中，管道12是硅管道，但是，它也可以是能夠在壓力下變形的任何柔性管道。在這個(gè)實(shí)施例中和在圖3和8的實(shí)施例中的管道12必須能夠變形。對(duì)于圖7和9的實(shí)施例，管道可能不需要變形，但是它必須不妨礙閥門的變形。在圖1A和1B中，流動(dòng)閥門13可以是與管道12的內(nèi)部為一個(gè)整體，或者可以在一種流體類型的裝置中安裝到管道12的內(nèi)表面15上。
在圖1A和1B中，流動(dòng)閥門13為鴨嘴類型的閥門。然而，應(yīng)該理解到，也可以采用其它的閥門構(gòu)形，包括帶角度的形狀或者其它形狀。流動(dòng)閥門13自身必須由柔性材料制成，并且必須將它的構(gòu)形做成使得在一個(gè)方向上的流體壓力使它保持被關(guān)閉，但是它能夠?qū)κ┘拥剿厦娴膲毫?這個(gè)壓力使外部形狀變形，如在圖2B中的虛線示出的那樣)做出響應(yīng)而打開(kāi)。
在圖1中，把鴨嘴形的流動(dòng)閥門13設(shè)置在流動(dòng)管道12內(nèi)，使得它在其中流體流動(dòng)的方向上伸展，如在圖1A中所示出的那樣。在管線中流體壓在流動(dòng)閥門的伸展部分上的壓力通常會(huì)把流動(dòng)閥門保持在關(guān)閉位置，如在圖2A中所示出的那樣。鴨嘴形的流動(dòng)閥門13包括兩個(gè)部分14和16，這兩部分朝向彼此彎曲，并且在閥門的自由端18彼此連接起來(lái)，鴨嘴形閥門有一個(gè)狹縫20(圖1B)此狹縫提供穿過(guò)單向閥的一個(gè)開(kāi)口，兩個(gè)部分14和16在此狹縫處會(huì)合。由于在圖1A中閥門的取向，在該圖中看不到該狹縫。
在該流動(dòng)閥門的正常的松弛位置，狹縫20是關(guān)閉的，阻止流體在一個(gè)方向(離開(kāi)貯室，圖1A中箭頭的方向)上穿過(guò)它流動(dòng)。這樣容許流體通過(guò)該流動(dòng)閥門由一個(gè)重新充滿口流進(jìn)貯室，使得可以重新將貯室充滿，而不需要用一個(gè)致動(dòng)器打開(kāi)該閥門。然而，當(dāng)在與狹縫開(kāi)孔20的平面大致重合的一個(gè)平面中對(duì)著該流動(dòng)閥門13施加壓力時(shí)，該流動(dòng)閥門13發(fā)生變形，將狹縫20打開(kāi)，容許流體通過(guò)它流動(dòng)，如在圖2B中所示出的那樣。只要在適當(dāng)?shù)奈恢脤?duì)著流動(dòng)管線施加壓力，就會(huì)保持狹縫20處于打開(kāi)狀態(tài)。只要松開(kāi)該壓力，狹縫20將返回關(guān)閉狀態(tài)。
圖1A和1B也示出了致動(dòng)器結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例，此結(jié)構(gòu)整體地用22表示，它用來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉流動(dòng)閥門13。致動(dòng)器22包括一個(gè)金屬環(huán)或者一個(gè)墊圈形狀的件24。在所示出的實(shí)施例中，環(huán)件24的內(nèi)徑大約為0.5英寸，流動(dòng)管線12的外徑大約為0.3英寸，留下一個(gè)大約0.2英寸的間隙。在閥門本體與致動(dòng)器之間有足夠的間隙是必須的，使得當(dāng)該致動(dòng)器工作時(shí)閥門本體可以變形。環(huán)件24的厚度大約為0.1英寸?？梢园凑仗囟ǖ膶?shí)施例改變這些尺寸。
將一個(gè)致動(dòng)器線圈26設(shè)置在鄰近該環(huán)件24，此線圈對(duì)于來(lái)自控制系統(tǒng)的電控制信號(hào)做出響應(yīng)。在工作過(guò)程中，電信號(hào)將穿過(guò)線圈26，產(chǎn)生磁場(chǎng)，朝向線圈26拉金屬環(huán)件24。這樣將產(chǎn)生環(huán)件24對(duì)著管道12的表面部分28的壓力，使那部分管道結(jié)構(gòu)向里面變形，并且使流動(dòng)閥門13變形。將線圈26設(shè)置成使得管道和閥門的變形出現(xiàn)在與流動(dòng)閥門中狹縫20的平面重合的平面中。這樣將把流動(dòng)閥門13打開(kāi)，容許來(lái)自貯室的流體通過(guò)它流動(dòng)。
當(dāng)要求的數(shù)量的流體已經(jīng)流過(guò)該閥門時(shí)，通道線圈的電控制信號(hào)終止，將環(huán)件24松開(kāi)，使得它運(yùn)動(dòng)離開(kāi)管道，使流動(dòng)閥門13中的狹縫20關(guān)閉，阻止流體進(jìn)一步通過(guò)。在所示出的實(shí)施例中，閥門和流動(dòng)管線支承著該致動(dòng)器22。閥門進(jìn)而被一個(gè)支承結(jié)構(gòu)30支承著，從而當(dāng)磁作用力使致動(dòng)器朝向線圈運(yùn)動(dòng)時(shí)，閥門將適當(dāng)?shù)刈冃?，而不?huì)只是與致動(dòng)器一起運(yùn)動(dòng)。
在圖3A和3B中示出了流動(dòng)閥門/致動(dòng)器的另一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，流動(dòng)管線和流動(dòng)閥門與圖1A和1B中的相同。然而，致動(dòng)器30是一個(gè)成形的金屬裝置，該裝置包括一個(gè)開(kāi)孔34，管道13與其中的流動(dòng)閥門一起穿過(guò)此開(kāi)孔伸展。成形的金屬件30包括一個(gè)伸展的底座部分36，此部分大約0.5英寸長(zhǎng)，0.5英寸寬，0.1英寸厚。將致動(dòng)器線圈38設(shè)置在鄰近該成形金屬件的下表面40。這個(gè)實(shí)施例的工作與圖1A和1B的實(shí)施例類似，即，通過(guò)線圈38的電控制信號(hào)將使得成形金屬件30朝向線圈運(yùn)動(dòng)，在管道和其中的流動(dòng)閥門上產(chǎn)生壓力，使流動(dòng)閥門如在圖2B中所示的那樣變形，打開(kāi)在流動(dòng)閥門中的狹縫，容許流體通過(guò)它流動(dòng)。成形金屬件30可以與被支承結(jié)構(gòu)42支承的流動(dòng)閥門一起移動(dòng)，如上面關(guān)于圖1的實(shí)施例討論過(guò)的那樣。
圖7A，7B和7C示出了本發(fā)明的流動(dòng)閥門/致動(dòng)器組合體的優(yōu)選實(shí)施例110。在流動(dòng)閥門113的每一端安裝流動(dòng)管線的管道部分。在圖7A，7B和7C中，流動(dòng)閥門113為一個(gè)鴨嘴形閥門。也可以使用其它的閥門構(gòu)形。流動(dòng)閥門113與圖1A和1B中的流動(dòng)閥門13類似。因此，流動(dòng)閥門113由柔性材料制成，并且必須將它的構(gòu)形做成使得它能夠?qū)κ┘拥介y門上使外部形狀變形的壓力做出響應(yīng)而打開(kāi)，如在圖2B中所示出的那樣。這由環(huán)致動(dòng)器115和致動(dòng)線圈117以上面描述的方式實(shí)現(xiàn)。將鴨嘴形的流動(dòng)閥門113設(shè)置成它對(duì)著流體由貯室流動(dòng)的方向伸展，如在圖7A中所示出的那樣。來(lái)自管線中的流體的壓力在流動(dòng)閥門的伸展部分上施加壓力，通常會(huì)將該流動(dòng)閥門保持在關(guān)閉位置，如在圖2A中所示出的那樣。來(lái)自在進(jìn)入貯室的相反方向上流動(dòng)的流體的壓力將打開(kāi)閥門，容許流體通過(guò)。
鴨嘴形流動(dòng)閥門包括兩部分114和116，這兩部分在該閥門的自由端118朝向彼此彎曲，并且彼此連接起來(lái)，該鴨嘴形的閥門有一個(gè)狹縫120，提供通過(guò)該單向閥的一個(gè)開(kāi)口，兩部分114和116在此狹縫處會(huì)合。在該流動(dòng)閥門的正常的松弛位置，狹縫120是關(guān)閉的，阻止流體由貯室流出。然而，當(dāng)在與狹縫開(kāi)孔120的平面大致重合的一個(gè)平面中對(duì)著該流動(dòng)閥門的外部本體施加壓力時(shí)，該流動(dòng)閥門會(huì)發(fā)生變形，將狹縫120打開(kāi)，容許流體通過(guò)鴨嘴流動(dòng)，如在圖2B中所示出的那樣。只要對(duì)著閥門本體施加壓力使它變形，就會(huì)保持狹縫120處于打開(kāi)狀態(tài)。只要松開(kāi)該壓力，狹縫120將返回關(guān)閉狀態(tài)。
圖8A，8B和8C示出了一種替代的構(gòu)形，它使得可以使用較大尺寸的流動(dòng)管線管道150，它有做成如圖所示的構(gòu)形的閥門152，一個(gè)致動(dòng)器154，以及一個(gè)致動(dòng)線圈156。它的工作與圖7A-7C的優(yōu)選實(shí)施例類似。
圖4示出了流動(dòng)閥門的一個(gè)改型，此閥門可以最好地適宜于與圖7和8的實(shí)施例一起使用。圖4示出了一種流動(dòng)閥門48，以及一個(gè)環(huán)致動(dòng)器50。在這個(gè)裝置中，流動(dòng)閥門48的外表面52有一個(gè)突起或者隆起54，由外表面向外伸展一個(gè)不大的距離。典型地將該突起54模塑成流動(dòng)閥門的一部分，但是也可以用其它的裝置把它緊固到流動(dòng)閥門上。典型地但不是必須地，由與流動(dòng)閥門相同的柔性材料制成此突起。突起54的位置使得當(dāng)把相關(guān)的致動(dòng)環(huán)50吸引到線圈時(shí)，在突起上的作用力將被集中在流動(dòng)閥門的一個(gè)特殊的部分上，從而確保精確地打開(kāi)該閥門。因此該突起幫助確保致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的作用力施加在最佳的部分，使得狹縫打開(kāi)。
如上面所表明的那樣，系統(tǒng)的致動(dòng)器部分可以有多種構(gòu)形。重要的特點(diǎn)是致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)要足以使流動(dòng)管道和在其中的流動(dòng)閥門變形，足以將流動(dòng)閥門打開(kāi)，該閥門典型地將有一條狹縫，用作其中的一個(gè)開(kāi)口。致動(dòng)器不必須為一個(gè)環(huán)，它可以是可以在閥門本體上推動(dòng)的一根桿或者一個(gè)柱塞。所示出的裝置對(duì)于電動(dòng)的牙刷應(yīng)用也許是最佳的，因?yàn)樗軌驅(qū)拥骄€圈上的電流做出響應(yīng)使致動(dòng)器運(yùn)動(dòng)，并且能夠使線圈在把手中，采用磁性連接使致動(dòng)器運(yùn)動(dòng)?？梢允褂靡粋€(gè)螺線管和柱塞替代致動(dòng)環(huán)和線圈。對(duì)螺線管通電可以使柱塞運(yùn)動(dòng)進(jìn)入閥門本體中。為了使致動(dòng)器運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)只是一種可能性。其它的可能性包括帶有凸輪的馬達(dá)，空氣壓力，或者流體壓力。
在圖9A，9B和9C中示出了對(duì)于流動(dòng)閥門的一種替代的非鴨嘴形的構(gòu)形。該閥門組件由一個(gè)閥門殼體205和一個(gè)球210組成。閥門殼體205由可以變形的一種柔性材料制成。球210有一個(gè)被做成脊?fàn)畹谋砻?。?lái)自在貯室側(cè)面的流體的壓力將迫使球210壓在閥門殼體205的一個(gè)帶錐度的段215上，形成一個(gè)密封件，阻止流體通過(guò)開(kāi)口240流動(dòng)。圖9A和9B示出閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，球210在帶錐度的段215上處于中心位置。在帶錐度的段215附近在閥門殼體205的外側(cè)面上任何徑向位置所施加的壓力將使閥門殼體變形成為橢圓形，如在圖9C中所示出的那樣。這種變形將使得球210不能完全將開(kāi)口240密封，并且將容許流體通過(guò)閥門流動(dòng)?？梢砸耘c用于鴨嘴形閥門構(gòu)形類似的方式將壓力施加到閥門本體上。來(lái)自線圈230的磁作用力將致動(dòng)器225拉進(jìn)閥門殼體205中。把閥門本體205在致動(dòng)器225與支承結(jié)構(gòu)235之間壓縮，使得它變形成為在圖9C中示出的橢圓形。
流體將永遠(yuǎn)可以在相反的方向上流動(dòng)，進(jìn)入貯室中，這是因?yàn)閬?lái)自流體的壓力將使球210運(yùn)動(dòng)，離開(kāi)帶錐度的表面215。在圖9中示出的構(gòu)形與鴨嘴形的構(gòu)形相比的主要優(yōu)點(diǎn)在于在閥門殼體205的外側(cè)面上的壓力的位置和方向不用太嚴(yán)格。
在圖10A和10B中示出了在圖9中示出的閥門的一種改型。在這種構(gòu)形中，球260由一種磁性材料制成。來(lái)自在貯室側(cè)面的流體的壓力將迫使球260壓在閥門殼體255的一個(gè)帶錐度的段265上，形成一個(gè)密封件，阻止流體通過(guò)開(kāi)口290流動(dòng)。圖10A示出閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，球260在帶錐度的段265上處于中心位置。來(lái)自線圈280的磁作用力將拉球260，離開(kāi)孔290和帶錐度的段265的中心。這樣將使得球210不能將孔240密封，并且將容許流體通過(guò)閥門流動(dòng)。
圖5示出了本發(fā)明在電動(dòng)牙刷中的一種應(yīng)用。電動(dòng)牙刷的牙刷頭組件部分整體地以60示出。可以將此牙刷頭部分由其余的把手部分(未畫(huà)出)移開(kāi)，把手部分包括牙刷的致動(dòng)部分，在所示出的實(shí)施例中此致動(dòng)部分在致動(dòng)臂62上工作。牙刷頭組件60包括在底座件65上的一組牙刷毛64，將底座件安裝在致動(dòng)軸62上。將一個(gè)流體貯室66包容在牙刷頭組件內(nèi)。作為一個(gè)示例示出了彈簧68和柱塞69，用來(lái)推動(dòng)來(lái)自貯室66的流體通過(guò)一個(gè)流動(dòng)系統(tǒng)流到牙刷毛底座件65。
一根流體管線70由貯室66伸展。在所示出的實(shí)施例中，流體管線70由一種柔性的塑料制成，直徑大約為0.3英寸。流體管線70穿過(guò)一個(gè)重新充滿裝配組件72伸展，并且由那里伸展，直到牙刷毛底座件65。本發(fā)明的流體流動(dòng)閥門組件用74表示。流體閥門組件的致動(dòng)環(huán)部分72圍繞著流動(dòng)管線的那部分，鄰近致動(dòng)線圈80。典型地將線圈設(shè)置在電動(dòng)牙刷的把手部分中。
在工作過(guò)程中，貯室彈簧68使柱塞69移動(dòng)，使流體由貯室66流進(jìn)流動(dòng)管線70中。流體作用在閥門上的壓力保持閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。在一個(gè)選定的時(shí)間點(diǎn)，對(duì)致動(dòng)線圈80通電，吸引致動(dòng)環(huán)組件72，打開(kāi)在流動(dòng)管線中的流動(dòng)閥門，容許流體流過(guò)該流動(dòng)閥門和管線。當(dāng)已經(jīng)通過(guò)底座件65散布足夠的流體時(shí)，通到線圈的信號(hào)終止，流動(dòng)閥門再次關(guān)閉。
圖11以更多的細(xì)節(jié)示出了在圖5中所示的流體散布系統(tǒng)的示意性剖面圖。以305整體地示出可移開(kāi)的/可替換的攜帶流體的部分，以310整體地示出一個(gè)永久性的控制部分。以315示出一個(gè)鴨嘴形流動(dòng)閥門，以320示出一個(gè)致動(dòng)器，以235示出一個(gè)線圈。以330示出流體的貯室。柱塞335，彈簧340作用在此柱塞上，對(duì)貯室的流體施加壓力。這個(gè)作用在流體上的壓力使鴨嘴形閥門315保持在關(guān)閉位置。一個(gè)襯墊345在彈簧340與柱塞335相反的端部，將來(lái)自彈簧的作用力傳遞到位于控制段310中的一個(gè)傳感器350上。當(dāng)把部分305與310分開(kāi)時(shí)襯墊345仍保持彈簧340是被保持住的?？刂破?55閱讀來(lái)自傳感器的信息，基于把來(lái)自彈簧340的作用力與它被壓縮的長(zhǎng)度聯(lián)系起來(lái)確定出在貯室330中流體的數(shù)量，因此確定出柱塞335的位置?？刂破?55將一個(gè)信號(hào)送到線圈325，使致動(dòng)器320運(yùn)動(dòng)，并打開(kāi)流動(dòng)閥門315。這樣使得流體可以通過(guò)用360，361和362表示的流體管線流動(dòng)，在流體排放點(diǎn)365流出系統(tǒng)。
可以用流體通過(guò)重新充滿口370和充滿閥門375將貯室充滿。流體進(jìn)入流體管線361，并且壓力將鴨嘴形流動(dòng)閥門315打開(kāi)。流體通過(guò)流體管線360流動(dòng)，進(jìn)入貯室350，使柱塞335移動(dòng)，并壓縮彈簧340。充滿閥門375為鴨嘴形的構(gòu)形，在排放循環(huán)中來(lái)自流體的壓力把這個(gè)閥門關(guān)閉，保持流體不會(huì)由重新充滿口泄漏。
可以使用一個(gè)反饋控制系統(tǒng)使流動(dòng)閥門在圖5和11中所示的系統(tǒng)中運(yùn)行。簡(jiǎn)短地說(shuō)，關(guān)鍵件是可以用外部信號(hào)打開(kāi)和關(guān)閉的一個(gè)流動(dòng)控制閥，確定在貯室中流體體積的一個(gè)傳感器，以及一個(gè)控制器，此控制器可以閱讀來(lái)自傳感器的信息，并且送出一個(gè)信號(hào)，使控制閥打開(kāi)或者關(guān)閉。在它的最簡(jiǎn)單的形式，控制器可以將閥門打開(kāi)，隨后當(dāng)傳感器顯示貯室已經(jīng)空了時(shí)或者當(dāng)貯室體積已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了特定的改變時(shí)，將閥門關(guān)閉。將一個(gè)定時(shí)線路加到控制器中使得可以實(shí)現(xiàn)對(duì)流體流動(dòng)速率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。在規(guī)定的時(shí)間間隔檢查貯室傳感器使得控制器可以計(jì)算出正在散布的流體的速率。為了控制流動(dòng)速率，流動(dòng)控制閥不能保持總是打開(kāi)的，而是可以脈沖地打開(kāi)短的時(shí)間間隔。改變脈沖時(shí)間間隔使得可以按需要增加或減少流動(dòng)速率。下面聯(lián)系著圖6以更具體的細(xì)節(jié)解釋控制系統(tǒng)。
盡管已經(jīng)在電動(dòng)牙刷的應(yīng)用中描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解到，其它裝置特別是有與牙刷類似的流體應(yīng)用的其它裝置可以利用本發(fā)明的閥門組件得到好處。這樣的可能應(yīng)用的示例包括散布粘接劑或者其它流體。
可以以多種方式由貯室散布流體(見(jiàn)圖5和11)。一種可能性是不管貯室的體積多大將貯室的內(nèi)容物排空。給出一個(gè)外部命令將閥門打開(kāi)。貯室傳感器確定出什么時(shí)刻貯室變空，并且關(guān)斷閥門。第二種可能性是散布特定體積的流體。給出一個(gè)外部命令打開(kāi)閥門。貯室傳感器檢查在初始時(shí)刻流體的高度，并且隨后監(jiān)測(cè)在貯室中流體體積的變化數(shù)量。當(dāng)貯室流體的高度已經(jīng)實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)母淖儠r(shí)，傳感器關(guān)斷流動(dòng)閥門。
第三種可能性是以不變的流動(dòng)速率將貯室排空。給出一個(gè)外部命令將閥門打開(kāi)。貯室傳感器在初始時(shí)刻和規(guī)定的時(shí)間間隔檢查流體的高度?？刂葡到y(tǒng)使用這個(gè)信息測(cè)量流動(dòng)速率，并且做出任何需要的校正實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)乃俾??？刂崎y不能保持總是打開(kāi)的，而是可以脈沖地打開(kāi)短的時(shí)間間隔。改變脈沖時(shí)間間隔使得可以按需要增加或減少流動(dòng)速率。貯室傳感器確定出什么時(shí)刻貯室變空，并且關(guān)斷閥門。
第四種可能性是在特定的時(shí)間之后將貯室排空。給出一個(gè)外部命令將閥門打開(kāi)。貯室傳感器在初始時(shí)刻檢查流體的高度，并且控制系統(tǒng)確定散布流體所需要的流動(dòng)速率。貯室傳感器在規(guī)定的時(shí)間間隔進(jìn)行檢查，并使用這個(gè)信息測(cè)量流動(dòng)速率，并且做出任何需要的校正實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)乃俾?。控制閥不能保持總是打開(kāi)的，而是可以脈沖地打開(kāi)短的時(shí)間間隔。改變脈沖時(shí)間間隔使得可以按需要增加或減少流動(dòng)速率。貯室傳感器確定出什么時(shí)刻貯室變空，并且關(guān)斷閥門。
第五種可能性是在一個(gè)設(shè)定的時(shí)間內(nèi)排放特定數(shù)量的流體。給出一個(gè)外部命令將閥門打開(kāi)?？刂破鞔_定出所需要的流動(dòng)速率。貯室傳感器在初始時(shí)刻和在規(guī)定的時(shí)間間隔檢查流體的高度?？刂葡到y(tǒng)使用這個(gè)信息測(cè)量流動(dòng)速率，并且做出任何需要的校正實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)乃俾??？刂崎y不能保持總是打開(kāi)的，而是可以脈沖地打開(kāi)短的時(shí)間間隔。改變脈沖時(shí)間間隔使得可以按需要增加或減少流動(dòng)速率。當(dāng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)貯室流體高度的適當(dāng)改變時(shí)，傳感器關(guān)斷閥門。
第六種可能性是在整個(gè)循環(huán)中以多種流動(dòng)速率排放出流體。這與第三種可能性類似，但是不需要在整個(gè)循環(huán)中流動(dòng)速率是相同的。將流動(dòng)速率變化曲線(在一個(gè)時(shí)間的流動(dòng)速率或者貯室體積高度)提供給控制器。給出一個(gè)外部命令將閥門打開(kāi)。貯室傳感器在初始時(shí)刻和規(guī)定的時(shí)間間隔檢查流體的高度?？刂葡到y(tǒng)使用這個(gè)信息測(cè)量流動(dòng)速率，將這個(gè)速率與流動(dòng)速率變化曲線作比較，并且做出任何需要的改變或者校正。控制閥不能保持總是打開(kāi)的，而是可以脈沖地打開(kāi)短的時(shí)間間隔。改變脈沖時(shí)間間隔使得可以按需要增加或減少流動(dòng)速率。貯室傳感器確定出什么時(shí)刻貯室變空和/或什么時(shí)刻已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了貯室流體高度的一個(gè)特定的改變，并且關(guān)斷閥門。
圖6示出了一種反饋控制，用來(lái)使上面描述的流體閥門組件運(yùn)行，并且實(shí)現(xiàn)上面提到的可能的流體散布選擇。在圖6中，反饋控制序列的第一步是獲得當(dāng)前的流體高度，如以方框86所表示的那樣。這指的是在貯室中存在的流體高度。在方框88決定通過(guò)閥門(散布的)流體流動(dòng)是否是用時(shí)間限制的。如果流體流動(dòng)是用時(shí)間限制的，就在方框90設(shè)定時(shí)間間隔。在設(shè)定時(shí)間間隔之后，選定并輸入流量變化曲線(如果要使用流量變化曲線的話)，在方框91啟動(dòng)定時(shí)器，并接通流動(dòng)閥門。
如果流體流動(dòng)不是用時(shí)間限制的，就要決定它是否是流體限制的即是否是體積限制的，如以方框92所表示的那樣。如果流體的體積是被限制的(預(yù)先確定的)，那么在方框94設(shè)定流體的高度，隨后在方框96確定此流體高度是否是正確的。如果流體高度是正確的，就進(jìn)行方框91的功能。如果流體高度不正確，程序?qū)⒀h(huán)回到方框94，作一次新的流體高度設(shè)定。如果流體高度不是被限制的(方框92)，就設(shè)定最大的流體高度和最大的時(shí)間長(zhǎng)度，并且程序進(jìn)行到方框91。
如上面所表明的那樣，在方框91開(kāi)始流動(dòng)閥門的運(yùn)行。當(dāng)把流動(dòng)閥門接通時(shí)，在后續(xù)的時(shí)間間隔用循環(huán)程序確定是否已經(jīng)超過(guò)了事先確定的時(shí)間限制，如方框102所表示的那樣。如果已經(jīng)超過(guò)了時(shí)間限制，就把流動(dòng)閥門關(guān)斷，并且對(duì)使用者提供一個(gè)適當(dāng)?shù)娘@示，在顯示方框104表明已經(jīng)達(dá)到了時(shí)間限制。程序結(jié)束，并且閥門是關(guān)閉的。
如果已經(jīng)超過(guò)時(shí)間限制，在方框105獲得流體的高度，并且在方框106確定是否已經(jīng)超過(guò)事先確定的流體體積限制。如果已經(jīng)超過(guò)了體積限制，就在方框104關(guān)斷流動(dòng)閥門并提供已經(jīng)把流體送出的顯示。程序結(jié)束，并且閥門是關(guān)閉的。如果還沒(méi)有超過(guò)流體限制，在方框108確定流體貯室是否已經(jīng)空了。如果貯室已經(jīng)空了，就將流動(dòng)閥門關(guān)斷，并提供運(yùn)行結(jié)束顯示。如果流體貯室沒(méi)有空，如果必要就在方框110按照事先選擇的變化曲線調(diào)整流動(dòng)速率。
在按照事先選擇的變化曲線調(diào)整流動(dòng)速率之后，在方框112確定是否檢查流體的高度。如果回答是“是”，在方框114確定正在散布的流體是否符合變化曲線。如果所送出的流體符合變化曲線的數(shù)量，程序循環(huán)回到方框102。如果所送出的流體比變化曲線少，在方框116做出修正，提高流量，隨后程序循環(huán)回到方框102。如果所送出的流體比變化曲線多，在方框118做出修正，減少流量。隨后程序循環(huán)回到方框102。再一次，程序全面地控制流動(dòng)閥門相對(duì)于預(yù)先確定的加載變化曲線的運(yùn)行。
因此，已經(jīng)公開(kāi)了用于流動(dòng)管線的一種新的流動(dòng)閥門，也公開(kāi)了用于它的運(yùn)行的一種反饋控制。流動(dòng)閥門自身在像電動(dòng)牙刷的應(yīng)用中特別有用，在這樣的應(yīng)用中對(duì)可靠性和安全有很高的標(biāo)準(zhǔn)。然而，從它的最廣泛的方面上看，本發(fā)明不限于電動(dòng)牙刷的應(yīng)用。
然而，當(dāng)在電動(dòng)牙刷應(yīng)用中使用時(shí)，本發(fā)明有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。如在圖11中所示的流動(dòng)閥門相對(duì)于貯室和重新充滿口的位置很重要。對(duì)于所有公開(kāi)的閥門構(gòu)形來(lái)說(shuō)，為了使得貯室中的流體不通過(guò)流動(dòng)閥門流動(dòng)，不需要任何外部作用力。這樣也防止貯室中的流體由重新充滿口泄漏。然而，所有的構(gòu)形容許流體由重新充滿口通過(guò)閥門流動(dòng)并進(jìn)入貯室，而不需要對(duì)閥門本體施加任何作用力。為了在散布流體的循環(huán)過(guò)程中防止由重新充滿口泄漏，在重新充滿口上的閥門只需要對(duì)流體流動(dòng)提供的阻力比來(lái)自正常流體排放路徑的流體流的阻力高。
包含流體的所有部件是低成本的，并且設(shè)置在系統(tǒng)的可以移開(kāi)的部分(牙刷頭)中。成本較高的部件(線圈，傳感器和控制器)設(shè)置在牙刷把手中。有多個(gè)牙刷頭使得可以使用不同的流體，而不用擔(dān)心污染或者不同流體的混合。貯室傳感器和反饋系統(tǒng)使得系統(tǒng)可以自動(dòng)地對(duì)于不同粘性的流體(這些流體以不同的速率流過(guò)系統(tǒng))進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)貯室是滿的時(shí)和/或當(dāng)給定體積的流體已經(jīng)進(jìn)入貯室時(shí)，也可以使用貯室傳感器對(duì)進(jìn)行重新充滿的裝置發(fā)出信號(hào)。通過(guò)在重新充滿過(guò)程的開(kāi)始時(shí)檢查傳感器、并且隨后當(dāng)已知數(shù)量的流體已經(jīng)進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)再次檢查它，可以校準(zhǔn)傳感器，盡管為了說(shuō)明的目的已經(jīng)公開(kāi)了一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)該理解到，在本發(fā)明中可以包括多種變化，改進(jìn)和替代，而不偏離本發(fā)明的精神，本發(fā)明的精神由權(quán)利要求書(shū)確定。
權(quán)利要求
1.一種與流體管線一起使用的流動(dòng)閥門系統(tǒng)，它包括與流體管線以一種對(duì)流體密封的關(guān)系設(shè)置的可變形的彈性閥門件，其中，閥門件有從中穿過(guò)的開(kāi)口，當(dāng)沒(méi)有致動(dòng)閥門時(shí)此開(kāi)口關(guān)閉，當(dāng)致動(dòng)閥門時(shí)此開(kāi)口打開(kāi)；致動(dòng)件，將它設(shè)置成當(dāng)要把閥門打開(kāi)時(shí)它將運(yùn)動(dòng)，使閥門件變形，使得當(dāng)打開(kāi)閥門時(shí)流體通過(guò)閥門流動(dòng)；以及作用在致動(dòng)件上的裝置，使該致動(dòng)件運(yùn)動(dòng)將閥門件變形。
2.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，閥門件中的開(kāi)口是狹縫，它穿過(guò)閥門件的一部分伸展，使得當(dāng)把狹縫打開(kāi)時(shí)流體通過(guò)該閥門件流動(dòng)。
3.按照權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，閥門件是鴨嘴形閥門。
4.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，施加作用的裝置是線圈，將它設(shè)置在鄰近致動(dòng)件，并且它對(duì)電控制信號(hào)做出響應(yīng)，產(chǎn)生磁場(chǎng)，而磁場(chǎng)作用在致動(dòng)件上使致動(dòng)件運(yùn)動(dòng)，從而打開(kāi)閥門件。
5.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，致動(dòng)件是圍繞著閥門的環(huán)形的件。
6.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，將閥門件設(shè)置在流體管線內(nèi)。
7.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，閥門件連接流體管線的兩部分。
8.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，致動(dòng)件是成形的金屬件，它包括圍繞著閥門件的環(huán)形部分，以及離開(kāi)該環(huán)形部分伸展的底座部分，其中，施加作用的裝置是設(shè)置在鄰近伸展的底座件的線圈。
9.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，其包括突起，它在選定的位置由閥門件向外伸展，使得當(dāng)使致動(dòng)件對(duì)著該突起運(yùn)動(dòng)時(shí)，閥門件打開(kāi)。
10.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，其包括控制系統(tǒng)，用來(lái)按照預(yù)先選定的標(biāo)準(zhǔn)在預(yù)先選定的時(shí)刻打開(kāi)和關(guān)閉閥門件。
11.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，閥門件包括球形件，當(dāng)沒(méi)有致動(dòng)閥門時(shí)此球?qū)χ_(kāi)口實(shí)現(xiàn)關(guān)閉，而當(dāng)致動(dòng)閥門時(shí)此球移動(dòng)離開(kāi)該開(kāi)口。
12.一種用來(lái)控制流體管線中的流動(dòng)閥門的反饋系統(tǒng)，它包括用來(lái)確定在器具中流體高度的裝置；用來(lái)對(duì)于通過(guò)該閥門送出的流體確定所選定標(biāo)準(zhǔn)的裝置；用來(lái)接通該閥門的裝置，使得流體可以通過(guò)它流動(dòng)；以及用來(lái)確定在該系統(tǒng)工作過(guò)程中是否已經(jīng)滿足預(yù)先確定的選定標(biāo)準(zhǔn)、并且如果所述標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)滿足用來(lái)關(guān)斷該閥門的裝置。
13.按照權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，其包括用來(lái)確定流體發(fā)送變化曲線的裝置；按照所確定的流量變化曲線調(diào)節(jié)流動(dòng)速率的裝置；以及在選定的時(shí)間間隔將所發(fā)送的流體與變化曲線進(jìn)行比較、并且如果發(fā)現(xiàn)有誤差對(duì)流量進(jìn)行校正的裝置，其中，系統(tǒng)的工作一直到預(yù)先確定的標(biāo)準(zhǔn)之一已經(jīng)滿足為止。
14.按照權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，預(yù)先確定的條件包括以時(shí)間為基礎(chǔ)的發(fā)送，以體積為基礎(chǔ)的發(fā)送，以及在流體貯室中流體總量的發(fā)送。
15.按照權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，其包括如果流體發(fā)送由體積限制，用來(lái)確定要發(fā)送的特定的流體體積的裝置，該裝置還用來(lái)確定該流體體積是否真實(shí)。
16.按照權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，如果正在發(fā)送的流體與流量變化曲線相符，系統(tǒng)繼續(xù)對(duì)著預(yù)先確定的標(biāo)準(zhǔn)檢查所發(fā)送的流體，直到滿足標(biāo)準(zhǔn)之一為止，如果正在發(fā)送的流體比流量變化曲線大或小，系統(tǒng)將按照情況對(duì)發(fā)送進(jìn)行調(diào)節(jié)。
17.一種有散布流體能力的電動(dòng)牙刷，它包括電動(dòng)牙刷，它有在其上有牙刷毛的牙刷頭，用來(lái)以選定的方式使牙刷頭運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)組件，流體貯室，以及將貯室與牙刷頭連接起來(lái)的流體管線；與流體管線以一種對(duì)流體密封的關(guān)系設(shè)置的可變形的彈性閥門件，其中，閥門件有從中穿過(guò)的開(kāi)口，當(dāng)沒(méi)有致動(dòng)閥門時(shí)此開(kāi)口關(guān)閉，當(dāng)致動(dòng)閥門時(shí)此開(kāi)口打開(kāi)；致動(dòng)件，將它設(shè)置成當(dāng)要把閥門打開(kāi)時(shí)它將運(yùn)動(dòng)，使閥門件變形，使得當(dāng)打開(kāi)閥門時(shí)流體通過(guò)閥門流動(dòng)；以及作用在致動(dòng)件上的裝置，使該致動(dòng)件運(yùn)動(dòng)將閥門件變形。
18.按照權(quán)利要求17所述的電動(dòng)牙刷，其特征在于，閥門件中的開(kāi)口是狹縫，它穿過(guò)閥門件的一部分伸展，使得當(dāng)把狹縫打開(kāi)時(shí)流體通過(guò)該閥門件流動(dòng)。
19.按照權(quán)利要求17所述的電動(dòng)牙刷，其特征在于，施加作用的裝置是線圈，將它設(shè)置在鄰近致動(dòng)件，并且它對(duì)電控制信號(hào)做出響應(yīng)，產(chǎn)生磁場(chǎng)，而磁場(chǎng)作用在致動(dòng)件上使致動(dòng)件運(yùn)動(dòng)，從而打開(kāi)閥門件。
20.按照權(quán)利要求17所述的電動(dòng)牙刷，其特征在于，致動(dòng)件是圍繞著閥門件的環(huán)形的件。
21.按照權(quán)利要求17所述的電動(dòng)牙刷，其特征在于，致動(dòng)件是成形的金屬件，它包括圍繞著閥門件的環(huán)形部分，以及離開(kāi)該環(huán)形部分伸展的底座部分，其中，施加作用的裝置是設(shè)置在鄰近伸展的底座件的線圈。
22.按照權(quán)利要求17所述的電動(dòng)牙刷，其特征在于，其包括突起，它在選定的位置由閥門件向外伸展，使得當(dāng)使致動(dòng)件對(duì)著該突起運(yùn)動(dòng)時(shí)，閥門件打開(kāi)。
23.按照權(quán)利要求17所述的電動(dòng)牙刷，其特征在于，其包括控制系統(tǒng)，用來(lái)按照預(yù)先選定的標(biāo)準(zhǔn)在預(yù)先選定的時(shí)刻打開(kāi)和關(guān)閉閥門件。
全文摘要
一種閥門，其包括一個(gè)可變形的彈性閥門件，以與流體管線對(duì)流體密封的關(guān)系把該閥門件設(shè)置在可變形的流體管線中。一個(gè)致動(dòng)件比如一個(gè)環(huán)形件圍繞著閥門件，并且將一個(gè)致動(dòng)線圈設(shè)置在鄰近環(huán)形件的位置。當(dāng)工作時(shí)，一個(gè)電控制信號(hào)使線圈通電，產(chǎn)生磁場(chǎng)，而磁場(chǎng)使致動(dòng)件運(yùn)動(dòng)，使閥門件變形，從而打開(kāi)閥門。電信號(hào)的終止使得閥門件可以返回到它的正常的關(guān)閉位置。對(duì)于閥門提供了一種反饋控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括對(duì)于流體發(fā)送的時(shí)間和體積提供預(yù)先確定的限制。接續(xù)地確定這些限制是否已經(jīng)得到滿足，當(dāng)一個(gè)這樣的限制已經(jīng)得到滿足時(shí)，把控制閥關(guān)斷。
文檔編號(hào)A61C17/00GK1606674SQ02825611
公開(kāi)日2005年4月13日 申請(qǐng)日期2002年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月20日
發(fā)明者R·K·泰勒 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司