CN109223234A - 一种两个自由度振动的电动牙刷 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两个自由度振动的电动牙刷，包括振动杆、永磁体、绕组以及安装座，所述振动杆安装在所述安装座上，所述安装座上设有供振动杆穿过并限制在其中的振动孔，所述振动孔设有至少两个；所述永磁体固定在安装座内振动杆上，所述绕组包括第一绕组和第二绕组；所述第一绕组和第二绕组被通入脉冲电流后产生相互交叉交变磁场，使振动杆的永磁体在交变磁场中至少受到沿在以振动杆的轴线为X轴的空间直角坐标系中的Y轴和Z轴方向的力，振动杆在振动孔的孔径内沿Y轴和Z轴的方向振动。解决了传统单一自由度工作的电动牙刷在刷牙时存在刷牙盲区的问题。

Description

一种两个自由度振动的电动牙刷

技术领域

本发明口腔护理器具领域，具体为一种两个自由度振动的电动牙刷。

背景技术

随着消费者的生活水平提高，电动牙刷正成为消费者保健牙齿的最佳工具，市售的电动牙刷因成本原因，大都采用了传统电机加振动环组成，其缺点：振动不够强，工作的频率不稳定性，振动的幅度和频率会随电池的电压变化而波动。虽然市场上也出现了专用的振动电机，但结构复杂，成本较高，可靠性差，并且生产中需要人工调节，一致性难以保证，不适合大批量推广，因而推动了振荡电机的发明产生。

目前市面上常见的电动牙刷高频振荡电机是利用传统直流电机演变而来，通过控制通入绕组的电流的方向，从而使N极磁铁和S极磁铁发生偏转而带动铁芯转子往复转动，形成高频的小幅转动振荡，带动与转轴连接的弹簧往复扭转而产生扭转变形，其方法在高频往复振动时易于疲劳老化，其结构设计也复杂，几乎都在15种部件以上零部件，零部件配合易产生共震导致噪音大，装配工艺复杂成本高。

而且在这种往复式转动的旋转电机在电动牙刷组装时需要调节该旋转电机的转轴的同轴度，让转轴在转动时不至于会卡死；还需要对转轴的转动角度进行调试，避免电动牙刷刷头的硬质材料部分不至于与牙龈发生碰撞，使用户口腔受伤。这些工作都需要较大的工作量，付出的成本也较高，尤其是校对转动的同轴度，甚至在组装每一个电动牙刷时都需要进行，这也就极大的提高了电动牙刷的成本。线性振动的电机能够有效的解决上述问题，但经过研究发现，不论是线性振动的电机在工作时刷头仅具有一个平移自由度，还是往复转动的选择电机在工作时刷头仅具有一个转动自由度，其电机均为单一自由度运动，在刷牙结束后，由于处于牙刷运动盲区，牙龈上还残存大量口腔细菌无法清理，容易导致一系列口腔问题。

发明内容

本发明目的在于解决上述技术问题，提供一种两个自由度振动的电动牙刷，解决了传统单一自由度工作的电动牙刷在刷牙时存在刷牙盲区的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案有：

一种两个自由度振动的电动牙刷，包括振动杆、永磁体、绕组以及安装座，所述振动杆安装在所述安装座上，所述安装座上设有供振动杆穿过并限制在其中的振动孔，所述振动孔设有至少两个；所述永磁体固定在安装座内振动杆上，所述绕组包括第一绕组和第二绕组；所述第一绕组和第二绕组被通入脉冲电流后产生相互交叉交变磁场，使振动杆的永磁体在交变磁场中至少受到沿在以振动杆的轴线为X轴的空间直角坐标系中的Y轴和Z轴方向的力，振动杆在振动孔的孔径内沿Y轴和Z轴的方向振动。

根据本发明一种两个自由度振动的电动牙刷，电机具有两个自由度，通过第一绕组和第二绕组形成的交叉分布的交变磁场，交变磁场作用在永磁体上，使其受磁力作用带动振动杆在交变磁场中运动，使得振动杆具有以振动杆的轴线为X轴的空间直角坐标系中的Y轴和Z轴方向的平移自动度，并被限制在振动孔的孔径内振动，能够有效的解决传统单一自由度运动的电动牙刷；而且本发明的振动杆是悬浮在交变磁场中，达到磁悬浮状态，并不需要与轴承连接而造成不必要的能量损耗，使振动杆的工作频带进一步加宽，使得振动杆能够输出更高的机械振动。

进一步的，所述第一绕组设置在振动杆上方，产生一个Z轴方向的交变磁场；所述第二绕组设置在振动杆下方，产生一个Y轴方向的交变磁场；所述永磁体包括上永磁铁、左永磁铁和右永磁铁，所述振动杆上设有左安装槽、右安装槽以及上安装槽供三个永磁体分别进行安装，且左永磁铁和右永磁体的磁性相反；所述上永磁铁配合所述第一绕组动作，所述左永磁铁和右永磁铁配合第二绕组动作。第一绕组产生Z轴方向的交变磁场，使得永磁体能够在Z轴方向上受力而振动，第二绕组产生Y轴方向的交变磁场，使得永磁体能够在Y轴方向上受力而振动；所以，通过两个绕组的配合，让振动杆具有两个平移自由度，让固定振动杆上的刷头能够更加充分的清洁牙齿上传统电动牙刷无法刷到的盲区；并且提供了一种永磁体的设置数量和设置方式的优选方案，永磁体和绕组能够更好的配合，使永磁体的受力方向更加适合电动牙刷的运动轨迹。

再进一步的，所述第二绕组产生的交变磁场频率高于第一绕组产的交变磁场频率。Y轴方向作为电动牙刷的主要振动方向，采用更高频率的磁场来提供较好的清洁效果，Z轴方向并不需要较高的振动频率，所以采用较低的频率来丰富电动牙刷的刷牙区域，两者相互配合消除电动牙刷的刷牙盲区。

进一步的，所述安装座包括安装板和基座，所述振动孔设置在安装板上，至少存在两个所述安装板安装在所述基座沿所述振动杆的轴线方向的两端，所述第一绕组安装在基座上部，所述第二绕组安装在基座下部，基座、绕组及安装板包围形成让所述振动杆固定永磁体的部分容纳的腔体。所述安装座用于安装和限制振动杆，也为其提供的用于振动的腔体；上述结构也提供了一种容易组装的安装座结构，将安装座分成多个组件拼合形成，更方便振动杆的安装。

再进一步的，还包括缓冲垫，所述缓冲垫固定在所述振动孔上，设置于振动杆和振动孔的壁之间。缓冲垫设置在振动孔的壁和振动杆之间，用于缓冲振动杆的动能，避免振动杆与振动孔直接碰撞，检测振动杆的摩擦阻力，降低振动杆的磨损，提高其寿命。

优选的，所述安装板设有两个，所述振动孔设有两个且分别设置在两个安装板上，两个所述安装板安装在所述基座沿所述振动杆的轴线方向的两端。两个安装板同时限制所述振动杆，避免振动杆发生偏转而无法振动。

进一步的，还包括弹性元件，所述弹性元件设在所述振动杆和所述基座、第一绕组及第二绕组之间，且分别弹压在振动杆和基座、第一绕组及第二绕组上。防止所述振动杆与绕组直接接触造成“吸死”现象，使振动杆停止震动，影响用户的体验效果。

优选的，所述弹性元件设在所述永磁体和所述第一绕组和/或第二绕组之间。所述弹性元件设置在永磁体和绕组之间，能够直接作用在永磁体和绕组之间，防止永磁体吸死在绕组上。

再进一步的，还包括电路模块，所述电路模块用于输出脉冲电流。

再进一步的，还包括壳体，所述振动杆、永磁体、第一绕组、第二绕组以及安装座安装在壳体内。

附图说明

图1为本发明电动牙刷的爆炸图；

图2为本发明电动牙刷的剖视图；

图3为本发明电动牙刷的一种实施例的剖视图；

图4为本发明电动牙刷的另一种实施例的剖视图；

图5为图4所示实施例的振动中某一时刻的剖视图；

图6为图4所示实施例的振动中某一时刻的剖视图。

具体实施方式

结合附图说明本发明的一种两个自由度振动的电动牙刷。

如图1至6所示的电动牙刷，包括振动杆1、永磁体11、绕组以及安装座，并形成了以振动杆1的轴线为X轴的空间直角坐标系，振动杆1的水平移动方向为坐标系的Y轴，垂直移动方向为坐标系的Z轴。

所述振动杆1安装在所述安装座上，所述安装座上设有供振动杆1穿过并限制在其中的振动孔31，所述振动孔31设有至少两个，所述振动杆1上设置供永磁体11安装的安装槽12。

所述振动杆1采用高机械强度金属材料制成，避免其发生断裂，影响产品寿命，振动杆1的形状优选为圆形，但不仅限于此，目前圆形振动杆1更加适合机加工。

在振动杆1的一端固定连接有牙刷头(图中未示出)，在振动杆1的另一端为固定所述永磁体11的部分，中间通过安装座的振动孔31进行分隔；为了便于振动杆1的安装，因为振动杆1在安装永磁体11的部分需要较大的尺寸，所以必须要固定刷头的一端的振动杆1尺寸与振动孔31进行配合，方便与振动孔31配合，将固定刷头的一端的振动杆1穿出振动孔31；当然，也可以将振动孔31设置为拼接而成，也可以解决上述问题。

一般的，牙刷头具有刷毛，刷毛形成了作用在牙齿上的刷牙面，刷牙面对应着坐标系中的XOY平面。

如图1和2所示，设有三个永磁体11，包括左永磁体11b、右永磁体11a和上永磁体11c，振动杆1上设有左安装槽、右安装槽以及上安装槽供三个永磁体分别进行安装，其中左永磁体11b、右永磁体11a极性相反，并且，在上述坐标系中，左永磁体11b、右永磁体11a设置在相对振动杆的轴线的Y轴的方向上，而上永磁体11c设置在相对振动杆的轴线的Z轴的方向上。

此外，所述永磁体11的数量还存在更多的设置方式，比如仅设置一个永磁体11，本发明的电动牙刷也能够在交变磁场中活动；还可以设置对应第一绕组51和第二绕组52均设置永磁体与之配合，本发明并不对永磁体11的数量进行限制。

所述绕组包括第一绕组51和第二绕组52，所述第一绕组51安装在安装座上部，所述第二绕组52安装在安装座下部，第一绕组51和第二绕组52被通入脉冲电流后产生相互交叉交变磁场，交变磁场中作用在振动杠杆1的永磁体11上，使振动杆1沿Y轴和Z轴方向在振动孔31的孔径内振动。

以上永磁体11的布置方式的好处在于牙刷的刷牙面所处的平面为XOY平面，而在Y轴方向布置两个永磁体，可以作为该电动牙刷的主要振动方向使刷牙面在其所在平面快速振动，提供相对Z轴方向频率更高的振动，以获得更好的刷牙效果；而Z轴方向可以提供相对频率较低的振动，以增大刷牙面所作用的区域，使刷头能够在一定的空间内振动，让刷毛也能够在传统电动牙刷的运动盲区内进行刷牙的动作，比如两个牙齿之间的缝隙，传统的单一自由的电动牙刷，如果刷头仅在XOY平面进行刷牙动作，很难对两个牙齿之间的缝隙进行清洁动作，而本发明的牙刷刷头能够在一定的空间的内振动，对牙齿之间的缝隙也有较好的清洁效果。

至于本发明的电动牙刷的刷头的刷牙区域，可以通过振动孔31的形状去限定，由于振动杆1是被限制在振动孔31的孔径内振动，而该刷牙区域在空间坐标系中的投影就包括了刷牙面的形状和振动孔31的形状。

比如，将刷牙面设置为长方形或近似长方形的不规则形状，而振动孔设置为长方形，其刷牙区域为一个长方体或近似长方体的区域；而将振动孔设置为椭圆形，其刷牙区域也将变成一个横截面为椭圆形的柱体或近似柱体的区域。电动牙刷的刷牙面在刷牙的区域内不规则的运动达到充分清洁牙齿以及牙齿缝隙的效果。

为配合上述功能，还设置了电路模块，所述电路模块用于输出脉冲电流。

电源输入3-5V低压直流电，向第二绕组52输入频率为250Hz～330Hz脉冲方波，向第一绕组51输入频率为20Hz～30Hz脉冲方波，方波的波形纯正,高电平和低电平占的时间相等，体现在电动牙刷中，为振动杆1向两个方向振动的概率是相等的；输出高频的脉冲方波可调节，通过精确控制脉冲的频率，从而精确控制电机的振幅，以及控制运行速度，以适应不同客户的需求。

所述电路模块还具有最大电流限制功能，无论何时输入绕组的电流都不会超过设定的最大值。

通过改变振动孔31的尺寸可以控制振动杆1的自由度以及其最大的振动范围，而且还需要在振动孔31内安装缓冲垫32，所以一般会将振动孔31的尺寸设置为略大于振动杆1的尺寸来便于安装缓冲垫32，振动孔31与缓冲垫32共同作用，使振动杆1仅能在一定的路径中作一定范围的振动。

如图2所示，提供了一种优选的绕组设置方式，所述第一绕组51设置在振动杆1上方，产生一个Z轴方向的交变磁场；所述第二绕组52设置在振动杆1下方，产生一个Y轴方向的交变磁场。

如图1，所述安装座包括安装板3和基座2，所述第一绕组51安装在基座2上部，所述第二绕组52安装在基座2下部，所述振动孔31设置在安装板3上，安装板3包括前安装板3和后安装板3’，前安装板3固定在基座2前部，后安装板3’固定在基座2后部，前安装板3上设有前振动孔31与振动杆1配合，后安装板3’上设有后振动孔31’与振动杆1配合，同样，设置前缓冲垫32与前振动孔31配合，后缓冲垫32’与后振动孔31’配合。

优选的，在与后安装板31’配合的振动杆并不需要承太大的剪切应力，所以该部分振动杆的尺寸可以设置得更小，同样与之配合的后振动孔31’与后缓冲垫32’也相应设置得尺寸更小，能够节省材料。

基座2与安装板3采用拼接结构，如图1，基座2上设有凹槽21，安装板3上设有凸块33，通过凸块33和凹槽21拼接，能够方便振动杆1的安装，方便将振动杆1从振动孔31中穿出。

基座2、第一绕组51和第二绕组52及安装板3包围形成让所述振动杆1固定永磁体11的部分容纳的腔体。

所述绕组包括电感应线圈和硅钢片，硅钢片可以稳定和增强脉冲电流通过绕组产生的交变磁场。

如果永磁体11对应绕组的位置设置，还应当在永磁体11和绕组之间还设有弹性元件4，所述弹性元件4能够避免永磁体11与绕组直接接触，使振动杆1与硅钢片发生“吸死”现象。所述弹性元件4还能够在电动牙刷停止工作时让振动杆1复位，也能够降低整个电动牙刷运行时的噪音，减少振动杆1的磨损。

如图3所示的一种实施例，分别对应第一绕组51及第二绕组52设置有永磁体11，所述弹性元件4为软质弹片，能够充分隔开所述永磁体11和第一绕组51及第二绕组52，从而防止发生“吸死”现象。

如图4至6所述的另一种实施例，所述弹性元件4为弹簧，完弹簧发生形变能够产生弹力，而且其自己被压缩至极致之后仍然具有一定的长度，这样能够全避免永磁体11和绕组直接进行接触。

如图5，当振动杆1向下运动时，在电动牙刷下部的弹性元件4收缩，产生向上的弹力，电动牙刷上部的弹性元件4也有可能处于拉伸、自然伸展或压缩状态，但根据上下两个弹性元件4形变的量可以判断整个系统必然会产生向上的弹力，使得图中振动杆1恢复图4所示的状态。

如图6，当振动杆1向上运动时，在电动牙刷上部的弹性元件4收缩，产生向下的弹力，电动牙刷下部的弹性元件4同样也存在不同的状态，但最后仍然会产生向下的弹性，使得图中的振动杆1恢复图4所示的状态。

此外，弹性元件4还具有防止振动杆1发生偏移的功能，当振动杆1发生偏移时，所述弹性元件4能够快速反应，各个不同部位的弹性元件4会产生不同大小和方向的弹性，使所述振动杆1能够恢复平衡。

所述永磁体11为稀土钕铁硼磁铁。稀土钕铁硼磁铁不仅性价比高，具良好的机械特性求；而且具有体积小、重量轻和磁性强的特点，采用稀土钕硼磁铁制作永磁体11，能够增强转子磁悬浮状态时的平衡度，使电机平衡不再需要弹簧，使振动电机实现自动复位和自动保持平衡的功能。

还包括壳体6，所述振动杆1、永磁体11、第一绕组51及第二绕组52以及安装座安装在壳体6内。壳体6为整体结构提供防护，避免内部的零部件受环境影响。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种两个自由度振动的电动牙刷，包括振动杆、永磁体、绕组以及安装座，所述振动杆安装在所述安装座上，所述安装座上设有供振动杆穿过并限制在其中的振动孔，所述振动孔设有至少两个；其特征在于，所述永磁体固定在安装座内振动杆上，所述绕组包括第一绕组和第二绕组；所述第一绕组和第二绕组被通入脉冲电流后产生相互交叉交变磁场，使振动杆的永磁体在交变磁场中至少受到沿在以振动杆的轴线为X轴的空间直角坐标系中的Y轴和Z轴方向的力，振动杆在振动孔的孔径内沿Y轴和Z轴的方向振动。

2.根据权利要求1所述两个自由振动的电动牙刷，其特征在于，所述第一绕组设置在振动杆上方，产生一个Z轴方向的交变磁场；所述第二绕组设置在振动杆下方，产生一个Y轴方向的交变磁场；所述永磁体包括上永磁铁、左永磁铁和右永磁铁，所述振动杆上设有左安装槽、右安装槽以及上安装槽供三个永磁体分别进行安装，且左永磁铁和右永磁体的磁性相反；所述上永磁铁配合所述第一绕组动作，所述左永磁铁和右永磁铁配合第二绕组动作。

3.根据权利要求2所述两个自由度振动的电动牙刷，其特征在于，所述第二绕组产生的交变磁场频率高于第一绕组产的交变磁场频率。

4.根据权利要求1至3任一项所述两个自由度振动的电动牙刷，其特征在于，所述安装座包括安装板和基座，所述振动孔设置在安装板上，至少存在两个所述安装板安装在所述基座沿所述振动杆的轴线方向的两端，所述第一绕组安装在基座上部，所述第二绕组安装在基座下部，基座、绕组及安装板包围形成让所述振动杆固定永磁体的部分容纳的腔体。

5.根据权利要求4所述两个自由度振动的电动牙刷，其特征在于，还包括缓冲垫，所述缓冲垫固定在所述振动孔上，设置于振动杆和振动孔的壁之间。

6.根据权利要求4所述两个自由度振动的电动牙刷，其特征在于，所述安装板设有两个，所述振动孔设有两个且分别设置在两个安装板上，两个所述安装板安装在所述基座沿所述振动杆的轴线方向的两端。

7.根据权利要求4任一项所述两个自由度振动的电动牙刷，其特征在于，还包括弹性元件，所述弹性元件设在所述振动杆和所述基座、第一绕组及第二绕组之间，且分别弹压在振动杆和基座、第一绕组及第二绕组上。

8.根据权利要求7所述两个自由度振动的电动牙刷，其特征在于，所述弹性元件设在所述永磁体和所述第一绕组和/或第二绕组之间。

9.根据权利要求1所述两个自由度振动的电动牙刷，其特征在于，还包括电路模块，所述电路模块用于输出脉冲电流。

10.根据权利要求1所述两个自由度振动的电动牙刷，其特征在于，还包括壳体，所述振动杆、永磁体、第一绕组、第二绕组以及安装座安装在壳体内。