CN110338927B - 电动牙刷主体驱动结构 - Google Patents

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Abstract

一种电动牙刷主体驱动结构，其能实现电动牙刷的往复扭转输出，所述电动牙刷主体驱动结构可由直流电机、凸轮传动单元、摆杆单元和输出轴组成，套在直流电机输出轴上的小齿轮与凸轮传动单元内设的内齿轮进行啮合，凸轮传动单元的凸轮与U型的摆杆单元配合，摆杆单元的输出端通过输出轴将动力传递给牙刷头，本发明中的运动件和电机均可固定在支架上；通过本发明的驱动结构，能实现将电机连续回转运动变换为牙刷主轴的周期性往复扭转，同时运动机构的部件较少，强度较高，工艺要求低，运转平稳,噪音低，动力损耗少，寿命长，有良好的市场推广效益。

Description

电动牙刷主体驱动结构
技术领域
本发明涉及电动牙刷的技术领域，尤其涉及一种能将电机连续回转运动变换为牙刷主轴的周期性往复扭转的电动牙刷主体驱动结构。
背景技术
随着人们生活水平的提高和对自身口腔保健的重视度，电动牙刷越来越多的进入到普通家庭中，电动牙刷相对普通传统牙刷具备清洁效率高的明显优势。但是目前市场上流行的电动牙刷技术上分为刷头振动式及一定幅度的往复运动方式。本发明属于刷毛往复运动的方式动力驱动结构。现有的同类产品，不少设计虽然性能表现优异，但多为工艺要求高，结构复杂，为了满足最终性能表现，大多采用了大量的金属构件，产品的最终成本高，对产品推广不利。有些构造虽然简单，但承载能力差，容易磨损，噪音也大，满足不了用户对产品性能的要求。
为此，本发明的设计者有感于上述缺陷，通过创造性的劳动发明了本申请中的电动牙刷主体驱动结构，实现零件少,强度高，工艺要求低，运转平稳,噪音低，动力损耗少，寿命长的有益效果，有良好的市场推广效益比。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动牙刷主体驱动结构，其结构简单紧凑，操作更加方便人性化，且更加强度高，工艺要求低，运转平稳,噪音低，动力损耗少，寿命长，有良好的市场推广效益比。
为达成上述的目的，本发明公开了一种电动牙刷主体驱动结构，包含依次连接的直流电机、凸轮传动单元、摆杆单元和输出轴，其特征在于：
所述直流电机连接至凸轮传动单元以驱动凸轮传动单元进行回转运动，所述凸轮传动单元通过其前端偏心的凸轮与摆杆单元配合进行动力转换，并通过输出轴进行动力输出；
所述直流电机的电机轴上套设有小齿轮，所述凸轮传动单元的后端设有供所述小齿轮伸入的圆形凹部，所述圆形凹部内设有啮合于所述小齿轮的内齿轮从而实现动力的传递；
所述摆杆单元的后端两侧设有向后延伸的摆臂，两摆臂之间形成与凸轮传动单元的凸轮配合的U型缺口，由此，当凸轮传动单元在直线电机的驱动下回转时，偏心的凸轮带动摆动单元进行相对摆动。
其中，所述小齿轮与内齿轮的齿数比为1：2，从而啮合后减速比为2:1。
其中，所述摆动单元前端的下侧设有输出端，所述输出端设有供输出轴固定的轴孔。
其中，输出轴的后端两侧设有切口，所述轴孔的两侧对应设有平面部以将输出轴固定于轴孔内。
其中，所述凸轮传动单元的前端中心还设有向前延伸的中轴，所述摆杆单元设有供中轴贯穿的弧形通孔。
其中，所述凸轮传动单元、摆杆单元和输出轴固定于支架内。
其中，所述小齿轮采用POM或尼龙塑料或黄铜制成，所述摆杆单元的材料为POM或尼龙塑料，输出轴采用不锈钢制作。
其中，所述凸轮的偏心距为1.5～1.9毫米。
其中，所述凸轮为圆柱型，凸轮的材料为POM或尼龙塑料。
其中，所述摆杆单元的扭转角度在+17度和-17度之间。
通过上述结构，本发明能实现如下技术效果：
1、结构简单紧凑，操作更加方便人性化，后期更换和维护方便；
2、整个动力系统最终在实际额定负载下累计200小时仍可保持稳定状态，具备可操作性，性能，工艺性，经济性表现优越。
3、强度高，工艺要求低，运转平稳,噪音低，动力损耗少，寿命长，有良好的市场推广效益比。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1：为本发明的电动牙刷主体驱动结构的分解结构示意图。
图2A：为本发明的电动牙刷主体驱动结构的结合示意图。
图2B：为本发明的电动牙刷主体驱动结构的另一方向示意图。
图2C：为图2A中A-A向的剖视图。
图2D：为图2A中B-B向的剖视图。
图2E：为图2A中C-C向的剖视图。
图3A和图3B：为本发明运动状态下齿轮输出角度为0度时的示意图。
图3C和图3D：为本发明运动状态下齿轮输出角度为90度时的示意图。
图3E和图3F：为本发明运动状态下齿轮输出角度为180度时的示意图。
图3G和图3H：为本发明运动状态下齿轮输出角度为270度时的示意图。
图4：为本发明应用至电动牙刷的结构示意图。
图5：为本发明应用至电动牙刷的另一方向示意图。
图6：为本发明应用至电动牙刷的另一方向示意图。
附图标记：
10、直流电机；12、小齿轮；20、凸轮传动单元；22、内齿轮；24、凸轮；26、中轴；30、摆杆单元；32、摆臂部；34、输出端；36、弧形通孔；40、输出轴；42、轴套；50、支架；100、刷头组件；102、电池；104、电池支架。
具体实施方式
请参阅图1及图2A-E，分别显示了本发明的电动牙刷主体驱动结构的分解示意图和组合示意图。如图所示，本发明的电动牙刷主体驱动结构可包含依次连接的直流电机10、凸轮传动单元20、摆杆单元30和输出轴40，所述直流电机10的连续回转运动通过凸轮传动单元20和摆杆单元30的动力传递转换为输出轴的往复回转运动。
其中，所述直流电机10连接至凸轮传动单元20以驱动凸轮传动单元20进行回转运动，所述凸轮传动单元20通过其前端偏心的凸轮24与摆杆单元30配合进行动力转换，并通过固定于摆杆单元30前端的输出轴40进行动力输出。
在图示的实施例中，所述直流电机10的电机轴上套设有小齿轮12，所述凸轮传动单元10的后端设有供所述小齿轮12伸入的圆形凹部，所述圆形凹部内设有啮合于所述小齿轮12的内齿轮22，从而实现动力的传递。
可选的是，所述内齿轮22的直径和齿数大于小齿轮12，从而通过内齿轮和小齿轮的啮合同时还实现了减速和驱动力矩的增加，优选的是，所述小齿轮12与内齿轮22的齿数比为1：2，从而啮合后减速比为2:1，在更优的实施例中，小齿轮为13齿，内齿轮为26齿。
其中，所述摆杆单元30的后端两侧设有向后延伸的摆臂32，两摆臂32之间形成与凸轮传动单元20的凸轮24配合的U型缺口，由此，当凸轮传动单元20在直线电机10的驱动下回转时，偏心的凸轮24沿凸轮包络曲线运动，而由于偏心的凸轮24的运动轨迹大于U型缺口的空间，从而凸轮在运动中带动摆动单元进行相对摆动。
其中，所述摆动单元30前端的下侧设有输出端34，所述输出端设有供输出轴40固定的轴孔，且输出轴40的后端两侧设有切口，所述轴孔的两侧对应设有平面部，以将输出轴40固定于轴孔内。
所述凸轮传动单元20的前端中心还设有向前延伸的中轴26，所述摆杆单元30在输出端34的上方设有供中轴贯穿的弧形通孔36，所述弧形通孔36的弧线以所述输出端上的轴孔轴线为圆心设置，且优选的所述弧形通孔36位于两摆臂32之间且对称设置，通过这样的设置，摆动单元在摆动过程中通过中轴26和弧形通孔36的配合更加的稳定可靠，且摆动轨迹更加准确，最终实现输出轴的精确运动。
其中，所述凸轮传动单元20、摆杆单元30和输出轴40固定于支架50内，所述0输出轴40的后端设有轴套42以从支架50的前端伸出。
本发明的动作机理如下：直线电机带动电机轴的小齿轮连续回转，小齿轮与设置有凸轮传动单元的内齿轮啮合，即小齿轮回转也带动该内齿轮回转，因两个齿轮直径有差异，也完成了将电机转速的一定范围的恒定变比减速从而提升驱动扭矩，摆杆单元后端的U型缺口咬合在凸轮上，当凸轮随内齿轮进行回转，U型缺口受迫沿凸轮包络曲线运动，驱动摆杆单元进行复绕轴的回转，输出轴紧固在摆杆单元上，当摆杆单元发生往复回转，输出轴最终表现也为往复回转。
参见图3A-3H可知，中轴贯穿于弧形通孔设置，在内齿轮从图3A和图3B所示的0度开始运动，此时凸轮位于最左侧，摆杆单元也摆动至最左侧，当内齿轮运动至图3C和图3D所示的90度时，此时凸轮位于最上侧，而摆杆单元随之摆动至中间位置，当内齿轮运动至图3E和图3F所示的180度时，此时凸轮位于最右侧，而摆杆单元随之摆动至最右侧位置，当内齿轮运动至图3G和图3H所示的270度时，此时凸轮位于最下侧，而摆杆单元随之摆动至中间位置，而由于摆杆单元前端下侧固定有不可摆动的输出轴，进而实现上端的摆动和下端的往复回转。
其中，最终输出轴回转的角度与凸轮的偏心距及摇杆单元的U型缺口的宽度相关。凸轮的偏心距与输出轴的摆角成正比。摇杆单元的U型缺口的宽度与输出的绕轴摆角成反比。凸轮的偏心距及摇杆单元的U型缺口的宽度设置除了直接影响绕轴输出角度，也影响磨损后的绕轴角度的损失敏感度。并影响绕轴输出在不同摆角位置的扭矩均衡性，合理的设置可实现在不同的摆角输出位置的力矩稳定。合理的设置，可有效避免在产品预期设定的寿命下，将粘合位置处的磨损对在定载条件下的绕轴往复摆角影响减少到合理范围。
可选的是，所述摇杆单元的U型缺口与输出轴同向。
可选的是，所述摇杆单元与输出轴一体成型，无相对运动关系。
可选的是，所述凸轮传动单元的凸轮的轴向与最终扭矩输出轴轴向同向。
可选的是，所述直线电机的电机轴与输出轴同向。
可选的是，在本发明的具体实施例中，直线电机选用直径20毫米三磁极的直流电机，初始转速约为9000转/分钟，在最高效率点的输出扭矩约为40gf.cm，最高效率点转速设计为6000转。我们期望配合本发明的运动转换机构后，驱动刷头后控制电机负载转速落在6000转/分钟的最大效率工作点，这样能做大限度发挥出电机的工作能效。
可选的是，所述小齿轮可采用POM或尼龙塑料或黄铜制成，具体的选材以及产品的品质等级确定。
优选的是，所述凸轮的偏心距为1.5-1.9毫米。
可选的是，所述凸轮为圆型，凸轮的材料为POM或尼龙塑料。
可选的是，所述摆杆单元的材料为POM或尼龙塑料，与其紧配的输出轴，考虑到防锈性能采用不锈钢制作。
可选的是，所述摆杆单元的扭转角度在+17度和-17度之间为最佳。
见图4-图6，将本发明装入电动牙刷，该电动牙刷包含被输出轴驱动的刷头组件100，电动牙刷的后端设有提供电机动力的电池102以及固定电池的电池支架104，整个动力系统最终在实际额定负载下累计200小时仍可保持稳定状态。200小时后，承载扭矩和摆频，噪音变化率小于30％。实际应用数据表明本发明的提出的运动转换机构是具备可操作性，性能，工艺性，经济性表现优越。
惟以上所述的实施方式，是为较佳的实施实例，当不能以此限定本发明实施范围，若依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化或修饰，皆应属本发明下述的专利涵盖范围。

Claims (10)

1.一种电动牙刷主体驱动结构，包含依次连接的直流电机、凸轮传动单元、摆杆单元和输出轴，其特征在于：
所述直流电机连接至凸轮传动单元以驱动凸轮传动单元进行回转运动，所述凸轮传动单元通过其前端偏心的凸轮与摆杆单元配合进行动力转换，并通过输出轴进行动力输出；
所述直流电机的电机轴上套设有小齿轮，所述凸轮传动单元的后端设有供所述小齿轮伸入的圆形凹部，所述圆形凹部内设有啮合于所述小齿轮的内齿轮从而实现动力的传递；
所述摆杆单元的后端两侧设有向后延伸的摆臂，两摆臂之间形成与凸轮传动单元的凸轮配合的U型缺口，由此，当凸轮传动单元在直线电机的驱动下回转时，偏心的凸轮带动摆动单元进行相对摆动。
2.如权利要求1所述的电动牙刷主体驱动结构，其特征在于，所述小齿轮与内齿轮的齿数比为1：2，从而啮合后减速比为2:1。
3.如权利要求1所述的电动牙刷主体驱动结构，其特征在于，所述摆动单元前端的下侧设有输出端，所述输出端设有供输出轴固定的轴孔。
4.如权利要求3所述的电动牙刷主体驱动结构，其特征在于，输出轴的后端两侧设有切口，所述轴孔的两侧对应设有平面部以将输出轴固定于轴孔内。
5.如权利要求1所述的电动牙刷主体驱动结构，其特征在于，所述凸轮传动单元的前端中心还设有向前延伸的中轴，所述摆杆单元设有供中轴贯穿的弧形通孔。
6.如权利要求1所述的电动牙刷主体驱动结构，其特征在于，所述凸轮传动单元、摆杆单元和输出轴固定于支架内。
7.如权利要求1所述的电动牙刷主体驱动结构，其特征在于，所述小齿轮采用POM或尼龙塑料或黄铜制成，所述摆杆单元的材料为POM或尼龙塑料，输出轴采用不锈钢制作。
8.如权利要求1所述的电动牙刷主体驱动结构，其特征在于，所述凸轮的偏心距为1.5～1.9毫米。
9.如权利要求1所述的电动牙刷主体驱动结构，其特征在于，所述凸轮为圆柱型，凸轮的材料为POM或尼龙塑料。
10.如权利要求1所述的电动牙刷主体驱动结构，其特征在于，所述摆杆单元的扭转角度在+17度和-17度之间。
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