CN112137746A - 一种具有加热功能的便携式洗牙器及水加热控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有加热功能的便携式洗牙器，该洗牙器还包括电池单元、加热单元、人机交互单元、感温单元及控制单元；电池单元装设于洗牙器本体内，且分别与加热单元、控制单元、感温单元及人机交互单元电连；加热单元用于对水箱内的水进行加热；该加热单元包括若干个导电加热体，该导电加热体包覆于水箱内的进水管的管壁和/或装设于水箱的壁面上；控制单元，其设置于洗牙器本体内，用于接收人机交互单元发送的加热指令以控制所述加热单元的导电加热体直接或间接地对水箱内的水进行加热，还存储加热单元状态信息并发送给人机交互单元；本发明提供便携式洗牙器及水加热控制方法，能够在安全电压下仍能为加热单元供电。

Description

一种具有加热功能的便携式洗牙器及水加热控制方法
技术领域
本发明涉及口腔护理领域，具体涉及一种具有加热功能的便携式洗牙器及水加热控制方法。
背景技术
洗牙器作为口腔护理器具，已深受消费者青睐，尤其是便携式洗牙器；
在对口腔进行护理时，便携式洗牙器水箱内的水大多是储存自来水，而在寒冷的冬季，用户在口腔内使用冷水喷射牙齿及牙龈，会使用户感觉到不适，时常会出现冰冷刺骨的感觉，故需要在洗牙器内设加热装置，以对水箱内的水加热成温水；然而，对于便携式洗牙器而言，其在使用过程中是不具有电源线的，即不具备接入市电的电源线来给加热装置供电，而使用电池对水箱内的水进行加热，则需要较大的功率的电池，故难以在便携式洗牙器上增设加热功能；
综上，急需一款带有加热功能的便携式洗牙器来满足市场需求。
发明内容
本发明的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种具有加热功能的便携式洗牙器及水加热控制方法，其结构简单、制作简便、易实现且成本低，能够在安全电压下仍能为加热单元供电。
为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有加热功能的便携式洗牙器，其包括洗牙器本体及水箱；该洗牙器还包括电池单元、加热单元、人机交互单元、感温单元及控制单元；
电池单元，其装设于洗牙器本体内，且分别与加热单元、控制单元、感温单元及人机交互单元电连；
加热单元，其用于对水箱内的水进行加热；该加热单元包括若干个导电加热体，该导电加热体包覆于水箱内的进水管的管壁和/或装设于水箱的壁面上；
控制单元，其设置于洗牙器本体内，用于接收人机交互单元发送的加热指令以控制所述加热单元的导电加热体直接或间接地对水箱内的水进行加热，还存储加热单元状态信息并发送给人机交互单元；
人机交互单元，其与控制单元相连，并向控制单元发送加热单元工作指令、对加热单元的加热状态信息及温度信息以显示；
感温单元，其装设于洗牙器本体且分别与电池单元、控制单元电连，用于感应水温并将检测温度传递于控制单元；
其中，人机交互单元向所述控制单元发送加热指令，并通过控制单元驱使电池单元向所述加热单元的导电加热体供电，将提供的电能转换为热能以加热所述水箱内的水。
进一步地，还包括一充电座，该充电座供所述洗牙器本体装设；该充电座与市电连接，并且用于向所述电池单元和/或导电加热体供电。
进一步地，所述电池单元为输出直流电的可充电锂电池，且电压小于或等于24V，功率大于或等于800W。
进一步地，所述水箱内的进水管为金属管；所述导电加热体在该进水管的外管壁上且沿轴向绕设；其中，于所述导电加热体外周还包覆一绝缘体；水箱内的水流经进水管时，通过导电加热体加热进入洗牙器本体。
进一步地，若干导电加热体设在进水内管壁上，且若干个导电加热体形成多个导电加热体组，且各所述导电加热体组分别与所述控制单元及电池单元电连接；其中，于所述导电加热体外周还包覆一绝缘体；水箱内的水流经进水管时，通过导电加热体组加热后进入洗牙器本体。
进一步地，还包括若干个与所述电池单元及控制单元相接的开关单元，若干所述开关单元并联且分别对应所述导电加热体组连接；其中，所述控制单元通过占空比的控制方式驱动各个所述开关单元启闭。
进一步地，若干所述加热导电体为金属加热片，其分别固定于水箱的壁面、洗牙器本体和/或充电座，且各所述金属加热片对应设置；其中，对应设置的进水加热片直接或间接接触，且位于水箱壁面上的金属加热片转换成热能对水箱内的水进行加热。
进一步地，所述电池单元电压为24V，功率为1000W；所述充电座的输出电压分别为12V和5V。
一种用于便携式洗牙器的水加热控制方法，
在满足每个导电加热体组具有相同额定功率的条件下，所述控制单元根据设定温度及感温单元实测温度设定各开关单元的占空比，并按各开关单元的占空比控制各个开关单元的启闭；
其中，所述的占空比被定义为开关单元在人为设定的周期内的开启时长与周期时长的比值。
由上述对本发明的描述可知，相对于现有技术，本发明具有的如下有益效果：
(1)本发明提供一种具有加热功能的便携式洗牙器及水加热控制方法，其结构简单、制作简便、易实现且成本低；对于便携式洗牙器而言，其在使用时无法接入市电对水箱内的水加热，本发明采用低电压、大功率电池对加热单元进行供电，且在加热单元的设置位置上进行设计，以在便携式洗牙器实现水加热功能；
(2)本发明还设置一充电座，通过充电座与水箱内的导电加热体感应或接触式电连，提供一种新的加热功能，可在为电池单元充电的同时对水箱内的水进行加热，提升加热效率；
(3)本发明采用的金属进水管，水流经过金属进水管时加热，实现即用即热的效果，同时在导电加热体外部包覆绝缘体，起到很好的保护作用；
(4)本发明采用金属进水管在过水的过程中进行加热，且将导电加热体分设成导电加热体组，通过占空比的方式驱动其各导电加热体组通电加热，在保证即用即热的同时，可在安全电压(低电压)的前提下，降低电池单元的功率，更重要的是，低电压、大功率的电池，导致通过的电流较大，一般的导电加热体(电阻丝)需要增大加热电阻截面积才能防止电流过大时烧断，而电阻丝截面积过大，电阻阻值将变小，为了满足加热要求，就需要加长加热电阻长度，从而导致无法适当地安装在进水管处，为了解决此问题，通过并联分流的方式，用多根并联的导电加热体组分流，则加热电阻截面无需过大，长度也无需过长，以从而实现了在低电压大功率的供电条件下满足加热水功能；不仅如此，对电池单元的使用寿命也大幅度提升；
(5)本发明通过控制开关单元对各个导电加热体组进行占空比控制，实现对多个并联的导电加热体组的控制，具有结构简单、控制简便等效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一的便携式洗牙器的剖视图；
图2为本发明实施例二的便携式洗牙器的剖视图；
图3为本发明实施例三的便携式洗牙器的剖视图一；
图4为本发明实施例三的便携式洗牙器的剖视图二；
图5为本发明实施例三的部件关系示意图；
图6为本发明实施例三中电路连接示意图；
图7为本发明实施例三中各开关单元的启动示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排除。基于本发明实施例，本领域的普通技术人员在不作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体保护范围。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”或“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸地固定连接、可拆卸地固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。
参见图1、5，实施例一：本发明所述一种具有加热功能的便携式洗牙器，其包括洗牙器本体1、水箱2及抽水泵3，所述抽水泵3用于将水箱2内的水抽入洗牙器本体1，并泵出至洗牙器本体1上的喷嘴4；
该洗牙器还包括电池单元5、加热单元6、人机交互单元7、感温单元8及控制单元9；
电池单元5，其装设于洗牙器本体1内，且分别与加热单元6、控制单元9、感温单元8及人机交互单元7电连；需说明的是，本发明所述的电池单元5采用的是输出直流电的可充电锂电池，且电压小于或等于24V，功率大于或等于800W，优选采用功率为1000W；
加热单元6，其用于对水箱2内的水进行加热；该加热单元6包括若干个导电加热体61，本实施例中的导电加热体61为金属加热片61，该导电加热体61装设于水箱2的侧壁面上；而洗牙器本体1的侧壁上且对应水箱2上的金属加热片61A位置固定另一金属加热片62，二者直接接触或感应接触式导电，并将电能转换成热能，以对水箱2内的水进行加热；
控制单元9，其设置于洗牙器本体1内，用于接收人机交互单元7发送的加热指令以控制加热单元6的导电加热体61对水箱2内的水进行加热，还存储加热单元6状态信息并发送给人机交互单元7；
人机交互单元7，其与控制单元9相连，并向控制单元9发送加热单元6工作指令、对加热单元6的加热状态信息及温度信息以显示；需说明的是，本实施例中的人机交互单元7包括与人交互按键71、触摸件等、及一显示屏72，
感温单元8，其装设于洗牙器本体1且分别与电池单元5、控制单元9电连，用于感应水温并将检测温度传递于控制单元9；
实际使用时，通过对人机交互单元7的操作，向所述控制单元9发送加热指令，并通过控制单元9驱使电池单元5向所述加热单元6的导电加热体61(加热片)供电，导电加热体61通电后将提供的电能转换为热能以加热所述水箱2内的水。
实施例二：
参见图2、5，本实施例二与实施例一相同的部分不再重复赘述，不同在于：
本实施中还增设一充电座A，该充电座A供所述洗牙器本体1装设；所述充电座A的输出电压分别为12V和5V；
该充电座A与市电连接，并且用于向所述电池单元5和/或导电加热体61供电；所述充电座A上也设置有导电加热体61，且该导电加热体61与设置在水箱2的导电加热体61对应，也就是说，充电座A在给可充电锂电池5充电时，亦可通过对应的两导电加热体61进行导电做功，以加热水箱2内的水，该实施例结合充电座A的加热功能，其导电加热速度相较实施例一更为快速，用户无需等待更长的时间，但对充电座A放置需要一定的存放空间；
实施例三：
本实施例三与实施例一、二相同的部分不再重复赘述，不同在于：
本实施例上将导电加热体61绕设在水箱2内的金属进水管外壁，并在导电加热体61外周包覆一绝缘体B；本实施的力的导电加热体61为加热电阻丝；
参见图3、5，第一种加热电阻丝设置方式：所述导电加热体61在该进水管20的外管壁上且沿轴向绕设，在导电加热体61通电状态下，对金属进水管20进行加热，通过金属进水管20导热至流经进水管20的水，最终进入洗牙器本体1；
参见图4-7，第二种加热电阻丝设置方式：所述若干导电加热体61设在进水管20内管壁上，且若干个导电加热体61形成多个导电加热体组C，且该导电加热体组C分别于与控制单元9及电池单元5电连接；其中，于所述导电加热体61外周还包覆一绝缘体B；水箱2内的水流经进水管20时，通过导电加热体组C加热后进入洗牙器本体1；需说明的是，还包括若干个与所述电池单元5及控制单元9相接的开关单元D，若干所述开关单元D分别对应导电加热体组C相连；其中，所述控制单元9通过占空比的控制方式驱动各所述开关单元D启闭；
由于所述电池单元5为低电压、大功率的电池，从而导致通过电流较大，而一般的加热电阻丝61无法满足要求，因此需要增大加热电阻丝61截面积才能防止电流过大时烧断，而电阻丝61截面积过大，电阻阻值将变小，为了满足加热要求，就需要加长加热电阻长度，从而导致无法适当地安装在进水管20处，而便携式洗牙器体积小，进水管20体积随之变小，为了解决这个问题，通过并联分流的方式，用多根并联的加热电阻丝61分流，则加热电阻丝61截面无需过大，长度也无需过长，且配合对应数量的开关单元D进行并联配合，从而实现了在低电压大功率的供电条件下加热水的效果；
本实施例中，所述洗牙器的水加热控制方法如下，
1、在满足每个导电加热体组C具有相同额定功率的条件下，所述控制单元9根据设定温度及感温单元8实测温度设定各开关单元D的占空比，并按各开关单元D的占空比控制各开关单元D的启闭；
其中，所述的占空比被定义为开关单元D在人为设定的周期内的开启时长与周期时长的比值；
2、控制单元9连接的端口按人为设定的周期重复输出高电平和/或低电平控制信号；于单个周期内，端口高电平输出总时长等于周期时长乘以占空比，周期内剩余时长输出低电平；
本实施例中，以5个开关单元D举例，相应地，控制单元9对应有5个控制信号，所有控制信号的周期长度相等，均为100ms。控制单元9按以下方式计算各开关单元D的占空比：
2.1：比较感温单元8(温度传感器)实测温度与人为设定温度，并计算各开关单元D的占空比；若实测温度大于或等于人为设定温度，则所有控制单元9占空比均为0；若实测温度小于人为设定温度，所有开关单元D的占空比按如下方式计算：
2.1.1：第1至第5个开关单元D的占空比均相等，其值计算方式如下：
a.计算所需功率：将人为设定温度减去实测温度的差值乘以抽水泵3抽水流速，再乘以水的比热容得到有效加热功率，将所得的有效加热功率除以电阻能量转换效率得到所需功率；
b.计算总功率：如果所需功率大于电池额定功率1000W，则总功率为电池额定功率1000W；如果所需功率小于或等于电池额定功率，则总功率为所需功率；
c.计算总占空比：总占空比为总功率除以单个加热电阻丝组C的额定功率200W；
d.计算每个开关单元D的占空比：将所得的总占空比除以开关单元D的个数5，所得的商截取至百分位并忽略千分位及以后部分；如所得数大于或等于1，则占空比即100％；如所得数小于1，则占空比为所得数加0.01后再乘以100％；
e.最后一个开关单元D的占空比值为上述总占空比减去其他开关单元D的占空比之和所得差值再乘以100％；
上述步骤中，抽水泵3的抽水流速的单位为升/秒；人为设定温度和实测温度的单位为摄氏度；比热容单位为焦耳/千克摄氏度。
每次设定或调整各开关单元D占空比时，控制单元9记录设定或调整所依据的感温单元实测温度、抽水泵3抽水流速和人为设定温度；满足下列条件时，回到上一次重新设定各开关单元D占空比；未满足下列条件时，各开关单元D的占空比不变；所述的条件为：
(1)实测温度与控制单元9记录的上次设定或调整所依据的实测温度差值的绝对值大于或等于人为设定的温度差，在本实施例中为0.5℃；
(2)人为设定温度发生改变；
(3)抽水泵3抽水流速发生改变。
本实施例中，由于使用多个并联的电阻丝组C，因此，通过设置各并联电阻串接的开关单元D的占空比，实现了对多个并联的电阻丝组C实施控制，通过依次启动各开关单元D，使通过占空比控制电阻丝组C输出功率时，供电端的电流波动较小，对电池单元5起到很好的保护作用。
本发明提供一种具有加热功能的便携式洗牙器及水加热控制方法，其结构简单、制作简便、易实现且成本低；对于便携式洗牙器而已，其在使用时无法接入市电对水箱内的水加热，本发明采用低电压、大功率电池对加热单元进行供电，且在加热单元的设置位置上进行设计，以在便携式洗牙器实现水加热功能；本发明还设置一充电座，通过充电座与水箱内的导电加热体感应或接触式电连，提供一种新的加热功能，可在为电池充电的同时对水箱内的水进行加热，提升加热效率；本发明采用的金属进水管，水流经过金属进水管时加热，实现即用即热的效果，同时在导电加热体外部包覆绝缘体，起到很好的保护作用；本发明采用金属进水管在过水的过程中进行加热，且将导电加热体分设成导电加热体组，通过占空比的方式驱动其各导电加热体组通电加热，在保证即用即热的同时，可在安全电压(低电压)的前提下，降低电池单元的功率，更重要的是，低电压、大功率的电池，导致通过的电流较大，一般的导电加热体(电阻丝)需要增大加热电阻截面积才能防止电流过大时烧断，而电阻丝截面积过大，电阻阻值将变小，为了满足加热要求，就需要加长加热电阻长度，从而导致无法适当地安装在进水管处，为了解决此问题，通过并联分流的方式，用多根并联的导电加热体分流，则加热电阻截面无需过大，长度也无需过长，以从而实现了在低电压大功率的供电条件下满足加热水功能；不仅如此，对电池单元的使用寿命也大幅度提升；本发明通过控制开关单元对各个导电加热体组进行占空比控制，实现对多个并联的导电加热体组的控制，具有结构简单、控制简便等效果。
上述说明书和实施例的描述，用于解释本发明保护范围，但并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (9)

1.一种具有加热功能的便携式洗牙器，其包括洗牙器本体及水箱；其特征用于：该洗牙器还包括电池单元、加热单元、人机交互单元、感温单元及控制单元；
电池单元，其装设于洗牙器本体内，且分别与加热单元、控制单元、感温单元及人机交互单元电连；加热单元，其用于对水箱内的水进行加热；该加热单元包括若干个导电加热体，该导电加热体包覆于水箱内的进水管的管壁和/或装设于水箱的壁面上；
控制单元，其设置于洗牙器本体内，用于接收人机交互单元发送的加热指令以控制所述加热单元的导电加热体直接或间接地对水箱内的水进行加热，还存储加热单元状态信息并发送给人机交互单元；
人机交互单元，其与控制单元相连，并向控制单元发送加热单元工作指令、对加热单元的加热状态信息及温度信息以显示；
感温单元，其装设于洗牙器本体且分别与电池单元、控制单元电连，用于感应水温并将检测温度传递于控制单元；
其中，人机交互单元向所述控制单元发送加热指令，并通过控制单元驱使电池单元向所述加热单元的导电加热体供电，将提供的电能转换为热能以加热所述水箱内的水。
2.如权利要求1所述的一种具有加热功能的便携式洗牙器，其特征在于：还包括一充电座，该充电座供所述洗牙器本体装设；该充电座与市电连接，并且用于向所述电池单元和/或导电加热体供电。
3.如权利要求2所述的一种具有加热功能的便携式洗牙器，其特征在于：所述电池单元为输出直流电的可充电锂电池，且电压小于或等于24V，功率大于或等于800W。
4.如权利要求3所述的一种具有加热功能的便携式洗牙器，其特征在于：所述水箱内的进水管为金属管；
所述导电加热体在该进水管的外管壁上且沿轴向绕设；其中，于所述导电加热体外周还包覆一绝缘体；水箱内的水流经进水管时，通过导电加热体加热进入洗牙器本体。
5.如权利要求3所述的一种具有加热功能的便携式洗牙器，其特征在于：若干导电加热体设在进水内管壁上，且若干个导电加热体形成多个导电加热体组，且各所述导电加热体组分别与所述控制单元及电池单元电连接；其中，于所述导电加热体外周还包覆一绝缘体；水箱内的水流经进水管时，通过导电加热体组加热后进入洗牙器本体。
6.如权利要求4所述的一种具有加热功能的便携式洗牙器，其特征在于：还包括若干个与所述电池单元及控制单元相接的开关单元，若干所述开关单元并联且分别对应所述导电加热体组连接；其中，所述控制单元通过占空比的控制方式驱动各个所述开关单元启闭。
7.如权利要求3所述的一种具有加热功能的便携式洗牙器，其特征在于：若干所述加热导电体为金属加热片，其分别固定于水箱的壁面、洗牙器本体和/或充电座，且各所述金属加热片对应设置；其中，对应设置的进水加热片直接或间接接触，且位于水箱壁面上的金属加热片转换成热能对水箱内的水进行加热。
8.如权利要求3所述的一种具有加热功能的便携式洗牙器，其特征在于：所述电池单元电压为24V，功率为1000W；所述充电座的输出电压分别为12V和5V。
9.一种用于如权利要求6所述的便携式洗牙器的水加热控制方法，其特征在于：
在满足每个导电加热体组具有相同额定功率的条件下，所述控制单元根据设定温度及感温单元实测温度设定各开关单元的占空比，并按各开关单元的占空比控制各个开关单元的启闭；
其中，所述的占空比被定义为开关单元在人为设定的周期内的开启时长与周期时长的比值。
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