CN112928860A - 电动牙刷驱动机构和电动牙刷及其驱动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动牙刷驱动机构和电动牙刷及其驱动控制方法，要解决的技术问题是刷牙干净，保护牙齿。本发明的电动牙刷驱动机构，设有电机和驱动机构，驱动机构设有主动齿轮和两从动齿轮啮合，两从动齿轮的轴线平行，偏心距、齿数、模数和大小相同，从动齿轮与主动齿轮啮合满足，偏心距的连线平行，从动齿轮的输出轴连接有双孔轴套。本发明的电动牙刷采用电动牙刷驱动机构。本发明电动牙刷的驱动控制方法，采用电动牙刷驱动机构，设置刷牙角度范围，在15～75度和195～225度电机正向转动，在105～165度和285～345度电机反向转动。本发明与现有技术相比，不推挤牙龈，还能使刷头对牙齿清洁面产生叩击，倍增清洁力，刷牙更干净，较好保护牙齿。

Description

电动牙刷驱动机构和电动牙刷及其驱动控制方法

技术领域

本发明涉及一种电动牙刷的驱动机构和使用该电动牙刷驱动机构的电动牙刷及其驱动控制方法。

背景技术

近年来，随着人们生活水平的提高,越来越多的人开始使用电动牙刷,现有技术的电动牙刷结构主要分为两大类，一类为欧乐B OralB品牌的振动-旋转结构，电动牙刷刷头旋转同时作机械振动，刷头较厚，对牙缝清洁效果不理想，不易伸入牙齿内侧刷牙，振动运动的转换机构会伸入到口腔中，刷牙时牙膏水经缝隙易进入转换机构内或附在缝隙上，无法被有效清除掉，转换机构的润滑不足，噪音较大。另一类为飞利浦品牌的声波震动牙刷，电动牙刷刷头沿牙齿上下作竖式高频往返刷牙运动，有推挤牙龈的风险，不能够很好实现顺牙齿生长方向刷牙，无叩击或叩击不强。另外，还有一类电动牙刷刷头为圆筒状植毛，刷头沿周向作360度旋转，可顺牙缝清洁，但刷头的筒状植毛,使刷头厚度增加，不易伸入牙齿内侧刷牙，为避免不接触牙齿的旋转刷毛刺激口腔皮肤，需增加档板档住刷毛，增加的档板也会增加刷头厚度，同时突兀的档板也使刷头使用后不易被清洁干净，使用体验不好。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动牙刷驱动机构和电动牙刷及其驱动控制方法，要解决的技术问题是使电动牙刷刷牙干净，保护牙齿。

本发明采用以下技术方案：一种电动牙刷驱动机构，设有顺序连接的电机和驱动机构，所述驱动机构为齿轮驱动机构，设有主动齿轮，主动齿轮与第一从动齿轮和第二从动齿轮啮合，第一从动齿轮和第二从动齿轮的轴线平行；所述第一从动齿轮和第二从动齿轮为偏心轴齿轮，两偏心轴齿轮的偏心距、齿数、模数和大小相同；所述两偏心轴齿轮与主动齿轮啮合满足：第一偏心轴齿轮偏心距的连线与第二偏心轴齿轮偏心距的连线平行；所述第一从动齿轮的输出轴和第二从动齿轮的输出轴连接有双孔轴套。

本发明的动齿轮、第一从动齿轮和第二从动齿轮的轴线平行。

本发明的双孔轴套外形为矩形体，沿矩形体长度方向开有平行的两通孔，第一从动齿轮的输出轴和第二从动齿轮的输出轴分别与两通孔形成可拆卸连接结构。

本发明的主动齿轮一侧连接电机输出轴，在主动齿轮的另一侧，第一从动齿轮和第二从动齿轮分别连接第一输出轴和第二输出轴的一端。

本发明的第一输出轴和第二输出轴为偏心轴；或第一从动齿轮和第二从动齿轮为偏心通孔，偏心通孔分别连接第一输出轴和第二输出轴的一端；两偏心轴齿轮为一个整体，注塑或精铸形成。

本发明的双孔轴套连接有刷头连接杆。

一种电动牙刷，设有电动牙刷驱动机构，所述电动牙刷驱动机构采用所述的电动牙刷驱动机构。

一种电动牙刷的驱动控制方法，包括以下步骤：

一、采用所述的电动牙刷驱动机构；

二、电动牙刷的电控板的MCU判断电动牙刷刷头角度并控制电动牙刷驱动机构的电机的转动方向，包括以下步骤：

(1)启动电动牙刷，电动牙刷的外壳轴线水平，刷毛尖端指向口腔左边，刷毛与水平面平行为起始角度0度；

(2)刷毛以45度对准左上牙或右上牙时设置为15～75度，以45度对准右下牙时设置为105～165度，以45度对准右上牙时设置为195～225度，以45度对准左下牙或右下牙时设置为285～345度；

(3)在15～75度和195～225度两个范围内电机正向转动，在105～165度和285～345度两个范围内电机反向转动。

本发明与现有技术相比，电动牙刷刷头的刷毛顺牙齿齿缝运动清洁牙齿,在顺齿缝刷牙的同时，不推挤牙龈，还能使刷头对牙齿清洁面产生叩击，倍增清洁力，刷牙更干净，电动牙刷的电机工作稳定，较好保护牙齿。

附图说明

图1是本发明的电动牙刷驱动机构结构示意图。

图2是本发明的电动牙刷刷头圆周运动示意图。

图3是本发明的电动牙刷结构示意图。

图4是本发明的电动牙刷结构分解示意图。

图5是本发明的电动牙刷支架示意图。

图6是本发明的以45度对上牙龈沟刷牙示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。如图1所示，本发明的电动牙刷驱动机构，设有顺序连接的电机1、齿轮驱动机构和刷头连接杆6。

本实施例中，电机1为直流电机。

电机1输出轴连接有同轴的主动齿轮2，主动齿轮2与位于其两侧对称设置的第一从动齿轮3和第二从动齿轮4啮合，主动齿轮2、第一从动齿轮3和第二从动齿轮4的轴线平行。

第一从动齿轮3和第二从动齿轮4为偏心轴齿轮，两偏心轴齿轮的偏心距(齿轮的轴线与连接在齿轮上的输出轴的轴线之间的距离)、齿轮齿数、模数和大小相同。

两偏心轴齿轮与主动齿轮2啮合的初始角度或位置根据主动齿轮2与第一从动齿轮3和第二从动齿轮4的齿数比(传动比)，满足以下初始安装角度或位置：第一偏心轴齿轮偏心距的连线与第二偏心轴齿轮偏心距的连线平行。第一从动齿轮3和第二从动齿轮4的偏心距的连线形成平行的双曲柄，主动齿轮2带动平行的双曲柄同方向联动转动。

主动齿轮2一侧连接电机1输出轴，在主动齿轮2的另一侧，第一从动齿轮3和第二从动齿轮4分别连接第一输出轴和第二输出轴的一端，第一输出轴和第二输出轴为偏心轴。也可以采用第一从动齿轮3和第二从动齿轮4为偏心通孔，偏心通孔分别连接第一输出轴和第二输出轴的一端。还可以采用偏心轴齿轮为一个整体，注塑或精铸形成。

第一输出轴和第二输出轴的另一端连接有双孔轴套5。双孔轴套5外形为矩形体，沿矩形体长度方向开有平行的两通孔，第一输出轴和第二输出轴的另一端分别从双孔轴套5的一端伸进两通孔中，与两通孔形成可拆卸连接结构。双孔轴套5两通孔的中心距与两偏心轴齿轮的输出轴的轴心距相同。

主动齿轮2、偏心轴齿轮和双孔轴套5形成齿轮驱动机构。

平行的双曲柄构成双曲柄机构，也即平面四杆机构，具有四杆机构的运动性质。因两偏心轴齿轮偏心距相同(两连架杆等长，初始安装位置保持两连架杆平行)，两偏心轴齿轮的轴的轴心距离(机架)与双孔轴套5的两通孔中心距(连杆)相同，四杆机构也构成平行四边形机构。

当主动齿轮2同步带动第一偏心轴齿轮与第二偏心轴齿轮时，联动平面四杆机构，使得平面四杆机构中的连杆(双孔轴套5)作确定的运动。当第一偏心轴齿轮与第二偏心轴齿轮同方向同速度旋转时，带动平面四杆机构中的连杆即双孔轴套5在双孔轴套5两通孔轴线构成的平面内做圆周运动。

双孔轴套5的另一端端面连接刷头连接杆6的一端，刷头连接杆6的轴线与主动齿轮2同轴。刷头连接杆6另一端外形形状与电动牙刷刷头38的内孔相同，刷头连接杆6伸进电动牙刷刷头38内孔，与电动牙刷刷头38形成可拆卸连接结构。刷头连接杆6另一端沿轴向设有一段切平面，用于与电动牙刷刷头38配合连接时定位。

本发明的电动牙刷驱动机构工作时，电机1输出轴驱动主动齿轮2转动，带动与其啮合的第一从动齿轮3和第二从动齿轮4转动，经第一输出轴和第二输出轴传递，使得双孔轴套5矩形体方向不变，即双孔轴套5两通孔轴线构成的平面不改变方向，整体绕主动齿轮2轴线作圆周运动，最终使刷头连接杆6与电动牙刷刷头38，绕主动齿轮2轴线作圆周运动，保持刷头连接杆6切平面方向始终面向同一方向不变，使与刷头连接杆6相连的电动牙刷刷头38在其轴向垂直的平面内作圆周运动的同时，电动牙刷刷头38的刷毛尖端指向方向始终不变。如图2所示，电动牙刷刷头38在一个圆周运动中，分别完成顺牙缝刷牙、叩击、分离动作。

如图3、图4和图5所示，本发明的电动牙刷，设有上述电动牙刷驱动机构，安装电动牙刷驱动机构的支架34，支架34设置在外壳31内。

支架34为对称的两侧面开有长槽的圆筒形状，支架34的下部(远离电动牙刷刷头38的一端)设有容纳电池32的凹槽。支架34的中部设置有带弧形的加强筋，加强筋与圆筒形状的壁连接，用于加强支架34的强度，并将支架34分为两个部分，上部为电机安装室，放置电机1，下部为放置电池的凹槽，凹槽内两侧设有固紧电池32的卡箍。凹槽底部的背面设有安装固定电控板33的卡钩。

支架34上部的顶端沿轴向截面开有U型开口，其内沿轴向放置齿轮驱动机构，U形开口内两侧设有卡扣倒钩，用于与顶盖37两端卡扣卡紧钩住，形成可可拆卸的卡扣联接。U型开口的底部设有与圆筒形状的壁连接的第一板，第一板开有2个用于固定电机1的螺孔、2个用于支撑偏心轴齿轮的轴孔和1个用于电机1输出轴穿过的孔。

支架34上部的顶端设有第二板，第二板开有圆孔，刷头连接杆6经圆孔伸出第二板。

在支架34上部的顶端与电机按装室之间，电控板卡钩的同侧设有安装按键电路板的第三板，第三板上设有定位和固定按键电路板的螺柱与螺母、螺钉或铆钉，第三板上设有按键电路板41。

在支架34底端面(凹槽底部的背面)设有电控板33，支架34底端面上设有小柱，用于与外壳31连接。

在支架34上部的顶端上设有牙箱盖35，牙箱盖35中心开有中心孔，孔两侧开有支撑偏心轴齿轮的轴的轴孔，牙箱盖35底部设有用于与支架34顶部圆筒装配限位的柱子，牙箱盖35的柱子伸入支架34上的圆筒内，至少两对柱子与圆筒的配合可限制牙箱盖35在支架34装配面的移动。牙箱盖35的上部设有密封圈36，密封圈36为薄片，开有中心孔，密封圈36中心孔内边缘一周带有较薄的内边沿，密封圈36中心孔外带有至少一圈同心的环形褶皱。

密封圈36的上部设有顶盖37，顶盖37开有中心孔，两边设有卡扣，用于与支架34顶部两端的卡扣倒钩卡紧。顶盖37中心孔上部一段内径略小于下部内径，使得中心孔形成台阶孔，用于与密封圈36内边沿形成密封结构。

顶盖37外缘沿周向开有一圈凹槽，用于放置环形密封圈后，与外壳31紧密配合防水。

刷头连接杆6另一端穿过牙箱盖35中心孔和密封圈36中心孔后伸出顶盖37中心孔，顶盖37两边卡扣将牙箱盖35压紧在支架34上，密封圈36内边沿与顶盖37台阶孔和刷头连接杆6形成密封结构。

外壳31为筒状，筒状一侧面开有开口，按键电路板41露出开口外，开口形状与按键电路板41形状相同，键电路板41与开口采用软胶封闭。外壳31底部开有孔，螺钉穿过外壳31底部开孔旋入支架34底端小柱形成可拆卸紧固联接。

电控板33采用现有技术的电动牙刷电控板。通过电控板33的电子开关或电机的驱动IC程序控制直流电机启、停和正反转。采用现有技术的三轴加速度姿态传感器感知电动牙刷刷头38自身空中姿态，输出四元数，由电控板33的MCU解算出电动牙刷刷头38三维空间的右手笛卡尔坐标PITCH、YAW和ROLL，进行电动牙刷刷头38的转动方向控制。或由电控板33的单轴加速度或多轴加速度传感器获取加速度值，解算获得电动牙刷刷头38单一维度或多维度的偏转角度，由电控板33的MCU通过姿态角度控制电机的正转或反转及其切换，进行电动牙刷刷头38的转动方向控制。电控板33设有三轴加速度姿态传感器(如MPU-6050)、MCU和电子开关或电机的驱动IC程序。电池32为电控板33和电机1提供能源。

上述现有技术仅对电动牙刷刷头38的单一角度进行控制，电动牙刷刷头38的刷毛对上、下牙齿刷牙，电机转动方向切换在临界值情况下，或用户手抖动、电机本身的震动都会使电机换向频繁，导致电动牙刷工作不稳定。

为了区分电动牙刷刷头38对上、下牙齿刷牙，消除电机换向频繁带来的不稳定，本发明的电动牙刷驱动控制方法，采用电控板33的MCU判断电动牙刷刷头38角度，根据电动牙刷刷头38角度，来控制电机换向和电动牙刷刷头38转动方向，包括以下步骤：

(1)启动电动牙刷，以电动牙刷刷头38的刷毛水平放置，即电动牙刷的外壳31轴线水平为初始位置。

如图6所示，设用户直立，右手握电动牙刷。电动牙刷的外壳31轴线水平，刷毛尖端指向口腔左边刷左牙，右手在刷毛尖端的右侧，刷毛与水平面平行为起始角度0度，此时，三轴加速度姿态传感器感应初始角度设为0度。

(2)右手开始顺时针转动牙刷，刷毛开始向上，外壳31轴线开始顺时针旋转(外壳31轴线向外旋转)，三轴加速度姿态传感器感应旋转角度，外壳31轴线顺时针旋转一周为360度。手握牙刷顺时针转动45度，刷毛以45度对左侧上牙牙龈沟，三轴加速度姿态传感器识别为45度，电机正向转动，此时用户可以保持这个刷毛角度，慢慢左右移动刷头，直到刷完整个左上侧牙。再逆时针旋转外壳31轴线90度，此时刷毛为-45度对左侧下牙牙龈沟，电机切换为反向转动，三轴加速度姿态传感器识别为315度，最后顺时针旋转外壳31轴线45度，回到初始角度0度。

电机正向转动或反向转动只是相对电机转动换向而言，不限定往哪个方向旋转为正向转动或反向转动。

用户右手握电动牙刷，向右移动刷头，刷毛尖端指向口腔右边刷右牙，右手在刷毛尖端的右侧，转动到45度后，慢慢左右移动刷头刷完整个右上侧牙，再向下转动到315度，慢慢左右移动刷头刷完整个右下侧牙，最后顺时针旋转外壳31轴线45度，回到初始角度0度。

用户刷右牙，也可以调整手握电动牙刷姿势，使得刷毛尖端指向口腔右边刷右牙，右手在刷毛尖端的左侧，电动牙刷的外壳31轴线水平，刷毛尖端指向右侧牙，刷毛与水平面平行，三轴加速度姿态传感器识别为180度。刷头端指向操作者面部，手握电动牙刷的外壳31，逆时针转动外壳31轴线45度，此时刷毛以45度对右侧下牙牙龈沟，三轴加速度姿态传感器识别为135度，然后再顺时针转外壳31轴线90度，此时刷毛以45度对右侧上牙牙龈沟，三轴加速度姿态传感器识别为225度。

因此，三轴加速度姿态传感器识别电动牙刷沿轴线旋转360度中的上述四个角度时设置或标记：刷毛以45度对准左上牙或右上牙时设置或标记为45度，以45度对准右下牙时设置或标记为135度，以45度对准右上牙时设置或标记为225度，以45度对准左下牙或右下牙时设置或标记为315度，MCU根据三轴加速度姿态传感器识别得到的设置或标记角度判断用户要洗刷的是左上牙、左下牙、右下牙或右上牙。

考虑到用户不太容易手握电动牙刷，使刷毛与牙齿面夹角刚好为45度，将四个角度分别扩展为一个范围，例如角度±30度，这样，四个角度扩展后的范围为：15～75度、105～165度、195～255度和285～345度。

(3)设电动牙刷角度在15～75度和195～225度两个范围内电机正向转动，电动牙刷角度在105～165度和285～345度两个范围内电机切换为反向转动。在上述四个角度范围外的电动牙刷其它角度电机转向不切换，这样，可有效消除电动牙刷角度临界值频繁变动导致电机换向不稳定对牙齿带来的冲击，保护牙齿，用户手握电动牙刷不好以45度对准牙齿或牙龈沟，使得刷牙更干净。

按动按键电路板41的开关启动电动牙刷工作时，MCU通过三轴加速度姿态传感器感知电动牙刷刷头38的刷毛相对于重力水平放置的方向，电控板33控制电机1切换电动牙刷刷头38在作圆周运动的转动方向切换。当电动牙刷刷头38刷毛以45度对准上牙或上牙龈沟时，MCU控制电机1使电动牙刷刷头38顺时针圆周运动，刷毛依次先接触牙龈，再接触牙齿，再分离，再接触牙龈，如此重复，顺着牙齿方向刷动。刷毛毛尖在刷牙运动中形成圆周运动轨迹与牙龈线相交，刷毛尖端指向牙龈沟，侧面看牙龈沟为一个点，刷毛毛尖运动轨迹形成的圆相交，在刷毛尖端的圆形轨迹中，至少有一点与牙龈沟接触的，如果用户牙刷施加一定力度，刷毛弯曲变型后与牙龈沟接触时间会更多。一个刷毛运动的圆周中，为牙刷毛尖端与牙龈沟接触、分离的过程，如此时用户稍加压向牙龈沟的力，刷毛尖就会形成叩击牙龈沟，再分离完成叩击、分离的动作。电动牙刷刷头38在一个圆周运动中，分别完成顺牙缝刷牙、叩击、分离动作。当电动牙刷刷头38刷毛以45度对上牙或牙龈沟时，刷头顺时针圆周运动，刷下牙或牙龈沟时电机转向切换，以此类推，实现电动牙刷刷头38圆周运动方向的自动切换，实现顺牙方向顺齿刷牙。

电动牙刷刷头38刷毛可以采用矩形排列或环形排列，牙刷毛尖端至牙刷毛根可以是一样高度，牙刷毛尖端也可以是高低错落。

本发明具有刷毛顺牙齿齿缝运动清洁牙齿,不推挤牙龈，较好保护牙齿，刷头对牙齿清洁面产生叩击，倍增清洁力，刷牙更干净。

Claims (8)

1.一种电动牙刷驱动机构，设有顺序连接的电机(1)和驱动机构，其特征在于：所述驱动机构为齿轮驱动机构，设有主动齿轮(2)，主动齿轮(2)与第一从动齿轮(3)和第二从动齿轮(4)啮合，第一从动齿轮(3)和第二从动齿轮(4)的轴线平行；所述第一从动齿轮(3)和第二从动齿轮(4)为偏心轴齿轮，两偏心轴齿轮的偏心距、齿数、模数和大小相同；所述两偏心轴齿轮与主动齿轮(2)啮合满足：第一偏心轴齿轮偏心距的连线与第二偏心轴齿轮偏心距的连线平行；所述第一从动齿轮(3)的输出轴和第二从动齿轮(4)的输出轴连接有双孔轴套(5)。

2.根据权利要求1所述的电动牙刷驱动机构，其特征在于：所述主动齿轮(2)、第一从动齿轮(3)和第二从动齿轮(4)的轴线平行。

3.根据权利要求2所述的电动牙刷驱动机构，其特征在于：所述双孔轴套(5)外形为矩形体，沿矩形体长度方向开有平行的两通孔，第一从动齿轮(3)的输出轴和第二从动齿轮(4)的输出轴分别与两通孔形成可拆卸连接结构。

4.根据权利要求3所述的电动牙刷驱动机构，其特征在于：所述主动齿轮(2)一侧连接电机(1)输出轴，在主动齿轮(2)的另一侧，第一从动齿轮(3)和第二从动齿轮(4)分别连接第一输出轴和第二输出轴的一端。

5.根据权利要求4所述的电动牙刷驱动机构，其特征在于：所述第一输出轴和第二输出轴为偏心轴；或第一从动齿轮(3)和第二从动齿轮(4)为偏心通孔，偏心通孔分别连接第一输出轴和第二输出轴的一端；两偏心轴齿轮为一个整体，注塑或精铸形成。

6.根据权利要求5所述的电动牙刷驱动机构，其特征在于：所述双孔轴套(5)连接有刷头连接杆(6)。

7.一种电动牙刷，设有电动牙刷驱动机构，其特征在于：所述电动牙刷驱动机构采用权利要求1所述的电动牙刷驱动机构。

8.一种电动牙刷的驱动控制方法，包括以下步骤：

一、采用权利要求1所述的电动牙刷驱动机构；

二、电动牙刷的电控板(33)的MCU判断电动牙刷刷头(38)角度并控制电动牙刷驱动机构的电机的转动方向，包括以下步骤：

(1)启动电动牙刷，电动牙刷的外壳(31)轴线水平，刷毛尖端指向口腔左边，刷毛与水平面平行为起始角度0度；

(2)刷毛以45度对准左上牙或右上牙时设置为15～75度，以45度对准右下牙时设置为105～165度，以45度对准右上牙时设置为195～225度，以45度对准左下牙或右下牙时设置为285～345度；

(3)在15～75度和195～225度两个范围内电机正向转动，在105～165度和285～345度两个范围内电机反向转动。

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