CN113100989A - 一种无按键式电动牙刷 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无按键式电动牙刷，包括：牙刷本体，用于把持所述电动牙刷以及输出动力至刷头；输出轴，所述输出轴的一端连接设置于牙刷本体内的驱动件，另一端连接牙刷本体外部的刷头；应变检测片，所述应变检测片设置于输出轴一侧表面，用于检测输出轴的压缩形变以控制驱动件启动；检测输出轴的拉伸形变以控制驱动件的工作模式；以及待机模块，所述待机模块保持应变检测片的供电用于检测输出轴压缩形变。另外，也提供了对应调整应变检测片、输出轴、刷头相对位置的其他实施例。本发明提出电动牙刷具备亟需一种可以防水性能好、功能分区合理、响应速度快的特点。

Description

一种无按键式电动牙刷

技术领域

本发明涉及电动牙刷技术领域，并且更具体地，涉及一种无按键式电动牙刷。

背景技术

电动牙刷是指通过牙刷本体内的电动机芯的快速旋转或震动输出动力至外部刷头使其高频震动的一种牙刷，由于刷头的刷毛与牙齿/牙龈直接接触，因此需要对电动牙刷的旋转或震动频率设置档位以满足用户的刷牙力度需求。以往档位、以及电源开关是通过在牙刷本体上开设按键孔，而电动牙刷的使用环境通常湿度较大，开孔的增加，影响电动牙刷的整体性，同时对牙刷防水性能要求更加严格。

进一步地，现有技术对牙刷表面的按压功能进行了改进，一种是引入压力传感器，设置于牙刷体内部，压力传感器的将被抵设表面的压力转换为信号，进而将该信号传递至控制电路板指导切换档位，同时从节约成本的角度出发，保留功能单一的电源按键；另一种是将档位的调节按键与电源键在结构上结合，保留一个按键使其既具备电源开启功能，又具备档位切换功能，通常以按压时间作为识别区分开关和切换动作，为此需要以较长的时间间隔对功能进行划分。在其他一些压力感应的方案中，典型的有中国CN202020027752.8公开的“一种具备检测压力电动牙刷”，以及CN208864534U公开的“带有检测刷头装置的电动牙刷”，应变检测片检测输出轴凹槽处的形变以更灵敏地检测刷头的压力，具体为凹槽处的拉伸形变，启动方式是根据刷头与牙齿接触产生初始应力集中以判定可启动驱动件，之后根据受力情况调整驱动件转速。此类方案中驱动件的启动以及调整是根据刷头同一方向(刷毛与牙齿接触的方向)受力情况而判断，也即需要启动、切换的电压输出位于同一电压范围的不同该电压段，这对续航是不利的。另外，由于启动需要刷毛与牙齿接触，但对于用户而言，在启动前刷毛上的涂覆有牙膏，而涂覆牙膏时，刷毛受力方向与启动、切换的的参考方向一致，易导致误启动，使牙膏在口腔外由于震动而掉落。

由上，现有技术中，或存在按键开孔多导致防水性能差、或存在驱动件启动和调整功能设置于同一按键导致功能切换的时间长、或存在驱动件的启动和调整基于同一方向的力导致的续航低、易误启动等问题。

因此，在电动牙刷领域，亟需一种可以防水性能好、功能分区合理、响应速度快的技术方案。

发明内容

基于此，本发明提出一种至少能解决背景技术中所提及现有技术缺陷的电动牙刷，包括：

牙刷本体，用于把持所述电动牙刷以及输出动力至刷头；

输出轴，所述输出轴的一端连接设置于牙刷本体内的驱动件，另一端连接牙刷本体外部的刷头；

应变检测片，所述应变检测片设置于输出轴一侧表面，用于检测输出轴的压缩形变以供控制电路板判断驱动件启动；检测输出轴的拉伸形变以供控制电路板切换驱动件的工作模式；

以及待机模块，所述待机模块保持对应变检测片的供电用于检测输出轴的压缩形变。

在该方案中，驱动件的启动与工作模式的切换分别对应根据输出轴的不同形变状态，而形变状态的不同是由受力方向以及应变检测片相对刷毛的设置位置不同而决定的。而由于将启动和工作模式切换的信号参考划分，在启动方面，需要保持应变检测片的检测动作。从而，本发明的电动牙刷具备无按键、防水性能好、驱动件启动和功能切换分别依据输出轴的不同形变状态、续航低、不易误启动等问题。

在一种可能的实施方式中，所述输出轴的一侧表面开设有凹槽，所述应变检测片与所述凹槽匹配安装。

在一种可能的实施方式中，所述应变检测片上设置有由2个应变电阻与2个参考电阻组成的电桥电路，且所述应变电阻的长度方向平行与所述输出轴的轴向。

在一种可能的实施方式中，所述应变检测片设置有电桥电路，组成电桥电路的电阻所在的平面平行于所述凹槽底面。

在一种可能实施方式中，所述控制电路板上设置有蜂鸣器，以在输出轴形变过大时，发出警示防护声音。

第二方面，提出了另一种电动牙刷，牙刷本体，用于把持所述电动牙刷以及输出动力至刷头；

输出轴，所述输出轴的一端连接设置于牙刷本体内的驱动件，另一端连接牙刷本体外部的刷头；

应变检测片，所述应变检测片设置于输出轴一侧表面，用于检测输出轴的压缩形变以供控制电路板切换驱动件的工作模式；检测输出轴的拉伸形变以供控制电路板判断驱动件启动；

以及待机模块，所述待机模块保持对应变检测片的供电用于检测输出轴的拉伸形变。

该方案相对第一方面提出的方案，启动、功能切换对应输出轴形态相反，从而对于判断启动的输出电压要求更低，相对第一方面的方案，待机模块提供的输入电压可以更低，以提高电动牙刷的续航。

在结合附图阅读本发明的具体实施方案的以下描述之后，本发明的其它方面和特征对于本领域普通技术人员将变得显而易见。

附图说明

图1为本发明一实施方式中刷头、输出轴、应变检测片位置示意图；

图2为本发明一实施方式中信号流示意简图；

图3为本发明一实施方式中应变感应电阻设置示意图；

图4为本发明另一实施方式中刷头、输出轴、应变检测片位置示意图；

图5为本发明一实施方式中信号流示意图；

图6为本发明另一实施方式中电动牙刷的整体装配图。

图7为本发明另一实施方式中刷头、输出轴、应变检测片位置示意图；

主要元件符号说明

电动牙刷	1
		牙刷本体	10
电源	101
		驱动件	102
输出轴	20
		应变检测片	30
刷头	40
		承载部	401
刷毛	402

具体实施方式

为了使申请的目的、原理、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，正如本发明内容部分所述，此处所描述的具体实施例用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要特别说明的是，根据说明书的文字或者技术内容可以确定的连接或位置关系，为了图画的简洁进行了部分的省略或者没有画出全部的位置变化图，本说明书未明确说明省略的或者没有画出的位置变化图，不能认为没有说明，为了阐述的简洁，在具体阐述时不再一一进行说明，在此统一说明。

应当说明，应变检测片指一类根据被抵设物体的形变对应产生形变，以输出感应电压信号的部件，传统的，应变检测片上设置有感应电路，感应电路接入输入电压，当物体受力时，感应电路输出电压信号，控制电路板根据该电压信号发出对应的指令，以驱动对应工作元件。可以理解，对输出电压的为模拟信号，经过模数转换转换数字信号，并进行至少包括放大等的信号处理过程，一般地，物体表面拉伸形变随其所受的拉应力增大而增大，拉伸的形变量越大，感应电路的输出电压越大。举例而言，假设没有形变时，感应电路的输出电压为0，随其所受应力增大，感应电路的输出电压增大，直至某一极限值。现有的方案一般是依据着一段随形变量上升的输出电压的范围划分，由小至大，依次递增划分驱动件启动的响应、工作模式的切换。基本的工作逻辑为：涂抹牙膏至刷毛上，刷毛抵近牙齿，由形变产生感应电压达到启动的阈值时，控制电路板控制电源供电至驱动件，驱动件工作在默认模式，牙刷工作在默认档位。从而需要保持感应电路的输入电压在启动和切换时的一致性，而实际上由于续航的要求，驱动件的启动所对应输出电压不能太大，但工作模式切换需要一个较大电压范围以满足多模式的需要，因而，基于同一方向电压变化范围的启动和工作模式切换需要在续航与精度间折中。另外，考虑以下的一种情景，假设启动的电压信号为1V，一档位为2V，那么启动时用户施加的压力过大，使感应电路的输出电压超过2V，则需要增加电路元件做进一步逻辑判断。

请参见图1至图3，为本发明一种无按键式电动牙刷1实施方式，包括：

牙刷本体10，用于把持所述电动牙刷以及输出动力至刷头40；

输出轴20，所述输出轴20的一端连接设置于牙刷本体10内的驱动件102，另一端连接牙刷本体10外部的刷头40；

牙刷本体10、驱动件102、电源101的相对位置参考图6的装配图。

应变检测片30，所述应变检测片30设置于输出轴20一侧表面，用于检测输出轴20的压缩形变以供控制电路板判断驱动件102启动；检测输出轴20的拉伸形变以供控制电路板切换驱动件102的工作模式；

以及待机模块，所述待机模块保持对应变检测片30供电用于检测输出轴20压缩形变。

可以理解，术语“工作模式”指驱动件102的震动频率或者旋转频率，对应驱动件102的工作方式可以为震动以使刷头40产生声波，或者为快速旋转以连杆等方式带动刷头40旋转。

可以理解，术语“牙刷本体10”指电动牙刷排除刷头40的部分，牙刷本体10与刷头40之间通过输出轴20进行动力传动。具体的，在本发明中，根据电动牙刷的驱动形式不同，驱动件102可以是线性马达，线性马达带动输出轴20震动，从而驱动刷头40震动。

根据以上，本发明所述控制电路板，至少具备接收应变检测片30的信号，并对该信号进行转换，并根据转换后的信号，指导其他元件工作的功能，可以理解，其安装于牙刷本体10内(图中未示出)。

刷头40包括刷毛402以及用于承载刷毛402承载部401，所述承载部401与输出轴20可拆卸连接，可以理解，由于刷毛402需定期更换，刷头40属于耗材，承载部401与输出轴20，也即牙刷本体10的连接需可拆卸。对于在本发明公开的基础上而仅采用固定连接的方式，应考虑为本发明变劣技术方案。

举例而言，牙刷本体10设置有防滑纹路，用户手握牙刷本体10进行刷牙，驱动件102震动或者旋转，通过输出轴20将震动或者旋转传递至所述刷头40的承载部401。

以下对输出轴20形变进行解释，可以理解，当刷毛402抵触到牙齿，输出轴20发生微小形变，其与刷毛402同侧的表面拉伸，与刷毛402不同侧的表面压缩。

在一种设置中，请参见图1，刷毛402与应变检测片30处于输出轴20的同侧时，对应的刷毛402抵触牙齿时，受力方向如图1，应变检测片30拉伸。

为方便理解，假定刷毛402抵触牙齿时，输出轴20的受力方向为正向，那么对应的，输出轴20受到反向的力时，应变检测片30压缩。

以下参见图2至图3，可以理解，此设置方式下，即刷毛402与应变检测片30位于输出轴20的同一侧，将驱动件102的启动、驱动件102的工作模式的响应形变分隔开，分别对应同一应变检测片30的压缩和拉伸形态，举例一应用场景中说明，用户在涂覆牙膏至刷毛402上后，保持刷毛402在上，刷毛402的承载部401轻抵桌面或水杯缘，使输出轴20受到反向的力，从而输出轴20发生微小形变，应变检测变所在输出轴20侧压缩，感应电路的输出电压信号下降，控制电路板依据该信号启动驱动件102，驱动件102工作在默认频率；用户将牙刷抵靠牙齿，输出轴20受到正向的力，应变检测变所在输出轴20侧拉伸，拉伸状态下，施加的压力越大，感应电路的输出电压越大，依据这一特性，对应输出电压的范围划分工作模式，比如轻度、中度、深度。从而，避免了由于牙刷的驱动件102的启动以及工作模式的驱动是在输出轴20同一受力方向的感应电压的划分，而导致误启动。由于输出电压与感应电路的输入电压有关，进一步地，为了使压缩、拉伸对应的输出电压范围不重叠，启动驱动件102过程感应电路接入的输入电压V_启与工作模式的控制过程接入的输入电压V_切不同。

可以理解，相对于按键类电动牙刷在按下按键，相当于闭合电路，电源101供电驱动件102的过程，本发明的感应电路需处于保持对启动状态的检测，感应电路输出电压需要依靠输入电压，因此需要加入待机模块，保证控制电路板可以接收感应电路下降的电压信号，从而启动驱动件102。可选的，为了保证电动牙刷的续航，在一种实施例中，待机模块提供感应电路的一输入电压V_启，当感应电路的输出电压下降时，控制电路板启动驱动件102，电动牙刷工作在默认模式，即默认的转动速度或者震动频率，随后切换感应电路的输入电压，接入另一输入电压V_切，此输入电压对应刷牙过程中，牙刷与牙齿接触而产生的压力的变化，如压力增大，对应感应电路的输出电压增大，控制电路板驱动所述驱动件102工作在较小的转速或者较小的震动频率，避免对牙龈造成损伤。可选的，感应电路的输入电压切换可采用继电器或者与继电器相同切换电压作用的元件。

可选的，由于启动驱动件102的输出电压只对应一个指令，即电压下降超过某一阈值，控制电路板启动驱动件102，从用户的角度而言，对承载部401抵压桌面或杯缘的压力限制小，轻触或者重压均可实现驱动件102的启动。从而，待机模块提供的输入电压V_启小于工作模式切换时的输入电压V_切，以提高牙刷的续航。

可以理解，本发明对电动牙刷启动、工作模式切换的响应信号作了划分，使得判断启动与判断工作模式切换的依据为同一应变检测片30的不同受力方向，并提出了对应电路设计，从而对于用户而言，本发明的电动牙刷在使用方式上也需对应改变，即力的传递上，启动只需承载部401轻触，使刷头40受到向上的应力，更加便捷及准确，避免了电动牙刷误启动。

可选的，对于电动牙刷的关闭识别，可以设置控制电路板接收到连续的两个启动信号，实现电动牙刷的启动与关闭识别信号与工作模式切换信号的隔离，避免信号干扰导致误启动、误关闭。

在本发明中，应变检测片30上设置的感应电路为惠斯通电桥电路。对于电桥电路的具体形式，可以参考本发明人在中国专利CN202110006870.X中所介绍电桥电路。因此，在应变检测片30上至少设置一个应变电阻即可。可选的，所述应变检测片30表面设置有二个应变电阻及二个参考电阻，四个电阻电连接构成惠斯通电桥。两个应变电阻的阻体长度所在直线平行于所述输出轴20的轴线，如图3所示，R1、R3为应变电阻。

对于应变检测片30的形式不作具体要求，可以使应变薄膜、柔性电路板、印制电路板中的任一种。以柔性电路板为例，组成电桥电路的电阻通过丝网印刷在柔性电路板上。

进一步，对于应变检测片30的安装方式，可选的，为了使输出轴20的所受应力集中，输出轴20的一侧面的开具有凹槽，所述应变检测片30与所述凹槽匹配安装，使输出轴20应力的中性面远离应变检测片30，感应电路的检测灵敏度高，所述匹配安装可以理解为所述应变检测片30设置于所述凹槽底面，采用胶贴等方式进行固定，从而应变检测片30上电阻位于同一平面，输出电压更准确。

进一步地，考虑到防水性能以及预留输出轴20与刷头40的承载部401安装的部分，应变检测片30安装在输出轴20上的位置位于牙刷本体10内。

可选的，为了保证基于压力感应的电动牙刷的可靠性，所述控制电路板上设置有蜂鸣器，以在输出轴20形变过大时，发出警示防护声音，提示用户在使用过程中输出轴20形变在预定范围，避免机械疲劳造成损坏。例如，当刷头40受到压力大于300g时，发出蜂鸣或者降低刷头40振动。当然，工作模式信息提示以及启动提示，也可采用指示灯闪烁的形式。

另外，控制的换挡有利于防飞溅功能的实现，可以理解，当牙膏在刷毛402振动下与牙齿接触并产生泡沫，当刷毛402不与牙齿接触时，泡沫在声波振动下，容易飞溅，造成卫生问题，可选的，可以设置当刷头40受到压力小于50g，电动牙刷降低刷头40振动，而不会反复进行牙刷的开与关。

在另一种设置中，请参见图3、图4、图5至图6，刷毛402与应变检测片30处于输出轴20的不同侧时，对应的刷毛402抵触牙齿时，如图4所示，应变检测片30压缩。同理，那么输出轴20受到反向的力时，应变检测片30压缩。

可以理解，在此种设置中，相对于以上的方案，区别在于，此设置下，应变检测片30检测输出轴20的压缩形变以供控制电路板切换驱动件102的工作模式；检测输出轴20的拉伸形变以供控制电路板判断驱动件102启动；对应的，所述待机模块保持对应变检测片30的供电用于检测输出轴20拉伸形变。比如，输出轴20受到反向的力，从而输出轴20发生微小形变，应变检测变所在输出轴20侧拉伸，感应电路的输出电压信号上升，控制电路板依据该信号启动驱动件102，驱动件102工作在默认频率，与之对应，输出轴20受到正向的力，即刷毛402与牙齿抵触，或者说处于刷牙的过程中，应变检测变所在输出轴20侧压缩，压力越大，压缩的形变量越大，感应电路输出电压越小，从而可以划分不同工作模式对应的触发电压范围。可以理解，由于启动是根据电压的上升进行判断，此种方式下，若感应电路初始处于平衡状态，那么控制电路板对驱动件102启动信号的处理更加灵敏，同时，待机状态下的功耗较低，有利于电动牙刷的续航。

作为应变检测片30的另一种形式，参见图7，用于检测输出轴20的压缩形变与用于检测输出轴20的拉伸形变分别对应一个应变检测片30。

值得注意的是，上述实施例中，所包括的各个模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无按键式电动牙刷，其特征在于，包括：

牙刷本体，用于把持所述电动牙刷以及输出动力至刷头；

输出轴，所述输出轴的一端连接设置于牙刷本体内的驱动件，另一端连接牙刷本体外部的刷头；

应变检测片，所述应变检测片设置于输出轴一侧表面，用于检测输出轴的压缩形变以供控制电路板判断驱动件启动；检测输出轴的拉伸形变以供控制电路板切换驱动件的工作模式；

以及待机模块，所述待机模块保持对应变检测片的供电用于检测输出轴的压缩变形。

2.如权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，用于检测输出轴的压缩形变与用于检测输出轴的拉伸形变分别对应一个应变检测片。

3.如权利要求1或2所述的电动牙刷，其特征在于，所述输出轴的一侧表面开设有凹槽，所述应变检测片与所述凹槽匹配安装。

4.如权利要求3所述电动牙刷，其特征在于，所述应变检测片上设置有由2个应变电阻与2个参考电阻组成的电桥电路，且所述应变电阻的长度方向平行于所述输出轴的轴向。

5.如权利要求3所述的电动牙刷，其特征在于，所述驱动件包括线性马达。

6.如权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，所述控制电路板上设置有蜂鸣器，以在输出轴形变过大时，发出警示防护声音。

7.一种如权利要求1或3所述的电动牙刷工作方法，其特征在于，包括：

驱动件启动检测：

S1刷头接收用户反向压力，输出轴发生压缩形变；

S2应变检测片检测该形变，设置其上的感应电路输出电压信号；

S3控制电路板接收并处理该输出电压信号，发出对应指令，启动驱动件，驱动件工作在默认模式；

以及驱动件工作模式切换：

S4刷头接收用户的正向压力，输出轴发生拉伸形变；

S5控制电路板接收并处理该输出电压信号，根据处理后的信号所对应预设的工作模式，发出对应驱动件切换指令，驱动件工作模式切换。

8.一种无按键式电动牙刷，其特征在于，包括：

牙刷本体，用于把持所述电动牙刷以及输出动力至刷头；

输出轴，所述输出轴的一端连接设置于牙刷本体内的驱动件，另一端连接牙刷本体外部的刷头；

应变检测片，所述应变检测片设置于输出轴一侧表面，用于检测输出轴的压缩形变以供控制电路板切换驱动件的工作模式；检测输出轴的拉伸形变以供控制电路板判断驱动件启动；

以及待机模块，所述待机模块保持应变检测片的供电用于检测输出轴拉伸形变。

9.一种如权利要求8所述电动牙刷的工作方法，其特征在于，包括：

驱动件启动检测：

S1刷头接收用户反向压力，输出轴发生拉伸形变；

S2应变检测片检测该形变，设置其上的感应电路输出电压信号；

S3控制电路板接收并处理该输出电压信号，发出对应指令，启动驱动件，驱动件工作在默认模式；

以及驱动件工作模式切换：

S4刷头接收用户的正向压力，输出轴发生压缩形变；

S5控制电路板接收并处理该输出电压信号，根据处理后的信号所对应预设的工作模式，发出对应驱动件切换指令，驱动件工作模式切换。

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