CN115313911A - 一种压电陶瓷驱动的电动牙刷 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压电陶瓷驱动的电动牙刷，包括牙刷本体和设置其上的牙刷头，牙刷本体中电源为控制中心和振动组件提供电能，牙刷头与振动组件相连；振动组件包括基板、压电片、传动杆和限位座，基板和传动杆分别与压电片的两侧固定连接，传动杆远离压电陶瓷片的一端插入牙刷头的卡槽中，基板和限位座均固定在外壳内壁，传动杆上的限位板与限位座卡接。通过牙刷头与传动杆之间的插拔实现牙刷头之间的更换；通过给压电片通电，使压电片中部呈现凸起或者下凹的运动，从而产生振动并带动与其中部粘接固定的传动杆运动；压电片设置为机械串联‑电学并联的多层压电陶瓷片，具有振动幅度大，响应迅速，振动频率高，寿命长等特点。

Description

一种压电陶瓷驱动的电动牙刷

技术领域

本发明涉及压电片应用技术领域，尤其涉及一种压电陶瓷驱动的电动牙刷。

背景技术

牙刷作为必不可少的日常洗漱用品之一，关乎口腔以及牙龈、牙齿健康，电动牙刷能够代替人工完成刷牙动作，相较普通牙刷可以深入清洁牙缝，增强清洁效果。

传统的电动牙刷是利用电机使偏心锤进行旋转而产生振动，并将偏心振动传递给牙刷头，通过高频振动瞬间将牙膏分解成细微泡沫，深入清洁牙缝。偏心锤配合电机使用一段时间后，两者均会出现比较严重的磨损，且使用时噪音大，频率相对较低。

发明内容

本发明提供了一种压电陶瓷驱动的电动牙刷，可有效解决背景技术中的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种压电陶瓷驱动的电动牙刷，包括牙刷本体和设置其上的牙刷头，所述牙刷本体包括外壳和设置其中的电源、控制中心和振动组件，所述电源为所述控制中心和所述振动组件提供电能，所述牙刷头与所述振动组件相连；

所述振动组件包括基板、压电片、传动杆和限位座，所述基板和所述传动杆分别与所述压电片的两侧固定连接，所述传动杆远离所述压电陶瓷片的一端插入所述牙刷头的卡槽中，所述基板和所述限位座均固定在所述外壳内壁，所述传动杆上的限位板与所述限位座卡接。

进一步的，所述压电片设置为机械串联-电学并联的多层压电陶瓷片，所述多层压电陶瓷片通过两片或者两片以上的压电陶瓷片配合钯银合金层电极并联连接共烧成一体结构。

进一步的，所述控制中心包括运放电路，所述压电片通过所述运放电路与所述电源相连，所述运放电路的电压放大倍数根据所述多层压电陶瓷片中的压电陶瓷片片数设定；

所述运放电路的电压放大倍数与所述多层压电陶瓷片中压电陶瓷片的片数呈反比设置。

进一步的，所述多层压电陶瓷片设置为5层，所述压电片的驱动电压为30Vp-p。

进一步的，所述限位座包括固定板和设置在其一侧的卡座，所述固定板与所述外壳内壁固定连接，在所述卡座上对应所述限位板设置有限位槽；

在所述固定板和所述卡座上分别对应所述传动杆设置有连通的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔、所述限位槽和所述第二通孔相连通并在周向同一位置处延伸至侧壁。

进一步的，所述限位槽在所述传动杆长度方向的高度尺寸大于所述限位板的厚度尺寸，在所述限位槽内填充有柔性材料。

进一步的，所述基板设置为金属材质并通过环氧胶与所述压电片粘接固定，所述传动杆的端部通过环氧胶与所述压电片粘接固定。

进一步的，所述外壳设置为两端贯通的柱体结构，在所述外壳两端设置有上盖和下盖，所述传动杆的一端穿过所述上盖并插入所述牙刷头的卡槽中；

在所述传动杆上套设有密封圈，所述密封圈位于所述传动杆与所述上盖的连接处。

本发明的有益效果为：

本申请提供了一种基于压电陶瓷做成的电动牙刷，牙刷头作为一个整体，通过卡槽与振动组件中的传动杆连接，通过牙刷头与传动杆之间的插拔实现牙刷头之间的更换；通过给压电片通电，使压电片中部呈现凸起或者下凹的运动，从而产生振动并带动与其中部粘接固定的传动杆运动；压电片设置为机械串联-电学并联的多层压电陶瓷片，具有振动幅度大，响应迅速，振动频率高，寿命长等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明实施例中电动牙刷的结构示意图；

图2为本发明实施例中电动牙刷的爆炸结构示意图；

图3为本发明实施例中振动组件的结构示意图；

图4为本发明实施例中振动组件的爆炸示意图；

图5为本发明实施例中传动杆与限位座的安装示意图；

图6为本发明实施例中电动牙刷的控制系统框架示意图。

附图标记：1、牙刷本体；2、外壳；21、上盖；22、下盖；3、电源；4、控制中心；41、运放电路；5、振动组件；51、基板；52、压电片；521、多层压电陶瓷片；53、传动杆；531、密封圈；532、限位板；54、限位座；541、固定板；542、卡座；543、第一通孔；544、限位槽；545、第二通孔；6、牙刷头。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图6所示的一种压电陶瓷驱动的电动牙刷，包括牙刷本体1和设置其上的牙刷头6，牙刷本体1包括外壳2和设置其中的电源3、控制中心4和振动组件5，电源3为控制中心4和振动组件5提供电能，牙刷头6与振动组件5相连；振动组件5包括基板51、压电片52、传动杆53和限位座54，基板51和传动杆53分别与压电片52的两侧固定连接，传动杆53远离压电陶瓷片的一端插入牙刷头6的卡槽中，基板51和限位座54均固定在外壳2内壁，传动杆53上的限位板532与限位座54卡接。

本申请提供了一种基于压电陶瓷做成的电动牙刷，牙刷头6作为一个整体，在牙刷头6的内部设置有塑胶卡槽，通过卡槽与振动组件5中的传动杆53连接，通过牙刷头6与传动杆53之间的插拔实现牙刷头6之间的更换。具体的，通过给压电片52通电，使压电片52中部呈现凸起或者下凹的运动，从而产生振动并带动与其中部粘接固定的传动杆53运动。

作为上述实施例的优选，压电片52设置为机械串联-电学并联的多层压电陶瓷片521，多层压电陶瓷片521通过两片或者两片以上的压电陶瓷片配合钯银合金层电极并联连接共烧成一体结构。采用多层压电陶瓷叠层工艺做成的多层压电陶瓷具有振动幅度大，响应迅速，振动频率高，寿命长等特点。

进一步的，控制中心4包括运放电路41，压电片52通过运放电路41与电源3相连，运放电路41的电压放大倍数根据多层压电陶瓷片521中的压电陶瓷片片数设定；运放电路41的电压放大倍数与多层压电陶瓷片521中压电陶瓷片的片数呈反比设置；多层压电陶瓷片521设置为5层，压电片52的驱动电压为30Vp-p。

具体的，本申请采用五层多层压电陶瓷片521，能够实现更大的振动量，根据所采用的五层压电陶瓷片设定驱动电压为30Vp-p，基板51选择不锈钢材质，厚度为0.2mm；基板51设置为金属材质并通过环氧胶与压电片52粘接固定，传动杆53的端部通过环氧胶与压电片52粘接固定。

本申请中的电源3使用3.7伏软包长条形锂聚合物电池，负责产生控制中心4中MCU和运放电路41所需的3.3V电源3，通过MCU内部DAC功能，将控制中心4内部FLASH中存储的波形信息转变成对应的波形，波形频率范围180Hz~200KHz，幅值为0~3.3V。根据不同波形文件可以只播放超声波信号，也可以播放带叠加超声波的儿歌音乐，驱动波形的强度可由按钮控制大小，输出接运放及波形调理电路将3.3Vp-p信号最大放大到30Vp-p，利用逆压电效应驱动五层陶瓷产生振动，MCU根据工作模式驱动充电指示灯，振动强度档位指示灯，并根据按钮切换不同波形文件。

本申请中，外壳2设置为两端贯通的柱体结构，在外壳2两端设置有上盖21和下盖22，传动杆53的一端穿过上盖21并插入牙刷头6的卡槽中；在传动杆53上套设有密封圈531，密封圈531位于传动杆53与上盖21的连接处。在下盖22上设置充电线圈，并安装控制中心4电路板，随锂聚合物电池一次塞入外壳2中，压紧下盖22后组装成牙刷本体1，充电线圈能够通过无线充电模块充电。

如图3至图5所示，限位座54包括固定板541和设置在其一侧的卡座542，固定板541与外壳2内壁固定连接，在卡座542上对应限位板532设置有限位槽544；在固定板541和卡座542上分别对应传动杆53设置有连通的第一通孔543和第二通孔545，第一通孔543、限位槽544和第二通孔545相连通并在周向同一位置处延伸至侧壁。

如图5所示的传动杆53与限位座54的安装示意图，在限位座54上设置有卡接传动杆53及其上限位板532的两通孔和限位槽544，传动杆53及其上的限位板532从限位座54的开口侧卡入，卡座542能够限制传动杆53沿其长度方向的位移，限位板532能够嵌入卡座542的限位槽544中，限位槽544在传动杆53长度方向的高度尺寸大于限位板532的厚度尺寸，在限位槽544内填充有柔性材料。在限位槽544内灌满软质灌封胶或者垫上泡棉，在不影响多层压电陶瓷片521驱动传动杆53上下振动的情况下，避免插拔牙刷头6造成传动杆53位移过大，损坏多层压电陶瓷片521，压电陶瓷比较脆，压电陶瓷负极与基板51通过环氧胶粘接在一起，在操作按钮给压电片52通电后，当为正弦波的正半波的时候，金属板向上运动，当为正弦波的负半波的时候，金属板向下运动，完成一个刷牙的工作循环。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种压电陶瓷驱动的电动牙刷，包括牙刷本体(1)和设置其上的牙刷头(6)，其特征在于，所述牙刷本体(1)包括外壳(2)和设置其中的电源(3)、控制中心(4)和振动组件(5)，所述电源(3)为所述控制中心(4)和所述振动组件(5)提供电能，所述牙刷头(6)与所述振动组件(5)相连；

所述振动组件(5)包括基板(51)、压电片(52)、传动杆(53)和限位座(54)，所述基板(51)和所述传动杆(53)分别与所述压电片(52)的两侧固定连接，所述传动杆(53)远离所述压电陶瓷片的一端插入所述牙刷头(6)的卡槽中，所述基板(51)和所述限位座(54)均固定在所述外壳(2)内壁，所述传动杆(53)上的限位板(532)与所述限位座(54)卡接。

2.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动的电动牙刷，其特征在于，所述压电片(52)设置为机械串联-电学并联的多层压电陶瓷片(521)，所述多层压电陶瓷片(521)通过两片或者两片以上的压电陶瓷片配合钯银合金层电极并联连接共烧成一体结构。

3.根据权利要求2所述的压电陶瓷驱动的电动牙刷，其特征在于，所述控制中心(4)包括运放电路(41)，所述压电片(52)通过所述运放电路(41)与所述电源(3)相连，所述运放电路(41)的电压放大倍数根据所述多层压电陶瓷片(521)中的压电陶瓷片片数设定；

所述运放电路(41)的电压放大倍数与所述多层压电陶瓷片(521)中压电陶瓷片的片数呈反比设置。

4.根据权利要求3所述的压电陶瓷驱动的电动牙刷，其特征在于，所述多层压电陶瓷片(521)设置为5层，所述压电片(52)的驱动电压为30Vp-p。

5.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动的电动牙刷，其特征在于，所述限位座(54)包括固定板(541)和设置在其一侧的卡座(542)，所述固定板(541)与所述外壳(2)内壁固定连接，在所述卡座(542)上对应所述限位板(532)设置有限位槽(544)；

在所述固定板(541)和所述卡座(542)上分别对应所述传动杆(53)设置有连通的第一通孔(543)和第二通孔(545)，所述第一通孔(543)、所述限位槽(544)和所述第二通孔(545)相连通并在周向同一位置处延伸至侧壁。

6.根据权利要求5所述的压电陶瓷驱动的电动牙刷，其特征在于，所述限位槽(544)在所述传动杆(53)长度方向的高度尺寸大于所述限位板(532)的厚度尺寸，在所述限位槽(544)内填充有柔性材料。

7.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动的电动牙刷，其特征在于，所述基板(51)设置为金属材质并通过环氧胶与所述压电片(52)粘接固定，所述传动杆(53)的端部通过环氧胶与所述压电片(52)粘接固定。

8.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动的电动牙刷，其特征在于，所述外壳(2)设置为两端贯通的柱体结构，在所述外壳(2)两端设置有上盖(21)和下盖(22)，所述传动杆(53)的一端穿过所述上盖(21)并插入所述牙刷头(6)的卡槽中；

在所述传动杆(53)上套设有密封圈(531)，所述密封圈(531)位于所述传动杆(53)与所述上盖(21)的连接处。

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