电动牙刷的制作方法

本发明涉及一种电动牙刷。

背景技术：

电动牙刷是大众保健品中的重要一员，主要通过电动机芯的快速旋转或震动，使刷头产生高频震动，瞬间将牙膏分解成细微泡沫，深入清洁牙缝。与普通牙刷相比，电动牙刷可以更彻底清除牙菌斑、减少牙龈炎、牙周病和牙龈出血等口腔疾病。电动牙刷刷牙压力的控制问题一直是该领域的一大难题，若压力太小，容易导致清洁率低、效果差，压力太大则易损伤牙龈。

现有大部分电动牙刷检测压力的方法是检测驱动电机的电流大小，即当刷头被施加压力时，电机负载增大，电流产生变化，通过电流大小来判断刷头所受的压力大小。另外，申请号为CN99235003的专利公开文本公开了一种电动牙刷，在刷头和开关间设有一刷牙压力测控机构，刷牙压力通过刷头体、刷头杆、支撑轴、弹簧构成的测力杠杆控制开关的开关动作，当刷牙压力大于开启值并小于限定值时，开关闭合，牙刷工作；当刷牙压力小于开启值或大于限定值时，开关断开，牙刷不工作。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种具有新的刷头压力检测结构的电动牙刷。

本发明提出了一种电动牙刷，包括起支撑作用的主体支架、配置在该主体支架上的驱动装置、配置在所述主体支架一端并与该驱动装置装配连接的刷头，在所述主体支架上设置一支撑轴，所述驱动装置 通过所述支撑轴装配在所述主体支架上，并且所述驱动装置与刷头形成以所述支撑轴为支点的杠杆结构，在所述主体支架上设置有因所述刷头被施力不同使所述驱动装置绕所述支撑轴的转动角度不同而检测值不同的传感器。

由上，所述驱动装置与刷头形成以所述支撑轴为支点的杠杆结构，当所述刷头被施加不同压力时，根据杠杆原理，所述驱动装置将绕所述支撑轴产生不同的转动角度，由此使所述传感器产生不同的检测值，通过所述传感器所产生的检测值的大小去判断刷头所受的压力大小，这种刷头压力检测结构通过所述驱动装置位移的变化来反馈刷头压力的大小，它提供了一种新的刷头压力检测结构，其结构紧凑、稳定性高，同时还能大大降低制作成本。

优选的，所述驱动装置为微震电机。

优选的，在所述驱动装置远离所述支撑轴的一侧设有金属导体；

所述传感器与所述金属导体相对设置，其与所述金属导体不同距离而感应出不同电信号作为不同检测值。

由上，当所述刷头被施加不同压力时，根据杠杆原理，所述金属导体将绕所述支撑轴产生不同的转动角度，进而改变所述金属导体与所述传感器之间的距离，由所述金属导体与所述传感器之间的距离不同在所述传感器上感应出不同电信号，该不同电信号为所述传感器产生的不同检测值，通过所述传感器所产生的检测值的大小去判断刷头所受的压力大小，它提供了一种新的刷头压力检测结构，其结构紧凑、稳定性高，同时还能大大降低制作成本。

优选的，所述传感器为电感传感器。

由上，当所述刷头被施加不同压力时，根据杠杆原理，所述金属导体将绕所述支撑轴产生不同的转动角度，则所述金属导体相对于所述电感传感器进行移动，根据电磁感应原理，所述电感传感器将感应出不同电信号，该不同电信号为所述电感传感器产生的不同检测值，通过所述电感传感器所产生的检测值的大小去判断刷头所受的压力大小。

优选的，所述电感传感器包括与所述金属导体正对设置的电感线圈，该电感线圈平面印刷于所述电动牙刷的电路主板上。

优选的，在所述驱动装置的外侧设有金属框架，所述金属导体与该金属框架一体设置。

由上，由于所述金属导体与该金属框架一体设置，能够简化电动牙刷的结构，使其结构更加紧凑。

优选的，所述电路主板设置在所述主体支架的相反于所述驱动装置的一侧，在所述主体支架上开设一与所述电感线圈相对置的通孔。

由上，所述通孔主要为电感线圈进行让位，避免所述金属框架与电感线圈之间的感应信号被阻拦和干扰，进而确保电感传感器的检测效果。

优选的，在所述主体支架上设有用以限定所述驱动装置的转动角度范围的上/下限位装置。

优选的，在所述主体支架上设有一开口朝上的限位槽，在所述驱动装置的远离所述刷头的一侧设有底部具有凸缘的限位部，所述限位部伸入所述限位槽内并通过所述凸缘卡止在所述限位槽的开口处，由所述限位槽和限位部构成所述上限位装置。

由上，所述金属框架在驱动装置带动下朝上移动时，当所述凸缘卡止在限位槽的开口处时所述金属框架将停止向上移动，由此限定所述金属框架的移动范围，进而限定所述刷头的移动范围以确保所述刷头始终在合理范围内移动。

优选的，在所述限位槽内收装有与所述凸缘相抵接的弹簧，由所述弹簧构成所述下限位装置。

由上，第一，所述弹簧作为下限位装置能够限定限位部的向下运动范围，进而将限位部限定在合理范围内；第二，当限位部运动至下限位置时，弹簧对该限位部施加一回复力，限位部在该回复力作用下能够更容易复位；第三，调节刷头置于下述零点位置时由刷头处的橡胶圈所施加给由微震电机所构成的杠杆结构的形变力，使前述杠杆结构处于受力平衡位置。

优选的，在所述限位部上于所述凸缘下方一体形成沿所述凸缘的轴向朝下延伸的凸起，并且所述凸起伸入所述弹簧中。

由上，由于所述凸起伸入所述弹簧中，通过所述凸起能够对所述弹簧进行更好地定位，确保所述弹簧与限位部的连接稳定性。

优选的，在所述主体支架上设有用以限定所述限位部朝向远离所述限位槽一侧移动的金属框架限位装置。

由上，当所述刷头处于该零点位置时，所述金属框架限位装置能够阻止所述金属框架朝上过度移动，使所述金属框架保持在零点位置。

优选的，在所述主体支架上于靠近所述刷头的一侧设有密封块，所述微震电机的传动轴贯穿该密封块后与所述刷头装配连接。

由上，所述密封块防止电动牙刷在使用过程中进水导致所述微震电机损坏。

附图说明

图1为电动牙刷的俯视图；

图2为电动牙刷的仰视图；

图3为沿图1所示A-A向的剖面图；

图4为图3所示电动牙刷的局部放大图；

图5为图3所示电动牙刷的局部斜视图；

图6为电动牙刷的PH探头的结构示意图；

图7为电动牙刷的电路原理图；

图8为电机驱动单元的电路图；

图9为电感线圈以及感应电感值数字转换器的电路图；

图10为PH检测部分的电路图；

图11为主控单元电路图；

图12为供电单元的电路原理图；

图13为充电接收电路的电路图；

图14为充电检测电路的电路图；

图15为5V分压电路的电路图；

图16为3V分压电路的电路图；

图17为通信单元的电路图。

具体实施方式

下面参见图1～图17对本发明所述的电动牙刷进行详细说明。

如图1～图3所示，电动牙刷通常包括分体式设置的刷柄1和刷头2。刷柄1具有一壳体11，在该壳体11内设有沿刷柄1的轴向设置的主体支架12，在该主体支架12上一体形成多个分隔部，由这多个分隔部将壳体11所围成的空间划分为用以安装电池的电池盒111和用以收装刷头2的驱动装置并为该驱动装置提供活动空间的腔体112。在主体支架12的相反于电池盒111和腔体112的一侧安装有电动牙刷的电路主板14，所述电路主板14中设有电动牙刷的主控单元711，以及分别与其连接的驱动部分、压力检测部分、PH检测部分、开关电路和通信部分等，具体电路将在后文进行详述。在前述电池盒111内封装有与该电路主板14电连接的供电线路；在壳体11的远离刷头2的端部设有用以为电池盒111内的电池进行充电的充电底座113。在壳体11的下表面上设有用以控制电动牙刷的电源通断状态及工作模式的多个按钮114组成所述开关电路715，这多个按钮114与电路主板14上设置的按键一一对应。

本实施例中，驱动部分包括电机驱动单元720，以及与其连接的微震电机13构成。如图8所示，所述电机驱动单元720采用包括型号为DRV8XXX系列的电机驱动芯片实现，该芯片的信号输入端口(nSLEEP、IN1、IN2)与所述主控单元711连接，输出端口(OUT1、OUT2)连接所述微震电机13，图中J6、J7两个接口即为威震电机13的接口，电机驱动单元720用于依据主控单元711的控制指令驱动微震电机13工作，所述控制指令包括转速指令和休眠指令。在该微震电机13的上下两侧分别安装有与微震电机13的上下两侧相平行的金属框架131。在主体支架12的前端(即靠近刷头2的一端)固定一 支撑轴121，该支撑轴121与经过刷柄1的长度方向和其上下方向所在的平面相垂直(即支撑轴121沿图3所示的左右方向设置)。前述金属框架131与该支撑轴121转动连接，使固定在该金属框架131上的微震电机13能相对于主体支架12产生小角度范围内的转动。在主体支架12的前端紧挨着支撑轴121固定有密封块122，微震电机13的传动轴132沿其长度方向依次贯穿密封块122、壳体11并从该壳体11的前侧伸出，刷头2通常插装在传动轴132的前述伸出部分上。在壳体11的前侧通常开设有供传动轴132伸出的孔，密封块122主要用以对该孔进行密封，防止电动牙刷在使用过程中进水导致微震电机13损坏。结合前述结构描述和参照图3和图4可以看出，微震电机13与刷头2形成了以支撑轴121为支点的杠杆结构。

在主体支架12上于前述腔体112内靠近其后端设有一开口朝上的限位槽123，在该限位槽123内收装一弹簧124。如图3和图4所示，金属框架131主要由两个开口相对置的U形框架组成，在这两个U形框架的后端开口处分别一体形成沿刷柄1的长度方向朝后延伸并紧贴设置在一起的连接部131a，为了下述描述方便将位于下侧的U形金属框架定义为下金属框架131b。在连接部131a的后端(即远离刷头2的一侧)设置一整体呈柱状并朝下设置的限位部133，在该限位部133的底部一体形成一凸缘133a和位于该凸缘133a下方并沿其轴向朝下延伸的凸起133b。限位部133的下部伸入限位槽123内，其中，凸缘133a置于限位槽123内并与弹簧124相抵接，凸起133b伸入弹簧124中。金属框架131在微震电机13带动下朝上移动时，当凸缘133a卡止在限位槽123的开口处时金属框架131停止向上移动。由前述限位槽123和限位部133构成本发明所述上限位装置，由弹簧124构成本发明所述下限位装置，该弹簧124主要具有如下作用：第一，作为下限位装置能够限定限位部133的向下运动范围，进而将限位部133限定在合理范围内；第二，当使用者对刷头2施加不同压力时，根据杠杆原理，限位部133将向下运动至不同位置，则弹簧124对该限位部133将施加一回复力，能够确保限位部133每次都能够顺 利复位至下述所定义的零点位置处，如此，能够保证金属框架131的移动路径，使限位部133的位移与使用者所施加的压力形成一线性关系；第三，调节刷头2置于下述零点位置时由刷头处的橡胶圈所施加给由微震电机所构成的杠杆结构的形变力，使前述杠杆结构处于受力平衡位置。

另外，在主体支架12上于前述腔体112的后端上侧设置一平面部125，该平面部125与前述限位槽123正对设置，由该平面部125构成本发明所述的金属框架限位装置。本发明中，如图3和图4所示，金属框架131、安装在该金属框架131上的微震电机13以及前述限位部133共同与刷头2形成了以支撑轴121为支点的杠杆结构，当刷头2向上/向下移动时，根据杠杆原理，金属框架131、安装在该金属框架131上的微震电机13以及前述限位部133则向下/向上移动。本发明中将电动牙刷处于未使用状态时金属框架131、安装在该金属框架131上的微震电机13以及前述限位部133所处的自然位置定义为零点位置，当刷头2处于该零点位置时，金属框架131在弹簧124变形力作用下将向上弹出，前述平面部125能够阻止金属框架131朝上过度移动，通过该平面部125的限定使金属框架131保持在零点位置。

本发明中，压力检测部分用于对上述金属框架131b相对于电感线圈719的移动距离进行检测，以确定出刷牙力度。压力检测部分的具体实施方式如下：在电路主板14上设有如图7所示的电感线圈719以及与其连接的感应电感值数字转换器718，其中，电感线圈719设于电路主板14上并与前述下金属框架131b的位于微震电机13下方的部分正对设置，电感线圈719的直径为0.3mm，匝数为40。通过在设计阶段的实验数据表明，当采用上述直径以及匝数的电感线圈719时，其采集的数据最为敏感，数据变化量最大。具体如下表1所示，横轴表示刷牙力度，纵坐标表示五种刷牙模式。

如图3～图5所示，在主体支架12上开设有与电感线圈719相对 置的通孔126，该通孔126主要为电感线圈719进行让位，避免下金属框架131b与电感线圈719之间的感应信号被阻拦和干扰，进而确保电感传感器的检测效果。本发明中，由下金属框架131b构成金属导体，电感线圈719主要感应因下金属框架131b的位移变化所引起的感应电感的数值变化，由于电感线圈719用来检测靠近下侧设置的下金属框架131b的位移变化而非限位部133或连接部131a处的位移变化，能够缩短电感线圈719所检测的位移范围，如此能够降低对电感线圈719的参数(包括匝数和层数)要求，进而减小所需电感线圈719的尺寸。下金属框架131b在微震电机13带动下沿靠近/远离电感线圈719的方向往复移动过程中，该下金属框架131b与电感线圈719之间的距离发生改变，因这两者之间的距离发生改变将会在电感线圈719上产生感应电感的数值变化，该数值变化通过感应电感值数字转换器718进行识别转换后，发送至主控单元711，主控单元711将所接收的数据作为不同检测值来反映电动牙刷使用者施加给刷头2的压力，进而反映刷牙力度大小。如图9所示，所述感应电感值数字转换器718采用型号为LDC1000的芯片实现，

本实施例中采用电感传感器实现对于电动牙刷使用者施加给刷头2压力的检测，另外，也可采用其他方式。例如将电感传感器替换为红外传感器，通过红外传感器发射红外线，依据红外线被下金属框架131b反射的红外线强度判断出距离，从而实现刷牙力度的检测。在采用红外传感器时，将不限于金属框架，任何可以阻碍红外线光的材质均可实现。

又或者，还可采用电容传感器实现，例如将电感线圈719替换为电容传感器固定极板，将下金属框架131b替换为电容传感器活动极板。两块极板共同电连接一信号处理芯片，当两极板的相对位置发生改变时，其极间电容发生变化而形成差动电容，信号处理芯片检测到该电容变化而导致的电压变化，从而检测出二者之间的距离。

如图3所示，在壳体11的上表面上形成一凹部，在该凹部内配置有PH检测部分。如图3和图6所示，PH检测部分包括设置在凹部 前端的底座115、与该底座115可拆卸连接的PH探头712、设置在凹部后端的一开关按钮116、与该开关按钮116形成于一体的开关执行部117。其中，底座115通过转轴115a与壳体11转动连接；PH探头712整体呈沿刷柄1的长度方向设置的长条状，它的前端通过插拔结构与底座115形成可拆卸连接，它的后端与开关按钮116相抵接。底座115、PH探头712以及开关按钮116的外观面与壳体11相同。

在底座115的左右两侧面上分别形成侧面近似呈倒U形的定位槽118，开关执行部117亦整体呈沿刷柄1的长度方向设置的长条状，在该开关执行部117的前端对称形成一对朝向前上方突起的连接臂119，这一对连接臂119的前端置于前述一对定位槽118内并两者形成转动连接。在凹部的左右两侧壁上还对称形成一对第一卡位和第二卡位，并两者沿刷柄1的长度方向定向设置，其中，第一卡位位于第二卡位后方，第一卡位对应PH探头712闭合的位置，第二卡位对应PH探头712打开的位置。在开关执行部117的左右两侧一体形成可与前述第一卡位和第二卡位相嵌合的嵌合部。打开PH探头712时，使用者向前推动开关按钮116使开关执行部117向前移动，直至前述嵌合部嵌入第二卡位内，在该过程中，连接臂119推动底座115并使其围绕转轴115a向上转动，使PH探头712被顶起并向上转动打开。关闭PH探头712时，使用者向后拉动开关按钮116，使开关执行部117向后移动，直至前述嵌合部嵌入第一卡位内，在该过程中，连接臂119拉动底座115并使其围绕转轴115a向下转动，使PH探头712向下转动，直至PH探头712的后端与开关按钮116相接触并抵接在一起。

另外，在底座115的前端还设有一对触点115b，在图3和图5所示密封块122上设有与这一对触点115b相匹配的一对配套触点，这一对配套触点与前述电路主板14电连接。在开关按钮116的底部还设有一磁铁，在前述凹部上于与该磁铁正对处封装一霍尔开关。PH探头712打开时，开关按钮116向前移动，使固定在开关按钮116底部的磁铁与霍尔开关发生错位，从而产生电位差，则霍尔开关将向电 动牙刷的主控单元711发送一个与PH探头712启动相对应的电信号。当PH探头712完全打开时，PH探头712前端的一对触点115b与密封块122上的配套触点电连接，则PH探头712与电路主板14形成电连接。反之，PH探头712关闭时，PH探头712与电路主板14的电连接断开；同时，开关按钮116向后移动，使固定在开关按钮116底部的磁铁与霍尔开关对准，则霍尔开关将向电动牙刷的主控单元711发送一个与PH探头712关闭相对应的电信号。

图10所示为本实施例中PH检测部分的电路图。包括依次连接的PH探头712、运放单元713和升压单元714。

本实施例中，所述PH探头712包括一指示电极端口和一参比电极端口。指示电极端口其零点位置为PH7，其电极电位与唾液中的离子活度呈线性关系，从而检测出口腔内的酸碱度。

基于此，运放单元713包括第一运放电路和第二运放电路，分别与PH探头的一个端口连接，用于向PH探头的两个端口提供高阻环境，构成双高阻输入电路。由于PH探头内阻很高，因此要求前置放大器有较高的输入阻抗，从而增强抗干扰能力，避免其他的电信号对其产生影响。

具体的，第一运放电路包括型号为TLV221芯片的电路，其正向输入端口IN+与所述PH探头的参比电极端口连接，反向输入端口IN-与输出端口OUT连接后，作为输出端输出参比电极数据。

第二运放电路包括型号为TLV22541芯片的电路，其第一反向输入端口3IN-与第一输出端口3OUT连接后，与所述PH探头的指示电极端口连接，

第二正向输入端口1IN+与第一运放电路的输出端连接，接收参比电极数据。

本实施例电路中，在第一、第二运放电路与PH探头的两个端口连接的电路上，还设有用于滤波的电容。

TLV22541芯片计算出指示电极与参比电极的电位差，即表示口腔酸碱度数据，通过输出端口输出至主控单元711，即图10中所述 TLV22541芯片的第二反向输入端口1IN-与第二输出端口OUT连接后，作为输出端，输出指示电极与参比电极的电位差，表示口腔酸碱度的数据至主控单元711。

进一步的，由于PH探头712所采集的电压区间为-500mv～500mv，而主控单元711中的主芯片可读取的电压范围在-500mv～657mv。因此，需在第一正向输入端口连接有两组并联的RC电路后接地。上述电路连接的目的在于，作为升压单元714，将该端口“虚地”，以便对指示电极与参比电极的电位差进行升压处理，以便主控单元711中的主芯片可以读取。

另外，所述第一运放电路和第二运放电路中还包括与供电部分连接的电路，因其属于常规连接技术，不再赘述。

图7为电动牙刷的电路原理图，如图7所示，电动牙刷的电控系统主要包括前已述及的设置在电路主板14的主控单元711，以及分别与主控单元711连接的压力检测部分，即如上所述依次连接的PH探头712、运放单元713和升压单元714；PH检测部分，即如上所述依次连接的电感线圈719和感应电感值数字转换器718；驱动部分，即如上所述相互连接的电机驱动单元720和微震电机13；开关电路715。另外，还包括与主控单元711连接的供电单元722、LED阵列716以及通信单元717。如图11所示，本实施例中的主控单元711采用型号为N51822的芯片实现。

如图12所示，电单元722包括依次连接的充电接收电路，以及分别与其连接的分压电路和充电检测电路。

所述分压电路用于将充电接收电路所接收的7V电压转为电动牙刷内部所需的3V电压和5V电压。所述充电检测电路用于判断充电接收电路进行充电时，向主控单元711输出已进行充电的告知信息，主控单元711接收到上述信息后，获悉电动牙刷正在充电，从而输出指令控制关闭所有功能，以防止漏电。

如图13所示，所述充电接收电路包括型号为BQ5105xB的充电接收器实现。

如图14所示，充电检测电路与充电接收电路的输出端口连接，当有电信号输入时，将电信号进过分压后输出至主控单元711。

如图15所示，5V分压电路包括型号为APW7137的芯片实现；如图16所示，3V分压电路包括型号为TPS7XX系列的芯片实现。

如图17所示，通信单元717采用蓝牙技术，将上述所检测的刷牙力度数据和/或口腔酸碱度数据进行蓝牙调制后，向用户的智能手机终端输出，以便于用户查看。

另外，还包括存储单元(未图示)，与所述主控单元711连接，用于存储主控单元711所接收的刷牙力度数据以及口腔酸碱度数据。

下面结合上述结构和电路原理描述对本发明所述电动牙刷的工作原理进行简单地描述。

利用电动牙刷刷牙时，使用者首先按压壳体11表面的启动按钮使微震电机13启动，然后再施加给刷头2一个压力，该压力将控制刷头刷毛与使用者牙齿表面的接触力度。前述压力引起刷头2向上/向下移动，根据杠杆传动原理势必使下金属框架131b向上/向下移动，该下金属框架131b的移动使其与电感线圈之间的距离发生变化，进而在电感线圈719上产生不同电感值。前述不同电感值通过感应电感值数字转换器718识别转化成主控单元711能接受的信号并将该信号发送至主控单元711。主控单元711对前述信号进行分析判断，若刷头2所受压力不合适可提醒使用者调整刷牙力度。提醒方式可包括语音或灯光闪烁等，对应的还包括扬声器或者LED灯组，具体不再赘述。

利用电动牙刷的PH检测部分检测口腔内的酸碱度时，使用者向前推动开关按钮116，则PH探头712向上转动打开；当PH探头712完全打开时，PH探头712的一对触点115b与密封块122上的配套触点电连接，则PH探头712与电路主板14形成电连接。同时，固定在开关按钮116底部的磁铁与霍尔开关发生错位，则霍尔开关将向电动牙刷的主控单元711发送一个与PH探头712启动相对应的电信号。PH探头712所检测的信息依次通过运放单元713和升压单元714的 分析处理最终发送至主控单元711上，主控单元711对该信息进行分析并根据该信息对使用者的口腔护理提供相关指导。另外，主控单元711还用于控制通信单元717将所述检测的数据无线输出至用户的智能终端。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

例如，在上述实施例中，电动牙刷的刷头在微震电机13驱动下通过振动来进行工作，即为振动型电动牙刷，然而并非局限于此，电动牙刷还可为转动型电动牙刷，即刷头通过转动来进行工作。

又例如，在上述实施例中，传感器为包括电感线圈的电感传感器，然而并非局限于此，所述传感器还可是压感传感器/光距离传感器/距离传感器等中的一种。