一种为电动牙刷供电的振动能量采集器

1.本发明涉及电动牙刷技术领域，具体涉及一种为电动牙刷供电的振动能量采集器。


背景技术：

2.为了更好地保障人们牙齿的健康，随着科技的不断发展，出现了各式各样通过高频振动或声波驱动来达到清洁目的的电动牙刷。电动牙刷能通过高频振动快速将牙膏分解成细微泡沫，从而对牙缝进行深度清洁，与普通牙刷相比，电动牙刷能够多清除38％的牙菌斑，同时，电动牙刷的振动还能促进口腔的血液循环，达到按摩牙龈组织的作用。然而，目前市面上的电动牙刷主要采用电池供电，需要定期进行更换或充电，使用不便且寿命较短，易对环境造成污染。
3.目前研究的振动能量采集器主要有两种转换形式：压电式与电磁式。其中，电磁式能量采集器的输出电压较低，且装置体积较大，在高频低幅激励下采集效率较低；而压电式振动能量采集具有结构简单，较高功率密度和较高的输出电压等优点，但传统的压电式振动能量采集主要采用压电陶瓷片，非常脆、易风化，在采集器工作过程中容易崩裂，从而影响回收效率。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种为电动牙刷供电的振动能量采集器。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种为电动牙刷供电的振动能量采集器，包括振动梁和振动放大装置，所述的振动梁为若干凹面内侧粘贴有mfc薄片的拱形铁片，所述的振动放大装置包括铁球和弹簧。
6.本发明采用压电式振动能量采集装置，本发明利用压电效应将电动牙刷使用过程中产生的振动能量转换为电能，达到为电动牙刷供能的目的。mfc(压电陶瓷纤维片)薄片能提供更高的性能、灵活性以及可靠性，不易短路、风化、崩裂，使用寿命长，机电转换效率高，刚度较小，且内藏电极，保证了采集器工作的稳定性。所述的mfc薄片粘贴于振动梁凹面内侧，可使振动过程中mfc薄片的形变更大，且不易脱落，延长装置的使用寿命。
7.优选地，所述的mfc薄片选择市售m2807-p2、m2814-p2、m2814-p3等。
8.优选地，所述的振动放大装置由两个铁球和一个弹簧组成。
9.优选地，所述的振动放大装置包括位于振动梁上下两端的两个铁球，铁球之间通过弹簧连接。振动放大装置结构简单，可靠性高，且铁球之间相互联动、相互制约，能够更好的放大使用过程中产生的振动，使得振动梁产生明显形变，从而提高系统输出功率。
10.优选地，所述的振动放大装置设置在各振动梁之间。
11.进一步优选地，所述的弹簧直径略小于各振动梁凸面围成的最小直径。振动放大装置通过采用弹簧直径略小于各振动梁凸面围成的最小直径进行固定，以保证对振动放大装置在可靠范围内产生位移的同时，还能够使得振动放大装置放大多个方向上的振动，提
高装置的能量采集效率。
12.进一步优选地，所述的铁球直径大于各振动梁凸面围成的最小直径。
13.优选地，所述的振动梁上下端固定于电动牙刷壳体内侧的凹槽中。
14.进一步优选地，所述的凹槽上端高度略大于振动梁的厚度，以保证在电动牙刷壳体发生振动时，振动梁能产生更大的形变。
15.进一步优选地，所述的凹槽内侧均设有软质垫片，以减小在使用过程中振动梁上端振动的摩擦阻尼，且在一定程度上减小了噪声，延长设备使用寿命。
16.优选地，所有mfc薄片的电极两端均通过导线连接至接口电路，将mfc薄片所输出的交流电转换为直流电，可直接供直流微型电机使用，也可输送至蓄电池中储存，必要时为电动牙刷供电。
17.优选地，每个振动梁凹面内侧均贴有两个mfc薄片。
18.优选地，所述的mfc薄片厚度为0.1～0.5mm。
19.优选地，所述的铁片厚度为0.1～1.3mm。
20.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
21.1.本发明使用位于振动梁上下两端通过弹簧连接两个小铁球作为振动放大装置，其结构简单，可靠性高，且小铁球之间相互联动、相互制约，能够更好的放大使用过程中产生的振动，使得振动梁产生明显形变，从而提高系统输出功率；
22.2.本发明采用在拱形振动梁凹面内侧上粘贴mfc薄片，在振动过程中mfc薄片的形变更大，且不易脱落，延长装置的使用寿命；
23.3.本发明采用mfc(压电陶瓷纤维片)代替普通的压电陶瓷片，能提供更高的性能、灵活性以及可靠性，不易短路、风化、崩裂，使用寿命长，机电转换效率高，刚度较小，且内藏电极，保证了采集器工作的稳定性；
24.4.本发明在电动牙刷壳体内侧的凹槽内均设有软质垫片，以减小在使用过程中振动梁上端振动的摩擦阻尼，且在一定程度上减小了噪声，延长设备使用寿命；
25.5.本发明中振动放大装置通过采用弹簧直径略小于各振动梁凸面围成的最小直径进行固定，以保证对振动放大装置在可靠范围内产生位移的同时，还能够有效放大多个方向上的振动，提高装置的能量采集效率；
26.6.本发明中所有mfc薄片的电极两端均通过导线连接至接口电路，将输出的交流电转换为直流电，可直接供直流微型电机使用，也可输送至蓄电池中储存，必要时为电动牙刷供电；
27.7.本发明可采集多方向振动能量、能量采集效率高；
28.8.本发明通过将振动梁和振动放大装置配合设计，使得电动牙刷在使用过程中产生的各方向振动被高效、充分地回收利用。
附图说明
29.图1为实施例中一种为电动牙刷供电的振动能量采集器结构示意图；
30.图2为实施例中一种为电动牙刷供电的振动能量采集器的正视剖面结构示意图；
31.图中：1-振动梁，2-mfc薄片，3-铁球，4-弹簧，5-壳体。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
33.实施例1
34.一种为电动牙刷供电的振动能量采集器，其振动能量采集装置主要由两部分构成，分别为振动放大装置和振动梁1。振动梁1为若干弯曲成拱形的铁片，上下端固定在电动牙刷壳体5内侧凹槽内，每根振动梁1均贴有若干mfc薄片2。振动放大装置为位于振动梁1上下两端的两个小铁球3，小铁球3之间通过弹簧4连接，使小铁球2之间相互联动、相互制约，以放大使用过程中产生的振动，使得振动梁1产生明显形变。当电动牙刷壳体5发生振动时，带动振动放大装置中的两个小球3撞击振动梁1，使振动梁1上粘贴的mfc薄片2产生形变，从而进行振动能量回收。
35.实施例2
36.一种为电动牙刷供电的振动能量采集器，电动牙刷壳体内侧设有一定宽度的槽，槽内均设有软质垫片，以减小摩擦阻尼，振动梁1上下端分别卡在槽中以作固定，其中上端的槽高度略大于振动梁1的厚度，以保证在振动过程中振动梁1可以产生更大的形变。振动放大装置通过采用弹簧4直径略小于各振动梁1凸面围成的最小直径进行固定，以保证对振动放大装置在可靠范围内产生位移的同时，还能够使得振动放大装置能有效地将多方向上的振动充分转化成振动梁1的形变，提高装置的能量采集效率。其余与实施例1相同。
37.实施例3
38.一种为电动牙刷供电的振动能量采集器，该装置利用mfc的压电效应将电动牙刷使用过程中产生的振动能量转换为电能并储存起来供其使用，以达到为电动牙刷供能的目的。
39.具体地，如图1所示，本发明主要包括振动梁1和振动放大装置。振动梁1为若干质量均匀的铁片弯曲成拱形，并在其拱形凹面粘贴mfc薄片2，电动牙刷壳体5内侧设有一定宽度的槽，振动梁1上下端分别卡在槽中以作固定，其中上端的槽高度略大于振动梁1的厚度，以保证在振动过程中振动梁1可以产生更大的形变。振动放大装置为位于振动梁1上下两端的两个小铁球3，小铁球3之间通过弹簧4连接，振动放大装置通过采用弹簧4直径略小于各振动梁1凸面围成的最小直径进行固定。
40.进一步地，本发明中所有振动梁1上粘贴的mfc薄片2的电极两端均通过导线连接至接口电路，将mfc薄片2所输出的交流电转换为直流电，可直接供直流微型电机使用，也可输送至蓄电池中储存，必要时为电动牙刷供电。
41.进一步地，在电动牙刷壳体5内侧的凹槽内均设有软质垫片，以减小在使用过程中振动梁1上端振动的摩擦阻尼，且在一定程度上减小了噪声，延长设备使用寿命。
42.本发明振动能量采集器的工作原理如下：
43.主供能方式为，在使用时，使用者按动电动牙刷开关以启动清洁模式，电动牙刷内部马达开始工作，使电动牙刷壳体5发生高频微幅振动，两个小铁球3也随之开始振动，由于弹簧4连接两个小铁球3，使其在振动过程中不断产生相互作用力，小铁球3的振幅将会增大，从而撞击振动梁1，使振动梁1不断发生形变和振动，其粘贴的mfc薄片2也发生形变。由
于压电效应的存在，随着mfc薄片2的不断形变，mfc薄片2上的电荷不断地向两边的电极定向移动，从而产生持续、稳定的交流电压输出至mfc薄片2电极两端连接的接口电路转变为直流电压。
44.辅助供能方式为，在使用者使用过程中或旅途中，电动牙刷壳体5会产生一定程度的位移，从而引起内部两个小铁球3的运动，并撞击振动梁1，使mfc薄片2发生形变，其电荷不断地向两边的电极定向移动，产生持续、稳定的交流电压输出至接口电路。
45.本发明提供一种为电动牙刷供电的振动能量采集器，通过将基于mfc的振动能量采集装置设置于电动牙刷底部，在使用者使用过程中，利用mfc(压电陶瓷纤维片)形变产生电压和电流，经接口电路直接供给直流微型电机使用，或存储于微型蓄电池中，以为电动牙刷提供电能，实现为电动牙刷供能的目的，延长电动牙刷的使用时间。
46.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。