CN114869527B - 一种电动牙刷及刷牙方法 - Google Patents

Abstract

本公开属于电动牙刷领域，具体而言涉及一种电动牙刷及刷牙方法。所述电动牙刷包括：承载件，沿第一方向延伸，当所述承载件承载与所述第一方向相交的第二方向的力时，具有沿所述第二方向的弹性形变；电阻器，设置在所述承载件上；所述电阻器包括导体或半导体元件，所述导体或半导体元件随着所述承载件一起弹性形变，从而产生基于电阻应变效应的电阻变化；控制电路，所述控制电路与所述电阻器相连，检测所述电阻信号，并根据所述电阻信号评估所述第二方向的力的大小。所述刷牙方法为上述电动牙刷刷牙的方法。以通过获取施加在牙齿上的压力控制电机相应振动。

Description

一种电动牙刷及刷牙方法

技术领域

本公开属于电动牙刷领域，具体而言涉及一种电动牙刷及刷牙方法。

背景技术

在使用电动牙刷刷牙过程中，通常会想要通过增大施加在牙齿上的力的方式使得刷头的振动力度变大，实际上如此操作反而适得其反。当刷头压在牙齿上的压力越大时，会对刷头产生阻力越大，反而使得刷头的有效摆动幅度减小，起不到将牙齿清洁干净的效果。

发明内容

本公开正是基于现有技术的上述需求而提出的，本公开要解决的技术问题是提供一种电动牙刷及刷牙方法以通过获取施加在牙齿上的压力控制电机相应振动。

为了解决上述问题，本公开提供的技术方案包括：

提供了一种电动牙刷，包括：承载件，沿第一方向延伸，当所述承载件承载与所述第一方向相交的第二方向的力时，具有沿所述第二方向的弹性形变；电阻器，设置在所述承载件上；所述电阻器包括导体或半导体元件，所述导体或半导体元件随着所述承载件一起弹性形变，从而产生基于电阻应变效应的电阻变化；控制电路，所述控制电路与所述电阻器相连，检测所述电阻信号，并根据所述电阻信号评估所述第二方向的力的大小。

在能够产生弹性形变的承载件上设置电阻器，当所述承载件受到沿第二方向的力的作用沿第二方向发生弹性形变时，即当使用者在使用电动牙刷刷牙时，所述电阻器的电阻随承载件的形变产生相应变化，以根据所述电阻信号评估沿第二方向的力的大小，使得控制器在接收变化的电阻信号后输出相应的控制指令。

优选的，所述承载件的第一端与所述电机相连，所述承载件的第二端与刷头相连；所述第二方向的力包括刷牙时对刷头施加的力或力的分量。

所述承载件连接电机和刷头，通过这种设置将电机产生的振动通过所述承载件传输给所述刷头，以实现刷头振动清洁牙齿，此外，当刷头受到沿第二方向的力时，所述承载件以灵敏接收并随刷头进行形变，设置在承载件上的电阻器以能够实时根据形变程度改变自身电阻值，从而根据自身电阻变化的大小判断所受的第二方向的力的大小。

优选的，所述控制电路包括：采集模块，与所述电阻器电连接，接收来自所述电阻器的电阻信号；和控制器，与所述采集模块电连接，所述控制器根据电阻信号发出控制指令；电机，与所述控制器电连接，所述电机根据控制器发出的控制指令运转。

由于承载件的微形变引发电阻器的阻止变化非常微小，普通的控制器无法识别，在所述电阻器与所述控制器之间设置采集模块能够灵敏的采集所述电阻器的阻值的微小变化，以使得所述电动牙刷能够实现振动力度的快速响应。

优选的，所述控制电路还包括电压调整器；所述电压调整器与所述控制器电连接，基于所述控制器的控制指令调整输出电压；所述电机与所述电压调整器相连，基于所述电压调整器的输出电压输出动力。

通过上述方式能够实现在控制器的驱动信号不变的情况下调整电机的输出功率。

优选的，所述控制器根据电阻信号发出控制指令包括：在预定时间内采集所述电阻信号中的多个数据，取所述多个数据的平均参数；并根据所述平均参数发出控制指令。

通过上述设置以降低不必要的力度变化对刷牙状态的干扰，还能有效减弱甚至避免由于使用者误触而产生的响应。

优选的，所述承载件包括电机轴，所述承载件的第一端固定设置；所述承载件在第二端位置附近接受所述第二方向的力以产生弹性形变；所述电阻器邻近所述第二端的设置。

所述承载件的所述第一端固定在所述电机上，由于所述承载件具有一定的长度，以在所述第二端位置附近受到力的作用时，能够产生尽可能大的形变，进而使得所述电阻器的电阻变化增大以能够更加灵敏和准确的表征所述第二端受到的力的大小。

优选的，所述承载件包括承载面，所述电阻器贴合设置在所述承载面上，所述承载面基本上为平面，所述承载面所在区域的厚度低于所述承载面周围区域的厚度；所述承载面的延伸方向与所述第二方向基本垂直。

将承载面设置成与所述第二方向基本垂直的形式能够在受到第二方向的力时产生较大的沿第二方向的形变，进而使得设置在所述承载面上的电阻器具有较大的电阻变化；所述承载面所在位置的厚度小于其周围的厚度以在受到沿第二方向的外力时，产生明显的曲率变化；此外，将所述电阻器贴合设置在所述承载面上以能够更加灵敏的接收弹性形变，当承载面随承载件发生曲率的形变时，能够几乎同时的产生相应的响应。

优选的，所述承载件上还包括减薄部分，所述减薄部分减薄在所述第二方向的尺寸相对小于其周围的部分；所述减薄部分设置在所述承载面上和/或所述承载面覆盖的区域上。

通过在所述承载件上设置减薄部分以增加所述承载件在受到沿第二方向的外力时第一区域的曲率变化程度，以使得电阻器的电阻能够灵敏的跟随承载件的形变量变化。

优选的，所述承载面和刷头的刷牙面位于所述承载件的同一侧；所述减薄部分和所述承载面位于所述承载件的同一侧。

如此设置使得所述平面上设置的电阻器跟随所述平面产生相对较大的曲率变化以能够更加灵敏的检测受力引起的形变，同时还能降低误差。

优选的，所述控制器检测所述刷头接收到的沿第二方向的力的大小，并控制所述电机振动；沿第二方向的力的大小在设定范围内与所述电机的振动力度成正相关。

所述控制器接收来自刷头的信号，并根据所述刷头的受力信号控制所述电机的运行状态，当所述刷头在受力的情况下形变越大，所述电机运行时的功率或转速越大，上述变化在设定范围内进行，所述设定范围能够有效防止电机振动力度持续增大当其超过一定程度时，会对牙齿和牙龈产生一定的损伤。

所述振动力度包括电机功率和电机转速；所述控制器通过控制指令改变电机驱动信号的占空比、电机的供电电压和电机的驱动频率中的一种或多种改变所述振动力度。

控制器通过控制指令改变电机振动力度的方式包括但不限于改变电机驱动信号的占空比、电机的供电电压和电机的驱动频率中的一种或多种。

与现有技术相比，本公开通过获取施加在牙齿上的压力控制电机相应振动；所述承载件沿第一方向延伸，其两端分别连接刷头和电机，以将电机的振动传输给所述刷头以提供刷牙的动力，此外当承载件与刷头相连的一端受到沿第二方向的压力时，所述承载件产生形变并带动其上设置的电阻器，所述电阻器随承载件发生形变，进而能够表征所述刷头所受到的外力；电阻器与控制器相连，以向控制器传输电阻信号，再由控制器判断与电阻信号相对的承载件受力的大小，进而控制电机的振动力度；所述承载件上设置有承载面和减薄部分，以放大形变，如此设置能有有效且迅速的做出与刷头受力相对应的相应，即刷头受力越大，电机振动力度越大，以方便使用者使用，提高使用者的使用体验。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书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说明书实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开提供的一种电动牙刷的部分结构图；

图2为本公开提供的另一角度的电动牙刷的部分结构图；

图3为本公开提供的承载件的侧视结构图；

图4为本公开提供的又一种电动牙刷的部分结构图；

图5为本公开提供的又一角度的电动牙刷的部分结构图；

图6为本公开提供的电动牙刷的电路连接框图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本公开实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

为便于对本申请实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本申请实施例的限定。

实施例1

本实施例提供了一种电动牙刷，参照图1-6所示。

所述电动牙刷包括刷头、刷柄、承载件1以及电机4。

刷头，沿第一方向延伸，包括第一壳体和刷毛，所述第一壳体的内部设置有第一腔室，用以容纳和所述刷柄相连的承载件1。所述第一壳体的一端设置有第一开口，所述第一开口将所述第一腔室与外界环境相连通，以使所述承载件1由所述第一开口穿过，并至少部分地设置在所述第一腔室中。所述第一壳体的另一端外部设置有刷毛，用以清洁牙齿。

刷柄，沿第一方向延伸，包括第二壳体。所述第二壳体的内部设置有第二腔室，用于容纳控制和驱动所述电动牙刷运行的电子元器件。所述第二壳体的一端设置有第二开口，所述第二开口将所述第二腔室和外界环境相连通。所述承载件1的一端穿过所述第一开口与所述刷头相连，所述承载件1的另一端穿过所述第二开口与所述刷柄相连。通过上述方式将所述刷头和所述刷柄组合在一起以形成一个整体。

承载件1，沿所述第一方向延伸，且具有弹性。所述承载件1包括第一端5和第二端6，所述第一端5与所述刷柄相连，所述第二端6与所述刷头相连。在刷牙过程中，所述刷头将受到与所述第一方向相交的第二方向的力，所述刷头与所述刷柄之间形成一定的夹角，由于所述承载件1具有弹性，当所述刷头在外力作用下沿外力方向向远离原有位置的方向偏移时，所述承载件1将沿与所述刷头偏移方向基本相同的方向偏移，进一步的，所述第二端6产生沿所述第二方向的形变。所述第二方向的力包括刷牙时对刷头施加的力或力的分量，在刷牙过程中，所述电动牙刷接收到的沿第二方向的力为有效力，而其他方向的力对使用电动牙刷刷牙过程中所产生的影响较小，在本实施例中，将重点关注来自于所述第二方向的力。

进一步的，所述第二腔室内设置有电机4，在所述电机4上设置承载件1，所述承载件1的所述第一端5固定在所述电机4上，由于所述承载件1具有一定的长度，***在所述第一腔室和所述第二腔室中，以在所述第二端6位置附近受到力的作用时，能够产生尽可能大的形变。再进一步的，所述第二端6位置附近受到沿第二方向的力以使得所述第二端6沿第二方向偏移产生弹性形变。

所述电动牙刷还包括电阻器，所述电阻器包括导体或半导体元件，电阻器具有其本身的电阻在其进行形变时发生变化的性能。示例性的，所述电阻器包括电阻应变片，电阻应变片是由Φ＝0.02-0.05mm的康铜丝或镍铬丝绕成栅状或用很薄的金属箔腐蚀成栅状，并夹在两层绝缘薄片中制成。所述电阻应变片7可以检测形变的量，具体而言可以检测承载件1曲率的变化。当电阻应变片7产生形变时，其内部的金属丝由于受到轴向拉力而导致长度增加、横截面积减小，进而使得电阻增大。

所述电阻器设置在所述承载件1的第一区域，当所述承载件1受到沿第二方向的力时，产生沿第二方向的弹性形变，所述电阻器与所述承载件1一起产生形变，引发所述电阻器的电阻变化。所述承载件1包括电机轴。

进一步的，所述第一区域临近所述第一端5设置，所述第一端5固定在所述电机4上，所述第二端6为所述承载件1上与所述第一端5相距最远的位置，当所述承载件1受到沿第二方向的外力时，所述第二端6能够产生最大的位移变化，相应的，在所述第一区域将会产生最大的曲率变化。如此设置以使得所述电阻器能够更加灵敏的捕捉所述承载件1的弯曲情况，进而判断所述承载件1所承受的外力的大小。

具体而言，所述承载件1的第一区域设置有承载面2，所述承载面2基本上为平面，所述承载面2的延伸方向与所述第二方向基本垂直，所述电阻器贴合设置在所述承载面2上。所述平面相对于与平面周围区域位置较低、厚度较薄，以更容易产生曲率的变化，使得电阻器能够更加灵敏的检测到受力情形。将承载面2设置成与所述第二方向基本垂直的形式能够在受到第二方向的力时产生较大的沿第二方向的曲率变化，进而使得设置在所述承载面2上的电阻器具有较大的电阻变化。此外，将所述电阻器贴合设置在所述承载面2上以能够更加灵敏的接收弹性形变，当承载面2随承载件1进行弹性形变时，能够几乎同时的产生相应的响应。

相比于在所述承载件1上设置霍尔传感器，并在第二腔室中与所述霍尔传感器相对应的位置处设置磁铁而言，更加能实时接收微小的形变变化，且获取的干扰更少。霍尔传感器通过距离的变化产生一定的响应，进而推断出受力的大小。由于电机4工作过程中产生沿第一方向的振动会带动承载片产生沿第一方向的小幅震荡，所述霍尔传感器得到由磁场变化产生的数据，所述霍尔传感器在随所述电机4进行小幅振动的过程中，其与所述磁铁之间的距离不断变化进而引发采集到的磁场信息的变化，使得霍尔传感器得到的数据中存在干扰项。此外，使用霍尔传感器和磁铁检测形变量对于二者的位置设置还具有一定的要求。而所述电阻器7则是通过检测所在区域的曲率评估所受外力的大小。使用电阻器7表征形变程度时，电机4振动方向与影响所述电阻器7阻值的形变方向基本垂直，即电机4振动对于电阻器7而言不产生影响，且电阻器7只需满足与所述承载面2相贴合即可，装配要求低。

进一步的，为了放大第一区域中的曲率变化，在承载件1的第一区域覆盖的区域中设置减薄部分3，所述减薄部分3的凹陷方向沿所述第二方向和/或与所述第二方向相反的方向延伸。通过在设置所述电阻器的经过减薄的区域设置减薄部分3以再次降低此处承载件1的厚度，进而在外力的作用下产生更为明显的曲率变化，设置在第一区域的电阻器随之运动以增大所述电阻器的形变量，引起阻值的变化。此外，所述减薄部分3的凹陷方向包括沿第二方向凹陷，沿第二方向的反方向凹陷，沿第二方向和第二方向的反方向凹陷，以及围绕承载件1一周凹陷。上述的凹陷方向中，当所述减薄部分3的凹陷方向为沿第二方向凹陷时，所述电阻器与所述减薄部分3位于承载件1的同一侧，所述电阻器的底面封闭所述减薄部分3的顶面设置；当减薄部分3的凹陷方向为沿第二方向相反的方向凹陷时，所述电阻器所在区域的另一侧设置有减薄部分3。二者相比，当电阻器与减薄部分3位于承载件1的同一侧时，受沿第二方向的外力而产生的曲率变化更大，以能够更好的使得电阻器灵敏的接受受力情况。当所述减薄部分3的凹陷方向沿第二方向和第二方向的反方向凹陷，以及围绕承载件1一周凹陷时，能够产生比单侧设置减薄部分3更大的曲率变化，但承载件1的厚度过小在受力过大的情况下，容易折断，降低电动牙刷的使用寿命。

进一步的，参照图4，所述平面和所述刷头的刷牙面位于所述承载件1的同一侧。当刷头的刷牙面受到沿第二方向的力时，所述承载件1产生形变，相比于所述承载件1背离所述刷牙面的一侧而言，参照图2，所述承载件1于所述刷牙面同侧产生的形变量更大，当所述平面设置在与所述刷牙面位于所述承载件1同一侧时，所述平面上设置的电阻器跟随所述平面产生相对较大的形变量以能够更加灵敏的检测受力引起的形变，同时还能降低误差。

由于在刷牙过程中，使用者向牙齿施加的力越大越会阻碍电机4的振动，反而不能达到清洁牙齿的效果，由此需引入控制器，根据表征施加压力大小的形变量确定施加的压力，并由控制器控制电机4以在使用者增加施加的压力时，增强电机4的振动幅度。

所述电动牙刷的控制电路与所述电阻器相连，以检测并处理电阻信号，并根据所述电阻信号评估所述第二方向的力的大小。所述控制电路包括采集模块和控制器，所述采集模块与所述电阻器电连接，并接收来自所述电阻器的电阻信号；所述控制器与所述采集模块电连接，所述控制器根据所述电阻信号发出控制指令，所述控制电路与所述电机4电连接，所述电机4根据所述控制器发出的控制指令运转。所述控制器根据电阻信号发出控制指令包括：在预定时间内采集所述电阻信号中的多个数据，取所述多个数据的平均参数；并根据所述平均参数发出控制指令。由于承载件1的微形变引发电阻器的阻止变化非常微小，普通的控制器无法识别，在所述电阻器与所述控制器之间设置采集模块能够灵敏的采集所述电阻器的阻值的微小变化，以使得所述电动牙刷能够实现振动力度的快速响应。

进一步的，所述电阻器为电阻应变片，所述电阻应变片在来自所述第二方向的力的作用下产生形变并引起电阻值变化，所述采集模块获取来自所述电阻应变片的用于表征电阻变化的模拟信号，并将模拟信号转换为数字信号，传输给控制器。所述控制器接收数字信号，并计算所述数字信号的实时频率，得出所述刷牙面受压情况并生成控制信号，并发出控制指令。所述受压情况包括刷牙面接收的沿所述第二方向的压力值，根据压力值匹配与其对应的控制指令，并发送到执行器。示例性的，当所述控制器在预定施加内得到多个压力值，需要求取这多个压力值的平均值，并依据所述平均值对应控制指令，发送给执行器。如此设置以能够使得电动牙刷更加敏锐的接收使用者施加的力并根据受力实时响应，同时还能够有效减弱甚至避免由于误触而产生的响应。

示例性的，设置为当控制器检测到所述刷头受到的沿第二方向的力超过设定最大值时，电机4振动幅度下降到预设数值并发出提示音以提醒使用者用力过大会对牙齿和/或牙龈产生损害，直到刷牙力度降低到所设定的最大值以内后，所述电动牙刷继续工作；同样的，当控制器检测到所述刷头受到的沿第二方向的力小于设定最小值时，认为牙齿与刷头不再接触，即使用者停止刷牙，此时电机4驱动信号降低为最小。

再进一步的，参照图3，所述控制电路中还包括电压调整器，所述电压调整器分别连接所述控制器和所述电机4，所述控制器输出的控制命令首先经过所述电压调整器，所述电压调整器根据控制命令输出相应的电压，所述电压为所述电机4提供供电电压。

对于上述情况，可以通过改变电机4功率实现对电机4的调控，在驱动信号不变的情况下增大或减小所述电机4的供电电压，进而使得所述电机4的功率相应地增大或减小。

实施例2

本实施例提供了一种刷牙方法，所述刷牙方法使用实施例1中的电动牙刷刷牙。

当使用者由于想要增强电动牙刷的刷牙动力而增加压向牙齿的力度时，所述电动牙刷的电机增加振动强度而加强刷牙动力，进而满足使用者需求；当使用者由于想要减弱电动牙刷的刷牙动力而减弱压向牙齿的力度时，所述电动牙刷的电机降低振动强度以减弱刷牙动力。

以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电动牙刷，其特征在于，包括：

承载件，沿第一方向延伸，当所述承载件承载与所述第一方向相交的第二方向的力时，具有沿所述第二方向的弹性形变；所述承载件包括承载面，所述承载面基本上为平面，所述承载面所在区域的厚度低于所述承载面周围区域的厚度；所述承载件上还包括减薄部分，所述减薄部分设置在所述承载面上和/或所述承载面覆盖的区域上；

电阻器，设置在所述承载件上，所述电阻器贴合设置在所述承载面上；所述电阻器包括导体或半导体元件，所述导体或半导体元件随着所述承载件一起弹性形变，从而产生基于电阻应变效应的电阻变化；

控制电路，所述控制电路与所述电阻器相连，检测电阻信号，并根据所述电阻信号评估所述第二方向的力的大小；所述控制电路包括：采集模块，与所述电阻器电连接，接收来自所述电阻器的电阻信号；

和控制器，与所述采集模块电连接，所述控制器根据电阻信号发出控制指令；电机，与所述控制器电连接，所述电机根据控制器发出的控制指令运转；所述控制器检测刷头接收到的沿第二方向的力的大小，并控制所述电机振动；根据表征施加压力大小的形变量确定施加的压力，并由控制器控制电机以在使用者增加施加的压力时，增强电机的振动幅度；变化在设定范围内进行，所述设定范围能够有效防止电机振动力度持续增大时当其超过预定程度会对牙齿和牙龈产生损伤；以避免在刷牙过程中，使用者向牙齿施加的力越大越会阻碍电机的振动，反而不能达到清洁牙齿的效果；

所述控制器根据电阻信号发出控制指令包括：在预定时间内采集所述电阻信号中的多个数据，取所述多个数据的平均参数；并根据所述平均参数发出控制指令，以降低不必要的力度变化对刷牙状态的干扰，并减弱或避免由于使用者误触而产生的响应。

2.根据权利要求1所述的一种电动牙刷，其特征在于，所述承载件的第一端与电机相连，所述承载件的第二端与刷头相连；所述第二方向的力包括刷牙时对刷头施加的力或力的分量。

3.根据权利要求1所述的一种电动牙刷，其特征在于，所述控制电路还包括电压调整器；所述电压调整器与所述控制器电连接，基于所述控制器的控制指令调整输出电压；所述电机与所述电压调整器相连，基于所述电压调整器的输出电压输出动力。

4.根据权利要求1所述的一种电动牙刷，其特征在于，所述承载件包括电机轴，所述承载件的第一端固定设置；所述承载件在第二端位置附近接受所述第二方向的力以产生形变；所述电阻器邻近所述第一端的设置。

5.根据权利要求4所述的一种电动牙刷，其特征在于，所述承载面的延伸方向与所述第二方向基本垂直。

6.根据权利要求5所述的一种电动牙刷，其特征在于，所述减薄部分减薄在所述第二方向的尺寸相对小于其周围的部分。

7.根据权利要求6所述的一种电动牙刷，其特征在于，所述承载面和刷头的刷牙面位于所述承载件的同一侧；所述减薄部分和所述承载面位于所述承载件的同一侧。

8.根据权利要求7所述的一种电动牙刷，其特征在于，所述振动力度包括电机功率和电机转速；所述控制器通过控制指令改变电机驱动信号的占空比、电机的供电电压和电机的驱动频率中的一种或多种改变所述振动力度。

9.一种刷牙方法，其特征在于，包括：使用权利要求1-8中的任一种电动牙刷刷牙。