一种电动牙刷的制作方法

1.本实用新型涉及电子设备领域，更具体的，涉及一种电动牙刷。


背景技术：

2.压感技术广泛应用在电子设备领域，如手机、笔记本电脑、蓝牙耳机和家电等，通过压力传感器来实现压力开关，压力功能按键等应用。
3.典型的，以应用于电动牙刷的压感功能为例，位于牙刷壳体内的高速振动的机芯输出动力至刷头，带动刷头旋转或振动以达到洁牙效果的牙刷，此过程一般采用传动轴的形式。那么可以根据传动轴所受应力的大小对应设置功能，参见中国专利cn213525607u所公开的内容，在检测传动轴的形变或者压力时，采用压力传感器粘贴固定在传动轴上以检测其形变。
4.那么，一方面，传动轴由牙刷壳体内部伸出至外部，以备与分体式的刷头配合，在伸出的部位需要保持与牙刷壳体之间相对密封，通常采用硅胶环进行密封，以避免外部水渍进入牙刷壳体内部，从而需要保证传动轴与牙刷壳体尽量紧密，但另一方面，为保证压力传感器可以检测传动轴预定范围内的形变，需使传动轴具备一定的形变空间，即需设置传动轴与牙刷壳体之间具备一定的间隙，使传动轴具备较大的形变范围。
5.并且，更重要的，除了满足防水要求而减小传动轴与牙刷壳体之间的间隙外，若传动轴与牙刷壳体之间间隙过大，那么传动轴在瞬间过力的情况下，传动轴可能超出形变范围而出现断裂的情形，或者在过力的情况下，传动轴产生较大形变，导致与传动轴贴合的压力传感器出现脱落的情形，进而使压感功能失效。
6.因此，在电动牙刷领域，尤其是在检测传动轴形变的场景下，为了避免传动轴与牙刷壳体间距过大导致密封性破坏、或避免传动轴受力过大产生过大的形变导致断裂、或避免传动轴与牙刷壳体间距过小限制传动轴的形变范围，导致压感功能不能实现，亟需一种稳定、灵敏的电动牙刷，加强传动轴在较大受力范围内的稳定性，并且使压力传感器与传动轴不易出现脱离的现象。


技术实现要素：

7.基于此，本实用新型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：
8.牙刷壳体，以及位于牙刷壳体内部的电机，所述电机设置有向外延伸的传动轴，所述传动轴设置有压力传感器以检测传动轴的形变，所述牙刷壳体内设置有限制传动轴形变的限位部，所述限位部与传动轴的最小距离d满足约束条件:其中l为传动轴的根部到限位部之间的距离，ei为传动轴的弯曲刚度。
9.该方案中，传动轴与电机连接，等效于一端与电机固定、一端自由的悬臂梁结构，自由端作为受力端，传动轴的自由端受力越大，产生的形变量越大。对于电动牙刷而言，其
在与刷头配合后，刷头作用于传动轴的作用力集中于牙刷壳体与刷头连接处，即自由端处，那么根据梁的挠度微分方程以及弯矩方程，得到传动轴挠度与作用力的关系。经申请人测试，自由端施加的作用力超过25n时，传动轴的失效概率显著增大。因而，申请人以25n作为极限状态，得到此时自由端的挠度，进一步通过限位部件限制传动轴的形变范围，即通过设置限位部与传动轴之间的距离，限制其形变范围小于合理失效概率内的挠度。那么，即使在传动轴受到大于25n的力的作用时，由于限位部件的存在，形变被控制在小于或等于极限挠度的范围内，传动轴不会产生进一步的形变，进而避免传动轴出现断裂或者产生塑性形变无法恢复初始状态；同时，在本技术中，由于在保证规避前述风险的前提下，限位部与传动轴的间距较大，使得传动轴在安全范围内有较大的形变范围，有利于压感功能的设置。
10.在一种可能的实施方式中，所述牙刷壳体设置有供所述传动轴由牙刷壳体内部通向外部的开口，所述限位部为该开口。
11.在一种可能的实施方式中，所述开口为圆形，其直径等于d φ，φ为传动轴的直径，传动轴沿受力方向在
±
d的范围内运动。
12.进一步的，所述限位部与传动轴之间设置有硅胶圈。
13.在一种可能的实施方式中，所述牙刷壳体设置有供所述传动轴由牙刷壳体内部通向外部的开口，所述限位部位于该开口与电机之间。
14.在一种可能的实施方式中，所述传动轴采用碳素钢，其弹性模量e＝2.0
×
105mpa，传动轴的直径φ＝4mm，传动轴的根部到限位部的距离l＝46mm，限位部与传动轴的最小距离d＝0.323mm。
15.在一种可能的实施方式中，所述压力传感器包括柔性基板以及位于柔性基板上的至少一处感应电路，所述柔性基板跟随待测面板产生形变，感应电路输出信号。
16.在一种可能的实施方式中，所述感应电路为单臂电桥、双臂电桥或者全桥电路中的任一种。
17.在结合附图阅读本实用新型的具体实施方案的以下描述之后，本实用新型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
18.图1为压力传感器装配示意图；
19.图2为本实用新型电动牙刷一实施例示意图；
20.图3为本实用新型电动牙刷另一实施例示意图；
21.图4为本实用新型传动轴结构的一示意图；
22.图5为本实用新型传动轴结构的另一示意图；
23.图6为本技术人测试的在不同作用力下，传动轴失效概率示意图。
24.主要元件符号说明
25.电动牙刷10牙刷壳体101限位部1011开口1012电机102
传动轴1021压力传感器1022刷头103
具体实施方式
26.为了使实用新型的目的、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，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，正如本实用新型内容部分所述，此处所描述的具体实施例用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
27.需要特别说明的是，在本实用新型创造的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。
28.本技术实施例的技术方案可以应用于各种形态的电动牙刷中，例如，旋转式电动牙刷或者震动式电动牙刷，但本技术实施例对此并不限定。
29.本技术实施例中的压力传感器为电阻式压力传感器，也可以称为压阻式传感器，其原理如图1所示，将电阻式压力传感器布置在某个待检测面板上，受力承载体受力产生形变，从而挤压或者拉伸电阻式压力传感器，从而使其阻值发生相应变化。不同压力大小产生不同的阻值变化，通过检测该阻值变化所对应的电压信号即能够检测出相应力度大小，从而可以实现对应不同的力的作用触发不同的预设功能，即实现压感功能。
30.参见图2所示的本技术电动牙刷10的一个实施例，包括：牙刷壳体101，以及位于牙刷壳体101内部的电机102，所述电机102设置有向牙刷壳体101外延伸的传动轴1021，所述传动轴1021设置有压力传感器1022以检测传动轴1021的形变，所述牙刷壳体101内设置有限制传动轴1021形变的限位部1011，所述限位部1011与传动轴1021的最小距离d满足约束条件:其中l为传动轴1021的根部到限位部1011之间的距离，ei为传动轴1021的弯曲刚度。
31.可以理解，传动轴1021与牙刷壳体101外部的刷头103连接后，驱动刷头103进行旋转或者震动，以实现清洁效果。那么，用户将刷头103的一侧抵压牙齿时，传动轴1021受力而产生形变，当然，在一些设计中，刷头103的另一侧设置有清洁舌苔的橡胶垫，传动轴1021受力也会而产生形变，区别在于上述的形变方向相反。因此，本技术对传动轴1021的形变方向不作具体限定。
32.进一步优选的，所述限位部1011与传动轴1021在各个方向上的距离均相等，那么可以理解，限位部1011与传动轴1021的最小距离为任一方向尚限位部1011与传动轴1021的距离。
33.以下对限位部1011与传动轴1021之间的距离进行说明，将图2实施例中的传动轴1021简化为如图4所示，传动轴1021简化为从传动轴1021的根部a处至限位部1011b处的长度l，直径为φ的悬臂梁，a端固定于电机102上，当作用力f作用于图示的b端时，b端弯曲至
b’处，参见图5所示的坐标系，
34.沿x方向上，传动轴1021任意横截面上的弯矩方程为：
35.m(x)＝-f(l-x) (1)
36.挠曲线的近似微分方程为：
37.eiw”＝m＝-f(l-x) (2)
38.将式(2)连续积分得：
[0039][0040][0041]
上式中的c,d为积分常数。
[0042]
边界条件为：在固定端a处，其转角θa和挠度wa均应等于零，即当x＝0时，
[0043]
w'a＝θa＝0
ꢀꢀꢀ
(5)
[0044]
wa＝0
ꢀꢀꢀ
(6)
[0045]
利用边界条件(5)和(6),可由式(3)和(4)中得出：
[0046]
c＝eiθa＝0
[0047]
d＝eiwa＝0
[0048]
将积分常数c和d代入式(3)和(4)中得出：
[0049][0050][0051]
以截面b的横坐标x＝l代入上式，得截面b的转角θb和挠度wb分别为，
[0052][0053][0054]
即，传动轴1021在截面b处的挠度与弯曲刚度ei、传动轴1021的长度l以及传动轴1021所受的力有关，当选定传动轴1021后，弯曲刚度ei、以及传动轴1021的长度l即确定。因而，当截面b处所受的作用力f越大时，其挠度wb越大，也即弯曲的形变越大，这对电动牙刷的工作是不利的，一方面，形变过大可能会导致传动轴1021出现断裂的情况，另一方面，可能也会导致贴合于传动轴1021的压力传感器1022因胶的疲劳或失效而出现脱离，致使压感功能无法实现。
[0055]
因此，作为本实用新型的构思在于，通过限位部1011限制传动轴1021在截面b处形变量，从而当截面b处所受的作用力超过预设范围时，传动轴1021b处的挠度wb不会进一步增大，也即传动轴1021b处的形变不会进一步增大，进而避免出现传动轴1021断裂或者压力传感器1022脱落的情形。
[0056]
应当注意，由于压感功能的实现是根据传动轴1021形变引起压力传感器1022的输出信号线性变化，依据输出信号大小的不同范围划分为对应不同功能的响应，那么，在限制
传动轴1021的形变范围时，也应当考虑设置较大的范围，避免影响压感功能的实现。
[0057]
即可以理解，从稳定性的角度出发，要求传动轴1021过力下不出现过大形变，从压感功能实现的角度，要求传动轴1021具有较大的形变范围，因此，需要在二者中折中。
[0058]
进而，为了在保证避免传动轴1021断裂或者出现传感器脱落的基础上，设置较大的形变范围，本技术人对传动轴1021在不同作用力大小下的可靠性进行试验。具体的，申请人选取相同规格的150根传动轴1021，分别施加10n、15n、20n、25n、30n的力，测试传动轴1021的失效率，试验结果如图6所示。从图6可以看出，当作用力f超过25n后，曲线对应失效率急剧上升，表明传动轴1021的失效概率明显增大，作用力小于25n出现失效的概率小。
[0059]
另外，对于牙刷正常工作而言，出现较大作用力的情形较少，那么也不宜采用较大作用力下的输出信号用于压感的实现。
[0060]
因而本技术限制传动轴1021在大于25n的力作用下产生的形变，从而根据临界的作用力f＝25n，对应设置限位部1011与传动轴1021的距离。
[0061]
具体而言，当f＝25n，传动轴1021b处的挠度wb：
[0062][0063]
上式中的负号仅表示方向,那么设置传动轴1021与限位部1011的最小距离：
[0064][0065]
那么，在传动轴1021b处受到的作用力在0n至25n的范围内时，传动轴1021的挠度wb在0至范围内变化，在传动轴1021受到大于25n的作用力时，由于限位部1011的存在，传动轴1021b处抵压限位部1011后无法进一步形变，即其形变与f＝25n情形下的形变相同。也即，即使传动轴1021在瞬间过力的情形下，传动轴1021的形变仍被控制的预定范围内，从而避免传动轴1021因过力而导致发生塑性形变、断裂或者压力传感器1022与传动轴1021脱离的情形。
[0066]
应当注意，本技术所记载的传动轴1021的根部指传动轴1021突出电机102所在的端面，即图示的a端，图示的b端对应设置限位部1011。
[0067]
对于本领域的普通技术人员而言，选定传动轴1021的型号后，对应该传动轴1021的弹性模量e、长度l以及直径φ便确定。举例而言，以常采用的碳素钢的传动轴1021为例，e＝2.0
×
105mpa，l＝46mm，φ＝4mm，那么代入上式(8)中，得到
[0068]
d＝/wb/＝0.323mm
[0069]
即传动轴1021与限位部1011的最小距离为0.323mm。
[0070]
进一步可选，对于限位部1011的形状，在一些实施例中，所述限位部1011为与传动轴1021同轴的圆孔状，那么对应的截面处，传动轴1021与限位部1011在各处的距离均相等，均为d。
[0071]
当然，在另一些实施例中，所述限位部1011可为不规则状，例如所述限位部1011可为对称设置在传动轴1021两侧的楔形块组成，楔形块的连线平行于传动轴1021的受力方向，或者所述限位部1011为正六边形的规则状，在此类的方式中，虽然在对应的截面处，传
动轴1021与限位部1011在各处的距离不尽相等，但仅需限制二者的最小距离为0.323mm，限位部1011也可起到相同作用。
[0072]
更进一步的，对于限位部1011相对传动轴1021的位置，可选的，所述牙刷壳体101设置有供所述传动轴1021由牙刷壳体101内部通向外部的开口1012，所述限位部1011为该开口1012。可以理解，传动轴1021穿过该开口1012，形成一小部分位于牙刷壳体101外部，此部分用于与刷头103配合连接，驱动刷头103工作。可以理解，由于该部分一般采用伸入刷头103内部并与刷头103内部预设凹槽卡合的形式，使牙刷壳体101与刷头103紧密连接，那么在刷头103受力时，传动轴1021的受力可视为集中作用于牙刷壳体101与刷头103紧密连接处，即传动轴1021的受力可视为集中作用于牙刷壳体101的开口1012处，也即限位部1011部处。结合上式(8)，所述开口1012的大小为d φ，φ为传动轴1021的直径。
[0073]
进一步地，为满足防水要求，所述开口1012处与传动轴1021之间设置有硅胶圈，由于在本技术中，要求在避免传动轴1021断裂或者压力传感器1022出现脱落的基础上，传动轴1021有较大的形变范围，所述硅胶圈材质较软易于挤压，使传动轴1021有一定的形变空间。
[0074]
或者作为本技术的另一种实施方式，区别于上述防水、限位功能位于同一位置的实施例，所述牙刷壳体101设置有供所述传动轴1021由牙刷壳体101内部通向外部的开口1012，所述限位部1011位于该开口1012与电机102之间。即在此实施方式中，所述开口1012不作为限制传动轴1021形变的限位部1011，限位部1011位于靠近开口1012的内侧处，传动轴1021的受力可视为集中作用于牙刷壳体101的开口1012处，也即限位部1011部处。在该实施方式中，用于防水的硅胶圈仍设置于开口1012处，形成由牙刷壳体101内部至外部的方向上，依次为限位部1011、开口1012(硅胶圈)、刷头103，那么即使对于一些牙刷壳体101已采用固定模具设置开口1012的大小，通过此种额外增加限位部1011的形式，对牙刷进行优化。
[0075]
应特别注意，在一些不具备压感功能的电动牙刷中，其可能存在需要紧密固定传动轴1021的情形，从而采用了一些限位部1011件，但其与本技术的构思是不同。由于本技术适用于具备压感功能的电动牙刷，具体而言，为压力传感器1022采用贴合或者绑定等方式固定在传动轴1021上的形式，那么，为了实现不同的压感功能，如调节输出不同档位动力等，需要一个较大的压力传感器1022输出范围，即需要传动轴1021能够产生较大的形变，以便不同档位可对应的间隔较大的不同输出信号范围，避免输出信号之间差异较小，引起误操作。但同时，传动轴1021的形变范围是有限的，当传动轴1021受到过力作用时，传动轴1021产生过大形变，可能出现断裂或者产生塑性形变，无法恢复初始状态；或者，导致粘贴压力传感器1022与传动轴1021的胶失效，导致压力传感器1022与传动轴1021相脱离。
[0076]
因此，为解决上述的矛盾，本技术人选取传动轴1021合适失效概率所对应的较大的作用力，以使传动轴1021可产生较大的形变，从而根据该作用力确定传动轴1021的形变范围，设置限位部1011使传动轴1021无法在受到大于选定的作用力产生更大的形变，即在保证传动轴1021稳定工作的前提下，传动轴1021有较大的形变，也即压力传感器1022能够输出较大的信号，以便压感功能的实现。
[0077]
或者也可以理解，若限位部1011与传动轴1021的间距太小，传动轴1021的形变空间小，对应检测力的范围小，造成压感功能不准确，若限位部1011与传动轴1021的间距太大，传动轴1021的形变空间大，造成过力容易导致断裂或者疲劳，因而需要通过上述的方式
确定合理距离阈值，以规避上述的缺点。
[0078]
对于压力传感器1022，在一些实施例中，所述压力传感器1022包括柔性基板以及位于柔性基板上的感应电路，所述柔性基板跟随待测面板产生形变，感应电路输出信号。作为一种实施方式，采用在聚酰亚胺材质的柔性电路板上设置感应区域，在感应区域处印刷电阻制得压力传感器1022，电阻与预设在柔性电路板上的连接线路组成感应电路。
[0079]
可选的，本技术对感应电路的具体设置并不作限定，所述感应电路采用单臂、双臂或者全桥电路中的任一种方式，本领域的普通技术人员可根据需要采用不同的电桥电路，进而对应设置不同个数的阻值可变的电阻，柔性基板采用聚酰亚胺等材质，进而，感应电路中阻值可变的电阻因传动轴1021形变而产生阻值变化，感应电路的输出电压发生变化，外部处理器或者处理芯片对该变化的电压信号至少进行模数转换、降噪等处理，从而得到压力传感器1022输出信号与压力的线性关系，那么可以根据该关系划分不同的输出信号范围，不同的压力大小对应触发不同的预设功能。
[0080]
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，并不用于限制本实用新型的保护范围。
[0081]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。