CN119655922A - 高频动力多模式电动牙刷 - Google Patents

Abstract

一种高频动力多模式电动牙刷，包括本体壳体、摆震电机、电池、旋转刷杆和摆震刷杆，所述本体壳体为中空状以形成内置空间，其后端通过可拆卸的尾盖进行闭合，所述本体壳体内容置有控制电路板且侧壁上设有多个连接至控制电路板的功能按钮，所述内置空间的后端设有电池，所述电池电连接至控制电路板及摆震电机，所述本体壳体的内置空间前端设有摆震电机，所述摆震电机的输出轴从本体壳体的前端伸出并连接至位于本体壳体以提供动力输出，所述摆震电机包含马达支架、电磁线圈、振动臂组件、前盖以及磁体；由此，本发明有效兼顾了高频回转刷杆和高频摆震刷杆的两种模式，旋转或摆动频率得到有效提升，采用柔性补偿解决了高频工作下刷杆的噪音和寿命问题。

Description

高频动力多模式电动牙刷

技术领域

本发明涉及电动牙刷的技术领域，尤其涉及一种可分别适配高频旋转刷杆和高频震动刷杆的高频动力多模式电动牙刷。

背景技术

目前高频动力输出的牙刷按刷头的运动方式可分为两种类型：一种为刷杆与刷头一体，整个刷杆摆震，另一类为刷头为圆形或椭圆形往复回转的方式，一般地，刷头往复回转方式面临的技术问题远多于整个刷杆震动的方式。主要面临的常见问题有：

1.刷头以回转方式动作，往往设计由个多运动部件组合构成刷杆，常见的设计包括了：回转轴，拨动或联动刷盘运动的机构。这些机构的运动配合因制造公差，很难避免产生噪音。

2.因刷头长期工作在牙膏…等清洁研磨材料条件下，会加剧运动构件的磨损，进一步造成噪音加大。因为工件磨损，会损失构件间的实际运动行程，最终会表现为刷盘输出摆角逐次劣化变弱，不能满足清洁要求。

3.常规的经济性直流电机驱动电动牙刷最大工作转速小于133Hz，并且需要齿轮组或杠杆连杆完成力矩变换，否则会因直驱输出扭矩过小无法满足清洁的动力需求。如为了满足刷头能有效工作在140-350Hz，齿轮组的力矩变换，直流电机转速必然远高于刷盘输出2-4倍。在该条件下常规的动力变换机构会产生让使用者不适高额工作噪音，构件磨损也会因转速的提升急剧增大，产品寿命受到影响。本发明的提出是一种直接驱动无扭矩变换机构的高频摆震电机。

4.常见的电动牙刷仅能适配一种清洁模式的的刷头：往复旋转刷头或高频摆动的刷头，仅能两种选其一。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种高频动力多模式电动牙刷，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高频动力多模式电动牙刷，其能克服现有技术的缺陷，通过摆震动力进行驱动，克服了现有技术中上下推拉力矩的缺陷，有效兼顾了高频回转刷杆和高频摆震刷杆的两种模式，旋转或摆动频率得到有效提升，采用柔性补偿解决了高频工作下刷杆的噪音和寿命问题。

为实现上述目的，本发明公开了一种高频动力多模式电动牙刷，包括本体壳体、摆震电机、旋转刷杆和摆震刷杆，所述本体壳体为中空状以形成内置空间，所述本体壳体内容置有控制电路板且侧壁上设有多个连接至控制电路板的功能按钮，其特征在于：

所述本体壳体的内置空间设有摆震电机，所述摆震电机的输出轴从本体壳体的前端伸出以提供动力输出，所述摆震电机包含马达支架、电磁线圈、振动臂组件、前盖以及磁体，所述马达支架的前端设有前盖，后端设有磁体，所述磁体的后侧还设有减震块，所述马达支架内形成内空腔体以容置振动臂组件，该内空腔体的后部外缘包覆有电磁线圈；

所述振动臂组件包含摆臂、转轴、轴承以及连接架，所述摆臂后部位于内空腔体后部的电磁线圈中，所述摆臂的前部形成圆盘部且该圆盘部设有供转轴贯穿的轴孔，所述转轴的两端通过轴承可旋转的支撑于马达支架，所述连接架的后端包覆于摆臂的前部且形成容置摆臂的圆盘部的圆筒结构，所述连接架的前端连接至输出轴的后端以将振动臂组件产生的振动传递给输出轴进行输出。

其中：所述摆臂、转轴、输出轴采用塑胶二次注塑形成连接架的方式包嵌一体构成振动臂组件，所述摆臂为一字形铁质摆臂且所述转轴的回转轴线与摆臂的摆动方向互为垂直。

其中：所述转轴的两端设有与轴承配合的轴肩，所述输出轴的后端设有至少一个凹环，从而二次注塑后输出轴与连接架稳固的一体成型。

其中：所述摆臂采用高频低涡流损耗的硅钢片堆叠而成。

其中：所述旋转刷杆包含刷杆外壳、内支架、旋转刷头组件和动力传递组件，所述内支架设置于刷杆外壳内以形成内置动力传递组件的内空间，所述旋转刷头组件设置于刷杆外壳的前端，所述旋转动力传递组件的后端连接至摆震电机的输出轴，前端连接至旋转刷头组件，从而将摆震电机的输出动力传递至旋转刷头组件。

其中：所述旋转刷头组件包含刷头座、旋转刷毛，所述刷头座可旋转的设置于刷杆外壳的前端内，其一端植有清洁用的多根旋转刷毛，另一端设有连接至旋转动力传递组件的底座。

其中：所述旋转动力传递组件包含摆杆、弹性支点、弹性耦合体、驱动头、补偿弹簧以及连接套管，所述摆杆的前端设有伸入所述刷头座的底座内的驱动头，所述刷头座的底座形成与驱动头形状配合的被动件，所述摆杆在驱动头和弹性支点之间套设有补偿弹簧，所述摆杆的后端伸入连接套管的前端，所述连接套管的后端通过弹性耦合体连接于输出轴。

其中：所述摆震刷杆包含刷杆壳体、内部支架、摆震刷头组件和摆震动力传递组件，所述内部支架设置于刷杆壳体内以形成内置摆震动力传递组件的内空间，所述摆震刷头组件设置于刷杆壳体的前端，所述摆震动力传递组件的后端连接至摆震电机的输出轴，前端连接至摆震刷头组件，从而将摆震电机的输出动力传递至摆震刷头组件。

其中：所述摆震刷头组件包含刷杆头、旋转轴、毛束座和摆震刷毛，所述刷杆头的后端伸入刷杆壳体的前端且通过旋转轴旋转固定至内部支架，所述刷杆头的前端固定有毛束座，所述毛束座植有清洁用的多根摆震刷毛。

其中：所述摆震动力传递组件包含摆轴、耦合块和连接管，所述摆轴的前端嵌入所述刷杆头后端的凹孔内，后端伸入连接管的前端，所述连接管的后端通过耦合块连接于输出轴。

通过上述内容可知，本发明的高频动力多模式电动牙刷具有如下效果：

1、可有效工作在140-350Hz高频回转牙刷的技术，采用高力矩输出的摆震电机替代传统的直流电机，减少齿轮组或连杆变换力矩环节引发的噪音。可替换牙刷杆通过设置在刷杆的联轴器实现动力耦合，将本体摆震力矩通过刷杆摆轴利用杠杆原理实现力矩传递到刷杆，带动刷杆摆转。同时可配具非旋转式以摆动方式工作的刷杆，刷杆在摆震电机驱动下实现高频往复摆动，以满足用户多样化要求。

2、摆震电机以连杆，杠杆方式驱动刷杆，并在连杆关节点和杠杆支点件设置间隙补偿机构，有效解决了实际使用噪音大，易磨损的寿命问题。

3、兼顾了高频回转刷杆和高频摆震刷杆的两种模式，

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本发明的高频动力多模式电动牙刷中旋转刷杆与摆震电机配合的实施例的结构示意图。

图2显示了本发明的高频动力多模式电动牙刷中摆震刷杆与摆震电机配合的实施例的结构示意图。

图3显示了本发明中摆震电机的结构示意图。

图4显示了本发明中摆震电机的半剖切方式展示内部构件的示意图。

图5显示了本发明中摆震电机的分解示意图。

图6显示了本发明中摆震电机的剖视图。

图7显示了本发明中摆震电机另一方向的剖视图。

图8显示了本发明中摆震电机的振动臂组件的结构示意图。

图9A、图9B和图9C显示了本发明中摆震电机在电磁力作用下三个状态的示意图，其中图9A和图9C互为反向摆动状态，图9B为电流终止的静止状态。

图10A和图10B显示了本发明中摆震电机的磁极的两种原理示意图。

图11显示了本发明的旋转刷杆的整体结构示意图。

图12显示了本发明的旋转刷杆的分解结构示意图。

图13显示了本发明的旋转刷杆的内部结构示意图。

图14显示了本发明的旋转刷杆的内部示意图。

图15A、图15B和图15C分别显示了本发明的旋转刷杆的三个动作状态的示意图。

图16显示了本发明的旋转刷杆中刷头座的结构示意图。

图17显示了本发明的旋转刷杆中弹性耦合体的局部剖切图。

图18A显示了本发明的旋转刷杆中弹性支点的局部剖切图。

图18B显示了本发明的旋转刷杆的另一实施例的剖视图。

图19A和图19B显示了本发明中旋转刷杆的补偿弹簧的原理示意图。

图20A和图20B显示了本发明的旋转刷杆另一实施例的结构示意图。

图21A和图21B显示了本发明的旋转刷杆另一实施例的结构示意图。

图22A、图22B、图22C和图22D显示了本发明的旋转刷杆另一实施例的结构示意图。

图23A和图23B显示了本发明的旋转刷杆中输出轴运动轨迹为弧形圆的动作示意图。

图24A和图24B显示了本发明的旋转刷杆中输出轴运动轨迹为往复平行线的动作示意图。

图25显示了本发明的摆震刷杆的整体示意图。

图26显示了本发明的摆震刷杆的内部结构示意图。

图27显示了本发明中摆震刷杆的分解示意图。

图28显示了本发明中摆震刷杆的间隙示意图。

图29A、图29B和图29C显示了本发明中摆震刷杆的动作示意图。

图30显示了本发明中摆震电机的典型的H桥输出端接纯电阻负载的电压信号波形图。

图31显示了本发明中摆震电机的无额外的传感器件实现功率电流的采集原理示意图。

图32显示了本发明中摆震电机的H桥典型的4个工作状态的真值示意图。

图33显示了本发明中摆震电机的H驱动桥接入纯电阻负载与感性电机负载的信号示意图。

图34显示了本发明中摆震电机的直接测量工作时的电池端电压在不同的负载作用下摆震电机表现出不同的摆动幅度和波簇的示意图。

图35显示了图34中相关数据的散布展示图。

图36显示了本发明中摆震电机的非同步连续密集的电压采样的示意图。

图37显示了本发明中摆震电机的同步采样方式电压数据的示意图。

图38显示了本发明中摆震电机的短接H桥吸收反电动势的原理示意图。

图39显示了本发明中摆震电机的摆震电机消除反电动势前后的电流信号对照图。

图40显示了本发明中摆震电机的恒幅修正技术的过程原理框图

图41显示了本发明中摆震电机的负载变化时有补偿与无补充的摆角的变化曲线对比图。

图42显示了本发明中摆震电机获得电机恒定输出摆幅的动态伺服过程信号处理流程图。

附图标记：

10、本体壳体；11、尾盖；12、功能按钮；13、控制电路板；20、摆震电机；21、马达支架；22、电磁线圈；23、减震块；24、振动臂组件；241、摆臂；242、转轴；243、轴承；244、连接架；245、输出轴；25、前盖；26、密封盖；27、磁体；30、电池；41、刷杆外壳；421、刷头座；422、旋转刷毛；423、固定架；424、回转轴；425、安全钉；426、补偿弹垫；43、摆杆；44、弹性支点；45、弹性耦合体；46、驱动头；47、内支架；48、补偿弹簧；49、连接套管；51、刷杆壳体；521、刷杆头；522、旋转轴；523、毛束座；524、摆震刷毛；53、摆轴；54、耦合块；55、连接管；56、内部支架；57补偿垫。

具体实施方式

参见图1和图2，显示了本发明的高频动力多模式电动牙刷，其中图1显示了本发明的高频动力多模式电动牙刷中旋转刷杆与摆震电机配合的实施例的结构示意图，图2显示了本发明的高频动力多模式电动牙刷中摆震刷杆与摆震电机配合的实施例的结构示意图。

由此，所述高频动力多模式电动牙刷包括本体壳体10、摆震电机20、电池30、旋转刷杆和摆震刷杆，所述本体壳体10为中空状以形成内置空间，其后端通过可拆卸的尾盖11进行闭合，所述本体壳体10内容置有控制电路板13且侧壁上设有多个连接至控制电路板13的功能按钮12，从而操作人员能通过功能按钮12来提供控制信号传递至控制电路板13，以达到控制电动牙刷的目的。

所述本体壳体10的内置空间前端设有摆震电机20，所述摆震电机20的输出轴245从本体壳体10的前端伸出并连接至位于本体壳体10前方的刷杆，以为刷杆提供动力的输出，所述内置空间的后端设有电池30，所述电池30电连接至控制电路板13以及摆震电机20，以为该两者提供稳定可靠的电源输出。

在图1的实施例中，所述旋转刷杆可拆卸的连接至本体壳体10的前端，所述输出轴245伸入旋转刷杆后提供驱动力，在图2的实施例中，所述摆震刷杆可拆卸的连接至本体壳体10的前端，所述输出轴245伸入摆震刷杆后提供驱动力，由此，所述本体壳体10可拆卸的连接至旋转刷杆或摆震刷杆，从而能兼顾高频回转刷杆和高频摆震刷杆的两种优势，更好的提高了适用范围。

同时参见图3至图9C，以更好的了解本发明中摆震电机的一个具体实施例。

在该实施例中，所述摆震电机20包含马达支架21、电磁线圈22、减震块23、振动臂组件24、前盖25以及磁体27，如图5所示的分解示意图以及图6、图7的剖视图可更为清楚的看到，所述马达支架21的前端设有前盖25，后端设有磁体27，所述磁体27的后侧还设有减震块23，从而能将摆震电机20的震动与后侧的电池进行隔离，实现减震功能，避免使用者在使用中过于震动而导致的舒适性变差。

其中，所述马达支架21内形成内空腔体以容置振动臂组件24，该内空腔体的后部外缘包覆有电磁线圈22，同时参见图8，所述振动臂组件24包含摆臂241、转轴242、轴承243以及连接架244，所述摆臂241为一字形铁质摆臂且后部位于内空腔体后部的电磁线圈22中，所述摆臂241的前部形成圆盘部且该圆盘部设有供转轴242贯穿的轴孔，所述转轴242的两端通过轴承243可旋转的支撑于马达支架21，所述连接架244的后端包覆于摆臂241的前部且形成容置摆臂241的圆盘部的圆筒结构，所述连接架244的前端连接至输出轴245的后端以将振动臂组件24产生的振动传递给输出轴245进行输出。

其中，所述摆臂241、转轴242、输出轴245采用塑胶二次注塑形成连接架244的方式包嵌一体构成振动臂组件，所述转轴242的回转轴线与摆臂241的摆动方向互为垂直，所述转轴243优选设于摆臂241约2/3处的转轴轴孔内，从而转轴与摆臂组合后呈十字状，所述转轴242的两端设有与轴承243配合的轴肩，所述输出轴245的后端设有至少一个凹环，从而二次注塑后输出轴245与连接架244稳固的一体成型，所述输出轴245的至少一个凹环可有效防止输出在外力作用下产生位移。

由此，摆震电机作为电磁能转换机械能的动力转换器件，该摆震电机在同等功耗条件下最终输出驱力矩为同体积的同工况条件下传统直流电机输出力矩2-5倍，以满足电动牙刷高频摆动动力需求。

其中，同时参见图9A、图9B以及图9C，振动臂组件被装置内空腔体内，摆臂241的后部与马达支架21的内壁之间形成可容允摆臂241往返摆动20度并与电机支架无碰撞的空间，所述电机支架21的后端形成容置磁体27的台阶部从而使摆臂241的末端与磁铁之间至少保持0.2-0.6mm的空隙，由此尾部的磁体27可以对铁质摆臂的尾部感生磁作用力，但无物理接触。

两粒磁铁并行摆列在支架尾部，磁化面面向摆臂，两粒磁铁组合后同向极性互为异名。

所述电机支架21前端的前盖25罩有密封盖26以实现密封，，该前盖的设置加强了转轴两端轴承的稳固及给密封盖提供了限位。

其中，本发明提出的摆震电机的电磁力转换为摆转机械能过程如下：

1.给电磁线圈接入正负极性交替变换的方波功率电流。

2.如图9A所示，假定在方波的正半周，因电磁线圈内内置了铁质的摆臂，摆臂轴线与电磁线圈的轴线同向，摆臂在电磁场作用下将极化出磁性，假定此刻靠近磁极的摆臂被极化为S极，摆臂在同级相斥，异级相吸原理作用下，振动臂组件的摆臂将往D1方向摆动。

3.如图9C所示，当方波电流切换到负半周，因电磁线圈供电极性反转，作用在电磁线圈的电流与正半周的方向相反，摆臂感生的磁极变换为N极，同理振动臂组件的摆臂在新的电磁力作用下，将由D1方向反向切换到D2。

4.完成正，负半周的电流切换后就电机的振动臂组件的摆动就构成完整的一个震动周期，振动臂组件的摆动频率取决于驱动线圈方波电流的频率，本发明实施例中电磁线圈优选工作在140Hz-350Hz，振动臂组件摆转角度的强弱可由方波的占空比调节，摆转角度与占空比大小成正比。

其中，所述摆臂241为铁磁性材料支撑，因工作频率可高达350Hz，故所述摆臂241采用高频低涡流损耗的硅钢片堆叠而成。

如图10A所示，本发明所述的磁体27可为独立的两粒磁体M1排列而构成磁极，也可以如图10B所示，采用同面多磁极充磁工艺，仅采用一粒磁体M2，将N和S极同时充磁极化在同一平面。N，S排列方向与两粒磁体极性一致即可满足本发明的要求。

其中，采用无传感器同步驱动脉冲检测电池电压技术，依靠特定驱动脉冲周期监测因电机动态阻抗变化引致的驱动电流的变化，结合相应算法，结合监测到的电机工况实时对驱动功率补偿，实现恒摆幅输出。

其中，该摆震电机的一个实施例中，其涉及了一种恒幅控制方法，其中典型的驱动波电压形为方波，方波的频率与输出的摆转频率一致，理论上在电压恒定条件下电机满功率输出时，方波的占空比应为100％。实际应用中，最基本驱动的功率器件由4个FET构成的H驱动桥，H桥随输入信号变化，输出端正与负电压高速切换。因FET切换有响应时差，如按100％的占空比进行切换，就会存在H桥4个FET同时导通引致H桥内部短路，导致H桥驱动损坏，该最快响应区间通常称为H桥的驱动的死区，因此H桥要避开在死区下工作，在该区间要停止对电机的供电。考虑死区后，最终方波的占空比最大值通常为98％～99％非100％。

如果反向缩小脉冲的占空比，驱动的有效功率会反向减少，从而摆震电机摆幅度会跟随减少，利用调节脉冲的占空比可改变输出功率的机理，作为本发明提及的摆震电机输出率补偿理论基础。

如图30所示，显示了典型的H桥输出端接纯电阻负载的电压信号波形图，图中：S1为正半周有效工作脉冲，S2为负半周有效工作脉冲，t12，t22分别为正负半周工作停止周期，其包括了必须的死区控制时间和调节整个脉冲占空比的停止时间，t为完整一个驱动周期，t＝S1+S2+t12+t22；假定S1＝S2，t12＝t22正负半周完全对称；占空比Duty＝S1/(t12+S1)X100％或Duty＝S2/(t22+S2)X100％，在实际控制中，通过同步调整t12，t22在整个脉冲t的比例，亦既占空比Duty参数就可实现驱动的功率控制，显而易见t12、t22周期占比越大输出功率越小。通过调整占空比比率大小控制输出功率强弱，为本发明的电机的控制技术理论基础。

在展开论述如何实现本发明提及的电机恒幅控制理论之前，先阐述无额外的传感器件实现功率电流的采集原理和方法，如图31所示，显示了无额外的传感器件实现功率电流的采集原理示意图，其中BT:代表电池组，电池组内部V为标准电池，R0为电池组的内阻；MCU：为线路控制单元的微处理器，微处理器内部包含了标识为ADC的模数转换器以及内部标识Vref的专供ADC的参考电压基准源；S1～S4：为MCU为H桥专设的输出驱动信号端口；H：为两对互补的FET构成的H功率驱动桥；M:为本发明涉及的摆震电机；I：为功率电流。

图32显示了H桥典型的4个工作状态的真值。

其中，本发明涉及的恒幅技术所需的电流采样关键有两点：

1.利用电池组内阻R0的存在，在功率驱动时，变化的功率电流I必然会在R0产生变化的压降Vdp，通过MCU控制单元检测Vdp即可反应出负载电流的变化，即Vdp＝R0 X I。

2.为了简化硬件设计，选用有内置模数转换器ADC以及有电压参考基准源的Vref的微处理器，这样就可以直接无需配套更多的外设计算出功率电流的变化。

如无特别明示，本文所讨论的功率电流变化检测均为基于检测R0压降Vdp变化的方法实现。

以下分为两个环节进一步解释恒幅补偿的实现方法及过程。

在H驱动桥接入纯电阻负载与感性电机负载的信号会表现出明显差异，如图33所示，图中，实线CV1为纯电阻负载的波形表现，虚线为实际接入感抗表现的摆震电机表现出的波形。这两组波形明显区别是在每个工作脉冲均出现了标示为D的峰值振铃，每个有效工作波形起点a到末点b，在感抗负载影响下，由标准矩形方波的水平线变为坡度线。

驱动端接入电机，方波出现明显过冲和振铃，主要是在停止的周期(死区周期+功率调节周期)，停止了给电机线圈供电，线圈为感性负载会产生反电动势，以及摆臂在惯性作用下继续切割磁铁产生的磁力线，对线圈形成可变阻抗。线圈的反电动势和可变阻抗对电源的叠加直接影响方波上升沿和脉宽的平稳性。

其中线圈断电后，摆臂在惯性作用下继续摆动，假定摆频不变，摆幅越大，磁化后的摆臂切割磁力线速度越大，对线圈产生的可变阻抗影响越大。显而易见，如果能测量出可变阻抗影响相关瞬间电流量，就可以相对映射出摆臂当前的摆动的线速度，亦既当前输出摆相对变化量。这一思路是本发明提及的恒幅驱动技术涉及的实时摆幅测量最重要理论基础。

为了减少杂散空间的电磁干扰对信号检测的影响，本发明提及的摆幅关联数据检测未设置在电机驱动输出末端，而是直接对电池端瞬间电压变化进行测量。该电压变化与电机驱动末端电流变化具备相互映射对应关系。

图34显示了直接测量工作时的电池端电压，在不同的负载作用下，摆震电机表现出不同的摆动幅度和波簇，图中实线曲线CV1为无负载条件下表现的波形，CV2，CV3，CV4，CV5虚线曲线分别为负载有小到大表现出的波形。可观测出在每个驱动脉冲某时序电池端的电压随负载变化，如附图t1～t2区间可明显观测出电机负载与电压相关性，负载越重压电压越高。总结出的规律是：

负载：CV5>CV4>CV3>CV2>CV1；

脉冲末端电压：V5>V4>V3>V2>V1。

图35显示了其中数据以散布图展示，图中，V轴为电池端电压，D轴为摆轴摆动角度，负载越重，摆轴摆角越小。

V5～V1为5个采样点，曲线a为实际采样点串接出的曲线。从附图可明显看出采样点的电压与不同的负载作用下表现的摆动的角度是强相关的。为了便于简化微处理器的运算量。可将以上采样数据用最小二乘法拟合出直线b。

电池端瞬间电压变化U被两个重要因素所影响，即U＝Ub+Ur，其中Ub为电机断电停止周期产生的反电动势，Ur为振动臂位置摆幅变化引致了线圈的动态感抗发生变化，动态感抗发生变化直接影响电流在线圈的传导速率的变换，本质上形成了变化的阻抗。线圈阻抗的变化最终变现会影响电机线圈端每一脉冲的上升沿的表现。

因此，只要能有效地分离出电机在每个脉冲的上升沿因阻抗变化引发的电压变化分量，就能量化出当前电机摆幅数据。

为了更好地分离出电机线圈变化阻抗，合理正确的电流的采样点尤为重要，从波簇可以看出，与常规的采样方法不同，如果为常规的直流电机工况，常规的采用方法是不理会脉冲同步信息，连续等距密集采样，测同采样周期约越长，加权平均后数值越稳定，能很好地体现电压与负载的关系。但事实证明这种非同步均值方式的采样对依靠脉冲换向驱动的无刷电机是无效的，无脉冲同步的连续采样得出的电压结果与载荷变化无明显的相关性。

图36展示了非同步连续密集的电压采样在无刷电机的表现：图中：V轴:电压标量，T轴：时间标量，S1～Sn为非同步连续采样的时序，t2为采样周期，P1～pn为在电池端观测到的电压变化周期信号，显而易见地该周期与电机驱动脉冲相位相关且同步，t1为电机驱动脉冲周期，D1～Dn为采样到的电压值

从图中可知，如t1与t2不同步，D1与D5采样位置因与脉冲起落位置显著不同，其中D1接近脉冲P1的首部，而D5接近脉冲P3的尾部，这两采样值差异较大。由此，可采用加权平均法进行数据均值化：即Avg＝(D1+D2+Dn…)/n…，平均值Avg并未能正确地捕获到负载与电压正确关联数据，因此传统非同步电压采样不适合本发明提及的摆震电机工况。

图37展示了同步采样方式电压数据的表现：图中：V轴:电压标量，T轴：时间标量，S1～Sn为非同步连续采样的时序，t2为采样周期，P1～pn为在电池端观测到的电压变化周期信号，显而易见地该周期与脉冲相，位相关且同步。t1为电机驱动脉冲周期，D1～Dn为采样到的电压值。

从图37中可观测到，如t1与t2同步，D1，D2，D3…Dn采样位置因与脉冲起落位一致，假定采用加权平均法进行数据均值化：即Avg＝(D1+D2+Dn…)/n…，平均值Avg能正确地捕获到负载与电压正确关联数据，因此同步电压采样是本发明提及的摆震电机优选的电流采样方案。

依据以上两图的数据表现，显而易见地解释了传统简单的加权平均电流采样模式与同步采样的区别，摆震电机广义上隶属无刷电机的范畴，均为正负极性脉冲高频切换的功率脉冲驱动，必须采用与脉冲相位同步的模式采样才能解析出与载荷相关的电流信息。

当采用同步技术采样后，为了进一步改善信号质量，仍需要一些额外的技术手段将影响负载电流表现的非必要线圈产生的反电动势信号过滤。

脉冲的上升沿的过充量除了包含了线圈动态阻抗信息，也囊括了线圈断电后产生的反电动势。如果直接用每一个脉冲上升沿过冲量的信息去量化摆幅度关系而不考虑反电动势的对信号叠加影响，反电势的存在或多或少也会降低量化解析精度。为了消除反电动势对每个脉冲上升沿过冲量的影响，可在驱动每个停止周期，利用H桥瞬间短接电机线圈，让反电动势快速释放，实施例证明消除反电动势后，能更灵敏地监测到电机摆幅变化，提升了信号的信噪比。

由此，图38为短接H桥吸收反电动势的原理示意图，图中：F1～F4为两对互补NP沟道FET构成的H桥做为摆震电机的驱动，M为摆震电机，当启动电机电流检测前，且驱动功率断开后S1，S2输入置为高电平F1，F2进入截止状态。而S3，S4输入也输入高电平，F3，F4导通。F3，F4的导通后，F3，F4，M构成回路，将电机M两端产生的反电势短路，产生短路电流环C，反电动势转换为热能在电机线圈上散发。

当反电动势被吸收完成后，S3，S4跳变为高电平进入截止状态，启动MCU的ADC转换进行电流检测。

图39显示了摆震电机消除反电动势前后的电流信号对照图，图中：V轴:电压标量，T轴：时间标量，P1～P3展示3组脉冲周期信号，CV1实线曲线为采用短路技术消除反电动势后的电压曲线，CV2虚线曲线为有反电动势影响的电压曲线，Ts为含括负载变化信息重要区域，C未采用短接消除反电动势出现的振铃峰值信号，a为反电动势影响较大的区域。

由于在标示a因反电动势产生的信号振铃峰值产生的阴影区域，对Ts区间的有效负载信号有较严重的影响，采用技术手段吸收振铃峰值后，对解析负载信号有积极的意义。

反电动势短接消除后有利于解析线圈的动态阻抗的变化，但也会对电机带来负面的影响，在短路线圈电流瞬间，会在线圈产生热能，造成线圈工作温度上升，是否采用反电动势消除技术，或者选择合理的短接时序，可依据实际应用取舍。

获取有效的摆幅量化数据后，就可用该数据通过实时调节驱动脉冲的占空比，当摆幅低于设定值就持续提升脉冲占空比，增加驱动功率提升摆幅，反之持续降低占空比，降低驱动脉冲功率减少摆幅。通过所上述讨论的方法实时动态监测摆幅值和动态调节脉冲驱动功率，可以在负载变化下获得稳定的输出摆幅。

图40为本发明涉及的恒幅修正技术的过程原理框图，在具体实施列中，除了解决解析与摆幅相关联的电池电压变化量，还要正确选择适合的采样频率和调节频率，因为ADC采集和处理数据会消耗资源，过密集的数据采样会干扰驱动的脉冲相位的稳定性，出现相抖动，电机摆轴表现出摆动不规则抖动和产生异音。调节脉冲占空比的密度也需要适合，因为电机摆轴存在转动惯量，有响应时域要求，过于密集的调节，会另所解析的有用的幅度信息弱化会出现超调，产生超调震荡，无法正常控制。过于稀疏的调节，控制会出现反应迟钝滞后，补偿效果不理想。一般地，在实际控制用要考虑以下因素：

1.与电机信号的同步点：实施列证明优选地选择脉冲将要结束前进行采样数据最为稳定和信噪比高。

2.启动反电动势时长和密度：反电动势吸收不能每一个脉冲都开启，应仅需要检测电池电压前使能，检测完成后立即关闭，否则会因产生大量的热量耗散在电机线圈上，造电机工作温度急剧上升。同理，吸收的时长也是控制热量的关键点，具体要依据实际状况以试验结果为准。

3.电池电压采样：不能每个脉冲都进行，实施例子试验中，每20个脉冲采样一次为佳。过密集的采集会让电机出现相抖和和异音。

4.调节电机驱动脉冲占空比频次：也需要合理。过于密集的修正，会出现超调震荡，过于稀疏补偿反应迟钝，负载变化后摆幅不稳定。

由此，该控制方法包含如下步骤：

步骤一：同步输出脉冲(可为上述的方波脉冲)；

步骤二：启动反电动势吸收；

步骤三：同步采集电池电压；

步骤四：解析与负载相关变量；

步骤五：计算修正量；

步骤六：修正驱动占空比后返回步骤一。

图42显示了为本发明提及的为了获得电机恒定输出摆幅的动态伺服过程信号处理流程图。

其中包含如下步骤：

步骤1：中断响应后判定是否满足20个脉冲间隔，是则进入步骤2，否则退出；

步骤2：判定是否为停止周期，是则进入步骤3，否则退出；

步骤3：启动反电动势吸收，判定是否结束驱动脉冲，是则进入步骤4，否则退出；

步骤4：采集电池电压，若电压值小于上一次采集值则进入步骤5，否则进入步骤6；

步骤5：递增驱动脉冲占空比后退出；

步骤6：电压值是否大于上一次采集值，是则递减驱动脉冲占空比后退出，否则直接退出。

上述的退出是直接退出中断响应。

本发明的实施例中，系统初始化后，无补偿的初始脉冲占空比预设为45％，最大补偿时为98％。

图41为负载变化时有补偿与无补充的摆角的变化曲线对比图，其中，纵坐标为摆轴表现的摆角，横坐标为对摆轴施加的作用力。曲线CV1为未做补偿的输出表现，CV2为实时动态补偿后的表现。从图中可看出，经过补偿后，摆幅抗负载变化能力改善显著。

如图11至图24B所示，显示了本发明的旋转刷杆的实施例，参见图11、图12、图13和图14，显示了本发明的旋转刷杆的一个实施例，其中图11显示了本发明的旋转刷杆的整体结构示意图，图12显示了本发明的旋转刷杆的分解结构示意图，图13和图14显示了本发明的旋转刷杆的内部结构的详细示意图。

具体如图11、图12、图13所示，所述旋转刷杆包含刷杆外壳41、内支架47、旋转刷头组件和动力传递组件，所述刷杆外壳41为中空且后端可拆卸的连接至电动牙刷的主机，所述刷杆外壳41的后部形成为喇叭状且容置有内支架47，所述内支架47为与刷杆外壳41内腔所适配的喇叭状且内中空以形成内置动力传递组件的内空间，所述刷杆外壳41的前端形成容置旋转刷头组件的圆形凹槽。

同时参见图1的安装示意图，显示了本发明的旋转刷杆应用于电动牙刷的具体实施例，在该实施例中，所述刷杆外壳41的后端可拆卸的连接至本体壳体10的前端，所述动力传递组件的后端连接至摆震电机20的输出轴245，前端连接至旋转刷头组件，从而将摆震电机20的输出动力传递至旋转刷头组件。

具体而言，所述旋转刷头组件包含刷头座421和旋转刷毛422，所述刷头座421可旋转的设置于刷杆外壳41前端的圆形凹槽内，其上端植有清洁用的多根旋转刷毛422，下端设有一底座，其中，在图示实施例中，所述刷头座421通过一旋转组件连接至刷杆外壳41，所述旋转组件包含固定架423、回转轴424和安全钉425，所述刷头座421的底座供固定架423贯穿，所述固定架423的侧部通过安全钉425固定至刷杆外壳41，所述固定架423的中部设有供回转轴424贯穿的通孔，所述回转轴424的两端伸入刷头座421，从而固定架423通过安全钉425与刷杆外壳41相对固定，而刷头座421则相对固定架423进行旋转，从而使得刷头座421能通过旋转动力组件的动力传递而在圆形凹槽内进行旋转运动。

可选的是，所述刷头座421的底座和刷杆外壳41之间设有补偿弹垫426，以提供旋转运动中的补偿。

所述动力传递组件包含摆杆43、弹性支点44、弹性耦合体45、驱动头46、补偿弹簧48以及连接套管49，所述摆杆43的前端设有驱动刷头座421的驱动头46，在图12至图14的实施例中，所述驱动头46在该实施例中为一凸头，同时参见图16，所述刷头座421的底座上设有与凸头相扼齿合的凹槽4211，从而作为驱动头46的凸头能伸入啮合于齿槽4211实现两者的动力传递，其中，所述摆杆43的中部通过弹性支点44弹性支撑于内支架47的前端内壁上，所述摆杆43在驱动头46和弹性支点44之间套设有补偿弹簧48，所述连接套管49嵌入内支架47的后端，所述摆杆43的后端伸入连接套管49的前端，所述连接套管49的后端通过弹性耦合体45连接于摆震电机的输出轴245以传递动力。

由此，该旋转刷杆的刷头座呈圆或椭圆形，刷头座的运动为回转副，回转中心即为刷头座绕回转轴424的圆心，圆形的刷头座的运动形式为往返互为异向回转，回转角度范围通常为10-120度，常规的往复回转频率为80-130Hz。

在图12至图14的具体实施例中，旋转刷杆可以可靠地工作在80-350Hz范围内，并保持20度以上的有效负载摆角。

其中，所述补偿弹簧48的自由长度大于弹性支点与驱动头的间距，补偿弹簧48被压缩后，产生反作用力将驱动件往刷头座方向推移，所述连接套管49为一喇叭状套管，所述弹性耦合体45为一通孔弹性体，输出轴245的突出端由该弹性耦合体45包容。

由此，如图15A、图15B和图15C所示，当输出轴发生摆动，通过连接套管49和弹性耦合体45耦合动力，摆杆以弹性支点44为支点发生摆转，摆杆的摆转带动驱动件46随动，驱动件46进一步带动刷毛座高速摆转，当摆杆反方向摆动，刷头座运动方向亦发生反方向变化。摆杆两个方向的摆动构成完整的一个运动周期。摆杆对刷头座的作用力学本质上是简单的杠杆原理，内支架顶部的弹性支点的位置决定了刷头输出摆角和输出扭矩的大小。弹性支点越往刷头上移，刷头座摆角越小，刷头座扭矩越大，反之而言刷头座摆角变大，刷片扭矩减少。

其中，如图17所示，所述连接套管49的前端与摆杆43的后端紧密配合，后端容置弹性耦合体45，所述弹性耦合体45的中部设有内凹的内凹环凸圈451，所述连接套管49对应设有内凹伸入弹性耦合体45内凹空间的内凸起，所述内凹环凸圈451和内凸起的配合能更好的配合摆震电机的输出轴进行动力传输。

图18A所示，在本发明的一个优选实施例中，所述弹性支点44的中部设有内凹的凹环圈441，所述内支架47的前端对应设有内凹伸入弹性支点44内凹空间的内凸部，从而所述弹性支点44凹环圈441与摆杆43的中部紧密配合且弹性支点44的外缘同样与内支架47形成接触配合，使得摆杆43能以弹性支点44为支点进行稳定的摆动。

其中，在图18B所示的另一实施例中，显示了本发明的旋转刷杆的动力传递组件的另一形式，在该实施例中，连接套管49’和弹性耦合体45’的结构与图1至图4的有所区别，在该实施例中，所述弹性耦合体45’对应内凹环凸圈451的外缘设有外凸起以伸入连接套管49’的一中空凹槽内，以实现连接套管49’和弹性耦合体45’的稳定耦合，该结构能更好的实现连接套管49’和弹性耦合体45’的动力耦合。

如图19A和图19B所示，通过在弹性支点与驱动头之间设置补偿弹簧48，该补偿弹簧48的自由长度L2大于弹性支点与驱动头的间距L1，因此补偿弹簧48被压缩将产生恒定的反作用力将驱动头往刷头座方向推移，致使任意时刻两者的紧贴，从而任意时刻能配合两者间隙的消除，由此该补偿弹簧48可简称弹性补偿消隙机构，该弹性补偿消隙机构将在以下工况产生对性能产生的改善作用如下：

1、刷头座刷牙过程中因载荷变化出现与驱动头的表面齿合脱落，产生配合间隙，此刻弹性补偿消隙机构将产生作用，在补偿弹簧的反作用力下逼紧齿合面。

2、在用户使用过程中，牙膏磨料作用下，驱动头与刷头座之间的滚动摩擦造成配合面磨损，也会引配合间隙产生，此刻弹性补偿消隙机构将产生作用。

3、刷头座主轴与主轴固定架在用户使用过程中在牙膏磨料作用下亦会因磨损产生配合间隙，因补偿弹簧反作用力的存在，将在磨损后的构件逼紧，解决了因高速的运动构件间隙冲击产生的噪音异音。

4、摆杆和驱动头分体构成的组件，在实际制造和组装过程会存在公差，会造成配合存在配合间隙，此刻弹性补偿消隙机构将产生作用。

5、形状理论设计与实际制造会存在误差，误差亦会造成凸头与刷头座凹槽配合可能存在配合间隙，此刻弹性补偿消隙机构将产生作用。

综上所述，该补偿弹簧48形成的弹性补偿消隙机构，能在刷牙过程有效的稳定输出角度和扭矩，减少噪音，有效提高使用寿命。

更为优选的是，刷杆运动结构件长期工作在牙膏磨料磨液的工况，除了合理选用高耐磨材料制作构件外，合理设计驱动头与刷头座的齿合轮廓，理论上应保障整个运动周期齿合面积最大，有利于减少齿合压强，提高抗磨损能力。且尽可能保障齿合面之间的摩擦在整个摩擦类型为滚动摩擦而尽可减少滑动动摩擦的出现，能更好地抵御抗磨损能力。

在进一步的优选实施列中，优选了常规渐开线轮廓曲线解决以上问题，所述凸头和凹槽4211为渐开线齿形，从而很好地保障整个过程的齿合摩擦类型为滚动摩擦。为了最大限度增加齿合面积，尽可能选用最大模数，最大齿厚。

实施列中，除了选用渐开线齿形解决齿合刷杆凸头与凹槽的齿合问题，亦可以拓展为其他轮廓图形，如凸头为柱状面，凹槽为梯形面，因为本发明设置有补偿弹簧可有恒定的作用力将凸台往刷头座方向推移，理论上，在整个完整的凸头运动与凹槽的齿合是不存在间隙。但与渐开线齿形方案相比，其运动过程的摩擦会存在滑动摩擦，因此理论寿命是弱于渐开线齿形方案。

关于本发明探讨的驱动头与被动件的实现方式，可以依据实际设计需求，如图20A和图20B所示的实施例中，所述驱动头46的前端可形成为主动凹槽46’，所述刷头座42上设有对应的被动凸台4212，所述驱动头46主动凹槽46’可以为单一齿形，亦可以为多齿形。这种形态的变化均属于本发明延伸的范畴。

在图21A、图21B的另一实施例中，所述驱动头46的头部形成有柱面凸头46”，所述刷头座42上设有对应的容置凹槽4213，所述柱面凸头46”的前端形成为圆柱状。

在图22A、图22B、图22C和图22D的另一实施例中，所述驱动头46的头部形成有U型凹槽46”’，所述刷头座42上设有对应的被动圆柱4214。

其中，所述刷头座421的底座为可容纳固定架423的框架，固定架正确装置后是贯穿刷头底座，回转轴424与固定架配合方式为过盈配合，无相对运动，回转轴424的两端伸出后与底座间隙配合，形成两个独立同轴的回转运动副。

其中，所述安全钉425与回转轴424的轴线互为垂直，通过刷杆外壳41上的横向孔与固定架423侧面的孔横向插锁，将旋转刷头组件安全锁固在刷杆外壳上，由此，这种安全钉的横向装置的原因是为了防止主体垂直跌落，造成安全钉受到冲击，造成安全钉孔出现破裂，松脱，凹陷…等不安全破坏，引发刷头组件脱落的风险。

如图23A和图23B所示，图23A为本发明中摆震电机的输出轴为静止状态的示意图，图23B展示了输出轴左右摆转时的示意图，该输出轴绕原点O摆转，P1和P2分别为两端的可摆转的极限位置，A为可摆动的最大角度，B表示耦合点在摆动下形成的弧形运动轨迹，由此，所述摆轴53后端的动力耦合点(输出轴)的运动轨迹为弧形圆，该弧形圆与回转中心重合。

其中，如图24A和图24B所示，图24A为输出轴为静止状态的示意图，图24B展示了输出轴左右摆动时的示意图，图中的输出轴是平行运动的，非弧线摆转，是本发明提及的摆震电机的另一示例。无论电机轴摆或平行摆动，均可满足本发明提及的牙刷头驱动动力源要求。P1和P2为平行摆动的极限位置D是摆动的行程。

由此可见，本发明的旋转刷杆的主要工作机理为：

1.电动牙刷的主机通过输出轴提供往复摆动力矩。摆杆末端喇叭状的套管与内嵌连接套管49、弹性耦合体45构成联轴器，主机的输出轴与弹性材料制成的连接套管49、弹性耦合体45的内孔实现动力耦合，带动摆杆往复摆动。

1.1弹性耦合体45中部设计为内凹环凸圈451，整个主轴伸入内凹环凸圈451与其进行线接触，实现摆动过程无干涉，保障动力有效耦合。

1.2连接套管49、弹性耦合体45亦可用刚性塑料或其他材料制作，本发明实施列选用弹性材料，可以有效吸收主机输出轴摆动换向是对摆杆的冲击力产生的噪音。

1.3连接套管49、弹性耦合体45的硬度需适中，过低会影响摆杆动力耦合效果。牺牲刷头座最终的输出扭矩表现。

2.摆杆中部与内支架顶部的弹性支点构成杠杆支点，当联轴器摆动，摆杆另一端的驱动头反方向摆动，驱动头与刷头座互扼配合，最终驱动动刷头绕中心回转轴摆动。

2.1构成支点的弹性支点内设置为环形凸面的凹环圈441，凹环圈441的凸面最小直径略大于或等于摆杆的外直径，目的可让摆杆能在孔内实现轴向的滑动。凹环圈441可以有效避免摆杆摆动时发生于轴套干涉，损失动力。

2.2弹性支点的材料亦可选用刚性塑料，本发明实施例特选用弹性橡胶体制作，目的是利用弹性体有效缓冲吸收摆动时，因间隙产生构件碰撞产生的噪音异音。弹性支点的硬度要适中不可过低，否则会因为在重负载时弹性体过度形变，造成支点位置发生明显变化或位移损失摆杆摆动行程，摆杆末端动力不足。本发明实施例优选80～90度的丁晴橡胶制作弹性支点。

3.在其中一个实施例中，凸头被刷头座的凹槽包裹，当凸台摆动，凹槽被推行产生位移，因刷头座有一回转轴424构成转动副，凹槽的位移最终表现为刷头的反复回转带动刷头上刷毛回转摆动。

3.1理论上凸台与凹槽配合理想状态应为在整个往复摆动过程无间隙吻合，凸头表面与刷头座的凹槽配合摩擦为滚动摩擦非滑动摩擦，此时因动力耦合造成的材料磨损最小，耦合动力损耗最小。本发明实施例优选传统的渐开线齿形来实现凸台与凹槽的吻合形状包络。其中，凸头的为分度圆圆心即为摆杆的支点，亦既为刷杆内支架顶部的弹性体的环形凸头处。刷头座中心轴为刷头座凹槽的分度圆圆心。凸头分度圆与刷头座分度圆比值决定了动力耦合的力矩变换比例，最终影响刷头座的摆角和输出扭矩。理论上摆杆支点到凸台吻合点距离与刷头座摆角成正比，与刷头座输出扭矩成反比。

3.2凸台与刷头座凹槽的配合采渐开线包络，理想状态下整个往复运动吻合过程为无间隙配合。因此理论上可完全消除因凸台和刷头凹槽外形配合间隙引致的运行噪音。

3.3本发明凸台和凹槽的可选择单齿或多齿配合，本发明实施例，基于耐磨性和适用的刷头座摆角范围考虑，优选单凸台和刷头座单凹槽结构。可最大限化齿形模数，提高凸台的实际强度和耐磨性。

3.4本发明实施例，为了提升凸台和刷头座配合耐磨性，尽可能提升凸台的齿厚，减少表面积的相互作用压强。在设计上预留厚齿的工作空间。

4.本发明提及的摆杆，在实施例中优选刚性较好的不锈钢棒材，在实施验证过程中发现，如摆杆刚性不足，在高频摆动力作用下，因摆杆挠性谐振形变会部分抵消了摆角，最终表现为刷头的摆角和输出扭矩变小，损耗了应有的性能。

5.本发明实施例的安全钉装置方向与刷杆的轴向垂直，非传统的同轴方向，从而可有效避免头部朝地面跌落冲击时，有可能会出现安全钉直接受到冲击力引致安全钉位置朝刷头座主轴方向溃缩，造成刷头座崩裂或安全钉孔开裂，引发刷头座使用过程中会出现脱落的安全风险。安全钉与刷干轴垂直装置后，可有效避免以上问题，提升刷头座各种工况的使用安全系数。

参见图25至图28，显示了本发明的摆震刷杆，其中图25显示了本发明的摆震刷杆的整体外部示意图，图26显示了本发明中摆震刷杆的内部结构示意图，图27显示了本发明中摆震刷杆的分解示意图，图28显示了本发明中摆震刷杆的间隙示意图。

本发明中摆震刷杆包含刷杆壳体51、内部支架56、摆震刷头组件52和摆震动力传递组件，所述刷杆壳体51的后端可拆卸的连接至电动牙刷，更具体的连接至电动牙刷的本体壳体的前端，所述刷杆壳体51的形成为喇叭中空状，其后部内容置有同样为喇叭中空状的内部支架56，从而形成内置摆震动力传递组件的内空间，所述摆震刷头组件52设置于刷杆壳体51的前端，所述摆震动力传递组件的后端连接至电动牙刷的摆震电机20的输出轴245，前端连接至摆震刷头组件52，从而将摆震电机20的输出动力传递至摆震刷头组件52。

其中，所述摆震刷头组件52包含刷杆头521、旋转轴522、毛束座523和摆震刷毛524，所述刷杆头521的后端伸入刷杆壳体51的前端且通过旋转轴522旋转固定至内部支架56，所述刷杆头521的前端固定有毛束座523，所述毛束座523植有清洁用的多根摆震刷毛524。

其中，所述刷杆头521设有供旋转轴522旋转贯穿的轴孔，所述旋转轴522的两端伸入内部支架56，从而形成刷杆头的摆动支点。

所述摆震动力传递组件包含摆轴53和联轴器组件，所述摆轴53的前端嵌入所述刷杆头521后端的凹孔内，后端连接至联轴器组件，其作为输出动力耦合点，动力以摆动方式驱动耦合点摆动，所述联轴器组件包含耦合块54和连接管55，所述摆轴53伸入连接管55的前端，所述连接管55的后端通过耦合块54连接于电动牙刷的摆震电机20的输出轴245。

其中，所述耦合块54为弹性材料制成作为被动端，所述连接管55为刚性材料制成，作为主动端。

而摆震电机的运动如图23A、图23B、图24A和图24B所示，其摆动的过程与之前一致。

显而易见，该方式电机输出与牙刷轴的耦合点运动轨迹相适配，且这种往复变换的平行线与本牙刷主体轴心轴线互为垂直。

其中，所述刷杆头521后端的凹孔与摆轴53向互为垂直。

当输出轴产生摆动，通过联轴器组件耦合动力，刷杆头521以刷杆内支架顶部的旋转轴为支点发生摆转，摆轴的摆转联动刷杆头摆动实现刷牙过程。

其中，所述输出轴的摆动轨迹可为弧形，亦可为与主体轴线互为垂直的轴线，这两种摆动方式均可以有效驱动刷杆的摆轴。

其中，所述联轴器组件优选地采用弹性耦合结构，该联轴器组件由喇叭状的连接管55及连接管55内的耦合块54构成，耦合块54为具有通孔的弹性体，摆震电机的输出轴被套嵌在弹性体内，这种特别的结构设计解决了两个问题：

1.弹性体的通孔与摆震电机输出轴配合，如孔与轴均为钢性耦合，在高频摆动作用下，势必会出现磨损。磨损后的孔与轴配合，往返高频往复冲击会产生剧烈噪音。采用弹性耦合设计后，磨损后产生的往复冲击被弹性体本身吸收化为热能散发，有效地解决了磨损后噪音问题。

2.动力偶合点弹性设计，因弹性体本身材料特性，可容许轴与孔和理的过盈配合。当在摆转通过程中如出现配合的运动干涉，弹性体可依赖自身可形变特性缓解运动干涉造成的影响。合理的轴与孔的过盈设计可有效地提升了刷杆使用寿命。

由此，其中，摆震刷头组件可以依据实际使用需求可设计为椭圆，圆，矩形，三角形…等形状。

其中，所述刷杆壳体51将运动的刷杆头和摆轴包裹，有效地降低了刷杆头直接接触人体口腔，高速摩擦撞击给使用者造成不适感，并有效地减少因刷杆头直接接触人体引致的动力损失，提升了摆震输出效率。

其中，所述旋转轴522的轴线方向垂直于输出轴的摆动方向。

其中，所述连接管55为一喇叭状套管。

其中，所述耦合块54为中空套管，其中部设有内凹的内凹环凸圈。

其中，还可设有补偿垫57，以补偿摆动的动作。

其中，所述刷杆壳体51的前端延伸出一容置刷杆头的刷头防护帽，所述刷头防护帽和运动的刷杆头521保持一个间距G(如图28所示)，该间距G确保摆动的刷头与刷杆壳体前段的帽沿不发生摩擦，且保证所有高速运动件均在壳体内工作，解决了常规摆震刷头在使用过程中口腔内壁直接接触高频摆动的刷头引发的不适感。

优选的是，所述刷头防护帽为一半包容刷头的帽状舌缘，能更好的包容刷杆头和提供其运动的空间。

图29A、图29B和图29C显示了本发明中有防护装置的摆震电动牙刷杆的动作示意图，当输出轴产生摆动，通过联轴器组件耦合动力，刷杆头521以刷杆内支架顶部的旋转轴为支点发生摆转，摆轴的摆转联动刷杆头摆动实现刷牙过程。

由此可见，常规高频摆动设计的牙刷头，在用户使用过程中，高频摆动的刷头背部直接与用户口腔内壁发生摩擦，撞击方式的接触，会引致用使用不适感。本发明公开的摆震刷杆，在壳体前段设置了包围刷头背部的帽沿，该帽沿的尺寸以不影响刷头极限摆动行程为准。因该帽沿的存在，用户使用过程中可有效避免了口腔内壁与高频摆动刷头的直接接触，解决用刷头背部对用户过度刺激的问题。该帽沿的存在，也有效减少口腔内壁对运动刷头的按压，让摆动幅度更稳定，有效减少动力的损失。

综上可知，本发明的技术内容范围了两者的优势，实现了以高频往复旋转刷头为技术特征，克服了高频旋转牙刷常见的噪音大，寿命短…等缺陷，且旋转或摆动频率较常规极限指标133Hz有效地提升至350Hz。

本发明的提出，采用柔性补偿技术手段，解决了高频工作下刷杆的噪音和寿命问题。

本发明的电动牙刷有效兼顾了两种模式，既可适配高频回转的刷头，也可以适配高频摆震刷，并实现了140-350Hz高频震动为技术特征的动力驱动，满足用户多样化高效清洁需求。且摆动，旋转扭矩工况，均具备低噪音，结构简单特点，有良好经济性。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (10)

1.一种高频动力多模式电动牙刷，包括本体壳体、摆震电机、旋转刷杆和摆震刷杆，所述本体壳体为中空状以形成内置空间，所述本体壳体内容置有控制电路板且侧壁上设有多个连接至控制电路板的功能按钮，其特征在于：

所述本体壳体的内置空间设有摆震电机，所述摆震电机的输出轴从本体壳体的前端伸出以提供动力输出，所述摆震电机包含马达支架、电磁线圈、振动臂组件、前盖以及磁体，所述马达支架的前端设有前盖，后端设有磁体，所述磁体的后侧还设有减震块，所述马达支架内形成内空腔体以容置振动臂组件，该内空腔体的后部外缘包覆有电磁线圈；

所述振动臂组件包含摆臂、转轴、轴承以及连接架，所述摆臂后部位于内空腔体后部的电磁线圈中，所述摆臂的前部形成圆盘部且该圆盘部设有供转轴贯穿的轴孔，所述转轴的两端通过轴承可旋转的支撑于马达支架，所述连接架的后端包覆于摆臂的前部且形成容置摆臂的圆盘部的圆筒结构，所述连接架的前端连接至输出轴的后端以将振动臂组件产生的振动传递给输出轴进行输出。

2.如权利要求1所述的高频动力多模式电动牙刷，其特征在于：所述摆臂、转轴、输出轴采用塑胶二次注塑形成连接架的方式包嵌一体构成振动臂组件，所述摆臂为一字形铁质摆臂且所述转轴的回转轴线与摆臂的摆动方向互为垂直。

3.如权利要求1所述的高频动力多模式电动牙刷，其特征在于：所述转轴的两端设有与轴承配合的轴肩，所述输出轴的后端设有至少一个凹环，从而二次注塑后输出轴与连接架稳固的一体成型。

4.如权利要求1所述的高频动力多模式电动牙刷，其特征在于：所述摆臂采用高频低涡流损耗的硅钢片堆叠而成。

5.如权利要求1所述的高频动力多模式电动牙刷，其特征在于：所述旋转刷杆包含刷杆外壳、内支架、旋转刷头组件和动力传递组件，所述内支架设置于刷杆外壳内以形成内置动力传递组件的内空间，所述旋转刷头组件设置于刷杆外壳的前端，所述旋转动力传递组件的后端连接至摆震电机的输出轴，前端连接至旋转刷头组件，从而将摆震电机的输出动力传递至旋转刷头组件。

6.如权利要求5所述的高频动力多模式电动牙刷，其特征在于：所述旋转刷头组件包含刷头座、旋转刷毛，所述刷头座可旋转的设置于刷杆外壳的前端内，其一端植有清洁用的多根旋转刷毛，另一端设有连接至旋转动力传递组件的底座。

7.如权利要求6所述的高频动力多模式电动牙刷，其特征在于：所述旋转动力传递组件包含摆杆、弹性支点、弹性耦合体、驱动头、补偿弹簧以及连接套管，所述摆杆的前端设有伸入所述刷头座的底座内的驱动头，所述刷头座的底座形成与驱动头形状配合的被动件，所述摆杆在驱动头和弹性支点之间套设有补偿弹簧，所述摆杆的后端伸入连接套管的前端，所述连接套管的后端通过弹性耦合体连接于输出轴。

8.如权利要求1所述的高频动力多模式电动牙刷，其特征在于：所述摆震刷杆包含刷杆壳体、内部支架、摆震刷头组件和摆震动力传递组件，所述内部支架设置于刷杆壳体内以形成内置摆震动力传递组件的内空间，所述摆震刷头组件设置于刷杆壳体的前端，所述摆震动力传递组件的后端连接至摆震电机的输出轴，前端连接至摆震刷头组件，从而将摆震电机的输出动力传递至摆震刷头组件。

9.如权利要求8所述的高频动力多模式电动牙刷，其特征在于：所述摆震刷头组件包含刷杆头、旋转轴、毛束座和摆震刷毛，所述刷杆头的后端伸入刷杆壳体的前端且通过旋转轴旋转固定至内部支架，所述刷杆头的前端固定有毛束座，所述毛束座植有清洁用的多根摆震刷毛。

10.如权利要求8所述的高频动力多模式电动牙刷，其特征在于：所述摆震动力传递组件包含摆轴、耦合块和连接管，所述摆轴的前端嵌入所述刷杆头后端的凹孔内，后端伸入连接管的前端，所述连接管的后端通过耦合块连接于输出轴。