摘 要：1954年，瑞士医生Philippe-Guy Woog发明了电动牙刷，60多年过去了，电动牙刷居然与这位前辈的极为相似。从原理上分，电动牙刷有两大类：旋转与振动。旋转类的牙刷原理简单，就是电动机驱动圆形刷头旋转，在执行普通刷牙动作的同时加强摩擦效果，旋转类的牙刷力度大，牙面清洗很干净，牙缝清洗相对较弱，但对牙齿磨损大，不建议长期使用。振动类型的牙刷更复杂，从价格上来看也更高端。振动类型的牙刷内部有一个电驱动的振动电机，能让刷头产生垂直于刷柄方向的高频摆动，但摆动的幅度很小，一般为上下各5毫米左右，行业最大的摆幅是6毫米。刷牙的时候一方面高频摆动的刷头能高效完成洗刷牙齿的动作，另一方面超过30000次每分钟的振动也让口腔里的牙膏和水的混合物产生大量微小的气泡，气泡爆裂时产生的压力可以深入牙缝清洁污垢。本文主要讨论对振动型电动牙刷的改进设计。
关键词：电动牙刷 设计 振动
- 微型电动机驱动产生振动
微型电动机是电动牙刷的核心装置，微型电机（small and special electrical machine），是体积、容量较小，输出功率一般在数百瓦以下的电机和用途、性能及环境条件要求特殊的电机[1]。常用于控制系统中，实现机电信号或能量的检测、解算、放大、执行或转换等功能，或用于传动机械负载，也可作为设备的交、直流电源。微型电机门类繁多，大体可分为直流电动机、交流电动机、自态角电机、步进电动机、旋转变压器、轴角编码器、交直流两用电动机、测速发电机、感应同步器、直线电机、压电电动机、电机机组、其他特种电机等13大类。电动牙刷主要采用直流振动型微型电机[2]。
振动电机有两种基本类型。偏心旋转质量振动电机 （ERM）在直流电机上使用小不平衡质量，当它旋转时，它会产生一种力，转化为振动[3]。线性共振执行器 （LRA）包含连接到弹簧的少量内部质量，在驱动时会产生力。自20世纪60年代以来，小型振动电机一直存在[4]。最初，它们是为按摩产品开发的，但在20世纪90年代，当消费者需要用手机振动呼叫时，它们的发展出现了新的转折。如今，微型振动电机用于各种产品，如扫描仪、医疗器械、GPS 跟踪器和按摩棒。经笔者对比多款现有电动牙刷，发现偏心旋转质量振动电机 （ERM）结构更为简单，振动传导更为直接。所以包围式电动牙刷的设计将从这个方向入手[5]。
- 包围式结构
近年来，电动牙刷在国内外已经掀起了一场口腔保健领域的革命。根据淘宝天猫数据，2017 年上半年国内电动牙刷销售额销售量 326万只，同比增长 51．43%，销售额 6．74 亿元，同比增长 86．84%，电商渠道数据表明电动牙刷市场正在加速走向高速成长期。随着电动牙刷被越来越多的居民接受，人们对其功能、智能化、便捷化以及环保性等方面提出了更高的需求。
目前电动牙刷的用户仍在培育阶段，相当一部分群体对电动牙刷功效持观望或怀疑态度。通过在线问卷调查及各淘宝、京东等电商平台产品评价中获取用户反馈，用户对产品的主要诉求还是在实用性与可靠性方面。通过对用户反馈的统计，将现有电动牙刷不足归纳如下: (1) 无论是机械式电动牙刷还是超声式牙刷依然存在振齿感与噪声问题，特别是在初次使用时，振齿感与噪声较为难以控制，这也是在大多数用户试用电动牙刷后放弃使用的最大原因。(2) 刷牙过程中常有牙膏沫飞溅出来，特别是在刷牙换边或档位切换过程中。(3) 刷牙指导不足，没有口腔牙齿直观图、数据分析、漏刷提醒等功能。(4)相对于传统牙刷来说电动牙刷较为笨重，在造型与握持感方面也有所欠缺。(5) 对于患有牙周炎、牙龈出血等口腔疾病的用户电动牙刷可能对口腔软组织造成伤害，没有针对特殊群体的专用电动牙刷。
当前易于实现的设计。配套消毒组件设计，电动牙刷在不使用时一般直接暴露于空气中或放置于与其相适配的刷槽中容易滋生大量细菌，不利于口腔健康。设计具有消毒杀菌功能的电动牙刷更能满足用户包含口腔的需求。高温杀菌、紫外线灭菌等技术应用较为成熟，集成与电动牙刷或充电座、收纳盒等配套产品中易于实现。
目前电动牙刷设计趋势。在电动牙刷的各技术发展趋势中智能数据交互技术为未来重点研发方向，类型于智能手环等智能穿戴产品的“智能硬件 移动端 APP 云平台”模式为电动牙刷今后发展的基本形态。通过传感器探测牙齿位置、刷牙力度等形成个人口腔牙齿直观图，进行实时刷牙指导; 通过智能硬件检测牙菌斑、口腔 ph 值等健康数据反馈到移动终端，经云平台记录并建立个人口腔档案，并根据数据分析引导用户科学健康刷牙。
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