用于个人的电动清洁护理器具的可调电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于个人的电动清洁护理器具的可调电路，更具体地说，涉及一 种用于个人的电动清洁护理器具的电效率和振幅可调的电路。
【背景技术】
[0002] 在用于个人的电动清洁护理器具（以下简称为清洁护理器具）中，常采用谐振驱 动系统来驱动清洁护理器具作旋转运动。如本申请人的另一专利申请PCT/CN2015/071696 所述，清洁护理器具包括具有手柄外壳的手柄，手柄外壳内部装有用以向清洁护理器具的 各个部分提供电力的电源部分、用以控制清洁护理器具的各种工作模式以及所述清洁护理 器具的开启或关闭的控制部分、用以启动或关闭所述清洁护理器具运转的触发部分和将输 入电能转换为机械能输出的驱动器。所述驱动器包括换能器、驱动线圈、设置在所述驱动线 圈中的驱动线圈铁芯。
[0003] 图1为现有驱动器的示意图。如图1所示，当驱动线圈通以交变电流i时，分布在 换能器上的永磁体受到电磁力的反作用力而驱动换能器以交变电流的频率进行往复旋转 运动，从而带动装配到换能器的驱动轴上的清洁元件载体和清洁元件作往复旋转运动，以 达到清洁效果。上述结构中，换能器、清洁元件载体和清洁元件具有固有频率fs，驱动线圈 中的电流具有驱动频率fD，f 0和fD非常接近，通常若满足0. 85f。< f固< I. 05f。的条件，则 驱动线圈和换能器之间的电磁力能使换能器、清洁元件载体和清洁元件处于谐振状态，从 而能获得较高的机械效率。
[0004] 在申请公布号为CN 103140190 A的发明专利申请中披露了一种用于电动牙刷的 利用磁性作用的谐振致动器系统，其包括设于线圈绕组附近的感应绕组，永磁体组件的运 动产生磁通量，该磁通量根据感应线圈相对于永磁体的位置在感应绕组中感应出电压。该 致动器系统还包括控制组件，控制组件用于处理来自感应绕组的电压信号以解析出仅由于 来自永磁体组件的磁通量而产生的电压，并用于将所述电压与标准值进行比较，再利用比 较值对所述驱动信号的频率或占空比进行改变，以使主轴行程具有所希望的大小和/或角 度。但这两份公开文件均未涉及电路的具体结构、控制方式和如何提高电路效率等问题。
[0005] 在现有的个人使用的电动清洁护理器具中，电能通过驱动线圈转换为机械能。为 提高清洁效果，通常，要求清洁元件具备不同运动幅度的旋转运动，以符合用户的不同需 求。在一种现有技术中，通过调整驱动线圈的电流频率使驱动线圈和换能器之间的电磁力 频率远离换能器、清洁元件载体和清洁元件的固有频率，从而降低清洁元件的旋转运动幅 度。但这种方法增大了驱动线圈的电流，使清洁护理器具整体功耗增大且输出的机械功率 低下。在另一种现有技术中，通过控制电流流过驱动线圈的时间来减小流过驱动线圈的平 均电流，例如采用PWM(脉宽调制）模式频繁通断驱动线圈中的电流，较小的驱动线圈平均 电流可以减小清洁元件的运动幅度，虽然这种方法可以在降低整体功耗的情况下获得较小 的清洁元件运动幅度，但是频繁通断驱动线圈中电流可能产生电磁干扰，导致污染环境。当 然可以通过其他手段屏蔽此电磁干扰，但却使成本增加。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的为提供一种用于个人的电动清洁护理器具的电路效率可调的高效 率电路，从而不增加清洁护理器具的体积和制造成本。本发明的另一目的为优化驱动线圈 电流和驱动线圈端电压的电相角，以调节驱动线圈的电效率和调节清洁元件的运动幅度。
[0007] 已知一种用于个人的电动清洁护理器具包括向清洁护理用具的各部分提供电力 的电源部分、控制清洁护理器具的各种工作模式的控制部分、用以启动或关闭清洁护理器 具的运转的触发部分和将输入电能转换为机械能输出的驱动器，电源部分包括由晶体管 组成的H桥驱动电路，驱动器包括换能器、驱动线圈、设置在驱动线圈中的驱动线圈铁芯， 换能器上设有弹性件和永磁体，换能器的驱动轴上安装有清洁元件载体和清洁元件。根 据本发明，所提供的用于个人的电动清洁护理器具的可调电路包括微芯片处理器IC和所 述H桥驱动电路，设定H桥驱动电路产生的驱动频率为f。，当驱动线圈通以交变电流i时， 驱动线圈电流中包含频率为f。的正弦波电流部分，清洁元件、清洁元件载体和换能器在驱 动线圈产生的设定频率为&的电磁力的作用下以谐振形式往复旋转运动，清洁元件、清洁 元件载体和换能器具有固有频率fs，使fs满足：〇. 85fQ< f θ < I. 05f。，其中，在H桥电 路的负载端接入电容器组以及和所述电容器组串联的驱动线圈，通过可编程微芯片处理器 IC的接口 I/O控制该电容器组中至少一部分电容器与驱动线圈串联或与驱动线圈断开， 从而可控制被接入的电容器的电容量，使流过驱动线圈的电流可控制地限定在从近似零到
的之间的某一值，从而可控制清洁元件的运动幅值的大小，式中，U。为电源输 出电压，&为驱动线圈的直流电阻，Z为永磁体的垂直于磁力线方向的速度分量的幅值相对 于驱动线圈电流幅值的变化率（可以通过实验获得），N为驱动线圈被磁力线切割的匝数， B为驱动线圈导体处的磁场密度，1为磁力线切割线圈导体的有效长度。
[0008] 此外，在电动清洁护理器具运转的某一细分时间段内所述驱动线圈电流具有唯一 的恒定频率。
[0009] 优选该清洁护理器具的可调电路的电容器组包括一个电容器，该电容器和驱动线 圈串联地接入H桥电路的负载节点之间。可使该电容器满足等式：，式中L为 驱动线圈对应的理想的无内阻的电感，ω为电角速度。
[0010] 可以选取所述电容器组的等效电容值，使得驱动线圈和该电容器组的回路电阻呈 纯电阻性。
[0011] 所述电容器组还可包括多个电容器，它们分别与相应晶体管串联组成支路，这些 支路彼此并联并和驱动线圈串联，其中，在驱动线圈的电流正半周或电流负半周或整个电 流周期，至少一条支路中的晶体管和驱动线圈始终保持同步导通或截止。
[0012] 所述电容器组也可包括至少两个相互并联的电容器。
[0013] 优选所述电容器组包括至少两个电容器，即，第一电容器和第二电容器，它们串联 组成串式电容器组。更优选的是，所述电容器组由两个以上的串式电容器组组成。
[0014] 优选在电动清洁护理器具运转的某一细分时间段内所述驱动线圈电流具有唯一 的恒定频率。
[0015] 由于在H桥电路负载端接入可实时控制电容量的电容器组以及和所述电容器组 串联的驱动线圈，通过控制接入的电容器组的等效电容量来控制电路的功率因数COS炉， 可以控制驱动线圈中电流的大小，从而控制清洁元件转动幅度的大小，进而以较低的功耗 获得较小的清洁元件运动幅度，且不会产生附加电磁干扰。尤其在电动清洁护理器具运转 的某一细分时间段内驱动线圈电流具有唯一的恒定频率时，驱动线圈的电功率效率可以最 尚。
【附图说明】
[0016] 图1为现有驱动器的不意图；
[0017] 图2为现有的控制电路图；
[0018] 图3为图2所示电路IC中1/022, 1/023的电压时序图；
[0019] 图4为图2所示电路IC中1/021，1/024的电压时序图；
[0020] 图5为与图2所示电路IC中I/O接口输出对应的驱动线圈两端的电压时序图；
[0021] 图6为本发明第一实施例的控制电路图；
[0022] 图7为本发明第二实施例的控制电路图；
[0023] 图8为本发明第三实施例的控制电路图；
[0024] 图 9 为 IC 电路 IC 中 1/082, 1/083(图 8) ;1/0132, 1/0133(图 13)和 1/0152, 1/ 0153(图15)的电压时序图；
[0025] 图 10 为 IC 电路中 1/081，1/084(图 8) ;1/0131，1/0134(图 13)和 1/0151，1/ 0154(图15)的电压时序图；
[0026] 图 11 为 IC 电路 IC 中 1/085(图 8)、1/0135(图 13)和 1/0155(图 15)的电压时 序图；
[0027] 图12为IC电路中1/086(图8)、1/0136(图13)和1/0156(图15)的电压时序 图；
[0028] 图13为本发明的第四实施例的控制电路；
[0029] 图14为本发明的第五实施例的控制电路；
[0030] 图15为本发明的第六实施例的控制电路。
[0031] 主要附图标记说明
[0032] 1为驱动器
[0033] 2为驱动线圈
[0034] 3为驱动线圈铁芯
[0035] 4、5、6、7为换能器中的永磁体
[0036] 8、9为换能器中的弹性件
[0037] 10为换能器中的清洁元件驱动轴
[0038] A为驱动线圈的一个输入节点
[0039] B。为驱动线圈的另一个输入节点
[0040] D为H桥电路的负载节点
[0041] E为H桥电路的负载节点
[0042] H。为I/O接口输出的高电平
[0043] U。为电源输出电压
[0044] R···为电阻
[0045] Q. · ·为晶体管
[0046] IC为可编程的微芯片处理器
[0047] I/O...为IC的不同输入/输出接口
[0048] C为电容器
[0049] Rl为驱动线圈的直流电阻
[0050] L为驱动线圈对应的理想的无内阻的电感
[0051] ω为电角速度
[0052] t为时间
[0053] f。为驱动频率
[0054] i为通过驱动线圈的电流
[0055] I为通过驱动线圈的电流幅值
[0056] 1为磁力线切割线圈导体的有效长度
[0057] N为驱动线圈被磁力线切割的匝