用于個人的電動清潔護理器具的可調電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于個人的電動清潔護理器具的可調電路，更具體地說，涉及一 種用于個人的電動清潔護理器具的電效率和振幅可調的電路。
【背景技術】
[0002] 在用于個人的電動清潔護理器具（以下簡稱為清潔護理器具）中，常采用諧振驅 動系統來驅動清潔護理器具作旋轉運動。如本申請人的另一專利申請PCT/CN2015/071696 所述，清潔護理器具包括具有手柄外殼的手柄，手柄外殼內部裝有用以向清潔護理器具的 各個部分提供電力的電源部分、用以控制清潔護理器具的各種工作模式以及所述清潔護理 器具的開啟或關閉的控制部分、用以啟動或關閉所述清潔護理器具運轉的觸發部分和將輸 入電能轉換為機械能輸出的驅動器。所述驅動器包括換能器、驅動線圈、設置在所述驅動線 圈中的驅動線圈鐵芯。
[0003] 圖1為現有驅動器的示意圖。如圖1所示，當驅動線圈通以交變電流i時，分布在 換能器上的永磁體受到電磁力的反作用力而驅動換能器以交變電流的頻率進行往復旋轉 運動，從而帶動裝配到換能器的驅動軸上的清潔元件載體和清潔元件作往復旋轉運動，以 達到清潔效果。上述結構中，換能器、清潔元件載體和清潔元件具有固有頻率fs，驅動線圈 中的電流具有驅動頻率fD，f 0和fD非常接近，通常若滿足0. 85f。< f固< I. 05f。的條件，則 驅動線圈和換能器之間的電磁力能使換能器、清潔元件載體和清潔元件處于諧振狀態，從 而能獲得較高的機械效率。
[0004] 在申請公布號為CN 103140190 A的發明專利申請中披露了一種用于電動牙刷的 利用磁性作用的諧振致動器系統，其包括設于線圈繞組附近的感應繞組，永磁體組件的運 動產生磁通量，該磁通量根據感應線圈相對于永磁體的位置在感應繞組中感應出電壓。該 致動器系統還包括控制組件，控制組件用于處理來自感應繞組的電壓信號以解析出僅由于 來自永磁體組件的磁通量而產生的電壓，并用于將所述電壓與標準值進行比較，再利用比 較值對所述驅動信號的頻率或占空比進行改變，以使主軸行程具有所希望的大小和/或角 度。但這兩份公開文件均未涉及電路的具體結構、控制方式和如何提高電路效率等問題。
[0005] 在現有的個人使用的電動清潔護理器具中，電能通過驅動線圈轉換為機械能。為 提高清潔效果，通常，要求清潔元件具備不同運動幅度的旋轉運動，以符合用戶的不同需 求。在一種現有技術中，通過調整驅動線圈的電流頻率使驅動線圈和換能器之間的電磁力 頻率遠離換能器、清潔元件載體和清潔元件的固有頻率，從而降低清潔元件的旋轉運動幅 度。但這種方法增大了驅動線圈的電流，使清潔護理器具整體功耗增大且輸出的機械功率 低下。在另一種現有技術中，通過控制電流流過驅動線圈的時間來減小流過驅動線圈的平 均電流，例如采用PWM(脈寬調制）模式頻繁通斷驅動線圈中的電流，較小的驅動線圈平均 電流可以減小清潔元件的運動幅度，雖然這種方法可以在降低整體功耗的情況下獲得較小 的清潔元件運動幅度，但是頻繁通斷驅動線圈中電流可能產生電磁干擾，導致污染環境。當 然可以通過其他手段屏蔽此電磁干擾，但卻使成本增加。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的為提供一種用于個人的電動清潔護理器具的電路效率可調的高效 率電路，從而不增加清潔護理器具的體積和制造成本。本發明的另一目的為優化驅動線圈 電流和驅動線圈端電壓的電相角，以調節驅動線圈的電效率和調節清潔元件的運動幅度。
[0007] 已知一種用于個人的電動清潔護理器具包括向清潔護理用具的各部分提供電力 的電源部分、控制清潔護理器具的各種工作模式的控制部分、用以啟動或關閉清潔護理器 具的運轉的觸發部分和將輸入電能轉換為機械能輸出的驅動器，電源部分包括由晶體管 組成的H橋驅動電路，驅動器包括換能器、驅動線圈、設置在驅動線圈中的驅動線圈鐵芯， 換能器上設有彈性件和永磁體，換能器的驅動軸上安裝有清潔元件載體和清潔元件。根 據本發明，所提供的用于個人的電動清潔護理器具的可調電路包括微芯片處理器IC和所 述H橋驅動電路，設定H橋驅動電路產生的驅動頻率為f。，當驅動線圈通以交變電流i時， 驅動線圈電流中包含頻率為f。的正弦波電流部分，清潔元件、清潔元件載體和換能器在驅 動線圈產生的設定頻率為&的電磁力的作用下以諧振形式往復旋轉運動，清潔元件、清潔 元件載體和換能器具有固有頻率fs，使fs滿足：〇. 85fQ< f θ < I. 05f。，其中，在H橋電 路的負載端接入電容器組以及和所述電容器組串聯的驅動線圈，通過可編程微芯片處理器 IC的接口 I/O控制該電容器組中至少一部分電容器與驅動線圈串聯或與驅動線圈斷開， 從而可控制被接入的電容器的電容量，使流過驅動線圈的電流可控制地限定在從近似零到
的之間的某一值，從而可控制清潔元件的運動幅值的大小，式中，U。為電源輸 出電壓，&為驅動線圈的直流電阻，Z為永磁體的垂直于磁力線方向的速度分量的幅值相對 于驅動線圈電流幅值的變化率（可以通過實驗獲得），N為驅動線圈被磁力線切割的匝數， B為驅動線圈導體處的磁場密度，1為磁力線切割線圈導體的有效長度。
[0008] 此外，在電動清潔護理器具運轉的某一細分時間段內所述驅動線圈電流具有唯一 的恒定頻率。
[0009] 優選該清潔護理器具的可調電路的電容器組包括一個電容器，該電容器和驅動線 圈串聯地接入H橋電路的負載節點之間。可使該電容器滿足等式：，式中L為 驅動線圈對應的理想的無內阻的電感，ω為電角速度。
[0010] 可以選取所述電容器組的等效電容值，使得驅動線圈和該電容器組的回路電阻呈 純電阻性。
[0011] 所述電容器組還可包括多個電容器，它們分別與相應晶體管串聯組成支路，這些 支路彼此并聯并和驅動線圈串聯，其中，在驅動線圈的電流正半周或電流負半周或整個電 流周期，至少一條支路中的晶體管和驅動線圈始終保持同步導通或截止。
[0012] 所述電容器組也可包括至少兩個相互并聯的電容器。
[0013] 優選所述電容器組包括至少兩個電容器，即，第一電容器和第二電容器，它們串聯 組成串式電容器組。更優選的是，所述電容器組由兩個以上的串式電容器組組成。
[0014] 優選在電動清潔護理器具運轉的某一細分時間段內所述驅動線圈電流具有唯一 的恒定頻率。
[0015] 由于在H橋電路負載端接入可實時控制電容量的電容器組以及和所述電容器組 串聯的驅動線圈，通過控制接入的電容器組的等效電容量來控制電路的功率因數COS爐， 可以控制驅動線圈中電流的大小，從而控制清潔元件轉動幅度的大小，進而以較低的功耗 獲得較小的清潔元件運動幅度，且不會產生附加電磁干擾。尤其在電動清潔護理器具運轉 的某一細分時間段內驅動線圈電流具有唯一的恒定頻率時，驅動線圈的電功率效率可以最 尚。
【附圖說明】
[0016] 圖1為現有驅動器的不意圖；
[0017] 圖2為現有的控制電路圖；
[0018] 圖3為圖2所示電路IC中1/022, 1/023的電壓時序圖；
[0019] 圖4為圖2所示電路IC中1/021，1/024的電壓時序圖；
[0020] 圖5為與圖2所示電路IC中I/O接口輸出對應的驅動線圈兩端的電壓時序圖；
[0021] 圖6為本發明第一實施例的控制電路圖；
[0022] 圖7為本發明第二實施例的控制電路圖；
[0023] 圖8為本發明第三實施例的控制電路圖；
[0024] 圖 9 為 IC 電路 IC 中 1/082, 1/083(圖 8) ;1/0132, 1/0133(圖 13)和 1/0152, 1/ 0153(圖15)的電壓時序圖；
[0025] 圖 10 為 IC 電路中 1/081，1/084(圖 8) ;1/0131，1/0134(圖 13)和 1/0151，1/ 0154(圖15)的電壓時序圖；
[0026] 圖 11 為 IC 電路 IC 中 1/085(圖 8)、1/0135(圖 13)和 1/0155(圖 15)的電壓時 序圖；
[0027] 圖12為IC電路中1/086(圖8)、1/0136(圖13)和1/0156(圖15)的電壓時序 圖；
[0028] 圖13為本發明的第四實施例的控制電路；
[0029] 圖14為本發明的第五實施例的控制電路；
[0030] 圖15為本發明的第六實施例的控制電路。
[0031] 主要附圖標記說明
[0032] 1為驅動器
[0033] 2為驅動線圈
[0034] 3為驅動線圈鐵芯
[0035] 4、5、6、7為換能器中的永磁體
[0036] 8、9為換能器中的彈性件
[0037] 10為換能器中的清潔元件驅動軸
[0038] A為驅動線圈的一個輸入節點
[0039] B。為驅動線圈的另一個輸入節點
[0040] D為H橋電路的負載節點
[0041] E為H橋電路的負載節點
[0042] H。為I/O接口輸出的高電平
[0043] U。為電源輸出電壓
[0044] R···為電阻
[0045] Q. · ·為晶體管
[0046] IC為可編程的微芯片處理器
[0047] I/O...為IC的不同輸入/輸出接口
[0048] C為電容器
[0049] Rl為驅動線圈的直流電阻
[0050] L為驅動線圈對應的理想的無內阻的電感
[0051] ω為電角速度
[0052] t為時間
[0053] f。為驅動頻率
[0054] i為通過驅動線圈的電流
[0055] I為通過驅動線圈的電流幅值
[0056] 1為磁力線切割線圈導體的有效長度
[0057] N為驅動線圈被磁力線切割的匝