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美系(飞利浦为主)电动/声波牙刷原理(杠杆、线性电机、机械限位往复电机)

本文的早期版本是按电动机和传动结构做分类的,好像反响不是很强,所以重整理时还是按品牌做分类。原文是我自己写的帖子:

欧美3D旋转/早期声波牙刷原理

http://post.smzdm.com/p/703117/

中高档电动声波牙刷原理试分析续(伸缩轴&六种往复电机)

http://post.smzdm.com/p/703090/

希望大家有空帮我混点那边的收藏数啊什么的。破千给5元京东代金券,哈哈(算是自己给自己做广告吧)。

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※小型有刷旋转电机+减速齿轮+弹性连杆的扭转式电动牙刷——飞利浦hx-1610

这个是飞利浦刚开始生产电动牙刷时山寨欧乐B的产品,拆机图源自此贴

拆一个飞利浦HX1610电动牙刷刷头

http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=723289

先看刷头,看起来也是类似欧乐B的结构,一个圆形底座,中间是转动轴的圆心孔,旁边有个拉力孔,里面插入另一根轴就可以拉动它摆动了(结构差异就是右边多了一小排毛,号称能增加齿缝清洁力):

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但是它的连杆我真看不懂了:

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完全看不出来复杂的偏心摆结构,貌似是底座一旋转,直接靠塑料轴的弹性,扯动上面的斜连杆把刷头拉下来的?然后再反转时把顶端的那个塑料斜连杆推上去,把刷头的那个凸点也推上去?这样长期用,刷头内的塑料轴老在拧麻花,不会断掉吗?呃,不过从弹簧在往下顶的设计来看似乎原理就是这样?这种刷头恐怕真得3个月一换,否则塑料老化效果会变差吧?

它的机身内部倒是比较好理解,看这个帖子:

拆解小修飞利浦电动牙刷 hx1630 & hx1610

http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=1275284&page=1

就是由脉冲换向电路不断改变旋转方向的四驱车马达,连接了减速齿轮组增加扭矩,小学自然课应该都学过了:

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有意思的是它的电池是比亚迪产的,所以以后给飞利浦小家电换内置电池时完全不用追求日本电池,比亚迪的够用了~~

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这种牙刷的优点就是刷头比飞利浦的便宜——至少OBL同时仿制两家的多种刷头,这种的价格最低到过29块4个,欧乐B的那种最低39块4个;而且扭速据说能到1.5扭/分。

不过已经停产,从市场反响来看可能扭转式大家还是认欧乐B~~不推荐买它的二手,印象中没有电源指示灯,容易过放、过充,买来后有可能会发现电池已经老化,必须拆了换,较麻烦。

※小型有刷旋转电机+偏心轮+脉冲换向电路+U型结构的杠杆——飞利浦hx-3120、hx-3610都是这个结构

这个是美国西雅图的Sonicare公司被飞利浦收购后推出的产品,由于飞利浦之后的产品都是这家公司生产的,所以才把其归类为美系产品。

一幅图看懂:图片来源是“浅谈声波电动牙刷” 

http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2040462

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可能是由脉冲换向电路驱动电动机往复旋转,然后有个类似偏心连杆的结构,使其往复扭转时能往左右顶出去一点点,之后那个U型的连杆就能被撬动,整个杠杆就会上下抖动,带动另一头的刷头抖动了。

因为动力臂短,阻力臂长,估计会导致扭矩衰减降低清洁力度,但也因此猜测可以有一点过压衰减效果。这个东西如果要买来体验,1.5万抖/分的干电池型比较划算(怕摆频太低可以刷到2.8分钟,怕没有计时可以每颗牙齿停留时间自己心里数数),47块闲鱼上就有,送一个开封了的国行尾货刷头;或者38块送三个无标刷头的也有。它可以兼容飞利浦6系、9系的刷头,所以OBL的精仿刷头也能用。

但其实不咋推荐,毕竟垂直往复运动还是有可能有牙龈萎缩风险的,当然,如果你已经习惯了大摆幅的手动垂直往复刷牙,那至少这个的摆幅就上下总计可能5.5毫米,每边2.75毫米,反而不算最烂~~

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※线性电机+金属弹性连杆+杠杆结构——飞利浦hx-3310,4系、5系、7系大概都是这个结构

也是一幅图看懂:“拆解一个飞利浦电动牙刷HX5810”

http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2015307&page=1

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中间一个大电磁铁,看着像继电器。刷头底部有两个极性相反的磁铁,上面是金属弹性连杆,于是只要用脉冲换向电路不断改变电磁铁产生的电磁场的磁极方向,刷头就会因为一块磁铁被吸引,另一块磁铁被排斥,而不断抖动了。

但是中间又有一块塑料板把两者隔离了,所以,刷头部分就算不幸进水也不怕了,完全密封。这个结构好像叫线性电机,传说是类似苹果手机里的震荡器的工作原理,知乎上也有人管这个叫电磁驱动。

这个型号当年好像都叫做Sonicare Elite的,因为不像有刷电机的机型最多只能做到2.4万抖/分,这个是能做到3.12万抖/分的,以前分析过的过压后能衰减到4134抖/分的貌似就是这个机型(因为小型有刷电动机版本的一般都只叫Sonicare,没有Elite这个后缀,那个论文说的机型是Elite),为啥它能衰减这么多?我估计一是因为它的磁铁就是黑色的普通磁铁,而不像飞利浦6系、8系、9系那样用了白色的稀土钕铁硼磁铁;二还是因为杠杆原理下动力臂短阻力臂长会减少扭矩。

另外这个结构其实就算是充电版,也不会超过50块的成本的(根据亚马逊美元价格推测的)。电池型的尾货2档调速的大概98块钱吧,就1档速度的是88块,可以送一个原装刷头。但需要注意的是,这玩意的刷头没有类似OBL那样的带品牌的比较正规的第三方仿制品,只能买无标山寨货,磨圆率没法保证。

这个机型当年飞利浦最坑人的地方就是,不单卖刷头,让你连着那个磁铁的部分一起换,一次127块,贼贵。他们可能自己也觉得不好意思,就在说明书里写一个刷头能用半年(那时就不管是否会滋生细菌了,哈哈)。

国内山寨厂家提出的解决方案是用原来的带磁铁的那个手柄头部,泡到热水里,烫软之后把刷头拔下来,再把山寨头的根部烫软之后插上去,数码之家则有人直接把其它儿童牙刷的刷头锯下来,再在其根部打个小孔之后,套上去,哈哈哈——我国劳动人民的智慧和动手能力并不比美国的工薪阶层差。

因为不能兼容6系、9系刷头,所以收藏意义大(闲鱼上尾货98),实用价值反而小了。

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※由带偏振次级的线性电机改出来的往复电机原理的电动牙刷——飞利浦hx-6511、hx-6730、8系、9系等

拆机帖子看这个:PHILIPS 飞利浦 电动牙刷 拆解研究的个人总结

https://post.smzdm.com/p/521281/

该作者制作了定格动画来演示原理,整个结构的头部也是往复旋转的:

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注意尾部的那个银白色的部分,其实是稀土钕铁硼磁铁做的线性电机次级,但是在这个结构的约束下把直线运动的排斥或吸附力转换成小角度的圆周运动了:

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这种次级磁铁的因为是长方形的,所以在往复扭转时还能产生前后冲击的力量。当然它之所以会摆动,是因为受到了电磁铁初级的吸附或排斥:

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这个电磁铁的磁场极性当然是用脉冲换向电路不断转换的。我个人认为这种线性偏振往复电机应该要值个10来块,不过淘宝C店上的价格一般是50块,估计是因为要从国外进口受到了汇率歧视。

这个玩意在2016年以前的版本有些缺陷,像是密封圈中间没有设计成凸起状,容易被刷头上流下来的口水里的细菌腐蚀穿导致进水报废(后来加了凸起);还有就是主机板上的螺丝腰孔太长,容易导致固定螺丝滑脱松动,进而令扭力大幅度衰减,看图:

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上侧的就是2016年以后的新版螺丝腰孔了,变短了许多,但我猜恐怕还是不能完全不松动吧?松动后扭力衰减的情况见下图:

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左侧的就是松动了的。从这个动态图里看,似乎它的次级磁铁转动超过一定角度会被下面的金属架子挡住的?好像有点机械限位的意思,如此可能可以降低脉冲电路通电时间的精度要求吧?

这个结构的产品,由于不容易松动的新版本在淘宝C店普遍要235块以上,而且还不知道是不是旧版本冒充的,会不会有半年就松了要拆开来调节一次的麻烦,所以不推荐买。

而且6系的普遍没有过压降速,甚至9系的hx-9332也没有,纯粹靠充电杯和充电盒等配件太高价格,真够坑的了。

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※基于机械限位的往复电机的声波牙刷——飞利浦hx-6632

这是很有意思的,大概也是2016年出现的新生代产品,电动机有苏联风格,简单、廉价、易于量产,拆机帖子先看这个:

就这么废了:拆解 PHILIPS 飞利浦 HX6632 声波电动牙刷

https://post.smzdm.com/p/413324/

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看起来有点像欧乐B的S-18上的往复电机,但是数码之家有人做了更深度的拆解,看这个帖子:

浅谈声波电动牙刷 因为都试用了飞利浦声波电动牙刷 ,多款电动牙刷拆解对比

http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2040462

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它中间是转子,其两侧和尾部的集钢片上没有漆包线,根本不是电磁线圈,只是用来配重并产生偏振效果的配重块!且转子上的塑料块凸出了一部分,因此运行时一旦旋转超过一定角度,就会被外壳上的凹槽卡死,那么脉冲换向电路的通电时间设计得不太准也没太大问题了,刷头摆幅不会超过5.5毫米的。

因为用了白色的稀土钕铁硼磁铁做定子,所以磁场强度还是挺强的,和以前用黑磁铁做次级的纯线性电机的hx-3310、4、5、7系不一样,估计扭矩还是增加了的(所以可能无法实现过压衰减吧?)。

这种电机,淘宝C店以前的串货价格有3块8的,可惜现在没卖的了,估计飞利浦严格控制禁止窜货了:

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虽然电机便宜了,这玩意的价格和hx-6630比起来一分没降,旗舰店还是400多,苏联设计并不妨碍人家卖出美国价格来~~

当然可以去买尾货手柄,大概108快一个包邮,然后自己配国产山寨的19.8元的充电器,OBL精仿的儿童刷头就行了(49块4个吧,第二次买85折)。

可是没过压降速啊,而且说白了垂直往复运动的还是不符合Bass刷牙法先横震颤,再顺齿刷的要求的,因此其实也不咋推荐。只是从耐用、原理特别简单廉价的角度上介绍一下。

另外说一下飞利浦的广告,感觉都是有很强的齿缝清洁能力的:

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但是其实他们是在一个有水的环境下做测试,用户不习惯含水刷牙时是无法达成这么理想的效果的。用户不喜欢含水是因为没有类似欧乐B的S系软背胶的刷头磕牙时会疼,因此要把嘴巴张大来避免磕牙,这种设计本身就是自相矛盾的(除非你用有软背胶的儿童刷头,但如此一来几十块的原装成人刷头不就白买了?~~);

另一方面爱否科技的视频评测里也说果冻类模拟测试物的附着力其实不如真正的牙菌斑高的,知乎上有人说牙菌斑的附着力跟卡车拉力差不多大,必须机械摩擦才行;

最后就是他们测试用的刷头有点像欧乐B用在旋转式电动牙刷的异形欧式长头,是凹凸凹凸的设计,在测试过程中会有更高的效果,但实际的飞利普刷头往往是波浪式或浅C型的~~

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总之嘛,美系飞利浦的产品,就是感觉价格普遍虚高,原理么又没有从垂直往复运动里走出来,发展方向就是加陀螺仪配合app试图侦测漏刷(但不是9轴陀螺仪的话恐怕没法保证侦测精度,9轴陀螺仪一个上百块耗电可能也多恐怕又舍不得用,按爱否科技的视频评测说刷嘴巴外面侦测不出来的)……没啥子实用价值。所以不推荐。

特别好奇的买个50块以内的3系电池型的玩玩看好了,可以配合国产山寨无标刷头去刷水槽,水龙头,反正可以自己换充电电池,电池老化了也不心疼。

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最后传一下Bass刷牙法的动态图,证明一开始的动作是斜45度角横震颤,后来是顺齿刷~~

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