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德系(欧乐B为主)电动旋转/声波牙刷原理:偏心连杆/轴、杠杆、往复电机、压电陶瓷

本文是根据我在什么值得买最近写的帖子重新整理的,不过这次的关注点集中在德系(欧乐B为主的)产品上。

电动/声波牙刷原理试分析 篇一: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/

※以偏心连杆和杠杆为主要原理的旋转式电动牙刷——欧乐B多动向便携式

图片来源此贴:拆解欧乐b电动牙刷,设计真的很巧妙。偏心杆带动刷头做左右和上下两个方向的往复运动

http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2285149&page=1

可以看到4732的顶端有个拨片:

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来回拨动它就能带动刷头往复扭转(估计里面有复位弹簧,拨动后还能复位):

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且其中间有个压板,压下或抬起就可以带动中间的刷毛横向往复撬动,算是类似跷跷板的杠杆结构:

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接下来,观察其电机,会发现是一个加粗塑料轴:

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在偏心的位置有个孔:

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往上插一根连杆,借助手柄顶端密封圈的固定,会产生X形的类似搅动的运动轨迹:

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那么搅动过程中自然就把压板压下或抬起,拨片来回拨动了,于是不需要脉冲换向电路就能实现刷头的水平和圆周两种往复运动,无电路板,所以非常皮实耐用,防水防潮,淘宝C店的评论里有人说用了7、8年都没坏,只是TPE热可塑性材料发霉,需要用双氧水泡。

不过,有说7600扭/分的,也有说15000扭/分的,感觉速度偏高;而且从腾讯科技新闻里说美国800美元零售价的洗衣机是中国800元代工,而欧乐B的4732在美国亚马逊的价格就是9美元推测出来这玩意的成本就9块,这么点成本,刷毛比一般旋转式还多,估计磨圆率不会太高,所以不太推荐用。

当然买来收藏或研究,或者给笔记本电脑除尘是很不错的~~

个人觉得这个结构干脆做两种刷头,一种纯横震颤模拟Bass刷牙法的第一步;另一种纯往复扭转模拟Bass刷牙法的第三步,如此扭力损失小就可以降速减低噪音了,刷毛少了就可以把磨圆率做高些。

有兴趣仿制的厂家可以参考,十多年前的产品要么没有专利了,要么很容易绕开专利节点,美国的Spinbrush就是在仿制它。

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※基于偏心拉杆、钟摆结构的往复扭转式电动牙刷——欧乐B的DB-4510K

图片来源此贴:博朗欧乐B电动刷头拆解,令人想不到的内部结构原理:

http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=369944&page=1

把刷头拆开,圆底座中间有个孔是插转动轴的,下面有个孔,左右往复圆周拉动它就能往复扭转:

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把刷杆砸开,会发现一个塑料套内芯,近似H型的结构,后边的竖轴插入刷头底座,可以左右往复扭转;前边的竖轴上又焊了一个横轴,构成T形结构,下面还固定了拉力弹簧,可以在往复扭转到左右两侧时,被拉力弹簧往上拉,产生推动力,于是能带动刷头做近4分之1的圆周运动:

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把这个结构拆出来:

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这个塑料套筒的底部是个半圆形的结构,在往复转动的主传动轴插入时就能产生往复摆动了:

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那么主传动轴为何能往复摆动?看这个帖子的图片:

暴力拆解欧乐b 3744电动牙刷 摸索出无损拆解

http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2205081&page=1

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主传动轴上有个类似偏心轮的结构,往复拉动上面的凸起点就能令其往复扭转。电机上的加粗轴也是有这个结构,加个硬的8字连杆,往复摆动时就能产生往复拉力。直流电机本身又配合了脉冲换向电路,不断改变通入电流的正负极方向,所以能变向。

有人同学可能会说你要分析欧乐B的DB-4510K,为啥拆解的是Type3744?呃,根据这个帖子:

重磅!这可能是你见过最强的儿童电动牙刷测评

http://www.vccoo.com/v/73k418

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欧乐B的DB-4510K的儿童型手柄上写着3744,所以实际上两者是一种东西,只不过儿童型降速到5600扭/分了。而且这个照片其实也证明儿童型能做到IPX7级防水啊,所谓干电池型防水不好都是营销话术罢了,何况你还可以往电池盒上缠绕生料带继续加强防水。

不过IPX7级防水也是不管细菌腐蚀穿密封圈,水蒸汽渗透等复杂问题的,人家是拿纯净水做测试的,所以平时还是别放厕所就对了。

这种机型的牙菌斑清除率在评测中是和飞利浦的儿童型并列第一的(不过这新闻里说飞利浦的儿童型的刷头刷毛磨圆率是0%估计是作者买到了返修机,为了和趋近于100%磨圆率的欧乐B儿童型竞争,我才不信飞利浦的儿童型会不磨圆,按我国2013年的新国标起码得有70%的磨圆率才能称之为儿童型):

http://finance.sina.com.cn/consume/xiaofei/2016-01-25/doc-ifxnuvxc1875146.shtml

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总之,如果不考虑有智齿的用户,用比较厚的扭转式电动牙刷的刷头刷外侧时,比较困难的问题,我是比较推荐用这个机型的。能自己换电池维护成本就低了。而且可以换有自有商标的第三方厂家OBL的精仿儿童刷头(有商标就要合法经营,那磨圆率就不能低于法定的70%的下限了)。普通的欧乐B便携式多动向牙刷4732就是缺乏这种有商标的国产仿制刷头。

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※基于减速齿轮的旋转式电动牙刷:如欧乐B的D-12

其他结构都和上面说的儿童型一样,不过电动机和主传动轴的两节方式改成减速齿轮了,起步就是7600扭,不存在5600扭的机型,如欧乐B的D-12,拆机贴看这个:

拆博朗Oral-b普及型电动牙刷并更换电池

http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=1288590

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对了,这个机型上出现了一些模块化的新式刷头(好像理论上也能用于儿童型),譬如模块化的多动向刷头,和4732不同的是中间有个分刷头能往复扇形摆动,我买了个山寨货,用螺丝刀撬开,发现就是有个U型卡扣连接到T形杆上面的:

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所以随着T形杆的摆动可以跟着摆动:

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不过其实也没啥意义,刷毛多了成本会变高,扭力会下降。类似的还有欧式长头:

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估测是刷毛固定在一个L型的基座上,那个T形轴的T的横头部分连接着L型的横过来的部分往复拉动。器物与我公众号上说根据老外的论文,这种刷头一半刷毛不动,反而牙菌斑清除率会下降。

我估计在D-12的基础上加一个并联偏心轮能实现让牙刷可以前后振动,可惜目前的拆机帖子没有拆到那么细的,像这个帖子里的:

博朗D34手柄拆解(这个手柄的样机价好像也要518块,无法插卡片)

http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=1985616&page=1

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只能看出来有减速齿轮结构,拉杆结构,但目前还不知道产生前后振荡的结构是啥样的……

不过前后冲击会减少牙齿表面的有效接触接触时间,实际是会降低表面牙菌斑清除率的,除非用户含一口水,帮助传导冲击力增加齿缝食物残渣清洁效果来弥补,否则感觉没啥实际意义,不如买类似电动滋水枪的冲牙器。

欧乐B的3D式都有过压降速功能,从这个新闻里的介绍看,比飞利浦的声波式减少4分之1的磨牙牙釉质磨损速率:

电动牙刷可能损坏牙齿?美德专家:危言耸听

http://health.huanqiu.com/health_news/2017-05/10592847.html

【实验模拟显示,约8年的使用,声波式电动牙刷使牙齿减少了21微米厚,旋转-振动式减少了15.7微米,(21-15.7)/15.7约=33.75%,普通平头牙刷6微米,普通波浪头牙刷2.5微米。】

但也有个外国论文说在刷牙力度提高到150克时,飞利浦声波牙刷对牙釉质的磨损只有欧乐B的3D式的4分之1到5分之1(无法插卡片):

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3652371/

所以估测是3系时代的飞利浦的电机扭矩比较低,容易过压衰减,衰减速率比欧乐B的3D式的过压降速还大——甚至由此可以反推出来欧乐B的过压降速也就是过压后定额降速,转速打折到58折~~

计算方法:

(21-15.7)/15.7约=33.75%,由此算出欧乐B的3D式比飞利浦6系减少了过压时3分之1多的牙釉质磨损速率。

由于飞利浦的成人型的电动牙刷的刷头行程一般是3.12万*5.5毫米=171.6米,171.6*(1-33.75%)=113.685米……然后虽然查不到欧乐B的文案中提过他们的刷头摆幅的数据,但可以用类似的美国仿制品Spinbrush的2.2厘米摆幅去估算,也就是113.685米/2.2厘米约=5167.5次往复扭转/分。

而5167.5除以8800=58.72%……算下来欧乐B的3D式的过压定额降速是降了41.28%,不是降3分之1,是降了五分之二(以前我在回复里说降分之1的转速是错的)。

估测6系时代的飞利浦为了提升清洁率,把电机扭矩提高了,所以就不存在过压衰减了,反而有问题。其实飞利浦9系里的hx-9332也是没有过压降速的,只有编号更小的hx-9141和编号更大的hx-9954有。

不过个人认为直接用儿童型的欧乐B DB-4510K,甚至再用低电压的镍氢充电电池驱动,一开始就降速到4928扭/分用好了,反正牙菌斑清除率也不会降太多,看那个表推测大概也就降低到62%?其实再低些感觉也没太大关系,反正62%的清除率增加按印度论文的说法,也就降低了9.6%的牙菌斑再生速率……

关键是便宜、可靠,性价比高,安全性好点~~

至于后来在日本上市的欧乐B Genius 9000,看什么值得买上有人晒单说左右扭转速度10800,前后冲击加到48000次,估计噪音更大。

然后欧乐B的 Pro 9000,看网易的一个公众号给的宣传文案里,过有压后先警告,用户不理睬时,大概是用微型离合器先停止并联偏心轮的运转,再不理睬则扭转速度……不过减振后不是增加了对牙齿表面的有效接触时间了吗?直接降速有啥问题?

可能还有用陀螺仪侦测漏刷牙齿的功能,问题是缺乏对用户口腔的3D扫描,定制数字模型的话,按爱否科技的视频评测分析很难保证定位准确,而且用户也很难有在厕所里看着手机app去观察哪颗牙齿漏刷的习惯吧?

为了这些用不上的功能花一千多,感觉忒亏。

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※基于偏心轴的德系电动牙刷——欧乐B-S15或耕地型号

看这个拆机贴里的图:

https://www.jdbbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=2318255&page=1

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很小的四驱车上的马达,用塑料套连接一个半圆形的偏心轴,和松下DM-71结构基本一致,天猫旗舰店价格499,快翻倍了……其实国产精仿的74块左右吧,OBL还有它的仿制刷头。

国人的德国崇拜好像非常严重?其实这个结构扭力衰减15%是起码的,因为动力不能直接传导到刷头啊。当然因此安全性也就好些,估计握住手柄太用力的时候扭力传导更困难,然后没有外露的传动轴防水好很多。

此外是不需要减速齿轮和偏心拉杆一类的结构,噪音理论上会变小。

这类产品上次说过了,高露洁联合日本欧姆龙做的,带陀螺仪自动变向变频的最厉害,当然价格也最虚高,1200~~

有兴趣的可以买个国产赛嘉SG-610的体验一下,50多块有电池型的,在英国ebay能卖19.99英镑呢,自己换锂降压充电电池就能保证动力的持续性了。

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※基于往复电机原理的声波电动牙刷——如欧乐B的S-26

论坛首拆!Oral-B博朗S26电动声波牙刷

http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=248236

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可以看出来是个长度大大增加的电机,扭矩非常大,不需要用减速齿轮,就可以让传动轴往复摆动。然后传送轴上有个塑料套,就能连接S-15那样的基于偏心轴原理的粗杆刷头了。

这样做的好处是不用磨合,噪音就比磨合好的有减速齿轮或偏心连杆的D系,Type 3722之类的小很多。可能还是转子是稀土钕铁硼磁铁,定子是电磁铁的无刷电机结构,没有电刷进一步增加耐用性并降低噪音。

缺点是比较贵,当初价格850,看文案还有类似飞利浦hx-9141的过压降速功能,但不清楚是过压线性降速还是过压衰减。

国产的各种中、高档声波牙刷基本都是在山寨这个设计的没有过压降速的早期型号S-18。由于这类产品其实并不符合改良Bass刷牙法先斜45度角横震颤,再接roll顺齿刷的方法,个人并不推荐。

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※基于偏心轮电机和压电陶瓷片的超声波双频牙刷——这个不是欧乐B的产品,是德国艾美格emag的emmi dent

数码之家有人花700多海淘了一个,用了几年后拆了,拆艾美格Emmi-dent 6超声波振动牙刷:

http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=1652398

首先是其刷头里面有一块压电陶瓷或压电玻璃结构,能发射超声波:

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然后其手柄尾部有个小马达能带动一个偏心轮:

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我以前分析过这玩意,就是把亚都超声波加湿器上的几毛到几块钱成本的压电陶瓷片嫁接到了刷头里:

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因为那玩意需要24V的电压来驱动,而几年前的此类电动牙刷里一般是2节镍氢或镍镉电池(体型紧窄的电动牙刷就是两节2分之1长度的镍氢电池串联),只有2.4V电压,所以1.68亿次振荡,应该衰减到……呃,1680万次。

然后再分一半电压给那个一点几万振/分的偏心轮电动机,那么还剩840万次吧,如果口中含着水,估计这会导致有点疼痛的,因为我小时候去摸过工作中的亚都超声波加湿器,感觉像是手指被钢针扎穿了,那个疼啊……

但如果不含水的话,看老外在亚马逊上的介绍,尼龙刷毛削减99%到99.9%的振荡力后,8千到8万多次的振荡应该不难受(偏心轮那1万多次几乎不会有太多感觉,扭力衰减本身就很大,还放在尾部了),很可能没啥感觉(因为振幅太小,放到水杯里也看不出啥气泡来)。

所以老外既有说牙龈出血和头疼的,也有说没啥感觉的。但是,今天意外发现其实中国亚马逊上也保留有这玩意的历史中差评记录: 

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作者说用示波器检测,1us有一次脉冲,查了下1微秒是100万分之1秒,还真有100万赫兹?!那按飞利浦标准算真有1.2亿次/分的振荡了!则口中不含水时是12万到120万的振荡频率了,虽然不到240万的飞利浦标准下的超声波的频率,但是也很惊人了。甚至评论里有说振掉一小块牙结石的(但长期这么用不怕牙髓血栓么?)。

可是评论中给中差评的依然达到42%(比美国亚马逊的25%都多),中美两国亚马逊都把这玩意下架了,还有类似的Ulrtasound、Smilex、megasonex要么下架,要么基本也看不到最近的卖出记录。

知乎上有人说用了这个以后牙结石变成软垢了,说实话,就是飞利浦的1.5万摆/分的hx-3610我用了一、两个月后也看到过一些软垢,但是没用,还是得用超声波洁牙机才能把软垢也干掉。

色影无忌则有人说找其国内代工厂79元买到过尾货,不过用了段时间后电池漏液完蛋了没法修。

嗯……但平心而论,假设这类玩意能找医院合作,找到一个比较合适的振荡频率,那么它工作时刷头没有直接往复摆动,不会导致牙龈萎缩可能也是个优点?也许会是辅助动力电动牙刷里最强的?毕竟,某种意义上说,这玩意才是真正的,确实在发射“声波”的“声波”牙刷,哈哈。但价格实在太虚高了(而且美国消费者反馈120美元的东西还不给锂电池,装的是镍镉电池,真是坑~~当然那会儿年代早,眼下此类设计的仿制品估计至少会用镍氢了吧)。

其实说起来,美国FDA好像不怎么管电动/声波牙刷的转速/摆频/振频的?1.2亿次的产品能通过,1.2万次的偏心轮也能通过,每厘米可能几十克扭矩的3系飞利浦能过,每厘米230克扭矩的6系飞利浦和280克扭矩的欧可林依然能过。估计只要是新料做的,重金属残留不超标的产品都能过,具体其它数据是否科学,有效,安全他们也不咋管的。

类似含有三氯生、三氯卡班类防腐剂成分,会干扰人体荷尔蒙分泌,会污染环境催生耐药菌的滴露抗菌肥皂以及早期版本的舒肤佳(1代迪保肤就是三氯生类防腐剂),也能通过FDA认证,2年前才开始禁售:

http://www.sohu.com/a/114447483_391398

甚至,他们还有糖业联合会花5万美元收买哈佛教授鼓吹高糖饮食对心脏病影响不大,脂肪是罪魁祸首的黑历史,从1967年到后来几十年的营养学教科书基本都是按这种瞎掰理论编写的,但过了最大追诉期了好像也没啥人要因此坐牢: 

http://www.sohu.com/a/114813048_139533

所以,个人感觉在过度讲究法无禁止皆可为、无罪推定,20年最大追诉期的美国,一个日用身体护理产品能过FDA认证,和其长期有效性、安全性是否靠谱好像关系不大?

所以同志们如果又发现了啥黑科技产品,譬如KickStarter上出现的用硅胶刷毛导致扭力衰减巨大的牙套式声波牙刷,基本上还是秉持一个理念,就是基本都是几十块的机电结构的产品,不要神话,不要迷信,不要去花近千元来买~~哈哈(否则就会像那个拆机帖的作者一样受损失,当然我自己买的国产仿制的牙套式其实也没啥用)。

不知不觉又水了很多,谢谢您看完我的啰嗦。

站务

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