電動歯ブラシに使われるモーターが使われていますか?

電動歯ブラシに使われるモーターが使われていますか?

電動歯ブラシモーターとは何ですか?

「電動歯ブラシモーター」は、 バッテリー電力をブラシヘッドの動きに変換するアクチュエータ — 歯をこする高速回転または高周波振動。床洗浄機や電動工具とは異なり、負荷は小さく、モーターはエナメル質に対する毛の抵抗と軽量プラスチックヘッドの慣性を克服するだけで済みます。それが理由です マイクロ モーター (通常は直径 6–12 mm) を 1 つの 1.5 V または 3.7 V セルに搭載します。基本的なマシン タイプは、 DCモーターファミリー変更点はパッケージとモーション変換カムです。当社の モーター機能ハブ フルタイプマップの場合。

2つのアーキテクチャ:回転振動と音波

すべての消費者向けブラシは 2 つの陣営のうちの 1 つに分類され、モーターはのジョブは、それらの間で異なります。

• 回転振動(例:Oral-Bスタイル)。 ギア付きモーターは、カムを回転させ、丸いヘッドを毎分約 8,800 回前後に揺らします。モーターは数千 rpm で動作します。 遊星減速機 最終速度を設定し、トルクを乗算します。
• ソニック(ソニックケアースタイルなど)。 ヘッドは音波周波数(31,000–62,000の動き/分)で振動します。モーターは回転しますが、共振カムまたは専用の音波バイブレーターは、回転をヘッドに調整された高周波直線運動に変えますの機械的共鳴。

違いは「異なるモーター」ではなく、そうです カムとヘッドの質量の調整方法. どちらも、以下の同じマイクロDCモーターファミリーからスタートします。

コアレス(中空カップ)と標準鉄心

あ コアレス / 中空カップ モーターは、鉄製の固定子の歯のない自立型カップとしてアーマチュアを巻き上げます。ローターの慣性は小さく、基本的にコギングトルクがないため、モーターはほぼ瞬時に始動、停止、反転します – 毎秒 100+ 回振動するヘッドに最適です。標準的な鉄心 PMDC は安価ですが、慣性とコギングが大きくなり、動きがわずかに荒くなり、口の音響ノイズが大きくなります。当社の コアレスモーターガイド サプライヤーの状況をカバーします。

電動歯ブラシモーターの仕組み

ドライブチェーンは短く、機械的です。回転振動ブラシの場合:

1. シングルセル(1.5 V AA/NiMHまたは3.7 V リチウムイオン)は、ブラシ付き用の単純なPWM Hブリッジ、またはBLDC用のロータセンシングを備えた3相インバータ( BLDC制御の基本)を呼び出します。
2. マイクロモーターは高速で回転します (8,000–20,000 ユニットの場合は 6–8 mm rpm)。
3. あ 遊星減速機 (通常は10:1–60:1)は速度を下げ、トルクを倍増させます。 Tアウト = Tモーター ×i×η. これは、で使用される比率の数学と同じです。 ギアボックス対ギアモーター 他の場所での選択。
4. 縮小シャフトは、 カム (偏心またはウォーム)連続回転をヘッドに変換するの前後の振動。
5. BLDCユニットでは、ローター位置検出はセルがたるみをしても速度を一定に保ちますが、ブラシ付きユニットは電圧が低下すると速度が低下します。

カム:回転が振動になる場所

モーターは決して単独で振動することはなく、カムが変換を行います。単純な偏心ピンは、1 つのシャフト回転を 1 回の振動スイープに変えます。スコッチヨークまたはウォームカムは、スイープをブランド固有のモーションパターンに成形します。これが、「同じモーター」を持つ 2 つのブラシがまったく異なる感じをする理由です: モーターではなく、カムとヘッドの形状がクリーニングアクションを定義します。

周波数がモーターの回転数ではない理由(音波トラップ)

一般的な仕様エラーは、「モーターの高速化 = 洗浄の改善」を想定することです。そうではありません。音波洗浄は、 機械的共鳴: ヘッドとドライブシャフトには固有振動数があり、カムはそれを励起するように調整されています。15,000 rpm モーターと 1:1 エキセントリックは、~250 Hz (15,000 ÷ 60) しか生成しません。音波帯域 (517–1033 Hz) に到達するには、ヘッドの質量とシャフトの剛性が共振する必要があります。周波数は システム プロパティで、モーターパラメータではありません。

電動歯ブラシモーターの種類: 機能比較

>

実用的な分割は、他のすべてのコードレス家電を反映しています。 ブラシ付きPMDCは材料コストを最小限に抑え、コアレスは最も静かな動きを実現し、BLDCは充電式の稼働時間を長く実現します。 歯ブラシはバッテリーに制限があり、耳の横に保持されるため、騒音と効率は主電源ツールよりも重くなります。の ブラシとブラシレスのトレードオフ と サーボ対ステッピング 比較は、管理法の側面を肉付けします。

どのモーターがどの動きを駆動しますか?

>

エンジニアリングデータ:効率、温度、トルク

効率と熱の限界

>

トルクとパワーの計算式

各歯ブラシモーターのサイズは 2 つあります。

• ギアボックス後の出力トルク: Tアウト = Tモーター ×i×η — ここで、 私は は減速比であり、 η ギアボックスの効率 (小型遊星ステージの場合は ~0.75–0.85)。
• 機械的パワー↔トルクと速度: P = T × ω = T × 2πn / 60、小型モーターの場合 T(N・m) = P(W) × 9.5493 / n(rpm)です。

ブラシヘッドは トルクと周波数 問題 (ヘッドに十分な N・m が必要で、調整された発振レートで配信されます)。バッテリーは エネルギー 問題。この単一の区別によって、モーターの種類と減速比が決まります。

デューティサイクル:S2 / S3、連続ではありません

IEC 60034-1は、S1(連続)、S2(短時間)、およびS3(断続)デューティを定義しています。歯ブラシはしっかりとS2/S3です:2分間のブラシは、充電器の長いアイドルギャップを持つ短い反復サイクルです。これは、ブラシの整流寿命(PMDCの500–2000h)が連続S1で引用されるため、S2/S3では、実効寿命はカレンダーではるかに長く、セルまたはシールが最初に故障します。また、この製品では「BLDCが10,000時間持続する」という議論がこの製品では弱い理由でもあります — ブラシが交換されるか、パックが10,000時間の実行時間よりずっと前に

電動歯ブラシモーターに最適なアプリケーション

• 回転振動ブラシ — コア用途、コアレスまたはPMDC +カムを駆動するプラネタリー。当社の マイクロモーター減速機ノート 減速機側用。
• 音波歯ブラシ — コアレス/BLDC + 共振カムまたはソニックバイブレーター。高周波、流体力学洗浄。
• 子供S / トラベルブラシ — サイズと価格が支配的な最も低コストの PMDC ギヤード モーター。
• プレミアム「リニアモーターカー」ブラシ — 超低ノイズのための磁場に浮遊するコアレスアーマチュア (同じコアレス物理学、マーケティング フレーム)。
• ウォーターフロス — 別の小型 BLDC ポンプ モーター。を参照してください。 精密遊星ギアボックスのアプリケーション 産業用アナログのガイド。

その他の小型パーソナルケアアクチュエータは、当社の マイクロモーターアプリケーションガイドです。

本物のコードレス歯ブラシに実際に付属するもの

>

歯ブラシモーターのステップバイステップの選択

1. アーキテクチャを修正します。 回転振動または音波 — これにより、カム (振動) と共振システム (音波) のどちらが必要かが決まります。
2. ヘッドドラッグトルクを見積もります。 通常、ヘッドは0.01–0.05 N・mです。音はトルクを増やすのではなく、共振の制約を追加します。
3. モーター+比率を選択します。 裸のモーターのトルク/速度を選択し、次に遊星比を選択します。 Tアウト = Tモーター ×i×η は、1.5–2× のマージンで荷重をクリアします。
4. たるみを確認してくださいtage 負荷時のセル電圧のサイズ (3.0–3.3 V)、公称 3.7 V ではありません。
5. 実行時のブラシとBLDCの取引。 効率から計算サイクル。充電式ユニットの場合、BLDCプレミアムが返済されることがよくありますが、AAユニットの場合、それはめったに返済されません。
6. ノイズとIPを確認します。 < 60 dB を口と湿った環境用のシールドベアリングで確認します。

作業例 — 回転振動ブラシのコアレスドライブ

頭が配達しなければならないとします 0.03 ~470 rpm で N・m 3.7 V リチウムイオン電池で静かな動きで効果的にこすります。7 mm コアレスDCモーター 評価 0.0008 14,000 rpm で N·m (その電力は0.0008×2π×14,000 / 60≈1.17W、現実的なマイクロモーター)。後ろ 30:1 惑星 η = 0.78の場合:

• 出力トルク: Tアウト = 0.0008 × 30 × 0.78 = 0.0187 N・m カムで。
• 出力速度: Nアウト = 14,000 / 30 ≈ 467 rpm — まさにターゲットです。
• マージン: 0.0187 / 0.03 — 待ってください、ヘッドには 0.03 N・m が必要で、0.0187 N・m が配信されるので、マージンは 0.62×. それは 不十分50:1 の比率に低下します。
• 50:1で: Tアウト = 0.0008 × 50 × 0.78 = 0.0312 N・m で 14,000 / 50 = 280 rpm — マージン 1.04×、まだ薄い;64:1へ移動 → 0.0008 × 64 × 0.78 = 0.0399 N・m 219 rpm で、マージン 1.33×です。
• バッテリーコスト:ヘッドの機械動力≈0.0399×2π×219 / 60≈0.91 W;モーター付き η ~0.72およびギア η 0.78、電気 ≈ 1.62 W → 3.7 V について 0.44 A. 300 mAh セルでは、2 分筆描き ~0.015 ああ、1 回の充電で毎日使用して、実際の製品と一致します。

直感に反するポイント: 65%効率のブラシ付き鉄心PMDCは、同じ出力に対して~2.0Wを必要とするため、密閉されたハンドルでより多くの電流を消費し、より高温に動作しますが、 実物 トラップはオーバーレシオです。150:1惑星では、ηは~</b9003に崩壊し、ボックスの長さは2倍になるため、 8 mm 0.55 Tアウト = 0.0008 × 150 × 0.55 = 0.066 N・m 見た目は素晴らしいのに、まだ Nアウト = 93 rpm はヘッドを調整された共振を下回り、電流が上昇している間にクリーニングが低下します。スイートスポットは 最小 1.5×ドラッグトルクをクリアする比率 — ここでは150:1ではなく、64:1です。

作業例 — ソニックブラシバイブレーター

ソニックブラシターゲット 62,000 移動/分 (≈ 1033 Hz) 3.7 V セル図面から ~1.0 W. モーターのトルクが小さい — T = 1.0 × 9.5493 / 30000 ≈ 0.32 mN・m 30,000 rpm で — ただし、 ヘッドは1033Hzで共振するように調整する必要があります. これが、同じ 30,000 rpm モーターが、ミスチューニングされたヘッドで弱い 250 Hz バズを生成する理由です: 周波数は、モーターだけでは設定されず、ヘッドの質量とシャフトの剛性によって設定されます。ソニック ブラシの指定は、最初に共振の問題であり、次にモーターの問題です。

エンジニアリングでよくある間違い

• 力だけでサイジングします。 「1 W モーター」は、ヘッドが 0.03 N・m を適切な速度で供給するかどうかについては何も言いません。トルクを常に確認してください 後 ギアボックス。
• セル電圧の低下を無視します。 公称 3.7 V で指定し、ストロークの途中でヘッドが 3.0 V で失速するのを観察します。たるんだ電圧のサイズ。
• 減速機の比率を過剰に調整します。 比率が大きいほど、ギアボックスの損失が大きくなり、長さが長くなり、ヘッド速度が共振を下回ることを意味します — 作業例を参照してください。マージンを満たす最小の比率を選択します。
• BLDCが常に優れていると仮定します。 歯ブラシのデューティは S2/S3 (ショート、断続的) です。10,000 h を超えるブラシの摩耗は、セルが最初に死んだ場合には関係ありません。コアレス PMDC は、多くの場合、コストと動作品質で優れています。
• 音波のモーター回転数を追いかけます。 ベアモーターが速いほど、掃除はうまくいきません。ヘッドの共振は、カムとヘッドの質量を調整することは、高回転のモーターで交換するよりも優れています。
• 濡れた環境を忘れます。 スプレーの近くで開いた整流子または非密閉ベアリングはすぐに故障します。密閉ベアリングを使用してください。コアレス/BLDCには腐食するブラシがなく、口の中では大きな利点があります。
• 制御電子機器へのEMI ブラシ整流と高速BLDCスイッチングは、センサーボードに結合できます。特にブラシ付きオプションでは、間隔とフィルタリングを保ちます。

トラブルシューティング: 問題 → 原因 → 解決策

>

アクチュエータ以外のモーター側の診断には、当社の DCモータートラブルシューティングガイド そして DCモーターがトルクを失う理由です。

よくある質問

歯ブラシモーターに Greensky Power を選ぶ理由

グリーンスカイパワーが開発 IEC 60034 / NEMA MG 1準拠のマイクロギヤードモーター パーソナルケアOEM向け – PMDC、コアレス(中空カップ)、および6 mmから24 mmまでのBLDCモーター、カスタム遊星減速機(比率5:1から:1、最大~80kgf・cmまでのPMDC、コアレス(中空カップ)、および口腔ケア環境向けの密閉型防水ビルドと組み合わせています。私たちは以下をサポートします: 1500

• 低MOQ OEM / ODM カスタム電圧、比率、シャフト、フランジを使用して、カムまたはソニックヘッドにドロップします — 当社の カスタム電気モーターソリューション そして 製造力です。
• コアレスまたはBLDC、あなたの電話 — 両方のサイズを決定し、高価なオプションを押し付けるのではなく、ノイズ/ランタイム/部品表のトレードオフを示します。
• エンジニアリングサポート セル電圧のたるみ、共振の調整、熱、およびIP定格に対応するため、モーターはデータシートだけでなくハンドルに耐えます。

回転振動ブラシの代表的なビルドは、7–8 mmコアレスモーター(0.0008–0.0015 N・m、12,000–16,000 rpm)は、50:1–80:1密閉された12 mmの遊星減速機は、カムが0.03 0.05 60の機械チーム。

アクチュエータを適切なモータータイプとペアリングします。 ブラシレスDCモーターガイド そして ブラシ付きDCモーターガイドと、 モーター フランジ リファレンスです。

関連リソース

• マイクロモーターアプリケーションガイド — その他の「Xのどのモーター」の回答
• モーター機能ハブ — すべてのモータータイプが一目でわかる
• DCモーターとは何ですか? — タイプとフォーミュラ
• ブラシレスDCモーターガイド — BLDCがコストを稼ぐとき
• ブラシ付きDCモーターガイド – BOMコストの低減オプション
• ブラシとブラシレス DC — トレードオフの説明
• コアレスモーターメーカー — サプライヤーの状況
• 遊星ギアボックスの仕組み — 比率とトルクの計算
• ギアボックスとギアモーター — 指定する内容
• マイクロモーター減速機の問題 — トラブルシューティング
• サーボとステッピングモーター — 制御法則のトレードオフ
• 精密遊星ギアボックスのアプリケーション — 産業用途
• カスタム電気モーターソリューション — OEM/ODM
• モーターフランジガイド — ISO 9409取り付け

参考文献

以下の規格とメーカーのドキュメントは、上記のエンジニアリングデータに情報を提供します。リンクはパブリッシャーのページに対して最後に検証されました。一部のメーカーのダウンロードポータルは自動リクエスト(HTTP 403)をブロックしますが、通常のブラウザーではアクセスできます。

1. IEC 60034-1:2022 — 回転電気機械、部品 1: 定格と性能. webstore.iec.ch/en/publication/65446
2. IEC 60034-30-1 — 回転電気機械の効率クラス (IE1–IE5). webstore.iec.ch/publication/91195
3. NEMA MG 1-2024 — モーターと発電機. nema.org/standards/view/Motors-and-Generators
4. IEEE 112 — 多相誘導および直流モーターのテスト手順. standards.ieee.org/ieee/112/4703
5. IEEE 43-2013 — 回転機械の絶縁抵抗試験. standards.ieee.org/ieee/43/4385
6. 米国DOE — モーター&ドライブシステムの効率. energy.gov/eere/motors
7. IEA — 電気モーターとエネルギー効率. iea.org/energy-system/industry/electric-motors
8. SKF — ギア用途のベアリング寿命計算 (L10). skf.com/group/technical-insights/bearings
9. シーメンス — SIMOTICS電気モーター技術カタログ. siemens.com/…/electric-motors
10. maxon — Gear Technology (ダウンロード). maxongroup.com/…/gear-download
11. FAULHABER — 駆動技術のノウハウ(コアレス/中空カップ). faulhaber.com/en/know-how
12. 安川電機 — モーター&ドライブの技術資料. yaskawa.com/downloads
13. IEEE Xplore — 査読付きマイクロモーター/ギアトレイン設計論文. ieeexplore.ieee.org/document/6342334
14. AGMA — ギア定格と密閉型ギアユニットの実践. agma.org/standards

この記事は、オーラルケア製品設計者向けの技術参考資料として、Greensky Powerのエンジニアリングチームによって作成されました。特定のセル、トルク、共振、およびIP要件は、製造前に、独自のテストデータおよび該当するIEC/NEMA規格に照らして検証する必要があります。