CN102379654A - 一种自动翻盖机构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种匀速自动翻盖机构，包括直流电机及盖体传动机构，还包括所述直流电机的调速系统，所述直流电机调速系统包括一电机控制器、及一电机驱动器；所述盖体传动机构包括一安装于盖体第一侧的转动铰链，及一安装于与所述盖体第一侧相对的盖体第二侧的动力传递机构，所述动力传递机构具有一连动于直流电机输出轴并与所述盖体固定连接的构件，所述转动铰链与所述构件具有处于同一轴线上的转动轴。应用本自动翻盖机构的盖体能匀速、平稳的打开或闭合，符合一般消费者的使用要求。

Description

一种自动翻盖机构及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种自动翻盖机构，尤其涉及利用盖体自身重力作用闭合的自动翻盖机构，可应用在门、盖板等构件绕转动轴的开启、关闭及翻转。

背景技术

人们在使用设有盖体的装置时，如打开箱体、掀开洗衣机盖或掀开马桶盖等，多采用手动方式，但出于人性化的角度考虑，出现了越来越多的自动化形式。最典型的如马桶盖的翻盖方式。

坐式马桶为了能保护清洁卫生，防止马桶臭味逸出，通常设置有与马桶本体枢接的可掀起及盖下的马桶盖。常见的马桶盖及马桶座为手动方式，即需要使用者手动开闭，具有一定的不便性，尤其是对于公共卫生间。因此，开发自动翻盖形式的马桶盖是必要的。

现有的电子马桶盖自动翻盖装置一般为电机带动齿轮减速，通过变速变扭的作用，带动盖板打开和闭合，在齿轮箱的输出轴还带有电位器，通过电位器的作用，可以控制盖板的开闭角度。

发明名称为“马桶盖及马桶盖之自动开闭装置”，授权公告号为CN201631100，公告日为2010年11月17日的中国发明专利公开了一种马桶盖及马桶座的自动开闭装置，是通过马达驱动转动器的旋转杆使马桶座与马桶盖自动开闭的，缓降单元是在马桶盖或马桶座向下枢转时形成阻尼效果，用以减缓转速防止撞击马桶顶面。

在实际应用中，人们往往希望在打开或合上盖体时，能匀速到位，起落过程平稳，且整个打开盖体或合上盖体的过程应该具有防止卡手的考虑，以避免自动翻盖所可能引至的安全隐患。另外，对于自动翻盖系统而言，系统的耐用性和节能也是需要考虑的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改良的自动翻盖机构，能使盖板匀速打开、闭合，并且设有防夹手功能。

为了达到上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种匀速自动翻盖机构，包括直流电机及盖体传动机构，还包括所述直流电机的调速系统，所述直流电机调速系统包括一电机控制器、及一电机驱动器，

所述电机控制器向所述电机驱动器输出PWM脉宽控制信号、并依据所述电机驱动器的速度反馈信号对PWM脉宽值进行增减；所述电机驱动器接收所述PWM脉宽控制信号及根据所述PWM脉宽控制信号对直流电机实施驱动、并对所述直流电机转速进行监测及发送速度反馈信号至所述电机控制器；

所述盖体传动机构包括一安装于盖体第一侧的转动铰链，及一安装于与所述盖体第一侧相对的盖体第二侧的动力传递机构，所述动力传递机构具有一连动于直流电机输出轴并与所述盖体固定连接的构件，所述转动铰链与所述构件具有处于同一轴线上的转动轴。

其中，所述构件具有一连接部，所述连接部具有一与所述直流电机输出轴轴接的内孔及与所述盖体固定连接的外凸部，所述盖体具有与所述构件外凸部嵌接固定的凹槽。

其中，所述转动铰链包括一支架，支架具有一伸向所述第一侧的轴部，盖体左侧设有凹部，用于套接该轴部，所述轴部与所述凹部为动配合。

其中，所述电机控制器包括有一FG频率检测电路，当检测到的FG频率低于设定值时，所述电机控制器控制电机向相反方向转。通过检测FG信号的频率，得知电机的转速，若在上升或下降中途暂时受阻而停止运动时，电机的转速很低，控制器检测到FG频率低于设定值，即控制电机向相反方向旋转，避免在上升或下降过程中由于外物卡死，而上升或下降停止的问题。

当处于静止状态的盖体被外力扳动时，检测到的FG频率高于设定值时，所述电机控制器控制电机启动。即盖板在停止的位置时，若人手扳动盖板，控制器检测到FG脉冲计数超过设定值，则按扳动的方向控制电机运动。

所述直流电机由直流无刷电机与减速箱构成。

所述转动轴接近于盖体的其中一边缘，当盖体处于直立状态时，所述其中一边缘指盖体的下端。

所述电机驱动器包括一储电电容，在市政断电时通过该电容向控制电路供电。

一种自动翻盖机构的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

由电机控制器向电机驱动器输出PWM脉宽控制信号；

电机驱动器驱动直流电机转动；

直流电机输出轴传动转矩至盖体的翻转机构，盖体绕铰链转动；

电机驱动器监测直流电机转速变化，并发送速度反馈信号至所述电机控制器；

电机控制器依据所述电机驱动器的速度反馈信号对PWM脉宽值进行增减，使电机按设定的上升速度匀速转动。

所述盖体在上升及下降过程对FG脉冲计数，当数值达到计数值时，所述直流电机停机。本发明通过以上结构，利用电机驱动器输出的FG信号，通过记录FG信号的脉冲个数得知电机转过的角度，轻松实现盖板上升或下降到位时的电机停机功能，确保盖板在上升或下降过程中完全到位。

应用本自动翻盖机构的盖体能匀速、平稳的打开或闭合，符合一般消费者的使用要求。即使是重量较大的马桶盖、洗衣机面盖或者其它箱盖等也同样适用。通过控制器检测FG频率，可以简单实现盖板在上升或下降过程中的防夹手功能，通过控制器记录FG脉冲个数，可以简单实现盖板的到位停止功能，通过控制器的转速控制算法，控制PWM的脉宽值，可以实现电机匀速转动，让盖板自然匀速、平稳的打开或闭合，省去传统的机械缓降结构，使装配结构更简单，安全可靠。盖板停止时通过监测FG计数是否有变化，实现手动切变成电动。

现以自动翻盖机构应用于马桶盖为例进行具体说明。

附图说明

图1是马桶盖掀开状态下，本发明的立面结构示意图。

图2是马桶盖处于不同位置状态下的示意图。

图3是马桶盖处于打开状态的立体示意图。

图4是本发明的电路原理图。

图5是本发明的其中一种实施方式的电路控制框图。

图6是本发明的另一实施方式的电路控制框图。

图7是本发明的又一实施方式的电路控制框图。

其中，1.盖 2.电机固定架 3.减速电机 4.电机输出轴 5.端盖安装套 6.支架 7.底座。

具体实施方式

如图1～图3所示，本发明的自动翻盖机构安装于马桶盖1。该匀速自动翻盖机构，包括直流无刷减速电机3及盖体传动机构，该直流无刷减速电机3及盖体传动机构均安装于底座7上。

盖体传动机构包括一安装于盖体左侧的转动铰链，及一安装于与盖体右侧的动力传递机构。其中，位于左侧的转动铰链包括一支架6，支架6具有一向盖体左侧伸出的轴部，盖体左侧设有凹部，用于套接该轴部，盖体凹部与轴部呈动配合关系，通过该装配结构，使盖体可绕支架6的轴部在竖直平面转动。

动力传递机构主要包括一安装套5，该安装套5具有一连接部，连接部设有内孔用于套接直流电机输出轴4，连接部的外部嵌接于盖体右侧的凹槽中，通过该装配结构，电机输出轴4转动、通过安装套5的连动，驱使盖板在竖直平面转动(正、反向转动)，且其转动的轴线与左侧转动铰链支架6的轴部的轴线为同一轴线。

该自动翻盖机构设置有直流电机调速系统，该直流电机调速系统包括一电机控制器U1、及一电机驱动器M1。如图4的电路控制原理图所示，所述电机控制器U1向所述电机驱动器M1输出PWM脉宽控制信号、并依据所述电机驱动器的速度反馈信号对PWM脉宽值进行增减；所述电机驱动器接收所述PWM脉宽控制信号及根据所述PWM脉宽控制信号对直流无刷电机实施驱动、并对所述直流电机转速进行监测及发送速度反馈信号至所述电机控制器U1。

其电路控制的流程如图5所示。

具体来说，在上位主控制器发出上升指令，电机控制器U1向所述电机驱动器M1输出PWM脉宽控制信号，由电机驱动器M1驱动直流无刷电机齿轮减速箱正转，盖板做上升运动；在上升运动过程中，盖板随开启角度的逐渐增加，盖板自重对旋转轴线的扭矩也不断变化，扭矩变化将使电机转速改变，电机控制器U1实时进行转速控制算法，将检测到的实时电机转速换算成PWM脉宽控制信号，通过增减PWM脉宽值，调整电机输出力，闭环控制电机转速，使电机按设定的上升速度匀速上升。同时在上升过程对FG脉冲计数，当数值达到N个后表示盖板已经到位，停止对电机齿轮减速箱供电，盖板停止运动。

其中，上位主控制器是指整个应用系统的主控制器，例如对于本例来说，是指电子马桶的主控制电路。

在上位主控制器发出下降指令后，电机控制器U1接收该下降指令并向电机驱动器M1输出PWM脉宽控制信号，由电机驱动器M1驱动直流无刷电机齿轮减速箱反转，盖板做下降运动；在下降运动过程中，盖板随开启角度的逐渐减少，盖板自重对旋转轴线的扭矩也不断变化，扭矩变化将使电机转速改变，电机控制器U1实时进行转速控制算法，将检测到的实时电机转速换算成PWM脉宽控制信号，通过增减PWM脉宽值，调整电机输出力，闭环控制电机转速，使电机按设定的下降速度匀速下降；同时在下降过程对FG脉冲计数，当数值达到N个后表示盖板已经到位，停止对电机齿轮减速箱供电，盖板停止运动。

如果盖板在上升过程中受阻，盖板受到阻力作用停止运动，电机转速很小，控制器检测到FG频率f小于一定数值，则令电机反转，盖板做下降运动，直至下降到平放位置。如果盖板在下降过程中受阻，盖板受到阻力作用停止运动，电机转速很小，控制器检测到FG频率小于一定数值，则令电机正转，盖板做上升运动，直至上升到竖起位置。

盖板在平放位置时，若人手向上扳动盖板，控制器检测FG脉冲个数大于m时，马上进入上升状态，执行上升操作。盖板在竖起位置时，若人手向下扳动盖板，控制器检测FG脉冲个数大于m时，马上进入下降状态，执行下降操作，直至下降到平放位置。

其中，脉冲数N的计算方法如下：

设电机转子转1周产生6个FG脉冲信号，减速箱减速比为211，盖板平放到竖起的角度为110°。

则1个脉冲代表盖板转过的角度＝360°÷6÷211＝0.28°

N＝110°÷0.28°＝392

FG频率f与电机转子转速n的关系如下：

设电机转子转1周产生6个FG脉冲信号

则n＝10f

对于如图5所示的实施方式，电机驱动器M1与直流无刷电机整合为一体，即该直流无刷电机自带电机驱动器M1。

对于如图6所示的实施方式，上位主控制器、电机控制器U1和电机驱动器M1整合成一体。

对于如图7所示的实施方式，上位主控制器与电机控制器U1整合为一控制电路板，而电机驱动器M1与直流无刷电机整合为一体。

Claims (10)

1.一种匀速自动翻盖机构，包括直流电机及盖体传动机构，其特征在于：还包括所述直流电机的调速系统，所述直流电机调速系统包括一电机控制器、及一电机驱动器，

所述电机控制器向所述电机驱动器输出PWM脉宽控制信号、并依据所述电机驱动器的速度反馈信号对PWM脉宽值进行增减；所述电机驱动器接收所述PWM脉宽控制信号及根据所述PWM脉宽控制信号对直流电机实施控制、并对所述直流电机转速进行监测及发送速度反馈信号至所述电机控制器；

所述盖体传动机构包括一安装于盖体第一侧的转动铰链，及一安装于与所述盖体第一侧相对的盖体第二侧的动力传递机构，所述动力传递机构具有一连动于直流电机输出轴并与所述盖体固定连接的构件，所述转动铰链与所述构件具有处于同一轴线上的转动轴。

2.根据权利要求1所述的自动翻盖机构，其特征在于：所述构件具有一连接部，所述连接部具有一与所述直流电机输出轴轴接的内孔及与所述盖体固定连接的外凸部，所述盖体具有与所述构件外凸部嵌接固定的凹槽。

3.根据权利要求1所述的自动翻盖机构，其特征在于：所述转动铰链包括一支架，支架具有一伸向所述第一侧的轴部，所述盖体第一侧设有凹部，用于套接该轴部，所述轴部与所述凹部为动配合。

4.根据权利要求1所述的自动翻盖机构，其特征在于：所述电机控制器包括有一FG频率检测电路，当检测到的FG频率低于设定值时，所述电机控制器控制电机向相反方向转。

5.根据权利要求4所述的自动翻盖机构，其特征在于：当处于静止状态的盖体被外力扳动时，检测到的FG频率高于设定值时，所述电机控制器控制电机执行启动指令。

6.根据权利要求4所述的自动翻盖机构，其特征在于：所述直流电机由直流无刷电机与减速箱构成。

7.根据权利要求1所述的自动翻盖机构，其特征在于：所述转动轴接近于盖体的其中一边缘，当盖体处于直立状态时，所述其中一边缘为盖体的下端。

8.根据权利要求1所述的自动翻盖机构，其特征在于：所述电机驱动器包括一储电电容，在市政断电时通过该电容向控制电路供电。

9.一种应用权利要求1～8任一所述的自动翻盖机构的电子马桶。

10.一种自动翻盖机构的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

由电机控制器向电机驱动器输出PWM脉宽控制信号；

电机驱动器驱动直流电机转动；

直流电机输出轴传动转矩至盖体的翻转机构，盖体绕铰链转动；

电机驱动器监测直流电机转速变化，并发送速度反馈信号至所述电机控制器；

电机控制器依据所述电机驱动器的速度反馈信号对PWM脉宽值进行增减，使电机按设定的上升速度匀速转动。

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