CN216672785U - 一种无刷外转子直驱型机芯及冲牙器 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体公开了一种无刷外转子直驱型机芯冲牙器，机芯包括壳体、水泵、连杆以及外转子无刷电机；壳体包括可相互分离的上壳体和下壳体，上壳体和下壳体之间形成有容置空腔；水泵和连杆均设置于容置空腔中；连杆一端和水泵的活塞连接；连杆另一端和外转子无刷电机连接。本实用新型通过设置外转子无刷电机来代替现有有刷电机加齿轮传动的方式，减少了机芯整个的长度，极大的优化了产品的体积；同时由于外转子无刷电机没有了电刷的磨损和没有了齿轮传动，因此提高了产品寿命和效率，降低了产品的能耗。

Description

一种无刷外转子直驱型机芯及冲牙器

技术领域

本实用新型涉及冲牙器技术领域，具体涉及一种无刷外转子直驱型机芯及冲牙器。

背景技术

现有冲牙器机芯的传动结构多为有刷马达、主动齿轮、从动齿轮、偏心轮及连杆的结构。例如，申请号为CN201910921136.9的中国专利公开了一种防水密封件及冲牙机，其中马达的轴与主动齿轮连接并同轴转动，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮上有偏心轮结构，偏心轮、连杆及水泵组件组成曲柄连杆机构。当电机转动时，通过一级齿轮减速将电机扭力减速放大，曲柄连杆机构将从动齿轮的转动运动转化成水泵活塞的往复运动。上述的结构存在如下不足：1、由于马达为有刷马达，有刷马达加齿轮传动，导致整个产品的体积增加；同时由于从动齿轮结构复杂且为了降低齿轮运转噪音及制造成本多为采用注塑生产工艺的塑胶材质，马达及齿轮传动部分成为了整个传动机构的薄弱点，实际寿命测试经常发生马达电刷磨损失效及齿轮磨损打滑失效，寿命时间一般在100~200H不等。2、由于存在一级齿轮减速机构，且偏心轮与连杆的接触为滑动摩擦，因此整个产品的能耗较大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种无刷外转子直驱型机芯及冲牙器，旨在解决现有冲牙器产品体积大、寿命不长、能耗较大以及输出脉冲频率不稳定的问题。

为此，本实用新型根据其第一方面提出一种无刷外转子直驱型机芯，包括：

壳体，所述壳体包括可相互分离的上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体之间形成有容置空腔；

水泵，设置于所述容置空腔中；

连杆，设置于所述所述容置空腔中，所述连杆一端和所述水泵的活塞连接；

外转子无刷电机，和所述连杆另一端连接。

进一步地，所述外转子无刷电机包括转子部和定子部，所述转子部包括转子机壳、连接件和磁环，所述连接件和所述连杆另一端连接，所述磁环和所述转子机壳内壁连接；所述定子部包括基座、定子铁心和线圈绕组，所述连接件分别通过第一滚动轴承、第二滚动轴承和所述基座连接，所述定子铁心套接于所述基座上。

进一步地，所述连接件为偏心轴。

进一步地，所述转子部还包括第三滚动轴承，所述偏心轴套接于所述第三滚动轴承，所述第三滚动轴承的外圈和所述连杆另一端固定。

进一步地，所述连接件为半牙螺丝，所述半牙螺丝具有和所述连杆连接的光杆部。

进一步地，所述定子铁心的外径为φ22mm~φ28mm，定子铁心的厚度为6mm~8mm，所述线圈绕组的相数为3，所述磁环的极对数为7~12。

进一步地，还包括用于控制所述外转子无刷电机的控制装置，所述控制装置包括速度控制器、PWM 调制模块、换向逻辑模块、逆变器和反电动势检测模块，所述速度控制器和所述PWM 调制模块连接，所述反电动势检测模块的输入端和所述外转子无刷电机连接，用于检测并输出所述外转子无刷电机的反电动势信号，反电动势检测模块的输出端分两路，一路和所述换向逻辑模块、逆变器以及外转子无刷电机依次连接，另一路和所述速度控制器连接。

进一步地，所述控制装置还包括转速监测模块和电流监测模块，所述转速监测模块用于监测所述外转子无刷电机的转速，所述电流监测模块用于监测所述外转子无刷电机的电流。

进一步地，所述下壳体设置有硅胶件，所述外转子无刷电机固定于所述硅胶件上。

根据本实用新型的第二方面，本实用新型涉及一种冲牙器，其包括上述的机芯。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过设置外转子无刷电机来代替现有有刷电机加齿轮传动的方式，减少了机芯整个的长度，极大的优化了产品的体积；同时由于外转子无刷电机没有了电刷的磨损和没有了齿轮传动，因此提高了产品寿命和效率，降低了产品的能耗。

附图说明

图1为本申请实施例1提供的一种无刷外转子直驱型机芯的结构示意图。

图2为本申请实施例1提供的一种无刷外转子直驱型机芯的剖视图。

图3为本申请实施例1提供的外转子无刷电机的剖视图。

图4为本申请实施例1提供的控制装置的结构示意图。

图5为本申请实施例2提供的一种无刷外转子直驱型机芯的剖视图。

图6为本申请实施例3提供的一种无刷外转子直驱型机芯的剖视图。

图7为本申请实施例4提供的控制装置的结构示意图。

附图标记说明：

1、壳体；10、上壳体；11、下壳体；

2、水泵；3、连杆；

4、外转子无刷电机；40、转子机壳；41、连接件；42、磁环；43、基座；44、定子铁心；45线圈绕组；46、第一滚动轴承；47、第二滚动轴承；48、第三滚动轴承；

5、控制装置；50、速度控制器；51、PWM调制模块；52、换向逻辑模块；53、逆变器；54、反电动势检测模块；

6、硅胶件。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

在本实用新型中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

如图1、图2所示，一种无刷外转子直驱型机芯，机芯包括壳体1、水泵2、连杆3以及外转子无刷电机4；其中，壳体1包括可相互分离的上壳体10和下壳体11，上壳体10和下壳体11之间形成有容置空腔；水泵2和连杆3均设置于容置空腔中；连杆3一端和水泵2的活塞连接；连杆3另一端和外转子无刷电机4连接。

本实施例提供的无刷外转子直驱型机芯，通过设置外转子无刷电机4来代替现有有刷电机加齿轮传动的方式，减少了机芯整个的长度，极大的优化了产品的体积；同时由于外转子无刷电机4没有了电刷的磨损和没有了齿轮传动，因此提高了产品寿命和效率，降低了产品的能耗。

具体地，如图3所示，外转子无刷电机4包括转子部和定子部，转子部包括转子机壳40、连接件41和磁环42，连接件41和连杆3另一端连接，连接件41、连杆3及水泵2组成曲柄连杆机构，磁环42和转子机壳40内壁连接；定子部包括基座43、定子铁心44和线圈绕组45，连接件41分别通过第一滚动轴承46、第二滚动轴承47和基座43连接，定子铁心44套接于基座43上。

在本实施方式中，连接件41为偏心轴，偏心轴通过第三滚动轴承48和连杆3连接，偏心轴设置于转子机壳40内腔中，磁环42外圈通过胶水粘接于转子机壳40内壁上。第一滚动轴承46内圈右侧与转子机壳40台阶接触，第一滚动轴承46外圈左侧与基座43台阶接触；第二滚动轴承47外圈右侧与基座43台阶接触。

偏心轴直接通过滚动轴承与连杆连接，没有了齿轮传动的磨损，而外转子无刷电机4的失效往往为轴承磨损，相较于齿轮传动的磨损，能够极大地提高了产品寿命。同时由于偏心轴与连杆之间为滚动摩擦，因此产品的机械摩擦损耗极低，外转子无刷电机4在参数匹配的情况下整体效率比有刷电机要高。

为了进一步降低外转子无刷电机4的制作成本，转子机壳40通过拉伸冲压工艺制成，基座为铸铝结构。

在本实施方式中，外转子无刷电机4的驱动方式为无感驱动，线圈绕组45的相数为3相；由于尺寸过大的话会占空间，尺寸过小会导致发热严重和效率低下问题，因此定子铁心44的外径优选为φ22mm~φ28mm，定子铁心44的厚度优选为6mm~8mm。另外，由于磁环42的磁极对数越多扭矩越大转速越低，无感驱动在低转速状态下波动越小，但是极对数越多的话，磁环42充磁充磁成本越高，因此磁环42的极对数优选为7~12。

如图4所示，该机芯还包括用于控制外转子无刷电机4的控制装置5，控制装置5包括速度控制器50、PWM调制模块51、换向逻辑模块52、逆变器53和反电动势检测模块54，速度控制器50和PWM 调制模块51连接，反电动势检测模块54的输入端和外转子无刷电机4连接，反电动势检测模块54用于检测并输出外转子无刷电机4的反电动势信号，反电动势检测模块54的输出端分两路，一路和换向逻辑模块52、逆变器53以及外转子无刷电机4依次连接，另一路和速度控制器50连接。

本实施例提供的控制装置，使用时，先通过反电动势检测模块54检测并输出外转子无刷电机4的反电动势信号，根据该反电动势信号获取到外转子无刷电机4的转速，然后将该转速反馈给速度控制器50，速度控制器50对该转速和目标转速的偏差进行比例控制、积分控制、微分控制三种操作并线性组合成PID控制量，当外转子无刷电机4电压降低或负载增加时，转速也会降低，这时在速度控制器50和PWM 调制模块51的作用下，PID控制量为正数且占空比加大，外转子无刷电机4的转速会在短时间内调节为目标转速；反之当外转子无刷电机4升高或负载降低时，转速也会升高，此时在通过速度控制器50和PWM 调制模块51的作用下，PID控制量为负数且占空比减小，外转子无刷电机4的转速会在短时间内降低至目标转速。同时反电动势检测模块检测外转子无刷电机的反电动势信号，并将该反电动势信号输出给换向逻辑模块52，当接收到的反电动势过零位后，外转子无刷电机延时30°相位角准备换向，通过延时换向可以提升外转子无刷电机的运行效率，降低外转子无刷电机4负载电流，接着换向逻辑模块52将电机换向逻辑信号送至逆变器53驱动后把三相电源信号送至外转子无刷电机4。

现有技术中有刷电机的转速与电压和负载有关，与电压成正比，与负载成反比，造成负载差异的原因可能是因为泵的组装及加工误差、使用环境温度、使用磨损、泵的液体密度不同等；此外由于有刷电机的电压特性，当电池的电压也随着电池电量的消耗越来越低时，电机的转速也等比例下降；再者由于有刷电机本身的制造误差，造成实际出厂的转速范围存在＜±10%的速度差异。相较于现有技术，采用上述结构的控制装置，与传统有刷电机通过控制电机两端的端电压来控制转速的逻辑不同的是，本申请是通过控制的是电机的绝对转速，从而实现了在有限变化范围下电机转速与负载的变化无关，以及在电池的使用电压范围内与电压的变化无关，从而提高了用户体验。

进一步地，控制装置5还包括转速监测模块和电流监测模块，转速监测模块用于监测外转子无刷电机的转速，电流监测模块55用于监测外转子无刷电机的电流，当外转子无刷电机的电流大于设定值时或转速下降为零时，外转子无刷电机重启。

在本实施方式中，下壳体11设置有硅胶件6，外转子无刷电机4固定于硅胶件6上。

实施例2

如图5所示，本实施例提供的无刷外转子直驱型机芯的结构和实施例1大致一样，主要差异在于，连接件41为偏心轴，偏心轴41直接和连杆3连接，连杆3设置有安装孔，偏心轴和安装孔间隙配合。采用上述结构，偏心轴和连杆3直接连接，取消了第三滚动轴承，避免了第三滚动轴承造成的某种程度上的滑动摩擦损耗，从而能够有效地降低第三滚动轴承带来的偏心惯性振动。

实施例3

如图6所示，本实施例提供的无刷外转子直驱型机芯的结构和实施例1大致一样，主要差异在于，连接件41为半牙螺丝，半牙螺丝设置有光杆，连杆3设置有沉头孔，光杆和沉头孔间隙配合。

实施例4

如图7所示，本实施例提供的无刷外转子直驱型机芯的结构和实施例1大致一样，主要差异在于，本实施例提供的外转子无刷电机的驱动方式采用的是有感驱动。在本实施方式中，用于控制外转子无刷电机的控制装置包括速度控制器50’、PWM 调制模块51’、换向逻辑模块52’、逆变器53’和反馈模块，速度控制器50’的输出端和PWM 调制模块块51’连接，速度控制器50’的输出端和反馈模块连接，反馈模块的输出端和换向逻辑模块52’连接，用于将位置信息反馈给换向逻辑模块52’，换向逻辑模块52’、逆变器53’以及外转子无刷电机4依次连接。

在本实施方式中，反馈模块为编码器，编码器可以采用磁转角编码器或光编码器，编码器用于采集编码器信号来获取外转子无刷电机4的转速。但值得理解的是，可以采用霍尔传感器来代替编码器。

本实施例提供的控制装置，使用时，先将编码器的速度反馈给速度控制器，速度控制器对该转速和目标转速的偏差进行比例控制、积分控制、微分控制三种操作并线性组合成PID控制量，当外转子无刷电机电压降低或负载增加时，转速也会降低，这时在速度控制器和PWM 调制模块的作用下，PID控制量为正数且占空比加大，外转子无刷电机的的转速会在短时间内调节为目标转速；反之当外转子无刷电机升高或负载降低时，转速也会升高，此时在通过速度控制器和PWM 调制模块的作用下，PID控制量为负数且占空比减小，外转子无刷电机的的转速会在短时间内降低至目标转速。同时将编码器的位置信息反馈给换向逻辑模块，当接收到编码器的位置信息后，外转子无刷电机延时30°相位角准备换向，通过延时换向可以提升外转子无刷电机的运行效率，降低外转子无刷电机负载电流，接着换向逻辑模块将电机换向逻辑信号送至逆变器驱动后把三相电源信号送至外转子无刷电机。

实施例5

本实施例提供一种冲牙器，包括实施例1或实施例2或实施例3或实施例4提供的机芯。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点 ,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种无刷外转子直驱型机芯，其特征在于，所述的机芯包括：

壳体，所述壳体包括可相互分离的上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体之间形成有容置空腔；

水泵，设置于所述容置空腔中；

连杆，设置于所述容置空腔中，所述连杆一端和所述水泵的活塞连接；

外转子无刷电机，和所述连杆另一端连接。

2.根据权利要求1所述的一种无刷外转子直驱型机芯，其特征在于，所述外转子无刷电机包括转子部和定子部，所述转子部包括转子机壳、连接件和磁环，所述连接件和所述连杆另一端连接，所述磁环和所述转子机壳内壁连接；所述定子部包括基座、定子铁心和线圈绕组，所述连接件分别通过第一滚动轴承、第二滚动轴承和所述基座连接，所述定子铁心套接于所述基座上。

3.根据权利要求2所述的一种无刷外转子直驱型机芯，其特征在于，所述连接件为偏心轴。

4.根据权利要求3所述的一种无刷外转子直驱型机芯，其特征在于，所述转子部还包括第三滚动轴承，所述偏心轴套接于所述第三滚动轴承，所述第三滚动轴承的外圈和所述连杆另一端固定。

5.根据权利要求2所述的一种无刷外转子直驱型机芯，其特征在于，所述连接件为半牙螺丝，所述半牙螺丝具有和所述连杆连接的光杆部。

6.根据权利要求2所述的一种无刷外转子直驱型机芯，其特征在于，所述定子铁心的外径为φ22mm~φ28mm，定子铁心的厚度为6mm~8mm，所述线圈绕组的相数为3，所述磁环的极对数为7~12。

7.根据权利要求1所述的一种无刷外转子直驱型机芯，其特征在于，还包括用于控制所述外转子无刷电机的控制装置，所述控制装置包括速度控制器、PWM 调制模块、换向逻辑模块、逆变器和反电动势检测模块，所述速度控制器和所述PWM 调制模块连接，所述反电动势检测模块的输入端和所述外转子无刷电机连接，用于检测并输出所述外转子无刷电机的反电动势信号，反电动势检测模块的输出端分两路，一路和所述换向逻辑模块、逆变器以及外转子无刷电机依次连接，另一路和所述速度控制器连接。

8.根据权利要求7所述的一种无刷外转子直驱型机芯，其特征在于，所述控制装置还包括转速监测模块和电流监测模块，所述转速监测模块用于监测所述外转子无刷电机的转速，所述电流监测模块用于监测所述外转子无刷电机的电流。

9.根据权利要求1所述的一种无刷外转子直驱型机芯，其特征在于，所述下壳设置有硅胶件，所述外转子无刷电机固定于所述硅胶件上。

10.一种冲牙器，其特征在于，包括如权利要求1~9任一项所述的机芯。

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