容积探头的制作方法

本实用新型涉及医用超声波诊断设备，尤其涉及一种容积探头。

背景技术：

容积探头是一种能够采集三维容积数据的超声探头，其内置有步进电机和传动装置，通过传动机构带动一维阵列换能器做往复摆动，换能器在摆动过程当中发射和接收超声波，将采集到不同平面的二维图像数据传递给超声主机进行计算处理，最终得到一个立体图形，可以准确测量局部组织器官，通常用于腹部及小器官的诊断。

容积探头不仅具有普通二维凸阵探头的全部功能，还具有三维立体成像功能，其核心在于换能器可以在一定角度内做往复摆动来获取图像。目前市面上的容积探头主要使用齿轮机构、同步带、连杆机构等传动方式将步进电机的旋转运动转化成换能器的摆动，所使用的材料是常见的铜合金、铝合金等金属材料或者POM、尼龙等工程塑料。相对于普通的凸阵探头来说，容积探头内部结构较复杂，零部件多且装配困难，这导致探头的外形笨重不利于医护人员操作。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型在于提供一种容积探头，以解决现有技术内部结构复杂，传动比小等问题。

针对上述技术问题，本实用新型提出一种容积探头，其包括：壳体，以及设置于所述壳体内的动力输出机构、传动装置和换能器；所述传动装置包括：齿轮圈、太阳轮和至少一行星轮，所述齿轮圈为内啮合齿齿轮；所述太阳轮用以接收由所述动力输出机构输出的动力，所述太阳轮位于所述齿轮圈的中心，所述行星轮位于所述齿轮圈内并分别与所述太阳轮和齿轮圈啮合；所述齿轮圈与所述换能器固定连接。

在优选方案中，所述动力输出机构为电机；所述传动装置还包括：主动齿轮，所述主动齿轮与所述电机的输出轴固定连接，所述主动齿轮与所述太阳轮啮合，以使所述太阳轮通过所述主动齿轮接收由所述电机输出的动力。

在优选方案中，所述主动齿轮、齿轮圈、太阳轮和所述行星轮均为碳纤维复合材料制成。

在优选方案中，所述主动齿轮、齿轮圈、太阳轮和所述行星轮的齿形和模数均相同，所述齿形为渐开线型。

在优选方案中，所述太阳轮沿其轴向的两端分别具有第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮位于所述齿轮圈以外并与所述主动齿轮啮合，所述第二齿轮位于所述齿轮圈内的中间位置并与所述行星轮啮合。

在优选方案中，所述第一齿轮的齿数大于所述主动齿轮的齿数，所述行星轮的齿数大于所述第二齿轮的齿数，所述齿轮圈的齿数大于所述行星轮的齿数。

在优选方案中，所述齿轮圈位于所述动力输出机构的一端，所述动力输出机构相对于所述齿轮圈的另一端固定有支撑板，所述换能器的一端固定于所述齿轮圈，另一端可转动地安装于所述支撑板。

在优选方案中，所述齿轮圈包括分布有内啮合齿的第一部分和未分布内啮合齿的第二部分，所述换能器与所述齿轮圈的第二部分固定连接。

在优选方案中，所述齿轮圈的内啮合齿沿着齿轮圈周向分布的角度在244°至360°之间。

在优选方案中，所述行星轮包括：齿数相同的第一行星轮和第二行星轮，其二者沿所述齿轮圈的周向分布；第一行星轮和第二行星轮沿所述齿轮圈的径向的夹角为82°至102°。

在优选方案中，所述壳体具有大头端和小头端，所述大头端设有声窗；所述壳体内还设有驱动电路，所述驱动电路与所述动力输出机构连接；所述驱动电路靠近小头端设置，所述换能器靠近大头端设置，所述动力输出机构和所述传动装置设置于所述驱动电路和所述换能器之间；所述换能器靠近所述动力输出机构的一面设有柔性PCB，所述柔性PCB内含有多条通信线路，其能够将所述换能器产生的电信号传输给所述驱动电路，所述驱动电路通过线缆将该电信号传输给外部的超声诊断主机。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型的容积探头的传动装置采用了行星齿轮传动机构传导动机输出机构扭矩，使得其整体结构紧凑，且具有传动比大，运行稳定，传动精度高，可靠性高等优点。

附图说明

图1是本实施例容积探头的结构示意图。

图2是本实施例容积探头中电机、传动装置和换能器的连接结构示意图。

图3是本实施例容积探头壳体内部分部件的截面结构示意图。

图4是本实施例传动装置的爆炸结构示意图。

图5是本实施例行星齿轮与换能器的连接结构示意图。

图6是本实施例行星齿轮顺时针(按图示纸面方向)最大行程的结构示意图。

图7是本实施例行星齿轮逆时针(按图示纸面方向)最大行程的结构示意图。

附图标记说明如下：2、壳体；21、声窗；3、电机；4、传动装置；41、主动齿轮；42、齿轮圈；43、太阳轮；431、第一齿轮；432、第二齿轮；44、行星轮；5、换能器；6、线缆；601、尾套；7、支撑机构；71、围板；72、支撑板；73、转轴；74、轴承；8、柔性PCB电路板；9、驱动电路；10、储油管。

具体实施方式

体现本实用新型特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。

参阅图1，本实施例提供的容积探头包括：壳体2，以及设置于壳体2内的动力输出机构、传动装置4和换能器5。

传动装置4包括：齿轮圈42、太阳轮43和至少一行星轮44，齿轮圈42为内啮合齿齿轮；太阳轮43用以接收由动力输出机构输出的动力，太阳轮43位于齿轮圈42的中心，行星轮44位于齿轮圈42内并分别与太阳轮43和齿轮圈42啮合；齿轮圈42与换能器5固定连接。

本实施例的容积探头，其动力输出机构输出的转矩直接传导至太阳轮43，并带动太阳轮43转动，而太阳轮43与行星轮44啮合而带动行星轮44转动，行星轮44最终带动齿轮圈42在一定角度范围内转动。本实施例的容积探头的动力输出机构扭矩通过该太阳轮43、行星轮44和齿轮圈42构成的行星齿轮传导至换能器5阵列中心转轴，保证了动力输出机构扭矩的有效传导；同时，结构更加紧凑，从而使得探头体积更小，实现了换能器5在狭小空间内的往复摆动。

具体而言，继续参阅图2至图7，壳体2具有大头端和小头端，大头端设有声窗21，该大头端为探头的检测端；小头端通过线缆6以与外部的超声诊断主机连接；进一步地，线缆6伸出壳体2的分段上设有软性的尾套601以保护其在操作容积探头是因弯折而带来的损伤。其中，壳体2及其声窗21，以及尾套601使用胶粘合形成一密封结构，以对内部的各部件起到保护的作用。

本实施例的动力输出机构为电机3，具体地，其为步进电机。

传动装置4还包括主动齿轮41，主动齿轮41与电机3的输出轴固定连接，主动齿轮41与太阳轮43啮合；也就是说，太阳轮43通过该主动齿轮41接收由电机3输出的动力。该主动齿轮41与行星齿轮的配合构成三级齿轮啮合以传导电机扭矩至换能器5阵列中心转轴，结合各齿轮的齿数，进一步地提高传动比，整体结构更加紧凑。

具体地，电机3和传动装置4大致位于壳体2大头端和小头端之间的中间位置，换能器5位于靠近大头端的位置。

电机3和传动装置4通过支撑机构7设置于壳体2内，其中，传动装置4位于电机3的一端；此外，支撑机构7位于壳体2大头端和小头端之间的中部位置，并使壳体2内朝向大头端的空间形成一密封空间，使得传动装置4和换能器5均置于该密封空间内。

支撑机构7包括：围板71、支撑板72和转轴73。围板71设置于电机3和传动装置4的外周且与壳体2连接，支撑板72相对于传动装置4连接于电机3的另一端。转轴73通过轴承74连接于支撑板72背向电机3的一面。换能器5的一端固定于齿轮圈42，另一端通过转轴73可转动地安装于支撑板72。轴承74和转轴73同轴设置且转轴73中心与齿轮圈42的中心轴在同一轴线上，以保证当电机3输出的转矩通过齿轮机构的传递带动齿轮圈42做圆周运动时，换能器5也随着齿轮圈42围绕齿轮圈42的中心轴做圆周运动。

本实施例主动齿轮41、齿轮圈42、太阳轮43和行星轮44均为碳纤维复合材料制成，由于碳纤维复合材料具有优异的物理性能，拉伸强度高，高强型碳纤维强度甚至能达到2000－4000MPa，使用碳纤维复合材料制作成齿轮传动机构与传统的金属材料比具有强度高、重量轻、精度高的优点，这些优点使得传统材料无法实现的精密传动机构可以使用碳纤维复合材料来实现；同时，使用碳纤维复合材料制作齿轮可以有效减弱了齿轮在啮合过程中齿根受到的拉伸应力，延长齿轮的使用寿命。齿轮在使用过程中减少了变形、断齿、缺齿的发生几率，也能更好地应对设备过载、机械损伤等问题；而且，碳纤维复合材料具有是耐腐蚀、耐摩擦和自润滑的特性，有实验数据表明碳纤维复合材料制成的齿轮使用寿命是普通工程塑料齿轮的4倍，能抵御汽油、油、脂肪、酒精、弱碱等的侵蚀。容积探头的换能器5阵列与传动机构通常需要密封在润滑油中，维护更换零件困难。使用这种碳纤维复合材料的齿轮传动机构的容积探头使用寿命更长，减少了故障的概率和维护成本。

进一步地，主动齿轮41、齿轮圈42、太阳轮43和行星轮44的齿形和模数均相同，其齿形均为渐开线型。

其中，齿轮圈42、太阳轮43行星轮44构成行星齿轮组。本实施例的行星轮44的数量为两个，该两个行星轮44沿齿轮圈42的周向分布，减少了行星齿轮在顺时针转动和逆时针转动交替过程中产生的回差，运行更加稳定，精度更高；较优地，如图5所示，两个行星轮44沿齿轮圈42的径向的夹角α为82°至102°，以使两行星轮44带动齿轮圈42正向或反向转动时保证齿轮圈42转动的角度达到预定角度，同时也确保换能器5转动的稳性。

太阳轮43沿其轴向的两端分别具有第一齿轮431和第二齿轮432，本实施例中第一齿轮431和第二齿轮432通过连接轴连接并为一个整体结构；第一齿轮431位于齿轮圈42以外并与主动齿轮41啮合，第二齿轮432位于齿轮圈42内的中间位置并均与两个行星轮44啮合。

进一步地，第一齿轮431的齿数大于主动齿轮41的齿数，每个行星轮44的齿数大于第二齿轮432的齿数，齿轮圈42的齿数大于每个行星轮44的齿数，从而使传动装置4传动比更大。在本实施例中，主动齿轮41的齿数Z1＝11，第一齿轮431的齿数Z2＝20，第二齿轮432的齿数Z3＝14，每个行星轮44的齿数Z4＝17，齿轮圈42的齿数Z5＝56；每级传动齿轮传动比分别是20:11、17:14和56:17，忽略掉摩擦损耗，总传动比达到7.27，远远高于现有的传动装置的传动比，且转动角速度约为电机3输出轴的0.138倍。

参阅图6和图7，本实施例传动装置4和换能器5的配合关系是：太阳轮43绕中心轴逆时针转动时，可以带动两个行星轮44绕各自的中心轴顺时针转动，两个行星轮44分别与齿轮圈42啮合，带动齿轮圈42顺时针转动，如图6所示，齿轮圈42顺时针转动的最大角度与中心线夹角是-58°，此时换能器5相对中心线向左摆动的最大角度是58°。当太阳轮43绕中心轴顺时针转动时，经过两个行星轮44啮合传导后，齿轮圈42将逆时针转动，如图7所示，齿轮圈42逆时针转动的最大角度与中心线夹角是+58°，此时换能器5相对中心线向右摆动的最大角度是58°。可见，在电机3和传动装置4的作用下，换能器5可绕中心轴线做-58°至+58°的反复摆动。

本实施例的齿轮圈42包括分布有内啮合齿的第一部分421和未分布内啮合齿的第二部分422，换能器5与齿轮圈42的第二部分422固定连接，且换能器5与齿轮圈42朝向电机3的一面连接，以使结构更紧凑。进一步地，齿轮圈42的内啮合齿沿着齿轮圈42周向分布的角度在244°～360°之间，以便两个行星轮44转动而带动齿轮圈42在-58°至+58°的范围内往复旋转，从而带动换能器5也在该范围内来回摆动。

此外，换能器5靠近电机3的一面设有柔性PCB电路板8，柔性PCB电路板8内含有多条通信线路。

进一步地，本实施例的壳体2内还设有驱动电路9和储油管10。

驱动电路9设置于靠近壳体2小头端的位置，线缆6位于壳体2内的一端与驱动电路9连接，并且驱动电路9还与电机3连接。储油管10由硅胶或者橡胶弹性材料制成，其连接于支撑机构7朝向壳体2小头端的表面上并与壳体2内的密封空间连通，通过该储油管10能够其向壳体2位于大头端的密封空间内填充润滑油，以减小超声波的衰减，保证运动机构运行稳定；同时，由硅胶或者橡胶弹性材料制成的储油管10可以吸收因探头内部温度变化导致的润滑油体积发生的弹性变化。

超声诊断主机的控制信号传递给电机3和换能器5，并将换能器5采集到的信号返回给超声诊断主机。具体地，驱动电路9输出脉冲电信号控制电机3的运动，电机3输出的转矩通过传动装置4传递给换能器5，最终带到换能器5在一定的角度范围内转动。柔性PCB电路板8能够将换能器5产生的电信号传输给电机3，驱动电路9能通过线缆6将该电信号传输外部的超声诊断主机。

在其他实施例中，行星轮44的数量也可以是一个，在安装空间允许的情况还可以是两个以上的数量。

本实用新型的容积探头的传动装置采用了行星齿轮传动机构传导动机输出机构扭矩，使得其整体结构紧凑，且具有传动比大，运行稳定，传动精度高，可靠性高等优点。

进一步地，主动齿轮与行星齿轮的配合传导电机扭矩，进一步地有效提高传动比，整体结构更加紧凑。

进一步地，采用碳纤维复合材料制造齿轮传动机构，能够使具有这种传动机构的容积探头外观尺寸更小，重量更轻，比传统的容积探头减轻了约20％，改善了传统容积探头外观尺寸大又笨重的缺点，进一步实现容积探头轻量化、小型化，降低生产成本并延长产品寿命。

虽然已参照以上典型实施方式描述了本实用新型，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。