CN100481684C - 马达及使用该马达的阻尼器 - Google Patents

Abstract

一种马达(M1)提供有空心的转子轴(3)、插入转子轴(3)内并连接到转子轴(3)的一端的内周上的输出轴(T)、以及检测与作用在输出轴(T)上的扭矩一起改变的输出轴的扭转角度的检测装置。

Description

马达及使用该马达的阻尼器

技术领域

本发明涉及一种马达以及一种通过由马达产生的电磁力减少车体和车轴的相对位移的阻尼器。

背景技术

日本专利局公开的JP2003-343648 A公开了如下的阻尼器：阻尼器包括滚珠螺杆螺母和可旋转拧入滚珠螺杆螺母内的螺杆轴，并且经由扭杆将螺杆轴和转子轴相连。因此，该阻尼器将滚珠螺杆螺母的线性运动转化为螺杆轴的旋转运动，经由扭杆将旋转运动传送到马达的转子轴以在马达内产生电磁力，并且使用与电磁力产生的转子轴的旋转相反的扭矩作为阻尼力，以抑制滚珠螺杆螺母的线性运动。

发明内容

然而，在上述阻尼器中，由于马达不能检测产生的扭矩，所以不能够保持由阻尼器产生的阻尼力的轨迹。

另外，由于马达的转子轴的下端和螺杆轴的上端经由扭杆连接，所以阻尼器在长度上增加扭杆的长度。这有损阻尼器的安装性能并且也使得难于确保其行程。

因此本发明的目的在于提供一种能够检测扭矩而不增加马达整体长度的马达。本发明的进一步目的在于提高使用马达的阻尼器的控制性能并且也在于减少阻尼器的整体长度。

为了获得上述目的，本发明提高一种马达，该马达包括空心的转子轴、从转子轴一端插入转子轴内并连接到转子轴另一端上的输出轴、以及检测装置，该检测装置检测与作用在输出轴上的扭矩一起改变的输出轴的扭转角度。

本发明也提供一种阻尼器，该阻尼器包括连接到车轴和车体之一上的螺杆螺母、可旋转拧入螺杆螺母内的螺杆轴、以及连接到车轴和车体中另一个上的马达，并且螺杆轴的旋转传送到上述马达上，上述马达包括空心的转子轴、从转子轴一端插入转子轴内并连接到转子轴另一端上的输出轴，并且该输出轴连接到螺杆轴上、以及检测装置，该检测装置检测与作用在输出轴上的扭矩一起改变的输出轴的扭转角度。

本发明的细节以及其它特征和优点在说明书剩下的部分阐明以及在附图中示出。

附图说明

图1是示出本发明优选实施例中的阻尼器的纵向截面图。

图2是示出耦合的分解透视图。

图3是示出在本发明另一优选实施例中的阻尼器的马达的纵向截面图。

具体实施方式

此后，将要参照附图描述本发明。如图1所示，在优选实施例中的阻尼器D1提供有滚珠螺杆螺母11、螺杆轴12和马达M1螺杆轴12可旋转地拧入滚珠螺杆螺母11内，并且螺杆轴12的旋转传送到马达M1。

如图1所示马达M1提供有壳体2、转子1和定子5。转子1由空心转子轴3、附着到转子轴3的外周的磁铁4和作为插入转子轴3内的输出轴的扭杆T形成。转子1经由滚珠轴承8和9可旋转地支撑在壳体2中。

壳体2由具有带有凸缘的开口的底部圆柱壳体2a、闭合开口的内盖2b以及具有带有凸缘的开口的底部圆柱外盖2c形成。内盖2b的下端面和外盖2c的凸缘在它们之间保持车辆的车体B。马达M1使用螺栓(未示出)牢固地固定到车体B的内部，以穿过壳体2a、内盖2b、车体B和外盖2c。

内盖2b和外盖2c中每一个都具有穿过其轴的孔，转子轴3和扭杆T插入上述孔内。

马达M1可以通过焊接或其它固定方法固定到车体B上，但是考虑到维护方便，优选采取使得马达M1能够牢固地固定到车体B上并且也允许移去马达M1的固定方法。

定子5由作为电枢铁芯的芯6形成，该芯6以面向磁铁4和围绕芯6卷绕的线圈7的方式附装到壳体2的内周上。马达M1构造为所谓的无刷马达。

磁铁4形成为环形形状并且具有分离电极图案，其中北极和南极沿着圆周交替出现。磁铁4通过以环形形状粘接多个磁铁而形成。

转子轴3形成为空心的、基本底部圆柱形状。在转子轴3内部，作为输出轴的扭杆T的上端装配并固定到转子轴3的端部。在转子轴3的外部提供附装到感测磁铁61上的轴62。

转子轴3的内径设定为比扭杆T的外径更大的数值，使得扭杆T的外周不与转子轴3的内周相接触，即转子轴3不影响扭杆T的扭矩。

滚珠轴承8的外环侧固定在壳体2a中。滚珠轴承9的外环侧固定在内盖2b的内圆周中。转子轴3插入滚珠轴承8和滚珠轴承9的每个内环内，并且可旋转地支撑在壳体2内。

在壳体2a的上部内提供磁力传感器63。磁力传感器63以面向附装到转子轴3的轴62的外周上的感测磁铁61的方式提供有霍耳元件(hall element)和磁阻(MR)元件等。通过结合构成检测装置K1的感测磁铁61和磁力传感器63，能够检测转子轴3的上端的旋转角度，结果检测到固定到转子轴3内部的扭杆T的上端的旋转角度。

感测磁铁64附装到扭杆T的另一端上。磁力传感器65以面向感测磁铁64的方式提供在外盖2c内部。扭杆T的下端的侧部插入滚珠轴承10的内环内，该滚珠轴承10的外环固定到外盖2c的内圆周上并且可旋转地支撑在壳体2内作为转子轴3。

通过结合构成检测装置K2的感测磁铁64和磁力传感器65，能够检测扭杆T的另一端的旋转角度。

在当前实施例中，检测装置K1和K2分别由感测磁铁61和64以及磁力传感器63和65构成，但是这些装置可以形成为分解器，其中感测磁铁是转子线圈或者分解器芯并且磁力传感器是定子线圈。可选择地，光学或其它类型的旋转编码器可以用于检测扭杆T的上下端的旋转角度。

在当前实施例中，输出轴由扭杆T形成，使得在输出轴的上和下端之间易于产生旋转角度差值，但是可以使用杆状输出轴。然而，如果输出轴具有高的扭转刚性，优选具有高分辨率的装置用作每个检测装置K1和K2。

转子轴3可以形成为圆柱形。在该情况下，转子轴3固定到输出轴的上端的外周上。而且，推荐转子轴3的内径设定为比输出轴的外径更大的数值，以便不限制输出轴的扭矩。

马达M1经由电线(未示出)连接到控制单元和外部电源(未示出)，上述电线通过在壳体2a的上端的侧部提供的绝缘垫圈G引入壳体2内。控制作用在转子1上的旋转扭矩使得能够获得期望的阻尼力，并且驱动马达M1使得阻尼器D1不仅仅作为阻尼器而且也作为致动器运转。

在当前实施例中，无刷马达用作马达M1，但是如果用作电磁力的源的话，可以使用各种马达例如带有电刷的DC或AC马达、感应马达等。

而且，在当前实施例中，由于通过马达M1增加的直径热容量设计为处在高等级，所以能够防止磁铁4的热退磁和马达M1的热损坏。同时，马达M1设计为短的，使得即使马达M1安装在车体B内部，也不会引起障碍。

另一方面，当前实施例中的阻尼器D1包括螺杆轴12和可旋转拧入螺杆轴12的滚珠螺杆螺母11，以将阻尼器D1的扩张和收缩运动转换为旋转运动。

螺杆轴12经由滚珠轴承23和24可旋转地支撑在内管20中。滚珠轴承23和24保持在帽21内，该帽21装配在内管20的上端内。围绕帽21外周提供的凸缘22用螺栓固定到杯形连接件25上，该杯形连接件在其底部具有孔并且具有带有凸缘的开口。

滚珠轴承23和24保持在螺杆轴12的上端处提供的肩部12a和螺母60之间，以便防止螺杆轴12相对于内管20震动。

通过将外盖2c装入连接件25的上端的内周之内，内管20支撑在车体B中。马达M1和连接件25可以通过在将马达M1固定到车体B中使用的螺栓(未示出)固定到车体B上。

诸如防震橡胶之类的弹性体可以放置在连接件25的凸缘和外盖2c之间。在该情况下，阻尼器D1的震动能够由弹性体吸收，并且因此车辆的驾乘质量提高。

挠性耦合件30连接到螺杆轴12上端。扭杆T的下端插入并连接到挠性耦合件30的上端。螺杆轴12的旋转经由挠性耦合件30传送到马达M1的转子1。挠性耦合件30容纳在连接件25之内。

如图2所示，挠性耦合件30由一对上下结合件31和32以及放置在结合件31和32之间的弹性体33构成。一个结合件31提供有圆柱体和从圆柱体立起的一对凸起，每个凸起具有扇形横向部分，并且另一个结合件32具有与结合件31相同的形状。结合件31和32以如下方式装配在一起：一个结合件的凸起插入另一个结合件的凸起之间，并且弹性体33通过焊接等放置在一个结合件的每个凸起和另一结合件的每个凸起之间。

因此，挠性耦合件30允许螺杆轴12相对于扭杆T扭转。也就是说，处在扭杆T和螺杆轴12相连接的状态，允许螺杆轴12相对于扭杆T的圆周旋转。而且，由于布置了弹性体33，能够防止螺杆轴12的高角度加速旋转直接传送到扭杆T。

除了所示出的之外，可以使用各种类型例如波纹管型和结合板簧型作为挠性耦合件30。而且，如果挠性耦合件30允许偏心的话，阻尼器D1的装配将变得容易。

提供杯形连接件25的益处在于避免在车辆行驶过程中挠性耦合件30直接暴露给石头冲击和雨水飞溅。

另一方面，拧入螺杆轴12的滚珠螺杆螺母11不可旋转地连接到具有比内管20更小直径的协作管40的上端。没有详细示出的的协作管40经由在车轴侧的安装部件E在下端连接到外管41上。内管20经由轴承35和36可滑动地插入外管40内。

即，滚珠螺杆螺母11经由协作管14和在车轴侧的安装部件E连接到车辆的车轴侧上。当滚珠螺杆螺母11在垂直方向上相对于螺杆轴12进行线性运动时，该滚珠螺杆螺母11的旋转由固定在车轴侧上的协作管40限制，并因此螺杆轴12受力旋转。相反，当驱动马达M1旋转螺杆轴12时，滚珠螺杆螺母11的旋转受到限制，并因此滚珠螺杆螺母11在垂直方向上移动。

由于轴承35和36布置在外管41和内管20之间，所以防止内管20相对于外管41震动，因此防止螺杆轴12相对于滚珠螺杆螺母11震动。这防止载荷集中在滚珠螺杆螺母11的一些滚珠(未示出)上。由此，使得能够避免滚珠或螺杆轴12的螺纹槽损坏。

由于能够防止螺杆轴12的滚珠或螺纹槽损坏，所以能够维持螺杆轴12相对于滚珠螺杆螺母11的旋转以及阻尼器D1在扩张和收缩方向上的运动的平滑性，由此在不削弱阻尼器D1功能的情况下防止阻尼器D1的损坏。

容纳在内管20和外管41内的螺杆轴12和滚珠螺杆螺母11免受石头冲击等外部影响，从而防止阻尼器D1的损坏等。

在外管41的上端处，在其上端装配有具有凸缘的圆柱止动件42。围绕止动件42内周放置的环形尘封43在外管41和内管20的外周之间形成密封，以防止灰尘和雨水等进入外管41和内管20内。因此，防止螺杆轴12和滚珠螺杆螺母11的质量下降。

当阻尼器D1收缩到给定长度时，止动件42的上端与围绕内管20的上端的外周提供的波纹管状圆柱凸块止动器28相接触。这允许止动件42缓冲在阻尼器D1收缩过程中的任何震动并且防止螺杆轴12的下端与在车轴侧上的安装部件E碰撞，即，所谓的底部击打阻尼器D1，由此在阻尼器D1最大收缩时提高车辆的驾乘质量。

另一方面，放在内管20内部并且与帽21的下端相接触的缓冲橡胶29缓冲由滚珠螺杆螺母11与帽21的碰撞引起的任何震动。这允许缓冲橡胶29防止滚珠螺杆螺母11并因此阻尼器D1的质量下降，以便在阻尼器D1最大收缩时提高车辆的驾乘质量。

在如上构造的阻尼器D1中，当车体和车轴在来自路面的力作用下产生线性相对运动时，连接到车轴侧的滚珠螺杆螺母11和连接到车体B侧的螺杆轴12也产生线性相对运动。如上所述，该相对运动转化为螺杆轴12的旋转，并且螺杆轴12的该旋转经由扭杆T传送到马达M1的转子1。

当马达M1的转子1旋转时，在马达M1内的线圈7遇到磁铁4的磁场，并因此在线圈7内产生感应电动力。该电动力通过马达M1再产生能量以产生电磁力。由源自感应电动力的电磁力所产生的旋转扭矩作用在马达M1的转子1上并且该旋转扭矩抑制转子1的旋转。

抑制转子1的旋转的该作用抑制螺杆轴12的旋转，并且这个依次抑制滚珠螺杆螺母11的线性运动。以此方式，阻尼器D1使用电磁力产生作用为阻尼力的控制力。以吸收和阻尼震动能量。

当线圈7从外部电源供应有电流时，通过作用在转子1上的旋转扭矩，能够自由控制阻尼器D1的扩张和收缩，即，在其能够产生的程度内可以自由控制阻尼器D1的控制力。同时，阻尼器D1的阻尼特性可以是可变的并且阻尼器D1可以用作致动器。当根据由上述能量再生所引起的阻尼力控制阻尼器D1作为致动器时，阻尼器D1可以用作实际悬挂。

如果阻尼器D1不必用作致动器，即单纯使得阻尼器D1产生阻尼力，马达M1不必连接到外部电源上。在该情况下，通过当马达M1的转子1受力旋转时在线圈7内产生的感应电动力，即通过仅仅由能量再生所产生的电磁力所造成的旋转扭矩，抑制螺杆轴12和滚珠螺杆螺母11的线性相对运动。

安装在阻尼器D1内的马达M1能够检测扭杆T的下端的旋转角度合连接到转子轴3的上端的旋转角度。这使得能够通过在上下端之间的旋转角度的差值来检测实际作用在转子1上的扭矩。

通过使用以此方式检测的扭矩，能够控制马达M1并因此能够更精确地控制马这M1。

当通过检测扭杆等的扭转角度而检测扭矩时，通常实际首先在马达和由马达驱动的装置的轴之间放置扭杆，并且随后在扭杆的两端都安装旋转角度传感器。然而，在马达和装置之间放置扭杆引起整个装置增加尺寸。那么，当前实施例中的马达M1的扭杆T布置在转子轴3之内。这使得扭矩能够在马达M1内部进行检测而不增加马达M1的整体长度，并因此应用马达M1的装置能够减小尺寸。

特别是在其中装置是阻尼器D1的当前实施例中，相对于传统的阻尼器，阻尼器D1的整体长度能够减少至少扭杆的长度，并因此变得易于确保阻尼器D1的行程并且安装到车辆上的能力增加。

在传统的阻尼器中，不能检测扭矩，但是在当前实施例的阻尼器中，能够检测扭矩。基于检测的扭矩控制由马达M1输出的旋转扭矩使得车辆的驾乘质量提高。

对于当前实施例，由于马达M1特别地固定在车体B内部，阻尼器D1的相对运动部分的长度等于从整个阻尼器D1的长度减去马达M1的长度所获得的结果。同时在这点上，易于确保阻尼器D1的行程。即，与马达M1安装到车体B的下部即车体B的外部的情况相比，能够使得行程增加马达M1的长度。

在该马达M1中，由于作为输出轴的扭杆T像弹簧一样作用，当马达M1的输出扭矩超出时，防止扭矩直接作用在装置的驱动轴上，并由此能够减少在连接到马达M1上的装置上的载荷。

当前实施例中的阻尼器D1能够减少从马达M1传送的、作用在螺杆轴12上的扭矩的快速改变，并且减少在滚珠螺杆螺母11和螺杆轴12上的载荷，以确保平滑的扩张和收缩。

由于阻尼器D1的马达M1固定到车体B上，马达M1的质量不包括在簧上重量之内，从而能够减少簧上重量。

这使得能够减少从在车辆弹簧之下的车轴侧到在车辆弹簧之上的车体侧的传送震动的输入的力，从而提高车辆的驾乘质量。

挠性耦合件30允许螺杆轴12相对于转子1的扭转，即，在转子1和螺杆轴12连接的状态下，挠性耦合件30允许螺杆轴12相对于转子1的圆周旋转，因此能够减少由具体到具有此处所描述构造的阻尼器D1的惯性矩所产生的不必要的阻尼力。

现在将要描述由惯性矩产生的阻尼力。由阻尼器D1所产生的阻尼力一般是螺杆轴12的惯性矩、马达M1的转子1的惯性矩、滚珠螺杆螺母11的惯性矩和由马达M1产生的电磁力的总和。通过马达M1的转子1的角度加速比例于阻尼器D1的扩张和收缩运动的加速的事实，每个惯性矩成比例于阻尼器D1的扩张和收缩运动的加速而增加。然而，螺杆轴12的惯性矩相对大，因此不能忽略该惯性矩在阻尼力上的作用。

由于上述惯性矩成比例于扩张和收缩运动的加速，所以阻尼器D1独立于马达M1的电磁力、相对从路面等输入到阻尼器D1的阻尼器D1的轴向力产生阻尼力。特别是当输入快速的轴向力时，阻尼器D1产生更高的阻尼力，从而引起车辆乘客感到凹凸不平的感觉。

因此，在总是取决于电磁力的阻尼力之前，通过螺杆轴12的惯性矩产生阻尼力。由于取决于阻尼器D1的扩张和收缩运动的加速的、由螺杆轴12的惯性矩产生的阻尼力难于控制，因此螺杆轴12的惯性矩越小，能够越多地抑制螺杆轴12的惯性矩对阻尼力的作用。除了这个之外，由于如上所述，挠性耦合件30允许螺杆轴12的扭转，所以由螺杆轴12的惯性矩产生的阻尼力能够由挠性耦合件30减小。这允许由阻尼器D1产生的阻尼力的控制能力提高，并且当阻尼器D1应用到车辆时，能够提高车辆的驾乘质量。

由于马达M1的扭杆T也像弹簧一样作用，由上述惯性矩产生的阻尼力的减小也由扭杆T完成。即，即使不使用挠性耦合件30时，也能够减小由上述惯性矩产生的阻尼力。相反，即使具有相对高的扭转刚性的构件用于输出轴时，也能够通过挠性耦合件30减小由上述惯性矩产生的阻尼力，上述挠性耦合件30是允许螺杆轴12相对于输出轴位移的耦合件。

扭杆T和挠性耦合件30的同时使用使得由惯性矩产生的阻尼力更有效地减小。

而且，通过在车体B内部布置马达M1，能够使用从车体B内的马达M1的每个电极延伸的电线(未示出)，并且这使得易于将电线连接到外部控制单元或控制电路上。在该情况下，电线容纳在车体B内并且因此能够减小电线损坏的可能性。

在当前实施例中，马达M1固定在车体B内部，但是即使马达M1固定在车体B外部，也不失去能够减小阻尼器整个长度的作用。

下面，将要描述在另一优选实施例中的阻尼器D2。与上述实施例中相同的构件将用相同的附图标记来表示，并且将省略这些构件的详细描述。

如图3所示，在另一实施例中的阻尼器D2不同于上述实施例的地方在于作为马达M2的输出轴的扭杆T的中间部分的外周由为弹性体的圆柱橡胶70覆盖。

由于橡胶70的外周与转子轴3的内周相接触，所以通过橡胶70能够阻尼扭杆T的扭转震动。

即，当扭杆T相对于转子轴3扭转时，在扭杆T的外周表面和橡胶70的内周侧表面之间产生摩擦，并且扭杆T的扭转震动能量转化为热能等，结果是阻尼了扭杆T的扭转震动。

另外，由于橡胶70的外周表面与转子轴3的内周表面相接触，所以在转子轴3的内周表面和橡胶70的外周侧表面之间产生摩擦，并且扭杆T的扭转震动能量转化为热能等，结果是阻尼了扭杆T的扭转震动。

即使橡胶70的外周表面不与转子轴3的内周表面相接触，也能够阻尼扭杆T的扭转震动，但是如果如此的话，接触状态提供更有效的结果。

因此，在另一实施例中，在扭杆T扭转之后，短时间阶段内通过输出轴的弹簧作用能够阻尼扭转震动，并因此能够稳定地驱动连接马达M2的装置。

即，在安装马达M2的阻尼器D2中，扭杆T的扭转震动不引起所产生的阻尼力发生震动以及控制性能变坏。因此，能够提高车辆的驾乘质量。

在上述的另一实施例中，扭杆T的外周由橡胶70覆盖，但是扭杆可以形成为空心形状并且在扭杆内部可以填充橡胶、粘土或者诸如砂子或型砂之类的颗粒体。同时在该情况下，由于能够通过在扭杆和诸如橡胶之类的填充物之间的摩擦阻尼扭杆的扭转震动能量，所以获得如上的相同操作和效果。

虽然已经描述了本发明的优选实施例，但是显然本发明的范围不限于这里所示出或描述的细节。

Claims (9)

1、一种马达(M1)，包括：

空心的转子轴(3)；

从转子轴(3)一端插入转子轴(3)内并连接到转子轴(3)另一端上的输出轴(T)；以及

检测装置(K1、K2)，其检测与作用在输出轴(T)上的扭矩一起改变的输出轴(T)的扭转角度，

其中，围绕输出轴(T)的外周提供弹性件(70)。

2、如权利要求1所述的马达(M1)，其中：

所述检测装置(K1、K2)由在输出轴(T)的一端检测旋转角度的第一旋转角度检测装置(K1)和在输出轴(T)的另一端检测旋转角度的第二旋转角度检测装置(K2)形成。

3、如权利要求1所述的马达(M1)，其中：

输出轴(T)是扭杆。

4、如权利要求1所述的马达(M1)，其中：

弹性件(70)的外周与转子轴(3)的内周相接触。

5、一种阻尼器(D1)，包括：

连接到车轴和车体之一上的螺杆螺母(11)；

可旋转拧入螺杆螺母(11)内的螺杆轴(12)；以及

连接到车轴和车体中另一个上的马达(M1)，并且螺杆轴(12)的旋转传送到上述马达(M1)上，其中：

所述马达(M1)包括：

空心的转子轴(3)；

插入转子轴(3)内的输出轴(T)，输出轴(T)的一端连接到转子轴(3)上并且输出轴(T)的另一端连接到螺杆轴(12)上；以及

检测装置(K1、K2)，其检测与作用在输出轴(T)上的扭矩一起改变的输出轴(T)的扭转角度，

其中，围绕输出轴(T)的外周提供弹性件(70)。

6、如权利要求5所述的阻尼器(D1)，其中：

所述检测装置(K1、K2)由在输出轴(T)的一端检测旋转角度的第一旋转角度检测装置(K1)和在输出轴(T)的另一端检测旋转角度的第二旋转角度检测装置(K2)形成。

7、如权利要求5所述的阻尼器(D1)，其中：

输出轴(T)是扭杆。

8、如权利要求5所述的阻尼器(D1)，其中：

弹性件(70)的外周与转子轴(3)的内周相接触。

9、如权利要求5所述的阻尼器(D1)，其中：

输出轴(T)和螺杆轴(12)经由耦合件(30)相连，该耦合件(30)允许螺杆轴(12)相对于输出轴(T)的位移。

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