CN101063892B - 用于调整机构的伺服驱动装置 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于调整机构的伺服驱动装置，它具有一个带有马达输出轴(12)的伺服马达(11)、一个承载调整机构(10)的调整轴(13)和一个安置在马达输出轴(12)与调整轴(13)之间的变速传动装置(14)以及一个用于使调整机构(10)在伺服马达(11)失灵时复位到基础位置的复位装置(15)。为了能够使用具有大传动比和安装空间、重量及制造成本方面优点的单级变速传动装置(14)，复位装置(15)具有两个分开的、优选构造为复位弹簧(21，22)的蓄能器，它们之中一个反作用于马达输出轴(12)、一个反作用于调整轴(13)。

Description

用于调整机构的伺服驱动装置
技术领域
本发明涉及一种用于调整机构的伺服驱动装置。
背景技术
在一种公知的用于内燃机进气短管节气门的伺服驱动装置中(DE19612869A1)，布置在马达输出轴和调整轴之间的变速传动装置是带有中间齿轮的两级正齿轮传动装置，该中间齿轮以第一齿部段与位于马达输出轴上的发动机小齿轮啮合并以第二齿部段与固定装在调整轴上的驱动齿轮啮合。驱动齿轮和调整轴可转动地支承在容纳伺服马达和传动装置的调节器箱体内。一个复位装置用于在伺服马达失灵时使节气门返回到基础位置中，在该位置中内燃机只能应急运行。复位装置具有一个同轴心地围绕调整轴的、构造为圆柱形螺旋弹簧的扭转弹簧和一个可转动地装在调整轴上的挡块。扭转弹簧一端作用在驱动齿轮上，另一端作用在挡块上。扭转弹簧轴向支撑在驱动齿轮和挡块之间，挡块轴向支撑在调整轴的固定安置在调节器箱体内的转动轴承上。扭转弹簧通过它的弹簧端部在驱动齿轮上和挡块上产生扭矩，挡块通过安装在它上面的止挡与安装在中间齿轮上的相对止挡共同作用。复位扭矩随着节气门离开其基础位置的偏转的增加而增大。在伺服马达失灵时，复位扭矩使节气门回到它的基础位置。
在一种公知的用于调节内燃机节流元件的调节装置中(DE 4039728 A1)，位于马达输出轴与调整轴之间的传动装置构造为具有蜗杆和圆弧状齿条的蜗杆传动装置。蜗杆不相对转动地安装在马达输出轴上，齿条在调节器箱体内可沿圆弧移动。在调整轴上固定安置一个拨杆，它的一端贴靠在齿条的端面上。位于调整轴上的螺旋弹簧使拨杆力锁合地贴靠在扇形齿轮上，以致拨杆在齿条运动时能够摆动并由此使调整轴随调整机构转动。
发明内容
根据本发明，提出一种用于调整机构的伺服驱动装置，它具有一个具有输出轴的电动伺服马达、具有一个承载该调整机构的调整轴并具一个位于马达输出轴与调整轴之间的变速传动装置以及具有一个用于使调整机构在伺服马达失灵时复位到基础位置中的复位装置，其中，复位装置具有两个分开的蓄能器，它们之中一个反作用于马达输出轴、一个反作用于调整轴。
本发明伺服驱动装置的优点是，通过设置两个优选构造为复位弹簧的蓄能器，它们分开使用在传动装置的输入侧和输出侧并且其中的一个反作用于马达输出轴上、另一个反作用于调整轴或者与该调整轴固定连接的调整机构上，可使用一种仅具有一个传动比级和极大传动比的传动装置，不会使复位装置的复位力相应于大的传动比而必须具有大的值。已知这种具有大传动比的单级传动装置如蜗杆传动装置所代表的那样也有这样的缺点：具有大的效率损失，当已知的复位装置构造有一个唯一的、作用在调整机构或者调整轴上的、复位弹簧形式的蓄能器时，该效率损失必须由复位装置附加补偿。这不仅导致复位弹簧的尺寸过大，而且导致必须使用大功率伺服电机来使调整轴抵抗复位弹簧的相应大的复位力转动。通过按照本发明对于马达输出轴和调整轴从两个蓄能器分开获得复位装置的复位力，还可以避免高的传动装置效率损失，使得蓄能器能够尺寸相对较小；因为一个蓄能器仅须补偿马达齿槽定位转矩并且另一个蓄能器仅须补偿调整轴上的有效转矩。通过绕过变速传动装置可使伺服马达保持低功率。单级传动装置、小的伺服马达和两个优选构造为复位弹簧的蓄能器有利地产生节省空间、减轻质量和降低制造成本的作用。此外，作为传动装置也可以使用由于其高传动比而具有自行制动功能的传动装置。当伺服驱动装置带有这种传动装置时，传统的复位装置不能用于在伺服马达失灵时使调整机构移动到基础位置中。
通过在进一步的技术方案中给出的措施可以有利地扩展和改进本发明伺服驱动装置。
有利的是，反作用于马达输出轴的第一蓄能器设计得用于克服马达齿槽定位转矩，反作用于调整轴的第二蓄能器设计得用于克服有效转矩。
有利的是，变速传动装置构造为蜗杆传动装置，具有一个安置在马达输出轴上的蜗杆和一个固定安置在与马达输出轴垂直地定向的调整轴上的蜗轮。
有利的是，在马达输出轴和第一蓄能器之间安置一个减速传动装置，第一蓄能器耦合到该减速传动装置的传动装置输出端上。
有利的是，减速传动装置具有一个固定安置在马达输出轴上的圆柱齿轮和一个与该圆柱齿轮啮合的冠形齿轮，该冠形齿轮具有相对于马达输出轴垂直定向的齿轮轴，第一蓄能器与该冠形齿轮连接。
有利的是，每个蓄能器构造为复位弹簧。
有利的是，一个复位弹簧是内置于冠形齿轮中的盘簧，它的一个弹簧端部固定在冠形齿轮上，它的另一个弹簧端部保持位置固定。
有利的是，另一个复位弹簧是同轴地包围调整轴的扭转弹簧，优选是圆柱形螺旋弹簧或盘簧，它的一个弹簧端部固定在调整轴或调整机构上，它的另一个弹簧端部保持位置固定。
有利的是，变速传动装置和减速传动装置容纳在调节器箱体中，冠形齿轮的齿轮轴线保持在该调节器箱体中并且调整轴转动支承在该调节器箱体中，复位弹簧的保持位置固定的弹簧端部固定在该调节器箱体中。
有利的是，伺服马达容纳在调节器箱体中。
根据本发明的有利实施方式，在马达输出轴和反作用于它的蓄能器之间安置一个变速传动装置，它最好是一个冠形冠形传动装置，具有一个固定安置在马达输出轴上的圆柱齿轮和一个与该圆柱齿轮啮合的冠形齿轮，冠形齿轮的齿轮轴与马达输出轴垂直地定向。反作用于冠形齿轮传动装置输出端的蓄能器构造为复位弹簧，该复位弹簧以其一个弹簧端部固定在冠形齿轮上，其另一个弹簧端部固定不动。冠形齿轮传动装置如同圆柱齿轮传动装置一样几乎没有效率损失并且可使复位弹簧经马达输出轴旋转多圈后绷紧，如为了调节调整机构所要求的那样。
附图说明
在下面的说明中借助附图中示出的实施例进一步说明本发明。附图中以示意图示出：
图1用于调整机构的伺服驱动装置的立体侧视图。
图2沿图1中II-II线剖开的一部分调整机构的剖视图。
具体实施方式
在图1和图2中示出的用于调整机构10的伺服驱动装置(图2)包括一个带有马达输出轴12的电动伺服马达11、一个调整轴13、一个安置在马达输出轴12和调整轴13之间的变速传动装置14以及一个用于在伺服马达11故障或失灵时使调整机构10复位到基础位置中的复位装置15。调整机构10可以是内燃机进气短管中的节气门、空调设备中的风门或者是用于控制通道横截面的其它可摆动元件。在图2中局部地示出调整机构10。
伺服马达11和变速传动装置14容纳在一个壳状的调整器箱体16里。调整轴13可转动地支承在调整器箱体16中。变速传动装置14构造为蜗杆传动装置，它具有一个位于马达输出轴12上的蜗杆17和一个蜗轮18。后者不相对转动地安置在调整轴13上。因为调整机构10仅进行有限的摆动运动，蜗轮18构造为扇形齿轮，其中，轮齿在小于180度的圆弧上延伸。
复位装置15具有一个在变速传动装置14的输入侧起作用的、代表第一蓄能器的第一复位弹簧21以及一个在变速传动装置14的输出侧起作用的、代表第二蓄能器的第二复位弹簧22。第二复位弹簧22构造为扭转弹簧23，优选构造为圆柱形的螺旋弹簧。它的尺寸这样确定，使得它能够克服可在调整轴13上取用的有用转矩。而第一复位弹簧21这样设计，使得它能够克服马达齿槽定位转矩。第一复位弹簧21通过减速传动装置23与马达输出轴12相作用。减速传动装置23优选构造为冠形齿轮传动装置，具有一个固定安置在马达输出轴12上的圆柱齿轮24和一个可转动地支承在调整器箱体16中的冠形齿轮25，该冠形齿轮25与圆柱齿轮24齿啮合。在本实施例中，第一复位弹簧21构造为盘簧26，它的一个弹簧端部261固定在冠形齿轮25上，它的另一个弹簧端部固定在调整器箱体16上。盘簧26优选安置在冠形齿轮25的基底上，并以其在图1中不可见的、固定在调整器箱体16上的弹簧端部穿过冠形齿轮25的基底中的弧形缝隙。当然可以使两个复位弹簧21，22都构造为盘簧或者圆柱形螺旋弹簧。
在图1中例如示出伺服驱动装置处于一个位置，在该位置，调整机构10占据它的基础位置。伺服马达11没有接通电流。如果马达以这样的转动方向接通，使得马达输出轴12以顺时针方向转动，则通过转动的蜗杆17使蜗轮18向箭头19方向摆动。同时通过转动的圆柱齿轮24使冠形齿轮25这样偏转，以致盘簧26的预加载力增大。通过蜗轮18的摆动使调整轴13偏转，它使调整机构10摆动到一个位置中，在该位置中调整机构10使要控制的通流横截面开大或者开小。随着蜗轮18和调整轴13的转动，圆柱螺旋弹簧20绷紧。如果调整机构10处于该位置时伺服马达11由于故障而失去电流，则预加载的盘簧26使调整轴13以及蜗轮18并且预加载的螺旋弹簧20使冠形齿轮25以及通过圆柱齿轮24使马达输出轴12反向转回。由此使调整机构10复位到其基础位置，其中，避开具有大传动比、高的效率损失和可能的自行制动的蜗杆传动装置。
当然可以放弃冠形齿轮传动装置并使复位装置的代表第一复位弹簧的第一蓄能器直接作用到马达输出轴上。但此时伺服马达11为了调节调整机构10只允许转少量圈。

Claims (11)

1.用于调整机构(10)的伺服驱动装置，具有一个具有输出轴(12)的电动伺服马达(11)、具有一个承载该调整机构(10)的调整轴(13)并具有一个位于所述电动伺服马达的输出轴(12)与调整轴(13)之间的变速传动装置(14)以及具有一个用于使调整机构(10)在所述电动伺服马达(11)失灵时复位到基础位置中的复位装置(15)，其特征在于，复位装置(15)具有两个分开的蓄能器，它们之中一个反作用于所述电动伺服马达的输出轴(12)、一个反作用于调整轴(13)。
2.如权利要求1所述的伺服驱动装置，其特征在于，反作用于所述电动伺服马达的输出轴(12)的第一蓄能器设计得用于克服马达齿槽定位转矩，反作用于调整轴(13)的第二蓄能器设计得用于克服有效转矩。
3.如权利要求1或2所述的伺服驱动装置，其特征在于，变速传动装置(14)构造为蜗杆传动装置，具有一个安置在所述电动伺服马达的输出轴(12)上的蜗杆(17)和一个固定安置在与所述电动伺服马达的输出轴(12)垂直地定向的调整轴(13)上的蜗轮(18)。
4.如权利要求2所述的伺服驱动装置，其特征在于，在所述电动伺服马达的输出轴(12)和第一蓄能器之间安置一个减速传动装置(23)，第一蓄能器耦合到该减速传动装置(23)的传动装置输出端上。
5.如权利要求4所述的伺服驱动装置，其特征在于，减速传动装置(23)具有一个固定安置在所述电动伺服马达的输出轴(12)上的圆柱齿轮(24)和一个与该圆柱齿轮啮合的冠形齿轮(25)，该冠形齿轮(25)具有相对于所述电动伺服马达的输出轴(12)垂直定向的齿轮轴，第一蓄能器与该冠形齿轮(25)连接。
6.如权利要求1或2所述的伺服驱动装置，其特征在于，每个蓄能器构造为复位弹簧(21，22)。
7.如权利要求5所述的伺服驱动装置，其特征在于，每个蓄能器构造为复位弹簧(21，22)，所述复位弹簧中的一个复位弹簧(21)是内置于冠形齿轮(25)中的盘簧，它的一个弹簧端部(261)固定在冠形齿轮(25)上，它的另一个弹簧端部保持位置固定。
8.如权利要求7所述的伺服驱动装置，其特征在于，另一个复位弹簧(22)是同轴地包围调整轴(13)的扭转弹簧，它的一个弹簧端部固定在调整轴(13)或调整机构(10)上，它的另一个弹簧端部保持位置固定。
9.如权利要求5所述的伺服驱动装置，其特征在于，变速传动装置(14)和减速传动装置(23)容纳在调节器箱体(16)中，冠形齿轮(25)的齿轮轴线保持在该调节器箱体中并且调整轴(13)转动支承在该调节器箱体中，每个蓄能器构造为复位弹簧(21，22)，复位弹簧(21，22)的保持位置固定的弹簧端部固定在该调节器箱体(16)中。
10.如权利要求9所述的伺服驱动装置，其特征在于，所述电动伺服马达(11)容纳在调节器箱体(16)中。
11.如权利要求8所述的伺服驱动装置，其特征在于，所述扭转弹簧是圆柱形螺旋弹簧(20)或盘簧。
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