CN101310126B - 具有一体化驱动机构的致动器 - Google Patents

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Abstract

本发明针对一种致动器组件(10)，该致动器组件具有可操作地与壳体(16)相关联的致动器装置(26)、可操作地与该致动器装置(26)相关联的一个或多个旋转齿轮构件(46、48、52)、可操作地与一个或多个旋转齿轮构件(46、48、52)相关联的支撑构件(76)、以及可操作地与一个或多个旋转齿轮构件(46、48、52)相关联的凸轮(66)，用于将这些齿轮构件(46、48、52)的旋转运动转化为轴向运动。当该致动器装置(26)被致动时，该一个或多个旋转齿轮构件(46、48、52)旋转，致使该支撑构件(76)在该凸轮(66)上运动。

Description

具有一体化驱动机构的致动器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2005年11月14日提交的第60/736490号美国临时申请的权益。
技术领域
本发明涉及用于交通工具中的一种致动器组件。更具体地讲，本发明涉及用于将来自致动器的旋转运动转化为轴向运动的一种装置。
背景技术
多种致动器被用于操作诸如用在涡轮增压器上的流体控制阀或控制装置的多种装置。这些致动器可以具有轴向运动或它们可以具有被转化为轴向运动的旋转运动。将旋转运动转化为轴向运动需要一种有效地转化运动的装置。这些装置经常需要额外的元件或部件，这增加了装置的复杂性。希望能开发出消除复杂的或额外的多个部件以及提供更大的封装优点的装置。这样，可以降低装置的整个尺寸、重量和成本。
发明内容
本发明针对一种致动器组件，该致动器组件具有可操作地与壳体相关联的致动器装置、可操作地与该致动器装置相关联的一个或多个旋转齿轮构件、可操作地与这一个或多个旋转齿轮构件相关联的支撑构件、以及可操作地与该一个或多个旋转齿轮构件相关联的凸轮，用于将这些齿轮构件的旋转运动转化为轴向运动。
当该致动器装置被致动时，该一个或多个旋转齿轮构件进行旋转，致使该支撑构件在该凸轮上运动。
在以下提供的详细说明中本发明更广领域的可应用性变得显而易见。应当理解的是，详细的说明和具体的实例，虽然示出了本发明的优选实施例，但仅仅旨在用于示例的目的，而非限制本发明的范围。
附图说明
从详细的说明和附图中将能更全面地理解本发明，在附图中：
图1a是根据本发明的一种致动器组件的正面视图；
图1b是根据本发明的一种致动器组件的侧面视图；
图2是根据本发明的处于闭合位置的一种致动器组件的截面的正视图；
图3是根据本发明的处于开放位置的一种致动器的另外截面的正视图；
图4是根据本发明的一种致动器组件的截面的侧视图；
图5A和图5B是本发明的替代实施例的等距视图；以及
图6是根据本发明的一种致动器组件的正面视图，其中提升阀被销取代并且阀壳体被移除。
具体实施方式
以下优选实施例的说明本质上仅是示例性的，并非旨在限制本发明、其应用或用途。
图1a和1b示出包括阀组件12的一种致动器组件10的正视图和侧视图。参见图1至图4，致动器组件10具有阀壳体14和致动器壳体16，该致动器壳体被设计以接受具有一体化的位置传感器20的连接器/盖子18。使用弹性体密封件22将该连接器/盖子18密封到该致动器壳体16上。多个螺纹件24将该连接器/盖子18固定到壳体16上。通过托架28和多个螺纹件30将诸如DC马达26的一种致动器装置固定到致动器壳体16。连接器/盖子18具有由多个电导体34所组成的一体化的引线架40。马达26的终端32与电连接器/盖子18的电导体34互连。连接器/盖子18具有连接器36，该连接器有多个终端38来提供到合适的电子控制单元(ECU)42的外部连接。这些终端38还可以是引线架40的一部分。
马达26的旋转轴44上安装了与中间齿轮48相接合的小齿轮46。中间齿轮48通过销50定位于致动器壳体16中。中间齿轮48与输出齿轮52相接合。输出齿轮52围绕定位于致动器壳体16中的输出齿轮轴54旋转。轴54受到同样定位在致动器壳体16中的支撑构件56和衬套58的引导。夹子60将轴54固定到致动器壳体16上。使用杯形塞62覆盖致动器壳体16中的开口64。在输出齿轮52中形成了在此以凸轮槽66的形式示出的凸轮。
传感器转子68通过诸如塑料重叠注塑(overmolding)的合适的方法附接在输出齿轮52上。可替代的固定方法包括超声焊接法、粘合剂、或“卡扣配合”。传感器转子68相对于相关联的位置传感器20而定位，该位置传感器20是附接在连接器/盖子18上的传感电路70的一部分。位置传感器20可以是能够检测传感器转子68和输出齿轮52的位置的任意类型的传感器。例如，一类位置传感器20是非接触位置传感器，如感应传感器。这样的传感器可以具有被重叠注塑到输出齿轮52上的感应器。与传感电路70的电连接是通过引线架40、多个导体34、和多个接线端38进行的。传感器转子68将来自发射器的信号耦合至位置传感电路70上的接收器。位置传感电路70提供相对于输出齿轮52的旋转和位置的输出信号。
杆构件或阀杆72在其一端安装有阀构件或提升阀74，并在相对端装有由销78所固定的支撑构件或支撑件76。阀杆72由衬套80所引导，该衬套通过诸如一种压配合的适当的方式保持在阀壳体14中。阀壳体14具有入口84和出口86。入口84安装有阀座88，提升阀74坐在该阀座上并且阻断在该入口84和出口86之间的流动。
致动器壳体16和阀壳体14作为单一部件被示出。致动器壳体16和阀壳体14也可被分为两个部件。例如，致动器壳体16和阀壳体14可在凸缘90处分离，并且通过一种合适的方式进行连接，如图4中所示的有螺纹的紧固件92。
弹簧94与输出齿轮轴54同轴。该弹簧94具有的特征是接合输出齿轮52和致动器壳体16。弹簧94被设计为使输出齿轮52以逆时针方向旋转。位于输出齿轮52中的凸轮槽66被设计为用于容纳附装在连接阀杆72的一端的支撑件76。凸轮槽66被成形为当弹簧94向输出齿轮52施加逆时针的扭矩时致使该支撑件76、阀杆72、和提升阀74沿阀座88的方向运动。弹簧94的扭矩足以使提升阀74坐在阀座88上并且阻断阀入口84和出口86之间的流动。
通过使用发动机控制单元(ECU)42来使致动器组件10操作，该发动机控制单元通过多个终端38、引线架40、多个导体34、和多个马达终端32提供合适的电信号。
马达26接收来自ECU 42的信号，并且形成相对于该信号的强度的扭矩。马达26生成的扭矩将通过小齿轮46和中间齿轮48传输至输出齿轮52。这个扭矩将对抗弹簧94的阻力。当信号和生成的扭矩足够大时，它超过弹簧94的阻力并且致使输出齿轮52旋转。逐渐地增加该信号提供较大的生成的扭矩，它增加输出齿轮52旋转的程度。降低该信号将减小输出齿轮52旋转的程度。
形成于输出齿轮52中的凸轮槽66与通过销78附接在阀杆72上的支撑件76相接合。输出齿轮52和凸轮槽66的旋转迫使支撑件76、销78、阀杆72、和提升阀74沿轴向方向运动，使提升阀74从阀座88移开并且允许在入口84和出口86之间的流动。
凸轮槽66的轮廓确定了轴向运动相对于输出齿轮52旋转的比率。凸轮槽66的轮廓还部分地确定了作用于支撑件76、阀杆72、以及提升阀74的操作力。该轮廓通过旋转而被改变以此通过提升阀74的轴向冲程提供一种可变的提升阀74的开放/流动速率，从而提供所希望的操作特性。
凸轮槽66的轮廓还以具体的旋转/冲程来控制操作力。在实施例中，凸轮槽66的轮廓被配置为通过输出齿轮52的旋转来提供连续可变的速率。通过旋转来控制机械增益(mechanical advantage)提供将阀组件12所需的力与马达26的可供使用的扭矩相匹配的方法。例如，在替代实施例中，可以通过调整凸轮槽66的轮廓，可以在具体的点上通过输出齿轮52的旋转提供较大的力。当马达26转动小齿轮46、中间齿轮48、和输出齿轮52时，支撑件76通过凸轮槽66移动，相对于输出齿轮52改变阀杆72和提升阀74的位置，由此改变在其间所转移的力的量值。
传感电路70提供相对于输出齿轮52旋转和轴向提升阀运动程度的输出信号。该输出用来指示通过提升阀74的相对流动。
在另一方面中，还可以对电子传感电路70编程从而为给定阀杆72和提升阀74的位置提供具体的信号范围。例如，处于闭合位置的提升阀74可以被编程在具体的传感电压范围之内。相信这个能力改进了阀杆72和提升阀74的位置的精确性，以及补偿部件和组件变化。实现这个的一种方式是通过使用校准过程访问该传感电路70。
位置传感器20和位置传感器20的输出信号是用于提升阀74的闭合回路控制系统的一部分。ECU 42被编程为具有发动机操作状态的分布图以及对于每个状态的希望的流动。将所希望的流动转化为传感电路70的输出信号和ECU 42的信号。ECU 42将该信号提供给马达26，并且致使提升阀74运动到所希望的位置。ECU 42将该信号调整到实现或维持所希望的提升阀74的位置。
使用一体化到输出齿轮52中的凸轮槽66是将马达26的旋转运动转化为阀杆72的轴向运动的一种有效的方法。应当理解，这个概念也可应用于需要轴向运动的其他装置。例如，可以除去致动器组件10的阀壳体14的部分以暴露阀杆72。可将阀杆72连接至需要轴向操作的任何装置上，例如，如图6中所示出的涡轮增压器的控制装置。在图6中，已经除去一部分阀壳体14以暴露阀杆72，并且用销108取代提升阀74。
凸轮槽66的一体化是基于部件的制造工艺。例如，在一个实施例中，凸轮槽66是通过注模工艺而模制的，然而，如果使用了金属铸造工艺，也可以浇铸该凸轮槽，或如果使用了粉末金属工艺，可以被压制。在其他实施例中，将凸轮槽66制成分离零件，并且通过诸如塑料重叠注塑、压配合、铆接、焊接、铜焊或粘合剂的合适方法进行连接。同样，不需要将凸轮槽66完全通过输出齿轮52而形成。在替代实施例中，使用限制支撑件76和阀杆72的运动的壁来提供凸轮引导。
可使用本发明的多种变型来转化运动。参见图5a和图5b，支撑件76被附接在输出齿轮52上，并且偏离输出齿轮52的旋转中心。引导槽98与阀杆72一同形成或附接在其上；该引导槽98可操作地配置为用于容纳支撑件76。当输出齿轮52以顺时针方向或逆时针动作方向旋转时，阀杆72将以轴向动作来运动。行进速率和机械增益的比率取决于槽98的形状、槽98的位置、以及支撑件76的位置。在这个实施例中，小齿轮46直接与输出齿轮52相接合。
在图5a中示出的第一位置中，支撑件76位于引导槽98的一端。随着输出齿轮52旋转，支撑件76通过引导槽98运动并且围绕输出齿轮52的轴线运动。随着输出齿轮52继续旋转，引导槽98、阀杆72、以及提升阀74到达图5b中示出的位置中。这个实施例也不限于同提升阀74一同使用，将本发明使用于要求旋转变为轴向运动的其他装置中是在本发明的范围之内。
本发明的说明本质上仅是示例性的，并且因此不背离本发明的要旨的改变应当是在本发明的范围之内。不得将此种改变认为是脱离本发明的精神和范围。

Claims (18)

1.一种用于车辆中的阀的致动器组件，包括：
致动器装置，该致动器装置可操作地与壳体相关联；
一个或多个旋转齿轮构件，该旋转齿轮构件可操作地与所述致动器装置相关联；
支撑构件，该支撑构件可操作地与所述一个或多个旋转齿轮构件相关联；
凸轮槽，所述凸轮槽形成在所述一个或者多个旋转齿轮构件的一个上，用于随着所述支撑构件沿着所述凸轮槽滑动，将所述一个或者多个旋转齿轮构件的旋转运动转换成所述支撑构件的轴向运动，其中所述凸轮槽被构造为具有轮廓，该轮廓通过所述一个或多个旋转齿轮构件的旋转提供所述支撑构件的轴向运动的连续可变的速率；并且
其中，当所述致动器装置被致动时，所述一个或多个旋转齿轮构件旋转，引起所述支撑构件在所述凸轮槽上移动。
2.根据权利要求1的致动器组件，其中，所述凸轮槽是从包括开放槽、闭合槽、凸起的表面或凹下的表面的组中选择的一种。
3.根据权利要求1的致动器组件，进一步包括：
所述阀，其具有设置在所述壳体内的入口和出口；
连接至所述支撑构件的杆构件，所述杆构件具有阀构件；
用于可选择地接受所述阀构件的阀座；并且
其中，当由所述阀座接受所述阀构件时，所述入口将与所述出口隔离，并且当所述支撑构件在所述凸轮槽上移动时，所述阀座将不再接受所述阀构件，允许在所述入口和所述出口之间的流动。
4.根据权利要求1的致动器组件，进一步包括一体化的位置传感器，该位置传感器用于检测所述一个或多个旋转齿轮构件以及所述支撑构件中任一个的位置。
5.根据权利要求4的致动器组件，其中，所述一体化的位置传感器是从包括感应传感器、磁阻传感器、霍耳效应传感器，以及电阻传感器的组中选择的。
6.根据权利要求1的致动器组件，其中，所述凸轮槽可操作地与所述支撑构件相关联，并提供机械增益。
7.根据权利要求1的致动器组件，其中，该凸轮槽位于所述旋转齿 轮构件中。
8.根据权利要求1的致动器组件，其中，该支撑构件位于所述旋转齿轮构件中。
9.根据权利要求1的致动器组件，其中，该支撑构件选自包括销、销轴承、滚针轴承、滚珠轴承、衬套、销上的套筒以及它们的组合的组。
10.根据权利要求1的致动器组件，其中，该致动器与所述阀共用共同的壳体。
11.如权利要求1所述的致动器组件，还包括：
连接至所述支撑构件的所述阀的杆构件；
所述阀的入口和出口，该入口和出口被设置在所述壳体内；以及
连接至所述杆构件的阀构件，该阀构件被设置在所述入口和所述出口之间。
12.根据权利要求1所述的致动器组件，其中，所述致动器装置是直线型致动器或旋转型致动器。
13.根据权利要求4所述的致动器组件，其中，所述一体化的位置传感器是感应传感器，所述感应传感器具有连接至所述一个或多个旋转齿轮构件之一的感应器以及可操作地安装在所述感应器附近的传感器。
14.根据权利要求11所述的致动器组件，进一步包括用于可选择地接受所述阀构件的阀座，其中，当由所述阀座接受所述阀构件时，在所述入口与所述出口之间的流动被阻断，并且当所述阀构件通过所述杆构件被移动时，允许在所述入口与所述出口之间的流动。
15.根据权利要求1所述的致动器组件，其中，所述致动器装置被用于控制阀或涡轮增压器控制装置。
16.根据权利要求11所述的致动器组件，其中，所述凸轮槽增加或减少通过所述至少一个旋转齿轮构件的旋转在某个点上施加给所述支撑构件的力的量值，所述力的增加或减少取决于所述凸轮槽的形状。
17.根据权利要求11所述的致动器组件，其中，所述至少一个旋转齿轮构件可操作地连接到轴上，所述轴可操作地由所述壳体支撑。
18.根据权利要求11所述的致动器组件，进一步包括环绕所述轴并且与所述壳体以及安装在所述轴上的所述至少一个旋转齿轮构件相接合的弹簧，所述弹簧被构造以提供对抗所述致动器装置的旋转的阻力，并且操作以将安装在所述轴上的所述至少一个旋转齿轮构件保持在固 定位置中。 
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