CN101365895A - 用在机动车中的驱动器 - Google Patents

Abstract

为在较低的结构空间需求的情况下提供简单而坚固的驱动解决方案，提出一种用在机动车中的驱动器(1)，它具有马达(2)和至少两个用于使输出小齿轮(9，9’)运动的输出轴(16，16’；31，31’)，并具有布置在马达(2)与输出轴(16，16’；31，31’)之间的传动机构，用于选择性地将马达(2)的驱动运动传递到输出小齿轮(9，9’)上，其中传动机构具有多个可开闭的联轴器(11，11’，14，14’；32，32’，34，34’)和至少一个用于同时地改变一个或者多个联轴器(11，11’，14，14’；32，32’，34，34’)的传动能力的开闭元件(23)。

Description

用在机动车中的驱动器

本发明涉及一种用在机动车中的驱动器，尤其用于活动车顶结构。

在活动车顶结构的情况下，有多个可移动的元件需要相互独立的运动。例如可能需要玻璃顶盖和遮阳卷帘运动，或是两个独立的玻璃顶盖运动。就一般情况来说，在现有技术中，此问题公知的解决方法是对于每种运动使用一个自身的马达，例如为电动机的形式。这样一来，除了需要有高的结构空间之外，随之而来的是高额的材料费用和生产费用的问题，同时增加了机动车中包括全部所需零件在内的驱动器的重量。

本发明的任务在于，在较低的结构空间需求的情况下提供简单而坚固的驱动解决方案。

此任务通过权利要求1所述的驱动器来完成

为此设有一种驱动器，它具有马达和至少两个输出轴用于使输出小齿轮运动，并具有布置在马达与输出轴之间的传动机构，用于选择性地将马达的驱动运动传递到输出小齿轮上，其中传动机构具有多个可开闭的联轴器和至少一个用于同时地改变一个或者多个联轴器的传动能力的开闭元件。

本发明的主旨，是将一个唯一的、优选位置固定的马达的传动力矩可选地分配到至少两个、优选位置固定的输出轴中的一个或者多个上，在此，传动力矩的分配根据一个或者多个开闭联轴器的设定的传动能力进行，并且联轴器的传动能力是通过至少一个起着开闭元件作用的传动机构来确定的。

“输出小齿轮”在这里可以理解为任意的从动元件。驱动运动的“有选择的传递”在这里基本上除了交替的传递(不是传给这个输出小齿轮，就是传给另一个输出小齿轮)之外，还包含有同时传递(既传给这个输出小齿轮，又传给另一个输出小齿轮)的意思。

通过本发明，仅需要一个唯一的马达就可以使多个输出小齿轮运动。因此用在驱动器上的材料费用和生产费用全部都明显减少了，而且显而易见的是所需的结构空间减小了。这样驱动器在机动车的狭小结构空间内能够得到特别有效的充分利用。在活动车顶结构的情况下使用这种驱动器时，其涉及特别是前排乘客上方和和车顶下方的结构空间。

这种应用不再需要使用其他的马达，也降低了布线所需要的费用。此外仅需要一个唯一的马达控制器和一组用于无线电抗干扰的构件。因此完全减轻了驱动器的重量，对于机动车总重的减少和机动车生产成本的降低起到很大作用。

本发明通过使用输出小齿轮进行成本低廉的传递，其不仅可以适用于活动车顶结构的情况，也可以适用于多种其他的机动车结构。就座椅调节机构来说，借助于本发明，如座位面和座椅靠背能够使用唯一一个马达来驱动。借助于本发明，如折叠车顶蓬布能够用唯一一台马达使其从两侧折叠在一起。

在从属权利要求中对利于本发明的变型方案进行了说明。

按照特别优选的本发明实施方式，用于传递其驱动运动的马达具有马达轴，该马达轴在两个彼此相距的位置上设有联轴器件，该联轴器件的传动能力是可变的。换而言之，其传动能力可变的联轴器件设在马达轴上。这意味着，借助于开闭元件可直接在马达轴上进行开闭。这种开闭是在输出小齿轮前完成的，从而输出轴或输出小齿轮不必一同开闭，因此操纵力和其所需的换向电流是非常小的，这意味着仅需要很少数量的小型的、轻的并且成本低廉的开闭元件，因此，通过这样的结构能使驱动器的构型变得非常紧凑。优选仅需要唯一一个开闭设备。

特别有利的是，一个或者多个联轴器通过至少一个开闭元件可在轴向上，即在输出轴纵向方向上移动。如果马达轴与至少一个输出轴同轴地布置，则这是特别合理的。只在一个作用方向上进行开闭，则可得到非常高的作用效率。借助于联轴器，不需很大的动力转向就可以完成马达的驱动运动的传递，这样便可使用结构简单、稳固且便宜的联轴器。

在本发明的其它实施方式中，也可以使马达轴相对于至少一个输出轴偏移地布置。如果轴相互之间平行地偏移布置，则可使马达驱动运动的传递变得特别容易，例如通过相互啮合的齿轮。然而马达轴也可以倾斜于一个或多个输出轴延伸。

最后特别有利的是，设有利用磁力作用的开闭元件。此类开闭元件特别的可靠且操纵简便。优选是使用有电磁体的开闭元件，它能起到螺线管的作用。对于对开闭元件的不同要求，可以使用不同的开闭元件，例如双螺线管系统或反转式自保持螺线管。当然也可以使用配有伺服电动机的开闭元件或诸如此类的开闭元件，来代替上述的磁性的开闭元件。

根据下述实施例将详细阐述本发明，并通过附图对实施例作进一步的解释。以下是部分示意图的简要说明：

图1根据本发明的驱动器的透视图，其具有轴向的轴结构和螺线管，

图2根据本发明的驱动器的俯视图，其具有轴向的轴结构和螺线管，

图3爪式联轴器的细节图，有固定的联轴器件和可移动的联轴器件，

图4根据本发明的有传动机构外壳的驱动器的透视图，

图5根据本发明的驱动器，其具有轴向的轴结构和螺线管，

图6根据本发明的驱动器，其具有平行地偏移的轴结构和螺线管。

图1描绘的是本发明第一实施例。用在机动车中的驱动器1包括一台电动机2，带有给电动机2供电时使用的插接器3。电动机2包括转子和定子，它们布置在马达机体4内。从电动机2的两侧端面6伸出的是呈四棱轴状的电动机2(唯一的)的马达轴5。连接在马达轴5上的并在此要详细描述的传动机构布置传动机构外壳7内，由该传动机构外壳导出用于连接电动机2的连接插头8，或者导出其它驱动元件连接到电源和必要时的信号源上(参考图4)。此外由电动机2驱动的两个输出小齿轮9，9’从传动机构外壳7伸出。这两个输出小齿轮9，9’通过所谓的提升缆，一方面用于驱动活动车顶结构的玻璃顶盖，另一方面用于驱动活动车顶结构的内部卷帘，其出于清楚的原因没有被绘出。

在马达轴端的区域中分别布置有一个(内部的)联轴器件11，11’。对于星形的联轴器件11，11’，是指可控制的爪式联轴器的一部分。联轴器件11，11’与马达轴5抗转动地连接，因此马达轴5一起转动。同时，联轴器件11，11’可在马达轴纵向方向12上沿开闭方向13移动地被安置在马达轴5上，换而言之，联轴器件11，11’在轴向上的位置可以发生改变。因此下述内容中，内部的配属于电动机2的联轴器件11，11’被称为可移动的联轴器件11，11’。

与上述可移动的联轴器件11，11’相应的配对件是(外部的)联轴器件14，14’，其抗转动地并不可移动地与位置固定的输出轴15，15’相连。在下述内容中，外部的联轴器件14，14’也被称为固定的联轴器件14，14’，并与分别配属于其的可移动的联轴器件11，11’共同地形成了两个爪式联轴器。

输出轴15，15’用于将电动机2的驱动运动通过输出齿轮16，16’传递到输出小齿轮9，9’(参照图4)上。输出轴15，15’位于电动机2的两侧并与马达轴5同轴地布置。换而言之，输出轴15的轴纵向方向17是与马达轴纵向方向12重叠的。为驱动输出齿轮16，输出轴15，15’被设计为涡轮轴的形式。此外，每个输出轴15，15’都具有一个呈球轴承20，20’形式的径向-轴向轴承和一个呈球形帽轴承18，18’形式的径向轴承。在输出轴15，15’上布置有用于霍尔传感器的环形磁体19，19’，它可用于输出轴15，15’的位置控制和说明。通过将霍尔传感器不是布置在电动机2里面，或直接布置在电动机2上，而是布置在(可脱耦的)传动件上，则可以实现，即使在驱动元件的机械作用情况下或在活动车顶的运动机构产生反作用时，驱动器1的已储存在马达电子装置中的(相对)位置也不会丢失。专门把环形磁体9，9’定位在输出轴上，使得无论在联轴过程中，还是在联轴过程后，都可以非常简单(例如与安置在输出齿轮16，16’上相比较)又可靠地进行位置控制。

通过开合叉臂21，将两个与马达轴5相连的可移动的联轴器件11，11’相互连接起来。开合叉臂21由平行于马达轴纵向轴线12延伸的主叉臂件22构成，主叉臂件22通过位置固定的螺线管23导引，并且能够通过螺线管23平行于马达轴纵向方向12沿开闭方向13移动。在主叉臂件22两端布置有与马达轴纵向方向12垂直地延伸的连接件24，在连接件24的端部布置有固定爪25，固定爪25把可移动的联轴器件11与开合叉臂21连接在一起。此为固定爪25能嵌入到联轴器件11上的相应的槽26内，参照图3。

螺线管23平行于电动机2布置。它同样有用于供电的连接插头(未绘出)。优选通过集成在驱动器中的控制电子装置(未绘出)实现对螺线管23的控制，上述控制电子装置或者是马达控制器的组成部分，或者与马达控制器相耦接。对于螺线管23，是指具有一个线圈和两个永久磁体的双稳态控制系统(未绘出)。这意味着，借助于螺线管23，能够使开合叉臂21置于两个不同的开闭位置。双稳态的螺线管的优势就在于，通过线圈的换极就可以在行程方向上进行控制。这样的螺线管是在脉冲模式下运作的，也就是说在开闭过程中仅需要很小的功率。在自保持的终端位置，耗电量为零，也就是说没有耗能。

在这里所描述的实施例中，结构部件是这样布置的，在螺线管23的第一开闭位置时，前面的爪式联轴器11，14彻底分离，而后面的爪式联轴器11’，14’完全闭合，如图1所示。处于螺线管23的第二开闭位置时，前面的爪式联轴器11，14完全闭合，而后面的爪式联轴器11’，14’彻底分离。在本发明其他实施例中，开闭位置还可以如此设置，即在第一开闭位置时，前面的爪式联轴器11，14彻底分离，而后面的爪式联轴器11’，14’完全闭合(或相反)，当处于第二开闭位置时，前面的和后面的爪式联轴器(部分的)都被闭合。处于这种部分闭合的情况时，联轴器件11，14或11’，14’的爪是不完全抓紧的，仅部分地相扣，尽管如此，仍可保证在此时可靠地传递电动机2的驱动运动。

代替具有一个线圈的双稳态的螺线管，作为具有两个开闭级的螺线管23，也可以使用反转式自保持螺线管，它也被称为没有零位的自保持螺线管。这样可通过电磁力的作用完成行程运动。此时需要使用两个线圈。在切断电流的情况下，在行程终端位置处通过永久磁体保持衔铁。在通过负电流脉冲和同时激励相应的线圈使永久磁体失效后，又开始向着另一行程位置的行程运动。

在本发明的另一实施例中，螺线管23是指具有三个开闭级(稳定)的系统。这些开闭级优选在此这样设置，即在第一开闭级中，唯有前面的爪式联轴器11，14闭合，并在第二开闭级中，唯有后面的爪式联轴器11’，14’闭合，当在第三开闭级中，两个爪式联轴器都(部分的)闭合，以两个输出小齿轮9，9’运动。因此此实施方式不仅可以将驱动运动有交替地传递到输出小齿轮9，9’中的上，也可以同时将驱动运动传递到输出小齿轮9，9’上。

如果设计有三个开闭级，优选使用双螺线管用作为螺线管23。双螺线管配有两个线圈，它的衔铁可以占有三个不同的位置。根据其中哪个线圈被接通，来决定衔铁从中间位置移动到其中一个或另一个行程位置。

不言而喻，除了所描述的螺线管系统，还能使用其它的螺线管系统以及建立在其它工作原理基础上的系统。因此，例如可以安装伺服电机(带有调节传动机构的电机)来代替螺线管。

根据开合叉臂21的位置，电动机2的驱动运动通过马达轴5传递到一个或者两个输出轴15，15’上，并且由输出轴再通过输出齿轮16，16’传递到输出小齿轮9，9’上。前面的或者后面的爪式联轴器11，14或爪式联轴器11’，14’的传递能力此时是由开合叉臂21的位置确定的。

在已说明的实施例中，使用的联轴器是爪式联轴器，参照图3。在固定和可移动的联轴器件11，14，11’，14’上设有相互指向的爪27，其数量和大小是相互匹配的，且爪可在开合叉臂21处于相应位置时相互嵌接，因此在内部的联轴器件11，11’和外部的联轴器件14，14’之间形成形状配合。联轴器件11，14的单个爪27在其相互指向的端部都具有导动斜面28。这使联轴器件11，14的闭合变得容易。针对闭合的过程能够使用不同的方法，电动机2的脉冲宽度调制(PWM)控制已经被证实是为最有效的。螺线管23是在电动机2转速相对较低时被接通的，因此能够实现可靠的闭合。在这种情况下可以去掉导动斜面28。

替代爪式联轴器，各根据使用情况，也可以使用其他的优选同样可控制的开闭联轴器系统，例如齿式联轴器(形状配合)或摩擦联轴器(力结合)。

图5中呈现的是本发明的另一实施例。不同于前面描述过的实施例之处在于，没有由螺线管23驱动的用于两个可移动的联轴器件14，14’的开合叉臂21。取而代之的是，为每个可移动的联轴器件14，14’配置了单独的开合叉臂元件29。这些开合叉臂元件29中的每一个都可以(相互独立地)由双稳态的螺线管沿着开闭方向13驱动。因此既可以交替地将驱动运动从电动机2传递到两个输出小齿轮9，9’上，也可以同时传递给输出小齿轮9，9’，其中联轴器件11，14，11’，14’能够持续地完全相互嵌接。

在图6中呈现的是本发明的另一个实施例，在之前的附图中输出轴15，15’总被设计为与马达轴5同轴地布置，与这些之前的附图不同，而此处两个输出轴31，31’相对于马达轴5平行偏移地布置。

在所描绘的此例中，齿轮32，32’作为可移动的联轴器件设在构造成四棱轴的马达轴5的两个端部上。这里的齿轮32，32’指的是圆柱齿轮，它与马达轴5相连并可在轴向移动。通过与前述开合叉臂21类似地构造的、但是没有直接通过螺线管23导引，而是通过连接件30与螺线管23作用连接的开合叉臂33，将两个可移动的齿轮32相互连接。通过使借助于螺线管23平行于马达轴纵向方向12沿开闭方向13可移动的开合叉臂33进行移动，齿轮32可以轴向地，即沿着马达轴纵向方向12在马达轴5上移动。根据螺线管23位于两个开闭位置中的哪一个，两个可移动的齿轮32中的一个和与之相对应的作为配对件的设在在输出轴31，31’之一上的固定齿轮34，34’相啮合。在此布置在那里的齿轮34，34’与输出轴31，31’抗转动地相连。如果又设有具有三个开闭级的螺线管23，则当两个可移动的齿轮32，32’在中间位置处与两个固定的齿轮34，34’相啮合时，不仅可以将电动机2的驱动运动交替地传递到输出小齿轮9，9’中的上，也可以同时将驱动运动传递到输出小齿轮9，9’上。

另一方面，设计为涡轮轴的输出轴31，31’又通过输出齿轮16，16’与输出小齿轮9，9’相连。

当然，在其余(没有绘出的)实施例中，也可以将两个输出轴15，15’或31，31’相互之间同样可以不(像图1以及图6中的那样)相互同轴地布置。例如也可以将一个输出轴15或31相对于马达轴5平行偏移地布置(如图6中)，而另一个输出轴15’或31’倾斜于马达轴5布置。当然，马达轴5与输出轴15，31的同轴布置可以与(平行)偏移的布置相组合使用。也可以—相应于联轴器件，例如预先设置的锥齿轮—使输出轴15，15’，31，31’随意地并不同程度的倾斜于马达轴5布置，并由此采用任意的位置。

通过以(原则上)任意的方式和方法对输出轴的布置(输出轴15，15’，31，31’的轴纵向方向17，17’，35，35’因此可与马达轴纵向方向围成任意的角度)，都能使根据本发明的驱动器1的构型变得多样化，因此能够形成紧凑的结构形式。这里对联轴器件的选择(爪式联轴器，齿轮，......)是不受限制的，并且当选择了合适的联轴器类型时，可以自由地布置输出轴15，31，于是本发明所述的驱动器系统能够以多样的结构形式和变型方案提供使用，因此上述系统能够广泛使用在机动车所有可能会涉及的领域及其之外的领域。

这种驱动器1优选这样构造，即例如当机动车制动或车辆陷入时，不会无意地移动顶盖。此外如有需要，输出小齿轮9，9’能够被机械地确定到联轴器的分离状态。为此，输出小齿轮9，9’和/或输出齿轮16和/或输出轴15，31以及类似件构造成自锁的。与此同时要考虑到，处于联轴器分离状态下的马达2不能够再施加制动作用给输出小齿轮9，9’。

Claims (5)

1.一种用在机动车中的驱动器(1)，它具有马达(2)和至少两个用于使输出小齿轮(9，9’)运动的输出轴(16，16’；31，31’)，并具有布置在马达(2)与输出轴(16，16’；31，31’)之间的传动机构，用于选择性地将马达(2)的驱动运动传递到输出小齿轮(9，9’)上，其中传动机构具有多个可开闭的联轴器(11，11’，14，14’；32，32’，34，34’)和至少一个用于同时地改变一个或者多个联轴器(11，11’，14，14’；32，32’，34，34’)的传动能力的开闭元件(21，23)。

2.根据权利要求1所述的驱动器(1)，其特征在于，其传动能力可变的联轴器件(11，11’；32，32’)布置在马达轴(5)的两个彼此相距的位置上。

3.根据权利要求2所述的驱动器(1)，其特征在于，马达轴(5)与至少一个输出轴(16，16’，31，31’)同轴地布置。

4.根据权利要求2或3所述的驱动器(1)，其特征在于，马达轴(5)相对于至少一个输出轴(16，16’，31，31’)偏移地布置。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的驱动器(1)，其特征在于具有以作用的开闭元件(21，23)。

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