CN101960695A - 用于车辆座椅的驱动单元 - Google Patents

Abstract

在用于车辆中的调节器、尤其是用于车辆座椅的驱动单元(10)中，该驱动单元(10)具有至少一个电机(12)，所述电机(12)具有：定子(16)，该定子(16)具有至少一个线圈(24)；至少一个转子(18)，所述至少一个转子(18)以磁性的方式与定子(16)相互作用，并绕着轴线(A)旋转并且装配有永久磁体；换向模块(20)，该换向模块(20)用于依赖于转子(18)的旋转向线圈(24)供应电流；以及电连接件(22)，该电连接件(22)用于至少两极供应电压(+Ub、-Ub)，在所述电机(12)的结构在其它方面保持相同的情况下，换向模块(20)从电刷换向模块和无刷换向模块(20)的组中选取。

Description

用于车辆座椅的驱动单元

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的用于车辆座椅的驱动单元。

背景技术

例如在DE 10 2004 019 471 A1中公开那样，这种驱动单元用于车辆座椅，该车辆座椅能够通过电机调节，以便通过使得单个部件彼此相对调节来达到乘客最佳坐姿。在这种情况下，电刷换向和电子换向电机是公知的。旋转速度降低，并且同时，所输出的转矩通过齿轮级增大。

发明内容

本发明基于改进上面介绍中提到种类的驱动单元的目的。根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的驱动单元来实现。从属权利要求的主旨是有利的改进。

在机动车辆能源环保使用的背景下，在驱动系统的效率方面，如在本驱动单元的情况下，主要的车辆驱动或辅助组件日益重要。除了电能到机械能纯转换效率外，驱动单元的质量也自然在汽车运用中起到日益重要的作用。这两个方面清楚地在使用智能的、轻量的、有效率的无刷电机与连续降低电子部件成本之间制造争论，这种争论已经持续了很长时间并且从经济观点来看无疑将会在未来继续越发积极地造就该电机技术。

尽管今天无刷电机的额外成本已经趋向于零，在非常方便的带有记忆功能等的电子可调座位情况下，当将所有驱动器完全改变为现代技术时，将控制智能系统从单独的控制电子系统改变成单个驱动器，考虑到所有电子调节器时-也就是说包括最简单的解决方案-实际上产生了成本劣势。成本的大部分来自于电机致动，也就是说最终来自于换向本身的电能到电机线圈的时间和空间分配过程。因为驱动单元的整体设计基本上由电机部分的几何设计和通常以关于无刷电机相反的方式设计的电刷换向电机共同决定，所以对于结构组件(constructionkit)的设计需要方案，其可依据成本和性能度量，对于新驱动器，所述方案在给出驱动单元相同基本设计的情况下允许不同的成本与性能要求。

模块化的换向概念解决了所描述的冲突，并且因此为逐步的、交错地引入基于微处理器的、智能的无刷电机技术提供了技术方案。

根据提供模块化总体驱动系统的意图，降到部件层面的驱动单元的不同成本和性能特点、基本特征和实施例应该互相等同并且因此总是可以重复使用。与换向无关，转子装配有至少一个永久磁体，并且换向模块向至少一个定子线圈供应电流。

根据本发明的驱动单元优选驱动车辆座椅中的调节器。在这种情况下，驱动单元优选集成在负载支承齿轮中。以该方式设计的调节器具有分离驱动单元与负载支承齿轮例如低效率涡轮等之间传动元件的优点，并且用于转子的分离支承元件是多余的。此外，如果转子继续通过齿轮级无间隙安装，则只要是负载支承齿轮，运行噪音就会显著地减小。

优选的调节器是多用途旋转调节器的形式，尤其是具有自锁偏心行星齿轮和第一装配零件和第二装配零件的齿轮装配件的形式，所述装配零件通过偏心轮彼此相对旋转，所述偏心轮由驱动单元驱动-优选通过驱动器来驱动。装配零件每个能具有整体成形的卡圈或附接的套筒，通过所述卡圈或套筒，所述装配零件支承着偏心轮并且/或者容纳驱动单元的至少一部分，优选容纳包括换向模块的整个驱动单元。优选安装在卡圈或套筒中之一上的偏心轮优选由两个弯曲的楔形部分形成，所述楔形部分在驱动器的驱动器部分以间隙保持的窄侧与保持在楔形部分面对宽侧间并把这些沿周向互相推离的弹簧之间，以便无间隙定位。

附图说明

参考各种带有改进的实施例，下面更加详细的解释了本发明。在附图中：

图1示出了根据本发明的穿过驱动单元的截面，

图2示出了包括定子和换向模块的单元的端视图，

图3示出了图2中单元的透视图，

图4示出了包括定子、换向模块和电连接件的单元的透视图，

图5示出了从不同角度看图4中单元的视图，

图6示出了使用双极电机换向的操作方式的图示，

图7示出了使用滑动接触件进行图6中换向的基本图示，

图8示出了滑动接触件的单个零件的分解图示并且也示出了电刷支架的替代实施例，

图9示出了使用单极电机换向的操作方式的图示，

图10示出了使用滑动接触件进行图9中换向的基本图示，

图11示出了使用滑动接触件和带有双极电机的电子开关换向的基本图示，

图12示出了使用电子开关进行电子无刷换向的基本图示，并且

图13示出了使用双极电机的微处理器控制的无刷换向的基本图示。

具体实施方式

驱动单元10具有电机12和设置在电机12输出侧上的齿轮级14。电机12在壳体15中具有定子16、装载在壳体15中以绕着轴线A旋转的转子18、换向模块20和用于两极直流供应电压的电连接件22。供应电压的正极被指定为+Ub，并且供应电压的负极被指定为-Ub。

在所有的实施例中，电机12被设计为使得转子18装配有永久磁体并且定子16具有可替代的使用换向模块20供应电流的线圈24。也应理解，线圈24意思是包括两个线圈的串联电路，如在本实施例中实现的那样。能够从两个可能的实施例、具体为单极实施例(中性点被穿过并且被连接)和双极实施例(中性点被孤立或者所穿过的中性点不被连接)的组中选出定子16，在所述定子16中所有线圈24优选在精确的一个共同中性点组合。在所述电机12的设计在其它方面保持相同的情况下，换向模块20能够从电刷换向模块和无刷换向模块20的组中选出。因此，通过广义上的开关、特别是滑动接触件26，或通过电子换向件，向线圈24供应电流。定子16、换向模块20和优选电连接件22能够在物理上结合以形成激励器单元，所述激励器单元的很多变型相应地由于定子16的两个实施例和这组换向模块20而存在。

连接电机12下游的齿轮级14使转子18的旋转逐步下降为驱动单元10的输出驱动件30的较慢旋转。以多级的方式从各种本身已知的齿轮类型被优选地设计齿轮级14，例如从偏心行星齿轮(例如在DE 102006 023 535 A1中所公开的基本原理，在这方面明确包括所述文献的公开内容)和行星齿轮(例如在DE 20 2006 014 817 U1中所公开，在这方面明确包括所述文献的公开内容)。如DE 10 2004 019 471 A1中所公开的那样，也可使用差速齿轮，在这方面明确包括所述文献的公开内容。例如通过US 4,228,698 A中公开的圆柱滑动齿轮(表面压力齿轮)，或者替代地通过例如EP 0 450 324 B1中描述的欧氏联接件(Oldham coupling)(双滑块曲柄齿轮)来连接输出驱动件30。

图1中所示的驱动单元10在壳体15之内从右手边开始示出了：输出驱动件30；两级齿轮级14；和无刷换向电机12的零件，具体为包括单个线圈24的固定定子16、装配有单个永久磁体的滚动安装的转子18和换向模块20，该换向模块在此所示的变型中包括带有电子部件的印刷电路板、霍尔传感器(Hall sensor)和固定到转子的致动磁体。

图2和图3示出了包括定子16和换向模块20的单元的另外的视图。图4和图5示出了优选的实施例，其中定子16、换向模块20和电连接件22结合以形成能够和其他变型互换的齐次激励器单元。

图6中象征性地示出了换向操作的基本方式，也就是说线圈24的端部连续连接到给电机12供应电压的正极+Ub或者负极-Ub。在本情况下，定子16具有双极以及三相设计，每一相具有至少一个关联的线圈24(在本情况下，两个串联连接的单个线圈)。线圈24在一侧互相连接并且在另一侧在每个情况下具有三个连接件U、V、W中之一。换向模块20通过其滑动接触件26或其他开关将三个连接件U、V、W交替连接到供应电压的正极+Ub或负极-Ub，因此在每个情况下至少两个线圈24被供应电流。

在所示的情况下，连接件W连接到+Ub并且连接件U连接到-Ub，并且因此电流沿着具体要求的方向流过W与U之间连接的线圈24。所示的电路通常仅用来解释操作原理，因为所需的短的切换时间不能够使用现实的微型开关至少以可感知的旋转速度来实现。在真正执行该电路原理时，现在通常使用各种不同的半导体开关元件，这些通常由限定时机和组合逻辑系统的上游电路致动。然而，根据应用范围和预期用途，引发的组成整个电子系统的进一步的要求，比如极性倒转保护、干扰抑制、过电压保护等导致了基本上换向所需的电子器件总支出的部分小于40％。如果同时不必需要智能全电子换向的优点(比如使用寿命、调节选项、低噪音水平)，那么在无经济缺点的情况下出现利用该电机结构机械设计优点的技术方案的问题。

在电刷换向的情况下，图6中示出的开关的功能由机械接触元件接管，具体为由能够容许所需切换时间和电流负载的滑动接触件26接管。今天在传统电刷换向电机中使用的并且包括弹簧加压接触电刷和由导体产生并连接到转子的集电极的机构完全有能力完成这个，但是在执行方面必须与带有固定线圈24的电机12的其他几何条件相配。

由图7清楚所述基本功能。滑动接触件26通过同心滑环26a和两个电刷元件26b来实现，所述同心滑环26a与供应电压建立起了相应的接触，所述电刷元件26b延伸过轨道并且固定到转子，也就是说固定连接到转子18。图8以分解图的方式示出了滑动接触件26的单个零件，也就是说带有(沿着轴线A从上到下)连接到正极+Ub的滑环26a的支架、交替连接到U、V、W的一系列滑环段26c和连接到负极-Ub的滑环26a。固定到转子的电刷支架装配有图8底部替代实施例中板簧上单个电刷形式的两个电刷元件26b。电刷元件26b以每个电刷元件26b精确地与两条轨道，也就是说只精确地与一个滑环26a以及与滑环段26c相互作用的方式轴向偏移。固定的滑环26a和固定到转子的电刷元件26b比带有固定到转子的滑环26a的换向设备更有优势，所述换向设备依照多个换向模块20间的选项由DE 699 20 974 T2公知。径向电刷排列在DE 2423 162 C2中描述，但是安装的旋转滚子取代了装载弹簧的径向引导的电刷。

将所需费用减少到最小的观念的一致连续性导致了电机12的单极变型，其中，相对于到此刻为止所示的电机12的实施例，所有的线圈24在一侧固定连接到供应电压的一极，在该情况下，连接到正极+Ub，并且仅以正确的顺序接通。图9示出了基本的电路图；图10示出了带有滑环26a和要连接到三个连接件U、V、W(每个与线圈24相关联)的三个滑环段26c的基本图示。

如图10中可见，对于这种单极电机12的最简单的实施例，只需要一个单个电刷元件26b，以如图8中那样的方式能够几何上实现所述电刷元件。依照声学以及其安装空间/性能比，这种电机12比双极解决方案相比有较少优势的事实，由在具体边界条件下其低生产成本弥补。因为定子16的实施例是相同的，与额外的连接无关，所以该变型的结果在较低技术水平上是换向模块20，但其从经济的角度看来被考虑为完全有益的附加。

上面描述的通过电刷元件26b穿过线圈24直接开关电流的方案的最主要缺点就是摩擦力，所述摩擦力由于较高的、必须的接触压力和相关联的噪音和磨损的发生而产生。然而，该缺点能够通过以下方式补救，以期望的顺序和方位但仅在最低电流水平执行基于电刷产生的所需电连接，并且，附加地下游电子开关32、尤其为半导体开关元件用于大电流。图11象征性地示出了这种方案，其中电子开关32可以为MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)的形式。

进一步可行的有益的发展涉及从机械变换到在最简单的情况下由许多彼此相同的单元组成的第一、纯电子、无接触的换向。除了适应供应电压的单元和为了所要求的旋转方向而包含在其中不同，例如用于单极电机12的图12中所示的换向模块20中的该电路包括例如彼此等同的三个组件，并且每个组件包括传感器34(优选为霍尔传感器)、用作电子开关32的功率半导体36、和线圈24。

接下来进一步的技术发展是如下一种无刷电机12，所述无刷电机12通过基于微处理器或软件的控制和以传统方式通过三重半桥接法的线圈24的单相电流的调节而换向，所述三重半桥接法包括用来通过线圈24产生多个不同相位角和幅度的电流的功率半导体36。功率半导体36由微处理器38致动，微处理器38例如通过传感器34检查转子18的相位角。图13粗略概要地示出了这种控制系统的基本功能元件，不管实质上相同的设计，所述控制系统允许了依照细节和效果区分的多种换向形式。

从简单的通过带有过调制直到面向场调节的梯形、正弦和基于正弦的信号形式的块换向开始，能够使用以慎重的方式影响这种电机12的旋转速度和/或转矩的本身已知的多种算法和方法。本身已知的控制和调节方法，能够从驱动器周围区域考虑到进一步的物理变量，并且能够使用多个智能单元间基于总线的信息交换，能够同样精确地使驱动器和其所需各自用途相匹配。

在几乎所有使用这种电机12的情况下，特别重要的在于，电生成的旋转磁场和由转子18的永久磁体产生的转子磁场之间的相位角，并且为此，从通过霍尔传感器通过检测单个线圈24的反电动势的简单转子位置检测到基于总电流的测量的共运行数学电机模型的各种方法用在驱动技术中，用于所述磁场的检测和/或控制。

根据包括可选择的换向模块20的组，图13中所示的电路与其描述的用于软件控制的选项一起代表了高端模块。

四个描述的换向选项

-带有电刷并且直接地，如图7和10中那样，

-带有电刷和电子开关，如图11中那样，

-以无刷的方式带有传感器和功率半导体，如图12中那样，以及

-以无刷的方式带有微处理器和功率半导体，如图13中那样，以及定子的两个实施例

-单极的，如图10和12中那样，以及

-双极的，如图7、11和13中那样

产生包括定子16和换向模块20的八个变型。如果包括定子16和换向模块20(以及优选电连接件22)的该组合形成了物理上结合的激励器单元，那么能够从一组八个变型中选择激励器单元，每个变型与相同的转子18相互作用。

附图标记列表

10  驱动单元

12  电机

14  齿轮级

15  壳体

16  定子

18  转子

20  换向模块

22  电连接件

24  线圈

26  滑动接触件

26a 滑环

26b 电刷元件

26c 滑环段

30  输出驱动件

32  电子开关

34  传感器

36  功率半导体

38  微处理器

A   轴线

Claims (12)

1.一种用于车辆中的调节器、尤其是用于车辆座椅的驱动单元(10)，所述驱动单元(10)具有至少一个电机(12)，所述电机(12)具有：定子(16)，所述定子(16)具有至少一个线圈(24)；至少一个转子(18)，所述至少一个转子(18)装配有永久磁体，并绕着轴线(A)旋转且与所述定子(16)磁性相互作用；换向模块(20)，所述换向模块(20)用于依赖于所述转子(18)的旋转将电流供应给所述线圈(24)；以及用于至少两极供应电压(+Ub、-Ub)的电连接件(22)，其特征在于，在所述电机(12)在其它方面具有相同的设计的情况下，所述换向模块(20)从电刷换向模块和无刷换向模块(20)的组中选取。

2.根据权利要求1所述的驱动单元，其特征在于，所述定子(16)和所述换向模块(16)以及优选地所述电连接件(22)物理上结合以形成激励器单元。

3.根据权利要求1或2所述的驱动单元，其特征在于，所述定子(16)具有单极或双极设计。

4.根据权利要求1的前序部分、尤其是根据前述权利要求中一项所述的驱动单元，其特征在于，所述换向模块(20)依赖于所述转子(18)的旋转、借助于单个电刷元件(26b)将所述定子(16)的线圈(24)在一侧上交替地连接到所述供应电压(+Ub、-Ub)的一个极。

5.根据权利要求1的前序部分、尤其是根据权利要求1到3中一项所述的驱动单元，其特征在于，所述定子(24)的线圈(24)在各种情况下借助于所述换向模块(20)的一个电子开关(32)在至少一侧上连接到所述供应电压(+Ub、-Ub)的两极中的一个极；并且，所述换向模块(20)依赖于所述转子(18)的旋转交替地打开和关闭其电子开关(32)。

6.根据前述权利要求中一项所述的驱动单元，其特征在于，所述换向模块(20)具有微处理器(38)和/或传感器(34)，以用于控制功率半导体(36)。

7.根据前述权利要求中一项所述的驱动单元，其特征在于，所述换向模块(20)具有至少一个滑动接触件(26)，以用于将电流供应给所述线圈(24)。

8.根据权利要求7所述的驱动单元，其特征在于，所述滑动接触件(26)具有固定的滑环(26a)或滑环段(26c)以及至少一个电刷元件(26b)。

9.根据权利要求8所述的驱动单元，其特征在于，在每个滑环(26a)精确地具有一个相关联的电刷元件(26b)的情况下，至少两个滑环(26a)或滑环段(26c)沿着所述轴线(A)布置。

10.根据权利要求8或9所述的驱动单元，其特征在于，所述定子(16)的线圈(24)中的每个线圈具有连接件(U、V、W)，该连接件(U、V、W)精确地连接到所述滑环段(26c)中的一个滑环段，并且该连接件(U、V、W)能够依赖于所述转子(18)的旋转、借助于所述电刷元件(26b)连接到所述滑环(26a)。

11.根据权利要求8到10中一项所述的驱动单元，其特征在于，所提供的电刷元件(26b)安置在电刷支架上，该电刷支架固定地连接到所述转子(18)。

12.根据前述权利要求中一项所述的驱动单元，其特征在于，至少一个齿轮级(14)设置在所述电机(12)的输出侧上。

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