CN102144348A - 具有自锁装置的传动装置驱动单元 - Google Patents

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Abstract

传动装置驱动单元(10),尤其是用于调节汽车中可以移动的部件,包括一个驱动马达(12)和一个由该驱动马达驱动的传动装置(14),其中所述传动装置(14)具有一个输出元件(70)和一个带有闭锁元件(63,55)的自锁装置(60),并且所述闭锁元件(62,55)针对由输出元件(70)施加到传动装置(12)上的扭矩闭锁所述传动装置(12),其中所述传动装置(12)通过它的传动啮合齿连接(47)和马达轴的支承(32,28)被设计成具有优化的效率和最小的摩擦,并且驱动马达(12)具有套筒形的环形磁体(18)作为励磁磁体,该环形磁体布置在一个形成磁通量回路的极罐(16)中。

Description

具有自锁装置的传动装置驱动单元
现有技术
本发明涉及一种按照独立权利要求的种类的具有自锁装置的传动装置驱动单元,其尤其是用于调节汽车中的可移动的部件。
由DE19753106C2已知一种负载扭矩闭锁器,它安装在一个驱动系中并且在驱动装置停止时自动地闭锁由输出侧引入的扭矩。相反,由驱动侧引入的扭矩在两个方向上传递。为此一个驱动轴被一个输出轴的附件贯穿。在这两个可以相互相对旋转的轴之间设置有径向隔片,以及夹紧或闭锁元件,它们依据从驱动侧或输出侧引入扭矩的情况允许或闭锁相对于一个夹紧环单元的旋转。一种这样的负载扭矩闭锁器由许多单独的部件组成,这些单独部件装配费用高并且要求很多的安装空间。由此该传动装置驱动单元构造得较大和较重,由此需要相应更大功率的电动机来驱动。
本发明的公开
本发明的优点
按照本发明的、具有独立权利要求1的区别特征的、具有自锁装置的传动装置驱动单元的优点在于,在相同的应用情况下,通过成本有利地设计具有减小的摩擦的传动装置,可以同时使用具有较小重量的驱动马达。为此,电动机的励磁磁体设计成较小的并且容易制造的环形磁体,它包围着具有绕组线圈的叠片铁芯。由于负载力矩闭锁器通过一个单独的自锁装置构成,因此一个效率优化的传动装置也可以用于伺服驱动装置,其中传动装置在输出侧的负载作用期间应该被闭锁,如这例如在车窗玻璃升降器,汽车滑动天窗,雨刷器或座椅的驱动装置中所要求的那样。
通过在从属权利要求中列出的措施可以实现对从属权利要求中给出的装置的一些有利的扩展方案和改进。例如驱动马达的功率密度可以由此被提高,即电动机的永久励磁磁体也可以具有多于两个的磁极。优选使用偶数的磁极数量,例如2,4,6或8个磁极,其中在设计正好4个磁极的情况下,在功率密度的提高和用于该电机尺寸的环形磁体的可磁化性之间实现了最佳的折衷。
特别有利的是将环形磁体的壁厚设计为0.5mm至3mm,其中在0.5mm至1.5mm,例如近似为1.0mm的较小的壁厚情况下可以实现电动机的功率电流密度。为了减小整个驱动装置的重量,此时有利的是,环形磁体的外径和它的壁厚之间的关系位于约15∶1和40∶1之间。
有利地,为了制造这种环形磁体,使用一种高能磁性材料,最好是稀土元素。在此情况下,该材料可以特别成本有利地通过烧结或在塑料材料中结合地形成一种环形磁体。NdFeB在此情况下是一种特别优选的高能磁性材料。
有利的是将环形磁体设置在一个圆形的极罐中,极罐最好借助于深冲加工制造。在此情况下,极罐的外径例如为25mm至33mm和壁厚为约1mm至2mm,其对于磁通量回路是足够的。优选极罐在圆柱形的区域中的壁厚大约为1.5mm厚。
为了提高电动机的功率密度,叠片铁芯的叠片用高价值的铁材料制造并且尤其是用一种较薄的叠片板(与市场上通常的标准叠片相比),从而在与薄壁的环形磁体相互配合下显著提高电动机的效率。
如果传动装置驱动单元的传动装置实施成蜗轮蜗杆传动装置,那么在设置在驱动轴上的蜗杆和对应的蜗轮之间的啮合可以在特别小的摩擦下实施。为此,蜗轮蜗杆啮合齿连接具有一个例如为4°至8°的减小的啮合角并且啮合表面可以以低的摩擦系数(摩擦系数=约0.025)在使效率特别优化下实施。为此可以使用一种效率优化的润滑剂,例如TopasL32。
为了使传动装置驱动单元的摩擦减小到最小程度,驱动轴一方面用一个球轴承支承,该球轴承直接地布置在传动装置外壳中,最好布置在传动装置外壳的一个轴向的圆柱形的延伸部中。相反,在极罐中,最好在其底面上,驱动轴用一个最好由粉末冶金青铜形成的滑动轴承支承。
在此情况下,该球轴承吸收驱动轴的所有作用的轴向力,从而极壳中的滑动轴承设计成浮动轴承,由此附加地减小传动装置驱动单元的摩擦。
蜗杆在制造技术上特别有利地借助于轧制工艺或滚轧工艺通过塑性的材料成型直接地成形在驱动轴上。蜗杆的外径明显大于驱动轴在与蜗杆相邻的区域中的直径。对于这种工艺,特别合适的是大约5至8mm的驱动轴直径,其中特别优选地使用6mm的轴。驱动轴在蜗杆的区域中可以优选在叠片组的区域中与电枢轴一体地构造,但是在一个备选的实施例中也可以作为分开的部件进行构造,它们然后例如借助于联接件被连接起来。
为了支承蜗轮,在传动装置外壳底面上构造了一个支承柱,它啮合到蜗轮的轮毂中。支承柱此时例如与塑料制成的传动装置外壳底部制造成一体。备选地,也可以在传动装置外壳中布置一个由另一种材料(例如金属)制成的支承销,用于接纳蜗轮。
为了给电动机通电,将碳刷有利地设计成锤刷,它的弹簧片在轴向上沿着驱动轴延伸。此时特别有利的是设置两个碳刷,它们在周向上错开90°地布置。在此情况下碳刷架是环形的并且在插入传动装置外壳的一个环形的延伸部里面。
由于整个作用于驱动轴上的轴向力由设置在传动装置外壳中的球轴承承受,因此没有大的拉力作用在极罐和传动装置外壳之间的交接区上。因此极罐可以有利地借助于一种形状配合连接,例如通过压实(填密)或者通过另一种材料成型而被可靠地相互连接起来。为此将极罐有利地布置在传动装置外壳延伸部的圆柱形外壁上。在极罐和传动装置外壳之间例如作为密封设置一个O形环,它也被套装到传动装置外壳的圆柱形的延伸部上。
在一个优选的实施例中,自锁装置具有作为闭锁元件的圈状弹簧,该圈状弹簧插入到蜗轮和从动轮之间中。此时弹簧的一个制动鼓安装在传动装置外壳或它的盖子中或安装在一个分开的部件中。
此时圈状弹簧以特别节省安装空间的方式沿径向顶接在传动装置外壳上并且在不使用附加的构件下一方面啮合到蜗轮中并且另一方面啮合到从动件或输出元件中。
具有闭锁元件的自锁装置也可以被集成到可移动的部件的调节系统中,例如作为座椅部件的或一个车窗玻璃升降器机构的组成部分。在此情况下,传动装置可以直接地设置在驱动马达上和/或设置在调节系统中。此时驱动马达和/或至少传动装置的一部分总是设计成具有优化的效率。驱动马达优选与传动装置的至少一部分一起集成的紧凑的结构单元进行设计,该结构单元形成与要调节的部件或该部件的调节系统的一个限定的接口。自锁装置有利地设置在可以分开的(可(配套)供给的)驱动马达-传动装置单元中,但是也可以设置在要调节的部件中或该部件的调节系统中。在每种情况下,以有利的方式,有效地切断由可移动的部件作用于传动装置驱动单元上的负载力矩。
附图简述
本发明的实施例在附图中示出并且在以下的说明中详细解释。附图中所示:
图1是按照本发明的传动装置驱动单元的分解图,
图2是通过极壳的横剖图,和
图3是具有作为自锁装置的圈状弹簧的另一个实施例。
图1中示出了传动装置驱动单元10,它具有驱动马达12和传动装置14。驱动马达12具有作为马达外壳15的极罐16,其中布置作为励磁磁体的环形磁体18。环形磁体18在实施例中设计成含有稀土材料NdFnB的高能永久磁体。在环形磁体18内部布置一个具有多个叠片21的叠片组20,它被固定在驱动轴22上。叠片组20具有与换向器26连接的电绕组24。驱动轴22借助于滑动轴承28支承在极罐16中,该滑动轴承在此处构造成粉末冶金(烧结)青铜衬套29。滑动轴承28在此情况下是浮动轴承,由此驱动轴22可以在滑动轴承28中沿轴向23移动。大致在驱动轴22的中部区域中布置有球轴承32,它在完成安装之后被固定地固定在传动装置外壳36中。球轴承32通过内环33固定在驱动轴22上,和通过外环34固定在传动装置外壳36中。由此球轴承32设计成固定轴承,它吸收全部沿轴向作用于驱动轴22上的力。驱动轴22的自由端30凸出穿过传动装置外壳36的圆柱形的延伸部38并且凸入到传动装置外壳36中。驱动轴在其上没有形成止挡。在驱动轴22上在传动装置外壳36的区域中布置一个蜗杆40。蜗杆40例如借助于塑性材料成型加工而直接地从驱动轴22上形成,最好借助于滚轧加工形成。蜗杆40的外径42大于在驱动轴22的其余区域中的驱动轴22外径44。蜗杆40与蜗轮46啮合,该蜗轮通过它的轮毂45支承在支承柱48或支承销49上。支承柱48例如与传动装置外壳36的底面构成一体。传动装置外壳36具有圆形的径向壁52,该壁具有朝着蜗杆40方向上的缺口53。蜗杆40与蜗轮46形成一个蜗轮蜗杆啮合齿连接47,它以效率特别优化的方式设计。例如蜗轮蜗杆啮合齿连接47具有减小的啮合角(4°至8°)和大致0.025的减小的摩擦系数。
此外,在传动啮合齿连接47中设置一种特殊的润滑材料,它显著地减小蜗轮蜗杆啮合齿连接47的摩擦。蜗轮46同样也借助于一种特殊的润滑材料支承在支承柱48上。
在按照图1的实施例中,传动装置驱动单元10具有一个自锁装置60,它设计成可以沿着蜗轮47的支承销49移动的分离闭锁器61。为此具有沿着蜗轮轴线58的联接(偶合)元件62,其放置在蜗轮46的相对应的表面轮廓68上。由于联接元件62相对于蜗轮46的相对旋转运动,联接元件62沿着蜗轮轴线58进行一种运动,其中弹性的复位元件68施加相应的反作用力,防止联接元件62分离。联接元件62抗扭转地与输出元件70连接,它将扭矩例如传递给汽车上的一个要被调节的部件。输出元件70在实施例中借助于夹紧环73沿轴向固定在支承销49上。在分离的状态下,联接元件62可以与蜗轮46一起通过驱动马达12自由旋转。但是,如果驱动元件70向传动装置驱动单元10上施加一个负载力矩,那么由于相对运动而使联接元件62相对于蜗轮46和它的表面轮廓66沿着蜗轮轴线58相对于传动装置外壳36被推入。由此在联接元件62和传动装置外壳36之间形成一种形状配合连接72,该形状配合连接在负载力矩作用期间闭锁住。在实施例中,形状配合连接72例如设计成联接元件62的环绕的啮合齿74,它啮合到传动装置外壳36的一个相应的配合成型体76中,例如在圆形的传动装置壁52中。输出元件70设计成具有外啮合齿的输出小齿轮71,其例如与车窗玻璃升降器的升降器机构作用连接。
极罐16通过传动装置外壳的圆柱形的延伸部38与传动装置外壳36连接。在此情况下,极罐16的内表面17沿径向支撑在圆柱形的延伸部38的外表面39上。圆柱形的延伸部38例如具有一个凸缘78,其上支撑密封环80-例如耳环,它通过极罐16被压紧在凸缘78上。极罐16此时借助于塑性的材料成型部94与圆柱形的延伸部38形状配合地连接。在此情况下,极罐16例如借助于冲模工具相对于圆柱形的延伸部38的外表面39压实。在圆柱形的延伸部38的内部布置有环形地包围驱动轴22的碳刷架82。碳刷架82上布置碳刷84,其在实施例中设计成锤刷85。锤刷85具有弹簧杆83,其沿着驱动轴22延伸并且顶接在换向器26上。
在碳刷架82上布置了其它的电子构件86,例如去干扰元件87(扼流圈,电容器,二极管)和热保护开关88。附加地,可以在碳刷架82上布置金属屏蔽板89,用于屏蔽电磁辐射(法拉第笼(Farraday 
Figure BPA00001328440700061
))。也布置了一些磁性传感器90,它们探测传感器磁体92的磁性的发送器信号,以便识别驱动轴22的旋转位置,所述传感器磁体例如环形地布置在驱动轴22上。球轴承32较靠近蜗杆40地固定在驱动轴22上并且在安装时在插入圆柱形的延伸部38之后借助于固定元件31张紧在圆柱形的延伸部38内部。
一些插头销96自碳刷架82从传动装置外壳36中引出,这些插头销例如被注塑到传动装置外壳36中。通过这些插头销96保证电流和/或传感器信号的传递。在传动装置外壳36的外周面上成形有一些固定柱108,利用它们将传动装置驱动单元10例如拧接在车身上,尤其是车门上。
图2中示出了具有环形磁体18的极罐16的横剖图,用于限定极壳16和环形磁体18的外径100,101和壁厚102,103的尺寸比例。在环形磁体18和极罐之间设置了例如一种粘接剂105作为连接机构。
图3中示出了一种备选实施例,其中自锁装置60具有作为闭锁元件的圈状弹簧(盘簧)55。在此情况下,圈状弹簧55被布置在蜗轮46和传动装置外壳36之间。圈状弹簧55是圆形的、与蜗轮46同轴并且在传动装置14闭锁状态下被压紧在圆形的传动装置壁52的内侧面上。圈状弹簧的弹簧末端56此时可以沿径向向内弯折,以便与蜗轮46或从动轮70形成形状配合连接。在这个实施例中,在传动装置外壳36中没有设置支承销49,而是在底面50中设置通孔51,其中蜗轮46直接地支承在成形的支承柱48上。
应该说明的是,就在附图和说明书中所示出的实施例而言,各单独的调整特征之间可以具有多种组合可能性。因此,例如圈状弹簧55可以在它的几何造型上和它的材料特性上任意变化,并且例如具有影响相对于传动装置外壳36表面的摩擦的包皮。绕组的数目和弹簧末端56的布置和造型也可以相应地调整匹配。也可以改变按照本发明的负载扭矩闭锁器60在传动装置14内部的布置,其中在最后的输出元件70和蜗轮46之间的一种布置是特别有利的,以便保护传动啮合齿连接47不承受过大的负荷。联接元件62可以直接地作为输出元件70或作为与输出元件作用连接的从动元件进行设计。圈状弹簧的支承面的具体的造型形状也可以依据圈状弹簧54的、蜗轮46的和联接元件62的造型形状以多种方式改变。传动装置驱动单元10优选用于调节可移动的部件,例如汽车中的窗玻璃,汽车滑动天窗,雨刷器,座椅部件或传动部件。
在此情况下,至少传动装置14的一部分并且由此也包括自锁装置60可以设计成要调节的部件的或其调节系统的组成部分。在驱动马达12和调节系统之间的用户连接接口此时可以这样地选择,使得自锁装置60被集成在要被调节的部件的调节系统中,或者布置与极罐16直接连接的传动装置外壳36中。

Claims (15)

1.传动装置驱动单元(10),尤其是用于调节汽车中可以移动的部件,包括一个驱动马达(12)和一个由该驱动马达驱动的传动装置(14),其中所述传动装置(14)具有一个输出元件(70)和一个带有闭锁元件(62,55)的自锁装置(60),并且所述闭锁元件(62,55)针对由输出元件(70)引导到传动装置(12)上的扭矩闭锁所述传动装置(12),其特征在于,所述传动装置(12)通过它的传动啮合齿连接(47)和马达轴的支承(32,28)被设计成具有优化的效率和最小的摩擦,并且驱动马达(12)具有套筒形的环形磁体(18)作为励磁磁体,该环形磁体布置在一个形成磁通量回路的极罐(16)中。
2.按照权利要求1所述的传动装置驱动单元(10),其特征在于,所述环形磁体(18)在周向上具有两个或更多个,最好正好四个,磁极(19)。
3.按照权利要求1或2之一所述的传动装置驱动单元(10),其特征在于,所述环形磁体(18)具有在0.5和3mm之间,最好在0.5和1.5mm之间的径向壁厚(102)和/或在15∶1和40∶1之间的外径(100)与壁厚(102)的比。
4.按照前述权利要求之一所述的传动装置驱动单元(10),其特征在于,所述环形磁体(18)设计成高能磁体并且含有稀土元素,并且尤其是由烧结的或结合在塑料中的NdFeB形成。
5.按照前述权利要求之一所述的传动装置驱动单元(10),其特征在于,所述极罐(16)设计成具有圆外径(101)为约25至33mm的深冲件并且具有1至2mm的径向壁厚(103)。
6.按照前述权利要求之一所述的传动装置驱动单元(10),其特征在于,驱动马达(12)具有一个转子,该转子包括一个用于电金属丝绕组(24)的叠片组(20),其中叠片(21)在轴向(23)上具有小于1.0mm的材料厚度。
7.按照前述权利要求之一所述的传动装置驱动单元(10),其特征在于,所述传动装置(14)设计成蜗轮蜗杆传动装置(14)并且它的蜗轮蜗杆啮合齿连接(47)具有尤其是为4°至8°的减小的啮合角和近似为0.025的摩擦系数。
8.按照前述权利要求之一所述的传动装置驱动单元(10),其特征在于,一个驱动轴(22)借助于一个尤其是制造成粉末冶金青铜衬套(29)的滑动轴承(28)支承在极罐(16)中并且借助于一个球轴承(32)支承在传动装置外壳(36)中。
9.按照前述权利要求之一所述的传动装置驱动单元(10),其特征在于,在传动装置外壳(36)和极壳(16)中的所述驱动轴(22)在轴向(23)上只通过构造成固定轴承的球轴承(32)支承。
10.按照前述权利要求之一所述的传动装置驱动单元(10),其特征在于,所述驱动轴(22)的直径(44)为5至7mm,尤其是6mm,并且蜗杆(40)被滚轧加工到驱动轴(22)上并且具有比驱动轴(22)的直径更大的外径(42)。
11.按照前述权利要求之一所述的传动装置驱动单元(10),其特征在于,传动装置(14)具有一个蜗轮(46),它支承在一个支承销(49)上或由塑料制成的支承柱(48)上。
12.按照前述权利要求之一所述的传动装置驱动单元(10),其特征在于,在一个圆环形地围绕驱动轴(22)设置的碳刷架(82)上沿着轴向(23)延伸有一些锤刷(85),其中这些锤刷(85)最好以大约90°相对于周向错开地布置。
13.按照前述权利要求之一所述的传动装置驱动单元(10),其特征在于,所述极罐(16)借助于塑性的材料成型部(94)与传动装置外壳(36)连接,并且尤其是被推移到传动装置外壳(36)的一个套筒形的轴向延伸部(38)上面。
14.按照前述权利要求之一所述的传动装置驱动单元(10),其特征在于,闭锁元件(62,55)设计成圈状弹簧(55),它尤其是沿径向布置在蜗轮(46)和传动装置外壳(36)之间。
15.按照前述权利要求之一所述的传动装置驱动单元(10),其特征在于,所述圈状弹簧(55)以其外径(42)顶接在传动装置外壳(36)的内壁(52)上并且以其端部(56)尤其是直接地与蜗轮(46)和输出元件(70)连接。
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