CN103105185A - 用于流畅运动的仪表板的指示模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于流畅运动的仪表板的指示模块。指示模块设有二相电动机，二相电动机包括：转子(6)，其具有在交错方向的径向上的N对磁电极，N等于3或5；以及定子部分(4)，其具有至少两个W形回路，所述回路由从闭合的外环带向内延伸的且在W形回路的中心支柱上具有线圈(5)的径向极齿(20)构成，W形回路以这样的方式配置，当其中一个W形回路的中心齿面对转子的磁转变时，至少另一个W形回路的中心齿面对转子的磁极。电动机在转子与定子之间包括至少一个机械相互作用式特殊装置(13，14，15)以保证由根据转子(6)相对于定子(4)的相对速度的几乎恒定的力以及小于定子和转子之间的电磁相互作用产生的扭矩值所确定的有角度的摩擦。

Description

用于流畅运动的仪表板的指示模块

技术领域

本发明涉及一种根据通常小于360度的角位置用于对部件进行精确定位的步进电动机，特别是是涉及仪表板的指示模块。

背景技术

在已知的现有技术中，美国专利US6043574描述了二相电动机，其由电线圈激发的定子部分以及具有在交错方向的径向上的N对磁电极的转子构成，其中，N等于3或5。定子部分具有至少两个W形回路，每个回路包括围绕着中心支柱的电线圈。所述W形回路以这样的方式配置，当其中一个中心支柱面对磁转变时，另一个中心支柱面对磁极。所述W形回路的支柱的极掌具有π/4的角度间隔并且两个W形回路中心支柱的极掌属于不同相位，其相差的角度大约等于π/2±k·π/N，其中N是磁极的对数，其为3或是5，且k等于0，1或2。

同样已知的是，DENSO公司申请的法国专利FR2807160中描述了指示测量的装置，其包括：刻度盘；箱体，其被配置在所述刻度盘后面；驱动控制段，其被配置在箱体中；旋转轴，其由所述驱动控制段驱动。

所述旋转轴包括由两个轴承分别支撑的两个细轴和一个与这两个细轴连接的粗轴。每个细轴的长度和外直径要达到以下程度，即长度相对于外直径的比例能够确保抵抗一定的弯曲。因此，所述旋转轴无点动地旋转并且该轴通过所设有的指数指针指示车辆运行条件的准确值。

现有技术方法的技术目标是提高扭矩和在不损失制造简单和将联合机制例如减速器整合的可能性的同时取消通量闭合元件。

现有技术的方法总体上是让人满意的，但是在某些情况下具有点动的驱动部件一方面导致电动机的运行和特征(无电流扭矩过大以及有电流时的扭矩不恒定)，另一方面导致了在驱动链上出现间隙。当指数显示达到某些速度时，所述点动尤其明显。从使用者的角度考虑，第一个缺点是，使用者感觉缺乏运动的流畅性，其表现为视觉上的不舒适以及缺乏信息的精确性。第二个缺点是由于点动产生的过度震动，其对于使用者为可听见的噪声，其表现为另一个不舒适。最后，这些震动可能对电动机组件的使用寿命带来负面影响从而需要过早地更换电动机组件。

发明内容

为了改进驱动部件的流畅性，本发明涉及具有二相电动机的指示模块，所述二相电动机包括转子和定子部分，其中转子具有在交错方向的径向上的N对磁电极，其中，N等于3或5，定子部分具有至少两个W形回路所述回路由从闭合的外环带向内延伸的且在W形回路的中心支柱(la jambe centrale)上具有线圈的径向极齿所构成，所述W形回路以这样的方式配置，当其中一个W形回路的中心齿面对转子的磁转变(transition magnétique)时，至少另一个W形回路的中心齿面对转子的磁极。另外，所述电动机在转子与定子之间包括至少一个机械相互作用式特殊装置以保证由根据转子相对于定子的相对速度的几乎恒定的力以及小于定子和转子之间的电磁相互作用产生的扭矩值所确定的有角度的摩擦(frottment angulaire)。

摩擦装置的介入对于技术人员来说是非常不习惯的，技术人员通常寻求在系统中减少摩擦。

根据优选实施方式，更具体地说，模块包括与定子联接的箱体、定子机械减速组件以及机械相互作用式特殊装置，所述定子机械减速组件包括对指针进行驱动的输出齿轮，所述机械相互作用式特殊装置由在所述输出齿轮的齿轮盘面上切割实现的至少一个弧形摩擦臂和与箱体联接的滑道构成。

优选地，所述摩擦臂由聚甲醛聚合实现而成。

同样优选地，所述滑道恰好与所述摩擦臂的端部接触，且该端部是凸起的。

优选地，模块包括N个有弹性的摩擦臂，所述摩擦臂的滑动端部分开360/N度，其中N等于2或3。

根据其他具体实施方式，定子具有圆环和齿组件，所述齿组件从环形段径向延伸出，所述环形段构成固定至箱体的凸肩且具有互补形状的机械连接装置。所述凸肩允许保证定子和箱体之间有较大刚性的机械连接并且减少由箱体中间部分产生的定子和转子之间的缝隙。

根据另一个有利的其他实施方式，定子具有至少五个径向长度相同的齿。这个实施方式允许减少另一个点动源。

优选地，为了构成W形回路，具有线圈的齿的长度是相同的。

优选的，线圈的长度和带有该线圈的齿的长度几乎相等，但小于定子空出的中心区域的截面。

根据优选的实施方式，齿的端部的形状是平行六面体。这个方法允许提高有电流时的扭矩以及改进移动的流畅性。

附图说明

本发明的技术特征及优点将依照下述的具体的实施例的阐述而变得显而易见，其在下述的相关附图中被分别地描述：

图1是根据本发明实施方式所述的取下箱体上盖的第一模块的四分之三示图；

图2是根据本发明实施方式所述的取下箱体下盖的第一模块的四分之三示图；

图3是电动机箱体的下盖的独立示图；

图4是集成在第一指示模块中的机械减速器的输出齿轮的四分之三独立示图；

图5是集成在第一指示模块中的机械减速器的输出齿轮表面的四分之三独立示图；

图6是第一指示模块的剖面图；

图7是图6中示出的剖面图的细节图；

图8是集成在第一指示模块中的软铁磁定子的独立示图；

图9是由第一指示模块驱动的指针的独立示图；

图10是根据本发明的第二实施方式所述的取下箱体下盖的第二指示模块的四分之三示图。

具体实施方式

图1示出了不包含上盖的指示模块1的四分之三示图，在图2中上盖被标记为3。上盖3与下盖2共同构成箱体，箱体包含允许用于对部件的旋转进行控制的组件，在这样的情况下指数指针或指针未在此处示出。下盖2具有两个可形变的机械连接爪11以允许将箱体定位在此处未示出的印刷电路板上。

电动机位于指示模块1内，其由多个齿构成的软铁磁定子4组成，在图8中多个齿被标记为18，20，21，其中两个齿20包含线圈5，线圈5用于提供电流。由线圈5产生的磁通量与具有N个极的磁化转子协作，以用于使磁化转子6相对于软铁磁定子4运动，其中N等于3或5。为了降低移动部件的旋转速度，减速组件包括与磁化转子6联接的第一齿轮7，啮合在第一齿轮7上的中间齿轮8以及输出齿轮9。所述减速系统同样被构造为包括三个不同的齿轮。

第三也即最后一个齿轮，为输出齿轮9，其轴向延伸以构造为容纳导向部件的中空轴10，在这样的情况下指针未在此处示出。

图2示出了不包含下盖的指示模块1的四分之三示图。所述下盖2通过连接件12与上盖3机械式地连接。输出齿轮9具有三个摩擦臂13，摩擦臂13在输出齿轮9上被切割而成且能够在轴向上、即中空轴10的旋转轴线上弹性形变。当下盖2和上盖3通过滑动端部的支撑被装配在一起以构成箱体时，所述摩擦臂13用于形成机械限制，所述滑动端部是摩擦臂13在与下盖2联接的滑道上的凸起，在图4中被标示为15，滑道在图3中被标示为14。所述端部15形成的凸起允许保证有效的点接触。

在示出了下盖2的图3中可以看出，所述滑道14环绕在开口23的周围，用于使中空轴10从开口23中穿过，中空轴10通向上盖3及下盖2。

在图4和图5中示出的输出齿轮9的独立示图中，可以更清楚地看出三个摩擦臂13围绕着中空轴10成120°分布。这三个摩擦臂13在齿轮上按照一定的长度和宽度被切割，其必须能够保证最佳的轴向上的刚性。三个摩擦臂13的精确的尺寸通过计算材料抗力性来实现。优选为聚甲醛(POM)类型的聚合塑料，因为这种材质允许在完全保持有利的强度和机械耐力的情况下，获得与应用和输出齿轮9的尺寸能够兼容的刚性。摩擦臂13的尺寸通过计算材料抗力性来实现，其中所述臂13可被看作是梁。摩擦力允许获得能够应用到输出齿轮9上的摩擦扭矩，其允许通过优化臂的长度和宽度来制定臂的尺寸，通过以下公式可以得到臂13容许的最大形变：

$F=\frac{3\·E\·I_{\mathrm{GZ}}\·y}{l^2}$

其中，E[N/m²]是所使用的材料的杨氏模量，I_GZ[m⁴]是相对于形变轴线构成的梁的二次方矩，y[m]是凸起的滑动端部15的偏转，l[m]是摩擦臂13的长度。

每个摩擦臂13具有凸起的滑动端部，该滑动端部以点支撑在下盖2的滑道14上滑动。

在输出齿轮9上同样被成模实现的有，与下盖2的限位块24协作的机械止动件16，如图3所示，从而形成机械限制以阻止在输出齿轮9上实现非常大的角度移动。

图6示出了指示模块1的剖面图，其示出了所述线圈的电连接爪17被固定在与印刷电路板(未示出)连接的连接板上。更特别的，在图6中，输出齿轮9被标出。由点形成的框25不具有结构上的意义，但它代表了在图7中被详细示出的区域。

图7示出了带有摩擦臂13的输出齿轮9。通过与下盖2的滑道14的机械接触，所述摩擦臂13在轴向上通过弯曲被固定从而保证当输出齿轮9相对于盖2运动时，库仑摩擦力的引入允许限制输出齿轮9的轮轴游间(le débattment)，所述轮轴游间或者是由具有或不具有随时间变化的电流的扭矩所产生，或者是通过非常大的机械间隙所产生。所述轮轴游间可以随着输出齿轮9的角速度而或大或小，其因此通过摩擦臂13存在的限制以及通过下盖2的滑道14与下盖2发生接触而被完全地限定。根据指数类型(尺寸，材质)、所希望达到的旋转速度以及要求的显示的质量水平，摩擦扭矩以及摩擦臂13的数量和尺寸是不同的，但总是遵循最大的尺寸要求。经过验证的方法也会在制定尺于方面给予非常大的帮助从而能够将与机械系统非线性相关的偶然性以及材料的机械塑变的变化考虑进来，所述材料的机械塑变随时间变化且需要暂时和/或热性上的稳定。

图8示出了优选实施方式中软铁磁定子4的独立示图，它包括两个带有电线圈5的长齿20、一个在这两个长齿20之间的中心齿21和五个相同的齿18。这些齿构成两个W形回路，形成W形回路的两个齿之间互通。所述齿的分布允许将无电流的扭矩最小化并且同样有助于将指数指针22上的点动最小化。所述齿设有由平行六面体构成的端部，该端部允许导通磁通量从而以最优的方式用于提高有电流时的扭矩。

在定子4的外轮廓上布置有凸肩19以允许定子4在下盖2中更好的指数计算(indexation)。

图9示出了由中空轴10驱动的指数指针或指针。

图10示出了根据本发明的第二实施方式的第二指示模块1。第二指示模块与第一指示模块不同之处在于，输出齿轮9没有被中空轴延伸穿过，而是与指针26连接，指针26为电动机的输出轴且用于通过旋转来驱动指数部件(未示出)。本发明的原理在实施中不局限于带有中空轴的单一模块。与第一模块相同的是，摩擦臂13在输出齿轮9的材料上被切割出来。摩擦臂13的数量和尺寸可以根据本文上述方法有所变化。

Claims (11)

1.一种设有二相电动机的指示模块，所述二相电动机包括：转子(6)，其具有在交错方向的径向上的N对磁电极，N等于3或5；以及定子部分(4)，其具有至少两个W形回路，所述回路由从闭合的外环带向内延伸的且在W形回路的中心支柱上具有线圈(5)的径向极齿(20)构成，所述W形回路以这样的方式配置，当其中一个W形回路的中心齿面对转子的磁转变时，至少另一个W形回路的中心齿面对转子的磁极；

其特征在于，在转子与定子之间包括至少一个机械相互作用式特殊装置(13，14，15)以保证由根据转子(6)相对于定子(4)的相对速度的几乎恒定的力以及小于定子和转子之间的电磁相互作用产生的扭矩值所确定的有角度的摩擦。

2.根据权利要求1所述的指示模块，其特征在于，还包括与定子联接的箱体(2)和定子机械减速组件，所述定子减速组件包括用于对指针(22)进行驱动的输出齿轮(9)，所述机械相互作用式特殊装置由在所述输出齿轮的齿轮盘面上切割实现的至少一个弧形摩擦臂(13，15)和与所述箱体联接的滑道(14)构成。

3.根据权利要求2所述的指示模块，其特征在于，所述摩擦臂由聚甲醛聚合实现。

4.根据权利要求2或3所述的指示模块，其特征在于，所述滑道与所述摩擦臂(13)的端部(15)接触。

5.根据权利要求4所述的指示模块，其特征在于，所述端部是凸起的。

6.根据权利要求2至5其中之一项所述的指示模块，其特征在于，指示模块包括N个有弹性的摩擦臂(13)，所述摩擦臂(13)的滑动端部分开360/N度，其中N等于2或3。

7.根据上述权利要求任一项所述的指示模块，其特征在于，定子(4)具有圆环和齿组件(18)，所述齿组件(18)从环形段径向延伸出，所述环形段构成固定至箱体(2)的凸肩(19)且具有互补形状的机械连接装置。

8.根据上述权利要求至少其中一项所述的指示模块，其特征在于，五个齿至少具有相同的径向长度。

9.根据上述权利要求至少其中一项所述的指示模块，其特征在于，带线圈的齿的长度是相同的。

10.根据上述权利要求其中任意一项所述的指示模块，其特征在于，线圈的长度和带有线圈的齿的长度几乎相等，但小于定子的中空区域的截面。

11.根据上述权利要求至少其中一项所述的指示模块，其特征在于，齿的端部的形状是平行六面体。

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