CN103148256A - 应用于汽车自动空调上的水阀执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于汽车自动空调上的水阀执行器，包括壳体，壳体主要由上壳体和与上壳体相配合的下壳体构成，下壳体内腔中设有电机、减速齿轮啮合组、PCB板和电刷，电机的输出轴上固定连接有蜗杆，蜗杆与减速齿轮啮合组啮合，电刷固定设于减速齿轮啮合组的某个齿轮上；PCB板上包括有弧形电阻和与弧形电阻相匹配的信号反馈环，电刷的刷头分别匹配与弧形电阻、信号反馈环电连接；本水阀执行器上设有与减速齿轮啮合组相配合的调节输出阀。本发明的壳体内设有减速齿轮啮合组，以实现精准控制调节输出阀的输出旋转角度的目的。本水阀执行器降低了生产成本，质量更加稳定、可靠，密封性能更佳，其结构更加紧凑，运行噪音相对较低。

Description

应用于汽车自动空调上的水阀执行器

技术领域

本发明涉及一种汽车空调中的水阀执行器，尤其涉及一种应用于汽车自动空调上的水阀执行器。

背景技术

汽车自动空调系统由微电脑控制，主要功能是ECU对采集设置在车内外的温度传感器的输入信号进行处理，按照操作者的输入指令，对风门、压缩机、鼓风机、水阀等控制机构进行自动控制，从而调节驾驶室内的温度、湿度等，使车舱内的小气候处于较舒适的状态。

在自动空调系统中，车内空气的流动及冷暖分配必须要经过各类执行器带动控制结构进行调节。这类执行器接受ECU送来的控制信号，并将其转换成相应的角位移或直线行程位移，以改变控制机构的开口度，从而改变介质的流量。执行器按驱动能源分为气动、电动和液压执行器，其中电动执行器应用的最广泛。它以普通12V直流电机驱动蜗杆，蜗杆带动减速机构，最终产生较大的扭矩驱动机械装置的移动。

自动空调中的水阀是用来控制冷暖分配的，具体就是控制暖风水箱（散热器）进水口的发动机冷却液的流量，当冬天制热时，水阀处于全开状态，夏天制冷时处于全关状态，自动控制时，水阀处于不同的开口度，从而控制冷却液的流量，达到调温的目的。水阀执行器大体分为两大类，一类是直流电机+位置传感器/位置开关，如福特、本田、三菱、野马、大众等轿车，以及一些重卡车如济重的HOWO系列，陕重的F3000等车型；另一类是采用步进马达，如宝马、LS400等高档车型。采用步进马达执行器虽然控制角度的精度高，寿命长，但这类执行器的成本太高，国内的很多汽车主机厂都是望而却步的。国内生产汽车的企业大多用的是第一类直流电机+位置开关型水阀执行器。

目前，国内的企业生产的水阀执行器普遍存在一些不足之处。首先是寿命问题，水阀执行器配套商往往销售一段时间后，就会面临大量的三包返回，造成这种后果的根本原因是电刷的结构设计不合理，材料硬度选择不好，镀金PCB的镀金厚度不够，导致电刷与PCB板接触时存在过大的弹力，加之水阀执行器的动作频次高，工作时磨损就更加严重。再则，水阀执行器工作时只有几个固定位置，不象步进马达那样能连续反馈位置信号，空调ECU不能实时跟踪水阀执行器的工作状态，只能简单的根据几个开关位置信号判定水阀执行器所处的大概位置，给软件的处理带来极大的麻烦，造成软件设计难度大大增加。

发明内容

针对上述现有技术存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种应用于汽车自动空调上的水阀执行器，该水阀执行器能够实现跟踪定位和限位的双重功能，能够有效地解决上述技术问题。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种应用于汽车自动空调上的水阀执行器，包括内部具有空腔的壳体，壳体主要由上壳体和与上壳体相配合的下壳体构成，所述下壳体内腔中设有电机、减速齿轮啮合组、PCB板和电刷，所述电机的输出轴上固定连接有蜗杆，蜗杆与所述减速齿轮啮合组啮合，电刷固定设于减速齿轮啮合组的某个齿轮上；所述PCB板上包括有弧形电阻和与弧形电阻相匹配的信号反馈环，电刷的刷头分别匹配与弧形电阻、信号反馈环电连接；本水阀执行器上设有与减速齿轮啮合组相配合的调节输出阀。

为了更好地实现本发明，所述PCB板上还包括有信号弧形环一、信号弧形环二和信号弧形环三，所述信号弧形环一、信号弧形环二和信号弧形环三依次从外到内布置，并且信号弧形环一、信号弧形环二和信号弧形环三构成信号连接区域。

本发明提供一种优选的电刷结构技术方案是，所述电刷主要由刷柄和刷头两部分构成，为了便于电刷的安装，电刷的刷头平面与刷柄平面成一夹角，电刷的刷头可在与刷柄连接位置处弹性形变，当电刷安装在壳体内时，电刷的刷头依靠该弹性形变力与PCB板紧密接触。

本发明的电刷数量为两个，电刷包括电刷一和电刷二，其中电刷一的刷头分别匹配与弧形电阻、信号反馈环电连接，电刷一在弧形电阻、信号反馈环所构成的区域内滑动接触，电刷一起着跟踪调节输出阀转动角度并及时反馈调节输出阀角度值的作用；电刷二的刷头在由信号弧形环一、信号弧形环二和信号弧形环三所构成的信号连接区域内滑动，由于电刷二的刷头在信号连接区域内滑动，其位置会发生变化，从而起着反馈位置信号和限位的目的（当电刷二的刷头滑动到某一区域内，该区域的电阻会改变，水阀执行器根据反馈回来的改变信号，会及时地停止电机工作，从而实现对调节输出阀限位的目的，使得调节输出阀只能在所规定的转动角度范围内旋转）。

进一步地，为了实现电刷的精细定位与限位的目的，所述电刷的刷头包括有若干个小刷头，多个小刷头可以保证有效接触的同时降低弹力，减少磨损。小刷头上凸起设有凸块；电刷一的刷头通过凸块与弧形电阻、信号反馈环匹配电连接；电刷二的刷头通过凸块在由信号弧形环一、信号弧形环二和信号弧形环三所构成的信号连接区域内滑动。

本发明提供一种优选的减速齿轮啮合组结构技术方案是，所述减速齿轮啮合组包括有依次啮合的减速齿轮一、减速齿轮二、减速齿轮三和输出大齿轮，所述电刷的刷柄固定设于输出大齿轮的大齿轮上。

为了便于本水阀执行器通过调节输出阀及时地控制配套使用的水阀，所述调节输出阀为固定设于大齿轮上的插接孔槽，下壳体上也匹配开有与插接孔槽相对应的通槽，水阀的控制开关为与插接孔槽相配合的插接柱。

作为优选，所述刷头平面与刷柄平面所称的夹角为150～155度。

为了提高本水阀执行器的密封效果，所述输出大齿轮与下壳体结合处涂抹设有锂基润滑脂，这样，通过该锂基润滑脂密封后，能够有效防止水阀中的漏液进入到水阀执行器内，避免了本水阀执行器内部的PCB板、电机遭到腐蚀，由此延长了水阀执行器的使用寿命。

作为优选，所述PCB板的线路为镀金线路，线路镀金后可以有效防止线路的氧化，保证了PCB板的线路质量。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明的壳体内设有减速齿轮啮合组，该减速齿轮啮合组能够把电机输出的转速变小，以实现精准控制调节输出阀的输出旋转角度的目的。通过对PCB板线路的镀金防氧化处理，使得PCB板电路的质量更高，抗氧化性能更强，并增强了其使用寿命。本水阀执行器具有电刷一和电刷二两个电刷，其中电刷一起着跟踪定位并反馈出调节输出阀的旋转角度的目的，便于人们及时地掌握水阀执行器的工作状态。电刷二起着对调节输出阀的旋转角度位置限位的目的，保证了本水阀执行器合理、有效的运转。本水阀执行器降低了生产成本，质量更加稳定、可靠，密封性能更佳，可以有效防止因水阀漏液而腐蚀水阀执行器的内部器件，其结构更加紧凑，运行噪音相对较低。

（2）本发明的电刷一通过刷头在弧形电阻上滑动，使得其接入到跟踪定位反馈电路中的总阻值发生变化，该变化信号通过信号反馈环反馈至空调ECU中，空调ECU采集此信号后，便能实时跟踪定位本水阀执行器的旋转角度，再根据采集的温度传感器信号、键盘指令信号等决定本水阀执行器应该旋转到哪一个角度。

（3）电刷二通过刷头在由信号弧形环一、信号弧形环二和信号弧形环三所构成的信号连接区域内（分别为GK、G、K三个区域）滑动，当水阀执行器在GK区工作时，其电机由空调ECU直接驱动，而当转到K区或G区时，其驱动电机的电路有隔离二极管，由于二极管的单向导电性，隔离了电机的电源，也就切断了电源，从而实现限位的目的，因此，G区域和K区域就为大齿轮44在电刷二限位作用下旋转的极限位置。

（4）本水阀执行器在输出大齿轮与下壳体的结合处涂抹有锂基润滑脂，该锂基润滑脂能够起到绝好的密封效果，有效防止了水阀漏液渗入本水阀执行器并腐蚀水阀执行器的内部元器件。

附图说明

图1为本发明的内部结构示意图；

图2为输出大齿轮的结构示意图；

图3为PCB板的电路结构示意图；

图4为本发明的电刷实现跟踪与限位的电路原理图；

图5为电刷的主视图；

图6为电刷的侧面结构示意图；

图7为电刷与输出大齿轮匹配安装后的结构示意图；

图8为电刷一的刷头实现跟踪目的的电路原理图；

图9为电刷二的刷头实现限位目的的电路原理对照图；

图10为水阀的结构示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－下壳体，2－电机，3－蜗杆，4－减速齿轮啮合组，5－PCB板，6－调节输出阀，7－水阀，8－电刷，41－减速齿轮一，42－减速齿轮二，43－减速齿轮三，44－输出大齿轮，51－信号弧形环一，52－信号弧形环二，53－信号弧形环三，71－插接柱，81－刷柄，82－刷头，83－凸块，441－大齿轮。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：

实施例

如图1～图10所示，一种应用于汽车自动空调上的水阀执行器，包括内部具有空腔的壳体，壳体主要由上壳体和与上壳体相配合的下壳体1构成。请参见图1，下壳体1内腔中设有电机2、减速齿轮啮合组4、PCB板5和电刷8，电机2的输出轴上固定连接有蜗杆3，蜗杆3与减速齿轮啮合组4啮合，电刷8固定设于减速齿轮啮合组4的某个齿轮上；PCB板5上包括有弧形电阻55和与弧形电阻55相匹配的信号反馈环54，电刷8的刷头82分别匹配与弧形电阻55、信号反馈环54电连接。本水阀执行器上设有与减速齿轮啮合组4相配合的调节输出阀6。

请参见图3，PCB板5上还包括有信号弧形环一51、信号弧形环二52和信号弧形环三53，信号弧形环一51、信号弧形环二52和信号弧形环三53依次从外到内布置，信号弧形环一51、信号弧形环二52和信号弧形环三53构成信号连接区域。

电刷8的数量为两个，电刷8包括电刷一和电刷二，其中电刷一的刷头82分别匹配与弧形电阻55、信号反馈环54电连接；电刷二的刷头82在由信号弧形环一51、信号弧形环二52和信号弧形环三53所构成的信号连接区域内滑动。

如图4所示，电刷8的刷头82包括有若干个小刷头，小刷头上凸起设有凸块83；电刷一的刷头82通过凸块83与弧形电阻55、信号反馈环54匹配电连接；电刷二的刷头82通过凸块83在由信号弧形环一51、信号弧形环二52和信号弧形环三53所构成的信号连接区域内滑动。本实施例的电刷一与电刷二的结构、大小完成相同，本实施例电刷8的刷头82上包括有10个小刷头。

本发明优选的减速齿轮啮合组4包括有依次啮合的减速齿轮一41、减速齿轮二42、减速齿轮三43和输出大齿轮44，电刷8的刷柄81固定设于输出大齿轮44的大齿轮441上。图2所示，输出大齿轮44作为一种减速齿轮，其结构为大齿轮441与小齿轮442并排固定连接，小齿轮442作为主动齿轮，大齿轮441作为从动齿轮，这样就能实现从输出大齿轮44的大齿轮441输出的转速变小，实现其减速的目的。减速齿轮一41、减速齿轮二42、减速齿轮三43的结构与输出大齿轮44的结构相似，它们的减速原理也基本相同。

如图1、图7所示，调节输出阀6为固定设于大齿轮441上的插接孔槽，下壳体1上也匹配开有与插接孔槽相对应的通槽。

如图5、图6所示，电刷8主要由刷柄81和刷头82两部分构成，刷头82平面与刷柄81平面成一夹角。如图6所示，刷头82平面与刷柄81平面所称的夹角为150～155度。如图7所示，装配后，电刷8的刷柄81固定在输出大齿轮44的大齿轮441上，电刷8的刷头82被压在PCB板5下方，结构设计上控制好行程距离，使电刷8的刷头82微变形（图6中正常优选的角度为153度，装配后将大于此角度），由于电刷变形后具有弹力，此弹力使电刷刷头82的十个小刷头的凸块83与PCB板5紧贴，保证可靠接触。

由于国内水阀的配套商生产的水阀质量参差不齐，一些4S店在维修时常常发现故障件水阀存在漏液现象，渗出的漏液将水阀执行器腐蚀，时间一长，内部的PCB板、电机遭到大面积的腐蚀，从而导致执行器过早失效。输出大齿轮44与下壳体1结合处涂抹设有锂基润滑脂。考虑到水阀7漏液的问题，由于漏液进入水阀执行器的地方是在水阀执行器与水阀7结合处，因此在本实施例的输出大齿轮44与下壳体1的结合处涂抹锂基润滑脂，通过油密封的方式可有效防止漏液渗入本水阀执行器。

如图3所示，PCB板5的线路为镀金线路，即PCB板5所示的线路均采用镀金工艺制造，其镀层厚度为0.5um，镀金材料可以选用铜或其它防氧化材料，能够有效防止线路氧化后所导致的接触不良，提高了PCB板5的线路稳定性能。

本发明电刷一的跟踪定位原理如下：

如图4所示，端口P2、P4、P5与空调ECU（行车电脑或汽车专用单片机）组成一个跟踪定位反馈电路，跟踪定位反馈电路的工作原理图如图8所示。P4为地信号，P4接地，P5为空调ECU输出的5V电压信号，当电刷一刷头82的凸块83在弧形电阻55（本实施例的弧形电阻55采用碳膜电阻，其弧形电阻55的总阻值为4.7K，当然也可以为其它类型电阻）上滑动时，使得接入跟踪反馈电路的阻值改变，改变的信号经端口P2（图3中的信号反馈环54就用于反馈该信号）反馈给空调ECU，空调ECU采集此信号后，便能实时跟踪定位本水阀执行器的旋转角度，再根据采集的温度传感器信号、键盘指令信号等决定本水阀执行器应该旋转到哪一个角度。

本发明电刷二的限位原理如下：

如图4所示，PCB板5上具有三个镀金环（具体为上述的信号弧形环一51、信号弧形环二52和信号弧形环三53）与两个二极管1N4007组成限位电路，此限位电路的作用是使本水阀执行器仅在规定的角度范围内转动。端口P1、P3连接到空调ECU的驱动电路，空调ECU改变驱动电压的极性，便能控制电机2的正反转。PCB板5中由信号弧形环一51、信号弧形环二52和信号弧形环三53所构成的信号连接区域可以分为三个区域；如图4所示，工作区为GK区（电刷刷头的凸块83与三个镀金环均接触），此时本水阀执行器正常工作，其电路连接如图9所示的GK区电路；阀关区为G区（即电刷刷头的凸块83与信号弧形环一51脱离，并仅与信号弧形环二52和信号弧形环三53两个环相接触），此时本水阀执行器关闭，即电机2不再工作，起着限位调节输出阀6旋转角度的目的，其电路连接如图9所示的K区电路；阀开区为K区（即电刷刷头的凸块83与信号弧形环二52脱离，并仅与信号弧形环一51和信号弧形环三53两个镀金环相接触），此时本水阀执行器处于未启动或将要启动状态，即电机2还没有启动或将要启动，其电路连接如图9所示的G区电路。

图4、图9所示的电刷二跟随着输出大齿轮44旋转，根据电刷二的刷头82与三个限位区域的接触情况来实现智能限位控制输出大齿轮44旋转角度的目的，正常工作时，电刷二的刷头82必然会处于GK区域内，G区域和K区域均为大齿轮44在电刷二限位作用下的极限位置，G区域为阀门关闭区域，K区域为阀门启动区域。

图9中可看出，当水阀执行器在GK区工作时，其电机2由空调ECU直接驱动，而当转到K区或G区时，其驱动电机2的电路有隔离二极管，由于二极管的单向导电性，隔离了电机的电源，也就切断了电源，从而实现限位的目的。

限位功能的目的是为了起到对水阀执行器的防错设计。若没有该功能，当空调ECU等环节出故障时，或者线束护套对插环节因接触不良等原因造成空调ECU无法获得反馈信号时，导致执行器失控进而使得电刷脱离碳膜工作区域，一旦电刷脱离碳膜工作区域，即使空调ECU或接触环节的故障排除后，执行器也不能正常工作，从而导致该执行器被判为故障件。有了本发明的限位功能，就能避免上述情况的发生，有效地降低了故障率。

如图10所示，本水阀执行器主要应用于水阀7上，水阀7上具有水阀插接柱71，水阀插接柱71为水阀的开关，水阀插接柱71控制水阀的开关和水阀流量大小。本水阀执行器上的调节输出阀6的插接孔槽与水阀7上的水阀插接柱71相互匹配，本水阀执行器执行外界控制指令，并通过内部的电机2、减速齿轮啮合组4将旋转指令传输至插接孔槽内，从而旋转水阀插接柱71，实现对水阀7的智能化控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于汽车自动空调上的水阀执行器，包括内部具有空腔的壳体，壳体主要由上壳体和与上壳体相配合的下壳体（1）构成，其特征在于：所述下壳体（1）内腔中设有电机（2）、减速齿轮啮合组（4）、PCB板（5）和电刷（8），所述电机（2）的输出轴上固定连接有蜗杆（3），蜗杆（3）与所述减速齿轮啮合组（4）啮合，电刷（8）固定设于减速齿轮啮合组（4）的某个齿轮上；所述PCB板（5）上包括有弧形电阻（55）和与弧形电阻（55）相匹配的信号反馈环（54），电刷（8）的刷头（82）分别匹配与弧形电阻（55）、信号反馈环（54）电连接；本水阀执行器上设有与减速齿轮啮合组（4）相配合的调节输出阀（6）。

2.按照权利要求1所述的应用于汽车自动空调上的水阀执行器，其特征在于：所述PCB板（5）上还包括有信号弧形环一（51）、信号弧形环二（52）和信号弧形环三（53），所述信号弧形环一（51）、信号弧形环二（52）和信号弧形环三（53）依次从外到内布置。

3.按照权利要求2所述的应用于汽车自动空调上的水阀执行器，其特征在于：所述电刷（8）主要由刷柄（81）和刷头（82）两部分构成，刷头（82）平面与刷柄（81）平面成一夹角。

4.按照权利要求3所述的应用于汽车自动空调上的水阀执行器，其特征在于：所述电刷（8）的数量为两个，电刷（8）包括电刷一和电刷二，其中电刷一的刷头（82）分别匹配与弧形电阻（55）、信号反馈环（54）电连接；电刷二的刷头（82）在由信号弧形环一（51）、信号弧形环二（52）和信号弧形环三（53）所构成的信号连接区域内滑动。

5.按照权利要求4所述的应用于汽车自动空调上的水阀执行器，其特征在于：所述电刷（8）的刷头（82）包括有若干个小刷头，小刷头上凸起设有凸块（83）；电刷一的刷头（82）通过凸块（83）与弧形电阻（55）、信号反馈环（54）匹配电连接；电刷二的刷头（82）通过凸块（83）在由信号弧形环一（51）、信号弧形环二（52）和信号弧形环三（53）所构成的信号连接区域内滑动。

6.按照权利要求3所述的应用于汽车自动空调上的水阀执行器，其特征在于：所述减速齿轮啮合组（4）包括有依次啮合的减速齿轮一（41）、减速齿轮二（42）、减速齿轮三（43）和输出大齿轮（44），所述电刷（8）的刷柄（81）固定设于输出大齿轮（44）的大齿轮（441）上。

7.按照权利要求6所述的应用于汽车自动空调上的水阀执行器，其特征在于：所述调节输出阀（6）为固定设于大齿轮（441）上的插接孔槽，下壳体（1）上也匹配开有与插接孔槽相对应的通槽。

8.按照权利要求3所述的应用于汽车自动空调上的水阀执行器，其特征在于：所述刷头（82）平面与刷柄（81）平面所称的夹角为150～155度。

9.按照权利要求6或7所述的应用于汽车自动空调上的水阀执行器，其特征在于：所述输出大齿轮（44）与下壳体（1）结合处涂抹设有锂基润滑脂。

10.按照权利要求1或2所述的应用于汽车自动空调上的水阀执行器，其特征在于：所述PCB板（5）的线路为镀金线路。

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