CN103718433A - 具有电动机和减速齿轮的驱动装置 - Google Patents

Abstract

具有电动机和减速齿轮的驱动装置(1)，减速齿轮驱动汽车中的输出元件(8)，该驱动装置包括无刷电机(2)，该无刷电机具有绕着与主轴(Y)平行的转轴(Y2)转动的转子、置于无刷电机(2)和输出元件(8)之间的椭圆减速齿轮(3)，所述椭圆减速齿轮包括椭圆齿轮和可变形法兰，可变形法兰在椭圆齿轮旋转的过程中形变、以及设置在无刷电机(2)附近的控制单元(4)，控制单元用于控制所述无刷电机。包括此类装置的座椅框架。

Description

具有电动机和减速齿轮的驱动装置

技术领域

本发明涉及具有电动机和减速齿轮的驱动装置，用于驱动汽车中的部件，例如用于移动与基准部件(reference element)有关的可移动部件。

尤其涉及使得机动铰链机构把汽车座椅的一部分与另一部分相连的驱动装置，例如把靠背连接至座椅的座位部分。

背景技术

已知在现有技术中，机动铰链包括直流(direct current)电机和用于驱动输出元件的减速齿轮，输出元件相对于基准部件移动可移动部件。

在汽车座椅中，机动铰链包括直流电机、减速齿轮以及减速铰链机构，其中的一个法兰连接至靠背，另一个法兰连接至座椅的座位部分。

这种直流电机体积相对较大且一般是圆柱形的，其安置受尺寸限制。

因此，需要一种具有电动机和减速齿轮的驱动装置(也能被称为“齿轮电动机”)，这种驱动装置所具有的尺寸能优化其安置，尤其是在例如汽车座椅或汽车车门中的有限空间内。

发明内容

本发明提出一种具有电动机和减速齿轮的驱动装置，其设置用于驱动汽车中的输出元件绕着主轴作旋转运动，该驱动装置包括：

-无刷电机，其具有绕着与主轴平行的转轴转动的转子，

-椭圆减速齿轮，其置于无刷电机和输出元件之间，所述椭圆减速齿轮包括驱动元件和可变形椭圆环，在驱动元件的旋转过程中，该可变形椭圆环在该驱动元件的作用下靠着支撑环形变，

-控制单元，其设置在无刷电机附近，用于控制所述无刷电机。

在本说明书中，术语“无刷电机”应理解成等价于“电子换向电动机”。相似的，术语“转每分钟”应理解成每分钟的转数。

通过这些配置，此类齿轮电动机能得到优化以利于安装。

此类电动机/减速齿轮组件的重量和操作噪音也得到下降。

在本发明的多个实施例中，可以应用下列布置中的一个或多个：

-椭圆减速齿轮的减速比在50到150之间，且电机的转速在2000转每分钟到7000转每分钟之间，这为椭圆减速齿轮提供了标准减速比，且为电机提供了最优转速；

-减速齿轮和电机同轴布置，转轴与主轴重合，以此降低对径向空间的需求；

-电机和减速齿轮被相互靠近地安置在垂直于主轴的平面中，并且通过带相互连接，由此降低对轴向空间的需求；

-控制单元设置成根据电流波形来控制电机，该电流波形根据平稳启动和关闭而上下起伏；

-控制单元设置成具有安全关闭功能地控制电机，以此避免在机械干涉或故障的情况下电机过热；

-驱动装置还包括外壳，该外壳容纳控制单元、椭圆减速齿轮以及无刷电机，这提升了机电一体化。

本发明还涉及汽车座椅框架，其包括靠背框架、座椅部分框架，以及至少一个将靠背框架连接至座位部分框架的减速铰链机构，其中传动轴适用于驱动减速铰链，传动轴连接至如上所述的驱动装置。

座椅框架还包括第二个减速铰链机构，其设置在相反于第一个减速铰链机构的一侧，传动轴轴向地穿过椭圆减速齿轮。

本发明还提供了一种汽车座椅，其包括至少一个如上所述的驱动装置。

附图说明

通过阅读以下作为非限制性说明的两个具体实施例，并结合附图，本实用新型的其它特征、目标及优点将显而易见，图中：

-图1是示出了包括根据本发明第一实施例的驱动装置的座椅框架的透视图；

-图2是图1中驱动装置的部分透视图；

-图3是图1中驱动装置的爆炸图；

-图4是图1中驱动装置的减速齿轮的轴向横截面示图；

-图5是图1中驱动装置的减速齿轮沿着图4中直线V-V的径向横截面示图；

-图6是示出了包括根据本发明第二实施例的驱动装置的座椅框架的透视图；

-图7是图6中驱动装置的爆炸图；

-图8部分示出了从减速齿轮的侧向看去的图6中的驱动装置；

-图9示出了用于控制电机的时序图。

具体实施方式

相同的参考号在不同附图中表示相同或等效元件。

图1示出了包括根据本发明第一实施例的驱动装置1的座椅框架的透视图。该框架由衬料和织物(未示出)覆盖以形成汽车座椅。

所涉及的框架包括座椅结构11和靠背结构12，靠背结构12安装在座椅结构11上以便于绕着主铰链轴Y旋转。在铰链区域，座椅结构11包括座椅板11A，靠背结构12包括靠背板12A，这两块板11A、12A固定至减速铰链机构5。铰链机构5例如能是已知机动铰链领域中的行星齿轮机构。

如图1所示，驱动装置1使靠背相对于座位部分旋转，以便调整倾斜度以适应使用者的需求。

应注意到的，本发明中设置的驱动装置1能替代汽车中通过铰链机构以实现相对于基准部件可移动安装的任意可移动部件，其中铰链机构安装在可移动部件和基准部件之间。这尤其适用于座椅中的机构或汽车车门上的车窗升降机构。

如图1-5所示，驱动装置1包括：

-无刷电机2，其具有绕着与主轴Y平行的转轴Y2旋转的转子25，

-椭圆减速齿轮3，其置于无刷电机2和输出元件8之间，椭圆减速齿轮包括驱动元件32和可变形椭圆环31，在驱动元件的旋转过程中，可变形椭圆环31在该驱动元件作用下向外靠着支撑环44径向形变，下面将对此进行详述，

-控制单元4，其设置在无刷电机2附近，用于控制所述无刷电机，所述控制单元4连接至电连接器16，该电连接器16提供电源并将电信号传给驱动装置1。

更具体而言，驱动装置1包括保护外壳，保护外壳是以两个半壳38、39通过连接件装置例如螺丝或铆钉19组装在一起。该外壳保护驱动装置1的内部组件，尤其是电机2、减速齿轮3以及控制单元4。

电机包括具有线圈22的定子21、磁性材料的电枢23以及转子25。转子包括转子轴51，转子轴51由轴Y2的轴承52支撑，轴Y2设置在两个半壳38、39中。

已知在无刷电机领域中，转子25具有永磁体，永磁体相对于线圈22随着转子移动。流过各个线圈22的电流受到控制以产生旋转电磁场使得转子做旋转运动。旋转场的转速和转子的滑动速率能由控制单元4控制。典型地，转速选自2000转每分钟到7000转每分钟。

连接转子25的是电机2的输出齿轮26，其本身连接至传送带17，该传送带17例如是弹性体，例如是齿形带。

作为传送带的替换，传送也可以基于具有小齿轮的常规齿轮系统或传送装置。

传送带17驱动驱动元件32，驱动元件32是椭圆减速齿轮3的一部分，在椭圆减速齿轮3上安装有两个滚子33，这两个滚子33的轴线定义椭圆的长轴。

减速齿轮3除了包括所述驱动元件32，还包括滚轮30，滚轮30具有一般的碗状形状并具有中心轮毂41和形成碗底的盘状体42和环形边缘43，以及延长边缘43的可变形环31。可变形环31具有第一组外周齿36。该可变形环或法兰31在静止且不受外力时具有环形形状。但是，在所示减速齿轮结构中，驱动元件的长轴A使得该环径向向外形变。

滚轮30支撑在转动的径向轴承装置上，由轴承50、53支撑，轴承50、53设置在保护外壳中半壳38、39中的轴Y上。

减速齿轮3包括支撑环44，支撑环44具有第二组固定的齿37，该齿37相对于保护外壳固定且齿顶径向向内。第一和第二组齿36、37至少在一部分外围上相互啮合，如图所示，且优选地至少在相当于椭圆长轴A的两个径向相反的区域45、46处相互啮合。

相比之下，在其它外围区域上可变形环31的半径较小且这两组齿不啮合，因此该可变形环构成椭圆环是该减速齿轮的特征。

此外，第一组齿36的齿数不同于第二组齿37的齿数；其差值可以是一个齿或几个齿。

因此，每次驱动元件32完成一次旋转，可变形法兰31及滚轮30就成角度地偏移一定齿数，该齿数对应于所述差值。

应注意的是，齿36、37的形状可以选自任意已知齿的式样，尤其是根据驱动装置受到的应力和操作过程中的噪声限制来选择。

例如，在一种优选的配置中，第一组齿的齿数是100，第二组齿的齿数是99，以此获得的减速率为100。一般而言，减速率选50到150之间。

通过这些选择能够获得椭圆减速齿轮的标准减速率以及电机的优选转速。

根据第一实施例，减速齿轮和无刷电机2彼此大体相邻地设置在一个垂直于主轴Y的平面上，并且通过带17连接在一起。这提供了一种“平面”结构，其具有沿着Y轴的有利的小尺寸，例如小于4厘米，并且该装置能安装在相对于靠背12板的内侧。

与中心轮毂41相连接的输出元件8作为轴8驱动至少一个减速铰链机构5。在所示示例中，轴8具有方形横截面并且驱动两个铰链机构5，5’：第一个铰链结构5位于驱动装置1的一侧，第二个铰链机构5’位于相反的一侧。

轴8从一侧穿过减速齿轮3至另一侧，在所述轮毂41的中心处具有方形开口。

控制单元4设置用于控制各个线圈中的电流，以及监控无刷电机的正常运行。

尤其是，控制单元4能根据电流波形来控制电机，电流波形在启动时上升在关闭时下降，具体如下文及图9中所示。这提供了平稳启动和关闭。这也限制了与启动和关闭转换有关的电磁干扰的释放。

在第二实施例中，如图6-8所示，减速齿轮3和无刷电机2同轴地设置，一个挨着另一个的末端，转轴Y2与主轴Y重合。这提供了“轴向圆柱形”结构，这意味着其具有有利的半径尺寸，例如小于6厘米的直径，并且该装备能靠着靠背12法兰的内侧安装，如图6所示。

在该第二实施例中，将仅对那些不同于第一实施例的部件进行描述，其余部件应认为是相同的或相似的。

保护外壳包括两个半壳38’、39’，这两个半壳38’、39’通过连接件装置19固定在一起并且通过未示出的与第一实施例中所示的夹子18相类似的装置固定至靠背12框架。

控制单元4’具有不同的外形，其呈具有中心孔的盘状，但是其与第一实施例中的控制单元4执行相同的功能。

转子25’直接连接至驱动元件32’，而不涉及带。

在第二实施例中，轴8穿过转子25’中的轴向通孔27并穿过控制单元4’。

该驱动元件32’包括滚子，滚子的轴线定义椭圆长轴A。

滚轮30’包括与第一实施例中所描述的滚轮30相类似的部件，尤其是具有方形横截面开口的中心轮毂以及第一组外周齿36，该第一组外周齿36在可变形环31形成的椭圆长轴末端处与直接设置在半壳39’中的第二组齿37相啮合。

图9示出了控制单元4，4’控制电机的时序图。第一时序图示出了随启动上升随关闭下降的标准控制顺序，实线表示速度，虚线表示电流。当控制单元开始一系列运动时(例如由使用者按压开关或复位来触发信号)，电机受电流81控制，电流81从0升高至峰值88之后经过一段下降量89趋于稳定电流82。同时，转子速度91逐渐从0上升至稳定速度92。当旋转停止时，控制单元开始减弱以便电流83和速度93都大体下降至0。

第二时序图示出了安全关闭：开始的顺序与前述相同，但是稳定后当控制单元4，4’检测到运行故障之后的一个确定时刻起，电流87上升，速度下降，运行故障例如障碍物阻碍运行。控制单元立刻终止输出控制94并且速度很快下降至0。

应注意的是，控制单元4，4’能处理多种附加功能，例如管理储存位置、补偿电压变化、提供诊断支持等等。

Claims (8)

1.具有电动机和减速齿轮的驱动装置(1)，所述驱动装置(1)设置用于驱动汽车中的输出元件(8)绕着主轴(Y)作旋转运动，所述驱动装置(1)包括：

-无刷电机(2)，其具有绕着与所述主轴平行的转轴(Y2)转动的转子，

-椭圆减速齿轮(3)，其置于所述无刷电机(2)和所述输出元件(8)之间，所述椭圆减速齿轮包括驱动元件(32)和可变形椭圆环(31)，所述可变形椭圆环在所述驱动元件旋转的过程中形变，

-控制单元(4；4’)，其设置在所述无刷电机(2)附近，用于控制所述无刷电机，

其中，所述减速齿轮(3)和所述无刷电机(2)彼此相邻地设置在垂直于所述主轴(Y)的平面中，并且相互之间通过带(17)连接在一起。

2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述椭圆减速齿轮(3)的减速比在50到150之间，且所述电机(2)的转速在2000转每分钟到7000转每分钟之间。

3.根据权利要求1到2中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述控制单元(4：4’)设置成根据电流波形来控制所述电机，所述电流波形根据启动和关闭而上下起伏。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述控制元件设置成具有安全关闭功能地控制所述电机。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的驱动装置，还包括外壳，所述外壳容纳所述控制单元(4；4’)、所述椭圆减速齿轮(3)以及所述无刷电机(2)。

6.汽车座椅框架，其包括靠背(12)框架、座位部分(11)框架，以及至少一个将所述靠背框架连接至所述座位部分框架的减速铰链机构(5)，其特征在于，传动轴(8)适应于驱动所述减速铰链，所述传动轴连接至根据权利要求1到5中任一项所述的驱动装置。

7.根据权利要求6所述的汽车座椅框架，其包括第二个减速铰链机构(5’)，所述第二个减速铰链机构(5’)设置在相反于第一个减速铰链机构(5)的一侧，并且所述传动轴(8)轴向地穿过所述椭圆减速齿轮(3)。

8.汽车座椅，其包括至少一个根据权利要求1到5中任一项所述的驱动装置。

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