CN105793613B - 线性致动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于产生线性致动力的线性致动器(1)，该线性致动器具有：第一电动驱动单元(10)，该第一电动驱动单元具有设计为空心轴的第一驱动轴(11)；被第一电动驱动单元(10)驱动的第一旋转平移传动机构(20)，该第一旋转平移传动机构具有第一丝杠(21)和与该丝杠接合的第一螺母(22)，其中第一驱动单元(10)的驱动轴(11)设计为第一丝杠(21)；关于第一电动驱动单元(10)沿轴向布置的具有驱动轴(31)的第二驱动单元(30)；被该第二驱动单元(30)驱动的第二旋转平移传动机构(40)，该第二旋转平移传动机构具有第二丝杠(41)和与该第二丝杠(41)接合的螺母(42)，其中第二驱动单元(30)的驱动轴(31)通过空心轴(11)与第二丝杠(41)以不能够相对转动的方式连接。

Description

线性致动器
技术领域
本发明涉及一种用于产生线性的致动力的线性致动器。
背景技术
已知的线性致动器应用于液压的车辆制动装置中，尤其也用于线控制动系统中。这种液压的线性致动器例如从文献DE 10 2009 019 209 A1中已知。该线性致动器包括设计为滚珠丝杠传动机构的旋转平移传动机构，该传动机构具有丝杠/螺纹杆和对应的螺母，该线性致动器还包括带有转子和定子的无刷式电机，这些部件布置在壳体中。丝杠是电机的驱动轴，并且因此直接被电机驱动，而螺母不可转动地布置在液压的活塞气缸结构上，该液压的活塞气缸结构形成车辆制动装置的主缸。
然而在出现简单故障时，例如滚珠丝杠传动机构出现卡死时，这种液压的线性致动器可能故障。制动装置因此不再能够运行，从而驾驶员必须在备用级(Rückfallebene)中制动。但是在具有自动驾驶功能、例如线控系统的机动车中，例如并没有或有限地为驾驶员提供了备用级以供使用。
文献DE 11 2005 003 675 T5为了解决这种问题提供了一种容错性线性致动器，该线性致动器在功能性重要的部件方面冗余地构造。则这种已知的线性致动器具有第一电动驱动装置，该第一电动驱动装置具有第一电机和配属的可旋转的、设有滚珠轴承的第一滚珠螺母，该线性致动器还具有第二电动驱动装置，该第二驱动装置具有第二电机和配属的可旋转的、设有滚珠轴承的第二滚珠螺母，以及具有唯一的滚珠丝杠，该滚珠丝杠既与第一滚珠螺母又与第二滚珠螺母接合。当两个电机之一驱动滚珠螺母时或两个电机都驱动滚珠螺母时，该滚珠丝杠移动。这两个驱动装置分别布置在唯一的滚珠丝杠的各一端，从而两个电机的驱动轴相对于滚珠丝杠平行且错开地取向。而滚珠螺母分别通过传动机构由对应的电机驱动。
这种已知的容错性线性致动器的结构形式可被视为不利的，由于两个驱动单元和滚珠丝杠的轴平行布置，需要巨大的结构空间并且因此对于在机动车中的应用是较不适合的。
文献DE 20 2010 016 542 U1中示出用于机床的小型结构的主轴驱动装置的解决方案，该主轴驱动装置包括具有第一电机的第一驱动装置和具有第二电机的第二驱动装置，其中主轴能够选择性地借助于第一驱动装置和/或第二驱动装置被驱动，并且驱动装置的电机轴相对于主轴共轴地走向。小型结构的形式由此得到：第二驱动装置至少分段地包围第一驱动装置。这通过如下方式实现：第一驱动装置被设计为转子以不可相对转动的方式与主轴耦合的直接驱动装置，或者被设计为内转子。第二驱动装置同样设计为外转子电机形式的直接驱动装置，具有能够通过联接件与主轴耦合的转子。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于产生线性致动力/调节力的、相比现有技术改进的线性致动器，该线性致动器至少在出现简单故障时还保持完全的功能性，并且适合于实现液压的或气动的致动元件、例如用于机动车的制动系统的范围内的液压的或气动的致动元件，即尤其仅需很小的结构空间。
上述目的通过具有权利要求1的特征的线性致动器实现。
这种用于产生线性致动力的线性致动器具有：
—第一电动驱动单元，其具有设计为空心轴的第一驱动轴，
—被第一电动驱动单元驱动的第一旋转平移传动机构，该第一旋转平移传动机构具有第一丝杠和与该丝杠接合的第一螺母，其中第一电动驱动单元的驱动轴被设计为第一丝杠，
—关于第一电动驱动单元轴向布置的具有驱动轴的第二电动驱动单元，和
—被第二电动驱动单元驱动的第二旋转平移传动机构，该第二旋转平移传动机构具有第二丝杠和与该第二丝杠接合的螺母，其中第二电动驱动单元的驱动轴通过空心轴与第二丝杠以不可相对转动的方式连接。
因此在这个根据本发明的线性致动器中，冗余地存在所有功能性重要的部件，如电动驱动单元和旋转平移传动机构。因此在机动的驱动单元中在实现为电机的情况下既包括转子也包括电机绕组。因此在这些组件中的一个故障时，线性致动器的完整功能得到保证。
小型构造的结构形式由此得到：功能性重要的主要部件，即两个电动驱动单元和两个旋转平移传动机构彼此轴向连续地布置。对于根据本发明的线性致动器的材料需求与仅具有一个驱动单元和一个旋转平移传动机构的线性致动器相比未明显增大。
根据本发明的有利的设计方案，为了产生线性致动力，第一螺母与第一传力元件连接并且第二螺母与第二传力元件连接。通过双重设置用于产生线性致动力的传力元件保持了高的功能可靠性，尤其在出现简单故障时。
根据本发明的另一优选的改进方案设置液压块(Hydraulikblock)或气动块(Pneumatikblock)，该液压块或气动块与第一传力元件和第二传力元件共同作用。由于根据本发明的线性致动器的功能重要的部件具有轴向的布置，所以这种线性致动器可以以结构方面简单的方式集成到液压块或气动块中。对此优选地如此规定，第一传力元件和第二传力元件设计为液压活塞或气动活塞，这些活塞与布置在液压块或气动块中并且适配于液压活塞或气动活塞的圆柱形腔室共同作用。
根据改进方案，如此实现使根据本发明的线性致动器集成在液压块或气动块中，即第一旋转平移传动机构和第二旋转平移传动机构布置在液压块或气动块的对置侧上。布置在该液压块或气动块中的圆柱形腔室与设计为活塞的传力元件共同形成对应的液压的或气动的活塞气缸单元。
此外根据一有利的设计方案，第一驱动单元和第二驱动单元与第一旋转平移传动机构共同布置在第一壳体中，该第一壳体法兰连接在液压块或气动块上。第二旋转平移传动机构优选地布置在第二壳体中，该第二壳体也法兰连接在液压块或气动块上。由此这两个壳体安置在液压块或气动块的对置侧上。
根据改进方案，两个驱动单元相应地设计为电机，例如具有定子和转子的无刷式电机。当第一螺母根据改进方案至少部分地被第一驱动单元的转子包围时，这在有关小的结构形式方面是尤其有利的。即由此减小了线性致动器的轴向长度。
另外有利的是，根据改进方案第一旋转平移传动机构和第二旋转平移传动机构分别设计为滚珠丝杠传动机构。
最后在本发明一有利的设计方案中由此保证功能可靠性:为第一驱动单元和第二驱动单元分别配置控制单元，其中这些控制单元相同地构造。
附图说明
下面根据参照唯一的附图1的实施例详细说明本发明。这个附图1示出根据本发明的线性致动器的示意性剖面图。
具体实施方式
在附图1中示意性示出机动车的液压制动系统的液压块50，该液压块具有圆柱形的腔室51.1、51.2、52.1和52.2，并且这些腔室与线性致动器1的被设计成活塞的传力元件23.1、23.2、43.1、43.2共同形成液压的活塞气缸布置结构。因此在图1中示出液压的线性致动器1。
这个线性致动器1在罐形的第一壳体2中具有两个分别构成为无刷式电机的电动驱动单元10和30，即第一电机10和第二电机30。这两个电机10和30沿轴向直接相邻地布置，其中第二电机30相对于第一壳体2布置在罐底侧，而向着液压块50的方向第一电机10与第二电机相邻接。
这两个电机10和30的每个都由具有对应的电机绕组14或34的定子13或33与转子12或32构成。这两个转子12和32包括罐形的套筒并在其外部侧表面上以均匀的角距支撑永磁体12.1和32.1。为了获得对两个定子13和33相位正确地通电所需的两个转子12和32的角度位置，相应地设置无接触式工作的位置传感器(在图1中未示出)，该位置传感器的信号被传输给第一电机10的控制单元4和第二电机30的控制单元5。最后，工作电压源(未示出)以必需的工作电压供给电机绕组14和34以及控制单元4和5。
第二电机30的罐形的转子32以其开口朝向第一壳体2的底部2.1的方向，该第一壳体的底部具有中央凸起部，该中央凸起部一方面被转子32部分地包围，并且另一方面为了接纳第二电机30的驱动轴31而接纳轴承31.1。通过转子32的凸缘使该转子不可相对转动地布置在驱动轴31上。
这个驱动轴31穿通过第一电机10的设计为空心轴的驱动轴11。该驱动轴11在端部与第一电机10的转子12连接，其中罐形的转子12的开口朝向液压块50的方向。
第一电机10配设有设计为滚珠丝杠传动机构的第一旋转平移传动机构20，并且该第一旋转平移传动机构被该第一电机驱动。为此驱动轴11同时设计为该旋转平移传动机构20的第一丝杠21并且引导该旋转平移传动机构20的可进行轴向移动的第一螺母22。第一丝杠21的端部终止在液压块50的圆柱形空腔53中，并且在那里借助于轴承11.1被引导。另一轴承点11.2设置在与转子12连接的空心轴21的对置的端部上。
第一螺母22设计为套筒形，从而当该第一螺母位于转子12的区域中时，该螺母至少部分地被第一电机10的该罐形的转子12包围。此外该螺母22在端面上具有环绕的法兰/凸缘22.1，该法兰在边缘上支撑沿轴向方向延伸的并在圆周上均匀分布的第一传力元件23.1和23.2。
该第一传力元件23.1和23.2设计为液压活塞并且与腔室51.1和51.2共同构成液压块50的活塞气缸布置结构。这个液压活塞23.1和23.2可移动地支承在该在腔室51.1和51.2中，从而第一螺母22在第一丝杠21上只能轴向移动。在对第一电机10相应地供电时，如果第一螺母22在第一丝杠21上向着液压块50的方向移动，则在液压块50的腔室51.1和51.2中建立液压。液压活塞23.1和23.2的密封件通过23.11和23.21表示。
第二电机30同样配设有设计为滚珠丝杠传动机构的第二旋转平移传动机构40，并且该第二旋转平移传动机构被该第二电机驱动。为此从设计为第一丝杠21的空心轴11中穿过的驱动轴31与第二旋转平移传动机构40的第二丝杠41连接，其中在该第二丝杠41上轴向可移动地布置第二螺母42。
该第二旋转平移传动机构40由罐形的第二壳体3接纳，该第二壳体与第一壳体2对置地法兰连接在液压块50上。
第二丝杠41设计为空心轴，并且一方面通过一端部借助于布置在第二壳体3的端面上的轴承41.1及通过在液压块50的圆柱形空腔53的内部的另一端部借助于另一轴承41.2可旋转地支承。在这个端部上第二丝杠41借助于连接支承件31.2不可相对转动地与第二电机30的驱动轴31连接。
第二螺母42对应于第一螺母22也设计为套筒形，并且同样具有径向凸出的法兰/凸缘42.1，该法兰在其圆周上支撑沿轴向方向延伸的并在圆周上均匀分布的第二传力元件43.1和43.2，及该第二传力元件同样设计为液压活塞并与布置在液压块50中的腔室52.1和52.2作为活塞气缸布置结构共同作用，从而对于第二螺母42只能在第二丝杠41上实现轴向移动。在对第二电机30相应地供电时，如果第二螺母42在第二丝杠41上向着液压块50的方向移动，则在液压块50的腔室52.1和52.2中建立液压。
为了保证第一螺母22的与腔室51.1和51.2共同作用的第一液压活塞23.1和23.2与第二螺母42的与腔室52.1和52.2共同作用的第二液压活塞43.1和43.2彼此独立地起作用，第一螺母22的布置为圆形的液压活塞23.1和23.2相对于第二螺母42的液压活塞43.1和43.2彼此偏置，并且因此液压块50中的对应的腔室51.1和51.2以及腔室52.1和52.2也彼此偏置。
液压块50也可以设置为气动块。
附图标记列表：
1 线性致动器
2 线性致动器1的第一壳体
2.1 第一壳体2的底部
3 线性致动器1的第二壳体
4 第一驱动单元10的控制单元
5 第二驱动单元30的控制单元
10 第一电动驱动单元，电机
11 第一驱动单元10的驱动轴
12 第一驱动单元10的转子
12.1 永磁体
13 第一驱动单元10的定子
14 第一驱动单元10的电机绕组
20 第一旋转平移传动机构
21 第一旋转平移传动机构20的第一丝杠
22 第一旋转平移传动机构20的第一螺母
22.1 第一螺母22的法兰
23.1 第一传力元件，液压活塞
23.11 液压活塞23.1的密封件
23.2 第一传力元件，液压活塞
23.21 液压活塞23.2的密封件
30 第二电动驱动单元，电机
31 第二驱动单元30的驱动轴
31.1 驱动轴31的轴承
31.2 驱动轴31的连接支承件
32 第二驱动单元30的转子
32.1 永磁体
33 第二驱动单元30的定子
34 第二驱动单元30的电机绕组
40 第二旋转平移传动机构
41 第二旋转平移传动机构40的第二丝杠
41.1 第二丝杠41的轴承
41.2 第二丝杠41的轴承
42 第二旋转平移传动机构40的第二螺母
42.1 第二螺母42的法兰
43.1 第二传力元件，液压活塞
43.2 第二传力元件，液压活塞
50 液压块或气动块
51.1 液压块或气动块50的圆周形腔室
51.2 液压块或气动块50的圆周形腔室
52.1 液压块或气动块50的圆周形腔室
52.2 液压块或气动块50的圆周形腔室
53 液压块或气动块50的空腔

Claims (11)

1.一种用于产生线性致动力的线性致动器(1)，具有：
-第一电动驱动单元(10)，该第一电动驱动单元带有设计为空心轴的第一驱动轴(11)，
-被第一电动驱动单元(10)驱动的第一旋转平移传动机构(20)，该第一旋转平移传动机构具有第一丝杠(21)和与该丝杠接合的第一螺母(22)，-关于第一电动驱动单元(10)沿轴向布置的具有驱动轴(31)的第二电动驱动单元(30)，和
-被第二电动驱动单元(30)驱动的第二旋转平移传动机构(40)，该第二旋转平移传动机构具有第二丝杠(41)和与该第二丝杠(41)接合的螺母(42)，其中第二电动驱动单元(30)的驱动轴(31)穿过设计为空心轴的第一驱动轴(11)与第二丝杠(41)以不能够相对转动的方式连接，其特征在于，第一电动驱动单元(10)的第一驱动轴(11)设计为第一丝杠(21)。
2.根据权利要求1所述的线性致动器(1)，其特征在于，为了产生线性致动力，第一螺母(22)与第一传力元件(23.1，23.2)连接，第二螺母(42)与第二传力元件(43.1，43.2)连接。
3.根据权利要求2所述的线性致动器(1)，其特征在于，第一传力元件(23.1，23.2)和第二传力元件(43.1，43.2)与液压块或气动块(50)共同作用以产生液压压力或气动压力。
4.根据权利要求2所述的线性致动器(1)，其特征在于，第一传力元件和第二传力元件设计为液压活塞(23.1，23.2)或气动活塞(43.1，43.2)，所述液压活塞或气动活塞与布置在液压块或气动块(50)中的、适配于该液压活塞(23.1，23.2)或气动活塞(43.1，43.2)的圆柱形腔室(51.1，51.2)共同作用。
5.根据权利要求3或4所述的线性致动器(1)，其特征在于，第一旋转平移传动机构(20)和第二旋转平移传动机构(40)布置在液压块或气动块(50)的对置的侧上。
6.根据前述权利要求3或4所述的线性致动器(1)，其特征在于，第一电动驱动单元(10)和第二电动驱动单元(30)与第一旋转平移传动机构(20)一起布置在第一壳体(2)中，该第一壳体法兰连接在液压块或气动块(50)上。
7.根据前述权利要求3或4所述的线性致动器(1)，其特征在于，第二旋转平移传动机构(40)布置在第二壳体(3)中，该第二壳体法兰连接在液压块或气动块(50)上。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的线性致动器(1)，其特征在于，第一电动驱动单元(10)和第二电动驱动单元(30)分别设计为电机。
9.根据权利要求8所述的线性致动器(1)，其特征在于，第一螺母(22)至少部分地被第一电动驱动单元(10)的转子(12)包围。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的线性致动器(1)，其特征在于，第一旋转平移传动机构和第二旋转平移传动机构分别设计为滚珠丝杠传动机构。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的线性致动器(1)，其特征在于，分别为第一电动驱动单元(10)和第二电动驱动单元(30)分配有各一个控制单元(4，5)，其中，这些控制单元(4，5)设计相同。
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