CN109268484A - 用于变速器换档器的致动器总成 - Google Patents

Abstract

在至少一些实施方式中，一种用于使车辆变速器中的齿轮变速的换档致动器总成包括：电操作驱动件，所述电操作驱动件具有机壳和围绕轴线旋转的驱动轴；传动系统，所述传动系统由所述驱动件驱动并且具有多个齿轮，所述多个齿轮布置在多个级中以提供转矩增加；以及输出端，所述输出端由所述传动系统驱动以进行旋转，从而使所述车辆变速器中的齿轮变速。所述传动系统和驱动件容置在一空间内，所述空间的长度比所述驱动件的轴向长度大15％以内，并且所述空间的高度比所述驱动件的高度大15％以内，其中，所述驱动件的所述高度在垂直于所述长度的方向上测得。

Description

用于变速器换档器的致动器总成

技术领域

本公开大体上涉及用于车辆变速器的换档系统的致动器总成。

背景技术

在一些车辆中，车辆的操作者可以移动车辆的乘客舱中的换档杆，以使车辆变速器在其驻车档与其它档(例如，倒车档、空档与前驱档)之间换档。换档杆通过缆线机械地耦接到变速器，缆线将换档杆的移动传递到变速器换档机构。其它车辆使用所谓的“线控换档”系统，其中操作者换档杆或换档控制单元不通过缆线物理地耦接到变速器换档机构。而是，换档控制单元电耦接到换档致动器，换档致动器布置成在从换档控制单元接收到操作者想要变速齿轮换档的信号时将变速器换档。如果车辆失去电力，或者从其向线控换档系统供应电力的车辆电路失去电力，那么操作者经由换档控制单元来控制变速器的换档的能力也会失去。

此外，换档控制单元所处的空间常常与变速器相邻，并且处于受限空间中，使得较大的单元不能位于期望位置，并且在换档控制单元与变速器换档杆之间需要连杆、缆线或其它连接件。

发明内容

在至少一些实施方式中，一种用于在车辆变速器中产生变速的换档致动器总成包括：电操作驱动件，该电操作驱动件具有机壳和围绕轴线旋转的驱动轴；传动系统，该传动系统由驱动件驱动并且具有多个齿轮，该多个齿轮布置在多个级(stage)中以提供转矩增加；以及输出端，该输出端由传动系统驱动以进行旋转，从而使车辆变速器中的齿轮变速。传动系统和驱动件容置在空间内，空间的长度比驱动件的轴向长度长15％以内，并且空间的高度比驱动件的高度大15％以内，其中驱动件的高度是在垂直于长度的方向上测得。在一些实施方式中，传动系统容置在等于或小于驱动件的轴向长度和高度的空间内，使得传动系统在长度方向和高度方向上与驱动件重叠。

在至少一些实施方式中，传动系统容置在比驱动件的宽度大25％以内的空间(space)内，其中，宽度垂直于长度和高度。总成还可以包括安装框架，安装框架支撑传动系统的至少一部分和驱动件的至少一部分，并且安装框架也可以容置在所界定的空间内。总成可以包括电路板，该电路板安装到安装框架，或者电路板也可以容置在所界定的空间内。在至少一些实施方式中，至少一个齿轮容置在电路板与输出端的外端之间。安装框架可以包括壁，并且传动系统的至少一个齿轮可以位于壁的一侧附近，并且传动系统的至少一个其它齿轮可以位于壁的相对侧附近。在一些实施方式中，安装框架可以包括具有相对侧的壁，并且输出端的外端可以位于壁的一侧上，并且电路板可以位于壁的另一侧上。输出端的外端可以在需要时位于所界定的空间之外。

在至少一些实施方式中，总成包括驱动特征，该驱动特征耦接到齿轮以使齿轮和传动系统旋转而不需要致动驱动件，并且驱动特征的至少一部分可以位于所述空间之外。

在至少一些实施方式中，一种用于在车辆变速器中产生变速的换档致动器总成包括：电动机；传动系统，该传动系统由电动机驱动；以及输出端，该输出端由传动系统驱动以进行旋转，从而使车辆变速器中的齿轮变速。电动机包括机壳和至少部分地从机壳延伸的驱动轴，并且电机和驱动轴的至少一部分围绕轴线旋转。传动系统具有多个齿轮，该多个齿轮布置在多个级中以提供转矩增加。并且传动系统和电机容置在一空间内，该空间的长度比机壳和驱动轴的轴向长度大15％以内，并且空间的高度壁机壳的高度大15％以内，其中驱动件的高度在垂直于轴向长度的方向上测得。

在至少一些实施方式中，传动系统包括传动齿轮，该传动齿轮耦接到驱动轴以便与驱动轴一起旋转，并且其中，传动系统的其它齿轮定位成与传动齿轮对准或者定位在传动齿轮的轴向内侧，其中轴向内侧是平行于电机轴线并且从传动齿轮朝向电机延伸的方向。传动系统可以容置在等于或小于机壳和驱动轴的轴向长度和高度的空间内，并且传动系统可以在长度方向和高度方向上与机壳和驱动轴完全重叠。一些总成可以包括：安装框架，该安装框架支撑传动系统的至少一部分和驱动件的至少一部分；以及电路板，该电路板安装到安装框架，并且安装框架和电路板也可以容置在所界定的空间内。

在一些实施方式中，电机可以是有刷电机，传动系统可以提供是由电机输出的转矩的至少150倍的转矩增加，并且电机的转矩输出不大于0.5Nm。

附图说明

下面将参考附图详细描述代表性实施方式和最佳模式，其中：

图1是包括电机和输出端的换档致动器总成的透视俯视图，其中传动系统处于电机与输出端之间并且由安装框架承载；

图2是致动器总成的透视仰视图；

图3是致动器总成的俯视图；

图4是致动器总成的侧视图；

图5是致动器总成的后视图；

图6是总成的分解透视图；

图7是传动系统的局部分解透视图；

图8是传动系统的局部剖视图；

图9是安装框架的透视俯视图；

图10是安装框架的透视仰视图；

图11是安装框架的透视侧视图；

图12是用于致动器总成的壳体的上部部分的内部的透视图；以及

图13是壳体的下部部分的内部的透视图。

具体实施方式

更详细地参考附图，图1至图6示出了换档致动器总成10，其由驾驶员操作的换档机构控制来产生变速器的换档，例如，使变速器在驻车档、空档、倒车档与前进档之间换档。换档致动器总成10可以是所谓的“线控换档”系统的一部分，其中将换档的操作者命令(例如，通过转动旋转换档手柄或者移动档杆或其它换档器)传输到总成的主驱动件16，主驱动件16驱动耦接到变速器变速杆(在图4中用14示意性地示出)的输出机构18，以在变速齿轮之间切换。致动器总成10还可用在需要旋转或线性输出的其它车辆系统中，例如，驻车锁止系统、阀控制器或锁定机构。

在图1至图6中示出的致动器总成10不带有环绕总成组件的外部壳体，但可以在需要时提供此类外部壳体19，图12和图13示出了一个实例。致动器总成10可直接安装在变速器上，或者在需要时，致动器总成10可以与变速器有间隔地定位，并通过缆线或其它中间件连接到变速器的换档机构。在至少一些实施方式中，致动器总成10结构紧凑且相对较小，并且可以容置在由车辆驾驶员致动的变速杆与变速器之间，限定在变速器和相邻的车辆内表面之间的变速器通道内，或者根据需要容置在其他地方。

主驱动件16可以是能够响应于车辆的操作者的请求而使变速器换档的任何装置。在附图示出的实例中，主驱动件包括电机20，并且还可以包括与电机通信以控制电机的操作的控制器。所述控制器可以是或者包括具有合适的存储器的微处理器22(在图2和图6中得到概括性示出)，其与驾驶员操作的换档器电通信，使电机20驱动输出端18以响应于驾驶员发起的换档操作。驱动件16通过传动系统24耦接到输出端18。传动系统24可以是与主驱动件16和输出端18对接以帮助变速器换档的任何装置。在至少一个实施方式中，传动系统24包括提供放大电机20转矩的机械效益的多个齿轮，以帮助换档。以此方式，可以使用较小和较便宜的电机20，同时仍然可向输出端18提供所需的转矩量级。

在图示的实施方式中，传动系统24包括具有驱动齿轮26和第一齿轮28的第一级，所述驱动齿轮26由电机20直接驱动，而第一齿轮28与所述驱动齿轮啮合并由其驱动。传动系统的第二级包括第二齿轮30和第三齿轮32。第二齿轮30与第一齿轮28同轴并且耦接到第一齿轮，以与第一齿轮一起绕共同轴线33(图6)旋转。第三齿轮32与第二齿轮30啮合并且由第二齿轮绕轴线35驱动，轴线35平行于第一齿轮和第二齿轮的轴线33但相对于轴线33横向偏移。第一齿轮28具有比驱动齿轮26更多的齿，从而提供第一转矩增大，这可以将由电机提供的转矩增加，例如，两倍到十倍。第一齿轮28还具有比第二齿轮30更多的齿。第三齿轮32具有比第二齿轮30更多的齿，从而提供第二转矩增大，这可以将转矩进一步增加，例如，两倍到十倍。虽然不是必需，但在示出的实施方式中，第一齿轮28、和第三齿轮32具有相同数目的齿并且具有相同大小(例如，外径)。

传动系统的第三级包括第四齿轮34和第五齿轮36。第四齿轮34具有比第三齿轮32更少的齿，并且与第三齿轮同轴并固定到第三齿轮，以与第三齿轮一起绕共同轴线35旋转。第四齿轮34与第五齿轮36啮合并且驱动第五齿轮。在此实施方式中，第四齿轮34和第五齿轮36围绕彼此不平行的轴线旋转，在所示的实施方式中是绕彼此垂直的轴线旋转，这提供传动系统中的第一换向。如所示，第四齿轮34和第五齿轮36是锥齿轮，第四齿轮34绕轴线35旋转，并且第五齿轮36绕与第三齿轮32和第四齿轮34的轴线33垂直的轴线37旋转。如图所示，第四齿轮34和第五齿轮36是锥齿轮，并且第四齿轮34具有比第五齿轮36更少的齿，从而在传动系统中提供第三转矩增加，以将转矩增加，例如，2倍到10倍。第四齿轮34和第五齿轮36可以是准许换向的其它类型的齿轮，例如，但不限于，准双曲面齿轮、平面齿轮或冠状齿轮。

传动系统24的第四级可以包括第六齿轮42和第七齿轮44。第六齿轮42与第五齿轮36同轴固定，以便与第五齿轮一起绕轴线37旋转。第六齿轮42与第七齿轮44啮合并且由第七齿轮绕轴线45驱动，轴线35平行于第五齿轮36和第六齿轮42的轴线37但相对于轴线37横向偏移。在此实施方式中，第六齿轮42和第七齿轮44具有相同数目的齿，因此不存在由传动系统24的第四级提供的转矩增加，但在需要时也可以提供转矩增加。

传动系统24的第五级可以包括第八齿轮46和第九齿轮48。第八齿轮46与第七齿轮44同轴，以与第七齿轮一起绕轴线45旋转。第八齿轮46与第九齿轮48啮合并且驱动第九齿轮，第九齿轮在此实施方式中直接耦接到输出端18，使得输出端绕轴线37旋转，轴线37平行于第七齿轮44和第八齿轮46的轴线45，但相对于轴线45横向偏移。输出端18可包括耦接特征50，使得输出端可以直接或间接地耦接到变速器换档机构。在所示实例中，耦接特征50包括在输出端的外端52中形成的空腔，其具有布置成接合并驱动相配组件的内齿槽或齿。输出端18的旋转导致变速器档位发生变化。第八齿轮46具有比第九齿轮48更少的齿，从而在传动系统24中提供第四转矩增加，其可以将转矩增加，例如，2倍到10倍。

因此，传动系统24包括处于多个级中的多个齿轮。至少一个级提供转矩增加，并且至少一个级提供换向。在所示实例中，换向设置在提供转矩增加的一个或多个级的下游，并且设置在提供转矩增加的一个或多个级的上游。如上文所述，转矩增加使较小且较便宜的电机20的使用成为可能，同时仍可向输出端18提供所要的转矩或力以使变速器换档。在至少一些实施方式中，传动系统可提供等于或大于100倍并小于400倍的总转矩增加，使得输出端18处的转矩比电机20的输出转矩大100倍或以上。

换向使将多个齿轮级布置在相对小的区域中成为可能，并且还允许电机20的轴线54(图1和图6)垂直于输出端18的旋转轴线37。因此，轴线54上长度通常比宽度更大的电机20(其中直径是宽度)可以平坦地放置，使得电机轴线54垂直于输出轴线37，从而进一步减小致动器总成10的整体大小。在需要时，一个以上级可以包括或提供换向。此外，齿轮可以是任何类型并且将大多数齿轮示出为所示实例中的简单的正齿轮，每个正齿轮具有从齿轮的主体沿径向向外延伸的齿。

为了帮助组装并且固定各种组件，致动器总成10可包括安装框架60，所述安装框架固持并承载传动系统24的至少一部分，并且还可以相对于传动系统固持或定位电机20。在所示实施方式中，安装框架60包括驱动件(例如，电机)定位或支撑部分62、传动系统支撑部分64和电子器件支撑部分66，如图6以及图9至11中所标记。

电机定位或支撑部分62可包括支架68，该支架可以与安装框架60成一体(即，由相同块材料形成为安装框架的其余部分)或者与安装框架分开并且耦接到安装框架。驱动件16可以包括被封围在圆柱形机壳70内的电机20，该圆柱形机壳具有大体上垂直于电机轴线54的第一端72和第二端74(图1、图2和图6)。驱动件16还可以包括驱动轴76(图5和6)，驱动轴76由电机20驱动旋转并且延伸出机壳70的第一端72。支架68包括覆于电机机壳70的第一端72的至少一部分上面的第一横向延伸壁78，并且第一横向壁78具有开口80，驱动轴76延伸穿过该开口。组装时，在横向壁78与电机机壳70相对的侧面上将驱动齿轮26安装到驱动轴76上。电机支撑区段62还可以包括第二横向壁82，该第二横向壁适于上覆于套管70的沿轴向与第一端72相对的第二端74的至少一部分。因此，电机20可被支撑在或其位置可以保持在安装框架60的两个横向壁78、82之间。

第一横向壁78可以包括沿轴向延伸的凸缘84，该凸缘适于沿轴向与机壳70的一部分重叠，从而抑制电机机壳70相对于安装框架60径向移动。为了抑制或防止电机20相对于安装框架60旋转，框架可以包括一个或多个凸出部85，该一个或多个凸出部85可以容置在机壳70中的空腔或狭槽中。安装框架60在横向壁78、82之间可以包括沿轴向延伸的表面86，该表面为弓形并且在形状上与机壳70的外表面互补，并且布置成与机壳的一部分接合或紧密地重叠，从而有助于相对于安装框架60来定位和保持电机20。因此，安装框架60的电机支撑部分62可以沿轴向和径向接合电机机壳70以定位和/或保持或支撑电机。这使得电机20及其驱动轴76以及安装在驱动轴上的驱动齿轮26相对于传动系统24恰当地定位，从而使得电机20可以驱动输出端18并且在接到换档命令时产生换档。

安装框架60还可以包括传动系统固持部分64，该传动系统固持部分可以接近或邻近电机支撑部分62布置，以便帮助驱动齿轮26与传动系统24的剩余部分啮合接合。可以通过安装框架60的主壁90来界定传动系统支撑部分64。主壁90可以具有面向输出端18的第一侧92，和背对输出端18的相对的第二侧94。第一侧92和第二侧94可以大体上垂直于输出端18的轴线37并且大体上平行于电机轴线54布置。此外，主壁90可以与电机20的轴线54对准，使得如果主壁90的第一侧92和第二侧94在电机20的方向上延伸，即电机轴线54将处于延伸后的第一侧和第二侧之间。因此，电机轴线20与包括表面86的主壁90的第一侧边缘对准。

主壁90的第二侧边缘98可邻近于第一侧边缘96和驱动齿轮26。第二侧边缘98可以包括用于将齿轮中的一个或多个安装到安装框架60的一个或多个特征，包括，例如，与驱动齿轮26啮合并且由驱动齿轮26驱动的第一齿轮28。在所示实例中，安装框架60包括在主壁的第二侧边缘98中形成的一个或多个钻孔。如图6和图11中所示，设置了两个钻孔100、102，并且第一钻孔100容置销104(图6)，第一齿轮28和第二齿轮30围绕此销旋转。可以在销104与第一齿轮28之间以及在第二齿轮30与主壁90的第二边缘98之间设置合适的轴承106，以帮助齿轮28、30在较少摩擦下旋转，并且保持齿轮28、30的轴线33平行于电机轴线54和驱动齿轮26。第二钻孔102可以容置另一销110，第三齿轮32和第四齿轮34与所提供的轴承111一起围绕该销旋转。

如图所示，驱动齿轮26与位于第二齿轮30外侧的第一齿轮28对准(即，第一齿轮比第二齿轮离第二边缘98远)。第二齿轮30与第三齿轮32对准并啮合，并且第三齿轮位于第四齿轮34的外侧。因此，在此实例中，第二齿轮位于电机20和驱动轴76的轴向范围内(其中轴向范围是沿着电机轴线54所测得的长度)，并且第四齿轮34最靠近主壁90的第二边缘98。为了减小传动系统24的整体大小，第二边缘98可以包括凹部112，齿轮(例如，第四齿轮34)的至少一部分容置在凹部中，从而减小第四齿轮34与主壁90的垂直于主壁的中心线114(图10)的距离。在至少一些实施方式中，驱动齿轮26是沿轴向最外面的齿轮，并且传动系统24的其它齿轮定位成与驱动齿轮26对准，或者沿轴向处于驱动齿轮26与机壳70的第二端74或主壁90的第三侧边缘116之间。

为了相对于安装框架60固定第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮28-34，齿轮固持器118(图1至图3、图5和图6)可以耦接到安装框架。在此方面，安装框架60可以包括一个或多个耦接特征，并且齿轮固持器118可以包括相配或互补的耦接特征。所述耦接特征可以提供滑入配合、摩擦配合或以其它方式以将齿轮固持器118连接到安装框架60，而不需要单独的紧固件(比如螺杆)，但在需要时可以使用单独的紧固件。而且，在需要时，可以将齿轮固持器118结合、粘接焊接或以其它方式固定到安装框架60。在所示实例中，所述耦接特征包括：一对指状物120，该对指状物从齿轮固持器118延伸并且与安装框架60的间隔开的表面122(图9至图11)相抵地被容置；以及齿轮固持器118中的狭槽124，该狭槽容置从主壁90的第二侧边缘98的区域延伸的指状物126。齿轮固持器118可以包括与主壁90中的钻孔100、102同轴对准的开口128、130(图1和图5)，以容置用于销104、110的轴承106、111的一部分，并且这些销同样可以至少部分延伸到开口128、130中。以此方式，销104、110的一端由主壁90支撑，而另一端由齿轮固持器118支撑。因此，齿轮固持器118上覆于凹穴132(图2和图3)或空腔的一部分并且与主壁90一起界定凹穴或空腔。传动系统24的第一级和第二级在凹穴132内被支撑在主壁90与齿轮固持器118之间并且由主壁和齿轮固持器固定。

为了与第四齿轮34接合并且由第四齿轮驱动，第五齿轮36可以上覆于凹部112和主壁90的第二边缘98的一部分。第五齿轮36(和因此第六齿轮42)可以绕不与销110或第四齿轮34的旋转轴线35平行的销134旋转，从而在传动系统24中提供换向，如上文所述。在所示实施方式中，销134以及第五齿轮36和第六齿轮42的旋转轴线37垂直于第二齿轮30的旋转轴线33。为了将第五齿轮36和第六齿轮42安装在传动系统支撑部分64上，主壁90包括开口138，销134延伸穿过该开口。开口138相对于凹部112横向偏置，延伸穿过主壁90的两侧92、94，并且第三齿轮32和第四齿轮34的销110的轴线与开口138的轴线(例如，所示实施方式中的轴线37)相交。为了进一步节约空间，销134可以与界定输出端18和第九齿轮48的主体139(图6和图8)成一体。因此，销134可以在与输出端18相对的方向上沿轴向延伸，并且第五齿轮36和第六齿轮42可以与输出端18和第九齿轮48同轴，但布置在主壁90的与输出端18和第九齿轮48相对的一侧上。

为了便于第五齿轮36和第六齿轮42相对于主壁90和第四齿轮34定位，本发明提供了从主壁的侧面94沿轴向延伸的环形套环140。如图6所示，轴承142可以被容置在套环140与第五齿轮36之间，并围绕从包括第五齿轮36和第六齿轮42的主体处延伸的圆柱形空心轴144。类似的轴承146可以经主壁90的相对侧92容置在开口138内，以进一步给轴144提供轴颈支撑，以便其相对于主壁进行旋转。销134可以延伸到空心轴144和/或在界定第五齿轮和第六齿轮的主体中或穿过主体形成的开口中，并且另一轴承148可以容置在销134与轴144之间，即，其环绕销的外部并位于轴的内部，从而准许销(以及第九齿轮48和输出端18)相对于轴(以及第五齿轮36和第六齿轮42)旋转。销134的第二轴承150可以容置在第六齿轮42中的空腔152中。第二轴承150可以具有容置在销134与轴144之间的圆柱形或管状部分153，以及覆于空腔152的底部或端表面上的沿径向向外延伸的部分155。因此，销134和轴144同轴对准，但相对于彼此旋转，使得同轴对准的第六齿轮和第九齿轮相对于彼此旋转。固持器154可以在壁90的与第五齿轮36相对的一侧92上耦接到轴144，以相对于主壁固持第五齿轮36和第六齿轮42。类似地，固持器156可以在壁90的与第九齿轮48相对的一侧94上耦接到销134，以相对于主壁90固持输出端18和一体的第九齿轮48。

输出端固持器156可以是用于确定输出端18的旋转位置的旋转位置感测机构158的一部分。在此方面，图示的实施方式包括电路板162上的磁传感器160，以及固定在载架166(如下文陈述，其可以一体地包括固持器156)中的磁体164。如图6和图8所示，磁体164可以是环形，并且载架166可以具有容置磁体的环形或大体上为环形的空腔167。载架166可以包括部分地覆于空腔167上的一个或多个柔性和弹性凸出部169。在磁体164被按压到空腔167中时，磁体与凸出部169接合并且使凸出部从空腔向外折曲，并且随后在磁体处于空腔中之后，凸出部返回到未折曲位置，使得每个凸出部的一部分覆于磁体上并且将磁体保持在载架166内。

载架166耦接到销134的端部，并且相对于输出端18处于界定销134、第九齿轮48和输出端18的主体的沿轴向相对的端部处。载架166可以通过任何合适的方式耦接到销134上，使得载架和销能够共同旋转，例如通过夹子、紧固件、焊接、结合、过盈配合或以其它方式。在示出的实例中，载架166通过销134的非圆形端部171与载架166的非圆形开口173之间的卡扣配合耦接到销134，其中该销上的倒钩177可穿过载架的开口173，并且在穿过该开口之后与载架部分地重叠以使载架保持在销上。如此连接之后，载架166以及第九齿轮48和输出端18一起旋转。因此，在输出端18旋转时，载架166和磁体164相对于传感器160旋转，传感器160可以检测磁体的此类移动。输出端18的旋转位置可以与变速齿轮相关，以准确地控制变速齿轮之间的切换。当然，可以使用其它旋转位置传感器，包括，但不限于，接触型传感器(例如，电位计)和光学传感器。

除了耦接到销134之外，载架166可以容置在形成于界定第五齿轮36和第六齿轮42的主体中的凹部152内，第五齿轮36和第六齿轮42与第九齿轮48和输出端18同轴但不与第九齿轮和输出端一起旋转。载架166和磁体164可以完全容置在凹部152内，使得载架和/或磁体与第六齿轮42的外部面或凹部中的埋头孔齐平。凹部152可以面向与输出端的端部面向的方向相反的方向，并且磁体164邻近于传动系统和致动器总成的与输出端18相对的一侧定位。这使得传感器160和相关的电路和控制器能够与输出端18和变速器间隔地定位，这将在下文中陈述。此外，通过将载架166和磁体164定位在第六齿轮42内而不是第六齿轮的外侧，致动器总成10的平行于输出端轴线37的尺寸得以最小化。

如上文所述，第七齿轮44与第六齿轮42啮合并且由第六齿轮驱动。因此，第七齿轮44的轴线45相对于第六齿轮42的轴线37横向偏移。为了支撑和定位第七齿轮44，主壁90包括延伸穿过主壁的第二开口170。第二开口170可以与第一开口138横向地间隔开并且平行。第七齿轮44可以包括容置在第二开口170中并且穿过第二开口的一体销或轴172。为了使第七齿轮44与主壁90沿轴向间隔开并且使得第七齿轮与第六齿轮42横向对准并且啮合，可以至少部分地在第二开口170周围设置套环174，并可将轴承176容置在套环174与第七齿轮44之间。可以在第二开口170的相对侧容置第二轴承178，从而也为第七齿轮44的销或轴172提供轴颈支撑以进行旋转。

第八齿轮46可以耦接到轴172的端部，并且位于主壁90的与第七齿轮44相对的一侧，与相配的第九齿轮48和输出端18位于相同侧上。轴承178可以部分地容置在主壁90一侧92的凸缘或套环180之间，该凸缘或套环180将第八齿轮46与主壁90沿轴向间隔开并且使第八齿轮与第九齿轮48对准。

在示出的实施例中，第七齿轮44包括驱动特征184或者与驱动特征相关联，该驱动特征适于通过工具进行接合以准许通过耦接到第七齿轮44的工具来使传动系统旋转。驱动特征184可以延伸穿过壳体19上的开口186，具体来说，穿过壳体的盖子188上的开口(如图12所示)，使得可以在不必从壳体的基座190(图13)上移除盖子188的情况下与所述驱动特征接合。在某些情况下，例如在电机失去动力或者在电机出故障的情况下，可能希望使传动系统齿轮旋转并且使变速器换档而不使用电机20。在一个实例中，当动力丧失或者电机20出故障时变速器处于驻车状态时，可能希望将变速器换档为空档以便于牵引车辆。如果车辆在系统故障期间处于前进或者倒车状态，那么可能希望将变速器换档为驻车档以抑制车辆移动。

传动系统的这种旋转克服了电机20的旋转阻力、变速器换档机构的移动阻力以及摩擦和其它齿轮低效的问题。虽然电机的旋转阻力通常较低，例如0.1Nm，并且其它效率损耗也可能较低，但传动系统24可包括各个齿轮级之间较大的转矩增加，转矩增加会放大经由驱动特征184使电机20旋转所需的力。因此，在此实例中，驱动特征184位于第一齿轮级与最后一个齿轮级之间，使得在驱动特征处不会经历传动系统24的总转矩放大，并且转动驱动特征和第七齿轮44所需的力在合理的限度内。在至少一些实施方式中，所述力低于6Nm，使得可以使用工具(例如，螺丝刀或扳手)手动地转动驱动特征184，并且不需要电动工具。

在示出的实例中，驱动特征184是主体192的一部分，该部分包括延伸穿过第七齿轮44的轴172的销194。并且第八齿轮46耦接到销194和轴172，以使这些组件以及第七齿轮和第八齿轮44、46共同旋转。在示出的实例中，第八齿轮46包括容置在轴172的狭槽197中的凸出部195(图6和图7)，使得它们一起旋转。在其它实施方案中，驱动特征184可以一体地形成于第七齿轮44上，使得齿轮齿、轴172和驱动特征184都是同一主体和同一块材料的一部分。不再需要单独的轴和销，并且可以使用单个销，第八齿轮46可以附接到该单个销。最后，在安装了第八齿轮46之后，可以将保持夹具182安装到销194上。此夹具182使第七齿轮和第八齿轮44、46保持在安装框架60上。

因此，安装框架60可以包括多个齿轮支撑或安装特征，例如开口100、102、138、170，容置各个齿轮围绕其旋转或者在其上旋转的销。传动系统支撑部分64可以向外延伸超过齿轮，以在将齿轮组装到壳体19中时将齿轮和壳体隔开。传动系统24的第一部分可包括沿着主壁90的侧边缘98设置的齿轮，并且这些齿轮可以围绕平行于电机轴线54的一条或多条轴线旋转。传动系统24的第二部分可包括位于安装框架60的主壁90的一侧或两侧92、94附近的齿轮，并且这些齿轮可以围绕与第一部分的齿轮成不同的角度的一条或多条轴线旋转，所述角度可以是90度，如图示的实例所示。

传动系统24的第一部分可具有在垂直于旋转轴线的方向上测得的高度，该高度比电机机壳70的对应尺寸(例如，机壳的直径)大不超过15％，并且可以等于或小于电机机壳70的对应尺寸。传动系统24的第一部分的高度可以在传动系统的第二部分的高度的15％以内，包括其齿轮但不一定包括输出端18，输出端可以从第九齿轮48延伸，使得其延伸穿过壳体19上的开口198或者可以从开口198进入。在至少一些实施方式中，如图13所示，开口198可以形成于壳体基座190上，与基座190的外边缘或侧壁200间隔开。安装框架60可以具有在高度(例如，接合壳体19的盖子188和基座190)、宽度(垂直于高度、平行于电机轴线54)和深度(垂直于高度和垂直于电机轴线54)上延伸超过传动系统齿轮的部分。如图5所示，例如，电机支撑部分62的横向壁78的高度可以大于传动系统24的与横向壁78相邻的第一部分的高度。

此外，在高度方面，安装框架60可以包括电子器件支撑部分66，该电子器件支撑部分可以包括一个或多个支柱202a、b、c。支柱202悬臂式伸出至主壁90，并且延伸到与主壁90间隔开的自由端204。支柱202的高度可以大于相邻齿轮的高度，并且可以将电路板162安装到支柱202的自由端204，使得电路板覆于传动系统24和主壁90的至少一部分上，即，电路板162与框架60的传动系统支撑部分64间隔开。在示出的实例中，电路板162容置在第五齿轮和第六齿轮36、42上，并且可以与第七齿轮44的一部分重叠，但包括切口，或者以其它方式形成，以避免与从第七齿轮44沿轴向延伸的驱动特征184重叠。以此方式，电路板162容置在壳体19与主壁90之间，并且还位于壳体19与传动系统24的至少一个齿轮之间。电路板162可以替代地与第八齿轮46以及第九齿轮48的一部分重叠(不会阻挡输出端18)，或者根据需要沿着主壁90的侧边缘、沿着齿轮固持器118的外侧、沿着电机20的外部或在其它地方定位。电路板可以包括相对的第一表面和第二表面205、207(图6)，电组件安装到这些表面上，并且这些表面可以布置成大体上平行于电机轴线54并且垂直于输出端轴线37。电连接器或连接器引脚206(图2和图6)可以耦接到电路板162，并且壳体19可以包括电连接器开口208，所述电连接器延伸穿过该电连接器开口，以及/或者，壳体可以包括具有开口的电连接器209，引脚206在组装时容置在所述开口中。应认识到，有各种方式将电线或引脚从壳体19的外部传递到壳体内的电路板162。

第一支柱202a可位于靠近主壁90的侧边缘处，以将电路板162定位在靠近那个边缘，而在组装时，该边缘邻近于壳体19中的连接器或连接器开口208。第二支柱202b可以与第一支柱202a间隔地定位并且靠近主壁90和框架60的相对侧，并且一个或多个齿轮可以由主壁90承载在支柱202a、b之间，并且电路板162可以跨越支柱之间的距离。如上文关于感测输出端18的旋转位置所述，电路板162可以包括大体上与输出端18轴向对准的传感器160。横向壁78、82和/或安装框架60的其它凸缘可以延伸到与支柱202a、b、c的自由端204的高度相同或更高的高度处，并且支柱可以延伸得比电路板162高(例如，穿过电路板162中的开口210)，以支撑与电路板162以及与第一传动系统部分(例如，齿轮一至四)间隔开的壳体19。类似的壁或凸缘可以从主壁90沿相反方向延伸，以支撑与第八齿轮和第九齿轮46、48以及与第一传动系统部分间隔开的壳体19。

如本文所公开，驱动齿轮26可以是简单的齿轮，比如正齿轮。因此，包括电机和其驱动轴的组合的驱动齿轮和驱动件可以具有最小轴向长度，并且比将蜗轮用作驱动齿轮(即，由电机直接驱动的齿轮)的其它致动器总成短得多。此类总成中的蜗轮从电机驱动轴沿轴向延伸的距离大于正齿轮，并且常常是等于或长于电机自身的距离。在本文示出的将小正齿轮作为驱动齿轮26的实例中，正齿轮的轴向范围可以小于15mm或者小于电机机壳的轴向范围的25％。这可以进一步提供在轴向长度或范围上比电机机壳大25％以内的致动器总成。

除了传动系统的第一部分和第二部分之外，在至少一些实施方式中，传动系统中的所有齿轮可以位于这样的空间内，该空间比电机和驱动轴的轴向长度大15％以内，并且比电机的高度(其为电机机壳70的外径)大15％以内。因此，在至少两个维度上，致动器总成的大小不会比驱动件16自身所需的大小大多少。致动器总成的垂直于刚刚提到的高度和长度的第三或宽度尺寸可以在电机和驱动轴的长度的25％以内。因此，电机和传动系统都可以在所述尺寸参数的矩形棱柱内，该尺寸参数作为电机的长度和高度的函数。还可以在本文界定的棱柱内容置安装框架60以提供紧凑的致动器总成。

电路板162、控制器22和/或旋转传感器160也可以容置在上文界定的棱柱内，以提供包含所有特征却紧凑的致动器总成。在一些实施方式中，有利的是，包括附着或以其它方式集成到致动器总成10中的电子器件模块(例如，电路板162和相关组件和电路)，以，例如，减小部件的总数、降低复杂性，并且更准确地感测和控制电机20和输出端18的操作。然而，电子器件可能会发热和/或在位于变速器附近时会接受来自变速器的热量，并且过多的热量可能会对电子器件产生不利影响。在至少一些实施方式中，电路板162、控制器22和/或旋转传感器160定位在致动器总成10的与输出端18相对的部位上。在至少一些实施方式中，安装框架60的主壁90或另一壁在输出端18与电路板162之间延伸，其中输出端18和第九齿轮48的销134或轴延伸穿过主壁90上的开口138。同样地，除了开口198之外，壳体基座190的壁也布置在电路板162与变速器之间，与一个或多个齿轮一样。以此方式，如上文所述，磁体164可以布置成绕与输出端18相同的轴线37旋转，但通过中间销134与输出端隔开，并且因此距变速器的间隔比输出端18的外端52更远。在至少一些实施方式中，控制器或微处理器22可以远离总成10定位(即，未容纳在壳体19内)，并且根据需要通过合适的电线或无线地与所述总成通信。

此外，如上所述，蜗轮的效率一般低于其它类型的齿轮(比如正齿轮，以及以上所述的可以用于在总成中提供换向的锥齿轮、准双曲面齿轮、平面齿轮或冠状齿轮)。在致动器总成10中使用的更有效的齿轮使得能够使用功率较小的电机20，因此功率较小的电机20可以小于现有总成中使用的电机。功率较小且尺寸较小的电机20会较便宜，并且重量也较小，这有助于降低车辆重量并且减少燃料消耗。这些特征还进一步使得致动器总成10能够变得紧凑，使得致动器总成可以更容易地定位在变速器上或其它狭小空间中。此外，电机可以是有刷DC电机，并且仍然具有相对小的尺寸，并且提供驱动传动系统所需的转矩。通常，无刷电机可以比具有类似输出转矩的有刷电机小，但无刷电机更昂贵，并且需要代价更高和复杂的控制器来操作无刷电机。因此，虽然可以使用无刷电机，但在需要时，传动系统24可以布置成准许使用小的有刷电机20来降低总成的成本和复杂性。在至少一些实施方式中，电机向驱动轴76提供不大于0.5Nm的输出转矩(例如在室温下并且在12V DC输入下的标称值)，机壳和驱动轴的最大轴向长度为80mm，且机壳外径不大于50mm。在一个实例中，所使用的电机的机壳和驱动轴的轴向长度为67mm，机壳外径为30mm。

此外，蜗轮一般不可以反向驱动，并且一般是自锁定的构件，旋转处于蜗轮下游的传动系统的齿轮或其它部分(其中电机在蜗轮的上游)，无法旋转蜗轮，或者无法有效地旋转或不费力地旋转蜗轮。如上文关于驱动特征184所述，存在以下例子：可能需要在任一方向(正向和反向)上手动地旋转传动系统以致使变速器换档。例如，当对电机的供电在中断或失去时或者在电机出故障时，可能需要如此。在至少一些实施方式中，传动系统不包括蜗轮，并且在电机与输出端之间的转矩流路径中不存在蜗轮。在至少一些实施方式中，传动系统的效率在任一旋转方向上是相同的或者在其10％以内。

此外，即使使用可以反向驱动的齿轮，由于如上文所述的传动系统中的齿轮比，在电机驱动轴76或动齿轮26处连接至传动系统24以通过使用工具手动地旋转传动系统来实现手动换档需要较高的旋转次数，例如数十转或数百转，以便实现齿轮变速。替代地，如果使得连接至传动系统24以实现手动换档的连接直接去向输出端18，那么将需要非常高的转矩，例如大于10Nm，这超过了大多数人使用像螺丝刀或小扳手等手工具所可以产生的转矩范围。较大的工具可能在所需的空间内不适合，并且较大的工具和动力工具对于需要例如在紧急情形下手动地将车辆变速器换档的人来说也不容易得到。

在至少一些实施方式中，用于手动地旋转传动系统24和输出端18以使变速器换档的驱动特征184被设置在第一齿轮级与具有转矩增加的最后一个齿轮级(其还提供速度减小)之间。在至少一些实施方式中，传动系统24可以具有：第一部分，其提供减速齿轮比；第二部分，其包括用于使传动系统相对于电机20独立地旋转的驱动特征184；以及第三部分，其提供减速齿轮比，并且所述第二部分在传动系统中处于第一部分与第三部分之间。也就是说，第一部分在电机20与第二部分之间，第三部分在第二部分与输出端18之间。传动系统24的第一部分和传动系统的第三部分可以提供至少2:1的转矩增加，在一些实施方式中，第一部分和第三部分中的一个或两个提供至少4:1的转矩增加，并且在一些实施方式中，第一部分和第三部分中的一个或两个提供至少10:1的转矩增加。在至少一些实施方式中，旋转驱动特征184所需的转矩是6Nm或更小，例如在3Nm与6Nm之间。在至少一些实施方式中，使变速器在驻车档与空档之间换档所需的驱动特征184的旋转数在1/4转与1转之间，并且在一些情况下小于3/4转。

驱动特征184可以面向不同于输出端18的方向。在附图所示的实例中，驱动特征184面向与输出端18相对的方向。当致动器总成10直接安装到变速器上时，输出端18面向变速器并且耦接到变速器，因此使驱动特征184面向同一方向将需要在致动器总成10与变速器之间采用工具，这在至少一些实施方式中是不实际的。使驱动特征184相对地面向输出端是指可以从致动器总成10的与输出端18相对的一侧接入该驱动特征，并且因此，变速器一般不妨碍接入驱动特征。这还准许驱动特征184围绕与输出端轴线37平行的轴线45旋转，使得驱动特征184与输出端18之间不需要换向。在示出的其中壳体19包括盖子188和基座190的实例中，驱动特征184可以延伸穿过盖子上的开口186或者可以经由该开口供使用，并且输出端18可以延伸穿过基座190上的开口198或者可以经由该开口供使用，所述开口可以形成于壳体的与盖子188上的开口186相对的一侧。使驱动特征184垂直于输出端18或者以不与输出端轴线37平行的某一其它角度面向可能在驱动特征与输出端之间需要换向齿轮，这可能更昂贵并且效率更低(例如，在换向齿轮中可能存在更大的摩擦)。虽然在一些实施方式中不理想，但使驱动特征184面向与输出端18相同的方向或者非平行于输出端18的方向是可能的，并且在需要时可以根据本公开使用。

如图4中示意性地示出，致动器220可以耦接到驱动特征184，或者可以包括驱动特征并且可以围绕驱动特征的轴线旋转以使传动系统24旋转。致动器220可以是用于增加可用于使传动系统24旋转的转矩的组件，例如杠杆、手柄、具有较大直径的旋钮等。致动器220可以包括耦接特征222(球头螺栓、紧固件、夹具、压入配合特征等)以允许将缆线、连杆或其它力传输特征耦接到致动器220上以便于远程地驱动所述致动器。在一个非限制性实例中，可以将缆线引导到车辆乘客舱或引擎隔室(例如，位于车辆引擎盖下方)中并且将其发送端耦接到远程致动器(例如，手柄或杠杆)，该远程致动器可从乘客舱或引擎隔室内操纵，以提供可以使驱动特征184旋转而不必直接接近壳体19和致动器总成10的机构。

在示出的实例中，驱动特征184耦接到第七齿轮44和第八齿轮46，第七齿轮和第八齿轮一起旋转并且处于主壁90的彼此相对的侧上。驱动特征184在第一方向上的旋转会使第七齿轮44和第八齿轮46在该方向上旋转，并且使第九齿轮48以及与第九齿轮成一体或固定到第九齿轮的输出端18在第二方向上旋转。第八齿轮46可以包括小齿轮，该小齿轮可以呈简单的正齿轮的形式。

如本文所述，致动器总成10可以是紧凑、轻量的，并且包括许多特征。此外，致动器总成10可以比包括与总成的外部壳体成一体的传动系统安装特征的现有总成更容易组装。此类现在总成需要在一个方向上组装，即，从底部组件开始并且从底部组件向上建造。本发明的具有至少部分处于特定齿轮之间的安装框架60的致动器总成10使得能够在两个或更多个方向上进行组装，包括从主壁90的相对侧以及围绕主壁的侧边缘(例如，98)进行组装。此外，可以仅使用数个固持器(即，齿轮固持器118以及夹具固持器154、182)将多个齿轮级相对于安装框架60保持在适当位置。

虽然本文公开的本发明的形式构成目前优选的实施例，但许多其它实施例也是可能的。本文并不打算提及本发明的所有可能的等效形式或衍生形式。举例来说，虽然示出了传动系统24的一个实例，但可以使用其它实例，例如(非限制)包括连杆、齿轮、其组合或其它驱动件的行星齿轮组或传动系统。应理解，本文使用的术语仅仅是描述性的而非限制性的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下可以做出各种变化。

Claims (18)

1.一种用于在车辆变速器中产生变速的换档致动器总成，包括：

电操作驱动件，所述电操作驱动件具有机壳和围绕轴线旋转的驱动轴；

传动系统，所述传动系统由所述驱动件驱动并且具有多个齿轮，所述多个齿轮布置在多个级中以提供转矩增加；以及

输出端，所述输出端由所述传动系统驱动以进行旋转，从而使所述车辆变速器中的齿轮变速，其中，所述传动系统和驱动件容置在一空间内，所述空间的长度比所述驱动件的轴向长度大15％以内，并且所述空间的高度比所述驱动件的高度大15％以内，其中，所述驱动件的所述高度在垂直于所述长度的方向上测得。

2.根据权利要求1所述的总成，其中，所述传动系统容置在等于或小于所述驱动件的轴向长度和高度的空间内，使得所述传动系统在长度方向和高度方向上与所述驱动件重叠。

3.根据权利要求1所述的总成，其中，所述传动系统容置在比所述驱动件的宽度大25％以内的空间内，其中，所述宽度垂直于所述长度和所述高度。

4.根据权利要求1所述的总成，其还包括安装框架，所述安装框架支撑所述传动系统的至少一部分和所述驱动件的至少一部分，并且其中，所述安装框架容置在所述空间内。

5.根据权利要求4所述的总成，其还包括安装到所述安装框架的电路板，并且其中，所述电路板容置在所述空间内。

6.根据权利要求1所述的总成，其还包括电路板，并且其中，所述电路板容置在所述空间内。

7.根据权利要求6所述的总成，其中，至少一个齿轮容置在所述电路板与所述输出端的外端之间。

8.根据权利要求4所述的总成，其中，所述安装框架包括具有相对的侧的壁，并且所述输出端的外端位于所述壁的一侧上，并且所述电路板位于所述壁的另一侧上。

9.根据权利要求1所述的总成，其中，所述驱动件包括使所述驱动轴围绕所述轴线旋转的有刷电机。

10.根据权利要求1所述的总成，其中，所述输出端的外端位于所述空间之外。

11.根据权利要求1所述的总成，其还包括驱动特征，所述驱动特征耦接到齿轮以使所述齿轮和传动系统旋转而不需要致动所述驱动件，并且其中，所述驱动特征的至少一部分位于所述空间之外。

12.根据权利要求4所述的总成，其中，所述安装框架包括壁，并且所述传动系统的至少一个齿轮位于所述壁的一侧附近，并且所述传动系统的至少一个其它齿轮位于所述壁的相对侧附近。

13.一种用于在车辆变速器中产生变速的换档致动器总成，包括：

电动机，所述电动机包括机壳和至少部分地从所述机壳延伸的驱动轴，并且所述电机和驱动轴的至少部分围绕轴线旋转；

传动系统，所述传动系统由所述电机驱动并且具有多个齿轮，所述多个齿轮布置在多个级中以提供转矩增加；以及

输出端，所述输出端由所述传动系统驱动以进行旋转，从而使所述车辆变速器中的齿轮变速，其中，所述传动系统和所述电机容置在一空间内，所述空间的长度比所述机壳和驱动轴的轴向长度大15％以内，并且所述空间的高度比所述机壳的高度大15％以内，其中，所述驱动件的所述高度在垂直于所述轴向长度的方向上测得。

14.根据权利要求13所述的总成，其中，所述传动系统包括传动齿轮，所述传动齿轮耦接到所述驱动轴以便与所述驱动轴一起旋转，并且其中，所述传动系统的其它齿轮定位成与所述传动齿轮对准或者定位在所述传动齿轮的轴向内侧，其中，轴向内侧是平行于电机轴线并且从所述传动齿轮朝向所述电机延伸的方向。

15.根据权利要求13所述的总成，其中，所述传动系统容置在等于或小于所述机壳和驱动轴的所述轴向长度和所述高度的空间内，使得所述传动系统在长度方向和高度方向上与所述机壳和驱动轴重叠。

16.根据权利要求13所述的总成，其还包括：安装框架，所述安装框架支撑所述传动系统的至少一部分和所述驱动件的至少一部分；以及电路板，所述电路板安装到所述安装框架，并且其中，所述安装框架和电路板容置在所述空间内。

17.根据权利要求13所述的总成，其中，所述电机是有刷电机，并且所述传动系统提供是由所述电机输出的转矩的至少150倍的转矩增加。

18.根据权利要求17所述的总成，其中，所述电机的转矩输出不大于0.5Nm。