CN110792833A - 用于汽车应用的灵活性的、线性的、电动致动器 - Google Patents

用于汽车应用的灵活性的、线性的、电动致动器 Download PDF

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S·穆索莱希
F·佩佐塔
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Abstract

用于汽车应用的致动器(4)，所述致动器(4)包括：‑主体(8)，所述主体(8)容纳马达装置(12)、传动装置(16)、控制轴(20)，控制轴(20)通过所述传动装置(16)运动地连接到所述电马达装置(12)；‑其中控制轴(20)从连接到传动装置(16)的第一传动端(24)延伸到可操作地连接到用户装置的第二操作端(28)。控制轴(20)受控以便通过所述传动装置(16)沿轴向方向(Y‑Y)进行往复线性运动，传动装置(16)将沿马达装置(12)的驱动轴线(X‑X)的旋转运动转换成控制轴(20)沿所述轴向方向(Y‑Y)的平移运动；马达装置(12)和控制轴(20)定向成使得驱动轴线(X‑X)和轴向方向(Y‑Y)垂直或平行并且从彼此间隔开。

Description

用于汽车应用的灵活性的、线性的、电动致动器
技术领域
本发明涉及一种线性电动致动器，特别是用于汽车应用，诸如蝶形阀、用于压缩机或涡轮增压器组的节流阀、废气再循环(EGR)阀、以及自动或电致动的换档选择器、空气动力学附件处理装置等。
背景技术
如已知的那样，致动器用于马达应用中以控制和阻塞将被供给发动机的流，诸如在节流阀体的情况下所述流通常是燃料和/或氧化剂的混合物，以及诸如在EGR阀或压缩机或涡轮增压器组、自动或电致动的换档选择器、空气动力学附件处理装置等的情况下所述流是燃烧气体的混合物。
在上述所有应用中，为了确保放置在致动器下游的系统/设备的正确操作，致动器驱动运动学必须非常精确、可靠和可控。此外，汽车领域的制造商越来越多地要求严格限制部件的尺寸，显然具有与传统致动器系统相同的可靠性。
此外，越来越需要致动器的多功能性，因为取决于具体应用，可能需要在驱动行程方面的变化和/或定制，在驱动行程方面的变化和/或定制可以在绝对值和行驶方向上变化，即使以不对称的方式，即通过在从最大返回行程的位移方面设想到不同的最大向外行程。
显然，市场需要能够满足这些需求的技术解决方案，同时保持极低的成本。
已知的解决方案不能保证上述指定/需求。
发明内容
因此，需要解决参考现有技术提到的缺点和限制。
因此，需要提供一种致动器，该致动器可靠且经济、通用、适应于用户的特定需求并且还具有减小的尺寸。
根据权利要求1的致动器满足这种需求。
附图说明
从下面给出的优选和非限制性实施例的描述可以更清楚地理解本发明的其它特征和优点，其中：
-图1示出根据本发明一个实施例的致动器的立体图；
-图2以不同的角度示出图1中致动器的立体图；
-图3以局部透明的方式示出图2中致动器的立体图，以允许观察内部部件；
-图4示出图2中致动器的横截面立体图；
-图5示出图2中致动器的二维横截面视图；
-图6-图7示出根据本发明的两个可能实施例变型的致动器的立体图；
-图8-图9示出图7中致动器的处于两个相应的端部止动构型中的立体图；
-图10-图11以局部横截面图示出根据本发明的致动器处于两个端部止动构型中的立体图；
-图12示出根据本发明另一可能实施例的致动器的局部立体剖视图。
将使用相同的附图标记来标示与下面描述的实施例共同的元件或元件的部分。
具体实施方式
参考前述附图，附图标记4总体上表示根据本发明的用于汽车应用的致动器的示意性整体视图。
如上所述，这可以是适合于供应燃料和/或氧化剂的混合物(诸如汽油、柴油、LPG、甲烷、氢气)的致动器，适合于安装在内燃发动机、燃料电池等上；它也可以是下述的致动器，诸如废气再循环阀(EGR)、用于压缩机或涡轮增压器组的节流阀、以及甚至是自动或电致动的换档选择器、空气动力学附件处理装置等。
出于本发明的目的，应以解释性和非穷举性的方式考虑上述申请。
致动器4包括主体8，主体8容纳马达装置12、传动装置16、控制轴20，控制轴20通过所述传动装置16运动地连接到所述马达装置12。
马达装置12通常包括直流电动马达(DC electric motor)，其提供致动器4的操作所需的驱动扭矩。
显然，也可以使用交流电动马达(AC electric motor)。
控制轴20从连接到传动装置16的第一传动端24延伸到可操作地连接到蝶形阀或致动器装置的第二操作端28。
特别地，第一传动端24连接到传动装置16，使得马达装置12的驱动扭矩可以通过传动装置16接收。
根据设想到的特定应用，驱动轴20的第二操作端28适于直接或经由另外的滑轮或运动机构而连接到任何致动器装置。
优选地，控制轴20由主体8直接支撑。优选地，控制轴20的所有支撑件和/或轴承布置在同一主体8上。这种布置确保支撑件的更大刚性并且还易于组装/拆卸部件。
根据可能的实施例，控制轴20包括彼此一体制成的两个支座，例如通过焊接，例如通过摩擦，或通过卷边和类似的机械连接手段。这种差别化的目的是使用两种不同材料的模具或零件，它们可以最佳地发挥不同的功能；例如，第一支座可以由较软的钢制成，例如以与滚珠轴承传动机构的滚珠接合，而第二支座可以用于承受相当大的热和机械应力，例如因为它由热和腐蚀性的废气所覆盖。
控制轴20受控以便通过传动装置16沿轴向方向Y-Y进行往复线性运动，传动装置16将沿马达装置12的驱动轴线X-X的旋转运动转换成控制轴20沿所述轴向方向Y-Y的平移运动。
因此，马达装置12围绕驱动轴线X-X的旋转运动被转换成控制轴20沿轴向方向Y-Y的平移运动。
马达装置12和控制轴20定向成使得驱动轴线X-X和轴向方向Y-Y垂直或平行并且从彼此间隔开。
换言之，可以设想到马达装置12基本上垂直于轴向方向Y-Y：在这种垂直构型中，驱动轴线X-X和轴向方向Y-Y不需要必须是彼此相交的(incidental)，而是也可以相应地成一定角度。
在平行构型中，其中轴向方向Y-Y和驱动轴线X-X彼此平行，这些轴线/方向不必替代地重合，即彼此同轴，但必须平行且相互间隔开。
根据可能的实施例，传动装置16包括螺钉-螺母型联接器32，其中螺母36通过马达装置12旋转运动，并且螺钉40与第一传动端24一体制成或应用于第一传动端24，以便能够使控制轴20相对于螺母36运动。
优选地，螺钉-螺母型联接器32是可逆型的。此外，所述螺钉-螺母旋拧联接器设置有至少一个弹性装置92，以便有助于克服摩擦，例如即使在没有滚珠轴承螺钉的情况下也是如此。该系统还可以提供多个弹簧92例如轴向和/或扭转类型的使用，以便于易于克服所述摩擦。优选地，所述至少一个弹簧92布置在出口级，即靠近第二操作端28。
根据一个实施例，螺母36由轴承44支撑，轴承44优选为双效轴承，其为平行于所述轴向方向Y-Y的轴向载荷以及垂直于轴向方向Y-Y并且相交到其上的径向载荷提供支撑。
例如，可以使用滚珠或滚柱轴承。也可以使用滑块或类似物。
螺母36可以集成在轴承44的环中。
换言之，提供一种实施例，其中轴承44的内环构成相同的螺母。根据可能的实施例，所述轴承44的回转环或外环通过过盈(interference)安装在主体8上和/或共同模制在主体8上。
根据另一可能的实施例，螺母36直接处于运动中而没有被插入到的部件，所述部件诸如轴承或衬套。
所述轴承44在轴向方向Y-Y上被约束，例如借助于与马达成一体并且用螺钉固定到主体8的支撑凸缘。
主体8构造成提供座48，所述座48适于在控制轴20在主体8内的缩回运动中至少部分地容纳控制轴20的第一传动端24。
例如，所述座48至少部分地在由马达装置12驱动的传动装置16的齿轮或滑轮52内获得。
以这种方式，由于在所述控制轴和所述齿轮或滑轮52之间的同轴关系，控制轴20可以在两个方向上沿轴向方向Y-Y轴向滑动，特别是也可以在主体8内部的缩回或插入方向上滑动。
如上所述，控制轴20由轴承44引导，轴承44优选地但不一定在第一传动端24的一侧具有双重功效。
根据一个实施例，控制轴20的运动也在第二操作端28的一侧被引导，例如通过插入相对于所述轴反向成形的衬套56，或者直接通过优选地由低摩擦材料制成的主体8。
以这种方式，获得对控制轴20的更精确的引导，并且还可以将分配给放置在第一传动端24的一侧的轴承44的轴向载荷支撑与分配给衬套56的径向载荷支撑区分开，以便对控制轴20的运动进行整体更精确的引导。
特别地，更高的精度是由于所述支撑件44,56沿轴向方向Y-Y的距离。
控制轴20优选地设置有防旋转装置60，防旋转装置60防止控制轴20围绕所述轴向方向Y-Y旋转。事实上，在没有所述防旋转装置60的情况下，由于螺钉/螺母联接器32，控制轴将倾向于旋转以及相对于轴向方向Y-Y平移。
防旋转装置60可以是各种类型的。
例如，防旋转装置60可包括插栓64，插栓64与在控制轴20上形成的凹槽68间隙联接。
所述凹槽68的尺寸设计成构成控制轴20的最大驱动行程，即所述凹槽68的用作机械端部止动件的相对轴向端70,72之间的距离。
防旋转装置60还可以包括控制轴20的非轴向对称部分，所述非轴向对称部分例如具有半月形几何形状，与相应的反向成形止动件相关联，相对于控制轴20固定。
根据可能的实施例(图6)，防旋转装置60包括具有一对在直径上彼此相对的方形切割表面61的环。
根据另一可能的实施例，防旋转装置60包括六角螺母62。
限制控制轴20的抽出和缩回中的最大行程的端部止动件可以通过在相对于控制轴20固定的部分上制备的机械止动件来获得。
控制轴的端部止动的状态在图8-图9和图10-图11中示出。
应当注意的是，取决于用户的特定需求，最大抽出和缩回行程不一定必须相同，而是甚至可以是不对称的。
为了控制控制轴20的操作，致动器4可包括控制轴20的轴向位置传感器76。
例如，所述轴向位置传感器76可以与主体8的盖子80相关联，以便轴向面对控制轴20的第一传动端24。
以这种方式，轴向位置传感器76测量控制轴20的实际轴向位置，并且因此测量由其驱动的相应装置的操作状态，并且不进行估计，例如通过将传感器安装在马达装置12上或传动装置16上获得的那样。
此外，由于线性传感器位于输出轴上，因此在运动故障的情况下，可以根据汽车安全规定读取轴的正确位置。
优选地，轴向位置传感器76与主体8的盖子80共同模制。
盖子80易于移除，以允许快速访问传动装置16以进行维护或更换，还可根据用户的要求进行定制。盖子80可以容纳或至少部分地集成传动装置16。
在与所述盖子80相对的一侧上与主体8相关联的是滑动垫圈84，其影响控制轴20的第二操作端28。
特别地，所述滑动垫圈84在第二操作端28上滑动，以防止灰尘进入主体8内。
滑动垫圈84优选地设置有保持环88，保持环88通常为金属，以固定其在主体8上的位置。
如从描述中可以意识到的那样，根据本发明的致动器使得克服现有技术的缺点成为可能。
事实上，所讨论的线性致动器解决了紧凑性的问题，因为尺寸沿着三个轴减小并且同时它允许轴向行程的高度灵活性，因为可以通过定制一些子部件，即控制轴、传动装置和主体的盖子来改变最大行程。
取决于用户的需求，还可以具有对称或不对称行程分布的双输出。
致动器确保低可逆性以在静态和动态条件下具有更好的可控性，并且还可以在最终的轴上配备有位置传感器。
通过改变螺距来进一步增加本解决方案的灵活性，这允许控制轴上的多个速度/力变化。
此外，仅改变子盖和控制轴产生单输出或双重功效、伺服或开关解决方案。
该解决方案也易于缩放。
轴向位置传感器允许直接计算而不是间接测量控制轴的实际轴向位置；这样的方式可以非常精确地控制被致动的装置。
用于控制轴的两个支撑件的存在使得致动器非常坚固耐用并且抵抗峰值负载和振动(在该布局中更是如此，因为它们位于同一主体上；因此可以确保极其精确的相对定位)。
总地来说，根据本发明的致动器显现出具有紧凑的尺寸、高精度和可靠性，同时保持非常低的实现成本。
此外，根据最终用户的特定要求/需求，可以容易地定制致动器。
本领域内的技术人员可以对上述致动器进行多种修改和变型，以满足可能的和特定的要求，同时保持在由以下所附权利要求限定的本发明的保护范围内。

Claims (21)

1.用于汽车应用的致动器(4)，所述致动器(4)包括：
-主体(8)，所述主体(8)容纳马达装置(12)、传动装置(16)、控制轴(20)，控制轴(20)通过所述传动装置(16)运动地连接到所述电马达装置(12)；
-其中控制轴(20)从连接到传动装置(16)的第一传动端(24)延伸到可操作地连接到用户装置的第二操作端(28)；
-其中控制轴(20)受控以通过所述传动装置(16)沿轴向方向(Y-Y)进行往复线性运动，传动装置(16)将沿马达装置(12)的驱动轴线(X-X)的旋转运动转换成控制轴(20)沿所述轴向方向(Y-Y)的平移运动；
-其中马达装置(12)和控制轴(20)定向成使得驱动轴线(X-X)和轴向方向(Y-Y)垂直或平行并且彼此间隔开。
2.根据权利要求1所述的致动器(4)，其特征在于所述传动装置(16)包括螺母-螺钉型联接器(32)，其中所述螺母(36)通过马达装置(12)旋转运动，并且螺钉(40)制成第一传动端(24)或应用于第一传动端(24)，以便能够使控制轴(20)相对于螺母(36)运动。
3.根据权利要求2所述的致动器(4)，其特征在于所述螺母(36)由双效轴承(44)支撑，轴承(44)为平行于所述轴向方向(Y-Y)的轴向载荷以及垂直于轴向方向(Y-Y)并且相交到轴向方向(Y-Y)上的径向载荷提供支撑。
4.根据权利要求3所述的致动器(4)，其特征在于所述螺母(36)集成在轴承(44)的环中。
5.根据权利要求3或4所述的致动器(4)，其特征在于所述轴承(44)的内环构成相同的螺母。
6.据权利要求3至5中任一项所述的致动器(4)，其特征在于所述轴承(44)至少部分地通过过盈安装在主体(8)上和/或共同模制在主体(8)上。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的致动器(4)，其特征在于所述轴承(44)的回转环或外环通过过盈安装在所述主体(8)上和/或共同模制在所述主体(8)上。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的致动器(4)，其特征在于所述螺钉-螺母型联接器(32)是可逆类型的。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的致动器(4)，其特征在于所述螺钉-螺母型联接器(32)设置有至少一个弹性装置(92)，以克服螺钉(40)和螺母螺纹(36)之间的摩擦。
10.根据权利要求9所述的致动器(4)，其特征在于所述至少一个弹性装置(92)布置在第二操作端(28)处。
11.根据前述权利要求中任一项所述的致动器(4)，其特征在于所述主体(8)配置成提供座(48)，所述座(48)适于在控制轴(20)在主体(8)内的缩回运动中至少部分地容纳控制轴(20)的第一传动端(24)。
12.根据权利要求11所述的致动器(4)，其特征在于所述座(48)至少部分地在由马达装置(12)驱动的传动装置(16)的齿轮或滑轮(52)内获得。
13.根据前述权利要求中任一项所述的致动器(4)，其特征在于所述控制轴(20)在所述第二操作端(28)的一侧由与所述控制轴(20)反向成形的衬套(56)支撑。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的致动器(4)，其特征在于所述控制轴(20)由主体(8)直接支撑。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的致动器(4)，其特征在于所述控制轴(20)的所有支撑件和/或轴承布置在同一主体(8)上。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的致动器(4)，其特征在于所述控制轴(20)包括两个彼此一体形成的支座，例如通过焊接、或通过卷边和类似的机械连接手段形成。
17.根据前述权利要求中任一项所述的致动器(4)，其特征在于所述控制轴(20)配备有防旋转装置(60)，所述防旋转装置(60)防止控制轴(20)围绕所述轴向方向(Y-Y)旋转。
18.根据权利要求17所述的致动器(4)，其特征在于所述防旋转装置(60)包括插栓(64)，所述插栓(64)与在控制轴(20)上形成的凹槽(68)间隙联接。
19.根据权利要求18所述的致动器(4)，其特征在于所述凹槽(68)的尺寸设计成构成所述控制轴(20)的最大驱动行程，即所述凹槽(68)的相对轴向端(70,72)之间的距离。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的致动器(4)，其特征在于所述防旋转装置(60)包括所述驱动轴(20)的一部分，所述驱动轴(20)的一部分具有与反向成形止动件相关联的非轴向对称几何形状，相对于控制轴(20)固定。
21.根据前述权利要求中任一项所述的致动器(4)，其特征在于具有控制轴(20)的轴向位置传感器(76)，其中所述轴向位置传感器(76)与主体(8)的在轴向上面对控制轴(20)的第一传动端(24)的盖子(80)相关联。
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