CN111828618B - 旋转致动器 - Google Patents

Abstract

旋转致动器(10)用于车辆的线控换挡系统(11)。致动器包括马达(30)、控制器(16)、上壳体(61)、下壳体(62)、壳体紧固构件(111)和板固定构件(112)。控制器(16)控制马达(30)。上壳体(61)由树脂制成并且容纳控制器(16)。下壳体(62)与上壳体(61)一起容纳马达(30)。壳体紧固构件(111)由金属制成，并且将上壳体(61)和下壳体(62)彼此紧固。板固定构件(112)将控制器(16)的板(71)固定到壳体固定构件(111)。

Description

旋转致动器

技术领域

本发明涉及一种旋转致动器。

背景技术

常规地，已知一种机电一体化旋转致动器，在该致动器中，具有马达的操作单元和用于控制马达的控制器一体形成。例如，在JP 2009-141992 A1(专利文献1)中，控制单元的板被容纳在容纳马达的一个壳体(以下称为上壳体)中。该板被拧到金属上壳体。

发明内容

在专利文献1中，由于上壳体由金属制成，其担心在于旋转致动器的质量会增加。大质量将导致车辆燃料效率降低和抗振性降低。此外，由于这种金属上壳体的耐腐蚀性较差，因此担心在于由于上壳体与其它壳体部件之间的密封面发生腐蚀而不能确保壳体的密封性。

鉴于上述情况而提供了本发明，并且本发明的目的在于提供一种旋转致动器，其具有减小的重量和改善的壳体密封性能。

本发明的一个方面是一种用于车辆的线控换挡系统的旋转致动器。该致动器包括马达、控制器、上壳体、下壳体，壳体紧固构件和板固定构件。控制器控制马达。上壳体由树脂制成并容纳控制器。下壳体与上壳体一起容纳马达。

通过使用树脂制成的上壳体，可以使壳体更轻并且提高了耐腐蚀性。结果，可以减轻旋转致动器的重量，并且可以确保壳体的密封性。

为了确保控制器的抗振性，需要将控制器的板固定到该金属部分。因此，例如，插入螺母可以与上壳体一体地形成，并且板可以被固定到插入螺母。然而，存在的担心是由于插入螺母的存在而可能增加上壳体的尺寸，并且，结果可能会增加旋转致动器的尺寸。

在一方面，壳体紧固构件由金属制成并且将上壳体和下壳体彼此紧固。板固定构件将控制器的板固定到壳体紧固构件。

通过这种方式使用金属壳体紧固构件固定板，则不必在上壳体中提供插入螺母，同时可以确保控制器的抗振性。这可以防止旋转致动器的物理尺寸增大。另外，通过使壳体紧固构件具有与用于固定板的插入螺母相同的功能，则不需要使用插入螺母，因此能够减少零件数量。

通过如上所述减小旋转致动器的重量和尺寸，可以提高旋转致动器的安装性和抗振性。

附图说明

图1是示出应用根据第一实施例的旋转致动器的线控换挡系统的示意图。

图2是示出图1的换挡挡位切换机构的图。

图3是根据第一实施例的旋转致动器的剖视图。

图4是图3的旋转致动器沿方向IV观看的视图。

图5是图4的旋转致动器沿V-V线截取的截面图。

图6是旋转致动器沿图4所示的VI-VI线截取的截面图。

图7是示出图6的外部连接端子、一次成型体和屏蔽构件的视图。

图8是图7的外部连接端子、一次成型体和屏蔽构件沿方向VIII观看的视图。

图9是图3的IX部分的放大图。

图10是图3的汇流条沿X方向观看的视图。

图11是图10的一个马达端子的放大图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述旋转致动器(在下文中，致动器)的多个实施例。在这些实施例中，基本上相同的部件由相同的附图标记表示，并且省略其描述。

[第一实施例]

在该实施例中，致动器用作车辆用的线控换挡系统的驱动器。

(线控换挡系统)

将参考图1和图2描述线控换挡系统的结构。如图1所示，线控换挡系统11包括换挡操作装置13和致动器10，换挡操作装置13输出指令(即，命令信号)为变速器12指定换挡挡位，致动器10操作变速器12的换挡挡位切换机构14。致动器10包括：具有马达30的操作单元15、和控制器16，控制器16响应于换挡挡位指令信号来控制马达30。

如图2所示，换挡挡位切换机构14包括挡位切换阀20、制动弹簧21和制动杆22、驻车杆24和手动轴26。挡位切换阀20控制变速器12中的液压操作机构的液压供给(见图1)。制动弹簧21和制动杆22构造成用于保持换挡挡位。驻车杆25构造成当换挡挡位切换到驻车挡时通过将驻车杆24装配到变速器12的输出轴的驻车齿轮23中来防止输出轴旋转。手动轴26与制动杆22一起旋转。

换挡挡位切换机构14使制动杆22与手动轴26一起旋转，以使与制动杆22连接的挡位切换阀20的阀体27和驻车杆25移动到与目标换挡挡位相对应的位置。在线控换挡系统11中，致动器10连接至手动轴26，以电动地执行换挡挡位改变。

(致动器)

接下来，将描述致动器10的结构。如图3所示，致动器10是机电一体化致动器，其在外壳19中具有操作单元15和控制器16。

外壳19包括板盖67和壳体60，壳体60包括筒形的上壳体61和杯状的下壳体62。在上壳体61的一端63和另一端64之间形成有间隔件65。控制器16容纳在一端63的内侧。控制器16被设置在一端63的开口处的板盖67覆盖，从而确保对控制基板71的屏蔽。下壳体62被附接到另一端部64。此外，下壳体62具有向着与上壳体61相反一侧突出的筒状突出部69。手动轴26插入该筒状突出部69中。

操作单元15包括作为驱动力发生器的马达30、与马达30平行设置的输出轴40以及减速机构50，该减速机构50减小马达30的转速并将该旋转传递至输出轴40。操作单元15容纳在壳体60中。

马达30包括：定子31，其压配合并固定至另一端64处的板壳68；设置在定子31内侧的转子32；以及与转子32一起绕旋转轴线AX1旋转的马达轴33。马达轴33由设置在板壳68内的轴承34和设置在下壳体部62中的轴承35两者可旋转地支撑。此外，马达轴33在转子32靠近下壳体部62的一侧位置处具有与旋转轴线AX1偏心的偏心部36。马达30能够通过由控制器16控制供应给线圈38的电流来双向旋转，并且还能够在期望的旋转位置处停止。塞子39附接到板盖67的通孔。如果发生故障，则在拆下塞子39之后，可以手动地强制旋转马达轴33。

减速机构50具有：第一减速部17，其包括齿圈51和太阳齿轮52；以及第二减速部18，其包括作为平行轴型齿轮的驱动齿轮53和从动齿轮54。齿圈51与旋转轴线AX1同轴地设置。太阳齿轮52由装配在偏心部36中的轴承55绕偏心轴线AX2可旋转地支撑。太阳齿轮52与齿圈51啮合并紧密地装配在齿圈51内侧。当马达轴33旋转时，太阳齿轮52进行行星运动，其中太阳齿轮52绕旋转轴线AX1公转并绕偏心轴线AX2自转。此时，太阳齿轮52的转速相对于马达轴33的转速降低。太阳齿轮52具有用于传递旋转运动的孔56。

驱动齿轮53设置在旋转轴线AX1上，并通过装配在马达轴33上的轴承57绕旋转轴线AX1可旋转地支撑。此外，驱动齿轮53具有插入到孔56中的用于传递旋转运动的突起58。太阳齿轮52的旋转运动通过孔56和突起58之间的接合而传递到驱动齿轮53。孔56和突起58构成传动机构59。从动齿轮54设置在与旋转轴线AX1平行并且与筒状突出部69同轴的旋转轴线AX3上。从动齿轮54与驱动齿轮53啮合以外接驱动齿轮53。当驱动齿轮53绕旋转轴线AX1旋转时，从动齿轮54绕旋转轴线AX3旋转。此时，从动齿轮54的转速相对于驱动齿轮53的转速降低。

输出轴40具有筒形状，并且与旋转轴线AX3同轴设置。间隔件65具有与旋转轴线AX3同轴的支撑通孔66。输出轴40通过装配在支撑通孔66中的第一凸缘衬套46和装配在筒状突出部69内侧的第二凸缘衬套47绕旋转轴线AX3可旋转地支撑。从动齿轮54是与输出轴40分离的单独部件，其装配到输出轴40外侧，并且与输出轴40连接以传递旋转运动。手动轴26插入到输出轴40中，并且通过例如花键配合而连接到输出轴40以传递旋转运动。

输出轴40的一端41由第一凸缘衬套46可旋转地支撑。输出轴40的另一端42由第二凸缘衬套47可旋转地支撑。从动齿轮54通过被夹紧在第一凸缘衬套46的第一凸缘部48和第二凸缘衬套47的第二凸缘部49之间而在轴向上被支撑。在另一个实施例中，从动齿轮54可通过被夹紧在一对支撑部例如壳体60和另一个板之间而在轴向上被支撑。

控制器16包括用于控制马达30的多个电子部件、在其上实施电子部件的控制板71、在控制板71上实施的输出轴位置检测传感器72以及在控制板71上实施的马达位置检测传感器73。

多个电子部件包括微处理器81、MOSFET 82、电容器83、二极管84、ASIC 85、电感器86、电阻器87、电容器芯片88等。

输出轴位置检测传感器72设置在控制板71上与磁体43面对的位置。磁体43固定到附接于输出轴40的保持件44。输出轴位置检测传感器72通过检测磁体43产生的磁通量来检测输出轴40和与输出轴40一起旋转的手动轴26的旋转位置。

马达位置检测传感器73设置在控制板71上与磁体45面对的位置。磁体45固定到附接于马达轴33的保持件37。马达位置检测传感器73通过检测磁体45产生的磁通量来检测马达轴33和转子32的旋转位置。

(板固定结构)

接下来，将描述控制板71的固定结构以及马达30与外部构件(未示出)之间的电连接结构。在下面的描述中，将马达30的径向简称为“径向”，将马达30的轴向简称为“轴向”，将马达30的周向简称为“周向”。

如图3至图6所示，上壳体61由树脂制成，并且具有板壳68、多个外部连接端子92、和一次成型体93，它们均通过插入成型而被嵌入。

上壳体61是树脂成型体，其一体地设置有容纳马达30的容纳部94和用于外部连接的连接器95。容纳部94包括一端63、另一端64和间隔件65。当将控制器16连接至外部构件时，连接器95可拆卸地连接至外部构件的外部连接器(未示出)。

如图6所示，外部连接端子92中的每一个将控制器16电连接至外部构件。外部连接端子92被连接至外部构件的外部连接器的端子，从而控制器16电连接至外部构件。外部连接端子92被设置为允许在控制器16和外部构件之间进行电力供应和信号传输。一次成型体93一体地保持多个外部连接端子92。

如图5所示，致动器10包括作为金属壳体紧固构件的螺栓111和作为板固定构件的螺钉112。螺栓111紧固上壳体61和下壳体62，并且螺钉112将控制板71固定到螺栓111。

下壳体62由树脂制成，并且插入螺母113与下壳体62一起插入成型。密封构件114被施加到上壳体61和下壳体62之间的接触表面。通过与上壳体61插入成型而形成套环115。螺栓111具有头部116和螺杆部117。头部116位于轴环115上，螺杆部117从头部116穿过轴环115延伸到插入螺母113，并与插入螺母113啮合。内螺纹118形成在头部116的内部。螺钉112与内螺纹118啮合，并将控制板71夹持在螺钉112和头部116之间。螺钉112插入内螺纹118所沿的方向与螺栓111插入上壳体61所沿的方向相同。控制板71被刚性固定到金属制的头部116。

如图6所示，每个外部连接端子92具有弯曲部98，该弯曲部98被构造用于减小由于温度变形或振动而产生的并且被施加到控制板71和外部连接端子92之间的连接部的应力。具体地，每个外部连接端子92包括沿板延伸方向突出到控制板71的安装空间96中的基部97，从基部97朝向控制板71弯曲的弯曲部98，以及从弯曲部98延伸至控制板71的前端部99。

这里，将讨论比较例，其中连接器被设置为与上壳体分开的部件。在比较例中，存在如下担心：相对于在安装/拆卸连接器时产生的负载或在振动期间线束的重量，连接器强度不足。另外，有必要在彼此单独成型的连接器和上壳体之间施加密封剂。由于连接器需要装配到上壳体中并且从上侧和下侧都被夹紧，因此可能难以施加密封剂，结果，不能在连接器和上壳体之间获得足够的密封。

相反，在第一实施例中，通过将连接器95与容纳部94通过树脂成型一体地形成，与上述连接器作为单独部件附接到壳体60的比较例相比，容易确保连接器95的连接力。此外，由于在连接器95和容纳部94之间没有形成间隙，因此不需要在它们之间施加密封。因此，可以确保连接器95的足够的连接力和对壳体60的密封。

为了使每个外部连接端子92的应力释放结构起作用，即使当通过树脂成型将连接器95与容纳部94一体形成时，也需要防止弯曲部98被掩埋在树脂中。即，当上壳体61成型时，需要切割树脂来防止树脂到达弯曲部98。

在第一实施例中，如图6至图8所示，上壳体61还包括屏蔽构件101。屏蔽构件101设置在树脂成型体91与基部以及弯曲部97和98之间以在上壳体61与基部以及弯曲部97和98之间具有应力释放空间102。屏蔽构件101包括：后壁103，其设置在基部97和弯曲部98与控制板71相反的一侧；以及周向壁104，其设置成围绕基部97和弯曲部98。

当上壳体61被二次成型时，屏蔽构件101在被装配到一次成型体93的同时被安装在二次成型模具中。然后，屏蔽构件101切割树脂，使得注入到二次成型模具中的熔融树脂(没有)到达弯曲部98。在第一实施例中，周向壁104设置成比间隔件65更向控制板71突出，并且因此可以可靠地切割树脂。

如图3以及图9至11所示，致动器10包括汇流条121。汇流条121具有多个马达连接端子122，其将线圈38电连接至控制板71。汇流条121还包括树脂保持件123，其成型每个马达连接端子122的一部分。保持件123由树脂制成并且其为绝缘体。

保持件123是与外壳19分离的单独构件，其形成为环状，并且与定子31同轴设置。上壳体61的间隔件65具有面对控制板71的部分，并且保持件123例如通过热锻而固定到间隔件65的该部分。

马达连接端子122沿周向设置。每个马达连接端子122包括马达侧延伸部124、熔接部125、板侧延伸部126和连接引脚127。马达侧延伸部124从保持件123径向向内延伸。熔接部125设置在马达侧延伸部124的一端，并与线圈38的线圈端129连接。板侧延伸部126从保持件123径向向外延伸。连接引脚127从板侧延伸部126朝向控制板71突出并连接至控制板71。

保持件123成型在马达侧延伸部124与板侧延伸部126之间的连接部。熔接部125通过熔接而被压缩附接于线圈端129。连接引脚127通过例如钎焊或卡扣配合连接到控制板71。

板侧延伸部126包括弯曲部131。弯曲部131用作应力释放部，该应力释放部的延伸方向沿着平行于控制板71的假想平面L(见图9)变化至少两次。图10示出了在垂直于假想平面L的方向上观察的汇流条121。在本实施例中，弯曲部131设置在基部132的前端，基部132从保持件123径向向外延伸(参见图11)。更具体地，弯曲部131包括第一线性部133、第二线性部134、第三线性部135、第四线性部136和第五线性部137。第一线性部133从基部132远端沿着保持件123的基本周向线性延伸。第二线性部134从第一线性部133的一端基本径向向内地线性延伸。第三线性部135从第二线性部134的一端沿着保持件123的基本周向线性延伸。第四线性部136从第三线性部135的一端基本径向向外地线性延伸。第五线性部137从第四线性部136的一端沿基本周向线性延伸。第一至第五线性部133至137具有间歇变化的延伸方向。第一至第五部133至137形成螺旋形。连接引脚127形成为从螺旋形的中心即第五线性部137的一端突出。

通过线性部103至107的配合，弯曲部131可以变形以跟随控制板71相对于汇流条127在各个方向上运动。因此，即使马达连接端子122的延伸方向彼此不同，对于所有马达连接端子122，仍可以减小由于温度变形或振动引起的施加到其与控制板71的连接部的应力。

如上所述，在第一实施例中，上壳体部61由树脂制成。因此，可以减小壳体60的重量并且可以提高耐腐蚀性。从而可以减小致动器10的重量，并且可以确保壳体60的密封。

为了确保控制器16的抗振性，需要将控制板71固定到金属部件。因此，例如，作为金属部件的插入螺母可以与上壳体一体地形成，并且板可以固定到插入螺母。然而，存在这样的担心，即，可能会增大上壳体的尺寸以容纳插入螺母，结果可能增大旋转致动器的尺寸。

在这点上，根据第一实施例的致动器10包括作为“金属壳体紧固构件”的螺栓111和作为“板固定构件”的螺钉112。螺栓111紧固上壳体61和下壳体62，并且螺钉112将控制板71固定到螺栓111。

通过以这种方式使用金属螺栓111固定控制板71，无需在上壳体部61设置插入螺母，但是确保了控制部16的抗振性。这可以防止致动器10的物理尺寸增大。另外，通过使螺栓111具有与用于固定板的插入螺母相等同的功能，不需使用插入螺母，因此能够减少部件数量。

通过如上所述减小致动器10的重量和尺寸，可以提高可安装性和抗振性。

在第一实施例中，内螺纹118形成在螺栓111的头部116中，并且螺钉112被拧入内螺纹118。因此，控制板71可以使用金属螺栓111用螺钉112固定。

在第一实施例中，螺钉112插入内螺纹118所沿的方向与螺栓111插入上壳体61所沿的方向相同。因此，在拧紧螺栓111之后，螺钉112可以在不翻转上壳体61的情况下被拧紧。因此，可组装性得到改善。

如上所述，通过将螺钉112拧入控制板71，可以将控制板71刚性地固定到金属部件。因此，由于温度变形或振动引起的应力被施加到控制单元和端子之间的连接部，并且可能产生在连接部中产生裂纹的担心。

对于这点，在第一实施例中，嵌入上壳体61中的每个外部连接端子92具有在上壳体61的板安装空间96中弯曲的弯曲部98。因此，由于温度变形或振动引起的施加到控制板71和外部连接端子92之间的连接部的应力可以减小，因此可以提高可靠性。

在第一实施例中，汇流条121的每个马达端子122具有在上壳体61的板安装空间96中弯曲的弯曲部131。由于温度变形或振动引起的施加到控制板71和马达连接端子122之间的连接部的应力可以减少，因此可以提高可靠性。

[其它实施例]

在另一实施例中，控制板不限于螺钉并且可以通过另一紧固构件固定至螺栓的头部。在其它实施例中，螺钉插入方向可以与螺栓插入方向不同。在另一个实施例中，马达连接端子不限于螺旋形，并且可以具有其它形状，例如L形、C形或波形、或者直线部和弯曲部组合的形状。在另一个实施例中，汇流条可以与上壳体一体地形成，或者可以固定到诸如定子的另一构件。

本发明不限于上述实施例，并且可以以不背离本发明宗旨的各种形式实现。

Claims (7)

1.一种用于车辆的线控换挡系统(11)的旋转致动器(10)，所述旋转致动器包括：

马达(30)；

控制所述马达的控制器(16)；

由树脂制成并容纳所述控制器的上壳体(61)；

与所述上壳体一起容纳所述马达的下壳体(62)；

壳体紧固构件(111)，其由金属制成并且将所述上壳体和所述下壳体彼此紧固；和

板固定构件(112)，其将所述控制器的板(71)固定到所述壳体紧固构件，

其中，

所述下壳体由树脂制成，并且插入螺母与所述下壳体一起插入成型，以及

所述壳体紧固构件具有头部和从所述头部延伸并旋拧到所述插入螺母的螺杆部。

2.根据权利要求1所述的旋转致动器，其中，

所述上壳体具有插入成型的轴环，并且所述轴环在所述螺杆部的径向外侧夹在所述头部和所述插入螺母之间。

3.根据权利要求1所述的旋转致动器，其中，

所述壳体紧固构件是螺栓，所述螺栓具有在所述头部(116)上形成的内螺纹(118)，以及

所述板固定构件是与所述内螺纹啮合的螺钉。

4.根据权利要求3所述的旋转致动器，其中，

所述螺钉沿与所述螺栓插入所述上壳体所沿的方向相同的方向插入所述内螺纹。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的旋转致动器，其中，

将所述控制器连接到外部构件的外部连接端子(92)埋入所述上壳体中，以及

所述外部连接端子具有在所述上壳体中限定的板安装空间(96)中弯曲的弯曲部(98)。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的旋转致动器，其中，

所述控制器通过汇流条(121)电连接到所述马达，以及

所述汇流条包括马达端子(122)，所述马达端子(122)具有在所述上壳体中限定的板安装空间(96)中弯曲的弯曲部(131)。

7.根据权利要求5所述的旋转致动器，其中，

所述控制器通过汇流条(121)电连接到所述马达，以及

所述汇流条包括马达端子(122)，所述马达端子(122)具有在所述上壳体中限定的板安装空间(96)中弯曲的弯曲部(131)。

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