CN1930757B - 直线致动装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直线电动机致动器。电动机(10)具有与机壳(20)内的齿轮组(30)相接合的转子轴(12)。例如，该齿轮组(30)可以是行星齿轮组。行星齿轮(34)与盘(40)相接合。该盘(40)固定到轴、杆或其它力传递部件-例如丝杠(50)-上。该丝杠(50)与移动块(60)相接合。当丝杠(50)转动时，移动块(60)沿丝杠(50)移动。移动块(60)的横向运动可以联接到其它力施加装置-例如销或拉索-上。在本发明的一个方面中，转子轴(112)是中空管，丝杠(150)是设置成滑入和滑出转子轴管(112)的心轴或杆。

Description

直线致动装置和方法
相关申请的交叉参考
本申请要求2004年2月6日提交的美国临时申请No.60/542,365的优先权。
技术领域
本发明一般地涉及由电动机驱动的致动器，更具体地，涉及用于汽车座椅和人机工程支承的移动装置的致动器。
背景技术
在各种装置中使用电动机来致动运动是已知的。尤其是将电动机用于例如汽车座椅和座椅内的人机工程支承等装置中。可以通过施加压力或拉力，即通过推或拉，来致动移动部件。当使用电动机施加这种力时，必须设计用于将电动机轴的转动力转换成与待移动部件相连接的所希望的压力或拉力。例如，与电动机轴相接合的齿轮组可以安装有带轮，该带轮与拉索相连接，以便电动机的转动使拉索缠绕在带轮上，由此通过拉索将牵引力施加到移动部件上。
在许多工业中，尤其是在汽车工业中，一直需要降低零部件所需的成本、提高耐久性、提高效率和减小套件尺寸-即减小为致动运动而安装的部件所占空间的量。更具体地，在汽车座椅中需要这种套件，即，该套件具有与其所驱动的力联接装置成一条直线的电动机。也需要减小提供必需大小的力所需要的电动机的尺寸和功率，还需要降低联接部件-例如用于将力传递到待移动的座椅或人机工程装置的拉索-的成本、重量和等级。因此，还需要配置齿轮组、电动机和力传递联接装置-例如带有具有较大传动比的拉索的齿轮组。
发明内容
本发明涉及一种直线电动机致动器。在本发明的一个方面中，电动机具有与在机壳内的齿轮组相接合的转子轴。在该方案中，齿轮组可以是行星齿轮组。行星齿轮与固定在轴、杆或其它力传递部件-例如丝杠/导螺杆(lead screw)-上的盘相接合。也位于相同的或固定在附近的机壳内的丝杠与移动块相接合。这些部件形成的装置允许操作电动机以转动齿轮组，通过齿轮组的传动比将机械效益(mechanical advantage)应用于盘的转动，并由此应用于丝杠的转动。转动的丝杠与机壳内的移动块相接合，从而当丝杠转动时，该丝杠与移动块螺纹相接合并使移动块沿丝杠轴向移动。移动块的横向移动，即移入和移出，可以联接到其它力施加联接部件，例如销或拉索。
在本发明的另一方面中，电动机具有转子轴管。也就是说，转子轴沿其轴线是中空的。转子轴管在其连接到齿轮上的位置处延伸到电动机的外部，并与齿轮组相接合。在本发明的一个方面中，转子轴管与行星齿轮组的太阳轮相接合。通过与齿轮组相接合，转子轴管驱动与太阳轮和转子轴管同轴的盘。该盘具有与带螺纹的杆相接合的螺纹孔。该杆与转子轴管同轴并穿过该转子轴管沿轴向移动。该杆的移动，即移入和移出运动，被传递到其它力传递联接部件。在本发明的一个方面中，杆的一端从电动机和齿轮组向外延伸。杆的该端部固定到例如块等联接装置上，该联接装置具有适于接纳例如拉索等另一力传递联接部件、与该联接部件相连接并将力传递到该联接部件上的座。因此，电动机驱动齿轮组并转动带有螺纹的盘，使得杆穿过转子轴管移入电动机空间和从电动机空间移出。因此，该杆将拉力或压力施加到下一个力传递联接部件。
因此，为了进一步实现上述目的和优点，简要地说，本发明是直线致动器，该致动器具有机壳、可转动地安装在机壳内的驱动盘、与驱动盘驱动连接的齿轮组、安装在机壳上的电动机、连接到驱动盘上的丝杠以及连接到丝杠上的移动块，该电动机具有转子轴，该转子轴与齿轮组驱动连接，其中，电动机驱动齿轮组以转动驱动盘，驱动盘通过丝杠沿轴向移动所述移动块。
另外，简要地说，本发明是直线致动器的组装方法，该方法包括以下步骤：设置具有内齿圈的机壳；将电动机安装在该机壳中，该电动机具有转子轴管；将太阳轮固定到转子轴管上；插入行星齿轮以与齿圈和太阳轮相接合；将驱动盘的行星齿轮轴插入行星齿轮；使杆与驱动盘相接合；以及使移动块与杆的端部相接合。
下面将参照附图详细说明本发明进一步的特征和优点以及本发明的各种实施例的结构和操作。
附图说明
包含在说明书中并形成说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并与说明部分一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1示出直线电动机致动器的剖视侧视图；
图2示出具有中空转子轴管的直线电动机致动器的剖视侧视图；
图3示意性地示出部分拆掉的具有中空转子轴管的直线电动机致动器的端视图；
图4是具有中空转子轴管的直线电动机致动器的分解图。
具体实施方式
在附图中，相同的附图标记指示相同的元件。参照附图，图1是根据本发明构造的直线电动机致动器的第一实施例的剖视侧视图，该致动器总体上由附图标记8指示。该直线电动机致动器8包括具有转子轴12的电动机10。电动机10具有可转换的极性，从而可以沿任一方向驱动转动。电动机10固定到或封闭在机壳20中。机壳20包括沿其内壁周向的内齿圈22。驱动盘40也位于机壳20内部。驱动盘40固定地安装到带螺纹的杆或丝杠50上。丝杠50与移动块60螺纹接合。
电动机转子轴12通过齿轮组30与驱动盘40驱动连接。在所述实施例中，齿轮组30由太阳轮32和行星齿轮34形成。太阳轮32安装在转子轴12上，以便当电动机10工作时，轴12转动太阳轮32。在所述实施例中，太阳轮32与三个行星齿轮34相接合。可以使用任何形式的齿轮组30将动力从转子轴12传递到驱动盘40，这在本发明的范围内。因此，可以使用任何数量的行星齿轮，这也在本发明的范围内。行星齿轮34被致动后围绕太阳轮32公转。为此，行星齿轮封装在机壳20的内表面上的齿圈22内并外接于该齿圈22。每个行星齿轮34的一侧与齿圈22相接合，另一侧与太阳轮32的齿相接合。这样，有利的传动放大了从转子轴12接收到的力，并将较大的转矩输出到丝杠50。因此，可以使用较小且较便宜的电动机10。
每个行星齿轮34都在安装在驱动盘40上或与驱动盘形成一体的轴36上转动。在所述实施例中，驱动盘40与转子轴12和丝杠50同轴。当行星齿轮34被驱动而围绕太阳轮32公转时，行星齿轮34带动轴36和其上的驱动盘40，使驱动盘40转动。
驱动盘40的转动使丝杠50转动。丝杠50的转动通过螺纹接合使移动块60沿轴向向内或向外移动或平移，或者向图1所示的右侧或左侧移动或平移。移动块60通过其与机壳20的接合(未示出)-例如轨道和狭槽结构或任何其它非圆形的形状-而停止自转。
由于实现了移动块60的向内和向外运动，因此可以通过在本发明范围内的任何结构将推力和拉力传递到其它力传递联接部件。在所述实施例中，使用拉索组件70，例如鲍顿(Bowden)拉索。拉索组件包括通常为柔性的套管或导管74。套管74中设置有可穿过该套管沿轴向滑动的拉索72。拉索组件70的一端如上所述连接到致动器上，以便可以施加拉力以从套管74拉动拉索72。拉索组件70的另一端与待移动的物体-例如座椅中的腰部支承或者例如安装成沿轨道前后移动的座椅-相接合。可以通过本发明的直线电动机致动器致动任何运动，这在本发明的范围内。在所述实施例中，辅助机壳盖80为拉索套管74提供了座82，以便在向拉索72施加拉力时保持套管静止。通过安装拉索端部-典型地通过安装在移动块60上的相应座内的珠状体(bead)或锥形体(bullet)-来施加拉力。当转动丝杠50时，当移动块60向图1所示的实施例中的右侧或者向内朝电动机10移动时，移动块施加拉力。施加到拉索72上的拉力将作用在拉索组件70的另一端，以移动人机工程支承-例如拱形支承或腰部支承，或沿轨道向前或向后拉动座椅。
在组装中，机壳在制造时通常分为大体上两半。将电动机10、齿轮组30、驱动盘40、组装好的丝杠50以及移动块60置于机壳20的第一半中。然后，用通常是机壳20的一半的第二互补部分封盖这些部件，并密封该第二互补部分。
组装的第二步是，将力传递联接装置安装到直线电动机致动器8上。在所述实施例中，移动块60延伸(向图1中的左侧)到机壳20的端部。拉索72的端部容纳在移动块60中，机壳端盖80安装在丝杠50的端部上并与机壳20的端部形成例如卡接配合的锁定接合。拉索套管74被置于套管座82中。可以安装拉索72的狭槽未示出。
在操作中，包含有直线致动器8的座椅上的乘员沿第一方向转动开关，电动机10的第一极通电。转子轴12沿第一方向转动，转动太阳轮32并从而转动行星齿轮34。行星齿轮34沿第一方向转动驱动盘40。因此，沿第一方向转动丝杠50，移动块60从朝向图1中的左侧且远离电动机10的松弛(relaxed)位置开始运动，并移动到靠近电动机10或移动到图1中的右侧。该移动向拉索72施加拉力，促使致动装置运动。例如，如果要延伸腰部支承，则拉索组件70将抵抗座椅上的乘员的重量使腰部支承移动到腰部支承位置，承受乘员的重量负荷。当该装置到达舒适位置时，乘员通过松开电动机电源开关选择该位置。选择好的位置通过丝杠50的螺纹与移动块60的螺纹之间的摩擦保持住。当座椅上的乘员想要使人机工程支承回到平的或松弛位置，就沿相反方向拨动电动机的电源开关。电动机中的极性转换，转子轴12沿相反方向转动。齿轮组30、驱动盘40和丝杠50也沿相反方向转动。这迫使移动块60向外远离电动机10移动，并移动到图1中的左侧。这松开了拉索72上的牵引，腰部支承上的负荷(乘员的重量)可以使腰部支承回到松弛或平的位置。
图2、图3和图4分别是根据本发明构造的直线电动机致动器的另一实施例的剖视侧视图、端视图和分解图，该致动器总体上由附图标记108指示。第二实施例与第一实施例的区别在于，电动机转子轴112是管而不是实心轴。由于是中空的，因此该转子轴既有外径116又有内径114。其外径116固定在电动机110的电枢上，并在与电动机110的关系和被该电动机转动方面起到普通电动机转子轴的作用。在第二实施例中，中空转子轴管在其内径114中接纳杆150。这两种构型都减小了直线致动装置在径向上的总套件尺寸。第二实施例还减小了在轴向上的尺寸。此外，第二实施例使杆150可以延伸出电动机110的两端，更有利于致动联接装置。在所述实施例中，仅示出轴或心轴(杆)150在一侧延伸。
图2、图3和图4所示的实施例也具有齿轮组130。在所述实施例中，该齿轮组也是行星齿轮组。转子轴管112与小齿轮相接合，该小齿轮是太阳轮132。转子轴管112的转动使太阳轮132转动。太阳轮132与行星齿轮134相接合，行星齿轮外接于机壳120的内表面上的齿圈122并与该齿圈相接合。常规机壳120的任何构型都在本发明的范围之内。在所述实施例中，例如通过模制塑料来制造分离的机壳部件124，以允许容易地组装齿轮组座部件。行星齿轮134(在所述实施例中是三个，可替换实施例可具有不同数量的行星齿轮)与行星齿轮轴136相接合。轴136安装在驱动盘140上或与该驱动盘形成一体。驱动盘140与转子轴管112和太阳轮132同轴并与它们相邻。
在所述实施例中，杆150在其外表面上有螺纹，驱动盘140在轴向通孔的内表面上有螺纹。杆150旋入驱动盘140的通孔中。齿轮组130和杆150通过机壳部件124在齿轮组130和驱动盘140上的配合而封装在机壳120中。可以包括轴承126或轴衬。杆150延伸穿过机壳中的通孔128。
该装置可以将施加到转子轴管112上的转动力转换为杆150的轴向运动和通过该杆150施加的力。此后，用于将来自杆150的力进一步传递到待移动物体-例如腰部支承或座椅-的任何形式的联接装置都在本发明的范围之内。在所述实施例中，机壳部件124是容纳有移动块160的长形轴。移动块160固定在杆150的端部上，并随着杆150的轴向运动向内和向外-即，朝向或远离电动机110-移动。移动块通过其与机壳轴(机壳部件)124内侧的接触面的构型被不转动地固定，该接触面在所述实施例中是正方形的。轴124的长度可以形成移动块移动行程的终点止挡。
移动块160包括座162，该座用于拉索172的端部安装锥形体或珠状体176。拉索组件170还包括安装在机壳盖180的套管座182中的套管174。因此，电动机110沿第一方向的转动通过齿轮组和驱动盘转换为杆150的向图2中的左侧的向内运动。该运动使移动块160远离拉索套管174，并将拉力施加到拉索172上，以便从套管拉动拉索。在拉索组件170的另一端，人机工程支承或座椅或其它移动装置将被致动而进行期望的运动。
图3是部分拆掉的直线电动机致动器的端视图。这是将机壳轴124和驱动盘140从机壳120上拆掉后看到的视图。在图3中不仅可以看见行星齿轮134与齿圈122的接合，还可以看见行星齿轮与太阳轮132的接合。太阳轮132固定在转子轴管的外径116上。转子轴管的内径114足够宽，以便杆150可以沿轴向移入该轴管。或者，杆和轴管的接触面可以润滑、增加轴承和轴衬，或者可以紧配合。杆150上有螺纹并且所述螺纹与驱动盘140的通孔上的内螺纹相接合，其中，在图3所示的部分拆掉的视图中驱动盘被拆掉了。
图4是直线电动机致动装置108的分解视图。图4有利地示出机壳120的内表面上的齿圈122。图4还示出移动块160和机壳部件124之间的接触面的一种可选构型，即正方形。
在组装中，将电动机110安装在机壳120中。将太阳轮132固定在转子轴管112上。插入行星齿轮134，以与齿圈122和太阳轮132相接合。插入驱动盘140，使行星齿轮轴136容纳在行星齿轮134中。旋拧杆150，使之穿过驱动盘140的通孔，并继续旋拧杆150，以便杆150滑入转子轴管112的中空内腔。杆150形成合适的尺寸，以便不与太阳轮132相接合或接触。杆150的外径可以接触或者可以不接触转子轴管112的内径114。将在适当位置处安装有轴承或轴衬126的机壳部件124安装在该装置上。机壳部件124可以以任何方式-例如卡接配合-固定在机壳120上。将拉索安装珠状体或锥形体176安装在移动块160的座162中。移动块160例如通过卡接配合或螺纹接合与杆150的端部相接合。将拉索套管174置于机壳端盖180的座182内，并将机壳端盖180固定在机壳部件124上。
这种组装方法可以用于图1所示的本发明的第一实施例，或者上述纵裂平分法可以用于第二实施例。
在操作中，包含有直线致动器108的座椅上的乘员拨动电源开关，以便在第一极性上接合电动机110。电动机转动转子轴管112，进而转动太阳轮132。太阳轮132的转动使行星齿轮134在齿圈122内围绕小齿轮(太阳轮)132公转。该公转使行星齿轮轴136转动，进而使驱动盘140转动。驱动盘140与杆150的螺纹接合使杆150朝向电动机110轴向平移，并平移到图2中的左侧(图4中的右侧)。杆150的轴向平移拉动移动块160，进而从固定在机壳端盖180中的拉索套管174拉出拉索172。对拉索组件的牵引致动了所连接的部件或装置-例如腰部支承-的运动。当该装置到达乘员所选择的位置时，乘员松开电源开关。杆150与驱动盘140的摩擦接合抵抗座椅上的乘员的重量负荷而将选择好的位置保持住。当座椅上的乘员想要使部件或装置回到其初始位置时，就沿相反方向拨动电动机电源开关(未示出)，转换电动机110上的极性并使太阳轮132沿相反方向转动。该接合使驱动盘140的转动反向。该倒转通过与杆150的螺纹接合而被转换，以便沿相反方向从电动机110向外移动杆150，并将杆150移动到图2中的右侧(图4中的左侧)。杆150的移动相对于拉索套管174向外推动移动块160并松开作用在拉索172上的张力。被致动的装置-例如腰部支承-上的负荷使该装置移动回松弛位置，该松弛位置在腰部支承的示例中是平的位置。
除了减小了两个实施例在径向上的套件尺寸之外，(还减小了第二实施例在轴向上的套件尺寸)本文所述的直线致动器的两个实施例都实现了其它优点。有利的齿轮组-例如所述行星齿轮组-通过其传动比提供了机械效益，并可以使用较小的且较便宜的电动机。直线构型也可以使用较轻规格的和因此较便宜的拉索。这是由于，其它致动系统依赖带轮以及由带轮提供的机械效益将拉索缠绕在带轮上，以便从套管拉动拉索。这当然需要使拉索弯曲。使拉索弯曲需要较结实的拉索。本发明不使拉索弯曲，而仅直接对其施加基本平行于拉索安装轴线的线性力。这样施加力允许使用较轻规格的拉索，而拉索不可能断裂，因此可以保持拉索的有利耐久性和寿命，同时可以使用较便宜的部件。
从上述可见，实现并获得了本发明的若干优点。
为了最好地解释本发明的原理和实际应用，选择并说明了上述实施例，从而使本领域的技术人员能够在各种实施例中和各种适合于预期特殊用途的各种变型中最好地利用本发明。
由于可以在不脱离本发明的范围内对本文所述的构造和方法中进行各种修改，因此包含在上述说明部分或在附图中示出的所有内容都应解释为示例性的，而非限制性的。从而，本发明的宽度和范围不限于上述示例性实施例，而应该仅由所附的权利要求及其等效物来限定。

Claims (8)

1.一种用于座椅的直线致动器，所述直线致动器的特征在于，包括：
a)具有转子轴(112)的电动机(110)，所述转子轴(112)具有内径(114)和外径(116)；
b)安装在所述电动机(110)上的机壳(120)，所述机壳(120)具有内齿圈(122)；
c)可转动地安装在所述机壳(120)中的驱动盘(140)，所述驱动盘具有至少一个轴(136)，所述驱动盘(140)具有轴向通孔，所述驱动盘(140)在该轴向通孔的内表面上有螺纹；
d)安装在所述机壳(120)中的行星齿轮组(130)，所述行星齿轮组包括一连接到转子轴(112)上的太阳轮(132)和至少一个安装在所述至少一个轴(136)上且适于与所述内齿圈相接合的行星齿轮(134)；
e)连接到所述驱动盘(140)上的丝杠(150)，所述丝杠(150)具有带螺纹的外表面，该外表面与所述驱动盘(140)的轴向通孔的带螺纹的内表面螺纹接合，所述转子轴(112)在其内径(114)中接纳所述丝杠(150)；
f)连接到所述机壳(120)上的机壳部件(124)，所述机壳部件(124)是长形轴；
g)与所述丝杠(150)固定连接并与所述机壳部件(124)的内部滑动地且不可转动地接合的移动块(160)，其中所述丝杠(150)与所述驱动盘(140)的螺纹接合将所述驱动盘(140)的转动转换为所述丝杠(150)和所述移动块(160)在所述机壳部件(124)中的轴向运动；以及
h)连接到所述移动块(160)上的拉索组件(170)，其中，所述电动机(110)驱动所述行星齿轮组(130)以转动所述驱动盘(140)，所述丝杠(150)沿轴向移动所述移动块(160)以向所述拉索组件施加牵引力。
2.根据权利要求1所述的直线致动器，其特征在于，还包括连接到所述机壳部件(124)上的辅助机壳盖(180)，所述拉索组件包括拉索套管(174)，所述辅助机壳盖(180)包括适于接纳所述拉索套管(174)的座(182)。
3.根据权利要求1所述的直线致动器，其特征在于，所述驱动盘(140)具有三个轴(136)，所述行星齿轮组(130)具有三个行星齿轮(134)。
4.根据权利要求1所述的直线致动器，其特征在于，所述机壳部件(124)由塑料制成。
5.根据权利要求1所述的直线致动器，其特征在于，所述移动块(160)和所述机壳部件(124)之间的接触面是正方形的。
6.根据权利要求1所述的直线致动器，其特征在于，所述电动机(110)具有可转换的极性。
7.根据权利要求1所述的直线致动器，其特征在于，所述驱动盘(140)与所述转子轴(112)同轴。
8.根据权利要求1所述的直线致动器，其特征在于，所述拉索组件(170)包括端部安装锥形体(176)，所述移动块(160)包括适于接纳所述端部安装锥形体(176)的座(162)。
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