CN2779157Y

CN2779157Y - 机动车操纵用电动执行器

Info

Publication number: CN2779157Y
Application number: CN 200520033635
Authority: CN
Inventors: 方茂奎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2015-03-22

Abstract

本实用新型是一种机动车操纵用电动执行器，包括有壳体、谐波齿轮传动减速机构、电动机和弹簧，弹簧一端与谐波齿轮传动减速机构的刚柔轮中的转动件连接，弹簧另一端连接的部分为本执行器的动作输出部分；或刚柔轮中的转动件与本执行器的动作输出部分连接，弹簧一端与动作输出部分的前部构件连接，弹簧另一端与动作输出部分的后部构件连接。本电动执行器通过控制小功率电机的速度和方向，获得高效、大速比、大力量传动输出，通过弹簧的储能作用，实现所需的作用力、过程时间、动作关系、过载保护等要求，具有结构简单紧凑、效率高、体积小、重量轻、成本低、自锁性的特点，能很好地满足机动车的换档、门窗或雨刮动作的要求。

Description

机动车操纵用电动执行器

技术领域

本实用新型属于机械传动技术，具体涉及一种用于机动车操纵换档、门窗或雨刮的机动车操纵用电动执行器，可广泛用于要求大力输出动作的场合。

背景技术

现有的机动车中，作为操纵换档(脱档、选轨、挂档)、门窗、雨刮的执行器，使用了气动、液动、电磁铁、电动蜗杆的执行器，例如申请号02138141.0(机动车有级变速器换档的自动控制系统)的发明中使用电磁铁操纵脱档、选轨、挂档。电磁铁在通电初期，动铁与定铁之间有气隙，漏磁多，有效电磁力小，要满足作用力要求必须增加电磁铁的功率，于是有能耗大、体积大、重量大、成本高的缺点，也难于控制动作过程时间。气动和液动执行器需要气压和液压源，需要控制阀去控制动作的执行，需要气缸、油缸去实施动作，其系统结构复杂，技术条件要求高、成本高。

蜗杆减速机构的减速比不高，机械效率也不高，大力输出时损耗尤其严重，蜗轮要用贵的有色金属材料，成本高。用之于机动车的上述执行器便不理想。

另外，现有技术也未考虑到执行器的过载保护和动作限位问题。

发明内容

本实用新型的目的在于设计出一种能克服上述缺点的机动车操纵用电动执行器，通过控制小功率电机的速度和方向，使用高效、大速比、大力量、有自锁性的减速机构传动输出，通过弹簧的储能功能在执行器超载、限位、停止时保持对负载的作用和执行器过载保护，可以安装位置传感器实现动作检测，满足所需操纵动作要求。

本实用新型采用以下技术方案实现上述发明目的：

机动车操纵用电动执行器，它有壳体，有刚轮、柔轮和波发生器构成的谐波齿轮传动减速机构，刚轮和柔轮中一个为转动件，一个为固定件。在谐波齿轮传动减速机构的结构基础上，本实用新型设置有电动机，通过电动机轴连接波发生器的中心，带动波发生器转动。又在壳体内或壳体外设置弹簧，弹簧一端与刚柔轮中的转动件连接，弹簧另一端连接的部分为本执行器的动作输出部分；或者刚柔轮中的转动件与本执行器的动作输出部分连接，而弹簧一端与动作输出部分的前部构件连接，弹簧另一端连接的构件则为动作输出部分的后部构件。

执行器的动作输出部分可以是多构件的机构，以得到所需动作，例如凸轮、齿条、链带、连杆等，或是单一构件。执行器的动作输出部分连接机动车的换档、门窗或雨刮的执行机构。

还在机壳内或外设置有位置传感器，用于感知运动件的运动情况，适应负载对运动路径及起停限位等的要求。传感器可以是光电的、磁电的、触动的等。

本执行器的工作原理是：由于采用了谐波齿轮传动减速机构，谐波齿轮传动减速机构在结构上具有以下特征：其柔轮齿数少于刚轮齿数，波发生器具有长轴和短轴，长轴两顶点的距离使得波发生器安装进柔轮后将柔轮沿径向向外挤变形成椭圆状，并且在其长轴两端，刚轮内齿与柔轮外齿沿全齿高相啮合，而在短轴两端刚轮内齿与柔轮外齿相脱离。因此当刚轮柔轮中一为固定件，另一为转动件时，该转动件连系动作输出部分，这样当电机带动波发生器转动时，刚轮柔轮齿啮合脱离点随波发生器转动而转动。正由于柔轮齿数比刚轮齿数少，而且刚轮柔轮中一件固定、另一件转动，则当波发生器转动一周时，其中转动件必转动与刚柔轮齿差相应的角度，电机连续运转，转动件也连续运转。这样波发生器与刚柔轮中的转动件的转速比就等于该转动件的齿数除以刚柔轮齿差数。于是当刚柔轮中转动件的齿数多，而齿差数小时，转速比可以做大(例如400∶1)，而且由于齿数多、齿形小(齿高＜1mm)，刚轮内齿与柔轮外齿切合面小，摩擦损失少，机械效率高(＞95％)，又由于齿差数少(例如齿差2)，柔轮弹性变形后，刚柔轮沿圆周有许多齿(＞20％总齿数)处于啮合状态，所以传递的力矩大。这样的机构比蜗轮蜗杆减速机构的机械效率高，同时当电机停后，由于大减速比，负载反作用力不能通过动作输出部分推动波发生器运转，动作输出部分止动，执行器具有自锁性。

设置弹簧的作用是在执行器超载、限位、停电时保持对负载的作用和执行器过载保护，例如挂档时由于欲啮合齿轮对可能不耦合使挂档暂不能推进到位，即转动件连续运转而执行器输出部分被负载阻止时，由于刚柔轮中转动件联系弹簧，弹簧再联系动作输出部分；或者刚柔轮中的转动件与本执行器的动作输出部分连接，而弹簧一端与动作输出部分的前部构件连接，弹簧另一端连接的构件则为动作输出部分的后部构件，虽转动件转动而动作输出部分不动，则弹簧弹性变形，转动件和电机不损坏，并保持了对负载的原作用，当其后欲啮合齿轮对耦合后，弹簧复位动作推进挂档到位。其它超载情况(门窗、雨刮卡住等)类似。

而执行器的自锁性也保证了执行器停止后保持对负载的作用。

其中使用的电动机为直流普通电动机，容易用正负高低不同的电压驱动之，得到执行器动作的不同方向和速度。

可见，此电动执行器通过控制小功率电机的速度和方向，可获得高效、大速比、大力量传动输出，变换成操纵动作，通过弹簧的储能作用，实现所需的作用力、过程时间、动作关系、过载保护等要求，同时具有结构简单紧凑、效率高、体积小、重量轻、成本低、自锁性的特点，能很好地满足机动车的换档、门窗或雨刮动作的要求。

附图说明

图1是本实用新型的外部结构图；

图2是本实用新型从图1中A-A处剖开后侧看的结构图；

图3是本实用新型的内部结构图；

图4是图3中刚柔轮齿的啮合状态图；

图5中本实用新型的输出部分由连杆机构组成的示意图。

具体实施方式

图1、图2和图3表示弹簧在壳体外、刚轮固定柔轮转动的电动执行器。图4表示刚轮和柔轮的传动齿啮合的情况。本电动执行器有壳体3、刚轮1、柔轮2、太阳轮7和行星轮5及轮系支架6组成的波发生器、电动机4、弹簧9、动作输出部分11、位置传感器10。

刚轮1的内圈壁沿圆周呈多齿状，这多齿在圆周上均布，形状为三角形或S形，齿顶指向圆心。柔轮2的外圈壁沿圆周呈多齿状，这多齿在圆周上均布，形状为三角形或S形，齿顶指向与圆心的反向，柔轮2的齿数比刚轮1的齿数少。波发生器具有长轴和短轴几何特征，可以是由凸轮薄壁轴承形成、可以是由偏心轮形成、可以是由触头轮形成、也可以是由饶太阳轮公转的行星轮形成。图3表示的波发生器由太阳轮7、行星轮5和轮系支架6组成。柔轮2安装在刚轮1内，波发生器安装在柔轮2内。又安装有弹簧9，使弹簧9的一端与作为转动件的柔轮2连接，另一端连接的部分为执行器的动作输出部分11，在此结构中，该动作输出部分11是单一构件。

执行器的动作输出部分也可以是多构件组成的机构，如图5所示的连杆机构，这里刚柔轮中的转动件是柔轮2，它与本执行器动作输出部分的前部构件111连接，而弹簧9一端也与该前部构件111连接，弹簧9的另一端与输出部分的后部构件112连接。其带动关系是：执行器的柔轮2带动输出部分的前部构件111，使弹簧9左右摆动，从而使输出部分的后部构件112来回直线运动。

这里在壳体内设立位置传感器10，用于感知运动极限位置，传感器可以是光电的、磁电的、触动的等。其中使用的电动机为直流普通电动机。

其中柔轮、波发生器、输出构件等由尼龙塑料制成，成本低。

已实现的本电动执行器情况如下：

整体外径φ40mm，高度20mm，电机功率4w/3000rpm，输出转速20rpm，输出力矩2N.m，成本6元人民币。

Claims

1、机动车操纵用电动执行器，它具有壳体，有刚轮、柔轮和波发生器构成的谐波齿轮传动减速机构，刚轮和柔轮中一个为转动件，一个为固定件，其特征在于：设置有电动机，通过电动机轴连接波发生器的中心，又在壳体内或壳体外设置弹簧，弹簧一端与刚柔轮中的转动件连接，弹簧另一端连接的部分为本执行器的动作输出部分；或者刚柔轮中的转动件与本执行器的动作输出部分连接，而弹簧一端与动作输出部分的前部构件连接，弹簧另一端连接的构件则为动作输出部分的后部构件。

2、根据权利要求1所述的电动执行器，其特征在于：执行器的动作输出部分是多构件的机构或单一构件。

3、根据权利要求1所述的电动执行器，其特征在于：在机壳内或外设置有位置传感器。

4、根据权利要求1所述的电动执行器，其特征在于：设置的电动机是直流电动机。