TW202321598A - 用於驅動車輛變速器的至少一個可移動部件的致動器 - Google Patents

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Abstract

本發明提出一種用於致動車輛變速器的至少一個可移動部件的致動器(1，1')，上述致動器(1，1')包括：電動馬達(2)，該電動馬達具有主動軸(21)，在主動軸上安裝有第一小齒輪(22，22')；齒輪(3，3')，該齒輪具有與小齒輪(22，22')嚙合之齒接部(31，31')；以及轉矩輸出元件(33)，該轉矩輸出元件能夠耦接至變速器，其特徵在於，齒輪(3，3')亦包括蝸桿機構(4，4')，該蝸桿機構與安裝在從動軸(40)上之第二小齒輪(41，41')嚙合，從動軸(40)包括面向感測器(50)之磁靶(44)。

Description

用於驅動車輛變速器的至少一個可移動部件的致動器
本發明係關於一種用於致動車輛、特別係具有至少兩個車輪之車輛、例如自行車(亦稱為腳踏車)或三輪貨運用腳踏車(亦稱為三輪車)之變速器之至少一個可移動部件的致動器。
本發明特別適用於用於改變與車輛相關聯之變速器或變速箱之齒輪比之致動器的領域。此種變速器或變速箱例如在文件WO 2012/156613 A1中進行描述。然而，許多其他應用係可能的。
此種致動器可藉由耦接至車輛之變速器或變速箱來使用。車輛可為電動助力車，即該電動助力車包括耦接至上述車輛之變速器的驅動電動馬達。車輛亦可為習知的，即沒有電動助力。
需要自動改變車輛之齒輪比，以便變速器在其最佳使用範圍內運行，而不會引發使用者及/或驅動電動馬達部分付出重大努力。根據本發明之致動器因此為使用者簡化了車輛之使用，使用者不再需要為處於正確的齒輪比而擔心。
文件DE 10 2019 123 288 A1揭示了一種用於改變車輛、特別係自行車之齒輪比的致動器。在上述文件中描述之致動器由於電動馬達與耦接至變速器之致動器之輸出元件之間的複雜機構而具有體積大的缺點。
本發明之目的係改良當前的解決方案、特別係藉由提出一種緊湊且重量輕的致動器來改良。
更特別地，本發明係關於一種用於致動車輛變速器的至少一個可移動部件的致動器，上述致動器包括：電動馬達，該電動馬達具有主動軸，在該主動軸上安裝有第一小齒輪；齒輪，該齒輪具有與第一小齒輪嚙合之齒接部；以及轉矩輸出元件，該轉矩輸出元件能夠耦接至變速器，齒輪此外包括蝸桿機構，該蝸桿機構與安裝在從動軸上之第二小齒輪嚙合，上述從動軸包括面向感測器之磁靶。
以此方式，根據本發明之致動器尤其緊湊，同時亦結合了用於偵測轉矩輸出元件之角位置的裝置，從而可知道相關聯之變速器之移動部件的精確位置。
根據本發明，第一小齒輪及齒輪之齒接部形成平面齒輪。此種類型之齒輪具有易於實現之特定特徵，因為它僅需要沿兩個軸線精確定位，並且允許穩健的操作。根據定義，平面齒輪意謂盤形齒輪與直小齒輪之聯合，該盤形齒輪之齒係在一個面上徑向切割而成，該直小齒輪之軸線基本上垂直於該齒輪之軸線。
根據本發明之一個特徵，齒輪包括呈具有內面及外面之盤之形式的第一部分。上述齒接部形成在外部面之周緣上。齒輪此外包括呈襯套之形式的第二部分，該襯套自第一部分之外面延伸，並且轉矩輸出元件位於該襯套上。齒輪之上述第一部分及第二部分係一體的。
根據本發明之特定特徵，蝸桿機構位於齒輪之呈襯套之形式的第二部分上。換言之，蝸桿機構與轉矩輸出元件重疊。
根據本發明之變體實施例，蝸桿機構位於齒輪之外面上之呈盤之形式的第一部分上。
根據本發明之一個特徵，磁靶經由目標支撐件固定至從動軸之第一端。上述從動軸由圍繞目標支撐件之第一軸承及在從動軸之第二端處圍繞從動軸之第二軸承旋轉地引導。
根據本發明，第二小齒輪大致位於從動軸的中間、上述從動軸在第一軸承與第二軸承之間。
根據本發明之另一特徵，致動器包括外殼，該外殼能夠固定在車輛之變速器上，並且在該外殼中容納有電動馬達、齒輪、經由其軸承之從動軸、以及感測器。外殼此外包括電連接器，以便將電動馬達及感測器電連接至電源。
根據本發明，電連接器藉由外殼中之包覆成型之導電軌道而連接至電動馬達及感測器。
根據本發明之另一特徵，電動馬達、從動軸、以及感測器藉由呈夾子之形式的固定裝置固持在外殼中。
在說明書之其餘部分中，相同的或執行相同功能的元件已經用相同的附圖標記表示。為了本說明書之簡明起見，在每一實施例中沒有詳細描述此等元件，並且僅詳細描述變體實施例之間的差異。
圖1展示了座標系X、Y、Z。方向或軸線X對應於縱向方向。橫向方向或軸線Y被界定為垂直於縱向方向X。更具體地，縱向方向及橫向方向X及Y可例如基本上屬於基本上水平的平面。方向或軸線Z就其本身而言對應於豎直方向。
圖1示出了本發明之處於第一模式之致動器1之內部機構。該機構由具有主動軸21之直流電動馬達2形成，第一小齒輪22接合地安裝在主動軸上。第一小齒輪22可由塑膠或金屬製成。出於緊湊的原因，電動馬達2為扁平電動馬達，即電動馬達2之框架具有減小了其豎直體積兩個扁平部分23。軸21沿軸線X延伸。
第一小齒輪22 (即直小齒輪)與齒輪3相互作用。在所展示之實例中，齒輪3之旋轉軸線Z不僅係垂直的，而且與電動馬達2之主動軸21之軸線X重合。齒輪3具有所謂的軸向齒接部31，該軸向齒接部由具有沿齒輪之旋轉軸線Z之方向之腳-頭延伸部的齒輪齒形成並且與電動馬達2之小齒輪22嚙合以形成平面齒輪。齒輪3包括呈具有內面及外面之盤之形式的第一部分，上述面垂直於Z軸線。呈盤之形式的第一部分基本上延伸穿過與由縱向方向X及橫向方向Y界定之平面平行的平面。內面被界定為面向外殼6之面(圖1中不可見)。外面被界定為與內面相對之面。齒接部31形成在齒輪3之外面之周緣上。因此應當理解，齒接部31作為一個整體圍繞齒輪3之旋轉軸線Z成環形延伸。齒接部31之寬度因此對應於齒接部31之齒沿相對於旋轉軸線Z之徑向方向上的範圍。齒輪3此外包括呈襯套32之形式的第二部分，該襯套自第一部分之外面豎直延伸，並且轉矩輸出元件33位於該襯套上。呈襯套32之形式的第二部分沿軸線Z豎直延伸，即襯套32相對於呈盤之形式的第一部分垂直延伸。
在此種情況下，轉矩輸出元件33為呈凹型星形端件之形式的連接裝置，在該連接裝置中裝配有變速器之部件，例如傳動軸，可選擇齒輪比之穿梭件在該變速器之部件上線性移動。在未示出之實施例中，轉矩輸出元件33可為凸型星形端件。對於轉矩輸出元件33而言，可設想到用於傳遞轉矩之任何其他裝置。
齒輪3之第一部分及第二部分係一體的，即齒輪3僅由一種材料、例如塑膠、更具體地，由聚甲醛製成。因此，由電動馬達供應之旋轉轉矩經由第一小齒輪22傳遞，然後經由齒輪3傳遞，並且經由轉矩輸出元件33傳遞至變速器之移動部件(未示出)。
為了精確地知道變速器之移動部件之位置並且因此知道所接合之齒輪比，需要知道齒輪3之角位置。出於致動器1之豎直緊湊性的原因，不可能沿軸線Z定位磁體及感測器，並且因此需要使磁體及感測器在不會影響致動器沿軸線Z之緊湊性之另一方向上偏移。
為此，齒輪3包括蝸桿機構4，該蝸桿機構與安裝在從動軸40上之第二小齒輪41嚙合。蝸桿機構為螺紋。在圖1之實施例中，蝸桿機構4位於齒輪3之呈襯套32之形式的第二部分上。蝸桿機構4位於襯套32上靠近齒輪3之第一部分。蝸桿機構4之齒輪減速比被確定為使得針對齒輪3轉確定之圈數，軸40僅轉一圈。
在當前情況下，齒輪減速比為使得齒輪3轉11圈，即3960°，而軸40旋轉一次，即360°。齒輪3轉11圈對應於變速器之移動部件在其兩個端部位置之間的移動，從而可覆蓋所有齒輪比變化。第二小齒輪41之齒數等於齒輪3使變速器之移動部件在其兩個端部位置之間移動所需的旋轉圈數加上一個齒之間隙，該間隙對應於另外轉一圈。在當前情況下，小齒輪41具有11個齒，此對應於齒輪3轉11圈。
現在將參考圖1及圖2以說明軸40。軸40沿軸線Y延伸並且由金屬軸構成，在金屬軸上安裝有與齒輪3之蝸桿機構4配合之第二小齒輪41。作為一個實施方案，軸40可由塑膠製成。第二小齒輪41可由塑膠或金屬製成。面向感測器50之目標44經由目標支撐件45固定至軸40之第一端。
在此種情況下，目標44為磁靶，即目標44為永磁體。目標44因此產生旨在影響磁性感測器50、特別係霍爾效應感測器之磁場。因此可根據感測器50發出之信號來確定變速器之移動部件在其兩個端部位置之間的精確位置。
目標44為圓柱形並且以軸線Y為中心。目標44藉由固定裝置、例如藉由黏合劑或藉由包覆成型安裝並固持在目標支撐件45中。目標支撐件45為由塑膠、特別係由聚甲醛製成之基本上圓柱形的件，並且連接至軸40。例如，目標支撐件45安裝並黏接在軸40上。作為一個實施方案，目標支撐件45及軸係一體的。目標支撐件45之內表面接納目標44，而目標支撐件45之外表面接納第一軸承42以用於引導軸40。
軸40由圍繞目標支撐件45之第一軸承42及在軸40之第二端處圍繞軸40之第二軸承輪43旋轉地引導。軸承42、43為青銅軸承或黃銅軸承。作為一個實施方案，軸承42、43可由塑膠、例如由聚醚醚酮製成。軸承42、43具有不同的直徑。圍繞目標支撐件45之第一軸承42之直徑大於第二軸承43之直徑。第二小齒輪41大致位於軸40的中間、在第一軸承42與第二軸承43之間。
圖3示出了圖1之結合在外殼6中之機構。外殼6能夠固定在車輛之變速器上、特別係藉由穿過形成在外殼6之外周上之多個開口61之固定裝置、例如螺釘來固定。密封件設置在外殼6之外周凹槽62中，以確保致動器1之外殼6與變速器之間的密封性。密封件由例如EPDM、或FKM、或矽樹脂製成。外殼由例如塑膠、特別係由玻璃纖維增強塑膠製成。
外殼6在其內部容積中容納電動馬達2、齒輪3、軸40及感測器50。外殼6此外包括電連接器60，以便將電動馬達2及感測器50電連接至電源。電連接器60亦可取得感測器50發出之信號。電連接器60藉由外殼6中之包覆成型之導電軌道而連接至電動馬達2及感測器50。連接器60係密封的，並且結合有密封件。
電動馬達2、軸40及感測器50藉由呈夾子之形式的固定裝置固持在外殼6中。圖3、圖5及圖6展示了此等固定裝置。圖5示出了電動馬達2之後部部分，該後部部分藉由由外殼6之兩個突起67形成之兩個夾子671以及止動件672而固定至外殼6。止動件672用於在外殼6上定位，並且兩個夾子671用於將電動馬達2固持在外殼6中之適當位置。
同樣的原理用於固定電動馬達之前部部分，如圖6所展示的。電動馬達2之前部部分藉由由外殼6之兩個突起66形成之兩個夾子661以及止動件662而固定至外殼6。止動件662用於在外殼6上定位，並且兩個夾子661用於將電動馬達2固持在外殼6中之適當位置。
參考圖3及圖4，軸40同樣藉由呈夾子之形式的固定裝置固定至外殼6。第一軸承42藉由由外殼6之兩個突起形成之兩個夾子64而固定至外殼6。第二軸承43藉由由外殼6之三個突起形成之三個夾子63而固定至外殼6。為了阻擋軸40在方向Y上之平移移動，由外殼6之突起形成銷68。作為銷68之替代方案，軸40可藉由夾子63之一沿軸40之方向之突起而在方向Y上被阻擋。
感測器50同樣藉由呈夾子之形式的固定裝置固定至外殼6；感測器50特別地位於兩個壁69之間。感測器50之電連接件藉由連接銷65連接至外殼6之包覆成型之導電軌道。
圖7示出了外殼6中之齒輪3經由軸7之旋轉引導。軸7被插入外殼6之引導襯套71中。軸7可用黏合劑裝配在襯套71中，或者軸可包覆成型在襯套71中。齒輪3抵靠在該引導襯套71之一端72上，以便在沿軸線Z之平移移動受阻。當致動器1在運行時，齒輪3可能由於第一小齒輪22與齒接部31之間的平面齒輪之壓力角而滾動，從而傾向於使齒輪沿箭頭F之方向傾斜。為了抵消此種不便，銷80在外殼6中設置成面向齒輪3在齒接部31處之第一部分之內面。銷80沿齒輪3及第一小齒輪22之方向突出。換言之，銷80與第一小齒輪22一致地自外殼6突出，並且齒輪3沿銷80之延伸方向位於銷80與第一小齒輪之間。銷80沿平行於方向Z之方向延伸。栓80為圓柱形。銷80與齒輪3之間界定有介於0.1 mm與1 mm之間的間隙。
圖8展示了根據本發明之第二實施例之致動器1'。與第一實施例不同的是，致動器1'之蝸桿機構4'位於在齒輪3'之外面上之呈盤之形式的第一部分上。蝸桿機構4'因此形成了螺旋狀凸輪槽。該操作與第一實施例相同，即蝸桿機構4'之齒輪減速比被確定為使得針對齒輪3'旋轉確定之圈數，軸40'僅轉一圈。
雖然已結合多個特定實施例描述了本發明，但是相當顯而易見的是，本發明決不侷限於此，並且本發明包括所描述之裝置之所有技術等同物及其組合，此等都落入本發明之範疇內。
在申請專利範圍中，圓括號中之任何附圖標記不應該被解釋為限制申請專利範圍。
1:致動器 1':致動器 2:直流電動馬達 3:齒輪 3':齒輪 4:蝸桿機構 4':蝸桿機構 6:外殼 7:軸 21:主動軸 22:第一小齒輪 23:扁平部分 31:軸向齒接部 32:襯套 33:轉矩輸出元件 40:從動軸 40':軸 41:第二小齒輪 41':第二小齒輪 42:第一軸承 43:第二軸承 44:目標 45:目標支撐件 50:感測器 60:電連接器 61:開口 62:外周凹槽 63:夾子 64:夾子 65:連接銷 66:突起 67:突起 68:銷 69:壁 71:引導襯套 72:端 80:銷 661:夾子 662:止動件 671:夾子 672:止動件 F:箭頭 X:座標系 Y:座標系 Z:座標系
參考附圖，本發明之其他特徵及優點將藉由閱讀下面詳細描述之例示性實施例的文本而顯現：
[圖1]示出了根據第一實施例之致動器機構的立體圖；
[圖2]示出了致動器之其上安裝有磁靶及第二小齒輪之從動軸的剖面視圖；
[圖3]示出了圖1之結合在外殼中之機構；
[圖4]示出了圖3之致動器的俯視圖，特別係重點關注從動軸在外殼中之固定；
[圖5]及[圖6]示出了電動馬達之固定裝置的剖面視圖；
[圖7]示出了沿著穿過電動馬達之齒輪及主動軸之旋轉軸線的軸線之致動器的剖面視圖；
[圖8]示出了根據第二實施例之致動器機構的立體圖。
1:致動器
2:直流電動馬達
3:齒輪
4:蝸桿機構
21:主動軸
22:第一小齒輪
23:扁平部分
31:軸向齒接部
32:襯套
33:轉矩輸出元件
40:從動軸
41:第二小齒輪
42:第一軸承
43:第二軸承
44:目標
45:目標支撐件
50:感測器
X:座標系
Y:座標系
Z:座標系

Claims (10)

  1. 一種用於致動車輛變速器的至少一個可移動部件的致動器(1，1')，上述致動器(1，1')包括：電動馬達(2)，上述電動馬達具有主動軸(21)，在上述主動軸上安裝有第一小齒輪(22，22')；齒輪(3，3')，上述齒輪具有與上述第一小齒輪(22，22')嚙合之齒接部(31，31')；以及轉矩輸出元件(33)，上述轉矩輸出元件能夠耦接至上述變速器，其特徵在於，上述齒輪(3，3')亦包括蝸桿機構(4，4')，上述蝸桿機構與安裝在從動軸(40)上之第二小齒輪(41，41')嚙合，上述從動軸(40)包括面向感測器(50)之磁靶(44)。
  2. 如請求項1之致動器，其中，上述第一小齒輪(22，22')及上述齒輪(3，3')之齒接部(31，31')形成平面齒輪。
  3. 如請求項1或2之致動器，其中，上述齒輪(3，3')包括呈具有內面及外面之盤之形式的第一部分，上述齒接部(31，31')形成在上述外面之周緣上，上述齒輪(3，3')此外包括呈襯套(32)之形式的第二部分，上述襯套自上述第一部分之外面延伸，並且上述轉矩輸出元件(33)位於上述襯套上，上述第一部分及第二部分係一體的。
  4. 如請求項3之致動器，其中，上述蝸桿機構(4)位於上述齒輪(3)之呈襯套(32)之形式的第二部分上。
  5. 如請求項3之致動器，其中，上述蝸桿機構(4')位於在上述齒輪(3)之外面上之呈盤之形式的第一部分上。
  6. 如前述請求項中任一項之致動器，其中，上述磁靶(44)經由目標支撐件(45)固定至上述從動軸(40)之第一端，上述從動軸(40)由圍繞上述目標支撐件(45)之第一軸承(42)及在上述從動軸(40)之第二端處圍繞上述從動軸(40)之第二軸承(43)而旋轉地引導。
  7. 如請求項6之致動器，其中，上述第二小齒輪(41)大致位於在上述第一軸承與上述第二軸承(42，43)之間的上述從動軸(40)的中間。
  8. 如前述請求項中任一項之致動器，其中，上述致動器包括外殼(6)，上述外殼能夠固定在車輛之變速器上，並且在上述外殼中容納有上述電動馬達(2)、上述齒輪(3，3')、上述從動軸(40)及上述感測器(50)，上述外殼(6)亦包括電連接器(60)，以便將上述電動馬達(2)及上述感測器(50)電連接至電源。
  9. 如請求項8之致動器，其中，上述電連接器(60)藉由上述外殼(6)中之包覆成型之導電軌道而連接至上述電動馬達(2)及上述感測器(50)。
  10. 如請求項8或9之致動器，其中，上述電動馬達(2)、上述從動軸(40)及上述感測器(50)藉由呈夾子之形式的固定裝置(66，67，63，64)固持在上述外殼(6)中。
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