相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求于2016年1月12日提交的美國臨時專利no.62/277,758的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過參引全部并入本文。

本發(fā)明總體上涉及旋轉(zhuǎn)致動器組件，并且特別地涉及機動車輛的旋轉(zhuǎn)致動器組件。

背景技術(shù)：

在汽車工業(yè)中一直努力減小各個車輛部件的尺寸和重量，以便提高整體車輛效率。

旋轉(zhuǎn)致動器通常用于機動車輛部件比如節(jié)氣門本體或空氣調(diào)節(jié)(hvac)系統(tǒng)中以實現(xiàn)例如輸出軸的旋轉(zhuǎn)運動。

常規(guī)的旋轉(zhuǎn)致動器通常使用有刷直流(dc)馬達來控制。為了充分地控制輸出軸的旋轉(zhuǎn)，致動器組件通常需要位于直流馬達與輸出軸之間的一系列齒輪減速裝置。例如，典型的旋轉(zhuǎn)致動器包括位于馬達與中間齒輪之間的第一齒輪減速裝置、以及位于中間齒輪與輸出軸的驅(qū)動齒輪之間的第二齒輪減速裝置。

現(xiàn)有技術(shù)盡管有效但仍包括若干復(fù)雜性。例如，有刷直流馬達相對較大且特別長。因而，為了結(jié)合中間齒輪同時使殼體的總體尺寸最小化，直流馬達必須從輸出軸沿徑向偏移，其中，直流馬達的本體鄰近且平行于輸出軸。通過使直流馬達偏移以結(jié)合中間齒輪，車輛部件的殼體可以特別設(shè)計成包括用于直流馬達的空間。例如，當(dāng)旋轉(zhuǎn)致動器用于電子節(jié)氣門本體中時，電子節(jié)氣門體的殼體必須特別地設(shè)計成還包含直流馬達。另外，偏移構(gòu)型需要將直流馬達安裝到與輸出軸分開的殼體中，由此增加電子節(jié)氣門本體的復(fù)雜性和組裝時間。類似地，當(dāng)具有直流馬達的旋轉(zhuǎn)致動器組件用于其他車輛部件中時，必須為車輛部件考慮特別的設(shè)計因素，以便于使總體尺寸和重量最小化。

因此，本領(lǐng)域需要改進的旋轉(zhuǎn)致動器組件，其中，旋轉(zhuǎn)致動器的尺寸和復(fù)雜性被最小化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開，令人驚訝地發(fā)現(xiàn)了改進的旋轉(zhuǎn)致動器組件，其中，旋轉(zhuǎn)致動器的尺寸和復(fù)雜性被最小化。

在一個實施方式中，旋轉(zhuǎn)致動器組件包括共用軸、驅(qū)動件和齒輪組件。共用軸具有本體部和頸部且限定致動器組件的第一軸線。驅(qū)動件包括小齒輪，穿過該小齒輪形成有孔，其中，共用軸的頸部以可滑動的方式接納在孔中。齒輪組件包括中間齒輪和驅(qū)動齒輪。驅(qū)動齒輪旋轉(zhuǎn)地固定至共用軸的本體部。中間齒輪繞與第一軸線平行的第二軸線旋轉(zhuǎn)且構(gòu)造成將旋轉(zhuǎn)運動從小齒輪傳遞到驅(qū)動齒輪，其中，中間齒輪的主齒輪接合小齒輪并且中間齒輪的次級齒輪(minorgear)接合驅(qū)動齒輪。

在另一實施方式中，旋轉(zhuǎn)致動器組件包括具有本體部和頸部的共用軸。小齒輪能夠繞共用軸的頸部旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)致動器組件還包括驅(qū)動齒輪，該驅(qū)動齒輪與小齒輪軸向地間隔開且以可旋轉(zhuǎn)的方式固定至共用軸的本體部。中間齒輪能夠繞與第一軸線平行的第二軸線旋轉(zhuǎn)。中間齒輪是階式齒輪(steppedgear)且構(gòu)造成接合小齒輪和驅(qū)動齒輪中的每一者。小齒輪聯(lián)接至無刷直流馬達，其中，馬達的旋轉(zhuǎn)輸出經(jīng)由小齒輪和中間齒輪中的每一者傳遞到驅(qū)動齒輪。

在又一實施方式中，旋轉(zhuǎn)致動器組件包括小齒輪以及驅(qū)動齒輪，該驅(qū)動齒輪與小齒輪同軸地對準(zhǔn)且與小齒輪軸向地間隔開。驅(qū)動齒輪與小齒輪平行。主齒輪軸向地設(shè)置在小齒輪與驅(qū)動齒輪之間，并且主齒輪的外周接合小齒輪，其中，小齒輪的旋轉(zhuǎn)影響主齒輪的旋轉(zhuǎn)。次級齒輪與主齒輪同軸地對準(zhǔn)且以可旋轉(zhuǎn)的方式聯(lián)接至主齒輪。次級齒輪的外周接合驅(qū)動齒輪，其中，次級齒輪的旋轉(zhuǎn)影響驅(qū)動齒輪的旋轉(zhuǎn)。

附圖說明

圖1是根據(jù)本公開的旋轉(zhuǎn)致動器組件的俯視立體圖；

圖2是沿著圖1的截線2-2截取的圖1的旋轉(zhuǎn)致動器組件的截面圖；以及

圖3是圖1的旋轉(zhuǎn)致動器組件的分解的俯視立體圖，其中，所述旋轉(zhuǎn)致動器組件結(jié)合到電子節(jié)氣門本體中；以及

圖4是圖1至圖3的旋轉(zhuǎn)致動器組件的替代性實施方式的分解的俯視立體圖，其中，驅(qū)動齒輪是扇形齒輪。

具體實施方式

以下詳細(xì)說明及附圖描述并示出了本發(fā)明的各種實施方式。說明及附圖用于使本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)和使用本發(fā)明，并且不旨在以任何方式限制本發(fā)明的范圍。關(guān)于所公開的任何方法、所呈現(xiàn)的步驟實質(zhì)上是示例性的，因而步驟的順序不是必需的或關(guān)鍵的。

圖1至圖3示出了根據(jù)本公開的第一實施方式的旋轉(zhuǎn)致動器組件10。旋轉(zhuǎn)致動器組件10包括共用軸12、驅(qū)動組件14、齒輪組件16和印刷電路板(pcb)18，上述部件全都至少部分地封閉在殼體20內(nèi)。

旋轉(zhuǎn)致動器組件10的共用軸12包括本體部22和頸部24且限定旋轉(zhuǎn)致動器組件10的第一旋轉(zhuǎn)軸線a。如圖所示，本體部22和頸部24中的每一者均呈圓柱形形狀，并且頸部24從本體部22的遠(yuǎn)端端部軸向地延伸。然而，在替代性實施方式中，本體部22和頸部24中的任一者或兩者可以具有不規(guī)則的或多邊形的截面。共用軸12可以由金屬、聚合物或復(fù)合材料中的一者或更多者形成。

在所示出的實施方式中，頸部24的直徑或橫截面面積小于本體部22的直徑或橫截面面積，其中，共用軸12是階梯形的。在又一實施方式中，頸部24的直徑或橫截面面積可以大于本體部22的直徑或橫截面面積。在又一實施方式中，共用軸12可以連續(xù)形成，其中，頸部24與本體部22的直徑或橫截面面積相同。

本體部22還可包括緊固裝置26，緊固裝置26用于構(gòu)造成接合旋轉(zhuǎn)致動器組件10的輸出裝置28。例如，緊固裝置26可以構(gòu)造成將輸出裝置28固定地聯(lián)接至共用軸12。

本公開的驅(qū)動組件14包括馬達30和小齒輪32。驅(qū)動組件14的小齒輪32以可旋轉(zhuǎn)的方式聯(lián)接至馬達30的轉(zhuǎn)子34，其中，馬達30的旋轉(zhuǎn)輸出被直接傳輸至小齒輪32。如圖所示，小齒輪的軸部接納在轉(zhuǎn)子34內(nèi)。然而，將小齒輪32聯(lián)接至馬達30的其他裝置也將被本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員所理解。

驅(qū)動組件14包括穿過其而形成的孔36，其中，孔36構(gòu)造成將共用軸12的一部分接納在其中。如圖1至圖3所示，孔36至少部分地穿過小齒輪32中的每一者而居中地形成，其中，馬達30和小齒輪32分別構(gòu)造成將共用軸12的頸部24滑動地接納在其中?？?6的直徑構(gòu)造成提供共用軸12的頸部24與驅(qū)動組件14之間的滑式配合(slipfit)狀態(tài)，其中，孔36構(gòu)造成允許轉(zhuǎn)子34和小齒輪32相對于頸部24進行旋轉(zhuǎn)運動，同時使頸部24在轉(zhuǎn)子34內(nèi)的徑向運動最小化。有利地，驅(qū)動組件14與共用軸12的頸部24之間的滑式配合允許共用軸12和驅(qū)動齒輪38獨立于馬達30和小齒輪32而旋轉(zhuǎn)，同時保持馬達30和小齒輪32與共用軸12的軸向?qū)?zhǔn)。例如，滑式配合可以被理解為如由ansib4.1定義的轉(zhuǎn)動配合(runningfit)和滑動配合(slidingfit)中的一種。準(zhǔn)確的滑動配合狀態(tài)將基于旋轉(zhuǎn)致動器組件10的預(yù)期操作速度和載荷來選擇。

在所示實施方式中，馬達30是無刷直流馬達30。與現(xiàn)有技術(shù)的電子節(jié)氣門本體相比，通過使用根據(jù)本公開的無刷直流馬達30有利地減小了旋轉(zhuǎn)致動器組件10的總體尺寸、重量和復(fù)雜性。與有刷馬達相比，無刷直流馬達提供減小的外形，由此允許馬達30與共用軸12同軸地安裝而基本上不增加旋轉(zhuǎn)致動器組件10的長度。盡管所示實施方式中包括無刷直流馬達30，但本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用具有最小外形的其他類型的電動馬達，比如交流(ac)馬達、感應(yīng)馬達或有刷直流馬達。

驅(qū)動組件14的旋轉(zhuǎn)輸出經(jīng)由齒輪組件16轉(zhuǎn)移到共用軸12。在本公開的第一實施方式中，齒輪組件16包括驅(qū)動齒輪38和中間齒輪40。

驅(qū)動齒輪38旋轉(zhuǎn)地固定至共用軸12的本體部22。因此，驅(qū)動齒輪38與小齒輪32沿著旋轉(zhuǎn)致動器組件10的第一軸線a同軸地對準(zhǔn)，其中，在驅(qū)動齒輪38與小齒輪32之間形成有空間。驅(qū)動齒輪38可以例如通過機械裝置比如緊固件、鍵槽或通過摩擦配合而旋轉(zhuǎn)地固定至共用軸12。驅(qū)動齒輪38還可以粘附地固定至共用軸12。驅(qū)動齒輪38軸向地設(shè)置在驅(qū)動件14的小齒輪32與殼體20之間。

在所示實施方式中，驅(qū)動齒輪38連續(xù)地形成，其中，驅(qū)動齒輪38構(gòu)造成使共用軸12連續(xù)旋轉(zhuǎn)大于360度。然而，在替代性實施方式中，驅(qū)動齒輪38可以構(gòu)造成僅提供共用軸12繞第一軸線a的部分旋轉(zhuǎn)。例如，驅(qū)動齒輪38可以是具有部分地圍繞其外周而形成的齒的扇形齒輪，如圖4所示。

中間齒輪40能夠繞旋轉(zhuǎn)致動器組件10的第二軸線b旋轉(zhuǎn)。第二軸線b與第一軸線a平行，其中，小齒輪32、中間齒輪40和驅(qū)動齒輪38中的每一者彼此平行。在所示出的實施方式中，中間齒輪40聯(lián)接至軸42，軸42從殼體20延伸且限定第二軸線b。

如圖1和圖2所示，中間齒輪40構(gòu)造成將旋轉(zhuǎn)運動從驅(qū)動組件14的小齒輪32轉(zhuǎn)移到驅(qū)動齒輪38。如圖所示，中間齒輪40是階式齒輪且包括主齒輪44和次級齒輪46，主齒輪44與次級齒輪46同軸地對準(zhǔn)且相對于彼此旋轉(zhuǎn)地固定。中間齒輪40可以一體地形成，其中，次級齒輪46和主齒輪44由單體形成，或者次級齒輪46和主齒輪44可以是復(fù)合齒輪，其中，次級齒輪46與主齒輪44分開形成且次級齒輪46機械地聯(lián)接至主齒輪44。

如上文所述，在第二軸線b相對于第一軸線a偏移的情況下，主齒輪44構(gòu)造成接合小齒輪32。因而，馬達30的旋轉(zhuǎn)輸出通過小齒輪32傳遞至主齒輪44，從而導(dǎo)致主齒輪44和次級齒輪46相對于小齒輪32進行反向旋轉(zhuǎn)運動。如圖所示，主齒輪44與小齒輪32軸向地對準(zhǔn)，其中，主齒輪44的外周上的多個齒接合形成在次級齒輪46的外周上的多個齒。中間齒輪40的次級齒輪46構(gòu)造成以類似的方式接合驅(qū)動齒輪38，其中，次級齒輪46的反向旋轉(zhuǎn)運動被轉(zhuǎn)移到驅(qū)動齒輪38。因此，致使驅(qū)動齒輪38與小齒輪32沿相同的方向旋轉(zhuǎn)。

在旋轉(zhuǎn)致動器組件10的所示出的實施方式中，小齒輪32、主齒輪44、次級齒輪46和驅(qū)動齒輪38中的每一者構(gòu)造為鈍齒輪或鏈輪齒，其中，所述齒輪中的每一個齒輪上的多個齒接合其他齒輪中的相應(yīng)一個齒輪上的多個齒接合以實現(xiàn)所述齒輪的旋轉(zhuǎn)運動和反向旋轉(zhuǎn)運動。小齒輪32、主齒輪44、次級齒輪46和驅(qū)動齒輪38中的每一者的直徑根據(jù)旋轉(zhuǎn)致動器組件10的期望輸出扭矩和/或速度而選擇。應(yīng)當(dāng)理解的是，旋轉(zhuǎn)運動可以例如通過其他裝置比如使用摩擦離合器、帶、鏈和流體聯(lián)接器而從驅(qū)動組件14傳遞到驅(qū)動齒輪38。齒輪組件16還可以構(gòu)造為蝸輪傳動裝置，在該蝸輪傳動裝置中，蝸輪設(shè)置在中間齒輪40與驅(qū)動齒輪38之間以實現(xiàn)驅(qū)動齒輪38的旋轉(zhuǎn)運動。

印刷電路板18與馬達30及驅(qū)動齒輪38上的至少一個傳感器進行電氣通信，并且印刷電路板18用于將輸入發(fā)送到馬達30和傳感器且接收來自馬達30和傳感器的輸出以控制電子節(jié)氣門本體10的操作。

旋轉(zhuǎn)致動器組件10的殼體20包括腔48，腔48構(gòu)造成將驅(qū)動件32的至少一部分和印刷電路板18接納在其中。腔可以至少部分地由為殼體20的周緣定界的唇緣部50限定。殼體20可以還包括形成在凸緣上且構(gòu)造成提供印刷電路板18與外部控制器(未示出)之間的電氣通信的引線框架52。蓋54圍封腔48。殼體20的用以接納馬達30和印刷電路板18的構(gòu)型有利地使電子節(jié)氣門本體10的總體尺寸最小化。

在所示出的實施方式中，由驅(qū)動組件14提供正向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)，其中，馬達30可以在正向方向和反向方向上進行操作。然而，在替代性實施方式中，反向旋轉(zhuǎn)可以由彈簧組件(未示出)提供或輔助。例如，彈簧組件可以包括聯(lián)接至共用軸12的彈簧，其中，施加與共用軸12的旋轉(zhuǎn)輸出相反的彈簧力以將共用軸12朝向初始位置偏壓。彈簧可以是扭轉(zhuǎn)彈簧、拉伸彈簧或壓縮彈簧。彈簧組件可以還包括連桿裝置，比如從共用軸12或驅(qū)動齒輪38徑向地延伸的臂，該連桿裝置構(gòu)造成與彈簧相配合以將共用軸12朝向初始位置偏壓。

如上文所討論的，本公開通過將共用軸12構(gòu)造成滑動地接納在驅(qū)動組件14中而有益地結(jié)合了無刷直流馬達30。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該構(gòu)型在提高性能的同時還使旋轉(zhuǎn)致動器組件10的總體尺寸和重量最小化。

在操作中，與輸出裝置28的期望位置相對應(yīng)的輸入信號從外部控制器被提供到印刷電路板。相應(yīng)地，印刷電路板18將與輸出裝置28的期望旋轉(zhuǎn)位置相關(guān)的命令傳送到馬達30，并且馬達30旋轉(zhuǎn)至預(yù)定旋轉(zhuǎn)位置。馬達30的旋轉(zhuǎn)運動通過小齒輪32傳遞到中間齒輪40的主齒輪44，從而導(dǎo)致中間齒輪40旋轉(zhuǎn)。進而，中間齒輪40的次級齒輪46將旋轉(zhuǎn)運動傳遞到驅(qū)動齒輪38。旋轉(zhuǎn)地固定至共用軸12的本體部22的驅(qū)動齒輪38導(dǎo)致共用軸12旋轉(zhuǎn)。因此，共用軸12的旋轉(zhuǎn)使輸出裝置28旋轉(zhuǎn)至期望位置，同時共用軸12的頸部24在馬達30和小齒輪32內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。

如圖3中所示且如上文所討論的，本公開的旋轉(zhuǎn)致動器組件10可以結(jié)合到電子節(jié)氣門本體中。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，所公開的旋轉(zhuǎn)致動器組件10可以有益地結(jié)合到需要旋轉(zhuǎn)運動的馬達30的車輛中的任何應(yīng)用中。例如，本文公開的旋轉(zhuǎn)致動器組件10可以結(jié)合在下述中的一者或更多者中：廢氣再循環(huán)閥；廢氣背壓閥；加熱、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)中的天窗、門和百葉窗；廢氣門致動器；水、冷卻劑和油閥；制冷閥、電子制動致動器；轉(zhuǎn)速計；以及通用致動器。

通過構(gòu)造根據(jù)本公開的旋轉(zhuǎn)致動器組件10，與現(xiàn)有技術(shù)的電子節(jié)氣門本體相比，有利地減小了旋轉(zhuǎn)致動器組件10的總體尺寸、重量和復(fù)雜性，同時提高了效率。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本公開的旋轉(zhuǎn)致動器組件相比于現(xiàn)有技術(shù)的旋轉(zhuǎn)致動器提供了20％的重量減少和30％的響應(yīng)時間增加。

此外，通過使旋轉(zhuǎn)致動器組件10的總體尺寸最小化，可以模塊化地設(shè)計車輛部件，其中，通用的旋轉(zhuǎn)致動器組件10設(shè)計可以用于多種的上述應(yīng)用中，而不需要修改旋轉(zhuǎn)致動器組件10的設(shè)計。同理，車輛部件的設(shè)計可以被簡化，原因在于，不再需要將旋轉(zhuǎn)致動器組件10的馬達30容納在車輛部件本身中。因此，可以精簡產(chǎn)品設(shè)計和采購。

根據(jù)前面的描述，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員可以容易地確定本發(fā)明的本質(zhì)特征，并且在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以對本發(fā)明作出各種改變和修改以使其適應(yīng)各種用途和條件。