專利名稱：機動車操縱用電動執(zhí)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于機械傳動技術(shù)，具體涉及一種用于機動車操縱換檔、門窗或雨刮的機動車操縱用電動執(zhí)行器，可廣泛用于要求大力輸出動作的場合。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的機動車中，作為操縱換檔(脫檔、選軌、掛檔)、門窗、雨刮的執(zhí)行器，使用了氣動、液動、電磁鐵、電動蝸桿的執(zhí)行器，例如申請?zhí)?2138141.0(機動車有級變速器換檔的自動控制系統(tǒng))的發(fā)明中使用電磁鐵操縱脫檔、選軌、掛檔。電磁鐵在通電初期，動鐵與定鐵之間有氣隙，漏磁多，有效電磁力小，要滿足作用力要求必須增加電磁鐵的功率，于是有能耗大、體積大、重量大、成本高的缺點，也難于控制動作過程時間。氣動和液動執(zhí)行器需要氣壓和液壓源，需要控制閥去控制動作的執(zhí)行，需要氣缸、油缸去實施動作，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，技術(shù)條件要求高、成本高。
蝸桿減速機構(gòu)的減速比不高，機械效率也不高，大力輸出時損耗尤其嚴重，蝸輪要用貴的有色金屬材料，成本高。用之于機動車的上述執(zhí)行器便不理想。
另外，現(xiàn)有技術(shù)也未考慮到執(zhí)行器的過載保護和動作限位問題。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于設(shè)計出一種能克服上述缺點的機動車操縱用電動執(zhí)行器，通過控制小功率電機的速度和方向，使用高效、大速比、大力量、有自鎖性的減速機構(gòu)傳動輸出，通過彈簧的儲能功能在執(zhí)行器超載、限位、停止時保持對負載的作用和執(zhí)行器過載保護，可以安裝位置傳感器實現(xiàn)動作檢測，滿足所需操縱動作要求。
本實用新型采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)上述發(fā)明目的機動車操縱用電動執(zhí)行器，它有殼體，有剛輪、柔輪和波發(fā)生器構(gòu)成的諧波齒輪傳動減速機構(gòu)，剛輪和柔輪中一個為轉(zhuǎn)動件，一個為固定件。在諧波齒輪傳動減速機構(gòu)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，本實用新型設(shè)置有電動機，通過電動機軸連接波發(fā)生器的中心，帶動波發(fā)生器轉(zhuǎn)動。又在殼體內(nèi)或殼體外設(shè)置彈簧，彈簧一端與剛?cè)彷喼械霓D(zhuǎn)動件連接，彈簧另一端連接的部分為本執(zhí)行器的動作輸出部分；或者剛?cè)彷喼械霓D(zhuǎn)動件與本執(zhí)行器的動作輸出部分連接，而彈簧一端與動作輸出部分的前部構(gòu)件連接，彈簧另一端連接的構(gòu)件則為動作輸出部分的后部構(gòu)件。
執(zhí)行器的動作輸出部分可以是多構(gòu)件的機構(gòu)，以得到所需動作，例如凸輪、齒條、鏈帶、連桿等，或是單一構(gòu)件。執(zhí)行器的動作輸出部分連接機動車的換檔、門窗或雨刮的執(zhí)行機構(gòu)。
還在機殼內(nèi)或外設(shè)置有位置傳感器，用于感知運動件的運動情況，適應(yīng)負載對運動路徑及起停限位等的要求。傳感器可以是光電的、磁電的、觸動的等。
本執(zhí)行器的工作原理是由于采用了諧波齒輪傳動減速機構(gòu)，諧波齒輪傳動減速機構(gòu)在結(jié)構(gòu)上具有以下特征其柔輪齒數(shù)少于剛輪齒數(shù)，波發(fā)生器具有長軸和短軸，長軸兩頂點的距離使得波發(fā)生器安裝進柔輪后將柔輪沿徑向向外擠變形成橢圓狀，并且在其長軸兩端，剛輪內(nèi)齒與柔輪外齒沿全齒高相嚙合，而在短軸兩端剛輪內(nèi)齒與柔輪外齒相脫離。因此當剛輪柔輪中一為固定件，另一為轉(zhuǎn)動件時，該轉(zhuǎn)動件連系動作輸出部分，這樣當電機帶動波發(fā)生器轉(zhuǎn)動時，剛輪柔輪齒嚙合脫離點隨波發(fā)生器轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。正由于柔輪齒數(shù)比剛輪齒數(shù)少，而且剛輪柔輪中一件固定、另一件轉(zhuǎn)動，則當波發(fā)生器轉(zhuǎn)動一周時，其中轉(zhuǎn)動件必轉(zhuǎn)動與剛?cè)彷嘄X差相應(yīng)的角度，電機連續(xù)運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動件也連續(xù)運轉(zhuǎn)。這樣波發(fā)生器與剛?cè)彷喼械霓D(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)速比就等于該轉(zhuǎn)動件的齒數(shù)除以剛?cè)彷嘄X差數(shù)。于是當剛?cè)彷喼修D(zhuǎn)動件的齒數(shù)多，而齒差數(shù)小時，轉(zhuǎn)速比可以做大(例如400∶1)，而且由于齒數(shù)多、齒形小(齒高＜1mm)，剛輪內(nèi)齒與柔輪外齒切合面小，摩擦損失少，機械效率高(＞95％)，又由于齒差數(shù)少(例如齒差2)，柔輪彈性變形后，剛?cè)彷喲貓A周有許多齒(＞20％總齒數(shù))處于嚙合狀態(tài)，所以傳遞的力矩大。這樣的機構(gòu)比蝸輪蝸桿減速機構(gòu)的機械效率高，同時當電機停后，由于大減速比，負載反作用力不能通過動作輸出部分推動波發(fā)生器運轉(zhuǎn)，動作輸出部分止動，執(zhí)行器具有自鎖性。
設(shè)置彈簧的作用是在執(zhí)行器超載、限位、停電時保持對負載的作用和執(zhí)行器過載保護，例如掛檔時由于欲嚙合齒輪對可能不耦合使掛檔暫不能推進到位，即轉(zhuǎn)動件連續(xù)運轉(zhuǎn)而執(zhí)行器輸出部分被負載阻止時，由于剛?cè)彷喼修D(zhuǎn)動件聯(lián)系彈簧，彈簧再聯(lián)系動作輸出部分；或者剛?cè)彷喼械霓D(zhuǎn)動件與本執(zhí)行器的動作輸出部分連接，而彈簧一端與動作輸出部分的前部構(gòu)件連接，彈簧另一端連接的構(gòu)件則為動作輸出部分的后部構(gòu)件，雖轉(zhuǎn)動件轉(zhuǎn)動而動作輸出部分不動，則彈簧彈性變形，轉(zhuǎn)動件和電機不損壞，并保持了對負載的原作用，當其后欲嚙合齒輪對耦合后，彈簧復位動作推進掛檔到位。其它超載情況(門窗、雨刮卡住等)類似。
而執(zhí)行器的自鎖性也保證了執(zhí)行器停止后保持對負載的作用。
其中使用的電動機為直流普通電動機，容易用正負高低不同的電壓驅(qū)動之，得到執(zhí)行器動作的不同方向和速度。
可見，此電動執(zhí)行器通過控制小功率電機的速度和方向，可獲得高效、大速比、大力量傳動輸出，變換成操縱動作，通過彈簧的儲能作用，實現(xiàn)所需的作用力、過程時間、動作關(guān)系、過載保護等要求，同時具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、效率高、體積小、重量輕、成本低、自鎖性的特點，能很好地滿足機動車的換檔、門窗或雨刮動作的要求。


圖1是本實用新型的外部結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實用新型從圖1中A-A處剖開后側(cè)看的結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實用新型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖4是圖3中剛?cè)彷嘄X的嚙合狀態(tài)圖；圖5中本實用新型的輸出部分由連桿機構(gòu)組成的示意圖。
具體實施方式
圖1、圖2和圖3表示彈簧在殼體外、剛輪固定柔輪轉(zhuǎn)動的電動執(zhí)行器。圖4表示剛輪和柔輪的傳動齒嚙合的情況。本電動執(zhí)行器有殼體3、剛輪1、柔輪2、太陽輪7和行星輪5及輪系支架6組成的波發(fā)生器、電動機4、彈簧9、動作輸出部分11、位置傳感器10。
剛輪1的內(nèi)圈壁沿圓周呈多齒狀，這多齒在圓周上均布，形狀為三角形或S形，齒頂指向圓心。柔輪2的外圈壁沿圓周呈多齒狀，這多齒在圓周上均布，形狀為三角形或S形，齒頂指向與圓心的反向，柔輪2的齒數(shù)比剛輪1的齒數(shù)少。波發(fā)生器具有長軸和短軸幾何特征，可以是由凸輪薄壁軸承形成、可以是由偏心輪形成、可以是由觸頭輪形成、也可以是由饒?zhí)栞喒D(zhuǎn)的行星輪形成。圖3表示的波發(fā)生器由太陽輪7、行星輪5和輪系支架6組成。柔輪2安裝在剛輪1內(nèi)，波發(fā)生器安裝在柔輪2內(nèi)。又安裝有彈簧9，使彈簧9的一端與作為轉(zhuǎn)動件的柔輪2連接，另一端連接的部分為執(zhí)行器的動作輸出部分11，在此結(jié)構(gòu)中，該動作輸出部分11是單一構(gòu)件。
執(zhí)行器的動作輸出部分也可以是多構(gòu)件組成的機構(gòu)，如圖5所示的連桿機構(gòu)，這里剛?cè)彷喼械霓D(zhuǎn)動件是柔輪2，它與本執(zhí)行器動作輸出部分的前部構(gòu)件111連接，而彈簧9一端也與該前部構(gòu)件111連接，彈簧9的另一端與輸出部分的后部構(gòu)件112連接。其帶動關(guān)系是執(zhí)行器的柔輪2帶動輸出部分的前部構(gòu)件111，使彈簧9左右擺動，從而使輸出部分的后部構(gòu)件112來回直線運動。
這里在殼體內(nèi)設(shè)立位置傳感器10，用于感知運動極限位置，傳感器可以是光電的、磁電的、觸動的等。其中使用的電動機為直流普通電動機。
其中柔輪、波發(fā)生器、輸出構(gòu)件等由尼龍塑料制成，成本低。
已實現(xiàn)的本電動執(zhí)行器情況如下整體外徑φ40mm，高度20mm，電機功率4w/3000rpm，輸出轉(zhuǎn)速20rpm，輸出力矩2N.m，成本6元人民幣。
權(quán)利要求1.機動車操縱用電動執(zhí)行器，它具有殼體，有剛輪、柔輪和波發(fā)生器構(gòu)成的諧波齒輪傳動減速機構(gòu)，剛輪和柔輪中一個為轉(zhuǎn)動件，一個為固定件，其特征在于設(shè)置有電動機，通過電動機軸連接波發(fā)生器的中心，又在殼體內(nèi)或殼體外設(shè)置彈簧，彈簧一端與剛?cè)彷喼械霓D(zhuǎn)動件連接，彈簧另一端連接的部分為本執(zhí)行器的動作輸出部分；或者剛?cè)彷喼械霓D(zhuǎn)動件與本執(zhí)行器的動作輸出部分連接，而彈簧一端與動作輸出部分的前部構(gòu)件連接，彈簧另一端連接的構(gòu)件則為動作輸出部分的后部構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動執(zhí)行器，其特征在于執(zhí)行器的動作輸出部分是多構(gòu)件的機構(gòu)或單一構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動執(zhí)行器，其特征在于在機殼內(nèi)或外設(shè)置有位置傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動執(zhí)行器，其特征在于設(shè)置的電動機是直流電動機。
專利摘要本實用新型是一種機動車操縱用電動執(zhí)行器，包括有殼體、諧波齒輪傳動減速機構(gòu)、電動機和彈簧，彈簧一端與諧波齒輪傳動減速機構(gòu)的剛?cè)彷喼械霓D(zhuǎn)動件連接，彈簧另一端連接的部分為本執(zhí)行器的動作輸出部分；或剛?cè)彷喼械霓D(zhuǎn)動件與本執(zhí)行器的動作輸出部分連接，彈簧一端與動作輸出部分的前部構(gòu)件連接，彈簧另一端與動作輸出部分的后部構(gòu)件連接。本電動執(zhí)行器通過控制小功率電機的速度和方向，獲得高效、大速比、大力量傳動輸出，通過彈簧的儲能作用，實現(xiàn)所需的作用力、過程時間、動作關(guān)系、過載保護等要求，具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、效率高、體積小、重量輕、成本低、自鎖性的特點，能很好地滿足機動車的換檔、門窗或雨刮動作的要求。
文檔編號F16H1/28GK2779157SQ20052003363
公開日2006年5月10日 申請日期2005年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月22日
發(fā)明者方茂奎 申請人:方茂奎