具有一体化驱动机构的致动器的制作方法

专利名称：具有一体化驱动机构的致动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于交通工具中的一种致动器组件。更具体地讲，本发 明涉及用于将来自致动器的旋转运动转化为轴向运动的一种装置。
背景技术：
多种致动器被用于操作诸如用在涡轮增压器上的流体控制阀或控 制装置的多种装置。这些致动器可以具有轴向运动或它们可以具有被转 化为轴向运动的旋转运动。将旋转运动转化为轴向运动需要一种有效地 转化运动的装置。这些装置经常需要额外的元件或部件，这增加了装置 的复杂性。希望能开发出消除复杂的或额外的多个部件以及提供更大的 封装优点的装置。这样，可以降低装置的整个尺寸、重量和成本。

发明内容
本发明针对一种致动器组件，该致动器组件具有可操作地与壳体相 关联的致动器装置、可操作地与该致动器装置相关联的一个或多个旋转 齿轮构件、可操作地与这一个或多个旋转齿轮构件相关联的支撑构件、 以及可操作地与该一个或多个旋转齿轮构件相关联的凸轮，用于将这些 齿轮构件的旋转运动转化为轴向运动。
当该致动器装置被致动时，该一个或多个旋转齿轮构件进行旋转， 致使该支撑构件在该凸轮上运动。
在以下提供的详细说明中本发明更广领域的可应用性变得显而易 见。应当理解的是，详细的说明和具体的实例，虽然示出了本发明的优 选实施例，但仅仅旨在用于示例的目的，而非限制本发明的范围。


从详细的说明和附图中将能更全面地理解本发明，在附图中 图la是根据本发明的一种致动器组件的正面视图； 图lb是根据本发明的一种致动器组件的侧面视图； 图2是根据本发明的处于闭合位置的一种致动器组件的截面的正 视图3是根据本发明的处于开放位置的一种致动器的另外截面的正 视图4是根据本发明的一种致动器组件的截面的侧视图； 图5A和图5B是本发明的替代实施例的等距视图；以及 图6是根据本发明的一种致动器组件的正面视图，其中提升阀被销 取代并且阀壳体被移除。
具体实施例方式
以下优选实施例的说明本质上仅是示例性的，并非旨在限制本发 明、其应用或用途。
图la和lb示出包括阀组件12的一种致动器组件10的正^L图和侧 视图。参见图1至图4,致动器组件IO具有阀壳体14和致动器壳体16, 该致动器壳体被设计以接受具有一体化的位置传感器20的连接器/盖子 18。使用弹性体密封件22将该连接器/盖子18密封到该致动器壳体16 上。多个螺紋件24将该连接器/盖子18固定到壳体16上。通过托架28 和多个螺紋件30将诸如DC马达26的 一种致动器装置固定到致动器壳 体16。连接器/盖子18具有由多个电导体34所组成的一体化的引线架 40。马达26的终端32与电连接器/盖子18的电导体34互连。连接器/ 盖子18具有连接器36,该连接器有多个终端38来提供到合适的电子控 制单元(ECU) 42的外部连接。这些终端38还可以是引线架40的一部 分。
马达26的旋转轴44上安装了与中间齿轮48相接合的小齿轮46。 中间齿轮48通过销50定位于致动器壳体16中。中间齿轮48与输出齿 轮52相接合。输出齿轮52围绕定位于致动器壳体16中的输出齿轮轴 54旋转。轴54受到同样定位在致动器壳体16中的支撑构件56和衬套 58的引导。夹子60将轴54固定到致动器壳体16上。使用杯形塞62覆 盖致动器壳体16中的开口 64。在输出齿轮52中形成了在此以凸轮槽66的形式示出的凸轮。
传感器转子68通过诸如塑料重叠注塑(overmolding)的合适的方 法附接在输出齿轮52上。可替代的固定方法包括超声焊接法、粘合剂、 或"卡扣配合"。传感器转子68相对于相关联的位置传感器20而定位， 该位置传感器20是附接在连接器/盖子18上的传感电路70的一部分。 位置传感器20可以是能够检测传感器转子68和输出齿轮52的位置的 任意类型的传感器。例如， 一类位置传感器20是非接触位置传感器， 如感应传感器。这样的传感器可以具有被重叠注塑到输出齿轮52上的 感应器。与传感电路70的电连接是通过引线架40、多个导体34、和多 个接线端38进行的。传感器转子68将来自发射器的信号耦合至位置传 感电路70上的接收器。位置传感电路70提供相对于输出齿轮52的旋 转和位置的输出信号。
杆构件或阀杆72在其一端安装有阀构件或提升阀74,并在相对端 装有由销78所固定的支撑构件或支撑件76。阀杆72由衬套80所引导， 该衬套通过诸如一种压配合的适当的方式保持在阀壳体14中。阀壳体 14具有入口 84和出口 86。入口 84安装有阀座88,提升阀74坐在该阀 座上并且阻断在该入口 84和出口 86之间的流动。
致动器壳体16和阀壳体14作为单一部件被示出。致动器壳体16 和阀壳体14也可净皮分为两个部件。例如，致动器壳体16和阀壳体14 可在凸缘90处分离，并且通过一种合适的方式进行连接，如图4中所 示的有螺紋的紧固件92。
弹簧94与输出齿轮轴54同轴。该弹簧94具有的特征是接合输出 齿轮52和致动器壳体16。弹簧94被设计为使输出齿轮52以逆时针方 向旋转。位于输出齿轮52中的凸轮槽66被设计为用于容纳附装在连接 阀杆72的一端的支撑件76。凸轮槽66被成形为当弹簧94向输出齿轮 52施加逆时针的扭矩时致使该支撑件76、阀杆72、和提升阀74沿阀座 88的方向运动。弹簧94的扭矩足以使提升阀74坐在阀座88上并且阻 断阀入口 84和出口 86之间的流动。
通过使用发动机控制单元(ECU) 42来使致动器组件IO操作，该 发动机控制单元通过多个终端38、引线架40、多个导体34、和多个马 达终端32提供合适的电信号。
马达26接收来自ECU42的信号，并且形成相对于该信号的强度的
9扭矩。马达26生成的扭矩将通过小齿轮46和中间齿轮48传输至输出 齿轮52。这个扭矩将对抗弹簧94的阻力。当信号和生成的扭矩足够大 时，它超过弹簧94的阻力并且致使输出齿轮52旋转。逐渐地增加该信 号提供较大的生成的扭矩，它增加输出齿轮52旋转的程度。降低该信 号将减小输出齿轮52旋转的程度。
形成于输出齿轮52中的凸轮槽66与通过销78附接在阀杆72上的 支撑件76相接合。输出齿轮52和凸轮槽66的旋转迫使支撑件76、销 78、阀杆72、和提升阀74沿轴向方向运动，使提升阀74乂人阀座88移 开并且允许在入口 84和出口 86之间的流动。
凸轮槽6 6的轮廓确定了轴向运动相对于输出齿轮5 2旋转的比率。 凸轮槽66的轮廓还部分地确定了作用于支撑件76、阀杆72、以及提升 阀74的操作力。该轮廓通过旋转而被改变以此通过提升阀74的轴向冲 程提供一种可变的提升阀74的开放/流动速率，从而提供所希望的操作 特性。
凸轮槽66的轮廓还以具体的旋转/冲程来控制操作力。在实施例中， 凸轮槽66的轮廓被配置为通过输出齿轮52的旋转来提供连续可变的速 率。通过旋转来控制机械增益(mechanical advantage)提供将阀组件12 所需的力与马达26的可供使用的扭矩相匹配的方法。例如，在替代实 施例中，可以通过调整凸轮槽66的轮廓，可以在具体的点上通过输出 齿轮52的旋转提供较大的力。当马达26转动小齿轮46、中间齿轮48、 和输出齿轮52时，支撑件76通过凸轮槽66移动，相对于输出齿轮52 改变阀杆72和提升阀74的位置，由此改变在其间所转移的力的量值。
传感电路70提供相对于输出齿轮52旋转和轴向提升阀运动程度的 输出信号。该输出用来指示通过提升阀74的相对流动。
在另一方面中，还可以对电子传感电路70编程从而为给定阀杆72 和提升阀74的位置提供具体的信号范围。例如，处于闭合位置的提升 阀74可以#:编程在具体的传感电压范围之内。相信这个能力改进了阀 杆72和提升阀74的位置的精确性，以及补偿部件和组件变化。实现这 个的 一种方式是通过使用校准过程访问该传感电路70。
位置传感器20和位置传感器20的输出信号是用于提升阀74的闭 合回路控制系统的一部分。ECU 42被编程为具有发动机操作状态的分 布图以及对于每个状态的希望的流动。将所希望的流动转化为传感电路70的输出信号和ECU42的信号。ECU 42将该信号提供给马达26，并 且致使提升阀74运动到所希望的位置。ECU42将该信号调整到实现或 维持所希望的提升阀74的位置。
使用一体化到输出齿轮52中的凸轮槽66是将马达26的旋转运动 转化为阀杆72的轴向运动的一种有效的方法。应当理解，这个扭无念也 可应用于需要轴向运动的其他装置。例如，可以除去致动器组件10的 阀壳体14的部分以暴露阀杆72。可将阀杆72连接至需要轴向操作的任 何装置上，例如，如图6中所示出的涡轮增压器的控制装置。在图6中， 已经除去一部分阀壳体14以暴露阀杆72,并且用销108取代提升阀74。
凸轮槽66的一体化是基于部件的制造工艺。例如，在一个实施例 中，凸轮槽66是通过注模工艺而模制的，然而，如果使用了金属铸造 工艺，也可以浇铸该凸轮槽，或如果使用了粉末金属工艺，可以被压制。 在其他实施例中，将凸轮槽66制成分离零件，并且通过诸如塑料重叠 注塑、压配合、铆接、焊接、铜焊或粘合剂的合适方法进行连接。同样， 不需要将凸轮槽66完全通过输出齿轮52而形成。在替代实施例中，使 用限制支撑件7 6和阀杆72的运动的壁来提供凸轮引导。
可使用本发明的多种变型来转化运动。参见图5a和图5b,支撑件 76被附接在输出齿轮52上，并且偏离输出齿轮52的旋转中心。引导槽 98与阀杆72 —同形成或附接在其上；该引导槽98可操作地配置为用于 容纳支撑件76。当输出齿轮52以顺时针方向或逆时针动作方向旋转时， 阀杆72将以轴向动作来运动。行进速率和机械增益的比率取决于槽98 的形状、槽98的位置、以及支撑件76的位置。在这个实施例中，小齿 轮46直接与输出齿轮52相接合。
在图5a中示出的第一位置中，支撑件76位于引导槽98的一端。 随着输出齿轮52旋转，支撑件76通过引导槽98运动并且围绕输出齿 轮52的轴线运动。随着输出齿轮52继续旋转，引导槽98、阀杆72、 以及提升阀74到达图5b中示出的位置中。这个实施例也不限于同提升 阀74 —同使用，将本发明使用于要求旋转变为轴向运动的其他装置中 是在本发明的范围之内。
本发明的说明本质上仅是示例性的，并且因此不背离本发明的要旨 的改变应当是在本发明的范围之内。不得将此种改变认为是脱离本发明 的精神和范围。
权利要求
1.一种致动器组件，包括致动器装置，该致动器装置可操作地与壳体相关联；一个或多个旋转齿轮构件，该旋转齿轮构件可操作地与所述致动器装置相关联；支撑构件，该支撑件构件可操作地与所述一个或多个旋转齿轮构件相关联；凸轮，该凸轮与所述一个或多个旋转齿轮构件之一相关联，用于将所述一个或多个旋转齿轮构件的旋转运动转化为轴向运动；并且其中，当所述致动器装置被致动时，所述一个或多个旋转齿轮构件旋转，引起所述支撑构件在所述凸轮上移动。
2. 根据权利要求1的致动器组件，其中，所述凸轮是从包括开放槽、 闭合槽、凸起的表面或凹下的表面的组中选择的一种。
3. 根据权利要求1的致动器组件，进一步包括 设置在所述壳体内的入口和出口；连接至所述支撑构件的杆构件，所述杆构件具有阀构件；用于可选择地接受所述阀构件的阀座；并且其中，当由所述阀座接受所述阀构件时，所述入口将与所述出口隔 离，并且当所述支撑构件在所述凸轮上移动时，所述阀座将不再接受所 述阀构件，允许在所述入口和所述出口之间的流动。
4. 根据权利要求1的致动器组件，进一步包括一体化的位置传感 器，该位置传感器用于检测所述一个或多个旋转齿轮构件以及所述支撑 构件中任一个的位置。
5. 根据权利要求4的致动器组件，其中，所述一体化的位置传感器 是从包括感应传感器、磁阻传感器、霍耳效应传感器，以及电阻传感器 的组中选择的。
6. 根据权利要求5的致动器组件，其中，所述感应传感器具有可操 作地与所述一个或多个旋转齿轮构件之一相关联的位置传感部件以及 可操作地安装在所述位置传感部件附近的传感器。
7. 根据权利要求1的致动器组件，其中，所述凸轮可操作地与所述 一个或多个旋转齿轮构件相关联，并且所述凸轮和所述支撑构件提供机 械增益。
8. 根据权利要求7的致动器组件，其中，当所述支撑构件在所述凸 轮上移动时，所述凸轮改变所述支撑构件在所述凸轮上移动的速率，以 增加或减少由所述凸轮和所述支撑构件所产生的机械增益。
9. 根据权利要求1的致动器组件，其中，该凸轮位于所述旋转构件 或非旋转构件中。
10. 根据权利要求1的致动器组件，其中，该支撑构件位于所述旋 转构件或非旋转构件中。
11. 根据权利要求1的致动器组件，其中，该支撑构件选自包括销、 销轴承、滚针轴承、滚珠轴承、衬套、销上的套筒以及它们的组合的组。
12. 根据权利要求1的致动器组件，其中，该致动器与该阀组件共 用共同的壳体。
13. —种用于机动车辆的致动器组件，包括致动器壳体，该制动器壳体用于容纳致动器装置和连接至所述致动 器装置的一个或多个齿轮构件；支撑构件，该支撑构件可操作地与所述一个或多个齿轮构件相关联；连接至所述支撑构件的杆构件；入口和出口 ，该入口和出口被设置在所述致动器壳体内； 连接至所述杆构件的阀构件，该阀构件被设置在所述入口和所述出 口之间；并且其中，所述一个或多个旋转构件包括用于容纳所述支撑构件的凸轮 槽，并且当所述致动器被致动时，所述一个或多个齿轮构件将旋转，引所述出口的流动。
14. 根据权利要求13所述的致动器组件，其中，所述致动器装置是 直线型致动器或旋转型致动器。
15. 根据权利要求13所述的致动器组件，其中，所述支撑构件连接 至所述一个或多个旋转齿轮构件，并且所述凸轮槽与所述杆构件一体地 形成。
16. 根据权利要求13所述的致动器组件，进一步包括一体化的位置 传感器，该一体化的位置传感器用于检测所述一个或多个旋转齿轮构件与所述支撑构件中任一方或双方的位置。
17. 根据权利要求16所述的致动器组件，其中，所述一体化的位 置传感器选自包括磁阻传感器、霍耳效应传感器和电阻传感器的组。
18. 根据权利要求16所述的致动器组件，其中，所述一体化的位置传感器是感应传感器。
19. 根据权利要求18所述的致动器组件，其中，所述感应传感器具 有连接至所述一个或多个旋转齿轮构件之一的感应器以及可操作地安 装在所述感应器附近的传感器。
20. 根据权利要求13所述的致动器组件，进一步包括用于可选择地 接受所述阀构件的阀座，其中，当由所述阀座接受所述阀构件时，在所 述入口与所述出口之间的流动^皮阻断，并且当所述阀构件通过所述杆构件被移动时，允许在所述入口与所述出口之间的流动。
21. 根据权利要求13所述的致动器组件，其中，所述致动器装置被 用于控制阀或涡轮增压器控制装置。
22. 根据权利要求13所述的致动器组件，其中，所述凸轮槽与所述 支撑构件的形状产生机械增益。
23. 根据权利要求13所述的致动器组件，其中，所述凸轮槽增加或 减少通过所述至少一个旋转齿轮构件的旋转在某个点上施加给所述支 撑构件的力的量值，所述力的增加或减少取决于所述凸轮槽的形状。
24. 根据权利要求13所述的致动器组件，其中，所述至少一个旋转 齿轮构件可操作地连接到轴上，所述轴可操作地由所述壳体支撑。
25. 根据权利要求13所述的致动器组件，进一步包括环绕所述轴并 且与所述壳体以及安装在所述轴上的所述至少一个旋转齿轮构件相接 合的弹簧，所述弹簧被构造以提供对抗所述致动器装置的旋转的阻力， 并且操作以将安装在所述轴上的所述至少一个旋转齿轮构件保持在固 定位置中。
26. 根据权利要求13所述的致动器组件，其中，所述支撑构件选自 包括滚珠轴承、衬套、销、滚针轴承或销上的套筒的组。
27. —种用于将转动转化为线性运动的致动器组件，包括 用于支撑轴并且通过弹簧连接至所述轴的壳体，所述壳体具有入口和出口 ；具有凸轮槽或支撑构件的至少一个旋转齿轮构件，所述至少一个旋转齿轮构件由所述轴支撑并且连接至所述弹簧； 具有凸轮槽或支撑构件的阀杆；在与所述凸轮槽或所述支撑构件相反的端连接到所述阀杆的提升阀；安装至所述入口的阀座，所述阀座用于可选择地接受所述提升阀； 可操作地与所迷至少一个旋转齿轮构件相关联的致动器装置；并且 其中，当所述至少一个旋转齿轮构件具有所述凸轮槽时，所述杆构 件将具有所述支撑构件并且所述支撑构件被所述凸轮槽容纳，并且当所 述至少一个旋转齿轮构件具有所述支撑构件时，所述杆构件将具有所述 凸轮槽并且所述支撑构件被所述凸轮槽容纳，并且所述弹簧使要由所述 阀座接受的所述提升阀偏置，并且当所述提升阀被所述阀座所接受时， 所述入口和所述出口之间的流动被阻断，并且所述支撑构件和所述凸轮 槽产生可变的机械增益，以致当所述致动器使所述一个或多个旋转齿轮 构件旋转以克服所述弹簧的阻力时，所述支撑构件将在所述凸轮槽内移 动，引起所述阀杆以线性方式将所述提升阀移离所述阀座，从而允许所 述入口和所述出口之间的流动。
28. 根据权利要求27所述的用于将转动转化为线性运动的致动器 组件，其中，所述可变的机械增益由所述凸轮槽的形状限定。
29. 根据权利要求27所述的用于将转动转化为线性运动的致动器 组件，其中，所述支撑构件被安装在所述至少一个旋转齿轮构件上，并 且所述凸轮槽与所迷杆构件一体化，以致当所述支撑构件在所述凸轮槽 内移动时，所述杆构件将以线性方式移动。
30. 根据权利要求27所述的用于将转动转化为线性运动的致动器 组件，其中，所述凸轮槽与所述至少一个旋转齿轮构件一体化，并且支 撑构件被安装在所迷杆构件上，以致当所述支撑构件在所述凸轮槽内移 动时，所述杆构件将以线性方式移动。
31. 根据权利要求27所述的用于将转动转化为线性运动的致动器 组件，进一步包括位置传感器，该位置传感器用于检测所述至少一个旋 转齿轮构件以及所迷支撑构件中任一方或双方的位置。
32. 根据权利要求31所述的用于将转动转化为线性运动的致动器 组件，其中，所述位置传感器是感应传感器。
33. 根据权利要求32所述的用于将转动转化为线性运动的致动器组件，其中，所述感应传感器具有连接至所述至少一个旋转齿轮构件的 感应器以及可操作地安装在所述感应器附近的传感器。
全文摘要
本发明针对一种致动器组件(10)，该致动器组件具有可操作地与壳体(16)相关联的致动器装置(26)、可操作地与该致动器装置(26)相关联的一个或多个旋转齿轮构件(46、48、52)、可操作地与一个或多个旋转齿轮构件(46、48、52)相关联的支撑构件(76)、以及可操作地与一个或多个旋转齿轮构件(46、48、52)相关联的凸轮(66)，用于将这些齿轮构件(46、48、52)的旋转运动转化为轴向运动。当该致动器装置(26)被致动时，该一个或多个旋转齿轮构件(46、48、52)旋转，致使该支撑构件(76)在该凸轮(66)上运动。
文档编号F16H19/00GK101310126SQ200680042520
公开日2008年11月19日 申请日期2006年11月14日 优先权日2005年11月14日
发明者M·F·巴萨托, R·D·基富弗 申请人:博格华纳公司