CN111853227B - 旋转致动器 - Google Patents

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Abstract

旋转致动器(10)包括：电动马达(30)；控制单元(16)，其被配置为控制电动马达(30)的运转；壳体(60)，其由树脂制成并且接收电动马达(30)；以及电路板固定件(92)。电路板固定件件(92)包括：***部(94)，其嵌入在壳体(60)的上壳体段(61)处；以及固定部(96)，其由金属制成并且固定控制单元(16)的电路板(71)。

Description

旋转致动器
技术领域
本发明涉及一种旋转致动器。
背景技术
通常，在电路板容纳在壳体主体与盖之间限定的内部空间的情况下，电路板被固定到壳体主体。
例如，根据JP2000-313346A，电路壳体包括均由合成树脂制成的壳体主体和盖，并且电路板容纳在壳体主体和盖之间。多个安装部与壳体主体一体地形成为一件。安装部(用作热模锻固定部)分别穿过电路板的通孔***，并且安装部的前端由于热而熔化并且相对于电路板发生塑性变形从而相对于壳体主体固定电路板。
由树脂制成的热模锻固定部在垂直于电路板平面的电路板厚度方向上具有较小的固定力。因此，当由电路板的振动或电路板在其厚度方向上的热膨胀产生的外力施加到热模锻固定部时，热模锻固定部的前端被熔化和固化的部分可能会变形或损坏。当熔化和固化的部分变形或损坏时，用于将电路板相对于壳体主体固定的固定力消失，从而导致电路板的损坏或导电故障。
发明内容
鉴于上述问题而做出发明，并且本发明的目的是提供一种旋转致动器，其限制控制单元的电路板的损坏或电连接故障。
根据本发明，提供了一种用于车辆的线控换挡***的旋转致动器。旋转致动器包括：电动马达；控制单元，其被配置为控制电动马达的运转；由树脂制成并接收电动马达的壳体；和电路板固定件。电路板固定件包括：***部，其嵌入在壳体处；以及固定部，其由金属制成，并且固定控制单元的电路板。
根据本发明，由于固定部由金属制成，所以与通过热模锻将电路板固定于由树脂制成的壳体的情况相比，即使当由电路板的振动或电路板在其厚度方向上的热膨胀产生的外力施加到固定部时，也可以限制固定部的变形和损坏，从而，由于将电路板固定到壳体主体的固定力不容易消失，因此有利地限制了控制单元的电路板的损坏或导电故障。
附图说明
本文描述的附图仅用于对所选实施例而不是所有可能的实施方式进行说明，并且不用于限制本发明的范围。
图1是示出包括根据第一实施例的旋转致动器的线控换挡***的示意图。
图2是用于描述根据第一实施例的图1所示换挡挡位改变机构的图。
图3是根据第一实施例的旋转致动器的剖视图。
图4是根据第一实施例的图3所示的旋转致动器的壳体和电路板的示意性平面图。
图5是沿根据第一实施例的图4的V-V线的剖视图。
图6是对应于图5的示意性截面图，并且显示了根据第一实施例的固定部在模锻前的状态。
图7是根据第二实施例的电路板固定件周围的示意性截面图。
图8是对应于图7的示意性截面图，并且显示了根据第二实施例的固定部在模锻之前的状态。
图9是根据第三实施例的电路板固定件周围的示意性截面图。
图10是对应于图9的示意性截面图，其显示了根据第三实施例的固定部在固定前的状态。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述根据本发明的各种实施例的旋转致动器。在各个实施例中共有的部分将由相同的附图标记表示，并且将不再赘述。
(第一实施例)
旋转致动器用作车辆的线控换挡***的驱动装置。
(线控换挡***)
首先，将参考图1和图2描述线控换挡***的结构。如图1所示，线控换挡***11包括：换挡操纵装置13，其控制变速器12的换挡挡位；以及旋转致动器(以下称为致动器)10，其驱动变速器12的换挡挡位改变机构14。致动器10包括：驱动单元15，其具有电动马达30；和控制单元16，其基于从换挡操纵装置13输出的指令信号来控制电动马达30的运转，并指令换挡挡位。
如图2所示，换挡挡位改变机构14包括：挡位切换阀20，其控制对变速器12中液压机构的油压的供给(参见图1)；制动弹簧21和制动杆22，它们一起配合以保持相应的换挡挡位；驻车杆25，当换挡挡位改变为驻车挡位时，通过将驻车杆24配合到变速器12的输出轴的驻车齿轮23而锁定变速器12的输出轴的旋转；和手动轴26，其与制动杆22一体旋转。
换挡挡位改变机构14通过使制动杆22随着手动轴26旋转而使与制动杆22联接的挡位切换阀20的阀元件27和驻车杆25中的每一个移动到与目标挡位对应的对应位置。在线控换挡***11中，致动器10连接至手动轴26以电动地改变换挡挡位。
(致动器)
接下来，将描述致动器10的结构。如图3和图4所示，致动器10是机电一体的致动器，其包括驱动单元15和控制单元16，而驱动单元15和控制单元16被接收在壳体60中。
壳体60由树脂制成。壳体60包括呈管状的上壳体段61和呈杯状的下壳体段62。上壳体段61的一个端部63形成壳体60的开口。在上壳体段61的一个端部63和另一端部64之间形成间隔壁65。电路板71安装在一个端部63的内部。电路板71由玻璃环氧树脂制成。电路板71被板盖67覆盖，板盖67被安装到一个端部63的开口端，从而确保了用于屏蔽电路板71所需的屏蔽性能。下壳体段62被组装到另一端部64。下壳体段62形成管状突出部69，该管状突出部突出到与上壳体段61相反的相反侧。手动轴26被放置成使得手动轴26穿过管状突出部69***。
驱动单元15包括：电动马达30，其用作驱动源；输出轴40，其平行于电动马达30的旋转轴线AX1延伸；和减速器机构50，其减小从电动马达30输出的旋转速度，并将速度减小的旋转传递至输出轴40。
电动马达30包括：定子31，其牢固地压配合到另一端部64的板壳68；转子32，其被设置在定子31的径向内侧；和马达轴33，其与转子32一起绕旋转轴线AX1旋转。马达轴33由安装到板壳68的轴承34和安装到下壳体段62的轴承35可旋转地支撑。此外，马达轴33具有偏心部36。偏心部36位于转子32的下壳体段62一侧，并且相对于旋转轴线AX1偏心。通过控制单元16控制向定子31的线圈38的电流供应，电动马达30可以沿正向和反向中的每一个旋转，并且可以在期望的旋转位置停止。塞子19安装在板盖67的通孔中。在致动器10发生故障的情况下，可以拔出塞子39以使得能够手动旋转马达轴33。
减速器机构50包括第一减速器17和第二减速器18。第一减速器17包括齿圈51和太阳齿轮52。第二减速器18是平行轴线型并且包括驱动齿轮53和从动齿轮54，驱动齿轮53的旋转轴线与从动齿轮54的旋转轴线相互平行。齿圈51围绕旋转轴线AX1放置。太阳齿轮52由安装到偏心部36的轴承55可旋转地支撑，从而太阳齿轮52可绕偏心轴线AX2旋转并且在齿圈51的内侧与齿圈51啮合。当马达轴33旋转时，太阳齿轮52进行行星运动，使得太阳齿轮52绕旋转轴线AX1公转并绕偏心轴线AX2自转。此时，太阳齿轮52的旋转速度相对于马达轴33的旋转速度降低。太阳齿轮52具有用于将旋转运动传递给驱动齿轮53的孔56。
驱动齿轮53沿着旋转轴线AX1放置，并由轴承57可旋转地支撑，轴承57装配到马达轴33，使得驱动齿轮53绕旋转轴线AX1旋转。驱动齿轮53具有突起58，该突起58***太阳齿轮52的孔56中，从而在太阳齿轮52和驱动齿轮53之间传递旋转运动。太阳齿轮52的旋转运动通过孔56和突起58之间的啮合被传递到驱动齿轮53。孔56和突起58形成传动机构59。从动齿轮54沿着与旋转轴线AX1平行并且与管状突出部69同轴的旋转轴线AX3放置，使得从动齿轮54在驱动齿轮53的外侧与驱动齿轮53啮合。当驱动齿轮53绕旋转轴线AX1旋转时，从动齿轮54绕旋转轴线AX3旋转。与驱动齿轮53的旋转速度相比，从动齿轮54的旋转速度降低。
输出轴40成形为管状，并且绕旋转轴线AX3设置。间隔壁65具有与旋转轴线AX3同轴的支撑通孔66。输出轴40由安装在支撑通孔66中的第一凸缘衬套46和安装在管状突出部69内部的第二凸缘衬套47支撑，从而输出轴40可绕旋转轴线AX3旋转。从动齿轮54是与输出轴40单独形成的单独构件，并且在输出轴40的外侧装配到输出轴40，使得从动齿轮54联接到输出轴40从而在从动齿轮54和输出轴40之间传递旋转运动。手动轴26***到输出轴40的内部，并且通过例如花键配合而联接到输出轴40，使得输出轴40可以将旋转运动传递到手动轴26。
输出轴40的一个端部41由第一凸缘衬套46可旋转地支撑。输出轴40的另一端部42由第二凸缘衬套47可旋转地支撑。从动齿轮54由第一凸缘衬套46的第一凸缘48和第二凸缘衬套47的第二凸缘49轴向支撑，同时从动齿轮54被保持在第一凸缘48和第二凸缘49之间。在另一个实施例中，从动齿轮54可以由一对支撑部分例如壳体60和/或另一个板轴向支撑。
控制单元16包括：多个电子部件，其被配置为控制电动马达30的运转；安装有电子部件的电路板71；输出轴位置传感器72，其被安装到电路板71；和多个马达位置传感器73，其被安装到电路板71。
电子部件包括多个微型计算机81、一组MOSFET 82，、电容器83、二极管84、ASIC85、电感器86、电阻器87、电容器芯片88等。
输出轴位置传感器72被设置在电路板71处，使得输出轴位置传感器72与磁体43相对。磁体43固定到安装于输出轴40的保持器44。输出轴位置传感器72通过感测由磁体43产生的磁通量来感测一起旋转的输出轴40和手动轴26的旋转位置。
马达位置传感器73被设置在电路板71处，使得马达位置传感器73与磁体45相对。环状的磁体45被固定到安装于马达轴33的保持器37。马达位置传感器73通过感测从磁体45产生的磁通量来感测马达轴33和转子32的旋转位置。
(电路板、上壳体段)
接下来，将描述将电路板71固定到上壳体段61的多个电路板固定件92以及其周边区域。如图4所示，致动器10包括设置在电路板71的外周部的多个电路板固定件92。
如图5所示，每个电路板固定件92包括：***部94，其嵌入在上壳体段61处；以及固定部(也称为模锻固定部)96，其相对于上壳体段61固定控制单元16的电路板71。电路板固定件92由铝制成。***部94通过***成型工艺被***成型在上壳体段61中。***部94的与固定部96相反的端面98在上壳体段61的表面处露出。电路板固定件92的固定部96沿着电路板71的厚度方向延伸穿过电路板71。在此，厚度方向被定义为与电路板71的平面垂直的方向。电路板71具有多个孔19，每个孔沿着电路板71的厚度方向延伸穿过电路板71。每个电路板固定件92的固定部96朝向板盖67延伸穿过一个相应的孔19，并抵靠电路板被模锻从而相对于上壳体段61固定电路板71。
如图6所示，在固定部96被模锻之前的状态下，电路板固定件92具有大直径柱形部28、小直径柱形部29和管状部74。大直径柱形部28包括***部94。小直径柱形部29的横截面积小于大直径柱形部28的横截面积。小直径柱形部29和管状部74沿着大直径柱形部28的轴线布置。大直径柱形部28、小直径柱形部29和管状部74从***部94侧朝向电路板71侧依次配置。小直径柱形部29的外周面与管状部74的外周面在轴向上彼此连接。大直径柱形部28的外周面和小直径柱形部29的外周面相互连接，同时在大直径柱形部28的外周面和小直径柱形部29的外周面之间形成台阶80。台阶80位于从上壳体段61的表面突出的位置。电路板71由每个电路板固定件92的台阶80支撑。小直径柱形部29被放置在相应的孔19中。管状部74具有一个端部78和另一端部79。另一端部79被连结到小直径柱形部29。管状部74抵靠孔19的周边被模锻，即塑性变形。因此，管状部74发生塑性变形从而沿着电路板71的平面膨胀，在该状态下，电路板71被夹紧在管状部74的膨胀部和台阶80之间。管状部74的一个端部78在垂直于电路板71平面的方向上施加固定的载荷。通过管状部74的模锻，将电路板71夹紧并固定在每个电路板固定件92的一个端部78和台阶80之间。管状部74被模锻，即，以上述方式塑性变形，这样，电路板71相对于上壳体段61被固定。
小直径柱形部29的直径小于孔19的直径。小直径柱形部29限制电路板71在平行于电路板71平面的方向上的运动。电路板固定件92的固定部96将电路板71相对于上壳体段61定位。
(有益效果)
如上所述，旋转致动器10包括电路板固定件92。每个电路板固定件92包括嵌入在上壳体段61处的***部94、和固定部96，固定部96由金属制成并且将控制单元16的电路板71相对于上壳体段61固定。
(1)如上所述，每个电路板固定件92的固定部96由金属制成，因此，与将电路板71通过热模锻固定到树脂制成的上壳体段的情况相比(更具体的，通过对与树脂制成的上壳体段一体成型的固定部进行热模锻)，即使由电路板71的振动或电路板71在其厚度方向上的热膨胀产生的外力被施加到固定部96，也可以限制固定部96的变形和损坏。因此，由于用于将电路板71固定到上壳体段61主体的固定力不容易消失，则有利地限制了控制单元16的电路板71的损坏或导电故障。
(2)将电路板固定件92的固定部96抵靠电路板71进行模锻，以通过模锻工艺将电路板71相对于上壳体段61固定。与用螺钉将电路板71固定到上壳体段61的情况相比，固定部96的模锻可以节省时间和相对于上壳体段61固定电路板71所需的空间。
(3)电路板71由玻璃环氧树脂制成，并且电路板固定件92由铝制成。由玻璃环氧树脂制成的电路板71在电路板71的厚度方向上的线性膨胀系数为40至70。铁的线性膨胀系数为11.7。铝的线性膨胀系数为23.8。树脂的线性膨胀系数为10至80。通常，电路板通过热模锻固定部固定到壳体，该热模锻固定部与树脂制成的壳体主体一体形成为单件并被模锻，即，通过抵靠电路板进行热模锻产生塑性变形，从而将电路板相对于壳体固定。然而，由于温度变化时壳体与电路板之间的线性膨胀系数的差异，电路板在电路板的厚度方向上产生热应力。当长时间施加这样的外力时，由树脂制成并且通过热模锻而抵靠电路板71发生塑性变形的热模锻固定部可能由于蠕变而变形或损坏。即，有可能失去用于将电路板固定到壳体主体的固定力，从而导致电路板的损坏或导电故障。相反，根据第一实施例，每个电路板固定件92具有由铝制成的固定部96，从而可以避免否则在树脂处产生由于蠕变而引起的变形和损坏。与铁的线性膨胀系数相比，铝的线性膨胀系数在电路板71的厚度方向上更接近电路板71的线性膨胀系数。因此，能够减小温度变化时固定部96与电路板71之间在电路板71的厚度方向上尺寸变化的差异。具体地，可以限制热应力的产生。
(4)***部94的与固定部96相反的端面98在上壳体段61的表面露出。通过模锻时支撑在上壳体段61的表面露出的端面98，能够避免将载荷施加到上壳体段61。
(5)通过在垂直于电路板71平面的方向上施加固定载荷，使一端部78被模锻，即，使其抵靠孔19的周边发生塑性变形。由此，容易固定。
(6)电路板固定件92的固定部96相对于上壳体段61定位电路板71。因此，不需要提供单独的部件来定位电路板71，从而可以减小尺寸。
(第二实施例)
除了以下结构之外，第二实施例类似于第一实施例。如图7所示，将由铝制成的每个电路板固定件91的固定部(也称为模锻固定部)95抵靠电路板71模锻，以相对于上壳体段61固定电路板71。在此，将每个电路板固定件91的固定部95抵靠电路板71的外周边缘75模锻。
如图8所示，在将固定部95抵靠电路板71的外周边缘75模锻之前的状态下，每个固定部95具有突起76和支撑基部77，同时支撑基部77和突起76向远离***部94的方向突出，并沿与电路板71的平面垂直的方向依次排列。每个固定部95的突起76在与电路板71平面平行的方向上位于电路板71的外侧。支撑基部77支撑电路板71的外周边缘75。突起76包括远端段100和基段101。在将外周边缘75夹持在远端段100与支撑基部77之间的同时，远端段100被模锻并由此抵靠外周边缘75发生塑性变形，从而形成固定部95。电路板71的外周边缘75通过模锻，即远端段100抵靠外周边缘75发生塑性变形而相对于上壳体段61固定。基段101限制外周边缘75在平行于电路板71平面的方向上的运动。电路板固定件91的固定部95相对于上壳体段61定位电路板71。
电路板固定件91的固定部95固定电路板71的外周边缘75。在电路板71中，外周边缘75不能用作安装一个或多个电子部件或放置一个或多个配线的空间。因此，不需要提供用于将电路板71相对于上壳体段61固定的附加结构，例如通孔。
在第二实施例中，可以实现与第一实施例的优点(1)-(4)和(6)相似的优点。
(第三实施例)
除了以下结构之外，第三实施例与第一实施例相似。如图9所示，每个电路板固定件93的固定部(也称为螺纹固定部)97包括：螺栓89和螺母90，该螺栓89与铝制的***部94一体地形成为单件，螺母90是铝制的并与螺栓89螺纹啮合。电路板71具有多个孔19，每个孔19在电路板71的厚度方向上延伸穿过电路板71。螺栓89从***部94侧朝向板盖67侧通过孔19而***。在将电路板71夹持在螺栓89和螺母90之间的同时，将螺母90安装到螺栓89并与之螺纹啮合。
如图10所示，***部94和螺栓89一体地形成为单件作为***螺栓，该***螺栓通过***成型工艺嵌入在上壳体段61处。螺栓89包括外螺纹部70和柱形部99。柱形部99从上壳体段61的表面沿轴向突出。电路板71由柱形部99支撑。当螺母90被旋入并与外螺纹部分70牢固地啮合时，电路板71被牢固地夹紧在柱形部99和螺母90之间。外螺纹部分70的直径小于孔19的直径。外螺纹部分70限制电路板71在平行于电路板71平面的方向上的运动。电路板固定件93的固定部97相对于上壳体段61定位电路板71。
***部94和螺栓89一体地形成为单件作为***螺栓，其通过***成型工艺被嵌入上壳体段61处。因此，与通过***成型将***螺母嵌入在上壳体段61处的情况相比，能够减小***部件的尺寸。
在第三实施例中，可以实现与第一实施例的优点(1)、(3)和(6)相似的优点。
(其它实施例)
在另一个实施例中，模锻固定部的形状可以是例如C形。简而言之，仅需要通过由金属制成的固定部将电路板固定至上壳体段。
在另一实施例中，不必将电路板固定件分别放置在电路板的四个角处。例如，电路板固定件可以分别放置在电路板的四个侧面。可替代地，可以将多个电路板固定件放置在电路板的四个角的每个角处或四个侧面的每个面处。
在另一个实施例中，电路板不必由玻璃环氧树脂制成，而可以由玻璃环氧树脂之外的另一种材料制成。此外，每个电路板固定件的固定部不必由铝制成，并且可以由铝以外的另一种材料制成。例如，铝合金、镁、镁合金等可以用作每个电路板固定件的固定部的材料。在这种情况下，第一实施例的每个电路板固定件92、第二实施例的每个电路板固定件91和每个电路板固定件93(包括***部94、螺栓89和螺母90)可以由铝合金、镁、镁合金等制成。只要电路板的线性膨胀系数和固定部的线性膨胀系数之间的差小于玻璃环氧树脂的线性膨胀系数和铁的线性膨胀系数之间的差，就可以获得限制热应力产生的有益效果。
在另一个实施例中，***部的与固定部相反的端面不必在壳体的表面处暴露。此外，即使在***部的端面在壳体的表面处露出的情况下，***部的端面也不必在壳体的表面整体露出，而可以在壳体的表面部分露出。即使在这种情况下，模锻时也可以支撑一部分端面。
在另一个实施例中，固定部不必限于模锻固定部或螺纹固定部，而可以是压配合固定部或另一种类型的固定部。
在另一个实施例中，螺栓不一定是通过***成型工艺嵌入在上壳体段处的***螺栓，并且该螺栓可以是压配合到上壳体段的压配合螺栓。
本发明不应当限于上述实施例，并且可以以不背离本发明宗旨的各种其他形式来实现。

Claims (8)

1.一种用于车辆的线控换挡***(11)的旋转致动器(10)，所述旋转致动器包括：
电动马达(30)；
控制单元(16)，其被配置为控制所述电动马达(30)的运转；
壳体(60)，其由树脂制成并接收所述电动马达(30)；和
电路板固定件(91-93)，其包括***模制在所述壳体(60)的相对部中的***部(94)以及由金属制成并固定所述控制单元(16)的电路板(71)的固定部(95-97)，其中：
所述固定部(95-97)直接接触所述电路板(71)；
所述壳体(60)的所述相对部在与所述电路板(71)的平面垂直的方向上与所述电路板(71)相对；以及
所述壳体(60)的所述相对部包括在与所述电路板(71)的所述平面垂直的所述方向上延伸的孔，并且所述***部(94)***模制在所述相对部中使得所述***部(94)在与所述电路板(71)的所述平面垂直的所述方向上在所述孔内延伸，并且所述孔的内周面直接接触所述***部(94)的外周面。
2.根据权利要求1所述的旋转致动器，其中，所述固定部(95-96)被抵靠所述电路板(71)模锻以固定所述电路板(71)。
3.根据权利要求1所述的旋转致动器，其中：
所述电路板(71)由玻璃环氧树脂制成；以及
所述固定部(95、96)由铝或铝合金制成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转致动器，其中，所述***部(94)的与所述固定部(95-97)相反的端面(98)在所述壳体(60)的表面处露出。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转致动器，其中，所述固定部(96、97)在所述电路板(71)的厚度方向上延伸穿过所述电路板(71)。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转致动器，其中，所述固定部(95)固定所述电路板(71)的外周边缘(75)。
7.根据权利要求1或3所述的旋转致动器，其中所述固定部(97)包括与所述***部(94)一体形成为单件的螺栓(89)以及与所述螺栓(89)螺纹啮合的螺母(90)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转致动器，其中，所述固定部(96、97)相对于所述壳体(60)定位所述电路板(71)。
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