CN208348403U - 一种电驱执行器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电驱执行器，包括驱动电机、减速机构和输出轴，减速机构包括：行星齿轮减速机构，其太阳轮与驱动电机的转轴连接；少齿差减速机构，其曲轴与行星齿轮减速机构的行星轮连接，少齿差减速机构的外齿轮与输出轴连接；一端固定在电驱执行器的壳体上，另一端与输出轴相连的弹簧助力机构。上述的电驱执行器，通过太阳轮带动行星轮转动实现了一级减速，行星轮通过曲轴带动外齿轮进行公转实现了二级减速，显著提高了减速增扭效果，并选用行星齿轮减速机构和少齿差减速机构配合形成整个减速机构，令结构更加紧凑、传动稳定性更高，同时通过弹簧助力机构的补偿，使驱动电机的输出更加平稳，令电驱执行器的使用性能更加突出。

Description

一种电驱执行器

技术领域

本实用新型涉及汽车配件技术领域，特别涉及一种电驱执行器。

背景技术

电驱执行器是各类车辆上的重要部件之一，用来驱动各类机械结构的动作，如离合器、换挡机构、驻车机构、换向机构等。当前，车辆的平台化开发趋势需要令电驱执行器越来越小型化、集成化和模块化，然而目前市面上的电动执行器普遍存在着集成度低、控制精度差和通用性差的缺点，因此研发新型的电驱执行器，已经成为目前本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种新型的电驱执行器，相对于现有的电驱执行器，其结构紧凑性、传动平稳性和通用性均得到了显著的提升。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种电驱执行器，包括驱动电机、减速机构和输出轴，所述减速机构包括：

行星齿轮减速机构，所述行星齿轮减速机构的太阳轮与所述驱动电机的转轴连接；

少齿差减速机构，所述少齿差减速机构的曲轴与所述行星齿轮减速机构的行星轮连接，所述少齿差减速机构的外齿轮与所述输出轴连接；

弹簧助力机构，所述弹簧助力结构一端固定在所述电驱执行器的壳体上，另一端与所述输出轴相连。

优选的，上述电驱执行器中，还包括：

能够控制所述驱动电机工作的控制器；

用于监测所述驱动电机的转速，并将监测数据传输给所述控制器的电机转速传感器；

用于感测所述输出轴的转速，并能够将感测数据传输给所述控制器的输出轴传感器。

优选的，上述电驱执行器中，还包括连接所述驱动电机和所述太阳轮的内齿轮减速机构，所述内齿轮减速机构包括：

与所述驱动电机的转轴连接的输入齿轮，并且所述输入齿轮与所述驱动电机的转轴为一体结构；

与所述太阳轮连接，并与所述输入齿轮啮合的第一内齿轮，并且所述第一内齿轮与所述太阳轮为一体结构。

优选的，上述电驱执行器中，所述行星轮至少为两个，并围绕所述太阳轮均匀分布，并且所述曲轴的设置数量和设置位置均与所述行星轮一一对应。

优选的，上述电驱执行器中，所述曲轴与所述行星轮分为分体结构并通过平键或花间连接，或者所述曲轴与所述行星轮为一体结构。

优选的，上述电驱执行器中，所述曲轴包括偏心段，和位于所述偏心段两侧的两个同轴段，并且所述曲轴的偏心端通过轴承与所述少齿差减速机构的外齿轮配合，两个所述同轴段通过不同的所述轴承分别与输入法兰和输出法兰连接。

优选的，上述电驱执行器中，所述同轴段上安装有平衡块。

优选的，上述电驱执行器中，所述输入法兰和所述输出法兰通过螺栓实现连接，并通过支撑轴承与所述电驱执行器的壳体配合连接。

优选的，上述电驱执行器中，所述输出法兰与所述输出轴配合连接或加工成一体，所述输出法兰与所述少齿差减速机构的外齿轮以销孔配合的方式实现连接。

优选的，上述电驱执行器中，所述少齿差减速机构的第二内齿轮与所述电驱执行器的壳体为分体结构，并且所述第二内齿轮装配在所述壳体上，或者所述第二内齿轮与所述壳体为一体结构。

优选的，上述电驱执行器中，所述减速机构、所述输出轴、所述驱动电机、所述控制器、所述电机转速传感器和所述输出轴传感器集成为一体，并设置在执行器壳体内。

优选的，上述电驱执行器中，所述驱动电机为无刷电机；所述控制器具有控制功能、信号采集功能、诊断功能和自学习功能。

优选的，上述电驱执行器中，所述输出轴传感器为角度传感器或转速传感器，并靠近所述输出轴设置，且所述输出轴传感器通过线束与所述控制器实现信号连接。

优选的，上述电驱执行器中，所述电机转速传感器靠近所述驱动电机的轴端设置，且所述电机转速传感器与所述控制器实现信号连接。

本实用新型提供的电驱执行器，主要包括驱动电机、减速机构和输出轴，此减速机构又包括配合工作的行星齿轮减速机构、少齿差减速机构和弹簧助力机构。其中，在动力传递的方向上，驱动电机、行星齿轮减速机构、少齿差减速机构、弹簧助力机构和输出轴依次设置，具体的是令驱动电机的转轴与行星齿轮减速机构的太阳轮连接，而行星齿轮减速机构的行星轮则与少齿差减速机构的曲轴连接，少齿差减速机构的外齿轮又与输出轴连接。在上述传动结构中，通过太阳轮带动行星轮转动，实现了一级减速，行星轮通过曲轴带动外齿轮进行公转，又实现了二级减速，从而令电驱执行器的减速增扭效果得到了进一步的提升。在输出轴端，又通过弹簧助力机构的补偿，使驱动电机的输出更加平稳。通过采用所述传动方式，电驱执行器的结构能够更加紧凑，体积更小，而且其传动稳定性也更高，同时通用性也得到了提升，令电驱执行器的使用性能更加突出。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的电驱执行器中减速机构的第一种方案的原理示意图；

图2为减速机构的第二种方案的原理示意图；

图3为电驱执行器的等轴侧图；

图4为减速机构的第一种方案的结构剖视图。

在图1-图4中：

1-驱动电机，2-电机转速传感器，3-输出轴，4-太阳轮，5-行星轮，6-曲轴，7-外齿轮，8-控制器，9-输出轴传感器，10-输入齿轮，11-第一内齿轮， 12-第二内齿轮，13-输入法兰，14-输出法兰，15-弹簧，16-线束，17-平衡块。

具体实施方式

本实用新型提供了一种电驱执行器，相对于现有的电驱执行器，其结构紧凑性、传动平稳性、控制精度、安全等级和通用性均得到了显著的提升。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-图4所示(在图4中，为使电驱执行器的体积更小，将驱动电机1、电机转速传感器2、太阳轮4和控制器8集成为一体)，本实用新型实施例提供的电驱执行器，用于对离合器、换挡机构、驻车机构和换向机构等进行操作，包括驱动电机1、减速机构、控制器8、传感器和输出轴3，其中的减速机构又包括：行星齿轮减速机构，该行星齿轮减速机构包括太阳轮4、行星轮5和行星架等，本实施例中具体的是令太阳轮4与驱动电机1的转轴连接；少齿差减速机构，该少齿差减速机构包括内齿轮(即后续提到的第二内齿轮12)、外齿轮7和曲轴6等，本实施例中具体是令曲轴6与行星齿轮减速机构的行星轮5 连接，并在曲轴6的同轴段(曲轴6包括同轴段和偏心段，后续内容中将具体说明)安装有平衡块17，而外齿轮7则与输出法兰14、输入法兰13和曲轴6连接，输出法兰14又与输出轴3连接(输出法兰14与输出轴3也可以集成于一体，如图4所示)；弹簧助力机构，该弹簧助力结构的一端固定在电驱执行器的壳体上，一端与输出轴3或输出法兰14相连。为了进一步简化结构，优选输出轴 3与输出法兰14为一体结构。传感器又包括电机转速传感器2和输出轴传感器 9，其中电机转速传感器2安装于驱动电机1的轴端，输出轴传感器9安装在输出轴3附近的壳体上。

在上述传动结构中，通过太阳轮4带动行星轮5转动，实现了一级减速，行星轮5通过曲轴6带动外齿轮7在第二内齿轮12的内侧进行公转，又实现了二级减速，从而令电驱执行器的减速增扭效果得到了进一步的提升。外齿轮7的公转带动了输出法兰14的转动，并经过弹簧助力机构的补偿，从输出轴3输出。本实施例为了缩小体积，仅采用一个外齿轮7，因此增加平衡块17用于补偿外齿轮7公转时产生的惯量，减小***的振动。由于行星齿轮减速机构、少齿差减速机构和弹簧15的自身特性，以及其相互配合的效果，与现有机构的电驱执行机相比，能够令机构更加紧凑，体积更小，使电驱执行器能够轻松地布置在变速箱、发动机等汽车部件上，而且其传动稳定性也更高，同时通用性也得到了提升，仅通过简单的改制和标定就能够适应各类汽车平台的使用。

为了进一步优化技术方案，本实施例提供的电驱执行器中，还包括：能够控制驱动电机1工作的控制器8；用于感测驱动电机1的转速，并能够将感测数据传输给控制器8的电机转速传感器2；用于感测输出轴3的转速，并能够将感测数据传输给控制器8的输出轴传感器9，如图1和图2所示。本实施例中，还优选在电驱执行器中设置控制器8、电机转速传感器2和输出轴传感器9，通过电机转速传感器2的反馈信号，控制器8能够精确控制驱动电机1的工作；通过输出轴传感器9，控制器8还能够监测输出轴3的输出角度(转速)，以使电驱执行器能够实现较高精度的闭环控制，使得车辆的控制单元仅提供简单的目标信号就可以对电驱执行器的动作进行控制。此外，控制器8通过对比电机转速传感器2和输出轴传感器9反馈的(角度)转速信号的差异，可以及时诊断电驱执行器的机械故障，提高电驱执行器的安全等级。具体的，控制器8具有多种功能，包括用于控制驱动电机1工作的控制功能，以及接受并处理电机转速传感器2和输出轴传感器9获得的感测信号的信号采集功能，并且还令控制器8可以接收整车的指令信号，根据整车的需求进行动作，并在完成动作后返回执行结果。进一步的，还使控制器8具有诊断功能和自学习功能，以使本实施例提供的电驱执行器能够有效地反馈汽车的故障信息和对机械磨损进行补偿。

通过上述功能的优化，使得本实施例提供的电驱执行器，不仅能够在有限的体积内实现较大传动比的减速增扭功能，同时能够通过电机转速传感器2 和输出轴传感器9以及控制器8实现闭环控制和故障诊断，从而使电驱执行器具备精确控制、集成度高、体积小、适用范围广等诸多优点。

上述的减速机构，为二级减速机构，本实施例为了进一步提高电驱执行器的降速增扭效果，还可以采用第二种方案，即在上述第一种方案的基础之上，进一步增设内齿轮减速机构，从而形成三级减速机构，具体的，此内齿轮减速结构设置在驱动电机1的转轴与行星齿轮减速机构的太阳轮4之间，并具体包括：与驱动电机1的转轴连接的输入齿轮10(此输入齿轮10实际上为另一个外齿轮)，以及与太阳轮4连接，并与输入齿轮10啮合的第一内齿轮11(内齿轮减速机构仅包括一个内齿轮，之所以将其称为第一内齿轮，是为了便于与后续提到的少齿差减速机构中的第二内齿轮进行区分)。此结构中，当驱动电机1提供的动力从输入齿轮10传递到第一内齿轮11上的过程中，由于输入齿轮10在第一内齿轮11的内侧进行公转，所以能够实现又一级的减速，从而与另外两级减速配合形成三级减速结构。此外，为了进一步提高传动稳定性，本实施例还优选输入齿轮10与驱动电机1的转轴为一体结构，第一内齿轮11与太阳轮4为一体结构。同样的，在减速机构的第一种方案中，即在不设置上述内齿轮减速机构的前提下，还优选太阳轮4与驱动电机1的转轴为一体结构。

此外，在上述两种方案中，还可以使用摆线针轮传动机构来替代少齿差减速机构。

优选的，行星轮5至少为两个，并围绕太阳轮4均匀分布，并且曲轴6的设置数量和设置位置均与行星轮5一一对应。此种设置方式可以进一步提高本实施例提供的电驱执行器的工作稳定性，且不至于使结构过于复杂，所以作为本实施例的优选方案。具体的，行星轮5的设置数量可以为两个、三个、四个甚至更多个，以更进一步的提高结构的稳定性，并使这些行星轮5在太阳轮4 的周向上均匀分布。本实施例中为了不至于使结构过于复杂，在保证工作稳定性的前提下，优选行星轮5的设置数量为三个。

进一步的，曲轴6与行星轮5为分体结构并通过平键或花键、或其它可靠的连接方式相连接，再或者曲轴6与行星轮5也可以为一体结构。上述设置方式，均能够满足本实施例提供的电驱执行器的工作要求，所以使其均作为本实施例的优选方案。

如图1和图2所示，曲轴6包括偏心段和位于偏心段两侧的两个同轴段(即非偏心段)，并且曲轴6的偏心段通过轴承与少齿差减速机构的外齿轮7配合，该轴承可以为滚针轴承或圆柱轴承，两个同轴段通过不同的轴承分别与输入法兰13和输出法兰14配合。此种设置方式，不仅能够进一步提高传动稳定性，还能够提高结构的紧凑性，因此作为优选方案。

在本实施例中，令输入法兰13和输出法兰14通过螺栓实现连接，并通过对输入法兰13和输出法兰14起到支撑作用的支撑轴承与电驱执行器的壳体配合连接，以使电驱执行器能够更加稳定的进行工作。

并且，输出法兰14与输出轴3可以设计为分体式，通过装配实现两者的相连，或者也可以将输出法兰14与输出轴3加工成一体结构。此外，输出法兰14 与少齿差减速机构的外齿轮7的连接，可以通过销孔配合的方式实现连接，或者还可以通过其它等效的连接形式实现连接。

同样的，少齿差减速机构的第二内齿轮12(少齿差减速机构仅包括一个内齿轮，之所以将其称为第二内齿轮，是为了便于与前面提到的内齿轮减速机构中的第一内齿轮进行区分)与电驱执行器的壳体为分体结构，并且第二内齿轮12装配在壳体上，或者第二内齿轮12与壳体为一体结构。即，第二内齿轮12可以单独加工并安装在电驱执行器的壳体上，也可以和电驱执行器壳体加工为一体结构，其均能够满足本实施例提供的电驱执行器的工作要求，所以使其均作为本实施例的优选方案。

如图3和图4所示，弹簧助力机构的具有弹簧15，此弹簧15的一端与输出轴3连接，另一端与电驱执行器的壳体连接。优选的，弹簧15可以采用螺旋弹簧或涡形卷簧。在本实施例中，弹簧15优选采用涡形卷簧(即涡簧)。在电驱执行器的后端负载明确的情况下，通过弹簧15可以平衡电驱执行器正/反转时的负载，优化驱动电机1的工作区间，同时也可以缓冲***的机械冲击，提高***的使用寿命。

优选的，驱动电机1可以是有刷电机也可以是无刷电机。但为了提高电驱执行器的***的可靠性，优选其为无刷电机，同时还能够提高***的工作效率。

具体的，输出轴传感器9可以为角度传感器或转速传感器，并优选令其靠近输出轴3设置，且输出轴传感器9通过线束16与控制器8实现信号连接，如图 1和图2所示。角度传感器和转速传感器，均能够实现监测输出轴3的输出角度的目的，而具体选用上述哪一种类型的传感器，则可以根据实际的使用需求来进行选择，以保证电驱执行器的动作精度。

电机转速传感器2可以为霍尔传感器或轴头磁铁，通过电机转速传感器2 采集的信号传递至控制器8，以实现控制器8对驱动电机1的精确控制。

在图1和图2中，虚线可以理解为线束16，也可以理解为控制信号，该信号由电机转速传感器2和输出轴传感器9发送到控制器8中，经过控制器8处理后，再发到驱动电机1。信号的传递可以是通过线束实现，也可以通过无线传输的方式实现，即通过PCB板直接无线传递电信号。此外，控制器8通过比较电机转速传感器2与输出轴传感器9的信号，可以及时发现减速机构的故障，有助于提高电驱执行器的安全等级。

具体的，上述减速机构的两种方案中，其工作过程为：

在第一种方案中，当电驱执行器工作时，驱动电机1工作使转轴上的输入齿轮10旋转，进而带动行星轮5自转，完成一级减速。行星轮5在进行自转的同时还带动曲轴6转动，曲轴6的自转带动外齿轮7进行偏心旋转，外齿轮7在进行公转的同时，也在第二内齿轮12的作用下发生缓慢的自转，以完成第二级减速。当外齿轮7进行自转时，曲轴6、行星轮5、输出法兰14也会同步绕输出轴3的轴线进行旋转。驱动电机1的转速和扭矩经过两级减速增扭后从输出法兰14一侧输出。在上述过程中，电机转速传感器2和输出轴传感器9将检测得到的角度(角速度)信息反馈至控制器8，由控制器8处理电机转速传感器2 和输出轴传感器9的感测信号，并根据感测信号的处理结果调整驱动电机1的输出转速，以及向整车控制器反馈电驱执行器的状态。

对于离合器而言，由于其在闭合和分离时所需的作用力不同，因此需要通过弹簧15来平衡离合器分离和闭合过程中的作用力，以通过电驱执行器保证驱动电机1的平稳输出。对于常开式离合器，当离合器打开时，在输出法兰 14旋转的过程中，弹簧15逐渐压缩并储存能量；当离合器闭合时，输出法兰 14反转，储存在弹簧15中的能量逐渐释放，补偿了驱动电机1的输出扭矩，使输出法兰14的输出扭矩增大。对于常闭式离合器，则正好相反。

在第二种方案中，当电驱执行器工作时，驱动电机1转轴上的输入齿轮10 旋转带动第一内齿轮11旋转，完成第一级减速。由于第一内齿轮11和太阳轮4 连为一体，所以第一内齿轮11的旋转会带动行星轮5进行旋转，以完成第二级减速。行星轮5在进行自转的同时还带动曲轴6转动，曲轴6的自转带动了外齿轮7做偏心旋转，外齿轮7在进行公转的同时，也在第二内齿轮12的作用下发生缓慢的自转，完成第三级减速。当外齿轮7发生自转时，曲轴6、行星轮5、输出法兰14会绕输出轴3的轴线同步旋转。驱动电机1的转速和扭矩经过三级减速增扭后从输出法兰14一侧输出。输出轴传感器9将检测得到的角度(角速度)信息反馈至控制器8，由控制器8处理电机转速传感器2和输出轴传感器9 的感测信号，并根据感测信号的处理结果调整驱动电机1的输出转速，以及向整车控制器反馈电驱执行器的状态。弹簧15的工作过程与方案一相同。

本说明书中对各部分结构采用递进的方式描述，每个部分的结构重点说明的都是与现有结构的不同之处，电驱执行器的整体及部分结构可通过组合上述多个部分的结构而得到。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种电驱执行器，包括驱动电机、减速机构和输出轴，其特征在于，所述减速机构包括：

行星齿轮减速机构，所述行星齿轮减速机构的太阳轮与所述驱动电机的转轴连接；

少齿差减速机构，所述少齿差减速机构的曲轴与所述行星齿轮减速机构的行星轮连接，所述少齿差减速机构的外齿轮与所述输出轴连接；

弹簧助力机构，所述弹簧助力结构一端固定在所述电驱执行器的壳体上，另一端与所述输出轴相连。

2.根据权利要求1所述的电驱执行器，其特征在于，还包括：

能够控制所述驱动电机工作的控制器；

用于监测所述驱动电机的转速，并将监测数据传输给所述控制器的电机转速传感器；

用于感测所述输出轴的转速，并能够将感测数据传输给所述控制器的输出轴传感器。

3.根据权利要求1所述的电驱执行器，其特征在于，还包括连接所述驱动电机和所述太阳轮的内齿轮减速机构，所述内齿轮减速机构包括：

与所述驱动电机的转轴连接的输入齿轮，并且所述输入齿轮与所述驱动电机的转轴为一体结构；

与所述太阳轮连接，并与所述输入齿轮啮合的第一内齿轮，并且所述第一内齿轮与所述太阳轮为一体结构。

4.根据权利要求1所述的电驱执行器，其特征在于，所述行星轮至少为两个，并围绕所述太阳轮均匀分布，并且所述曲轴的设置数量和设置位置均与所述行星轮一一对应。

5.根据权利要求4所述的电驱执行器，其特征在于，所述曲轴与所述行星轮分为分体结构并通过平键或花间连接，或者所述曲轴与所述行星轮为一体结构。

6.根据权利要求1所述的电驱执行器，其特征在于，所述曲轴包括偏心段，和位于所述偏心段两侧的两个同轴段，并且所述曲轴的偏心端通过轴承与所述少齿差减速机构的外齿轮配合，两个所述同轴段通过不同的所述轴承分别与输入法兰和输出法兰连接。

7.根据权利要求6所述的电驱执行器，其特征在于，所述同轴段上安装有平衡块。

8.根据权利要求6所述的电驱执行器，其特征在于，所述输入法兰和所述输出法兰通过螺栓实现连接，并通过支撑轴承与所述电驱执行器的壳体配合连接。

9.根据权利要求6所述的电驱执行器，其特征在于，所述输出法兰与所述输出轴配合连接或加工成一体，所述输出法兰与所述少齿差减速机构的外齿轮以销孔配合的方式实现连接。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的电驱执行器，其特征在于，所述少齿差减速机构的第二内齿轮与所述电驱执行器的壳体为分体结构，并且所述第二内齿轮装配在所述壳体上，或者所述第二内齿轮与所述壳体为一体结构。

11.根据权利要求2所述的电驱执行器，其特征在于，所述减速机构、所述输出轴、所述驱动电机、所述控制器、所述电机转速传感器和所述输出轴传感器集成为一体，并设置在执行器壳体内。

12.根据权利要求2所述的电驱执行器，其特征在于，所述驱动电机为无刷电机；所述控制器具有控制功能、信号采集功能、诊断功能和自学习功能。

13.根据权利要求2或12所述的电驱执行器，其特征在于，所述输出轴传感器为角度传感器或转速传感器，并靠近所述输出轴设置，且所述输出轴传感器通过线束与所述控制器实现信号连接。

14.根据权利要求2、11或12所述的电驱执行器，其特征在于，所述电机转速传感器靠近所述驱动电机的轴端设置，且所述电机转速传感器与所述控制器实现信号连接。