CN217769748U

CN217769748U - 电致动单元

Info

Publication number: CN217769748U
Application number: CN202090000921.7U
Authority: CN
Inventors: 乌尔里希·比尔格
Original assignee: Voss Automobile Valve And Engine Co ltd
Current assignee: Voss Automobile Valve And Engine Co ltd
Priority date: 2019-10-17
Filing date: 2020-10-19
Publication date: 2022-11-08
Anticipated expiration: 2030-10-19
Also published as: US20220263395A1; WO2021074909A1; EP4046258A1; DE102019128049A1

Abstract

本实用新型涉及一种电致动单元，包括：功能载体(1)，具有第一容纳元件(101)；电磁线圈装置(3)，固定地安装在所述第一容纳元件(101)上；以及转子壳体中的永久磁铁装置(5)，围绕所述电磁线圈装置(3)同心地布置，所述永久磁铁装置(5)具有转子轴(51)，所述转子轴(51)可旋转地支撑在所述第一容纳元件(101)中，所述电磁线圈装置(3)和所述转子壳体中的永久磁铁装置(5)形成外转子电机。

Description

电致动单元

技术领域

本实用新型涉及一种电致动单元，特别是用于机动车辆的电致动单元。

背景技术

电致动单元是已知的现有技术，并且在机动车辆的许多地方使用。例如，这种电致动单元控制机械风门至有风门控制的排气***(如保时捷、哈雷戴维森)，或者所述机械风门至阀门(关闭散热器格栅中的薄片)，以优化空气动力学。通常，这种电致动单元收到信号后，集成电机以一定的旋转被驱动，从而驱动齿轮比。这种齿轮比进而驱动构成电致动单元的功能的调节元件，例如，打开或关闭旁路的机械风门。

现有的电致动单元存在的问题如下：由于需要组合大量的部件以形成电致动单元，其批量生产中出现误差的概率增加，特别是制造公差误差。因此，在以合理的努力生产高质量的产品方面，存在困难，且成本高。

作为一个解决方案，DE 10 2014 116 510 A1描述了一种致动器单元，其包括：电机，具有轴；输出构件，连接到轴；以及壳体，容纳马达并且具有第一壳体部分和第二壳体部分，第一壳体部分包括基座和用于将电机安装到壳体的安装结构。这种已知致动器的特征在于，安装结构通过连接结构固定到基座的第一边缘区域，从而安装结构悬吊在基座之上。该技术解决方案旨在创建一个部件少，性能可靠，制造工艺简单的低噪音致动器。该致动器单元的两个壳体部分也执行轴承任务，这在当前情况下被认为是不利的。如果该致动器的壳体几何形状发生变化，则整体部件需要被重新取得资格(必要时进行认证)，这意味着需要付出很大的努力。

在现有技术中尚未考虑到的问题是电致动单元的各部件的制造公差，所述各部件需要非常精确地相互匹配以形成最佳部件。因此，每个部件都必须具有尽可能低的制造公差。另一个缺点是在DE 10 2014 116 510 A1中描述的致动器单元(以及相同类型的其他致动器单元)的各部件的布置，特别是关于电机、变速箱、下压力以及最后壳体的布置。

实用新型内容

因此，本实用新型基于提供一种能够排除上述缺点的新型电致动单元的任务。尤其是，本实用新型的任务是在不付出额外努力的情况下，在生产方面遵守最小的公差。

根据本实用新型，该任务通过一种电致动单元来解决，该电致动单元包括：功能载体1，具有第一容纳元件101，电磁线圈装置3，固定地安装在所述第一容纳元件101上，以及转子壳体中的永久磁铁装置5，围绕所述电磁线圈装置3同心地布置，所述永久磁铁装置5具有转子轴51，所述转子轴51可旋转地安装在所述第一容纳元件101中；所述电磁线圈装置3和转子壳体中的所述永久磁铁装置5形成外转子电机。

本实用新型的电致动单元可视为具有载体功能的部件，即本文中的功能载体1，和具有电机功能的部件3、5的集成部件。换言之，功能载体1和具有电机功能的部件3、5是电致动单元的组成部分。特殊的特征为将外转子电机集成到本实用新型的电致动单元中，其通过本实用新型的功能载体1成为可能。

功能载体1为一体式部件，设计成容纳本实用新型的电致动单元的功能部件，并以最小公差对功能部件进行相互定位。功能载体1优选为注塑成型部件。

第一容纳元件101是功能载体1的组成部分。其具有与电磁线圈装置3相对应的外部形状。

“电磁线圈装置”是指在磁性材料或可磁化材料上的多个电线圈或绞合线绕组。在上下文中，短语“固定附接”是指电磁线圈装置3的主体压紧配合到第一容纳元件101，例如，通过将电磁线圈装置3按压到第一容纳元件101上。

转子壳体中的永久磁铁装置5可以是若干个独立的永久磁铁，其优选布置在转子壳体的内部。或者，可以提供一个环作为永久磁铁。所述环在它的制造完成后，以如下方式磁化：使各磁极之间的磁场强度呈正弦分布。这种设计的永久磁铁装置可以实现统一操作，而不会产生齿槽转矩。

短语“永久磁铁装置5”包括这两种替选方案。

第一容纳元件101是本实用新型的功能载体1的组成部分，具有本实用新型的电致动单元的重要功能，一方面，通过压紧配合，尤其是形状配合的方式容纳电磁线圈装置3，另一方面，支撑转子壳体中的永久磁铁装置5的转子轴51，该转子壳体与电磁线圈装置3具有限定关系。

在最简单的情况下，转子壳体是以转子轴51为旋转轴的旋转对称圆柱体，一侧封闭而成杯状。永久磁铁设置在圆柱体的内部。

在本实用新型的电致动单元中，电磁线圈装置3和转子壳体中的永久磁铁装置5构成外转子电机。

与已知的现有技术相比，本实用新型的优点是通过提供本实用新型的功能载体1，将多个功能组合在单一部件中。用于电机和驱动元件等其他部件的所有公差敏感(tolerance-sensitive)容纳部仅由功能载体1接管。

为了保持最小的公差，“仅”精确地制造功能载体1是必要的。然而，由于所有公差敏感容纳部可以以模具特定方式制造，因此不再有任何明显的制造公差。另一方面，电致动单元的其他部件的制造公差，特别是壳体(如果存在)和壳体盖(如果存在)的制造公差，不再对本实用新型的电致动单元的功能质量产生任何影响。

尤其是当本实用新型的电致动单元安装在机动车辆的发动机舱中时，对耐温性、抗振性、密封性、坚固性和耐化学性都有很高的要求。从本实用新型特点的以下定义中可以清楚地看出，本实用新型的电致动单元可以满足这些要求。

尽管外转子电机的制造更加复杂，操作更加困难，在部件中安装和承载时会有更多问题，但是在本实用新型中显而易见的是，相比于这些缺点，可以通过外转子电机来实现重要的优点。

本实用新型开发的外转子电机的设计与其他电机相比，其直径非常小。由于电机的直径通常对电致动单元的整体高度有显著的影响，与现有技术相比，本实用新型的电致动单元的整体高度可以显著降低。因此，本实用新型的电致动单元比以前所有已知的致动器单元更轻且更小。

此外，可以发现，本实用新型开发的外转子电机的体积输出，即电机相对于其输出所占的体积，高于传统电机的体积输出。因此，本实用新型的电致动单元的能量密度高于现有技术的控制单元。

在现有技术中，功率密度较高的优势在原则上是已知的，但是由于没有固定的壳体进行安装，只有外转子朝外旋转，因此，由于可靠安装而无法使用外转子电机。

相比之下，本实用新型的功能载体1的结构和布局的特点如下：满足安全性紧固和完整容纳外转子电机的挑战，并在确保最小公差的同时容易地容纳具有外部转子机构的电机设计。

换言之，本实用新型的功能载体1的设计方式并不是简单地容纳一个成品部件“电机”，而是形成一个决定性的基本元件，带有外转子电机机构的电机结构构建在其上，或者与其一起构成。

在本实用新型的致动器单元的进一步改进中，所述功能载体1形成用于所述电磁线圈装置3及其接触件的基座元件，从而在组装后构成定子，所述定子还具有所述容纳元件101中用于所述转子轴51的轴向容器。

如上所述，为了与本实用新型的功能载体1一体化形成的定子，免除了成品部件“电机”的集成。因此，由于本实用新型的功能载体1本身容纳定子，能够维持显著更紧密公差。

上述进一步改进优选进一步执行如下：具有转子轴51的转子壳体中的永久磁铁装置5构成转子，所述转子接合后容纳于容纳元件101中。

换言之，容纳元件101形成轴向容纳部，通过接合旋转地布置的永久磁铁作为转子壳体中的具有转子轴51的转子安装在所述轴向容纳部中，所述转子壳体优选设计成圆柱体。这种构造性措施还确保可以维持显著更紧密公差。如果由于参数而发生不平衡，则可以通过施加(例如，胶粘)重量消除这种不平衡。

在本实用新型的优选实施例中，电致动单元还包括至少一个第一驱动元件9，以压紧配合方式连接到所述转子轴51，所述第一驱动元件9具有可旋转地安装在所述功能载体1中的第一轴91。

术语“第一驱动元件”是指一个部件，该部件可以通过转子轴51的旋转来执行驱动功能或者致动功能。第一轴91特指是转子轴51的延伸。第一轴91和转子轴51至少以压紧配合方式/摩擦地连接。在特定实施例中，转子轴51可以延伸到第一驱动元件9中从而作为第一轴91。

在优选实施例中，第一驱动元件9被设计成蜗杆。这种蜗杆可以直接或间接地机械连接到控制元件等。

如果进一步实施上述实施例，则电致动单元还包括至少一个第二驱动元件11，所述第二驱动元件11具有可旋转地安装在所述功能载体1中的第二轴1101，所述第一驱动元件9与所述第二驱动元件11以压紧配合方式接合。

第二驱动元件11的第二轴1101尤其与第一驱动元件9的第一轴91成直角，并且被安装在功能载体1中。由于第一驱动元件9和第二驱动元件11安装在本实用新型的功能载体1中，因此，只有极小的公差。该工具总是在坐标原点X＝0，Y＝0的情况下工作。因此，不添加位置公差。

第二驱动元件11优选为其齿与蜗杆接合的齿轮。第二驱动元件11尤其与致动元件功能连接。短语“功能连接”在这里是指该致动元件执行电致动单元的功能，例如风门的调整。

在特别的进一步改进中，编码器可以被设置在第二驱动元件11中或其上。编码器根据需求向传感器传达第二驱动元件11的旋转角度。或者，第二驱动元件11也可以在没有编码器等的情况下被机械驱动。

进一步优选地，第一驱动元件9和第二驱动元件11具有单级齿轮比。

通过本实用新型的功能载体1提高了该齿轮比的精度。这减少了自然的高功率耗散。

本实用新型的进一步实施例提供了功能载体1，使得能够安装用于一体式运动轴的轴承。

这种轴承在结构上位于电磁线圈装置3和永久磁铁装置5的组件的中心，因此可以再次保持显著更紧密公差。

尤其是，该一体式运动轴是延伸的转子轴51与第一驱动元件9的第一轴91。

在本实用新型的一实施例中，电致动单元还包括接触载体7，附接到所述功能载体1；所述接触载体7电连接到所述电磁线圈装置3。

接触载体7尤其是一种小型化印刷电路板，从电磁线圈装置3移除的非常细的绞合线(因而难以进行操作)连接到该小型化印刷电路板上的电气接触件，该电气接触件具有易于管理的尺寸。这些易于管理的电气接触件可以是直径较大的电线或冲压引线框架。

在本实用新型的又另一实施例中，所述第一容纳元件101还包括轴承套，所述转子轴51可旋转地安装在所述轴承套中。

轴承套尤其可以由不同于功能载体的材料的材料制成，并且例如，能够使转子轴51无摩擦和/或无声地移动。

为了能够将本实用新型的电致动单元连接到车辆电器和车辆电子器件，在又另一实施例中，电致动单元还包括电连接到接触载体7的控制电路板13。智能的控制电路板13还提供定位数据并能够进行诊断。

如上所述，本实用新型的电致动单元可以正常工作，而无任何问题。为了更好地承受机动车辆的发动机舱中恶劣的工作条件，在特定实施例中，有利的是，本实用新型的电致动单元还包括朝向第一侧敞开的壳体，包围至少所述功能载体1与电磁线圈装置3、转子壳体中的永久磁铁装置5以及接触载体7，并将他们与外部屏蔽。

由于壳体仅具有包裹一体式部件的功能，并且保护内部结构(免受如水、灰尘、环境化学物质的影响)，因此设计可以使非常形状配合的。

壳体优选以注塑制件形式生产。短语“朝向第一侧敞开的”在本实用新型的意义上是指用于包围具有所布置的功能部件的功能载体1的壳体是敞开的，尤其是在上侧。

在上述实施例的进一步改进中，控制电路板13可以以如下方式附接到壳体：定位用于容纳外部连接器引脚的槽。

针对机动车辆的发动机舱内恶劣的工作条件，壳体还包括壳体盖，封闭敞开的所述第一侧。

尤其优选的是，所述壳体具有所述壳体和所述壳体盖之间的密封连接。这样除了紧密连接外，还确保了高机械坚固性。

紧密连接的优点和作用如下：本实用新型特定实施例的电致动单元以这种方式密封，从而防止诸如发生在机动车辆的发动机舱内的蒸汽喷射和相似源。壳体与壳体盖之间的密封连接优选为焊接、粘接或压接。然而，取决于应用领域，还可以提供可逆紧固(螺钉，闩锁元件)。

这意味着可以省去对控制电路板(13)的进一步处理，例如涂漆或涂层来保护它。

如上所述，缩减尺寸可以使本实用新型具有进一步优势。由于紧凑和尺寸缩减的设计，本实用新型的电致动单元具有非常小的封闭空气量，其在热力学上可以忽略不计。在本实用新型的情况下，在现有技术中必须使用的压力平衡元件，简称DAE，(例如，半透膜)可以被省略。这意味着相当大的成本节约，并显著降低了出错的可能性。

在一实施例中，在壳体上还提供了用于将电致动单元固定在其安装环境中的适配器。

为了使本实用新型的电致动单元可以在不改变设计的情况下被广泛应用，该单元本身没有任何标准化的连接元件(例如，螺杆凸台、孔眼等)。因此，根据本实用新型，提供了适用于特定应用的相应安装环境的适配器，其中，该适配器一方面附接到本实用新型的电致动单元上，另一方面具有连接元件所必需的标准容纳部。因此，本实用新型的电致动单元的附接实质上是通过适配器实现的。

在另一实施例中，通过省去适配器，直接将其安装在管道或软管管线***中，从而节省了组装时间。

附图说明

进一步的目标、特征、优点和可能的应用将通过以下基于附图的实施例示例的描述变得明显，然而本实用新型不限于此。在上下文中，所描述或说明的所有特征单独或以任意组合构成了本实用新型的主题，甚至不考虑它们在权利要求书中的概要或它们后面的关系。附图中；

图1是本实用新型一实施例的电致动单元的分解示意图。

图2是图1所示的本实用新型的电致动单元在组装状态下的示意图。

图3是本实用新型的功能载体1的示意图。

具体实施方式

图1示出了本实用新型一实施例的电致动单元的分解示意图。中央的部件是本实用新型的功能载体1，所述功能载体1容纳所有其他功能部件并且使它们精确地相互支撑。

因此，当组装这种优选实施例时，首先将蜗杆形式的第一驱动元件9***到第二容纳元件103(仅在图3中示出)的相应凹槽中，所述第一驱动元件9的第一轴91支撑在本实用新型的功能载体1中。

从侧面将接触载体7推到第一容纳元件101上，以随后将电磁线圈装置3施加到第一容纳元件1的外侧，尤其是以压紧配合方式将电磁线圈装置3按压在第一容纳元件101上。随后，永久磁铁装置5安装在转子壳体中。为此，转子轴51被引导通过第一容纳元件101的内部并且与第一驱动元件9的第一轴91接合。与此同时，容纳永久磁铁的转子壳体以限定距离被推到电磁线圈装置3上。

从这种结构可以清楚地看出，根据本实用新型，未成品部件“电机”被集成到电致动单元。更确切地说，本实用新型的功能载体1成为一体容纳的电机的中心元件，与诸如现有技术中安装在通用电致动单元中的成品电机相比，具有更少的公差关键区域。

此外，在该优选实施例中，齿轮形式的第二驱动元件11通过其第二轴1101***到本实用新型的功能载体1中的第三容纳元件105的相应凹槽中，同时借助其齿排与作为第一驱动元件9的蜗杆接合。

因此，所有公差关键(tolerance-critical)功能部件安装在单一部件，即本实用新型的功能载体1中。

在该实施例中，根据本实用新型设置的控制电路板13故意不永久地集成在本实用新型的电致动单元中，而是仅电集成在本实用新型的电致动单元中，以允许更多不同的使用。

图2示出组装好的图1所示的本实用新型的电致动单元。该图清楚地示出本实用新型的电致动单元中，各部件的极其紧凑的布置，由此，可以从该顶视图中看出本实用新型的功能载体1的仅一部分，其中，作为第一驱动元件9的蜗杆和作为第二驱动元件11的齿轮安装在功能载体1中，所述蜗杆和所述齿轮通过功能电机部件，即同样安装在本实用新型的功能载体1上的电磁线圈装置3和转子壳体中的永久磁铁装置5进行调整或者操作。

图3仅示出本实用新型的功能载体1的俯视图。本实用新型的功能载体1被设计成一体形式。所有公差关键细节通过单个工具模具引入而不是(如经常在现有技术中出现的情况)通过单独的工具引入。

在右手侧，示出了第一容纳元件101，除了固定地且以压紧配合方式容纳电磁线圈装置3外，还同时通过转子轴51支撑转子壳体中的永久磁铁装置5。与转子轴51对齐的是安装有第一驱动元件9的第二容纳元件103。最后，示出了用于支撑第二驱动元件11的第三容纳元件105。

本实用新型的电致动单元具有以本实用新型的功能载体1为基础的模块化设计，该功能载体1与电磁线圈装置3、转子壳体中的永久磁铁装置5以及接触载体7形成自身稳定并且不受外部的制造公差影响的一体式部件。特殊的特征是外转子电机集成到本实用新型的电致动单元中。

因此，根据本实用新型，可以将构建在本实用新型的功能载体1上的一体式部件集成到根据实际需要的其他形式的壳体中。因此，壳体的几何形状几乎完全独立于构建在本实用新型的功能载体1上的一体式部件。

还可以利用其他部件扩大一体式部件并且灵活地使用所述一体式部件。

如图2所示，构建在本实用新型的功能载体1上的一体式部件的设计非常紧凑。因此，具有壳体盖的壳体的轮廓可以最佳地适应应用环境的几何形状，例如，缩小尺寸，从而节省空间和重量。此外，没有必要使用所谓的压力平衡元件(DAE)。

本实用新型的电致动单元的紧凑且坚固的设计同样在噪声排放方面具有非常积极的作用，这在机动车辆的电气化过程中起着越来越重要的作用。

例如，本实用新型的电致动单元用于定位传感器。由于每个单独的致动角可以保持无电流，因此，本实用新型的电致动单元可以取代普通磁开关，不仅在电动车辆中。

本实用新型的电致动单元可以取代现有技术中的任何通常的致动器单元。尤其是例如，由于可以在没有电流的情况下操作任何位置，因此可以操作电磁阀。这导致例如处于启动/停止模式的机动车辆的车载网络中上没有负载。

1：功能载体

101：第一容纳元件

103：第二容纳元件

105：第三容纳元件

3：电磁线圈装置

5：转子壳体中的永久磁铁装置

51：转子轴

7：接触载体

9：第一驱动元件

91：第一轴

11：第二驱动元件

1101：第二轴

13：控制电路板。

Claims

1.一种电致动单元，其特征在于，包括：

功能载体(1)，具有多个用于可拆卸安装驱动元件的容纳元件，所述容纳元件彼此一体成型，其中，所述功能载体(1)具有第一容纳元件(101)，

电磁线圈装置(3)，固定地安装在所述第一容纳元件(101)上，以及

转子壳体中的永久磁铁装置(5)，围绕所述电磁线圈装置(3)同心地布置，所述永久磁铁装置(5)具有转子轴(51)，所述转子轴(51)可旋转地支撑在所述第一容纳元件(101)中；

所述电磁线圈装置(3)和转子壳体中的所述永久磁铁装置(5)形成外转子电机。

2.根据权利要求1所述的电致动单元，其特征在于，

所述功能载体(1)形成用于所述电磁线圈装置(3)及其接触件的基座元件，从而在组装后构成定子，所述定子还具有所述容纳元件(101)中用于所述转子轴(51)的轴向容器。

3.根据权利要求2所述的电致动单元，其特征在于，

具有所述转子轴(51)的转子壳体中的所述永久磁铁装置(5)构成转子，所述转子在组装后容纳于所述容纳元件(101)中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电致动单元，其特征在于，还包括：

至少一个第一驱动元件(9)，以压紧配合方式连接到所述转子轴(51)，所述第一驱动元件(9)具有可旋转地安装在所述功能载体(1)中的第一轴(91)。

5.根据权利要求4所述的电致动单元，其特征在于，还包括：

至少一个第二驱动元件(11)，所述第二驱动元件(11)具有可旋转地安装在所述功能载体(1)中的第二轴(1101)，所述第一驱动元件(9)与所述第二驱动元件(11)以压紧配合方式接合。

6.根据权利要求5所述的电致动单元，其特征在于，

所述第一驱动元件(9)和所述第二驱动元件(11)具有单级齿轮比。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电致动单元，其特征在于，

所述功能载体(1)使得能够安装用于一体式运动轴的轴承。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电致动单元，其特征在于，还包括：

接触载体(7)，附接到所述功能载体(1)；

所述接触载体(7)电连接到所述电磁线圈装置(3)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电致动单元，其特征在于，

所述第一容纳元件(101)还包括轴承套，所述转子轴(51)可旋转地安装在所述轴承套中。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的电致动单元，其特征在于，还包括：

控制电路板(13)，电连接到所述接触载体(7)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的电致动单元，其特征在于，还包括：

朝向第一侧敞开的壳体，包围至少所述功能载体(1)与电磁线圈装置(3)、转子壳体中的永久磁铁装置(5)以及接触载体(7)，并将所述功能载体(1)与电磁线圈装置(3)、转子壳体中的所述永久磁铁装置(5)以及接触载体(7)与外部屏蔽。

12.根据权利要求11所述的电致动单元，其特征在于，

所述控制电路板(13)安装到所述壳体上，以定位用于容纳外部连接器引脚的槽。

13.根据权利要求11或12所述的电致动单元，其特征在于，

所述壳体还包括壳体盖，封闭敞开的所述第一侧。

14.根据权利要求13所述的电致动单元，其特征在于，

所述壳体包括所述壳体和所述壳体盖之间的密封连接。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的电致动单元，其特征在于，还包括：

适配器，设置在所述壳体上，用于将所述电致动单元安装在其安装环境中。