柵格百葉窗組件及其具有漸進式齒輪的驅(qū)動器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于機動車的柵格百葉窗組件的驅(qū)動器，包括一個電機(20)，其具有一個轉(zhuǎn)軸(22)；一個輸出件(18)，包括一個輸出軸(50)以及一個用于連接至該柵格百葉窗組件的百葉板的連接件(52)；及一個齒輪組(30)，其將該轉(zhuǎn)軸(22)連接至輸出軸(50)。齒輪組(30)具有一個根據(jù)輸出軸(50)的作動角度而改變的速比。如此，驅(qū)動器輸出扭矩能與用于柵格百葉窗組件的驅(qū)動器的需求更為匹配。
【專利說明】柵格百葉窗組件及其具有漸進式齒輪的驅(qū)動器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及驅(qū)動器，尤其涉及一種用于柵格百葉窗組件的具有漸進式齒輪的驅(qū)動器。

【背景技術(shù)】
[0002]用于調(diào)整百葉板的角度進而調(diào)整空氣流量的自動?xùn)鸥癜偃~窗在汽車發(fā)動機熱管理系統(tǒng)中正變成一個越來越重要的組成部分。該調(diào)整可通過機電致動器輕松地完成。致動器通常通過一個齒輪組來旋轉(zhuǎn)柵格百葉窗的百葉板，從而改變用于控制氣流流量的氣流入口的大小，進而控制散熱器的冷卻程度。
[0003]步進電機驅(qū)動器的開環(huán)運行是一種可靠的現(xiàn)有技術(shù)。在斷電或者關(guān)閉后百葉板位于錯誤位置的情況下為了使百葉板復(fù)位，柵格百葉窗的驅(qū)動器必須集成有一個故障保護機構(gòu)。比如一個復(fù)位彈簧便可使百葉板回復(fù)至一個初始位置(開啟位置，關(guān)閉位置時或其它設(shè)定的位置)。如此，在工作過程中，驅(qū)動器始終要克服復(fù)位彈簧的彈力以及在汽車運行時氣流加載至百葉板的壓力。在汽車高速運行時，要打開處于關(guān)閉的位置的百葉板需要很大的驅(qū)動力，再考慮到彈簧的扭力，因此此時通常需要一個較大尺寸或較大功率的機電致動器來提供最大扭矩。然而這也意味著較高的電功率消耗。另外，目前的齒輪組通常都是使用直齒輪，工作過程中速比保持不變。然而，驅(qū)動百葉板所需的扭力其實是會隨著汽車速度的變化而變化的，因此，現(xiàn)有的齒輪組的輸出扭矩?zé)o法很好與汽車的實際情況匹配。
[0004]本發(fā)明通過采用了漸進式齒輪來解決上述問題。雖然漸進式的或可變的齒輪以是出現(xiàn)了很長時間，其較為全面描述可以在專利號為US2061322或US8196487的美國專利中找到，然而在汽車應(yīng)用領(lǐng)域，漸進齒輪通常出現(xiàn)在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，有必要提供一種輸出扭矩能與需求更為匹配的用于柵格百葉窗組件的驅(qū)動器。
[0006]一種用于機動車的柵格百葉窗組件的驅(qū)動器，包括一個電機，其具有一個轉(zhuǎn)軸；一個輸出件，包括一個輸出軸以及一個用于連接至該柵格百葉窗組件的百葉板的連接件；及一個齒輪組，其將該轉(zhuǎn)軸連接至輸出軸。齒輪組具有一個根據(jù)輸出軸的作動角度而改變的速比。
[0007]—種用于機動車的柵格百葉窗組件，包括至少一個外框；至少一組窗門，其可轉(zhuǎn)動地設(shè)置至該外框；及一個如上所述的驅(qū)動器，其連接至該至少一組窗門，用于調(diào)整各窗門相對于該外框的傾斜角度。
[0008]本發(fā)明柵格百葉窗組件的驅(qū)動器由于齒輪組具有一個根據(jù)輸出軸的作動角度而改變的速比，其輸出扭矩能與用于柵格百葉窗組件的驅(qū)動器的需求更為匹配，同時也使得電機的體積可做得更小，利用效率也較高。
[0009]為了能更進一步了解本發(fā)明的特征以及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細說明與附圖，然而所附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1及2為典型的扭矩與角度之間的關(guān)系曲線，柵格百葉窗驅(qū)動器通常安裝該關(guān)系曲線輸出扭矩，圖1示出了一個所述扭矩隨所述角度直線遞增的關(guān)系圖，圖2示出了所述扭矩隨所述角度指數(shù)遞增的關(guān)系圖。
[0011]圖3上述驅(qū)動器去掉一個上蓋后的不意圖。
[0012]圖4上述驅(qū)動器的齒輪組的示意圖。
[0013]圖5為一個用于機動車的由柵格百葉窗跟圖3所示的驅(qū)動件所組成的柵格百葉窗組件的示意圖，其中，柵格百葉窗的百葉板處于閉合狀態(tài)。
[0014]圖6為圖5的格進風(fēng)窗組件的百葉板處于開啟狀態(tài)的示意圖。
[0015]圖7為用于機動車的具有兩組百葉板的柵格百葉窗組件的部分分解示意圖。

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖，通過對本發(fā)明的【具體實施方式】詳細描述，將使本發(fā)明的技術(shù)方案及其他有益效果顯而易見。附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。附圖中顯示的尺寸僅僅是為了便于清晰描述，而并不限定比例關(guān)系。
[0017]首先說明的是，由于柵格百葉窗驅(qū)動器驅(qū)動?xùn)鸥癜偃~窗(grille shutters)的百葉板(louver)，所以驅(qū)動器的輸出反映在柵格百葉窗的百葉板的位置上。因此，本申請中將驅(qū)動器的輸出軸的輸出稱為作動角度(actuat1n angle)。圖1及2不出了本發(fā)明實施方式的柵格百葉窗驅(qū)動器的目標輸出扭矩與作動角度的關(guān)系曲線，該柵格百葉窗驅(qū)動器集成有用于故障保護操作的復(fù)位彈簧。圖1示出的關(guān)系曲線中，作動角度與目標輸出扭矩之間具有直線遞增關(guān)系。圖2示出了類似指數(shù)關(guān)系的曲線圖。除了一個基本恒定的機械摩擦阻力，該驅(qū)動器還需克服隨著作動角度的增加而由復(fù)位彈簧引起的相應(yīng)增加的扭矩。由作用至百葉板的氣壓而產(chǎn)生的加載至該驅(qū)動器的力也隨著作動角度而變化。
[0018]圖3為較佳實施方式的驅(qū)動器，其位于組裝好的狀態(tài)，并且一個蓋子被移除，以示出其內(nèi)部。驅(qū)動器10包括一個具有所述被移除而未不出的蓋子的外殼12,夕卜殼12收容一個電機20，一個輸出件18以及一個降步進電機20連接至輸出件18的齒輪組30。一個電氣插槽14提供了用于連接至電源及用于電機20的作動的信號線的接口。一個印刷電路板(Printed Circuit Board7PCB) 16提供了根據(jù)經(jīng)由上述信號線的指令而控制電機20的電子元件。PCB還可包括用于與一個系統(tǒng)控制電腦通信的LIN總線相關(guān)電子元件。
[0019]齒輪組30更清楚地顯示在圖4中。齒輪組30將電機的轉(zhuǎn)軸22連接至驅(qū)動器的輸出件18。本較佳實施方式中的電機20為步進電機，其連接至PCB，如圖4所示。本較佳實施方式的驅(qū)動器的輸出件18包括一個具有連接件的輸出軸50，該連接件用于與被驅(qū)動的部件連接從而傳遞扭矩。在本實施方式中，該連接件為非圓形的插槽52，用于收容與形狀其匹配的該柵格百葉窗的驅(qū)動軸68的一端，從而改變百葉板的角度。如此，兩者可通過簡單的插入來實現(xiàn)耦合連接。優(yōu)選地，所述插槽52的形狀為行星。
[0020]齒輪組30包括一個嚙合至固定到電機的轉(zhuǎn)軸22的齒輪24的第一直齒輪32，一個哨合至第一直齒輪32的第二直齒輪34,—個第一漸進齒輪(progressive gear) 36,以及一個第二漸進齒輪38(即一個漸進齒輪對)。第一漸進齒輪36是一個規(guī)則的正齒輪40及一個第一螺旋齒輪(spiral gear) 42的組合。正齒輪40與第二直齒輪34嚙合，第一螺旋齒輪42與第二漸進齒輪38嚙合。第二漸進齒輪38包括一個固定至驅(qū)動器10的輸出件18的第二螺旋齒輪44。第二螺旋齒輪44與第一螺旋齒輪42嚙合。
[0021]一個復(fù)位彈簧54設(shè)置至輸出軸50，用于在電機不工作時將輸出軸50驅(qū)動回復(fù)至原位或者說是初始作動角度，從而通過齒輪組30往回驅(qū)動電機20。優(yōu)選地,復(fù)位彈簧54抵持至第二螺旋齒輪44。如圖所示，復(fù)位彈簧54是一個螺旋彈簧，其套設(shè)置輸出軸50，并且其一端通過第二螺旋齒輪44固定輸出軸50，另一端固定至殼體12。如此，使用過程中，隨著輸出軸50偏離原位，復(fù)位彈簧54 —端將被順時針或者逆時針扭轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生一個促使輸出軸50回轉(zhuǎn)至原位的彈性回復(fù)力。電機20需克服該回復(fù)力來驅(qū)動輸出軸50旋轉(zhuǎn)。電機20還需克服其它外力，比如百葉板所承受的氣流壓力，尤其是機動車在高速公路上高速行駛過程中的氣流壓力，以將輸出軸50驅(qū)動至或者保持在一個目標作動角度。該用于故障保護操作的復(fù)位彈簧的設(shè)置使得步進電機工作在開環(huán)運行狀態(tài)下時，無需設(shè)置感測百葉板實際位置的感測系統(tǒng)，從而降低了成本。
[0022]上述兩個螺旋齒輪之間的相互作用形成了一個漸進式的變速比(progressivegear rat1)。優(yōu)選地,第一及第二螺旋齒輪42及44為對數(shù)齒輪(logarithmic gear),其以對數(shù)曲線作為節(jié)圓線。在不同的作動角度下，該漸進式的變速比具有不同的最大輸出扭矩。在百葉板處于完全閉合或接近完全閉合的位置，設(shè)置兩個螺旋齒輪之間具有最大的速t匕，可使得驅(qū)動器的輸出速度較小，但此時輸出扭矩大，這與開啟百合板需要較大的扭矩的需求匹配。在百葉板處于完全開啟或者接近完全開啟的位置，設(shè)置兩個螺旋齒輪之間具有最小的速比，可使得驅(qū)動器的輸出扭矩較小，同時速出速度較大，這與閉合百合板無需大扭矩的需求也匹配。
[0023]如此，可在電機20保持較小體積的同時，還能通過高扭矩區(qū)域的較高齒輪比提供所需的最大扭矩輸出，也能通過低扭矩區(qū)域的較低齒輪比提供較快的反應(yīng)速度。因此，驅(qū)動器10的輸出扭矩與負載需求更加匹配，步進電機20在大多數(shù)僅為滿足扭矩需求的作動角度下不會被過大加壓。
[0024]上述漸進式齒輪可包括至少一個齒輪，并且該齒輪的半徑與角度成函數(shù)關(guān)系并以該角度為變量，從而提供可變扭矩和可變的切向速度。為了設(shè)置一個包括具有固定軸的齒輪的齒輪組，一個優(yōu)選的方案是設(shè)置兩個滿足以下條件的對數(shù)螺旋齒輪:
[0025]輸入齒輪軸與輸出齒輪軸之間的距離固定；
[0026]旋轉(zhuǎn)完整的一圈的過程中輸入及輸出齒輪保持嚙合接觸；
[0027]半徑(r)隨著齒輪的角度(φ)呈指數(shù)增加，r與φ的函數(shù)關(guān)系可表示為r (φ)=a.exp (k.其中，a及k為預(yù)設(shè)的參數(shù)；
[0028]輸入及輸出齒輪角之比等于對應(yīng)半徑的對數(shù)之比(扭矩也存在同樣的關(guān)系)。
[0029]對螺旋齒輪的參數(shù)進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)可對可變扭矩進行補償。漸進齒輪的使用減小了電機的尺寸(降低價格和重量)，也降低了平均的功耗。
[0030]圖5及6示意地顯示了一個典型的具有圖3的驅(qū)動器10的柵格百葉窗組件60。柵格百葉窗組件60包括一個外框62以及多個可轉(zhuǎn)動地設(shè)置至外框62的百葉板64。圖5中所示的百葉板64處于閉合狀態(tài)，以阻擋氣流流過外框62。圖6中所示的百葉板64處于全開啟狀態(tài)，以允許氣流流過外框62。如圖6所示，該多個百葉板62均連接至一個橫杠66，如此，該多個百葉板62 —起作動并且傾斜的方向也都一致。驅(qū)動器10通過一個驅(qū)動軸連接至位于中間的百葉板，以控制該多個百葉板62的傾斜方向。
[0031]圖7為具有兩組由一個驅(qū)動器驅(qū)動的百葉板的格進風(fēng)窗組件的部分分解示意圖，其具有兩個外框62，所述兩組百葉板可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在該兩個外框62中。兩個外框62并排設(shè)置，并且驅(qū)動器設(shè)置在兩者之間，驅(qū)動器可直接設(shè)置至其中一個外框62，也可與其分開而獨立地安裝。驅(qū)動器10通過兩個驅(qū)動軸68分別連接至該兩組百葉板。各驅(qū)動軸68通過與位于輸出軸50 —端的插槽52的耦合而連接至該輸出軸50。
[0032]使用過程中，百葉板被設(shè)置在可流至引擎隔室的氣流通道中，尤其是可流至一個或多個熱交換器，比如引擎冷卻液的散熱片及空調(diào)系統(tǒng)的冷凝器，的氣流通道中。該多個百葉板在需要時允許氣流流向熱交換器，在不需要用于冷卻的空氣時阻擋所述氣流。通常來說，用于冷卻的空氣的需求在機動車高速行駛時大為降低，在這種狀態(tài)下，關(guān)閉該多個百葉板(即關(guān)閉進氣口)使得機動車的空氣動力學(xué)性能得以提升，從而使得燃料消耗得到明顯改善。在引擎較冷時關(guān)閉進氣口顯著地降低了引擎的到達正常工作溫度所需的預(yù)熱時間。由于引擎在正常工作溫度運行得更高效更清潔，這也降低了燃料消耗以及機動車產(chǎn)生的污染。
[0033]雖然上述實施方式中驅(qū)動器是具有一個用于收容其它部件的殼體12，然而可以理解，所述其它部件，如電機，齒輪組及輸出軸也可直接固定至柵格進氣組建的一個結(jié)構(gòu)件，比如所述外框。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于機動車的柵格百葉窗組件的驅(qū)動器，包括: 一電機(20)，其具有一個轉(zhuǎn)軸(22)； 一個輸出件(18)，包括一個輸出軸(50)以及一個用于連接至該柵格百葉窗組件的百葉板的連接件(52);及 一個齒輪組(30)，其將該轉(zhuǎn)軸(22)連接至輸出軸(50)， 其特征在于，所述齒輪組(30)具有一個根據(jù)輸出軸(50)的作動角度而改變的速比。
2.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器，其特征在于，所述齒輪組(30)包括至少一漸進齒輪對(36，38)。
3.如權(quán)利要求2所述的驅(qū)動器，其特征在于，該漸進齒輪(36，38)對包括第一螺旋齒輪(42)及與第一螺旋齒輪(42)嚙合的第二螺旋齒輪(44)。
4.如權(quán)利要求3所述的驅(qū)動器，其特征在于，該第二螺旋齒輪(44)固定至該輸出軸(50)。
5.如權(quán)利要求3所述的驅(qū)動器，其特征在于，該第一螺旋齒輪(42)通過至少一直齒輪(32，34)連接至該轉(zhuǎn)軸(22)。
6.如權(quán)利要求3所述的驅(qū)動器，其特征在于，該第一及第二螺旋齒輪(42，44)以對數(shù)曲線作為節(jié)圓線。
7.如權(quán)利要求3所述的驅(qū)動器，其特征在于，還包括一復(fù)位彈簧(54)，其用于在該電機(20)不工作時用自身的彈力將該輸出軸(50)驅(qū)動回復(fù)至一個初始作動角度。
8.如權(quán)利要求7所述的驅(qū)動器，其特征在于，該復(fù)位彈簧(54)為一套設(shè)至該輸出軸(50)的螺旋彈簧，其一端固定至該第二螺旋齒輪(44)并且另一端固定至驅(qū)動器的支撐該輸出軸(50)且不與其一起轉(zhuǎn)動的部分。
9.如權(quán)利要求1至8任一項所述的驅(qū)動器，其特征在于，該電機(20)為步進電機并且連接至一印刷電路板(16)，該印刷電路板(16)具有一用于根據(jù)控制信號控制該電機(20)的控制電路。
10.一種用于機動車的柵格百葉窗組件，包括: 至少一外框(62)； 至少一組窗門(64)，其可轉(zhuǎn)動地設(shè)置至該外框￠2)內(nèi)；及 一個如權(quán)利要求1至9任一項所述的驅(qū)動器(10)，所述驅(qū)動器的輸出軸(50)連接至該至少一組窗門(64)，用于調(diào)整各窗門(64)相對于該外框(62)的傾斜角度。
11.如權(quán)利要求10所述的柵格百葉窗組件,其特征在于,該輸出軸(50)具有一個位于其一端的非圓形的插槽(52)，各組窗門￠4)的轉(zhuǎn)動由一個對應(yīng)的驅(qū)動軸￠8)調(diào)整，該驅(qū)動軸(68)的一端收容在該插槽(52)中。
12.如權(quán)利要求11所述的柵格百葉窗組件，其特征在于，該插槽(52)呈星形。
13.如權(quán)利要求10所述的柵格百葉窗組件，其特征在于，包括兩個外框(62)及兩組窗門(64)，該兩個外框￠2)并排設(shè)置，并且該驅(qū)動器(10)設(shè)置在該兩個外框￠2)之間；該驅(qū)動器(10)具有兩個分別連接至該兩組窗門￠4)的轉(zhuǎn)軸(22)。
14.一種用于機動車的柵格百葉窗組件，包括: 至少一外框(62)； 至少一組窗門(64)，其可轉(zhuǎn)動地設(shè)置至該外框￠2)內(nèi)；及 一驅(qū)動器(10)，其包括: 一電機(20)，其具有一個轉(zhuǎn)軸(22)； 一個輸出件(18)，包括一個輸出軸(50)以及一個用于連接至該柵格百葉窗組件的百葉板的連接件(52);及 一個齒輪組(30)，其將該轉(zhuǎn)軸(22)連接至輸出軸(50)， 所述驅(qū)動器的輸出軸(50)連接至該至少一組窗門(64)，用于調(diào)整各窗門(64)相對于該外框(62)的傾斜角度； 其特征在于，所述齒輪組(30)具有一個根據(jù)輸出軸(50)的作動角度而改變的速比，在該至少一組窗門￠4)位于完全關(guān)閉或接近完全關(guān)閉的位置，該齒輪組(30)對應(yīng)地具有最大的速比，在該至少一組窗門(64)位于完全開啟或接近完全開啟的位置，該齒輪組(30)對應(yīng)地具有最小的速比。
15.如權(quán)利要求14所述的柵格百葉窗組件，其特征在于，所述齒輪組(30)包括至少一漸進齒輪對(36，38)，該漸進齒輪(36，38)對包括第一螺旋齒輪(42)及與第一螺旋齒輪(42)嚙合的第二螺旋齒輪(44)，并且該第一及第二螺旋齒輪(42，44)對數(shù)曲線作為節(jié)圓線。
16.如權(quán)利要求15所述的柵格百葉窗組件，其特征在于，還包括一復(fù)位彈簧(54)，其用于在該電機(20)不工作時用自身的彈力將該輸出軸(50)驅(qū)動回復(fù)至一個初始作動角度。
【文檔編號】E06B9/04GK104175989SQ201410216947
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月21日
【發(fā)明者】依凡·布克 申請人:德昌電機(深圳)有限公司