ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ И РЕДУКТОРНЫЙ ПРИВОДНОЙ БЛОК ДЛЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПРИВОДОВ В ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВАХ
ELECTRIC MOTOR AND GEARBOX DRIVE UNIT FOR VEHICLE SERVOS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электродвигателю и редукторному приводному блоку для применения в устройствах перемещения в транспортных средствах, преимущественно автомобилях, к комбинации электродвигателя с переходником, а также к способу соединения электродвигателя и стыковочного устройства редуктора, согласно пунктам 1, 12, 18 и 19 формулы изобретения.
Уровень техники
Из DE 10019512 А1 известен привод стеклоподъемника, корпус которого содержит чашу для размещения полюсов и закрывающий ее корпус. Последний представляет собой корпус редуктора с интегрированным корпусом для электроники, причем между обеими частями корпуса расположен в виде отдельной детали щеткодержатель, служащий одновременно уплотнением между ними. Чаша для размещения полюсов состоит из подвергнутой глубокой вытяжке расплющенной цилиндрической трубы, на открытом конце которой отформован фланец, в котором выполнены отверстия под винты. Во фланце корпуса редуктора выполнены глухие резьбовые отверстия, в которые вкручиваются винты, в результате чего обе части корпуса прочно соединяются между собой. Во фланце чаши выполнено больше посадочных отверстий, чем это требуется для соединения с корпусом редуктора. Поэтому такая чаша для размещения полюсов подходит для соединения с разными корпусами редуктора с разными ответными посадочными отверстиями, однако при этом электродвигатель необходимо всегда устанавливать в осевом направлении в корпус редуктора и закреплять в нем. По этой причине используемый открытый электродвигатель непригоден для эксплуатации без корпуса редуктора.
Раскрытие изобретения
Предлагаемый в изобретении электродвигатель для исполнительных приводов в транспортном средстве содержит вал якоря, установленный в корпусе полюсов, содержащем обечайку и расположенную по меньшей мере на одной торцевой стороне крышку подшипника для размещения подшипника вала якоря, причем в корпусе полюсов выполнены радиальные выемки, которые после полной сборки корпуса полюсов предназначены для вхождения радиальных крепежных ребер стыковочного устройства редуктора в корпус полюсов для закрепления электродвигателя на стыковочном устройстве редуктора. Радиальные выемки выполнены в корпусе полюсов путем холодной обработки его материала давлением за счет пластической деформации определенного участка стенки при его выдавливании пуансоном и/или выполнены в виде проема в стенке корпуса полюсов, причем участки корпуса полюсов, расположенные между радиальными выемками в окружном направлении, оставлены недеформированными и таким образом образуют упоры для крепежных ребер, действующие в окружном направлении.
Предлагаемый в изобретении редукторный приводной блок содержит корпус редуктора по меньшей мере с одним радиальным крепежным ребром и предлагаемый в изобретении электродвигатель, вкладываемый радиально в часть корпуса редуктора таким образом, что по меньшей мере одно радиальное крепежное ребро входит по меньшей мере в одну радиальную выемку корпуса полюсов электродвигателя.
Предлагаемые в изобретении электродвигатель и редукторный приводной блок, охарактеризованные в независимых пунктах формулы изобретения, имеют то преимущество, что за счет выполнения радиальных выемок в корпусе полюсов при очень малых затратах можно получить очень просто выполняемое соединение электродвигателя с конкретным стыковочным устройством редуктора (или вообще передачи) заказчика. При этом корпус полюсов всегда может изготавливаться цельным и комбинироваться по модульному принципу с разными корпусами редукторов, стыковочными устройствами редукторов, переходниками или крепежными фланцами. Радиальные выемки при этом могут изготавливаться единообразно посредством простых стандартных процессов без необходимости применения дополнительного материала. При радиальной установке электродвигателя в состоящий из двух половин корпус редуктора электродвигатель надежно фиксируется на нем за счет того, что имеющиеся в стыковочном устройстве редуктора крепежные ребра входят в радиальные выемки. С другой стороны, крышка подшипника надежно закрывает корпус полюсов, так что электродвигатель может найти универсальное применение даже без комбинации с корпусом редуктора. За счет выполнения корпуса редуктора в виде радиально соединяемых между собой частей в производственном процессе можно использовать машины для литья под давлением без выталкивателей, благодаря чему могут быть значительно сокращены расходы на инструмент. Радиальная выемка образует компактное, жесткое в соединении с ответной частью стыковочное устройство для соединения электродвигателя и любыми частями корпуса и поэтому особенно хорошо подходит в качестве универсального соединительного средства для базового двигателя. Кроме того, такая система облегчает демонтаж такого приводного блока с целью ремонта или утилизации.
Выполнение радиальной выемки методом холодной обработки давлением с использованием пуансона позволяет выполнять радиальные выемки экономично и очень точно с обеспечением стабилизации окружного участка радиальной выемки за счет пластического деформирования. Во время этого процесса холодной обработки давлением не образуется отходов, поскольку материал не вырезается, а только деформируется. В результате повышается стабильность формы радиальных выемок. Это позволяет в течение долгого времени эксплуатировать место соединения электродвигателя с корпусом редуктора в условиях нагружения высокими осевыми и радиальными усилиями, исключая расширение радиальных выемок и возникновение люфтов.
Если же радиальная выемка выполнена в виде проема в стенке корпуса полюсов, этот вариант целесообразен тем, что в этом случае материал стенки вырезается. Это приводит к уменьшению массы электродвигателя. Предпочтительно использовать метод вырубки материала корпуса полюсов. Проем может очень технологичным и простым образом вырублен при глубокой вытяжке чашеобразного корпуса полюсов.
Предлагаемая в изобретении конструкция электродвигателя, с одной стороны, обеспечивает простоту фиксации от проворачивания электродвигателя в корпусе редуктора, и одновременно расположенные между радиальными выемками недеформированные участки корпуса полюсов придают корпусу полюсов устойчивость.
Частные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах. В зависимости от способа изготовления корпуса полюсов радиальная выемка может быть выполнена как на конце обечайки корпуса полюсов, так и на его крышке подшипника. Если, например, для крышки подшипника и обечайки используются отдельные штампованные детали, может быть целесообразным вырубать радиальные выемки перед сборкой корпуса полюсов.
При изготовлении корпуса полюсов методом глубокой вытяжки крышка подшипника может быть выполнена очень просто за одно целое с торцевой стороной обечайки. За счет этого за одну операцию можно изготовить закрытую с одной стороны чашеобразный корпус полюсов, причем отверстие для выступающего из корпуса вала якоря оставляется свободным. За счет выполнения крышки подшипника за одно целое с обечайкой корпуса полюсов сферический подшипник, а вместе с ним и вал якоря, могут быть расположены внутри чашеобразного корпуса очень точно по центру, в результате чего уменьшаются монтажные допуски между якорем и постоянным магнитом.
За счет монтажа обеих подшипниковых крышек на корпусе полюсов электродвигатель может также использоваться без редуктора в качестве самостоятельного конструктивного узла. Отверстием в крышке подшипника создается эффективное средство сопряжения для передачи усилий. При этом вал якоря выступает через отверстие из корпуса полюсов для привода устройства перемещения посредством ведомого элемента. В другом варианте для съема усилий приводной вал устройства перемещения может входить через отверстие с геометрическим замыканием в вал якоря, который при этом не выступает из корпуса полюсов.
Если наружный диаметр в зоне радиальной выемки меньше наружного диаметра остального, по существу цилиндрического, корпуса полюсов, то и диаметр соответствующих крепежных ребер стыковочного устройства редуктора может быть выполнен меньшим, благодаря чему наружный диаметр корпуса редуктора в месте соединения не превышает диаметра корпуса полюсов. Таким образом, можно уменьшить конструктивное пространство корпуса редуктора в зоне соединения.
Чтобы предотвратить проворачивание электродвигателя в корпусе редуктора или в крепежном фланце, между радиальной выемкой оставлены недеформированными участки корпуса полюсов, так что они могут образовать упоры для крепежных ребер в окружном направлении. Для этого не требуется никаких дополнительных производственных затрат.
Если радиальные выемки выполнены на чашеобразном корпусе полюсов противоположно друг другу таким образом, чтобы в них входили соответствующие, противоположные друг другу радиальные ребра, то электродвигатель зафиксирован в стыковочном устройстве редуктора одинаково прочно по всей окружности.
Для обратного замыкания пути магнитного потока между постоянными магнитами, вокруг обечайки корпуса полюсов может быть расположена вторая труба полюсов, которая полностью охватывает его обечайку.
Для четкой фиксации положения электродвигателя относительно корпуса редуктора и крепежного фланца на крышке подшипника выполнена центрирующая цапфа, которая при вхождении в соответствующую ответную выемку радиально центрирует электродвигатель. При этом участок крышки подшипника, в котором размещен, например, сферический подшипник, подшипник качения или удерживающая подшипник пружина, может быть выполнен в осевом направлении цилиндрическим, чтобы обеспечить центрирование по оси вала якоря.
В другом варианте электродвигателя дополнительно к радиальным выемкам на корпусе полюсов выполнены дополнительные осевые выемки, в которые для закрепления электродвигателя могут в осевом направлении вводиться крепежные ребра стыковочного устройства редуктора. Осевые выемки выполнены за одно целое с радиальными выемками в корпусе полюсов, так что они образуют, например, L-образную выемку для байонетного затвора (соединения). В случае окончательно смонтированного корпуса заказчика редуктора это обеспечивает простой осевой монтаж электродвигателя без открывания корпуса редуктора или необходимости использования дополнительных соединительных средств, таких как винты или заклепки.
Весь редукторный приводной блок может быть смонтирован радиально за счет вкладывания электродвигателя радиально в часть корпуса редуктора, причем по меньшей мере одно крепежное ребро корпуса редуктора входит по меньшей мере в одну радиальную выемку корпуса полюсов. Одновременно с этим за счет закрытия корпуса редуктора радиально монтируемой крышкой или полуоболочкой электродвигатель также на долгое время зафиксирован от перемещения относительно корпуса редуктора.
За счет использования корпуса редуктора, состоящего из полуоболочек, все детали приводного блока, включая электродвигатель, могут быть смонтированы в одном радиальном направлении, в результате чего сборочный конвейер может иметь заметно более простую конструкцию.
Особенно целесообразен вариант, в котором на корпусе редуктора (основание и крышка) выполнены по меньшей мере два, предпочтительно четыре, крепежных ребра, поскольку в этом случае можно предотвратить опрокидывание электродвигателя во всех четырех перпендикулярных друг другу направлениях, проходящих поперек вала якоря.
Если в стыковочном устройстве редуктора крепежные ребра выполнены посредством осевых держателей в виде выступов байонетного соединения, которые входят в соответствующие осевые и радиальные, в частности L-образные, выемки корпуса полюсов, электродвигатель может быть очень просто закреплен на окончательно собранном корпусе редуктора заказчика.
Если электродвигатель точно такой же конструкции должен крепиться в разных стыковочных устройствах редуктора, то переходник (адаптер) имеет крепежные ребра, выполненные, например, в виде зажимов или ребер байонетного соединения, входящие в радиальные выемки корпуса полюсов. За счет этого универсальный базовый двигатель может быть закреплен как в корпусе редуктора, так и на любом крепежном фланце без конструктивных изменений электродвигателя. Таким образом, переходник образует практически элемент сопряжения электродвигателя с любым механизмом перемещения (стыковочное устройство редуктора).
Предлагаемый в изобретении способ соединения электродвигателя и стыковочного устройства редуктора характеризуется тем, что он включает следующие стадии:
- вводят электродвигатель в осевом направлении в стыковочное устройство редуктора, выполненное в виде корпуса редуктора, и посредством центрирующей цапфы центрируют в ответном посадочном гнезде стыковочного устройства редуктора,
- вставляют крепежные ребра стыковочного устройства редуктора в осевом направлении в осевые выемки корпуса полюсов,
- электродвигатель соединяют со стыковочным устройством редуктора посредством байонетного затвора, поворачивая электродвигатель в окружном направлении относительно стыковочного устройства редуктора, причем крепежные ребра входят в радиальные выемки в корпусе полюсов,
- фиксируют указанный байонетный затвор стопорным устройством, препятствующим отделению электродвигателя в эксплуатации.
Предлагаемый в изобретении способ монтажа обеспечивает исключительно простое крепление стандартного двигателя на редукторе заказчика при крайне небольшой потребности в конструктивном пространстве. Двигатель может быть надвинут на редуктор в осевом направлении, а затем повернут относительно редуктора для надежной осевой фиксации.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на некоторых примерах его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - редукторный приводной блок в разрезе,
на фиг.2 - другой пример с байонетным соединением в разрезе,
на фиг.3 и 4 - два других предлагаемых в изобретении электродвигателя,
на фиг.5 - другой пример с переходником в разрезе,
на фиг.6 - выполненное в виде крепежного фланца стыковочное устройство редуктора.
Осуществление изобретения
На фиг.1 изображен редукторный приводной блок 12, в котором отдельный электродвигатель 10 соединен с показанным лишь частично стыковочным устройством 15 редуктора, выполненным в виде корпуса 16 редуктора. Электродвигатель 10 содержит корпус 18 полюсов с обечайкой 20, на торцевых сторонах 22, 24 которой выполнены крышки 26, 28 подшипников. В них размещены подшипники 30, выполненные в данном примере в виде подшипников скольжения, в частности сферических подшипников, в которых посредством вала 32 установлен якорь 33. На валу 32 расположен пакет 34 сердечника якоря с электрическими обмотками 36, которые взаимодействуют с постоянными магнитами 38, расположенными на обечайке 20 корпуса полюсов. Вал 32 проходит на торцевой стороне 22 сквозь крышку 26 подшипника через выполненное в ней в осевом направлении отверстие 40. Вал 32 с ведомым элементом (не показан) направлен в корпус 16 для создания через редуктор (не показана), например червячную передачу, крутящего момента, приводящего подвижные части автомобиля в движение. Корпус 18 полюсов изготовлен в данном примере посредством глубокой вытяжки металлического листа, причем обечайка 20 выполнена за одно целое с крышкой 26 подшипника. Якорь 33 сначала монтируется в корпусе 18 полюсов, затем вставляется валом 32 через отверстие 40, после чего монтируется отдельная крышка 28 подшипника. Для определенных применений дополнительно на обечайке 20 располагается вторая стенка 21 корпуса полюсов в виде замыкающего магнитную цепь кольца. В зоне крышки подшипника 26 расположены радиальные выемки 42, которые справа на фиг.1 выполнены в виде вырубленного проема 43 в стенке 49 корпуса полюсов. Слева на фиг.1 радиальная выемка 42 выдавлена в стенке 49 путем холодной обработки давлением 41. Во время этого процесса не возникает отходов материала. Радиальные выемки 42 расположены в зоне 57 корпуса 18 полюсов, наружный диаметр 44 которого при этом идеальным образом меньше наружного диаметра 48 обечайки 20. Участок 45 крышки подшипника 26 выполнен в виде центрирующей цапфы 50, которая в смонтированном состоянии входит в соответствующую ответную выемку 52 корпуса 16 редуктора. Для закрепления электродвигателя 10 на корпусе 16 редуктора крепежные ребра 53 последнего входят в радиальные выемки 42 корпуса 18 полюсов. При этом крепежные ребра 53 в осевом направлении прилегают к ограничению радиальной выемки 42. За счет этого электродвигатель 10 прочно зафиксирован на корпусе 16 редуктора в осевом направлении. Электродвигатель 10 помещается в первую полуоболочку 62 корпуса 16 редуктора, например, радиально, в результате чего по меньшей мере одно крепежное ребро 53 входит по меньшей мере в одну радиальную выемку 42. После установки электродвигателя 10 в полуоболочку 62 и монтажа редуктора (не показана) вторая полуоболочка 63 монтируется радиально к валу 32 якоря на полуоболочке 62, и они соединяются между собой соединительными элементами 66, входящими в посадочные отверстия обеих частей 62, 63 корпуса редуктора. При этом по меньшей мере одно дополнительное крепежное ребро 53 полуоболочки 63 входит по меньшей мере в одну дополнительную радиальную выемку 42 корпуса 18 полюсов. При этом крепежные ребра 53 или радиальные выемки 42 не имеют посадочных отверстий для соединительных элементов между электродвигателем 10 и корпусом 16 редуктора, так что электродвигатель 10 за счет одного лишь соединения частей 62, 63 корпуса редуктора или крышки 62 с основанием 63 корпуса надежно соединен с ними.
На фиг.2 электродвигатель 10 содержит разновидность байонетного затвора в качестве механического разъема для соединения с корпусом 16 редуктора или стыковочным устройством 15 редуктора. Для этого к радиальной выемки 42 примыкает осевая выемка 47, в которую в осевом направлении вставляется крепежное ребро 53, через осевой держатель 55 связанное со стыковочным устройством 15 редуктора. При монтаже электродвигатель 10 сначала в осевом направлении вставляется в соответствующее стыковочное устройство 15, а затем по типу байонетного затвора поворачивается на определенный угол и при необходимости также стопорится. В случае такого вида соединения корпус 16 не обязательно должен содержать по меньшей мере две радиально соединяемые полуоболочки, а может быть произвольно выполнен в виде байонетного соединения. При этом радиальная выемка 42 выдавливается непосредственно в обечайке 20 путем обработки давлением, однако вместо этого может быть выполнена также посредством вырезания материала, например вырубки. Радиальные выемки 42 выполнены на конце корпуса 18 полюсов, за одно целое с которым выполнена крышка 26 подшипника, однако вместо этого они могут быть выполнены также на другом конце, который закрывается отдельной крышкой 28 подшипника для сборки электродвигателя 10. Для этого обечайка 20 имеет гибкие крепежные лапки 94, загибаемые вокруг соответствующих выступов крышки подшипника 28. Вал 32 проходит, в основном, по длине корпуса 18 полюсов, так что для ввода усилия через отверстие 40 в крышке 26 подшипника во внутренний многогранник 98, например четырехгранник, вала 32 входит вводной элемент 96, например гибкий вал. Такой съем крутящего момента опционально возможен с одной или обеих сторон 22, 24 корпуса 18 полюсов. Между подшипниками 30 и якорем 33 расположены упорные шайбы 100, предпочтительно из пластика, которыми вал 32 в осевом направлении опирается на подшипники 30. При этом упорные шайбы 100 с фиксацией от проворачивания соединены с валом 32 или с расположенными на нем деталями 102 якоря, например посадочной втулкой 102 для кольцевого магнита 104.
На фиг.3 изображен фрагмент другого электродвигателя 10, в котором радиальные выемки 42 выдавлены в стенке корпуса 18 полюсов за счет пластической деформации при холодной обработке 41 давлением. При этом материал стенки 49 корпуса полюсов только выдавливается, а не вырезается, так что в стенке 49 не возникает проема. В одном варианте стенка 49 деформируется настолько сильно, что при этом в корпусе полюсов возникает отверстие (щель 51). Выдавленный участок 59 стенки выполнен в виде плоской поверхности, к которой после установки в стыковочное устройство 15 редуктора прилегают крепежные ребра 53. В другом варианте участок 59 стенки может быть выпукло выдавлен внутрь корпуса 18 полюсов. В варианте, показанном на фиг.3, в чашеобразном корпусе 18 полюсов не выполнены осевые выемки 47, поскольку электродвигатель 10 предназначен для радиального монтажа в корпусе 16 редуктора с крышкой или с двумя полуоболочками 62, 63.
На фиг.4 изображен другой пример, в котором радиальные выемки 42 выполнены в виде проемов 43 в стенке 49 корпуса полюсов. Они выполнены, например, посредством вырубки из металлического листа, подвергаемого глубокой вытяжке для образования корпуса 18 полюсов. Дополнительно к радиальным выемкам 42 в осевом направлении 109 выполнены осевые выемки 47, которые образуют вместе с ними проем 43, например, L-образной формы. Осевые выемки 47 выполнены в одном варианте (не показан) за счет пластической деформации при обработке давлением, так что они вместе с радиальными выемками 42 выдавлены в стенке 49 корпуса. Осевые выемки 47 предназначены для осевого монтажа 109 электродвигателя 10 в стыковочном устройстве 15 редуктора, в частности для байонетного затвора 17. При этом крепежные ребра 53 вводятся в осевом направлении в осевые выемки 47, а затем электродвигатель 10 поворачивается в окружном направлении, причем крепежные ребра 53 входят в радиальные выемки 42 в окружном направлении 108 и по меньшей мере в осевом направлении фиксируют электродвигатель 10. Дополнительно может быть выполнено стопорное устройство, которое препятствует самопроизвольному обратному повороту электродвигателя 10 в смонтированном состоянии в окружном направлении 108.
На фиг.5 изображен другой пример редукторного приводного блока 12, в котором электродвигатель 10 закреплен не прямо в корпусе 16 редуктора, а соединен с переходником 13. Последний также имеет крепежные ребра 53, входящие в радиальные выемки 42 корпуса 18 полюсов. Крепежные ребра 53 выполнены, например, в виде стопорного соединения 11. При надвигании переходника 13 в осевом направлении 109 на корпус 18 полюсов крепежные ребра 53 скользят по нему, пока не войдут с геометрическим замыканием в радиальные выемки 42 и прочно не соединят переходник 13 с корпусом 18 полюсов. При этом переходник 13 в осевом направлении опирается упорной поверхностью 23 на буртик 25 корпуса полюсов, а с другой стороны, крепежным ребром 53 - в радиальной выемке 42. В результате выполнения радиальных выемок 42 образуются упоры 19 для крепежных ребер 53, действующие в окружном направлении 108, так что переходник 13 также зафиксирован от проворачивания. Переходник 13 имеет на своей внешней периферии радиальные выступы 27, которыми он соединяется со стыковочным устройством 15 редуктора, в частности, посредством выполненных в нем радиальных выемок (не показаны). С помощью переходника 13 можно поменять расположение радиальных выемок 42 в корпусе 18 полюсов и крепежных ребер 53 в стыковочном устройстве 15 редуктора.
На фиг.6 изображено стыковочное устройство 15 редуктора, выполненное в виде крепежного фланца 80, соединяемого с редукторным приводным блоком 12 и электродвигателем 10. Крепежный фланец 80 имеет посадочные отверстия 86 для соединительных средств с целью закрепления на кузовной детали 15. Фланец 80 выполнен в виде цельной детали 81, полученной в гибочном штампе, и имеет радиальные крепежные ребра 53, соединенные с ним осевыми держателями 55. Посередине внутри крепежных ребер 53 выполнено отверстие 82, в которое входят ведомый вал 32, 96 и/или центрирующая цапфа 50 редукторного приводного блока 12. Крепежный фланец 80 сначала перемещается в осевом направлении по типу выступа байонетного соединения, причем радиальные крепежные ребра 53 крепежного фланца 80 входят в осевые выемки 47 корпуса 18 полюсов. Затем крепежный фланец 80 поворачивается в окружном направлении 108 относительно корпуса 18 полюсов, так что радиальные крепежные ребра 53 входят в радиальные выемки 42, выполненные в корпусе 18 полюсов в виде проемов 43 в стенке или за счет пластической деформации при обработке 41 давлением.
Следует заметить, что в отношении изображенных на фигурах и поясненных в описании примеров возможны многочисленные комбинации отдельных признаков между собой. Так, например, можно варьировать конкретное выполнение радиальной выемки 42 и ее расположения в корпусе 18 полюсов в зависимости от способа его изготовления. Точно так же крепежные ребра 53 могут иметь произвольную форму для комбинации как с корпусом 16 редуктора, так и с переходником 13. При этом выполнение якоря 33, корпуса 16 редуктора и самого редуктора могут соответствовать любым известным применениям. Особенность изобретения состоит в том, что один и тот же электродвигатель 10, выступающий в качестве базового двигателя 10, комбинируется по модульному принципу с различными стыковочными устройствами 15 редуктора, такими как корпуса 16, крепежные фланцы 80 или переходники 13, без необходимости отдельных крепежных средств для соединения с примыкающим стыковочным устройством 15 редуктора. Предпочтительно предлагаемый в изобретении электродвигатель 10 или редукторный приводной блок 12 используется в устройствах регулирования положения сидений в транспортных средствах, однако может использоваться также для любых других исполнительных приводов.