离心式离合器和致动器转让专利
申请号 : CN200680007573.0
文献号 : CN100585208C
文献日 : 2010-01-27
发明人 : 约翰·菲利普·薛瓦利埃
申请人 : 约翰·菲利普·薛瓦利埃
摘要 :
权利要求 :
1.一种致动器，该致动器包括具有驱动轴的电动机，所述驱动轴通 过离心式离合器以高于预定阈值的旋转速度传动地连接至输出连接齿轮， 所述离心式离合器包括：离心滑块，所述离心滑块在一端具有厚重增大部分和第一连接构成 物；
框架，所述框架被形成为携带构成物上的离心滑块以便将所述离心滑 块约束成在伸出的径向位置和缩回的径向位置之间滑行运动，并且固定地 装配在它所驱动的驱动轴上，所述离心滑块的滑行运动的轴线与所述驱动 轴成直角；
第二连接构成物，所述第二连接构成物被安装用于驱动轴上的旋转， 并且仅当离心滑块处于它的伸出位置时第二连接构成物与第一连接构成 物传动地连接；和偏压装置，所述偏压装置用于将离心滑块偏压向它的缩回位置，
其中离心滑块和框架的旋转使厚重增大部分从缩回的径向位置向伸 出的径向位置拉动离心滑块，以使得第一和第二连接构成物互相接合并因 此将驱动轴的旋转驱动传递至输出连接齿轮，但是所述偏压装置会在旋转 终止时引起脱离以便使驱动轴从输出连接齿轮脱离；
所述框架和所述离心滑块构成飞轮，用于在加速到所述离心式离合器 通过输出连接齿轮与所述电动机接合时的速度期间储蓄旋转惯量；
其中所述第二连接构成物旋转地连接以驱动所述输出连接齿轮，从而 允许他们之间受限制的相对旋转运动；
并且其中所述输出连接齿轮弹性地连接至所述第二连接构成物，使得 施加的扭矩引起成比例的相对旋转运动，然后当施加的扭矩减小时所述成 比例的相对旋转运动通过弹簧作用而被反向。
2.根据权利要求1所述的致动器，包括扭矩弹簧，所述扭矩弹簧使所 述输出连接齿轮与所述第二连接构成物传动地连接。
3.根据权利要求1所述的致动器，包括所述离心式离合器和所述输出 连接齿轮之间的减速齿轮。
4.根据前述权利要求3所述的致动器，包括壳体，所述壳体沿一边缘 全部同轴地容纳所述电动机、和离心式离合器，并且所述壳体还容纳所述 减速齿轮。
5.根据权利要求3所述的致动器，其中所述减速齿轮包括传感器，该 传感器用于提供表示减速齿轮的运动的电信号。
6.根据权利要求5所述的致动器，包括在所述减速齿轮的齿轮上的永 磁体，所述永磁体与固定的传感器合作响应永磁体的通路以产生电信号。
7.根据权利要求3所述的致动器，其中所述减速齿轮包括与所述离心 式离合器同轴的蜗轮。
8.根据权利要求1所述的致动器，其中仅当所述离心滑块处于其伸出 的径向位置时所述离心式离合器的惯性中心线是轴向的，由此当所述离心 式离合器接合时其旋转完全地平衡。
9.根据权利要求8所述的致动器，其中所述厚重增大部分径向地滑动 到所述框架的边缘部分的切向间隙中。
10.根据权利要求9所述的致动器，其中所述离心滑块在与所述一端 相对的相对端处具有另外的厚重增大部分，所述另外的厚重增大部分径向 地滑动到所述框架的边缘部分的另一切向间隙中。
11.根据权利要求1所述的致动器，其中所述离心滑块被完全地携带 在所述框架中。
12.根据权利要求11所述的致动器，其中所述离心滑块具有外部平表 面，所述外部平表面与所述框架的、垂直于驱动轴轴线的一个主表面齐平。
13.根据权利要求1所述的致动器，其中所述飞轮基本是圆盘形的。
14.根据权利要求13所述的致动器，其中所述框架基本是圆柱形的、 具有横穿其直径的细长沟槽，该细长沟槽容纳所述离心滑块，所述沟槽具 有与所述离心滑块的边缘合作的引导件。
15.一种起动电动机，包括权利要求1所述的致动器，其中所述输出 连接齿轮和所述第二连接构成物之间的弹性连接被构成为一旦所述离心 式离合器已接合即存储旋转能量，并在使用时释放存储的能量以转动曲柄 驱动连接起动电动机的发动机。
16.一种用于使受到静态和动态摩擦阻力的负载移动的驱动系统，包 括根据权利要求1所述的致动器，所述致动器的输出连接齿轮被连接以驱 动负载，所述飞轮被构成为正常使用时处于离心式离合器的接合速度下的 旋转惯量足以通过所述离心式离合器与负载的接合来克服负载的静态摩 擦阻力。
17.根据权利要求16所述的驱动系统，其中所述负载是车窗，包括传 动地连接至所述致动器的车窗驱动框架，从而当所述离心式离合器接合时 存储在所述飞轮中的旋转惯量被冲击地传送到所述车窗驱动框架以克服 使用时车窗滑动运动中的静态摩擦力。
18.根据权利要求16所述的驱动系统，其中所述负载是天窗、座椅或 门，从而当所述离心式离合器接合时存储在所述飞轮中的旋转惯量被冲击 地传送到所述天窗、座椅或门，以克服使用时其运动的静态摩擦力。
19.一种汽车转向锁，包括布置成锁定驾驶杆或使驾驶杆解锁的致动 器，所述致动器是根据权利要求1的致动器。
20.一种雨刷器驱动系统，包括根据权利要求1的致动器，所述致动 器被连接用于驱动雨刷器。
21.一种电子停车制动器，包括根据权利要求1的致动器，所述致动 器被连接用于驱动制动器。
22.一种安全带预拉伸器，具有旋转驱动，该旋转驱动被连接成被权 利要求1的致动器所驱动。
23.一种自动变速箱，其中通过权利要求1的致动器来实现齿轮变速， 所述致动器被连接用于实现齿轮变速。
24.一种利用权利要求1的致动器驱动受到静态和动态摩擦阻力的负 载的方法，包括以下步骤：使电动机和飞轮加速，从而所述离心式离合器以预定速度接合，所述 飞轮的旋转惯量以该预定速度冲击地传递到负载以克服静态摩擦力；以及保持电动机驱动以克服动态摩擦驱动使负载加速。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述负载是车座椅、天窗、车 窗、转向锁、雨刷器、自动手动变速箱、座椅调节器、电子停车制动器和 安全带预拉伸器中的一个。
26.根据权利要求24所述的方法，包括利用所述飞轮的旋转惯量以将 扭矩施加至所述第二连接构成物，从而将能量存储在所述输出连接齿轮和 所述第二连接构成物之间的弹性连接中，并且通过所述输出连接齿轮驱动 所述负载以在一定时期后释放存储的能量；因此所述旋转惯量在一定时期 后冲击地传送至所述负载以克服静态摩擦力并且在所述负载的初始加速 期间克服动态摩擦力。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述致动器是起动电动机。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种离心式离合器，其是一种超限运转离合器 (over-running clutch)，并且本发明涉及一种包括离心式离合器的致动 器。本发明还涉及一种用于移动受到静态和动态摩擦阻力的负载的驱动系 统，并且涉及一种驱动负载的方法。具体而言，尽管不是排他性的，本发 明适用于汽车座椅、天窗、窗户、转向锁、雨刷器、自动手动变速箱、座 椅调节器、电子停车制动器和安全带预拉伸器、发动机起动机电机、刹车 系统和自动齿轮箱；简而言之，适用于任何设计用于移动惯性质量并保持 其受控运动的驱动机构。原则上，本发明适用于其中负载必须克服摩擦阻 力移动的任何转动或线性的驱动系统，本发明尤其适用于克服静态摩擦 力。可发现该应用可用在诸如电梯和销售传动装置的零售点等各种领域 中。
背景技术
因此本发明的一个目的是克服或减少现有这些致动器的缺点。对降低 汽车重量，功率消耗和成本的要求正越来越高，由此改善汽车的性能和性 价比，并减少对环境的污染。
发明内容
该离心式离合器可参考名为“A Pre-assembled Centrifugal Clutch”的专利申请GB-A-2392958中披露的特征。飞轮的惯量、在离心 式离合器以预定速度接合、电动机的电能、加速度和最大速度都可在离心 式离合器为适应任何已知的应用的设计而进行选择，以满足静态和动态摩 擦阻力、以及特定上升或其他负载需要的需求。例如，在车窗的本实施例 中，离心式离合器以一定速度接合在一起被设计为通过接合为致动器供给 充足的反冲力以克服车窗框架在一般使用情况下的静态摩擦，并使车窗持 续地升高，克服由于车窗上升引起的动态摩擦。
本发明进一步提供一种用于将驱动轴以高于预定阈值的旋转速度连 接至从动部件的离心式离合器，包括：框架和离心滑块，所述框架和所述 离心滑块协作以构成所述驱动轴轴线上的飞轮；和连接部件，所述连接部 件用于在使用时驱动从动部件；其中所述飞轮可旋转地连接以驱动所述连 接部件从而允许他们之间受限制的相对旋转运动。
本发明还提供一种致动器，包括通过离心式离合器传动地连接至输出 连接齿轮的电动机，所述离心式离合器具有离心式连接的驱动部件和从动 部件，所述致动器还包括传动地连接在所述电动机和所述离心式离合器的 从动部件之间的飞轮，用于在加速到所述离心式离合器通过输出连接齿轮 与所述电动机接合时的速度期间储蓄旋转惯量。
所述飞轮可与所述离心式离合器的驱动部件一体形成。所述离心式离 合器是根据本发明的第一概念所述的离心式离合器，所述框架和所述滑块 构成所述飞轮。
对本发明的一些应用来讲，所述输出驱动部件具有用于在使用时与所 述从动部件传动接合的连接部件，并且其中所述第二连接构成物可旋转地 连接以驱动所述连接部件从而允许他们之间受限制的相对旋转运动。
为在过量扭矩时提供滑动，所述连接部件可通过摩擦接合连接至所述 第二连接构成物，从而使他们的旋转驱动连接在高于预定施加扭矩时滑 动。
作为摩擦连接的替代，连接部件可弹性地连接至第二连接构成物，以 便施加的扭矩引起成比例的相对旋转运动，然后当施加的扭矩减小时所述 成比例的相对旋转运动通过弹簧作用而被释放。然后，优选输出驱动部件 包括扭矩弹簧，所述扭矩弹簧使所述连接部件与所述第二连接构成物传动 地连接。
然后，在离合器接合后这种弹性连接立刻存储势能，以便在一定时期 后使惯量的冲击传递力传送到负载-这可以调节以适应具有特定的静态 和动态摩擦特性的负载的需求。例如起动电动机必须驱动作为的汽车发动 机，所述汽车发动机在其以低速开始加速期间具有巨大的摩擦力。
根据反冲驱动式机构(kick-drive mechanism)的参数，在冲击点释 放的施加扭矩可相当大地高于需要的作用力以确保安全地移动从动系统 的惯性质量。该结构的一个实例是可以在发动机起动电动机中使用反冲驱 动式机构。离合器构件可预期加速发动机的飞轮的惯性质量以及与发动机 相关的驱动部件。构成中间能量存储结构的弹性连接特别能避免离合器和 负载间的接口部件的损坏。存储的旋转能量被释放，以在负载的初始加速 期间通过电动机供给可持续维持的能量。与飞轮在离合器中的方式相似， 帮助消除在动态摩擦阻力中的波动，并因此减少电动机需要的电能，产生 更平稳程度的输出能量。
本发明还提供一种用于使受到静态和动态摩擦阻力的负载移动的驱 动系统，包括前边刚刚说明的的致动器，所述致动器的输出小齿轮被连接 以驱动负载，所述飞轮被构成为正常使用时处于离心式离合器的接合速度 下的旋转惯量足以通过离合器与负载的接合来克服负载的静态摩擦阻力。
此外，本发明还提供一种利用前边已说明的种类的致动器驱动受到静 态和动态摩擦阻力的负载的方法，包括以下步骤：加速驱动受到静态和动 态摩擦阻力的负载的电动机；使用致动器加速电动机和飞轮使得所述离心 式离合器以预定速度接合，所述飞轮的旋转惯量以该速度冲击地传递到负 载以克服静态摩擦力；以及保持电动机驱动以克服动态摩擦驱动使负载加 速。
电致动器可用于使负载在终端之间移动，并且当致动器到达终端时， 其受到有害且产生噪音的反冲力。因此，本发明还提供一种致动器，包括 通过减速齿轮连接至输出连接齿轮的电动机，所述减速齿轮包括具有两个 同轴元件的齿轮，所述两个同轴元件具有分别与相应的主动和从动齿轮相 啮合的齿，所述两个元件通过粘性阻尼件被驱动连接用于当所述致动器在 使用时碰撞终端时吸收震动并降低后冲力。
所述粘性阻尼件可包括所述齿轮的两个元件之间的圆盘等实心元件。
所述致动器可以是前边所述的任何种类的具有离心式离合器和减速 齿轮的致动器。
附图说明
图1是从具体表现本发明的车窗致动器上方看到的透视图，其中壳体 部分透明以示出内部构成物；
图2是从相应于图1的下方看到的透视图；
图3是从图1和2的致动器的下方看到的立体图，其中壳显示为实体；
图4是图1至3的致动器的壳体的保持插入成形部分的立体图；
图5a和5b是图1至3的致动器中的蜗轮的分解立体图，并且图5c在蜗轮 中的橡胶阻尼圆盘的立体图；
图6是具体表现本发明的电动机和飞轮以及离心式离合器构成物的放 大立体图，与图1和2示出的构成物相似；
图7a和7b是从具体表现本发明的离心式离合器的下游侧观看的立体 图，分别示出了其接合及其脱离构成物；
图8a和8b是分别相应于图7a和7b从上游侧观看的立体图；
图9a和9b是从图7和8的离心式离合器的离心滑块的上游侧观看的立 体图，分别示出了其接合及其脱离构成物；
图10a是具体表现本发明的离心式离合器中的输出主动夹头(output drive dog)的可选形式的立体图，以及图10b示出了根据其本身的主动夹 头元件；
图11a是输出主动夹头的可选形式的立体图，以及图11b示出了根据其 本身的主动夹头的弹性元件；
图12a示出了输出主动夹头的另一可选形式，以及图12b示出了该主动 夹头的弹性元件；以及
图13示出具体表现本发明的定子电动机，以及包括弹簧的输出主动夹 头的另一可选形式。
具体实施方式
电线线路从外部进入通过壳体中的端口602，具有适当密封。这些线 提供电流到电动机2并与诸如霍耳效应传感器或簧片开关的电子传感器 (未显示)相通，与以下将说明的蜗轮齿轮402上的磁性圈403相邻。
离心式离合器3的输出主动夹头与电动机驱动轴和飞轮结构3同轴，并 且驱动与其同轴的蜗轮齿轮401。电动机2，飞轮和离心式离合器结构3， 以及延伸的蜗轮齿轮401沿壳体6的一个缘部同轴形成。协作蜗轮齿轮402 为了在壳体的中心的轴上的旋转而安装，该轴与电动机2的轴成法向。该 齿轮402是致动器中的最大的单体元件，并且因此壳体被制成基本扁平且 长方形。
如图5a、5b和5c所示，大蜗轮齿轮402具有夹持环形磁体403的圆形沟 槽4031，该环形磁体403用于定位感应。72号磁体等角地设置在环403的周 围，从而他们具有遍布了360度角的144个极点。安装在环403之上的壳体 上的霍耳效应传感器用于检测极点的通路，并且从霍耳效应传感器接收电 子信号的外部控制电路(未显示)用于判定齿轮402的旋转速度和方向。 通过致动器产生的扭矩具有产生速度的作用，该作用预定且存储在电子控 制电路中，因此可以控制扭矩，例如，为反夹紧安全因素而限制输出扭矩。 由于可以判定齿轮的位置，所以可以判定车窗的位置。
如图5a和5b所示，大蜗轮齿轮402具有远离磁体圈的3个部件。这些部 件互相同轴相对。驱动部件42具有与延伸的蜗轮齿轮401相啮合的外齿。 从动的螺旋形正小齿轮404形成在从动板410上，并且橡胶粘性阻尼圆盘 420夹持在部件402和410之间以在他们中间弹性可变形的粘性阻尼，以在 致动器碰撞到终端时使反撞力最小化。在该实例中，橡胶材料是具有A90 剪切压缩性，即大约50D的人造橡胶；其可以是“Hytrel”或“Santoprene” (注册商标)牌。在该实例中，橡胶圆盘420包括通过切口分成的8个相等 的45°扇形区，切口421中的4个在一侧并且切口422的另外4个在相对侧。 这些切口在形成在齿轮部件402和410的内表面上相应的径向肋上接合。因 此，当存在部件402和410的相对旋转运动时，肋压缩或挤压橡胶圆盘420 的单个扇形区。当然可以具有不同数量的扇形区，诸如90°的扇形区，这 是适当设计的事宜。可以只是1个弹性块。
螺旋形正小齿轮404驱动螺旋形正小齿轮405，该螺旋形正小齿轮405 与输出小齿轮5同轴并刚性地连接至输出小齿轮5，他们共用轴609。如图2 所示，大蜗轮齿轮402为了保持插入板603和相对的壳罩604之间的旋转而 安装。
壳体及其内部部件的材料和刚性结构选择为可使致动器操作的平稳 性最优化、以及使其声音输出最小化的材料和结构。橡胶阻尼，以及反撞 力最小化也用作这些车窗的电动机的防震。然而，由于克服负载中的静态 摩擦力是非常重要的，橡胶圆盘420的弹性变形不会诸如使反冲逐渐削弱， 即通过致动器在离心式离合器的接合点设置冲击传动。
在图3中最清楚地示出，钢插入板603具有使结构分层的其他作用。我 们发现以该方式组合的层的夹心具有有益的声音效果，层之间的界面有助 于消除横穿结构的噪音。振动的噪音更容易在这些钢插入板和壳体的配对 壳罩604、605之间的平坦的界面上被吸收。很明显，壳罩604、605与钢插 入板603的弹性不同。
电动机2与整体式飞轮和离心式离合器结构3一起在图6中示出。飞轮 和离心式离合器结构3是圆盘形，即基本上圆筒形，其同轴地形成在电动 机驱动轴304之上并与输出主动夹头303同轴。圆盘形框架301具有横穿其 直径的沟槽，离心滑块302在其中滑动，该离心滑块302在每一端都具有厚 重增大部分，并且通过图9a和9b分别示出的在其接合位置和其脱离位置的 锯齿形压缩弹簧350弹性地斜向脱离位置。如专利公开文件GB-A- 2392958中所述，弹簧350完全凹进到离心滑块320之中，并且弹簧的一端 通过滑块中心的孔340支撑电动机轴。
在图6示出的实例中，离心式离合器的从动部件是同轴地安装在电动 机轴304上的主动夹头303，该夹头具有3个等角分开的齿部。在图7和8示 出的可选实例中，主动夹头303具有安装在圆盘315上的单齿部314，该圆 盘315与带齿的轮齿313一体形成。离心式离合器的从动部件构成为接合传 动至在特殊环境下需要的减速齿轮装置，并且在图1和2的实施例的情况 下，主动夹头314直接连接至延伸的蜗轮，而不通过任何带齿的齿轮313。
如图7-9最清楚的示出，离心滑块302受到用于滑动穿过沟槽的轨道 的约束，该沟槽形成为直径地穿过圆筒形驱动部件301。该沟槽330形成有 中心轴槽331，该中心轴槽引导补足突出台肩323沿离心滑块320的中心线 形成。在相对应的构造之间沿圆筒形的基础部分301中的沟槽330的缘部引 导沿离心滑块320的每一个侧缘突出的轨道323。
离心滑块320在一端具有厚重增大部分320，其用作从图7b和8b示出的 其脱离位置朝向图7a和8a中示出的接合位置相对压缩弹簧350的作用力拉 滑块的钟形重物。在其接合位置处，厚重增大部分320具有与基础部分301 的外圆筒形表面齐平的部分圆筒形的外表面，并且增大部分310补足基础 部分301的缘部。该缘部具有与沟槽330的宽度相对应的开口303，厚重增 大部分320在沟槽中滑动，当增大部分320到达接合位置时具有消除间隙的 效果。在该接合位置处，离心滑块302到达径向的终点挡板，并且其接合 夹头321接合主动夹头314。在该结合点，离合器的主动和从动部件锁在一 起，以使旋转传动传送至夹头313。
在离心滑块302的相对端具有与夹头321一体化的另一厚重增大部分， 并且如图7b和8b所示，在离合器的完全脱离位置，这使得圆筒形基础部分 301的缘部中的间隙中静止，其外部部分圆筒形表面与缘部的圆筒形表面 齐平。并且在该点，离心滑块302紧靠终点挡板。
通过离合器部件的结构和压缩弹簧350的弹簧强度预先选择离合器接 合的转速。
离合器构成飞轮是本发明的一个重要因素，当离合器加速到其接合位 置时能够储蓄的转动能量。飞轮的主要部件是圆筒形基础部分301的厚重 的缘部、和离心滑块302的补足的厚重增大部分320、321。这允许电动机 被用于非常轻质量的转子。
厚重增大部分320、321精密地设置，从而当如图7a和8a所述的离合器 完全接合时，组合的离合器结构3的惯性中心位于其旋转的轴上，即电动 机轴。在离心滑块302的其他位置，惯性中心沿轨道331的直径平移至脱离 轴的位置。该结构的重点是：一旦离合器接合并且电动机驱动负载，则离 合器会保持完美的转动平衡，以使噪音和应力最小化。在其从静止到接合 位置的加速期间，由于离合器没有处于负载情况，所以使离合器保持转动 平衡不是很重要。
图10-13示出了离心式离合器的输出主动夹头的可选结构。图10a和 10b示出了图7和8的主动夹头。小齿轮313连接至邻接盖314、315，这些邻 接盖可被形成为两个单元，和也可被形成为一个冷成形单元和安装单元。 夹头齿部形成为保持在盖315的槽周围的弹簧314的中心部分。弹簧314和 盖315的槽之间的圆筒形界面上的摩擦接合使旋转的输出传动从离合器的 驱动部件传送至离合器的从动部件。摩擦力足够大从而阻止相对的旋转运 动，除非致动器的传动发生故障或其到达终点挡板。该阻尼弹簧结构允许 被用于空转，以防止不适当的磨损或损害。摩擦力足够强，所以离合器能 够产生强大的反冲力或冲击作用力，以克服通过致动器驱动的负载中的静 态摩擦力。
在图11a和11b中示出的可选结构中，盖315具有相同的形状，然而轴 314a具有向外转动的端部，并且是圆筒形；弹簧的端部而不是弹簧的中心 形成夹头齿部。由于该结构，弹簧314a倾向于被压缩，增加了其夹在盖315 周围的摩擦力。
图12a和12b示出了另一可选实施例，其中菱形弹簧314b在相对的直径 的位置处构成两个齿部，并且弹簧在一侧上具有开口以允许其在槽中的盖 315之上定位。具有两个齿部的有点是他们可以保持旋转的平衡。
代替允许摩擦空转，图13的结构允许相对存储在扭转式卷簧中的势能 的弹性偏差进行相关的旋转运动。该弹簧具有与定时弹簧相同的作用，存 储用于随后控制释放的能量。在该实例中可以是大约10mm宽和0.5mm厚， 由于弹簧的展开能够传送10kW的输出。因此，离合器的输出主动件具有以 齿轮313的形式的连接部件，用于驱动诸如车辆发动机的负载。还具有夹 头140和一对径向上相对的齿部141，其全部都可以接合离心滑块。
如图13所示，齿部141接合滑块以产生通过箭头表示的作用力。夹头 140在齿部142连接至扭力弹簧130的一端，该扭力弹簧130的另一端146连 接至齿轮313。如箭头144所示，齿部142传动弹簧313。
该结构允许飞轮的旋转惯性可在一段时间内通过在扭力弹簧313中的 势能的中间存储被冲击地传送至负载。因此从飞轮传送至负载的扭矩随时 间的过去而平稳，降低了冲击反冲力的扭矩程度，同时基本上保持了总冲 击力，该总冲击力表示为扭矩的时间积分：∫Idt。
起动电动机包括电动机和飞轮与图6-9示出的那些电动机和飞轮的 原理相似，然而具有大于车窗卷绕构件所需要的功率。飞轮具有图3的输 出结构。输出齿轮(通常指主动小齿轮)连接至发动机的飞轮。该飞轮优 选与齿轮相配合用以与起动电动机的主动小齿轮啮合(通常齿轮比是20∶ 1)。
起动电动机基本上用于初始发动机旋转。由于可考虑到的发动机组件 的静态和动态摩擦力，起动电动机需要从电池到使发动机部件、曲柄轴、 发动机飞轮和活塞能够运动的电的实际输入口。起动电动机使用存储在电 池中的电能以使螺栓连接至曲柄轴一端的飞轮旋转。旋转飞轮使活塞能够 具有从起动电动机基本独立运转的运动。
通过实例，具有1200cc发动机的汽车具有重3或4kg的起动电动机，可 引起高达350A启动功率电流并重3.7kg；当发动机以2100rpm的空转速度转 动时，在9v和155A下提供0.25kg.m的运转扭矩；其最大功率是0.8kW，并 且其锁定扭矩是0.56kg.m。由于本发明的这些优势，相同的汽车可用只有 1.2kg重的起动电动机启动，其中飞轮重300g且电动机重600g；具有10mm 宽和0.5mm厚的扭力弹簧可产生10kW，其可在启动功率电流之后立刻发送 10或12Nm扭矩至电动机，然后降为4或5Nm的稳定扭矩。电动机可象征性地 消耗9A，在12v的最大值是36A。鉴于传统汽车会需要20Amp.小时的容量的 电池，本发明使用5或6Amp.小时电池即可。起动电动机和电池节省的重量 是非常明显的。
在卡车起动电动机的实例中，起动电动机的重量可从35kg降低为少于 这个重量的三分之一。电流需求中降低的百分比可与实现汽车的起动电动 机相比，从而较轻质量的电池也可用在卡车中。
现将说明致动器的操作。可以理解的是视图中示出的不同的可选部件 可被图1至3中相应的部件替换。此外，图1至3中示出的特定的减速齿轮结 构不是必须的，并且可以具有其他不同的结构，在此实例中，可具有两级， 或不同的级数。
当汽车车窗需要被卷起或放下时，操作相应的开关，顺序地在中心控 制电子控制单元，该电子控制单元控制使电能发送至图1和2的致动器。电 子控制单元还利用从致动器1之中的传感器来的控制信号存储从磁盘403 之上的霍耳效应传感器传来的关于车窗位置的信息。在专利申请文件WO 03/004810和GB-A-2381034中披露了相似的位置传感结构。
电驱动电动机2直到位置反馈感应结构判定出车窗到达预期的位置； 或直到发送故障情况为止，例如当电驱动立刻终止时的小齿轮的情况。
当电供给到电动机2时，飞轮和离合器结构加速知道达到离合器接合 的速度。由于该结构，旋转能部分被传送到减速齿轮并因此基本上作为反 冲力或冲击力传送至负载。这具有克服负载中固有的静态摩擦力的有点， 例如，由于车窗框架主动杆和防雨防风门结构中的车窗玻璃的缘部中的摩 擦力。离合器的持续运动开始使负载加速。电动机持续加速知道其达到其 最大功率，在最大功率点，负载以常速继续移动。电子控制单元监控负载 的位置，并一旦负载到达预期的位置就使功率终止，或在其到达该位置前 使运转预先变缓，在该案例中负载是车窗。如果从负载传来过多的阻力， 那么负载将使离合器减速并使其脱离，从而到电动机的持续功率使离合器 再次接合并提供更多冲击作用力。因此，必须快且连续地为负载提供一系 列的冲击力以克服摩擦力。
通过选择在离合器中的弹簧作用力预先判定存储在飞轮中的旋转能 量的量、和根据接合引起的冲击作用力的强度，然而也可以通过适当的飞 轮质量的选择、到旋转中心的距离、电动机的功率和速度(通过电压或电 流比率选择)、以及通过电动机的加速度比而判定。如上所述，致动器可 被涉及用于大量不同种类的应用。同时，如图1和2所示的蜗轮齿轮的使用 适用于驱动汽车车窗，以其非常良好的机械特性为车窗的重量提供有用的 阻力，通过减速齿轮中的摩擦力抵抗反向运动。使用蜗轮齿轮不是必要的。
对一些应用来说，例如，在1mm或100mm的台阶中提供脉冲驱动是有益 的。根据齿轮比，致动器可用于使电梯中1g重或300kg重的重物升高，并 且可以通过适当反馈构件控制速度。
当驱动碰撞终端时，如图5的橡胶块420中的齿轮中的阻尼结构减少反 撞力的不利效果。橡胶块或多个橡胶块还吸收齿轮的噪音。
为过载的安全性而设计离心式离合器的主动夹头中的阻尼弹簧结构， 然而，其还具有抑制电动机传来的轴的振动的优点。如前所述，夹头可以 具有任意的齿数，即图6示出的3个、或图7示出的1个、或图12示出的2个、 或任何数量的齿数。多个齿等角地间隔开提供了良好的旋转平衡，当整个 组件被驱动时使振动最小化。
此外，主动夹头可以象弹性阻尼件一样以相似的方式，通过使主动夹 头和与电动机的轴平行或同轴的从动部件之间的橡胶阻尼件或其他弹性 材料构成夹层，从而被布置到车窗卷绕构件中的大齿轮402处。该主动夹 头阻尼可被代替或除大齿轮的弹性阻尼件之外。
在该实例中，壳体用橡胶密封件和螺钉密封，然而可选，例如，其可 以被超声焊接以提供国际标准IP67的防水性能。
为图解示出本发明超过传统车窗致动器的优点，有启发性的是比较用 于等效系统中的电动机速率。传统汽车车窗致动器具有电动机，该电动机 在12v下具有36amps的典型失速电流，通常9amps，以10％的功率操作以传 送大约10w。其产生1Nm的连续扭矩，同时具有12Nm的最小开机转矩。由于 本发明的优势，可以使用非常小的速率2.8amps的电动机，仍可发送15Nm 的失速扭矩和6Nm的连续扭矩。传统的致动器没有离合器并且没有飞轮存 储能量的作用。
由于本发明的使用，可以使致动器减少到相当小的尺寸和重量。例如， 对车窗致动器来说，电动机的重量可从640g降低至只有40g，并且包括电 动机的全部致动器组件可从典型的740g减至200g。体积是以前的一半多 点，并且成本和功率消耗明显减少。小型电动机的使用使致动器更安静， 并且离合器和减速齿轮中的阻尼构件也有助于降低噪音。结构中需要的刚 性通过使用钢插入板而实现，使得用于壳体的余料可以是较轻重量的填充 有塑料材料的玻璃。
现将说明在汽车起动电动机中使用本发明。如上所述，起动电动机具 有被连接至发动机的基本惯性，并且在起始的加速期间具有低速巨大的动 力摩擦拉阻力。需要通过扭矩弹簧130中的旋转能量的中间存储使施加的 扭矩随时间散开。当汽车点火开关启动时，继电器使电动机2连接至汽车 电池，并且离合器飞轮加速然后接合。这驱动弹簧130并且弹簧130驱动齿 轮313以曲柄发动发动机。由于利用飞轮红存储的能量，使弹簧第一卷簧 升高并然后松开，从而使扭矩稳定地传送至齿轮313。供给到电动机2的连 续功率保持驱动至齿轮313以使发动机进一步加速，并然后，只要其达到 电动机2的最大功率时的恒速，以保持发动机运转直到其点着火，在该点 上离合器过度运转并且电动机可被关闭。
本发明可用于很多种类的应用，电动机和离合器飞轮可直接用在负载 上而不需要任何齿轮系统。一个实例是使用致动器代替用于风钻的气动装 置，例如用于挖掘路面的一种风钻。通过电动机和离合器飞轮旋转的主动 夹头被构成为定期接合不同的传统钻的钻头组件。这种反冲驱动通过主动 夹头冲击地升高钻头，并然而使其下降到要被钻孔的表面上，然后循环重 复夹头的下一次旋转接合。可选，反冲驱动可向下施加到钻头上，以驱动 钻头钻进钻孔表面，然而提供冲击作用力以使钻头向上弹回，使得冲击式 的钻孔效果的循环重复。因此，主动夹头可直接连接至钻头组件，或另外 通过弹簧链接使钻头连接到钻架。这种锤打效果可被应用于诸如锤钻的其 他工具中，并可以用于持工具或大型工业供给和机械工具。