机电式缆绳致动器组件控制器转让专利
申请号 : CN200680019499.4
文献号 : CN101238008B
文献日 : 2010-06-09
发明人 : 拉伊·科克汉姆 , 约翰·绍德 , 罗恩·雷伯恩
申请人 : 卡普罗有限公司
摘要 :
本发明公开了一种机电式缆绳致动器组件，该致动器具有电动机，连接到电动机的齿轮组件，连接到齿轮组件的弹簧加载回位组件，所述弹簧加载回位组件被构造为向齿轮组件施加力，从而使机电式缆绳组件返回到第一位置；以及连接到电动机的电动机电子控制电路。电动机电子控制电路包括构造为在第一方向驱动电动机，以抵抗由弹簧组件施加的力的驱动电路，和构造为减慢缆绳组件返回到第一位置的速度的制动电路。
权利要求 :
1.一种机电式缆绳致动器组件，包括：
电动机，其具有第一输出轴，第一齿轮安装在第一输出轴上；
齿轮组件，其连接到第一齿轮上；
弹簧加载回位组件，其连接到齿轮组件上，所述弹簧加载回位组件构造为向齿轮组件施加力，以使机电式缆绳组件返回到第一位置；和电动机电子控制电路，其连接到电动机上，所述电动机电子控制电路包括：驱动电路，其构造为在第一方向驱动电动机，以抵抗由弹簧组件施加的力，和制动电路，其构造为减慢缆绳组件返回到第一位置的速度。
2.如权利要求1所述的机电式缆绳致动器组件，其中，所述驱动电路包括适合于驱动电动机的电动机驱动器。
3.如权利要求2所述的机电式缆绳致动器组件，其中，所述驱动电路还包括用于检测电动机驱动器提供的电流量的电流传感器。
4.如权利要求3所述的机电式缆绳致动器组件，其中，所述驱动电路还包括可编程控制器，其构造为控制电动机驱动器的输出和监视电流传感器。
5.如权利要求4所述的机电式缆绳致动器组件，其中，所述可编程控制器构造为控制电动机驱动器的输出，以便根据规定的时间表驱动电动机。
6.如权利要求4所述的机电式缆绳致动器组件，其中，所述可编程控制器构造为基于电流传感器提供的电流检测信号来控制电动机驱动器的输出。
7.如权利要求1所述的机电式缆绳致动器组件，其中，所述制动电路集成到驱动电路中，其中制动电路通过向电动机提供减少的驱动信号来工作。
8.如权利要求7所述的机电式缆绳致动器组件，其中，所述减少的驱动信号是脉宽调制信号。
9.如权利要求2所述的机电式缆绳致动器组件，其中，所述制动电路包括由控制器控制的开关电路，且所述制动电路构造为吸收由电动机产生的电流。
10.如权利要求1所述的机电式缆绳致动器组件，其中，所述制动电路包括构造为限制通过电动机触点的最大电压的电压限制器。
11.如权利要求10所述的机电式缆绳致动器组件，其中，所述制动电路包括两个串联连接的二极管，且其中一个二极管是齐纳二极管。
12.如权利要求1所述的机电式缆绳致动器组件，其中，所述制动电路构造为主要限制电动机速度。
13.如权利要求1所述的机电式缆绳致动器组件，其中，所述制动电路构造为主要限制电动机扭矩。
14.一种用于机电式缆绳致动器组件的控制电路，所述机电式缆绳致动器组件具有电动机、连接到电动机上的齿轮组件和连接到齿轮组件的弹簧加载回位组件，所述弹簧加载回位组件构造为向齿轮组件施加力，从而使机电式缆绳组件返回到第一位置；所述控制电路包括：驱动电路，其构造为在第一方向驱动电动机，抵抗由弹簧组件施加的力，和一个或多个装置，其用于减慢缆绳组件返回到第一位置的速度。
15.如权利要求14所述的控制电路，其中，所述用于减速的装置包括电压限制装置，其用于限制产生的经过电动机的最大电压。
16.如权利要求15所述的控制电路，其中，所述用于减速的装置包括两个串联连接的二极管。
17.如权利要求15所述的控制电路，其中，所述用于减速的装置包括基于晶体管的电压限制器。
18.如权利要求14所述的控制电路，其中，所述用于减速的装置包括基于可控开关的电压限制器。
19.一种用于减慢机电式缆绳致动器组件返回速度的方法，所述机电式缆绳致动器组件具有电动机、连接到电动机上的齿轮组件和连接到齿轮组件的弹簧加载回位组件，所述弹簧加载回位组件构造为向齿轮组件施加力，从而使机电式缆绳组件返回到第一位置；所述方法包括：当弹簧加载回位组件迫使齿轮组件使机电式缆绳组件返回到第一位置时，限制由电动机产生的电压。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述限制由电动机产生的电压的步骤以被动方式实现。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种用于在缆绳上施加力的系统；更具体地，本发明涉及一种利用电动机、齿轮系和带轮在缆绳上施加力的系统。带轮通过齿轮系接收来自电动机的旋转力，当带轮旋转时，力被施加到缆绳上。该力使缆绳移动预定的距离。
背景技术
在美国消费者对客车需求的变化已经激励汽车制造商制造多用途或公用车辆，这些车辆适合运送乘客和/或货物。实现这种公用车辆运送乘客和/或货物的适应性的关键点之一是复合座椅系统的发明，该复合座椅系统能使单个座椅折叠、翻转、放倒，这些运动使座椅移动并最终存放到构造在车辆内的凹处。
复合座椅系统要求复杂的机械运动控制机构。这些复杂的机械运动控制机构使用锁、杆和缆绳来控制座椅的运动和位移。随着更新、更复杂的座椅布置需求的增加，当从远处释放锁或其它机械锁定机构时，或者当需要额外的力时，或者当需要更长的缆绳行程时，就出现了提供机电式致动器的需要。
用于车辆座椅系统中的机电式致动器易于受到各种设计限制。明确地说，这种车载机电式致动器必须足够小以便不干涉地安装到车辆内，它们对客车的电力系统的能量需求必须最小化，它们必须能快速处理高负荷，以及它们必须安静地运行。
尽管多种系统已经用于将电动机的能量转化为缆绳上的线性力，但是本技术领域中仍然存在这样的需要：结合了速度和高负荷能力的车载系统安静地在缆绳上施加力，以在一秒钟的一小部分内实现预定的缆绳运动，同时对车辆的电力系统的功率需求最小化。
复合座椅系统要求复杂的机械运动控制机构。这些复杂的机械运动控制机构使用锁、杆和缆绳来控制座椅的运动和位移。随着更新、更复杂的座椅布置需求的增加，当从远处释放锁或其它机械锁定机构时，或者当需要额外的力时，或者当需要更长的缆绳行程时，就出现了提供机电式致动器的需要。
用于车辆座椅系统中的机电式致动器易于受到各种设计限制。明确地说，这种车载机电式致动器必须足够小以便不干涉地安装到车辆内，它们对客车的电力系统的能量需求必须最小化，它们必须能快速处理高负荷，以及它们必须安静地运行。
尽管多种系统已经用于将电动机的能量转化为缆绳上的线性力，但是本技术领域中仍然存在这样的需要：结合了速度和高负荷能力的车载系统安静地在缆绳上施加力，以在一秒钟的一小部分内实现预定的缆绳运动，同时对车辆的电力系统的功率需求最小化。
发明内容
所公开的车载机电式缆绳致动器组件结合了高负荷能力下的速度和安静运行，以在缆绳上施加力，从而一秒钟的一小部分内实现预定的缆绳运动，同时对车辆电力系统的需求最小化。
本发明的用于在缆绳上施加力的机电式缆绳致动器组件包括电动机，其电能需求与客车上通用的12V电力系统的能力一致，以提供所需的电能。最终促使带轮旋转的一系列减速和增扭齿轮组连接到电动机的输出轴。所述带轮的旋转对缠绕在带轮上的缆绳施加力。
这一系列齿轮组包括平面齿轮和正齿轮组，所述正齿轮组与安装到电动机输出轴的齿轮啮合。两个正齿轮的中间组与平面齿轮和正齿轮组啮合。两个正齿轮的中间组与连接到带轮的弧形或部分正齿轮啮合。
本发明的机电式缆绳致动器还包括与带轮配置在一起的弹簧驱动后传动。在带轮完成其旋转之后，所述后传动使带轮返回到它的起始位置。
在第一个方面，机电式缆绳致动器组件包括电动机，其具有第一输出轴，第一齿轮安装在第一输出轴上；齿轮组件，其连接到第一齿轮；弹簧加载回位组件，其连接到齿轮组件，该弹簧加载回位组件构造为向齿轮组件施加力，从而使机电式缆绳组件返回到第一位置；以及电动机电子控制电路(electronic motor control circuit)，其连接到所述电动机上。所述电动机电子控制电路包括驱动电路，其构造为在第一方向驱动电动机，以抵抗由弹簧组件施加的力；和制动电路，其构造为减慢缆绳组件返回到第一位置的速度。
在第二个方面，一种用于机电式缆绳致动器组件的控制电路包括驱动电路，其构造为在第一方向驱动电动机，以抵抗由弹簧组件施加的力，和一个或多个装置，其用于减慢缆绳组件返回到第一位置的速度；该机电式缆绳致动器组件具有电动机、连接到电动机的齿轮组件和连接到齿轮组件的弹簧加载回位组件，该弹簧加载回位组件构造为向齿轮组件施加力，从而使机电式缆绳组件返回到第一位置。
在第三个方面，一种用于减慢机电式缆绳致动器组件返回速度的方法，该机电式缆绳致动器组件具有电动机、连接到电动机上的齿轮组件和连接到齿轮组件上的弹簧加载回位组件，该弹簧加载回位组件构造为向齿轮组件施加力，从而使机电式缆绳组件返回到第一位置；所述方法包括：当弹簧加载回位组件迫使齿轮组件从而使机电式缆绳组件返回到第一位置时，限制由电动机产生的电压。
已经相当宽泛地概括本发明的某些实施例，以便能更好地理解此处的详细说明书，以及更好地意识到本发明对本领域所作的贡献。当然，下面将描述本发明的另外实施例，这些实施例将形成后附权利要求书的主题。
在这个方面，在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应理解本发明在应用时不局限于下面说明书中提出或附图中阐明的详细结构和部件的布置。本发明除了已经描述的实施例之外还有其它的实施例，且能以不同的方式实践和实施。同样，应理解此处使用的措词和术语以及摘要，都是用于描述的目的，不应该看作是限制。
同样地，熟悉本领域的技术人员会意识到本公开内容基于的概念很容易用作实施本发明若干目的的其它结构、方法和系统的设计基础。因而，重要的是，权利要求书被认为包括这些等同结构，只要它们不偏离本发明的实质和范围。
本发明的用于在缆绳上施加力的机电式缆绳致动器组件包括电动机，其电能需求与客车上通用的12V电力系统的能力一致，以提供所需的电能。最终促使带轮旋转的一系列减速和增扭齿轮组连接到电动机的输出轴。所述带轮的旋转对缠绕在带轮上的缆绳施加力。
这一系列齿轮组包括平面齿轮和正齿轮组，所述正齿轮组与安装到电动机输出轴的齿轮啮合。两个正齿轮的中间组与平面齿轮和正齿轮组啮合。两个正齿轮的中间组与连接到带轮的弧形或部分正齿轮啮合。
本发明的机电式缆绳致动器还包括与带轮配置在一起的弹簧驱动后传动。在带轮完成其旋转之后，所述后传动使带轮返回到它的起始位置。
在第一个方面，机电式缆绳致动器组件包括电动机，其具有第一输出轴，第一齿轮安装在第一输出轴上；齿轮组件，其连接到第一齿轮；弹簧加载回位组件，其连接到齿轮组件，该弹簧加载回位组件构造为向齿轮组件施加力，从而使机电式缆绳组件返回到第一位置；以及电动机电子控制电路(electronic motor control circuit)，其连接到所述电动机上。所述电动机电子控制电路包括驱动电路，其构造为在第一方向驱动电动机，以抵抗由弹簧组件施加的力；和制动电路，其构造为减慢缆绳组件返回到第一位置的速度。
在第二个方面，一种用于机电式缆绳致动器组件的控制电路包括驱动电路，其构造为在第一方向驱动电动机，以抵抗由弹簧组件施加的力，和一个或多个装置，其用于减慢缆绳组件返回到第一位置的速度；该机电式缆绳致动器组件具有电动机、连接到电动机的齿轮组件和连接到齿轮组件的弹簧加载回位组件，该弹簧加载回位组件构造为向齿轮组件施加力，从而使机电式缆绳组件返回到第一位置。
在第三个方面，一种用于减慢机电式缆绳致动器组件返回速度的方法，该机电式缆绳致动器组件具有电动机、连接到电动机上的齿轮组件和连接到齿轮组件上的弹簧加载回位组件，该弹簧加载回位组件构造为向齿轮组件施加力，从而使机电式缆绳组件返回到第一位置；所述方法包括：当弹簧加载回位组件迫使齿轮组件从而使机电式缆绳组件返回到第一位置时，限制由电动机产生的电压。
已经相当宽泛地概括本发明的某些实施例，以便能更好地理解此处的详细说明书，以及更好地意识到本发明对本领域所作的贡献。当然，下面将描述本发明的另外实施例，这些实施例将形成后附权利要求书的主题。
在这个方面，在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应理解本发明在应用时不局限于下面说明书中提出或附图中阐明的详细结构和部件的布置。本发明除了已经描述的实施例之外还有其它的实施例，且能以不同的方式实践和实施。同样，应理解此处使用的措词和术语以及摘要，都是用于描述的目的，不应该看作是限制。
同样地，熟悉本领域的技术人员会意识到本公开内容基于的概念很容易用作实施本发明若干目的的其它结构、方法和系统的设计基础。因而，重要的是，权利要求书被认为包括这些等同结构，只要它们不偏离本发明的实质和范围。
附图说明
参考附图可更好地理解本发明的机电式缆绳致动器组件，其中：
图1是根据本发明的装配好的机电式缆绳致动器组件的立体图。
图2是图1所示机电式缆绳致动器组件的分解立体图。
图3是拆卸壳体部后机电式缆绳致动器的侧面正视图，以阐述齿轮系的操作。
图4是拆卸部分20后机电式缆绳致动器的立体图，以阐述弹簧驱动后传动功能的工作。
图5A是在公开发明的电子控制的每次开关启动1个周期中的逻辑流程图。
图5B是类似于图5A所示的每次开关启动2个周期中的流程图。
图6描述电子控制组件和电动机的方框图。
图7A描述第一电子制动电路。
图7B描述第二电子制动电路。
图7C描述第三电子制动电路。
图7D描述第四电子制动电路。
图7E描述第五电子制动电路。
图7F描述第六电子制动电路。
图1是根据本发明的装配好的机电式缆绳致动器组件的立体图。
图2是图1所示机电式缆绳致动器组件的分解立体图。
图3是拆卸壳体部后机电式缆绳致动器的侧面正视图，以阐述齿轮系的操作。
图4是拆卸部分20后机电式缆绳致动器的立体图，以阐述弹簧驱动后传动功能的工作。
图5A是在公开发明的电子控制的每次开关启动1个周期中的逻辑流程图。
图5B是类似于图5A所示的每次开关启动2个周期中的流程图。
图6描述电子控制组件和电动机的方框图。
图7A描述第一电子制动电路。
图7B描述第二电子制动电路。
图7C描述第三电子制动电路。
图7D描述第四电子制动电路。
图7E描述第五电子制动电路。
图7F描述第六电子制动电路。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明，其中全文相同的附图标记表示相同的部件。
如图1、2、3和4所示，本发明的机电式缆绳致动器10是独立的装置，其尺寸有益于允许它安装在车辆内。为了满足汽车制造商的要求，公开的机电式缆绳致动器10必须使用通常在客车上能找到的电力系统所提供的可用电源工作。具体地，公开的机电式致动器10必须在低压(具体地，在大部分美国客车上为12伏)下工作，以及具有小的电流消耗(通常，最大5安培)。但是，与此同时，机电式致动器10必须能在缆绳上施加足够大的力，以快速操纵各种不同类型的复合车辆座椅系统的机械锁定部。因而，当电功率通过开关的闭合或者由远程装置提供给电动机30时，电动机30的旋转力可迅速转变为缆绳上足够量的线性力，以致与缆绳44连接的座椅系统(未图示)从它的锁定系统被释放，因而允许适当地折叠、翻转、或放倒。除了尺寸小之外，机电式缆绳致动器10必须易于制造、成本低、工作安静、安装简便以及易于连接到客车的电力系统。
如图1和2所示，公开的机电式缆绳致动器10包括壳体组件20，该壳体组件20包括下壳体组件22、上壳体组件24、电动机壳体26和电源接头28。
在分解视图图2中，电动机壳体26被移走，下壳体组件22与上壳体组件24分离，这样熟悉本领域的普通技术人员能更好地理解机电式缆绳致动器10的结构。
如前所示，电动机30用于驱动本发明的机电式缆绳致动器10。电动机30由电动机壳体26封装，电动机壳体26包括用于插入电路板的部分27，以控制电动机30的工作和限制电流消耗。电动机30的输出使输出轴32旋转。小齿轮34安装到输出轴32。小齿轮34与输出轴32一起旋转。
电动机组件30由安装螺钉36保持在适当的位置，安装螺钉36穿过形成为下壳体组件22一部分的电动机安装面38。下壳体组件22包括位于其周缘上的多个孔23，安装螺栓穿过这些孔，以使本发明的机电式缆绳致动器10固定到车辆上的安装点(未显示)。并且，如图4所示，缆绳孔40和缆绳导向件42位于下壳体组件22上。缆绳孔40和缆绳导向件42允许本发明的缆绳44部退出机电式缆绳致动器10。下壳体组件22上还包括若干小孔45，固定件46穿过这些小孔布置，以便连接下壳体组件22和上壳体组件24。
下壳体组件22最接近电动机30的部分包括第一井48，可旋转带轮组件80安装在第一井48中。下壳体组件22的相对端包括用于安装中间正齿轮组件50的第二井49。
第一轴52从下壳体组件22的底部向上延伸，本发明的中间正齿轮组件部50安装在第一轴52上。同样第二轴54从下壳体组件的底部向上延伸，可旋转带轮组件80与平面齿轮和正齿轮组件64安装在第二轴54上。
上壳体组件24包括弧形部25，该弧形部25安装在下壳体组件22上的电动机安装面38上方。凸缘部55位于上壳体组件的末端，该凸缘部55安装在下壳体组件22上方。凸缘部55封装中间正齿轮组件50。中间部56位于弧形部25和凸缘部55之间。中间部56包括用于安装第一轴52顶部的第一座58，和用于安装第二轴54顶部的第二座60。上壳体组件24还包括若干孔62，固定件46通过这些孔连接上壳体组件24和下壳体组件22。
平面齿轮和正齿轮组件64正好位于上壳体组件24的下方。平面齿轮和正齿轮组件64通过其齿轮齿63与连接到电动机30输出轴32的小齿轮34的啮合而旋转。因为平面齿轮和正齿轮组件64中的平面齿轮65和正齿轮66是整体制造的，所以当平面齿轮65旋转时，正齿轮66同样也会旋转。通过接合形成于平面齿轮和正齿轮组件64中的中心孔68和第二轴54的顶部，来安装平面齿轮和正齿轮组件64。
中间正齿轮组件50正好在平面齿轮和正齿轮组件64的下方。中间正齿轮组件50包括上部大齿轮71，上部大齿轮71的齿轮齿73与平面齿轮和正齿轮组件64的正齿轮66啮合。小正齿轮75连接到中间正齿轮组件50的下侧。因为上部大正齿轮71和下部小正齿轮75是整体形成的，所以当大正齿轮75旋转时，下部正齿轮75同样也会旋转。中间正齿轮组件的中部形成有孔76，该孔76能使中间正齿轮组件50安装在第一轴52上。
可旋转带轮组件80位于中间正齿轮组件50的下方。可旋转带轮组件80包括中心孔82，以致它能安装在第一轴52上。正齿轮段84位于可旋转带轮组件80的边缘，该正齿轮段84通过其齿轮齿85在中间正齿轮组件50的小正齿轮75上的啮合而旋转。
可旋转带轮组件80还包括回位弹簧86。回位弹簧86如图4所示。当可旋转带轮组件80旋转时，能量存储在卷簧86中。当卷簧86释放时，所存储的能量会使缆绳44恢复到它的原始位置。
在可选实施例中，包含于下壳体组件22中的电路板会包括电子器件，这些电子器件不仅限制电流消耗，而且当弹簧86中的能量释放时还以短暂时间间隔致动电动机30。电动机30以短暂时间间隔的工作不仅减慢缆绳44的运动，还能使缆绳44安静地移动到它的起始位置。
操作
本发明的机电式缆绳致动器10通过首先向电动机组件30施加动力而工作。接着导致电动机组件30的输出轴32旋转。因为齿轮34连接到电动机组件30的输出轴32，所以与平面齿轮和正齿轮组件64的平面齿轮部65的齿轮齿63啮合的旋转齿轮34会促使平面齿轮和正齿轮组件64旋转。平面齿轮和正齿轮组件64的正齿轮部66的齿轮齿63与中间正齿轮组件50的大正齿轮部71的齿轮齿73的啮合会促使小正齿轮75旋转。小正齿轮75的这种旋转会促使可旋转带轮组件80旋转。因为缆绳连接到可旋转带轮组件80，所以缆绳44上的力会促使它移动。这种移动具有足够的长度和力，以便释放锁定结构，或者提供运动的开始，该运动的开始能使车辆内的座椅按照车辆驾驶员的意愿正确放置。
在本发明的优选实施例中，缆绳行程设置为大约34mm。但是，通过修改各种比值和部件尺寸，已经发现大约30mm至大约55mm的缆绳行程都落入本公开发明的能力之内。
在本发明的优选实施例中，已经发现可获得用于释放常用锁的足够的缆绳负荷。通过稍微调整各种部件的尺寸，熟悉本领域的普通技术人员应理解缆绳上的力可覆盖从大约350牛顿到大约600牛顿的范围。
为了确保客车的电力系统不会因为本发明的机电式缆绳致动器10而过载，已经发现优选的电动机能提供140N-mm至大约200N-mm的扭矩，所述电动机的电流消耗在12V的系统中大约为5安培。为了实现缆绳工作时的希望速度，已经发现令人满意的电动机的运转速度为大约1500rpm至大约3500rpm。缆绳移动预定行程长度所花费的时间范围从大约0.5秒到大约1.5秒。
在优选实施例中，传动系提供大约109∶1的齿轮齿数比。熟悉本领域的普通技术人员应理解公开的系统能使速率降低在大约100∶1到125∶1的范围内。
根据图5A和图5B的流程控制系统的操作。图5A示范每次触发启动开关系统单个周期的操作。图5B类似于图5A，但是显示了每次触发启动开关系统的两个周期。
如图5A和图5B所示，两个流程都包括初始步骤组A，初始步骤组A在检测到启动开关被触发之前建立系统中的嵌入逻辑。组A中的步骤从初始化和监视启动步骤102开始。一旦完成，则在步骤104中启动开关中断功能，在步骤106中清除监视时间。为了节约能量，在步骤108中系统接着进入低功率模式。
启动开关的触发步骤110是被指定为组B的那些步骤的开始。该触发停止开关中断功能步骤112。如果启动开关仅在一段短时间内被触发，正如当无意中碰撞开关时可能发生的，则逻辑步骤114使系统返回步骤104。如果超过了指定的时间段，该时间段在优选实施例中为25ms，则在步骤116中清除监视计时器，且在步骤118中启动电动机30并持续指定的时间段。电流限制步骤118确保不会超过最大指定电流消耗。如果检测到过量的电流消耗，则在步骤122中关闭电动机30。如果电流消耗没有过量，则在步骤124中测量电动机30的工作时间，并将该工作时间与预设时间作比较。如果电动机关闭，则在步骤126中还有嵌入的延迟，在此处控制后传动的速度。
在后传动的情况下，存储在回位弹簧86中的能量促使电动机30旋转。因而弹簧86的旋转力促使电动机30起到发电机的作用，并产生电能。双向二极管用于限制当电动机30用作发电机时所能产生的电压。电动机工作的中断和双向二极管的使用有助于缆绳44以接近恒定的速度返回到它的起始位置，还有助于显著降低机电式致动器10的工作噪音。
在图5B中，熟悉本领域的普通技术人员会注意到添加了附加步骤128，该步骤128判断电动机30是否已经循环了两次。如果电动机30仅循环了一次，则使电动机30再循环一次。如果电动机30已经循环了两次，则逻辑流到达流程的顶部。
因此本发明提供一种机电式缆绳致动器，它适合用于客车中。公开的机电式缆绳致动器将提供必需的力，且以需要的速度和可靠性工作，以便执行除了简单地操纵复合座椅系统机构之外的车辆内大量的功能。
电子控制电路
图6描述电子控制组件600和电动机602的方框图。如图6所示，电子控制组件600包括控制器610、适合于驱动电动机602且具有积分电流传感器(未显示)的电动机电子驱动器630、与电容C1(用于降低电磁噪音)并联的制动电路640、终端660和缓冲器650。控制器610包括具有存储器(未显示)的中央处理器(CPU)612、通向电动机驱动器630的数字输出616、接收来自电动机驱动器630的电流检测反馈信号的模数转换器(ADC)618、用于接收缓冲器650提供的缓冲开关信号的输入620，以及多个计时器614。
尽管图6的示例性控制器610使用了总线结构，但应意识到也可使用对熟悉本领域的普通技术人员而言已经公知的任何其它结构，例如离散的电子电路设计、状态机、可编程逻辑(例如FPGA)等。
在工作中，控制器610首先初始化它的外围设备614-620的各个部分，以便执行各种输入/输出操作和计时操作，例如，上述监视计时操作。
当通过终端660和缓冲器650接收到开关控制信号时，控制器610接着根据上述规定时间、顺序和条件启动电动机驱动器630，所述时间、顺序和条件随着实施例期望的不同而变化。例如，在工作中控制器610能启动电动机驱动器630一直到若干秒，或者如果来自驱动器630的电流检测反馈信号(该反馈信号提供驱动器630输出电流的指示)指示电动机正在消耗过量的电流，则提早停止驱动器的工作，所述过量的电流表示电动机到达了机械停止、停转或者发生其它故障。
因为连接电动机602的致动器组件随后被强制回到它的初始位置，所以电动机602趋于起到发电机的作用。与大部分电动机/发电机一致，电动机602趋于产生穿过其终端、作为电动机速度的函数的电压，和/或趋于提供作为作用在电动机602上的扭矩/力的函数的可用电流。因此，可意识到通过使用电压控制手段能更加直接地操纵电动机速度，或者通过力/扭矩控制手段较不直接地操纵电动机速度，力/扭矩控制手段可通过控制电动机电流的电流吸收(absorption)实现。
图7A描述结合电动机602的第一制动电路640A。如图7A所示，第一制动电路640A由单个硅二极管D1组成，硅二极管D1具有大约0.7V到0.9V的电压降。当硅二极管用于本实施例时，也可选择使用多种其它二极管，例如肖特基(shottkey)二极管、锗二极管等。此外，可串联布置不止一个二极管，以增加所述电压降，每个二极管可以是相同类型的，也可以是不同类型的组合。回到图7A，因为二极管D1通常将通过电动机的电压限制为二极管电压V1，所以可将图7A的制动电路640A认为是电压控制手段。
图7B描述结合电动机602的第二制动电路640B。如图7B所示，第二制动电路640B包括与齐纳(Zener)二极管D3串联的肖特基二极管D2。因为齐纳二极管可制造为具有范围从几伏到几十伏的反向偏置击穿电压，所以第二制动电路640B在选择二极管的情况下能允许宽范围的控制速度。例如，通过使用具有3.6V击穿电压的齐纳二极管，可将反向电压V23限制为大约4伏特。类似地，通过使用具有4.6V击穿电压的齐纳二极管，可将反向电压V23限制为大约5伏特。
图7C描述类似于图7B的第三制动电路640C，但是第三制动电路640C具有替换齐纳二极管D3的电阻器R1。尽管本制动电路640C不能像前述制动电路那样精确地控制电压(趋于出现更多的扭矩控制装置)，但是与图7B的电路相比，制动电路640C可提供稍微不那么昂贵的电路。
图7D描述类似于图7A的第四制动电路640D，但是第四制动电路640D使用晶体管S1和电阻器R1代替了二极管。尽管本制动电路640D可望比图7A的制动电路640A更昂贵，但是制动电路640D提供了可行和有用的可选实施例。
图7E描述类似于图7B的第五制动电路640E，但是第五制动电路640E使用晶体管S2和电阻器R2和R3代替了齐纳二极管D3。同样，尽管本制动电路640E可望比图7B的制动电路640B更昂贵，但是制动电路640E提供了可行和有用的可选实施例。
图7F描述第六制动电路640F，其利用可控开关S3与可选电阻器R5串联。通过检测通过电动机602的电压或者通过R5的电流，以及利用某些形式的控制器调制开关S3，制动电路640F可用于控制通过电动机602的电压，控制电流(以及因而控制扭矩)，或者控制电压和电流的某些组合。但是，意识到第六制动电路640F也可以在没有任何检测的情况下工作，也就是说，无论何时希望制动且假定电动机未被驱动时，第六制动电路可通过简单地接合开关S1(或者完全接通，或者使用脉宽调制(PWM)手段)而工作。
作为此外的重要实施例，应意识到，不使用图7A到7F所示的任何一种用于减慢致动器返回速度的制动电路，控制器610可通过向电动机应用部分驱动信号来提供制动功能，所述部分驱动信号是例如，具有足够减慢但是不停止电动机602的工作周期的脉宽调制(PWM)信号。这种方案或者可完全替换独立的制动电路，或者可用作补充独立制动电路的手段。当然，这种驱动信号可望比上述制动手段需要更多的能量，但是好处是能降低部件数量。
结论
尽管根据本发明的优选和可选实施例描述了公开的本发明，但是熟悉本领域的普通技术人员会理解在阅读前述公开内容时本发明的许多其它实施例将变得显而易见。这种其它实施例应包括在后附权利要求书的范围和意图之内。
根据详细的说明书，本发明的许多特征和优势是显而易见的，因而，后附权利要求书意图覆盖所有这些落入本发明真正精神和范围之内的特征和优势。此外，既然熟悉本领域的技术人员很容易做出各种修改和变化，所以不希望将本发明局限于图示和描述的准确结构和操作，因此，所有适当的修改和等同都看作落入本发明的范围之内。
本专利申请要求2005年2月28日提交的美国非临时专利申请第11/068,579号的优先权。
如图1、2、3和4所示，本发明的机电式缆绳致动器10是独立的装置，其尺寸有益于允许它安装在车辆内。为了满足汽车制造商的要求，公开的机电式缆绳致动器10必须使用通常在客车上能找到的电力系统所提供的可用电源工作。具体地，公开的机电式致动器10必须在低压(具体地，在大部分美国客车上为12伏)下工作，以及具有小的电流消耗(通常，最大5安培)。但是，与此同时，机电式致动器10必须能在缆绳上施加足够大的力，以快速操纵各种不同类型的复合车辆座椅系统的机械锁定部。因而，当电功率通过开关的闭合或者由远程装置提供给电动机30时，电动机30的旋转力可迅速转变为缆绳上足够量的线性力，以致与缆绳44连接的座椅系统(未图示)从它的锁定系统被释放，因而允许适当地折叠、翻转、或放倒。除了尺寸小之外，机电式缆绳致动器10必须易于制造、成本低、工作安静、安装简便以及易于连接到客车的电力系统。
如图1和2所示，公开的机电式缆绳致动器10包括壳体组件20，该壳体组件20包括下壳体组件22、上壳体组件24、电动机壳体26和电源接头28。
在分解视图图2中，电动机壳体26被移走，下壳体组件22与上壳体组件24分离，这样熟悉本领域的普通技术人员能更好地理解机电式缆绳致动器10的结构。
如前所示，电动机30用于驱动本发明的机电式缆绳致动器10。电动机30由电动机壳体26封装，电动机壳体26包括用于插入电路板的部分27，以控制电动机30的工作和限制电流消耗。电动机30的输出使输出轴32旋转。小齿轮34安装到输出轴32。小齿轮34与输出轴32一起旋转。
电动机组件30由安装螺钉36保持在适当的位置，安装螺钉36穿过形成为下壳体组件22一部分的电动机安装面38。下壳体组件22包括位于其周缘上的多个孔23，安装螺栓穿过这些孔，以使本发明的机电式缆绳致动器10固定到车辆上的安装点(未显示)。并且，如图4所示，缆绳孔40和缆绳导向件42位于下壳体组件22上。缆绳孔40和缆绳导向件42允许本发明的缆绳44部退出机电式缆绳致动器10。下壳体组件22上还包括若干小孔45，固定件46穿过这些小孔布置，以便连接下壳体组件22和上壳体组件24。
下壳体组件22最接近电动机30的部分包括第一井48，可旋转带轮组件80安装在第一井48中。下壳体组件22的相对端包括用于安装中间正齿轮组件50的第二井49。
第一轴52从下壳体组件22的底部向上延伸，本发明的中间正齿轮组件部50安装在第一轴52上。同样第二轴54从下壳体组件的底部向上延伸，可旋转带轮组件80与平面齿轮和正齿轮组件64安装在第二轴54上。
上壳体组件24包括弧形部25，该弧形部25安装在下壳体组件22上的电动机安装面38上方。凸缘部55位于上壳体组件的末端，该凸缘部55安装在下壳体组件22上方。凸缘部55封装中间正齿轮组件50。中间部56位于弧形部25和凸缘部55之间。中间部56包括用于安装第一轴52顶部的第一座58，和用于安装第二轴54顶部的第二座60。上壳体组件24还包括若干孔62，固定件46通过这些孔连接上壳体组件24和下壳体组件22。
平面齿轮和正齿轮组件64正好位于上壳体组件24的下方。平面齿轮和正齿轮组件64通过其齿轮齿63与连接到电动机30输出轴32的小齿轮34的啮合而旋转。因为平面齿轮和正齿轮组件64中的平面齿轮65和正齿轮66是整体制造的，所以当平面齿轮65旋转时，正齿轮66同样也会旋转。通过接合形成于平面齿轮和正齿轮组件64中的中心孔68和第二轴54的顶部，来安装平面齿轮和正齿轮组件64。
中间正齿轮组件50正好在平面齿轮和正齿轮组件64的下方。中间正齿轮组件50包括上部大齿轮71，上部大齿轮71的齿轮齿73与平面齿轮和正齿轮组件64的正齿轮66啮合。小正齿轮75连接到中间正齿轮组件50的下侧。因为上部大正齿轮71和下部小正齿轮75是整体形成的，所以当大正齿轮75旋转时，下部正齿轮75同样也会旋转。中间正齿轮组件的中部形成有孔76，该孔76能使中间正齿轮组件50安装在第一轴52上。
可旋转带轮组件80位于中间正齿轮组件50的下方。可旋转带轮组件80包括中心孔82，以致它能安装在第一轴52上。正齿轮段84位于可旋转带轮组件80的边缘，该正齿轮段84通过其齿轮齿85在中间正齿轮组件50的小正齿轮75上的啮合而旋转。
可旋转带轮组件80还包括回位弹簧86。回位弹簧86如图4所示。当可旋转带轮组件80旋转时，能量存储在卷簧86中。当卷簧86释放时，所存储的能量会使缆绳44恢复到它的原始位置。
在可选实施例中，包含于下壳体组件22中的电路板会包括电子器件，这些电子器件不仅限制电流消耗，而且当弹簧86中的能量释放时还以短暂时间间隔致动电动机30。电动机30以短暂时间间隔的工作不仅减慢缆绳44的运动，还能使缆绳44安静地移动到它的起始位置。
操作
本发明的机电式缆绳致动器10通过首先向电动机组件30施加动力而工作。接着导致电动机组件30的输出轴32旋转。因为齿轮34连接到电动机组件30的输出轴32，所以与平面齿轮和正齿轮组件64的平面齿轮部65的齿轮齿63啮合的旋转齿轮34会促使平面齿轮和正齿轮组件64旋转。平面齿轮和正齿轮组件64的正齿轮部66的齿轮齿63与中间正齿轮组件50的大正齿轮部71的齿轮齿73的啮合会促使小正齿轮75旋转。小正齿轮75的这种旋转会促使可旋转带轮组件80旋转。因为缆绳连接到可旋转带轮组件80，所以缆绳44上的力会促使它移动。这种移动具有足够的长度和力，以便释放锁定结构，或者提供运动的开始，该运动的开始能使车辆内的座椅按照车辆驾驶员的意愿正确放置。
在本发明的优选实施例中，缆绳行程设置为大约34mm。但是，通过修改各种比值和部件尺寸，已经发现大约30mm至大约55mm的缆绳行程都落入本公开发明的能力之内。
在本发明的优选实施例中，已经发现可获得用于释放常用锁的足够的缆绳负荷。通过稍微调整各种部件的尺寸，熟悉本领域的普通技术人员应理解缆绳上的力可覆盖从大约350牛顿到大约600牛顿的范围。
为了确保客车的电力系统不会因为本发明的机电式缆绳致动器10而过载，已经发现优选的电动机能提供140N-mm至大约200N-mm的扭矩，所述电动机的电流消耗在12V的系统中大约为5安培。为了实现缆绳工作时的希望速度，已经发现令人满意的电动机的运转速度为大约1500rpm至大约3500rpm。缆绳移动预定行程长度所花费的时间范围从大约0.5秒到大约1.5秒。
在优选实施例中，传动系提供大约109∶1的齿轮齿数比。熟悉本领域的普通技术人员应理解公开的系统能使速率降低在大约100∶1到125∶1的范围内。
根据图5A和图5B的流程控制系统的操作。图5A示范每次触发启动开关系统单个周期的操作。图5B类似于图5A，但是显示了每次触发启动开关系统的两个周期。
如图5A和图5B所示，两个流程都包括初始步骤组A，初始步骤组A在检测到启动开关被触发之前建立系统中的嵌入逻辑。组A中的步骤从初始化和监视启动步骤102开始。一旦完成，则在步骤104中启动开关中断功能，在步骤106中清除监视时间。为了节约能量，在步骤108中系统接着进入低功率模式。
启动开关的触发步骤110是被指定为组B的那些步骤的开始。该触发停止开关中断功能步骤112。如果启动开关仅在一段短时间内被触发，正如当无意中碰撞开关时可能发生的，则逻辑步骤114使系统返回步骤104。如果超过了指定的时间段，该时间段在优选实施例中为25ms，则在步骤116中清除监视计时器，且在步骤118中启动电动机30并持续指定的时间段。电流限制步骤118确保不会超过最大指定电流消耗。如果检测到过量的电流消耗，则在步骤122中关闭电动机30。如果电流消耗没有过量，则在步骤124中测量电动机30的工作时间，并将该工作时间与预设时间作比较。如果电动机关闭，则在步骤126中还有嵌入的延迟，在此处控制后传动的速度。
在后传动的情况下，存储在回位弹簧86中的能量促使电动机30旋转。因而弹簧86的旋转力促使电动机30起到发电机的作用，并产生电能。双向二极管用于限制当电动机30用作发电机时所能产生的电压。电动机工作的中断和双向二极管的使用有助于缆绳44以接近恒定的速度返回到它的起始位置，还有助于显著降低机电式致动器10的工作噪音。
在图5B中，熟悉本领域的普通技术人员会注意到添加了附加步骤128，该步骤128判断电动机30是否已经循环了两次。如果电动机30仅循环了一次，则使电动机30再循环一次。如果电动机30已经循环了两次，则逻辑流到达流程的顶部。
因此本发明提供一种机电式缆绳致动器，它适合用于客车中。公开的机电式缆绳致动器将提供必需的力，且以需要的速度和可靠性工作，以便执行除了简单地操纵复合座椅系统机构之外的车辆内大量的功能。
电子控制电路
图6描述电子控制组件600和电动机602的方框图。如图6所示，电子控制组件600包括控制器610、适合于驱动电动机602且具有积分电流传感器(未显示)的电动机电子驱动器630、与电容C1(用于降低电磁噪音)并联的制动电路640、终端660和缓冲器650。控制器610包括具有存储器(未显示)的中央处理器(CPU)612、通向电动机驱动器630的数字输出616、接收来自电动机驱动器630的电流检测反馈信号的模数转换器(ADC)618、用于接收缓冲器650提供的缓冲开关信号的输入620，以及多个计时器614。
尽管图6的示例性控制器610使用了总线结构，但应意识到也可使用对熟悉本领域的普通技术人员而言已经公知的任何其它结构，例如离散的电子电路设计、状态机、可编程逻辑(例如FPGA)等。
在工作中，控制器610首先初始化它的外围设备614-620的各个部分，以便执行各种输入/输出操作和计时操作，例如，上述监视计时操作。
当通过终端660和缓冲器650接收到开关控制信号时，控制器610接着根据上述规定时间、顺序和条件启动电动机驱动器630，所述时间、顺序和条件随着实施例期望的不同而变化。例如，在工作中控制器610能启动电动机驱动器630一直到若干秒，或者如果来自驱动器630的电流检测反馈信号(该反馈信号提供驱动器630输出电流的指示)指示电动机正在消耗过量的电流，则提早停止驱动器的工作，所述过量的电流表示电动机到达了机械停止、停转或者发生其它故障。
因为连接电动机602的致动器组件随后被强制回到它的初始位置，所以电动机602趋于起到发电机的作用。与大部分电动机/发电机一致，电动机602趋于产生穿过其终端、作为电动机速度的函数的电压，和/或趋于提供作为作用在电动机602上的扭矩/力的函数的可用电流。因此，可意识到通过使用电压控制手段能更加直接地操纵电动机速度，或者通过力/扭矩控制手段较不直接地操纵电动机速度，力/扭矩控制手段可通过控制电动机电流的电流吸收(absorption)实现。
图7A描述结合电动机602的第一制动电路640A。如图7A所示，第一制动电路640A由单个硅二极管D1组成，硅二极管D1具有大约0.7V到0.9V的电压降。当硅二极管用于本实施例时，也可选择使用多种其它二极管，例如肖特基(shottkey)二极管、锗二极管等。此外，可串联布置不止一个二极管，以增加所述电压降，每个二极管可以是相同类型的，也可以是不同类型的组合。回到图7A，因为二极管D1通常将通过电动机的电压限制为二极管电压V1，所以可将图7A的制动电路640A认为是电压控制手段。
图7B描述结合电动机602的第二制动电路640B。如图7B所示，第二制动电路640B包括与齐纳(Zener)二极管D3串联的肖特基二极管D2。因为齐纳二极管可制造为具有范围从几伏到几十伏的反向偏置击穿电压，所以第二制动电路640B在选择二极管的情况下能允许宽范围的控制速度。例如，通过使用具有3.6V击穿电压的齐纳二极管，可将反向电压V23限制为大约4伏特。类似地，通过使用具有4.6V击穿电压的齐纳二极管，可将反向电压V23限制为大约5伏特。
图7C描述类似于图7B的第三制动电路640C，但是第三制动电路640C具有替换齐纳二极管D3的电阻器R1。尽管本制动电路640C不能像前述制动电路那样精确地控制电压(趋于出现更多的扭矩控制装置)，但是与图7B的电路相比，制动电路640C可提供稍微不那么昂贵的电路。
图7D描述类似于图7A的第四制动电路640D，但是第四制动电路640D使用晶体管S1和电阻器R1代替了二极管。尽管本制动电路640D可望比图7A的制动电路640A更昂贵，但是制动电路640D提供了可行和有用的可选实施例。
图7E描述类似于图7B的第五制动电路640E，但是第五制动电路640E使用晶体管S2和电阻器R2和R3代替了齐纳二极管D3。同样，尽管本制动电路640E可望比图7B的制动电路640B更昂贵，但是制动电路640E提供了可行和有用的可选实施例。
图7F描述第六制动电路640F，其利用可控开关S3与可选电阻器R5串联。通过检测通过电动机602的电压或者通过R5的电流，以及利用某些形式的控制器调制开关S3，制动电路640F可用于控制通过电动机602的电压，控制电流(以及因而控制扭矩)，或者控制电压和电流的某些组合。但是，意识到第六制动电路640F也可以在没有任何检测的情况下工作，也就是说，无论何时希望制动且假定电动机未被驱动时，第六制动电路可通过简单地接合开关S1(或者完全接通，或者使用脉宽调制(PWM)手段)而工作。
作为此外的重要实施例，应意识到，不使用图7A到7F所示的任何一种用于减慢致动器返回速度的制动电路，控制器610可通过向电动机应用部分驱动信号来提供制动功能，所述部分驱动信号是例如，具有足够减慢但是不停止电动机602的工作周期的脉宽调制(PWM)信号。这种方案或者可完全替换独立的制动电路，或者可用作补充独立制动电路的手段。当然，这种驱动信号可望比上述制动手段需要更多的能量，但是好处是能降低部件数量。
结论
尽管根据本发明的优选和可选实施例描述了公开的本发明，但是熟悉本领域的普通技术人员会理解在阅读前述公开内容时本发明的许多其它实施例将变得显而易见。这种其它实施例应包括在后附权利要求书的范围和意图之内。
根据详细的说明书，本发明的许多特征和优势是显而易见的，因而，后附权利要求书意图覆盖所有这些落入本发明真正精神和范围之内的特征和优势。此外，既然熟悉本领域的技术人员很容易做出各种修改和变化，所以不希望将本发明局限于图示和描述的准确结构和操作，因此，所有适当的修改和等同都看作落入本发明的范围之内。
本专利申请要求2005年2月28日提交的美国非临时专利申请第11/068,579号的优先权。