具有空心轴电动机的双小齿轮转向机构

摘要

本发明涉及一种特别用于机动车辆的转向传动机构，该转向传动机构具有转向系统壳体(41)，在转向系统壳体(41)中，以能沿纵向移动的方式安装有齿条(40)并且齿条(40)与能转向的车轮连接以便使能转向的车轮枢转，其中，齿条(40)配备有第一齿条段(38)，第一齿条段(38)与小齿轮轴(6)上的第一小齿轮(37)啮合，其中，小齿轮轴(6)经由输入轴(4)与方向盘间接连接，其中，齿条(40)具有第二齿条段(39)，第二齿条段(39)相对于齿条(40)的纵向轴线与第一齿条段(38)位置相反，其中，设置有第二小齿轮(36)，第二小齿轮(36)与第二齿条段(38)啮合，其中，设置有电动机，该电动机间接地驱动第一小齿轮(37)，第一小齿轮(37)与第二小齿轮(36)强制地机械耦联以便第一小齿轮(37)和第二小齿轮(36)沿着相反的方向旋转，并且其中，该电动机采用空心轴电动机(1)的形式，空心轴电动机(1)局部地包围输入轴(4)和/或小齿轮轴(6)。

权利要求

1.一种转向传动机构，所述转向传动机构具有转向系统壳体(41)，在所述转向系统壳体(41)中，以能沿纵向移动的方式安装有齿条(40)，并且所述齿条(40)与能转向的车轮连接以便使所述能转向的车轮枢转，其中，所述齿条(40)配备有第一齿条段(38)，所述第一齿条段(38)与小齿轮轴(6)上的第一小齿轮(37)啮合，其中，所述小齿轮轴(6)经由输入轴(4)与方向盘间接连接，

其中，所述齿条(40)具有第二齿条段(39)，所述第二齿条段(39)相对于所述齿条(40)的纵向轴线与所述第一齿条段(38)位置相反，其中，设置有第二小齿轮(36)，所述第二小齿轮(36)与所述第二齿条段(38)啮合，其中，设置有电动机，所述电动机间接地驱动所述第一小齿轮(37)，所述第一小齿轮(37)与所述第二小齿轮(36)强制地机械耦联以便所述第一小齿轮(37)和所述第二小齿轮(36)沿着相反的方向旋转，其特征在于，所述电动机采用空心轴电动机(1)的形式，所述空心轴电动机(1)局部地包围所述输入轴(4)和/或所述小齿轮轴(6)的至少一个轴段，其中，所述空心轴电动机(1)驱动经由传动机构(24)与所述小齿轮轴(6)连接的传动机构轴(25)，并且所述传动机构轴(25)被所述小齿轮轴(6)贯穿。

2.根据权利要求1所述的转向传动机构，其特征在于，在所述输入轴(4)上设置有旋转角度传感器(15)并且在所述小齿轮轴(6)上设置有旋转角度传感器(16)。

3.根据权利要求1或2所述的转向传动机构，其特征在于，所述传动机构(24)是减速传动机构。

4.根据前述权利要求1-2中任一项所述的转向传动机构，其特征在于，所述第一小齿轮(37)和所述第二小齿轮(36)倾斜地设置在所述齿条(40)的相反两侧，其中，由所述两个小齿轮(37，36)确定的平面以小于90°的倾斜角度与所述齿条(40)的所述纵向轴线相交。

5.根据前述权利要求1-2中任一项所述的转向传动机构，其特征在于，所述两个小齿轮(37，36)的机械耦联是借助于齿轮实现的。

6.根据前述权利要求1-2中任一项所述的转向传动机构，其特征在于，位置相反的所述两个小齿轮(37，36)的旋转轴线设置为相对于彼此成锐角。

7.根据前述权利要求1-2中任一项所述的转向传动机构，其特征在于，所述两个齿条段(38，39)设置在相对于彼此倾斜的平面内。

8.根据前述权利要求1至2中任一项所述的转向传动机构，其特征在于，位置相反的所述两个小齿轮(37，36)的旋转轴线设置为彼此平行。

9.根据前述权利要求1-2中任一项所述的转向传动机构，其特征在于，所述第二小齿轮(36)的远离驱动输入的轴承(47)具有用于调节所述小齿轮与所述齿条的啮合齿隙的轴承结构。

10.根据权利要求1或2所述的转向传动机构，其特征在于，所述转向传动机构是用于机动车辆的转向传动机构。

说明书

具有空心轴电动机的双小齿轮转向机构

技术领域

[0001] 本发明涉及用于机动车辆的转向传动机构，该转向传动机构具有权利要求1的前序部分中的特征。

背景技术

[0002] 对全地形车辆以及归于所谓的中型车类别和豪华车类别的重载车辆而言，用于机动车辆的电力辅助转向传动机构的下述结构形式是优选的：在该结构形式下，借助于第二啮合齿将辅助力引入到齿条中。如下转向传动机构是已知的：其中，伺服驱动器借助于第二转向小齿轮和第二啮合齿作用在齿条上。这样的转向传动机构出现在公开的技术文献DE102005022867A1、DE102007004218A1和WO2006/138209A2中。由于在转向小齿轮和齿条之间的啮合部旁单独地设置伺服驱动器，所以这种转向传动机构具有较大的结构体积。此外，必须借助于推压件使得在转向小齿轮的区域内无齿隙地引导齿条。这种轴承结构涉及制造成本并在实践中构成噪声源，这是不合需要的。

[0003] DE102010027553A1已经公开了一种双小齿轮转向传动机构，其中，两个转向小齿轮相对于齿条以90°的角度相反地设置在齿条上。在这种情况下，两个转向小齿轮借助于直齿轮或锥齿轮强制地机械耦联以便沿着相反的方向旋转。凭借小齿轮相对于彼此的几何结构，能够省略迄今已知形式的笨重推压件。至少一个转向小齿轮与辅助转向作用的伺服电动机连接。在这种情况下，用传感器检测转向轴的旋转。这种结构的缺点在于：由于伺服驱动器和传感器的位置，使得出现结构空间不足。

发明内容

[0004] 因此，本发明的目的在于提供一种转向传动机构，该转向传动机构尽管具有紧凑的尺寸却仍然提供重载机动车辆所需要的转向辅助力。

[0005] 该目的是通过具有权利要求1的特征的转向传动机构实现的。

[0006] 根据权利要求1，提供一种特别用于机动车辆的转向传动机构，所述转向传动机构具有转向系统壳体，在所述转向系统壳体中，以能沿纵向移动的方式安装有齿条并且所述齿条与能转向的车轮(转向轮)连接以便使所述能转向的车轮枢转，其中，所述齿条配备有第一齿条段，所述第一齿条段与小齿轮轴上的第一小齿轮啮合，其中，所述小齿轮轴经由输入轴与方向盘间接连接，其中，所述齿条具有第二齿条段，所述第二齿条段相对于所述齿条的纵向轴线与所述第一齿条段位置相反，其中，设置有第二小齿轮，所述第二小齿轮与所述第二齿条段啮合，其中，设置有电动机，所述电动机间接地驱动所述第一小齿轮，所述第一小齿轮与所述第二小齿轮强制地机械耦联以便所述第一小齿轮和所述第二小齿轮沿着相反的方向旋转，在所述转向传动机构的情况下，所述电动机采用空心轴电动机的形式，所述空心轴电动机局部地包围(环绕)所述输入轴和/或所述小齿轮轴中的至少一个轴的一个轴段。凭借这种结构，特别紧凑的结构形式是可行的。这特别适用于电动机的空心轴相对于输入轴同轴设置的情况。

[0007] 空心轴电动机优选驱动经由传动机构与小齿轮轴连接的传动机构轴。

[0008] 在一个实施例中，在输入轴上设置有旋转角度传感器并且在小齿轮轴上设置有旋转角度传感器以便能够确定所作用的方向盘力矩以及转子的位置。

[0009] 传动机构优选是减速传动机构。因而，电动机可以是具有高转速和低扭矩的紧凑设计。此外，优选设置为使第一小齿轮和第二小齿轮倾斜地设置在齿条的相反两侧，其中，由两个小齿轮确定(跨过)的平面以小于90°的倾斜角度与齿条的纵向轴线相交。由于该倾斜结构，使得能够在小齿轮的区域内节省结构空间。

[0010] 借助于齿轮实现两个小齿轮的机械耦联是有利的。

[0011] 此外，位置相反的两个小齿轮的旋转轴线设置为相对于彼此成锐角是有利的。相应地，可以在不使用推压件的情况下调节小齿轮和齿条之间的啮合。

[0012] 这里，优选设置成这样：与设置为相对于彼此成锐角的两个小齿轮对应，两个齿条段设置在相对于彼此倾斜的平面内。

[0013] 在根据本发明的实施例中，第二小齿轮的远离驱动输入的轴承具有用于调节小齿轮与齿条啮合的齿隙的轴承结构。

[0014] 然而，如果位置相反的两个小齿轮的旋转轴线设置为彼此平行，则能够实现具有特别简单的构造的结构，这是因为此时可以将耦联小齿轮的传动机构元件设计为直齿轮。

附图说明

[0015] 下面，参照附图，更详细地描述本发明的示例性实施例，其中：

[0016] 图1示出了具有双小齿轮结构和空心轴电动机的根据本发明的转向传动机构的纵截面；

[0017] 图2示出了输入轴和小齿轮轴的侧视图以及该结构的纵截面和两个横截面；

[0018] 图3是输入轴上的旋转角度传感器和编码器磁体在预组装状态下的三维图示；

[0019] 图4示出了图1中的传动机构的纵截面；

[0020] 图5是图4中的传动机构的三维图示；以及

[0021] 图6示出了小齿轮和齿条之间的啮合部的纵截面。

具体实施方式

[0022] 图1示出了位于电动机壳体2中的空心轴电动机1，空心轴电动机1作为转向传动机构的伺服驱动器。空心轴电动机1包围输入轴4，输入轴4以其纵向轴线3居中的方式位于壳体2内并且输入轴4与转向轴(这里未示出)以可共同旋转的方式连接，该转向轴与方向盘连接。圆柱形的扭杆5首先沿轴向将输入轴4与小齿轮轴6连接以便输入轴4和小齿轮轴6相对于彼此处于预定位置。其次，扭杆5按照取决于方向盘力矩的方式实现输入轴4和小齿轮轴6之间的相对旋转，可以利用该相对旋转来控制转向辅助作用及其方向。如图2所示，为此目的，将扭杆5的一个端部按压到小齿轮轴6的圆形中心孔7中。通过使扭杆5在中心贯穿输入轴4的整个长度并在扭杆5的另一个端部处沿横向钻透及用销钉钉住扭杆5和输入轴4，使得扭杆5的该另一个端部与输入轴4连接。这里，扭杆5的中间部分变细。为了接纳扭杆5和小齿轮轴6，输入轴4在整个长度上具有中心凹陷部8，凹陷部8具有三个肩部9、10、11。在扭杆5变细的区域内，凹陷部8的远离小齿轮的端部具有第一肩部9。直到凹陷部8的接近小齿轮的端部为止，凹陷部8一直呈圆柱形式。凹陷部8的第二肩部10作为用于小齿轮轴6的轴环并且设置在扭杆5的变细区域的端部处。在第二肩部10的区域内，凹陷部8和以一定间隙接纳在凹陷部8中的小齿轮轴6具有椭圆柱形状。因而，小齿轮轴6可以在椭圆柱形的凹陷部8中旋转经过特定的角度范围，直到接触作为机械驱动伴随结构的止动件为止。这样限制是为了保护扭杆5。第二肩部10与第三肩部11邻接，在肩部11中，凹陷部8依旧呈圆柱形式而小齿轮轴6同样具有圆形横截面。这里，输入轴4包围小齿轮轴6且在输入轴4与小齿轮轴6之间存在小的间隙，其中，小齿轮轴6上的滚针轴承12保证输入轴4安装为可绕着小齿轮轴6旋转。输入轴4在外侧具有第一突起部13和第二突起部14，其中，第一突起部13位于凹陷部8的第一肩部9的区域内。

[0023] 借助于两个磁式(磁性)的旋转角度传感器15、16检测扭杆5的扭转。旋转角度传感器15、16分别具有传感元件19、20和作为编码器磁体的环形磁体17、18。编码器磁体17、18优选借助于粘性连接件固定在输入轴4和小齿轮轴6上。传感元件19、20可以采用霍尔传感器或磁阻传感器。还可以想到应变计或者由发光元件和感光元件组成的光学传感器。同样如图3所示，第一编码器磁体17设置在输入轴4上以便与由第二突起部14形成的环形轴环接触从而位于小齿轮轴6的前方，并且第二编码器磁体18设置在小齿轮轴6上。环形磁体17、18在扭杆5的扭转过程中相对于彼此的位置连同扭杆5的已知刚度一起体现了方向盘力矩。

[0024] 包括输入轴4和小齿轮轴6的空心轴电动机1具有定子21、转子22和磁体23。在这种情况下，输入轴4和小齿轮轴6以同心的方式被转子22包围，其中，编码器磁体17、18和传感元件19、20设置在输入轴4、小齿轮轴6与转子22之间。转子22转而又被磁体23和定子21以同心的方式包围。在这种情况下，转子22是借助于永磁体实现的，并且静止的定子21包括线圈，借助于电子电路以时间上偏移的方式激发该线圈以便产生旋转场，该旋转场使扭矩施加在受持久激励的转子22上。转子22经由与传动机构24以可共同旋转的方式连接的传动机构轴25来驱动传动机构24。转子22优选借助于花键啮合齿(键齿圈)与传动机构轴25连接。

[0025] 传动机构轴25是空心的并且小齿轮轴6以一定间隙贯穿传动机构轴25。如图4和图5所示，传动机构24呈同轴形式并且被设计为摆线传动机构(zykloidgetriebe)。摆线传动机构24具有驱动盘28、驱动销29、柱状销30、偏心轮31和偏置180°的两个凸轮盘26、27。偏心轮31驱动凸轮盘26、27，驱动销29贯穿凸轮盘26、27，并且凸轮盘26、27在静止的柱状销30上滚动。在这种情况下，将驱动销29牢固地按压到驱动盘28中，并且驱动销29在与凸轮盘26、
27齐平的位置具有轴承套32，轴承套32允许借助于凸轮盘26、27驱动驱动盘28。传动机构轴
25每回转一圈，驱动输出在静止的柱状销30上向前移动一个凸轮部分。因而，传动机构24的传动机构轴25的输出转速降低，并且同时驱动盘28的扭矩增大。

[0026] 如图1所示，驱动盘28具有用于第一齿轮34的同心轴承座33。第一齿轮34与驱动盘28和贯穿第一齿轮34的小齿轮轴6以可共同旋转的方式连接，使得驱动盘28间接驱动小齿轮轴6。此外，第一齿轮34与第二齿轮35啮合，第二齿轮35以可与第二小齿轮36共同旋转的方式包围第二小齿轮36的接近驱动输入的端部。小齿轮轴6的远离驱动输入的端部具有第一小齿轮37，第一小齿轮37与第二小齿轮36借助于位于小齿轮36、37的接近驱动输入的端部的两个齿轮34、35强制地机械耦联以便小齿轮37、36沿着相反的方向旋转。图6以详细视图示出了小齿轮37、36及其与齿条40的啮合部。平行定向且间隔开的小齿轮37、36分别与齿条40的相反两侧的齿条段39、38啮合，其中，两个齿条段39、38相对于齿条40的纵向轴线位于齿条40上彼此相反的位置。齿条40在转向系统壳体41中安装为与输入轴4的纵向轴线3垂直。

[0027] 在组装过程中，将输入轴4、小齿轮轴6和电动机1插入电动机壳体2中，其中，盖42在与输入轴4的第一突起部13齐平的位置沿转向轴的方向封闭电动机壳体2。这里，输入轴4贯穿盖42(见图1)。此外，输入轴4和转子22借助于相应的轴承43可旋转地安装在电动机壳体2中。随后，安装传动机构轴25和传动机构24。随后，通过配合将第一小齿轮37的主动第一齿轮34安装到第一小齿轮37的啮合齿44上，并且将主动第一齿轮34经由其外侧以可与驱动盘28共同旋转方式插入驱动盘28中。在组装过程中，将从动第二齿轮35设置为与主动第一齿轮34无齿隙地啮合。为此目的，从动第二小齿轮36具有花键啮合齿并且在空心轴电动机1(驱动输入)的方向上具有短柱状肩部。从动第二齿轮35具有适合与该柱状肩部间隙配合的内径。在组装过程中，将主动齿轮34安装到柱状部分上，并且将从动齿轮35设置为与主动齿轮34无齿隙地啮合。在找到了无齿隙位置之后，将从动齿轮35按压到花键啮合齿上，其中，形成了强制锁定连接，该强制锁定连接构造为使得能够传递所产生的力矩。此外，在转向系统壳体41与电动机壳体2沿纵向接触并借助于紧固装置而连接之前，将两个小齿轮37、36设置为与齿条40无齿隙地啮合。

[0028] 与电动机壳体2连接的转向系统壳体41包围传动机构24、两个小齿轮37、36和齿条40。在两个小齿轮37、36的区域内，转向系统壳体41沿纵向形成为与齿条40的中线同心。转向系统壳体41沿着传动机构24的方向变粗，其中，第一肩部45设置在与齿轮34、35齐平的位置并且第二肩部46设置在与传动机构24齐平的位置。由于齿条40相对于输入轴4的纵向轴线3(即小齿轮轴6的纵向轴线)位于偏心位置，所以转向系统壳体41在传动机构24的区域内相对于纵向轴线3不具有回转对称形式(具有回转非对称形式)。因此，为了把传动机构24固定在转向系统壳体41中的适当位置，传动机构24具有采用凸耳47的形式的防旋转装置(同见图5)。此外，小齿轮37、36分别在两个端部安装为可相对于转向系统壳体41旋转。此外，转向系统壳体41在第二小齿轮36的远离驱动输入的轴承48的区域内具有开口50，封盖49封闭开口50。

[0029] 转向系统壳体41优选由铝或镁制造而成。

[0030] 在另外的实施例中，第二小齿轮在远离驱动输入的轴承处具有带两个套筒的轴承结构，其中，外部套筒形成引导件并且内部套筒形成滑动件。滑动件设置为可沿倾斜的引导表面移位，以便在滑动件的移位过程中小齿轮能够向小齿轮和齿条之间的啮合部前移。为了预加载和调节齿隙，将弹簧设置在套筒和封盖之间，从而形成调节螺旋件。

[0031] 在另一实施例中，可以设想同轴传动机构采用行星齿轮组或某种其它的偏心传动机构或减速传动机构的形式。

[0032] 此外，在一个实施例中，设置为这样：位置相反的两个小齿轮的旋转轴线设置为相对于彼此成锐角，并且相对于齿条的纵向轴线位于齿条上彼此相反的位置的两个齿条段设置在相对于彼此倾斜的平面内，这是因为以这种方式，可以借助于以所包夹角预加载的齿条实现啮合部的无齿隙。

[0033] 在另一实施例中，优选设置为这样：两个小齿轮沿着齿条的纵向相对于彼此而偏置，以便可以在保持小齿轮的同一耦联宽度的同时节省结构空间。

[0034] 在根据本发明的转向传动机构的情况下，如果在方向盘处发生转向运动，则扭杆检测转向轴相对于小齿轮轴的旋转。因此而触发的信号控制电动机，该电动机经由由转子驱动的传动机构驱动小齿轮轴。同轴传动机构将传动机构轴的降低的输出转速传递到主动第一小齿轮。由于第一小齿轮与第二小齿轮强制地机械耦联，所以齿条从相反两侧受驱动从而进行纵向移动，这样实现了转向轮的枢转。这样，借助于两个小齿轮把由伺服电动机产生的转向辅助力引入到齿条中。

[0035] 由于空心轴电动机具有包围输入轴的构造，输入轴的驱动不需要除输入轴所占的空间以外的多余空间，所以伺服驱动器具有非常紧凑的设计。

[0036] 此外，由于小齿轮相对于齿条的结构，使得能够省去推压件。

[0037] 根据本发明的转向传动机构尽管具有紧凑的尺寸却仍然提供重载机动车辆所需要的转向辅助力。

[0038] 附图标记列表

[0039] 1   空心轴电动机

[0040] 2   电动机壳体

[0041] 3   纵向轴线

[0042] 4   输入轴

[0043] 5   扭杆

[0044] 6   小齿轮轴

[0045] 7   孔

[0046] 8   凹陷部

[0047] 9   第一肩部

[0048] 10  第二肩部

[0049] 11  第三肩部

[0050] 12  滚针轴承

[0051] 13  第一突起部

[0052] 14  第二突起部

[0053] 15  旋转角度传感器

[0054] 16  旋转角度传感器

[0055] 17  环形磁体

[0056] 18  环形磁体

[0057] 19  传感元件

[0058] 20  传感元件

[0059] 21  定子

[0060] 22  转子

[0061] 23  磁体

[0062] 24  传动机构

[0063] 25  传动机构轴

[0064] 26  凸轮盘

[0065] 27  凸轮盘

[0066] 28  驱动盘

[0067] 29  驱动销

[0068] 30  柱状销

[0069] 31  偏心轮

[0070] 32  轴承套

[0071] 33  轴承座

[0072] 34  第一齿轮

[0073] 35  第二齿轮

[0074] 36  第二小齿轮

[0075] 37  第一小齿轮

[0076] 38  齿条段

[0077] 39  齿条段

[0078] 40  齿条

[0079] 41  转向系统壳体

[0080] 42  盖

[0081] 43  轴承

[0082] 44  啮合齿

[0083] 45  第一肩部

[0084] 46  第二肩部

[0085] 47  凸耳

[0086] 48  轴承

[0087] 49  封盖

[0088] 50  开口