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Title:
ELECTROMECHANICAL DRIVING MECHANISM FOR ASSISTED STEERING OF A VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/023857
Kind Code:
A1
Abstract:
The electromechanical driving mechanism comprises an electrical motor connected to an endless screw transmission and a gear rim arranged on the assisted steering drive axis of a vehicle, wherein the electrical motor includes a stator coaxially arranged inside an external rotor which comprises a transverse plate joined by means of the peripheral edge thereof to an electromagnetically active peripheral cylindrical ring, said peripheral cylindrical ring having a first end next to the transmission and a second end at a distance from said transmission, wherein the endless screw includes a driven end and a free end, both supported on individual bearings that are inserted in a second portion of housing, characterized in that the peripheral edge of the transverse plate of the external rotor is joined to the first end of the peripheral cylindrical ring, and in turn the driven end of the endless screw of the transmission is joined directly to the transverse plate.

Inventors:
GOMEZ MARTINEZ CLAUDIO (ES)
Application Number:
PCT/ES2012/070623
Publication Date:
February 13, 2014
Filing Date:
August 10, 2012
Export Citation:
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Assignee:
GOMEZ MARTINEZ CLAUDIO (ES)
International Classes:
B62D5/04; H02K21/22
Foreign References:
JP2010093943A2010-04-22
EP2298622A12011-03-23
US20080283331A12008-11-20
Attorney, Agent or Firm:
CAPITÁN GARCÍA, Nuria (ES)
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Claims:
REIVI DICACIONES

1.- Mecanismo de accionamiento electromecánico para dirección asistida de un vehículo que comprende un motor eléctrico (1) acoplado a una transmisión (2) de tornillo sinfín (2.1) y corona (2.2) dispuesta sobre el eje (3) de accionamiento asistido de la dirección del vehículo, el motor eléctrico (1) está cubierto por una primera porción de carcasa (4.1) e incluye un estator (5) dispuesto coaxialmente en el interior de un rotor externo (6), el rotor externo (6) comprende un plato transversal (6.1) y un anillo cilindrico periférico (6.1) electromagnéticamente activo, dicho anillo

cilindrico periférico (6.2) posee un primer extremo (6.2.1) próximo a la transmisión (2) y un segundo extremo (6.2.2) alejado de dicha transmisión (2), el tornillo sinfín (2.1) incluye un extremo accionado

(2.1.1) y un extremo libre (2.1.2), ambos apoyados sobre sendos rodamientos (7,8) que están insertados en una segunda porción de carcasa (4.2), caracterizado porque el plato transversal (6.1) del rotor externo (6), por medio de su borde perimetral, está unido al primer extremo (6.2.1) del anillo cilindrico periférico (6.2) y, a su vez, el extremo accionado (2.1.1) del tornillo sinfín (2.1) de la transmisión (2) está unido

directamente a dicho plato transversal (6.1) .

2.- Mecanismo de accionamiento electromecánico según la reivindicación 1 en el que el plato transversal (6.1) y el anillo cilindrico periférico (6.2) del rotor externo (6) están unidos rígidamente.

3.- Mecanismo de accionamiento electromecánico según reivindicación 1 en el que el plato transversal (6.1) el anillo cilindrico periférico (6.2) del rotor externo (6) están unidos elásticamente.

4. - Mecanismo de accionamiento electromecánico según la reivindicación 1 en el que el plato transversal (6.1) y el anillo cilindrico periférico (6.2) del rotor externo (6) conforman una única pieza.

5. - Mecanismo de accionamiento electromecánico según la reivindicación 1 en el que el plato transversal (6.1) y el tornillo sinfín (2.1) están unidos rígidamente.

6. - Mecanismo de accionamiento electromecánico según la reivindicación 1 en el que el plato transversal (6.1) y el tornillo sinfín (2.1) están unidos elásticamente.

7. - Mecanismo de accionamiento electromecánico según la reivindicación 1 en el que el plato transversal (6.1) y el tornillo sinfín (2.1) conforman una única pieza. 8.- Mecanismo de accionamiento electromecánico según las reivindicaciones 4 y 7 en el que el anillo

cilindrico periférico (6.2), el plato transversal (6.1) y el tornillo sinfín (2.1) conforman una única pieza. 9.- Mecanismo de accionamiento electromecánico según la reivindicación 1 en el que el rotor externo (6) carece de un eje de rotación, montado entre rodamientos, para su acople al tornillo sinfín (2.1) de la

transmisión (2) . 10.- Mecanismo de accionamiento electromecánico según la reivindicación 1 en el que la primera (4.1) y la segunda porción de carcasa (4.2) conforman una única pieza .

11. - Mecanismo de accionamiento electromecánico según la reivindicación 1 en el que la primera porción de carcasa (4.1) y la segunda porción de carcasa (4.2) son piezas independientes.

12. - Mecanismo de accionamiento electromecánico según las reivindicaciones 10 ú 11 en el que en la primera porción de carcasa (4.1) acopla una tapa de cierre (9) que incluye un elemento soporte (9.1) del estator ( 5 ) .

13.- Mecanismo de accionamiento electromecánico según la reivindicaciones 11 y 12, en el que la primera porción de carcasa (4.1) y la tapa de cierre (9), forman parte de una misma pieza.

14.- Mecanismo de accionamiento electromecánico según la reivindicación 12 en el que la tapa de cierre

(9) soporta en su interior a una placa electrónica (10) que controla al motor eléctrico (1), y su exterior (9.2 es un disipador de calor de dicha placa electrónica

(10) .

15.- Mecanismo de accionamiento electromecánico según la reivindicación 1 en el que en el extremo libre (2.1.2) del tornillo sinfín (2.1) acopla un elemento roscado (11) .

Description:
MECANISMO DE ACCIONAMIENTO ELECTROMECANICO PARA

DIRECCION ASISTIDA DE UN VEHICULO

CAMPO TECNICO DE LA INVENCION

La presente invención se engloba en el campo de la mecánica automotriz, específicamente, con los mecanismos de accionamiento electromecánicos empleados en los sistemas de dirección asistida de los vehículos.

Particularmente, con los que emplean un motor eléctrico de rotor externo y una transmisión de tornillo sinfín y corona dispuesta sobre el eje de accionamiento asistido de la dirección del vehículo, es decir, ya sea sobre el propio eje de la columna de dirección o sobre el eje de un piñón auxiliar que ataca la cremallera del sistema de dirección.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Son conocidos los dispositivos de dirección asistida que emplean un motor eléctrico, con rotor externo, acoplado a una transmisión del tipo tornillo sinfín y corona. Por ejemplo, el mostrado por el documento de patente JP 2010093943, publicado el 22 de abril de 2010.

El dispositivo está cubierto por una carcasa dividida en una primera porción que aloja a la

transmisión, y una segunda porción que aloja al motor eléctrico .

El rotor externo del motor eléctrico rodea al estator e incluye un eje de rotación que atraviesa dicho estator y se acopla a uno de los extremos del tornillo sinfín. Dicho eje de rotación del rotor externo está soportado giratoriamente entre dos rodamientos o

cojinetes de fricción, quedando dispuesto en voladizo el tornillo sinfín.

Al estar dispuesto el tornillo sinfín en voladizo, se incrementan los esfuerzos flectores a los que se ve sometido, así como los esfuerzos radiales en los apoyos del eje, rodamientos o cojinetes de fricción. Se requiere entonces aumentar el dimensionado del sinfín y sus apoyos para mantener la rigidez y vida útil exigidas, incrementándose con ello los costes de dichos elementos y del conjunto. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCION

A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención se refiere a un mecanismo de

accionamiento electromecánico aplicable a un sistema de dirección asistida de un vehículo.

El mecanismo comprende un motor eléctrico acoplado a una transmisión del tipo tornillo sinfín y corona, la cual está dispuesta sobre el eje de

accionamiento asistido de la dirección del vehículo.

El motor eléctrico está cubierto por una primera porción de carcasa e incluye un estator dispuesto coaxialmente en el interior de un rotor externo.

Así mismo, el rotor externo comprende un plato transversal y un anillo cilindrico periférico

electromagnéticamente activo en cuyo interior están dispuestos una pluralidad de imanes permanentes. El anillo cilindrico periférico posee un primer extremo próximo a la transmisión y un segundo extremo alejado de dicha transmisión.

El mecanismo se caracteriza porque el plato transversal del rotor externo, por medio de su borde perimetral, está unido al primer extremo del anillo cilindrico periférico. En otras palabras, el rotor externo es conformado en forma de "vasija" con su extremo abierto (segundo extremo del anillo cilindrico periférico) dispuesto hacia el lado contrario a la trasmisión tornillo sinfín y corona.

Por su parte, el tornillo sinfín de la

transmisión incluye un extremo accionado y un extremo libre. Ambos extremos están apoyados sobre sendos rodamientos, los cuales están insertados en una segunda porción de carcasa.

En este sentido, el mecanismo también se caracteriza porque el extremo accionado del tornillo sinfín de la transmisión está unido directamente al plato transversal del rotor externo.

Dicha unión del tornillo sinfín al plato transversal del rotor externo permite que exista

coaxialidad entre el rotor externo y el estator, garantizando el correcto funcionamiento como motor, sin necesidad de que el rotor externo incluya un eje de rotación, que atraviese el estator, ni rodamientos para su apoyo.

Por tanto, se logra reducir el número de componentes del motor y del conjunto del accionamiento electromecánico, facilitando su ensamblado y reduciendo su coste. Por otro lado, se dispone de un motor eléctrico de imanes permanentes con una mayor densidad de par asociada al incremento del diámetro del entrehierro y la reducción de las reluctancias del estator.

Al disponerse de un motor de mayor densidad de par, se logra reducir las dimensiones y costes de la máquina eléctrica.

Paralelamente, el mayor par disponible por la máquina, hace posible una disminución del régimen de revoluciones del motor, reduciendo las solicitaciones en el resto de componentes mecánicos y sus ciclos de fatiga. Se incrementa asi la vida útil del mecanismo de accionamiento .

Asi mismo, la configuración del rotor externo elimina el riesgo de desprendimiento de los imanes como consecuencia de la fuerza centrifuga a la que se ven sometidos. Esta solución, elimina la necesidad de

"enterrar" y/o zunchar los imanes para evitar su

desprendimiento, eliminando con ello los costes

asociados y las ineficiencias electromagnéticas

generadas por el incremento de las reluctancias y de las pérdidas por corrientes parásitas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de figuras, ilustrativas del ejemplo preferente, y nunca limitativas de la invención.

La figura 1 representa una vista en perspectiva del mecanismo de accionamiento electromecánico. La figura 2 representa una vista frontal en corte del mecanismo de la figura 1. La figura 3 representa una vista en perspectiva del motor eléctrico y la tapa de cierre del mecanismo de la figura 1.

La figura 4 representa una vista frontal en corte del motor eléctrico y la tapa de cierre del mecanismo de la figura 1.

La figura 5 representa una vista en perspectiva explosionada de una variante de rotor externo, del mecanismo de la figura 1, conformado por una unión elástica .

La figura 6 representa una vista en perspectiva explosionada de una variante de unión elástica entre el rotor externo y el tornillo sinfín, del mecanismo de la figura 1.

La figura 7 representa una vista en perspectiva explosionada de una variante de carcasa del mecanismo de la figura 1 en donde la tapa de cierre, la primera porción de carcasa y la segunda porción de carcasa son piezas independientes unidas entre si.

La figura 8 representa una vista en perspectiva explosionada de una variante de carcasa del mecanismo de la figura 1 en donde la primera porción de carcasa y la tapa de cierre conforman una única pieza unida a la segunda porción de carcasa. EXPOSICION DE TALLADA DE LA REALIZACION PREFERENTE DE LA

INVENCIÓN

La presente invención es un mecanismo de accionamiento electromecánico aplicable a un sistema de dirección asistida de un vehículo.

Como se aprecia en las figuras 1 y 2, el mecanismo comprende un motor eléctrico (1) acoplado a una transmisión (2) de tornillo sinfín (2.1) y corona (2.2) . Dicha transmisión (2) está dispuesta sobre el eje (3) de accionamiento asistido de la dirección del vehículo .

Por su parte, el motor eléctrico (1) incluye un estator (5) dispuesto coaxialmente en el interior de un rotor externo (6) . Quedando dicho motor eléctrico (1) cubierto por una primera porción de carcasa (4.1) .

El rotor externo (6) comprende un plato transversal (6.1) y un anillo cilindrico periférico

(6.2) electromagnéticamente activo en cuyo interior están dispuestos una pluralidad de imanes permanentes

(12) .

El anillo cilindrico periférico (6.2) posee un primer extremo (6.2.1) dispuesto próximo a la

transmisión (2), y un segundo extremo (6.2.2) alejado de dicha transmisión (2) .

El borde perimetral del plato transversal (6.1) del rotor externo (6) está unido al primer extremo

(6.2.1) de su anillo cilindrico periférico (6.2) . Es decir, dentro del mecanismo, el rotor externo (6), configurado en forma de "vasija", está dispuesto con su extremo abierto hacia el lado contrario a la transmisión (2) .

De manera preferente, el plato transversal (6.1) y el anillo cilindrico periférico (6.2) del rotor externo (6) están unidos rígidamente mediante soluciones conocidas como remachado, soldadura, apriete, dilatación térmica, unión desmontable atornillada, o similar.

Sin embargo, en otra variante de la presente invención, dicha unión podría ser elástica como la representada en la figura 5 o similar, en la que un elemento elástico intermedio (6.3) sirve para concebir una unión semirrígida en la que principalmente los esfuerzos de torsión, son transmitidos por la

deformación elástica de dicho elemento (6.3) . El

elemento elástico (6.3) se fija entre el plato

transversal (6.1) y el anillo cilindrico periférico (6.2) por medio de elementos de fijación (6.4)

conocidos, por ejemplo, tornillos, remaches o similares.

En otra variante preferida de la presente invención, el plato transversal (6.1) y el anillo cilindrico periférico (6.2) conforman una única pieza.

Por su parte, el tornillo sinfín (2.1) de la transmisión (2) incluye un extremo accionado (2.1.1) y un extremo libre (2.1.2) . Ambos extremos están apoyados sobre sendos rodamientos (7,8), que preferiblemente dispondrán de capacidad de carga axial y radial.

Dichos rodamientos (7,8) se insertan en la porción de carcasa (4.2) y se fijan a la misma mediante los extremos del propio tornillo sinfín (2.1) . Preferentemente, el extremo accionado (2.1.1) del tornillo sinfín (2.1) incluye un tope (2.1.1.1) en forma de resalte anular mecanizado en el propio tornillo sinfín (2.1) .

Igualmente, se prefiere que en el extremo libre (2.1.2) de dicho tornillo sinfín (2.1) acople un

elemento roscado (11) . Por ejemplo, dicho elemento roscado (11) podría ser una tuerca, cuyo apriete durante el proceso de ensamblado, genera una precarga en los rodamientos que posiciona y rigidiza el sinfín (2.1), evitando holguras y mejorando su funcionamiento y vida útil . Así, el tornillo sinfín (2.1) queda

correctamente posicionado en relación a la segunda porción de carcasa (4.2), y por tanto, a la corona

(2.2), garantizando la debida transmisión entre ambos elementos .

Por otro lado, ésta disposición del sinfín le permite absorber y transmitir cualquier tipo de esfuerzo longitudinal, transversal y flector, sin que el mismo interfiera sobre el motor eléctrico (1) del mecanismo de accionamiento. Como resultado, el tornillo sinfín (2.1) posee un único grado de libertad asociado a su giro, transmitido por su extremo accionado (2.1.1), y

controlado por el propio motor eléctrico (1) . En ese sentido, el extremo accionado (2.1.1) del tornillo sinfín (2.1) está unido directamente al plato transversal (6.1) del rotor externo (6) . Es decir, el rotor externo (6) no comprende un eje de rotación, montado entre rodamientos o casquillos de fricción, para su acople al tornillo sinfín (2.1) . De manera preferente, el plato transversal (6.1) y el tornillo sinfín (2.1) están unidos rígidamente, de forma similar a las soluciones descritas para la unión entre plato transversal (6.1) y el anillo cilindrico periférico (6.2) .

Sin embargo, en otra variante de la presente invención, dicha unión podría ser elástica, como la representada en la figura 6 o similar, en la que un elemento elástico intermedio (6.5) sirve para concebir una unión semirrígida en la que principalmente los esfuerzos de torsión, son transmitidos por la

deformación elástica del elemento (6.5) .

El elemento elástico (6.5) se fija entre el plato transversal (6.1) y el extremo accionado (2.1.1) del tornillo sinfín (2.1) por medio de elementos de fijación (6.6) conocidos, por ejemplo, tornillos, remaches o similares.

La superficie exterior (6.5.1) del elemento elástico (6.5) desarrolla una geometría de prisma poligonal, preferiblemente de base cuadrada. Dicha superficie exterior (6.5.1) es insertada de forma ajustada en una cavidad (2.1.1.2) de igual geometría dispuesta en el extremo accionado (2.1.1) del tornillo sinfín (2.1) . Por su parte, el plato transversal (6.1) incluye un saliente (6.1.1) que desarrolla también una geometría de prima poligonal, también preferiblemente de base cuadrada. Dicho saliente (6.1.1) es insertado de forma ajustada en una cavidad (6.5.2) de igual geometría dispuesta en el elemento elástico (6.5) . La superficie de la cavidad (6.5.2), no guarda paralelismo con respecto a la superficie de la cavidad (6.5.1), encontrándose rotadas preferiblemente 45°. Con ello se logra una distribución de masas del elemento elástico (6.5) tal, que el elemento (6.5) presenta un alta rigidez a los esfuerzos de flexión que permite mantener la coaxialidad entre el tornillo sinfín (2.1) y el plato transversal del rotor (6.1) . Así mismo, dicha distribución de masas del elemento elástico (6.5), mantiene su flexibilidad para la transmisión de

esfuerzos torsores, con lo que se limita la transmisión de posibles vibraciones torsionales entre el motor eléctrico (1) y el tornillo sinfín (2.1) .

En otra variante, el plato transversal (6.1) y el tornillo sinfín (2.1) podrían conformar una única pieza .

En otra variante preferida de la presente invención, tanto el anillo cilindrico periférico (6.2), el plato transversal (6.1) y el tornillo sinfín (2.1) conforman una única pieza.

Así mismo, se prefiere que la primera porción de carcasa (4.1), que encierra al motor eléctrico (1), y la segunda porción de carcasa (4.2), que recubre a la transmisión (2), conformen una única pieza.

En otra variante, véase la figura 7, dicha primera porción de carcasa (4.1) y segunda porción de carcasa (4.2) son piezas independientes que se fijan con una unión de fijación conocida, por ejemplo, tornillo y tuerca . Adicionalmente, en la primera porción de carcasa (4.1), se acopla una tapa de cierre (9) que incluye un elemento soporte (9.1) del estator (5) del motor

eléctrico (1) . Dicho acoplamiento entre la porción de carcasa (4.1), y su tapa de cierre (9), se realizará preferiblemente mediante uniones desmontables conocidas, como por ejemplo tornillos y tuercas, o mediante uniones no desmontables conocidas, como por ejemplo remachado o soldado .

Sin embargo, en la variante de la figura 8, en donde la primera porción de carcasa (4.1) es una pieza independiente de la segunda porción de carcasa (4.2), la primera porción de carcasa (4.1) y la tapa de cierre (9) forman parte de una única pieza.

Por su parte, el elemento soporte (9.1) puede estar unido rígidamente a la tapa de cierre (9), o ambos elementos formar parte de una única pieza.

Todo ello permite reducir el número de elementos componentes del mecanismo de accionamiento y su coste asociado . La fijación de la tapa de cierre (9) a la carcasa (4), a través de la primera porción de carcasa (4.1), permite posicionar coaxialmente el estator (5) y el rotor externo (6), así como, el estator (5) y el tornillo sinfín (2.1) .

De manera preferente, el interior de la tapa de cierre (9) sirve de soporte a una placa electrónica (10) que controla al motor eléctrico (1) . El exterior (9.2) de dicha tapa de cierre (9) conforma un disipador de calor de dicha placa electrónica (10), que evita su sobrecalentamiento, pérdida de rendimiento y

degradación. Por tal razón, dicha tapa de cierre (9) se prefiere que sea construida con material de alta

conductividad térmica, por ejemplo, aluminio.

Se dispone asi de un conjunto control,

accionamiento eléctrico y actuador mecánico integrado en un reducido volumen y con un limitado número de

componentes que contribuyen a la reducción de los costes de fabricación y mantenimiento del mecanismo de

accionamiento .