[实用新型]汽车助力转向系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种汽车转向系统，尤其是一种低转矩波动的汽车助力转向系统。 

背景技术

通常为了获得较高的装配效率，绕组母线被用于连接定子铁芯绕组线圈。绕组母线之所以被使用，是因为它具有高的连接效率，并且制造简单，可以通过冲压铜板得到。 

首先介绍机械构造，如图1所示，对于U相位，线圈101-U和102-U的一端连接到U相位的环形母线1-U上，另一端连接到N相位的环形母线1-N上。同样，对于V相位，线圈101-V和102-V的一端连接到V相位的环形母线1-V上，另一端连接到N相位的环形母线1-N上。W相位的连接方法也是如此。 

电机驱动的电气连接如图2所示，通过一个包含直流电源和开关SU、SV、SW、SX、SY、SZ的转换器产生三相电流，转换器在电线YU、YV、YW与定子1000的线圈101-U、102-U、101-V、102-V、101-W和102-W连接后把三相电流输入到线圈中。电流由YU、YV和YW输送到母线，然后进入线圈。以U相位为例说明，U相位的电流通过YU到达U相位环形母线1-U的端子31-U，或U相环形母线1-U的端子32-U，电流从端子31-U传递到线圈101-U，或从端子32-U传递到线圈102-U，电流通过线圈101-U和线圈102-U后回到母线1-N。然后再从端子1-N开始进入V相位线圈101-V、102-V和W相位线圈101-W、102-W。101-V、102-V中的电流通过母线1-V的端子31-V和32-V在母线1-V处汇合，再从端子33-V处流回YV，最后进入直流电源。同样W相位的线圈电流通过母线1-W流回直流电源。三相电流分别通过U相、V相、W相线圈，产生旋转磁场驱动转子旋 转，从而驱动电机。 

传统的电机设计中，在使用环形母线，由于结构问题很难减小尺寸。如图3所示，该结构中环形母线的迭片1-U、1-V、1-W、和1-N，它们的厚度将是单一母线厚度的4倍，因此很难减小电机尺寸。 

同时在电机环形母线制造时也会遇到如下问题：由于环形导体是冲压制成的，因此冲压剩余的材料将不可避免地被浪费。 

如图11所示是一种传统永磁电机。定子铁芯由12个齿203，正对永磁铁201，圆周均匀布置，齿槽之间缠绕线圈，齿203被圆箍紧紧包住，构成定子202，调整流入定子202的线圈的电流，可以产生旋转磁场。 

由上可以看出，传统永磁电机采用邻极缠线的方式，每个齿槽中都有两组线圈，因此每个相位就会有四组线圈，传统永磁电机的磁极的交界线都与定子齿宽的交界线重合。磁极交界线与齿宽的交界线重合的次数越多，磁场相位变化的重合次数就越多，因此磁场变化次数增加而导致磁阻转矩增大。 

在转向系统中，电机产生的驱动力经过减速增扭装置传给转向轴。图4所示转向盘101的转向轴102经过减速齿轮103，万向节104a和104b，齿轮齿条机构105，连接到转向拉杆106上。转向轴102包括扭矩转矩传感器107，测量轴101转向盘的操纵力矩，电机108为转向系统提供助力，电动转向系统要求具有很高的可靠性，因此在电动转向工作时电机卡死是不允许的。 

图5为电机卡死现象。如果杂质50，从开口处进入转子9和齿槽11的空隙中，就会有锁死转子的可能性。防止转子锁死的一种方法是采用分开式铁芯，这样在电机内部相邻齿槽的表面就会结合在一起。但是这样会增加漏磁通，从而减小了无刷直流电机的转矩，降低电机功率输出，并增大感应电压的波动，进而增大转矩波动。另一种防锁死的方法是在定子铁芯邻近的开口内填充树脂， 但是增加了制造成本。 

一般地，无刷电机作为电动转向系统的执行器，由方波励磁电流驱动。 

以五相位的无刷电机为例，电机驱动电路通过激励转子五个相位的线圈(方波电流相位差间隔72°)使转子旋转，线圈中电流的相位连续发生变化，在控制器的控制下，同时激励四个相位，电机中的电流通过相对应的四个相位，各激励线圈的阻抗一致以保持良好的平衡性。 

无刷直流电机相对于永磁同步电机，一般工作在较低转速，较低转矩负荷的范围内。在低转矩载荷时通常可以通过削弱磁场来增大转速，然而，这样虽然可以提高电机转速，但在负荷发生变化时电机就会出现较强转矩波动而产生噪音。 

对于永磁同步电机，也可以通过削弱磁场，在低转矩负荷时达到增大转速的目的。然而，在减小体积和增大输出功率的方面的优势不及无刷直流电机。 

发明内容