Патент на изобретение №2381940

(54) ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ РУЛЯ АВТОМОБИЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к электромеханическому усилителю руля автомобиля. Электромеханический усилитель содержит корпус и расположенные в нем два соосных вала (входной и выходной), трехфазный электродвигатель, магнитопровод статора, встроенный в корпус усилителя, магнитопровод ротора, расположенный на выходном валу, датчик положения ротора и датчик момента. Магнитопровод статора выполнен с n явно выраженными полюсами, на которых размещены катушки – по одной на полюс. Катушки расположены в шести равных чередующихся фазных зонах. Магнитопровод ротора выполнен многополюсным с числом полюсов (n-2) и возбуждением от тангенциально расположенных по окружности постоянных магнитов. Магниты примыкают к полюсам ротора одноименными полюсами. Датчик момента выполнен в виде торсиона и измерителя угла скручивания торсиона. Торсион расположен внутри полости, образованной входным и выходным валом. На роторе электродвигателя со стороны, противоположной воздушному зазору, размещен дополнительный магнитопровод через немагнитный зазор, соизмеряемый воздушному зазору. Достигается улучшение эргономических характеристик автомобиля посредством снижения усилия на руле, за счет увеличения крутящего момента, приходящегося на единицу намагничивающей силы обмоток статора. 2 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к автомобилестроению.

Уровень техники

Известен электромеханический усилитель руля автомобиля, содержащий электродвигатель, механически связанный с рулем, состоящий из зубчатого статора с обмоткой, зубчатого безобмоточного ротора, датчика положения ротора электродвигателя, электродвигатель выполнен трехфазным с числом зубьев 12 на статоре и 8 на роторе, датчик момента на руле, датчик скорости автомобиля, блок управления электродвигателем (RU 2158692, В62D 5/04, 2000).

Недостатком этого усилителя является сложность конструкции из-за наличия механического редуктора, установленного между электродвигателем и выходным валом, что значительно увеличивает габаритные размеры и массу усилителя, а также возможность заклинивания руля при отказе электроусилителя.

Также известны электромеханические усилители руля, содержащие корпус и расположенные в нем два соосных вала (входной и выходной), трехфазный электродвигатель, магнитопровод статора встроен в корпус усилителя, магнитопровод статора выполнен с явно выраженными полюсами, на которых размещены катушки – по одной на полюс, расположенные в шести равных чередующихся фазных зонах, в каждой зоне размещены несколько включенных последовательно-согласно или параллельно-согласно катушек, магнитопровод ротора расположен на выходном валу, выполнен многополюсным, возбуждением от тангенциально расположенных по окружности постоянных магнитов, примыкающих к полюсам ротора одноименными полюсами, датчик положения ротора, датчик момента, выполненный в виде торсиона и измерителя угла скручивания торсиона, торсион расположен внутри полости, образованной входным и выходным валом (RU 2181091, В62D, 5/04, 2000 и RU 2278797, В62D 5/04, H02К 21/16, 2006).

Недостатком этих электромеханических усилителей руля являются низкие энергетические показатели, обусловленные тем, что рабочий магнитный поток, образованный обмоткой статора, замыкается через постоянные магниты, имеющие низкую магнитную проницаемость (магнитную проводимость) и имеющие толщину, по крайней мере, отличающуюся от длины рабочего воздушного зазора на порядок. Последнее определяется технологическими возможностями изготовления магнитов и конструктивной необходимостью. Например, при длине воздушного зазора 0,15-0,25 мм толщина постоянного магнита должна быть в пределах 2,5-4,0 мм.

Сущность изобретения

Наиболее близким к предлагаемому изобретению – прототипом предлагаемому техническому решению – является электромеханический усилитель руля автомобиля, описанный в RU 2278797, В62D 5/04, H02К 21/16.

Целью предлагаемого технического решения является улучшение энергетических показателей электромеханического усилителя руля, т.е. увеличение крутящего момента, приходящегося на единицу намагничивающей силы обмоток статора.

Указанная цель достигается тем, что на роторе электродвигателя со стороны, противоположной воздушному зазору, размещен дополнительный магнитопровод через немагнитный зазор, соизмеряемый воздушному зазору. При этом магнитный поток от обмоток статора будет замыкаться через немагнитный зазор и дополнительный магнитопровод, магнитная проводимость этой цепи значительно выше проводимости материала магнита, а длина немагнитного зазора на порядок ниже толщины магнита.

На фиг.1 изображен поперечный разрез электродвигателя.

На фиг.2 приведен фрагмент продольного разреза электродвигателя.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Предлагаемый электромеханический усилитель руля по своей конструкции аналогичен прототипу за исключением отличительной части, описанной выше.

На фиг.1 приведен поперечный разрез электродвигателя (остальные конструктивные элементы электромеханического руля не показаны). Статор 1 электродвигателя выполнен явнополюсным с числом полюсов 2n, на каждом полюсе которого размещена катушка 2; эти катушки, включенные параллельно-согласно, составляют фазную обмотку статора. Фазная обмотка локализована в двух диаметрально противоположных зонах по расточке статора. При трехфазной обмотке статора таких зон будет шесть; зоны разноименных фаз сдвинуты относительно друг друга на 120°. Ротор электродвигателя также выполнен явнополюсным: полюса ротора образованы сегментом 3, размещенным между намагниченными в тангенциальном направлении постоянными магнитами 4, причем к каждому сегменту примыкают магниты одноименной полярности. Количество полюсов на роторе четное и отличается от количества полюсов на статоре на два. С противоположной от воздушного зазора (обращенного к полюсам статора) стороны сегмента на роторе через немагнитный зазор размещен дополнительный магнитопровод 5. Этот магнитопровод может быть неподвижным или подвижным относительно ротора, т.е. быть кинематически связан с ротором или не связанным с ним. В варианте, изображенном на фиг.2, дополнительный магнитопровод кинематически связан с ротором. Длина немагнитного зазора _немаг соизмерима с длиной рабочего воздушного зазора _р (см. фиг.2) между полюсами статора и ротора и выбирается исходя из соображений наиболее полного использования внутренней энергии постоянных магнитов. Как показано на фиг.1, магнитный поток от постоянных магнитов Ф_пм распределяется на два потока: основная часть – через воздушный зазор

_р, полюса ротора (сегменты), полюса и спинку статора; меньшая часть – через полюса ротора (сегменты), немагнитный зазор _немаг и дополнительный магнитопровод. Соотношение зазоров таково, что проводимость рабочего воздушного зазора между сегментами ротора и полюсами статора гораздо больше проводимости между сегментами ротора и дополнительным магнитопроводом, т.е. основная часть магнитного потока сосредоточена в зоне воздушного зазора _р. Создаваемый при подключении обмоток статора магнитный поток от рабочего поля Ф_раб замыкается через полюса статора, воздушный зазор _р, полюса (сегменты) ротора, немагнитный зазор _немаг и дополнительный магнитопровод. Очевидно, что из-за того, что длина немагнитного зазора гораздо меньше толщины постоянных магнитов (примерно на порядок), магнитная проводимость для рабочего магнитного поля гораздо больше, чем у прототипа, т.е. при гораздо меньших значениях напряженности магнитного поля статора достигается требуемый момент на выходном валу усилителя руля. Таким образом, предложенное техническое решение приводит к улучшению энергетических показателей электромеханического усилителя руля, т.е. увеличению значения крутящего момента усилителя, приходящегося на единицу намагничивающей силы обмоток статора.

Формула изобретения

Электромеханический усилитель руля автомобиля, содержащий корпус и расположенные в нем два соосных вала (входной и выходной), трехфазный электродвигатель, магнитопровод статора, встроенный в корпус усилителя и выполненный с n явно выраженными полюсами, на которых размещены катушки – по одной на полюс, расположенные в шести равных чередующихся фазных зонах, в каждой зоне размещены несколько включенных параллельно-согласно катушек, магнитопровод ротора, расположенный на выходном валу, выполненный многополюсным с числом полюсов (n-2), возбуждением от тангенциально расположенных по окружности постоянных магнитов, примыкающих к полюсам ротора одноименными полюсами, датчик положения ротора, датчик момента, выполненный в виде торсиона и измерителя угла скручивания торсиона, торсион расположен внутри полости, образованной входным и выходным валом, отличающийся тем, что на роторе электродвигателя со стороны, противоположной воздушному зазору, размещен дополнительный магнитопровод через немагнитный зазор, соизмеряемый воздушному зазору.

РИСУНКИ