CN101885325A - 一种防抱死制动系统及其电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及防抱死制动系统及其电机，电机包括定子和转子，定子包括外壳和安装在外壳内侧的磁铁，定子具有6个磁极；转子安装在定子内可相对于定子转动，包括转轴、安装到转轴的换向器、转子铁芯和电刷绕组，转子铁芯包括9个齿形成9个线圈槽，电枢绕组穿过线圈槽并电连接到换向器。转轴上安装有轴承，转轴的转动中心线偏离轴承的机械中心以通过轴承的外环表面推动泵的活塞。本发明6极9槽的PMDC电机能够使用集中式绕组，每个线圈元件仅缠绕一个齿，避免线圈元件之间的交叉和重叠，从而使得端部绕线的线高较小，减小了转子的轴向长度；可配合使用均压线以减少电刷的数量，节省安装电刷所需要的体积。本发明的6极9槽电机体积更小，功率密度更大。

Description

一种防抱死制动系统及其电机
技术领域
本发明涉及机动车的防抱死制动系统(Anti-lock Braking System，简称ABS)以及用于防抱死制动系统的电机。
背景技术
防抱死制动系统，也称为ABS系统，是提高汽车安全性能的重要部件。根据压力系统的不同，ABS系统可分为液压式、真空式、空气式等等。图5是常见的液压式ABS系统的结构框图，该ABS系统包括若干车轮传感器2、电控单元(ECU)3、电机-泵总成4以及液压系统5，其中，车轮传感器2检测对应的车轮轮毂1的转动和抱死情况并提供反馈结果，电控单元3根据该反馈结果产生对应的控制信号，该控制信号用于控制电机-泵总成4以及液压系统5的控制阀，控制阀与受控的电机-泵总成5配合，通过液压系统实现对车轮轮毂1进行制动，或者释放对车轮轮毂1的制动。
电机-泵总成4包括电机和泵，电机的输出轴上安装有轴承，泵的两根活塞径向地抵到轴承外环的表面。输出轴的转动中心线偏离轴承的机械中心，以通过轴承的外环表面推动泵的活塞。一种常见的方案是采用偏心输出轴和同心轴承。在本说明书和权利要求书中，偏心转轴，是指转轴的转动中心线偏离其机械中心；相反，同心转轴是指转轴的转动中心线与其机械中心重合。而偏心轴承，是指轴承的机械中心偏离轴承内孔的中心轴线；相反，同心轴承，是指轴承的机械中心与轴承内孔的中心轴线重合。应当意识到，轴承的机械中心与轴承外环的机械中心重合；当轴承安装到转轴时，轴承内孔的中心轴线与转轴的机械中心重合。
随着技术的发展，人们希望ABS的电机在额定功率达标的基础上具有更小的体积。换言之，人们希望电机的体积尽可能小，希望电机的功率密度尽可能地大。现有的一种ABS电机是4极13槽的PMDC(永磁直流有刷电机)，其定子包括4个磁极，转子具有13个齿形成13个线圈槽。在功率相同的情况下，这种4极13槽的PMDC比传统的两个磁极的PMDC具有更小的体积和更大的功率密度，但是，这种4极13槽的PMDC还具有需要改善的地方。例如，这种4极13槽的PMDC中每个线圈元件都是缠绕若干个齿的，导致不同的线圈元件在转子铁芯的上下两端出现交叉和重叠，使得端部绕线的线高比较高，进而导致电机转子的轴向长度较长。
因此，亟需一种适用于ABS系统的具有更小的体积、更大的功率密度的电机。
发明内容
本发明提供一种适用于防抱死制动系统中用于驱动泵的电机，所述电机包括定子和转子，定子包括外壳和安装在外壳内侧的磁铁，转子安装在定子内可相对于定子转动；所述转子包括转轴，转轴的输出端安装有轴承，轴承的机械中心偏离所述输出端的转动中心线用于在所述输出端转动时通过轴承的外环表面推动所述泵的活塞；所述定子具有6个磁极；所述转子包括安装到所述转轴的换向器、转子铁芯和电刷绕组，所述转子铁芯包括9个齿形成9个线圈槽，所述电枢绕组穿过所述线圈槽并电连接到所述换向器。
作为一种优选实施例，所述轴承是偏心轴承，所述转轴是同心转轴。作为另一种优选实施例，所述轴承是同心轴承，所述转轴中安装所述轴承的部位是偏心转轴。
在一种优选实施例中，所述换向器包括若干换向片，各个换向片之间彼此绝缘；所述电枢绕组是集中式绕组，包括若干线圈元件，每个线圈元件缠绕对应的一个齿，每个线圈元件的每个接线端连接到对应的一个换向片。
在另一种优选实施例中，所述换向器包括18个换向片；所述电刷绕组包括18个线圈元件，每个齿上面缠绕有两个线圈元件，所述两个线圈元件的4个接线端连接到对应的4个换向片。
作为进一步的改进，所述换向器包括均压线用于连接位于相同磁极方向下的换向片；所述定子包括两个电刷用于与换向器的换向片磨擦接触。
此外，本发明还提供一种采用了上述电机的防抱死制动系统，该防抱死制动系统包括车轮传感器、电控单元、电机-泵总成以及压力系统，所述电机通过输出端上的轴承推动泵的活塞。
本发明的优选实施例的有益效果是：本发明6极9槽的PMDC能够使用集中式绕组，每个线圈元件仅缠绕一个齿，避免线圈元件之间的交叉和重叠，使得端部绕线的线高比较小，从而减小了电机转子的轴向长度；此外，与现有的4极13槽电机相比，本发明6极9槽的PMDC的磁铁的轴向长度可以更短，从而减少了电机定子的轴向长度；再有，可以使用均压线以减少电刷的数量，节省了安装电刷所需要的体积。因此，本发明6极9槽的PMDC具有更小的体积，更高的功率密度。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
附图中：
图1是本发明的适用于ABS系统的电机的分解示意图；
图2是图1所示电机的立体示意图；
图3是图2所示电机的平面示意图，示出了电机的内部结构；
图4是图3所示电机的集中式绕组的示意图；
图5是现有的液压式ABS系统的构造示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
本发明的ABS系统可以参考图5，本发明的ABS系统包括车轮传感器2、电控单元3、电机-泵总成4以及受电机-泵总成驱动的压力系统(例如液压系统5)。车轮传感器2用于检测对应的车轮轮毂的1转动情况，并向电控单元3反馈检测结果。电控单元3根据车轮传感器2的反馈信号产生控制信号，该控制信号用于控制电机-泵总成4以及压力系统，更具体地，该控制信号控制电机-泵总成4中的电机，以及控制压力系统的各种控制阀。
电机-泵总成4包括电机和泵，电机包括定子和可相对于定子转动的转子，转子包括转轴，转轴的输出端安装有轴承，泵的两个活塞径向地抵到轴承的外环表面。输出端的转动中心线偏离轴承的机械中心，这样，输出端转动时，轴承的作用类似于一个凸轮，轴承的外环表面能够推动泵的活塞。下面将结合图1至图4对本发明的电机进行详细地说明。
如图1至图3所示，本发明的电机包括定子和安装到定子内的转子，定子包括外壳68、安装在外壳内侧的磁铁67、以及与外壳配合的端盖61，定子具有6个磁极，其中包括3个N极和3个S极，N极和S极交替排列。转子包括转轴63以及固定到转轴的换向器64、转子铁芯65和电刷绕组。定子还安装有两个轴承62和66用于支撑转子的转轴63，使转子能够相对于定子转动。转子铁芯65包括9个齿T1～T9，这9个齿形成9个线圈槽，电枢绕组采用集中式绕组，每个线圈元件仅缠绕一个齿，每个线圈元件都穿过线圈槽并电连接到换向器64。这种集中式绕组避免了线圈元件在转子铁芯的上下两端出现交错和重叠，能有效地缩短电机转子的轴向长度。
在本实施例中，转轴63的输出端是同心转轴，输出端上安装有一个偏心轴承(图中未示出)。在使用时，泵的两根活塞径向地抵到偏心轴承的外环表面，转轴转动时，偏心轴承的外环将挤推活塞，使活塞进行线性方向的往复运动。应当意识到，也可以采用偏心转轴配合同心轴承来推动泵的活塞。
参考图3和图4，电机转子的换向器包括18个换向片S1～S18，换向片数量是转子齿数的两倍。这18个换向片分布在换向器基体的外周表面，各个换向片之间彼此绝缘。电枢绕组包括18个线圈元件，每个线圈元件缠绕对应的一个齿，每个齿上缠绕有两个线圈元件，这两个线圈元件的4个接线端分别连接到4个换向片，这4个换向片最好是靠近该对应的齿，以尽可能地缩短线圈元件接线端的长度。在本实施例中，缠绕在同一个齿上的两个线圈元件具有相反的绕线方向。
下面结合图4阐述本发明的电机的绕组。图4中，第一行表示6根均压线E1～E6，每个均压线连接位于相同磁极方向下的3个换向片(因为有3个N极和3个S极)；第二行表示换向器的18个换向片S1～S18，为了便于说明，在行末重复绘制了行首的换向片S1；第三行是转子铁芯的9个齿T1～T9以及对应的18个线圈元件。如图4所示，每个线圈元件仅缠绕一个齿，每个齿上缠绕有两个线圈元件；缠绕在同一个齿上的两个线圈元件共具有4个接线端，这4个接线端分别连接到换向器上靠近该齿的4个换向片。
在本实施例中，电机具有3个N极和3个S极，所以，在磁极均匀排列以及换向片均匀排列的情况下，会有3个换向片位于相同的磁极方向下(例如都正对着N极或者S极)。这3个换向片被对应的均压线电连接到一起。例如，换向片S1、S7和S13被均压线E1短路。使用均压线的好处在于减少了电刷的数量，节省了为安装碳刷所需要的空间，也降低了电机的成本。在本实施例中，电机只需要使用两个电刷，而不是标准设计中的6个碳刷。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种防抱死制动系统，包括车轮传感器、电控单元、电机-泵总成以及压力系统，电控单元用于根据车轮传感器的反馈信号控制电机-泵总成，电机-泵总成用于驱动所述压力系统；所述电机-泵总成包括电机和泵，电机包括定子和转子，定子包括外壳和安装在外壳内侧的磁铁，转子安装在定子内可相对于定子转动；所述转子包括转轴，所述转轴的输出端安装有轴承，泵的活塞径向地抵到轴承的外环表面，轴承的机械中心偏离所述输出端的转动中心线用于在所述输出端转动时通过轴承的外环表面推动所述活塞；其特征在于，所述定子具有6个磁极；所述转子包括安装到所述转轴的换向器、转子铁芯和电刷绕组，所述转子铁芯包括9个齿形成9个线圈槽，所述电枢绕组穿过所述线圈槽并电连接到所述换向器。
2.根据权利要求1所述的防抱死制动系统，其特征在于，所述换向器包括若干换向片，各个换向片之间彼此绝缘；所述电枢绕组包括若干线圈元件，每个线圈元件缠绕对应的一个齿，每个线圈元件的每个接线端连接到对应的一个换向片。
3.根据权利要求2所述的防抱死制动系统，其特征在于，所述换向器包括18个换向片；所述电刷绕组包括18个线圈元件，每个齿上面缠绕有两个线圈元件，所述两个线圈元件的4个接线端连接到对应的4个换向片。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的防抱死制动系统，其特征在于，所述换向器包括均压线用于连接位于相同磁极方向下的换向片；所述定子包括两个电刷用于与换向器的换向片磨擦接触。
5.一种防抱死制动系统中用于驱动泵的电机，所述电机包括定子和转子，定子包括外壳和安装在外壳内侧的磁铁，转子安装在定子内可相对于定子转动；所述转子包括转轴，转轴的输出端安装有轴承，轴承的机械中心偏离所述输出端的转动中心线用于在所述输出端转动时通过轴承的外环表面推动所述泵的活塞；其特征在于，所述定子具有6个磁极；所述转子包括安装到所述转轴的换向器、转子铁芯和电刷绕组，所述转子铁芯包括9个齿形成9个线圈槽，所述电枢绕组穿过所述线圈槽并电连接到所述换向器。
6.根据权利要求5所述的防抱死制动系统中用于驱动泵的电机，其特征在于：
所述轴承是偏心轴承，所述转轴是同心转轴；或者
所述轴承是同心轴承，所述转轴中安装所述轴承的部位是偏心转轴。
7.根据权利要求6所述的防抱死制动系统中用于驱动泵的电机，其特征在于，所述换向器包括若干换向片，各个换向片之间彼此绝缘；所述电枢绕组包括若干线圈元件，每个线圈元件缠绕对应的一个齿，每个线圈元件的每个接线端连接到对应的一个换向片。
8.根据权利要求7所述的防抱死制动系统中用于驱动泵的电机，其特征在于，所述换向器包括18个换向片；所述电刷绕组包括18个线圈元件，每个齿上面缠绕有两个线圈元件，所述两个线圈元件的4个接线端连接到对应的4个换向片。
9.根据权利要求8所述的防抱死制动系统中用于驱动泵的电机，其特征在于，缠绕在同一个齿上的两个线圈元件具有相反的绕线方向。
10.根据权利要求5至9中任意一项所述的防抱死制动系统，其特征在于，所述换向器包括均压线用于连接位于相同磁极方向下的换向片；所述定子包括两个电刷用于与换向器的换向片磨擦接触。
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