CN107735307B - 在电力供应中双重使用的电感器芯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机电式机动交通工具动力转向机构(1)，其具有提供转向辅助力的电动马达(13)和控制至电动马达(13)的电流的控制单元(9)，其中控制单元(9)包括每个都连接至交通工具电池(15、115)的两个冗余的电力供应单元(A、B)，两个电力供应单元(A、B)每个都包括作为具有共享铁芯(24)的反激式变压器(16)的一部分的初级绕组(19、119)和次级绕组(20、200)。

Description

在电力供应中双重使用的电感器芯
技术领域
本发明涉及机电式机动交通工具动力转向机构。
背景技术
在电动助力转向装置中，通过根据由驾驶员施加给方向盘的转向扭矩驱动电动马达来将转向辅助力施加至转向机构。
通常，使用电子部件来进行对电动马达的控制。电子部件可能会突然发生故障。在这种情况下，转向辅助力不再存在，这对驾驶员来说是令人不舒适的。
公布的专利申请DE 10 2010 050 818 A1描述了一种即使两个单独的电力供应单元中的一个故障也仍然向马达供应电力的故障安全单元。电力供应单元是彼此完全独立的。该解决方案的缺点是需要同步单元，这在故障的情况下不能保证对马达的电力供应。此外，冗余意味着不希望的多个部件成本和板面积。
发明内容
本发明的目的是给电动助力转向装置的电动马达提供改进的冗余的电力供应，同时保持部件数量最少以节省成本和空间。
该目的通过本发明的机电式机动交通工具动力转向机构来实现。
因此，提供了一种具有提供转向辅助力的电动马达和控制至电动马达的电流的控制单元的机电式机动交通工具动力转向机构，其中控制单元包括每个都被连接至交通工具电池的两个冗余的电力供应单元，两个电力供应单元每个都包括作为具有共享磁芯的反激式变压器的一部分的初级绕组和次级绕组。通过共享反激式变压器的磁芯，可以明显地减少成本和空间。
还可行的是，电力供应单元被连接至一个共同的交通工具电池，或者每个电力供应单元都被连接至单独的交通工具电池，以便向电动马达提供电力供应。
如果磁芯具有针对每个电力供应单元形成两个独立的闭合磁通线的两个气隙，使得电力供应单元可以彼此独立地动作，则是有利的。
在优选的实施方式中，变压器的磁芯是具有中间腿部和两个侧腿部的e形的，其中一个电力供应单元的初级绕组和次级绕组分别缠绕在一个侧腿部上。优选地，两个气隙被形成在侧腿部的两个端部与中间腿部之间。因此，如果中间腿部是t形的，则是有利的。
优选地，电动马达是包括至少三相绕组的永久励磁的电动马达。
有利地，两个电力供应单元每个都包括反激式控制器、反激式驱动器电路、闭环控制器、闭环控制器和马达驱动器。
附图说明
下面借助附图描述本发明的示例性实施方式。在所有附图中，相同的附图标记表示相同的部件或功能上相似的部件。
图1以示意图示出了机电式动力转向机构；
图2示出了根据本发明的用于冗余地致动具有单个变压器线圈的永久励磁的同步马达的电路；以及
图3示意性地示出了图2的变压器线圈。
具体实施方式
在图1中，机电式动力转向机构1被示意性地示出为具有连接至用于驾驶员的操作的方向盘3的转向轴2。转向齿条杆4以已知的方式被连接至机动交通工具的转向轮5。转向轴2的旋转借助于以抗扭矩的方式被连接至转向轴2的小齿轮7引起转向齿条6的轴向位移。机电式动力转向机构1具有在转向柱侧上的马达壳体8。马达壳体8被连接至控制单元9，该控制单元9除了其他事情以外还经由信号线11从扭矩传感器10接收扭矩信号，并且经由信号线12向布置在壳体8中的电动马达13发送对应的控制信号。控制单元9本身经由供应线14接收输入信号(例如，交通工具速度)。电动马达13是永久励磁的同步马达。
图2详细示出了控制单元9。控制单元9包括各自连接至交通工具电池15、115的两个冗余的电力供应单元A、B。两个电力供应单元A、B的一部分是反激式变压器16。电力供应单元A、B各自包括：反激式控制器17、117，反激式驱动器电路18、118，反激式变压器16的初级绕组19、119和次级绕组20、200，闭环控制器21、210，闭环控制器22、220以及马达驱动器23、230，马达驱动器23、230向电动马达13的相绕组u1、u2、v1、v2、w1、w2提供电流。反激式控制器17、117控制反激式驱动器电路18、118。闭环控制器21、210和/或闭环控制器22、220也可以被构建为开环控制器。
反激式变压器16的初级绕组19、119由反激式驱动器电路18、118以由反激式控制器17、117设置的特定间隔从电池15、115驱动。初级电感导致电流按斜坡增长。当初级绕组19、119的直流供应被切断时，初级绕组19、119中的电流崩溃，留下存储在反激式控制器17、117的磁芯24中的能量，并且存储的能量经由次级绕组20、200被传送至闭环控制器21、220，其中次级绕组20、200给闭环控制器22、220提供电力。反激式变压器16优选地以不连续模式进行操作；存储在磁芯24中的能量在反激时段期间被完全从芯24排空，其中，在该示例中磁芯24是铁氧体芯，但是其也可以是铁芯。然后重复该循环。将初级绕组19、119连接至直流供应的间隔是根据各种测量信号(例如，输入电压、输出电压、初级电流)确定的。
冗余的电力供应单元A、B共享反激式变压器16的铁氧体芯24。为了使电力供应单元A、B独立，每个部分均需要其自身的存储有针对给定部分的能量的气隙。这样，使用同一个芯24的电力供应单元之间的影响和干扰可以忽略。
图3示出了有利的反激式变压器16。反激式变压器16由大致为e形的芯24构成，其中中间腿部25是t形的，在侧腿部28的端部27与t部25之间形成小气隙26。电力供应单元A、B的初级绕组19、119和次级绕组20、200分别缠绕在一个侧腿部28上。由于芯24的设计，在e形的芯24的每一半中产生闭合的磁通线，而彼此不会显著的干扰，这使得芯24能够被用于两个供应A、B。
在通过反激式控制器17、117确定有故障的情况下，相应的反激式驱动器电路18、118被连续地停用。电力将继续通过具有冗余功能的并且无错误的反激式驱动器电路18、118流动。两个电力供应单元A、B之间的独立性由共享的铁氧体芯24的分离的侧腿部28给出，从而消除在两个冗余的电力供应单元A、B之间的能量耦合。
根据本发明，磁芯的能量密度被用于电路系统的多个部分。为了使它们独立，每个部分均具有其自身的存储有针对给定部分的能量的气隙。这样，使用同一个芯的电路之间的影响和干扰可以忽略。磁芯优选地由分别向自身的控制器供应能量的两个电力供应单元共享，其中控制器控制至电动马达的马达驱动器信号。
电力供应中的功率电感器既昂贵又庞大。成本最高的部分是铁氧体材料，并且其中最大的一个部分是铁氧体芯。通过在冗余的电力供应单元之间共享磁芯，可以节省成本和空间。
本发明不依赖于转向机构的具体设计，或者不限于控制器的数量和变压器绕组的数量。

Claims (7)

1.一种机电式机动交通工具动力转向机构(1)，其具有提供转向辅助力的电动马达(13)和控制至所述电动马达(13)的电流的控制单元(9)，其中所述控制单元(9)包括每个都连接至交通工具电池(15、115)的两个冗余的电力供应单元(A、B)，其特征在于，两个所述电力供应单元(A、B)每个都包括作为具有共享的磁芯(24)的反激式变压器(16)的一部分的初级绕组(19、119)和次级绕组(20、200)。
2.根据权利要求1所述的机电式机动交通工具动力转向机构(1)，其特征在于，所述芯(24)具有针对每个所述电力供应单元(A、B)形成两个独立的闭合磁通线的两个气隙(26)。
3.根据权利要求2所述的机电式机动交通工具动力转向机构(1)，其特征在于，所述芯(24)具有中间腿部(25)和两个侧腿部(28)的大致e形，其中一个电力供应单元(A、B)的所述初级绕组(19、119)和所述次级绕组(20、200)缠绕在同一侧腿部(28)上。
4.根据权利要求3所述的机电式机动交通工具动力转向机构(1)，其特征在于，所述两个气隙(26)被形成在所述侧腿部(28)的两个端部(27)与所述中间腿部(25)之间。
5.根据权利要求3所述的机电式机动交通工具动力转向机构(1)，其特征在于，所述中间腿部(25)是t形的。
6.根据前述权利要求1-4中任一项所述的机电式机动交通工具动力转向机构(1)，其特征在于，所述电动马达(13)是包括至少三相绕组(u、v、w)的永久励磁的电动马达。
7.根据前述权利要求1-4中任一项所述的机电式机动交通工具动力转向机构(1)，其特征在于，两个所述电力供应单元(A、B)每个都包括反激式控制器(17、117)、反激式驱动器电路(18、218)、闭环控制器(21、210)、闭环控制器(22、220)以及马达驱动器(23、230)。
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