CN109760740A - 一种直流永磁力矩电机直驱式电动助力转向装置 - Google Patents

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解居麟
魏忠
陈中导
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一种直流永磁力矩电机直驱式电动助力转向装置，涉及电动助力转向器装配技术领域，包括转向轴、转向管柱、输入轴、扭杆弹簧、输出轴，其特征是，还包括直流永磁力矩电机，所述直流永磁力矩电机的电机转子刚性固定在输出轴上，所述直流永磁力矩电机还包括电机外壳、安装固定在电机外壳上的上端盖、下端盖以及安装在电机外壳内的电机定子，所述上端盖与下端盖分别通过轴承与输出轴连接，这种直流永磁力矩电机直驱式电动助力转向装置无需安装机械减速机构，占据空间较小、重量较轻；电机长期堵转时能产生足够大的转矩而不损坏。

Description

一种直流永磁力矩电机直驱式电动助力转向装置
技术领域：
本发明涉及电动助力转向器装配技术领域，尤其涉及一种直流永磁力矩电机直驱式电动助力转向装置。
背景技术：
目前，各种车辆上广泛使用的电动助力转向系统都是由电机、机械减速机构组成的。电动机的力矩通过机械减速机构作用到转向轴，实现助力转向作用。由于机械减速机构存在着占据空间大、效率低、受温度影响大等缺点；同时不利于汽车零部件轻量化，特别是对于新能源汽车来说，提高转向系统效率，减轻转向系统重量成了当务之急，而现有技术中，缺少一种占据空间较小、重量较轻的电动助力转向装置。
发明内容：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种直流永磁力矩电机直驱式电动助力转向装置，无需安装机械减速机构，占据空间较小、重量较轻。
本发明是通过下述技术方案来实现的：
一种直流永磁力矩电机直驱式电动助力转向装置，包括转向轴、转向管柱、输入轴、扭杆弹簧、输出轴，其特征是，还包括直流永磁力矩电机，所述直流永磁力矩电机的电机转子刚性固定在输出轴上。
在本发明的另一个方面中，所述直流永磁力矩电机还包括电机外壳、安装固定在电机外壳上的上端盖、下端盖以及安装在电机外壳内的电机定子，所述上端盖与下端盖分别通过轴承与输出轴连接。
在本发明的另一个方面中，所述转向轴安装在转向管柱内，所述转向轴与输入轴铆接，输入轴通过扭杆弹簧与输出轴连接。
在本发明的另一个方面中，所述输入轴上设有截面为菱形的轴肩，所述输出轴上设有扁槽，所述轴肩伸入到扁槽内，所述轴肩外围与扁槽之间留有供轴肩在扁槽内转动预定角度的空间。
在本发明的另一个方面中，还包括扭矩转角传感器，所述扭矩转角传感器安装在输入轴和输出轴端部并通过传感器线束与控制器连接。
在本发明的另一个方面中，还包括电机转子位置传感器，所述电机转子位置传感器通过传感器线束与控制器连接。
在本发明的另一个方面中，所述电机转子位置传感器为Infineon公司的TLE5012B型旋磁传感器。
在本发明的另一个方面中，转向扭矩转角传感器检测到的扭矩信号和转角信号传递给控制器，接收到扭矩信号和转角信号后的控制器通过预设的算法计算后控制直流永磁力矩电机转动。
在本发明的另一个方面中，所述电机转子采用稀土钕铁硼磁体材料。
本发明的有益效果是：这种直流永磁力矩电机直驱式电动助力转向装置无需安装机械减速机构，占据空间较小、重量较轻；电机长期堵转时能产生足够大的转矩而不损坏。
附图说明：
图1为本发明整体结构示意图。
图2为图1中下部结构放大示意图。
图3为本发明输入轴轴肩与输出轴上扁槽配合结构示意图。
附图中：1、转向轴，2、转向管柱,3、输入轴，4、电机电源线束，5、扭杆弹簧，6、上端盖，7、扭距转角传感器，8、扭矩转角传感器线束，9、上壳体，10、电机位置传感器线束，11、电机外壳，12、电机定子，13、控制器，14、电机转子，15、输出轴，16、电源线束，17、下端盖。
具体实施方式：
下面结合附图及实施例对本发明的实施方式做进一步说明：
在对本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的描述为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
一种直流永磁力矩电机直驱式电动助力转向装置，包括转向轴1、转向管柱2、输入轴3、扭杆弹簧5、输出轴15，还包括直流永磁力矩电机，所述直流永磁力矩电机的电机转子14刚性固定在输出轴15上。所述直流永磁力矩电机还包括电机外壳11、安装固定在电机外壳11上的上端盖6、下端盖17以及安装在电机外壳11内的电机定子12，所述上端盖6与下端盖17分别通过轴承与输出轴15连接。所述转向轴1安装在转向管柱2内，所述转向轴1与输入轴3铆接，输入轴3通过扭杆弹簧5与输出轴15连接。所述输入轴3上设有截面为菱形的轴肩，所述输出轴上设有扁槽，所述轴肩伸入到扁槽内，所述轴肩外围与扁槽之间留有供轴肩在扁槽内转动预定角度的空间。还包括控制器扭矩转角传感器7，所述扭矩转角传感器7安装在输入轴3和输出轴15端部并通过传感器线束与控制器13连接。还包括电机转子位置传感器，所述电机转子位置传感器通过传感器线束10与控制器13连接。所述电机转子位置传感器为Infineon公司的TLE5012B型旋磁传感器。转向扭矩转角传感器检测到的扭矩信号和转角信号传递给控制器，接收到扭矩信号和转角信号后的控制器通过预设的算法计算后控制直流永磁力矩电机转动。所述电机转子14采用稀土钕铁硼磁体材料。
本发明是一种利用电动机直接驱动给汽车转向系统助力的装置，它采用的直流永磁力矩电机通过变频降速提高了电机的输出力矩,与原有转向系统机械系统相结合，组成了新型的电动助力转向装置。该新型电动助力转向装置是由控制器（ECU）、力矩电机、转向扭矩转角传感器、机械部分和线束组成。为了安全性的考虑，我们保留了转向系统直接操纵车辆转向的结构，可以保证在电动助力转向装置失效时保留一定的转向操控力。
本发明采用了稀土钕铁硼磁体材料的电机转子14与输出轴15、电机定子12电机转子位置传感器及电机外壳11组成了直流永磁力矩电机，具有转速低、输出扭矩大、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小、高温环境无退磁忧虑等特点。是一种低速直流伺服电动机，其特点是堵转力矩大，空载转速低，不需要任何减速装置可直接驱动负载，过载能力强。长期堵转时能产生足够大的转矩而不损坏。
本发明采用了直流永磁力矩电机直接助力，省去了传统EPS的减速机构，具有体积小、结构简单、效率高、寿命长的优点；不局限于管柱式EPS，同样适用于小齿轮式、齿条式EPS。
本发明保留了传统转向装置的转向功能，当该装置的电气部分失效时，转向轴能直接驱动输出轴（手感重）进行车辆的转向操作，使该装置具备一定的转向功能，这一功能的实现是依靠输入轴3上轴肩与输出轴上的扁槽的配合来实现的，所述输入轴3上设有截面为菱形的轴肩，所述输出轴上设有扁槽，所述轴肩伸入到扁槽内，所述轴肩外围与扁槽之间留有供轴肩在扁槽内转动预定角度的空间。当轴肩在扁槽内转动时，转向扭矩转角传感器检测到的扭矩信号和转角信号传递给控制器，接收到扭矩信号和转角信号后的控制器通过预设的算法计算后控制直流永磁力矩电机转动，当电气部分失效时，轴肩的转动走完轴肩外围与扁槽之间预留的空间形成的行程，接触到扁槽的槽壁，进而机械地带动输出轴转动。
本发明的扭矩转角传感器7沿用了传统EPS的安装结构；通过检测扭杆弹簧5的变形量来检测转向力矩大小和转角大小；加上电机转子位置传感器的弥补，具有精度高、更利于向自动驾驶发展的优点；
本发明采用的电机转角位置传感器是Infineon的TLE5012B型旋磁传感器，配合本发明的结构能够达到良好的控制效果；
本发明采用的结构是通过由控制器（ECU）控制该直流永磁力矩电机的转动方向，输出力矩大小，转动角度大小等。在汽车驾驶员转动方向盘时，控制器根据扭矩转角传感器采集到的信号来判定提供助力的大小和助力方向。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种直流永磁力矩电机直驱式电动助力转向装置，包括转向轴（1）、转向管柱（2）、输入轴（3）、扭杆弹簧（5）、输出轴（15），其特征是，还包括直流永磁力矩电机，所述直流永磁力矩电机的电机转子（14）刚性固定在输出轴（15）上。
2.根据权利要求1所述的一种直流永磁力矩电机直驱式电动助力转向装置，其特征在于，所述直流永磁力矩电机还包括电机外壳（11）、安装固定在电机外壳（11）上的上端盖（6）、下端盖（17）以及安装在电机外壳（11）内的电机定子（12），所述上端盖（6）与下端盖（17）分别通过轴承与输出轴（15）连接。
3.根据权利要求1所述的一种直流永磁力矩电机直驱式电动助力转向装置，其特征在于，所述转向轴（1）安装在转向管柱内，所述转向轴（1）与输入轴（3）铆接，输入轴（3）通过扭杆弹簧（5）与输出轴（15）连接。
4.根据权利要求3所述的一种直流永磁力矩电机直驱式电动助力转向装置，其特征在于，所述输入轴（3）上设有截面为菱形的轴肩，所述输出轴上设有扁槽，所述轴肩伸入到扁槽内，所述轴肩外围与扁槽之间留有供轴肩在扁槽内转动预定角度的空间。
5.根据权利要求1所述的一种直流永磁力矩电机直驱式电动助力转向装置，其特征在于，还包括扭矩转角传感器（7），所述扭矩转角传感器（7）安装在输入轴（3）和输出轴（15）端部并通过扭矩转角传感器线束（8）与控制器（13）连接。
6.根据权利要求5所述的一种直流永磁力矩电机直驱式电动助力转向装置，其特征在于，还包括电机转子位置传感器，所述电机转子位置传感器通过电机位置传感器线束与控制器（13）连接。
7.根据权利要求6所述的一种直流永磁力矩电机直驱式电动助力转向装置，其特征在于，所述电机转子位置传感器为Infineon公司的TLE5012B型旋磁传感器。
8.根据权利要求6或7所述的一种直流永磁力矩电机直驱式电动助力转向装置，其特征在于，转向扭矩转角传感器检测到的扭矩信号和转角信号传递给控制器，接收到扭矩信号和转角信号后的控制器通过预设的算法计算后控制直流永磁力矩电机转动。
9.根据权利要求1所述的一种直流永磁力矩电机直驱式电动助力转向装置，其特征在于，所述电机转子（14）采用稀土钕铁硼磁体材料。
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