CN111756202A - 一种双移30度冗余转向电机单元 - Google Patents

一种双移30度冗余转向电机单元 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双移30度冗余转向电机单元，包括电机壳体、电机前端盖、电机后端盖、双转子总成和接线双定子结构，所述前端盖和后端盖分别通过连接螺栓设置在电机壳体的前后两侧，定子组件设置在电机壳体内部，双转子总成嵌入接线双定子结构的内部，所述接线双定子结构设有四套独立绕组，其中，两套绕组为一组，且两组绕组在空间位置上错开电气角度30度。本发明实施四套独立绕组，如果转向系统其中一套绕组及驱动控制电路失效，剩余三套绕组在安全性上可以提供至少75%的助力，不会影响驾驶员操控方向盘，充分满足自动驾驶的安全需求。

Description

一种双移30度冗余转向电机单元
技术领域
本发明涉及汽车电动助力转向系统技术领域，具体是一种双移30度冗余转向电机单元。
背景技术
汽车电动助力转向系统EPS是整车上关系到驾乘人员人身安全最重要的总成之一，必须考虑冗余安全设计，以保证在任何情况下可以提供基本、可控的转向能力。当前，汽车电动助力转向系统EPS由电控部分和机械结构组成。在传统的EPS系统电控部分失效的情况下，驾驶员只能通过管柱等机械结构驱动转向马上靠边停车，无法满足更高等级如自动驾驶等安全要求。
发明内容
发明目的:针对上述现有技术中存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种双移30度冗余转向电机单元。采用8极12槽定转子双移30度相位的电机技术，为冗余系统的安全性提供了支撑，同时通过定转子在空间电气角度上的双移，实现扭矩波动从电机技术上的相互抵消作用；绕组的相互独立性，从电机技术上更好地得到了提高；巧妙的电机结构设计考虑到电机量产的可制造性，奠定基础。
技术方案:为达到上述目的,本发明所述的一种双移30度冗余转向电机单元，包括电机壳体、电机前端盖、电机后端盖、双转子总成和接线双定子结构，所述前端盖和后端盖分别通过连接螺栓设置在电机壳体的前后两侧，定子组件设置在电机壳体内部，双转子总成嵌入接线双定子结构的内部，所述接线双定子结构设有四套独立绕组，其中，两套绕组为一组，且两组绕组在空间位置上错开电气角度30度。
进一步地，接线双定子结构5包括两个接线定子，每个接线定子内的12个槽内逆时针排列S1-S12定子线圈，12个定子线圈组成两套绕组，其中A绕组包括S1-S6定子线圈，B绕组包括S7-S12定子线圈，在A绕组中 S1和S4串联组成一相，S2和S5串联组成一相，S3和S6串联组成一相；B绕组中S7和S10串联组成一相，S8和S11串联组成一相，S9和S12串联组成一相。
进一步地，所述接线定子包括定子铁芯、接线骨架、绝缘骨架、接线端子、接线端子固定座，两套绕组设置在定子铁芯内部，所述绝缘骨架和接线骨架与定子铁芯相适配，接线端子通过接线端子固定座设置在接线骨架上。
进一步地，上述两个接线定子相对位置错开机械角度7.5度。
进一步地，所述双转子总成包括两套转子铁芯组件、电机转轴、转子位置传感器、前轴承和后轴承，所述两套转子铁芯组件设置在电机转轴上，电机转轴的一端通过前轴承与前端盖连接，另一端通过后轴承与后端盖连接，所述电机转轴上靠近后轴承处还设有转子位置传感器。
进一步地，上述两套转子铁芯组件相对位置错开机械角度15度。
进一步地，两套转子铁芯组件之间中间设有圆形的隔瓷片。实现双移电机转子特点，对每个转子的每段磁路进行隔磁，达到磁场上真正的封闭，实现定转子磁场的有效性隔离的优势特性更好的体现。
进一步地，所述转子铁芯组件包括磁钢固定支架、磁钢和转子铁芯，所述磁钢固定支架设置在转子铁芯的外围，磁钢安装在磁钢固定架上。
进一步地，所述电机为8极12槽电机，，由两个独立的控制器驱动，所述控制器包括主控芯片、预驱动模块和电池模块，所述主控制芯片的输出端与预驱动模块的输入端连接，预驱动模块的输出端通过电池模块与十二相电机连接。电机的四套绕组独立设计，绝缘隔离性强，实行四套绕组，双控制器四套驱动电路，相当于分别独立控制四个三相电机，当驾驶员驾驶时，若转向系统内部某一套失效，剩余三套绕组可以实现助力四分之三，从功能安全技术上达到冗余备份的目的。
一种双移30度冗余转向电机单元的装配方法，具体步骤如下：
（1）、在电机转轴前端压入隔磁片，同时电机转轴两侧分别从两侧压入一个转子铁芯组件，两个转子铁芯组件之间相对位置错开15度机械角度，保证转子的电气角度特性，形成双转子总成；
（2）、将绕好线的接线双定子结构压入电机壳体，分别从两侧压入一个接线定子，两接线定子之间的相对位置错开7.5度机械角度，保证定子电气角度特性；
（3）、双转子总成前端压入前端盖，在前端盖上反铆接前轴承，同时将已压好的转子铁芯组件通过压力机和前端盖带前轴承的组件压入成一个转子组件整体，最后将后轴承铆接固定到转子铁芯组件上；
（4）、将接线双定子结构垂直固定在压台上，用气缸头顶着转子铁芯组件两端的电机转轴的中心孔，垂直送入接线双定子结构，完成接线双定子结构和双转子总成的装配；
（5）、将接线双定子结构垂直固定在压台上，用气缸头顶着转子组件总成两端的电机转轴的中心孔，垂直送入电机后端盖，将使其完整的进行装配。
上述技术方案可以看出，本发明的有益效果为：
（1）本发明所述的一种双移30度冗余转向电机单元，实施四套独立绕组，如果转向系统其中一套绕组及驱动控制电路失效，剩余三套绕组在安全性上可以提供至少75%的助力，不会影响驾驶员操控方向盘，充分满足自动驾驶的安全需求。
（2）本发明所述的一种双移30度冗余转向电机单元，单从电机本身来说，是高可靠性、高容错性的多相电机，四套绕组单独分开，两套为一组，两组之间在空间相位相差30电角度，利用电机内部磁场特性，达到消除电机本身扭矩波动的目的。
（3）本发明所述的一种双移30度冗余转向电机单元，采用双转子结构，一根电机轴，实施两个转子从两侧分别压装技术，同时，在轴两侧同时设计压装定位，方便两转子铁芯错开15度机械角度的定位压入轴；将磁钢固定的塑料线架与转子铁芯注塑于一体，省去磁钢固定时粘胶水的工艺，方便磁铁固定且简化工艺流程，提高生产效益。
（4）本发明所述的一种双移30度冗余转向电机单元，由于电机是径向磁路，双转子结构的两个转子中间压装隔磁片，对于转子的每段磁路进行隔磁，达到磁场上真正的封闭。
（5）本发明所述的一种双移30度冗余转向电机单元，8极12槽电机定子采用拼块式定子铁芯技术，巧妙的开放式机壳结构设计，方便接线双定子从两侧分别压入电机壳体；同时两种定子结构单独设计，体现冗余电机的隔离安全性，同时两个定子空间相差7.5度电气角度，通过实现真正的定子电气角度的双移，配合转子的斜极技术，来达到抵消扭矩波动的技术特色。
附图说明
图1为本发明的电机外观结构示意图；
图2为本发明的电机剖面图；
图3为本发明的双转子总成的结构示意图；
图4为本发明的转子铁芯的结构示意图；
图5为本发明的接线定子的结构示意图；
图6为本发明的接线双定子结构的立体结构示意图；
图7为本发明的接线双定子结构的剖面示意图；
图8为本发明的接线定子与电机壳体的组装结构示意图；
图９为本发明的电机控制系统框图；
图10为本发明的定转子的剖切结构示意图；
图11为本发明的定子线圈的连线示意图。
图中：电机壳体1、前端盖2、后端盖3、双转子总成4、转子铁芯组件41、磁钢固定支架411、磁钢412和转子铁芯413、电机转轴42、转子位置传感器43、前轴承44、后轴承45、隔磁片46、接线双定子结构5、接线定子51、定子铁芯511、接线骨架512、绝缘骨架513、接线端子514、接线端子固定座515、连接螺栓6。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
如图1-10所示的一种双移30度冗余转向电机单元，包括电机壳体1、前端盖2、后端盖3、双转子总成4和接线双定子结构5，所述前端盖2和后端盖3分别通过连接螺栓6安装在电机壳体1的前后两侧，接线双定子结构5设置在电机壳体1内部，双转子总成4嵌入接线双定子结构5的内部，所述接线双定子结构5设有四套独立绕组，其中，两套绕组为一组，且两组绕组在空间位置上错开电气角度30度。
本实施例中所述接线双定子结构5包括两个接线定子51，每个接
线定子内的12个槽内逆时针排列S1-S12定子线圈，12个定子线圈组成两套绕组，其中A绕组包括S1-S6定子线圈，B绕组包括S7-S12定子线圈，在A绕组中 S1和S4串联组成一相，S2和S5串联组成一相，S3和S6串联组成一相；B绕组中S7和S10串联组成一相，S8和S11串联组成一相，S9和S12串联组成一相。
具体连接关系如图11所示，所述接线定子51包括定子铁芯511、接线骨架512、绝缘骨架513、接线端子514、接线端子固定座515，两套绕组6设置在定子铁芯511内部，所述绝缘骨架513和接线骨架512与定子铁芯511相适配，接线端子514通过接线端子固定座515设置在接线骨架512上。
本实施例中上述两个接线定子51相对位置错开机械角度7.5度。
本实施例中所述双转子总成4包括两套转子铁芯组件41、电机转轴42、转子位置传感器43、前轴承44和后轴承45，所述两套转子铁芯组件41设置在电机转轴42上，电机转轴42的一端通过前轴承44与前端盖2外侧的丝爪7连接，另一端通过后轴承45与后端盖3连接，所述电机转轴42上靠近后轴承45处还设有转子位置传感器43。
本实施例中上述两套转子铁芯组件41相对位置错开机械角度15度。
本实施例中两套转子铁芯组件41之间中间设有圆形的隔瓷片46。
本实施例中所述两套转子铁芯组件41包括磁钢固定支架411、磁钢412和转子铁芯413，所述磁钢固定支架411设置在转子铁芯413的外围，磁钢412安装在磁钢固定架411上。
本实施例中所述电机为8极12槽电机，由两个独立的控制器驱动，所述控制器包括主控芯片、预驱动模块和电池模块，所述主控制芯片的输出端与预驱动模块的输入端连接，预驱动模块的输出端通过电池模块与十二相电机连接。
一种双移30度冗余转向电机单元的装配方法，具体步骤如下：
(1)、在电机转轴42前端压入隔磁片46，同时电机转轴42两侧分别从两侧压入一个转子铁芯组件41，两个转子铁芯组件41之间相对位置错开15度机械角度，保证转子的电气角度特性，形成双转子总成4；
(2)、将绕好线的接线双定子结构5压入电机壳体1，分别从两侧压入一个接线定子51，两接线定子51之间的相对位置错开7.5度机械角度，保证定子电气角度特性；
(3)、双转子总成4前端压入前端盖2，在前端盖2上反铆接前轴承(44)，同时将已压好的转子铁芯组件41通过压力机和前端盖2带前轴承42的组件压入成一个转子组件整体，最后将后轴承45铆接固定到转子铁芯组件41上；
(4)、将接线双定子结构5垂直固定在压台上，用气缸头顶着转子铁芯组件41两端的电机转轴42的中心孔，垂直送入接线双定子结构5，完成接线双定子结构5和双转子总成4的装配；
(5)、将接线双定子结构5垂直固定在压台上，用气缸头顶着转子组件总成4两端的电机转轴42的中心孔，垂直送入电机后端盖3，将使其完整的进行装配。
本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种双移30度冗余转向电机单元，包括电机壳体（1）、前端盖（2）、后端盖（3）、双转子总成（4）和接线双定子结构（5），所述前端盖（2）和后端盖（3）分别通过连接螺栓（6）安装在电机壳体（1）的前后两侧，接线双定子结构（5）设置在电机壳体（1）的内部，双转子总成（4）嵌入接线双定子结构（5）的内部，所述接线双定子结构（5）设有四套独立绕组，其中，两套绕组为一组，且两组绕组在空间位置上错开电气角度30度。
2.根据权利要求1所述的一种双移30度冗余转向电机单元，其特征在于：所述接线双定子结构（5）包括两个接线定子（51），所述接线定子（51）包括定子铁芯（511）、接线骨架（512）、绝缘骨架（513）、接线端子（514）、接线端子固定座（515），两套绕组（6）设置在定子铁芯（511）内部，所述绝缘骨架（513）和接线骨架（512）与定子铁芯（511）相适配，接线端子（514）通过接线端子固定座（515）设置在接线骨架（512）上。
3. 根据权利要求2所述的一种双移30度冗余转向电机单元，其特征在于：每个接线定子（51）内的12个槽内逆时针排列S1-S12定子线圈，12个定子线圈组成两套绕组，其中A绕组包括S1-S6定子线圈，B绕组包括S7-S12定子线圈，在A绕组中 S1和S4串联组成一相，S2和S5串联组成一相，S3和S6串联组成一相；B绕组中S7和S10串联组成一相，S8和S11串联组成一相，S9和S12串联组成一相。
4.根据权利要求3所述的一种双移30度冗余转向电机单元，其特征在于：上述两个接线定子（51）相对位置错开机械角度7.5度。
5.根据权利要求1所述的一种双移30度冗余转向电机单元，其特征在于：所述双转子总成（4）包括两套转子铁芯组件（41）、电机转轴（42）、转子位置传感器（43）、前轴承（44）和后轴承（45），所述两套转子铁芯组件（41）设置在电机转轴（42）上，电机转轴（42）的一端通过前轴承（44）与前端盖（2）外侧的丝爪（7）连接，另一端通过后轴承（45）与后端盖（3）连接，所述电机转轴（42）上靠近后轴承（45）处还设有转子位置传感器（43）。
6.根据权利要求5所述的一种双移30度冗余转向电机单元，其特征在于：上述两套转子铁芯组件（41）相对位置错开机械角度15度。
7.根据权利要求6所述的一种双移30度冗余电机单元，其特征在于：两套转子铁芯组件（41）之间中间设有圆形的隔瓷片（46）。
8.根据权利要求5所述的一种双移30度冗余电机单元，其特征在于：所述两套转子铁芯组件（41）包括磁钢固定支架（411）、磁钢（412）和转子铁芯（413），所述磁钢固定支架（411）设置在转子铁芯（413）的外围，磁钢（412）安装在磁钢固定架（411）上。
9.根据权利要求1所述的一种双移30度冗余电机单元，其特征在于：所述电机为8极12槽电机，由两个独立的控制器驱动，所述控制器包括主控芯片、预驱动模块和电池模块，所述主控制芯片的输出端与预驱动模块的输入端连接，预驱动模块的输出端通过电池模块与十二相电机连接。
10.一种双移30度冗余转向电机单元的装配方法，其特征在于：具体步骤如下：
（1）、在电机转轴(42)前端压入隔磁片（46），同时电机转轴（42）两侧分别从两侧压入一个转子铁芯组件（41），两个转子铁芯组件（41）之间相对位置错开15度机械角度，保证转子的电气角度特性，形成双转子总成（4）；
（2）、将绕好线的接线双定子结构（5）压入电机壳体（1），分别从两侧压入一个接线定子（51），两接线定子（51）之间的相对位置错开7.5度机械角度，保证定子电气角度特性；
（3）、双转子总成（4）前端压入前端盖（2），在前端盖（2）上反铆接前轴承(44)，同时将已压好的转子铁芯组件（41）通过压力机和前端盖（2）带前轴承（42）的组件压入成一个转子组件整体，最后将后轴承（45）铆接固定到转子铁芯组件（41）上；
（4）、将接线双定子结构（5）垂直固定在压台上，用气缸头顶着转子铁芯组件（41）两端的电机转轴（42）的中心孔，垂直送入接线双定子结构（5），完成接线双定子结构（5）和双转子总成（4）的装配；
（5）、将接线双定子结构（5）垂直固定在压台上，用气缸头顶着转子组件总成（4）两端的电机转轴（42）的中心孔，垂直送入电机后端盖（3），将使其完整的进行装配。
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