CN115397719A - 转向辅助装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种转向辅助装置。具体地，根据本公开的转向辅助装置包括：定子，该定子具有缠绕在定子上的多个线圈；转子，该转子通过定子旋转；以及连接部，该连接部用于将根据转子的旋转产生的旋转力传递到齿条，其中，连接部以在定子的线圈中的至少一个发生故障时使根据定子的绕组模式产生的振动最小化的方式连接到齿条。

Description

转向辅助装置
技术领域
本公开涉及一种转向辅助装置。
背景技术
通常，车辆采用动力转向辅助装置作为通过减小方向盘的转向力来确保转向稳定性的设备。传统上，液压动力转向(HPS)已经被广泛用作动力转向辅助装置，但是近来被电动动力转向(EPS)代替，该电动动力转向使用马达代替液压泵来促进转向，并且是环保的。
为了实现上述目的，电子转向系统采用电子控制器单元(ECU)，该电子控制器单元是指通过计算机控制车辆发动机、自动变速器或ABS的状态的电子控制装置。此外，随着车辆和计算机性能的发展，ECU还用于控制车辆的所有部件，包括驱动系统、制动系统和转向系统，以及用于控制自动变速器。
近来，随着ECU发挥重要作用，对ECU的可靠性的要求日益增加。因此，采用包括冗余ECU的冗余系统，而不是依赖于单个ECU，当ECU由于错误或对现有ECU的物理冲击而不能正常工作或停止工作时，该冗余ECU代替现有ECU。
随着冗余系统的范围扩大，转向马达(例如用于移动齿条的转向马达)也采用双绕组马达作为冗余系统的一部分，该双绕组马达具有围绕单个马达的两个或更多个线圈绕组，以允许在线圈、马达的关键部件由于(如上述ECU的)错误或物理冲击而停止工作或不能工作时的正常操作。
当双绕组马达被驱动时，可能发生振动。需要一种用于最小化这种振动的方法。
发明内容
技术问题
在上述背景技术中，本公开提供了一种转向辅助装置，该转向辅助装置与齿条连接，以在至少一个线圈失效时使根据绕组模式引起的振动最小化。
技术方案
为了实现上述目的，在一方面，本公开提供一种转向辅助装置，该转向辅助装置包括定子、转子和连接器，多个线圈围绕该定子缠绕，该转子通过定子旋转，该连接器将在转子旋转时而产生的旋转力传递到齿条，其中，当定子的线圈中的至少一个失效时，连接器在使根据定子的绕组模式产生的振动最小化的方向上连接到齿条。
有益效果
根据本公开，转向辅助装置根据定子的绕组模式改变与齿条连接的方向，从而在定子的线圈失效时降低转向辅助装置中的噪声和振动。
附图说明
图1是示例性地示出根据本公开的实施方式的转向辅助装置的示例的图；
图2是示出根据实施方式的定子的绕组模式的图；
图3是示例性地示出根据实施方式的当第二U相线圈、第二V相线圈和第二W相线圈处于图2的定子的绕组模式下时转向辅助装置的振动的方向和强度的图；
图4是示出根据实施方式的连接器通过驱动带将旋转力传递到齿条的示例的图；
图5是示出根据另一实施方式的定子的绕组模式的图；
图6是示例性地示出根据实施方式的当第二U相线圈、第二V相线圈和第二W相线圈处于图5的三相线圈的绕组模式下时转向辅助装置的振动的方向和强度的图；
图7是示出根据另一实施方式的连接器通过驱动带将旋转力传递到齿条的图；
图8a和图8b是示出根据实施方式的连接器沿产生振动的方向连接以减小振动的图；
图9a和图9b是示出根据另一实施方式的连接器沿产生振动的方向连接以减小振动的图；以及
图10是示例性地示出根据实施方式的壳体与齿条固定在一起的图。
具体实施方式
在本公开的示例或实施方式的以下描述中，将参考附图，在附图中，通过图示示出了可以实现的特定示例或实施方式，并且即使当相同或相似的部件在彼此不同的附图中示出时，相同的附图标记和标号也可以用于表示相同或相似的部件。此外，在本公开的示例或实施方式的以下描述中，当确定描述可能使本公开的一些实施方式中的主题相当不清楚时，将省略对并入本文的公知功能和部件的详细描述。在此使用的术语例如“包括”、“具有”、“包含”、“构成”、“组成”和“形成”通常旨在允许添加其它部件，除非该术语与术语“仅”一起使用。如本文所用，单数形式旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。
诸如“第一”、“第二”、“A”、“B”、“(A)”或“(B)”的术语可在这里用于描述本公开的元件。这些术语中的每一个不用于限定元件的本质、顺序、序列或数目等，而仅用于将对应的元件与其它元件区分开来。
当提到第一元件“连接或联接到”、“接触或与之重叠”第二元件等时，应当解释为，不仅第一元件可以“直接连接或联接到”或“直接接触或与之重叠”第二元件，而且第三元件也可以“插设”在第一元件和第二元件之间，或者第一元件和第二元件可以经由第四元件彼此“连接或联接”、“接触或重叠”等。这里，第二元件可以包括在彼此“连接或联接”、“接触或重叠”等的两个或更多个元件中的至少一个中。
当使用诸如“之后”、“随后”、“下一个”、“之前”等的时间相关术语来描述元件或构造的过程或操作，操作、处理、制造方法中的流程或步骤时，这些术语可以用于描述非连续的或非顺序的过程或操作，除非一起使用术语“直接”或“紧接”。
另外，当提及任何尺寸、相对大小等时，应考虑到，即使在未指定相关描述时，元件或特征的数值或对应信息(例如，高度、范围等)也包括可由各种因素(例如，过程因素、内部或外部冲击、噪声等)引起的容限或误差范围。此外，术语“可以”完全涵盖术语“能够”的所有含义。
下面参照图1描述根据实施方式的转向辅助装置10。
图1是示例性地示出根据本公开的实施方式的转向辅助装置10的示例的图。
参照图1，根据本公开的实施方式的转向辅助装置10可以包括转子110、定子120、连接器130和壳体140。
转向辅助装置可以是马达，该马达包括由永磁体形成的转子110和围绕转子110并具有线圈绕组的定子120，并且在转子110通过根据向定子120施加电流而在定子120和转子110之间产生的磁场而轴向旋转时，该马达将电能转换为机械能。
转向辅助装置10将旋转力传递到齿条410，并在由此产生的振动被最小化所沿的方向上连接到齿条410，从而减小转向辅助装置10的振动。
定子120可以在中心接收转子110。定子120可以包括用于接收线圈的多个线圈槽。具体地，定子120可以包括以细金属线的线圈绕组，电流可以流过该线圈绕组以产生磁场。定子120可以包括用于接收线圈的线圈槽。
线圈槽可以被布置成维持距转子110预定距离。可以形成偶数个线圈槽。多个线圈槽可被布置成沿着周向方向彼此间隔开。每个线圈槽可包括从定子120向转子110突出的两个磁极，导线围绕该磁极缠绕。每个线圈槽可以实现三相，该三相可以由U、V和W表示。
转子110可通过定子120旋转并由永磁体形成。此外，如果向定子120施加电流，则转子110可以根据转子110和定子120之间的磁场关系而围绕旋转轴线顺时针或逆时针旋转。
连接器130可以将在转子110旋转时产生的旋转力传递到齿条410。连接器130连接到转子110的中心并且可以包括轴，该轴在转子110的中心沿旋转轴线的方向形成以与转子110一起旋转。
壳体140可以接收定子120和转子110。壳体140可以形成转向辅助装置10的外观。壳体140可以形成为圆柱形，但是不限于特定的形状，只要其形状能够接收定子120和转子110，并且转子110能够在壳体中旋转即可。壳体140可以由金属形成，以即使在高温下也保持形状。
图2是示出根据实施方式的定子120的绕组模式的图。
参照图2，定子120可具有双绕组结构，在该双绕组结构中，第一U相线圈201、201’、第一V相线圈202、202’和第一W相线圈203、203’以及第二U相线圈211、211’、第二V相线圈212、212’和第二W相线圈213、213’围绕定子120缠绕。具体地，定子120可以通过在多个线圈槽中的每一个中实现三相来构造如图2所示的绕组模式，并且第一U相线圈201、201’、第一V相线圈202、202’和第一W相线圈203、203’以及第二U相线圈211、211’、第二V相线圈212、212’和第二W相线圈213、213’可以成对缠绕。换句话说，可以有实现三相的12个线圈槽。
具体地，在第一U相线圈201、201’、第一V相线圈202、202’和第一W相线圈203、203’当中，两对第一U相线圈201、201’、第一V相线圈202、202’和第一W相线圈203、203’以U相、V相和W相的顺序顺时针缠绕，两对第二U相线圈211、211’、第二V相线圈212、212’和第二W相线圈213、213’以U相、V相和W相的顺序逆时针缠绕。
图3是示例性地示出根据实施方式的当第二U相线圈211、211’、第二V相线圈212、212’和第二W相线圈213、213’以图2的定子的绕组模式进行缠绕时转向辅助装置10的振动的方向和强度的图。
参照图3，T1至T12分别可以对应于图2的第一U相线圈201、201’、第一V相线圈202、202’和第一W相线圈203、203’以及第二U相线圈211、211’、第二V相线圈212、212’和第二W相线圈213、213’的位置。例如，第一W相线圈203可以对应于图3的T11。
当连续的第一U相线圈201、201’、第一V相线圈202、202’和第一W相线圈203、203’以及连续的第二U相线圈211、211’、第二V相线圈212、212’和第二W相线圈213、213’以对称结构围绕定子120缠绕时，连接器130可在定子120的中心与连续的第一U相线圈201、201’、第一V相线圈202、202’和第一W相线圈203、203’之间的角度的中间的方向上与齿条410连接。具体地，可以示出，在图2中的三相线圈的布置中，振动强度和方向示出为在连续的第一U相线圈201、201’、第一V相线圈202、202’和第一W相线圈203、203’的方向上，类似于第一U相线圈201、201’、第一V相线圈202、202’和第一W相线圈203、203’的振动强度的振动强度示出为在对称的方向上，即，在连续的第二U相线圈211、211’、第二V相线圈212、212’和第二W相线圈213、213’的方向上。因此，为了使转向辅助装置的振动最小化，连接器130可以在定子120的中心与连续的第一U相线圈201、201’、第一V相线圈202、202’和第一W相线圈203、203’之间的角度的中间的方向上与齿条410连接。换句话说，它可以是定子的中心与T1和T8之间的角度的中间值。
转向辅助装置10和齿条410之间的连接角度不限于定子120的中心与连续的第一U相线圈201、201’、第一V相线圈202、202’和第一W相线圈203、203’之间的角度的中间的上述方向，而是可以根据实际测量而变化。作为示例，如图3所示，如果振动在T9的方向上测量为最大，则转向辅助装置10可在对应于T9的方向上与齿条410连接。
图4是示出根据实施方式的连接器130通过驱动带420将旋转力传递到齿条410的示例的图。
参照图4，连接器130可以包括将在转子110旋转时产生的旋转力传递到齿条410的驱动带420。具体地，连接器130可以包括马达带轮430和螺母带轮450，以通过驱动带420传递旋转力。马达带轮430可联接到驱动带420的一侧，以经由驱动带420传递转子110的旋转力，螺母带轮450可安装在滚珠螺母450的一侧的外周表面上并联接到驱动带420的另一侧。这里，滚珠螺母450可以经由滚珠与齿条410联接并旋转以使齿条410滑动。换句话说，如果电流被施加到定子120，使得转子110通过围绕定子缠绕的线圈与转子110的永磁体之间的磁场关系而旋转，并且轴因此旋转，则马达带轮430旋转，并且连接到驱动带420的螺母带轮450旋转，并且因此，与螺母带轮450联接的滚珠螺母450旋转，从而使齿条410往复运动。
连接器130可以通过驱动带420与齿条410连接，使得驱动带420的带张力面向由于定子120的绕组模式而产生的振动方向，如图3所示。换句话说，驱动带420的带张力可以如图4的箭头所示形成。
图5是示出根据另一实施方式的定子120的绕组模式的图。
参照图5，连续的第一U相线圈201、201’、第一V相线圈202、202’和第一W相线圈203、203’以及连续的第二U相线圈211、211’、第二V相线圈212、212’和第二W相线圈213、213’围绕定子120交替地缠绕，并且当第二U相线圈211、211’、第二V相线圈212、212’和第二W相线圈213、213’失效时，连接器130可在连续的第一U相线圈201、201’、第一V相线圈202、202’和第一W相线圈203、203’缠绕所沿的方向上与齿条410连接。具体地，如图5所示，第一U相线圈201、第一V相线圈202和第一W相线圈203可以以第一U相线圈201、第一V相线圈202和第一W相线圈203的顺序逆时针缠绕，第二U相线圈211、第二V相线圈212和第二W相线圈213可以以第二U相线圈211、第二V相线圈212和第二W相线圈213的顺序逆时针缠绕，挨着上述第一U相线圈201、第一V相线圈202和第一W相线圈203，其它第一U相线圈201’、第一V相线圈202’和第一W相线圈203’可以以与上述第一U相线圈201、第一V相线圈202和第一W相线圈203相同的顺序缠绕，挨着上述第二U相线圈211、第二V相线圈212和第二W相线圈213，其它第二U相线圈211’、第二V相线圈212’和第二W相线圈213’可以以与上述第二U相线圈211、第二V相线圈212和第二W相线圈213相同的顺序缠绕，挨着第一U相线圈201’、第一V相线圈202’和第一W相线圈203’。当定子120的绕组模式是上述绕组模式时，连接器130可在第一U相线圈201、第一V相线圈202和第一W相线圈203缠绕或其它第一U相线圈201’、第一V相线圈202’和第一W相线圈203’缠绕所沿的方向上与齿条410连接。
图6是示例性地示出根据实施方式的当第二U相线圈211、211’、第二V相线圈212、212’和第二W相线圈213、213’以图5的三相线圈的绕组模式缠绕时转向辅助装置10的振动的方向和强度的图。
参照图6，可以示出，在图5的三相线圈的布置中，振动强度和方向示出为在连续的第一U相线圈201、201’、第一V相线圈202、202’和第一W相线圈203、203’的方向的两个相对侧。因此，连接器130可在第一U相线圈201、201’、第一V相线圈202、202’和第一W相线圈203、203’缠绕所沿的方向上与齿条410连接，以使转向辅助装置10的振动最小化。连接器130可在第一U相线圈201、201’、第一V相线圈202、202’和第一W相线圈203、203’当中的任何一个线圈缠绕所沿的方向上连接，并且在图6所示的情况下，连接器130可在T8的方向上连接。相反，当第一U相线圈201、201’、第一V相线圈202、202’和第一W相线圈203、203’失效时，振动强度和方向将示出为在第二U相线圈211、211’、第二V相线圈212、212’和第二W相线圈213、213’的方向的两个相对侧，使得连接器130可在第二U相线圈211、211’、第二V相线圈212、212’和第二W相线圈213、213’缠绕所沿的方向上与齿条410连接，以使转向辅助装置10的振动最小化。
根据前面的描述，转向辅助装置10可根据定子120的绕组模式中的绕组模式改变与齿条410连接的方向，从而当第二U相线圈211、211’、第二V相线圈212、212’和第二W相线圈213、213’失效时，使被驱动的转向辅助装置10的振动和噪声最小化。
图7是示出根据另一实施方式的连接器130通过驱动带420将旋转力传递到齿条410的示例的图。
参照图7，连接器130可通过驱动带420将旋转力传递到齿条410，以使图6所示的转向辅助装置10的振动方向和强度最小化。连接器130可被连接成使得驱动带420的带张力由于如图6所示的定子120的绕组模式而在振动的方向上形成。如图6所示，当存在两个或更多个振动方向时，连接器130可在两个方向中的任一个方向上连接。换句话说，连接器130可以在T2或T8的任一个方向上与齿条410连接。
连接器130可以使用包括蜗杆轴和蜗轮的减速器将转子110的旋转力传递到齿条410。具体地，连接器130可以根据绕组模式在使转向辅助装置10的振动和噪声最小化的方向上与减速器连接，并且减速器可以通过小齿轮经由从连接器130接收的旋转力使齿条410往复运动。
图8a和图8b是示出根据实施方式的连接器130在产生振动的方向上连接以减小振动的图。
参照图8a，在图8a的定子120具有如图2所示的线圈布置，并且第二U相线圈211、211’、第二V相线圈212、212’和第二W相线圈213、213’失效的情况下，如果转子通过仅施加到第一U相线圈201、201’、第一V相线圈202、202’和第一W相线圈203、203’的电流而旋转，则振动可以在如图8a所示的左右方向(例如，图3的T9和T4方向)上产生。因此，为了减小转向辅助装置10的振动，参照图8b，连接器130可通过改变定子120被设置的角度而在产生振动的方向上与定子120连接。通过利用由驱动带420朝向齿条410(下方向)形成的带张力来保持在上下方向上振动的转向辅助装置10，可以减小转向辅助装置10的振动。换句话说，当定子120逆时针旋转使得振动方向变为上/下方向时，可以减小转向辅助装置10的振动。
图9a和图9b是示出根据另一实施方式的连接器130在产生振动的方向上连接以减小振动的图。
参照图9a和图9b，在图9a中，当根据图8a所示的绕组模式的第二U相线圈211、211’、第二V相线圈212、212’和第二W相线圈213、213’失效时，振动可以在左/右方向上产生。因此，为了减小转向辅助装置10的振动，连接器130可与设置成使得定子120的振动方向面向齿条的定子连接，如图9a所示。定子120的位置从齿条410的上表面移位到侧表面，使得齿条410在转向辅助装置10的振动方向上定位，并且由于转向辅助装置10通过驱动带420与齿条410连接，所以可以减小转向辅助装置10在左/右方向上的振动。
在本公开中，转向辅助装置10的连接位置的改变可以被定义为连接器130的改变。
图10是示例性地示出根据实施方式的壳体140与齿条410固定在一起的图。
参照图10，连接器130可与齿条410连接使得壳体140的面向齿条410的一个表面间隔开。具体地，连接器130可以根据定子120的绕组模式在最小化转向辅助装置10的振动和噪声的方向上与齿条410连接。为了进一步减小振动和噪音，连接器130可以连接成与齿条410间隔开预定间隔。此外，壳体140可以通过螺栓结构连接，使得壳体140的面向齿条410的一个表面被固定，从而进一步减小转向辅助装置10的振动和噪音。此外，壳体140可以通过螺栓结构连接，使得壳体140的面向围绕齿条410的齿条壳体的一个表面被固定到齿条壳体。
如上所述，根据本公开，转向辅助装置10可根据定子120的绕组模式改变与齿条410连接的方向，从而在定子120的线圈失效时使转向辅助装置10的振动和噪声最小化。
已经呈现了以上描述以使得本领域的任何技术人员能够做出和使用本公开的技术思想，并且已经在特定应用及其要求的上下文中提供了以上描述。对所描述的实施方式的各种修改、添加和替换对于本领域技术人员将是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本文所定义的一般原理可以应用于其它实施方式和应用。以上描述和附图仅出于说明的目的提供了本公开的技术思想的示例。即，所公开的实施方式旨在说明本公开的技术思想的范围。因此，本公开的范围不限于所示的实施方式，而是应被赋予与权利要求一致的最广范围。本公开的保护范围应当基于所附权利要求来解释，并且在其等同物的范围内的所有技术思想应当被解释为包括在本公开的范围内。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年4月14日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2020-0045489的优先权，该申请的公开内容通过引用整体合并于此。

Claims (7)

1.一种转向辅助装置，所述转向辅助装置包括：
定子，多个线圈围绕所述定子缠绕；
转子，所述转子通过所述定子旋转；以及
连接器，所述连接器将在所述转子旋转时产生的旋转力传递到齿条，
其中，当所述定子的所述线圈中的至少一个失效时，所述连接器在使根据所述定子的绕组模式产生的振动最小化的方向上连接到所述齿条。
2.根据权利要求1所述的转向辅助装置，其中，所述定子具有双绕组结构，在所述双绕组结构中，第一U相线圈、第一V相线圈和第一W相线圈以及第二U相线圈、第二V相线圈和第二W相线圈围绕所述定子缠绕。
3.根据权利要求2所述的转向辅助装置，其中，当连续的所述第一U相线圈、所述第一V相线圈和所述第一W相线圈以及连续的所述第二U相线圈、所述第二V相线圈和所述第二W相线圈以对称结构围绕所述定子缠绕时，所述连接器在所述定子的中心与连续的所述第一U相线圈、所述第一V相线圈和所述第一W相线圈中的任一者之间的角度的中间的方向上与所述齿条连接。
4.根据权利要求2所述的转向辅助装置，其中，当连续的所述第一U相线圈、所述第一V相线圈和所述第一W相线圈以及连续的所述第二U相线圈、所述第二V相线圈和所述第二W相线圈围绕所述定子交替地缠绕，并且连续的所述第二U相线圈、所述第二V相线圈和所述第二W相线圈断开时，所述连接器在连续的所述第一U相线圈、所述第一V相线圈和所述第一W相线圈缠绕所沿的方向上与所述齿条连接。
5.根据权利要求1所述的转向辅助装置，所述转向辅助装置还包括壳体，在所述壳体中容纳所述定子和所述转子，
其中，所述连接器与所述齿条连接，使得所述壳体的面向所述齿条的一个表面间隔开。
6.根据权利要求5所述的转向辅助装置，其中，所述壳体通过螺栓结构联接，使得所述壳体的所述一个表面被固定。
7.根据权利要求1所述的转向辅助装置，其中，所述连接器包括将旋转力传递到所述齿条的驱动带，并且
其中，所述驱动带围绕所述齿条缠绕，以在使振动最大化的方向上形成带张力。
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