CN115593500A - 用于车辆的马达、转向反馈致动器装置和转向装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于车辆的马达、转向反馈致动器装置和转向装置。根据本实施方式的用于车辆的马达可以包括：马达壳体；马达轴，该马达轴与该马达壳体联接以便相对于该马达壳体相对旋转；双转子，该双转子包括连接到该马达轴上的内转子和外转子；以及双定子，包括设置在内转子内侧的内定子和设置在外转子外侧的外定子。

Description

用于车辆的马达、转向反馈致动器装置和转向装置
技术领域
本公开涉及用于车辆的马达、转向反馈致动器装置和具有该转向反馈致动器装置的转向装置。更详细地，本公开涉及用于车辆的马达和包括该马达的线控转向式转向装置等，所述马达包括设置在内侧和外侧的双转子以及设置在内侧和外侧的双定子。
背景技术
许多马达用在车辆的转向装置、制动装置、动力系统等。
特别地，电动车辆、氢燃料车辆等近来已经积极地发展，因此在车辆内使用马达的需要进一步增加。
作为使用马达的车辆装置之一，使用转向装置作为用于控制车辆行进方向的装置，并且近来，广泛使用其中转向马达通过电子控制提供控制车辆行进方向所需的转向力的电动转向(以下称为“EPS”)装置。
这样的EPS转向装置根据由驾驶员施加到方向盘的转向转矩驱动EPS转向马达，并操作以旋转转向柱或移动连接到转向柱的齿条。
为此，EPS转向装置包括EPS转向马达和控制转向马达的转向电子控制单元(ECU)，用于通过以预定比率减小输出旋转数来获得高旋转输出的减速器连接到转向马达，并且减速器与转向柱或齿条互锁地操作。转向系统的示例包括线控转向(SBW)式系统的转向装置，其中方向盘侧装置和驱动侧装置彼此机械地分离。
这种SBW式转向装置包括方向盘侧组件和驱动侧组件，并且方向盘侧组件和驱动侧组件彼此机械分离。
除了方向盘和转向柱之外，方向盘侧组件可以包括用于根据方向盘的转向提供转向感觉(振动等)的转向反馈致动器(SFA)。
这种转向反馈致动器包括反馈马达、减速器等，并且为了提供精确的转向感觉，需要确保低的齿槽转矩和预定水平或更高的输出。为了确保低的齿槽转矩和预定水平或更高的输出，SBW型的通用转向反馈致动器除了反馈马达之外还使用滑轮-皮带型或蜗杆-轴/蜗轮型的减速器。
因此，根据使用带轮型或蜗杆轴/蜗轮型减速器，存在转向反馈致动器的结构变得复杂，布局难以设计等问题。
此外，同样在车辆中使用的各种马达的情况下，如用于上述转向反馈致动器的马达，需要实现预定水平或更高的输出，同时使齿槽转矩最小化。
本发明提出了一种用于车辆的马达，该马达具有低的齿槽转矩并且能够在不使用减速器的情况下实现预定水平或更高的输出。
发明内容
为了解决上述问题，本公开的一个目的是提供一种用于车辆的马达，该马达确保具有最小的齿槽转矩的预定输出。
此外，本发明的另一个目的是提供一种用于车辆的马达，其具有简单的结构，同时提供低的齿槽转矩和预定的输出。
此外，本发明的又一目的是提供一种线控转向式转向装置或转向反馈致动器装置，其包括转向反馈马达，该转向反馈马达能够以最小的齿槽转矩确保预定输出。
为了解决上述问题，根据一个实施方式，可以提供一种用于车辆的马达，包括：马达壳体；马达轴，该马达轴与该马达壳体联接以便相对于该马达壳体相对旋转；双转子，该双转子包括连接到该马达轴上的内转子和外转子；以及双定子，包括设置在内转子内侧的内定子和设置在外转子外侧的外定子。
此外，根据另一个实施方式，可以提供一种转向装置，所述转向装置是线控转向式转向装置，该转向装置包括：行走轮致动器(RWA)；以及转向反馈致动器(SFA)，其中所述转向反馈致动器包括方向盘；转向柱，其连接至所述转向盘，以及转向反馈马达，其连接至所述转向柱并用于为所述转向盘提供转向反馈转矩，其中，所述转向反馈马达包括：马达轴，其在轴向上连接至所述转向柱；双转子，其包括连接至所述马达轴的内转子和外转子；以及双定子，包括设置在内转子内侧的内定子和设置在外转子外侧的外定子。
此外，根据另一个实施方式，可以提供一种转向反馈致动器装置，该转向反馈致动器装置是包括线控转向式转向装置的转向反馈致动器(SFA)装置，并且与车轮致动器(RWA)分开地操作，该转向反馈致动器装置包括：方向盘；转向柱，其连接到所述方向盘；转向反馈马达，其与所述转向柱连接，用于为所述方向盘提供转向反馈转矩，所述转向反馈马达包括在轴向上连接到所述转向柱的马达轴，包括连接到所述马达轴的内转子和外转子的双转子，以及双定子，包括设置在内转子内侧的内定子和设置在外转子外侧的外定子。
此时，定义为内转子的第一极(pole)的数量和内定子的第一槽的数量的最小公倍数的第一槽-极值和定义为外转子的第二极的数量和外定子的第二槽的数量的最小公倍数的第二槽-极值彼此不同。
此外，可以根据第一槽-极值和第二槽-极值的最小公倍数来确定用于车辆的马达或转向反馈马达的齿槽转矩的阶(order)。
更具体地，它可以被配置成使得第一极的数量是6，第一槽的数量是9，第二极的数量是10，第二槽的数量是12，并且第一槽-极值和第二槽-极值的最小公倍数是180。
作为另一示例，其可以被配置成使得第一极的数量是8，第一槽的数量是9，第二极的数量是10，第二槽的数量是12，并且第一槽-极值和第二槽-极值的最小公倍数是360。
此外，在内转子和外转子之间还可以设置磁性绝缘体。
根据本公开的实施方式，可以确保预定输出，同时最小化用于车辆的马达的齿槽转矩。此外，根据本公开的实施方式，用于车辆的马达具有简单的结构，同时提供低的齿槽转矩和预定的输出。
此外，根据本公开的实施方式，提供了一种在向线控转向式转向装置中的方向盘提供反馈的转向反馈马达中确保预定输出的效果，其中转向反馈马达的齿槽转矩被最小化。
附图说明
图1示出其中使用马达的一般电动转向(EPS)系统的示意性结构。
图2示出了可应用本实施方式的线控转向(SBW)式转向装置的整个构造的一个示例。
图3示出了可应用本实施方式的线控转向(SBW)式转向装置的整体构造的另一示例。
图4是示出图3所示的转向装置中使用的马达的齿槽转矩的阶的图。
图5是根据本实施方式的用于车辆的马达的透视图。
图6是根据本实施方式的用于车辆的马达的一部分的放大透视图。
图7是沿图5所示的线I-I'截取的用于车辆的马达的截面图。
图8是沿图5中的线II-II'截取的用于车辆的马达的截面图。
图9示出了根据本实施方式的用于车辆的马达的槽-极值的一个示例。
图10示出了根据本实施方式的用于车辆的马达的槽-极值的另一示例。
图11是使用了本实施方式的转向反馈马达的线控转向式转向装置的整体结构图。
图12是表示本实施方式的车辆用马达的齿槽转矩的变化的曲线图。
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，通过图示的方式示出了可以实现的特定示例或实施方式，并且其中，即使当在彼此不同的附图中示出相同的附图标记和符号时，也可以使用相同的附图标记和符号来指示相同或相似的组件。此外，在本公开的示例或实施方式的以下描述中，当确定该描述可能使本公开的一些实施方式中的主题不清楚时，将省略对并入本文的公知功能和组件的详细描述。
本文可使用诸如“第一”、“第二”、“A”、“B”、“(A)”或“(B)”等术语来描述本公开的要素。这些术语中的每一个不用于定义要素的本质、顺序、序列或数量等，而仅仅用于将相应的要素与其它要素区分开。当提到第一元件“连接或耦合到”、“接触或重叠”等第二元件时，应解释为不仅第一元件可“直接连接或耦合到”或“直接接触或重叠”第二元件，而且第三元件也可“插入”在第一与第二元件之间，或第一与第二元件可经由第四元件彼此“连接或耦合到”、“接触或重叠”等。
在下文中，将说明实施方式。
图1示出使用马达的一般电动转向(EPS)系统的示意性结构。
参见图1，涉及一般车辆的转向的整个系统包括方向盘10和转向柱组件，该转向柱组件包括连接到方向盘的转向柱12，其中，小齿轮13形成在转向柱12的另一端。
涉及车辆转向的整个系统包括：齿条杆14，齿条杆14中形成有与转向柱的小齿轮齿轮联接的齿条齿轮；以及左/右车轮16，左/右车轮16通过系杆15连接到齿条杆14的左侧和右侧。
如果驾驶员转动方向盘和转向柱，则与其连接的齿轮结构将齿条杆移动到左侧和右侧，并且车轮的方向随之改变，由此执行转向。
在EPS转向装置中，为了辅助这种驾驶员的转向，转向马达19被包括。转向马达19通过预定的齿轮减速结构(未示出)提供用于旋转转向柱或移动齿条的辅助转向力。
此外，还包括布置成邻近转向柱12的传感器17。传感器17可以包括检测由驾驶员施加到转向柱的转向转矩的转矩传感器、检测转向柱的旋转角的转向角传感器等。
EPS转向装置可包括根据转向马达的安装位置为转向柱12提供辅助转向力的柱型(C型)转向装置和为齿条14提供辅助转向力的齿条型(R型)转向装置，图1示出了C型转向装置。
这种EPS转向装置的驱动器可以包括由控制器控制的转向马达19和布置在转向马达和转向柱12或齿条14之间的减速器。
减速器(未示出)可包括蜗杆-蜗轮类型或滑轮-皮带类型，并将转向马达的输出轴的旋转减小预定的减速比，并将减小的旋转传递到转向柱或齿条。
图2和图3示出了可应用本实施方式的线控转向(SBW)式转向装置的整个构造的示例。
作为转向系统的一个示例，存在线控转向(SBW)型的转向装置，其中方向盘侧装置和驱动齿条的驱动侧装置彼此机械地分离。
这种SBW式转向装置包括方向盘侧组件和驱动侧组件，并且方向盘侧组件和驱动侧组件彼此机械分离。
方向盘侧组件可以包括转向反馈致动器(SFA)，该转向反馈致动器用于除了方向盘和转向柱之外还根据方向盘的转向提供转向感觉(振动等)。
图2和图3示出了这种线控转向式转向装置的整个构造，其仅在减速器的形式上不同。
图2所示的线控转向式转向装置包括方向盘侧组件20和驱动侧组件30，它们是彼此机械分离的两个组件。
方向盘侧组件20包括方向盘21、转向柱22以及为转向柱和方向盘提供反馈(反作用)转矩的转向反馈致动器。
转向反馈致动器包括反馈马达23和减速器，该减速器减小反馈马达23的旋转力并将减小的旋转力传递到转向柱。减速器包括固定到反馈马达23的输出轴上的马达皮带轮24、固定到转向柱上的柱皮带轮25、以及连接这两个皮带轮的皮带26。
换言之，图2所示的线控转向式转向装置的转向反馈致动器包括滑轮-皮带类型的减速器。
这里，马达带轮24的直径和齿数小于柱带轮25的直径和齿数，并且可以根据其比率确定减速比。
另一方面，驱动侧组件30包括连接在两个车轮之间的齿条杆31、通过移动齿条杆31提供转向力的驱动马达32、以及将驱动马达32连接到齿条杆31的减速器。
驱动侧组件30的减速器可被配置为包括带和滚珠螺母。
在将图3所示的线控转向式转向装置与图2所示的装置进行比较时，仅转向反馈致动器的减速器的结构不同。
图3所示的方向盘侧组件40包括方向盘41、转向柱42和为转向柱和方向盘提供反馈(反作用)转矩的转向反馈致动器。
转向反馈致动器包括反馈马达43和减速器，该减速器减小反馈马达的旋转力并将减小的旋转力传递到转向柱。减速器包括同轴地连接到反馈马达的输出轴的蜗杆轴44和固定到转向柱42并具有与蜗杆轴44齿轮耦合的齿轮齿的蜗轮45。
换言之，图3所示的线控转向式转向装置的转向反馈致动器包括蜗轮蜗杆式减速器。
这里，蜗杆轴44的直径和齿数小于蜗轮45的直径和齿数，并且可以根据其比率确定减速比。
在图2和图3所示的线控转向式转向装置中，执行驾驶员侧组件执行用于移动齿条的转向驱动，驱动侧组件和转向侧组件彼此机械地分离，因此需要根据驱动侧组件的转向驱动为方向盘等提供反馈。
为此，当执行转向驱动时，转向反馈致动器使用反馈马达和减速器旋转方向盘和转向柱，从而根据转向驱动为驾驶员提供反馈。
此时，包括在转向反馈致动器中的反馈马达和减速器需要提供预定水平或更高的输出以提供适当的反馈转矩。
此外，为了提供连续反馈，反馈马达的齿槽转矩需要很低。
当马达旋转轴以低速旋转时，齿槽转矩引起不连续的旋转感觉。
通常，随着马达输出变大，齿槽转矩变大，并且当齿槽转矩变大时，驱动马达时的齿槽转矩变大，并且难以执行马达控制。
在这样车辆马达(其中，可以将根据马达操作的反馈传递给驾驶员)的情况下，这种齿槽转矩需要被最小化。
在图2或图3所示的线控转向式转向装置的转向反馈致动器的情况下，即使反馈马达的输出或多或少地较低，输出也会根据减速器的减速比而升高。
换言之，图2或图3所示的线控转向式转向装置的转向反馈致动器能够通过使用减速器来提供预定水平或更高的反馈转矩输出，同时将反馈马达的输出和齿槽转矩保持为低。
图4是示出图3所示的转向装置中使用的马达的齿槽转矩的阶的图。
图4涉及包括如图3所示的反馈马达43和蜗杆-蜗轮类型的减速器的转向反馈致动器。
换言之，假定使用包括连接到反馈马达43的输出轴的蜗杆轴44和与其齿轮耦合的蜗轮45的减速器，并且在减速时的减速比为15:1。换句话说，当蜗杆轴44旋转一次时，蜗轮45和与其连接的转向柱41旋转24度。
图4中使用的反馈马达43可以包括设置在马达壳体中的定子和设置在马达输出轴中的转子。
定子具有由绕组缠绕的金属并且根据来自外部的电流的供应而被磁化，并且转子可以包括永磁体。
假设图4所示的反馈马达43的定子的槽的数量为12，并且转子的极的数量为8。换句话说，图4所示的反馈马达43可以表示为8极12槽马达。
8(其为反馈马达43的极的数量)和12(其为槽的数量)的最小公倍数是24，并且这可以被定义为槽-极值。
随着这种反馈马达43的槽-极值变得越小，齿槽转矩的变化频度可以减小。例如，当在没有任何外部动力的情况下马达输出轴被强制旋转时，在槽-极值为24的情况下，每次旋转齿槽转矩的不连续变化可发生24次，在槽-极值为10的情况下，每次旋转齿槽转矩的不连续变化可发生10次。这样，马达的齿槽转矩变化的频度可以由齿槽转矩的阶来表示，并且在这里的描述中，在使用减速器的转向反馈致动器的情况下，在固定到蜗轮24的转向柱41和根据马达输出轴的旋转连接到其上的方向盘的一次旋转(360度旋转)期间，齿槽转矩的不连续变化的次数被定义为齿槽转矩的阶。在使用同轴马达的反馈马达和转向反馈致动器的情况下，其中马达轴和转向柱同轴地布置，不使用减速器，在马达输出轴的一个旋转(360度旋转)期间的齿槽转矩的不连续变化的数量被定义为齿槽转矩的阶。
齿槽转矩的阶可以与槽-极值成比例，槽-极值是马达定子的槽的数量和马达转子的极的数量的最小公倍数。
在图4所示的这种反馈马达43的情况下，在该反馈马达的输出轴的一次旋转(换言之，360度的旋转)过程中发生24次齿槽转矩的变化，并且该减速器的减速比是15:1，因此在该蜗轮45旋转24度的过程中发生总共24次齿槽转矩的不连续变化。
因此，当固定到蜗轮45的转向柱41和连接到其上的方向盘旋转一次(360度)时，发生总共24*15＝360次齿槽转矩的不连续变化。
通常，随着齿槽转矩的阶变得越低，齿槽转矩的量值(magnitude)趋于进一步增大。
因此，随着转向反馈致动器的齿槽转矩的阶变得越低，齿槽转矩的量值进一步增大，并且驾驶员感觉到的反馈转矩的变化变大，由此反馈感觉变差。
在图4所示的转向反馈致动器的情况下，齿槽转矩的阶为360(其为相对较高的值)，因此齿槽转矩的量值变小，驾驶员感觉到的反馈转矩的变化变小。因此，可以提供良好的转向反馈感觉。
然而，在如图2至图4所示的转向反馈致动器的情况下，为了确保预定水平或更高的输出以及齿槽转矩的阶，除了反馈马达之外还需要使用单独的减速器。
根据这种减速器的使用，转向反馈致动器在机械上变得复杂，并且成本可能增加。
此外，由于使用了减速器，转向反馈致动器的尺寸变大，因此在封装其它部件和布局方面存在缺点。
为了解决这些问题，同轴马达(其不使用减速器，马达轴和转向柱同轴布置)可用作反馈马达。
然而，通常，尽管同轴马达具有其中包括连接到马达输出轴的一个转子和连接到壳体的一个定子的结构，但是在这种同轴马达中不能确保期望的反馈输出，并且对齿槽转矩的阶的增加存在一定的限制。
因此，本公开提出了一种用于车辆的马达，即使不使用减速器的同轴马达被用作线控转向式转向装置中的反馈马达，该马达也能够提供预定水平或更高的输出，同时最小化感觉到的齿槽转矩最小化，如使用减速器的转向反馈致动器等。
图5是根据本实施方式的用于车辆的马达的透视图，图6是根据本实施方式的用于车辆的马达的一部分的放大透视图。
根据本实施方式的用于车辆的马达100可以被配置成包括：马达壳体150；马达轴110，所述马达轴110与所述马达壳体联接，使得所述马达轴110相对于所述马达壳体相对旋转；双转子120，其包括连接到所述马达轴的内转子122和外转子124；双定子130，其包括设置在内转子122内侧的内定子132和设置在外转子124外侧的外定子134。
换言之，根据本实施方式的用于车辆的马达100具有包括双转子和双定子的结构，双转子具有径向地布置在内侧/外侧上的两个转子，双定子具有径向地布置在双转子的内侧/外侧上的两个定子。
马达壳体150是圆柱形中空壳体，双定子130的外定子134固定并安装到马达壳体的内表面。
双转子120利用预定的连接结构(图8所示的142)与马达轴110固定地连接。
双转子120的内转子122具有Pi个极，外转子124具有Po个极，并且内转子122和外转子124可以包括许多磁体。
更具体地，内转子122可以形成为圆形结构，其中N极永磁体和S极永磁体交替布置。
在内转子122中，布置了总数为Pi/2个N极磁体和总数为Pi/2个S极磁体，并且包括总数为Pi个极。换言之，内转子122的第一极的数量是Pi。
类似地，外转子124可以形成为圆形结构，其中N极永磁体和S极永磁体交替布置。在外转子124中，设置有总数为Po/2个N极磁体和总数为Po/2个S极磁体，并且包括总数为Po个极。换言之，外转子124的第二极的数量是Po。
内转子122和外转子124彼此机械连接，并且在内转子122和外转子124之间设置由磁场不能通过的材料形成的磁性绝缘体140。
磁绝缘子140为圆柱形，内转子122与磁绝缘子140的内面耦合，外转子124与磁绝缘子140的外面耦合。
磁性绝缘体140是用于将根据内转子122的永磁体的磁场和根据外转子124的永磁体的磁场彼此分离的结构，并且可以使用具有磁屏蔽特性并具有高磁导率等的坡莫合金来制造。
双定子130包括以径向模式分开布置的内定子132和外定子134。
该内定子132在该马达壳体150的中央区域中在该马达轴110的外侧右侧被布置成圆柱形形状。
外定子134134可以附接至该马达壳体150的内表面上。
内定子132具有第一线圈结构132'，其中线圈缠绕在与第一槽的数量Si相对应的芯上。此外，外定子具有第二线圈结构134'，其中线圈缠绕在与第二槽的数量So相对应的芯上。
换句话说，内定子132的第一槽的数量可以定义为Si，外定子134的第二槽的数量可以定义为So。
内定子132的第一线圈结构132'和外定子134的第二线圈结构134'被施加有具有不同幅值或相位的电流并且根据该电流被磁化。
内定子132根据内转子122的磁力变化为内转子122提供预定的第一旋转力，外定子134根据外转子124的磁力变化为外转子124提供预定的第二旋转力。
因此，基于由第一旋转力和第二旋转力获得的旋转力，输出被施加到固定到双转子120的马达轴110，因此马达的输出增加。
特别地，根据本实施方式的用于车辆的马达100可以是三相马达，并且在这种情况下，内定子132的第一槽的数量Si和外定子的第二槽的数量So可以被配置为3的倍数。
换句话说，具有相同幅值和不同相位u、v和w的三相电流被施加到内定子和外定子，因此内定子和外定子的槽的数量需要是3的倍数。
根据该实施方式，为了增加齿槽转矩的阶，被定义为内转子122的第一极的数量Pi和内定子132的第一槽的数量Si的最小公倍数的第一槽-极值和被定义为外转子124的第二极的数量Po和外定子134的第二槽的数量So的最小公倍数的第二槽-极值可以具有相互不同的值。
此外，用于车辆的马达100的齿槽转矩可以使用第一槽-极值和第二槽-极值的最小公倍数来确定。例如，如果根据第一槽-极值和第二槽-极值的最小公倍数来确定用于车辆的马达100的齿槽转矩的阶，则可以确定与齿槽转矩的阶成反比的齿槽转矩的量值，并且可以根据齿槽转矩的阶和齿槽转矩的量值来确定齿槽转矩。换句话说，根据齿槽转矩的阶来确定齿槽转矩的量值。因此，随着齿槽转矩的阶变得更高，可以确定量值更小的齿槽转矩。为了提高用于车辆的马达100的齿槽转矩的阶，优选的是，该第一槽-极值和该第二槽-极值的最小公倍数是至少180或更大。
更具体地，第一极的数量Pi是6，第一槽的数量Si是9，第二极的数量Po是10，第二槽的数量So是12，并且第一槽-极值和第二槽-极值的最小公倍数可以是180。例如，由于第一极的数量Pi是6，第一槽的数量Si是9，第一槽-极值是18，第二极的数量Po是10，第二槽的数量So是12，第二槽-极值是60，因此第一槽-极值和第二槽-极值的最小公倍数可以是180。
更优选地，第一极的数量Pi是8，第一槽的数量Si是9，第二极的数量Po是10，第二槽的数量So是12，并且第一槽-极值和第二槽-极值的最小公倍数可以是360。例如，由于第一极的数量Pi是8，第一槽的数量Si是9，第一槽-极值是72，第二极的数量Po是10，第二槽的数量So是12，第二槽-极值是60，因此第一槽-极值和第二槽-极值的最小公倍数可以是360。
在第一槽-极值和第二槽-极值的最小公倍数是360的情况下，在马达轴的一次旋转期间齿槽转矩的变化次数(换句话说，齿槽转矩的变化频度或齿槽转矩的阶)是360。
在现有的同轴马达的情况下，对于齿槽转矩的阶的增加存在预定的限制，并且如果齿槽转矩的阶低，则齿槽转矩的量值大，并且可能发生驾驶员的操作感觉的恶化。因此，在本实施方式中，通过将定义为第一槽-极值和第二槽-极值的最小公倍数的齿槽转矩的阶设置为等于或大于180，可以通过根据驾驶员对齿槽转矩的识别使操作感觉的恶化最小化来简化用于车辆的马达100的结构，同时包括不使用减速器的同轴马达结构。
此外，如果根据本实施方式的用于车辆的马达100用作线控转向式转向装置的转向反馈致动器(SFA)的反馈马达，则马达具有同轴马达结构，其中转向柱直接连接到马达轴100，因此，连接到转向柱的方向盘在马达轴110的一次旋转期间旋转一次。
通常，如果在同轴马达中采用相同的马达输出，则随着齿槽转矩的阶变得更高，一次的齿槽转矩的变化量进一步减小。
因此，在第一槽-极值和第二槽-极值的最小公倍数是360的情况下，在方向盘的一次旋转期间，齿槽转矩有360次的变化，因此，可以改善用户感觉到的反馈感觉。
例如，作为比较例，在包括一个转子和一个定子的同轴马达的情况下，转子的极的数量是8，定子的槽的数量是12，作为同轴马达的8个极和12个槽的最小公倍数的槽-极值是24。因此，齿槽转矩的阶也是24。
在根据这样的比较例的同轴马达的情况下，在方向盘(马达轴)的一次旋转期间发生不连续的转矩变化(即24次的齿槽转矩变化)，并且齿槽转矩的变化量(即，量值)基于相对低的齿槽转矩的变化次数而增加，并且驾驶员感觉到的反馈感觉可能恶化。
另一方面，根据本实施方式，在第一槽-极值和第二槽-极值的最小公倍数为360的情况下，在方向盘的一次旋转期间发生360次的齿槽转矩变化，并且齿槽转矩的变化量(即，量值)基于相对高的齿槽转矩的变化次数而减小，并且可以改善驾驶员感觉到的反馈感觉。
下面将参照图9和图10更详细地描述利用第一槽-极值和第二槽-极值及其最小公倍数确定的齿槽转矩的阶的特定实施方式。
如果使用如上所述的该实施方式，与具有单个转子-定子的同轴马达相比，通过使用包括双转子120和双定子130的用于车辆的马达，可以提供相对较高的输出和相对较高的齿槽转矩级，双转子120包括径向设置在内侧的内转子和设置在外侧的外转子，双定子130包括径向设置在内侧的内定子和设置在外侧的外定子。
因此，通过使用这种用于车辆的马达，通过减小齿槽转矩的变化量并提高齿槽转矩的阶，可以实现平滑的马达旋转。
特别地，在根据本实施方式的用于车辆的马达用作线控转向式转向装置的转向反馈致动器(SFA)的反馈马达的情况下，可以增强方向盘中感觉到的反馈感觉。然而，根据本实施方式的用于车辆的马达不限于用作线控转向式转向装置的转向反馈致动器的反馈马达。换言之，该用于车辆的马达还可以应用于在车辆中使用的马达中需要高阶的齿槽转矩和大输出的其他马达，例如，用于行驶装置的马达、用于制动装置的马达、用于变速器的马达等。
特别地，根据本实施方式的用于车辆的马达在车辆乘客可以识别根据马达旋转的齿槽转矩的情况下是有用的。例如，根据本实施方式的用于车辆的马达可以用作用于电动座椅操作的马达、用于后视镜操作的马达等。
图7是沿图5中的线I-I'截取的用于车辆的马达的截面图，并且图8是沿图5中的线II-II'截取的用于车辆的马达的截面图。
图7是在垂直于马达轴的水平方向上截取的根据本实施方式的用于车辆的马达的截面图，并且图8是在平行于马达轴的纵向方向上截取的截面图。
如图7和图8所示，在根据本实施方式的用于车辆的马达中，马达轴110布置在中心处，并且双转子120布置成与马达轴机械地联接。
双转子120通过连接器142与该马达轴机械地联接并且具有中空圆柱形形状。
双转子120包括径向布置在内侧上的内转子122和径向布置在外侧上的外转子124。磁性绝缘体140可以布置在内转子122和外转子124之间。
内转子122可以通过交替地布置对应于第一极的数量Pi的N极磁体和S极磁体而形成，并且外转子124可以通过交替地布置对应于第二极的数量Po的N极磁体和S极磁体而形成。
虽然未示出，但是内转子122和外转子124还可以包括容纳许多磁体的圆形口袋结构。换言之，在圆形口袋结构中形成许多磁体壳体槽，并且许多杆型N/S极磁体容纳在磁体壳体槽中，由此可以形成内转子122或外转子124。
在内转子122和马达轴110之间的空间中，设置有与第一槽的数量Si相对应的内定子132。
内定子132可以包括Si个绕组体132'，其中线圈缠绕在与第一槽的数量Si相对应的芯上。内定子132被布置成机械地连接到该马达壳体150上并且根据来自驱动电路(例如，外部马达逆变器)的电流信号的接收而被磁化。
根据内定子132的每个槽的线圈随时间被磁化，第一磁力被施加到与其相邻的内转子122。第一旋转力根据第一磁力北施加到内转子122，并且马达轴110根据第一旋转力旋转。
此外，在外转子124和马达壳体150之间的空间中，即，在外转子124的径向外侧位置中，设置有与第二槽的数量So相对应的外定子134。
外定子134可以包括So个绕组体134'，其中线圈缠绕在与第二槽的数量So相对应的芯上。外定子134被固定地布置在马达壳体150的内表面上，并且根据来自诸如外部马达逆变器的驱动电路的电流信号的接收而被磁化。
根据外定子134的每个槽的线圈随时间被磁化，第二磁力被施加到与其相邻的外转子124。第二旋转力根据第二磁力被施加到外转子124，并且马达轴110根据第二旋转力旋转。
因此，基于通过将第一旋转力和第二旋转力加在一起而获得的旋转力，转矩被提供给马达轴110，并且与具有单个转子/定子结构的同轴马达相比，其输出能够被增加。
轴承112布置在马达壳体150的中心凸缘和马达轴110之间，并且马达轴110可相对于马达壳体150旋转。
在图5至图8所示的实施方式中，虽然示出了用于车辆的马达的内转子122的第一极的数量Pi为8，外转子124的第二极的数量Po为10，内定子132的第一槽Si的数量为9，并且外定子134的第二槽的数量So为12，但是该构造不限于此。
然而，在根据本实施方式的用于车辆的马达中，作为第一极的数量和第一槽的数量Si的最小公倍数的第一槽-极值和作为第二极的数量和第二槽的数量的最小公倍数的第二槽-极值具有彼此不同的值。
此外，可以使用被定义为齿槽转矩的阶的1/2极值和1/2槽值的值的组合，使得第一槽-极值和第二槽-极值的最小公倍数等于或大于180。
图9和图10示出了根据本实施方式的用于车辆的马达的槽-极值的示例。
在图9所示的实施方式中，用于车辆的马达的内转子122的第一极的数量Pi为6，外转子124的第二极的数量Po为10，内定子132的第一槽的数量Si为9，外定子134的第二槽的数量So为12。
因此，在根据图9所示的实施方式的用于车辆的马达中，作为第一极的数量和第一槽的数量的最小公倍数的第一槽-极值是18。作为第二极的数量和第二槽的数量的最小公倍数的第二槽-极值是60，它不同于第一槽-极值。
此外，根据图9所示的实施方式，作为第一槽-极值的18和作为第二槽-极值的60的最小公倍数(其为齿槽转矩的阶)是180。
因此，在根据图9中示出的实施方式的用于车辆的马达中，在马达轴110的一次旋转期间，齿槽转矩发生180次的变化。换句话说，每当马达轴旋转2度时，齿槽转矩发生一次变化。
另一方面，在图10所示的实施方式中，车辆用马达的内转子122的第一极的数量Pi为8，外转子124的第二极的数量Po为10，内定子132的第一槽的数量Si为9，外定子134的第二槽的数量So为12。
因此，在根据图10所示的实施方式的用于车辆的马达中，作为第一极的数量和第一槽的数量的最小公倍数的第一槽-极值是72。作为第二极的数量和第二槽的数量的最小公倍数的第二槽-极值是60，它不同于第一槽-极值。
此外，根据图10所示的实施方式，作为第一槽-极值的72和作为第二槽-极值的60的最小公倍数(其为齿槽转矩的阶)是360。
因此，在根据图10所示的实施方式的用于车辆的马达中，在马达轴110的一次旋转期间，齿槽转矩发生360次的变化。换句话说，每当马达轴旋转1度时，齿槽转矩发生一次变化。
如果图9或图10中所示的用于车辆的马达用作线控转向式转向装置的转向反馈致动器(SFA)的反馈马达，则在方向盘的一次旋转期间发生180次(图9中所示的实施方式)和360次(图10中所示的实施方式)的转矩变动。
因此，在反馈力被施加到方向盘的情况下，方向盘每旋转2度或1度时，发生具有小量值的齿槽转矩，因此驾驶员认识到反馈力被连续地提供，并且因此，可以增强反馈感觉。下面的表1示出了槽-极值和齿槽转矩的阶的组合的示例性情况，其可以与图9和图10所示的实施方式进行比较。
[表1]本实施方式的比较例
Figure BDA0003732652890000161
在作为比较例的情况1中，第一槽-极值和第二槽-极值分别为18和24，并且齿槽转矩的阶为72，其为18和24的最小公倍数。在情况2中，第一槽-极值和第二槽-极值分别是72和24，并且齿槽转矩的阶是72，其是72和24的最小公倍数。
因此，在作为比较示例的根据案例1和案例2的双转子和用于具有双定子结构的车辆的马达用作反馈马达的情况下，在方向盘的一次旋转期间出现72次的齿槽转矩的变化，并且每次方向盘旋转5度时出现齿槽转矩的变化，因此，与图9和图10所示的实施方式相比，产生相对高的齿槽转矩。
因此，当与图9和图10所示的实施方式相比时，在作为比较例的情况1和情况2中，反馈转矩的不连续程度(即，在提供反馈转矩时驾驶员感觉到的齿槽转矩)较大，并且反馈感觉可能恶化。
另外，在作为比较例的案例3中，第一槽-极值和第二槽-极值分别为24和60，并且齿槽转矩的阶为120，其是24和60的最小公倍数。因此，在根据作为比较示例的案例3的用于车辆的马达用作反馈马达的情况下，在方向盘的一次旋转期间出现120次的齿槽转矩的变化，并且每次方向盘旋转3度时出现齿槽转矩的变化，因此，与图9和图10所示的实施方式相比，产生相对高的齿槽转矩。
因此，当与图9和图10所示的实施方式相比时，同样在作为比较例的案例3中，反馈转矩的不连续程度(即，在提供反馈转矩时驾驶员感觉到的齿槽转矩)较大，并且反馈感觉可能恶化。
以此方式，根据本实施方式，提供了一种用于车辆的马达，该马达包括双转子120和双定子130，该双转子包括径向地布置在内侧和外侧的内转子和外转子，该双定子包括径向地布置在内侧的内定子和在外侧的外定子，并且使用内转子和外转子以及内定子和外定子的极值和槽值的组合，使得齿槽转矩的阶等于或高于180。
以此方式，与高马达输出一起提供了高阶的齿槽转矩，由此可以减少根据齿槽转矩的马达操作的感觉的不连续性。
图11是使用了本实施方式的转向反馈马达的线控转向式转向装置1000的整体结构图。
参见图11，根据本实施方式的线控转向式转向装置1000可包括车轮致动器(RWA；1200)、转向反馈致动器(SFA；1100)、控制器(1300)等。
车轮致动器1200可以包括转向马达1220和将转向马达的驱动力传递到齿条1210的减速器。
在转向马达1220的马达轴中设置有马达带轮1234，并且减速器可以包括与齿条1210可旋转地联接的滚珠螺母1232和连接设置在滚珠螺母中的螺母带轮和马达带轮1234的驱动带1236。
然而，行走轮致动器1200的减速器不限于这种结构，也可以使用齿轮齿条式后联接系统的减速器。
转向反馈致动器1100是通过提供与车轮致动器1200为转向柱提供的转向力相对应的反馈来使驾驶员感觉到转向反馈的装置。
转向反馈致动器1100可以包括连接到方向盘1110的转向柱1120和连接到转向柱并用于为方向盘提供转向反馈转矩的转向反馈马达1130。
这里，转向反馈马达1130是包括根据图5至图10所示实施方式的双转子和双定子的同轴马达。
更具体地，转向反馈马达1130可以是包括同轴地连接到转向柱1120的马达轴的同轴马达，包括连接到马达轴的内转子和外转子的双转子，以及包括布置在内转子内侧的内定子和布置在外转子外侧的外定子的双定子。
在这种情况下，被定义为内转子的第一极的数量Pi和内定子的第一槽的数量Si的最小公倍数的第一槽-极值和被定义为外转子的第二极的数量Po和外定子的第二槽的数量So的最小公倍数的第二槽-极值可以彼此不同。
转向反馈马达1130的齿槽转矩的阶可以使用第一槽-极值和第二槽-极值的最小公倍数来确定，并且第一槽-极值和第二槽-极值的最小公倍数可以是至少180或更大。
这种转向反馈马达1130的具体构造与参照图5至图10描述的用于车辆的马达的构造相同，为了避免重复，将省略其详细描述。
控制器1300具有根据域控制单元(DCU)等提供的目标转矩命令产生转向马达驱动电流并将产生的驱动电流施加到转向马达1220的功能。在通过驱动转向马达1220向齿条施加转向力的情况下，控制器1300可以产生与所施加的转向力成比例的反馈转矩信号，并基于所产生的反馈转矩信号控制转向反馈马达1130。
另一方面，在转向反馈马达1130的内定子和外定子之一中检测到异常的情况下，控制器1300可以使用处于正常状态的其余定子施加电流。
因此，即使在双定子中的一个定子发生故障的情况下，也可以使用正常定子执行故障保护操作。换言之，根据本实施方式，当通过复制转向反馈马达1130的定子来增加马达输出和齿槽转矩的阶时，即使在双定子的一个定子中发生故障的情况下，也使用约50％的输出来控制转向反馈马达1130，由此可以增强稳定性。
根据该实施方式的转向反馈马达1130可以包括用于向内定子施加控制电流的第一逆变器和用于向外定子施加控制电流的第二逆变器。
换言之，为了驱动根据本实施方式的转向反馈马达1130，第一逆变器可以产生第一控制电流并将第一控制电流施加到内定子的每个槽的绕组，并且与第一逆变器分开操作的第二逆变器可以产生第二控制电流并将第二控制电流施加到外定子的每个槽的绕组。
在如图11所示的转向反馈致动器1100和包括转向反馈致动器的线控转向式转向装置1000中，可以使用具有双转子-定子结构的同轴马达作为转向反馈马达，而不需要附加的减速器。
因此，通过减小转向反馈致动器1100和线控转向式转向装置的尺寸和复杂度，可以增强封装或布局设计的灵活性。
此外，通过提供具有高输出和高阶齿槽转矩的转向反馈马达，可以改善为驾驶员提供的转向反馈感觉。
图12是表示本实施方式的车辆用马达的齿槽转矩的变化的曲线图。
更具体地，图12所示的曲线图示出了在将根据图10所示的实施方式的用于车辆的马达用作转向反馈马达的情况下获得的齿槽转矩的变化。
如图10所示的实施方式，在第一槽-极值和第二槽-极值的最小公倍数是360的情况下，在马达轴的一次旋转期间，齿槽转矩的变化次数，即，齿槽转矩的变化频度或齿槽转矩的阶是360。
在这种情况下，如图12所示，当转向角根据转向反馈马达的旋转而改变360度时，齿槽转矩发生大约360次变化。
换言之，如图12的放大图所示，在转向角改变1度的过程中，出现了齿槽转矩的一次改变，即上升和下降。
随着齿槽转矩的阶，即在马达的一次旋转期间出现的齿槽转矩的变化次数进一步增加，齿槽转矩的变化量进一步减小。
因此，如图12所示，在第一槽-极值和第二槽-极值的最小公倍数是360的情况下，频繁地发生具有相对小的量值的齿槽转矩的变化，并且因此可以改善驾驶员通过方向盘感觉到的反馈感觉。
虽然配置本公开的实施方式的所有组成元件被描述为耦合为一个或组合地操作，但是这些实施方式不必限于这些实施方式。换言之，组成元件可以通过选择性地组合本公开的对象内的所有组成中的一个或多个来操作。此外，尽管所有组成元件中的每一个都可以通过独立的硬件来实现，但是通过选择性地组合组成元件中的一些或全部，可以将组成元件实现为具有程序模块的计算机程序，所述程序模块在一个或多个硬件中执行组合的组成元件中的一些或全部的功能。本公开的技术领域的技术人员可以容易地推断出构成计算机程序的代码和代码段。这样的计算机程序可以通过存储在计算机可读介质中并由计算机读取和执行来实现本公开的实施方式。计算机程序的介质可以包括磁记录介质，光记录介质，载波介质等。
此外，诸如上述“包括”、“配置”、“具有”等的术语意味着除非另外提及，否则可以包括对应的组成元件，并且因此，应当解释为不排除其他组成元件，并且可以进一步包括其他组成元件。除非另外定义，否则包括技术和科学术语的所有术语具有与本公开所属领域的技术人员通常理解的那些相同的含义。通常使用的术语(诸如词典中定义的术语)应当被解释为与相关技术的上下文中的含义一致，并且除非在这些实施方式中明确定义，否则不应当被解释为具有理想的或过于正式的含义。
以上描述是为了使本领域技术人员能够实现和使用本公开的技术思想而给出的，并且是在特定应用及其要求的上下文中提供的。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性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，而是与符合权利要求的最宽范围一致。本公开的保护范围应基于所附权利要求来解释，并且其等同物范围内的所有技术思想应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2021年7月7日提交的韩国专利申请No.10-2021-0089116的优先权，该专利申请为了所有目的通过引用结合于此，如同在此完全阐述一样。

Claims (20)

1.一种用于车辆的马达，所述用于车辆的马达包括：
马达壳体；
马达轴，所述马达轴与所述马达壳体联接，以关于所述马达壳体相对旋转；
双转子，所述双转子包括连接到所述马达轴的内转子和外转子；以及
双定子，所述双定子包括设置在所述内转子的内侧的内定子和设置在所述外转子的外侧的外定子。
2.根据权利要求1所述的用于车辆的马达，其中，被定义为所述内转子的第一极的数量和所述内定子的第一槽的数量的最小公倍数的第一槽-极值与被定义为所述外转子的第二极的数量和所述外定子的第二槽的数量的最小公倍数的第二槽-极值彼此不同。
3.根据权利要求2所述的用于车辆的马达，其中，所述用于车辆的马达的齿槽转矩是根据所述第一槽-极值和所述第二槽-极值的最小公倍数来确定的。
4.根据权利要求3所述的用于车辆的马达，其中，所述第一极的数量是6，所述第一槽的数量是9，所述第二极的数量是10，所述第二槽的数量是12，并且所述第一槽-极值和所述第二槽-极值的最小公倍数是180。
5.根据权利要求3所述的用于车辆的马达，其中，所述第一极的数量是8，所述第一槽的数量是9，所述第二极的数量是10，所述第二槽的数量是12，并且所述第一槽-极值和所述第二槽-极值的最小公倍数是360。
6.根据权利要求1所述的用于车辆的马达，所述用于车辆的马达还包括：磁性绝缘体，所述磁性绝缘体设置在所述内转子和所述外转子之间。
7.一种转向装置，所述转向装置为线控转向式转向装置，所述转向装置包括：
行走轮致动器RWA；以及
转向反馈致动器SFA，
其中，所述转向反馈致动器包括：转向柱，所述转向柱连接到方向盘；以及转向反馈马达，所述转向反馈马达连接到所述转向柱，并用于为所述方向盘提供转向反馈转矩，并且
其中，所述转向反馈马达包括：马达轴，所述马达轴在轴向上连接到所述转向柱；双转子，所述双转子包括连接到所述马达轴的内转子和外转子；以及双定子，所述双定子包括设置在所述内转子的内侧上的内定子和设置在所述外转子的外侧上的外定子。
8.根据权利要求7所述的转向装置，其中，限定为所述内转子的第一极的数量和所述内定子的第一槽的数量的最小公倍数的第一槽-极值和限定为所述外转子的第二极的数量和所述外定子的第二槽的数量的最小公倍数的第二槽-极值彼此不同。
9.根据权利要求8所述的转向装置，其中，所述转向反馈马达的齿槽转矩的阶是根据所述第一槽-极值和所述第二槽-极值的最小公倍数来确定的。
10.根据权利要求9所述的转向装置，其中，所述第一极的数量是6，所述第一槽的数量是9，所述第二极的数量是10，所述第二槽的数量是12，并且所述第一槽-极值与所述第二槽-极值的最小公倍数是180。
11.根据权利要求9所述的转向装置，其中，所述第一极的数量是8，所述第一槽的数量是9，所述第二极的数量是10，所述第二槽的数量是12，并且所述第一槽-极值与所述第二槽-极值的最小公倍数是360。
12.根据权利要求7所述的转向装置，所述转向装置还包括：磁性绝缘体，所述磁性绝缘体设置在所述内转子和所述外转子之间。
13.根据权利要求7所述的转向装置，所述转向装置还包括：控制器，所述控制器控制所述转向反馈马达的操作，
其中，在所述内定子和所述外定子中的一者中检测到异常的情况下，所述控制器仅向处于正常状态的其余定子施加电流。
14.一种转向反馈致动器装置，所述转向反馈致动器装置是配置线控转向式转向装置的转向反馈致动器装置，并且与车轮致动器RWA分开地操作，所述转向反馈致动器装置包括：
转向柱，所述转向柱连接到方向盘；以及
转向反馈马达，所述转向反馈马达连接到所述转向柱并且用于为所述方向盘提供转向反馈转矩，
其中，所述转向反馈马达包括：马达轴，所述马达轴在轴向上连接到所述转向柱；双转子，所述双转子包括连接到所述马达轴的内转子和外转子；以及双定子，所述双定子包括设置在所述内转子的内侧上的内定子和设置在所述外转子的外侧上的外定子。
15.根据权利要求14所述的转向反馈致动器装置，其中，限定为所述内转子的第一极的数量和所述内定子的第一槽的数量的最小公倍数的第一槽-极值与限定为所述外转子的第二极的数量和所述外定子的第二槽的数量的最小公倍数的第二槽-极值彼此不同。
16.根据权利要求15所述的转向反馈致动器装置，其中，用于车辆的所述转向反馈马达的齿槽转矩的阶是根据所述第一槽-极值和所述第二槽-极值的最小公倍数来确定的。
17.根据权利要求16所述的转向反馈致动器装置，其中，所述第一极的数量是6，所述第一槽的数量是9，所述第二极的数量是10，所述第二槽的数量是12，并且所述第一槽-极值和所述第二槽-极值的最小公倍数是180。
18.根据权利要求16所述的转向反馈致动器装置，所述第一极的数量是8，所述第一槽的数量是9，所述第二极的数量是10，所述第二槽的数量是12，并且所述第一槽-极值和所述第二槽-极值的最小公倍数是360。
19.根据权利要求14所述的转向反馈致动器装置，所述转向反馈致动器装置还包括：磁性绝缘体，所述磁性绝缘体设置在所述内转子和所述外转子之间。
20.根据权利要求14所述的转向反馈致动器装置，所述转向反馈致动器装置还包括：控制器，所述控制器控制所述转向反馈马达的操作，
其中，在所述内定子和所述外定子中的一者中检测到异常的情况下，所述控制器仅向处于正常状态的其余定子施加电流。
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