CN203332204U

CN203332204U - 一种电动助力转向系统

Info

Publication number: CN203332204U
Application number: CN2013204044438U
Authority: CN
Inventors: 蔡黎明; 王朝久; 周珑
Original assignee: HANGZHOU XINSHIBAO ELECTRIC STEERING SYSTEM Co Ltd
Current assignee: HANGZHOU XINSHIBAO ELECTRIC STEERING SYSTEM Co Ltd
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2023-07-09

Abstract

本实用新型涉及一种电动助力转向系统，包括电机、由齿轮和齿条相啮合组成齿轮齿条传动副、安装在所述电机壳体上的位置传感器以及与齿轮同轴连接的扭矩转角传感器，所述电机为直线电机。所述齿条包括无齿段和有齿段，所述无齿段贯穿所述电机，且所述无齿段和所述有齿段能够一起沿所述电机轴向方向做直线运动，所述齿条为所述电机的次级。所述电机的初级线圈通电使得所述齿条产生推力并做直线运动，从而完成车辆转向动作。该电动助力转向系统采用直线电机作为动力源，节省了将旋转运动转换为直线运动的中间转换机构，且由于直线电机结构简单，推力较大，节省了安装空间并可以应用于大推力高负载的车辆。

Description

一种电动助力转向系统

技术领域

本实用新型属于车辆制造领域，具体涉及一种电动助力转向系统。

背景技术

为了减轻驾驶员在车辆转向时的负担，车辆中通常采用电动助力转向系统来协助驾驶员完成车辆转向动作。现有的电动助力转向系统按照动力源（即电机）所处的安装位置区分有以下几种结构形式：齿轮助力式、齿条助力式和转向轴助力式。

现有的齿轮助力式和齿条助力式电动助力转向系统的电机安装在转向机上，一般适用于搭载前轴载荷较重的车辆。由于电机的安装位置下移到车辆内部空间的下方，占用了较大的空间，使得车辆转向器需要更大的安装空间，不利于车辆内部空间的有效利用，较大的安装空间也会增加车辆加工制造成本。同时，由于电机不能太靠近排气管，以免受到车辆底盘温度的影响而使得电机失效，这就造成电动助力转向系统的安装布置受到空间限制。

现有的齿条助力式电动助力转向系统采用与传动机构同轴布置的安装结构，虽然部分的缓解了所需安装空间受到限制的问题，但是电机的壳体仍然需要占用较大的空间。同时，电机中所需的滚珠丝杆、磁钢和线圈等会使得成本增加，且增加了加工制造工艺的复杂性。

现有的转向轴助力式电动助力转向系统虽然将电机安装布置在车辆内部空间的上方，解决了电机与排气管距离太近的问题，但是由于电机远离转向机，使得转向轴助力式电动助力转向系统的系统刚性劣于现有的齿条助力式和齿轮助力式电动助力转向系统，因而不能适用于搭载前轴载荷较重的车辆。

现有的电动助力转向系统通常采用旋转式电机作为动力源，需要中间转换机构将电机的旋转运动转换为直线运动并协助其将助力传递出去，旋转运动与直线运动之间的转换使得中间转换机构的结构复杂化，增加了加工制造及安装的复杂度，且不利于空间的有效利用。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种电动助力转向系统，该电动助力转向系统采用直线电机作为动力源，节省了将旋转运动转换为直线运动的中间转换机构，且由于直线电机结构简单，推力较大，节省了安装空间并可以应用于大推力高负载的车辆。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

一种电动助力转向系统，包括电机及由齿轮和齿条相啮合组成齿轮齿条传动副，所述电机为直线电机。所述齿条包括无齿段和有齿段，所述无齿段贯穿所述电机，且所述无齿段和所述有齿段能够一起沿所述电机轴向方向做直线运动。所述齿条为所述电机的次级。

进一步的，在所述电机的壳体上安装有位置传感器。

进一步的，沿所述齿轮轴向方向同轴连接有扭矩转角传感器。

进一步的，所述无齿段和有齿段为一体式结构。

进一步的，所述电机还包括安装在壳体上的初级线圈和初级铁芯，所述初级线圈绕制在初级铁芯上。所述齿条的外表面与所述初级线圈之间、所述齿条的外表面与所述初级铁芯之间均留有缝隙。

进一步的，所述无齿段为钢管式结构。

进一步的，所述无齿段为实芯钢材式结构。

进一步的，所述无齿段的钢管式结构内部填充有硬磁材料，所述硬磁材料沿所述无齿段轴向方向划分为若干段，每段硬磁材料沿轴向方向的长度与所述初级线圈沿轴向方向的长度相同。每段硬磁材料经过极性充磁，相邻的两段硬磁材料极性相反。

进一步的，所述无齿段外表面覆盖有一层非磁性材料。

进一步的，所述齿条为圆柱形结构。

采用本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型所述的一种电动助力转向系统，采用直线电机作为动力源，直线电机具有结构和工艺简洁的特点，节省了安装空间；且由于直线电机无端部绕组，因而绕组的利用率更高；由于散热面积增大，提高了电动助力转向系统的耐热性。同时，直线电机推力较大，使得该电动助力转向系统可以适合于大推力高负载的车辆上。

2、本实用新型所述的一种电动助力转向系统，由于采用直线电机作为动力源，不需要中间转换机构将旋转运动转换为直线运动，而可以直接产生直线运动，使结构大大简化，进一步地节省了安装空间，并提高了可靠性，节约了成本。

3、本实用新型所述的一种电动助力转向系统，采用直线电机作为动力源，相比旋转式电机，直线电机运动惯量减少，动态响应性能和定位精度提高，配合使用扭矩转角传感器和位置传感器，使得车辆转向更精准，控制更简单。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本实用新型实施例的一种电动助力转向系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的所述无齿段采用实芯钢材式结构的电机的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的所述无齿段采用钢管式结构的电机的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的所述无齿段采用实芯钢材式结构的电机的感应式工作原理示意图。

具体实施方式

参照图1。一种电动助力转向系统，包括电机20及由齿轮31和齿条32相啮合组成齿轮齿条传动副30、位置传感器41和扭矩转角传感器42，所述电机20为直线电机。所述位置传感器41安装在所述电机20的壳体21上，所述扭矩转角传感器42与所述齿轮31同轴连接。

所述齿条32为所述电机20的输出轴，所述齿条32为圆柱形结构。所述齿轮31在车辆方向盘的带动下转动，在所述齿轮31和所述电机20的共同作用下，所述齿条32做直线运动，完成车辆转向。其中，所述电机20起到电动助力的作用，协助驾驶员完成车辆转向动作。

参照图1至图3。所述电机20包括安装在壳体21上的共轴的初级线圈22和初级铁芯23，所述初级线圈22绕制在初级铁芯23上。所述初级线圈22采用灌胶塑封工艺封装在壳体21上。

所述齿条32包括无齿段321和有齿段322，所述无齿段321贯穿所述电机20，且所述无齿段321和所述有齿段322能够一起沿所述电机20轴向方向做直线运动。所述无齿段321和有齿段322为一体式结构，即所述齿条32作为所述电机20的次级，所述齿条32的有齿段322做为电动助力转向系统的传动机构。

将所述齿条32的无齿段321和有齿段322做成一体式结构，可以起到如下所述的作用：

1）本实用新型所述的电动助力转向系统，将所述齿条32上未切齿部分做成所述电机20的次级来使用，使得所述齿条20可以直接产生推力，相比旋转式电机，直线电机的转动惯量降低，提高了车辆转向的舒适度和追踪性。

2）本实用新型所述的电动助力转向系统，将所述齿条32上切齿部分做成传动机构来使用，相比现有的电动助力转向系统，取消了蜗轮蜗杆、滚珠丝杠等传动副，缩短了传动链，将所述齿条32的无齿段321和有齿段322做成一体式结构，基本实现了零传动链驱动。

所述电机20的初级为所述初级线圈22和所述初级铁芯23，所述电机20的次级为所述齿条32。所述无齿段321的外表面与所述初级线圈22之间、所述无齿段321的外表面与所述初级铁芯23之间均留有缝隙，即所述电机20的初级和次级采用非接触式方式，避免了旋转式电机在高速转动时引起的异响和磨损等问题，同时可以降低所述电机20的内部摩擦。

所述电机20的初级的轴向长度和次级的轴向长度不同，由于所述电机20的初级的轴向长度受到所述壳体21限制，因此，所述电机20的次级的轴向长度大于初级的轴向长度，即所述电机20为短初级-长次级型式。

所述电机20相比现有的旋转式电机，取消了轴承支撑，提高了电机20的使用寿命，避免了旋转式电机在现有的电动助力转向系统中易损和性能衰减等问题。

参照图2。所述齿条32的无齿段321为实芯钢材式结构。所述无齿段321外表面覆盖有一层非磁性材料，该非磁性材料可以为铝或铜。

参照图3。所述齿条32的无齿段321为钢管式结构。所述无齿段321的钢管式结构内部填充有硬磁材料，所述硬磁材料沿所述无齿段321轴向方向划分为若干段，每段硬磁材料沿轴向方向的长度与所述初级线圈22沿轴向方向的长度相同。每段硬磁材料经过极性充磁，相邻的两段硬磁材料极性相反，充磁方式可以为径向充磁或轴向充磁。该硬磁材料可以为钕铁硼或铁氧体。

所述电机20根据所述齿条32的无齿段321的结构形式的不同，适用不同的工作原理。采用实芯钢材式结构的无齿段321的电机20，适用感应式工作原理；采用钢管式结构的无齿段321的电机20，适用永磁式工作原理

参照图2和图4。所述电机20的感应式工作原理为：所述初级线圈22通电产生行波磁场4，由于所通电流为交变电流，使得产生的行波磁场40按一定规律进行变化，从而在所述32齿条内部产生感应电流，进而产生感应磁场，使所述齿条32产生推力并做直线运动。

参照图3。所述电机20的永磁式工作原理为：所述初级线圈22通电产生磁场，由于所述齿条32的无齿段321内部有多对永磁体(即N极和S极)，对所述初级线圈22进行矢量控制，即采用三相或多相换相控制技术，控制所述初级线圈22产生的磁场相序，从而使得所述齿条32产生推力并做直线运动。

在控制所述电机20推动所述齿条32做直线运动时，所述位置传感器41用于反馈所述齿条32的移动距离和位置。所述扭矩转角传感器42用于反馈转向盘带动所述齿轮31转动的角度和扭矩，使车辆转向更加精确。

Claims

1.一种电动助力转向系统，包括电机（20）及由齿轮（31）和齿条（32）相啮合组成齿轮齿条传动副（30），其特征在于：所述电机（20）为直线电机；所述齿条（32）包括无齿段（321）和有齿段（322），所述无齿段（321）贯穿所述电机（20），且所述无齿段（321）和所述有齿段（322）能够一起沿所述电机（20）轴向方向做直线运动；所述齿条（32）为所述电机（20）的次级。

2.按照权利要求1所述的一种电动助力转向系统，其特征在于：在所述电机（20）的壳体（21）上安装有位置传感器（41）。

3.按照权利要求2所述的一种电动助力转向系统，其特征在于：沿所述齿轮（31）轴向方向同轴连接有扭矩转角传感器（42）。

4.按照权利要求2或3所述的一种电动助力转向系统，其特征在于：所述无齿段（321）和有齿段（322）为一体式结构。

5.按照权利要求4所述的一种电动助力转向系统，其特征在于：所述电机（20）还包括安装在壳体（21）上的初级线圈（22）和初级铁芯（23），所述初级线圈（22）绕制在初级铁芯（23）上；所述齿条（32）的外表面与所述初级线圈（22）之间、所述齿条（32）的外表面与所述初级铁芯（23）之间均留有缝隙。

6.按照权利要求5所述的一种电动助力转向系统，其特征在于：所述无齿段（321）为钢管式结构或实芯钢材式结构。

7.按照权利要求6所述的一种电动助力转向系统，其特征在于：所述无齿段（321）的钢管式结构内部填充有硬磁材料，所述硬磁材料沿所述无齿段（321）轴向方向划分为若干段，每段硬磁材料沿轴向方向的长度与所述初级线圈（22）沿轴向方向的长度相同；每段硬磁材料经过极性充磁，相邻的两段硬磁材料极性相反。

8.按照权利要求6所述的一种电动助力转向系统，其特征在于：所述无齿段（321）外表面覆盖有一层非磁性材料。

9.按照权利要求8所述的一种电动助力转向系统，其特征在于：所述齿条（32）为圆柱形结构。