CN220915138U - 电磁电机、车轮转向装置和运输工具 - Google Patents

Abstract

一种电磁电机、车轮转向装置和运输工具，涉及汽车转向技术领域，电磁电机，包括定子、动子和限位环。所述定子呈套筒状，所述定子具有贯穿腔体，所述定子内设有第一磁性机构；所述动子呈柱状，位于所述贯穿腔体内，并和所述定子沿轴向方向滑动连接，所述动子上设有第二磁性机构，所述第一磁性机构和所述第二磁性机构的至少一个为电磁结构；所述限位环位于所述贯穿腔体内，所述限位环的外壁面和所述定子固定连接，内壁面和所述动子滑动连接，所述限位环用于限制所述动子相对于所述动子沿径向方向移动。本申请通过设置限位环，能够保证动子运动时的尺寸精度，使转向操作稳定可靠。

Description

电磁电机、车轮转向装置和运输工具

技术领域

本申请涉及汽车转向技术领域，特别涉及一种电磁电机、车轮转向装置和运输工具。

背景技术

随着社会的发展，车辆在人们生活中起到的作用越来越大。汽车转向装置能够协调驾驶员作汽车方向调整，为驾驶员减轻打方向的用力强度，汽车转向装置在汽车行驶的安全性、经济性上也有一定的作用。

目前现有的电磁转向装置中，动子运动时的尺寸精度无法得到保障，不能为动子的直线运动提供可靠的位置精度，使转向操作稳定可靠。

实用新型内容

本申请提供一种电磁电机、车轮转向装置和运输工具，通过设置限位环，能够保证动子运动时的尺寸精度，使转向操作稳定可靠。

第一方面，本申请提供一种电磁电机，包括定子、动子和限位环。所述定子呈套筒状，所述定子具有贯穿腔体，所述定子内设有第一磁性机构；所述动子呈柱状，位于所述贯穿腔体内，并和所述定子沿轴向方向滑动连接，所述动子上设有第二磁性机构，所述第一磁性机构和所述第二磁性机构的至少一个为电磁结构；所述限位环位于所述贯穿腔体内，所述限位环的外壁面和所述定子固定连接，内壁面和所述动子滑动连接，所述限位环用于限制所述动子相对于所述动子沿径向方向移动。

本申请提供的电磁电机，通过定子上的第一磁性机构和动子上的第二磁性机构分别产生的磁场的电磁交互作用产生驱动力，驱动电磁电机内部的动子进行移动。当动子沿定子轴向方向进行移动时，环套在动子外侧的限位环能够限制动子相对于动子沿径向方向移动，保证动子运动时的尺寸精度，使转向操作稳定可靠。

一种可能的实现方式中，所述限位环包括直线轴承，所示直线轴承环套在所述动子上。直线轴承能够为动子的直线运动提供可靠的位置精度。

一种可能的实现方式中，所述限位环有多个，多个所述限位环沿所述动子的轴向方向间隔排列。多个限位环能够更大程度的保证动子运动时的尺寸精度，从而确保转向操作的稳定可靠。

一种可能的实现方式中，所述电磁电机还包括控制器，所述控制器位于所述定子的外侧，用于控制所述第一磁性机构和/或所述第二磁性机构通电产生磁性。第一磁性机构和第二磁性机构能够分别产生相应的磁场，在磁场的交互作用下产生驱动力，从而驱动动子进行移动。

一种可能的实现方式中，所述第一磁性机构和/或所述第二磁性机构均有多个，并沿所述动子的轴向方向间隔排列。设置多个第一磁性机构和第二磁性机构能够产生磁力更强的磁场，使电磁电机具有更高的效率。

一种可能的实现方式中，所述电磁电机还包括约束器，所述约束器和所述定子固定连接，所述约束器用于在接收开启信号时锁定所述动子，用于约束所述动子和所述定子沿所述轴向方向相对位移。约束器能够在无驾驶意图的情况下约束动子保持不动，避免在车轮受外力作用下发生偏转，造成安全隐患。

一种可能的实现方式中，所述定子包括壳体，所述壳体内设有冷却通道，所述冷却通道用于承载并流通冷却介质。冷却通道中的冷却介质为电磁电机提供冷却循环，防止电磁电机过热。

一种可能的实现方式中，所述动子在周向侧面上设有限位凸起，所述限位凸起用于和所述定子相抵接。限位凸起可以防止动子发生过度位移。

第二方面，本申请提供一种车轮转向装置，包括上述任一项所述的电磁电机，还包括转向拉杆和转向节；所述电磁电机的动子一端连接所述转向拉杆的一端，所述转向拉杆的另一端与所述转向节连接，所述转向节用于与所述车轮连接。当进行转向操作时，电磁电机产生驱动力驱动动子进行移动，从而带动转向拉杆移动，扯动车轮实行转向。两侧车轮分别由两侧电磁电机控制，从而电磁电机可以独立控制两侧车轮产生不同的转向角，使两侧车轮达到不同的转弯半径，实现理论上的最佳转弯姿态，以此提高转向操作的稳定性和精确性。

第三方面，本申请提供一种运输工具，所述运输工具包括多个车轮，每个车轮均连接一个所述车轮转向装置。设置该车轮转向装置的运输工具可以提高驾驶员转向的精确操控，减少转向操作中对轮胎的异常磨损，综合提升驾驶员操作感受和舒适性。

附图说明

图1是本申请实施方式提供的电磁电机结构示意图；

图2是图1的剖面示意图；

图3是本申请实施方式提供的车轮转向装置结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的相同的字段，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本申请实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范围彼此区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一预设范围也可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在......时”或“当......时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

本申请提供一种电磁电机10。电磁电机10包括定子110、动子120和限位环130。

参阅图1和图2所示，图1为本申请提供的一种实施方式的电磁电机10的结构示意图，图2为图1示出的电磁电机10沿A-A方向的剖面图。定子110呈套筒状并且具有贯穿腔体(图中未示出)，在定子110的内壁面设置有第一磁性机构111。动子120呈柱状并位于定子110的贯穿腔体内。具体地，动子120贯穿于定子110内部的贯穿腔体中并和定子110沿轴向方向滑动连接，从而动子120能够相对于定子110做往复直线运动。动子120上设有第二磁性机构121，第一磁性机构111和第二磁性机构121中的至少一个为电磁结构。示例性地，第一磁性机构111可以是定子绕组，定子绕组通电后可以产生旋转的电磁场。第二磁性机构121可以是动子永磁磁铁，动子永磁磁铁可以产生恒定的磁场。动子永磁磁铁通常由钕铁硼等材料制成，具有高磁性和高稳定性，能够使电磁电机达到更高的效率。限位环130位于贯穿腔体内，限位环130的外壁面和定子110固定连接，内壁面和动子120滑动连接，限位环130用于限制动子120相对于动子120沿径向方向移动。示例性地，限位环130可以包括直线轴承，直线轴承环套在动子120的外侧，可以为动子120的直线运动提供可靠的位置精度。

本申请提供的电磁电机10，通过定子110上的第一磁性机构111和动子120上的第二磁性机构121分别产生的磁场的电磁交互作用产生驱动力，驱动电磁电机10内部的动子120进行移动。当动子120沿定子110轴向方向进行移动时，环套在动子120外侧的限位环130能够限制动子120相对于动子120沿径向方向移动，保证动子120运动时的尺寸精度，使转向操作稳定可靠。

在一种实施方式中，参阅图2所示，第一磁性机构111和第二磁性机构121沿动子120的轴向方向间隔排列，第一磁性机构111和第二磁性机构121均设置多个，多个指的是2个及以上。

参阅图2所示，电磁电机10还包括控制器140，控制器140固定安装在定子110外侧，控制器140能够作为电磁电机10的运动控制模块，当外部信号输入控制器140后，控制器140控制第一磁性机构111通电产生电磁场，从而控制动子120执行向左转或向右转的转向动作。具体地，当第一磁性机构111通电时，第一磁性机构111产生旋转的磁场，在磁场的交互作用下，动子120切割第一磁性机构111产生的旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而带动动子120发生位移。

动子120可以包括动子铁芯122，动子铁芯122可以作为动子120的主体，动子铁芯122能够加强磁场，提高电磁电机的效率。在本实施方式中，动子铁芯122可以呈柱状。

动子120还包括限位凸起123，限位凸起123固定设置在动子120的外侧，并分别位于动子120的两端，限位凸起123不与动子产生相对运动，限位凸起123可以和定子110相抵接，从而可以防止动子120发生过度位移。

一种可能的实施方式中，限位凸起123可以与动子120一体成型得到。

电磁电机10还包括约束器150，约束器150位于定子110的内侧并和定子固定连接。约束器150用于在接收开启信号时锁定动子120，用于约束动子120和定子110沿所述轴向方向相对位移。也就是说当驾驶员无转向意图时，电磁电机10无转向操作输入，约束器150开启并约束动子120，在电磁电机10不工作的状态下能约束动子120不发生移动，从而保证车辆稳定可靠的直线行驶状态；当驾驶员进行转向时，电磁电机10有转向操作输入，约束器150关闭，动子120可自由移动。而现有技术只能对车轮进行转向操作，不能在无驾驶意图的情况下约束转向拉杆保持不动，在车轮受外力作用下容易发生偏转，存在安全隐患。

电磁电机10还包括壳体160，壳体160的外侧设置有装配孔161，其中，装配孔161可以包括但不限于通孔、盲孔和螺纹孔。装配孔161至少设置一个，利用装配孔161将电磁电机10安装固定在车的副车架上。

壳体160上设置有冷却通道162，冷却通道162中可以填充冷却水或者冷却油等冷却介质，为电磁电机10提供冷却循环，防止电磁电机10过热。冷却通道162的形状可以设置为间隙或者沟槽状。

本实施方式中，电磁电机10还包括防尘罩170，防尘罩170可以通过卡箍171安装在电磁电机10两端，防尘罩170防止使用过程中外界粉尘、铁屑等进入电磁电机10，对电磁电机10内部的零件造成损伤，导致电磁电机10功能降低或失效，降低使用寿命。防尘罩170的形状可以设计为一端封闭的中空圆柱体结构。防尘罩170可以由塑料制成。例如，防尘罩170可以采用聚碳酸酯或聚丙烯等塑料材料制备。由塑料材料制备的防尘罩具有防腐蚀、防水等特性，并且重量轻，制造成本低，加工工艺简单。本申请并不限定防尘罩的形状和材质，本领域技术人员可以根据实际需求进行相应的选择。

本申请提供的电磁电机10通过定子110和动子120分别产生的磁场的电磁交互作用产生驱动力，驱动内部的动子120进行移动，从而带动转向拉杆扯动车轮实施转向，不论转向角度的大小，电磁电机10均能产生足够的转向力，并且对转向操作的控制精确、可靠。相较于传统的滚珠丝杆电机装置，电磁电机10减少了中间作用力的传递和转化，避开了力的衰减和零件公差配合导致的精度误差，从而提高了转向操作的执行精度和工作效率。

本申请还提供一种电磁转向装置20，包括上述任一实施方式所述的电磁电机10。还包括方向盘210、转向总成220、控制系统230、转向拉杆240、转向节250和车轮260。图3示出了包括电磁电机10的电磁转向装置20示意图。

方向盘210为驾驶员直接操纵的部件。转向总成220包括转向柱221和转向角传感器222。转向柱221位于方向盘210的下方，作为方向盘210转动的中间传动部件，转向柱221的一端与方向盘210固定连接，另一端与转向角传感器222固定连接。转向柱221将驾驶员作用于方向盘210的转向操做传递给转向角传感器222。转向角传感器222与控制系统230电连接，通过转向角传感器222将转向角信号传递给控制系统230。

控制系统230可以接收来自各种传感器输入的信号，根据对这些信号的综合处理来输出控制电磁电机10运行的控制信号。电磁电机10呈左右对称设计，在电磁转向装置20的左右两侧分别设置电磁电机10。

在电磁转向装置20的左侧，第一电磁电机11的一端通过球销270与第一转向拉杆241固定连接。第一转向拉杆241与第一转向节251通过球销270固定连接，第一转向节251与第一车轮261通过球销270固定连接。球销270可以实现车轮260的上下跳动和转向运动。具体地，当路面不平整时，第一车轮261和第一转向节251会产生跳动，在第一转向节251与第一转向拉杆241之间，以及第一转向节251与第一车轮261之间安装球销270，即使第一转向节251与第一转向拉杆241之间，以及第一转向节251与第一车轮261之间存在角度，也能够顺利实现力的传递。此外，第一电磁电机11与第一转向拉杆241的连接装置、第一转向节251与第一转向拉杆241的连接装置，以及第一转向节251与第一车轮261的连接装置不限于球销270，还可以选用其他能达到相同效果的装置，本申请对此不做具体限定。

在电磁转向装置20的右侧，第二电磁电机12、第二转向拉杆242、第二转向节252和第二车轮262之间的连接方式与位于电磁转向装置20的左侧的情况相类似，本申请不再赘述。即在本申请的电磁转向装置20中，电磁电机10、转向拉杆240、转向节250和车轮260均左右对称设置。在电磁电机10分别带动转向拉杆240向左或者向右移动的过程中，转向拉杆240对应驱动转向节250向左或者向右移动，进而改变车轮260的转角。

本申请提供的一种电磁转向装置20基于控制系统230对各类信号的收集处理到输出，控制电磁电机10工作以实现转向的目的。具体动作过程如下：

在常规转向工况下，当驾驶员转动方向盘210发出转向操作信号时，转向柱221跟随方向盘210转动，转向角传感器222检测到转向柱221转动的角度信号，即探测驾驶员的转向操作意图，并将采集到的转向柱221的角度信号发送至控制系统230。控制系统230接收到相应的转向柱221转动的角度信号，同时路面状况以及行驶状况等信号也被传输至控制系统230。此时控制系统230对接收到的各种信号进行综合处理后输出电磁电机10运行的控制信号，并将电磁电机10的运行控制信号分别发送至左右对称设置的第一电磁电机11和第二电磁电机12，对应控制第一电磁电机11和第二电磁电机12各自工作产生的电流的大小和方向。使得第一电磁电机11和第二电磁电机12分别通电产生相应大小和不同方向的磁场，对动子120产生向左或者向右的驱动力，进而带动第一转向拉杆241和第二转向拉杆242向左或者向右移动，最后独立控制第一车轮261和第二车轮262达到不同的转弯半径(半径小转向角度大，半径大转向角度小)，以此实现转向过程。

由于电磁转向装置20的两侧分别设置电磁电机10，位于车辆两侧的车轮260分别连接左右两侧的电磁电机10，当驾驶员的操作信号和路面反馈等信号输入控制系统230时，由控制系统230对采集到的各类信号进行综合处理后对分别两侧电磁电机10输出控制信号，两侧车轮260分别由两侧电磁电机10控制，从而电磁电机10可以独立控制两侧车轮260产生不同的转向角，使两侧车轮260达到不同的转弯半径，实现理论上的最佳转弯姿态，以此提高转向操作的稳定性和精确性。传统助力转向系统由齿轮盒内的整根齿条产生位移带动转向拉杆动作，两侧转向拉杆产生行程相同，对两侧车轮的扯动行程相同，导致两侧车轮的转向角度也相同，不能实现理论上不同的转弯半径(两侧不同的转向角)。与传统助力转向系统相比，电磁转向装置20能够减少现有技术中两侧车轮转向时由相同转向角导致的非正常使用的磨损，提高轮胎使用寿命。

本实施方式中，转向总成220还包括电机总成223。电机总成223设置在转向柱221下侧，电机总成223由扭矩传感器(图中未示出)和电机本体(图中未示出)构成。扭矩传感器接收驾驶员的转向意图，将转向信号输入控制系统230，处理后输出控制信号到电机本体，控制电机本体产生阻尼力矩(该阻尼力矩小于驾驶员操作力矩)，以实现阻尼功能。驾驶人员在驾驶时，可以提前设定各类阻尼感受，包括但不限于轻便、中等或较重等各种操作感受。从而，电磁转向装置20根据预设的阻尼感受控制电机本体产生相对应的阻尼力矩，达到满足不同操作感受的转向阻尼的需求。

本实施方式中，电磁转向装置20还包括前束角传感器280，参阅图3所示，前束角传感器280可以位于转向节250与车轮260固定连接的球销270上，前束角传感器280设置在电磁转向装置20的两侧呈左右对称分布，并与控制系统230电连接。当车轮260在行驶过程中，如果偶然遭遇外力(如碰到石块)作用发生偏转，在外力消失后车轮260需要立即自动回到直线行驶的位置来保证汽车稳定的直线行驶，也就是车轮260需要具有自动回正功能。这种自动回正功能需要依靠车轮260的定位参数来实现，前轮前束就是这些定位参数中的一种。前轮前束是指前轮前端面与后端面在车辆横向方向的距离差，也可以指车身前进方向与前轮平面之间的夹角，此时也称前束角。前轮前束的作用是为了消除在行驶中因前轮外倾而引起的不利影响，使车轮260直线滚动而无横向滑脱现象。

本申请提供的一种电磁转向装置20中，前束角传感器280根据车轮260所受外力大小的不同而采集到不同的前束角信号，并将前束角信号传输至控制系统230。控制系统230可以根据各类信号的输入，控制电磁电机10动态调整转向拉杆240，带动轮胎发生微小偏转以达成车轮260前束的动态调整，使车轮260受到外力作用发生偏转后能适时响应，保证车轮260快速回到直线行驶的姿态；而传统助力转向的前束一般为固定值，在汽车使用过程中就已确定，不能更改。相对于传统助力转向来说，本申请提供的一种电磁转向装置20能够根据车轮260在直线行驶过程中受到的外力大小的影响，及时根据外力适时调整前束，从而调整车轮260的回正姿态，减小对驾驶员的操作感受产生的不利影响。通过电磁电机10的微小调整，控制车轮260前束根据路况进行动态调整，适应各种路况，提高行车操作的稳定性。

本实施方式中，电磁转向装置20还具有转向自动回正功能。具体地，当驾驶员驻车后、车辆处于静止或者低速行驶状态时，由控制系统230将驻车信号、车辆静止或者车辆低速行驶等信号转换后输出到电磁电机10，由电磁电机10控制转向拉杆240扯动车轮260回正，同时控制位于方向盘210下方的电机运作，将方向盘210回正。避免因驾驶员的操作遗漏等因素导致轮胎处于转向后未回正的姿态中，为下次驾驶预埋安全隐患。

本申请还提供一种运输工具，运输工具除了诸如发动机或电动机、电池和变速器这样的常用部件之外，还包括上述任一实施方式所述的电磁转向装置20。本申请中的运输工具可以包括路上运输工具、水上运输工具、空中运输工具、工业设备、农业设备、或娱乐设备等。例如运载工具可以为车辆，该车辆为广义概念上的车辆，可以是交通工具(如新能源汽车、摩托车、公交车等)，工业车辆(如叉车、挂车、牵引车等)，工程车辆(如挖掘机、推土车、吊车等)，农用设备(如割草机、收割机等)，游乐设备，玩具车辆等，本申请实施例对运输工具的类型不作具体限定。

例如，运输工具可以为汽车，电磁转向装置20安装在汽车的副车架位置。本实施方式提供的汽车具有上述任一实施方式中所提供的电磁转向装置20的全部功能。即电磁转向装置20可以提高驾驶员对汽车转向的精确操控，减少转向操作中对轮胎的异常磨损，并动态适应各种驾驶路面；提升外力作用下汽车快速回到直线行驶姿态或保证直线行驶的连贯性；并避开驾驶员在静止和驻车状态对轮胎的回正的遗漏，保证轮胎自动回正；提供多种操作手感，适应不同客户需求，综合提升驾驶员操作感受和舒适性。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电磁电机，其特征在于，包括：

定子，呈套筒状，所述定子具有贯穿腔体，所述定子内设有第一磁性机构；

动子，呈柱状，位于所述贯穿腔体内，并和所述定子沿轴向方向滑动连接，所述动子上设有第二磁性机构，所述第一磁性机构和所述第二磁性机构的至少一个为电磁结构；

限位环，位于所述贯穿腔体内，所述限位环的外壁面和所述定子固定连接，内壁面和所述动子滑动连接，所述限位环用于限制所述动子相对于所述动子沿径向方向移动。

2.根据权利要求1所述的电磁电机，其特征在于，所述限位环包括直线轴承，所示直线轴承环套在所述动子上。

3.根据权利要求1或2所述的电磁电机，其特征在于，所述限位环有多个，多个所述限位环沿所述动子的轴向方向间隔排列。

4.根据权利要求1或2所述的电磁电机，其特征在于，所述电磁电机还包括控制器，所述控制器位于所述定子的外侧，用于控制所述第一磁性机构和/或所述第二磁性机构通电产生磁性。

5.根据权利要求1或2所述的电磁电机，其特征在于，所述第一磁性机构和/或所述第二磁性机构均有多个，并沿所述动子的轴向方向间隔排列。

6.根据权利要求1或2所述的电磁电机，其特征在于，所述电磁电机还包括约束器，所述约束器和所述定子固定连接，所述约束器用于在接收开启信号时锁定所述动子，用于约束所述动子和所述定子沿所述轴向方向相对位移。

7.根据权利要求1或2所述的电磁电机，其特征在于，所述定子包括壳体，所述壳体内设有冷却通道，所述冷却通道用于承载并流通冷却介质。

8.根据权利要求1或2所述的电磁电机，其特征在于，所述动子在周向侧面上设有限位凸起，所述限位凸起用于和所述定子相抵接。

9.一种车轮转向装置，其特征在于，包括上述权利要求1-8任一项所述的电磁电机，还包括转向拉杆和转向节；所述电磁电机的动子一端连接所述转向拉杆的一端，所述转向拉杆的另一端与所述转向节连接，所述转向节用于与所述车轮连接。

10.一种运输工具，其特征在于，包括上述权利要求9所述的车轮转向装置，所述运输工具包括多个车轮，每个车轮均连接一个所述车轮转向装置。