RU42993U1

RU42993U1 - ELECTROMECHANICAL POWER STEERING

Info

Publication number: RU42993U1
Application number: RU2003116310/22U
Authority: RU
Inventors: В.К. Осин; В.И. Калганов; А.А. Батаев; Ю.В. Скобелев; В.И. Манохин; Э.А. Калмыкова; В.А. Назаров; А.В. Таран; С.А. Харитонов; О.Б. Мухин; С.В. Брованов; И.Е. Деряжный; О.Г. Куклин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Бердский электромеханический завод"
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2004-12-27

Abstract

Изобретение относится к области автомобилестроения. Электромеханический усилитель рулевого управления содержит корпус, на котором расположены механизмы крепления к корпусу автомобиля 11 и изменения угла наклона усилителя 12, два соосных вала входной 1 и выходной 2, соединенных торсионом 5 и ограничительной муфтой 10, датчик крутящего момента 6, электродвигатель, состоящий из магнитопровода статора 4 расположенного в центраторах 8, которые встроены в корпус усилителя рулевого управления или являются корпусом и магнитопровода ротора 3, встроенного в корпус ротора 9, который расположен на выходном валу 2, датчик положения ротора 7, блок управления электромеханическим усилителем рулевого управления 13. Устройство характеризуется упрощенной конструкцией и повышенной эксплуатационной надежностью.The invention relates to the field of automotive industry. The electromechanical power steering contains a housing on which the mechanisms of fastening to the vehicle 11 are located and changes in the angle of inclination of the amplifier 12, two coaxial shafts of input 1 and output 2, connected by torsion 5 and restriction clutch 10, a torque sensor 6, an electric motor consisting of a magnetic circuit the stator 4 located in the centralizers 8, which are built into the body of the power steering or are the body and the magnetic circuit of the rotor 3, built into the body of the rotor 9, which is located on the output m shaft 2, a rotor position sensor 7, a steering control unit 13. The electromechanical power apparatus characterized simplified construction and high operational reliability.

Description

Изобретение относится к области автомобилестроения и может быть использовано в составе механизма рулевого управления автомобилем для снижения усилия на рулевом колесе.The invention relates to the field of automotive industry and can be used as part of the steering mechanism of a car to reduce the effort on the steering wheel.

Известен электромеханический усилитель руля -ЭМУР- (патент США 4,448,275; 15 мая 1984г.), содержащий устройство для определения момента на рулевом валу, состоящее из корпуса, входного и выходного вала, связанных между собой с помощью торсиона и двух подвижных элементов, один из которых связан с входным валом устройства, а второй- с выходным валом устройства, на котором закреплена передаточная шестерня, связанная через другую шестерню с выходным концом вала электродвигателя электромеханического усилителя руля автомобиля. Входной вал устройства предназначен для связи с рулевым концом автомобиля, а выходной- с рулевым механизмом автомобиля. Дополнительное усилие от электродвигателя передается на выходной вал устройства через редуктор, состоящий из двух шестерен.Known electromechanical power steering -EMUR- (US patent 4,448,275; May 15, 1984), containing a device for determining the moment on the steering shaft, consisting of a housing, input and output shaft, interconnected by a torsion bar and two movable elements, one of which connected to the input shaft of the device, and the second to the output shaft of the device on which the gear gear is connected, connected through the other gear to the output end of the motor shaft of the electromechanical power steering of the car. The input shaft of the device is designed for communication with the steering end of the car, and the output shaft is for the steering mechanism of the car. Additional force from the electric motor is transmitted to the output shaft of the device through a gearbox consisting of two gears.

Указанный электромеханический усилитель руля автомобиля обладает рядом существенных недостатков. Наличие отдельно расположенного электродвигателя значительно сужает компоновочные возможности. Наличие редуктора приводит к появлению дополнительных люфтов в передаче, что существенно снижает динамические показатели. И, главное, наличие редуктора снижает безопасность управления автомобилем из-за возможности заклинивания руля при отказе электродвигателя.The specified electromechanical power steering of a car has a number of significant disadvantages. The presence of a separately located electric motor significantly reduces the layout capabilities. The presence of the gearbox leads to the appearance of additional backlash in the transmission, which significantly reduces the dynamic performance. And, most importantly, the presence of a gearbox reduces the safety of driving because of the possibility of jamming the steering wheel in the event of a motor failure.

Кроме того, известен электромеханический усилитель руля автомобиля (патент Российской Федерации № 2181091, кл. В 62 D 5/04, БИ № 10, 10.04.2002), являющийся прототипом и содержащий корпус, расположенные в нем два соосных вала входной и выходной, соединенных через торсион, электродвигатель, состоящий из магнитопровода статора с трехфазной обмоткой, встроенного в корпус усилителя руля или являющегося его корпусом и магнитопровода ротора, установленного на выходном валу, датчик момента, выполненный в виде торсиона, расположенного внутри полого входного либо выходного вала и измерителя угла скручивания торсиона, датчик положения ротора электродвигателя, состоящего из 3-х датчиков Холла, смещенных друг относительно друга на 120 эл. градусов.In addition, the electromechanical power steering of a car is known (patent of the Russian Federation No. 2181091, class B 62 D 5/04, BI No. 10, 04/10/2002), which is a prototype and contains a housing, located in it two coaxial input and output shafts connected through a torsion bar, an electric motor consisting of a stator magnetic circuit with a three-phase winding, built-in to the power steering gear housing or being its body and a rotor magnetic circuit mounted on the output shaft, a torque sensor made in the form of a torsion bar located inside the hollow input For the output shaft and torsion bar twist angle meter, a motor rotor position sensor, consisting of 3 Hall sensors which are offset relative to each other by 120 el. degrees.

Недостатком прототипа является соединение входного и выходного валов через торсион без ограничения угла его скручивания, что снижает надежность усилителя руля и безопасность управления автомобилем из-за возможности разрушения торсиона особенно при повороте колес на малых скоростях и на неподвижном автомобиле при прикладывании больших усилий к рулевому колесу. Использование магнитопровода статора, встроенного в корпус усилителя руля, увеличивает массогабаритные The disadvantage of the prototype is the connection of the input and output shafts through the torsion bar without limiting the angle of its twisting, which reduces the reliability of the power steering and the safety of driving because of the possibility of destruction of the torsion bar especially when turning the wheels at low speeds and on a stationary car when applying large forces to the steering wheel. The use of a stator magnetic circuit built into the power steering enclosure increases weight and size

показатели и ухудшает охлаждение электродвигателя. Использование магнитопровода статора, одновременно являющегося корпусом усилителя руля, усложняет конструкцию, снижает безопасность управления автомобилем из-за низкой механической прочности магнитопровода статора. Кроме того, применение в электродвигателе данного усилителя магнитопровода ротора, расположенного на выходном валу усилителя руля, снижает электромагнитный момент двигателя из-за замыкания магнитного потока создаваемого постоянными магнитами через материал выходного вала и ухудшает массогабаритные показатели. В конструкции указанного прототипа также не предусмотрено наличие механизма изменения угла наклона усилителя в автомобиле, что ограничивает сферу его применения и снижает комфортные условия для водителя.performance and impairs motor cooling. The use of the stator magnetic circuit, which is also the body of the power steering, complicates the design, reduces the safety of driving due to the low mechanical strength of the stator magnetic circuit. In addition, the use of a rotor magnetic circuit in the electric motor of the amplifier located on the output shaft of the power steering reduces the electromagnetic moment of the engine due to the closure of the magnetic flux generated by permanent magnets through the material of the output shaft and worsens the overall dimensions. The design of this prototype also does not provide a mechanism for changing the angle of the amplifier in the car, which limits its scope and reduces comfortable conditions for the driver.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции электромеханического усилителя руля, улучшение его массогабаритных показателей, повышение комфортности и безопасности управления автомобилем.The task of the invention is to simplify the design of the electromechanical power steering, improve its overall dimensions, increase the comfort and safety of driving.

Указанная задача в электромеханическом усилителе рулевого управления содержащем корпус, расположенные в нем два соосных вала, входной и выходной, электродвигатель, состоящий из магнитопровода статора с трехфазной обмоткой и многополюсного ротора, содержащего магнитопровод и постоянные магниты, датчик момента, выполненный в виде торсиона соединяющего входной и выходной вал и измерителя угла скручивания торсиона, датчик положения ротора, блок управления усилителем рулевого управления, решается тем, что магнитопровод статора расположен в центраторах, которые встроены в корпус усилителя рулевого управления и имеют вентиляционные окна, магнитопровод ротора встроен в корпус ротора, расположенный на выходном валу и изолирующий магнитопровод ротора от выходного вала, применена ограничительная муфта, расположенная на входном и выходном валу, электромеханический усилитель рулевого управления содержит механизм крепления к корпусу автомобиля и изменения угла наклона усилителя.The indicated task is in an electromechanical power steering containing a housing, two coaxial shafts located in it, an input and an output motor, an electric motor consisting of a stator magnetic circuit with a three-phase winding and a multi-pole rotor containing a magnetic circuit and permanent magnets, a torque sensor made in the form of a torsion connecting the input and output shaft and torsion angle meter, rotor position sensor, power steering control unit, it is decided that the stator magnetic circuit is located n in the centralizers, which are built into the power steering enclosure and have ventilation windows, the rotor magnetic circuit is integrated into the rotor housing located on the output shaft and isolating the rotor magnetic circuit from the output shaft, a restrictive clutch located on the input and output shaft, and an electromechanical power steering are applied contains a mechanism for attaching to the car body and changing the angle of the amplifier.

Центраторы могут являться корпусом электромеханического усилителя рулевого управления.Centralizers can be the body of an electromechanical power steering.

Изобретение представлено на фиг.1 в разрезе вдоль общей оси валов. Электромеханический усилитель рулевого управления состоит из входного вала 1, расположенного в корпусе усилителя, выходного вала 2, соединенного с входным через торсион 5, и ограничительную муфту 10, электродвигателя, датчика момента 6, датчика положения ротора 7, механизма крепления к корпусу автомобиля 11, механизма изменения угла наклона усилителя 12 и блока управления усилителем 13. Электродвигатель состоит из магнитопровода статора 4, центраторов 8, магнитопровода ротора 3, корпуса ротора 9.The invention is presented in figure 1 in section along the common axis of the shafts. The electromechanical power steering consists of an input shaft 1 located in the amplifier housing, an output shaft 2 connected to the input through a torsion 5, and a restriction clutch 10, an electric motor, a torque sensor 6, a rotor 7 position sensor, a mounting mechanism to the car body 11, a mechanism changes in the angle of the amplifier 12 and the control unit of the amplifier 13. The electric motor consists of a magnetic circuit of the stator 4, centralizers 8, the magnetic circuit of the rotor 3, the rotor housing 9.

Входной вал 1, связан с рулевым колесом, а выходной вал 2 - с рулевым механизмом. Датчика момента 6 измеряет приложенный к рулевому колесу момент, датчик положения ротора 7 регистрирует положение The input shaft 1 is connected to the steering wheel, and the output shaft 2 is connected to the steering mechanism. The torque sensor 6 measures the moment applied to the steering wheel, the rotor 7 position sensor registers the position

магнитопровода ротора 3 относительно магнитопровода статора 4. Датчик момента 6 и датчик положения ротора 7 формируют соответствующие выходные сигналы для блока управления 13 электромеханического усилителя рулевого управления, который, используя также информацию от датчиков автомобиля, формирует ток синусоидальной формы, который протекая по обмоткам статора создает электромагнитный момент, приложенный непосредственно к выходному валу 2 усилителя рулевого управления. Электродвигатель состоит из магнитопровода статора 4, который расположен в центраторах 8, встроенных в корпус усилителя рулевого управления, магнитопровода ротора 3, встроенного в корпус ротора 9, расположенного на выходном валу 2. Наличие центраторов 8 позволяет обеспечить жесткое механическое крепление магнитопровода статора 4 к корпусу усилителя рулевого управления, что в свою очередь позволяет обеспечить стабильность воздушного зазора между магнитопроводом статора 3 и магнитопроводом ротора 4, а наличие в центраторах 8 вентиляционных окон улучшает охлаждение электродвигателя. Центраторы могут являться корпусом электромеханического усилителя рулевого управления. При наличии крутящего момента на входном валу 1, определяемого датчиком момента 6 по величине скручивания торсиона 5, включается электродвигатель, который добавляет вращающий момент выходному валу 2, облегчая тем самым работу водителю. При превышении крутящего момента определенного значения ограничительная муфта 10, расположенная на входном 1 и выходном 2 валах входит в зацепление, предотвращая разрушение торсиона 5. Магнитопровод ротора 3 встроен в корпус ротора 9 из немагнитного материала и расположен на выходном валу 2.the rotor 3 magnetic circuit relative to the stator 4 magnetic circuit. The torque sensor 6 and the rotor 7 position sensor generate the corresponding output signals for the control unit 13 of the electromechanical power steering, which, using also information from the car’s sensors, generates a sinusoidal current that flows through the stator windings and creates an electromagnetic torque applied directly to the output shaft 2 of the power steering. The electric motor consists of a stator magnetic circuit 4, which is located in centralizers 8, integrated in the power steering enclosure, a rotor 3 magnetic circuit, integrated in the rotor casing 9, located on the output shaft 2. The presence of centralizers 8 allows for rigid mechanical fastening of the stator magnetic circuit 4 to the amplifier casing steering, which in turn allows for stability of the air gap between the stator 3 magnetic circuit and the rotor 4 magnetic circuit, and the presence of 8 ventilating centralizers windows improves motor cooling. Centralizers can be the body of an electromechanical power steering. If there is a torque on the input shaft 1, determined by the torque sensor 6 by the amount of torsion 5 torsion, an electric motor is turned on, which adds torque to the output shaft 2, thereby facilitating the driver’s work. If the torque exceeds a certain value, the restriction clutch 10 located on the input 1 and output 2 shafts engages, preventing the destruction of the torsion 5. The rotor 3 magnetic circuit is built into the rotor casing 9 from non-magnetic material and is located on the output shaft 2.

Claims

1. The electromechanical power steering of a car, comprising a housing, two coaxial shafts located therein, an input and an output motor, an electric motor consisting of a stator consisting of a magnetic circuit made with distinct poles, on which a three-phase winding is arranged, made in the form of coils located in six equal alternating phase zones, one coil per pole, in each zone there are several series-connected coils belonging to one phase and a multi-pole rotor with excitation from thawed magnets, and the number of poles of the rotor and stator differ by two, a torque sensor made in the form of a torsion bar located inside the hollow input or output shafts and a torsion angle meter, a rotor position sensor of an electric motor, an electric motor control unit, characterized in that the stator magnetic circuit is located in centralizers, which are built into the power steering housing and have ventilation windows, the rotor magnetic circuit is integrated in the rotor housing located on the output shaft and the mouth is insulated pa from the output shaft, introduced restrictive clutch located on the input and output shafts, and a mechanism for changing the angle of inclination of the power steering connected to the steering wheel booster body.

2. The electromechanical power steering of a car according to claim 1, characterized in that the centralizers are the body of an electromechanical power steering.