RU72798U1

RU72798U1 - Электродвигатель для электромеханического усилителя руля

Info

Publication number: RU72798U1
Application number: RU2007148069/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Ананьевич Тойдеряков; Александр Александрович Афанасьев; Валерий Алексеевич Нестерин; Сергей Александрович Гусев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ЗЭиМ-Лайн"
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2008-04-27

Abstract

Предлагаемое решение может быть использовано в электромеханическом усилителе руля. Технический результат - повышение электромагнитного момента, снижении пульсации и повышение качества работы электромеханического усилителя руля, достигается тем, что в электродвигателе, состоящим из магнитопровода статора с n зубцами, сосредоточенной трехфазной обмотки, выполненной с зубцовыми катушками, и магнитопровода ротора, расположенного на выходном валу усилителя руля, жестко закрепленного через немагнитную втулку и имеющего трапециевидные пазы с постоянными магнитами, сужающимися к наружной цилиндрической поверхности ротора, зубцовые катушки статора располагаются в трех фазных зонах и в каждой фазной зоне по четыре группы, где две группы из последовательно-согласно соединенных катушек и другие две группы из отдельно расположенных катушек, числа полюсов статора и ротора отличаются на четыре, постоянные магниты имеют форму, совпадающую с формой пазов, причем постоянные магниты размещены в пазах так, что между дном паза и основанием постоянного магнита образуется воздушный зазор Δh=δ tgβ, где β - угол между основанием и боковой поверхностью паза, δ - односторонний воздушный зазор между боковыми поверхностями паза и постоянного магнита. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Предлагаемое решение относится к средствам управления автомобилем и может быть использовано в электромеханическом усилителе руля.

Известен электродвигатель электромеханического усилителя руля автомобиля (RU 2158692, В62D 5/04, 10.11.2000), являющийся трехфазным с числом зубцов на статоре - 12, на роторе - 8. Магнитная система электродвигателя выполнена со взаимным скосом зубцов ротора и статора, причем скос и ширина коронки зубцов статора и ротора по воздушному зазору выбраны в определенных соотношениях от зубцового шага по ротору.

Недостатком данного электродвигателя является использование реактивного индукторного двигателя, который имеет пульсации электромагнитного момента на валу и обладает большими габаритами и весом.

Известен электродвигатель электромеханического усилителя руля, содержащий статор с магнитопроводом, имеющим п явно выраженных полюсов, и трехфазной обмоткой, выполненной с катушками, размещенными в шести равных чередующихся фазных зонах по одной катушке на полюс и по несколько катушек, принадлежащих одной фазе, в каждой фазной зоне, и ротор с n-2 полюсами, выполненными в виде постоянных магнитов, причем катушки трехфазной обмотки статора электродвигателя в фазных зонах, принадлежащих одной фазе, включены последовательно-согласно (RU 2181091, В62D 5/04, 10.04.2002).

Недостатком данного электродвигателя является относительно низкий электромагнитный момент.

Наиболее близким к предложенному электродвигателю является бесконтактный электродвигатель, состоящий из магнитопровода статора с зубцами с сосредоточенной многофазной обмоткой такой, что на каждом зубце статора располагается одна катушка одной фазы многофазной обмотки и магнитопровода ротора, расположенного на выходном валу усилителя руля и жестко закрепленного через немагнитную втулку и имеющего трапециевидные пазы с постоянными магнитами, сужающимися к наружной цилиндрической поверхности ротора, образуя многополюсную магнитную систему с полюсами чередующейся полярности. С внутренней стороны магнитопровода ротора напротив пазов имеются тонкие насыщающиеся перемычки, разделенные от выходного вала немагнитной втулкой (RU 65010, опубл. 27.07.2007).

Недостатком электродвигателя, принятого за прототип, является относительно низкий электромагнитный момент и как следствие снижение качества работы электромеханического усилителя руля.

Технический результат предлагаемого решения - повышение электромагнитного момента, снижение пульсаций момента и повышение качества работы электромеханического усилителя руля.

Указанный технический результат достигается тем, что в бесконтактном электродвигателе, состоящем из магнитопровода статора с зубцами, число которых равно n, сосредоточенной трехфазной обмотки, выполненной с зубцовыми катушками, и магнитопровода ротора, расположенного на выходном валу усилителя руля, жестко закрепленного через немагнитную втулку и имеющего трапециевидные пазы с постоянными магнитами, сужающимися к наружной цилиндрической поверхности ротора, такие, что с внутренней стороны магнитопровода ротора напротив пазов имеются тонкие насыщающиеся перемычки, разделенные от выходного вала немагнитной втулкой, зубцовые катушки статора располагаются в трех фазных зонах и в каждой фазной зоне по четыре группы, где две группы из двух последовательно-согласно соединенных катушек и другие две группы из отдельно расположенных одиночных катушек, число зубцов статора и число полюсов ротора бесконтактного электродвигателя отличаются на четыре, постоянные магниты имеют форму совпадающую с формой пазов, причем постоянные магниты размещены в пазах так, что между дном паза и основанием постоянного магнита образуется воздушный зазор

Δh=δ tgβ,

где β - угол между основанием и боковой поверхностью паза,

δ - односторонний воздушный зазор между боковыми поверхностями паза и постоянного магнита.

Магнитопровод статора составлен, по крайней мере, из восемнадцати зубцов.

Ротор составлен, по крайней мере, из четырнадцати постоянных магнитов.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что за счет применения трапециевидных постоянных магнитов, включения катушек в фазной зоне определенным образом и выбора определенного соотношения между числами полюсов статора и ротора, удалось повысить электромагнитный момент и качество работы электромеханического усилителя руля.

В дальнейшем техническое решение поясняется конкретным примером выполнения со ссылкой на чертежи, на которых показаны: фиг.1 - поперечное сечение электродвигателя;

фиг.2 - схема включения катушек обмотки статора, фиг.3 - расположение постоянного магнита в пазу магнитопровода ротора.

Электродвигатель для электромеханического усилителя руля выполняется трехфазным и состоит из статора и ротора. Статор включает магнитопровод 1, имеющий n радиально расположенных Т-образных зубцов 2, трехфазную обмотку, выполненную с сосредоточенными катушками 3 на зубцах 2 (зубцовые катушки). Ротор состоит из магнитопровода ротора 4 расположенного на выходном валу усилителя руля и жестко закрепленного через немагнитную втулку 5 и имеющего трапециевидные пазы 6 с постоянными магнитами 7, сужающимися к наружной цилиндрической поверхности ротора, образуя многополюсную магнитную систему с полюсами 8 чередующейся полярности. С внутренней стороны магнитопровода 4 ротора напротив пазов 6 имеются тонкие насыщающиеся перемычки 9, разделенные от выходного вала втулкой 5 из немагнитного материала для уменьшения потоков рассеивания магнитного поля, созданного постоянными магнитами 7. Число зубцов статора отличается от числа полюсов ротора на четыре (n-4).

Установка в пазы постоянных магнитов в намагниченном состоянии представляет собой трудоемкую операцию. Для ее облегчения постоянные магниты изготавливаются с уменьшенными поперечными размерами, что обеспечивает наличие технологических зазоров между постоянными магнитами и стенками паза, которые в собранном состоянии ротора представляют собой паразитные воздушные зазоры, уменьшающие индукцию и рабочий магнитный поток электродвигателя. В предлагаемом решении (фиг.3) форма постоянных магнитов и пазов в виде трапеции позволяет в процессе сборки обеспечить технологические зазоры путем надавливания на постоянный магнит через раскрытие паза со стороны рабочего воздушного зазора. В результате, основание постоянного магнита соприкасается с основанием паза, а между боковыми поверхностями магнита и паза образуются необходимые технологические зазоры δ. После введения постоянного магнита в паз надавливание снимается и под действием магнитных сил постоянный магнит перемещается в радиальном направлении к наружной части паза. При этом автоматически убираются технологические зазоры δ. Постоянный магнит в рабочем положении размещен в пазу так, что между дном паза и основанием постоянного магнита образуется воздушный зазор Δh, определяемый по формуле:

Δh=δ tgβ

δ - односторонний воздушный зазор между боковыми поверхностями паза и постоянного магнита, выбираемый по технологическим соображениям для обеспечения процесса введения постоянного магнита в паз в намагниченном состоянии, когда основание магнита лежит на дне паза, и δ=½(b_п-b_м)

где b_п - ширина основания паза,

b_м - ширина основания постоянного магнита.

Зубцовые катушки статора (фиг.2) располагаются в трех фазных зонах и в каждой фазной зоне по четыре группы, где две группы из двух последовательно-согласно соединенных катушек и другие две группы из отдельно расположенных одиночных катушек.

Предлагаемый электродвигатель для электромеханического усилителя руля работает следующим образом. При возникновении внешнего момента на входном валу, вырабатывается управляющий сигнал и в обмотках электродвигателя протекает ток, который, взаимодействуя с постоянными магнитами ротора, создает необходимый компенсирующий момент. В соответствии с алгоритмом управления, в зубцовых катушках каждой фазы формируется ток синусоидальной формы, благодаря чему, снижаются пульсации компенсирующего электромагнитного момента, приложенного к выходному валу рулевого механизма.

Применение постоянных магнитов трапециевидной формы, зубцовой обмотки с включением катушек в фазных зонах группами последовательно-согласно и одиночными, а также выбор определенного соотношения между числами полюсов статора и ротора позволило повысить электромагнитный момент двигателя на 10-15% по сравнению с прототипом. Кроме того, выбор определенного соотношения между числами полюсов статора и ротора привел к значительному повышению момента и тем самым обеспечил высокое качество работы электромеханического усилителя руля в целом.

Заявляемый электродвигатель используется в разработках электромеханического усилителя руля автотранспортных средств и может быть применен в других исполнительных механизмах любого назначения.

Claims

1. Электродвигатель для электромеханического усилителя руля, состоящий из магнитопровода статора с зубцами, число которых равно n, сосредоточенной трехфазной обмотки, выполненной с зубцовыми катушками, и магнитопровода ротора, расположенного на выходном валу усилителя руля, жестко закрепленного через немагнитную втулку и имеющего трапециевидные пазы с постоянными магнитами, сужающимися к наружной цилиндрической поверхности ротора, такие, что с внутренней стороны магнитопровода ротора напротив пазов имеются тонкие насыщающиеся перемычки, разделенные от выходного вала немагнитной втулкой, отличающийся тем, что зубцовые катушки статора располагаются в трех фазных зонах и в каждой фазной зоне по четыре группы, где две группы из двух последовательно-согласно соединенных катушек и другие две группы из отдельно расположенных одиночных катушек, постоянные магниты имеют форму, совпадающую с формой пазов, причем постоянные магниты размещены в пазах так, что между дном паза и основанием постоянного магнита образуется воздушный зазор Δh=δ tgβ, где β - угол между основанием и боковой поверхностью паза, δ - односторонний воздушный зазор между боковыми поверхностями паза и постоянного магнита.

2. Электродвигатель для электромеханического усилителя руля по п.1, отличающийся тем, что число зубцов статора и число полюсов ротора отличаются на четыре.

3. Электродвигатель для электромеханического усилителя руля по п.2, отличающийся тем, что магнитопровод статора составлен, по крайней мере, из восемнадцати зубцов.

4. Электродвигатель для электромеханического усилителя руля по п.1, отличающийся тем, что ротор составлен, по крайней мере, из четырнадцати полюсов.