【具体实施方式】
[0036]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0037]本发明装置同时适用于转向轴助力式、齿轮助力式、齿条助力式等各型式EPS，本实施例中以转向轴助力式EPS为例进行介绍。
[0038]如图3所示，按照本发明一个优选实施例所构建的一种交替极无刷永磁电机包括定子(由定子铁心I与定子绕组组成)和转子铁心2以及磁钢3，其中，定子绕组结构型式与传统三相感应电机相同，其呈中空筒体状，其内壁开有槽，定子绕组放置在槽中，转子铁心2同轴套设在定子筒体的中心通孔中，转子铁心2外表面开有槽，槽数为电机工作磁场极数的一半，磁钢3放置在槽内，相邻磁钢的极性相同。
[0039]其中，转子磁钢只有N极或S极，磁钢用量仅为传统永磁电机的一半，相邻两磁钢之间是铁磁(如硅钢)极靴如图3所示。
[0040]如图7所示，与传统的永磁电机相比，交替极永磁电机的磁场分布是类似的，只是在交替极永磁电机中，其中一种磁极由铁磁极靴代替，又因为铁磁介质的磁导率较高，整个永磁体磁路磁阻较小，所以虽然交替极永磁电机节省大量的磁钢，但其气隙磁场并没未因此被消弱。图7是传统永磁和交替极永磁电机的空载磁场分布图。
[0041]此外，交替极永磁电机转子是显著的凸极结构，这种结构一方面使得交替极永磁电机同时具有永磁和磁阻转矩两种转矩成分，可以通过适当地控制，充分利用磁阻转矩进一步降低永磁体用量，另一方面极有利于采用无位置传感器控制技术实现全速度范围转子位置检测。
[0042]因交替极永磁电机与传统无刷永磁电机具有相同的工作原理，所以，基于交替极无刷永磁电机的EPS可以直接采用现有的系统框架如图4所示，但其转矩控制策略需进行适当修改，使驱动电机的磁阻转矩能被充分利用。该系统工作过程:ECU4根据位置传感器6、车速传感器(ECU的输入)和转矩传感器5的检测信号，调节助力电流的大小、相位和频率来控制电动机的力矩大小和方向，然后该输出力矩通过减速机构作用到齿轮上，最终作用到转向器，实现助力转向。
[0043]另一实施例中，基于交替极无刷永磁电机的EPS也可采用无位置传感器系统框架如图5所示。与现有无刷永磁EPS结构相比，该系统节省了位置传感器，但ECU4需要增加转子位置检测程序。考虑到用户转向操作是随机的，EPS频繁地进行启停操作，所以EPS对其驱动电机系统零速和低速时的性能要求较高。在零速和低速工况下，无位置传感器控制系统一般高频谐波注入的方法来检测转子位置，(也可采用其他方法检测转子位置)，高频谐波注入法的具体操作过程:高频小幅电压谐波附加在基波电压上，相应的高频电流将受到转子凸极效应的影响，然后从中提取转子位置的信息。该系统工作过程:ECU4通过无位置传感器控制技术获得转子位置信息，结合位置传感器、车速传感器和转矩传感器5的检测信号，调节助力电流的大小、相位和频率来控制电动机的力矩大小和方向，然后该输出力矩通过减速机构作用到齿轮上，最终作用到转向器，实现助力转向。
[0044]本发明电机中，首先，电机转子仅仅一半的磁极由永磁体构成，极大地降低了永磁体的用量，节省了成本，而且由于铁心的磁阻较小，气隙磁场削弱并不明显，加上凸极效应带来的磁阻转矩，电机的输出转矩可以维持基本不变；其次，由于电机具有凸极效应，从而可以通过某些方法，例如高频谐波注入确定转子位置，不需要位置传感器，从而进一步降低了成本。
[0045]本发明的基于交替极无刷永磁电机的EPS系统，与现有无刷永磁电机EPS系统相比，该系统具有性能更为优越、结构简单紧凑、永磁体用量低等优势。根据助力电机在EPS系统的布置位置的不同，电动助力转向分为转向轴助力式、齿轮助力式、齿条助力式如图6所示。
[0046]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种交替极无刷永磁电机，用于电子助力转向系统中，该电机包括: 定子铁芯(I)，呈中空筒体状，其内壁开有槽，定子绕组放置在对应的定子槽内； 转子铁芯(2)，呈中空筒体状，其同轴套设在所述定子铁芯(I)筒体的中心通孔中，其外表面开有多个槽，且槽数为电机运行磁场极数的一半；以及 多个磁钢(3)，其分别一一对应放置在转子铁芯(2)的各槽内，且相邻槽的磁钢极性相同，使得转子上的磁钢只存在单一极性，从而形成凸极结构，实现降低永磁用量的同时保持电机的输出转矩。2.根据权利要求1所述的一种交替极无刷永磁电机，其中，所述转子上的磁钢均为N极或S极。3.根据权利要求1或2所述的一种交替极无刷永磁电机，其中，所述转子上的另一极性的磁体由各所述磁钢(3)之间的铁磁极靴形成。4.根据权利要求3所述的一种交替极无刷永磁电机，其中，所述铁磁极靴为硅钢。5.一种具有权利要求1-4中任一项所述的交替极无刷永磁电机的电子助力转向系统。6.一种基于无刷永磁电机的电子助力转向系统，其包括中央处理器、权利要求1-4中任一项所述的无刷永磁电机、扭矩传感器和减速机构，其中，在转动方向时，检测到的位置信息、所述扭矩传感器检测到的转矩信息、以及车速传感器检测的车速信息均输入所述中央处理器中，并从而根据上述信息调节助力电流的大小、相位和频率以控制所述无刷永磁电机的输出力矩大小和方向，该输出力矩通过所述减速机构作用到转向器上，从而实现电子助力转向。7.根据权利要求6所述的一种基于无刷永磁电机的电子助力转向系统，其中，所述位置信息通过位置传感器检测得到。8.根据权利要求6所述的一种基于无刷永磁电机的电子助力转向系统，其中，所述位置信息通过利用所述无刷永磁电机转子的凸极特性获取转子位置从而得到。9.根据权利要求8所述的一种基于无刷永磁电机的电子助力转向系统，其中，所述转子位置通过高频谐波注入的方式获取。
【专利摘要】本发明公开了一种交替极无刷永磁电机，用于电子助力转向系统中，该电机包括：呈中空筒体状的定子铁芯，其内壁开有槽，定子绕组放置在对应的定子槽内；呈中空筒体状的转子铁芯，同轴套设在定子筒体的中心通孔中，其外表面开有多个槽，且槽数为电机运行磁场极数的一半；以及多个磁钢，其分别一一对应放置在转子铁心的各槽内，且相邻槽的磁钢极性相同，使得转子磁钢只存在单一极性，形成凸极结构，从而能够实现降低永磁用量的同时保持电机的输出转矩。本发明还公开了相应的电子助力转向系统。本发明的装置对永磁电机的转子结构进行了优化改进，降低了电机转子的永磁体用量并且可省去助力转向系统的位置传感器。
【IPC分类】B62D5/04, H02K1/27, H02K29/06
【公开号】CN105141099
【申请号】CN201510603040
【发明人】曲荣海, 李大伟, 李健
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月21日