专利名称：一种电机直驱转向助力系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电机直接驱动的转向助力系统，尤其是一种用于汽车等设备上的电机直驱转向助力系统。
背景技术：
转向助力系统是为了降低驾驶员的劳动强度、提高汽车的驾驶安全性而诞生的。对于今天的汽车，转向助力系统已经成为一个必备的系统。转向助
力系统经历了液压转向助力系统(HPS)、电子泵液压转向助力系统(EHPS)和最新型的电动转向助力系统(EPS)的发展过程。EPS系统是伴随着电子、检测和电机驱动技术而发展起来的。与传统的HPS和EHPS系统相比，EPS系统解决了原先系统存在的很多缺点和不足，具体表现在如下方面首先，舒适性和安全性得到大大提高；EPS引入了车速、方向盘力矩和位置等的检测，这样系统可以按照驾驶安全和舒适的要求，精确地控制转向助力力矩的大小和方向。低速时，加大助力；而高速时，为了提高车辆的行驶安全性，可以适当的增加阻力，从而提高车辆行驶的稳定性。其二， EPS系统更节能；从液压系统电子泵的功率与电机功率相比，可节能80% (EPS的能耗仅为EHPS能耗的五分之一)。由于HPS的液压泵与发动机相连，无论助力与否，液压泵都在工作，它的能耗更高，占车辆总能耗的3%—5% (HPS的能耗是EHPS能耗的5—10倍)。其三，EPS的模块化结构便于安装、调试和维修，而且占用的空间更小。其四，由于方向盘位置的精确检测，使得转向系统的回正性能得到大大提供。其五，EPS系统能更绿色环保，由于EPS采用电机驱动，没有了液压系统，也就没有 了液压油，这样就能减少大量废弃的液压油对环境造成的污染；另外，EPS的
零件数量大大减少，所用的各种材料也更少，对于各种资源的节约更为有利。
综上所述可以看出，EPS取代HPS和EHPS是大势所趋。
现有的电动转向助力系统(EPS)，由于采用了一个减速比为15左右的减 速器，用以增大电机的驱动力矩。当助力系统出现故障时，系统会切断电机 的电气连接，但此时，转向系统(即控制转向轮的传输机构)仍然与减速器 相连。如果此时需要转向，那么减速器会一起转动，此时，减速器工作在增 速状态，整个转向系统的转向阻力矩会大大增加，使得转向操作强度提高， 增加了安全的隐患。而如果当故障发生时，电机的电气连接和机械连接没有 切断的话，会由于电机的齿槽效应或由于驱动电路被击穿造成电机绕组短接 形成的制动作用，使得转向阻力矩倍增，造成方向盘失灵，从而产生安全问 题。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种高效、高精度、运行稳定可靠、 体积小型化的电机直驱转向助力系统。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种电机直驱转向助力系统， 包括壳体，在壳体内设有电机，电机包括转子、定子、位于定子上的绕组以 及中空的电机轴，电机轴的左端与左轴承相连，电机轴的右端通过轴套与右 轴承相连，在电机轴的内腔中设置扭力杆，扭力杆的左端与电机轴固定相连、 扭力杆的右端与轴套固定相连；在电机轴上设置编码器I，在轴套上设置编
码器n;编码器i、编码器n和绕组的引线均与电机驱动控制器相连。作为本实用新型的电机直驱转向助力系统的改进在电机轴的内腔中设 置滚针轴承，滚针轴承的外圈与电机轴固定相连，扭力杆与滚针轴承的内圈 转动相连。
作为本实用新型的电机直驱转向助力系统的进一步改进编码器I、编 码器II和绕组的引线均与插头相连，插头与电机驱动控制器相连。
作为本实用新型的电机直驱转向助力系统的进一步改进定子为有槽式 定子或无槽式定子。
作为本实用新型的电机直驱转向助力系统的进一步改进转子中设有稀 土永磁材料制成的磁环。
作为本实用新型的电机直驱转向助力系统的进一步改进壳体的左右两 端分别设有左端盖和右端盖，左轴承的外圈位于左端盖的端盖孔内，右轴承 的外圈位于右端盖的端盖孔内。
作为本实用新型的电机直驱转向助力系统的进一步改进壳体的外形呈
圆柱体或方形柱体。
作为本实用新型的电机直驱转向助力系统的进一步改进插头为航空插头。
本实用新型的电机直驱转向助力系统与现有的电动转向助力系统相比，具 有以下优点
第一、极大地简化了电动转向助力系统的结构。它将电机集成到了转向 助力系统内，将电机轴与用于力矩检测的扭力杆组合到一起。这样不仅简化 了系统的结构，还能减少系统的动力驱动环节，降低系统的转动惯量，从而 提高系统的运行稳定性和动态性能。第二、采用电机直接驱动，取消了增大电机驱动力矩的减速器，减少了 系统的传动环节，提高了系统效率。不仅使得结构更加紧凑，体积更小，而 更重要的是，它可以提高系统的安全性。
直驱结构的应用，由于取消了减速器，因此大大降低了阻力矩，从而避 免了方向盘失灵等情况的发生。在本实用新型中，定子采用无槽结构，即电 机为无槽无刷直流伺服电机。此种电机除了具有优良的性能外，还可以根除 助力系统出现故障时的安全问题。如上所述，现有的电动转向助力系统当出 现系统故障时，会由于系统的结构问题出现方向盘失灵的情况，这会给车辆 的驾驶者带来很大的安全隐患。而直驱结构没有减速器，特别是利用无槽无 刷的直流电机作为驱动电机，由于无槽无刷直流电机定转子之间的磁气隙很 大，没有齿槽效应；当绕组短路时，也因磁气隙很大，电机的刹车效应很弱， 从而很好的避免上述故障出现，因此可以根除故障给系统带来的安全隐患。 另外，由于无槽电机没有齿槽效应，使得助力系统的运行平稳性得到大大提 高，特别是在汽车低速行驶的时候。
第三、由于采用了稀土永磁材料制成的磁环作为电机转子中的磁钢，因 此极大地提高了电机的效率，而且电机的体积也大大降低了。这一技术方案， 可以节约原材料和降低能耗，完全满足国家绿色能源的战略要求。
第四、本实用新型采用一体化设计后，体积大大减小，而且外形呈柱状， 便于在空间很小的汽车中进行安装和布置。以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细说明。
图1是本实用新型的电机直驱转向助力系统的剖面结构示意图。图中
I— 壳体，2—左销钉，3—左轴承，4—左端盖，5…转子，
6—定子，7—电机轴，8—-扭力杆，9—编码器I， 10—编码器II，
II— 右销钉，12—右端盖，13—轴套，14—右轴承， 15--滚针轴承，16—插头，17…电机驱动控制器。
具体实施方式
图l给出了一种电机直驱转向助力系统，包括壳体l，在壳体l内设有电机。
壳体1的外形可以是圆柱体，也可以是方形柱体。即该壳体1的横截面 可以是圆环，也可以是方形环。
在壳体1的左端面上设有左端盖4，在壳体1的右端面上设有右端盖12。 左端盖4可通过螺钉或锁口等形式与壳体1的左端面实现固定相连，同理， 右端盖12也可以通过螺钉或锁口等形式与壳体1的右端面实现固定相连。在 左端盖4的端盖孔内设置左轴承3，即左轴承3的外圈固定在左端盖4的端盖 孔内。在右端盖12的端盖孔内设置右轴承14，即右轴承14的外圈固定在右 端盖12的端盖孔内。
电机包括中空的电机轴7、转子5、定子6和设置在定子6的电机绕组，电 机轴7的轴心线与壳体1的中心线相重叠。电机轴7的左端与左轴承3的内圈转 动相连，电机轴7的右端通过轴套13与右轴承14的内圈转动相连。在电机轴7 的外表面固定设置转子5，转子5中的磁钢采用稀土永磁材料制成的磁环。在 壳体1的内表面固定设置定子6，定子6上设有绕组，定子6选用无槽式定子。 因此选用的电机为无槽无刷直流伺服电机。
扭力杆8位于电机轴7的内腔中，扭力杆8的左端利用左销钉2与电机轴7实现固定相连。扭力杆8的右端通过右销钉11与轴套13实现固定相连。在电机轴 7的内腔中靠近电机轴7的右端处设置滚针轴承15，滚针轴承15的外圈与电机 轴7固定相连，扭力杆8与滚针轴承15的内圈转动相连。电机轴7、扭力杆8、 左轴承3、轴套13和右轴承14组成了一个电机轴系。设置滚针轴承15的目的是 既可以增加电机轴系的刚度，同时又能保证扭力杆8的周向自由转动。
在电机轴7的外表面上设置编码器I 9，在轴套13的外表面上设置编码器 1110;具体为编码器I 9的外壳固定在壳体1上，编码器I9的转动组件与电
机轴7的外表面相连；编码器nio的外壳固定在壳体i上，编码器nio的转动
组件与轴套13的外表面相连。编码器I9、编码器II10和电机的绕组引线均与 插头16相连，插头16与电机驱动控制器17相连；插头16可选用航空插头。
本实用新型的电机直驱转向助力系统实际工作时，将轴套13与汽车方向 盘下方的转向柱相连，将电机驱动控制器17与汽车的车速控制系统相连；将
电机轴7的左端与控制转向轮的传输机构相连；具体工作过程如下
当方向盘转动时，力矩会随着转向柱传输至轴套13，并进一步传输至扭 力杆8;扭力杆8会产生相应的弹性变形；轴套13和电机轴7之间会产生相
对角位移。这样，编码器i9、编码器nio上输出的转角信号就会不同；由于
扭力杆8的刚度是线性的，利用这个信号差值就可以精确得出作用在电机轴 系上的力矩值大小。同时，力矩作用的方向不同，这个差值的正、负号就不 同；通过对编码器I9和编码器II10信号的处理，电机驱动控制器17就可以 精确地计算出作用于电机轴系上的力矩大小和方向。
电机轴系上的力矩大小和方向是电机驱动控制器17对整个电机直驱转向 助力系统进行反馈控制的基础。根据电机轴系上的力矩大小和方向，电机驱动控制器17对电机进行相应的控制，从而实现助力大小和方向的实时补偿(上 述内容均等同于现有技术)。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一个具体实施例。 显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技 术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为 是本实用新型的保护范围。
权利要求1、一种电机直驱转向助力系统，包括壳体(1)，在壳体(1)内设有电机，所述电机包括转子(5)、定子(6)、位于定子(6)上的绕组以及中空的电机轴(7)，电机轴(7)的左端与左轴承(3)相连，电机轴(7)的右端通过轴套(13)与右轴承(14)相连，其特征是在电机轴(7)的内腔中设置扭力杆(8)，所述扭力杆(8)的左端与电机轴(7)固定相连、扭力杆(8)的右端与轴套(13)固定相连；在电机轴(7)上设置编码器I(9)，在轴套(13)上设置编码器II(10)；所述编码器I(9)、编码器II(10)和绕组的引线均与电机驱动控制器(17)相连。
2、 根据权利要求l所述的电机直驱转向助力系统，其特征是在电机轴(7)的内腔中设置滚针轴承(15)，所述滚针轴承(15)的外圈与电机轴(7)固定相连，扭力杆(8)与滚针轴承(15)的内圈转动相连。
3、 根据权利要求1或2所述的电机直驱转向助力系统，其特征是编码器I(9)、编码器II (10)和绕组的引线均与插头(16)相连，所述插头(16)与电机驱动控制器(17)相连。
4、 根据权利要求3所述的电机直驱转向助力系统，其特征是所述定子(6)为有槽式定子或无槽式定子。
5、 根据权利要求4所述的电机直驱转向助力系统，其特征是所述转子(5)中设有稀土永磁材料制成的磁环。
6、 根据权利要求5所述的电机直驱转向助力系统，其特征是所述壳体(1)的左右两端分别设有左端盖(4)和右端盖(12)，所述左轴承(3)的外圈位于左端盖(4)的端盖孔内，右轴承(14)的外圈位于右端盖(12)的端盖孔内。
7、 根据权利要求6所述的电机直驱转向助力系统，其特征是所述壳体(l)的外形呈圆柱体或方形柱体。
8、 根据权利要求7所述的电机直驱转向助力系统，其特征是所述插头(16)为航空插头。
专利摘要本实用新型公开了一种电机直驱转向助力系统，包括壳体(1)，在壳体(1)内设有电机，电机包括转子(5)、定子(6)、位于定子(6)上的绕组以及中空的电机轴(7)，电机轴(7)的左端与左轴承(3)相连，电机轴(7)的右端通过轴套(13)与右轴承(14)相连，在电机轴(7)的内腔中设置扭力杆(8)，扭力杆(8)的左端与电机轴(7)固定相连、扭力杆(8)的右端与轴套(13)固定相连；在电机轴(7)上设置编码器I(9)，在轴套(13)上设置编码器II(10)；编码器I(9)、编码器II(10)和绕组的引线均与电机驱动控制器(17)相连。本实用新型的电机直驱转向助力系统具有高精度、运行稳定可靠等特点。
文档编号B62D5/04GK201264643SQ200820121738
公开日2009年7月1日 申请日期2008年7月24日 优先权日2008年7月24日
发明者波 金, 颖 金 申请人:金 波;金 颖