专利名称：汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种永磁无刷直流电动机，尤其是一种汽车电动助力转向永磁无 刷直流电动机，属于汽车转向部件技术领域。
背景技术：
近年来，为使汽车的经济性、动力性和舒适性得到提高，不少汽车逐渐采用了电动 助力转向系统(E. P. S)，因而使E. P. S电动助力转向系统得到快速发展和广泛应用。据申请人了解，通用型永磁无刷直流电动机侧重于驱动性指标，而对E. P. S控制 性指标达不到要求，普遍存在着转动惯量大、齿槽力矩和电磁力矩波动大、功比小、速比小 等不足，不能直接用于E. P. S系统。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对通用型永磁无刷直流电动机存在的不足，提供一种 电磁谐波力矩波动低的汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机——E. P. S永磁无刷直流电 动机。该汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机功比高、速比高、转动惯量低、齿槽谐波力 矩波动低。本实用新型所采用的技术方案是一种汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，包括定子总成、转子总成和端盖，所 述定子总成包含定子铁芯和定子绕组，所述定子总成固定在机壳内，其特征在于，所述转子 总成包含转子轴、转子铁芯和转子永磁体，所述转子总成支撑在定子总成与端盖内，所述 转子永磁体和转子铁芯沿轴向长度上至少都分为两段，每段相互错开预定的角度，转子永 磁体均勻地固定在转子铁芯上。上述汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，其特征在于，其特征在于，所述转子 永磁体和转子铁芯，沿轴向长度上每段相互错开预定的角度范围为3° 15°。上述汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，其特征在于，所述定子铁芯为圆周 分割的定子分割铁芯，其分割块数为3的η整倍的计定数，所述η为预定的2 8范围中的 正整数之一，以每组η块数定子分割铁芯对应于一相定子绕组，三相分割定子铁芯及定子 绕组，按照圆周交错间隔次序排列，固定在机壳内。上述汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，其特征在于，所述定子分割铁芯，包 括整体的叠片和塑料骨架，所述叠片和塑料骨架固定镶插或/和卡接在一起。上述汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，其特征在于，所述定子分割铁芯，包 括整体的叠片和塑料骨架，所述叠片和塑料骨架注塑固定连接在一起。上述汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，其特征在于，所述塑料为热固性或 热塑性塑料。上述汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，其特征在于，所述定子绕组，每组 多块定子分割铁芯上的一相连续绕线中间无接线点，每相绕线是单股线或双股线或三股线。上述汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，其特征在于，转子永磁体的两端面 中线对称，且垂直于轴线，其磁化方向，为平行于轴向截面的对称轴的平行磁化。上述汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，其特征在于，所述转子铁芯上设有 定位转子永磁体的凸脊。上述汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，其特征在于，还包括双通道双磁环 传感器，其包含双通道信号磁环和双通道位置传感器，且内环极对数与外环极对数之比为 1 :6 1 :9，双通道信号磁环固定在转子总成伸出端，双通道位置传感器固定在端盖上。本实用新型汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机定子的结构，因为不需要确保 缆线槽的空间，与整体定子相比占空比约提高了 70%，绕线也可采用机械集中绕制，另外，在 提高材料利用率方面以及提高生产效率等方面也具有综合效果。凸极集中线圈分割定子及 绕组采用2 8连一组，用绕组线替代分割定子各极的过桥连接线，减少了因接线部分所占 的电机空间，并减少了绕线的接线点。所述转子由转轴、转子铁芯冲片分段圆周错片叠在一起，转子铁芯外缘设有凸脊， 便于固定侧面平行的永磁体，并且使得永磁体粘贴在转子铁芯上后，自然形成在轴向方向 的斜极。这样，可以减小铁芯磁导各向异性引起的齿槽谐波力矩波动。所述传感器为无接触式双通道双磁环霍尔元件传感器(极对比例1 :6 1 :9)结 构，可以提高无刷电机的控制精度且可与控制线路耦合，减少电流奇次谐波引起的力矩扰 动。双通道双磁环结构使该电机速比达到6000或更高。概言之，本实用新型采用上述新型结构性特征的技术方案，使汽车电动助力转向 永磁无刷直流电动机达到功比高、速比高、齿槽谐波力矩波动低，电磁谐波力矩波动低、转 动惯量低的技术目标，可以符合高精度E. P. S无刷电动助力转向系统的需要，满足整车经 济性、机动性、舒适性的要求。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，且下述实施例仅仅是作为 说明，并非是对本实用新型的限制。
图1为本实用新型一个实施例的结构示意图。图2为分割定子凸极集中绕线示意图。图3为分割定子凸极集中绕线后拼成整圆示意图。图4为转子铁芯6片磁极定位凸脊圆周均勻分布示意图。图5为转子铁芯轴向长度三等分并按一定角度旋转压装示意图。图6为图1实施例的转子截面结构示意图。图7为图1实施例的转子贴装的永磁体通过转子铁芯的旋转而形成斜磁示意图。图8为转子永磁体磁化方向示意图。图9为图1实施例的双磁环传感器结构示意图。以上附图1中100-定子总成；IOOa-定子分割铁芯；IOOb-定子绕组；IOOc-定子 机壳；200-转子总成；200a-转子轴；200b -转子铁芯；200c_转子永磁体；200c 1-端面； 200c2-永磁体平行侧面；201-转子冲片；300-电机端盖；400-双通道信号磁环；500-双通道位置传感器；400a-双通道信号磁环外环；400b-双通道信号磁环内环；F-凸脊；H-磁化 方向；Li、L2、L3-转子永磁体200c和转子铁芯200b轴向长度上的分段。
具体实施方式
本实施例的汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机基本结构如图1所示，包括定 子总成100、转子总成200、电机端盖300、双通道信号磁环400、双通道位置传感器500。定 子总成100与电机端盖300固定连接，转子总成200支撑在定子总成100与端盖300内，双 通道信号磁环400固定在转子总成200伸出端，双通道位置传感器500固定在端盖上。定子总成100包括分割定子铁芯100a、定子绕组100b、相位线插片100c、定子机 壳IOOc等。本实施例采用凸极集中线圈绕组的分割定子铁芯100a，其分割块数为3的η倍 数，η为2 8的正整数，本实施例取η为3。如图3所示，分割定子铁芯IOOa共分为三组 9块，由数字1 9所标示，其单块分割定子铁芯IOOa如图2所示，包括整体的冲片叠片 和塑料骨架，可以是将叠片与塑料骨架分别成型，再镶插或/和卡接固定为一体；本实施例 整体的分割定子铁芯100a，是将冲片做成叠片形式，再通过注塑方式，使塑料与叠片相嵌， 紧密抱箍固定连接在一起，形成一个整体性叠片和塑料骨架的分割定子铁芯100a，而且减 少绕线前的槽间绝缘工艺步骤，所用塑料为热固性或热塑性塑料。分割定子铁芯IOOa采用 三连一组方式，即每组3块对应于一相的定子绕组100b，分割定子铁芯IOOa的1、4、7为一 组(一相)，2、5、8为一组，3、6、9为一组，每组(每相)绕组可以是单股线、双股线或三股线进 行集中连续绕线，一相多股绕线的线径较细，便于绕制，绕组结构也较为紧密，三相的分割 定子铁芯IOOa及定子绕组100b，按照周向交错(交替)间隔次序，排列成环形，拼装后固定 压装在定子机壳IOOd内，三相引出线部分采用接线板的结构形式，定子绕组IOOb三相线由 接线板过渡引出，接线板由铜片与塑件镶嵌而成，三相间采用塑件绝缘，减少了接线部分所 占电机的空间。本实施例定子总成100，属凸极集中线圈分割定子，是把各极分割开，缠绕 线圈后拼成整圆装入壳体，这样的结构因为不需要确保缆线槽的空间，与整体定子相比占 空比约提高了 70%，绕线也可采用机械集中绕制，另外，在提高材料利用率方面以及提高生 产效率等方面也具有综合效果。凸极集中线圈分割定子及绕组可采用2 8连为一组，每 组多块分割定子铁芯IOOa上的一相绕线一贯连续到底，即用绕组线替代分割定子各极的 过桥(过渡)连接线，一相绕线在各块分割定子IOOa之间的过桥连接线中间不断开、无接线 点，减少了因接线部分所占的电机空间，并减少了绕线的接线点。如图5所示，转子总成200由通过转子铁芯200a中心的转轴200b、固定在转轴上 的圆周六等分处设有固定转子永磁体200c定位的凸脊F的转子铁芯200a、包覆在转子铁芯 外的转子永磁体200c组成。转轴200b轴伸出端固定传递转子位置的双通道的信号磁盘。所述转子永磁体200c和转子铁芯200b沿轴向长度上至少分别对应分为两段，如 图5、图6和图7所示，本实施例转子铁芯200b由转子冲片201叠制，转子永磁体200c和 转子铁芯200b的轴向长度上分别对应分成L1、L2和L3呈阶梯状的三段，三段永磁体200c 和铁芯200b的轴向截面相互错开(沿轴心旋转)一预定的圆心角角度α，α角度的范围为
15。，转子永磁体200c通过凸脊F定位，对应均勻地固定粘接在转子铁芯200b上，自 然形成在轴向方向的斜极，即形成转子斜磁。这样有助于抑制静态齿槽反应产生的转矩波 动。如图5、图8所示，单段转子永磁体200c的两端面(轴向截面的两侧面MOOcl为中线对
5称，且垂直于轴线，同时采用的是平行磁化，如图8中箭头H方向所示的转子永磁体的磁化 方向，即为平行于轴向截面的对称轴的平行磁化。采用上述永磁体相比较其他结构的永磁 体(如侧面对轴心径向型和面包型)，具有以下方面的优点侧面平行的永磁体便于模具成 型和节省材料，降低了制造成本；具有相对最低的电动机线到线的反电动势的5st、7st谐波 分量的幅值，使气隙磁势更接近正弦曲线分布。另外，本实施例转子长径比大于1，外部套装 由非导磁铝罩组成。如图9所示，本实施例还采用无接触式双通道双磁环传感器，内环极对数与外环 极对数之比为1 :6，或达到1 :9。本实施例的调速比可达到6000或更高，可以提高无刷电机 的控制精度且可与控制线路耦合，减少电流奇次谐波引起的力矩扰动。本实施例采用高长径比的定子、转子结构，以降低转子转动惯量；采用定子铁芯圆 周分割的整距集中绕组，提高占空比；采用转子斜磁和平行侧面结构，以降低齿槽谐波力矩 波动；采用无接触式双通道双磁环霍尔元件传感器，提高控制精度和调速比，并减小电流奇 次谐波引起的力矩波动。除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变 换形成的技术方案，均属于本实用新型要求的保护范围。
权利要求1.一种汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，包括定子总成(100)、转子总成(200) 和端盖(300)，所述定子总成(100)包含定子铁芯和定子绕组(100b)，所述定子总成(100) 固定在机壳(IOOc)内，其特征在于，所述转子总成(200)包含转子轴(200a)、转子铁芯 (200b)和转子永磁体(200c)，所述转子总成(200)支撑在定子总成(100)与端盖(300)内， 所述转子永磁体(200c)和转子铁芯(200b)沿轴向长度上至少都分为两段，每段相互错开 预定的角度(α )，转子永磁体(200c)均勻地固定在转子铁芯(200b)上。
2.根据权利要求1所述汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，其特征在于，所述转 子永磁体(200c)和转子铁芯(200b)，沿轴向长度上每段相互错开预定的角度(α )范围为 3° 15°。
3.根据权利要求1所述汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，其特征在于，所述定 子铁芯为圆周分割的定子分割铁芯(100a)，其分割块数为3的η整倍的计定数，所述η为预 定的2 8范围中的正整数之一，以每组η块数定子分割铁芯(IOOa)对应于一相定子绕组 (100b)，三相分割定子铁芯(IOOa)及定子绕组(100b)，按照圆周交错间隔次序排列，固定 在机壳(IOOc)内。
4.根据权利要求3所述汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，其特征在于，所述定 子分割铁芯(100a),包括整体的叠片和塑料骨架，所述叠片和塑料骨架固定镶插或/和卡接在一起。
5.根据权利要求3所述汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，其特征在于，所述定 子分割铁芯(100a),包括整体的叠片和塑料骨架，所述叠片和塑料骨架注塑固定连接在一 起。
6.根据权利要求4或5所述汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，其特征在于，所述 塑料为热固性或热塑性塑料。
7.根据权利要求3所述汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，其特征在于，所述定 子绕组(100b),每组多块定子分割铁芯(100a)上的一相绕线中间无接线点，每相绕线是单 股线或双股线或三股线。
8.根据权利要求1或2所述汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，其特征在于，转子 永磁体(200c)的两端面(200cl)中线对称，且垂直于轴线，其磁化方向，为平行于轴向截面 的对称轴的平行磁化。
9.根据权利要求1或2所述汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，其特征在于，所述 转子铁芯(200b )上设有定位转子永磁体(200c )的凸脊(F)。
10.根据权利要求1所述汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，其特征在于，还包括 双通道双磁环传感器，其包含双通道信号磁环(400 )和双通道位置传感器(500 )，且内环极 对数与外环极对数之比为1 :6 1 :9，双通道信号磁环(400)固定在转子总成(200)伸出 端，双通道位置传感器(500)固定在端盖(300)上。
专利摘要本实用新型涉及汽车电动助力转向永磁无刷直流电动机，属于汽车转向部件技术领域，包括定子总成、转子总成和端盖，转子总成包含转子轴、转子铁芯和转子永磁体，所述转子总成支撑在定子总成与端盖内,转子永磁体和转子铁芯沿轴向长度上至少都分为两段，每段相互错开预定的角度3°～15°，本实用新型功比高、速比高、齿槽谐波力矩波动低，电磁谐波力矩波动低、转动惯量低，可以符合高精度E.P.S无刷电动助力转向系统的需要，满足整车经济性、机动性、舒适性的要求。
文档编号H02K29/03GK201893676SQ20102062365
公开日2011年7月6日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者刘玉泰, 徐志刚, 王爱仙 申请人:江苏超力电器有限公司