汽车助力转向系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种汽车助力转向系统，所述系统包括电机和用于控制电机的驱动控制器，所述驱动控制器包括用于为每个相位的线圈生成相应的励磁相位电流指令的励磁相位电流指令信号发生器和用于通过回路中由励磁相位电流指令引起的反馈电流来控制每个相位线圈的励磁电流的励磁电流控制器。所述电机包括电机线束总线和用于电机的主线相互连接的环形导体，所述环形导体直径递减且安置在同一平面内。所述电机是三相位永磁电机或者是无刷直流电机。该设计电机尺寸小且结构更加紧凑；结合上述驱动控制策略可以实现在低转矩负荷时能够降低转矩波动，并且能够使用方波驱动，成本较低且无电机卡死现象。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种汽车转向系统，尤其是一种低转矩波动的汽车助力转向系 统。
技术介绍
通常为了获得较高的装配效率，绕组母线被用于连接定子铁芯绕组线圈。绕组母 线之所以被使用，是因为它具有高的连接效率，并且制造简单，可以通过冲压铜板得到。首先介绍机械构造，如图1所示，对于U相位，线圈101-U和102-U的一端连接到 U相位的环形母线I-U上，另一端连接到N相位的环形母线I-N上。同样，对于V相位，线 圈101-V和102-V的一端连接到V相位的环形母线I-V上，另一端连接到N相位的环形母 线I-N上。W相位的连接方法也是如此。电机驱动的电气连接如图2所示，通过一个包含直流电源和开关SU、SV、SW、SX、 SY, SZ的转换器产生三相电流，转换器在电线YU、YV、YW与定子1000的线圈101-u、102-u、 101-v、102-v、101-w和102-W连接后把三相电流输入到线圈中。电流由YU、YV和YW输送 到母线，然后进入线圈。以U相位为例说明，U相位的电流通过YU到达U相位环形母线I-U 的端子31-υ，或U相环形母线I-U的端子32-U，电流从端子31-U传递到线圈101-U，或从端 子32-U传递到线圈102-U，电流通过线圈101-U和线圈102-U后回到母线1-N。然后再从 端子I-N开始进入V相位线圈101-V、102-V和W相位线圈101-W、102_W。101_V、102_V中 的电流通过母线I-V的端子31-V和32-V在母线I-V处汇合，再从端子33-V处流回YV，最 后进入直流电源。同样W相位的线圈电流通过母线I-W流回直流电源。三相电流分别通过 U相、V相、W相线圈，产生旋转磁场驱动转子旋转，从而驱动电机。传统的电机设计中，在使用环形母线，由于结构问题很难减小尺寸。如图3所示， 该结构中环形母线的迭片1-队14、1-1、和1-队它们的厚度将是单一母线厚度的4倍，因此 很难减小电机尺寸。同时在电机环形母线制造时也会遇到如下问题由于环形导体是冲压制成的，因 此冲压剩余的材料将不可避免地被浪费。如图11所示是一种传统永磁电机。定子铁芯由12个齿203，正对永磁铁201，圆 周均勻布置，齿槽之间缠绕线圈，齿203被圆箍紧紧包住，构成定子202，调整流入定子202 的线圈的电流，可以产生旋转磁场。由上可以看出，传统永磁电机采用邻极缠线的方式，每个齿槽中都有两组线圈，因 此每个相位就会有四组线圈，传统永磁电机的磁极的交界线都与定子齿宽的交界线重合。 磁极交界线与齿宽的交界线重合的次数越多，磁场相位变化的重合次数就越多，因此磁场 变化次数增加而导致磁阻转矩增大。在转向系统中，电机产生的驱动力经过减速增扭装置传给转向轴。图4所示转向 盘101的转向轴102经过减速齿轮103，万向节10 和104b，齿轮齿条机构105，连接到转 向拉杆106上。转向轴102包括扭矩转矩传感器107，测量轴101转向盘的操纵力矩，电机108为转向系统提供助力，电动转向系统要求具有很高的可靠性，因此在电动转向工作时电 机卡死是不允许的。图5为电机卡死现象。如果杂质50，从开口处进入转子9和齿槽11的空隙中，就 会有锁死转子的可能性。防止转子锁死的一种方法是采用分开式铁芯，这样在电机内部相 邻齿槽的表面就会结合在一起。但是这样会增加漏磁通，从而减小了无刷直流电机的转矩， 降低电机功率输出，并增大感应电压的波动，进而增大转矩波动。另一种防锁死的方法是在 定子铁芯邻近的开口内填充树脂，但是增加了制造成本。一般地，无刷电机作为电动转向系统的执行器，由方波励磁电流驱动。以五相位的无刷电机为例，电机驱动电路通过激励转子五个相位的线圈(方波电 流相位差间隔72° )使转子旋转，线圈中电流的相位连续发生变化，在控制器的控制下，同 时激励四个相位，电机中的电流通过相对应的四个相位，各激励线圈的阻抗一致以保持良 好的平衡性。无刷直流电机相对于永磁同步电机，一般工作在较低转速，较低转矩负荷的范围 内。在低转矩载荷时通常可以通过削弱磁场来增大转速，然而，这样虽然可以提高电机转 速，但在负荷发生变化时电机就会出现较强转矩波动而产生噪音。对于永磁同步电机，也可以通过削弱磁场，在低转矩负荷时达到增大转速的目的。 然而，在减小体积和增大输出功率的方面的优势不及无刷直流电机。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种低转矩负荷时增大输出转速并能够 降低转矩波动，结构紧凑，成本较低，且无卡死现象的汽车助力转向系统。本技术解决其技术问题所采取的技术方案是一种汽车助力转向系统，所述 系统包括电机和用于控制电机的驱动控制器，所述驱动控制器包括用于为每个相位的线圈 生成相应的励磁相位电流指令的励磁相位电流指令信号发生器和用于通过回路中由励磁 相位电流指令引起的反馈电流来控制每个相位线圈的励磁电流的励磁电流控制器。励磁相 位电流指令信号发生器提前励磁相位电流指令信号的电位角。为了使驱动控制器能够更好的控制电机的运动，所述信号发生器001)接收到从 外部电路传来的电机电流指令信号Iref和从转子位置检测器(404)传来的转子位置信号 RP，然后对信号进行分析后产生各个相位的励磁电流(iaref，ibref, icref)。为了使电机高度减小，结构紧凑，所述电机包括电机线束总线和用于电机的主线 相互连接的环形导体，所述环形导体直径递减且安置在同一平面内。为了使电机的体积能够很小，至少有一块环形导体是由片状环体组成的。为了使环形导体不能够互相接触而导致电路短路破坏电路功能，至少有一块环形 导体表面覆有绝缘漆。为了解决磁极的交界线和齿宽的交界线重合，造成的磁阻转矩变大的问题，所述 电机采用由方波电流驱动的三相位永磁电机，并且SA2mp) = 1 ；其中，S为齿槽的个数，m 为上述点击相位的个数，且有ρ ≥ 2，2p为电机磁极的个数，当ρ为偶数时，齿宽的类型个数 设计为3个；当ρ为奇数时，齿宽类型的个数设计为4个。定子线圈采用隔极绕线的方式， 一个齿槽中只有一个线圈，因此，线圈中感应电压的相位一致。为了避免汽车转向系统在使用过程中突然卡死，确保系统的安全性，所述电机采 用无刷直流电机，并且齿槽开口宽度S和电子铁芯与转子间隙宽度G之间的关系限制为 α < S, α由电机的转矩常量或感应电压中的波动成分确定。本技术的有益效果是1.环形导体直径递减且安置在同一平面内，以减小电 机尺寸，结构更加紧凑，占用更小的空间发挥更大的效率；2.通过采用三相位永磁电机和 直流无刷电机及相应的驱动控制策略，使得在低转矩负荷时增大输出转速并能够降低转矩 波动，并且能够使用方波驱动，成本较低且无电机卡死现象。附图说明图1.电机绕组母线定子铁芯线圈的连线方式；图2.绕组电路原理图；图3.传统电机绕组的装配图；图4.电动转向系统机械原理图；图5(A).无刷直流电机纵向截面图；图5(B).无刷直流电机横向截面图；图6.电机绕组母线的一种装配图；图7(A).电机绕组母线的另一种装配图的透视图；图7(B).电机绕组母线的另一 种装配图的平面图；图8(A).矩形金属板示意图，图8(B).由图8㈧制成的绕组母线；图9.由圆筒状金属制成的绕组母线；图10.永磁电机的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车助力转向系统，所述系统包括电机（１０８）和用于控制电机的驱动控制器（４００），其特征是：所述驱动控制器（４００）包括用于为每个相位的线圈生成相应的励磁相位电流指令的励磁相位电流指令信号发生器（４０１）和用于通过回路中由励磁相位电流指令引起的反馈电流来控制每个相位线圈的励磁电流的励磁电流控制器（４０２）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈箭，毛靖，王彦波，
申请(专利权)人：苏州萨克汽车科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]