ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ РУЛЯ АВТОМОБИЛЯ

Полезная модель относится к средствам управления автомобиля и предназначена для снижения усилия на руле при маневрировании на низких скоростях и повороте колес в неподвижном состоянии транспортного средства.
Известен усилитель руля для автомобилей [1], содержащий корпус, рулевой вал из входной и выходной частей, торсион, связывающий части рулевого вала, привод, понижающий редуктор с приводным валом и двумя зубчатыми парами встречного вращения с постоянным наружным зацеплением, связанным для каждого направления поворота руля через одну из двух муфт с входной частью рулевого вала.
Известен усилитель руля для автомобилей [2], содержащий корпус, рулевой вал, из входной и выходной частей, торсион, связывающий части рулевого вала, привод, понижающий редуктор с приводным валом и двумя зубчатыми парами встречного вращения с постоянным наружным зацеплением, связанными для каждого направления поворота руля через одну из двух муфт с входной частью рулевого вала.
Известен усилитель руля для автомобилей [3], содержащий корпус, рулевой вал из входной и выходной частей, выполненных в виде винтовой пары, торсион, связывающий части рулевого вала, привод, понижающий редуктор с приводным валом и двумя зубчатыми парами встречного вращения с постоянным наружным зацеплением, состоящих из шестерни и входящих с ней в зацепление двух зубчатых колес, две фрикционные муфты.
Наиболее близким аналогом по отношению к заявляемой полезной модели является известный электромеханический усилитель руля автомобиля [4], содержащий корпус, расположенные в нем два соосных вала, входной и выходной, электродвигатель, состоящий из магнитопровода статора с трехфазной обмоткой и магнитопровода ротора, датчик момента, выполненный в виде торсиона и измерителя угла скручивания торсиона, датчик положения ротора электродвигателя, блок управления электродвигателем, магнитопровод ротора расположен на выходном валу усилителя руля, а магнитопровод статора встроен в корпус усилителя руля и выполнен с явно выраженными полюсами, на которых расположена обмотка, выполненная в виде катушек, расположенных в шести равных чередующихся фазных зонах по одной катушке на полюс, в каждой фазной зоне размещены несколько включенных последовательно-согласно катушек, принадлежащих одной фазе, ротор электродвигателя выполнен многополюсным с возбуждением от постоянных магнитов, а числа полюсов статора и ротора отличаются на два.
Недостатком данного аналога электромеханического усилителя руля является применение торсиона, требующего специальной технологии изготовления для обеспечения необходимой жесткости, а также отсутствие специальных мер для снижения потоков рассеяния магнитных полей и повышения жесткости ротора. Недостатком является также наличие специального датчика положения ротора, состоящего из трех датчиков Холла, закрепленных на подшипниковом щите и работающих от полей рассеяния магнитных полей ротора,
которые не обеспечивают необходимой точности сигналов, управляющих электронным преобразователем блока питания.
Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции электромеханического усилителя руля, повышение надежности и эффективности его работы.
Электромеханический усилитель руля состоит из вентильного электродвигателя, ротор которого закреплен на валу рулевого механизма и электронного блока управления, датчика крутящего момента, совмещенного с датчиком положения ротора и являющегося элементом упругой муфты.
На фиг.1 изображен общий вид электромеханического усилителя руля с продольным разрезом.
На фиг.2 изображен поперечный разрез А-А.
Технический результат достигается следующим образом. Электромеханический усилитель руля автомобиля, содержит корпус (1), расположенные в нем два соосных вала, входной (2) и выходной (3), соединенные упругой муфтой (4), состоящей из двух, соединенных упругими элементами (5) и жестко закрепленных на валах полумуфт с кольцевыми постоянными магнитами (6), имеющими число полюсов, равное или кратное числу полюсов ротора (7), а с внешней стороны цилиндрической поверхности кольцевых магнитов (6) муфты (4) на корпусе (1) установлено по три или два датчика Холла (8), реагирующих на угол поворота ротора (7) и угол скручивания упругих элементов (5) муфты (4), бесконтактный электродвигатель (9), состоящий из магнитопровода статора (10) с многофазной обмоткой (13) и выполненный с зубцами (11), число которых отличается от числа полюсов ротора (7) таким образом, что на каждом зубце статора располагается одна катушка (12) одной фазы многофазной
обмотки (13) и магнитопровода ротора (14) расположенного на выходном валу усилителя руля (3) и жестко закрепленного через немагнитную втулку (15) и имеющего трапециевидные пазы (16) с постоянными магнитами (17), сужающимися к наружной цилиндрической поверхности ротора (7), образуя многополюсную магнитную систему с полюсами (18) чередующейся полярности. С внутренней стороны магнитопровода ротора пазы (16) имеют тонкие насыщающиеся перемычки (19), разделенные от выходного вала (3) втулкой (15) из немагнитного материала для уменьшения потоков рассеивания магнитного поля, созданного постоянными магнитами (17), датчик бесконтактного измерения крутящего момента рулевого вала, угла положения и скорости ротора (4), блок управления электродвигателем (20).
Устройство работает следующим образом. При возникновении момента на входном валу (2) упругие элементы (5) муфты (4) изгибаются, а ее кольцевые части с магнитами (6) скручиваются одна относительно другой на угол, пропорциональный величине момента. Значение этого угла пропорционально разности фаз сигналов датчиков Холла (8). Этот угол является заданием для системы управления двигателем. При превышении момента на входном валу (2) заданного минимального уровня блок управления электродвигателем (20) вырабатывает управляющий сигнал, приложенный к обмоткам электродвигателя (13) и создает на рулевом механизме необходимый компенсирующий момент. При этом сигнал на каждой фазе обмотки формируется с учетом сигналов датчика положения ротора и датчика момента на руле (4). В блоке управления электродвигателем в соответствии с сигналом задания формируется ток синусоидальной формы, который,
протекая по фазам обмотки статора (13), взаимодействует с постоянными магнитами (17), расположенными в трапециевидных пазах ротора (16), создает электромагнитный момент, приложенный непосредственно к выходному валу (3) усилителя руля.
Применение трапециевидных пазов с магнитами позволяет уменьшить паразитные зазоры в роторе, снизить потоки рассеяния магнитных полей и повысить электромагнитный момент электродвигателя.
Таким образом, в заявляемой полезной модели магниты в трапециевидных пазах ротора, выполняя функцию расклинивания полюсных участков магнитопровода, обеспечивают его жесткость и уменьшают «паразитные» воздушные зазоры. Отсутствие перемычек на наружной поверхности магнитопровода также уменьшает поток рассеивания, способствует повышению индукции в рабочем зазоре и соответственно увеличивает электромагнитный момент двигателя.
Использование упрощенной конструкции датчика момента и положения ротора, являющейся элементом упругой муфты и блока управления электродвигателем, а также наличие в магнитопроводе ротора трапециевидных пазов с закрепленными в них магнитами и с насыщающимися перемычками, сужающихся к наружной цилиндрической поверхности ротора, что исключает в технологии сборки ротора применения бандажа и клея, обеспечивает повышение надежности и эффективности работы электромеханического руля автомобиля.
Библиографические данные:
[1] - (DE) №3612619, [2] - (DE) №19518196,
[3] - RU №2244653, [4] - RU №2181091