ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ РУЛЯ АВТОМОБИЛЯ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ УСИЛИТЕЛЯ РУЛЯ

Группа предлагаемых полезных моделей относится к средствам управления автомобилем и может быть использована для осуществления снижения усилий на руле, в частности, при маневрах на малых скоростях и повороте колес на неподвижном автомобиле.
Известен электродвигатель, содержащий статор с магнитопроводом, имеющим n явно выраженных полюсов, и трехфазной обмоткой, выполненной с катушками, размещенными в шести равных чередующихся фазных зонах по одной катушке на полюс и по несколько катушек, принадлежащих одной фазе, в каждой фазной зоне, и ротор с n-2 полюсами, выполненными в виде постоянных магнитов, причем катушки трехфазной обмотки статора электродвигателя в фазных зонах, принадлежащих одной фазе, включены последовательно-согласно RU 2181091, МПК B62D 5/4, 10.04.2002.
Известен электромеханический усилитель руля автомобиля, содержащий корпус, в котором расположены входной и выходной валы, соединенные между собой посредством торсиона, являющегося чувствительным элементом датчика момента, и связанные другими концами соответственно с рулем и рулевым механизмом, электродвигатель, ротор которого установлен на выходном валу, управляемый источник питания трехфазной обмотки статора электродвигателя, датчик положения ротора электродвигателя и блок управления, входы которого соединены с выходами датчика момента и датчика положения ротора электродвигателя, а выход подключен к управляющему входу упомянутого источника питания RU 2181091, МПК B62D 5/4, 10.04.2002.
Наиболее близким к предложенному электродвигателю является электродвигатель, содержащий статор с магнитопроводом, имеющим n явно выраженных полюсов, и трехфазной обмоткой, выполненной с катушками, размещенными в шести равных чередующихся фазных зонах по одной катушке на полюс и по несколько катушек, принадлежащих одной фазе, в каждой фазной зоне, и ротор с n-2 полюсами, выполненными в виде постоянных магнитов, отличающийся тем, что катушки трехфазной обмотки статора электродвигателя в фазных зонах, принадлежащих одной фазе, включены параллельно-согласно RU 2278797, МПК B62D 5/04, H02K 21/16, 19.08.2005.
Наиболее близким к предложенному электромеханическому усилителю руля автомобиля является усилитель руля, содержащий корпус, в котором расположены входной и выходной валы, соединенные между собой посредством торсиона, являющегося чувствительным элементом датчика момента, и связанные другими концами соответственно с рулем и рулевым механизмом, электродвигатель, ротор которого установлен на выходном валу, управляемый источник питания трехфазной обмотки статора электродвигателя, датчик положения ротора электродвигателя и блок управления, входы которого соединены с выходами датчика момента и датчика положения ротора электродвигателя, а выход подключен к управляющему входу упомянутого источника питания, причем электродвигатель выполнен с упомянутыми выше признаками RU 2278797, МПК B62D 5/04, H02K 21/16, 19.08.2005.
Недостатками известных усилителей руля и электродвигателей являются:
- относительно низкий электромагнитный момент электродвигателя и, как следствие, недостаточное внутреннее демпфирование возмущающего момента;
- низкая технологичность укладки статорной обмотки электродвигателя.
Данные недостатки обусловлены тем, что при низком напряжении питания и большом токе потребления статорная обмотка электродвигателя имеет малое число витков и большое сечение провода. Электродвигатель в заданных габаритах и при заданном токе потребления должен проектироваться с получением большего электромагнитного момента. При меньшем числе пар полюсов (n-2) электродвигателя момент меньше из-за меньшего количества постоянных магнитов на роторе электродвигателя.
Задача заявленной группы полезных моделей заключается в повышении электромагнитного момента, а также в повышении технологичности изготовления электродвигателя.
Техническим результатом является улучшение потребительских свойств электродвигателя и усилителя руля в целом.
Поставленная задача решается тем, что в электродвигателе, содержащем статор с магнитопроводом, имеющим n явно выраженных полюсов, и трехфазной обмоткой, выполненной с катушками, размещенными в шести равных чередующихся фазных зонах по одной катушке на полюс и по несколько катушек, принадлежащих одной фазе, в каждой фазной зоне, и ротор с полюсами, выполненными в виде постоянных магнитов, число полюсов ротора равно n+2, катушки трехфазной обмотки статора каждой катушечной группы соединены последовательно - встречно, а катушечные группы, принадлежащие одной фазе, включены параллельно.
Поставленная задача решается также тем, что в электромеханическом усилителе руля автомобиля, содержащем электродвигатель, входной и выходной валы, соединенные между собой посредством торсиона, являющегося чувствительным элементом датчика момента, и связанные другими концами соответственно с рулем и рулевым механизмом, ротор электродвигателя установленный на выходном валу, датчик положения ротора электродвигателя и блок управления, входы которого соединены с выходами датчика момента и датчика положения ротора электродвигателя, выход блока управления подключен к трехфазной обмотке статора электродвигателя, а электродвигатель выполнен с упомянутыми выше признаками.
При этом электромеханический усилитель руля автомобиля выполнен с бесконтактным датчиком момента.
Предлагаемая группа полезных моделей представлена на фиг.1, 2 и 3:
фиг.1 - электромеханический усилитель руля в разрезе;
фиг.2 - поперечное сечение электродвигателя;
фиг.3 - схема включения катушек полюсов.
Электромеханический усилитель руля содержит электродвигатель 1 (фиг.1), два соосных вала, входной 2 и выходной 3, соединенные между собой посредством торсиона 4, являющегося чувствительным элементом датчика 5 момента, связанный концами соответственно с рулем и рулевым механизмом. Торсион 4 датчика 5 момента расположен внутри полого выходного вала 3.
Электродвигатель 1 состоит из ротора 6, установленного на выходном валу усилителя руля, и статора 7 (фиг.2), который является корпусом электродвигателя. Имеются также датчик 8 положения ротора электродвигателя и блок управления электродвигателя (на фиг.1 не показан). Входы блока управления электродвигателем соединены с выходами датчика 5 момента и датчика 8 положения ротора электродвигателя, а выход подключен к трехфазной обмотке 9 статора электродвигателя.
Статор 7 выполнен с явно выраженными полюсами, на которых расположена обмотка 9 по одной катушке на полюс (фиг.2). Ротор 6 выполнен многополюсным с постоянными магнитами 10. Число полюсов ротора определяется количеством постоянных магнитов. Число полюсов статора отличается от числа полюсов ротора на два.
Датчик 8 положения ротора состоит из 3-х датчиков Холла (на фиг.1 не показаны), смещенных друг относительно друга на 120 геометрических градусов и фиксирующих угловое положение ротора по магнитным потокам рассеяния ротора 6, созданных постоянными магнитами 10.
Обмотка 9 статора 7, состоит из катушечных групп, число которых определяется количеством фазных зон. Катушечные группы каждой фазы (фиг.3) соединены параллельно. В каждой фазной зоне располагаются несколько включенных последовательно - встречно катушек, принадлежащих одной фазе.
Электромеханический усилитель руля может быть выполнен с бесконтактным датчиком момента.
Предложенный электромеханический усилитель руля и его электродвигатель 1 работают следующим образом.
При появлении сигнала на датчике 5 момента с учетом сигналов датчика 8 положения ротора блок управления электродвигателя формирует трехфазный ток, который, протекая по обмотке 9 статора 7, создает требуемый электромагнитный момент компенсации, приложенный непосредственно к выходному валу 3 усилителя руля и соответственно к рулевому механизму.
Применение обмотки 9 статора с включением катушек последовательно - встречно в фазной зоне, а катушечных групп параллельно позволяет равномерно распределить соединенные провода вдоль лобовой части трехфазной обмотки, что обеспечивает более технологичную их укладку, а, в конечном счете, - упростить конструкцию и улучшить массогабаритные показатели электродвигателя и усилителя руля в целом.
Использование сочетания количества пар полюсов статора n и количества полюсов ротора n+2 позволяет получить больший электромагнитный момент компенсации электромеханического усилителя руля за счет большего количества постоянных магнитов и, как следствие, получить больший коэффициент внутреннего демпфирования со стороны возмущающего воздействия, а также меньший статический момент сопротивления ротора, характерный для электродвигателей с возбуждением от постоянных магнитов.
В предложенном электродвигателе используется ротор с 20 постоянными магнитами. При угловой скорости в 1 об/мин частота по сравнению с прототипом повышается с 8 до 10 Гц (на 25%), а, следовательно, повышается и ЭДС, что позволяет при одинаковых габаритах сократить число витков в фазе и увеличить сечение фазы электродвигателя, уменьшив тем самым активное сопротивление фазы, потери на активном сопротивлении и нагрев. За счет снижения потерь увеличивается КПД электродвигателя и соответственно электромагнитный момент.
Использование бесконтактного датчика момента позволяет увеличить надежность усилителя руля.
Таким образом, применение ротора с 20 постоянными магнитами и применение обмотки статора с включением катушек в каждой фазной зоне последовательно - встречно, а катушечных групп параллельно, позволяет увеличить электромагнитный момент, упростить конструкцию электродвигателя и усилителя руля, и, следовательно, улучшить потребительские свойства электродвигателя и усилителя руля в целом.