ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО УСИЛИТЕЛЯ РУЛЯ

Предлагаемое решение относится к средствам управления автомобилем и может быть использовано в электромеханическом усилителе руля.
Известен электродвигатель электромеханического усилителя руля автомобиля (RU 2158692, В62D 5/04, 10.11.2000), являющийся трехфазным с числом зубцов на статоре - 12, на роторе - 8. Магнитная система электродвигателя выполнена со взаимным скосом зубцов ротора и статора, причем скос и ширина коронки зубцов статора и ротора по воздушному зазору выбраны в определенных соотношениях от зубцового шага по ротору.
Недостатком данного электродвигателя является использование реактивного индукторного двигателя, который имеет пульсации электромагнитного момента на валу и обладает большими габаритами и весом.
Известен электродвигатель электромеханического усилителя руля, содержащий статор с магнитопроводом, имеющим п 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, В62D 5/04, 10.04.2002).
Недостатком данного электродвигателя является относительно низкий электромагнитный момент.
Наиболее близким к предложенному электродвигателю является бесконтактный электродвигатель, состоящий из магнитопровода статора с зубцами с сосредоточенной многофазной обмоткой такой, что на каждом зубце статора располагается одна катушка одной фазы многофазной обмотки и магнитопровода ротора, расположенного на выходном валу усилителя руля и жестко закрепленного через немагнитную втулку и имеющего трапециевидные пазы с постоянными магнитами, сужающимися к наружной цилиндрической поверхности ротора, образуя многополюсную магнитную систему с полюсами чередующейся полярности. С внутренней стороны магнитопровода ротора напротив пазов имеются тонкие насыщающиеся перемычки, разделенные от выходного вала немагнитной втулкой (RU 65010, опубл. 27.07.2007).
Недостатком электродвигателя, принятого за прототип, является относительно низкий электромагнитный момент и как следствие снижение качества работы электромеханического усилителя руля.
Технический результат предлагаемого решения - повышение электромагнитного момента, снижение пульсаций момента и повышение качества работы электромеханического усилителя руля.
Указанный технический результат достигается тем, что в бесконтактном электродвигателе, состоящем из магнитопровода статора с зубцами, число которых равно n, сосредоточенной трехфазной обмотки, выполненной с зубцовыми катушками, и магнитопровода ротора, расположенного на выходном валу усилителя руля, жестко закрепленного через немагнитную втулку и имеющего трапециевидные пазы с постоянными магнитами, сужающимися к наружной цилиндрической поверхности ротора, такие, что с внутренней стороны магнитопровода ротора напротив пазов имеются тонкие насыщающиеся перемычки, разделенные от выходного вала немагнитной втулкой, зубцовые катушки статора располагаются в трех фазных зонах и в каждой фазной зоне по четыре группы, где две группы из двух последовательно-согласно соединенных катушек и другие две группы из отдельно расположенных одиночных катушек, число зубцов статора и число полюсов ротора бесконтактного электродвигателя отличаются на четыре, постоянные магниты имеют форму совпадающую с формой пазов, причем постоянные магниты размещены в пазах так, что между дном паза и основанием постоянного магнита образуется воздушный зазор
Δh=δ tgβ,
где β - угол между основанием и боковой поверхностью паза,
δ - односторонний воздушный зазор между боковыми поверхностями паза и постоянного магнита.
Магнитопровод статора составлен, по крайней мере, из восемнадцати зубцов.
Ротор составлен, по крайней мере, из четырнадцати постоянных магнитов.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что за счет применения трапециевидных постоянных магнитов, включения катушек в фазной зоне определенным образом и выбора определенного соотношения между числами полюсов статора и ротора, удалось повысить электромагнитный момент и качество работы электромеханического усилителя руля.
В дальнейшем техническое решение поясняется конкретным примером выполнения со ссылкой на чертежи, на которых показаны: фиг.1 - поперечное сечение электродвигателя;
фиг.2 - схема включения катушек обмотки статора, фиг.3 - расположение постоянного магнита в пазу магнитопровода ротора.
Электродвигатель для электромеханического усилителя руля выполняется трехфазным и состоит из статора и ротора. Статор включает магнитопровод 1, имеющий n радиально расположенных Т-образных зубцов 2, трехфазную обмотку, выполненную с сосредоточенными катушками 3 на зубцах 2 (зубцовые катушки). Ротор состоит из магнитопровода ротора 4 расположенного на выходном валу усилителя руля и жестко закрепленного через немагнитную втулку 5 и имеющего трапециевидные пазы 6 с постоянными магнитами 7, сужающимися к наружной цилиндрической поверхности ротора, образуя многополюсную магнитную систему с полюсами 8 чередующейся полярности. С внутренней стороны магнитопровода 4 ротора напротив пазов 6 имеются тонкие насыщающиеся перемычки 9, разделенные от выходного вала втулкой 5 из немагнитного материала для уменьшения потоков рассеивания магнитного поля, созданного постоянными магнитами 7. Число зубцов статора отличается от числа полюсов ротора на четыре (n-4).
Установка в пазы постоянных магнитов в намагниченном состоянии представляет собой трудоемкую операцию. Для ее облегчения постоянные магниты изготавливаются с уменьшенными поперечными размерами, что обеспечивает наличие технологических зазоров между постоянными магнитами и стенками паза, которые в собранном состоянии ротора представляют собой паразитные воздушные зазоры, уменьшающие индукцию и рабочий магнитный поток электродвигателя. В предлагаемом решении (фиг.3) форма постоянных магнитов и пазов в виде трапеции позволяет в процессе сборки обеспечить технологические зазоры путем надавливания на постоянный магнит через раскрытие паза со стороны рабочего воздушного зазора. В результате, основание постоянного магнита соприкасается с основанием паза, а между боковыми поверхностями магнита и паза образуются необходимые технологические зазоры δ. После введения постоянного магнита в паз надавливание снимается и под действием магнитных сил постоянный магнит перемещается в радиальном направлении к наружной части паза. При этом автоматически убираются технологические зазоры δ. Постоянный магнит в рабочем положении размещен в пазу так, что между дном паза и основанием постоянного магнита образуется воздушный зазор Δh, определяемый по формуле:
Δh=δ tgβ
где β - угол между основанием и боковой поверхностью паза,
п
м
δ - односторонний воздушный зазор между боковыми поверхностями паза и постоянного магнита, выбираемый по технологическим соображениям для обеспечения процесса введения постоянного магнита в паз в намагниченном состоянии, когда основание магнита лежит на дне паза, и δ=½(b-b)
п
где b - ширина основания паза,
м
b - ширина основания постоянного магнита.
Зубцовые катушки статора (фиг.2) располагаются в трех фазных зонах и в каждой фазной зоне по четыре группы, где две группы из двух последовательно-согласно соединенных катушек и другие две группы из отдельно расположенных одиночных катушек.
Предлагаемый электродвигатель для электромеханического усилителя руля работает следующим образом. При возникновении внешнего момента на входном валу, вырабатывается управляющий сигнал и в обмотках электродвигателя протекает ток, который, взаимодействуя с постоянными магнитами ротора, создает необходимый компенсирующий момент. В соответствии с алгоритмом управления, в зубцовых катушках каждой фазы формируется ток синусоидальной формы, благодаря чему, снижаются пульсации компенсирующего электромагнитного момента, приложенного к выходному валу рулевого механизма.
Применение постоянных магнитов трапециевидной формы, зубцовой обмотки с включением катушек в фазных зонах группами последовательно-согласно и одиночными, а также выбор определенного соотношения между числами полюсов статора и ротора позволило повысить электромагнитный момент двигателя на 10-15% по сравнению с прототипом. Кроме того, выбор определенного соотношения между числами полюсов статора и ротора привел к значительному повышению момента и тем самым обеспечил высокое качество работы электромеханического усилителя руля в целом.
Заявляемый электродвигатель используется в разработках электромеханического усилителя руля автотранспортных средств и может быть применен в других исполнительных механизмах любого назначения.