一種電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)轉(zhuǎn)向裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的管柱式EPS系統(tǒng)，多采用伺服電機(jī)經(jīng)過渦輪蝸桿減速的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，同時(shí)由于大傳動(dòng)比的傳動(dòng)系統(tǒng)的存在，在控制性能上也帶來(lái)了不利的影響，如電機(jī)的轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量被放大后對(duì)操作手感的明顯的不利影響，相比液壓助力系統(tǒng)路感遲鈍，未能達(dá)到操 控高要求車輛所需；另一方面從轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的本質(zhì)安全性要求，當(dāng)助力系統(tǒng)功能失效時(shí)，基本 轉(zhuǎn)向功能不能消失，由于減速機(jī)構(gòu)的存在，當(dāng)助力力矩大以后，逆?zhèn)鲃?dòng)變得越來(lái)越困難，因 此目前電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)難以在大扭矩系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)，目前僅僅能夠在轎車、SUV等車輛上使 用，未能在要求大扭矩的商用車上使用。
[0003] 首先是存在磨損、彈性變形、摩擦和反向間隙等缺陷，系統(tǒng)穩(wěn)定保持性差;其次是 經(jīng)過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)后，電機(jī)發(fā)射到方向盤上的的等效慣量大，路面振動(dòng)信息被抑制，方向盤操作 上路感弱；增加的機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致制造難度大、成本高。采用直接驅(qū)動(dòng)方式能夠有效地解決上述 問題。
[0004] 電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的EPS系統(tǒng)如專利CN101365615B提供了一個(gè)直接驅(qū)動(dòng)的方案，使用 多極永磁電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)向助力驅(qū)動(dòng)。
[0005] CN101365615B提供的助力方案，受制于材料的性能極限和產(chǎn)品的體積限制，提供 的最大扭矩受到限制，當(dāng)最大電流超過55A012V時(shí)扭矩為28.5NM，僅能夠滿足A級(jí)車輛的轉(zhuǎn) 向助力需要。雖然通過增加電機(jī)的體積和驅(qū)動(dòng)電流來(lái)增加扭矩，但在實(shí)際車輛上，其電流和 體積的限制已經(jīng)接近設(shè)計(jì)極限。作為對(duì)比，現(xiàn)有的常規(guī)的渦輪蝸桿減速結(jié)構(gòu)EPS系統(tǒng)當(dāng)助力 扭矩為35匪時(shí)，電流小于35A012V，當(dāng)助力扭矩為75匪時(shí)，電流為80A，存在一定的差距。因此 限制了其在車輛系統(tǒng)上的廣泛應(yīng)用，尤其在需要大助力扭矩驅(qū)動(dòng)的車輛上。
[0006] 根據(jù)永磁電機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理，電機(jī)的扭矩提高通過提高工作磁場(chǎng)強(qiáng)度，或加大電機(jī) 的結(jié)構(gòu)，或在一定范圍內(nèi)提高電機(jī)的工作電流，或者提高每周的輸出功率。
[0007] 這幾個(gè)措施中，提高工作磁場(chǎng)強(qiáng)度需要增加永磁體的使用量或者使用高性能的永 磁體，而高性能永磁體的價(jià)格高，從而將明顯提高電機(jī)的成本。CN101365615B采用了永磁磁 路并聯(lián)結(jié)構(gòu)的凸極設(shè)計(jì)，電機(jī)的工作磁通已受限于導(dǎo)磁材料的飽和點(diǎn)，增加永磁體所增加 的磁場(chǎng)強(qiáng)度絕大部分消耗于飽和的磁路中，對(duì)電機(jī)提高性能已極為有限。
[0008] 增大電機(jī)結(jié)構(gòu)顯然可以提高電機(jī)的輸出扭矩，但顯然同樣也會(huì)帶來(lái)電機(jī)的結(jié)構(gòu)外 形增加及電機(jī)的重量增加，由此帶來(lái)電機(jī)的成本的增加，同時(shí)系統(tǒng)的外形是受限車輛內(nèi)部 的布局，設(shè)計(jì)上總是希望越小越好。
[0009] 定子的工作電流的增加，受制于導(dǎo)線的電阻率和電機(jī)外形的限制，同時(shí)電機(jī)確定 的情況下，銅損是與電機(jī)的電流平方成正比。EPS系統(tǒng)可以短時(shí)工作在極高的銅損狀態(tài)下， 設(shè)計(jì)中最高功率時(shí)銅損達(dá)到了75%，再通過電流增加的扭矩提高已經(jīng)很有限了，并且系統(tǒng) 電耗同樣是在受到限制的。
[0010] CN101365615B中通過提高提高電機(jī)的集中繞組的極數(shù)，可以增加電機(jī)的輸出扭 矩，但電機(jī)極數(shù)的增加的同時(shí)電機(jī)受到電機(jī)結(jié)構(gòu)的限制，由于空間需要同時(shí)容納勵(lì)磁導(dǎo)線 和定子磁路，兩者在有限的空間的需求上是相互競(jìng)爭(zhēng)，不能夠無(wú)限的增加。同時(shí)電機(jī)極數(shù)增 加后每極的電流驅(qū)動(dòng)效率下降，每極的漏電感比例增加，所能夠獲得的扭矩增加存在極限， 在設(shè)計(jì)例中的定子極已經(jīng)為優(yōu)化后的結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)轉(zhuǎn) 向裝置，實(shí)現(xiàn)一個(gè)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)EPS系統(tǒng)，可以提供的驅(qū)動(dòng)扭矩范圍能夠滿足商用車使用， 依據(jù)規(guī)格的不同，比如從30匪到150匪，同時(shí)保持結(jié)構(gòu)和成本和電耗上的可用性。
[0012] 本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來(lái)完成的，包括電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器，所述的電機(jī)的中 間連有扭桿結(jié)構(gòu)，該電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成，所述的電機(jī)的相數(shù)至少為兩相，每相間呈軸向 等均分布;所述的定子由導(dǎo)磁體、線圈組成，線圈環(huán)形繞制在導(dǎo)磁體所開設(shè)的槽中，所述的 轉(zhuǎn)子由永磁體組和轉(zhuǎn)子支架組成，永磁體組固定在轉(zhuǎn)子支架上，該永磁體組嵌入于導(dǎo)磁體 上，并與線圈呈相對(duì)應(yīng)分布;所述的線圈之間的引出線引于驅(qū)動(dòng)器上。
[0013] 作為優(yōu)選，所述的永磁體組由釹鐵硼材料或高矯頑力高磁能積的磁性材料制作而 成，并沿軸向方向磁化，磁極交替分布;該永磁體組由第一磁體和第二磁體組成，并按交替 分布呈環(huán)形結(jié)構(gòu)閉合而成，且第一磁體和第二磁體的磁化方向分別相反。
[0014] 作為優(yōu)選，所述的導(dǎo)磁體由導(dǎo)磁材料疊片或由導(dǎo)磁粉體壓制而成的高導(dǎo)磁性導(dǎo)磁 體和輔助導(dǎo)磁體組成，其中高導(dǎo)磁性導(dǎo)磁體為:第一導(dǎo)磁體、第二導(dǎo)磁體、第五導(dǎo)磁體，輔助 導(dǎo)磁體為:第三導(dǎo)磁體、第四導(dǎo)磁體;所述的第三導(dǎo)磁體、第四導(dǎo)磁體復(fù)合于第二導(dǎo)磁體、第 五導(dǎo)磁體上。
[0015] 本發(fā)明的有益效果為:簡(jiǎn)化EPS系統(tǒng)，擴(kuò)大EPS系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)能力服務(wù);同設(shè)計(jì)應(yīng)用于 功率驅(qū)動(dòng)的電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)極高功率密度的電機(jī)。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明的電機(jī)主視剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖2是本發(fā)明的電機(jī)俯視剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖3是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖4是本發(fā)明的導(dǎo)磁體剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 附圖中的標(biāo)號(hào)分別為：10、扭桿結(jié)構(gòu)；11、轉(zhuǎn)子支架；12、永磁體組；13、導(dǎo)磁體；14、 線圈；15、第一線圈繞組；16、第二線圈繞組;17、第三線圈繞組;21、第一磁體;22、第二磁體； 31、引出線;41、第一導(dǎo)磁體;42、第二導(dǎo)磁體;43、第三導(dǎo)磁體;44、第四導(dǎo)磁體;45、第五導(dǎo)磁 體。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的介紹：如附圖1至4所示，本發(fā)明包括電機(jī)、驅(qū)動(dòng) 器，所述的電機(jī)的中間連有扭桿結(jié)構(gòu)10,該電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成，所述的電機(jī)的相數(shù)至少 為兩相，每相間呈軸向等均分布;所述的定子由導(dǎo)磁體13、線圈14組成，線圈14環(huán)形繞制在 導(dǎo)磁體13所開設(shè)的槽中，所述的轉(zhuǎn)子由永磁體組12和轉(zhuǎn)子支架11組成，永磁體組12固定在 轉(zhuǎn)子支架11上，該永磁體組12嵌入于導(dǎo)磁體13上，并與線圈14呈相對(duì)應(yīng)分布;所述的線圈14 之間的引出線31引于驅(qū)動(dòng)器上。
[0022] 所述的永磁體組12由釹鐵硼材料或高矯頑力高磁能積的磁性材料制作而成，并沿 軸向方向磁化，磁極交替分布;該永磁體組12由第一磁體21和第二磁體22組成，并按交替分 布呈環(huán)形結(jié)構(gòu)閉合而成，且第一磁體21和第二磁體22的磁化方向分別相反。
[0023] 所述的導(dǎo)磁體13由導(dǎo)磁材料疊片或由導(dǎo)磁粉體壓制而成的高導(dǎo)磁性導(dǎo)磁體和輔 助導(dǎo)磁體組成，其中高導(dǎo)磁性導(dǎo)磁體為:第一導(dǎo)磁體41、第二導(dǎo)磁體42、第五導(dǎo)磁體45,輔助 導(dǎo)磁體為：第三導(dǎo)磁體43、第四導(dǎo)磁體44;所述的第三導(dǎo)磁體43、第四導(dǎo)磁體44復(fù)合于第二 導(dǎo)磁體42、第五導(dǎo)磁體45上。
[0024] 如同通常的結(jié)構(gòu)，電機(jī)的中間有輸出軸和輸入軸及連接兩者的扭桿結(jié)構(gòu)10構(gòu)成， 通過傳感器可以檢測(cè)到扭桿的形變，從而知道輸入輸出軸之間的扭矩值，軸由相應(yīng)的軸承 (圖中未顯示)支撐，保持自身及電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間的相對(duì)位置關(guān)系。
[0025] 驅(qū)動(dòng)的電機(jī)由具有多相的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)是相數(shù)可以是圖1示的3相，也可以是其 他的2相更多的如4、5相以上的相數(shù)，隨著相數(shù)的增加，結(jié)構(gòu)復(fù)雜性上會(huì)增加，軸向尺寸會(huì)增 加，但同時(shí)可以帶來(lái)的驅(qū)動(dòng)的平順性的增加，同時(shí)由于相間相互的磁路耦合關(guān)系較弱，相互 之間可以作為冗余備份，整個(gè)系統(tǒng)的故障后降級(jí)運(yùn)行的可靠性可以增加，機(jī)系統(tǒng)的可靠性 能夠得到提尚。
[0026]本例中選用了比較典型的三相驅(qū)動(dòng)方式。
[0027] 每一相占有一個(gè)線圈繞組位置，圖1示中第一線圈繞組15、第二線圈繞組16、第三 線圈繞組17分別為三相繞組。
[0028] 導(dǎo)磁體13在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的部位分成多個(gè)極，從制造方便，各個(gè)相之間的極可以在同 一角度上，相間的角度差可以