專(zhuān)利名稱(chēng)：一種汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，尤其是一種低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通常為了獲得較高的裝配效率，繞組母線被用于連接定子鐵芯繞組線圈。繞組母 線之所以被使用，是因?yàn)樗哂懈叩倪B接效率，并且制造簡(jiǎn)單，可以通過(guò)沖壓銅板得到。
首先介紹機(jī)械構(gòu)造，如圖1所示，對(duì)于U相位，線圈IOI-U和102-U的一端連接到 U相位的環(huán)形母線l-U上，另一端連接到N相位的環(huán)形母線l-N上。同樣，對(duì)于V相位，線 圈101-V和102-V的一端連接到V相位的環(huán)形母線1-V上，另一端連接到N相位的環(huán)形母 線1-N上。W相位的連接方法也是如此。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電氣連接如圖2所示，通過(guò)一個(gè)包含直流電源和開(kāi)關(guān)SU、 SV、 SW、 SX、 SY、SZ的轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生三相電流，轉(zhuǎn)換器在電線YU、YV、YW與定子1000的線圈101-U、102-U、 101-V、102-V、101-W和102-W連接后把三相電流輸入到線圈中。電流由YU、 YV和YW輸送 到母線，然后進(jìn)入線圈。以U相位為例說(shuō)明，U相位的電流通過(guò)YU到達(dá)U相位環(huán)形母線1-U 的端子31-U，或U相環(huán)形母線1-U的端子32-U，電流從端子31-U傳遞到線圈IOI-U，或從端 子32-U傳遞到線圈102-U,電流通過(guò)線圈101-U和線圈102-U后回到母線1_N。然后再?gòu)?端子l-N開(kāi)始進(jìn)入V相位線圈IOI-V、 102-V和W相位線圈101-W、102-W。 101-V、102-V中 的電流通過(guò)母線1-V的端子31-V和32-V在母線1-V處匯合，再?gòu)亩俗?3-V處流回YV，最 后進(jìn)入直流電源。同樣W相位的線圈電流通過(guò)母線l-W流回直流電源。三相電流分別通過(guò) U相、V相、W相線圈，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 傳統(tǒng)的電機(jī)設(shè)計(jì)中，在使用環(huán)形母線，由于結(jié)構(gòu)問(wèn)題很難減小尺寸。如圖3所示， 該結(jié)構(gòu)中環(huán)形母線的迭片l-U、l-V、l-W、和l-N，它們的厚度將是單一母線厚度的4倍，因此 很難減小電機(jī)尺寸。 同時(shí)在電機(jī)環(huán)形母線制造時(shí)也會(huì)遇到如下問(wèn)題由于環(huán)形導(dǎo)體是沖壓制成的，因 此沖壓剩余的材料將不可避免地被浪費(fèi)。 如圖11所示是一種傳統(tǒng)永磁電機(jī)。定子鐵芯由12個(gè)齒203，正對(duì)永磁鐵201，圓 周均勻布置，齒槽之間纏繞線圈，齒203被圓箍緊緊包住，構(gòu)成定子202，調(diào)整流入定子202 的線圈的電流，可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 由上可以看出，傳統(tǒng)永磁電機(jī)采用鄰極纏線的方式，每個(gè)齒槽中都有兩組線圈，因 此每個(gè)相位就會(huì)有四組線圈，傳統(tǒng)永磁電機(jī)的磁極的交界線都與定子齒寬的交界線重合。 磁極交界線與齒寬的交界線重合的次數(shù)越多，磁場(chǎng)相位變化的重合次數(shù)就越多，因此磁場(chǎng) 變化次數(shù)增加而導(dǎo)致磁阻轉(zhuǎn)矩增大。 在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，電機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力經(jīng)過(guò)減速增扭裝置傳給轉(zhuǎn)向軸。圖4所示轉(zhuǎn)向 盤(pán)101的轉(zhuǎn)向軸102經(jīng)過(guò)減速齒輪103，萬(wàn)向節(jié)104a和104b，齒輪齒條機(jī)構(gòu)105，連接到轉(zhuǎn) 向拉桿106上。轉(zhuǎn)向軸102包括扭矩轉(zhuǎn)矩傳感器107，測(cè)量軸101轉(zhuǎn)向盤(pán)的操縱力矩，電機(jī) 108為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供助力，電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要求具有很高的可靠性，因此在電動(dòng)轉(zhuǎn)向工作時(shí)電
3機(jī)卡死是不允許的。 圖5為電機(jī)卡死現(xiàn)象。如果雜質(zhì)50，從開(kāi)口處進(jìn)入轉(zhuǎn)子9和齒槽11的空隙中，就 會(huì)有鎖死轉(zhuǎn)子的可能性。防止轉(zhuǎn)子鎖死的一種方法是采用分開(kāi)式鐵芯，這樣在電機(jī)內(nèi)部相 鄰齒槽的表面就會(huì)結(jié)合在一起。但是這樣會(huì)增加漏磁通，從而減小了無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩， 降低電機(jī)功率輸出，并增大感應(yīng)電壓的波動(dòng)，進(jìn)而增大轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。另一種防鎖死的方法是在 定子鐵芯鄰近的開(kāi)口內(nèi)填充樹(shù)脂，但是增加了制造成本。 —般地，無(wú)刷電機(jī)作為電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的執(zhí)行器，由方波勵(lì)磁電流驅(qū)動(dòng)。 以五相位的無(wú)刷電機(jī)為例，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)激勵(lì)轉(zhuǎn)子五個(gè)相位的線圈(方波電
流相位差間隔72。)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，線圈中電流的相位連續(xù)發(fā)生變化，在控制器的控制下，同
時(shí)激勵(lì)四個(gè)相位，電機(jī)中的電流通過(guò)相對(duì)應(yīng)的四個(gè)相位，各激勵(lì)線圈的阻抗一致以保持良
好的平衡性。 無(wú)刷直流電機(jī)相對(duì)于永磁同步電機(jī)，一般工作在較低轉(zhuǎn)速，較低轉(zhuǎn)矩負(fù)荷的范圍 內(nèi)。在低轉(zhuǎn)矩載荷時(shí)通常可以通過(guò)削弱磁場(chǎng)來(lái)增大轉(zhuǎn)速，然而，這樣雖然可以提高電機(jī)轉(zhuǎn) 速，但在負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)電機(jī)就會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)而產(chǎn)生噪音。 對(duì)于永磁同步電機(jī)，也可以通過(guò)削弱磁場(chǎng)，在低轉(zhuǎn)矩負(fù)荷時(shí)達(dá)到增大轉(zhuǎn)速的目的。 然而，在減小體積和增大輸出功率的方面的優(yōu)勢(shì)不及無(wú)刷直流電機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種低轉(zhuǎn)矩負(fù)荷時(shí)增大輸出轉(zhuǎn)速并能夠降低 轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，成本較低，且無(wú)卡死現(xiàn)象的汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是一種汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述系統(tǒng) 包括電機(jī)和用于控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制器，所述驅(qū)動(dòng)控制器包括用于為每個(gè)相位的線圈生成 相應(yīng)的勵(lì)磁相位電流指令的勵(lì)磁相位電流指令信號(hào)發(fā)生器和用于通過(guò)回路中由勵(lì)磁相位 電流指令引起的反饋電流來(lái)控制每個(gè)相位線圈的勵(lì)磁電流的勵(lì)磁電流控制器。勵(lì)磁相位電 流指令信號(hào)發(fā)生器提前勵(lì)磁相位電流指令信號(hào)的電位角。 為了使驅(qū)動(dòng)控制器能夠更好的控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，所述信號(hào)發(fā)生器(401)接收到從
外部電路傳來(lái)的電機(jī)電流指令信號(hào)Iref和從轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器(404)傳來(lái)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)
RP，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析后產(chǎn)生各個(gè)相位的勵(lì)磁電流(iaref， ibref， icref)。 為了使電機(jī)高度減小，結(jié)構(gòu)緊湊，所述電機(jī)包括電機(jī)線束總線和用于電機(jī)的主線
相互連接的環(huán)形導(dǎo)體，所述環(huán)形導(dǎo)體直徑遞減且安置在同一平面內(nèi)。 為了使電機(jī)的體積能夠很小，至少有一塊環(huán)形導(dǎo)體是由片狀環(huán)體組成的。 為了使環(huán)形導(dǎo)體不能夠互相接觸而導(dǎo)致電路短路破壞電路功能，至少有一塊環(huán)形
導(dǎo)體表面覆有絕緣漆。 為了解決磁極的交界線和齒寬的交界線重合，造成的磁阻轉(zhuǎn)矩變大的問(wèn)題，所述 電機(jī)采用由方波電流驅(qū)動(dòng)的三相位永磁電機(jī)，并且S/(2mp) = 1 ;其中，S為齒槽的個(gè)數(shù)，m 為上述點(diǎn)擊相位的個(gè)數(shù)，且有p > 2， 2p為電機(jī)磁極的個(gè)數(shù)，當(dāng)p為偶數(shù)時(shí)，齒寬的類(lèi)型個(gè)數(shù) 設(shè)計(jì)為3個(gè)；當(dāng)p為奇數(shù)時(shí)，齒寬類(lèi)型的個(gè)數(shù)設(shè)計(jì)為4個(gè)。定子線圈采用隔極繞線的方式， 一個(gè)齒槽中只有一個(gè)線圈，因此，線圈中感應(yīng)電壓的相位一致。 為了避免汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在使用過(guò)程中突然卡死，確保系統(tǒng)的安全性，所述電機(jī)采用無(wú)刷直流電機(jī)，并且齒槽開(kāi)口寬度S和電子鐵芯與轉(zhuǎn)子間隙寬度G之間的關(guān)系限制為 a *G < S， a由電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常量或感應(yīng)電壓中的波動(dòng)成分確定。 本發(fā)明的有益效果是1.環(huán)形導(dǎo)體直徑遞減且安置在同一平面內(nèi)，以減小電機(jī)尺 寸，結(jié)構(gòu)更加緊湊，占用更小的空間發(fā)揮更大的效率；2.通過(guò)采用三相位永磁電機(jī)和直流 無(wú)刷電機(jī)及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制策略，使得在低轉(zhuǎn)矩負(fù)荷時(shí)增大輸出轉(zhuǎn)速并能夠降低轉(zhuǎn)矩波 動(dòng)，并且能夠使用方波驅(qū)動(dòng)，成本較低且無(wú)電機(jī)卡死現(xiàn)象。


圖l.電機(jī)繞組母線定子鐵芯線圈的連線方式；
圖2.繞組電路原理圖；
圖3.傳統(tǒng)電機(jī)繞組的裝配圖；
圖4.電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械原理圖； 圖5.無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，(A)為縱向截面圖，(B)為橫向截面圖；
圖6.電機(jī)繞組母線的一種裝配圖； 圖7.電機(jī)繞組母線的另一種裝配圖，(A)為透視圖，(B)為平面圖； 圖8.由矩形金屬板變形制成的繞組母線，(A)為矩形金屬板示意圖，(B)為繞組母
線； 圖9.由圓筒狀金屬制成的繞組母線； 圖10.永磁電機(jī)的一種橫截面圖，包括4個(gè)磁極，12個(gè)齒槽； 圖11.傳統(tǒng)永磁電機(jī)(4磁極12齒槽分布式線圈)的橫截面圖； 圖12. —種無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子的剖視圖； 圖13.無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的結(jié)構(gòu)框圖； 圖14.勵(lì)磁電流指令信號(hào)發(fā)生器的輸入輸出示意圖。 1000 :定子 51、52:鐵芯 101、102:線圈 1 :環(huán)形母線 2:環(huán)形導(dǎo)體31、32、 33、34:端子 101 :轉(zhuǎn)向盤(pán) 102:轉(zhuǎn)向軸 103 :減速齒輪104a、 104b :萬(wàn)向節(jié) 105 :齒 輪齒條機(jī)構(gòu) 106 :轉(zhuǎn)向拉桿107 :括扭矩轉(zhuǎn)矩傳感器 108 :電機(jī) 9 :轉(zhuǎn)子 9_1 :永磁鐵 10 :定子11 :齒 12 :鐵芯 13 :齒槽 14 :線圈 50 :雜質(zhì)500 :矩形條狀銅板600 :銅制 圓筒 200 :轉(zhuǎn)子 201 :環(huán)形永磁鐵 202 :定子 203 :齒400 :驅(qū)動(dòng)控制器 401 :相位勵(lì) 磁電流指令信號(hào)發(fā)生器402 :相位電流控制器403 :電機(jī)驅(qū)動(dòng)回路404 :轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測(cè)器 410 :三相無(wú)刷電機(jī)
具體實(shí)施例方式
如圖10所示為本專(zhuān)利中電機(jī)的第一種型式，環(huán)形導(dǎo)體2-U，2-V，2-W和2-N制作成 不同的直徑，環(huán)形導(dǎo)體的直徑以遞減的方式變化，突出的接線端31-U， 31-V， 31-W， 31-N等 可以安裝在外圍。然后將母線l-U，l-V，l-W，和l-N平面共心安裝，像圖l和圖2中所示連 接在一起。這種型式不再需要一系列的環(huán)形母線，從而顯著地削減了高度，此種型式的總線 的高度僅為圖3所示的傳統(tǒng)電機(jī)中所使用的一組總線的高度的1/4，高度的縮減有助于獲 得緊湊的電機(jī)結(jié)構(gòu)。 繞線一般情況下不是一個(gè)而是多個(gè)，由于它們安裝位置比較接近，因此，他們可能會(huì)互相接觸，接觸會(huì)導(dǎo)致電路短接而破壞了電機(jī)功能?？紤]至此，需要在繞線之間的空隙中 增加了絕緣材料，但這樣會(huì)降低(裝配)工作效率。因此，在環(huán)形導(dǎo)體外層使用一種絕緣材 料，可以有效地防止短路現(xiàn)象的發(fā)生，即使總線互相接觸在一起。這樣，提高了裝配效率并 且消除了無(wú)用的空間，減小電機(jī)的尺寸。 如圖8(A)所示矩形條狀銅板500，作為環(huán)形導(dǎo)體的原材料，進(jìn)行巻曲變形為環(huán)形， 即成為環(huán)形導(dǎo)體2。環(huán)形導(dǎo)體2上有突出端31， 32和33，將來(lái)與繞組線圈100-U和101-U以 及YU連接。環(huán)形導(dǎo)體加上突起端組成了母線1，如圖8(B)所示。此外，環(huán)形導(dǎo)體也可不必 由一塊矩形銅板制造，參考圖9，可以由一個(gè)銅制圓筒600切片得到環(huán)形導(dǎo)體2，突起端31， 32， 33被貼在環(huán)形導(dǎo)體2上，完成母線的制作。這兩種方法，材料得到了充分利用，而不像沖 壓制造那樣造成材料的大量浪費(fèi)。 接下來(lái)將對(duì)本專(zhuān)利中的永磁電機(jī)進(jìn)行介紹。在下面的敘述中，齒寬角度的意思是 相鄰的兩個(gè)齒槽開(kāi)口中點(diǎn)間的角度。 如圖10所示為專(zhuān)利中的4極，12齒槽，分布式線圈的永磁電機(jī)的剖視圖。如圖所 示，環(huán)形永磁鐵201包括四個(gè)磁極，90。間隔均布于圓周，組成轉(zhuǎn)子200。定子鐵芯由12個(gè) 齒203，正對(duì)永磁鐵201，圓周布置，齒槽之間纏繞線圈，齒203被圓箍緊緊包住，構(gòu)成定子 202。調(diào)整流入定子202的線圈的電流，可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。永磁電機(jī)的4個(gè)磁極布置的順 序?yàn)镹，S，N，S.定子的12個(gè)齒203同樣被布置。齒203的齒寬大小有一個(gè)周期，這個(gè)周期 在方程(1)和方程(2)中表述；
當(dāng)p為偶數(shù)時(shí) 齒寬周期=360/S*4 ;--------------(1) 當(dāng)p為奇數(shù)時(shí) 齒寬周期=360/S*6 ;--------------(2) 其中，S為齒槽的個(gè)數(shù)，2p為磁極的個(gè)數(shù)。 總之，在這種型式的電機(jī)中，360/12*4 = 120，因此齒203的齒寬周期為120° ，這 種型式的電機(jī)有3個(gè)齒寬周期。齒寬Tl， T2， T3， T4組成一個(gè)齒寬周期，齒寬T5， T6， T7， T8 組成另一個(gè)齒寬周期，齒寬T9， TIO， Tll， T12也組成一個(gè)齒寬周期。本專(zhuān)利中的這種4磁 極12齒槽，分布式線圈的永磁電機(jī)，它的齒寬大小的周期為120° ，而兩磁極間的相位差為 90° ，這就達(dá)到了降低磁阻轉(zhuǎn)矩的目的。 圖10中的這種4磁極12齒槽，分布式線圈的永磁電機(jī)，齒寬類(lèi)型的個(gè)數(shù)當(dāng)P為
偶數(shù)時(shí)，齒寬類(lèi)型個(gè)數(shù)為3個(gè)，擋P為奇數(shù)時(shí)，齒寬類(lèi)型的個(gè)數(shù)設(shè)計(jì)為4個(gè)。為了統(tǒng)一，奇數(shù)
齒的齒寬設(shè)計(jì)為相等，而偶數(shù)齒的齒寬不相等。 線圈Ul和U2之間的相位差計(jì)算如下方程所示相位差<formula>formula see original document page 6</formula>
由方程得出，線圈U1和U2的相位差為180° M，即36(T電位角，因此由線圈U1和 U2產(chǎn)生的感應(yīng)電壓相位相同。通過(guò)設(shè)置線圈的匝數(shù)，使Tl > T2， Tl > T4，，以增加力矩常 圖10中的這種4磁極12齒槽，分布式線圈的永磁電機(jī)，采用隔極繞線的方法，每 個(gè)線圈纏繞一個(gè)齒槽，每個(gè)相位只有兩組線圈。 如上所述，專(zhuān)利中的分布式線圈的永磁電機(jī)采用統(tǒng)一的齒寬設(shè)計(jì)方式和隔極繞線的方法，線圈中感應(yīng)電壓相位相同，不會(huì)增加力矩的波動(dòng)。在這種電機(jī)中，齒寬角度的可選 范圍a與e (均分時(shí)的齒寬角度)的關(guān)系，e是等間距時(shí)的齒寬，且a為可用的齒寬角 度，a范圍如下
a* 9《a《b* 9 其中，系數(shù)a， b由轉(zhuǎn)矩常量和磁阻轉(zhuǎn)矩的降低的比例確定。 以上為專(zhuān)利中對(duì)4磁極12齒槽分布式線圈的永磁電機(jī)的介紹，專(zhuān)利并不局限于這 種電機(jī)，專(zhuān)利也可以應(yīng)用于矩形方波驅(qū)動(dòng)的，符合方程(S/(2mp) = 1)的三相位分布式線圈 永磁電機(jī)。為統(tǒng)一所有的齒寬類(lèi)型(P偶數(shù)時(shí)3種，P奇數(shù)時(shí)4種)，可以把偶數(shù)齒的齒寬設(shè) 置為相等，奇數(shù)齒的齒寬不相等。 接下來(lái)將結(jié)合示意圖對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行詳細(xì)描述。 如圖12為專(zhuān)利中的無(wú)刷直流電機(jī)的橫截面圖，其組成與圖5(B)相同。圖12重要
的一點(diǎn)不在于組成部件，而是部件的空間結(jié)構(gòu)。具體點(diǎn)講，介于齒11間的齒槽13的開(kāi)口寬
度S小于定子和轉(zhuǎn)子間的距離G。滿(mǎn)足S < G時(shí)，外界雜質(zhì)50，就不會(huì)因從齒槽13中掉入
轉(zhuǎn)子9和齒11的間隙中而卡住轉(zhuǎn)子，因?yàn)椋s質(zhì)的尺寸肯定小于齒槽開(kāi)口的寬度，就更小于
轉(zhuǎn)子和定子的間隙，因此，雜質(zhì)不會(huì)卡在定子和轉(zhuǎn)子之間，也就不會(huì)卡死轉(zhuǎn)子。 總之，間隙G越小，磁通量的利用率越高，從這點(diǎn)考慮，間隙G越小越好，然而，由于
機(jī)械構(gòu)造的限制，實(shí)際上要求的間隙G的大小為轉(zhuǎn)子外徑的1% 3%。然而，考慮到增強(qiáng)
磁場(chǎng)的可靠性，間隙G的理想尺寸為0. 6mm甚至更大。具體地講，間隙G采用上面的尺寸，
只要齒槽的開(kāi)口寬度S小于間隙G，轉(zhuǎn)子就不會(huì)因?yàn)辇X槽里的雜質(zhì)入侵而卡死?？傊?，這種
設(shè)計(jì)可以避免電力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在使用過(guò)程中突然卡死，確保了系統(tǒng)的安全性。 接下來(lái)介紹無(wú)刷直流電機(jī)的第二種型式。齒槽開(kāi)度太小，由于漏通量減小了輸出
功率而降低了無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常量，并且增大了感應(yīng)電壓的波動(dòng)，而使轉(zhuǎn)向的可操作
性降低。因此，必須確定齒槽開(kāi)度尺寸的下限。當(dāng)齒槽開(kāi)度尺寸變小時(shí)，齒與齒之間空隙也 變小。在接近S = 20% G處出現(xiàn)折點(diǎn)，在這點(diǎn)處轉(zhuǎn)矩常量迅速減小，并且波動(dòng)成分迅速增 大。即使磁通量能夠覆蓋區(qū)域A，但還是有一部分磁通量通過(guò)區(qū)域B漏通，因此通過(guò)區(qū)域A 的有效磁通量減少。區(qū)域B的漏通量成為減小轉(zhuǎn)矩常量，增大感應(yīng)電壓波動(dòng)的影響因素。當(dāng) 齒槽開(kāi)度S〈 a*G(a為系數(shù)，G為轉(zhuǎn)子與定子的間隙)，且減小時(shí)，感應(yīng)電壓的波動(dòng)迅速增 大。 確定系數(shù)a的方法是通過(guò)對(duì)電磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真計(jì)算得到。這是因?yàn)樗c通 過(guò)區(qū)域A的磁通量與由區(qū)域B產(chǎn)生的漏通量的比例有一定相關(guān)性。具體的講，通過(guò)區(qū)域A 和B的磁通量的比例取決于幾個(gè)較復(fù)雜的影響因素，包括電子鐵芯12的制作材料相對(duì)于 空氣的導(dǎo)磁率，結(jié)構(gòu)形狀(包括定子鐵芯12和齒11的形狀)以及齒角突起部分的角度數(shù)。 因此不能簡(jiǎn)單的通過(guò)一個(gè)方程就可以把這個(gè)磁通量的比例計(jì)算出來(lái)。而在實(shí)際中，這個(gè)值 是通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算出來(lái)的，考慮了定子鐵芯12的材料及結(jié)構(gòu)，和磁通密度(磁感應(yīng)強(qiáng) 度)等，然后進(jìn)一步仿真得出系數(shù)a 。當(dāng)齒槽開(kāi)度S接近轉(zhuǎn)子與定子的間隙G的20X時(shí)，減 小齒槽開(kāi)度會(huì)使感應(yīng)電壓的波動(dòng)迅速增大，轉(zhuǎn)矩常量減小，而使轉(zhuǎn)向的可操作性急劇降低。 當(dāng)齒槽開(kāi)度S超過(guò)20% G，轉(zhuǎn)矩常量不再變化，感應(yīng)電壓的波動(dòng)也處于可接受的范圍，電力 轉(zhuǎn)向的可操作性不再降低。在減小轉(zhuǎn)矩常量時(shí)不會(huì)降低電機(jī)的輸出功率，在減小電機(jī)轉(zhuǎn)矩 波動(dòng)和防止電機(jī)轉(zhuǎn)子卡死時(shí)不會(huì)降低助力轉(zhuǎn)向的可操作性。不再需要分開(kāi)的定子鐵芯，相鄰的齒的內(nèi)側(cè)也不必連在一起。并且不需要模具壓鑄成型，在較低成本的情況下有效地避 免了電機(jī)的卡死。 現(xiàn)在介紹專(zhuān)利中首選的一種無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器。本專(zhuān)利僅以此類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)控制 器在三相位無(wú)刷電機(jī)上的應(yīng)用為例進(jìn)行講述，但不是說(shuō)此類(lèi)型控制器僅局限于三相電機(jī)使 用。勵(lì)磁相位電流指令信號(hào)可以通過(guò)硬件獲得也可以通過(guò)軟件獲得。在這種類(lèi)型的控制器 中采用了后者，由軟件獲得指令信號(hào)。 無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器400的組成，如圖13，包括相位勵(lì)磁電流指令信號(hào)發(fā)生器 401，相位電流控制器402，電機(jī)驅(qū)動(dòng)回路403，轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測(cè)器404。信號(hào)發(fā)生器有相應(yīng)的產(chǎn) 生信號(hào)的方法。相位電流控制器402和電機(jī)驅(qū)動(dòng)回路403有相應(yīng)的相位電流控制方法。
信號(hào)發(fā)生器401接收到從外部電路傳來(lái)的電機(jī)電流指令信號(hào)Iref和從轉(zhuǎn)子位 置檢測(cè)器404傳來(lái)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)RP，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析后產(chǎn)生各個(gè)相位的勵(lì)磁電流 (iaref， ibref， icref)。相位電流控制器402每個(gè)相位的勵(lì)磁電流，它可以通過(guò)勵(lì)磁回路 403由勵(lì)磁信號(hào)引起感應(yīng)電流中的兩個(gè)相位的電流去監(jiān)測(cè)第三個(gè)相位的電流。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)回路403由6個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管組成，編號(hào)為T(mén)1一T6，其中的三個(gè)靠近電源 端，三個(gè)靠近接地端。這樣相應(yīng)的兩個(gè)晶體管串聯(lián)在一起，Tl-T2， T3-T4，和T5-T6，然后接到 三相無(wú)刷電機(jī)410定子線圈的外端。晶體管T1一T6的門(mén)驅(qū)動(dòng)信號(hào)GT1—GT6，由相位電流控 制器通過(guò)相位電流指令信號(hào)發(fā)生器和轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器404測(cè)得的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)一并產(chǎn)生。
整流時(shí)間由轉(zhuǎn)子位置信號(hào)得出，轉(zhuǎn)子位置信號(hào)由檢測(cè)器404傳給相位電流指令信 號(hào)發(fā)生器401。轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器404的組成部分霍爾元件，分析器，編碼器。
基于以上的構(gòu)造，接下來(lái)將介紹電機(jī)在低載荷時(shí)如何實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速同時(shí)降低轉(zhuǎn)矩波 動(dòng)。 1.通過(guò)增大勵(lì)磁電流的相位角可以弱化磁場(chǎng)，從而達(dá)到提高轉(zhuǎn)速的目的。
相位電流控制器402通過(guò)驅(qū)動(dòng)回路403對(duì)信號(hào)發(fā)生器傳來(lái)的勵(lì)磁電流信號(hào)電流反 饋控制，可以控制勵(lì)磁電流。提前相位角實(shí)現(xiàn)一部分電流用于削弱磁場(chǎng)，另一部分電流用于 產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩輸出。這種削弱磁場(chǎng)的方法實(shí)質(zhì)上是減少了總的磁通量，因?yàn)樽畲筠D(zhuǎn)速反比于總 的磁通量，這種方法可以提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速。同時(shí)，通過(guò)整流控制可以降低轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)。具體 點(diǎn)說(shuō)，相對(duì)于傳統(tǒng)方波，整流控制減少了電流的變化，放緩了電流增長(zhǎng)和衰減的速度。相位 角提前的功能被添加進(jìn)整流控制，從而實(shí)現(xiàn)了削弱磁場(chǎng)達(dá)到高轉(zhuǎn)速，低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的目的。
2.通過(guò)提前梯形電流的相位角，削弱磁場(chǎng)以提高轉(zhuǎn)速。 相位電流控制器402通過(guò)驅(qū)動(dòng)回路403對(duì)信號(hào)發(fā)生器傳來(lái)的勵(lì)磁電流信號(hào)電流反 饋控制，可以控制勵(lì)磁電流。此時(shí)相對(duì)于方波信號(hào)梯形信號(hào)電流變化的速度慢了很多，因 此，可以降低電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。 3.通過(guò)提前正弦電流信號(hào)的相位角，削弱磁場(chǎng)以提高轉(zhuǎn)速。
削減電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的方法與方法2相同。 圖14所示勵(lì)磁相位電流指令信號(hào)生成器401結(jié)合驅(qū)動(dòng)電路403的勵(lì)磁反饋電流， 由電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形，轉(zhuǎn)矩值Tref，角速度"，轉(zhuǎn)子位置9經(jīng)分析后產(chǎn)生勵(lì)磁相位電 流指令信號(hào)。轉(zhuǎn)子位置9由轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器404檢測(cè)出的位置信號(hào)RP，電機(jī)電流等進(jìn)行估 計(jì)得出。
權(quán)利要求
一種汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括電機(jī)(108)和用于控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制器(400)，其特征是所述驅(qū)動(dòng)控制器(400)包括用于為每個(gè)相位的線圈生成相應(yīng)的勵(lì)磁相位電流指令的勵(lì)磁相位電流指令信號(hào)發(fā)生器(401)和用于通過(guò)回路中由勵(lì)磁相位電流指令引起的反饋電流來(lái)控制每個(gè)相位線圈的勵(lì)磁電流的勵(lì)磁電流控制器(402)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征是所述信號(hào)發(fā)生器(401)接收 到從外部電路傳來(lái)的電機(jī)電流指令信號(hào)Iref和從轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器(404)傳來(lái)的轉(zhuǎn)子位置 信號(hào)RP，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析后產(chǎn)生各個(gè)相位的勵(lì)磁電流(iaref， ibref， icref)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征是所述電機(jī)(108)包括電機(jī)線 束總線和用于電機(jī)的主線相互連接的環(huán)形導(dǎo)體(2)，所述環(huán)形導(dǎo)體(2)直徑遞減且安置在 同一平面內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征是至少有一塊環(huán)形導(dǎo)體(2)是 由片狀環(huán)體組成的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征是至少有一塊環(huán)形導(dǎo)體(2)表 面覆有絕緣漆。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征是所述電機(jī)(108)采用由方波 電流驅(qū)動(dòng)的三相位永磁電機(jī)，并且S/(2mp) = 1 ;其中，S為齒槽的個(gè)數(shù)，m為上述點(diǎn)擊相位 的個(gè)數(shù)，且有p > 2，2p為電機(jī)磁極的個(gè)數(shù)，當(dāng)p為偶數(shù)時(shí)，齒寬的類(lèi)型個(gè)數(shù)設(shè)計(jì)為3個(gè)；當(dāng) P為奇數(shù)時(shí)，齒寬類(lèi)型的個(gè)數(shù)設(shè)計(jì)為4個(gè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征是所述電機(jī)(108)中的定子線 圈采用隔極繞線的方式，一個(gè)齒槽中只有一個(gè)線圈。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征是所述電機(jī)(108)采用無(wú)刷直 流電機(jī)，并且齒槽開(kāi)口寬度S和電子鐵芯與轉(zhuǎn)子間隙寬度G之間的關(guān)系限制為a *G < S， a由電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常量或感應(yīng)電壓中的波動(dòng)成分確定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括電機(jī)和用于控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制器，所述驅(qū)動(dòng)控制器包括用于為每個(gè)相位的線圈生成相應(yīng)的勵(lì)磁相位電流指令的勵(lì)磁相位電流指令信號(hào)發(fā)生器和用于通過(guò)回路中由勵(lì)磁相位電流指令引起的反饋電流來(lái)控制每個(gè)相位線圈的勵(lì)磁電流的勵(lì)磁電流控制器。所述電機(jī)包括電機(jī)線束總線和用于電機(jī)的主線相互連接的環(huán)形導(dǎo)體，所述環(huán)形導(dǎo)體直徑遞減且安置在同一平面內(nèi)。所述電機(jī)是三相位永磁電機(jī)或者是無(wú)刷直流電機(jī)。該設(shè)計(jì)電機(jī)尺寸小且結(jié)構(gòu)更加緊湊；結(jié)合上述驅(qū)動(dòng)控制策略可以實(shí)現(xiàn)在低轉(zhuǎn)矩負(fù)荷時(shí)能夠降低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，并且能夠使用方波驅(qū)動(dòng)，成本較低且無(wú)電機(jī)卡死現(xiàn)象。
文檔編號(hào)B62D5/04GK101780811SQ20101012870
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者毛靖, 王彥波, 陳箭 申請(qǐng)人:蘇州薩克汽車(chē)科技有限公司