А. Н. Мазалов, г. А. Пархоменко Электродвигатель для усилителя руля

легкового автомобиля

Предлагается для электромеханического усилителя руля автомобиля применить индукторный электродвигатель с питанием вторичной обмотки от источника постоянного тока и с обратной свяэью по положению ротора. В случае отказа устройства автомобиль полностью сохраняет управляемость.

Известная конструкция электромеханического усилителя руля легкового автомобиля предполагает применение электродвигателя постоянного тока, обладающего требуемыми регулировочными и динамическими характеристиками. Движение от вала двигателя на вал руля передается через червячную передачу. Серьезным недостатком такого решения является сложность управления автомобилем при отказе электродвигателя или системы управления. Путь к решению проблемы лежит в поиске возможности полного исключения влияния электродвигателя на управляемость автомобилем в случае отказа электропривода.

Для электромеханического усилителя руля легкового автомобиля предполагается использовать индукторный электродвигатель [1, 2], первичная и вторичная обмотка которого размещена на статоре. Фазы первичного контура коммутируются в функции угла поворота ротора. Для этого может быть использована любая схема коммутации, используемая в бесконтактных электродвигателях постоянного тока [3].

Применение индукторного электродвигателя предполагает питание вторичной обмотки постоянным током. Первичная и вторичная обмотки, расположенные на статоре, имеют различное число полюсов, исключающие наличие взаимоиндуктивной связи, если магнитная система симметрична. Если через р₁ и р₂ обозначит_ь числа пар полюсов соответственно первичной и вторичной обмоток, то указанное условие будет выполняться при следующих соотношениях:

р₁/ р₂ = 2к или р₂/ р₁ = 2к

а также р₁/ р₂ = к + 1/ N или р₂ / р₁=к + 1/ N , (1)

где: к - любое целое число; N – любое четное число.

Если же в расточку такой машины ввести зубчатый ротор, то можно подобрать такой вариант геометрии, при котором между статорными обмотками возникает взаимоиндуктивная связь. Это возможно, если числа пар полюсов обмотки статора (р₁ и р₂) и зубцов статора и ротора (z₁ и z₂) удовлетворяют условию

. (2)

Вал ротора двигателя должен быть совмещен с валом руля. Таким образом, при обесточенных обмотках в двигателе не будет возникать никаких паразитных моментов, затрудняющих управление при его отказе.

Регулировочные характеристики такого двигателя можно приблизить к регулировочным характеристикам коллекторного двигателя постоянного тока, если коммутацию фаз его первичной обмотки осуществить по принципу бесконтактного электродвигателя постоянного тока 3. Датчик положения ротора в этом случае также должен быть устроен с учетом (2).

Эффективность индукторного двигателя возрастает при уменьшении воздушного зазора между ротором и статором. Для решения этой задачи целесообразно применить так называемую «сквозную» конструкцию машины. Это значит, что диаметр расточки статора должен быть выбран равным внешнему диаметру примененного подшипника. В этом случае отверстия под подшипники и расточка статора протачиваются с одного установа. Таким образом, погрешности сопряжения корпуса машины с подшипниковыми щитами не будут влиять на точность воздушного зазора.

Расчеты показывают, что при габаритах двигателя D100 мм и l150 мм он может развивать пусковой момент до 50 Нм. Совмещение его ротора с рулевым валом позволяет применить так называемую «сквозную конструкцию», что дает возможность создать минимальный зазор между ротором и статором.