转向系统电机的制作方法

专利名称：转向系统电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及设置在转向系统中的电机，并具体而言，涉及其中电机的 启动器被划分为彼此电气独立的多个系统的转向系统电机。
背景技术：
转向系统电机的示例包括起用于辅助转向的动力源作用的电机以及起 用于使车轮转向的动力源作用的电机。车辆通常设置有用于辅助转向的系 统，即，动力转向系统。动力转向系统的电机在某些情况下是例如安装在 转向柱或齿条齿轮机构附近的电磁电机。此外，在通过控制转向部分的动 力源来使车轮转向的电动转向系统中，输入至诸如转向盘之类的操作构件 的操作力并未传递至转向部分，替代地，设置了起转向部分的动力源作用 的电机用于使车轮转向。此外，也会将施加适当阻力的电机设置在操作构 件上。
上述转向系统电机对转向影响极大，因此优选地需要对其设置防故障
保护。例如，日本专利申请公开号JP-A-2005-237068揭示了一种电磁电 机，其中启动器被划分为两个系统，因此如果一个系统发生故障，则可利 用另一系统来使车轮转向。该电磁电机的启动器关于平面对称地划分成两 个。当一侧系统发生故障时，由另一侧的另一系统产生磁性，其将引起转 子发生震动。该震动可提醒驾驶员电机已经发生故障。因此，预期驾驶员 将不会进行任何突然的转向操作，并将迅速地将电机修复。此外，日本专 利申请公开号JP-A-7-222419揭示了一种具有单一系统启动器的相关电磁 电机。
在专利文献JP-A-7-222419中揭示的电磁电机的情况下，如果单一系 统启动器发生故障，则当然地不能够进行转向辅助，即，车轮不能再被电 机转向。因此，电机不是非常可靠。相较而言，在专利文献JP-A-2005-237068中揭示的电磁电机的情况下，即使一个系统发生故障，电机仍然可
以运转，此时会产生相对较大的震动。但是，因为难以准确使两个系统的 动力同步，所以即使在两个系统均正常运转时，还是趋于产生相对较小的 震动。该问题使得难以提高常规转向系统电机的实用性。因此，着眼于不 同角度，对转向系统电机还有改进的空间。

发明内容
因此，本发明提供了一种相较于常规转向系统电机，非常适于实用 (例如，故障安全性能得到提高)的转向系统电机。
以下，将描述本发明的各个方面。尽管可参考对其的描述以及对示例 性实施例的描述来理解这些方面，但本发明并不意在受限于这些方面进行 构造。即，本发明还可包括除了所描述的方面之外具有其他构成元件的方 面，以及已经从所描述的方面中省去一个或更多构成元件的方面。
本发明的第一方面涉及一种转向系统电机，其布置在根据操作构件的 操作使车轮指向的方向发生改变的转向系统中。所述转向系统电机包括-定子，在所述定子中，多个磁极体被布置为环形，且每个所述磁极体均具
有当供电时产生磁性的线圈；转子，其处于所述转子的外周表面与所述定 子的内周表面相对的状态或处于所述转子的内周表面与所述定子的外周表 面相对的状态；以及多个供电部分，其向所述定子的所述多个磁极体供 电。所述多个磁极体被划分为与所述供电部分的数量对应的多个磁极体 组，供电部分中预定的一个与磁极体组中预定的一个对应。每个磁极体组 均包括i)来自所述多个磁极体中的连续布置的预定数量的磁极体，以及 ii)在所述环形的直径方向上与所述预定数量的磁极体成相对布置的对应 数量的磁极体。此外，多个供电部分中的每个均向来自所述多个磁极体组 中的所述对应的磁极体组供应多相电力，并且向在所述直径方向上彼此相 对的两个所述磁极体供应同相电力，所述同相电力产生在所述直径方向上 沿着彼此相反的方向作用在所述转子上的磁性。
根据此方面的转向系统电机例如可用作所谓动力转向系统的动力源， 在所谓电动转向系统中用于产生对转向操作或对用于使车轮转向等的力进
5行抵抗的阻力的动力源，或其他动力源。这些转向系统电机对车辆的转向 影响极大，因此希望可将故障安全性能纳入考量。
在根据此方面的转向系统电机中，定子被划分为电气独立的多个系统 (即，多个磁极体组)，且电力被独立地供应至磁极体组。来自一个供电 部分的电力被供应至属于给定磁极体组的多个磁极体。供电部分例如可包 括将属于与供电部分对应的磁极体组的多个磁极体与设置在转向系统中设 置的驱动电路(例如逆变器)进行电连接的导电构件。
每个供电部分均与其他供电部分相独立，并且驱动电路与来自一个供 电部分的多个磁极体之间的电导通不会影响驱动电路与来自另一供电部分 的多个磁极体之间的电导通。因此，如果一个或多个系统的电导通例如因 线圈断路而中断，则仍可向另一系统供电，由此维持一定量的驱动电力。 可从一个驱动电路向任一磁极体组或向多个磁极体组供应电力。
日本专利申请公开号JP-A-2005-237068中揭示的电机在分立的驱动电 路(例如逆变器)连接至两个系统时从不同驱动电路向两个相对的磁极体 供应同相电力。但是，难以使从两个不同驱动电路供应的电力精确地同 步，由此两个相对的磁极体产生磁性的时机在正常工作期间变的不均一， 由此导致转子在直径方向上震动。即，转子与定子在与其转轴垂直的方向 上发生相对位移的震动导致产生了即使在正常工作期间也大到不能够忽视 的震动。转子和定子被视为刚性体，上述震动并未考虑这些刚性体的弹性 变形。
相反，利用根据此方面的转向系统电机，即使分立的驱动电路连接至 各个供电部分，也会从同一供电部分向彼此在由多个磁极体形成的环的直 径方向上彼此相对的两个磁极体供应同相电力，由此供应至上述两个相对 的磁极体的电力精确地同步。结果，两个相对的磁极体的磁性对转子施加 的直径方向上的力彼此抵消，由此使得能够更好地减小因转子与定子之间 的相对移位而造成的震动。因此，可以消除在正常工作期间产生过大而不 能忽视的震动的问题。优选地使两个相对的磁极体的强度尽快地相同。
根据此方面的转向系统电机使得如果启动器的系统中的一个或多个系 统发生故障，也不会增大因转子与定子的相对位移造成的震动。替代地，因为定子的一个系统包括连续布置的多个磁极体，故因转子及定子中的至 少一者的弹性变形造成的震动将增大。驾驶员因而通过因上述弹性变形造 成的震动或震动噪音可发觉电机中的异常(即，多个磁极体组中一部分已 经发生故障的情况)。特别在转子或定子具有中空圆筒形状时趋于发生因 弹性变形造成的震动。
例如，当定子位于转子的外周上时，大致可利用在圆筒形基体的内周 部分上布置为环形的多个磁极体来将其固定。在此情况下，在周向和径向 向两者上的力作用在定子与转子之间，其中在周向上的力为驱动电机的旋 转力。另一方面，在径向上的力沿着使定子的多个磁极体中的每个朝向或 离开转子推压的方向作用，由此使得定子发生震动。即使在其正常工作 时，定子的全部系统仍会产生该震动，但定子的大部分运动被各个磁极体 与转子之间的力所抑制，由此抑制了震动。
另一方面，当一个或多个系统发生故障时，发生故障的一个或多个系 统的磁极体停止产生磁场，使得定子的处于发生故障的一个或多个系统中 的部分能够相较于定子的其他部分自由地震动。因此，在定子的位于发生 故障的系统中的上述部分趋于发生震动，或者定子的位于依然正常工作的 系统中的部分趋于因定子的位于发生故障的系统中的部分的震动而发生震 动。当定子发生谐振时，震动较大程度地增大。将在示例性实施例中给出 对其的详细描述。
如上所述，利用根据此方面的转向系统电机，如果定子的系统中的一 个或多个系统发生故障，则定子的震动或震动噪音会增大，且该震动或震 动噪音使得驾驶员能够容易地注意到电机中的异常(即，定子的系统中的 一个或多个系统发生故障)。只要定子的震动大到(或震动噪声响到)足 以使驾驶员能够在操作操作构件时注意到存在某些异常，就可以使定子的 震动或震动噪音相对较小。即，即使不能够识别出异常的性质，但有利的 是至少可预期驾驶员察觉存在某种异常。各种有利方面的一些示例包括 i)驾驶员将相对平顺地驾驶(例如，降低车速，进行平顺的拐弯或转向操 作等)，ii)驾驶员可迅速地对异常的位置进行检查，以及iii)驾驶员将 迅速地检査指示器。此外，通常因转向操作而引起转向系统电机的震动或震动噪音，由此 例如如果在转向辅助电机中存在异常，则可基于增大的转向阻力与震动或 震动噪音之间的关联性而注意到异常。此外，例如如果在转向电机中存在 异常，则可基于车轮一定程度地减慢转向与震动或震动噪音之间的关联性 而注意到异常，并且如果在转向反作用力电机中存在异常，则可基于对转 动转向盘的操作进行抵抗的阻力的减小与震动或震动噪音之间的关联性而 注意到异常。也可相对增大定子的震动或震动噪音；但是，增大的程度不 应导致驾驶员误以为发生了严重的异常(即，需要立即将车辆停止)。
以此方式，利用根据上述方面的转向系统电机，当定子的系统中的一 个或多个系统发生故障时，响应于转向操作产生大到足以引起注意的震 动，由此便于驾驶员容易地察觉到异常。因此，可以相对而言更早地进行 对电机中异常的修复。即，即使定子的多个磁极体组中的一部分发生故障 时，根据此方面的转向系统电机也能够产生一定量的驱动力。此外，在正 常工作期间可被忽视的程度的震动或震动噪音可以在定子的系统中的一个 或多个系统发生故障时增大，由此便于驾驶员注意到己经发生异常。艮P， 能够获得具有更好的防故障安全性能并极适于实际应用的转向系统电机。
在此方面中的每个磁极体例如均可包括诸如铁芯之类的芯体以及缠绕 芯体的线圈线，或者可包括线圈作为其主要构件而不包括芯体。此外，在 本发明的此方面中，定子的磁极体不一定要彼此接近。可选地，它们可彼 此间隔布置。此外，多个磁极体组的数量并不受具体限制，只要其至少为 两个即可。此外，转子例如可包括永磁体、诸如铁芯之类的磁性材料等。
根据本发明的第二方面，在第一方面中，对于每个磁极体组，由所述 多个供电部分向所述多个磁极体组中的连续布置的所述预定数量的磁极体 供应的所述多相电力的相的顺序均相同。
如果多相电力例如是三相电力，则每一相由诸如U、 V或W的符号表 示。使得这些相的顺序在多个磁极体组中相同能够简化电机的结构。
根据本发明的第三方面，在第一或第二方面中，所述多个供电部分中 的每个供电部分均供应三相交流电流作为所述多相电力，并且所述磁极体 组中的每个磁极体组对于所述预定数量的磁极体以及所述对应数量的在所
8述直径方向上相对的磁极体两者均包括三的倍数个磁极体。
三相交流电流被较广泛地用作驱动电机的电力。在此情况下，连续布 置的预定数量的磁极体至少为三个，与预定数量的磁极体相对布置的对应 数量的磁极体也是三个，预定数量的磁极体中的每个和对应磁极体中的每 个均被赋予诸如U、 V或W等的相。例如，U相被供应至给定磁极体并被 供应至在直径方向上与给定磁极体相对的磁极体。三相交流电流还包括由 逆变器等供应的伪交流电流。
根据本发明的第四方面，在第一至第三方面中的任一者中，所述转向 系统电机设置在不使用所述操作构件的操作力而使所述车轮进行转向的转 向设备中，并起所述转向设备的动力源的作用。
根据此方面的转向系统电机被用作电动转向系统中用于使车轮转向的 动力源。在电动转向系统中，在正常行驶期间不利用操作力而使车轮转 向，由此使动力源不易发生故障是极为重要的。此外，需要将动力源存在 异常的情况迅速地提醒驾驶员，这就是此方面特别有效的原因。
本发明的第五方面涉及一种转向系统，其包括根据上述第一至第四方 面中任一者所述的转向系统电机。


参考附图，通过以下对优选实施例的描述，本发明的上述及其他目 的、特征和优点将变得清楚，其中使用类似的附图标记来表示类似的元 件，其中
图1是根据本发明的一个示例性实施例的转向系统的示意图； 图2是示出转向系统的转向设备的剖面构成形式的视图； 图3是沿与转向电机的轴线垂直的平面所取的转向系统的转向电机的 剖视图4是示出转向电机的供电的构成形式的视图5是示出在径向方向上作用在转向电机的定子的各个磁极体上的力 的构成形式的视图；并且
图6是示出在径向方向和周向方向上作用在转向电机的转子的永磁体上的力的构成形式的视图。
具体实施例方式
在以下描述及附图中，将针对示例性实施例来更详细地描述本发明。 但是，本发明在任何方面都不限于以下示例性实施例，也可以基于本领域 技术人员的公知技术、通过改变或修改上述那些形式而获得的其他各种不 同形式来实现本发明。
图1是设置有根据本发明的一个示例性实施例的转向系统电机的转向 系统的示意图。该转向系统在机械上被划分为操作部分io和转向部分 12。该转向系统对起操作构件作用的转向盘14的操作进行检测，并根据
检测到的操作通过对转向部分12进行电控制以利用转向部分12的驱动力 (而非转向盘14的操作力)来使转向车轮16 (以下简称为"车轮16") 转向。该转向系统还包括在需要时以机械方式将操作部分10与转向部分 12连接在一起以将操作力传递至转向部分12的连接部分18。 . 操作部分IO包括转向盘14以及转向反作用力施加设备20，转向反作 用力施加设备20支撑转向盘14并向转向盘14施加抵抗转向操作的反作用 力(以下称为"转向反作用力")。该转向反作用力施加设备20包括壳 体22、轴24、操作位置传感器26以及反作用力电机30。轴24可旋转地 保持在壳体22中，且转向盘14安装至轴24的一端。操作位置传感器26 基于轴24的旋转位置来检测操作位置。反作用力电机30通过向轴24施加 旋转驱动力而产生转向反作用力。该反作用力电机30是所谓无电刷电 机，并包括定子和转子。定子沿周向形成在转向反作用力施加设备20的 壳体22的内周壁上。转子固定至轴24的外周，由此其不会相对于轴24旋 转。操作位置传感器26通过光学旋转编码器来检测轴24的旋转位置。固 定至轴24的前端并输出操作力的输出带轮40设置在转向反作用力施加设 备20的前端。
转向部分12设置有对车轮16进行转向的转向设备60。该转向设备 60包括壳体62以及被不可旋转地支撑并在车辆宽度方向上延伸通过壳体 62的转向杆64。转向杆64的各个端部均经由球节66连接至拉杆68。各个拉杆68连接至转向节臂72，转向节臂72固定至以可旋转的方式支撑车 轮16之一的转向节70。即，转向设备60通过向左和向右驱动转向杆64 以使转向节70旋转，来使车轮16转向。
图2是示出转向设备60的剖面的构成形式的视图。转向设备60包括 通过利用转向电机78旋转驱动螺母76来向左和向右驱动转向杆64的第一 驱动部80，螺母76经由承载滚珠旋拧在形成于转向杆64上的螺纹轴部 74上。以下将详述转向电机78。转向设备60还包括通过利用操作力使与 形成在转向杆64上的齿条90相啮合的小齿轮92旋转、来向左和向右驱动 转向杆64的第二驱动部94。接收操作力的输入辊96 (参见图1)安装至 小齿轮92。
对转向杆64的转向位置进行检测的转向位置传感器100设置在壳体 62上。该转向位置传感器100由标度带102及光学传感器104构成。标度 带102具有以微小间隔形成于其上的多个检测部分，并被安装成在转向杆 64的轴向方向上延伸。光学传感器104固定至壳体62，并检测标度带102 上的检测部分。此外，转向设备60还包括对电机轴84的旋转位置进行检 测的旋转位置传感器110。旋转位置传感器110由旋转板112及光学传感 器114构成。旋转板112具有沿其周向以微小间隔形成的多个检测部分， 并被安装至电机轴84使得其不会相对于电机轴84旋转。光学传感器114 固定至壳体62，并对旋转板112上的检测部分进行检测。
现将详细描述转向电机78。图3是沿与其转轴垂直的平面所取的转向 电机78的剖视图。转向电机78是所谓无电刷电机，并包括可旋转的电 机轴84、定子130、转子132以及电源136A及136B (参见图2及图 4)。电机轴84呈圆筒状，并允许转向杆64穿过其延伸。定子130呈圆筒 状，并形成在壳体62的在电机的轴向上的中心部分中。转子132形成为 在电机轴84的外周部上的圆筒，并与定子130的内周表面相对。电源 136A及136B向定子130供电。定子130包括多个(在本示例性实施例中 为24个)磁极体140。磁极体140以彼此间几乎不存在间隙的形式沿壳体 62的内壁表面布置(即，呈环状)。即，壳体62在电机的轴向上的中心 部分起定子130的圆筒基体的作用，且定子130在壳体62的电机轴向上的
ii中心部处包括多个磁极体140。
每个磁极体140均包括芯体142及线圈144。芯体142具有大致呈H 形杆状的剖面，并在电机轴的轴向上(即，在与轴线平行的方向上)延伸 地布置。线圈144绕芯体142缠绕，使得线圈电线穿过芯体142的剖面两 侧的凹入部分。此外，转子132包括多个(在本示例性实施例中为28 个)带状永磁体150 (以下也简称为"磁体")。这些磁体150以彼此间 几乎不存在间隙的形式沿电机轴84的外周表面布置。磁体150的外周表 面被封盖构件152覆盖。磁体150被布置为使得其在转子132的径向上被 磁化，且相邻磁体150的磁化方向相反。
在本示例性实施例中，构成定子130的多个磁极体140被划分为两组 (即，两组磁极体)。即，其被划分为彼此相互电气独立的两个系统。在 图3中， 一组由系统A表示(图中示出为"系统A-l"及"系统A-2"的 部分)，而另一组由系统B表示(图中示出为"系统B-l"及"系统B-2"的部分)。系统A包括系统A-l及系统A-2。系统A-l包括六个连续 布置的磁极体140，而系统A-2包括在由所述多个磁极体140形成的圆的 直径方向(以下也简称为"直径方向")上与属于系统A-l的六个磁极体 l邻相对布置的六个磁极体140。系统B与系统A相同，因此将省去对其 的详细描述。
三相交流电流中的一相(由符号U、 V及W表示)经由电源136A连 接至各个磁极体140 (相后所附的标记"a"或"b"表示系统)。表示相 的标记上的横杠表示磁极体140连接至相反的相。没有横杠表示用于正向 磁极的磁极体140，而横杠表示用于反向磁极的磁极体140。即，向用于 反向磁极的磁极体140供应的电力是产生了在用于正向磁极的磁极体140 的相反方向上的磁性的同相电力。此外，在图中，标记"'"依附于表示属 于系统A-2及系统B-2的磁极体140的相的标记。此外，在本说明书中， 在表示相的标记前的负号(例如"-Ua")表示用于反向磁极的磁极体 140。
图4是示出电源136A的构成形式的视图，电源136A将系统A的全 部十二个磁极体140连接至产生三相交流电流的逆变器(即，驱动电路)。电源136A包括连接至逆变器(即，驱动电路)的三个连接端子
160U、 160V及160W (分别用于U、 V及W相)，以及在三个连接端子 160U、 160V及160W与十二个磁极体140之间经由建立的线路提供电导 通的导电构件162。四个磁极体140 (Va、 -Va、 Va'及-Va')串联地连接在 V相连接端子160V与中性点166之间。此外，在上述四个磁极体140 中，用于正向磁极的两个磁极体140 (Va及Va')在直径方向上彼此相对 地布置，用于反向磁极的两个磁极体140 (-Va及-Va')也类似地布置。类 似的，对于其他相(即，U及W)的连接端子160U及160W，四个磁极 体140串联地连接在连接端子160U与中性点166之间，且四个磁极体140 串联地连接在连接端子160W与中性点166之间。根据该结构，电源136A 独立地向属于系统A的多个磁极体140中的每个供电。电源136B的结构 与电源136A的结构大致相同。即，本示例性实施例的定子130被划分为 彼此电气独立的两个系统，即，系统A及B。因此，即使失去了两个系统 中的一个系统的电导通，电力依然可供应至另一个系统。因此，即使两个 系统中的一个系统例如因断路而失效，依然可利用正常工作的另一个系统 来产生驱动力以使车轮16转向。
在本示例性实施例中，转子132具有二十八个磁极，且彼此相对的两 个磁体150的极性相同。为了使由两个相对的磁极体140产生的磁性在直 径方向上作用于转子132所沿的方向反向，相对的两个磁极体140或者是 两者均为用于正向磁极的磁极体，或者是两者均为用于负向磁极的磁极 体。但是，在与示例性实施例不同的实施形式中，与上述情况相反，例如 当转子的两个相对磁体的极性相反时(即，例如当转子磁极的数量为14 个时)，相对的两个磁极体140是一个用于正向磁极的磁极体与一个用于 负向磁极的磁极体的组合。此外，向属于各个系统(即，系统A-l，系统 A-2，系统B-l及系统B-2)的六个磁极体140供电的相顺序相同，S卩，在 顺时针方向上为V、 U及W。 S卩，电源136A被构造成使得向在每个磁极 体组中连续布置的多个磁极体140供应的电力的相的顺序对于各个磁极体 组而言均相同。因此，可以简化电源136A及136B的结构。但是，向在每 个磁极体组中连续布置的多个磁极体140供应的电力的相的顺序并不一定
13需要对各个磁极体组而言均全部相同，在适当情况下也可以不同。
连接部分18 (参见图1)包括接收操作力的输入带轮180、输出操作
力的输出辊182、以及将输入带轮180连接至输出辊182使得可在两者间 传递操作力的电磁离合器184。输入带轮180通过带186连接至输出带轮 40，输出滑轮40与轴24—起旋转，由此输入带轮180根据转向盘14的转 向操作而旋转。此外，输出辊182经由传动缆190连接至转向部分12的输 入辊96，使得输出辊182将操作力输出至转向部分12。传动缆190由导 引管192导引，传动缆190能够在导引管192中顺畅地滑动。导引管192 的一端固定至电磁离合器184的壳体，使得导引管192不会相对于电磁离 合器184运动，而导引管192的另一端固定至转向设备60的壳体62，使 得导引管192固定至转向设备60的壳体62。当未向电磁离合器184供电 时，来自转向盘14的操作力经由操作部分IO与转向部分12之间的机械连 接被传递至转向设备60。而且，来自转向设备电磁驱动离合器60的反作 用力也传递至转向盘14。另一方面，当向电磁离合器184供电时，操作部 分IO与转向部分12彼此机械地断开，使得从转向盘14接收的操作力不会 传递至转向设备60。
现将描述电子控制单元200A及200B。如图1所示，通过设置在转向 系统自身中的两个电子控制单元(两者中的每个在以下也将简称为 "ECU" ) 200A及200B来对转向系统进行控制。ECU 200A及ECU 200B 两者均主要由包括CPU、 ROM以及RAM等的计算机构成。诸如操作位 置传感器26 (e)、转向位置传感器100 (S)、旋转位置传感器110以及 车速传感器210 (V)之类的各种传感器连接至ECU 200A及ECU 200B。 此外，ECU 200A连接至逆变器(INV) 220A及逆变器222A (两者均可提 供可变驱动电力)，并连接至供应设定驱动电力的驱动器(DRV) 224。 类似的，ECU 200B连接至逆变器220B及逆变器222B (两者均可提供可 变驱动电力)，并连接至供应设定驱动电力的驱动器224。当ECU 200A 及ECU 200B向逆变器220A、 220B、 222A及222B以及驱动器224输出 各种控制命令时，在驱动器224向电磁离合器184供电时，逆变器222A 及222B向反作用力电机30供电且逆变器220A及220B向转向电机78供电。此外，从安装在车辆中的蓄电池(未示出)向逆变器220A、 220B、 222A及222B以及驱动器224供电。
逆变器220A、 220B、 222A及222B通过将多个开关元件接通和关断 来产生三相交流电流。此外，逆变器220A、 220B、 222A及222B通过对 PWM (脉宽调制)进行控制而实现对占空比(即，激励脉冲的接通时间与 关断时间的比率)的改变来改变向反作用力电机30及转向电机78供应的 电力量及转矩。例如，增大占空比可提高所供应的电力量，由此增大了在 反作用力电机30及转向电机78中产生的转矩的量。ECU 200A及200B向 逆变器220A、 220B、 222A及222B输出包含与反作用力电机30及转向电 机78的转矩量及旋转方向相关的信息的命令信号。此外，每个逆变器 220A、 220B、 222A及222B均根据来自操作位置传感器26及旋转位置传 感器110的检测信号来将多个开关元件接通和关断，以向反作用力电机30 供应具有基于反作用力电机30旋转位置的相的电力，并向转向电机78供 应具有基于转向电机78旋转位置的相的电力。
尽管尺寸及输出等方面不同，但上述反作用力电机30具有与转向电 机78大致相同的结构。即，定子具有沿周向布置的多个磁极体，所述多 个磁极体被划分为彼此电气独立的两组，并且设置向两个所述组中的每个 供电的两个电源。因此，即使一组的电导通断开，仍然可向另一组供电， 由此依然可产生转向反作用力。在本示例性实施例中，与定子130的多个 磁极体140被划分为两组系统类似，也设置了转向系统的两个反作用力系 统。即，反作用力电机30、转向电机78、 ECU 200A、 ECU 200B以及逆 变器220A、 220B、 222A及222B均被划分为具有相同结构并彼此独立地 以相同方式工作的两个系统。反作用力电机30及转向电机78的定子也被 划分为两个系统。因此，即使反作用力电机30及转向电机78中的一个系 统因断路等原因失效，依然可通过另一个系统产生转向反作用力及转向 力。在图1中，由长段虚线表示系统A的连接并由短段虚线表示系统B的 连接。此外，在以下描述中，除非需要对两个系统分别进行说明，否则将 仅代表性地描述一个系统。
现将描述转向系统的工作。如上所述，该转向系统是电动转向型转向
15系统。因此，当正常行驶时，向电磁离合器184供电，因而从操作部分IO
接收到的操作力不会传递至转向部分12。此外，ECU 200A及200B通过 基于来自操作位置传感器26的检测信号驱动转向电机78、来使车轮16转 向，并控制反作用力电机30来向转向盘14施加转向反作用力并产生抵抗 转向操作的压力。类似命令也输出至两个系统的逆变器220A及220B，使 得向转向电机78中的两组定子130供应相同量的电力。还以相同的方式 从两个系统的逆变器222A及222B向反作用力电机30供电。
当控制转向电机78时，确定待供应至转向电机78的电力的目标值， 以减小基于来自操作位置传感器26的检测信号所确定的目标转向位置与 实际转向位置(是基于来自转向位置传感器100的检测信号而获得的转向 位置)之间的差异。然后将表示上述目标值的命令输出至逆变器220A及 220B，并且逆变器220A及220B向转向电机78供应与来自ECU 200A及 200B的命令对应的电力。因此，车轮16被转向至目标转向位置，使得根 据转向操作来执行车轮16的转向。此外，当控制反作用力电机30时，基 于来自操作位置传感器26的检测信号而获得操作角及操作速度。然后确 定待供应至反作用力电机30的电力的目标值，以产生与中间位置返回力 (其是作用以减小操作角并将转向盘14转向至中间位置的力)与衰减力 (其是作用以降低操作速度的力)的合力相等的力。然后将表示目标值的 命令输出至逆变器222A及222B。中间位置返回力在正在执行增大转向角 的操作时相对较大，并在正在执行减小转向角的操作时相对较小。当逆变 器222A及222B向反作用力电机30供应与来自ECU 200A及200B的命令 对应的电力时，产生转向反作用力，其给予驾驶员抵抗转向操作的压力 感。
现将描述当一个系统发生故障时的工作。当转向系统的一个系统发生 故障时，例如当转向电机78中定子130的磁极体140中的一个磁极体的线 圈144变为断路或当逆变器220A及200B中的一个不能再供电时，通过尚 未发生故障的系统来进行转向。当ECU 200A或200B中的一个检测到属 于其系统的逆变器220A或逆变器220B发生故障或者磁极体140断路时， 其停止转向电机78的控制并向正常工作的系统的ECU 200A或ECU 200B
16输出表示不能转向的信号。然后，正常工作的系统的ECU 200A或ECU 200B将待供应至转向电机78的电力的目标值设定为大于正常值(例如， 是正常值的1.5倍)。如果车辆正在行驶，则通过操作系统的驱动力来使 车轮16转向。
在一个系统发生失效的情况下，当使车轮16转向时，会产生比正常 情况下更大的震动或震动噪音。当通过操作系统实现转向时，转向电机78 的定子130发生震动，其导致壳体62震动，由此产生震动噪音。当使车 轮16转向时会产生震动及震动噪音，由此驾驶员能够容易地查觉转向系 统的异常。因此，预期驾驶员将平顺地驾驶，由此减小对剩余操作系统的 负载，并迅速地检测发生异常的部位。此外，当指示器指示转向系统中的 异常时，转向电机78的震动或震动噪音也会使驾驶员感到异常，并促使 驾驶员观察指示器。即，该转向系统具有更好的防故障安全性能，并极适 于实际应用。
现将描述在一个系统发生故障时发生的定子130的弹性变形而导致的 震动。图5是示出当两个系统均正常工作时在给定时间在径向上作用于定 子130的力的构成形式的视图。尽管取决于供应至磁极体140的电力量以 及磁极体140与磁体150之间的位置关系，作用在磁极体140上的力的量 会有所不同，但在图5中仅示出了力的方向。如图所示，在径向上的力作 用在各个磁极体140上，但径向向外的力与径向向内的力沿着周向混合。 因此，经由壳体62连接的磁极体140在径向上的运动受到抑制，使得定 子130在周向上的波动弹性变形的量相对较小，由此可忽略震动。另一方 面，当一个系统(例如，系统B)发生故障时，在径向上的力不会作用在 属于系统B-l及系统B-2的磁极体140上，由此它们可在径向上相对容易 地运动。因此，属于系统A-l及系统A-2的磁极体140在径向上的运动变 得难以通过属于系统B-l及系统B-2的磁极体140来抑制。因此，当一个 系统发生故障时，定子易于在周向上发生波动弹性变形，由此相较于当两 个系统均正常工作时的情况震动增大。即，当两个系统均正常工作时，可 忽视因定子130的弹性变形而导致的震动。但是，当一个系统发生故障 时，由定子130的弹性变形导致的震动将增大。下面，将描述转子132与定子130的刚性体之间的相对位移。图6是 示出作用在转子132上的力的构成形式的视图。由黑箭头表示的在径向上 的力以及由空心箭头表示的在周向上的力两者均作用在转子132的磁体 150上。作用在给定磁体150上的径向力基本上抵消了作用在位于上述磁 体150的另一端的磁体150上(即，作用在当以转轴作为对称轴时与给定 磁体轴线相对布置的磁体上)的径向力。但是，例如当从不同逆变器 220A及逆变器220B向两个相对的磁极体140供电时，作用在两个相对磁 体150上的径向力会不能彼此完全抵消。即，因为难以准确地使从不同逆 变器220A及逆变器220B的电力供应同步，故供电的时机可能会偏离，由 此两个相对的磁极体140产生磁性的时机变得偏离。因此，因时机偏离造 成电力在径向上的不均衡导致转子132与定子130在径向上相对于彼此运 动，上述两刚性体之间的该相对运动导致震动。即，因转子132与定子 130之间的相对位移而产生震动。例如，如上所述，当多个磁极体140被 划分为两组，且每一组均包括多个连续布置为半圆形的磁极体140时，因 为如上所述即使在系统正常工作时也难以准确地使电力同步，故会产生相 对较小但仍然大到不能够忽视的震动。相反，在本示例性实施例中，从相 同的逆变器220向两个相对的磁极体140供应同相电力，由此能够准确地 使电力同步。因此，可以将当系统正常工作时的震动(即，因转子132与 定子130的刚性体之间的相对位移造成的震动)减小至可忽视的水平。
在图6中，位于与径向及周向两者相交并与垂直于转轴的平面平行的 方向上的力作用在磁体150与磁极体140之间，但在图中示出力被分解为 径向及周向分量。在图6中，径向力被示出为向内的力，但是其方向取决 于磁体150与磁极体140之间的位置关系以及由磁极体140产生的磁性的 极性而发生改变(即，向内或向外)。
从以上描述可知，在转向电机78中，(a)定子130被划分为两个系 统，使得即使一个系统发生故障，依然可由另一个系统来使车轮16转 向，(b)从同一逆变器220向两个相对的磁极体140供应同相电力，由 此减小系统正常工作期间的震动，以及(c)当一个系统发生故障时，连 续布置的多个磁极体能够在径向上自由地相对运动，因此由定子130的弹性变形导致的震动增大，且该震动及震动噪音提醒驾驶员转向系统存在异 常。
在以上示例中，在转向系统中存在异常。但是，如果在转向反作用力 系统中存在异常(例如，如果反作用力电机30的磁极体中的一个变为断
路或者如果两个逆变器中的一个222A或222B不能再供电)，则类似于转 向电机78的情况，通过正常工作的系统的反作用力系统向转向盘14施加 转向反作用力。此外，如果ECU中的一者200A或200B发生故障，则由 正常工作的系统使车轮16转向并施加转向反作用力。此外，通过正常情 况下应该相互输出但不再输出的信号，可对ECU 200A及ECU 200B的故 障进行检测。如果转向系统、转向反作用系统或者两者中的中的两个系统 均发生故障，则停止向电磁离合器184供电，且操作部分IO与转向部分 12变为机械连接，由此可通过转向盘14的操作力来使车轮16转向。
在上述示例性实施例中，定子130被划分为两个系统。但是，替代 地，也可将定子130划分为三个或更多个系统。将定子划分为更多个系统 可进一步提高电机的防故障安全性能。但是，着眼于在一部分系统发生故 障的情况下定子130会发生震动，故可将定子130划分为不超过六个系 统。在上述示例性实施例中，将反作用力电机30及转向电机78描述为转 向系统电机的示例，但也可将转向辅助电机设置为转向系统中的转向系统 电机。转向辅助电机用作动力转向系统的动力源，并在转向操作方面为驾 驶员提供辅助。在上述示例性实施例中，转向电机78具有24个槽及28个 磁极。但是，替代地，转向电机78例如也可具有12个槽及14个磁极，12 个槽及8个磁极，或者其他槽与磁极的组合。但是，优选地槽为偶数个， 由此两个磁极体140彼此相对。此外，优选地至少连续布置三个磁极体， 由此以接收三相交流电流的供应，在此情况下槽的数量至少为12个。
在上述示例性实施例中，将多个磁极体140划分为分立的多组系统使 得能够将转向电机78视为将其定子130划分为多个分立系统。如果属于 一个系统的磁极体140的组被视为单个定子，则转向电机78也可被视为 具有多个分立系统的定子(在本示例性实施例中为两个)，并被视为具有 组合的多个定子。因此，如果一组磁极体140发生故障，因为其他组磁极体140的存在，转向电机78也不会完全失效，因此也可将转向电机78视 为冗余系统。通过改变供电方式，可以在不改变磁极体140的结构或设置 等的情况下来与正常电机相似地使转向电机78工作。因此，通过划分供 电系统来在实质上划分定子130。着眼于此，也可将转向电机78视为具有 划分的供电系统的电机。
虽然己经参考其示例性实施例描述了本发明，但应当理解，本发明并 不限于示例性实施例或结构。相反，本发明意在涵盖各种修改方案及等同 方案。此外，虽然以各种不同组合及构造示出了示例性实施例的各种元
件，但其均是示例性质，包含更多、更少或仅单个元件的其他组合及构造 也落入本发明的实质和范围内。
权利要求
1. 一种转向系统电机(78)，其布置在根据操作构件(14)的操作使车轮(16)指向的方向发生改变的转向系统中，所述转向系统电机包括定子(130)，在所述定子(130)中，多个磁极体(140)被布置为环形，且每个所述磁极体(140)均具有当供电时产生磁性的线圈(144)；转子(132)，其处于所述转子(132)的外周表面与所述定子(130)的内周表面相对的状态或处于所述转子(132)的内周表面与所述定子(130)的外周表面相对的状态；以及多个供电部分(136A，136B)，其向所述定子(130)的所述多个磁极体(140)供电，所述转向系统电机(78)的特征在于所述多个磁极体(140)被划分为与所述供电部分(136A，136B)的数量相对应的多个磁极体组，每个供电部分(136A，136B)均与一个磁极体组对应，并且每个磁极体组均包括i)来自所述多个磁极体(140)中的连续布置的预定数量的磁极体(140)，以及ii)在所述环形的直径方向上与所述预定数量的磁极体(140)相对布置的对应数量的磁极体(140)；并且各个供电部分(136A，136B)均向所述对应的磁极体组供应多相电力，并且向所述磁极体中的在所述直径方向上彼此相对的两个磁极体供应同相电力，所述同相电力产生在所述直径方向上沿着彼此相反的方向作用在所述转子(132)上的磁性。
2. 根据权利要求1所述的转向系统电机(78)，其中，对于每个磁极 体组，由所述多个供电部分(136A， 136B)向所述多个磁极体组的每个磁 极体组中的所述预定数量的磁极体供应的所述多相电力的相的顺序均相 同。
3. 根据权利要求l或2所述的转向系统电机(78)，其中，所述多个 供电部分(136A， 136B)中的每个供电部分均供应三相交流电流作为所述 多相电力，并且所述磁极体组中的每个磁极体组对于所述预定数量的磁极 体(140)以及所述对应数量的在所述直径方向上相对的磁极体(140)两者均包括三的倍数个磁极体(140)。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的转向系统电机(78)，其中， 所述转向系统电机(78)设置在不使用所述操作构件(14)的操作力而使 所述车轮(16)进行转向的转向设备(60)中，并起所述转向设备(60) 的动力源的作用。
5. 根据权利要求1至3中任一项所述的转向系统电机(78)，其中， 所述转向系统电机(78)是在转向操作方面为驾驶员提供辅助的转向辅助 电机。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的转向系统电机(78)，其中， 所述磁极体(140)具有偶数个槽。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的转向系统电机(78)，其中， 当不能向所述磁极体组的一个磁极体组中的所述磁极体(140)供应电力 时，继续被供应电力的所述磁极体组的的所述供电部分(136A， 136B)供 应相较于当电力被供应至全部所述磁极体组时更大的电力量。
8. —种转向系统电机，其布置在根据操作构件的操作使车轮指向的方 向发生改变的转向系统中，所述转向系统电机包括定子，在所述定子中，多个磁极体被布置为环形，每个所述磁极体均 具有当供电时产生磁性的线圈，其中所述定子被划分为多个磁极体组，每 个所述磁极体组均包括0来自所述多个磁极体中的连续布置的预定数量 的磁极体，以及ii)在所述环形的直径方向上与所述预定数量的磁极体相 对布置的对应数量的磁极体；转子，其处于所述转子的外周表面与所述定子的内周表面相对的状态 或处于所述转子的内周表面与所述定子的外周表面相对的状态；以及多个供电部分，其中，每个供电部分均与一个磁极体组对应，各个供 电部分均向所述对应的磁极体组供应多相电力，并且向所述磁极体中的在 所述直径方向上彼此相对的两个磁极体供应同相电力，所述同相电力产生 在所述直径方向上沿着彼此相反的方向作用在所述转子上的磁性。
全文摘要
设置在转向电机(78)的定子(130)上的多个磁极体(140)被划分为两个电气独立的组。此外，每一组均包括i)连续布置的六个磁极体(140)，以及ii)与上述六个磁极体(140)相对布置的对应数量的磁极体(140)。当正常工作时，两组仅微小地震动。但是，如果其中一组失效，因周向上呈波动形式的弹性变形导致的定子(130)的震动将增大，由此提醒驾驶员转向电机(78)发生异常。由此提高了进行迅速检测以修复转向电机(78)中的异常的可能性，由此提高了防故障安全性能。
文档编号H02K3/18GK101473513SQ200780022486
公开日2009年7月1日 申请日期2007年6月14日 优先权日2006年6月16日
发明者伊藤公一 申请人:丰田自动车株式会社