技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于机动车辆的助力转向系统，该助力转向系统具有至少一个电动
马达和至少一个传动装置，该至少一个传动装置将电动马达驱动连接到机动车辆的
转向柱或横拉杆。
[0002] 本发明还涉及一种具有转向柱的机动车辆。
背景技术
[0003] 传统的机电助力转向系统(电动助力辅助转向系统；Electric Power Assisted Steering，EPAS)包含电动马达，该电动马达具有圆柱形
定子和圆柱形
转子，其中转子的旋
转轴线与定子的对称轴或纵向中
心轴线相同。转子通常通过至少两个径向
轴承可旋转地安装。
[0004] 为了产生转向辅助，电动马达通过传动装置驱动连接到机动车辆的转向柱或横拉杆。在这种情况下，转子的
旋转轴线与以旋转相连方式连接到转子的
驱动轴的旋转轴线或纵向中心轴线重合。结果，电动马达仅可位于驱动轴的纵向中心轴线的延长线上，并且另外横向延伸一定程度。
[0005] 常规使用的用于电动马达转子的可旋转轴承的
径向轴承在助力转向系统的操作期间产生噪声并且还具有一定程度的摩擦，这在转向系统中是不期望的。而且，在修理的情况下，通常必须更换设置有电动马达的助力转向系统的整个部分，这使得修理成本高。
[0006] DE 10 2013 223 380 A1涉及一种用于车辆的电动助力转向系统，其具有带马达壳体、马达轴、用于支承马达轴的至少两个轴承以及用于接收一个轴承的至少一个轴承护罩的电动驱动装置，另一轴承以固定的方式沿径向固定在马达壳体上。该助力转向系统还包含
蜗杆，该蜗杆可以由马达轴驱动并且与接收在传动装置壳体中的蜗轮
啮合。轴承护罩借助于至少一个弹性元件以马达壳体可以相对于轴承护罩倾斜这样的方式弹性地安装在马达壳体上。
[0007] WO 98/12097 A1涉及一种用于机动车辆的
方向盘设置，其包含电动伺服马达和用于可操作地连接至转向
主轴、
转向轴或转向
齿轮销的用于转向力辅助的传动装置。电动伺服马达形成为盘形并且与盘形传动装置结合，以同轴的可连接的方式相对于转向主轴、转向轴或转向齿轮销连接。
[0008] US 5 810 111 A涉及一种用于机动车辆的电动转向装置，该机动车辆具有带有转向齿轮的转向系统，转向齿轮容纳在转向
齿条壳体中。电动转向装置包含与转向齿轮连接的
输出轴、用于经由输出轴
支撑转向齿轮的转矩的马达、用于控制马达的控制
电路以及用于在其中接收马达的马达壳体，其中马达壳体设置成与
转向齿条壳体热
接触。马达壳体还在其中接收控制电路。马达壳体紧固到转向齿条壳体。马达和控制电路通过马达壳体与转向齿条壳体热接触。
[0009] CN 103 121 466 A涉及一种具有机械转向单元、
角度马达、控制
电子件和以弧形方式形成的线性马达的助力转向系统。线性马达包含以弧形方式形成的主线性马达和以弧形方式形成和与主线性马达平行设置的第二线性马达。机械转向单元的转向输出轴包含两个部分，其通过扩展的连接
套管分别与第二线性马达的上端和下端连接。主线性马达连接到控制电子件。
[0010] US 6 736 235 B2涉及一种可被推在一起并被拉开的转向轴的一部分。该部分限定滚珠
丝杠机构的滚珠丝杠轴。用于提供转向辅助力的电动马达的马达转子固定在外部的旋转
螺母上。执行马达转子在旋转螺母上的安装，以便两者可以调整对齐。
[0011] 2013年5月，威奇托州立大学(Wichita State University)的Atilla Akil的出版物“球形电动马达设计(SPHERICAL ELECTRIC MOTOR DESIGN)”公开了一种用于球形电动马达的控制过程，其结果是它也应该可用于车辆的电动转向系统中。然而，该出版物并未公开实际上如何以及为何目的使用球形电动马达。
发明内容
[0012] 本发明的一个目的是提供一种具有可变空间构造的低噪音且低摩擦的助力转向系统，该系统也易于组装和拆卸。
[0013] 这个目的是通过独立
权利要求来实现的。在以下描述、
从属权利要求和
附图中再现了有利的构造，其中在每种情况下本身的这些构造或者这些构造中的至少两个相互变化的组合可以代表进一步发展的、特别地也是本发明优选或有利的方面。助力转向系统的配置可以与机动车辆的配置相对应，反之亦然，即使在下文中没有明确地提到这一点。
[0014] 根据本发明的用于机动车辆的助力转向系统包含至少一个电动马达和至少一个传动装置，该至少一个传动装置将电动马达驱动连接到机动车辆的转向柱或横拉杆，其中电动马达形成为球形马达。
[0015] 根据本发明，由于电动马达形成为球形马达或球形电动马达，因此传动装置经由电动马达的转子以铰接的方式连接到电动马达的定子。因此，定子可以以其对称轴线或纵向中心轴线不同于转子或以旋转连接方式连接到转子的驱动轴的旋转轴线这样的方式设置。因此定子可以相对于驱动轴的旋转轴线不对称地设置。这使得可以将定子设置在机动车辆的仍然存在足够安装空间的
位置处中，使得可以不必为定子创建额外的安装空间。当然，如果给定的安装空间允许根据本发明的助力转向系统的这种配置，则定子不必相对于转子的旋转轴线非对称地设置。由于定子和转子之间的铰接连接，助力转向系统具有可变的空间构造，并且能够以简单的方式适应各自可用的安装空间。
[0016] 在根据本发明的球形电动马达的情况下，转子通过球形销可移动地安装在定子上，其中球形销的纵向中心轴线与定子的对称轴线或纵向中心轴线相同。球形电动马达不具有用于转子的可旋转支承的常规径向轴承。与通过径向轴承的传统轴承相比，根据本发明的转子在球形销上的轴承与助力转向系统的安静操作相关联。与通过径向轴承的传统轴承相比，转子在球形销上的轴承还具有较小的摩擦。
[0017] 在助力转向系统(特别是电动马达)或者在车辆部件(例如电动马达设置在其上的转向柱、转向机构等)上出现故障或损坏部件的情况下，根据本发明的球形电动马达的转子可以容易地拆卸和组装，这使得可以用很少的
费用更换转子。
[0018] 根据本发明的助力转向系统也可以被称为EPAS系统。在这种情况下，球形电动马达在必要时利用由球形电动马达产生的力来支持机动车辆驾驶员的转向运动。根据本发明的助力转向系统的传动装置不固定于特定的传动配置。传动装置可以直接或经由至少一个另外的部件间接地接合在转向柱或横拉杆上。机动车辆可以是轿车、公共
汽车或
卡车。
[0019] 根据一个有利的配置，钝角设置在在电动马达的转子的旋转轴线和电动马达的定子的对称轴线之间。据此，定子相对于转子的旋转轴线或与之一起驱动的轴不对称地设置。
[0020] 另一种有利的配置提供了传动装置形成为蜗轮副，该蜗轮副包含蜗轮和蜗杆，该蜗轮可以以旋转连接的方式连接到转向柱，蜗杆以旋转连接的方式连接到电动马达的转子，其中蜗杆在远离电动马达的一面设置的轴部分在
固定轴承上被引导。为了实现助力转向系统的这种构造，仅需要一个径向轴承，特别是径向抗摩擦轴承或径向
滑动轴承，以便可旋转地支承轴部分。此外，轴承也可以具有轴向轴承的功能。蜗轮可以直接或经由至少一个另外的部件(例如衬套等)以旋转连接的方式连接到转向柱。蜗杆的阐明的轴部分邻接在蜗杆的上述另外部分的背离转子的一侧上的另一部分，在另外部分上形成至少一个
螺纹。另外地，传动装置可以形成为具有转向齿条的转向齿条齿轮，该转向齿条可以连接到横拉杆或者可以形成为横拉杆和蜗杆，该蜗杆以旋转连接方式连接到电动马达的转子，其中，蜗杆的设置远离电动马达的轴部分在固定轴承上被引导。为了实现助力转向系统的这种配置，仅需要一个径向轴承，特别是径向抗磨轴承或径向滑动轴承，以便可旋转地支承轴部分。
[0021] 根据另一种有利的配置，助力转向系统包含固定在电动马达的定子上的至少一个壳体，该至少一个壳体包围电动马达的转子的一部分并具有壳体开口，传动装置的至少一个部件延伸穿过该壳体开口。壳体保护球形电动马达免受定子和转子之间的连接区域中的污染物的影响，其结果是球形电动马达的耐久性增加。在蜗轮副的情况下，蜗轮副的蜗杆的轴部分可以延伸穿过壳体开口。
[0022] 壳体有利地以力配合方式或通过卡口配合紧固到定子。例如，壳体可以螺纹安装到定子上或以其他方式以力配合的方式连接到定子。由于力配合连接或卡口配合可以以无损坏的方式释放，因此可以简单地安装和拆卸壳体。
[0023] 此外有利的是，壳体的位置相对于定子沿定子的对称轴线是可变的，其中以使得电动马达的转子的旋转轴线与电动马达的定子的对称轴线之间的角度可以通过壳体相对于定子的位置的变化而改变的这样方式形成壳体。通过壳体相对于定子的位置在定子的对称轴线或纵向中心轴线的方向上的变化，转子的旋转轴线和定子的对称轴线之间的角度因此可以是调整或限制。此外，由此可以产生预紧力，例如，蜗轮副的蜗杆被压向其蜗轮。此外，作为阐述角度设定的结果，传动装置的部件在彼此或相对彼此的空间调整或对齐是可能的。
[0024] 根据另一种有利的配置，助力转向系统包含用于控制电动马达的至少一个控制电子件，其中控制电子件紧固到电动马达的定子。据此，电动马达与控制电子件一起形成节省空间的结构单元。助力转向系统可以具有至少一个电
传感器，通过该电传感器可以检测机动车辆驾驶员的转向运动并且产生与转向运动相对应的
信号并将它们发送到控制电子件。控制电子件处理这些信号，以便为电动马达产生相应的
控制信号，从而可以获得所需的转向辅助。
[0025] 根据本发明的机动车辆包含根据上述配置中的任何一个或者这些配置中的彼此至少两个的任何期望的组合的转向柱和至少一个助力转向系统。
[0026] 参考助力转向系统阐述的优点与机动车辆相关联。
附图说明
[0027] 以下参照基于优选
实施例的公开的附图举例说明本发明，其中下面引用的特征可以表示它们本身以及以至少两个这些配置彼此之间的有利或者进一步发展的本发明的方面。在附图中：
[0028] 图1示出了根据本发明的助力转向系统的示例性实施例的示意图；
[0029] 图2示出了图1所示的助力转向系统的另一示意图；
[0030] 图3示出了图1和2中所示的助力转向系统的细节的示意图；
[0031] 图4示出了根据本发明的助力转向系统处于第一状态的另一示例性实施例的示意图；
[0032] 图5示出了图4中所示的助力转向系统处于第二状态的示意图。
具体实施方式
[0033] 在附图中，相同部件和具有相同功能的部件具有相同的附图标记。
[0034] 图1示出了根据本发明的用于未示出的机动车辆的助力转向系统1的示例性实施例的示意图。
[0035] 助力转向系统1包含电动马达2。电动马达2形成为球形马达，其精确结构示于图3。电动马达2包含以球形方式形成的定子3和转子4。在定子3上形成有与转子4接合的半球形凹部5。其结果是，转子4在定子3上以铰接的方式引导。定子3包含可电动致动的电磁体(未示出)并且转子4包含未示出的
永磁体。钝角α设置在转子4的旋转轴线13和定子3的对称轴线14之间。
[0036] 助力转向系统1还包含传动装置6，该传动装置6将电动马达2驱动连接到机动车辆的转向柱(未示出)。传动装置6形成为蜗轮副。传动装置6包含蜗轮7和蜗杆9，该蜗轮7可以旋转连接的方式与转向柱连接并且可以围绕旋转轴线8旋转，蜗杆9以旋转连接方式连接到电动马达2的转子4。在远离电动马达2的一面设置的蜗杆9的轴部10在固定轴承(未示出)上被引导。蜗杆9还包含以旋转连接方式连接到转子4的另一轴部分11和设置在具有至少一个螺纹(未示出)的轴部分10和11之间的部分12。
[0037] 助力转向系统1可以具有固定到定子3上的壳体(未示出)，壳体包围转子4的一部分并且具有蜗杆9延伸穿过的壳体开口。壳体可以以力配合的方式或通过卡口配件(未示出)连接到定子3。壳体的位置可以相对于定子3沿着定子3的对称轴线14变化。在这种情况下，壳体可以以使得转子4的旋转轴线13与定子3的对称轴线14之间的角度α可以通过壳体相对于定子3的位置的变化而改变这样的方式形成。
[0038] 助力转向系统1还包含用于控制电动马达2的控制电子件15，其中控制电子件15固定在定子3上。控制电子件15与电动马达2因此一起形成节省空间的紧凑结构单元。
[0039] 图2示出了图1所示的助力转向系统1的另一示意图。很明显，在助力转向系统1旋转90°的该视图中，在转子4的旋转轴线13和定子3的对称轴线14之间也设置为钝角β。机动车辆(未示出)的转向柱16也是显而易见的。蜗轮7以可转动连接的方式与转向柱16相连接。另外参照上述关于图1的描述以避免重复。
[0040] 虽然图1和图2所示的示例性实施例示出了传动装置6，该传动装置6除了以旋转连接方式连接到电动马达2的转子4的蜗杆9之外，包含蜗轮7，该蜗轮7可以以旋转连接方式连接转向柱16，传动装置6可以包含可连接到转向装置的横拉杆或形成横拉杆的转向齿条，取代可连接到转向柱16上的蜗轮7。在这种情况下，在图1和图2中，附图标记7将指示横拉杆且附图标记16将指示转向齿条。
[0041] 图3示出了图1和图2中示出的助力转向系统1的细节的示意图。特别表示的是，转子4具有延伸直到转子4的中心并在那里终止于球形容器18中的凹进17。球形销19设置在定子3上，该球形销19在凹部5内延伸，并且在其自由端处设置有接合到容器18中的轴承滚珠20。由此，转子4以三维方式可移动地安装在定子3上，其中这种可移动性仅通过球形销19的圆锥形形状和转子4的凹进17的形状来限制。此外显而易见的是，蜗杆9的轴部10或蜗杆9另外可旋转地安装在固定轴承21上。轴承21是径向轴承并且还可以具有轴向轴承的功能。为了避免重复，另外参考以上关于图1和2的说明。
[0042] 图4示出了根据本发明的用于机动车辆(未示出)的助力转向系统22处于第一状态的另一个示例性实施例的示意图。助力转向系统22与图1至图3所示的实施例不同，其中壳体23固定在电动马达2的定子3上，该壳体23包围电动马达2的转子4的一部分并且具有壳体开口24，传动装置6的蜗杆9延伸穿过壳体开口24。为了避免重复，另外参考以上关于图1至图3的说明。
[0043] 壳体23以力配合的方式固定到定子3。特别地，壳体23与定子3
螺纹连接，在定子3的该端部，定子3的外侧存在
外螺纹，和壳体23的内侧存在
内螺纹。壳体23沿其壳体开口24的方向逐渐变细。
[0044] 由于壳体23和定子3之间的螺纹连接，壳体23的位置相对于定子3沿着定子3的对称轴线14是可变的，其中壳体23以使得转子4的旋转轴线13和定子3的对称轴线14之间的角度α可以通过壳体23相对于定子3的位置的变化来改变这样的方式形成。助力转向系统22的状态在图4中示出，在该情况下壳体23位于前进的相对位置。
[0045] 图5示出了图4所示的助力转向系统22在第二状态下壳体23位于缩回的相对位置的示意图。
[0046] 附图标记列表
[0047] 1 助力转向系统
[0048] 2 电动马达
[0049] 3 定子
[0050] 4 转子
[0051] 5 3的凹部
[0052] 6 传动装置
[0053] 7 蜗轮或横拉杆
[0054] 8 7的旋转轴线
[0055] 9 蜗杆
[0056] 10 9的轴部
[0057] 11 9的另外的轴部
[0058] 12 9的部分
[0059] 13 4旋转轴线
[0060] 14 3对称轴线
[0061] 15 控制电子件
[0062] 16 转向柱或转向齿条
[0063] 17 4的凹进
[0064] 18 4的容器
[0065] 19 球形销
[0066] 20 轴承滚珠
[0067] 21 轴承
[0068] 22 助力转向系统
[0069] 23 壳体
[0070] 24 壳体开口
[0071] α 在13和14之间的角
[0072] β 在13和14之间的角
