DE10115082A1 - Elektrische Servolenkvorrichtung - Google Patents

Abstract

Es ist eine elektrische Servolenkvorrichtung (10) offenbart, welche einen Elektromotor (80) umfasst, der ein geringeres "Haken" aufweist, um dadurch ein komfortables Lenkgefühl bereitzustellen. Der Elektromotor umfasst einen ringförmigen äußeren Stator (85) und einen inneren Rotor (86), welcher innerhalb des äußeren Stators angeordnet ist. Der äußere Stator weist in Umfangsrichtung angeordnete Statorwicklungen (94a bis 94i) mit neun, oder einem Vielfachen von neun, Polen auf. Der innere Rotor weist in Umfangsrichtung angeordnete Permanentmagnete (94a bis 94h) mit acht Polen auf. Die Permanentmagnete sind in radialer Richtung magnetisiert und weisen in Umfangsrichtung alternierend angeordnete N- und S-Pole auf. Drei Pole oder ein Vielfaches von drei Polen der Statorwicklungen sind in Reihe geschaltet und durch elektrischen Drei-Phasen-Strom angetrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge im Allgemeinen und eine elektrische Servolenkvorrichtung zur Ausübung eines Unterstützungsmoments auf ein Lenksystem des Kraftfahrzeugs im Besonderen.

In den letzten Jahren wurden elektrische Servolenkvorrichtungen in Kraft­ fahrzeugen im Hinblick darauf weit verbreitet eingesetzt, eine Lenklast eines Lenkrads zu erleichtern, um dadurch ein komfortables Lenkgefühl bereitzustellen. Die elektrische Servolenkvorrichtung dieser Art, von wel­ cher ein typisches Beispiel in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. HEI-9-30432 mit dem Titel "Elektrische Servolenkvorrichtung" offenbart ist, umfasst üblicherweise einen Elektromotor zur Ausübung eines Unterstüt­ zungsmoments, entsprechend einem Lenkmoment, auf ein Lenksystem.

Bei der offenbarten, elektrischen Servolenkvorrichtung wird ein Lenkmo­ ment, welches durch Drehung eines Lenkrads erzeugt wird, auf eine Ritzel­ welle eines Zahnstangen-und-Ritzel-Mechanismus übertragen. Ein Elek­ tromotor erzeugt ein Unterstützungsmoment, entsprechend einem Lenkmo­ ment, welches durch eine Reibkupplung und einen Schneckenradmecha­ nismus auf die Ritzelwelle übertragen werden soll, um lenkbare Räder zu lenken. Ein Rotor des Elektromotors ist durch den Schneckenradmecha­ nismus in konstanter Antriebsverbindung mit der Ritzelwelle gehalten.

Wenn ein auf das Lenkrad ausgeübtes Lenkmoment klein ist, erzeugt der Elektromotor bei der so angeordneten, elektrischen Servolenkvorrichtung kein Unterstützungsmoment, und die lenkbaren Räder werden lediglich mit einem Lenkmoment gelenkt. Wenn ein Lenkmoment ein gegebenes Niveau überschreitet, erzeugt der Elektromotor ein Unterstützungsmoment, wel­ ches dem Lenkmoment derart hinzugefügt werden soll, dass die lenkbaren Räder durch das kombinierte Lenk- und Unterstützungsmoment gelenkt werden können. Falls der Elektromotor aufgrund eines niedrigen Lenkmo­ ments in einem Haltezustand gehalten ist, wird das Lenkmoment sowohl zum Lenken der lenkbaren Räder als auch zum Drehen eines Rotors des Elektromotors genutzt.

Wenn das Kraftfahrzeug linear bei einer hohen Geschwindigkeit fährt, ist ein Lenkwinkel des Lenkrads relativ klein, und die lenkbaren Räder weisen einen kleinen, gelenkten Winkel auf, bei welchem Reifenlaufabschnitte lediglich geringförmig verformt sind. Somit treffen die Reifen auf einen geringen Reibwiderstand (im Folgenden als "Fahrbahnreaktionskraft" be­ zeichnet), welcher zwischen den Reifen und einer Fahrbahnfläche entsteht. Wenn die Fahrbahnreaktionskraft abnimmt, nimmt das Lenkmoment des Lenkrads ab, was dazu führt, dass kein Unterstützungsmoment benötigt wird.

Beim Lenken der lenkbaren Räder durch ein Moment, welches lediglich aus einem Drehen des Lenkrads um einen kleinen Winkel in einem Bereich nahe der Neutralposition des Lenkrads resultiert, ist es wünschenswert, dass jenes Moment im Wesentlichen in der Größe konstant gehalten wird, da dies ein verbessertes Lenkgefühl bereitstellen wird.

Wenn aufgrund bestimmter Faktoren Schwankungen im Lenkmoment größer sind als jene einer Fahrbahnreaktionskraft, ist es für einen Fahrzeug­ führer schwierig, die Schwankungen des Lenkmoments von den Schwan­ kungen der Fahrbahnreaktionskraft zu unterscheiden. Ein Vorhandensein der großen Lenkmoment-Schwankungen hat eine nachteilige Wirkung auf die Gleichmäßigkeit des Lenkens beim Drehen des Lenkrads, um eine geringfügige Kursänderung auszuführen. Ein Angehen dieser Art von nach­ teiliger Wirkung stellt eine verbesserte Lenkbarkeit des Kraftfahrzeugs bereit.

Ein Hauptfaktor, warum Schwankungen im Lenkmoment dann zunehmen, wenn das Lenkrad nahe der Neutralstellung gedreht wird und die lenkbaren Räder lediglich mit dem Lenkmoment gelenkt werden, wird von einer be­ stimmten Struktur des mit der Ritzelwelle gekoppelten Elektromotors abge­ leitet.

Wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift HEI-9-30432 offenbart ist, umfasst der Elektromotor der elektrischen Servolenkvorrichtung einen Bürsten-DC-Motor. Ein derartiger Elektromotor ist typischerweise gebildet aus einem ringförmigen Stator, welcher aus einer Mehrzahl von Permanent­ magneten gebildet ist, die in Umfangsrichtung in einem Gehäuse angeord­ net sind, sowie aus einem Rotor, welcher in dem Stator angeordnet ist und Ankerwindungen aufweist.

Wenn die Ankerwindungen unerregt sind, tritt zwischen jeweiligen Magnet­ polen des Stators und jeweiligen Kernen der Ankerwindungen im Allgemei­ nen ein "Haken" (cogging) auf. Das "Haken" wird durch ein Quadrat eines Kehrwertes des Getriebereduktionsverhältnisses eines Schneckenradmecha­ nismus multipliziert, und das multiplizierte "Haken" wird dann als Schwan­ kungen über die Ritzelwelle zum Lenkrad übertragen. Das Lenkmoment weist somit Schwankungen auf.

Ein typisches Beispiel eines Elektromotors zur Reduzierung eines "Hakens" ist aus dem japanischen Patent Nr. 2,967,340 mit dem Titel "Permanent­ magnet-Synchronmotor" bekannt.

Der vorgenannte Synchronmotor ist ein sogenannter Außenrotor-Synchron­ motor, welcher ein auf eine Drehwelle montiertes, ringförmiges Joch (ent­ sprechend einem äußeren Rotor) und einen in dem Joch angeordneten, stationären Ankerkern umfasst. Der Ankerkern umfasst neun radial an­ geordnete, ausgeprägte Pole, von denen jeder eine Windung aufweist. An einem Innenumfang weist das Joch acht in Umfangsrichtung angeordnete Magnetpole auf. Somit ist der Elektromotor ein Synchronmotor mit neun ausgeprägten Polen und acht Permanentmagneten.

Da die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. HEI-9-30432 offen­ barte elektrische Servolenkvorrichtung in einem engen Raum des Kraftfahr­ zeugs angeordnet werden soll, sollte sie so klein wie möglich sein. Der Elektromotor sollte ebenfalls so klein wie möglich sein. Jedoch muss der Elektromotor derart konstruiert sein, dass er eine hohe Leistungsausgabe zum Einsatz an der Servolenkvorrichtung aufweist. Im Gegensatz dazu weist der in dem japanischen Patent Nr. 2,967,340 offenbarte Elektromo­ tor ein Problem dahingehend auf, dass das Joch im Durchmesser unver­ meidbar groß wird, da Permanentmagnete mit einer großen Anzahl von Windungen verwendet werden, welche durch ein Joch umgeben sind, was somit eine Verkleinerung des Elektromotors begrenzt.

Da bei der in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 9-30432 offenbarten, elektrischen Servolenkvorrichtung ein Unterstützungsmoment in Antwort auf ein Lenkmoment des Lenkrads häufig in geeigneten Maßen erzeugt wird, sollte darüber hinaus der Rotor des Elektromotors eine so geringe Trägheit wie möglich aufweisen. Da in diesem Fall die Trägheit des Rotors zu dem Lenkrad mit einer Kraft übertragen wird, welche gleich einem Wert ist, der dem Quadrat des Kehrwerts des Getriebereduktionsverhältnisses des Schneckenradgetriebes proportional ist, liefert ein Absenken der Träg­ heit des Rotors ein komfortables Lenkgefühl. Im Gegensatz dazu hat bei dem im japanischen Patent Nr. 2,967,340 offenbarten Synchronmotor das Joch aufgrund der inhärenten Struktur des Synchronmotors vom Perma­ nentmagnettyp einen großen Durchmesser, was so eine Verringerung der Trägheit des Rotors begrenzt.

Im Hinblick auf die Schwierigkeiten, auf die man bei der Verringerung der Größe und der Trägheit des Elektromotors trifft, kann der vorgenannte Permanentmagnet-Synchronmotor somit nicht so verwendet werden, wie er ist.

Der Elektromotor des üblichen Typs umfasst die Ankerwindungen verteilt und in mehr als zwei Schlitze gewickelt, wobei ein relativ großer Abschnitt der Ankerwindungen keinen Beitrag zur Bildung eines effektiven Magnet­ flusses aufweist, mit resultierenden erhöhten Kupferverlusten. Folglich sollte der Elektromotor einer weiteren beträchtlichen Forschung und Ent­ wicklung bedürfen, um eine erhöhte Leistungsausgabe bereitzustellen.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Servolenkvorrichtung von geringer Größe bereitzustellen, welche ein kom­ fortables Lenkgefühl durch Minimierung von Momentenschwankungen bereitstellen kann, die durch einen unerregten Elektromotor während einer Linearfahrt eines den Elektromotor verwendenden Kraftfahrzeugs hervor­ gerufen werden.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Servolenkvorrichtung bereitzustellen, bei welcher ein Elektromotor eine erhöhte Leistungsausgabe erzeugt, um eine verbesserte Lenkbarkeit bereit­ zustellen.

Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Servolenkvorrichtung vorgesehen, welche einen Elektromotor zur Ausübung eines Lenkunterstützungsmoments entsprechend einem Lenkmoment auf ein Lenksystem enthält, wobei der Elektromotor umfasst: einen ringförmi­ gen äußeren Stator mit in Umfangsrichtung angeordneten Statorwicklungen mit neun oder einem Vielfachen von neun Polen; und einen inneren Rotor, welcher innerhalb des äußeren Stators angeordnet ist und in Umfangs­ richtung angeordnete Permanentmagnete aufweist, mit acht Polen; wobei die Statorwicklungen derart verbunden sind, dass sie durch elektrischen Strom mit drei Phasen angetrieben werden können.

Das kleinste gemeinsame Vielfache von neun Polen der Statorwindungen und acht Polen der Permanentmagnete beträgt 72, was relativ groß ist. Im Allgemeinen nimmt ein "Haken" (magnetische Anziehung) des Elektromo­ tors ab, je größer das kleinste gemeinsame Vielfache wird.

In einer bevorzugten Form umfasst der äußere Stator neun, oder ein Vielfa­ ches von neun, ausgeprägte Pole, welche bei einer gleichen Teilung in radialer Richtung angeordnet sind. Die ausgeprägten Pole weisen jeweils Statorwicklungen um sich herumgewickelt auf, wobei drei, oder ein Vielfa­ ches von drei, Pole der Statorwicklungen in Reihe geschaltet sind, um drei Phasen bereitzustellen. Wenn jeder der neun, oder des Vielfachen von neun, ausgeprägten Pole durch die Statorwicklungen umwickelt ist, wird es möglich, ein Überlappen der neun, oder des Vielfachen von neun, Stator­ wicklungen zu verhindern. Dies führt zu dem Vorteil, dass der Elektromotor eine reduzierte Anzahl von Wicklungsabschnitten aufweist, welche nicht zur Bildung von effektivem Magnetfluss beitragen, wodurch Kupferverluste reduziert werden und somit eine Abnahme der Leistungsabgabe vermieden wird.

Wünschenswerterweise umfasst jede der drei Phasen jene drei, oder ein Vielfaches von drei, Pole der in Reihe geschalteten Statorwicklungen, welche nicht einander benachbart angeordnet sind. Somit bleibt eine wech­ selseitige Induktion der Statorwicklungen, welche nicht einander benach­ bart angeordnet sind, auf einem kleinen Wert.

Jede der drei Phasen kann jene drei, oder ein Vielfaches von drei, Pole der in Reihe geschalteten Statorwicklungen umfassen, welche einander be­ nachbart angeordnet sind.

Es ist bevorzugt, dass die acht Pole der Permanentmagnete in radialer Richtung derart magnetisiert sind, dass N- und S-Pole in Umfangsrichtung alternierend angeordnet sind.

Bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden lediglich als Beispiel unten ausführlicher mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert werden, in welchen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer elektrischen Servolenkvor­ richtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 2 eine schematische Ansicht ist, welche ein grundlegendes Prinzip eines in Fig. 1 gezeigten Lenkmomentsensors darstellt;

Fig. 3 eine Ansicht ist, welche eine Beispielanordnung eines in Fig. 1 gezeigten Lenksystems darstellt;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht entlang Linie 4-4 von Fig. 3 ist;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht entlang Linie 5-5 von Fig. 4 ist, welche einen Elektromotor, einen Drehmomentbegrenzer und einen Getrie­ bereduktionsmechanismus darstellt;

Fig. 6 eine Querschnittsansicht entlang Linie 6-6 von Fig. 5 ist, welche den Elektromotor darstellt;

Fig. 7 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht des in Fig. 6 ge­ zeigten Elektromotors ist, welche einen äußeren Stator und einen inneren Rotor darstellt;

Fig. 8 eine perspektivische Explosionsansicht ist, die die gesamte Anordnung des Elektromotors darstellt;

Fig. 9A und 9B schematische Ansichten sind, welche jeweils einen Verdrahtungsanschluss von in Fig. 6 gezeigten, um ausgeprägte Pole herumgewickelten Statorwicklungen und eine äquivalente Schaltung des Elektromotors darstellen;

Fig. 10 ein Graph ist, welcher eine Beziehung zwischen der Anzahl von Polen der Statorwicklungen und der Anzahl von Polen von Permanent­ magneten in Bezug auf die ruhige Lenkbewegung eines Lenkrads zeigt; und

Fig. 11 eine schematische Darstellung einer modifizierten Form der Statorwicklungen des Elektromotors gemäß der vorliegenden Erfindung ist.

Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielgebender Natur und ist keineswegs dazu gedacht, die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwen­ dungen zu begrenzen.

Unter anfänglicher Bezugnahme auf Fig. 1 umfasst eine elektrische Servo­ lenkvorrichtung 10 ein Lenksystem 23, welches zwischen ein Lenkrad 11 eines Kraftfahrzeugs und Vorderrädern 21, 21 des Kraftfahrzeugs gekop­ pelt ist, sowie einen Lenkungsunterstützungsmechanismus 24, welcher konstruiert ist, um ein Lenkungsunterstützungsmoment auf das Lenksystem 23 auszuüben.

Das Lenksystem 23 umfasst eine mit dem Lenkrad 11 gekoppelte Lenk­ welle 12, ein erstes und ein zweites Universalgelenk 13, 13 und eine Ritzelwelle 232, welche mit der Lenkwelle 12 über das erste und das zweite Universalgelenk 13, 13 gekoppelt ist, und es bildet einen Zahn­ stangen-und-Ritzel-Mechanismus 31. Der Zahnstangen-und-Ritzel-Lenkme­ chanismus 31 umfasst einen Zahnstangenschaft 34, welcher an seinen beiden distalen Enden mit den Vorderrädern 21, 21 über Kugelgelenke 36, 36 und Spurstangen 37, 37 verbunden ist. Der Zahnstangen-und-Ritzel- Mechanismus 31 ist gebildet aus der Ritzelwelle 32, deren unteres, distales Ende mit einem Ritzel 33 ausgebildet ist, und dem Zahnstangenschaft 34, welcher mit einer mit Zähnen versehenen Zahnstange 35 ausgebildet ist.

Der Lenkungsunterstützungsmechanismus 24 umfasst einen Lenkmoment­ sensor 70, welcher sehr nahe an der Ritzelwelle 32 angeordnet ist, um ein darauf durch Drehung des Lenkrads 11 ausgeübtes Lenkmoment zu erfas­ sen und um ein das erfasste Lenkmoment repräsentierendes Lenkmoment­ signal zu erzeugen, eine Steuer/Regeleinrichtung 78, um in Antwort auf das Lenkmomentsignal ein Steuer/Regelsignal zu erzeugen, sowie einen Elek­ tromotor 80, um in Antwort auf das Steuer/Regelsignal ein dem Lenkmo­ ment entsprechendes Unterstützungsmoment zu erzeugen. Das erzeugte Unterstützungsmoment wird durch einen Drehmomentbegrenzer 110 und einen Getriebereduktionsmechanismus 120 auf die Ritzelwelle 32 über­ tragen.

Die so angeordnete, elektrische Servotenkvorrichtung 10 ermöglicht ein Lenken der Straßenräder 21, 21 durch ein zusammengesetztes Moment, welches gebildet ist aus einem durch Drehung des Lenkrads 11 erzeugten Lenkmoment und einem Lenkungsunterstützungsmoment des Elektromotors 80.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, welche ein Grundprinzip eines Betriebs des in Fig. 1 gezeigten Lenkmomentsensors 70 veranschaulicht. Der Lenkmomentsensor 70 umfasst einen magnetostriktiven Drehmoment­ sensor, welcher eine elektrische Spule aufweist, um eine magnetische Verzerrung zu erfassen, die durch ein Lenkmoment hervorgerufen wird, das in der Ritzelwelle 32 erzeugt wird, welche aus metallischem Werkstoff, wie z. B. Eisenstahl, hergestellt ist, der die magnetostriktive Eigenschaft auf­ weist, die auf das darauf ausgeübte Lenkmoment anspricht, sowie um mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der magneto­ striktive Drehmomentsensor umfasst einen bekannten Sensor, wie er beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. HEI-6-221940 mit dem Titel "Drehmomentsensor vom magnetostriktiven Typ" offenbart ist. Der Lenkmomentsensor 70 wird unten ausführlich beschrie­ ben werden.

Der Lenkmomentsensor 70 umfasst eine Erregerspule 71, welche in einem im Wesentlichen 8er-förmigen Profil ausgebildet ist, und eine Erfassungs­ spule 72, welche in einem im Wesentlichen 8er-förmigen Profil ausgebildet und in der gleichen Größe wie die Erregerspule 71 bemessen ist. Die Erre­ gerspule 71 und die Erfassungsspule 72 kreuzen einander in konzentrischer Beziehung unter einem im Wesentlichen rechten Winkel, wodurch sie einen Satz von Magnetköpfen 73 bilden, welche sehr nahe an einem Außen­ umfang der Ritzelwelle 32 angeordnet sind. Im Besonderen wird die in dem 8er-förmigen Profil ausgebildete Erregerspule 71 an dem Außenumfang der Ritzelwelle 32 angebracht, und die in 8er-förmigem Profil ausgebildete Erfassungsspule 72 wird an der Erregerspule 71 bei einem 90° in Phase verschobenen Winkel überlappt. Während dieses Montagevorgangs wird der lineare Abschnitt des 8er-förmigen Profils der Erregerspule 71 am Außenumfang der Ritzelwelle 32 im Wesentlichen parallel zum Außen­ umfang der Ritzelwelle 32 oder im Wesentlichen parallel zu einer Läng­ sachse der Ritzelwelle 32 angeordnet. Bezugszeichen 74 bezeichnet eine Erregerspannungsquelle zum Anlegen einer Erregerspannung an die Erreger­ spule 71. Bezugszeichen 75 bezeichnet einen Spannungsverstärker.

Die Erregerspannungsquelle 74 ist derart angeordnet, dass sie eine Erreger­ spannung bei einer hohen Frequenz von etwa 20 bis 100 kHz an die Erre­ gerspule 71 liefert. Die Erfassungsspule 72 erzeugt eine Ausgangsspan­ nung bei der gleichen Ausgangsfrequenz wie die Erregerspannung, welche in Antwort auf den magnetostriktiven Effekt schwankt, welcher in der Ritzelwelle 32 in Antwort auf das durch das Lenkrad ausgeübte Lenkmo­ ment erzeugt wird.

Die Ausgangsspannung kann abhängig von der Richtung des auf die Ritzel­ welle 32 ausgeübten Lenkmoments zwei Polaritäten aufweisen, d. h. die gleiche Phase oder die entgegengesetzte Phase bezüglich der Erregerspan­ nung. Die Amplitude der Ausgangsspannung ist proportional zur Größe des Lenkmoments. Durch Verwendung der Phase der Erregerspannung als eine Referenz, um die Ausgangsspannung synchron mit der Erregerspannung gleichzurichten, ist es somit möglich, sowohl die Amplitude als auch die Richtung des Lenkmoments in einer sehr zuverlässigen Art und Weise zu erfassen. Die Ausgangsspannung wird an den Spannungsverstärker 75 angelegt und dort verstärkt, wobei das Lenkmomenterfassungssignal erzeugt wird. Die Steuer/Regeleinrichtung 78 spricht auf das Lenkmoment­ erfassungssignal an und erzeugt das Fahrerunterstützungsmoment-Steuer/- regelsignal.

Als nächstes wird auf Fig. 3 Bezug genommen, welche, teilweise im Schnitt, die elektrische Servolenkvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Zahnstangenschaft 34 der elektrischen Servolenkvor­ richtung 10 ist axial in einem Gehäuse 41, welches in einer Seiten- oder Breitenrichtung (d. h. Rechts-und-Links-Richtung in Fig. 3) des Kraftfahr­ zeugs verläuft, zur Gleitbewegung darin angeordnet.

Der Zahnstangenschaft 34 besitzt entgegengesetzte, distale Enden, welche mit jeweiligen Kugelgelenken 36, 36 gekoppelt sind, die mit der rechten bzw. der linken Spurstange 37, 37 verbunden sind. Das Gehäuse 41 be­ sitzt zwei Träger 42, 42, welche an dem nicht gezeigten Fahrzeugkörper anzubringen sind. Bezugszeichen 44, 44 bezeichnen Schmutzdichtungs- Schutzmanschetten.

Fig. 4 zeigt eine längsgeschnittene Struktur der elektrischen Servolenkvor­ richtung 10.

Das Gehäuse 41 der elektrischen Servolenkvorrichtung 10 enthält den Zahnstangen-und-Ritzel-Mechanismus 31, den Lenkmomentsensor 70, den Drehmomentbegrenzer 110 (siehe Fig. 5) und den Reduktionsgetriebeme­ chanismus 120, wobei eine obere Öffnung des Gehäuses 71 mit einem Deckel 45 abgedeckt ist. In Fig. 4 ist der Lenkmomentsensor 70 als in dem Deckel 45 eingebaut gezeigt; jedoch kann er direkt in das Gehäuse 41 eingebaut sein. Das Gehäuse 41 und der Deckel 45 sind durch Befesti­ gungsbolzen 53 miteinander gekoppelt.

Das Gehäuse 41 weist ein oberes und ein unteres Lager 51 und 52 auf, um einen zentralen Abschnitt bzw. einen unteren Endabschnitt der Ritzelwelle 32 drehbar zu lagern. Bezugszeichen 60 bezeichnet eine Zahnstangenfüh­ rung, während Bezugszeichen 54 einen Rückhaltering bezeichnet.

Ein unterer Abschnitt der Ritzelwelle 32 weist ein Ritzel 33 auf, wobei ein distales Ende der Ritzelwelle 32 mit einem Gewindeabschnitt 55 ausgebil­ det ist, während ein oberer Abschnitt der Ritzelwelle 32 von dem Deckel 45 nach außen verläuft. Eine Mutter 56 ist auf den Gewindeabschnitt 55 geschraubt, wodurch eine axiale bzw. longitudinale Bewegung der Ritzel­ welle 32 begrenzt wird. Bezugszeichen 57 bezeichnet eine Hutmutter. Bezugszeichen 58 bezeichnet eine Öldichtung. Mit Bezugszeichen 59 wird ein Abstandselement bezeichnet.

Die Zahnstangenführung 60 umfasst ein Führungselement 61 und einen Einstellbolzen 63. Das Führungselement 61 ist derart angeordnet, dass es den Zahnstangenschaft 34 in einer der auf dem Zahnstangenschaft 34 ausgebildeten Zahnstange 35 entgegengesetzten Richtung spannt. Der Einstellbolzen 63 dient zur Einstellung der Spannkraft einer Feder 62, welche das Führungselement 61 mit einer vorbestimmten Kraft zum Zahn­ stangenschaft 34 hin spannt. Mit der so angeordneten Zahnstangenführung 60 wird die Position des Einstellbolzens 63 relativ zum Gehäuse 41 derart eingestellt, dass das Führungselement 61 zum Zahnstangenschaft 34 hin mit einer geeigneten Spannkraft gespannt wird, um zu bewirken, dass das Führungselement 61 auf die Zahnstange 35 Druck ausübt, welche folglich zum Ritzel 33 hin gespannt wird. Bezugszeichen 64 bezeichnet ein bogen­ förmiges Leistenelement, während Bezugszeichen 65 eine Gegenmutter bezeichnet.

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Beziehung zwischen dem Elektromotor 80, dem Drehmomentbegrenzer 110 und dem Reduktions­ getriebemechanismus 120 veranschaulicht.

Eine Seitenöffnung des Gehäuses 41 ist mit einem Deckel 81 abgedeckt, welcher mit Befestigungsbolzen an Ort und Stelle festgelegt ist. Der Elek­ tromotor 80 weist ein Motorgehäuse 82 auf, welches fest an dem Deckel 81 angebracht ist. Das Motorgehäuse 82 weist ein hohles, zylindrisches Element auf, welches mit einer Bodenwand ausgebildet ist. Ein erster ringförmiger, äußerer Stator 83 ist an dem Motorgehäuse 82 angebracht. Ein zweiter ringförmiger, äußerer Stator 84 ist an dem ersten ringförmigen, äußeren Stator 83 angebracht. Ein zylindrischer innerer Rotor 86 ist dreh­ bar in dem zweiten ringförmigen, äußeren Stator 84 angeordnet. Der innere Rotor 86 besitzt eine Motorwelle (d. h. eine Ausgangswelle) 87. Ein hinteres Ende der Motorwelle 87 trägt einen Phasenerfassungssensor 101 zur Erfassung der Phase des inneren Rotors 86. Der Elektromotor 80 ist ein bürstenloser Innenrotor-DC-Motor. Der erste und der zweite äußere Stator 83 und 84 bilden den äußeren Stator 85.

Ein vorderer Abschnitt der Motorwelle 87 verläuft in dem Gehäuse 41. Die Motorwelle 87 ist mit dem Deckel 81 und dem Motorgehäuse 82 durch Lager 88, 89 drehbar gelagert.

Der Phasenerfassungssensor 101 umfasst einen geschichteten Kernrotor 102, welcher fest mit dem hinteren distalen Ende der Motorwelle 87 ver­ bunden ist, und ein Erfassungselement 103 (welches aus seiner kombinier­ ten Erregerspule und Erfassungsspule aufgebaut ist), um die Phase des Kernrotors 102 magnetisch zu erfassen. Bezugszeichen 106 bezeichnet eine Abdeckung.

Der Drehmomentbegrenzer 101 umfasst ein inneres Element 111 zum Eingriff mit der Motorwelle 87 durch eine Keilwellenverbindung sowie ein tassenförmiges äußeres Element 112, welches mit der Schneckenwelle 121 durch Keilwellenverbindung gekoppelt ist. Das innere Element 111 ist mit einer zwischen einem Außenumfang des inneren Elements 111 und einen Innenumfang des äußeren Elements 112 hervorgerufenen, resultieren­ den Reibung im Eingriff mit dem äußeren Element 112 gehalten, um eine Antriebsverbindung bereitzustellen.

Wenn der Drehmomentbegrenzer 110 auf ein größeres Moment trifft, welches eine gegebene Reibkraft übersteigt, tritt zwischen dem Außen­ umfang des inneren Elements 111 und dem Innenumfang des äußeren Elements 112 Schlupf auf. Wenn dies eintritt, ist die Größe eines vom Elektromotor 80 auf den Reduktionsgetriebemechanismus 120 ausgeübten Lenkungsunterstützungsmoments begrenzt, um einen Schutz vor einem Überdrehmoment bereitzustellen. Folglich ist der Elektromotor 80 vor einer übermäßigen Überlast geschützt, wodurch verhindert wird, dass eine übermäßige Überlast auf die Lastseite ausgeübt wird. Bezugszeichen 113 bezeichnet eine Tellerfeder, während Bezugszeichen 114 eine Mutter bezeichnet. Durch Bezugszeichen 115 wird ein Rückhaltering bezeichnet.

Der Reduktionsgetriebemechanismus 120 dient als eine Drehmoment- Zuführeinheit, welche das Lenkungsunterstützungsmoment, das durch den Elektromotor 80 erzeugt wird, zur Ritzelwelle 32 überträgt und einen Sch­ neckengetriebemechanismus umfasst. Im Besonderen umfasst die Getriebe­ reduktionseinheit 120 eine Schneckenwelle 121, welche mit der Motor­ welle 87 des Elektromotors 80 über den Drehmomentbegrenzer 110 gekop­ pelt ist, eine Schnecke 121, welche an einem Außenumfang der Schnec­ kenwelle 121 ausgebildet ist, sowie ein Schneckenrad 123 (im Folgenden lediglich als Rad bezeichnet), welches mit dem Drehmomentbegrenzer 32 gekoppelt ist.

Ein Voreilwinkel zwischen der Schnecke 122 und dem Rad 123 ist derart konstruiert, dass er geringfügig größer als jener eines Reibwinkels ist. Dies ist so aufgrund der Tatsache, dass das durch die Ritzelwelle 32 erzeugte Lenkmoment der Motorwelle 87 des Elektromotors 80 während eines ausgeschalteten (unerregten) Zustands des Elektromotors 80 gestattet, über das Rad 123 die Schnecke 122, die Schneckenwelle 121 und den Drehmomentbegrenzer 110 zu drehen.

Die Schneckenwelle 121 ist auf der Motorwelle 87 in konzentrischer Bezie­ hung ausgerichtet und ist mit einem ersten und einem zweiten Lager 124, 125 in dem Gehäuse 41 gelagert. Das erste Lager 124, welches der Motor­ welle 87 am nächsten ist, ist fest in dem Gehäuse 41 gelagert und kann sich nicht in axialer Richtung bewegen. Das zweite Lager 125, das von der Motorwelle 87 am fernsten liegt, ist in das Gehäuse 41 derart eingepasst, dass es der Schneckenwelle 121 gestattet, sich relativ zum Gehäuse 41 in der axialen Richtung zu bewegen.

Das zweite Lager 125 ist zwangsweise mit einer scheibenförmigen Tel­ lerfeder 126, welche mit einem endseitigen Ende einer äußeren Bahn des zweiten Lagers 125 in Kontakt gehalten ist, zur Motorwelle 87 hin ge­ spannt. Die Spannkraft der scheibenförmigen Tellerfeder 126 wird durch einen Einstellbolzen 127 eingestellt. Bei einer derartigen Struktur wird die Spannkraft mit dem Einstellbolzen 128 und der scheibenförmigen Tellerfe­ der 126 bestimmt, um einen gegebenen Vordruck zwischen dem ersten und dem zweiten Lager 124, 125 bereitzustellen, was in der axialen Rich­ tung kein Spiel, ein sogenanntes Lagerspiel, lässt. Weiterhin kann eine axiale Position der Schnecke 122 derart eingestellt werden, dass die Schnecke 122 und das Rad 123 in einem Kämmzustand gehalten werden, um eine geeignete Reibeigenschaft zu erhalten, während das Lagerspiel verhindert wird. Aufgrund der Spannkraft der Tellerfeder 126 ist es weiter­ hin möglich, eine thermische Ausdehnung der Schneckenwelle 121 in der axialen Richtung zu absorbieren. Bezugszeichen 128 bezeichnet eine Ge­ genmutter, und Bezugszeichen 129 bezeichnet einen Rückhaltering.

Eine ausführliche Struktur des Elektromotors 80 wird unten mit Bezug­ nahme auf Fig. 6 bis 8 beschrieben.

In Fig. 6 umfasst der zweite äußere Stator 84 ein magnetisches Material mit neun ausgeprägten Polen 92a bis 92i, welche von einem hohlen Zylin­ derabsschnitt aus an Stellen mit äquidistantem Abstand radial verlaufen. Diese ausgeprägten Pole 92a bis 92i weisen jeweils Statorwicklungen 93a bis 93i auf. Jeder dieser ausgeprägten Pole 92a bis 92i umfasst einen Stapel dünner, magnetischer Platten.

Der innere Rotor 86 ist derart aufgebaut, dass er einen Rotorkörper auf­ weist, welcher acht Permanentmagnete 94a bis 94h umfasst, welche in Umfangsrichtung angeordnet sind. Jeder dieser Permanentmagnete 92a bis 92h weist eine Bogengestalt auf, wobei N- und S-Pole in einer radialen Richtung und weiterhin in einer Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind.

In Fig. 7 ist der erste äußere Stator 83 mit einem Positionierstift 95 an einem festen Ort in der Umfangsrichtung relativ zum Motorgehäuse 82 angeordnet. Ein Innenumfang des ersten äußeren Stators 83 ist mit einer Mehrzahl von in äquidistantem Abstand angeordneten Ausnehmungen 83a ausgebildet, um jeweilige radiale Enden der mehreren ausgeprägten Pole 92a bis 92i aufzunehmen. Diese mehreren Ausnehmungen 83a verlaufen in einer axialen Richtung. Folglich ist der zweite äußere Stator 84 relativ zum ersten äußeren Stator 83 in einer Umfangsrichtung an einem festen Ort angeordnet. Als Folge sind die jeweiligen ausgeprägten Pole 92a bis 92i präzise in korrekten Positionen relativ zu der Anbringungsposition des Phasenerfassungssensors 101 (siehe Fig. 5) angeordnet.

Jede der Statorwicklungen 93a bis 93i ist um eine zylindrische Spule 96 gewickelt, deren Boden mit einem ringförmigen Flansch 96a ausgebildet ist. Eine Rückhalteplatte 97 ist an einem radialen Ende einer jeden zylin­ drischen Spule 96 presseingepasst. Jede der Spulen 96, die so mit den jeweiligen Statorwicklungen 93a bis 93i versehen sind, wird in jeden der Statorpole 92a bis 92i eingeführt. Auf diese Weise sind die Statorwick­ lungen 93a bis 93i an den jeweiligen ausgeprägten Polen 92a bis 92i ausgebildet.

Zwischen einem Innenumfang des zylindrischen Abschnitts 91 des zweiten äußeren Stators 84 und einem Außenumfang des inneren Rotors 86 ist ein kleiner Luftspalt 98 definiert.

Eine Montagefolge des Elektromotors 80 wird unten mit Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben. In einem ersten Schritt werden einzelne Spulen 96, die die jeweiligen Statorwicklungen 93a bis 93i an sich aufweisen, jeweils auf jeden der ausgeprägten Pole 92a bis 92i eingesetzt. In einem nachfolgen­ den Schritt wird der zweite äußere Stator 84 in den ersten äußeren Stator 83 eingesetzt, was zu einer Montage des ringförmigen äußeren Stators 85 führt, welcher die neun Statorwicklungen 93a bis 93i aufweist, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind. In einem nächsten Schritt wird der äußere Stator 85 in das Motorgehäuse 82 eingeführt, wodurch der äußere Stator 85 in das Motorgehäuse 82 montiert wird.

Fig. 9A und 9B zeigen ein typisches Verdrahtungsmuster gemäß der vorliegenden Erfindung.

Wie in Fig. 9A gezeigt ist, sind drei benachbarte Statorverdrahtungen 93a, 93b, 93c, welche um die jeweiligen Statorpole 92a, 92b, 92c gewic­ kelt sind, in Reihe geschaltet, um eine einzelne Phase zu bilden, welche einen Teil von drei Phasen (U-Phase, V-Phase und W-Phase) bildet.

Genauer ist die U-Phase gebildet mit den drei benachbarten in Reihe ge­ schalteten Statorwicklungen 93a, 93b, 93c, die V-Phase ist gebildet mit drei benachbarten in Reihe geschalteten Statorwicklungen 93d, 93e, 93f und die W-Phase ist gebildet aus drei benachbarten in Reihe geschalteten Statorwicklungen 93g, 93h, 931. Die Statorwicklungen 93a bis 93i sind in derselben Richtung gewickelt, wie in Fig. 9A zu sehen ist.

Ein Eingangsanschluss der U-Phasenstatorwicklung trägt ein Bezugszeichen Uo, und ein Ausgangsanschluss trägt ein Bezugszeichen No. Ähnlich trägt ein Eingangsanschluss der V-Phasenstatorwicklung ein Bezugszeichen Vo, und ein Ausgangsanschluss trägt ein Bezugszeichen No. Ein Eingangs­ anschluss der W-Phasenstatorwicklung trägt ein Bezugszeichen Wo, und ein Ausgangsanschluss trägt ein Bezugszeichen No.

Es wird nun aus der vorangehenden Beschreibung verstanden werden, dass die Statorwicklungen des Elektromotors 80 aus konzentrierten Statorwick­ lungen gebildet sind, wobei die Statorwicklungen 93a bis 93i um die jewei­ ligen neun ausgeprägten Pole 92a bis 92i gewickelt sind, welche radial verlaufen und voneinander in der Umfangsrichtung mit äquidistantem Abstand angeordnet sind. Als Folge sind die neun Statorwicklungen 93a bis 93i nicht miteinander gegenseitig überlappt.

Folglich sind die Statorwicklungen des Elektromotors 80 derart angeordnet, dass keine Statorwicklung über mehreren Schlitzen liegt, wie bei verteilten Statorwicklungen, welche in mehr als zwei Schlitzen umwickelt sind. Da der Elektromotor 80 eine geringere Anzahl von Statorwicklungsabschnitten aufweist, welche nicht zur Bildung eines effektiven magnetischen Flusses beitragen, ist der Kupferverlust merklich verringert, was die Leistungs­ ausgabe derart erhöht, dass bewirkt wird, dass der Elektromotor 80 eine hohe mechanische Leistung erzeugt.

Durch Verwendung des zuvor erwähnten elektrischen Motors 80 mit gerin­ gerem Kupferverlust und hoher Leistungsausgabe in der elektrischen Servo­ lenkvorrichtung 10 (siehe Fig. 1), weist die elektrische Servolenkvorrich­ tung verschiedene Vorteile auf. Im Allgemeinen, unter Bedingungen, bei welchen die Drehzahl des Motors niedrig ist, wobei das Kraftfahrzeug sich in seinem Haltezustand befindet, wie z. B. in einem Fall, in welchem das Kraftfahrzeug in einer Garage abgestellt wird, erzeugt ein elektrischer Strom-Generator, welcher durch den Motor angetrieben wird, eine niedrige Leistungsausgabe. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, zu bewirken, dass der Elektromotor 80 ein Lenkungsunterstützungsmoment bei schnel­ lem Ansprechen und in einer sehr zuverlässigen Art und Weise, wie in Fig. 1 gezeigt, erzeugt, selbst wenn eine Leistungsabgabe des elektrischen Strom-Generators niedrig ist. Folglich kann das Wesen des Ansprechens auf die Lenkung für die Räder 21, 21 deutlich verbessert werden, beson­ ders wenn ein schnelles Drehen des Lenkrads benötigt wird, was somit die Lenkbarkeit verbessert.

Fig. 9B zeigt einen elektrischen Anschlussplan, welcher den Elektromotor 80 darstellt, der in einem Y-Anschluss (Sternanschluss) ausgebildet ist, indem die jeweiligen Neutralanschlüsse No der U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenstatorwicklungen miteinander verbunden werden und die Ein­ gangsanschlüsse Uo, Vo und Wo der U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen­ wicklungen mit jeweiligen Ausgangsanschlüssen einer Drei-Phasen-Strom­ versorgung 99 verbunden werden. Auf diese Art und Weise sind die jewei­ ligen Statorwicklungen 93a bis 93i des Elektromotors 80 mit elektrischem Drei-Phasen-Strom verbunden und werden durch diesen angetrieben.

Der Elektromotor 80 wird in einer Folge gesteuert/geregelt, z. B. in einem Pulsbreiten-Modulationsmodus, um Pulsspannungen an die jeweiligen Anschlüsse Uo, Vo und Wo von der Drei-Phasen-Stromversorgung 99 aus anzulegen. Die Pulsbreite einer jeden Pulsspannung wird in Antwort auf die Steuer/Regelsignale gesteuert/geregelt, welche von der in Fig. 1 gezeigten Steuer/Regeleinrichtung 78 geliefert werden, was bewirkt, dass der Elek­ tromotor 80 als Antwort auf ein Lenkmoment ein gewünschtes Lenkungs­ unterstützungsmoment erzeugt.

Hier wird der Grund, warum der in der elektrischen Servolenkvorrichtung 10 verwendete Elektromotor 80 aus dem äußeren Stator 85 mit den Stator­ wicklungen 93a bis 93i und dem inneren Rotor 86 mit den Permanentma­ gneten 94a bis 94h mit acht Polen aufgebaut ist, ausführlich unter Be­ zugnahme auf Fig. 1 und Fig. 6 und 10 beschrieben.

Wie zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 6 diskutiert wurde, umfasst der Elektromotor 80 den bürstenlosen DC-Motor, bei welchem der Stator die ausgeprägten Pole 92a bis 92i und die Statorwicklungen 93a bis 93i auf­ weist, und der Rotor 86 die Permanentmagnete 94a bis 94h aufweist.

Im Allgemeinen, wenn das Kraftfahrzeug während eines Ausschaltzustands der Statorwicklungen 93a bis 93i des Elektromotors 80 linear verfährt, tritt ein Hakproblem (magnetische Anziehung) zwischen jedem der ausgepräg­ ten Pole 92a bis 92i und jedem der Permanentmagneten 94a bis 94h auf. Das "Haken" wird auf einen Wert verstärkt, welcher gleich einem Produkt multipliziert mit dem Quadrat des Kehrwerts eines Reduktionsverhältnisses im Reduktionsgetriebemechanismus 120 ist, und wird als verstärkte Schwankungen durch die Ritzelwelle 32 zum Lenkrad 11 übertragen. Somit neigt das Lenkmoment zu Schwankungen. Bei der in Fig. 1 gezeigten elektrischen Servolenkvorrichtung 10 muss dann, wenn das Kraftfahrzeug in einer Vorwärtsrichtung während eines ausgeschalteten Zustands des Elektromotors 80 geradeaus fährt, das Vorhandensein der Schwankungen im Lenkmoment, welche durch eine Hak-Wirkung des Elektromotors 80 hervorgerufen werden, minimiert werden, um ein komfortables Lenkgefühl zu erhalten. Zu diesem Zweck muss die Hak-Wirkung wünschenswerter­ weise verringert werden. Die Anzahl an Hak-Ereignissen, welche pro jeder Umdrehung des Rotors 86 erzeugt werden, ist gleich einem Wert, der dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen zwischen der Anzahl der ausgeprägten Pole 92a bis 92i (die Anzahl der Pole, die durch die Statorwicklungen 93a bis 93i definiert sind) und der Anzahl der Permanentmagnete 94a bis 94h entspricht. Es wurde jedoch gefunden, dass die Hak-Wirkung verringert wird, wenn das kleinste gemeinsame Vielfache ansteigt. Um im Hinblick auf eine Verringerung der Hak-Wirkung das kleinste gemeinsame Vielfache zu erhöhen, ist es eine gute Praxis, die Anzahl der Permanentmagnetpole 94a bis 94h und die Anzahl der Pole der Statorwicklungen 93a bis 93i zu erhöhen.

Da die elektrische Servolenkvorrichtung 10 in einem engen Raum im Kraft­ fahrzeug eingebaut sein sollte, sollte die elektrische Servolenkvorrichtung 10 eine geringe Baugröße aufweisen. Zu diesem Zweck sollte auch der Elektromotor 80 klein sein. Darüber hinaus sollte der Elektromotor 80 der elektrischen Servolenkvorrichtung 10 eine hohe Leistungsausgabe auf­ weisen. Beispielsweise wird in einer aktuellen Anwendung der Elektromotor mit einem Durchmesser von etwa 50 bis 70 mm verwendet und wird mit elektrischem Strom von etwa 30 bis 40 Ampere versorgt. Da der Elek­ tromotor 80 somit eine kleine Größe aufweist, kann eine große Anzahl von Statorwicklungen 93a bis 93i wünschenswerterweise an einem Bereich außerhalb des Rotors 86 angeordnet sein.

Da der Elektromotor 80 der bürstenlose DC-Motor ist, ist es üblich, die Statorwicklungen 93a bis 93i mit dem elektrischen Drei-Phasen-Strom anzutreiben. Der zweite äußere Stator 84 kann drei Pole oder die Anzahl von Polstücken gleich dem Vielfachen von drei aufweisen.

Da die elektrische Servolenkvorrichtung 10 das Lenkungsunterstützungs­ moment in Abhängigkeit von dem durch das Lenkrad ausgeübten Lenkmo­ ment häufig und in geeigneter Weise bereitstellt, muss zusätzlich die Träg­ heit des Rotors 86 des Elektromotors 80 auf ein so kleines Niveau wie möglich reduziert werden. Eine Verringerung von Trägheit liefert ein verbes­ sertes komfortables Lenkgefühl. Um die Trägheit des Rotors 86 zu ver­ ringern, kann der Rotor 86 leicht und von kleinem Durchmesser sein.

Rückblickend muss, um den Elektromotor 80 in der elektrischen Servolenk­ vorrichtung 10 zu verwenden, eine erste Bedingung erfüllt sein, die elek­ trische Servolenkvorrichtung 10, von geringer Größe sein zu lassen, um den begrenzten Bauraum im Kraftfahrzeug zu überwinden, und weiterhin muss eine zweite Bedingung erfüllt sein, den Rotor 86, der die Permanent­ magnete aufweist, im Hinblick auf eine Verringerung der Trägheit im Au­ ßendurchmesser reduziert sein zu lassen, während man den Stator, der die Statorwindungen aufweist, den äußeren Stator 85 bilden läßt.

Das Vorhandensein des inneren Rotors 86, welcher mit den N- und S-Polen der Permanentmagnete 94a bis 94i ausgebildet ist, die in der Umfangs­ richtung alternierend angeordnet sind, stellt im Wesentlichen die Anzahl von zwei Polen oder die Anzahl von Polstücken bereit, welche dem Vielfa­ chen von zwei äquivalent ist.

Wie zuvor oben erwähnt wurde, ist der Außendurchmesser des inneren Rotors 86 bestimmt durch Berücksichtigung des begrenzten Bauraums des Elektromotors 80 in der elektrischen Servolenkvorrichtung 10 und der benötigten niedrigen Trägheit. Wenn jedoch der innere Rotor einen kleine­ ren Durchmesser als gefordert aufweist, ist es schwierig, die Anzahl von Polen der Permanentmagnete 94a bis 94h zu erhöhen. Um das komfortable Lenkgefühl der elektrischen Servolenkvorrichtung 10 bereitzustellen, muss ein anfänglich zulässiger Trägheitsbereich berücksichtigt werden, auf welchen hin der Durchmesser des inneren Rotors vorzugsweise gerichtet werden muss.

Wenn der Durchmesser des inneren Rotors 86 bestimmt ist, können die Permanentmagnete 94a bis 94h, welche an dem Umfang des Innenrotors 86 angeordnet sind, mit einer derartigen Überlegung vorzugsweise acht Pole aufweisen, um Herstellungskosten zu reduzieren. Obwohl die Anzahl an Polen der Permanentmagnete 94a bis 94h auf mehr als acht erhöht werden kann, bewirkt eine Zunahme der Anzahl der Permanentmagnete unter Umständen eine Erhöhung der Herstellungskosten des Elektromotors 80. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform wurde der innere Rotor 86 als Beispiel derart gezeigt, dass er die Permanentmagnete 94a bis 94h mit acht Polen aufweist.

Zusammengefasst wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Durchmesser des inneren Rotors 86 derart bestimmt, dass man erstens dem inneren Rotor 86 im Hinblick auf eine Verbesserung des Hak-Verhaltens ermöglicht, die Permanentmagnete 94a bis 94h mit acht Polen aufzuweisen, um da­ durch das komfortable Lenkgefühl bereitzustellen, man zweitens dem Elek­ tromotor 80 im Hinblick auf eine Übereinstimmung mit dem begrenzten Bauraum des Kraftfahrzeugs ermöglicht, von geringer Größe zu sein, und man drittens dem inneren Rotor ermöglicht, eine niedrige Trägheit in einem Bereich aufzuweisen, welcher für ein Erhalten des komfortablen Lenkge­ fühls zulässig ist.

Mit einem derartigen inneren Rotor 86, welcher bestimmt ist, die Perma­ nentmagnete 94a bis 94h mit acht Polen aufzuweisen, ist der Stator derart konstruiert, dass er neun Pole der Statorwicklungen 93a bis 93i aufweist (d. h. neun ausgeprägte Pole 92a bis 92i oder neun Schlitze), um das klein­ ste gemeinsame Vielfache zwischen der Anzahl von Polen der Permanent­ magnete 94a bis 94h und der Anzahl der Statorwicklungen 93a bis 93i vergleichsweise zu erhöhen. Als Folge beträgt das kleinste gemeinsame Vielfache 72. Obwohl es möglich ist, dass die Statorwicklungen 93a bis 93i mehr als neun Pole aufweisen, steht einer Zunahme der Anzahl von Polen der Statorwicklungen eine nachteilige Wirkung auf die Herstellungskosten gegenüber.

Nun wird im Folgenden die Beziehung zwischen der Anzahl von Polen der Statorwicklungen 93a bis 93i des Elektromotors 80 und der Anzahl von Polen der Permanentmagnete 94a bis 94h und die gleichmäßige Bewegung des Lenkrads mit Bezugnahme auf einen Graph von Fig. 10 beschrieben.

Wenn der innere Rotor 86 weniger als sechs Pole aufweist und die Anzahl von Polen der Statorwicklungen 93a bis 93i dem Vielfachen von drei ent­ spricht und kleiner als fünfzehn ist, wird das kleinste gemeinsame Vielfache zwischen der Anzahl von Polen der Permanentmagnete 94a bis 94h und die Anzahl von Polen der Statorwicklungen 93a bis 93h relativ klein.

Wenn im Gegensatz dazu der innere Rotor 86 die acht Pole aufweist und die Anzahl von Polen der Statorwicklungen dem Vielfachen von drei ent­ spricht und kleiner als fünfzehn ist, wird das kleinste gemeinsame Vielfache zwischen der Anzahl von Polen der Permanentmagnete 94a bis 94h und die Anzahl von Polen der Statorwicklungen 93a bis 93h relativ groß. Genauer, wenn der innere Rotor acht Pole aufweist und die Statorwicklungen 93a bis 93i neun Pole aufweisen, wird das kleinste gemeinsame Vielfache zu 72, und es ist größer, als die andere Kombination. Wenn das kleinste gemein­ same Vielfache zunimmt, nimmt die Hak-Wirkung ab. Als Folge nimmt die Hak-Wirkung des Elektromotors 80, welche auf das Lenkrad ausgeübt wird, ab, wodurch eine ruhige Lenkbewegung an dem Lenkrad 11 bereitgestellt wird, wie in Fig. 10 zu sehen ist. Aus diesem Grund ist die elektrische Servolenkvorrichtung 10 in der Lage, zu bewirken, dass das Lenkrad 11 dem Kraftfahrzeugführer ein komfortables Lenkgefühl bereitstellt.

Die obige Anordnung ist ein Hauptfaktor, warum der Elektromotor 80 der elektrischen Servolenkvorrichtung 10 derart konstruiert ist, dass er den äußeren Stator 85 einschließlich der neun Pole der Statorwicklungen 93a bis 93i und den inneren Rotor 86 einschließlich der acht Pole der Perma­ nentmagnete 94a bis 94h aufweist.

Eine modifizierte Form der Statorwicklungen 93a bis 93i wird unter Be­ zugnahme auf Fig. 11A und 11B beschrieben.

In Fig. 11A ist zwischen den neun Statorwicklungen 93a bis 93i, welche jeweils um die neun ausgeprägten Pole 92a bis 92i gewickelt sind, jede Phase mit drei Polen gebildet, welche einander nicht gegenseitig benachbart sind und welche in Reihe geschaltet sind, wodurch drei Phasen gebildet werden (d. h. U-Phase, V-Phase und W-Phase).

Genauer sind drei Statorwicklungen 93a, 93c und 93e, welche einander nicht gegenseitig benachbart sind, in Reihe geschaltet, um die U-Phase zu bilden; drei Statorwicklungen 93d, 93f und 93h, welche einander nicht gegenseitig benachbart sind, sind in Reihe geschaltet, um die V-Phase zu bilden, und drei Statorwicklungen 93g, 93i und 93b, welche einander nicht gegenseitig benachbart sind, sind in Reihe geschaltet, um die W-Phase zu bilden. Folglich sind die U-, V- und W-Phasen einander gegenseitig über­ lappt. Alle Statorwicklungen 93a bis 93i sind in der gleichen Richtung gewickelt, wie in Fig. 11A zu sehen ist.

Fig. 11B zeigt, dass der Elektromotor 80 derart angeschlossen ist, dass er den gleichen Y-Anschluss bildet, wie er in Fig. 9B gezeigt ist.

Mit einer derartigen modifizierten Form der Statorwicklungen des Elektromo­ tors 80 ist die gegenseitige Induktion der Statorwicklungen 93a, 93c und 93e gering, da die Statorwicklungen 93a, 93c und 93e einander nicht gegenseitig benachbart sind. Die Wirkungen sind die gleichen in den Stator­ wicklungen 93d, 93f und 93h und den Statorwicklungen 93g, 93i und 93b, wie jene der Statorwicklungen 93a, 93c und 93e. Folglich ist es möglich, eine Verringerung des durch den Elektromotor 80 erzeugten Lenkungsunter­ stützungsmoments zu verhindern.

In der oben diskutierten, bevorzugten Ausführungsform kann der äußere Stator 85 vorzugsweise in Umfangsrichtung angeordnete Statorwicklungen 93a mit neun Polen, oder der Anzahl des Vielfachen von neun (z. B. 18 Pole oder 27 Pole), aufweisen. Beispielsweise ist jede Statorwicklung 93a an jedem der neun Pole, oder der Anzahl des Vielfachen von neun, gewickelt, wobei die Statorwicklungen mit 3 Polen, oder die Statorwicklungen mit der Anzahl des Vielfachen von neun, in Reihe geschaltet sind, um jede Phase von drei Phasen bereitzustellen.

Zusätzlich kann das Vorhandensein des Drehmomentbegrenzers 110 will­ kürlich sein, und beispielsweise kann die Motorwelle 87 verlängert sein und als die Schneckenwelle 121 dienen.

Darüber hinaus kann die Getriebereduktionseinheit 120 nicht auf den Sch­ neckengetriebemechanismus begrenzt sein und beispielsweise kann sie ebenso einen Kegelradgetriebemechanismus oder ein Stirnradgetriebe umfassen.

Es wird nun aus der vorangehenden Beschreibung verstanden werden, dass das kleinste gemeinsame Vielfache zwischen der Anzahl von Polen der Statorwicklungen und der Anzahl von Polen der Permanentmagnete erhöht sein kann, wodurch das Hak-Verhalten des Elektromotors verbessert wird, da der Elektromotor, welcher in der die vorliegende Erfindung verkörpernden elektrischen Servolenkvorrichtung eingesetzt werden soll, einen äußeren Stator mit in Umfangsrichtung angeordneten Statorwicklungen mit neun Polen, oder der Anzahl des Vielfachen von neun, und einen inneren Rotor, welcher innerhalb des äußeren Stators angeordnet ist und in Umfangsrich­ tung angeordnete Permanentmagnete mit acht Polen aufweist, umfasst. Als Folge sind dann, wenn bei der elektrischen Servolenkvorrichtung das Lenk­ rad bei einem geringfügigen Lenkwinkel von nahezu einer Neutralposition gelenkt wird, um die Vorderräder lediglich mit dem Lenkmoment zu lenken, wie in dem Fall, dass das Kraftfahrzeug in einer Vorwärtsrichtung während des Ausschaltzustands des Elektromotors geradeaus fährt, die Schwankun­ gen im Lenkmoment, welche durch ein "Haken" des Elektromotors ver­ ursacht werden, abgedämpft [hier liegt offensichtlich ein Schreibfehler in der englischen Fassung vor; es sollte "damped down" heißen - Anmerkung des Übersetzers], wodurch ein komfortables gleichmäßiges Lenkgefühl im Lenkrad bereitgestellt wird.

Da die Schwankungen im Lenkmoment aufgrund des "Hakens" des Elek­ tromotors in einem kleinen Bereich bleiben, können die Hände des Fahrers eine empfindliche Veränderung in einem Reaktionsgefühl fühlen, welches durch das Lenkrad von der Fahrbahnoberfläche durch die Vorderräder geliefert wird, wodurch es dem Fahrzeugführer ermöglicht wird, die exakte Reaktion von der Straßenoberfläche durch das Lenkrad in einer sehr zuver­ lässigen Art und Weise zu erfassen. Als Folge ist es möglich, eine weiter verbesserte Lenkbarkeit zu erreichen. Darüber hinaus bleibt dann, wenn das Lenkrad gelenkt wird, um einen Fahrtkurs um einen sehr geringen Betrag zu verändern, die gleichmäßige Lenkbewegung des Lenkrads nahezu unver­ ändert, mit einer sich daraus ergebenden verbesserten Lenkbarkeit.

Da der Elektromotor derart aufgebaut ist, dass er einen ringförmigen äuße­ ren Stator und einen in dem äußeren Stator angeordneten inneren Rotor aufweist, kann weiterhin die Trägheit des inneren Rotors minimiert sein, was ein verbessertes Lenkgefühl am Lenkgriff bereitstellt. Das Vorhanden­ sein einer kombinierten Struktur aus dem äußeren Stator und dem inneren Rotor erlaubt weiterhin, dass der Elektromotor von geringer Größe ist, was der gesamten Struktur der elektrischen Servolenkvorrichtung gestattet, von geringer Baugröße zu sein, um für einen engen Bauraum im Kraftfahrzeug geeignet zu sein.

Es ist eine elektrische Servolenkvorrichtung (10) offenbart, welche einen Elektromotor (80) umfasst, der ein geringeres "Haken" aufweist, um da­ durch ein komfortables Lenkgefühl bereitzustellen. Der Elektromotor um­ fasst einen ringförmigen äußeren Stator (85) und einen inneren Rotor (86), welcher innerhalb des äußeren Stators angeordnet ist. Der äußere Stator weist in Umfangsrichtung angeordnete Statorwicklungen (94a bis 94i) mit neun, oder einem Vielfachen von neun, Polen auf. Der innere Rotor weist in Umfangsrichtung angeordnete Permanentmagnete (94a bis 94h) mit acht Polen auf. Die Permanentmagnete sind in radialer Richtung magnetisiert und weisen in Umfangsrichtung alternierend angeordnete N- und S-Pole auf.

Drei Pole, oder ein Vielfaches von drei Polen der Statorwicklungen sind in Reihe geschaltet und durch elektrischen Drei-Phasen-Strom angetrieben.

Claims (5)

1. Elektrische Servolenkvorrichtung (10), welche einen Elektromotor (80) umfasst, um ein einem Lenkmoment entsprechendes Lenkungs­ unterstützungsmoment auf ein Lenksystem (23) auszuüben, wobei der Elektromotor umfasst:
einen ringförmigen, äußeren Stator (85) mit neun, oder einem Vielfa­ chen von neun, Polen mit in Umfangsrichtung angeordneten Stator­ wicklungen (93a bis 93i); und
einen inneren Rotor (86) mit acht Polen, welcher innerhalb des äuße­ ren Stators angeordnet ist und in Umfangsrichtung angeordnete Permanentmagnete (94a bis 94h) aufweist;
wobei die Statorwicklungen derart verbunden sind, dass sie durch elektrischen Strom mit drei Phasen angetrieben werden können.

2. Elektrische Servolenkvorrichtung des Anspruchs 1, wobei der äußere Stator (85) neun, oder ein Vielfaches von neun, ausgeprägte Pole (92a bis 92i) umfasst, welche bei einer gleichen Teilung in radialer Richtung angeordnet sind, wobei jeder der ausgeprägten Pole jeweils eine der Statorwicklungen (93a bis 93i) um sich herumgewickelt aufweist, wobei drei, oder ein Vielfaches von drei, Pole der Stator­ wicklungen in Reihe geschaltet sind, um drei Phasen bereitzustellen.

3. Elektrische Servolenkvorrichtung des Anspruchs 2, wobei jede der drei Phasen jene drei, oder ein Vielfaches von drei, Pole der in Reihe geschalteten Statorwicklungen (93a bis 93i) umfasst, welche nicht einander benachbart angeordnet sind.

4. Elektrische Servolenkvorrichtung des Anspruchs 2, wobei jede der drei Phasen jene drei, oder ein Vielfaches von drei, Pole der in Reihe geschalteten Statorwicklungen (93a bis 93i) umfasst, welche ein­ ander benachbart angeordnet sind.

5. Elektrische Servolenkvorrichtung des Anspruchs 1, wobei die acht Pole der Permanentmagnete (94a bis 94h) in radialer Richtung derart magnetisiert sind, dass N- und S-Pole in Umfangsrichtung alternie­ rend angeordnet sind.