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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Motor für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung bzw. Lenkkraftunterstützungs-Anordnung, zur Unterstützung der Lenkkraft eines Kraftfahrzeug-Lenkrads.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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14 ist ein Querschnitt einer konventionellen elektrischen Servolenkungs-Anordnung. Die elektrische Servolenkungs-Anordnung umfaßt: einen Motor 1 der elektrischen Servolenkungs-Anordnung (im folgenden als ”Elektromotor” bezeichnet) zur Erzeugung eines Drehmoments, und eine elektromagnetische Kupplung 2, die mit dem Elektromotor 1 verbunden ist, um das Drehmoment aus dem Elektromotor 1 ein- und auszukuppeln.
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Der Elektromotor 1 umfaßt: ein zylindrisches Joch 3; Permanentfeld-Magnete 4, die einander gegenüberliegend innerhalb des Jochs 3 befestigt sind, um einen Vierpol-Magnetfeldabschnitt zu bilden; eine Welle 7, die innerhalb des Jochs 3 durch ein erstes Lager 5 und ein zweites Lager 6 getragen wird, um frei drehbar zu sein; einen Anker 8, der an der Welle 7 befestigt ist; einen Kommutator 9, der an einem Ende der Welle 7 befestigt ist; Bürsten 11, die durch die elastische Kraft von Federn 10 in Kontakt mit der Oberfläche des Kommutators 7 gehalten werden; einen Bürstenhalter 12 zum Halten der Bürsten 11; ein nicht-magnetisches Aluminiumgehäuse 14, das mit dem Joch 3 durch einen Klemmbolzen 19 verbunden ist, um den Bürstenhalter 12 mittels eines Bürstenhalter-Klemmbolzens 13 zu halten; und eine Durchführungsdichtung bzw. Gummitülle 16, durch welche ein Zuführungsdraht 15 läuft.
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Der Anker 8 umfaßt: einen Kern 17, welcher zweiundzwanzig Schlitze hat, die sich in Axialrichtung erstrecken; und eine Wicklung 18, die durch Wicklung von Draht in die Schlitze durch ein Schleifenwicklungsverfahren aufgebaut wird.
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Die elektromagnetische Kupplung umfaßt: einen Kupplungsständer 20, der an dem Gehäuse 14 durch einen Kupplungsklemmbolzen 21 befestigt ist; eine Kupplungsspule 22, die innerhalb des Kupplungsständers 20 angeordnet ist; einen runden Vorsprung 23, der an einem Ende der Welle 7 mittels der zweiten Welle 6 angeordnet ist, um frei drehbar zu sein; einen Antriebsläufer 24, der an der Welle 7 befestigt ist; und eine torusförmige Scheibe 25, die an dem runden Vorsprung 23 mittels eines Federglieds 26 befestigt ist.
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In einer elektrischen Servolenkungs-Anordnung der obigen Konstruktion wird der Anker 8 zusammen mit der Welle 7 durch elektromagnetische Wirkung aufgrund eines der Wicklung 18 zugeführten elektrischen Stroms mittels der Berührung der Bürsten 11 mit den Kommutator-Abschnitten 9 gedreht.
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Gleichzeitig wird in dem Kupplungsständer 20, dem Antriebläufer 24 und der Scheibe 25, welche jeweils aus magnetischem Material aufgebaut sind, ein elektromagnetischer Kreis A gebildet, durch Führung eines elektrischen Stroms durch die Kupplungsspule 22. Das Federglied 26 wird durch die Wirkung dieses elektromagnetischen Kreises zur Seite des Kupplungsständers 20 gedehnt, wodurch die Scheibe angezogen und an dem Antriebsläufer 24 befestigt wird, und die Antriebseinheit 24 vereinigt sich mit dem runden Vorsprung 23.
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Folglich, da der Antriebsläufer 24 an der Welle 7 festgemacht wird, wird das Drehmoment aus der Welle 7 an den Antriebsläufer 24, den runden Vorsprung 23 und eine Schraube ohne Ende bzw. Schnecke (nicht abgebildet), die durch Keilnutfräsen an den runden Vorsprung 23 gebunden ist, übertragen, wodurch die Lenkkraft am Steuerrad unterstützt wird.
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Ferner, wenn ein Stoß bzw. Schlag von den Rädern auf die elektrische Servolenkungs-Anordnung wirkt, während das Drehmoment, welches die Lenkkraft unterstützt, übertragen wird, tritt ein Schlupf bzw. eine Schlüpfung zwischen der Scheibe 25 und dem Antriebsläufer 24 auf, und der runde Vorsprung 23 dreht sich relativ zur Welle 7, wodurch der Stoß absorbiert wird.
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Ein Problem bei dem obigen Elektromotor ist, daß Unterschiede auftreten können in der elektromotorischen Kraft, die innerhalb der Kreise der Wicklung 18 des Ankers 8 aufgrund von Ungleichgewichten in dem elektromagnetischen Kreis des Jochs 3, aufgrund von Unwuchten in dem Anker 8, aufgrund von ungleichmäßigem Stromfluß durch die Bürsten 11, und so weiter, auftreten können, was dazu führt, daß zirkulierende Ströme bzw. Kreisströme innerhalb der Wicklungen 18 durch die Bürsten 11 fließen, und als Ergebnis zur Verschlechterung der Kommutierungswirkung der Bürsten 11 beitragen, und die Zunahme der durch die Bürsten 11 erzeugten Kommutierungsfunken (Bürstenfeuer) bewirkt eine Temperaturzunahme, was zu einer verringerten Lebensdauer der Bürsten 11 und des Kommutators 9 führt, sowie zu einer Erhöhung der Drehmomentwelligkeit.
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15 ist ein Wicklungsdiagramm für einen Elektromotor 42, wobei Kommutatorabschnitte bzw. Kommutatorsegmente 30 eines Kommutators 9, welche das gleiche elektrische Potential haben sollten, elektrisch miteinander verbunden sind unter Verwendung von ausgleichenden Verbindern 31, um das Auftreten der oben erwähnten zirkulierenden Ströme zu verhindern, und 16 ist ein elektrisches Schaltbild für das Wicklungsdiagramm der 15.
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Ausgleichsverbinder 31 verbinden jeden der Kommutatorabschnitte 30 so, daß:
ein erster Kommutatorabschnitt 30a mit einem zwölften Kommutatorabschnitt 30l verbunden ist;
ein zweiter Kommutatorabschnitt 30b mit einem dreizehnten Kommutatorabschnitt 30m verbunden ist;
ein dritter Kommutatorabschnitt 30c mit einem vierzehnten Kommutatorabschnitt 30n verbunden ist;
ein vierter Kommutatorabschnitt 30d mit einem fünfzehnten Kommutatorabschnitt 30o verbunden ist;
ein fünfter Kommutatorabschnitt 30e mit einem sechzehnten Kommutatorabschnitt 30p verbunden ist;
ein sechster Kommutatorabschnitt 30f mit einem siebzehnten Kommutatorabschnitt 30q verbunden ist;
ein siebter Kommutatorabschnitt 30g mit einem achzehnten Kommutatorabschnitt 30r verbunden ist;
ein achter Kommutatorabschnitt 30h mit einem neunzehnten Kommutatorabschnitt 30s verbunden ist;
ein neunter Kommutatorabschnitt 30i mit einem zwanzigsten Kommutatorabschnitt 30t verbunden ist;
ein zehnter Kommutatorabschnitt 30j mit einem einundzwanzigsten Kommutatorabschnitt 30u verbunden ist; und
ein elfter Kommutatorabschnitt 30k mit einem zweiundzwanzigsten Kommutatorabschnitt 30x verbunden ist.
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Ferner zeigen diese Figuren eine erste Bürste 11a in Kontakt mit dem ersten Kommutatorabschnitt 30a und dem zweiten Kommutatorabschnitt 30b, und eine zweite Bürste 11b in Kontakt mit dem sechsten Kommutatorabschnitt 30f, dem siebten Kommutatorabschnitt 30g und dem achten Kommutatorabschnitt 30h. Sie zeigen ebenfalls eine dritte Bürste 11c in Kontakt mit dem zwölften Kommutatorabschnitt 30l und dem dreizehnten Kommutatorabschnitt 30m, und eine vierte Bürste 11d in Kontakt mit dem siebzehnten Kommutatorabschnitt 30q, dem achtzehnten Kommutatorabschnitt 30r und dem neunzehnten Kommutatorabschnitt 30s.
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17 ist ein elektrisches Schaltbild für einen Elektromotor 40, welcher eine Schleifenwicklung, sechs Pole, vierundzwanzig Schlitze und sechs Bürsten 35a bis 35f umfaßt. Kommutatorabschnitte 33a bis 33z, welche das gleiche elektrische Potential haben sollen, sind elektrisch miteinander verbunden unter Verwendung von Ausgleichsverbindern 34. Ein Wicklungsdiagramm für den Motor für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung in 17.
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18 ist ein Wicklungsdiagramm für einen Elektromotor 41, der eine Schleifenwicklung, vier Pole, zweiundzwanzig Schlitze und vier Bürstenhauptkörper 36a bis 36d umfaßt. Kommutatorabschnitte 38a bis 38x, welche das gleiche elektrische Potential haben sollen, sind miteinander elektrisch verbunden unter Verwendung von Ausgleichsverbindern 37. Jeder der Bürstenhauptkörper 36a bis 36d umfaßt drei Bürstenabschnitte 39.
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In einem Elektromotor 42 der obigen Konstruktion gibt es vier Bürsten 11, was zu Problemen des Drehmomentverlusts und zu lautem Bürstengeräusch aufgrund von Reibung und Widerstand gegen das Gleiten der Bürsten 11 führt.
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Ferner ist ein weiteres Problem, daß wenn die Zahl der Bürsten 11 groß ist, die Wahrscheinlichkeit, daß der Kontakt zwischen den Bürsten 11 und den Kommutatorabschnitten 30 instabil wird, viel größer wird, wodurch die Drehmomentwelligkeit erhöht wird und das Gefühl des Steuerrads für den Fahrer unangenehm wird.
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Zusätzlich haben bei dem obigen Elektromotor 42 die erste Bürste 11a und die dritte Bürste 11c auf der positiven Bürstenseite normalerweise das gleiche elektrische Potential, und ein äquivalenter elektrischer Strom sollte durch die erste Bürste 11a und die dritte Bürste 11c fließen. Da jedoch Ströme unterschiedlicher Stromstärke durch die erste Bürste 11a und die dritte Bürste 11c aufgrund von Unregelmäßigkeiten im Spannungsabfall und im Widerstandswert der Kontakte an der ersten Bürste 11a und der dritten Bürste 11c, aufgrund von Unregelmäßigkeiten im Widerstandswert der Drähte, die zur ersten Bürste 11a und der dritten Bürste 11c führen, und so weiter, fließen können, muß die Bürstengröße der ersten Bürste 11a und der dritten Bürste 11c auf der positiven Bürstenseite unter Berücksichtigung der Größe ihres jeweiligen Stromanteils entworfen werden, was bedeutet, daß der Motor 42 nicht verkleinert werden kann.
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Der Elektromotor 40, welcher eine Schleifenwicklung, sechs Pole, vierundzwanzig Schlitze und sechs Bürsten 35a bis 35f umfaßt, leidet unter den gleichen Problemen.
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Ferner, obwohl in dem in 18 gezeigten Elektromotor 41 der Einfluß der obigen Unregelmäßigkeiten verringert wird, aufgrund der Tatsache, daß die Bürstenhauptkörper 36a bis 36d drei Bürstenabschnitte 39 umfassen, wird diese Konstruktion in der Praxis nur bei großen Elektromotoren gewählt und kann in einem Motor für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung, die klein sein muß, nicht gewählt werden.
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DE 39 01 905 C1 lehrt eine Vorrichtung an einem Kommutator für eine Verbindung der parallelen Rotorstromzweige einer Verdrahtung auf den Kommutator, bei dem die Anzahl erforderlicher Bürsten auf zwei reduziert ist. Die Kollektorelemente, die Abschnitte aufweisen, können mittels gestapelter Brückenscheiben verbunden sein. Diese Brückenscheiben werden mit zwischengelagerten Isolatoren übereinander gestapelt, ohne jedoch dass irgendwelche Mittel zur Ausrichtung dieser Brückenscheiben vorgesehen sind.
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US 3 484 634 A ist auf eine Ausgleichsspulenanordnung für Kommutatoren gerichtet, wobei die Spulen Beine für eine periodische Verbindung mit umfänglich beabstandeten Blöcken auf dem Kommutator aufweisen, wobei entgegengesetzte Beine der Ausgleicherspulen konzentrische, zylindrische Verläufe bilden. Die Übergangsabschnitte der Spulen sind vorisoliert und längs allgemein helikaler Pfade mit konstanter Krümmung ausgebildet, mit dem Ziel, eine Belastung der Spulen zu minimieren, eine Vorisolation des Übergangsabschnitts der Spulen zu gestatten, um Beschädigungen an der Isolierung zu verhindern, und die Ausgleicherspulenanordnung kompakter zu machen.
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US 4 716 330 A lehrt noch einen anderen Gleichstrommotor mit einem Kommutatorrotor, der aus drei Teilen gemacht ist, die koaxial assembliert und gegeneinander isoliert sind, wobei jeder Teil mit einer der Wicklungen des Rotors verbunden ist. Die Teile umfassen unter anderem radiale Finger, die unter einem 90°-Winkel gebogen sind. Die Teile werden dann ineinander auf solche Weise eingepasst, dass die Finger der verschiedenen Teile am Umfang des Kommutators sitzen.
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US 4 459 503 A betrifft Gleichstrommotoren und Generatoren, an denen die Bürsten hinreichend breit sind, um gleichzeitig an einer Mehrzahl von Kommutatorsegmenten anzuliegen. Sie fokussiert am ehesten auf spezifische Verdrahtungen, wobei jeder Spulenabschnitt vollständig unabhängig von einem anderen ist, ohne elektrische Zwischenverbindungen außer den Kommutatorbürsten.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die obigen Probleme zu lösen und hat als Aufgabe die Schaffung eines Motors für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung bzw. eine elektrische Lenkkraftunterstützungs-Anordnung, welche in der Lage ist, das Gefühl des Fahrers für das Steuerrad zu verbessern, durch Verringerung des Drehmomentverlustes und des Bürstengeräuschs bzw. Bürstenrauschens aufgrund von Reibung und Gleitwiderstand der Bürsten, die Drehmomentwelligkeit zu verringern, und durch eine einfache Konstruktion die Größe zu verringern.
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Zu diesem Zweck wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Motor für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung gemäß Anspruch 1 geschaffen, dessen Oberbegriff aus
DE 39 01 905 C1 bekannt ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Wicklungsdiagramm für einen Motor für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung;
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2 ist ein elektrisches Schaltbild für den Motor für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung in 1;
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3 ist eine teilweise Seitenansicht des Motors für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung der 1;
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4 ist ein Querschnitt des Motors für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung der 3 entlang der Linie IV-IV;
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5 ist ein teilweiser Querschnitt eines Motors für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung nach der Ausführung der vorliegenden Erfindung;
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6 ist eine Vergrößerung eines Teils der 5;
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7(a) ist eine Vorderansicht einer Ausgleicher-Anordnung;
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7(b) ist eine Seitenansicht der Ausgleicher-Anordnung der 7(a);
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8(a) ist eine Vorderansicht eines Sockels;
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8(b) ist eine Seitenansicht des Sockels der 8(a);
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9 ist eine Vorderansicht eines Anschlusses, welcher ein Ausgleichsglied ist;
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10 ist eine Vorderansicht einer Isolierplatte;
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11 ist ein Querschnitt eines Motors für eine weitere elektrische Servolenkungs-Anordnung;
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12 ist eine Vergrößerung eines Teils der 11;
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13 ist ein elektrisches Schaltbild für einen Motor für noch eine weitere elektrische Servolenkungs-Anordnung;
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14 ist ein Querschnitt eines herkömmlichen Motors für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung;
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15 ist ein Wicklungsdiagramm für den Motor für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung der 14;
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16 ist ein elektrisches Schaltbild für den Motor für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung der 14;
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17 ist ein elektrisches Schaltbild für ein weiteres Beispiel eines herkömmmlichen Motors für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung; und
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18 ist ein Wicklungsdiagramm für den Motor für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung der 17.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
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Beispiel 1
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Die 1 bis 4 zeigen einen Motor für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung (im folgenden einfach als ”Elektromotor” bezeichnet) nach einem nicht erfindungsgemäßen Beispiel, wobei 1 ein Wicklungsdiagramm ist, 2 ein elektrisches Schaltbild, 3 eine teilweise Seitenansicht und 4 ein Querschnitt entlang der Linie IV-IV in 3.
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Dieser Elektromotor 79 umfaßt ein zylindrisches Joch; vier Permanentmagnete, die aus Ferrit bestehen, die umfänglich beabstandet sind und innerhalb des Jochs befestigt sind, um einen Magnetfeldabschnitt zu bilden; eine Welle 80, die innerhalb des Jochs durch Lager so getragen wird, daß sie frei drehen kann; einen Anker 81, der an der Welle 80 festgemacht ist; und eine Kommutatoranordnung 82, die an einem Ende des Ankers 81 angeordnet ist. Das Joch und die Permanentmagnete sind nicht abgebildet.
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Der Anker 81 umfaßt: einen Kern 84, der zweiundzwanzig Schlitze 83 hat, die sich in Axialrichtung erstrecken; und eine Wicklung 86, die aus Draht 85 besteht, der aus rundem Lackdraht aus Kupfer (emaillebeschichtet) besteht, der in die Schlitze 83 gewickelt ist. Die Wicklung 86 ist durch ein sogenanntes ”Schleifenwicklungsverfahren” hergestellt, bei welchem der Draht 85 zehnmal gewickelt wird und dann um einen Schlitz versetzt wird, worauf der Draht 85 weitere zehnmal gewickelt wird, und so weiter.
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Die Kommutatoranordnung 82 umfaßt: einen Kommutator 88, der zweiundzwanzig Kommutatorabschnitte bzw. Kommutatorsegmente 87 hat, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, befestigt an einem Endabschnitt der Welle 80; eine erste Bürste 89a und eine zweite Bürste 89b, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, welche die Oberfläche des Kommutators 88 mittels der elastischen Kraft von Federn berühren; und Ausgleichsverbinder 90, welche das Auftreten von zirkulierenden Strömen bzw. Kreisströmen verhindern, die durch die Bürsten 89 fließen, indem Haken 91a bis 101b von Kommutatorabschnitten 87, welche das gleiche elektrische Potential haben sollen, miteinander verbunden werden.
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Ein Ende eines Ausgleichsverbinders 90, der ein Ausgleichsglied ist, ist an einem Haken 91a eines Kommutatorabschnitts 87 festgemacht, und das andere Ende ist an einem Haken 91b, welcher dem ersten Haken 91a entgegengesetzt ist, festgemacht. Ähnlich ist ein Ende jedes der zehn anderen Ausgleichsverbinder 90 an einem der Haken 92a bis 101a festgemacht, und das andere Ende ist jeweils an einem der Haken 92b bis 101b festgemacht. Jeder dieser Ausgleichsverbinder 90 steht in engem Kontakt mit der Endfläche der Kommutatoranordnung 82, die dem Anker 81 gegenübersteht.
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Die 1 und 2 zeigen die erste Bürste 89a in Kontakt mit einem ersten Kommutatorabschnitt 87a und einem zweiten Kommutatorabschnitt 87b, und die zweite Bürste 89b in Kontakt mit einem sechsten Kommutatorabschnitt 87f, einem siebten Kommutatorabschnitt 87g und einem achten Kommutatorabschnitt 87h. Wie in 16 gezeigt, sind die erste Bürste 11a und die dritte Bürste 11c in dem herkömmlichen Elektromotor 1 auf der postiven Bürstenseite angeordnet, und die zweite Bürste 11b und die vierte Bürste 11d sind auf der negativen Bürstenseite angeordnet, aber in dieser Ausführung ist die erste Bürste 89a auf der positiven Bürstenseite angeordnet und die zweite Bürste 89b ist auf der negativen Bürstenseite angeordnet, wobei die Zahl der Bürsten von vier auf zwei verringert wurde.
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Ferner, wenn die Abdeckung K die Fläche bzw. der Bereich ist, der von den Bürsten 89a, 89b abgedeckt wird, durch (Wb☐Ns)/(π☐D) definiert ist, wobei Wb die Breite der Bürsten 89a, 89b ist, Ns die Zahl der Kommutatorabschnitte 87, und D der Durchmesser des Kommutators 88, ist die Abdeckung K auf K ≤ 2 eingestellt.
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In einem Elektromotor 79 der obigen Konstruktion wird Draht des gleichen Durchmessers und des gleichen Materials (lackisolierter Kupferdraht) sowohl für die ausgleichenden Verbinder 90 als auch die Verdrahtung 85 verwendet, wobei die ausgleichenden Verbinder 90 in engem Kontakt mit der Endfläche des Kommutators 88 sind, und die Wicklung 86 darauffolgend auf dem Kern 84 angeordnet wird.
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Der Herstellungsvorgang in diesem Fall umfaßt zunächst die Befestigung des Drahts auf die Haken von Kommutatorabschnitten 87, welche das gleiche Potential haben sollen, dann das Schneiden des Drahts. Dieser Vorgang wird wiederholt, um ein Ende von jedem von elf ausgleichenden Verbindern 90 mit jedem der Haken 91a bis 101a zu verbinden, und das andere Ende mit jedem der Haken 91b bis 101b. Danach wird die Wicklung 86 auf dem Kern 84 angeordnet, durch Wickeln des Drahts auf den Kern 84 durch ein Schleifenwicklungsverfahren mittels der Haken 91a bis 101b. Da diese Serie von Vorgängen, nämlich Anbringen, Schneiden und Wickeln, durch eine Wicklungsmaschine durchgeführt wird, wird sie effizient ausgeführt.
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Dann, nachdem die ausgleichenden Verbinder 90 physisch mit Kommutatorabschnitten 87 verbunden sind, welche das gleiche elektrische Potential haben sollen, und die Verdrahtung 85 durch ein Schleifenwicklungsverfahren in jeden der Schlitze 83 im Kern 84 gewickelt ist, wird jeder der Haken 91a bis 101b elektrisch verbunden mit den Ausgleichsverbindern 90 und der Verdrahtung 85, durch gleichzeitiges Verschmelzen bzw. Verschweißen, usw.
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In einem Elektromotor 79 der obigen Konstruktion gibt es insgesamt zwei Bürsten 89a, 89b, was die Verringerung des Drehmomentverlusts und des Bürstengeräuschs aufgrund von Reibung und dem Widerstand gegenüber dem Gleiten der Bürsten 89a, 89b erlaubt.
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Ferner, da die Zahl der Bürsten
89a,
89b reduziert ist, ist die Wahrscheinlichkeit, daß der Kontakt zwischen den Bürsten
89a,
89b und den Kommutatorabschnitten
87 instabil wird, viel geringer, was das Gefühl des Steuerrads für den Fahrer verbessert, durch Verringerung der Drehmomentwelligkeit, wie in der unteren Tabelle gezeigt. Tabelle 1
| | Drehmomentwelligkeit (%) |
| 4 Bürsten | 3,9 |
| 2 Bürsten | 1,9 |
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Hinzu kommt, daß bei dem konventionellen Elektromotor 1 Strom mittels der ersten Bürste 11a und der dritten Bürste 11b fließt, aber in diesem Beispiel Strom mittels der ersten Bürste 89a fließt, wobei der Betrag an Strom, der durch die Bürste 89 fließt, doppelt so groß ist wie im herkömmlichen Beispiel. Als Ergebnis, wenn Strom aus dem ersten Kommutatorabschnitt 87a zu einem zwölften Kommutatorabschnitt 87l fließt, und Strom aus dem zweiten Kommutatorabschnitt 87b zu einem dreizehnten Kommutatorabschnitt 87m zum Beispiel fließt, besteht ein Risiko, daß der Spannungsabfall und der Betrag an in den Ausgleichsverbindern 90 erzeugten Wärme zunehmen wird. Bei dieser Ausführung sind die Ausgleichsverbinder 90 jedoch in engem Kontakt mit der Endfläche des Kommutators 88, was die Länge der Ausgleichsverbinder 90, welche die Kommutatorabschnitte 87 miteinander verbinden, verkürzt, wodurch ermöglicht wird, daß der Spannungsabfall und der Betrag an Wärme, der in den Ausgleichsverbindern 90 erzeugt wird, unterdrückt wird, und auch das Betriebsgeräusch verringert wird.
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Ferner ist die Breite Wb der Bürsten 89 so eingestellt, daß die Abdeckung K kleiner oder gleich 2 ist, was die Zahl an Spulenabschnitten 102, die bei der elektromagnetischen Induktivität nicht enthalten sind, reduziert, und den Wert des von dem Elektromotor 79 erzeugten Drehmoments erhöht, und es ermöglicht, daß Ungleichgewichte bei der elektromagnetischen Anziehung, die auf den Anker 81 wirkt, unterdrückt werden, und auch ermöglicht, daß die Größe des Elektromotors verringert wird und das Betriebsgeräusch abnimmt.
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Ausführungsform der Erfindung
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5 ist ein Querschnitt der inneren Konstruktion eines Elektromotors 50, 6 ist eine Vergrößerung eines Teils der 5, 7(a) ist eine Vorderansicht einer Ausgleicheranordnung, 7(b) ist eine Seitenansicht der Ausgleicheranordnung der 7(a), die 8(a) und 8(b) sind Vorder- und Seitenansichten eines Sockels, 9 ist eine Vorderansicht eines Anschlusses, welcher ein Ausgleichsglied ist, und 10 ist eine Vorderansicht einer Isolierplatte.
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Ein Elektromotor 50 nach dieser Ausführung umfaßt einen Anker 52, der an einer Welle 51 befestigt ist; einen Kommutator 53, der an der Welle 51 befestigt ist, zur Umwandlung eines dem Anker 52 zugeführten Stroms; eine Ausgleicheranordnung 54, welche angrenzend an den Kommutator 53 in Richtung der Achse des Kommutators 53 angeordnet ist; und zwei Bürsten 72, die durch die elastische Kraft von Federn mit der Oberfläche des Kommutators 53 in Kontakt gebracht werden. Vier Permanentmagnete (nicht abgebildet) sind um das Äußere des Ankers 52 angeordnet.
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Der Anker 52 umfaßt: einen Kern 56, der vierundzwanzig Schlitze 55 hat, die auf dessen äußerer Umfangsfläche gebildet sind und sich in Axialrichtung erstrecken; und eine Wicklung 58, die aus Draht 57 gebildet ist, der durch ein Schleifenwicklungsverfahren in die Schlitze 55 gewickelt ist.
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Der Kommutator 53 umfaßt: Kommutatorabschnitte bzw. Kommutatorsegmente 60, die um seinen Umfang angeordnet sind und jeweils einen Haken 59 haben, die in einem Endabschnitt gebildet sind; und einen Abschnitt 61 aus isolierendem Harz, bestehend aus Phenolharz, zur Sicherung der Kommutatorabschnitte 60.
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Die Ausgleicher-Anordnung 54 umfaßt: zwölf Anschlüsse 63, die aus Kupferblech, usw., bestehen, welche Ausgleichsglieder sind, und zwölf Isolierplatten 64, abwechwelnd in Schichten auf einem Sockel 62 gestapelt.
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Der Sockel 62 umfaßt zwölf Stifte 66, die so angeordnet sind, daß sie gleich beabstandet um den Umfang eines torischen Sockelhauptkörpers 65 stehen.
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Öffnungen 68 sind an vierundzwanzig Punkten gebildet, die äquidistant um den Umfang des ringförmigen Anschlußhauptkörpers 67 jedes der Anschlüsse 63 beabstandet sind, welche Ausgleichsglieder sind. Ferner sind Ausgleicher-Zuführungsabschnitte 69a, 69b, welche sich radial nach außen in entgegengesetzte Richtungen erstrecken, auf dem Anschlußhauptkörper 67 angeordnet.
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Öffnungen 71 sind an vierundzwanzig Punkten gebildet, welche äquidistant um den Umfang des ringförmigen Isolierplatten-Hauptkörpers 70 jeder der Isolierplatten 64 beabstandet sind.
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Die obige Ausgleicheranordnung 54 wird zusammengebaut durch abwechselndes Stapeln der zwölf Anschlüsse 63 und der zwölf Isolierplatten 64 auf dem Sockel 62. Während dieses Vorgangs wird jeder folgende Anschluß 63 um 15° gedreht, und die Anschlüsse 63 werden an dem Sockel 62 befestigt, indem die Stifte 66 des Sockels 62 durch die Öffnungen 68 in den Anschlüssen 63 geführt werden. Ferner werden die Isolierplatten 64 an dem Sockel 62 befestigt, indem die Stifte 66 des Sockels 62 durch die Öffnungen 71 in den Isolierplatten 64 geführt werden. Dann wird die Ausgleicher-Anordnung 54 vereinigt, indem die Enden der Stifte 66 gecrimpt, verstemmt bzw. verbogen werden.
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In einem Elektromotor 50 nach der obigen Ausführung berühren zwei Bürsten 72 die Kommutatorabschnitte 60, was eine Verringerung des Drehmomentverlusts und Bürstengeräuschs aufgrund von Reibung und von Widerstand gegen das Gleiten der Bürsten 72 ermöglicht.
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Ferner, da die Zahl an Bürsten 72 verringert ist, ist die Wahrscheinlichkeit, daß der Kontakt zwischen den Bürsten 72 und den Kommutatorabschnitten 60 instabil wird, viel geringer, was das Gefühl des Steuerrads für den Fahrer verbessert, durch Verringerung der Drehmomentwelligkeit.
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Ferner ist die Vielzahl von Anschlüssen 63 in engen Kontakt gebracht mit der Endfläche des Kommutators 53 mittels der Isolierplatte 64, was die Länge der Anschlüsse 63, die die Kommutatorabschnitte 60 miteinander verbinden, verkürzt, wodurch es möglich wird, den Spannungsabfall und den Betrag der in den Anschlüssen 63 erzeugten Wärme zu unterdrücken.
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Beispiel 2
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11 ist ein Querschnitt eines Elektromotors 120 nach einem zweiten Beispiel, und 12 ist eine Vergrößerung des Teils der 11.
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Dieser Elektromotor 120 umfaßt: ein Joch 121; Permanentmagnete 122, die an der Innenwand des Jochs 121 befestigt sind, um einen Magnetfeldabschnitt zu bilden; eine Welle 123, die innerhalb des Jochs 121 angeordnet ist, um frei drehbar zu sein; einen Anker 124, der an der Welle 123 befestigt ist; und eine Kommutatoranordnung 125, die an einem Ende des Ankers 24 angeordnet ist und an der Welle 123 befestigt ist.
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Der Anker 124 umfaßt: einen Kern 126, der eine Vielzahl von Schlitzen hat, die sich in Axialrichtung erstrecken; und eine Wicklung 128, die aus Draht 127 besteht, der durch ein Schleifenwicklungsverfahren in die Schlitze gewickelt ist.
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Die Kommutatoranordnung 125 umfaßt einen Kommutator 129 und zwei Bürsten 130, die die Oberfläche des Kommutators 129 berühren. Der Kommutator 129 umfaßt: einen Kommutatorhauptkörper 132, der aus einer Vielzahl von Kommutatorabschnitten bzw. Segmenten 131 besteht, die um den Umfang des Kommutators 129 angeordnet sind, und elektrisch mit einer Wicklung 128 verbunden sind; einen Ausgleicher 134, der aus einer Vielzahl von Ausgleicherabschnitten 133 besteht, welche Ausgleichsglieder bilden, die auf dem Inneren des Kommutatorhauptkörpers 132 angeordnet sind; und einen Abschnitt 135 aus Isolierharz, welcher den Raum innerhalb des Kommutatorhauptkörpers 132 füllt. Die Ausgleicherabschnitte 133 bestehen aus Eisen und verbinden Kommutatorabschnitte 131 elektrisch miteinander, die aus Kupfer bestehen und das gleiche elektrische Potential haben sollen.
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In einem Elektromotor der obigen Konstruktion berühren zwei Bürsten 130 die Kommutatorabschnitte 131, was eine Verringerung des Drehmomentverlusts und des Bürstengeräuschs aufgrund von Reibung und dem Widerstand gegen das Gleiten der Bürsten 130 ermöglicht.
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Ferner, da die Zahl der Bürsten 130 verringert ist, ist die Wahrscheinlichkeit, daß der Kontakt zwischen den Bürsten 130 und den Kommutatorabschnitten 131 instabil wird, viel geringer, was das Gefühl des Steuerrads für den Fahrer verbessert, indem die Drehmomentwelligkeit verringert wird.
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Ferner wird ein kompakter Ausgleicher 134 geschaffen, durch Anordnung auf dem Inneren des Kommutatorhauptkörpers 132, was die Länge der Ausgleicherabschnitte 133, welche die Kommutatorabschnitte 131 miteinander verbinden, verkürzt, wodurch es möglich wird, den Spannungsabfall und den Betrag der in den Ausgleicherabschnitten 133 erzeugten Wärme zu unterdrücken.
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Beispiel 3
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Jede der obigen Varianten wurde beschrieben unter Verwendung eines Elektromotors mit vier Polen, zwei Bürsten und Schleifenwicklung, aber wie in 13 gezeigt, kann auch ein Motor mit Schleifenwicklung verwendet werden, der sechs Pole und zwei Bürsten 140a, 140b hat.
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Wie oben beschrieben, umfaßt ein Motor für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung beispielsweise: ein Joch; einen mehrpoligen Magnetfeldabschnitt, welcher aus mindestens vier Polen besteht, befestigt an der Innenwand des Jochs; eine Welle, die innerhalb des Jochs angeordnet ist, um frei drehbar zu sein; einen Anker, der an der Welle befestigt ist, und eine Wicklung hat, die durch Schleifenwicklung von Draht in Schlitze aufgebaut wird, wobei die Schlitze auf der äußeren Umfangsfläche eines Kerns gebildet sind, um sich in dessen Axialrichtung zu erstrecken; einen Kommutator, der eine Vielzahl von Kommutatorabschnitten umfaßt, befestigt an einem Endabschnitt der Welle; Bürsten, welche einzeln auf der Positivseite und der Negativseite des Kommutators angeordnet sind, um dessen Oberfläche zu berühren; und Ausgleichsglieder, welche die Kommutatorabschnitte verbinden, welche das gleiche elektrische Potential haben sollen.
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Ferner, da die Zahl der Bürsten verringert ist, ist die Wahrscheinlichkeit, daß der Kontakt zwischen den Bürsten und den Kommutatorabschnitten instabil wird, viel geringer, was das Gefühl des Steuerrads für den Fahrer verbessert, indem die Drehmomentwelligkeit verringert wird.
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Gemäß einer Form eines Motors für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung, können die Ausgleichsglieder in enger Nähe zu einer Endfläche des Kommutators angeordnet sein. Daher kann die Länge der Ausgleichsglieder, welche die Kommutatorabschnitte miteinander verbinden, verkürzt werden, was es ermöglicht, den Spannungsabfall und den Betrag der in den Ausgleichsgliedern erzeugten Wärme zu verringern.
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Gemäß einer weiteren Form eines Motors für eine elektrische Servolenkung-Anordnung, können die Ausgleichsglieder ein integraler Teil der Verdrahtung der Wicklung sein. Daher kann die Zahl der Teile verringert werden und die Verbindung der Ausgleichsglieder und der Wicklung der Verdrahtung kann kontinuierlich durchgeführt werden, was die Produktivität verbessert.
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Gemäß einer weiteren Form eines Motors für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung, können die Ausgleichsglieder mehrfach in Schichten in der Axialrichtung der Welle gestapelt werden, mit dazwischengelegten Isolierplatten. Daher kann ein Kurzschluß zwischen den Ausgleichsgliedern zuverlässig verhindert werden.
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Gemäß einer Form eines Motors für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung werden die Ausgleichsglieder mehrfach in Schichten in der Axialrichtung der Welle gestapelt, innerhalb eines zylindrischen Kommutatorhauptkörpers, der aus einer Vielzahl von umfänglich angeordneten Kommutatorabschnitten besteht, und werden befestigt bzw. gesichert durch einen Isolierharzabschnitt, der in einem Raumabschnitt innerhalb des Kommutatorhauptkörpers angeordnet ist. Daher wird der Gesamtkörper kompakt und die Ausgleichsglieder sind durch den Isolierharzabschnitt voneinander isoliert, was Kurzschlüsse verhindert.
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Gemäß einer weiteren Form eines Motors für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung kann die Abdeckung K kleiner oder gleich 2 sein, wobei die Abdeckung K definiert ist als K = (Wb☐Ns)/(π☐D), wobei Wb die Breite der Bürsten ist, Ns die Zahl der Kommutatorabschnitte, und D der Durchmesser des Kommutators. Daher werden Wicklungsabschnitte, die nicht in der elektromagnetischen Induktivität enthalten sind, verringert, und der Wert des von dem Elektromotor erzeugten Drehmoments wird vergrößert, was eine Unterdrückung von Ungleichgewichten in der elektromagnetischen Anziehung, welche auf den Anker wirkt, bewirkt, und auch eine Verringerung des Betriebsgeräuschs ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Form eines Motors für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung kann der Draht bzw. die Verdrahtung aus lackisoliertem Runddraht (emaillebeschichtet) bestehen. Daher wird die Automatisierung des Vorgangs der Wicklung des Drahts auf dem Kern vereinfacht, was die Massenproduktion des Ankers ermöglicht, wodurch die Herstellungskosten verringert werden.
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Gemäß einer weiteren Form eines Motors für eine elektrische Servolenkungs-Anordnung, kann der Magnetfeldabschnitt eine Vielzahl von Permanentmagneten umfassen, die so angeordnet sind, daß sie um die Innenwand des Jochs beabstandet sind. Daher kann die Größe verringert werden, deren Zusammenbauvorgang kann verbessert werden und Kosten können eingespart werden.
