DE4025754A1 - Permanentmagnetmotor - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Permanentmagnet
motor und insbesondere einen Permanentmagnet-Gleichstrom
elektromotor, der in einer beispielsweise in einem Kraft
fahrzeug eingesetzten, elektrisch angetriebenen Servo
lenkvorrichtung als Servolenkkraft-Hilfsmittel verwendet
wird und aus Permanentmagneten gebildete Feldpole auf
weist.
Bei einem Permanentmagnetmotor, der als Feldpole Perma
nentmagneten besitzt, unterliegt das für die Drehung des
Motors erforderliche Drehmoment auch dann zeitlichen
Schwankungen, wenn der Anker nicht mit elektrischem Strom
versorgt wird. Diese Drehmomentschwankung wird gezahntes
Drehmoment (cogging torque) genannt.
Wenn bei einem Permanentmagnetmotor dieses gezahnte Dreh
moment auftritt und an das mit dem Permanentmagnetmotor
verbundene Lenkrad des Kraftfahrzeugs übertragen wird,
stellt der das Lenkrad haltende Fahrer möglicherweise
eine hierdurch bewirkte, untypische Kraft fest.
Das oben erwähnte gezahnte Drehmoment ist das Ergebnis
einer unterschiedlichen magnetischen Anziehungskraft im
Permanentmagnetmotor. Eine solche unterschiedliche magne
tische Anziehungskraft wird durch eine in den Fig. 10A,
10B und 10C gezeigte unterschiedliche räumliche Beziehung
zwischen einem Permanentmagneten 102, einem Permanentma
gneten 103 und den Zähnen 125 eines Anker-Eisenkerns 101
hervorgerufen. Zwischen benachbarten Zähnen 125 ist je
weils ein Schlitz 126 ausgebildet, so daß der Anker ins
gesamt eine Mehrzahl von Schlitzen 126 aufweist.
Wenn der Permanentmagnetmotor insbesondere mit zwei Po
len, also beispielsweise mit den Permanentmagneten 102
und 103, ausgebildet ist und wenn die Anzahl der Schlitze
126 des Motors eine gerade Zahl ist, dreht sich der An
ker-Eisenkern 101 aus einer in Fig. 10A gezeigten und
eine erste räumliche Beziehung definierenden Position in
eine in Fig. 10B gezeigte und eine zweite räumliche Be
ziehung definierende Position weiter. Anschließend dreht
sich der Anker-Eisenkern 101 in eine in Fig. 10C gezeigte
und eine dritte räumliche Beziehung definierende Position
weiter.
Die große Drehmomentschwankung, d. h. das gezahnte Drehmo
ment, das in Fig. 11 durch die gekrümmte Linie C gezeigt
ist, tritt in dem oben genannten Zeitintervall auf, in
dem sich der Anker-Eisenkern 101 von einer ersten räumli
chen Beziehung über eine zweite räumliche Beziehung in
eine dritte räumliche Beziehung bewegt.
Eine Technik zur Verringerung des gezahnten Drehmoments
im Permanentmagnetmotor ist beispielsweise aus JP 30 956-A
(1986) bekannt. Diese herkömmliche Permanentmagnetmotor-
Technik verwendet ein Schrägverlaufsverfahren, in dem
sowohl die Zähne 125 des Anker-Eisenkerns 101 als auch
die Schlitze 126 zwischen den Zähnen 125 schräg verlau
fen, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist.
Bei einem Permanentmagnetmotor, der beispielsweise so
aufgebaut ist, daß die Schrägung der Zähne im wesentli
chen gleich dem Abstand zwischen zwei benachbarten
Schlitzen ist, ist die in Fig. 7 gezeigte räumliche Be
ziehung zwischen einem Stirnflächenbereich 114 des Anker-
Eisenkerns 101 auf der Seite eines Kommutators 117 und
dem Permanentmagneten 102 bzw. dem Permanentmagneten 103
gleich der in Fig. 10A gezeigten ersten räumlichen Bezie
hung. Anschließend ist die räumliche Beziehung zwischen
einem weiteren Stirnflächenbereich 115 des Anker-Eisen
kerns 101 an der dem Kommutator 117 gegenüberliegenden
Seite und dem Permanentmagneten 102 bzw. dem Permanentma
gneten 103 gleich der in Fig. 10B gezeigten zweiten räum
lichen Beziehung. Schließlich ist die räumliche Beziehung
zwischen dem Anker-Eisenkern 101 und dem Permanentmagne
ten 102 bzw. dem Permanentmagneten 103 gleich der in Fig.
10C gezeigten dritten räumlichen Beziehung.
Das in Fig. 11 durch die gekrümmte Linie C dargestellte
gezahnte Drehmoment wird durch die Änderung des magneti
schen Flusses erzeugt. Die Änderung des magnetischen
Flusses wird zwischen dem Vorbeibewegen des Zahns 125 des
Anker-Eisenkerns 101 an den Enden der Permanentmagneten
102 und 103 in Drehrichtung des Ankers und zwischen dem
Vorbeibewegen der zwei Zähnen 125 benachbarten Schlitze
126 an den Permanentmagneten 102 und 103 hervorgerufen.
Bei dem oben erwähnten Aufbau des Permanentmagnetmotors,
in dem die Schrägung im wesentlichen gleich dem Abstand
zwischen zwei benachbarten Schlitzen ist, wird die durch
die Drehung des Anker-Eisenkerns 101 bewirkte schnelle
Änderung des magnetischen Flusses an den beiden Stirnflä
chenbereichen 114 und 115, d. h. die Drehmomentschwankung,
aufgehoben bzw. eingeschränkt. Daher wird das im Perma
nentmagnetmotor erzeugte gezahnte Drehmoment verringert.
Das im Permanentmagnetmotor erzeugte gezahnte Drehmoment
kann bei Anwendung des Schrägverlaufsverfahrens auf den
Anker-Eisenkern 101 wirksam verringert werden; die bei
Anwendung des Schrägverlaufsverfahrens erzielbare große
Wirkung wird jedoch durch die über den Anker-Eisenkern
101 hinaus sich erstreckenden Bereiche der Permanentma
gneten 102 und 103 begrenzt.
Beim Entwurf eines Permanentmagnetmotors, bei dem die
Permanentmagneten 102 und 103 als Feldpole verwendet wer
den, wird der effektive Betrag des magnetischen Flusses
im allgemeinen durch die Länge der Permanentmagneten in
axialer Richtung derselben bestimmt. Diese Länge ist grö
ßer als der Abstand zwischen den Stirnseitenbereichen 114
und 115 des Anker-Eisenkerns 101.
Die axiale Länge des Permanentmagneten 102 oder 103 wird
deswegen größer als der Abstand der genannten Stirnsei
tenbereiche 114 und 115 bemessen, weil der Betriebspunkt
des als Permanentmagnet 102 oder 103 dienenden Ferritma
gneten nur einem niedrigen Magnetfeld von ungefähr 0,3
Tesla entspricht. Somit kann der Permanentmagnetmotor mit
kleinen Abmessungen ausgebildet werden, da die Konzentra
tion des magnetischen Flusses durch die Verlängerung der
Permanentmagneten 102 und 103 in axialer Richtung er
folgt.
Aus den oben erwähnten Gründen sind die Erweiterungsbe
reiche 124a1 und 124a2 des Permanentmagneten 102 und die
Erweiterungsbereiche 124b1 und 124b2 des Permanentmagne
ten 103, die außerhalb des Anker-Eisenkerns 101 angeord
net sind, unvermeidlich, um einen durch diese Erweiterun
gen der Permanentmagneten 102 und 103 verursachten Effekt
zu erhalten. Daher hängt die Größe der Zunahme des ge
zahnten Drehmoments von der Länge der Erweiterungsberei
che 124a1, 124a2, 124b1 und 124b2 der Permanentmagneten
102 bzw. 103 gemäß der in Fig. 9 gezeigten Linie B ab.
Das bedeutet, daß das gezahnte Drehmoment bei Vorhanden
sein der Erweiterungsbereiche der Permanentmagneten 102
bzw. 103 im Vergleich zu dem Fall, in dem die Länge des
Anker-Eisenkerns 101 mit den axialen Längen der Perma
nentmagneten 102 und 103 übereinstimmt, einen größeren
Wert besitzt.
Eine weitere bekannte Technik zur Verringerung des ge
zahnten Drehmoments im Permanentmagnetmotor wird mit
"Spaltbreitenveränderungsverfahren" bezeichnet. Bei die
ser Spaltbreitenveränderung im Motor wird eine Mittelli
nie 119 bezüglich des Radius R des Anker-Eisenkerns 101
gegenüber einer Mittellinie 120 bezüglich des Innenradius
R′ des Permanentmagneten 102 verschoben, so daß der
Spalt, der zwischen dem Anker-Eisenkern 101 und dem Per
manentmagneten 102 vorhanden ist, nicht konstant ist.
Außerdem ist die Mittellinie 119 bezüglich des Radius des
Anker-Eisenkerns 101 gegen eine Mittellinie 121 bezüglich
des Innenradius R′′ des Permanentmagneten 103 verschoben,
so daß der zwischen dem Anker-Eisenkern 101 und dem Per
manentmagneten 103 vorhandene Spalt nicht konstant ist.
Der Innenradius R′ des Permanentmagneten 102 hat die
gleiche Größe wie der Innenradius R′′ des Permanentmagne
ten 103.
Bei diesem Spaltbreitenveränderungsverfahren, das bei
spielsweise in einem Permanentmagnetmotor angewendet
wird, wird die Änderung des Betrags des magnetischen
Flusses und die Änderung der Polarität vom Feldpol des
als Nordpol magnetisierten Permanentmagneten 102 zum
Feldpol des als Südpol magnetisierten und in der Nähe an
geordneten Permanentmagneten 103 gleichmäßiger gemacht.
Dies bewirkt eine Verringerung des gezahnten Drehmoments
im Permanentmagnetmotor.
In Fig. 13 sind die Meßergebnisse des gezahnten Drehmo
ments in Abhängigkeit vom Wert der Schrägung des im Per
manentmagnetmotor befindlichen Anker-Eisenkerns 101 ge
zeigt.
In Fig. 13 stellt die durchgezogene gekrümmte Linie D1
das gezahnte Drehmoment eines Permanentmagnetmotors dar,
der gemäß dem herkömmlichen Spaltbreitenveränderungsver
fahren ausgebildet ist. Die Strichpunktlinie D2 stellt
das gezahnte Drehmoment eines Permanentmagnetmotors dar,
der einen herkömmlichen Aufbau mit konstanter Spaltbreite
besitzt.
In Fig. 14 ist das gezahnte Drehmoment in Abhängigkeit
von der Größe der Exzentrik zwischen der Mittellinie 119
des Anker-Eisenkerns 101 und der Mittellinie 120 des In
nenradius R′ des Permanentmagneten 102 bzw. der Mittelli
nie 121 des Innenradius R′′ des Permanentmagneten 103 ge
zeigt, wenn auf einen Permanentmagnetmotor das Spaltbrei
tenveränderungsverfahren angewendet wird.
In Fig. 14 stellt die durchgezogene gekrümmte Linie E1
das gezahnte Drehmoment dar, wenn der Permanentmagnetmo
tor einen herkömmlichen Aufbau mit einer Schrägung, die
gleich dem Abstand zwischen zwei benachbarten Schlitzen
ist, besitzt. Die Strichpunktlinie E2 stellt das gezahnte
Drehmoment dar, wenn der Permanentmagnetmotor keinen her
kömmlichen Schrängverlaufsaufbau besitzt.
Wenn die Länge des Anker-Eisenkerns 101 und die axiale
Länge der Permanentmagneten 102 bzw. 103 einander gleich
bemessen werden, kann eine Zunahme des gezahnten Drehmo
ments vermieden werden. Wenn jedoch lediglich das Schräg
verlaufsverfahren, bei dem die Schrägung gleich dem Ab
stand zwischen zwei benachbarten Schlitzen ist, mit dem
Spaltbreitenveränderungsverfahren kombiniert wird, kann
das gezahnte Drehmoment nicht auf einen Wert von weniger
als 5,9×10-3 Nm abgesenkt werden; der Grund hierfür
liegt in der Dimensionierung des Permanentmagnetmotors,
wie er als Servolenkungs-Hilfsvorrichtung in Kraftfahr
zeugen verwendet wird.
Daher besteht hinsichtlich der Sensibilität des Lenkrades
das ernsthafte Problem, daß der Fahrer während des Servo
lenkbetriebs im Kraftfahrzeug das gezahnte Drehmoment des
Permanentmagnetmotors wahrnehmen kann.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen Permanentmagnetmotor zu schaffen, bei dem das in
ihm erzeugte gezahnte Drehmoment wirksam verringert wer
den kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen Permanentmagnetmotor zu schaffen, bei dem sowohl
das gezahnte Drehmoment, das an beiden Erweiterungsberei
chen eines Feldpols erzeugt wird, als auch das gezahnte
Drehmoment, das an beiden Erweiterungsbereichen eines
weiteren Feldpols mit entgegengesetzter Polarität erzeugt
wird, aufgehoben werden können.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen Permanentmagnetmotor zu schaffen, mit dem für eine
diesen Motor verwendende Servolenkvorrichtung eine gute
Sensibilität des Lenkrades erzielt werden kann.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch einen
Permanentmagnetmotor, in dem wenigstens ein Permanentma
gnet einer Mehrzahl von Permanentmagneten in Drehrichtung
eines Ankers verschoben wird, um ein gezahntes Drehmoment
in bezug auf die Mehrzahl der Permanentmagneten aufzuhe
ben.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß weiterhin gelöst
durch einen Permanentmagnetmotor, der mit schrägverlau
fenden Zähnen bzw. Schlitzen und mit veränderlicher
Spaltbreite ausgebildet ist und in dem ferner eine Mit
tellinie des Permanentmagnet-Feldpols gegenüber einer me
chanischen Mittellinie des Permanentmagnetmotors oder ei
ner Mittellinie des Anker-Eisenkerns verschoben ist.
Da die Mittellinie des Permanentmagnet-Feldpols gegenüber
einer mechanischen Mittellinie des Permanentmagnetmotors
verschoben angeordnet ist, werden sowohl das gezahnte
Drehmoment, das an den Enderweiterungsbereichen eines
Permanentmagnet-Feldpols erzeugt wird, als auch das ge
zahnte Drehmoment, das an beiden Enderweiterungsbereichen
eines weiteren Permanentmagnet-Feldpols mit entgegenge
setzter Polarität erzeugt wird, aufgehoben. Folglich kann
das im Permanentmagnetmotor erzeugte gezahnte Drehmoment
wirksam verringert werden.
Da das gezahnte Drehmoment des in einer Servolenkvorrich
tung für ein Kraftfahrzeug eingesetzten Permanentmagnet
motors und das bei der Zuführung von elektrischem Strom
stoßweise wirkende Ausgangsdrehmoment verringert werden
können, kann erfindungsgemäß während des Betriebs des
Kraftfahrzeugs eine gleichmäßige Sensibilität des Lenkra
des verwirklicht werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten
Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher
erläutert; es zeigen
Fig. 1 eine Teilschnittansicht des Gesamtaufbaus
eines eine Ausführungsform des erfin
dungsgemäßen Permanentmagnetmotors ver
wendenden Antriebsteils einer Kraftfahr
zeug-Servolenkung;
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der in Fig. 1
gezeigten Linie II-II einer Ausführungs
form des erfindungsgemäßen Permanentma
gnetmotors;
Fig. 3 eine schematische Ansicht zur Erläuterung
einer räumlichen Beziehung zwischen dem
Anker-Eisenkern und dem Permanentmagneten
im erfindungsgemäßen Permanentmagnetmo
tor;
Fig. 4A-4C schematische Ansichten der räumlichen Be
ziehung zwischen den Zähnen des Anker-Ei
senkerns und dem Permanentmagneten im er
findungsgemäßen Permanentmagnetmotor;
Fig. 5 einen Graph, durch den sowohl für die
vorliegende Erfindung als auch für den
Stand der Technik beispielhafte Meßergeb
nisse dargestellt werden, die die Abhän
gigkeit des gezahnten Drehmoments vom
Wert der Schrägung des Anker-Eisenkerns
angeben;
Fig. 6 einen Querschnitt einer weiteren Ausfüh
rungsform des erfindungsgemäßen Perma
nentmagnetmotors;
Fig. 7 eine den Anker und den Kommutator eines
herkömmlichen Permanentmagnetmotors zei
gende Konstruktionsansicht, wobei auf den
Anker-Eisenkern das Schrägverlaufsverfah
ren angewendet worden ist;
Fig. 8 eine schematische Ansicht zur Erläuterung
der räumlichen Beziehung zwischen dem An
ker-Eisenkern und dem Permanentmagneten
eines herkommlichen Permanentmagnetmo
tors, in dem das Schrägverlaufsverfahren
angewendet worden ist;
Fig. 9 einen Graph, durch den für einen herkömm
lichen Permanentmagneten mit Schrägver
lauf beispielhaft die Abhängigkeit der
Zunahme des gezahnten Drehmoments von der
Differenz zwischen der Länge des Perma
nentmagneten und der Länge des Anker-Ei
senkerns dargestellt wird;
Fig. 10A-10C schematische Ansichten der räumlichen Be
ziehung zwischen den Zähnen des Anker-Ei
senkerns und den Permanentmagneten eines
herkömmlichen Permanentmagnetmotors mit
Schrägverlauf;
Fig. 11 ein Kennlinienverlauf, durch den für
einen herkömmlichen Permanentmagneten mit
Schrägverlauf die Abhängigkeit des ge
zahnten Drehmoments vom Drehwinkel des
Ankers dargestellt wird;
Fig. 12 eine schematische Ansicht zur Erläuterung
der räumlichen Beziehung zwischen den
Zähnen des Anker-Eisenkerns und den Per
manentmagneten für einen herkömmlichen
Permanentmagnetmotor mit veränderlicher
Spaltbreite.
Fig. 13 einen Graph, durch den für einen herkömm
lichen Permanentmagnetmotor beispielhafte
Meßergebnisse für die Abhängigkeit des
gezahnten Drehmoments vom Wert der Schrä
gung des Anker-Eisenkerns dargestellt
werden; und
Fig. 14 einen Graph, durch den für einen herkömm
lichen Permanentmagneten mit veränderli
cher Spaltbreite beispielhaft die Abhän
gigkeit des gezahnten Drehmoments vom
Wert der Exzentrik zwischen dem Anker-Ei
senkern und den Permanentmagneten dar
stellt wird.
In Fig. 1 ist eine Gesamtansicht eines Antriebsteils ge
zeigt. Dieses Antriebsteil umfaßt einen Permanentmagnet
motor 9 von einer Bauart mit zwei Permanentmagnet-Feldpo
len, einen Magnetkupplungsteil 10 und eine Untersetzungs
getriebevorrichtung 11.
Der Zweipol-Permanentmagnetmotor 9 gemäß dieser Ausfüh
rungsform der Erfindung kann als Hilfsmittel für eine
Servolenkung zum Lenken eines Kraftfahrzeugs verwendet
werden.
Der erfindungsgemäße Zweipol-Permanentmagnetmotor 9 um
faßt einen Anker-Eisenkern 1, zwei jeweils Ferritmagneten
aufweisende Permanentmagneten 2 und 3 und ein Polgehäuse
8, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Der Anker-Eisenkern 1 weist
vierzehn Zähne 25 und vierzehn Schlitze 26 auf. Der Motor
9 ist mit einer Schrägung, die gleich dem Abstand zwi
schen den Mittellinien zweier benachbarter Schlitze ist,
und mit einer veränderlichen Spaltbreite ausgebildet.
In dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Perma
nentmagnetmotors 9 ist sowohl die Mittellinie 4 des Per
manentmagneten 2 als auch die Mittellinie 5 des Perma
nentmagnet 3 gegen die mechanische Mittellinie 6 des Per
manentmagnetmotors 9 oder die Mittellinie des Anker-Ei
senkerns 1 verschoben.
In Fig. 3 ist die räumliche Beziehung zwischen den Zähnen
25 und dem Schlitz 26 einerseits und den Permanentmagne
ten 2 bzw. 3 andererseits in axialer Richtung der letzte
ren gezeigt. Diese räumliche Beziehung ist an den außer
halb des Anker-Eisenkerns 1 befindlichen Erweiterungsbe
reichen 24a1 und 24a2 bzw. 24b1 und 26b2 verschoben.
In dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Perma
nentmagnetmotors 9 besitzt das Polgehäuse 8 einen Außen
durchmesser von 73 mm und einen Innendurchmesser von 67,3
mm, während der Anker-Eisenkern 1 einen Außendurchmesser
von 52 mm besitzt und die Permanentmagneten 2 und 3 in
einem mittigen Bereich eine Dicke (w1) von 7,3 mm und an
den beiden jeweiligen Endbereichen eine Dicke (w2) von
5,8 mm aufweisen.
Der Anker-Eisenkern 1 besitzt eine axiale Länge von 45 mm
und ist gegenüber den äußeren Enden der Erweiterungsbe
reiche 24a1 und 24a2 um jeweils 15 mm und gegenüber den
äußeren Enden der Erweiterungsbereiche 24b1 und 24b2
ebenfalls um jeweils 15 mm versetzt. Der in den Perma
nentmagneten 2 und 3 definierte Wert der Exzentrik (x)
beträgt 5 mm.
Der Wert der Verschiebung der mechanischen Mittellinie 6
des Permanentmagnetmotors 9 in bezug auf die Mittellinie
4 oder 5 des Permanentmagneten 2 bzw. 3 wird folgenderma
ßen erhalten: wenn der Motor 9 beispielsweise 14 Schlitze
aufweist, braucht nur einer der Permanentmagneten 2 oder
3 um einen halben Abstand zwischen den Mittellinien
zweier benachbarter Schlitze, also um R 3 = (360°/14)×
0,5 = 12,9°, gegenüber der mechanischen Mittellinie 6 des
Motors 9 verschoben werden. Dieser Aufbau wird später im
Zusammenhang einer weiteren Ausführungsform der Erfin
dung, die in Fig. 6 gezeigt ist, erläutert.
In der vorliegenden Ausführungsform ist es aus prakti
schen Gründen besser, wenn beide Permanentmagneten 2 und
3 um jeweils ein Viertel des Abstandes der Mittellinien
zweier benachbarter Schlitze, d. h. im obigen Beispiel um
R 1 = R 2 = 6,4°, gegen die mechanische Mittellinie des Mo
tors 9 verschoben werden. Andererseits besitzt die in
Fig. 6 gezeigte weitere Ausführungsform einen Aufbau, in
der die oben erwähnte Struktur durch eine ausschließliche
Verschiebung des Permanentmagneten 2 um den halben Ab
stand zwischen den Mittellinien zweier benachbarter
Schlitze gegenüber der mechanischen Mittellinie 6 des Mo
tors 9 erzielt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform des Permanentmagnet
motors 9 weist der Anker-Eisenkern 1 auf der Seite, an
der sich eine Magnetkupplung 10 befindet (d. h. auf der
Seite des Kommutators 17), einen ersten Stirnseitenbe
reich 14 und auf der der Magnetkupplung 10 gegenüberlie
genden Seite einen weiteren Stirnseitenbereich 15 auf.
Der Permanentmagnet 2 umfaßt zwei Erweiterungsbereiche
24a1 und 24a2, die sich über den vom Anker-Eisenkern 1
eingenommenen Raum hinaus erstrecken. Die Länge des Er
weiterungsbereichs 24a1 ist gleich der Länge des Erweite
rungsbereichs 24a2. Der Permanentmagnet 3 umfaßt Erweite
rungsbereiche 24b1 und 24b2, die sich über den vom Anker-
Eisenkern 1 eingenommenen Raum hinaus erstrecken. Die
Länge des Erweiterungsbereichs 24b1 ist gleich der Länge
des Erweiterungsbereichs 24b2.
In den Fig. 4A, 4B bzw. 4C ist für die vorliegende Aus
führungsform des Permanentmagnetmotors 9 die Veränderung
der räumlichen Beziehung zwischen dem Anker-Eisenkern 1,
dem Permanentmagneten 2 und dem Permanentmagneten 3 ge
zeigt.
In Fig. 4A ist einer erste räumliche Beziehung gezeigt.
Ein Endabschnitt des Permanentmagneten 2 ist gegenüber
einer Mittellinie zwischen einem Zahn 25a1 und einem Zahn
25a2, d. h. gegenüber einem Schlitz 26a1 des Anker-Eisen
kerns 1 angeordnet. An einem weiteren Endabschnitt des
Permanentmagneten 2 wird der Mittelpunkt eines Zahns 25a7
des Anker-Eisenkerns 1 angeordnet. Außerdem wird an einem
Endabschnitt des Permanentmagneten 3 der Mittelpunkt ei
nes Zahns 25a8 des Anker-Eisenkerns 1 angeordnet. Gegen
über einem weiteren Endabschnitt des Permanentmagneten 3
wird die Mittellinie zwischen einem Zahn 25a13 und einem
Zahn 25a14, d. h. ein Schlitz 26a13 des Anker-Eisenkerns 1
angeordnet.
In Fig. 4B ist eine zweite räumliche Beziehung gezeigt.
An einem Endabschnitt des Permanentmagneten 2 ist der
Mittelpunkt des Zahns 25a1 des Anker-Eisenkerns 1 ange
ordnet. An einem weiteren Endabschnitt des Permanentma
gneten 2 ist ein Bereich zwischen einem Zahn 25a6 und dem
Zahn 25a7, d. h. ein Schlitz 26a6 angeordnet. Außerdem ist
an einem Endabschnitt des Permanentmagneten 3 ein Bereich
zwischen dem Zahn 25a7 und dem Zahn 25a8, d. h. ein
Schlitz 26a7 des Anker-Eisenkerns 1 angeordnet. An einem
weiteren Endabschnitt der Permanentmagneten 3 ist ein Be
reich zwischen einem Zahn 25a12 und dem Zahn 25a13, d. h.
ein Schlitz 26a12 des Anker-Eisenkerns 1 angeordnet.
In Fig. 4C ist eine dritte räumliche Beziehung gezeigt.
An einem ersten Endabschnitt des Permanentmagneten 2 ist
der Mittelpunkt des Zahns 25a14 des Anker-Eisenkerns 1
angeordnet. An einem weiteren Endabschnitt des Permanent
magneten 2 ist eine Mittellinie zwischen einem Zahn 25a5
und dem Zahn 25a6, d. h. ein Schlitz 26a5 des Anker-Eisen
kerns 1 angeordnet. Außerdem ist an einem Endabschnitt
des Permanentmagneten 3 eine Mittellinie zwischen dem
Zahn 25a6 und dem Zahn 25a7, d. h. der Schlitz 26a6 des
Anker-Eisenkerns 1 angeordnet. An einem weiteren Endab
schnitt des Permanentmagneten 3 ist der Mittelpunkt des
Zahns 25a12 des Anker-Eisenkerns 1 angeordnet.
Das gezahnte Drehmoment wird durch die Änderung des ma
gnetischen Flusses erzeugt. Die Änderung des magnetischen
Flusses wird zwischen dem Vorbeibewegen des Zahns 25 des
Anker-Eisenkerns 1 an den jeweiligen Endbereichen der
Permanentmagneten 2 und 3 in Drehrichtung des Ankers und
dem Vorbeibewegen von jeweils zwei Zähnen 25 benachbarten
Schlitzen 26 des Anker-Eisenkerns 1 an den entsprechenden
Endbereichen der Permanentmagneten 2 und 3 hervorgerufen.
In Fig. 5 sind die Meßwerte für das gezahnte Drehmoment
im Permanentmagnetmotor 9 für den Fall gezeigt, in dem
der oben erwähnte Permanentmagnet-Feldpol mit ungleichem
Abstand eingebaut wird, so daß der Mittelpunkt des Perma
nentmagnet-Feldpols gegen die mechanische Mittellinie 6
des Motors 9 verschoben wird.
In Fig. 5 wird durch die durchgezogene gekrümmte Linie A1
das gezahnte Drehmoment für die oben erwähnte Ausfüh
rungsform der Erfindung dargestellt, wobei beide Perma
nentmagnet-Feldpole mit ungleichem Abstand eingebaut wer
den, so daß bei Mittellinien der Permanentmagneten 2 und
3 gegen die mechanische Mittellinie 6 der Permanentma
gnetmotor 9 verschoben sind. Durch die Strichpunktlinie
A2 wird das gezahnte Drehmoment für einen herkömmlichen
Permanentmagnetmotor dargestellt: dieser herkömmliche
Permanentmagnetmotor weist einen Aufbau mit unterschied
licher Spaltbreite und gleichem gegenseitigen Abstand der
Permanentmagnet-Feldpole auf, so daß die Mittellinien der
Permanentmagneten nicht gegen die mechanische Mittellinie
des Permanentmagnetmotors verschoben sind.
Bei diesem Aufbau kann das gezahnte Drehmoment des erfin
dungsgemäßen Permanentmagnetmotors 9 auf ungefähr 2,9×
10-3 Nm begrenzt werden, indem eine Schrägung, deren Wert
gleich dem Abstand zwischen den Mittellinien zweier be
nachbarter Schlitze ist, und gleichzeitig ein Aufbau mit
nicht konstanter Spaltbreite verwendet werden. Das ge
zahnte Drehmoment des erfindungsgemäßen Permanentma
gnetmotors 9 gemäß dieser Ausführungsform kann im Ver
gleich zur herkömmlichen Technik wirksam verringert wer
den.
Ferner kann in dieser Ausführungsform durch die erfin
dungsgemäße Anordnung des Permanentmagnet-Feldpols mit
ungleichem Einbauabstand das gezahnte Drehmoment des Per
manentmagnetmotors 9 auch dann, wenn die Schrägung gleich
dem halben Abstand der Mittellinien zweier benachbarter
Schlitze ist, weiter als bei einem herkömmlichen Aufbau
mit einer Schrägung, deren Wert gleich dem Abstand der
Mittellinien zweier benachbarter Schlitze ist, abgesenkt
werden, da die Permanentmagneten 2 und 3 des herkömmli
chen Aufbaus mit konstantem Abstand eingebaut sind.
Wenn der Anker-Eisenkern 1 beispielsweise vierzehn
Schlitze 26 besitzt, wird erfindungsgemäß nur einer der
Permanentmagneten 2 und 3 um einen halben Abstand zwi
schen den Mittellinien zweier benachbarter Schlitze ver
schoben. D. h., daß der Permanentmagnet 2 oder der Perma
nentmagnet 3 gegen die mechanische Mittellinie 6 des Mo
tors 9 um R 3 = (360°/14)×0,5 = 12,9° verschoben wird.
Nun wird eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemä
ßen Permanentmagnetmotors 9 mit Bezug auf Fig. 6 be
schrieben. In Fig. 6 ist der Querschnitt des Permanentma
gnetmotors gezeigt, der einen Anker 1 und zwei Permanent
magneten 2 und 3 aufweist, wobei nur der Permanentmagnet
2 versetzt eingebaut ist.
In Fig. 6 sind beide Endabschnitte 27a1 und 27a2 des Per
manentmagneten 2 jeweils direkt gegenüber einem der Zähne
25 des Anker-Eisenkerns 1 angeordnet; jedoch sind die
beiden Endabschnitte 28a1 und 28a2 des Permanentmagneten
3 mit entgegengesetzter Polarität (Südpol) jeweils direkt
gegenüber einem der Schlitze 26 des Anker-Eisenkerns 1
angeordnet.
In dieser Ausführungsform der Erfindung ist nur der Per
manentmagnet 2 um einen halben Abstand zwischen zwei be
nachbarten Schlitzen gegen die mechanische Mittellinie 6
des Permanentmagnetmotors 9 verschoben. Die Mittellinie
des anderen Permanentmagneten 3 ist nicht gegen die me
chanische Mittellinie 6 des Permanentmagnetmotors 9 ver
schoben.
Wenn der Anker-Eisenkern 1 des Permanentmagnetmotors 9
beispielsweise vierzehn Schlitze aufweist und nur einer
der Permanentmagneten, beispielsweise der Permanentmagnet
2, um einen halben Abstand zwischen den Mittellinien
zweier benachbarter Schlitze verschoben ist, wird die
Mittellinie dieses Permanentmagneten 2 um den Winkel R 3 =
(360°/14)×0,5 = 12,9° gegen die mechanische Mittellinie
des Motors 9 verschoben.
Wenn nur ein Permanentmagnet 2 wie in Fig. 6 angeordnet
wird, wird der Leistungsunterschied zwischen der normalen
Drehung des Motors 9 und der entgegengesetzten Drehung
des Motors 9 groß.
Die Herstellung eines Ankers mit einem großen Wert des
Schrägverlaufs ist unvorteilhaft; mit einem erfindungsge
mäßen Permanentmagnetmotor können jedoch auch dann gute
Betriebseigenschaften erzielt werden, wenn die Schrägung
einen kleinen Wert besitzt, da der ungleiche Einbauab
stand zwischen den Permanentmagnet-Feldpolen den kleinen
Schrägungswert ausgleicht. Ferner kann ein solcher erfin
dungsgemäßer Permanentmagnetmotor mit hoher Produktivität
hergestellt werden, da die Permanentmagnet-Feldpole le
diglich einen einfachen Herstellungsprozeß erfordern.
In der oben erwähnten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird ein Permanentmagnetmotor mit zwei Polen
beschrieben. Der erfindungsgemäße Aufbau kann jedoch auch
auf Elektromotoren mit 4 Polen oder auf Multipol-Elektro
motoren mit mehr als 4 Polen angewendet werden.
Da in dem erfindungsgemäßen Permanentmagnetmotor die die
Drehung des Ankers begleitende zeitliche Schwankung des
Magnetfeldes begrenzt werden kann, kann nicht nur das ge
zahnte Drehmoment bei Abwesenheit der Stromversorgung,
sondern auch das stoßartige Ausgangsdrehmoment bei vor
handener Stromversorgung verringert werden.
Daher ist der Anwendungsbereich für den erfindungsgemäßen
Permanentmagnetmotor nicht nur auf eine elektrisch ange
triebene Servolenkvorrichtung begrenzt, vielmehr kann der
erfindungsgemäße Permanentmagnetmotor auch in allen Vor
richtungen zur Anwendung kommen, in denen ein niedriges
gezahntes Drehmoment oder ein niedriges stoßweises Aus
gangsdrehmoment bei vorhandener Stromversorgung gefordert
wird.
Claims (11)
1. Permanentmagnetmotor (9), mit einem Polgehäuse
(8), einem im Polgehäuse (8) angeordneten Anker-Eisenkern
(1) und einer Mehrzahl von Permanentmagneten (2, 3), die
so angeordnet sind, daß sie den Anker-Eisenkern (1) umge
ben, wobei der Anker-Eisenkern (1) eine Mehrzahl von Zäh
nen (25) und eine Mehrzahl von Schlitzen (26) umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Einbauposition wenigstens eines Permanentma
gneten der Mehrzahl der Permanentmagneten (2, 3) in Dreh
richtung des Anker-Eisenkerns (1) so festgelegt wird, daß
das gezahnte Drehmoment in bezug auf die Mehrzahl der
Permanentmagneten (2, 3) aufgehoben wird.
2. Permanentmagnetmotor (9) gemäß Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß das gezahnte Drehmoment bei ei
ner Änderung des magnetischen Flusses auftritt, wobei die
Änderung des magnetischen Flusses durch die Vorbeibewe
gung eines jeden der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1)
an den beiden Endbereichen eines jeden Permanentmagneten
der Mehrzahl der Permanentmagneten (2, 3) in Drehrichtung
des Ankers (1) und durch das Vorbeibewegen der Schlitze
(26) des Anker-Eisenkerns (1) an den Endbereichen hervor
gerufen wird.
3. Permanentmagnetmotor (9) gemäß Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß jeder der Zähne (25) des Anker-
Eisenkerns (1) mit einer Schrägverlaufsstruktur ausgebil
det wird, indem jedem der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns
(1) in Drehrichtung des Ankers (1) ein schräger Verlauf
gegeben wird.
4. Permanentmagnetmotor (9) gemäß Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Anker-Eisenkern
(1) und jedem der Mehrzahl der Permanentmagneten (2, 3)
ein Spalt mit nicht konstanter Breite ausgebildet wird,
wobei die Abstände von den beiden Endbereichen eines je
den der Permanentmagneten (2, 3) zur Drehachse des Ankers
(1) größer ausgebildet wird als die Abstände eines mitti
gen Abschnitts eines jeden der Permanentmagneten (2, 3)
zur Drehachse des Ankers (1).
5. Permanentmagnetmotor (9) gemäß Anspruch 3, da
durch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Anker-Eisen
kern (1) und jedem der Mehrzahl der Permanentmagneten (2,
3) ausgebildete Spalt eine nicht konstante Breite auf
weist, wobei die Abstände von den beiden Endbereichen ei
nes jeden der Permanentmagneten zur Drehachse des Ankers
(1) größer sind als die Abstände von einem mittigen Ab
schnitt eines jeden der Permanentmagneten (2, 3) zur
Drehachse des Ankers (1).
6. Permanentmagnetmotor (9), mit einem Polgehäuse
(8), einem im Polgehäuse (8) angeordneten Anker-Eisenkern
(1) und einer Mehrzahl von Permanentmagneten (2, 3), die
so angeordnet sind, daß sie den Anker-Eisenkern (1) umge
ben, wobei der Anker-Eisenkern (1) eine Mehrzahl von Zäh
nen (25) und eine Mehrzahl von Schlitzen (26) umfaßt,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) mit einem Schrägverlauf ausgebildet ist, indem jedem der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) in Drehrichtung des Ankers (1) ein schräger Verlauf gegeben wird,
zwischen dem Anker-Eisenkern (1) und jedem der Mehrzahl der Permanentmagneten (2, 3) ein Spalt mit nicht konstanter Breite ausgebildet wird; und
die Einbauposition wenigstens eines Permanentma gneten der Mehrzahl der Permanentmagneten (2, 3) in Dreh richtung des Anker-Eisenkerns (1) so festgelegt wird, daß ein gezahntes Drehmoment in bezug auf die Mehrzahl der Permanentmagneten (2, 3) aufgehoben wird.
daß jeder der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) mit einem Schrägverlauf ausgebildet ist, indem jedem der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) in Drehrichtung des Ankers (1) ein schräger Verlauf gegeben wird,
zwischen dem Anker-Eisenkern (1) und jedem der Mehrzahl der Permanentmagneten (2, 3) ein Spalt mit nicht konstanter Breite ausgebildet wird; und
die Einbauposition wenigstens eines Permanentma gneten der Mehrzahl der Permanentmagneten (2, 3) in Dreh richtung des Anker-Eisenkerns (1) so festgelegt wird, daß ein gezahntes Drehmoment in bezug auf die Mehrzahl der Permanentmagneten (2, 3) aufgehoben wird.
7. Permanentmagnetmotor (9) gemäß Anspruch 6, da
durch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Mehrzahl
der Permanentmagneten (2, 3) in Drehrichtung des Anker-
Eisenkerns (1) so verschoben wird, daß das gezahnte Dreh
moment in bezug auf die Mehrzahl der Permanentmagneten
(2, 3) aufgehoben wird.
8. Zweipol-Permanentmagnetmotor (9), mit einem Pol
gehäuse (8), einem im Polgehäuse (8) angeordneten Anker-
Eisenkern (1) und zwei Permanentmagneten (2, 3), die so
angeordnet sind, daß sie den Anker-Eisenkern (1) umgeben,
wobei der Anker-Eisenkern (1) eine Mehrzahl von Zähnen
(25) und eine Mehrzahl von Schlitzen (26) umfaßt,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) mit einem Schrägverlauf ausgebildet wird, indem jedem der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) in Drehrichtung des Ankers (1) ein schräger Verlauf gegeben wird;
ein zwischen dem Anker-Eisenkern (1) und jedem der zwei Permanentmagneten (2, 3) ausgebildeter Spalt eine nicht konstante Breite aufweist; und
beide Permanentmagneten (2, 3) in Drehrichtung des Anker-Eisenkerns (1) so verschoben werden, daß das gezahnte Drehmoment in bezug auf die zwei Permanentmagne ten (2, 3) aufgehoben wird.
daß jeder der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) mit einem Schrägverlauf ausgebildet wird, indem jedem der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) in Drehrichtung des Ankers (1) ein schräger Verlauf gegeben wird;
ein zwischen dem Anker-Eisenkern (1) und jedem der zwei Permanentmagneten (2, 3) ausgebildeter Spalt eine nicht konstante Breite aufweist; und
beide Permanentmagneten (2, 3) in Drehrichtung des Anker-Eisenkerns (1) so verschoben werden, daß das gezahnte Drehmoment in bezug auf die zwei Permanentmagne ten (2, 3) aufgehoben wird.
9. Zweipol-Permanentmagnetmotor (9) gemäß Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) mit einem Schrägverlauf ausgebildet wird, indem jedem der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) in Drehrichtung des Ankers (1) ein schräger Verlauf mit einem Schrägungswert, der gleich dem Abstand der Mittellinien zweier benachbar ter Schlitze ist, gegeben wird, und
beide Permanentmagneten (2, 3) in Drehrichtung des Anker-Eisenkerns (1) um ein Viertel des Abstandes zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Schlitze (26) verschoben werden, um so das gezahnte Drehmoment in bezug auf die zwei Permanentmagneten (2, 3) aufzuheben.
daß jeder der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) mit einem Schrägverlauf ausgebildet wird, indem jedem der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) in Drehrichtung des Ankers (1) ein schräger Verlauf mit einem Schrägungswert, der gleich dem Abstand der Mittellinien zweier benachbar ter Schlitze ist, gegeben wird, und
beide Permanentmagneten (2, 3) in Drehrichtung des Anker-Eisenkerns (1) um ein Viertel des Abstandes zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Schlitze (26) verschoben werden, um so das gezahnte Drehmoment in bezug auf die zwei Permanentmagneten (2, 3) aufzuheben.
10. Zweipol-Permanentmagnetmotor (9) mit einem Pol
gehäuse (8), einem im Polgehäuse (8) angeordneten Anker-
Eisenkern (1) und zwei Permanentmagneten (2, 3), die so
angeordnet sind, daß sie den Anker-Eisenkern (1) umgeben,
wobei der Anker-Eisenkern (1) eine Mehrzahl von Zähnen
(25) und eine Mehrzahl von Schlitzen (26) umfaßt,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) mit einem Schrägverlauf ausgebildet wird, indem jedem der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) in Drehrichtung des Ankers (19) ein schräger Verlauf gegeben wird;
ein zwischen dem Anker-Eisenkern (1) und jedem der zwei Permanentmagneten (2, 3) ausgebildeter Spalt eine nicht konstante Breite besitzt; und
einer der zwei Permanentmagneten (2, 3) in Dreh richtung des Anker-Eisenkerns so verschoben wird, daß das gezahnte Drehmoment in bezug auf die zwei Permanentmagne ten (2, 3) aufgehoben wird.
daß jeder der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) mit einem Schrägverlauf ausgebildet wird, indem jedem der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) in Drehrichtung des Ankers (19) ein schräger Verlauf gegeben wird;
ein zwischen dem Anker-Eisenkern (1) und jedem der zwei Permanentmagneten (2, 3) ausgebildeter Spalt eine nicht konstante Breite besitzt; und
einer der zwei Permanentmagneten (2, 3) in Dreh richtung des Anker-Eisenkerns so verschoben wird, daß das gezahnte Drehmoment in bezug auf die zwei Permanentmagne ten (2, 3) aufgehoben wird.
11. Zweipol-Permanentmagnetmotor (9) gemäß Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) mit einem Schrägverlauf ausgebildet wird, indem jedem der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) in Drehrichtung ein schräger Verlauf mit einem Schrägungswert, der gleich dem Abstand zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Schlitze (26) ist, gegeben wird, und
einer der zwei Permanentmagneten (2, 3) in Dreh richtung des Anker-Eisenkerns (1) um den halben Abstand zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Schlitze verschoben wird, um so das gezahnte Drehmoment in bezug auf die zwei Permanentmagneten (2, 3) aufzuheben.
daß jeder der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) mit einem Schrägverlauf ausgebildet wird, indem jedem der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) in Drehrichtung ein schräger Verlauf mit einem Schrägungswert, der gleich dem Abstand zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Schlitze (26) ist, gegeben wird, und
einer der zwei Permanentmagneten (2, 3) in Dreh richtung des Anker-Eisenkerns (1) um den halben Abstand zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Schlitze verschoben wird, um so das gezahnte Drehmoment in bezug auf die zwei Permanentmagneten (2, 3) aufzuheben.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |