DE4025754A1 - Permanentmagnetmotor - Google Patents

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.

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.

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.

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.

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.