CN102148547A

CN102148547A - 电动机滑轮

Info

Publication number: CN102148547A
Application number: CN2011100356351A
Authority: CN
Inventors: 曹希权
Original assignee: Mando Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2011-08-10
Also published as: DE102011010631A1; US20110193431A1; US8766507B2

Abstract

一种电动机滑轮，其连接电动机，该电动机包含数个电动机极和电动机槽。选择该电动机滑轮的齿数以使得噪声共振频率进入更高的频率区。该噪声共振频率出现于电动机噪声频率由至少依据该数个电动机极个数和该数个电动机槽个数的其中一个产生，而该电动机滑轮噪声频率则在该滑轮的齿部和皮带的齿部啮合时产生，且该电动机噪声频率是该滑轮噪声频率的整数倍。该滑轮的齿数和该电动机噪声频率的阶次互质。当满足以上条件时，共振现象对包含电动机滑轮的系统所造成的噪声和震动就会减少，进而避免该系统的耐久性下降。

Description

电动机滑轮

技术领域

本发明涉及一种电动机滑轮 (motor pulley)，尤指一种可以将共振现象所造成的影响降到最低，从而减少噪声和震动，并预防耐久性降低的电动机滑轮。

背景技术

考虑到转向系统只有一个输出端，传统上电动机滑轮的齿数是固定的。电动机滑轮的齿部 (teeth) 和电动机皮带 (belt) 的齿部啮合产生的噪声频率可能会数倍于电动机自身所产生的噪声频率，提高了产生共振现象的可能性。如此一来，不仅噪声和震动会加剧，电动机的耐久性也会下降。

发明内容

因此，本发明旨用于解决上述出现在背景技术的问题。本发明的目的在于提供一种选取电动机滑轮齿数的方法，不但能将共振现象所造成的影响降到最低，也能减少噪声和震动，并避免耐久性下降。此外，本发明也提供一种电动机滑轮，用来根据本发明方法选择一预设齿数。

在一方面，本发明提供一电动机滑轮，该电动机滑轮连接一电动机，且该电动机具有数个电动机极 (motor pole) 和数个电动机槽 (motor slot)。当电动机噪声频率由至少电动机极个数和电动机槽个数的其中一个产生时，会产生噪声共振频率。而当电动机滑轮的齿部和电动机皮带的齿部啮合时，则会产生电动机滑轮噪声频率。电动机滑轮噪声频率会变成和噪声共振频率一样高的整数倍。不过在选取电动机滑轮的齿数后，噪声共振频率就会进入比预定临界频率 (critical frequency) 更高的频率区。此时电动机滑轮的齿数和电动机噪声频率的阶次互质。

另一方面，本发明提供一电动机滑轮，该电动机滑轮连接一电动机。该电动机滑轮的齿数和电动机极个数、电动机槽个数、以及电动机极个数和电动机槽个数的最小公倍数互质。

另一方面，本发明提供一电动机滑轮，该电动机滑轮连接一电动机。该电动机滑轮的齿数为一质数(prime number)。

另一方面，本发明提供一电动机滑轮，该电动机滑轮连接一电动机，该电动机具有数个电动机极和数个电动机槽。当电动机噪声频率依据电动机极个数和电动机槽个数的其中一个产生时，会产生噪声共振频率。而当电动机滑轮的齿部和电动机皮带的齿部啮合时，则会产生电动机滑轮噪声频率。电动机噪声频率和电动机滑轮噪声频率一致。不过选择电动机滑轮的齿数后，噪声共振频率就会进入比预定临界频率更高的频率区。此时电动机滑轮的齿数和电动机噪声频率的阶次 (order) 互质。

如上所述，本发明提供一电动机滑轮，其齿数为一默认值，不仅可以让共振现象所造成的影响降到最低、也可以减少噪声和震动，并避免耐久性下降。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为绘示转向系统内电动机装置的部分配置图。

图2绘示数个电动机极及数个电动机槽。

图3A、图3B分别叙述产生电动机噪声频率和电动机滑轮噪声频率的相关因子。

图4A、图4B分别叙述两种电动机滑轮产生噪声共振频率的比较。

具体实施方式

此外，本说明书使用像第一、第二、A、B、(a)、(b) 等术语来描述本发明的组件。这里的每个术语并非用来限制所提及的组件本身、阶次或顺序，相反地，只是便于区辨所提的组件和其他组件而已。请注意，如果本说明书描述一组件（第一组件）「连接」、「耦合」或「结合」另一组件（第二组件），则此两组件之间可能会「连接」、「耦合」或「结合」一第三组件，虽然此时第一组件可能直接连接、耦合或结合第二组件。

请参阅图1，图1为绘示转向系统内电动机装置100的部分配置图。电动机装置100包含一电动机滑轮101、一转子芯／磁铁102、转子轴103、转子芯104、电动机动力端105、一安装在电动机滑轮101侧边的轴承106、一电子控制单元107、一感应磁体108、一支撑架 109、一O形环 110以及一外壳111。若除去电动机滑轮101，电动机装置100的其他组件一般仍可组成一个电动机。

图1所示的电动机装置100的配置方式在这里仅作为说明之用。事实上电动机装置100的配置方式可以依电动机装置100的功能，并依电动机装置100安装在何种转向系统而进行调整。

请参阅图2，这里以6个电动机极210及9个电动机槽220进行说明。电动机滑轮101连接一电动机。该电动机包含数个电动机极210和数个电动机槽220。电动机极210可作为转子，而电动机槽220可作为定子，用于旋转。当电动机滑轮101转动时，和电动机滑轮101啮合的电动机皮带也会随之转动。

当电动机滑轮101的齿部和电动机皮带的齿部啮合时，通常会产生滑轮噪声频率。如果滑轮噪声频率和由电动机产生的电动机噪声频率一致，可能会产生共振现象，导致系统产生严重的噪声和震动，并造成电动机的耐久性下降。本发明揭露一种选取电动机滑轮101齿数的方法（即电动机滑轮101脊部 (ridge) 的个数），以降低产生共振现象的可能性，从而减少系统的噪声和震动，并提高电动机的耐久性。

依照本发明实施例选取电动机滑轮101齿数的方法来选取电动机滑轮101的齿数，让共振现象产生的噪声共振频率移到比预定临界频率更高的频率区，以将共振现象所造成的影响降到最低。共振现象的产生是因为电动机噪声频率会变成电动机滑轮噪声频率的整数倍，而电动机噪声频率是取决于电动机极210的个数或电动机槽220的个数，电动机滑轮噪声频率的产生则出现在电动机滑轮101的齿部和电动机皮带的齿部啮合时。

以这种方式选取的电动机滑轮101齿数，和电动机噪声频率的阶次互质。两个整数互质是指这两个整数除了1以外，没有其他共同的正因子。举例来说，7和13互质。

举例来说，电动机极210个数可能是6或8，而电动机槽220个数可能是9或12。在这种情形下，当电动机极210个数是6、电动机槽220个数是9时，电动机滑轮101的齿数应该和电动机噪声频率的阶次(即6、9和18)互质。当电动机极210个数是8、电动机槽220个数是12时，电动机滑轮101的齿数应该和电动机噪声频率的阶次(即8、12和24)互质。

电动机滑轮101的齿数可以用这种方式计算出来，举例来说，可以是31、37、41、43、47、53和59的其中之一。

请参阅图3A和图3B。产生上述电动机噪声频率的相关因子包含电动机极210个数和电动机槽220个数。至于电动机极210个数和电动机槽220个数的最小公倍数也可能是影响电动机噪声频率之阶次的相关因子。此外，产生上述电动机滑轮噪声频率的相关因子包含电动机滑轮101的齿数。

也就是说，电动机噪声频率的阶次至少是电动机极210的个数、电动机槽220的个数、以及电动机极210个数和电动机槽220个数的最小公倍数的其中之一。换句话说，电动机噪声频率可能包含由电动机极210个数产生的电动机噪声频率、由电动机槽220个数产生的电动机噪声频率，以及由电动机极210个数和电动机槽220个数之最小公倍数产生的电动机噪声频率的其中之一。

接下来举实例说明，请参阅图3A。当电动机极210个数是6、电动机槽220个数是9时，电动机噪声频率的阶次可能至少是6、9和18的其中之一（18是6和9的最小公倍数）。换句话说，在电动机极210个数是6、电动机槽220个数是9的情况下，电动机噪声频率可能包含至少6阶电动机噪声频率（电动机噪声频率由6个电动机极210产生）、9阶电动机噪声频率（电动机噪声频率由9个电动机槽220产生），以及18阶电动机噪声频率（电动机噪声频率由6和9的最小公倍数产生）的其中之一。

在较佳实施例，选取的电动机滑轮101的齿数应该和电动机噪声频率的阶数(也就是6、9和18)互质。根据这个例子，电动机滑轮101的齿数可能是31、37、41、43、47、53、59等其中之一。

请参阅图4，图4以电动机滑轮101的两种齿数（41和43）为例进行说明。具有41个齿和43个齿的电动机滑轮101，都和电动机噪声频率的阶次互质，目的是为了将噪声共振频率移到高频区（例如4000赫兹以上）；也就是为了将共振现象所造成的影响降到最低，并将噪声共振频率的影响降到最低。电动机噪声频率的阶次也可能是指电动机换相频率 (motor commutation) 的涟波（噪声）的阶次。

请参阅图4A。由图4A可以得知，当电动机滑轮噪声频率为674赫兹时，计算出噪声共振频率为4047赫兹。电动机滑轮噪声频率由电动机滑轮101产生，此时电动机滑轮101的齿数为41，具有6阶电动机噪声频率（99赫兹）。

接下来要说明的是，当6阶电动机噪声频率为99赫兹、由电动机滑轮101产生的电动机滑轮噪声频率为674赫兹，且电动机滑轮101的齿数为41时，如何得出噪声共振频率为4047赫兹。请一并参阅图4A、方程式1与方程式2。

方程式1

电动机旋转频率［赫兹］＝电动机速度［每分钟转数］／ 60［秒／分］

方程式2

噪声共振频率＝电动机噪声频率之阶次和电动机滑轮之齿数的最小公倍数 × 电动机旋转频率

方程式1（即电动机旋转频率方程式）可以算出电动机旋转频率。当电动机速度为987［每分钟转数］除以60［秒／分］后，可以得到电动机旋转频率为16.45赫兹。

方程式2（即噪声共振频率方程式）可以算出在6阶电动机噪声频率时的噪声共振频率。当阶次为6的电动机噪声频率和齿数为41的电动机滑轮101的最小公倍数，乘以所算出的电动机旋转频率16.45赫兹后，可以得到噪声共振频率约为4047赫兹。因为阶次为6的电动机噪声频率和齿数为41的电动机滑轮101互质，所以电动机噪声频率之阶次和电动机滑轮101之齿数的最小公倍数会变得比较大。因此，噪声共振频率会进入较高频区，降低了共振现象所造成的影响。

同样地，在阶次为9的电动机噪声频率、齿数为41之电动机滑轮101的电动机滑轮噪声频率，以及在阶次为18的电动机噪声频率、齿数为41之电动机滑轮101的电动机滑轮噪声频率的情况下，都可以算出噪声共振频率。

请参阅图4B。由图4B可以得知，当电动机滑轮噪声频率为858赫兹时，算出噪声共振频率为5146赫兹。电动机滑轮噪声频率由电动机滑轮101产生，此时电动机滑轮101的齿数为43，具有6阶电动机噪声频率120赫兹。

请一并参阅图4B、方程式1与方程式2。当阶次为6的电动机噪声频率为120赫兹、由电动机滑轮101产生的电动机滑轮噪声频率为858赫兹，且电动机滑轮101的齿数选取43时，如何得出噪声共振频率为5146赫兹。

方程式1（即电动机旋转频率方程式）可以算出电动机旋转频率。当电动机速度1197［每分钟转数］除以60［秒／分］后，可以得到电动机旋转频率是19.95赫兹。

方程式2（即噪声共振频率方程式）可以算出在阶次为6的电动机噪声频率时的噪声共振频率。当阶次为6的电动机噪声频率和齿数为43的电动机滑轮101的最小公倍数（即258），乘以所算出的电动机旋转频率19.95赫兹后，可以得到噪声共振频率约为5146赫兹。因为阶次为6的电动机噪声频率和齿数为43的电动机滑轮101互质，所以电动机噪声频率之阶次和电动机滑轮101之齿数的最小公倍数会变得比较大。因此，噪声共振频率会进入高频区，降低了共振现象所造成的影响。

同样地，在阶次为9的电动机噪声频率、齿数为43之电动机滑轮101的电动机滑轮噪声频率，以及阶次为18的电动机噪声频率、齿数为43之电动机滑轮101的电动机滑轮噪声频率的情况下，都可以算出噪声共振频率。

图4A和4B已显示6阶／9阶／18阶电动机噪声频率（6阶／9阶／18阶涟波噪声频率）和电动机滑轮噪声频率的数值。

关于电动机噪声频率，电动机极210个数乘以电动机旋转频率后(方程式1)，可以得到6阶电动机噪声频率（噪声频率由电动机极210个数产生）。电动机槽220个数乘以电动机旋转频率后（方程式1），可以得到9阶电动机噪声频率（噪声频率由电动机槽220个数产生）。电动机极210个数和电动机槽220个数的最小公倍数乘以电动机旋转频率后（方程式1），可以得到18阶电动机噪声频率（噪声频率由电动机极210个数和电动机槽220个数的最小公倍数产生）。

当电动机皮带的齿部和电动机滑轮101的齿部啮合时，就会产生电动机滑轮噪声频率。电动机滑轮噪声频率的计算方式是电动机滑轮101的齿数乘以电动机旋转频率（等于电动机速度［每分钟转数］除以［秒／分］）。

电动机噪声频率和电动机滑轮噪声频率的计算方式请见方程式3。

方程式 3

6阶电动机噪声频率＝电动机极个数 × 电动机旋转频率

9阶电动机噪声频率＝电动机槽个数 × 电动机旋转频率

18阶电动机噪声频率＝电动机极个数和电动机槽个数的最小公倍数 × 电动机旋转频率

电动机滑轮噪声频率＝电动机滑轮的齿数 × 电动机旋转频率

可以确认的是，图4A设定的电动机速度是每分钟987转，利用方程式 3就可以算出6阶电动机噪声频率（6阶涟波噪声频率）、9阶电动机噪声频率（6阶涟波噪声频率）和18阶电动机噪声频率（6阶涟波噪声频率）分别是99赫兹 (= 6 × 16.45)、148赫兹 (= 9 × 16.45) 和296赫兹 (= 18 × 16.45)。同样地，可以确认的是，图4B设定的电动机速度是每分钟1197转，利用方程式 3就可以算出6阶电动机噪声频率（6阶涟波噪声频率）、9阶电动机噪声频率（9阶涟波噪声频率）和18阶电动机噪声频率（18阶涟波噪声频率）分别是120赫兹 (= 6 × 19.95)、180赫兹 (= 9 × 19.95) 和359赫兹 (= 18 × 19.95)。

在图4A上标示电动机滑轮101为41的地方出现674 (= 41 × 16.45)，这是用方程式3所计算出来的电动机滑轮噪声频率674赫兹 (= 41 × 16.45)。同样地，在图4B上标示电动机滑轮101为43的地方出现858 (= 43 × 19.95)，这是用方程式3所计算出来的电动机滑轮噪声频率858赫兹 (= 43 × 19.95)。

如果电动机滑轮噪声频率是和6阶／9阶／18阶电动机噪声频率的整数倍，共振现象所造成的影响会大幅增加，像是噪声和震动会变得更加剧烈，进而对系统造成很大的问题。然而，根据本发明可以发现，因为可以选取电动机滑轮101的齿数，如选取和阶次互质（电动机极210个数、电动机槽220个数，以及电动机极210个数和电动机槽220个数的最小公倍数）的个数，因而能避免共振现象对系统造成很大的影响。也就是说，噪声共振频率会进入不会对系统造成影响的高频区（其数值可以根据个别系统进行设定），进而降低共振现象所造成的影响。请参阅图4A和4B，因为噪声共振频率的临界频率是4000赫兹或更高，所以噪声共振频率不会对系统造成剧烈的影响。

如上所述，电动机滑轮101的齿数，除了有可能和电动机噪声频率的阶次互质外，本身也是个质数。

根据本发明的实施例，只要采用本方法选取电动机滑轮101的齿数，则所选的电动机滑轮101齿数可以让共振现象所造成的影响降到最低。此外，包含电动机滑轮101的电动机装置100，以及包含电动机装置100的转向装置，也都可以让共振现象所造成的影响降到最低。

总结来说，在一方面，本发明提供的电动机滑轮101连接一电动机，而该电动机具有数个电动机极210和数个电动机槽220。在选取电动机滑轮101的齿数后，噪声共振频率会进入比预定临界频率更高的频率区（例如4000赫兹以上）。噪声共振频率出现在电动机噪声频率由至少电动机极210个数和电动机槽220个数的其中一个产生时。而当电动机滑轮101的齿部和电动机皮带的齿部啮合时，就会产生电动机滑轮噪声频率。此时噪声共振频率变成电动机滑轮噪声频率的整数倍（如一倍、两倍、三倍等），且电动机滑轮101的齿数和电动机噪声频率的阶次互质。

另一方面，本发明提供一电动机装置100，电动机装置100包含一电动机滑轮101，而该电动机滑轮101包含一电动机。该电动机具有数个电动机极210和数个电动机槽220，电动机极210和电动机槽220的个数为默认值。电动机滑轮101的齿数也是选能将共振现象所造成的影响降到最低的默认值。电动机滑轮101的齿数可能和电动机极210个数、电动机槽220个数，以及电动机极210个数和电动机槽220个数的最小公倍数互质。

另一方面，本发明提供一转向系统（转向装置），该转向系统包含一电动机和一电动机滑轮101。电动机滑轮101的齿数可以和电动机极210个数、电动机槽220个数、以及电动机极210个数和电动机槽220个数的最小公倍数互质。

同时，根据本发明，电动机滑轮101的齿数可以是个质数，如此在无须考虑电动机极210个数和电动机槽220个数的情况下，将共振现象所造成的影响降到最低。

因此，本发明可以提供一种和电动机连接的电动机滑轮101，其齿数是一质数。

以上述方法选取电动机滑轮101的齿数，则共振现象对包含电动机滑轮101的装置或系统所造成的影响可以降到最低。因此，该装置或系统所产生的噪声和震动就会减少，进而避免该装置或系统的耐久性下降。

由上述得知，在本发明的实施例中，所有组件结合成单一组件，或结合后以单一组件形式运作。然而，本发明并未局限于以上的实施例中。也就是说，可以选择性地将一或多个组件结合后，以一或多个组件进行运作。此外，虽然每一个组件可以单独作为硬件组件使用，但仍可选择性地将部分或全部组件进行组合，让这些组件作为计算机程序使用。这些计算机程序有一或多个程序模块，执行部分或全部功能。这些功能由一或多个由硬件组件结合而成。程序代码和程序代码段都可以很容易地被本发明所属技术领域中具有通常知识者所理解。像上述的计算机程序只要储存在计算机可读取的储存媒体，经由计算机读取和执行，就可以实现本发明的实施例。磁记录媒体、光记录媒体、载波媒体，或其他类似媒体都可以作为储存媒体。

此外，除非在说明书中特别指出「包括」、「包含」和「具有」等用语的语意相反，否则通常意指一或多个所提到的组件可能同时存在。是故，这些用语应被理解成可以包括、包含和具有一或多个其他组件。所有术语都包含一或多个具有相同意义的技术或科学术语。本发明所属技术领域中具有通常知识者应该都可以了解这些术语的意义，除非遇到术语无定义的情况。在本说明书中，当普通常用术语出现在相关的上下文时，其意思就如同字典所定义的意思。此外，除非本说明书特别定义术语的意义，否则不应将术语理解成带有观念性或过度抽象的意思。

为了说明，这里叙述本发明的较佳实施例。然而，本发明所属技术领域中具有通常知识者应可理解，在不背离如所附权利要求公开的发明范围和精神的前提下，各种修改、增添和等价替换都有可能。因此，本发明所揭露之实施例的目的在于说明本发明的技术性构想的范围，而非将本发明的技术性构想的范围局限在实施例中。在所附权利要求的基础上，本发明的范围应理解成，在权利要求包含的同等范围内，所有技术性构想都属于本发明。

Claims

1.一种电动机滑轮，连接一电动机，所述电动机包含数个电动机极和数个电动机槽，其特征在于：

选择所述电动机滑轮的齿数以使得噪声共振频率会进入比预定临界频率更高的频率区，所述噪声共振频率出现于电动机噪声频率由至少依据所述数个电动机极个数和所述数个电动机槽个数的其中一个产生，而所述电动机滑轮噪声频率则在所述电动机滑轮的齿部和电动机皮带的齿部啮合时产生，且所述电动机噪声频率是所述电动机滑轮噪声频率的整数倍；及

所述电动机滑轮的所述齿数和所述电动机噪声频率的阶次互质。

2.根据权利要求1所述的电动机滑轮，其特征在于：所述电动机噪声频率的所述阶次至少是所述数个电动机极个数、所述数个电动机槽个数、以及所述数个电动机极个数和所述数个电动机槽个数之最小公倍数的其中之一。

3.根据权利要求2所述的电动机滑轮，其特征在于：所述数个电动机极个数是6或8，且所述数个电动机槽个数是9或12，当所述数个电动机极个数是6，且所述数个电动机槽个数是9时，所述电动机滑轮的所述齿数和所述电动机噪声频率的数个阶次6、9和18互质，当所述数个电动机极个数是8，且所述数个电动机槽个数是12时，所述电动机滑轮的所述齿数和所述电动机噪声频率的数个阶次8、12和24互质。

4.根据权利要求1所述的电动机滑轮，其特征在于：所述电动机滑轮的所述齿数是31、37、41、43、47、53和59的其中之一。

5.根据权利要求1所述的电动机滑轮，其特征在于：所述电动机滑轮的所述齿数是一质数。

6.一种电动机滑轮，连接一电动机，其特征在于：所述电动机滑轮的齿数和所述电动机的数个电动机极的个数、所述电动机的数个电动机槽的个数、以及所述数个电动机极的个数和所述数个电动机槽个数的最小公倍数互质。

7.一种电动机滑轮，连接一电动机，其特征在于：所述电动机滑轮的齿数是一质数。