DE10133540A1

DE10133540A1 - Motorbürstenstruktur und Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb unter Verwendung desselben Motors

Info

Publication number: DE10133540A1
Application number: DE10133540A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Yamazaki
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2002-01-24
Also published as: US6479917B2; US20020005313A1; JP2002034223A

Abstract

Es wird eine Motorbürstenstruktur präsentiert, die die Stromwelligkeit und die Drehmonentenwelligkeit wesentlich verringern kann, während die Kostenerhöhung minimiert wird, und unter Verwendung desselben Motors eine Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb, die eine Erzeugung eines Arbeitsgeräuschs, eines Magnetostruktionsgeräuschs, eines Funkrauschens und eines Versatzgefühls während einer Lenkoperation unterdrücken kann. Bei einer Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb, die als Lenkvorrichtung zur Richtungsänderung von Rädern, wie beispielsweise von Vorderrädern, eines Automobils verwendet wird, wird ein Paar von Neben(schluß)bürsten für einen Nebenschluß zu einem Paar von Hauptbürsten hinzugefügt, wobei diese Nebenbürsten bei Positionen für ein geometrisches Invertieren der Bürstenkontaktposition bei Segmenten angeordnet sind, und die Vorrichtung so aufgebaut ist, daß die Wellenformen des Stroms, der in den Hauptbürsten von einem jeweiligen Segment eines Kommutators zu einer jeweiligen Spule fließt, des Stroms in die Nebenbürsten und des Nebenschlußstroms phasenmäßig wechselseitig invertiert werden können, um einander auszulöschen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bürstenstruktur eines Motors und insbesonde re eine Bürstenstruktur eines Motors, die eine Stromwelligkeit und eine Drehmomen tenwelligkeit in einer Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb für Kraftfahrzeuge unter Verwendung eines Gleichstrom- bzw. DC-Bürstenmotors reduzieren kann, und eine effektive Technologie, wenn sie bei einer Servolenkungsvorrichtung mit Motor antrieb unter Verwendung desselben Motors angewendet wird.

Als die vom gegenwärtigen Erfinder beispielsweise studierte Technologie ist eine Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb allgemein als Lenkungsvorrichtung zur Richtungsänderung von Rädern, wie beispielsweise von Vorderrädern, eines Auto mobils verwendet worden. Bislang ist die Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb als Zahnstangenhilfstyp bekannt, wobei ein Gleichstrom-Bürstenmotor koaxial zu einer Zahnstangenwelle vorgesehen ist und eine Lenkhilfskraft durch den an dieser Zahnstangenwelle vorgesehenen Gleichstrom-Bürstenmotor erhalten wird.

Die Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb vom Zahnstangenhilfstyp weist fol gendes auf: einen Gleichstrom-Bürstenmotor, eine Zahnstangenwelle, die koaxial im Gleichstrom-Bürstenmotor vorgesehen ist, sich drehende Räder, die mit der Zahn stangenwelle durch eine Zahnstange durch einen Kopplungsmechanismus gekoppelt sind, und ein Lenkrad, wobei die durch den Gleichstrom-Bürstenmotor erzeugte Lenkhilfskraft über einen Kugelumlaufspindelmechanismus zur Zahnstangenwelle übertragen wird. Die sich drehenden Räder bzw. Richtungsänderungsräder werden durch die Lenkhilfskraft aufgrund des Gleichstrom-Bürstenmotors und durch die ma nuelle Lenkkraft aufgrund einer Manipulation des Lenkrads so gelenkt, daß die An strengung für einen Fahrer beim Lenken verringert wird.

Eine solche Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb unter Verwendung des Gleichstrom-Bürstenmotors wurde vom Erfinder untersucht, und die folgenden Tat sachen wurden offenbart. Bei dieser Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb füh ren die Stromwelligkeit, die dann erzeugt wird, wenn die Bürste zwischen Segmenten des Kommutators umpolt, und die resultierenden Drehmomentenschwankungen zu einem Arbeitsgeräusch, einem Magnetostriktionsgeräusch, einem Funkrauschen und einem Versatzarbeitsgefühl während einer Lenkoperation, für welches es bekannt ist, daß es den kommerziellen Wert signifikant beeinträchtigt.

Als Gegenmaßnahme wurde bislang die Bürstenform modifiziert, oder der Kontakt zustand von Bürsten und Segmenten wurde durch eine Langzeitvergütung stabili siert, aber solche Maßnahmen waren die Hauptursachen für eine Erhöhung der Ko sten.

Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, unter Beachtung einer Stromwelligkeit und einer Drehmomentenwelligkeit, eine Bürstenstruktur eines Motors zu präsentieren, die die Stromwelligkeit und die Drehmomentenwelligkeit wesentlich reduzieren kann, während die Kostenerhöhung minimiert wird, und eine Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb unter Verwendung desselben Motors, die die Erzeugung eines Arbeits geräuschs, eines Magnetostriktionsgeräuschs, eines Funkrauschens und eines Ver satzarbeitsgefühls während einer Lenkoperation unterdrücken kann.

Eine Bürstenstruktur eines Motors der Erfindung weist folgendes auf: einen Anker kern mit einer Vielzahl von Schlitzen; eine Vielzahl von Spulen, die um jeden der Vielzahl von Schlitzen gewickelt sind; einen Kommutator mit einer Vielzahl von Seg menten, die mit jeder der Vielzahl von Spulen verbunden sind; ein Paar von ersten Bürsten, die mit jedem Segment des Kommutators elektrisch in Kontakt sind, um jeder Spule von jedem Segment Leistung zuzuführen; und ein Paar von zweiten Bürsten, die bei einem Phasenwinkel zum Invertieren der Bürstenkontaktposition zu jedem Segment entsprechend den ersten Bürsten angeordnet sind und mit jedem Segment des Kommutators elektrisch in Kontakt sind, um jeder Spule von jedem Segment Leistung zuzuführen. Daher wird jede Phase von Stromwellenformen der ersten Bürsten und der zweiten Bürsten invertiert, um einander auszulöschen.

Eine Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb der Erfindung verwendet diesen Motor als Gleichstrom-Bürstenmotor zum Erzeugen einer Lenkhilfskraft, und sich drehende Räder werden durch die Lenkhilfskraft aufgrund des Gleichstrom- Bürstenmotors und durch eine manuelle Lenkkraft aufgrund eines Manipulierens ei nes Lenkrads gelenkt. Insbesondere wird die Erfindung vorzugsweise bei einer Ser volenkungsvorrichtung mit Motorantrieb unter Verwendung eines Motors hoher An sprechempfindlichkeit angewendet.

Es folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Fig. 1 ist ein schematisches strukturelles Diagramm, das wesentliche Teile einer Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb bei einem Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist ein schematisches strukturelles Diagramm, das eine Motorkopp lungsstruktur bei der Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb beim Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;

Fig. 3 ist ein schematisches Entwicklungsdiagramm, das eine Bürstenstruktur bei der Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb beim Ausführungs beispiel der Erfindung zeigt;

Fig. 4 ist ein schematisches Entwicklungsdiagramm, das das Detail der Bür stenstruktur bei der Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb beim Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;

Fig. 5 ist ein schematisches strukturelles Diagramm, das eine Verbin dungsstruktur zur Messung von Stromwelligkeits- und Drehmomenten welligkeits-Charakteristiken bzw. -Kennlinien bei der Servolenkungs vorrichtung mit Motorantrieb beim Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;

Fig. 6A ist ein Wellenformdiagramm, das eine Stromwelligkeit und eine Drehmomentenwelligkeit bei der Servolenkungsvorrichtung mit Motor antrieb beim herkömmlichen Gleichstrom-Bürstenmotor zeigt;

Fig. 6B ist ein Wellenformdiagramm, das eine Stromwelligkeit und eine Drehmomentenwelligkeit bei der Servolenkungsvorrichtung mit Motor antrieb beim Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und

Fig. 7 ist ein Kennliniendiagramm, das Änderungen einer Stromwelligkeit im Verlaufe der Zeit bei der Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb beim Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, während auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. Fig. 1 ist ein schematisches strukturelles Diagramm, das wesentliche Teile einer Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, Fig. 2 ist ein sche matisches strukturelles Diagramm, das eine Motorkopplungsstruktur bei der Servo lenkungsvorrichtung mit Motorantrieb beim Ausführungsbeispiel zeigt, Fig. 3 ist ein schematisches Entwicklungsdiagramm, das eine Bürstenstruktur zeigt, Fig. 4 ist ein schematisches Entwicklungsdiagramm, das die Bürstenstruktur detailliert zeigt, Fig. 5 ist ein schematisches strukturelles Diagramm, das eine Verbindungsstruktur zur Messung von Stromwelligkeits- und Drehmomentenwelligkeits-Charakteristiken bzw. -Kennlinien zeigt, Fig. 6 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Stromwelligkeit und eine Drehmomentenwelligkeit zeigt, und Fig. 7 ist ein Kennliniendiagramm, das Änderungen einer Stromwelligkeit im Verlaufe der Zeit zeigt.

Zuerst wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 eine schematische Struktur eines Beispiels einer Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb beim Ausführungsbeispiel erklärt. Die Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb des Ausführungsbeispiels wird bei spielsweise als Lenkungsvorrichtung zur Richtungsänderung von Rädern, wie bei spielsweise von Vorderrädern, eines Automobils verwendet und weist folgendes auf:
einen DC- bzw. Gleichstrom-Bürstenmotor 1, eine Zahnstangenwelle 2, die koaxial im Gleichstrom-Bürstenmotor 1 vorgesehen ist, sich drehende Räder (nicht gezeigt), die an beiden Enden dieser Zahnstangenwelle 2 über einen Kopplungsmechanis mus, wie beispielsweise eine Stange bzw. einen Stab und einen Arm, gekoppelt sind, ein Lenkrad 3, das mit der Zahnstangenwelle 2 über einen Kopplungsmecha nismus, wie beispielsweise eine Lenkwelle, gekoppelt ist, eine Steuerschaltungsein heit 4 zum Steuern eines Antreibens des Gleichstrom-Bürstenmotors 1 und eine Ku gelumlaufspindel-Treibereinheit 5 zum Übertragen der durch den Gleichstrom-Bürstenmotor 1 erzeugten Lenkhilfskraft zur Zahnstangenwelle 2, und die sich dre henden Räder bzw. Richtungsänderungsräder werden durch die Lenkhilfskraft auf grund des Gleichstrom-Bürstenmotors 1 und durch die manuelle Lenkkraft aufgrund einer Manipulation des Lenkrads 3 gelenkt.

Der Gleichstrom-Bürstenmotor 1 dieser Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb wird durch die Steuerschaltungseinheit 4 auf der Basis des Erfassungsergebnisses eines Drehmomentensensors 6 gesteuert, der zwischen dem Lenkrad 3 und der Zahnstangenwelle 2 vorgesehen ist. Bei diesem Gleichstrom-Bürstenmotor 1 ist, ob wohl er nicht gezeigt ist, ein Permanentmagnet am Außenumfangsteil (Joch) ange ordnet, ist ein Ankerkern mit mehreren Schlitzen am Innenumfangsteil drehbar an geordnet, sind mehrere Spulen um die Schlitze gewickelt, und ist ein Kommutator mit mehreren Segmenten mit jeder Spule verbunden. Durch Zuführen von Leistung von der Bürste, die mit einem jeweiligen Segment des Kommutators elektrisch in Kontakt ist, um vom jeweiligen Segment Leistung zur jeweiligen Spule zuzuführen, wird der Ankerkern in Drehung versetzt, und mittels des Kugelumlaufspindelmechanismus 5 wird Leistung zur Zahnstangenwelle 2 übertragen.

Insbesondere ist der Gleichstrom-Bürstenmotor 1 beispielsweise aufgebaut, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, wobei ein Paar von Nebenschlußbürsten bzw. Nebenbürsten bzw. Shunt-Bürsten 12(c), 12(d) für einen Nebenschluß zu einem Paar von Haupt bürsten 11(a), 11(b) hinzugefügt sind, und die Nebenbürsten 12(c), 12(d) sind bei Positionen zum geometrischen Invertieren der Bürstenkontaktpositionen gegenüber den Segmenten angeordnet. Eine Hauptbürste 11(a) des Paars von Hauptbürsten 11 ist mit der Plus-Seite einer stabilisierten Leistungsquelle 13 verbunden, und die an dere Hauptbürste 11(b) ist mit der Minus-Seite verbunden, und ein Strom I₁ fließt. Eine Nebenbürste 12(c) des Paars von Nebenbürsten 12 ist mit der Plus-Seite der stabilisierten Leistungsquelle 13 verbunden, und die andere Nebenbürste 12(d) ist mit der Minus-Seite verbunden, und ein Strom I₂ fließt. Im Gleichstrom-Bürstenmotor 1 fließt daher ein kombinierter Strom I_M = I₁ + I₂. Durch diesen Gleichstrom- Bürstenmotor 1 wird eine Last 14 betrieben.

Darüber hinaus weist der Gleichstrom-Bürstenmotor 1 beispielsweise, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, folgendes auf: einen Ankerkern 23 mit Schlitzen 22 zwischen Zähnen 21, Spulen 24, die um die Schlitze 22 gewickelt sind, einen Kommutator 26 mit ei nem Segment 25, mit welchem jede Spule 24 verbunden ist, wobei das Paar von Hauptbürsten 11(a), 11(b) mit einem jeweiligen Segment 25 des Kommutators 26 elektrisch in Kontakt ist, um vom jeweiligen Segment 25 Leistung zur jeweiligen Spule 24 zuzuführen, und wobei das Paar von Nebenbürsten 12(c), 12(d) mit einem jeweiligen Segment 25 des Kommutators 26 elektrisch in Kontakt ist, um vom jewei ligen Segment 25 Leistung zur jeweiligen Spule 24 zuzuführen.

Insbesondere ist in Fig. 4 ein Beispiel von sechs (6) Polen und einunddreißig (31) Schlitzen gezeigt. Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, sind bei abwechselnd angeordneten sechs Polen aus sechs Magneten 27 aus N-Polen und S-Polen die Schlitze 22 des Ankerkerns 23 in 31 Schlitze (360°/31 = 11,6°) aufgeteilt, und bei diesem Beispiel sind die Hauptbürsten 11(a), 11(b) mit einem Phasenwinkel von 180° angeordnet und sind die Nebenbürsten 12(c), 12(d) gleichermaßen mit einem Phasenwinkel von 180° angeordnet. Entsprechend den Hauptbürsten 11(a), 11(b) sind die Nebenbür sten 12(c), 12(d) mit einem Phasenwinkel von θ = 121,8° (120 + 0,9 + 0,9) zum In vertieren der Segmentenkontaktposition angeordnet. Dieser Anordnungswinkel führt zu einer Abweichung vom Anordnungswinkel von 120° der magnetisch idealen An ordnung, aber nur durch ein symmetrisches Verschieben der Hauptbürste 11(a) und der Neben(schluß)bürste 12(c) um einen Phasenwinkel von 0,9° gibt es keine Aus wirkung auf den charakteristischen Unterschied in bezug auf die Drehrichtung, und der Effekt auf eine Gleichrichtung ist so klein, daß er vernachlässigt werden kann, und somit wird er gebildet. Gleichermaßen sind die Hauptbürste 11(b) und die Ne benbürste 12(d) symmetrisch um einen Phasenwinkel von 0,9° verschoben.

Bei der Bürstenstruktur eines solchen Gleichstrom-Bürstenmotors 1, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, kontaktiert beispielsweise dann, wenn die Hauptbürste 11(a) positioniert ist, um sowohl ein Segment 25 (1) als auch ein Segment 25 (2) des Kommutators 26 zu kontaktieren, die Hauptbürste 11(b) ein Segment 25 (17), während die Nebenbür ste 12(c) ein Segment 25 (12) kontaktiert, und die Nebenbürste 12(d) ist positioniert, um sowohl ein Segment 25 (27) als auch ein Segment 25 (28) zu kontaktieren.

Die Wicklungsart der Spule 24 des Gleichstrom-Bürstenmotors 1 ist so, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Beispielsweise beginnt bei den Segmenten 25 (1), 25 (2) des Kommuta tors 26, die die Hauptbürste 11(a) kontaktieren, die Spule 24, die eine Wicklung vom Segment 25 (1) aus beginnt, eine Wicklung vom Segment 25 (1) aus und wickelt sich um eine spezifizierte Anzahl von Wicklungen bzw. Drehungen bzw. Malen wiederholt im Schlitz 22 zwischen Zähnen 21 (3) und Zähnen 21 (4) des Ankerkerns 23 und im Schlitz 22 zwischen Zähnen 21 (8) und Zähnen 21 (9) und beendet ein Wickeln bei einem Segment 25 (11), und die Spule 24, die ein Wickeln vom Segment 25 (2) aus beginnt, wickelt sich um eine vorbestimmte Anzahl von Umdrehungen bzw. Malen in den Schlitzen zwischen den Zähnen 21 (4), 21 (5) und Zähnen 21 (9), 21 (10) und be endet ein Wickeln beim Segment 25 (12).

Gleichermaßen wird bei den Segmenten 25 (3) bis 25 (11) des Kommutators 26, ge nauso wie oben, ein Wickeln von jedem der Segmente 25 (3) bis 25 (11) begonnen und um eine vorbestimmte Anzahl von Malen in jedem Schlitz 22 bei den Zähnen 21 (5) bis 21 (13), 21 (6) bis 21 (14) und den Zähnen 21 (10) bis 21 (18), 21 (11) bis 21 (19) wiederholt und jeweils bei den Segmenten 25 (13) bis 25 (21) beendet.

Ebenso wird beim Segment 25(12) des Kommutators 26, das die Nebenbürste 12(c) kontaktiert, gleichermaßen ein Wickeln vom Segment 25 (12) aus begonnen und um eine vorbestimmte Anzahl von Malen in jedem Schlitz 22 bei den Zähnen 21 (14), 21 (15) und den Zähnen 21 (19), 21 (20) wiederholt und beim Segment 25 (22) been det.

Gleichermaßen wird bei den Segmenten 25 (13) bis 25 (16) des Kommutators 26, ge nauso wie oben, ein Wickeln von jedem der Segmente 25 (13) bis 25 (16) aus begon nen und um eine spezifizierte Anzahl von Malen in jedem Schlitz 22 bei den Zähnen 21 (15) bis 21 (18), 21 (16) bis 21 (19) und den Zähnen 21 (20) bis 21 (23), 21 (21) bis 21 (24) wiederholt und jeweils bei den Segmenten 25 (23) bis 25 (26) beendet.

Ebenso wird beim Segment 25 (17) des Kommutators 26, das die Hauptbürste 11(b) kontaktiert, gleichermaßen ein Wickeln ab dem Segment 25 (17) begonnen und um eine spezifizierte Anzahl von Malen in jedem Schlitz 22 bei den Zähnen 21 (19), 21 (20) und den Zähnen 21 (24), 21 (25) wiederholt und beim Segment 25 (27) been det.

Gleichermaßen wird bei den Segmenten 25 (18) bis 25 (26) des Kommutators 26, ge nauso wie oben, ein Wickeln von jedem der Segmente 25 (18) bis 25 (26) begonnen und um eine spezifizierte Anzahl von Malen in jedem Schlitz 22 bei den Zähnen 21 (20) bis 21 (28), 21 (21) bis 21 (29) und den Zähnen 21 (25) bis 21 (2), 21 (26) bis 21 (3) wiederholt und jeweils bei den Segmenten 25 (28) bis 25 (5) beendet.

Ebenso wird bei den Segmenten 25 (27), 25 (28) des Kommutators 26, die die Ne benbürste 12(d) kontaktieren, gleichermaßen ein Wickeln ab den Segmenten 25 (27), 25 (28) begonnen und um eine spezifizierte Anzahl von Malen in jedem Schlitz 22 bei den Zähnen 21 (29) bis 21 (3), 21 (30) bis 21 (31) und den Zähnen 21 (3) bis 21 (4), 21 (4) bis 21 (5) wiederholt und bei den Segmenten 25 (6), 25 (7) beendet.

Gleichermaßen wird bei den Segmenten 25 (29) bis 25 (31) des Kommutators 26, ge nauso wie oben, ein Wickeln ab jedem der Segmente 25 (29) bis 25 (31) begonnen und um eine spezifizierte Anzahl von Malen in jedem Schlitz 22 bei den Zähnen 21 (31) bis 21 (2), 21 (1) bis 21 (3) und den Zähnen 21 (5) bis 21 (7), 21 (6) bis 21 (8) wiederholt und jeweils bei den Segmenten 25 (8) bis 25 (10) beendet.

Die Wirkung des Ausführungsbeispiels wird in den Fig. 5 bis 7 unter Bezugnahme auf ein Beispiel von Charakteristiken bzw. Kennlinien erklärt, wenn der Gleichstrom-Bürstenmotor 1 angetrieben wird. Fig. 6 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Stromwelligkeit und eine Drehmomentenwelligkeit zeigt, und Fig. 7 ist ein Kennli niendiagramm, das Änderungen einer Stromwelligkeit im Verlaufe der Zeit zeigt, wo bei jede Figur einen Vergleich mit einem herkömmlichen Gleichstrom-Bürstenmotor zeigt.

Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, sind zum Beobachten einer Stromwelligkeit Ampereme ter 31, 32 mit der Hauptbürste 11 und der Nebenbürste 12 verbunden und ist ein Amperemeter 33 mit dem Verbindungsanschluß zum Kombinieren von ihnen ver bunden, und ein Strom I₁, der in der Hauptbürste 11 fließt, ein Strom I₂, der in der Nebenbürste 12 fließt, und ein kombinierter Strom I_M werden gemessen. Der her kömmliche Gleichstrom-Bürstenmotor weist nur die Hauptbürste 11 auf, und ein sie durchfließender Strom I_M wird gemessen. Zum Beobachten einer Drehmomenten welligkeit ist ein Drehmomentensensor 34 zwischen dem Gleichstrom-Bürstenmotor 1 und der Last 14 eingebaut, und ein Drehmoment wird gemessen.

Als Ergebnis einer Messung erscheinen, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, in bezug auf die Stromwelligkeit (P-P) beim herkömmlichen Gleichstrom-Bürstenmotor die Spitze und der unterste Teil periodisch in der Wellenform des Stroms I_M in jedem Segment, und die Stromwelligkeit wird größer. Jedoch ist beim Gleichstrom-Bürstenmotor 1 des Ausführungsbeispiels die Wellenform des Stroms I_M nahezu flach, und die Stromwel ligkeit kann verringert werden. Dies ist so, weil die Spitze und der unterste Teil in je dem Segment in den Wellenformen des Stroms I₁, der in der Hauptbürste 11 fließt, und des Stroms I₂, der in der Nebenbürste 12 fließt, periodisch erscheinen, aber durch Abändern des Anordnungswinkels der Nebenbürste 12 in bezug auf die Hauptbürste 11, wie es oben angegeben ist, die Phasen der Spitze und des unter sten Teils der Wellenformen beider Ströme unterschiedlich sind und die Phasen der Nebenschluß-Stromwellenformen invertiert sind, um einander auszulöschen.

Bezüglich der Drehmomentenwelligkeit (P-P) beim herkömmlichen Gleichstrom- Bürstenmotor erscheinen die Spitze und der unterste Teil periodisch in der Wellen form des Drehmoments in jedem Segment synchron zur Periode des Stroms, und die Drehmomentenwelligkeit wird größer. Jedoch ist beim Gleichstrom-Bürstenmotor 1 des Ausführungsbeispiels, genauso wie für den Strom I_M, die Wellenform des Drehmoments nahezu flach, und die Drehmomentenwelligkeit kann verringert wer den. Die ist so, weil, genauso wie in dem Fall der Stromwelligkeit, der Anordnungs winkel der Nebenbürste 12 in bezug auf die Hauptbürste 11 geeignet berücksichtigt ist.

Die Änderungen der Stromwelligkeit im Verlaufe der Zeit sind so, wie es in Fig. 7 ge zeigt ist. Fig. 7 zeigt die Stromwelligkeit (P-P) [A] in bezug auf die Lebensdauer [%], wobei beim herkömmlichen Gleichstrom-Bürstenmotor die Stromwelligkeit groß ist und die Änderung in bezug auf die Lebensdauer groß ist, aber beim Gleichstrom- Bürstenmotor 1 des Ausführungsbeispiels die Stromwelligkeit klein ist und die Ände rung in bezug auf die Lebensdauer klein ist. Dies ist so, weil beim Gleichstrom- Bürstenmotor 1 des Ausführungsbeispiels, wenn die Segmente 25, die Hauptbürste 11 und die Nebenbürste 12 abgenutzt und im Verlauf der Zeit geändert werden, sich der Strom I₁, I₂ gleichermaßen verschlechtert und sich gegenseitig auslöscht, um stabil zu sein.

Daher werden gemäß der Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb des Ausfüh rungsbeispiels durch Hinzufügen der Nebenbürste 12 für einen Nebenschluß zur Hauptbürste 11 und durch Anordnen der Nebenbürste 12 bei einer Position zum geometrischen Invertieren der Bürstenkontaktposition bei dem Segment 25 die ein zelnen Phasen der Nebenschluß-Stromwellenformen invertiert, um einander auszu löschen, und die Stromwelligkeit und die Drehmomentenwelligkeit können wesentlich reduziert werden. Dies ist insbesondere bei der Servolenkungsrichtung mit Motoran trieb vorzuziehen, wie beim Ausführungsbeispiel, wobei die kleine Stromamplitude als die Drehmomentenamplitude erscheint und ein Motor hohen Ansprechverhaltens bzw. hoher Ansprechempfindlichkeit verwendet wird.

In bezug auf Änderungen im Verlaufe der Zeit verschlechtern sich die Wellenformen der Ströme I₁, I₂ auch auf gleiche Weise, um einander auszulöschen, so daß eine sehr stabile Kennlinie erhalten wird. In bezug auf Änderungen im Verlaufe der Zeit, die herkömmlicherweise sehr schwer zu reduzieren waren, ist es beim Ausführungs beispiel effektiv, eine Stromwelligkeit und eine Drehmomentenwelligkeit zu reduzie ren.

Herkömmlicherweise wurden beim Anordnen von zwei Paaren von Bürsten (a), (b), (c), (d) dieselben Motorcharakteristiken durch gleichzeitiges Zuführen von Leistung zu den Bürsten (a)-(b) oder den Bürsten (c)-(d) oder den Bürsten (a)-(b), (c)-(d) er halten, und es ist der bekannte Stand der Technik bei 4WS oder ähnlichem, aber wie beim Ausführungsbeispiel kann es durch weiteres Feineinstellen des Anordnungs winkels der Hauptbürste 11 und der Nebenbürste 12 als die Technologie zum Ver ringern der Stromwelligkeit und der Drehmomentenwelligkeit verwendet werden, und die Motorschaltung wird in einer redundanten Struktur aus zwei Schaltungen aufge baut, und die Zuverlässigkeit wird erhöht.

Die Erfindung ist nicht auf das vorangehende Ausführungsbeispiel allein beschränkt, sondern kann innerhalb ihres Schutzumfangs und Sinngehalts geändert und modifi ziert werden. Beispielsweise ist sie nicht auf das dargestellte Beispiel mit sechs Po len und einunddreißig Schlitzen beschränkt, sondern die Anzahl von Polen und die Anzahl von Schlitzen kann verändert werden. Die Anzahl von Bürsten ist nicht be schränkt, und mehr Bürsten können hinzugefügt werden, um drei Paare oder mehr zu bilden. In einem solchen Fall sollte jede Bürste auch mit einem geeigneten Pha senwinkel angeordnet werden, so daß jede Phase einer Stromwellenform invertiert werden kann, um eine gegenseitige Auslöschung zu bewirken.

Darüber hinaus ist die Motorbürstenstruktur der Erfindung nicht auf die Servolen kungsvorrichtung mit Motorantrieb beschränkt, sondern kann vorzugsweise allge mein bei einem Wischer, einem automatischen Fensterheber, einer automatischen Schiebetür und anderen Vorrichtungen angewendet werden, und insbesondere bei der Vorrichtung, die ein hohes Ansprechverhalten erfordert.

Wie es hierin erklärt ist, werden gemäß der Motorbürstenstruktur der Erfindung mit einem Paar von ersten Bürsten und einem Paar von zweiten Bürsten, die mit einem Phasenwinkel zum Invertieren der Bürstenkontaktposition zu jedem Segment ange ordnet sind, die Phasen von Stromwellenformen der ersten Bürste und der zweiten Bürste invertiert, um einander auszulöschen, so daß die Stromwelligkeit und die Drehmomentenwelligkeit wesentlich verringert werden können.

Weiterhin verschlechtern sich dann, wenn die Segmente und Bürsten im Verlaufe der Zeit abgenutzt und geändert werden, die Stromwellenformen der ersten Bürste und der zweiten Bürste auf gleiche Weise, um einander auszulöschen, so daß ein Bürstenmotor mit einer sehr stabilen Kennlinie bzw. Charakteristik realisiert werden kann.

Gemäß der Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb der Erfindung können durch Verwenden des Motors als Gleichstrom-Bürstenmotor zum Erzeugen einer Lenk hilfskraft die zur Zeit einer Umpolung erzeugte Stromwelligkeit und die resultierenden Drehmomentenschwankungen reduziert werden, so daß eine Erzeugung eines Ar beitsgeräuschs, eines Magnetostriktionsgeräuschs, eines Funkrauschens und eines Versatzarbeitsgefühls während einer Lenkoperation unterdrückt werden kann.

Claims

1. Motorbürstenstruktur, die folgendes aufweist: einen Ankerkern (23) mit einer Vielzahl von Schlitzen (22); eine Vielzahl von Spulen (24), die um jeden der Vielzahl von Schlitzen gewickelt sind; einen Kommutator (26) mit einer Vielzahl von Segmenten (25), die mit jeder der Vielzahl von Spulen verbunden sind; ein Paar von ersten Bürsten (a, b), die ein jeweiliges Segment des Kommutators elektrisch kontaktieren, um vom jeweiligen Segment Leistung zur jeweiligen Spule zuzuführen; und ein Paar von zweiten Bürsten (c, d), die mit einem Pha senwinkel angeordnet sind, um eine Bürstenkontaktposition zu einem jeweili gen Segment entsprechend den ersten Bürsten zu invertieren und um ein je weiliges Segment des Kommutators elektrisch zu kontaktieren, um vom jeweili gen Segment Leistung zur jeweiligen Spule zuzuführen; wobei eine jeweilige Phase von Stromwellenformen der ersten Bürsten und der zweiten Bürsten in vertiert werden, um einander auszulöschen.

2. Servolenkungsvorrichtung mit Motorantrieb, die einen Motor mit der Bürsten struktur nach Anspruch 1 verwendet, wobei der Motor als Gleichstrom- Bürstenmotor (1) zum Erzeugen einer Lenkhilfskraft verwendet wird, und wobei sich drehende Räder bzw. Richtungsänderungsräder durch die Lenkhilfskraft aufgrund des Gleichstrom-Bürstenmotors und durch eine manuelle Lenkkraft aufgrund eines Manipulierens eines Lenkrads (3) gelenkt werden.