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Die
Erfindung betrifft einen Elektromotor für ein Elektromotor-Pumpen-Aggregat
eines Kraftfahrzeug-Antiblockiersystems.
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Aus
der
DE 197 33 147
C1 ist bereits ein Motor-Pumpen-Aggregat bekannt, welches
insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Antiblockier-Bremsvorrichtung
vorgesehen ist. Das bekannte Aggregat weist einen Elektromotor auf,
der eine Kolbenpumpe mit auf einer Exzenter-Abtriebswelle des Elektromotors
aufliegenden und von dieser angetriebenen Pumpenstößeln
enthält. Eine Rotationsbewegung der Rotorwelle des Elektromotors
wird umgesetzt in eine Hubbewegung der auf dem Exzenterzapfen aufliegenden Pumpenstößel.
Bei der Hin- und Herbewegung der Pumpenstößel
hat der Elektromotor gegen die Pumpenstößelkraft
zu arbeiten, welche durch den Hydraulikflüssigkeitsdruck
und den Ventilöffnungsdruck der Kolbenpumpe bestimmt ist.
Das dabei vom Elektromotor aufzubringende Drehmoment ist durch diese
Kraft und den Hebelarm der Exzentrizität zwischen der Achse
der Exzenter-Abtriebswelle und der Achse der Motorwelle bestimmt.
Das vom Elektromotor zu überwindende Lastmoment der Pumpe schwankt
somit zwischen einem Minimalwert im oberen und unteren Totpunkt
der Pumpenstößel und einem dazwischenliegenden
Maximalwert bei maximalem Exzenter-Hebelarm. Diese im Rhythmus der
von der Exzenter-Abtriebswelle des Elektromotors angetriebenen Pumpenstößel
auftretenden Lastmoment-Schwankungen führen zu Betriebsgeräuschen. Diese
werden dadurch vermieden, dass die für das Motordrehmoment
wirksame Wicklung des Elektromotors ungleichmäßig über
dessen Bohrungsumfang im Sinne eines an das Lastmoment angepassten
und somit von Drehmomentschwankungen freien Pumpenantriebs ausgelegt
wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Elektromotor für
das Elektromotor-Pumpen-Aggregat eines Kraftfahrzeug-Antiblockiersystems
anzugeben, dessen Aufbau vereinfacht ist.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Elektromotor mit den im Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
angegeben.
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Die
Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass das maximale
Drehmoment des Motors nur dann bereitgestellt wird, wenn es von
der Pumpe benötigt wird. Diese Vorteile werden dadurch erreicht,
dass die Verteilung und/oder Dimensionierung der Statorzähne
derart gestaltet ist, dass der Verlauf des Motordrehmoments dem
Verlauf des Lastmoments phasengleich folgt und das Motordrehmoment
zu jedem Zeitpunkt einer vollständigen Umdrehung der Abtriebswelle
nur wenig größer ist als das Lastmoment und eine
Einhüllende für das Lastmoment bildet. Dabei ist
das Lastmoment während einer Umdrehung der Abtriebswelle
von den, vom anzutreibenden Aggregat, insbesondere einer Kolbenpumpe,
verursachten Lastmomentschwankungen bestimmt. Das Motordrehmoment
folgt diesen, insbesondere pulsierenden Lastmomentschwankungen in einem
dem Lastmoment angenäherten sinusförmigen Verlauf
phasengleich. Durch diese Abstimmung der Verteilung und/oder Dimensionierung
der Statorzähne im Hinblick auf das Lastmoment kann ein
Motor gemäß der Erfindung einen vereinfachten
Aufbau haben. Insbesondere kann das Gewicht des aktiven Materials
des Motors, d. h. der Magnete und des Kupfers, und damit das Gewicht
des gesamten Motors reduziert werden. Dies führt auch zu
einer Einsparung bezüglich der Gesamtkosten des Motors. Vorzugsweise
weist ein Motor gemäß der Erfindung lediglich
zwei Hauptwicklungen auf, die mit den Permanentmagneten des Rotors
zur Erzeugung des Drehmoments des Motors zusammenwirken. Des Weiteren
sind aufgrund des Umstandes, dass das Motordrehmoment zu jedem Zeitpunkt
einer vollständigen Umdrehung der Abtriebswelle nur wenig
größer ist als das Lastmo ment, auch die Veränderungen bzw.
Schwingungen der Motordrehzahl reduziert, wodurch auch das Motorgeräusch
vermindert ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem
Elektromotor um einen zweiphasigen bürstenlosen Permanentmagnetmotor,
dessen Stator drei Wicklungen und dessen Rotor einen Permanentmagnet
oder zwei Permanentmagnete aufweist, wobei zwei der Wicklungen des
Stators die Hauptwicklungen sind und wobei die dritte Wicklung des
Stators eine Hilfswicklung ist, die zur Kommutierung und zum Drehmomentstart
dient. Vorzugsweise hat die Hilfswicklung eine kleinere Windungszahl
als die Hauptwicklungen. Alternativ dazu oder zusätzlich
dazu kann die Länge des der Hilfswicklung zugeordneten
Statorzahnes kleiner sein als die Länge der den Hauptwicklungen
zugeordneten Statorzähne. Ein Elektromotor mit einer derartigen
Ausgestaltung weist im Vergleich zum Stand der Technik weniger Bauteile
auf, weist einen einfachen Aufbau auf und kann in kostengünstiger Weise
hergestellt werden.
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Weitere
vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren
nachfolgender Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
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1 eine
Skizze eines Radialschnitts eines Elektromotors gemäß einer
ersten Ausgestaltung,
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2 eine
Skizze eines Radialschnitts eines Elektromotors gemäß einer
zweiten Ausgestaltung,
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3 ein
Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufs des Motordrehmoments
und des Lastmoments während einer Umdrehung der Abtriebswelle
des Elektromotors und
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4 ein
Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufes des Lastmoments während
einer Umdrehung der Abtriebswelle.
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Die
Erfindung betrifft einen Elektromotor, der insbesondere für
das Elektromotor-Pumpen-Aggregat eines Kraftfahrzeug-Antiblockiersystems
geeignet ist. Bei diesem Elektromotor handelt es sich um einen bürstenlosen
Permanentmagnetmotor. Er weist einen Stator und einen Rotor auf.
Der Stator weist Statorzähne und Statorwicklungen auf.
Der Rotor enthält eine in ihrem der Pumpe zugewandten Endbereich
exzentrisch ausgebildete Rotor- bzw. Abtriebswelle, einen Rotorkörper
und einen oder zwei Permanentmagnete, die auf der Oberfläche
des Rotorkörpers befestigt sind oder in den Rotorkörper
eingebettet sind. Aufgrund der Exzentrizität der Rotorwelle
ist das Lastmoment M2 der Pumpe des Elektromotor-Pumpen-Aggregates
während einer Umdrehung der Rotorwelle veränderlich
und weist einen Verlauf auf, wie er in der 4 gezeigt
ist.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird ein Elektromotor bereitgestellt, dessen
Drehmomentänderungen an den Verlauf des Lastmoments der
Pumpe angepasst sind. Aufgrund dieser Anpassung sind zwar die Drehmomentschwankungen
des Elektromotors erhöht, doch reicht das momentan bereitgestellte Drehmoment
des Elektromotors aus, um zu jedem Zeitpunkt die Pumpe bzw. deren
Stößel in gewünschter Weise zu steuern.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Verteilung und/oder Dimensionierung
der Statorzähne derart gestaltet ist, dass der Verlauf
des Motordrehmoments dem Verlauf des Lastmoments phasengleich folgt
und das Motordrehmoment zu jedem Zeitpunkt einer vollständigen
Umdrehung der Abtriebswelle größer ist als das
Lastmoment.
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Eine
erste Ausgestaltung eines derartigen Motors ist in der 1 veranschaulicht,
welche eine Skizze eines Radialschnitts eines Elektromotors zeigt.
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Bei
dem in der 1 gezeigten Motor 1 handelt
es sich um einen zweiphasigen bürstenlosen Permanentmagnetmotor.
Dieser weist einen zylinderförmigen Stator 2 auf,
zu welchem ein Statorjoch und von diesem ausgehende, nach innen
gerichtete Statorzähne 6, 7 und 8 gehören.
Der Statorzahn 6 ist mit einer Wicklung 3 bewickelt,
der Statorzahn 7 mit einer Wicklung 4 und der
Statorzahn 8 mit einer Wicklung 5. Der Rotor des
gezeigten Motors enthält eine Rotorwelle 10, einen
Rotorkörper 9 und Permanentmagnete 11 und 12.
Diese sind auf der Oberfläche des Rotorkörpers 9 befestigt
und in Umfangsrichtung des Rotorkörpers um 180° voneinander
beabstandet.
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Bei
den Wicklungen 3 und 4 des Stators, die am Statorjoch
in Umfangsrichtung um 180° zueinander winkelversetzt angeordnet
sind, handelt es sich um Hauptwicklungen, die mit den Permanentmagneten 11 und 12 des
Rotors zusammenwirken, um das Drehmoment des Elektromotors zu erzeugen.
Die Wicklung 5 des Stators ist eine Hilfswicklung, die
zur Kommutierung und zum Drehmomentstart dient. Der der Hilfswicklung 5 zugeordnete
Statorzahn 8 ist um jeweils 90° zu den Hauptwicklungen 3 und 4 zugeordneten
Statorzähnen 6 und 7 winkelversetzt.
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Des
Weiteren geht aus der 1 hervor, dass der Stator und
damit der Motor in seiner Gesamtheit asymmetrisch ausgebildet ist,
da die Statorzähne in Umfangsrichtung des Stators nicht
gleichförmig verteilt sind. Ferner ist aus der 1 ersichtlich,
dass die Windungszahl der Hilfswicklung 5 kleiner ist als
die Windungszahlen der Hauptwicklungen 3 und 4.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch die Länge
des der Hilfswicklung zugeordneten Statorzahnes kleiner sein als
die Länge der den Hauptwicklungen zugeordneten Statorzähne.
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Das
Drehmoment des in der 1 gezeigten Motors wird durch
das Zusammenwirken der Hauptwicklungen 3 und 4 mit
den Permanentmagneten 11 und 12 des Rotors während
einer Umdrehung der Abtriebswelle derart erzeugt, dass es zwei Maxima aufweist,
die um 180° voneinander beabstandet sind. Dies ist in der 3 veranschaulicht,
in welcher der Verlauf des Motordrehmoments M1 und der Verlauf des
Lastmoments M2 während einer Umdrehung der Abtriebswelle
dargestellt sind. Es ist ersichtlich, dass der Verlauf des Motordrehmoments
dem Verlauf des Lastmoments phasengleich folgt und dass das Motordrehmoment
zu jedem Zeitpunkt einer vollständigen Umdrehung der Abtriebswelle
größer ist als das Lastmoment. Um dies zu erreichen,
wird auch eine Anpassung der Montageposition des Rotors an die Position
der Pumpenstößel der Pumpe durchgeführt.
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Aus
der Darstellung gemäß der 3 ist ersichtlich,
dass der Motor sein maximales Drehmoment nur zu den Zeitpunkten
zur Verfügung stellt, an denen es von der Pumpe benötigt
wird. Aufgrund dieser Anpassung an das Lastmoment kann ein Motor gemäß der
Erfindung einfach konstruiert sein, weniger Gewicht haben als ein
Motor gemäß dem Stand der Technik und kostengünstig
hergestellt werden.
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Eine
zweite Ausgestaltung eines Elektromotors gemäß der
Erfindung ist in der 2 veranschaulicht, welche ebenfalls
eine Skizze eines Radialschnitts eines Elektromotors zeigt. Der
in der 2 dargestellte Elektromotor unterscheidet sich
von dem in der 1 dargestellten Elektromotor
lediglich dadurch, dass die Permanentmagnete 14 und 15 nicht auf
der Oberfläche des Rotorkörpers 9 befestigt
sind, sondern in den Rotorkörper 9 eingebettet
sind. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass während
des Betriebes des Motors ausgeschlossen ist, dass sich von den Permanentmagneten 14 und 15 ablösende
kleine Magnetpartikel in den Luftspalt zwischen dem Stator und dem
Rotor gelangen können.
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Bei
den in der 1 und 2 gezeigten Ausgestaltungen
ist der Stator und damit auch der Motor in seiner Gesamtheit asymmetrisch
so aufgebaut, dass aufgrund der vorgenommenen Verteilung und Dimensionierung
der Statorzähne der Verlauf des Motordrehmoments dem Verlauf
des Lastmoments phasengleich folgt und das Motordrehmoment zu jedem
Zeitpunkt einer voll ständigen Umdrehung der Abtriebswelle
größer ist als das Lastmoment.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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