-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen bürstenlosen Motor, der eine Versatzstruktur aufweist. Im Besonderen betrifft die Erfindung einen bürstenlosen Motor, der eine Versatzstruktur mittels Segmentmagnete aufweist.
-
Stand der Technik
-
Hierzu wurden harmonische Komponenten in bürstenlosen Motoren zur Verwendung in elektrischen Servolenkungsvorrichtungen (EPS) verwendet, welche die Wellenform der leitungsinduzierten Spannung zwischen jeweils benachbarten Leitungen in eine trapezförmige Wellenform ändern, um die Nutzungsrate der induzierten Spannung des Motors so zu vergrößern, dass die Motoren, wie gefordert, klein sein können und eine starke Ausgabe erzeugen können. Im Allgemeinen kann die Spannung, welche in einem bürstenlosen Motor induziert wird, eine dominante fünfte harmonische Komponente und eine dominante siebte harmonische Komponente enthalten, wenn der Motor ein integrales Vielfaches von zwei Polen und drei Schlitzen (das wird im Folgenden als „2P3S x n“ bezeichnet) aufweist. Wenn die induzierte Spannung im Besonderen eine fünfte harmonische Komponente enthält, wird diese eine trapezförmige Wellenform aufweisen. Folglich wird in einem bürstenlosen Motor zur Verwendung in EPS-Vorrichtungen die 2P3S x n Struktur verwendet, und eine fünfte harmonische Komponente ist in der induzierten Spannung enthalten, um die Ausgabe des bürstenlosen Motors zu erhöhen, während die Drehmomentwelligkeit verringert wird.
-
Hierzu ist als eine Technik zum Enthalten einer fünften harmonischen Komponente in der induzierten Spannung, um die Wellenform der induzierten Spannung in eine trapezförmige zu ändern, die Versatzstruktur bekannt, in der die Rotorpole oder dergleichen zur Rotorachse geneigt sind. In den meisten bürstenlosen Motoren der Versatzstruktur werden Ringmagnete als Polmagnete verwendet. In einem Motor, der Ringmagnete aufweist, sind die Magnete selbst versetzend magnetisiert, um das Rastmoment und die Drehmomentwelligkeit zu verringern.
-
In jüngster Zeit werden zunehmend Segmentmagnete, welche mit hohen Flussdichten magnetisiert werden können, als Rotormagnet in bürstelosen Motoren, die zur Verwendung in EPS-Vorrichtungen konzipiert sind, verwendet, um dadurch die Forderung nach kleineren Motoren mit starker Ausgabe zu erfüllen. Allerdings können die Segmentmagnete nicht magnetisierte Bänder aufweisen, wie es in 10 gezeigt ist, wenn eine Versatzmagnetisierung vorliegt. Unvermeidlich wird das Magnetmaterial in einem Motor, der Segmentmagnete verwendet, verschwendet. Infolgedessen weist der Motor Probleme bezüglich der Kostenoptimierung auf.
-
In einem Motor, der Segmentmagnete aufweist, sind die magnetisierten Segmentmagnete folglich aufeinander gestapelt, wodurch ein sog. Schrittversatz erzielt wird, um eine Versatzstruktur auszuführen. In dem Motor der Schrittversatzstruktur sind die Segmentmagnet in Niveaus einer geraden Anzahl (gewöhnlich zwei Niveaus) in der axialen Richtung angeordnet, um die Rastwellen an den entsprechenden Schritten bzw. Stufen zu versetzten, um das Rastmoment zu verringern. Die gattungsgemäße
JP 2003 - 284 276 A offenbart eine elektrische Drehmaschine, in der Magnete in zwei Niveaus angeordnet sind.
-
In der elektrischen Drehmaschine, die in der genannten Offenlegungsschrift offenbart ist, sind die Magnete jedes Niveaus in der Umfangsrichtung angeordnet, wobei jeder Magnet um einen spezifischen Winkel von dem nächsten verschoben ist. Die Pole des Rotors sind dadurch stufenweise in der axialen Richtung versetzt, wodurch eine Zwei-Niveauschrittversatzstruktur aufgebaut wird.
-
In der Schrittversatzstruktur weisen allerdings der Montagezustand, physikalische Eigenschaften, die Prozessgenauigkeit und dergleichen eine Abweichung von der Designspezifikation auf. Unvermeidlich kann das Rastmoment in der Zwei-Niveauschrittversatzstruktur nicht so sehr verringert werden. Ferner, wenn der Versatzwinkel auf einen Wert nahe des theoretischen mechanischen Versatzwinkels = 360°/(das kleinste gemeinsame Vielfache der Pole und Schlitze) festgelegt ist, werden sich die höheren harmonischen Komponenten der induzierten Spannung abrupt verringern. Im Hinblick darauf ist der Versatzwinkel gewöhnlich auf einen Wert kleiner als der theoretische mechanische Versatzwinkel festgelegt. Allerdings kann ein solcher Versatzwinkel kaum dazu dienen, das Rastmoment, das aus der Zwei-Niveauschrittversatzstruktur herrührt, zu verringern.
-
Ferner, um das Rastmoment zu verringern, wird eine Technik weithin verwendet, in der Hilfsnuten in dem entfernten Ende von jedem Statorkernzahn eingearbeitet sind, wodurch Pseudoschlitze bereitgestellt werden. Wenn die Fundamentalwelle harmonische Komponenten enthält, die von den Hilfsschlitzen herrühren, wird sich allerdings das Rastmoment in der Zwei-Niveauschrittversatzstruktur vergrößern. Ein Motor insbesondere zur Verwendung in EPS-Vorrichtungen muss so konzipiert sein, um nicht nur eine große Ausgabe zu erzeugen, sondern auch das Rastmoment und die Drehmomentwelligkeit zu verringern. Folglich ist es wichtig, für einen solchen Motor, eine starke Ausgabe zu erzeugen und gleichzeitig das Rastmoment und die Drehmomentwelligkeit zu verringern.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die Aufgabe der vorliegende Erfindung besteht darin, einen bürstenlosen Motor bereitzustellen, der einfach montiert werden kann, während der Einfluss der Schwankung der Montagepräzision und des Versatzwinkels unterdrückt werden kann, und der eine größere Ausgabe als die herkömmlichen Motoren der Rotorversatzstruktur, die einen Ringmagneten aufweisen, erzeugen kann.
-
Ein bürstenloser Motor gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 definiert. Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen.
-
Ein bürstenloser Motor gemäß dieser Erfindung enthält einen Rotor, der 2n Magnetpole (wobei n eine positive Ganzzahl ist) aufweist, und einen Stator, der 3n Schlitze aufweist. Die Magnetpole des Rotors sind aus Segmentmagneten zusammengesetzt, die in drei Spalten, die sich in einer axialen Richtung erstrecken, angeordnet sind. Der Magnet jeder Spalte ist von dem Magnet von jeder benachbarten Spalte in einer Umfangsrichtung verlagert, wodurch eine Schrittversatzstruktur ausgebildet wird.
-
In der vorliegenden Erfindung, welche eine 3-Niveauversatzstruktur in einem 2P3S x n Strukturmotor verwendet, kann die leitungsinduzierte Spannung die fünfte harmonische Komponente enthalten, und die Wellenform der Spannung kann in eine trapezförmige Wellenform geändert werden. Das kann das Rastmoment verringern und das Ausgabedrehmoment verbessern, während die Anzahl der gestapelten Magnete auf ein Minimum verringert wird.
-
In dem bürstenlosen Motor ist der Magnet jeder Spalte von dem Magneten jeder benachbarten Spalte um einen Schrittwinkel θSchritt einer Umfangsrichtung versetzt. Der Versatzwinkel θVersatz ist als θVersatz = θSchritt x Anzahl der gestapelten Magnete definiert. Der Versatzwinkel θVersatz weist einen Wert zwischen 36° und 57° hinsichtlich des elektrischen Winkels auf, sodass der Inhalt der fünften harmonischen Komponente bezogen auf alle harmonischen Komponenten mindestens 90% beträgt
-
Durch einen Versatzwinkel θVersatz im Bereich von 36° bis 57° hinsichtlich des elektrischen Winkels wird die fünfte harmonische Komponente in der induzierten Spannung dominanter, was dazu beiträgt, die Wellenform der Spannung trapezförmig zu machen. Ferner kann in dem bürstenlosen Motor das Verhältnis der fünften harmonischen Komponente zur Fundamentalwellenform der leitungsinduzierten Spannung zwischen jeweils benachbarten Leitungen des Stators auf 4,5% bis 6,5% festgelegt werden. Dadurch wird die Wellenform der leitungsinduzierten Spannung effizient trapezförmig gemacht, und die Drehmomentwelligkeit kann verringert werden.
-
Ferner, da der bürstenlose Motor ein niedriges Rastmoment, eine geringe Drehmomentwelligkeit und eine große Ausgabe erzeugen kann, die miteinander gut ausbalanciert sind, ist der Motor zur Verwendung als Antriebsquelle in einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung geeignet. Folglich, wenn dieser Motor als Antriebsquelle in der elektrischen Servolenkungsvorrichtung verwendet wird, kann die Vorrichtung klein und leicht gemacht werden, ohne die Lenkempfindung zu beeinträchtigen.
-
Figurenliste
-
- 1 ist eine Schnittansicht eines bürstenlosen Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist ein Diagramm, das den Aufbau des Stators des Motors von 1 erläutert;
- 3 ist ein Diagramm, das den Aufbau des Rotors des Motors von 1 erläutert;
- 4 ist eine Seitenansicht (teilweise geschnitten) des Rotors, betrachtet in der Richtung eines Pfeils X in 3;
- 5 ist ein Diagramm, das den Versatzwinkel, den der Rotor aufweist, erläutert;
- 6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Versatzwinkel und dem Rastmoment erläutert;
- 7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Versatzwinkel θVersatz (elektrischer Winkel) und dem Motorausgabedrehmoment erläutert;
- 8 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Versatzwinkel (mechanischer Winkel) und dem Verhältnis der fünften harmonischen Komponente zu allen harmonischen Komponenten darstellt, die in einem 6P9S-Strukturmotor beobachtet wird;
- 9 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Inhaltsverhältnis der fünften harmonischen Komponente und der Rate der Drehmomenterhöhung und der Rate der Drehgeschwindigkeitserhöhung während eines Sinuswellenantriebs darstellt; und
- 10 ist ein Diagramm, das solche Regionen von Segmentmagneten erläutert, die nicht magnetisiert werden, wenn eine Versatzmagnetisierung auf den Segmentmagneten durchgeführt wird.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
-
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Schnittansicht eines bürstenlosen Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie es in 1 gezeigt ist, ist der bürstenlose Motor 1 (im Folgenden als „Motor 1“ bezeichnet) eine Art eines Innenrotors, der einen Stator 2 und einen Rotor 3, der in dem Stator 2 angeordnet ist, aufweist. Beispielsweise kann der Motor 1 als Leistungsquelle für eine elektrische Servolenkungsvorrichtung (EPS) der Säulenunterstützungsart verwendet werden. Der Motor 1 kann eine Hilfsantriebskraft an die Lenkwelle anlegen. Der Motor 1 ist an einem Geschwindigkeitsverringerungsmechanismus gesichert, der wiederum mit der Lenkwelle gekoppelt ist. Der Geschwindigkeitsverringerungsmechanismus verringert die Drehgeschwindigkeit des Motors 1 und überträgt die Drehung zur Lenkwelle.
-
Der Stator 2 enthält ein Gehäuse 4, einen Statorkern 5, Statorwicklungen 6 und eine Verteilerschieneneinheit (Anschlusseinheit 7). Die Statorwicklungen 6 (im Folgenden als „Wicklungen 6“ bezeichnet) sind um den Statorkern 5 gewickelt. Die Verteilerschieneneinheit 7 ist an dem Statorkern 5 angebracht. Das Gehäuse 4 ist ein unten geschlossener Zylinder, der aus Eisen oder dergleichen gefertigt ist. Das Gehäuse 4 weist Öffnungen auf. In die Öffnungen sind Halterungen 8, die aus Gussaluminium gefertigt sind, eingepasst. Die Halterungen 8 sind an dem Gehäuse 4 mit Befestigungsschrauben (nicht gezeigt) gesichert.
-
Wie es in 2 gezeigt ist, ist der Statorkern 5 aus Kernsegmenten 9 (neun Segmente in dieser Ausführungsform) zusammengesetzt, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Der Statorkern 5 weist neun Zähen 5a auf, die in der radialen Richtung nach innen hervorstehen. Das entfernte Ende des Statorkerns 5 weist zwei Endnuten 5b (zwei Nuten in dieser Ausführungsform) auf. Die Nuten 5b sind gestaltet, um das Rastmoment, das von einem Pseudoschlitzeffekt herrührt, zu verringern. Jedes Kernsegment 9 wurde durch Stapeln von Kernstücken hergestellt, die aus elektromagnetischen Stahlplatten aufgebaut sind. Ein Isolator 11, der aus synthetischem Harz gefertigt ist, umgibt die Kernsegmente 9.
-
Die Wicklungen 6 sind um den Isolator 11 gewickelt. Ein Endteil 6a jeder Wicklung ist an das eine Ende des Statorkerns 5 geführt. Die Verteilerschieneneinheit 7 ist an dem anderen Ende das Statorkerns 5 gesichert. Verteilerschienen, die aus Kupfer gefertigt sind, sind in das Gehäuse der Verteilerschieneneinheit 7 eingebracht, die aus synthetischem Harz gefertigt ist. Von der Umfangsoberfläche der Verteilerschieneneinheit 7 steht eine Mehrzahl von Spannungszufuhranschlüssen 12 in der radialen Richtung hervor. Der Endteil 6a jeder Wicklung 6 wurde an die Spannungszufuhranschlüsse 12 zu der Zeit des Befestigens der Verteilerschieneneinheit 7 gelötet. Die Verteilerschieneneinheit 7 weist viele Verteilerschienen auf, wie die Anzahl der Phasen des Motors 1, in dieser Ausführungsform sind drei Verteilerschienen entsprechend für die U-, V- und W-Phase vorgesehen. Jede Wicklung 6 ist mit dem Spannungszufuhranschluss 12 für die zugehörige Phase elektrisch verbunden. Der Statorkern 5 wurde in das Gehäuse 4 mittels Druck eingepasst und damit befestigt, nachdem die Verteilerschieneneinheit 7 befestigt wurde.
-
Der Rotor 3 ist in den Stator 2 eingebracht. 3 ist ein Diagramm, das den Aufbau des Rotors 3 erläutert. 4 ist eine Seitenansicht (teilweise geschnitten) des Rotors, betrachtet in der Richtung des Pfeils X in 3. Der Rotor 3 weist eine Rotorwelle 13 auf. Die Rotorwelle 13 kann sich frei drehen, unterstützt von Lagern 14a und 14b. Die Lager 14a und 14b sind entsprechend an dem Zentrumsteil des Bodens des Gehäuses 4 und dem Zentrumsteil der Halterung 8 befestigt. An der Rotorwelle 13 ist ein zylindrischer Rotorkern 15 (15a bis 15c) gesichert. An die Außenumfangsoberflächen der Rotorkerne 15a bis 15c ist ein segmentförmiger Magnet (Permanentmagnet) 16 (16a bis 16c) befestigt. In dem Motor 1 sind Magnete 16a bis 16c in sechs mal drei Spalten entlang der Umfangsrichtung angeordnet. D. h., der Motor 1 weist eine Struktur mit sechs Polen und neun Schlitzen (im Folgenden als „6P9S“ bezeichnet) auf. Eine Magnetabdeckung 18, die ein unten geschlossener Zylinder ist, ist die Magnete 16a bis 16c umgebend vorgesehen. Es sei bemerkt, dass die 3 den Rotor 3 zeigt, bei dem die Magnetabdeckung 18 entfernt wurde.
-
Magnethalter 17a bis 17c, die aus synthetischem Harz gefertigt sind, sind an den Außenseiten der Magnete 16a bis 16c gesichert. Wie es in 4 gezeigt ist, werden die Magnete 16a bis 16c von den Magnethaltern 17a bis 17c gehalten und sind an den Außenumfängen der Rotorkerne 15a bis 15c angebracht. In dem Motor 1 sind die Magnete 16a bis 16c in drei Spalten in der axialen Richtung angeordnet, während diese von den Magnethaltern 17a bis 17c gehalten werden. Wie es 3 zeigt, sind die Magnete 16a bis 16c jeder Spalte von den Magneten jeder benachbarten Spalte, welche dieselbe Polarität in der Umfangsrichtung aufweist, um einen vorbestimmten Schrittwinkel θSchritt (der Winkel zwischen Zentren benachbarter Spaltenmagnete) versetzt. Folglich weist der Rotor 3 des Motors 1 eine Schrittversatzstruktur auf, in der die Magnete 16a bis 16c in drei Stufen aufeinander gestapelt sind.
-
5 ist ein Diagramm, das den Versatzwinkel des Rotors 3 erläutert. Wie es in 5 gezeigt ist, schneidet die Linie L, welche die Zentren C1 bis C3 der Magnete 16a bis 16c (sowohl in der Umfangsrichtung als auch in der axialen Richtung) verbindet, die Außenenden der Magnete 16a und 16c entsprechend an Punkten P1 und P2. Der Zentrumswinkel zum Zentrum O der Drehung zwischen den Punkten P1 und P2 ist der Magnetversatzwinkel. Folglich ist der Schrittwinkel θSchritt zwischen den Magneten 16a und 16b ein Zentrumswinkel zwischen den Punkten C1 und C2 zum Zentrum O der Drehung, und der Schrittwinkel θSchritt zwischen den Magneten 16b und 16c ist ein Zentrumswinkel zwischen den Punkten C2 und C3 zum Zentrum O der Drehung. Die Zentrumswinkel zwischen den Punkten C1 und P1, C3 und P2 sind entsprechend die Hälfte des Schrittwinkels θSchritt (d. h. θSchritt/2). Folglich ist der Versatzwinkel θVersatz gleich θSchritt x (Anzahl der gestapelten Magnete - 1) + (θSchritt/2) × 2 = θSchritt x Anzahl der gestapelten Magnete.
-
Ein Rotor 22 (Drehmelderrotor) eines Drehmelders 21, der als Mittel zum Detektieren eines Drehwinkels verwendet wird, ist an dem Ende des Magnethalters 17a angebracht. Demgegenüber ist der Stator 23 (Drehmelderstator) des Drehmelders 21 in einen Drehmelderhalter 24, der aus Metall gefertigt ist, eingepresst und wird in einer Drehmelderhalterung 25, die aus synthetischem Harz gefertigt ist, gehalten. Der Drehmelderhalter 24 ist ein unten geschlossener Hohlzylinder. Der Drehmelderhalter 24 ist auf der Außenumfangsoberfläche einer Rippe 26 mittels Druck leicht eingepasst, die auf dem Zentrumsteil der Halterung 8 vorgesehen ist. Ein Innengewinde 27, das aus Metall gefertigt ist, ist in die Drehmelderhalterung 25 und die Halterung 8 eingebracht. Eine Halteschraube 28 ist in das Innengewinde 27 von außerhalb bezüglich der Halterung 8 eingeschraubt. Der Drehmelder 24 ist dadurch in der Halterung 8 gesichert.
-
In dem Motor 1 (Motor der 6P9S-Struktur) gemäß der Erfindung ist der Versatzwinkel θVersatz = Schrittwinkel θSchritt x Anzahl der Niveaus (Anzahl der gestapelten Magnete) auf 36° bis 57° (elektrischer Winkel; 12° bis 19° hinsichtlich des mechanischen Winkels) festgelegt. Wie es oben beschrieben ist, ist in dem 6P9S-Strukturmotor der theoretische Versatzwinkel, bei dem das Rastmoment Null ist, 360°/das kleinste gemeinsame Vielfache der Pole und Spalte. In dem Fall des Motors 1 ist der theoretische Versatzwinkel, bei dem das Rastmoment Null (0) ist 360°/18 = 20° (mechanischer Winkel; 60° hinsichtlich des elektrischen Winkels). 6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Versatzwinkel und dem Rastmoment darstellt. Wie es aus 6 ersichtlich ist, ist das Rastmoment an dem Versatzwinkel (elektrischer Winkel) von 60° minimal. Für alle Winkel, die kleiner als 60° sind, gilt, je kleiner der Versatzwinkel desto größer das Rastmoment.
-
Wie es aus 6 ersichtlich ist, ist das Rastmoment für den Drei-Niveauschrittversatz und den Vier-Niveauschrittversatz (im Folgenden entsprechend als „3-Niveauversatz“ und „4-Niveauversatz“ bezeichnet) weniger dominant als für den Zwei-Niveauschrittversatz (im Folgenden als „2-Niveauversatz“ bezeichnet), und die Rastmomente für den 3-Niveauversatz und den 4-Niveauversatz sind stark unterdrückt, beinahe bis zum selben Wert wie beim Rotorversatz (wenn die Anzahl der gestapelten Magnete als unendlich angenommen wird). Das Rastmoment für den Versatz der drei oder mehr Niveaus ändert sich kaum, unabhängig von der Anzahl der gestapelten Magnete. Das Rastmoment für den 2-Niveauversatz und das Rastmoment für den Versatz von drei oder mehr Niveaus weichen graduell voneinander ab, beginnend bei einem Versatzwinkel in der Nähe von 35°.
-
Als nächstes wird die Beziehung zwischen dem Versatzwinkel θVersatz und dem Ausgabedrehmoment betrachtet. Je größer der Versatzwinkel θVersatz ist, desto kleiner wird das Ausgabedrehmoment, im Besonderen wenn die Anzahl der gestapelten Magneten groß ist, ist diese Tendenz besonders zu betonen. 7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Versatzwinkel θVersatz (elektrischer Winkel) und dem Motorausgabedrehmoment erläutert. Wie es aus 7 ersichtlich ist, ist die Spannungsnutzungseffizienz extrem groß in dem 2-Niveauversatz, folglich wird das Erzeugen eines großen Drehmoments ermöglicht. Wenn die Anzahl der gestapelten Magnete zunimmt, verringert sich allerdings das Ausgabedrehmoment proportional.
-
In dem Motor 1 ist die Anzahl der gestapelten Magnete auf drei festgelegt, im Hinblick auf das Folgende:
- (1) In dem 2-Niveauversatz kann das Rastmoment nicht ausreichend verringert werden, wegen der Schwankungen der Montagegenauigkeit, des Versatzwinkels und der Anzahl der Pseudoschlitze.
- (2) Wie es aus dem Resultat der 6 ersichtlich ist, ist die Schrittversatzstruktur, welche drei oder mehr Niveaus aufweist, vorzuziehen, um das Rastmoment zu verringern.
- (3) Gleichermaßen ist die Rastmoment-Verringerungswirkung bezüglich des Ausmaßes in dem Versatz von drei oder mehr Niveaus beinahe gleich. Wenn man den Montageabstand bedenkt, ist der 3-Niveauversatz als kleinster erforderlicher Niveauversatz vorzuziehen.
- (4) Wie es aus dem Resultat der 7 ersichtlich ist, ist in der Schrittversatzstruktur die Spannungsnutzeffizienz groß, und ein hohes Drehmoment wird erhalten, verglichen mit der Versatzmagnetisierung.
- (5) Allerdings, je größer die Anzahl der gestapelten Magnete, desto geringer wird die Spannungsnutzeffizienz und desto geringer wird das Ausgabedrehmoment.
- (6) Im Hinblick auf diese Punkte ist der 3-Niveauversatz hinsichtlich des Rastmoments und des Ausgabedrehmoments am besten ausbalanciert.
-
8 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Versatzwinkel (mechanischer Winkel) und dem Verhältnis der fünften harmonischen Komponente zu allen harmonischen Komponenten zeigt, das in einem 6P9S-Strukturmotor beobachtet wird. Wie es 8 zeigt, je größer der Versatzwinkel, desto größer wird der Inhalt der fünften harmonischen Komponente. Wenn der Versatzwinkel 18° übersteigt, beginnt der Inhalt der fünften harmonischen Komponente sich allerdings zu verringern. Wenn der Versatzwinkel 22° übersteigt, verringert sich der Inhalt der fünften harmonischen Komponente scharf. Angenommen, dass der effektive Bereich des Inhalts der fünften harmonischen Komponente 90% oder mehr beträgt, sollte für den Versatzwinkel θVersatz (mechanischer Winkel) gelten: 12° ≤ 0Versatz (mechanischer Winkel) ≤ 19° in der 6P9S-Struktur. D. h. in dem Motor der 2P3S x n Struktur ist der Versatzwinkel (elektrischer Winkel) θVersatz 36° ≤ 0Versatz (elektrischer Winkel) ≤ 57°. Unter Berücksichtigung sowohl der Resultats von 8 als auch der Resultate der 6 und 7 legen die Erfindung hiervon den Motor 1 auf einen Versatzwinkel θVersatz auf 36° bis 57° (elektrischer Winkel) fest, bei dem das Rastmoment 10 mNm oder weniger betrug. 8 zeigt die Resultate der Untersuchung der Erfinder, die an Motoren durchgeführt wurde, die sich bezüglich der Magnetbreite und Exzentrizität der Innen- und Außendurchmesser unterscheiden. Die Beziehung zwischen dem Versatzwinkel und dem Verhältnis der fünften harmonischen Komponente war für Magnete verschiedener Konfigurationen vergleichbar.
-
Wie es oben beschrieben ist, wird in dem bürstenlosen Motor der vorliegenden Erfindung zunächst die 2P3S x n Struktur ausgewählt, die eine induzierte Spannung einer trapezförmigen Wellenform durch Einbeziehen der fünften harmonischen Komponente so hervorbringt, dass die Drehmomentwelligkeit verringert werden kann. Ferner wird dazu unter Berücksichtigung des Rastmoments und des Ausgabedrehmoments, eine 3-Niveaustruktur, welche bezüglich des Rastmoments und des Ausgabedrehmoments gut ausbalanciert ist, angewendet, um so weit wie möglich die Verringerung der Spannungsnutzeffizienz zu unterdrücken, die aus einer Erhöhung der Anzahl der gestapelten Magnete herrührt. Ferner wird der Versatzwinkel 0Versatz auf einen elektrischen Winkel von 36° bis 55° unter Berücksichtigung des Inhaltverhältnisses der fünften harmonischen Komponente, die zu einer leitungsinduzierten Spannung beiträgt, um eine trapezförmige Wellenform aufzuweisen, festgelegt. Das kann die Wellenform der leitungsinduzierten Spannung wirkungsvoll in eine trapezförmige ändern und kann die Drehmomentwelligkeit verringert und kann das Rastmoment verringern und verbessert das Ausgabedrehmoment, während die Anzahl der gestapelten Magnete minimiert wird. Ein bürstenloser Motor mit großer Ausgabe und starker Performanz kann folglich bereitgestellt werden, der einfach zu montieren und preiswert ist.
-
9 ist ein Graph, der darstellt, wie sehr das Drehmoment und die Drehgeschwindigkeit sich während eines Sinuswellenantriebs erhöht haben, aufgrund der induzierten Spannung, welche die fünfte harmonische Komponente enthält (mit anderen Worten stellt 9 die Beziehung zwischen dem Inhaltsverhältnis der fünften harmonischen Komponente und der Rate des Drehmomentzuwachses und der Rate des Drehgeschwindigkeitszuwachses dar). Wie es aus 9 ersichtlich ist, je stärker die fünfte harmonische Komponente zunimmt, desto größer wird das Ausgabedrehmoment und desto höher wird die Drehgeschwindigkeit. Nichtsdestotrotz, wenn das Ausgabedrehmoment und die Drehgeschwindigkeit bestimmte Werte übersteigen, beginnen die Raten, bei denen sich diese vergrößern, zu verringern. Ferner, da sich die Drehmomenterhöhungsrate und die Drehgeschwindigkeitserhöhungsrate voneinander unterscheiden, nimmt die Erstere einen maximalen Zuwachs von ungefähr 5% und die Letztere einen maximalen Zuwachs von ungefähr 6,5% an. Die Erfinder betrachteten folglich die Bereiche, in denen die beiden Raten auf eine Rate von 3% oder mehr sichergestellt werden können, als effektiv. Die Erfinder bestimmten demnach, dass der Inhalt der fünften harmonischen Komponente am besten 4,5% bis 6,5% betragen sollte, um das Ausgabedrehmoment mit der Drehgeschwindigkeit auszubalancieren. Folglich können sowohl das Ausgabedrehmoment als auch die Drehgeschwindigkeit effektiv vergrößert werden, als in dem Sinuswellenantrieb.
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Selbstverständlich können verschiedene Änderungen und Modifikationen im Gegenstand und Geist der Erfindung getätigt werden.
-
Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auf einen bürstenlosen Motor irgendeiner anderen Art zur Verwendung in EPS's angewendet werden, obwohl die oben beschriebene Ausführungsform eine ist, die zur Verwendung in EPS's der Säulenunterstützungsart konzipiert ist. Ferner ist die Erfindung nicht auf Motoren zur Verwendung in EPS's und verschiedenen Fahrzeugen beschränkt. Vielmehr kann die Erfindung für bürstenlose Motoren verschiedener Arten angewendet werden. Die beschriebene Ausführungsform ist ein bürstenloser Motor mit sechs Polen und neun Schlitzen, der sechs Magnete aufweist. Nichtsdestotrotz ist weder die Anzahl der Magnete noch die Anzahl der Schlitze beschränkt. In diesem Fall ist in einem Motor eines integralen Vielfachen von 2P3S ein Versatzwinkel auf den Bereich von 60° bis 75° (elektrischer Winkel) festgelegt.
