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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektromotorgetriebene
Bremsvorrichtung zur Verwendung in einem Automobilbremssystem.
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Bei
Bremsvorrichtungen zur Verwendung in Automobilbremssystemen ist
ein elektromotorgetriebener Verstärker unter Verwendung
eines Elektromotors als Verstärkungsquelle bekannt, wie
z. B. in der
japanischen
Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2008-302725 offenbart
ist. Bei dem elektromotorgetriebenen Verstärker wird der
Elektromotor gemäß einem Antriebskommando auf
der Grundlage eines Betriebs eines Bremspedals oder dergleichen
angetrieben und die Rotation des Rotors des Motors wird durch einen
Kugelgewindemechanismus, der ein Rotations-Linearbewegungsumwandlungsmechanismus
ist, in eine geradlinige Bewegung umgewandelt. Die lineare Bewegung
wird an ein Ausgabeelement übertragen, um eine Bremskraft
zu erzeugen.
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Bei
dem elektromotorgetriebenen Verstärker, der in der
japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung
Nummer 2008-302725 offenbart wird, der ein Typ einer elektromotorgetriebenen
Bremsvorrichtung ist, wird ein Mutterelement, das als ein Rotationselement
des Kugelgewindemechanismus dient, in einen Innenumfangsabschnitt
des Rotors des Elektromotors eingesetzt und der Rotor und das Mutterelement werden
aneinander befestigt, um als eine Einheit zusammen zu rotieren.
Bei dieser Struktur sind der Rotor des Motors und das Mutterelement
des Kugelgewindemechanismus wie oben beschrieben miteinander verbunden
und ein Stator wird an dem Außenumfang des Rotors angeordnet,
um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen. Eine solche Struktur
wird schnell kompliziert und es wird gewünscht, sie zu
vereinfachen.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Struktur bereitzustellen,
die zur Vereinfachung einer elektromotorgetriebenen Bremsvorrichtung
geeignet ist, bei der ein Rotations-Linear-Bewegungsumwandlungsmechanismus,
typischerweise vertreten durch den oben beschriebenen Kugelgewindemechanismus,
innerhalb eines Rotors eines Elektromotors angeordnet ist. Unten
beschriebene Ausführungsformen sind zu der Aufgabe der
vorliegenden Erfindung gelangt und haben die oben beschriebene technische
Aufgabe und andere Aufgaben gelöst, die für elektromotorgetriebene
Bremsvorrichtungen als hergestellte Artikel gelöst werden
sollten. Diese werden nachfolgend erklärt werden.
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Um
die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende
Erfindung eine elektromotorgetriebene Bremsvorrichtung bereit, bei
der die Rotation eines Elektromotors durch einen Rotations-Linear-Bewegungsumwandlungsmechanismus in
eine lineare Bewegung umgewandelt wird, um eine Bremskraft zu erzeugen.
Der Rotations-Linear-Bewegungsumwandlungsmechanismus weist ein Mutterelement
auf, das durch einen Rotor des Elektromotors zur Rotation angetrieben
wird, und einen Schraubenschaft, der an dem Innenumfang des Mutterelements
angeordnet ist und durch die Rotation des Mutterelements linear
bewegt wird. Das Mutterelement weist einen Mutterteil, der mit dem
Schraubenschaft in Eingriff steht, und einen Rotorteil, der sich
axial von dem Mutterteil erstreckt, auf. Der Rotor des Elektromotors
ist an dem Rotorteil des Rotations-Linear-Bewegungsumwandlungsmechanismus angeordnet.
Damit stellt die vorliegende Erfindung eine Struktur bereit, die
zur Vereinfachung einer elektromotorgetriebenen Bremsvorrichtung
geeignet ist.
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KURZE FIGURENBESCHREIBUNG
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1 ist
eine Längsschnittansicht eines elektromotorgetriebenen
Verstärkers als eine elektromotorgetriebene Bremsvorrichtung
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils der
elektromotorgetriebenen Bremsvorrichtung, die in 1 gezeigt
ist.
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3 ist
eine schematische Schnittansicht eines Elektromotors der elektromotorgetriebenen Bremsvorrichtung,
genommen entlang einer Ebene senkrecht zu der Rotationsachse des
Motors.
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4 ist
eine vergrößerte Ansicht eines Teils eines Rotors
des Elektromotors.
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5 ist
eine Ansicht eines Rotors einer elektromotorgetriebenen Bremsvorrichtung
gemäß einer anderen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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DETAILBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, die unten erklärt werden, sind
zu der Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelangt und haben die oben
beschriebene technische Aufgabe und viele andere Aufgaben gelöst,
die für elektromotorgetriebene Bremsvorrichtungen als hergestellte
Artikel gelöst werden sollen. Einige davon werden unten
erklärt werden. Gemäß den folgenden Ausführungsformen ist
der Rotor des Elektromotors an dem Mutterelement an einer Position
befestigt, die axial von dem Mutterteil entfernt ist. Folglich ist
es möglich, den Einfluss von Spannung zu reduzieren, die
vom Befestigen des Rotors an dem Mutterelement resultiert. Insbesondere
wenn ein Kugelgewindemechanismus als Rotations-Linear-Bewegungsumwandlungsmechanismus
verwendet wird ist es wahrscheinlich, dass er durch die Spannung
beeinflusst wird. In dieser Hinsicht kann die oben beschriebene
Struktur den Einfluss von Spannung auf den Mechanismus auf ein Minimum
beschränken.
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Weil
der Rotor des Elektromotors eine interne Permanentmagnetstruktur
verwendet, kann der magnetische Widerstand zwischen dem Stator und dem
Rotor des Motors reduziert werden, was zu einer Verbesserung der
Effizienz führt. Besonders weil die Magneten in Magneteinsetzöffnungen
befestigt sind, die in dem Rotor ausgebildet sind, kann der Spalt zwischen
dem Statorkern und dem Rotorkern reduziert werden und damit der
magnetische Widerstand reduziert werden.
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Wegen
der Struktur, in der ein Hilfsmagnetpol zwischen jedem Paar gegenseitig
benachbarter Magnetpole des Rotors ausgebildet ist, um ein Reluktanzdrehmoment
zu verwenden, ist es leicht, die Zufuhr von elektrischem Strom zu
dem Elektromotor aufrecht zu erhalten, selbst wenn die Zufuhrspannung
abfällt. Daher kann die Sicherheit weiter verbessert werden.
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Da
die Anzahl der Magnetpole des Rotors nicht weniger als 6 ist, bei
den Ausführungsformen insbesondere 8, können d-
und q-Achsen-Magnetkreisläufe an Positionen ausgebildet
sein, die radial näher an dem äußeren
Umfang des Rotorkerns sind. Folglich ist die Effizienzreduktion
selbst dann gering, wenn eine Öffnung in der Mitte des
Rotorkerns ausgebildet ist, und das Zentrum des Rotorkerns kann für
andere Zwecke verwendet werden. Zusätzlich ist der induzierte
Wirbelstrom klein, selbst wenn nicht-laminierte Metallstrukturen
wie z. B. der Rotor des Kugelgewindemechanismus und des Zylindermechanismus in
dem Zentrum des Rotorkerns angeordnet sind, weil d- und q-Achsen-Magnetflüsse,
die durch das Zentrum des Rotorkerns verlaufen, reduziert werden
können. Zusätzlich kann die Wärmeerzeugung
durch Wirbelstrom reduziert werden.
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Eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten detailliert
mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erklärt werden.
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1 zeigt
die allgemeine Ansicht eines elektromotorgetriebenen Verstärkers 1 als
eine elektromotorgetriebene Bremsvorrichtung gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist
eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils des
elektromotorgetriebenen Verstärkers 1. Wie in 1 und 2 gezeigt
ist, weist der elektromotorgetriebene Verstärker 1 ein
Gehäuse 3 auf. Das Gehäuse 3 weist
ein Ende und ein anderes Ende auf. Das eine Ende des Gehäuses 3 ist
an einer Trennung W befestigt, die zwischen einem Motorraum R1 und einem
Fahrgastraum R2 eines Fahrzeugs trennt. Ein Tandemhauptzylinder 2 ist
mit dem anderen Ende des Gehäuses 3 verbunden.
In der folgenden Beschreibung wird zum Zwecke der Erklärung
die Seite des Motorraums R1 als Frontseite und die Seite des Fahrgastraums
R2 als Rückseite definiert.
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Das
Gehäuse 3 weist einen röhrenförmigen Gehäusekörper 4 und
eine Rückabdeckung 6 auf, die mit Bolzen 5 an
dem Rückende des Gehäusekörpers 4 befestigt
ist. Der Gehäusekörper 4 hat eine abgestufte
Frontwand 4A, die mit diesem integral an dessen Frontende
ausgebildet ist. Der Hauptzylinder 2 ist an der Frontwand 4A befestigt.
Die Rückabdeckung 6 ist mit mehreren Gewindebolzen 7 versehen, mit
denen das Gehäuse 3 an der Trennung W des Fahrzeugs
angebracht ist. Die Rückabdeckung 6 hat einen
kreisförmigen zylindrischen Abschnitt 6A, der integral
mit diesem so ausgebildet ist, dass er nach hinten vorsteht. Der
zylindrische Abschnitt 6A erstreckt sich durch die Trennung
W in den Fahrgastraum R2.
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Das
Gehäuse 3 enthält einen Elektromotor 9 und
einen Kugelgewindemechanismus 10, der als ein Rotations-Linear-Bewegungsumwandlungsmechanismus
arbeitet, zusammen mit einem Primärkolben 8. Mit
dem in das Gehäuse 3 eingebrachten Primärkolben 8 ist
das Rückende des Hauptzylinders 2 von der Frontseite
an dem Gehäuse 3 angebracht. Zusätzlich
ist eine Steuerung 11 zum Antreiben des Motors 9 an
der Oberseite des Gehäuses 3 angebracht.
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Der
Hauptzylinder 2 ist ein Tandemhauptzylinder, der einen
Primärkolben 8 und einen Sekundärkolben
(nicht gezeigt) aufweist. Der Vorschub dieser Kolben erzeugt einen
Hydraulikdruck, der den Hydraulikdruckdurchgängen zweier
Hydraulikdrucksysteme von Hydraulikdruckanschlüssen 12A und 12B zuzuführen
ist. Als Folge dieses Betriebs des Primärkolbens 8 und
des Sekundärkolbens wird der Hauptzylinder 2 geeignet
mit Bremsfluid aus einem Reservoir 13, das an der Oberseite
des Hauptzylinders 2 angebracht ist, aufgefüllt.
Wenn der Hydraulikdruckkreislauf eines der zwei Hydraulikdrucksysteme
ausfallen sollte, kann die Zuführung von Hydraulikdruck zu
dem anderen Hydraulikdrucksystem aufrecht erhalten werden, um die
benötigte Bremskraft sicherzustellen.
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Der
Primärkolben 8 weist einen Eingabekolben 14 auf,
der durch eine Zwischenwand von ihm verschiebbar und fluiddicht
befestigt ist. Das Rückende des Eingabekolbens 14 ist
mit einem Verbindungsabschnitt versehen, mit dem das distale Ende einer
Eingabestange 15 verbunden ist. Die Eingabestange 15 wird
in den zylindrischen Abschnitt 6A der Rückabdeckung 6 und
den Rückteil des Primärkolbens 8 eingesetzt.
Der Rückendabschnitt der Eingabestange 15 erstreckt
sich von dem zylindrischen Abschnitt 6A in den Fahrgastraum
R2 und ein Bremspedal (nicht gezeigt) ist mit dem Rückende
der Eingabestange 15 verbunden. Eine flanschförmige
Federrückhaltung 16 ist an dem Rückende
des Primärkolbens 8 angebracht. Der Primärkolben 8 wird
durch eine Rückführfeder 17 in eine Rückzugsrichtung
gedrängt, die eine Kompressionsschraubenfeder ist, die
zwischen der Federrückhaltung 16 und dem rückseitigen
Ende des Hauptzylinders 2 eingesetzt ist. Der Eingabekolben 14 wird
in einer neutralen Position relativ zu dem Primärkolben 8,
der in 1 gezeigt ist, durch Federn 18 und 19 federnd
gehalten. Die Feder 18 ist zwischen dem Verbindungsabschnitt,
der an dem Rückende des Eingabekolbens 14 vorgesehen
ist, und der Zwischenwand des Primärkolbens 8 eingefügt.
Die Feder 19 ist zwischen den Verbindungsabschnitt des
Eingabekolbens 14 und die Federrückhaltung 16 eingefügt.
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Der
Elektromotor 9 ist ein mit einem inneren Permanentmagneten
versehener Synchronmotor, der einen Stator 21 und einen
Rotor 52 aufweist. Der Stator 21 weist mehrere
Spulen auf, die an einer Stufe der Rückseite der Frontwand 4A des
Gehäusekörpers 4 mit Bolzen 20 befestigt
sind. Der Rotor 52 enthält einen kreisförmigen
zylindrischen Rotorkern 22, der so angeordnet ist, dass
er der Innenumfangsoberfläche des Stators 21 und
mehreren Permanentmagneten 23, die in den Rotorkern 22 eingesetzt sind,
zugewandt ist. In dieser Ausführungsform sind acht Permanentmagnete 23 angeordnet,
die acht Magnetpole bilden.
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Der
Kugelgewindemechanismus 10 weist ein kreisförmiges
zylindrisches Mutterelement 26, einen kreisförmigen
zylindrischen Schraubenschaft 27, der als ein Linearbewegungselement
dient, und mehrere Kugeln als Rollelemente auf.
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Das
zylindrische Mutterelement 26 ist durch Lager 24 und 25 drehbar
an dem Gehäuse 3 gehalten.
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Der
zylindrische Schraubenschaft 27 wird in das Mutterelement 26 und
den zylindrischen Abschnitt 6A der Rückabdeckung 6 eingesetzt.
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Die
Kugeln als Rollelemente werden zwischen Kugelnuten 26A und 27A,
die an den sich gegenseitig gegenüberliegenden Oberflächen
des Mutterelements 26 und des Schraubenschafts 27 ausgebildet
sind, eingebracht.
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Der
Schraubenschaft 27 weist einen sich axial erstreckenden
Schlitz auf, der in seinem Rückendabschnitt ausgebildet
ist, und ein Stopper 30 an dem Rückende des zylindrischen
Abschnitts 6A der Rückabdeckung 6 ist
in den Schlitz gefügt. Damit wird der Schraubenschaft 27 so
gehalten, dass er axial beweglich aber nicht um die Achse rotierbar
ist. Eine Rotation des Mutterelements 26 bewirkt, dass die
Kugeln entlang den Kugelnuten 26A und 27A rollen,
wodurch sie es dem Schraubenschaft 27 erlauben, sich in
er axialen Richtung zu bewegen. Das Mutterelement 26 weist
einen Rotorkern 22 des Elektromotors 9 auf, der
durch Presspassung daran befestigt ist, so dass er zusammen mit
dem Rotor 52 als eine Einheit rotiert.
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Der
Schraubenschaft 27 wird durch eine Rückführfeder 29,
die eine sicher verjüngende Kompressionsschraubenfeder
ist, in eine Rückzugsrichtung gedrängt. Die Rückführfeder 29 ist
zwischen den Schraubenschaft 27 und die Frontwand 4A des Gehäusekörpers 4 eingesetzt.
Die Rückzugsposition des Schraubenschafts 27 ist
durch den Stopper 30 begrenzt, der an dem zylindrischen
Abschnitt 6A der Rückabdeckung 6 vorgesehen
ist. Der Schraubenschaft 27 weist den in sich eingesetzten
Rückendabschnitt des Primärkolbens 8 auf.
Die Rückzugsposition des Primärkolbens 8 ist
durch Anliegen der Federrückhaltung 16 gegen den
abgestuften Abschnitt 31, der an dem inneren Umfang des
Schraubenschafts 27 ausgebildet ist, begrenzt. Damit kann sich
der Primärkolben 8 zusammen mit dem Schraubenschaft 27 nach
vorn bewegen und kann sich auch alleine von dem abgestuften Abschnitt 31 weg
nach vorn bewegen.
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In
dem Gehäusekörper 4 sind der Rotorkern 22 und
ein Drehgeber 32 vorgesehen, der die Rotationsposition
des Mutterelements 26 detektiert. Der Drehgeber 32 umfasst
einen Drehgeber-Stator 34, der mit Bolzen 33 an
der Rückabdeckung 6 angebracht ist, und einen
Drehgeber-Rotor 35, der an dem äußeren
Umfang des Rotorelements 26 angebracht ist, so dass er
dem inneren Umfang des Drehgeber-Stators 34 zugewandt ist.
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Als
nächstes wird das Mutterelement 26 des Kugelgewindemechanismus 10 detaillierter,
hauptsächlich mit Bezug auf 2, beschrieben
werden.
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Wie
in 2 gezeigt ist, erstreckt sich das Mutterelement 26 in
dem Gehäuse 3 axial von der Nähe des
Endes der Frontwand 4A des Gehäusekörpers 4 zur
Nähe des Endes der Rückwand der Rückabdeckung 6.
Das Mutterelement 26 umfasst einen Mutterteil 36,
der an der Rückseite vorgesehen ist und die Kugelnut 26A aufweist,
und einen Rotorteil 37, der sich axial von dem Mutterteil 36 nach
vorne erstreckt. Der Rotorteil 37 weist den daran pressgepassten
Rotorkern 22 auf, wodurch der Rotorkern 22 an
dem Mutterelement 26 befestigt ist. Ein Bereich des Rotorteils 37,
an den der Rotorkern 22 pressgepasst ist, ist mit einer
Stufe 37B versehen, die etwas höher als der Endabschnitt 37A des
Rotorteils 37 ist. Der Rotorteil 37 weist einen
Kleindurchmesserabschnitt 37C zwischen der Stufe 37B und
dem Endabschnitt 37A auf. Der Kleindurchmesserabschnitt 37C zwischen
der Stufe 37B und dem Endabschnitt 37A reduziert
einen Einsetzwiderstand, der auftritt, wenn der Rotorkern 22 pressgepasst
wird. Der Rotorteil 37 weist einen abgestuften Abschnitt
an einem Bereich nahe dem Mutterteil 36 auf. Der abgestufte Abschnitt
ist mit einer kleinen ringförmigen Nut 37D ausgebildet.
Die ringförmige Nut 37B entspannt die Befestigungsspannung,
die an dem Mutterelement 26 von dem Rotorkern 22 anliegt.
Die Wanddicke t des Rotorteils 37 ist dünner als
die Wanddicke T des Mutterteils 36. Mit dieser Struktur
ist es, wenn der Rotorkern 22 an den Rotorteil 37 pressgepasst
ist, unwahrscheinlich, dass Dehnungsspannung, die durch den Passungsprozess
in dem Rotorteil 37 erzeugt wird, auf den Mutterteil 36,
der die Kugelnut 26A aufweist, übertragen wird.
Das Mutterelement 26 wird durch ein Lager 24 gehalten.
Das Lager 24 ist benachbart zu der Frontwand 4A des
Gehäusekörpers 4 vorgesehen. Der Rückendabschnitt
des Mutterteils 36 wird durch ein Lager 25 gehalten,
das an einem abgestuften Abschnitt der Rückabdeckung 6 vorgesehen
ist. Das Mutterelement 26 ist durch die Lager 24 und 25 rotierbar
an dem Gehäuse 3 gehalten. Der Drehmelder-Rotor 35 ist
an dem Außenumfang des Mutterteils 36 mit einem
Rückhaltering 38 angebracht. Der Drehmelder-Rotor 35 kann
beispielsweise durch Presspassen oder Bonden angebracht sein. In
einem solchen Fall ist es wünschenswert, den Einfluss des
Presspassens oder Bondens auf den Mutterteil 36 und damit
die Kugelnut 26A, beispielsweise den Einfluss von Dehnungsspannung,
die durch Presspassen erzeugt wird, zu berücksichtigen.
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Es
sollte bemerkt werden, dass das Mutterelement 26 mit einem
dünnwandigen Bereich zwischen dem Rotorteil 37 und
dem Mutterteil 36 versehen sein kann, um den Schnittbereich
des Bereichs zwischen dem Rotor und den Mutterteilen 37 und 36 zu
reduzieren. In diesem Fall wird Dehnungsspannung in dem Bereich
zwischen dem Rotor und den Mutterteilen 37 und 36 konzentriert;
daher ist es unwahrscheinlich, dass Dehnungsspannung, die in dem
Rotorteil 37 durch Presspassen des Rotorkerns 22 erzeugt
wird, auf den Mutterteil 36 übertragen wird. Zusätzlich
kann die Innenumfangsoberfläche des Rotorteils 37 entlang
der Rückführfeder 29 verjüngt
sein.
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Die
Steuerung 11 steuert die Rotation des Elektromotors 9 auf
der Grundlage von Detektionssignalen von verschiedenen Sensoren,
inklusive einem Verschiebungssensor (nicht gezeigt), der die Verschiebung
der Eingabestange 15 detektiert, dem Drehmelder 32 und
einem Hydraulikdrucksensor 39, der den Hydraulikdruck in
dem Hauptzylinder 2 detektiert.
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3 ist
eine konzeptionelle Schnittansicht eines Elektromotors 9,
die entlang einer Ebene genommen ist, die senkrecht zu der Rotationsachse des
Motors 9 verlauft. Statorwicklungen 44 sind durch
die konzentrierte Wickelmethode um Zähne 42 des
Stators 42 gewickelt. Die Zähne 42 des
Stators 21, die Statorkerne sind, sind aus elektromagnetischen
Stahlblechen, die in einer Richtung entlang der Rotationsachse gestapelt
sind, im Hinblick auf das Reduzieren von Wirbelstrom hergestellt.
An der radial inneren Seite der Zähne 42 des Stators 21 ist
der Rotor 52 an dem Rotorteil 37 des Mutterelements 26 mit
einem zwischen den Rotor 52 und die Zähne 42 eingefügten
Luftspalt befestigt. Beispiele von Verfahren zum Befestigen des
Rotors 52 an dem Mutterelement 26 enthalten ein
Verfahren, bei dem der Rotor 52 an den Rotorteil 37 des
Mutterelements 26 pressgepasst ist, und ein Verfahren,
bei dem ein Schlüssel zwischen den Rotor 52 und
den Rotorteil 37 des Mutterelements 26 eingefügt
wird. In dieser Ausführungsform ist der Rotor 52 an
den Außenumfang des Rotorteils 37 des Mutterelements 26 pressgepasst, wodurch
der Rotor 52 an dem Mutterelement 26 befestigt
wird.
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Der
Rotor 52 weist einen Rotorkern 22 und acht Permanentmagneten 23 auf,
die in den Rotorkern 22 eingesetzt sind, so dass sie acht
Magnetpole bilden. Der Rotorkern 22 ist aus Magnetstahlblechen hergestellt,
die in einer Richtung entlang der Rotationsachse gestapelt sind.
Durch Verwendung von gestapelten Magnetstahlblechen, um den Rotorkern 22 zu
bilden, kann Wirbelstrom reduziert werden. Der Rotorkern 22 ist
mit umfangsseitig gleichmäßig beabstandeten Magneteinsetzöffnungen 22A ausgebildet, die
sich in einer Richtung entlang der Rotationsachse erstrecken. Die
Magneteinsetzöffnungen 22A können an
mehreren Positionen ausgebildet sein. In dieser Ausführungsform
sind die Magneteinsetzöffnungen 22A an acht Positionen
ausgebildet. Ein Permanentmagnet 23 wird in jede der Magneteinsetzöffnungen 22A eingesetzt.
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Es
sollte angemerkt werden, dass beim eigentlichen Herstellungsprozess
des Rotors 52 magnetische Elemente, die aus einem unmagnetisierten Magnetmaterial
hergestellt sind, z. B. Neodym oder Ferrit, in die Magneteinsetzöffnungen 22A des
Rotorkerns 22 eingesetzt werden und nach dem Einsetzprozess
von außen ein starker Magnetfluss auf die magnetischen
Elemente ausgeübt wird, wodurch die magnetischen Elemente
magnetisiert werden, so dass sie Permanentmagneten 23 bilden.
Der Grund hierfür ist wie folgt. Wenn die magnetischen
Elemente magnetisiert sind, so dass sie Permanentmagneten 23 bilden,
bevor sie in den Rotorkern 22 eingesetzt sind, wird es
schwierig die starken Permanentmagneten 23 in die Magneteinsetzöffnungen 22A des
Rotorkerns 22 einzusetzen, weil eine starke magnetische
Anziehungskraft zwischen den Permanentmagneten 23 und dem
Rotorkern 22 wirkt, was zu einer Reduktion der Produktivität
führen würde. Zusätzlich können
die Permanentmagneten 23 Eisenspäne und magnetische
Späne während der Herstellung anziehen, wenn die
Magnetelemente magnetisiert sind, so dass sie Permanentmagneten 23 bilden,
bevor sie in den Rotorkern 22 eingesetzt sind. Die dadurch
an den Permanentmagneten 23 anhaftenden Fremdkörper
können es erschweren, die Permanentmagneten 23 in
die Magneteinsetzöffnungen 22A einzusetzen. In
Bezug auf die Magnetisierungsrichtung jedes Permanentmagneten 23 wird,
wenn ein Permanentmagnet 23 so magnetisiert wird, dass seine
Statorseite ein Nordpol ist und seine näher an der Mitte
des Rotors gelegene Seite ein Südpol ist, ein Permanentmagnet 23 neben
ihm in der entgegen gesetzten Richtung magnetisiert, d. h. derart,
dass seine Statorseite ein Südpol ist und seine näher
an der Mitte des Rotors gelegene Seite ein Nordpol ist. D. h. jedes
Paar gegenseitig benachbarter Magnetpole ist in entgegen gesetzten
Richtungen magnetisiert.
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Jeder
Permanentmagnet 23 bildet einen Magnetpol des Rotors 52.
Wie in 4 gezeigt ist, wird der d-Achsen-Magnetfluss, der
in jedem Permanentmagneten 23 erzeugt wird, zu dem Stator 21 geleitet, um
ein Polstück 56 zu bilden. Das Polstück 56 wird zwischen
dem Permanentmagneten 23 und der Oberfläche der
Seite der Zähne 42 des Rotorkerns 22 ausgebildet.
Magnetmoment, welches zuerst ein Drehmoment ist, wird auf der Grundlage
des d-Achsen-Magnetflusses und eines rotierenden Magnetfeldes erzeugt,
das die Statorwicklungen 44 erzeugen.
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Währenddessen
erzeugt das rotierende Magnetfeld, das durch die Statorwicklungen 44 gebildet ist,
einen q-Achsen-Magnetfluss, der durch einen Hilfsmagnetpol 54 gelangt,
der zwischen jedem Paar gegenseitig benachbarter Magnetpole des
Rotorkerns 22 ausgebildet wird. Ein Reluktanzdrehmoment,
das ein zweites Drehmoment ist, wird auf der Grundlage der Differenz
zwischen der Reluktanz eines Magnetkreises, der durch das rotierende
Magnetfeld, das durch den Hilfsmagnetpol 54 gelang, erzeugt
wird, und der Reluktanz eines Magnetkreises, der durch den Permanentmagneten 23 gelangt,
erzeugt. Ein Drehmoment, das durch den Elektromotor 9 erzeugt
wird, ist eine Gesamtheit des magnetischen Drehmoments und des Reluktanzdrehmoments.
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Es
sollte angemerkt werden, dass eine Drehmomentreduktion während
einer Hochgeschwindigkeitsrotation durch Erhöhen des oben
beschriebenen Reluktanzdrehmoments reduziert werden kann. Zusätzlich
kann ein Erhöhen des Reluktanzdrehmoments die Mängel
von Permanentmagneten 23 reduzieren und kann daher die
Menge des verwendeten Magnetmaterials reduzieren, das aus kostbarem
seltenem Metall hergestellt ist, was zu einer Kostenreduktion führt.
Das durch den Elektromotor 9 auf der Grundlage der zugeführten
elektrischen Leistung erzeugte Drehmoment ist eine Summe des Magnetmoments
und des Reluktanzdrehmoments. Daher ist es möglich, wenn
der Anteil des Magnetmoments reduziert wird, die Menge von Permanentmagneten 23,
d. h. die Menge des Magnetflusses, den die Permanentmagneten 23 erzeugen,
zu reduzieren. Der durch die Permanentmagneten 23 erzeugte
Magnetfluss erzeugt eine intern induzierte Spannung. Folglich steigt die
intern induzierte Spannung, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des
Elektromotors 9 ansteigt.
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Andererseits
basiert der Strom, der durch den Elektromotor 9 fließt,
auf dem Unterschied zwischen der Zugführungsspannung und
der intern induzierten Spannung. Folglich reduziert sich der Strom, der
dem Elektromotor 9 zugeführt werden kann, wenn
sich die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors 9 erhöht,
und das Moment, das während der Hochgeschwindigkeitsrotation
erzeugt wird, reduziert sich. Vom oben beschriebenen Standpunkt
wird bei dem Elektromotor 9 dieser Ausführungsform
ein Hilfsmagnetpol 54 zwischen jedem Paar gegenseitig benachbarter
Magnetpole ausgebildet, um das Reluktanzdrehmoment zu verwenden.
Daher ist es möglich, die intern induzierte Spannung während
der Hochgeschwindigkeitsrotation zu unterdrücken und ist
daher möglich, die Zuführung von Strom zu dem Elektromotor 9 zu
erhöhen.
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In
dieser Ausführungsform wirkt die Steuerung 11 auf
die elektrische Leistung, die von einer Batterie zugeführt
wird, die an dem Fahrzeug befestigt ist, welche eine Niederspannungsleistungsquelle ist,
z. B. eine 14 V Leistungsquelle. Die Niederspannungsleistungsquelle
führt auch anderen elektrischen Verbrauchern elektrische
Leistung zu, z. B. Scheinwerfern oder einem Klimaanlagenantriebsmotor.
Daher kann die Zufuhrspannung der Batterie unter dem Einfluss anderer
elektrischer Verbraucher abfallen. Es ist wünschenswert,
um unter solchen Bedingungen eine Bremskraftsteuerung mit hoher
Zuverlässigkeit durchzuführen, den Anstieg von
intern induzierter Spannung des Elektromotors 9 zu unterdrücken.
Auch vor diesem Hintergrund weist der Elektromotor 9 dieser
Ausführungsform eine Struktur auf, bei der Hilfsmagnetpole 54 ausgebildet
sind, um Reluktanzdrehmomente zu erzeugen, und kann daher mit dem
oben beschriebenen Problem zurechtkommen. Das bedeutet, es ist möglich,
eine Bremskraftsteuerung mit hoher Zuverlässigkeit durchzuführen,
selbst wenn die Zufuhrspannung der Batterie unter dem Einfluss anderer
elektrischer Verbraucher abfällt.
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4 ist
eine teilweise vergrößerte Ansicht, die den magnetischen
Nord- und Südpol der Permanentmagneten 23 und
die Hilfsmagnetpole 54 dazwischen zeigt, die in 3 gezeigt
sind.
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Ein
Permanentmagnet 23 (linker Permanentmagnet, gesehen in 4),
dessen Seite des Stators 21 ein Nordpol ist, stellt durch
ein Polstück 56 einen d-Achsen-Magnetfluss für
den Stator 21 bereit. Andererseits stellt der Stator 21 durch
ein Polstück 56 einen d-Achsen-Magnetfluss für
den Permanentmagneten 23 (rechter Permanentmagnet, gesehen
in 4) bereit, dessen Seite des Stators 21 ein
Südpol ist. Der d-Achsen-Magnetfluss erzeugt das oben beschriebene
Magnetdrehmoment.
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Zusätzlich
führt der Stator 21 einem Hilfsmagnetpol 54 einen
q-Achsen-Magnetfluss zu. Der q-Achsen-Magnetfluss kehrt von anderen
Hilfsmagnetpolen 54 zu dem Stator 21 zurück.
Ein Reluktanzdrehmoment wird auf der Grundlage des q-Achsen-Magnetflusses
erzeugt.
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Bei
dem Rotor 52 dieser Ausführungsform sind Brückenabschnitte 58 jeweils
zwischen den Polstücken 56 und den Hilfsmagnetpolen 54,
d. h. an Regionen, die in 4 durch
Kreise eingeschlossen sind, vorgesehen, um einen Ausfluss des Magnetflusses
zwischen den Polstücken 56 und den Hilfsmagnetpolen 54 zu
reduzieren. D. h., ein Brückenabschnitt 58 mit
einem kleinen Querschnittsbereich eines Magnetdurchgangs ist zwischen
jedem Magnetende und der Endoberfläche des Rotorkerns 22 an der
Seite des Stators 21 ausgebildet, wodurch eine magnetische
Sättigung erzeugt wird, so dass der Fluss des Magnetflusses,
der durch den Brückenabschnitt 58 passiert, konvergiert.
Mit dieser Struktur des Rotors 52 kann die Effizienz des
Elektromotors 9 verbessert werden.
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In
dieser Ausführungsform ist die Zahl der Magnetpole des
Rotors 52 nicht weniger als 6, d. h. B. Indem damit die
Zahl der Magnetpole erhöht wird, können Magnetkreise,
durch die die oben beschriebenen d- und q-Achs-Magnetflüsse
passieren, in dem Rotorkern 22 nahe den Permanentmagneten 23 an
deren Seiten ausgebildet werden, die näher an der Mitte
des Rotorkerns 22 liegen. Mit anderen Worten können
die Magnetkreise radial in der Nähe der Permanentmagneten 23,
nicht in der Nähe der Mitte des Rotorkerns 22 ausgebildet
sein. Folglich ist es möglich den Effizienzverlust, der
durch die Vergrößerung des Luftspalts an der Mitte
des Rotorkerns 22 erzeugt wird, zu reduzieren. Wenn Magnetfluss
von dem Rotorkern 22 in der Nähe der Mitte des
Rotorkerns 22 in den Rotorteil 37 eintritt, wird
ein Wirbelstrom erzeugt, weil der Rotorteil 37 keine Laminatstruktur
ist, was zu einer Reduktion der Effizienz und einer Erhöhung
der Temperatur führt. In dieser Hinsicht können,
durch Erhöhen der Anzahl magnetischer Pole des Rotorkerns 50 auf
nicht weniger als 6, wie oben angegeben wurde, die Magnetkreise
magnetischer Flüsse, die durch den Rotorkern 22 an
den Seiten der Permanentmagneten 23 gelangen, die näher
an der Mitte des Rotorkerns 22 liegen, in der Nähe
der Permanentmagneten 23 ausgebildet werden, und der Magnetfluss,
der durch den Rotorteil 37 fließt, kann verringert
werden. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass ein Ansteigen der
Zahl magnetischer Pole die Struktur kompliziert macht und daher die
Produktivität verschlechtert. In dieser Hinsicht ist es
wünschenswert, dass die Anzahl von Magnetpolen des Rotors 52
16 nicht übersteigt.
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Das
Folgende ist eine Erklärung des Betriebs dieser Ausführungsform,
die wie oben beschrieben angeordnet ist.
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Wenn
das Bremspedal betätigt wird, wird die Eingabestange 15 bewegt,
um den Eingabekolben 14 vorzuschieben. Die Steuerung 11 steuert
den Betrieb des Elektromotors 9 auf der Grundlage der Verschiebung
der Eingabestange 15, die durch den Verschiebungssensor
detektiert wird, womit der Primärkolben 8 dazu
gebracht wird, sich durch den Kugelgewindemechanismus 10 der
Verschiebung der Eingabestange 15 folgend vorzuschieben.
Als eine Folge wird ein Hydraulikdruck in dem Hauptzylinder 2 erzeugt
und dieser Hydraulikdruck wird dem Bremssattel jedes Rades durch
die Hydraulikdruckanschlüsse 12A und 12B zugeführt,
um eine Bremskraft zu erzeugen.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird ein Teil des Hydraulikdrucks, der in dem Hauptzylinder 2 erzeugt wird,
durch den Eingabekolben 14 aufgenommen, und die Reaktionskraft
des Eingabekolbens 14 wird durch die Eingabestange 15 an
das Bremspedal zurückgegeben. Damit kann eine gewünschte
Bremskraft mit einem vorbestimmten Verstärkungsverhältnis
erzeugt werden. Die Steuerung 11 steuert die folgende Position
des Primärkolbens 8 korrekt derart relativ zu
dem Eingabekolben 14, dass die Federkräfte der
Federn 18 und 19 auf den Eingabekolben 14 wirken,
wodurch die Reaktionskraft auf die Eingabestange 15 eingestellt
wird. Damit ist es möglich, eine Bremspedalreaktionskraft
zu erhalten, die zur Verwendung während einer automatischen
Bremssteuerung wie z. B. einer Verstärkungssteuerung, einer Bremsassistenzsteuerung,
einer Fahrzeugstabilitätssteuerung, einer Zwischenfahrzeugsteuerung,
einer regenerativen Kooperationssteuerung usw. geeignet ist.
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Als
nächstes wird der Zusammenbauprozess des elektromotorgetriebenen
Verstärkers 1 erklärt.
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Ein
Lager 24 und der Stator 21 des Elektromotors 9 werden
an dem Gehäusekörper 4 angebracht und
das andere Lager 25 und der Drehmelder-Stator 34 werden
an der Rückabdeckung 6 angebracht.
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Der
Rotorkern 22 und der Drehmelder-Rotor 35 werden
an dem Mutterelement 26 des Kugelgewindemechanismus 10 angebracht,
der aus dem Mutterelement 26, dem Schraubenschaft 27 und
den Kugeln aufgebaut ist.
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Der
Kugelgewindemechanismus 10 wird an dem Gehäusekörper 10 angebracht
und die Rückabdeckung 6 wird durch die Bolzen 5 mit
dem Gehäusekörper 4 verbunden.
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Ferner
wird die Steuerung 11 an der Oberseite des Gehäusekörpers 4 angebracht
und der Stator 21 und der Drehmelder-Stator 34 werden
durch Verwendung von Busbügeln (nicht gezeigt) elektrisch
mit einem Steuerungsboard (nicht gezeigt) der Steuerung 11 verbunden.
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In
diesem Zustand kann der Elektromotor 9 dazu betrieben werden,
den Kugelgewindemechanismus 10 anzutreiben und den Drehmelder 32 durch Zuführen
elektrischer Leistung zu der Steuerung 11 zu betreiben.
Folglich ist es möglich, die Betriebsbedingungen des Elektromotors 9,
des Kugelgewindemechanismus 10 und des Drehmelders 32 zu überprüfen.
Die Innenumfangsoberfläche des Rotorteils 37 des
Mutterelements 26 ist mit einer Ausnehmungs-Vorsprungs-Ausgestaltung
(gezeigt durch die gestrichelte Linie in 2), z. B.
eine sich axial erstreckende Schlüsselnut 26A oder
eine Rille, ausgebildet, ein Detektionselement einer Überprüfungsvorrichtung
kann an der Ausnehmungs-Vorsprungs-Ausgestaltung befestigt sein,
wodurch die Rotationsbewegung (Moment, Geschwindigkeit, usw.) des
Mutterelements 26 leicht gemessen werden kann, und der
Betrieb des Elektromotors 9 kann überprüft
werden.
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Nachdem
der Primärkolben 8, der Eingabekolben 14,
die Eingabestange 15 usw. in dem Gehäuse 3 installiert
worden sind, wird der Hauptzylinder 2 von der Frontseite
an dem Gehäuse 3 angebracht. Auf diese Weise kann
der elektromotorgetriebene Verstärker 1 zusammengesetzt
werden.
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In
dieser Ausführungsform sind das Mutterelement 26 des
Kugelgewindemechanismus 10 und der Rotorkern 22 des
Elektromotors 9 durch Presspassung verbunden. Folglich
ist die Struktur einfach und die Zahl der Komponententeile, die
verwendet werden, kann reduziert werden. Der Rotorteil 37,
an den der Rotorkern 22 pressgepasst ist, ist axial von dem
Mutterteil 36 entfernt, der mit der Kugelnut 26A ausgebildet
ist, und seine Wanddicke ist dünner als die des Mutterteils 36.
Folglich ist es unwahrscheinlich, dass Dehnungsspannung, die durch
Presspassung des Rotorkerns 22 in dem Rotorteil 37 erzeugt wird,
auf den Mutterteil 36 übertragen wird. Daher ist es
möglich, eine Deformation des Mutterteils 36 zu unterdrücken
und die Maßgenauigkeit der Kugelnut 26A aufrecht
zu erhalten.
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In
dieser Ausführungsform kann der Leistungsverbrauch reduziert
werden, weil der Elektromotor 9 ein Hocheffizienzsynchronmotor
mit inneren Permanentmagneten ist. Der Elektromotor 9 kann
jedoch ein Synchronmotor sein, der Permanentmagneten aufweist, die
auf der Oberfläche des Rotorkerns angeordnet sind, oder
ein anderer Motortyp, z. B. ein Induktionsmotor.
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Es
sollte angemerkt werden, dass die Struktur, in welcher der Rotorteil 37 axial
von dem Mutterteil 36 entfernt ist, auch in einem Fall
nützlich ist, wo der Rotorkern 22 durch ein anderes
Verfahren als Presspassen (z. B. Bonden) an dem Rotorteil 37 angebracht
ist. D. h., in einem Fall, in dem der Rotorteil 37 und
der Mutterteil 36 nicht axial voneinander entfernt sind,
können die folgenden Probleme auftreten. Wenn z. B. der
oben beschriebene Prozess übernommen wird, bei dem die
Permanentmagneten 23 durch Magnetisieren der magnetischen
Elemente gebildet werden, nachdem sie in den Rotorkern 22 eingesetzt
sind, können der Mutterteil 36 und die Kugeln unnötigerweise
magnetisiert werden. In einem Fall, in dem der Rotorkern 22 an
den Rotorteil 37 gebondet ist, kann eine Erhitzung, die
zum Verbinden verwendet wird, wenn ein duroplastischer Klebstoff
verwendet wird, ein Schmierfett beeinträchtigen, das auf
den Mutterteil 36 des Kugelgewindemechanismus 10 aufgetragen
ist. Damit unterdrückt die Struktur dieser Ausführungsform,
in der der Motorteil 37 axial von dem Mutterteil 36 entfernt
ist, die Wahrscheinlichkeit, dass der Mutterteil 36 und
die Kugeln des Kugelgewindemechanismus 10 unnötigerweise
magnetisiert werden. Folglich arbeitet der Kugelgewindemechanismus 10 weich
und die Zuverlässigkeit des elektromotorgetriebenen Verstärkers
verbessert sich. Zusätzlich wird die Wahrscheinlichkeit
unterdrückt, dass der Erhitzungsprozess das Schmierfett
in dem Kugelgewindemechanismus 10 beeinträchtigen
kann. Daher arbeitet der Kugelgewindemechanismus 10 weich
und die Zuverlässigkeit des elektromotorgetriebenen Verstärkers
verbessert sich.
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5 ist
eine Schnittansicht, die einen Rotor 52' und einen Rotorteil 37' eines
elektromotorgetriebenen Verstärkers 1' gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten
Ausführungsform, die in 3 und 4 gezeigt
ist, darin, dass magnetische Luftspalte 62 an beiden Seiten
jeder Magneteinsetzöffnung ausgebildet sind. D. h., ein
magnetischer Luftspalt 62 wird zwischen jeden Permanentmagneten 23 zum
Bilden eines Magnetpols und einem Hilfsmagnetpol 54 benachbart
dazu ausgebildet, wodurch ein Verzahnungsmoment reduziert werden
kann und die Rotation weich wird. Zusätzlich kann eine
magnetische Brücke 58 zwischen jedem magnetischen
Luftspalt 62 und der Oberfläche des Rotorkerns 22' an
der Seite des Stators 21 ausgebildet sein, was zu einer
Reduktion des Verlustes des magnetischen Flusses führt
und ebenfalls zu einer Effizienzverbesserung führt. Für
die in 5 gezeigte Struktur kann erwartet werden, dass
sie ähnliche vorteilhafte Effekte aufweist wie jene, die
in der ersten Ausführungsform beschrieben sind, die in 3 und 4 gezeigt
ist. Weil die Anzahl der Magnetpole nicht kleiner als 6, d. h. 8
ist, können magnetische Kreise, durch welche die d- und
g-Achs-Magnetflüsse gelangen, in entsprechenden Positionen
nicht sehr weit von den mittenseitigen Oberflächen der
Permanentmagneten 23 ausgebildet sein und daher kann die Öffnung
in der Mittenseite des Rotorkerns 22' vergrößert
sein.
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Obwohl
in den vorhergehenden Ausführungsformen die technische
Bedeutung der vorliegenden Erfindung durch Verwendung eines elektromotorgetriebenen
Motors beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf
den elektromotorgetriebenen Verstärker begrenzt, sondern
kann auch auf andere elektromotorgetriebene Bremsvorrichtungen angewendet
werden, z. B. eine elektromotorgetriebene Scheibenbremse, bei der
ein Bremsbelag durch einen Elektromotor gegen eine Scheibe gepresst
wird.
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Obwohl
nur einige beispielhafte Ausführungsformen dieser Erfindung
oben im Detail beschrieben wurden, werden die Fachleute bereits
erkennen, dass viele Modifikationen in den beispielhaften Ausführungsformen
möglich sind, ohne materiell von der neuen Lehre und den
Vorteilen dieser Erfindung abzuweichen. Folglich ist beabsichtigt,
dass alle derartigen Modifikationen im Schutzbereich dieser Erfindung
enthalten sind.
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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität nach 35 U.S.C.
section 119 der
japanischen
Patentanmeldung Nr. 2009-180162 , angemeldet am 31. Juli
2009.
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Die
gesamte Offenbarung der
japanischen Patentanmeldung
Nr. 2009-180162 , angemeldet am 31. Juli 2009, inklusive
Beschreibung, Ansprüchen, Zeichnungen und Zusammenfassung
wird durch Bezugnahme vollständig zum Gegenstand dieser
Anmeldung gemacht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2008-302725 [0002, 0003]
- - JP 2009-180162 [0062, 0063]
