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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft das Gebiet von Motoren und insbesondere einen bürstenlosen Gleichstrommotor und ein elektrisches Servolenkungssystem, das den bürstenlosen Gleichstrommotor verwendet.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Durch die Verwendung von bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren) in elektrischen Servolenkungssystemen wie zum Beispiel Fahrzeuglenksysteme kann ein Fahrer mit weniger Kraft ein größeres Drehmoment zu erzeugen. Die Lenkkraft, die ein Fahrer aufbringen muss, ist daher wesentlich geringer. Jedoch haben konventionelle bürstenlose Gleichstrommotoren generell einen Ständer mit Wicklungen, einen Läufer mit einem Permanentmagnet und eine Steuereinheit für die Stromversorgung des Ständers. Der Ständer hat gewöhnlich einen Ständerkern mit Wicklungen, die um diesen herumgeführt sind. Die Wicklungen umfassen m-Phasenwicklungen, deren jede eine Mehrzahl von parallelen Zweigstromkreisen aufweist. Wenn einer der Zweigstromkreise der Wicklungen bricht, führt dies zu einem Ungleichgewicht zwischen der brechenden Wicklung und den anderen Phasen von Wicklungen. Das Ergebnis sind große Schwankungen des Motordrehmoments und Motorvibrationen. Speziell wenn der BLDC-Motor des elektrischen Servolenkungssystems des Lenkrads ausfällt und der Fahrer das Lenkrad dreht, kann dies zu einem Kurzschluss von Wicklungsspulen führen und einen Kurzschlussstrom erzeugen, wodurch ein Bremsmoment entsteht, das eine Drehung des Lenkrads verhindert. Es bestehen daher ernsthafte Bedenken in Bezug auf die Sicherheit des konventionellen BLDC-Motors.
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ÜBERSICHT
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Aus diesem Grund wird ein Motor gewünscht, der ein konstantes Abtriebsdrehmoment bereitstellen kann.
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Es wird auch ein elektrisches Servolenkungssystem gewünscht, das diesen Motor verwendet.
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Ein bürstenloser Gleichstrommotor hat ein Außengehäuse und einen ersten Teilmotor und einen zweiten Teilmotor, die in dem Außengehäuse montiert sind. Der bürstenlose Gleichstrommotor hat ferner einen Anschluss-Hub und eine erste Gruppe von leitenden Anschlüssen und eine zweite Gruppe von leitenden Anschlüssen, die an dem Anschluss-Hub angeordnet sind. Der erste Teilmotor und der zweite Teilmotor haben ihre jeweiligen Ständer, die unabhängig voneinander mit Strom versorgt werden, und einen gemeinsamen Läufer. Die erste Gruppe von leitenden Anschlüssen ist als Versorgungstromzweig für den Ständer des ersten Teilmotors konfiguriert, und die zweite Gruppe von leitenden Anschlüssen ist als Versorgungsstromzweig für den Ständer des zweiten Teilmotors konfiguriert. Der erste Teilmotor und der zweite Teilmotor können derart konfiguriert sein, dass die beiden Teilmotoren wahlweise gemeinsam als ein Motor betrieben werden, um eine normale Leistung abzugeben, oder unabhängig voneinander betrieben werden.
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Vorzugsweise haben der Ständer des ersten Teilmotors und der Ständer des zweiten Teilmotors die gleiche Anzahl von Zähnen, wobei die Ständerzähne des ersten Teilmotors und die Ständerzähne des zweiten Teilmotors über einen Durchmesser des bürstenlosen Gleichstrommotors gleichmäßig verteilt sind.
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Vorzugsweise überlappen die erste Gruppe von leitenden Anschlüssen und die zweite Gruppe von leitenden Anschlüssen einander entlang einer Umfangsrichtung nicht.
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Vorzugsweise sind die erste Gruppe von leitenden Anschlüssen und die zweite Gruppe von leitenden Anschlüssen symmetrisch angeordnet.
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Vorzugsweise ist der bürstenlose Gleichstrommotor ein Zweiphasenmotor, wobei dessen Anzahl von Läuferpolen Np und dessen Anzahl von Ständerschlitzen Ns jeweils gerade Zahlen sind und der folgenden Gleichung genügen: Np / Ns = k – 1 / 2, k = 1, 2, 3...
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Wenn der bürstenlose Gleichstrommotor ein Dreiphasenmotor ist, genügen seine Anzahl von Läuferpolen Np und seine Anzahl von Ständerschlitzen Ns der folgenden Gleichung:
Np / Ns ≠ 1 / 4 k, k = 1, 2, 3..., wobei Np eine gerade Zahl ist und Ns = 6 k, k = 1, 2, 3... ist.
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Vorzugsweise haben der erste Teilmotor und der zweite Teilmotor jeweils sechs Ständerzähne, wobei die Ständerzähne des ersten Teilmotors nacheinander im Wesentlichen zu einer Halbkreisform verbunden sind und wobei die Ständerzähne des zweiten Teilmotors im Wesentlichen zu einer Halbkreisform verbunden sind und wobei die Ständerzähne des ersten Teilmotors und die Ständerzähne des zweiten Teilmotors symmetrisch angeordnet sind.
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Vorzugsweise sind der Anschluss-Hub und die beiden Gruppen von leitenden Anschlüssen durch ein Spritzgussverfahren einstückig ausgebildet.
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Vorzugsweise haben der erste Teilmotor und der zweite Teilmotor jeweils U-Phasen-Zähne, V-Phasen-Zähne und W-Phasen-Zähne, wobei die erste Gruppe von leitenden Anschlüssen die U-Phasen-Zähne, die V-Phasen-Zähne und die W-Phasen-Zähne des ersten Teilmotors mit einer externen Stromquelle verbindet und wobei die zweite Gruppe von leitenden Anschlüssen die U-Phasen-Zähne, die V-Phasen-Zähne und die W-Phasen-Zähne des zweiten Teilmotors mit einer externen Stromquelle verbindet.
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Vorzugsweise umfasst jede Gruppe von leitenden Anschlüssen eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Elementen, die aufeinanderfolgend entlang einer axialen Richtung des Motors angeordnet und voneinander isoliert sind.
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Vorzugsweise hat jedes elektrisch leitende Element mindestens eine elektrisch leitenden Fahne. Eine Mehrzahl von Aufnahmebereichen ist an der Umfangsseite des Anschluss-Hub angeordnet. Jede elektrisch leitende Fahne ist in einem entsprechenden Aufnahmebereich der Aufnahmebereiche angeordnet. Jeder Teilmotor hat Wicklungsspulen, und jedes Verbindungsende der Wicklungsspulen ist mit einer entsprechenden elektrisch leitenden Fahne elektrisch verbunden.
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Vorzugsweise hat der Anschluss-Hub eine Mehrzahl von Isolierbereichen, so dass benachbarte Verbindungsenden voneinander isoliert sind.
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Vorzugsweise hat der bürstenlose Gleichstrommotor ferner eine Mehrzahl von Spulenkörpern, wobei jeder Spulenkörper einen oberen Spulenkörper und einen unteren Spulenkörper umfasst und der obere Spulenkörper und der untere Spulenkörper jeweils an einander gegenüberliegenden Enden der Ständerzähne befestigt sind.
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Vorzugsweise werden der erste Teilmotor und der zweite Teilmotor durch eine einzige Steuereinheit gesteuert.
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Vorzugsweise werden der erste Teilmotor und der zweite Teilmotor jeweils durch zwei Steuereinheiten gesteuert. Die Ströme der beiden Teilmotoren weisen eine Phasendifferenz auf, so dass die n-te Harmonische des Drehmoments des zweiten Teilmotors relativ zur n-ten Harmonischen des Drehmoments des ersten Teilmotors eine Verschiebung von (2k + 1)/2 Zyklen aufweist, wobei gilt: k = 0, ±1, ±2, ±3...
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Ein elektrisches Servolenkungssystem umfasst ein Lenkrad, eine Lenksäule, die mit dem Lenkrad fest verbunden ist, ein Lenkgetriebe, das mit der Lenksäule fest verbunden ist, und einen Motor, der mit dem Lenkgetriebe antriebsverbunden ist. Der Motor ist ein bürstenloser Gleichstrommotor wie vorstehend beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines BLDC-Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine auseinandergezogene Darstellung des BLDC-Motors von 1;
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3 ist eine zum Teil auseinandergezogene Darstellung des BLDC-Motors von 1;
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4 ist eine zum Teil auseinandergezogene Darstellung des BLDC-Motors von 1;
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5 ist eine zum Teil auseinandergezogene Darstellung des Läufers, des Ständers und des Anschluss-Hub des BLDC-Motors von 4 bei Betrachtung von einer anderen Seite;
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6 ist eine Ansicht des montierten Anschluss-Hub von 5;
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7 ist eine auseinandergezogene Darstellung des Anschluss-Hub von 6;
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8 ist eine weitere auseinandergezogene Darstellung des Anschluss-Hub von 7;
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9 ist eine weitere auseinandergezogene Darstellung des Anschluss-Hub von 4;
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10 zeigt eine Ansicht des Ständers von 1 von oben;
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11A und 11B sind jeweils Wicklungsverbindungsschaltungen des ersten Teilmotors und des zweiten Teilmotors des BLDC-Motors von 1;
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12A und 12B zeigen jeweils eine Steuerung der Steuereinheit des BLDC-Motors von 1;
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13 zeigt in einem Diagramm den Kurzschluss-Drehmomentverlauf des BLDC-Motors von 1;
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14 zeigt ein elektrisches Servolenkungssystem, in dem der BLDC-Motor verwendet wird.
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Es folgt eine Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen und die folgenden Ausführungsformen.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei sind baugleiche oder funktionsgleiche Elemente in sämtlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Figuren dienen lediglich Darstellungszwecken und sind nicht im Sinne einer Einschränkung der Erfindung zu sehen. Auch sind die Figuren nicht maßstabsgetreu und zeigen nicht jeden einzelnen Aspekt der beschriebenen Ausführungsformen. Die technischen und wissenschaftlichen Begriffe, die in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, haben ihre übliche, dem Fachmann bekannte Bedeutung, wenn nicht ausdrücklich etwas anders angegeben ist.
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Wenn angegeben ist, dass ein Element an einem anderen Element ”befestigt” ist, kann diese Befestigung direkt oder über ein Zwischenelement erfolgen. Wenn angegeben ist, dass ein Element mit einem anderen Element ”verbunden” ist, kann diese Verbindung direkt oder über ein Zwischenelement erfolgen. Wenn angegeben ist, dass ein Element an einem anderen Element ”angeordnet” ist, kann diese Anordnung direkt oder über ein Zwischenelement erfolgen.
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Es wird auf die 1 und 2 Bezug genommen. Ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat ein Außengehäuse 10, einen ersten Teilmotor 20 und einen zweiten Teilmotor 30, die in dem Außengehäuse 10 montiert sind, und einen einzigen Läufer 50, der von dem ersten Teilmotor 20 und dem zweiten Teilmotor 30 gemeinsam verwendet wird. Der BLDC-Motor 100 hat ferner einen Ständer 60, der in dem Außengehäuse 10 montiert ist und den ersten Teilmotor 20 und den zweiten Teilmotor 30 jeweils mit Strom versorgt, zwei Gruppen von leitenden Anschlüssen 70 und einen Anschluss-Hub 80, der die Gruppen von leitenden Anschlüssen 70 bedeckt. In dieser Ausführungsform umfassen die beiden Gruppen von leitenden Anschlüssen 70 eine erste Gruppe von leitenden Anschlüssen für die Stromversorgung des Ständers 60 des ersten Teilmotors 20 und eine zweite Gruppe von leitenden Anschlüssen für die Stromversorgung des Ständers 60 des zweiten Teilmotors 30.
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Das Außengehäuse 10 umfasst ein Gehäuse 12 für die Montage des Ständers 60 und einen Abdeckungskörper 13 zum Stützen des Läufers 50. Der Abdeckungskörper 13 hat einen Lagersitz 131 mit mindestens einem darin aufgenommenen Lager (nicht näher bezeichnet) zum Stützen des Läufers 50. Der Abdeckungskörper 13 bedeckt ein Ende des Gehäuses 12.
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Es wird auf 2, 4 und 5 Bezug genommen. Der erste Teilmotor 20 und der zweite Teilmotor 40 der ersten Ausführungsform sind jeweils ein Dreiphasenmotor. Die Ständer 60 der beiden Teilmotoren haben die gleiche Anzahl von Ständerzähnen 62. In dieser Ausführungsform beträgt die Anzahl von Ständerzähnen des Ständers 60 jedes Teilmotors sechs. Die Ständerzähne 62 des ersten Teilmotors 20 und die Ständerzähne 62 des zweiten Teilmotors 30 sind über einen Durchmesser des BLDC-Motors 100 symmetrisch verteilt. Der erste Teilmotor 20 und der zweite Teilmotor 30 haben jeweils eine Mehrzahl von Spulenkörpern 63, die um die Ständerzähne 62 herum montiert sind, und Wicklungsspulen 65, die um die Spulenkörper 63 herumgeführt sind.
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Die Ständerzähne 62 und die Wicklungsspulen 65 bilden jeweils U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Zähne des ersten Teilmotors 20 und des zweiten Teilmotors 30 und ihrer jeweiligen Spulen. Der erste Teilmotor 20 hat sechs Ständerzähne 62, wobei die Anzahl der U-Phasen-Zähne, die Anzahl der V-Phasen-Zähne und die Anzahl der W-Phasen-Zähne jeweils zwei beträgt. Der zweite Teilmotor 40 hat sechs Ständerzähne 62, wobei die Anzahl der U-Phasen-Zähne, die Anzahl der V-Phasen-Zähne und die Anzahl der W-Phasen-Zähne jeweils zwei beträgt. Die Anzahl von Schlitzen des Ständers 60 des BLDC-Motors beträgt zwölf. Die erste Gruppe von leitenden Anschlüssen verbindet die U-Phasen-Zähne, die V-Phasen-Zähne und die W-Phasen-Zähne des ersten Teilmotors 20 mit einer externen Stromquelle, und die zweite Gruppe von leitenden Anschlüssen verbindet die U-Phasen-Zähne, die V-Phasen-Zähne und die W-Phasen-Zähne des zweiten Teilmotors 30 mit einer externen Stromquelle.
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Es wird auf 3, 4 und 9 Bezug genommen. Jeder Spulenkörper 63 ist um einen entsprechenden Ständerzahn der Ständerzähne 62 herum befestigt. Jeder Spulenkörper 63 hat einen oberen Spulenkörper 631 und einen unteren Spulenkörper 635, die jeweils um einander gegenüberliegende Enden des entsprechenden Ständerzahns 62 herum befestigt sind. In dieser Ausführungsform werden die Ständerzähne 62 gebildet, indem magnetisch leitende Materialien wie beispielsweise eine Mehrzahl von Siliziumstahlblechen aufeinandergeschichtet werden. Ein Positionierungsbereich 632 und ein Verriegelungsbereich 633 sind an einem von einem entsprechenden unteren Spulenkörper 635 entfernten Ende des oberen Spulenkörpers 631 gebildet. In dieser Ausführungsform definiert der Positionierungsbereich 632 zwei Durchgangsöffnungen (nicht näher bezeichnet) für den Durchtritt einer entsprechenden Wicklungsspule 65. Eine Mehrzahl von Verriegelungsbereichen 87 (siehe 5) ist an einer Seite des Anschluss-Hub 80 vorgesehen. Der Verriegelungsbereich 633 jedes oberen Spulenkörpers 631 befindet sich im Eingriff mit einem entsprechenden Verriegelungsbereich 87, um den Anschluss-Hub 80 an einem Ende des Ständers 60 zu halten.
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Es versteht sich, dass der Eingriff zwischen dem Verriegelungsbereich 87 und dem Verriegelungsbereich 633 als Eingriff zwischen einem Haken und einem Verriegelungsschlitz ausgeführt sein kann.
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Jede Wicklungsspule 65 ist um eine Außenseite des Spulenkörpers 63 herumgewickelt. Zwei Verbindungsenden der Wicklungsspule 65 sind jeweils durch die Durchgangsöffnungen hindurchgeführt, um einen Kurzschluss der beiden Verbindungsenden zu vermeiden.
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Es wird auf 9 Bezug genommen. Jeder Ständerzahn 62 ist mit einem weiteren Ständerzahn verbunden, so dass die Ständerzähne 62 zu einem hohlzylindrischen Körper angeordnet sind. Der Läufer 50 ist in dem Ständer 60 angeordnet. Isolierschichten 66 sind an einander gegenüberliegenden Bereichen von zwei einander benachbarten Ständerzähnen 62 angeordnet, um einen Kurzschluss der Wicklungsspulen 65 von zwei einander benachbarten Ständerzähnen zu vermeiden.
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Es wird auch auf 9 und 10 Bezug genommen. In dieser Ausführungsform sind die Ständerzähne 62 des ersten Teilmotors 20 mit den jeweils angrenzenden Ständerzähnen entlang einer Umfangsrichtung in einer Halbkreisform angeordnet, und die Ständerzähne 62 des zweiten Teilmotors 30 sind mit den jeweils angrenzenden Ständerzähnen entlang einer Umfangsrichtung in einer Halbkreisform angeordnet. Der erste Teilmotor 20 und der zweite Teilmotor 30 bilden zwei symmetrische Hälften des BLDC-Motors 100.
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Wie die 6 bis 8 zeigen, umfasst jede Gruppe von leitenden Anschlüssen 70 eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Elementen, die entlang einer axialen Richtung des BLDC-Motors 100 aufeinanderfolgend angeordnet sind und voneinander isoliert sind. Insbesondere hat jede Gruppe von leitenden Anschlüssen 70 ein erstes elektrisch leitendes Element 71, ein zweites elektrisch leitendes Element 73, ein drittes elektrisch leitendes Element 75 und ein viertes elektrisch leitendes Element 76. Das erste elektrisch leitende Element 71 bildet einen Sternpunkt der Y-Verbindung oder Sternschaltung des entsprechenden Teilmotors 20 oder 30. In dieser Ausführungsform hat jedes elektrisch leitende Element 71 sechs elektrisch leitende Fahnen 712. Jede elektrisch leitende Fahne 712 ist mit einem Verbindungsende einer entsprechenden Drahtspule 65 eines Teilmotors der Teilmotoren 20, 30 elektrisch verbunden. Das zweite elektrisch leitende Element 73, das dritte elektrisch leitende Element 75 und das vierte elektrisch leitende Element 76 sind jeweils mit den Verbindungsenden der Wicklungsspulen 65 der U-Phasen-Zähne der V-Phasen-Zähne und der W-Phasen-Zähne des einen Teilmotors der Teilmotoren 20, 30 verbunden. Insbesondere hat das zweite elektrisch leitende Element 73 zwei elektrisch leitende Fahnen 732 und einen Stromversorgungsanschluss 734. Die beiden elektrisch leitenden Fahnen 732 sind mit den anderen Verbindungsenden der Wicklungsspulen 65 der beiden U-Phasen-Zähne elektrisch verbunden, und der Stromversorgungsanschluss 734 verläuft durch den Anschluss-Hub 80, für die Verbindung mit der externen Stromquelle. Ähnlich hat das dritte elektrisch leitende Element 75 zwei elektrisch leitende Fahnen 752 und einen Stromversorgungsanschluss 754, und das vierte elektrisch leitende Element 76 hat zwei elektrisch leitende Fahnen 762 und einen Stromversorgungsanschluss 764. Die beiden elektrisch leitenden Fahnen 752, 762 sind jeweils mit den entsprechenden Verbindungsenden der Wicklungsspulen 65 der beiden V-Phasen-Zähne und der beiden W-Phasen-Zähne verbunden, und die Stromversorgungsanschlüsse 754, 764 verlaufen durch den Anschluss-Hub 80, für die Verbindung mit der externen Stromquelle. In dieser Ausführungsform liegt das erste elektrisch leitende Element 71, das als Sternpunkt der Y-Verbindung dient, auf einer an den Ständer 60 angrenzenden Seite der Gruppe von leitenden Anschlüssen 70.
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In dieser Ausführungsform überlappen sich die Gruppe von ersten leitenden Anschlüssen und die Gruppe von zweiten leitenden Anschlüssen entlang der Umfangsrichtung nicht. Das heißt, bei Betrachtung in der axialen Richtung des BLDC-Motors 100 sind die erste Gruppe von leitenden Anschlüssen und die zweite Gruppe von leitenden Anschlüssen von einander beabstandet und haben keine Bereiche, die sich in der Umfangsrichtung überlappen. Da sich die erste Gruppe von leitenden Anschlüssen und die zweite Gruppe von leitenden Anschlüssen in der Umfangsrichtung nicht überlappen, sind die beiden Gruppen von leitenden Anschlüssen voneinander isoliert. Selbst im Fall eines Kurzschlusses findet dieser Kurzschluss jeweils nur im Inneren der Gruppen von leitenden Anschlüssen 70 statt. Ein Kurzschluss zwischen den beiden Gruppen von leitenden Anschlüssen 70, der einen gleichzeitigen Ausfall der beiden Teilmotoren zur Folge hätte, findet nicht statt. Erfindungsgemäß lässt sich also verhindern, dass ein kurzgeschlossener Teilmotor den normalen Betrieb des anderen Teilmotors beeinträchtigt, wodurch die Zuverlässigkeit des Motors verbessert wird.
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In 7 ist eine Mehrzahl von Befestigungsbereichen 85 an einer Seite des Anschluss-Hub 80 angeordnet. Jeder Stromversorgungsanschluss verläuft durch einen entsprechenden Befestigungsbereich der Befestigungsbereiche 85 und ist in diesem festgelegt. Der BLDC-Motor 100 hat ferner einen Adapter 90 (3). Der Adapter 90 ist an der Seite des Anschluss-Hub 80 montiert, auf welcher die Befestigungsbereiche 85 angeordnet sind, und ist konfiguriert für die elektrische Verbindung der Stromversorgungsanschlüsse mit der externen Stromquelle. Der Adapter 90 hat eine Mehrzahl von Endbereichen 91 und eine Mehrzahl von Einführfahnen 93. Jeder Endbereich 91 ist mit einer entsprechenden Einführfahne der Einführfahnen 93 elektrisch verbunden. Der Endbereich 91 ist in Form einer Abdeckung vorgesehen, wobei jeder Endbereich 91 ein Ende eines entsprechenden Stromversorgungsanschlusses der Stromversorgungsanschlüsse 734, 754 und 764 abdeckt. Die Endbereiche 91 sind korrespondierend zu den Stromversorgungsanschlüssen 734, 754 und 764 angeordnet. In dieser Ausführungsform sind die Einführfahnen 93 in zwei Gruppen unterteilt, die an dem Adapter 90 angeordnet sind und einander gegenüberliegen, wobei jede Gruppe von Einführfahnen 93 der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase eines entsprechenden Teilmotors der Teilmotoren 20, 30 entspricht.
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In dieser Ausführungsform ist der Anschluss-Hub 80 eine hohle Ringstruktur. Das erste elektrisch leitende Element 71, das zweite elektrisch leitende Element 73, das dritte elektrisch leitende Element 75 und das vierte elektrisch leitende Element 76 der Gruppe von elektrisch leitenden Anschlüssen 70 sind entlang der axialen Richtung des BLDC-Motors 100 aufeinanderfolgend geschichtet und bilden dadurch eine halbkreisförmige Struktur. Die beiden Gruppen von leitenden Anschlüssen 70 sind in dem Anschluss-Hub 80 symmetrisch angeordnet. In dieser Ausführungsform wird der Anschluss-Hub 80 durch Umspritzen der beiden Gruppen von leitenden Anschlüssen 70 gebildet. Das erste elektrisch leitende Element 71, das zweite elektrisch leitenden Element 73, das dritte elektrisch leitende Element 74 und das vierte elektrisch leitende Element 76 derselben Gruppe von leitenden Elementen 70 sind voneinander isoliert, und die beiden Gruppen von leitenden Elementen 70 sind ebenfalls voneinander isoliert.
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Eine Mehrzahl von Aufnahmebereichen 82 ist entlang einer Umfangsseite des Anschluss-Hub 80 angeordnet. Jeder Aufnahmebereich 82 definiert eine Öffnung 821 für die Aufnahme einer entsprechenden elektrisch leitenden Fahne der elektrisch leitenden Fahnen 712, 732, 752 und 762. Jeder Aufnahmebereich 82 krümmt sich in einer von dem Verriegelungsbereich 87 wegführenden Richtung, um mindestens einen Isolierbereich 823 zu bilden. Der Isolierbereich 823 ermöglicht das Wickeln eines Verbindungsendes der Wicklungsspulen 65 auf derselben. Das Verbindungsende der Wicklungsspule 65 verläuft durch die Durchgangsöffnung des Positionierungsbereichs 632, über den Isolierbereich 823 und ist mit einer entsprechenden elektrisch leitenden Fahne verbunden. In dieser Ausführungsform ist das Verbindungsende mit der elektrisch leitenden Fahne verlötet. Der Isolierbereich 823 verhindert einen Kurzschluss zwischen den benachbarten Schaltungen.
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Es wird auf 10 und 11 Bezug genommen. Der Einfachheit halber sind die Ständerzähne 62 des ersten Teilmotors 20 jeweils mit den Bezugszeichen 611 bis 616 gekennzeichnet. Die Bezugszeichen U1, V1, W1 kennzeichnen jeweils drei Eingangsschlüsse des ersten Teilmotors 20. Die Ständerzähne 62 des zweiten Teilmotors 30 sind jeweils mit den Bezugszeichen 617 bis 6112 gekennzeichnet, und die Bezugszeichen U2, V2, W2 kennzeichnen jeweils die drei Eingangsanschlüsse des ersten Teilmotors 30. 11A und 11B zeigen jeweils die Wicklungsverbindungsschaltung des ersten Teilmotors 20 und des zweiten Teilmotors 30.
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13 zeigt in einem Diagramm das Drehmoment eines konventionellen Motors und des BLDC-Motors 100 gemäß vorliegender Erfindung im Fall eines Kurzschlusses der Wicklung. Die Kurve A in der Figur zeigt das Kurzschlussdrehmoment des konventionellen Motors, während die Kurve B und die Kurve C jeweils das Drehmoment des ersten Teilmotors 20 und das Drehmoment des zweiten Teilmotors 30 bei einem Kurzschluss des ersten Teilmotors 20 zeigen. Wie zu erkennen ist, schwankt das Ausgangsdrehmoment des konventionellen Motors und des ersten Teilmotors 20 ganz offensichtlich, wenn ein Kurzschluss vorliegt. Der BLDC-Motor 100 gemäß vorliegender Erfindung umfasst ferner den zweiten Teilmotor 30, der normal arbeitet. Es ist also so, dass im Falle eines Kurzschlusses bei dem Teilmotor 20 oder dem Teilmotor 30 der jeweils andere Teilmotor 20 und Teilmotor 30 nach wie vor ein normales Drehmoment abgeben kann.
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Wie 12A und 12B zeigen, können der erste Teilmotor 20 und der zweite Teilmotor 30 des BLDC-Motors gemäß vorliegender Erfindung durch eine einzige Steuereinheit 280 (12A) gesteuert werden. In diesem Fall ist jeder Ausgangsanschluss der Steuereinheit 280 mit einem entsprechenden Eingangsanschluss der Eingangsanschlüsse U1, V1, W1 des ersten Teilmotors 20 und mit einem entsprechenden Eingangsanschluss der Eingangsanschlüsse U2, V2, W2 des zweiten Teilmotors 30 über zwei Schalter (nicht näher bezeichnet) verbunden. Alternativ können der erste Teilmotor 20 und der zweite Teilmotor 30 des BLDC-Motors 100 jeweils durch zwei Steuereinheiten 281, 281 (12B) gesteuert werden. In diesem Fall sind die Ausgangsanschlüsse jeder Steuereinheit 281, 282 mit entsprechenden Eingangsanschlüssen der Eingangsanschlüsse U1, V1, W1 oder U2, V2, W2 des Teilmotors 20 oder des Teilmotors 30 verbunden. Wenn der erste Teilmotor 20 und der zweite Teilmotor 30 jeweils durch zwei Steuereinheiten 281, 282 gesteuert werden, kann die Steuerung so erfolgen, dass Ströme der beiden Teilmotoren 20 und 30 eine Phasendifferenz von (2k + 1)/2 Zyklen k = 0, ±1, ±2, ±3...) aufweisen und dass Gegen-EMKs der beiden Teilmotoren 20 und 30 die gleiche Phase aufweisen, wodurch die n-te Harmonische eines synthetisierten Drehmoments der beiden Teilmotoren 20 und 30 verbessert wird und für einen gleichmäßigeren Betrieb des Motors gesorgt wird.
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Während in der vorstehenden Ausführungsform der BLDC-Motor als Dreiphasenmotor dargestellt ist, kann der BLDC-Motor ein beliebiger Motor sein, solange die folgenden Voraussetzungen erfüllt sind.
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Bei einem Zweiphasenmotor muss der folgenden Gleichung genügt werden:
Np / Ns = k – 1 / 2 , k = 1, 2, 3..., wobei Np die Polzahl des Läufers angibt, Ns die Schlitzzahl des Ständers und wobei Np und Ns jeweils gerade Zahlen sind.
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Bei einem Dreiphasenmotor muss der folgenden Gleichung genügt werden:
Np / Ns ≠ 1 / 4 k, k = 1, 2, 3... wobei Np die Polzahl des Läufers angibt, die eine gerade Zahl ist, und Ns die Schlitzzahl des Ständers angibt, wobei gilt:
Ns = 6 k, k = 1, 2, 3....
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14 zeigt ein elektrisches Servolenkungssystem 200, bei welchem der BLDC-Motor 100 gemäß vorliegender Erfindung verwendet wird. Das elektrische Servolenkungssystem 200 umfasst ein Lenkrad 210, eine Lenksäule 220, die mit dem Lenkrad 210 fest verbunden ist, und ein Lenkgetriebe 230, das koaxial zur Lenksäule 220 angeordnet ist. Der BLDC-Motor 100 hat eine Drehwelle, die mit einem Antriebszahnrad 240 antriebsmäßig verbunden ist, um das Drehmoment des BLDC-Motors 100 abzugeben. Das Antriebszahnrad 240 ist über eine Zahnstange 250 mit dem Lenkgetriebe 230 verbunden. Dadurch treibt das Antriebszahnrad 240 bei Betrieb des BLDC-Motors 100 die Lenksäule 230 und damit das Lenkrad 210 drehend an, um den Fahrer bei der Bedienung des Lenkrads zu unterstützen. Das elektrische Servolenkungssystem 200 hat ferner einen Lenkmomentsensor 260 und einen Lenkradwinkelsensor 220 zum Erfassen von Drehmoment- und Lenkrichtungssignalen des Lenkrads 210 und zum Übertragen der Signale zur Steuereinheit 280. In Reaktion auf die Signale generiert die Steuereinheit 280 entsprechende Befehle, so dass der BLDC-Motor 100 ein unterstützendes Lenkmoment in der entsprechenden Größe und Richtung ausgibt, wodurch eine Unterstützungskraft erzeugt wird. In der Praxis kann zwischen dem BLDC-Motor 100 und dem Antriebzahnrad 240 eine Untersetzungsvorrichtung angeordnet sein, um das Ausgangdrehmoment zu erhöhen.
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Der BLDC-Motor 100 gemäß vorliegender Erfindung umfasst zwei Teilmotoren 20 und 30. Die beiden Teilmotoren 20 und 30 haben einen gemeinsamen Läufer 50, und ihre jeweiligen Ständer 60 sind unabhängig voneinander. Die beiden Teilmotoren 20 und 30 haben Eingangsanschlüsse, die voneinander unabhängig sind. Bei normalem Betrieb des Motors arbeiten die beiden Teilmotoren 20 und 30 als ein Motor. Wenn einer der beiden Teilmotoren 20 und 30 ausfällt, kann der jeweils andere Teilmotor 20 oder 30 unabhängig davon weiterarbeiten und einen zuverlässigen und sicheren Betrieb des Motors sicherstellen. Der erfindungsgemäße Motor ist insbesondere zur Verwendung bei einem Lenkrad eines elektrischen Servolenkungssystems geeignet, kann jedoch auch in anderen Gebieten Anwendung finden.
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Die technischen Lösungen von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden vorstehend verständlich und umfassend erläutert, wobei die beschriebenen Ausführungsformen lediglich ein Teil der möglichen Ausführungsformen sind und der Fachmann erkennen wird, dass verschiedene Kombinationen von technischen Merkmalen in den verschiedenen Ausführungsformen möglich sind, um den praktischen Erfordernissen zu entsprechen. Sofern der Fachmann auf der Grundlage der vorliegenden Ausführungsformen ohne erfinderisches Zutun zu weiteren Ausführungsformen gelangt, fallen diese sämtlich in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
