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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines bürstenlosen
Motors und einen bürstenlosen Motor, und im Besonderen
eine Technik, die wirkungsvoll für einen bürstenlosen
Motor für eine elektrische Servolenkungseinrichtung angewendet
werden kann.
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Hintergrund der Erfindung
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Um
eine Lenkkraft eines Fahrzeugs zu unterstützen, wurde in
den vergangenen Jahren eine große Anzahl von Fahrzeugen
mit einer so genannten Servolenkungseinrichtung ausgestattet. Bei
Servolenkungseinrichtungen dieser Art steigt neuerdings die Anzahl
von Fahrzeugen, bei denen eine elektrische Servolenkungseinrichtung
(die so genannte elektrische Servolenkungseinrichtung wird im Folgenden
der Einfachheit halber als „EPS" abgekürzt) eingebaut
wird, hinsichtlich einer Verringerung der Motorlast oder einer Verringerung
des Gewichts. Als Leistungsquelle einer EPS wurden dazu oft Motoren mit
Bürsten verwendet. In den vergangenen Jahren wurden allerdings
bürstenlose Motoren zunehmend verwendet, aufgrund ausgezeichneter
Wartungseigenschaften der bürstenlosen Motoren und der
hohen Drehmomenterzeugung bei geringer Größe.
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In
einem solchen EPS-Motor, wie er oben beschrieben ist, wird die Aufmerksamkeit
auf eine Betriebsgeräuschverringerung zur Verbesserung
des Bedienungsempfindens des Fahrers gerichtet. Im Allgemeinen hängen
die Drehmomentänderung und die Betriebsgeräusche
miteinander zusammen, und Drehmomentschwankungsverringerungen, darunter eine
Gestaltung eines Erregerverfahrens, wurden für den EPS-Motor
vielfach studiert, im Besonderen für den bürstenlosen
Motor.
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Beispielsweise
ist wohl bekannt, dass ein Sinuswellenantrieb, der eine gleichmäßige
Erregung ermöglicht, anstelle eines Rechteckwellenantriebs als
Maßnahmen gegen die Betriebsgeräusche verwendet
wird. Allerdings muss in dem Fall des Sinuswellenantriebs eine induzierte
Spannungswellenform an der Motorseite in eine Sinuswellenkonfiguration umgewandelt
werden, um die Drehmomentschwankung zu verringern. Aus diesem Grund
wird in dem Sinuswellenantriebs-Motor die induzierte Spannungswellenform
in die Sinuswellenform mittels eines Versatzes oder einer Exzentrizität
eines Magneten umgewandelt. In diesem Fall stellt sich heraus, dass
auf ein gewisses Maß der Ausgabe des Motors verzichtet
werden muss.
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Unter
diesen Umständen wurde ferner ein Verfahren zum Antreiben
bzw. Betreiben eines Motors mit Hilfe eines Trapezwellenstroms,
der höhere Oberwellen enthält, anstelle des Sinuswellenantriebs,
um die Verringerung der Motorausgabe, wie es oben beschrieben ist,
zu verbessern. In dem bürstenlosen Motor, der beispielsweise
sechs Pole und neun Schlitze aufweist, wenn ungefähr 5%
der höheren Oberschwingungskomponenten der fünften
Ordnung in der induzierten Spannungswellenform enthalten sind, wird
eine Stromwellenform, die dieser Wellenform entspricht, bestimmt,
um angeregt zu werden, und folglich kann die Drehmomentschwankung
in der Theorie bis auf null verringert werden. 5(a) ist
ein erklärendes Diagramm, das eine induzierte Spannungswellenform
zeigt, und 5(b) ist ein erklärendes
Diagramm, das eine Phasenstromwellenform zeigt. Die induzierte Spannungswellenform
der 5(a) enthält hauptsächlich
5% der höheren Oberschwingungskomponenten der fünften
Ordnung. Ferner enthält der Phasenstrom von 5(b) 5% der höheren Oberschwingungskomponenten
(Komponenten der fünften Ordnung: 2,5%, Komponenten der
siebten Ordnung: 2,5%) entsprechend der induzierten Spannungswellenform.
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In
diesem Beispiel erfüllen ein Drehmoment T, eine Winkelgeschwindigkeit ω,
eine induzierte Spannung E und der Phasenstrom I die folgende Beziehung
(θ ist ein elektrischer Winkel, u, v und w sind Stromphasen,
d ist eine Komponente in der Richtung eines Magnetflusses und q
ist eine Komponente senkrecht zum Magnetfluss). T(θ)·ω(θ)
= Eu(θ)·Iu(θ) + Ev(θ)·Iv(θ)
+ Ew(θ)·Iw(θ) = Ed(θ)·Id(θ)
+ Eq(θ)·Iq(θ) (Ex. 1)
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In
dem obigen Ausdruck ist eine Komponente, die mit dem Drehmoment
des Motors involviert ist, eine q-Achsenkomponente, und eine d-Achsenkomponente
kann hinsichtlich der Drehmomentänderung ignoriert werden.
Folglich, wenn ω(θ) konstant gehalten wird, sollte
T(θ) konstant gehalten werden, d. h. E·I sollte
konstant gehalten werden, um die Drehmomentänderung zu
eliminieren. Wenn die Phasenstromwellenform, die in 5(b) gezeigt
ist, aus der obigen Beziehung bestimmt wird, um zugeführt
zu werden, wird E·I = T bezüglich der induzierten
Spannung von 5(a) konstant gehalten,
wodurch die Drehmomentänderung unterdrückt wird.
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Folglich,
wenn der Phasenstrom, der in 5(b) gezeigt
ist, zugeführt wird, kann eine Drehmomentänderung,
die sich nicht von der des Sinuswellenantriebs unterscheidet, realisiert
werden. Ferner, wenn die trapezförmige Welle und die Sinuswelle miteinander
an demselben Peakstrom bzw. Spitzenstrom verglichen werden, kann
die trapezförmige Welle den Peakwert bzw. Spitzenwert der
Komponente der ersten Ordnung, die zum Drehmoment beiträgt,
vergrößern. Daher ermöglicht die Zufuhr
eines Stroms, der in 5(b) gezeigt
ist, das Erhalten eines höheren Drehmoments, verglichen
mit dem in dem Motor des Sinuswellenantriebs. Ferner, da die höheren
Oberwellen in dem zugeführten Strom enthalten sind, kann
der Versetzungswinkel auf einen kleinen Wert festgelegt bzw. eingestellt
werden, und ein Verluststrom wird folglich verringert, um dadurch die
Ausgabe zu verbessern.
- Patentdokument 1: japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr.
2004-274963
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Offenbarung der Erfindung
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Das von der Erfindung zu lösende
Problem
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Allerdings,
selbst wenn eine Anregung mit der oben genannten Stromwellenform
erzeugt wird, welche die höheren Oberwellen enthält,
wird die induzierte Spannungswellenform immer aufgrund eines Einflusses
einer Ankerreaktion zur Zeit der Erregung in die Sinuswelle umgewandelt.
D. h., wie es in 6 gezeigt ist, selbst wenn die
induzierte Spannung zur Zeit einer Nichtanregung die im Wesentlichen
trapezförmige Wellenform aufweist, welche die höheren
Oberwellen enthält (6(a)),
werden Spannungsglättungen induziert (die Ecken davon werden
verformt, um abgerundet zu sein), um in die Sinuswellenform wie
es in 6(b) gezeigt ist, umgewandelt
zu werden. Aus diesem Grund tritt ein Problem darin auf, dass das
Drehmoment variiert wird, und im Besonderen die Drehmomentänderung
bei höheren Strömen (höhere Lastseite)
wird erhöht. Die Betriebsgeräusche des Motors
werden groß und die Drehmomentänderung wird groß.
Im Besonderen, wenn der Motor der obigen Art für die EPS
verwendet wird, tritt ein solches Problem auf, dass sich die Betriebsgeräusche
kontinuierlich ändern, wodurch eine Lenkempfindungsverschlechterung
verursacht wird, da sich eine Last, die auf den Motor angelegt wird, gemäß dem
Bewegungszustand in der EPS ändert.
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Die
vorliegende Erfindung weist eine Aufgabe auf, ein Verfahren zum
Steuern eines bürstenlosen Motors, das imstande ist, die
Motorbetriebsgeräusche zu verringern und ein höheres
Drehmoment als das des Sinuswellenantriebs auszugeben, während
die geringe Drehmomentschwankung auf demselben Niveau wie beim Sinuswellenantrieb
gehalten wird, und einen solchen bürstenlosen Motor bereitzustellen.
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Mittel zum Lösen
der Probleme
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern eines bürstenlosen
Motors bereitgestellt, der einen Stator, der eine Ankerspule aufweist,
und einen Rotor umfasst, der einen Permanentmagneten aufweist und
an einer Innenseite oder Außenseite des Stators drehbar
angeordnet ist, wobei das Verfahren umfasst:
Zuführen
eines Stroms, der eine höhere Oberschwingungskomponente
aufweist, zu der Ankerspule; und
Bereitstellen eines gegebenen
Differenzbetrags zwischen einem Gehaltsanteil der höheren
Oberschwingungskomponente des Stroms und einem Gehaltsanteil der
höheren Oberschwingungskomponente einer induzierten elektromotorischen
Kraft, die in der Ankerspule mit der Drehung des Permanentmagneten
erzeugt wird.
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In
dem Verfahren zum Steuern eines bürstenlosen Motors gemäß der
vorliegenden Erfindung ist der gegebene Differenzbetrag zwischen
dem Gehaltsanteil der höheren Oberschwingungskomponente
des Ankerspulenstroms und dem Gehaltsanteil der höheren
Oberschwingungskomponente der induzierten elektromotorischen Kraft,
die in der Ankerspule erzeugt wird, vorgesehen. Als Folge wird ein
Einfluss der Ankerreaktion, die in der induzierten elektromotorischen
Kraft erzeugt wird, abgeschwächt. Das heißt, der
Gehaltsanteil der höheren Oberschwingungskomponente wird
durch den gegebenen Betrag im Voraus angepasst, um eine Elektrizität
zur Ankerspule zuzuführen, unter Berücksichtigung
der Umwandlung der induzierten Spannungswellenform in die Sinuswellenform
aufgrund der Ankerreaktion, wodurch die Stromwellenform entsprechend
mit der induzierten Spannungswellenform zur Zeit der Anregung korrigiert
wird. Aus diesem Grund wird E·I in dem obigen Ausdruck
(1) durch die eigentliche induzierte Spannungswellenform zur Zeit
der Erregung und durch die korrigierte Stromwellenform konstant
gehalten, wodurch die Drehmomentschwankung unterdrückt
wird.
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In
dem Verfahren zur Steuerung eines bürstenlosen Motors kann
die Differenz zwischen den Gehaltsanteilen der höheren
Oberschwingungskomponente auf der Basis einer Veränderung
eingestellt bzw. festgelegt werden, die in der induzierten elektromotorischen
Kraft mittels der Ankerreaktion zur Zeit des Zuführens
der Elektrizität zur Ankerspule auftritt. Ferner kann die
Differenz zwischen den Gehaltsanteilen der höheren Oberschwingungskomponente
auf 0,5% bis 1,5% festgelegt werden. Auf der anderen Seite kann
der bürstenlose Motor mit zwei Polen und drei Schlitzen
ausgebildet sein, oder mit einem integralen Vielfachen davon, und
der bürstenlose Motor kann als eine Antriebsquelle einer
elektrischen Servolenkungseinrichtung verwendet werden.
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Auf
der anderen Seite wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein bürstenloser Motor verwendet, der einen Stator,
der eine Ankerspule aufweist, und einen Rotor umfasst, der einen
Permanentmagneten aufweist und an einer Innenseite oder Außenseite des
Stators drehbar angeordnet ist,
bei dem ein Strom, der eine
höhere Oberschwingungskomponente enthält, der
Ankerspule zugeführt wird, und ein Gehaltsanteil der höheren
Oberschwingungskomponente des Stroms einen gegebenen Differenzbetrag
von einem Gehaltsanteil der höheren Oberschwingungskomponente
einer induzierten elektromotorischen Kraft aufweist, die in der
Ankerspule mit der Drehung des Permanentmagneten erzeugt wird.
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In
dem bürstenlosen Motor gemäß der vorliegenden
Erfindung liegt der gegebene Differenzbetrag zwischen dem Gehaltsanteil
der höheren Oberschwingungskomponente des Ankerspulenstroms und
dem Gehaltsanteil der höheren Oberschwingungskomponente
der induzierten elektromotorischen Kraft vor, die in der Ankerspule
erzeugt wird. Folglich wird der Einfluss der Ankerreaktion, der
in der induzierten elektromotorischen Kraft erzeugt wird, abgeschwächt.
Das heißt, die Stromwellenform wird entsprechend mit der
induzierten Spannungswellenform zur Zeit der Erregung korrigiert,
und ein Strom, der durch Einstellen des Gehaltsanteils der höheren
Oberschwingungskomponente durch den gegebenen Betrag im Voraus erhalten
wird, wird der Ankerspule zugeführt, unter Berücksichtigung
der Umwandlung der induzierten Spannungswellenform in die Sinuswellenform
aufgrund der Ankerreaktion. Aus diesem Grund wird E·I in
dem obigen Ausdruck (1) durch die eigentliche induzierte Spannungswellenform
zu der Zeit der Erregung und der korrigierten Stromwellenform konstant
gehalten, um dadurch die Drehmomentschwankungen zu unterdrücken.
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Wirkungen der Erfindung
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Gemäß dem
Steuerungsverfahren eines bürstenlosen Motors der vorliegenden
Erfindung wird der Strom, der die höhere Oberschwingungskomponente
enthält, der Ankerspule des bürstenlosen Motors
zugeführt, der den Stator, der die Ankerspule aufweist,
und den Rotor enthält, der mit dem Permanentmagneten vorgesehen
ist, und drehbar an der Innenseite oder Außenseite des
Stators angeordnet ist. Ferner wird der gegebene Differenzbetrag
zwischen dem Gehaltsanteil der höheren Oberschwingungskomponente
des Ankerspulenstroms und dem Gehaltsanteil der höheren
Oberschwingungskomponente der induzierten elektromotorischen Kraft
bereitgestellt, die in der Ankerspule mit der Drehung des Permanentmagneten
erzeugt wird. Folglich wird die Stromwellenform der Ankerspule entsprechend
der induzierten Spannungswellenform zur Zeit der Erregung korrigiert,
und der Einfluss der Ankerreaktion, die in der induzierten elektromotorischen
Kraft erzeugt wird, wird abgeschwächt, wodurch es möglich wird,
die Drehmomentschwankungen zu unterdrücken. Aus diesem
Grund können die Motorbetriebsgeräusche verringert
werden, und Veränderungen der Betriebsgeräusche
innerhalb des Betriebsbereichs können unterdrückt
werden.
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Folglich
erlaubt die Anwendung des Steuerverfahrens der vorliegenden Erfindung
auf den EPS-Motor die Unterdrückung der Drehmomentänderung
des Motors, selbst wenn die Motorlast entsprechend der Fahrbahnoberflächenbedingungen variiert
wird, wodurch es möglich wird, die Motorbetriebsgeräusche
zu verringern. Aus diesem Grund kann ein ruhiger und stabiler Lenkbetrieb
durchgeführt werden, um die Lenkempfindung zu verbessern.
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Gemäß dem
bürstenlosen Motor der vorliegenden Erfindung wird der
Strom, der die höhere Oberschwingungskomponente enthält, der
Ankerspule in dem bürstenlosen Motor zugeführt,
der den Stator, der die Ankerspule aufweist, und den Rotor enthält,
der den Permanentmagneten aufweist und drehbar an der Innenseite
oder Außenseite des Stators angeordnet ist. Ferner liegt
der gegebene Differenzbetrag zwischen dem Gehaltsanteil der höheren Oberschwingungskomponente
des Ankerspulenstroms und dem Gehaltsanteil der höheren
Oberschwingungskomponente der induzierten elektromotorischen Kraft
vor, die in der Ankerspule mit der Drehung des Permanentmagneten
erzeugt wird. Folglich kann der Strom der Wellenform, die entsprechend der
induzierten Spannungswellenform zur Zeit der Erregung korrigiert
wird, der Ankerspule zugeführt werden, und der Einfluss
der Ankerreaktion, die in der induzierten elektromotorischen Kraft
erzeugt wird, wird abgeschwächt, wodurch eine Unterdrückung
der Drehmomentschwankungen ermöglicht wird. Aus diesem
Grund können die Motorbetriebsgeräusche verringert
werden, und Veränderungen der Betriebsgeräusche
innerhalb des Betriebsbereichs können unterdrückt
werden.
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Infolgedessen
ermöglicht die Verwendung eines bürstenlosen Motors
der vorliegenden Erfindung als einen EPS-Motor die Unterdrückung
der Drehmomentänderung des Motors, selbst wenn die Motorlast
entsprechend der Fahrbahnoberflächenbedingungen verändert
wird, wodurch es möglich wird, die Motorbetriebsgeräusche
zu verringern. Aus diesem Grund kann ein ruhiger und stabiler Lenkbetrieb durchgeführt
werden, um die Lenkempfindung zu verbessern.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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[1]
Eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau bzw. eine Konfiguration
einer elektrischen Servolenkungseinrichtung zeigt, die einen bürstenlosen
Motor gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
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[2]
Eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines bürstenlosen
Motors zeigt, der in der elektrischen Servolenkungseinrichtung von 1 verwendet
wird.
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[3]
Eine erklärende Darstellung, die einen Aufbau eines Statorkerns
in dem bürstenlosen Motor von 2 zeigt.
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[4]
Ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem verringerten Betrag
einer höheren Oberschwingungskomponente und einer Drehmomentschwankung
in einem Phasenstrom zeigt.
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[5]
(a) ist eine erklärende Darstellung, die eine induzierte
Spannungswellenform in dem bürstenlosen Motor zeigt, und
(b) ist eine erklärende Darstellung, die eine Phasenstromwellenform
davon zeigt.
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[6]
(a) ist eine erklärende Darstellung, die eine induzierte
Spannungswellenform zur Zeit einer Nichterregung in dem bürstenlosen
Motor zeigt, und (b) ist eine erklärende Darstellung, welche
die induzierte Spannungswellenform zur Zeit der Erregung zeigt.
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Beschreibung der Symbole
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- 1
- elektrische
Servolenkungseinrichtung
- 2
- Lenksäule
- 3
- Motor
- 4
- Lenkrad
- 5
- Lenkgetriebekasten
- 6
- Spurstange
- 7
- Rad
- 8
- Hilfsmotorabschnitt
- 9
- Geschwindigkeitsverringerungsmechanismusabschnitt
- 11
- Drehmomentsensor
- 12
- Steuereinheit
- 21
- Stator
- 22
- Rotor
- 23
- Gehäuse
- 24
- Statorkern
- 25
- Wicklungsdraht
- 26
- Bügel
- 27
- Zahn
- 28
- Schlitz
- 29
- Spannungszuführverdrahtung
- 30
- Klammer
- 31
- Drehwelle
- 32
- Rotorkern
- 33
- Magnet
- 34
- Magnethalter
- 35
- Lager
- 36
- Lager
- 37
- Splineabschnitt
- 41
- Drehmelder
- 42
- Drehmelderstator
- 43
- Drehmelderrotor
- 44
- Spule
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Bester Weg zur Ausführung
der Erfindung
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Im
Folgenden wird eine Beschreibung einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen gegeben. 1 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau einer elektrischen Servolenkungseinrichtung,
die einen bürstenlosen Motor gemäß der
vorliegenden Erfindung verwendet, zeigt. Eine elektrische Servolenkungseinrichtung
(EPS) 1, die in 1 gezeigt ist, ist von der Form
einer Säulenhilfsart aufgebaut, in der eine Betriebshilfskraft
einer Lenksäule 2 zugeführt wird. In der
EPS 1 wird ein Motor 3, für den ein Steuerverfahren
gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird,
als eine Leistungsquelle bzw. Spannungsquelle verwendet.
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Ein
Lenkrad 4 ist an der Lenksäule 2 befestigt.
Die Lenkkraft des Lenkrads 4 wird auf die Spurstange 6 über
ein Ritzel und eine Zahnstangenwelle (nicht gezeigt) übertragen,
die in einem Lenkgetriebekasten 5 angeordnet sind. Räder 7 sind
mit beiden Enden der Spurstange 6 verbunden. Wenn die Spurstange 6 mit
dem Betrieb der Lenkräder 4 betrieben werden,
werden die Räder 7 über Anlenkarme (nicht gezeigt)
nach rechts und links gelenkt.
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In
der EPS 1 ist ein Hilfsmotorabschnitt 8, der ein
Lenkkrafthilfsmechanismus ist, an der Lenksäule 2 vorgesehen.
Der Hilfsmotorabschnitt 8 enthält einen Verringerungsmechanismusabschnitt 9 und
einen Drehmomentsensor 1 zusammen mit dem Motor 3.
In dem Verringerungsmechanismusabschnitt 9 sind eine Schnecke
und ein Schneckenrad (nicht gezeigt) vorgesehen. Die Drehung des
Motors 3 wird hinsichtlich der Geschwindigkeit verringert
und auf die Lenksäule 2 übertragen, mittels
des Verringerungsmechanismusabschnitts 9. Der Motor 3 und
der Drehmomentsensor 11 sind mit einer Steuereinheit (ECU) 12 verbunden.
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Wenn
das Lenkrad 4 betrieben wird, um die Lenksäule 2 zu
drehen, wird der Drehmomentsensor 11 betrieben. Die ECU 12 führt
auf geeignete Weise eine elektrische Leistung dem Motor 3 auf
der Basis eines Detektionsdrehmoments des Drehmomentsensors 11 zu.
Wenn der Motor 3 betrieben wird, wird die Drehung des Motors 3 auf
die Lenksäule 2 über den Verringerungsmechanismusabschnitt 9 übertragen, und
die Lenkhilfskraft wird der Lenksäule 2 zugeführt. Die
Lenksäule 2 dreht sich aufgrund der Lenkhilfskraft
und einer manuellen Lenkkraft. Die Drehbewegung wird in eine lineare
Bewegung der Zahnstangenwelle mittels der Zahnstangen- und Ritzelkopplung
in dem Lenkgetriebekasten 5 umgewandelt, um den Lenkbetrieb
der Räder 7 durchzuführen.
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2 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau des Motors 3 zeigt.
Wie es in 2 gezeigt ist, ist der Motor 3 ein
bürstenloser Motor einer Innenrotorart, bei dem ein Stator 21 außerhalb
angeordnet ist und ein Rotor 22 innerhalb angeordnet ist.
Der Stator 21 ist so aufgebaut, um ein Gehäuse 23,
einen Statorkern 24, der an der inneren Umfangsseite des Gehäuses 23 befestigt
ist, und einen Wicklungsdraht 25, der auf den Statorkern 24 gewickelt
ist, zu enthalten. Das Gehäuse 23 ist in einer
zylindrischen Gestalt mit geschlossenem Boden, die aus Eisen oder
dergleichen gefertigt ist, ausgebildet. Eine Klammer 30, die
aus einem synthetischen Harz gefertigt ist, ist an einer Öffnung
des Gehäuses 23 befestigt. Der Statorkern 24 wird
durch Aufeinanderschichten einer großen Anzahl von Stahlplatten
gebildet. Eine Vielzahl von Zähnen steht auf der inneren
Umfangsseite des Statorkerns 24 hervor.
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3 ist
eine erklärende Darstellung, die einen Aufbau des Statorkerns 24 zeigt.
Der Statorkern 24 enthält einen ringförmigen
Bügel 26 und Zähe 27, die nach
innen von dem Bügel 26 hervorstehen. Die Anzahl
der Zähen 27 ist 9. Schlitze 28 (neun
Stück) sind zwischen den entsprechenden Zähnen 27 definiert,
und der Motor 3 ist mit neun Schlitzen aufgebaut. Ein Wicklungsdraht 27 ist
um jeden der Zähne 27 mittels konzentrierter Wicklung
gewickelt, und die Wicklungsdrähte 25 sind innerhalb
jeder der Schlitze 28 aufgenommen. Die Wicklungsdrähte 27 sind
mit einer Batterie (nicht gezeigt) über eine Spannungszuführverdrahtung 29 verbunden.
Ein Phasenstrom (U, V, W) einer Trapezwellenform, die höhere
Oberschwingungskomponenten darin enthält, wird den Wicklungsdrähten 25 zugeführt.
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Der
Rotor 22 ist in dem Stator 21 angeordnet, und
auf eine solche Weise aufgebaut, dass eine Drehwelle 31,
ein Rotorkern 32 und Magnete 33 koaxial angeordnet
sind. Der zylindrische Rotorkern 32, der durch Aufeinanderschichten
einer großen Anzahl von Stahlplatten erhalten wird, ist
auf einem äußeren Umfang der Drehwellen 31 befestigt.
Die Magnete 33 der Segmentart sind auf dem äußeren
Umfang des Rotorkerns 32 angeordnet. Die Magnete 33 sind
an einen Magnethalter 34 angepasst, der an der Drehwelle 31 befestigt
ist. Die sechs Magnete 33 sind entlang der Umfangsrichtung
angeordnet. Das heißt, der Motor 3 ist mit sechs
Polen und neun Schlitzen aufgebaut.
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Ein
Ende der Drehwelle 31 ist drehbar durch Lager 35 gelagert,
die in den Boden des Gehäuses 23 mittels Druck
eingepasst sind. Ein anderes Ende der Drehwelle 31 ist
drehbar mittels Lager 36 gelagert, die an die Klammer 30 angepasst
sind. Ein Splineabschnitt 37 ist an dem anderen Ende der
Drehwelle 31 (linkes Ende von 2) ausgebildet,
und mit der Schneckenwelle des Verringerungsmechanismusabschnitts 9 mittels
eines Verbindungselements (nicht gezeigt) verbunden. Eine Schnecke
ist auf der Schneckenwelle ausgebildet und steht mit dem Schneckenrad
in Zahneingriff, das an der Lenksäule 2 befestigt
ist, durch den Verringerungsmechanismusabschnitt 9.
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Die
Lager 36 und ein Drehmelder 41, der die Drehung
des Rotors 22 detektiert, sind in der Klammer 30 aufgenommen.
Der Drehmelder 41 enthält einen Drehmelderstator 42,
der an der Seite der Klammer 30 befestigt ist, und ein
Drehmelderrotor 43, der an der Seite des Rotors 22 befestigt
ist. Eine Spule 44 ist um den Drehmelderstator 42 gewickelt,
um mit einer Erregerspule und einer Detektionsspule vorgesehen zu
sein. Der Drehmelderrotor 43, der an dem linken Ende des
magnetischen Halters 34 befestigt ist, ist in dem Drehmelderstator 42 angeordnet.
Der Drehmelderrotor 43 wird durch Aufeinanderschichten von
Metallplatten aufgebaut und weist Vorsprünge auf, die in
drei Richtungen ausgebildet sind.
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Wenn
sich die Drehwelle 31 dreht, dreht sich auch der Drehmelderrotor 43 in
dem Drehmelderstator 42. Ein Hochfrequenzsignal wird der
Erregerspule des Drehmelderstators 42 zugeführt,
um die Phase des Signals zu ändern, das von der Detektionsspule als
Antwort auf die Annäherung und den Rückzug der Vorsprünge
ausgegeben wird. Das Detektionssignal und das Referenzsignal werden
miteinander verglichen, um die Drehposition des Rotors 22 zu
detektieren. Anschließend wird ein Strom, der den Wicklungsdrähten 25 zugeführt
wird, angemessen auf der Basis der Drehposition des Rotors 22 verändert,
um den Rotor 22 drehend anzutreiben.
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In
der obigen EPS 1 wird, wenn das Lenkrad 4 betrieben
wird, um die Lenksäule 2 zu drehen, die Zahnwelle
in einer Richtung entsprechend der Drehung bewegt, um den Lenkbetrieb
auszuführen. Der Drehmomentsensor 11 wird mittels
des obigen Betriebs betrieben und eine elektrische Spannung wird den
Wicklungsdrähten 25 von der Batterie (nicht gezeigt) über
die Spannungszuführverdrahtung 29 gemäß dem
detektieren Drehmoment zugeführt. Wenn die elektrische
Leistung den Wicklungsdrähten 25 zugeführt
wird, wird der Motor 3 betrieben, um die Drehwelle 31 und
die Schneckenwelle zu drehen. Die Drehung der Schneckenwelle wird
auf die Lenksäule 2 über das Schneckenrad übertragen,
um die Lenkkraft zu unterstützen.
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Beim
Betrieb der EPS 1, um die Drehmomentänderung zu
unterdrücken, während die Motorausgabe beibehalten
wird, wird der Phasenstrom der trapezförmigen Wellenform,
wie es in 5(b) gezeigt ist, dem Motor 3 zugeführt.
Allerdings wird die induzierte Spannungswellenform in die Sinuswellenform
mittels der Ankerreaktion umgewandelt, wenn der Strom dem Wicklungsdraht 25 zugeführt
wird, wie es oben beschrieben ist. Aus diesem Grund, wenn der Phasenstrom,
wie es in 5(b) gezeigt ist, der 5%
der höheren Oberschwingungskomponente wie in dem Fall der
induzierten Spannungswellenform enthält, zugeführt
wird, steigt die Drehmomentänderung auf der Seite des höheren
Stroms tendenziell. Unter diesen Umständen wird in dem
Steuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
der Gehaltsanteil der höheren Oberschwingungskomponente
verringert und mittels eines gegebenen Betrags im Voraus festgelegt,
um zugeführt zu werden, unter Berücksichtigung
der Umwandlung der induzierten Spannungswellenform in die Sinuswellenform
aufgrund der Anregung hinsichtlich der Stromwellenform, die auf
der Basis von (Ex. 1) erhalten wird.
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4 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen dem verringerten Betrag einer
höheren Oberschwingungskomponente und einer Drehmomentschwankung
in einem Phasenstrom zeigt, die mittels Experimenten, die von den
Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden,
erhalten wurde. Wie es in 4 gezeigt
ist, in dem Fall, bei dem der Gehaltsanteil der höheren
Oberschwindungskomponenten auf einen um 0,5% bis 1,5% geringeren
Wert festgelegt ist (beispielsweise wenn die induzierte Spannungswellenform
5% der höheren Oberschwingungskomponenten enthält,
wird der Gehaltsanteil der höheren Oberschwingungskomponenten
des entsprechenden Phasenzufuhrstroms von 5% um 0,5% bis 1,5% verringert,
um 4,5% bis 3,5% zu erhalten. Wenn die höhere Oberschwingungskomponente 2,5%
in der Komponente der fünften Ordnung und 2,5% in der Komponente
der siebten Ordnung beträgt, werden beide der Komponenten
zu gleichen Anteilen verringert.), wird die Drehmomentschwankung
minimiert, und die Drehmomentschwankung kann um ungefähr
2% bis 3% verringert werden, selbst zur Zeit einer hohen Last (120A).
Ferner kann das Änderungsniveau der Drehmomentschwankung auch
auf 1% oder weniger bezüglich der Last-(Stromwert)Veränderung
unterdrückt werden.
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Wie
es oben beschrieben ist, ist der Gehaltsanteil der höheren
Oberschwingungskomponenten in dem Phasenstrom auf den unteren Wert
um 0,5% bis 1,5% festgelegt bzw. eingestellt, unter Berücksichtigung
der Umwandlung der induzierten Spannungswellenform in die Sinuswellenform
aufgrund der Ankerreaktion, um dadurch die Stromwellenform entsprechend
der induzierten Spannungswellenform zur Zeit der Erregung zu korrigieren.
Aus diesem Grund wird der Einfluss der Ankerreaktion abgeschwächt, und
E·I im Ausdruck (1), der oben beschrieben ist, wird konstant
gehalten, um die Drehmomentschwankung zu unterdrücken.
Folglich kann die Drehmomentänderung des Motors 3 auf
einen kleinen Wert unterdrückt bzw. verringert werden,
die Betriebsgeräusche können verringert werden,
und eine Änderung in den Betriebsgeräuschen in
dem Betriebsbereich kann unterdrückt werden. In diesem
Fall, da der Zuführstrom im Wesentlichen eine trapezförmige Wellenform
aufweist, wird ein derartiger Vorteil nicht beeinträchtigt,
dass das höhere Drehmoment beim selben Peakstrom bzw. Spitzenstrom
erhalten werden kann, verglichen mit dem Sinuswellenantrieb.
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Ferner
wird mit der Anwendung des Steuerverfahrens gemäß der
vorliegenden Erfindung, selbst wenn sich eine Last, die auf den
Motor 3 angelegt wird, aufgrund der Fahrbahnoberflächenbedingung ändert,
die Drehmomentänderung in dem Motor 3 auf einen
kleinen Wert unterdrückt, dadurch wird es möglich,
die Motorbetriebsgeräusche zu verringern. Folglich kann,
selbst wenn sich die Fahrbahnoberflächenbedingung verändert,
ein ruhiger und stabiler Lenkbetrieb realisiert werden, wodurch
es ermöglicht wird, die Lenkempfindung zu verbessern.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannte Ausführungsform
begrenzt sonder kann verschiedentlich modifiziert werden, ohne sich vom
Gegenstand der Erfindung zu entfernen.
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Beispielsweise
wird in der oben genannten Ausführungsform der Gehaltsanteil
der höheren Oberschwingungskomponenten in dem Phasenstrom
verringert. Alternativ kann die Wellenform auf der Seite der induzierten
Spannungswellenform eingestellt bzw. angepasst werden, und der Gehaltsanteil
der höheren Oberschwingungskomponenten in der induzierten
Spannungswellenform kann auf einen um 0,5% bis 1,5% höheren
Wert als der Gehaltsanteil der höheren Oberschwingungskomponente der
fünften Ordnung zum Einstellen der Stromwellenform des
Phasenstroms eingestellt werden. Das heißt, sowohl die
induzierte Spannungswellenformseite und die Phasenstromseite kann
eingestellt werden, und der Punkt besteht darin, dass eine Differenz zwischen
den Gehaltsanteilen der höheren Oberschwingungskomponente
der zwei Seiten um den Betrag, der den Einfluss der Ankerreaktion
verringert, vorgesehen ist.
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Ferner
wird in der obigen Ausführungsform der Motor mit sechs
Polen und neun Schlitzen beispielhaft als der Motor 3 genannt.
Allerdings ist der Motoraufbau darauf nicht begrenzt, und der Aufbau, bei
dem die Gehaltsanteildifferenz zwischen den höheren Oberschwingungskomponenten
auf 0,5% bis 1,5% festgelegt ist, ist auch für den Motor
des integralen Vielfachen der zwei Pole und drei Schlitze anwendbar.
Ferner wird in der oben genannten Ausführungsform der bürstenlose
Motor mit Innenrotor beispielhaft genannt. Allerdings kann die vorliegende Erfindung
auch für einen bürstenlosen Motor mit Außenrotor
angewendet werden, in dem der Rotor außerhalb des Stators
angeordnet ist. Ferner wird in der oben genannten Ausführungsform
das Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
auf einen EPS Motor der Säulenhilfsart angewendet. Alternativ kann
das Steuerverfahren der vorliegenden Erfindung auch für
einen EPS Motor der Zahnstangenhilfsart, bei dem der Motor koaxial
mit der Zahnstangenwelle angeordnet ist, oder den EPS Motor der
Ritzelhilfsart angewendet werden, bei dem die Hilfskraft dem Ritzelrad,
das mit der Zahnstangenwelle in Zahneingriff steht, zugeführt
wird.
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Zusammenfassung
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In
einem bürstenlosen Motor für eine elektrische
Servolenkungseinrichtung, die einen Aufbau von zwei Polen und drei
Schlitzen oder ein integrales Vielfaches davon aufweist, wird eine
Statorspule mit Strom versorgt, der eine höhere Oberschwingungskomponente
enthält. Eine Differenz von 0,5% bis 1,5% ist zwischen
dem Gehaltsanteil der höheren Oberschwingungskomponente
des Statorspulenstroms und dem Gehaltsanteil der höheren
Oberschwingungskomponente der induzierten elektromotorischen Kraft
vorgesehen, die in der Statorspule mit der Drehung eines Permanentmagneten
erzeugt wird, wodurch der Einfluss einer Ankerreaktion abgeschwächt
wird, die in der induzierten elektromotorischen Kraft erzeugt wird,
um Drehmomentschwankungen zu verringern. Die Differenz zwischen
den Anteilen der höheren Oberschwingungskomponente wird
auf der Basis einer Änderung festgelegt, die in der induzierten
elektromotorischen Kraft aufgrund der Ankerreaktion zu einer Zeit
des Zuführens von Elektrizität zur Ankerspule
auftritt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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