DE60311407T2

DE60311407T2 - Elektrisches Motorgerät und Servolenksystem

Info

Publication number: DE60311407T2
Application number: DE60311407T
Authority: DE
Inventors: Yuichiro Chuo-ku Matsuoka; Yoshiyuki Shibata
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2023-12-16
Also published as: US20040113575A1; EP1437287A2; US6911795B2; DE60311407D1; JP3875188B2; EP1437287A3; EP1437287B1; JP2004201364A

Description

Die vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität unter 35U.S.C. §119 der japanischen Patentanmeldung Nr. 2002-363896, die am 16. Dezember 2002 eingereicht worden ist.
Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektromotorgerät, das einen elektrischen Motor durch eine Antriebsschaltung antreibt, und ein Servolenksystem, das einen gelenkten Winkel eines gelenkten Rads, das mechanisch von einem Lenkwinkel eines Lenkrads in einem Fahrzeug getrennt ist, durch das Elektromotorgerät auf der Grundlage eines Lenkwinkels eines Lenkrads steuert.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In letzter Zeit wurde ein Servolenksystem, ein sogenanntes Steer-by-Wire-System entwickelt, das eine Position eines gelenkten Winkels eines gelenkten Rades, das mechanisch von einem Lenkwinkel eines Lenkrads in einem Fahrzeug getrennt ist, mittels eines Betätigungsglieds wie eines elektrischen Motors auf der Grundlage eines Lenkwinkels eines Lenkrads steuert. Es ist typischerweise für diese Art der Servolenksysteme bekannt, dass zwei Betätigungsglieder für eine ausfallsichere Funktion in einer anormalen Bedingung der Betätigungsglieder bereitgestellt sind, wie es beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2002-37112 und der US 4434389 offenbart ist.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Servolenksystem gemäß dem Stand der Technik werden, da zwei Betätigungsglieder vorhanden sind, die Gesamtkosten erhöht und wird die Gesamtgröße des Elektromotorgeräts und des Lenksystems groß.
Zusammenfassung der Erfindung
Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Umstände liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Elektromotorgerät und ein Servolenksystem anzugeben, die in der Lage sind, die Gesamtkosten zu verringern, und die kompakt ausgeführt werden können.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Elektromotorgerät anzugeben, das eine Position eines Rotors erfassen kann, um die Anzahl der Teile und deren Kosten zu verringern.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Elektromotorgerät anzugeben, das verhindert, dass der Elektromotor unmittelbar nach einer anormalen Bedingung von Positionssensoren stoppt.
Eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Elektromotorgerät anzugeben, das eine Drehmomentwelligkeit des Elektromotors verringert und diesen gleichmäßig antreibt.
Eine fünfte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Servolenksystem anzugeben, das eine Sicherheitsfunktion bei niedrigen Kosten erzielt.
Zum Lösen der vorstehenden und anderen Aufgaben wird erfindungsgemäß ein Elektromotorgerät mit hauptsächlich zwei Gruppen von Spulen (Spiraldrähten) für erste und zweite Systeme angegeben, die einen Rotor eines Elektromotors in Drehung versetzen, wobei, wenn sich eine der Spulen in einer anormalen Bedingung befindet, eine Steuerungseinrichtung Antriebsschaltungen für den Elektromotor zum Rotieren des Rotors durch lediglich die andere verbleibende Spule steuert. Gemäß der vorliegenden Erfindung dreht in einer normalen Bedingung zumindest eine der zwei Gruppen der Spulen den Rotor oder beide Gruppen der Spulen arbeiten zusammen, um den Rotor in einer normalen Bedingung zu drehen, wenn jedoch eine anormale Bedingung in dem ersten System oder dem zweiten System auftritt, drehen die gespeisten Spulen des anderen Systems den Rotor derart, dass gemäß der vorliegenden Erfindung ein Stoppen der Rotation des Elektromotors unmittelbar nach der anormalen Bedingung in einem der Systeme verhindern werden kann, so dass eine Aufallsicherungsfunktion mit lediglich einem Betätigungsglied des elektrischen Motors erzielt werden kann. Daher kann erfindungsgemäß die Anzahl der Teile im Vergleich zu dem herkömmlichen Gerät mit zwei Betätigungsgliedern verringert werden, so dass ein Anstieg der Kosten beschränkt wird und eine kompakte Struktur erzielt wird. Weiterhin kann erfindungsgemäß eine Länge des elektrischen Motorgerätes und die Gesamtkosten im Vergleich zu zwei Statoren, die hintereinander in Längsrichtung bei zwei Systemen positioniert sind, verringert werden, da erfindungsgemäß durch zwei Gruppen der Spulen für das erste und zweite System ein Stator gemeinsam genutzt wird.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Elektromotor ein Wechselstrommotor, der eine Phase eines Stroms, der zwei Gruppen der Spulen der ersten und zweiten Systeme zugeführt wird, entsprechend einer Position des Rotors ändert, wobei ein einziger Positionssensor die Position des Rotors erfasst und gemeinsam von den ersten und zweiten Systemen genutzt wird. Daher wird gemäß der zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung lediglich ein einziger Positionssensor, der Positionen des Rotors des Elektromotors erfasst, derart vorgesehen, dass er durch die ersten und zweiten Systeme gemeinsam genutzt wird, so dass erfindungsgemäß die Anzahl der Teile davon verringert werden kann und die Gesamtkosten davon im Vergleich zu jeweils zwei Positionssensoren für jedes System beschränkt werden können.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Elektromotor ein Wechselstrommotor, der eine Phase eines Stroms, der den zwei Gruppen der Spulen der ersten und zweiten Systeme zugeführt wird, entsprechend einer Position des Rotors ändert, wobei das Elektromotorgerät zwei Positionssensoren für die ersten und zweiten Systeme jeweils bereitstellt, wobei, wenn einer der Positionssensoren sich in einer anormalen Bedingung befindet, die Steuerungseinrichtung eines oder beide der ersten und zweiten Systeme speist. Daher wird ein Stoppen des Elektromotors unmittelbar nach der anormalen Bedingung der Positionssensoren verhindert.
Gemäß einer vierten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind eine Vielzahl von Spulen für die ersten und zweiten Systeme abwechselnd alternativ angeordnet, wobei die Steuerungseinrichtung jeweils eine erste Antriebsschaltung für das erste System und eine zweite Antriebsschaltung für das zweite System derart steuert, dass die gegenwärtige Phase der Spulen an benachbarten Zähnen in den ersten und zweiten Systemen mit einem Winkel entsprechend einer Winkeldistanz der benachbarten Zähne steuert. Daher können erfindungsgemäß Abweichungen der Positionsphase der Spulen aufgehoben werden, um eine Drehmomentwelligkeit zu verringern und den Elektromotor gleichmäßig anzutreiben.
Gemäß einer fünften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind ein Lenkrad und ein gelenktes Rad für ein Fahrzeug mechanisch getrennt, wobei das Elektromotorgerät eine Positionierung eines gelenkten Winkels des gelenkten Rades auf der Grundlage eines Lenkwinkels des Lenkrads steuert. Daher kann das erfindungsgemäße Servolenksystem eine Auswahlsicherungsfunktion erzielen und die Gesamtkosten verringern, und kann ebenfalls das Servolenksystem kompakt ausgeführt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Verschiedene andere Aufgaben, Merkmale und viele der sich ergebenden Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele deutlich, wenn diese im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet werden. Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht des Elektromotorgerätes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 ein Blockschaltbild eines Servolenksystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
3 eine Querschnittsansicht des Elektromotorgerätes gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
4 ein Blockschaltbild eines Servolenksystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Nachstehend ist ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein Elektromotorgerät gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 zeigt das Elektromotorgerät 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei das Elektromotorgerät 10 einen Elektromotor 14 durch eine erste Antriebsschaltung 12 und eine zweite Antriebsschaltung 13 auf der Grundlage eines Ausgangssignals aus einer Steuerungseinrichtung 11 antreibt. Der Elektromotor 14 ist ein bürstenloser Dreiphasen-Wechselstrommotor und weist einen Statorkern 15 und einen Rotor 25 auf. In einer inneren Oberfläche des Statorkerns 15 sind eine Vielzahl von Zähnen 16 in Umlaufsrichtung angeordnet. Spulen 17 sind jeweils um einen säulenförmigen Abschnitt jedes Zahns 16 gewickelt. Diese Vielzahl der Spulen 17 sind in zwei Gruppen einer Vielzahl von Spulen 17A, die durch die erste Antriebsschaltung 12 gespeist wird, und einer Vielzahl von Spulen 17B unterteilt, die durch die zweite Antriebsschaltung 13 gespeist werden. Genauer weisen diese Zähne 16 zwölf Zähne auf, weshalb es sich bei der Vielzahl der Spulen 17 um zwölf Spulen (Drähte) handelt. Sechs Spulen (Spiraldrähte) 17A sind abwechselnd eingebaut und mit der ersten Antriebsschaltung 12 verbunden, um ein erstes System 18A aufzubauen. Die restlichen sechs Spulen 17B sind abwechselnd eingebaut und mit der zweiten Antriebsschaltung 13 verbunden, um ein zweites System 18B aufzubauen. Daher sind die Gruppen der Spulen 17A und 17B abwechselnd alternativ in Umlaufsrichtung positioniert.
Die erste Antriebsschaltung 12 ist eine Dreiphasen-Brückenschaltung mit einem Schaltelement wie einem MOSFET usw. Das MOSFET wird durch das Steuerungssignal aus der Steuerungseinrichtung 11 zu Ein-/Aus-Zuständen gespeist, um einen Dreiphasen-Wechselstrom in dem ersten System 18A zu treiben. In einer Querschnittsansicht des elektrischen Motors 14 gemäß 1 fließt der elektrische Strom in einer U-Phase, einer V-Phase, einer W-Phase, einer U-Strich-Phase (U-Phase), einer V-Strich-Phase (V-Phase), einer W-Strich-Phase (W-Phase) in einer Reihenfolge gegen den Uhrzeigersinn von einer Spule 17a (U), die in der Mitte und der oberen Position angeordnet ist. Die zweite Antriebsschaltung 13 ist eine Dreiphasen-Brückenschaltung derselben Bauart wie die erste Antriebsschaltung 12, um einen Dreiphasen-Wechselstrom in der zweiten Systemschaltung 18B zu treiben. Gemäß 1 fließt der elektrische Strom mit einer U-Phase, einer V-Phase, einer W-Phase, einer U-Strich-Phase, einer V-Strich-Phase, einer W-Strich-Phase in einer Reihenfolge gegen den Uhrzeigersinn von der anderen Spule 17B (U), die an der nächsten linken Position zu der Spule 17A (U) angeordnet ist. Die elektrischen Ströme mit der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase sind jeweils 120° in der Phase verschoben, und die elektrischen Ströme mit der U-Strich-Phase, der V-Strich-Phase und der W-Strich-Phase sind jeweils 180° umgekehrt verschoben, indem die Spulen 17B gegenüber den Spulen 17A in umgekehrter Richtung gewickelt sind. Ein Rotor 25 ist innerhalb des Statorkerns 15 mit einem kleinen Spalt angebracht und ein Permanentmagnet 26 ist an dem Rotor 25 befestigt. Der Permanentmagnet 26 weist 14 Pole auf, von denen jeder an einer Umfangsoberfläche des Rotors 25 mit Nordpol und Südpol abwechselnd positioniert ist. Die Steuerungseinrichtung 11 erzeugt das Steuerungssignal zur Speisung der MOSFETs jeweils der Antriebsschaltungen 12 und 13 entsprechend der Rotationsposition des Rotors 25, die durch einen nachstehend beschriebenen Positionssensor 27 erfasst wird. Darüber hinaus steuert die Steuerungseinrichtung 11 die Antriebsschaltungen 12 und 13 jeweils zur Verschiebung der Stromphase der Spulen 17A und 17B auf den benachbarten Zähnen 16, 16 zu einem Winkel entsprechend einem Winkelabstand der benachbarten Zähne 16 und 16. Genauer beträgt der Winkelabstand der benachbarten Zähne 16 und 16 dreißig Grad (30° = 360°/12), so dass die Steuerungseinrichtung 11 die Antriebsschaltungen 12 und 13 zum Treiben des Stroms, indem dieser gegenüber der U-Phase des ersten Systems 18A zu der U-Phase des zweiten Systems 18B um 30° verschoben wird, wobei dies ebenfalls für die V-Phase, die W-Phase, die U-Strich-Phase, die V-Strich-Phase, die W-Strich-Phase usw. gilt. Bei diesen 30° handelt es sich um den Winkelabstand der benachbarten Zähne 16 und 16.
Der elektrische Motor 14 wendet den Positionssensor 27 zur Erfassung einer Rotationsposition des Rotors 25 an.
Der Positionssensor 27 ist beispielsweise ein optischer absoluter Encoder mit einer nicht dargestellten Rotationsschlitzscheibe und einem optischen Element. Die Rotationsschlitzscheibe wird zusammen mit dem Rotor gedreht, und das optische Element ist an dem Statorkern 15 zur Erfassung der Rotationsschlitzscheibe befestigt. Das optische Element ist an einer symmetrischen Position positioniert, die symmetrisch den mit der Spule 17A der U-Phase des ersten Systems 18A gewickelten Zahn 16 und den mit der U-Phase des zweiten Systems 18B gewickelten Zahn unterteilt. Eine Referenzposition des Rotors 25 ist eingestellt, an der eine auf der Rotationsschlitzscheibe eingestellte Referenz dem optischen Element zugewandt ist. Daher ist die Position der Referenz der Rotationsschlitzscheibe, die dem optischen Element zugewandt ist, die Referenzposition des Rotors 25 zur Erfassung eines Rotationswinkels des Rotors 25 von der Referenzposition aus. Eine entsprechende Position der Referenz der Rotationsschlitzscheibe zu einer Mitte der Spule 17A, in der der Strom der U-Phase des ersten Systems 18A fließt, ist um minus fünfzehn Grad (–15°) gegen den Uhrzeigersinn gemäß 1 verschoben. Demgegenüber ist eine entsprechende Position der Referenz der Rotationsschlitzscheibe zu einer Mitte der Spule 17B, in der der Strom der U-Phase des zweiten Systems 18A fließt, um plus fünfzehn Grad (+15°) im Uhrzeigersinn gemäß 1 verschoben. Die Steuerungseinrichtung 11 erzeugt das Steuerungssignal für die erste Antriebsschaltung 12 auf der Grundlage der Positionsdaten, die um –15° in Bezug auf das Erfassungspositionssignal des Positionssensors 27 kompensiert sind, und erzeugt das Steuerungssignal für die zweite Antriebsschaltung 13 auf der Grundlage der Positionsdaten, die um +15° gegenüber dem Erfassungspositionssignal des Positionssensors 27 kompensiert sind. Dadurch wird um dreißig (30°) von der U-Phase, der V-Phase, der W-Phase, der U-Strich-Phase, der V-Strich-Phase, der W-Strich-Phase des ersten Systems 18A zu der U-Phase, der V-Phase, der W-Phase, der U-Strich-Phase, der V-Strich-Phase, der W-Strich-Phase des zweiten Systems 18B verschoben.
Der Betrieb gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, ist nachstehend beschrieben. Die Steuerungseinrichtung 11 steuert die erste Antriebsschaltung 12 und die zweite Antriebsschaltung 13 zum Treiben von elektrischem Strom zu der Vielzahl der Spulen 17A, 17B des ersten Systems 18A und des zweiten Systems 18B. Der Strom erzeugt ein Magnetfeld um die Zähne 16, um zusammen mit dem Permanentmagneten 26 eine Rotationskraft des Rotors 25 zu erzeugen, so dass die Antriebsschaltungen 12 und 13 zusammenarbeiten, um den Rotor 25 in einer normalen Bedingung in Rotation zu versetzen. Der Rotor 25 kann zumindest durch eine der zwei gespeisten Vielzahl der Spulen 17A und 17B des ersten Systems 18A oder des zweiten Systems 18B in der normalen Bedingung gedreht werden. Wenn jedoch eine anormale Bedingung in einem der Systeme 18A und 18B auftritt, d.h. beispielsweise das erste System 18A eine Fehlfunktion aufweist, so dass kein elektrischer Strom fließt, hält das andere verbleibende zweite System 18B das Fließen des elektrischen Stroms zu der Vielzahl der Spulen 17B bei, um eine ausreichende Rotationskraft zum Rotieren des Rotors 25 für eine zeitweilige Rotation zu erzeugen.
Das kennzeichnende Merkmal gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass üblicherweise die gespeisten Spulen 17A und 17B des ersten Systems 18A und des zweiten Systems 18B zusammenarbeiten, um den Rotor 25 zu drehen, dass jedoch, wenn eine anormale Bedingung in einem der Systeme 18A oder 18B auftritt, eine einzelne der anderen verbleibenden gespeisten Spulen 17A oder 17B den Rotor 25 drehen kann. Die vorliegende Erfindung kann das Stoppen der Rotation des elektrischen Motors 14 unmittelbar nach der anormalen Bedingung in einem der Systeme 18A oder 18B verhindern, so dass eine Ausfallsicherungsfunktion durch lediglich einen elektrischen Motor 14 erzielt wird. Daher kann erfindungsgemäß die Anzahl der Teile im Vergleich zu dem herkömmlichen Gerät mit zwei elektrischen Motoren verringert werden, so dass erfindungsgemäß eine Erhöhung der Kosten begrenzt wird und eine kompakte Struktur erzielt wird. Weiterhin kann, da erfindungsgemäß ein Stator 15 durch zwei Gruppen von Spulen 17A und 17B der ersten und zweiten Systeme 18A und 18B gemeinsam wird, erfindungsgemäß die Länge in Längsrichtung und die Gesamtkosten im Vergleich zu zwei Statoren verringert werden, die bei zwei Systemen in Längsrichtung hintereinander positioniert sind. Weiterhin ist erfindungsgemäß lediglich ein Positionssensor 27 zur Erfassung von Positionen des Rotors 25 des elektrischen Motors 14 vorgesehen, um gemeinsam von dem ersten System 18A und dem zweiten System 18B genutzt zu werden, so dass die Anzahl der Teile verringert werden kann und die Gesamtkosten im Vergleich zu jeweils zwei Positionssensoren für jedes System 18A und 18B beschränkt werden können. Weiterhin verschiebt in dem Elektromotorgerät 10, bei dem elektrischer Strom in den Spulen 17A und 17B des ersten Systems 18A und des zweiten Systems 18B fließt, die Steuerungseinrichtung 11 die Stromphase der Spulen 17A und 17B an den benachbarten Zähnen 16 und 16 mit einem Winkel entsprechend einer Winkeldistanz der benachbarten Zähne 16 und 16, so dass Abweichungen einer Positionsphase der Spulen 17A und 17B aufgehoben werden können. Daher kann eine Drehmomentwelligkeit des Elektromotors verringert werden und kann der Elektromotor 14 gleichförmig angetrieben werden.
Nachstehend ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das das erste Ausführungsbeispiel bei einem Servolenksystem (fremdkraftbetätigten Lenksystem) anwendet, unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Ein Servolenksystem 30 ist ein sogenanntes Lenkung-durch-Verdrahtung-System (Steer-by-Wire-System), wobei ein Lenkrad 31 und gelenkte Räder 40 und 40 mechanisch voneinander getrennt sind. Daher ist ein gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung offenbartes Elektromotorgerät 50 zum Lenken der gelenkten Räder 40 und 40 vorgesehen. Nachstehend sind lediglich unterschiedliche Konstruktionen gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei dieselben Konstruktionen wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dieselben Bezugszeichen aufweisen, so dass deren Beschreibung entfällt. Das Lenkrad 31 des Servolenksystems 30 ist an einem Ende einer Lenkwelle 32 befestigt, die drehbar durch ein Reaktionskraftbetätigungsglied 33 gestützt ist, um eine Reaktionskraft entsprechend einer Rotation des Lenkrads 31 zu erzeugen. Erfassungssignale aus einem Axialkraftsensor 35 und einem Drehzahlsensor 36 werden jeweils einer Reaktionskraftsteuerungseinrichtung 34 zugeführt. Der Axialkraftsensor 35 erfasst eine auf eine Schubstange 41 wirkende Axialkraft, die zwischen den gelenkten Rädern 40 und 40 angeordnet ist bzw. zwischen diesen eine Brücke bildet. Die auf die Schubstange 41 einwirkende Axialkraft ist entsprechend einer Straßensituation veränderlich. Die Reaktionskraftsteuerungseinrichtung 34 gibt ein Steuerungssignal zu einer Antriebsschaltung 33K gemäß dem von dem Axialkraftsensor 35 und dem Drehzahlsensor 36 erfassten Signalen, so dass sie die Reaktionskraft auf das Lenkrad 31 entsprechend der Straßensituation übertragen kann. Die Reaktionskraftsteuerungseinrichtung 34 gibt ebenfalls ein Steuerungssignal zu der Antriebsschaltung 33K entsprechend dem Drehzahlsensor 36 erfassten Signal aus, so dass sie eine Steuerung durchführen kann, um ein schweres Lenken bei dem Lenkrad 31 bei hoher Geschwindigkeit und ein leichtes Lenken bei dem Lenkrad 31 bei niedriger Geschwindigkeit zu bewirken. Ein Lenkwinkelsensor 37 ist zwischen dem Reaktionskraftbetätigungsglied 33 und der Lenkwelle 32 zur Erfassung eines Lenkwinkels des Lenkrads 31 angebracht. Eine Lenkwinkelsteuerungseinrichtung 45 erfasst ein von dem Lenkwinkelsensor 37 erfasstes Signal, um ein Steuerungssignal den ersten und zweiten Antriebsschaltungen 12 und 13 entsprechend dem Lenkwinkel des Lenkrads 31 zuzuführen. Daraufhin wird der Elektromotor 14 durch die Antriebsschaltungen 12 und 13 zum Lenken der gelenkten Räder 40 und 40 entsprechend dem Lenkwinkel des Lenkrads 31 angetrieben. Der Stator 15 des Elektromotors 14 ist in einem Inneren eines hohlen zylindrischen Gehäuses 43 befestigt, wie es in 2 gezeigt ist. Der Rotor 25 ist betriebsfähig mit der Schubstange 41 verbunden, und ein Abschnitt der Schubstange 41, die durch das hohle Gehäuse 43 abgedeckt ist, weist einen nicht dargestellten Kugelgewindemechanismus zwischen dem Rotor 25 und der Schubstange 41 auf, um eine Rotation des Rotors 25 in eine Axialkraft umzusetzen. Daher werden die gelenkten Räder 40 und 40 durch den Elektromotor 14 gelenkt. Die anderen mechanischen und elektrischen Konstruktionen sind dieselben wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, weshalb deren Beschreibung entfällt.
Das kennzeichnende Merkmal des Servolenksystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein gelenkter Winkel der gelenkten Räder 40, 40, der mechanisch von dem Lenkwinkel des Lenkrads 31 getrennt ist, durch den elektrischen Motor derart gesteuert wird, dass eine Ausfallsicherungsfunktion erzielt werden kann, wobei die Gesamtkosten des Servolenksystems 30 verringert werden und dieses ebenfalls kompakt ausgeführt werden kann.
Nachstehend ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Elektromotorgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Ein Hauptunterschied des dritten Ausführungsbeispiels zu dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass ein Paar Positionssensoren 27A und 27B vorgesehen sind. Diese zwei Positionssensoren 27A und 27B bestehen aus derartigen wie einem optischen absoluten Encoder mit einer Rotationsschlitzscheibe und einem optischen Sensor. Ein Positionssensor 27A dient für das erste System 18A eines elektrischen Motors 42 und ist in der Mitte des Zahns 16, um den die Spule 17A der U-Phase des ersten Systems 18A gewickelt sind, zu positionieren, und der andere Positionssensor 27B dient für das zweite System 18B und ist in der Mitte des Zahns 16 zu positionieren, um den die Spule 17B der U-Phase des zweiten Systems 18B gewickelt ist. Ein Rotor 44 weist eine hohle zylindrische Form auf, durch die eine Spurstange 46 wie die Spurstange 41 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hindurchdringt. Eine Referenzposition des einen Positionssensors 17A des ersten Systems 18A ist an der Position gesetzt, an der die Referenzposition des Rotors 44 dem Zahn 16 zugewandt ist, an dem dessen optisches Element vorgesehen ist, und eine Referenzposition des anderen Positionssensors 17B ist an der Position gesetzt, an dem die Referenzposition des Rotors 44 dem Zahn 16 zugewandt ist, an dem dessen optisches Element vorgesehen ist. Daher weisen die durch diese Positionssensoren 27A und 27B erfassten Daten eine Beziehung einer Abweichung in der Winkeldistanz der benachbarten Zähne 16 und 16 wie dreißig (30°) auf.
Eine Lenksteuerungseinrichtung 49 erzeugt das Steuerungssignal zur Steuerung des Ausgangs aus der ersten Antriebsschaltung 12 entsprechend dem erfassten Signal aus dem Positionssensor 27A für das erste System 18A zur Speisung des ersten Systems 18A und erzeugt das Steuerungssignal zur Steuerung des Ausgangs aus der Antriebsschaltung 13 entsprechend dem erfassten Signal aus dem Positionssensor 27B für das zweite System 18B zur Speisung des zweiten Systems 18B. Dadurch arbeiten in einer normalen Bedingung die Vielzahl der Spulen 17A und 17B beider Systeme 18A und 18B zusammen, um den Rotor 25 zur Rotation zu speisen. Dabei steuert die Steuerungseinrichtung 49 die Antriebsschaltungen 12 und 13 jeweils derart, dass die Stromphase der Spulen 17A und 17B an benachbarten Zähnen 16 und 16 zu einem Winkel entsprechend einer Winkeldistanz der benachbarten Zähne 16 und 16 verschoben werden, so dass die Abweichung der Positionierungsphase beider Spulen 17A und 17B aufgehoben wird, um eine Drehmomentwelligkeit des elektrischen Motors 42 zu beschränken und diesen gleichmäßig anzutreiben. Jedoch steuert in einer anormalen Bedingung, beispielsweise bei dem Positionssensor 27A des ersten Systems 18A, die Steuerungseinrichtung 49 den Ausgang aus den ersten und zweiten Antriebsschaltungen 12 und 13 auf der Grundlage lediglich des Positionssensors 27B für das zweite System 18B, um beide Systeme 18A und 18B zu speisen. Dabei steuert die Steuerungseinrichtung 49 die zweite Antriebsschaltung 13 auf der Grundlage des zweiten Positionssensors 27B wie üblich, wohingegen sie die erste Antriebsschaltung 12 auf der Grundlage eines kompensierten Werts des Öffnungswinkels (beispielsweise 30° (dreißig Grad)), die zu dem Steuerungssignal aus dem Positionssensor 18B für das zweite System 18B addiert wird. Dadurch wird die Abweichung der Positionierphase beider Spulen 17A und 17B aufgehoben, um eine Drehmomentwelligkeit zu beschränken und den elektrischen Motor gleichmäßig anzutreiben. Der Betrieb erfolgt in derselben Weise bei einer anormalen Bedingung des zweiten Positionssensors 17B für das zweite System 18B.
Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Elektromotorgerät gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf das Servolenksystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewandt, d.h. dass der eine Positionssensor 27 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, der für das zweite Ausführungsbeispiel angewandt wird, durch die zwei Positionssensoren 27A und 27B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ersetzt wird. Daher entfällt eine ausführliche Beschreibung des Aufbaus und des Betriebs gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel.
Obwohl die Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann klar, dass die Erfindung nicht auf die vorliegenden Ausführungsbeispiele begrenzt sind, und dass die Erfindung in verschiedenerlei anderen Ausführungsbeispielen innerhalb des Umfangs der Patentansprüche verwirklicht werden kann. Nachstehend sind einige Beispiele beschrieben:

(1) Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind eine Vielzahl von Spulen 17A und 17B alternativ nacheinander angebracht, jedoch ist die Position der Spulen 17A und 17B nicht auf die Beziehung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung derart umgesetzt werden, dass zwei Spulen 17A und zwei Spulen 17B alternativ nacheinander angebracht sind. Außerdem kann die vorliegende Erfindung auch derart umgesetzt werden, dass die Spulen 17A mit der halben Größe der Spulen 17B gewickelt sind, und zwei dieser halb gewickelten Spulen 17A und eine Spule 17B sind alternativ nacheinander angebracht.
(2) Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung speist, wenn einer der Positionssensoren 27A und 27B sich in einer anormalen Bedingung befindet, der andere Positionssensor 27A und 27B beide Systeme 18A und 18B auf der Grundlage des anderen Positionssensors. Jedoch kann die vorliegende Erfindung derart umgesetzt werden, dass ein System vollständig gestoppt wird (ausgeschaltet wird) und lediglich das andere System auf der Grundlage des von dem anderen Positionssensor erfassten Signals betrieben wird.
(3) Gemäß dem zweiten und dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Servolenksystem vorgesehen, jedoch kann das Elektromotorgerät der vorliegenden Erfindung für eine andere Ausfallsicherungsfunktion als das Servolenksystem angewandt werden.
(4) Gemäß dem ersten und dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Position des Rotors durch die optischen Positionssensoren 27, 27A, 27B erfasst, jedoch ist der Positionssensor nicht auf den optischen Sensor begrenzt, sondern kann eine magnetische Bauart oder eine Laser-Bauart sein.

Weiterhin können die in dieser Beschreibung und in den Zeichnungen veranschaulichten technischen Komponenten ihre technische Verwendbarkeit unabhängig durch verschiedene andere Kombinationen zeigen, die nicht auf die Kombinationen begrenzt sind, die in den Patentansprüchen beschrieben sind, die zur Zeit der Anmeldung gemacht worden sind. Weiterhin kann die in dieser Beschreibung und in den Zeichnungen veranschaulichte Lehre gleichzeitig eine Vielzahl von Aufgaben lösen, und ist durch Verwirklichung von irgendeiner dieser Aufgaben technisch verwendbar.
In einem Elektromotorgerät gemäß der vorliegenden Erfindung arbeiten sowohl gespeiste Spulen 17A als auch 17B für ein erstes System 18A und ein zweites System 18B zusammen, um einen Rotor 25 in einer normalen Bedingung in Drehung zu versetzen, wenn jedoch eine anormale Bedingung in entweder dem ersten System oder dem zweiten System auftritt, drehen die gespeisten Spulen des anderen Systems den Rotor 25, so dass erfindungsgemäß ein Stoppen der Rotation des elektrischen Motors 14 unmittelbar nach der anormalen Bedingung in einem der Systeme verhindert werden kann, so dass eine Ausfallsicherungsfunktion erzielt wird. Daher kann erfindungsgemäß die Anzahl von Teilen im Vergleich mit einem herkömmlichen Gerät mit zwei Betätigungsgliedern verringert werden, so dass ein Anstieg der Kosten verringert wird und eine kompakte Struktur erzielt wird.

Claims

Elektromotorgerät mit einem elektrischen Motor (14) mit einem Rotor (25) und einem Stator, einer Antriebsschaltung einer Steuerungseinrichtung, die die Antriebsschaltung mit einer ersten Antriebsschaltung (12) und einer zweiten Antriebsschaltung (13) steuert, und Spulen (12), die an dem Stator des elektrischen Motors derart angebracht sind, dass sie umlaufend verteilt sind und gespeist werden, um den Rotor des elektrischen Motors zu drehen, wobei die Spulen in zwei Gruppen (17a, 17b) eines ersten Systems (18a) und eines zweiten Systems (18b) klassifiziert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen des ersten Systems und die Spulen des zweiten Systems abwechselnd in Umlaufsrichtung des Stators positioniert sind, die Steuerungseinrichtung (11) eingerichtet ist, die Antriebsschaltung derart zu steuern, dass die dem ersten System und dem zweiten System zugeführten Stromphasen verschoben werden, und das elektrische Motorgerät einen Positionssensor (27) zur Erfassung einer Position des Rotors bereitstellt, wobei der Positionssensor gemeinsam von dem ersten System (17a) und dem zweiten System (17b) genutzt wird.
Elektromotorgerät nach Anspruch 1, wobei die erregten Spulen (17) den Motor (25) durch zumindest eine der zwei Gruppen (17a, 17b) der Spulen für das erste System (18a) und das zweite System (18b) in einem normalen Zustand drehen, und die Steuerungseinrichtung (11) die Antriebsschaltungen (12, 13) zum Drehen des Rotors durch lediglich eine der zwei Gruppen (17a, 17b) der Spulen steuert, wenn die andere verbleibende Gruppe der Spulen sich in einem anormalen Zustand befindet.
Elektrisches Motorgerät nach Anspruch 2, wobei die erregten Spulen (17) den Rotor (25) durch Zusammenarbeit der zwei Gruppen (17a, 17b) der Spulen für das erste System (18a) und das zweite System (18b) in einem normalen Zustand drehen.
Elektromotorgerät nach Anspruch 3, wobei der Elektromotor (14) ein Wechselstrommotor ist, der eine Phase eines den Spulen des ersten Systems (18a) und des zweiten Systems (18b) entsprechend einer Position des Rotors (25) ändert.
Elektromotorgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuerungseinrichtung jede der ersten Antriebsschaltung und der zweiten Antriebsschaltung zum Verschieben der Stromphase der Spulen an benachbarten Zähne in dem ersten System und dem zweiten System zu einem Winkel entsprechend einem Winkelabstand der benachbarten Zähne steuert.
Elektromotorgerät nach Anspruch 1, wobei der Elektromotor ein Wechselstrommotor ist.
Servolenksystem mit einem Elektromotorgerät nach Anspruch 5 oder 6, weiterhin mit einem Lenkrad (31) für ein Fahrzeug, und ein gelenktes Rad (40), das mechanisch von dem Lenkrad getrennt ist, wobei das Elektromotorgerät eine Steuerung zur Positionierung eines Lenkwinkels des gelenkten Rads auf der Grundlage eines Lenkwinkels des Lenkrads durchführt.