DE9017952U1

DE9017952U1 - Permanentmagnetmotor

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Publication number: DE9017952U1
Application number: DE9017952U
Authority: DE
Original assignee: Hitachi Automotive Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1989-08-14
Filing date: 1990-08-14
Publication date: 1993-03-25
Anticipated expiration: 2000-08-15
Also published as: US5105113A; JPH0374164A; DE4025754A1; KR910005539A; KR100226219B1

Description

Permanentmagnetmotor

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Permanentmagnetmotor und insbesondere einen Permanentmagnet-Gleichstromelektromotor, der in einer beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzten, elektrisch angetriebenen Servolenkvorrichtung als Servolenkkraft-Hilfsmittel verwendet wird und aus Permanentmagneten gebildete Feldpole aufweist.

Bei einem Permanentmagnetmotor, der als Feldpole Permanentmagneten besitzt, unterliegt das für die Drehung des Motors erforderliche Drehmoment auch dann zeitlichen Schwankungen, wenn der Anker nicht mit elektrischem Strom versorgt wird. Diese Drehmomentschwankung wird gezahntes Drehmoment (cogging torque) genannt.

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Wenn bei einem Permanentmagnetmotor dieses gezahnte Drehmoment auftritt und an das mit dem Permanentmagnetmotor verbundene Lenkrad des Kraftfahrzeugs übertragen wird, stellt der das Lenkrad haltende Fahrer möglicherweise eine hierdurch bewirkte, untypische Kraft fest.

Das oben erwähnte gezahnte Drehmoment ist das Ergebnis einer unterschiedlichen magnetischen Anziehungskraft im Permanentmagnetmotor. Eine solche unterschiedliche magnetische Anziehungskraft wird durch eine in den Fig. 10A, 1OB und IOC gezeigte unterschiedliche räumliche Beziehung zwischen einem Permanentmagneten 102, einem Permanentmagneten 103 und den Zähnen 125 eines Anker-Eisenkerns 101 hervorgerufen. Zwischen benachbarten Zähnen 125 ist jeweils ein Schlitz 126 ausgebildet, so daß der Anker insgesamt eine Mehrzahl von Schlitzen 126 aufweist.

Wenn der Permanentmagnetmotor insbesondere mit zwei Polen, also beispielsweise mit den Permanentmagneten 102 und 103, ausgebildet ist und wenn die Anzahl der Schlitze 126 des Motors eine gerade Zahl ist, dreht sich der Anker-Eisenkern 101 aus einer in Fig. 1OA gezeigten und eine erste räumliche Beziehung definierenden Position in eine in Fig. 1OB gezeigte und eine zweite räumliche Beziehung definierende Position weiter. Anschließend dreht sich der Anker-Eisenkern 101 in eine in Fig. IOC gezeigte und eine dritte räumliche Beziehung definierende Position weiter.

Die große Drehmomentschwankung, d.h. das gezahnte Drehmoment, das in Fig. 11 durch die gekrümmte Linie C gezeigt ist, tritt in dem oben genannten Zeitintervall auf, in dem sich der Anker-Eisenkern 101 von einer ersten räumlichen Beziehung über eine zweite räumliche Beziehung in eine dritte räumliche Beziehung bewegt.

Eine Technik zur Verringerung des gezahnten Drehmoments im Permanentmagnetmotor ist beispielsweise aus JP 30956-A (1986) bekannt. Diese herkömmliche Permanentmagnetmotor-Technik verwendet ein Schrägverlaufsverfahren, in dem sowohl die Zähne 125 des Anker-Eisenkerns 101 als auch die Schlitze 126 zwischen den Zähnen 125 schräg verlaufen, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist.

Bei einem Permanentmagnetmotor, der beispielsweise so aufgebaut ist, daß die Schrägung der Zähne im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen zwei benachbarten Schlitzen ist, ist die in Fig. 7 gezeigte räumliche Beziehung zwischen einem Stirnflächenbereich 114 des Anker-Eisenkerns 101 auf der Seite eines Kommutators 117 und dem Permanentmagneten 102 bzw. dem Permanentmagneten 103 gleich der in Fig. 1OA gezeigten ersten räumlichen Beziehung. Anschließend ist die räumliche Beziehung zwischen einem weiteren Stirnflächenbereich 115 des Anker-Eisenkerns 101 an der dem Kommutator 117 gegenüberliegenden Seite und dem Permanentmagneten 102 bzw. dem Permanentmagneten 103 gleich der in Fig. 1OB gezeigten zweiten räumlichen Beziehung. Schließlich ist die räumliche Beziehung zwischen dem Anker-Eisenkern 101 und dem Permanentmagneten 102 bzw. dem Permanentmagneten 103 gleich der in Fig. IOC gezeigten dritten räumlichen Beziehung.

Das in Fig. 11 durch die gekrümmte Linie C dargestellte gezahnte Drehmoment wird durch die Änderung des magnetischen Flusses erzeugt. Die Änderung des magnetischen Flusses wird zwischen dem Vorbeibewegen des Zahns 125 des Anker-Eisenkerns 101 an den Enden der Permanentmagneten 102 und 103 in Drehrichtung des Ankers und zwischen dem Vorbeibewegen der zwei Zähnen 125 benachbarten Schlitze 126 an den Permanentmagneten 102 und 103 hervorgerufen.

Bei dem oben erwähnten Aufbau des Permanentmagnetmotors, in dem die Schrägung im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen zwei benachbarten Schlitzen ist, wird die durch die Drehung des Anker-Eisenkerns 101 bewirkte schnelle Änderung des magnetischen Flusses an den beiden Stirnflächenbereichen 114 und 115, d.h. die Drehmomentschwankung, aufgehoben bzw. eingeschränkt. Daher wird das im Permanentmagnetmotor erzeugte gezahnte Drehmoment verringert.

Das im Permanentmagnetmotor erzeugte gezahnte Drehmoment kann bei Anwendung des Schrägverlaufsverfahrens auf den Anker-Eisenkern 101 wirksam verringert werden; die bei Anwendung des Schrägverlaufsverfahrens erzielbare große Wirkung wird jedoch durch die über den Anker-Eisenkern 101 hinaus sich erstreckenden Bereiche der Permanentmagneten 102 und 103 begrenzt.

Beim Entwurf eines Permanentmagnetmotors, bei dem die Permanentmagneten 102 und 103 als Feldpole verwendet werden, wird der effektive Betrag des magnetischen Flusses im allgemeinen durch die Länge der Permanentmagneten in axialer Richtung derselben bestimmt. Diese Länge ist größer als der Abstand zwischen den Stirnseitenbereichen 114 und 115 des Anker-Eisenkerns 101.

Die axiale Länge des Permanentmagneten 102 oder 103 wird deswegen größer als der Abstand der genannten Stirnseitenbereiche 114 und 115 bemessen, weil der Betriebspunkt des als Permanentmagnet 102 oder 103 dienenden Ferritmagneten nur einem niedrigen Magnetfeld von ungefähr 0,3 Tesla entspricht. Somit kann der Permanentmagnetmotor mit kleinen Abmessungen ausgebildet werden, da die Konzentration des magnetischen Flusses durch die Verlängerung der Permanentmagneten 102 und 103 in axialer Richtung erfolgt.

Aus den oben erwähnten Gründen sind die Erweiterungsbereiche 124ai und 124a? des Permanentmagneten 102 und die Erweiterungsbereiche 124bi und 124b2 des Permanentmagneten 103, die außerhalb des Anker-Eisenkerns 101 angeordnet sind, unvermeidlich, um einen durch diese Erweiterungen der Permanentmagneten 102 und 103 verursachten Effekt zu erhalten. Daher hängt die Größe der Zunahme des gezahnten Drehmoments von der Länge der Erweiterungsbereiche 124ai, 124a2, 124bi und 124b2 der Permanentmagneten 102 bzw. 103 gemäß der in Fig. 9 gezeigten Linie B ab. Das bedeutet, daß das gezahnte Drehmoment bei Vorhandensein der Erweiterungsbereiche der Permanentmagneten 102 bzw. 103 im Vergleich zu dem Fall, in dem die Länge des Anker-Eisenkerns 101 mit den axialen Längen der Permanentmagneten 102 und 103 übereinstimmt, einen größeren Wert besitzt.

Eine weitere bekannte Technik zur Verringerung des gezahnten Drehmoments im Permanentmagnetmotor wird mit "Spaltbreitenveränderungsverfahren" bezeichnet. Bei dieser Spaltbreitenveränderung im Motor wird eine Mittellinie 119 bezüglich des Radius R des Anker-Eisenkerns 101 gegenüber einer Mittellinie 120 bezüglich des Innenradius R¹ des Permanentmagneten 102 verschoben, so daß der Spalt, der zwischen dem Anker-Eisenkern 101 und dem Permanentmagneten 102 vorhanden ist, nicht konstant ist.

Außerdem ist die Mittellinie 119 bezüglich des Radius des Anker-Eisenkerns 101 gegen eine Mittellinie 121 bezüglich des Innenradius R" des Permanentmagneten 103 verschoben, so daß der zwischen dem Anker-Eisenkern 101 und dem Permanentmagneten 103 vorhandene Spalt nicht konstant ist. Der Innenradius R¹ des Permanentmagneten 102 hat die gleiche Größe wie der Innenradius R" des Permanentmagneten 103.

Bei diesem Spaltbreitenveränderungsverfahren, das beispielsweise in einem Permanentmagnetmotor angewendet wird, wird die Änderung des Betrags des magnetischen Flusses und die Änderung der Polarität vom Feldpol des als Nordpol magnetisieren Permanentmagneten 102 zum Feldpol des als Südpol magnetisieren und in der Nähe angeordneten Permanentmagneten 103 gleichmäßiger gemacht. Dies bewirkt eine Verringerung des gezahnten Drehmoments im Permanentmagnetmotor.

In Fig. 13 sind die Meßergebnisse des gezahnten Drehmoments in Abhängigkeit vom Wert der Schrägung des im Permanentmagnetmotor befindlichen Anker-Eisenkerns 101 gezeigt .

In Fig. 13 stellt die durchgezogene gekrümmte Linie Dl das gezahnte Drehmoment eines Permanentmagnetmotors dar, der gemäß dem herkömmlichen Spaltbreitenveränderungsverfahren ausgebildet ist. Die Strichpunktlinie D2 stellt das gezahnte Drehmoment eines Permanentmagnetmotors dar, der einen herkömmlichen Aufbau mit konstanter Spaltbreite besitzt.

In Fig. 14 ist das gezahnte Drehmoment in Abhängigkeit von der Größe der Exzentrik zwischen der Mittellinie 119 des Anker-Eisenkerns 101 und der Mittellinie 120 des Innenradius R" des Permanentmagneten 102 bzw. der Mittellinie 121 des Innenradius R" des Permanentmagneten 103 gezeigt, wenn auf einen Permanentmagnetmotor das Spaltbreitenveränderungsverf ahren angewendet wird.

In Fig. 14 stellt die durchgezogene gekrümmte Linie El das gezahnte Drehmoment dar, wenn der Permanentmagnetmotor einen herkömmlichen Aufbau mit einer Schrägung, die gleich dem Abstand zwischen zwei benachbarten Schlitzen ist, besitzt. Die Strichpunktlinie E2 stellt das gezahnte

Drehmoment dar, wenn der Permanentmagnetmotor keinen herkömmlichen Schrängverlaufsaufbau besitzt.

Wenn die Länge des Anker-Eisenkerns 101 und die axiale Länge der Permanentmagneten 102 bzw. 103 einander gleich bemessen werden, kann eine Zunahme des gezahnten Drehmoments vermieden werden. Wenn jedoch lediglich das Schrägverlauf sverfahren, bei dem die Schrägung gleich dem Abstand zwischen zwei benachbarten Schlitzen ist, mit dem Spaltbreitenveränderungsverfahren kombiniert wird, kann das gezahnte Drehmoment nicht auf einen Wert von weniger als 5,9 &khgr; 10-³ Nm abgesenkt werden; der Grund hierfür liegt in der Dimensionierung des Permanentmagnetmotors, wie er als Servolenkungs-Hilfsvorrichtung in Kraftfahrzeugen verwendet wird.

Daher besteht hinsichtlich der Sensibilität des Lenkrades das ernsthafte Problem, daß der Fahrer während des Servolenkbetriebs im Kraftfahrzeug das gezahnte Drehmoment des Permanentmagnetmotors wahrnehmen kann.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Permanentmagnetmotor zu schaffen, bei dem das in ihm erzeugte gezahnte Drehmoment wirksam verringert werden kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Permanentmagnetmotor zu schaffen, bei den sowohl das gezahnte Drehmoment, das an beiden Erweiterungsbereichen eines Feldpols erzeugt wird, als auch das gezahnte Drehmoment, das an beiden Erweiterungsbereichen eines weiteren Feldpols mit entgegengesetzter Polarität erzeugt wird, aufgehoben werden können.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Permanentmagnetmotor zu schaffen, mit dem für eine

diesen Motor verwendende Servorlenkvorrichtung eine gute Sensibilität des Lenkrades erzielt werden kann.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch einen Permanentmagnetmotor, in dem wenigstens ein Permanentmagnet einer Mehrzahl von Permanentmagneten in Drehrichtung eines Ankers verschoben wird, um ein gezahntes Drehmoment in bezug auf die Mehrzahl der Permanentmagneten aufzuheben.

Dies Aufgaben werden erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch einen Permanentmagnetmotor, der mit schrägverlaufenden Zähnen bzw. Schlitzen und mit veränderlicher Spaltbreite ausgebildet ist und in dem ferner eine Mittellinie des Permanentmagnet-Feldpols gegenüber einer mechanischen Mittellinie des Permanentmagnetmotors oder einer Mittellinie des Anker-Eisenkerns verschoben ist.

Da die Mittellinie des Permanentmagnet-Feldpols gegenüber einer mechanischen Mittellinie des Permanentmagnetmotors verschoben angeordnet ist, werden sowohl das gezahnte Drehmoment, das an den Enderweiterungsbereichen eines Permanentmagnet-Feldpols erzeugt wird, als auch das gezahnte Drehmoment, das an beiden Enderweiterungsbereichen eines weiteren Permanentmagnet-Feldpols mit entgegengesetzter Polarität erzeugt wird, aufgehoben. Folglich kann das im Permanentmagnetmotor erzeugte gezahnte Drehmoment wirksam verringert werden.

Da das gezahnte Drehmoment des in einer Servolenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug eingesetzten Permanentmagnetmotors und das bei der Zuführung von elektrischem Strom stoßweise wirkende Ausgangsdrehmoment verringert werden können, kann erfindungsgemäß während des Betriebs des Kraftfahrzeugs eine gleichmäßige Sensibilität des Lenkrades verwirklicht werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 eine Teilschnittansicht des Gesamtaufbaus

eines eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Permanentmagnetmotors verwendenden Antriebsteils einer Kraftfahrzeug-Servolenkung ;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der in Fig. 1

gezeigten Linie II-II einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Permanentmagnetmotors ;

Fig. 3 eine schematische Ansicht zur Erläuterung

einer räumlichen Beziehung zwischen dem Anker-Eisenkern und dem Permanentmagneten im erfindungsgemäßen Permanentmagnetmotor;

Fig .4A - 4C schematische Ansichten der räumlichen Beziehung zwischen den Zähnen des Anker-Eisenkerns und dem Permanentmagneten im erfindungsgemäßen Permanentmagnetmotor;

Fig. 5 einen Graph, durch den sowohl für die

vorliegende Erfindung als auch für den Stand der Technik beispielhafte Meßergebnisse dargestellt werden, die die Abhängigkeit des gezahnten Drehmoments vom Wert der Schrägung des Anker-Eisenkerns angeben;

Fig. 6 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Permanentmagnetmotors ;

Fig. 7 eine den Anker und den Kommutator eines

herkömmlichen Permanentmagnetmotors zeigende Konstruktionsansicht, wobei auf den Anker-Eisenkern das Schrägverlaufsverfahren angewendet worden ist;

Fig. 8 eine schematische Ansicht zur Erläuterung

der räumlichen Beziehung zwischen dem Anker-Eisenkern und dem Permanentmagneten eines herkömmlichen Permanentmagnetmotors, in dem das Schrägverlaufsverfahren angewendet worden ist;

Fig. 9 einen Graph, durch den für einen herkömmlichen Permanentmagneten mit Schrägverlauf beispielhaft die Abhängigkeit der Zunahme des gezahnten Drehmoments von der Differenz zwischen der Länge des Permanentmagneten und der Länge des Anker-Eisenkerns dargestellt wird;

Fig. 1OA - IOC schematische Ansichten der räumlichen Beziehung zwischen den Zähnen des Anker-Eisenkerns und den Permanentmagneten eines herkömmlichen Permanentmagnetmotors mit Schrägverlauf;

Fig. 11 ein Kennlinienverlauf, durch den für

einen herkömmlichen Permanentmagneten mit Schrägverlauf die Abhängigkeit des gezahnten Drehmoments vom Drehwinkel des Ankers dargestellt wird;

Fig .12 eine schematische Ansicht zur Erläuterung

der räumlichen Beziehung zwischen den Zähnen des Anker-Eisenkerns und den Permanentmagneten für einen herkömmlichen Permanentmagnetmotor mit veränderlicher Spaltbreite.

Fig. 13 einen Graph, durch den für einen herkömmlichen Permanentmagnetmotor beispielhafte Meßergebnisse für die Abhängigkeit des gezahnten Drehmoments vom Wert der Schrägung des Anker-Eisenkerns dargestellt werden; und

Fig. 14 einen Graph, durch den für einen herkömmlichen Permanentmagneten mit veränderlicher Spaltbreite beispielhaft die Abhängigkeit des gezahnten Drehmoments vom Wert der Exzentrik zwischen dem Anker-Eisenkern und den Permanentmagneten darstellt wird.

In Fig. 1 ist eine Gesamtansicht eines Antriebsteils gezeigt. Dieses Antriebsteil umfaßt einen Permanentmagnetmotor 9 von einer Bauart mit zwei Permanentmagnet-Feldpolen, einen Magnetkupplungsteil 10 und eine Untersetzungsgetriebevorrichtung 11.

Der Zweipol-Permanentmagnetmotor 9 gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung kann als Hilfsmittel für eine Servolenkung zum Lenken eines Kraftfahrzeugs verwendet werden.

Der erfindungsgemäße Zweipol-Permanentmagnetmotor 9 umfaßt einen Anker-Eisenkern 1, zwei jeweils Ferritmagneten aufweisende Permanentmagneten 2 und 3 und ein Polgehäuse

8, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Der Anker-Eisenkern 1 weist vierzehn Zähne 25 und vierzehn Schlitze 26 auf. Der Motor 9 ist mit einer Schrägung, die gleich dem Abstand zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Schlitze ist, und mit einer veränderlichen Spaltbreite ausgebildet.

In dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Permanentmagnetmotors 9 ist sowohl die Mittellinie 4 des Permanentmagneten 2 als auch die Mittellinie 5 des Permanentmagnet 3 gegen die mechanische Mittellinie 6 des Permanentmagnetmotors 9 oder die Mittellinie des Anker-Eisenkerns 1 verschoben.

In Fig. 3 ist die räumliche Beziehung zwischen den Zähnen 25 und dem Schlitz 26 einerseits und den Permanentmagneten 2 bzw. 3 andererseits in axialer Richtung der letzteren gezeigt. Diese räumliche Beziehung ist an den außerhalb des Anker-Eisenkerns 1 befindlichen Erweiterungsbereichen 24ai und 24a; bzw. 24bi und 26b2 verschoben.

In dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Permanentmagnetmotors 9 besitzt das Polgehäuse 8 einen Außendurchmesser von 73 mm und einen Innendurchmesser von 67,3 mm, während der Anker-Eisenkern 1 einen Außendurchmesser von 52 mm besitzt und die Permanentmagneten 2 und 3 in einem mittigen Bereich eine Dicke (wl) von 7,3 mm und an den beiden jeweiligen Endbereichen eine Dicke (w2) von 5,8 mm aufweisen.

Der Anker-Eisenkern 1 besitzt eine axiale Länge von 45 mm und ist gegenüber den äußeren Enden der Erweiterungsbereiche 24ai und 24a? um jeweils 15 mm und gegenüber den äußeren Enden der Erweiterungsbereiche 24bi und 24bz ebenfalls um jeweils 15 mm versetzt. Der in den Permanentmagneten 2 und 3 definierte Wert der Exzentrik (x) beträgt 5 mm.

Der Wert der Verschiebung der mechanischen Mittellinie 6 des Permanentmagnetmotors 9 in bezug auf die Mittellinie 4 oder 5 des Permanentmagneten 2 bzw. 3 wird folgendermaßen erhalten: wenn der Motor 9 beispielsweise 14 Schlitze aufweist, braucht nur einer der Permanentmagneten 2 oder 3 um einen halben Abstand zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Schlitze, also um &THgr;3 = (360°/14) &khgr; 0,5 = 12,9°, gegenüber der mechanischen Mittellinie 6 des Motors 9 verschoben werden. Dieser Aufbau wird später im Zusammenhang einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 6 gezeigt ist, erläutert.

In der vorliegenden Ausführungsform ist es aus praktischen Gründen besser, wenn beide Permanentmagneten 2 und 3 um jeweils ein Viertel des Abstandes der Mittellinien zweier benachbarter Schlitze, d.h. im obigen Beispiel um 01 = 02 = 6,4°, gegen die mechanische Mittellinie des Motors 9 verschoben werden. Andererseits besitzt die in Fig. 6 gezeigte weitere Ausführungsform einen Aufbau, in der die oben erwähnte Struktur durch eine ausschließliche Verschiebung des Permanentmagneten 2 um den halben Abstand zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Schlitze gegenüber der mechanischen Mittellinie 6 des Motors 9 erzielt wird.

In der vorliegenden Ausführungsform des Permanentmagnetmotors 9 weist der Anker-Eisenkern 1 auf der Seite, an der sich eine Magnetkupplung 10 befindet (d.h. auf der Seite des Kommutators 17), einen ersten Stirnseitenbereich 14 und auf der der Magnetkupplung 10 gegenüberliegenden Seite eine weiteren Sitrnseitenbereich 15 auf.

Der Permanentmagnet 2 umfaßt zwei Erweiterungsbereiche 24ai und 24ai , die sich über den vom Anker-Eisenkern 1 eingenommenen Raum hinaus erstrecken. Die Länge des Er-

Weiterungsbereichs 24ai ist gleich der Länge des Erweiterungsbereichs 24a? . Der Permanentmagnet 3 umfaßt Erweiterungsbereiche 24bi und 24b?, die sich über den vom Anker-Eisenkern 1 eingenommenen Raum hinaus erstrecken- Die Länge des Erweiterungsbereichs 24bi ist gleich der Länge des Erweiterungsbereichs 24b2.

In den Fig. 4A, 4B bzw. 4C ist für die vorliegende Ausführungsform des Permanentmagnetmotors 9 die Veränderung der räumlichen Beziehung zwischen dem Anker-Eisenkern 1, dem Permanentmagneten 2 und dem Permanentmagneten 3 gezeigt .

In Fig. 4A ist einer erste räumliche Beziehung gezeigt. Ein Endabschnitt des Permanentmagneten 2 ist gegenüber einer Mittellinie zwischen einem Zahn 25ai und einem Zahn 25a2 , d.h. gegenüber einem Schlitz 26ai des Anker-Eisenkerns 1 angeordnet. An einem weiteren Endabschnitt des Permanentmagneten 2 wird der Mittelpunkt eines Zahns 25a7 des Anker-Eisenkerns 1 angeordnet. Außerdem wird an einem Endabschnitt des Permanentmagneten 3 der Mittelpunkt eines Zahns 25a« des Anker-Eisenkerns 1 angeordnet. Gegenüber einem weiteren Endabschnitt des Permanentmagneten 3 wird die Mittellinie zwischen einem Zahn 25ai3 und einem Zahn 25ai4, d.h. ein Schlitz 26ai 3 des Anker-Eisenkerns 1 angeordnet.

In Fig. 4B ist eine zweite räumliche Beziehung gezeigt. An einem Endabschnitt des Permanentmagneten 2 ist der Mittelpunkt des Zahns 25ai des Anker-Eisenkerns 1 angeordnet. An einem weiteren Endabschnitt des Permanentmagneten 2 ist ein Bereich zwischen einem Zahn 25a₆ und dem Zahn 25a?, d.h. ein Schlitz 26as angeordnet. Außerdem ist an einem Endabschnitt des Permanentmagneten 3 ein Bereich zwischen dem Zahn 25a? und dem Zahn 25a« , d.h. ein

Schlitz 26a? des Anker-Eisenkerns 1 angeordnet. An einem weiteren Endabschnitt der Permanentmagneten 3 ist ein Bereich zwischen einem Zahn 25ai2 und dem Zahn 25ai3, d.h. ein Schlitz 26ai2 des Anker-Eisenkerns 1 angeordnet.

In Fig. 4C ist eine dritte räumliche Beziehung gezeigt. An einem ersten Endabschnitt des Permanentmagneten 2 ist der Mittelpunkt des Zahns 25ai4 des Anker-Eisenkerns 1 angeordnet. An einem weiteren Endabschnitt des Permanentmagneten 2 ist eine Mittellinie zwischen einem Zahn 25as und dem Zahn 25a6 , d.h. ein Schlitz 26a* des Anker-Eisenkerns 1 angeordnet. Außerdem ist an einem Endabschnitt des Permanentmagneten 3 eine Mittellinie zwischen dem Zahn 25a₄ und dem Zahn 25a? , d.h. der Schlitz 26a6 des Anker-Eisenkerns 1 angeordnet. An einem weiteren Endabschnitt des Permanentmagneten 3 ist der Mittelpunkt des Zahns 25ai2 des Anker-Eisenkerns 1 angeordnet.

Das gezahnte Drehmoment wird durch die Änderung des magnetischen Flusses erzeugt. Die Änderung des magnetischen Flusses wird zwischen dem Vorbeibewegen des Zahns 25 des Anker-Eisenkerns 1 an den jeweiligen Endbereichen der Permanentmagneten 2 und 3 in Drehrichtung des Ankers und dem Vorbeibewegen von jeweils zwei Zähnen 25 benachbarten Schlitzen 26 des Anker-Eisenkerns 1 an den entsprechenden Endbereichen der Permanentmagneten 2 und 3 hervorgerufen.

In Fig. 5 sind die Meßwerte für das gezahnte Drehmoment im Permanentmagnetmotor 9 für den Fall gezeigt, in dem der oben erwähnte Permanentmagnet-Feldpol mit ungleichem Abstand eingebaut wird, so daß der Mittelpunkt des Permanentmagnet-Feldpols gegen die mechanische Mittellinie 6 des Motors 9 verschoben wird.

In Fig. 5 wird durch die durchgezogene gekrümmte Linie Al das gezahnte Drehmoment für die oben erwähnte Ausfüh-

rungsform der Erfindung dargestellt, wobei beide Permanentmagnet-Feldpole mit ungleichem Abstand eingebaut werden, so daß bei Mittellinien der Permanentmagneten 2 und 3 gegen die mechanische Mittellinie 6 der Permanentmagnetmotors 9 verschoben sind. Durch die Strichpunktlinie A2 wird das gezahnte Drehmoment für einen herkömmlichen Permanentmagnetmotor dargestellt: dieser herkömmliche Permanentmagnetmotor weist einen Aufbau mit unterschiedlicher Spaltbreite und gleichem gegenseitigen Abstand der Permanentmagnet-Feldpole auf, so daß die Mittellinien der Permanentmagneten nicht gegen die mechanische Mittellinie des Permanentmagnetmotors verschoben sind.

Bei diesem Aufbau kann das gezahnte Drehmoment des erfindungsgemäßen Permanentmagnetmotors 9 auf ungefähr 2,9 &khgr; 10"³ Nm begrenzt werden, indem eine Schrägung, deren Wert gleich dem Abstand zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Schlitze ist, und gleichzeitig ein Aufbau mit nicht konstanter Spaltbreite verwendet werden. Das gezahnte Drehmoment des erfindungsgemäßen Permanentmagnetmotors 9 gemäß dieser Ausführungsform kann im Vergleich zur herkömmlichen Technik wirksam verringert werden .

Ferner kann in dieser Ausführungsform durch die erfindungsgemäße Anordnung des Permanentmagnet-Feldpols mit ungleichem Einbauabstand das gezahnte Drehmoment des Permanentmagnetmotors 9 auch dann, wenn die Schrägung gleich dem halben Abstand der Mittellinien zweier benachbarter Schlitze ist, weiter als bei einem herkömmlichen Aufbau mit einer Schrägung, deren Wert gleich dem Abstand der Mittellinien zweier benachbarter Schlitze ist, abgesenkt werden, da die Permanentmagneten 2 und 3 des herkömmlichen Aufbaus mit konstantem Abstand eingebaut sind.

Wenn der Anker-Eisenkern 1 beispielsweise vierzehn Schlitze 26 besitzt, wird erfindungsgemäß nur einer der Permanentmagneten 2 und 3 um einen halben Abstand zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Schlitze verschoben. D.h., daß der Permanentmagnet 2 oder der Permanentmagnet 3 gegen die mechanische Mittellinie 6 des Motors 9 um &THgr;3 = (360°/14) &khgr; 0,5 = 12,9° verschoben wird.

Nun wird eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Permanentmagnetmotors 9 mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben. In Fig. 6 ist der Querschnitt des Permanentmagnetmotors gezeigt, der einen Anker 1 und zwei Permanentmagneten 2 und 3 aufweist, wobei nur der Permanentmagnet

2 versetzt eingebaut ist.

In Fig. 6 sind beide Endabschnitte 27ai und 27ar des Permanentmagneten 2 jeweils direkt gegenüber einem der Zähne 25 des Anker-Eisenkerns 1 angeordnet; jedoch sind die beiden Endabschnitte 28ai und 28a2 des Permanentmagneten

3 mit entgegengesetzter Polarität (Südpol) jeweils direkt ^ gegenüber einem der Schlitze 26 des Anker-Eisenkerns 1 angeordnet.

In dieser Ausführungsform der Erfindung ist nur der Permanentmagnet 2 um einen halben Abstand zwischen zwei benachbarten Schlitzen gegen die mechanische Mittellinie 6 des Permanentmagnetmotors 9 verschoben. Die Mittellinie des anderen Permanentmagneten 3 ist nicht gegen die mechanische Mittellinie 6 des Permanentmagnetmotors 9 verschoben.

Wenn der Anker-Eisenkern 1 des Permanentmagnetmotors 9 beispielsweise vierzehn Schlitze aufweist und nur einer der Permanentmagneten, beispielsweise der Permanentmagnet 2, um einen halben Abstand zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Schlitze verschoben ist, wird die

Mittellinie dieses Permanentmagneten 2 um den Winkel &THgr;3 = (360°/14) &khgr; 0,5 = 12,9° gegen die mechanische Mittellinie des Motors 9 verschoben.

Wenn nur ein Permanentmagnet 2 wie in Fig. 6 angeordnet wird, wird der Leistungsunterschied zwischen der normalen Drehung des Motors 9 und der entgegengesetzten Drehung des Motors 9 groß.

Die Herstellung eines Ankers mit einem großen Wert des Schrägverlaufs ist unvorteilhaft; mit einem erfindungsgemäßen Permanentmagnetmotor können jedoch auch dann gute Betriebseigenschaften erzielt werden, wenn die Schrägung einen kleinen Wert besitzt, da der ungleiche Einbauabstand zwischen den Permanentmagnet-Feldpolen den kleinen Schrägungswert ausgleicht. Ferner kann ein solcher erfindungsgemäßer Permanentmagnetmotor mit hoher Produktivität hergestellt werden, da die Permanentmagnet-Feldpole lediglich einen einfachen Herstellungsprozeß erfordern.

In der oben erwähnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Permanentmagnetmotor mit zwei Polen beschrieben. Der erfindungsgemäße Aufbau kann jedoch auch auf Elektromotoren mit 4 Polen oder auf Multipol-Elektromotoren mit mehr als 4 Polen angewendet werden.

Da in dem erfindungsgemäßen Permanentmagnetmotor die die Drehung des Ankers begleitende zeitliche Schwankung des Magnetfeldes begrenzt werden kann, kann nicht nur das gezahnte Drehmoment bei Abwesenheit der Stromversorgung, sondern auch das stoßartige Ausgangsdrehmoment bei vorhandener Stromversorgung verringert werden.

Daher ist der Anwendungsbereich für den erfindungsgemäßen Permanentmagnetmotor nicht nur auf eine elektrisch angetriebene Servolenkvorrichtung begrenzt, vielmehr kann der erfindungsgemäße Permanentmagnetmotor auch in allen Vor-

richtungen zur Anwendung kommen, in denen ein niedrigen gezahntes Drehmoment oder ein niedriges stoßweises Ausgangsdrehmoment bei vorhandener Stromversorgung gefordert wird.

Claims

Schutzansprüche

1. Permanentmagnetmotor (9), mit einem Polgehäuse (8), einem im Polgehäuse (8) angeordneten Anker-Eisenkern (1) und einer Mehrzahl von Permanentmagneten (2, 3), die so angeordnet sind, daß sie den Anker-Eisenkern (1) umgeben, wobei der Anker-Eisenkern (1) eine Mehrzahl von Zähnen (25) und eine Mehrzahl von Schlitzen (26) umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Einbauposition wenigstens eines Permanentmagneten der Mehrzahl der Permanentmagneten (2, 3) in Drehrichtung des Anker-Eisenkerns (1) so festgelegt wird, daß das gezahnte Drehmoment in bezug auf die Mehrzahl der Permanentmagneten (2, 3) aufgehoben wird.

2. Permanentmagnetmotor (9) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gezahnte Drehmoment bei einer Änderung des magnetischen Flusses auftritt, wobei die Änderung des magnetischen Flusses durch die Vorbeibewegung eines jeden der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) an den beiden Endbereichen eines jeden Permanentmagneten der Mehrzahl der Permanentmagneten (2, 3) in Drehrichtung des Ankers (1) und durch das Vorbeibewegen der Schlitze (26) des Anker-Eisenkerns (1) an den Endbereichen hervorgerufen wird.

3. Permanentmagnetmotor (9) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) mit einer Schrägverlaufsstruktur ausgebildet wird, indem jedem der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) in Drehrichtung des Ankers (1) ein schräger Verlauf gegeben wird.

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4. Permanentmagnetmotor (9) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Anker-Eisenkern (1) und jedem der Mehrzahl der Permanentmagneten (2, 3) ein Spalt mit nicht konstanter Breite ausgebildet wird, wobei die Abstände von den beiden Endbereichen eines jeden der Permanentmagneten (2, 3) zur Drehachse des Ankers (1) größer ausgebildet wird als die Abstände eines mittigen Abschnitts eines jeden der Permanentmagneten (2, 3) zur Drehachse des Ankers(1).

5. Permanentmagnetmotor (9) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Anker-Eisenkern (1) und jedem der Mehrzahl der Permanentmagneten (2, 3) ausgebildete Spalt eine nicht konstante Breite aufweist, wobei die Abstände von den beiden Endbereichen eines jeden der Permanentmagneten zur Drehachse des Ankers

(1) größer sind als die Abstände von einem mittigen Abschnitt eines jeden der Permanentmagneten (2, 3) zur Drehachse des Ankers (1) .

6. Permanentmagnetmotor (9), mit einem Polgehäuse (8) , einem im Polgehäuse {8) angeordneten Anker-Eisenkern (1) und einer Mehrzahl von Permanentmagneten (2, 3) , die so angeordnet sind, daß sie den Anker-Eisenkern (1) umgeben, wobei der Anker-Eisenkern (1) eine Mehrzahl von Zähnen (25) und eine Mehrzahl von Schlitzen (26) umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß

jeder der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) mit

einem Schrägverlauf ausgebildet ist, indem jedem der

Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) in Drehrichtung des Ankers (1) ein schräger Verlauf gegeben wird,

zwischen dem Anker-Eisenkern (1) und jedem der Mehrzahl der Permanentmagneten (2, 3) ein Spalt mit nicht konstanter Breite ausgebildet wird; und

die Einbauposition wenigstens eines Permanentmagneten der Mehrzahl der Permanentmagneten (2, 3) in Drehrichtung des Anker-Eisenkerns (1) so festgelegt wird, daß ein gezahntes Drehmoment in bezug auf die Mehrzahl der Permanentmagneten (2, 3) aufgehoben wird.

7. Permanentmagnetmotor (9) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Mehrzahl der Permanentmagneten (2, 3) in Drehrichtung des Anker-Eisenkerns (1) so verschoben wird, daß das gezahnte Drehmoment in bezug auf die Mehrzahl der Permanentmagneten (2, 3) aufgehoben wird.

8. Zweipol-Permanentmagnetmotor (9), mit einem Polgehäuse (8), einem im Polgehäuse (8) angeordneten Ankern-Eisenkern (1) und zwei Permanentmagneten (2, 3), die so angeordnet sind, daß sie den Anker-Eisenkern (1) umgeben, wobei der Anker-Eisenkern (1) eine Mehrzahl von Zähnen (25) und eine Mehrzahl von Schlitzen (26) umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß

jeder der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) mit einem Schrägverlauf ausgebildet wird, indem jedem der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) in Drehrichtung des Ankers (1) ein schräger Verlauf gegeben wird;

ein zwischen dem Anker-Eisenkern (1) und jedem der zwei Permanentmagneten (2, 3) ausgebildeter Spalt eine nicht konstante Breite aufweist; und

beide Permanentmagneten (2, 3) in Drehrichtung des Anker-Eisenkerns (1) so verschoben werden, daß das gezahnte Drehmoment in bezug auf die zwei Permanentmagneten (2, 3) aufgehoben wird.

9. Zweipol-Permanentmagnetmotor (9) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

jeder der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) mit einem Schrägverlauf ausgebildet wird, indem jedem der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) in Drehrichtung des Ankers (1) ein schräger Verlauf mit einem Schrägungswert, der gleich dem Abstand der Mittellinien zweier benachbarter Schlitze ist, gegeben wird, und

beide Permanentmagneten (2, 3) in Drehrichtung des Anker-Eisenkerns (1) um ein Viertel des Abstandes zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Schlitze (26) verschoben werden, um so das gezahnte Drehmoment in bezug auf die zwei Permanentmagneten (2, 3) aufzuheben.

10. Zweipol-Permanentmagnetmotor (9), mit einem Polgehäuse (8) einem im Polgehäuse (8) angeordneten Anker-Eisenkern (1) und zwei Permanentmagneten (2, 3), die so angeordnet sind, daß sie den Anker-Eisenkern (1) umgeben, wobei der Anker-Eisenkern (1) eine Mehrzahl von Zähnen (25) und eine Mehrzahl von Schlitzen (26) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß

jeder der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) mit einem Schrägverlauf ausgebildet wird, indem jedem der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) in Drehrichtung des Ankers (19 ein schräger Verlauf gegeben wird;

ein zwischen dem Anker-Eisenkern (1) und jedem der zwei Permanentmagneten (2, 3) ausgebildeter Spalt eine nicht konstante Breite besitzt; und

einer der zwei Permanentmagneten (2, 3) in Drehrichtung des Anker-Eisenkerns so verschoben wird, daß das gezahnte Drehmoment in bezug auf die zwei Permanentmagneten (2, 3) aufgehoben wird.

11- Zweipol-Permanentmagnetmotor (9) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß

jeder der Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) mit einem Schrägverlauf ausgebildet wird, indem jedem der

Zähne (25) des Anker-Eisenkerns (1) in Drehrichtung ein schräger Verlauf mit einem Schragungswert, der gleich dem Abstand zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Schlitze (26) ist, gegeben wird, und

einer der zwei Permanentmagneten (2, 3) in Drehrichtung des Anker-Eisenkerns (1) um den halben Abstand zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Schlitze verschoben wird, um so das gezahnte Drehmoment in bezug auf die zwei Permanentmagneten (2, 3) aufzuheben.