用于机动车助力转向装置的电动机 【技术领域】
本发明涉及一种电动机，特别是用于机动车的助力转向装置的电动机。
背景技术
除了液压驱动的助力转向装置外，在机动车领域越来越多地使用电驱动的助力转向装置，其中，设计了电动机用于施加起支持作用的转向力。在此，电驱动的助力转向装置的优点特别在于这种助力转向装置可以较紧凑地构建并且可以节能地工作。
然而电驱动的助力转向装置通常具有的缺点在于，其在空转情况下(即在驱动马达未启动的情况下)操作不灵活，因为电动机对转向机构施加比较大的摩擦力矩。配备有传统电驱动的助力转向装置的机动车在马达被关闭后或者在助力转向装置停止工作时很难控制，这在操作舒适性方面而言并不令人满意，并且在一些行驶状况中甚至可能会导致安全性风险。
在此，由电动机施加的摩擦力矩很大程度上归咎于抵抗马达的空转的磁滞现象，该磁滞现象在下文中也称为磁摩擦。
电驱动的助力转向装置和被设计用于驱动该助力转向装置的电动机在EP 1028 047 A2中被公开。该电动机包括带有多个永磁极的转子和包围该转子并且设置有相绕组(Phasenwicklung)的定子。为降低磁摩擦，在此将转子的永磁极嵌入其结构中。
在M.Jitsukawa，Y.Hosoya等人所著的“NKK’s State-of-the-art Flat-rolledProducts Developed in the Last Decade”，NKK Technical review No.88(2003)中，以名称“NKBF芯”(NKBF-Core)公开了一种被设计应用于电动机芯的钢材料，其具有在考虑到尽可能小的磁滞损耗的情况下而优化的粒度。
【发明内容】
本发明的目的是提出一种特别适合用作助力转向装置的驱动装置的电动机。此外，本发明的目的还在于提出一种改进的电驱动的助力转向装置。
本发明的关于电动机方面的目的通过权利要求1的特征来解决。这里，电动机包括永久性激励的转子和包围该转子的定子，其中该定子具有由电工钢(E1ektroblech)制成的定子芯，该电工钢制的平均粒度至少为140μm。
本发明的关于助力转向装置方面的目的通过权利要求2的特征来解决。这里，助力转向装置包括上述的电动机。
【附图说明】
以下将借助附图进一步阐述本发明的实施例和尝试。在附图中：
图1是示出带有电驱动的助力转向装置的机动车转向装置的示意图；
图2示出带有永久性激励的转子和包围该转子的定子的助力转向装置的电动机的示意性横截面；
图3在示意性图表中相对于转子位置绘出了电动机的旋转阻力；
图4在图表中相对于定子材料的粒度绘出了与三种传统的定子材料相比、关于本发明采用的两种定子材料的电动机的旋转阻力。
【具体实施方式】
在所有附图中，彼此对应的部分和量始终设置有相同的参考标记。本发明的其他构型和优点由以下描述地图中得出。
在图1中粗略地示意性示出的机动车转向装置1包括机动车方向盘2，其通过转向柱3(其在附图中只是简单示出)和转向传动装置(其未明确示出)作用到转向杆4上。转向杆4在两侧分别通过转向杠杆5以铰接方式与相应的轮6的悬挂装置耦合，使得能够以已知的方式通过转动方向盘2来引起轮6的偏转(Einschlag)。
机动车转向装置1还装备有电驱动的助力转向装置7。助力转向装置7包括扭矩传感器8，该扭矩传感器设置在转向柱3中或者设置在转向柱3上，并且测量由方向盘2施加到转向柱3上的转向力矩L。电动机9形成助力转向装置7的驱动装置，该电动机有效地与转向柱3耦合。可替选地，电动机9可以与转向杆4耦合。任选地，助力转向装置7也可以包括与转向柱3和/或转向杆耦合的多个电动机。助力转向装置7最后包括控制单元10，该控制单元分析由扭矩传感器8作为测得量给出的转向力矩L，并且根据该分析通过发出控制信号C来触发(ansteuern)电动机9。对电动机9的触发通常是使得电动机9将辅助力矩施加到转向柱3上，该辅助力矩部分地抵消转向力矩L并且由此支持施加到方向盘2上的转向运动。
可替选地或者除了纯粹的转向力放大之外，助力转向装置7也可以用作自动转向装置。在这种情况下，控制单元10与转向力矩L无关地触发电动机9。
在图2中以示意性横截面示出的电动机9包括以可围绕旋转轴线11转动的方式设置的转子12。转子12被永久性激励并且包括多个永磁体13，这些永磁体以交替变化的极性被施加在转子表面上。
转子12被定子14包围。定子14包括带有圆柱形外壳16的定子芯15，多个齿17按照轮辐的方式、轴向向内地朝向转子12方向从该外壳伸出。所述齿17(以未明确示出的方式)分别缠绕有相线圈。
在根据本发明的实施形式中，定子芯15由可磁化的钢材料、即所谓的电工钢构成，该材料分别具有至少为140μm的平均粒度。在两个成功测试的实施形式中，使用了ThyssenKrupp公司的、符合EN 10106的质量为M330-50A的硅钢作为定子芯15的材料，其平均粒度K为150μm或162μm。
下面借助图3和图4中示出的图表来阐述本发明的背景和优点。
图3首先示出了电动机9的、相对于转子位置R绘出的空转阻力TL。在此，当电动机9未被驱动时，即当没有外部电压施加到定子14的相绕组上时，必须由外部施加到转子12上以转动转子12的扭矩称为空转阻力TL。转子12相对于定子15的转角称为转子位置R。
通过转子12的永磁体13与定子14的齿17之间的磁引力，得出空转阻力TL为转子位置R的振荡函数(参见图3)。相应地，空转阻力的特征在于其与振荡幅度对应的大小，该大小在下面称为齿槽力矩Tc(cogging torque)，空转阻力的特征还在于其与振荡的平均值对应的大小，该大小在下面称为摩擦力矩Tf(friction torque)。
该摩擦力矩Tf在很大程度上也归因于磁性原因，特别是归因于磁滞损耗以及在定子芯15中的大约0.1Hz的低频。
如果在上述机动车转向装置1中助力转向装置7不工作，或者如果电动机9由于其他原因而不工作，例如在车辆发动机关闭的情况下，则在转向运动中电动机9必须在空转情况下运动。电动机9的空转阻力TL由此使得转向运动变得困难。因此，就良好的操作舒适性方面而言，希望将摩擦力矩Tf降低到尽可能小的程度。
由图4中示出的实验结果得出，正是在低于每分钟30转的低电动机转速的情况下(这对于助力转向装置中使用的电动机是典型的情况)，摩擦力矩随着所使用的电工钢的粒度K增大而减小。
测试了5个电动机，其定子芯15由具有不同粒度的不同硅钢构成，即
钢种类(类型名称，制造商) 粒度 M330-50A ThyssenKrupp 150；162 M270-50A ThyssenKrupp 77；78 M250-50A ThyssenKrupp 125 M270-50A ThyssenKrupp(经退火的) 150
其中，对于每种实验电动机，在每分钟30转的转速情况下测量摩擦力矩Tf。粒度是通过使用线切割方法分别通过对符合ASTM E112-96(04)的磨片的光学显微研究来确定的。
图4示出了从140μm的平均粒度开始，可以实现1.6Ncm或者更小的摩擦力矩Tf，这在助力转向装置7中使用电动机9的情况下在转向舒适性方面证明是令人满意的。
由此，具有由平均粒度为至少140μm的电工钢制成的定子芯15的电动机9证明是特别适于用于电驱动的助力转向装置7中。