CN101980914B - 控制装置一体型电动助力转向装置用电动机及电动助力转向装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机(1)由电动机(2)、和驱动控制该电动机(2)且具有金属外壳的控制装置(15)一体形成，将该电动机(1)安装于减速机构(23)，并且将电动机(2)、控制装置(15)、减速机构(23)依次沿轴向配置成大致呈同轴状。从而能将驱动基板和电动机的发热高效地传递至减速机构。
Description
技术领域
本发明涉及安装于车辆且辅助驾驶员转向力的电动助力转向装置用电动机及电动助力转向装置，特别涉及与控制装置一体化的技术。
背景技术
现有的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机中，设有驱动电路的金属基板安装于控制装置的外壳内的电动机侧。
另外，现有的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机中，控制装置的外壳由树脂构成。(例如，参照专利文献1、2)
专利文献1：日本专利第3560701号公报(第3～5页、图3)
专利文献2：日本专利第3774624号公报(第5～10页、图7)
专利文献1所示的现有的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机中，由于控制装置的驱动基板(驱动电路)安装于控制装置的外壳内的电动机侧，因此存在如下问题：由于驱动基板和减速机构(齿轮箱)间的热传递较差，不能将驱动基板的发热高效地向减速机构散发，因而会因发热导致元器件的特性劣化，寿命会变短。
另外，还存在如下问题：需要增大控制装置的外壳的热容量以减小发热的影响，从而装置的外形尺寸、重量、成本增大。
另外，专利文献2所示的现有的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机中，由于控制装置的电路外壳由树脂构成，因此存在如下问题：电动机和控制装置、减速机构间的热传递较差，不能将电动机的发热高效地向减速机构散发。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于得到小型、高性能且低成本的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机及电动助力转向装置，其通过将驱动基板和电动机的发热高效地向减速机构散发，从而抑制元器件的特性劣化、寿命下降。
本发明所涉及的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机，是由电动机、和驱动控制该电动机并且具有金属外壳的控制装置一体形成的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机，采用如下结构：将该控制装置一体型电动助力转向装置用电动机安装于使所述电动机的旋转减速的减速机构，并且将所述电动机、所述控制装置、所述减速机构依次沿电动机轴向配置成实质上呈同轴状。
另外，本发明所涉及的电动助力转向装置采用如下结构：将所述控制装置一体型电动助力转向装置用电动机安装于使该电动机的旋转减速的减速机构，并且将所述电动机和所述减速机构的安装部配置成实质上呈同轴状。
根据本发明，能够得到小型、高性能且低成本的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机及电动助力转向装置，其能将驱动基板和电动机的发热高效地传递至减速机构，从而抑制因发热导致的元器件的特性劣化、寿命下降。
上述的以及其它的本发明的目的、特征、效果将通过以下的实施方式中的详细说明及附图的记载而将变得更加清楚。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1中的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机及电动助力转向装置的剖视图。
图2是表示图1的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机的剖视图。
图3是表示图2的控制装置的组装次序的说明图。
图4是表示在图2的减速机构侧外壳安装有驱动基板的状态的、从电动机侧观察外壳内部时的俯视图。
图5是图2的电路框图。
图6是表示本发明的实施方式2中的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机及电动助力转向装置的剖视图。
图7是表示图6的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机的剖视图。
图8是表示图6的控制装置的组装次序的说明图。
图9是图6的电路框图。
标号说明
1控制装置一体型电动助力转向装置用电动机，2电动机，15控制装置，16电动机侧外壳，17减速机构侧外壳，23减速机构，24控制基板，25微型计算机，27驱动基板，28功率元件，29安装面，30端子部，32电容器，33线圈，35旋转传感器，40安装部，41电动助力转向装置
具体实施方式
实施方式1.
基于图1～图5对实施方式1进行说明。此外，以下各图中，对相同或相当部分附加相同标号进行说明。
图1是表示本发明的实施方式1中的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机及电动助力转向装置的剖视图。
图2是表示图1的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机的剖视图。
图3是表示图2的控制装置的组装次序的说明图。
图4是表示在图2的减速机构侧外壳安装有驱动基板的状态的、从电动机侧观察外壳内部时的俯视图。
图5是图2的电路框图。
图1～图5中，电动机2是永磁同步电动机，在层叠电磁钢片而形成的定子铁心3中，隔着树脂制的绝缘体4卷绕有三相的定子绕组5。各相的绕组利用收于树脂制的端子保持架6的绕组端子7进行Y或Δ联接。定子铁心3被压入铁制的框架8，形成电动机2的定子9。
框架8的一端部有底部，在底部的中央部，形成有容纳用于支承转子10的一端的后轴承12的后轴承箱部13。在转子10的轴21的外周部，安装有产生磁场的磁铁11。
框架8的另一端部开口，形成有用于与控制装置15的电动机侧外壳16嵌合的窝接(日文：インロ一)部14。电动机侧外壳16由铝合金的压铸成形品形成，在其一端与控制装置15的减速机构侧外壳17接合。
减速机构侧外壳17由铝合金的压铸成形品形成，在减速机构侧外壳17的中央部，形成有容纳用于支承转子10的一端的前轴承18的前轴承箱部19。
在减速机构侧外壳17的另一端部，设有用来安装于与减速机构23一体形成的安装部40的安装面29及安装窝接部20。
在减速机构外壳17的电动机2侧的中央部，安装有作为旋转传感器35的旋转变压器。
在轴21的减速机构侧端部，安装有用于与减速机构23联接的作为耦合器的轴套22。
控制装置15具有装载有微型计算机25及FET驱动电路26的玻璃环氧树脂制的控制基板24、和装载有功率MOSFET等功率元件28的金属基底的驱动基板27，将用于电连接控制基板24和驱动基板27的铜制的端子31与树脂进行嵌入成形而一体形成端子部30，将该端子部30配置在电动机轴向上介于控制基板24和驱动基板27之间。
控制装置24配置在端子部30的电动机2侧端部，通过使端子部30介于驱动基板27和控制基板24之间，从而确保与驱动基板27之间有一定的空间距离。
驱动基板27与减速机构23的安装部40在轴向上相对配置，在安装面29与安装部40紧贴固定的减速机构侧外壳17的内侧(电动机2侧)的壁上，以紧贴的方式安装有驱动基板27。
而且，驱动基板27的至少一部分配置于在径向上与安装部40重叠的位置。
在端子部30安装有对电动机2中流过的电流的脉动进行吸收的电容器32，通过未图示的导电性的端子与驱动基板27的功率元件28连接。
另外，在端子部30还安装有吸收噪声的线圈33，通过未图示的导电性的端子与电源连接器34连接。
接着，使用图3及图4说明控制装置15的组装次序。
首先，在减速机构侧外壳17的内侧，安装按电动机2的U、V、W各相的每一相分割成3部分的驱动基板27。接着，将作为旋转传感器35的旋转变压器安装在减速机构侧外壳17的电动机2侧中央部。接着，将安装有电容器32及线圈33的端子部30安装在减速机构侧外壳17。最后，在端子部30的电动机2侧端部，配置安装有微型计算机25的控制基板24，作为控制装置15形成一体化。因而作为组装顺序，成为在减速机构侧外壳17中依次堆积驱动基板27、旋转传感器35、端子部30、控制基板24的形态。此后，通过对控制装置15组装转子10、电动机侧外壳16及电动机2，从而完成作为控制装置一体型电动助力转向装置用电动机1。
进一步地，减速机构23包括与该控制装置一体型电动助力转向装置用电动机1大致呈同轴状的安装部40，对该减速机构23安装该控制装置一体型电动助力转向装置用电动机1，构成电动助力转向装置41。
这样构成的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机1中，由于将电动机2、和驱动控制电动机2且具有金属外壳(减速机构侧外壳17、或减速机构侧外壳17及电动机侧外壳16)的控制装置15形成为一体，安装于使电动机2的旋转减速的减速机构23，并且电动机2、控制装置15、减速机构23依次沿电动机轴向排列，且这些电动机2、控制装置15、减速机构23被配置成与电动机轴实质上呈同轴状，因此驱动基板27、电动机2与减速机构23之间的传热路径变短，装载于驱动基板27的功率元件28、和电动机2的发热通过所述金属外壳高效地传递至减速机构23，散热性良好，可力图使装置小型化、高性能化、低成本化。
另外，由于将电动机2、控制装置15、减速机构23的安装部40配置成与电动机轴实质上呈同轴状，因此没有特别凸出的部分，从而容易安装和布局，特别是，由于大致呈同轴状，因此可有效地确保热传递所涉及的各构件间的接合部的接触面积等，可将上述发热高效地传递至减速机构23侧，可使控制装置一体型电动助力转向装置用电动机1以及电动助力转向装置41作为装置整体实现小型化、低成本化。
另外，由于控制基板24配置在控制装置15内的电动机2侧，驱动基板27配置在控制装置15内的减速机构23侧，因此驱动基板27和减速机构23之间的传热路径变短，能高效地使装载于驱动基板27的功率元件28进行散热。
由于在端子部30安装有控制基板24，因此元器件数量减少，还可提高组装性。
由于驱动基板27的至少一部分配置于在径向上与沿轴向相对的减速机构23的安装部40重叠的位置，因此驱动基板27和减速机构23之间的传热路径变短，能减小热阻。因而，由于装载于驱动基板27的功率元件28的发热被高效地传递至减速机构侧外壳17及减速机构23，因此功率元件28的散热性良好，可提高耐热性，并可力图使装置小型化、高性能化、低成本化。
特别是，通过将功率元件28配置于在径向上与减速机构23的安装部40重叠的位置，从而可进一步提高其效果。
这里，之所以通过提高散热性从而可力图使装置小型化、高性能化、低成本化，这是由于：无需为了确保耐热性而设置具有大热容量的散热器；即使所使用的元器件的耐热性相同，也能废除或放宽用于确保耐热性的动作上的限制(例如电流限制等)；能够放缓因发热而导致的元器件特性(例如，控制装置的功率元件的导通电阻、电动机的磁铁的表面磁通密度等)的下降；以及无需选择耐热性高的元器件、材质等。
另外，由于配置在电动机2和减速机构23之间的控制装置15的外壳被分割成至少安装有电动机2的电动机侧外壳16、和安装有驱动基板27的减速机构侧外壳17这两部分(分割为多个)而分开，因此能对应于装置整体的热设计，自由设定电动机侧外壳16和减速机构侧外壳17的体积比及热耦合程度，因而能进行最佳的热设计，可力图使装置小型化、高性能化。
例如，在电动机2的发热相比功率元件28更对装置整体的耐热性起决定作用的情况下，可增大电动机侧外壳16的体积，且增大减速机构侧外壳17和电动机侧外壳16的接合部的面积，或提高紧贴度，使热耦合程度提高，从而容易将电动机2的发热通过电动机侧外壳16、减速机构侧外壳17传递至减速机构23。
另外，例如，在功率元件28的发热对装置整体的耐热性起决定作用的情况下，可增大减速机构侧外壳17的体积，且减小减速机构侧外壳17和电动机侧外壳16的接合部的面积，或降低紧贴度，使热耦合程度降低，从而抑制电动机2的发热传递至装载有功率元件28的驱动基板27侧。
另外，由于使端子部30在电动机轴向上介于装载有作为非发热元器件的微型计算机25的控制基板24、和装载有作为发热元器件的功率元件28的驱动基板27之间，并连接两者，并且隔开一定距离彼此热分离地进行配置，因此控制基板24不易受到驱动基板27的发热的影响，在高负载工作时、或周围温度较高的情况下，即使功率元件28的发热增大，但由于装载于控制基板24的微型计算机25等也能稳定地进行动作，因此可提高耐热性，从而力图使性能稳定化。
另外，由于作为发热元器件的电容器32及线圈33安装于端子部30，所以能将电容器32及线圈33与控制基板24及驱动基板27热分离，控制基板24及驱动基板27不易受到电容器32和线圈33的发热的影响，因此可提高耐热性，从而力图使装置小型化、高性能化，并使性能稳定化。
由于将外形比较大且作为发热元器件的电容器32及线圈33这两者安装在端子部30，因此能更有效地进行热分离。
而且，由于将外形比较大的电容器32及线圈33这两者安装在端子部30，因此容易配置元器件，可在配置有电容器32及线圈33的端子部30的内侧，配置旋转传感器35，可使装置小型化。
实施方式2.
图6是表示本发明的实施方式2中的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机及电动助力转向装置的剖视图。
图7是表示图6的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机的剖视图。
图8是表示图6的控制装置的组装次序的说明图。
图9是图6的电路框图。
本实施方式2的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机1及电动助力转向装置41与实施方式1相比，以下进行说明的部分的结构有所不同。
实施方式1中，在减速机构侧外壳17的电动机2侧的中央部安装有作为旋转传感器35的旋转变压器，但实施方式2中，作为旋转传感器35的旋转变压器安装固定于端子部30的中央部的内侧。
驱动基板27虽然与实施方式1类似，安装成与减速机构侧外壳17的与减速机构23相对的表面的内侧的壁紧贴，但与实施方式1相比，配置在靠电动机中心轴侧。这是因为，在实施方式2中，由于在减速机构侧外壳17的中央部未安装有旋转传感器35，因此该部分可用作为驱动基板27的安装空间。
另外，实施方式2中，驱动基板27未配置于在径向上与减速机构23的安装部40重叠的位置。控制基板24虽然与实施方式1类似，配置在端子部30的电动机2侧端部，但是向端子部30的安装是利用设于端子部30的卡合部36来进行的。其它部分的结构、功能与实施方式1相同。
接着，使用图8说明控制装置的组装次序。首先，在减速机构侧外壳17的内侧，安装按电动机2的U、V、W各相的每一相分割成3部分的驱动基板27。接着，将预先安装有电容器32、线圈33、作为旋转传感器35的旋转变压器及控制基板24的端子部30安装于减速机构侧外壳17，从而作为控制装置15形成一体化。因而，作为组装顺序，成为在减速机构侧外壳17堆积驱动基板27、和利用另一工序形成单元化后的端子部30的形态。之后，通过对控制装置15组装转子10、电动机侧外壳16及电动机2，从而完成作为控制装置一体型电动助力转向装置用电动机1。
在这样构成的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机1中，由于可以将电容器32、线圈33、作为旋转传感器35的旋转变压器及控制基板24预先安装在端子部30以形成单元化，因此与实施方式1相比，具有如下优点：更容易组装控制装置15，可降低装置的制造成本。
另外，由于旋转传感器35安装于端子部30，因此实施方式1中安装有旋转传感器的减速机构侧外壳17的中央部附近可用作为驱动基板27的安装空间，因此具有如下优点：容易安装驱动基板27，并且可使装置小型化。
另外，在没有减速机构侧外壳17的状态下，由于在端子部30安装旋转传感器35和控制基板24，因此在将旋转传感器35向控制基板24进行连接作业时，减速机构侧外壳17不会产生干扰，与实施方式1相比，具有如下优点：容易将旋转传感器35向控制基板24进行连接作业。
此外，该实施方式1及实施方式2中的减速机构侧外壳17和减速机构23是利用分开的构件来构成，但也可将它们构成为一体。通过采用一体构成，从而能进一步提高驱动基板27和减速机构23之间的热传导性，能使装置的耐热性更好。另外，由于减速机构侧外壳和减速机构成为一体，因此具有如下优点：可删去减速机构侧外壳17，可力图减少元器件数量，从而减少组装工时数，降低成本，减小重量。
在将减速机构侧外壳17和减速机构23的安装部40构成作为一体构成的电动助力转向装置41中，具有上述那样的优点，作为该装置41整体，可力图进一步使其小型化、低成本化等。
此外，该实施方式1及实施方式2的驱动基板27的材质并不限于金属，例如也可为利用裸芯片将功率元件安装于陶瓷基板的结构。若采用这种结构，则能进一步提高功率元件和减速机构侧外壳之间的热传导性，能使装置的耐热性更好。
此外，虽然说明了该实施方式1及实施方式2的电动机2的形式是采用永磁同步电动机，但并不局限于此，例如当然也可为感应电动机、有刷电动机等。
另外，虽然说明了框架8是采用铁制，但也可为铝材料，在这种情况下，能进一步提高热传导。
此外，虽然该实施方式1及实施方式2的旋转传感器35是旋转变压器式的，但只要是可适用于电动助力转向装置用电动机，则也可为霍尔式等其它方式。这里，例如，若将旋转传感器35采用霍尔式，则与旋转变压器相比，由于能削减安装传感器所需的空间，因此具有如下优点：可力图使装置小型化，使重量减少。
此外，本发明的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机1及电动助力转向装置41的控制装置15具有旋转传感器35的基准位置调整的功能。所谓基准位置调整，是指将旋转传感器35的输出角度0度的位置与该电动机1的转子10的旋转角度的预定位置、例如U相的感应电压的过零点相对应，现有的电动机中，是通过使旋转传感器35机械上进行旋转以固定在预定的位置来进行的。
然而，本发明的所述电动机1中，由于旋转传感器35固定在该电动机1的内部，因此无法从外部使旋转传感器35转动，因而使用由控制装置15在电气上校正基准位置的手段。
作为基准位置调整的具体手段，具有如下方法：在上述电动机1的预定的相间通有直流电流，使该电动机1的转子10通电锁定，将此时的旋转传感器35的理想角度检测值和实际的角度检测值之差作为校正值进行存储。此外，基准位置调整的方法不限于上述方法，也可使用在多个通电锁定位置取平均的方法、和与感应电压直接比较的方法等。
工业上的实用性
本发明适合用于辅助驾驶员转向力的电动助力转向装置。
Claims (9)
1.一种控制装置一体型电动助力转向装置用电动机，由电动机、和驱动控制该电动机且具有金属外壳的控制装置一体形成，其特征在于，
采用如下结构：将该控制装置一体型电动助力转向装置用电动机安装于使所述电动机的旋转减速的减速机构，并且将所述电动机、所述控制装置、所述减速机构依次沿电动机轴向配置成实质上呈同轴状，
控制装置具有装载有微型计算机的控制基板、和装载有功率元件的驱动基板，将所述控制基板配置在控制装置内的电动机侧，将所述驱动基板配置在控制装置内的减速机构侧，
将驱动基板的至少一部分配置于在径向上与减速机构的安装部重叠的位置。
2.如权利要求1所述的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机，其特征在于，
配置在电动机和减速机构之间的控制装置的外壳被分割为多个，由安装有至少装载有功率元件的驱动基板的减速机构侧外壳、和安装有所述电动机的电动机侧外壳来构成。
3.如权利要求1所述的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机，其特征在于，
在所述控制基板和所述驱动基板之间，配置有用于连接所述控制基板和所述驱动基板的端子部。
4.如权利要求3所述的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机，其特征在于，
在端子部安装有对电动机中流过的电流的脉动进行吸收的电容器。
5.如权利要求3所述的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机，其特征在于，
在端子部安装有吸收噪声的线圈。
6.如权利要求3所述的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机，其特征在于，
在端子部安装有控制基板。
7.如权利要求3所述的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机，其特征在于，
在端子部安装有旋转传感器。
8.如权利要求3所述的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机，其特征在于，
在端子部安装有对电动机中流过的电流的脉动进行吸收的电容器、吸收噪声的线圈、控制基板及旋转传感器。
9.一种电动助力转向装置，其特征在于，
将如权利要求1至8中的任一项所述的控制装置一体型电动助力转向装置用电动机安装于使该电动机的旋转减速的减速机构、并且将所述电动机和所述减速机构的安装部配置成实质上呈同轴状而构成。
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