CN105313951B - 驱动设备和包括驱动设备的电动助力转向设备 - Google Patents

驱动设备和包括驱动设备的电动助力转向设备 Download PDF

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Abstract

驱动设备和包括驱动设备的电动助力转向设备。驱动设备(1)包括：电动机(10)，具有相对于定子(11)布置的转子(12)；盖(60)，具有一端封闭的圆柱形状并且位于电动机(10)的一个轴向端侧；以及基板(40)，在盖的内部，垂直于电动机轴(O)，具有实现在基板上的电子部件(41)。驱动设备还包括连接器(50)，位于基板(40)的电动机侧，具有能够连接至外部端子的开口(57)。连接器(50)的开口相对于电动机轴(O)面朝外。驱动设备还包括散热器(30)，具有形成为一体的框端部(31)和热接收部(32)。驱动设备在不增大散热器(30)的高度的情况下增大散热器(30)的热容量。

Description

驱动设备和包括驱动设备的电动助力转向设备
技术领域
本公开内容总体上涉及驱动设备和包括驱动设备的电动助力转向设备。
背景技术
常规地，用于电动助力转向设备的驱动设备具有一体式结构，其中用电动助力转向设备来辅助驾驶员的转向操作，在一体式结构中电动机(motor)和电动机控制器被组合为一体。
用于在专利文献JP 2011-176998 A(专利文献1)中公开的驱动设备的控制器具有两个基板和布置在两个基板之间的散热器，其中，两个基板与电动机的转子的旋转轴线(电动机轴)相垂直地布置。散热器的外壁在外壁的与电动机轴平行的部分处具有附接至外壁的电力模块，并且电力模块成型有要用作逆变器电路的多个开关元件。因此，驱动设备具有散热能力，在电力模块操作时向散热器消散电力模块的热量。
然而，构成专利文献1的驱动设备的控制器具有两个基板，从而由于电子部件和支撑这些电子部件的基板的厚度而沿电动机轴具有增大的尺寸。此外，电力模块附接在散热器的与电动机轴平行布置的外壁上，这造成了由于电力模块的方形形状而引起的杯状电动机盖内部过多空闲空间。
发明内容
本公开的目的是提供一种沿电动机轴具有较小体积的驱动设备以及使用这样的驱动设备的电动助力转向设备。
在本公开的一个方面中，驱动设备包括：电动机，电动机具有相对于定子定位的转子；盖，盖具有一端封闭的圆柱形状并且位于电动机的一个轴向端侧；以及基板，基板在盖的内部，垂直于电动机轴，具有实现在基板上以控制向电机提供的电流的电子部件。
驱动设备还包括连接器，连接器位于基板的电动机侧，具有连接至外部端子的开口。连接器的开口相对于电动机轴面朝外。
驱动设备还包括散热器，散热器具有形成为一体的框端部和热接收部，以吸收来自实现在基板上的电子部件的热量。框端部覆盖定子和转子的基板侧，以及在穿过电动机轴的方向观察时，热接收部位于连接器的相对于电动机轴的径向内部，并且在垂直于电动机轴的方向观察时，热接收部从框端部朝向基板***。
以这样的方式，连接器位于基板的电动机侧，其中，连接器在构成用于控制电动机的控制器的许多部件中是相对较大的部件。此外，散热器通过具有一体式结构能够提供大的热容量，在一体式机构中，框端部和热接收部被组合为一体并且热接收部位于连接器的径向内部。因此，在覆盖基板的杯状盖内部没有产生过多空闲空间，并且通过减小驱动设备的沿电动机轴的尺寸而构造了较小体积的驱动设备。
在本公开的另一方面中，设计了一种具有驱动设备的电动助力转向设备。当驱动设备体积减小时，电动助力转向设备在车辆中具有提高的可安装性。
附图说明
根据参照附图所作出的以下详细描述，本公开内容的目的、特征和优点将变得更加明显，在附图中：
图1为使用本公开的第一实施方式中的驱动设备的电动助力转向设备的示意图；
图2为本公开的第一实施方式中的驱动设备的侧视图；
图3为驱动设备的另一侧视图，其中，盖的一部分被从图2中移除；
图4为驱动设备的沿图3中的箭头Ⅳ的又一侧视图，其中，盖的一部分被从图3中移除；
图5为驱动设备的沿图4中的Ⅴ-Ⅴ线的截面视图；
图6为驱动设备的沿图5中的Ⅵ-Ⅵ线的截面视图；
图7为本公开的第二实施方式中的驱动设备的侧视图，其中，盖的一部分被从驱动设备中移除；以及
图8为驱动设备的沿图7中的Ⅷ-Ⅷ线的截面视图。
具体实施方式
基于附图描述本公开的实施方式。
(第一实施方式)
图1至图6中示出了本公开的第一实施方式。本实施方式的驱动设备1用在车辆的电动助力转向设备2中。
如图1所示，在电动助力转向设备2中，驱动设备基于下述各种信号输出用于转向方向盘操作的辅助扭矩：比如，从扭矩传感器5获得的信号，该扭矩传感器5检测通过驾驶员的用于旋转转向方向盘3的操作而在柱身4中产生的扭矩；以及从车辆的控制器局域网(CAN)获得的关于行驶速度信息的信号。来自驱动设备1的辅助扭矩通过减速齿轮6传送至柱身4。柱身4的旋转运动通过小齿轮(pinion gear)7被转换成齿条轴8的直线运动。转向轮9根据齿条轴8的位移量被转向。
柱身4、小齿轮7和齿条轴8等对应于“在转向方向盘与转向轮之间传送助力的助力传送机构”。
如图2至图5所示，驱动设备1具有一体式结构，在该一体式结构中电动机10和用于控制电动机10的控制器20被组合成具有一个主体。控制器20布置在相对于电动机10的输出端16的相对侧。在将驱动设备1安装在车辆中时，电动机10达到在垂直方向上的下侧并且控制器20达到在垂直方向上的上侧，即，相对于地面。
如图5所示，电动机10例如为无刷电动机，并且设置有定子11和转子12。定子11由磁体形成为圆柱形状，并且在一个轴向端由前框端13支承而在另一轴向端由框端部31支承。框端部31是针对控制器20设置的散热器30的一部分，后续将对其进行描述。
定子11具有缠绕在槽上的线圈14。转子12由磁体形成为圆柱形状，并且位于定子11的径向内部。“径向内部”意指的是，在穿过电动机轴O观察时，转子12形成在定子11的内部，其中，转子12的从转子12至电动机轴O的半径小于定子11的从定子11至电动机轴O的半径。转子12相对于定子11是可旋转的。转子12的轴15在一端由前框端13的轴承17可旋转地支承，而在另一端由框端部31的轴承18可旋转地支承。
在从控制器20向线圈14提供电力时，电动机10中的定子11生成旋转磁场，并且转子12和轴15根据这样的磁场关于轴旋转。
如图3至图5所示，控制器20具有：一体化形成有框端部31的散热器30；布置在散热器30的相对于电动机10的远侧的基板40；以及其他部分。基板40的电动机侧具有附接至基板40的连接器50。此外，散热器30和基板40由具有杯状、即底部封闭式圆柱状的盖60进行保护。
散热器30具有组合了框端部31和热接收部32的一体式结构，其中，框端部31覆盖定子11和转子12的基板侧，热接收部32从框端部31朝向基板40延伸。散热器30由例如铝等的材料通过例如铸造或切割来形成。散热器30通过提供框端部31来用作电动机的外壳，并且在电子部件41接收电力时通过热接收部32吸收由电子部件41等生成的热量。
散热器30具有从基板侧缩进至电动机侧的凹形部分33。连接器50位于凹形部分33中。热接收部32相对于凹形部分33位于半径内部。热接收部32的面对基板40的端面321与基板40平行，并且还与实现在基板40的散热器侧表面上的电子部件41平行，并且邻接或接触电子部件41。从而，散热器30可以在不造成盖60中过多空闲空间的情况下保留大的热容量。如图3和图6所示，散热器30具有孔状空间61以用于穿过散热器30连接电动机线19，即，用于电动机线19穿过散热器30来连接电动机10的线圈14和基板40。电动机线19从电动机侧穿过空间61，穿过基板40的通孔，并且从基板40的外部面突出。在该情况下，基板40的外部面是基板的远离电动机10的表面。
本实施方式的驱动设备1设置有仅一个基板40。如图3至图6所示，基板40为例如多层印刷板40，并且用四个螺钉35固定至散热器30，其中，四个螺钉35被分别旋进在散热器30的支撑件34中钻出的螺孔中。基板40相对于电动机轴O垂直地布置(参照图5)。
基板40的散热器侧表面支承以下部件。即，在基板40的散热器侧安装有：具有开关元件的电子部件41，所述开关元件例如为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)；检测转子12的位置的旋转角度传感器42；以及用于根据转子12的位置来控制线圈的电力供应的集成电路43。此外，在图6中，虚线示出了安装在基板40的散热器侧的电子部件41、旋转角度传感器42和集成电路43以及基板40自身的示例。
安装在基板40的散热器侧的电子部件41、旋转角度传感器42和集成电路43分别具有扁平形状，即，电子部件41、旋转角度传感器42和集成电路43的宽度和长度大于它们的沿电动机轴方向测量的高度。此外，集成电路43和电子部件41在其被提供电力时各自生成相对大量的热量。
散热器30和安装在基板40的散热器侧的电子部件41通过附图中未示出的绝缘散热材料分开。绝缘散热材料例如为散热凝胶(即，还可以被指定为“散热油脂”)或者散热片，并且防止空气介入电子部件41与散热器30之间，从而提高电子部件41与散热器30之间的热导率。
安装在基板40上的电子部件41用作用于向电动机10提供电力的三相逆变器电路，或者用作用于拦截从连接器50向三相逆变器电路提供的电力的电力开关。三相逆变器电路根据来自微型计算机46的指令向电动机10的线圈14提供电力。
基板40的远离散热器30的表面支承其他部件，例如电容器44、扼流圈45和微型计算机46等。电容器44和扼流圈45组成滤波电路。此外，电容器44辅助至逆变器电路的电力供给。与具有开关元件的电子部件41相比，电容器44和扼流圈45中的每一个具有沿电动机轴方向的较大高度。此外，与具有开关元件的电子部件41相比，电容器44和扼流圈45在接收电力供给时生成相对小量的热量。因而，用于控制至电动机10的电流供给的几乎所有电子部件都安装在一个基板40上，在基板40的散热器侧或者在基板40的另一侧。
盖60形成为底部封闭式圆柱形状，并且覆盖基板40和散热器30。盖60即在其边缘62处与散热器30的框端部31的外部重叠。
如图3至图6所示，连接器50附接至基板40的电动机侧，并且位于散热器30的凹形部分33中。连接器50是在构成控制器20的电子部件41之中与电容器44和扼流圈45等相比具有大体积的电子部件。通过使连接器50位于基板40的电动机侧并且位于散热器30的凹形部分33中，在不造成盖60中过多空闲空间的情况下减小了控制器20沿电动机轴方向的尺寸。
连接器50具有连接器主体51、多个端子52、上凸缘53、下凸缘54、右凸缘55和左凸缘56。
连接器主体51从盖60的内部朝向盖60的外部延伸。此外，连接器主体51具有外部端子能够与其连接的开口57。开口57位于连接器主体51的相对于电动机轴O的径向外部，即，在连接器主体51的外部部分上。此外，开口57相对于电动机轴O或者从电动机轴O面朝外。连接器主体51的面对电动机10的端面通过小间隙空间与散热器30的凹形部分33的底部分开。连接器主体51的端面与散热器30的凹形部分33的底部之间的间隙空间被指定为气流空间58。
通过连接器主体51成型有多个端子52，并且各个端子52的两端从连接器主体51暴露。即，端子52的一端暴露在连接器主体51的开口57中，并且相同端子52的另一端在开口57的相对侧从连接器主体51朝向热接收部32突出，并且然后朝向依据重力方向的上方突出，以连接至基板40。此外，这些端子52中的每个端子都穿过基板40的通孔以从电动机10的远侧突出。因此，这些端子52中的每个端子与从端子52突出的电动机线19同时被焊接。
端子52从与连接器主体51的开口57连接的外部端子接收：要从电池提供至电动机10的电流；来自扭矩传感器5的信号；以及行驶速度信息的信号等。端子52将这些电流和信号传送至设置在基板40上的电子电路。
连接器主体51的***具有凸缘，即：作为连接器主体51的一部分远离电动机10延长的上凸缘53；作为连接器主体51的一部分朝向电动机10延长的下凸缘54；以及连接上凸缘53和下凸缘54的右凸缘55和左凸缘56。
在图4中，为了便于理解，以左侧部分切割的方式示出了盖60，其中用虚线绘出在右侧的盖60下的隐藏部件。
如图4所示，上凸缘53、右凸缘55和左凸缘56形成在盖60内部。另一方面，下凸缘54从盖60暴露于外部空气(open air)。
上凸缘53、右凸缘55和左凸缘56被定位成非常接近于盖60的内表面，即仅有小间隙介于凸缘与盖60之间，或者上凸缘53、右凸缘55和左凸缘56与盖60的内表面邻接。以这样的方式，防止来自盖60的外部的水经由形成在这些凸缘与盖60的内表面之间的迷宫式路径侵入盖60的内部。此外，即使当水已经侵入盖60的内部时，水也会在重力的帮助下从下凸缘54的从盖60暴露的部分541被排出，或者从位于迷宫式路径的下侧的开口542被排出。
本公开的第一实施方式提供以下效果。
(1)根据第一实施方式，驱动设备1具有位于基板40的电动机侧的控制器20的大尺寸电子部件41、即连接器50。控制器20中的散热器30具有将框端部31和热接收部32组合成一体的一体式结构，其中，框端部31覆盖电动机10的面对基板侧，热接收部32从框端部31在连接器50的径向内部位置处延伸。在此，“径向内部”意指：在穿过电动机轴O的方向或者沿电动机10的轴向方向观察时，热接收部32在由从电动机轴O至连接器50的半径限定的区域内延伸。因此，在以底部封闭式圆柱形状覆盖基板40的盖60内部不会造成过多空闲空间，同时实现了驱动设备1的较小的沿电动机轴尺寸。
此外，通过将热接收部32的远离电动机端面321定位于靠近基板40，驱动设备1获取散热器30的大的热容量，并且来自基板40上的发热部件41的热量易于消散。因此，使驱动设备1能够向安装在基板40上的电子部件41提供大电流。
(2)根据第一实施方式，散热器30具有从基板侧缩进至电动机侧的凹形部分33。连接器50位于散热器30的凹形部分33中。从而，使驱动设备1能够具有较小的沿电动机轴尺寸。
(3)根据第一实施方式，散热器30的热接收部32的面对电子部件41的端面与基板40平行。安装在基板40上并且面对热接收部32的电子部件41与散热器30的热接收部32介入有绝缘的散热材料。
因此，电子部件41与热接收部32之间的间隙被减小至小尺寸，以使驱动设备1具有较小体积。此外，通过在这样的间隙空间中提供绝缘的散热材料，提高了电子部件41与散热器30之间的热导率。
(4)根据第一实施方式，连接器50的端子52分别具有从连接器主体51的开口57暴露的一端，并且具有从连接器主体51的相对于开口57的另一侧突出以向上延伸并且被连接至基板40的另一端。
以这样的方式，即使当水从外部侵入盖60的内部时，垂直向下的重力拉力也会防止水被沿着端子52朝向位于上面的基板40输送。
(5)根据第一实施方式，连接器50的上凸缘53、右凸缘55和左凸缘56位于盖60的内部。连接器50的下凸缘54从盖60暴露于外部空气。
因此，上凸缘53、右凸缘55、左凸缘56和盖60之间的间隙形成为迷宫式路径。驱动设备1的迷宫式路径防止水从外部侵入盖的内部。
此外，即使当水已经侵入迷宫式路径时，水也会从下凸缘54的从盖60暴露的部分541排出，或者从位于下部处的利用重力拉力的迷宫式路径的开口542排出。
(6)根据第一实施方式，气流空间58形成于连接器主体51的面对电动机10的端面与散热器30的凹形部分33的底部之间。
以这样的方式，即使当水从外部侵入盖60的内部时，水也会被防止保持在连接器主体51与散热器30之间并且被排出至盖60的外部。
(7)根据第一实施方式，具有开关元件的电子部件41安装在基板40的散热器侧，以及与部件41相比具有较大的沿电动机轴尺寸的其他电子部件44和45安装在基板40的另一侧，即，在背离散热器30的表面上。
以这样的方式，基板40的散热器侧不具有例如部件44和部件45的任何高的电子部件，这使散热器30能够具有较大体积即较大热容量，这是因为散热器30的高度能够增大到最高达连接器50的高度。因此，通过增大散热器30的热容量，使电子部件41能够具有较大的电力供给，这引起电动机10的输出增大。
(8)根据第一实施方式，电动机线19穿过基板40的通孔以从基板40的相对于电动机10的远侧突出。此外，连接器50的端子52从连接器主体51在开口57的相对侧延伸，以连接至基板40并且穿过基板40的通孔从基板40的远侧突出。
以这样的方式，电动机线19和端子52从基板40的相同侧同时焊接至基板40上的电子电路。因而，改进了用于制造控制器20的制造处理的可加工性。
(9)第一实施方式的电动助力转向设备2基于驱动设备1的沿电动机轴方向的较小尺寸和较小的体积在车辆中具有改进的可安装性。
(第二实施方式)
图7和图8中示出了本公开的第二实施方式。为了描述的简洁，使用与第一实施方式相同的附图标记来表示与第一实施方式相同的部件。
根据第二实施方式，散热器30在框端部31的外壁上的位置处具有缝36，缝36使外部空气与散热器30的凹形部分33的底部之间能够连通。缝36还可以形成于在盖60的内部的其他位置处，只要缝36使外部空气与散热器30的凹形部分33的底部之间能够连通即可，并且可以任意限定缝36的形状和数目。
根据第二实施方式，即使当水从外部侵入盖60的内部时，水也可以通过缝36从气流空间58排出至外部，其中，气流空间58形成于在连接器主体51的面对电动机10的端面与散热器30的凹形部分33的底部之间的间隙空间中。
(其他实施方式)
在上述实施方式中，驱动设备1被描述为电动助力转向设备2中的辅助柱身4的旋转的“柱辅助”式驱动设备。在其他实施方式中，电动助力转向设备2中的驱动设备1可以是辅助齿条轴8的平移运动的“齿条辅助”式驱动设备。
在上述实施方式中，驱动设备1的电动机10为无刷电动机，并且具有用在控制器20中的开关元件的电子部件41被描述为向无刷电动机提供电力的三相逆变器电路等的部件。
另一方面，在其他实施方式中，驱动设备1的电动机10可以是例如有刷电动机，并且在这样的情况下，电子部件41可以是向电动机10提供电力的H桥电路的部件。
上述实施方式描述了用在电动助力转向设备2中的驱动设备1。
另一方面，在其他实施方式中，驱动设备1可以应用于排除电动助力转向设备2以外的各种设备。
上述实施方式描述了驱动设备1的用作电动机的电动机10。然而，在其他实施方式中，驱动设备1的电动机10可以用作发电机。
虽然已经参照附图结合本公开的优选实施方式描述了本公开，但是注意，各种改变和修改对于本领域技术人员将变得明显，并且这样的改变、修改和概括方案应当理解为在本公开的由所附权利要求限定的范围内。

Claims (10)

1.一种驱动设备，包括：
电动机(10)，所述电动机(10)具有相对于定子(11)能够旋转地布置的转子(12)；
盖(60)，所述盖(60)具有一端封闭的圆柱形状并且位于所述电动机(10)的一个轴向端侧；
基板(40)，所述基板(40)布置在所述盖的内部，垂直于电动机轴(O)，具有实现在所述基板上以控制向所述电动机(10)提供的电流的电子部件(41)；
连接器(50)，所述连接器(50)位于所述基板(40)的电动机侧，具有能够连接至外部端子的开口(57)，所述连接器(50)的所述开口相对于所述电动机轴(O)面朝外；以及
散热器(30)，所述散热器(30)具有形成为一体的框端部(31)和热接收部(32)，以吸收来自实现在所述基板上的所述电子部件的热量，所述框端部(31)覆盖所述定子和所述转子的基板侧，以及在穿过所述电动机轴的方向观察时，所述热接收部(32)位于所述连接器的相对于所述电动机轴的径向内部，并且在垂直于所述电动机轴的另一方向观察时，所述热接收部(32)从所述框端部(31)朝向所述基板(40)***。
2.根据权利要求1所述的驱动设备，其中，
所述散热器(30)具有凹形部分(33)，所述凹形部分(33)具有从基板侧至电动机侧的凹状缩进，以及
所述连接器(50)位于所述散热器的所述凹形部分(33)中。
3.根据权利要求1或2所述的驱动设备，其中，
所述散热器的热接收部(32)具有面对所述电子部件的端面(321)，以及
所述端面(321)与所述基板平行地布置。
4.根据权利要求1或2所述的驱动设备，其中，
所述连接器(50)包括：连接器主体(51)，所述连接器主体(51)具有能够连接至所述外部端子的开口；以及端子(52)，所述端子从所述连接器主体的与所述开口(57)相对的侧延伸，远离所述连接器主体(51)朝向所述基板(40)延伸并且连接至所述基板(40)。
5.根据权利要求1或2所述的驱动设备，其中，
所述连接器(50)包括：连接器主体(51)，所述连接器主体(51)具有能够连接至所述外部端子的开口；上凸缘(53)，所述上凸缘(53)相对于所述电动机远离所述连接器主体延伸；下凸缘(54)，所述下凸缘(54)朝向所述电动机延伸；以及右凸缘(55)和左凸缘(56)，所述右凸缘(55)和所述左凸缘(56)连接所述上凸缘(53)和所述下凸缘(54)，
所述上凸缘(53)和所述下凸缘(54)布置在所述盖(60)的内部，以及
所述下凸缘(54)从所述盖(60)暴露于周围空气。
6.根据权利要求4所述的驱动设备，其中，
在所述连接器主体(51)的电动机侧端面与所述散热器(30)的凹形部分(33)的底面之间的位置处限定有气流空间(58)。
7.根据权利要求1或2所述的驱动设备，其中，
所述框端部(31)在面对所述框端部(31)的径向外部的外壁上具有缝(36)，所述缝(36)使周围空气能够被引入到所述散热器(30)的凹形部分(33)的底面。
8.根据权利要求1或2所述的驱动设备，其中，
所述基板(40)具有面对所述散热器的第一面，在所述第一面上实现有具有开关元件的电子部件(41)，以及
所述基板(40)具有背离所述散热器(30)的第二面，在所述第二面上实现有电容器(44)和扼流圈(45)，与具有所述开关元件的所述电子部件(41)相比，所述电容器(44)和扼流圈(45)具有更大的沿电动机轴尺寸。
9.根据权利要求4所述的驱动设备，其中，
从所述基板(40)向所述电动机提供电流的电动机线(19)穿过所述基板(40)以从背离所述散热器(30)的外部面突出，以及
所述连接器(50)的所述端子相对于所述开口远离所述连接器主体(51)延伸以连接至所述基板(40)，并且还以穿过的方式从所述基板(40)的外部面突出。
10.一种电动助力转向设备，包括：
助力传送机构(4，7，8)，所述助力传送机构(4，7，8)在转向方向盘(3)与转向轮(9)之间传送助力；以及
驱动设备(1)，所述驱动设备(1)包括：
电动机(10)，所述电动机(10)具有相对于定子(11)能够旋转地布置的转子(12)；
盖(60)，所述盖(60)具有一端封闭的圆柱形状并且位于所述电动机(10)的一个轴向端侧；
基板(40)，所述基板(40)布置在所述盖的内部，垂直于电动机轴(O)，具有实现在所述基板上以控制向所述电动机(10)提供的电流的电子部件(41)；
连接器(50)，所述连接器(50)位于所述基板(40)的电动机侧，具有能够连接至外部端子的开口(57)，所述连接器(50)的所述开口相对于所述电动机轴(O)面朝外；以及
散热器(30)，所述散热器(30)具有形成为一体的框端部(31)和热接收部(32)，以吸收来自实现在所述基板上的所述电子部件的热量，所述框端部(31)覆盖所述定子和所述转子的基板侧，以及在穿过所述电动机轴的方向观察时，所述热接收部(32)位于所述连接器的相对于所述电动机轴的径向内部，并且在垂直于所述电动机轴的另一方向观察时，所述热接收部(32)从所述框端部(31)朝向所述基板(40)***，所述驱动设备将来自所述电动机的转向辅助扭矩输出至所述助力传送机构。
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