-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
1.
Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1. Die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sind
aus der
DE 199 29
775 C2 bekannt.
-
2. Beschreibung des Standes
der Technik
-
14 zeigt den Aufbau einer
allgemeinen elektrischen Servolenkvorrichtung. 15 ist ein Blockdiagramm eines Treiberschaltkreises
für die elektrische
Servolenkungsvorrichtung. In 14 weist
ein Fahrzeug ein Lenkrad 1 auf, welches gleich einer Lenkvorrichtung
ist. Ein Drehmomentsensor 2 erfasst das Lenkmoment, das
auf das Lenkrad 1 wirkt. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3 erfasst die
Geschwindigkeit des Fahrzeuges. Ein elektrischer Motor erzeugt eine
Lenkhilfskraft. Ein Steuermittel 5 empfängt die Ausgabesignale des
Drehmomentsensors 2 und des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 3 und
steuert den Motor 4 gemäß dem Lenkmoment
und den Betriebszustand des Fahrzeugs, um so den Wert und die Richtung
des Lenkhilfsmomentes zu steuern. Eine Batterie 6 ist gleich
einer elektrischen Energiequelle für die elektrische Servolenkungsvorrichtung
und führt
eine Stromversorgungsspannung dem Drehmomentsensor 2, dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3,
dem Motor 4 und dem Steuermittel 5 zu. Die Schaltkreiskonfiguration
der elektrischen Servolenkungsvorrichtung, die aus diesen Komponenten
besteht, ist in 15 gezeigt.
-
15 zeigt ein Beispiel einer
Schaltkreiskonfiguration der elektrischen Servolenkungsvorrichtung,
die einen bürstenlosen
Motor als den Motor 4 verwendet. Ein elektrischer Motor 4 beinhaltet
einen Rotor (nicht gezeigt), der aus einem Magneten besteht, eine
Dreiphasenankerwicklung 7, die um einen Stator gewickelt
ist, und einen Winkelpositionssensor 8 zum Erfassen der
Winkelposition des Rotors. Ein Steuermittel 5 beinhaltet
einen Mikrocomputer (CPU) 9, einen Treiberschaltkreis 10,
einen großen
Kondensator 11 zum Eliminieren von Schwankungen des elektrischen
Stromes, der durch den Motor 4 fließt, einen Shunt-Widerstand 12 zum
Erfassen des Stromes, der durch den Motor 4 fließt, ein
Stromerfassungsmittel 13 zum Erfassen des Stromwertes aus einem
Spannungsabfall an dem Shunt-Widerstand 12, und ein Schaltmittel 14 zum
Ein- oder Abschalten des Stromes, der durch den Motor 4 fließt. Die
CPU 9 erhält
die Ausgabesignale des Drehmomentsensors 2, des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 3 und des
Winkelpositionssensors 8 und steuert den Motor 4.
Der Treiberschaltkreis 10 steuert Halbleiterschaltelemente
Q1-Q6, die in Form einer Dreiphasenbrücke verbunden sind, gemäß einem
Signal von der CPU 9.
-
In
der allgemeinen elektrischen Servolenkungsvorrichtung, die einen
oben beschriebenen Aufbau aufweist, erhält die CPU 9 das Ausgabesignal des
Drehmomentsensors 2, welches das Lenkmoment anzeigt. Ebenfalls
erhält
die CPU 9 das Ausgabesignal des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 3, welches
die Geschwindigkeit des Fahrzeuges anzeigt. Die CPU berechnet entsprechend
einen Hilfsdrehmomentwert und eine Fahrtrichtung und gibt Ausgabesignale,
welche die berechneten Werte anzeigen, an den Treiberschaltkreis 10 weiter.
Dieser Treiberschaltkreis 10 führt pulsbreitenmodulierte (PWM)
Signale an die Halbleiterschaltelemente Q1-Q6 zu und führt einen
Dreiphasenwechselstrom dem Motor 4 zu. Die CPU erhält ein Stromwertsignal von
dem Stromerfassungsmittel 13 und das Winkelpositionssignal
von dem Winkelpositionssensor 8, um eine Rückkopplung
bereitzustellen. Die CPU 9 stellt eine Steuerung derart
bereit, dass ein geeigneter Treiberstrom entsprechend dem Lenkmoment und
der Fahrzeuggeschwindigkeit an den Motor 4 zugeführt wird.
Der Schaltkreis der Schaltmittel 14, die von dem Treiberschaltkreis 10 gesteuert
werden, wird auf normale Weise geschlossen. Der Schaltkreis wird
geöffnet,
wenn ein abnormaler Zustand stattfindet.
-
In
dieser elektrischen Servolenkungsvorrichtung sind der Drehmomentsensor 2,
der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3, der Motor 4 und
die Batterie 6 zwangsläufig
in dem Motorraum des Automobils installiert. Andererseits ist das
Steuermittel 5 normalerweise in dem Insassenraum angeordnet.
Deshalb ist ein langer Kabelbaum notwendig, um diese zu verbinden.
Dieser Kabelbaum erhöht
das Gewicht und die Kosten. Zusätzlich
führt der
Kabelbaum zu einem Energieverlust und stellt eine Störquelle
dar aufgrund des Stromes, der durch den pulsbreitenmodulierten Motor 4 fließt. Diese
Geräusche
bzw. Störungen
können
andere Steuervorrichtungen beeinflussen und induziert Rauschen in
dem Fahrzeugradio.
-
Hinsichtlich
dieser Probleme sind Techniken zum Eliminieren eines Teils dieses
Kabelbaums, um dabei diesen zu verkürzen, vorgeschlagen worden. Insbesondere
sind das Steuermittel
5 und der Motor
4 als eine
Untereinrichtung integriert, die umgekehrt in dem Motorraum angebracht
ist. Zum Beispiel ist in der Technik bzw. Verfahren, das in der
JP 09030434 A offenbart
ist, ein Metallgehäuse
zwischen einem DC-Bürstenmotor
und einem Geschwindigkeitsreduziermechanismus zum Verringern der
Drehgeschwindigkeit des Motors gestellt. Ein einzelnes Metallsubstrat
oder Platte ist in diesem Metallgehäuse angeordnet. Das Steuermittel
5,
die Halbleiterschaltelemente Q1-Q6 und der Bürstenhalter des Motors sind
auf dieser Platte befestigt. Dieses in dieser japanischen Patentoffenlegungsschrift
offenbarte Verfahren verringert die Strahlungsgeräusche und
berücksichtigt die
Wärmedissipation.
Der Motor selbst ist jedoch zwangsläufig sehr groß. Speziell
weist er eine extrem große
radiale Abmessung auf. Dies verschlechtert die Einfachheit, mit
der der Motor an den Lenkmechanismus befestigt wird. Während des
Befestigungsvorgangs werden Räume,
die den umgebenden Teilen zugeordnet sind, zwangsläufig dafür aufgewendet.
-
Desweiteren
offenbart die
JP 08192757
A ein Verfahren mit einem Metallgehäuse, das zwischen einem Bürstengleichstrommotor
und einem Mechanismus zur Geschwindigkeitsreduzierung, der die Drehgeschwindigkeit
eines Motors reduziert, befestigt. Die Halbleiterschaltelemente
Q1-Q6 und der Bürstenhalter
des Motors sind in diesem Gehäuse aufgenommen.
Ein Gehäuse,
in dem ein Steuermittel
5 untergebracht ist, ist radial
benachbart dem Metallgehäuse
befestigt. Auf die gleiche Weise wie das vorher erwähnte Verfahren
ist ein großer
Raum in radialer Richtung notwendig. Der Motor kann nicht einfach am
Lenkmechanismus befestigt werden. Zusätzlich ist die elektrische
Servolenkvorrichtung selbst mit verringerter Produktivität hergestellt.
-
Zusätzlich offenbart
die
JP 09117093 A ein Verfahren
zur Verwendung mit einer elektrischen Servolenkvorrichtung, die
einen Bürstengleichstrommotor
verwendet. Dieses Verfahren verwendet ein Substrat oder eine Platte,
auf welchem ein Steuermittel
5 und Schaltelemente Q1-Q6
befestigt sind. Diese Platte wird an einem externen Gehäuse gehalten,
an dem der Bürstenhalter
eines elektrischen Motors befestigt ist. Das externe Gehäuse, das
die Platte hält, befindet
sich an einer Seite des Motors innerhalb des Gehäuses des Motors. Dieses Verfahren
erlaubt eine Vereinfachung der Verdrahtung unterhalb der Komponenten.
Ebenfalls kann eine Zunahme bezüglich der
Größe zu einem
gewissen Grad unterdrückt
werden. Jedoch befinden sich die Halbleiterschaltelemente neben
dem Motor, welcher Wärme
erzeugt. Zusätzlich
sind die Schaltelemente innerhalb des Gehäuses des Motors befestigt.
Deshalb stellt die thermische Zuverlässigkeit Probleme dar. Desweiteren ist
die stromtragende Kapazität
der Halbleiterschaltelemente limitiert. Zusätzlich gibt es Beschränkungen bezüglich der
Zunahme der Ausgabe des Motors. Ebenfalls stellt die Produktivität ein Problem
dar.
-
Die
vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die vorangegangenen
Probleme zu lösen. Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Servolenkvorrichtung
bereitzustellen, welche Strahlungsgeräusche aufgrund des PWM-Antriebs reduziert
und eine höhere
Ausgabeleistung, Verbesserung der Produktivität und eine Gewichtsreduzierung erlaubt.
-
Eine
elektrische Servolenkvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung
umfasst:
einen elektrischen Motor mit einer Hauptwelle;
einen
Geschwindigkeitsreduziermechanismus zum Reduzieren der Drehgeschwindigkeit
der Hauptwelle des Motors;
eine Leistungsschaltkreisplatte
mit darauf befestigten Leistungsschaltkreisteilen, die Leistungsschaltkreisteile
umfassen Halbleiterschaltelemente zum Versorgen des elektrischen
Motors mit elektrischer Energie;
eine Steuerschaltkreisplatte
mit allgemeinen Schaltkreisteilen, die geringe Wärme erzeugen, die allgemeinen
Schaltkreisteile umfassen einen Mikrocomputer zum Steuern der Halbleiterschaltelemente
entsprechend einem Ausgabesignal von einem Drehmomentsensor zur
Messung eines Lenkmomentes und entsprechend einem Ausgabesignal
von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Messen einer Fahrzeuggeschwindigkeit;
einen
Schaltkreisgehäusekörper, der
zumindest einen formgegossenen Leitungsdraht umfasst, und einen
ersten Verbinder, der mit dem Drehmomentsensor verbunden ist, einen
zweiten Verbinder, der mit dem Fahrzeugsensor verbunden ist, und
einen dritten Verbinder, der von außen zugeführte, elektrische Energie aufnimmt,
aufweist, der erste, zweite und dritte Verbinder sind integral mit
dem Schaltkreisgehäusekörper geformt;
einen
Kühlkörper zum
Dissipieren von Wärme
von den Leistungsschaltkreisteilen auf der Leistungsschaltkreisplatte,
der Kühlkörper ist
mit dem Geschwindigkeitsreduziermechanismus befestigt;
eine
Steuereinrichtung, die durch die Leistungsschaltkreisplatte, die
Steuerschaltkreisplatte und den Schaltkreisgehäusekörper gebildet ist;
wobei
die Leistungsschaltkreisplatte und die Steuerschaltkreisplatte sich
einander gegenüberliegen
entlang der Achse der Hauptwelle des elektrischen Motors innerhalb
des Schaltkreisgehäusekörpers der Steuereinrichtung;
und
der elektrische Motor und der Kühlkörper sind derart kombiniert,
dass die Steuereinrichtung sich zwischen dem elektrischen Motor
und dem Kühlkörper befindet.
-
Gemäß diesem
Aufbau kann die Steuereinrichtung und der Motor einzeln zusammengebaut und
getestet werden. Anschließend
können
sie miteinander integriert werden. Dies stellt eine hohe Produktivität und Zuverlässigkeit
sicher. Externe Drahtleitungen können
verkürzt
sein. Leistungsverlust und Strahlungsgeräusche sind verringert. Desweiteren werden
lediglich Komponenten, die einen geringen Stromverbrauch besitzen,
auf der Steuerschaltkreisplatte angebracht. Komponenten mit großem Stromverbrauch
werden auf der Leistungsschaltkreisplatte angebracht. Wärme, die
durch die Leistungsschaltkreisplatte und durch den Motor erzeugt
wird, wird sowohl durch den Kühlkörper als
auch den Geschwindigkeitsreduziermechanismus dissipiert. Folglich
kann eine kleine elektrische Servolenkvorrichtung mit ausgezeichneter
Wärmebeständigkeit, und
die in der Lage ist, mit einer Zunahme der Motorausgabe zurechtzukommen,
erhalten werden.
-
In
einem Merkmal der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß dieser
Erfindung weisen der Kühlkörper und
der Geschwindigkeitsreduziermechanismus entsprechende Anpassabschnitte
auf, die zusammen angepasst sind und koaxial befestigt sind, und
wobei der elektrische Motor und der Kühlkörper miteinander koaxial verbunden
sind.
-
Gemäß diesem
Merkmal wird die Drehung des Motors reibungslos auf das Schneckengetriebe übertragen.
Folglich sind Rauschen und Vibrationen reduziert.
-
In
einem weiteren Merkmal der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß dieser
Erfindung sind
- (A) der erste, zweite und dritte
Verbinder entlang einer Linie im Wesentlichen senkrecht zur Achse des
elektrischen Motors angeordnet,
- (B) der erste Verbinder zwischen dem zweiten und dem dritten
Verbinder angeordnet, und
- (C) externe Leitungen, die mit dem zweiten bzw. dritten Verbinder
zu verbinden sind, in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur
Achse der Hauptwelle des elektrischen Motors an der Außenseite
des elektrischen Motors verbunden.
-
Gemäß diesem
Merkmal kann ein Verdrahtungsvorgang während des Zusammenbaus des Fahrzeugs
auf einfache Weise durchgeführt
werden. Der Raum, der von der Verdrahtung besetzt wird, kann reduziert
sein.
-
In
einem weiteren Merkmal der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß dieser
Erfindung sind der Kühlkörper, die
Leistungsschaltkreisplatte und die Steuerschaltkreisplatte mit Wellenöffnungen
versehen, durch welche die Hauptwelle des elektrischen Motors hindurchgeht,
und wobei die Wellenöffnungen in
dem Kühlkörper und
in der Leistungsschaltkreisplatte bezüglich ihres Durchmessers größer sind
als die Wellenöffnung
in der Steuerschaltkreisplatte.
-
Gemäß diesem
Merkmal verhindert dieser Aufbau während des Zusammenbaus unter
Verwendung einer Vorrichtung, dass die Vorrichtung mit den Ausgabeschaftlöchern in
dem Kühlkörper und
in der Leistungsplatte miteinander interferieren. Daher kann eine
Deformation der Leistungsplatte und Lötstellenbrüche vermieden werden.
-
In
einem weiteren Merkmal der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß dieser
Erfindung weist die elektrische Servolenkvorrichtung desweiteren
einen Winkelpositionssensor auf, um die Winkelposition des elektrischen
Motors zu messen, wobei der Winkelpositionssensor umfasst
- (A) einen Permanentmagneten, der in eine Mehrzahl
von Pole magnetisiert ist, und der an dem Ausgabeschaft des elektrischen
Motors befestigt ist, und
- (B) eine magnetische Erfassungsvorrichtung, die an der Steuerschaltkreisplatte
angeordnet ist.
-
Gemäß diesem
Merkmal verzichtet die elektrische Servolenkvorrichtung auf Verbinder
und Drahtleitungen, die normalerweise zum Verbinden des magnetischen
Sensors mit der Steuerplatte verwendet werden würden. Folglich können Funktionsstörungen aufgrund
von Rauschen, die über
die Leitungen übertragen
werden, verhindert werden.
-
In
einem zusätzlichen
Merkmal der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß dieser
Erfindung ist ein Kondensator zum Absorbieren von Stromschwankungen,
die durch den elektrischen Motor fließen, an einem Umfangsabschnitt
der Leistungsschaltkreisplatte befestigt und befindet sich in einer Aussparung,
die in der Steuerschaltkreisplatte gebildet ist.
-
Gemäß diesem
Merkmal kann der Raum zwischen der Leistungsplatte und der Steuerplatte reduziert
werden. Dies führt
zu einer Miniaturisierung der Servolenkvorrichtung.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß dieser Erfindung
- (A) beinhaltet der elektrische Motor Motorwicklungsanschlüsse, die
sich von dem elektrischen Motor hin zu dem Kühlkörper erstrecken,
- (B) beinhalten die formgegossenen Leitungsdrähte Wicklungsanschlüsse, die
mit den Motorwicklungsanschlüssen
an der Innenseite der Anpassabschnitte des Kühlkörpers und des Geschwindigkeitsreduziermechanismus,
die zusammen angepasst sind, befestigt sind.
-
Gemäß diesem
Merkmal ist eine Abdeckung an der Innenseite des Anpassabschnittes
des Kühlkörpers befestigt.
Die verbundenen Abschnitte können
vor dem Eindringen fremder Materialien geschützt werden.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß dieser Erfindung weist die
elektrische Servolenkvorrichtung desweiteren ein Stromerfassungsmittel
auf, das an der Steuerschaltkreisplatte in der Nähe einer Stelle befestigt ist,
an der die Wicklungsanschlüsse
mit den Motorwicklungsanschlüssen
verbunden sind, und wobei ein elektrischer Strom, der durch den
elektrischen Motor fließt,
erfasst wird auf der Basis des Stromes, der durch den Motorwicklungsanschluss fließt.
-
Gemäß diesem
Merkmal kann auf Drahtleitungen zum Erfassen eines elektrischen
Stromes verzichtet werden. Folglich kann die Größe des Servolenkungssystems
reduziert sein.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß dieser Erfindung umfassen
die Motorwicklungsanschlüsse
einen U-förmigen
Abschnitt, und das Stromerfassungsmittel umfasst eine magnetische
Stromerfassungsvorrichtung, die auf der Steuerschaltkreisplatte
an der einen Seite des U-förmigen
Abschnittes angepasst ist, und ein magnetischer Kollektor, der aus
einem ferromagnetischen Material hergestellt ist, ist an der gegenüberliegenden
Seite des U-förmigen
Abschnittes angeordnet.
-
Gemäß diesem
Merkmal kann der magnetische Fluss wirksam konzentriert sein. Folglich
kann die Genauigkeit, mit der ein elektrischer Strom gemessen wird,
verbessert sein.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß dieser Erfindung umfasst
das Stromerfassungsmittel einen C-förmigen, magnetischen Kollektor,
der aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist, und der eine Öffnung zwischen
seinen beiden Öffnungsenden
bildet, und eine magnetische Stromerfassungsvorrichtung, die mit
der Steuerschaltkreisplatte innerhalb der Öffnung des C-förmigen,
magnetischen Kollektors befestigt ist, und wobei die Motorwicklungsanschlüsse einen
U-förmigen
Abschnitt, der magnetisch mit dem C-förmigen, magnetischen Kollektor gekoppelt
ist, umfassen.
-
Gemäß diesem
Merkmal kann der magnetische Fluss wirksam konzentriert sein. Die
Genauigkeit, mit der ein elektrischer Strom gemessen wird, kann
erhöht
sein.
-
Andere
Aufgaben und Merkmale der Erfindungen werden im Verlauf der Beschreibung,
die folgt, erwähnt
werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine Querschnittsansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung
entsprechend der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
2 ist
eine vergrößerter Querschnitt
des Motorenabschnittes und des Steuerabschnittes der elektrischen
Servolenkvorrichtung, gezeigt in 1;
-
3 ist
eine Oberansicht des Leistungsplattenabschnittes der elektrischen
Servolenkvorrichtung, gezeigt in 1;
-
4 ist
eine Oberansicht des Steuerplattenabschnittes der elektrischen Servolenkvorrichtung,
gezeigt in 1;
-
5 ist
ein Teilquerschnitt der elektrischen Servolenkvorrichtung, gezeigt
in 1, die zeigt, auf welche Weise die elektrische
Servolenkvorrichtung mit einem Kühlkörper befestigt
ist;
-
6 ist
ein Blockdiagramm eines Schaltkreises der elektrischen Servolenkvorrichtung,
gezeigt in 1;
-
7 ist
eine perspektivische Explosionsansicht der elektrischen Servolenkvorrichtung,
gezeigt in
-
1,
die den Aufbau und die Weise zeigt, mit der die Servolenkungsvorrichtung
befestigt ist;
-
8 ist
eine weitere perspektivische Explosionsansicht der elektrischen
Servolenkvorrichtung, gezeigt in 1, die den
Aufbau und die Weise zeigt, mit der die Servolenkvorrichtung befestigt
ist;
-
9 ist
ein Diagramm, das das Magnetisierungsmuster eines Winkelpositionssensors
der elektrischen Servolenkvorrichtung, gezeigt in 1,
darstellt;
-
10 ist
ein Diagramm, das die Orientierungsrichtungen der Sensoren in einer
magnetischen Erfassungsvorrichtung darstellen, die in der elektrischen
Servolenkvorrichtung, gezeigt in 1, enthalten
ist;
-
11 ist
eine Vorderansicht des Stromerfassungsabschnittes einer elektrischen
Servolenkvorrichtung entsprechend einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
-
12 ist
eine Vorderansicht des Stromerfassungsabschnittes einer elektrischen
Servolenkvorrichtung entsprechend einer dritten Ausführungsform
der Erfindung;
-
13 ist
eine weitere Vorderansicht des Stromerfassungsabschnittes einer
elektrischen Servolenkvorrichtung entsprechend einer dritten Ausführungsform
der Erfindung;
-
14 ist
eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung
nach dem Stand der Technik; und
-
15 ist
ein Blockdiagramm eines Schaltkreises einer elektrischen Servolenkvorrichtung
nach dem Stand der Technik.
-
BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Erste Ausführungsform
-
1-10 zeigen
den Aufbau einer elektrischen Servolenkvorrichtung entsprechend
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine
Querschnittsansicht, die den Aufbau einer elektrischen Servolenkvorrichtung
zeigt. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des
Motorenabschnittes und des Steuerabschnittes, gezeigt in 1. 3 ist
eine Oberansicht eines Plattenabschnittes eines Leistungsschaltkreises
bzw. Starkstromschaltkreises. 4 ist eine
Oberansicht eines Plattenabschnittes eines Steuerschaltkreises. 5 ist
ein Teilquerschnitt, welcher zeigt, wie die Servolenkvorrichtung
mit einem Kühlkörper befestigt
ist. 6 ist ein Blockdiagramm eines Schaltkreises der Servolenkvorrichtung. 7 und 8 sind
perspektivische Explosionsansichten der elektrischen Servolenkvorrichtung,
die den Aufbau und die Weise zeigen, mit der die elektrische Servolenkvorrichtung befestigt
ist. 9 ist ein Diagramm, das das Magnetisierungsmuster
eines Winkelpositionssensors der elektrischen Servolenkvorrichtung
darstellt. 10 ist ein Diagramm, das die
Orientierungsrichtungen der Sensoren in einer magnetischen Erfassungsvorrichtung,
die in der elektrischen Servolenkvorrichtung enthalten ist, darstellen.
Es ist darauf hinzuweisen, dass gleiche Komponenten durch gleiche
Bezugszeichen in verschiedenen Figuren angezeigt sind, einschließlich der
Figuren, die zum Beschreiben des Aufbaus nach dem Stand der Technik
verwendet worden sind.
-
Zuerst
wird die Schaltkreiskonfiguration in Bezug auf die 6 beschrieben.
Ein elektrischer Motor 4 weist einen Stator auf, um den
Dreiphasenankerwindungen 7 gewickelt sind. Die Ankerwicklungen 7 besitzen
die Phasen U, V, W, von denen jede z.B. vier Spulen aufweist. So
sind zwölf
magnetische Pole insgesamt gebildet. Dies wird später im Detail
beschrieben werden. Eine Steuereinrichtung 40 ist integral
mit dem Motor 4 gebildet und umfasst Komponenten, die auf
einer Steuerschaltkreisplatte 60 befestigt sind, und Komponenten,
die auf einer Leistungsschaltkreisplatte (wird später beschrieben) befestigt
sind. Die Komponenten, die auf der Steuerschaltkreisplatte 60 befestigt
sind, sind ein Winkelpositionssensor 8, eine CPU 9,
ein Treiberschaltkreis 10 und ein Stromerfassungsmittel 13.
Die Komponenten, die auf der Leistungsschaltkreisplatte 41 befestigt
sind, umfassen Halbleiterschaltelemente Q1-Q6, die eine Dreiphasenbrücke bilden,
einen Kondensator 11 zum Beseitigen von Schwankungen, einen
Shunt-Widerstand 12 und ein Schaltmittel 14. Die
CPU 9 erhält
die Ausgabesignale des Drehmomentsensors 2, des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 3,
des Winkelpositionssensors 8 und anderen Sensoren und steuert
den Motor 4. Als Antwort auf ein Signal von der CPU 9 liefert
der Treiberschaltkreis 10 ein PWM-Signal an die Schaltelemente
Q1-Q6, die in einer Dreiphasenbrücke
verbunden sind. Diese arbeiten auf ähnliche Weise wie ihre entsprechenden Komponenten
in dem Aufbau nach dem Stand der Technik, der vorher beschrieben
wurde. Die Positionen der Anschlüsse
(wird später
beschrieben) in dem Schaltkreis sind durch Pm und Mm angezeigt.
-
Der
Aufbau ist im Detail in Bezug auf die 1-10 beschrieben.
In diesen Figuren setzt sich ein dreiphasenbürstenloser AC-Motor 4 aus
einem Rotor 17 und einem Stator 20 zusammen. Der Rotor 17 besitzt
einen Ausgabeschaft 16, auf dem ein Permanentmagnet 15 mit
acht Polen z.B. befestigt ist. Dieser Ausgabeschaft 16 wirkt
ebenfalls als die Ausgabe des Motors. Der Stator 20 setzt
sich aus einem Joch 18, magnetischen Polen 19 (z.B.
mit 12 überstehenden
Polen) und Ankerwicklungen 7 zusammen, die um die magnetischen
Pole 19 gewickelt sind. Die magnetischen Pole 19 sind
mit dem Joch 18 mit einem bestimmten Abstand zwischen der äußeren Oberfläche des
Rotors 17 befestigt. Der Motor 4 weist ein Gehäuse 21 auf,
das mit dem Joch 18 des Stators 20 über Schrauben 32 (7)
befestigt ist. Lager 22 zum drehbaren Halten des Ausgabeschaftes 16 sind
ebenfalls mit dem Gehäuse 21 befestigt. Das
andere Ende des Ausgabeschaftes 16 ist durch die Lager 23 gehalten,
die in dem Joch 18 befestigt sind. Die Wicklungsanschlüsse der
verschiedenen Phasen der sternförmig
verbundenen Ankerwicklungen 7 sind mit den Motorwicklungsanschlüssen 24a, 24b bzw. 24c,
wie in den 2, 7 und 8 gezeigt,
verbunden. Diese Motorwicklungsanschlüsse 24a, 24b und 24c erstrecken
sich entlang der Achse des Ausgabeschaftes 16 hin zu einem
Kühlkörper 70 (wird
später
beschrieben). Das Gehäuse 21 weist eine
Mehrzahl von Stützglieder 21a,
wie in den 5, 7 und 8 gezeigt,
auf. Der Motor 4 ist mit dem Kühlkörper 70 (wird später beschrieben) durch
diese Stützglieder 21a befestigt.
Durch das Bezugszeichen 33 ist ein Gummiring angezeigt,
der eine Wasserdichtigkeit sicherstellt.
-
Wie
am Besten in 2 gezeigt, weist der Winkelpositionssensor 8 einen
Ring 25 auf, der mit dem Ausgabeschaft 16 befestigt
ist, einen scheibenförmigen
Magneten 26, der mit dem Ring 25 befestigt ist,
und einen magnetischen Sensor 27, der mit der Steuerschaltkreisplatte 60,
wie später
beschrieben, befestigt ist. Der scheibenförmige Magnet 26 ist
aus einem Magneten auf Ferritbasis hergestellt und ist integral
mit dem Ring 25 gebildet. Wie in 9 gezeigt, weist
eine Fläche
des scheibenförmigen
Magneten 16 eine äußerste magnetische
Spur 26n und drei innere magnetische Spuren 26u, 26v, 26w auf.
Die äußerste magnetische
Spur 26n besitzt 256 magnetische Pole. Diese magnetischen
Pole sind wechselweise dem Umfang entlang mit Süd und Nord magnetisiert. Jede
der magnetischen Spuren 26u, 26v und 26w weist
acht magnetische Pole auf, die wechselweise um den Umfang mit Süd und Nord
magnetisiert sind. Die magnetische Spur 26v ist unter einem Winkel
magnetisiert, der dem Umfang entlang um einen gegebenen Winkel θ1 mit Bezug auf die Spur 26u verschoben
ist. Auf ähnliche
Weise ist die magnetische Spur 26w unter einem Winkel magnetisiert,
der dem Umfang entlang um einen gegebenen Winkel θ1 mit Bezug auf die Spur 26v verschoben
ist. Zum Beispiel ist dieser Winkel θ1 gleich
15°.
-
Ein
Geschwindigkeitsreduziermechanismus 35 (wie am Besten in 1 gezeigt),
weist ein Schneckengetriebe 29 und ein Schneckenrad 30 auf, das
in einem Getriebegehäuse 28 befestigt
ist. Das Schneckengetriebe 29 ist mit dem Ausgabeschaft 16 des
Motors 4 über
eine Kupplung 31 mit einem Schiebekeil verbunden. Eine
Drehkraft des Motors 4 ist in Fahrt durch den Geschwindigkeitsreduziermechanismus 35 verringert
und wird auf das Schneckenrad 30 übertragen. Das Drehmoment wird
so auf den Lenkschaft bzw. die Lenkwelle (nicht gezeigt) übertragen.
-
Der
Kühlkörper 70 ist
mit dem Geschwindigkeitsreduziermechanismus 35 befestigt.
Der Motor 4 und der Kühlkörper 70 sind
derart verbunden, dass die Steuereinrichtung 40 sich zwischen
dem Motor 4 und dem Kühlkörper 70 befindet.
Die Steuereinrichtung 40 weist eine Metallplatte 41,
die als eine Leistungsschaltkreisplatte wirkt, einen Schaltkreisgehäusekörper 50,
der aus einem isolierenden Harz geformt ist, und eine Steuerschaltkreisplatte 60,
die aus einer isolierenden Leiterplatte besteht, auf. Eine Mehrzahl
von leitenden Leitungen oder Leiter sind in dem Schaltkreisgehäusekörper 50 formgegossen. Die
Leistungsschaltkreisplatte 41 und die Steuerschaltkreisplatte 60 sind
innerhalb einer Ebene gestellt, die senkrecht zu der Achse des Ausgabeschaftes 16 des
Motors 14 ist. Die Platten 41 und 60 befinden
sich auf gegenüberliegenden
Seiten entlang der Achse des Ausgabeschaftes 16. Zum Beispiel
besteht die Leistungsschaltkreisplatte 41 aus einer Platte,
die kommerziell erhältlich
als eine HITT-Platte von Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., Japan, ist.
Die HITT-Platte umfasst eine Aluminiumplatte mit einer Dicke von
2 mm und einem Leiterbahnmuster, das über der Aluminiumplatte über eine
Isolierschicht mit einer Dicke von 80 μm gebildet ist. Das Leiterbahnmuster
ist aus Kupfer hergestellt und weist eine Dicke von 100 μm auf. Die
Aluminiumplatte, die an der hinteren Oberfläche dieser Leistungsschaltkreisplatte 41 angeordnet
ist, ist in direktem Kontakt mit dem Kühlkörper 70 befestigt,
um die Wärmedissipation
zu erhöhen.
Wie am Besten in 3 gezeigt, sind die Halbleiterschaltelemente
Q1-Q6, die einen Brückenschaltkreis
bilden, der Kondensator 11 zum Entfernen von Stromschwankungen und
der Shunt-Widerstand 12 und andere Komponenten, die große Ströme aufweisen,
auf das Leiterbahnmuster auf der Leistungsschaltkreisplatte 41 durch
Löten befestigt. Der
große
Kondensator 11 befindet sich an einem Umfangsabschnitt
der Leistungsschaltkreisplatte 41. Das Leiterbahnmuster,
das auf der Leistungsschaltkreisplatte 41 gebildet ist,
weist einen ausreichenden Querschnitt auf, um mit großen Strömen zurecht
zu kommen. Schaltkreiskomponenten entsprechend großen Strömen, die
durch den Motor 4 fließen,
können
auf dem Leiterbahnmuster befestigt werden.
-
Wie
in 3 gezeigt, sind ein Stromversorgungsverbinder 51,
ein Verbinder 52 für
den Drehmomentsensor und ein Fahrzeugsinalverbinder 53 integral
mit einer Seitenoberfläche
des Schaltkreisgehäusekörpers 50 geformt.
Dieser Gehäusekörper 50 ist
auf dem Kühlkörper 70 befestigt,
um die Leistungsschaltkreisplatte 51 zu bedecken. Die Steuerschaltkreisplatte 60 ist
an dem Ende des Schaltkreisgehäusekörpers 50 befestigt,
welches von der Leistungsschaltkreisplatte 41 weg zeigt.
Die Leitungskabel oder Leiterbahnen, die in dem Schaltkreisgehäusekörper 50 formgegossen
sind, sind an notwendigen Stellen auf Oberflächen innerhalb des Schaltkreisgehäusekörpers 50 freigelegt,
um Verbinderanschlüsse
Cm zur Verbindung mit der Leistungsschaltkreisplatte 41 und
der Steuerschaltkreisplatte 60, Stromversorgungsanschlüsse Pm an
der Seite der Leistungsschaltkreisplatte 41 und Motoranschlüsse Mm (nachfolgend
häufig
als der Motoranschluss bezeichnet) für den Motor, wie in 3 gezeigt,
zu bilden. Die Enden der Verbinderanschlüsse Cm, der Stromversorgungsanschlüsse Pm und
der Motoranschlüsse
Mm sind im Wesentlichen entlang einer Linie um die Mitte des Schaltkreisgehäusekörpers 50 angeordnet
und an das Leiterbahnmuster auf der Leistungsschaltkreisplatte 41 gelötet.
-
Die
Enden der Motoranschlüsse
Mm, das von dem Ende weg zeigt, welches mit der Leistungsschaltkreisplatte 41 verbunden
ist, erstrecken sich in ein Verbindungsloch 70a, das in
dem Kühlkörper 70, wie
in 2 gezeigt, gebildet ist, und sind mit den Motorwicklungsanschlüssen 24a-24c,
die aus dem Motor 4 herausgeführt sind, verbunden. Die Enden der
Verbinderanschlüsse
Cm an der Seite der Steuerschaltkreisplatte 60 sind in
Durchgangslöcher,
die in der Steuerschaltkreisplatte 60 gebildet sind, eingeführt und
sind während
der Befestigung der Steuerschaltkreisplatte 60 lötverbunden.
Die Enden der Stromversorgungsanschlüsse Pm an der gegenüberliegenden
Seite der Leistungsschaltkreisplatte 41 erstrecken sich
zu dem Stromversorgungsverbinder 51. An einer Zwischenstelle
verzweigt sich ein Anschluss, der mit der Steuerschaltkreisplatte 60 verbunden
ist, von diesem Ende und ist auf die gleiche Weise wie die Verbinderanschlüsse Cm mit
der Steuerschaltkreisplatte 60 lötverbunden. Der Schaltkreisgehäusekörper 50 ist
fest mit der Leistungsschaltkreisplatte 41 über Schrauben 43 befestigt.
Die Leistungsschaltkreisplatte 41 ist zwischen Schrauben 44 gehalten,
um den Schaltkreisgehäusekörper 50 und die
Leistungsschaltkreisplatte 41 an den Kühlkörper 70 zu halten.
Ein Gummiring 45 wird verwendet, um den Schaltkreisgehäusekörper 50 und
den Kühlkörper 70 abzudichten.
-
Ein
Ende der Leitungen ist mit dem Drehmomentsignalverbinder 52 und
dem Fahrzeugsignalverbinder 53 verbunden. Andere Enden
dieser Leitungen, die Anschlüsse
bilden, sind an die Steuerschaltkreisplatte 60 auf die
gleiche Weise wie die Verbinderanschlüsse Cm gelötet. Verschiedene Komponenten,
die auf der Steuerschaltkreisplatte 60 und auf der Leistungsschaltkreisplatte 41 befestigt
sind, werden so elektrisch mit der Batterie 6, dem Drehmomentsensor 2,
dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3 und anderen Sensoren über die
Verbinder verbunden. Der Stromversorgungsverbinder 51,
der Verbinder 52 für
den Drehmomentsensor und der Fahrzeugsignalverbinder 53 sind
nebeneinander gestellt. Externe Leitungen sind axial von dem Ausgabeschaft 16 des
Motors 4 derart an die entsprechenden Verbinder angebracht
bzw. abgenommen, dass ein Anbringen und Abnehmen außerhalb
des Motors 4 möglich
ist. Der Verbinder 52 für
den Drehmomentsensor befindet sich in der Mitte zwischen dem Verbinder 52 und 51.
-
Wie
in 4 gezeigt, sind die allgemeinen Schaltkreisteile,
welche ein wenig Wärme
erzeugen, auf der Steuerschaltkreisplatte 60 angeordnet.
Die allgemeinen Schaltkreisteile umfassen die CPU 9, das
Stromerfassungsmittel 13, periphere Schaltkreiselemente,
durch die ein kleiner Strom fließt, und den magnetischen Sensor 27 und
sind mit dem Leiterbahnmuster auf der Steuerschaltkreisplatte 60 lötverbunden.
Ein Lenkdrehmomentsignal und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
werden von dem Drehmomentsensor 2 bzw. dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3 an
die CPU 9 über
den Verbinder 52 für den
Drehmomentsensor bzw. über
den Fahrzeugsignalverbinder 53 zugeführt. Wie in 10 gezeigt,
besteht der magnetische Sensor 27 aus Magnetowiderständen, die
sich gegenüberliegend
den magnetischen Spuren 26n, 26u, 26v bzw. 26w befinden.
Der sehr viel größere Magnetowiderstand,
der sich gegenüberliegend
der magnetischen Spur 26n befindet, besteht aus zwei gegenseitig
senkrechten Halbbrücken,
die aus vier Elementen 27a-27d, gezeigt in
-
10(a), bestehen. Jeder dieser übergroßen Magnetowiderstände, die
sich gegenüberliegend den
magnetischen Spuren 26u, 26v bzw. 27w befinden,
ist aus einer vollständigen
Brücke
hergestellt, die aus vier Elementen 27e-27h, gezeigt in 10(b), besteht. In den Figuren zeigen
die Pfeile die Richtungen der internen Magnetisierungen an. Die
Steuerschaltkreisplatte 60 ist mit einem Aussparungsabschnitt 60c an
der Stelle versehen, wo der Kondensator 11 auf der Leistungsschaltkreisplatte 41 auf
die Steuerschaltkreisplatte in axialer Richtung des Ausgabeschaftes 16 überlappt.
-
Der
Kühlkörper 70 weist
einen hervorstehenden Anpassabschnitt 70b auf, der in ein
Anpassloch 28a in einem Getriebegehäuse 28 eingepasst
ist. Ein Gummiring 46 ist zwischen dem Schaltkreisgehäusekörper 50 und
dem Gehäuse 21 eingeführt.
-
Das
Gehäuse 21 ist
mit dem Kühlkörper 70 durch
die Stützglieder 21a befestigt,
so dass der Schaltkreisgehäusekörper 50 zwischen
dem Gehäuse 21 und
dem Kühlkörper 70 umgeben
ist. Folglich kann ein Eindringen von Wasser vermieden werden. Wie
in 5 gezeigt, sind eine Anpassoberfläche 21b,
die an der Endoberfläche
eines jeden Stützgliedes 21a gebildet
ist, und eine Anpassoberfläche 70c, die
auf dem Kühlkörper 70 gebildet
ist, zusammen angepasst, um dadurch einen Positioniermechanismus
zu bilden, der sicherstellt, dass der hervorstehende Anpassabschnitt 70b des
Kühlkörpers 70 koaxial
mit dem Ausgabeschaft 16 des Motors 4 ausgerichtet
ist. Das Verbindungsloch 70a, in dem die Motorwicklungsanschlüsse 24a-24c mit
den Motoranschlüssen
Mm verbunden sind, befindet sich an der Innenseite des hervorstehenden
Anpassabschnittes 70b. Schrauben 71 befestigen
die Stützglieder 21a des
Gehäuses 21 mit
dem Kühlkörper 70.
Eine Abdeckung 72 schützt
die Verbindungen eines jeden der Motorwicklungsanschlüsse 24-24c und
die Motoranschlüsse
Mm.
-
Wie
in 5 gezeigt, sind die Leistungsschaltkreisplatte 41,
der Schaltkreisgehäusekörper 50 und
der Kühlkörper 70 mit
Positionierlöchern 41a, 50a bzw. 70d versehen,
um diese Komponenten in Position zu bringen. Wie in 1 gezeigt,
sind der Kühlkörper 70,
die Leistungsschaltkreisplatte 41 und die Steuerschaltkreisplatte 60 mit
Ausgabeschaftlöchern 70e, 41b bzw. 60b versehen,
um einen Durchgang des Ausgabeschaftes 60 des Motors 4 zu
ermöglichen.
Das Ausgabeschaftloch 70e in dem Kühlkörper 70 und das Ausgabeschaftloch 41b in
der Steuerschaltkreisplatte 41 sind bezüglich des Durchmessers größer als
der Ausgabeschaft 60b in der Steuerschaltkreisplatte 60.
-
Die
elektrische Servolenkvorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform,
die derart konfiguriert ist wie bisher beschrieben, wird durch das
folgende Verfahren zusammengebaut. Der Motor 4 und die
Steuereinrichtung 40 werden in getrennten Zusammenbauvorgängen zusammengebaut.
Der Motor 4 wird auf die im Folgenden beschriebene Weise
zusammengebaut. Der Permanentmagnet 15 wird haftend mit
dem Ausgabeschaft 16 verbunden und anschließend in
acht Pole magnetisiert. Die Lager 23 sind über eine
Presspassung befestigt, wodurch der Rotor 17 vollständig ist.
Bezüglich
des Stators 20 werden die Ankerwicklungen 7 der
Phasen U, V und W auf die 12 magnetischen Pole 19 über einen
Isolator gewickelt mit einem Abstand eines elektrischen Winkels
von 120°,
um die 12 Wicklungen U1-U4, V1-V4 und W1-W4 zu bilden.
Die Anfangsenden der Wicklungen U1-U4 sind mit ihren entsprechenden Anschlussenden
verbunden, um eine U-Phaseankerwicklung 7u zu
bilden. Auf ähnliche
Weise werden die Motorwicklungen 7v und 7w der
Phasen V bzw. W gebildet. Die Anschlussenden all dieser Phasen sind
verbunden, um einen neutralen Punkt zu bilden. Die Anfangsenden
der Phasen sind mit den Motorwicklungsanschlüssen 24a-24c verbunden.
Der Stator 20 ist über
eine Presspassung in das Joch 18 befestigt.
-
Anschließend werden
die Lager 22 mit dem Gehäuse 21 befestigt.
Nachfolgend wird der Ausgabeschaft 16 des Rotors 17 mit
einer Pressfassung in das Lager 22 befestigt. Der Ring 25,
der integral mit dem scheibenförmigen
Magneten 26 hergestellt ist, wird über eine Pressfassung von der
gegenüberliegenden
Seite des Rotors 17 befestigt. Zu diesem Zeitpunkt ist
die Winkelbeziehung zwischen dem Permanentmagneten 15 und
des scheibenförmigen Magneten 26 unter
Verwendung einer Haltevorrichtung bestimmt. Anschließend wird
der Gummiring 33 in das Gehäuse 21 eingeführt. Das
Joch 18, das den Stator über eine Presspassung befestigt
aufweist, wird eingeführt
und mittels Schrauben 22 befestigt. Ein magnetischer Testsensor
wird an die gleiche Stelle wie der magnetische Sensor 27 auf
der Steuerschaltkreisplatte 60 gestellt. Die Charakteristiken
des Motors 4, der auf diese Weise zusammengebaut ist, werden
hinsichtlich seiner Leistung untersucht.
-
Der
Zusammenbau der Steuereinrichtung 40 wird begonnen durch
Stellen der CPU 9, peripherer Schaltkreiselemente etc.
auf die Steuerschaltkreisplatte 60, deren Elektroden bereits
eine Lötpaste
aufweisen. Die Steuerschaltkreisplatte 60 wird von unterhalb
durch einen Schmelzofen erwärmt,
oder es wird die gesamte Umgebung erwärmt, um die Komponenten zu
verlöten.
Auf ähnliche
Weise werden die Halbleiterschaltelemente Q1-Q6, der Schaltwiderstand 12,
der Kondensator 11 und andere Teile auf die Leistungsschaltkreisplatte 41 gestellt,
deren Elektroden bereits eine Lötpaste
bzw. Lötrahm
aufweisen. Positionierstifte einer Zusammenbauvorrichtung werden
in die Positionierlöcher 41a und 50a eingeführt, und
die Platten werden in Position gestellt. In diesem Zustand wird
der Schaltkreisgehäusekörper 50 derart
gestellt, um die Leistungsschaltkreisplatte 41 zu bedecken.
Der Gehäusekörper 50 ist
mittels Schrauben 43 fixiert. Die Komponenten werden durch
den Schmelzofen lötbefestigt.
Anschließend wird
der Gummiring 45 in eine Nut in dem Kühlkörper 70 eingebracht.
Die Positionierlöcher 41a, 50a und 70d werden
in Position gestellt durch die Positionsstifte der Zusammenbauvorrichtung.
In diesem Zustand ist die Leistungsschaltkreisplatte 41,
auf die der Schaltkreisgehäusekörper 50 befestigt
worden ist, fest mit dem Kühlkörper 70 mittels
Schrauben 44 befestigt.
-
Anschließend wird
die Steuerschaltkreisplatte 60 mit dem Schaltkreisgehäusekörper 50 befestigt. Die
Kontur des hervorstehenden Anpassabschnittes 70b des Kühlkörpers 70 ist
koaxial mit dem Ausgabeschaftloch 60b in der Steuerschaltkreisplatte 60 mit einer
Zusammenbauvorrichtung hergestellt. Die Verbinderanschlüsse Cm des
Schaltkreisgehäuses 50, die
Stromversorgungsanschlüsse
Pm, die Verbinderanschlüsse,
die mit dem Drehmomentsensorverbinder 52 verbunden sind,
und die Verbinderanschlüsse, die
mit dem Fahrzeugsignalverbinder 53 verbunden sind, werden
in die Durchgangslöcher
in der Steuerschaltkreisplatte 60 eingeführt. Die
Anschlüsse
werden mittels eines Roboters lötverbunden
oder durch teilweises Überflusslöten. Zu
diesem Zeitpunkt interferiert die Positioniervorrichtung nicht mit
dem Ausgabeschaft 40e oder 41b, das das Ausgabeschaftloch 70e in
dem Kühlkörper 70 und
das Ausgabeschaftloch 41b in der Leistungsschaltkreisplatte 41 bezüglich ihres
Durchmessers größer sind
als das Ausgabeschaftloch 60b in der Steuerschaltkreisplatte 60.
Ein Merkmalstest bzw. ein Test zum Messen der Charakteristik wird
an der Steuereinrichtung 40, die auf diese Weise zusammengebaut
ist, durchgeführt,
um seine Leistung zu überprüfen.
-
Der
Schaltkreisgehäusekörper 50 wird
an der Innenseite der Stützglieder 21a,
die an dem Gehäuse 21 befestigt
sind, eingeführt.
Der Motor 4 und die Steuereinrichtung 40, die
getrennt auf diese Weise zusammengebaut sind, werden in Position
mit den Anpassoberflächen 21b und 70c,
die auf den Stützgliedern 21a bzw.
dem Kühlkörper 70 gebildet
sind, gestellt. Anschließend
werden sie mittels Schrauben 71 auf sichere Weise fixiert.
Danach werden die Motorwicklungsanschlüsse 24a-24c,
die durch das Verbindungsloch 70a in dem Kühlkörper 70 herausgebracht
werden, mit dem Motoranschluss Mm verschweißt. Die resultierenden Verbindungen
befinden sich an der Innenseite des hervorstehenden Anpassabschnittes 70b des
Kühlkörpers 70,
und diese Verbindungen werden geschützt, indem die Abdeckung 72 in
die Innenseite des hervorstehenden Anpassabschnittes 70b eingeführt wird.
-
Wie
soweit beschrieben ist, werden in der elektrischen Servolenkvorrichtung
entsprechend der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung lediglich Komponenten, durch die kleine
Ströme
fließen,
wie z.B. die CPU 9 und ihre peripheren Vorrichtungen, auf
die Steuerschaltkreisplatte 60 befestigt. Deshalb ist es
nicht notwendig, die Breite oder Dicke des Leiterbahnmusters auf
der Steuerschaltkreisplatte 60 zu erhöhen. Dies ermöglicht eine
Packung höherer
Dichte der Komponenten und eine Miniaturisierung der Platten oder
der Substrate. Desweiteren werden die Halbleiterschaltelemente Q1-Q6,
der Shunt-Widerstand 12, der Kondensator 11 und
andere Komponenten, durch welche große Ströme fließen, auf die Leistungsschaltkreisplatte 41 gepackt, welche
wiederum in direktem Kontakt mit dem Kühlkörper 70 ist. Da der
Kühlkörper 70 auf
das Getriebegehäuse 28 des
Geschwindigkeitsreduziermechanismus 35 befestigt ist, wird
Wärme,
die durch die Komponenten, durch welche große Ströme fließen, und durch das Leiterbahnmuster
erzeugt wird, auf den Kühlkörper 70 und
auf das Getriebegehäuse 28 über die
Leistungsschaltkreisplatte 41 übertragen. Die Wärme wird
zur umgebenden Luft von dem Kühlkörper 70 und
von dem Getriebegehäuse 28 dissipiert. Deshalb
kann eine Temperaturerhöhung
unterdrückt werden,
falls die Leistungsschaltkreisplatte 41 bezüglich ihrer
Größe reduziert
ist. Desweiteren wird weder die Wärmebeständigkeit des Leiterbahnmusters,
noch die Haltbarkeit beeinträchtigt.
-
Überdies
wird der Motor 4 mit dem Kühlkörper 70 über die
Stützglieder 21 befestigt,
und der Kühlkörper 70 wird
mit dem Getriebegehäuse 28 befestigt.
Deshalb kann Wärme,
die durch die Ankerwicklungen 7 erzeugt wird, zur umgebenden
Luft über
das Joch 18 dissipiert werden. Zusätzlich wird die Wärme wirksam
auf den Kühlkörper 70 und
das Getriebegehäuse 28 über die
Stützglieder 21a übertragen.
Folglich, falls der Motor 4 und die Steuereinrichtung 40 integriert
sind, ist der Wärmeübergang auf
die Steuereinrichtung 40 unterdrückt. Eine Temperaturerhöhung in
der gesamten elektrischen Servolenkvorrichtung kann unterdrückt sein.
Ebenfalls kann die Ausgabeleistung des Motors 4 ohne Verschlechterung
der Wärmebeständigkeit
oder der Haltbarkeit der Steuereinrichtung 40 erhöht sein.
-
Zusätzlich ist
die Verbindungslänge
verkürzt, da
die Leistungsschaltkreisplatte 41 mit den Ankerwicklungen 7 durch
die Motorenanschlüsse
Mm und die Motorenwicklungsanschlüsse 24a-24c verbunden
ist. Deshalb kann ein Leistungsverlust reduziert sein. Zusätzlich können Strahlungsgeräusche unterdrückt sein.
Ferner werden der Motor 4 und die Steuereinrichtung 40 getrennt
zusammengebaut und bezüglich
ihrer Leistung getestet. Folglich kann die Produktivität und Zuverlässigkeit
erhöht
sein. Überdies kann
die Servolenkvorrichtung zusammengebaut sein unter Verwendung einer
Vorrichtung, die bisher für
das herkömmliche
System verwendet worden ist, indem der Motor 4 und die
Steuereinrichtung 40 voneinander getrennt sind. Die Produktion
kann ohne Hinzufügen
neuer Vorrichtungen bzw. neuer Ausrüstung verwirklicht werden.
-
Überdies,
da die Anpassoberfläche 21b,
die an der Endoberfläche
eines jeden Stützgliedes 21a gebildet
ist, und die Anpassoberfläche 70c,
die auf dem Kühlkörper 70 gebildet
ist, zusammen angepasst werden, wird es gewährleistet, dass der hervorstehende
Anpassabschnitt 70b des Kühlkörpers 70 koaxial mit
dem Ausgabeschaft 16 des Motors 4 angeordnet ist.
Zusätzlich
wird es gewährleistet,
dass ein Schneckengetriebe 29 des Geschwindigkeitsreduziermechanismus 35 sich
koaxial mit dem Ausgabeschaft des Motors befindet. Daher wird eine
Drehung des Motors reibungslos auf das Schneckengetriebe 29 übertragen.
Als solches können
Geräusche und
Vibrationen reduziert sein.
-
Zusätzlich sind
der Stromversorgungsverbinder 51, der Verbinder 52 für den Drehmomentsensor und
der Fahrzeugsignalverbinder 53 in Reihe gestellt und können axial
des Ausgabeschaftes 16 des Motors 4 auf der gegenüberliegenden
Seite des Geschwindigkeitsreduziermechanismus 35 eingeführt und
entnommen werden. Der Verbinder 52 für den Drehmomentsensor befindet
sich in der Mitte. Deshalb, wo ein Lenkmodul, das vorher mit dieser elektrischen
Servolenkvorrichtung angebracht war und eine Zahnstange umfasst,
in einem Fahrzeug installiert wurde, kann die Einführbarkeit
der Verbinder für
die Drähte
an der Seite des Fahrzeuges verbessert sein. Zusätzlich können die Drähte an der Fahrzeugseite derart
gestellt sein, dass sie in Richtung der Rückseite des Motors 4 zeigen.
Der von den Drähten
belegte Raum an der Fahrzeugseite kann verringert sein. Eine Verbindung
mit dem Verbinder 52 für
den Drehmomentsensor wird hergestellt, nachdem das Lenkmodul vollständig ist.
-
Die
Motorwicklungsanschlüsse 24a-24c,
die in die Verbindungslöcher 70a in
dem Kühlkörper 70 hervorstehen,
werden mit dem Motoranschluss Mm verschweißt und so elektrisch verbunden.
Da diese elektrischen Verbindungen sich an der Innenseite des hervorstehenden
Anpassabschnittes 70b des Kühlkörpers 70 befinden,
kann die Vorrichtung vor Eindringen von fremden Materialien und
elektrischen Kurzschlüssen
geschützt
werden, indem die Abdeckung 72 an der Innenseite des hervorstehenden
Anpassabschnittes 70b befestigt wird. Da das Ausgabeschaftloch 70e in
dem Kühlkörper 70 und
das Ausgabeschaftloch 41b in der Leistungsschaltkreisplatte 41 größer als
das Ausgabeschaftloch 60b in der Steuerplatte 60 ist, interferiert
eine Positioniervorrichtung nicht mit dem Ausgabeschaftloch 70e oder 41b.
Folglich kann eine Deformation des Kühlkörpers 70 und der Leistungsschaltkreisplatte 41 sowie
Lötbrüche verhindert
werden. Der Kondensator 11 ist an einem Umfangsabschnitt
der Leistungsschaltkreisplatte 41 positioniert. Die Steuerschaltkreisplatte 60 ist
mit dem Aussparabschnitt 60c an der Stelle versehen, wo
der Kondensator 11 mit der Platte in axialer Richtung des
Ausgabeschaftes 16 überlappt.
Die Platte 60 kann mit einem verringerten axialen Abstand
zu der Leistungsschaltkreisplatte 41 befestigt sein. Folglich
kann eine Miniaturisierung erreicht werden.
-
Desweiteren
ist der magnetische Sensor 27 auf der Steuerschaltkreisplatte 60 angeordnet,
und so kann auf Drahtleitungen und Verbinder, die normalerweise
verwendet würden,
um den magnetischen Sensor 27 und die Steuerschaltkreisplatte 60 zu
verbinden, verzichtet werden. Daher kann eine Funktionsstörung aufgrund
externen Rauschens, das während
des Verdrahtungsvorganges empfangen wird, unterdrückt sein.
In der obigen Ausführungsform weist
der Permanentmagnet 15 acht Pole auf, und der Stator 20 weist 12 magnetische
Pole auf. Die Erfindung ist nicht auf diese Kombination der Anzahl der
Pole beschränkt.
Andere Kombinationen einer Anzahl von Polen sind ebenfalls möglich. Um
das Servolenksystem in den Motorraum zu befestigen, werden Gummiringe 42, 75 und 76 zur
Sicherstellung der Wasserdichte eingeführt. Es kann ebenfalls in dem
Insassenraum installiert werden. In diesem Fall können die
Gummiringe 42, 75 und 76 weggelassen werden.
-
In
der obigen Ausführungsform
ist die Leistungsschaltkreisplatte aus einer Aluminiumplatte 41 hergestellt.
Sie kann ebenfalls aus einer anderen Metallplatte mit hoher thermischer
Leitfähigkeit,
wie z.B.
-
Kupfer,
hergestellt sein. Desweiteren kann eine Keramikplatte eingesetzt
sein. Der Drehmomentsensorverbinder 52 wird axial von dem
Motor 4 an der Seite des Motors 4 eingeführt und
entnommen. Der Drehmomentsensor kann radial von dem Motor 4 hin
und weg von dem Geschwindigkeitsreduziermechanismus 35 oder
in einer dazwischenliegenden Zwischenrichtung eingeführt und
entnommen werden. Der magnetische Sensor 27 ist aus einem übergroßen Magnetowiderstand
hergestellt. Der magnetische Sensor ist nicht auf solch übergroße Magnetowiderstände beschränkt. Andere
magnetische Sensoren, wie z.B. magnetische Widerstände, Hall-Vorrichtungen
oder Hall-ICs können
ebenfalls verwendet werden. Desweiteren kann in der obigen Ausführungsform
eine Kombination der magnetisierten Scheibenoberfläche des
scheibenförmigen
Magneten 26 und des oberflächenbefestigten, übergroßen Magnetowiderstandes
verwendet werden. Eine Kombination der magnetisierten äußeren Oberfläche des
scheibenförmigen
Magneten 26 und des übergroßen Magnetowiderstandes
der Leseart kann ebenfalls eingesetzt werden.
-
Zweite Ausführungsform
-
11(a) und 11(b) zeigen
den Stromerfassungsabschnitt einer elektrischen Servolenkvorrichtung
entsprechend einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung. 11(a) ist eine Oberansicht
der Servolenkvorrichtung. 11(b) ist
eine Querschnittsansicht der Servolenkvorrichtung. In diesen Figuren ist
ein Motorwicklungsanschluss 80 mit der Ankerwicklung 7 verbunden
und erstreckt sich zu einem Kühlkörper (nicht
gezeigt). Dieser Motorwicklungsanschluss 80 ist in der
Nähe der
Steuerschaltkreisplatte gewickelt bzw. gekurbelt und weist einen
U-förmigen Abschnitt 80a parallel
zu der Steuerschaltkreisplatte 60 auf. Ein magnetischer
Kollektor 81, der aus einer Permalloy, welches ein ferromagnetisches
Material ist, hergestellt ist, ist an diesen U-förmigen Abschnitt 80a über einen
Isolator 82 befestigt. Eine Hall-Vorrichtung 83 ist
auf der Steuerschaltkreisplatte 60 lötverbunden, so dass der magnetische
Erfassungsabschnitt der Vorrichtung in die Mitte des Raumes innerhalb
des U-förmigen
Abschnittes sich befindet.
-
Wenn
ein elektrischer Strom durch den Motorwicklungsanschluss 80 fließt, entsteht
ein magnetisches Feld um diesen. Der U-förmige
Abschnitt 80a dient als eine Spule mit einer halben Wicklung.
Die magnetische Flussdichte in der Mitte des U-förmigen Abschnittes 80a nimmt
zu. Der magnetische Kollektor 81 erfasst den austretenden,
magnetischen Fluss, was wiederum den magnetischen Fluss durch die Hall-Vorrichtung
erhöht.
Da die magnetische Flussdichte durch die Hall-Vorrichtung proportional
zu dem Strom ist, erzeugt die Hall-Vorrichtung 83 eine
elektromotorische Kraft proportional zu dem Strom durch den Motor 4.
-
Auf
diese Weise, in der elektrischen Servolenkvorrichtung entsprechend
der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wird eine elektromotorische Kraft proportional
zu dem Strom, der durch den Motorwicklungsanschluss 80 fließt, in der
Hall-Vorrichtung 83 erzeugt. Diese elektromotorische Kraft
wird durch einen Verstärker,
der an der Steuerplatte 60 bereitgestellt ist, verstärkt. Folglich kann
der Strom, der durch die Ankerwicklung 7 des Motors 4 fließt, auf
kontaktlose Weise erfasst werden. Das Hilfsdrehmoment kann durch
Bereitstellung einer Rückkopplung
dieses Stromes gesteuert werden. Desweiteren kann er an seiner Zwischenposition
gekrümmt
sein, und so können
die Kosten herabgesetzt sein. Der Stromerfassungsabschnitt, der
aus der Hall-Vorrichtung 83 besteht, ist auf der Steuerschaltkreisplatte 60 gestellt.
Der von der Verdrahtung eingenommene Raum kann, verglichen mit dem
Fall, indem der Stromerfassungsabschnitt in anderen Abschnitten
gestellt ist, reduziert sein. In dieser Ausführungsform ist der magnetische
Kollektor 81 aus einer Permalloy hergestellt. Er kann ebenfalls
aus einem ferromagnetischen Material hergestellt sein, wie z.B. flachgerolltem,
magnetischem Stahlblech oder Ferritkern.
-
Dritte Ausführungsform
-
Die 12 und 13 sind
Querschnitte des Stromerfassungsabschnittes einer elektrischen Servolenkvorrichtung
entsprechend einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In 12 ist
ein Wicklungsanschluss 90 um eine Ankerwicklung 7 gewickelt
und zu der Steuerschaltkreisplatte 60 hin gebogen, um einen
U-förmigen
Abschnitt 90a zu bilden. Ein C-förmiger, magnetischer Kollektor 91 aus
Ferritkern ist integral aus einem isolierenden Harz 92 geformt,
so dass der U-förmige
Abschnitt 90a sich zwischen zwei gegenüberliegenden Abschnitten dieses
Kollektors 91 befindet. Eine Hall-Vorrichtung 93 ist auf die
Steuerschaltkreisplatte 60 befestigt, so dass ihr magnetischer
Erfassungsabschnitt sich innerhalb der Öffnung 91a, die zwischen den
beiden Öffnungsenden
des magnetischen Kollektors 91 gebildet ist, befindet.
Es folgt, dass der U-förmige
Abschnitt 90 eine halbe Umdrehung um den magnetischen Kollektor 91 macht.
Ein elektrischer Strom fließt
durch den Wicklungsanschluss 90 und bewirkt, dass der magnetische
Kollektor 91 ein magnetisches Feld erzeugt. Eine elektromotorische Kraft
proportional zu dem magnetischen Feld, das durch den magnetischen
Kollektor 91 erzeugt wurde, ist in der Hall-Vorrichtung 93 induziert,
die sich in der Öffnung 91a des
Ferritkerns 91 befindet.
-
Wie
soweit beschrieben worden ist, in der elektrischen Servolenkvorrichtung
entsprechend der dritten Ausführungsform der
Erfindung, ist eine elektromotorische Kraft proportional zu dem
Strom, der durch den Wicklungsanschluss 90 fließt, in der Hall-Vorrichtung 93 erzeugt,
und der Strom, der durch die Ankerwicklung 7 des Motors 4 fließt, kann auf
kontaktlose Weise erfasst werden durch Verstärkung der elektromotorischen
Kraft durch den Verstärker,
der auf der Steuerschaltkreisplatte 60 installiert ist.
Das Hilfsdrehmoment kann durch Bereitstellung einer Rückkopplung
dieses Stromes gesteuert werden. Desweiteren befindet sich der Stromerfassungsabschnitt,
der aus der Hall-Vorrichtung 93 hergestellt ist, auf der
Steuerschaltkreisplatte 60, was wiederum den von der Verdrahtung
belegten Raum, verglichen mit dem Fall, in dem der Stromerfassungsabschnitt
in anderen Abschnitten positioniert ist, reduziert. Obgleich der
magnetische Kollektor 91 aus einem Ferritkern hergestellt
ist, kann er ebenfalls aus einem ferromagnetischen Material, wie
z.B. einer Permalloy oder flachgerolltem, magnetischem Stahlblech,
hergestellt sein. Zusätzlich
ist der Wicklungsanschluss 90 nicht auf die oben beschriebene
Form beschränkt. Wie
in 13 gezeigt, kann der U-förmige Abschnitt 90a des
Wicklungsanschlusses 90 aus einem Flachblech gestanzt sein.