DE102015215855B4

DE102015215855B4 - Leistungsumsetzungsvorrichtung und elektrische Servolenkungseinrichtung

Info

Publication number: DE102015215855B4
Application number: DE102015215855.1A
Authority: DE
Inventors: Takuro Kanazawa; Haruaki Motoda
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2014-09-09
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2022-07-28
Anticipated expiration: 2035-08-21
Also published as: US9590553B2; CN105406652B; JP2016059149A; DE102015215855A1; KR101727392B1; JP6294195B2; US20160072423A1; CN105406652A; KR20160030358A

Abstract

Leistungsumsetzungsvorrichtung (300), die umfasst:
einen Motor (200), der ein zylindrisches Motorgehäuse (201), einen mehrphasigen Stator (202), der
in dem Motorgehäuse angeordnet ist, und einen Rotor (204), der innerhalb des Stators angeordnet ist, umfasst;
einen Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320), der die Zufuhr von elektrischer Leistung zu dem Motor (200) schaltet; und
eine Abdeckung (207), die aus Metall hergestellt ist und auf der der Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320) montiert ist;
wobei der Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320) einen ersten Leistungsumsetzungsabschnitt (310) und einen zweiten Leistungsumsetzungsabschnitt (320) umfasst;
wobei die Abdeckung (207) einen Vorsprung (331) umfasst, der aus einer Oberfläche, die im Wesentlichen parallel zu der radialen Richtung des Motors (200) ist, in Richtung des Motors (200) ragt; und
wobei der Vorsprung (331) derart ausgebildet ist, dass er den ersten und den zweiten Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320) voneinander trennt; dadurch gekennzeichnet,
dass der Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320) einen ersten Bereich (311, 321) und einen zweiten Bereich (312, 322) umfasst; wobei der erste Bereich (311, 321) des Leistungsumsetzungsabschnitts (310) auf einer Oberfläche der Abdeckung (207) angeordnet ist, die im Wesentlichen parallel zu der radialen Richtung des Motors (200) ist; und wobei der zweite Bereich (312, 322) des Leistungsumsetzungsabschnitts (320) auf einer Oberfläche des Vorsprungs (331) angeordnet ist, die im Wesentlichen parallel zu der axialen Richtung des Motors (200) ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsumsetzungsvorrichtung, die elektrische Leistung von Gleichstromleistung in Wechselstromleistung oder von Wechselstromleistung in Gleichstromleistung umsetzt. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Implementieren einer redundanten Leistungsumsetzungsvorrichtung zum Einsatz in einem mechatronisch integrierten System.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Konventionell ist eine mechatronisch integrierte Leistungsumsetzungsvorrichtung bekannt, bei der Gehäuse für einen Motor und eine Leistungsumsetzungsvorrichtung direkt miteinander verbunden sind oder der Motor und die Leistungsumsetzungsvorrichtung in demselben Gehäuse angeordnet sind. Aufgrund von Montageplatzbeschränkungen besteht eine starke Nachfrage danach, dass eine derartige Leistungsumsetzungsvorrichtung in Größe und Gewicht reduziert wird. Gemäß einer Erfindung, die beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung JP 2011- 250 489 A (Patentdokument 1) beschrieben ist, sind eine Wärmesenke, ein Leistungsmodul, ein Steuerungsverdrahtungsabschnitt, ein Leistungsverdrahtungsabschnitt, ein Steuerverbindungselement und ein Leistungsverbindungselement in der axialen Richtung eines Motors angeordnet, um die axiale physische Größe einer Antriebseinheit zu reduzieren. Die gattungsgemäße JP 2013 - 243 856 A (Patentdokument 2) zeigt ein Steuergerät, das die Verformung einer Leiterplatte verhindern soll. Weiterhin schlägt das Patentdokument 2 eine Steuerung einer Motoreinheit vor. Im Detail enthält die Steuerung des Patentdokuments 2 einen Leiterplattenkörper mit einem Sammelschienenverbinder, einem Drehmelderverbinder, einer Hauptoberfläche und einem Gehäuse. Weiter beschreibt das Patentdokument 2 eine erste Leiterplatte, eine zweite Leiterplatte, einen Sammelschienenanschlussträgerabschnitt und einen Drehmelderanschlussträgerabschnitt.
Die US 2013 / 0 009 611 A1 (Patentdokument 3) zeigt eine Antriebsvorrichtung. Weiterhin kann die Antriebsvorrichtung des Patentdokuments 3 an Fahrzeuge montiert werden. Im Detail beschreibt das Patentdokument 3 eine Schaltungseinheit zum Steuern eines Betriebs eines Elektromotors, die an einem axialen Ende eines Motorgehäuses befestigt ist.
Die US 2008 / 0 048 535 A1 (Patentdokument 4) zeigt einen Controller für einen bürstenlosen Gleichstrommotor. Weiterhin zeigt das Patentdokument 4 eine Steuerplatine, ein Gehäuse aus Metallmaterialien mit guter Wärmeleitfähigkeit und mehrere Kühlkörper.
Die JP 2011 - 67 064 A (Patentdokument 5) zeigt einen elektrischen Kompressor mit integriertem Inverter. Weiterhin zeigt das Patentdokument 5 ein Halbleiterschaltelementmodul, von dem eine Vielzahl von Anschlüssen abgezogen werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Derweil muss eine redundante Leistungsumsetzungsvorrichtung, die kontinuierlich elektrische Leistung von der Leistungsumsetzungsvorrichtung an einen Motor liefert, um den Motor selbst dann ununterbrochen anzutreiben, wenn ein primärer Ausfall in einem Teil der Leistungsumsetzungsvorrichtung auftritt, so konfiguriert sein, dass sie verhindert, dass ein sekundärer Ausfall durch den primären Ausfall verursacht wird. Wenn ferner ein zusätzliches Element angeordnet ist, um zu verhindern, dass eine Schaltung von dem Zusammenbruch eines Teils der Leistungsumsetzungsvorrichtung, beispielsweise dem Zusammenbruch einer Halbleitervorrichtung in einer Hauptschaltung, beeinträchtigt wird, ist die Anzahl der Teile erhöht, was es schwierig macht, die Größe der Leistungsumsetzungsvorrichtung zu verringern.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Umstände ersonnen und verbessert die Zuverlässigkeit eines redundanten Systems für eine Leistungsumsetzungsvorrichtung.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Leistungsumsetzungsvorrichtung bereitgestellt, die einen Motor, einen Leistungsumsetzungsabschnitt, eine Steuerschaltungsplatte und eine Abdeckung umfasst. Der Motor umfasst ein zylindrisches Motorgehäuse, einen mehrphasigen Stator, der in dem Motorgehäuse angeordnet ist, und einen Rotor, der innerhalb des Stators angeordnet ist. Der Leistungsumsetzungsabschnitt schaltet die Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Motor. Die Steuerschaltungsplatte steuert den Leistungsumsetzungsabschnitt. Die Abdeckung ist aus Metall hergestellt, auf dem der Leistungsumsetzungsabschnitt und die Steuerschaltungsplatte montiert sind. Der Leistungsumsetzungsabschnitt umfasst einen ersten Leistungsumsetzungsabschnitt und einen zweiten Leistungsumsetzungsabschnitt. Die Abdeckung umfasst einen Vorsprung, der von einer Oberfläche, die im Wesentlichen parallel zu der radialen Richtung des Motors ist, in Richtung des Motors ragt. Der Vorsprung ist derart ausgebildet, dass er den ersten und den zweiten Leistungsumsetzungsabschnitt voneinander trennt.[0005]
Auch wenn ein Ausfall in dem ersten oder dem zweiten Leistungsumsetzungsabschnitt, die auf beiden Seiten des Vorsprungs angeordnet sind, auftritt, verhindert die Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass der Ausfall den jeweils anderen Leistungsumsetzungsabschnitt beeinträchtigt. Dies macht es möglich, die Zuverlässigkeit der Leistungsumsetzungsvorrichtung zu erhöhen.
Figurenliste

1 ist eine Darstellung, die eine Anordnung einer Antriebseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die die Form einer Abdeckung zeigt;
3 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Antriebseinheit gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
4 zeigt ein Beispiel einer Motorverbindungsstelle eines Leistungsumsetzungsabschnitts;
5 zeigt ein Beispiel eines Motorverdrahtungsverbindungsabschnitts;
6 zeigt eine beispielhafte Struktur eines Leistungsumsetzungsabschnitts in der Antriebseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine Darstellung, die eine Anordnung der Antriebseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist eine Darstellung, die eine beispielhafte Anordnung einer isolierten Metallschaltungsplatte gemäß der dritten Ausführungsform zeigt;
9 zeigt eine beispielhafte Anordnung von Verbindungselementen der Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
10 ist eine schematische Darstellung, die eine elektrische Servolenkungseinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden jetzt mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. Identische Elemente in den Zeichnungen sind durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht überflüssig beschrieben.
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf eine Antriebseinheit 100 beschrieben, die eine Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 und einen Motor 200 umfasst. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 wandelt elektrische Energie um. Der Motor wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um.
1 ist eine Darstellung, die eine beispielhafte Anordnung der Antriebseinheit 100 gemäß der ersten Ausführungsform durch Präsentieren einer axialen Querschnittsansicht des Motors 200 zeigt. Die Antriebseinheit 100 umfasst den Motor 200 und die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300. Der Motor 200 umfasst einen Stator 202 und einen Rotor 204. Eine Wicklung ist um den Stator 202 gewickelt. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 umfasst eine Schaltung, die eine gewünschte elektrische Leistung an den Motor 200 liefert.
Der Stator 202 des Motors 200 ist derart strukturiert, dass eine Statorwicklung um eine elektromagnetische Stahlplatte gewickelt ist. Der Stator 202 ist kreisförmig in einem zylindrischen Motormetallgehäuse 201 angeordnet. Der Stator 202 ist beispielsweise durch eine Presspassung oder eine Schrumpfpassung befestigt. Ein Raum zum Befestigen eines Lagers 203 ist auf der einer Öffnung in dem Motormetallgehäuse 201 (das auf der unteren Seite in der Figur vorgesehen ist) gegenüberliegenden Seite vorgesehen. Das Lager 203 ist in den Raum eingepresst.
Eine Metallabdeckung 207 ist über der Öffnung in dem Motormetallgehäuse 201 installiert, um ein weiteres Lager 203 zu befestigen. Das Lager 203 ist in der Metallabdeckung 207 eingepresst. Die Metallabdeckung 207 ist eingeschraubt, eingepresst oder anderweitig an dem Motormetallgehäuse 201 befestigt. Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist das Motormetallgehäuse 201 mit einer Zapfenstruktur zum Verbinden mit der Metallabdeckung 207 versehen.
Die Statorwicklung für den Stator 202 umfasst drei Phasenwicklungen, nämlich eine U-, eine V- und eine W-Phasenwicklung. Eine Anschluss-Sammelschiene 208, die mit isolierendem Harz geformt ist, verbindet die Verdrahtungen für die einzelnen Statorwicklungen elektrisch. Es kann entweder ein Y-Verbindungsverfahren oder ein Delta-Verbindungsverfahren für die Verdrahtungsverbindung der Statorwicklungen verwendet werden. Ferner erstrecken sich insgesamt sechs Metalldrähte, nämlich jeweils zwei Metalldrähte für die U-, V- und W-Phase, axial aus der Anschluss-Sammelschiene 208 und sind durch ein Loch in der Metallabdeckung 207 geführt.
Der Rotor 204 umfasst eine Welle 205 und einen Permanentmagneten. Der Permanentmagnet ist an dem Außenumfang einer Drehwelle befestigt. Der Rotor 204 kann durch das Lager 203 und ein rotierendes Magnetfeld, das erzeugt wird, wenn ein Strom in die Statorwicklung fließt, gedreht werden. Der Permanentmagnet kann beispielsweise aus Neodym oder Ferrit hergestellt sein. Ferner ist ein Positionsdetektionsmagnet 210 an einem Ende der Welle 205, das in Richtung der Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 angeordnet ist, angeschlossen.
Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 umfasst Leistungsumsetzungsabschnitte 310, 320, eine Steuerschaltungsplatte 400 und eine Abdeckung 330.
Die Abdeckung 330 ist aus Aluminium oder einem anderen Metall gebildet. Die Abdeckung 330 weist einen Vorsprung 331 auf, der aus einer Oberfläche, die im Wesentlichen parallel zu der radialen Richtung des Motors 200 ist, in Richtung der axialen Richtung des Motors 200 ragt. Die Abdeckung 330 umfasst eine Kühllamelle. Die Kühllamelle ist gegenüber der Seite, auf der der Vorsprung 331 ausgebildet ist, angeordnet. Ferner ist eine Metallsäule 332 auf der Abdeckung 330 ausgebildet. Die Metallsäule 332 ragt in die gleiche Richtung wie der Vorsprung 331. Die Steuerschaltungsplatte 400 ist an dem vorderen Ende der Metallsäule 332 befestigt, wie später beschrieben ist. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300, die die Leistungsumsetzungsabschnitte 310, 320 und die Steuerschaltungsplatte 400 umfasst, ist an dem Motormetallgehäuse 201 eingeschraubt, eingepresst oder anderweitig befestigt.
Der Vorsprung 331 auf der Abdeckung 330 ist in einer solchen Weise ausgebildet, dass er einen Raum in zwei Teile teilt, wobei der Vorsprung 331 dazwischen angeordnet ist. Der Leistungsumsetzungsabschnitt 310 ist auf einer Seite neben dem Vorsprung 331 angeordnet und der Leistungsumsetzungsabschnitt 320 ist auf der anderen Seite neben dem Vorsprung 331 angeordnet. Die Leistungsumsetzungsabschnitte 310, 320 sind so ausgelegt, dass ein Leiterrahmen und ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) mit Formharz abgedichtet sind. Der MOSFET ist an den Leiterrahmen, der aus einem Metall hergestellt ist, gelötet oder auf andere Weise elektrisch mit diesem verbunden.
Wie oben beschrieben ist der erste Leistungsumsetzungsabschnitt 310 von dem zweiten Leistungsumsetzungsabschnitt 320 durch den Vorsprung 331 getrennt. Dies macht es möglich, beispielsweise zu verhindern, dass Stöße und Staub, die aus dem Zusammenbruch eines Moduls eines Leistungsumsetzungsabschnitts entstehen, den anderen Leistungsumsetzungsabschnitt beeinträchtigen. Eine mögliche Art des Zusammenbruchs kann beispielsweise das Auseinanderbrechen einer Halbleitervorrichtung, die in einem Leistungsumsetzungsabschnitt verwendet wird, oder das Auseinanderbrechen eines Elektrolytkondensators sein.
Die Abdeckung 330, auf der beispielsweise der MOSFET montiert ist, ist aus einem Metallelement gebildet. Daher fungiert die Abdeckung 330 nicht nur als ein elektromagnetisches Abschirmungselement, sondern auch als ein Wärmeabführungselement. Die Abdeckung 330 aus Metall kann einstückig mit dem Vorsprung 331 ausgebildet sein, um die Anzahl der Teile zu reduzieren.
Der Leistungsumsetzungsabschnitt 310 umfasst einen Bereich 311 und einen weiteren Bereich 312. Der Bereich 311 ist mit einer Oberfläche der Abdeckung 330, die auf der Seite angeordnet ist, auf der der Vorsprung 331 ausgebildet ist, in Kontakt. Die Oberfläche der Abdeckung 330, auf der der Bereich 311 angeordnet ist, ist im Wesentlichen parallel zu der radialen Richtung des Motors 200. Der Bereich 312 ist in Kontakt mit einer Oberfläche des Vorsprungs 331, die im Wesentlichen parallel zu der axialen Richtung des Motors 200 ist. Mit anderen Worten ist die Oberfläche der Abdeckung 330, die in Kontakt mit dem Bereich 311 ist, im Wesentlichen orthogonal zu der Oberfläche des Vorsprungs 331, die in Kontakt mit dem Bereich 312 ist. Der Leistungsumsetzungsabschnitt 310 wird wirksam gekühlt, da die beiden Oberflächen der Bereiche 311, 312 gekühlt werden.
Die Bereiche 311, 312 des Leistungsumsetzungsabschnitts 310 sind durch einen Leiterrahmen 313 verbunden. Der Leiterrahmen 313 weist einen Abschnitt auf, der von dem Formharz freigelegt ist, ohne von dem Formharz bedeckt zu sein. Der Leiterrahmen 313 kann um einen Drehpunkt, der von dem freiliegenden Abschnitt gebildet ist, gebogen sein. Wie oben beschrieben können die Bereiche 311, 312 einfach durch Biegen des Leiterrahmens 313 orthogonal zueinander angeordnet sein.
Das Formharz ist derart ausgebildet, dass es eine Oberfläche des Leiterrahmens, die in dem Bereich 311 angeordnet ist, der in Richtung der Abdeckung 330 liegt, und eine Oberfläche des Leiterrahmens, die in dem Bereich 312 angeordnet ist, der in Richtung des Vorsprungs 331 liegt, abdeckt. Das Formharz liefert nicht nur die elektrische Isolierung, sondern überträgt auch Wärme. Wenn beispielsweise das Formharz eine Dicke von 0,3 mm oder weniger und eine Wärmeleitfähigkeit von 3 W/(mK) oder mehr aufweist, ist es möglich, die Wärme, die von dem Leistungsumsetzungsabschnitt 310 erzeugt wird, wirksam an die Abdeckung 330 abzuführen und eine ausreichende Isolierung bereitzustellen.
Der Leistungsumsetzungsabschnitt 310 ist in die Abdeckung 330 eingeschraubt oder anderweitig daran befestigt. Zum Beispiel sind die Bereiche 311, 312 des Leistungsumsetzungsabschnitts 310 beide in die Abdeckung 330 eingeschraubt.
Der Leistungsumsetzungsabschnitt 310 kann durch Einfügen von Schmierfett oder einem anderen ähnlichen Element zwischen dem Formharz und dem Deckel 330 dazu ausgelegt sein, einen guten Kontakt zu gewährleisten. In einem solchen Fall kann das Schmierfett auf die beiden Bereiche 311, 312 aufgetragen sein oder auf einen von beiden aufgetragen sein.
Obwohl nicht in der Figur gezeigt, sind ein Schaltabschnitt 10 und ein Motorhalbleiterrelais 11, die später beschrieben werden, in dem Bereich 311 des Leistungsumsetzungsabschnitts 310 montiert. Ein Elektrolytkondensator 314, eine Drosselspule 13, und ein Nebenschlusswiderstand 14, die später beschrieben werden, sind in dem Bereich 312 des Leistungsumsetzungsabschnitts 310 montiert. Der Elektrolytkondensator 314 und die Drosselspule 13, die ein großes Volumen aufweisen, sind in einem Raum zwischen dem Vorsprung 331 und dem Motormetallgehäuse 201 angeordnet.
Der Nebenschlusswiderstand 14 ist an den MOSFET gelötet oder auf andere Weise mit diesem verbunden. Der Elektrolytkondensator 314 und die Drosselspule 13 sind angeschweißt oder auf andere Weise verbunden. Der Vorsprung 311, der den Anschlüssen des Elektrolytkondensators 314 und der Drosselspule 13 zugewandt ist, kann beispielsweise mit Rillen oder Löchern versehen sein, um einen ausreichenden elektrischen Isolationsabstand bereitzustellen.
Eine Signalverdrahtung 315 ist auf der Seite in Richtung des Bereichs 312 des Leistungsumsetzungsabschnitts 310 vorgesehen. Die Signalverdrahtung 315 ist mit einer Gateverdrahtung des MOSFET und mit einem Spannungsdetektionsanschluss des Nebenschlusswiderstands verbunden. Die Signalverdrahtung 315 kann aus dem gleichen Material wie der Leiterrahmen gebildet sein. Jedoch sind die Signalleitungen 315 schmaler als die Breite einer Strom-Eingangs-/Ausgangsverdrahtung für den Schaltabschnitt 10 ausgebildet.
Auf der Seite des Motors 200 des Bereichs 312 des Leistungsumsetzungsabschnitts 310 und eines Bereichs 322 des Leistungsumsetzungsabschnitts 320 sind mehrere Signalverdrahtungen 315, 325 vorgesehen, die mit der Gateverdrahtung des MOSFET und mit dem Spannungsdetektionsanschluss des Nebenschlusswiderstands verbunden sind. Die Signalverdrahtung 315 und eine Signalverdrahtung 325 sind aus dem gleichen Element wie der Leiterrahmen hergestellt und schmaler als die Breite der Strom-Eingangs-/Ausgangsverdrahtung für den Schaltabschnitt 10 ausgebildet.
Der Leistungsumsetzungsabschnitt 320 weist die gleiche Anordnung wie der oben beschriebene Leistungsumsetzungsabschnitt 310 auf und wird nicht überflüssigerweise beschrieben. Ein Bereich 321 des Leistungsumsetzungsabschnitts 320 entspricht dem Bereich 311 des Leistungsumsetzungsabschnitts 310. Der Bereich 322 entspricht dem Bereich 312. Ein Leiterrahmen 323 entspricht dem Leiterrahmen 313. Ein Elektrolytkondensator 324 entspricht dem Elektrolytkondensator 314. Die Signalverdrahtung 325 entspricht der Signalverdrahtung 315. Das gleiche gilt für die anderen nicht gezeigten Elemente.
Die Steuerschaltungsplatte 400 ist eine Mehrschicht-Schaltungsplatte, die beispielsweise aus einem Glas-Epoxid-Substrat (FR4) und einer Metallverdrahtung ausgebildet ist. Die Steuerschaltungsplatte 400 ist so geformt, dass ihre beiden Enden ausgespart sind, um einer elektrischen Verdrahtung 209, die aus der Seite des Motors vorsteht, fernzubleiben. Die Steuerschaltungsplatte 400 weist ein Loch auf, das positioniert ist, um der Metallsäule 332 der Abdeckung 330 zugewandt zu sein. Die Steuerschaltungsplatte 400 ist an der Metallsäule 332 der Abdeckung 330 eingeschraubt oder anderweitig daran befestigt. Ein Durchgangsloch ist in der Steuerplatte 400 ausgebildet und in der Nähe des Vorsprungs 331 positioniert, um eine elektrische Verbindung mit der Signalverdrahtung 315 des Leistungsumsetzungsabschnitts 310 und mit der Signalverdrahtung 325 des Leistungsumsetzungsabschnitts 320 herzustellen.
Ein Positionssensor 401 zum Detektieren der Position des Motors ist im Wesentlichen in der Mitte der Steuerschaltungsplatte 400 montiert. Der Positionsdetektionsmagnet 210 ist gegenüber dem Positionssensor 401 und in einem vorbestimmten Abstand zu dem Positionssensor 401 angeordnet. Ferner sind Steuerschaltungsteile, die den beiden Leistungsumsetzungsabschnitten gemeinsam sind, gegenüber dem Vorsprung 331 montiert. Die Steuerschaltungsteile umfassen beispielsweise einen später beschriebenen Mikrocomputer 41.
Weiterhin sind eine Ansteuer-IC 402 und eine Ansteuer-IC 403 auf der Steuerschaltungsplatte 400 montiert. Die Ansteuer-IC 402 gibt ein Gatesignal an den Leistungsumsetzungsabschnitt 310 aus. Die Ansteuer-IC 403 gibt ein Gatesignal an den Leistungsumsetzungsabschnitt 320 aus. Aus der axialen Richtung des Motors 200 betrachtet ist die Ansteuer-IC 402 auf einer Seite des Vorsprungs 331 angeordnet und die Ansteuer-IC 403 auf der anderen Seite des Vorsprungs 331 angeordnet sind. Zudem sind ein Reguliererabschnitt 44 und ein Verstärkerabschnitt 45, die nicht gezeigt sind, auf der Steuerschaltungsplatte 400 montiert und in einem Bereich gegenüber dem Leistungsumsetzungsabschnitt 310 angeordnet. Der Reguliererabschnitt 44 liefert eine stabile elektrische Leistung. Der Verstärkerabschnitt 45 detektiert eine Stromstärke.
Derweil sind Schaltungsteile zum Steuern des Leistungsumsetzungsabschnitts 310 auf einem Steuerschaltungsplattenabschnitt montiert, der gegenüber dem Leistungsumsetzungsabschnitt 310 angeordnet ist, wobei der Vorsprung 331 dazwischen positioniert ist. Die Schaltungsteile umfassen beispielsweise die Ansteuer-IC 402, den Reguliererabschnitt 44 und den Verstärkerabschnitt 45. Die Ansteuer-IC 402 gibt ein Gatesignal an den Leistungsumsetzungsabschnitt 310 aus. Der Reguliererabschnitt 44 liefert eine stabile elektrische Leistung. Der Verstärkerabschnitt 45 detektiert eine Stromstärke. Die Anordnung eines Abschnitts gegenüber dem Leistungsumsetzungsabschnitt 320 ist die gleiche wie oben beschrieben und wird nicht überflüssig beschrieben.
Teile, die den beiden Leistungsumsetzungsabschnitten 310, 320 gemeinsam sind, sind in einem Bereich gegenüber dem Vorsprung 331 angeordnet. Teile, die jeweils den Leistungsumsetzungsabschnitten zugehörig sind, sind in einem Bereich gegenüber den jeweiligen Leistungsumsetzungsabschnitten angeordnet, wobei der Vorsprung 331 dazwischen angeordnet ist. Das Anordnen der Leistungsumsetzungsabschnitte wie oben beschrieben macht es möglich, zu vermeiden, dass ein Ausfall in dem Leistungsumsetzungsabschnitt 310 oder dem Leistungsumsetzungsabschnitt 320 den jeweils anderen Leistungsumsetzungsabschnitt beeinträchtigt. Dies trägt zu einer Erhöhung der Zuverlässigkeit der Leistungsumsetzungsvorrichtung bei.
Ferner umfasst das Metallgehäuse 201 für den Motor 200 Gewindeabschnitte zum Verbinden mit der Abdeckung 330 für die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300. Die Gewindeabschnitte sind beispielsweise auf der Außenseite eines Motordurchmessers des Motormetallgehäuses 201, die auf einem Seitenende der Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 angeordnet ist, vorgesehen. Die Figur zeigt, dass das Motormetallgehäuse 201 strukturiert ist, um sowohl die inneren Teile des Motors 200 als auch die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 abzudecken. Alternativ kann die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 jedoch mit einem separaten Teil abgedeckt sein.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die die Form der Abdeckung 330 zeigt. 2 zeigt beispielsweise nicht die Anordnung der Metallsäule 332.
3 zeigt eine Schaltungsanordnung der Antriebseinheit 100. Wie bereits beschrieben umfasst die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 die Leistungsumsetzungsabschnitte 310, 320 und die Steuerschaltungsplatte 400. Eine Eingangsseite der Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 ist mit einer Leistungsversorgung wie beispielsweise einer Batterie verbunden. Eine Ausgangsseite der Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 ist beispielsweise mit einem bürstenlosen Dreiphasenmotor verbunden. Der Leistungsumsetzungsabschnitt 320 hat die gleiche Schaltungsanordnung wie der Leistungsumsetzungsabschnitt 310.
Der Leistungsumsetzungsabschnitt 310 umfasst MOSFET, die Halbleitervorrichtungen sind. Der Schaltabschnitt 10 des Leistungsumsetzungsabschnitts 310 wird von sechs MOSFET gebildet. Jede Phase des Schaltabschnitts 10 umfasst zwei MOSFET, nämlich einen hochseitigen und einen niederseitigen MOSFET. Der Leistungsumsetzungsabschnitt 310 setzt eine Gleichstromeingabe aus einer Leistungsversorgung 30 durch individuelles Variieren der Gatespannung jedes MOSFET des Schaltabschnitts 10 in Dreiphasen-Wechselstromleistung um.
Das Motorhalbleiterrelais 11 ist an einem neutralen Punkt jeder Phase angeordnet, an dem das Source-Potential des hochseitigen MOSFET gleich dem Drain-Potential des niederseitigen MOSFET ist. Das Motorhalbleiterrelais 11 wird ebenfalls von MOSFET gebildet. Die Figur zeigt, dass die Source-Elektrodenseite der MOSFET elektrisch mit der Wicklung der jeweiligen Phase des Motors verbunden ist.
Der Leistungsumsetzungsabschnitt 310 umfasst den Elektrolytkondensator 314 und die Drosselspule 13. Der Elektrolytkondensator 314 und die Drosselspule 13 sind fern von dem Schaltabschnitt 10 und in Richtung der Leistungsversorgung angeordnet. Der Elektrolytkondensator 314 ist zwischen der positiven Elektrodenverdrahtung des Schaltabschnitts 10 und der Masseverdrahtung davon angeordnet. Die Drosselspule 13 ist fern von dem Elektrolytkondensator 314 und in Richtung der Leistungsversorgung angeordnet. Die Drosselspule 13 ist zwischen der positiven Elektrodenverdrahtung des Schaltabschnitts 10 und der Leistungsversorgung angeordnet. Der Elektrolytkondensator 314 wird beispielsweise von einem Polymer-Hybrid-Elektrolytkondensator gebildet. Ferner können der Elektrolytkondensator 314 und die Drosselspule 13 eine Filterschaltung bilden. Die Filterschaltung verhindert, dass Rauschen, das in dem Schaltabschnitt 10 erzeugt wird, nach außen dringt. Die Filterschaltung verhindert auch, dass Fremdrauschen die Leistungsumsetzungsvorrichtung beeinträchtigt.
Der Leistungsumsetzungsabschnitt 310 umfasst den Nebenschlusswiderstand 14, der zwischen der Masseverdrahtung des Elektrolytkondensators 314 und der Masseverdrahtung des Schaltabschnitts 10 angeordnet ist. Der Nebenschlusswiderstand 14 detektiert Stromstärken, die in die U-, V- und W-Phase des Motors 200 fließen, durch Detektieren einer Potentialdifferenz, die entsteht, wenn ein Strom in den Nebenschlusswiderstand 14 fließt.
Der Leistungsumsetzungsabschnitt 310 umfasst zudem ein Leistungsversorgungshalbleiterrelais 12, das fern von der Drosselspule 13 und in Richtung der Leistungsversorgung angeordnet ist. Das Leistungsversorgungshalbleiterrelais 12 besteht aus MOSFET, wie es bei dem Motorhalbleiterrelais 11 der Fall ist. Das Leistungsversorgungshalbleiterrelais 12 fungiert als ein bidirektionales Relais, wenn die Source-Elektroden der beiden MOSFET auf dem gleichen Potential liegen.
Ein Steuerabschnitt 400 umfasst Ansteuer-IC 402, 403, einen Mikrocomputer 41, einen Positionsdetektionsabschnitt 42, einen Reguliererabschnitt 44 und einen Verstärkerabschnitt 45.
Der Reguliererabschnitt 44 hat die Funktion, eine stabile elektrische Leistung beispielsweise an den Mikrocomputer 41 und die Ansteuer-IC 402, 403 zu liefern. Der Reguliererabschnitt 44 besteht aus einer dedizierten IC oder einem diskreten Teil. Der Reguliererabschnitt 44 hat eine Schaltung, die beispielsweise als ein Schaltregler oder ein Linearregler agiert.
Der Positionsdetektionsabschnitt 42 umfasst beispielsweise einen Riesenmagnetowiderstandseffekt-Sensor (GMR-Sensor) und eine Hall-IC. Der Positionsdetektionsabschnitt 42 erkennt die Position des Rotors 204 durch Detektieren des Magnetfelds des Positionsdetektionsmagneten 210, der an einem Ende der Welle 205 montiert ist. Positionsinformationen über den Motorrotor 204, die von dem Positionsdetektionsabschnitt 42 detektiert werden, werden an den Mikrocomputer 41 übermittelt.
Der Verstärkerabschnitt 45 verstärkt eine von dem Nebenschlusswiderstand 14 detektierte Spannung und überträgt Stromstärkewertinformation an den Mikrocomputer 41. Der Verstärkerabschnitt 45 weist eine Schaltung auf, die beispielsweise einen Operationsverstärker und passive Komponenten wie einen Widerstand und einen Kondensator umfasst.
Der Mikrocomputer 41 erhält Positionsinformationen über den Motor 200 von dem Positionsdetektionsabschnitt. Der Mikrocomputer 41 erfasst auch Motorstromstärkeinformationen von dem Verstärkerabschnitt 45. Bei Bedarf erfasst der Mikrocomputer 41 Drehmomentinformationen aus einem getrennt bereitgestellten Drehmomentdetektionsabschnitt 43. Der Mikrocomputer 41 steuert die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 unter Verwendung der obigen Informationen. Genauer gesagt, erzeugt der Mikrocomputer 41 Steuersignale und gibt sie an die Ansteuer-IC 402, 403 in einer solchen Weise aus, dass eine gewünschte Motordrehzahl und Drehmomentausgabe erhalten wird.
Ein Betrieb, der in dem Fall einer Anomalie (eines Ausfalls) durchgeführt wird, wird nun beschrieben. Wenn beispielsweise ein MOSFET des Schaltabschnitts 10 in dem Leistungsumsetzungsabschnitt 310 oder dem Leistungsumsetzungsabschnitt 320 kurzgeschlossen wird, detektiert die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 eine solche Anomalie und schaltet das Leistungsversorgungshalbleiterrelais 12, das Motorhalbleiterrelais 11 oder beide aus. Das Leistungsversorgungshalbleiterrelais 12 verhindert den Fluss eines Kurzschlussstroms von der Leistungsversorgung 30 zu dem Schaltabschnitt 10 oder dem Motor 200. Das Motorhalbleiterrelais 11 verhindert, dass ein normaler Leistungsumsetzungsabschnitt von einer elektromotorischen Gegenkraft beeinflusst wird, die erzeugt wird, wenn sich der Rotor 204 des Motors 200 dreht.
4 zeigt, wie eine Motorausgangsverdrahtung 209 in dem Bereich 311 des Leistungsumsetzungsabschnitts 310 angeschlossen ist. 4 zeigt eine Ansicht aus dem Motor 200. Der Vorsprung 331 befindet sich bei Betrachtung aus dem Motor 200 auf der rechten Seite von 4. Der Leistungsumsetzungsabschnitt 320 weist die gleiche Anordnung wie der Leistungsumsetzungsabschnitt 310 auf. Die folgende Beschreibung wird mit Bezug auf den Leistungsumsetzungsabschnitt 310 vorgenommen.
Der Leistungsumsetzungsabschnitt 310 umfasst einen offenen Abschnitt 318 und einen Anschluss 319. Der offene Abschnitt 318 und der Anschluss 319 sind dazu vorgesehen, eine elektrische Verbindung mit der Motorausgangsverdrahtung 209 herzustellen. Der offene Abschnitt 318 und der Anschluss 319 sind für jede der U-, V- und W-Phase bereitgestellt.
5 ist eine vergrößerte Ansicht des vorderen Endes der Motorausgangsverdrahtung 209. Das vordere Ende der Motorausgangsverdrahtung 209 ist wie eine zweizinkige Gabel 220 geformt. Wenn der Motor 200 mit der Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 verbunden werden soll, wird die zweizinkige Gabel 220 so angeordnet, dass der Anschluss 319 in das Tal der zweizinkigen Gabel 220 gequetscht wird. Wenn der Anschluss 319 in das Tal der zweizinkigen Gabel 220 gequetscht ist, ist die zweizinkige Gabel 220 der Motorverdrahtung 209 mit dem Anschluss 319 des Leistungsumsetzungsabschnitts 310 elektrisch verbunden.
Die in 4 und 5 gezeigte Motorverdrahtungsverbindungsstruktur dient lediglich als Beispiel. Eine alternative Anschlussstruktur kann eingesetzt werden, solange sie in einem guten Kontaktzustand bleibt und unter Druck einen geringen elektrischen Kontaktwiderstand aufweist.
Die Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die wie oben beschrieben ausgelegt ist, bietet die folgenden vorteilhaften Effekte.
(1) Die Leistungsumsetzungsabschnitte 310, 320 sind voneinander getrennt angeordnet, wobei der Vorsprung 331 der Abdeckung 330, der aus Metall ist, dazwischen angeordnet ist. Daher kann vermieden werden, dass ein Leistungsumsetzungsabschnitt durch den Zusammenbruch des anderen Leistungsumsetzungsabschnitts beeinträchtigt wird. Dies macht es möglich, eine sehr zuverlässige Leistungsumsetzungsvorrichtung bereitzustellen.
(2) Die Leistungsumsetzungsabschnitte werden durch zwei Kühlflächen gekühlt, nämlich durch eine Oberfläche, die im Wesentlichen parallel zu der radialen Richtung des Motors 200 ist, und durch eine Oberfläche des Vorsprungs 331, die im Wesentlichen parallel zu der axialen Richtung des Motors 200 ist. Somit kann die durch die Leistungsumsetzungsabschnitte erzeugte Wärme wirksam an die Abdeckung und nach außen abgeführt werden. Dies trägt zu einer Verringerung der Größe der Leistungsumsetzungsabschnitte bei.
(3) Der Leiterrahmen, der zwischen den beiden Kühlflächen für die Leistungsumsetzungsabschnitte angeordnet ist, ist von dem Harz freigelegt und um einen Drehpunkt, der von dem freiliegenden Abschnitt nach dem Formen gebildet wird, gebogen. Somit können die Kühlflächen für die Leistungsumsetzungsabschnitte 90 Grad auseinander liegen. Dies macht es leicht, einen Leistungsumsetzungsabschnitt mit mehreren Kühlflächen herzustellen.
(4) Die Metallabdeckung ist mit dem Vorsprung einstückig. Dies macht es möglich, die Anzahl der Teile zu reduzieren, indem eine Wärmsenke, die früher ein separat aufgenommenes Element war, entfällt.
(5) Der Elektrolytkondensator und die Drosselspule, die relativ große Teile sind, sind in einem Raum zwischen der Steuerschaltungsplatte und der Abdeckung angeordnet. Dies macht es möglich, die Größe der Leistungsumsetzungsvorrichtung weiter zu verringern.
(6) Steuerteile, die den beiden Leistungsumsetzungsabschnitten gemeinsam sind, sind gegenüber dem Vorsprung angeordnet. Somit wird verhindert, dass die gemeinsamen Steuerteile einen sekundären Ausfall aufgrund des Einflusses eines primären Ausfalls erleiden. Dies macht es möglich, eine Leistungsumsetzungsvorrichtung mit höherer Zuverlässigkeit bereitzustellen.
(7) Die Leistungsumsetzungsabschnitte sind so ausgelegt, dass ein Buchsenanschluss auf einer Abdeckungsfläche angeordnet ist, die parallel zu der radialen Richtung des Motors ist, während ein Steckeranschluss aus dem Motor ragt. Daher kann ein Prozess zum Schließen der Abdeckung zu der gleichen Zeit, zu der der Motor mit der Leistungsumsetzungsvorrichtung elektrisch verbunden wird, durchgeführt werden. Dies verkürzt einen Produktionsprozess.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 zeigt eine beispielhafte Struktur eines Leistungsumsetzungsabschnitts in der Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 6 ist der Bereich 311 des Leistungsumsetzungsabschnitts 310 an der Abdeckung 330 mit einer Metallplatte 316 befestigt. Teile mit der gleichen Struktur wie diejenigen der ersten Ausführungsform werden nicht in der Figur dargestellt oder beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Bereich 311 des Leistungsumsetzungsabschnitts 310 so ausgelegt, dass die Abdeckung 330 in Richtung einer Oberfläche angeordnet ist und dass die Platte 316 in Richtung der anderen Oberfläche angeordnet ist. Der Schaltabschnitt 10 und das Motorhalbleiterrelais 11 sind in dem Bereich 311 montiert. Die Metallplatte 316 ist an der Abdeckung 330 eingeschraubt oder anderweitig daran befestigt, um in Kontakt mit einer Oberfläche 317 der Abdeckung 330 zu kommen. Die Oberfläche 317 ist auf der Seite, auf der der Leistungsumsetzungsabschnitt montiert ist.
Obwohl dies nicht in der Figur dargestellt ist, ist eine große plattenartige Verdrahtung (beispielsweise eine Klemme), die beispielsweise aus Kupfer hergestellt ist, mit dem Drain des MOSFET in dem Leistungsumsetzungsabschnitt 310 verbunden. Harz, das die plattenartige Verdrahtung abdeckt, hat beispielsweise eine Breite von 0,3 mm und eine Wärmeleitfähigkeit von 3 W/(mK). Somit stellt das Harz Wärmeleitfähigkeit und Isolierung bereit.
Wenn die oben beschriebene Anordnung verwendet wird, ist die Kühlfläche des Bereichs, in dem der Schaltabschnitt und das Motorhalbleiterrelais angeordnet sind, auf das Zweifache erhöht. Ferner ist ein Wärmeableitungsweg von der Metallplatte zu der Abdeckung bereitgestellt, um die Wärmeableitungsleistung des Leistungsumsetzungsabschnitts weiter zu verbessern. Als Ergebnis wird die Größe des Leistungsumsetzungsabschnitts weiter verringert. Weiterhin ist der Leistungsumsetzungsabschnitt mit dem plattenartigen Element befestigt, um den Druck, der zwischen dem Leistungsumsetzungsabschnitt und der Abdeckung ausgeübt wird, zu vereinheitlichen. Dies macht es möglich, eine ausreichende Wärmeableitungsfläche zu erzielen, die einen geringen thermischen Kontaktwiderstand aufweist. Außerdem muss, da der Leistungsumsetzungsabschnitt mit der Metallplatte befestigt ist, der Leistungsumsetzungsabschnitt beispielsweise nicht mit einem Loch zum Befestigen versehen sein. Daher kann eine ausreichende Wärmeableitungsfläche erzielt werden.
Dritte Ausführungsform
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 7 und 8 beschrieben. 7 zeigt die dritte Ausführungsform durch Präsentieren einer Querschnittsansicht, die entlang der radialen Richtung des Motors wie in 1 ausgeschnitten ist. In den vorstehenden Ausführungsformen werden ein Leiterrahmen und ein Nacktchip des MOSFET als Leistungsumsetzungsabschnitte 310, 320 verwendet. In der dritten Ausführungsform werden die Leistungsumsetzungsabschnitte 310, 320 aber von einer isolierten Metallschaltungsplatte ausgebildet, auf der mehrere diskrete MOSFET montiert sind.
8 zeigt eine isolierte Metallschaltungsplatte 50, auf der MOSFET 54 montiert sind. Die isolierte Metallschaltungsplatte 50 wird von einer Metallbasis 51, einer Isolierschicht 52 und einer Verdrahtungsschicht 53 gebildet. Die Metallbasis 51 ist ein Element, das beispielsweise aus Kupfer, Aluminium oder Eisen besteht und mit einer Dicke von einigen hundert Mikrometern bis zu mehreren Millimetern hergestellt ist. Die Isolierschicht 52 ist zwischen der Metallbasis 51 und der Verdrahtungsschicht 53 angeordnet, um die Metallbasis 51 von der Verdrahtungsschicht 53 elektrisch zu isolieren. Die Isolierschicht 52 ist eine dünne Schicht mit einer Dicke von beispielsweise 100 Mikrometer. Die Verdrahtungsschicht 53 ist beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium und mit einer Dicke von mehreren Dutzend bis mehreren hundert Mikrometern hergestellt.
Die harzversiegelten, diskreten MOSFET 54 und die Elektrolytkondensatoren 314, 324 sind durch Wiederaufschmelzlöten an die Verdrahtungsschicht 53 der isolierten Metallschaltungsplatte 50 gelötet. Beispielsweise wird ein Paket, das etwa 6 mm im Quadrat ist, als diskrete MOSFET verwendet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Elektrolytkondensatoren werden kleinformatige, hochleistungsfähige Polymer-Hybrid-Elektrolytkondensatoren als Elektrolytkondensatoren 314, 324 verwendet.
Wie in 8 gezeigt ist eine Aussparung 55 in einer Oberfläche der Metallbasis 51 ausgebildet, die sich gegenüber einer Oberfläche, auf der die Verdrahtungsschicht 53 angeordnet ist, befindet. Die Aussparung 55 kann beispielsweise ein V-förmiger Einschnitt sein. Der Leistungsumsetzungsabschnitt 310 ist in die Bereiche 311, 312 unterteilt, wobei die Aussparung 55 dazwischen angeordnet ist. Der Schaltabschnitt 10 und das Motorhalbleiterrelais 11 sind in dem Bereich 311 montiert. Der Elektrolytkondensator 314, der Nebenschlusswiderstand 14 und das Leistungsversorgungshalbleiterrelais 12 sind in dem Bereich 312 montiert.
Der Leistungsumsetzungsabschnitt 310 weist zwei Kühlflächen auf, die 90 Grad voneinander entfernt liegen, wenn er um einen Drehpunkt, der von der Aussparung 55 gebildet wird, gebogen wird, nachdem die Teile des Leistungsumsetzungsabschnitts 310 durch Wiederaufschmelzlöten angelötet worden sind. Der Leistungsumsetzungsabschnitt 310 kann beispielsweise durch Pressen gebogen werden.
Ein vertiefter Buchsenanschluss 341 ist in dem Bereich 311 des Leistungsumsetzungsabschnitts 310 angeordnet. Der Buchsenanschluss 341 ist mit der Motorausgangsverdrahtung 209 verbunden, die wie die zweizinkige Gabel 220, die in 5 gezeigt ist, ausgebildet ist. Da eine solche Anordnung eingesetzt wird, können gleichzeitig eine mechanische und eine elektrische Verbindung zwischen der Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 und dem Motor 200 hergestellt werden. Der Leistungsumsetzungsabschnitt 320 wird nicht überflüssig beschrieben, da er die gleiche Anordnung wie der Leistungsumsetzungsabschnitt 310 aufweist.
Wenn die oben beschriebene Anordnung verwendet wird, ist es möglich, die Größe der Leistungsumsetzungsvorrichtung zu verringern und die Zuverlässigkeit davon selbst dann, wenn die isolierte Metallschaltungsplatte und diskrete MOSFET eingesetzt werden, zu erhöhen. Ferner ist es, da die Schaltungsteile der Leistungsumsetzungsabschnitte durch einen einzigen Wiederaufschmelzlötprozess befestigt werden, möglich, die Produktivität stark zu verbessern.
Vierte Ausführungsform
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. 9 zeigt die Anordnung der Verbindungselemente der Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 gemäß der vierten Ausführungsform. 9 zeigt die Abdeckung 330 von dem Motor 200 aus betrachtet. Der Vorsprung 331 ist in einem Bereich ausgebildet, der in der Figur durch eine gestrichelte Linie umschlossen ist.
Leistungsverbindungselemente 361, 362 sind in der Nähe einer Oberfläche angeordnet, die parallel zu der axialen Richtung des Motors 200 ist und die ein Teil der Oberfläche des Vorsprungs 311 ist. Die Leistungsverbindungselemente 361, 362 liegen in der Form eines in 5 gezeigten Steckeranschlusses vor. Die Leistungsverbindungselemente 361, 362 sind mit Buchsenanschlüssen verbunden, die an den Leistungsumsetzungsabschnitten 310, 320 angeordnet sind. Die Buchsenverbindungselemente können entweder in dem Bereich 311 des Leistungsumsetzungsabschnitts 310 oder dem Bereich 312 davon angeordnet sein. Das gleiche gilt für den Leistungsumsetzungsabschnitt 320. Die Leistungsverbindungselemente 361, 362, die an die Buchsenanschlüsse gecrimpt sind, sind an der Abdeckung 330 eingeschraubt oder anderweitig befestigt.
Ein Steuerverbindungselement 370 ist zwischen den Leistungsverbindungselementen 361, 362 angeordnet. Das Steuerverbindungselement 370 ist an die Steuerschaltungsplatte 400 gelötet. Die Leistungsverbindungselemente 361, 362 und das Steuerverbindungselement 370 sind zwischen der Abdeckung 330 und dem Motor 200 angeordnet.
Wie oben beschrieben ist die Verdrahtung zum Zuführen von elektrischer Leistung zu einem Leistungsumsetzungsabschnitt für beide Leistungsumsetzungsabschnitte 310, 320 bereitgestellt. Daher kann die Leistungsumsetzungsvorrichtung selbst dann, wenn einer der beiden Leistungsumsetzungsabschnitte 310, 320 fehlerhaft wird, durchgehend arbeiten. Dies macht es möglich, eine Leistungsumsetzungsvorrichtung bereitzustellen, die eine höhere Zuverlässigkeit aufweist. Ferner kann, da das Steuerverbindungselement zwischen den Leistungsverbindungselementen angeordnet ist, die Größe der Leistungsumsetzungsvorrichtung reduziert werden.
Fünfte Ausführungsform
Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. 10 zeigt eine elektrische Servolenkungseinrichtung. In der fünften Ausführungsform ist die Antriebseinheit 100 wie in Verbindung mit einer der vorangehenden Ausführungsformen beschrieben angeordnet. Die Antriebseinheit 100 überträgt ein Drehmoment über ein Zahnrad 502, das an einer Welle eines Lenkrads 501 eines Fahrzeugs installiert ist, und unterstützt den Betrieb des Lenkrads 501. Ferner verwendet die Antriebseinheit 100 zudem Drehmomentinformationen, die von einem Drehmomentsensor abgeleitet werden, der an dem Lenkrad 501 angebracht ist, und Fahrzeuggeschwindigkeitsinformationen, die von dem Fahrzeug abgeleitet werden, um eine reaktionsschnelle, hochleistungsfähige Unterstützung für den Betrieb des Lenkrads 501 bereitzustellen.
Wenn wie oben beschrieben eine kleinformatige, höchst zuverlässige Antriebseinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform für eine elektrische Servolenkungseinrichtung verwendet wird, kann die Antriebseinheit sogar in einem engen Fahrzeugraum angeordnet werden. Folglich kann die Antriebseinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf verschiedene Fahrzeugmodelle angewendet werden.
Darüber hinaus ist die Antriebseinheit 100 derart angeordnet, dass der Vorsprung 331 der Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 aufrecht relativ zu der Bodenoberfläche positioniert ist. Deshalb wird dann, wenn eine Elektrolytlösung aus einem Elektrolytkondensator in einen Leistungsumsetzungsabschnitt austritt, verhindert, dass die Elektrolytlösung in den anderen Leistungsumsetzungsabschnitt fließt.
In allen vorstehenden Ausführungsformen umfasst die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 das Motorhalbleiterrelais 11. Das Motorhalbleiterrelais 11 kann weggelassen werden, wenn es möglich ist, den Einfluss eines Ausfalls von einem der beiden Leistungsumsetzungsabschnitte zu vermeiden.

Claims

Leistungsumsetzungsvorrichtung (300), die umfasst: einen Motor (200), der ein zylindrisches Motorgehäuse (201), einen mehrphasigen Stator (202), der in dem Motorgehäuse angeordnet ist, und einen Rotor (204), der innerhalb des Stators angeordnet ist, umfasst; einen Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320), der die Zufuhr von elektrischer Leistung zu dem Motor (200) schaltet; und eine Abdeckung (207), die aus Metall hergestellt ist und auf der der Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320) montiert ist; wobei der Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320) einen ersten Leistungsumsetzungsabschnitt (310) und einen zweiten Leistungsumsetzungsabschnitt (320) umfasst; wobei die Abdeckung (207) einen Vorsprung (331) umfasst, der aus einer Oberfläche, die im Wesentlichen parallel zu der radialen Richtung des Motors (200) ist, in Richtung des Motors (200) ragt; und wobei der Vorsprung (331) derart ausgebildet ist, dass er den ersten und den zweiten Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320) voneinander trennt; dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320) einen ersten Bereich (311, 321) und einen zweiten Bereich (312, 322) umfasst; wobei der erste Bereich (311, 321) des Leistungsumsetzungsabschnitts (310) auf einer Oberfläche der Abdeckung (207) angeordnet ist, die im Wesentlichen parallel zu der radialen Richtung des Motors (200) ist; und wobei der zweite Bereich (312, 322) des Leistungsumsetzungsabschnitts (320) auf einer Oberfläche des Vorsprungs (331) angeordnet ist, die im Wesentlichen parallel zu der axialen Richtung des Motors (200) ist.
Leistungsumsetzungsvorrichtung (300) nach Anspruch 1, wobei der Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320) einen Leiterrahmen (313, 323), der aus Metall hergestellt ist, eine Halbleitervorrichtung, die elektrisch mit dem Leiterrahmen (313, 323) verbunden ist, und Harz, das verwendet wird, um die Halbleitervorrichtung zu bedecken, umfasst, wobei der Leiterrahmen (313, 323) den ersten und den zweiten Bereich (311, 321, 312, 322) des Leistungsumsetzungsabschnitts (310, 320) verbindet; und wobei ein Teil des Leiterrahmens (313, 323), der den ersten und den zweiten Bereich (311, 321, 312, 322) verbindet, von dem Harz freigelegt ist.
Leistungsumsetzungsvorrichtung (300) nach einem der Ansprüche 1 und 2, die ferner umfasst: eine Steuerschaltungsplatte (400), die zwischen der Abdeckung (207) und dem Motor (200) angeordnet ist; wobei die Steuerschaltungsplatte (400) einen ersten Steuerschaltungsteil zum Steuern des ersten Leistungsumsetzungsabschnitts (310), einen zweiten Steuerschaltungsteil zum Steuern des zweiten Leistungsumsetzungsabschnitts (320) und einen gemeinsamen Steuerschaltungsteil zum Steuern des ersten und des zweiten Leistungsumsetzungsabschnitts (310, 320) umfasst, wobei der erste Steuerschaltungsteil gegenüber dem ersten Leistungsumsetzungsabschnitt (310) und entlang der Vorsprungsrichtung des Vorsprungs (331) angeordnet ist; wobei der zweite Steuerschaltungsteil gegenüber dem zweiten Leistungsumsetzungsabschnitt (320) und entlang der Vorsprungsrichtung des Vorsprungs (331) angeordnet ist; und wobei der gemeinsame Steuerschaltungsteil gegenüber dem Vorsprung (331) und entlang der Vorsprungsrichtung des Vorsprungs (331) angeordnet ist.
Leistungsumsetzungsvorrichtung (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Abdeckung (207) eine Wärmeableitungslamelle umfasst, die auf einer Oberfläche gegenüber der Seite, auf der der Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320) montiert ist, angeordnet ist.
Leistungsumsetzungsvorrichtung (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner umfasst: eine Metallplatte (316), die in einem Bereich gegenüber der Abdeckung (207) angeordnet ist, wobei der Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320) dazwischen angeordnet ist; wobei die Metallplatte (316) an der Abdeckung (207) befestigt ist; und wobei eine Seite des Leistungsumsetzungsabschnitts (310, 320) in thermischem Kontakt mit der Abdeckung (207) ist und die andere Seite des Leistungsumsetzungsabschnitts (310, 320) in thermischem Kontakt mit der Metallplatte (316) ist.
Leistungsumsetzungsvorrichtung (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner umfasst: eine Steuerschaltungsplatte (400), die zwischen der Abdeckung (207) und dem Motor (200) angeordnet ist; wobei der Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320) einen Kondensator (314) umfasst; und wobei der Kondensator (314) in einem Raum angeordnet ist, der von einer Oberfläche der Abdeckung (207), die im Wesentlichen parallel zu der radialen Richtung des Motors (200) ist, von einer Oberfläche des Vorsprungs (331), die im Wesentlichen parallel zu der axialen Richtung des Motors (200) ist, und durch die Steuerschaltungsplatte (400) umgeben ist.
Leistungsumsetzungsvorrichtung (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320), der an der Abdeckung (207) montiert ist, in Bezug auf den Motor (200) aus einer Richtung parallel zu der axialen Richtung des Motors (200) angeordnet ist; wobei der Motor (200) eine Verdrahtung umfasst, die in Richtung des Leistungsumsetzungsabschnitts (310, 320) vorsteht; wobei der Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320) einen Anschluss (319) umfasst, der mit der Verdrahtung verbunden werden soll; und wobei der Anschluss (319) auf einer Oberfläche der Abdeckung (207), die im Wesentlichen parallel zu der radialen Richtung des Motors (200) ist, angeordnet ist.
Leistungsumsetzungsvorrichtung (300) nach Anspruch 1, wobei der Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320) eine Metallbasis (51), eine Metallverdrahtung und eine Halbleitervorrichtung umfasst, wobei die Metallverdrahtung und die Halbleitervorrichtung über der Metallbasis (51) montiert sind, wobei ein isolierendes Material dazwischen angeordnet ist; und wobei die Metallbasis (51) eine Biegung umfasst, die sich an der Verbindungsstelle zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (311, 321, 312, 322) befindet.
Leistungsumsetzungsvorrichtung (300) nach Anspruch 8, wobei die Biegung durch Biegen der Metallbasis (51) um einen Drehpunkt, der durch eine Aussparung (55) in der Metallbasis (51) gebildet ist, ausgebildet ist.
Leistungsumsetzungsvorrichtung (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320) ein Verbindungselement umfasst, das elektrische Leistung einspeist und ausgibt; wobei das Verbindungselement eine erste elektrische Leistungsverdrahtung zum Einspeisen von elektrischer Leistung in den ersten Leistungsumsetzungsabschnitt (310) und zum Ausgeben von elektrischer Leistung aus dem ersten Leistungsumsetzungsabschnitt (310) und eine zweite elektrische Leistungsverdrahtung zum Einspeisen von elektrischer Leistung in den zweiten Leistungsumsetzungsabschnitt (320) und zum Ausgeben von elektrischer Leistung aus dem zweiten Leistungsumsetzungsabschnitt (320) umfasst; und wobei die erste elektrische Leistungsverdrahtung unabhängig von der zweiten elektrischen Leistungsverdrahtung bereitgestellt ist.
Elektrische Servolenkungseinrichtung, die umfasst: einen Untersetzungsmechanismus; einen Motor (200), der mit dem Untersetzungsmechanismus gekoppelt ist; und eine Leistungsumsetzungsvorrichtung (300), die elektrische Leistung an den Motor (200) liefert; wobei die Leistungsumsetzungsvorrichtung (300) weiter umfasst, den Motor (200), der ein zylindrisches Motorgehäuse (201), einen mehr phasigen Stator (202), der in dem Motorgehäuse angeordnet ist, und einen Rotor (204), der innerhalb des Stators angeordnet ist, umfasst; einen Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320), der die Zufuhr von elektrischer Leistung zu dem Motor (200) schaltet; und eine Abdeckung (207), die aus Metall hergestellt ist und auf der der Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320) montiert ist; wobei der Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320) einen ersten Leistungsumsetzungsabschnitt (310) und einen zweiten Leistungsumsetzungsabschnitt (320) umfasst; wobei die Abdeckung (207) einen Vorsprung (331) umfasst, der aus einer Oberfläche, die im Wesentlichen parallel zu der radialen Richtung des Motors (200) ist, in Richtung des Motors (200) ragt; und wobei der Vorsprung (331) derart ausgebildet ist, dass er den ersten und den zweiten Leistungsumsetzungsabschnitt (310, 320) voneinander trennt.