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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine verbesserte Schaltungsstruktur einer elektrisch betriebenen Lenkeinrichtung, die zur Unterstützung der Drehung eines Lenkrades eines Kraftfahrzeugs verwendet werden kann und die so aufgebaut ist, daß weniger Wärme von einer Schaltungsleitung erzeugt wird.
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Typische elektrisch betriebene Lenkeinrichtungen besitzen ein Substrat, auf dem Ansteuereinrichtungen zum Ansteuern eines elektrischen Motors elektrisch miteinander verbunden sind, um eine Motoransteuerung zu bilden. Die japanische Patentoffenlegungsschrift
JP H11-115775 A beschreibt zum Beispiel eine derartige elektrische Struktur einer elektrisch betriebenen Lenkeinrichtung.
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Der obige Typ elektrisch betriebener Lenkeinrichtungen beinhaltet jedoch das Problem, daß ein Pfad des von Energieversorgungsanschlüssen, die auf einem Substrat angeordnet sind und denen von einer Energieversorgung Strom zugeführt wird, zu Motoranschlüssen, die auf dem Substrat angeordnet sind und über die der Strom an einen Elektromotor ausgegeben wird, fließenden Stroms unerwünscht lang ist, wodurch eine unerwünschte Menge an Wärme von Schaltungsleitungen zwischen den Energieversorgungsanschlüssen und den Motoranschlüssen erzeugt wird.
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Aus der
DE 4410061 C2 ist eine elektrisch betriebene Lenkeinrichtung bekannt, die aufweist: einen Elektromotor, der durch die Zufuhr von Strom angesteuert wird; eine Steuerung, die ein Substrat enthält, auf dem Ansteuereinrichtungen zur Ansteuerung des Elektromotors elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Ansteuereinrichtungen eine erste Ansteuereinrichtung, die zwischen einer Energieversorgung und dem Elektromotor elektrisch mit diesen verbunden ist, und eine zweite Ansteuereinrichtung, die zwischen dem Elektromotor und Masse elektrisch mit diesen verbunden ist, enthalten; Energieversorgungsanschlüsse, die auf dem Substrat der Steuerung zur Aufnahme des dem Elektromotor zugeführten Stromes vorgesehen sind, wobei die Energieversorgungsanschlüsse einen ersten Eingangsanschluss, der elektrisch zu einer Energieversorgung führt, und einen zweiten Eingangsanschluss, der elektrisch mit Masse verbunden ist, enthalten; und Motoranschlüsse, die auf dem Substrat der Steuerung vorgesehen sind, wobei die Motoranschlüsse einen ersten Ausgangsanschluss, der zum ersten Eingangsanschluss führt, und einen zweiten Ausgangsanschluss, der zum zweiten Eingangsanschluss führt, um den Strom an den Elektromotor auszugeben, enthalten.
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Es ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.
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Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Struktur einer elektrisch betriebenen Lenkeinrichtung bereit zu stellen, die die von Schaltungsleitungen, die sich von Energieversorgungsanschlüssen zu Motoranschlüssen erstrecken, erzeugte Wärmemenge minimiert.
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Die Aufgaben werden durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen gerichtet.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine elektrisch betriebene Lenkeinrichtung bereitgestellt, die aufweist:
(a) einen Elektromotor, der durch Zufuhr von Strom angesteuert wird; (b) eine Steuerung, die ein Substrat enthält, auf dem Ansteuereinrichtungen zur Ansteuerung des Elektromotors elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Ansteuereinrichtungen eine erste Ansteuereinrichtung, die elektrisch zwischen einer Energieversorgung und dem Elektromotor mit diesen verbunden ist, und eine zweite Ansteuereinrichtung enthält, die elektrisch zwischen dem Elektromotor und Masse mit diesen verbunden ist; (c) Energieversorgungsanschlüsse, die auf dem Substrat der Steuerung zur Aufnahme des dem Elektromotor zugeführten Stromes vorgesehen sind, wobei die Energieversorgungsanschlüsse einen ersten Eingangsanschluß, der elektrisch zu einer Energieversorgung führt, und einen zweiten Eingangsanschluß enthalten, der mit Masse elektrisch verbunden ist; und (d) Motoranschlüsse, die auf dem Substrat der Steuerung vorgesehen sind. Die Motoranschlüsse enthalten einen ersten Ausgangsanschluß, der zum ersten Eingangsanschluß führt, und einen zweiten Ausgangsanschluß, der zur Ausgabe des Stromes an den Elektromotor zum zweiten Eingangsanschluß führt. Die erste und die zweite Ansteuereinrichtung sind zwischen den Energieversorgungsanschlüssen und den Motoranschlüssen angebracht.
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Insbesondere fließt der von der Energieversorgung bereitgestellte Strom von dem ersten Eingangsanschluß zur ersten Ansteuereinrichtung, zum ersten Ausgangsanschluß, zum zweiten Ausgangsanschluß, zur zweiten Ansteuereinrichtung und zum zweiten Eingangsanschluß. Die erste und die zweite Ansteuereinrichtung können zwischen den Energieversorgungsanschlüssen und den Motoranschlüssen angebracht sein, wodurch es möglich ist, daß sich eine erste Schaltungsleitung, die den ersten Eingangsanschluß und den ersten Ausgangsanschluß verbindet, und eine zweite Schaltungsleitung, die den zweiten Ausgangsanschluß und den zweiten Eingangsanschluß verbindet, jeweils nur in einer Richtung ohne Kurven erstrecken. Dieses verringert. die Länge der ersten und der zweiten Schaltungsleitung, was zu einer Verringerung der von der ersten und der zweiten Schaltungsleitung erzeugten Wärmemenge führt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Energieversorgungsanschlüsse an einem ersten Endabschnitt des Substrats der Steuerung vorgesehen, während die Motoranschlüsse auf einem zweiten Endabschnitt des Substrats, der dem ersten Endabschnitt gegenüberliegt, vorgesehen, wodurch eine Anbringung der ersten und der zweiten Ansteuereinrichtung zwischen den Energieversorgungsanschlüssen und den Motoranschlüssen erleichtert wird.
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Die Ansteuereinrichtungen können ein Tastverhältnis des dem Elektromotor zugeführten Stromes steuern. Die Ansteuereinrichtungen können erste Schalttransistoren, die elektrisch mit der Energieversorgung verbunden sind, und zweite Schalttransistoren enthalten, die mit Masse elektrisch verbunden sind. Die Verbindungen der ersten und zweiten Schalttransistoren mit dem Steuersubstrat der Steuerung können sämtlich zwischen den Energieversorgungsanschlüssen und den Motoranschlüssen angeordnet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Eingangsanschluß dicht bei dem zweiten Eingangsanschluß angebracht. Der zweite Ausgangsanschluß ist dicht bei dem zweiten Ausgangsanschluß angebracht. Das Substrat der Steuerung weist eine gedruckte Schaltung auf, die einen ersten Leiter, der direkt mit dem ersten Eingangsanschluß gekoppelt ist, einen zweiten Leiter, der direkt mit dem zweiten Eingangsanschluß gekoppelt ist, einen dritten Leiter, der direkt mit dem ersten Ausgangsanschluß gekoppelt ist, und einen vierten Leiter aufweist, der direkt mit dem zweiten Ausgangsanschluß gekoppelt ist. Der Abstand zwischen den Energieversorgungsanschlüssen und den Motoranschlüssen kann innerhalb eines Bereiches liegen, der durch eine erste gerade Linie, die sich zwischen äußeren Kanten des ersten und dritten Leiters erstreckt, und eine zweite gerade Linie definiert ist, die sich zwischen äußeren Kanten des zweiten und vierten Leiters erstreckt.
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Der Strom fließt insbesondere von dem ersten zum vierten Leiter. Die Anbringung der ersten und der zweiten Ansteuereinrichtung innerhalb des obigen Bereiches minimiert den Pfad des Stromes, der vom ersten Eingangsanschluß zum zweiten Eingangsanschluß fließt.
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Außerdem kann ein Unterstützungselement vorgesehen sein, das dem Steuersubstrat der Steuerung gegenüberliegt und auf dem die Schalttransistoren angebracht sind. Das Unterstützungselement verteilt die von den Schalttransistoren erzeugte Wärme.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält die Steuerung eine Steuereinrichtung, die den durch den Elektromotor fließenden Strom steuert. Die erste und die zweite Ansteuereinrichtung, die Energieversorgungsanschlüsse und die Motoranschlüsse sind an einem ersten Seitenabschnitt des Substrates der Steuerung angeordnet. Die Steuereinrichtung ist auf einem zweiten Seitenabschnitt des Substrates angebracht. Das Substrat der Steuerung kann im zweiten Seitenabschnitt ein Loch aufweisen, durch das die mit einem Lenkrad verbundene Lenkwelle führt. Die Ansteuereinrichtungen, die Energieversorgungsanschlüsse und die Motoranschlüsse sind insbesondere entfernt vom Loch angebracht, wodurch die Schaltungsleitung zwischen den Energieversorgungsanschlüssen und den Motoranschlüssen verkürzt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden genaueren Beschreibung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die jedoch die Erfindung nicht auf die besonderen Ausführungsformen beschränken sollen, sondern nur zur Erläuterung und zum Verständnis herangezogen werden, erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine teilweise geschnittene Ansicht, die eine elektrisch betriebene Lenkeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
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2 einen Längsschnitt der elektrisch betriebenen Lenkeinrichtung der 1,
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3 eine teilweise geschnittene Längsansicht, die ein Steuersubstrat und ein Unterstützungselement der elektrisch betriebenen Lenkeinrichtung der X zeigt,
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4(a) eine Vorderansicht, die das Steuersubstrat der 3 zeigt,
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4(b) eine Seitenansicht der 4(a),
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5 eine Schnittansicht in radialer Richtung der elektrisch betriebenen Lenkeinrichtung der 1,
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6 ein Schaltungsdiagramm, das eine Ansteuerschaltung für einen Elektromotor zeigt,
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7 eine Schnittansicht, die ein Substrat einer Steuerung zeigt,
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8 eine Draufsicht, die eine erste strukturierte Leitungsschicht des Substrates der 7 zeigt,
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9 eine Draufsicht, die eine zweite strukturierte Leitungsschicht des Substrates der 7 zeigt,
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10 eine Draufsicht, die eine dritte strukturierte Leitungsschicht des Substrates der 7 zeigt,
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11 eine Draufsicht, die eine vierte strukturierte Leitungsschicht des Substrates der 7 zeigt, und
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12 eine Draufsicht, die den sich überlappenden Teil des ersten bis dritten strukturierten Leiters gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
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In den Zeichnungen sind gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei insbesondere in den 1 und 2 eine elektrisch betriebene Lenkeinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist.
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Die elektrisch betriebene Lenkeinrichtung 1 ist innerhalb einer Kabine eines Fahrzeugs angebracht und besteht im wesentlichen aus einem Drehmomentsensor 2, einer Steuerung 3, einem Elektromotor 4 und einem Drehmomentübertragungsmechanismus 5. Der Drehmomentsensor 2, die Steuerung 3 und der Drehmomentübertragungsmechanismus 5 sind innerhalb einer Kammer angebracht, die durch ein Gehäuse 6 und eine Abdeckung 7 definiert ist. Der Elektromotor 4 ist innerhalb eines Joches 49 angebracht.
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Eine Lenkwelle besteht aus einer Eingangswelle 51, einer Ausgangswelle 52 und einer Torsionsstange 53 und wird durch Lager 11, 12, 13 und 14 unterstützt. Die Eingangswelle 51 ist typischerweise mit einem Lenkrad (nicht gezeigt) gekoppelt und über das Lager 14 drehbar innerhalb der Ausgangswelle 52 angeordnet, wie es in 2 gezeigt ist.
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Die Ausgangswelle 52 ist zur Eingangswelle 51 ausgerichtet und über die Torsionsstange 53 drehbar mit ihr gekoppelt.
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Die Torsionsstange 53 ist innerhalb zylindrischer Kammern der Eingangswelle 51 und der Ausgangswelle 52 eingepaßt und mit diesen an den Enden durch Bolzen 9 und 10 verbunden. Die Torsionsstange 53 dient als elastisches Element. Die Drehung der Lenkwelle erzeugt insbesondere ein Drehmoment, das wiederum auf die Eingangswelle 51 wirkt, wodurch sich die Torsionsstange 53 um eine Längsmittellinie elastisch verdreht, so daß sich die Eingangswelle 51 und die Ausgangswelle 52 relativ zueinander drehen.
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Der Drehmomentsensor 2 mißt ein Lenkdrehmoment, das von einem Fahrer des Fahrzeugs auf das Lenkrad ausgeübt wird und aus einem Magneten 21, einem Magnetjoch 22, zwei Magnetflusssammelringen 23 und einem Magnetsensor 24 besteht.
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Der Magnet 21 besteht aus einem ringförmigen hartmagnetischen Material und ist mittels einer magnetischen Aufnahme 21a über den Umfang der Eingangswelle 51 in Presspassung angebracht. Der Magnet 21 besitzt alternierend angeordnete N- und S-Pole.
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Das Magnetjoch 22 ist mit der Ausgangswelle 52 verbunden und besteht aus zwei Ringen, die jeweils aus einem weichmagnetischen Material bestehen und Magnetzähne (nicht gezeigt) aufweisen, die als die N-Pole oder die S-Pole des Magneten 21 wirken und in regelmäßigen Abständen auf dem gesamten Umfang angeordnet sind. Das Magnetjoch 22 ist koaxial mit einem gegebenen Luftzwischenraum zum Umfang des Magneten 21 angeordnet. Jeder Zahn eines der Ringe des Magnetjoches 22 ist in Umfangsrichtung des Magnetjoches 22 gegenüber einem Zahn des anderen Ringes verschoben. Insbesondere ist jeder Zahn eines der Ringe des Magnetjoches 22 zwischen zwei benachbarten Zähnen des anderen Ringes angeordnet. Das Magnetjoch 22 ist innerhalb des von dem Magneten 21 erzeugten Magnetfeldes angeordnet, um zusammen mit dem Magneten 21 eine magnetische Schaltung zu bilden, und ändert die Dichte des innerhalb der magnetischen Schaltung fließenden Magnetflusses, wenn. auf Grund der Verdrehung der Torsionsstange 53 die Position des Magnetjoches 22 in Bezug auf den Magneten 21 geändert wird.
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Die Magnetflusssammelringe 23 bestehen ähnlich wie das Magnetjoch 22 aus einem weichmagnetischen Material und sind dicht am Umfang des Magnetjoches 22 angeordnet. Die Magnetflusssammelringe 23 sammeln die aus dem Magneten 21 durch das Magnetjoch 22 austretenden Magnetflüsse. Die Magnetflusssammelringe 23 sind über eine Ringaufnahme 23b an einer inneren Umfangswand eines Unterstützungselementes 8 angebracht, wie es später genauer beschrieben wird. Die Magnetflusssammelringe 23 sind insbesondere einstückig innerhalb der Ringaufnahme 23b ausgebildet. Die Magnetflusssammelringe 23 sind zum Beispiel innerhalb der Ringaufnahme 23b eingegossen (insert-molded). Einer der Magnetflusssammelringe 23 besitzt eine magnetische Sammelplatte 23a, die auf einem Umfangsende des Magnetflusssammelringes 23 ausgebildet ist und sich in axialer Richtung der Eingangs- und Ausgangswelle 51 und 52 erstreckt. Ein Abschnitt des oberen Magnetflusssammelringes 23, der der Magnetsammelplatte 23a gegenüberliegt, ist kontinuierlich von dem Rest des oberen Magnetflusssammelringes 23 gekrümmt und sammelt die von dem Magneten 21 zusammen mit der Magnetsammelplatte 23a erzeugten Magnetflüsse, kann aber andererseits auch mit einer flachen Oberfläche versehen sein, die der Magnetsammelplatte 23a in radialer Richtung der Magnetflusssammelringe 23 gegenüberliegt.
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Der Magnetsensor 24 ist zwischen der Magnetsammelplatte 23a eines der Magnetflusssammelringe 23 und dem anderen Magnetflusssammelring 23 angeordnet, mißt die Dichte des dadurch fließenden Magnetflusses und gibt ein entsprechendes elektrisches Signal (zum Beispiel ein Spannungssignal) aus. Der Magnetsensor 24 besteht aus einnem Hall-IC und ist an dem Unterstützungselement 8 mittels der magnetischen Sammelaufnahme 23b befestigt. Der Magnetsensor 24 besitzt L-förmige Hall-IC-Anschlüsse, die sich in Richtung des Lenkrades erstrecken und an ein Steuersubstrat 31 der Steuerung 3 gelötet sind.
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Wenn das Lenkdrehmoment im Betrieb auf die Eingangswelle 51 wirkt und sich die Torsionsstange 53 verdreht, führt dieses zu einer Veränderung der Position des Magnetjoches 22 in Bezug auf den Magneten 21 in dessen Umfangsrichtung. Der von dem Magneten 21 erzeugte Magnetfluß wird durch das Magnetjoch 22 zur Magnetsammelplatte 23a der Magnetflusssammelringe 23 geleitet. Die Änderung der Position des Magnetjoches 22 in Bezug auf den Magneten 21 bewirkt, daß die Dichte des Magnetflusses zwischen der Magnetsammelplatte 23a und dem gegenüberliegenden Magnetflusssammelring 23 geändert wird. Der Magnetsensor 24 erfaßt eine derartige Änderung als Funktion des auf die Eingangswelle 51 ausgeübten Lenkdrehmomentes und gibt ein entsprechendes Signal an die Steuerung 3 aus.
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Die Steuerung 3 steuert das Tastverhältnis des durch den Elektromotor 4 fließenden Stromes als Funktion des Lenkdrehmomentes, das von dem Drehmomentsensor 2 gemessen wird (zum Beispiel der Magnetsensor 24).
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Das Steuersubstrat 31 besteht aus einem rechtwinkligen und einem halbkreisförmigen Teilstück, wie es in 4(a) gezeigt ist. Das halbkreisförmige Teilstück besitzt in einem Mittelabschnitt ein Loch 31a, durch das die Eingangswelle 51 führt. Das Steuersubstrat 31 besitzt Energieversorgungsanschlüsse 31b, die zur Aufnahme des Stromes, der zur Ansteuerung des Elektromotors 4 verwendet wird, zur Batterie führen, und Motoranschlüsse 31c, die zu Motoranschlüssen 41 des Elektromotors 4 führen, um den Strom an diesen auszugeben, wie es in 1 gezeigt ist. Das Steuersubstrat 31 besteht aus einer ersten strukturierten Leitungsschicht 311, einer zweiten strukturierten Leitungsschicht 312, einer dritten strukturierten Leitungsschicht 313, einer vierten strukturierten Leitungsschicht 314 und dazwischen angeordneten Isolierschichten 315, wie es in 7 dargestellt ist.
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Die Energieversorgungsanschlüsse 31b sind an einem Endabschnitt des Steuersubstrates 31 vorgesehen und elektrisch über den Energieversorgungsverbinder 15 mit der im Fahrzeug angebrachten Speicherbatterie gekoppelt. Der Energieversorgungsverbinder 15 ist außerdem mit einer ECU (elektronische Steuereinheit) und mit der Speicherbatterie gekoppelt. Die Motoranschlüsse 31c sind auf dem anderen Endabschnitt des Steuersubstrates 31 angeordnet und über die Motoranschlüsse 41 elektrisch mit dem Elektromotor 4 gekoppelt.
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Schalttransistoren 32 sind, wie es in 3 gezeigt ist, mittels einer Schraube direkt an einer schrägen Fläche 82 des Unterstützungselementes 8 angebracht. Jeder Schalttransistor 32 besitzt, wie es in 2 gezeigt ist; Anschlüsse, die sich von einer Seitenwand erstrecken, in Richtung des Lenkrades gebogen sind und an das Steuersubstrat 31 gelötet sind.
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Auf dem Steuersubstrat 31 befinden sich, wie es in den 3 und 4(a) gezeigt ist, eine Steuereinrichtung 33, Relais 34 und 35, eine Kapazität 36, einen Shunt 37 und eine Spule 38, die ein von dem von der Batterie fließenden Strom verursachtes elektrisches Rauschen minimiert. Das Steuersubstrat 31 ist mit Anschlüssen des Drehmomentsensors 2 zum Empfang einer Ausgabe des das Lenkdrehmoment anzeigenden Drehmomentsensors 2 verbunden.
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Die Steuereinrichtung 33 ist durch einen Mikrorechner ausgebildet, der den dem Elektromotor 4 zugeführten Strom als Funktion des Lenkdrehmomentes, wie es von dem Drehmomentsensor 2 gemessen wird, bestimmt und PWM-(Pulsbreitenmodulations)-Ansteuersignale zur Ansteuerung der Schalttransistoren 32 erzeugt.
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Die Relais 34 und 35 und die Spule 38 sind, wie es aus den 4(a) und 5 ersichtlich ist, auf einer Fläche eines Endabschnitts des Steuersubstrates 31 zwischen den Energieversorgungsanschlüssen 31b und den Motoranschlüssen 31c angebracht.
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Das Relais 34 reagiert auf einen Ein-/Aus-Betrieb eines Zündschalters (nicht gezeigt) des Kraftfahrzeugs, um die Stromversorgung des Elektromotors 4 wahlweise zu beschränken. Das Relais 35 beschränkt den Stromfluß zwischen dem Schalttransistor 32 und dem Elektromotor 4, um zu vermeiden, daß beim Versagen einer Ansteuerschaltung des Elektromotors 4 auf Grund einer Ausübung eines Lenkdrehmomentes auf den Elektromotor 4 vom Elektromotor 4 Energie erzeugt wird. Die Kapazität 36 minimiert das von dem von dem Energieversorgungsverbinder 15 (d. h. der Batterie) fließenden Stromes verursachte elektrische Rauschen. Die Kapazität 36 besitzt eine Länge, die, wie es aus 4(b) zu sehen ist, großer ist als die Höhen der Relais 34 und 35 und der Spule 38 und die sich senkrecht zur Ebene des Steuersubstrates 31 erstreckt.
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Die Motoransteuerschaltung 3a der Steuerung 3 wird im Folgenden mit Bezug auf 6 beschrieben.
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Die Batterie 150 ist mit einem Plus (+)-Anschluß über das Relais 34 und die Spule 38 mit einem Ende der Kapazität 36 und den Schalttransistoren 32 und mit einem Minus (–)-Anschluß mit dem anderen Ende der Kapazität 36 verbunden. Die Schalttransistoren 32 sind mit dem Minus-Anschluß der Batterie 150 über den Shunt 37 verbunden. Die vier Schalttransistoren 32 sind so miteinander verbunden, daß sie eine Brückenschaltung bilden, die auf das PWM-Ansteuersignal reagiert, das von der Steuerschaltung (nicht gezeigt), mit der die Steuereinrichtung 33 verbunden ist, erzeugt wird, um das Tastverhältnis des über das Relais 35 dem Elektromotor 4 zugeführten Stromes zu steuern. Die Steuerschaltung empfängt eine einem Spannungsabfall im Shunt 37 entsprechende Spannung, mißt den durch den Elektromotor 4 fließenden Strom und erzeugt die PWM-Ansteuersignale.
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Die Verdrahtung der Motoransteuerschaltung auf dem Steuersubstrat 31 wird im Folgenden mit Bezug auf die 8, 9, 10 und 11 beschrieben.
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Einer der Leistungsversorgungsanschlüsse 31b, der über den Energieversorgungsverbinder 15 zum Plus-Anschluß der Batterie führt, ist mit einem ersten strukturierten Verbinder 311a auf der ersten strukturierten Leitungsschicht 311 verbunden. Der erste strukturierte Leiter 311a ist mit dem zweiten strukturierten Leiter 311b über das Relais 34 verbunden. Der zweite strukturierte Leiter 311b ist über die Spule 38 mit dem dritten strukturierten Leiter 311c verbunden. Der dritte strukturierte Leiter 311c ist mit der Kapazität 36 und außerdem mit dem vierten strukturierten Leiter 313a über die Schalttransistoren 32 verbunden. Der vierte strukturierte Leiter 313a ist mit den Motoranschlüssen 31c und außerdem mit dem fünften strukturierten Leiter 312a über das Relais 35 verbunden. Der fünfte strukturierte Leiter 312a ist mit dem sechsten strukturierten Leiter 312b und dem siebten strukturierten Leiter 313b über die Schalttransistoren 32 verbunden. Der siebte strukturierte Leiter 313b ist mit dem achten strukturierten Leiter 314a über den Shunt 314a verbunden. Der achte gemusterte Leiter 314a ist über den Energieversorgungsverbinder 15 mit einem der Energieversorgungsanschlüsse 31b, der zum Minus-Anschluß der Batterie führt, verbunden. Der erste bis achte strukturierte Leiter 311a bis 314a dienen zur Verbindung von Leitern, die Verbindungen zwischen den Energieversorgungsanschlüssen 31b und den Motoranschlüssen 31c herstellen. Andere strukturierte Leiter sind mit dem Masseanschluß des Energieversorgungsverbinders 15 verbunden.
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Der Elektromotor 4 stellt ein Drehmoment für die Ausgangswelle 52 zur Unterstützung eines Fahrzeugbedieners beim Drehen des Lenkrades bereit. Der Elektromotor 4 ist, wie es in 5 gezeigt ist, ein DC-Motor, der aus einem Feld (field), einem Anker 47 und einer Bürste 43 besteht. Das Feld besitzt einen Magneten 48, der am inneren Umfang des Joches 49 angebracht ist, der aus einem magnetischen Material besteht und als Motorgehäuse dient. Der Anker 47 ist von dem inneren Umfang des Feldes drehbar unterstützt. Die Bürste 43 ist in Kontakt mit einem auf dem Anker 47 angebrachten Kommutator 46. Die Bürste 43 wird von einer Feder 44, die innerhalb eines Bürstenhalters 43a angebracht ist, ständig gegen den Kommutator 46 gedrückt. Das Joch 49 besitzt ein offenes Ende, das an einer Seitenfläche des Gehäuses 6 angebracht ist, und ist über einen Bolzen 18 an einem Rahmenende 70 befestigt.
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Wie in 1 zu sehen ist, besitzt der Elektromotor 4 Anschlußkabel 42, die mit der Bürste 43 elektrisch verbunden sind, und ist mit metallischen Motoranschlüssen 41, die innerhalb des Gehäuses 6 angebracht sind, versehen. Die Motoranschlüsse 41 sind mit einer Platte 19a, die in eine harzene Halterplatte 19 eingegossen (insertmolded) ist, mittels Widerstandsschweißen verbunden.
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Die Halterplatte 19 hält den Bürstenhalter 43a, der die Bürste 43 gleitend unterstützt, zurück und ist, wie – es in 5 gezeigt ist, innerhalb des Rahmenendes 70, der am offenen Ende des Elektromotors 4 angebracht ist, angeordnet. Bei der Anbringung des Elektromotors 4 am Gehäuse 6 wird der Elektromotor 4 zunächst durch eine Öffnung 20 in das Gehäuse 6 eingeführt.
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Über die Motoranschlüsse 41 wird der Elektromotor 4 mit Energie versorgt. Die Motoranschlüsse 41 sind im Wesentlichen in rechten Winkeln gebogen und an ihren Enden mit einer Anschlußplatte 43c verbunden, die zwischen dem Endrahmen 43d und dem Bürstenhalter 43c durch einen Gummiklotz 43b zurückgehalten wird, wie es in 6 gezeigt ist. Die anderen Enden der Motoranschlüsse 41 sind an das Steuersubstrat 31 der Steuerung 3 gelötet, nachdem der Elektromotor 4 am Gehäuse 6 befestigt ist.
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Der Endrahmen 43d besteht aus einer Metallplatte und ist am Joch 49 zwischen dem Joch 49 und dem Gehäuse 6 befestigt. Der Gummmiklotz 43b absorbiert Vibrationen, die von einer gleitenden Bewegung der Bürste 43 auf dem Umfang des Kommutators herrühren. Die Anschlußplatte 43c besteht aus einem Harzelement mit darin angeordneten Metallanschlüssen. Die Metallanschlüsse verbinden die Motoranschlüsse 41 und die Anschlußkabel 42, um die Bürsten 43 mit Strom von der Batterie zu versorgen.
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Der Strom, dessen Tastverhältnis von der Steuerung 3 bestimmt wird und der von dem Schalttransistor 32 eingestellt wird, wird dem Anker 47 über die Motoranschlüsse 41, die Platte 19a, die Anschlußkabel 42 und die Bürste 43 zugeführt.
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Der Drehmomentübertragungsmechanismus 5 überträgt ein Lenkunterstützungsdrehmoment, das von dem Elektromotor 4 erzeugt wird, auf zu lenkende Räder. Der Drehmomentüber-tragungsmechanismus 5 besteht aus der Eingangswelle 51, der Ausgangswelle 52, der Torsionsstange 53, dem ersten Schneckenrad 54, dem zweiten Schneckenrad 55, einer Ankerwelle 45 und einer Hülse 16. Die Ankerwelle 45, die Hülse 16 und das zweite Schneckenrad 55 sind senkrecht zur Eingangswelle 51, zur Ausgangswelle 52 und zur Torsionsstange 53 ausgerichtet.
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Die Ankerwelle 45 ist mit dem Anker 47 verbunden. Die Ankerwelle 47 ist mittels Preßpassung in die Hülse 16 eingepaßt.
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Das zweite Schneckenrad 55 wird, wie in 1 gezeigt, durch ein Ausgangsdrehmoment der Ankerwelle 45 des Elektromotors 4 gedreht, das über die Hülse 16, die auf die Ankerwelle 45 gepreßt ist, übertragen wird. Das zweite Schneckenrad 55 besitzt auf seiner äußeren Oberfläche spiralförmige Nuten, die in die Hülse 16 eingreifen.
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Das erste Schneckenrad 54 ist, wie in 2 gezeigt, auf dem Umfang der Ausgangswelle 52 angebracht und greift in das zweite Schneckenrad 55 ein, so daß es durch die Drehung des zweiten Schneckenrades 55 gedreht wird.
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Das Gehäuse 6 definiert eine Aluminiumschale, innerhalb derer der Drehmomentübertragungsmechanismus 5 und das Unterstützungselement 8 angeordnet sind. Das Gehäuse 6 unterstützt über das Lager 12 die Ausgangswelle 52 drehbar.
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Die Abdeckung 7 definiert eine Aluminiumschale, die ein offenes Ende des Gehäuses 6 abdeckt, das in axialer Richtung der Lenkwelle ausgerichtet ist. Die Abdeckung 7 weist auf ihrer inneren Wand das Lager 13 auf, in dem die Eingangswelle 51 drehbar gelagert ist. Wenn die Abdeckung 7 auf dem Gehäuse 6 angebracht ist, stößt das Unterstützungselement 8 an eine innere Wand des Gehäuses 6 an. Dieses führt dazu, daß das Unterstützungselement 8 in einem Nische zwischen der Endfläche 7a der Abdeckung 7 und der inneren Wand 6a des Gehäuses 6 untergebracht ist. Die Abdeckung 7 ist an Flanschen 71a und 71b des Gehäuses 6 befestigt, wie es in 5 gezeigt ist. Der Flansch 71a ist vorzugsweise innerhalb einer gedachten Ebene angeordnet, die auf dem Profil des Gehäuses 6 definiert ist. Der Flansch 71b ist diametral zur Torsionsstange 53 gegenüber dem Flansch 71a angeordnet. Die Abdeckung 7 besitzt, wie es in 1 zu sehen ist, eine Ausbeulung 72, die die Relais 34 und 35 und die Spule 38 abdeckt.
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Das Unterstützungselement 8 besteht aus Aluminium und ist innerhalb einer Kammer angeordnet, die zwischen dem Gehäuse 6 und der Abdeckung 7 definiert ist. Das Unterstützungselement 8 trägt auf seiner dem Lenkrad gegenüberliegenden Fläche die Steuerung 3 und wird innerhalb des Gehäuses 6 mit einer gegenüberliegenden Flache im Anstoß an die innere Wand des Gehäuses 6 gehalten, wie es in 2 gezeigt ist. Das Unterstützungselement 8 besitzt wie zuvor beschrieben die Ringaufnahme 23b, in der die Magnetflußsammelringe 23 angeordnet sind, und nimmt die Ausgangswelle 52 durch das Lager 11 drehbar auf. Das Unterstützungselement 8 besitzt einen Halterflansch 81, der mit einer den Schalttransistoren 32 gegenüberliegenden Fläche an die innere Wand des Gehäuses 6 stößt. Wie in 4(b) gezeigt, ist auf dem Unterstützungselement 8 der Energieversorgungsverbinder 15 angebracht, der eine Energieversorgung oder zur im Fahrzeug angebrachten Batterie (nicht gezeigt) führende Zufuhranschlüsse sowie Signalanschlüsse zum Empfang eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignales und eines Motordrehzahlsignales besitzt.
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Die Anbringung des Unterstützungselementes 8 innerhalb des Gehäuses 6 wird durchgeführt, nachdem die Steuerung 3 an dem Unterstützungselement 8 angebracht ist, wie es in 3 gezeigt ist.
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Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, besitzt die elektrisch betriebene Lenkeinrichtung 1 die Schalttransistoren 32, die Relais 34 und 35, die Kapazität 36, den Shunt 37 und die Spule 38, die als Motoransteuereinrichtungen wirken, die Energieversorgungsanschlüsse 31b und die Motoranschlüsse 31c, die an einem Endabschnitt des Steuersubstrates 31 konzentriert sind. Die meisten der Motoransteuereinrichtungen (z. B. die Schalttransistoren 32, die Relais 34 und 35 und die Spule 38) sind innerhalb eines Zwischenraumes angeordnet, der zwischen den Energieversorgungsanschlüssen 31b und den Motoranschlüssen 31c definiert ist. Diese Struktur ermöglicht es, daß der ersten bis achte strukturierte Leiter 311a bis 314a zwischen den Energieversorgungsanschlüssen 31b und den Motoranschlüssen 31c angeordnet werden können, was zu einer Verkürzung eines Strompfades zwischen den Energieversorgungsanschlüssen 31b und den Motoranschlüssen 31c führt, wodurch die von dem ersten bis achten strukturierten Leiter 311a bis 314a erzeugte Wärme verringert wird.
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Die Steuereinrichtung 33 ist auf dem Steuersubstrat 31 entfernt von den Schalttransistoren 32, den Relais 34 und 35, der Kapazität 36, dem Shunt 37 und der Spule 38 angebracht, so daß die Steuereinrichtung 33 kaum der von diesen Elementen erzeugten Wärme ausgesetzt ist.
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Die Energieversorgungsanschlüsse 31b sind an einem Ende des Steuersubstrates 31 angeordnet, während die Motoranschlüsse 31c an dem anderen Ende des Steuersubstrates 31 angeordnet sind, wodurch eine Anbringung der Relais 34 und 35 und der Spule 38 zwischen den Energieversorgungsanschlüssen 31b und den Motoranschlüssen 31c und. außerdem die Verbindungen zwischen den Energieversorgungsanschlüssen 31b und dem Energieversorgungsverbinder 15 und zwischen den Motoranschlüssen 31c und dem Elektromotor 4 erleichtert werden.
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Die Relais 34 und 35, die größer sind, sind auf der Fläche des Endabschnitts des Steuersubstrates 31 angebracht, wodurch die Ausbeulung 72 einfacher gestaltet werden kann, was zu einer verbesserten Herstellbarkeit der Druckguß-Abdeckung 7 führt.
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Die Kapazität 36 besitzt eine Länge, die größer ist als die Höhen der Relais 34 und 35 und der Spule 38 und ist direkt auf der hinteren Fläche des Steuersubstrates 31 angebracht, wobei sich ihre Länge senkrecht zum Steuersubstrat 31 erstreckt, wodurch die Komplexität der Gestaltung der Ausbeulung 72 der Abdeckung 7 minimiert wird.
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Die Kapazität 36 und der Shunt 37 sind nicht zwischen den Energieversorgungsanschlüssen 31b und den Motoranschlüssen 31c angeordnet, können aber auch alternativ dazwischen angebracht sein, um den zum Elektromotor 4 führenden Strompfad zu verkürzen.
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Typische elektrisch betriebene Lenkeinrichtungen besitzen mehrere Schalttransistoren 32. Daher führt eine Anbringung sämtlicher Verbindungen der Schalttransistoren 32 mit dem Steuersubstrat 31 zwischen den Energieversorgungsanschlüssen 31b und den Motoranschlüssen 31c zu einer Verringerung des Pfades des durch den ersten bis achten strukturierten Leiter 311a bis 314a fließenden Stromes.
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Die Schalttransistoren 32 sind nicht direkt auf dem Steuersubstrat 31 angebracht, sondern an der schrägen-Oberfläche 82 des Unterstützungselementes 8 unter Verwendung von Schrauben befestigt, wodurch die Verteilung der von den Schalttransistoren 32 erzeugten Wärme durch das Unterstützungselement 8 ohne Vergrößerung des Steuersubstrates 31 und des ersten bis achten strukturierten Leiters 311a bis 314a und einer Verlängerung des Pfades des durch den ersten bis achten strukturierten Leiter 311a bis 314a fließenden Stromes erleichtert wird.
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Das kreisförmige Loch 31a ist in einem Endabschnitt des Steuersubstrates 31 ausgebildet, auf dem die Steuereinrichtungen 33 angebracht sind, wodurch es möglich ist, zur Minimierung der Länge des Pfades des durch den ersten bis achten strukturierten Leiter 311a bis 314a fließenden Stromes, diesen gerade auszubilden.
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12 zeigt den Teil der sich überlappenden ersten bis dritten strukturierten Leiter gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Die Energieversorgungsanschlüsse 31b bestehen aus einem ersten Eingangsanschluß 31ba, der elektrisch mit dem Energieversorgungsverbinder 15 verbunden ist, und einem zweiten Eingangsanschluß 31bb, der mit Masse verbunden ist. Die Motoranschlüsse 31c bestehen aus einem ersten Ausgangsanschluß 31ca und einem zweiten Ausgangsanschluß 31cb, die über die strukturierten Leiter mit dem ersten und zweiten Eingangsanschluß 31ba und 31bb verbunden sind.
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Die Relais 34 und 35, die Spule 38, die Kapazität 36 und zwei Schalttransistoren 32 der oberen Flußseite (d. h. stromaufwärts), wie in 6 zu sehen, sind elektrisch zwischen dem ersten Eingangsanschluß 31ba und dem ersten Ausgangsanschluß 31ca mit diesen verbunden.
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Zwei Schalttransistoren 32 der unteren Flußseite (d. h. stromabwärts), wie in 6 zu sehen, und der Shunt 37 sind elektrisch zwischen dem zweiten Ausgangsanschluß 31cb und dem zweiten Eingangsanschluß 31bb elektrisch mit diesen verbunden.
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Der erste Eingangsanschluß 31ba ist direkt mit dem ersten strukturierten Leiter 311a verbunden. Der zweite Eingangsanschluß 31bb ist direkt mit dem neunten strukturierten Leiter 311d verbunden. Der erste Ausgangsanschluß 31ca ist direkt mit dem zehnten strukturierten Leiter 312c verbunden. Der zweite Ausgangsanschluß 31cb ist direkt mit dem elften strukturierten Leiter 313c verbunden.
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Die Gesamtbreite des ersten strukturierten Leiters 311a und neunten strukturierten Leiters 311d ist gleich dem Abstand zwischen einem Ende T1 des ersten strukturierten Leiters 311a und einem gegenüberliegenden Ende T2 des neunten strukturierten Leiters 311d, Die Gesamtbreite des zehnten strukturierten Leiters 312c und elften strukturierten Leiters 313c ist gleich dem Abstand zwischen einem Ende T3 des elften strukturierten Leiters 313c und einem gegenüberliegenden Ende T4 des zehnten strukturierten Leiters 312c.
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Der Abstand zwischen den Energieversorgungsanschlüssen 31b und den Motoranschlüssen 31c liegt innerhalb eines Bereiches, der durch eine gerade Linie L1, die sich von dem Ende T1 des ersten strukturierten Leiters 311a zum Ende T3 des elften strukturierten Leiters 313c erstreckt, und einer geraden Linie L2, die sich von dem Ende T2 des neunten strukturierten Leiters 311d zum Ende T4 des zehnten strukturierten Leiters 312c erstreckt, definiert. Dadurch können alle Verbindungen der vier Schalttransistoren 32, der Relais 34 und 35, der Kapazität 36, des Shunts 37 und der Spule 38 mit dem Steuersubstrat 31. innerhalb dieses Bereiches angeordnet werden, wodurch der Pfad des von dem ersten Eingangsanschluß 31ba zum zweiten Eingangsanschluß 31bb fließenden Stromes minimiert werden kann.
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Die Energieversorgungsanschlüsse 31b sind auf einem Ende des Steuersubstrates 31 vorgesehen. Die Motoranschlüsse 31c sind auf dem anderen Ende des Steuersubstrates 31 vorgesehen. Die vier Schalttransistoren 32, die Relais 34 und 35, die Kapazität 36, der Shunt 37 und die Spule 38 sind zwischen den Energieversorgungsanschlüssen 31b und den Motoranschlüssen 31c angebracht, so daß der Strom vom Energieversorgungsverbinder 15 zum ersten Eingangsanschluß 31ba, zum Relais 34, zur Spule 38, zu den oberen Schalttransistoren 32 und zum ersten Ausgangsanschluß 31ca fließt. Der Strom fließt dann durch den elektrischen Motor 4 zum zweiten Ausgangsanschluß 31cb, zu den unteren Schalttransistoren 32, zum Shunt 37 und zurück zum zweiten Eingangsanschluß 31bb. Es ist somit möglich, daß sich die den ersten Eingangsanschluß 31ba und den ersten Ausgangsanschluß 31ca verbindende Schaltungsleitung und die den zweiten Ausgangsanschluß 31cb und den zweiten Eingangsanschluß 31bb verbindende Schaltungsleitung nur in einer Richtung ohne Kurven erstrecken. Dieses minimiert die Länge der Schaltungsleitungen, was zu einer Verringerung der von dem ersten bis elften strukturierten Leiter 311a bis 313c erzeugten Wärmemenge führt.
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Der erste Eingangsanschluß 31ba ist dicht bei dem zweiten Eingangsanschluß 31bb angeordnet. Auf ähnliche Weise ist der erste Ausgangsanschluß 31ca dicht bei dem zweiten Ausgangsanschluß 31cb angeordnet. Dieses verringert die Gesamtbreite des ersten strukturierten Leiters 311a und neunten strukturierten Leiters 311d und die Gesamtbreite des zehnten strukturierten Leiters 312c und elften strukturierten Leiters 313c, wodurch der Pfad des von dem ersten Eingangsanschluß 31ba zum zweiten Eingangsanschluß 31bb fließenden Stromes verringert wird.
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Der Strom von der Energieversorgungsverbindung 15 wurde oben als von dem ersten Eingangsanschluß 31ba zum ersten Ausgangsanschluß 31ca und danach vom zweiten Ausgangsanschluß 31cb zum zweiten Eingangsanschluß 31bb fließend beschrieben; er fließt jedoch von dem ersten Eingangsanschluß 31ba zum zweiten Ausgangsanschluß 31cb und danach vom ersten Ausgangsanschluß 31ca zum zweiten Eingangsanschluß 31bb, wenn das auf die Lenkwelle ausgeübte Drehmoment in seiner Richtung umgekehrt wird.
