CN101682235B - 带有电子断路继电器模块的电动机装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种特别是用于电子转向系统中的电动机装置，该电动机装置包括：位于电动机壳体(10)中的多相电动机(1)；壳体元件(14)，该壳体元件构成所述电动机壳体(10)的一部分；电子断路继电器模块(2，40)，用于在故障情况下将一个或多个电动机相切换至无电流状态，其中，所述断路继电器模块(2，40)设置在所述壳体元件(14)位于壳体内部的一侧上。
Description
本发明涉及一种用于电子转向系统的电动机装置，特别是伺服驱动装置，在该装置中设有断路继电器模块，以将电动机的相切换至无电流状态。
在特别是在电子转向系统中的例如具有同步电动机的伺服驱动装置中，在电动机相发生短路的情况下存在卡住的危险，因此在上面提到的例子中，汽车可能变成不可转向的。这里的原因在于，在短路情况下，电动机以发电机运行的方式工作，从而除了作用于转向轴上的转向力之外，汽车导杆还必须克服同步电动机的发电机转矩。
电动机各相在同步电动机的情况下常常以星形接法进行连接。为了避免在一相发生短路的情况下出现发电机运行，可以设置机械或电子中性点继电器，该中性点继电器在发生故障的情况下在中性点处将电动机各相彼此断开。
机械继电器的一种典型缺陷是由于机械疲劳或者由于卡住的机械构件而具有很低的故障安全性，因此电动机相的断开可靠性受到限制。
通过使用电子继电器可以提高可靠性。为了即使在恶劣的环境条件下也可以使用这种继电器，这种继电器必须以适当的方式与电动机系统连接。此外，在电子中性点继电器中使用的功率晶体管在正常工作中产生热量，这使得有必要进行保证散热的适当设计。因此，适当的结构和连接技术是必需的。
因此，本发明的目的在于提供一种特别是用于电子转向系统中的电动机系统，在该电动机系统中以有利的方式地集成了电子中性点继电器，该继电器可低欧姆地与电动机相连接，并且以特别节省空间的方式进行布置，使得可靠性和故障安全性也得到提高。
该目的是通过按照权利要求1的电动机系统得到解决。
本发明其他有利的设计方案在从属权利要求中给出。
按照一个方面，设有特别是用于电子转向系统中的电动机装置。该电动机装置包括：位于电动机壳体中的多相电动机；壳体元件，该壳体元件构成电动机壳体的一部分；以及电子断路继电器模块，用于在故障情况下将一个或多个电动机相切换至无电流状态。该断路继电器模块设置在壳体元件位于壳体内部的一侧上。
在电动机装置中，设置用于切断电动机相线路的电子断路继电器模块，使得特别紧凑的电动机装置得以实现，该电动机装置特别适合应用于电子转向系统中。在这里，断路继电器模块在壳体内侧设置在壳体元件上，从而断路继电器模块不仅通过壳体元件获得适当的散热，而且通过电动机壳体免受环境影响。
此外，断路继电器模块可以设置在电路板特别是陶瓷电路板上，该电路板设置在凸起部上，该凸起部形成于壳体元件的朝向壳体内部的面上。
根据一种实施方式，断路继电器模块被设计成中性点继电器模块或者相断路继电器模块。
可以设有接触导向元件，其不传导地带有贯穿导体并且伸入壳体元件的通孔中，以实现壳体元件的内侧和外侧之间的接触。
此外，接触导向元件具有腿部，该腿部至少部分地在上述的壳体元件的该侧上延伸并且具有保持元件特别是凸耳，其与相应的保持元件特别是凹槽共同作用，以固定接触导向元件。
此外，在壳体元件的相对侧上可设有控制装置，以控制电动机特别是断路继电器模块的运行。
根据一种实施方式，壳体元件被设计成平的，以遮盖圆柱形的壳体部分。
下面借助附图详细说明本发明的优选实施方式。在附图中：
图1示出了包括三个相的电动机装置的电路图，这些相按照星形接法与中性点继电器连接；
图2示出了用于按照本发明的一种实施方式的电动机装置中的中性点继电器模块的立体图；
图3示出了按照本发明的实施方式的带有已安装的中性点继电器模块的同步电动机的电动机装置的剖视图；
图4示出了按照本发明的一种实施方式的带有设置在其上的中性点继电器模块的电动机装置的壳体元件的局部立体图；
图5示出了带有贯穿接触元件的壳体元件的部分剖视图，该贯穿接触元件用于将中性点继电器模块与控制装置连接，该控制装置用于触发电动机装置中的电动机；以及
图6示出了包括三个相的电动机装置的电路图，这些相按照星形接法连接并且可以通过相断路继电器模块被切换至无电流状态。
图1示出了表示同步电动机1的电动机相线路，V，W与中性点继电器模块2之间的连接的电路图。每个电动机相线路U，V，W通过合适的功率开关3，比如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，与中性点S连接。功率开关3这样工作，使得其在电动机系统正常工作情况下处于闭合状态，从而电动机相线路U，V，W通过中性点S相互电连接。
在故障情况下，例如在电动机相线路，V，W的一个相中发生短路时或类似情况，功率开关3断开，由此将电动机相线路，V，W与中性点S断开。因此，电动机相线路中的电流立刻被切断，以及可以避免出现同步电动机的制动转矩或者发电机转矩，因为电动机相线路随着功率开关3的断开立刻被切换至无电流状态。功率开关3的该切换是借助控制线上的触发信号来进行，该控制线在一种包括MOSFET的设计方案中与MOSFET的栅极接点连接。
图2用立体图示出了中性点继电器模块2的一种实施方式。该中性点继电器2包括陶瓷衬底作为承载板21，在该陶瓷衬底上设有作为铜质导线带22的导体线带结构。铜质导线带22构成与同步电动机1的电动机相线路U，V，W的接点。此外，中性点S也被构造成位于陶瓷衬底21上的导体面。在承载板21上设有其他铜质表面，MOSFET 3设置在这些铜质表面上，使得可以获得尽可能良好的从MOSFET 3到铜质表面23的散热性能。MOSFET 3的接触至少部分是从承载板21的与铜质导线带22面对的表面进行。
图3示出了根据本发明的一种实施方式的电动机装置的剖视图。该电动机装置包括电动机壳体10，该壳体被设计成圆柱形套筒，在该套筒的内周面上设有电动机线圈，以用已知的方式通过适当的触发通过位于电动机轴12上的永久磁铁转子13来驱动电动机轴12。电动机轴12在电动机壳体10的一端处伸出并且用作电动机的输出部。在电动机壳体10的与电动机输出部相对的一端处设有盘形壳体元件14，利用该壳体元件封闭套筒形的电动机壳体10的相应侧。壳体元件14具有向内缩进且大致垂直地从壳体元件14的主面突出的环绕的插入边缘9，该插入边缘被插入到电动机壳体10的内部，以将壳体元件14定位在电动机壳体10上。壳体元件14具有中央孔15，电动机轴12的与输出部相对的一端穿过该中央孔，其由此被支承在中央孔中。
壳体元件14朝向电动机壳体10方向的内侧设有相线路接点16，该相线路接点在装配状态下与固定在电动机壳体10中的相应第二相线路接点17连接，以实现电动机相线路U，V，W从外部通过壳体元件14的接触。
中性点继电器模块2设置在壳体元件14的内侧上，因此该模块可以具有至电动机相线路的很短的连接导线，从而在正常工作中，也就是说在功率开关3处于闭合状态时，可以实现电动机相线路通过中性点S的尽可能低欧姆的相互连接。
在壳体元件14的与内侧相对的外侧上优选设有控制装置18，该控制装置承担以适当的方式对同步电动机进行控制的功能。在将电动机装置应用于电子转向系统中的情况下，控制装置还可具有为此所需的功能。
图4用立体图示出了壳体元件14的一部分。在该图中可看到，中性点继电器模块2设置在壳体元件14的底座19上。底座19从壳体元件14的内表面凸进电动机内部并形成一个面，中性点继电器模块2靠在该面上。底座19和壳体元件14优选是一体形成并且由导热性良好的材料例如金属构成，或者也由不传导的材料例如塑料材料构成。中性点继电器模块2优选粘接在壳体元件14的底座19上或者借助于紧固元件固定。在后者情况下，在底座19和壳体元件14之间可以设置导热膏。
如在图5的壳体元件局部图中所示，为了实现用于至少控制导线的通孔金属化，壳体元件14具有通孔32。在该通孔中设有接触件导向元件30，该接触件导向元件具有不传导的塑料元件或者由其他不传导的材料构成的元件。在接触件导向元件30中嵌有贯穿导体31。该贯穿导体31可以对应于用于触发功率开关3的控制导线，并且在壳体元件14的内侧上与中性点继电器模块2连接，而在壳体元件14的外侧上与控制装置18连接。
接触件导向元件30被设计成总体上呈T形，并且从壳体元件14的内侧插入穿过通孔，使得接触件导向元件30的腿部靠在壳体元件的内侧上。接触件导向元件30的一个腿部具有凸耳33，该凸耳嵌入位于接触件导向元件30的内侧上的凹槽34中，从而固定该接触件导向元件。
本发明不局限于将中性点继电器模块2设置在壳体元件14上，该壳体元件被设计成圆柱形的电动机壳体10的平坦的封闭部。在其他电动机装置中，中性点继电器模块2可以设置在电动机壳体内的几乎是任意位置上，只要该模块不会影响电动机的功能。通过将中性点继电器模块2设置在电动机装置的壳体中或上，可以省去用于可靠地容纳中性点继电器模块2的附加壳体部件。
如在图6中所示，也可以设置电子相断路继电器模块40来代替中性点继电器模块2。在这种实施方式中，同步电动机1的电动机相线路U，V，W作为星形线路相互连接。在控制装置18与电动机相线路U，V，W之间设有相断路继电器模块40的相应功率开关3，这些功率开关在正常工作情况下是闭合的。每个功率开关3单独地用控制导线触发。在出现故障的情况下，功率开关3被断开，从而不会再有电流流过电动机相线路。
Claims (6)
1.应用于电子转向系统中电动机装置，包括：
-电动机壳体(10)；
-位于电动机壳体(10)中的多相电动机(1)；
-电子断路继电器模块(2，40)，用于在故障情况下切换一个或多个电动机相；
-控制装置(18)；
其特征在于，
所述电动机壳体(10)由壳体元件(14)及其其余壳体部分构成并且在壳体元件(14)的内侧上设置所述断路继电器模块(2，40)及在壳体元件(14)的外侧上设置所述控制装置(18)，
壳体元件(14)设有通孔(32)，接触导向元件(30)伸入所述通孔(32)中，接触导向元件(30)是不导电的并且设有贯穿导体(31)，
贯穿导体(31)将壳体元件(14)的内侧上的所述断路继电器模块(2，40)及在壳体元件(14)的外侧上的所述控制装置(18)相互电连接，
所述接触导向元件(30)具有腿部，该腿部至少部分地在所述壳体元件(14)的所述内侧上延伸并且具有保持元件(33)，该保持元件与相应的保持元件(34)共同作用，以固定接触导向元件(30)。
2.如权利要求1所述的电动机装置，其特征在于，所述断路继电器模块(2，40)设置在电路板(21)上，其设置在凸起部(19)，该凸起部形成在所述壳体元件(14)的朝向壳体内部的面上。
3.如权利要求1或2所述的电动机装置，其特征在于，所述断路继电器模块(2，40)被设计成中性点继电器模块或相断路继电器模块。
4.如权利要求1所述的电动机装置，其特征在于，一个保持元件(33)是凸耳，另外的相应的保持元件(34)是凹槽 。
5.如权利要求1至2中任一项所述的电动机装置，其特征在于，在所述壳体元件(14)的外侧上设有控制装置(18)，以控制电动机的运行。
6.如权利要求1至2中任一项所述的电动机装置，其特征在于，所述壳体元件(14)被设计成平的，以遮盖圆柱形的壳体部分(10)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |