CN102255436B

CN102255436B - 电传动装置

Info

Publication number: CN102255436B
Application number: CN201110135705.0A
Authority: CN
Inventors: 宫地修平; 山崎雅志; 安部达也
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2031-05-20
Also published as: JP5177711B2; DE102011050403B4; JP2012010576A; DE102011050403A1; US20110285223A1; CN102255436A; US8803383B2

Abstract

一种电传动装置。提供两个功率模块(60)以彼此面对，把包括轴(35)的旋转轴线的平面夹在当中，其中使用于切换向电动机(2)的线圈(26)提供的电流的开关元件(81至86)树脂模塑成型。第一平滑电容器(77)、第二平滑电容器(78)和扼流线圈(76)位于功率模块(60)之间。通过把大尺寸电子部件固定在功率模块(60)之间，可以减小控制单元(3)的尺寸，可以减少连接电子部件和功率模块(60)的电导体的阻抗。

Description

电传动装置

技术领域

本发明涉及具有用于控制电动机传动的电子控制单元的电传动装置和电动机。

背景技术

在用于协助司机的转向操作的电动助力转向系统(electric powersteering system)的一些传统电传动装置中，把电子控制单元与电动机相结合。需要电传动装置的控制单元尺寸紧凑、噪声低和有效增加电动机的输出扭矩。

根据以下专利文件1和2，把使输入电源电压的变化平滑的三个电容器布置在一行中。另外，六个功率模块平行位于两行中。三个电容器的行和六个功率模块的行布置为L形状。从电源提供的电流从第一母线通过电容器向功率模块和第二母线流动。

(专利文件1)JP 3729176

(专利文件2)JP 2004-215335A

然而，在电容器和功率模块布置为L形状的情况下控制单元需要尺寸大。连接电容器和功率模块的第一母线增加电导体的阻抗和降低电容器的性能。如果电导体的阻抗增加，则通过控制单元从电源向电动机提供的电流减小以及电动机的输出扭矩减小。

发明内容

因此本发明的目的是提供尺寸紧凑的电传动装置。

根据本发明的一个方面，电传动装置包括电动机、多个功率模块、第一平滑电容器、扼流线圈和第二平滑电容器。电动机具有具有电动机壳体、定子、线圈、转子和轴，电动机壳体形成为圆柱状，定子在径向上位于电动机壳体内部，线圈被缠绕成提供多个相，转子在径向上位于定子内部并能够相对于定子旋转，轴能够与转子一起旋转。多个功率模块处于轴的一个轴向端部侧以把包括轴的旋转轴线的平面夹在多个功率模块中间。功率模块中的每个功率模块包括：用于切换向线圈提供的电流的开关元件，用于在其中使开关元件模塑成型的模制部件和从模制部件突出的端子。第一平滑电容器电连接到功率电路连接器侧以从电源向开关元件提供电流，以便减少电源噪声。扼流线圈串联电连接在电源与开关元件之间，以便减小向开关元件提供的功率的变化。第二平滑电容器并行电连接到开关元件，以便吸收在切换对开关元件的电流供给时生成的纹波电流。第一平滑电容器、第二平滑电容器和扼流线圈中的至少一个位于功率模块之间。其中，第一平滑电容器、扼流线圈和第二平滑电容器从功率电路连接器侧按列出的这个次序位于印制电路板上。

附图说明

本发明的以上和其它目的、特征和优点根据参照附图进行的以下详细描述变得更明显。在图中：

图1是根据本发明第一实施例的使用电传动装置的动力转向装置的方框图；

图2是根据第一实施例的电传动装置的剖视图；

图3是在图2中的方向III上观看的根据第一实施例的电传动装置的平面图；

图4是在移除覆盖物的情况下，在图3中的方向IV上观看的根据第一实施例的电传动装置的侧视图；

图5是从电动机的顶部侧观看的根据第一实施例的电传动装置的分解透视图；

图6是从电动机的底部侧观看的根据第一实施例的电传动装置的分解透视图；

图7是根据第一实施例的电传动装置中使用的电子控制单元的平面图；

图8是在图7中的方向VIII上观看的第一实施例中的控制单元的侧视图；

图9是在图7中的方向IX上观看的第一实施例中的控制单元的侧视图；

图10是在图7中的方向X上观看的第一实施例中的控制单元的侧视图；

图11是第一实施例中的控制单元的透视图；

图12是在图11中移除功率电路基板的情况下，第一实施例中的控制单元的透视图；

图13是在图7中移除功率电路基板的情况下，第一实施例中的控制单元的平面图；

图14是在移除热沉和控制电路基板的情况下、以及在图8中的方向XIV上观看的第一实施例中控制单元的平面图；

图15是在移除热沉和控制电路基板的情况下，第一实施例中的控制单元的侧视图；

图16是在移除热沉和控制电路基板的情况下，第一实施例中控制单元的透视图；

图17是第一实施例中控制单元的功率电路基板的剖视图；

图18是示出了第一实施例中功率电路基板的第四层和第一层的平面图；

图19是示出了第一实施例中的功率电路基板的第二层的平面图；

图20是示出了第一实施例中的功率电路基板的第三层的平面图；

图21是根据本发明第二实施例的电传动装置的分解透视图；

图22是在移除功率电路基板的情况下，根据第二实施例的电传动装置中使用的控制单元的透视图；

图23是在移除功率电路基板的情况下，第二实施例中控制单元的平面图；

图24是在图23中的方向XXIV上观看的第二实施例中的控制单元的侧视图；

图25是在图23中的方向XXV上观看的第二实施例中的控制单元的侧视图；

图26是示出了第二实施例中的功率电路基板的第一层的平面图；

图27是示出了第二实施例中的功率电路基板的第二层的平面图；

图28是示出了第二实施例中的功率电路基板的第三层的平面图；

图29是示出了第二实施例中的功率电路基板的第四层的平面图；

图30是在移除热沉和控制电路基板的情况下，本发明第三实施例中的控制单元的平面图；

图31是示出了第三实施例中的控制单元的功率电路基板的第四层和第一层的平面图；

图32是示出了第三实施例中的控制单元的功率电路基板的第二层的平面图；

图33是示出了第三实施例中的控制单元的功率电路基板的第三层的平面图；

图34是根据本发明第四实施例的电传动装置的剖视图；

图35是沿着图34中的线XXXV-XXXV获取的电传动装置的剖视图；

图36是根据本发明第四实施例的电传动装置的分解透视图；

图37是沿着图34中的线XXXVII-XXXVII获取的电传动装置的剖视图；

图38是在图34中移除功率电路基板的情况下，根据第四实施例的控制单元的透视图；以及

图39是图34中圆形XXXIX表示的根据第四实施例的电传动装置的一部分的部分放大视图。

具体实施方式

下面将参照图中示出的各种实施例描述根据本发明的传动装置。在下述多个实施例中，通过相同的数字表明基本上一样的配置以略去相同的描述。

(第一实施例)

根据本发明第一实施例的传动装置示于图1至图17中以及通过数字1指示。传动装置1应用于交通工具的电动助力转向系统(称作EPS)。

首先参照图1描述EPS的电配置。下文中描述的电配置可应用于其它实施例。如图1中所示，电传动装置1用于通过附连到柱身6(方向盘5的旋转轴)的齿轮7驱动柱身6以生成旋转扭矩来协助交通工具方向盘5的转向操作。具体地，当司机操作方向盘5时，电传动装置1通过检测柱身6中生成的转向扭矩和从未示出的CAN(控制区域网络)获取交通工具速度信息来协助司机对方向盘5的转向操作。转向扭矩由扭矩传感器8检测。

电动机2是使齿轮7前向和反向旋转的无刷电动机。提供电子控制单元3以控制向电动机2的电流供给和电动机2的传动操作。控制单元3具有提供电动机2的驱动电流的功率电路100和控制电动机2的传动的控制电路90。

功率电路100具有在电源75与供电线之间提供的扼流线圈76、第一平滑电容器77、第一倒相器电路80和第二倒相器电路89。第一平滑电容器77和扼流线圈76形成滤波器电路从而减少从共用电源75工作的其它外部装置传输的噪声。它还减少从电传动装置1向共用电源75的其它外部装置传输的噪声。

倒相器电路80和89的配置相同，所以下面描述第一倒相器电路80。倒相器电路80具有作为一个类型场效应晶体管的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管，称作FET)81至86。根据栅极电势在源极漏极路径之间接通(导通)或关断(不导通)FET 81至86。FET 81至86是开关元件。

FET 81具有连接到供电线侧的漏极和连接到FET 84漏极的源极。FET 84具有通过分流电阻器99接地的源极。FET 81与FET 84之间的联结处连接到电动机2的U相线圈。FET 82具有连接到供电线侧的漏极和连接到FET 85漏极的源极。FET 85具有通过分流电阻器99接地的源极。FET 82与FET 85之间的联结处连接到电动机2的V相线圈。FET 83具有连接到供电线侧的漏极和连接到FET 86漏极的源极。FET 86具有通过分流电阻器99接地的源极。FET 83与FET 86之间的联结处连接到电动机2的W相线圈。

倒相器电路80具有供电继电器87和88。供电继电器87和88由与FET 81至86类似的MOSFET形成。在作为上侧FET的FET 81至83与电源75之间提供供电继电器87和88以在出现异常时中断电流通过FET 81至86流向电动机2侧。

分流电阻器99电连接在作为下侧FET的FET 84至86与地之间。通过检测分流电阻器99中流动的电流或得出的电压来检测W相线圈、V相线圈和U相线圈中流动的电流。

作为电解电容器的多个(例如，两个)第二平滑电容器78电连接在分流电阻器99的地侧(低电势侧)与在供电线侧(高电势侧)提供的FET81至86的电源侧之间。第二平滑电容器78通过储存电荷来抑制噪声分量(比如浪涌电压)和协助向FET 81至86的电源供给。

控制电路90具有预驱动器91、定制IC92、作为旋转检测部件的位置传感器93和微型计算机94。定制IC92具有作为功能块的稳压器电路95、位置信号放大器电路96和检测电压放大器电路97。

稳压器电路95是用于稳定供电的稳定电路。稳压器电路95稳定向每个部件提供的电能。例如，微型计算机94使用被稳压器电路95稳定的预定电压(例如，5V)工作。

来自位置传感器93的信号施加到位置信号放大器电路96。位置传感器93检测电动机2的旋转位置，向位置传感器信号放大器电路96施加旋转位置信号。位置传感器信号放大器电路96放大和输出旋转位置信号。检测电压放大器电路97检测分流电阻器99的电压以及放大和输出分流电阻器99的端子电压。

把电动机2的旋转位置信号和分流电阻器99的端子电压输入到微型计算机94。还从附着到柱身6的扭矩传感器8向微型计算机94输入转向扭矩信号。通过CAN把交通工具速度信息输入到微型计算机94。

在输入转向扭矩信号和交通工具速度信息时，微型计算机94与旋转位置信号相对应地通过预驱动器91控制倒相器电路80，以使得与交通工具行进速度相对应地协助由方向盘5进行的转向操作。具体地，微型计算机94通过预驱动器91通过切换FET 81至86的通/断状态来控制倒相器电路80。由于FET 81至86的栅极连接到预驱动器91的六个输出端子，所以预驱动器91通过改变栅极电压来切换FET 81至86的通/断状态。

微型计算机94按照从检测电压放大器电路97输入的分流电阻器99的端子电压来控制倒相器电路80，以使得向电动机2提供的电流近似于正弦波形。微型计算机94还以与控制倒相器电路80类似的方式控制倒相器电路89。

接下来参照图2至图6描述电传动装置1的机械结构。电传动装置1具有堆叠结构，其中控制单元3位于电动机2的一个轴向端部侧。电动机2和控制单元3因而在电动机2的轴向方向上(即，图2中的上下方向上)彼此耦接。

电动机2具有电动机壳体10、定子20、转子30、轴35等。

如图2和图3中所示，电动机壳体10形成为圆柱形状并用铁等制成。通过螺钉等在与控制单元3相对的轴向端部把由铝制成的端部框架14牢固固定到电动机壳体10。在控制单元3侧的端部的轴向中心在电动机壳体10中提供开口11。轴35穿过开口。在控制单元3侧的电动机壳体10的端部提供树脂导向器16。树脂导向器16基本上形成环形的形状，具有开着的中心部分。

定子20在径向方向上位于电动机壳体10内部。通过在作为磁性材料薄板堆叠的堆叠铁芯上绕导线来形成定子20。导线形成电动机2的W相、V相和U相的三个线圈26。

如图5中所示，在树脂导向器16中形成六个孔17。从六个孔17的六个部位取出线圈26以形成电动机引线27。电动机引线27穿过树脂导向器16中形成的六个孔17。因此，电动机引线27通过树脂导向器16定位并与电动机壳体10确保隔离。电动机引线27被朝向控制单元3侧取出以及通过与倒相器电路80和89对应的功率模块60的径向外部部分和控制电路基板40向功率电路基板70连接。即，电动机引线27当在电动机2的轴向方向上观看时在径向上位于功率模块60外部。功率电路基板70是印制电路板。

转子30如图2中所示在径向上位于定子20内侧以使得它可相对于定子20旋转。转子30由磁性材料(比如铁)形成为圆柱形状。转子30具有转子芯31和在径向上位于转子芯31外侧的永磁体32。把永磁体32布置成使得N极和S极在圆周方向上交替。

把轴35固定在转子芯31的中心轴线中形成的轴孔33中。通过电动机壳体10中提供的承载物12和端部框架14中提供的承载物15可旋转地支撑轴35。因此轴35相对于定子20可与转子30一起旋转。

轴35在其在控制单元3侧的轴向端部具有磁体36。固定到控制单元3侧的轴35的轴向端部的磁体36朝向控制单元3侧裸露。磁体36处于面向控制电路基板40的在电动机2侧的端部表面41。

如图4至图6中所示，轴35在相对于电动机壳体10与控制单元3相对的位置具有输出端37。靠近轴35的输出端37，提供其中包括齿轮7的齿轮箱(未示出)。轴35驱动输出端37旋转。通过齿轮箱的齿轮啮合输出端37以使得通过电动机2的轴35的旋转向柱身6施加传动力。

在电动机壳体10在轴向方向上突出时形成的电动机壳体区域内提供有控制单元3。控制单元3具有两个功率模块60、作为电源连接器的功率电路连接器79、第一平滑电容器77、第二平滑电容器78、扼流线圈76、热沉50、功率电路基板70、控制电路基板40等。

控制电路基板40是由例如玻璃环氧树脂基板形成的四层基板以及形成为总体上矩形板形状以使得它在电动机壳体区域内。在控制电路基板40的四角形成凹槽42作为用于把热沉50组装到电动机壳体10的裕度。从电动机2侧通过螺钉47把控制电路基板40螺钉固定到热沉50。

形成控制电路90的各种电子部件安装在控制电路基板40上。在控制电路基板40的在电动机2侧的端部表面41上安装预驱动器91、定制IC92、位置传感器93和微型计算机94。位置传感器93总体上提供在控制电路基板40的中心，面对轴35的磁体36。通过此布置，通过检测由与轴35一起旋转的磁体36提供的磁场的改变来检测轴35的旋转。沿着长侧的外围在控制电路基板40形成大量通孔43以便与功率模块60的控制端子相连。在与电动机2相反的位置向短侧连接控制电路连接器45。提供控制电路连接器45以可从电动机2的径向外部部分连接到电导体，以使得从传感器输入传感器信息。

热沉50由两个热辐射块51和连接热辐射块51的中间部件52形成。通过良好热传导材料(比如铝)将热辐射块51和中间部件52整体地形成为单一体。热辐射块51被提供为面向彼此以把包括轴35旋转中心的假想平面夹在当中。

热辐射块51各自形成宽柱形状。每个热辐射块51在它的两端具有连接部件54和55。连接部件54和55在电动机2的轴向方向上形成通孔。螺钉56插入连接部件54中并紧固到电动机壳体10。此外，螺钉插入连接部分55以及连同覆盖物68一起紧固到电动机壳体10。

图7至图16中示出了控制单元3。在图12和13中，然而，未示出功率电路基板70。在图14至16中，未示出热沉50和控制电路基板40。

功率模块60位于电动机2的径向方向上在热沉50外部的位置，与轴35总体上平行。每个功率模块60布置在热沉50的每个热辐射块51上。功率模块60具有形成FET但是未示出的半导体芯片、由铜形成的导体图案、在其中使半导体芯片模制成型的模制部件61、从模制部件61一侧突出的控制端子64和从模制部件61另一侧突出的功率端子65。

通过螺钉69把功率模块60螺钉安装到热沉50。功率模块60生成的热量通过热量辐射片辐射到热沉50。

在功率模块60中，半导体芯片、分流电阻器66等安装在由铜形成的导体图案上并通过树脂模制部件61模塑成型。

功率模块60中的一个功率模块使图1中示出的倒相器电路80整体树脂模塑为单一体。功率模块60中的其它功率模块也使倒相器电路89整体树脂模塑为单一体。

如图12至图16中所示，第一平滑电容器77、第二平滑电容器78和扼流线圈76位于热沉50的热辐射块51之间形成的空间内。第二平滑电容器78的数量是四，具体地，倒相器电路80两个和倒相器电路89两个。这些是大尺寸的电子部件以及在两个功率模块60之间提供。这些大尺寸电子部件安装在功率电路基板70的在电动机2侧的一个表面上。

第一平滑电容器77和第二平滑电容器78是铝电解电容器。第二平滑电容器78在外径上比第一平滑电容器77大以及电容更大。第一平滑电容器77和第二平滑电容器78总体上以圆柱形状形成。第一平滑电容器77和第二平滑电容器78布置成使得各轴线总体上与电动机2的轴35的轴线平行。

如图14中所示，位于一个热辐射块51侧和另一热辐射块51侧的第二平滑电容器78之间的距离D1比位于一个热辐射块51侧的第二平滑电容器78或另一热辐射块51侧的第二平滑电容器78之间的距离D2短。为此，把四个第二平滑电容器78布置成使得通过如图13和14中所示连接四个平滑电容器78的轴线以三角形形状形成的假想线Z当在轴向方向上从轴35的一个轴向端部侧观看时总体上形成矩形。把第一平滑电容器77布置成使得它的轴线当在轴向方向上从轴35的一个轴向端部侧观看时位于假想线Z的对角线的交叉点上。通过等于或小于2mm的各间隔紧密布置第一平滑电容器77和四个第二平滑电容器78。

扼流线圈76总体上形成管状或环状形状，其轴向长度比其外径短。扼流线圈76被布置成使得它的轴线与轴35的轴线垂直。扼流线圈76在从轴35的一个轴向端部侧在轴向方向上观看时位于矩形的假想线Z外侧。把扼流线圈76布置成在从轴35的一个轴向端部侧在轴向方向上观看时与轴35不重叠。

如图13中所示在径向上与控制电路连接器45相对一侧提供功率电路连接器79。提供功率电路连接器79使得电导体可从电动机2径向上的外部连接和连接到电源75。因而，通过功率电路连接器79为功率电路基板70提供电能。通过功率电路连接器79、功率电路基板70、功率模块60和电动机引线27把来自电源75的电能提供给定子20上缠绕的线圈26。

在图1至图6中示出的覆盖物68内容纳控制单元3。覆盖物68由磁性材料(比如铁)形成以防止电场从控制单元3泄漏到外部和防止灰尘等进入到控制单元3侧中。覆盖物68具有与电动机壳体10总体上一样的直径以及形成为向底部电动机2侧敞开的圆柱形状。通过螺钉57把覆盖物68与热沉50一起螺钉安装到电动机壳体10。在控制电路连接器45和功率电路连接器79对应的位置在覆盖物68中形成凹槽或凹陷67。控制电路连接器45和功率电路连接器79暴露成从凹陷67在径向上向外的方向上敞开。在树脂导向器16的与功率电路连接器79侧提供的凹陷67对应的位置形成突出部18。在树脂导向器16形成步进部件19以与覆盖物68一起安装。

参照图1和图17至20描述功率电路基板70上形成的导体图案。功率电路基板70具有四层结构。第一层111和第四层114中每层的厚度约35μm。第二层112和第三层113中每层的厚度约70μm。由于在功率电路基板70上形成例如约20μm厚度的电镀层110，所以第一层111和第四层114中的每层最终的总厚度约55μm。第一层111至第四层114通过过孔115的电镀层110连接。

图18中示出了第四层114和第一层111的导体图案。图19中示出了第二层112的导体图案。图20中示出了第三层113的导体图案。在第一层111至第四层114上形成宽导体101至107。描述通过在第一层111至第四层114上形成的导体101至107的电流流动。从电源75提供的电流从功率电路连接器79的端子A向第四层114和第一层111的导体101流动。噪声分量通过第一平滑电容器77的引线线路B和C从导体101被吸收至第三层113的导体102、以及随后通过功率电路连接器79的端子Y从导体102吸收至地。

电流通过扼流线圈76的引线E和F从第四层114和第一层111的导体101向导体103流动。电流通过功率端子G从导体103向功率模块60的供电继电器87和88流动。电流通过功率端子H从供电继电器87和88向第二层112的导体104流动。电流通过高电势侧的FET81至83，功率端子N、O和P，第一至第四层111至114的导体105至107，以及电动机线路Q、S和U从导体104向相应线圈(即，U相线圈、V相线圈和W相线圈)流动。

电流通过电动机线路Q、S和U，低电势侧的相应FET84至86，分流电阻器99，功率端子W和X从U相线圈、V相线圈和W相线圈向第三层113的导体102流动。电流通过功率电路连接器79的端子Y从导体102向地流动。第二平滑电容器78把一个引线I、J连接到第二层112的导体104以及把另一引线K、L连接到第三层113的导体102以协助向FET81至86的供电。第二平滑电容器78还吸收通过FET81至86的切换生成的纹波电流。

在电传动装置1的操作中，控制电路基板40上提供的微型计算机94通过预驱动器91生成通过PWM(脉宽调制)控制形成的脉冲信号，以基于从位置传感器93、扭矩传感器8、分流电阻器99等提供的信号按照交通工具的行进速度协助方向盘5的转向。

通过控制端子64把此脉冲信号输出到由功率模块60形成的系统的倒相器电路80和89，以使得功率模块60的FET81至86的通/断切换操作得到控制。因而向线圈26提供彼此相位移位的正弦波电流以使得生成旋转磁场。通过旋转磁场使转子30和轴35作为单一体旋转。通过轴35的旋转，从输出端37向柱身6的齿轮7输出传动力以使得协助司机通过方向盘5进行的转向操作。

根据第一实施例的电传动装置1提供以下优点。

(1)在功率模块60之间布置第一平滑电容器77、第二平滑电容器78和扼流线圈76。把第二平滑电容器78布置成使得：在从轴35的一个轴向端部侧在轴向方向上观看时连接第二平滑电容器78轴线的假想线Z，形成矩形形状。直径比第二平滑电容器78的直径小的第一平滑电容器77处于使得它的轴线位于矩形的假想线Z的对角线的交叉点上。作为结果，用于布置第一平滑电容器77和第二平滑电容器78的空间的尺寸可以较小。由此减小控制单元3的尺寸，电传动装置1的尺寸可以紧凑。

(2)把扼流线圈76布置成使得它的轴线与电动机2的轴35的轴线垂直。通过相邻地放置扼流线圈76轴向方向上的外壁和第二平滑电容器78，可以在尺寸上减小用于布置第一平滑电容器77、第二平滑电容器78和扼流线圈76的空间。

(3)在功率模块60之间提供第一平滑电容器77、第二平滑电容器78和扼流线圈76。作为结果，可以使得电连接这些大电子部件和功率模块60的功率端子65的导体101至107短和宽。使得导体101至107的阻抗低。可以因而改进第二平滑电容器78和第一平滑电容器77的性能，可以减少电源噪声。

(4)在功率模块60之间提供第一平滑电容器77和扼流线圈76。作为结果，可以降低从电源75通过扼流线圈76至供电继电器87和88的阻抗。进一步地，通过使第二平滑电容器78位于功率模块60之间，可以减少倒相器电路80和89的阻抗。因此，可以抑制从电源75向电动机2提供的电流的减少。可以因而增加电动机2的输出扭矩。在电动机2的输出扭矩相同的情况下，可以抑制导体101至107和FET 81至88的发热。

(5)第一平滑电容器77、第二平滑电容器78和扼流线圈76外部提供的热沉50的热辐射块51当在轴35的轴向方向上观看时总体上与由假想线Z限定的矩形的长边侧平行地延伸。作为结果，可以减小热沉50、功率模块60、扼流线圈76、第二平滑电容器78和第一平滑电容器77的外围尺寸，以使得可以在总体上为圆柱形状的电动机壳体10的外径内形成控制单元3。因而，可以减小电传动装置1的尺寸。

(第二实施例)

图21至29中示出了根据本发明第二实施例的电传动装置。根据第二实施例，热沉250具有两个热辐射块251。为热辐射块251中的每个热辐射块提供两个模块单元260和270。即，在热沉250上安装四个模块单元260和270。

把一个模块单元260布置在热辐射块251的在功率电路基板70侧的顶部外壁上。把另一个模块单元270布置在热辐射块251的侧外壁上。即，把半导体模块单元260布置成总体上与轴35的旋转中心垂直，把半导体模块单元270布置成总体上与轴35的旋转中心平行。

半导体模块单元260和270分别具有四个半导体模块261至264和271至274以及金属基板265和275。用螺钉269通过热量辐射片固定金属板265和275把半导体模块单元260和270分别螺钉安装到热沉250。半导体模块261至264和271至274是功率模块。

三个端子266(栅极、源极和漏极)从热辐射块251的外顶壁上的半导体模块单元260的半导体模块261至264中的每个半导体模块突出，并总体上垂直地弯折以朝向功率电路基板70侧延伸。三个端子276(栅极、源极和漏极)从热辐射块251的外侧壁上的半导体模块单元270的半导体模块271至274中的每个半导体模块突出，并朝向功率电路基板70侧延伸。半导体模块261至264和271至274的端子266和276插入在功率电路基板70中形成的通孔中以及通过焊接等电连接到功率电路基板70。

在热辐射块251的面向功率电路基板70的顶部外壁上布置的半导体模块单元260的半导体模块261至264对应于一个倒相器电路80的FET81至83和供电继电器87。在热辐射块251的面向电动机2的径向方向上的外侧壁上布置的半导体模块单元270的半导体模块271至274对应于一个倒相器电路80的FET 84至86和供电继电器88。

另一热辐射块251上布置的半导体模块单元260和270的半导体模块261至264和271至274对应于另一倒相器电路89的FET和供电继电器87和88。

根据第二实施例，与第一实施例类似地，在热沉50的两个热辐射块51之间形成的空间内布置第一平滑电容器77、第二平滑电容器78和扼流线圈76。在四个功率模块260和270之间提供这些大尺寸电子部件。

图26至29中示出了功率电路基板70中形成的导体图案。图26示出了第一层211的导体图案。图27示出了第二层212的导体图案。图28示出了第三层213的导体图案。图29示出了第四层214的导体图案。在第一层211至第四层214中形成宽导体221至231。

参照图1和图26至图29描述第一层211至第四层214中形成的导体221至233中电流的流动。从电源75提供的电流向导体221、从功率电路连接器79向第四层214的导体221流动。噪声分量通过第一平滑电容器77的引线B和C从导体221被吸收至第三层213的导体223和第一层211的导体222的导体223、以及随后通过功率电路连接器79的端子Y从导体222和223被吸收至地。

电流通过扼流线圈76的引线E和F从第四层214的导体221向第二层212的导体224流动。电流从导体224向供电继电器87和88的端子G流动。电流从供电继电器87和88的端子H向第三层213的导体225流动。电流通过高电势侧的FET 81至83、第二层212和第四层214的导体226至231、以及电动机线路Q至V从导体225向相应线圈(即，U相线圈、V相线圈和W相线圈)流动。

电流通过电动机线路Q至V和低电势侧的相应FET 84至86从U相线圈、V相线圈和W相线圈向第一层211的导体222和第三层213的导体223流动。电流通过功率电路连接器79的端子Y从导体222和223向地流动。第二平滑电容器78把一个引线I、J连接到第三层213的导体225以及把另一引线线路K和L连接到第三层213的导体223以协助向FET81至86的供电。第二平滑电容器78还吸收由FET 81至86的切换生成的纹波电流。

根据第二实施例，控制电路基板40和功率电路基板70通过端子278电连接。半导体模块261至264和271至274通过功率电路基板70的第一层211和第三层213中形成的导体232和233分别连接到控制电路基板40。通过图21至图23中示出的端子278以及功率电路基板70的第一层211和第四层214的导体232和233把从控制电路基板40输出的控制信号传输给半导体模块261至264和271至274，以使得控制半导体模块261至264和271至274的通/断。因此，以与第一实施例相同的方式驱动和控制电动机2。

根据第二实施例，提供了上述优点(1)至(5)。

另外，使用在其中使各FET树脂模塑的半导体模块261至264和271至274。把半导体模块261至264和271至274布置在面向功率电路基板70的热沉250的表面上。因此，可以有效地使用控制单元3的空间以使得可以减小电传动装置的尺寸。

(第三实施例)

图30至图33中示出了根据本发明第三实施例的电传动装置。此实施例是第一实施例的变型。

根据第三实施例，与第一实施例不同地布置第一平滑电容器77、第二平滑电容器78和扼流线圈76。把这些大尺寸电子部件布置成使得第一平滑电容器77、扼流线圈76和第二平滑电容器78按此次序从功率电路连接器79侧布置在功率电路基板70上。第二平滑电容器78被布置成使得在从轴35的一个轴向侧在轴向方向上观看时连接第二平滑电容器78轴线的假想线Z形成方形形状。

图31至图33中示出了功率电路基板70中形成的导体。图31示出了第四层314和第一层311的导体图案。图32示出了第二层312的导体图案。图33示出了第三层313的导体图案。在第一层311至第四层314中形成宽导体321至331。

参照图1和图31至图34描述第一层311至第四层314中形成的导体321至328中电流的流动。从电源75提供的电流从功率电路连接器79的端子A向第四层314和第一层311的导体321流动。噪声分量通过第一平滑电容器77的引线B和C向第四层314和第一层311的导体322以及第三层313的导体323流动、以及随后通过功率电路连接器79的端子Y从导体322和323向地流动。

电流通过扼流线圈76的引线E和F从第四层314和第一层311的导体321向导体324流动。电流从导体324从导体324向供电继电器87和88的端子G流动。电流从供电继电器87和88的端子H向第二层312的导体325流动。电流从导体325通过功率端子M、高电势侧的FET 81至83、功率端子N、O、P、以及第一层至第四层的导体326至328向相应线圈(即，U相线圈、V相线圈和W相线圈)流动。

电流从U相线圈、V相线圈和W相线圈通过电动机线路Q至V、低电势侧的相应FET 84至86和功率端子W、X向第三层313的导体323流动。电流从导体322通过功率电路连接器79的端子Y向地流动。第二平滑电容器78把一个引线I、J连接到第二层312的导体325以及把另一引线K和L连接到第三层313的导体323以协助向FET81至86的供电。第二平滑电容器78还吸收通过FET 81至86的切换生成的纹波电流。

根据第三实施例，提供了上述优点(1)至(5)。

(第四实施例)

图34至39中示出了根据本发明第四实施例的电传动装置。根据第四实施例，如图36至图38中所示，从功率电路连接器79侧把第一平滑电容器77、扼流线圈76和第二平滑电容器78按这个次序安装在功率电路基板70上。

功率电路连接器79和控制电路连接器45被提供为在同一方向上开放。如图39中所示向轴35的在控制电路基板40侧的轴向端部安装圆柱附着物38。把磁体36牢牢固定到附着物38。把位置传感器93安装在控制电路基板40上以在轴35的轴线上和在面向磁体36的一侧。位置传感器93可以是磁阻(MR)传感器，其按照穿过它的内部传感元件的磁通量使其电阻值变化。位置传感器93检测由与轴35一起旋转的磁体36引起的磁通量的改变。因此，检测转子30的位置。

扼流线圈76具有围绕管状芯761缠绕的绕组762和管状芯761。芯761的轴线和轴35的轴线总体上彼此垂直。扼流线圈76的芯761被形成为具有横穿芯761轴线的矩形横截面。把位置传感器93布置成与扼流线圈76的轴向端部隔开距离L，如图39中所示。把此距离L设置成使得位置传感器93可以在不受扼流线圈76漏通量影响的情况下准确地检测磁体36生成的磁场的改变。

位置传感器93和扼流线圈76在投影到与轴35的轴线垂直的假想平面上时在径向方向上分隔开。当电流在扼流线圈76的绕组762中流动时，以在绕组762外部循环的方式生成磁场或磁通量。即，在与绕组762延伸的方向垂直的方向上生成扼流线圈76的磁场。因此，扼流线圈76的漏通量在芯761的轴向方向和径向方向上增加。通过把位置传感器93布置成在扼流线圈76的径向方向上与扼流线圈76不重叠，减少了扼流线圈76的漏通量的影响。因此，使得位置传感器93能够检测磁体93的磁通量，以使得可以准确地检测转子30的位置。

第四实施例也提供了同样的上述优点(1)至(5)。由于减少了功率电路基板70的串扰，所以可以抑制电源的噪声。

(其它实施例)

根据上述实施例，在与电动机2的齿轮箱相反那侧提供控制单元3。然而，可以在电动机2与齿轮箱之间提供控制单元3。在此情形中，电动机2的轴35经过在相对的热辐射块51、控制电路基板40和功率电路基板70之间形成的空间朝向齿轮箱侧延伸。

根据上述实施例，电动机2与倒相器80和89这两个系统相关联。也可以使电动机2与倒相器的三个系统或一个系统相关联。

根据上述实施例，第一平滑电容器77、第二平滑电容器78、扼流线圈76和功率模块60通过功率电路基板70的导体电连接。然而，这种大尺寸电子部件和功率模块例如也可以通过母线等连接。

根据上述实施例，在功率模块60中使多个FET 81至88树脂模塑。然而，可以只使FET 81至88的一部分树脂模塑。功率模块60可以是两个或更多个。

根据上述实施例，使用FET 81至88作为开关元件。然而，可以使用任何种类的开关元件，只要这种元件具有电流供给切换功能。

根据上述实施例，第一平滑电容器77、第二平滑电容器77和扼流线圈76示出为插入和安装的部件。然而这些电子部件可以用作表面安装部件。

根据上述实施例，第一平滑电容器77、第二平滑电容器78被示出为铝电解电容器。电容器77和78然而可以是其它电容器，比如薄膜电容器。可以直接连接功率模块和电容器的端子。

根据上述实施例，热沉50、250形成为单一体，其中两个热辐射块51、251通过中间部件52、252耦接。热辐射块可以形成为在单一体中不彼此耦接的单独部分。

根据上述实施例，第一平滑电容器77、第二平滑电容器78和扼流线圈76全部在功率模块60之间提供。然而，可以在功率模块60之间只提供第一平滑电容器77、第二平滑电容器78和扼流线圈76的一部分。

根据上述实施例，电传动装置1用在EPS中。可以把电传动装置1应用于其它技术领域。

因此，本发明不限于上述实施例而是可以在其它各种实施例中实施。

Claims

1.一种电传动装置，包括：

电动机(2)，具有电动机壳体(10)、定子(20)、线圈(26)、转子(30)和轴(35)，所述电动机壳体(10)形成为圆柱状，所述定子(20)在径向上位于所述电动机壳体内部，所述线圈(26)被缠绕成提供多个相，所述转子(30)在径向上位于所述定子内部并能够相对于所述定子旋转，所述轴(35)能够与所述转子一起旋转；

多个功率模块(60、260、270)，处于所述轴的一个轴向端部侧以把包括所述轴的旋转轴线的平面夹在所述多个功率模块(60、260、270)中间，所述功率模块中的每个功率模块包括：用于切换向所述线圈提供的电流的开关元件(81至86)，用于将所述开关元件模塑在其中的模制部件(61)和从所述模制部件突出的端子(65、266、276)；

第一平滑电容器(77)，电连接到功率电路连接器(79)侧以从电源(75)向所述开关元件提供电流，以便减少电源噪声；

扼流线圈(76)，串联电连接在所述电源与所述开关元件之间，以便减小向所述开关元件提供的功率的变化；以及

第二平滑电容器(78)，并行电连接到所述开关元件，以便吸收在切换对所述开关元件的电流供给时生成的纹波电流，

其中，第一平滑电容器、第二平滑电容器和扼流线圈中的至少一个位于所述功率模块之间，

其中，所述第一平滑电容器(77)、所述扼流线圈(76)和所述第二平滑电容器(78)从所述功率电路连接器(79)侧按列出的这个次序位于印制电路板上。

2.如权利要求1所述的电传动装置，其中：

第二平滑电容器(78)包括四个形成圆柱状的平滑电容器(78)，所述平滑电容器(78)被布置成使得：所述平滑电容器的轴线总体上与所述轴的轴线平行，当在所述轴的轴向方向上观看时，通过连接四个平滑电容器的轴线形成的假想线(Z)总体上形成矩形。

3.如权利要求1至2中任一项所述的电传动装置，其中：

所述扼流线圈(76)总体上形成为管状，被布置成使得所述扼流线圈的轴线与所述轴的轴线垂直。

4.如权利要求1至2中任一项所述的电传动装置，其中：

用于向所述开关元件提供电流的电源侧的导体是印制电路板的导体，所述印制电路板设在所述第一平滑电容器的一个轴向端部侧，所述第一平滑电容器、所述扼流线圈和所述第二平滑电容器安装在所述印制电路板上。

5.如权利要求4所述的电传动装置，进一步包括：

控制电路基板(40)，位于所述第一平滑电容器的另一轴向端部侧并具有控制所述开关元件进行的电流切换的微型计算机(94)。

6.如权利要求5所述的电传动装置，进一步包括：

磁体(36)，附连到所述轴的端部以面向控制电路基板；以及

位置传感器(93)，被设置为面向所述磁体以检测所述磁体的磁通量的改变，

其中，所述磁体和所述位置传感器在所述轴的径向方向上分隔开以使得所述磁体和所述位置传感器被投影到与所述轴的轴线垂直的假想平面上时不交迭。

7.如权利要求6所述的电传动装置，其中：

所述扼流线圈(76)具有管状芯和围绕所述管状芯缠绕的绕组；

所述芯的轴线和所述轴的轴线总体上彼此垂直；以及

所述管状芯总体上具有矩形形状的横截面，所述横截面的平面与所述轴的轴线垂直。

8.如权利要求1至2中任一项所述的电传动装置，其中：

所述第一平滑电容器、所述扼流线圈和所述第二平滑电容器全都夹在所述功率模块之间。