CN102570937B - 控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于驱动和控制电动机的转动的控制器。第一和第二逆变器电路(80，89)中的每个用不同的电力线(27，28)向电动机(2)提供驱动电流。定制IC(92)具有用于向第一逆变器电路(80)输出控制信号的第一预驱动电路(91)和用于向第二逆变器电路(89)输出控制信号的第二预驱动电路(98)。用于向第一和第二预驱动电路(91，98)输出操作信号的微型计算机(94)安装到控制板(40)的中心线(S)上。中心线(S)与第一逆变器电路(80)之间的距离和中心线(S)与第二逆变器(89)之间的距离彼此相等。微型计算机(94)的第一和第二输出端子(101，102)以及定制IC(92)的第一和第二输入和输出端子(103，104，105，106)关于中心线对称。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于对电动机的操作进行驱动和控制的控制器。
背景技术
在应用于辅助车辆驾驶员的转向操作的车辆的电动助力转向系统的电驱动装置中，本领域中已知的是电动机与用于驱动和控制该电动机的控制器合并为一个，例如，如日本专利公开第2002-120739中所公开的。
根据以上控制器，由逆变器电路的单个系统对电动机进行操作。因此，在逆变器电路发生故障的情况下，车辆驾驶员进行转向操作的负担增大。
在提供逆变器电路的两个系统以用于驱动电动机的情况下，即使在逆变器电路之一发生故障时，也可以通过另一个逆变器电路来继续驱动电动机。
但是，当在从一个逆变器电路提供给电动机的驱动电流的值与从另一个逆变器电路提供给电动机的驱动电流的值之间存在差异时，电动机的转动平衡变差，并且会降低驾驶员对转向操作的感觉。
发明内容
鉴于以上问题而做出本发明。本发明的一个目的是提供一种控制器，根据该控制器提高电动机的转动平衡。
根据例如本发明的一个特征，一种用于驱动和控制电动机的转动的控制器包括：第一电流提供电路(80)、第二电流提供电路(89)、控制板(40)、集成电路(92，921，922)和微型计算机(94)。
第一电流提供电路(80)和第二电流提供电路(89)向电动机(2)提供驱动电流。控制端子(64，66)连接到控制板(40)。对第一和第二电流提供电路(80，89)的开关操作进行控制的控制信号被输入到控制端子(64，66)。安装到控制板(40)的集成电路(92，921，922)具有第一预驱动电路(91)和第二预驱动电路(98)，其中，第一预驱动电路(91)用于向第一电流提供电路(80)输出控制信号，第二预驱动电路(98)用于向第二电流提供电路(89)输出控制信号。输出用于对来自第一和第二预驱动电路(91，98)的控制信号的输出进行控制的操作信号的微型计算机(94)安装到控制板(40)的中心线(S)上，其中中心线(S)与第一电流提供电路(80)之间的距离和中心线(S)与第二电流提供电路(89)之间的距离基本上彼此相等。
微型计算机(94)的用于向第一预驱动电路(91)输出操作信号的输出端子(101)和微型计算机(94)的用于向第二预驱动电路(98)输出操作信号的输出端子(102)被布置为关于中心线(S)对称。
集成电路(92，921，922)具有第一和第二输入端子(103，104)，第一和第二输入端子(103，104)以关于中心线(S)对称的方式安装到控制板(40)，其中操作信号分别经由控制板(40)上形成的布线图(A，B)从微型计算机(94)传输至第一和第二输入端子(103，104)，然后被输入到第一和第二预驱动电路(91，98)中。
集成电路(92，921，922)还具有第一和第二输出端子(105，106)，第一和第二输出端子(105，106)以关于中心线(S)对称的方式安装到控制板(40)，其中控制信号分别经由控制板(40)上形成的布线图(C至H，I至N)从第一和第二预驱动电路(91，98)输出至第一和第二电流提供电路(80，89)。
根据本发明的以上特征，可以容易地使微型计算机(94)和第一预驱动电路(91)之间的布线图(A)的长度等于微型计算机(94)和第二预驱动电路(98)之间的布线图(B)的长度。换言之，可以容易地使从微型计算机(94)至第一预驱动电路(91)的阻抗与从微型计算机(94)至第二预驱动电路(98)的阻抗彼此相等。
另外，可以容易地使第一预驱动电路(91)与第一电流提供电路(80)之间的布线图(C至H)的长度等于第二预驱动电路(98)与第二电流提供电路(89)之间的布线图(I至N)的长度。换言之，可以容易地使第一预驱动电路(91)与第一电流提供电路(80)之间的阻抗与第二预驱动电路(98)与第二电流提供电路(89)之间的阻抗彼此相等。
结果，可以容易地使从微型计算机(94)到第一电流提供电路(80)的阻抗与从微型计算机(94)到第二电流提供电路(89)的阻抗彼此相等。因此，可以容易地使从第一电流提供电路(80)提供给电动机(2)的驱动电流等于从第二电流提供电路(89)提供给电动机(2)的驱动电流。从而可以改善电动机(2)的转动平衡。
另外，根据本实施例，可以将用于将微型计算机(94)的输出端子(101)连接至第一预驱动电路(91)的输入端子(103)的布线图(A)与用于将微型计算机(94)的输出端子(102)连接至第二预驱动电路(98)的输入端子(104)的布线图(B)彼此不相交地形成在电路板(40)上。以类似的方式，可以将用于将第一预驱动电路(91)的输出端子(105)连接至第一电流提供电路(80)的布线图(C至H)与用于将第二预驱动电路(98)的输出端子(106)连接至第二电流提供电路(89)的布线图(I至N)彼此不相交地形成在电路板(40)上。因此，可以简化控制板(40)上的布线图的结构并且抑制串扰。
附图说明
从以下参照附图进行的详细描述，本发明的以上和其他目的、特征和优点将变得更明显。在附图中：
图1是示出了根据本发明的第一实施例的用于车辆的助力转向装置的结构的示意图；
图2是示出了沿着图3中的线II-II截取的、根据本发明的第一实施例的驱动装置的示意横截面视图；
图3是沿着图2中的线III-III截取的示意横截面视图；
图4是示意性地示出了第一实施例的驱动装置的分解透视图；
图5还是示意性地示出了从相反的方向看的、第一实施例的驱动装置的分解透视图；
图6是沿着图2的VI-VI线截取的示意横截面视图；
图7是沿着图2的VII-VII线截取的示意横截面视图；
图8是示出了第一实施例的电子控制器的印刷电路板的示意俯视图；以及
图9是示出了本发明的第二实施例的电子控制器的印刷电路板的示意俯视图。
具体实施方式
将参照附图通过多个实施例来说明本发明。
(第一实施例)
在图1至图8中示出应用了根据本发明的第一实施例的控制器3的驱动装置1。本实施例的控制器3驱动并控制驱动装置1的电动机2的操作(转动)，驱动装置1被应用于车辆的电动助力转向设备(electrical powersteering device，EPS)。如图1中所示，驱动装置1的电动机2与设置在柱轴(column shaft)6中的齿轮箱7的齿轮接合。驱动装置1的电动机2取决于从检测方向盘5的转向扭矩的扭矩传感器8输出的扭矩信号和从CAN(控制器区域网络：未示出)获得的车辆速度信号而前向或后向转动，以便生成用于转向操作的助力。
驱动装置1包括电动机2和控制器3。电动机2是无刷式电动机。从控制器3向电动机2提供三相交流电作为电动机2的驱动电流，以使得电动机2前向或者后向转动。
将参照图1说明控制器3的电气结构。控制器3包括用于向电动机2提供大电流(驱动电流)的电力部分(power portion)100和用于对电力部分100的操作进行控制的控制部分90。
电力部分100具有：第一平滑电容器77，其电连接到电力线，电力线连接到电源75；扼流圈76，扼流圈76与电力线串联连接，并连接在电源75与电源继电器87和88之间以用于消弱来自电源75的电力电压的波动；第一逆变器电路80以及第二逆变器电路89。
第一逆变器电路80也被称作第一电流提供电路，而第二逆变器电路89也被称作第二电流提供电路。
第一平滑电容器77和扼流圈76形成滤波器电路以便减小从其他也是由电源75提供电力的电气设备传递的噪声。另外，滤波器电路(77和76)减小要从第一和/或第二逆变器电路80和89传递到其他共同由电源75提供电力的电气设备的噪声。
电力部分100具有针对第一和第二逆变器电路80和89的每一个的电源继电器87和88。电源继电器87和88的每一个包括MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管，以下简称为MOS晶体管)。在故障的情况下，设置在扼流圈76与第一逆变器电路80的MOS晶体管81、82和83之间的电源继电器87和88可以切断从第一逆变器电路80流向电动机2的驱动电流。以类似的方式，在故障的情况下，设置在扼流圈76与第二逆变器电路89的MOS晶体管(未示出)之间的电源继电器(未示出)可以切断从第二逆变器电路89流向电动机2的驱动电流。
第一逆变器电路80具有MOS晶体管81至86。上臂侧的每个MOS晶体管81、82和83的漏极连接到电力线，而其源极连接到下臂侧的每个相应的MOS晶体管84、85和86的漏极。下臂侧的每个MOS晶体管84、85和86的源极接地。分别将上臂侧的MOS晶体管81、82和83连接至下臂侧的MOS晶体管84、85和86的布线分别连接到电动机2的相应的U相、V相和W相线圈。MOS晶体管81至86也被称作开关元件。
第二逆变器电路89具有与第一逆变器电路80的上述结构相同的结构。因此省略其说明。
分流电阻器99电连接在下臂侧的MOS晶体管84至86的每一个与地之间。检测每个分流电阻器99的两端之间的电势以便检测提供给相应的U相、V相和W相线圈的驱动电流。
第二平滑电容器78的每一个在其一侧连接至用于上臂侧的MOS晶体管81至83的电力线，而其另一侧连接至用于下臂侧的MOS晶体管84至86的地线。换言之，第二平滑电容器78与MOS晶体管81至86并联连接。第二平滑电容器78存储电荷以辅助向MOS晶体管81至86的供电并吸收由针对通往电动机2的电流进行的开关操作所生成的纹波电流。
控制部分90具有作为集成电路的定制IC92、位置传感器93和微型计算机94。定制IC92包括第一预驱动电路91、第二预驱动电路98、调节器95、针对位置传感器信号的放大部分96和针对检测的电压的放大部分97等。
调节器95是用于稳定到各个部分的供电的稳定电路。例如，微型计算机94利用来自调节器95的稳定的预定电压(例如，5伏)来工作。
来自位置传感器93的传感器信号输入到放大部分96。位置传感器93检测电动机2的转动位置且这样检测到的转动位置(转动位置信号)被提供给放大部分96。转动位置信号被放大部分96放大，然后提供给微型计算机94。
放大部分97检测分流电阻器99上的电压，并且放大检测到的电压以将其输出至微型计算机94。
电动机2的转动位置信号、分流电阻器99上的电压、扭矩传感器8的转向扭矩信号以及车辆速度的信息等被输入到微型计算机94。微型计算机94在接收到以上信号时取决于转动位置信号向第一和第二预驱动电路91和98输出操作信号。
第一预驱动电路91在接收到来自微型计算机94的操作信号时向第一逆变器电路80输出控制信号。通过来自第一预驱动电路91的控制信号来接通/切断第一逆变器电路80的MOS晶体管81至86，以使得生成要提供给电动机2的三相交流电。
以类似的方式，第二预驱动电路98在接收到来自微型计算机94的操作信号时向第二逆变器电路89输出控制信号。通过来自第二预驱动电路98的控制信号来接通/切断第二逆变器电路89的MOS晶体管(未示出)，以使得生成要提供给电动机2的三相交流电。
微型计算机94基于来自检测电压放大部分97的分流电阻器99上的电压来控制第一和第二逆变器电路80和89，以便生成提供给电动机2作为驱动电流的基本上为正弦波形的三相交流电。
现在，将参照图2至图7说明驱动装置1的结构。
本实施例的驱动装置1具有电动机2和控制器3，控制器3被设置在转动杆35的轴向端处。
电动机2具有电动机外壳10、定子20、转子30、转动杆35等。
电动机外壳10形成为圆柱形状。通过螺杆等将端框架14固定到电动机外壳10的开口端，其中开口端在控制器3的相对侧。
定子20布置在电动机外壳10的径向内侧。定子20具有12个突出磁极(projected pole)21和12个槽，其中每个突出磁极21在电动机外壳10的径向向内方向上突出。突出磁极21和槽以等间隔布置在电动机外壳10的圆周方向上。突出磁极21由叠片铁芯形成，叠片铁芯由多个薄磁片制成。定子绕组26经由绝缘体(未示出)缠绕在铁芯上。定子绕组26由针对U相线圈、V相线圈和W相线圈的两个绕组系统组成。
绕组系统之一的U相线圈、V相线圈和W相线圈形成第一绕组群，用于当从第一逆变器电路80提供驱动电流时生成转动磁场。以类似的方式，另一个绕组系统的U相线圈、V相线圈和W相线圈形成第二绕组群，用于当从第二逆变器电路89提供驱动电流时生成转动磁场。
从第一绕组群向控制器3拉出的三个定子线圈端子27在(第一)电力模块60和控制板40的径向外侧处沿轴向上延伸，并且连接至电力板70。
以类似的方式，从第二绕组群向控制器3拉出的三个定子线圈端子28在另一个(第二)电力模块62和控制板40的径向外侧处并在定子线圈端子27的相对侧处沿轴向上延伸。定子线圈端子28同样连接至电力板70。
转子30可移动地布置在定子20的内部，以使得转子30能够相对于定子20转动。转子30由磁性材料(比如，铁)制成并且形成为圆柱形状。转子30具有转子芯31和设置在转子芯31的外围的永磁体32，其中以N极和S极在圆周方向上交替布置的方式将磁体32磁化。
转动杆35固定到转子芯31的中心处形成的转动杆孔33。由电动机外壳10上设置的轴承12和端框架14上设置的轴承15可转动地支撑转动杆35。因此，转动杆35与转子30能够一起相对于定子20转动。
磁体36在面向控制器30的一侧上附接到转动杆35的轴向端。磁体36暴露于控制器3的该侧，以便面对控制板40。
在控制器3的相对侧上，转动杆35在其另一轴向端处具有输出部分37。其中具有齿轮的齿轮箱7被设置在转动杆35的输出部分37那侧上。输出部分37与齿轮箱7的齿轮接合。转动杆35的转动力从输出部分37传递至齿轮，以使得向柱轴6施加操作动力。
将说明控制器3。
控制器3布置在虚拟的电动机外壳空间中，通过将电动机外壳10在轴向方向上投影而在电动机外壳10的轴向侧形成该空间。控制器3包括两个(第一和第二)电力模块60和62、第一平滑电容器77、第二平滑电容器78、扼流圈76、热沉50、电力板70和控制板40等。
热沉50具有第一热辐射块51、第二热辐射块52和用于将第一和第二热辐射块相互耦合的耦合部分53。第一热辐射块51和第二热辐射块52以及耦合部分53由诸如铝的具有高导热性的材料制成，并且它们是一体形成的。第一热辐射块51和第二热辐射块52在穿过转动杆35的中心线的虚拟平面的两侧彼此相对。
热沉50具有连接部分54和55。在连接部分54和55的每一个中形成有过孔，每个过孔在电动机2的轴向方向上延伸。将螺栓56插入到链接部分54和55的过孔中并且旋紧到电动机外壳10上。
电力板70例如由四层的玻璃环氧板的印刷电路板制成，其中形成铜布线图案。电力板70通过螺杆72从电动机的相对侧固定到热沉50上。
第一平滑电容器77、第二平滑电容器(四个电容器)78和扼流圈76布置在第一热辐射块51和第二热辐射块52之间形成的空间中，并且安装在电力板70面向电动机2的表面上。
第一平滑电容器77和第二平滑电容器78由铝电解电容器制成。电容器77和78的每一个形成为圆柱形状。使第二平滑电容器78的外径大于第一平滑电容器77的外径，以使得第二平滑电容器78具有比第一平滑电容器77更大的电容量。
第一平滑电容器77和第二平滑电容器78被设置为第一平滑电容器77的轴以及每个第二平滑电容器78的轴与电动机2的转动杆35的轴平行。
扼流圈76形成为环形，其中扼流圈76的轴向长度小于径向长度(直径)。扼流圈76被布置为使得其轴向中心线几乎与电动机2的轴成直角。另外，当在转动杆35的轴向方向上观看时，扼流圈76的位置不与位置传感器93重叠。
将电力连接器79设置在如下位置，该位置使得端子可以从电动机2的径向外侧连接至电力连接器79，以使得电力连接器79连接至电源75。结果，经由电力连接器79将电功率提供给电力板70。
在电动机2的径向方向上在热沉50的外侧处将第一电力模块60和第二电力模块62竖直地布置为平行于转动杆35。
在电力模块60和62的每一个中，用于MOS晶体管的半导体芯片被安装到铜布线图案并用树脂浇注以形成浇注部分61。控制端子64从浇注部分61的一侧延伸，而电力端子65从浇注部分61的另一侧延伸。
控制信号被输入到控制端子64以控制MOS晶体管的开关操作。控制端子64分别连接到每个MOS晶体管的栅极。电力端子65分别连接到每个MOS晶体管的源极和漏极，从而取决于其开关操作而使电流(驱动电流)流过电力端子。
第一逆变器电路80与电源继电器87和88被浇注在第一电力模块60中。以类似的方式，第二逆变器电路89与电源继电器(未示出)被浇注在第二电力模块62中。电力模块60和62的每一个被布置在(固定到)相应的热辐射块51和52。
电力模块60和62的每一个通过螺杆69经由热辐射片(未示出)固定到热沉50。电力模块60和62处产生的热量经由热辐射片传递(辐射)至热沉50。
电力模块60和62的电力端子65从浇注部分61向电力板70突出。电力端子75的每一个插入到电力板70中形成的相应的过孔73中并且通过焊接等电连接到电力板70。在电力板70中形成布线图案以便将电力端子65电连接至定子线圈端子27和28，以使得驱动电流从电力模块60和62的电力端子65经由电力板70和定子线圈端子27和28提供给电动机2的第一和第二绕组群。
电力模块60和62的控制端子64和66从浇注部分61向控制板40突出。控制端子64和66的每一个插入到控制板40中形成的相应的过孔43和46中并且通过焊接等电连接到控制板40。控制信号经由控制板40以及控制端子64和66输入到相应的电力模块60和62的第一逆变器电路80和第二逆变器电路89中。
第一电力模块60的控制端子64和第二电力模块62的控制端子66分别被布置为直线。以沿着第一电力模块60的控制端子64的直线的直线在控制板40中形成过孔43。以类似的方式，以沿着第二电力模块62的控制端子66的直线的直线在控制板40中形成过孔46。
如图7和8中所示，第一电力模块60的控制端子64的直线的方向(即，控制板40中的过孔43的直线的方向)、微型计算机94和定制IC92的对准方向、以及第二电力模块62的控制端子66的直线的方向(即，控制板40中的过孔46的直线的方向)相互平行。
控制板40例如由玻璃环氧板形成的四层板制成。控制板40几乎形成为矩形形状，以使得控制板被容纳在电动机外壳的区域中。在控制板40中形成三个凹口的部分作为用于将热沉50装配至电动机外壳10的出口。控制板40通过螺杆47从电动机2的一侧固定到热沉50上。
用于控制部分90的各种电和/或电子部件安装到控制板40上。位置传感器93安装到控制板40在电动机2那侧上的表面。位置传感器93设置在转动杆35的轴线上并且与磁体36相对。位置传感器93检测与转动轴35一起转动的磁体36生成的磁场的变化，从而检测转子30的位置。
控制连接器45设置在控制板40的短侧之一上。控制连接器45设置在与电力连接器79相同的方向上。以端子可以从电动机2的径向外侧连接至控制连接器45的方式设置控制连接器45，以使得输入各种传感器信息。
微型计算机94和定制IC92安装到控制板40在与电动机2相反的那侧的表面。
微型计算机94安装到控制板40的中心线S上，中心线S与第一电力模块60的距离和中心线S与第二电力模块62的距离彼此相等。
微型计算机94安装到控制板40的这样的位置处：该位置对应于第一电力模块60的控制端子64的过孔43和第二电力模块62的控制端子66的过孔46之间的中间位置。换言之，当假定中心线S在控制板40上时，其中中心线S与第一电力模块60之间的距离和中心线S与第二电力模块62之间的距离彼此相同，微型计算机94安装到控制板40的中心线S上。
定制IC92也安装到控制板40的中心线S上。定制IC92(作为功能块)具有第一预驱动电路91、第二预驱动电路98、调节器95、针对位置传感器信号的放大部分96和针对检测的电压的放大部分97等。
微型计算机94的用于向定制IC92的第一预驱动电路91输出操作信号的输出端子101布置在关于中心线S更接近第一电力模块60的一侧。用于向第二预驱动电路98输出操作信号的输出端子102布置在关于中心线S更接近第二电力模块62的一侧。输出端子101和输出端子102关于中心线S对称。
定制IC92的用于将来自微型计算机94的操作信号输入到第一预驱动电路91的输入端子103布置在关于中心线S更接近第一电力模块60的一侧。用于将来自微型计算机94的操作信号输入到第二预驱动电路98的输入端子104布置在关于中心线S更接近第二电力模块62的一侧。输入端子103和输入端子104关于中心线S对称。
定制IC92的用于将来自第一预驱动电路91的控制信号输出至第一电力模块60的输出端子105布置在关于中心线S更接近第一电力模块60的一侧。用于将来自第二预驱动电路98的控制信号输出至第二电力模块62的输出端子106布置在关于中心线S更接近第二电力模块62的一侧。输出端子105和输出端子106关于中心线S对称。
操作信号分别从微型计算机94的输出端子101和102经由控制板40上形成的印刷布线图案A和B输出至第一预驱动电路91的输入端子103和第二预驱动电路98的输入端子104。布线图案A和B关于中心线S对称。
以关于中心线S对称的方式将第一预驱动电路91和第二预驱动电路98布置在定制IC92中。但是，第一预驱动电路91和第二预驱动电路98的位置不限于以上布置。这是因为定制IC92中的布线图案的长度小于控制板40上的布线图案的长度，从而对于产生相等阻抗的影响小。
第一预驱动电路91在接收到来自微型计算机94的操作信号时，经由布线图案C至H将控制信号从定制IC92的输出端子105输出至第一电力模块60中浇注的第一逆变器电路80。更确切地，布线图案C将控制信号传输至用于U相线圈的上臂侧上的MOS晶体管81。布线图案D将控制信号传输至用于U相线圈的下臂侧上的MOS晶体管84。布线图案E将控制信号传输至用于V相线圈的上臂侧上的MOS晶体管82。布线图案F将控制信号传输至用于V相线圈的下臂侧上的MOS晶体管85。布线图案G将控制信号传输至用于W相线圈的上臂侧上的MOS晶体管83。布线图案H将控制信号传输至用于W相线圈的下臂侧上的MOS晶体管86。
布线图案C至H形成与相应相线圈(U相、V相和W相线圈)对应的三对布线图案(C和D、E和F、G和H)。每对布线图案形成为几乎是Z字形状，其中Z字形具有第一直线部分、第二直线部分和第三直线部分，如下所述。
布线图案C至H中的每一对的第一直线部分在垂直于微型计算机94和定制IC92的对准线的方向上从定制IC92的输出端子105向第一电力模块60直线延伸。布线图案C至H中的每一对的第二直线部分成直角弯曲并在接近于第一电力模块60的一侧在与过孔43的方向平行的方向上延伸。更确切地，一对布线图案C与D的第二直线部分以及另一对布线图案E与F的第二直线部分在向微型计算机94侧的方向上弯曲，而剩下那对的布线图案G和H的第二直线部分向定制IC92侧的方向上弯曲。各对布线图案的第二直线部分的每一个延伸至与相应的过孔43对应的位置。然后，布线图案C至H的各对的第三直线部分再次在与第一直线部分的方向平行的方向上向相应的过孔43弯曲，在过孔43处，每个布线图案C至H电连接至延伸到每个过孔43中的相应的控制端子64。根据以上结构，将驱动电流的三相交流电从第一逆变器电路80经由电力板70和定子线圈端子27提供给电动机2的第一绕组群。
同样，第二预驱动电路98在接收到来自微型计算机94的操作信号时，经由布线图案I至N将控制信号从定制IC92的输出端子106输出至第二电力模块62中浇注的第二逆变器电路89。更确切地，布线图案I将控制信号传输至用于U相线圈的上臂侧上的MOS晶体管(未示出)。布线图案J将控制信号传输至用于U相线圈的下臂侧上的MOS晶体管(未示出)。布线图案K将控制信号传输至用于V相线圈的上臂侧上的MOS晶体管(未示出)。布线图案L将控制信号传输至用于V相线圈的下臂侧上的MOS晶体管(未示出)。布线图案M将控制信号传输至用于W相线圈的上臂侧上的MOS晶体管(未示出)。布线图案N将控制信号传输至用于W相线圈的下臂侧上的MOS晶体管(未示出)。
以与布线图案C至H类似的方式，布线图案I至N形成与相应的相线圈(U相、V相和W相线圈)对应的三对布线图案(I和J、K和L、M和N)。每对布线图案形成为几乎是Z字形状，其中Z字形具有第一直线部分、第二直线部分和第三直线部分，如下所述。
布线图案I至N的每一对的第一直线部分在垂直于微型计算机94和定制IC92的对准线的方向上从定制IC92的输出端子106向第二电力模块62直线延伸。布线图案I至N的每一对的第二直线部分成直角弯曲并在接近于第二电力模块62的一侧在与过孔46的方向平行的方向上延伸。更确切地，一对布线图案I与J的第二直线部分以及另一对布线图案K与L的第二直线部分在向微型计算机94侧的方向上弯曲，而剩下那对的布线图案M和N的第二直线部分向定制IC92侧的方向上弯曲。各对布线图案的第二直线部分的每一个延伸至与相应的过孔46对应的位置。然后，布线图案I至N的各对的第三直线部分再次在与第一直线部分的方向平行的方向上向相应的过孔46弯曲，在过孔46处，每个布线图案I至J电连接至延伸到每个过孔46中的相应的控制端子66。根据以上结构，将驱动电流的三相交流电从第二逆变器电路89经由电力板70和定子线圈端子28提供给电动机2的第二绕组群。
布线图案C至H与布线图案I至N关于中心线S对称。因此，布线图案C至H的阻抗与布线图案I至N的阻抗几乎相等。因此，第一逆变器电路80的MOS晶体管81至86的栅极输入信号与第二逆变器电路89的MOS晶体管的栅极输入信号几乎相等。这意味着要提供给电动机2的第一绕组群的驱动电流与要提供给电动机2的第二绕组群的驱动电流几乎相等。
但是，布线图案C至H与布线图案I至N不应当被限制于上述布置。逆变器电路的U相、V相和W相的端子位置不一定关于中心线S对称。这是因为可以通过修改布线图案使第一电力模块的阻抗几乎等于第二电力模块的阻抗。
控制器3容纳在盖68中。盖68由诸如铁的磁性材料制成，用于防止电压从控制器3泄露到其外部并且还防止灰尘进入到控制器3内。盖68通过螺栓57与热沉50一起固定到电动机外壳10上。在盖中与控制连接器45和电力连接器79对应的位置处形成开口69。控制连接器45和电力连接器79在径向上从开口69向外延伸。在电动机外壳10和盖68之间设置树脂引导构件16。在树脂引导构件16中与电力连接器79侧上的开口69对应的位置处形成突出壁18。
将说明驱动装置1的操作。
微型计算机94生成脉冲信号(操作信号)，通过PWM控制并基于来自位置传感器93、扭矩传感器8、分流电阻器99等的信号经由预驱动电流91和99产生该脉冲信号，以使得取决于车辆速度来辅助方向盘5的转向操作。
脉冲信号被输入到分别在第一电力模块60和第二电力模块62中设置的两个系统的逆变器电路80和89，以便控制MOS晶体管的接通和切断的操作。结果，不同相的正弦波驱动电流被提供给定子绕组26的第一和第二绕组群的每个线圈，以使得生成转动磁场。通过转动磁场使转子30和转动杆35转动。然后，驱动力从输出部分37输出至柱轴6的齿轮箱以便辅助车辆驾驶员进行的方向盘5的转向操作。
本实施例的驱动装置1的控制器3具有以下优点。
根据本实施例，微型计算机94和定制IC92安装到控制板40的中心线S上。在微型计算机94中，用于将操作信号输出至第一预驱动电路91的输出端子101和用于将操作信号输出至第二预驱动电路98的输出端子101被布置为关于中心线S对称。在定制IC92中，输入端子103和输出端子104同样布置为关于中心线S对称，其中来自微型计算机94的操作信号通过输入端子103输入到第一预驱动电路91中，来自微型计算机94的操作信号通过输入端子104输入到第二预驱动电路98中。另外，用于将来自第一预驱动电路91的控制信号输出至第一逆变器电路80的输出端子105和用于将来自第二预驱动电路98的控制信号输出至第二逆变器电路89的输出端子106同样被布置为关于中心线S对称。
根据以上结构，可以容易地使微型计算机94和定制IC92之间的布线图案A的长度等于微型计算机94和定制IC92之间的布线图案B的长度。换言之，可以容易地使从微型计算机94到第一预驱动电路91的阻抗与从微型计算机94到第二预驱动电路98的阻抗彼此相等。另外，可以容易地使第一预驱动电路91和第一逆变器电路80之间的布线图案C至H的长度等于第二预驱动电路98和第二逆变器电路89之间的布线图案I至N的长度。换言之，可以容易地使第一预驱动电路91和第一逆变器电路80之间的阻抗与第二预驱动电路98和第二逆变器电路89之间的阻抗彼此相等。如上，可以容易地使从微型计算机94到第一逆变器电路80的阻抗与从微型计算机94到第二逆变器电路89的阻抗彼此相等。结果，可以容易地使要从第一逆变器电路80提供给电动机2的第一绕组群的驱动电流等于要从第二逆变器电路89提供给电动机2的第二绕组群的驱动电流。因此，可以改善电动机2的转动平衡。
根据本实施例，可以将用于将微型计算机94连接至第一预驱动电路91的布线图案A和用于将微型计算机94连接至第二预驱动电路98的布线图案B彼此不相交地形成在电路板40上。以类似的方式，可以将用于将第一预驱动电路91连接至第一逆变器电路80的布线图案C至H和用于将第二预驱动电路98连接至第二逆变器电路89的布线图案I至N彼此不相交地形成在电路板40上。因此，可以简化控制板40上的布线图案的结构并且抑制串扰。
根据本实施例，将用于将微型计算机94连接至第一预驱动电路91的布线图案A和用于将微型计算机94连接至第二预驱动电路98的布线图案B以关于中心线S对称的方式设置在控制板40上。以类似的方式，将用于将第一预驱动电路91连接至第一逆变器电路80的布线图案C至H和用于将第二预驱动电路98连接至第二逆变器电路89的布线图案I至N以关于中心线S对称的方式设置在控制板40上。根据这样的结构，可以容易地使从微型计算机94到第一逆变器电路80的布线图案A和C至H的阻抗与从微型计算机94到第二逆变器电路89的布线图案B和I至N的阻抗彼此相等。
(第二实施例)
图9示出了根据本发明的第二实施例的用于控制器的控制板40。在第二实施例中使用相同的参考标号用于代表与第一实施例相同或类似的部件或部分，由此尽可能地省略重复的说明。根据本实施例，定制IC由第一定制IC921和第二定制IC922组成。第一定制IC921具有第一预驱动电路91，而第二定制IC922具有第二预驱动电路98。第一定制IC921和第二定制IC922以关于中心线S对称的方式布置在控制板40上。
输入端子103设置在第一定制IC921中在到第二定制IC922的那侧上，操作信号通过输入端子103从微型计算机94输入到第一预驱动电路91中。输出端子105设置在第一定制IC921中在到第一电力模块60的那侧上，输出端子105用于将控制信号从第一预驱动电路91输出至第一电力模块60的第一逆变器电路80。
以类似的方式，输入端子104设置在第二定制IC922中在到第一定制IC921的那侧上，操作信号通过输入端子104从微型计算机94输入到第二预驱动电路98中。输出端子106设置在第二定制IC922中在到第二电力模块62的那侧上，输出端子106用于将控制信号从第二预驱动电路98输出至第二电力模块62的第二逆变器电路89。
操作信号从微型计算机94的输出端子101经由控制板40上形成的布线图案A输出至第一定制IC921中形成的第一预驱动电路91的输入端子103。以类似的方式，操作信号从微型计算机94的输出端子102经由控制板40上形成的布线图案B输出至第二定制IC922中形成的第二预驱动电路98的输入端子104。
每个布线图案A由四个直线部分组成，这四个直线部分一个接一个地连续连接并形成为几乎Z形。第一直线部分从输出端子101起在微型计算机94和第一定制IC921的对准方向上延伸。第二直线部分在微型计算机94和定制IC921之间的位置处向中心线S弯曲、即沿垂直于对准方向的方向。第三直线部分在不到中心线S的位置处弯曲并且在对准方向上延伸预定距离。第四直线部分在垂直于对准方向的方向上向对应的输入端子103弯曲，在输入端子103处，布线图案A连接至输入端子103。
以类似的方式，每个布线图案B由四个直线部分组成，这四个直线部分一个接一个地连续连接并形成为几乎Z形。第一直线部分从输出端子102起在微型计算机94和第二定制IC922的对准方向上延伸。第二直线部分在微型计算机94和定制IC922之间的位置处向中心线S弯曲、即沿垂直于对准方向的方向。第三直线部分在不到中心线S的位置弯曲并且在对准方向上延伸预定距离。第四直线部分在垂直于对准方向的方向上向对应的输入端子104弯曲，在输入端子104处，布线图案B连接至输入端子104。
第一预驱动电路91在接收到来自微型计算机94的操作信号时，经由布线图案C至H将控制信号从第一定制IC921的输出端子105输出至第一电力模块60中浇注的第一逆变器电路80。
以与第一实施例类似的方式，布线图案C至H形成与相应相线圈(U相、V相和W相线圈)对应的三对布线图案(C和D、E和F、G和H)。每对布线图案形成为几乎是Z字形状，其中Z字形具有一个接一个地连续连接的第一至第三直线部分，如下所述。布线图案C至H的每一对的第一直线部分在垂直于微型计算机94和第一定制IC921的对准线的方向上从第一定制IC921的输出端子105向第一电力模块60延伸。第二直线部分成直角弯曲并在接近于第一电力模块60的一侧在与过孔43的方向平行的方向上延伸。更确切地，一对布线图案C与D的第二直线部分以及另一对布线图案E与F的第二直线部分在向微型计算机94侧的方向上弯曲，而剩下那对的布线图案G和H的第二直线部分向第一定制IC921侧的方向上弯曲。各对布线图案的第二直线部分的每一个延伸至与相应的过孔43对应的位置。然后，布线图案C至H中的各对的第三直线部分再次在与第一直线部分的方向平行的方向上向相应的过孔43弯曲，在过孔43处，每个布线图案C至H电连接至延伸到每个过孔43中的相应的控制端子64。
根据以上结构，将驱动电流的三相交流电从第一逆变器电路80经由电力端子65、电力板70和定子线圈端子27提供给电动机2的第一绕组群。
同样，第二预驱动电路98在接收到来自微型计算机94的操作信号时，经由布线图案I至N将控制信号从第二定制IC922的输出端子106输出至第二电力模块62中浇注的第二逆变器电路89。
以与以上布线图案C至H类似的方式，布线图案I至N形成与相应的相线圈(U相、V相和W相线圈)对应的三对布线图案(I和J、K和L、M和N)。每对布线图案形成为几乎是Z字形状，其中Z字形具有一个接一个地连续连接的第一至第三直线部分，如下所述。布线图案I至N的每一对的第一直线部分在垂直于微型计算机94和第二定制IC922的对准线的方向上从第二定制IC922的输出端子106向第二电力模块62延伸。第二直线部分成直角弯曲并在接近于第二电力模块62的一侧在与过孔46的方向平行的方向上延伸。更确切地，一对布线图案I与J的第二直线部分以及另一对布线图案K与L的第二直线部分在向微型计算机94侧的方向上弯曲，而剩下那对的布线图案M和N的第二直线部分向第二定制IC922侧的方向上弯曲。各对布线图案的第二直线部分的每一个延伸至与相应的过孔46对应的位置。然后，布线图案I至N中各对的第三直线部分再次在与第一直线部分的方向平行的方向上向相应的过孔46弯曲，在过孔46处，每个布线图案I至N电连接至延伸到每个过孔46中的相应的控制端子66。
根据以上结构，将驱动电流的三相交流电从第二逆变器电路89经由电力端子65、电力板70和定子线圈端子28提供给电动机2的第二绕组群。
但是，布线图案C至H与布线图案I至N不应当被限制于上述布置。逆变器电路的U相、V相和W相的端子位置不一定关于中心线S对称。这是因为可以通过修改布线图案使第一电力模块的阻抗几乎等于第二电力模块的阻抗。
根据本实施例，第一预驱动电路91和第二预驱动电路98设置在相应的定制IC921和922中。即使根据这样的结构，也可以容易地使从微型计算机94到第一逆变器电路80的布线图案A和C至H的阻抗与从微型计算机94到第二逆变器电路89的布线图案B和I至N的阻抗彼此相等。
(另外的修改)
根据以上实施例，控制器3设置在电动机2的作为齿轮箱7的相对侧的轴向端处。控制器3可以设置在电动机2的轴向端处但是在电动机2和齿轮箱7之间。在这样的修改中，电动机2的转动杆穿过第一热辐射块51和第二热辐射块52、控制板40和电力板70包围的空间、朝着齿轮箱延伸。
根据以上实施例，由逆变器电路的两个系统对电动机2进行操作。但是，可以由逆变器电路的多于两个的系统对电动机进行操作。
另外，代替三相逆变器电路，可以由H桥电路(作为供电电路)对电动机进行操作。在这样的修改中，电动机时电刷型电动机。
根据以上实施例，所有MOS晶体管都是树脂浇注在电力模块中的。但是，一部分MOS晶体管可以是树脂浇注的。电力模块的个数可以多于两个。
根据以上实施例，MOS晶体管用作开关元件。但是，可以使用其他类型的开关元件。
另外，根据以上实施例，热沉由相互耦合的两个热辐射块组成。但是，可以单独形成热辐射块。
以上驱动装置应用于EPS。本发明的驱动装置可以应用于其他领域。
如上，本发明不应当限于以上实施例，而是可以在不背离本发明的精神的情况下以各种方式修改。
Claims (6)
1.一种用于驱动和控制电动机的转动的控制器，包括：
第一电流提供电路(80)，用于经由第一电力线(65，27)向所述电动机(2)提供驱动电流；
第二电流提供电路(89)，用于经由第二电力线(65，28)向所述电动机(2)提供驱动电流；
控制板(40)，控制端子(64，66)连接到所述控制板(40)，其中用于对所述第一电流提供电路(80)和所述第二电流提供电路(89)中包括的开关元件的开关操作进行控制的控制信号被输入到所述控制端子(64，66)；
集成电路(92，921，922)，安装到所述控制板(40)，并且具有用于向所述第一电流提供电路(80)输出所述控制信号的第一预驱动电路(91)和用于向所述第二电流提供电路(89)输出所述控制信号的第二预驱动电路(98)；以及
微型计算机(94)，安装到所述控制板(40)的中心线(S)上，用于输出操作信号，所述操作信号用于对所述第一预驱动电路(91)和所述第二预驱动电路(98)的所述控制信号的输出进行控制，其中所述中心线(S)与所述第一电流提供电路(80)之间的距离和所述中心线(S)与所述第二电流提供电路(89)之间的距离彼此相等，
其中，所述微型计算机(94)的用于向所述第一预驱动电路(91)输出所述操作信号的输出端子(101)和所述微型计算机(94)的用于向所述第二预驱动电路(98)输出所述操作信号的输出端子(102)被布置为关于所述中心线(S)对称，
其中，所述集成电路(92，921，922)具有第一输入端子(103)和第二输入端子(104)，所述第一输入端子(103)和所述第二输入端子(104)以关于所述中心线(S)对称的方式安装到所述控制板(40)，其中所述操作信号经由所述控制板(40)上形成的布线图A从所述微型计算机(94)传输至所述第一输入端子(103)以及经由所述控制板(40)上形成的布线图B从所述微型计算机(94)传输至所述第二输入端子(104)，然后被输入到所述第一预驱动电路(91)和所述第二预驱动电路(98)中，并且
其中，所述集成电路(92，921，922)具有第一输出端子(105)和第二输出端子(106)，所述第一输出端子(105)和所述第二输出端子(106)以关于所述中心线(S)对称的方式安装到所述控制板(40)，其中所述控制信号经由所述控制板(40)上形成的布线图C至H从所述第一预驱动电路(91)输出至所述第一电流提供电路(80)以及经由所述控制板(40)上形成的布线图I至N从所述第二预驱动电路(98)输出至所述第二电流提供电路(89)。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中
用于将所述微型计算机(94)连接至所述第一预驱动电路(91)的所述布线图A和用于将所述微型计算机(94)连接至所述第二预驱动电路(98)的所述布线图B以关于所述中心线(S)对称的方式形成在所述控制板(40)上，以及
用于将所述第一预驱动电路(91)连接至所述第一电流提供电路(80)的所述布线图C至H和用于将所述第二预驱动电路(98)连接至所述第二电流提供电路(89)的所述布线图I至N以关于所述中心线(S)对称的方式形成在所述控制板(40)上。
3.根据权利要求1或者2所述的控制器，其中
所述集成电路(92)包括所述第一预驱动电路(91)和所述第二预驱动电路(98)，并且所述集成电路(92)安装到所述控制板(40)的所述中心线(S)上。
4.根据权利要求1或者2所述的控制器，其中
所述集成电路(921，922)包括具有所述第一预驱动电路(91)的第一集成电路(921)和具有所述第二预驱动电路(98)的第二集成电路(922)，以及
所述第一集成电路(921)和所述第二集成电路(922)以关于所述中心线(S)对称的方式安装到所述控制板(40)。
5.根据权利要求1或者2所述的控制器，还包括：
热沉(50)，具有第一热辐射块(51)和第二热辐射块(52)，其中包括所述第一电流提供电路(80)的第一电力模块(60)附接到所述第一热辐射块(51)并且包括所述第二电流提供电路(89)的第二电力模块(62)附接到所述第二热辐射块(52)，以及
以所述控制板(40)跨过所述第一热辐射块(51)和所述第二热辐射块(52)的方式将所述控制板(40)固定到所述热沉(50)。
6.根据权利要求1或者2所述的控制器，其中
所述电动机(2)具有第一绕组群，所述第一绕组群用于在所述驱动电流从所述第一电流提供电路(80)提供给所述电动机(2)时生成转动磁场，以及
所述电动机(2)具有第二绕组群，所述第二绕组群用于在所述驱动电流从所述第二电流提供电路(89)提供给所述电动机(2)时生成转动磁场。
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