CN102689647A - 电动机驱动装置和具有该电动机驱动装置的电力转向设备 - Google Patents

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CN102689647A CN201210074774XA CN201210074774A CN102689647A CN 102689647 A CN102689647 A CN 102689647A CN 201210074774X A CN201210074774X A CN 201210074774XA CN 201210074774 A CN201210074774 A CN 201210074774A CN 102689647 A CN102689647 A CN 102689647A
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森野精二
渡边和幸
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Abstract

本发明提供了一种电动机驱动装置和具有该电动机驱动装置的电力转向设备，其中该电动机驱动装置包括第一模块单元、第二模块单元和散热器。第一模块单元包括产生用于驱动电动机的输出的功率元件、控制功率元件的开态和关态的微型计算机|以及将功率元件和微型计算机模制在其中的模制部。第二模块单元被布置成与模制部的第一表面相对。第二模块单元包括基板和布置在基板上的电子部件。电子部件的高度相对于与基板的表面垂直的方向大于第一模块单元的功率元件和微型计算机的高度。散热器与模制部的第二表面接触，以接收从功率元件产生的热。

Description

电动机驱动装置和具有该电动机驱动装置的电力转向设备
技术领域
本公开内容涉及一种电动机驱动装置和具有该电动机驱动装置的电力转向设备。
背景技术
例如，与US2003/0127921A对应的JP2003-204654A描述了一种电力转向设备，该电力转向设备通过电动机产生的旋转扭矩来辅助车辆等的转向操作。电力转向设备具有用于驱动电动机的电动机驱动装置。
在该电动机驱动装置中，控制电路单元设置有彼此相对的两个基板。功率元件和电容器安装在其中一个基板(诸如，下部基板)的第一表面上，以及用于执行控制操作的微型计算机安装在另一基板(诸如，上部基板)上。下部基板的第二表面与散热器接触。
在这样的控制电路单元中，具有不同高度的功率元件和电容器安装在同一基板上。因此，在比电容器低的功率元件之上存在死空间(deadspace)。结果，控制电路单元的尺寸增加。另外，尽管安装有功率元件的下部基板与散热器接触，但是功率元件本身不具有有利于热辐射的结构。
发明内容
鉴于上述问题，本公开内容的目的在于提高一种能够减小尺寸以及改进热辐射效果的电动机驱动装置。
根据一方面，一种电动机驱动装置包括第一模块单元、第二模块单元和散热器。第一模块单元包括：功率元件，产生用于驱动电动机的输出；微型计算机，控制功率元件的开态和关态；以及模制部，将功率元件和微型计算机模制在其中。模制部具有限定第一表面和第二表面的大致板形。第二模块单元被布置成相对于第一表面的法线方向与模制部的第一表面相对。第二模块单元包括基板和布置在基板上的电子部件。电子部件的高度相对于与基板的表面垂直的方向而大于第一模块单元的功率元件和微型计算机的高度。散热器被布置为与模制部的第二表面接触以接收从功率元件产生的热。
在这样的结构中，相对小或低的功率元件和微型计算机布置在第一模块单元中，并且比功率元件和微型计算机高的电子部件布置在第二模块单元中。尽管利用模制部模制功率元件和微型计算机，但是没有模制具有高的电子部件的第二模块单元。如果模制大的或高的部件，则通常会出现诸如模制树脂的分离和成本增加的缺陷。然而，由于高的电子部件安装在未被模制的第二模块单元中，因此，这样的缺陷不会出现。
尽管第一模块单元和第二模块单元彼此相对，但是由于第一模块单元不具有高的电子部件，因此，死空间不太可能形成在功率元件等之上。因此，可以减小电动机驱动单元的尺寸。
尽管从功率元件产生的热将容易随着电动机驱动装置的尺寸减小而累积，但是模制了具有功率元件的第一模块单元。因此，可以减小热电阻。另外，与模制部的第二表面接触的散热器接收从功率元件产生的热。同样，从功率元件产生的热高效地辐射，因此，可以减少功率元件由于温度升高而导致的损坏和故障。相应地，电动机驱动装置可适配用于大电流，同时减小其尺寸。
附图说明
从参照附图所进行的以下详细描述来看，本公开内容的以上和其它目的、特征和优点将变得更加明显，在附图中，类似的部分由类似的附图标记指定，其中：
图1是示出根据实施例的电力转向设备的示意性结构的图；
图2是根据实施例的电力转向设备的示意性框图；
图3是根据实施例的电力转向设备的电动机驱动装置的电动机电源电路P1和电动机驱动电路P2的框图；
图4A是根据实施例的、在固定于电动机的状态下的电动机驱动装置的平面图；
图4B是根据实施例的、当从与图4A的方向不同的方向观看时在固定于电动机的状态下的电动机驱动装置的平面图；
图5是根据实施例的电动机驱动装置的分解透视图；
图6是当沿图5中的箭头VI观看时电动机驱动装置的分解图；
图7是当沿图5中的箭头VII观看时电动机驱动装置的分解图；
图8A是根据实施例的电动机驱动装置的第一模块单元的模制部的内部的平面图；
图8B是沿图8A中的线VIIIB-VIIIB得到的横截面图；
图9A是根据实施例的电动机驱动装置的第二模块单元的侧视图；以及
图9B是当沿图9A中的箭头IXB观看时的第二模块单元的平面图。
具体实施方式
下文中，将参照附图描述示例性实施例。
参照图1，电子控制单元(ECU)2构成电动机驱动装置，并且例如用在辅助车辆的转向操作的电力转向设备中。
图1是示出包括电力转向设备1的转向系统90的总体结构的图。转向轴92连接到转向盘91。扭矩传感器72布置在转向轴92上以检测转向扭矩。小齿轮96布置在转向轴92的一端处，并且与齿条轴97啮合。一对轮子98通过转向横拉杆(tie rod)等可旋转地耦合到齿条轴97的相对端。转向轴92的旋转运动通过小齿轮96而转变成齿条轴97的线性运动。轮子98以根据齿条轴97的线性运动的位移的角度转向。
电力转向设备1包括ECU 2和电动机8，电力转向设备1产生转向辅助扭矩。电力转向设备1还包括降速齿轮89，该降速齿轮在降低了正向旋转和反向旋转的速度后将电动机8的正向旋转和反向旋转传递到转向轴92。电力转向设备1产生用于辅助转向盘91的转向操作的转向辅助扭矩，并且将该转向辅助扭矩传递到转向轴92。
接下来，将参照图2至图9描述ECU 2。
首先，将参照图2和图3描述ECU 2的电路结构。如图2所示，ECU2主要包括电动机电源电路P1、电动机驱动电路P2和控制电路。
如图3所示，电动机电源电路P1包括功率继电器203、线圈205、电解电容器201、202、207和齐纳二极管206。功率继电器203连接在电池7与线圈205之间以控制到电动机电源电路P1的电力供应。齐纳二极管206和电解电容器207分别连接在线圈205的输入侧(电池侧)与地之间。电解电容器201、202分别连接在线圈205的输出侧与地之间。同样地，可以降低从共享电池7的其他装置传递的噪声。此外，可以降低从ECU 2传递到其他装置的噪声。通过在电解电容器201、202处充电的电能来辅助到电动机驱动电路P2的电力供应。
电动机驱动电路P2包括四个功率元件103a-103d和电流检测元件104。例如，功率元件103a-103d由MOS电解效应晶体管来提供。功率元件103a-103d由从预驱动器126输出的栅电压控制。即，功率元件103a-103d中的每个功率元件的源极和漏极根据来自预驱动器126的栅电压而导电(开态)或不导电(关态)。
功率元件103a、103b中的每一个的漏极均连接至电源线。功率元件103a、103b中的每一个的源极均连接至对应的功率元件103c、103d的漏极。功率元件103c、103d的源极通过电流检测电阻器104接地。
功率元件103a与功率元件103c之间的连接点连接到电动机8的输入端子851。功率元件103b与功率元件103d之间的连接点通过电动机继电器204连接到电动机8的输入端子852。通过检测流过电流检测电阻器104的电流来检测供应到电动机8的电流。
控制电路主要包括微型计算机101和控制IC 102。微型计算机101具有电流控制部111和失效保护(failsafe)部112。微型计算机101接收并传送以下信号。
例如，微型计算机101通过输入电路71和控制IC 102的传感器输入部123或者输入缓冲部124从各种传感器(诸如，扭矩传感器72、车辆速度传感器73和发动机旋转速度传感器74)接收信号(输入信号)。微型计算机101通过控制IC 102的输出信号部125和输出电路76来将信号(输出信号)提供给怠速提升(idle up)部77。
微型计算机101连接到产生自然频率作为时钟的振荡器105、作为温度传感器的热敏电阻器108以及电容器106。
控制IC 102包括电源121、主CPU监控部122、传感器输入部123、输入缓冲部124、输出信号部125、预驱动器126和电流监控部127。电源121连接到电池7和电解电容器208，以将用于控制的电力供应到控制IC 102和微型计算机101。
主CPU监控部122监控微型计算机101。预驱动器126根据微型计算机101的电流控制部111的控制而改变向电动机驱动电路P2的功率元件103a-103d中的每一个施加的栅电压，由此接通以及关断功率元件103a-103d。电流监控部127检测流过电流检测电阻器104的电流，并且将所检测到的电流反馈回到主CPU监控部122。控制IC 102连接到电容器107。
接下来，将参照图4A至图8B描述ECU 2的结构。
如图4A和图4B所示，ECU 2平行于电动机8的轴向而附接至电动机8。例如，电动机8是刷式电动机。电动机8包括电动机壳体81、向其供应驱动功率的电动机外壳82、作为输出轴的接头(joint)84等。尽管未示出，但是电动机壳体81中容纳有定子、转子等。电动机外壳82在某一部分(诸如，在沿着图4A的纸张表面的一部分或者在图4B中的顶部)具有平坦部分83。两个输入端子851、852设置在平坦部分83的基本上中间的位置处。
ECU 2具有大致长方体的外形，如图4B中的虚线所示。ECU 2的外形主要由三个部分(诸如，按远离电动机8的顺序为散热器60、树脂壳体40和盖50)来提供。ECU 2附接至电动机8，以使得由平坦散热器60的底面提供的附接表面612与电动机外壳82的平坦部分83接触。
ECU 2包括散热器60、树脂壳体40、第一模块单元10、第二模块单元20和盖50，如图5、图6和图7所示。第一模块单元10、树脂壳体40、第二模块单元20和盖50组装在散热器60上。
散热器60例如由具有有利的导热率的导热成分(诸如，铝)形成。散热器60的主壁(第一表面)611具有例如大致矩形的平板形状。主壁611在相对于主壁611的纵向的一端处形成有两个固定孔62。固定孔62用作用于将散热器60固定到电动机外壳82的平坦部分83的固定部分。
树脂壳体40具有形状为大致矩形框的框架部分41，并且将第一模块单元10和第二模块单元20容纳在框架部分41中。树脂壳体40具有在框架部分41的一侧的控制连接器部44和在框架部分41的另一侧的电动机连接器部45。例如，控制连接器部44布置在框架部分41的沿着图6的纸张表面的第一侧，并且电动机连接器部45布置在框架部分42的紧邻于第一侧且沿着图7的纸张表面的第二侧。
第一模块单元10的外部设置有模制部18、引线框32、331、332和引线端子34。模制部18具有大致板形。模制部18具有与第二模块单元20相对的模制主表面(第一表面)191以及与散热器60相对的模制底面(第二表面)192。在本实施例中，模制主表面191和模制底面192中的每个均具有大致矩形。
引线端子34从模制部18的第一侧面突出并且朝向盖50弯曲(例如，图5中向上)。因此，引线端子34连接到树脂壳体40的控制连接器部44的内部。引线框32、331、332从模制部18的第二侧面突出并朝向盖50弯曲(例如，图5中向上)。因此，引线框32、331、332连接到树脂壳体40的电动机连接器部45的内部。
第二模块单元20由形成在树脂壳体40的框架部分41内部的支撑部分42支撑。当螺钉53穿过第二模块单元20的固定孔23和树脂壳体40的支撑部分42的孔43而拧进散热器60的螺纹孔63中时，第二模块单元20和树脂壳体40固定于散热器60。
第二模块单元20相对于第一模块单元10的模制主表面191的法线方向(例如，图5中的方向N)而与第一模块单元10相对。由于第二模块单元20由支撑部分42支撑，因此第二模块单元20与第一模块单元10相隔预定距离。例如，第二模块单元20基本上平行于第一模块单元10来布置。
例如，通过压制金属片来形成盖50。通过螺钉52将盖50与散热器60一起固定于电动机外壳82。当盖50固定于电动机外壳82时，盖50覆盖树脂壳体40的框架部分41的开口(例如，图5中的上部开口)。
接下来，如图8所示，在第一模块单元10中，安装在第一基板100上的电子部件和包括四个功率元件103a-103d的功率元件13由树脂模制而成。微型计算机101、控制IC 102、电流检测电阻器104、振荡器105、电容器106、107、热敏电阻108等安装在第一基板100上。
控制IC 102等接收来自外部部件的输入信号并且通过连接到控制连接器部44和引线端子34的接线(未示出)将输出信号传送到外部部件。第一基板100的底面从第一模块单元10的模制底面192暴露，以与散热器60的第一壁611接触。
关于构成功率元件13的四个功率元件103a-103d，其漏电极通过焊料132而被固定于电极板133ab、133c、133d。电极板133ab、133c、133d通过绝缘片134接合到热辐射板135。热辐射板135例如是铜板。热辐射板135从模制底面192暴露以在较宽区域内与散热器60的主壁611接触。因此，从功率元件103a-103b产生的热经由热辐射板135辐射到散热器60。
功率元件103a-103d通过接合线131连接到第一基板100。如图3所示在电池电压侧的功率元件103a、103b位于功率元件13的中部。如图3所示在接地侧的功率元件103c、103d位于功率元件13的各端处。
焊接了功率元件103a、103b的漏电极的电极板133ab与引线框32一体化。引线框32经由接线(未示出)连接到电源电压端子。
焊接了功率元件103c的漏电极的电极板133c与引线框331一体化。同样，焊接了功率元件103d的漏电极的电极板133d与引线框332一体化。引线框331、332连接到图4A所示的电动机连接器部45的输出端子451、452。
当ECU 2固定于电动机8时，输出端子451、452接触电动机8的输入端子851、852。同样，从功率元件103c、103d的漏极向电动机8供应驱动电压。
如图9A和图9B所示，第二模块单元20包括第二基板200和安装在第二基板200上的大电子部件。大电子部件相对于第二基板200的表面具有相对大的尺寸(高度)。例如，大电子部件的高度比包括在第一模块单元10中的部件/元件的高度大。
在安装在第二基板200上的电子部件之中，电解电容器201、202、207、208、功率继电器203、线圈205和齐纳二极管206是从电池7接收电力的功率输入侧部件。电动机继电器204是将电力输出到电动机8的功率输出侧部件。例如，第二基板200由玻璃环氧树脂基板提供。
(操作)
接下来，将描述ECU 2的操作。
安装在第一模块单元10上的微型计算机101基于来自扭矩传感器72、车辆速度传感器73、发动机旋转速度传感器74等的输入信号以及来自电流监控部127的电流检测信号，通过控制IC 102的预驱动器126产生诸如脉宽调制(PWM)信号的脉冲信号，以接通和关断功率元件103a-103d。
从电动机电源电路P1向包括功率元件103a-103d的电动机驱动电路P2供应电源电压，其中该电动机电源电路P1包括诸如布置在第二模块单元20中的线圈205和功率继电器203的电子部件。当接通以及关断功率元件103a-103d时，将电力从引线框331、332通过输出端子451、452供应到电动机8的输入端子851、852，以使电动机8旋转。电动机8的输出经由降速齿轮89传递到转向轴92，以辅助驾驶者对转向盘91的转向操作。
本实施例的ECU 2实现了以下有益效果(1)至(4)。
(1)在本实施例中，相对低或小的电子部件(诸如，功率元件103a-103d、微型计算机101和控制IC 102)以及相对高或大的电子部件(诸如，线圈105、电容器201、202、206、207以及继电器203、204)分离且布置在不同的模块单元中。即，包括相对低的功率元件103a-103d的电子部件包括在第一模块单元10中。相对高且大的电子部件(诸如电解电容器201、202)包括在第二模块单元20中。第一模块单元10和第二模块单元20以相对于第一模块单元10的模制主表面191的法线方向N彼此相隔预定距离来布置。
第一模块单元10不具有大的电子部件，该电子部件具有大的高度。因此，死空间不太可能形成在诸如功率元件103a-103d的电子部件之上。因此，可以减小ECU 2的尺寸。
尽管高的电子部件安装在第二基板200上，但是由于第二模块单元20不是由树脂模制而成，因此，不需要考虑模制树脂的分离和成本的增加。也就是说，不利于模制的电子部件包括在第二模块单元20中。
(2)包括功率元件103a-103d的第一模块单元10由树脂模制而成。因此，可以降低热电阻。另外，从功率元件103a-103d产生的热通过热辐射板135辐射到散热器60。此外，散热器60固定于电动机外壳82，以使得散热器60的附接表面612与电动机外壳82的平坦部分83接触。因而，热可以从散热器60辐射到电动机8。
从功率元件103a-103d产生的热高效地被辐射，因此，可以减少由于功率元件103a-103d的温度上升引起的损坏和故障。相应地，上述配置对于减小ECU 2的尺寸是有效的并且可适配用于大电流。
(3)当ECU 2固定于电动机8时，使输出端子451、452与电动机8的输入端子851、852接触。同样地，输出端子451、452和输入端子851、852彼此直接相连而无需使用线束等，以将电力供应到电动机8。因此，可以降低诸如线束成本的部件成本。此外，可以降低由于线束而导致的功率损失。
(4)ECU 2基本上平行于电动机8的轴而固定。由于ECU 2和电动机8以上述方式集成，因此，可以减小包括电动机8的总体尺寸。在这样的结构中，不需要当分别安装ECU 2和电动机8时通常使用的支架。另外，可以将辐射到散热器60的热传导到具有较大容量的电动机外壳82。因此，热辐射性能进一步改进。
(其他实施例)
(i)在上述示例性实施例中，第二模块单元20基本上平行于第一模块单元10布置。然而，不是总需要将第一模块单元10和第二模块单元20基本上彼此平行地布置。例如，第二模块单元20和第一模块单元10可彼此不平行地布置。
(ii)模制部18的模制主表面191和模制底面192的形状不限于大致矩形。
(iii)在上述示例性实施例中，散热器60通过螺钉52固定于电动机8。替选地，散热器60可通过其他方式(诸如，通过啮合、接合或夹钳)固定于电动机8。
(iv)电动机驱动装置不限于刷式电动机，而是可适配用于无刷电动机。在电动机驱动装置应用于无刷电动机的情况下，用于将电动机的旋转角度检测信号传送到电动机驱动装置的信号线可以通过连接器端子或线束而连接。
(v)在上述示例性实施例中，由于可以减小ECU 2的尺寸并且可以改进热辐射性能，因此ECU 2是车辆的电力转向设备所采用的示例。然而，电动机驱动装置可应用于针对任何其他目的的电动机。
尽管参照本发明的示例描述了本公开内容，但是应理解，本公开内容不限于上述示例性实施例和构造。本公开内容旨在覆盖各种变型和等同布置。另外，尽管各种组合和配置是优选的，但是包括更多元件、更少元件或仅单个元件的其他组合和配置也在本公开内容的精神和范围内。

Claims (5)

1.一种电动机驱动装置，包括：
第一模块单元(10)，包括：功率元件(103a，103b，103c，103d)，产生用于驱动电动机(8)的输出；微型计算机(101)，控制所述功率元件(103a，103b，103c，103d)的开态和关态；以及模制部(18)，将所述功率元件(103a，103b，103c，103d)和所述微型计算机(101)模制在其中，所述模制部(18)具有限定第一表面(191)和第二表面(192)的板形；
第二模块单元(20)，被布置成相对于所述第一表面(191)的法线方向而与所述模制部(18)的所述第一表面(191)相对，所述第二模块单元(20)包括基板(200)和布置在所述基板(200)上的电子部件(201，202，203，204，205，206，207，208)，所述电子部件(201，202，203，204，205，206，207，208)的高度相对于与所述基板(200)的表面垂直的方向而大于所述第一模块单元(10)的所述功率元件(103a，103b，103c，103d)和所述微型计算机(101)的高度；以及
散热器(60)，被布置成与所述模制部(18)的所述第二表面(192)接触，以接收从所述功率元件(103a，103b，103c，103d)产生的热。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，还包括：
电动机连接器部(45)，布置在所述第一模块单元(10)与所述第二模块单元(20)之间，所述电动机连接器部(45)包括电连接到所述电动机(8)的输入端子(851，852)的输出端子(451，452)以向所述电动机(8)施加驱动电压。
3.根据权利要求1或2所述的电动机驱动装置，其中，
所述电子部件(201，202，203，204，205，206，207，208)包括消除施加到所述功率元件(103a，103b，103c，103d)的电源电压的噪声的电容器。
4.根据权利要求1或2所述的电动机驱动装置，其中，所述散热器(60)具有固定部分(62)，所述固定部分(62)使得所述散热器(60)能够固定于所述电动机(8)，以使得所述散热器(60)的附接表面(612)与所述电动机(8)接触，所述附接表面(612)与所述第一模块单元(10)相对。
5.一种电力转向设备，包括：
根据权利要求1或2所述的电动机驱动装置(2)；
电动机(8)，由所述电动机驱动装置(2)驱动以产生旋转力；以及
扭矩传递装置(89)，将所述旋转力传递到用于辅助转向盘的转向操作的转向轴(92)。
CN201210074774XA 2011-03-22 2012-03-20 电动机驱动装置和具有该电动机驱动装置的电力转向设备 Pending CN102689647A (zh)

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Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120926