CN103283130B - 电动机控制单元及无刷电动机 - Google Patents

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Abstract

电动机控制单元将两张电路板收纳在基板壳体内，将连接支架配置在基板壳体的外表面。连接支架具有外部连接端子和连接销。电路板各自具有供连接销贯通的多个通孔。连接销由外部连接销和内部连接销构成。于是，连接支架和电路板以连接销分别贯通电路板的通孔的方式配置。

Description

电动机控制单元及无刷电动机
技术领域
本发明涉及收纳有用于控制驱动电动机的电路板的电动机控制单元、以及将该电动机控制单元一体化而成的无刷电动机。
背景技术
以往，作为搭载于汽车的电控设备用途，提出了涉及这样的电动机控制单元、无刷电动机的技术。例如，在专利文献1～3中公开有用于控制驱动电动转向助力用、可变气门正时装置用的电动机的电动机控制单元。
在专利文献1中，记载有像功率基板、控制基板那样，将电路板分成多个类别，并将这些电路板收纳在单元内的电动机控制单元。功率基板是安装有大电流半导体元件的金属基板。另一方面，控制基板是搭载有微型计算机的小信号用的基板。另外，在功率基板上安装有具有连接端子的连接构件，在控制基板中形成有用于与功率基板连接的通孔。于是，向该通孔中插入来自功率基板的连接端子，实现功率基板与控制基板的信号电连接。在专利文献1中，作为用于将功率基板和控制基板电连接的内部连接部件，设有该连接端子。
另外，在专利文献2中，记载有在单元内收纳大电流半导体元件、电路板，将连接于大电流半导体元件的端子的导电板用于与电路板连接的电动机控制单元。大电流半导体元件直接安装于作为壳体的一部分的散热器，在大电流半导体元件的必要的端子上分别连接导电板。导电板包含自基端部伸出的端子部。另外，在电路板中形成有与各个端子部相对应的通孔。于是，通过将该端子部插入到电路板的通孔中，实现大电流半导体元件与电路板的信号电连接。在专利文献2中，作为用于将大电流半导体元件和电路板电连接的内部连接部件，设有包含该端子部的导电板。并且，将该端子部也用作与电源等外部连接的外部连接部件。
另外，在专利文献3中，公开有在与无刷电动机一体设置的单元内收纳有供电用的供电板、电路板的无刷电动机。在该无刷电动机的外壳上设有多个连接端子，来自连接端子的引线在外壳内延伸，实现供电。在专利文献3中，作为与电源等外部连接的外部连接部件，设有该连接端子。
但是，由于上述以往的内部连接部件、外部连接部件是与部件、基板的配置相关联的结构，因此，仅对该型号的小型化等有效，但是存在针对多型号等的通用性有所欠缺这样的课题。
专利文献1：日本特开2005－304203号公报
专利文献2：日本特开2008－166382号公报
专利文献3：日本特开2005－269875号公报
发明内容
本发明的电动机控制单元将用于控制驱动电动机的至少两张电路板收纳在壳体内，并且，将用于与外部电连接的连接支架配置在壳体的外表面。连接支架具有用于与外部电连接的外部连接端子、及各自向相同方向延伸的多个连接销。两张电路板各自具有用于供连接销贯通的多个通孔。另外，多个连接销由与外部连接端子电连接的外部连接销和与外部连接端子电绝缘的内部连接销构成。于是，连接支架和两张电路板以多个连接销分别贯通两张电路板的通孔的方式配置。
利用该结构，也能够将用于与外部电连接连接支架应用于基板壳体内部的电路板相互间的电连接。
另外，本发明的无刷电动机是通过将具有绕线的定子、与定子相面对且旋转自由地配置的转子、及上述本发明的电动机控制单元一体化而形成的。
这样，本发明的电动机控制单元及具有该电动机控制单元的无刷电动机也能够将连接支架应用于基板壳体内部的电路板相互间的电连接。因此，不必针对每种型号制作电路板之间的连接构件，能够谋求电动机控制单元的电路板、连接支架之间的连接的共通化，从而能够提高通用性。另外，由于能够谋求在型号之间作为相同的连接支架的共通化，因此，能够省去新加入连接器的性能、验证可靠性的工时和可靠性验证时间。
附图说明
图1是表示具有本发明的实施方式的电动机控制单元的无刷电动机的截面构造的图。
图2是表示该无刷电动机的主要部分的俯视图。
图3是该无刷电动机的连接支架的剖视图。
图4是表示该无刷电动机的连接支架的分解结构的图。
图5是表示该无刷电动机的连接支架和电路板的配置结构的图。
具体实施方式
下面，参照附图对具有本发明的实施方式的电动机控制单元的无刷电动机进行说明。
实施方式
图1是表示具有本发明的实施方式的电动机控制单元的无刷电动机10的截面构造的图。另外，图2是表示本发明的实施方式的无刷电动机10的主要部分的俯视图。本实施方式中，列举在定子的内周侧配置有旋转自由的转子的内转子型无刷电动机的例子进行说明。
首先，参照图1和图2说明无刷电动机10的整体结构。
如图1所示，无刷电动机10在机壳13内具有作为固定件的定子11和作为旋转件的转子12，并且具有用于控制驱动电动机的电路板14。并且，机壳13由用于收纳构成电动机的定子11和转子12的金属制的电动机壳体31、及用于收纳电路板14的金属制的基板壳体32构成。
在电动机壳体31中，与定子11和转子12一同安装有所需构件而构成电动机单元100。另外，通过在基板壳体32中收纳电路板14和其他所需部件并安装壳体盖35，构成用于控制电动机的驱动的本实施方式的电动机控制单元110。而且，本实施方式的无刷电动机10是将电动机单元100和电动机控制单元110一体化而成的构成。
电动机壳体31包含上部呈圆筒形状而在底面侧具有开口的大致杯形的收纳部31a、及从底面侧的开口向外周方向展开的平板部31b。如图1所示，在该电动机壳体31内收纳有定子11和转子12。
另外，为了将无刷电动机10安装于对应构件，在电动机壳体31的顶面部形成有与电动机壳体31一体结合的金属制的安装部19。由此，将由定子11等产生的热经由安装部19传导到对应构件来谋求散热。
并且，在电动机壳体31的底面侧配置有基板壳体32。
基板壳体32呈箱形，并且在其底面侧具有开口，在其内部收纳电路板14。另外，基板壳体32能够与电动机壳体31相互安装。为了将两壳体相互安装，在基板壳体32的顶面部设有环状立起部32a。环状立起部32a自基板壳体32的顶面部向电动机壳体31侧地以图2所示的大致环状的形状突出。通过向电动机壳体31的开口中插入环状立起部32a，将两壳体合为一体。通过这样地在电动机壳体31上安装基板壳体32，电动机壳体31被大致密封。并且，通过在基板壳体32的底面侧安装壳体盖35，基板壳体32被大致密封。而且，在本实施方式中，利用螺钉36将基板壳体32固定在电动机壳体31上，由此，构成将电动机和驱动控制电路一体化而成的无刷电动机10。
在电动机单元100中，定子11通过在定子芯15上隔着绝缘体17卷绕每个相的绕线16而构成。在本实施方式中，将区分为位相彼此相差120度的U相、V相、W相这3个相的绕线16卷绕在定子芯15上。定子芯15通过层叠多张钢板而形成，具有向内周侧突出的多个凸极。在该凸极上，隔着用于将定子芯15绝缘的树脂制的绝缘体17卷绕有绕线16。另外，定子芯15的外周侧为大致圆柱形状，其外周与电动机壳体31的收纳部31a内侧面接触地固定。即，将定子芯15的外周侧和收纳部31a的内周侧做成大致相等的直径。在该的定子11的内侧，隔着空隙插入有转子12。
转子12由保持着永久磁铁22的转子芯21、贯通转子芯21的内周侧的旋转轴25、及用于将转子芯21固定在旋转轴25上的固定构件24构成。在本实施方式中，列举IPM（Interior PermanentMagnet：内部埋设磁铁型）类型的转子12的一例子。即，在转子芯21中，以与旋转轴25并行的方式设有磁铁插入孔22h，在各个磁铁插入孔22h中配设有永久磁铁22。另外，转子芯21通过层叠多张钢板而形成，呈在中心配置有旋转轴25的圆柱形状。于是，转子芯21的外周面隔着空隙与定子芯15的各凸极的顶端面相面对。
旋转轴25贯通转子芯21的内周侧地向两方向延伸，利用配置在两方向上的各个轴承26旋转自由地被支承。在此，一方的轴承26的外周侧被电动机壳体31的顶面部固定，另一方的轴承26的外周侧被基板壳体32的顶面部固定。为了保持基板壳体32侧的轴承26，在基板壳体32上还设有自其顶面部向电动机壳体31侧突出成圆环状的环状立起部32b。轴承26固定在该环状立起部32b的内周侧。
旋转轴25自固定一方的轴承26的电动机壳体31的顶面部向电动机壳体31的外部进一步延伸，用作进行旋转驱动的输出轴。另外，向另一方的轴承26侧延伸的旋转轴25贯通基板壳体32的顶面部，延伸到基板壳体32内。在本实施方式中，在向该方向延伸的旋转轴25的顶端部安装有位置检测用磁铁80。
接着，在电动机控制单元110中，在基板壳体32的内部内置有安装了各种电路部件41的电路板14。利用电路部件41构成用于控制或者驱动电源电路、电动机的驱动控制电路。例如，位置检测元件41s以与安装有位置检测用磁铁80的旋转轴25的顶端部相对的方式安装在电路板14上。由此，能够在旋转动作过程中进行位置检测。
另外，在本实施方式的电动机控制单元110中，在基板壳体32的外表面配置有用于与外部电连接的连接支架37。即，如图2所示，在基板壳体32的顶面部配置有连接支架37，在该连接支架37的外部连接端子72t上连接有电源线、控制信号线等外部配线38。于是，通过连接支架37向基板壳体32内的电源电路供给例如电源电力。
特别是，在本实施方式中，由多个电路板构成收纳在基板壳体32中的电路板14，并且，在其中1个电路板中包含逆变器的电路。具体地讲，将电路板14分离成安装有发热量较多的电路部件41的第1电路板14t和安装有发热量较少的电路部件41的第2电路板14b这两个基板。于是，利用连接支架37的连接销71与外部进行电连接，并且，利用连接销71在第1电路板14t与第2电路板14b之间传送信号。
首先，在作为一方的电路板14的第1电路板14t上安装包含逆变器用晶体管等功率元件41p的、发热量较多的电路部件41。即，第1电路板14t主要构成为包含逆变器的驱动电路，该逆变器用于驱动绕线16通电。特别是，由于逆变器用晶体管流动有大电流而发热量较多，且是半导体元件，因此，在动作温度超过容许界限时会导致破损，对于热的保护变得重要。因此，在本实施方式中，在基板壳体32内，以第1电路板14t与基板壳体32热结合的方式配置第1电路板14t，谋求散热。具体地讲，第1电路板14t以夹着作为导热性良好的电绝缘层的绝缘片43并与基板壳体32内的顶面部面接触的方式安装。利用这样的结构，在确保基板壳体32与第1电路板14t之间绝缘的同时，使在第1电路板14t上产生的热自基板壳体32高效地散发。
另一方面，在作为另一方的电路板14的第2电路板14b上安装有控制用微型计算机等电流量较小、发热量较少的电路部件41。即，第2电路板14b主要构成为用于控制逆变器、控制速度等的控制电路，该逆变器用于根据位置检测元件41s的位置检测驱动电动机转动。而且，第2电路板14b在基板壳体32内配置在比第1电路板14t靠基板壳体32的开口侧。在本实施方式中，借助自基板壳体32内的顶面部向开口侧延伸的隔离件44将第2电路板14b保持在基板壳体32内。
另外，由于利用安装于第1电路板14t的逆变器用功率元件41p驱动绕线16通电，因此，在本实施方式中做成如下的结构。首先，U相、V相、W相各自的绕线16的端部作为引出线16a自定子11向基板壳体32的方向被拉出。在基板壳体32的顶面部设有多个孔32h，各个引出线16a通过这些孔32h连接于第1电路板14t。更具体地讲，在绕线16与基板壳体32之间配置有低导热系数的隔热构件60。在隔热构件60中形成有筒状的引导部60b，该引导部60b插入到基板壳体32的孔32h中。于是，引出线16a穿过引导部60b内而被引导向第1电路板14t。即，利用隔热构件60谋求阻断来自电动机壳体31的热，并将引出线16a与基板壳体32之间绝缘。
像以上那样，电动机控制单元110将用于驱动控制电动机的至少两张电路板14收纳在基板壳体32内，并且，将用于与外部电连接的连接支架37配置在基板壳体32的外表面。
接着，对本实施方式的连接支架37的详细结构进行说明。
图3是具有本发明的实施方式的电动机控制单元的无刷电动机的连接支架37的剖视图。另外，图4是表示具有本发明的实施方式的电动机控制单元的无刷电动机的连接支架37的分解结构的图。
如图3所示，连接支架37将由树脂形成的支架外壳70作为基部，具有各自向相同方向延伸的多个连接销71。在支架外壳70中具有用于导出各连接销71的销保持部70h，各个连接销71借助销保持部70h以针状突出地延伸。连接销71由与外部连接端子72t电连接的多个外部连接销72和与外部连接端子72t电绝缘的多个内部连接销73构成。即，在外部连接销72上电连接有电源线、控制信号线等外部配线38。在图1中表示了相对于图3的外部连接端子72t配置有外部配线38的连接端部38t，铆接外部连接端子72t的头部而将外部配线38的连接端部38t连接于外部连接端子72t的例子。
作为连接支架37的更具体的一结构例，在本实施方式中，做成如图4所示地构成的连接支架37。
首先，内部连接销73是如图4所示地仅向一个方向延伸的销。在本实施方式中，在成为细长圆柱棒的金属的两端形成锥形的顶端部而做成内部连接销73。
相对于此，外部连接销72通过将外部连接端子72t和向与内部连接销73相同方向延伸的连接销部72p一体形成而成。即，如图4所示，外部连接销72在连接销部72p的支架外壳70侧具有以与连接销部72p成大致直角的方式弯折的弯折部72b。在该弯折部72b上形成有圆柱状的外部连接端子72t。在本实施方式中，从加工容易性的方面考虑，使用细长的金属平板加工成图4中那样的字母L形，而作为外部连接销72。
通过将该外部连接销72和内部连接销73压入到预先形成于支架外壳70的小孔中，将连接销71分别安装于支架外壳70。另外，为了可靠地固定外部连接销72，利用由树脂形成的销固定构件78将弯折部72b树脂密封。
这样，由于连接支架37是简单的构造，因此，能够利用廉价的模具和部件且以简易的过程制作。另外，通过将支架外壳70内的连接销71全部树脂密封，能够对应防水型的电子控制单元。
特别是，在本实施方式中，由于将外部连接销72做成字母L形，因此，通过利用弯折部72b，能够容易地向支架外壳70中压入外部连接销72。即，将弯折部72b用作按压面，向支架外壳70的小孔中压入外部连接销72即可。另外，通过做成在外部连接端子72t上预先铆接连接外部配线38，将处于连接着外部配线38的状态的外部连接销72压入到支架外壳70中的顺序，能够更容易地压入。并且，由于外部配线38向与连接销部72p的延伸方向成大致直角的方向延伸，因此，能够确保充分的销保持强度，杜绝由外部配线38的拉伸导致外部连接销72脱落这样的不良。
另外，为了将该连接支架37安装于基板壳体32，在基板壳体32的顶面部形成有安装用的孔。即，如图1所示，在基板壳体32中同时形成有用于固定连接支架37的支架固定孔32f和用于固定连接支架37并将连接销71引导到内部的支架孔32t。另一方面，如图3所示，在连接支架37中形成有与支架固定孔32f相对应的支架固定用突起70f。通过使支架固定孔32f和支架固定用突起70f嵌合，并且向支架孔32t中插入销保持部70h，将连接支架37安装于基板壳体32。于是，连接销71形成了延伸到基板壳体32内的结构。
接着，对连接支架37和电路板14的配置结构进行说明。
图5是表示具有本发明的实施方式的电动机控制单元的无刷电动机的连接支架37和电路板14的配置结构的图。
如图5所示，在第1电路板14t中形成有分别供外部连接销72的连接销部72p贯通的通孔172、及分别供内部连接销73贯通的通孔173。另外，在第2电路板14b中形成有分别供外部连接销72的连接销部72p贯通的通孔272、及分别供内部连接销73贯通的通孔273。这样，在电路板14中具有作为供连接销71贯通的孔的多个通孔。
另外，在第1电路板14t的通孔172的周围形成有用于与外部配线38电连接的布线图案的焊盘。同样，在第2电路板14b的通孔272的周围形成有用于与外部配线38电连接的布线图案的焊盘。
另外，在第1电路板14t的通孔173中形成有用于与第2电路板14b连接的布线图案的焊盘，在第2电路板14b的通孔273中形成有用于与第1电路板14t连接的布线图案的焊盘。
于是，对于安装有连接支架37的基板壳体32，首先，以连接销部72p贯通通孔172、内部连接销73贯通通孔173的方式将第1电路板14t插入到基板壳体32中。这样，在通孔172中贯通有连接销部72p的状态下，通过将焊盘例如软钎焊，能够将外部配线38和第1电路板14t上的目标电路电连接。另外，在内部连接销73也贯通于通孔173的状态下将焊盘例如软钎焊。接着，以连接销部72p贯通通孔272、内部连接销73贯通通孔273的方式将第2电路板14b插入到基板壳体32中。这样，在通孔272中贯通有连接销部72p的状态下，通过将焊盘例如软钎焊，能够将外部配线38和第2电路板14b上的目标电路电连接。
另外，在使内部连接销73贯通于通孔273的状态下，将焊盘例如软钎焊。由此，通过内部连接销73将第1电路板14t上的电路和第2电路板14b上的电路电连接。
这样，在本实施方式中，以连接支架37的外部连接销72和内部连接销73分别贯通各个电路板14的通孔的方式，配置连接支架37和各个电路板14。
在本实施方式中，通过做成这样的结构，能够利用小型且简单的形状的连接支架37将电路板14之间电连接。特别是，也能够将用于与外部电连接的连接支架37应用于基板壳体32内部的电路板14相互间的电连接。因此，不必针对每种型号制作电路板之间的连接构件，能够谋求使电动机控制单元的电路板、连接器之间的连接共通化，从而能够提高通用性。即，通过外部连接销72将两张电路板14中的至少一张电路板14与外部连接端子72t电连接，例如针对电动机控制单元的每种型号应对电路板14之间的连接，通过内部连接销73将两张电路板14相互间电连接即可。
像以上说明的那样，本发明的电动机控制单元将用于控制电动机的驱动的至少两张电路板收纳在壳体内，并且，将用于与外部电连接的连接支架配置在壳体的外表面。连接支架具有用于与外部电连接的外部连接端子、及各自向相同方向延伸的多个连接销。两张电路板各自具有供连接销贯通的多个通孔。另外，多个连接销由与外部连接端子电连接的外部连接销和与外部连接端子电绝缘的内部连接销构成。于是，连接支架和两张电路板以多个连接销分别贯通两张电路板的通孔的方式配置。另外，本发明的无刷电动机是通过将具有绕线的定子、与定子相面对且旋转自由地配置的转子、及上述本发明的电动机控制单元一体化而形成的。
利用这样的结构，能够使电路板、连接器之间的连接共通化而提高通用性，也能够针对电动机控制单元的每种型号共用化。
另外，以上列举做成IPM类型的转子的一例子进行了说明，但也可以是将磁铁配设在转子芯表面的SPM（SurfacePermanent Magnet：表面粘贴磁铁型）类型的转子。
产业上的可利用性
本发明能够提供可针对每种型号进行共用化的电动机控制单元的结构，因此，可用作电控设备和其他电气设备用的电动机控制单元、具有该电动机控制单元的无刷电动机。
附图标记说明
10、无刷电动机；11、定子；12、转子；13、机壳；14、电路板；14t、第1电路板；14b、第2电路板；15、定子芯；16、绕线；16a、引出线；17、绝缘体；19、安装部；21、转子芯；22、永久磁铁；22h、磁铁插入孔；24、固定构件；25、旋转轴；26、轴承；31、电动机壳体；31a、收纳部；31b、平板部；32、基板壳体；32a、32b、环状立起部；32f、支架固定孔；32t、支架孔；35、壳体盖；36、螺钉；37、连接支架；38、外部配线；38t、连接端部；41、电路部件；41p、功率元件；41s、位置检测元件；43、绝缘片；44、隔离件；60、隔热构件；60b、引导部；70、支架外壳；70f、支架固定用突起；70h、销保持部；71、连接销；72、外部连接销；72b、弯折部；72p、连接销部；72t、外部连接端子；73、内部连接销；78、销固定构件；80、位置检测用磁铁；100、电动机单元；110、电动机控制单元；172、173、272、273、通孔。

Claims (8)

1.一种电动机控制单元，其将用于对电动机进行驱动控制的至少两张电路板收纳在壳体内，并且，将用于与外部电连接的连接支架配置在上述壳体的外表面，其特征在于，
上述连接支架具有用于与外部电连接的外部连接端子、及各自向相同方向延伸的多个连接销；
上述两张电路板各自具有用于供上述连接销贯通的多个通孔；
上述连接支架的上述多个连接销由与上述外部连接端子电连接的外部连接销和与上述外部连接端子电绝缘的内部连接销构成；
将上述连接支架和上述两张电路板配置为上述连接支架的上述多个连接销分别贯通上述两张电路板各自的上述多个通孔。
2.根据权利要求1所述的电动机控制单元，其特征在于，
通过上述外部连接销将上述两张电路板中的至少一张电路板和上述外部连接端子电连接；
通过上述内部连接销将上述两张电路板相互间电连接。
3.根据权利要求1所述的电动机控制单元，其特征在于，
上述两张电路板中的一张电路板是至少安装有用于驱动电动机的绕线的逆变器用功率元件的电路板。
4.根据权利要求3所述的电动机控制单元，其特征在于，
以上述连接支架为基准，沿着上述连接销的延伸方向，按照上述连接支架、上述一张电路板、另一张电路板的顺序对上述连接支架、上述一张电路板、上述另一张电路板进行配置。
5.根据权利要求4所述的电动机控制单元，其特征在于，
以与上述壳体热结合的方式将上述一张电路板隔着电绝缘层配置在上述壳体的内表面。
6.根据权利要求1所述的电动机控制单元，其特征在于，
上述外部连接销通过将连接销部、弯折部和上述外部连接端子一体化而形成；
上述连接销部向与上述内部连接销相同的方向延伸；
上述弯折部以与上述连接销部成大致直角的方式弯折；
上述外部连接端子形成于上述弯折部。
7.根据权利要求2所述的电动机控制单元，其特征在于，
上述外部连接销通过将连接销部、弯折部和上述外部连接端子一体化而形成；
上述连接销部向与上述内部连接销相同的方向延伸；
上述弯折部以与上述连接销部成大致直角的方式弯折；
上述外部连接端子形成于上述弯折部。
8.一种无刷电动机，其特征在于，
通过将定子、转子和电动机控制单元一体化而形成；
上述定子具有绕线；
上述转子与上述定子相面对且旋转自由地配置；
上述电动机控制单元如权利要求1～7中任一项所述。
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