CN103502081B - 电动动力转向装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种电动动力转向装置，其不仅能够实现控制装置的小型化，而且通过将控制装置配置在电动机的轴与减速结构的齿轮轴之间，来使组装性和装载性优异。控制装置在电动机与减速机构之间与电动机的输出轴同轴配置，并具有散热器、功率电路基板、控制电路基板及对功率电路基板和所述控制电路基板进行收容的壳体，将使功率电路基板与电动机之间的电动机电流流通、切断的电子继电器电路基板收容在壳体内，并将电子继电器电路基板的发热散发到壳体。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动动力转向装置，该电动动力转向装置包括对车辆的方向盘输出辅助力矩的电动机和对该电动机的驱动进行控制的控制装置。
背景技术
目前，已知有一种电动动力转向装置，其具有对车辆的方向盘输出辅助力矩的电动机和对该电动机的驱动进行控制的控制装置，其中，控制装置安装于电动机（例如参照专利文献1）。
在上述电动动力转向装置中，具有功率电路基板、绝缘印刷基板及大电流基板，其中，上述功率电路基板装载有用于对电动机的电流进行切换的电桥电路，上述绝缘印刷基板装载有产生用于对电桥电路进行控制的驱动信号的微型计算机，上述大电流基板在绝缘树脂中装载有用于对电流波动进行吸收的电容，其中，在上述树脂中嵌件成型有构成大电流的配线图案的导电板。
此外，按功率电路基板、大电流基板及绝缘印刷基板的顺序层叠的三重层叠结构的控制装置呈与电动机的轴平行地重叠的配置，功率电路基板和大电流基板通过连接构件电连接。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特许第3638269号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
图8是表示现有的电动动力转向装置的纵剖视图。
在上述电动动力转向装置中，控制装置100的基板由功率电路基板101、大电流基板102及绝缘印刷基板103这三个构成，装载在大电流基板102上的电容104配置在功率电路基板101与绝缘印刷基板103之间，为了将功率电路基板101的发热散发至散热器105，利用紧固构件，例如螺钉，将功率电路基板101的面均匀地固定在散热器105上。接着，将上述三重层叠结构的控制装置100以与电动机106的轴平行配置的方式安装在电动机106上，并通过使用例如螺栓机械固定在与电动机106的线圈线连接的导电板107上，藉此来进行电连接。另外，符号108表示与电动机106的轴结合的减速机构。
在上述结构中，存在如下问题：使装置大型化，同时因需要多个紧固部件而使组装性变差，此外，由于与电动机106的轴平行地配置控制装置100，因此，给装载性带来不良影响。
本发明以解决上述问题为技术问题，其目的在于提供一种电动动力转向装置，其包括对车辆的方向盘输出辅助力矩的电动机和对该电动机的驱动进行控制的控制装置，不仅能够实现控制装置的小型化，同时由于将控制装置配置在电动机的轴与减速结构的齿轮轴之间，而使组装性和装载性优异。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的电动动力转向装置包括：电动机，该电动机对车辆的方向盘输出辅助力矩；减速机构，该减速机构对所述电动机的旋转进行减速；以及控制装置，该控制装置配置在所述电动机与所述减速机构之间，并对所述电动机的驱动进行控制，所述控制装置由散热器、功率电路基板、控制电路基板、电子继电器电路基板及壳体构成，其中：所述散热器由高导热率的金属材料构成，所述功率电路基板固定在所述散热器上，并具有用于根据对所述方向盘进行辅助的力矩来对所述电动机的电流进行切换的、由多个半导体开关元件构成的电桥电路，所述控制电路基板通过导电体与所述功率电路基板电连接，并具有生成用于基于所述方向盘的转向力矩对所述电桥电路进行控制的驱动信号的控制电路，所述电子继电器电路基板通过导电体与所述功率电路基板电连接，并具有使供给到所述电动机的电动机电流流通、切断的继电器电路，所述壳体供所述电子继电器电路基板安装，并将所述功率电路基板和所述控制电路基板收容。
发明效果
根据本发明的电动动力转向装置，控制装置配置在电动机的输出轴上的减速机构侧，通过与减速机构组装，与像现有装置那样与电动机的轴平行地配置的情况相比，不仅能实现电动机周围的小型化，而且能改善装载性。
此外，通过将电子继电器电路基板固定在壳体上，以作为使供给到电动机的电动机电流流通、切断的继电器部，与机械式的继电器相比，不仅能实现电连接的简化和小型化，而且能改善电子继电器电路基板的散热和装载性。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1的电动动力转向装置的电路框图。
图2是表示实施方式1的电动动力转向装置的纵剖视图。
图3是表示实施方式1的电动动力转向装置的从另一角度观察的纵剖视图。
图4是表示实施方式1的电动动力转向装置的分解立体图。
图5是表示实施方式1的电动动力转向装置的控制装置的功率电路基板部的剖视图。
图6是在实施方式1的电动动力转向装置中，从壳体侧观察的电子继电器基板部的俯视图。
图7是表示实施方式1的电动动力转向装置的电子继电器电路基板与控制电路基板的连接部的剖视图。
图8是表示现有的电动动力转向装置的纵剖视图。
具体实施方式
实施方式1
图1是表示本发明的电动动力转向装置的电路框图。上述电动动力转向装置包括：电动机10，该电动机10对车辆的方向盘（未图示）输出辅助力矩；控制装置90，该控制装置90对上述电动机10的驱动进行控制；蓄电池1，该蓄电池1供给用于对电动机10进行驱动的电流；力矩传感器2，该力矩传感器2对方向盘的转向力矩进行检测；车速传感器3，该车速传感器3对车速进行检测；电动机连接器81，该电动机连接器81将控制装置90与电动机10电连接；功率连接器82，该功率连接器82将蓄电池1与控制装置90电连接；以及信号连接器83，该信号连接器83将力矩传感器12与控制装置60电连接。
电动机10具有与定子（未图示）三相连接的电枢绕组15和对转子（未图示）的旋转位置进行检测的旋转位置传感器14。
控制装置90包括：三相电桥电路41，该三相电桥电路41用于根据辅助力矩的大小及方向切换电动机电流IM，其由多个半导体开关元件（例如FET）Q1～Q6构成；分流电阻42，该分流电阻42用于对电动机电流IM进行检测；大容量的电容（2200μF×3左右）43，该大容量的电容43用于对在电动机10中流动的电动机电流IM的波动分量进行吸收；线圈44，该线圈44用于除去电磁噪声；以及电子继电器电路61，该电子继电器电路61使供给到电动机11的电动机电流IM流通、切断。
控制装置90具有：电流检测元件54，该电流检测元件54经由分流电阻42的一端对在电动机10中流动的电流进行检测；微型计算机52，该微型计算机52基于转向力矩信号运算出辅助力矩，并且将电动机电流IM及转子的旋转位置反馈来运算出相当于辅助力矩的电流；以及驱动电路53，该驱动电路53将用于根据微型计算机52的运算输出来对电桥电路41的半导体开关元件Q1～Q6进行控制的驱动信号输出。
另外，虽未图示，但除了AD转换器、PWM计时电路等之外，微型计算机52还具有众所周知的自我诊断功能，始终对系统是否正常动作进行自我诊断，当发生异常时，将电动机电流IM切断。
接着，对上述结构的电动动力转向装置的动作进行说明。
微型计算机52从力矩传感器2读入转向力矩并从旋转位置传感器12读入电动机10的转子的旋转位置，并且利用电流检测元件54从分流电阻42将电动机电流IM反馈输入，并产生动力转向的旋转方向指令及相当于辅助力矩的电流控制量，并输入至驱动电路53。
一旦输入旋转方向指令及电流控制量，则驱动电路53产生PWM驱动信号，并施加到电桥电路41的半导体开关元件Q1～Q6。
藉此，电流从蓄电池1经由外部配线、功率连接器81、线圈44、电桥电路41、电子继电器电路61、电动机连接器82及外部配线而流至电动机10，并朝所需方向输出所需量的辅助力矩。
此时，电动机电流IM通过分流电阻42及电流检测元件54检测出，并通过反馈至微型计算机52，而被控制成与电动机电流指令Im一致。
此外，电动机电流IM虽然因电桥电路41的PWM驱动时的开关动作而包含波动分量，但由大容量的电容43进行滤波而受到控制。
另外，利用线圈44，防止电桥电路41进行PWM驱动时因开关动作而产生的噪声朝外部释放而成为无线电噪声。
图2～图7是表示实施方式1的电动动力转向装置的图，在图2～图7中，上述电动动力转向装置的无刷电动机即电动机10包括：输出轴11；转子12，该转子12在上述输出轴上固定着具有8极磁极的永磁体；定子13，该定子13设置在上述转子的周围；以及旋转位置传感器14，该旋转位置传感器14配置在输出轴的输出侧，并对转子的旋转位置进行检测。
定子13具有与永磁体的外周相对的12个突极、安装于上述突极的绝缘体（未图示）和卷绕在上述绝缘体上且与U、V及W三相连接的电枢绕组15。
电枢绕组15的三个端部分别与沿输出轴的输出侧轴线方向延伸的三个绕组端子连接。
旋转位置传感器14是分解器20，其具有分解器用转子21及分解器用定子22。
分解器用转子21的外径形成为特殊曲线，以使分解器用定子22与分解器用转子21之间的径向间隙的磁导根据角度以正弦波状变化。
在分解器用定子22上卷绕有励磁线圈及两组输出线圈，对上述分解器用转子21及分解器用定子22间的径向间隙的变化进行检测，并输出以正弦（sin）和余弦（cos）变化的两相输出电压。
控制装置90配置在减速齿轮与电动机10之间，其中，上述减速齿轮是配置在与电动机10相同轴上的减速机构（未图示）。
减速齿轮具有齿轮箱、设置在上述齿轮箱内并用于对输出轴的旋转进行减速的蜗杆（wormgear）和与该蜗杆啮合的蜗轮（wormwheel）。
在蜗杆的靠电动机10一侧的端部形成有花键。
内侧形成有花键的联结器被压入输出轴的减速齿轮侧的端部。
该联结器与蜗杆的端部通过花键结合，从而将力矩从电动机10经由联结器传递至减速齿轮。
电动机10固定在壳体70上，与对电动机10的驱动进行控制的控制装置90同轴配置。
如图4所示，控制装置90包括：散热器30，该散热器30呈箱型，且为高导热率的金属材料即铝制的；功率电路基板40，该功率电路基板40固定在散热器30上，并具有用于根据对方向盘进行辅助的力矩来对电动机10的电流进行切换的、由多个半导体开关元件Q1～Q6构成的电桥电路41；控制电路基板50，该控制电路基板50具有产生用于基于方向盘的转向力矩来对电桥电路41进行控制的驱动信号的控制电路51，并经由多个具有柔软性的导电板45而与功率电路基板40电连接；电子继电器电路基板60，该电子继电器电路基板60具有使供给到电动机10的电动机电流流通、切断的电子继电器电路61，并利用导电体与功率电路基板40电连接；以及壳体70，该壳体70安装有电子继电器电路基板60，并且对功率电路基板40和控制电路基板50进行收容。
在功率电路基板40上设置有功率电路部和电容43、线圈44，其中，上述功率电路部具有由多个半导体开关元件Q1～Q6构成的电桥电路41（参照图5）。
此外，将包括微型计算机52、驱动电路52及电动机电流检测元件54在内的外围电路元件等小电流部件锡焊安装于控制电路基板50上的配线图案。
另外，在电子继电器电路基板60上装载有半导体开关元件Q7～Q9，该半导体开关元件Q7～Q9分别与电枢绕组15的三个绕组端子连接，其中，上述电枢绕组15与U、V及W三相连接，上述半导体开关元件Q7～Q9经由电子继电器电路61而分别与沿着电动机10的输出轴的输出侧轴线方向延伸的三个输出端子即导电板45连接（参照图6）。
连接器80通过绝缘树脂一体成型。
上述连接器80由功率连接器81、电动机连接器82和信号连接器83构成，其中，上述功率连接器81与车辆的蓄电池1电连接，上述电动机连接器82将控制装置90与电动机10电连接，上述信号连接器83与经由外部配线输入信号的力矩传感器2和对车辆的行驶速度进行测定的车速传感器3连接。
连接器80插入散热器30的开口部即孔中，并固定在散热器30上。
通过将散热器30与壳体70紧固，连接器80便构成为以夹在散热器30与壳体70之间的方式固定。
接着，对如上所述构成的电动动力转向装置的组装步骤进行说明。
首先，组装电动机10，在将永磁体粘接固定于输出轴之后，用磁化器磁化成磁极，并压入轴承的内圈，从而形成转子。
接着，将U、V、W的各电枢绕组15隔着绝缘体以电角度移动120度位置的方式卷绕在定子13的十二个突极上，U、V、W各相形成四个，总计形成十二个绕组。
将U相各绕组的卷绕起始端彼此连接，并将卷绕结束端彼此连接，从而形成U相的电枢绕组15。
同样地形成V相及W相的电枢绕组15，并将U、V及W相的电枢绕组15的卷绕结束端彼此连接以作为中性点。
U、V及W相的电枢绕组15的卷绕起始端分别与绕组端子连接。
然后，将卷绕完的定子13压入轭。
接着，在将轴承的外圈固定于壳体70之后，将转子12的输出轴11压入轴承的内圈，并将旋转位置传感器14的转子及联结器压入输出轴11。
在各电极上涂布有焊糊的金属基板、即功率电路基板40上配置半导体开关元件Q1～Q6、电阻等部件，并通过用于将导电板45连接的保持构件，来配置并固定在功率电路基板40上，使用回流焊装置将焊糊熔化，并将锡焊后的电子继电器电路基板60固定在壳体70上，然后将旋转位置传感器14的定子固定在上述壳体70上。
此时，也可以在壳体70与电子继电器电路基板60之间涂布导热脂来提高散热效果。
将组装有定子的轭插入壳体70，然后，使用螺钉（未图示）将轭固定在壳体70上。
接着，对控制装置90的组装步骤进行说明。
首先，在各电极上涂布有焊糊的控制电路基板50上配置微型计算机52及其外围电路元件等部件，并配置将功率连接器82与线圈30间、以及电动机10的U、V、W线与导电板连接的大电流用导电板，然后，配置用于将导电板45连接的芯片，使用回流焊装置，对控制电路基板50进行加热，并将焊糊熔化来对各上述部件进行锡焊。
同样地，在各电极上涂布有焊糊的功率电路基板40上配置半导体开关元件Q1～Q6及分流电阻22等部件，并与控制电路基板50同样地配置用于将导电板连接的芯片，使用回流焊装置将焊糊熔化来进行锡焊。
将上述功率电路基板40固定在散热器30上，控制电路基板50以相对的方式并排组装，并利用锡焊等将从功率电路基板40延伸并插入控制电路基板50的导电板电连接。
此时，也可以在壳体30与功率电路基板40之间涂布导热脂来提高散热效果。
从与电动机10的U、V、W相连接的电子继电器电路基板60伸出的导电板与从分解器用定子22伸出的导电板的端部由压配端子62（日文：プレスフィット）构成，因此，使控制装置90的控制电路基板50侧位于电动机10一侧来进行压入（参照图7）。
通过压入，电动机10和控制装置90便如图2及图3这样一体化。
如以上所说明的这样，根据本实施方式1的电动动力转向装置，控制装置90包括：功率电路基板40，该功率电路基板40装载有用于根据对方向盘进行辅助的力矩来对电动机10的电流进行切换的、由多个半导体开关元件Q1～Q6构成的电桥电路41；控制电路基板50，该控制电路基板50装载有对电流的波动进行吸收的电容5及产生用于基于方向盘的转向力矩来对电桥电路41进行控制的驱动信号的微型计算机52；以及供大电流流过的大电流用导电板及输入输出小电流的信号的信号用导电板，其中，上述大电流用导电板及信号用导电板将功率电路基板40与控制电路基板50电连接，通过将电子继电器电路基板60配置在壳体70内，就能使装置小型化，并能减少紧固部件，同时能够改善电子继电器电路基板60的散热和装载性。
此外，在电动动力转向装置中，由于从电动机10的U、V、W相伸出的导电板和从分解器用定子22伸出的导电板各自的端部与控制装置90的控制电路基板50电连接，因此，不需要将电动机10与控制装置90电连接的外部配线及连接器，能够减少装置的成本，减少电力损耗，并且能够抑制射电噪声。
此外，如图7所示，电子继电器电路基板60和控制电路基板50通过设于电子继电器电路基板60的导电端子连接，导电端子的一端形成有压配端子62，并且控制电路基板50设置有在内表面涂有镀层的通孔，通过将压配端子62压入上述通孔，来进行两者的电连接，因此，可实现操作性的提高。
此时，通过将电子继电器电路基板60呈同心状地设置在电动机10的轴上，来承受压配端子62的压入力，因此，能将电子继电器电路基板60稳定地安装。
另外，功率电路基板40不限定于金属基板，也可以是配线图案隔着绝缘层形成在铝等导热性好的金属基底上的电路基板或是铜这样的导热性好的电路基板，还可以是陶瓷基板。
此外，旋转位置传感器14使用分解器20，但不局限于分解器，也可以是磁电阻（MR）、巨磁电阻（GMR）及霍尔元件、或者霍尔集成电路等其它磁检测元件。
此外，电动机10并不局限于无刷电动机，也可以是感应电动机、开关磁阻电动机（SR电动机）或者有刷的DC电动机。
(符号说明)
1蓄电池
2力矩传感器
3车速传感器
10电动机
11输出轴
12转子
13定子
14旋转位置传感器
15电枢绕组
20分解器
21分解器用转子
22分解器用定子
30散热器
40功率电路基板
41电桥电路
42分流电阻
43电容
44线圈
45导电板
Q1～Q6半导体开关元件
50控制电路基板
51控制电路
52微型计算机
53驱动电路
54电流检测元件
60电子继电器电路基板
61电子继电器电路
62压配端子
Q7～Q9半导体开关元件
70壳体
80连接器
81功率连接器
82电动机连接器
83信号连接器
90控制装置
Claims (3)
1.一种电动动力转向装置，包括：电动机，该电动机对车辆的方向盘输出辅助力矩；减速机构，该减速机构对所述电动机的旋转进行减速；以及控制装置，该控制装置对所述电动机的驱动进行控制，其特征在于，
所述控制装置在所述电动机与所述减速机构之间与所述电动机的输出轴同轴配置，
并且所述控制装置由散热器、功率电路基板、控制电路基板、电子继电器电路基板及壳体构成，其中：
所述散热器由高导热率的金属材料构成，
所述功率电路基板固定在所述散热器上，并具有用于根据对所述方向盘进行辅助的力矩来对所述电动机的电流进行切换的、由多个半导体开关元件构成的电桥电路，
所述控制电路基板通过导电体与所述功率电路基板电连接，并具有生成用于基于所述方向盘的转向力矩对所述电桥电路进行控制的驱动信号的控制电路，
所述电子继电器电路基板通过导电体与所述功率电路基板电连接，并具有使供给到所述电动机的电动机电流流通、切断的电子继电器电路，
所述壳体供所述电子继电器电路基板安装，并将所述功率电路基板和所述控制电路基板收容并保护，
所述电子继电器电路基板配置在所述壳体的安装所述控制电路基板一侧的内侧，所述壳体组装在所述散热器上，以对所述电子继电器电路基板进行收容。
2.如权利要求1所述的电动动力转向装置，其特征在于，将所述功率电路基板、所述控制电路基板、所述电子继电器电路基板及所述壳体相对于所述电动机的输出轴呈同心状配置。
3.如权利要求1或2所述的电动动力转向装置，其特征在于，将设于所述电子继电器电路基板的压配端子压入形成于所述控制电路基板的通孔，来将所述电子继电器电路基板与所述控制电路基板电连接。
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