CN107979241A - 电路集成电动机 - Google Patents

Abstract

一种电路集成电动机包括：容纳在电动机壳体中的电动机；在旋转轴的轴向方向上与电动机壳体相邻的散热器；布置在散热器和电动机壳体中的至少一者中的基板；以及安装在基板上并且其中容纳有用于驱动电动机的驱动电路的模块。模块具有基本上长方形的长方体，长方体包括面向基板的底表面、以及垂直于底表面并且具有的面积大于底表面的面积的两个相对的主侧表面。散热器包括模块插入其中的插入部分。插入部分的内表面与至少两个主侧表面直接接触或间接接触。

Description

电路集成电动机

技术领域

本发明的一个或多个实施例涉及与电路一体设置的电路集成电动机。

背景技术

在现有技术中，在与用于安装在车辆中的电动助力转向器的电动机和用于控制电动机的电路一体地设置的电路集成电动机中，有效地进行散热的技术是已知的。例如，JP-A-2016-054585公开了一种电动助力转向装置，其中容纳在电子控制装置中的壳体的尺寸被抑制为在径向方向上增加，并且热量有效地散发到外部。在该电动助力转向装置中，通过将电源电路单元的金属基板和电力转换单元的金属基板设置在其中具有散热基板的中间管单元的两个表面上，能够将热量有效地散发到外部的壳体。

此外，JP-A-2015-134598公开了一种实现小型紧凑结构的电动机驱动装置，其中电动机外壳和控制单元外壳沿着电动机的旋转轴的方向彼此一体地连接。该电动机驱动装置包括作为控制单元外壳的一部分的由金属压铸制成的散热器。具有FET桥式电路等的功率模块表面经由导热构件附接到在散热器的电动机旋转轴的垂直方向上延伸的平板部分。此外，使用电源模块后表面上的螺丝和散热板将热传递到散热器。

发明内容

本发明的一个或多个实施例提供一种电路集成电动机，其可以在径向方向和轴向方向上小型化，同时改善散热、并且进一步简化组装。

根据本发明的一个或多个实施例，电路集成电动机包括：电动机，其包括旋转轴并容纳在电动机壳体中；散热器，其布置成在旋转轴的轴向方向上与电动机壳体相邻并且连接到电动机壳体；盖，其布置在电动机壳体的相对侧，散热器在旋转轴的轴向方向上介于盖和电动机壳体之间；基板，其布置在散热器和电动机壳体中的至少一者中；以及模块，其安装在基板上，并且驱动电动机的驱动电路容纳在模块中。模块具有基本上长方形的长方体(cuboid)，长方体包括面向基板的底表面和垂直于底表面并且具有的面积大于底表面的面积的两个相对的主侧表面。散热器包括插入部分，模块插入到插入部分中，插入部分的内表面与至少两个主侧表面直接接触或间接接触。

根据该构造，可以提供一种电路集成电动机，其中，由于模块具有在轴向方向上具有大面积的主侧表面，所以能够减小径向方向上的尺寸，另外，可以实现轴向方向上的小型化，因为散热器包括插入部分，在轴向方向上延伸的模块插入到插入部分中，从而能够有效地消散由模块产生的热量。

此外，散热器可以包括在旋转轴的圆周方向上的外周部分，并且外周部分可以连接到电动机壳体。

根据该构造，通过将散热器的外周部分连接到电动机壳体，能够将由模块产生的热量有效地散发到具有大表面积的电动机壳体。

此外，驱动电路可以包括用于冗余的彼此独立的第一模块和第二模块，并且插入部分可以包括第一模块插入到其中的第一插入部分和第二模块插入到其中的第二插入部分。

根据该构造，即使为了提高可靠性而使模块为冗余的情况，也可以通过设置两个插入部来共享部件。

此外，盖可以包括在旋转轴的轴向方向上延伸的连接器端子，散热器可以具有用于连接器端子在旋转轴的轴向方向上穿过的通孔，并且穿过所述通孔的连接器端子连接到基板。

根据该构造，由于盖和基板的组装可以通过经由散热器在旋转轴的轴向方向上插入而执行，所以可以容易地执行电路集成电动机的组装。

另外，电动机可以包括配置有朝向基板延伸的多个端子的第一端子组，基板可以包括配置有与第一端子组连接的多个端子的第二端子组，电动机壳体可以具有在第一端子组和第二端子组附近的端子连接开口。

根据该构造，由于基板和电动机的组装通过在旋转轴的轴向方向上插入而执行，所以可以容易地执行电路集成电动机的组装。

此外，在插入部分的内表面与主侧表面间接接触的情况下，插入部分的内表面和主侧表面可以经由用于散热的填料彼此接触。

根据该构造，即使不提高模块的组装精度和插入部分的成型精度，也可以提供容易地提高导热性的散热器。

根据本发明的一个或多个实施例，可以提供一种电路集成电动机，其可以在径向方向和轴向方向上小型化，同时改善散热并进一步简化组装。

附图说明

图1A是本发明的第一实施例中的电路集成电动机的俯视图；

图1B是本发明的第一实施例中的电路集成电动机的透视图；

图1C是沿着线A-A截取的本发明的第一实施例中的电路集成电动机的剖视图；

图2是本发明的第一实施例中的电路集成电动机的分解透视图；

图3A是本发明的第一实施例中的电路集成电动机的散热器的俯视图；

图3B是本发明的第一实施例中的电路集成电动机的散热器的前视图；

图3C是本发明的第一实施例中的电路集成电动机的散热器的侧视图；

图4A是本发明的第一实施例中的电路集成电动机的盖的俯视图；

图4B是本发明的第一实施例中的电路集成电动机的盖的前视图；

图4C是本发明的第一实施例中的电路集成电动机的盖的侧视图；

图5A是本发明的第一实施例中的电路集成电动机的基板的俯视图；

图5B是本发明的第一实施例中的电路集成电动机的基板的前视图；

图5C是本发明的第一实施例中的电路集成电动机的基板的侧视图；

图5D是本发明的第一实施例中的电路集成电动机的基板的仰视图；

图5E是从本发明的第一实施例中的电路集成电动机的基板的斜上方观察的透视图；

图5F是从本发明的第一实施例中的电路集成电动机的基板的斜下方观察的透视图；

图6A是本发明的第一实施例中的电路集成电动机的模块的透视图；

图6B是本发明的第一实施例中的电路集成电动机的模块的侧视图；

图6C是本发明的第一实施例的修改示例中的电路集成电动机的模块的透视图；

图6D是本发明的第一实施例的修改示例中的电路集成电动机的模块的侧视图；

图7A是沿着图5A的B-B线的本发明的第一实施例中的电路集成电动机的散热器和基板的组合的剖视图；

图7B是从本发明的第一实施例中的电路集成电动机的散热器和基板的组合的斜上方观察的透视图；

图7C是从本发明的第一实施例中的电路集成电动机的散热器和基板的组合的斜下方观察的透视图；

图7D是仅从本发明的第一实施例中的电路集成电动机的散热器的下方观察的透视图；

图8是本发明的第一实施例中的电路集成电动机的模块的框图；以及

图9是本发明的第一实施例中的电路集成电动机的冗余模块的冗余框图。

具体实施方式

在本发明的实施例中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他情况下，没有详细描述公知的特征以避免模糊本发明。

第一实施例

将参照图1A至图1C和图2描述本实施例中的电路集成电动机100。电路集成电动机100用于安装在车辆上的电动助力转向控制装置，并且使转向装置产生转向转矩，以便在转动方向盘时辅助转矩。例如，当检测到通过驾驶员的旋转方向盘操作而旋转的转向轴的旋转方向和旋转转矩时，电路集成电动机100使转向装置产生用于驱动电动机20的转矩，以便沿与转向轴的旋转方向相同的方向旋转以辅助转向。电路集成电动机100主要通过集成用于产生转向辅助转矩的电动机20和配置有用于控制电动机20的旋转速度和旋转转矩的半导体元件等的驱动电路来构成。

电路集成电动机100包括具有用于输出旋转转矩的旋转轴21的电动机20、容纳电动机20的电动机壳体10、连接到电动机壳体10的散热器30、散热器30、连接到散热器30的盖40、布置在散热器30和电动机壳体10中的至少一者中的基板50、以及安装在基板50上并由用于驱动电动机20的驱动电路包围的模块51。电动机20由三相交流驱动，这对于产生大的转矩是有利的。电动机壳体10由铝合金等制成，以将电动机20容纳在其中并具有圆筒形形状。

成为电动机20的输出轴的旋转轴21在圆筒形电动机壳体10的一端侧突出，并且散热器30和盖40连接到另一端侧。散热器30在旋转轴21的轴向方向上与电动机壳体10相邻配置，其一端侧通过螺丝紧固等与电动机壳体10紧密连接。散热器30的另一端侧与盖40连接。散热器30由诸如铝合金的导热材料制成。

散热器30包括在旋转轴21的圆周方向上最靠近电动机壳体10的部分处的外周部分33，并且外周部分33连接到电动机壳体的上端。在上述结构中，通过将散热器30的外周部分33与电动机壳体10连接，能够将由模块51产生的热量有效地散发到具有大表面积的电动机壳体10。

如图3A至图3C所示，散热器30包括两个插入部分31，即第一插入部分311和第二插入部分312，以及在两侧上延伸通过盖40和基板50的两个通孔32。插入部分31是模块51插入在其中的孔，并且是具有与插入模块51的形状几乎相同形状并且具有与插入模块51相同的尺寸或稍大于插入模块51的尺寸的孔。通孔32是用于后述的连接器端子41沿着旋转轴21的轴向方向穿过的孔。

如图1C的剖视图所示，散热器30的电动机壳体10侧的表面除了孔的部分之外几乎是平的。另一方面，散热器30的盖40侧的表面升高，使得插入部分31所在的中心部分的厚度变厚，并且在通孔32附近凹陷。插入部分31所在的中心部分的厚度与模块51的从基板50的表面的高度大致相等，因此容易通过直接地或间接地与模块51的宽表面接触而吸收由模块51产生的热量。

此外，盖40在旋转轴21的轴向方向上跨过散热器30布置在电动机壳体10的相反侧上，并且如果旋转轴21突出的侧是具有圆柱形外形的电路集成电动机100的底部分，则盖40对应于电路集成电动机100的顶部分。如图4A至图4C所示，盖40包括用于将外部电源电缆或控制电缆(未示出)连接到与顶部分相对应的部分的连接器42、以及在旋转轴21的轴向方向上从连接器42延伸的连接器端子41。

连接器端子41经由散热器30的通孔32与基板50电连接，经由基板50向电动机20提供电源、并且向模块51提供诸如转向轴的旋转转矩的信息信号。盖40通过螺丝紧固等紧密地连接到散热器30。

基板50是布置在圆柱形散热器30和电动机壳体10之间的边界附近的印刷基板，并且具有垂直于旋转轴21的表面。基板50包括一侧的模块51和另一侧的配置驱动电动机20所需的一部分电路的一组电子部件(例如下述的PWM控制电路)、将模块51和一组电子部件彼此连接的基板表面、以及布线在基板中的信号线。基板50布置在散热器30和电动机壳体10的内部，使得模块51位于散热器30侧。基板50的基板本身可以布置成比本实施例更靠近盖40侧，并且基板50的所有构造元件可以布置在散热器30中。

用于驱动电动机20的驱动电路使用陶瓷或塑料盖容纳在模块51中。如下所述，由于模块51的占地面积小，相对于基板50的高度高，因此电动机20可以由单个在线包装(SIP)容纳。由于模块51配置有控制电动机20的旋转速度和旋转转矩的半导体元件，与模块51被安装在其上的基板50的相反侧的表面上的电子部件的情况相比，发热量大。

模块51布置在散热器30侧，并且在其上安装模块51的基板50的表面的相反侧的表面上的电子部件布置在电动机壳体10侧。在电动机壳体10侧，用于向电动机20供给电力的第二端子组52被布置成靠近且面向朝向基板50的方向配置有多个端子的电动机20的第一端子组22，以便彼此电连接。此外，在图2中，在盖40和散热器30之间存在附加的基板50’，然而，如果所有电子部件都可以安装在基板50上，则不需要附加的基板50’。

如图6A至图6D所示，模块51具有长方形的长方体，长方体包括底表面513和上表面516、两个主侧表面514和形状和尺寸彼此相等的两个副侧表面515。模块51具有长方形的长方体，其包括面向基板50的底表面513、平行于底表面513并且尺寸和形状与底表面513相同的上表面516、面积大于底表面513的面积并且与底表面513正交的彼此相对的两个主侧表面514、以及面积小于主侧表面514的面积的两个副侧表面515。模块51优选是由于发热量大而表面积相对于体积大的所谓的扁平的长方形的长方体。主侧表面514是从底表面513的长侧上升的表面。

在底表面513和主侧表面514的边界附近，提供引线517和517’，用于将驱动电路电连接到基板50。引线517是插入形成在基板50中的通孔中的类型，如图6A和图6B所示，引线517’是安装在基板50的表面上的类型，如图6C和图6D所示。

如图7A至图7D所示，模块51插入到散热器30的插入部分31中并与插入部分31的内表面接触。插入部分31的厚度几乎等于模块51的从基板50的表面的高度。优选地，由导热材料制成的散热器30的插入部分31的内表面形成为几乎相同的形状，其尺寸几乎等于上表面516和底表面513，并且与主侧表面514和副侧表面515直接接触。此外，插入部分31的内表面可以至少与主侧表面514直接接触。此外，即使在不与主侧表面514或副侧表面515直接接触的情况下，插入部分31的内表面也可以经由用于散热的导热填料与主侧表面514或副侧表面515间接连接。这样，即使不提高模块51的组装精度和插入部分31的成型精度，也可以容易地提高导热性。

如上所述，由于模块51的从基板50的高度高，并且相对于基板50的占地面积小，因此模块51可以在径向方向上小型化，并且由于模块51具有在旋转轴21的轴向方向上有大面积的两个主侧表面514，因此能够有效地消散由模块51产生的热量。此外，由于散热器30包括插入部分31，在轴向方向上延伸的模块51插入到插入部分31中，因此能够实现小型化以抑制轴向方向上的延伸。如上所述，电路集成电动机100可以在径向方向和轴向方向上实现小型化，容易将电路集成电动机100安装在与转向装置中的齿条平行的方向上。

此外，如上所述，盖40包括在旋转轴21的轴向方向上延伸的连接器端子41，散热器30包括用于使连接器端子41在旋转轴21的轴向方向上穿过的通孔32，并且穿过通孔32的连接器端子41连接到基板50。以这种方式，由于盖40和基板50的组装可以通过经由散热器30在旋转轴21的轴向方向上插入而执行，所以可以容易地执行电路集成电动机100的组装。

另外，如上所述，电动机20包括配置有朝向基板50的方向的多个端子的第一端子组22，基板50包括配置有与第一端子组22连接的多个端子的第二端子组52，电动机壳体10包括在第一端子组22和第二端子组52附近的端子连接开口11。当从电动机壳体10到盖40进行组装时，可以通过焊接等通过端子连接开口11将布置在彼此附近的第一端子组22和第二端子组52彼此容易地彼此连接。利用这种构造，由于基板50和电动机20的组装可以通过在旋转轴21的轴向方向上插入而执行，所以可以容易地执行电路集成电动机100的组装。

容纳在模块51中的驱动电路是以与图8所示的三相电动机20的各相U，V，W相对应的相电路CU，CV，CW并联连接的方式配置的桥式电路。桥式电路是从PWM电路接收对每个相输出脉宽调制(PWM)信号的控制并且从计算单元整体接收控制的反馈电路。

桥式电路经由电源线与电池的正极侧连接，并且通过接地线接地。桥式电路的各相电路CU，CV和CW串联包括设置在电源线侧的高电位侧开关元件、设置在接地线上的低电位侧开关元件、和设置在最接近接地线侧的分流电阻。通常，MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)用作高电位侧开关元件和低电位侧开关元件。

高电位侧开关元件的漏极连接到电源线。高电位侧开关元件的源极连接到低电位侧开关元件的漏极。低电位侧开关元件的源极经由分流电阻连接到接地线。由PWM电路产生的PWM信号被输入到高电位侧开关元件和低电位侧开关元件的栅极，并且源极与漏极之间的状态切换到ON/OFF。

分流电阻设置在低电位侧开关元件的下电位侧(接地侧)，并且检测从桥式电路提供给电动机20的各相的电流。通常，通过提供正弦波将驱动功率提供给电动机20。此时，由于计算单元需要每相U/V/W的当前值的反馈，所以分流电阻设置为检测各相电路CU/CV/CW中的各相的电流。

高电位侧开关元件和低电位侧开关元件的连接点分别连接到电动机20的相。此外，低电位侧开关元件和分流电阻的连接点分别连接到计算单元，使得各相电路CU/CV/CW的相电流值经由AD转换器(未示出)反馈。

计算单元接收从分流电阻获得的相电流值、从其他传感器(例如，检测电动机20的旋转角度的磁分解器)和电控制单元(ECU，未示出)获得的转向装置的转向转矩值信号、车速、旋转角度等。计算单元基于由驾驶员在该车速下向转向装置给出的转向转矩值信号和由分流电阻检测的相电流值，计算与由电动机20施加于转向装置的辅助力对应的各相的指令电压，然后将指令电压输出到PWM电路。计算单元配置有具有CPU和存储器的微型计算机。

PWM电路基于从计算单元输出的各相的指令电压来生成占空比值。PWM电路基于该占空比值产生驱动电动机20的旋转的PWM信号，并将PWM信号输出到高电位侧开关元件和低电位侧开关元件。每个PWM信号被输入到高电位侧开关元件和低电位侧开关元件的栅极，并且桥式电路通过PWM控制将电池电力转换为直流电力供给，并将结果提供给电动机20。

如果这些桥式电路中使用的开关元件中的任何一个发生故障，则电动机20不能被控制，然后电动转向控制装置不起作用。因此，在本实施例中，桥式电路即模块51被配置为包括用于控制机构的冗余的第一模块511和第二模块512的两个模块，并且包括在两个模块中的两个驱动电路是相同的并独立地驱动电动机20。如上所述，即使在多个模块51安装在基板50上的情况下，模块51(第一模块511和第二模块512)的高度高，并且模块相对于基板50的占用面积小，因此，模块51可以容易地安装在基板50上。此外，即使为了提高可靠性而使模块51为冗余的情况下，通过构造插入模块的插入部分31(第一插入部分311和第二插入部分312)，可以共享部件并且以冗余的方式容易地安装模块51。

本发明不限于所描述的示例，而是可以在不脱离权利要求中阐述的内容的范围内实现。换句话说，以具体实施例为例说明本发明，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在上述实施例中的数量或其他细节结构中添加各种修改。

虽然已经相对于有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于本公开的本领域技术人员将理解，可以设计出不脱离本文公开的本发明的范围的其他实施例。因此，本发明的范围仅由所附权利要求限定。

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2016年10月25日提交的日本专利申请2016-208553的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文。

Claims (10)

1.一种电路集成电动机，包括：

电动机，其包括旋转轴、并且容纳在电动机壳体中；

散热器，其布置成在所述旋转轴的轴向方向上与所述电动机壳体相邻、并且连接到所述电动机壳体；

盖，其布置在所述电动机壳体的相对侧，所述散热器在所述旋转轴的轴向方向上介于所述盖和所述电动机壳体之间；

基板，其布置在所述散热器和所述电动机壳体中的至少一者中；以及

模块，其安装在所述基板上，并且用于驱动所述电动机的驱动电路被容纳在所述模块中，

其中，所述模块具有基本上长方形的长方体，所述长方体包括面向所述基板的底表面、以及垂直于所述底表面并且具有的面积大于所述底表面的面积的两个相对的主侧表面，

其中，所述散热器包括插入部分，所述模块插入所述插入部分中，并且

其中，所述插入部分的内表面与至少两个主侧表面直接接触或间接接触。

2.根据权利要求1所述的电路集成电动机，

其中，所述散热器包括在所述旋转轴的圆周方向上的外周部分，并且所述外周部分连接到所述电动机壳体。

3.根据权利要求1所述的电路集成电动机，

其中，所述驱动电路包括用于冗余的彼此独立的第一模块和第二模块，并且所述插入部分包括所述第一模块插入到其中的第一插入部分和所述第二模块插入到其中的第二插入部分。

4.根据权利要求2所述的电路集成电动机，

其中，所述驱动电路包括用于冗余的彼此独立的第一模块和第二模块，并且所述插入部分包括所述第一模块插入到其中的第一插入部分和所述第二模块插入到其中的第二插入部分。

5.根据权利要求1所述的电路集成电动机，

其中，所述盖包括在所述旋转轴的轴向方向上延伸的连接器端子，

其中，所述散热器具有所述连接器端子在所述旋转轴的轴向方向上穿过其中的通孔，并且

其中，穿过所述通孔的连接器端子连接到所述基板。

6.根据权利要求2所述的电路集成电动机，

其中，所述盖包括在所述旋转轴的轴向方向上延伸的连接器端子，

其中，所述散热器具有所述连接器端子在所述旋转轴的轴向方向上穿过其中的通孔，并且

其中，穿过所述通孔的连接器端子连接到所述基板。

7.根据权利要求1所述的电路集成电动机，

其中，所述电动机包括第一端子组，所述第一端子组包括朝向所述基板延伸的多个端子，

其中，所述基板包括第二端子组，所述第二端子组包括与所述第一端子组连接的多个端子，并且

其中，所述电动机壳体具有在所述第一端子组和所述第二端子组附近的端子连接开口。

8.根据权利要求2所述的电路集成电动机，

其中，所述电动机包括第一端子组，所述第一端子组包括朝向所述基板延伸的多个端子，

其中，所述基板包括第二端子组，所述第二端子组包括与所述第一端子组连接的多个端子，并且

其中，所述电动机壳体具有在所述第一端子组和所述第二端子组附近的端子连接开口。

9.根据权利要求1所述的电路集成电动机，

其中，在所述插入部分的内表面与所述主侧表面间接接触的情况下，所述插入部分的内表面和所述主侧表面经由用于散热的填料彼此接触。

10.根据权利要求2所述的电路集成电动机，

其中，在所述插入部分的内表面与所述主侧表面间接接触的情况下，所述插入部分的内表面和所述主侧表面经由用于散热的填料彼此接触。