CN109690921A - 电动机控制装置及电动助力转向控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动机控制装置及电动助力转向控制装置，具备内置有电动机(2)的电动机壳体(25、225)；载置有电源用连接器(42)且设置成覆盖电动机壳体的上部的外壳(40、400)；以及在电动机壳体与外壳所形成的空间中配置在电动机的输出轴上与输出侧相反一侧的控制单元(1)。控制单元具有：配置在控制单元的上部且与电源用连接器相连接的滤波器部(17)；配置在该滤波器部的下部且搭载有用于向电动机提供电流的电路元器件(4、35a、35b)的控制基板(4a)；以及配置在滤波器部与控制基板之间且与电动机壳体进行接地的屏蔽板(50、500)。

Description

电动机控制装置及电动助力转向控制装置

技术领域

本发明涉及电动机控制装置及电动助力转向控制装置，尤其涉及针对将电动机和控制单元一体化后的电动机控制装置及电动助力转向控制装置中的控制单元中的噪声的措施。

背景技术

在现有的电动转向装置中，存在如下的电动机控制装置及电动助力转向控制装置(专利文献1)：即，电动机具有定子绕组，控制单元具有控制流过该绕组的电流的逆变器电路，而且控制单元设置在电动机的输出轴上，并在输出轴的输出侧的相反侧与电动机一体化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2015/049791号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1公开的电子控制装置中，控制单元设置在电动机的输出轴的输出侧的相反侧，在覆盖控制单元的连接器壳体中搭载有多个连接器及电源电路部的各个元器件。因此，作为相对大型部件的电源电路部并不设置在控制单元内，而与控制单元分离设置，从而力图实现电子控制装置的小型化。电源电路部的各元器件(电容器、线圈)与从电源用连接器伸出的电源用导电棒相连接，对于从电源电路部向电子控制装置外部的噪声辐射是有效的。

但在控制单元内的控制基板上，由于利用逆变器电路对大电流进行PWM控制，因此会有噪声辐射到外部，而这样的噪声辐射依然存在应当改进的地方。

本发明是为了解决上述问题，其目的在于提供一种能够力图抑制来自控制单元内的噪声辐射的电动机控制装置及电动助力转向控制装置。

解决技术问题所采用的技术方案

为了实现上述目的，本发明提供的电动机控制装置具备：内置有电动机的电动机壳体；载置有电源用连接器且设置成覆盖所述电动机壳体的上部的外壳；以及在由所述电动机壳体与所述外壳形成的空间中设置在所述电动机的输出轴上与输出侧相反一侧的控制单元，所述控制单元具备：设置在所述控制单元的上部且与所述电源用连接器相连接的滤波器部；设置在所述滤波器部的下部且搭载有用于向所述电动机提供电流的电路元器件的控制基板；以及设置在所述滤波器部与所述控制基板之间且与所述电动机壳体进行接地的屏蔽板。

另外，为了实现上述目的，本发明提供的电动助力转向控制装置具备上述电动机控制装置，利用所述电动机来产生转向辅助转矩。

发明效果

本发明在将电动机与控制单元一体化而得的电动机控制装置中，控制单元在与电源用连接器相连接的滤波器部与搭载有用于向电动机提供电流的电路元器件的控制基板之间设置有与电动机壳体进行接地的屏蔽板，因此，具有能够利用屏蔽板来抑制由控制基板的电路元器件产生的噪声辐射到外部的效果。

附图说明

图1是本发明所涉及的电动机控制装置及电动助力转向控制装置所通用的实施方式1中的整体电路图。

图2是表示本发明所涉及的电动机控制装置及电动助力转向控制装置所通用的实施方式1中的整体机械结构的剖视图。

图3是本发明所涉及的电动机控制装置及电动助力转向控制装置所通用的实施方式1中的滤波器部周边的俯视图。

图4是表示本发明所涉及的电动机控制装置及电动助力转向控制装置所通用的实施方式2和实施方式3中的整体机械结构的剖视图。

具体实施方式

下面，基于上述附图，对本发明所涉及的电动机控制装置及电动助力转向控制装置所通用的各实施方式进行详细说明。

实施方式1.

在表示本发明的实施方式1所涉及的电动机控制装置及电动助力转向控制装置所通用的电气系统的图1中，控制单元1主要由向电动机2提供电流的逆变器电路3、搭载有CPU10的控制电路部4、电源继电器用开关元件5、以及用于抑制逆变器电路3产生的噪声的滤波器部17来构成。电动机1例如用于电动助力转向操作。

滤波器部17与来自车辆上搭载的电池6的电源+B(电池电源线)及GND(接地线)相连接，并通过点火开关7经由控制电路部4的电源电路13接通电源。还设有包含例如检测方向盘附近搭载的转向转矩的未图示的转矩传感器、检测车辆行驶速度的速度传感器等在内的传感器组8。从电源电路13经由滤波器部17和电源继电器用开关元件5的电源为逆变器电路3的电流源。滤波器部17由共模线圈17b、常模线圈17d、电容器17a、17c、17e1、17e2构成，但根据装置产生的噪声不同，可以仅设置两种线圈17b、17d中的任意一方，也可以进一步删减电容器的数量。

来自传感器组8的信息经由控制电路部4的输入电路12传输至CPU10。CPU10根据这些信息，计算相当于用于使电动机2旋转的电流的控制量并输出。CPU10的输出信号传输至构成输出电路的驱动电路11和逆变器电路3。该输出电路内的驱动电路11接收CPU10的指令信号，输出驱动逆变器电路3的各开关元件的驱动信号。驱动电路11中仅流过小电流，因此其设置在控制电路部4内，但也可以设置在逆变器电路3内。

逆变器电路3主要由电动机2的三相绕组(U、V、W)所用的上下臂用开关元件31U、31V、31W(以下有时用标号31来统称)和32U、32V、32W(以下有时用标号32来统称)、对连接到电动机绕组的布线进行连接/切断的电动机继电器用开关元件34U、34V、34W(以下有时用标号34来统称)、电流检测用的分流电阻33U、33V、33W(以下有时用标号33来统称)、以及噪声抑制用电容器30U、30V、30W(以下有时用标号30来统称)来构成。各相绕组具有相同的电路结构，并能够向各相绕组独立地提供电流。

虽然未图示，但分流电阻33的两端之间的电位差、以及电动机2的绕组端子电压等也反馈到输入电路12。这些信息也输入至CPU10，通过计算与算出的电流值相对应的检测值之间的差异来进行反馈控制，从而提供所希望的电动机电流，对转向力进行辅助。

此外，从驱动电路11还会输出作为对电池+B线与逆变器电路3的电源线进行连接/切断的继电器而进行动作的电源继电器用开关元件5的驱动信号，利用该开关元件5能够切断向电动机2本身的电流供给。电动机继电器用开关元件34也设置在逆变器电路3中，能够分别切断各相。电源继电器用开关元件5中也流过大电流从而会伴随发热，因此也可以内置在逆变器电路3中。

CPU10具有除了检测传感器组8的异常以外还检测驱动电路11、逆变器电路3、电动机绕组等的异常的异常检测功能，在检测出异常的情况下，根据其异常情况，为了仅切断例如规定相的电流供给，将该相的开关元件31、32或电动机继电器用开关元件34截止。为了进一步切断所有电流，也可以使电源继电器用开关元件5截止，从而从源头上将电源本身切断。

电动机2是三相绕组采用星形接线的无刷电动机。由于是无刷电动机，搭载有用于检测转子的旋转位置的旋转传感器9。该旋转信息也反馈至输入电路12。也可以不是三相星形接线的无刷电动机，而是采用三角形接线，还可以是2极2对带刷电动机。绕组的规格与现有装置相同，可以采用分散卷绕或集中卷绕。

接下来，对滤波器部17的周边进行说明。为了使控制单元1中尤其是逆变器电路3的PWM控制所产生的所谓开关噪声不会从本装置传递到外部，插入有滤波器部17。线圈17b被称为共模噪声用的共模线圈，线圈17d被称为常模噪声用的常模线圈。

电容器17a、17c被称为跨线电容器或X电容器，电容器组17e1、17e2被称为旁通电容器或Y电容器。利用这样的滤波元件来抑制传导噪声和辐射噪声，被称为是EMI(Electromagnetic Interference：电磁干扰)滤波器。Y电容器17e的电容器之间的中点17f是车体接地点，经由本装置的一部分与车体电连接并进行接地。

以下说明将具有上述电气回路的电动机控制装置和电动助力转向控制装置所通用的电动机2和控制单元1一体化后的图2的构造。

图2的下侧配置有电动机2，上侧配置有控制单元1，两者被一体化在电动机输出轴21的同轴上。电动机2与现有装置一样内置于电动机壳体25，具备在输出轴21的周围配置有多极对永磁体的转子23、以及与该转子23隔开间隙且卷绕有绕组24的定子22。三相分别卷绕有绕组24，各相的端部为了进行连接而在绕组上方最近位置配置有环状的连接环27，延伸出三相绕组端部的3根卷绕端部26向控制单元1延伸。在控制单元1与电动机2的边界处设有框架28，在其中央保持着轴承，并打开了能够供电动机输出轴21和绕组端部26贯通的孔。

控制单元1中内置了搭载有图1的逆变器电路3、控制电路部4和电源继电器用开关元件5的控制基板4a。该控制单元1的上部被外壳40覆盖，在该外壳40的大致中央形成有收纳了由线圈17b、17d所构成的滤波器部17、且截面呈凸状的滤波器室41。此外，在滤波器室41的附近，在外壳40的最外部配置有电源用连接器42。该电源用连接器42、外壳40及滤波器室41的上部由树脂材料成型为一体。

控制基板4a上搭载了图1的控制电路部4和逆变器电路3等用于向电动机2提供电流的电路元器件。即，其上表面配置有CPU10，其下表面配置有搭载了开关元件31、32、34(参照图1)等的功率模块35a、35b(以下有时用图1所示的标号35来统称)。功率模块35例如内置有绕组24的1相的逆变器电路，从而三相设有3个功率模块(图2中仅示出了35a、35b这2个)。向电动机2的绕组24提供电流的功率模块35a、35b会因接受控制而伴随着发热，因此设置成与框架28抵接从而能够向该框架28导热。因此，框架28还起到散热器的作用。绕组端部26与控制基板4a的布线图案或端子(均未图示)相连接。

内置在滤波器室41中的滤波器部17由图1所示的各元器件构成，但在图2中仅示出了作为大型元器件的线圈17b、17d。该滤波器部17和从电源用连接器42的端子44延伸出的电源用导电线(+B线、GND线)通过绝缘性的树脂构件43而保持为一体。这些电源用导电线还与线圈17b、17d、电容器17a、17c、17e1、17e2各自的端子连接。

控制单元1中尤其是包含逆变器电路3的功率模块35a、35b等主要元器件的控制基板4a被收纳在电动机壳体25内部。为了抑制电场噪声辐射，电动机壳体25使用金属制壳体，尤其是铝制壳体。电动机壳体25上还设有用于安装到车体上的安装部25a。通过用螺钉等固定该安装部25a和车体，从而形成车体电接地。

另一方面，由于具有电源用连接器42等，外壳40优选为树脂制的外壳，但在该区域需要有用于抑制来自控制基板4a的噪声辐射的措施。因此，在控制基板4a与外壳40的下表面之间设置有金属制的屏蔽板50。

该屏蔽板50如图3所示地大致呈圆形，其周围与电动机壳体25抵接，其结果是实现电连接，屏蔽板50使得车体接地。因此，提高了对噪声辐射的抑制程度。

屏蔽板50的一部分下表面如图2所示地与搭载在控制基板4a上的例如CPU10相抵接。该抵接结构使得CPU10的散热性也得到提高。此时的热量从CPU10的上表面经由屏蔽板50从电动机壳体25向外部传导。

如上所述，控制单元1的外周部被金属制的电动机壳体25包围，与外壳40之间配置有屏蔽板50，从而能够抑制噪声辐射。而且，该屏蔽板50与电动机壳体25电连接，且与控制电路元器件相抵接，从而成为散热性也得到提高的构造。

实施方式2.

接下来，利用图3，对实施方式2进行说明。对与实施方式1等同的部位标注相同的标号。图3中省略了外壳40，使得屏蔽板50的上表面可见。

如图所示，屏蔽板50的上表面有4处打开了用于拧紧螺钉的孔50a，该孔50a也具有固定树脂构件43的作用。在与滤波器部17和树脂构件43内的导电线的连接部相向的部分，以隔开间隙而不会与其直接接触的方式设有凹部50e、50f。还开有供电源用连接器42的端子44的多个端子端部贯通的孔。即，孔50b、50c是传感器组8用的连接器的端子通孔。孔50d是从电源用连接器42的端子44延伸出且通过滤波器部17的供电源用导电线穿过的孔。

由此，虽然在屏蔽板50上开了多个孔，但与没有开孔的屏蔽板50相比，在抑制噪声辐射方面，设置相互之间没有差异程度的小孔在设计上并不困难。

而且，屏蔽板50的外周附近设有例如树脂制或橡胶制的外周壁51。该外周壁51中插入外壳40的外周缘部，且能够用于固定外壳40。在该外周壁51与电动机壳体25的内壁上还配置有防水用的橡胶制包装52(参照图4)，或通过涂布密封剂，也可以确保与外壳外周缘部之间的防水性。

如上所述，控制单元1的外周部被金属制的电动机壳体25包围，与外壳40之间配置有屏蔽板50，从而能够抑制噪声辐射。还具有能够用简单的结构来确保该屏蔽板50与电动机壳体25的电连接、树脂构件43的固定和控制单元1的防水性的效果。

实施方式3.

接下来，利用图4，对实施方式3进行说明。与图2等同的部位标注相同的标号。

本实施方式3与图2所示的实施方式2的不同之处在于用于电动机壳体和控制单元1的壳体。即，内置有电动机2的电动机壳体225由例如铁类材料形成，其内部同样保持着转子23、电动机输出轴21、定子22等。安装到车体上的安装部225a与电动机壳体225分开构成，两者通过多个螺钉进行固定。因而，只要与电动机壳体225相抵接，就能确保与车体的机械连接和电连接。

控制单元1被收纳在形成其外层的壳状框架228中，上部被盖状的外壳400覆盖。即，框架228具有作为内部空间的上侧凹部和下侧凹部，上侧凹部中内置控制单元1的各种电子元器件的一大部分。该框架228的下侧凹部与电动机壳体225的上部外壁相抵接，从而与电动机2进行机械连接和电连接。

该框架228的中央被电动机输出轴21贯穿，周边部被电动机2的绕组端部26贯穿。框架228的上侧凹部的上表面与功率模块35a、35b相抵接。另外，虽未图示，但框架228的一部分设有凹部，在该凹部中分别收纳有图1的电路所示的多个电容器30。

而且，在框架228的凹部的上部配置控制基板4a，在其上部配置屏蔽板500，并在周围具备安装到外壳400上的安装部。屏蔽板500的一部分与控制基板4a的电子元器件例如CPU10相抵接，从而提高电子元器件的散热性。屏蔽板500的周围与框架228的内周相抵接，从而实现两者的电连接和机械连接以及固定。

外壳400中收纳了图1所示的滤波器部17的一部分即线圈17b，在上部具有电源用连接器42。电源用连接器42和滤波器部17的电连接通过内置了导电线的树脂构件43和基板45来进行。

线圈17b的脚部和电源用连接器42的端子与固定在树脂构件43上的导电线相连接，图1所示的电容器17a、17c、17e1、17e2和导电线通过基板45的布线图案相连接。而且，从基板45的端部向控制基板4a和功率模块35a、35b用的电源类端子分别延伸出多个端子。屏蔽板500上除了凹部以外，还开有多个端子用的孔，以便从树脂构件43延伸出的导电线的端部能够穿过。尤其该孔是集中开在屏蔽板500的极小一部分上的小孔，因此对于屏蔽性能的影响几乎没有。

框架228除了上述上侧的凹部以外，在下侧也设有凹部，上侧凹部的内周壁分别与外壳400及屏蔽板500紧贴，下侧凹部的内周部与电动机壳体225紧贴。

如图4所示，框架228与电动机壳体225的抵接部局部地被插入防水结构例如包装52a，从而能够确保防水性。同样地，框架228和外壳400的抵接部也为防水结构，例如通过涂布密封剂52b，能够容易地确保防水性和牢固性。框架228的一部分具有安装到车辆上的安装部，在利用该安装部与车辆进行固定的构造的情况下，当然也同样能够确保屏蔽性。

框架228采用如上的结构，其担当控制单元1的壳体的作用和功率模块35a、35b的散热用散热器的作用这多个作用，可以由例如铝制成。

另一方面，屏蔽板500除了屏蔽作用以外，也同样起到散热用散热器、基板45的保持、由控制基板4a和功率模块35a、35b所构成的控制电路部的盖子的作用，如果采用铝制的屏蔽板，则与框架228的热膨胀收缩率相同，因此两者的紧贴性优异。关于屏蔽性，利用屏蔽板500将滤波器部和控制电路部分离，屏蔽板500经由框架228及电动机壳体225与车体进行接地，因此与图2同样地具有优异的屏蔽性。

Claims (10)

1.一种电动机控制装置，其特征在于，包括：

内置有电动机的电动机壳体；

载置有电源用连接器且设置成覆盖所述电动机壳体的上部的外壳；以及

在所述电动机壳体与所述外壳所形成的空间中配置在所述电动机的输出轴上与输出侧相反一侧的控制单元，

所述控制单元具有：配置在所述控制单元的上部且与所述电源用连接器相连接的滤波器部；配置在所述滤波器部的下部且搭载有用于向所述电动机提供电流的电路元器件的控制基板；以及配置在所述滤波器部与所述控制基板之间且与所述电动机壳体进行接地的屏蔽板。

2.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述电动机壳体为金属制的壳体，且具有将所述电动机壳体机械固定到车体上且进行电连接的安装部。

3.如权利要求1或2所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述屏蔽板的外周部与所述电动机壳体的内周壁部相抵接。

4.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述外壳与所述电动机壳体之间设置有框架，所述框架中设有上侧凹部和下侧凹部，所述上侧凹部内收纳有所述控制单元且所述屏蔽板与所述上侧凹部的上部的内周相抵接，所述下侧凹部与所述电动机壳体相抵接。

5.如权利要求1或4所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述屏蔽板中设有通过所述滤波器部后的电源用导电线及信号用导电线的通孔、以及用于使构成所述滤波器部的元器件的一部分隔开间隙与所述屏蔽板相向配置的凹部。

6.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

在所述屏蔽板的外周呈圆周状地设有外周壁，该外周壁与所述电动机壳体的壁部之间设有间隙，在该间隙中配置防水用构件，所述外壳的外周缘部被插入该防水用构件。

7.如权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于，

在所述屏蔽板的外周呈圆周状地设有外周壁，该外周壁与所述框架的壁部之间设有间隙，在该间隙中配置防水用构件，所述外壳的外周缘部被插入该防水用构件。

8.如权利要求1或4所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述屏蔽板的所述电动机壳体一侧的面具有与所述控制基板上的元器件相抵接来进行散热的结构。

9.如权利要求1或4所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述屏蔽板的所述外壳一侧的面具有固定部，该固定部用于固定构成所述滤波器部或构成与所述滤波器部相连接的导电线的元器件。

10.一种电动助力转向控制装置，其特征在于，

具备权利要求1至9的任一项所述的电动机控制装置，

利用所述电动机产生转向辅助转矩。