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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkungseinrichtung,
die mit einem Elektromotor zur Ausgabe eines Unterstützungsdrehmoments
an die gelenkten Räder
eines Fahrzeugs versehen ist, und mit einer Steuereinheit zum Steuern des
Betriebs des Elektromotors.
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Es
ist bereits eine elektrische Servolenkungseinrichtung bekannt, die
mit einem Elektromotor zur Ausgabe eines Unterstützungsdrehmoments an die gelenkten
Räder eines
Fahrzeugs versehen ist, und mit einer Steuereinheit, die auf dem
Elektromotor angebracht ist, um den Betrieb des Elektromotors zu
steuern (vergleiche beispielsweise ein erstes Patentdokument, die
JP 2003-267233 A).
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Bei
dieser elektrischen Servolenkungseinrichtung ist ein Drehmelder,
der als Drehpositionssensor zur Erfassung der Drehposition eines
Rotors dient, auf einer Ausgangswelle des Elektromotors angebracht.
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Wenn
die Steuereinheit auf dem Elektromotor angebracht wird, werden ein
motorseitiger Verbinder und ein steuereinheitsseitiger Verbinder
in Passeingriff miteinander versetzt, um elektrisch den Drehmelder
und die Steuereinheit miteinander zu verbinden, so dass ein Positionssensorsignal,
welches die Drehposition des Rotors anzeigt, von dem Drehmelder
der Steuereinheit zugeführt
wird.
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Bei
der voranstehend geschilderten elektrischen Servolenkungseinrichtung
ist der Drehmelder in Form eines Drehpositionssensors auf dem Elektromotor
angebracht, und damit das Positionssensorsignal, welches die Drehposition
des Rotors des Elektromotors angibt, der Steuereinheit zugeführt werden kann,
sind der Verbinder an der Motorseite, der Verbinder an der Seite
der Steuereinheit, und mehrere externe Leitungen zum Verbinden des
Verbinders an der Motorseite und des Drehmelders miteinander erforderlich.
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Dies
führt dazu,
dass folgende Probleme entstehen. Die Kosten zur Herstellung der
elektrischen Servolenkungseinrichtung werden hoch, und die Verlässlichkeit
der Verbindung einer Klemme des Verbinders an der Motorseite und
einer Klemme des Verbinders an der Seite der Steuereinheit ist gering.
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Die
DE 101 27 169 B4 betrifft
eine elektrische Servolenkvorrichtung mit einem elektrischen Motor
mit einem Rotor, der mit einer Hauptwelle versehen ist, die als
ein Ausgabeschaft wirkt. Die Vorrichtung weist ferner eine Steuereinrichtung
zum Steuern des Elektromotors mit einem Kühlkörper, einem Drehpositionssensor,
einer Brückenschaltung und
einem Mikrocomputer auf, der ferner das Ausgabesignal eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors berücksichtigt.
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Daher
soll die vorliegende Erfindung die voranstehend geschilderten Probleme
lösen,
und ihr Ziel besteht in der Bereitstellung einer elektrischen Servolenkungseinrichtung,
bei welcher Verbinder und externe Leitungen zur Übertragung von Signalen zwischen
einer Steuereinheit und einem Drehpositionssensor nicht erforderlich
sind, wodurch die Herstellungskosten verringert werden können, und
gleichzeitig die Verlässlichkeit
der Übertragung
eines Positionssensorsignals verbessert werden kann.
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Eine
elektrische Servolenkungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
weist einen Elektromotor mit einem Rotor auf, der mit einer Rotorwelle
zur Abgabe eines Unterstützungsdrehmoments
für ein
Lenkrad eines Fahrzeugs versehen ist, und eine Steuereinheit zum
Steuern des Betriebs des Elektromotors. Die Steuereinheit weist
auf: einen Kühlkörper, der
an einem Ort gegenüberliegend
einem Untersetzungsgetriebe angeordnet ist, das mit der Rotorwelle
des Rotors des Elektromotors verbunden ist; ein Verbindungsteil,
das zwischen dem Kühlkörper und
der Rotorwelle angeordnet ist, mit mehreren leitfähigen Platten,
die ein Verdrahtungsmuster bilden, und einstückig mit ihm durch Einsetzformen
eines Isolierharzes ausgebildet sind; einen Drehpositionssensor,
der auf dem Verbindungsteil gegenüberliegend einem Ende der Rotorwelle
angebracht ist, um eine Drehposition des Rotors zu erfassen; eine
Brückenschaltung,
die aus mehreren Halbleiter-Schaltelementen zum Schalten eines Stroms
besteht, der an dem Elektromotor in Abhängigkeit von dem Drehmoment
angelegt wird, welches das Lenkrad unterstützt; eine Leistungsplatine,
auf der die Brückenschaltung angebracht
ist; einen Kondensator, der eine Welligkeit des durch die Leistungsplatine
fließenden Stroms
ausschaltet; einen Mikrocomputer, der ein Treibersignal erzeugt,
um den Betrieb der Halbleiter-Schaltelemente zumindest auf Grundlage
eines Positionssensorsignals von dem Drehpositionssensor, eines
Drehmomentssensorsignals von einem Drehmomentsensor, der das Lenkdrehmoment
des Lenkrads erfasst, und eines Fahrzeugfahrtgeschwindigkeitssignals
zu steuern; und eine Steuerplatine, auf welcher der Mikrocomputer
angebracht ist. Die mehreren leitfähigen Platten umfassen eine
leitfähige Sensorplatte,
bei welcher ein Ende mit dem Drehpositionssensor verbunden ist,
so dass das Positionssensorsignal von dem Drehpositionssensor dem
Mikrocomputer durch die leitfähige
Sensorplatte zugeführt
wird.
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Bei
der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
mit dem voranstehend geschilderten Aufbau werden Verbinder und externe
Leitungen zur Signalübertragung
zwischen der Steuereinheit und dem Drehpositionssensor unnötig, wodurch
ermöglicht
wird, die Herstellungskosten zu verringern, und die Verlässlichkeit
bei der Übertragung
des Positionssensorsignals zu verbessern.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, aus
welchen weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung hervorgehen.
Es zeigt:
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1 ein
Blockschaltbild einer elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Querschnittsansicht der elektrischen Servolenkungseinrichtung von 1;
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3 eine
Perspektivansicht in Explosionsdarstellung der elektrischen Servolenkungseinrichtung
von 2; und
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4 eine
Ansicht einer Steuereinheit von 2, gesehen
von der Seite eines Elektromotors aus.
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Nunmehr
wird eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Einzelnen unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche oder entsprechende Teile
oder Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
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Ausführungsform 1
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1 ist
ein Blockschaltbild, das eine elektrische Servolenkungseinrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Diese
elektrische Servolenkungseinrichtung weist einen Elektromotor 1 auf,
der ein Unterstützungsdrehmoment
an das Lenkrad bzw. die gelenkten Räder eines Fahrzeugs (nicht
gezeigt) abgibt, eine Steuereinheit 18, die zum Steuern
des Betriebs des Elektromotors 1 dient, eine Batterie 50,
die Strom zum Betrieb des Elektromotors 1 liefert, und
einen Drehmomentsensor 51, welcher das Lenkdrehmoment des
Lenkrades erfasst.
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Weiterhin
weist die elektrische Servolenkungseinrichtung einen Starkstromverbinder 35 auf, welcher
die Batterie 50 und die Steuereinheit 18 elektrisch
verbindet, einen Signalverbinder 32 an der Fahrzeugseite,
welchem ein fahrzeugseitiges Signal, beispielsweise ein Fahrzeugfahrtgeschwindigkeitssignal
und dergleichen, von der Fahrzeugseite zugeführt wird, und einen Drehmomentsensorverbinder 33,
welcher den Drehmomentsensor 51 und die Steuereinheit 18 elektrisch
miteinander verbindet.
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Der
Elektromotor 1 ist mit Ankerwicklungen 9 versehen,
die Baubestandteile des Stators sind, und in drei Phasen U, V und
W geschaltet sind, und mit einem Sensor-Permanentmagnet 6.
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Die
Steuereinheit 18 weist einen Kondensator 19 mit
hoher Kapazität
(etwa 2200 μ F × 3) auf,
um eine Welligkeitskomponente eines Motorstroms IM zu eliminieren,
der durch den Elektromotor 1 fließt, einen Nebenschlusswiderstand 29 zur
Erfassung des Motorstroms IM, Halbleiter-Schaltelemente Q1–Q6 (beispielsweise
FETs), welche zusammen eine Brückenschaltung
mit drei Phasen zum Schalten des Motorstroms IM in Abhängigkeit
von der Größe und der
Richtung des Unterstützungsdrehmoments
bilden, eine Leistungsplatine 20, auf welcher der Nebenschlusswiderstand 29 und
die Halbleiter-Schaltelemente Q1–Q6 angebracht sind, eine Spule 26 zum Verhindern,
dass elektromagnetisches Rauschen, das beim Schaltvorgang der Halbleiter-Schaltelemente Q1–Q6 hervorgerufen
wird, nach außerhalb austritt,
und einen magnetischen Sensor 24, der als ein Drehpositionssensor
zur Erfassung der Richtung des Magnetfeldes des Sensor-Permanentmagneten 6 dient.
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Weiterhin
berechnet die Steuereinheit 18 das Unterstützungsdrehmoment
auf Grundlage eines Ausgangssignals eines Stromdetektorabschnitts 52, der
an ein Ende des Nebenschlusswiderstands 29 angeschlossen
ist, um den durch den Elektromotor 1 fließenden Strom
zu erfassen, und auf Grundlage eines Lenkdrehmomentsignals von dem
Drehmomentsensor 51. Weiterhin weist die Steuereinheit 18 einen Mikrocomputer 30 auf,
der einen Strom entsprechend dem Unterstützungsdrehmoment berechnet, durch
Rückkoppeln
des Motorstroms IM und der Drehposition des Rotors des Elektromotors 1,
die von dem magnetischen Sensor 24 erfasst wird, eine Treiberschaltung 53,
die ein Treibersignal zum Steuern des Betriebs der Halbleiter-Schaltelemente
Q1–Q6 ausgibt,
mit Hilfe eines Befehls von dem Mikrocomputer 30, und eine
Steuerplatine 21, auf welcher der Stromdetektorabschnitt 52,
der Mikrocomputer 30, und die Treiberschaltung 53 angebracht
sind.
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Weiterhin
weist der Mikrocomputer 30, zusätzlich zu einem A/D-Wandler,
eine PWM-Zeitgeberschaltung, und so weiter auf, sowie eine wohl
bekannte Eigendiagnosefunktion, um ständig eine Eigendiagnose in
Hinsicht darauf durchzuführen,
ob das System normal arbeitet, und den Motorstrom IM bei Auftreten
eines anomalen Zustands unterbricht.
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Bei
der elektrischen Servolenkungseinrichtung mit der voranstehend geschilderten
Konstruktion wird Information in Bezug auf das Lenkdrehmoment von
dem Drehmomentsensor 51 und auf die Drehposition des Rotors
des Elektromotors 1 von dem magnetischen Sensor 24 dem
Mikrocomputer 30 zugeführt,
und wird ein Fahrtgeschwindigkeitssignal als eines von fahrzeugseitigen
Signalen dem Mikrocomputer 30 von dem Signalverbinder 32 an
der Fahrzeugseite zugeführt.
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Weiterhin
wird der Motorstrom IM dem Mikrocomputer 30 durch den Nebenschlusswiderstand 29 über den
Stromdetektorabschnitt 52 rückgekoppelt zugeführt. Der
Mikrocomputer 30 erzeugt auf Grundlage dieser Information
und dieser Signale einen Servolenkdrehrichtungsbefehl und eine Stromsteuergröße entsprechend
dem Unterstützungsdrehmoment, für welche
jeweilige Treibersignale der Treiberschaltung 53 zugeführt werden.
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Die
Treiberschaltung 53 erzeugt, wenn sie mit dem Drehrichtungsbefehl
und der Stromsteuergröße versorgt
wird, ein PWM-Treibersignal, welches dann den Halbleiter-Schaltelementen Q1–Q6 zugeführt wird.
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Dies
führt dazu,
dass der Strom von der Batterie 50 zum Elektromotor 1 durch
den Starkstromverbinder 35, die Spule 26, und
die Halbleiter-Schaltelemente Q1–Q6 fließt, und ein Unterstützungsdrehmoment
in erforderlicher Größe in der
benötigten Richtung
abgegeben wird.
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Hierbei
wird der Motorstrom IM, der über
den Nebenschlusswiderstand 29 und dem Stromdetektorabschnitt 52 erfasst
wird, auf den Mikrocomputer 30 rückgekoppelt, so dass er so
gesteuert wird, dass er mit dem Motorstrombefehl Im übereinstimmt,
der von dem Mikrocomputer 30 der Treiberschaltung 53 zugeführt wird.
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Weiterhin
wird der Motorstrom IM, einschließlich einer Welligkeitskomponente,
die infolge des Schaltbetriebs der Halbleiter-Schaltelemente Q1–Q6 zum
Zeitpunkt von deren PWM-Treiberbetrieb entsteht, durch den Kondensator 19 mit
hoher Kapazität
geglättet.
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Weiterhin
dient die Spule 26 dazu, zu verhindern, dass das Rauschen,
das durch den Schaltbetrieb der Halbleiter-Schaltelemente Q1–Q6 während deren PWM-Treiberbetrieb
nach außerhalb
austritt, und zu Funkfrequenzrauschen wird.
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Als
nächstes
wird der Aufbau der elektrischen Servolenkungseinrichtung mit der
voranstehend geschilderten Konstruktion auf Grundlage der 2 bis 4 erläutert.
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2 ist
eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten
elektrischen Servolenkungseinrichtung.
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3 ist
eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung, welche die elektrische
Servolenkungseinrichtung von 2 zeigt,
und 4 ist eine Ansicht der in 2 gezeigten
Steuereinheit 18 von der Seite des Elektromotors aus.
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Der
Elektromotor 1 dieser elektrischen Servolenkungseinrichtung
weist eine Rotorwelle 2 auf, einen Rotor 4 mit
einem zylindrischen Permanentmagneten 3, der mit acht Polen
magnetisiert ist, und fest an der Rotorwelle 2 befestigt
ist, einen Stator 5, der um den Rotor 4 herum
angeordnet ist, und den Sensor-Permanentmagneten 6, der
fest an einer Endoberfläche
eines Wellenendabschnitts 10 mit kleinem Durchmesser an
der Seite gegenüberliegend
der Ausgangsseite der Rotorwelle 2 befestigt ist, und mit zwei
Polen magnetisiert ist, entsprechend der Magnetpolposition des Permanentmagneten 3 des
Rotors 4.
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Der
Stator 5 weist zwölf
vorstehende Pole 7 gegenüberliegend dem Außenumfang
des Permanentmagneten 3 auf, Isolatoren 8, die
jeweils an diesen vorstehenden Polen 7 angebracht sind,
und Ankerwicklungen 9 für
drei Phasen U, V, W, die um die Isolatoren 8 gewickelt
sind. Die Ankerwicklungen 9 weisen drei Endabschnitte auf,
die jeweils mit einer von drei Wicklungsklemmen 11 verbunden
sind, die sich in Axialrichtung des Wellenendabschnitts 10 erstrecken.
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Der
Elektromotor 1 ist fest an einem Untersetzungsgetriebe 12 angebracht.
Das Untersetzungsgetriebe 12 weist ein Getriebegehäuse 14 auf, an
welchem ein Gehäuse 13 des
Elektromotors 1 angebracht ist, ein eigentliches Untersetzungsgetriebe in
Form eines Schneckentriebs 15, der in dem Getriebegehäuse 14 angeordnet
ist, um die Drehzahl der Rotorwelle 2 herunterzusetzen,
und eines Schneckenrades 16, der im Kämmeingriff mit dem Schneckentrieb 15 steht.
Der Schneckentrieb 15 ist an seinem einen Endabschnitt
in der Nähe
der Rotorwelle 2 mit einer Keilwellennut versehen, und
eine Kupplung 17, die auf ihrer Innenseite eine Keilwellennut aufweist,
ist im Presssitz in einen ausgangsseitigen Endabschnitt der Rotorwelle 2 eingepasst.
Daher sind der eine Endabschnitt des Schneckentriebs 15 und
der Kupplung 17 miteinander durch ihre Keilwellennuten
gekuppelt, so dass Drehmoment von dem Elektromotor 1 an
den Schneckentrieb 15 übertragen werden
kann.
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Die
Steuereinheit 18 zum Steuern des Betriebs des Elektromotors 1 weist
den Kondensator 19 mit hoher Kapazität (etwa 2200 μ F × 3) auf,
um eine Welligkeitskomponente des durch den Elektromotor 1 fließenden Motorstroms
auszuschalten, einen Kühlkörper 25,
der aus Aluminium mit hoher Leitfähigkeit besteht, die Leistungsplatine 20,
die mit einer Oberfläche
des Kühlkörpers 25 über ein
Verbindungsmaterial verbunden ist, und die Steuerplatine 21,
die entsprechend mit der Oberfläche
des Kühlkörpers 25 über ein
Verbindungsmaterial verbunden ist.
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Weiterhin
weist die Steuereinheit 18 ein Verbindungsteil 23 mit
kanalförmigem
Querschnitt auf, das einen dicken Wandabschnitt 25a des
Kühlkörpers 25 abdeckt,
den Drehpositionssensor in Form des magnetischen Sensors 24,
der die Richtung des Magnetfeldes des Sensor-Permanentmagneten 6 erfasst,
der an der Unterseite des Verbindungsteils 23 an einer
Seite gegenüberliegend
dem Kühlkörper 25 angebracht
ist, ein Schaltungsgehäuse 27,
das zum Zusammenwirken mit dem Gehäuse 13 so ausgebildet
ist, dass dazwischen sandwichartig der Kühlkörper 25 angeordnet
wird, die Spule 26, die fest mittels Schweißen am Schaltungsgehäuse 27 angebracht ist,
um elektromagnetisches Rauschen auszuschalten, und eine Abdeckung 28,
die einen Öffnungsabschnitt
des Schaltungsgehäuses 27 abdeckt.
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Die
Leistungsplatine 20 besteht aus einem DBC-Substrat (DBC:
eingetragene Marke von Toshiba Materials Co., Ltd.), zum Beispiel,
und weist eine Kupferplatte, die auf einem Keramiksubstrat aus Aluminiumoxid
vorgesehen ist, als Verdrahtungsmuster auf. Starkstromteile, beispielsweise
die Halbleiter-Schaltelemente (beispielsweise FETs) Q1–Q6, der
Nebenschlusswiderstand 29, und so weiter, sind mittels
Löten auf
dem Verdrahtungsmuster der Leistungsplatine 20 angebracht.
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Die
Steuerplatine 21 besteht aus einem mehrschichtigen LTCC-Substrat (LTCC: bei
niedriger Temperatur gleichzeitig gebrannte Keramik), und Umfangsschaltungselementen
(Schwachstromteile), welche den Mikrocomputer 30, die Treiberschaltung 53,
und den Stromdetektorabschnitt 52 umfassen, und auf der
Steuerplatine 21 über
ein elektrisch leitfähiges
Verbindungsmaterial angebracht sind.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Treiberschaltung 53 und
der Stromdetektorabschnitt 52 von 1 in 3 weggelassen
sind.
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Das
Verbindungsteil 23 ist im Querschnitt kanalförmig, und
wird durch Einsetzformen leitfähiger Platten 22,
welche Verdrahtungsmuster bilden, beispielsweise leitfähige Motorplatten 22a,
eine leitfähige
Sensorplatte 22c, leitfähige
Stromversorgungsplatten 22e1, 22e2 usw., mit einem
Isolierharz hergestellt.
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An
einem Seitenabschnitt 23a des Verbindungsteils 23 sind
eine Enden der mehreren leitfähigen
Motorplatten 22a jeweils gegenüber dem Isolierharz freiliegend
ausgebildet, um Anschlussflächen 22b auszubilden,
die mit der Leistungsplatine 20 durch Leitungsanschluss
verbunden werden soll. Die leitfähigen
Motorplatten 22a sind an ihren anderen Enden jeweils mit
einer Motorklemme Mm versehen, die an die jeweilige Wicklungsklemme 11 des
Elektromotors 1 angeschlossen sind.
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An
dem anderen Seitenabschnitt 23b des Verbindungsteils 23 liegt
ein Ende der leitfähigen Sensorplatte 22c in
Bezug auf das Isolierharz frei, so dass eine Anschlussfläche 22d ausgebildet
wird, die mit der Steuerplatine 21 mittels Leitungsanschluss verbunden
werden soll. Das andere Ende der leitfähigen Sensorplatte 22c erstreckt
sich bis in die Nähe des
zentralen Abschnitts des Bodens des kanalförmigen Verbindungsteils 23.
Auf einer Oberfläche
des Bodens an einer Seite gegenüberliegend
dem Kühlkörper 25 ist
der magnetische Sensor 24 angeordnet, der aus einem magnetoresistiven
Element besteht, und das andere Ende der leitfähigen Sensorplatte 22c ist
durch Schweißen
mit dem magnetischen Sensor 24 verbunden.
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Weiterhin
liegen an dem anderen Seitenabschnitt 23b des Verbindungsteils 23 die
entgegengesetzten Enden der leitfähigen Stromversorgungsplatten 22e1, 22e2 jeweils
gegenüber
dem Isolierharz frei, und bilden eine Enden der entgegengesetzten Enden
Anschlussflächen 22f1, 22f2,
die als Stromversorgungsklemmen dienen.
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Ein
Paar von Langlöchern 31 erstreckt
sich durch den Kühlkörper 25 an
den entgegengesetzten Seiten der Leistungsplatine 20. Das
Verbindungsteil 23 mit dem dort angebrachten magnetischen
Sensor 24 und dem Kondensator 19 ist fest an dem
Kühlkörper 25 angebracht,
wobei der eine Seitenabschnitt 23a und der andere Seitenabschnitt 23b von
der Seite eines Rotors 4 aus jeweils in eins dieser Langlöcher 31 eingeführt werden.
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Der
magnetische Sensor 24 ist gegenüberliegend dem Sensor-Permanentmagneten 6 so
angeordnet, dass sich die Richtung des Magnetfeldes des Sensor-Permanentmagneten 6 in
Bezug auf den magnetischen Sensor 24 abhängig von
der Drehung des Rotors 4 dreht, und sich der magnetische
Widerstand des magnetischen Sensors 24 in Abhängigkeit
von der Drehung dieses Magnetfeldes ändert, was dazu führt, dass
die Position des Rotors 4 erfasst werden kann.
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Der
Kondensator 19 ist an einer Seite gegenüberliegend der Steuerplatine 21 so
angeordnet, dass der Kühlkörper 25 sandwichartig
dazwischen angeordnet ist, und ist ebenfalls zwischen dem Kühlkörper 25 und
dem Gehäuse 13 des
Elektromotors 1 angeordnet.
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Die
Steuerplatine 21 ist zwischen dem Signalverbinder 32 der
Fahrzeugseite und der anderen Seite 23b des Verbindungsteils 23 angeordnet,
und zwischen dem Drehmomentsensorverbinder 33 und der anderen
Seite 23b des Verbindungsteils 23.
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Anschlussflächen 34,
die an einem Ende einer Klemme des Signalverbinders 32 der
Fahrzeugseite und an einem Ende einer Klemme des Drehmomentsensorverbinders 33 vorgesehen
sind, und Anschlussflächen 54,
die auf der Steuerplatine 21 vorgesehen sind, sind elektrisch
miteinander über
Leitungsanschluss verbunden.
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Entsprechend
sind die Anschlussfläche 22d auf
dem Verbindungsteil 23 und eine Anschlussfläche 55 auf
der Steuerplatine 21 miteinander mittels Leitungsanschluss
verbunden.
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Der
Signalverbinder 32 der Fahrzeugseite ist ein Verbinder,
welchem fahrzeugseitige Signale, beispielsweise ein Fahrtgeschwindigkeitssignal,
ein Zündsignal,
ein CAN-Signal, usw., über
externe Leitungen zugeführt
werden, und der Drehmomentsensorverbinder 33 ist ein Verbinder,
welchem ein Signal von dem Drehmomentsensor 51 über externe
Leitungen zugeführt
wird.
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Der
Starkstromverbinder 35, der in der Nähe des fahrzeugseitigen Signalverbinders 32 angeordnet
ist, ist ein Verbinder, der elektrisch mit der Batterie 50 des
Fahrzeugs verbunden ist, und der Starkstromverbinder 35 weist
eine Klemme für
die positive Seite auf, die elektrisch über die Spule 22 mit
der Anschlussfläche 22f2 verbunden
ist, die eine Stromversorgungsklemme des Verbindungsteils 23 darstellt. Der
Starkstromverbinder 35 weist auch eine Klemme für die negative
Seite auf, die elektrisch mit der Anschlussfläche 22f1 verbunden
ist, die eine Stromversorgungsklemme des Verbindungsteils 23 darstellt.
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Der
Starkstromverbinder 35, der fahrzeugseitige Signalverbinder 32,
und der Drehmomentsensorverbinder 33 sind vereinigte oder
einstückige
Teile, die vereinigt oder einstückig
mit dem Schaltungsgehäuse 27 ausgeformt
sind, das aus Isolierharz besteht.
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Hierbei
wird darauf hingewiesen, dass der Starkstromverbinder 35,
der fahrzeugseitige Signalverbinder 32, und der Drehmomentsensor-Signalverbinder 33 als
getrennte Teile, unabhängig
von dem Schaltungsgehäuse 27,
ausgebildet sein können.
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Als
nächstes
wird ein Vorgang zum Zusammenbau der elektrischen Servolenkungseinrichtung mit
der voranstehend geschilderten Konstruktion geschildert.
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Zuerst
wird der Elektromotor 1 auf folgende Art und Weise zusammengebaut.
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Zuerst
wird der Permanentmagnet 3 fest mit der Außenoberfläche eines
in Radialrichtung vergrößerten,
mittleren Abschnitts der Rotorwelle 2 verbunden, und wird
der Sensor-Permanentmagnet 6, der mit zwei Polen magnetisiert
ist, fest mit dem Wellenendabschnitt 10 der Rotorwelle 2 an
der Seite gegenüberliegend
deren Ausgangsseite verbunden. Daraufhin wird der Rotor 4 hergestellt,
durch Magnetisieren des Permanentmagneten 3 mit acht Polen mit
Hilfe einer Magnetisierungsvorrichtung, auf Grundlage der Magnetisierungspositionen
des Sensor-Permanentmagneten 6.
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Dann
werden die einzelnen Abschnitte der Ankerwicklungen 9 der
Phase U, V und W um die zwölf
vorstehenden Pole 7 des Stators 5 über die
Isolatoren 8 an Orten gewickelt, die um einen elektrischen
Winkel von 120 Grad voneinander beabstandet sind, so dass vier Wicklungsabschnitte
für jede der
Phasen U, V und W ausgebildet werden, wodurch insgesamt zwölf Wicklungsabschnitte
entstehen. Bei den jeweiligen Wicklungsabschnitten der Phase U sind
deren Wicklungsstartenden und Wicklungsendenden miteinander verbunden,
um eine gesamte Ankerwicklung der Phase U auszubilden, und die Ankerwicklungen
der Phase V und W werden auf die gleiche Art und Weise hergestellt.
Nach Ausbildung der Ankerwicklungen der Phasen U, V und W werden deren
Wicklungsendenden miteinander verbunden, um einen Sternpunkt zur
Verfügung
zu stellen, wogegen die Wicklungsstartenden der Ankerwicklungen der
Phasen U, V und W mit einer jeweiligen Wicklungsklemme 11 verbunden
werden.
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Danach
wird der Stator 5 in Presspassung in das Gehäuse 13 eingesetzt,
und wird ein äußerer Laufring
eines Lagers 36 fest an dem Gehäuse 13 befestigt.
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Dann
wird, nachdem ein äußerer Laufring
eines Lagers 38 fest an einem Halter 37 befestigt
wurde, die Rotorwelle 2 des Rotors 4 in Presspassung
in einen inneren Laufring des Lagers 38 eingepasst. Dann
werden der Halter 37 mit dem eingebauten Rotor 4 und
dem Sensor-Permanentmagneten 6 in das Gehäuse 13 eingeführt und
dort befestigt, in welches der Stator 5 und der Stator 36 eingebaut
wurden.
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Als
nächstes
erfolgt eine Schilderung des Vorgangs des Zusammenbaus der Steuereinheit 18.
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Zuerst
werden Teile wie der Mikrocomputer 30, die Umfangsschaltungselemente,
usw. mit der Steuerplatine 21 durch ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmaterial
verbunden, und werden freiliegende Chip-Bauelemente elektrisch mit
dem Muster auf der Steuerplatine 21 durch Leitungsanschluss
verbunden.
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Weiterhin
werden Teile, wie die Halbleiter-Schaltelemente Q1–Q6, der
Nebenschlusswiderstand 29, usw., mit der Leistungsplatine 20 durch
Löten verbunden,
und werden die Halbleiter-Schaltelemente Q1–Q6, die freiliegende Chips
darstellen, elektrisch mit dem Muster auf der Leistungsplatine 20 über Leitungsanschluss
verbunden.
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Dann
werden der magnetische Sensor 24 und die leitfähige Sensorplatte 22c des
Verbindungsteils 23 miteinander durch Schweißen verbunden, und
werden der Kondensator 19 und die leitfähigen Stromversorgungsplatten 22e1, 22e2 des
Verbindungsteils 23 miteinander durch Schweißen verbunden.
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Weiterhin
wird die Spule 26 elektrisch durch Schweißen zwischen
der leitfähigen
Platte 27a2 des Schaltungsgehäuses 27 und die positive
Klemme des Starkstromverbinders 35 geschaltet.
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Dann
werden die Steuerplatine 21, die Leistungsplatine 20,
das Verbindungsteil 23 und das Schaltungsgehäuse 27,
bei welchen die Teile einzeln auf die voranstehend geschilderte
Art und Weise angebracht wurden, mit dem Kühlkörper 25 zusammengebaut.
Die Steuerplatine 21 und die Leistungsplatine 20 werden
fest mit dem Kühlkörper 25 durch
ein Verbindungsmaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit verbunden. Das Schaltungsgehäuse 27 wird
fest mit dem Kühlkörper 25 über ein
Verbindungsmaterial verbunden, um zu verhindern, dass Wasser zwischen
das Schaltungsgehäuse 27 und
den Kühlkörper 25 eindringt.
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Danach
werden der eine Seitenabschnitt 23a und der andere Seitenabschnitt 23b des
Verbindungsteils 23 in die Langlöcher 31 in dem Kühlkörper 25 von
einer Seite entgegengesetzt zur festen Seite der Leistungsplatine 20 eingeführt, wodurch
das Verbindungsteil 23 fest an dem Kühlkörper 25 angebracht
wird.
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Dann
werden die leitfähige
Platte 27a2 des Schaltungsgehäuses 27 und die leitfähige Stromversorgungsplatte 22e2 des
Verbindungsteils 23, sowie die leitfähige Platte 27a1,
auf welcher die negative Klemme des Starkstromverbinders 35 vorgesehen ist,
und die leitfähige
Stromversorgungsplatte 22e1 elektrisch miteinander jeweils
durch Schweißen
verbunden. Daraufhin werden die Anschlussflächen 22b, 22f1, 22f2 des
Verbindungsteils 23 und die Leistungsplatine 20 elektrisch
miteinander durch Leitungsanschluss verbunden.
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Entsprechend
werden die Anschlussfläche 22d des
Verbindungsteils 23 und die Steuerplatine 21 elektrisch
miteinander durch Leitungsanschluss verbunden, und werden die Anschlussfläche 34 des fahrzeugseitigen
Signalverbinders 32 und die Anschlussfläche 34 des Drehmomentsensorverbinders 33 elektrisch
jeweils mit der Anschlussfläche 54 der Steuerplatine 21 durch
Leitungsanschluss verbunden.
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Dann
werden der Elektromotor 1 und die Steuereinheit 18,
die getrennt zusammengebaut wurden, auf die voranstehend geschilderte
Art und Weise, miteinander zusammengebaut.
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Zuerst
wird ein Gummiring 40 in eine Nut 39 im Gehäuse 13 des
Elektromotors 1 eingepasst, und wird die Steuereinheit 18 fest
an dem Gehäuse 13 des
Elektromotors 1 mit Hilfe von Schrauben 41 angebracht,
wie in 3 gezeigt. Zu diesem Zeitpunkt sind der Sensor-Permanentmagnet 6 und
der magnetische Sensor 24 einander gegenüberliegend
angeordnet.
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Dann
werden die Wicklungsklemmen 11 des Elektromotors 1 und
die Motorklemmen Mm der Steuereinheit 18 aneinander durch
Schrauben 43 befestigt, wodurch sie elektrisch miteinander
verbunden sind.
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Schließlich wird
die Abdeckung 28 fest mit dem Schaltungsgehäuse 27 der
Steuereinheit 18 durch ein Verbindungsmaterial verbunden,
womit der Zusammenbau der elektrischen Servolenkungseinrichtung
fertiggestellt ist.
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Wie
voranstehend geschildert, ist bei der elektrischen Servolenkungseinrichtung
gemäß dieser
ersten Ausführungsform
das eine Ende der leitfähigen
Sensorplatte 22c mit dem magnetischen Sensor 24 verbunden,
der als Drehpositionssensor dient, so dass ein Positionssensorsignal
von dem magnetischen Sensor 24 dem Mikrocomputer 30 über die
leitfähige
Sensorplatte 22c zugeführt
wird. Dies führt
dazu, dass Verbinder und externe Leitungen zur Signalübertragung
zwischen der Steuereinheit und dem Drehpositionssensor entfallen
können,
wodurch ermöglicht
wird, die Herstellungskosten zu verringern, und die Verlässlichkeit
bezüglich
der Übertragung des
Positionssensorsignals zu verbessern.
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Weiterhin
ist der magnetische Sensor 24, der ein Drehpositionssensor
ist, auf dem Verbindungsteil 23 gegenüberliegend dem Sensor-Permanentmagneten 6 angebracht,
der an einem Ende des Wellenendabschnitts 10 der Rotorwelle 2 angeordnet
ist, wodurch die Drehposition des Rotors 4 anhand einer Änderung
der Richtung der Magnetisierung erfasst werden kann.
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Weiterhin
ist das Verbindungsteil 23 mit einem Querschnitt in Kanalform
versehen, bei welchem der eine Seitenabschnitt 23a und
der andere Seitenabschnitt 23b einander gegenüberliegen,
und sind die Motorklemmen Mm, welche die einen Enden der leitfähigen Motorplatten 22a sind,
die an dem einen Seitenabschnitt 23A angeordnet sind, mit
den Wicklungsklemmen 11 des Elektromotors 1 verbunden.
Die Anschlussflächen 22b,
welche die anderen Enden der leitfähigen Motorplatten 22a sind,
sind mit der Leistungsplatine 20 verbunden, und die Anschlussflächen 22f1, 22f2 der
leitfähigen
Stromversorgungsplatten 22e1, 22e2, die an dem
anderen Seitenabschnitt 23b angeordnet sind, sind mit der Batterie 50 verbunden,
die Strom an die Leistungsplatine 20 liefert. Infolge der
voranstehend geschilderten Anordnung wird der Weg kurz, durch welchen ein
hoher Strom fließt,
so dass Leistungsverluste infolge der Verkabelung verringert werden,
was die Leistung verbessert.
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Da
der Kühlkörper 25 die
Leistungsplatine 20 und die Steuerplatine 21 so
aufweist, dass sie auf einer offenen Oberfläche an einer Seite gegenüberliegend
dem Rotor 4 angeordnet sind, kann darüber hinaus die Fläche vergrößert werden,
auf welcher die Leistungsplatine 20 und die Steuerplatine 21 angeordnet
sind, was es ermöglicht,
die Wärmeabfuhr
der Leistungsplatine 20 und der Steuerplatine 21 zu
erhöhen.
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Weiterhin
sind die Leistungsplatine 20 und die Steuerplatine 21 auf
der selben ebenen Oberfläche
des Kühlkörpers 25 angeordnet,
so dass eine elektrische Verbindung mittels Leitungsanschluss einfach
durchgeführt
werden kann, was die Bearbeitbarkeit verbessert.
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Weiterhin
weist der Kühlkörper 25 das
Paar von Langlöchern 31 auf,
die an den entgegengesetzten Seiten der Leistungsplatine 20 vorgesehen
sind, und werden der eine Seitenabschnitt 23a und der andere
Seitenabschnitt 23b des Verbindungsteils 23 von
der Seite des Rotors 4 jeweils in eins der Langlöcher 31 eingeführt, wodurch
sie fest an dem Kühlkörper 25 angebracht
werden. Dies führt
dazu, dass die Leitungsanschluss-Anschlussflächen 22b, 22f1, 22f2 des
Verbindungsteils 23 nahe an der Leistungsplatine 20 angeordnet
werden können,
so dass der Weg verkürzt
werden kann, durch welchen ein hoher Strom fließt, um Leistungsverluste infolge
der Verkabelung zu verringern, wodurch die Leistung verbessert werden
kann.
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Weiterhin
gibt es im Wesentlichen keinen Höhenunterschied
zwischen den Oberflächen
der Leitungsanschluss- Anschlussflächen 22b, 22f1, 22f2 des
Verbindungsteils 23 und der Leistungsplatine 20, wie
aus 2 hervorgeht, so dass der Vorgang des Leitungsanschlusses
einfach durchgeführt
werden kann, wodurch die Bearbeitbarkeit verbessert wird.
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Weiterhin
besteht der magnetische Sensor 24 aus dem magnetoresistiven
Element, und ändert sich
die Richtung des Magnetfeldes in Bezug auf den magnetischen Sensor 24 infolge
der Tatsache, dass sich der Sensor-Permanentmagnet 6 entsprechend der
Drehung des Rotors 4 dreht, und ändert sich auch entsprechend
dieser Änderung
der Widerstandwert des magnetischen Sensors 24, so dass
die Position des Rotors 4 aus der Änderung der Richtung des Magnetfeldes
erfasst werden kann. Daher kann die Genauigkeit bezüglich der
Anbringungsposition des magnetischen Sensors 24 in Bezug
auf den Sensor-Permanentmagneten 6 verringert werden, im Vergleich
zu einem magnetischen Sensor eines Hallelementtyps, was es ermöglicht,
die Bearbeitbarkeit oder den Montagevorgang zu erleichtern.
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Da
der magnetische Sensor 24 mit der leitfähigen Sensorplatte 22c durch
Schweißen
verbunden ist, ist darüber
hinaus die mechanische Festigkeit in dem Verbindungsabschnitt des
magnetischen Sensors 24 hoch, und ist die Festigkeit des
Verbindungsabschnitts in Bezug auf Temperaturänderungen groß, so dass
die Verlässlichkeit
der Einrichtung verbessert werden kann.
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Weiterhin
sind der Drehmomentsensorverbinder 33 und der fahrzeugseitige
Signalverbinder 32 in der Nähe des einen Endabschnitts
der Steuerplatine 21 angeordnet, und ist die Anschlussfläche 22d der
leitfähigen
Sensorplatte 22c in der Nähe des anderen Endabschnitts
der Steuerplatine 21 angeordnet. Bei einer derartigen Anordnung
können
die Verbindungsleitungen, welche diese Verbinder und Anschlussflächen mit
der Steuerplatine 21 verbinden, kurz sein, so dass die
Herstellungskosten verringert werden können.
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Da
der Kondensator 19 in der Nähe der anderen Seite 23b des
Verbindungsteils 23 angeordnet ist, kann darüber hinaus
die Entfernung zwischen dem Kondensator 19 und der Leistungsplatine 20 verkürzt werden,
so dass die Welligkeitskomponente des durch die Leistungsplatine 20 fließenden Motorstroms
wirksam durch den Kondensator 19 ausgeschaltet werden kann,
wodurch ermöglicht
wird, von der Einrichtung abgestrahltes Rauschen zu unterdrücken.
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Da
der Kondensator 19 sandwichartig zwischen dem aus Aluminium
bestehenden Kühlkörper 25 und
dem Gehäuse 13 des
Elektromotors 1 angeordnet ist, wird die von dem Kondensator 19 erzeugte Wärme an den
Kühlkörper 25 und
das Gehäuse 13 abgestrahlt,
so dass ein Temperaturanstieg beim Kondensator 19 unterdrückt werden
kann, und die Lebensdauer des Kondensators 19 verlängert werden
kann.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass zwar bei der voranstehend geschilderten
Ausführungsform
jener Fall beschrieben wurde, bei welchem der magnetische Sensor 24 eingesetzt
wird, der aus einem magnetoresistiven Element besteht, jedoch die
vorliegende Erfindung selbstverständlich nicht auf einen solchen
Fall beschränkt
ist, sondern auch Sensoren eingesetzt werden können, die ein Hall-Element
verwenden, einen Hall-IC, usw., obwohl dann eine höhere Montagegenauigkeit
erforderlich ist, und die Temperaturcharakteristik nicht so gut
ist, verglichen mit dem Einsatz eines magnetoresistiven Elements.
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Weiterhin
kann auch statt des magnetischen Sensors ein Photosensor als der
Drehpositionssensor eingesetzt werden.
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Weiterhin
wurde bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform die elektrische
Servolenkungseinrichtung so beschrieben, dass die Anzahl an vorstehenden
Polen des Permanentmagneten 3 acht beträgt, und die Anzahl an vorstehenden
Polen des Stators 5 zwölf
beträgt,
jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Kombination
beschränkt, sondern
es kann jede andere geeignete Kombination der Anzahl an Polen und
der Anzahl an vorstehenden Polen eingesetzt werden.
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Weiterhin
ist die elektrische Servolenkungseinrichtung unter der Haube angebracht,
und ist, um Wasserdichtigkeit sicherzustellen, das Schaltungsgehäuse 27 fest
mit dem Kühlkörper 25 durch
das Verbindungsmaterial verbunden, und ist der Gummiring 40 in
den Nuten 39 im Gehäuse 13 des
Elektromotors 1 eingesetzt, wodurch der Elektromotor 1 und die
Steuereinheit 18 miteinander vereinigt werden. Wenn jedoch
die elektrische Servolenkungseinrichtung im Fahrzeuginsassenabteil
angebracht ist, können
das Verbindungsmaterial und der Gummiring 40 entfallen.
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Weiterhin
wird zwar das DBC-Substrat, das aus Aluminiumoxid besteht, als die
Leistungsplatine 20 verwendet, jedoch ist die vorliegende
Erfindung nicht auf den Einsatz einer derartigen Leistungsplatine
aus Aluminiumoxid beschränkt,
sondern kann stattdessen ein DBC-Substrat verwendet werden, das
aus Siliziumnitrid oder Aluminiumnitrid besteht, oder auch ein metallisiertes
Substrat, das aus einem dieser Keramikmaterialien besteht, mit welchem
ein Muster aus einer Kupferplatte verbunden ist. Weiterhin kann
eine Metallplatine eingesetzt werden, die aus einer Aluminium- oder
Kupfer-Basisplatte
hergestellt ist.
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Weiterhin
wird zwar das mehrschichtige LTCC-Substrat als die Steuerplatine 21 verwendet, jedoch
kann für
den selben Zweck auch ein Harzsubstrat eingesetzt werden.
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Weiterhin
ist der Elektromotor nicht auf einen Bürstenmotor beschränkt, wie
er voranstehend beschrieben wurde, sondern kann stattdessen auch
ein Induktionsmotor oder ein geschalteter Reluktanzmotor (SR-Motor)
verwendet werden.
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Zwar
wurde die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform
beschrieben, jedoch werden Fachleute erkennen, dass die Erfindung
mit Abänderungen
in die Praxis umgesetzt werden kann, innerhalb des Wesens und Umfangs
der Erfindung, die sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen
ergeben, und von den beigefügten
Patentansprüchen
umfasst sein sollen.