DE102006043194A1

DE102006043194A1 - Elektrische Servolenkungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102006043194A1
Application number: DE102006043194A
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Tominaga
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2026-09-15
Also published as: JP4246212B2; JP2007294533A; US7445081B2; DE102006043194B4; US20070246289A1

Abstract

Bei einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung sind ein Metallsubstrat und Verbindungsanschlüsse, die in einem Umfangsbereich des Metallsubstrats angeordnet sind, elektrisch durch Metallelemente miteinander verbunden, und Leiterschichten des Metallsubstrats und die Metallelemente sind mittels Laserschweißens miteinander verbunden, wobei die Anzahl von Teilen und ein Raum zum Verbinden reduziert werden können.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Servolenkungsvorrichtung, die einen elektrischen Motor zur Ausgabe eines Hilfsmoments an das Lenkrad eines Fahrzeugs und eine Steuereinheit zum Steuern des Antriebs des elektrischen Motors aufweist.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Es ist eine elektrische Servolenkungsvorrichtung bekannt, die einen elektrischen Motor zur Ausgabe einer Hilfskraft an das Lenkrad eines Fahrzeugs und eine Steuereinheit aufweist, die an dem elektrischen Motor zum Steuern des Antriebs des elektrischen Motors befestigt ist.
Beispielsweise ist in einer ersten Patentschrift (japanisches Patent Nr. 3,638,269) eine elektrische Servolenkungsvorrichtung beschrieben, bei der ein Metallsubstrat, auf dem ein Brückenkreis mit Halbleiterschaltelementen zum Schalten eines Stroms, der einem elektrischen Motor zugeführt wird, befestigt ist, und eine Hochstromplatte mit einer leitenden Platte, einem Motoranschluss und dergleichen, die in einem Isolierharz eingebettet sind, über ein Verbindungselement miteinander verbunden sind. Vorliegend wird das Verbindungselement fest an dem Metallsubstrat befestigt und dann mit diesem verlötet, und gleichzeitig wird es durch den Schweißvorgang mit der leitenden Platte und dem Motoranschluss der Hochstromplatte elektrisch verbunden.
Ferner offenbart eine zweite Patentschrift (japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. H7-297576) eine Anordnung, bei der ein Anschluss, dessen eines Ende in einem Harzgehäuse eingebettet ist, das eine Schaltplatte aufnimmt, und ein Führungsanschluss, der an der Schaltungsverdrahtung der Schaltplatte angeordnet ist, durch ein Bleisegment miteinander verbunden sind, und der Anschluss und das mit dem Führungsanschluss verbundene Bleisegment sind mittels Laserschweißen miteinander verbunden.
Bei der elektrischen Servolenkungsvorrichtung, die in der zuvor genannten ersten Patentoffenlegungsschrift beschrieben ist, besteht das nachfolgende Problem. Dieses besteht darin, dass das Verbindungselement fest an dem Metallsubstrat befestigt ist, um ein Aufschwemmen des Verbindungselements beim Löten von diesem zu verhindern, weshalb eine ausreichende Fläche des Metallsubstrats erforderlich ist, um Schrauben zur Befestigung des Verbindungselementes anzuordnen und festzuziehen. Ferner wird eine Stoßkraft, die erzeugt wird, wenn das Verbindungselement an dem Metallsubstrat befestigt wird, an die Komponententeile des Brückenkreises übertragen, bevor diese auf das Metallsubstrat gelötet werden, so dass Positionsverschiebungen derartiger Komponententeile auftreten.
Gemäß der zweiten Patentoffenlegungsschrift ist das Bleisegment mit der Schaltungsverdrahtung der Schaltplatte über den Führungsanschluss verbunden. Somit besteht das Problem, dass die Vorrichtung groß ist, eine erhöhte Anzahl von Komponententeilen aufweist und somit teuer ist, und ferner eine geringe Verlässlichkeit der gelöteten Verbindungen der an dem Metallsubstrat befestigten Teile aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung soll das zuvor genannte Problem lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Servolenkungsvorrichtung zu schaffen, deren Größe und Kosten reduziert werden können, und bei der die Verlässlichkeit von elektrischen Verbindungen höher ist, indem die Anzahl von Komponententeilen, die ein Metallsubstrat und Verbindungsanschlüsse in einem Umfangsbereich der Metallplatte verbinden, reduziert wird.
Zur Lösung der zuvor genannten Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine elektrische Servolenkungsvorrichtung mit einem elektrischen Motor zur Ausgabe eines Hilfsmoments an ein Lenkrad eines Fahrzeugs und einer Steuereinheit zum Steuern des Antriebs des elektrischen Motors. Die Steuereinheit umfasst: einen Leistungshauptkörper mit einem Brückenkreis, der mehrere Halbleiterschaltelemente zum Schalten eines Stroms, der dem elektrischen Motor zugeführt wird, gemäß dem das Lenkrad unterstützenden Moment aufweist; einen Steuerhauptkörper, der ein Antriebssignal erzeugt, um den Brückenkreis basierend auf dem Steuermoment des Lenkrads zu steuern; ein Metallsubstrat, das mehrere Isolierschichten und mehrere Leiterschichten mit darauf entsprechend angeordneten Verdrahtungsmustern aufweist, wobei die Isolierschichten und die Leiterschichten auf eine Metallplatte laminiert sind; Verbindungsanschlüsse, die aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt und in einem Umfangsbereich des Metallsubstrats angeordnet sind; und Metallelemente, die jeweils einen Endbereich aufweisen, der an die Leiterschichten des Metallsubstrats geschweißt ist, auf dem der Leistungshauptkörper befestigt ist, sowie einen weiteren Endbereich, der mit den Verbindungsanschlüssen verschweißt ist.
Gemäß der elektrischen Servolenkungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung können die nachfolgend genannten, vorteilhaften Effekte erzielt werden. Die Größe und die Kosten der Vorrichtung können reduziert werden, und die Verlässlichkeit der elektrischen Verbindungen zwischen der Steuereinheit und dem elektrischen Motor kann erhöht werden.
Die zuvor genannte und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten anhand der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittansicht, die eine elektrische Servolenkungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil des Innenraums der elektrischen Servolenkungsvorrichtung gemäß 1 zeigt.
3 ist eine TeilQuerschnittansicht, die eine Metallplatte der elektrischen Servolenkungsvorrichtung gemäß 1 zeigt.
4 ist eine Querschnittansicht, die einen Teil des Innenraums einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine TeilQuerschnittansicht, die eine Metallplatte der elektrischen Servolenkungsvorrichtung gemäß 4 zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben. Bei den individuellen Ausführungsformen beziehen sich gleiche Bezugsziffern oder Bezugszeichen auf gleiche oder gleichartige Elemente oder Bauteile.
Ausführungsform 1:
1 ist eine Querschnittansicht, die eine elektrische Servolenkungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil des Innenraums der elektrischen Servolenkungsvorrichtung gemäß 1 zeigt.
In diesen Figuren umfasst ein elektrischer Motor 1 in Form eines dreiphasigen, bürstenlosen Motors dieser elektrischen Servolenkungsvorrichtung eine Abtriebswelle 2, einen Rotor 4 mit einem Permanentmagneten 3, der acht magnetische Pole aufweist, die fest an der Abtriebswelle 2 befestigt sind, einen Stator 5, der um den Rotor 4 angeordnet ist, und einen Drehpositionssensor 6, der an einer Abtriebsseite der Abtriebswelle 2 zum Erfassen der Drehposition des Rotors 4 positioniert ist.
Der Stator 5 umfasst zwölf ausgeprägte Pole 7, die gegenüber dem Außenumfang des Permanentmagneten 3 angeordnet sind, Isolatoren 8, die an den entsprechenden ausgeprägten Polen 7 befestigt sind, und Ankerwicklungen 9, die um den Isolator 8 gewickelt und mit den drei Phasen U, V und W verbunden sind. Die drei Endbereiche der Ankerwicklungen 9 sind jeweils mit drei Wicklungsanschlüssen 10 verbunden, die sich in einer axiale Richtung an der Abtriebsseite der Abtriebswelle 2 erstrecken.
Der Drehpositionssensor 6 ist aus einem Drehmelder gebildet und umfasst einen Drehmelderrotor 6a und einen Drehmelderstator 6b. Der Außendurchmesser oder die Kontur des Drehmelderrotors 6a ist in einer speziellen Kurve ausgebildet, so dass der magnetische Leitwert eines diametralen Zwischenraums oder Säules zwischen dem Drehmelderstator 6b und dem Drehmelderstator 6a sich in einer sinusförmigen Weise bei einem relativen Winkel zwischen diesen ändert. Eine Anregungsspule und zwei Gruppen von Ausgangsspulen sind um den Drehmelderstator 6b zum Erfassen einer Änderung des diametralen Säules zwischen dem Drehmelderrotor 6a und dem Drehmelderstator 6b gewickelt, um auf diese Weise zweiphasige Ausgangsspannungen zu erzeugen, die sich entsprechend in Form einer Sinuskurve und einer Kosinuskurve ändern.
Der elektrische Motor 1 ist fest an einem Geschwindigkeitsabnahmemechanismus in Form eines Untersetzungsgetriebes 11 befestigt. Das Untersetzungsgetriebe 11 umfasst ein Getriebegehäuse 13, an dem ein Gehäuse 12 des elektrischen Motors 1 befestigt ist, einen Schneckenantrieb 14, der in dem Getriebegehäuse 13 zum Verlangsamen der Drehung der Abtriebswelle 2 angeordnet ist, und ein Schneckenrad 15, das mit dem Schneckenantrieb 14 in Eingriff ist. Der Schneckenantrieb 14 ist an seinem Endbereich nahe dem elektrischen Motor 1 mit einer Keilverzahnung ausgebildet. Eine Kupplung 16, an deren Innenseite eine Keilverzahnung ausgebildet ist, ist mit Hilfe eines Presssitzes in einem Endbereich der Abtriebswelle 2 nahe dem Untersetzungsgetriebe 11 angeordnet. Auf diese Weise werden die Kupplung 16 und der eine Endbereich des Schneckenantriebs 14 über ihre Keilverzahnung miteinander verbunden, so dass ein Drehmoment von dem elektrischen Motor 1 auf den Schneckenantrieb 11 mit Hilfe der Kupplung 16 übertragen werden kann.
Die Steuereinheit 20 zum Steuern des Vortriebs des elektrischen Motors 1 ist fest an einer Klammer 12a gehalten, die an einem oberen Bereich des Gehäuses 12 des elektrischen Motors 1 ausgebildet ist. Die Steuereinheit 20 umfasst einen Kühlkörper 21, der die Form eines Kastens aufweist und aus Aluminium mit einer hohen Leitfähigkeit hergestellt ist, ein Metallsubstrat 22, das in dem Kühlkörper 21 angeordnet ist, einen Deckel 23 aus Aluminium, der mit dem Kühlkörper 21 zusammenwirkt, um das Metallsubstrat 22 aufzunehmen, etc. in seinem Inneren sowie ein Verbindungselement. Der Kühlkörper 21, das Metallsubstrat 22 und der Deckel 23 sind parallel zu der axialen Richtung des elektrischen Motors 1 angeordnet.
Auf dem Metallsubstrat 22 ist ein Antriebshauptkörper 20a an der Abtriebsseite (d.h. an der Seite nahe dem Getriebegehäuse 13) des elektrischen Motors 1 befestigt, und ein Steuerhauptkörper 20b ist an der gegenüberliegenden Seite (d.h. an der Seite entfernt von dem Getriebegehäuse 13) angeordnet, wie in 1 gezeigt ist. Der Antriebshauptkörper 20a umfasst Hochstromteile, wie beispielsweise Halbleiterschaltelemente (beispielsweise FET) Q1 bis Q6, die einen dreiphasigen Brückenkreis zum Schalten eines Motorstroms des elektrischen Motors 1 bilden, Kondensatoren 30, die Wellen des Motorstroms absorbieren, einen Shunt-Widerstands 31, der den Strom des elektrischen Motors 1 erfasst, und dergleichen. Ein wärmeleitfähiges Blech 29 mit hoher Leitfähigkeit und sehr guter Flexibilität ist zwischen der oberen Oberfläche jedes Kondensators 30 und der inneren Wandoberfläche des Deckels 23 eingesetzt.
Der Steuerhauptkörper 20b umfasst Schwachstromteile, wie beispielsweise einen Mikrocomputer 32, einen Steuerkreis (nicht gezeigt), ein Nebenschaltungselement, das einen Motorstromerfassungskreis (nicht gezeigt) aufweist, etc. Der Mikrocomputer 32 berechnet basierend auf dem Motorstrom, der durch ein Ende des Shunt-Widerstands 31 zum Motor 1 fließt und durch den Motorstromerfassungskreis (nicht gezeigt) erfasst wird, und auf einem Steuermomentsignal von einem Momentsensor (nicht gezeigt) ein Hilfsmoment und berechnet einen Strom entsprechend dem Hilfsmoment, indem der Motorstrom und die Drehposition des Rotors 4, die durch den Drehpositionssensor 6 erfasst wird, rückgeführt werden. Daraufhin gibt der Mikrocomputer 32 Steuersignale aus, um die Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q6 des Brückenkreises zu steuern.
Ferner umfasst der Mikrocomputer 32, auch wenn es nicht dargestellt ist, eine bekannte Selbstdiagnosefunktion zusätzlich zu einem A/D-Wandler, einen PWM-Zeitgeberkreis, etc. und führt stets eine Selbstdiagnose durch, um zu bestimmen, ob das System normal arbeitet, wobei es den Motorstrom unterbrechen kann, wenn eine Abnormalität auftritt.
3 ist eine Querschnittansicht von wesentlichen Bereichen des Metallsubstrats 22. Das Metallsubstrat 22 umfasst beispielsweise ein AGSP-(eingetragene Marke der Daiwa Co., Ltd.)-Substrat, bei dem ein Verdrahtungsmuster 26a, wie beispielsweise ein 35 μm dickes Kupfermuster, über eine 80 μm dicke Wärmeabfuhrisolierschicht auf einer Metallplatte 24 aus 2 mm dickem Aluminium ausgebildet ist. Auf die Metallplatte sind vier Zwischenisolierschichten 27a, 27b, 27c, 27d mit jeweils einer Dicke von 60 μm und vier Verdrahtungsmuster 26b, 26c, 26d, 26e aus 35 μm dickem Kupfer laminiert, und zwar abwechselnd jeweils übereinander. Entsprechend setzen sich die Verdrahtungsmuster 26a bis 26e aus fünf Leiterschichten zusammen.
Auf dem Verdrahtungsmuster 26e, also an der Oberseite der obersten Schicht des Metallsubstrats 22, sind mehrere Hochstromteile, wie beispielsweise die Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q6, etc., und mehrere Schwachstromteile, wie beispielsweise der Mikrocomputer 32 oder dergleichen, mittels Löten befestigt.
Zwischen den benachbarten Leiterschichten der Verdrahtungsmuster 26a bis 26e, die gegenüber den Wärmeabfuhrplatten (Wärmeverteiler) hs der Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q6 angeordnet sind, sind Hauptstrommetallsäulen 28a in einer Reihe in der Dickenrichtung des Metallsubstrats 22 ausgebildet. Ferner sind Steuerkreismetallsäulen 28b zwischen den Leiterschichten der Verdrahtungsmuster 26a bis 26e ausgebildet, die gegenüber dem Mikrocomputer 32 angeordnet sind.
Es ist erforderlich, Wärme und große Ströme in der Nähe der einzelnen Hochstromteile zu leiten, die den Antriebshauptkörper 20a bilden, so dass es wünschenswert ist, dass die Hauptstrommetallsäulen 28a jeweils eine möglichst große Querschnittsfläche aufweisen.
Im Gegensatz dazu ist es bei den Schwachstromteilen, die den Steuerhauptkörper 20b bilden, wünschenswert, dass die Steuerkreismetallsäulen 28b jeweils eine möglichst kleine Querschnittsfläche aufweisen, um die Spannung zu reduzieren, die in den gelöteten Bereichen der Bauteile aufgrund einer Temperaturänderung erzeugt werden. Entsprechend ist die Querschnittsfläche jeder der Hauptstrommetallsäulen 28a größer als die Querschnittsfläche jeder der Steuerkreismetallsäulen 28b ausgebildet. Es wird insbesondere bevorzugt, dass jede der Steuerkreismetallsäulen 28b einen kleineren Durchmesser als ein Durchmesser von 0,4 mm einer kreisförmige Querschnittsfläche aufweist.
Der Antriebshauptkörper 20a und der Steuerhauptkörper 20b sind auf dem einzelnen Metallsubstrat 22 angeordnet und miteinander elektrisch mit Hilfe der Verdrahtungsmuster 26a bis 26e, der Hauptstrommetallsäulen 28a und der Steuerkreismetallsäulen 28b verbunden, so dass die Signalübertragung zwischen dem Steuerhauptkörper 20b und dem Antriebshauptkörper 20a über die Verdrahtungsmuster 26a bis 26e, die Hauptstrommetallsäulen 28a und die Steuerkreismetallsäulen 28b erfolgt.
Ferner ist nur ein Überprüfungsmuster zum Überprüfen des Metallsubstrats 22, nachdem die Komponenten auf diesem befestigt wurden, als das Verdrahtungsmuster 26e auf der oberen Schicht ausgebildet, und die auf der Metallplatte 22 befestigten Teile sind elektrisch miteinander mit Hilfe von vier Schichten von Verdrahtungsmustern 26a bis 26d mit Ausnahme des obersten Verdrahtungsmusters 26e verbunden.
Bei dem Metallsubstrat 22 ist die oberste Isolierschicht 27d aus einem Material ausgebildet, dessen Elastizitätsmodul geringer als diejenigen der anderen Isolierschichten 27a bis 27c ist. Die Isolierschicht 27d mit einem kleinen Elastizitätsmodul dient zum Reduzieren der Spannung, die an den gelöteten Bereichen in Form von hartgelöteten Bereichen der Teile der Verwendungsumgebung eines motorisierten Fahrzeugs erzeugt wird, beispielsweise aufgrund einer Temperaturänderung zwischen –40°C und 125°C, wodurch die Verlässlichkeit der Bindung oder Verbindung der gelöteten Bereiche der Teile verbessert wird.
Ferner sind bei der Metallplatte 22 weder irgendwelche Hauptstrommetallsäulen 28a noch irgendwelche Steuerkreismetallsäulen 28b in der Wärmeabfuhrisolierschicht 25 angeordnet, so dass die Wärmeabfuhrisolierschicht 25 selbst Wärme abstrahlen muss. Daher ist die Wärmeabfuhrisolierschicht 25 aus einem Material hergestellt, dessen thermische Leitfähigkeit höher als die der Isolierschicht 27a bis 27d ist.
Vorliegend sollte klar sein, dass jede der Hauptstrommetallsäulen 28a in mehrere Untersäulen unterteilt sein kann, die jeweils einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Ferner kann, wenn es die Wärmebeständigkeit der Kondensatoren 30 erlaubt, auf das wärmeleitende Blech 29 verzichtet werden.
Wie in 3 gezeigt ist, sind auf dem obersten Verdrahtungsmuster 26e in dem Umfangsbereich des Metallsubstrats 22 Schweißpadbereiche 26ew ausgebildet, an die jeweils ein Endbereich eines entsprechenden Leistungsmetallelementes Fp aus 100 μm dickem Kupfer geschweißt wird. Jeder Schweißpadbereich 26ew weist eine untere Oberfläche auf, die mit einer oberen Oberfläche des zweitobersten Verdrahtungsmusters 26d mit Hilfe einer Schweißmetallsäule 28c verbunden ist. Ferner sind Schweißmetallsäulen 28c in einer Reihe in der Dickenrichtung des Metallsubstrats 22 zwischen den benachbarten Leiterschichten der Verdrahtungsmuster 26a bis 26d angeordnet.
Um die Schweiß- oder Durchdringungstiefe (aufgeschweißten oder geschmolzenen Bereiche) beim Schweißen jedes Leistungsmetallelementes Fp und eines entsprechenden Schweißpadbereichs 26ew zu verbessern, ist eine Schweißmetallsäule 28c zwischen der unteren Oberfläche des Schweißpadbereichs 26ew und der oberen Oberfläche des zweitobersten Verdrahtungsmusters 26d angeordnet.
Jedes Leistungsmetallelement Fp ist an einem Ende mit einem entsprechenden Schweißpadbereich 26ew mittels Laserschweißen verbunden, wodurch der eine Endbereich des Leistungsmetallelementes Fp, die entsprechende Schweißmetallsäule 28c und der entsprechende Schweißpadbereich 26ew geschweißt oder geschmolzen und miteinander verbunden werden. Vorliegend sollte klar sein, dass das Laserschweißen jedes aus Kupfer bestehenden Leistungsmetallelementes Fp beispielsweise mit Hilfe eines Grünlaserschweißers unter Verwendung eines YAG-Lasers mit Frequenzdopplung (eine Schwingungswellenlänge beträgt 532 Nanometer) von MIYACHI CORPORATION durchgeführt werden kann. Wenn die Wellenlänge eines Laserstrahls 532 Nanometer oder weniger beträgt, wo Kupfer eine geringere Reflektion aufweist, kann das Schweißen der Kupferelemente ferner in einfacher Art und Weise mit Hilfe des Laserschweißers durchgeführt werden.
Wie in 3 gezeigt ist, weist das Metallsubstrat 22 Löcher 22c auf, die in dem Umfangsbereich des Metallsubstrats 22 ausgebildet sind, und das Metallsubstrat 22 ist fest an dem Kühlkörper 21 mit Hilfe von Schrauben 70, die in diese Löcher 22c geschraubt sind, gehalten. Um jedes Loch 22c sind mehrere Befestigungsmetallsäulen 28d angeordnet, die zwischen benachbarten Schichten der Verdrahtungsmuster 26a bis 26e in einer Reihe in der Dickenrichtung des Metallsubstrats 22 positioniert sind. Die Befestigungsmetallsäulen 28d sind unter einer Stützfläche des Kopfes jeder Schraube 70 angeordnet, so dass eine Kraft, die durch Anziehen der entsprechenden Schraube 70 erzeugt wird, die Metallsäulen 28d fixiert.
Obwohl die Metallplatte 24 bei dieser Ausführungsform aus Aluminium hergestellt ist, kann auch ein AlSiC-Material verwendet werden, bei dem Siliziumcarbidpartikel in einem Aluminiummaterial verteilt sind. Das AlSiC-Material ist teurer als Aluminium, weist jedoch eine größere Festigkeit auf, so dass die Dicke der Metallplatte 24 dünner als die einer Aluminiumplatte ausgeführt werden kann, wobei bevorzugt ist, dass die Dicke in einem Bereich von im Wesentlichen zwischen 1,4 mm und 1,6 mm gewählt wird.
Ferner weist das AlSiC-Material einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Aluminium auf, so dass die Verlässlichkeit der Lötverbindung oder der Verbindung der Teile, die an dem Metallsubstrat 22 mit Hilfe von Löten befestigt sind, verbessert werden kann. Wenn AlSiC-Material für die Metallplatte 24 verwendet wird, ist es bevorzugt, dass ein AlSiC-Material mit einem ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten für den Kühlkörper 21 verwendet wird.
Ein Rahmen 40 mit einer leitenden Platte 41, die als Einsatz in ein Isolierharz geformt ist, ist an einer Seite des Metallsubstrats 22 angeordnet, und die leitfähige Platte 41 ist an einem ihrer Enden, das nicht von dem Isolierharz bedeckt ist, mit Motoranschlüssen Mm ausgebildet. Die Motoranschlüsse Mm stehen von entsprechenden Löchern 21a, die in dem Kühlkörper 21 ausgebildet sind, vor, so dass sie in den elektrischen Motor 1 eingesetzt und elektrisch mit den Wicklungsanschlüssen 10 mit Hilfe von Schrauben 74 entsprechend verbunden sind.
Die leitfähige Platte 41 ist an ihrem anderen Ende, das nicht von dem Isolierharz bedeckt ist, mit Motorpadbereichen 41p in Form von Verbindungsanschlüssen ausgebildet. Das andere Ende jedes Leistungsmetallelementes Fp ist mit einem entsprechenden Motorpadbereich 41p mittels Laserschweißen verschweißt. Auf diese Weise wird der Leistungshauptkörper 20a, der den Brückenkreis aufweist, elektrisch mit dem elektrischen Motor 1 über die Leistungsmetallelemente Fp verbunden.
Wie in 2 gezeigt ist, sind beispielsweise drei Leistungsmetallelemente Fp vorgesehen, die nebeneinander zwischen dem Metallsubstrat 22 und dem Rahmen 40 angeordnet sind. Die einzelnen Leistungsmetallelemente Fp sind breit ausgebildet, um große Motorströme zu den Ankerwicklungen 9 der drei Phasen U, V und W des elektrischen Motors 1 über die entsprechenden Motoranschlüsse Mm zu leiten.
Ferner ist der Rahmen 40 mit einem Sensorverbindungselement (nicht gezeigt) ausgebildet, das sechs Sensoranschlüsse (nicht gezeigt) aufweist, die in einem Isolierharz ausgeformt und in einem Verbindungselement (nicht gezeigt) für den Drehpositionssensor 6 angeordnet sind, um von diesem ein Signal zum Mikrocomputer 32 zu senden. Jeder Sensoranschluss (nicht gezeigt) ist an einem seiner Enden mit einem Sensorpadbereich Sp ausgebildet, der von dem Isolierharz vorsteht, ähnlich wie die Motorpadbereiche 41p, und jedes der Signalmetallelemente Fs weist einen Endbereich auf, der mit einem entsprechenden Sensorpadbereich Sp in Form eines Verbindungsanschlusses mittels Laserschweißen verschweißt ist, wobei das andere Ende an einem Schweißpadbereich des Verdrahtungsmusters 26e der obersten Schicht befestigt ist. Entsprechend sind der Mikrocomputer 32, der den Steuerhauptkörper 20b bildet, und die Sensoranschlüsse elektrisch miteinander über sechs Signalmetallelemente Fs verbunden, die nebeneinander angeordnet sind.
Ferner weist der Rahmen 40 einen Erdungsanschluss auf, der in einem Isolierharz eingebettet ist, um einen Erdungsanschluss (nicht gezeigt) an dem Metallsubstrat 20 mit dem Kühlkörper 21 zu verbinden. Der Erdungsanschluss des Rahmens 40 ist an einem seiner Enden mit einem Erdungspadbereich Gp in der Form eines Verbindungsanschlusses ausgebildet, der von dem Isolierharz vorsteht, ähnlich wie die Motorpadbereiche 41p und die Sensorpadbereiche Sp. Ein Ende des Erdungsmetallelementes Fg ist mittels Laserschweißen mit dem Erdungspadbereich Gp verbunden, und das andere Ende ist mit einem Erdungsanschluss auf dem Metallsubstrat 20 verbunden.
Die Verbindungseinheit 44 ist nahe einem hinteren Ende des elektrischen Motors 1 an einer Seite gegenüber dem Getriebegehäuse 13 angeordnet. Die Verbindungseinheit 44 umfasst ein Leistungsverbindungselement, das elektrisch mit einer Batterie (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs verbunden ist, sowie ein Signalverbindungselement, zu dem und von dem ein Signal eines Momentsensors (nicht gezeigt) und andere Signale über eine externe Verdrahtung von und zu einem Fahrzeug gesendet werden. Ferner umfasst die Verbindungseinheit 44 ein Verbindungsgehäuse 47 und einen Verbindungsrahmen 48, der in dem Verbindungsgehäuse 47 aufgenommen ist, und ist fest an dem Kühlkörper 21 an einer Seite gegenüber dem Metallsubstrat 22 befestigt. Das Verbindungsgehäuse 47 umfasst ein Gehäuse des Leistungsverbindungselementes und ein Gehäuse des Signalverbindungselementes, die einteilig aus einem Isolierharz ausgebildet sind. Der Verbindungsrahmen 48 umfasst eine leitende Platte mit einem Leistungszuführpadbereich (nicht gezeigt), der an seinem einen Ende zur Stromzufuhr zu dem Leistungshauptkörper 20a des Metallsubstrats 22 ausgebildet ist, eine leitende Platte mit einem Leistungsverbindungsanschluss, der an einem Ende ausgebildet ist, mehreren leitenden Platten, die weitere Verdrahtungsmuster bilden, und einen Signalanschluss 50, an dessen einem Ende ein Signalverbindungsanschluss und an dessen anderem Ende ein Padbereich 50p ausgebildet ist, wobei die leitenden Platten und der Signalanschluss in einem Isolierharz eingebettet sind.
Der Verbindungsrahmen 48 umfasst einen Leistungsverbindungsanschluss (nicht gezeigt), einen Signalverbindungsanschluss 50a, elektrisch verbundene Bereiche der leitenden Platten, einen Leistungszuführpadbereich (nicht gezeigt), einen Signalpadbereich 50p, etc., die von dem Isolierharz vorstehen. Die Signalmetallelemente Fs sind an dem Signalpadbereich 50p und an den Schweißpadbereichen 26ew auf dem Metallsubstrat 20 mittels Laserschweißen befestigt. Auch wenn es nicht gezeigt ist, sind die Leistungsmetallelemente Fp an dem Leistungszuführpadbereich (nicht gezeigt) und den Schweißpadbereichen 26ew auf dem Metallsubstrat 20 mittels Laserschweißen befestigt.
Auch wenn die Metallelemente Fp, Fs, Fg bei der vorliegenden Ausführungsform aus Kupfer hergestellt sind, können sie anstelle dessen auch aus einer Kupferlegierung mit hoher Leitfähigkeit erzeugt sein. Wenn die Leistungsmetallelemente Fp aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung mit einer hohen Leitfähigkeit hergestellt sind, ist der elektrische Widerstand eines Weges in der Steuereinheit 20, durch den ein großer Strom fließt, gering. Selbst wenn der große Strom durch die Leistungsmetallelemente Fp strömt, wird die durch den großen Strom erzeugte Wärme ferner zu den Schweißpadbereichen 26ew und den Schweißmetallsäulen 28c geleitet, so dass die Wärmeerzeugung der Leistungsmetallelemente Fp unterdrückt werden kann.
An dem Verbindungsrahmen 48 sind eine Spule 54 und ein Kondensator 56 befestigt, die verhindern, dass die elektromagnetische Störung, die durch die Schaltoperation der Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q6 des Leistungshauptkörpers 20a erzeugt werden, nach außen dringt, und sie sind mit den leitenden Platten des Verbindungsrahmens 48 verbunden. Die Spule 54 ist in den Verbindungsrahmen 48 eingesetzt und von diesem gehalten, wobei ihre Enden oder Anschlüsse mittels Schweißen mit den leitenden Platten, die von dem Isolierharz vorstehen, elektrisch verbunden sind.
Ferner ist der Verbindungsrahmen 48 mit einem Kondensatoraufnahmebereich 48a, der den Kondensator 56 aufnimmt, ausgebildet, und Teile eines Paars von leitenden Platten stehen an einer Endseite des Kondensatoraufnahmebereichs 48a von dem Isolierharz vor, so dass die so freigelegten, leitenden Platten mit den entsprechend gegenüberliegenden Enden des Kondensators 56 verbunden sind.
Der Verbindungsrahmen 48 ist ferner mit einem konkaven Bereich 48b ausgebildet, in den der Leistungsverbindungsanschluss (nicht gezeigt) und der Signalverbindungsanschluss 50a vorstehen, und das Verbindungsgehäuse 47 ist an seinem Eingangsbereich mit einem konvexen Bereich 47a ausgebildet, in den der Leistungsverbindungsanschluss (nicht gezeigt) und der Signalverbindungsanschluss 50a eingesetzt werden. Ein Harzklebstoff in der Form eines Silikonklebstoffmaterials 66 ist in einen Spalt, der zwischen dem konkaven Bereich 48b und dem konvexen Bereich 47a ausgebildet ist, gefüllt, wobei das Verbindungsgehäuse 47 vollständig in den Verbindungsrahmen 48 eingesetzt ist, wodurch die Luftdichtheit zwischen dem Leistungsverbindungsanschluss (nicht gezeigt), dem Signalverbindungsanschluss 50a und dem Verbindungsgehäuse 47 erzeugt wird. Vorliegend sollte klar sein, dass der Leistungsverbindungsanschluss zwar nicht dargestellt ist, dass er jedoch einen ähnlichen Aufbau wie der in 1 dargestellt Signalverbindungsanschluss 50a aufweist.
Der Kühlkörper 21 umfasst einen konkaven Bereich 21c, der in einem Bereich ausgebildet ist, an dem der Verbindungsrahmen 48 befestigt wird, wobei der konkave Bereich 21c und der Kondensator 56 einander gegenüber angeordnet sind. Das Silikonklebstoffmaterial 66 wird in einen Spalt zwischen dem konkaven Bereich 21c des Kühlkörpers 21 und dem Kondensator 56 gefüllt, so dass der Kondensator 56 fest an dem Kühlkörper 21 gehalten ist. Vorliegend sollte klar sein, dass das Verbindungselement 44, der Kühlkörper 21 und der Deckel 23, die in 1 gezeigt sind, umgekehrt gehalten werden, wenn das Silikonklebstoffmaterial 66 in den Spalt zwischen den konkaven Bereich 48b und den konvexen Bereich 47a gefüllt wird, oder wenn das Silikonklebstoffmaterial 66 in den Spalt zwischen den konkaven Bereich 21c und den Kondensator 56 gefüllt wird.
Nachfolgend wird der Montageprozess der elektrischen Servolenkungsvorrichtung mit dem zuvor beschriebenen Aufbau näher erläutert.
Zunächst wird der elektrische Motor 1 zusammengebaut, wozu der Permanentmagnet 3 fest an der Abtriebswelle 2 und dann mit Hilfe eines Magnetisierers zu acht Polen magnetisiert wird, woraufhin ein innerer Laufring eines Lagers 60 unter Erzeugung einer Pressverbindung auf der Abtriebswelle 2 angeordnet wird, um den Rotor 4 zu bilden.
Anschließend werden die einzelnen Ankerwicklungen 9 der U-, V- und W-Phasen um die entsprechenden zwölf ausgeprägten Pole 7 des Stators 5 durch die Isolatoren 8 an in einem elektrischen Winkel von 120 Grad zueinander versetzten Positionen gewickelt, so dass vier Wicklungen für jede U-, V- und W-Phase, also insgesamt 12 Wicklungen, vorgesehen werden. Die entsprechenden Wicklungsanfangsenden und Wicklungsabschlussenden der U-Phasenwicklungsbereiche sind miteinander verbunden, um eine Gesamt-U-Phasen-Ankerwicklung zu erzeugen, und die V-Phasen- und W-Phasen-Ankerwicklungen werden auf die gleiche Art und Weise erzeugt. Nach der Bildung der Ankerwicklungen der U-, V- und W-Phasen werden deren Wicklungsabschlussenden gegenseitig miteinander verbunden, um einen neutralen Punkt zu erzeugen, wohingegen die Wicklungsanfangsenden der Ankerwicklungen der U-, V- und W-Phasen mit den entsprechenden Wicklungsenden 10 verbunden werden. Anschließend wird der Stator 5 mit den so erzeugten Wicklungen in das Gehäuse 12 eingesetzt und fixiert.
Nachdem ein äußerer Lagerring eines Lagers 61 fest mit dem Gehäuse 12 verbunden wurde, wird anschließend der Stator 6b des Drehpositionssensors 6 fest mit dem Gehäuse 12 verbunden. Dann wird die Abtriebswelle 2 des Rotors 4 in einen Innenring des Lagers 61 eingesetzt. Nachdem ein Abstandselement 62 mit Hilfe einer Pressverbindung an der Abtriebswelle 2 angeordnet wurde, wird die Abtriebswelle 2 an dem Innenring des Lagers 61 befestigt. Ferner werden der Rotor 6a des Drehpositionssensors 6 und die Kupplung 16 mittels einer Pressverbindung auf der Abtriebswelle 2 angeordnet, und eine Endabdeckung 64 wird mit einem an dieser befestigten Gummiring 63 in das Gehäuse 12 von der hinteren Seite des Elektromotors 1 eingesetzt und fest an dem Gehäuse 12 mit Hilfe von Schrauben (nicht gezeigt) befestigt.
Nachfolgend wird die Montage der Steuereinheit 20 genauer beschrieben.
Zunächst werden Komponententeile, wie beispielsweise die Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q6, die Kondensatoren 30, die Shunt-Widerstände 31, etc., die zusammen den Leistungshauptkörper 20a bilden, und Komponententeile, wie beispielsweise der Mikrocomputer 32, seine peripheren Schaltungselemente, etc., die den Steuerhauptkörper 20b bilden, auf dem Metallsubstrat 22 befestigt, wobei die einzelnen Elektroden mit einem cremeartigen Lot beschichtet werden, und das cremeartige Lot wird unter Verwendung einer Reflow-Lötanlage gelötet oder geschmolzen, so dass die zuvor genannten Komponententeile an die Elektroden des Metallsubstrats 22 gelötet werden.
Ferner werden die Kondensatoren 56 in den Kondensatoraufnahmebereichen 48a des Verbindungsrahmens 48 aufgenommen, und die Anschlüsse der Kondensatoren 56 werden mittels Schweißen an den leitenden Platten befestigt, die in dem Isolierharz freiliegen.
Anschließend wird die Spule 54 in den Verbindungsraum 48 eingesetzt. Nach dem Einsetzen der Spule 54 steht der Anschluss 54a von dem Verbindungsrahmen 48 vor und wird mittels Schweißen an einer leitenden Platte, die in dem Isolierharz freiliegt, befestigt. Danach wird der Verbindungsrahmen 48, mit dem die Spule 54 und die Kondensatoren 56 verbunden sind, fest an der Außenseite des Kühlkörpers 21 mit Hilfe von Schrauben (nicht gezeigt) befestigt. Der konkave Bereich 21c des Kühlkörpers 21 ist gegenüber den mit dem Verbindungsrahmen 48 verbundenen Kondensatoren 56 angeordnet, und das Silikonklebstoffmaterial 66 wird in eine Nut zwischen dem konkaven Bereich 21c des Kühlkörpers 21 und den konkaven Bereich 48b des Verbindungsrahmens 48 gefüllt. Dann wird das Verbindungsgehäuse 47 in den Verbindungsrahmen 48 eingesetzt und mit Hilfe von Schrauben 65 an dem Kühlkörper 21 befestigt.
Das Silikonklebstoffmaterial 66 wird in den Spalt gefüllt, der zwischen dem konkaven Bereich 48b des Verbindungsrahmens 48 und dem konvexen Bereich 47a des Verbindungsgehäuses 47 ausgebildet ist, wodurch die Luftdichtheit zwischen dem Leistungsverbindungsanschluss (nicht gezeigt), dem Signalverbindungsanschluss 50a und dem Verbindungsgehäuse 47 sichergestellt wird. Dann wird das Silikonklebstoffmaterial 66 in den Spalt zwischen dem konkaven Bereich 21c des Kühlkörpers 21 und den Kondensatoren 56 gefüllt, so dass die Kondensatoren 56 fest an dem Kühlkörper 21 gehalten sind.
Anschließend wird der Rahmen 40 in den Kühlkörper 21 derart eingesetzt, dass die Motoranschlüsse Mm und das Sensorverbindungselement (nicht gezeigt) von dem Loch 21a in den Kühlkörper 21 nach außen vorstehen, und der Rahmen 40 wird mit Hilfe von Schrauben (nicht gezeigt) an der Innenseite des Kühlkörpers 21 befestigt. Dann wird das Metallsubstrat 22 mit den daran gehaltenen Metallen fest an dem Kühlkörper 21 mit Hilfe von Schrauben 70 befestigt. Genauer gesagt, werden die Schrauben 70 in die Löcher 22c eingesetzt, die in dem Metallsubstrat 22 an insgesamt sechs Positionen einschließlich seiner vier Ecken und zwei Positionen, die den Leistungshauptkörper 20a umgeben, eingesetzt, wodurch das Metallsubstrat 22 fest an dem Kühlkörper 21 gehalten ist. Anschließend werden die Leistungsmetallelemente Fp und die Motorpadbereiche 41p des Rahmens 40 mittels Laserschweißen miteinander verbunden, und die flexiblen Leistungsmetallelemente Fp werden in einer gewinkelten Art und Weise gebogen, wie es in 3 gezeigt ist, so dass die Leistungsmetallelemente Fp und die Schweißpadbereiche 26ew des Metallsubstrats 22 mittels Laserschweißen elektrisch miteinander verbunden werden.
Ferner werden das Laserschweißen der Signalmetallelemente Fs und der Sensorpadbereiche Sp, das Laserschweißen der Signalmetallelemente Fs und der Schweißpadbereiche 26ew, das Laserschweißen des Erdungsmetallelementes Fg und des Erdungspadbereichs Gp und das Laserschweißen des Erdungsmetallelementes Fg und der Schweißpadbereiche 26ew ebenfalls in der zuvor beschriebenen Art und Weise durchgeführt. Anschließend werden auch das Laserschweißen der Signalmetallelemente Fs und des Signalpadbereichs 50p des Verbindungsrahmens 48 und das Laserschweißen der Signalmetallelemente Fs und der Schweißpadbereiche 26ew in der zuvor beschriebenen Art und Weise durchgeführt. Zudem wird das Laserschweißen der Leistungsmetallelemente Fp und des Leistungszuführpadbereichs (nicht gezeigt) des Verbindungsrahmens 48 und das Laserschweißen der Leistungsmetallelemente Fp und der Schweißpadbereiche 26ew in ähnlicher Weise wie zuvor beschrieben durchgeführt. Vorliegend sollte klar sein, dass die Metallelemente Fp, Fs, Fg in gewinkelter Art und Weise gebogen werden, um eine übermäßig große Wärmedehnung, die aufgrund einer Temperaturänderung der Vorrichtung auf die lasergeschweißten Bereiche ausgeübt wird, zu verhindern. Dann wird der Deckel 23 mit einer auf diesen vorbeschichteten und verfestigten Dichtung 71 an einem Öffnungsbereich des Kühlkörpers 21 angeordnet und mit Hilfe von Schrauben 72 an den Kühlkörper 21 befestigt.
Anschließend werden der elektrische Motor 1 und die Steuereinheit 20, die, wie zuvor beschrieben, separat voneinander montiert wurden, zusammengebaut. Eine vorbeschichtete Dichtung 73 wird zuvor auf die Außenseite des Kühlkörpers 21 der Steuereinheit 20 beschichtet und verfestigt, und die Steuereinheit 20 wird mit Hilfe von Schrauben (nicht gezeigt) fest an der Klammer 12a angeordnet. Zu diesem Zeitpunkt werden die gepaarten Oberflächen des Elektromotors 1 und der Steuereinheit 20 durch die vorbeschichtete Dichtung 73 abgedichtet.
Dann werden die Wicklungsanschlüsse 10 des Elektromotors 1 und die Motoranschlüsse Mm der Steuereinheit 20 mit Hilfe von Schrauben 74 aneinander befestigt, so dass sie elektrisch miteinander verbunden sind. Schließlich wird das Verbindungselement (nicht gezeigt) von dem Drehpositionssensor 6 des elektrischen Motors 1 an einem Sensorverbindungselement (nicht gezeigt) der Steuereinheit 20 befestigt, um zwischen diesen eine elektrische Verbindung zu schaffen, und die Montage der elektrischen Servolenkungsvorrichtung ist beendet.
Wie zuvor beschrieben wurde, sind gemäß der elektrischen Servolenkungsvorrichtung dieser ersten Ausführungsform der Leistungshauptkörper 20a und der Steuerhauptkörper 20b auf dem Metallsubstrat 22 befestigt, und der Leistungshauptkörper 20a und der Steuerhauptkörper 20b sind mit Hilfe der Verdrahtungsmuster 26a bis 26e auf dem Metallsubstrat 22, den Leistungskreismetallsäulen 28a und den Leistungskreismetallsäulen 28b elektrisch miteinander verbunden. Somit ist kein externes Verbindungselement, das den Leistungshauptkörper 20a und den Steuerhauptkörper 20b verbindet, erforderlich, so dass die Größe sowie die Kosten der Vorrichtung reduziert werden können, und die Verlässlichkeit der Befestigung oder Verbindung zwischen dem Leistungshauptkörper 20a und dem Steuerhauptkörper 20b kann verbessert werden.
Ferner wird der Leistungskreis erzeugt, indem der Leistungshauptkörper 20a und die mehrschichtigen Verdrahtungsmuster 26a, 26b, 26c, 26d, 26e elektrisch miteinander verbunden werden, so dass die Länge eines elektrischen Weges, durch den Strom fließt, abnimmt, wodurch der elektrische Leistungsverlust reduziert und die Erzeugung von elektromagnetischen Störungen unterdrückt werden können.
Zwischen den benachbarten Schichten der Verdrahtungsmuster 26a bis 26e in Bereichen, in denen wenigstens Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q6 an dem Metallsubstrat 22 befestigt sind, insbesondere in Bereichen gegenüber den wärmeabgebenden Platten (Wärmeverteiler) hs der Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q6, sind die Leistungskreismetallsäulen 28a in einer Reihe in der Dickenrichtung des Metallsubstrats 22 ausgebildet. Somit wird die von den Halbleiterschaltelementen Q1 bis Q6 erzeugte Wärme zu der Metallplatte 24 in einer geradlinigen Weise geleitet, so dass die Wärmeabfuhr des Metallsubstrats 22 verbessert werden kann.
Ferner ist die Querschnittsfläche jeder der Leistungskreismetallsäulen 28a, an der Hochstromteile, wie beispielsweise Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q6, etc., befestigt sind, größer als die Querschnittsfläche jeder der Leistungskreismetallsäulen 28b für Schwachstrom ausgebildet. Entsprechend können die Wärme und der große Strom des Leistungshauptkörpers 20a durch die Leistungskreismetallsäulen 28a geleitet werden, und die Spannung, die in den gelöteten Bereichen der Schwachstromteile des Leistungshauptkörpers 20b aufgrund einer Temperaturänderung der Umgebung, in der die Vorrichtung aufgestellt ist, erzeugt wird, kann reduziert werden, wodurch die Leistung, die Wärmebeständigkeit und die Haltbarkeit der Vorrichtung verbessert werden können.
Zudem ist jede der Steuerkreismetallsäulen 28b mit einem kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von 0,4 mm oder weniger ausgebildet, so dass die Spannung, die in den gelöteten Bereichen der Komponententeile des Steuerhauptkörpers 20b aufgrund einer Temperaturänderung in diesem erzeugt wird, reduziert werden kann, wodurch die Leistung, die Wärmebeständigkeit und die Haltbarkeit der Vorrichtung verbessert werden kann.
Die Verdrahtungsmuster 26a bis 26e umfassen bei dem Metallsubstrat 22 ferner fünf Leiterschichten, und jedes andere Verdrahtungsmuster als ein Überprüfungsmuster zum Überprüfen des Metallsubstrats 22, nachdem die Komponententeile auf diesem befestigt wurden, ist nicht in dem oberen oder obersten Verdrahtungsmuster 26e ausgebildet, wobei die Verdrahtungsmuster hauptsächlich in vier Schichten von der zweitobersten Schicht bis zur untersten oder unten angeordneten fünften Schicht ausgebildet sind. Entsprechend können Verdrahtungsmusterkomponenten, die in dem Verdrahtungsmuster 26e in der oberen oder obersten Schicht ausgebildet sind, verringert werden, wodurch die Außenabmessungen des Metallsubstrats 22 verkleinert werden können, weshalb auch die Gesamtgröße der Vorrichtung reduziert werden kann.
Ferner ist bei dem Metallsubstrat 22 die oberste Isolierschicht 27d aus einem Material ausgebildet, dessen Elastizitätsmodul geringer als das der anderen Isolierschichten 27a bis 27c ist. Entsprechend kann die Spannung, die in den gelöteten Bereichen der Teile aufgrund einer Temperaturänderung erzeugt wird, durch die Isolierschicht 27d mit einem kleineren Elastizitätsmodul reduziert werden, so dass die Wärmefestigkeit und die Haltbarkeit der Vorrichtung verbessert werden können.
Zudem ist bei dem Metallsubstrat 22 die wärmeabführende Isolierschicht 25 auf der Metallplatte 24 aus einem Material ausgebildet, dessen thermische Leitfähigkeit größer als die der Isolierschichten 27a bis 27d ist. Auf diese Weise kann die Wärme, die in den Wärme erzeugenden Teilen, beispielsweise in den Halbleiterschaltelementen Q1 bis Q6, etc. erzeugt wird, zu der Metallplatte 24 mit einer geringeren Wärmebeständigkeit geleitet werden, so dass die Wärmeabfuhr des Metallsubstrats 22 verbessert werden kann.
Zudem weist das Metallsubstrat 22 Löcher 22c auf, die in diesem ausgebildet sind, um es fest an dem Kühlkörper 21 anzuordnen, und um jedes Loch 22c sind mehrere Befestigungsmetallsäulen 28d angeordnet, die zwischen benachbarten Schichten der Verdrahtungsmuster 26a bis 26e auf individuellen Linien in der Dickenrichtung des Metallsubstrats 22 positioniert sind. Entsprechend wird die Befestigungskraft jeder Schraube 70, die durch ein entsprechendes Loch 22c eingesetzt und in den Kühlkörper 21 geschraubt wird, von der Lagerfläche ihres Kopfes auf die Befestigungsmetallsäulen 28d übertragen, so dass zwischen dem Kopf der Schraube 70 und dem Kühlkörper 21 nur die Wärme abführende Isolierschicht 25 als eine Harzschicht vorgesehen ist, weshalb die Schraube 70 schwer zu lösen ist, und das Metallsubstrat 22 kann den Kühlkörper 21 direkt berühren, wodurch die Wärmebeständigkeit und die Haltbarkeit der Vorrichtung verbessert werden können. Ferner wird die Wärme, die durch die Wärme erzeugenden Teile an dem Metallsubstrat 22 erzeugt wird, effizient zum Gehäuse 12 des elektrischen Motors 1 über den Kühlkörper 21 geleitet.
Einer der Endbereiche der Leistungsmetallelemente Fp und die Motorpadbereiche 41p des Rahmens 40 sind mittels Laserschweißen miteinander verbunden, und die anderen Endbereiche der Leistungsmetallelemente Fp und die Schweißpadbereiche 26ew, bei denen es sich um die metallsubstratseitigen Schweißpadbereiche des Metallsubstrats 22 handelt, sind mittels Laserschweißen miteinander verbunden, wodurch die Motorpadbereiche 41p und die Schweißpadbereiche 26ew durch die Leistungsmetallelemente Fp elektrisch miteinander verbunden werden. Somit sind die Leistungsmetallelemente Fp, die Motorpadbereiche 41p, die Leistungsmetallelemente Fp und der Schweißpadbereich 26ew jeweils mittels Löten oder Schmelzen miteinander verbunden, wodurch die Verlässlichkeit der Verbindung verbessert werden kann.
Ferner sind die Sensorpadbereiche Sp des Rahmens 40 und die Schweißpadbereiche 26ew des Metallsubstrats 22, der Erdungspadbereich Gp und die Schweißpadbereiche 26ew des Metallsubstrats 22, der Signalpadbereich 50p des Verbindungsrahmens 48 und die Schweißpadbereiche 26ew des Metallsubstrats 22 und der Leistungszuführpadbereich (nicht gezeigt) des Verbindungsrahmens 48 und die Schweißpadbereiche 26ew des Metallsubstrats 22 mit Hilfe der Metallelemente Fs, Fg, Fp durch gegenseitige Schmelzverbindung mittels Laserschweißen elektrisch miteinander verbunden, wie im Falle der Leistungsmetallelemente Fp, wodurch die Verlässlichkeit der Verbindung verbessert wird.
Zudem sind an dem oberen oder obersten Verdrahtungsmuster 26e des Metallsubstrats 22 Schweißpadbereiche 26ew ausgebildet, an welche die Metallelemente Fp, Fs, Fg geschweißt werden können, und eine untere Oberfläche jedes Schweißpadbereichs 26ew und eine obere Oberfläche des zweitobersten Verdrahtungsmusters 26d sind mittels einer entsprechenden Schweißmetallsäule 28c miteinander verbunden, und die Schweißflächen zwischen den Metallelementen Fp, Fs, Fg und den Schweißpadbereichen 26ew sind gegenüber den Schweißmetallsäulen 28c angeordnet. Auf diese Weise kann die Durchdringungstiefe (verbundenen oder geschmolzenen Bereiche) nach dem Schweißen der Metallelemente Fp, Fs, Fg und der Schweißpadbereiche 26ew vergrößert werden, so dass die Verlässlichkeit der Verbindung mittels Schweißen verbessert werden kann.
Da das Schweißen der Metallelemente Fp, Fs, Fg und der Schweißpadbereiche 26ew mittels Laserschweißen durchgeführt wird, kann die Wärme während des Schweißens auf die geschweißten Bereiche konzentriert werden, so dass der Einfluss der Wärme auf die Isolierschichten 27a bis 27d reduziert werden kann, weshalb es möglich ist, die Verlässlichkeit der Verbindung durch Schweißen zu verbessern.
Da das Laserschweißen der Metallelemente Fp, Fs, Fg und der Schweißpadbereiche 26ew unter Verwendung eines YAG-Lasers mit einer Wellenlänge von 532 Nanometer oder weniger durchgeführt wird, nimmt die Reflektion eines Laserstrahls gegenüber Kupfer ab, so dass das Schweißen dieser Elemente und Bereiche aus Kupfer einfach durchgeführt und die Verlässlichkeit der Verbindung durch Schweißen verbessert werden kann.
Da die Leistungsmetallelemente Fp aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit hoher Leitfähigkeit hergestellt sind, wird der elektrische Widerstand des Inneren der Steuereinheit 20 klein, so dass der elektrische Leistungsverlust reduziert werden kann.
Selbst wenn ein großer Strom durch die Leistungsmetallelemente Fp strömt, wird ferner die Wärme, die durch den großen Strom erzeugt wird, zu dem Schweißpadbereich 26ew und den Schweißmetallsäulen 28c geleitet, so dass die Wärmeerzeugung der Leistungsmetallelemente Fp unterdrückt werden kann, so dass es möglich ist, die Wärmebeständigkeit der Steuereinheit 20 zu verbessern.
Zudem ist die Metallplatte 24 des Metallsubstrats 22 aus Aluminium hergestellt, und auch der Kühlkörper 21 ist aus Aluminium, so dass die Wärme, die durch die Wärme erzeugenden Bereiche an dem Metallsubstrat 22 erzeugt wird, effektiv zu dem Gehäuse 12 des elektrischen Motors 1 durch die Metallplatte 24 und den Kühlkörper 21 geleitet wird. Entsprechend kann der Temperaturanstieg der Wärme erzeugenden Teile an dem Metallsubstrat 22 unterdrückt werden, und die Wärmebeständigkeit und die Haltbarkeit der Steuereinheit 2 können verbessert werden. Ferner entsprechen der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Metallsubstrats 22 und der des Kühlkörpers 21 im Wesentlichen einander, so dass die Abstände zwischen den Motorpadbereichen 21p, den Sensorpadbereichen Sp, dem Erdungspadbereich Gp, dem Leistungspadbereich (nicht gezeigt) und dem Signalpadbereich 50p, der fest an dem Kühlkörper 21 befestigt ist, und den Schweißpadbereichen 26ew an dem Metallsubstrat 22 weniger dazu neigen, sich aufgrund einer Temperaturänderung zu verändern. Entsprechend nehmen die Kräfte, die auf die Metallelemente Fp, Fs, Fg, welche diese Padbereiche 41p, Sp, Gp, 50p und 26ew verbinden, ausgeübt werden, verringert werden, und die Verlässlichkeit der Verbindungsbereiche oder Verbindungen, welche diese Padbereiche elektrisch miteinander verbinden, verbessert werden kann.
Zudem ist das Metallsubstrat 22 fest an dem Kühlkörper 21 mit Hilfe von Schrauben 70 an insgesamt sechs Positionen einschließlich seiner vier Ecken und zwei Positionen zwischen dem Leistungshauptkörper 20a des Metallsubstrats 22 und dem Steuerhauptkörper 20b befestigt, und der Leistungshauptkörper 20a ist in der Nähe seines Umfangs fest an dem Kühlkörper 21 befestigt, so dass die Wärme, die durch die Wärme erzeugenden Teile an dem Leistungshauptkörper 20a erzeugt wird, effizient zum Gehäuse 12 des elektrischen Motors 1 durch die Metallplatte 24 und den Kühlkörper 21, der in unmittelbarem Kontakt mit der Metallplatte 24 steht, geleitet wird. Entsprechend kann der Temperaturanstieg der Wärme erzeugenden Teile an dem Leistungshauptkörper 20a unterdrückt werden, und die Wärmebeständigkeit und die Haltbarkeit der Steuereinheit 20 werden verbessert.
Ferner ist das Metallsubstrat 22 parallel zu der Achse des elektrischen Motors 1 angeordnet, und gleichzeitig ist der Leistungshauptkörper 20a an einer Abtriebsseite des elektrischen Motors 1 (nahe dem Getriebegehäuse 13) angeordnet, und der Steuerhauptkörper 20b ist gegenüber diesem positioniert, so dass die Wärme, die von dem Leistungshauptkörper 20a erzeugt wird, zu dem Getriebegehäuse 13 durch den Kühlkörper 21 und die Klammer 12a des elektrischen Motors 1 abgestrahlt wird. Entsprechend kann der Temperaturanstieg der Wärme erzeugenden Teile an dem Metallsubstrat 22 unterdrückt werden, und die Wärmebeständigkeit und die Haltbarkeit der Steuereinheit 20 können verbessert werden.
Zudem umfasst das Verbindungselement 44 des Verbindungsraums 48 mehrere ein Verdrahtungsmuster bildende leitende Platten, die in diesem ausgebildet sind, und das Verbindungsgehäuse 47 mit dem darin aufgenommenen Verbindungsrahmen 48, und die Spule 54 und die Kondensatoren 56, die ein Nachaußendringen von beim Schalten der Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q6 erzeugten Störungen verhindern sollen, sind mit einer leitenden Platte verbunden, die an ihrem einen Ende mit dem Leistungsverbindungsanschluss ausgebildet ist. Entsprechend wird die Länge des elektrischen Weges, durch den Strom fließt, verringert, wodurch es möglich ist, den elektrischen Energieverlust zu reduzieren und die Erzeugung von elektromagnetischen Störungen zu unterdrücken.
Da die Spule 54 und die Kondensatoren 56 in dem Verbindungsgehäuse 47 aufgenommen sind, kann ferner die Größe der Vorrichtung reduziert werden. Zudem umfasst die Verbindungseinheit 44 das Verbindungsgehäuse 47 und den Verbindungsrahmen 48, der in dem Verbindungsgehäuse 47 aufgenommen ist, und ist fest an dem Kühlkörper 21 an einer Seite gegenüber dem Metallsubstrat 22 angeordnet. Entsprechend kann die Gesamtlänge der Steuereinheit 20 verkürzt werden, und die Größe der Vorrichtung kann verringert werden.
Da die Verbindungseinheit 44 an einer gegenüberliegenden Seite des Steuerhauptkörpers 20b an dem Metallsubstrat 22 angeordnet ist, wobei der Kühlkörper 21 zwischen diesen vorgesehen ist, kann der Abstand oder die Länge zwischen dem Signalverbindungsanschluss 50a und dem Signalpadbereich 50p verkürzt werden, so dass die von dem Signalanschluss 50 in Anspruch genommene Materialmenge verringert und seine Kosten reduziert werden können.
Ferner ist die Verbindungseinheit 44 in der Nähe des hinteren Endes des elektrischen Motors 1 angeordnet, d.h. an einer Seite von diesem gegenüber seiner Abtriebsseite, so dass ein Raum an dem hinteren Ende des elektrischen Motors 1, der kürzer als die Steuereinheit 20 ist, effektiv genutzt werden kann, und die vorstehende Fläche der Vorrichtung, wenn diese von oben betrachtet wird, nimmt nicht zu, wodurch die Größe der Vorrichtung reduziert werden kann.
Da die Verbindungseinheit 44 das Leistungsverbindungselement und das Signalverbindungselement aufweist, die in demselben Verbindungsgehäuse 47 und Verbindungsrahmen 48 oder einteilig mit diesem ausgebildet ist, kann die Anzahl von Teilen reduziert werden, wodurch auch die Kosten und die Größe der Vorrichtung verringert werden können.
Zudem umfasst der Verbindungsrahmen 48 den konkaven Bereich 48b, der in einem Bereich von diesem ausgebildet ist, in den der Leistungsverbindungsanschluss (nicht gezeigt) und der Signalverbindungsanschluss 50a vorstehen, und das Verbindungsgehäuse 47 weist gleichzeitig den konvexen Bereich 47a auf, der in einem Eingangsbereich von diesem ausgebildet ist, in den der Leistungsverbindungsanschluss (nicht gezeigt) und das Signalverbindungselement 50a eingesetzt werden, so dass das Silikonklebstoffmaterial 66 in den Spalt gefüllt wird, der zwischen den konkaven Bereich 48b und den konvexen Bereich 47a ausgebildet ist, wobei das Verbindungsgehäuse 47 vollständig in den Verbindungsrahmen 48 eingesetzt wird. Entsprechend kann die Luftdichtheit des Leistungsverbindungsanschlusses (nicht gezeigt) und des Signalverbindungsanschlusses 50a relativ zum Verbindungsgehäuse 47 durch das Silikonklebstoffmaterial 66 sichergestellt werden, und auch die Wasserdichtheit der Vorrichtung kann verbessert werden.
Ferner umfasst der Kühlkörper 21 den konkaven Bereich 21c, der in einem Bereich von diesem ausgebildet ist, an dem der Verbindungsrahmen 48 befestigt wird, und gleichzeitig werden der konkave Bereich 21c und die Kondensatoren 56 an dem Verbindungsrahmen 48 gegenüber von diesem angeordnet, wobei das Silikonklebstoffmaterial 66 in den Spalt zwischen dem konkaven Bereich 21c des Kühlkörpers 21 und den Kondensatoren 56 gefüllt wird. Entsprechend sind die Kondensatoren 56 fest an dem Kühlkörper 21 durch das Silikonklebstoffmaterial 66 gehalten, wodurch der Vibrationswiderstand der Vorrichtung verbessert werden kann.
Ferner ist das Wärme leitende Blech 29 in der Form eines Wärme abführenden Materials mit hoher thermischer Leitfähigkeit und sehr guter Flexibilität zwischen der oberen Oberfläche jedes Kondensators 30, der zum Absorbieren der Stromwellen dient, und der inneren Oberfläche des Deckels 23 aus Aluminium angeordnet. Entsprechend wird die von den Kondensatoren 30 erzeugte Wärme zu dem Deckel 23 zusätzlich zu dem Metallsubstrat 22 abgestrahlt, wodurch der Temperaturanstieg der Kondensatoren 30 unterdrückt und die Haltbarkeit der Kondensatoren 30 verbessert werden kann. Da das Wärme leitende Blech 29 mit sehr guter Flexibilität zwischen der oberen Fläche jedes Kondensators 30 und der inneren Oberfläche des Deckels 23 angeordnet ist, kann die Vibration der oberen Bereiche der Kondensatoren 30 unterdrückt werden, wodurch die Vibrationsbeständigkeit der Vorrichtung verbessert werden kann, wodurch auch die Verlässlichkeit der Vorrichtung verbessert wird.
Ausführungsform 2:
4 ist eine Querschnittansicht, die einen Teil des Innenraums einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 5 ist eine Querschnittansicht von im Wesentlichen Bereichen einer Steuereinheit 20 gemäß 4.
Bei dieser Ausführungsform sind Metallelemente Fp, Fs, Fg nebeneinander angeordnet und an einer Seitenfläche eines flexiblen Isolierblechs 81 mit hoher Wärmeleitfähigkeit befestigt. Genauer gesagt, sind drei Leistungsmetallelemente Fp für große Ströme an dem Isolierblech 81 befestigt, um einen Motorstrom zu den Ankerwicklungen 9 der drei Phase U, V und W eines elektrischen Motors über die Motoranschlüsse Mm zu leiten. Ferner sind sechs Signalmetallelemente Fs an dem Isolierblech 81 befestigt, um ein Signal von einem Drehpositionssensor 6 des elektrischen Motors 1 zu einem Mikrocomputer 32 an dem Metallsubstrat 20 über Sensoranschlüsse (nicht gezeigt) zu übertragen. Ferner ist auch ein Erdungsmetallelement Fg an dem Isolierblech 81 befestigt, um einen Erdungsanschluss (nicht gezeigt) auf dem Metallsubstrat 20 mit einem Kühlkörper 21 zu verbinden. Somit sind insgesamt zehn Metallelemente Fp, Fs, Fg an dem Isolierblech 81 befestigt.
Ferner umfasst das rechteckförmige Isolierblech 81 metallsubstratseitige Löcher 81a, die an einer Seite nahe dem Metallsubstrat 22 ausgebildet sind, und verbindungsanschlussseitige Löcher 81b, die an einer Seite nahe einem Rahmen 40 angeordnet sind. Die metallsubstratseitigen Löcher 81a sind an Positionen gegenüber den Schweißpadbereichen 26ew, die an einem oberen oder obersten Verdrahtungsmuster 26e ausgebildet sind, vorgesehen. Die verbindungsanschlussseitigen Löcher 81b sind an Stellen jeweils gegenüber den Motorpadbereichen 41p, den Sensorpadbereichen Sp und dem Erdungspadbereich Gp vorgesehen.
Entsprechend sind die Steuereinheit 20 und der elektrische Motor 1 bei dieser Ausführungsform durch ein Verbindungselement 80 elektrisch miteinander verbunden, das aus dem Isolierblech 81 und den Metallelementen Fp, Fs, Fg ausgebildet ist. Der restliche Aufbau der zweiten Ausführungsform ähnelt derjenigen der elektrischen Servolenkungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
Bei der Montage dieser zweiten Ausführungsform ähneln die Prozessschritte bis zum Zusammenbau des elektrischen Motors 1 und dem Montageschritt, bei dem das Metallsubstrat 22 fest mit dem Kühlkörper 22 in der Steuereinheit 20 verbunden wird, denjenigen der ersten Ausführungsform.
Anschließend wird bei dieser Ausführungsform das Verbindungselement 80, bevor die Löcher 81a, 81b ausgebildet werden, unter Durchführung einer Biegeumformung an dem Rahmen 40 und dem Metallsubstrat 22 angeordnet. Anschließend werden die Löcher 81a, 81b in das Isolierblech 81 mit Hilfe einer Laservorrichtung angebracht, die sich von derjenigen unterscheidet, die zum Schweißen des Kupfers verwendet wird.
Dann werden die Oberflächen der Metallelemente Fp, Fs, Fg an Stellen, an denen die Löcher 81b ausgebildet sind, mit einem Laserstrahl eines Laserschweißers zum Kupferschweißen bestrahlt, so dass jeweils elektrische Verbindungen oder Lötverbindungen zwischen den Leistungsmetallelementen Fp und den Motorpadbereichen 41p, zwischen den Signalmetallelementen Fs und den Sensorpadbereichen Sp, und zwischen dem Erdungsmetallelement Fg und dem Erdungspadbereich Gp mittels Laserschweißen erzeugt werden.
Ähnlich werden die Oberflächen der Metallelemente Fp, Fs, Fg an Stellen, an denen die Löcher 81a ausgebildet sind, mit einem Laserstrahl des Laserschweißers zum Kupferschweißen bestrahlt, so dass jeweils elektrische Verbindungen oder Schweißverbindungen zwischen den Leistungsmetallelementen Fp und den Schweißpadbereichen 26ew, zwischen den Signalmetallelementen Fs und den Schweißpadbereichen 26ew und zwischen dem Erdungsmetallelement Fg und den Schweißpadbereichen 26ew mittels Laserschweißen erzeugt werden.
Dann werden auf die gleiche Weise wie zuvor beschrieben die Verbindung des Signalpadbereichs 50p des Verbindungsrahmens 48 und der Schweißpadbereiche 26ew an dem Metallsubstrat 20 und die Verbindung des Leistungszuführpadbereichs (nicht gezeigt) des Verbindungsrahmens 48 und der Schweißpadbereiche 26ew an dem Metallsubstrat 20 unter Verwendung eines Verbindungselementes durchgeführt, das ein Isolierblech und mehrere an diesem befestigte Metallelemente aufweist.
Daraufhin wird ein Deckel 23 mit einer vorbeschichteten Dichtung 71, die zuvor auf diesem beschichtet und dann verfestigt wurde, an einem Öffnungsbereich des Kühlkörpers 21 angeordnet und mit Hilfe von Schrauben 72 fest an dem Kühlkörper 21 befestigt.
Dann werden der elektrische Motor 1 und die Steuereinheit 2, die separat montiert wurden, auf die gleiche Art und Weise wie bei der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform aneinander befestigt.
Obwohl bei der zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsform die Löcher 81a, 81b in dem Isolierblech 81 mit Hilfe einer Laservorrichtung ausgebildet wurden, die sich von derjenigen unterscheidet, die zum Schweißen von Kupfer verwendet wird, nachdem das Verbindungselement 80 in einer Winkelform an dem Rahmen 40 und dem Metallsubstrat 22 befestigt wurde, können diese Löcher 81a, 81b auch ausgebildet werden, bevor das Verbindungselement 80 an dem Rahmen 40 und an dem Metallsubstrat 22 angeordnet wird.
Ferner kann das Isolierblech 81 aus einem Material mit einem hohen Laserstrahltransmissionsfaktor hergestellt sein, wobei die Löcher 81a, 81b nicht in dem Isolierblech 81 ausgebildet sind, und das Laserschweißen kann durchgeführt werden, indem ein Laserstrahl direkt auf die Schweißoberflächen der Metallelemente Fp, Fs, Fg fokussiert wird.
Wie zuvor beschrieben wurde, werden die Metallelemente Fp, Fs, Fg gemäß der elektrischen Servolenkungsvorrichtung dieser zweiten Ausführungsform vorab an der einen Seitenoberfläche des Isolierblechs 81 befestigt, und zwar unter solchen Bedingungen, dass die Leistungsmetallelemente Fp und die Motorpadbereiche 41p, die Signalmetallelemente Fs und die Sensorpadbereiche Sp, das Erdungsmetallelement Fg und der Erdungspadbereich Gp, die Leistungsmetallelemente Fp und die Schweißpadbereiche 26ew, die Signalmetallelemente Fs und die Schweißpadbereiche 26ew und das Erdungsmetallelement Fg und die Schweißpadbereiche 26ew mittels Laserschweißen aneinander befestigt werden. Verglichen mit dem Fall, bei dem die Metallelemente Fp, Fs, Fg separat und einzeln mittels Laserschweißen verbunden werden, kann die Verbindungsoperationseffizienz des Laserschweißens stark verbessert werden, und die Verarbeitbarkeit oder Verarbeitungseffizienz kann ebenfalls verbessert werden.
Zudem ist das Isolierblech 81 aus einem Isoliermaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt, so dass, selbst wenn ein großer Strom durch die Leistungsmetallelemente Fp strömt, die Wärmeabfuhr der Wärme, die durch den großen Strom erzeugt wird, verbessert werden kann, weshalb es möglich ist, die Wärmebeständigkeit und die Haltbarkeit der Vorrichtung zu verbessern.
Da das Verbindungselement 80 die Löcher 81a, 81b aufweist, die in diesem an Stellen ausgebildet sind, die mit einem Laserstrahl zum Schweißen bestrahlt werden, wird die Laserschweißoperation oder die Verarbeitung einfach, und die Verarbeitbarkeit kann verbessert werden.
Vorliegend sollte klar sein, dass, wenn das Isolierblech 81 aus einem Material mit einem hohen Laserstrahltransmissionsfaktor ausgebildet ist, es nicht erforderlich ist, die Löcher 81a, 81b in dem Isolierblech 81 auszubilden, so dass das Laserschweißen durchgeführt werden kann, indem ein Laserstrahl direkt auf die Schweißflächen der Metallelemente fokussiert wird, und die Laserschweißoperation oder Bearbeitung wird einfach, wodurch auch die Verarbeitbarkeit verbessert werden kann.
Indem die Löcher 81a, 81b durch das Isolierblech 81 unter Verwendung einer ersten Laservorrichtung erzeugt werden, die sich von derjenigen unterscheidet, die zum Schweißen von Kupfer verwendet wird, und indem daraufhin ein Laserstrahl von einem zweiten Laserschweißer zum Kupferschweißen auf diese Löcher 81a, 81b gerichtet wird, werden die Padbereiche 41p, Sp, Gp des Rahmens 40 und die Schweißpadbereiche 26ew des Metallsubstrats 22 elektrisch miteinander verbunden. Folglich werden die Laserbohroperation und die Laserschweißoperation kontinuierlich durchgeführt, so dass die Verarbeitbarkeit verbessert werden kann.
Obwohl bei den zuvor beschriebenen einzelnen Ausführungsformen elektrische Servolenkungsvorrichtungen beschrieben wurden, bei denen der Leistungshauptkörper 20a und der Steuerhauptkörper 20b an dem Metallsubstrat 22 befestigt sind, kann die folgende Erfindung auch auf eine elektrische Servolenkungsvorrichtung angewendet werden, bei der deren Leistungshauptkörper 20a an einer Leistungsplatte mit einer Isolierschicht und einem auf einem Plattenhauptkörper ausgebildeten Verdrahtungsmusterschicht befestigt ist, und bei der der Steuerhauptkörper 20b an einer Steuerplatte befestigt ist. Jedes der Leistungsmetallelemente Fp kann also einen Endbereich aufweisen, der mit dem Verdrahtungsmuster der Leistungsplatte verschweißt ist, und ein anderes Ende, das mit den Motorpadbereichen 41p verschweißt ist.
Obwohl die Anzahl von Magnetpolen des Permanentmagneten 3 acht und die Anzahl der ausgeprägten Pole des Stators 5 zwölf beträgt, ist die folgende Erfindung nicht auf eine solche Kombination beschränkt, sondern es ist jede Kombination von der Anzahl von Magnetpolen und der Anzahl von ausgeprägten Polen zum Zwecke der vorliegenden Erfindung möglich.
Zudem ist die elektrische Servolenkungsvorrichtung in einem Maschinenraum angeordnet, und die vorbeschichteten Dichtungen 71, 73 werden mit einem Silikonklebstoffmaterial 66 befestigt und abgedichtet, um eine Wasserdichtheit zu erzeugen, jedoch kann die elektrische Servolenkungsvorrichtung auch in einem Fahrgastraum angeordnet werden, so dass auf die vorbeschichteten Dichtungen 71, 73 und das Silikonklebstoffmaterial 66 verzichtet werden kann.
Ferner beträgt die Dicke der Metallelemente Fp, Fs, Fg 100 μm, sie ist jedoch nicht auf eine solche Dicke beschränkt.
Zudem sind die Verdrahtungsmuster in der Form der Leiterschichten des Metallsubstrats 22 aus fünf Schichten erzeugt, wobei diese Anzahl von Schichten wiederum nicht einschränkend ist, sondern auch andere Anzahlen von Schichten, wie beispielsweise sechs Schichten oder dergleichen verwendet werden können.
Auch wenn außer einem Überprüfungsmuster kein anderes Verdrahtungsmuster als oberes oder oberstes Verdrahtungsmuster 26e ausgebildet ist, kann auch ein von dem Überprüfungsmuster verschiedenes Verdrahtungsmuster innerhalb eines erlaubten Bereichs der Außenabmessungen des Metallsubstrats 22 ausgebildet werden.
Obwohl der axiale Querschnitt jeder der Metallsäulen 28a, 28b, 28c, 28d eine rechteckige Form aufweist, kann anstelle dieser Form auch eine trapezförmige Form verwendet werden.
Zudem ist die Metallplatte 24 des Metallsubstrats 22 aus Aluminium oder aus AlSiC-Material hergestellt, wobei jedoch auch andere Metallplatten, wie beispielsweise Kupfer, anstelle dessen verwendet werden können.
Obwohl ein Drehmelder als Drehpositionssensor 6 verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung eines solchen Drehmelders beschränkt, sondern es können auch andere magnetische Sensorelemente, wie beispielsweise ein magnetwiderstandsbeständiges Element, ein Hall-Element, ein Hall-IC-Element oder dergleichen anstelle dessen verwendet werden.
Zudem ist der elektrische Motor 1 nicht auf einen bürstenlosen Motor beschränkt, sondern es kann auch ein Induktionsmotor oder ein geschalteter magnetischer Widerstandsmotor (SR-Motor) anstelle dessen verwendet werden.
Während die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte Fachleuten klar sein, dass Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, der durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Elektrische Servolenkungsvorrichtung mit einem elektrischen Motor (1) zur Ausgabe eines Hilfsmomentes an ein Lenkrad eines Fahrzeugs, und einer Steuereinheit (20) zum Steuern des Antreibens des elektrischen Motors (1), wobei die Steuereinheit (20) aufweist: einen Leistungshauptkörper (20a) mit einem mehrere Halbleiterschaltelemente (Q1 bis Q6) umfassenden Brückenkreis zum Schalten eines Stroms, der zu dem elektrischen Motor (1) entsprechend dem das Lenkrad unterstützenden Moment geleitet wird; einen Steuerhauptkörper (20b), der ein Antriebssignal zum Steuern des Brückenkreises basierend auf dem Steuermoment des Lenkrads erzeugt; ein Metallsubstrat (22), das mehrere Isolierschichten (27a bis 27d) und mehrere Leiterschichten mit Verdrahtungsmustern (26a bis 26e), die entsprechend auf diesem ausgebildet sind, umfasst, wobei die Isolierschichten (27a bis 27d) und die Leiterschichten auf eine Metallplatte (24) laminiert sind; Verbindungsanschlüsse (41p), die aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt und in einem Umfangsbereich des Metallsubstrats (22) angeordnet sind; und Metallelemente (Fp), deren einer Endbereich mit den Leiterschichten des Metallsubstrats (22), auf die der Leistungshauptkörper (20a) befestigt ist, und deren anderer Endbereich mit den Verbindungsanschlüssen (41p) verschweißt ist.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Metallsubstrat (22) die Isolierschichten (27a bis 27b) und die Leiterschichten umfasst, die abwechselnd übereinander laminiert sind, und wobei benachbarte Leiterschichten über Metallsäulen (28a) miteinander verbunden sind.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Metallsubstrat (22) metallsubstratseitige Schweißpadbereiche (26ew) aufweist, an denen die Metallelemente (Fp) mittels Schweißen befestigt sind und die an einer Oberfläche einer äußersten der Leiterschichten ausgebildet sind, und wobei die metallsubstratseitigen Schweißpadbereiche (26ew) und wenigstens eine der Leiterschichten, die benachbart zu der äußersten Leiterschicht angeordnet ist, über Schweißmetallsäulen (28c) miteinander verbunden sind.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei das Metallsubstrat (22) Schweißflächen zwischen den Metallelementen (Fp) und den metallsubstratseitigen Metallschweißbereichen (26ew) aufweist, die gegenüber den Schweißmetallsäulen (28c) angeordnet sind.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei es sich beim Schweißen um Laserschweißen handelt.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Laserschweißen ein YAG-Schweißen unter Verwendung einer Wellenlänge von 532 Nanometer oder weniger ist.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Metallelemente (Fp) aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung mit hoher Leitfähigkeit hergestellt sind.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Mehrzahl von Metallelemente (Fp) vorab an einer Seitenfläche eines Isolierblechs (81) befestigt wird.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Isolierblech (81) aus einem Isoliermaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Isolierblech (81) metallsubstratseitige Löcher (81a) aufweist, die an Positionen gegenüber den metallsubstratseitigen Schweißpadbereichen (26ew) ausgebildet sind, sowie verbindungsanschlussseitige Löcher (81b), die an Positionen gegenüber den Verbindungsanschlüssen (41p) angeordnet sind, an denen die Metallelemente (Fp) mittels Schweißen befestigt sind.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Isolierblech (81) aus einem Material mit einem hohen Laserstrahltransmissionsfaktor hergestellt ist.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die metallsubstratseitigen Löcher (81a) und die verbindungsanschlussseitigen Löcher (81b) durch Bestrahlen mit einem ersten Laserstrahl ausgebildet sind, und die Metallelemente (Fp) an die metallsubstratseitigen Schweißpadbereiche (26ew) und die Verbindungsanschlüsse (41p) durch Bestrahlen der metallsubstratseitigen Löcher (81a) und der verbindungsanschlussseitigen Löcher (81b) mit einem zweiten Laserstrahl geschweißt sind.