DE102011056365B4

DE102011056365B4 - Antriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE102011056365B4
Application number: DE102011056365.2A
Authority: DE
Inventors: Masashi Yamasaki; Hiroshi Imai
Original assignee: Asmo Co Ltd; Denso Corp
Current assignee: Asmo Co Ltd; Denso Corp
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2017-01-26
Anticipated expiration: 2031-12-14
Also published as: CN102545518A; CN102545518B; JP2012152091A; JP5692588B2; US20120161590A1; DE102011056365A1; US8866357B2

Abstract

Antriebsvorrichtung (1, 200) aufweisend: einen Motor (2) beinhaltend: ein Motorgehäuse (10), das eine zylindrische Form aufweist, die eine äußere Form des Motors definiert, einen Stator (20), der in dem Motorgehäuse in einer radialen Richtung angeordnet ist, einen Wicklungsdraht (22), der derart um den Stator gewickelt ist, dass dieser eine Mehrzahl von Phasen definiert, einen Rotor (25), der in dem Stator in der radialen Richtung angeordnet ist, wobei der Rotor relativ zu dem Stator drehbar ist, und einen Schaft (27), der sich mit dem Rotor dreht; eine Steuereinheit (3) beinhaltend: ein Halbleitermodul (60), das ein Schaltelement (81 bis 86) aufweist, das die elektrische Versorgung zu dem Wicklungsdraht schaltet, ein Aufnahmeelement (50), das das Halbleitermodul aufnimmt, und eine Platine (40), die elektrisch mit dem Halbleitermodul verbunden ist, wobei die Steuereinheit an einer Seite des Motors in einer Achsenrichtung angeordnet ist; und ein erstes Befestigungsmittel (19), das an einem Wandteil (15) des Motorgehäuses gegenüberliegend der Steuereinheit an einer Innenseite der Peripheriewand (11) des Motorgehäuses in der radialen Richtung angeordnet ist; und ein zweites Befestigungsmittel (53), das an dem ersten Befestigungsmittel derart festgemacht ist, dass dieses das Motorgehäuse und die Steuereinheit miteinander verbindet, wobei das Aufnahmeelement (50) einen Schenkel (51) aufweist, der den Wandteil (15) des Motorgehäuses berührt, der Schenkel ein Durchgangsloch (52) aufweist, das sich in Achsenrichtung des Motors erstreckt, das erste Befestigungsmittel (19) in das Durchgangsloch des Schenkels von einer Seite des Motors eingefügt wird, und das zweite Befestigungsmittel (53) in das Durchgangsloch des Schenkels von einer Seite der Steuereinheit eingefügt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung.
Ein Dreiphasenmotor ist bekannt und wird derart angetrieben, dass sich dieser dreht, wenn von einer Leistungsquelle ein Dreiphasen-Wechselstrom zugeführt wird. In dem Fall, dass die Leistungsquelle eine Gleichstrom-Leistungsquelle mit einer vorbestimmten Spannung ist, ist ein Controller zum Schalten einer Wicklungsspannung derart erforderlich, dass dieser dem Wicklungsdraht, der eine Mehrzahl (beispielsweise drei) Phasen aufweist, den Wicklungsstrom jeweils mit unterschiedlichen Phasen zuführt.
JP 2003-204 654 A ( US 2003/0 127 921 A1 ) beschreibt eine Steuereinheit, die parallel zu einem Schaft eines Motors angeordnet und mit einem Behältnis verbunden ist, das an einer Ausgangsseite des Motors platziert ist.
Allerdings wird eine Größe der ganzen Vorrichtung in einer radialen Richtung groß, wenn die Steuereinheit parallel zu dem Schaft des Motors angeordnet ist.
Aus der JP 2008-072 776 A ist eine drehende elektrische Maschine bekannt. Der Lörper der drehenden elektrischen Maschine umfasst einen Stator, einen Rotor und Halter zum Abstützen des Stators und des Rotors. Eine Steuereinheit mit einer Steuerplatine, die eine vorbestimmte Steuerschaltung enthält, ein Gehäuse zum Aufnehmen der Steuerplatine und eine in dem Gehäuse vorgesehene und eine höhere Festigkeit als das Gehäuse aufweisende Fixierplatte, die an dem drehenden elektrischen Maschinenkörper angebracht ist. Die Steuerplatine und der Halter sind mit einer gewöhnlichen Fixierplatte durch eine Substratsbefestigungseinrichtung, die eine Substratsbefestigungschraube enthält, und eine Halterbefestigungseinrichtung, die eine Halterbefestigung enthält, befestigt.
Die DE 697 07 226 T2 beschreibt eine motorunterstützende Servolenkungsvorrichtung, die einen wärmeleitfähigen Rahmen; einen Gleichstrom-Motor, der an dem wärmeleitfähigen Rahmen befestigt ist, einen Kollektor und ein Paar Bürsten aufweist; und eine Steuerschaltung zum Steuern eines den Motor zugeführten Stroms aufweist. Die Steuerschaltung weist eine Mehrzahl von Schaltelementen auf, die in einem durch den wärmeleitfähigen Rahmen und den Kollektor begrenzten Raum angeordnet und über Leitungsdrähte mit den Bürsten verbunden sind. Dadurch werden der elektrische Widerstand der Leistungdrähte und ein Temperaturanstieg der Steuerschaltung verringert, wobei die Steuerelemente in engem Kontakt mit dem wärmeleitfähigen Rahmen an diesem befestigt sind.
Die US 6 429 553 B1 offenbart einen Motor und eine elektrische Leistungsteuervorrichtung. Der elektrische Motor umfasst ein zylindrisches Joch mit einer Seitenwand an dessen einen Endabschnitt und eine Treibereinheit zum Steuern und Antreiben des elektrischen Motors ist an einem Endabschnitt an der Seite der Seitenwand des Jochs enthalten. Ein Leistungszufuhröffnungsabschnitt, durch den das Innere und Äußere des Jochs miteinander kommuniziert und ein Signalleitungsöffnungsabschnitt sind in der Seitenwand ausgebildet, und eine elektrische Verbindung zu der Treibereinheit wird durch diese Abschnitte hergestellt. Die Treibereinheit innerhalb des Jochs ist mit deren FETs in direktem Kontakt mit der Seitenwand vorgesehen. Ebenso kann eine Treibereinheit, welche die Ansteuersteuerschaltung mit einem Bürstenhalter integriert, auf einer äußeren Oberfläche der Seitenwand vorgesehen und fixiert sein. In diesem Fall ist ein Öffnungsabschnitt, durch den das Innere und Äußere des Jochs miteinander kommunizieren, in der Seitenwand ausgebildet, und eine Bürste wird durch diese Abschnitte eingefügt. Eine Treibereinheit ist an dem Joch mit dessen FET in direktem Kontakt mit der Seitenwand angebracht. Dadurch können bei einem elektrischen Motor mit einer tief in das an einem Ende geschlossene Joch vorgesehenen Leistungszufuhrsektion die Ansteuersteuersektion und der Vorrichtungskörper integral miteinander vorgesehen sein, ohne den Zusammenbaubetrieb zu stören.
Die DE 197 23 664 A1 diskutiert eine Steuereinheit für einen Elektromotor. Die Steuereinheit umfasst eine Basis in Form einer flachen Schale aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, in welche eine mit gedruckten Schaltungen versehene und wenigstens einen freitragend daran angebrachten Leistungstransistor tragende Platine eingesetzt ist. Vom Boden der Basis erheben sich einstückig damit ausgebildete rohrförmige Stützen, aus denen im montierten Zustand der Einheit mit den Wicklungen des Motors verbundene Anschlüsse hervorstehen. Die Anschlüsse sind mit auf der Platine angebrachten Leiteelementen verbindbar. Die schalenförmige Basis ist mit einer darin eingegossen und anschließend ausgehärten elektrisch isolierenden Masse ausgefällt.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf vorstehende Sachverhalte getätigt und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Größe der Antriebsvorrichtung in der radialen Richtung zu verkleinern.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Antriebsvorrichtung einen Motor, eine Steuereinheit und ein erstes und ein zweites Befestigungsmittel. Der Motor weist ein Motorgehäuse mit einer zylindrischen Form auf; einen Stator, der in dem Motorgehäuse in einer radialen Richtung angeordnet ist; einen Wicklungsdraht, der derart um den Stator gewickelt ist, dass dieser eine Mehrzahl von Phasen definiert; einen Rotor, der in dem Stator in der radialen Richtung angeordnet ist und der relativ zu dem Stator drehbar ist; und einen Schaft, der sich mit dem Rotor dreht. Die Steuereinheit weist ein Halbleitermodul mit einem Schaltelement, das die Stromversorgung zu dem Wicklungsdraht schaltet; ein Aufnahmeelement, das das Halbleitermodul aufnimmt; und eine Platine, die elektrisch mit dem Halbleitermodul verbunden ist, auf. Die Steuereinheit ist an einer Seite des Motors in Achsenrichtung angeordnet. Das erste Befestigungsmittel ist an einem Wandteil (15) des Motorgehäuses gegenüberliegend der Steuereinheit an einer Innenseite der Peripheriewand (11) des Motorgehäuses in der radialen Richtung angeordnet. Das zweite Befestigungsmittel (53) ist an dem ersten Befestigungsmittel derart festgemacht ist, dass dieses das Motorgehäuse und die Steuereinheit miteinander verbindet.
Entsprechend kann die Größe der Antriebsvorrichtung in der radialen Richtung verkleinert werden.
Die vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich werden, die in Bezug auf die beiliegende Zeichnung erstellt wurde.
In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Ansicht, die eine Servo-Lenkeinrichtung mit einer Antriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
2 eine Querschnittsansicht, die die Antriebsvorrichtung darstellt;
3 eine vergrößerte Ansicht des Kreises III von 2;
4 eine Querschnittsansicht, die die Antriebsvorrichtung darstellt;
5 eine Draufsicht, die die Antriebsvorrichtung darstellt;
6 eine Seitenansicht, betrachtet aus einer Richtung VI von 5;
7 eine Seitenansicht, betrachtet aus einer Richtung VII von 5;
8 eine perspektivische Ansicht, die die Antriebsvorrichtung darstellt;
9 eine perspektivische Explosionsansicht, die die Antriebsvorrichtung darstellt;
10 eine perspektivische Explosionsansicht, die die Antriebsvorrichtung darstellt;
11 eine Seitenansicht, die einen Halter der Antriebsvorrichtung darstellt;
12 eine Draufsicht, betrachtet aus einer Richtung XII von 10;
13 eine perspektivische Ansicht, die den Motor und den Halter der Antriebsvorrichtung darstellt;
14 eine Seitenansicht, die einen Kühlkörper und ein an den Motor angebautes Leistungsmodul darstellt;
15 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XV-XV von 14;
16 eine schematische Querschnittsansicht die eine Säule und einen Durchgangsbolzen der Antriebsvorrichtung darstellt;
17 eine Draufsicht, die die Antriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
18 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XVIII-XVIII von 17;
19 eine Seitenansicht, betrachtet aus einer Richtung XIX von 17
20 eine Seitenansicht, betrachtet aus einer Richtung XX von 17
21 eine Unteransicht, betrachtet aus einer Richtung XXI von 19
22 eine perspektivische Ansicht, die die Antriebsvorrichtung der zweiten Ausführungsform darstellt;
23 eine perspektivische Explosionsansicht, die die Antriebsvorrichtung der zweiten Ausführungsform darstellt;
24 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XXIV-XXIV von 18
(Erste Ausführungsform)
Eine Antriebvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform wird in Bezug auf die 1 bis 16 dargestellt werden. Die Antriebsvorrichtung 1 wird auf eine elektrische Servo-Lenkeinrichtung (nachfolgend als EPS bezeichnet) angewandt und weist einen Motor 2 und eine Steuereinheit 3 auf.
Bezug nehmend auf 1 wird der elektrische Aufbau des EPS erläutert.
Wie in 1 gezeigt, weist ein Fahrzeug ein Lenkrad 5, einen Säulenschaft 6 bzw. eine Lenksäule 6 und ein Getriebe 7 auf. Die Antriebsvorrichtung 1 erzeugt über das Getriebe 7 ein Drehmoment für den Schaft 6 derart, dass das Lenkrad 5 unterstützt wird.
Genauer gesagt wird, wenn ein Fahrzeugfahrer das Lenkrad 5 bedient, ein Lenkdrehmoment, das durch die Bedienung in der Lenksäule 6 erzeugt wird, durch einen Drehmomentsensor 8 erfasst. Ferner wird eine Geschwindigkeitsinformation des Fahrzeugs von einem Controller-Bereichs-Netzwerk (CAN, nicht näher gezeigt) derart erfasst, dass das Lenkrad 5 unterstützt wird. Falls ein derartiger Mechanismus verwendet wird, ist nicht nur die Unterstützung des Lenkrads 5, sondern auch die automatische Steuerung des Lenkrads 5 möglich, wie z. B. das Spurhalten auf einer Autobahn oder das Parken in einem Fuhrpark, abhängig von der Steuertechnik.
Der Motor 2 ist ein bürstenloser Dreiphasen-Motor und das Getriebe 7 wird in beide Richtungen gedreht. Erregung und Antrieb des Motors 2 werden durch die Steuereinheit 3 gesteuert. Die Steuereinheit 3 weist einen Leistungsabschnitt 100 auf, dem der Antriebsstrom zugeführt wird, um den Motor 2 anzutreiben, und eine Steuerung 90, die den Antrieb des Motors 2 steuert.
Der Leistungsabschnitt 100 weist eine Drosselspule 76 auf, die in einer Leistungsquellenleitung von einer Leistungsquelle 75 platziert ist, einen Kondensator 77, einen ersten Inverter 80 und einen zweiten Inverter 89. Der erste Inverter 80 und der zweite Inverter 80 weisen den gleichen Aufbau auf, so dass hier nur der erste Inverter 80 erläutert wird.
Der Inverter 80 weist einen Metalloxid-Halbleiter Feldeffekttransistor (MOSFET, nachfolgend bezeichnet als MOS) 81 bis 86 auf, der ein Typ eines Feldeffekttransistors ist. In dem MOS 81 bis 86 sind eine Source und ein Drain durch ein Gate-Potential miteinander verbunden (AN) oder unterbrochen (AUS). Der MOS 81 bis 86 entspricht einem Schaltelement.
Der Drain des MOS 81 ist mit der Source-Leitung verbunden, und die Source des MOS 81 ist mit dem Drain des MOS 84 verbunden. Die Source des MOS 84 ist mit der Masse verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen dem MOS 81 und dem MOS 84 ist mit einer U-Phasenwicklung des Motors 2 verbunden.
Der Drain des MOS 82 ist mit der Source-Leitung verbunden, und die Source des MOS 82 ist mit dem Drain des MOS 85 verbunden. Die Source des MOS 85 ist mit der Masse verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen dem MOS 82 und dem MOS 85 ist mit einer V-Phasenwicklung des Motors 2 verbunden.
Der Drain des MOS 83 ist mit der Source-Leitung verbunden, und die Source des MOS 83 ist mit dem Drain des MOS 86 verbunden. Die Source des MOS 86 ist mit der Masse verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen dem MOS 83 und dem MOS 86 ist mit einer W-Phasenwicklung des Motors 2 verbunden.
Der Inverter 80 weist ein Leistungsrelais 87, 88 auf, das durch die gleichen MOSFET wie die MOS 81 bis 86 gebildet ist. Das Leistungsrelais 87, 88 ist zwischen den MOS 81 bis 83 und der Leistungsquelle 75 angeordnet und stoppt den elektrischen Strom bei dem Auftreten von Abnormalitäten.
Das Leistungsrelais 87 ist derart angeordnet, dass dieses den elektrischen Strom unterbricht, der in den Motor 2 fließt, wenn ein Unterbrechungsfehler oder ein Kurzschluss erzeugt wird. Das Leistungsrelais 88 ist derart angeordnet, dass dieser einen Rückstrom verhindert, der erzeugt wird, wenn eine elektrische Komponente, wie z. B. ein Kondensator 78, versehentlich in einer umgekehrten Richtung verbunden wird.
Ein Shunt-Widerstand 99 ist elektrisch zwischen dem MOS 84 bis 86 und der Masse verbunden. Elektrischer Strom, der der U-Phasenwicklung, der V-Phasenwicklung und der W-Phasenwicklung zugeführt wird, wird erfasst, indem die Spannung oder der Strom des Shunt-Widerstands 99 erfasst wird.
Die Drosselspule 76 und der Kondensator 77 sind elektrisch zwischen der Leistungsquelle 75 und dem Leistungsrelais 87 verbunden. Die Drosselspule 76 und der Kondensator 77 bilden einen Filterschaltkreis und reduzieren Rauschen, das von anderer Ausrüstung übertragen wird, das die Leistungsquelle 75 mitbenutzt. Außerdem wird Rauschen, das von der Antriebsvorrichtung 1 zu der anderen Ausrüstung übertragen wird, ebenso verringert.
Der Kondensator 78 ist elektrisch zwischen einer Leistungsquellenseite der MOS 81 bis 83 und einer Massenseite der MOS 84 bis 86 verbunden. Der Kondensator 78 speichert Ladung, wodurch die Leistungsversorgung für die MOS 81 bis 86 unterstützt wird oder wodurch Rauschanteile wie z. B. eine Überspannung gesteuert bzw. beherrscht werden.
Die Steuerung 90 weist einen Vor-Verstärker 91 bzw. einen Pre-Driver 91, einen kundenspezifischen IC 92, einen Drehwinkelsensor 93, der einem Bauteil zum Erfassen der Drehung entspricht, und einen Mikrocomputer 94. Der kundenspezifische IC 92 weist einen Regler 95, einen Verstärker 96, der einen Sensorsignalausgang von dem Sensor 93 verstärkt, und einen Verstärker 97, der eine Messspannung verstärkt, auf.
Der Regler 95 ist ein Stabilisierungsschaltkreis, der die Leistungsquelle stabilisiert, und die zu jedem Teil zugeführte Leistungsquelle stabilisiert. Beispielsweise wird der Mikrocomputer 94 aufgrund des Reglers 95 mit der stabilen, vorgeschriebenen Spannung (z. B., 5 V) arbeiten.
Ein Signal wird von dem Sensor 93 in den Verstärker 96 eingegeben. Der Sensor 93 erfasst das Drehpositionssignal des Motors 2 und das erfasste Signal wird zu dem Verstärker 96 gesendet. Der Verstärker 96 verstärkt das Signal und gibt das verstärkte Signal zu dem Mikrocomputer 94 aus. Der Verstärker 97 erfasst die Spannung beider Enden des Shunt-Widerstands 99, verstärkt die Spannung und gibt die verstärkte Spannung zu dem Mikrocomputer 94 aus.
Das Drehpositionssignal des Motors 2 und die Spannung beider Enden des Shunt-Widerstands 99 werden in den Mikrocomputer 94 eingegeben. Außerdem wird ein Lenkdrehmomentsignal von dem Drehmomentsensor 8, der an der Lenksäule 6 angebracht ist, in den Mikrocomputer 94 eingegeben und die Geschwindigkeitsinformation wird in den Mikrocomputer 94 über das CAN eingegeben. Wenn das Lenkdrehmomentsignal und die Geschwindigkeitsinformation eingegeben sind, wird der Mikrocomputer 94 den ersten Inverter 80 über den Pre-Driver 91 basierend auf dem Drehpositionssignal steuern. Die Lenkung 5 kann entsprechend der Geschwindigkeit unterstützt werden.
Genauer gesagt steuert der Mikrocomputer 94 den Inverter 80, indem die MOS 81 bis 86 durch den Pre-Driver 91 geschaltet werden. Das Gate des MOS 81 bis 86 ist mit einem Ausgangsanschluss des Pre-Driver 91 verbunden und der MOS 82 bis 86 wird durch das Ändern der Gatespannung durch den Pre-Driver 91 geschaltet.
Außerdem steuert der Mikrocomputer 94 den Inverter 80 basierend auf der Spannung beider Enden des Shunt-Widerstands 99, die von dem Verstärker 97 eingegeben wird, derart, dass die Form des Stroms, der dem Motor 2 zugeführt wird, einer Sinuswelle ähnlich wird. Der zweite Inverter 89 wird durch die Steuerung 90 ebenso wie der erste Inverter 80 gesteuert.
Ein Aufbau der Antriebsvorrichtung 1 wird in Bezug auf die 2 bis 16 erläutert. 2, 5 bis 10 sind Ansichten, die das Ganze der Antriebsvorrichtung darstellen. 11–13 sind Ansichten, die den an den Motor angebrachten Halter 30 darstellen. 14 und 15 sind Ansichten, die den Halter 30, den Kühlkörper 50 und das an den Motor angebrachte Leistungsmodul 60 darstellen. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie II-II von 5. 4 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie IV-IV von 5. 3 ist eine vergrößerte Ansicht der Sektion III von 2. 16 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Säule 19, die einem ersten Befestigungsmittel entspricht, und den Durchgangsbolzen 53, der einem zweiten Befestigungsmittel entspricht, darstellt.
Wie in 2 gezeigt, ist die Steuereinheit 3 an einem Ende des Motors 2 in Achsenrichtung des Motors 2 angeordnet. Der Motor 2 und die Steuereinheit 3 weisen eine Stapel-(Layer-)Struktur auf.
Der Motor 2 wird basierend auf den 2 und 4 erläutert. Der Motor 2 weist ein Motorgehäuse 10, einen Stator 20, um den ein Wicklungsdraht 22 gewickelt ist, einen Rotor 25 und einen Schaft 27 auf.
Das Motorgehäuse 10 bildet eine äußere Form des Motors 20 und weist eine Peripheriewand 11 und ein Wandteil 15 auf der Seite der Einheit bzw. ein einheitsseitiges Wandteil 15 gegenüberliegend der Steuereinheit 3 auf. Das Gehäuse 10 basiert auf einer Zylinderform und ist beispielsweise aus Eisen hergestellt. Ein Flansch 12 ist an einem Ende der peripheren Wand 11 gegenüberliegend dem einheitsseitigen Wandteil 15 angeordnet. Ein beispielsweise aus Aluminium hergestelltes Flammenende 13 wird an der Peripheriewand 11 durch den Flansch 12 mit einer Schraube 14 befestigt. Eine Säule 19 ist an dem Wandteil 15 angeordnet und der Motor 2 und die Steuereinheit 3 sind direkt miteinander durch die Säule 19 verbunden.
Der Stator 20 ist innerhalb des Motorgehäuses 10 angeordnet. Der Stator 20 weist 60 Pole auf, die radial nach innen hervorstehen. Der Pol weist einen geschichteten Eisenkern, der gefertigt wird, indem aus magnetischem Material hergestellte, dünne Platten geschichtet werden und einen Isolator, der an das Äußere des Eisenkerns in Achsenrichtung des Eisenkerns angepasst ist. auf. Der Wicklungsdraht 22 ist um den Isolator gewickelt.
Die Anzahl der dünnen Platten kann basierend auf der für den Motor 2 benötigten Ausgangsleistung geändert werden. Das heißt, dass die Ausgangsleistung des Motors 2 ohne die Abmessungen in der radialen Richtung zu ändern änderbar ist, indem die Anzahl der dünnen Platten geändert wird, das heißt, indem nur die Abmessung in der Achsenrichtung geändert werden. Die Antriebsvorrichtung 1 kann in einem begrenzten Platz befestigt werden, dessen Abmessung in der radialen Richtung relativ klein ist.
Der Wicklungsdraht 22 bildet einen dreiphasigen Wicklungsdraht, der aus der U-Phasenwicklung, der V-Phasenwicklung, und der W-Phasenwicklung besteht. Wie in 9 gezeigt, werden sechs Drähte 23 aus dem Wicklungsdraht 22 herausgenommen. Der herausgenommene Draht 23 erstreckt sich in Richtung der Steuereinheit 3 aus einem Loch 17, das in dem einheitsseitigen Wandteil 15 des Motorgehäuses 10 definiert ist, wie in 3 gezeigt. Der Draht 23, der in Richtung der Steuereinheit 3 herausgenommen ist, erstreckt sich an einer äußeren Seite einer Steuerplatine 40 und eines Leistungsmoduls 60 in der radialen Richtung und ist mit einer Leistungsplatine 70 verbunden. Das heißt, dass der herausgenommene Draht 23 an der äußeren Seite des Leistungsmoduls 60 in der radialen Richtung platziert ist, wenn dies in der Achsenrichtung des Motors 2 betrachtet wird. Außerdem erstreckt sich der herausgenommene Draht 23 zu der Leistungsplatine 70, indem dieser das Leistungsmodul 60 in dem äußeren Seitenbereich des Leistungsmoduls 60 in der radialen Richtung durchschreitet.
Der Rotor 25 ist in dem Stator 20 in der radialen Richtung angeordnet und ist in Bezug auf den Stator 20 drehbar. Der Rotor 25 weist eine zylindrische Form auf und ist aus einem magnetischen Material wie z. B. Eisen hergestellt. Der Rotor 25 weist einen Rotorkern 251 und einen Permanentmagneten 253 auf, der außerhalb des Rotorkerns 251 in der radialen Richtung angeordnet ist. Der Permanentmagnet 253 weist abwechselnd N-Pole und S-Pole auf.
Der Schaft 27 ist in einem Schaftloch 251 befestigt, das im axialen Zentrum des Rotorkerns 251 definiert ist. Der Schaft 27 ist mittels eines Lagers 271 des Motorgehäuses 10 und eines Lagers 272 des Flammenendes 13 drehbar gelagert. Dadurch kann sich der Schaft 27 mit dem Rotor 25 relativ zu dem Stator 20 drehen. Ein zu der Steuereinheit 3 angrenzender Endabschnitt des Schafts 27 (3) tritt durch ein Schaftloch, das in dem axialen Zentrum des Wandteils 15 des Motorgehäuses 10 definiert ist. Dadurch ist der Endabschnitt des Schafts 27 von dem Motorgehäuse 10 in Richtung der Steuereinheit 3 freigelegt. Das Schaftloch weist einen Durchmesser auf, der größer ist als der äußere Durchmesser des Schafts 27 und das Motorgehäuse 10 bestimmt die Drehung des Schafts 27 nicht.
Der Endabschnitt des Schafts 27 weist einen Magneten 28 auf, der sich zusammen mit dem Schaft 27 dreht. Der Magnet 28 ist ein Objekt, das erfasst werden soll, und ist koaxial an einem Magnethalter befestigt, der an dem Endabschnitt des Schafts 27 angeordnet ist, und zur Steuereinheit 3 freigelegt. Der Schaft 27 durchdringt die Steuerplatine 40 nicht und der Magnet 28 ist in der Nähe einer Fläche der Steuerplatine 40 gegenüberliegend dem Motor 2 angeordnet.
Den Schaft 27 weist ein Ausgangsende 29 bei dem der Steuereinheit 3 gegenüberliegenden Ende auf. Eine nicht näher gezeigte Getriebebox mit dem Getriebe 7 darin, ist an dem Ende des Schafts 27 gegenüberliegend der Steuereinheit 3 angeordnet. Das Getriebe 7 ist mit dem Ausgangsende 29 verbunden und wird durch die Drehung des Schafts 27 gedreht.
Folgend wird die Steuereinheit 3 basierend auf den 2 bis 10 erläutert. Die Steuereinheit 3 weist die Steuerplatine 40, den Kühlkörper 50 entsprechend einem Aufnahmeelement, das Leistungsmodul 60 entsprechend einem Halbleitermodul, die Leistungsplatine 70, eine Abdeckung 110, und einen Verbindungshalter 120 auf.
Eine Motorgehäuseregion ist definiert, indem das Motorgehäuse 10 in die Achsenrichtung projiziert wird. Annähernd das Meiste des Aufbaus der Steuereinheit 3, ausgenommen einem Verbinder 45 und einem Verbinder 79 (5), die zum Verbinden mit externen elektronischen Komponenten verwendet werden, ist in der Motorgehäuseregion beinhaltet.
Wie in den 9 und 10 gezeigt, sind die Steuerplatine 40, der Kühlkörper 50 und das Leistungsmodul 60 und die Leistungsplatine 70 in dieser Reihenfolge von der Seite des Motors 2 in der Achsenrichtung angeordnet. Das heißt, das Motorgehäuse 10, die Steuerplatine 40, der Kühlkörper 50 und das Leistungsmodul 60 und die Leistungsplatine 70 sind in dieser Reihenfolge in der Achsenrichtung angeordnet.
Die Steuerplatine 40 ist eine vier-lagige Platine, die beispielsweise aus einer Glas-Epoxidharz-Platine hergestellt ist, und ist in der Motorgehäuseregion untergebracht. Die Steuerplatine 40 weist drei Ausschnitte 42 an Positionen entsprechend dem Schenkel 51 des Kühlkörpers 50 für eine Montage auf, wenn der Kühlkörper 50 an dem Motorgehäuse 10 montiert wird. Die Steuerplatine 40 ist beispielsweise mit dem Kühlkörper 50 von der Seite des Motors 2 unter Verwendung einer Schraube 47 verbunden.
Verschiedene Arten von elektronischen Komponenten, die die Steuerung 90 aufbauen, sind an der Steuerplatine 40 befestigt. Der Pre-Driver 91, der kundenspezifische IC 92 und der Mikrocomputer 94 (welche in 1 gezeigt werden) werden auf einer Fläche der Steuerplatine 40 gegenüberliegend des Motors 2 befestigt. Der Drehwinkelsensor 93 wird auf einer Fläche der Steuerplatine 40 gegenüberliegend dem Motor 2 befestigt. Der Drehwinkelsensor 93 wird an einer Position gegenüberliegend dem Magneten 28 platziert. Der Magnet 28 und der Drehwinkelsensor 93 sind koaxial im Drehzentrum des Schafts 27 angeordnet. Der Drehwinkelsensor 93 erfasst eine Schwankung des magnetischen Felds, das durch die Drehung des Magnets 28 erzeugt wird, wobei dadurch der Drehwinkel des Schafts 27 erfasst wird.
Löcher, die zur Verbindung mit einem Steueranschluss 64 des Leistungsmoduls 60 verwendet werden, sind entlang der äußeren Peripherie der Steuerplatine 40 definiert. Ein Steuerverbinder 45 ist mit der Steuerplatine 40 verbunden. Der Steuerverbinder 45 ist in einer Weise platziert, dass die Verdrahtung, die sich von dem Motor 2 erstreckt, in der Achsenrichtung mit dem Verbinder 45 verbindbar ist. Signale werden von dem Drehmomentsensor 8 oder dem CAN in den Verbinder 45 eingegeben.
Der Kühlkörper 50 ist aus einem Material mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit, wie zum Beispiel Aluminium, hergestellt. Der Kühlkörper 50 weist den Schenkel 51 in der Peripherie des Kühlkörpers 50 auf und berührt den einheitsseitigen Wandteil 15 des Motorgehäuses 10. Zum Beispiel ist der Schenkel 51 bei drei Positionen entsprechend der Säule 19 angeordnet. Der Schenkel 51 weist eine annähernd zylindrische Form auf und erstreckt sich annähernd senkrecht zu dem Wandteil 15 des Motorgehäuses. Der Schenkel 51 weist ein Durchgangsloch 52 auf, das sich in Achsenrichtung erstreckt.
Der Kühlkörper 50 weist eine Wärmeaufnahme 55 mit einer breiten Fläche auf, die dem herausgenommenen Draht 23 gegenüberliegt. Die Wärmeaufnahme 55 erstreckt sich aufwärts in eine Richtung des einheitsseitigen Wandteils 15 des Motorgehäuses 10 und ist annähernd senkrecht zu dem Wandteil 15. Zwei der Wärmeaufnahmen 55 sind parallel zueinander angeordnet und das Leistungsmodul 60 ist entlang jeder der Wärmeaufnahmen 55 angeordnet.
Das Leistungsmodul 60 ist vertikal außerhalb des Kühlkörpers 50 in der radialen Richtung des Motors 2 angeordnet. Ein nicht näher gezeigtes Wärmeabstrahlungsblech ist zwischen dem Leistungsmodul 60 und dem Kühlkörper 50 vorgesehen. Das Leistungsmodul 60 und das Abstrahlungsblech sind an dem Kühlkörper 50 unter Verwendung einer Schraube 69, z. B., derart befestigt, dass der Kühlkörper 50 das Leistungsmodul 60 und das Abstrahlungsblech hält. Dadurch wird das Leistungsmodul 60 durch den Kühlkörper 50 mittels des Abstrahlungsblechs gehalten. Wärme, die durch die elektrische Versorgung erzeugt wird, wird zu dem Kühlkörper 50 durch das Abstrahlungsblech abgestrahlt.
Ein nicht näher gezeigtes Verdrahtungsmuster entsprechend einem Metallradiator ist auf einer Fläche des Leistungsmoduls 60 gegenüber der Wärmeaufnahme 55 angeordnet und ist teilweise von einem Formteil 61 des Leistungsmoduls 60 freigelegt. Der Metallradiator berührt die Wärmeaufnahme 55 des Kühlkörpers 50 durch das Abstrahlblech derart, dass die Wärme effizient abgestrahlt werden kann. Das Abstrahlblech überträgt Wärme von dem Leistungsmodul 60 zu der Wärmeaufnahme 55 und sichert die Isolation zwischen dem Leistungsmodul und der Wärmeaufnahme 55. Deshalb dient das Abstrahlblech anders als der Wärmeradiator als Isolationselement.
Das Leistungsmodul 60 weist den MOS 81 bis 86 (Bezugnehmend auf 1) auf, der ein Schaltelement ist, das die Leistungsversorgung für den Wicklungsdraht schaltet. Das Leistungsmodul 60 weist ein aus Kupfer hergestelltes Verdrahtungsmuster auf und der MOS 81 bis 88 und der Shunt-Widerstand 99 sind auf dem Leistungsmodul 60 angeordnet. Das Verdrahtungsmuster ist mit dem MOS 81 bis 88 beispielsweise durch einen Draht elektrisch verbunden und ist durch ein Formteil 61 geformt.
Ein Zusammenhang zwischen dem in 1 gezeigten Schaltkreisaufbau und dem Leistungsmodul 60 wird nachstehend erläutert. Eines der Leistungsmodule 60 entspricht dem ersten Inverter 80 und weist den MOS 81 bis 86, das Leistungsrelais 87, 88, und den Shunt-Widerstand 99, wie in 1 gezeigt, auf. Eine Harzform wird einstückig bzw. integral für den MOS 81 bis 86, das Powerrelais 87, 88 und den Shunt-Widerstand 99 als ein Modul ausgeführt.
Außerdem entspricht das andere Leistungsmodul 60 dem zweiten Inverter 89 und weist den MOS, das Leistungsrelais und den Shunt-Widerstand auf, die den zweiten Inverter 89 aufbauen. Das heißt, ein Leistungsmodul entspricht einem Inverterschaltkreis in dieser Ausführungsform. In anderen Worten ist ein Leistungsmodul, das ein Antriebssystem bildet, derart angeordnet, dass dieses einer Wärmeaufnahme entspricht.
Das Leistungsmodul 60 weist einen Steueranschluss 64 und einen Leistungsanschluss 65 auf, die von dem Formteil 61 hervorstehen. Der Steueranschluss 64 ist auf einer Fläche des Moduls 60 gebildet, die annähernd vertikal zu der Longitudinalrichtung der breiten Fläche des Formteils 61 ist. Der Leistungsanschluss 65 ist auf einer Fläche gebildet, die parallel zu der Fläche mit dem Steueranschluss 64 ist.
Das Leistungsmodul 60 ist vertikal entlang der Wärmeaufnahme 55 des Kühlkörpers 50 derart angeordnet, dass der Steueranschluss 64 platziert ist, um der Steuerplatine 40 gegenüberzuliegen und dass der Leistungsanschluss 65 platziert ist, um der Leistungsplatine 70 gegenüberzuliegen. Das heißt. dass der Steueranschluss 64 derart angeordnet ist, dass dieser zu der Steuerplatine 40 hervorsteht, und dass der Leistungsanschluss 65 derart angeordnet ist, dass dieser zu der Leistungsplatine 70 hervorsteht.
Der Steueranschluss 64 wird in ein Durchgangsloch eingefügt, das in der Steuerplatine 40 definiert ist und wird elektrisch mit der Steuerplatine 40 durch zum Beispiel Lötzinn verbunden. Dem Wicklungsdraht 22 zugeführter Wicklungsstrom wird über den Leistungsanschluss 65 zu dem Leistungsmodul 60 übertragen.
in der vorliegenden Ausführungsform wird der Steuerplatine nur ein kleiner elektrischer Strom (beispielsweise 200 mA) zugeführt, der zur Antriebssteuerung des Motors 2 ausreichend ist. Im Gegensatz dazu wird der Leistungsplatine 70 ein großer Betrag elektrischen Stroms (beispielsweise 80 A) zugeführt und dieser wird zum Antreiben des Motors 2 verwendet. Deswegen ist der Leistungsanschluss 65 dicker als der Steueranschluss 64.
Die Leistungsplatine 70 ist eine vier-lagige Platine, die mit Hilfe einer Glas-Epoxidharz-Platine hergestellt ist, und diese weist ein dickes Muster auf, das beispielsweise aus einer Kupferfolie hergestellt ist. Die Leistungsplatine 70 weist eine Platinenform auf, die in der Motorgehäuseregion angesiedelt ist, und ist beispielsweise an dem Kühlkörper 50 von der gegenüberliegenden Seite des Motors 2 unter Verwendung einer Schraube angebracht. Die Leistungsplatine 70 weist eine Verdrahtung auf, der der Wicklungsstrom zugeführt wird. Dem Wicklungsdraht 22 wird der Wicklungsstrom zugeführt.
Die Leistungsplatine 70 weist das Loch 73 auf und der Leistungsanschluss 65 des Leistungsmoduls 60 tritt durch das Loch 73. Wie in 8 gezeigt, ist ein Durchgangsloch 74 an der äußeren Seite des Durchgangslochs 73 in der radialen Richtung gebildet und der herausgenommene Draht 23 tritt durch das Loch 74. Der Draht 23 wird in das Durchgangsloch 74 eingefügt und ist mit der Leistungsplatine 70 zum Beispiel durch Lötzinn elektronisch verbunden. Dadurch ist der Draht 23 über die Leistungsplatine 70 mit dem Leistungsmodul 60 verbunden.
Wie in 2 gezeigt, sind die Drosselspule 76 und der Kondensator 77, 78 auf einer Fläche der Leistungsplatine 70 gegenüberliegend dem Motor 2 befestigt. Die Drosselspule 76 und der Kondensator 77, 78 sind in einem Bereich angebracht, der innerhalb des Kühlkörpers 50 definiert ist. Die Drosselspule 76 und der Kondensator 77, 78 sind zwischen der Leistungsplatine 70 und der Steuerplatine 40 in Achsenrichtung platziert.
Die Drosselspule 76 weist eine zylindrische Form auf und die Länge der Spule 76 in Achsenrichtung ist kleiner als die Länge der Spule 76 in der radialen Richtung. Die Drosselspule ist an einer Position angeordnet, die nicht mit dem Schaft 27 überlappt, wenn dies aus der Achsenrichtung des Motors 2 betrachtet wird. Die Achse der Drosselspule 76 ist annähernd senkrecht zu der Mittenlinie des Schafts 27 angeordnet, deshalb ist die Wicklung 76 derart angeordnet, dass sich diese vertikal erstreckt.
Der Kondensator 77, 78 ist ein Aluminium-Elektrolyt-Kondensator. Die Anzahl der Kondensatoren 78 ist vier und der Kondensator 78 weist eine Kapazität auf, die größer ist als die Kapazität des Kondensators 77. Der Kondensator 77, 78 kann in Abhängigkeit zu seiner Kapazität auch ein anderer Kondensator sein als der Aluminium-Elektrolyt-Kondensator.
Außerdem ist der Leistungsanschluss 79 mit der Leistungsplatine 70 verbunden und ist angrenzend der Steuerverbinders 45 auf der gleichen Seite angeordnet. Der Leistungsanschluss 79 ist derart angeordnet, dass dieser mit einer Verdrahtung von der gegenüberliegenden Seite des Motors 2 in Achsenrichtung verbindbar ist und mit der Leistungsquelle 75 verbunden ist. Der Leistungsplatine 70 wird von der Leistungsquelle 75 über den Leistungsanschluss 79 elektrische Leistung zugeführt. Außerdem wird dem Wicklungsdraht 22, der um den Stator 20 gewickelt ist, die elektrische Leistung, die von der Leistungsquelle 75 zugeführt wird, über den Leistungsanschluss 79, die Leistungsplatine 70, das Leistungsmodul 60 und den herausgenommenen Draht 23 zugeführt.
Die Abdeckung 110 ist aus einem Metall, wie beispielsweise Eisen, hergestellt und verhindert, dass das elektrische Feld und das magnetische Feld von der Steuereinheit 3 nach außen streuen. Ferner verhindert die Abdeckung 110, dass Staub in die Steuereinheit 3 eindringt. Die Abdeckung 110 weist einen Durchmesser auf, der annähernd der gleiche ist, wie der des Motorgehäuses 10 und weist eine grundsätzliche Zylinderform auf, die in Richtung des Motors 2 offen ist.
Eine Peripheriewand 111 weist einen Ausschnitt 112 bei einer Position auf, die dem Steuerverbinder 45 und dem Leistungsverbinder 79 entspricht. Der Ausschnitt 112 ist derart geformt, dass dieser den Formen des Steuerverbinders 45 und des Leistungsverbinders 79 entspricht. Da der Steuerverbinder 45 an dem Motor 2 in der Achsenrichtung näher als der Leistungsverbinder 79 platziert ist, weist der Ausschnitt 212 eine Stufenform auf. Der Steuerverbinder 45 und der Leistungsverbinder 79 sind von dem Ausschnitt 212 in der radialen Richtung freigelegt und sind mit externen elektrischen Komponenten außerhalb der Antriebsvorrichtung 1, wie beispielsweise die Leistungsquelle 75, verbunden.
Ein Halter 30 ist zwischen dem Motor 2 und der Steuereinheit 3 angeordnet. Der Halter 30 weist annähernd eine Scheibenform mit einem Durchmesser auf, der annähernd der gleiche ist, wie der des Motorgehäuses 10. Der Halter 30 ist beispielsweise aus Harz hergestellt.
Der Halter 30 weist einen Wandteil 31 auf, der sich in Richtung der Steuereinheit 3 erstreckt, und der Wandteil 31 ist im vollen Umfang der äußeren Peripherie des Halters 230 gebildet. Wie in 13 gezeigt weist der Wandteil 31 eine erste Wand 311 und eine zweite Wand 312 auf. Die erste Wand 311 erstreckt sich entlang der äußeren Peripherie. Die zweite Wand 312 ist zwischen der ersten Wand 311 und der Steuereinheit 3 in Achsenrichtung platziert und ist an der inneren Seite der ersten Wand 311 in der radialen Richtung platziert.
Die zweite Wand 312 ist an der inneren Seite der Peripheriewand 111 der Endabdeckung 110 in der radialen Richtung eingefügt und der Halter 30 und die Endabdeckung 210 sind aneinander angepasst. Eine Fläche der Stufe zwischen der ersten Wand 311 und der zweiten Wand 312 berührt einen Endabschnitt 113 der Peripheriewand 11 gegenüberliegend dem Motor 2 derart, dass das Eindringen eines fremden Gegenstands von außen in die Antriebsvorrichtung 1 in der radialen Richtung vermindert wird.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Leistungsverbinder 79 von dem Steuerverbinders 45 in der Achsenrichtung in Richtung der gegenüberliegenden Seite des Motors 2 beabstandet. Daher weist das Wandteil 31 des Halters 30 einen Vorsprung 32 auf, der in Richtung der Steuereinheit 3 hervorspringt, und der Vorsprung 32 weist eine Form auf, die der Stufe zwischen dem Steuerverbinder 45 und dem Leistungsverbinder 79 in der Achsenrichtung entspricht.
Wie in 12 gezeigt, ist in dem Halter 30 an der inneren Seite des Wandteils 31 ein Loch 33 in der radialen Richtung definiert. Das Loch 33 ist an der äußeren Seite des Leistungsmoduls 60 der Steuereinheit 3 in der radialen Richtung platziert. Zum Beispiel, sind zwei Sets von drei Löchern 33 auf jeder Seite gegenüberliegend zueinander definiert. Das Lochteil 33 weist eine Form auf, die dem herausgenommenen Draht 23 entspricht, und weist einen äußeren Umfang auf, der etwas größer ist, als der des herausgenommenen Drahtes 23. Der herausgenommene Draht 23 wird in das Loch 33 einer nach dem anderen eingefügt. Außerdem ist ein nicht näher gezeigtes Anpassteil 34 an dem Halter 30 bei einer Position definiert, die dem Lochteil 33 entspricht, wobei dieses in Richtung des Motors 2 hervorsteht. Das Anpassteil wird an das herausgenommene Teil des Motorgehäuses 10 angepasst.
Da das Anpassteil 34 eine vorbestimmte Dicke in der Achsenrichtung aufweist, wird die Positionierung des Drahtes 23 bestimmt, indem dieser in das Loch 33, das in dem Anpassteil 34 definiert ist, eingefügt wird und der herausgenommene Draht 23 wird derart gehalten, dass sich dieser in einer vorbestimmten Richtung erstreckt. Da der Halter 30 aus Harz hergestellt ist, ist die Isolation zwischen den herausgenommenen Drähten 23 und der Isolation zwischen dem Draht 23 und dem Motorgehäuse 10 sichergestellt.
Ein Ausschnitt 36 ist in dem Halter 30 bei einer Position definiert, die der Säule 19 und dem Schenkel 51 des Kühlkörpers 50 derart entspricht, dass der Halter 30 die Verbindung zwischen der Säule 19 und dem Bolzen 53 beeinträchtigt. Außerdem ist ein Schaftloch 39 in dem Zentrum des Halters 30 definiert und der Endabschnitt des Schafts 27 gegenüberliegend der Steuereinheit 3 tritt durch das Schaftloch 39.
Wie in den 2 und 12 bis 16 gezeigt, ist die Säule 19 an dem einheitsseitigen Wandteil 15 des Motorgehäuses 10 angeordnet. Die Säule 19 ist an einem Befestigungsloch 18, das in dem einheitsseitigen Wandteil 15 von der gegenüberliegenden Seite der Steuereinheit 3 definiert ist, verankert und angebracht. Die Säule 19 ist an einer inneren Seite der Peripheriewand 11 in der radialen Richtung platziert. Der Aufbau des Leistungsmoduls 60, wie beispielsweise der Anschluss, ist in 14 weggelassen.
Wie in 16 gezeigt, ist die Säule 19 beispielsweise aus Aluminium hergestellt und weist eine zylindrische Form auf. Die Säule 19 weist einen internen Gewindeteil 191 und einen Blockteil 192 auf. Ein internes Gewinde ist an einer inneren Fläche des internen Gewindeteils 191 in der radialen Richtung definiert. Das interne Gewindeteil 191 wird in das Säulenbefestigungsloch 18 eingefügt, das in dem einheitsseitigen Wandteil 15 definiert ist und ragt von einem Einsteckloch 36 eines Halters 30, das später erwähnt wird, in Richtung der Steuereinheit 3 hervor. Ferner wird das interne Gewindeteil 191 in ein Durchgangsloch 52 eingefügt, das in einem Schenkel 51 eines Kühlkörpers 50 definiert ist.
Ein Durchgangsbolzen 53 wird in das Durchgangsloch 52 von der entgegengesetzten Seite des Motorgehäuses 10 eingefügt und weist an dem Endabschnitt ein männliches Gewinde auf. Der Bolzen 53 wird an der Säule 19 innerhalb des Durchgangslochs 52 festgemacht. Dadurch sind der einheitsseitige Wandteil 15 des Motorgehäuses 10 und der Kühlkörper 50 der Steuereinheit 3 direkt an der inneren Seite der Peripheriewand 11 in der radialen Richtung verbunden. Der Blockteil 192 weist einen Durchmesser auf, der größer ist, als der des Säulenbefestigungslochs 18 und ist in dem Motorgehäuse 10 angeordnet. Der Blockteil 192 schließt das Loch 18 auf der entgegengesetzten Seite der Steuereinheit 3. Auch falls ein fremder Gegenstand, wie z. B. ein geschnittener Span, erzeugt wird, wenn der Durchgangsbolzen 53 und die Säule 19 miteinander verbunden werden, kann der fremde Gegenstand nicht in das Motorgehäuse 10 eindringen.
Wie in 12 gezeigt, weist eine Fläche 151 des einheitsseitigen Wandteils 15 ein Positionierungsteil 152 auf. Zum Beispiel sind drei der Positionierungsteile 152 an der Innenseite des Lochs 18 in der radialen Richtung angeordnet. Das Positionierungsteil ist ein Vorstand, der in Richtung der Steuereinheit 3 hervorspringt.
Der Schenkel 51 des Kühlkörpers 50 ist an einen Raum zwischen der Säule 19 und dem Positionierungsteil 152 angepasst. Wie in 15 gezeigt, ist eine Seitenfläche 511 des Schenkels 51 gegenüberliegend dem Positionierungsteil 152 angeordnet und ist derart gebildet, dass diese eine Fläche 153 des Positionierungsteils 152 gegenüberliegend der Säule 19 durch einen Schneide- und Schabprozess berührt. Der Fläche 511 des Schenkels 51 und die Fläche 153 des Positionierungsteils 152 kontaktieren einander derart, dass die Positionierung zwischen dem Motorgehäuse 10 und dem Kühlkörper 50 in der radialen Richtung relativ bestimmt werden kann. So sind der Motor 2 und die Steuereinheit 3 koaxial angeordnet.
Der Betrieb der Antriebsvorrichtung 1 wird nachstehend erläutert. Der Mikrocomputer 94, der auf der Steuerplatine 40 angeordnet ist, erzeugt ein Pulssignal, das auf den Signalen basiert, die von dem Drehwinkelsensor 93, dem Drehmomentsensor 8 und dem Shunt-Widerstand 99 ausgegeben werden. Das Signal wird durch eine PWM-Steuerung mittels des Pre-Drivers 91 in einer Weise moduliert, dass die Lenkung 5 entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit unterstützt wird.
Das Pulssignal wird über den Steueranschluss 64 zu den zwei Invertern 80 und 89, die mit dem Leistungsmodul 60 gebildet werden, derart ausgegeben, dass das Schalten der MOS 81 bis 86 gesteuert wird. Sinusförmige Ströme mit unterschiedlichen Phasen werden jeder Phase des Wicklungsdrahts 22 derart zugeführt, dass ein drehendes magnetisches Feld erzeugt wird. Aufgrund des drehenden magnetischen Felds werden der Rotor 25 und die Schaft 27 gemeinsam gedreht. Wenn die Schaft 27 gedreht wird, wird von dem Ausgangsende 29 eine Antriebskraft zu dem Getriebe 7 der Lenksäule 6 derart ausgegeben, dass die Lenkung 5 unterstützt wird. Das heißt. dass der Motor 2 durch den Wicklungsstrom, der dem Wicklungsdraht 22 zugeführt wird, angetrieben wird. In diesem Sinn entspricht der Wicklungsstrom, der dem Wicklungsdraht 22 zugeführt wird, einem Antriebsstrom, der den Motor 2 antreibt.
Wärme wird erzeugt, wenn der MOS 81 bis 88 des Leistungsmoduls 60 geschaltet wird und die Wärme wird zu dem Kühlkörper 50 durch das Abstrahlblech abgestrahlt. Deswegen kann ein Ausfall und eine Fehlfunktion, die durch einen Anstieg der Temperatur des Leistungsmoduls 60 verursacht werden, verhindert werden. Zusätzlich kann die Größe des Stators 20 oder des Rotors 25 entsprechend der benötigten Ausgangsleistung geändert werden.
Entsprechend der ersten Ausführungsform beinhaltet die Antriebsvorrichtung 1 den Motor 2, die Steuereinheit 3, die Säule 19 und den Durchgangsbolzen 53. Der Motor 2 weist das Motorgehäuse 10, den Stator 20, den Rotor 25 und den Schaft 27 auf. Das Motorgehäuse 10 weist eine zylindrische Form auf und definiert eine äußere Form des Motors 2. Der Stator 20 ist in dem Motorgehäuse in einer radialen Richtung angeordnet und ein Wicklungsdraht 22 ist derart um den Stator 20 gewickelt, dass dieser eine Mehrzahl von Phasen definiert. Der Rotor 25 ist in dem Stator 20 in der radialen Richtung angeordnet und ist relativ zu dem Stator 20 drehbar. Die Schaft 27 wird mit dem Rotor 25 gedreht. Die Steuereinheit 3 beinhaltet das Leistungsmodul 60, den Kühlkörper 50 und die Abdeckung 110 und ist auf einer Seite des Motors 2 in Achsenrichtung angeordnet. Das Leistungsmodul 60 weist den MOS 61 bis 86 auf, der die elektrische Versorgung zu dem Wicklungsdraht 22 schaltet. Der Kühlkörper 50 nimmt das Leistungsmodul 60 auf. Die Säule 19 ist an dem Wandteil 15 des Motorgehäuses gegenüberliegend der Steuereinheit 3 an einer Innenseite der Peripheriewand 11 des Motorgehäuses 10 in der radialen Richtung angeordnet. Der Durchgangsbolzen 53 wird an der Säule 19 derart festgemacht, dass diese den Motor 2 und die Steuereinheit 3 miteinander verbindet.
Die Steuereinheit 3 ist an einer Seite des Motors 2 in Achsenrichtung angeordnet. Der Motor 2 und die Steuereinheit 3 sind miteinander durch die Befestigung zwischen der Säule 19 und dem Durchgangsbolzen 53 verbunden, die an der Innenseite des Motorgehäuses in der radialen Richtung platziert sind. So kann die Größe der Antriebsvorrichtung in der radialen Richtung verkleinert werden.
Das Positionierungsteil 152 ist an einer Fläche 151 des Wandteils 15 gegenüberliegend der Steuereinheit 3 angeordnet, und bestimmt die Positionierung zwischen dem Motor 2 und der Steuereinheit 3 in der radialen Richtung. Daher kann die Positionierung des Motors 2 und der Steuereinheit 3 in der radialen Richtung derart bestimmt werden, dass das Erzeugen einer Abweichung zwischen dem Motor 2 und der Steuereinheit 3 beschränkt werden kann.
Das Positionierungsteil 152 weist eine Form auf, die an den Schenkel 51 des Kühlkörpers 50 angepasst ist. Daher kann die Positionierung des Motors 2 und der Steuereinheit 3 in der radialen Richtung geeignet bestimmt werden.
Das Wandteil 15 des Motorgehäuses weist das Schaftloch 16 auf und der Schaft 27 ist in Richtung der Steuereinheit 3 von dem Schaftloch 16 freigelegt. Der Endabschnitt des Schafts 27 gegenüberliegend der Steuereinheit weist einen Magneten 28 auf, der sich zusammen mit dem Schaft 27 dreht. Die Steuerplatine 40 weist den Drehwinkelsensor 93 auf, der an der Position gegenüber dem Magneten 28 angeordnet ist und der Sensor erfasst einen Drehwinkel des Schafts 27. Der Drehwinkelsensor 93 erfasst eine Schwankung des magnetischen Felds, das durch die Drehung des Magnets 28 erzeugt wird, wobei dadurch der Drehwinkel des Schafts 27 erfasst wird.
Der Magnet 28 und der Sensor 93 sind derart koaxial angeordnet, dass der Drehwinkel des Schafts 27 durch den Sensor 93 genau erfasst werden kann. Ferner kann die Positionierung des Motors 2 und der Steuereinheit 3 in der radialen Richtung derart bestimmt werden, dass die axiale Abweichung vermindert werden kann, da das Positionierungsteil 152 und der Schenkel 51 des Kühlkörpers 50 aneinander angepasst sind. So kann die Positionsabweichung zwischen dem Magnet 28 und dem Sensor 93 derart verringert werden, dass der Drehwinkel des Schafts 27 durch den Sensor 93 genauer erfasst werden kann.
Der Kühlkörper 50 weist den Schenkel 51 auf, der das Wandteil 15 des Motorgehäuses 10 berührt. Der Schenkel 51 weist das Durchgangsloch 52 auf, dass durch die Achsenrichtung des Motors 2 trat und die Säule 19 ist von der Seite des Motors 2 in das Loch 52 eingefügt. Ferner wird der Durchgangsbolzen 53 in das Loch 52 von der gegenüberliegenden Seite des Motors 2 eingefügt. So werden der Kühlkörper 50 der Steuereinheit 3 und das Motorgehäuse 10 direkt miteinander durch die Säule 19 und den Durchgangsbolzen 52 verbunden. Ferner werden die Säule 19 und der Bolzen 53 innerhalb des Lochs 52 derart festgemacht, dass die ganze Größe der Vorrichtung 1 verkleinert werden kann.
Durchgangsbolzen 53 weist an dem Endabschnitt ein männliches Gewinde auf. Die Säule 19 wird in das Säulenbefestigungsloch 18 eingefügt, dass in dem Wandteil 15 des Motorgehäuses 10 definiert ist und weist das interne Schraubenteil 191 auf. Die an der Innenfläche des internen Schraubenteils 191 definierte interne Schraube wird mit der männlichen Schaube des Durchgangsbolzens 53 festgemacht. Dadurch sind der Motor 2 und die Steuereinheit 3 einfach miteinander verbunden.
Ferner weist die Säule 19 das Blockteil 192 auf, das das Loch 18 auf der gegenüberliegenden Seite der Steuereinheit 3 schließt. Auch falls ein fremder Gegenstand, wie z. B. ein geschnittener Span, erzeugt wird, wenn der Durchgangsbolzen 53 und die Säule 19 miteinander verbunden werden, kann der fremde Gegenstand aufgrund des Blockteils 192 nicht in das Motorgehäuse 10 eindringen.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform wird in Bezug auf die 17–24 beschrieben. 17, 19–23 sind Ansichten, die die ganze Antriebsvorrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform darstellen. 18 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XVIII-XVII von 17. 24 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XXIV-XXIV von 18.
Die Steuervorrichtung 3 der Antriebsvorrichtung 200 weist eine Abdeckung 210 auf, die unterschiedlich zu der Abdeckung 110 der ersten Ausführungsform ist.
Die Abdeckung 210 weist eine Endabdeckung 211, einen Verbinderhalter 220 und einen Halter 230 auf. Die Abdeckung bringt die Steuerplatine 40, den Kühlkörper 50 und das Leistungsmodul 60 und die Leistungsplatine 70 in der radialen Richtung unter.
Die Endabdeckung 211 ist an dem Ende in Achsenrichtung der gegenüberliegenden Seite des Motors 2 angeordnet und definiert die äußere Form gegenüberliegend dem Motor 2 in Achsenrichtung. Die Endabdeckung weist eine grundsätzliche Zylinderform auf, die aus einem Metall wie zum Beispiel Eisen hergestellt ist, und weist einen Durchmesser auf, der annähernd der gleiche ist, wie der des Motorgehäuses 10. Die Endabdeckung 211 weist ein Schraubenloch 213 (22) bei einer Position auf, die dem Durchgangsloch 52, das im Schenkel 51 des Kühlkörpers 50 definiert ist, entspricht. Der Durchgangsbolzen 53 wird in das Schraubenloch 213 und dem Durchgangsloch 52 von der gegenüberliegenden Seite des Motors 2 eingefügt und wird mit der Säule 19 innerhalb des Lochs 52 festgemacht. Das heißt, dass der Bolzen 53 mit der Säule 19 durch die Endabdeckung 211 festgemacht wird.
Das Durchgangsloch 52 ist annähernd kreisförmig an der Seite der Endabdeckung 211 gebildet und weist einen annähernd C-förmigen Querschnitt auf, der in der radialen Richtung in Richtung der Außenseite an der Seite des Motors 2 offen ist (18 und 24). In anderen Worten weist der Schenkel 51 des Kühlkörpers 50 einen Ausschnitt an der Außenseite in der radialen Richtung an der Seite des Motors 2 auf.
Wie in 22 gezeigt, weist eine äußere Peripherie der Endabdeckung 211 eine Einrastteil 215 auf, das in Richtung des Motors 2 hervorsteht. Das Einrastteil 215 ist zum Beispiel an vier Positionen platziert und weist ein Einrastloch 216 auf.
Der Verbinderhalter 220 weist eine annähernd zylindrische Form auf und wird beispielsweise aus Harz hergestellt. Der Verbinderhalter 220 dient als ein Verbinder, um mit externen elektrischen Komponenten verbunden zu werden und definiert die äußere Form der Steuereinheit 3. Der Verbinderhalter 220 weist den Steuerverbinder 45 und den Leistungsverbinder 79 integral auf. Der Steuerverbinder 45 und den Leistungsverbinder 79 sind derart platziert, dass sich diese über das Drehzentrum des Motors 2 gegenüberliegen. Ein Draht, der sich von dem Motor 2 erstreckt, ist mit dem Verbinder 45 verbindbar, zum Beispiel ist ein Drehmoment-Signaldraht mit dem Verbinder 45 von dem Drehmomentsensor verbunden. Ein Draht, der sich von außen in der radialen Richtung erstreckt, ist mit dem Leistungsverbinder 79 verbindbar. Wie in 20 gezeigt, weist der Leistungsverbinder 79 einen Leistungsquellenverbinder 791, der mit der Leistungsquelle 75 verbunden werden soll, und einen CAN Verbinder 791 auf, der mit dem CAN verbunden werden soll. Position und Verbindungsrichtung der Verbinder 45, 79 kann entsprechend dem Verdrahtungsaufbau durch lediglich durch das Verändern des Verbinderhalters 220 verändert werden, ohne andere Komponenten zu verändern.
Wie in 24 gezeigt, sind in dem Verbinderhalter 220 sechs Lochteile 223 definiert und der herausgenommene Draht tritt einer nach dem anderen durch das Lochteil 223. Das Lochteil 223 weist eine Form auf, die dem herausgenommenen Draht 23 entspricht und ist derart gebildet, dass diese etwas größer ist, als der äußere Umfang des herausgenommenen Drahtes 23. Die Positionierung des Drahtes 23 wird bestimmt, indem dieser durch das Lochteil 223 tritt, und der Draht 23 wird durch das Lochteil 223 derart gehalten, dass sich dieser in einer vorbestimmten Richtung erstreckt. Da der Halter 30 aus Harz hergestellt ist, ist die Isolation zwischen den herausgenommenen Drähten 23 und die Isolation zwischen dem Draht 23 und dem Motorgehäuse 10 sichergestellt.
Wie in 23 gezeigt, weist eine äußere Umfangswand des Verbinderhalters 220 einen Vorsprung 226 bei einer Position auf, die dem Einrastteil 215 der Endabdeckung 211 entspricht. Der Vorsprung 223 wird in das Einrastloch 216 des Einrastteils 216 eingefügt, wobei dadurch die Endabdeckung 211 an den Verbinderhalter 220 unter Verwendung einer „Snap-Fit” Struktur bzw. eines Einschnapp-Fittings befestigt wird. So werden die Endabdeckung 211 und der Halter 230 einfach derart zusammengebaut, dass diese die äußere Form der Steuereinheit 3 bilden.
Der Halter 230 der zweiten Ausführungsform entspricht dem Halter 30 der ersten Ausführungsform. Während der Halter 30 an dem Motor 2 vorgesehen ist, ist der Halter 230 an der Steuereinheit 3 vorgesehen. Der Halter 230 bildet die Abdeckung 210, die die äußere Form der Steuereinheit 3 definiert. Die äußere Peripherie des Halters 230 weist das Einrastteil 231 auf, das auf die entgegengesetzte Seite des Motors 2 hervorsteht. Das Einrastteil 231 ist beispielsweise an vier Positionen definiert, und weist die Einrastnut 232 auf, an der der Vorsprung 227 des Verbinderhalters 220 unter Verwendung des Einschnapp-Fittings befestigt wird.
Die Steuereinheit 3 weist die Endabdeckung 211 auf, die die äußere Form gegenüberliegend dem Motor 2 in der Achsenrichtung bildet. Der Durchgangsbolzen 53 ist mit der Säule 19 durch die Endabdeckung 211 festgemacht. Daher können der Motor 2 und die Steuereinheit 3 einfach voneinander getrennt werden, indem die Befestigung zwischen der Säule 19 und dem Durchgangsbolzen 53 von der gegenüberliegenden Seite des Motors 2 gelöst wird. Wenn eine Fehlfunktion in entweder dem Motor 2 oder der Steuereinheit 3 erzeugt wird, kann dasjenige, dass die Fehlfunktion aufweist, durch ein neues ausgetauscht werden, nachdem der Motor 2 und die Steuereinheit 3 voneinander getrennt werden. So kann die Anzahl der Reparaturprozesse bzw. Reparaturvorgänge verringert werden. Außerdem können die gleichen Vorteile wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden.
(Andere Ausführungsformen)
Das erste Befestigungsmittel kann durch Säule mit einer weiblichen Schraube gebildet werden und das zweite Befestigungsmittel kann durch einen Durchgangsbolzen mit einer männlichen Schraube gebildet werden. Alternativ kann das erste Befestigungsmittel eine männliche Schraube und das zweite Befestigungsmittel eine weibliche Schraube aufweisen.
Das Positionierungsteil kann für die Anpassung an den Kühlkörper (Einlegestruktur) eine Form aufweisen, die eine andere ist als der Vorsprung, und kann die Position eines anderen Elements der Steuereinheit bestimmen, das nicht der Kühlkörper ist.
Der Halter kann aus Metall oder einem anderen Material als Harz hergestellt sein.
Die Steuereinheit kann nur eine Platine aufweisen, d. h. entweder die Steuerplatine oder die Leistungsplatine. Der Wicklungsdraht und das Leistungsmodul können direkt miteinander ahne die Leistungsplatine verbunden sein.
In der vorstehenden Ausführungsform weist der Halter ein Anpassteil auf, das in Richtung des Motors hervorsteht und das Anpassteil weist das Loch auf, durch das der herausgenommene Draht hindurch tritt. Alternativ kann die Fläche des Halters gegenüberliegend dem Motor flach sein, ohne einen Vorsprung aufzuweisen. Der Wandteil des Halters kann in Abhängigkeit zu der Form der Steuereinheit nicht im vollen Umfang angeordnet sein.
Die Steuereinheit kann nur eine Platine aufweisen, d. h. entweder die Steuerplatine oder die Leistungsplatine. Der Wicklungsdraht und das Leistungsmodul können direkt miteinander ohne die Leistungsplatine verbunden sein.
In der obigen Ausführungsform weist das Leistungsmodul eine Mehrzahl von Schaltelementen auf. Alternativ kann das Halbleitermodul für jedes der Schaltelemente angeordnet sein. Die Platzierung des Leistungsmoduls ist nicht auf die voranstehende Beschreibung beschränkt. Das Leistungsmodul kann derart angeordnet sein, dass dieses einen rechten oder anderen Winkel relativ zu dem sich drehenden Schaft des Motors aufweist.
Solche Änderungen und Modifikationen sollten derart verstanden werden, dass sich diese im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, wie in den beiliegenden Ansprüchen definiert, befinden.

Claims

Antriebsvorrichtung (1, 200) aufweisend: einen Motor (2) beinhaltend: ein Motorgehäuse (10), das eine zylindrische Form aufweist, die eine äußere Form des Motors definiert, einen Stator (20), der in dem Motorgehäuse in einer radialen Richtung angeordnet ist, einen Wicklungsdraht (22), der derart um den Stator gewickelt ist, dass dieser eine Mehrzahl von Phasen definiert, einen Rotor (25), der in dem Stator in der radialen Richtung angeordnet ist, wobei der Rotor relativ zu dem Stator drehbar ist, und einen Schaft (27), der sich mit dem Rotor dreht; eine Steuereinheit (3) beinhaltend: ein Halbleitermodul (60), das ein Schaltelement (81 bis 86) aufweist, das die elektrische Versorgung zu dem Wicklungsdraht schaltet, ein Aufnahmeelement (50), das das Halbleitermodul aufnimmt, und eine Platine (40), die elektrisch mit dem Halbleitermodul verbunden ist, wobei die Steuereinheit an einer Seite des Motors in einer Achsenrichtung angeordnet ist; und ein erstes Befestigungsmittel (19), das an einem Wandteil (15) des Motorgehäuses gegenüberliegend der Steuereinheit an einer Innenseite der Peripheriewand (11) des Motorgehäuses in der radialen Richtung angeordnet ist; und ein zweites Befestigungsmittel (53), das an dem ersten Befestigungsmittel derart festgemacht ist, dass dieses das Motorgehäuse und die Steuereinheit miteinander verbindet, wobei das Aufnahmeelement (50) einen Schenkel (51) aufweist, der den Wandteil (15) des Motorgehäuses berührt, der Schenkel ein Durchgangsloch (52) aufweist, das sich in Achsenrichtung des Motors erstreckt, das erste Befestigungsmittel (19) in das Durchgangsloch des Schenkels von einer Seite des Motors eingefügt wird, und das zweite Befestigungsmittel (53) in das Durchgangsloch des Schenkels von einer Seite der Steuereinheit eingefügt wird.
Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Wandteil (15) des Motorgehäuses ein Positionierungselement (152) an einer Fläche gegenüberliegend der Steuereinheit aufweist, und das Positionierungselement die Positionen des Motors und der Steuereinheit in der radialen Richtung bestimmt.
Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das Positionierungselement (152) eine Form aufweist, die an das Aufnahmelement angepasst ist.
Antriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter aufweisend: einen Drehwinkelsensor (93), der einen Drehwinkel des Schafts (27) erfasst und auf der Platine (40) angebracht ist, wobei der Wandteil (15) des Motorgehäuses ein Schaftloch (16) aufweist und ein Endabschnitt des Schafts (27) angrenzend der Steuereinheit in Richtung der Steuereinheit von dem Schaftloch freigelegt ist, und der Endabschnitt des Schafts ein Objekt (28) aufweist, das durch den Drehwinkelsensor erfasst wird, wobei sich das Objekt mit dem Schaft dreht, und der Drehwinkelsensor gegenüberliegend dem Objekt platziert ist.
Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei das Objekt und der Drehwinkelsensor auf einer Linie des Drehzentrums des Schafts koaxial angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zweite Befestigungsmittel (53) ein männliches Gewindeteil aufweist, das erste Befestigungsmittel (19) eine Säule mit einem weiblichen Gewindeteil (191) ist, das an dem männlichen Gewindeteil festgemacht wird, das erste Befestigungsmittel (19) in einem Loch (18) angeordnet ist, das in dem Wandteil des Motorgehäuses definiert ist.
Antriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste Befestigungsmittel (19) eine Abschlussteil (192) aufweist, das ein Ende des ersten Befestigungsmittels gegenüberliegend dem Motor in der Achsenrichtung abschließt.
Antriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuereinheit eine Endabdeckung (211) aufweist, die eine äußere Form der dem Motor in der Achsenrichtung gegenüberliegenden Steuereinheit definiert, und das zweite Befestigungsmittel an dem ersten Befestigungsmittel durch die Endabdeckung festgemacht ist.
Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Platine (40) mit dem Aufnahmeelement (50) verbunden ist, das Wandteil (15) des Motorgehäuses (10) ein Positionierungsteil (152) auf einer der Steuereinheit (3) gegenüberliegenden Fläche (151) aufweist, und eine Seitenfläche (511) des Schenkels (51) eines Aufnahmeelements (50) und eine Fläche (153) des Positionierungsteils (152) des Motorgehäuses (10) des Motors (2) derart miteinadner in Kontakt stehen, dass das Positionierungsteil (152) Positionen des Motors (2) und der Steuereinheit (3) in Radialrichtung bestimmt.