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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorantriebs-Steuerungseinrichtung für eine elektrische Servolenkung, die eine Antriebssteuerung eines Motors durchführt, der beispielsweise in einer elektrischen Servolenkungseinrichtung für ein Fahrzeug verwendet wird.
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Stand der Technik
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Eine elektrische Servolenkungseinrichtung für ein Automobil ist dazu ausgelegt, die Rotationsrichtung und das Rotationsmoment einer Lenkwelle zu detektieren, die von einem Fahrer gedreht wird, der ein Lenkrad betätigt, und einen Elektromotor so anzutreiben, dass er in der gleichen Richtung wie die Rotationsrichtung der Lenkwelle rotiert, und zwar auf der Basis des detektierten Werts, um ein Unterstützungs-Lenkmoment zu erzeugen.
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Herkömmlicherweise nimmt eine Motorantriebs-Steuerungseinrichtung für eine elektrische Servolenkung, die die Antriebssteuerung eines Motors durchführt, der in einer elektrischen Servolenkungseinrichtung verwendet wird, als eine kleine und hochzuverlässige Struktur eine Stapelstruktur an, die einen Unterbringungsraum hat, der von einem Deckel und einem Gehäuse gebildet wird und Folgendes aufnimmt: eine Energieumwandlungsschaltungseinheit, in welcher ein Glättungskondensator und ein MOSFET als Halbleiterschalter, die die Antriebssteuerung konfigurieren, auf demselben Metallsubstrat angeordnet sind; eine Steuerungsschaltungseinheit, in welcher Steuerungsschaltungskomponenten, wie z. B. ein Mikrocomputer angeordnet sind; und eine Filter-einheit, in welcher ein Filter angeordnet ist (siehe z. B. 2 im Patentdokument 1).
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In einem weiteren Beispiel einer Stapelstruktur umgeben eine Oberseiten-Abdeckung und ein Unterseiten-Kühlkörper Folgendes sandwichartig zwischeneinander: eine Steuerplatine, auf welcher oberflächenmontierte Komponenten für die Steuerungsschaltung montiert sind, um eine Steuerungsschaltung zu bilden; eine Leistungsplatine, auf welcher oberflächenmontierte Komponenten für die Energie montiert sind; und ein Verbindergehäuse, das sich zwischen der Steuerplatine und der Leistungsplatine befindet und mit einem Verbinder für eine externe Verbindung zum Verbinden nach außen integriert ist, wie z. B. einem Energieversorgungssystem oder einer weiteren ECU (siehe z. B. 2 im Patentdokument 2).
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Literaturverzeichnis
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Patentdokument
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- Patentdokument 1: Japanische offengelegte Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 2013-063 689 A (2)
- Patentdokument 2: Japanische offengelegte Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 2013-103 535 A (2)
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Zusammenfassung der Erfindung
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Mit der Erfindung zu lösende Probleme
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Bei der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung für eine elektrische Servolenkung, die eine Antriebssteuerung eines Motors durchführt, der in einer elektrischen Servolenkungseinrichtung verwendet wird und die in dem Patentdokument 1 beschrieben ist, gilt jedoch Folgendes: Da der MOSFET und der Glättungskondensator auf dem gleichen Metallsubstrat angeordnet sind und in dem Unterbringungsraum gestapelt sind, der von dem Deckel und dem Gehäuse gebildet wird, wird der Glättungskondensator von der Wärme beeinflusst, die von der MOSFET-Oberfläche erzeugt wird, und er wird auch durch die Wärme von dem Gehäuse beeinflusst, an welchem das Metallsubstrat befestigt ist. Dies führt folglich zu einem dahingehenden Problem, dass ein Anstieg der Temperatur des Glättungskondensators gesteigert wird.
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Bei der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung für eine elektrische Servolenkung, die die Antriebssteuerung eines Motors durchführt, der in einer elektrischen Servolenkungseinrichtung verwendet wird und die im Patentdokument 2 beschrieben ist, gilt Folgendes: Da die montierten Leistungskomponenten, wie z. B. ein Kondensator und ein Schaltelement auf derselben Leistungsplatine angeordnet sind, besteht das gleiche Problem wie oben beschrieben.
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Insbesondere wird ein kleiner oberflächenmontierter Kondensator auf der Leistungsplatine verwendet, und der Kondensator wird auf einfache Weise von der Wärme aus der Umgebung beeinflusst, und zwar wegen der kleinen Wärmekapazität des Kondensators. Folglich ergibt sich ein dahingehendes Problem, dass ein Anstieg von dessen Temperatur unterstützt wird.
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Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die obigen Probleme zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motorantriebs-Steuerungseinrichtung für eine elektrische Servolenkung anzugeben, bei welcher ein Anstieg der Temperatur eines Glättungskondensators mit einer temperaturabhängigen Lebensdauer unterbunden wird, um deren Zuverlässigkeit zu verbessern, und die Höhe der Steuerungseinrichtung wird verringert, um eine Verkleinerung zu erreichen.
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Lösung der Probleme
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Eine Motorantriebs-Steuerungseinrichtung für eine elektrische Servolenkung gemäß der vorliegenden Erfindung führt eine Antriebssteuerung eines Motors aus, der in einer elektrischen Servolenkungseinrichtung verwendet wird, und weist Folgendes auf:
eine Mehrzahl von Schaltelementen zum Zuführen eines Stroms zu dem Motor; einen Glättungskondensator zum Absorbieren einer Rippelkomponente des Motorstroms, der infolge von Einschalt-/Ausschaltvorgängen der Schaltelemente fließt;
eine Steuerplatine, auf welcher eine Treiberschaltung zum Durchführen einer Treibersteuerung der Schaltelemente und ein Steuerungsschaltungs-Kondensator montiert sind;
eine Steuersignal-Leitung zum Zuführen eines Steuersignals von der Steuerplatine an die Schaltelemente;
ein elektrisches Verbindungselement, das elektrisch die Schaltelemente mit dem Glättungskondensator verbindet; und
einen Kühlkörperbereich, in welchem die Schaltelemente auf eine eingebettete Art und Weise angeordnet sind, wobei sich das elektrische Verbindungselement zwischen dem Schaltelement und der Steuerplatine befindet, und wobei sich der Steuerungsschaltungs-Kondensator und der Glättungskondensator in einem Raum zwischen dem elektrischen Verbindungselement und der Steuerplatine befinden.
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Wirkung der Erfindung
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Dank der Konfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Glättungskondensator kaum durch die Wärme von dem Schaltelement, dem Gehäuse und dem Kühlkörperbereich beeinflusst. Daher wird ein Anstieg der Temperatur des Glättungskondensators unterbunden, und seine Zuverlässigkeit wird verbessert. Da außerdem die Größe der Steuerungseinrichtung in der Höhenrichtung verringert wird, kann die Einrichtung verkleinert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Schaltungs-Konfigurationsdiagramm einer elektrischen Servolenkungseinrichtung inklusive einer Motorantriebs-Steuerungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
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2 ist ein Strukturdiagramm der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
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3 ist eine Schnittansicht eines elektrischen Verbindungselements, das bei der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung verwendet wird, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
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4 ist eine Schnittansicht eines weiteren Beispiels des elektrischen Verbindungselements, das bei der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung verwendet wird, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
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5 ist eine Ansicht eines elektrischen Verbindungselements, das bei der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung verwendet wird, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von der oberen Fläche.
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6 ist eine Ansicht, die die Positionsrelation unter den Elementen zeigt, die bei der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung verwendet werden, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
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7 ist eine Ansicht, die ein weiteres Beispiel der Positionsrelation unter den Elementen zeigt, die bei der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung verwendet werden, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
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8 ein Strukturdiagramm einer elektrischen Servolenkungseinrichtung einschließlich der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
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9 ist eine Ansicht, die das Positionsverhältnis unter den Elementen zeigt, die bei der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung verwendet werden, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Ausführungsform 1
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Nachfolgend wird eine Motorantriebs-Steuerungseinrichtung für eine elektrische Servolenkung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 8 beschrieben.
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1 ist ein Schaltungs-Konfigurationsdiagramm einer elektrischen Servolenkungseinrichtung inklusive der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung für eine elektrische Servolenkung (nachfolgend einfach als Motorantriebs-Steuerungseinrichtung bezeichnet) gemäß Ausführungsform 1. 2 ist ein Strukturdiagramm der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung.
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Zunächst wird die gesamte Schaltungskonfiguration der elektrische Servolenkungseinrichtung beschrieben. In 1 weist die elektrische Servolenkungseinrichtung 100 Folgendes auf: einen Elektromotor 30, der ein Hilfsdrehmoment an ein Lenkrad 1 eines Fahrzeugs ausgibt; eine Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3, die den Antrieb des Elektromotors 30 steuert; einen Drehzahlminderer 2, der die Drehzahl des Elektromotors 30 verringert; eine Batterie 4, die Strom zum Antreiben des Elektromotors 30 zuführt; und einen Drehmomentsensor 6, der nahe dem Lenkrad des Fahrzeugs vorgesehen ist und ein Lenkmoment des Lenkrads 1 detektiert, das von einem Fahrer betätigt wird.
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Der Elektromotor 30, der von der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 angetrieben wird, ist aus einem dreiphasigen bürstenlosen Motor gebildet, und er hat Ankerwicklungen 31u, 31v, 31w, die in einer Sternschaltung verbunden sind.
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Die Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 weist Folgendes auf: einen Energieversorgungsverbinder 7, der elektrisch die Batterie 4 mit der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 verbindet; einen Verbinder 8 für das fahrzeugseitige Signal, der ein fahrzeugseitiges Signal 5, wie z. B. ein Fahrzeug-Fahrtgeschwindigkeitssignal von der Fahrzeugseite empfängt; und einen Drehmomentsensor-Verbinder 9, der elektrisch den Drehmomentsensor 6 mit der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 verbindet.
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Außerdem weist die Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 Folgendes auf: Glättungskondensatoren 25a bis 25c zum Absorbieren einer Rippelkomponente eines Motorstroms, der durch den Elektromotor 30 fließt; identische Schaltelemente 20a, 20b, 20c, die eine dreiphasige Brückenschaltung zum Schalten des Motorstroms gemäß der Amplitude und der Richtung des Hilfsdrehmoments bilden, das an das Lenkrad 1 ausgegeben werden soll; eine Spule 43, die verhindert, dass elektromagnetische Störungen, die während des Schaltvorgangs der Schaltelemente 20a bis 20c erzeugt werden, nach außen fließen; ein Energieversorgungsrelais 40, das eine Schalteinrichtung zum Leiten und Unterbrechen eines Batteriestroms ist, der von der Batterie 4 den Schaltelementen 20a bis 20c zugeführt wird, die die dreiphasige Brückenschaltung bilden; eine Steuerplatine 10 zum Steuern der Einschalt-/Ausschaltzustände des Energieversorgungsrelais 40 und der Schaltelemente 20a bis 20c, die die dreiphasige Brückenschaltung bilden; und einen Rotationssensor 51, der die Drehzahl des Elektromotors 30 detektiert.
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Das Schaltelement 20a hat einen Feldeffekttransistor 21a (nachfolgend als FET 21a bezeichnet) und einen FET 22a, deren Enden miteinander verbunden sind. Das Schaltelement 20b hat einen FET 21b und einen FET 22b, deren Enden miteinander verbunden sind. Das Schaltelement 20c hat einen FET 21c und einen FET 22c, deren Enden miteinander verbunden sind. Der FET 21a des Schaltelements 20a bildet einen plusseitigen U-Phasenzweig der dreiphasigen Brückenschaltung, und der FET 22a bildet einen minusseitigen U-Phasenzweig davon.
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Der FET 21b bildet einen plusseitigen V-Phasenzweig der dreiphasigen Brückenschaltung, und der FET 22b bildet einen minusseitigen V-Phasenzweig davon. Der FET 21c bildet einen plusseitigen W-Phasenzweig der dreiphasigen Brückenschaltung, und der FET 22c bildet einen minusseitigen W-Phasenzweig davon.
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Die anderen Enden von FET 21a bis FET 21c sind jeweils mit Glättungskondensatoren 25a bis 25c verbunden, um eine Rippelkomponente des Motorstroms zu absorbieren, der durch den Elektromotor 30 fließt, und zwar durch Einschalt-/Ausschaltvorgänge der Schaltelemente 20a bis 20c. Die anderen Enden der FETs 22a bis 22c sind jeweils mit dem Erdpotentialteil des Fahrzeugs über Shunt-Widerstände 24a bis 24c verbunden.
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Ein Verbindungspunkt A, an welchem die Enden des FETs 21a und des FETs 22a verbunden sind, ein Verbindungspunkt B, an welchem die Enden des FETs 21b und des FETs 22b verbunden sind, und ein Verbindungspunkt C, an welchem die Enden des FETs 21e und des FETs 22c verbunden sind, dienen als AC-seitige Anschlüsse für die U-, V-, W-Phasen der dreiphasigen Brückenschaltung.
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Die Enden der FETs 23a bis 23c sind jeweils mit dem Verbindungspunkt A, dem Verbindungspunkt B und dem Verbindungspunkt C der Schaltelemente 20a bis 20c verbunden, und die anderen Enden der FETs 23a bis 23c sind jeweils mit den U-Phasen-, V-Phasen-, W-Phasenanschlüssen der Ankerwicklungen 31u, 31v, 31w des Elektromotors 30 verbunden. Die FETs 23a bis 23c, die wie oben beschrieben angeschlossen sind, werden normalerweise von der Steuerplatine 10 so gesteuert, dass sie eingeschaltet sind, und sie dienen dazu, den Elektromotor 30 elektrisch zu trennen, d. h. sie dienen als ein Motor-Relais, wie es erforderlich ist.
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Bei der Ausführungsform 1 werden drei identische Schaltelemente als Schaltelemente 20a bis 20c verwendet. Die Schaltelemente 20a bis 20c können jedoch auch alle in ein einziges Modul integriert sein, und eine Wechselrichterschaltung kann unter Verwendung des einen Moduls konfiguriert werden. In 1 ist ein Glättungskondensator 25a bis 25c für jedes Schaltelement 20a bis 20c vorgesehen. Die Anzahl der Glättungskondensatoren ist jedoch nicht besonders beschränkt, und es kann eine notwendige Anzahl von Glättungskondensatoren zum Absorbieren einer Rippelkomponente des Motorstroms vorgesehen werden.
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Zwei FETs 41, 42, die an dem Energieversorgungsrelais 40 ausgebildet sind, haben Enden, die miteinander verbunden sind. Ein anderes Ende des einen FETs 41 ist mit dem Energieversorgungsverbinder 7 über die Spule 43 verbunden. Ein anderes Ende des anderen FETs 42 ist mit einem plusseitigen DC-Anschluss der dreiphasigen Brückenschaltung verbunden, die von den Schaltelementen 20a bis 20c gebildet wird.
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In 1 befindet sich das Energieversorgungsrelais 40 zwischen der Spule 43 und der Plusseite der Schaltelemente 20a bis 20c, die die dreiphasige Brückenschaltung bilden, als ein Beispiel. Das Energieversorgungsrelais 40 kann sich jedoch auch zwischen dem Energieversorgungsverbinder 7 und der Spule 43 befinden. In 1 ist eine einzige Spule 43 vorgesehen. Es kann jedoch auch eine Mehrzahl von Spulen in Reihe geschaltet sein, um die erzeugte Wärme zu verteilen.
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Die Steuerplatine 10 hat darauf einen Mikrocomputer 11, eine FET-Treiberschaltung 12, eine Strom-Detektionsschaltung 13 und Steuerungsschaltungs-Kondensatoren 14 montiert. Die Steuerungsschaltungs-Kondensatoren 14 sind Kondensatoren zum Zuführen von Energie Vc zu Halbleiter-Steuerelementen und Schaltungselementen, die den Mikrocomputer 11, die FET-Treiberschaltung 12, die Strom-Detektionsschaltung 13 und dergleichen bilden, die auf der Steuerplatine 10 montiert sind. Als Steuerungsschaltungs-Kondensatoren 14 werden Elektrolytkondensatoren verwendet, um die Steuerelemente und die Schaltungselemente stabil zu betreiben.
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Wenn ein Fahrer das Lenkrad 1 betätigt, um ein Lenkmoment auf eine Lenkwelle auszuüben, detektiert der Drehmomentsensor 6 das Lenkmoment, und ein Lenkmomentsignal gemäß dem detektierten Drehmoment wird in den Mikrocomputer 11 eingegeben. Der Rotationssensor 51 ist aus einem Resolver oder einem Magnetsensor aufgebaut, und ein Rotations-Detektionssignal gemäß einer Lenkdrehzahl, das von dem Rotationssensor 51 detektiert wird, wird in den Mikrocomputer 11 eingegeben. Ferner wird der Motorstrom, der durch den Elektromotor 30 fließt, über die Enden der Shunt-Widerstände 24a bis 24c mittels der Strom-Detektionsschaltung 13 detektiert, und ein Motorstromsignal aus der Strom-Detektionsschaltung 13 wird in den Mikrocomputer 11 eingegeben.
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Der Mikrocomputer 11 berechnet ein Steuersignal, das in die FET-Treiberschaltung 12 eingegeben werden soll, auf der Basis des Lenkmomentsignals von dem Drehmomentsensor 6, dem Rotations-Detektionssignal, das von dem Rotationssensor 51 detektiert wird, dem fahrzeugseitigen Signal 5, wie z. B. einem Fahrzeug-Fahrtgeschwindigkeitssignal sowie dem Motorstromsignal von der Strom-Detektionsschaltung 13.
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Auf der Basis des Steuersignals von dem Mikrocomputer 11 erzeugt die FET-Treiberschaltung 12 ein Gate-Treibersignal zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, um eine Leitungssteuerung der Schaltelemente 20a bis 20c der dreiphasigen Brückenschaltung und der FETs des Energieversorgungsrelais 40 durchzuführen. Folglich erzeugt die dreiphasige Brückenschaltung vorbestimmte dreiphasige AC-Ströme und führt die dreiphasigen AC-Ströme den Ankerwicklungen 31u bis 31v des Elektromotors 30 zu, um den Elektromotor 30 anzutreiben.
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Das Drehmoment, das von dem Elektromotor 30 erzeugt worden ist, wird als Unterstützungs-Drehmoment an die Lenkwelle über den Drehzahlminderer 2 angelegt. Folglich wird die Fahrer-Lenkkraft auf das Lenkrad 1 verringert. In 1 ist der Fall als ein Beispiel gezeigt, in welchem die Ankerwicklungen 31u bis 31v des Elektromotors 30 in einer Sternschaltung verbunden sind. Die Ankerwicklungen 31u bis 31v können jedoch auch in einer Dreiecksschaltung verbunden sein.
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Als nächstes wird die Struktur der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. In 2 wird die Seite, wo die Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 mit dem Motor 30 verbunden ist, als Vorderseite der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 bezeichnet, und die Seite, die nicht mit dem Motor verbunden ist, wird als Rückseite der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung bezeichnet. Bei der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 gemäß Ausführungsform 1 sind eine Abdeckung 60, die Steuerplatine 10, ein elektrisches Verbindungselement 15 und dann ein Kühlkörperbereich 70 in einer gestapelten Weise angeordnet.
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Die Steuerplatine 10 hat darauf Folgendes montiert: den Mikrocomputer 11; die FET-Treiberschaltung 12 mit einem Steuerelement; die Strom-Detektionsschaltung 13; und die Steuerungsschaltungs-Kondensatoren 14, die benötigt werden, um Energie zu den Steuerelementen des Mikrocomputers 11 und der FET-Treiberschaltung 12 zuzuführen. Das Steuersignal von der Steuerplatine 10 wird als elektrisches Signal an jedes Schaltelement 20a bis 20c abgegeben, und zwar über Steuersignal-Leitungen 26a bis 26c, die mit den jeweiligen Schaltelementen 20a bis 20c verbunden sind.
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Die Schaltelemente 20a bis 20c werden gebildet, indem freiliegende FET-Chips mit Harz vergossen werden und mit den Shunt-Widerständen 24a bis 24c versehen werden, zum Zweck der Stromdetektion. Die Halbleiterelemente, die für die Schaltelemente 20a bis 20c verwendet werden, sind Hochgeschwindigkeitselemente vom selbstabschaltenden Spannungs-Steuerungstyp, und es wird ein MOSFET oder ein IGBT dafür ausgewählt. In dem Fall, dass Halbleiter mit großem Bandabstand verwendet werden, wie z. B. Siliciumcarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN), wird es möglich, eine Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 zu erhalten, die weiter verringerte Verluste und eine weiter verringerte Größe haben, was den Hochgeschwindigkeits-Schalteigenschaften und den Hochtemperatur-Betriebseigenschaften der Halbleiter mit großem Bandabstand geschuldet ist.
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Die Schaltelemente 20a bis 20c führen den notwendigen Strom dem Elektromotor 30 zu, um den Elektromotor 30 anzutreiben. Die Schaltelemente 20a bis 20c sind an dem Kühlkörperbereich 70 angeordnet. Der Kühlkörperbereich 70 ist aus einem Metall, wie z. B. Aluminium gebildet, und er absorbiert die Wärme, die in den Schaltelementen 20a bis 20c erzeugt wird. Folglich hat er eine dahingehende Funktion, den Anstieg der Temperatur der Schaltelemente 20a bis 20c zu unterbinden.
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Der Kühlkörperbereich 70 hat eine Aussparung 70a, die so ausgespart ist, dass sie tiefer als die Länge in der Dickenrichtung der Schaltelemente 20a bis 20c ist, so dass die Schaltelemente 20a bis 20c darin auf eine eingebettete Art und Weise angeordnet sind. Indem der Kühlkörperbereich 70 mit der Aussparung 70a vorgesehen wird, die so ausgespart ist, dass sie tiefer als die Länge in der Dickenrichtung der Schaltelemente 20a bis 20c ist, können die Schaltelemente 20a bis 20c vollständig in der Aussparung 70a des Kühlkörperbereichs 70 eingebettet sein.
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Daher kann die Höhe der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 verringert werden, und gleichzeitig kann Wärme wirkungsvoll an den Kühlkörperbereich 70 übertragen werden, so dass ein Anstieg der Temperatur der Schaltelemente 20a bis 20c unterbunden werden kann.
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Die Schaltelemente 20a bis 20c können auf einem Metallsubstrat montiert sein, das gebildet wird, indem eine Isolierschicht auf einem Basismaterial, wie z. B. Aluminium vorgesehen wird und eine Kupferfolie zur Schaltungsausbildung darauf abgelagert wird, oder einem Keramiksubstrat, das aus thermisch hochleitendem Keramikmaterial und Verdrahtungsleitern gebildet ist, und sie können einen Kontakt mit dem Kühlkörperbereich 70 über das Substrat haben.
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Die Schaltelemente 20a bis 20c können einen Kontakt mit dem Kühlkörperbereich 70 über einen Klebstoff oder ein Lot haben. Bei einer solchen Konfiguration kann Wärme, die in den Schaltelementen 20a bis 20c erzeugt wird, wirkungsvoll an den Kühlkörperbereich 70 übertragen werden, so dass ein Anstieg der Temperatur der Schaltelemente 20a bis 20c unterbunden werden kann.
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Nachdem das Metallsubstrat oder das Keramiksubstrat, auf welchen die Schaltelemente 20a bis 20c montiert sind, in der Aussparung 70a des Kühlkörperbereichs 70 eingebettet worden ist, kann ein thermisch hochleitendes Isoliermaterial, wie z. B. ein Formungsharz oder ein Silikongel in die Aussparung 70a injiziert werden.
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Bei einer solchen Konfiguration kann die Wärme, die in den Schaltelementen 20a bis 20c erzeugt wird, wirkungsvoll an den Kühlkörperbereich 70 übertragen werden, so dass ein Anstieg der Temperatur der Schaltelemente 20a bis 20c unterbunden werden kann. Außerdem können elektrisch freiliegende Teile der Schaltelemente 20a bis 20c isoliert werden, so dass die Zuverlässigkeit weiter verbessert werden kann.
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In 2 sind der FET 41 und der FET 42 des Energieversorgungsrelais 40 nicht dargestellt. Sie sind jedoch auf eine eingebettete Art und Weise in der Aussparung 70a angeordnet, die im Kühlkörperbereich 70 ausgebildet ist, wie bei den Schaltelementen 20a bis 20c.
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An einer Endfläche (Rückseite) des Kühlkörperbereichs 70, in welchem die Aussparung 70a gebildet ist, ist das elektrische Verbindungselement 15, das aus einer metallischen Stromschiene und einem Isolierharz gebildet ist, in Kontakt mit der Endfläche angeordnet, so dass es die Schaltelemente 20a bis 20c vollständig bedeckt. Solch eine Konfiguration kann den Einfluss von Wärme von den Schaltelementen 20a bis 20c und dem Kühlkörperbereich 70 auf die Glättungskondensatoren 25a bis 25c (25c ist in 2 sichtbar, dasselbe gilt nachfolgend) unterbunden werden, die auf der Rückseite des elektrischen Verbindungselements 15 vorgesehen sind, und auf die Steuerelemente des Mikrocomputers 11 und der FET-Treiberschaltung 12, die auf der Steuerplatine 10 vorgesehen sind, die auf der Rückseite in Bezug auf das elektrische Verbindungselement 15 angeordnet sind. Folglich kann die Zuverlässigkeit weiter verbessert werden.
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Auf der anderen Endfläche (Vorderseite) des Kühlkörperbereichs 70 ist der Rotationssensor 51 vorgesehen. Der Rotationssensor 51 kann unter Verwendung eines Resolvers konfiguriert sein, oder unter Verwendung eines Permanentmagneten und eines GMR-Sensors in Kombination.
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Das elektrische Verbindungselement 15 befindet sich zwischen den Schaltelementen 20a bis 20c und der Steuerplatine 10, die Glättungskondensatoren 25a bis 25c befinden sich in einem Raum zwischen dem elektrischen Verbindungselement 15 und der Steuerplatine 10, und die Steuerungsschaltungs-Kondensatoren 14, die auf der Steuerplatine 10 montiert sind, befinden sich ebenfalls in diesem Raum.
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Die Abdeckung 60 ist mittels Schrauben 101 in Kühlkörperverbindungs-Schraubenlöchern 92 (siehe 5) verschraubt, die im Kühlkörperbereich 70 vorgesehen sind, um die Steuerplatine 10 und das elektrische Verbindungselement 15 zu bedecken. Die Verbindung zwischen dem Kühlkörperbereich 70 und der Abdeckung 60 kann mittels eines Klebstoffs oder einer Kombination einer Schraube und eines Klebstoffs getätigt werden, ohne dass sie auf Schrauben beschränkt ist.
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Die Abdeckung 60 ist aus einem Metall oder Harz gebildet, und die Abdeckung 60 ist integral geformt, so dass sie einen Raum hat, in welchem der Energieversorgungsverbinder 7, der Verbinder 8 für das fahrzeugseitige Signal, der Drehmomentsensor-Verbinder 9 und die Spule 43 angeordnet sind.
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3 ist eine Schnittansicht des elektrischen Verbindungselements 15. Eine Zuführung von Energie zu den Schaltelementen 20a bis 20c und eine elektrische Verbindung zwischen den Schaltelementen 20a bis 20c und den Glättungskondensatoren 25a bis 25c wird über das elektrische Verbindungselement 15 getätigt.
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Das elektrische Verbindungselement 15 hat eine Form mit flacher Oberfläche, und die Größe von dessen flacher Oberfläche ist die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche wie die Größe der flachen Oberfläche der Steuerplatine 10. Das elektrische Verbindungselement 15 wird gebildet, indem an einem Isolierelement 15c, wie z. B. Harz, Leitungs-Stromschienen angeordnet werden, die aus einer plusseitigen Stromschiene 15a und einer minusseitigen Stromschiene 15b gebildet sind, die aus Metall hergestellt sind, oder indem ein Teil oder die Gesamtheit der plusseitigen Stromschiene 15a und der minusseitigen Stromschiene 15b mit dem Isolierelement 15c, wie z. B. Harz geformt wird.
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Die plusseitige Stromschiene 15a und die minusseitige Stromschiene 15b dienen dazu, Strom zuzuführen, und das Isolierelement 15c, wie z. B. Harz dient dazu, eine elektrische Isolierung zwischen den Leitungs-Stromschienen 15a, 15b und weiteren Komponenten, wie z. B. dem Kühlkörperbereich 70 sicherzustellen; es dient als ein Rahmen, der die Leitungs-Stromschienen stützt, und es dient ferner als eine Wärmeabschirmung, so dass Wärme von den Schaltelementen 20a bis 20c und Wärme vom Kühlkörperbereich 70 kaum auf die Glättungskondensatoren 25a bis 25c übertragen werden. Außerdem hat das Isolierelement 15c, wie z. B. Harz einen aufragenden Flansch 15cd um die Peripherie herum an dessen flacher Flächenkante, so dass ein Zwischenraum zwischen dem Isolierelement 15c und der Steuerplatine 10 gebildet wird.
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Indem das elektrische Verbindungselement 15 mit der in 3 gezeigten Struktur verwendet wird, hat, wie in 2 gezeigt, eine Fläche des elektrischen Verbindungselements 15 einen Kontakt mit einer Endfläche des Kühlkörperbereichs 70, und es bedeckt die Schaltelemente 20a bis 20c vollständig. Daher ist es möglich, den Einfluss der Wärme von den Schaltelementen 20a bis 20c und dem Kühlkörperbereich 70 auf die Glättungskondensatoren 25a bis 25c, die an der oberen Fläche des elektrischen Verbindungselements 15 vorgesehen sind, und an den Mikrocomputer 11 und die FET-Treiberschaltung 12, die an der Steuerplatine 10 vorgesehen ist, zu unterbinden.
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4 zeigt eine weitere Struktur des elektrischen Verbindungselements 15. Wie in 4 gezeigt, gilt Folgendes: Selbst in dem Fall, in welchem der hochstehende Flansch 15cd, der um die Kanten-Peripherie des Isolierelements 15c des elektrischen Verbindungselements 15 herum ausgebildet ist, in Richtung der Seite des Kühlkörperbereichs 70 vorsteht, die gegenüber der Seite der Steuerplatine 10 liegt, kann eine zu der obigen Wirkung äquivalente Wirkung erzielt werden, solange das elektrische Verbindungselement 15 eine Struktur hat, die den Bereich bedeckt, der die Schaltelemente 20a bis 20c enthält.
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5 ist eine Ansicht des Kühlkörperbereichs 70, der Schaltelemente 20a bis 20c und des elektrischen Verbindungselements 15 bei Betrachtung von der Rückseite.
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Die plusseitige Stromschiene 15a und die minusseitige Stromschiene 15b des elektrischen Verbindungselements 15 sind mit der Batterie 4 über den Energieversorgungsverbinder 7 verbunden. Die plusseitige Stromschiene 15a und die minusseitige Stromschiene 15b sind parallel und nahe beieinander angeordnet, so dass sie eine Schleifenform haben. Die plusseitige Stromschiene 15a ist mit P-Anschlüssen 28a bis 28c der jeweiligen Schaltelemente 20a bis 20c verbunden, und die minusseitige Stromschiene 15b ist mit N-Anschlüssen 29a bis 29c der jeweiligen Schaltelemente 20a bis 20c verbunden.
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Eine solche Verdrahtung ermöglicht eine Verringerung der Induktivität der Stromschienen, so dass eine Stoßspannung infolge der Induktivität unterbunden werden kann. Außerdem können die Schaltelemente 20a bis 20c und das Energieversorgungsrelais 40 auf eine verteilte Weise auf der gesamten Fläche des Kühlkörperbereichs 70 angeordnet werden, und daher kann ein Anstieg der Temperatur unter den Schaltelementen 20a bis 20c gleichmäßig verteilt werden. Folglich kann die Zuverlässigkeit der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 weiter verbessert werden.
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Das elektrische Verbindungselement 15 ist mit den Glättungskondensatoren 25a bis 25c zum Verringern eines Rippelstroms infolge der Schaltelemente 20a bis 20c versehen. Als Glättungskondensatoren 25a bis 25c werden beispielsweise ein Aluminium-Elektrolytkondensator mit großer Kapazität zum Absorbieren einer Rippelkomponente eines Motorstroms verwendet, der durch den Motor 30 fließt, oder ein Hybrid-Aluminium-Elektrolytkondensator mit leitfähigem Polymer, der einen kleinen äquivalenten Reihenwiderstand (ESR) hat.
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Genauer gesagt, es wird ein Hybrid-Aluminium-Elektrolytkondensator mit leitfähigem Polymer aus einem Hybrid-Elektrolyt gebildet, das die Eigenschaften von Elektrolyten sowohl von einem festen leitfähigen Polymer, als auch von einer flüssigen Elektrolytlösung hat, die für einen Aluminium-Elektrolytkondensator verwendet wird.
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Daher hat ein Hybrid-Aluminium-Elektrolytkondensator mit leitfähigem Polymer einen niedrigen ESR und hohe Rippelstrom-Eigenschaften auf Niveaus, die denen eines leitfähigen Polymerkondensators äquivalent sind, und er hat niedrige Leckstromeigenschaften, die ein Merkmal eines Aluminium-Elektrolytkondensators sind.
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Daher ist unter den gleichen Rippelstrom-Eigenschaften die Größe eines Hybrid-Aluminium-Elektrolytkondensators mit leitfähigem Polymer kleiner als die Größe eines Aluminium-Elektrolytkondensators, und folglich kann die Höhe der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 weiter verringert werden, indem der Hybrid-Aluminium-Elektrolytkondensator mit leitfähigem Polymer verwendet wird.
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In dem Fall, in welchem die Länge der Endflächen der Glättungskondensatoren 25a bis 25c kleiner ist als die Länge von deren Seitenflächen, ist es ferner wünschenswert, jeden Glättungskondensator horizontal auszurichten, so dass dessen Endfläche senkrecht zu der oberen flachen Fläche des elektrischen Verbindungselements 15 steht. Indem die Glättungskondensatoren auf diese Weise ausgerichtet werden, kann die Höhe der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 weiter verringert werden.
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6 ist eine Ansicht, die ein Positionsverhältnis zwischen dem Energieversorgungsrelais 40, den Schaltelementen 20a bis 20b und den Glättungskondensatoren 25a bis 25c zeigt, die an dem Kühlkörperbereich 70 angebracht sind, bei Betrachtung von der Rückseite.
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Das Energieversorgungsrelais 40, die Schaltelemente 20a bis 20b und die Glättungskondensatoren 25a bis 25c sind an solchen Stellen angeordnet, dass sie einander bei Betrachtung von der Rückseite vertikal nicht überlappen.
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6 zeigt als ein Beispiel den Fall, in welchem die Glättungskondensatoren 25a bis 25c entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind. Sie können jedoch auch mit deren Endflächen nach innen oder außen weisend angeordnet sein, oder, ohne Einschränkung auf eine horizontal ausgerichtete Anordnung, können sie auch so angeordnet sein, dass sie vertikal stehen, wie in 7 gezeigt. Bei jeder dieser Anordnungen werden die Glättungskondensatoren 25a bis 25c kaum von der Wärme beeinflusst, die von den Schaltelementen 20a bis 20b erzeugt wird. Daher kann ihre Zuverlässigkeit weiter verbessert werden.
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Die Steuerplatine 10 ist aus einem Mehrschicht-Glas-Epoxidsubstrat gebildet (beispielsweise vier Schichten), und die Glättungskondensatoren 25a bis 25b sind auf der oberen Fläche auf der Rückseite des elektrischen Verbindungselements 15 angebracht, so dass sich die Glättungskondensatoren 25a bis 25c zwischen der Steuerplatine 10 und dem elektrischen Verbindungselement 15 befinden.
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Wie in 2 gezeigt, sind die Steuerelemente des Mikrocomputers 11 und der FET-Treiberschaltung 12, die Strom-Detektionsschaltung 13 und die Steuerungsschaltungs-Kondensatoren 14, die zum Zuführen der Energie zu den Steuerelementen benötigt werden, auf der Steuerplatine 10 montiert. Der Mikrocomputer 11, die FET-Treiberschaltung 12 und die Strom-Detektionsschaltung 13 sind auf der Rückseitenfläche der Steuerplatine 10 vorgesehen, und die Steuerungsschaltungs-Kondensatoren 14 sind auf der Vorderseitenfläche der Steuerplatine 10 angeordnet, so dass sie sich in einem Raum befinden, wo sich die Glättungskondensatoren 25a bis 25c nicht befinden.
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Wenn eine solche Struktur verwendet wird, dass sich die Glättungskondensatoren 25a bis 25c und die Steuerungsschaltungs-Kondensatoren 14 zwischen der Steuerplatine 10 und dem elektrischen Verbindungselement 15 befinden, wie oben beschrieben, wird es möglich, den Raum zwischen der Steuerplatine 10 und dem elektrischen Verbindungselement 15 effizient auszunutzen, so dass die Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 verkleinert werden kann.
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Ferner werden die Glättungskondensatoren 25a bis 25c und die Steuerungsschaltungs-Kondensatoren 14 kaum durch die Wärme von den Schaltelementen 20a bis 20b, dem Mikrocomputer 11 und der FET-Treiberschaltung 12 beeinflusst. Daher kann die Zuverlässigkeit weiter verbessert werden.
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8 zeigt ein Beispiel der Struktur der elektrischen Servolenkungseinrichtung 100, in welcher die Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 und der Elektromotor 30 integriert sind. Im Elektromotor 30 sind Ankerwicklungen 31 (31u, 31v, 31w) um die Statorkerne 32 (32u, 32v, 32w) gewickelt, und ein Rotor mit einem Rotorkern 34 und einem Permanentmagneten 33 ist gegenüber dem Statorkern 32 angeordnet.
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Eine Welle 80 ist in den Rotorkern 34 hinein entlang der Rotationsachse pressgepasst, und ein Wulst 81, der an eine Getriebewelle ankoppelt, ist in ein Ende der Welle 80 hinein pressgepasst. Die Welle 80 wird von zwei Lagern 71, 72 gestützt, und die Lager 71, 72 sind an einer Abdeckung 62 befestigt, so dass der Rotor frei rotieren kann. Der Rotationssensor 51 ist an einem anderen Ende der Welle 80 vorgesehen.
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Die Abdeckung 62 und der Statorkern 32 sind an dem Rahmen 63 mittels einer Schrumpfverbindung oder dergleichen befestigt. Der Rahmen 63 ist beispielsweise aus Aluminium gebildet, und er ist mittels einer Schraube 102 in ein Rahmenverbindungs-Schraubenloch 91 geschraubt (siehe 5), das im Kühlkörperbereich 70 vorgesehen ist.
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Die Ankerwicklungen 31 (31u, 31v, 31w) sind elektrisch mit einer Stromschiene (nicht dargestellt) über einen Anschluss 61 verbunden, und die Stromschiene (nicht dargestellt) ist elektrisch mit der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 verbunden. Die Stromschiene (nicht dargestellt) wird mit Strom von den FET-Ausgabebereichen 27a bis 27c versorgt (siehe 5), und zwar der jeweiligen Schaltelemente 20a bis 20c der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3, so dass der Elektromotor 30 angetrieben werden kann.
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Die Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 ist mit dem Elektromotor 30 über den Kühlkörperbereich 70 verbunden, so dass die Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 durch den Kühlkörperbereich 70 gegen Wärmeeinflüsse vom Elektromotor 30 abgeschirmt werden kann. Ferner können die Glättungskondensatoren 25a bis 25c der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 durch das elektrische Verbindungselement 15 gegen Wärme von dem Kühlkörperbereich 70 und den Schaltelementen 20a bis 20c abgeschirmt werden, so dass die Zuverlässigkeit weiter verbessert werden kann.
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Wie oben beschrieben, weist bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung die Motorantriebs-Steuerungseinrichtung für eine elektrische Servolenkung Folgendes auf: die Schaltelemente 20a bis 20c; die Steuerungsschaltungs-Kondensatoren 14; die Glättungskondensatoren 25a bis 25c; das elektrische Verbindungselement 15, das die Schaltelemente mit den Glättungskondensatoren elektrisch verbindet; die Steuerplatine 10, auf der Steuerungsschaltungselemente montiert sind; die Steuersignal-Leitungen 26a bis 26c, die die Schaltelemente 20a bis 20c mit den Steuerungsschaltungselementen der Steuerplatine 10 elektrisch verbinden; und den Kühlkörperbereich 70, der eine Aussparung hat, in welcher die Schaltelemente auf eine eingebettete Art und Weise angeordnet sind.
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Die Schaltelemente 20a bis 20c sind auf eine eingebettete Art und Weise im Kühlkörperbereich 70 angeordnet, das elektrische Verbindungselement 15 ist zwischen den Schaltelementen und der Steuerplatine 10 angeordnet, und die Steuerungsschaltungs-Kondensatoren 14 und die Glättungskondensatoren 25a bis 25c sind zwischen der Steuerplatine 10 und dem elektrischen Verbindungselement 15 angeordnet.
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Daher werden die Glättungskondensatoren 25a bis 25c kaum durch die Wärme von den Schaltelementen 20a bis 20c, dem Gehäuse und dem Kühlkörperbereich 70 beeinflusst, und ein Anstieg der Temperatur der Glättungskondensatoren 25a bis 25c wird unterbunden, so dass ihre Zuverlässigkeit verbessert wird. Außerdem wird die Größe der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 in der Höhenrichtung verringert, so dass die Einrichtung verkleinert werden kann.
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Ausführungsform 2
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Als nächstes wird die Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 bei der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
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Bei der Erfindung gemäß Ausführungsform 2 sind die Komponenten auf die gleiche Weise wie bei der Ausführungsform 1 ausgebildet, und die elektrische Schaltung ist ebenfalls die gleiche wie bei der Ausführungsform 1. Daher sind ein Schaltungs-Konfigurationsdiagramm und ein Strukturdiagramm, wie sie in 1 und 2 dargestellt sind, weggelassen. 9 ist eine Ansicht entsprechend 6, und sie zeigt das Positionsverhältnis zwischen den Elementen, die bei der Motorantriebs-Steuerungseinrichtung 3 verwendet werden.
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Bei der Ausführungsform 1 gilt Folgendes, wie in 6 gezeigt: Das Energieversorgungsrelais 40 und die Schaltelemente 20a bis 20b sind gleichmäßig angeordnet, und in einem Raum zwischen diesen Elementen sind die Glättungskondensatoren 25a bis 25c gleichmäßig angeordnet. Bei der Ausführungsform 2 sind wiederum, wie in 9 gezeigt, die Schaltelemente 20a bis 20c nahe den Kühlkörperverbindungs-Schraubenlöchern 92 angeordnet. Die restliche Konfiguration ist die gleiche wie bei der Ausführungsform 1, und gleiche oder entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Kühlkörperverbindungs-Schraubenlöcher 92 sind als ein Teil des Kühlkörperbereichs 70 ausgebildet. Da die Metalldicke an diesem Teil größer ist als im umgebenden Bereich, hat dieser Bereich eine größere Wärmekapazität. Daher nimmt die Wirkung zu, dass die Schaltelemente 20a bis 20c gekühlt werden, so dass ein Anstieg von deren Temperatur unterbunden werden kann. Außerdem werden die Glättungskondensatoren 25a bis 25c, die auf der Rückseitenfläche des elektrischen Verbindungselements 15 vorgesehen sind, kaum von der Wärme beeinflusst, die von den Schaltelementen 20a bis 20b erzeugt wird. Daher kann die Zuverlässigkeit weiter verbessert werden.
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Bei Betrachtung von der Rückseitenfläche des elektrischen Verbindungselements 15 aus sind die Glättungskondensatoren 25a bis 25c und die Schaltelemente 20a bis 20c an solchen Stellen angeordnet, dass sie einander vertikal nicht überlappen, so dass die Glättungskondensatoren 25a bis 25c kaum von der Wärme beeinflusst werden, die von den Schaltelementen 20a bis 20c erzeugt wird. Daher kann die Zuverlässigkeit weiter verbessert werden.
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Obwohl vorstehend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Es können verschiedenartige Modifikationen vorgenommen werden. Innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung können die Ausführungsformen frei miteinander kombiniert werden, oder jede Ausführungsform kann angemessen modifiziert oder vereinfacht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 3
- Motorantriebs-Steuerungseinrichtung
- 4
- Batterie
- 10
- Steuerplatine
- 11
- Mikrocomputer
- 12
- FET-Treiberschaltung
- 13
- Strom-Detektionsschaltung
- 14
- Steuerungsschaltungs-Kondensator
- 15
- elektrisches Verbindungselement
- 15a
- plusseitige Stromschiene
- 15b
- minusseitige Stromschiene
- 15c
- Isolierelement
- 20a, 20b, 20c
- Schaltelement
- 25a, 25b, 25c
- Glättungskondensator
- 26a, 26b, 26c
- Steuersignal-Leitung
- 30
- Elektromotor
- 40
- Energieversorgungsrelais
- 70
- Kühlkörperbereich
- 70a
- Aussparung
- 92
- Kühlkörperverbindungs-Schraubenloch
- 100
- elektrische Servolenkungseinrichtung
