DE19782297B4

DE19782297B4 - Elektromotor für elektrisches Servolenksystem

Info

Publication number: DE19782297B4
Application number: DE19782297A
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Wakao; Akira Endo; Takenobu Nakamura; Wataru Kawaguchi
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1997-10-01
Filing date: 1997-10-01
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2017-10-02
Also published as: US6268669B1; WO1999016654A1; JP3535827B2; KR20010030843A; DE19782297T1; KR100356894B1

Abstract

Es wird ein Elektromotor für ein elektrisches Servolenksystem beschrieben, in welchem ein Plattenmontageabschnitt aus Aluminium für das Trennen eines Elektromotorkörpers und einer Leiterplatte auf der gesamten Innenseite eines Motorgehäuses ausgebildet ist, und wobei ein Lager der Abtriebswelle des Elektromotorkörpers auf dem Plattenmontageabschnitt abgestützt wird, um die Wärme wirksam von den FETs, die auf der Leiterplatte montiert sind, und der Antriebswelle abzuführen. Auf der anderen Seite werden Anschlußdrähte von Bürsten mit Bürstenleitern verlötet, die ein breites Oberflächengebiet aufweisen, so daß verhindert werden kann, daß die Leiterplatte beim Löten auf eine hohe Temperatur erwärmt wird. Ein Drehkraftbegrenzer ist zwischen der Abtriebswelle und einer Schneckenwelle in einem Schneckengehäuse angeordnet, um die Größe des gesamten Systems zu vermindern, und der Versatz der Motordrehkraft wird durch das Korrigieren des Versorgungsstroms zum Elektromotorkörper auf der Basis der Positionsänderungen in einer Vielzahl von Schlitzen, die im äußeren Umfang eines Gehäuses des Drehkraftbegrenzers ausgebildet sind und sich in Phase mit den Elektroden eines Kommutators befinden, unterdrückt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor für ein elektrisches Servolenksystem (power steering system) gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist ein elektrisches Servolenksystem für das Anlegen einer passenden Hilfskraft an ein Lenkungselement, wie Räder, von einem Elektromotor gemäß einer Drehkraft, die von einem Eingabeteil, wie einem Lenkrad, eingegeben wird, bekannt. Die Struktur des Elektromotors, der in einem solchen elektrischen Servolenksystem verwendet wird, wurde beispielsweise von uns in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung JP 09-030434A vorgeschlagen.

18 zeigt diesen Elektromotor des elektrischen Servolenksystem des Standes der Technik. Wie dort gezeigt ist, ist ein Elektromotor 201 in einer Montageöffnung 204, die in einer Wand 203 eines Plattengehäuses 202 ausgebildet ist, befestigt. Im Gehäuse 202 ist eine Leiterplatte 205 an der Wand 203 befestigt. Auf dieser Leiterplatte 205 sind eine Ansteuerschaltung, die eine Vielzahl von FETs (Feldeffekttransistoren) 206, die als Schaltelemente für das Ansteuern des Elektromotors 201 dienen, umfasst, und eine Steuerschaltung, die eine CPU 207 umfasst, installiert.

Eine Abtriebswelle 210, die sich vom Elektromotor 201 erstreckt, erstreckt sich weiter durch die Montageöffnung 204. Sie wird auf einer Abdeckung 211 des Gehäuses 202 über ein Lager 212 abgestützt und mit einer Schneckenwelle 214, die in einem Getriebegehäuse 213 untergebracht ist, verbunden. Die Schneckenwelle 214 ist mit einem nicht gezeigten Lenkelement verbunden, um die Hilfskraft vom Elektromotor 201 zum Lenkelement zu übertragen.

Bürsten 216, die sich in gleitendem Kontakt mit einem Kommutator 215 auf dem äußeren Umfang der Abtriebswelle 210 befinden, werden durch Bürstenhalter 217, die auf einem isolierenden Abstandsstück 218, das in der Montageöffnung 204 montiert ist, abgestützt sind, gehalten. Anschlussdrähte (oder Leiter) 219 für das Verbinden der Bürsten 216 und der Leiterplatte 205 sind direkt auf der Leiterplatte 205 montiert.

Der Elektromotor 201 des Standes der Technik ist in dieser Art konstruiert, wobei diese Struktur aber die folgenden Probleme aufweist.

Zuerst kann der Elektromotor 201 des Standes der Technik keinen ausreichenden Wärmeabführweg von den vielen FETs 206, die die Ansteuerschaltung bilden, und von der Abtriebswelle 210 bieten.

Die Vielzahl des FETs 206, die die Ansteuerschaltung auf der Leiterplatte 205 bilden, sind aus Gründen einer bequemen Schaltungskonstruktion gewöhnlicherweise in der Umgebung der Bürsten 216, das heißt in der Umgebung der Abtriebswelle 216, angeordnet. Da diese FETs 206 Wärme erzeugen, muss ein Wärmeabführweg für diese Wärme errichtet werden. Beim Motor des Standes der Technik sind jedoch die Bürsten 216 in der Befestigungsöffnung 204 des Elektromotors 201 angeordnet, und die FETs sind ebenfalls in der Nähe der Öffnung 204 angeordnet, so dass der Wärmeabführweg von den FETs 206 und der Abtriebswelle 210 auf den Weg durch die Leiterplatte 205 beschränkt ist. Sogar wenn das Plattengehäuse 202 und die Leiterplatte 205 aus einem Material wie Aluminium oder dergleichen, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, hergestellt sind, kann es sein, dass die Wärmeabfuhr von den FETs 206 und der Abtriebswelle 210 nicht ausreichend ist.

Als zweites weist der Motor des Standes der Technik das Problem auf, dass die Temperatur der Leiterplatte 205 hoch wird, wenn die Anschlussdrähte 219 auf ihr befestigt werden. Insbesondere die Anschlussdrähte 219, die sich von den Bürsten 216 erstrecken, werden direkt auf der Leiterplatte 205 befestigt, und diese Befestigung erfolgt durch ein Heißlöten oder ein Ultraschallöten. Somit kann die Wärme, die durch dieses Heißlöten oder Ultraschallöten erzeugt wird, kaum von der Leiterplatte 205 weggeführt werden. Im schlimmsten Fall kann das Leitungsmuster der Leiterplatte 205 durch diese Wärme aufgetrennt werden.

Drittens eignet sich der Motor 201 des Standes der Technik nicht für das selbsttätige Ausführen der Tests seiner dynamischen Eigenschaften. In dieser Struktur des Standes der Technik erstreckt sich insbesondere die Abtriebswelle 210 des Elektromotors 201 vom Leiterplattengehäusekörper 203, der die Leiterplatte 205 hält, nach unten, und wird auf der Abdeckung 211 über das Lager 212 abgestützt. Somit benötigen die Tests der dynamischen Eigenschaften des Elektromotors 201, wenn dieser vom Gehäuse 202 gelöst ist, eine spezielle Einspannvorrichtung, um den Elektromotor 201 abzustützen.

Viertens muss ein Drehkraftbegrenzer für den Elektromotor 201 vorgesehen werden. In diesem Motor des Standes der Technik muss der Drehkraftbegrenzer außerhalb des Leiterplattengehäuses 202 angeordnet werden, was die Struktur des gesamten Systems voluminös macht.

Ein dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entsprechender, aus der DE 196 00 676 A1 bekannter Elektromotor für ein elektrisches Servolenksystem umfasst ein Motorgehäuse, das einen Elektromotorkörper und eine Leiterplatte aufnimmt. Auf der Leiterplatte ist eine Treiberschaltung zum Ansteuern des Elektromotorkörpers und eine Steuerschaltung zum Steuern der Treiberschaltung installiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Elektromotor so weiterzubilden, dass er bei einem einfachen und montagefreundlichen Aufbau eine lange Lebensdauer hat.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruichs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß umfasst der Elektromotor ein Plattenmontageelement, das über einen Innenraum des Motorgehäuses als eine Wand ausgebildet ist, die den Elektromotorkörper und die Leiterplatte trennt. Das Plattenmontageelement ist aus einem Material hergestellt, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Außerdem dient das Plattenmontageelement zum Stützen eines Lagers einer Abtriebswelle des Elektromotorkörpers.

Sogar wenn die Teile, die auf der Leiterplatte montiert sind, veranlasst werden, durch das Ansteuern des Elektromotors Wärme zu erzeugen, so wird diese Wärme durch das Leiterplattenmontageelement gleichmäßig abgeführt, dadurch dass sich die ge samte Leiterplatte in Kontakt mit dem Leiterplattenmontageelement befindet. Somit wird der stabile Betrieb der Schaltungen auf der Leiterplatte gewährleistet. Da das Lager der Abtriebswelle auf dem Leiterplattenmontageelement abgestützt wird, wird auch die Wärme der Abtriebswelle über das Leiterplattenmontageelement gleichmäßig abgeführt. Insbesondere wenn die Ansteuerschaltung die Feldeffekttransistoren als Schaltelemente verwendet, wird die Wärme von den Feldeffekttransistoren wirksam über das Leiterplattenmontageelement abgeführt, so daß die Feldeffekttransistoren kaum die Verbindungstemperatur (junction temperature) erreichen, und die Betriebsleistung der Ansteuerschaltung stabil gehalten wird. Darüberhinaus wird die Abtriebswelle des Elektromotorkörpers durch das Plattenmontageelement 23 über das Lager gehalten, so daß die Tests der dynamischen Eigenschaften des Elektromotors, wenn dieser vom Plattengehäuse gelöst ist, ohne das Abstützen des Elektromotors mit einer speziellen Einspannvorrichtung ausgeführt werden können, wobei die Tests wirksamer ausgeführt werden können.

Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung umfaßt der Motor ferner eine Bürstenleitung, die sich von einer Bürste, die sich im gleitenden Kontakt mit dem Kommutator des Elektromotorkörpers befindet, zur Leiterplatte durch das Leiterplattenmontageelement erstreckt. Die Bürstenleitung hat ein breites Oberflächengebiet auf der Seite der Bürste. Eine ECU-Leitung, die sich von der Leiterplatte erstreckt, ist elektrisch mit der Bürstenleitung verbunden, und ein Leitungsdraht, der sich von der Bürste erstreckt, ist mit einem Teil verlötet, das dem breiten Oberflächengebiet der Bürstenleitung entspricht. Somit wird die starke Wärme, die beim Verlöten des Leiterdrahtes erzeugt wird, wirksam durch das breite Oberflächengebiet der Bürstenleitung abgeführt und erreicht die Leiterplatte nicht direkt. Somit wird, wenn die Leitung verlötet wird, die Leiterplatte nicht auf eine hohe Temperatur erwärmt, und somit beeinflußt das Verlöten der Leitung die Leiterplatte nicht negativ.

Gemäß einem anderen Aspekt dieser Erfindung werden bei der Erfindung die Bürstenleitung und die ECU-Leitung an einer vorbestimmten Position durch eine leitende Befestigungsfeder gehalten. Somit wird, sogar wenn das Lot zwischen der Bürstenleitung und der ECU-Leitung durch die Wärme, die durch die Leistungsversorgung verursacht wird, geschmolzen wird, der elektrische Kontakt zwischen den Bürstenleitungen und den ECU-Leitungen durch die leitenden Befestigungsfedern zuverlässig aufrecht gehalten, um das korrekte Funktionieren des Elektromotors aufrecht zu halten.

Gemäß einem nochmals anderen Aspekt dieser Erfindung umfaßt der Motor weiter ein unteres Gehäuse, das eine Unterseite der Leiterplatte abdeckt und einen Drehkraftbegrenzer, der zwischen der Abtriebswelle des Elektromotorkörpers und einer Rotationswelle, die mit dem gelenkten Element verbunden ist, angeordnet ist. Der Drehkraftbegrenzer ist im unteren Gehäuse unterhalb der Leiterplatte angeordnet. Somit werden die Räume im Motorgehäuse und dem unteren Gehäuse wirksam verwendet, so daß das Servolenksystem, das den Drehkraftbegrenzer einschließt, insgesamt eine kleine Struktur aufweisen kann, um seine Montage auf dem Fahrzeug zu verbessern.

Gemäß einem nochmals anderen Aspekt dieser Erfindung sind der Drehkraftbegrenzer, die Abtriebswelle des Elektromotorkörpers und die Rotationswelle so verbunden, daß der äußere Umfang des Drehkraftbegrenzer sich zusammen mit der Abtriebswelle dreht. Der Motor umfaßt ferner eine Vielzahl von Schlitzen, die im äußeren Umfang des Drehkraftbegrenzers ausgebildet sind, wobei ihre Anzahl und ihre Phase mit der Vielzahl von Elektroden eines Kommutators des Elektromotorkörpers übereinstimmt, und eine Detektionsvorrichtung, die auf der Seite des Drehkraftbegrenzers angeordnet ist, um Positionsänderungen in den Schlitzen gemäß der Drehung der Abtriebswelle zu detektieren. Eine Führungsgröße eines Versorgungsstroms zum Elektromotorkörper wird dann auf der Basis der Positionsänderungen in den Schlitzen korrigiert. Die Kontaktzustände zwischen den vielen Elektroden des Kommutators auf dem äußeren Umfang der Abtriebswelle und den Bürsten schwanken mit der Drehung der Abtriebswelle, und der Versatz (oder die periodische Fluktuation) der Ausgangsdrehkraft des Motors, wie er durch die Einflüsse auf den Versorgungsstrom zum Elektromotorkörper verursacht wird, können auf einen im wesentlichen konstanten Pegel stabilisiert werden, indem der Versorgungsstromführungsgröße eine Korrektur erteilt wird, um die Fluktuation des Versatzes der Ausgangsdrehkraft des Motors, das heißt, die Fluktuation des tatsächlichen Versorgungsstroms zum Elektromotorkörper, zu kompensieren.

Gemäß einem anderen Aspekt dieser Erfindung erstreckt sich die Detektionsvorrichtung von der Platte nach unten zur Seite des Drehkraftbegrenzers. Die Detektionsvorrichtung kann dann mit der Leiterplatte mit einer verminderten Anzahl von Verdrahtungsschritten verbunden und leicht auf der Seite des Drehkraftbegrenzers angeordnet werden.

Gemäß einem anderen Aspekt dieser Erfindung sind der Drehkraftbegrenzer, die Abtriebswelle und die Rotationswelle so verbunden, daß der äußere Umfang des Drehkraftbegrenzers sich zusammen mit der Rotationswelle dreht. Der Elektromotor umfaßt ferner eine Vielzahl von Schlitzen, die im äußeren Umfang des Drehkraftbegrenzers angeordnet sind, eine Detektionsvorrichtung, die auf der Seite des Drehkraftbegrenzers angeordnet ist, für das Messen einer Rotationsgeschwindigkeit der Rotationswelle über die Positionsänderungen in den Schlitzen, und eine Detektionsvorrichtung für das Messen der Rotationsgeschwindigkeit der Abtriebswelle. Ein Schlupf zwischen der Abtriebswelle und der Rotationswelle wird in Ausdrücken einer Inkonsistenz zwischen der gemessenen Rotationsgeschwindigkeit der Rotationswelle und der gemessenen Rotationsgeschwindigkeit der Abtriebswelle bestimmt. Der Schlupf kann durch das Vergleichen der Zahl der Umdrehungen der Abtriebswelle und der Rotationswelle leicht ermittelt werden. Wenn die Zahl der Umdrehungen der Abtriebswelle größer als die der Rotationswelle ist, so wird bestimmt, daß der Versorgungsstrom zum Elektromotor übermäßig hoch ist, so daß er den Schlupf bewirkt. Wenn die Zahl der Umdrehungen der Rotationswelle größer als die der Abtriebswelle ist, so wird bestimmt, daß der Schlupf durch die äußere Kraft, die auf den gelenkten Teil ausgeübt wird, verursacht wird. Somit können die Gründe für den Schlupf korrekt eingeschätzt werden.

Gemäß einem nochmals anderen Aspekt dieser Erfindung wird ein Versorgungsstrom zum Elektromotorkörper vermindert, wenn die gemessene Rotationsgeschwindigkeit der Abtriebswelle höher als die der Rotationswelle ist, wohingegen der Versorgungsstrom zum Elektromotorkörper allmählich erhöht wird, wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Abtriebswelle, wie sie wieder gemessen wird, mit der der Rotationswelle zusammenfällt. Durch diese Konstruktion kann der Schlupf zwischen der Abtriebswelle und der Rotationswelle, der durch einen übermäßigen Versorgungsstrom zum Elektromotorkörper bewirkt wird, sofort eliminiert werden. Nachdem der Schlupf gestoppt wurde, kann wieder ein ausreichender Strom dem Elektromotor zu einer passenden Zeit zugeführt werden, so daß die Funktionen des elektrischen Servolenksystem aufrecht gehalten werden.

Gemäß einem nochmals anderen Aspekt dieser Erfindung erstreckt sich ein Detektionselement der Detektionsvorrichtung für die Messung der Rotationsgeschwindigkeit der Rotationswelle von der Platte nach unten zur Seite des Drehkraftbegrenzers. Die Detektionsvorrichtung kann mit der Platte mit einer verminderten Anzahl von Verdrahtungsschritten verbunden werden, und sie kann leicht auf der Seite des Drehkraftbegrenzers angeordnet werden.

Gemäß einen nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt die Ansteuerschaltung eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren, wobei die Platte aus zwei Platten zusammengesetzt ist, von denen eine eine wärmeabführende Platte ist, die aus einem Material, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, hergestellt ist, und die Vielzahl der Feldeffekttransistoren auf der wärmeabführenden Platte montiert sind. Durch diese Konstruktion können die Kosten für die gesamte Platte vermindert werden, und die Wärme von den wärmeerzeugenden Feldeffekttransistoren kann wirksam abgeführt werden.

Gemäß einem nochmals anderen Aspekt dieser Erfindung umfaßt die Ansteuerschaltung eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren als Schaltelemente, und der Elektromotor umfaßt ein unteres Gehäuse für das Abdecken der Unterseite der Platte, und das untere Gehäuse weist Rippen für das Einschließen der Vielzahl von Feldeffekttransistoren auf. Das Rauschen, das die Schaltoperationen der Feldeffekttransistoren begleitet, wird von der Steuerschaltung durch die Rippen abgeschirmt, so daß es keinen Einfluß auf die Steuerschaltung ausüben kann.

Gemäß einem nochmals anderen Aspekt dieser Erfindung umfaßt die Ansteuerschaltung eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren als Schaltelemente, und das Motorgehäuse weist Rippen für das Einschließen der Vielzahl von Feldeffekttransistoren auf. Das Rauschen, das die Schaltoperationen der Feldeffektransistoren begleitet, wird von der Steuerschaltung durch die Rippen abgeschirmt, so daß es keinen Einfluß auf die Steuerschaltung ausübt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das die gesamte Konstruktion eines Servolenksystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Längsschnitt eines Elektromotors gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Ansteuerschaltung und eine Steuerschaltung für den Elektromotor der Erfindung zeigt.
4 ist eine Aufsicht auf einen Leiterplattenabschnitt des Elektromotors gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Längsschnittansicht eines Batterieanschlusses des Elektromotors in Steckerform gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Bürstenleitung des erfindungsgemäßen Elektromotors.
7 ist eine Längsschnittansicht des erfindungsgemäßen Elektromotors.
8 ist eine Aufsicht auf die Kommutatorelektroden und Bürsten des erfindungsgemäßen Elektromotors.
9 ist eine Aufsicht auf einen Drehkraftbegrenzer und ein HALLIC, die beim erfindungsgemäßen Elektromotor vorgesehen sind.
10 zeigt Zeitdiagramme, die eine Beziehung zwischen einer Drehposition eines Kommutators, einer Motordrehkraft und eine Beziehung zwischen einer Schlitzposition des Drehkraftbegrenzers und einem Motorsteuerstrom zeigen.
11 ist ein Diagramm, das einen Drehkraftbegrenzer gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
12 zeigt Zeitdiagramme, die ein Verfahren für das Steuern des Motorsteuerstroms über der Zahl der Umdrehungen WA einer Abtriebswelle und der Zahl der Drehungen WB einer Schneckenwelle gemäß der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigen.
13 ist eine Längsschnittansicht eines Elektromotors gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
14 ist eine Aufsicht auf einer Leiterplatte des Elektromotors gemäß der dritten Ausführungsform dieser Erfindung.
15 ist ein Schaltungsdiagramm einer Ansteuerschaltung und einer Steuerschaltung für den Elektromotor gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung.
16 ist eine Längsschnittansicht eines Elektromotors gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
17 ist eine perspektivische Ansicht eines Schneckengehäuses und von Rippen, die darauf ausgebildet sind, gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
18 ist eine Längsschnittansicht eines Elektromotors und eines Leiterplattengehäuses in einem Servolenksystem gemäß dem Stand der Technik.
BESTE ART UND WEISE FÜR DAS AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird nun detaillierter unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt die gesamte Konstruktion eines Servolenksystems gemäß dieser Erfindung.
Eine Eingangswelle 1, auf die eine Drehkraft von einem Eingabeelement (beispielsweise einem Lenkrad) eingegeben wird, ist in einem Ritzelaufnahmeteil 3 eines Getriebegehäuses 2 mit einer Ritzelwelle durch eine nicht gezeigte Torsionsfeder verbunden. Das Ritzel, das auf der Ritzelwelle ausgebildet ist, gelangt mit einer Zahnstange 5, die in einem Zahnstangenaufnahmeteil 4 des Getriebegehäuses 2 untergebracht ist, in Eingriff, so daß sich die Zahnstange 5 verschiebt, wenn das Ritzel durch die Eingangsdrehkraft gedreht wird. Mit der Zahnstange 5 ist durch einen Gelenkarm 6 ein zu lenkendes Element (beispielsweise Räder) verbunden, wobei dieses gemäß der Gleitbewegung der Zahnstange 5 gelenkt wird.
Andererseits wird die Eingangsdrehkraft in Einheiten der Drehung einer Torsionsfeder, die durch einen Drehkraftsensor 7 gemessen werden, gemessen, wobei dessen Meßsignal durch ein Kabel 8 in einen Elektromotor 10 für eine Servounterstützung eingegeben wird. Der Elektromotor 10 erzeugt eine Ausgangsleistung auf der Basis der Richtung und der Größe des Detektionssignals der Eingabedrehkraft. Diese Motorausgangsleistung wird auf die Zahnstange 5 durch eine Schnecke 12, die mit der Abtriebswelle 11 des Elektromotors 10 verbunden ist, ein Schneckenrad, das mit einer Hilfsritzelwelle integriert ist, und dem Hilfsritzel der Hilfsritzelwelle übertragen, so daß er die Lenkhilfskraft in der gleichen Richtung wie bei der Eingabewelle 1 aufbringt. Die Hilfsritzelwelle ist in einem Hilfsritzelaufnahmeteil 9 des Getriebegehäuses 2 untergebracht.
2 zeigt den Elektromotor 10 detaillierter. Der Elektromotor 10 hat ein Motorgehäuse 20, das so konstruiert ist, daß es ein Motorkörpergehäuse 21 und ein Plattengehäuse 22 einschließt. Insbesondere ist das Plattengehäuse 22 mit der Unterseite des Motorkörpergehäuses 21 durch das Einschieben eines passenden Teils 22A am oberen Ende des Plattengehäuses 22 in den inneren Umfang des unteren Endes des Motorkörpergehäuses 21 und durch das Befestigen eines Stufenteils 22B, das auf der Seite des passenden Teils 22A ausgebildet ist, und eines Flanschteils 21A am unteren Ende des Motorkörperseitengehäuses 21 mittels Bolzen 24 verbunden. Mit dem unteren Ende des Plattengehäuses 22 ist andererseits das obere Ende eines Schneckengehäuses (oder unteren Gehäuses) 90 verbunden, um den Boden des Motorgehäuses 20 zu schließen. Ein O-Ring 68 ist zwischen dem inneren Umfang des unteren Endes des Motorkörperseitengehäuses 21 und dem Paßstück 22A des Plattengehäuses 22 eingefügt, und ein O-Ring 69 ist zwischen dem Plattengehäuse 22 und dem Schneckengehäuse 90 eingefügt, so daß das Motorgehäuse 20 wasser- und staubdicht ausgebildet werden kann.
Im Motorkörpergehäuse 21 ist ein Elektromotorkörper 10A aufgenommen, der aus Magnetpolen, einem Rotor und dergleichen besteht, und dessen Abtriebswelle 11 sich nach unten erstreckt. Die Abtriebswelle 11 erstreckt sich durch ein Plattenmontageelement 23, das im Plattengehäuse 22 ausgebildet wird, und wird durch ein Lager 25, das in dem Plattenmontageelement montiert ist, abgestützt. Hier in dieser Erfindung ist das Plattengehäuse 22, das das Plattenmontageelement 23 einschließt, auf dem eine Leiterplatte 40 montiert ist, aus einem Material hergestellt, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist (beispielsweise Aluminium). Somit wird die Wärme, die durch das Ansteuern des Elektromotors 10 erzeugt wird, wirksam durch das Plattenmontageelement 23 abgeführt.
Das Plattenmontageelement 23 ist so ausgebildet, daß es die gesamte Innenseite des Plattengehäuses 22 abdeckt, um den Elektromotorkörper 10A und die Leiterplatte 40 des Elektromotors 10 zu trennen, wobei die Leiterplatte 40 auf seiner Unterseite (das ist die Seite, die dem Elektromotorkörper 10A gegenüber liegt) montiert ist. Auf dieser Leiterplatte 40 sind eine Ansteuerschaltung 41 und eine Steuerschaltung 42 für den Elektromotor 10 montiert, wie das im Schaltungsdiagramm der 3 gezeigt ist.
Die Ansteuerschaltung 41 besteht aus vier FETs (Feldeffekttransistoren) 43, die zwischen einer Batterie 44 und dem Elektromotorkörper 10A angeordnet sind. Diese FETs 43 werden durch die Steuerschaltung 42 an- und ausgeschaltet. Somit wird der elektrische Strom, der von der Batterie 44 zum Elektromotorkörper 10A durch einen Batterieanschluß 61 und ein Relais 45. geführt wird, in seiner Pulsbreite moduliert. Die Ausgangsleistung des Elektromotorkörpers 10A variiert gemäß diesem Strom. Das Relais 45 wird ausgeschaltet, um die Leistungsversorgung zum Elektromotorkörper 10A zu unterbrechen, wenn eine später beschriebene CPU 47 bestimmt, daß ein Eingangsdrehkraftmeßsignal vom Drehkraftsensor 7 oder ein Motorgeschwindigkeitsmeßsignal oder ein Fahrzeuggeschwindigkeitsmeßsignal abnormal ist.
Die Steuerschaltung 42 steuert die Ansteuerschaltung 41 und besteht aus einer Treiberschaltung 46 für das An- und Ausschalten einzelner FETs 43 der Ansteuerschaltung 41, und der CPU 47 für das Steuern der Treiberschaltung 46. Diese CPU 47 empfängt das Eingangsdrehkraftmeßsignal vom Drehkraftsensor 7 und steuert die Treiberschaltung 46 auf der Basis des empfangenen Signals, so daß die Ausgangsgröße (das ist die Hilfskraft auf der gelenkten Seite) des Elektromotors 10 gemäß der Eingangsdrehkraft auf einen passenden Pegel gesteuert wird.
Die Spannung von der Batterie 44 wird durch eine stabilisierte Leistungsquelle 48 erniedrigt, stabilisiert und in die CPU 47 eingegeben. Das Geschwindigkeitsmeßsignal des Elektromotors 10 wird von einer Motorgeschwindigkeitsdetektionsschaltung 49 an die CPU 47 zurück gegeben. Ein äußeres Signal 50 von einem Paar von Signalanschlüssen 71, als auch ein Signal 51 von einem Zündschalter, ein Motorgeschwindigkeitsmeßsignal 52 und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 53 werden in die CPU 47 eingegeben. Die CPU 47 ist mit einem EEPPOM (elektrisch löschbarer und programmierbarer Nur-Lese-Speicher), der verschiedene Daten speichert, versehen.
Betrachtet man die 2 und 4, so sind die Schaltungskomponenten, wie die CPU 47, die Vielzahl von FETs 43 (in diesem Beispiel vier FETs) und eine Vielzahl von elektrischen Kondensatoren 56 auf der Leiterplatte 40 nach unten gerichtet montiert. Durch das umgekehrte Montieren der Elektrolytkondensatoren 56 kann eine Korrosion vermieden werden, sogar wenn das Elektrolyt ausläuft.
Darüberhinaus ist die Leiterplatte 40 auf ihrer Unterseite mit einer Abdeckung 58 mittels Schrauben 57 abgedeckt, und das Relais 45 ist auf der Abdeckung 58 montiert. Der Abstand zwischen der Abdeckung 58 und der Leiterplatte 40 ist mit einem Gel 59 gefüllt.
Von den Teilen, die auf der Leiterplatte 40 montiert sind, neigen insbesondere die FETs 43 dazu, viel Wärme zu erzeugen, und es ist notwendig, einen Wärmeabführweg vorzusehen. Gemäß dieser Erfindung ist das Plattenmontageelement 23 jedoch aus einem Material wie Aluminium oder dergleichen, das eine hohe Wärmeabführwirkung aufweist, hergestellt, und das Lager 25 der Abtriebswelle 11 wird durch das Plattenmontageelement 23 abgestützt, wie das oben beschrieben wurde. Somit kann das Plattenmontageelement 23 im Kontakt mit der gesamten Fläche der Leiterplatte 40 gehalten werden, so daß die Wärmeabführung von den den Motor ansteuernden FETs 43 wirksam durchgeführt werden kann, sogar wenn die FETs 43 dicht an einer Bürste 33 (das ist die Abtriebswelle 11) angeordnet sind.
Der Batterieanschluß 61 ist mit dem Leitungsmuster der Leiterplatte 40 durch einen Anschlußstab 62, der eine gebondete Elektrode aufweist, verbunden. Der Anschlußstab 62 ist durch einen Sprengring 64 in einer zylindrischen isolierende Hülse 63, die die Seitenwand des Plattengehäuses 22 durchdringt, befestigt. Ein O-Ring 65 ist zwischen der Hülse 63 und dem Plattengehäuse 22 angeordnet, und ein O-Ring 66 ist zwischen der Hülse 63 und dem Anschlußstab 62 angeordnet, um so die Innenseite des Motorgehäuses 20 wasser- und staubdicht zu machen. Der Vorsprung des Anschlußstabes 62 vom Plattengehäuse 22 ist mit einem Rohr 67 bedeckt, um ihn wasserdicht zu machen.
Der Batterieanschluß kann vom Typ eines Steckers sein, der aus einer Buchse 123 eines Batteriedrahtes 122, die mit einem Gehäuse 121 bedeckt ist, und einem Stecker 124 auf der Seite des Elektromotors 10 besteht, wie das in 5 gezeigt ist. Das macht es möglich, die Zahl der Montageschritte für das Montieren des Batterieanschlusses am Fahrzeug zu vermindern.
Ein Paar Signalanschlüsse 71 sind jeweils im einem zylindrischen Isolator 72, der die Seitenwand des Plattengehäuses 22 auf der entgegengesetzten Seite des Batterieanschlusses 61 durchdringt, befestigt, und ihre Elektroden sind direkt mit dem Leitungsmuster auf der Leiterplatte 40 verlötet. Zwischen diesem Isolator 72 und dem Plattengehäuse 22 ist ein O-Ring 73 angeordnet, um die Innenseite des Motorgehäuses 20 wasser- und staubdicht zu machen.
Über dem Plattenmontageelement 23 sind ein Paar von Führungen 26 aus Harz angeordnet, wobei sie über der Abtriebswelle 11 einander gegenüber angeordnet sind. Die Bürstenleitungen 27, die aus einem Material mit einem niedrigen elektrischen Widerstand hergestellt sind, werden in diesen Führungen 26 gehalten. Jeder dieser Bürstenleiter 27 umfasst, wie das auch in 6 gezeigt ist, ein Bürstenbefestigungsteil 28 und ein Leiterteil 29, das sich vom Bürstenbefestigungsteil 28 nach unten erstreckt. Dieses Leiterteil 29 dringt durch die Leiterplatte 40 und wird in Kontakt mit einem leitenden ECU-Leiter 75 (hierzu betrachte man 2), der sich von der Leiterplatte 40 nach unten erstreckt, verlötet und befestigt. Weiterhin werden der Leitungsteil 29 und der ECU-Leiter 75 durch eine leitende BefestigungsfedeVerbindung zwischen dem Kommutator 35 und der r 76 zusammen gehalten. Somit wird die leitende Ansteuerschaltung 41 der Leiterplatte 40 durch die Bürste 33, den Bürstenleiter 27 und den ECU-Leiter 75 hergestellt. Da der Bürstenleiter 27 und der ECU-Leiter 75 durch die leitende Befestigungsfeder 76 gehalten werden, wird die leitende Verbindung zwischen dem Bürstenleiter 27 und dem ECU-Leiter 75 kontinuierlich aufrecht gehalten, sogar wenn das dazwischen angeordnete Lot durch die Hitze, die durch die Ansteuerung des Elektromotors 10 erzeugt wird, geschmolzen wird.
Im Bürstenbefestigungsteil 28 sind andererseits ein Paar Befestigungslöcher 30 ausgebildet, in welchen der Bürstenleiter 27 positioniert und auf den Führungen 26 befestigt wird. Im Bürstenbefestigungsteil 28 sind andererseits eine Vielzahl von Bürstenhalterbefestigungslöcher 31 ausgeformt, in welche ein Bürstenhalter 32 mit seinen Beinabschnitten eingeschoben und befestigt wird.
Im Bürstenhalter 32 werden, wie das in 2 gezeigt ist, die Bürste 33 und eine Schraubenfeder 34 untergebracht. Die Bürste 33 wird zu einem Kommutator 35, der auf der Abtriebswelle 11 angeordnet ist, gedrückt und sie wird durch die Schraubenfeder 34 in Kontakt mit ihm gehalten.
Die Bürste 33 und die Bürstenleitung 27 werden durch einen Anschlußdraht (oder einen Leiterdraht) 36 verbunden. In diesem Fall ist der Anschlußdraht 36 auf dem Bürstendraht 27 durch ein Heißlöten oder ein Ultraschallöten mit einem Befestigungsteil 37 für den Anschlußdraht (siehe hierzu 6) des Bürstenbefestigungsteils 28 des Bürstenleiters 27 befestigt. Somit wird die Wärme, die beim Befestigen des Anschlußdrahtes 36 erzeugt wird, vom Bürstenbefestigungsteil 28, der ein großes Oberflächengebiet aufweist, abgeführt, so daß der Bürstenleiter 27 und die Leiterplatte 40 auf keine hohe Temperatur erhitzt werden.
Die Abtriebswelle 11, die durch die Leiterplatte 40 dringt, ist durch eine nicht gezeigte Kronkeilwelle (crowning spline) mit einem Drehkraftbegrenzer 80 im Schneckengehäuse 90 verbunden. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Drehkraftbegrenzer 80 so im Schneckengehäuse (oder unteren Gehäuse) 90 untergebracht, daß die freien Plätze im Motorgehäuse 20 und im Schneckengehäuse 90 wirksam verwendet werden können, um die Größe des gesamten Systems zu vermindern.
Der Drehkraftbegrenzer 80 ist mit einer Schneckenwelle 92, die eine Schnecke 92A, die an ihrem äußeren Umfang ausgebildet ist, aufweist, verbunden. Diese Schneckenwelle 92 dehnt sich während sie durch ein Lager 93 abgestützt wird, zur Außenseite des Schneckengehäuses 90 aus und wird mit der Zahnstange 5, die in 1 gezeigt ist, verbunden. Das Lager 93 ist am Plattengehäuse 22 durch Klammern 94 und 95 befestigt.
Der Drehkraftbegrenzer 80 ist in einem zylindrischen Gehäuse 81 mit einer oberen Kupplungsscheibe 82 und einer unteren Kupplungsscheibe 83 ausgerüstet, wobei die obere Kupplungs scheibe 82 mit der Abtriebswelle 11 des Elektromotors 10 verbunden ist, wohingegen die untere Kupplungsscheibe 83 mit der Schneckenwelle 92 verbunden ist. Darüberhinaus wird die obere Kupplungsscheibe 82 durch eine Feder 84 auf die untere Kupplungsscheibe 83 gedrückt. Somit werden die obere Kupplungsscheibe 82 und die untere Kupplungsscheibe 83 (das heißt, die Abtriebswelle 11 und die Schneckenwelle 92) mit der Reibungskraft, die zwischen einem Reibungselement 85, das auf der unteren Kupplungsscheibe 83 und der oberen Kupplungsscheibe 82 befestigt ist, zusammen gedreht, solange die übertragene Drehkraft zwischen der Abtriebswelle 11 und der Schneckenwelle 92 kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert ist. Wenn die übertragene Drehkraft zwischen der Abtriebswelle 11 und der Schneckenwelle 92 einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt, rutscht das Reibungselement 85, das auf der unteren Kupplungsscheibe 83 und der oberen Kupplungsscheibe 82 befestigt ist, um somit eine Überlastung des Elektromotors 10 zu verhindern. Das Gehäuse 81 des Drehkraftbegrenzers 80 ist so ausgebildet, daß es sich zusammen mit der oberen Kupplungsscheibe 82 dreht.
Gemäß dieser Erfindung sind darüberhinaus im äußeren Umfang des Gehäuses 81 des Drehkraftbegrenzers 80 dieselbe Anzahl von Schlitzen 101 wie beim Kommutator 35 (in dieser Ausführungsform beispielsweise zwölf Schlitze) ausgebildet, so daß die Schlitze 101 und die einzelne Elektrode des Kommutators 35 in Phase angeordnet sind. Auf der Seite des Drehkraftbegrenzers 80 ist darüberhinaus ein HALLIC 102 (siehe 9) angeordnet, wobei dieses als Drehwinkelsensor des Drehkraftbegrenzers 80 (das heißt, der Abtriebswelle 11) dient, um eine Änderung im magnetischen Fluß zu detektieren, wie sie durch eine Änderung in den Positionen der Schlitze 101 durch die Drehung des Drehkraftbegrenzers 80 verursacht wird. Dieses HALLIC 102 ist an einer Erweiterung 103 der Leiterplatte 40 angeordnet. Somit kann das HALLIC 102 leicht durch eine verminderte Anzahl von Verdrahtungsschritten auf der Seite des Drehkraftbegrenzers 80 angeordnet werden.
Mit dieser Konstruktion wird das Versetzen (das ist die periodische Fluktuation) der Drehkraft des Elektromotors 10 vermindert, wie das im Detail beschrieben werden wird.
Wie in 8 gezeigt ist, befinden sich ein Paar Bürsten 33 im Kontakt mit dem Kommutator 35, während sie ihn von zwei Seiten halten. Sie ändern die Positionen bezüglich der Elektroden, die den Kommutator 35 bilden, wenn sich der Kommutator 35 (oder die Abtriebswelle 11) dreht. In diesem Fall kann die Bürste 33 so angeordnet sein, daß sie auf zwei Elektroden aufliegt, wie das durch gestrichelte Linien an der Position B in 8 gezeigt ist, und so, daß sie auf einer Elektrode aufliegt, wie das durch die durchgezogenen oder doppelpunktieren Linien bei der Position A oder C in 8 gezeigt ist. Diese Umstände sind in 10 gezeigt. Das erste Diagramm in der Figur zeigt, daß der einpolige und der zweipolige Kontakt zwischen der Bürste 33 und dem Kommutator 35 in wiederholter Weise auftritt. Durch die Einflüsse eines höheren Motorantriebsstromes, der durch den Elektromotor 10 im Falle des zweipoligen Kontaktes im Verhältnis zum Falle des einpoligen Kontakts fließt, und durch das Bürstenfeuer, das verursacht wird, wenn die Bürste 33 sich zwischen den Elektroden bewegt, bewirkt der Strom, der tatsächliche zum Elektromotorkörper 10A geliefert wird, das heißt die Ausgangsdrehkraft des Elektromotors 10 die periodische Fluktuation, wie das im zweiten Diagramm der 10 dargestellt ist, sogar wenn ein konstanter Strom durch eine Motorstromführungsgröße, das heißt eine Führungsgröße eines elektrischen Stroms, der dem Elektromotor 10 zugeführt werden soll, vorgegeben wird.
Wie im vierten Diagramm der 10 gezeigt ist, wird das Vorhandensein von Schlitzen 101 im äußeren Umfang des Drehkraftbegrenzer 80 als Fluktuation (oder Abfall) im Ausgangssignal des HALLIC 102 periodisch detektiert. Hier entsprechen die Schlitzpositionen des Drehkraftbegrenzers 80 den Positionen der Elektroden des Kommutators 35, so daß die Detektionszeiten der Schlitzpositionen identisch denen im vorher er wähnten Versatz der Ausgangsdrehkraft des Elektromotors 10 sind. Wie im dritten Diagramm in 10 dargestellt ist, wird es der Steuerschaltung 42 somit ermöglicht, die periodischen Fluktuationen des Stroms, der dem Elektromotorkörper 10A tatsächlich zugeführt wird, durch das Vorhandensein der Elektroden des Kommutators 35 zu kompensieren, indem eine Korrektur an der Motorstromführungsgröße synchron mit der Detektion der Zeitpunkte der Schlitzpositionen vorgenommen wird, wie das im Diagramm schraffiert gezeigt ist. Insbesondere kann die tatsächliche Ausgangsdrehkraft (das ist der elektrische Strom, der tatsächlich dem Elektromotorkörper 10A zugeführt wird) durch das Anwenden der Korrektur auf die Motorstromführungsgröße, um die periodischen Fluktuation des gelieferten Stroms synchron mit der Versatzperiode der Ausgangsdrehkraft des Elektromotors zu kompensieren, auf einen im wesentlichen konstanten Pegel stabilisiert werden.
Es wird nun der Betrieb des Motors beschrieben.
Wenn die Drehkraft vom Eingabeelement (das ist das Lenkrad) eingegeben wird, so wird diese Drehkraft zur Zahnstange 5 im Getriebegehäuse 2 übertragen, um das gelenkte Element (das heißt, die Räder) durch den Gelenkarm 6 zu lenken. Andererseits wird die Eingabedrehkraft durch den Drehkraftsensor 7 gemessen, und sein Meßwert wird in die Steuerschaltung 42 des Elektromotors 10 eingegeben. Gemäß diesem Meßwert erzeugt die Steuerschaltung 42 den Führungswert (das ist die Motorstromführungsgröße) des Versorgungsstroms für den Elektromotorkörper 10A, um somit den Schaltbetrieb der Ansteuerschaltung 41 gemäß der Motorstromführungsgröße zu steuern. Und der Elektromotor 10, wie er durch den Versorgungsstrom von der Ansteuerschaltung 41 aktiviert wird, wendet die Hilfskraft auf die Lenkkraft an, um die passende Servounterstützung gemäß der Größe der eingegebenen Drehkraft zu erzielen.
Gemäß dieser Erfindung wird die Leiterplatte 40, die eine solche Ansteuerschaltung 41 und eine Steuerschaltung 42, die darauf montiert sind, aufweist, integral mit dem Elektromotorkörper 10A im Motorgehäuse 20 montiert, um somit die Größe des Elektromotors 10 zu vermindern und um seine Montierbarkeit auf dem Fahrzeug zu verbessern.
Hier umfaßt die Ansteuerschaltung 411 die Vielzahl von FETs (Feldeffekttransistoren) 43, die als Schaltelemente dienen. Diese FETs 43 erzeugen durch die Schaltoperationen Wärme, und auch die Abtriebswelle 11 des Elektromotors 10 wird durch den Motorantrieb veranlaßt, Wärme zu erzeugen. Es ist somit notwendig, diese Wärme wirksam abzuführen. Gemäß dieser Erfindung wird die Wärme von den FETs 43 und der Abtriebswelle 11 gleichmäßig durch das Plattenmontageelement 23 abgeführt. Insbesondere ist das Plattenmontageelement 23 über dem gesamten inneren Umfang des Plattengehäuses 22 angeordnet, während es den Elektromotorkörper 10A und die Leiterplatte 40 trennt, um das Lager 25 des Elektromotorkörpers 10A abzustützen, und es ist aus einem Material hergestellt, daß eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist (beispielsweise aus Aluminium). Sogar wenn aus Gründen einer bequemeren Konstruktion der Schaltung die FETs 43 in der Nähe der Bürsten 33 (das heißt, in der Nähe der Abtriebswelle 11) angeordnet sind, so befindet sich die Leiterplatte 40 in Kontakt mit dem Plattenmontageelement 23 sogar wenn die FETs 43 in einer Position angeordnet sind, die dicht an der Abtriebswelle 11 liegt, so daß die Wärme von den FETs 43 gleichmäßig durch das Plattenmontageelement 23 abgeführt wird. Andererseits wird die Wärme von der Abtriebswelle 11 ebenso durch das Plattenmontageelement 23 abgeführt. Somit werden gemäß der vorliegenden Erfindung die Betriebsleistungen der Ansteuerschaltung 41 stabil gehalten, indem verhindert wird, daß sich die FETs 43 auf eine hohe Temperatur erhitzen und somit leicht die Verbindungstemperatur erreichen.
Gemäß dieser Erfindung werden die Anschlußdrähte 36 für das Verbinden der Bürsten 33 und der Schaltung der Leiterplatte 40 auf den Bürsten 33 durch das Verlöten der Bürstenleiter 27 auf den Anschlußdrahtbefestigungspositionen 37 befestigt, und die Wärme wird zu dieser Zeit zu den Bürstenbefestigungsteilen 28 durch die Bürstenleiter 27, die ein breites Oberflä chengebiet aufweisen, abgeführt, so daß die Leiterplatte 40 durch das Befestigen der Anschlußdrähte 36 nicht überhitzt wird.
Die Bürstenleiter 27 werden an den ECU-Leitern 75, die sich von der Leiterplatte 40 erstrecken, angelötet und erzeugen kaum Wärme, auch wenn sie mit Leistung versorgt werden, da sie ein breites Oberflächengebiet in den Bürstenbefestigungsteilen 28 und einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweisen. Sogar wenn die Lötverbindungen zwischen den Bürstenleitern 27 und den ECU-Leitern 75 durch die Wärme der Leistung geschmolzen werden, so werden die Bürstenleiter 27 und die ECU-Leiter 75 dennoch durch die leitenden Befestigungsfedern 76 gehalten, so daß ihre elektrische Kontakte zuverlässig aufrecht gehalten werden, um den korrekten Betrieb des Elektromotors 10 zu gewährleisten.
Da der Elektromotorkörper 10A über dem Plattenmontageelement 23 durch das Lager 25 gehalten wird, können die Tests der dynamischen Eigenschaften des Elektromotorkörpers 10A, der vom Plattengehäuse 22 gelöst ist, ohne eine Abstützung mit einer speziellen Einspannvorrichtung durchgeführt werden. Somit können die Tests leicht durchgeführt werden.
Gemäß dieser Erfindung wird darüberhinaus der Drehkraftbegrenzer 80, der zwischen der Abtriebswelle 11 und der Schneckenwelle 92 angeordnet ist, im Schneckengehäuse 90 unter der Leiterplatte 40 angeordnet, so daß die Räume im Motorgehäuse 20 und im Schneckengehäuse 90 wirksam verwendet werden. Somit kann das Servolenksystem, das den Drehkraftbegrenzer 80 einschließt, insgesamt von kleiner Struktur sein, um seine Montage auf dem Fahrzeug zu verbessern.
Die Schlitze 101 im äußeren Umfang des Gehäuses 81 des Drehkraftbegrenzer 80 sind so ausgebildet, daß sie die gleiche Zahl wie die Zahl der Elektroden des Kommutators 35 aufweisen und sich in Phase mit diesen befinden, und die HALLIC 102 für das Messen der Bewegung dieser Schlitze 101 ist so auf der Seite des Drehkraftbegrenzer 80 angeordnet, daß sie sich von der Leiterplatte 40 erstreckt. Somit kann der Versatz der Ausgangsdrehkraft (oder des elektrischen Stroms, der tatsächlich an der Elektromotorkörper 10A gegeben wird) des Motors durch das Korrigieren der Motorstromführungsgröße synchron mit den Detektionszeiten der Schlitze 101 durch die HALLIC 102 vermindert werden.
11 zeigt eine zweite Ausführungsform dieser Erfindung.
Gemäß dieser Ausführungsform ist der Drehkraftbegrenzer 80 umgekehrt zur Anordnung der 2 und 7 angeordnet, und sein Gehäuse ist so angeordnet, daß es sich zusammen mit der Schneckenwelle 92 dreht. Der Motor ist ferner mit einem Sensor für das Messen der Umdrehungszahl der Abtriebswelle 11 versehen. Somit kann die Differenz der Umdrehungen zwischen der Abtriebswelle 11 und der Schneckenwelle 92 gemessen werden, um einen gleitenden Zustand zwischen ihnen zu erkennen.
Im Drehkraftbegrenzer 80, der so angeordnet ist, wie das in 11 gezeigt ist, ist insbesondere die untere Kupplungsscheibe 83 (die in diesem Fall auf der oberen Seite angeordnet ist) auf der Abtriebswelle 11 befestigt, während die obere Kupplungsscheibe 82 (die in diesem Fall auf der unteren Seite angeordnet ist) auf der Schneckenwelle 92 befestigt ist, und das Gehäuse 81, das die Schlitze 101 aufweist, wird zusammen mit der oberen Kupplungsscheibe 82, das heißt, der Schneckenwelle 92 gedreht. Als Sensor für das Messen der Zahl der Umdrehungen der Abtriebswelle 11 ist eine HALLIC 112 für das Messen der Positionen einer Vielzahl von Keilnuten 111, die in einer Kupplung 110 der unteren Kupplungsscheibe 83 mit der Abtriebswelle 11 ausgebildet sind, vorgesehen. Hier ist die HALLIC 112 an der Erweiterung 113 der Leiterplatte 40 befestigt, um die Zahl der Verdrahtungsschritte zu vermindern.
Aus dem Messen der Keilnute 111 pro Zeiteinheit durch die HALLIC 102, und dem Messen der Keilnute 111 durch die HALLIC 112, werden die Zahl der Umdrehungen der Schneckenwelle 92 beziehungsweise der Abtriebswelle 11 detektiert. In diesem Fall müssen die Schlitze 101 und die Keilnute 111 weder in Phase zueinander angeordnet sein, noch die gleiche Anzahl aufweisen, da nur die einzelnen Anzahlen der Umdrehungen der Schneckenwelle 92 und der Abtriebswelle 11 benötigt werden.
Die Zahl der Umdrehungen, die so bei der Abtriebswelle 11 und der Schneckenwelle 92 gemessen werden, werden miteinander verglichen. Es wird bestimmt, daß die Abtriebswelle 11 und die Schneckenwelle 92 ohne einen Schlupf normal arbeiten, wenn die beiden Wellen die gleiche Anzahl von Umdrehungen aufweisen. Wenn die Zahl der Umdrehungen der Abtriebswelle 11 größer als die der Schneckenwelle 92 ist, so wird andererseits bestimmt, daß der Versorgungsstrom zum Elektromotor 10 übermäßig hoch ist, so daß er den Schlupf bewirkt. Wenn die Zahl Umdrehungen der Schneckenwelle 92 größer als die der Abtriebswelle 11 ist, so wird bestimmt, daß der Schlupf durch die äußere Kraft, die auf das gelenkte Element (oder die Reifen) ausgeübt wird, verursacht wird. Auf der Basis dieser Entscheidungen steuert die Steuerschaltung der Leiterplatte 40 den elektrischen Strom, der dem Elektromotorkörper 10A zugeführt werden soll.
Wenn die Zahl der Umdrehungen WA der Abtriebswelle 11 sich stark ändert, wie das im ersten Diagramm der 12 dargestellt ist, so erreicht die Zahl der Umdrehungen der Schneckenwelle 92, wie das im zweiten Diagramm dargestellt ist, einen Grenzwert, der vom Drehkraftbegrenzer 80 bestimmt wird, zu einer Zeit A. Nach der Zeit A folgt die Zahl WB nicht der Zahl WA der Abtriebswelle 11, wie das durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, sondern sie bleibt bei einem konstanten Maximum, so daß der Schlupf zwischen der Abtriebswelle 11 und der Schneckenwelle 92 sich fortsetzt. Dieser Unterschied bei der Zahl der Umdrehungen zwischen der Abtriebswelle 11 und der Schneckenwelle 92 wird zu einer Zeit B, nachdem eine vorbestimmte Detektionszeit vergangen ist, detektiert, und es wird bestimmt, daß der Versorgungsstrom zum Elektromotor 10 übertrieben hoch ist. Dann vermindert die Steuerschaltung (für die Leistungsabschaltoperation) den Versorgungsstrom zum Elektromotor 10, beispielsweise auf 0 A, um die Zahl der Umdrehungen WA der Abtriebswelle 11 zu vermindern. Somit drehen sich die Abtriebswelle 11 und die Schneckenwelle 92 zu einer Zeit C wieder zusammen, wenn die Zahl der Umdrehungen WA der Abtriebswelle 11 nicht über dem Grenzwert der Schneckenwelle 92 liegt. Nachdem die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Abtriebswelle 11 und der Schneckenwelle 92 somit verschwindet, wird der Versorgungsstrom zum Elektromotor 10 wieder vergrößert (für die Leistungserhöhungsoperation). In dieser Ausführungsform wird der Versorgungsstrom zum Elektromotor 10 bei der Leistungsverminderungsoperation auf 0 A erniedrigt, wobei dieser Verminderungswert aber auf einen beliebigen Wert, wie die Hälfte, ein Drittel oder dergleichen des Versorgungsstroms zu einer Zeit, wenn die Zahl der Umdrehungen WB der Schneckenwelle 92 den Grenzwert erreicht, eingestellt werden kann.
Die 13 bis 15 stellen eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
In dieser Ausführungsform wird der Leiterplatte 40 in der Ausführungsform der 2 eine Zweiplatten-Struktur, die aus den beiden Platten 140A und 140B zusammengesetzt ist, gegeben. Von diesen beiden Platten ist die Platte 140A aus einem Material, wie Aluminium, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, hergestellt, und die Ansteuerschaltung 41, die aus den vielen FETs 43 zusammengesetzt ist, wird auf dieser Platte 140A ausgebildet, wie das in den 14 und 15 gezeigt ist. Die Platte 140B, die aus einem sehr hitzefesten Harz hergestellt ist, wird an der Platte 140A mittels Schrauben 141 befestigt, und die Steuerschaltung 42, die aus der CPU 47, dem Relais 45, dem Kondensator 56 und dergleichen zusammengesetzt ist, wird auf der Platte 140B befestigt. Ein Temperatursensor 142 ist neben der CPU 47 montiert. Wenn die Temperatur in der Umgebung der Platte sich einer vorbestimmten oberen Grenztemperatur der FETs 43 nähert, so unterbricht die CPU 47 die Leistungsversorgung zum Elektromotorkörper 10A durch das Relais 45. Ein Abstandsstück 143 ist auf der Stufe zwischen der Platte 140A und der Platte 140B befestigt, und die Oberflächen der Platte 140A und 140B sind mit einem Dichtungsmittel 144 bedeckt.
Somit ist die Leiterplatte aus den beiden Platten 140A und 140B zusammengesetzt, und nur die Platte 140A, die die auf ihr montierten stark wärmeerzeugenden FETs 43 aufweist, ist aus einer Aluminiumplatte, die eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die der Platte 140B aufweist, gefertigt, so daß die Kosten für die gesamte Platte vermindert werden können. Die Kosten können zusätzlich weiter vermindert werden, da die Abdeckung 58 in der Ausführungsform der 2 weggelassen wird.
16 ist ein Diagramm, das eine vierte Ausführungsform der Erfindung zeigt.
In dieser Ausführungsform werden die Abtriebswelle 11 und die Schneckenwelle 92 der Ausführungsform der 2 in eine Abtriebswelle 150, die mit einer Schnecke 151 außerhalb des Motorgehäuses ausgerüstet ist, integriert.
In 17 ist eine fünfte Ausführungsform gezeigt, in welcher das Schneckengehäuse (oder das untere Gehäuse) 90 mit einem Paar Feldabschirmrippen 161, 162 ausgerüstet ist. Wie dort gezeigt ist, bilden die Rippen 161 und 162, die sich radial vom Gehäuse 90 der Schneckenseite erstrecken, ein Gebiet 163, das einen sektorförmigen Abschnitt aufweist. Wenn das Schneckengehäuse 90 auf dem Boden des Plattengehäuses 22 montiert wird, so werden die Vielzahl von FETs 43 in dem Gebiet 163 aufgenommen. Somit wird die Steuerschaltung 43, die in einem Gebiet 164 angeordnet werden soll, vom Gebiet 163, das die FETs 43 aufnimmt, abgeschirmt, so daß die Steuerschaltung 43 frei von Einflüssen des Rauschens ist, das die Schaltaktionen der FETs 43 begleitet.
In dieser Ausführungsform werden die Rippen 161 und 162, die die FETs 43 abdecken, im Schneckengehäuse 90 ausgebildet, aber sie können auch im Plattengehäuse 22 ausgebildet werden.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie oben beschrieben wurde, ist der erfindungsgemäße Elektromotor als ein Elektromotor für ein Servolenksystem geeignet, und er ist speziell geeignet, um die Wärmeabführeigenschaften von der Leiterplatte des Elektromotors zu verbessern, und um die Größe der Teile, die den Elektromotor des Servolenksystems betreffen, zu vermindern.

Claims

Elektromotor (10) für ein elektrisches Servolenksystem für das Aufbringen einer Hilfskraft auf ein zu lenkendes Element gemäß einer Eingabedrehkraft, die auf ein Eingabeelement eingegeben wird, wobei der Elektromotor (10) ein Motorgehäuse (20) für das Aufnehmen eines Elektromotorkörpers (10A) und einer Leiterplatte (40), auf der eine Ansteuerschaltung (41) für das Ansteuern des Elektromotorkörpers (10A) und eine Steuerschaltung (42) für das Steuern der Ansteuerschaltung (41) installiert sind, beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (10) zudem folgendes umfasst. ein Plattenmontageelement (23), das über einen Innenraum des Motorgehäuses (20) als eine Wand ausgebildet ist, die den Elektromotorkörper (10A) und die Leiterplatte (40) trennt, wobei das Plattenmontageelement (23) aus einem Material hergestellt ist, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und ein Lager (25) einer Abtriebswelle (11) des Elektromotorkörpers (10A), die sich durch das Plattenmontageelement (23) auf die Leiterplatte (40) zu erstreckt, abstützt.
Elektromotor für ein elektrisches Servolenksystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Bürstenleiter (27), der sich von einer Bürste (33), die sich in gleitendem Kontakt mit einem Kommutator (35) des Elektromotorkörpers (10A) befindet, zu der Leiterplatte (40) durch das Plattenmontageelement (23) erstreckt, wobei der Bürstenleiter (27) ein breites Oberflächengebiet auf der Seite der Bürste (33) aufweist, einen ECU-Leiter (75), der sich von der Leiterplatte (40) erstreckt und elektrisch mit dem Bürstenleiter (27) verbunden ist, und einen Leiterdraht (36), der sich von der Bürste (33) erstreckt und mit einem Teil verlötet ist, der dem breiten Oberflächengebiet des Bürstenleiters (27) entspricht, umfasst.
Elektromotor für ein elektrisches Servolenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bürstenleiter (27) und der ECU-Leiter (75) zusammen durch eine leitende Befestigungsfeder an einer vorbestimmten Position gehalten werden.
Elektromotor für ein elektrisches Servolenksystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein unteres Gehäuse (90), das eine untere Seite der Leiterplatte (40) bedeckt, und einen Drehkraftbegrenzer (80), der zwischen der Abtriebswelle (11) des Elektromotorkörpers (10A) und einer Rotationswelle (92), die mit dem gelenkten Element verbunden ist, angeordnet ist, umfasst, wobei der Drehkraftbegrenzer (80) in dem unteren Gehäuse (90) unterhalb der Leiterplatte (40) untergebracht ist.
Elektromotor für ein elektrisches Servolenksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkraftbegrenzer (80), die Abtriebswelle (11) des Elektromotorkörpers (10A) und die Rotationswelle (92) so verbunden sind, dass der äußere Umfang des Drehkraftbegrenzers (80) zusammen mit der Abtriebswelle (11) rotiert, wobei der Elektromotor (10) ferner eine Vielzahl von Schlitzen (101), die im äußeren Umfang des Drehkraftbegrenzers (80) ausgebildet sind, deren Anzahl der Vielzahl der Elektroden eines Kommutators (35) des Elektromotorkörpers (10A) entspricht, und die sich in Phase mit diesen befinden, und eine Detektionsvorrichtung (102) aufweist, die auf der Seite des Drehkraftbegrenzers (80) angeordnet ist, um Positionsänderungen in den Schlitzen (101) gemäß der Drehung der Abtriebswelle (11) zu detektieren, und wobei eine Führungsgröße eines Versorgungsstroms zum Elektromotorkörper (10A) auf der Basis der Positionsänderungen in den Schlitzen (101) korrigiert wird.
Elektromotor für ein elektrisches Servolenksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsvorrichtung (102) sich von der Leiterplatte (40) zur Seite des Drehkraftbegrenzers (80) nach unten erstreckt.
Elektromotor für ein elektrisches Servolenksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkraftbegrenzer (80), die Abtriebswelle (11) und die Rotationswelle (92) so verbunden sind, dass der äußere Umfang des Drehkraftbegrenzer (80) sich zusammen mit der Rotationswelle (92) dreht, der Elektromotor (10) ferner eine Vielzahl von Schlitzen (101), die in dem äußeren Umfang des Drehkraftbegrenzers (80) ausgebildet sind, eine Detektionsvorrichtung (102), die auf der Seite des Drehkraftbegrenzers (80) angeordnet ist, für das Detektieren einer Rotationsgeschwindigkeit der Rotationswelle (92) über die Positionsänderungen bei diesen Schlitzen (101), und eine Detektionsvorrichtung (112) für das Detektieren der Rotationsgeschwindigkeit der Abtriebswelle (11) aufweist, und wobei ein Schlupf zwischen der Abtriebswelle (11) und der Rotationswelle (92) in Abhängigkeit von der gemessenen Rotationsgeschwindigkeit der Rotationswelle (92) und der gemessenen Rotationsgeschwindigkeit der Abtriebswelle (11) bestimmt wird.
Elektromotor für ein elektrisches Servolenksystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Versorgungsstrom zum Elektromotorkörper (10A) vermindert wird, wenn die gemessene Rotationsgeschwindigkeit der Abtriebswelle (11) höher als die der Rotationswelle (92) ist, wohingegen der Versorgungsstrom zum Elektromotorkörper (10A) allmählich erhöht wird, wenn die gemessene Rotationsgeschwindigkeit der Abtriebswelle (11) mit der Rotationsgeschwindigkeit der Rotationswelle (92) zusammenfällt.
Elektromotor für ein elektrisches Servolenksystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Detektionselement der Detektionsvorrichtung (102) für das Messen der Rotationsgeschwindigkeit der Rotationswelle (92) sich von der Leiterplatte (40) nach unten zur Seite des Drehkraftbegrenzers (80) erstreckt.
Elektromotor für ein elektrisches Servolenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung (41) eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren (43) umfasst, die Leiterplatte (40) aus zwei Platten (140A, 140B) zusammengesetzt ist, von denen eine (140A)eine wärmeabführende Platte, die aus einem Material hergestellt ist, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, ist, und die Vielzahl der Feldeffekttransistoren (43) auf der wärmeabführenden Platte montiert sind.
Elektromotor für ein elektrisches Servolenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung (41) eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren (43) als Schaltelemente aufweist, wobei der Elektromotor (10) ein unteres Gehäuse (90) für das Abdecken der unteren Seite der Leiterplatte (40) aufweist, und das untere Gehäuse (90) Rippen für das Einschließen der Vielzahl von Feldeffekttransistoren (43) aufweist.
Elektromotor für ein elektrisches Servolenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung (41) eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren (43) als Schaltelemente umfasst, und das Motorgehäuse (20) Rippen für das Einschließen der Vielzahl von Feldeffekttransistoren (43) aufweist.