驱动装置的制作方法

专利名称：驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种驱动装置，所述驱动装置具有电马达和用于控制所述电马达的驱动的电子控制单元。
背景技术：
近年来，使用电气地产生扭矩的电动力转向系统(EPS系统)作为用于辅助车辆转向操作的机构。与液压动力转向系统不同，EPS系统仅当转向操作由驾驶员执行时辅助车辆转向操作。因此，EPS系统提供了许多优点，例如低燃料消耗。设置在EPS系统中的马达产生扭矩。例如，在EPS系统中使用通过提供三相AC电流而被驱动以旋转的无刷马达。在EPS系统中使用无刷马达的情况下，提供预定电压(例如，12V)的DC输出需要转换为相移AC输出，从而向无刷马达的多相(例如，三相)线圈提供相移电流。因此，需要电子控制单元，以切换向马达线圈的电流供给。电子控制单元包括执行开关操作的半导体模块。在常规的驱动装置中，电子控制单元设置为靠近电马达(例如，在下面的专利文献No. I至No. 4中所公开的)。因为半导体模块由于大电流而产生热，所以需要考虑到半导体模块相对于热沉的布置。现有技术文献 专利文献
专利文献 No. I JP-A-2002-120739 专利文献 No. 2 JP-A-H10-234158 专利文献 No. 3 JP-A-H10-322973 专利文献 No. 4 JP-A-2004-159454。不同相位的线圈电流被提供到多个相位(例如，三相)的线圈。在一些情况下，通过多个供电系统来控制马达。在这种情况下，针对每个供电系统提供多个相位的多个线圈，并针对多个相位的线圈提供逆变器电路。将逆变器电路形成为半导体模块。在多个供电系统的情况下，即使当用于控制一个线圈的一个逆变器电路(半导体模块)失效时，可以通过正常地控制其它线圈连续地操作马达。根据专利文献No. 1，半导体模块安装在金属基底上。因此，如果多个供电系统的逆变器电路形成在金属基底上，则其它供电系统的其它半导体模块受到热影响。因此，会发生多个供电系统同时失效。根据专利文献No. 2，半导体模块一起布置在热沉的开口部分处。同样根据专利文献No. 3，半导体模块容纳在形成于马达中的室中。因此，也会发生多个供电系统同时失效。根据专利文献No. 3，半导体模块布置为围绕马达的定子，因此，马达必然在沿径向方向的尺寸上变大。这里，使用平面形状的平流电容器。在需要使用圆柱形电容器的情况下，马达在沿径向方向的尺寸上进一步变大。

发明内容
本发明的目的是提供一种驱动装置，所述驱动装置包括马达和用于控制所述马达的电子控制单元的整合单元，并保护供电系统以免同时失效。
根据本发明，一种驱动装置包括马达、热沉和半导体模块。所述马达具有马达壳体，以圆筒形状形成，以限定外周缘；定子，径向地位于所述马达壳体内部，并卷绕有绕组线，以提供多个相位；转子，径向地位于所述定子内部，并相对于所述定子可旋转；以及轴，与所述转子一起可旋转。所述热沉沿所述马达壳体的轴向方向布置，并具有彼此隔开的多个柱形部件。所述半导体模块设置用于多个供电系统，所述多个供电系统的每个切换供给到所述绕组线的线圈电流，并且所述半导体模块布置在所述多个柱形部件上，使得一个供电系统对应于一个柱形部件。


图I是示出使用根据本发明第一实施例的驱动装置的动力转向系统的框 图2是根据本发明第一实施例的驱动装置的剖视 图3是根据本发明第一实施例的驱动装置的平面 图4是在移开罩的情况下沿图3中的方向IV观看的驱动装置的侧视 图5是根据本发明第一实施例的驱动装置的分解透视 图6是根据本发明第一实施例的驱动装置的另一分解透视 图7是根据本发明第一实施例的电子控制单元的平面 图8是沿图7中的方向VIII观看的电子控制单元的侧视 图9是沿图7中的方向IX观看的电子控制单元的侧视 图10是沿图7中的方向X观看的电子控制单元的侧视 图11是根据本发明第一实施例的电子控制单元的透视 图12是根据本发明第一实施例的功率电路基底的平面图，其中，功率模块被组装到热
沉；
图13是沿图12中的XIII方向观看的热沉的侧视 图14是沿图12中的XIV方向观看的热沉的侧视 图15是根据本发明第一实施例的热沉的透视图，其中，功率模块被组装到热沉；
图16是根据本发明第一实施例的功率单元的平面 图17是沿图16中的方向XVII观看的功率单元的侧视 图18是根据本发明第一实施例的功率单元的透视 图19是根据本发明第二实施例的驱动装置的分解透视 图20是根据本发明第二实施例的热沉的透视图，其中，功率模块被组装到热沉；图21是根据本发明第三实施例的驱动装置的平面 图22是根据本发明第三实施例的驱动装置的侧视 图23是沿图22中的线XXIII-XXIII截取的驱动装置的剖视 图24是根据本发明第三实施例的驱动装置的透视 图25是根据本发明第三实施例的驱动装置的分解透视 图26是根据本发明第四实施例的驱动装置的平面图； 图27是根据本发明第四实施例的驱动装置的侧视图；以及 图28是根据本发明第四实施例的驱动装置的透视图。
具体实施例方式将参照附图描述根据本发明的具有内置的电子控制单元的驱动装置的实施例。在下面的每个实施例中，将相同的或等同的附图标记添加到附图中的相同的或等同的部分。(第一实施例)
在图I至图19中示出了根据本发明第一实施例的驱动装置I。驱动装置I应用于电动力转向系统(EPS)。驱动装置I是具有内置的电子控制单元的马达装置。驱动装置具有马达2和电子控制单元。电子控制单元3具有作为控制布线部件的控制电路基底40、热沉50、功率模块60、作为功率布线部件的功率电路基底70等(参见图5和图6)。如图I所示，驱动装置I用于经由车辆的转向盘5通过驱动柱轴6即转向盘5的旋转轴以通过附接到柱轴6的齿轮7产生旋转扭矩来辅助车辆转向操作。具体地，当转向盘5由驾驶员操作时，驱动装置I通过检测在柱轴6中产生的转向扭矩并从未示出的CAN(控制器区域网络)获取车辆速度信息来辅助驾驶员对转向盘5的转向操作。转向扭矩由扭矩传感器8检测。还可以使用该机构不仅用于辅助转向操作，而且根据不同的控制处理进行其它操作。其它操作具有转向盘5的自动控制，例如在高速道路上的车道保持、引导至停车场的停车位等。马达2是无刷马达，其使齿轮7在正向和反向旋转。电子控制单元3控制向马达2的电流供给和马达2的驱动操作。电子控制单元3具有功率电路100和控制电路90，功率电路100供给驱动电流以驱动马达2，控制电路90控制马达2的驱动，即，驱动电流从功率电路100向马达2的供给。功率电路100具有设置在DC电源75和供电线之间的扼流线圈76、电容器77以及两组(第一)逆变器电路80和(第二)逆变器电路89。逆变器电路80和89具有相同的构造，因此，下面仅描述第一逆变器电路80。第一逆变器电路80具有MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管，称为M0S) 81至86。MOS 81至86中的每个根据其栅极电位在源极-漏极路径之间导通(传导)或截止(不传导)。MOS 81至86是开关元件。MOS 81具有连接到供电线侧的漏极和连接到MOS 84的漏极的源极。MOS 84具有接地的源极。MOS 81和MOS 84之间的结点连接到马达2的U相线圈。MOS 82具有连接到供电线侧的漏极和连接到MOS 85的漏极的源极。MOS 85具有接地的源极。MOS 82和MOS 85之间的结点连接到马达2的V相线圈。
MOS 83具有连接到供电线侧的漏极和连接到MOS 86的漏极的源极。MOS 86具有接地的源极。MOS 83和MOS 86之间的结点连接到马达2的W相线圈。逆变器电路80具有供电继电器87和88。供电继电器87和88由与MOSFET 81至86类似的MOS形成。供电继电器87和88串联地设置在MOS 81至83与电源75之间，从而在异常发生时中断电流流动。此外，提供供电继电器87，以便当断开或短路发生时中断流向马达2侧的电流。提供供电继电器88，以便当错误地反向连接诸如电容器77的电子组件时通过中断流向电路组件的反向电流来保护电路组件。分流电阻器99电连接在MOS 84至86与地之间。通过检测由分流电阻器99形成的电压或在分流电阻器99中流动的电流来检测 在马达2的U相线圈、V相线圈和W相线圈中流动的电流。扼流线圈76和电容器77电连接在电源75与供电继电器87之间。扼流线圈76和电容器77形成滤波器电路，以减少从共享电源75的其它装置施加的噪声，并减少从驱动装置I施加到共享电源75的其它装置的噪声。电容器78电连接在MOS 81至83的设置在供电线侧处的电源侧与MOS 84至86的设置在地侧处的地侧之间。电容器78辅助向MOS 81至86的电功率供给，并通过储存电荷来抑制诸如冲击电压的噪声分量。控制电路90具有预驱动器电路92、定制的IC 92、作为旋转检测部件的位置传感器93和微计算机94。定制的IC 92作为功能块具有调节器电路95、位置传感器信号放大电路96和检测电压放大电路97。调节器电路95是用于稳定功率供给的稳定电路。调节器电路95将供给到每个部件的电功率稳定化。例如，微计算机94在由调节器电路95稳定的预定电压(例如，5V)下运行。来自位置传感器93的信号被施加到位置传感器信号放大电路96。位置传感器93检测马达2的旋转位置，并且旋转位置信号被施加到位置传感器信号放大电路96。位置传感器信号放大电路96将旋转位置信号进行放大并输出到微计算机94。检测电压放大电路97检测施加到分流电阻器99的电压，并将分流电阻器99的端电压进行放大且输出到微计算机94。马达2的旋转位置信号和分流电阻器99的端电压输入到微计算机94。转向扭矩信号也从附接到柱轴6的扭矩传感器8输入到微计算机94。车辆速度信息通过CAN输入到微计算机94。微计算机94基于转向扭矩信号和车辆速度信息通过预驱动器电路91对应于旋转位置信号来控制逆变器电路80，使得转向盘5的转向操作对应于车辆行驶速度受到电力辅助。具体地，微计算机94通过经由预驱动器电路91切换MOS 81至86的导通/截止状态来控制逆变器电路80。因为六个MOS 81至86的栅极连接到预驱动器电路91的六个输出端，所以MOS 81至86的导通/截止状态通过经由预驱动器电路91改变栅电压来切换。微计算机94根据从检测电压放大电路97输入的分流电阻器99的端电压来控制逆变器电路80，以使供给到马达2的电流接近正弦波形。控制电路90还以与控制逆变器电路80的方式类似的方式来控制逆变器电路89。如图2所示，电子控制单元3位于沿马达2的轴向方向的一端处。因此，驱动装置I具有堆叠结构，其中，马达2和电子控制单元3沿马达2的轴向方向堆叠。马达2具有马达壳体10、定子20、转子30、轴35等。马达壳体10以圆筒形状形成，并由铁等制成。由铝制成的端框架14在与电子控制单元3相反的轴向端部处通过螺钉等紧固地固定到马达壳体10。开口 11在位于电子控制单元3侧的端部的轴向中心处设置在马达壳体10中。轴35穿过开口 11。树脂引导件16设置在马达壳体10的位于电子控制单元3侧的端部处。树脂引导件16以具有敞开的其中心部分的基本上环形形状形成。定子20沿径向方向位于马达壳体10 内部。定子20具有沿径向方向位于马达壳体10内部的20个突出的凸极21。凸极21均匀地分布在马达壳体10的周边上。凸极21具有堆叠的铁芯23和绝缘体，堆叠的铁芯23是磁性材料的薄板的堆叠件，绝缘体沿径向方向适配到堆叠的铁芯23的外部。在图中未示出绝缘体。绕组线26卷绕在绝缘体上。绕组线26形成具有U相线圈、V相线圈和W相线圈的三相绕组线。转子30径向地位于定子20内部，从而其相对于定子20可旋转。转子30由诸如铁的磁性材料以圆柱形状形成。转子30具有转子芯31和径向地位于转子芯31的外部的永磁体32。永磁体32被布置为使得N极和S极沿周向方向交替。轴35固定在形成于转子芯31的轴向中心中的轴孔33中。轴35由设置在马达壳体10中的轴承12和设置在端框架14中的轴承15可旋转地支撑。因此，轴35相对于定子20随转子30能够旋转。轴35在位于电子控制单元3侧处的其轴向端部处具有磁体36。因为轴35的电子控制单元3侧插入穿过马达壳体10的开口 11，所以固定到轴35的位于电子控制单元3侧处的轴向端部的磁体36朝电子控制单元3侧暴露。轴35未穿过控制电路基底40。磁体36位于靠近控制电路基底40的在马达2侧处的端表面41，面对端表面41。轴35在相对于马达壳体10与电子控制单兀3相反的端位置处具有输出端37。未示出的齿轮箱设置在轴35的一侧，S卩，电子控制单元3的相反侧。齿轮7 (参见图I)设置在齿轮箱中。齿轮7结合到输出端37，并通过从轴35输出的驱动力驱动以旋转。如图5和图6所示，绕组线26从6个位置取出，从而形成马达引线(引接线)27。马达引线27穿过形成在树脂引导件16中的6个孔17。因此，马达引线27由树脂引导件16定位，并与马达壳体10安全地绝缘。马达引线27朝向电子控制单元3引出，并通过控制电路基底40和功率模块60的径向外侧部连接到功率电路基底70。S卩，当沿马达2的轴向方向观看时，马达引线27被定位成在功率模块60的径向外侧。马达引线27在功率模块60的径向外部区域中跨过功率模块60延伸到功率电路基底70。如图5和图6所示，电子控制单元3沿马达2的径向方向设置在马达壳体区域内。当马达壳体10沿轴向方向突出时，形成马达壳体区域。从马达2侧，电子控制单元3具有沿马达2的轴向方向的以如下次序布置的控制电路基底40、热沉50和功率模块60以及功率电路基底70。控制电路基底40是由例如玻璃环氧基底形成且以总体矩形板形状形成的四层的基底，从而其位于马达壳体区域内。控制电路基底40的四个角形成四个凹口 42，以将热沉50组装到马达壳体10。通过螺钉47将控制电路基底40从马达2侧螺旋适配到热沉50。控制电路基底40具有形成控制电路90并安装在控制电路基底40上的各种电子部件。预驱动器电路91、定制的IC 92、位置传感器93和微计算机94安装在控制电路基底40的位于马达2侧的表面上。位置传感器93以与轴35的磁体36面对的关系大体设置在控制电路基底40的中心处。通过这种布置，通过检测随轴35旋转的磁体36提供的磁场的变化来检测轴35的旋转。控制电路基底40还具有沿较长侧的两个端部的外周缘形成的多个通孔43。通孔43用于连接到功率模块60的控制端子64。控制连接器45在马达2的相对侧附接到控制电路基底40。控制连接器45位于控制电路基底40的较短侧的一个端部处。控制连接器45被构造为与来自马达2的径向外部区域的布线连接，并且来自各个传感器的传感器信息被输入到控制连接器45。热沉50具有被形成为彼此间隔或隔 开的作为柱形部件的两个热辐射块51。连接部件52设置在这两个热辐射块51之间。这两个热辐射块51和连接部件52由良好导热性例如铝整体地形成。热辐射块51位于马达2的中心线的径向外部，S卩，位于轴35的轴向线的虚延长线的径向外部。如图14所示，当沿图12中的方向XIV观看时，热沉50大体以H形状形成。如图12所示，当沿马达2的轴向方向观看时，热沉50以开口方形形成。如图10所示，控制连接器45插到凹入部分53，凹入部分53由连接部件52和两个热辐射块51的径向内表面形成。热辐射块51均以宽的柱形形成。每个热辐射块51在其两个端部处具有连接部件54和55。连接部件54和55沿马达2的轴向方向形成通孔。螺钉56插在连接部件54中，并螺纹连接到马达壳体10。此外，螺钉57插到连接部件55中，并与罩110 —起螺纹连接到马达壳体10。一个热辐射块51的连接部件54与另一个热辐射块51的连接部件54被布置为相对于轴35的中心线呈点对称。类似地，一个热辐射块51的连接部件55与另一个热辐射块51的连接部件55被布置为相对于轴35的中心线呈点对称。热接收表面59具有沿马达壳体10的径向方向形成在热福射块51的径向外部表面上的宽壁表面。热接收表面59从沿轴向方向形成的马达壳体10的端表面沿上升方向布置。热接收表面59大体垂直于马达壳体10的沿马达壳体10的轴向方向形成的端表面壁13。功率模块60沿马达2的径向方向设置在热沉50的径向外部表面上，并沿着热接收表面59设置。S卩，功率模块60沿马达2的径向方向纵向地设置在热沉50的径向外部表面上。功率模块60沿两个热辐射块51中的每个设置。功率模块60具有控制端子64和功率端子65。控制端子64和功率端子65从模制部件61突出。控制端子64形成在与模制部件61的宽壁表面垂直的第一窄端表面62上。功率端子65形成在垂直于模制部件61的宽表面且平行地面对第一窄端表面62的第二窄端表面63上。功率模块60沿着热沉50的热接收表面59纵向地设置，使得其上形成有控制端子64的第一端表面62位于控制电路基底40侧处，并且其上形成有功率端子65的第二端表面63位于功率电路基底70侧。S卩，控制端子64突出从而面对控制电路基底40侧，并且功率端子65突出从而面对功率电路基底70侦^控制端子64插到控制电路基底40的通孔43中，并通过焊接等电连接到控制电路基底40。控制信号通过控制端子64从控制电路基底40输出到功率模块60。功率端子65插到形成在功率电路基底70中的下面将描述的通孔73中，并通过焊接等电连接到功率电路基底70。功率端子65将用于绕组线26的驱动电流传送到功率模块60。对驱动马达2予以控制所需的仅仅小的电流(例如，2A)被供给到控制电路基底40侧。另一方面，用于驱动马达2所需的大电流(例如，80A)被供给到功率电路基底70侧。因此，功率端子65被形成为比控制端子64厚。控制接地(ground)端子66被形成为具有与控制端子64类似的厚度。接地端子66穿过模制部件61并将控制电路基底40连接到功率电路基底70的接地。功率模块60具有MOS 81至86，它们被切换至导通/截止状态，以便向绕组线供给驱动电流。MOS 81至86是开关元件。功率模块60形成为使得开关元件MOS 81至86、供电继电器87和88以及分流电阻器99安装在由铜形成的布线图案上，并与布线等电连接，并且模制到模制部件61中。两个功率模块60形成在图I中示 出的逆变器电路80和89。一个功率模块60对应于逆变器电路80，并具有在图I中示出的MOS 81至86、供电继电器87、88以及分流电阻器99。S卩，MOS 81至86、供电继电器87、88以及分流电阻器99被树脂模制成单个主体以作为模块。另一功率模块60对应于逆变器电路89，并具有形成逆变器电路89的M0S、供电继电器和分流电阻器。即，一个功率模块60对应于一个系统的逆变器电路。即，向每个供电系统中的一个热辐射块51提供形成一个逆变器电路的一个功率模块60。未示出的薄热辐射片设置在功率模块60和热沉50之间。功率模块60通过螺钉69与热辐射片一起被螺旋适配到热沉50。因此，功率模块60通过热辐射片固定到热沉50，从而由电流供给产生的热通过热辐射片辐射到热沉50。虽然未示出，但布线图案的一部分在功率模块60的位于热沉50侧处的表面上从模制部件61作为金属热辐射部件部分地暴露。因此，热被有效地辐射，因为金属热辐射部件通过热辐射片接触热沉50。热辐射片将来自功率模块60的热传导至热沉50，并确保功率模块60和热沉50之间的绝缘。即，热辐射片作为热辐射构件和绝缘体。功率电路基底70是由例如玻璃环氧板制成的四层的基底，并且以大体上方形板形状形成，以使其位于马达壳体区域内。功率电路基底70具有厚图案铜箔。功率电路基底70的四个角具有四个凹口 71，以保证用于热沉50的连接部件55的空间。功率电路基底70从与马达2相对的一侧通过螺钉72螺旋适配到热沉50。供电布线形成在功率电路基底70上，以供给用于绕组线26的驱动电流。在图19中用双点划线示出的布线和在图19中用双点划线围住的组件安装在功率电路基底70上。通孔73形成在功率电路基底70上，从而插入功率模块60的功率端子65。通孔74在功率电路基底70上形成在通孔73的外部，从而插入马达引线27。马达引线27插到通孔74中，并通过焊接等电连接到功率电路基底70。因此，马达引线27通过功率电路基底70电连接到功率模块60。即，功率电路基底70提供马达引线27和功率模块60的连接部件。马达引线27沿马达壳体10的轴向方向相对于功率模块60的模制部件61在马达壳体10的相对侧处连接到功率模块60。马达引线27沿马达2的轴向方向相对于功率模块60的模制部件61在马达2的相对侧处连接到功率模块60。扼流线圈76、电容器77和78以及功率连接器79安装在功率电路基底70的位于马达2侧的表面上，形成功率单元105。功率单元105和功率模块60形成功率电路100。
功率单元105布置成如在图16至图18中所示。形成功率单元105的扼流线圈76、电容器77和78、功率连接器79布置在夹在两个热辐射块51之间的空间中。扼流线圈76、电容器77、78以及功率连接器79沿马达2的轴向方向布置在热沉50的连接部件52和功率电路基底70之间的空间中。扼流线圈76、电容器77、78以及功率连接器79从连接到控制电路基底40的控制连接器45按照此顺序线性地布置。扼流线圈76成形为中空的圆筒形状，以 使沿其轴向方向的长度比沿其径向方向的长度短。当沿马达2的轴向方向观看时，扼流线圈76和轴35定位成使得它们彼此不叠置。此外，扼流线圈76纵向地布置成使得扼流线圈76的轴线大体上垂直于轴35的轴线。电容器77定位在四个电容器78之间的大致中心处。四个电容器78被布置为紧密地围绕电容器77。电容器77和78是铝电解质电容器。与电容器77相比，电容器78具有更大的电容。电容器77和78不局限于铝电解质电容器，并且可以使用具有适当电容的任何电容器。功率连接器79被定位成与连接到控制电路基底40的控制连接器45相反。功率连接器79被构造为与来自马达2的径向外部的布线可连接，并连接到电源75。因此，来自电源75的电功率通过功率连接器79供给到功率电路基底70。来自电源75的电功率通过功率连接器79、功率电路基底70、功率模块60和马达引线27供给到卷绕在定子20上的绕组线26。电子控制单元3容纳在罩110内(参见图5和图6)。罩110由诸如铁的磁性材料形成，以防止电场和磁场从电子控制单元3侧泄漏到外侧，并防止灰尘进入电子控制单元3侦U。罩110具有与马达壳体10大致相同的直径，并以朝马达2侧打开的底部圆筒形状形成。罩110通过螺钉57与热沉50 —起螺旋适配到马达壳体10。凹口 111在对应于控制连接器45和功率连接器79的位置处形成在罩110中。控制连接器45和功率连接器79沿径向方向从凹口 111突出，并沿不同的向外方向例如沿相对的方向径向地打开。突出部18在与功率连接器79侧的凹口 111对应的位置处形成在树脂引导件16上。阶梯部19形成在树脂引导件16上，从而与罩110适配。下面将描述驱动装置I的操作。 设置在控制电路基底40上的微计算机94通过由PWM控制形成的预驱动器电路91生成脉冲信号，从而基于从位置传感器93、扭矩传感器8、分流电阻器99等提供的信号根据车辆的行驶速度来辅助通过转向盘5的车辆转向。该脉冲信号通过控制端子64输出到由功率模块60形成的两个供电系统的逆变器电路80和89，从而控制功率模块60的MOS 81至86的导通/截止切换操作。因此，彼此相位偏移的正弦波电流被供给到绕组线26，从而产生旋转磁场。转子30和轴35由于旋转磁场而作为单个主体旋转。在轴35的旋转的情况下，驱动力从输出端37输出到柱轴6的齿轮7,从而辅助驾驶员通过转向盘5进行转向操作。即，在绕组线26中流动的电流被供以驱动马达2。在绕组线26中流动的电流是马达2的驱动电流。在切换功率模块60的MOS 81至86时产生的热通过热辐射片被辐射到热沉50。因此，抑制了否则将由功率模块60的温度升高导致的故障或错误操作。
可以根据所需的输出功率来设定定子20、转子30等的尺寸。根据当前实施例的驱动装置I提供了以下优点
(I)热沉50具有两个热生成块51。在每个块51上，布置了形成逆变器60和89中之一的一个功率模块60。因此，热可以以平衡的方式从功率模块60辐射。因为功率模块60布置在隔开的每个热辐射块51上，所以防止了一个功率模块60受到另一个功率模块60的热影响。通过在不同的位置布置功率模块60，与在邻近位置共同地布置功率模块的情况相t匕，可以抑制故障在两个供电系统中同时发生。 功率模块60与热沉50布置在沿马达壳体10的轴向方向的位置处。因此，驱动装置可以在沿径向方向的尺寸上减小。(2)热辐射块51以宽的柱形状形成。热辐射块51在其两个端部具有连接部件54和55。连接部件54和55形成相应的通孔，其沿马达2的轴向方向穿过连接部件。在连接部件54中，螺钉56螺旋连接并固定到马达壳体10。在连接部件55中，螺钉57与罩110 —起螺旋连接到马达壳体10。因此，可以容易地将热沉50固定到马达壳体10。(3)两个热辐射块51相对于轴35的中心作为参考对称地布置。利用这样的热辐射块51，可以在缩短的时间内获得功率模块60的设计布置和安装工作。(4)功率模块60沿热沉50的热接收表面59布置。即，功率模块60在热沉50的外部沿马达2的径向方向纵向地布置。功率模块60具有相同的规范。当沿轴向方向观看时，功率模块60的控制端子64和功率端子65相对于轴35的中心作为参考呈点对称。因此，优点在于，不需要区分这两个功率模块。然而，可以布置使得功率模块60的控制端子64和功率端子65相对于轴35的中心作为参考呈线对称。在这种情况下，当沿轴向方向观看时，因为两个半导体模块的端子以相同的顺序对准，所以可以简化布线的路由。(5)扼流线圈76布置在形成于热辐射块51之间的空间内。在热辐射块51之间设置的空间中，布置了相对大尺寸的电子组件，例如平流电容器77、电解质电容器78和控制连接器45、79。因此，可以有效地利用空间，并且可以在尺寸上减小装置的整个尺寸。(第二实施例)
在图19和图20中示出了根据第二实施例的驱动装置200。与第一实施例类似，在驱动装置200中，热沉250具有被形成为彼此间隔或隔开的作为柱形部件的两个热辐射块251。连接部件252设置在这两个热辐射块251之间。这两个热辐射块251和连接部件252由良好导热性例如铝整体地形成。热沉250的沿马达壳体10的径向方向的径向外部表面和位于功率电路基底70侧的表面提供热接收表面259。每个热辐射块251具有两个模块单元260和270。一个模块单元260定位在热辐射块251的面对功率电路基底70的表面上。S卩，模块单元260被布置为与沿马达壳体10的轴向方向形成的端表面壁13大体上平行。另一个模块单元270位于热辐射块251的表面上，该表面被布置在马达2的沿马达2的径向方向的径向外部，并沿在马达壳体10的轴向方向上形成的端表面壁13的升高方向布置。即，模块单元270相对于沿马达壳体10的轴向方向形成的端表面壁13沿纵向方向定位。模块单元260具有四个半导体模块261至264和布线基底265(在铝表面上具有绝缘层)。半导体模块261至264中的每个在与宽表面垂直的窄表面上形成有三个端子266。半导体模块261至264的端子266被布置为沿马达2的径向向外方向突出。端子266大体上以直角朝功率电路基底70侧弯曲。
模块单元270具有四个半导体模块271至274和布线基底275。半导体模块271至274中的每个在与宽表面垂直的窄表面上具有三个端子276。端子276布置在功率电路基底70侧。半导体模块261至264的端子266和半导体模块271至274的端子276插到形成在功率电路基底70上的通孔277中，并通过焊接等电连接到功率电路基底70。马达引线27插到未示出的通孔中，并形成在位于功率电路基底70上的通孔277外部，并且通过焊接等电连接到功率电路基底70。因此，马达引线27通过功率电路基底70连接到功率模块单元260和270。
与第一实施例类似，功率电路基底70形成用于将马达引线27和功率模块60连接的连接部件。马达引线27沿马达壳体10的轴向方向相对于功率模块60的模制部件61在马达壳体10的相对侧处连接到功率模块60。S卩，马达引线27沿马达2的轴向方向相对于功率模块60的模制部件61在马达2的相对侧处连接到功率模块60。模块单元260和270通过螺钉269螺旋适配到热沉250。其上安装有半导体模块261至264和271至274的布线基底265和275由铝制成，并且外部表面由树脂层制成。树脂层用作绝缘层，以确保半导体模块261至264和271至274与热沉绝缘。根据当前实施例，在模块单元260中，半导体模块261至264安装在布线基底265上。在模块单元270中，半导体模块271至274安装在布线基底275上。模块单元260和270螺旋适配到热沉250。或者，半导体模块261至264和271至274可以在没有布线基底265和275的情况下适配到热沉250。在这种情况下，绝缘片需要设置在半导体模块261至264与热沉250之间，以及半导体模块271至274与热沉250之间。或者，当不提供绝缘片时，可以使用这样的半导体模块，在该半导体模块中，漏电极涂覆有用于绝缘用途的树脂。半导体模块261至264和271至274形成功率模块，端子266和276形成端子部件。形成模块单元260的半导体模块261至264和形成模块单元270的半导体模块271至274中的每个具有一个M0S。沿纵向方向布置且布置在一个热辐射块251的径向外部的模块单元260和270对应于第一逆变器电路80。布置在另一个热辐射块251上的模块单元260和270对应于第二逆变器电路89。因此，形成一个供电系统的一个功率模块60相对于一个热福射块51布置。与第一实施例类似，逆变器电路80和逆变器电路89彼此类似，将仅描述与逆变器电路80对应的模块单元260和270。在位于热辐射块251的面对功率电路基底70的表面上的模块单元260中，半导体模块261具有供电继电器87，半导体模块262具有MOS 81，半导体模块263具有MOS 82，半导体模块264具有MOS 83。g卩，模块单元260具有布置在供电线侧的MOS 81至83以及一个供电继电器87。模块单元260具有布置在供电线侧的MOS 81至83，并形成上游(高电位)侧电路。在径向外部位置处纵向地位于热辐射块251的表面上的模块单元270中，半导体模块271具有供电继电器88，半导体模块272具有MOS 84，半导体模块273具有MOS 85，半导体模块274具有MOS 86。S卩，模块单元270具有布置在地线侧的MOS 84至86以及一个供电继电器88。模块单元270具有布置在地线侧的MOS 84至86，并形成下游(低电位)侧电路。
具有连接到U相线圈的MOS 81的半导体模块262和具有连接到U相线圈的MOS84的半导体模块272被形成为夹持热辐射块251的外缘侧线。热辐射块251的外缘侧线径向向外地定位，以面对功率电路基底70侧。类似地，具有连接到V相线圈的MOS 82的半导体模块263和具有连接到V相线圈的MOS 85的半导体模块273被形成为夹持热辐射块251的外缘侧线。热辐射块251的外缘侧线径向向外地定位，以面对功率电路基底70侧。类似地，具有连接到W相线圈的MOS 83的半导体模块264和具有连接到W相线圈的MOS 86的半导体模块274被形成为夹持热辐射块251的外缘侧线。热辐射块251的外缘侧线径向向外地定位，以面对功率电路基底70侧 。此外，具有供电继电器87的半导体模块261和具有供电继电器88的半导体模块271被形成为夹持热辐射块251的外缘侧线。热辐射块251的外缘侧线径向向外地定位，以面对功率电路基底70侧。通过这种布置，可以降低布线损失。半导体模块261至264和271至274不具有直接连接到控制电路基底40的端子。因此，控制电路基底40和功率电路基底70通过基底连接端子278电连接。控制电路基底40与半导体模块261至264和271至274通过基底连接端子278和功率电路基底70电连接。从控制电路基底40输出的控制信号通过基底连接端子278和功率电路基底70供给到半导体模块261至264和271至274，以控制半导体模块261至264和271至274中的MOS的导通/截止。因此，按照与第一实施例中的方式类似的方式来控制对马达2的驱动。根据第二实施例的驱动装置200提供了与上述优点(I)至(5)类似的优点。此外，在当前实施例中，使用与相应的MOS对应地树脂模制的半导体模块261至264和271至274。因此，未使用与一个供电系统对应的模块。半导体模块261至264和271至274布置在热沉250的面对功率基底70的表面上。因此，可以有效地利用空间，并且可以在尺寸上减小装置。(第三实施例)
如图23所示，根据第三实施例的驱动装置1001具有壳体，该壳体包括圆筒形马达壳体1101、螺接到马达壳体1101的输出端的端框架1102和安装在电子控制单元上方的底部圆筒形罩1103。马达1030包括马达壳体1101、位于马达壳体1101的径向内部的定子1201、位于定子1201的径向内部的转子1301和与转子1301 —起旋转的轴1401。定子1201包括沿马达壳体1101的径向向内方向突出的12个凸极1202。凸极1202沿马达壳体1101的周缘方向以预定的间隔设置。凸极1202均包括多层芯1203和绝缘体1204，多层芯1203通过堆叠许多薄磁性板来提供，绝缘体1204与多层芯1203的轴向外端适配。绕组线1205绕着绝缘体1204卷绕。用于向绕组线1205提供电流的马达引线1206连接到绕组线1205的六个点。根据向马达引线1206的电流供给的模式，绕组线1205用作具有U相、V相和W相的三相线圈。绕组线1205被构造为具有U相、V相和W相的三相线圈。马达引线1206从六个孔沿马达壳体1101的轴向端壁1106通向电子控制单元。转子1301由例如铁或其它磁性材料制成，并形成为管形状。转子1301包括转子芯1302和位于转子芯1302的径向外部的永磁体1303。永磁体303包括沿圆周方向交替设置的N极和S极。轴1401被紧固到形成在转子芯1302的轴向中心处的轴孔1304。轴1401由位于马达壳体1101上的轴承1104和由位于端框架1102上的轴承1105可旋转地支撑。这确保了轴1401可以与转子1301 —起相对于定子1201旋转。轴承1104位于电子控制单元(驱动控制电路)和马达(可移动部件)之间的边界处。该边界处的壁是马达壳体1101的端壁1106。轴1401从端壁1106朝电子控制单元延伸，并包括在其端部处朝向电子控制单元定位以检测旋转位置的磁体1402。由树脂制成的印刷电路板1801被设置为靠近轴1401的设置为朝向电子控制单元的端部。位置传感器93安装在印刷电路板1801的中心处，以检测磁体1402的旋转位置，即，轴1401的旋转位置。接下来参照图21至图25描述电子控制单元的构造。在图21、图22和图24中，未示出罩1103和印刷电路板1801。 如图21所示，驱动装置1001包括六个半导体模块1501、1502、1503、1504、1505和1506。图21中的字母符号用来将半导体模块1501至1506彼此进行区分。更具体地，半导体模块1501至1506单独地称作Ul半导体模块1501、Vl半导体模块1502、Wl半导体模块1503、U2半导体模块1504、V2半导体模块1505和W2半导体模块1506。UUVUffl半导体模块1501至1503和U2、V2、W2半导体模块1504-1506经由汇流条1507连接，以形成模块单元。汇流条1507具有耦接功能。将与马达壳体1101隔开定位的汇流条1507a设置为地，而将靠近马达壳体1101定位的汇流条1507b设置为供电线(图24)。因此，电功率通过汇流条1507供给到半导体模块1501至1506。UUVUffl半导体模块1501至1503形成一个逆变器电路，U2.V2.W2半导体模块1504至1506形成另一个逆变器电路。驱动装置1001利用两个供电系统操作。图21至图25示出了例如半导体模块1501至1506的组装结构，但未示出电功率供给结构。然而，实际上，电功率通过安装在罩1103上的连接器供给到汇流条507。半导体模块1501至1506安装在从马达壳体1101的端壁1106沿与轴1401的中心线方向相同的方向延伸的热沉1601上。如图21所示，热沉1601构造成使得将两个柱形部件设置为夹持轴1401的中心线，其中，这两个柱形部件的与轴向方向垂直的截面在形状上基本上为梯形。此外，预定的径向部分被切除，从而在中心处形成筒形空间。总体上说，当沿轴向方向观看时，热沉1601看起来像八角形形状的厚壁圆筒。当然，当沿轴向方向观看时，热沉601不必总是八角形形状。或者，当沿轴向方向观看时，其可以是六角形形状。热沉1601具有形成柱形部件的侧壁1602，当沿轴向方向剖视性地观看时，所述柱形部件在形状上基本上是梯形的。侧壁1602包括形成非邻接部分的切除部分1603、1604。热沉1601与马达壳体1101整体地形成。热沉1601的侧壁1602具有侧壁表面1605，侧壁表面1605比面向径向向外方向且定位成相邻于切除部分1603、1604的侧表面宽。周缘地形成总共6个侧壁表面1605。容纳空间1606沿相应的侧壁表面1605的径向向内方向形成，并向中心处的筒形空间打开。容纳空间1606具有适配于电容器的外部形状的弧形表面。此外，容纳空间1606处于与侧壁表面1605的位置对应的位置。虽然热沉1601的其上形成有容纳空间1606的部分为薄，但是在容纳空间1606与马达壳体1101的端壁1106之间形成与其中未提供容纳空间1606的部分一样厚的厚的部分1107。半导体模块1501至1506逐个地设置在面对热沉1601的径向外部的侧壁表面1605上。半导体模块1501至1506成形为类似于沿模制的半导体芯片的平坦方向延伸的板，并且具有相对大面积的相应表面中的一个用作散热表面。例如，铜或其它金属从散热表面暴露。半导体模块1501至1506设置成使得相应的散热表面与侧壁表面1605接触。在这种情况下，侧壁表面1605为平面。因此，半导体模块1501至1506的散热表面也是平面。可以采用其它构造，使得绝缘片放置在半导体模块1501至1506中的每个半导体模块的散热表面与热沉1601的侧壁表面1605之间。因为半导体模块1501至1506设置在热沉1601的侧壁表面1605上，如上所述，所以与半导体芯片的平坦表面垂直的垂直线与轴1401的中心线垂直。因此，根据当前实施例的半导体模块1501至1506是纵向设置的。半导体模块1501至1506包括安装在位 于马达壳体1101侧处的端部上的线圈端子1508 (图22)。线圈端子1508沿径向向外方向弯曲。用于向绕组线1205供给电流的马达引线1206通过马达壳体1101的端壁1106中的六个孔通向电子控制单元。马达引线1206通向半导体模块1501至1506的径向外部空间中。因此，在半导体模块1501至1506的径向外部空间中，马达引线1206和线圈端子1508电连接，以使马达引线1206夹在线圈端子1508之间。半导体模块1501至1506还包括位于与马达壳体1101相对的端表面上的六个控制端子1509和两个电容器端子1510。控制端子1509插到印刷电路板1801(图23)的通孔中，然后被焊接。这确保了半导体模块1501至1506电连接到控制电路。电容器端子1510在半导体模块1501至1506内分别从供电线和地岔开。此外，电容器端子1510两者沿径向向内方向弯曲。如上所述，印刷电路板1801设置在热沉1601的前端壁与罩1103之间的空间中。如在例如图21中所示，六个电容器1701至1702、1703、1704、1705和1706设置用于半导体模块1501至1506并且与热沉1601设置在相同侧，即，沿径向向内方向设置。图21中的字母符号用来将电容器1701至1706彼此区分开。更具体地，电容器1701至1706将单独地被称作Ul电容器1701、V1电容器1702、W1电容器1703、U2电容器1704、V2电容器1705和W2电容器1706。电容器1701至1706分别容纳在热沉1601的容纳空间1606中，并设置为分别靠近半导体模块1501至1506。电容器1701至1706在形状上为圆柱形，并设置为使得相应的轴线与轴1401的中心线平行(图24)。此外，半导体模块1501至1506的电容器端子1510沿径向向内方向弯曲，以使电容器1701至1706的端子直接连接到弯曲的电容器端子1510。轴1401朝电子控制单元延伸。例如在图23中所示，扼流线圈1052设定成使得轴1401穿过扼流线圈1052插入。扼流线圈1052置于形成在热沉1601的中心处的筒形空间中。通过绕着环形铁芯卷绕线圈线来形成扼流线圈1052。扼流线圈1052的线圈端部穿过热沉1601的切除部分1603，并沿径向向外方向通至外面(图21)。扼流线圈1052的线圈端部以介入方式连接到供电线。然而，图21至图25未示出用于扼流线圈1052的电功率供给结构。第三实施例提供了第一实施例的优点(I)、(3)和(5)。(第四实施例)
根据第四实施例的驱动装置1010具有如在图26中示出的六个半导体模块1531、1532、1533、1534、1535和1536。半导体模块1531至1536附接到热沉1691，其沿与轴1401的中心线相同的方向从马达壳体1101的端壁1106延伸。如图26所示，热沉1691被成形为具有两个柱形部件，其布置为夹持轴1401的中心线。柱形部件在沿与轴向方向垂直地截取的截面上具有矩形形状。热沉1691绕着轴1401的中心线具有作为柱形部件的侧壁1692。热沉1691的侧壁1692具有与轴1401的中心线垂直且彼此平行的四个侧壁表面1695。六个半导体模块1531至1536布置在热 沉1691的侧壁表面1695上。具体地，两个半导体模块布置在四个侧壁表面1695中的两个内侧壁表面1695中的每个上。S卩，总共四个半导体模块布置在两个内侧壁表面1695上。一个半导体模块布置在两个外侧壁表面1695中的每个上。即，总共两个半导体模块布置在两个外侧壁表面上。布置在侧壁1692上的半导体模块1531至1533形成一个逆变器电路，布置在另一个侧壁1692上的半导体模块1534至1536形成另一个逆变器电路。半导体模块1531至1536布置成使得相应的热辐射表面接触侧壁表面1695。侧壁表面1695是平面，因此，半导体模块1531至1536中的每个半导体模块的热辐射表面也是平面。半导体模块1531至1536在侧壁1692的内侧和外侧之间移位，以使模块1531至1536的热辐射表面不完全地彼此面对，以夹持侧壁1692。半导体模块1531至1536在位于马达壳体1101侧的相应的侧端表面处具有线圈端子1508 (图27和图28)。半导体模块1531至1536在与马达壳体1101侧相对的相应的侧端表面处具有六个控制端子1509和两个电容器端子1510 (图26)。该构造类似于上述实施例。如图26所示，六个电容器1701、1702、1703、1704、1705和1706相对于半导体模块1531至1536布置在热沉1691的相对侧处。电容器1701至1706设置用于半导体模块1531至1536并且布置为分别靠近半导体模块1531至1536。电容器1701至1706被形成为管状，并被布置为使得相应的轴线平行于轴1401的中心线。半导体模块1531至1536的电容器端子1510沿与侧壁表面1695相对的方向延伸，并直接连接到电容器1701至1706的端子。根据第四实施例的驱动装置1010类似地提供参考上述实施例描述的优点(I)和
(3)。本发明不限于上述实施例，而是在不脱离本发明的精神的情况下可以以各种实施例实施。(A)尽管在上面描述的实施例中提供了两个逆变器电路，但是可以提供三个或更多个逆变器。(B)尽管在第一实施例和第二实施例中，热沉的热辐射块通过连接部件整体地形成，但是热辐射块不需要通过连接部件连接，而是可以分开地形成。(C)虽然在第一至第四实施例中将热沉的侧壁相对于轴的中心对称地布置，但是侧壁不必对称地布置。
权利要求
1.一种驱动装置，其包括 马达(2，1030)，所述马达具有马达壳体(10，1101)，所述马达壳体以圆筒形状形成，以限定外周缘；定子(20，1201)，所述定子径向地位于所述马达壳体内部并卷绕有绕组线以提供多个相位；转子(30，1301)，所述转子径向地位于所述定子内部并相对于所述定子能够旋转；以及轴(35,1401),所述轴与所述转子能够一起旋转； 热沉(50，250，1601，1691)，所述热沉沿所述马达壳体的轴向方向布置，并具有彼此隔开的多个柱形部件(51，251，1602，1692);以及 多个半导体模块(60，261至264，271至274，1501至1506,1531至1536)，其设置用于多个供电系统，所述多个供电系统的每个切换供给到所述绕组线的线圈电流，并且所述多个半导体模块布置在所述多个柱形部件上，使得一个供电系统对应于一个柱形部件。
2.根据权利要求I所述的驱动装置，其中 所述柱形部件(51，251，1602，1692)中的每个柱形部件以在径向方向上具有预定厚度的厚板形状形成。
3.根据权利要求2所述的驱动装置，其中 所述柱形部件(51，251，1602，1692)中的每个柱形部件在相应的端部处具有连接部件(54，55)，所述连接部件具有沿所述轴向方向设置的固定孔。
4.根据权利要求I至3中的任一项所述的驱动装置，其中 所述热沉具有用于连接所述柱形部件(51，251，1602，1692 )的连接部件(52，252 )。
5.根据权利要求I至4中的任一项所述的驱动装置，其中 所述热沉(50, 250,1601,1691)具有第一柱形部件和第二柱形部件,与第一供电系统和第二供电系统对应的所述半导体模块分别设置在所述第一柱形部件和所述第二柱形部件上。
6.根据权利要求5所述的驱动装置，其中 所述柱形部件(51，251，1602，1692)相对于所述轴的中心作为参考对称地设置。
7.根据权利要求6所述的驱动装置，其中 所述半导体模块(60，261至264，271至274，1501至1506,1531至1536)被形成为单个模块，所述单个模块布置在所述柱形部件中每个的表面上。
8.根据权利要求7所述的驱动装置，其中 所述半导体模块(60，261至264，271至274，1501至1506,1531至1536)被布置为使得当沿所述轴向方向观看时，沿所述轴向方向突出的相应的端子的布置相对于所述轴的中心作为参考呈线对称。
9.根据权利要求8所述的驱动装置，其中 所述半导体模块(60，261至264，271至274，1501至1506,1531至1536)被布置为使得当沿所述轴向方向观看时，沿所述轴向方向突出的相应的端子的布置相对于所述轴的所述中心作为参考呈点对称。
10.根据权利要求7所述的驱动装置，其中 所述半导体模块(60，261至264，271至274，1501至1506,1531至1536)是接触每个柱形部件的两个相邻表面的模块。
11.根据权利要求I至10中的任一项所述的驱动装置，其还包括电容器(77，78，1701至1706)和线圈(76，1052)径向地布置在所述柱形部件(51，251，·1602，1692)内部。
全文摘要
本发明涉及驱动装置，具体地，一种热沉(50)具有两个热辐射块(51)。所述热辐射块(51)以宽的柱形状形成。所述热辐射块(51)在两个端部处具有连接部件(54，55)。所述连接部件(54，55)具有被形成为沿马达(2)的轴向方向穿过的相应的孔。一个螺钉(56)插在一个连接部件(54)中，并螺旋连接到马达壳体(10)。另一个螺钉(57)插在另一个连接部件(55)中，并与罩(110)一起螺旋连接到所述马达壳体(10)。形成两个供电系统中的每个供电系统的逆变器电路的功率模块(60)布置在每个热辐射块(51)上。
文档编号H02K9/22GK102804560SQ201080028288
公开日2012年11月28日 申请日期2010年6月23日 优先权日2009年6月24日
发明者山崎雅志, 古本敦司, 株根秀树 申请人:株式会社电装