驱动装置和包括该驱动装置的电动助力转向设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开内容总体上涉及驱动装置和包括该驱动装置的电动助力转向设备。
【背景技术】
[0002]通常，电动机和用于控制对电动机的驱动的逆变器被设置在彼此靠近的位置处。例如，专利文献第2003-153552号日本专利早期公开(专利文献1)公开了其中安装有逆变器的电路板容纳在壳体中并且该壳体附接至压缩机的外壳的结构。
[0003]专利文献1中的结构具有在壳体的开口上设置的散热装置，并且来自(HIP)的热被消散到散热装置。因此，专利文献1中的结构需要壳体上具有开口，并且散热装置必须被设置在与其他部分分离的部分中，这会使驱动装置中的部件的数量增加。
【发明内容】
[0004]本公开内容的目的是提供驱动装置和包括该驱动装置的电动助力转向设备，该驱动装置相比于传统的驱动装置使用较少数量的部件。
[0005]在本公开内容的驱动装置包括旋转电机，该旋转电机具有:定子，在该定子上缠绕有绕组；转子，相对于定子可旋转地设置；以及与转子一起旋转的轴。驱动装置还包括固定在旋转电机上的框架构件。驱动装置还包括固定在框架构件上的电路板，其中电路板的在框架构件侧的第一表面用作发热元件安装表面。
[0006]驱动装置还具有驱动元件，该驱动元件以能够散热的方式位于电路板的第一表面上，并且用作逆变器的部件，该逆变器导通和关断以向绕组供给电流。驱动装置还包括控制器部件，该控制器部件包括下述中的至少一个:计算电路，执行计算处理；预驱动器，向驱动元件输出驱动信号；调节器，调节电源的电压并且输出经调节的电压；信号处理器，处理输入信号；以及旋转角传感器，检测转子的旋转角度，该控制器部件与驱动元件安装在同一电路板上。
[0007]在本公开内容中，驱动元件以能够散热的方式设置在框架构件上，其中电路板被固定在该框架构件上。因此，与将散热器和其它装置分开设置以消散来自驱动元件的热的结构相比，部件的数量减少。
[0008]此外，在本公开内容中，驱动元件和控制器部件共用同一个电路板，也就是说，驱动元件和控制器部件被设置在同一板上。因此，有效地利用了电路板的安装表面，从而减小了产品体积。具体地，通过将所有控制器部件与驱动元件安装在同一电路板上，部件的数量(即，电路板的数量)与其中使用了两个或更多个电路板的结构相比减少，并且实现了较小的广品体积。
[0009]此外，驱动装置适合用在电动助力转向设备中。电动助力转向设备包括驱动装置和传动装置(gear)，该传动装置将旋转电机的输出转矩传送至驱动对象(例如，助力转向设备的齿条轴)，以辅助驾驶员对转向构件(即转向盘)进行转向的转向操作。
[0010]通过将驱动元件和控制器部件安装在同一电路板上并且通过将来自其的热消散到框架构件，本公开内容的驱动装置具有较小的产品体积。因此，驱动装置可安装在较小的安装空间中。
【附图说明】
[0011]根据参照附图所作出的以下详细描述，本公开内容的目的、特征和优点将变得更加明显，在附图中:
[0012]图1是本公开内容的第一实施例中的电动助力转向设备的系统图；
[0013]图2是本公开内容的第一实施例中的驱动装置的电路配置的示意图；
[0014]图3是本公开内容的第一实施例中的驱动装置的截面图；
[0015]图4是本公开内容的第一实施例中的驱动装置的侧视图；
[0016]图5是驱动装置的沿着图4中的箭头V的顶视图；
[0017]图6是驱动装置的沿着图4中的箭头VI的底视图；
[0018]图7是本公开内容的第一实施例中的驱动装置的分解透视图；
[0019]图8是本公开内容的第一实施例中的驱动装置的另一分解透视图；
[0020]图9是本公开内容的第一实施例中的发动机控制单元(ECU)的侧视图；
[0021]图10是EOT的沿着图9中的箭头X的底视图；
[0022]图11是EOT的沿着图9中的箭头XI方向的顶视图；
[0023]图12A、图12B是在本公开内容的第一实施例中关于开关(SW)元件与其他电子部件之间的关系的、框架构件和电路板的截面图；
[0024]图13是在本公开内容的第一实施例中关于SW元件与轴孔之间的关系的、框架构件和电路板的截面图；
[0025]图14是本公开内容的第二实施例中的驱动装置的截面图；
[0026]图15是本公开内容的第二实施例中的驱动装置的侧视图；
[0027]图16是其中图15中的盖构件被部分地移除的驱动装置的侧视图；
[0028]图17是其中图15中的盖构件被部分地移除的驱动装置的沿着箭头XVII的侧视图；
[0029]图18是本公开内容的第二实施例中的基板的框架构件侧的平面图；以及
[0030]图19是本公开内容的第二实施例中的基板的相对侧的平面图。
【具体实施方式】
[0031]以下，参照附图来描述本公开内容中的驱动装置和电动助力转向设备。
[0032](第一实施例)
[0033]在图1至图11中示出了本公开内容的第一实施例中的驱动装置和电动助力转向设备。以下，在下面描述的所有实施例中，出于简明描述的目的，相同的附图标记代表相同的部件。
[0034]如图1所示，驱动装置1应用于电动助力转向设备8，以辅助由驾驶员进行的转向操作。驱动装置1是用作旋转电机的电动机10与用作用于控制电动机10的控制器的ECU40的一体组合。
[0035]图1示出了具有电动助力转向设备8的转向系统100的系统图。转向系统100包括转向盘101、柱轴102、小齿轮104、齿条轴105、车轮106以及电动助力转向设备8等，这些分别用作系统的部件。
[0036]转向盘101连接至柱轴102。柱轴102具有设置在其上的扭矩传感器103，该扭矩传感器103用于检测在驾驶员操作转向盘101时向其输入的转向扭矩。在柱轴102的端部处，设置有与齿条轴105啮合的小齿轮104。在齿条轴105的两端上，经由连结杆(tie rod)等设置有一对车轮106。
[0037]从而，当驾驶员旋转转向盘101时，连接至转向盘101的柱轴102旋转。柱轴102的旋转运动通过小齿轮104而转变成齿条轴105的平移运动，并且该对车轮106以与齿条轴105的位移量相应的角度转向。
[0038]电动助力转向设备8设置有减速齿轮9和驱动装置1。电动助力转向设备8基于来自扭矩传感器103的信号和从控制器区域网络(CAN)(未示出)获得的车辆速度来从电动机10输出辅助扭矩，并且经由减速齿轮9将扭矩传送至柱轴102，以辅助转向盘101的转向操作。也就是说，本实施例的电动助力转向设备8被指定为“柱辅助”型，其利用由电动机10生成的扭矩来辅助柱轴102的旋转。然而，该设备8还可以用作“齿条辅助”型，其辅助对齿条轴105的驱动。换句话说，在本实施例中用作“驱动对象”的柱轴102可以用其他对象替代，例如用齿条轴105替代。
[0039]接下来，基于图2来描述电动助力转向设备8的电气配置。在图2中，为了该图的可读性，从中省略了一些控制线等。
[0040]电动机10是三相无刷电动机，并且具有分别缠绕在随后提到的定子12上的第一绕组13和第二绕组14。
[0041]第一绕组13包括U相线圈131、V相线圈132以及W相线圈133。第二绕组群14包括U相线圈141、V相线圈142以及W相线圈143。
[0042]根据本实施例，第一绕组13和第二绕组14分别对应于“绕组”或“绕组线”。
[0043]EOT 40设置有第一逆变器部50、第二逆变器部60、电力继电器71和72、反向连接保护继电器73和74、控制器部件80、旋转角传感器85、电容器86和87、以及用作线圈构件的扼流线圈89，这些分别安装在以下提到的电路板41上。在本实施例中，构成ECU 40的电子部件安装在一个电路板41上。在这样的配置中，与使用了多个电路板41的情况相比，减少了 ECU 40中的电路板的数量，从而减小了 ECU 40的体积。
[0044]第一逆变器部50具有以桥接形式组合的六个开关元件(SW单元)51_56，以切换向第一绕组13的电力供给。第二逆变器部60具有桥接形式的六个SW元件61-66，以切换向第二绕组14的电力供给。
[0045]尽管本实施例的SW元件51-56、61_66是金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)，但是还可以使用诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等的其他元件。在本实施例中，SW元件51-56、61-66对应于“驱动元件”。
[0046]关于布置在第一逆变器部50的高电位侧的SW元件51、52和53，漏极连接至用作电源的电池109的正电极，并且源极连接至布置在低电位侧的SW元件54、55和56的漏极。
[0047]SW单元54、55和56的源极经由电流检测元件57、58和59连接至电池109的负电极。在高电位侧的SW元件51、52、53与在低电位侧的SW元件54、55、56之间的接合点分别连接至U相线圈131、V相线圈132和W相线圈133。
[0048]关于布置在第二逆变器部60的高电位侧的SW元件61、62和63，漏极连接至电池109的正电极，并且源极连接至布置在低电位侧的SW元件64、65和66的漏极。
[0049]SW元件64、65、66经由电流检测元件67、68和69连接至电池109的负电极。在高电位侧的SW元件61、62、63与在低电位侧的SW元件64、65、66之间的接合点分别连接至U相线圈141、V相线圈142和W相线圈143。
[0050]电流检测元件57、58和59被设置在分别与第一绕组13的三相对应的SW元件54-56的低电位侧，以检测第一绕组13的三相中的每个相中的电流。
[0051]电流检测元件67、68和69被设置在分别与第二绕组14的三相对应的SW元件64-66的低电位侧，以检测第二绕组14的三相中的每个相中的电流。
[0052]本实施例的电流检测元件57-59、67_69被实现为分流电阻器。
[0053]电力继电器71被设置在电池109与第一逆变器部50之间的位置处，并且传导或拦截电池109与第一逆变器部50之间的电流。
[0054]电力继电器72被设置在电池109与第二逆变器部60之间的位置处，并且传导或拦截电池109与第二逆变器部60之间的电流。
[0055]反向连接保护继电器73被设置在电力继电器71与第一逆变器部50之间的位置处。反向连接保护继电器74被设置在电力继电器72与第二逆变器部60之间的位置处。
[0056]反向连接保护继电器73和74通过使寄生二极管相对于电力继电器71、72而反向连接来防止(例如，在当电池109被反向连接的情况下)电流沿相反方向流动，以保护ECU
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[0057]在本实施例中，电力继电器71、72和反向连接保护继电器73、74均为M0SFET。然而，还可以将诸如IGBT等的其他半导体元件用作这些继电器。在本实施例中，电力继电器
71、72和反向连接保护继电器73、74对应于“继电器”。
[0058]控制器部件80包括:微型计算机81，其用作电子部件和计算电路；专用集成电路(ASIC) 82，其用作集成电路(1C电路)；以及旋转角传感器85。微型计算机81和ASIC 82对应于“集成电路部件”。
[0059]微型计算机81基于来自扭矩传感器103、旋转角传感器85等的信号来计算与向第一绕组13和第二绕组14的电力供给相关的指示值。
[0060]ASIC 82包括预驱动器821、信号处理器822、调节器823等。
[0061]预驱动器821基于指示值生成驱动信号，并且将所生成的驱动信号输出至第一逆变器部50和第二逆变器部60。更实际地，预驱动器821将所生成的驱动信号输出至SW元件51_56、61_66的栅极。通过根据驱动信号对SW兀件51_56、61_66的切换操作，分别从第一逆变器部50和第二逆变器部60向第一绕组13和第二绕组14供给根据指示值的交流电流。从而，电动机10被驱动。
[0062]信号处理器822对电流检测元件57-59、67-69的检测信号(即，在本实施例中的两个端子之间的电压)和旋转角传感器85的检测值进行放大，并且将它们输出至微型计算机81。
[0063]调节器823将电源的电压(例如，12[V])调节为预置电压(例如，5[V])，并且将经调节的电压输出至微型计算机81等。换句话说，调节器823是使供给至微型计算机81等的电压稳定的稳定电路。
[0064]旋转角传感器85被提供作为磁性检测元件，并且通过从在随后提到的轴16的另一端162上设置的磁体18检测旋转磁场来检测转子15的旋转角度。旋转角传感器85可以检测电角度，或者可以检测机械角度。
[0065]电容器86与第一逆变器部50并联连接。电容器87与第二逆变器部60并联连接。在本实施例中，电容器86和87是铝电解电容器，并且被设置在继电器71-74的逆变器侧(即，在接近于逆变器部50、60的一侧)。扼流线圈89连接在电池109与电容器86和87的正电极之间的位置处。在