DE102011050400A1

DE102011050400A1 - Antriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE102011050400A1
Application number: DE102011050400A
Authority: DE
Inventors: Naoki Matsuda; Masashi Yamasaki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2031-05-18
Also published as: DE102011050400B4; JP2011250489A; CN102248963A; US20110285225A1; CN102248963B; US8456049B2; JP5012953B2

Abstract

Eine Wärmesenke (50) ist an einem Motor (2) vorgesehen. Ein Leistungsmodul (60) ist auf der Wärmesenke (50) vorgesehen, um eine Stromversorgung der Motorspulen (26) umzuschalten. Ein Steuer- oder Regelkreissubstrat (40) ist auf der Wärmesenke (50) angeordnet und elektrisch mit dem Leistungsmodul (60) verbunden. Ein Leistungskreissubstrat (70) ist elektrisch mit dem Leistungsmodul (60) verbunden und an einer gegenüberliegenden Seite des Regel- oder Steuerkreissubstrates (40) relativ zu der Wärmesenke (50) angeordnet. Ein Steuer- oder Regelkreisverbinder (49) ist elektrisch mit dem Steuer- oder Regelkreissubstrat (40) verbunden. Ein Leistungskreisverbinder (79) ist elektrisch mit dem Leistungskreissubstrat (70) verbunden. Der Steuer- oder Regelkreisverbinder (49) und der Leistungskreisverbinder (79) sind zwischen dem Steuer- oder Regelkreissubstrat (40) und dem Leistungskreissubstrat (70) angeordnet.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung, welche einen Elektromotor und eine Steuer- bzw. Regeleinheit zum Steuern bzw. Regeln des Antriebs des Motors hat.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine elektrische Antriebsvorrichtung, welche eine Fahrzeuglenkbetätigung durch einen Fahrzeugführer unterstützt, ist herkömmlicherweise bekannt. Diese Antriebsvorrichtung hat einen Elektromotor und eine elektronische Steuer- bzw. Regeleinheit zum Steuern bzw. Regeln des Motors. Es ist offenbart, dass eine elektronische Steuer- bzw. Regeleinheit in der Nähe eines Elektromotors platziert ist, um die Größe und das Gewicht der Antriebsvorrichtung zu verringern (beispielsweise JP 2005-304203 A ).
Gemäß dieser herkömmlichen Technologie ist ein Verbinder bzw. Stecker an einer Außenseite eines Gehäuses der Steuer- bzw. Regeleinheit angebracht. Es ist demnach schwierig, die Größe der Antriebsvorrichtung aufgrund des Verbinders, welcher außerhalb des Gehäuses der Steuer- bzw. Regeleinheit platziert ist, zu verringern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsvorrichtung bereitzustellen, welche in der Größe klein ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Antriebsvorrichtung einen Motor, eine Wärmesenke, ein Leistungsmodul, einen Steuerkreis- bzw. Regelkreisverdrahtungsteil, einen Leistungskreisverdrahtungsteil, einen Steuerkreis- bzw. Regelkreisverbinder bzw. -stecker und einen Leistungskreisverbinder bzw. -stecker . Die Wärmesenke ist getrennt bzw. abseits des Motors in einer axialen Richtung des Motors platziert. Das Leistungsmodul ist auf der Wärmesenke angeordnet, um eine Stromversorgung zu Motorwicklungen bzw. Motorspulen umzuschalten. Der Steuerkreis- bzw. Regelkreisverdrahtungsteil ist auf der Wärmesenke angeordnet und mit dem Leistungsmodul elektrisch verbunden, um einen Steuer- bzw. Regelstrom zum Steuern bzw. Regeln des Motors zur Verfügung zu stellen. Der Leistungskreisverdrahtungsteil ist auf der Wärmesenke an einer Position gegenüber dem Steuerkreis- bzw. Regelkreisverdrahtungsteil angeordnet und elektrisch mit dem Leistungsmodul verbunden, um einen Steuer- bzw. Regelstrom zum Antreiben des Motors zur Verfügung zu stellen. Der Steuerkreis- bzw. Regelkreisverbinder ist elektrisch mit dem Steuerkreis- bzw. Regelkreisverdrahtungsteil verbunden, um den Steuer- bzw. Regelstrom zuzuführen und auszugeben. Der Leistungskreisverbinder ist elektrisch mit dem Leistungskreisverdrahtungsteil verbunden, um den Antriebsstrom zuzuführen und auszugeben. Der Steuerkreis- bzw. Regelkreisverbinder und der Leistungskreisverbinder sind zwischen dem Steuerkreis- bzw. Regelkreisverdrahtungsteil und dem Leistungskreisverdrahtungsteil platziert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, welche unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen angefertigt ist.
1 ist ein Blockdiagramm einer Lenkhilfevorrichtung, welche eine Antriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;
2 ist eine Schnittansicht der Antriebsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Draufsicht auf die Antriebsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine Seitenansicht der Antriebsvorrichtung betrachtet in einer Richtung IV in 3 unter einer Bedingung, dass eine Abdeckung entfernt ist;
5 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Antriebsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine andere perspektivische Explosionsansicht der Antriebsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine perspektivische Ansicht einer Steuer- bzw. Regeleinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine Draufsicht auf ein Leistungskreissubstrat gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine Seitenansicht des Leistungskreissubstrates, betrachtet in einer Richtung IX in 8;
10 ist eine perspektivische Ansicht des Leistungskreissubstrats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine Draufsicht auf das Leistungskreissubstrat, in welchem ein Leistungsmodul mit einer Wärmesenke aneinander gefügt ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine Seitenansicht des Leistungskreissubstrates, betrachtet in einer Richtung XII in 11;
13 ist eine Seitenansicht des Leistungskreissubstrates, betrachtet in einer Richtung XIII in 11;
14 ist eine perspektivische Ansicht des Leistungskreissubstrats, in welchem das Leistungsmodul mit der Wärmesenke aneinander gefügt ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
15 ist eine Draufsicht auf die Regel- bzw. Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
16 ist eine Seitenansicht des Leistungskreissubstrates, betrachtet in einer Richtung XVI in 15;
17 ist eine Seitenansicht des Leistungskreissubstrates, betrachtet in einer Richtung XVII in 15;
18 ist eine Seitenansicht des Leistungskreissubstrates, betrachtet in einer Richtung XVIII in 15;
19 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Antriebsansicht gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
20 ist eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Steuer- bzw. Regeleinheit gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
21 ist eine Draufsicht auf die Steuer- bzw. Regeleinheit gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine Antriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird untenstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. In einer Mehrzahl von Ausführungsformen, welche untenstehend beschrieben sind, werden im Wesentlichen gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, um die gleiche Beschreibung zu vermeiden.
(Erste Ausführungsform)
Eine Antriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 1 bis 18 gezeigt und durch das Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Antriebsvorrichtung 1 wird auf ein elektrisches Lenkhilfesystem (EPS = Electric Power Steering = Elektrische Lenkhilfe) angewandt. Die Antriebsvorrichtung 1 hat einen Elektromotor 2 und eine elektronische Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 hat, wie in 2 beispielhaft dargestellt ist, ein Steuerkreis- bzw. Regelkreissubstrat 40 als einen Steuerkreis- bzw. Regelkreisverdrahtungsteil, eine Wärmesenke 50, ein Leistungsmodul 60, ein Leistungskreissubstrat 70 als einen Leistungskreisverdrahtungsteil, einen Steuer- bzw. Regelkreisverbinder 49, einen Leistungskreisverbinder 79 und dergleichen.
Als erstes wird die elektrische Konfiguration des EPS unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Die elektrische Konfiguration bzw. der elektrische Aufbau, welche bzw. welcher hierin untenstehend beschrieben wird, ist auf andere Ausführungsformen anwendbar. Die Antriebsvorrichtung 1 wird verwendet, um eine Fahrzeuglenkoperation durch ein Lenkrad 5 eines Fahrzeuges durch ein Antreiben einer Säulenwelle 6 (bzw. einer Lenksäule 6) zum Erzeugen eines Drehmoments durch ein Getriebe 7, welches an der Säulenwelle 6 befestigt ist, welche eine Drehwelle des Lenkrades 5 ist, zu unterstützen. Besonders wenn das Lenkrad 5 durch einen Fahrer bzw. Fahrzeugführer betätigt wird, unterstützt die Antriebsvorrichtung 1 die Lenkbetätigung des Fahrers an dem Lenkrad 5 durch ein Erfassen des Lenkdrehmomentes, welches in der Säulenwelle 6 erzeugt wird, und durch ein Erlangen einer Fahrzeuggeschwindigkeitsinformation von einem CAN (Controlled Area Network = Kontrollbereichsnetzwerk), welches nicht gezeigt ist. Das Lenkdrehmoment wird durch einen Drehmomentsensor 8 erfasst. Es ist auch möglich, diesen Mechanismus nicht nur zum Unterstützen der Lenkbetätigung zu verwenden, sondern auch für andere Betätigungen abhängig von unterschiedlichen Steuer- bzw. Regelverarbeitungen, Die anderen Betätigungen weisen eine automatische Steuerung bzw. Regelung des Lenkrades 5 auf, wie beispielsweise ein Fahrspurhalten auf einer Schnellstraße, ein Führen in eine Parklücke auf einem Parkplatz und dergleichen.
Der Motor 2 ist ein bürstenloser Motor, welcher das Getriebe bzw. das Zahnrad 7 in einer vorwärtigen und einer rückwärtigen Richtung dreht. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 regelt bzw. steuert die Stromversorgung zu dem Motor 2 und die Antriebsbetätigung des Motors 2. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 hat einen Leistungskreis 100, welcher dem Motor 2 Antriebsströme zur Verfügung stellt, und einen Steuer- bzw. Regelkreis 90, welcher den Antrieb des Motors 2 regelt bzw. steuert, d. h. die Versorgung des Motors 2 mit den Antriebsströmen von dem Leistungskreis 100.
Der Leistungskreis 100 hat eine Drosselspule 76, welche zwischen einer DC-Leistungsquelle 75 und einer Leistungsversorgungsleitung bereitgestellt ist, einen Glättkondensator 77 und zwei Sätze von (erster und zweiter) Umrichterkreis(en) 80 und 89. Die Umrichterkreise bzw. Inverterkreise 80 und 89 haben den gleichen Aufbau und sind jeweils in den Leistungsmodulen 60 eingegossen bzw. umspritzt und demnach wird nur der Umrichterkreis 80 untenstehend beschrieben. Der Umrichterkreis 80 hat MOSFETs (Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistoren, auf welche Bezug genommen wird als FETs) 81 bis 86. Jeder der FETs 81 bis 86 wird zwischen einem Source-Drain-Pfad angeschaltet (Leitung) oder abgeschaltet (Nichtleitung), abhängig von einem Gate-Potential davon. Die FETs 81 bis 86 sind Schaltelemente.
Der FET 81 hat eine Drain, welche mit der Leistungsversorgungsleitungsseite verbunden ist, und eine Source, welche mit einer Drain des FET 84 verbunden ist. Der FET 84 hat eine Source, welche mit der Masse durch einen Shunt-Widerstand 99 verbunden ist. Eis Anschluss bzw. eine Anschlussstelle zwischen dem FET 81 und dem FET 84 ist mit einer U-Phasen-Spule des Motors 2 verbunden. Der FET 82 hat eine Drain, welche mit der Leistungsversorgungsleitungsseite verbunden ist, und eine Source, welche mit einer Drain des FET 85 verbunden ist. Der FET 85 hat eine Source, welche mit der Masse durch einen Shunt-Widerstand 99 verbunden ist. Ein Anschluss zwischen dem FET 82 und dem FET 85 ist mit einer V-Phasen-Spule des Motors 2 verbunden. Der FET 83 hat eine Drain, welche mit der Leistungsversorgungsleitungsseite verbunden ist, und eine Source, welche mit einer Drain des FET 86 verbunden ist. Der FET 86 hat eine Source, welche mit der Masse über einen Shunt-Widerstand 99 verbunden ist. Ein Anschluss zwischen dem FET 83 und dem FET 86 ist mit einer W-Phasen-Spule des Motors 2 verbunden.
Der Umrichterkreis 80 hat Leistungsversorgungsrelais 87 und 88. Die Leistungsversorgungsrelais 87 und 88 sind aus MOSFETs gebildet, ähnlich zu den FETs 81 bis 86. Die Leistungsversorgungsrelais 87 und 88 sind in Serie zwischen den FETs 81 bis 83 und der Leistungsquelle 75 vorgesehen, um zu unterbrechen, dass zur Zeit des Auftretens einer Anomalie Strom durch die FETs 81 bis 86 zu der Motorseite fließt.
Die Shunt-Widerstände 99 sind elektrisch zwischen den FETs 84 bis 86 und der Masse verbunden. Ströme, welche in der U-Phasenspule, der V-Phasenspule und der W-Phasenspule des Motors 2 fließen, werden durch ein Erfassen von Spannungen erfasst, welche entwickelt werden durch Ströme, welche in den Shunt-Widerständen 99 fließen oder durch ein Erfassen von Strömen, welche durch die Shunt-Widerstände 99 fließen.
Die Drosselspule 76 und der Glättungskondensator 77 sind elektrisch zwischen der Leistungsquelle 75 und dem Leistungsversorgungsrelais 87 verbunden. Die Drosselspule 76 und der Glättungskondensator 77 bilden einen Filterkreis, um Störungen zw. Rauschen, welches von anderen Einrichtungen appliziert wird, welche die Leistungsquelle 75 teilen, zu verringern, und um Störungen, welche von der Antriebsvorrichtung 1 auf andere Einrichtungen, welche die Leistungsquelle 75 teilen, appliziert werden, zu verringern.
Elektrolytkondensatoren 78 sind elektrisch zwischen Leistungsquellenseiten der FETs 81 bis 86 verbunden, welche an der Leistungsversorgungsleitungsseite und der Masseseite der Shunt-Widerstände 99 vorgesehen sind. Die Elektrolytkondensatoren 78 unterstützen die elektrische Leistungsversorgung der FETs 81 bis 86 und unterdrücken Störkomponenten wie beispielsweise Stoßspannungen durch ein Speichern von elektrischer Ladung.
Der Steuer- bzw. Regelkreis 90 hat einen Vortreiber 92, einen kundenspezifischen bzw. maßgefertigten IC 92, einen Positionssensor 93 als einen Dreherfassungsteil und einen Mikrocomputer 94. Der kundenspezifische IC 92 hat als funktionale Blöcke einen Regulator 95, einen Positionssignalverstärker 96 und einen Erfassungsspannungsverstärker 97.
Der Regulator bzw. Regulierer 95 ist ein Stabilisierkreis zum Stabilisieren der Leistungsversorgung. Der Regulator 95 stabilisiert die elektrische Leistung, welche jedem Teil zur Verfügung gestellt wird. Beispielsweise wird der Mikrocomputer 94 mit einer vorbestimmten Spannung (beispielsweise 5 V) betrieben, welche durch den Regulator 95 stabilisiert wird.
Ein Signal von einem Positionssensor 93 wird auf den Positionssignalverstärker 96 angewandt. Der Positionssensor 93 erfasst eine Drehposition des Motors 2 und das Drehpositionssignal wird auf den Positionssensorsignalverstärker 96 angewandt. Der Positionssensorsignalverstärker 96 verstärkt und gibt das Drehpositionssignal aus. Der Erfassungsspannungsverstärker 97 erfasst Spannungen der Shunt-Widerstände 99 und verstärkt und gibt die Anschlussspannungen der Shunt-Widerstände 99 aus.
Das Drehpositionssignal des Motors 2 und die Anschlussspannungen der Shunt-Widerstände 99 werden dem Mikrocomputer 94 zugeführt. Ein Drehmomentsignal wird auch dem Mikrocomputer 94 von dem Drehmomentsensor 8, welcher an der Säulenwelle 6 angebracht ist, zugeführt. Die Fahrzeuggeschwindigkeitsinformation wird dem Mikrocomputer 94 durch das CAN zugeführt. Der Mikrocomputer 94 regelt bzw. steuert basierend auf dem Lenkdrehmomentsignal und der Fahrzeuggeschwindigkeitsinformation den Umrichterkreis 80 durch den Vortreiber 91 in Übereinstimmung mit dem Drehpositionssignal, so dass die Lenkbewegung durch das Lenkrad 5 in Übereinstimmung mit der Fahrzeugreisegeschwindigkeit elektrisch unterstützt wird. Besonders steuert bzw. regelt der Mikrocomputer 94 den Umrichterschaltkreis 80 durch ein Umschalten von AN-/AUS-Zuständen der FETs 81 bis 86 durch den Vortreiber 91. Da die Gates von sechs FETs 81 bis 86 mit sechs Ausgabeanschlüssen des Vortreibers 91 verbunden sind, werden die AN-/AUS-Zustände der FETs 81 bis 86 durch ein Verändern der Gate-Spannungen durch den Vortreiben 91 umgeschaltet.
Der Mikrocomputer 94 steuert bzw. regelt den Umrichterkreis 80 in Übereinstimmung mit den Anschlussspannungen der Shunt-Widerstände 99, welche von dem Erfassungsspannungsverstärker 97 zugeführt werden, so dass der Strom, welcher dem Motor 2 zur Verfügung gestellt wird, in einer sinusförmigen Wellenform angenähert wird. Der Mikrocomputer 94 regelt bzw. steuert auch den Umrichterkreis 89 in einer ähnlichen Art und Weise, wie er den Umrichterkreis 80 regelt bzw. steuert.
Die Antriebsvorrichtung 1 hat eine derart geschichtete Struktur bzw. einen derart geschichteten Aufbau, welcher bzw. welche in 2 gezeigt ist, dass der Motor 2 und die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 in einer axialen Richtung des Motors 2 geschichtet bzw. gestapelt sind. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 ist an einem Ende in der axialen Richtung des Motors 2 platziert. Der Motor 2 hat ein Motorgehäuse 10, einen Stator 20, einen Rotor 30, eine Welle 35 und dergleichen.
Das Motorgehäuse 10 ist in einer zylindrischen Form gebildet und aus Eisen oder dergleichen gefertigt. Wie in 2 und 3 gezeigt ist, ist ein Endrahmen 14, welcher aus Aluminium gefertigt ist, fest an dem Motorgehäuse 10 an einem axialen Endteil befestigt, welches gegenüber der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 ist, und zwar durch Schrauben oder dergleichen. Eine Öffnung 11 ist in dem Motorgehäuse 10 an der axialen Mitte eines Endteils vorgesehen, welches auf der Seite der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 ist. Die Welle 35 tritt durch die Öffnung 11 hindurch. Eine Harz- bzw. Kunstharzführung 16 ist an dem Endteil des Motorgehäuses 10 vorgesehen, welches auf der Seite der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 ist. Die Harzführung 16 ist in einer im Wesentlichen ringförmigen Form gebildet, welche ihren Mittelteil hat, welcher offen ist bzw. geöffnet ist. Sechs Löcher 17 sind in der Harzführung 16 gebildet.
Der Stator 20 ist innerhalb des Motorgehäuses 10 in einer radialen Richtung platziert. Der Stator 20 ist gebildet durch Wickeln von Spulendrähten auf einem geschichteten Eisenkern, welcher ein Stapel von dünnen Platten von magnetischem Material ist. Die Drähte bilden drei Spulen 26 der U-Phase, V-Phase und W-Phase.
Die Drähte der Spulen 26 sind von sechs Örtlichkeiten heraus geführt, um Motorleitungen 27 zu bilden, wie in 5 und in 6 gezeigt ist. Die Motorleitungen 27 treten durch sechs Löcher 17 hindurch, welche in der Harzführung 16 gebildet sind. Demnach sind die Motorleitungen 17 durch die Harzführung 16 positioniert und sicher von dem Motorgehäuse 10 isoliert. Die Motorleitungen 27 sind nach außen geführt in Richtung der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 und mit dem Leistungskreissubstrat 70 durch das Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 und einen radial außenseitigen Teil des Leistungsmoduls 60 verbunden. Das heißt, die Motorleitungen 27 sind radial außerhalb des Leistungsmoduls 60 platziert, wenn sie in der axialen Richtung des Motors 2 betrachtet werden.
Der Motor 30 ist radial innerhalb des Stators 20 platziert, wie in 2 gezeigt ist, so dass er relativ zu dem Stator 20 drehbar ist. Der Rotor 30 ist aus einem magnetischen Material wie beispielsweise Eisen in einer zylindrischen Form gebildet. Der Rotor 30 hat einen Rotorkern 31 und Permanentmagnete 32, welche radial außerhalb des Rotorkerns 31 platziert sind. Die Permanentmagnete 32 sind angeordnet, so dass N-Pole und S-Pole in einer Umfangsrichtung alternieren.
Die Welle 35 ist in einem Wellenloch 33 befestigt, welches in der axialen Mitte des Rotorkerns 31 gebildet ist. Die Welle 35 ist durch ein Lager 12, welches in dem Motorgehäuse 10 vorgesehen ist, und ein Lager 15, welches in dem Endrahmen 14 vorgesehen ist, drehbar abgestützt. Demnach ist die Welle 35 mit dem Rotor 30 relativ zu dem Stator 20 drehbar.
Die Welle 35 hat einen Magneten 36 an ihrem axialen Endteil, welcher an der Seite der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 ist. Da die Seite der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 den Welle 35 durch die Öffnung 11 des Motorgehäuses 10 eingeführt wird, ist der Magnet 36, welcher an dem axialen Endteil der Welle 35 befestigt ist, an der Seite der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 in Richtung der Seite der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 freiliegend. Die Welle 35 tritt nicht durch das Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 hindurch und der Magnet 36 ist in der Nähe der Endoberfläche des Steuer- bzw. Regelkreissubstrats 40 platziert, welches an der Seite des Motors 2 ist. Wie in 4 gezeigt ist, hat die Welle 35 ein Ausgangs- bzw. Abgabe- bzw. Ausgabeende 37 an einer Position, welche bezüglich des Motorgehäuses 10 gegenüber der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 ist, zum Antreiben des Getriebes 7 der Säulenwelle 6.
Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 wird als nächstes unter Bezugnahme auf 7 bis 18 beschrieben. 7 zeigt die Gesamtheit der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3. Die 8 bis 10 zeigen das Leistungskreissubstrat 70, die 11 bis 14 zeigen die Wärmesenke 50 und das Leistungsmodul 60, 15 zeigt das Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 und die 16 bis 18 zeigen die Anordnung eines Steuer- bzw. Regelkreisverbinders 49 und eines Leistungskreisverbinders 79. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 ist innerhalb eines Motorgehäusebereiches in einer radialen Richtung des Motors 2 vorgesehen. Der Motorgehäusebereich wird gebildet, wenn das Motorgehäuse 10 in der axialen Richtung projiziert wird. Wie in 7 gezeigt ist, hat die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 das Leistungskreissubstrat 70, die Wärmesenke 50, das Leistungsmodul 60, das Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40, den Leistungskreisverbinder 79 und den Steuer- bzw. Regelkreisverbinder 49.
Das Leistungskreissubstrat 70 ist ein Substrat von vier Schichten bzw. Lagen, welches beispielsweise aus einer Glas-Epoxy-Platte gefertigt ist, und dicke Muster-Kupfer-Folien bzw. -Schichten hat. Vier Ecken des Leistungskreissubstrates 70 haben vier Aussparungen 71, um Räume für Verbindungsteile 55 der Wärmesenke 50 sicherzustellen. Das Leistungskreissubstrat 70 ist mit der Wärmesenke 50 durch Schrauben 72 von einer Seite schraubverbunden, welche dem Motor 2 gegenüber ist, d. h. in Richtung der Seite des Motors 2.
Leistungsversorgungsverdrahtungen sind auf dem Leistungskreissubstrat 70 gebildet, um die Antriebsströme zum Antreiben des Motors 2 zur Verfügung zu stellen. Das Leistungskreissubstrat 70 ist mit Verdrahtungen gebildet, welche eine Verdrahtung zum Verbinden des U-Phasen FET 81, des V-Phasen FET 82 und des W-Phasen FET 83 an der Seite der Leistungsversorgungsleitung haben, einer Verdrahtung zum Verbinden des U-Phasen FET 84, des V-Phasen FET 85 und des W-Phasen FET 86 an der Masseseite, einer Verdrahtung zum Verbindung der Leistungsversorgungsrelais 87, 88 und der FETs 81 bis 83 und einer Verdrahtung zum Verbinden der Leistungsversorgungsrelais 87, der Drosselspule 76 und dem Glättungskondensator 77.
Durchgangslöcher 73 sind auf dem Leistungskreissubstrat 70 gebildet, so dass Leistungsanschlüsse 65 des Leistungsmoduls 60 eingeführt sind. Durchgangslöcher 74 sind außerhalb der Durchgangslöcher 73 des Leistungskreissubstrates 70 gebildet, so dass die Motorleitungen 27 eingeführt sind. Die Motorleitungen 27 sind in die Durchgangslöcher 74 eingeführt und elektrisch mit dem Leistungskreissubstrat 70 durch Löten oder dergleichen verbunden. Die Motorleitungen 27 sind demnach elektrisch mit dem Leistungsmodul 60 durch das Leistungskreissubstrat 70 verbunden.
Wie in 8 bis 10 gezeigt ist, sind die Drosselspule 76, der Glättungskondensator 77 und die Elektrolytkondensatoren 78 auf einer Oberfläche des Leistungskreissubstrates 70 auf der Seite des Motors 2 und zwischen dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 und dem Leistungskreissubstrat 70 montiert. Die Drosselspule 76, der Glättungskondensator 77, die Elektrolytkondensatoren 78 und das Leistungsmodul 60 bilden den Leistungskreis 100. Die Drosselspule 76 ist in einer zylindrischen oder Ringform gebildet, welche eine Länge in der axialen Richtung hat, kürzer als eine Länge in einer radialen Richtung. Die Drosselspule 76 ist an einer Position platziert, welche die Welle 35 nicht überlappt, wenn sie in der axialen Richtung des Motors 2 betrachtet wird. Die Drosselspule 76 ist longitudinal angeordnet und zwischen zwei Wärmestrahlungsblöcken 51 der Wärmesenke 50 sandwichartig angeordnet, so dass ihre axiale Linie rechtwinklig zu der axialen Mittellinie der Welle 35 ist, wie in 5 und 6 gezeigt ist.
Der Glättungskondensator 77 ist an einer substantiellen Mittel unter den vier Elektrolytkondensatoren 78 platziert. Die vier Elektrolytkondensatoren 78 sind angeordnet, um den Glättungskondensator 77 in der radialen Richtung des Motors 2 nahe zu umgeben. Der Glättungskondensator 77 und die vier Elektrolytkondensatoren 78 sind in einem Raum platziert, welcher zwischen einem plattenähnlichen Verbindungsteil 52 der Wärmesenke 50 und dem Leistungskreissubstrat 70 und zwischen zwei Wärmestrahlungsblöcken 51 der Wärmesenke 50 gebildet ist, wie in 5 und 6 gezeigt ist.
Die Wärmesenke 50 und das Leistungsmodul 60 werden als nächstes unter Bezugnahme auf 11 bis 14 beschrieben. Die Wärmesenke 50 hat, wie in 11 gezeigt ist, zwei Wärmestrahlungsblöcke 51 als Wände, welche einander gegenüberliegen und das Verbindungsteil 52, welches zwischen den zwei Wärmestrahlungsblöcken 51 vorgesehen ist. Die zwei Wärmestrahlungsblöcke 51 und das Verbindungsteil 52 sind integral aus einem Material guter thermischer Leitfähigkeit (beispielsweise Aluminium) gebildet. Die Wärmestrahlungsblöcke 51 sind gebildet, um von einander distanziert bzw. beabstandet zu sein und sind radial außerhalb einer imaginären Verlängerungslinie der axialen Linie der Welle 35 platziert.
Die Wärmesenke 50 ist in einer offenen rechtwinkligen Form gebildet, wenn sie in der axialen Richtung des Motors 2 betrachtet wird. Die radial innenseitigen Oberflächen der zwei Wärmestrahlungsblöcke 51 und des Verbindungsteils 52 bilden einen konkaven Teil 53. Die Wärmesenke 50 ist im Allgemeinen in einer H-Form gebildet, wie in 13 gezeigt ist, wenn sie in einer Richtung XIII in 11 betrachtet wird.
Die Wärmestrahlungsblöcke 51 sind jeder in einer breiten Säulenform gebildet, wie in 14 gezeigt ist. Jeder Wärmestrahlungsblock 51 hat Verbindungsteile 54 und 55 an seinen beiden Enden. Die Verbindungsteile 54 und 55 sind durch Löcher in der axialen Richtung des Motors 2 gebildet. Wie in 5 und 6 gezeigt ist, ist eine Schraube 56 in den Verbindungsteil 54 eingeführt und an dem Motorgehäuse 10 schraubbefestigt. Weiterhin ist eine Schraube 57 in das Verbindungsteil 55 eingeführt und mit dem Motorgehäuse 10 zusammen mit einer Abdeckung 110 schraubverbunden. Das Verbindungsteil 54 eines Wärmestrahlungsblocks 51 und das Verbindungsteil 54 des anderen Wärmestrahlungsblocks 51 sind angeordnet, um in Punktsymmetrie relativ zu der Mittellinie der Welle 35 zu sein. Ähnlich sind das Verbindungsteil 55 eines Wärmestrahlungsblocks 51 und das Verbindungsteil 55 des anderen Wärmestrahlungsblocks 51 angeordnet, um in Punktsymmetrie relativ zu der Mittellinie der Welle 35 zu sein.
Eine Wärmeempfangsoberfläche 59, welche ein breite Wandoberfläche ist, welche zwischen den Verbindungsteilen 54 und 55 gebildet ist, ist an der radial außenseitigen Oberfläche des Wärmestrahlungsblocks 51 gebildet. Wie in 12 gezeigt ist, ist die Wärmeempfangsoberfläche 59 gebildet, um im Allgemeinen parallel zu der Welle 35 zu sein.
Das Leistungsmodul 60 ist an einer radial außenseitigen Oberfläche des Wärmesenke 50 in der radialen Richtung des Motors 2 vorgesehen und für jeden der zwei Wärmestrahlungsblöcke 51 wie in 11 gezeigt ist, angeordnet. Das Leistungsmodul 60 hat Halbleiterchips, welche FETs der Schaltelemente und das Leistungsversorgungsrelais bilden und es ist nicht gezeigt, ein Umspritz- bzw. Vergussteil 61 zum Umspritzen bzw. Vergießen der Halbleiterchips und der Steuer- bzw. Regelanschlüsse 64 und der Leistungsanschlüsse 65, welche von dem Vergussteil 61 hervorstehen. Das Vergussteil 61 ist ein rechtwinkliger Körper, welcher durch zwei breite Wandoberflächen und vier enge bzw. schmale Endoberflächen an dem Umfang der breiten Wandoberflächen begrenzt wird.
Wie in 12 gezeigt ist, sind die Steuer- bzw. Regelanschlüsse 64 gebildet, um von einer ersten schmalen Endoberfläche 62 hervorzustehen, welche rechtwinklig zu der breiten Wandoberfläche des Vergussteiles 61 ist. Die Leistungsanschlüsse 65 sind gebildet, um von einer zweiten schmalen Endoberfläche 3 hervorzustehen, welche rechtwinklig zu der breiten Oberfläche des Vergussteiles 61 ist, und der ersten schmalen Endoberfläche 62 parallel gegenüberliegt. Das Leistungsmodul 60 Ist entlang der Wärmeempfangsoberfläche 59 der Wärmesenke 50 platziert. Die erste Endoberfläche 62, auf welcher die Steuer- bzw. Regelanschlüsse 64 gebildet sind, ist auf der Seite des Steuer- bzw. Regelsubstrates 40. Die zweite Endoberfläche 63, auf welcher die Leistungsanschlüsse 65 gebildet sind, ist auf der Seite des Leistungskreissubstrates 70. Das Leistungsmodul 60 ist longitudinal, d. h. in einer Art und Weise, welche in der axialen Richtung erhöht ist, an der Außenseite der Wärmesenke 50 in der radialen Richtung des Motors 2 platziert.
Die Steuer- bzw. Regelanschlüsse 64 sind in die Durchgangslöcher des Regel- bzw. Steuersubstrats 40 eingeführt und elektrisch mit dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 durch Löten oder dergleichen verbunden. Steuer- bzw. Regelsignale werden an das Leistungsmodul 60 von dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 durch die Steuer- bzw. Regelanschlüsse 64 ausgegeben. Die Leistungsanschlüsse 65 sind in die Durchgangslöcher 73, welche in dem Leistungskreissubstrat 70 gebildet sind, eingeführt und elektrisch mit dem Leistungskreissubstrat 70 durch Löten oder dergleichen verbunden. Die Antriebsströme zum Antreiben bzw. Treiben des Motors 2 werden durch die Leistungsanschlüsse 65 zur Verfügung gestellt. Nur kleine bzw. geringe Ströme (beispielsweise 1 A), welche benötigt werden, um den Antrieb bzw. Betrieb des Motors 2 zu regeln bzw. zu steuern, werden der Seite des Regel- bzw. Steuerkreissubstrates 40 zur Verfügung gestellt, Andererseits werden große Ströme (beispielsweise 80 A), welche benötigt werden, um den Motor 2 anzutreiben, der Seite des Leistungskreissubstrates 70 zur Verfügung gestellt. Die Leistungsanschlüsse 65 sind dicker gebildet, als die Steuer- bzw. Regelanschlüsse 64. Ein Masseanschluss 66 ist gebildet, um eine ähnliche Dicke wie der Steuer- bzw. Regelanschluss 64 zu haben. Der Masseanschluss 66 ist durch das Vergussteil 61 hindurchgeführt und mit dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 und dem Leistungskreissubstrat 70 verbunden. Der Masseanschluss 66 bildet demnach die Masse der Seite des Steuer- bzw. Regelkreissubstrates 40.
Wie in 11 gezeigt ist, ist ein dünnes Wärmestrahlungsblech bzw. eine dünne Wärmestrahlungsfolie 68 zwischen der breiten Oberfläche des Leistungsmoduls 60 und der Empfangsoberfläche der Wärmesenke 50 vorgesehen. Das Leistungsmodul 60 ist durch Schrauben 69 an der Wärmesenke 50 zusammen mit dem Wärmestrahlungsblech 68 schraubbefestigt. Demnach sind die Leistungsmodule 60 an der Wärmesenke 50 befestigt, insbesondere an den Wärmestrahlungsblöcken 51 durch die Wärmestrahlungsbleche 68, so dass Wärme, welche durch die Stromversorgung erzeugt wird, an die Wärmesenke 50 durch die Wärmestrahlungsbleche 68 abgestrahlt wird. Obwohl nicht gezeigt, ist ein Teil des Verdrahtungsmusters teilweise als ein metallischer Wärmestrahlungsteil von dem Vergussteil 61 auf der Oberfläche des Leistungsmoduls 60, welches an der Seite der Wärmesenke 50 ist, freiliegend. Wärme wird demnach effizient bzw. wirksam abgestrahlt, da das metallische Wärmestrahlungsteil die Wärmesenke 50 durch das Wärmestrahlungsblech 68 kontaktiert bzw. berührt. Das Wärmestrahlungsblech 68 leitet Wärme von dem Leistungsmodul 60 zu der Wärmesenke 50 und stellt die Isolation zwischen dem Leistungsmodul 60 und der Wärmesenke 50 sicher.
Das Leistungsmodul 60 nimmt darauf die Halbleiterchips, die Shunt-Widerstände 99 und dergleichen auf dem Verdrahtungsmuster auf, welches aus Kupfer gefertigt ist und durch das Vergussteil 61, welches aus Harz bzw. Kunstharz gefertigt ist, vergossen ist. Die zwei Leistungsmodule 60 sind vorgesehen, um die Umrichterkreise 80 und 89 bzw. Inverter00000kreise 80 und 89, welche in 1 gezeigt sind, zu bilden.
Die Leistungsmodule 60 und der elektrische Kreis, welche in 1 gezeigt sind, werden hier beschrieben. Ein Leistungsmodul 60 entspricht dem Inverterkreis 80 und hat die FETs 81 bis 86, das Leistungsversorgungsrelais 87, 88 und die Shunt-Widerstände 99, welche in 1 gezeigt sind. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die FETs 81 bis 86, das Leistungsversorgungsrelais 87, 88 und die Shunt-Widerstände 99 in einen einen einzelnen Körper harz-umspritzt bzw. harz-vergossen. Das andere Leistungsmodul 60 entspricht dem Inverterkreis 89 und hat die FETs, die Leistungsversorgungsrelais und die Shunt-Widerstände, welche den Inverterkreis 89 bilden. Das heißt, gemäß der vorliegenden Ausführungsform entspricht ein Leistungsmodul 60 einem Inverterkreis eines Systems. Das heißt, gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das Leistungsmodul 60 für den Wärmestrahlungsblock 51 in jedem System vorgesehen.
Das Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 ist ein Substrat von vier Schichten bzw. Lagen, gebildet beispielsweise aus Glas-Epoxysubstrat und in einer im Allgemeinen rechtwinkligen Plattenform gebildet, wie in 15 gezeigt ist, so dass es innerhalb des Motorgehäusebereiches ist. Die vier Ecken des Steuer- bzw. Regelkreissubstrats 40 sind gebildet als bzw. gebildet mit vier Aussparungen 42 zum Anbringen der Wärmesenke 50 an dem Motorgehäuse 10. Das Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 bildet auch eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 43 entlang des Außenumfangs von beiden Enden der längeren Seiten. Die Durchgangslöcher 43 sind zur Verbindung mit den Steuer- bzw. Regelanschlüssen 64 des Leistungsmoduls 60.
Wie in 15 gezeigt ist, sind eine Mehrzahl von elektronischen Teilen, welche den Steuer- bzw. Regelkreis 90 bilden, auf dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 montiert. Der Vortreiber 31, der kundenspezifische IC 92, der Positionssensor 93 und der Mikrocomputer 94 sind auf der Oberfläche des Steuer- bzw. Regelkreissubstrats 40 an der Seite des Motors 2 montiert. Der Positionssensor 93 ist allgemein in der Mitte des Steuer- bzw. Regelkreissubstrates 40 in gegenüberliegender Beziehung zu dem Magneten 36 der Welle 35 vorgesehen, wie in 5 und 6 gezeigt ist. Mit dieser Anordnung wird die Drehung der Welle 35 durch ein Erfassen von Änderungen im Magnetfeld, welches durch den Magneten 36 bereitgestellt wird, welcher sich mit der Welle 35 dreht, erfasst. Das Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 ist mit der Wärmesenke 50 von der Seite des Motors 2 durch Schrauben 47 schraubverbunden.
Der Steuer- bzw. Regelkreisverbinder 49 und der Leistungskreisverbinder 79 werden als nächstes unter Bezugnahme auf 16 bis 18 beschrieben. Wie in 16 gezeigt ist, sind der Steuer- bzw. Regelkreisverbinder 49 und der Leistungskreisverbinder 79 in Punktsymmetrie relativ zu einem vorbestimmten Punkt auf der Mittelachsenlinie O der Welle 35 platziert.
Wie in 17 gezeigt ist, ist der Leistungskreisverbinder 79 zwischen dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 und dem Leistungskreissubstrat 70 platziert, so dass er durch einen Leistungskreisverbinderanschluss 791 mit dem Leistungskreissubstrat 70 verbunden ist. Der Leistungskreisverbinder 79 ist zwischen dem Verbindungsteil 52 der Wärmesenke 50 und dem Leistungskreissubstrat 70 in der axialen Richtung des Motors 2 platziert, so dass die Verdrahtung, welche mit der Leistungsquelle 75 verbunden ist, von einer radialen Außenseite des Motors 2 verbindbar ist. Demnach wird dem Leistungskreissubstrat 70 elektrische Leistung durch den Leistungskreisverbinder 79 zur Verfügung gestellt. Die elektrische Leistung von der Leistungsquelle wird durch den Leistungskreisverbinder 79, das Leistungskreissubstrat 70, das Leistungsmodul 60 und die Motorleitungen 27 den Spulen 26 zur Verfügung gestellt, welche auf dem Stator 20 gewickelt sind.
Wie in 18 gezeigt ist, ist der Steuer- bzw. Regelkreisverbinder 49 zwischen dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 und dem Leistungskreissubstrat 70 in der axialen Richtung des Motors 2 platziert, um elektrisch mit dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 durch den Steuer- bzw. Regelkreisverbinderanschluss 491 verbunden zu sein. Der Steuer- bzw. Regelkreisverbinder 49 ist in dem Aussparungsteil 53 zwischen den zwei Wärmestrahlungsblöcken 51 der Wärmesenke 50 platziert, um mit der Verdrahtung von radial außerhalb des Motors 2 verbindbar zu sein. Sensorinformationen von den Sensoren werden dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 45 durch den Steuer- bzw. Regelkreisverbinder 49 zugeführt und von diesem ausgegeben.
Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 ist innerhalb der Abdeckung 110 aufgenommen. Die Abdeckung 110 ist aus einem magnetischen Material wie beispielsweise Eisen gebildet um zu verhindern, dass ein elektrisches Feld und ein magnetisches Feld von der Seite der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 zu einer externen Seite austritt bzw. leckt, und um zu verhindern, dass Staub bzw. Schmutz auf die Seite der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 eintritt. Die Abdeckung 110 hat allgemein denselben Durchmesser wie das Motorgehäuse 10 und ist in einer mit Boden versehenen zylindrischen Form gebildet, welche sich zu der Seite des Motors 2 öffnet. Die Abdeckung 110 ist an dem Motorgehäuse 10 zusammen mit der Wärmesenke 50 durch Schrauben 57 schraubbefestigt.
Aussparungen 111 sind in der Abdeckung 110 an Positionen gebildet, welche dem Steuer- bzw. Regelkreisverbinder 49 und dem Leistungskreisverbinder 79 entsprechen. Der Steuer- bzw. Regelkreisverbinder 49 und der Leistungskreisverbinder 79 stehen von den Aussparungen 111 in der radialen Richtung hervor und öffnen sich radial in verschiedene nach außen gerichtete Richtungen, beispielsweise in gegenüberliegende Richtungen. Ein hervorstehendes Teil 18 ist auf der Harzführung 16 an einer Position gebildet, welche der Aussparung 111 der Seite des Leistungskreisverbinders 79 entspricht. Ein Stufenteil 19 ist auf der Harzführung 16 gebildet, um mit der Abdeckung 110 zusammenzupassen.
Die Antriebsvorrichtung 1 arbeitet wie folgt. Der Mikrocomputer 94, welcher auf dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 vorgesehen ist, erzeugt ein Pulssignal durch den Vortreiber 91, welches durch eine Pulsweitenmodulations-Steuerung bzw. -Regelung (PWM = Pulse Width Modulation Control) gebildet ist, um ein Lenken des Fahrzeuges durch das Lenkrad 5 in Übereinstimmung mit einer Reisegeschwindigkeit eines Fahrzeuges basierend auf Signalen, welche von dem Positionssensor 93, dem Drehmomentsensor 8, den Shunt-Widerständen 99 und dergleichen zur Verfügung gestellt werden, zu unterstützen.
Dieses Pulssignal wird an die Inverterkreise 80 und 89 der zwei Leistungsversorgungssysteme, welche durch die Leistungsmodule 60 gebildet werden, durch die Steuer- bzw. Regelanschlüsse 64 ausgegeben, so dass eine AN-/AUS-Schalt-Operation der FETs 81 bis 86 der Leistungsmodule 60 geregelt bzw. gesteuert wird. Demnach werden den Spulen 26 sinusförmige Wellenströme, welche zueinander phasenverschoben sind, zur Verfügung gestellt, so dass ein sich drehendes magnetisches Feld erzeugt wird. Der Rotor 30 und die Welle 35 werden als ein einzelner Körper durch das sich drehende magnetische Feld gedreht. Mit einer Drehung der Welle 35 wird eine Antriebskraft von dem Abgabeende 37 auf das Getriebe 7 der Säulenwelle 6 ausgegeben, so dass eine Lenkoperation bzw. Lenkbetätigung eines Fahrzeugführers durch die Säulewelle 6 unterstützt wird.
Wärme, welche zu der Zeit des Schaltens der FETs 81 bis 86 des Leistungsmodules 60 erzeugt wird, wird an die Wärmesenke 50 durch das Wärmestrahlungsblech 68 abgestrahlt. Demnach wird ein Fehler oder ein irrtümlicher Betrieb, welcher andernfalls durch eine Temperaturerhöhung des Leistungsmodules 60 verursacht werden wird, unterdrückt. Die Größe des Stators 20, des Rotors 30 und dergleichen können in Übereinstimmung mit der benötigten Leistungs gewählt werden.
Die Antriebsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform stellt die folgenden Vorteile zur Verfügung:

(1) Da die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 in der axialen Richtung des Motors 2 platziert ist, kann die Größe der Antriebsvorrichtung 1 in der radialen Richtung verringert werden. Da der Motor 2 und die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 durch ein Trennen in der axialen Richtung platziert sind, können der Motors 2 und die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 relativ einfach beabstandet werden. Selbst wenn die Ausgabe des Motors 2 verändert werden muss, ist es beispielsweise nur notwendig, die Wärmemasse der Wärmesenke 50 zu veränden. Demnach können Antriebsvorrichtungen verschiedener Spezifikationen durch ein gemeinsames Verwenden verschiedener Teile hergestellt werden. Beispielsweise kann, wenn irgendeiner des Motors 2 und der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 ausfällt, nur der Motor 2 oder die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3, welche ausgefallen ist, leicht ersetzt werden.
(2) Das Leistungskreissubstrat 70, welches benötigt wird, um große Ströme zum Antreiben des Motors zur Verfügung zu stellen, und das Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40, welches nur auf die Motorantriebssteuerung bzw. -regelung bezogen ist und nicht zur Zur-Verfügungstellung von großen Strömen benötigt wird, sind beabstandet. Die Kupferfolie bzw. das Kupferblech des Steuer- bzw. Regelkreissubstrates 40 kann demnach dünner ausgelegt werden.
(3) Die Wärmesenke 50 ist zwischen dem Leistungskreissubstrat 70 und dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 platziert und die Wärmesenke 50 wird durch eine effektive Benutzung des Raumes zwischen dem Leistungskreissubstrat 70 und dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 in der axialen Richtung des Motors 2 aufgenommen. Als ein Ergebnis kann Wärme, welche durch das Leistungskreissubstrat 70 und das Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 erzeugt wird, effizient durch Verwenden einer Wärmesenke 50 abgestrahlt werden. Die Antriebsvorrichtung 1 kann in der Größe verringert werden und ihre Wärmeabstrahlung verbessern.
(4) Der Leistungskreisverbinder 79 und der Steuer- bzw. Regelkreisverbinder 49 sind zwischen dem Leistungskreissubstrat 70 und dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 in der axialen Richtung des Motors 2 platziert. Der Leistungskreisverbinder 79 und der Steuer- bzw. Regelkreisverbinder 49, welche vergleichsweise groß in der Größe sind, können effizient durch Verwenden des Raumes zwischen dem Leistungskreissubstrat und dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 aufgenommen werden. Die Antriebsvorrichtung 1 kann demnach in der Größe in ihrer Gesamtheit verringert werden.
(5) Die Drosselspule 76, der Glättungskondensator 77 und die Elektrolytkondensatoren 78 sind zwischen dem Leistungskreissubstrat 70 und dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 in der axialen Richtung des Motors 2 platziert. Die Drosselspule 76, der Glättungskondensator 77 und die Elektrolytkondensatoren 78, welche vergleichsweise groß in der Größe sind, können effizient durch ein Verwenden des Raumes zwischen dem Leistungskreissubstrat 70 und dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 aufgenommen werden.
(6) Die Wärmesenke 50 hat eine Mehrzahl von Wärmestrahlungsblöcken 51 und demnach stellt sie einen erhöhten Wärmeabstrahlungsbereich zur Verfügung. Die Wärmeabstrahlung der Wärmesenke 50 kann verbessert werden.
(7) Die Drosselspule 76, der Glättungskondensator 77 und die Elektrolytkondensatoren 78 sind zwischen der Mehrzahl von Wärmestrahlungsblöcken 51 der Wärmesenke 50 in der radialen Richtung des Motors 2 platziert. Eine Wärmestrahlung der Drosselspule 76, des Glättungskondensators 77 und der Elektrolytkondensatoren 78 kann gefördert bzw. begünstigt werden.
(8) Der Leistungskreisverbinder 79 und der Steuer- bzw. Regelkreisverbinder 49 sind vorgesehen, um eine elektrische Verbindung der Verdrahtung von der Außenseite in der radialen Richtung des Motors 2 zu ermöglichen. Als ein Ergebnis kann der Betrieb bzw. die Operation des Verbindens der elektrischen Verdrahtung mit dem Leistungskreisverbinder 79 und dem Steuer- bzw. Regelkreisverbinder 49 vereinfacht und verbessert werden.
(9) Der Leistungskreisverbinder 79 und der Steuer- bzw. Regelkreisverbinder 49 sind in Punktsymmetrie relativ zu einem vorbestimmten Punkt auf der Mittelachsenlinie O der Welle 35 platziert. Demnach können der Leistungskreisverbinder 79 und der Steuer- bzw. Regelkreisverbinder 49 in einer verteilten Art und Weise platziert sein bzw. werden. Demnach kann das Hervorstehen der Verbinder 49 und 79 in der radialen Richtung des Motors 2 verringert werden und demnach kann die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 in der Größe kleiner gemacht werden. Das Bündel von Drähten, welche mit dem Leistungskreisverbinder 79 und dem Steuer- bzw. Regelkreisverbinder 49 verbunden sind, wird unterdrückt, übermäßig zuzunehmen, und die Freiheit des Platzierens der Drähte kann erhöht werden.
(10) Die Gesamtheit der Antriebsvorrichtung 1 kann durch ein Anordnen des Leistungskreisverbinders 79 und des Steuer- bzw. Regelkreisverbinders 49 unter der Mehrzahl von Wärmestrahlungsblöcken 51 in der radialen Richtung des Motors 2 in einer kleinen Größe ausgelegt werden.

(Zweite Ausführungsform)
Eine Antriebsvorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 19 beschrieben. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass Moduleinheiten 260 und 270 in einer Wärmsenke 250 angeordnet sind. Die Moduleinheiten 260 und 270 bilden ein Leistungsmodul, welches dem Leistungsmodul 60 entspricht.
Ähnlich zur ersten Ausführungsform hat die Wärmesenke 250 zwei Wärmestrahlungsblöcke 251 und einen Verbindungsteil 252, welcher zwischen den zwei Wärmestrahlungsblöcken 251 vorgesehen ist, um die Wärmestrahlungsblöcke 251 zu verbinden. Die zwei Wärmeabstrahlungsblöcke 251 und das Verbindungsteil 252 sind integral aus einem Material gefertigt, welches eine gute Wärmeleitfähigkeit hat (beispielsweise Aluminium). Die Wärmestrahlungsblöcke 251 sind gebildet, um voneinander beabstandet zu sein.
Die zwei Moduleinheiten 260 und 270 sind auf einem Wärmestrahlungsblock 251 angeordnet. Eine Moduleinheit 260 ist auf einer oberen Oberfläche des Wärmestrahlungsblockes 251 angeordnet, welche an der Seite des Leistungskreissubstrates 70 ist.
Das heißt, die Moduleinheit 260 ist im Allgemeinen rechtwinklig zu der axialen Richtung des Motorgehäuses 10 angeordnet. Die andere Moduleinheit 270 ist auf einer Seitenoberfläche des Wärmestrahlungsblockes 251 an einer Position angeordnet, welche in einer Richtung eines Ansteigens des Wärmestrahlungsblockes 251 und in einer radial nach außen gerichteten Richtung des Motors 2 ist. Das heißt, die Moduleinheit 270 ist in der longitudinalen Richtung relativ zu der Endoberfläche 13 platziert, welche in der axialen Richtung des Motorgehäuses 10 gebildet ist.
Die Moduleinheit 260 hat vier Halbleitermodule 261 bis 264 und ein Verdrahtungssubstrat 265. Jedes der Halbleitermodule 261 bis 264 ist mit drei Anschlüssen 266 auf einer schmalen Oberfläche gebildet, welche rechtwinklig zu einer breiten Oberfläche ist. Die Anschlüsse 266 der Halbleitermodule 261 bis 264 sind angeordnet, um in der radial nach außen gerichteten Richtung des Motors 2 hervorzustehen. Die Anschlüsse 266 sind im Allgemeinen unter einem rechten Winkel in Richtung der Seite des Leistungskreissubstrates 70 gebogen.
Die Moduleinheit 270 hat vier Halbleitermodule 271 bis 274 und ein Verdrahtungssubstrat 275. Jedes der Halbleitermodule 271 bis 274 hat drei Anschlüsse 276 auf einer schmalen Oberfläche, welche rechtwinklig zu einer breiten Oberfläche ist. Die Anschlüsse 276 der Halbleitermodule 271 bis 274 sind angeordnet, um in der axialen Richtung des Motors 2 hervorzustehen, das heißt, im Allgemeinen rechtwinklig zu dem Leistungskreissubstrat 70.
Jedes der Halbleitermodule 261 bis 264 und 271 bis 274 hat einen FET. Die Moduleinheiten 260 und 270, welche in der longitudinalen Richtung auf einem Wärmestrahlungsblock 251 angeordnet sind, entsprechen dem Inverterschaltkreis 80. Die Moduleinheiten 260 und 270, welche auf dem anderen Wärmestrahlungsblock 251 angeordnet sind, entsprechen dem Inverterkreis 89. Demnach ist ein Leistungsmodul, welches ein Antriebssystem bzw. Treibersystem bildet, relativ zu einem Wärmestrahlungsblock 51 angeordnet. Der Inverterkreis 80 und der Inverterkreis 89 sind ähnlich zueinander wie in der ersten Ausführungsform.
Die Halbleitermodule 261 bis 264 und 271 bis 274 haben keine Anschlüsse, welche direkt mit dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 verbunden sind. Das Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 und das Leistungskreissubstrat 70 sind elektrisch mittels substratverbindenden Anschlüssen 278 verbunden. Das Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 und die Halbleitermodule 261 bis 264 und 271 bis 274 sind elektrisch mittels Substratverbindungsanschlüssen 278 und dem Leistungskreissubstrat 70 verbunden. Steuer- bzw. Regelsignale, welche von dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 ausgegeben werden, werden den Halbleitermodulen 261 bis 264 und 271 bis 274 mittels den Substratverbindungsanschlüssen 278 und dem Leistungskreissubstrat 70 zur Verfügung gestellt, um ein AN/AUS der FETs in den Halbleitermodulen 261 bis 264 und 271 bis 274 zu steuern bzw. regeln. Demnach wird ein Antreiben des Motors 2 in einer ähnlichen Art und Weise wie in der ersten Ausführungsform gesteuert bzw. geregelt. Die zweite Ausführungsform stellt ähnliche Vorteile (1) bis (10) bereit, welche die erste Ausführungsform bereitstellt.
(Dritte Ausführungsform)
Eine Antriebsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 20 und 21 beschrieben werden. Diese dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung 330 einen Multifunktionsverbinder 470 an Stelle des Leistungskreisverbinders 79 und des Steuer- bzw. Regelkreisverbinders 49 verwendet. Der Multifunktionsverbinder 470 ist zwischen dem Leistungskreissubstrat 70 und dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 platziert.
Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 330 hat das Leistungskreissubstrat 70, eine Wärmesenke 350, das Leistungsmodul 60, das Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 und den Multifunktionsverbinder 470. Die Wärmesenke 350, das Leistungsmodul 60 und der Multifunktionsverbinder 470 sind zwischen dem Leistungskreissubstrat 70 und dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 angeordnet.
Die Wärmesenke 350 hat zwei Wärmestrahlungsblöcke 351 und einen Verbindungsteil 352, welcher zwischen den zwei Wärmestrahlungsblöcken 251 gebildet ist. Die zwei Wärmestrahlungsblöcke 351 und das Verbindungsteil 352 sind integral aus dem Material einer guten Wärmeleitfähigkeit (beispielsweise Aluminium) gebildet. Die Wärmestrahlungsblöcke 351 sind gebildet, um voneinander beabstandet und in einer breiten säulenförmigen Form zu sein.
Verbindungsteile 353 sind an einem Ende in einer longitudinalen Richtung des Wärmeabstrahlungsblocks 351 und an dem anderen Ende in einer longitudinalen Richtung des Verbindungsteils 352 gebildet. Durchgangslöcher sind in den drei Verbindungsteilen 353 in der axialen Richtung des Motors 30 gebildet.
Der Multifunktionsverbinder 474 ist zwischen dem Leistungskreissubstrat 70 und dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 in der radialen Richtung des Motors 2 platziert, so dass seine Leistungskreisverbindungsanschlüsse 474 elektrisch mit dem Leistungskreissubstrat 70 verbinden und seine Steuer- bzw. Regelkreisverbinderanschlüsse 473 elektrisch mit dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 verbinden. Der Multifunktionsverbinder 470 hat eine Leistungsverbindungsöffnung 471, welche sich öffnet, um eine Verbindung zu ermöglichen zu Drähten zum Versorgen mit elektrischer Leistung, und zwei Signalverbindungsöffnungen 472, welche sich öffnen, um eine Verbindung zu Drähten zu ermöglichen zum Zuführen und Ausgeben von Signalen. Der Multifunktionsverbinder 470 ist zwischen dem Leistungskreissubstrat 70 und dem Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 angeordnet, so dass die Leistungsverbindungsöffnung 471 und die Signalverbindungsöffnungen 472 eine Verbindung der Drähte in derselben Richtung von radial außerhalb des Motors 2 ermöglichen.
Die dritte Ausführungsform stellt ähnliche Vorteile (1) bis (8) zur Verfügung, welche die erste Ausführungsform zur Verfügung stellt. Gemäß der dritten Ausführungsform wird der Multifunktionsverbinder 470, in welchem der Leistungskreisverbinder 70 und der Steuer- bzw. Regelkreisverbinder 40 der vorangehenden Ausführungsformen in einem integriert sind, bereitgestellt. Demnach kann die Anzahl der Teile verringert werden im Vergleich zu den Ausführungsformen, in welchen der Leistungskreisverbinder 70 und der Steuer- bzw. Regelkreisverbinder 40 als einzelne bzw. getrennte Körper bereitgestellt sind.
(Andere Ausführungsformen)
Gemäß den vorangehenden Ausführungsformen sind die Steuer- bzw. Regeleinheiten 3 und 330 an einer Position gegenüber einer Getriebebox bzw. Zahnradbox des Motors 2 platziert, welche mit dem Wellenende 37 gekoppelt ist. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtungen 3 und 330 können jedoch auch zwischen dem Motor 2 und der Getriebe- bzw. Zahnradbox platziert sein. In diesem Falle ist das Ausgabeende 37 der Welle 33 an einer Position gegenüberliegend dem Motor 2 vorgesehen. Das heißt, die Welle 33 erstreckt sich von dem Motor 2 in einer Weise, um durch die Wärmesenke 50, das Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 und das Leistungskreissubstrat 70 hindurchzutreten.
Gemäß den vorangehenden Ausführungsformen sind zwei Wärmestrahlungsblöcke 51, 251 und 351 der Wärmesenke 50, 250 und 350 durch das Verbindungsteil 52, 252 und 352 verbunden. Die Wärmestrahlungsblöcke 51, 251 und 351 können als getrennte Blöcke gebildet sein. Obwohl die Wärmestrahlungsblöcke 51, 251 und 351 vorzugsweise in Übereinstimmung mit den Inverterkreisen 80 und 89 bereitgestellt sind, kann die Anzahl der Wärmestrahlungsblöcke 51, 251 und 351 unterschiedlich von der Anzahl der Systeme der Inverterkreis 80 und 89 sein. Die Wärmesenke 50, 250 und 350 kann nur einen Wärmestrahlungsblock in der axialen Richtung des Motors 2 haben und die Leistungsmodule 60, 260 und 270 können an beiden Seitenoberflächen des Wärmestrahlungsblockes angeordnet sein.
Gemäß den vorangehenden Ausführungsformen ist das Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 z. B. aus Glas-Epoxysubstrat gebildet und das Leistungskreissubstrat 70 ist aus einem Glas-Epoxysubstrat gebildet, welches eine dicke Kupferfolie als ein Beispiel hat. Das Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 und das Leistungskreissubstrat 70 können jedoch aus irgendeinem anderen Typ von Substrat gebildet sein. Gemäß den vorangehenden Ausführungsformen wird der Steuer- bzw. Regelkreisverdrahtungsteil durch das Steuer- bzw. Regelkreissubstrat 40 bereitgestellt und der Leistungskreisverdrahtungsteil wird durch das Leistungskreissubstrat 70 bereitgestellt. Der Steuer- bzw. Regelkreisverdrahtungsteil und der Leistungskreisverdrahtungsteil können jedoch beispielsweise durch Sammelschienen bzw. Busschienen ohne die Verwendung von Substratenbereitgestellt werden.
Die vorangehenden Ausführungsformen werden beschrieben unter Bezugnahme auf eine 3-Phasen AC-Steuer- bzw. Regeleinheit eines Systems oder zweier Systeme. Die Steuer- bzw. Regeleinheit kann jedoch konfiguriert sein, um dreien oder mehreren Systemen zu entsprechen oder um eine Multi-Phasen-AC-Leistung anders als 3 Phasen zu erzeugen. Gemäß den vorangehenden Ausführungsformen ist die Antriebsvorrichtung 1 beschrieben als ein auf ein elektrisches Lenkhilfesystem eines Fahrzeuges angewendet zu werden. Die Antriebsvorrichtung 1 kann auf andere Systeme angewendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorangehenden Ausführungsformen beschränkt und Abwandlungen können unterschiedlich implementiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005-304203 A [0002]

Claims

Antriebsvorrichtung, welche Folgendes aufweist: einen Motor (2), welcher ein Motorgehäuse (10) hat, welches in einer zylindrischen Form gebildet ist, um einen Außenumfang zu begrenzen, einen Stator (20), welcher radial innerhalb des Motorgehäuses (10) platziert ist, und Spulen (26), welche gewickelt sind, um eine Mehrzahl von Phasen bereitzustellen, einen Rotor. (30), welcher radial innerhalb des Stators (20) platziert und drehbar bezüglich des Stators (20) ist, und eine Welle (35), welche zusammen mit dem Rotor (30) drehbar ist; eine Wärmesenke (50, 250, 350), welche getrennt von dem Motor (2) in einer axialen Richtung des Motorgehäuses (10) platziert ist; ein Leistungsmodul (60, 260, 270), welches auf der Wärmesenke (50, 250, 350) angeordnet ist, um eine Stromversorgung zu den Spulen (26) umzuschalten; einen Steuer- oder Regelkreisverdrahtungsteil (40), welcher auf der Wärmesenke (50, 250, 350) angeordnet ist und elektrisch mit dem Leistungsmodul (60, 260, 270) verbunden ist, um einen Steuer- oder Regelstrom zum Steuern oder Regeln des Motors (10) zur Verfügung zu stellen; einen Leistungskreisverdrahtungsteil (70), welcher auf der Wärmesenke (50, 250, 350) angeordnet ist an einer Position gegenüber dem Steuer- oder Regelkreisverdrahtungsteil (40) und elektrisch mit dem Leistungsmodul (60, 260, 270) verbunden ist, um einen Antriebsstrom zum Antreiben des Motors (10) zur Verfügung zu stellen; einen Steuer- oder Regelkreisverbinder (49), welcher elektrisch mit dem Steuer- oder Regelkreisverdrahtungsteil (40) verbunden ist, um den Steuer- oder Regelstrom zuzuführen oder auszugeben; und einen Leistungskreisverbinder (79), welcher elektrisch mit dem Leistungskreisverdrahtungsteil (70) verbunden ist, um den Antriebsstrom zuzuführen und auszugeben, wobei der Steuer- oder Regelkreisverbinder (49) und der Leistungskreisverbinder (79) zwischen dem Steuer- oder Regelkreisverdrahtungsteil (40) und dem Leistungskreisverdrahtungsteil (70) platziert sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend: einen Kondensator (77), welcher elektrisch mit dem Leistungskreisverdrahtungsteil (70) verbunden ist, und zwischen dem Steuer- oder Regelkreisverdrahtungsteil (40) und dem Leistungskreisverdrahtungsteil (70) platziert ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend: eine Drosselspule (76), welche mit dem Leistungskreisverdrahtungsteil (70) verbunden ist, und zwischen dem Steuer- oder Regelkreisverdrahtungsteil (40) und dem Leistungskreisverdrahtungsteil (70) platziert ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die Wärmesenke (50, 250, 350) eine Mehrzahl von Wärmestrahlungsblöcken (51, 251, 351) hat, welche voneinander beabstandet sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei: der Steuer- oder Regelkreisverbinder (49) und der Leistungskreisverbinder (79) zwischen der Mehrzahl von Wärmestrahlungsblöcken (51, 251, 351) platziert sind.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: der Steuer- oder Regelkreisverbinder (49) und der Leistungskreisverbinder (79) integral in einem einzigen Körper gebildet sind.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: der Steuer- oder Regelkreisverbinder (49) und der Leistungskreisverbinder (79) in Punktsymmetrie relativ zu einem vorbestimmten Punkt auf einer Mittelachsenlinie des Motorgehäuses (10) platziert sind.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: der Steuer- oder Regelkreisverdrahtungsteil (40) und der Leistungskreisverdrahtungsteil (70) voneinander in der axialen Richtung des Motors (2) beabstandet sind; und der Steuer- oder Regelkreisverbinder (49) und der Leistungskreisverbinder (79) sich radial nach außen in gegenüberliegende Richtungen öffnen.