控制器的製作方法

2023-10-17 18:40:44 3

專利名稱：控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於對電動機的操作進行驅動和控制的控制器。
背景技術：
在應用於輔助車輛駕駛員的轉向操作的車輛的電動助力轉向系統的電驅動裝置中，本領域中已知的是電動機與用於驅動和控制該電動機的控制器合併為一個，例如，如日本專利公開第2002-120739中所公開的。根據以上控制器，由逆變器電路的單個系統對電動機進行操作。因此，在逆變器電路發生故障的情況下，車輛駕駛員進行轉向操作的負擔增大。在提供逆變器電路的兩個系統以用於驅動電動機的情況下，即使在逆變器電路之一發生故障時，也可以通過另一個逆變器電路來繼續驅動電動機。但是，當在從一個逆變器電路提供給電動機的驅動電流的值與從另一個逆變器電路提供給電動機的驅動電流的值之間存在差異時，電動機的轉動平衡變差，並且會降低駕駛員對轉向操作的感覺。

發明內容
鑑於以上問題而做出本發明。本發明的一個目的是提供一種控制器，根據該控制器提高電動機的轉動平衡。根據例如如所附權利要求1中限定的本發明的一個特徵，一種用於驅動和控制電動機的轉動的控制器包括第一電流提供電路(80)、第二電流提供電路(89)、控制板00)、集成電路(92,921,922)和微型計算機(94)。第一電流提供電路(80)和第二電流提供電路(89)向電動機(2)提供驅動電流。控制端子(64，66)連接到控制板00)。對第一和第二電流提供電路(80，89)的開關操作進行控制的控制信號被輸入到控制端子(64，66)。安裝到控制板00)的集成電路(92，921，922)具有第一預驅動電路(91)和第二預驅動電路(98)，其中，第一預驅動電路(91)用於向第一電流提供電路(80)輸出控制信號，第二預驅動電路(98)用於向第二電流提供電路(89)輸出控制信號。輸出用於對來自第一和第二預驅動電路(91，98)的控制信號的輸出進行控制的操作信號的微型計算機(94)安裝到控制板00)的中心線(S)上，其中中心線⑶與第一電流提供電路(80)之間的距離和中心線⑶與第二電流提供電路(89)之間的距離基本上彼此相等。微型計算機(94)的用於向第一預驅動電路(91)輸出操作信號的輸出端子(101)和微型計算機(94)的用於向第二預驅動電路(98)輸出操作信號的輸出端子(10 被布置為關於中心線(S)對稱。集成電路(92,921,92 具有第一和第二輸入端子(103，104)，第一和第二輸入端子(103，104)以關於中心線(S)對稱的方式安裝到控制板(40)，其中操作信號分別經由控制板GO)上形成的布線圖(A，B)從微型計算機(94)傳輸至第一和第二輸入端子(103，104)，然後被輸入到第一和第二預驅動電路(91，98)中。集成電路(92,921,92 還具有第一和第二輸出端子(105，106)，第一和第二輸出端子(105，106)以關於中心線(S)對稱的方式安裝到控制板(40)，其中控制信號分別經由控制板GO)上形成的布線圖(C至H，I至N)從第一和第二預驅動電路(91，98)輸出至第一和第二電流提供電路(80，89)。根據本發明的以上特徵，可以容易地使微型計算機(94)和第一預驅動電路(91)之間的布線圖(A)的長度等於微型計算機(94)和第二預驅動電路(98)之間的布線圖(B)的長度。換言之，可以容易地使從微型計算機(94)至第一預驅動電路(91)的阻抗與從微型計算機(94)至第二預驅動電路(98)的阻抗彼此相等。另外，可以容易地使第一預驅動電路(91)與第一電流提供電路(80)之間的布線圖(C至H)的長度等於第二預驅動電路(98)與第二電流提供電路(89)之間的布線圖(I至N)的長度。換言之，可以容易地使第一預驅動電路(91)與第一電流提供電路(80)之間的阻抗與第二預驅動電路(98)與第二電流提供電路(89)之間的阻抗彼此相等。結果，可以容易地使從微型計算機(94)到第一電流提供電路(80)的阻抗與從微型計算機(94)到第二電流提供電路(89)的阻抗彼此相等。因此，可以容易地使從第一電流提供電路(80)提供給電動機( 的驅動電流等於從第二電流提供電路(89)提供給電動機⑵的驅動電流。從而可以改善電動機⑵的轉動平衡。另外，根據本實施例，可以將用於將微型計算機(94)的輸出端子(101)連接至第一預驅動電路(91)的輸入端子(103)的布線圖㈧與用於將微型計算機(94)的輸出端子(102)連接至第二預驅動電路(98)的輸入端子(104)的布線圖(B)彼此不相交地形成在電路板GO)上。以類似的方式，可以將用於將第一預驅動電路(91)的輸出端子(105)連接至第一電流提供電路(80)的布線圖(C至H)與用於將第二預驅動電路(98)的輸出端子(106)連接至第二電流提供電路(89)的布線圖(I至N)彼此不相交地形成在電路板GO)上。因此，可以簡化控制板GO)上的布線圖的結構並且抑制串擾。


從以下參照附圖進行的詳細描述，本發明的以上和其他目的、特徵和優點將變得更明顯。在附圖中圖1是示出了根據本發明的第一實施例的用於車輛的助力轉向裝置的結構的示意圖；圖2是示出了沿著圖3中的線II-II截取的、根據本發明的第一實施例的驅動裝置的示意橫截面視圖；圖3是沿著圖2中的線III-III截取的示意橫截面視圖；圖4是示意性地示出了第一實施例的驅動裝置的分解透視圖；圖5還是示意性地示出了從相反的方向看的、第一實施例的驅動裝置的分解透視圖；圖6是沿著圖2的VI-VI線截取的示意橫截面視圖；圖7是沿著圖2的VII-VII線截取的示意橫截面視圖；圖8是示出了第一實施例的電子控制器的印刷電路板的示意俯視圖；以及
圖9是示出了本發明的第二實施例的電子控制器的印刷電路板的示意俯視圖。
具體實施例方式將參照附圖通過多個實施例來說明本發明。(第一實施例)在圖1至圖8中示出應用了根據本發明的第一實施例的控制器3的驅動裝置1。本實施例的控制器3驅動並控制驅動裝置1的電動機2的操作(轉動)，驅動裝置1被應用於車輛的電動助力轉向設備(electrical power steering device，EPS)。如圖1中所示，驅動裝置1的電動機2與設置在柱軸(column shaft) 6中的齒輪箱7的齒輪接合。驅動裝置1的電動機2取決於從檢測方向盤5的轉向扭矩的扭矩傳感器8輸出的扭矩信號和從CAN(控制器區域網絡未示出)獲得的車輛速度信號而前向或後向轉動，以便生成用於轉向操作的助力。驅動裝置1包括電動機2和控制器3。電動機2是無刷式電動機。從控制器3向電動機2提供三相交流電作為電動機2的驅動電流，以使得電動機2前向或者後向轉動。將參照圖1說明控制器3的電氣結構。控制器3包括用於向電動機2提供大電流(驅動電流)的電力部分(power portion) 100和用於對電力部分100的操作進行控制的控制部分90。電力部分100具有第一平滑電容器77，其電連接到電力線，電力線連接到電源75 ；扼流圈76，扼流圈76與電力線串聯連接，並連接在電源75與電源繼電器87和88之間以用於消弱來自電源75的電力電壓的波動；第一逆變器電路80以及第二逆變器電路89。第一逆變器電路80也被稱作第一電流提供電路，而第二逆變器電路89也被稱作第二電流提供電路。第一平滑電容器77和扼流圈76形成濾波器電路以便減小從其他也是由電源75提供電力的電氣設備傳遞的噪聲。另外，濾波器電路(77和76)減小要從第一和/或第二逆變器電路80和89傳遞到其他共同由電源75提供電力的電氣設備的噪聲。電力部分100具有針對第一和第二逆變器電路80和89的每一個的電源繼電器87和88。電源繼電器87和88的每一個包括MOSFET (金屬氧化物半導體場效應電晶體，以下簡稱為MOS電晶體)。在故障的情況下，設置在扼流圈76與第一逆變器電路80的MOS電晶體81、82和83之間的電源繼電器87和88可以切斷從第一逆變器電路80流向電動機2的驅動電流。以類似的方式，在故障的情況下，設置在扼流圈76與第二逆變器電路89的MOS電晶體(未示出)之間的電源繼電器(未示出)可以切斷從第二逆變器電路89流向電動機2的驅動電流。第一逆變器電路80具有MOS電晶體81至86。上臂側的每個MOS電晶體81、82和83的漏極連接到電力線，而其源極連接到下臂側的每個相應的MOS電晶體84、85和86的漏極。下臂側的每個MOS電晶體84、85和86的源極接地。分別將上臂側的MOS電晶體81、82和83連接至下臂側的MOS電晶體84、85和86的布線分別連接到電動機2的相應的U相、V相和W相線圈。MOS電晶體81至86也被稱作開關元件。第二逆變器電路89具有與第一逆變器電路80的上述結構相同的結構。因此省略其說明。
6
分流電阻器99電連接在下臂側的MOS電晶體84至86的每一個與地之間。檢測每個分流電阻器99的兩端之間的電勢以便檢測提供給相應的U相、V相和W相線圈的驅動電流。第二平滑電容器78的每一個在其一側連接至用於上臂側的MOS電晶體81至83的電力線，而其另一側連接至用於下臂側的MOS電晶體84至86的地線。換言之，第二平滑電容器78與MOS電晶體81至86並聯連接。第二平滑電容器78存儲電荷以輔助向MOS電晶體81至86的供電並吸收由針對通往電動機2的電流進行的開關操作所生成的紋波電流。控制部分90具有作為集成電路的定製IC 92、位置傳感器93和微型計算機94。定製IC 92包括第一預驅動電路91、第二預驅動電路98、調節器95、針對位置傳感器信號的放大部分96和針對檢測的電壓的放大部分97等。調節器95是用於穩定到各個部分的供電的穩定電路。例如，微型計算機94利用來自調節器95的穩定的預定電壓(例如，5伏)來工作。來自位置傳感器93的傳感器信號輸入到放大部分96。位置傳感器93檢測電動機2的轉動位置且這樣檢測到的轉動位置(轉動位置信號)被提供給放大部分96。轉動位置信號被放大部分96放大，然後提供給微型計算機94。放大部分97檢測分流電阻器99上的電壓，並且放大檢測到的電壓以將其輸出至微型計算機94。電動機2的轉動位置信號、分流電阻器99上的電壓、扭矩傳感器8的轉向扭矩信號以及車輛速度的信息等被輸入到微型計算機94。微型計算機94在接收到以上信號時取決於轉動位置信號向第一和第二預驅動電路91和98輸出操作信號。第一預驅動電路91在接收到來自微型計算機94的操作信號時向第一逆變器電路80輸出控制信號。通過來自第一預驅動電路91的控制信號來接通/切斷第一逆變器電路80的MOS電晶體81至86，以使得生成要提供給電動機2的三相交流電。以類似的方式，第二預驅動電路98在接收到來自微型計算機94的操作信號時向第二逆變器電路89輸出控制信號。通過來自第二預驅動電路98的控制信號來接通/切斷第二逆變器電路89的MOS電晶體(未示出)，以使得生成要提供給電動機2的三相交流電。微型計算機94基於來自檢測電壓放大部分97的分流電阻器99上的電壓來控制第一和第二逆變器電路80和89，以便生成提供給電動機2作為驅動電流的基本上為正弦波形的三相交流電。現在，將參照圖2至圖7說明驅動裝置1的結構。本實施例的驅動裝置1具有電動機2和控制器3，控制器3被設置在轉動杆35的軸向端處。電動機2具有電動機外殼10、定子20、轉子30、轉動杆35等。電動機外殼10形成為圓柱形狀。通過螺杆等將端框架14固定到電動機外殼10的開口端，其中開口端在控制器3的相對側。 定子20布置在電動機外殼10的徑向內側。定子20具有12個突出磁極(projectedpole) 21和12個槽，其中每個突出磁極21在電動機外殼10的徑向向內方向上突出。突出磁極21和槽以等間隔布置在電動機外殼10的圓周方向上。突出磁極21由疊片鐵芯形成，疊片鐵芯由多個薄磁片製成。定子繞組沈經由絕緣體(未示出)纏繞在鐵芯上。定子繞組沈由針對U相線圈、V相線圈和W相線圈的兩個繞組系統組成。繞組系統之一的U相線圈、V相線圈和W相線圈形成第一繞組群，用於當從第一逆變器電路80提供驅動電流時生成轉動磁場。以類似的方式，另一個繞組系統的U相線圈、V相線圈和W相線圈形成第二繞組群，用於當從第二逆變器電路89提供驅動電流時生成轉動磁場。從第一繞組群向控制器3拉出的三個定子線圈端子27在(第一)電力模塊60和控制板40的徑向外側處沿軸向上延伸，並且連接至電力板70。以類似的方式，從第二繞組群向控制器3拉出的三個定子線圈端子觀在另一個(第二)電力模塊62和控制板40的徑向外側處並在定子線圈端子27的相對側處沿軸向上延伸。定子線圈端子觀同樣連接至電力板70。轉子30可移動地布置在定子20的內部，以使得轉子30能夠相對於定子20轉動。轉子30由磁性材料(比如，鐵)製成並且形成為圓柱形狀。轉子30具有轉子芯31和設置在轉子芯31的外圍的永磁體32，其中以N極和S極在圓周方向上交替布置的方式將磁體32磁化。轉動杆35固定到轉子芯31的中心處形成的轉動杆孔33。由電動機外殼10上設置的軸承12和端框架14上設置的軸承15可轉動地支撐轉動杆35。因此，轉動杆35與轉子30能夠一起相對於定子20轉動。磁體36在面向控制器30的一側上附接到轉動杆35的軸向端。磁體36暴露於控制器3的該側，以便面對控制板40。在控制器3的相對側上，轉動杆35在其另一軸向端處具有輸出部分37。其中具有齒輪的齒輪箱7被設置在轉動杆35的輸出部分37那側上。輸出部分37與齒輪箱7的齒輪接合。轉動杆35的轉動力從輸出部分37傳遞至齒輪，以使得向柱軸6施加操作動力。將說明控制器3。控制器3布置在虛擬的電動機外殼空間中，通過將電動機外殼10在軸向方向上投影而在電動機外殼10的軸向側形成該空間。控制器3包括兩個(第一和第二)電力模塊60和62、第一平滑電容器77、第二平滑電容器78、扼流圈76、熱沉50、電力板70和控制板
40等。熱沉50具有第一熱輻射塊51、第二熱輻射塊52和用於將第一和第二熱輻射塊相互耦合的耦合部分53。第一熱輻射塊51和第二熱輻射塊52以及耦合部分53由諸如鋁的具有高導熱性的材料製成，並且它們是一體形成的。第一熱輻射塊51和第二熱輻射塊52在穿過轉動杆35的中心線的虛擬平面的兩側彼此相對。熱沉50具有連接部分M和55。在連接部分M和55的每一個中形成有過孔，每個過孔在電動機2的軸向方向上延伸。將螺栓56插入到連結部分M和55的過孔中並且旋緊到電動機外殼10上。電力板70例如由四層的玻璃環氧板的印刷電路板製成，其中形成銅布線圖案。電力板70通過螺杆72從電動機的相對側固定到熱沉50上。第一平滑電容器77、第二平滑電容器(四個電容器)78和扼流圈76布置在第一熱輻射塊51和第二熱輻射塊52之間形成的空間中，並且安裝在電力板70面向電動機2的表面上。
第一平滑電容器77和第二平滑電容器78由鋁電解電容器製成。電容器77和78的每一個形成為圓柱形狀。使第二平滑電容器78的外徑大於第一平滑電容器77的外徑，以使得第二平滑電容器78具有比第一平滑電容器77更大的電容量。第一平滑電容器77和第二平滑電容器78被設置為第一平滑電容器77的軸以及每個第二平滑電容器78的軸與電動機2的轉動杆35的軸平行。扼流圈76形成為環形，其中扼流圈76的軸向長度小於徑向長度(直徑)。扼流圈76被布置為使得其軸向中心線幾乎與電動機2的軸成直角。另外，當在轉動杆35的軸向方向上觀看時，扼流圈76的位置不與位置傳感器93重疊。將電力連接器79設置在如下位置，該位置使得端子可以從電動機2的徑向外側連接至電力連接器79，以使得電力連接器79連接至電源75。結果，經由電力連接器79將電功率提供給電力板70。在電動機2的徑向方向上在熱沉50的外側處將第一電力模塊60和第二電力模塊62豎直地布置為平行於轉動杆35。在電力模塊60和62的每一個中，用於MOS電晶體的半導體晶片被安裝到銅布線圖案並用樹脂澆注以形成澆注部分61。控制端子64從澆注部分61的一側延伸，而電力端子65從澆注部分61的另一側延伸。控制信號被輸入到控制端子64以控制MOS電晶體的開關操作。控制端子64分別連接到每個MOS電晶體的柵極。電力端子65分別連接到每個MOS電晶體的源極和漏極，從而取決於其開關操作而使電流(驅動電流)流過電力端子。第一逆變器電路80與電源繼電器87和88被澆注在第一電力模塊60中。以類似的方式，第二逆變器電路89與電源繼電器(未示出)被澆注在第二電力模塊62中。電力模塊60和62的每一個被布置在(固定到)相應的熱輻射塊51和52。電力模塊60和62的每一個通過螺杆69經由熱輻射片(未示出)固定到熱沉50。電力模塊60和62處產生的熱量經由熱輻射片傳遞(輻射)至熱沉50。電力模塊60和62的電力端子65從澆注部分61向電力板70突出。電力端子75的每一個插入到電力板70中形成的相應的過孔73中並且通過焊接等電連接到電力板70。在電力板70中形成布線圖案以便將電力端子65電連接至定子線圈端子27和28，以使得驅動電流從電力模塊60和62的電力端子65經由電力板70和定子線圈端子27和觀提供給電動機2的第一和第二繞組群。電力模塊60和62的控制端子64和66從澆注部分61向控制板40突出。控制端子64和66的每一個插入到控制板40中形成的相應的過孔43和46中並且通過焊接等電連接到控制板40。控制信號經由控制板40以及控制端子64和66輸入到相應的電力模塊60和62的第一逆變器電路80和第二逆變器電路89中。第一電力模塊60的控制端子64和第二電力模塊62的控制端子66分別被布置為直線。以沿著第一電力模塊60的控制端子64的直線的直線在控制板40中形成過孔43。以類似的方式，以沿著第二電力模塊62的控制端子66的直線的直線在控制板40中形成過孔46。如圖7和8中所示，第一電力模塊60的控制端子64的直線的方向(即，控制板40中的過孔43的直線的方向)、微型計算機94和定製IC 92的對準方向、以及第二電力模塊62的控制端子66的直線的方向(即，控制板40中的過孔46的直線的方向)相互平行。控制板40例如由玻璃環氧板形成的四層板製成。控制板40幾乎形成為矩形形狀，以使得控制板被容納在電動機外殼的區域中。在控制板40中形成三個凹口的部分作為用於將熱沉50裝配至電動機外殼10的出口。控制板40通過螺杆47從電動機2的一側固定到熱沉50上。用於控制部分90的各種電和/或電子部件安裝到控制板40上。位置傳感器93安裝到控制板40在電動機2那側上的表面。位置傳感器93設置在轉動杆35的軸線上並且與磁體36相對。位置傳感器93檢測與轉動軸35 —起轉動的磁體36生成的磁場的變化，從而檢測轉子30的位置。控制連接器45設置在控制板40的短側之一上。控制連接器45設置在與電力連接器79相同的方向上。以端子可以從電動機2的徑向外側連接至控制連接器45的方式設置控制連接器45，以使得輸入各種傳感器信息。微型計算機94和定製IC 92安裝到控制板40在與電動機2相反的那側的表面。微型計算機94安裝到控制板40的中心線S上，中心線S與第一電力模塊60的距離和中心線S與第二電力模塊62的距離彼此相等。微型計算機94安裝到控制板40的這樣的位置處該位置對應於第一電力模塊60的控制端子64的過孔43和第二電力模塊62的控制端子66的過孔46之間的中間位置。換言之，當假定中心線S在控制板40上時，其中中心線S與第一電力模塊60之間的距離和中心線S與第二電力模塊62之間的距離彼此相同，微型計算機94安裝到控制板40的中心線S上。定製IC 92也安裝到控制板40的中心線S上。定製IC 92 (作為功能塊)具有第一預驅動電路91、第二預驅動電路98、調節器95、針對位置傳感器信號的放大部分96和針對檢測的電壓的放大部分97等。微型計算機94的用於向定製IC 92的第一預驅動電路91輸出操作信號的輸出端子101布置在關於中心線S更接近第一電力模塊60的一側。用於向第二預驅動電路98輸出操作信號的輸出端子102布置在關於中心線S更接近第二電力模塊62的一側。輸出端子101和輸出端子102關於中心線S對稱。定製IC 92的用於將來自微型計算機94的操作信號輸入到第一預驅動電路91的輸入端子103布置在關於中心線S更接近第一電力模塊60的一側。用於將來自微型計算機94的操作信號輸入到第二預驅動電路98的輸入端子104布置在關於中心線S更接近第二電力模塊62的一側。輸入端子103和輸入端子104關於中心線S對稱。定製IC 92的用於將來自第一預驅動電路91的控制信號輸出至第一電力模塊60的輸出端子105布置在關於中心線S更接近第一電力模塊60的一側。用於將來自第二預驅動電路98的控制信號輸出至第二電力模塊62的輸出端子106布置在關於中心線S更接近第二電力模塊62的一側。輸出端子105和輸出端子106關於中心線S對稱。操作信號分別從微型計算機94的輸出端子101和102經由控制板40上形成的印刷布線圖案A和B輸出至第一預驅動電路91的輸入端子103和第二預驅動電路98的輸入端子104。布線圖案A和B關於中心線S對稱。以關於中心線S對稱的方式將第一預驅動電路91和第二預驅動電路98布置在定製IC 92中。但是，第一預驅動電路91和第二預驅動電路98的位置不限於以上布置。這是因為定製IC 92中的布線圖案的長度小於控制板40上的布線圖案的長度，從而對於產生相等阻抗的影響小。第一預驅動電路91在接收到來自微型計算機94的操作信號時，經由布線圖案C至H將控制信號從定製IC 92的輸出端子105輸出至第一電力模塊60中澆注的第一逆變器電路80。更確切地，布線圖案C將控制信號傳輸至用於U相線圈的上臂側上的MOS電晶體81。布線圖案D將控制信號傳輸至用於U相線圈的下臂側上的MOS電晶體84。布線圖案E將控制信號傳輸至用於V相線圈的上臂側上的MOS電晶體82。布線圖案F將控制信號傳輸至用於V相線圈的下臂側上的MOS電晶體85。布線圖案G將控制信號傳輸至用於W相線圈的上臂側上的MOS電晶體83。布線圖案H將控制信號傳輸至用於W相線圈的下臂側上的MOS電晶體86。布線圖案C至H形成與相應相線圈(U相、V相和W相線圈)對應的三對布線圖案(C和D、E和F、G和H)。每對布線圖案形成為幾乎是Z字形狀，其中Z字形具有第一直線部分、第二直線部分和第三直線部分，如下所述。布線圖案C至H中的每一對的第一直線部分在垂直於微型計算機94和定製IC 92的對準線的方向上從定製IC 92的輸出端子105向第一電力模塊60直線延伸。布線圖案C至H中的每一對的第二直線部分成直角彎曲並在接近於第一電力模塊60的一側在與過孔43的方向平行的方向上延伸。更確切地，一對布線圖案C與D的第二直線部分以及另一對布線圖案E與F的第二直線部分在向微型計算機94側的方向上彎曲，而剩下那對的布線圖案G和H的第二直線部分向定製IC 92側的方向上彎曲。各對布線圖案的第二直線部分的每一個延伸至與相應的過孔43對應的位置。然後，布線圖案C至H的各對的第三直線部分再次在與第一直線部分的方向平行的方向上向相應的過孔43彎曲，在過孔43處，每個布線圖案C至H電連接至延伸到每個過孔43中的相應的控制端子64。根據以上結構，將驅動電流的三相交流電從第一逆變器電路80經由電力板70和定子線圈端子27提供給電動機2的第一繞組群。同樣，第二預驅動電路98在接收到來自微型計算機94的操作信號時，經由布線圖案I至N將控制信號從定製IC 92的輸出端子106輸出至第二電力模塊62中澆注的第二逆變器電路89。更確切地，布線圖案I將控制信號傳輸至用於U相線圈的上臂側上的MOS電晶體(未示出)。布線圖案J將控制信號傳輸至用於U相線圈的下臂側上的MOS電晶體(未示出)。布線圖案K將控制信號傳輸至用於V相線圈的上臂側上的MOS電晶體(未示出)。布線圖案L將控制信號傳輸至用於V相線圈的下臂側上的MOS電晶體(未示出)。布線圖案M將控制信號傳輸至用於W相線圈的上臂側上的MOS電晶體(未示出)。布線圖案N將控制信號傳輸至用於W相線圈的下臂側上的MOS電晶體(未示出)。以與布線圖案C至H類似的方式，布線圖案I至N形成與相應的相線圈(U相、V相和W相線圈)對應的三對布線圖案(I和J、K和L、M和N)。每對布線圖案形成為幾乎是Z字形狀，其中Z字形具有第一直線部分、第二直線部分和第三直線部分，如下所述。布線圖案I至N的每一對的第一直線部分在垂直於微型計算機94和定製IC 92的對準線的方向上從定製IC 92的輸出端子106向第二電力模塊62直線延伸。布線圖案I至N的每一對的第二直線部分成直角彎曲並在接近於第二電力模塊62的一側在與過孔46的方向平行的方向上延伸。更確切地，一對布線圖案I與J的第二直線部分以及另一對布線圖案K與L的第二直線部分在向微型計算機94側的方向上彎曲，而剩下那對的布線圖案M和N的第二直線部分向定製IC 92側的方向上彎曲。各對布線圖案的第二直線部分的每一個延伸至與相應的過孔46對應的位置。然後，布線圖案I至N的各對的第三直線部分再次在與第一直線部分的方向平行的方向上向相應的過孔46彎曲，在過孔46處，每個布線圖案I至J電連接至延伸到每個過孔46中的相應的控制端子66。根據以上結構，將驅動電流的三相交流電從第二逆變器電路89經由電力板70和定子線圈端子觀提供給電動機2的第二繞組群。布線圖案C至H與布線圖案I至N關於中心線S對稱。因此，布線圖案C至H的阻抗與布線圖案I至N的阻抗幾乎相等。因此，第一逆變器電路80的MOS電晶體81至86的柵極輸入信號與第二逆變器電路89的MOS電晶體的柵極輸入信號幾乎相等。這意味著要提供給電動機2的第一繞組群的驅動電流與要提供給電動機2的第二繞組群的驅動電流幾乎相等。但是，布線圖案C至H與布線圖案I至N不應當被限制於上述布置。逆變器電路的U相、V相和W相的端子位置不一定關於中心線S對稱。這是因為可以通過修改布線圖案使第一電力模塊的阻抗幾乎等於第二電力模塊的阻抗。控制器3容納在蓋68中。蓋68由諸如鐵的磁性材料製成，用於防止電壓從控制器3洩露到其外部並且還防止灰塵進入到控制器3內。蓋68通過螺栓57與熱沉50 —起固定到電動機外殼10上。在蓋中與控制連接器45和電力連接器79對應的位置處形成開口 69。控制連接器45和電力連接器79在徑向上從開口 69向外延伸。在電動機外殼10和蓋68之間設置樹脂引導構件16。在樹脂引導構件16中與電力連接器79側上的開口 69對應的位置處形成突出壁18。將說明驅動裝置1的操作。微型計算機94生成脈衝信號(操作信號)，通過PWM控制並基於來自位置傳感器93、扭矩傳感器8、分流電阻器99等的信號經由預驅動電流91和99產生該脈衝信號，以使得取決於車輛速度來輔助方向盤5的轉向操作。脈衝信號被輸入到分別在第一電力模塊60和第二電力模塊62中設置的兩個系統的逆變器電路80和89，以便控制MOS電晶體的接通和切斷的操作。結果，不同相的正弦波驅動電流被提供給定子繞組26的第一和第二繞組群的每個線圈，以使得生成轉動磁場。通過轉動磁場使轉子30和轉動杆35轉動。然後，驅動力從輸出部分37輸出至柱軸6的齒輪箱以便輔助車輛駕駛員進行的方向盤5的轉向操作。本實施例的驅動裝置1的控制器3具有以下優點。根據本實施例，微型計算機94和定製IC 92安裝到控制板40的中心線S上。在微型計算機94中，用於將操作信號輸出至第一預驅動電路91的輸出端子101和用於將操作信號輸出至第二預驅動電路98的輸出端子101被布置為關於中心線S對稱。在定製IC92中，輸入端子103和輸出端子104同樣布置為關於中心線S對稱，其中來自微型計算機94的操作信號通過輸入端子103輸入到第一預驅動電路91中，來自微型計算機94的操作信號通過輸入端子104輸入到第二預驅動電路98中。另外，用於將來自第一預驅動電路91的控制信號輸出至第一逆變器電路80的輸出端子105和用於將來自第二預驅動電路98的控制信號輸出至第二逆變器電路89的輸出端子106同樣被布置為關於中心線S對稱。根據以上結構，可以容易地使微型計算機94和定製IC 92之間的布線圖案A的長度等於微型計算機94和定製IC 92之間的布線圖案B的長度。換言之，可以容易地使從微型計算機94到第一預驅動電路91的阻抗與從微型計算機94到第二預驅動電路98的阻抗彼此相等。另外，可以容易地使第一預驅動電路91和第一逆變器電路80之間的布線圖案C至H的長度等於第二預驅動電路98和第二逆變器電路89之間的布線圖案I至N的長度。換言之，可以容易地使第一預驅動電路91和第一逆變器電路80之間的阻抗與第二預驅動電路98和第二逆變器電路89之間的阻抗彼此相等。如上，可以容易地使從微型計算機94到第一逆變器電路80的阻抗與從微型計算機94到第二逆變器電路89的阻抗彼此相等。結果，可以容易地使要從第一逆變器電路80提供給電動機2的第一繞組群的驅動電流等於要從第二逆變器電路89提供給電動機2的第二繞組群的驅動電流。因此，可以改善電動機2的轉動平衡。根據本實施例，可以將用於將微型計算機94連接至第一預驅動電路91的布線圖案A和用於將微型計算機94連接至第二預驅動電路98的布線圖案B彼此不相交地形成在電路板40上。以類似的方式，可以將用於將第一預驅動電路91連接至第一逆變器電路80的布線圖案C至H和用於將第二預驅動電路98連接至第二逆變器電路89的布線圖案I至N彼此不相交地形成在電路板40上。因此，可以簡化控制板40上的布線圖案的結構並且抑制串擾。根據本實施例，將用於將微型計算機94連接至第一預驅動電路91的布線圖案A和用於將微型計算機94連接至第二預驅動電路98的布線圖案B以關於中心線S對稱的方式設置在控制板40上。以類似的方式，將用於將第一預驅動電路91連接至第一逆變器電路80的布線圖案C至H和用於將第二預驅動電路98連接至第二逆變器電路89的布線圖案I至N以關於中心線S對稱的方式設置在控制板40上。根據這樣的結構，可以容易地使從微型計算機94到第一逆變器電路80的布線圖案A和C至H的阻抗與從微型計算機94到第二逆變器電路89的布線圖案B和I至N的阻抗彼此相等。(第二實施例)圖9示出了根據本發明的第二實施例的用於控制器的控制板40。在第二實施例中使用相同的參考標號用於代表與第一實施例相同或類似的部件或部分，由此儘可能地省略重複的說明。根據本實施例，定製IC由第一定製IC 921和第二定製IC 922組成。第一定製IC 921具有第一預驅動電路91，而第二定製IC 922具有第二預驅動電路98。第一定製IC 921和第二定製IC 922以關於中心線S對稱的方式布置在控制板40上。輸入端子103設置在第一定製IC 921中在到第二定製IC 922的那側上，操作信號通過輸入端子103從微型計算機94輸入到第一預驅動電路91中。輸出端子105設置在第一定製IC 921中在到第一電力模塊60的那側上，輸出端子105用於將控制信號從第一預驅動電路91輸出至第一電力模塊60的第一逆變器電路80。以類似的方式，輸入端子104設置在第二定製IC 922中在到第一定製IC 921的那側上，操作信號通過輸入端子104從微型計算機94輸入到第二預驅動電路98中。輸出端子106設置在第二定製IC 922中在到第二電力模塊62的那側上，輸出端子106用於將控制信號從第二預驅動電路98輸出至第二電力模塊62的第二逆變器電路89。
操作信號從微型計算機94的輸出端子101經由控制板40上形成的布線圖案A輸出至第一定製IC 921中形成的第一預驅動電路91的輸入端子103。以類似的方式，操作信號從微型計算機94的輸出端子102經由控制板40上形成的布線圖案B輸出至第二定製IC 922中形成的第二預驅動電路98的輸入端子104。每個布線圖案A由四個直線部分組成，這四個直線部分一個接一個地連續連接並形成為幾乎Z形。第一直線部分從輸出端子101起在微型計算機94和第一定製IC 921的對準方向上延伸。第二直線部分在微型計算機94和定製IC 921之間的位置處向中心線S彎曲、即沿垂直於對準方向的方向。第三直線部分在不到中心線S的位置處彎曲並且在對準方向上延伸預定距離。第四直線部分在垂直於對準方向的方向上向對應的輸入端子103彎曲，在輸入端子103處，布線圖案A連接至輸入端子103。以類似的方式，每個布線圖案B由四個直線部分組成，這四個直線部分一個接一個地連續連接並形成為幾乎Z形。第一直線部分從輸出端子102起在微型計算機94和第二定製IC 922的對準方向上延伸。第二直線部分在微型計算機94和定製IC 922之間的位置處向中心線S彎曲、即沿垂直於對準方向的方向。第三直線部分在不到中心線S的位置彎曲並且在對準方向上延伸預定距離。第四直線部分在垂直於對準方向的方向上向對應的輸入端子104彎曲，在輸入端子104處，布線圖案B連接至輸入端子104。第一預驅動電路91在接收到來自微型計算機94的操作信號時，經由布線圖案C至H將控制信號從第一定製IC 921的輸出端子105輸出至第一電力模塊60中澆注的第一逆變器電路80。以與第一實施例類似的方式，布線圖案C至H形成與相應相線圈(U相、V相和W相線圈)對應的三對布線圖案(C和D、E和F、G和H)。每對布線圖案形成為幾乎是Z字形狀，其中Z字形具有一個接一個地連續連接的第一至第三直線部分，如下所述。布線圖案C至H的每一對的第一直線部分在垂直於微型計算機94和第一定製IC 921的對準線的方向上從第一定製IC 921的輸出端子105向第一電力模塊60延伸。第二直線部分成直角彎曲並在接近於第一電力模塊60的一側在與過孔43的方向平行的方向上延伸。更確切地，一對布線圖案C與D的第二直線部分以及另一對布線圖案E與F的第二直線部分在向微型計算機94側的方向上彎曲，而剩下那對的布線圖案G和H的第二直線部分向第一定製IC 921側的方向上彎曲。各對布線圖案的第二直線部分的每一個延伸至與相應的過孔43對應的位置。然後，布線圖案C至H中的各對的第三直線部分再次在與第一直線部分的方向平行的方向上向相應的過孔43彎曲，在過孔43處，每個布線圖案C至H電連接至延伸到每個過孔43中的相應的控制端子64。根據以上結構，將驅動電流的三相交流電從第一逆變器電路80經由電力端子65、電力板70和定子線圈端子27提供給電動機2的第一繞組群。同樣，第二預驅動電路98在接收到來自微型計算機94的操作信號時，經由布線圖案I至N將控制信號從第二定製IC 922的輸出端子106輸出至第二電力模塊62中澆注的第二逆變器電路89。以與以上布線圖案C至H類似的方式，布線圖案I至N形成與相應的相線圈(U相、V相和W相線圈)對應的三對布線圖案(I和J、K和L、M和N)。每對布線圖案形成為幾乎是Z字形狀，其中Z字形具有一個接一個地連續連接的第一至第三直線部分，如下所述。布線圖案I至N的每一對的第一直線部分在垂直於微型計算機94和第二定製IC 922的對準線的方向上從第二定製IC 922的輸出端子106向第二電力模塊62延伸。第二直線部分成直角彎曲並在接近於第二電力模塊62的一側在與過孔46的方向平行的方向上延伸。更確切地，一對布線圖案I與J的第二直線部分以及另一對布線圖案K與L的第二直線部分在向微型計算機94側的方向上彎曲，而剩下那對的布線圖案M和N的第二直線部分向第二定製IC922側的方向上彎曲。各對布線圖案的第二直線部分的每一個延伸至與相應的過孔46對應的位置。然後，布線圖案I至N中各對的第三直線部分再次在與第一直線部分的方向平行的方向上向相應的過孔46彎曲，在過孔46處，每個布線圖案I至N電連接至延伸到每個過孔46中的相應的控制端子66。根據以上結構，將驅動電流的三相交流電從第二逆變器電路89經由電力端子65、電力板70和定子線圈端子觀提供給電動機2的第二繞組群。但是，布線圖案C至H與布線圖案I至N不應當被限制於上述布置。逆變器電路的U相、V相和W相的端子位置不一定關於中心線S對稱。這是因為可以通過修改布線圖案使第一電力模塊的阻抗幾乎等於第二電力模塊的阻抗。根據本實施例，第一預驅動電路91和第二預驅動電路98設置在相應的定製IC921和922中。即使根據這樣的結構，也可以容易地使從微型計算機94到第一逆變器電路80的布線圖案A和C至H的阻抗與從微型計算機94到第二逆變器電路89的布線圖案B和I至N的阻抗彼此相等。(另外的修改)根據以上實施例，控制器3設置在電動機2的作為齒輪箱7的相對側的軸向端處。控制器3可以設置在電動機2的軸向端處但是在電動機2和齒輪箱7之間。在這樣的修改中，電動機2的轉動杆穿過第一熱輻射塊51和第二熱輻射塊52、控制板40和電力板70包圍的空間、朝著齒輪箱延伸。根據以上實施例，由逆變器電路的兩個系統對電動機2進行操作。但是，可以由逆變器電路的多於兩個的系統對電動機進行操作。另外，代替三相逆變器電路，可以由H橋電路(作為供電電路)對電動機進行操作。在這樣的修改中，電動機時電刷型電動機。根據以上實施例，所有MOS電晶體都是樹脂澆注在電力模塊中的。但是，一部分MOS電晶體可以是樹脂澆注的。電力模塊的個數可以多於兩個。根據以上實施例，MOS電晶體用作開關元件。但是，可以使用其他類型的開關元件。另外，根據以上實施例，熱沉由相互耦合的兩個熱輻射塊組成。但是，可以單獨形成熱輻射塊。以上驅動裝置應用於EPS。本發明的驅動裝置可以應用於其他領域。如上，本發明不應當限於以上實施例，而是可以在不背離本發明的精神的情況下以各種方式修改。
權利要求
1.一種用於驅動和控制電動機的轉動的控制器，包括第一電流提供電路(80)，用於經由第一電力線(65，27)向所述電動機(2)提供驅動電流；第二電流提供電路(89)，用於經由第二電力線(65J8)向所述電動機(2)提供驅動電流；控制板(40)，控制端子(64，66)連接到所述控制板(40)，其中用於對所述第一電流提供電路(80)和所述第二電流提供電路(89)中包括的開關元件的開關操作進行控制的控制信號被輸入到所述控制端子(64，66)；集成電路(92，921，922)，安裝到所述控制板(40)，並且具有用於向所述第一電流提供電路(80)輸出所述控制信號的第一預驅動電路(91)和用於向所述第二電流提供電路(89)輸出所述控制信號的第二預驅動電路(98)；以及微型計算機(94)，安裝到所述控制板00)的中心線(S)上，用於輸出操作信號，所述操作信號用於對所述第一預驅動電路(91)和所述第二預驅動電路(98)的所述控制信號的輸出進行控制，其中所述中心線(S)與所述第一電流提供電路(80)之間的距離和所述中心線⑶與所述第二電流提供電路(89)之間的距離基本上彼此相等，其中，所述微型計算機(94)的用於向所述第一預驅動電路(91)輸出所述操作信號的輸出端子(101)和所述微型計算機(94)的用於向所述第二預驅動電路(98)輸出所述操作信號的輸出端子(102)被布置為關於所述中心線(S)對稱，其中，所述集成電路(92，921，92幻具有第一輸入端子(10 和第二輸入端子(104)，所述第一輸入端子(10 和所述第二輸入端子(104)以關於所述中心線( 對稱的方式安裝到所述控制板(40)，其中所述操作信號分別經由所述控制板00)上形成的布線圖(A，B)從所述微型計算機(94)傳輸至所述第一輸入端子(10 和所述第二輸入端子(104)，然後被輸入到所述第一預驅動電路(91)和所述第二預驅動電路(98)中，並且其中，所述集成電路(92，921，92幻具有第一輸出端子(10 和第二輸出端子(106)，所述第一輸出端子(105)和所述第二輸出端子(106)以關於所述中心線(S)對稱的方式安裝到所述控制板(40)，其中所述控制信號分別經由所述控制板00)上形成的布線圖(C至H，I至N)從所述第一預驅動電路(91)和所述第二預驅動電路(98)輸出至所述第一電流提供電路(80)和所述第二電流提供電路(89)。
2.根據權利要求1所述的控制器，其中用於將所述微型計算機(94)連接至所述第一預驅動電路(91)的所述布線圖(A)和用於將所述微型計算機(94)連接至所述第二預驅動電路(98)的所述布線圖(B)以關於所述中心線⑶對稱的方式形成在所述控制板GO)上，以及用於將所述第一預驅動電路(91)連接至所述第一電流提供電路(80)的所述布線圖(C至H)和用於將所述第二預驅動電路(98)連接至所述第二電流提供電路(89)的所述布線圖(I至N)以關於所述中心線( 對稱的方式形成在所述控制板GO)上。
3.根據權利要求1或者2所述的控制器，其中所述集成電路(9 包括所述第一預驅動電路(91)和所述第二預驅動電路(98)，並且所述集成電路(92)安裝到所述控制板00)的所述中心線(S)上。
4.根據權利要求1或者2所述的控制器，其中所述集成電路(921,92 包括具有所述第一預驅動電路(91)的第一集成電路(921)和具有所述第二預驅動電路(98)的第二集成電路(922)，以及所述第一集成電路(921)和所述第二集成電路(922)以關於所述中心線⑶對稱的方式安裝到所述控制板GO)。
5.根據權利要求1或者2所述的控制器，還包括熱沉(50)，具有第一熱輻射塊(51)和第二熱輻射塊(52)，其中包括所述第一電流提供電路(80)的第一電力模塊(60)附接到所述第一熱輻射塊(51)並且包括所述第二電流提供電路(89)的第二電力模塊(6 附接到所述第二熱輻射塊(52)，以及以所述控制板GO)跨過所述第一熱輻射塊(51)和所述第二熱輻射塊(5 的方式將所述控制板GO)固定到所述熱沉(50)。
6.根據權利要求1或者2所述的控制器，其中所述電動機( 具有第一繞組群，所述第一繞組群用於在所述驅動電流從所述第一電流提供電路(80)提供給所述電動機O)時生成轉動磁場，以及所述電動機( 具有第二繞組群，所述第二繞組群用於在所述驅動電流從所述第二電流提供電路(89)提供給所述電動機O)時生成轉動磁場。
全文摘要
本發明公開了用於驅動和控制電動機的轉動的控制器。第一和第二逆變器電路(80，89)中的每個用不同的電力線(27，28)向電動機(2)提供驅動電流。定製IC(92)具有用於向第一逆變器電路(80)輸出控制信號的第一預驅動電路(91)和用於向第二逆變器電路(89)輸出控制信號的第二預驅動電路(98)。用於向第一和第二預驅動電路(91，98)輸出操作信號的微型計算機(94)安裝到控制板(40)的中心線(S)上。中心線(S)與第一逆變器電路(80)之間的距離和中心線(S)與第二逆變器(89)之間的距離彼此相等。微型計算機(94)的第一和第二輸出端子(101，102)以及定製IC(92)的第一和第二輸入和輸出端子(103，104，105，106)關於中心線對稱。
文檔編號H02P6/22GK102570937SQ20111044181
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月26日 優先權日2010年12月28日
發明者山崎雅志 申請人:株式會社電裝