电子控制装置及电子控制装置的组装方法与流程

1.本发明涉及一种适用于设置于电动助力转向装置的电子控制装置及其组装方法。


背景技术：

2.作为本技术领域的背景技术，已知有日本专利特开2016
‑
36244号公报(专利文献1)所记载的电动助力转向装置的驱动装置。
3.在专利文献1的驱动装置中，基板41设置在电机的一侧。第一开关元件(sw元件)51～56配置于发热元件安装面42。第二开关元件(sw元件)61～66配置于基板41的第二区域r2，该第二区域r2为与配置有第一开关元件51～56的表面相同的表面，隔着电机10的轴中心o与配置有第一开关元件51～56的第一区域r1为相反侧的区域。第一电机线135从第一绕组逐相取出并排列配置在基板41上，第二电机线145从第二绕组逐相取出并排列配置在基板41上。第一电机线135及第一开关元件51～56与第二电机线145及第二开关元件61～66从电力供给区域rin侧开始的相排列为相反顺序。由此，来自电力供给区域rin的配线长度的相间偏差被降低。以上参照摘要。此外，上述的附图标记直接记载了专利文献1中记载的附图标记，与本说明书和附图中的附图标记没有关系。现有技术文献专利文献
4.专利文献1:日本专利特开2016
‑
36244号公报


技术实现要素：

发明要解决的课题
5.在专利文献1的驱动装置中，第一电机线及第一开关元件与第二电机线及第二开关元件隔着电机的轴中心配置在相反侧的区域。第一电机线和第一开关元件优选配置在接近的位置，第二电机线和第二开关元件优选配置在接近的位置。另外，由于第一开关元件及第二开关元件是发热元件，因此优选使配置有第一开关元件的第一区域及配置有第二开关元件的第二区域中的基板的背面侧(相对于发热元件安装面的相反侧的表面)与框架构件(在本说明书中称为基体)接触，提高从基板向框架构件的散热效果。在这种情况下，不能在第一区域和第二区域中的基板的背面侧安装部件。
6.为了装置的小型化，优选将基板的背面侧作为部件的安装面而有效利用。在该情况下，若如专利文献1的驱动装置那样，第一电机线及第一开关元件与第二电机线及第二开关元件隔着电机的轴中心配置在相反侧的区域，则基板和框架构件的接触部分散配置，基板背面侧的部件的安装效率降低。
7.本发明的目的在于提高部件的安装效率。用于解决课题的手段
8.为了达到上述目的，本发明的电子控制装置具备：电源基板，其具有第一插通孔部和第二插通孔部，所述第一插通孔部具有供第一
系统的线圈线插通的多个孔，所述第二插通孔部具有供第二系统的线圈线插通的多个孔；控制基板，其设置在所述电源基板的上部；以及基板间连接器，其将所述电源基板和所述控制基板电连接，所述第一插通孔部和所述第二插通孔部统一配置在所述电源基板的同一侧。发明效果
9.根据本发明，能够集约发热部件，能够有效地利用电源基板的背面侧，因此能够提高部件的安装效率。上述以外的课题、构成以及效果通过以下的实施方式的说明而加以明确。
附图说明
10.图1是本发明的一个实施例的电动助力转向装置的整体立体图。图2是包含本发明的一个实施例的电动助力转向装置的电子控制装置的截面的分解立体图。图3是从图2中除去了控制基板的电子控制装置的立体图。图4是表示电源基板的开关元件搭载面的俯视图。图5是表示在基体上组装了电源基板的状态的包含截面的立体图。图6a是表示电源基板的挠曲防止构造的立体图。图6b是表示挠曲防止构造的配置和挠曲量的解析中的负荷的输入位置的电源基板的立体图。图6c是表示设置了挠曲防止构造时的挠曲量的解析结果的电源基板的立体图。图6d是表示没有挠曲防止构造时的挠曲量的解析结果的电源基板的立体图。图7是说明线圈线的末端处理的概念图。图8是表示用于线圈线的末端处理的梳齿夹具的图。
具体实施方式
11.参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在以下的说明中，有时指定上下方向以及左右方向来进行说明，但该上下方向以及左右方向基于图2
‑
图5、图8中的上下方向以及左右方向，与装置的实际安装状态下的上下方向以及左右方向未必一致。
12.图1是作为适用本发明的一例的电动助力转向装置1的整体立体图。
13.电动助力转向装置1是用于对汽车的转向轮(通常为前轮)进行转向的装置，以图1所示的方式而构成。在与未图示的方向盘连结的转向轴2的下端设有未图示的小齿轮，该小齿轮在车身左右方向上较长，与未图示的齿条啮合。在该齿条的两端连结有用于将前轮向左右方向转向的横拉杆3，齿条被齿条壳体4覆盖。而且，在齿条壳体4与横拉杆3之间设有橡胶套5。
14.为了辅助转动操作方向盘时的转矩，设有电动驱动装置6。电动驱动装置6具备：检测转向轴2的转动方向和转动转矩的转矩传感器7；基于转矩传感器7的检测值并经由齿轮10对齿条赋予转向辅助力的电机部8；以及对配置于电机部8的电机进行控制的电子控制装置(ecu)9。电动驱动装置6的电机部8的输出轴侧的外周部的多个部位经由未图示的螺栓与齿轮10连接，在电机部8的输出轴侧的相反侧的端部设有电子控制装置9。此外，转矩传感器
7有时也与电动驱动装置6分开构成。
15.在电动驱动装置6中，当通过操作方向盘使转向轴2向任一方向转动操作时，转矩传感器7检测该转向轴2的转动方向和转动转矩，基于该检测值，电子控制装置9运算电机的驱动操作量。基于该计算出的驱动操作量，通过电源基板(逆变器基板、电力转换基板)23(参照图2)的开关元件101来驱动电机，电机的输出轴以向与操作方向相同的方向驱动转向轴2的方式转动。输出轴的转动从未图示的小齿轮经由齿轮10向未图示的齿条传递，使汽车转向。这些结构、作用已经众所周知，因此省略进一步的说明。
16.图2是包含本发明的一个实施例的电动助力转向装置1的电子控制装置9的截面的分解立体图。图3是从图2中除去了控制基板23的电子控制装置9的立体图。此外，在图2中，省略了覆盖电源基板23和控制基板25的罩的图示。
17.电子控制装置9固定于电机的沿着旋转轴(输出轴)的轴向ad的一端部(与输出轴侧相反的一侧的端部)。在本实施例中，以电机的旋转轴(输出轴)为基准来规定轴向ad，在以下的说明中，将沿着旋转轴的轴向ad的方向简称为轴向来进行说明。
18.如图2所示，电子控制装置9构成为具备基体(basic substance)21、固定于基体21的电源基板23及控制基板25。电子控制装置9的基体21固定在电机部8的电机壳体(未图示)上。基体21和电机壳体使用铝合金等制作。电源基板23和控制基板25在轴向ad上层叠，电源基板23相对于控制基板25配置在基体21侧(下侧)。即，控制基板25相对于电源基板23配置在与基体21侧相反的一侧(上侧)。
19.设置于电机部8的电机的线圈的引出线(线圈输入端子)8a贯穿基体21而引出到电源基板23的上表面侧(与基体21侧相反的一侧)，与电源基板23的开关元件101的输出端子电连接。为此，在电源基板23的基板构件(电源基板构件)23a上设置贯通孔23aa，线圈输入端子8a插通贯通孔23aa而引出到电源基板23的上表面侧。线圈输入端子8a钎焊在基板构件23a上，与电源基板23电连接。此外，不限于钎焊，也可以是熔接(热铆接)、tig焊接、压合等。
20.在本实施例中，上述的线圈的引出线(线圈输入端子)8a作为线圈的一部分进行处理，简称为线圈进行说明。
21.在电源基板23上配置有开关元件101、电容器102、电源端子103、磁传感器104、基板间连接器105以及fs继电器/电源滤波扼流圈106(参照图5)等，这些电气电子部件构成电源电路(电力转换电路)。开关元件101将直流电源转换为三相交流电源。电容器102由铝电解电容器等构成，通过进行充放电来抑制开关噪声等电压变动。电源端子103是供外部电源连接的端子。磁传感器104是检测电机的旋转角的传感器。基板间连接器105是进行与控制基板25的电连接的电路部件。fs继电器/电源滤波扼流圈106中的fs继电器是在故障时切断流过电机的电流的电路部件，电源滤波扼流圈是抑制开关噪声的传播的电路部件。
22.图4是表示电源基板23的开关元件搭载面的俯视图。
23.在本实施例中，电机部8的线圈和包括开关元件101、电容器102以及电源端子103的驱动电路设置有两个系统。在需要区别两个系统的情况下，将各部件如“第一”以及“第二”那样进行编号来进行说明。
24.o是电机的旋转轴的中心(轴中心)所对置的位置。在本实施例中，第一系统和第二系统以通过轴中心位置o且与基板23的部件安装面平行的直线l23为边界，相对于直线l23
左右分开地配置。此外，相对于直线l23，将左侧称为第一系统，将右侧称为第二系统。
25.电源基板(逆变器基板、电力转换基板)23的电源基板构件23a具有：第一插通孔部r1a，其具有供第一系统的(被供电侧的)线圈引出线8a插通的多个孔(贯通孔、线圈引出线插通孔)23aa
‑
1u、23aa
‑
1v、23aa
‑
1w；第二插通孔部r2a，其具有供第二系统的(被供电侧的)线圈引出线8a插通的多个孔(贯通孔、线圈引出线插通孔)23aa
‑
2u、23aa
‑
2v、23aa
‑
2w。
26.电源基板23的上侧(与基体21侧相反的一侧)设有控制基板25，电源基板23和控制基板25通过基板间连接器105、202电连接。为此，在电源基板23上设置基板间连接器105，在控制基板25上设置基板间连接器202。此外，控制基板25设有用于计算用于控制电机的控制信号的集成电路201等。
27.第一插通孔部r1a和第二插通孔部r2a在沿着直线l23的方向上，相对于轴中心位置o统一配置在电源基板23的同一侧。即，第一插通孔部r1a和第二插通孔部r2a在沿着直线l23的方向上，相对于轴中心位置o集约配置在同一侧。在该情况下，第一插通孔部r1a和第二插通孔部r2a配置在电源基板23的外周缘部，由第一系统的第一孔23aa
‑
2u、23aa
‑
2v、23aa
‑
2w和第二系统的第二孔23aa
‑
2u、23aa
‑
2v、23aa
‑
2w构成的6个孔以均等的间隔配置。在本实施例中，将6个孔配置成圆弧状，但也可以配置成直线状。
28.在电源基板23上安装有第一线圈引出线8a
‑
1u、8a
‑
1v、8a
‑
1w(参照图7)、第一开关元件101
‑
1、第一电容器102
‑
1以及第一电源端子103
‑
1，供第一线圈引出线8a
‑
1u、8a
‑
1v、8a
‑
1w连接的第一插通孔部r1a、供第一开关元件101
‑
1配置的第一开关元件安装部r1b、供第一电容器102
‑
1配置的第一电容器安装部r1c以及供第一电源端子103
‑
1配置的第一电源端子安装部r1d沿着l字状的直线线段l1，从第一插通孔部r1a侧朝向第一电源端子安装部r1d侧，按照第一插通孔部r1a、第一开关元件安装部r1b、第一电容器安装部r1c和第一电源端子安装部r1d的顺序配置。
29.另外，在电源基板23上安装有第二线圈引出线8a
‑
2u、8a
‑
2v、8a
‑
2w(参照图7)、第二开关元件101
‑
2、第二电容器102
‑
2以及第二电源端子103
‑
2，供第二线圈引出线8a
‑
2u、8a
‑
2v、8a
‑
2w连接的第二插通孔部r2a、供第二开关元件101
‑
2配置的第二开关元件安装部r2b、供第二电容器102
‑
2配置的第二电容器安装部r2c以及供第二电源端子103
‑
2配置的第二电源端子安装部r2d沿着l字状的直线线段l2，从第二插通孔部r2a侧朝向第二电源端子安装部r2d侧，按照第二插通孔部r2a、第二开关元件安装部r2b、第二电容器安装部r2c和第二电源端子安装部r2d的顺序配置。
30.第一系统中的第一插通孔部r1a、第一开关元件安装部r1b、第一电容器安装部r1c以及第一电源端子安装部r1d与第二系统中的第二插通孔部r2a、第二开关元件安装部r2b、第二电容器安装部r2c以及第二电源端子安装部r2d相对于直线l23线对称地配置。
31.磁传感器104配置在轴中心位置o。基板间连接器105隔着轴中心位置o配置在第一插通孔部r1a和第二插通孔部r2a的相反侧。因此，磁传感器104配置在第一插通孔部r1a及第二插通孔部r2a与基板间连接器安装部r3之间。
32.通过将两个系统的第一线圈引出线8a
‑
1u、8a
‑
1v、8a
‑
1w以及第二线圈引出线8a
‑
2u、8a
‑
2v、8a
‑
2w统一配置在同一列，能够通过组装设备的小型化、配线效率的提高来提高安装效率，降低基板尺寸。另外，通过将两个系统的第一线圈引出线8a
‑
1u、8a
‑
1v、8a
‑
1w以及第二线圈引出线8a
‑
2u、8a
‑
2v、8a
‑
2w统一配置在同一列，能够使开关元件101、电容器102
的配置最佳化，能够使产品尺寸小型化。
33.图5是表示在基体21上组装了电源基板23的状态的包含截面的立体图。
34.为了缩短配线，优选将第一线圈引出线8a
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1u、8a
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1v、8a
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1w和第一开关元件101
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1配置在接近的位置，优选将第二线圈引出线8a
‑
2u、8a
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2v、8a
‑
2w和第二开关元件101
‑
2配置在接近的位置。另外，由于第一开关元件101
‑
1及第二开关元件101
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2是发热元件，因此优选电源基板23中的第一开关元件安装部r1b及第二开关元件安装部r2b的背面侧(相对于发热元件安装面的相反侧的面)与基体21接触，提高从电源基板23向基体21的散热效果。
35.因此，在本实施例中，如图2和图5所示，在基体21上设置向电源基板23侧突出的凸部21d，使凸部21d的上端面与电源基板23的背面接触。在这种情况下，在电源基板23中的第一开关元件安装部r1b和第二开关元件安装部r2b的背面侧无法安装部件。
36.因此，在本实施例中，通过将第一线圈引出线8a
‑
1u、8a
‑
1v、8a
‑
1w以及第二线圈引出线8a
‑
2u、8a
‑
2v、8a
‑
2w统一配置在同列上，将第一开关元件101
‑
1和第二开关元件101
‑
2集约配置。即，第一开关元件101
‑
1和第二开关元件101
‑
2集中在一处安装在电源基板23的上表面。如果第一开关元件安装部r1b和第二开关元件安装部r2b分隔地配置，则凸部21d的范围变大，电源基板23的背面侧的部件安装面变小。在本实施例中，能够紧凑地集中电源基板23中的第一开关元件安装部r1b和第二开关元件安装部r2b的背面侧抵接的凸部21d，能够减少因凸部21d而消失的空间。另外，在第一开关元件安装部r1b和第二开关元件安装部r2b分隔地配置的情况下，若分割凸部21d，则电源基板23的背面侧的部件安装面被分割，部件的安装效率降低。在本实施例中，能够防止部件安装面被分割。由此，在本实施例中，电源基板23的背面侧的部件的安装效率提高。
37.在本实施例中，将开关元件101等高发热部件安装在电源基板23的上表面，将fs继电器/电源滤波扼流圈106等低发热部件安装在电源基板23的下表面，仅将需要冷却的部件安装在上表面，由此能够提高基板安装效率。另外，在开关元件101的背面侧不搭载电子部件，由此能够使基体(框体)21与电源基板23接触，能够提高冷却效果。通过开关元件(mosfet)101的集约化，能够简化构成基体(框体)21的铝壳体结构的冷却部，由此能够减小产品尺寸。
38.此外，基体21通过未图示的螺栓固定在未图示的电机壳体上。为此，在基体21的电机壳体侧的外周设有多个插通螺栓的螺栓插通孔21a。另外，如上所述，基体21也是兼作对电源基板23的开关元件101等产生的热进行散热的散热装置的部件。为此，在基体21上设置凸部21d。即，基体21具有第一凸部21d，该第一凸部21d与电源基板23的背面中的位于供包括开关元件101的高发热部件安装的安装部的正下方的部分接触。为了确保电源基板23与凸部21d的接触，在基体21中，在凸部21d的旁边设置有多个固定电源基板23的电源基板固定部21b(参照图3)。电源基板23在贯通孔23ab中插通未图示的螺钉，螺纹固定在电源基板固定部21b上。
39.此外，控制基板25在贯通孔25aa中插通未图示的螺钉，螺纹固定在设置于基体21的固定部(控制基板固定部)21ca。由于控制基板25在电源基板23的上侧分隔地层叠配置，所以控制基板固定部21ca以位于比电源基板固定部21b高的位置的方式设置在延伸到比凸部21d的上端面高的位置的柱状部21c的上端面。
40.图6a是表示电源基板的挠曲防止构造的立体图。图6b是表示挠曲防止构造的配置
和挠曲量的解析中的负荷的输入位置的电源基板的立体图。图6c是表示设置了挠曲防止构造时的挠曲量的解析结果的电源基板的立体图。图6d是表示没有挠曲防止构造时的挠曲量的解析结果的电源基板的立体图。
41.在本实施例中，在从电源基板23的轴中心位置o向与直线l23垂直的方向的安装面上，对称配置电子部件及电源端子103，使电源基板23中的第一电源端子安装部r1d及第二电源端子安装部r2d的背面侧与基体(框体)21接触。即，在与通过电源基板23的轴中心位置o且相对于电源基板23的基板面平行的直线l23正交并与所述基板面平行的方向的安装面上，相对于直线l23对称配置第一电源端子101
‑
1和第二电源端子101
‑
2，使电源基板23中的第一电源端子安装部r1d及第二电源端子安装部r1d的背面侧与支承电源基板23的基体21接触。为此，在基体21上设置与电源基板23中的第一电源端子安装部r1d和第二电源端子安装部r2d的背面侧接触的凸部21f。
42.即，基体21具有与电源基板23的背面中位于供第一电源端子(第一系统的电源端子)安装的安装部的正下方的部分接触的第二凸部21f、以及与位于供第一电源端子(第二系统的电源端子)安装的安装部的正下方的部分接触的第三凸部21f。
43.外部电源侧的端子从上方向下方强力地插入电源端子103。电源基板23经由电源端子103受到该强力而变形。图6c的设置有凸部21f的构造与图6d的未设置凸部21f的构造相比，在外部电源端子的接合时电源基板23的变形量受到抑制。
44.在本实施例中，通过使电源端子103远离电机中心(即，轴中心位置o)，能够在电源基板23的外周部设置基板挠曲防止构造(凸部21f)，能够降低电源基板23的挠曲(变形)。由此，能够不需要电源端子103附近的螺钉固定，电源基板23的安装效率提高。此外，在电源基板23中，由于在轴中心位置o搭载有磁传感器(旋转角度传感器)104，因此无法设置基板挠曲防止构造。
45.另外，在本实施例中，出于与凸部21f相同的目的，在配置有基板间连接器105的基板间连接器安装部r3的背面侧也设置有与该背面接触的凸部21e。即，基体21具有与电源基板23的背面中的位于供基板间连接器105安装的安装部的正下方的部分接触的第四凸部。
46.图7是说明线圈线的末端处理的概念图。图8是表示用于线圈线的末端处理的梳齿夹具的图。
47.将两个系统的线圈线按每个系统集中配线，通过在电机的内部进行矫正以使线圈线的终端成为同列直线状，由此能够将电源基板23侧的插通孔23aa集约化，能够减小产品尺寸。
48.当在电机内部矫正线圈线并向电源基板23侧引出的情况下，由于线圈线的反作用力，线圈线的尺寸位置精度变差，与电源基板23的连接变得困难。因此，通过用梳齿夹具50a、50b固定线圈线位置，即使是在电机内部矫正后的线圈线也能够插入电源基板23的插通孔23aa。此外，除了梳齿夹具以外，也可以将具有线圈引导功能的部件安装于电机壳体。
49.在本发明的实施例中，作为电子控制装置的组装方法，可以实施如下的组装方法。
50.电子控制装置9的组装方法，该电子控制装置9具备：电源基板23，其具有第一插通孔部r1a和第二插通孔部r2a，该第一插通孔部r1a具有供第一系统的线圈线8a
‑
1u、8a
‑
1v、8a
‑
1w插通的多个孔23aa
‑
2u、23aa
‑
2v、23aa
‑
2w，该第二插通孔部r2a具有供第二系统的线圈线8a
‑
2u、8a
‑
2v、8a
‑
2w插通的多个孔23aa
‑
2u、23aa
‑
2v、23aa
‑
2w；控制基板25，其设置在电源基板23上部；以及基板间连接器105，其将电源基板23和控制基板25电连接，第一插通孔部r1a和第二插通孔部r2a统一配置在电源基板23的同一侧，将两个系统的线圈线8a
‑
1u、8a
‑
1v、8a
‑
1w、8a
‑
2u、8a
‑
2v、8a
‑
2w按每个系统集中配线，在电机内部进行矫正，以使线圈线8a
‑
1u、8a
‑
1v、8a
‑
1w、8a
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2u、8a
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2v、8a
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2w的终端成为同列直线状，插通至第一插通孔部r1a的多个孔23aa
‑
2u、23aa
‑
2v、23aa
‑
2w及第二插通孔部r2a的多个孔23aa
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2u、23aa
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2v、23aa
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2w中进行组装。
51.此外，本发明不限于上述实施例，包含各种变形例。例如，上述的实施例是为了易于理解地说明本发明而详细说明的，并不限定于必须具备所有的结构。另外，能够将实施例的结构的一部分置换为其他结构，能够对实施例的结构的一部分追加其他结构。附图标记说明
[0052]1…
动力转向装置8a
‑
1u、8a
‑
1v、8a
‑
1w
…
第一系统的线圈线(线圈引出线)8a
‑
2u、8a
‑
2v、8a
‑
2w
…
第二系统的线圈线(线圈引出线)9
…
电子控制装置23
…
电源基板23aa
‑
2u、23aa
‑
2v、23aa
‑
2w
…
第一系统的线圈线插通孔23aa
‑
2u、23aa
‑
2v、23aa
‑
2w
…
第二系统的线圈线插通孔25
…
控制基板105
…
基板间连接器r1a
…
第一插通孔部r2a
…
第二插通孔部。