JP4205098B2 - 自動車の電気式動力補助操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は，自動車の電気式動力補助操舵装置に関し，より詳しくは，印刷回路基板に垂直した形状の金属基板に発熱素子の本体が結合され，放熱板の上面に備えられた結合部に金属基板が結合されることによって，優れた放熱機能を有する電子制御装置を備えた自動車の電気式動力補助操舵装置に関する。

一般に，自動車の動力補助操舵裝置としては，油圧ポンプの油圧を利用した油圧式動力補助操舵裝置（Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ）が使われているが，１９９０年代以後，電気モータを利用した電気式動力補助操舵裝置（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ）が漸次普遍化されている。

既存の油圧式動力補助操舵裝置は，操舵補助動力を供給する動力源である油圧ポンプがエンジンにより駆動されて操舵ホイールの回転の可否と関係なく常にエネルギーを消耗することに比べて，電気式動力補助操舵裝置は操舵ホイールの回転により操舵トルクが発生すれば，モータが発生した操舵トルクに比例する操舵補助動力を供給する。したがって，電気式動力補助操舵裝置を使用する場合には油圧式動力補助操舵裝置を使用する場合に比べてエネルギー効率を向上させることができる。

図１は，従来技術に係る自動車の電気式動力補助操舵装置の構成図である。

図１に示すように，一般的に，電気式動力補助操舵裝置は操舵ホイール１０１から両側の車輪１０８まで繋がる操舵系統１００及び操舵系統１００に操舵補助動力を供給する補助動力機構１２０を含んで構成される。

操舵系統１００は，上段が操舵ホイール１０１に連結されて操舵ホイール１０１と共に回転し，下段は一対のユニバーサルジョイント１０３を介してピニオン軸１０４に連結される操舵軸１０２を含んで構成される。また，ピニオン軸１０４はラック−ピニオン機構部１０５を介してラックバー１０９に連結され，ラックバー１０９の両端はタイロッド１０６とナックルアーム１０７を介して車両の車輪１０８に連結される。

ラック−ピニオン機構部１０５はピニオン軸１０４の下段に形成されるピニオンギア１１１とラックバー１０９の外周面の一側に形成されているラックギア１１２が互いに噛み合って形成され，ラック−ピニオン機構部１０５を介してピニオン軸１０４の回転運動がラックバー１０９の直線運動に変化する。したがって，運転者が操舵ホイール１０１を操作すればピニオン軸１０４が回転し，ピニオン軸１０４の回転によってラックバー１０９が軸方向に直線運動をし，ラックバー１０９の直線運動タイロッド１０６及びナックルアーム１０７を介して車輪１０８を操舵することになる。

補助動力機構１２０は運転者が操舵ホイール１０１に加える操舵トルクを感知して，感知された操舵トルクに比例する電気信号を出力するトルクセンサ１２１，自動車の速度を感知して電気信号を出力する車速センサ１２２，トルクセンサ１２１及び車速センサ１２２から伝えられる電気信号に基づいて制御信号を発生する電子制御装置（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１２３及び電子制御装置１２３から伝えられる制御信号に基づいて補助動力を発生させるモータ１３０を含んで構成される。

したがって，電気式動力補助操舵裝置は，操舵ホイール１０１の回転により発生した操舵トルクがラック−ピニオン機構部１０５を経てラックバー１０９に伝えられ，発生した操舵トルクによってモータ１３０から発生した補助動力がラックバー１０９に伝えられるように構成される。即ち，操舵系統１００から発生したトルクとモータ１３０から発生した補助動力とが合わせられてラックバー１０９を軸方向に運動させるものである。

図２は，従来技術に係る電子制御装置の要部分解斜視図である。

図２に示すように，従来技術に係る電子制御装置は印刷回路基板２０，金属基板２１及び放熱板２２を含んで構成される。

印刷回路基板２０にはモータに供給される電流に含まれている脈流（Ｒｉｐｐｌｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ）を吸収するためのキャパシタ（Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）２０３と，モータに供給される電流を感知するためのシャント抵抗（Ｓｈｕｎｔ Ｒｅｓｉｓｔｏｒ）２０５と，操舵補助動力の大きさ及び方向によってモータに供給される電流をスイッチングする電界効果トランジスタ（ＦＥＴ，Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）２７と，電磁気的ノイズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｎｏｉｓｅ）を除去するためのコイル２０９と，操舵トルク及び車速に基づいて操舵補助動力を計算するためのマイクロコンピュータ（Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ）２１０などが装着されている。

金属基板２１は印刷回路基板２０と所定の距離だけ離隔して設けられ，印刷回路基板２０側の面に電界効果トランジスタ２７の本体２８が結合される。

放熱板２２は電界効果トランジスタ２７の本体２８から発生し，金属基板２１を経て伝えられる熱を空気中に発散する装置であって，金属基板２１の印刷回路基板２０側の背面に設けられ，ねじ２１３により印刷回路基板２０及び金属基板２１に結合される。

このような構成を有する従来技術に係る電子制御装置においては，モータの駆動に必要な電流が流れることによって，電界効果トランジスタ２７の本体２８に多量の熱が発生するにもかかわらず，金属基板２１及び放熱板２２の積層構造上，熱発散効果が弱いという問題があった。

また，熱発散効果を高めるために放熱板２２の厚さを厚くしようとしても，空間上の制約のため，厚くするにも限界があった。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，金属基板と放熱板との積層構造を変化させることによって発熱素子から発生した熱の発散効果が向上することができる，新規かつ改良された，自動車の電気式動力補助操舵装置を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，自動車のトルクセンサなどから電気的信号が入力されてモータ電流を制御する電子制御装置及び操舵補助力を発生させるモータを含む，電気式動力補助操舵装置であって，印刷回路基板と，前記印刷回路基板の一の面に垂直に形成される，板形状の金属基板と，印刷回路基板と所定距離離隔して形成され，金属基板を結合する結合部を一側面に備える放熱板と，印刷回路基板に結合される端子及び金属基板側の反対側の面に結合される本体を含む発熱素子と，を含むことを特徴とする電気式動力補助操舵装置が提供される。

発熱素子の本体はハンダ付けによって金属基板に結合されるようにしてもよい。かかる構成により，電気式動力補助操舵装置の組立過程がより迅速になる。

結合部には金属基板の形状に合致する装着溝が備えられていてもよい。かかる構成により，金属基板と結合部とが密着されるようにすることができる。

金属基板は結合孔を備え，放熱板の結合部はねじ孔を備え，金属基板は結合孔及びねじ孔に挿入されるねじにより結合部に結合されていてもよい。かかる構成により，金属基板と放熱板とをねじで固定することができる。

結合部の背面に凹凸が形成されていてもよく，結合部の底面に凹凸が形成されていてもよい。かかる構成により，空気と接する結合部の表面積を広くして，熱発散効果を高めることができる。

結合部の底面には所定の深さで放熱溝が形成されていてもよい。かかる構成により，熱発散効果を高めることができる。

放熱板の一の面には，所定長さで突出した，内側にねじ孔を備えた柱を備え，印刷回路基板は結合孔を備え，印刷回路基板は結合孔及びねじ孔に挿入されるねじにより放熱板に結合されていてもよい。かかる構成により，印刷回路基板と放熱板とをねじで固定することができる。

柱には所定の長さを有して突出した結合ピンが形成されており，印刷回路基板には結合ピンが挿入されるピン結合孔が形成されていてもよい。かかる構成により，印刷回路基板２０１と柱３１５の結合をより堅くすることができる。

印刷回路基板の金属基板側の面と反対の面には基板ケースが結合されていてもよい。かかる構成により，印刷回路基板に装着される素子を保護することができる。

以上説明したように本発明によれば，金属基板と放熱板との積層構造を変化させることによって発熱素子から発生した熱の発散効果が向上することができる，自動車の電気式動力補助操舵装置を提供できるものである。

本発明によれば，金属基板と放熱板との積層構造を変化させることによって発熱素子から発生した熱の発散効果が向上する効果がある。

また，本発明によれば，空間上の制約なしに結合部の幅を厚くして，熱発散効果を向上させる効果がある。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図３ａは，本発明の望ましい実施形態に係る電子制御装置の要部分解斜視図であり，図３ｂは，本発明の望ましい実施形態に係る電子制御装置の回路を説明する説明図である。

図３ａ及び図３ｂに各々示すように，本発明の望ましい実施形態に係る電子制御装置は，印刷回路基板２０１と，印刷回路基板２０１の上面に垂直に設けられる板形状の金属基板２１１と，印刷回路基板２０１に結合される端子３０１及び金属基板２１１の前面に結合される本体２０８を含む発熱素子３０３と，印刷回路基板２０１と所定の距離離隔して形成され，金属基板２１１が結合する結合部３０５を底面に備える放熱板２２１を含んで構成される。

印刷回路基板２０１は，表面に配線パターン（Ｗｉｒｉｎｇ Ｐａｔｔｅｒｎ）が形成されており，マイクロコンピュータ２１０，キャパシタ２０３，シャント抵抗２０５及びコイル２０９は，配線パターンにハンダ付けされる各々の端子を介して印刷回路基板２０１に装着される。

印刷回路基板２０１の一側にはコネクタ（Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）３１１が装着されており，コネクタ３１１はモータ１３０及びモータ１３０を駆動するためのモータ電流ＩＭを供給するバッテリ３３５をブリッジ回路３３７に連結する装置である。また，ブリッジ回路３３７は複数個のスイッチング素子から構成されて操舵補助動力の大きさ及び方向によってモータ電流（ＩＭ）をスイッチングする。

マイクロコンピュータ２１０は操舵トルク及び車速に基づいて操舵補助動力を計算し，計算された補助動力に係る制御信号を発生させる装置であって，操舵補助動力によりモータ１３０の回転方向及びモータ電流（ＩＭ）に対する命令を発生させるモータ電流決定部３３１及びＰＩＤ制御部３３３を含んで構成される。

また，マイクロコンピュータ２１０により電流制御信号を受けた駆動回路３４１はブリッジ回路３３７を利用してモータ１３０を駆動させる。

キャパシタ２０３はモータ電流（ＩＭ）にある脈流（Ｒｉｐｐｌｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ）成分を吸収するための装置であって，約３６００μＦの静電容量を有する。

シャント抵抗２０５はモータ電流（ＩＭ）を感知するための装置であるが，シャント抵抗２０５の一端を通じてモータ電流感知部３３９がモータ電流（ＩＭ）を感知する。

一方，シャント抵抗２０５は多量の熱を発生する問題があるが，この問題を解決するためにシャント抵抗２０５を除去し，図３ｂに図示するブリッジ回路３３７とコネクタ３１１との間に低価の電流センサ（図示せず）を備えることによって，シャント抵抗２０５を代替してもよい。

また，印刷回路基板２０１の隅には結合孔３１３が備えられているが，印刷回路基板２０１は後述する放熱板２２１の柱３１５にねじ２１３を介して結合される。一方，結合孔３１３と所定の距離離隔した地点にはピン結合孔３２３を備えて，後述する柱３１５の結合ピン３２１が挿入されるようにしてもよい。

発熱素子３０３は端子３０１及び本体２０８を含んで構成されるが，発熱素子３０３には電力消耗が多い電界効果トランジスタを始めとする多様な電子素子を用いてもよい。

端子３０１は印刷回路基板２０１に発熱素子３０３を連結し，本体２０８に電流を供給するための装置である。発熱素子３０３を印刷回路基板２０１に装着しようとする場合には，端子３０１を印刷回路基板２０１の一側面から印刷回路基板２０１を貫通させた後，印刷回路基板２０１の他側面に突出する端子３０１の端部にハンダ付けをすることにより端子３０１を印刷回路基板２０１に固定する。

本体２０８は発熱素子３０３に電流が供給されれば所定の機能を遂行する部位であって，作動過程で発生する熱を発散するために後述する金属基板２１１に結合される。

図４は，発熱素子を金属基板にハンダ付けする態様を示す断面図である。

従来においては本体２０８を金属基板２１１に結合する場合，本体２０８の一側に結合孔を備え，金属基板にねじ孔を備えた後，ねじで本体２０８を金属基板２１１に結合したが，本実施形態の場合には図４に示すように，本体２０８の一側に金属材質の金属板３０４を備え，金属基板２１１の前面にハンダ３０６を塗布して金属板３０４を金属基板２１１にハンダ付けすることによって，本体２０８を金属基板２１１に結合する。

したがって，従来においては各々の発熱素子３０３を金属基板２１１に一々ねじで固定する方式を取ったので，発熱素子３０３の個数が多い場合には組立過程が長くかかったが，本実施形態は発熱素子３０３を金属基板２１１にハンダ付けする簡単な方法を取るので，本発明による場合，組立過程がより迅速になる効果がある。

金属基板２１１は発熱素子３０３から熱が発生した場合，発生した熱を放熱板２２１に伝達する装置である。金属基板２１１は印刷回路基板２０１の上側に設けられ，印刷回路基板２０１に垂直して，板形状を有しており，前面に発熱素子３０３の本体２０８が結合されている。金属基板２１１は発熱素子３０３から発生した熱を迅速に放熱板２２１に伝達するために，熱伝導性の良いアルミニウムや銅などの金属材質を用いてもよい。

また，金属基板２１１の隅にはねじ２１３が貫通する結合孔３１３が形成されており，後述する放熱板２２１の結合部３０５にはねじ孔３１７が形成されているので，金属基板２１１はねじ２１３を介して結合部３０５の一の面に結合される。

放熱板２２１は金属基板２１１を通じて伝えられた熱を迅速に空気中に発散するための装置であって，結合部３０５及び柱３１５を底面に備える，印刷回路基板２０１と所定の距離離隔して設けられる。放熱板２２１は発熱素子３０３から発生した熱を迅速に空気中に発散させるために，熱伝導性の良いアルミニウムや銅などの金属材質を用いてもよい。

図５は放熱板に基板ケースが装着される態様を示す側断面図である。

図５に示すように，放熱板２２１は，印刷回路基板２０１の面と反対側の面から横方向へ突出する結合段部５０３を備え，印刷回路基板２０１の放熱板側の面と反対の面を囲む基板ケース５０１を放熱板２２１の結合段部５０３にねじ２１３で結合することによって，印刷回路基板２０１に装着される素子を保護することができる。

一方，放熱板２２１に結合段部５０３を備えずに，ねじ２１３を放熱板２２１の横方向から結合するようにしてもよい。

結合部３０５は，放熱板２２１の底面の一側から突出して形成され，前面にねじ孔３１７を備えて，金属基板２１１がねじ２１３を介して結合部３０５の前面に結合される。

一方，結合部３０５の前面には金属基板２１１の形状に合致する装着溝３２５を形成して金属基板２１１が装着溝３２５に装着されることによって，金属基板２１１と結合部３０５が密着されるようにすることができる。

結合部３０５は発熱素子３０３から発生した熱が放熱板２２１に伝達される入口の役割をするので，発生した熱を迅速に発散する一方，放熱板２２１の他の部分に熱を迅速に伝達できる。

図６は，放熱板に形成された結合部の一部切欠斜視図である。

図６に示すように，結合部３０５の背面または底面に凹凸６０１を形成することによって，空気と接する結合部３０５の表面積を広くして，熱発散効果を高めることができる。また，結合部３０５の底面に所定の深さで放熱溝３１９を形成することによって，熱発散効果を高めることもできる。

また，従来技術においては，熱発散効果を高めるために放熱板２２１の厚さを厚くするには空間的制約による限界があったが，本発明は放熱板２２１の厚さ（Ｔ）を厚くする代わりに結合部３０５の幅（Ｗ）を厚く形成できるので，空間的制約の影響を受けずに熱発散効果を高めることができる。

柱３１５は放熱板２２１の底面隅から所定の長さで突出して形成されるが，内側にはねじ孔３１７が備えられているので，結合孔３１３が備えられた印刷回路基板２０１をねじ２１３で柱３１５に固定させることができる。放熱板２２１が通常的に四角形状で製作されるので柱３１５の個数は４個が望ましいが，柱の個数は係る例に限られない。

また，柱３１５の上段に所定の長さで結合ピン３２１を形成し，印刷回路基板２０１に形成されたピン結合孔３２３に結合ピン３２１を挿入することもできる。このようにすることにより印刷回路基板２０１と放熱板２２１を互いに結合する過程で，ねじ２１３を結合する前に印刷回路基板２０１と放熱板２２１とを互いに固定する。そして，印刷回路基板２０１と放熱板２２１が互いに固定される場合，自動的に印刷回路基板２０１の結合孔３１３と柱３１５のねじ孔３１７の位置が互いに合うことになるので，ねじ２１３結合が容易になる。

一方，結合ピン３２１とピン結合孔３２３の結合により印刷回路基板２０１と柱３１５の結合がより堅くなる効果もある。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

従来技術に係る自動車の電気式動力補助操舵装置の構成図である。 従来技術に係る電子制御装置の要部分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る電子制御装置の要部分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る電子制御装置の回路を説明する説明図である。 発熱素子を金属基板にハンダ付けする態様を示す断面図である。 放熱板に基板ケースが装着される態様を示す側断面図である。 放熱板に形成された結合部の一部切欠斜視図である。

符号の説明

２０１ 印刷回路基板
２０３ キャパシタ（Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）
２０５ シャント抵抗（Ｓｈｕｎｔ Ｒｅｓｉｓｔｏｒ）
２０７ 電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
２０８ 本体
２０９ コイル
２１０ マイクロコンピュータ
２１１ 金属基板
２１３ ねじ
２２１ 放熱板
３０１ 端子
３０３ 発熱素子
３０４ 金属板
３０５ 結合部
３０６ ハンダ
３１１ コネクタ
３１３ 結合孔
３１５ 柱
３１７ ねじ孔
３１９ 放熱溝
３２１ 結合ピン
３２３ ピン結合孔
３２５ 装着溝
３３１ モータ電流決定部
３３３ ＰＩＤ制御部
３３５ バッテリ
３３７ ブリッジ回路
３３９ モータ電流感知部
３４１ 駆動回路
５０１ 基板ケース
５０３ 結合段部
６０１ 凹凸
ＩＭ モータ電流

Claims (7)

1. 自動車のトルクセンサなどから電気的信号が入力されてモータ電流を制御する電子制御装置及び操舵補助力を発生させるモータを含む，電気式動力補助操舵装置であって：
   印刷回路基板と；
   前記印刷回路基板の一の面に垂直に形成される，板形状の金属基板と；
   前記印刷回路基板と所定距離離隔して形成され，前記金属基板を結合する結合部を一側面に備える放熱板と；
   前記印刷回路基板に結合される端子及び前記金属基板側の反対側の面に結合される本体を含む発熱素子と；
   を含み，
   前記発熱素子の前記本体はハンダ付けによって前記金属基板に結合され，
   前記結合部には前記金属基板の形状に合致する装着溝が備えられ，
   前記金属基板は結合孔を備え，
   前記放熱板の前記結合部はねじ孔を備え，
   前記金属基板は前記結合孔及び前記ねじ孔に挿入されるねじにより前記結合部に結合されることを特徴とする，電気式動力補助操舵装置。
2. 前記結合部の前記金属基板が結合される面の反対側の面には凹凸が形成されていることを特徴とする，請求項１のいずれかに記載の電気式動力補助操舵装置。
3. 前記結合部の底面には凹凸が形成されていることを特徴とする，請求項１のいずれかに記載の電気式動力補助操舵装置。
4. 前記結合部の底面には所定の深さで放熱溝が形成されていることを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載の電気式動力補助操舵装置。
5. 前記放熱板の一の面には，所定長さで突出して，内側にねじ孔を備えた柱を備え，
   前記印刷回路基板は結合孔を備え，
   前記印刷回路基板は前記結合孔及び前記ねじ孔に挿入されるねじにより前記放熱板に結合される，
   ことを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の電気式動力補助操舵装置。
6. 前記柱には所定の長さを有して突出した結合ピンが形成されており，
   前記印刷回路基板には前記結合ピンが挿入されるピン結合孔が形成されている，
   ことを特徴とする，請求項５に記載の電気式動力補助操舵装置。
7. 前記印刷回路基板の前記放熱板側の面と反対の面には基板ケースが結合されることを特徴とする，請求項１〜６のいずれかに記載の電気式動力補助操舵装置。
   

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