KR101837888B1 - 전동 구동 장치 및 전동 파워 스티어링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는, 축 방향의 길이를 가능한 한 짧게 하면서 전원 회로부나 전력 변환 회로부의 열을 효율적으로 외부로 방열할 수 있는 신규의 전동 구동 장치 및 전동 파워 스티어링 장치를 제공하는 것에 있다.
전동 모터의 회전축(23)의 출력부와는 반대측에 있는 모터 하우징(11)의 단부면부(15)에, 적어도 전원 회로부(17) 및 전력 변환 회로부(16)에서 발생한 열을 모터 하우징(11)에 전열시키는 방열부(15A, 15B, 28)를 형성하였다. 이에 의하면, 전원 회로부 및 전력 변환 회로부에서 발생한 열을 모터 하우징의 단부면부에 전열시킴으로써, 히트 싱크 부재를 생략하여 축 방향의 길이를 짧게 할 수 있게 된다. 또한, 모터 하우징은 충분한 열용량을 갖고 있기 때문에, 전원 회로부나 전력 변환 회로부의 열을 효율적으로 외부로 방열할 수 있다.

Description

전동 구동 장치 및 전동 파워 스티어링 장치{ELECTROMOTIVE DEVICE AND ELECTRIC POWER STEERING DEVICE}

본 발명은 전동 구동 장치 및 전동 파워 스티어링 장치에 관한 것으로, 특히 전자 제어 장치를 내장한 전동 구동 장치 및 전동 파워 스티어링 장치에 관한 것이다.

일반적인 산업 기계 분야에서는, 전동 모터에 의해 기계계 제어 요소를 구동하는 것이 행해지고 있으나, 최근에 와서는 전동 모터의 회전 속도나 회전 토크를 제어하는 반도체 소자 등으로 이루어지는 전자 제어부를 전동 모터에 일체적으로 편입시키는, 이른바 기전(機電) 일체형의 전동 구동 장치가 채용되기 시작하고 있다.

기전 일체형의 전동 구동 장치의 예로서, 예컨대 자동차의 전동 파워 스티어링 장치에서는, 운전자가 스티어링 휠을 조작함으로써 회동하는 스티어링 샤프트의 회동 방향과 회동 토크를 검출하고, 이 검출값에 기초하여 스티어링 샤프트의 회동 방향과 동일한 방향으로 회동하도록 전동 모터를 구동하여, 조타 어시스트 토크를 발생시키도록 구성되어 있다. 이 전동 모터를 제어하기 위해서, 전자 제어부(ECU: Electronic Control Unit)가 파워 스티어링 장치에 설치되어 있다.

종래의 전동 파워 스티어링 장치로서는, 예컨대, 일본 특허 공개 제2015-134598호 공보(특허문헌 1)에 기재된 것이 알려져 있다. 특허문헌 1에는, 전동 모터부와 전자 제어부에 의해 구성된 전동 파워 스티어링 장치가 기재되어 있다. 그리고, 전동 모터부의 전동 모터는, 알루미늄 합금 등으로 만들어진 통부를 갖는 모터 하우징에 수납되고, 전자 제어부의 전자 부품이 실장된 기판은, 모터 하우징의 축 방향의 출력축과는 반대측에 배치된 ECU 하우징에 수납되어 있다. ECU 하우징의 내부에 수납되는 기판은, 전원 회로부, 전동 모터를 구동 제어하는 MOSFET, 혹은 IGBT 등과 같은 파워 스위칭 소자를 갖는 전력 변환 회로부와, 파워 스위칭 소자를 제어하는 제어 회로부를 구비하고, 파워 스위칭 소자의 출력 단자와 전동 모터의 입력 단자는 버스바를 통해 전기적으로 접속되어 있다.

그리고, ECU 하우징에 수납된 전자 제어부에는, 합성 수지로 만들어진 커넥터 단자 조립체를 통해 전원으로부터 전력이 공급되고, 또한 검출 센서류로부터 운전 상태 등의 검출 신호가 공급되고 있다. 커넥터 단자 조립체는 덮개로서 기능하고 있으며, ECU 하우징에 형성된 개구부를 막도록 하여 전자 제어부와 접속되고, 또한 고정 볼트에 의해 ECU 하우징의 외표면에 고정되어 있다.

한편, 이 외에 전자 제어 장치를 일체화한 전동 구동 장치로서는, 전동 브레이크나 각종 유압 제어용의 전동 유압 제어기 등이 알려져 있으나, 이하의 설명에서는 대표하여 전동 파워 스티어링 장치에 대해 설명한다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2015-134598호 공보

그런데, 특허문헌 1에 기재되어 있는 전동 파워 스티어링 장치는 자동차의 엔진룸 내에 배치되기 때문에, 소형으로 구성되는 것이 필요하다. 특히 최근에 와서는 자동차의 엔진룸 내에, 배기 가스 대책 기기나 안전 대책 기기 등의 보조 기계류가 많이 설치되는 경향이 있어, 전동 파워 스티어링 장치를 포함하여 각종 보조 기계류를 가능한 한 소형화하는 것이나 부품 개수를 저감하는 것이 요구되고 있다.

그리고, 특허문헌 1에 있는 바와 같은 구성의 전동 파워 스티어링 장치에서는, 특히 전원 회로부, 전력 변환 회로부의 열을 외부로 방열하기 위한 히트 싱크 부재가, 모터 하우징과 ECU 하우징 사이에 배치되어 있다. 이 때문에, 히트 싱크 부재의 크기만큼 여분으로 축 방향의 길이가 길어지는 경향이 있다. 또한, 전원 회로부나 전력 변환 회로부를 구성하는 전기 부품은 발열량이 크고, 소형화하는 경우에 이 열을 효율적으로 외부로 방열시켜야 할 필요가 있다. 따라서, 축 방향의 길이를 가능한 한 짧게 하고, 전원 회로부나 전력 변환 회로부의 열을 효율적으로 외부로 방열할 수 있는 전동 구동 장치가 요구되고 있다.

본 발명의 목적은, 축 방향의 길이를 가능한 한 짧게 하고, 전원 회로부나 전력 변환 회로부의 열을 효율적으로 외부로 방열할 수 있는 신규의 전동 구동 장치 및 전동 파워 스티어링 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 특징은, 전동 모터의 회전축의 출력부와는 반대측에 있는 모터 하우징의 단부면부에, 적어도 전원 회로부 및 전력 변환 회로부에서 발생한 열을 모터 하우징에 전열시키는 방열부를 형성한 것에 있다.

본 발명에 의하면, 전원 회로부 및 전력 변환 회로부에서 발생한 열을 모터 하우징의 단부면부에 전열시킴으로써, 히트 싱크 부재를 생략하여 축 방향의 길이를 짧게 할 수 있게 된다. 또한, 모터 하우징은 충분한 열용량을 갖고 있기 때문에, 전원 회로부나 전력 변환 회로부의 열을 효율적으로 외부로 방열할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 일례로서의 조타 장치의 전체 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태가 되는 전동 파워 스티어링 장치의 전체 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 전동 파워 스티어링 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 모터 하우징의 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 모터 하우징의 축 방향 단면을 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시된 모터 하우징에 전력 변환 회로부를 배치한 상태를 도시한 사시도이다.
도 7은 도 4에 도시된 모터 하우징에 전원 회로부를 배치한 상태를 도시한 사시도이다.
도 8은 도 4에 도시된 모터 하우징에 제어 회로부를 배치한 상태를 도시한 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 이용하여 상세히 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적인 개념 안에서 여러 가지 변형예나 응용예도 그 범위에 포함하는 것이다.

본 발명의 실시형태를 설명하기 전에 본 발명이 적용되는 일례로서의 조타 장치의 구성에 대해 도 1을 이용하여 간단히 설명한다.

먼저, 자동차의 전륜을 조타하기 위한 조타 장치에 대해 설명한다. 조타 장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이 구성되어 있다. 도시되지 않은 스티어링 휠에 연결된 스티어링 샤프트(2)의 하단에는 도시되지 않은 피니언이 설치되고, 이 피니언은 차체 좌우 방향으로 긴, 도시되지 않은 랙과 맞물려 있다. 이 랙의 양단에는 전륜을 좌우 방향으로 조타하기 위한 타이 로드(3)가 연결되어 있고, 랙은 랙 하우징(4)에 덮여 있다. 그리고, 랙 하우징(4)과 타이 로드(3) 사이에는 고무 부츠(5)가 설치되어 있다.

스티어링 휠을 회동 조작할 때의 토크를 보조하기 위해서, 전동 파워 스티어링 장치(6)가 설치되어 있다. 즉, 스티어링 샤프트(2)의 회동 방향과 회동 토크를 검출하는 토크 센서(7)가 설치되고, 토크 센서(7)의 검출값에 기초하여 기어(10)를 통해 랙에 조타 보조력을 부여하는 전동 모터부(8)와, 전동 모터부(8)에 배치된 전동 모터를 제어하는 전자 제어 장치부(ECU)(9)가 설치되어 있다. 전동 파워 스티어링 장치(6)의 전동 모터부(8)는, 출력축측의 외주부의 3곳이 도시되지 않은 볼트를 통해 기어(10)에 접속되고, 전동 모터부(8)의 출력축과는 반대측에 전자 제어부(9)가 설치되어 있다.

전동 파워 스티어링 장치(6)에서는, 스티어링 휠이 조작됨으로써 스티어링 샤프트(2)가 어느 한 방향으로 회동 조작되면, 이 스티어링 샤프트(2)의 회동 방향과 회동 토크를 토크 센서(7)가 검출하고, 이 검출값에 기초하여 제어 회로부가 전동 모터의 구동 조작량을 연산한다. 이렇게 연산된 구동 조작량에 기초하여 전력 변환 회로부의 파워 스위칭 소자에 의해 전동 모터가 구동되고, 전동 모터의 출력축은 스티어링 샤프트(2)를 조작 방향과 동일한 방향으로 구동시키도록 회동된다. 출력축의 회동은, 도시되지 않은 피니언으로부터 기어(10)를 통해 도시되지 않은 랙에 전달되어, 자동차가 조타되는 것이다. 이들의 구성, 작용은 이미 잘 알려져 있기 때문에, 이 이상의 설명은 생략한다.

전술한 바와 같이, 특허문헌 1에 있는 바와 같은 구성의 전동 파워 스티어링 장치에서는, 특히 전원 회로부, 전력 변환 회로부의 열을 외부로 방열하기 위한 히트 싱크 부재가, 모터 하우징과 ECU 하우징 사이에 배치되어 있다. 이 때문에, 히트 싱크 부재의 크기만큼 여분으로 축 방향의 길이가 길어지는 경향이 있다. 또한, 전원 회로부나 전력 변환 회로부를 구성하는 전기 부품은 발열량이 크고, 소형화하는 경우에는 이 열을 효율적으로 외부로 방열시켜야 할 필요가 있다. 따라서, 축 방향의 길이를 가능한 한 짧게 하고, 전원 회로부나 전력 변환 회로부의 열을 효율적으로 외부로 방열할 수 있는 전동 구동 장치가 요구되고 있다.

이러한 배경으로부터, 본 실시형태에서는 다음과 같은 구성의 전동 파워 스티어링 장치를 제안하는 것이다. 즉, 본 실시형태에서는, 전동 모터의 회전축의 출력부와는 반대측에 있는 모터 하우징의 단부면부에, 적어도 전원 회로부 및 전력 변환 회로부에서 발생한 열을 모터 하우징에 전열시키는 방열부를 형성하는 구성으로 한 것이다. 이러한 구성에 의하면, 전원 회로부 및 전력 변환 회로부에서 발생한 열을 모터 하우징의 단부면부에 전열시킴으로써, 히트 싱크 부재를 생략하여 축 방향의 길이를 짧게 할 수 있게 된다. 또한, 모터 하우징은 충분한 열용량을 갖고 있기 때문에, 전원 회로부나 전력 변환 회로부의 열을 효율적으로 외부로 방열할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시형태가 되는 전동 파워 스티어링 장치의 구체적인 구성에 대해, 도 2 내지 도 8을 이용하여 상세히 설명한다. 한편, 도 2는 본 실시형태가 되는 전동 파워 스티어링 장치의 전체적인 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 전동 파워 스티어링 장치의 구성 부품을 분해하여 비스듬한 방향에서 본 도면이며, 도 4 내지 도 8은 각 구성 부품의 조립 순서에 따라 각 구성 부품을 조립해 가는 상태를 도시한 도면이다. 따라서, 이하의 설명에서는, 각 도면을 적절히 인용하면서 설명을 행하는 것으로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 전동 파워 스티어링 장치를 구성하는 전동 모터부(8)는, 알루미늄 합금 등으로 만들어진 통부를 갖는 모터 하우징(11) 및 이 모터 하우징에 수납된 도시되지 않은 전동 모터로 구성되고, 전자 제어부(9)는, 모터 하우징(11)의 축 방향의 출력축과는 반대측에 배치된, 알루미늄 합금 등으로 만들어진 금속 커버(12) 및 이 금속 커버에 수납된 도시되지 않은 전자 제어 조립체로 구성되어 있다.

모터 하우징(11)과 금속 커버(12)는 그 대향 단부면에서, 접착제, 혹은 용착, 혹은 고정 볼트에 의해 일체적으로 고정되어 있다. 금속 커버(12)의 내부에 수납된 전자 제어 조립체는, 필요한 전원을 생성하는 전원 회로부나, 전동 모터부(8)의 전동 모터를 구동 제어하는 MOSFET 혹은 IGBT 등으로 이루어지는 파워 스위칭 소자를 갖는 전력 변환 회로나, 상기 파워 스위칭 소자를 제어하는 제어 회로부로 이루어지고, 파워 스위칭 소자의 출력 단자와 전동 모터의 코일 입력 단자는 버스바를 통해 전기적으로 접속되어 있다.

금속 커버(12)의 단부면에는 커넥터 단자 조립체(13)가 고정 볼트에 의해 고정되어 있다. 커넥터 단자 조립체(13)에는 전력 공급용의 커넥터 단자 형성부(13A), 검출 센서용의 커넥터 단자 형성부(13B), 제어 상태를 외부 기기에 송출하는 제어 상태 송출용의 커넥터 단자 형성부(13C)가 구비되어 있다. 그리고, 금속 커버(12)에 수납된 전자 제어 조립체에는, 합성 수지로 만들어진 전력 공급용의 커넥터 단자 형성부(13A)를 통해 전원으로부터 전력이 공급되고, 또한 검출 센서류로부터 검출 센서용의 커넥터 단자 형성부(13B)를 통해 운전 상태 등의 검출 신호가 공급되며, 제어 상태 송출용의 커넥터 단자 형성부(13C)를 통해 현재의 전동 파워 스티어링 장치의 제어 상태 신호가 송출된다.

도 3에 전동 파워 스티어링 장치(6)의 분해 사시도를 도시하고 있다. 모터 하우징(11)에는 내부에 원환형의 철제로 된 사이드 요크(도시되지 않음)가 감합(嵌合)되어 있고, 이 사이드 요크 내에 전동 모터(도시되지 않음)가 수납되어 있다. 전동 모터의 출력부(14)는 기어를 통해 랙에 조타 보조력을 부여한다. 한편, 전동 모터의 구체적인 구조는 잘 알려져 있기 때문에, 여기서는 설명을 생략한다.

모터 하우징(11)은 알루미늄 합금으로 만들어져 있고, 전동 모터에서 발생한 열이나, 후술하는 전원 회로부 혹은 전력 변환 회로부에서 발생한 열을 외부 대기로 방출하는 히트 싱크 부재로서 기능하고 있다. 전동 모터와 모터 하우징(11)으로 전동 모터부를 구성하고 있다.

전동 모터부의 출력부(14)의 반대측에 있는 모터 하우징(11)의 단부면부(15)에는 전자 제어부(EC)가 부착되어 있다. 전자 제어부(EC)는, 전력 변환 회로부(16), 전원 회로부(17), 제어 회로부(18)로 구성되어 있다. 모터 하우징(11)의 단부면부(15)는, 모터 하우징(11)과 일체적으로 형성되어 있으나, 이 외에 단부면부(15)만을 별체(別體)로 형성하고, 볼트나 용접에 의해 모터 하우징(11)과 일체화해도 좋은 것이다.

여기서, 전력 변환 회로부(16), 전원 회로부(17), 제어 회로부(18)는 용장계를 구성하는 것이며, 주(主) 전자 제어부와 부(副) 전자 제어부의 이중계(二重系)를 구성하고 있다. 그리고, 통상적으로 주 전자 제어부에 의해 전동 모터가 제어· 구동되고 있으나, 주 전자 제어부에 이상이나 고장이 발생하면, 부 전자 제어부로 전환되어 전동 모터가 제어·구동되도록 되는 것이다.

따라서, 후술하겠지만, 통상적으로 주 전자 제어부로부터의 열이 모터 하우징(11)에 전해지고, 주 전자 제어부에 이상이나 고장이 발생하면, 주 전자 제어부가 정지하고 부 전자 제어부가 작동하여, 모터 하우징(11)에는 부 전자 제어부로부터의 열이 전해진다.

단, 본 실시형태에서는 채용하고 있지 않으나, 주 전자 제어부와 부 전자 제어부를 합하여 정규의 전자 제어부로서 기능시키고, 한쪽의 전자 제어부에 이상·고장이 발생하면, 다른쪽의 전자 제어부에서 절반의 능력을 통해 전동 모터를 제어·구동하는 것도 가능하다. 이 경우, 전동 모터의 능력은 절반이 되지만, 이른바 「림프홈 기능」은 확보되도록 되어 있다. 따라서, 통상의 경우에는, 주 전자 제어부와 부 전자 제어부의 열이 모터 하우징(11)에 전해지는 것이다.

전자 제어부(EC)는 제어 회로부(18), 전원 회로부(17), 전력 변환 회로부(16), 커넥터 단자 조립체(13)로 구성되어 있고, 단부면부(15)측으로부터 멀어지는 방향을 향해, 전력 변환 회로부(16), 전원 회로부(17), 제어 회로부(18), 커넥터 단자 조립체(13)의 순서로 배치되어 있다. 제어 회로부(18)는 전력 변환 회로부(16)의 스위칭 소자를 구동하는 제어 신호를 생성하는 것으로, 마이크로 컴퓨터, 주변 회로 등으로 구성되어 있다. 전원 회로부(17)는, 제어 회로부(18)를 구동하는 전원 및 전력 변환 회로부(16)의 전원을 생성하는 것으로, 커패시터, 코일, 스위칭 소자 등으로 구성되어 있다. 전력 변환 회로부(16)는, 전동 모터의 코일에 흐르는 전력을 조정하는 것으로, 3상의 상하 아암을 구성하는 스위칭 소자 등으로 구성되어 있다.

전자 제어부(EC)에서 발열량이 많은 것은, 주로 전력 변환 회로부(16), 전원 회로부(17)이고, 전력 변환 회로부(16), 전원 회로부(17)의 열은, 알루미늄 합금으로 이루어지는 모터 하우징(11)으로부터 방열되는 것이다. 이 구성에 대해서는, 후술한다.

제어 회로부(18)와 금속 커버(12) 사이에는, 합성 수지로 이루어지는 커넥터 단자 조립체(13)가 설치되어 있고, 차량 배터리(전원)나 전동 파워 스티어링 장치의 현재의 제어 상태를 외부의 도시되지 않은 다른 제어 장치와 접속되어 있다. 물론, 이 커넥터 단자 조립체(13)는, 전력 변환 회로부(16), 전원 회로부(17), 제어 회로부(18)와 접속되어 있는 것은 말할 것도 없다.

금속 커버(12)는, 전력 변환 회로부(16), 전원 회로부(17), 제어 회로부(18)를 수납하여 이들을 액밀적으로 밀봉하는 기능을 구비하고 있는 것이며, 본 실시형태에서는 용착에 의해 모터 하우징(11)에 고정되어 있다. 이 금속 커버(12)는 금속으로 만들어져 있기 때문에, 전력 변환 회로부(16), 전원 회로부(17) 등에 의해 발생한 열을 외부로 방열하는 기능도 더불어 구비하고 있다.

다음으로, 도 4 내지 도 8에 기초하여 각 구성 부품의 구성과 조립 방법에 대해 설명한다. 먼저, 도 4는 모터 하우징(11)의 외관을 도시하고 있고, 도 5는 그 축 방향 단면을 도시하고 있다. 도 4, 도 5에 있어서, 모터 하우징(11)은, 통 모양의 형태로 형성된 측둘레면부(11A)와, 측둘레면부(11A)의 일단을 폐색하는 단부면부(15)와, 측둘레면부(11A)의 타단을 폐색하는 단부면부(19)로 구성되어 있다. 본 실시형태에서, 모터 하우징(11)은 바닥이 있는 원통 형상이며, 측둘레면부(11A)와 단부면부(15)는 일체적으로 형성되어 있다. 또한, 단부면부(19)는, 덮개의 기능을 구비하고 있고, 측둘레면부(11A)에 전동 모터를 수납한 후에 측둘레면부(11A)의 타단을 폐색하는 것이다.

도 5에 있는 바와 같이, 측둘레면부(11A)의 내부에는, 철심에 코일(20)이 감겨진 스테이터(21)가 감합되어 있고, 이 스테이터(21)의 내부에, 영구자석을 매설한 로터(22)가 회전 가능하게 수납되어 있다. 로터(22)에는 회전축(23)이 고정되어 있으며, 일단은 출력부(14)가 되고, 타단은 회전축(23)의 회전 위상이나 회전수를 검출하기 위한 회전 검출부(24)로 되어 있다. 회전 검출부(24)에는 영구자석이 설치되어 있고, 단부면부(15)에 형성된 관통 구멍(25)을 관통하여 외부로 돌출되어 있다. 그리고, 도시되지 않은 GMR 소자 등으로 이루어지는 감자부(感磁部)에 의해 회전축(23)의 회전 위상이나 회전수를 검출하도록 되어 있다.

도 4로 되돌아가서, 회전축(23)의 출력부(14)와는 반대측에 위치하는 단부면부(15)의 면에는 본 실시형태의 특징인 전력 변환 회로부(16)(도 3 참조), 전원 회로부(17)(도 3 참조)의 방열부(15A, 15B)가 형성되어 있다. 단부면부(15)의 4모퉁이에는, 기판 고정 볼록부(26)가 일체적으로 세워져 형성되어 있고, 내부에 나사 구멍이 형성되어 있다. 기판 고정 볼록부(26)는 후술하는 제어 회로부(18)의 기판을 고정하기 위해서 형성되어 있다. 또한, 후술하는 전력 변환용 방열 영역(15A)으로부터 세워져 형성된 기판 고정 볼록부(26)에는, 역시 후술하는 전원용 방열 영역(15B)과 축 방향으로 동일한 높이의 기판 받침부(27)가 형성되어 있다. 이 기판 받침부(27)는 후술하는 전원 회로부(17)의 유리 에폭시 기판(31)을 배치하기 위한 것이다.

단부면부(15)를 형성하면서 회전축(23)과 직교하는 직경 방향의 평면 영역은 2분할되어 있다. 하나는 전력 변환 회로부(16)가 부착되는 전력 변환용 방열 영역(15A)을 형성하고, 다른 하나는 전원 회로부(17)가 부착되는 전원용 방열 영역(15B)을 형성하고 있다. 본 실시형태에서는, 전력 변환용 방열 영역(15A) 쪽이 전원용 방열 영역(15B)보다 면적 면에서 크게 형성되어 있다. 이것은, 전술한 바와 같이 이중계를 채용하고 있기 때문에, 전력 변환 회로부(16)의 설치 면적을 확보하기 위함이다.

그리고, 전력 변환용 방열 영역(15A)과 전원용 방열 영역(15B)은, 축 방향[회전축(23)이 연장되는 방향]을 향해 높이가 상이한 단차를 갖고 있다. 즉, 전원용 방열 영역(15B)은, 전동 모터의 회전축(23)의 방향에서 보아, 전력 변환용 방열 영역(15A)에 대해 멀어지는 방향으로 단차를 갖도록 형성되어 있다. 이 단차는, 전력 변환 회로부(16)를 설치한 후에 전원 회로부(17)를 설치한 경우에, 전력 변환 회로부(16)와 전원 회로부(17)가 각각 간섭하지 않는 길이로 설정되어 있다.

전력 변환용 방열 영역(15A)에는, 3개의 가늘고 긴 직사각형의 돌출형 방열부(28)가 형성되어 있다. 이 돌출형 방열부(28)는 후술하는 이중계의 전력 변환 회로부(16)가 설치되는 것이다. 또한, 돌출형 방열부(28)는, 전동 모터의 회전축(23)의 방향에서 보아 전동 모터로부터 멀어지는 방향으로 돌출되어 연장되어 있는 것이다.

또한, 전원용 방열 영역(15B)은 평면 형상이며, 후술하는 전원 회로부(17)가 설치되는 것이다. 따라서, 돌출형 방열부(28)는 전력 변환 회로부(16)에서 발생한 열을 단부면부(15)에 전열하는 방열부로서 기능하고, 전원용 방열 영역(15B)은 전원 회로부(17)에서 발생한 열을 단부면부(15)에 전열하는 방열부로서 기능하는 것이다.

한편, 돌출형 방열부(28)는 생략할 수 있으며, 이 경우에는 전력 변환용 방열 영역(15A)이 전력 변환 회로부(16)에서 발생한 열을 단부면부(15)에 전열하는 방열부로서 기능한다. 단, 본 실시형태에서는, 마찰 교반 접합에 의해 전력 변환 회로부(16)의 금속 기판을 돌출형 방열부(28)에 용착하여 확실한 고정을 도모하고 있다.

이와 같이, 본 실시형태가 되는 모터 하우징(11)의 단부면부(15)에 있어서는, 히트 싱크 부재를 생략하여 축 방향의 길이를 짧게 할 수 있게 되는 것이다. 또한, 모터 하우징(11)은 충분한 열용량을 갖고 있기 때문에, 전원 회로부(17)나 전력 변환 회로부(16)의 열을 효율적으로 외부로 방열할 수 있게 되는 것이다.

다음으로, 도 6은 전력 변환 회로부(16)를 돌출형 방열부(28)(도 4 참조)에 설치한 상태를 도시하고 있다. 도 6에 있는 바와 같이, 전력 변환용 방열 영역(15A)에 형성된 돌출형 방열부(28)(도 4 참조)의 상부에는 이중계로 이루어지는 전력 변환 회로부(16)가 설치되어 있다. 전력 변환 회로부(16)를 구성하는 스위칭 소자는 금속 기판(여기서는 알루미늄계의 금속을 사용하고 있음)에 배치되어, 방열되기 쉽게 구성되어 있다. 그리고, 금속 기판은 돌출형 방열부(28)에 마찰 교반 접합에 의해 용착되어 있다.

따라서, 금속 기판은 돌출형 방열부(28)(도 4 참조)에 강고히 고정되고, 또한 스위칭 소자에서 발생한 열을 효율적으로 돌출형 방열부(28)(도 4 참조)에 전열시킬 수 있다. 돌출형 방열부(28)(도 4 참조)에 전해진 열은 전력 변환용 방열 영역(15A)으로 확산되고, 또한 모터 하우징(11)의 측둘레면부(11A)에 전열되어 외부로 방열되는 것이다. 여기서, 전술한 바와 같이, 전력 변환 회로부(16)의 축 방향의 높이는, 전원용 방열 영역(15B)의 높이보다 낮게 되어 있기 때문에, 후술하는 전원 회로부(17)와 간섭하는 일은 없는 것이다.

다음으로, 도 7은 전력 변환 회로부(16) 위로부터 전원 회로부(17)를 설치한 상태를 도시하고 있다. 도 7에 있는 바와 같이, 전원용 방열 영역(15B)의 상부에는 전원 회로부(17)가 설치되어 있다. 전원 회로부(17)를 구성하는 커패시터(29)나 코일(30) 등은 유리 에폭시 기판(31)에 배치되어 있다. 전원 회로부(17)도 이중계가 채용되고 있으며, 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 각각 대칭으로 커패시터(29)나 코일(30) 등으로 이루어지는 전원 회로가 형성되어 있다.

이 유리 에폭시 기판(31)의 전원용 방열 영역(15B)(도 6 참조)측의 면은, 전원용 방열 영역(15B)과 접촉하도록 하여 단부면부(15)에 고정되어 있다. 고정 방법은, 도 7에 있는 바와 같이, 기판 고정 볼록부(26)의 기판 받침부(27)에 형성된 나사 구멍에 도시되지 않은 고정 볼트에 의해 고정되어 있다. 또한, 전원용 방열 영역(15B)(도 6 참조)에 형성된 나사 구멍에도 도시되지 않은 고정 볼트에 의해 고정되어 있다.

한편, 전원 회로부(17)가 유리 에폭시 기판(31)으로 형성되어 있기 때문에, 양면 실장이 가능하게 되어 있다. 그리고, 유리 에폭시 기판(31)의 전원용 방열 영역(15B)(도 6 참조)측의 면에는, 도시되지 않은 GMR 소자나 이것의 검출 회로 등으로 이루어지는 회전 위상·회전수 검출부가 실장되고, 회전축(23)(도 5 참조)에 설치한 회전 검출부(24)(도 5 참조)와 협동하여, 회전의 회전 위상이나 회전수를 검출하도록 되어 있다.

이와 같이, 유리 에폭시 기판(31)은 전원용 방열 영역(15B)(도 6 참조)에 접촉하도록 하여 고정되어 있기 때문에, 전원 회로부(17)에서 발생한 열을 효율적으로 전원용 방열 영역(15B)(도 6 참조)에 전열시킬 수 있다. 전원용 방열 영역(15B)(도 6 참조)에 전해진 열은, 모터 하우징(11)의 측둘레면부(11A)로 확산되어서 전열되어 외부로 방열되는 것이다. 여기서, 유리 에폭시 기판(31)과 전원용 방열 영역(15B)(도 6 참조) 사이는, 열전달성이 좋은 접착제, 방열 그리스, 방열 시트 중 어느 하나를 개재시킴으로써, 열전달 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

다음으로, 도 8은 전원 회로부(17) 위로부터 제어 회로(18)를 설치한 상태를 도시하고 있다. 도 8에 있는 바와 같이, 전원 회로부(17)의 상부에는 제어 회로부(18)가 설치되어 있다. 제어 회로부(18)를 구성하는 마이크로 컴퓨터(32)나 주변 회로(33)는 유리 에폭시 기판(34)에 배치되어 있다. 제어 회로부(18)도 이중계가 채용되고 있으며, 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 각각 대칭으로 마이크로 컴퓨터(32)나 주변 회로(33)로 이루어지는 제어 회로가 형성되어 있다. 한편, 마이크로 컴퓨터(32)나 주변 회로(33)는, 유리 에폭시 기판(34)의 전원 회로부(17)측의 면에 설치되어 있어도 좋은 것이다.

상기 유리 에폭시 기판(34)은, 도 8에 있는 바와 같이, 기판 고정 볼록부(26)(도 7 참조)의 정상부에 형성된 나사 구멍에, 도시되지 않은 고정 볼트에 의해, 고정되어 있고, 전원 회로부(17)(도 7 참조)의 유리 에폭시 기판(31)과 제어 회로부(18)의 유리 에폭시 기판(34) 사이는, 도 7에 도시된 전원 회로부(17)의 커패시터(29)나 코일(30) 등이 배치되는 공간으로 되어 있다.

다음으로, 도 3에 도시된 상태에서, 커넥터 단자 조립체(13)가 전력 변환 회로부(16), 전원 회로부(17), 제어 회로부(18)와 접속되고, 또한 도 2에 도시된 바와 같이 금속 커버(12)에 의해 전력 변환 회로부(16), 전원 회로부(17), 제어 회로부(18)가 액밀적으로 밀봉되는 것이다. 이에 의해, 전동 파워 스티어링 장치의 조립이 완료되는 것이다.

이상 서술한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 전력 변환용 방열 영역(15A)에 형성된 돌출형 방열부(28)의 상부에 전력 변환 회로부(16)가 설치되어 있다. 따라서, 전력 변환 회로부(16)의 스위칭 소자에서 발생한 열을 효율적으로 돌출형 방열부(28)에 전열시킬 수 있다. 또한, 돌출형 방열부(28)에 전해진 열은 전력 변환용 방열 영역(15A)으로 확산되고, 모터 하우징(11)의 측둘레면부(11A)에 전열되어 외부로 방열되게 된다.

마찬가지로, 전원용 방열 영역(15B)의 상부에는 전원 회로부(17)가 설치되어 있다. 전원 회로부(17)의 회로 소자가 배치된 유리 에폭시 기판(31)의 전원용 방열 영역(15B)측 면은, 전원용 방열 영역(15B)과 접촉하도록 하여 단부면부(15)에 고정되어 있다. 따라서, 전원 회로부(17)에서 발생한 열을 효율적으로 전원용 방열 영역(15B)에 전열시킬 수 있다. 전원용 방열 영역(15B)에 전해진 열은, 모터 하우징(11)의 측둘레면부(11A)로 확산되어서 전열되어 외부로 방열되게 된다.

이러한 구성에 의하면, 적어도 전원 회로부(17) 및 전력 변환 회로부(16)에서 발생한 열을 모터 하우징(11)의 단부면부(15)에 전열시킴으로써, 히트 싱크 부재를 생략하여 축 방향의 길이를 짧게 할 수 있게 된다. 또한, 모터 하우징(11)은 충분한 열용량을 갖고 있기 때문에, 전원 회로부나 전력 변환 회로부의 열을 효율적으로 외부로 방열할 수 있게 된다.

이상 서술한 바와 같이, 본 발명은 전동 모터의 회전축의 출력부와는 반대측에 있는 모터 하우징의 단부면부에, 적어도 전원 회로부 및 전력 변환 회로부에서 발생한 열을 모터 하우징에 전열시키는 방열부를 형성한 구성을 채용하고 있다. 이에 의하면, 전원 회로부 및 전력 변환 회로부에서 발생한 열을 모터 하우징의 단부면부에 전열시킴으로써, 히트 싱크 부재를 생략하여 축 방향의 길이를 짧게 할 수 있게 된다. 또한, 모터 하우징은 충분한 열용량을 갖고 있기 때문에, 전원 회로부나 전력 변환 회로부의 열을 효율적으로 외부로 방열할 수 있다.

한편, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 변형예가 포함된다. 예컨대, 전술한 실시예는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해서 상세히 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어떤 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것이 가능하며, 또한, 어떤 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대해, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 행하는 것이 가능하다.

6: 전동 파워 스티어링 장치 8: 전동 모터부
9: 전자 제어부 11: 모터 하우징
12: 금속 커버 13: 커넥터 단자 조립체
14: 출력부 15: 단부면부
16: 전력 변환 회로부 17: 전원 회로부
18: 제어 회로부 19: 단부면부
20: 코일 21: 스테이터
22: 로터 23: 회전축
24: 회전 검출부 25: 관통 구멍
26: 기판 고정 볼록부 27: 기판 받침부
28: 돌출형 방열부 29: 커패시터
30: 코일 31: 유리 에폭시 기판
32: 마이크로 컴퓨터 33: 주변 회로
34: 유리 에폭시 기판

Claims (8)

1. 기계계 제어 요소를 구동하는 전동 모터가 수납된 모터 하우징과, 상기 전동 모터의 회전축의 출력부와는 반대측에 있는 상기 모터 하우징의 단부면부 측에 배치된, 상기 전동 모터를 구동하기 위한 제어 회로부, 전원 회로부, 전력 변환 회로부로 이루어지는 전자 제어부를 구비하고,
   상기 모터 하우징의 상기 단부면부에는 전력 변환용 방열 영역, 및 전원용 방열 영역이 형성되며, 상기 전력 변환용 방열 영역에는 상기 전력 변환 회로부가 설치되고, 상기 전원용 방열 영역에는 상기 전원 회로부가 설치되며,
   상기 전력 변환 회로부 및 상기 전원 회로부에서 발생한 열이, 상기 전력 변환용 방열 영역 및 상기 전원용 방열 영역을 통해 상기 모터 하우징에 방열되는 것을 특징으로 하는 전동 구동 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 모터 하우징의 상기 단부면부에 형성된 상기 전원용 방열 영역은, 상기 전동 모터의 회전축 방향에서 보아, 상기 전력 변환용 방열 영역에 대해 멀어지는 방향으로 단차를 갖도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 구동 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 전력 변환용 방열 영역에는, 상기 전동 모터의 회전축 방향에서 보아 상기 전동 모터로부터 멀어지는 방향으로 연장된 돌출형 방열부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 구동 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 전자 제어부는, 상기 전동 모터의 회전축 방향에서 보아 상기 전동 모터로부터 멀어지는 방향으로, 상기 전력 변환 회로부, 상기 전원 회로부, 상기 제어 회로부의 순서로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 구동 장치.
5. 스티어링 샤프트의 회동 방향과 회동 토크를 검출하는 토크 센서로부터의 출력에 기초하여 스티어링 샤프트에 조타 보조력을 부여하는 전동 모터와,
   상기 전동 모터가 수납된 모터 하우징과,
   상기 전동 모터의 회전축의 출력부와는 반대측에 있는 상기 모터 하우징의 단부면부 측에 배치된, 상기 전동 모터를 구동하기 위한 제어 회로부, 전원 회로부, 전력 변환 회로부로 이루어지는 전자 제어부
   를 구비하고,
   상기 모터 하우징의 상기 단부면부에는 전력 변환용 방열 영역, 및 전원용 방열 영역이 형성되며, 상기 전력 변환용 방열 영역에는 상기 전력 변환 회로부가 설치되고, 상기 전원용 방열 영역에는 상기 전원 회로부가 설치되며,
   상기 전력 변환 회로부 및 상기 전원 회로부에서 발생한 열이, 상기 전력 변환용 방열 영역 및 상기 전원용 방열 영역을 통해 상기 모터 하우징에 방열되는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 모터 하우징의 상기 단부면부에 형성된 상기 전원용 방열 영역은, 상기 전동 모터의 회전축 방향에서 보아, 상기 전력 변환용 방열 영역에 대해 멀어지는 방향으로 단차를 갖도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 전력 변환용 방열 영역에는, 상기 전동 모터의 회전축 방향에서 보아 상기 전동 모터로부터 멀어지는 방향으로 연장된 돌출형 방열부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 전자 제어부는, 상기 전동 모터의 회전축 방향에서 보아 상기 전동 모터로부터 멀어지는 방향으로, 상기 전력 변환 회로부, 상기 전원 회로부, 상기 제어 회로부의 순서로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
   

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