JP2009176935A - コントロールユニットおよび電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置用のコントロールユニットにおける駆動基板からの発熱を効率的に放熱させる。
【解決手段】電動モータを駆動するための駆動基板（３）と、前記駆動基板を制御するための制御基板（２）と、内部に前記駆動基板および前記制御基板が収容されるケース体（１）と、を有し、前記ケース体は、前記駆動基板が配置される基底部と、前記基底部の外縁から立ち上がりその上端部または上端部近傍に前記制御基板が配置される周壁部と、カバー外周部が前記周壁部の上端部に被着されて前記制御基板をその上面から所定の間隔をおいて覆うカバーとを有し、前記駆動基板は、当該駆動基板下面に一つ若しくは複数の発熱部品（９）を備えており、前記ケース体の基底部には、前記駆動基板下面に備えられた発熱部品に対応する位置に一つ若しくは複数の凹み（１０）が設けられており、前記凹みに前記発熱部品が熱伝導可能に収容されているコントロールユニット、を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば電動モータによる操舵補助力を車両のステアリング系に付与する電動パワーステアリング装置、および該装置用のコントロールユニット（ＥＣＵ）に関するものであり、特にコントロールユニットにおける高発熱電子部品の放熱機構に関するものである。

現在、自動車等の車両のステアリング装置を電動モータの回転力で助勢する電動パワーステアリング装置が提案され、実用化されている。かかる電動パワーステアリング装置は、操向ハンドルの操作によりステアリングコラムに発生する操舵トルクを検出し、その検出信号に基づいて、コントロールユニットが電動モータを駆動制御して操向ハンドルの操舵力を補助するものである。

近年のシステムの高出力化に対応するため、自動車用のコントロールユニットは、容量の大きいパワートランジスタなど高発熱電子部品を使用している。

コントロールユニット内の高発熱部品の放熱機構として一般的なのは、制御回路を構成する制御基板（主に樹脂基板）と、制御対象を駆動する駆動基板（主に金属基板）を有し、駆動基板に実装されたパワートランジスタなどの高発熱部品が駆動基板に塗布された熱伝導性ゲル材等を介してケースに放熱する構造である。

図４は、従来方式のコントロールユニットの内部構成を示す断面図である。ここに示す一般的なコントロールユニットは、制御基板２（主に樹脂製の基板）と駆動基板３（主に金属製の基板）とが積層配置されており、両基板がリード線６等によって電気的に接続されている。制御基板２は、その上面および／または下面（図４では下面）に比較的発熱量の低い電子部品８を実装している。駆動基板３の上面には、比較的発熱量の低い電子部品７と共に、例えばパワートランジスタのようなそれらと比較して発熱量の高い高発熱部品９が実装されている。ここで、熱伝導性ゲル状物質（熱伝導性ゲル材１１ａ）が駆動基板３の下面もしくはベース４の底部表面の何れかに塗布されており、当該熱伝導性ゲル材１１ａを挟んで駆動基板３とベース４の底部表面とが密着している。

高発熱電子部品９から生ずる熱の放熱には、二つの経路が存在する。図４において実線矢印で示されている第一放熱経路１３は、高発熱電子部品９にて生じ、熱伝導性ゲル材１１ａを伝播した熱が、ベース４を通して外気に放熱されるルートである。また、破線矢印で示されている第二放熱経路１４は、高発熱電子部品９から筐体内空間１２へと直接放熱されるルートである。

図４に示す従来方式のコントロールユニットでは、高発熱電子部品９とベース４とが駆動基板３を挟んで反対側に存在している。よって、高発熱電子部品９から発生する熱は、上述の通り、第一放熱経路１３と第二放熱経路１４とに別れて放熱されることとなる。この場合、第二放熱経路１４による放熱は、筐体内空間１２の温度を上昇させ、結果として低発熱電子部品７および８の温度も上昇させてしまう。一般に、これら低発熱電子部品自体の耐熱温度は低いので、筐体内温度が上昇することで各部品の動作が不安定となり、結果としてコントロールユニットの誤作動や故障を引き起こしてしまうことも想定された。

また、近年、車両搭載性を向上させるためにはコントロールユニットの小型化が求められており、車両軽量化の観点からはコントロールユニットの軽量化に対する要請が高まっている。
特開平１１−３５４９５８号公報

しかしながら、コントロールユニットの高出力化を満足する為には、パワートランジスタなどの高発熱部品から発生する熱をヒートシンク等を介して効率よく外部に放出させ、筐体内部に存在するその他電子部品が熱による障害を受けないような熱設計とする必要があり、そのためにはヒートシンクを高容量化することが不可避であった。ここで、ヒートシンクの高容量化は、車両搭載性だけでなくコントロールユニットの重量増にも悪影響を与えてしまうので、車両搭載性の向上や車重軽量化を実現するためには、ヒートシンクは出来得る限り小容量である必要がある。

例えば、特許文献１に記載されているコントロールユニットは、基板上に実装された電子部品を覆うように配置されたゲル状物質が拡散するのを防ぐために、拡散防止壁と基板を固定するフレームを備えた電子部品の放熱構造を有している。

しかしながら、特許文献１に記載されている構造をコントロールユニットに適用したとしても、駆動基板上の高発熱部品が生ずる熱は筐体内空間にも伝搬してしまい、その熱によって筐体内温度が上昇して制御基板上の他の電子部品等が加熱されてしまうこととなってしまうので、耐熱温度が低い電子部品に与える熱の影響を考慮すると、ヒートシンクとして機能するベース部品の高容量化は免れなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、駆動基板にて発生する熱を効率的に放熱させることを目的とする。

前記目的を達成するために、電動モータを駆動するための駆動基板と、前記駆動基板を制御するための制御基板と、内部に前記駆動基板および前記制御基板が収容されるケース体と、を有し、前記ケース体は、前記駆動基板が配置される基底部と、前記基底部の外縁から立ち上がりその上端部または上端部近傍に前記制御基板が配置される周壁部と、カバー外周部が前記周壁部の上端部に被着されて前記制御基板をその上面から所定の間隔をおいて覆うカバーとを有し、前記駆動基板は、当該駆動基板下面に一つ若しくは複数の発熱部品を備えており、前記ケース体の基底部には、前記駆動基板下面に備えられた発熱部品に対応する位置に一つ若しくは複数の凹みが設けられており、前記凹みに前記発熱部品が熱伝導可能に収容されているコントロールユニット、を提供する。

かかる構成を採用すると、発熱部品からの熱を駆動基板の上面側におけるケース体内空間にではなく、駆動基板の下面側から、言い換えれば、ケース体内空間とは反対側に形成された凹みを介して、ユニット外部に放熱することが可能となる。

前記コントロールユニットにおいて、前記凹みには、該凹みに収容された発熱部品と前記基底部とに接する熱伝導物質が配置されているように構成することができる。

かかる構成を採用すると、熱伝導物質を介して積極的に熱伝搬させることで、発熱部品からの熱をより効率的にユニット外部に放熱することが可能となる。

前記コントロールユニットにおいて、前記凹みは、底部分がフィン形状をなしているように構成することができる。

かかる構成を採用すると、熱伝導物質とケースとの接触面積を増加させることで、発熱部品からの熱をより効率的にユニット外部に放熱することが可能となる。

前記コントロールユニットにおいて、前記熱伝導物質は、熱伝導性ゲル材であるように構成することができる。

かかる構成を採用すると、熱伝導性ゲル材を介して積極的に熱伝搬させることで、発熱部品からの熱をより効率的にユニット外部に放熱することが可能となる。

さらに、本発明は、上記コントロールユニットを使用した電動パワーステアリング装置を提供する。

かかる構成を採用すると、コントロールユニットの熱による不具合の発生を抑制することが可能となり、電動パワーステアリング装置に対する制御の安定性および信頼性の向上を図ることができる。

本発明によれば、駆動基板上の高発熱部品にて生ずる熱を筐体内空間ではなく外部空間に効率的に放熱することが可能となり、コントロールユニットを効率的に冷却することが可能となる。このことは、ヒートシンク容量の低減を可能とし、コントロールユニットの小型化、軽量化が実現される。

さらに、本発明によれば、外部への放熱効率が向上することでより熱容量が高い部品を搭載できるので、コントロールユニットの高出力化が可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置について説明する。

本実施形態に係るコラム式の電動パワーステアリング装置２０は、図１に示すように、ステアリング系（ステアリングシャフト２１、ハウジング２２、ラック・ピニオン式運動変換機構２５、ウォーム減速機構３０等からなる構成）と、このステアリング系に操舵補助トルクを与えるパワーアシスト用の電動モータ２３と、トルクセンサ２９と、を備えている。

ステアリングシャフト２１は、ステアリング入力軸２１ａと、ステアリング出力軸２１ｂと、を有しており、ハウジング２２の内部に軸心回りに回転自在に支持されている。ハウジング２２は、車室内部の所定位置に下部を前方に向けて傾斜した状態に固定されている。ステアリング入力軸２１ａは、その上端に、図示していないステアリングホイールが固定されることとなり、ステアリングホイールと同期回転する。

ステアリング入力軸２１ａとステアリング出力軸２１ｂとは、トルクセンサ２９のトーションバーを介して連結されている。ステアリングホイールからステアリング入力軸２１ａを経てステアリング出力軸２１ｂに伝達される操舵トルクは、トルクセンサ２９により検出される。ここで、コントロールユニット（ＥＣＵ）は、検出された操舵トルクに関する信号を受け取り、電動モータ２３の出力を制御している。

ラック・ピニオン式運動変換機構２５は、長手方向を車両の左右方向として車両前部のエンジンルーム内にほぼ水平に配置され軸方向に移動自在なラック軸２６と、ラック軸２６の軸心に対して斜めに支承されてラック軸２６の歯部に噛合する歯部が設けられたピニオン軸２７と、ラック軸２６及びピニオン軸２７を支承する筒状ケース２８と、を有している。ラック・ピニオン式運動変換機構２５のラック軸２６の両端側に設けられた図示していないナックルには、前輪のホイールが取り付けられる。

ピニオン軸２７とステアリング出力軸２１ｂの下端とは、連結部材２４で連結されている。また、ステアリング出力軸２１ｂの軸方向の中間位置には、ウォーム減速機構３０が配置され、このウォーム減速機構３０を介して電動モータ２３から、ステアリング出力軸２１ｂに対して操舵補助トルクが付与される。

次に、本発明の実施形態に係るコントロールユニットについて説明する。

図２は、本発明の第１実施例を示す断面図である。ケース１は、底部および周壁部を有する上端が開放された容器状の形態をなすベース４と、その開放上端部を封止するためのカバー５とを含む。制御基板２および駆動基板３は、ケース１のベース４内部に積層されており、両基板間はリード線６によって電気的に接続されている。具体的には、制御基板２はベース４の周壁部上段に固定され、その上面および／または下面（図２では下面）に比較的発熱量の低い電子部品８が実装されており、駆動基板３はベース４の底部に固定され、その上面には比較的発熱量の低い電子部品７が実装されている。駆動基板３の下面には電子部品７，８と比較して発熱量の高い高発熱電子部品９が実装されている。ここで、駆動基板３と熱伝導ゲル材１１ａを挟んで密着しているベース４の底部表面のうち、上記高発熱電子部品９に対応する位置には、高発熱電子部品９の設置面積よりも広く、高発熱電子部品９の高さよりも深い、高発熱電子部品９の逃げを確保するための凹み空間１０が形成されている。当該凹み空間１０には熱伝導性ゲル材１１ｂが充填されており、結果として、高発熱電子部品９が筐体内空間１２から隔離されている。なお、凹み空間１０は、必ずしもその空間全体に亘って熱伝導物質が充填される必要は無く、例えば高発熱電子部品９の下面と凹み空間１０の底部表面との間に熱伝導性に優れた金属製のスペーサ等が設けられてもよい。同様のスペーサは、高発熱電子部品９の側面と凹み空間１０の壁面との間に設けられてもよい。

このように、高発熱電子部品９は、凹み空間１０内部で周辺を熱伝導性ゲル材１１ｂに取り囲まれることとなるので、ヒートシンクとして機能するベース４を高容量化しなくとも、高発熱電子部品９から発生する熱がベース４を介した第一放熱経路１３から積極的に放熱される。それに対し、高発熱電子部品９は駆動基板３を介して筐体内空間１２から隔離されているので、筐体内空間１２への直接放熱である第二放熱経路１４からの放熱量は著しく減少する。このように、ベース４からの放熱が積極的に行われることで、コントロールユニットより外部空間に向かう放熱がより効率的となる。また、筐体内空間１２への直接放熱が縮減されることで、筐体内にある電子部品７，８が、高発熱電子部品９よりのもらい熱で受ける悪影響を低減することが可能となり、それら電子部品としてより耐熱温度の低い安価なものを利用することが可能となるだけでなく、高発熱電子部品９としてより高出力・高熱容量な電子部品を用いることも可能となる。

次に、本発明の第２実施例について図３を用いて説明する。以下、第１実施例と同一の構成要素については、同一の符号を付すとともにその説明を省略する。

本実施例は、実施例１の変形実施例であり、熱伝導性ゲル材１１ｂとベース４との接触面積を増やす目的で、凹み空間１０内部の熱伝導性ゲル材１１ｂと接触するベース４の底部表面の一部がフィン状に加工されている。従って、高発熱電子部品９より伝搬する熱の伝導面積をより広く確保することが可能となり、ベース４からの放熱がより積極的に行われることで、コントロールユニットより外部空間に向かう放熱がさらに効率的となる。

なお、上記実施例および変形例は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれに限定するものではなく、その要旨を逸脱しない限り各種構成部品を適宜設計することができることはいうまでもない。図２及び３に記載されている実施例でベース４に形成された凹み空間１０は一箇所であるが、例えば駆動基板３上に高発熱電子部品９が複数実装されているような場合には、各発熱部品毎に対応した凹み空間１０をベース４の底部表面に複数配設すればよい。また、各凹み空間１０の大きさ及び深さは、対応する高発熱電子部品９の発熱量、熱伝導性ゲル材１１の熱伝導性能及び充填量、およびベース４に凹みを設けた場合にケース１全体の強度に与える影響等を総合的に勘案して決定すればよい。

本発明の電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 本発明の第１実施例に係るコントロールユニットの一部の断面図である。 本発明の第２実施例に係るコントロールユニットの一部の断面図である。 従来方式のコントロールユニットの一部の断面図である。

符号の説明

１ ……ケース
２ ……制御基板
３ ……駆動基板
４ ……ベース
５ ……カバー
６ ……リード線
７ ……電子部品
８ ……電子部品
９ ……高発熱電子部品
１０……凹み空間
１１ａ……熱伝導性ゲル材
１１ｂ……熱伝導性ゲル材
１２……筐体内空間
１３……第一放熱経路
１４……第二放熱経路
２０……電動パワーステアリング装置
２１……ステアリングシャフト
２２……ハウジング
２３……電動モータ
２４……連結部材
２５……ラックアンドピニオン式運動変換機構
２６……ラック軸
２７……ピニオン軸
２８……筒状ケース
２９……トルクセンサ
３０……ウォーム減速機構

Claims (5)

1. 電動モータを駆動するための駆動基板と、前記駆動基板を制御するための制御基板と、内部に前記駆動基板および前記制御基板が収容されるケース体と、を有し、
   前記ケース体は、前記駆動基板が配置される基底部と、前記基底部の外縁から立ち上がりその上端部または上端部近傍に前記制御基板が配置される周壁部と、カバー外周部が前記周壁部の上端部に被着されて前記制御基板をその上面から所定の間隔をおいて覆うカバーとを有し、
   前記駆動基板は、当該駆動基板下面に一つ若しくは複数の発熱部品を備えており、
   前記ケース体の基底部には、前記駆動基板下面に備えられた発熱部品に対応する位置に一つ若しくは複数の凹みが設けられており、
   前記凹みに前記発熱部品が熱伝導可能に収容されているコントロールユニット。
2. 前記凹みには、該凹みに収容された前記発熱部品と前記基底部の双方に接する熱伝導物質が配置されている
   請求項１に記載のコントロールユニット。
3. 前記凹みは、底部分がフィン形状をなしている
   請求項１に記載のコントロールユニット。
4. 前記熱伝導物質は、熱伝導性ゲル材である
   請求項２に記載のコントロールユニット。
5. 請求項１乃至４のコントロールユニットを使用した電動パワーステアリング装置。

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