JP4123866B2

JP4123866B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4123866B2
Application number: JP2002242164A
Authority: JP
Inventors: 航也吉田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2022-08-22
Also published as: JP2004075024A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵補助力を発生する電動モータが、パワー半導体を含んで構成された制御回路によって制御される電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、操舵補助力を与える電動モータを備えており、この電動モータは、制御回路（モータ駆動回路）によって制御される。この制御回路は、ＰＷＭ回路等によって構成され、モータへの供給電力を制御することによって電動モータの回転制御を行う。そして、制御回路は、ＦＥＴ等のパワー半導体によって構成されている。
【０００３】
パワー半導体は、それ自身の抵抗やＯＮ／ＯＦＦスイッチング時の損失によって発熱が多く、このようなパワー半導体を有する制御回路には放熱策が必要とされる。従来の放熱策は、熱伝導率の良い金属からなるヒートシンクや、熱容量の大きい金属からなるヒートマスをパワー半導体に取り付けることによって行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ヒートシンクやヒートマスを用いる場合には、それらを配置する余分なスペースが必要とされ、重量も増大する。
しかも、近年の電動パワーステアリング装置では、パワー半導体からの発熱が増大傾向にあり、これを従来のヒートシンクやヒートマスによって対応しようとすると、ヒートシンクやヒートマスを大型化しなければならず、一層の大型化・重量増大を招くという問題がある。
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであって、省スペースでパワー半導体の放熱を行えるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵補助力を発生する電動モータが、パワー半導体を含んで構成された制御回路によって制御される電動パワーステアリング装置において、往復動により操向車輪が操舵されるよう操向車輪に連結されるラック等のシャフト部材と、当該シャフト部材が内部に収納されるハウジングと、当該ハウジング内に充填された蓄熱用流体と、を備え、前記制御回路に含まれる前記パワー半導体を内部に収納するケーシングを有し、前記ケーシングは、少なくとも一面がケーシング外への放熱用の熱伝導面とされているとともに、前記放熱用の熱伝導面は、前記パワー半導体が取り付けられた放熱性基板が前記ケーシングの外表面の一部を構成するように設けられてなり、前記パワー半導体から発生する熱が前記放熱性基板を介して前記ハウジングに伝導するように、前記ケーシングの前記放熱性基板が前記ハウジング外面に取り付けられていることを特徴とする。
【０００６】
本発明によると、ハウジングに蓄熱用流体が入れられているため、ハウジングの熱容量が大きくなる。そして、発熱の大きいパワー半導体は、放熱性基板を介して、熱がハウジングに伝導するようにハウジングに取り付けられているから、熱容量の大きくなったハウジングはヒートマスの如く機能する。
このように、本発明では、ハウジングをヒートマスとして活用できるため、別途ヒートマスやヒートシンクを設ける必要がなくなり、省スペースとなる。
また、蓄熱用流体としてはオイルが好ましく、さらには潤滑油がより好ましい。さらに、蓄熱用流体は、ハウジング内に満たされていてもよいし、ほぼ満たす程度でもよい。
【０００７】
また、前記ハウジングには、前記ケーシングの前記放熱性基板が取り付けられる部分に、平坦面を有する台座部が設けられているのが好ましい。この場合、ケーシングを取り付けやすい。
また、本発明では、前記ハウジングの内面に設けられたフィンを備えているのが好ましく、この場合、ハウジングから蓄熱用流体への熱伝導が効率的に行われる。
【０００８】
さらに、本発明は、操舵補助力を発生する電動モータが、パワー半導体を含んで構成された制御回路によって制御される電動パワーステアリング装置において、往復動により操向車輪が操舵されるよう操向車輪に連結されるシャフト部材と、当該シャフト部材が内部に収納されるハウジングと、当該ハウジング内に充填された蓄熱用流体と、を備え、前記パワー半導体は、当該パワー半導体から発生する熱が前記ハウジングに伝導するように前記ハウジングに取り付けられ、前記シャフト部材の往復動によって前記蓄熱用流体を撹拌する撹拌部材を備えていることを特徴とする。
この場合、ハウジングに蓄熱用流体が入れられているため、ハウジングの熱容量が大きくなる。そして、発熱の大きいパワー半導体は熱がハウジングに伝導するようにハウジングに取り付けられているから、熱容量の大きくなったハウジングはヒートマスの如く機能する。
このように、本発明では、ハウジングをヒートマスとして活用できるため、別途ヒートマスやヒートシンクを設ける必要がなくなり、省スペースとなる。
なお、パワー半導体は、ハウジングに直接取り付けても良いし、他の部材（好ましくは熱伝導性の良い部材）を介して間接的に取り付けても良い。
そして、操舵が行われてシャフト部材が往復動する度に自動的に蓄熱用流体が撹拌されるため放熱効率が良い。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、実施形態に係る電動パワーステアリング装置１を備えた車両を示している。この電動パワーステアリング装置１は、一端（上端）に図示しない操舵部材が連結され、他端（下端）にピニオン２が備わった操舵軸３を有している。この操舵軸３には、減速機構４を介して電動モータ５が設けられている。なお、減速機構は図示しないウォームとウォームホイール等から構成されている。
【００１０】
電動モータ５は、操舵補助力を発生するものであり、この電動モータ５の回転が減速機構４によって減速されて操舵軸３に伝達され、ピニオン２が回転する。
この電動パワーステアリング装置１は、ラック・ピニオン方式であり、前記ピニオン２に噛み合うラック（シャフト部材）７を備えている。このラック７は、長手方向中間部がラックハウジング８内部に収納され、左右に往復動可能に設けられている。ラック７の長手方向両端はタイロッド７１，７１を介して操向車輪９，９に連結されている。ピニオン２が回転すると、ラック７の左右方向の直線運動に変換され、タイロッド１７，１７を介して操向車輪９，９の操舵が行われる。なお、両操向車輪９，９は、車軸１０によって回転自在に支持されている。
【００１１】
前記電動モータ５の回転は、制御回路によって制御される。この制御回路は、ＰＷＭ回路等によって構成されており、当該ＰＷＭ回路を構成する素子として、ＭＯＳ−ＦＥＴなどのパワー半導体を備えている。制御回路ではパワー半導体のＯＮ／ＯＦＦスイッチングにより電動モータ５に与えられる電力を調整し、回転制御を行う。
電動モータ５の制御回路は、ケーシング１２内に収納されて、ボックス状の制御ユニット１１として構成されている。図２に示すように、制御ユニット１１のケーシング１２は、少なくとも一面が放熱用の熱伝導面１２ａとされており、この熱伝導面１２ａはアルミニウム等の熱伝導性に優れた材料により形成されている。より具体的には、制御回路は、パワー半導体１５を含む制御回路素子が、放熱性基板１６に取り付けられて構成されており、この放熱性基板１６が、ケーシング１２の外表面の一部１２ａを構成するように設けられている。したがって、パワー半導体１５からの発熱が、放熱性基板１６を介してケーシング１２外に放出される構造となっている。
【００１２】
制御ユニット１１のケーシング１２は、ネジ等によりラックハウジング８に取り付けられている。ラックハウジング８は、断面がほぼ円形状であるが、ケーシング１２を取り付けやすくするため、ケーシング１２が取り付けられる部分には、平坦面を有する台座部８１が設けられている。台座部８１は、ラックハウジング８と一体形成してもよいし、ラックハウジング８とは別の部材を取り付けて構成してもよい。なお、台座部８１は、ラックハウジング８の上側に配置されている。
【００１３】
制御ユニット１１は、ケーシング１２の熱伝導面１２ａが台座部８１に接するようにラックハウジング８に取り付けられ、ラックハウジング８の上側に位置する。なお、制御ユニット１１は、ラックハウジング８の外面の他の位置（例えば前側、後側、下側等）に取り付けてもよいが、制御ユニット１１を車両外部からできるだけ隔離するため、ラックハウジング８の上側の外面が好適である。
【００１４】
台座部８１を含むラックハウジング８は、アルミニウム等の熱伝導性に優れた材料によって主に形成されており、制御ユニット１１から発生した熱が、効率よくラックハウジング８に伝達されるようになっている。なお、ラックハウジング８には、強度確保等のため、部分的に鉄などの材料が用いられている。
【００１５】
ラックハウジング８内部には、制御ユニット１１からの発熱を蓄熱するための蓄熱用流体１８が充填されている。ここでは、蓄熱用流体１８として潤滑油が用いられている。なお、ラックハウジング８は蓄熱用流体１８が漏洩しないように密封構造が採られている。なお、ラックハウジング８内のすべてを蓄熱用流体で満たす必要はない。また、ラックハウジング８内に、蓄熱用流体１８が入れられる流体室を隔壁によって形成しておき、ラックハウジング８内に部分的に蓄熱用流体１８を入れてもよい。
【００１６】
ラックハウジング８内部に入れられた蓄熱用流体１８は、ヒートマスの如く機能し、制御ユニット１１からの発熱を蓄熱する。しかも、ラックハウジング８内部というデッドスペースを有効活用して制御ユニット１１の放熱策とすることができるため、省スペースであり、別途ヒートマス等を設ける場合に比べて小型である。また、蓄熱用流体１８をラックハウジング８の内部に入れても流体であるためラック７の動作を阻害しないばかりか、蓄熱用流体１８が潤滑油であることから、ラック７とピニオン２の潤滑にも役立つ。
【００１７】
ラックハウジング８の内面には、内側に突出する熱伝導用のフィン８２が設けられている。熱伝導用フィン８２は、ラックハウジング周方向に複数設けられており、各フィン８２は、ラック７長手方向に長く形成されている。これらのフィン８２によって制御ユニット１１からの発熱は、効率良く蓄熱用流体１８に伝導される。
ラックハウジング８の外面には、外側に突出する放熱用のフィン８３が設けられている。放熱用フィン８３は、ラックハウジング８において制御ユニット１１が取り付けられている範囲以外の外面に設けられており、具体的にはラックハウジング８の下側に設けられている。放熱用フィン８３をラックハウジング８の下側に設けることで、車両外への放熱を効率的に行うことができる。また、放熱用フィン８３は、ラック７の長手方向に多数設けられており、放熱を促進する構造となっている。
【００１８】
また、ラック７には、蓄熱用流体１８を強制的に撹拌する撹拌部材７２が設けられている。この撹拌部材７２は、ラック７の長手方向中途部において径外方向に突出して設けられており、具体的には円板状に形成されている。撹拌部材７２は、ラック７と一体的に移動するように設けられているため、ラック７が左右動すると、それに連れて撹拌部材７２もラックハウジング８内において左右動して、蓄熱用流体を撹拌し、強制対流を発生させる。これにより蓄熱用流体が均熱化され、放熱フィン８２からの放熱が促進される。
しかも、本実施形態では、発熱する制御ユニット１１をラックハウジング８の上側に設けたため、自然対流が生じ難いが、撹拌部材７２によって強制対流を発生させることができるので、制御ユニット１１をラックハウジング８の上側に設けても、放熱フィン８２からの放熱を確実に行うことができる。
また、撹拌部材７２は、ラック７の動作によって撹拌を行うため、別途撹拌用の駆動装置を設ける必要がなく、簡単な構成で撹拌を行える。
【００１９】
ここで、前記熱伝導用フィン８２は、撹拌部材７２の動作との干渉を防止すべく、撹拌部材７２よりも径方向外方に位置するように、ラックハウジング８からの突出量が抑えられている。また、突出量が抑えられたフィン８２によって熱伝導を効率的に行うため、当該フィン８２は、ラック７長手方向に長く形成されて表面積を大きくし、さらにラックハウジング８の周方向に複数設けることでも表面積を大きくしている。
【００２０】
図３は、制御ユニット１１の変形例を示している。この制御ユニット１１のケーシング１２では、アルミニウム製等の放熱板２０によって熱伝導面１２ａが形成されている。このケーシング１２の内部には図示しない基板に取り付けられたパワー半導体１５が配置されており、パワー半導体１５は放熱板２０に直接接するように取り付けられている。パワー半導体１５の発熱は、熱伝導面１２ａである放熱板２０によって制御ユニット１１外部に伝導される。変形例に係る制御ユニット１１も熱伝導面１２ａがラックハウジング８の台座部８１に接するように取り付けられる。
【００２１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、パワー半導体１５は、放熱性基板１６や放熱板２０といった他の部材を介して間接的にハウジング８に取り付けられているが、パワー半導体１５を直接ハウジング８に取り付けても良い。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によると、蓄熱用流体が入れられたハウジングをヒートマスとして活用できるため、別途ヒートマスやヒートシンクを設ける必要がなくなり、省スペースとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動パワーステアリング装置を有する車両の概略構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】変形例に係る制御ユニットの断面図である。
【符号の説明】
１電動パワーステアリング装置
５電動モータ
７ラック（シャフト部材）
８ラックハウジング（ハウジング）
９操向車輪
１５パワー半導体
１８蓄熱用流体（オイル；潤滑油）
７２撹拌部材
８２熱伝導用フィン
８３放熱用フィン

Claims

操舵補助力を発生する電動モータが、パワー半導体を含んで構成された制御回路によって制御される電動パワーステアリング装置において、
往復動により操向車輪が操舵されるよう操向車輪に連結されるシャフト部材と、
当該シャフト部材が内部に収納されるハウジングと、
当該ハウジング内に充填された蓄熱用流体と、を備え、
前記制御回路に含まれる前記パワー半導体を内部に収納するケーシングを有し、
前記ケーシングは、少なくとも一面がケーシング外への放熱用の熱伝導面とされているとともに、前記放熱用の熱伝導面は、前記パワー半導体が取り付けられた放熱性基板が前記ケーシングの外表面の一部を構成するように設けられてなり、
前記パワー半導体から発生する熱が前記放熱性基板を介して前記ハウジングに伝導するように、前記ケーシングの前記放熱性基板が前記ハウジング外面に取り付けられていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記ハウジングには、前記ケーシングの前記放熱性基板が取り付けられる部分に、平坦面を有する台座部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
前記ハウジングの内面に設けられたフィンを備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。
操舵補助力を発生する電動モータが、パワー半導体を含んで構成された制御回路によって制御される電動パワーステアリング装置において、
往復動により操向車輪が操舵されるよう操向車輪に連結されるシャフト部材と、
当該シャフト部材が内部に収納されるハウジングと、
当該ハウジング内に充填された蓄熱用流体と、を備え、
前記パワー半導体は、当該パワー半導体から発生する熱が前記ハウジングに伝導するように前記ハウジングに取り付けられ、
前記シャフト部材の往復動によって前記蓄熱用流体を撹拌する撹拌部材を備えていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。