KR101072749B1 - 전동식 동력 보조 조향장치의 전자 제어 장치 - Google Patents

전동식 동력 보조 조향장치의 전자 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치의 전자 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치의 전자 제어 장치에 있어서, 일면에 제 1 관통공이 형성된 인쇄 회로 기판; 상기 인쇄 회로 기판에 장착되어 동작시 열을 발산하는 발열 소자; 상기 인홰 회로 기판의 상부에 구비되며 상기 제 1 관통공에 대응하는 제 2 관통공이 형성되고 상기 발열 소자와 접촉되는 금속기판; 상기 인쇄 회로 기판 및 상기 금속기판과 나사 결합되고 상부에 삽입공이 형성되며 나사산이 가공된 복수개의 체결홈이 형성되는 방열판; 및 상기 방열판의 상기 체결홈에 결합되며 상기 인쇄 회로 기판으로부터 전원을 공급받아 회전하는 방열팬을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 전자 제어 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 전자 제어 유닛의 방열판에 방열팬을 부착하여 전자 제어 장치에 설정된 설정 온도 및 전류량의 초과시 방열팬을 가동함으로써, 더욱 효과적으로 전자 제어 장치에서 발생되는 열을 외부로 발산할 수 있는 효과가 있다.
전자 제어 장치, ECU, 방열, 팬, 히트 싱크

Description

전동식 동력 보조 조향장치의 전자 제어 장치{Electronic Control Unit of Electric Power Steering Apparatus}
도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 전동식 동력 보조 조향장치의 구성도,
도 2는 종래 기술에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 전자 제어 장치를 나타낸 요부 분해 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 전자 제어 장치를 나타낸 요부 분해 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 전자 제어 장치의 방열팬을 나타낸 분해 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
300: 전자 제어 장치 310: 인쇄 회로 기판
312: 제 1 관통공 316: 커넥터
320: 전원부 330: 금속기판
332: 제 2 관통공 340: 발열 소자
342: 공급 단자 344: 본체
350: 방열판 352: 결합부
354: 체결홈 356: 삽입공
358: 나사공 360: 전원 케이블
362: 전원 커넥터 370: 온도 감지 센서
380: 방열팬 410: 케이스
412: 발산공 414: 체결홈
416: 플랜지부 420: 날개
422: 연결홈 430: 팬모터
432: 모터축
본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치의 전자 제어 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 전자 제어 장치에 방열팬을 부착하여 방열판과 함께 전자 제어 장치의 외부로 열을 발산함으로써, 향상된 방열 기능을 가진 전동식 동력 보조 조향장치의 전자 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 동력 보조 조향장치로는 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 동력 보조 조향장치(Hydraulic Power Steer ing Apparatus)가 사용되고 있지만, 1990년대 이후 전기 모터를 이용한 전동식 동력 보조 조향장치(Electric Power Steering Apparatus)가 점차로 보편화되어 가고 있다.
기존의 유압식 동력 보조 조향장치는 동력을 보조해 주는 동력원인 유압 펌프가 엔진에 의해 구동되어 조향휠의 회전 여부와 관계없이 항상 에너지를 소모하는 데 비해서 전동식 동력 보조 조향장치는 조향휠이 회전하여 토크가 발생되면 전 기 에너지로 구동되는 모터가 조향 보조 동력을 제공한다. 따라서 전동식 동력 보조 조향장치를 사용하는 경우 유압식 동력 보조 조향장치에 비해 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 전동식 동력 보조 조향장치의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 전동식 동력 보조 조향장치는 조향휠(102)부터 양측 바퀴(108)까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통(100)에 조향 보조 동력을 제공하는 보조 동력 기구(120)를 포함하여 구성된다.
조향 계통(100)은 일측이 조향휠(102)에 연결되어 조향휠(102)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(104)를 매개로 피니언축(106)에 연결되는 조향축(108)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(106)은 피니언 기어부(112)와 랙 바(114)의 외주면 일측에 형성되어 있는 랙 기어부(116)가 서로 맞물려서 형성된 랙-피니언 기구부(110)를 통해 랙바(114)에 연결되고, 랙바(114)의 양단은 타이로드(103)와 너클암(105)을 통해 차량의 바퀴(108)에 연결된다.
보조 동력 기구(120)는 운전자가 조향휠(102)에 가하는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(122), 자동차의 속도를 감지하여 전기 신호를 출력하는 차속 센서(124), 토크 센서(122) 및 차속 센서(124)로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit, 126) 및 전자 제어 장치(126)로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(128)를 포함하여 구성된다.
따라서, 전동식 동력 보조 조향장치는 조향휠(102)의 회전에 의해 발생한 토 크가 랙-피니언 기구부(110)를 거쳐서 랙바(114)에 전달되고, 발생된 토크에 따라 모터(128)에서 발생한 보조 동력이 랙바(114)에 전달되도록 형성된다. 즉, 조향 계통(100)에서 발생한 토크와 모터(128)에서 발생한 보조 동력이 합쳐져서 랙바(114)를 축 방향으로 운동하도록 하는 것이다.
도 2는 종래 기술에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 전자 제어 장치를 나타낸 요부 분해 사시도이다. 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 전자 제어 장치는 인쇄 회로 기판(210), 금속기판(230) 및 방열판(240)을 포함하여 구성된다.
인쇄 회로 기판(210)에는 모터에 공급되는 전류에 포함되어 있는 맥류(Ripple Current)를 흡수하기 위한 캐패시터(Capacitor: 212)와, 모터에 공급되는 전류를 감지하기 위한 션트 저항(Shunt Resistor: 214)과, 조향 보조 동력의 크기 및 방향에 따라 모터에 공급되는 전류를 스위칭하는 전계 효과 트랜지스터(FET, Field-Effect Transistor: 216)와, 전자기적 노이즈(Electromagnetic Noise)를 제거하기 위한 코일(218)과, 조향 토크 및 차속에 기초하여 조향 보조 동력을 계산하기 위한 마이크로 컴퓨터(Micro computer: 220) 등이 장착되어 있다.
금속기판(230)은 인쇄 회로 기판(210)과 소정 거리 이격되어 형성되되 전계 효과 트랜지스터(216)가 결합된다.
방열판(240)은 전자 제어 장치(126)에서 발생하는 열을 공기 중으로 발산하는 장치로서, 금속기판(230)의 상부에 형성되며 나사(250)에 의해 인쇄 회로 기판(210) 및 금속기판(230)에 결합된다.
이러한 구성을 가지는 종래 기술에 따른 전자 제어 장치(126)는 모터(128)의 구동에 필요한 전류가 흐름에 따라 전자 제어 장치(126)에는 많은 열이 발생함에도 불구하고 금속기판(230) 및 방열판(240)의 적층 구조상 열 발산 효과가 약한 문제점이 있었다.
또한, 전자 제어 장치(126)는 차량의 등급에 따라 적용되는 용량이 달라 방열판의 두께도 전자 제어 장치(126)의 크기에 따라 각각 다르게 생산하기 때문에 소량 다품종으로 생산해야하므로 원가가 상승하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 전자 제어 장치에 방열팬을 부착하여 방열판과 함께 전자 제어 장치의 외부로 열을 발산함으로써, 향상된 방열 기능을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적으로는 차량의 등급에 따라 용량이 다르게 적용되는 전자 제어 장치에 방열팬을 부착함으로써, 방열판의 두께를 일정하게 제작할 수 있어 대량 생산이 가능하고 원가을 저감할 수 있는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전동식 동력 보조 조향장치의 전자 제어 장치에 있어서, 일면에 제 1 관통공이 형성된 인쇄 회로 기판; 상기 인쇄 회로 기판에 장착되어 동작시 열을 발산하는 발열 소자; 상기 인홰 회로 기판의 상부에 구비되며 상기 제 1 관통공에 대응하는 제 2 관통공이 형성되고 상기 발열 소자와 접촉되는 금속기판; 상기 인쇄 회로 기판 및 상기 금속기판과 나사 결합되고 상부에 삽입공이 형성되며 나사산이 가공된 복수개의 체결홈이 형성되는 방열판; 및 상기 방열판의 상기 체결홈에 결합되며 상기 인쇄 회로 기판으로부터 전원을 공급받아 회전하는 방열팬을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 전자 제어 장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명에 따른 전동식 동력 보조 조향장치의 전자 제어 장치를 나타낸 요부 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 전자 제어 장치의 방열팬을 나타낸 분해 사시도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자 제어 장치(300)는 인쇄 회로 기판(310), 인쇄 회로 기판(310)의 상부에 형성되는 금속기판(330), 인쇄 회로 기판(310)에 결합되는 발열 소자(340), 인쇄 회로 기판(310)과 소정 거리 이격되게 형성되며 전자 제어 장치(300)에서 발생하는 열을 외부로 발산하는 방열판(360) 및 방열팬(380)을 포함하여 구성된다.
인쇄 회로 기판(310)은 표면에 배선 패턴(Wiring Pattern)이 형성되어 있으며 모터 전류에 있는 맥류(Ripple Current) 성분을 흡수하기 위한 캐패시터(212), 모터 전류를 감지하기 위한 션트 저항(214), 전자기적 노이즈를 제거하기 위한 코일(218) 및 조향 보조 동력을 계산하는 한편 계산된 보조 동력에 따른 제어 신호 를 발생시키는 마이크로 컴퓨터(220) 등이 배선 패턴에 각각의 단자(312)를 통해 인쇄 회로 기판(310)에 납땜된다.
또한, 인쇄 회로 기판(310)의 각각의 모서리에는 제 1 관통공(314)이 형성되어 방열판(360)과 나사(250)를 통해 결합되며, 배터리(미도시)를 브릿지회로(미도시)에 연결하는 커넥터(Connector: 316)가 장착되고 후술하게 될 방열팬(380)과 연결되어 전원을 공급 및 차단하는 전원부(320)가 구비된다.
여기서, 브릿지회로는 복수 개의 스위칭 소자로 구성되어 조향 보조 동력의 크기 및 방향에 따라 모터 전류를 스위칭한다.
금속기판(330)은 전자 제어 장치(300)에서 발생하는 열을 방열판(350)에 전달하는 장치이다. 이와 같은 금속기판(330)은 인쇄 회로 기판(310)의 상부에 구비되되 인쇄 회로 기판(310)에 수직한 판 형상이며 발열 소자(340)와 결합된다.
이와 같은 금속기판(330)은 전자 제어 장치(300)에서 발생한 열을 신속히 방열판(350)에 전달해야 하므로 열 전도성이 좋은 알루미늄이나 구리 등의 금속 재질로 이루어짐이 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니다. 또한, 금속기판(330)의 모서리에는 나사(250)가 관통되며 인쇄 회로 기판(310)에 형성된 제 1 관통공(314)과 대응하는 제 2 관통공(314)이 형성되어 후술하게 될 방열판(350)과 나사 결합된다.
발열 소자(340)는 인쇄 회로 기판(310)에 발열 소자(340)를 연결하고 전류를 공급하기 위한 공급 단자(342) 및 발열 소자(340)에 전류가 공급되면 소정의 기능을 수행하는 본체(344)를 포함하여 구성되는데, 발열 소자(340)에는 전력 소모가 많은 전계 효과 트랜지스터(FET, Field-Effect Transistor: 216)를 비롯한 다양한 전자 소자가 해당된다.
여기서, 공급 단자(342)는 인쇄 회로 기판(310)을 관통하게 한 후 인쇄 회로 기판(310)의 타측으로 돌출되는 공급 단자(342)의 단부를 납땜하여 고정하고, 본체(344)는 작동 과정에서 발생하는 열을 발산하기 위해 금속기판(330)에 결합된다.
이와 같이 구성된 발열 소자(340)는 나사(250) 등으로 발열 소자(340)의 본체(344)를 금속기판(330)에 결합하거나, 발열 소자(340)의 본체(344)를 금속기판(330)에 납땜하여 결합하는 등의 다양한 방법을 사용하여 결합할 수 있다. 하지만, 이에 한정하는 것은 아니다.
방열판(350)은 금속기판(330)을 통해 전달된 열을 신속히 공기 중으로 발산하기 위한 장치로서 인쇄 회로 기판(310)과 소정 거리 이격되게 형성되며 인쇄 회로 기판(310)과 결합할 수 있도록 나사공(358)이 형성된 결합부(352)가 구비된다. 또한, 결합부(352)는 방열판(350)의 모서리에서 돌출되게 형성되며 인쇄 회로 기판(310) 및 금속기판(330)에 형성된 관통공(312)을 관통하는 나사(250)가 결합부(352)에 형성된 나사공(358)에 체결됨으로써 인쇄 회로 기판(310), 금속기판(330) 및 방열판(350)이 결합되는 것이다.
이와 같은 결합부(352)는 내주면에 나사산이 가공된 복수개의 체결홈(354)이 형성되어 방열팬(380)과 나사 결합되며 방열팬(380)에 구비되는 후술하게 될 전원 케이블(440)이 인쇄 회로 기판(310)과 연결될 수 있도록 삽입공(356)이 형성된다.
여기서, 삽입공(356)은 복수개의 체결홈(354) 사이에 형성되어 전원 케이블(360)이 외부로 노출되지 않도록 함이 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 방열판(350)은 발열 소자(340)에서 발생한 열을 신속히 공기 중으로 발산해야 하기 때문에 열 전도성이 좋은 알루미늄이나 구리 등의 금속 재질로 이루어짐이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
아울러, 전자 제어 장치(300)에서 발생하는 열을 공기 중으로 발산한 뒤 전자 제어 장치(300)의 온도가 일정 온도만큼 낮아진다면 방열팬(380)의 작동을 정지시켜 전력의 소비를 최소화하기 위해서 인쇄 회로 기판(310)에 온도 감지 센서(370)를 장착한다. 여기서, 온도 감지 센서(370)는 전자 제어 장치(300)에서 발생하는 열의 온도를 감지 및 측정하여 전자 제어 장치(300)에 측정값을 전달하고 전자 제어 장치(300)는 전달받은 측정값으로 방열팬(380)에 전원 공급 및 차단 여부를 결정한다.
즉, 전자 제어 장치(300)에 온도 감지 센서(370)를 설치하여 방열팬(380)에 전원의 공급 및 차단을 하기 위해서는 전자 제어 장치(300)에 방열판(350)이 발열 소자(340)에서 발생하는 열을 공기 중으로 발산 가능한 최고 온도를 설정한 뒤 온도 감지 센서(370)가 발열 소자(340)에서 발생하는 열의 온도를 측정하여 설정된 온도보다 높게 측정되면 전자 제어 장치(300)는 방열팬(380)에 전원 공급 명령을 내려 방열팬(380)이 작동하여 공기 중으로 열을 발산하고, 방열팬(380)의 작동으로 인하여 설정된 온도보다 낮게 측정되면 전자 제어 장치(300)는 방열팬(380)에 전원 차단 명령을 내려 방열팬(380)을 정지시켜 전력의 소비를 최소화할 수 있다.
방열팬(380)은 방열판(350)의 상부에 구비되어 전자 제어 장치(300)로부터 작동 명령을 전달받아 전자 제어 장치(300)에서 발생한 열을 방열판(350)과 함께 외부로 발산하는 장치로 방열판(350)과 나사 결합되는 케이스(410), 케이스(410)의 내부에 구비되는 날개(420), 날개(420)를 회전시키는 팬모터(430) 및 팬모터(430)에 전원을 공급하는 전원 케이블(440)을 포함하여 구성된다.
케이스(410)는 상부 일면에 전자 제어 장치(300)에서 발생한 열을 공기 중으로 발산할 수 있도록 발산공(412)이 형성되며 방열판(350)에 형성된 체결홈(354)과 나사 결합될 수 있도록 형성된 결합공(414)이 형성된다. 여기서, 결합공(414)은 케이스(410)의 외면을 따라 복수개로 형성되는 플랜지부(416)에 형성됨이 바람직하다.
날개(420)는 케이스(410)에 형성된 발산공(412)의 내측에 형성되며 중앙에 팬모터(430)와 연결되는 연결홈(422)이 형성된다. 이와 같은 날개(420)는 팬모터(430)가 회전하면서 팬모터(430)에 연결된 날개(420)가 함께 회전하여 발열 소자(340)에서 발생하는 열을 케이스(410)에 형성된 발산공(412)을 통해서 공기 중으로 발산하는 것이다.
팬모터(430)는 일측에 모터축(432)이 형성되어 날개(420)와 연결되고 타측에는 전원 케이블(440)과 연결되어 전자 제어 장치(300)로부터 작동 명령을 전달받은 인쇄 회로 기판(310)이 전원 케이블(440)을 통해서 팬모터(430)에 전력을 공급하고 이에 따라 전력을 공급받은 팬모터(430)가 작동하여 날개(420)를 회전시킨다.
전원 케이블(440)은 선단부에 인쇄 회로 기판(310)에 형성된 전원부(320)와 연결되는 전원 커넥터(442)가 형성되어 후술하게 될 팬모터(430)에 전력을 공급 및 차단하는 역할을 한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전자 제어 장치(300)에서 발생하는 열을 방열판(350)이 공기 중으로 발산 가능한 최고 온도를 설정한다. 또한, 온도 감지 센서(370)는 전자 제어 장치(300)가 작동하면서 발생하는 열의 온도를 측정하여 기설정된 최고 온도를 초과하지 않았다면, 전자 제어 장치(300)는 인쇄 회로 기판(310)에 전력 공급 명령을 내리지 않아 방열팬(380)은 구동하지 않고 방열판(350)으로만 전자 제어 장치(300)에서 발생하는 열을 발산한다.
하지만, 전자 제어 장치(300)에서 발생되는 열의 온도가 기설정된 최고 온도를 초과하였을 경우에는 전자 제어 장치(300)는 인쇄 회로 기판(310)에 전원 공급 명령을 전달하고, 전원 공급 명령을 전달받은 인쇄 회로 기판(210)은 방열팬(380)과 연결된 전원 케이블(440)에 전원을 공급하여 방열팬(380)을 구동하여 방열판(350)과 함께 열을 발산하여 전자 제어 장치(300)에서 발생하는 열을 더욱 효과적으로 발산할 수 있는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전자 제어 유닛의 방열판에 방열팬을 부착하여 전자 제어 장치에 설정된 설정 온도 및 전류량의 초과시 방열팬을 가동함으로써, 더욱 효과적으로 전자 제어 장치에서 발생되는 열을 외부로 발산할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 또 다른 효과으로는 차량의 등급에 따라 용량이 다르게 적용되는 전자 제어 장치에 방열팬을 부착함으로써, 방열판의 두께를 일정하게 제작할 수 있어 대량 생산이 가능하고 원가 저감의 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 전동식 동력 보조 조향장치의 전자 제어 장치에 있어서,
    일면에 제 1 관통공이 형성된 인쇄 회로 기판;
    상기 인쇄 회로 기판에 장착되어 동작시 열을 발산하는 발열 소자;
    상기 인홰 회로 기판의 상부에 구비되며 상기 제 1 관통공에 대응하는 제 2 관통공이 형성되고 상기 발열 소자와 접촉되는 금속기판;
    상기 인쇄 회로 기판 및 상기 금속기판과 나사 결합되고 상부에 삽입공이 형성되며 나사산이 가공된 복수개의 체결홈이 형성되는 방열판; 및
    상기 방열판의 상기 체결홈에 결합되며 상기 인쇄 회로 기판으로부터 전원을 공급받아 회전하는 방열팬
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 전자 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열팬은
    일면에 발산공이 형성되고 상기 체결홈의 중심과 동일 선상에 위치하여 결합되는 결합공이 형성된 케이스;
    상기 발산공의 하측에 구비되며 연결홈이 형성되고 상기 전자 제어 장치에서 발생되는 열을 발산시키는 날개;
    상기 연결홈에 연결되는 모터 축이 구비되는 팬모터; 및
    선단부에 전원 커넥터가 구비되며 상기 팬모터와 연결되어 전원을 공급 및 차단하는 전원 케이블
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 전자 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    외부로 발산되는 열의 온도를 측정하는 온도 감지 센서를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 전자 제어 장치.
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