KR102158238B1 - 전동 구동 장치 및 전동 파워 스티어링 장치 - Google Patents

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Abstract

합성 수지에 의해 패키지화된, 전동 모터의 회전축(23)의 측을 향해 형성된 회전축측 변(44A)과, 전동 모터의 코일 입력 단자의 측을 향해 형성된 제어 출력 단자측 변(44B)과, 회전축측 변과 제어 출력 단자측 변의 각각의 단부를 연결하는 측변을 포함하는 전력 변환 회로부(16)를 형성하고, 코일 입력 단자와 접속되는 삼상의 각각의 제어 출력 단자(48U∼48W)를 제어 출력 단자측 변(44B)에 설치함과 더불어, 각각의 상의 상하 아암을 형성하는 파워 스위칭 소자(38)를, 제어 출력 단자측 변(44B)을 따라서, 또한 회전축측 변(44A)과 제어 출력 단자측 변(44B) 사이의 중앙 부근으로부터 제어 출력 단자측 변(44B)에 가깝게 지그재그형으로 배치했다. 이것에 의해, 전력 변환 회로부를 소형화할 수 있고, 나아가 전력 변환 회로부의 열을 효율적으로 외부로 방열할 수 있다.

Description

전동 구동 장치 및 전동 파워 스티어링 장치
본 발명은 전동 구동 장치 및 전동 파워 스티어링 장치에 관한 것이며, 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 있지만, 최근에는 전동 모터의 회전 속도나 회전 토크를 제어하는 반도체 소자 등으로 이루어진 전자 제어부를 전동 모터에 일체적으로 내장하는, 소위 기전 일체형의 전동 구동 장치가 채용되기 시작하고 있다.
기전 일체형의 전동 구동 장치의 예로서, 예컨대 자동차의 전동 파워 스티어링 장치에서는, 운전자가 스티어링 휠을 조작하는 것에 의해 회동하는 스티어링 샤프트의 회동 방향과 회동 토크를 검출하고, 이 검출치에 기초하여 스티어링 샤프트의 회동 방향과 동일한 방향으로 회동하도록 전동 모터를 구동시켜, 조타 어시스트 토크를 발생시키도록 구성되어 있다. 이 전동 모터를 제어하기 위해, 전자 제어부(ECU : Electronic Control Unit)가 파워 스티어링 장치에 설치되어 있다.
종래의 전동 파워 스티어링 장치로는, 예컨대 일본 특허 공개 제2013-138610호 공보(특허문헌 1)에 기재된 것이 알려져 있다. 특허문헌 1에는, 전동 모터부와 전자 제어부로 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 축방향의 출력축과는 반대측에 배치된 모터 하우징의 폐색 덮개로서 기능하는 히트싱크 부재에 부착되어 있다.
히트싱크 부재에 부착되는 기판에는, 전원 회로부, 전동 모터를 구동 제어하는 MOSFET, 혹은 IGBT 등과 같은 파워 스위칭 소자를 갖는 전력 변환 회로부(파워 모듈), 및 파워 스위칭 소자를 제어하는 제어 회로부가 배치되고, 파워 스위칭 소자의 출력 단자와 전동 모터의 입력 단자는 버스바를 통해 전기적으로 접속되어 있다.
그리고, 히트싱크 부재에 부착된 전자 제어부에는, 합성 수지로 만들어진 커넥터 케이스를 통해 전원으로부터 전력이 공급되고, 또한 검출 센서류로부터 운전 상태 등의 검출 신호가 공급되고 있다. 커넥터 케이스는 덮개체로서 기능하고 있고, 히트싱크를 밀폐하여 막도록 고정되고, 또한 고정 나사에 의해 히트싱크의 외주 표면에 고정되어 있다.
이와 같이, 특허문헌 1에 있는 바와 같은 구성의 전동 파워 스티어링 장치에서는, 제어 회로부, 전원 회로부, 전력 변환 회로부를 1장의 회로 기판에 배치하고, 이 회로 기판으로부터의 열을 외부로 방열하기 위해, 회로 기판을 모터 하우징의 덮개 부재를 겸하는 히트싱크 부재에 고정하는 구성으로 하고 있다.
또한, 그 밖에 전자 제어 장치를 일체화한 전동 구동 장치로는, 전동 브레이크나 각종 유압 제어용의 전동 유압 제어기 등이 알려져 있지만, 이하의 설명에서는 대표하여 전동 파워 스티어링 장치에 관해 설명한다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2016-36246호 공보
이 종류의 전동 파워 스티어링 장치는, 자동차의 엔진룸 내에 배치되기 때문에 소형으로 구성되는 것이 필요하다. 특히 최근에는 자동차의 엔진룸 내는, 배기 가스 대책 기기나 안전 대책 기기 등의 보기류가 많이 설치되는 경향이 있다. 이 때문에, 전동 파워 스티어링 장치를 포함하여 각종 보기류는 가능한 한 소형화하는 것이 필요하지만, 특히 직경 방향으로 소형화하는 것이 요구되고 있다.
또한, 소형화와는 별도의 요인이지만, 전자 제어 회로부를 이중계로 구성하는 것도 요구되고 있고, 이 때문에 1장의 회로 기판에 이중계를 구성하는 전자 제어 회로부를 배치하면, 회로 기판이 직경 방향으로 더욱 커진다고 하는 과제가 있다.
이러한 과제에 대응하기 위해서는, 회로 기판을 2장 이상의 복수의 회로 기판으로 하여, 각각의 회로 기판에 필요한 전자 제어 회로를 배치하고, 이 회로 기판을 모터 하우징의 축방향으로 적층하여 배치하면, 직경 방향의 형상을 작게 할 수 있기 때문에 소형화에 대하여 유효한 수법이다.
그런데, 전동 모터의 전력을 제어하는 전력 변환 회로부를 구성하는 파워 스위칭 소자와 같은 전기 부품은 발열량이 크다. 이 때문에, 소형화의 요구에 부응함과 더불어 효율적으로 파워 스위칭 소자의 열을 방열해 줄 필요가 있다. 이와 같이, 전력 변환 회로부를 소형화하고, 파워 스위칭 소자의 열을 효율적으로 외부로 방열할 수 있는 전동 구동 장치가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 전력 변환 회로부를 소형화할 수 있고, 나아가 전력 변환 회로부의 열을 효율적으로 외부로 방열할 수 있는 신규 전동 구동 장치 및 전동 파워 스티어링 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 특징은, 합성 수지에 의해 패키지화된, 전동 모터의 회전축의 측을 향해 형성된 회전축측 변과, 전동 모터의 삼상 코일 입력 단자의 측을 향해 형성된 제어 출력 단자측 변과, 회전축측 변과 제어 출력 단자측 변의 각각의 단부를 연결하는 측변을 포함하는 전력 변환 회로부를 형성하고, 삼상 코일 입력 단자와 접속되는 삼상의 각각의 제어 출력 단자를 제어 출력 단자측 변에 설치함과 더불어, 각각의 상의 상하 아암을 형성하는 파워 스위칭 소자를, 제어 출력 단자측 변을 따라, 또한 회전축측 변과 제어 출력 단자측 변 사이의 중앙 부근으로부터 제어 출력 단자측 변에 가깝게 지그재그형 배치로 한 것에 있다.
본 발명에 의하면, 각각의 상(相)의 상하 아암을 형성하는 파워 스위칭 소자를, 제어 출력 단자측 변을 따라, 또한 회전축측 변과 제어 출력 단자측 변 사이의 중앙 부근으로부터 제어 출력 단자측 변에 가깝게 배치했기 때문에, 상하 아암을 형성하는 파워 스위칭 소자와 제어 출력 단자를 연결하는 배선 길이를 짧게 할 수 있고, 전력 변환 회로를 소형화할 수 있다. 또한, 상하 아암을 형성하는 파워 스위칭 소자를 지그재그형 배치로 하고 있기 때문에, 금속 배선판의 면적을 크게 할 수 있고, 그만큼 방열 성능을 향상시킬 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 나타내는 전동 파워 스티어링 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 모터 하우징의 사시도이다.
도 5는 도 4에 나타내는 모터 하우징을 축방향으로 단면한 단면도이다.
도 6은 도 4에 나타내는 모터 하우징에 전력 변환 회로부를 배치한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 4에 나타내는 모터 하우징에 전원 회로부를 배치한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 4에 나타내는 모터 하우징에 제어 회로부를 배치한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 4에 나타내는 모터 하우징에 금속 커버를 고정하는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 10은 이중계를 구성하는 전력 변환 회로부의 회로 구성을 설명하는 회로도이다.
도 11은 이중계의 한쪽 계의 전력 변환 회로부의 단면을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 12는 이중계의 한쪽 계의 전력 변환 회로부의 금속 배선판과 파워 스위칭 소자의 배치 구성을 설명하는 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관해 도면을 이용하여 상세히 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적인 개념 중에서 여러가지 변형예나 응용예도 그 범위에 포함하는 것이다.
본 발명의 실시형태를 설명하기 전에 본 발명이 적용되는 일례로서의 조타 장치의 구성에 관해 도 1을 이용하여 간단히 설명한다.
우선, 자동차의 전륜을 조타하기 위한 조타 장치에 관해 설명한다. 조타 장치(1)는 도 1에 나타낸 바와 같이 구성되어 있다. 도시하지 않은 스티어링 휠에 연결된 스티어링 샤프트(2)의 하단에는 도시하지 않은 피니언이 설치되고, 이 피니언은 차체 좌우 방향으로 긴 도시하지 않은 랙과 맞물려 있다. 이 랙의 양단에는 전륜을 좌우 방향으로 조타하기 위한 타이 로드(3)가 연결되어 있고, 랙은 랙하우징(4)으로 덮여 있다. 그리고, 랙하우징(4)과 타이 로드(3) 사이에는 고무 부츠(5)가 설치되어 있다.
스티어링 휠을 회동 조작할 때의 토크를 보조하기 위해, 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 검출치에 기초하여 랙에 기어(10)를 통해 조타 보조력을 부여하는 전동 모터부(8)와, 전동 모터부(8)에 배치된 전동 모터를 제어하는 전자 제어 장치(ECU)부(9)가 설치되어 있다. 전동 파워 스티어링 장치(6)의 전동 모터부(8)는, 출력축측의 외주부의 3개소가 도시하지 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 조작되는 것에 의해 스티어링 샤프트(2)가 어떤 방향으로 회동 조작되면, 이 스티어링 샤프트(2)의 회동 방향과 회동 토크를 토크 센서(7)가 검출하고, 이 검출치에 기초하여 제어 회로부가 전동 모터의 구동 조작량을 연산한다. 이 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, 도시하지 않은 피니언으로부터 기어(10)를 통해 도시하지 않은 랙에 전달되어 자동차가 조타되는 것이다. 이러한 구성, 작용은 이미 잘 알려져 있기 때문에, 더 이상의 설명은 생략한다.
그런데, 전술한 바와 같이, 회로 기판을 2장 이상의 복수의 회로 기판으로서, 각각의 회로 기판에 필요한 전자 제어 회로를 배치하고, 이 회로 기판을 모터 하우징의 축방향으로 적층하여 배치하면, 직경 방향의 형상을 작게 할 수 있기 때문에 소형화에 대하여 유효한 수법이다.
그런데, 전동 모터의 전력을 제어하는 전력 변환 회로부를 구성하는 파워 스위칭 소자와 같은 전기 부품은 발열량이 크다. 이 때문에, 소형화의 요구에 부응함과 더불어, 효율적으로 파워 스위칭 소자의 열을 방열해 줄 필요가 있다. 이러한 배경에서, 본 실시형태에서는 다음과 같은 구성의 전동 파워 스티어링 장치를 제안하는 것이다.
즉, 본 실시형태에서는, 합성 수지에 의해 패키지화된, 전동 모터의 회전축의 측을 향해 형성된 회전축측 변과, 전동 모터의 삼상 코일 입력 단자의 측을 향해 형성된 제어 출력 단자측 변과, 회전축측 변과 제어 출력 단자측 변의 각각의 단부를 연결하는 측변을 포함하는 전력 변환 회로부를 형성하고, 삼상 코일 입력 단자와 접속되는 삼상의 각각의 제어 출력 단자를 제어 출력 단자측 변에 설치함과 더불어, 각각의 상의 상하 아암을 형성하는 파워 스위칭 소자를, 제어 출력 단자측 변을 따라, 또한 회전축측 변과 제어 출력 단자측 변 사이의 중앙 부근으로부터 제어 출력 단자측 변에 가깝게 지그재그형 배치로 한 구성을 제안하는 것이다.
이 구성에 의하면, 각각의 상의 상하 아암을 형성하는 파워 스위칭 소자를, 제어 출력 단자측 변을 따라, 또한 회전축측 변과 제어 출력 단자측 변 사이의 중앙 부근으로부터 제어 출력 단자측 변에 가깝게 배치했기 때문에, 상하 아암을 형성하는 파워 스위칭 소자와 제어 출력 단자를 연결하는 배선 길이를 짧게 할 수 있고, 전력 변환 회로를 소형화할 수 있다. 또한, 상하 아암을 형성하는 파워 스위칭 소자를 지그재그형 배치로 하고 있기 때문에, 금속 배선판의 면적을 크게 할 수 있고, 그만큼 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 일실시형태가 되는 전동 파워 스티어링 장치의 구체적인 구성에 관해, 도 2 내지 도 12를 이용하여 상세히 설명한다. 또한, 도 2는 본 실시형태가 되는 전동 파워 스티어링 장치의 전체적인 구성을 나타낸 도면이며, 도 3은 도 2에 나타내는 전동 파워 스티어링 장치의 구성 부품을 분해하여 경사 방향에서 본 도면이며, 도 4 내지 도 9는 각 구성 부품의 조립 순서에 따라서 각 구성 부품을 조립한 상태를 나타내는 도면이며, 도 10 내지 도 12는, 본 실시형태의 특징이 되는 구체적인 구성을 설명하는 도면이다. 따라서, 이하의 설명에서는, 각 도면을 적절하게 인용하면서 설명을 행하는 것으로 한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 전동 파워 스티어링 장치를 구성하는 전동 모터부(8)는, 알루미늄 합금 등으로 만들어진 통부를 갖는 모터 하우징(11) 및 여기에 수납된 도시하지 않은 전동 모터로 구성되고, 전자 제어부(9)는, 모터 하우징(11)의 축방향의 출력축과는 반대측에 배치된, 알루미늄 합금 등으로 만들어진 금속 커버(12) 및 여기에 수납된 도시하지 않은 전자 제어부로 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 내부의 수납 공간에 수납된 전자 제어부는, 필요한 전원을 생성하는 전원 회로부나, 전동 모터부(8)의 전동 모터를 구동 제어하는 MOSFET 혹은 IGBT 등으로 이루어진 파워 스위칭 소자를 갖는 전력 변환 회로나, 이 파워 스위칭 소자를 제어하는 제어 회로부로 이루어지며, 파워 스위칭 소자의 출력 단자와 전동 모터의 코일 입력 단자와는 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)를 구비하고 있다. 그리고, 금속 커버(12)에 수납된 전자 제어부는, 합성 수지로 만들어진 전력 공급용의 커넥터 단자 형성부(13A)를 통해 전원으로부터 전력이 공급되고, 또한 검출 센서류로부터 운전 상태 등의 검출 신호가 검출 센서용의 커넥터 단자 형성부(13B)를 통해 공급되고, 현재의 전동 파워 스티어링 장치의 제어 상태 신호가 제어 상태 송출용의 커넥터 단자 형성부(13C)를 통해 송출되고 있다.
도 3에 전동 파워 스티어링 장치(6)의 분해 사시도를 나타내고 있다. 모터 하우징(11)에는 내부에 원환형의 철제 사이드요크(도시하지 않음)가 감합되어 있고, 이 사이드요크 내에 전동 모터(도시하지 않음)가 수납되어 있는 것이다. 전동 모터의 출력부(14)는 기어를 통해 랙에 조타 보조력을 부여하고 있다. 또한, 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 회로부나 전력 변환 회로부에서 발생한 열을, 히트싱크 자체의 열용량에 의해 축열하고, 그 후에 외부 대기로 방출하는 히트싱크 부재로서 기능하고 있다. 전동 모터와 모터 하우징(11)으로 전동 모터부를 구성하고 있다.
전동 모터부의 출력부(14)의 반대측의 모터 하우징(11)의 측단부벽(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 측단부벽(15)은, 모터 하우징(11)과 일체적으로 형성되어 있지만, 그 밖에 측단부벽(15)만을 별체로 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 이중계를 구성하고 있다. 그리고, 통상은 주전자 제어부에 의해 전동 모터가 제어, 구동되고 있지만, 주전자 제어부에 이상이나 고장이 생기면, 부전자 제어부로 전환되어 전동 모터가 제어, 구동되게 되는 것이다.
따라서, 통상은 주전자 제어부로부터의 열이 모터 하우징(11)으로 전달되고, 주전자 제어부에 이상이나 고장이 생기면, 주전자 제어부가 정지하고 부전자 제어부가 작동하며, 모터 하우징(11)에는 부전자 제어부로부터의 열이 전달되는 것이다.
또한, 그 밖에 주전자 제어부와 부전자 제어부를 함께 정규 전자 제어부로서 기능시키고, 한쪽 전자 제어부에 이상, 고장이 생기면, 다른쪽 전자 제어부에서 절반의 능력에 의해 전동 모터를 제어, 구동시키는 방식도 있다. 이 경우, 전동 모터의 능력은 절반이 되지만, 조타 기능은 확보되도록 되어 있다. 또한, 용장계를 채용하지 않는 경우에도 본 실시형태는 지장이 없는 것이다.
전자 제어부(EC)는 제어 회로부(18), 전원 회로부(17), 전력 변환 회로부(16), 커넥터 단자 조립체(13)로 구성되어 있고, 측단부벽(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 파워 스위칭 소자를 구동시키는 제어 신호를 생성하는 것이며, 마이크로컴퓨터, 주변 회로 등으로 구성되어 있다. 전원 회로부(17)는, 제어 회로부(18)를 구동시키는 전원 및 전력 변환 회로부(16)의 전원을 생성하는 것이며, 콘덴서, 코일, 스위칭 소자 등으로 구성되어 있다. 전력 변환 회로부(16)는, 전동 모터의 삼상의 코일에 흐르는 전력을 조정하는 것이며, 삼상의 상하 아암을 구성하는 파워 스위칭 소자 등으로 구성되어 있다.
전자 제어부(EC)에서 발열량이 많은 것은, 주로 전력 변환 회로부(16), 전원 회로부(17)이며, 전력 변환 회로부(16), 전원 회로부(17)의 열은, 알루미늄 합금으로 이루어진 모터 하우징(11)으로부터 방열되는 것이다.
제어 회로부(18)와 금속 커버(12)의 사이에는, 합성 수지로 이루어진 커넥터 단자 조립체(13)가 설치되어 있고, 차량 배터리(전원)나 외부의 도시하지 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 물론이다.
금속 커버(12)는, 전력 변환 회로부(16), 전원 회로부(17), 제어 회로부(18)를 수납하여 이들을 액체가 밀폐되도록 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 겸비하고 있다.
다음으로, 도 4 내지 도 9에 기초하여 각 구성 부품의 구성과 조립 방법에 관해 설명한다. 우선, 도 4는 모터 하우징(11)의 외관을 나타내고 있고, 도 5는 그 축방향 단면을 나타내고 있다.
도 4, 도 5에서, 모터 하우징(11)은, 통형의 형태로 형성되어 측둘레면부(11A)와, 측둘레면부(11A)의 일단을 폐색하는 측단부벽(15)과, 측둘레면부(11A)의 타단을 폐색하는 측단부벽(19)으로 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 모터 하우징(11)은 바닥이 있는 원통형이며, 측둘레면부(11A)와 측단부벽(15)은 일체적으로 형성되어 있다. 또한, 측단부벽(19)은 덮개의 기능을 구비하고 있고, 측둘레면부(11A)에 전동 모터를 수납한 후에 측둘레면부(11A)의 타단을 폐색하는 것이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 측둘레면부(11A)의 내부에는, 철심에 코일(20)이 권취된 스테이터(21)가 감합되어 있고, 이 스테이터(21)의 내부에, 영구 자석을 매설한 로터(22)가 회전 가능하게 수납되어 있다. 로터(22)에는 회전축(23)이 고정되어 있고, 일단은 출력부(14)가 되고, 타단은 회전축(23)의 회전 위상이나 회전수를 검출하기 위한 회전 검출부(24)가 되어 있다. 회전 검출부(24)에는 영구 자석이 설치되어 있고, 측단부벽(15)에 형성한 관통 구멍(25)을 관통하여 외부로 돌출되어 있다. 그리고, 도시하지 않은 GMR 소자 등으로 이루어진 감자부에 의해 회전축(23)의 회전 위상이나 회전수를 검출하도록 되어 있다.
도 4로 되돌아가, 회전축(23)의 출력부(14)와는 반대측에 위치하는 측단부벽(15)의 면에는, 전력 변환 회로부(16), 전원 회로부(17)의 방열 영역(15A, 15B)이 형성되어 있다. 측단부벽(15)의 네 모서리에는, 회로 기판 고정부(26)가 일체적으로 세워져 있고, 내부에 나사 구멍이 형성되어 있다. 회로 기판 고정부(26)는 후술하는 제어 회로부(18)의 유리 에폭시 회로 기판(34)을 고정하기 위해 설치되어 있고, 제어 회로부(18)의 회로 기판의 열을 모터 하우징(11)으로 방열하는 기능도 겸비하고 있다.
또한, 후술하는 전력 변환용 방열 영역(15A)으로부터 세운 회로 기판 고정부(26)에는, 이것도 후술하는 전원용 방열 영역(15B)과 축방향에서 동일한 높이의 회로 기판 받침부(27)가 형성되어 있다. 이 회로 기판 받침부(27)는 후술하는 전원 회로부(17)의 유리 에폭시 회로 기판(31)을 배치하기 위한 것이다.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 측단부벽(15)을 형성하는, 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 면적이 크게 형성되어 있다. 이것은, 전술한 바와 같이 이중계를 채용하고 있기 때문에, 전력 변환 회로부(16)의 설치 면적을 확보하기 위해서이다.
또한, 도시하지는 않지만, 전력 변환용 방열 영역(15A)에는 코일 입력 단자 인출 개구가 형성되어 있고, 후술하는 전력 변환 회로부(16)의 제어력 단자와 접속되는, 전동 모터의 삼상 코일 입력 단자가 인출되어 있다. 이 삼상 코일 입력 단자는, 이것도 후술하는 전력 변환 회로부(16)의 제어 출력 단자측 변(44B)(도 12 참조)과 서로 마주보도록 하여 대향 배치되어 있다.
그리고, 전력 변환용 방열 영역(15A)과 전원용 방열 영역(15B)은, 축방향(회전축(23)이 연장되는 방향)을 향해 높이가 상이한 단차를 갖고 있다. 즉, 전원용 방열 영역(15B)은, 전동 모터의 회전축(23)의 방향에서 볼 때, 전력 변환용 방열 영역(15A)에 대하여 멀어지는 방향으로 단차를 갖고 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 볼 때, 전동 모터로부터 멀어지는 방향으로 돌출되어 연장되어 있는 것이다.
이 돌출형 방열부(28)는, 도 6에 나타낸 바와 같이 주전력 변환 회로부(16M), 부전력 변환 회로부(16S), 이상 대응 회로부(16E)의 형상에 맞춘 장방형으로 형성되고, 한쪽의 긴 변은 회전축(23)측을 향해 형성되고, 다른쪽의 긴 변은 전술한 삼상 코일 입력 단자측을 향해 형성되어 있다.
또한, 전원용 방열 영역(15B)은 평면형이며, 후술하는 전원 회로부(17)가 설치되는 것이다. 따라서, 돌출형 방열부(28)는 전력 변환 회로부(16)에서 발생한 열을 측단부벽(15)으로 전달하는 방열부로서 기능하고, 전원용 방열 영역(15B)은 전원 회로부(17)에서 발생한 열을 측단부벽(15)으로 전달하는 방열부로서 기능하는 것이다. 또한, 돌출형 방열부(28)는 생략할 수 있고, 이 경우는 전력 변환용 방열 영역(15A)이 전력 변환 회로부(16)에서 발생한 열을 측단부벽(15)으로 전달하는 방열부로서 기능한다.
이와 같이, 본 실시형태가 되는 모터 하우징(11)의 측단부벽(15)에서는 히트싱크 부재로서 기능하기 때문에, 별도로 구성된 히트싱크 부재를 생략하여 축방향의 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)에 설치한 상태를 나타내고 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 전력 변환용 방열 영역(15A)에 형성된 돌출형 방열부(28)의 상부에는 이중계로 이루어진 전력 변환 회로부(16)가 설치되어 있다. 전력 변환 회로부(16)는, 주전력 변환 회로부(16M)와, 부전력 변환 회로부(16S)와, 이상 대응 회로부(16E)로 전력 변환 회로부(16)가 구성되어 있다. 그리고, 이들을 구성하는 스위칭 소자 및 금속 배선판을 포함하여 합성 수지에 의해 패키지화되어 있다. 이것의 상세에 관해서는 도 10 내지 도 12에서 설명한다.
따라서, 전력 변환 회로부(16)는 돌출형 방열부(28)에 열적으로 접속되는 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 파워 스위칭 소자에서 발생한 열을 효율적으로 돌출형 방열부(28)에 전달할 수 있다. 전력 변환 회로부(16)와 돌출형 방열부(28)의 사이에는, 전열성 그리스가 도포되어, 전력 변환 회로부(16)의 열을 돌출형 방열부(28)에 쉽게 전달하고 있다. 또한, 전력 변환 회로부(16)는, 회전축(23)의 단부에 부착된 전력 변환 회로부 고정 부재의 탄발 기능 부재에 의해 돌출형 방열부(28)측을 향해 압박, 유지되고 있다.
돌출형 방열부(28)로 전달된 열은 전력 변환용 방열 영역(15A)에 확산되고, 또한 모터 하우징(11)의 측둘레면부(11A)에 전달되어 외부로 방열되는 것이다. 여기서, 전술한 바와 같이, 전력 변환 회로부(16)의 축방향의 높이는, 전원용 방열 영역(15B)의 높이보다 낮아졌기 때문에, 후술하는 전원 회로부(17)와 간섭하지 않는 것이다.
다음으로, 도 7은 전력 변환 회로부(16)의 위로부터 전원 회로부(17)를 설치한 상태를 나타내고 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 전원용 방열 영역(15B)의 상부에는 전원 회로부(17)가 설치되어 있다. 전원 회로부(17)를 구성하는 콘덴서(29)나 코일(30) 등은 유리 에폭시 회로 기판(31)에 배치되어 있다. 전원 회로부(17)도 이중계가 채용되어 있고, 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 각각 대칭으로 콘덴서(29)나 코일(30) 등으로 이루어진 전원 회로가 형성되어 있다.
이 유리 에폭시 회로 기판(31)의 전원용 방열 영역(15B)측의 면은, 전원용 방열 영역(15B)과 접촉하도록 하여 측단부벽(15)에 고정되어 있다. 고정 방법은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 회로 기판 고정부(26)의 기판 받침부(27)에 형성된 나사 구멍에 도시하지 않은 고정 볼트에 의해 고정되어 있다. 또한, 전원용 방열 영역(15B)에 형성된 나사 구멍에도 도시하지 않은 고정 볼트에 의해 고정되어 있다.
또한, 전원 회로부(17)가 유리 에폭시 회로 기판(31)으로 형성되어 있기 때문에, 양면 실장이 가능하게 되어 있다. 그리고, 유리 에폭시 회로 기판(31)의 전원용 방열 영역(15B)측의 면에는, 도시하지 않은 GMR 소자나 이것의 검출 회로 등으로 이루어진 회전 위상, 회전수 검출부가 실장되고, 회전축(23)에 설치한 회전 검출부(24)와 협동하여, 회전축(23)의 회전 위상이나 회전수를 검출하도록 되어 있다.
이와 같이, 유리 에폭시 회로 기판(31)은 전원용 방열 영역(15B)에 접촉하도록 하여 고정되어 있기 때문에, 전원 회로부(17)에서 발생한 열을 효율적으로 전원용 방열 영역(15B)에 전달할 수 있다. 전원용 방열 영역(15B)에 전달된 열은, 모터 하우징(11)의 측둘레면부(11A)에 확산되고 전달되어 외부에 방열되는 것이다. 여기서, 유리 에폭시 회로 기판(31)과 전원용 방열 영역(15B)의 사이는, 열전달성이 좋은 접착제, 방열 그리스, 방열 시트의 어느 하나를 개재시킴으로써 더욱 열전달 성능을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 도 8은 전원 회로부(17)의 위로부터 제어 회로부(18)를 설치한 상태를 나타내고 있다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 전원 회로부(17)의 상부에는 제어 회로부(18)가 설치되어 있다. 제어 회로부(18)를 구성하는 마이크로컴퓨터(32)나 주변 회로(33)는 유리 에폭시 회로 기판(34)에 배치되어 있다. 제어 회로부(18)도 이중계가 채용되어 있고, 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 각각에 대칭으로 마이크로컴퓨터(32)나 트랜지스터 등의 주변 회로(33)로 이루어진 제어 회로가 형성되어 있다. 또한, 마이크로컴퓨터(32)나 주변 회로(33)는, 유리 에폭시 회로 기판(34)의 전원 회로부(17)측의 면에 설치되어 있다.
이 유리 에폭시 회로 기판(34)은, 도 8에 나타낸 바와 같이, 회로 기판 고정부(26)의 꼭대기부에 형성된 볼트 구멍에 도시하지 않은 고정 볼트에 의해 고정되어 있고, 전원 회로부(17)의 유리 에폭시 회로 기판(31)과 제어 회로부(18)의 유리 에폭시 회로 기판(34)의 사이는, 도 7에 나타내는 전원 회로부(17)의 콘덴서(29)나 코일(30) 등이 배치되는 공간으로 되어 있다.
다음으로, 도 9는 제어 회로부(18)의 위로부터 커넥터 단자 조립체(13)를 설치한 상태를 나타내고 있다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 제어 회로부(18)의 상부에는 커넥터 단자 조립체(13)가 설치되어 있다. 그리고, 커넥터 단자 조립체(13)는 회로 기판 고정부(26)의 꼭대기부에 형성된 나사 구멍에 제어 회로부(18)를 끼워 넣어 고정 나사(36)에 의해 고정되어 있다. 이 상태로, 도 3에 나타낸 바와 같이 커넥터 단자 조립체(13)가 전력 변환 회로부(16), 전원 회로부(17), 제어 회로부(18)와 접속되어 있다. 또한, 그 후에 금속 커버(12)의 개구단부(37)가, 모터 하우징(11)의 단차부(35)에 결합되고, 용착에 의해 서로 고정되어 있다.
다음으로, 도 10 내지 도 12에 기초하여 본 실시형태의 전력 변환 회로부(16)에 관해 설명한다. 도 10은 이중계를 구성하는 전력 변환 회로부(16)의 회로 구성을 나타내고, 도 11은 이중계의 한쪽 계의 전력 변환 회로부의 단면을 모식적으로 나타내고, 도 12는 이중계의 한쪽 계의 전력 변환 회로부의 금속 배선판과 파워 스위칭 소자의 배치 구성을 나타내고 있다.
도 10에 나타내는 회로는, 주전자 제어부와 부전자 제어부를 함께 정규의 전자 제어부로서 기능시켜, 한쪽의 전자 제어부에 이상, 고장이 생기면, 다른쪽의 전자 제어부에서 절반의 능력에 의해 전동 모터를 제어, 구동시키는 방식의 회로를 나타내고 있다. 이 경우, 전동 모터의 능력은 절반이 되지만, 조타 기능은 확보되도록 되어 있다. 따라서, 전동 모터의 코일(20)은, U상 주측 코일(UM), V상 주측 코일(VM), W상 주측 코일(WM)과, U상 부측 코일(US), V상 부측 코일(VS), W상 부측 코일(WS)로 구성되어 있다.
U상 주측 코일(UM), V상 주측 코일(VM), W상 주측 코일(WM)은, 주전력 변환 회로부(16M)에서 제어되고, U상 부측 코일(US), V상 부측 코일(VS), W상 부측 코일(WS)은, 부전력 변환 회로부(16S)에서 제어되는 것이다. 주전력 변환 회로부(16M)와 부전력 변환 회로부(16S)는 동일한 회로 구성이며, 각각 절반의 코일(20)을 분담하고 있다.
주전력 변환 회로부(16M)는, U상, V상, W상의 각각에 상하 아암을 구성하는 파워 스위칭 소자를 구비하고 있다. U상 측에는, 상부 아암 파워 스위칭 소자(38UU)와, 이것과 쌍을 이루는 하부 아암 파워 스위칭 소자(38UL)가 직렬로 접속되고, 그 중점이 U상 주측 코일(UM)과 접속되어 있다. V상 측에는, 상부 아암 파워 스위칭 소자(38VU)와, 이것과 쌍을 이루는 하부 아암 파워 스위칭 소자(38VL)가 직렬로 접속되고, 그 중점이 V상 주측 코일(VM)과 접속되어 있다. W상 측에는, 상부 아암 파워 스위칭 소자(38WU)와, 이것과 쌍을 이루는 하부 아암 파워 스위칭 소자(38WL)가 직렬로 접속되고, 그 중점이 W상 주측 코일(WM)과 접속되어 있다.
마찬가지로, 부전력 변환 회로부(16S)는, U상, V상, W상의 각각에 상하 아암을 구성하는 파워 스위칭 소자를 구비하고 있다. U상 측에는, 상부 아암 파워 스위칭 소자(39UU)와, 이것과 쌍을 이루는 하부 아암 파워 스위칭 소자(39UL)가 직렬로 접속되고, 그 중점이 U상 부측 코일(US)과 접속되어 있다. V상 측에는, 상부 아암 파워 스위칭 소자(39VU)와, 이것과 쌍을 이루는 하부 아암 파워 스위칭 소자(39VL)가 직렬로 접속되고, 그 중점이 V상 부측 코일(VS)과 접속되어 있다. W상 측에는, 상부 아암 파워 스위칭 소자(39WU)와, 이것과 쌍을 이루는 하부 아암 파워 스위칭 소자(39WL)가 직렬로 접속되고, 그 중점이 W상 부측 코일(WS)과 접속되어 있다.
또한, 주전력 변환 회로부(16M)의 상부 아암 파워 스위칭 소자(38UU, 38VU, 38WU) 및 부전력 변환 회로부(16S)의 상부 아암 파워 스위칭 소자(39UU, 39VU, 39WU)는, 전원선(BL)에 접속되어 있다. 또한, 주전력 변환 회로부(16M)의 하부 아암 파워 스위칭 소자(38UL, 38VL, 38WL) 및 부전력 변환 회로부(16S)의 하부 아암 파워 스위칭 소자(39UL, 39VL, 39WL)는, 접지선(EL)에 접속되어 있다.
또한, 주전력 변환 회로부(16M)와 부전력 변환 회로부(16S)의 동작은, 일반적인 전력 변환 회로의 동작과 실질적으로 동일한 동작이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
이상 대응 회로부(16E)도 각각 주측과 부측을 구비하고 있고, U상 주측 코일(UM), V상 주측 코일(VM), W상 주측 코일(WM)은, 각각의 중성점 릴레이 스위칭 소자(40M)에 접속되고, U상 부측 코일(US), V상 부측 코일(VS), W상 부측 코일(WS)은, 각각의 중성점 릴레이 스위칭 소자(40S)에 접속되어 있다. 따라서, 한쪽의 계에 이상이 생겼을 때에는, 이상이 생긴 쪽의 중성점 릴레이 스위칭 소자(40M, 40S)를 오프로 하여 코일에 전류가 흐르는 것을 정지하여 대응할 수 있다.
도 11은 주전력 변환 회로부(16M)의 단면을 모식적으로 나타낸 것이다. 모터 하우징(11)의 측단부벽(15)의 돌출형 방열부(28)의 상면에는, 합성 수지(43)로 패키지화된 주전력 변환 회로부(16M)가 배치되어 있다. 주전력 변환 회로부(16M)는, 기판의 위에 배치되어 있지 않고, 단순히 합성 수지로 몰딩되어 있을 뿐이다. 이것에 의해, 주전력 변환 회로부(16M)의 높이 방향의 두께를 얇게 하여 소형화, 부품수의 저감을 도모하고 있다.
이 때문에, 합성 수지(43) 내에는, 배선 패턴으로서의 금속 배선판(41)이 배치되고, 그 위에 파워 스위칭 소자(38)가 전기적으로 접속되어 배치되어 있다. 또한 파워 스위칭 소자(38)의 위에는 점퍼선의 클립(42)이 전기적으로 접속되어 배치되어 있다. 또한, 도 11은, 하나의 파워 스위칭 소자(38)의 단면을 나타낸 것이지만, 다른 파워 스위칭 소자(38)도 동일한 구성으로 되어 있다. 물론, 부전력 변환 회로부(16S) 및 이상 대응 회로(16E)도 실질적으로 동일한 구성으로 되어 있다.
도 12는, 주전력 변환 회로부(16M)의 금속 배선판과 파워 스위칭 소자의 배치 구성을 나타낸 것이다. 주전력 변환 회로부(16M)는 금속 배선판과 파워 스위칭 소자를 소정의 위치에 배치하여 합성 수지(43)로 일체적으로 몰딩한 것이다. 또한, 도 12에서는 몰딩한 합성 수지(43)는 투명하게 하여 금속 배선판과 파워 스위칭 소자를 가시화하고 있다.
도 12에서, 주전력 변환 회로부(16M)는 합성 수지(43)에 의해 일체화되어 있고, 대략 장방형(직사각형)의 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 한쪽의 긴 변(이하, 회전축측 변으로 표기)(44A)은 회전축(23)의 측을 향해 대향하고 있고, 다른쪽의 긴 변(이하, 제어 출력 단자측 변으로 표기)(44B)은 전동 모터의 삼상 코일 입력 단자의 측을 향해 형성되어 있다. 또한, 회전축측 변(44A)과 제어 출력 단자측 변(44B)은 평행한 관계에 있고, 회전축측 변(44A)과 제어 출력 단자측 변(44B)의 각각의 단부를 연결하는 측변(44C, 44D)으로 주전력 변환 회로부(16M)는 형성되어 있다.
금속 배선판은 전원선(BL)으로서 기능하는 가늘고 긴 전원 배선판(45)과, 전원 배선판(45)에 인접하여 접지선(EL)으로서 기능하는 가늘고 긴 접지 배선판(46)과, 전원 배선판(45)에 인접하여 제어선으로서 기능하는 분리된 3개의 제어 배선판(47U, 47V, 47W)으로 구성되어 있다. 접지 배선판(46)은, 회전축측 변(44A)을 따라 길이 방향으로 연장되어 배치되어 있고, 그 단부면에서 접지되어 있다. 또한, 3개의 제어 배선판(47U, 47V, 47W)은, 제어 출력 단자측 변(44B)을 따라 길이 방향으로 연장되어 서로 등간격으로 배치되어 있다. 또한, 3개의 제어 배선판(47U, 47V, 47W)과 접지 배선판(46) 사이의 중앙 부근에는, 전원 배선판(45)이 회전축측 변(44A)을 따라 길이 방향으로 연장되어 배치되어 있고, 그 단부면에서 전원에 접속되어 있다.
전원 배선판(45)의 상면에는, 상부 아암 파워 스위칭 소자(38UU, 38VU, 38WU)가 등간격으로 배치되어 있다. 또한, 3개의 제어 배선판(47U, 47V, 47W)의 상면에는, 하부 아암 파워 스위칭 소자(38UL, 38VL, 38WL)가 등간격으로 배치되어 있다.
여기서, 상부 아암 파워 스위칭 소자(38UU, 38VU, 38WU)와 하부 아암 파워 스위칭 소자(38UL, 38VL, 38WL)는, 긴 변 방향(회전축측 변(44A) 및 제어 출력 단자측변(44B)의 방향)을 볼 때, 상부 아암 파워 스위칭 소자(38UU, 38VU, 38WU)의 각각의 사이에, 하부 아암 파워 스위칭 소자(38UL, 38VL, 38WL)의 각각이 위치하도록, 또한 상부 아암 파워 스위칭 소자(38UU, 38VU, 38WU)의 열과 하부 아암 파워 스위칭 소자(38UL, 38VL, 38WL)의 열이 소정의 거리를 두고 서로 지그재그형 배치로 되어 있다.
제어 출력 단자측 변(44B)을 따라 길이 방향으로 연장되어 서로 등간격으로 배치된 3개의 제어 배선판(47U, 47V, 47W)은, U상 주측 코일(UM), V상 주측 코일(VM), W상 주측 코일(WM)에 접속되는 U상 제어 출력 단자(48U), V상 제어 출력 단자(48V), W상 제어 출력 단자(48W)가 일체적으로 형성되어 있다.
또한, 제어 출력 단자측 변(44B)의 변에는, 각 상의 제어 출력 단자(48U, 48V, 48W)에 인접하여, 각각의 상의 상하 아암의 파워 스위칭 소자(38)의 게이트 단자(G) 및 드레인 단자(D)가 배치되어 있다. 각각의 상의 게이트 단자(G)는, 접속 배선(49)에 의해 상하 아암의 파워 스위칭 소자(38)의 게이트에 접속되어 있다.
또한, 전원 배선판(45)의 상부 아암 파워 스위칭 소자(38UU, 38VU, 38WU)는, 대응하는 3개의 제어 배선판(47U, 47V, 47W)과 점퍼선(50U, 50V, 50W)에 의해 접속되어 있다. 마찬가지로, 3개의 제어 배선판(47U, 47V, 47W)의 하부 아암 파워 스위칭 소자(38UL, 38VL, 38WL)는, 접지 배선판(46)과 점퍼선(51U, 51V, 51W)에 의해 접속되어 있다.
이와 같이, 코일 입력 단자와 접속되는 삼상의 각각의 제어 출력 단자(48U, 48V, 48W)를 제어 출력 단자측 변(44B)에 형성함과 더불어, 각각의 상의 상하 아암을 형성하는 파워 스위칭 소자(38UU, 38VU, 38WU, 38UL, 38VL, 38WL)를, 제어 출력 단자측 변(44B)을 따라, 또한 회전축측 변(44A)과 제어 출력 단자측 변(44B) 사이의 중앙 부근으로부터 제어 출력 단자측 변(44B)에 가깝게 배치한 구성으로 하고 있다.
이것에 의해, 상하 아암을 형성하는 파워 스위칭 소자(38UU, 38VU, 38WU, 38UL, 38VL, 38WL)와 제어 출력 단자(48U, 48V, 48W)를 연결하는 배선 길이를 짧게 할 수 있고, 전력 변환 회로를 소형화할 수 있다. 또한, 배선 길이를 짧게 할 수 있기 때문에 임피던스의 증가를 낮게 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, 상부 아암 파워 스위칭 소자(38UU, 38VU, 38WU)와 하부 아암 파워 스위칭 소자(38UL, 38VL, 38WL)는, 긴 변 방향에서 볼 때, 상부 아암 파워 스위칭 소자(38UU, 38VU, 38WU)의 사이에 하부 아암 파워 스위칭 소자(38UL, 38VL, 38WL)가 위치하도록, 서로 지그재그형 배치로 되어 있다.
이 때문에, 전원 배선판(45)은, 대응하는 제어 배선판(47U, 47V, 47W)측으로 돌출된 형상으로 형성할 수 있고, 반대로 제어 배선판(47U, 47V, 47W)은, 이것에 대응하여 후퇴하는 형상이 된다. 마찬가지로, 제어 배선판(47U, 47V, 47W)은 전원 배선판(45) 측으로 돌출된 형상으로 형성할 수 있고, 반대로 전원 배선판(45)은, 이것에 대응하여 후퇴하는 형상이 된다. 이와 같이, 전원 배선판(45)과 제어 배선판(47U, 47V, 47W)은, 이 돌출된 형상에 의해 방열 면적을 크게 형성할 수 있기 때문에, 도 11에 나타내는 돌출형 방열부(28)로 효율적으로 열을 방열하는 것이 가능해진다.
이것에 더하여, 상부 아암 파워 스위칭 소자(38UU, 38VU, 38WU)와 하부 아암 파워 스위칭 소자(38UL, 38VL, 38WL)를 근접하게 할 수 있고, 점퍼선(50U, 50V, 50W), 및 점퍼선(51U, 51V, 51W)을 더욱 짧게 하는 것이 가능해진다.
또한, 전원 배선판(45)과 접지 배선판(46)의 합성 수지(43)에 의해 몰딩되는 영역에는, 수지 흐름 개구(52)가 형성되어 있다. 이 수지 흐름 개구(52)를 설치하는 것에 의해, 전원 배선판(45)과 접지 배선판(46)의 양면에 양호한 몰딩가 가능해진다. 또한, 이 수지 흐름 개구(52)는 점퍼선(51U, 51V, 51W)이 위치하는 영역에 설치하면, 점퍼선(51U, 51V, 51W)의 영역에도 양호한 몰딩가 가능해진다. 게다가, 상면에서 본 면적이, 점퍼선(51U, 51V, 51W)과 수지 흐름 개구(52)가 오버랩되기 때문에 소면적화되고, 전력 변환 회로부 전체를 소형화할 수 있는 효과가 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 합성 수지에 의해 패키지화된, 전동 모터의 회전축의 측을 향해 형성된 회전축측 변과, 전동 모터의 코일 입력 단자의 측을 향해 형성된 제어 출력 단자측 변과, 회전축측 변과 제어 출력 단자측 변의 각각의 단부를 연결하는 측변을 포함하는 전력 변환 회로부를 형성하고, 코일 입력 단자와 접속되는 삼상의 각각의 제어 출력 단자를 제어 출력 단자측 변에 설치함과 더불어, 각각의 상의 상하 아암을 형성하는 파워 스위칭 소자를, 제어 출력 단자측 변을 따라, 또한 회전축측 변과 제어 출력 단자측 변 사이의 중앙 부근으로부터 제어 출력 단자측 변에 가깝게 지그재그형으로 배치한 구성으로 했다.
이것에 의하면, 각각의 상의 상하 아암을 형성하는 파워 스위칭 소자를, 제어 출력 단자측 변을 따라, 또한 회전축측 변과 제어 출력 단자측 변 사이의 중앙 부근으로부터 제어 출력 단자측 변에 가깝게 배치했기 때문에, 상하 아암을 형성하는 파워 스위칭 소자와 제어 출력 단자를 연결하는 배선 길이를 짧게 할 수 있고, 전력 변환 회로를 소형화할 수 있다. 또한, 상하 아암을 형성하는 파워 스위칭 소자를 지그재그형 배치하고 있기 때문에, 금속 배선판의 면적을 크게 할 수 있고, 그만큼 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 변형예가 포함된다. 예컨대, 상기 실시예는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해 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 가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 관해, 다른 구성의 추가ㆍ삭제ㆍ치환을 하는 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 : 측단부벽
16 : 전력 변환 회로부 17 : 전원 회로부
18 : 제어 회로부 19 : 측단부벽
20 : 코일 21 : 스테이터
22 : 로터 23 : 회전축
24 : 회전 검출부 25 : 관통 구멍
26 : 회로 기판 고정부 27 : 기판 받침부
28 : 돌출형 방열부 29 : 콘덴서
30 : 코일 31 : 유리 에폭시 회로 기판
32 : 마이크로컴퓨터 33 : 주변 회로
34 : 유리 에폭시 회로 기판 35 : 단차부
36 : 고정 나사 37 : 개구단
38UU, 38VU, 38VU, 39UU, 39VU, 39VU : 상부 아암 파워 스위칭 소자
38UL, 38VL, 38VL, 39UL, 39VL, 39VL : 하부 아암 파워 스위칭 소자
40M, 40S : 중성점 릴레이 스위칭 소자 41 : 금속 배선판
42 : 클립 43 : 합성 수지
44A : 회전축측 변 44B : 제어 출력 단자측 변
45 : 전원 배선판 46 : 접지 배선판
47U, 47V, 47W : 제어 배선판
48U, 48V, 48W : 제어 출력 단자
50U, 50V, 50W, 51U, 51V, 51W : 점퍼선

Claims (10)

  1. 기계계 제어 요소를 구동하는 전동 모터가 수납된 모터 하우징과, 상기 전동 모터의 회전축의 출력부와는 반대측의 상기 모터 하우징의 측단부벽의 측에 배치된, 상기 전동 모터를 구동하기 위한 제어 회로부, 전원 회로부, 전력 변환 회로부를 포함하는 전자 제어부를 구비하고,
    상기 모터 하우징의 상기 측단부벽에는, 전력 변환용 방열 영역이 형성되며 상기 전력 변환 회로부가 설치되고, 상기 전력 변환 회로부에서 발생한 열이, 상기 전력 변환용 방열 영역을 통해 상기 모터 하우징으로 방열되며,
    상기 전력 변환 회로부는, 합성 수지에 의해 패키지화된, 상기 전동 모터의 상기 회전축의 측을 향해 형성된 회전축측 변과, 상기 전동 모터의 삼상 코일 입력 단자의 측을 향해 형성되고 상기 회전축측 변과 평행한 제어 출력 단자측 변과, 상기 회전축측 변과 상기 제어 출력 단자측 변의 각각의 단부를 연결하는 측변을 포함하는 전력 변환 회로부로 이루어지고,
    상기 삼상 코일 입력 단자와 접속되는 삼상의 각각의 제어 출력 단자를 상기 제어 출력 단자측 변에 설치하고, 각각의 상(相)의 상하 아암을 형성하는 파워 스위칭 소자를, 상기 제어 출력 단자측 변을 따라, 또한 상기 회전축측 변과 상기 제어 출력 단자측 변 사이의 중앙 부근으로부터 상기 제어 출력 단자측 변에 가깝게 지그재그형으로 배치하고,
    상기 전력 변환 회로부는,
    상기 회전축측 변을 따라 배치된 접지선으로서 기능하는, 길이 방향으로 연장된 접지 배선판과,
    상기 접지 배선판에 인접하고 전원선으로서 기능하는, 길이 방향으로 연장된 전원 배선판과,
    상기 전원 배선판에 인접하고 상기 제어 출력 단자측 변을 따라 배치된, 제어선으로서 기능하고, 상기 제어 출력 단자가 형성된, 각각 분리된 3개의 제어 배선판을 구비하고,
    상기 전원 배선판에는 상부 아암을 구성하는 3개의 상부 아암 파워 스위칭 소자가 배치되고, 3개의 상기 제어 배선판에는, 하부 아암을 구성하는 3개의 하부 아암 파워 스위칭 소자가 배치되고, 3개의 상기 상부 아암 파워 스위칭 소자 및 이것과 쌍을 이루는 3개의 상기 하부 아암 파워 스위칭 소자가 배치된 상기 제어 배선판은 제1 점퍼선으로 접속되고, 또한 3개의 상기 하부 아암 파워 스위칭 소자와 상기 접지 배선판은 제2 점퍼선으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 구동 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    3개의 상기 상부 아암 파워 스위칭 소자와, 3개의 상기 하부 아암 파워 스위칭 소자는, 상기 제어 출력 단자측 변의 방향에서 볼 때, 상기 상부 아암 파워 스위칭 소자의 각각의 사이에, 상기 하부 아암 파워 스위칭 소자의 각각이 위치하고, 상기 상부 아암 파워 스위칭 소자의 열과 상기 하부 아암 파워 스위칭 소자의 열이 정해진 거리를 두고 서로 지그재그형 배치로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 구동 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전원 배선판은, 상기 상부 아암 파워 스위칭 소자가 배치되어 있는 부분이 상기 제어 배선판의 측으로 돌출된 형상으로 형성되고, 반대로 상기 제어 배선판은, 이것에 대응하여 후퇴하는 형상으로 형성되고,
    상기 제어 배선판은, 상기 하부 아암 파워 스위칭 소자가 배치되어 있는 부분이 상기 전원 배선판의 측으로 돌출된 형상으로 형성되고, 반대로 상기 전원 배선판은, 이것에 대응하여 후퇴하는 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 구동 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접지 배선판 및 상기 전원 배선판의 일부에는, 상기 합성 수지가 유통하는 수지 흐름 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 구동 장치.
  6. 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 반대측의 상기 모터 하우징의 측단부벽의 측에 배치된, 상기 전동 모터를 구동시키기 위한 제어 회로부, 전원 회로부, 전력 변환 회로부를 포함하는 전자 제어부를 구비하고,
    상기 모터 하우징의 상기 측단부벽에는, 전력 변환용 방열 영역이 형성되며 상기 전력 변환 회로부가 설치되고, 상기 전력 변환 회로부에서 발생한 열이, 상기 전력 변환용 방열 영역을 통해 상기 모터 하우징으로 방열되고,
    상기 전력 변환 회로부는, 합성 수지에 의해 패키지화된, 상기 전동 모터의 상기 회전축의 측을 향해 형성된 회전축측 변과, 상기 전동 모터의 삼상 코일 입력 단자의 측을 향해 형성되고 상기 회전축측 변과 평행한 제어 출력 단자측 변과, 상기 회전축측 변과 상기 제어 출력 단자측 변의 각각의 단부를 연결하는 측변을 포함하는 전력 변환 회로부로 이루어지고,
    상기 삼상 코일 입력 단자와 접속되는 삼상의 각각의 제어 출력 단자를 상기 제어 출력 단자측 변에 설치하고, 각각의 상의 상하 아암을 형성하는 파워 스위칭 소자를, 상기 제어 출력 단자측 변을 따라, 또한 상기 회전축측 변과 상기 제어 출력 단자측 변 사이의 중앙 부근으로부터 상기 제어 출력 단자측 변에 가깝게 지그재그형으로 배치하고,
    상기 전력 변환 회로부는,
    상기 회전축측 변을 따라 배치된 접지선으로서 기능하는, 길이 방향으로 연장된 접지 배선판과,
    상기 접지 배선판에 인접하고 전원선으로서 기능하는, 길이 방향으로 연장된 전원 배선판과,
    상기 전원 배선판에 인접하고 상기 제어 출력 단자측 변을 따라 배치된, 제어선으로서 기능하고 삼상의 제어 출력 단자가 형성된, 각각 분리된 3개의 제어 배선판을 구비하고,
    상기 전원 배선판에는 상부 아암을 구성하는 3개의 상부 아암 파워 스위칭 소자가 배치되고, 3개의 상기 제어 배선판에는, 하부 아암을 구성하는 3개의 하부 아암 파워 스위칭 소자가 배치되고, 3개의 상기 상부 아암 파워 스위칭 소자 및 이것과 쌍을 이루는 3개의 상기 하부 아암 파워 스위칭 소자가 배치된 상기 제어 배선판은 제1 점퍼선으로 접속되고, 또한 3개의 상기 하부 아암 파워 스위칭 소자와 상기 접지 배선판은 제2 점퍼선으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    3개의 상기 상부 아암 파워 스위칭 소자와, 3개의 상기 하부 아암 파워 스위칭 소자는, 상기 제어 출력 단자측 변의 방향에서 볼 때, 상기 상부 아암 파워 스위칭 소자의 각각의 사이에, 상기 하부 아암 파워 스위칭 소자의 각각이 위치하고, 상기 상부 아암 파워 스위칭 소자의 열과 상기 하부 아암 파워 스위칭 소자의 열이 정해진 거리를 두고 서로 지그재그형 배치로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전원 배선판은, 상기 상부 아암 파워 스위칭 소자가 배치되어 있는 부분이 상기 제어 배선판의 측으로 돌출된 형상으로 형성되고, 반대로 상기 제어 배선판은, 이것에 대응하여 후퇴하는 형상으로 형성되고,
    상기 제어 배선판은, 상기 하부 아암 파워 스위칭 소자가 배치되어 있는 부분이 상기 전원 배선판의 측으로 돌출된 형상으로 형성되고, 반대로 상기 전원 배선판은, 이것에 대응하여 후퇴하는 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 접지 배선판 및 상기 전원 배선판의 일부에는, 상기 합성 수지가 유통하는 수지 흐름 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
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