KR20080045704A

KR20080045704A - 전동파워스티어링장치

Info

Publication number: KR20080045704A
Application number: KR1020087006001A
Authority: KR
Inventors: 다카아키 세키네; 아츠시 오오시마; 테츠야 고다마; 세이이치 고바야시; 케이지 카시모토; 히데아키 카와다; 시게오 시노하라; 다케시 센바
Original assignee: 닛본 세이고 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2007-04-11
Publication date: 2008-05-23
Also published as: EP2017160B1; KR101039200B1; EP2017160A1; US7886865B2; US20090272599A1; EP2017160A4; WO2007119756A1; EP2017160B2

Abstract

발열부재의 방열효과를 충분히 발휘하면서 제어유닛의 전체구성을 소형화하는 것이 가능한 전동파워스티어링장치를 제공한다. 조타토오크가 전달되는 스티어링샤프트(steering shaft)(2)를 내장하는 스티어링칼럼(steer column)(3)과, 상기 스티어링샤프트(2)에 연결된 감속기어박스(4)와, 상기 감속기어박스(4)의 내측에 감속기구를 통하여 상기 스티어링샤프트(2)에 조타보조력을 전달하는 전동모터(5)를 구비한 전동파워스티어링장치로서, 상기 감속기어박스(4)는 상기 스티어링샤프트(2)의 축 직각방향의 단면에 상기 전동모터(5)를 장착하는 모터장착부(17)가 형성되어 있는 동시에, 상기 모터장착부(17)에 근접하여 이 전동모터(5)를 구동제어하는 제어유닛(19)을 장착하는 제어유닛장착부(20)가 형성되어 있다.

Description

전동파워스티어링장치{ELECTRIC POWER STEERING DEVICE}

본 발명은 조타토오크가 전달되는 스티어링샤프트(steering　shaft)를 내장하는 스티어링칼럼(steering　column)과, 이 스티어링칼럼에 감속기어박스 내의 감속기구를 통하여 조타보조력을 전달하는 전동모터를 구비한 전동파워스티어링장치에 관한 것이다.

종래의 전동파워스티어링장치로서는, 예를 들면 래크(rack)축이 슬라이딩이 자유롭게 수용 또는 장착되는 래크케이스(rack case) 또는 스티어링기어박스(steering gear box)의 일부에 모터가 수용되고, 상기 모터를 구동제어하는 제어기판이 수용되는 하우징이 래크케이스 또는 스티어링 기어박스에 형성되며, 하우징의 개구에 대향하는 바닥부에 형성된 부착 보스(boss)에 상기 개구로부터 삽입된 제어기판이 접촉되면 모터로부터 하우징으로 돌출설치된 모터측 접속단자에, 제어기판에 배치된 기판접속단자가 서로 접촉하여 전기적으로 접속되는 전동파워스티어링장치가 제안되어 있다(예를 들면, 일본국 특개 2005-329866호 공보(이하, 특허문헌 1이라 칭한다), 일본국 특개 2005-398867호 공보(이하, 특허문헌 2라 칭한다), 일본국 특개 2005-329868호 공보(이하, 특허문헌 3이라 칭한다) 및 일본국 특개 2005-329869호 공보(이하, 특허문헌 4라 칭한다) 참조).

여기서 제어기판에는 표면측에 CPU가 부착되고, 뒷면측에 콘덴서, 파워릴레이(power relay) 등이 배설되어 있는 동시에 히트싱크(heat sink)인 지지기판이 돌출설치되며, 이 지지기판에 FET(전계효과 트랜지스터)가 부착되어 있다.

또 외부로부터의 전력공급이나 신호의 입출력을 위한 코넥터는 스티어링기어박스의 근방에서 피킹(picking) 등이 닿지 않도록 하우징의 윗면 커버에 스티어링기어박스의 입력축과 평행하게 돌출형성되고, 코넥터접속을 상측에서 실행하도록 구성되어 있다.

한편, 종래의 칼럼(column)형의 전동파워스티어링장치로서는 예를 들면 입력축과 출력축을 토션 바(torsion bar)를 통하여 접속하고, 하우징내에 전동모터의 회전력을 출력측으로 전달하는 웜 기어(worm gear)기구와, 이 웜 기어기구의 스티어링칼럼측 위치에 배치한 조타토오크를 검출하는 자기센서와, 이 자기센서의 외주측에 설치된 스위칭 트랜지스터를 장착하며, 하우징의 자기센서측 개방단부를 폐쇄하는 커버에 제어기판을 배설한 구성을 갖는 전동파워스티어링장치가 제안되어 있다(예를 들면, 일본국 특개 2004-106703호 공보(이하, 특허문헌 5라 칭한다) 참조).

그러나, 상기 특허문헌 1 내지 4에 기재된 종래예에 있어서는, 하나의 제어기판에 CPU, FET, 콘덴서, 파워릴레이(power relay) 등을 배치하고 있으므로, FET나 콘덴서 등의 발열부재와 온도상승을 싫어하는 CPU 등이 혼재되어 있으므로 제어기판을 수용하는 하우징이 대형화되는 동시에, 발열부재에서 발생하는 열이 제어기판을 수용하는 하우징내에 들어차기 쉽고, 또 FET를 히트싱크(heat sink)인 지지기판에 부착하고 있지만 지지기판 자체의 히트매스(heat mass)는 작기 때문에 충분한 방열효과를 발휘하는 것이 불가능하다는 미해결의 과제가 있다.

또 상기 특허문헌 1 내지 4에 기재된 종래예에 있어서는, 래크케이스(rack case)의 모터케이스와 스티어링기어박스(steering gear box)의 사이에 모터를 구동제어하는 제어기판을 수용하는 하우징이 형성된 구성을 가지므로, 외부로부터의 전력공급이나 신호의 입출력을 위한 코넥터를 스티어링기어박스 근방의 상측에 배치시키지 않을 수 없으며, 코넥터위치에서 물방울이나 먼지(塵埃)가 침입하기 쉬운 동시에 스티어링기어박스의 근방위치이므로 코넥터접속의 방향이 특유의 방법으로 결정되버리는 동시에 코넥터접속의 작업성이 악화된다는 미해결의 과제가 있다.

또한, 상기 특허문헌 5에 기재된 종래예에 있어서는, 하우징 및 커버 내에 웜 기어(worm gear)기구, 자기센서, 제어기판의 순서로 배치하도록 하고 있으므로 하우징 및 커버의 축 방향 길이가 길어지는 동시에, 제어기판이 스티어링칼럼에 근접한 위치가 되므로 스티어링칼럼에 소정의 컬랩스 스트로크(collapse stroke)를 확보하기 위해서는 전동파워스티어링장치 전체의 길이가 길어지고, 전동파워스티어링장치를 소형화하기 위해서는 소정의 컬랩스 스트로크를 확보할 수 없게 된다는 미해결의 과제가 있다.

그래서 본 발명은 상기 종래예의 미해결 과제에 착안하여 이루어진 것이며, 발열부재의 방열효과를 충분히 발휘하면서 제어유닛의 전체구성을 소형화하는 것이 가능한 전동파워스티어링장치를 제공하는 것을 제1의 목적으로 하고 있다.

또 본 발명은 칼럼(column)형의 전동파워스티어링장치로, 코넥터접속이 용이하고 물방울이나 먼지의 침입을 방지하는 것이 가능하여 코넥터접속의 접속방향의 자유도가 높은 동시에, 코넥터가 모터의 발열의 영향을 받는 일이 없도록 한 전동파워스티어링장치를 제공하는 것을 제2의 목적으로 하고 있다.

또한, 본 발명은 소정의 컬랩스 스트로크를 확보하면서 소형의 전동파워스티어링장치를 제공하는 것을 제3의 목적으로 하고 있다.

상기 제1의 목적을 달성하기 위하여 청구항 1에 관한 모터제어장치는 조타토오크가 전달되는 스티어링샤프트를 내장하는 스티어링칼럼과, 상기 스티어링샤프트에 연결된 감속기어박스와, 이 감속기어박스 내의 감속기구를 통하여 상기 스티어링샤프트에 조타보조력을 전달하는 전동모터를 구비한 전동파워스티어링장치로서, 상기 감속기어박스는 상기 스티어링샤프트와 교차하는 방향의 단면에 형성한 모터장착부에 상기 전동모터를 장착하는 동시에, 이 모터장착부에 근접한 외표면에 형성한 제어유닛장착부에 이 전동모터를 구동제어하는 제어유닛을 장착하는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 1에 관한 발명에서는, 감속기어박스에 형성한 모터장착부에 전동모터가 장착되는 동시에 모터장착부에 근접한 외표면에 형성한 제어유닛장착부에 제어유닛이 장착되므로, 제어유닛에서 발생하는 발열을 히트매스가 큰 감속기어박스로 방열하는 것이 가능하다.

또 제1의 목적을 달성하기 위하여 청구항 2에 관한 전동파워스티어링장치는 청구항 1에 관한 발명에 있어서, 상기 제어유닛은 상기 전동모터의 구동지령치를 연산하는 지령치연산부를 실장한 제어기판과, 상기 지령치연산부로부터의 구동지령치에 따라서 상기 전동모터를 구동제어하는 발열을 수반하는 파워모듈을 실장한 파워모듈기판을 적어도 포함하고, 상기 파워모듈기판이 직접 상기 감속기어박스의 제어유닛장착부에 장착되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 2에 관한 발명에서는, 발열을 수반하는 파워모듈을 실장한 파워모듈기판을 감속기어박스의 제어유닛장착부에 직접 장착함으로써 방열효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 제1의 목적을 달성하기 위하여 청구항 3에 관한 전동파워스티어링장치는 청구항 1에 관한 발명에 있어서, 상기 제어유닛은 상기 전동모터의 구동지령치를 연산하는 지령치연산부를 실장한 제어기판과, 상기 지령치연산부로부터의 지령치에 따라서 상기 전동모터를 구동제어하는 발열을 수반하는 파워모듈을 실장한 파워모듈기판을 적어도 포함하고, 상기 파워모듈기판이 고열전도판부를 통하여 상기 감속기어박스의 제어유닛장착부에 장착되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 3에 관한 발명에서는, 발열을 수반하는 모듈을 실장한 파워모듈기판을 고열전도판부를 통하여 감속기어박스의 제어유닛장착부에 장착함으로써 고열전도판부를 통하여 발열을 히트매스가 큰 감속기어박스에 방열하는 것이 가능하다.

게다가 또, 상기 제1의 목적을 달성하기 위하여 청구항 4에 관한 전동파워스티어링장치는 청구항 1 내지 3중 어느 한 항에 관한 발명에 있어서, 상기 감속기어박스는 고열전도성재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 4에 관한 발명에서는, 감속기어박스가 고열전동성재료로 구성되어 있으므로 히트매스를 크게 하는 것이 가능하고 방열효과를 향상시키는 것이 가능하다.

또한, 상기 제1의 목적을 달성하기 위하여 청구항 5에 관한 전동파워스티어링장치는 청구항 4에 관한 발명에 있어서, 상기 감속기어박스는 알루미늄, 알루미늄함금, 마그네슘 및 마그네슘합금중 어느 하나를 다이 캐스트(die cast)성형함으로써 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 5에 관한 발명에서는, 감속기어박스의 제작을 고열전도성을 유지하면서 용이하게 하는 것이 가능하다.

또 상기 제1의 목적을 달성하기 위하여 청구항 6에 관한 전동파워스티어링장치는 청구항 1 내지 5중 어느 한 항에 관한 발명에 있어서, 상기 제어유닛은 상기 감속기어박스에 직접 장착된 파워모듈기판을 둘러싸는 기판을 둘러싸는 동시에, 이 파워모듈기판에 대하여 소정간격을 유지하여 상기 제어기판을 지지하는 합성수지제 프레임과, 이 합성수지제 프레임을 덮는 커버를 구비하고, 상기 커버가 상기 감속기어박스의 제어유닛장착부에 부착되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 청구항 6에 관한 발명에서는, 커버를 감속기어박스의 제어유닛장착부에 부착하므로 커버를 도전성재로 구성함으로써 전자 실드(shield)효과를 발휘하는 것이 가능하다.

또한, 상기 제1의 목적을 달성하기 위하여 청구항 7에 관한 전동파워스티어링장치는 청구항 2 내지 6중 어느 한 항에 관한 발명에 있어서, 상기 제어기판은 릴레이, 콘덴서 등의 대형부품을 상부측에 배치하여 상기 감속기어박스에서의 제어유닛장착부의 상부측 빈 공간을 유효하게 이용하도록 한 것을 특징으로 하고 있다.

이 청구항 7에 관한 발명에서는, 제어유닛장착부의 상부측 빈 공간에 대형부품을 배치함으로써 빈 공간을 최대한 작게 해서 제어유닛 자체를 소형화하는 것이 가능하다.

게다가 또 상기 제1의 목적을 달성하기 위하여 청구항 8에 관한 전동파워스티어링장치는 청구항 1 내지 7중 어느 한 항에 관한 발명에 있어서, 상기 감속기어박스는 상기 전동모터의 출력축에 연결되는 웜(worm)을 수납하는 웜수납부와, 상기 스티어링샤프트에 연결되는 웜휠을 수납하는 웜휠수납부와, 이 웜휠수납부와 연접하여 상기 토오크센서(torque sensor)를 수납하고, 또한 스티어링칼럼과 연결하는 토오크센서 수납부를 적어도 가지며, 상기 웜수납부, 웜휠(worm wheel)수납부 및 토오크센서수납부의 외주부에 상기 제어유닛을 장착하는 제어유닛장착부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 8에 관한 발명에서는, 제어유닛장착부가 웜수납부, 웜휠수납부 및 토오크센서수납부의 외주부에 형성되어 있으므로 제어유닛을 전동모터 및 토오크센서와 근접시키는 것이 가능하며, 제어유닛과 전동모터 및 토오크센서와의 전기적 접속을 용이하게 실행할 수 있다.

또 상기 제2의 목적을 달성하기 위하여 청구항 9에 관한 전동파워스티어링장치는 청구항 1 내지 8중 어느 한 항에 관한 발명에 있어서, 상기 제어유닛의 차량 내측 및 차량 외측의 한쪽에 상기 전동모터가 배설되고, 상기 제어유닛의 차량 내측 및 차량 외측의 다른쪽에 외부접속 코넥터와 접속하는 접속코넥터가 배설되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 9에 관한 발명에서는, 접속코넥터를 제어유닛의 차량 내측 또는 차량 외측에 배설하였으므로 외부접속코넥터의 접속방향의 자유도를 크게 하는 것이 가능하고, 또 코넥터접속이 용이하여 코넥터측에서 전동모터의 발열의 영향을 받는 일이 없다.

또한, 상기 제2의 목적을 달성하기 위하여 청구항 10에 관한 전동파워스티어링장치는 청구항 9에 관한 발명에 있어서, 상기 접속코넥터는 상기 외부접속코넥터와의 접속방향이 차량 폭 방향으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 청구항 10에 관한 발명에서는, 접속코넥터의 외부접속코넥터와의 접속방향이 차량 폭 방향으로 설정되어 있으므로 물방울이나 먼지(塵埃)의 침입을 방지할 수 있다.

게다가 또 상기 제2의 목적을 달성하기 위하여 청구항 11에 관한 전동파워스티어링장치는 청구항 9 또는 10에 관한 발명에 있어서, 상기 접속코넥터는 서로 인접하는 전원코넥터와 신호코넥터로 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 청구항 11에 관한 발명에서는, 접속코넥터가 전원코넥터와 신호코넥터로 구성되어 있으므로 제어유닛에서의 전원계통 및 신호계통의 접속을 모두 동일방향에서 실행하는 것이 가능하다.

또한, 상기 제2의 목적을 달성하기 위하여 청구항 12에 관한 전동파워스티어링장치는 청구항 9 내지 11중 어느 한 항에 관한 발명에 있어서, 상기 제어유닛의 차량 내측에 전동모터가 배설되고, 이 제어유닛의 차량 외측에 상기 접속코넥터가 배설되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 청구항 12에 관한 발명에서는, 접속코넥터가 제어유닛의 차량 외측으로 이루어지므로 어스 포인트(earth point)와의 접속거리를 짧게 할 수 있다.

또 상기 제2의 목적을 달성하기 위하여 청구항 13에 관한 전동파워스티어링장치는 청구항 9 내지 12중 어느 한 항에 관한 발명에 있어서, 상기 전동모터와 상기 제어유닛은 접속단자 및 단자대에 의해 전기적으로 직접 접속되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 청구항 13에 관한 발명에서는, 전동모터와 제어유닛이 접속단자 및 단자대에 의해 직접 전기적으로 접속되어 있으므로 전동모터 및 제어유닛 사이의 전기적 접속이 모터 하니스(motor harness)를 통하는 일이 없고 최단거리로 모터 하니스를 통하는 일 없이 실행할 수 있다.

또한, 상기 제3의 목적을 달성하기 위하여 청구항 14에 관한 전동파워스티어링장치는 청구항 1 내지 13중 어느 한 항에 관한 발명에 있어서, 상기 제어유닛은 상기 감속기어박스의 스티어링칼럼이 컬랩스 스트로크시에서의 이동부재와 간섭하지 않는 위치에 배설되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 청구항 14에 관한 발명에서는, 제어유닛을 감속기어박스의 컬랩스 스트로크시에서의 이동부재와 간섭하지 않는 위치에 배설하였으므로, 스티어링칼럼이 소정의 컬랩스 스트로크를 확보하는 동시에 컬랩스(collapse)시에 안정된 설정치대로 에너지흡수량을 얻을 수 있다.

게다가 또 상기 제3의 목적을 달성하기 위하여 청구항 15에 관한 전동파워스티어링장치는, 청구항 14에 관한 발명에 있어서, 상기 감속기어박스는 상기 전동모터의 출력축에 연결된 웜을 수납하는 웜수납부와, 상기 스티어링 샤프트에 연결된 웜휠을 수납하는 웜휠수납부와, 이 웜휠수납부와 연접하여 상기 토오크센서를 수납하고, 또한 스티어링칼럼과 연결하는 토오크센서 수납부를 적어도 가지며, 상기 웜수납부, 웜휠수납부 및 토오크센서수납부의 외주부에 상기 제어유닛을 장착하는 제어유닛장착부가 형성되고, 상기 토오크센서수납부의 선단을 컬랩스시의 스티어링칼럼의 수축스토퍼로 하며, 상기 제어유닛장착부에 장착된 제어유닛의 수축스토퍼측 단면위치가 수축스토퍼보다 웜휠수납부측에 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 청구항 15에 관한 발명에서는, 토오크센서수납부의 선단을 컬랩스시의 스티어링칼럼의 수축스토퍼로 하고, 제어유닛장착부에 장착된 제어유닛의 수축스토퍼측 단면위치가 수축스토퍼보다 웜휠수납부 측에 설정되어 있으므로 컬랩스시에 스티어링칼럼 등의 이동체와 제어유닛과의 간섭을 확실히 방지할 수 있다.

본 발명에 의하면, 제어유닛을 감속기어박스에 장착하고, 제어유닛을 구성하는 발열부로 이루어지는 파워모듈을 파워모듈기판에 실장하며, 다른 제어소자를 제어기판에 실장함으로써 파워모듈기판에서의 발열이 바로 제어기판에 전달되는 것을 방지할 수 있고, 게다가 파워모듈기판은 직접 감속기어박스의 제어유닛장착부에 부착되어 있으므로 감속기어박스가 히트매스(heat mass)를 이루어 파워모듈기판에서 발생하는 열의 방열효과를 향상시키는 것이 가능하다는 효과를 얻을 수 있다.

또 제어유닛에 상기 감속기어박스에 직접 장착된 파워모듈기판을 둘러싸는 동시에, 이 파워모듈기판에 대해 소정간격을 유지하여 상기 제어기판을 지지하는 합성수지제 프레임과, 이 합성수지제 프레임을 덮는 커버를 구비해서 커버를 상기 감속기어박스의 제어유닛장착부에 부착함으로써 커버를 전자 실드로서 사용할 수 있으며, 파워모듈기판에 실장한 모터구동회로를 구성하는 스위칭소자의 고주파스위칭에 의한 전자노이즈가 외부에 누설되는 것을 방지하는 것이 가능한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 제어기판에 릴레이, 콘덴서 등의 대형부품을 상부측에 배치하여 상기 감속기어박스에서의 제어유닛장착부의 상부측 빈 공간을 유효하게 이용함으로써, 제어유닛을 소형화할 수 있는 동시에 콘덴서 등의 발열이 하부측의 제어소자에 영향을 주는 것을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

게다가 또 본 발명에 의하면, 제어유닛을 감속기어박스에 배치하여 이 제어유닛의 차량 내측 및 외측의 한쪽에 전동모터를 부착하고, 제어유닛의 차량 내측 및 외측의 다른 쪽에 외부접속코넥터를 배치하도록 하였으므로 물방울이나 먼지(塵埃)의 침입을 방지하는 것이 가능한 동시에, 외부접속코넥터의 접속방향의 자유도를 크게하는 것이 가능하고, 또한 코넥터접속이 용이하여 코넥터측에서 전동모터의 발열의 영향도 받는 일이 없다는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 통상의 차량에서는 엔진룸의 차실(車室)근방의 좌우위치에 어스 포인트를 배치하도록 하고 있으므로 전원코넥터를 차체 외측에 배치함으로써 어스포인트와의 접속거리를 짧게 하는 것이 가능하다.

또 본 발명에 의하면, 제어유닛을 감속기어박스의 스티어링칼럼의 컬랩스 스트로크시에서의 이동부재와 간섭하지 않는 위치에 배설하였으므로, 스티어링칼럼이 소정의 컬랩스 스트로크를 확보하는 동시에 컬랩스시에 안정된 설정치대로의 에너지흡수량을 얻을 수 있다.

또한, 감속기어박스에서의 토오크센서수납부의 상부에 제어유닛을 배치함으로써 감속기어박스 전체의 축방향 길이를 단축하여 소형화를 도모할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은, 본 발명에 의한 전동파워스티어링장치의 일실시형태를 도시하는 사시도이다.

도 2는, 본 발명에 의한 전동파워스티어링장치의 정면도이다.

도 3은, 도 2의 좌측면도이다.

도 4는, 도 2의 평면도이다.

도 5는, 본 발명의 요부의 분해사시도이다.

도 6은, 도 5와는 역방향에서 본 본발명의 요부의 분해사시도이다.

도 7은, 감속기어박스위치에서의 요부를 확대하여 도시하는 종단면도이다.

도 8은, 전동모터의 부스 바(bus bar)구조를 도시하는 정면도이다.

도 9는, 감속기어박스와 제어기판과의 관계를 도시하는 사시도이다.

도 10은, 감속기어박스에서의 토오크센서의 외부접속단자를 제어기판에 삽통한 상태를 도시하는 사시도이다.

도 11은, 전동모터와 제어유닛과의 접속관계를 도시하는 요부를 확대하여 도시하는 사시도이다.

도 12는, 컬랩스(collapse)시의 전동파워 스티어링장치를 도시하는 사시도이다.

도 13은, 컬랩스시의 전동파워스티어링장치의 좌측면도이다.

도 14는, 컬랩스시의 전동파워스티어링장치의 평면도이다.

도 15는, 전동모터의 버스바의 변형예를 도시하는 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 따라서 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일실시형태를 우측핸들의 차량에 적용한 경우의 일예를 도시하는 사시도, 도 2는 정면도, 도 3은 좌측면도, 도 4는 평면도, 도 5 및 도 6은 요부의 분해사시도이다.

도 1에서 1은 칼럼(column)형의 전동파워스티어링장치이고 스티어링 휠(steering wheel)(도시생략)을 장착하는 스티어링 휠 장착부(2a)를 갖는 스티어링샤프트(steering shaft)(2)를 회전이 자유롭게 내장하는 스티어링칼럼(3)에 감속기어박스(4)가 연결되며, 이 감속기어박스(4)에 축 방향이 스티어링칼럼(3)의 축방향과 직교하는 방향으로 연장된 브러시 모터(brush motor)로 구성되는 전동모터(5) 가 배설되어 있다.

여기서 스티어링칼럼(3)은 감속기어박스(4)와의 연결부에 컬랩스(collapse)시의 충격에너지를 흡수하여 소정의 컬랩스 스트로크(collapse stroke)를 확보하는 내관(內管)(3a) 및 외관(外管)(3b)의 2중관 구조로 이루어져 있다. 그리고 스티어링칼럼(3)의 외관(3b) 및 감속기어박스(4)가 어퍼 마운팅 브래킷(upper mounting bracket)(6) 및 로우어 마운팅 브래킷(roar mounting bracket)(7)에 의해 차체 측에 부착되어 있다. 로어 마운팅 브래킷(7)은 차체측 부재(도시생략)에 부착되는 부착판부(7a)와, 이 부착판부(7a)의 밑면에 소정간격을 유지하여 평행으로 연장하는 한쌍의 지지판부(7b)로 형성되어 있다. 그리고 지지판부(7b)의 선단이, 도 7에 도시하는 바와 같이 감속기어박스(4)의 하단측, 즉 차량 전방측에 배설한 커버(4a)에 일체로 형성된 지지부(4b)에 추축(樞軸)(7c)을 통하여 회동이 자유롭게 연결되어 있다.

또 어퍼 마운팅 브래킷(6)은 차체측 부재(도시생략)에 부착되는 부착판부(6a)와, 이 부착판부(6a)에 일체로 형성된 방형(方形) 프레임형상 지지부(6b)와, 이 방형 프레임형상 지지부(6b)에 형성된 스티어링칼럼(3)의 외관(3b)을 지지하는 틸트(tilt)기구(6c)를 구비하고 있다. 여기서 부착판부(6a)는 차체측 부재(도시생략)에 부착되는 좌우 한쌍의 캅셀(6d)과, 이들 캅셀(6d)에 수지 인젝션(injection)(6c)에 의해 고정된 슬라이딩판부(6f)로 구성되고, 충돌시에 스티어링칼럼(3)에 차량의 전방으로 이동시키는 충격력이 작용함으로써 캅셀(6d)에 대해 슬라이딩판부(6f)가 차량 전방으로 슬라이드하여 수지인젝션(6e)이 전단(剪斷)되 며, 그 전단하중이 컬랩스 개시하중이 되도록 구성되어 있다. 그리고 틸트기구(6c)의 틸트레버(6g)를 회동시킴으로써 지지상태를 해제함으로써 스티어링칼럼(3)을 로어 마운팅 브래킷(7)의 추축(樞軸)(7c)을 중심으로 하여 상하로 틸트위치 조정가능하게 이루어져 있다.

또 스티어링샤프트(2)는 도 7에 도시하는 바와 같이 상단이 스티어링 휠(도시생략)에 연결되는 입력축(2a)과, 이 입력축(2a)의 하단에 토션 바(tortion bar)(2b)를 통하여 연결된 토션 바(2b)를 덮는 출력축(2c)으로 구성되어 있다.

또한, 감속기어박스(4)는 도 5 내지 도 7에 도시하는 바와 같이, 고열전도성을 갖는 재료, 예를 들면 알루미늄, 알루미늄합금, 마그네슘 및 마그네슘합금중 어느 하나를, 예를 들면 다이 캐스트(die cast)성형함으로써 형성되어 있다. 이 감속기어박스(4)는 전동모터(5)의 출력축(5a)에 연접된 웜(worm)(11)을 수납하는 웜수납부(12)와, 이 웜수납부(12)의 하측에 그 중심축과 직교하는 중심축을 가지고 웜(11)에 맞물리는 웜 휠(Worm wheel)을 수납하는 웜휠수납부(14)와, 이 웜휠수납부(14)의 후방측에 일체로 동축적으로 연결된 토오크센서(torque sensor)(15)를 수납하는 토오크센서수납부(16)와, 웜수납부(12)의 개방단면에 형성된 전동모터(5)를 부착하는 모터장착부(17)와, 토오크센서수납부(16)의 후단면에 형성된 스티어링칼럼(3)의 전단부에 형성된 부착플랜지(3c)를 부착하는 칼럼부착부(18)와, 웜수납부(12)와 웜휠수납부(14)의 일부에 걸쳐서 웜휠수납부(14) 및 토오크센서수납부(16)의 중심축선과 직교하는 평면내에 형성된 제어유닛(19)을 장착하는 제어유닛장착부(20)를 구비하고 있다. 그리고 감속기어박스(4)가 칼럼부착부(18)에 스티어 링칼럼(3)의 부착플랜지(3c)를 접촉시킨 상태에서 볼트(18a)에 의해 스티어링칼럼(3)에 고정되어 있다.

여기서 토오크센서(15)는 도 7에 도시하는 바와 같이, 스티어링샤프트(2)의 입력축(2a) 및 출력축(2c) 사이의 뒤틀림상태를 전기적으로 검출하여 스티어링샤프트로 전달된 조타토오크를 한쌍의 검출코일(15a) 및 (15b)로 검출하도록 구성되고, 이들 한쌍의 검출코일(15a) 및 (15b)의 감기개시 및 감기종료에 각각 스티어링칼럼(3)의 중심축과 직교하는 방향으로 평행하게 외부로 돌출하는 외부접속단자(15c),(15d) 및 (15e),(15f)가 접속되고, 이들 외부접속단자(15c) 내지 (15f)의 돌출부가 중앙부에서 스티어링칼럼(3)의 중심축과 평행하게 절곡되어 L자 형상으로 형성되어 있다.

또 전동모터(5)에는 그 부착플랜지부(5b)에 근접한 위치에서의 제어유닛장착부(20)에 장착된 제어유닛(19)에 근접 대향하는 위치에 내장한 브러시로 직결하는 접속단자로서의 부스바(bus bar)(5c) 및 (5d)가 전동모터(5)의 축심방향과 직각인 차체 후방으로 향하며, 또한 스티어링칼럼(3)의 중심축과 대략 평행을 이루도록 돌출형성되어 있다. 이들 부스바(5c) 및 (5c)의 선단부에는 고정나사를 삽통하는 장공(長孔)(5e)이 천설(穿說)되어 있다. 여기서 부스바(5c) 및 (5d)의 각각은, 도 8에 도시하는 바와 같이 바닥부 중앙에 아마추어 삽통공을 갖는 합성수지제의 브러시지지체(5f) 내에 서로 절연되어 배설되고, 2조의 브러시(5g),(5h)에 개별로 접속된 원호상 도체부(5i) 및 (5j)와, 이들 원호상 도체부(5i) 및 (5j)가 서로 대향하는 일단에서 외측으로 평행하게 연장하는 단자부(5m) 및 (5n)로 구성되어 있다. 그리고 전동모터(5)가 그 부착플랜지부(5b)를 감속기어박스(4)의 모터장착부(17)에, 그 출력축(5a)에 웜(11)을 연결하는 동시에 부스바(5c) 및 (5d)를 차체 후방으로 연장시켜서 부착되어 있다.

또한, 감속기어박스(4)에 형성된 제어유닛장착부(20)는 도 9를 참조하여 밝힌 바와 같이, 웜수납부(12)와 그 하측의 웜휠수납부(14)의 상부측에 평탄부착면(20a)이 형성되고, 이것과 토오크센서수납부(16)의 윗면에 형성된 평탄부착면(20a)과 직교하는 평탄면(20b)으로 좌측면에서 봐서 L자 형상으로 형성되어 있다. 또 모터장착부(17)의 후단면에도 평탄부착면(20a)과 평행으로 이 평탄부착면으로부터 후방측 위치에 폭이 좁은 프레임부착면(20c)이 형성되어 있다. 그리고 토오크센서수납부(16)에서의 평탄면(20b)의 좌우방향의 중앙부로부터 토오크센서(15)의 외부접속단자(15c) 내지 (15f)가 돌출되어 있다.

이 제어유닛장착부(20)에 장착되는 제어유닛(19)은 도 5, 도 6 및 도 10에 도시하는 바와 같이, 전동모터(5)를 구동제어하는 전계효과 트랜지스터 등의 파워스위칭소자로 구성되는 H브리지회로나, 이 H브리지회로의 파워스위칭소자를 구동하는 펄스폭 변조회로 등의 파워모듈을 실장하고, 평탄부착면(20a)에 방열그리스를 통하여 직접 고정하는 열전도율이 높은 금속제의 파워모듈기판(23)과, 이 파워모듈기판(23)을 둘러싸는 장방형 프레임형상의 합성수지제 프레임(24)과, 이 합성수지제 프레임(24)의 정면에 부착되는 토오크센서(15)의 외부접속단자(15c) 내지 (15f)를 직접 삽통하는 스루홀(through hole)(25a) 내지 (25d)이 천설되며, 토오크센서(15)로부터의 토오크검출치나 도시하지 않은 차속센서로부터의 차속검출치에 따 라서 조타보조전류지령치를 산출하고, 이 조타보조전류지령치와 전동모터(5)로 출력하는 모터전류의 검출치에 따라서 전류피드백제어를 행하여 파워모듈기판(23)의 펄스폭 변조회로에서의 전압지령치를 산출함으로써 전동모터(5)에서 발생시키는 조타보조력을 제어하는 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)이나 그 주변기기를 실장한 제어기판(25)과, 파워모듈기판(23), 합성수지제 프레임(24), 제어기판(25)을 후방측으로부터 덮어서 제어유닛장착부(20)에 직접 나사멈춤된 도전성재로 형성된 보호커버(26)로 구성되어 있다.

여기서 합성수지제프레임(24)은 장방형 프레임형상의 프레임본체(24a)와, 이 프레임본체(24a)의 좌단에서의 전동모터(5)의 부스바(5c) 및 (5d)에 대향하는 위치에 돌출형성된 감속기어박스(4)의 프레임부착면(20c)에 고정하는 부착판부(24b)와, 이 부착판부(24b)로부터 L자 형상으로 돌출된 전동모터(5)의 부스바(5c) 및 (5d)를 전기적으로 접속하는 동시에 파워모듈기판(23)과 전기적으로 접속되는 접속단자부를 갖는 단자대(24c)와, 프레임본체(24a)의 우단에서의 중앙위치에 배설된 배터리(도시생략)에 접속되는 전원코넥터(24d) 및 차체 각부의 제어기기와의 데이터의 수수(授受)를 행하는 CAN 등의 네트워크에 접속하는 신호코넥터(24e)가 일체로 구성되어 있다. 이들 전원코넥터(24d) 및 신호코넥터(24e) 각각은 이들에 접속하는 외부의 접속코넥터의 삽입방향이 차체의 우측면측에서 실행하도록 우단측에 접속코넥터 삽입개구가 형성되어 있다.

또 제어기판(25)은 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 파워모듈기판(23)과 대향하는 전면측에서의 상부측에 콘덴서(25e), 파워릴레이(25f) 등의 대형부품이 좌우방향으로 정렬되어 배치되고, 그 배면측에는 하부측에 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)(25g)이나 그 주변기기가 하부측에 배설되어 있다.

여기서 콘덴서(25e), 파워릴레이(25f) 등의 대형부품의 배치위치는 도 7에 도시하는 바와 같이, 제어기판(25)을 합성수지제 프레임(24)에 부착한 때에 콘덴서(25c), 파워릴레이(25f) 등의 디스크리트(discrete)부품으로 이루어지는 대형부품이 감속기어박스(4)에 형성된 제어유닛장착부(20)의 상단테두리보다 상측의 위치가 되고, 이들 대형부품의 선단이 파워모듈기판(23)의 상부에 형성된 절결부(23a)를 통하여 웜수납부(12)의 상측으로 돌출한 상태가 되도록 설정되며, 이들 대형부품의 돌출부분이 부분커버(27)로 덮여 있다.

이와 같이 콘덴서(25e), 파워릴레이(25f) 등의 대형부품을 제어기판(25)의 상부에서 웜수납부(12)의 상부측으로 돌출시켜서 배치함으로써 감속기어박스(4)에서의 웜수납부(12)의 상부측 빈 공간을 유효하게 이용할 수 있는 동시에, 제어유닛(19)의 파워모듈기판(23)에서 보호커버(26)의 후단면까지의 두께를 얇게 할 수 있으며 제어유닛(19)을 소형화할 수 있다.

그리고 상기 구성을 갖는 제어유닛(19)의 조립은 아래와 같이 실행된다. 먼저, 감속기어박스(4)의 제어유닛장착부(20)에서의 평탄부착면(20a)의 파워모듈기판(23)의 장착위치에 방열그리스를 도포하고나서 파워모듈기판(23)을 방열그리스 위에 올려놓아 평탄부착면(20a)에 나사멈춤한다. 그 다음, 합성수지제 프레임(24)을 파워모듈기판(23)의 주위를 둘러싸도록 평탄부착면(20a) 및 프레임부착면(20c)에 올려놓는다. 그리고 합성수지제 프레임(24)의 부착판부(24b)를 감속기어박 스(4)의 프레임부착면(20c)에 마찬가지로 나사멈춤한다. 그 후 또는 그 전에 합성수지제 프레임(24)의 정면측에 제어기판(25)을, 그 스루홀(25a) 내지 (25d)에 토오크센서(15)의 외부접속단자(15c) 내지 (15f)를 삽통시키고 나서 나사멈춤한다. 그 다음, 외부접속단자(15c) 내지 (15f)와 스루홀(25a) 내지 (25d)을 납땜하고나서 마지막에 보호커버(26)를 평탄부착면(20a)에 장착하는 동시에 부분커버(27)를 보호커버(26)에 전면측에서 대형부품을 덮도록 장착한다.

그 후 스티어링칼럼(3), 스티어링샤프트(2), 웜(11), 웜휠(13)을 조립하고, 마지막에 전동모터(5)를 부착하여 부스바(5c) 및 (5e)를 제어유닛(19)의 단자대(24c)에 나사멈춤한다.

이와 같이 감속기어박스(4)의 제어유닛장착부(20)에 제어유닛(19)을 장착한 상태에서 제어유닛(19)의 커버(26)의 후단면위치와, 감속기어박스(4)의 최후단 위치에서 컬랩스시의 스티어링칼럼수축시의 스토퍼로 이루어지는 스티어링칼럼(3)의 부착플랜지(3c)를 고정하는 볼트(18a)의 머리부보다 전방측으로 위치하도록 제어유닛(19)의 두께 및 제어유닛장착부(20)의 평탄부착면(20a)의 위치가 설정되고, 후술하는 컬랩스시에 제어유닛(19)이 컬랩스시의 이동부재와 간섭하지 않는 위치에 제어유닛(19)이 장착되어 있다.

또 전동모터 및 제어유닛 사이에 모터 하니스(motor harness)를 배치할 필요가 없으므로 모터 하니스로부터 방사되는 노이즈가 적어지고 라디오 노이즈에 대한 영향을 경감시킬 수 있다.

또 제어유닛(19)의 전동모터(5)와 반대측 즉, 차량의 우측면 측에 전원코넥 터(24d) 및 신호코넥터(24e)가 배설되어 있고, 전동모터(5), 제어유닛(19) 및 전원코넥터(24d) 및 신호코넥터(24e)가 일직선상으로 배치되어 있게 됨으로써 전원코넥터(24d) 및 신호코넥터(24e)에서의 배터리측 코넥터 및 네트워크측 코넥터의 접속이 용이한 동시에, 전원코넥터(24d)에 대해서는 통상 차량 엔진룸의 차실측 좌우위치에 배치되어 있는 어스포인트에 근접한 위치가 이루어지고, 전원코넥터(24d)와 어스포인트의 사이의 어스선의 길이를 단축하는 것이 가능하다. 게다가, 전원코넥터(24d) 및 신호코넥터(24e)는 모두 쌍을 이루는 코넥터와의 접속방향이 수평방향으로 이루어져 있어서 물방울이나 먼지의 침입을 방지할 수 있다.

다음에, 상기 실시형태의 동작을 설명한다.

먼저 전동파워스티어링장치(1)를 조립하기 위해서는 감속기어박스(4)의 토오크센서수납부(16) 내에 토오크센서(15)를 그 외부접속단자(15c) 내지 (15f)의 선단이 스티어링칼럼(3)의 외주부를 따라서 차체 후방으로 연장하도록 고정배치한다.

그 다음 감속기어박스(4)의 제어유닛장착부(20)에 제어유닛(19)을 장착한다. 이 제어유닛(19)의 장착은, 먼저 평탄부착면(21a)에 방열그리스를 도포하고나서 방열그리스 위에 파워모듈기판(23)을 올려놓고 평탄부착면(20a)에 나사멈춤한다. 이 상태에서 파워모듈기판(23)을 둘러싸도록 합성수지제프레임(24)을 평탄부착면(20a)에 올려놓고 그 부착판부(24b)를 감속기어박스(4)의 프레임부착면(20c)에 접촉시켜서 나사멈춤한다. 또한, 합성수지제프레임(24)의 정면, 즉 차체 후방측에 제어기판(25)을 그 스루홀(25a) 내지 (25d)에 토오크센서(15)의 외부접속단자(15c) 내지 (15f)를 삽통시키는 동시에, 스루홀(25a) 내지 (25d)과 토오크센서(15)의 외부접속 단자(15c) 내지 (15f)를 납땜하고나서 커버(26)를 장착함으로써 제어유닛(19)을 구성한다.

그 다음 감속기어박스(4)에 스티어링샤프트(2), 스티어링칼럼(3), 웜(11) 및 웜휠(13) 등을 장착하고 나서 마지막에 전동모터(5)를 감속기어박스(4)의 모터장착부(17)에 부착하여 그 부스바(5c) 및 (5d)를 제어유닛(19)의 단자대(24c)에 나사멈춤한다.

상술한 바와 같이 제어유닛(19)을 구성함으로써 제어유닛(19)의 단자대(24c)에 전동모터(5)의 부스바(5c) 및 (5d)를 모터 하니스를 통하는 일 없이 직접 전기적으로 접속하는 것이 가능한 동시에, 토오크센서(15)의 외부접속단자(15c) 내지 (15f)와 제어기판(25)의 스루홀(25a) 내지 (25d)을 신호케이블을 통하는 일 없이 직접 전기적으로 접속하는 것이 가능하다. 이 때문에 제어유닛(19)과 전동모터(5) 및 토오크센서(15) 사이의 전기적 접속길이를 최소로 하여 배선저항을 최소로 하는 것이 가능하고 전력손실을 제어하는 것이 가능한 동시에 전기노이즈가 상승하는 것을 저하시킬 수 있다.

게다가 제어유닛(19)에서의 합성수지제 프레임(24)에 형성한 전동모터(5)의 부스바(5c) 및 (5d)에 접속되는 단자대(24c)의 근방에 부착판부(24b)가 형성되고, 이 부착판부(25b)가 감속기어박스(4)의 모터장착부(17)에 형성한 프레임부착면(20c)에 고정되므로 차량의 진동에 의해 단자대(24c)가 감속기어박스(4)와는 다른 진동을 발생하여 단자대(24c)에 응력집중이 발생하는 것을 억제하여 단자대(24c)의 강성을 향상시키는 것이 가능하다.

또 제어유닛(19)을 구성하는 발열을 수반하는 파워모듈기판(23)이 알루미늄, 알루미늄합금, 마그네슘 및 마그네슘합금중 어느 하나로 형성된 감속기어박스(4)의 제어유닛장착부(20)에서의 평탄부착면(20a)에 방열그리스를 통하여 직접 접촉되어 있으므로 파워모듈기판의 발열을 방열그리스를 통하여 열용량이 큰 히트매스(heat mass)가 이루어지는 감속기어박스(4)에 직접 방산하는 것이 가능하고, 파워모듈기판(23)이 과열상태가 되는 것을 확실히 방지할 수 있다. 이와 같이 파워모듈기판(23)과 평탄부착면(20a)과의 사이에 방열그리스를 도포함으로써 감속기어박스(4)에서의 방열효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

게다가, 발열을 수반하는 전계효과트랜지스터 등으로 구성되는 파워모듈을 파워모듈기판(23)에 실장하고 열을 싫어하는 마이크로 컨트롤 유닛(25g) 등의 제어소자를 제어기판(25)에 실장하도록 하였으므로, 제어기판(25)에 파워모듈기판(23)의 발열이 직접 전달되는 일은 없으며 제어기판(25)에 대해 파워모듈기판(23)의 발열이 영향을 주는 것을 확실하게 저해하는 것이 가능하다. 게다가, 제어기판(25)에 실장되는 콘덴서(25c) 등의 발열부재가 상측에 배치되어 있으므로 발열부재에서 발생하는 열이 하측에서, 또한 반대측에 배설된 제어소자에 영향을 주는 것을 확실히 방지할 수 있다. 게다가, 릴레이, 콘덴서 등의 대형부품을 상부측의 빈 공간에 수용하므로 빈 공간을 유효하게 이용하여 제어유닛 자체를 소형화할 수 있다.

또 보호커버(26)가 도전성을 가져서 직접 감속기어박스(4)의 제어유닛장착부(20)에 나사멈춤되므로 전자실드효과를 발휘할 수 있고, H브리지회로의 전계효과트랜지스터의 고주파스위칭시에 발생하는 전자노이즈가 외부로 누설되어 라디오노 이즈가 되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 감속기어박스(4)의 토오크센서수납부(16)의 상부에 제어유닛(19)을 배치함으로써 감속기어박스(4) 전체의 축방향 길이를 단축하여 소형화를 도모할 수 있다.

그리고 어퍼 마운팅 브래킷(6) 및 로어 마운팅 브래킷(7)을 차체측 부재에 부착하고나서 제어유닛(19)의 전원코넥터(24d) 및 신호코넥터(24e)에 각각 배터리 및 어스포인트에 접속된 외부접속코넥터 및 CAN 등의 네트워크의 접속코넥터를 차체 우측면측에서 실장함으로써 전동파워스티어링장치(1)의 조립을 완료한다.

이와 같이 전원코넥터(24d) 및 신호코넥터(24e)에서의 외부접속코넥터의 접속을 차체 외측이 되는 우측면 측에서 실행하는 것이 가능하므로 양자의 접속을 용이하게 행할 수 있다. 게다가 전원코넥터(23d)에 대해서는 통상 차량 엔진룸의 차실측 좌우위치에 배치되어 있는 어스포인트에 근접한 위치를 이루어 전원코넥터(24d)와 어스포인트와의 사이의 어스선의 길이를 단축하는 것이 가능하다. 또한, 전원코넥터(24d) 및 신호코넥터(24e)는 모두 쌍을 이루는 코넥터와의 접속방향이 수평방향으로 이루어져 있어 물방울이나 먼지의 침입을 방지할 수 있다.

덧붙여 말하면, 전원코넥터(24d) 및 신호코넥터(24e)를 제어유닛(19)의 상측에 배치하는 경우에는 차체측 부재와의 간격이 좁아서 코넥터접속의 작업성이 악화되는 동시에 물방울이나 먼지가 침입하기 쉽다는 불편함이 있지만, 전원코넥터(24d) 및 신호코넥터(24e)를 차량 외측 방향에 배치함으로써 상기 불편함을 해소할 수 있다.

또 전원코넥터(24d) 및 신호코넥터(24c)를 합성수지제 프레임(24)의 전동모터(4)와는 반대측에 형성하였으므로 발열하는 전동모터(5)가 열의 영향을 받는 일이 전혀 없는 동시에, 합성수지제프레임(24)의 열전도율은 낮으므로 더욱 확실하게 전동모터(5)의 발열의 영향을 차단할 수 있다.

이 정상상태에서는 어퍼 마운팅 브래킷(6)에서는 도 1에 도시하는 바와 같이 부착판부(6a)를 구성하는 캅셀(6d)에 슬라이딩판부(6f)가 수지인젝션(6e)에 의해 고정되어 있다.

이 전동파워스티어링장치(1)의 조립이 완료되면, 어퍼 마운팅 브래킷(6)의 틸트레버(6g)를 회동시킴으로써 틸트 록(tilt rock) 상태를 해제하고, 이 상태에서 스티어링칼럼(3)을 로어 마운팅 브래킷(7)의 추축(樞軸)(7c)을 중심으로 하여 회동시킴으로써 틸트위치를 조정하는 것이 가능하다.

그리고 차량의 도시하지 않은 인젝션스위치를 온(ON) 상태로 하여 파워모듈기판(23) 및 제어기판(25)에 배터리로부터 전력을 공급하면 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)에 의해 조타보조제어처리가 실행되어 토오크센서(15) 및 도시하지 않은 차속센서의 검출치에 따라서 조타보조전원지령치가 산출된다. 이 조타보조전원지령치와 모터전류검출부에서 검출한 전류에 따라서 전류피드백처리를 실행하여 전압지령치를 산출한다. 이 전압지령치를 파워모듈기판(23)의 게이트구동회로에 공급하여 H브리지회로를 제어함으로써 전동모터(5)에 모터구동전류가 흘러서 전동모터(5)를 정전(正轉) 또는 역전(逆轉)방향으로 필요로 하는 조타보조력을 발생하도록 구동한다.

이 때문에 전동모터(5)로부터 스티어링 휠의 조타토오크에 따른 조타보조력이 발생되고, 이 조타보조력이 웜(11) 및 웜휠(13)을 통하여 스티어링샤프트의 출력에 전달됨으로써 스티어링 휠을 가벼운 조타력으로 조타하는 것이 가능하다.

이 상태에서 컬랩스발생시에 도시하지 않은 스티어링 휠에 운전자가 접촉하여 스티어링칼럼(3)을 전방으로 슬라이딩시키는 충격력이 작용하면, 도 12 내지 도 14에 도시하는 바와 같이 어퍼 마운틴 브래킷(6)의 캅셀(6d)과 슬라이딩판부(6f) 사이의 수지인젝션(6e)이 전단(剪斷)됨으로써 스티어링칼럼(3)의 부착플랜지(3c) 측에서 내관(3a)에 대해 외관(3b)이 충격력을 흡수하면서 슬라이딩하여 수축스토퍼로서의 볼트(18a)의 머리부에 접촉함으로써 필요한 컬랩스 스트로크를 확보하여 스티어링칼럼이 수축한다.

이와 같이 스티어링칼럼(3)이 수축하면 그 주변에 부착되어 있는 부재가 제어유닛(19)에 근접하게 되지만, 이 제어유닛(19)은 소정의 컬랩스 스트로크를 확보한 상태에서 이동부품과 간섭하지 않는 위치에 배치되어 있으므로 컬랩스를 방지하기 위하여 이동부품에 간섭하는 일은 없으며, 필요한 컬랩스 스트로크를 확보하는 것이 가능하다.

덧붙여서 말하면, 컬랩스발생시의 컬랩스스트로크를 확보하기 위해 제어유닛(19)이 손상되는 경우도 생각할 수 있으나 이 제어유닛(19)은 상술한 바와 같이 합성수지제 프레임(24)의 손상의 컨트롤이 곤란하고 컬랩스시의 에너지흡수량에 블균형이 생겨버린다는 문제점이 있으나, 본 실시형태에서는 컬랩스 스트로크의 확보에 제어유닛(19)의 손상을 고려하고 있지 않으므로 컬랩스시에 안정된 설정치대로 의 에너지흡수량을 확보할 수 있다.

또한, 상기실시형태에서는 파워모듈기판(23)이 고열전도율을 갖는 금속기판으로 구성되어 있는 경우에 대해 설명하였으나 고열전도판부로서의 금속기판을 별개로 하여 파워모듈기판(23)을 금속기판 및 방열그리스를 통해 제어유닛장착부(20)의 평탄부착면(20a)에 부착하도록 해도 되며, 또한 금속기판으로 구성된 파워모듈기판(23)을 또 별개의 금속기판 및 방열그리스를 통하여 평탄부착면(20a)에 장착하도록 해도 된다.

또 상기 실시형태에서는 합성수지제프레임(24)의 차량 외측에 전원코넥터(24d) 및 신호코넥터(24e)를 차량의 외측에서 코넥터접속하도록 배치한 경우에 대하여 설명하였으나 이것에 한정되는 것이 아니며 외부코넥터의 접속방향은 스티어링칼럼(3)의 축 방향을 따른 전후방향이나 하측, 이것과 교차하는 방향 등 임의의 방향으로 설정하는 것이 가능하고, 소망의 접속방향에 따라서 전원코넥터(24d) 및 신호코넥터(24e)를 레이아웃하는 것이 가능하다.

또한, 상기 실시형태에서는 전동모터(5)가 부스바(5c) 및 (5d)가 직선적으로 연장되어 있는 경우에 대하여 설명하였으나 이것에 한정되는 것이 아니며, 도 15a에 도시하는 바와 같이 부스바(5c) 및 (5d)를 일단 외측으로 돌출시키고 그 다음 전동모터(5)의 축방향으로 절곡하고나서 축방향과 직교하는 방향으로 외측에 연장시키도록 해도 되며, 이 경우에는 부스바(5c) 및 (5d)의 절곡부에서 탄성을 확보하는 것이 가능하므로 단자와 단자대의 접속시에 발생하는 잔류응력을 완화하는 것이 가능하여 부스바(5c) 및 (5d)를 장수명화하는 것이 가능하다. 마찬가지로 도 15b 에 도시하는 바와 같이 최초로 전동모터(5)의 축방향으로 돌출시키고나서 축방향과 직교하는 방향으로 외측에 연장시키도록 해도 된다.

게다가 또 상기 실시형태에서는 전동모터(5)에 부스바(5c) 및 (5d)를 배치하고 제어유닛(19)에 단자대(24c)를 배치하는 경우에 대하여 설명하였으나 이것에 한정되는 것이 아니며, 전동모터(5)에 단자대를 배치하고 제어유닛(19)에 부스바를 배치하도록 해도 되고, 또 외부접속단자로서는 부스바에 한정되지 않고 임의의 전기적 접속단자를 적용하는 것이 가능하다.

또한, 상기 실시형태에서는 토오크센서(15)의 외부접속단자(15c) 내지 (15f)를 L자형상으로 절곡하여 제어기판(25)의 스루홀(25a) 내지 (25d)에 삽통하는 경우에 대해서 설명하였으나 이것에 한정되는 것이 아니고, 스루홀(25a) 내지 (25d)에서의 외부접속단자(15c) 내지 (15f)의 삽통을 용이하게 하기 위해 스루홀(25a) 내지 (25d)의 삽통측에 깔대기(funnel)형상의 안내면을 갖는 가이드부재를 배치하도록 해도 된다.

또 상기 실시형태에서는 토오크센서(15)의 외부접속단자(15c) 내지 (15f)를 L자 형상으로 형성한 경우에 대해 설명하였으나 이것에 한정되는 것이 아니며, 외부접속단자(15c) 내지 (15f)를 직선형상으로 하고 제어기판(25)에 형성한 접속랜드를 따르게 하여 납땜이나 퓨징 등으로 전기적으로 접속하도록 하거나 외부접속단자를 클립단자로 하여 제어기판(25)에 협착하도록 해도 된다.

또한, 상기 실시형태에서는 감속기어박스(4)의 제어기판장착부(20)의 평탄부착면(20a)이 스티어링칼럼(3)의 중심축과 직교하는 평면인 경우에 대해서 설명하였 으나 이것에 한정되는 것이 아니며, 평탄부착면(20a)을 스티어링칼럼(3)의 중심축에 대해 직교하는 면에 대해 경사하는 면으로 하도록 해도 된다.

또한, 상기 실시형태에서는 전동모터(5), 제어유닛(19) 및 코넥터(24d),(24e)가 스티어링칼럼(3)의 중심축과 직교하는 선을 따라서 일직선으로 배치되어 있는 경우에 대해 설명하였으나 이것에 한정되는 것이 아니며, 스티어링칼럼(3)의 중심축과 교차하는 선을 따라서 일직선으로 배치하도록 해도 된다.

게다가 또 상기 실시형태에서는, 제어유닛(19)의 전원코넥터(24d) 및 신호코넥터(24e)가 그 접속용 개구가 우단측에 있는 경우에 대하여 설명하였지만 이것에 한정되는 것이 아니며, 접속용 개구를 스티어링칼럼(3)의 축방향을 따르는 방향으로 하여 외부코넥터를 스티어링칼럼(3)의 축방향으로부터 장착하도록 해도 된다.

또한, 상기 실시형태에서는 제어유닛(19)을 구성하는 경우에, 먼저 파워모듈기판(23)을 평탄부착면(20a)에 나사멈춤하고나서 합성수지제 프레임(24)을 고정하고, 이 합성수지제 프레임(24)에 제어기판(25)을 나사멈춤하도록 한 경우에 대해 설명하였으나 이것에 한정되는 것이 아니며, 합성수지제 프레임(24)에 파워모듈기판(23) 및 제어기판(25)을 부착하고나서 합성수지제 프레임(24)을 평탄부착면(20a)에 고정하도록 해도 되고, 또한 합성수지제 프레임(24)의 일부와 파워모듈기판(23)을 모두 조여도 된다.

또 상기 실시형태에서는, 파워모듈기판(23)이 고열전도율을 갖는 금속기판으로 구성되어 있는 경우에 대해 설명하였으나 금속기판을 별개로 하여 파워모듈기판(23)을 금속기판 및 방열그리스를 통해 제어유닛장착부(20)의 평탄부착면(20a)에 부착되도록 해도 되고, 또한 금속기판으로 구성된 파워모듈기판(23)을 또 별개의 금속기판 및 방열그리스를 통해 평탄부착면(20a)에 장착하도록 해도 된다.

또한, 상기 실시형태에서는 제어유닛(19)을 구성하는 경우에, 먼저 파워모듈기판(23)을 평탄부착면(20a)에 나사멈춤하고나서 합성수지제 프레임(24)을 고정하고, 이 합성수지제 프레임(24)에 제어기판(25)을 나사멈춤하도록 한 경우에 대해 설명하였으나 이것에 한정되는 것이 아니며, 합성수지제 프레임(24)에 파워모듈기판(23) 및 제어기판(25)을 부착하고나서 합성수지제 프레임(24)을 평탄부착면(20a)에 고정하도록 해도 되고, 또한 합성수지제 프레임(24)의 일부와 파워모듈기판(23)을 모두 조이도록 해도 된다.

게다가 또 상기 실시형태에서는 전동모터(5)로서 브러시모터를 적용한 경우에 대하여 설명하였으나 이것에 한정되는 것이 아니며, 브러시리스 DC 모터(brushless DC motor)를 적용하도록 해도 되고, 이 경우에는 부스바(5c) 및 (5d)를 각 상(相)의 여자코일의 급전측에 접속하는 동시에 파워모듈기판(23)에 브러시리스 DC 모터를 구동하는, 예를 들면 전계효과트랜지스터(FET)를 갖는 인버터회로 및 인버터회로의 전계효과 트랜지스터의 게이트를 펄스폭 변조신호로 구동하는 게이트구동회로를 실장하면 된다.

또한, 상기 실시형태에서는 본 발명을 우측핸들차량에 적용한 경우에 대해 설명하였으나 이것에 한정되는 것이 아니며, 좌측핸들차량에 적용하는 경우에는 감속기어박스(4), 전동모터(5) 및 제어유닛(19)의 배치를 스티어링칼럼(1)의 중심축을 통과하는 수직면을 협지하여 면대칭으로 즉, 제어유닛(19)의 우측에 전동모 터(4)를 배치하고 제어유닛(19)의 전원코넥터(24d) 및 신호코넥터(24e)를 좌측에 배치하면 되며, 또한 전동모터(4)를 차량 외측에 전원코넥터(24d) 및 신호코넥터(24e)를 차량 내측에 배치하도록 해도 된다.

또 상기 실시형태에서는 제어유닛(19)의 차량 내측에 전동모터(5)를 배치하고 제어유닛(19)의 차량 외측에 코넥터(24d),(24e)를 배치한 경우에 대해 설명하였으나 이것에 한정되는 것이 아니며, 차량의 레이아웃에 따라서는 제어유닛(19)에 대해 전동모터(5)를 차량 외측에, 코넉터(24d),(24e)를 차량 내측에 배치하도록 해도 되고, 요점은 제어유닛(19)의 전동모터(5)와는 반대측에 코넥터(24d),(24e)를 배치하도록 하면 되는 것이다.

적어도 발열을 수반하는 파워모듈기판을 포함하는 제어유닛을 히트매스(heat mass)가 큰 감속기어박스에 직접 부착함으로써, 방열효과를 향상시키는 것이 가능한 전동파워스티어링장치를 제공할 수 있다.

또 제어유닛의 차량 내측 및 외측의 한쪽에 전동모터를 부착하고, 제어유닛의 차량 내측 및 외측의 다른쪽에 외부접속코넥터를 배치함으로써 물방울이나 먼지의 침입을 방지하는 것이 가능한 동시에 외부접속코넥터의 접속방향의 자유도를 크게 하는 것이 가능하고, 또한 코넥터접속이 용이하여 코넥터측에서 전동모터의 발열의 영향도 받는 일이 없는 전동파워스티어링장치를 제공하는 것이 가능하다.

또한, 제어유닛을 감속기어박스의 스티어링칼럼의 컬랩스 스트로크 시(collapse stroke)에서의 이동부재와 간섭하지 않는 위치에 배치함으로써 스티어링칼럼의 소정의 컬랩스 스트로크를 확보하는 것이 가능한 동시에, 컬랩스시에 안정된 설정치대로의 에너지흡수량을 얻는 것이 가능한 전동파워스티어링장치를 제공하는 것이 가능하다.

Claims

조타토오크가 전달되는 스티어링샤프트(steering shaft)를 내장하는 스티어링칼럼(steering column)과, 상기 스티어링샤프트에 연결된 감속기어박스와, 상기 감속기어박스 내의 감속기기를 통하여 상기 스티어링샤프트에 조타보조력을 전달하는 전동모터를 구비한 전동파워스티어링장치로서,

상기 감속기어박스는, 상기 스티어링샤프트와 교차하는 방향의 단면에 형성된 모터장착부에 상기 전동모터가 장착되는 동시에 상기 모터장착부에 근접하여 외표면에 형성된 제어유닛장착부에 상기 전동모터를 구동제어하는 제어유닛이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링장치.
제 1항에 있어서,

상기 제어유닛은, 상기 전동모터의 구동지령치를 연산하는 지령치연산부를 실장한 제어기판과, 상기 지령치연산부로부터의 구동지령치에 따라서 상기 전동모터를 구동제어하는 발열을 수반하는 파워모듈을 실장한 파워모듈기판을 적어도 포함하고, 상기 파워모듈기판이 직접 상기 감속기어박스의 제어유닛장착부에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링장치.
제 1항에 있어서,

상기 제어유닛은, 상기 전동모터의 구동지령치를 연산하는 지령치연산부를 실장한 제어기판과, 상기 지령치연산부로부터의 구동지령치에 따라서 상기 전동모터를 구동제어하는 발열을 수반하는 파워모듈을 실장한 파워모듈기판을 적어도 포함하고, 상기 파워모듈기판이 고열전도판부를 통하여 상기 감속기어박스의 제어유닛장착부에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 감속기어박스는 고열전도성재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링장치.
제 4항에 있어서,

상기 감속기어박스는 알루미늄, 알루미늄합금, 마그네슘 및 마그네슘합금 중 어느 하나를 다이 캐스트(die cast)성형함으로써 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링장치.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어유닛은, 상기 감속기어박스에 직접 장착된 파워모듈기판을 둘러싸는 동시에 상기 파워모듈에 대하여 소정간격을 유지하여 상기 제어기판을 지지하는 합성수지제 프레임과, 상기 합성수지제 프레임을 덮는 커버를 구비하고, 상기 커버가 상기 감속기어박스의 제어유닛장착부에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링장치.
제 2항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어기판은, 릴레이, 콘덴서 등의 대형부품을 상부측에 배치하여 상기 감속기어박스에서의 제어유닛장착부의 상부측 빈 공간을 유효하게 이용하도록 한 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링장치.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 감속기어박스는, 상기 전동모터의 출력축에 연결되는 웜(worm)을 수납하는 웜수납부와, 상기 스티어링샤프트에 연결되는 웜휠(worm wheel)을 수납하는 웜휠수납부와, 상기 웜휠수납부와 연접하여 상기 토오크센서를 수납하고 또한 스티어링칼럼과 연결하는 토오크센서수납부를 적어도 가지며, 상기 웜수납부, 웜휠수납부 및 토오크센서수납부의 외주부에 상기 제어유닛을 장착하는 제어유닛장착부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링장치.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한항에 있어서,

상기 제어유닛의 차량 내측 및 차량 외측의 한쪽에 상기 전동모터가 배설되고, 상기 제어유닛의 차량 내측 및 차량 외측의 다른 쪽에 외부접속코넥터와 접속하는 접속코넥터가 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링장치.
제 9항에 있어서,

상기 접속코넥터는, 상기 외부접속코넥터와의 접속방향이 차량 폭 방향으로 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링장치.
제 9항 또는 제 10항에 있어서,

상기 접속코넥터는, 서로 인접하는 전원코넥터와 신호코넥터로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링장치.
제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어유닛의 차량 내측에 전동모터가 배설되고 상기 제어유닛의 차량 외측에 상기 접속코넥터가 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링장치.
제 9항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 모터와 상기 제어유닛은 접속단자 및 단자대에 의해 전기적으로 직접 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링장치.
제 1항 내지 제 13항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 제어유닛은, 상기 감속기어박스의 스티어링칼럼의 컬랩스 스트로크(collapse stroke)시에서의 이동부재와 간섭하지 않는 위치에 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링장치.
제 14항에 있어서,

상기 감속기어박스는, 상기 전동모터의 출력축에 연결된 웜을 수납하는 웜수납부와, 상기 스티어링샤프트에 연결된 웜휠을 수납하는 웜휠수납부와, 상기 웜휠수납부와 연접하여 상기 토오크센서를 수납하고, 또한 스티어링칼럼과 연결하는 토오크센서수납부를 적어도 가지며, 상기 웜수납부, 웜휠수납부 및 토오크센서수납부의 외주부에 상기 제어유닛을 장착하는 제어유닛 장착부가 형성되며, 상기 토오크센서수납부의 선단을 컬랩스시의 스티어링칼럼의 수축스토퍼로 하고, 상기 제어유닛장착부에 장착된 제어유닛의 수축스토퍼측 단면위치가 수축스토퍼보다 웜휠수나부 측에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링장치.