KR20160028349A - 전동 구동 장치 및 전동 파워 스티어링 장치 - Google Patents

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KR20160028349A
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Abstract

본 발명은 전자 제어 장치가 수납되어 있는 하우징이 반경 방향으로 대형화되는 것을 억제하고, 전자 제어 장치로부터의 열을 효율적으로 외부로 방열할 수 있는 신규의 전동 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전자 제어 조립체를, 전원의 생성을 주된 기능으로 하는 금속 기판에 실장된 전원 회로부와, 전동 모터의 구동을 주된 기능으로 하는 금속 기판에 실장된 전력 변환 회로부와, 전력 변환 회로부의 제어를 주된 기능으로 하는 수지 기판에 실장된 제어 회로부로 분할하고, 또한 하우징과 열적으로 접촉하는 금속제의 방열 기체(放熱基體)를 하우징 내에 배치하며, 전원 회로부와 전력 변환 회로부의 금속 기판을 방열 기체의 양면에 고정하여 전원 회로부와 전력 변환 회로부로부터의 열을 방열 기체를 통해 하우징에 방열한다.

Description

전동 구동 장치 및 전동 파워 스티어링 장치{ELECTROMOTIVE DRIVE AND ELECTRIC POWER STEERING DEVICE}
본 발명은 전동 구동 장치 및 전동 파워 스티어링 장치에 관한 것으로, 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 있으나, 최근에 와서는 전동 모터의 회전 속도나 회전 토크를 제어하는 반도체 소자 등으로 이루어지는 전자 제어 장치를 전동 모터에 일체적으로 편입시키는, 이른바 기전(機電) 일체형의 전동 구동 장치가 채용되기 시작하고 있다.
기전 일체형의 전동 구동 장치의 예로서, 예컨대 자동차의 전동 파워 스티어링 장치에서는, 운전자가 스티어링 휠을 조작함으로써 회동하는 스티어링 샤프트의 회동 방향과 회동 토크를 검출하고, 이 검출값에 기초하여 스티어링 샤프트의 회동 방향과 동일한 방향으로 회동하도록 전동 모터를 구동하여, 조타 어시스트 토크를 발생시키도록 구성되어 있다. 이 전동 모터를 제어하기 위해서, 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit)가 파워 스티어링 장치에 설치되어 있다.
종래의 전동 파워 스티어링 장치로서는, 예컨대, 일본 특허 공개 제2013-60119호 공보(특허문헌 1)에 기재된 것이 알려져 있다. 특허문헌 1에는, 전동 모터와 전자 제어 장치에 의해 구성된 전동 파워 스티어링 장치가 기재되어 있다. 그리고, 전동 모터는, 알루미늄 합금 등으로 만들어진 통부를 갖는 모터 하우징에 수납되고, 전자 제어 장치는, 모터 하우징의 축 방향의 출력축과는 반대측에 배치된 ECU 하우징에 수납되어 있다. ECU 하우징의 내부에 수납되는 전자 제어 장치는, 전원 회로, 전동 모터를 구동 제어하는 MOSFET을 갖는 전력 변환 회로와, MOSFET을 제어하는 제어 회로를 구비하고, MOSFET의 출력 단자와 전동 모터의 입력 단자는 버스바를 통해 전기적으로 접속되어 있다.
그리고, ECU 하우징에 수납된 전자 제어 장치에는, 합성 수지로 만들어진 커넥터 단자 조립체를 통해 전원으로부터 전력이 공급되고, 또한 검출 센서류로부터 운전 상태 등의 검출 신호가 공급된다. 커넥터 단자 조립체는 ECU 하우징에 형성된 삽입 구멍을 삽입 관통하여 전자 제어 장치와 접속되고, 또한 고정 볼트에 의해 ECU 하우징의 외표면에 고정되어 있다.
한편, 이 외에 전자 제어 장치를 일체화한 전동 구동 장치로서는, 전동 브레이크나 각종 유압 제어용의 전동 유압 제어기 등이 알려져 있다.
일본 특허 공개 제2013-60119호 공보
그런데, 특허문헌 1에 기재되어 있는 전동 파워 스티어링 장치는 자동차의 엔진룸 내에 배치되기 때문에, 소형으로 구성되는 것이 필요하다. 특히 최근에 와서는 자동차의 엔진룸 내에는, 배기 가스 대책 기기나 안전 대책 기기 등의 보조 기계류가 많이 설치되는 경향에 있어, 전동 파워 스티어링 장치를 포함하여 각종 보조 기계류를 가능한 한 소형화하는 것이 요구되고 있다.
그리고, 특허문헌 1에 있는 것과 같은 구성의 전동 파워 스티어링 장치에서는, 전원 회로, 전력 변환 회로부 및 제어 회로부가 2장의 기판에 실장되어 있다. 이 때문에, 전동 모터를 제어하기 위해 필요한 전기 부품의 부품 개수는 대략 결정되어 있기 때문에, 2장의 기판에 이들 부품 개수의 전기 부품을 실장하면, 전자 제어 장치를 수납하고 있는 하우징이 자연히 반경 방향으로 커진다. 전동 파워 스티어링 장치는 그 구조상 길이 방향으로는 축 길이의 제한이 비교적 적고, 반경 방향의 대형화가 제한되는 경향에 있다. 따라서, 현 상황에서는 하우징을 반경 방향으로 소형화하는 것이 요청되고 있다. 또한, 전원 회로나 전력 변환 회로는 발열량이 커서, 소형화하는 경우에는 이 열을 효율적으로 외부로 방열해 줄 필요가 있다.
본 발명의 목적은, 전자 제어 장치가 수납되어 있는 하우징이 반경 방향으로 대형화하는 것을 억제하고, 전자 제어 장치로부터의 열을 효율적으로 외부로 방열할 수 있는 신규의 전동 구동 장치 및 전동 파워 스티어링 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 특징은, 전자 제어 조립체를, 전원의 생성을 주된 기능으로 하는 금속 기판에 실장된 전원 회로부와, 전동 모터의 구동을 주된 기능으로 하는 금속 기판에 실장된 전력 변환 회로부와, 전력 변환 회로부의 제어를 주된 기능으로 하는 수지 기판에 실장된 제어 회로부로 분할하고, 또한 하우징과 열적으로 접촉하는 금속제의 방열 기체(放熱基體)를 하우징 내에 배치하며, 전원 회로부와 전력 변환 회로부의 금속 기판을 방열 기체의 양면에 고정하여 전원 회로부와 전력 변환 회로부로부터의 열을, 방열 기체를 통해 하우징에 방열하는 점에 있다.
본 발명에 의하면, 전자 제어 장치를 구성하는 전기 부품을 기능별로 3개의 기판에 실장하여 기판의 반경 방향의 크기를 축소하고, 또한, 발열량이 큰 전기 부품의 금속 기판을 방열 기체에 고정하여 하우징으로부터 효율적으로 방열할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 일례로서의 조타 장치의 전체 사시도이다.
도 2는 기전(機電) 일체형의 전자 구동 장치로서의 전동 파워 스티어링 장치의 전체 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태가 되는 전동 파워 스티어링 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태가 되는, 전동 모터를 생략한 전동 파워 스티어링 장치의 종단면도이다.
도 5는 도 3에 도시한 덮개를 내측에서 본 사시도이다.
도 6은 도 3에 도시한 전원 회로부의 사시도이다.
도 7은 도 3에 도시한 전력 변환 회로부의 사시도이다.
도 8은 도 3에 도시한 제어 회로부의 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 이용하여 상세히 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적인 개념 안에서 여러 가지 변형예나 응용예도 그 범위에 포함하는 것이다.
본 발명의 실시형태를 설명하기 전에 본 발명이 적용되는 일례로서의 조타 장치의 구성, 및 기전 일체형의 전자 구동 장치로서의 전동 파워 스티어링 장치의 구성에 대해 도 1 및 도 2를 이용하여 간단히 설명한다.
먼저, 자동차의 전륜을 조타하기 위한 조타 장치에 대해 설명한다. 조타 장치(1)는 도 1에 도시한 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)에 덮여 있다. 그리고, 랙하우징(4)과 타이 로드(3) 사이에는 고무 부츠(5)가 설치되어 있다.
스티어링 휠을 회동 조작할 때의 토크를 보조하기 위해서, 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 검출값에 기초하여 기어(10)를 통해 랙에 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 제어 장치부(9)가 설치되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 전동 모터부(8)는 알루미늄 합금 등으로 만들어진 통부를 갖는 모터 하우징(11A) 및 이것에 수납된 도시하지 않은 전동 모터로 구성되고, 전자 제어 장치부(9)는, 모터 하우징(11A)의 축 방향의 출력축과는 반대측에 배치된, 알루미늄 합금 등으로 만들어진 ECU 하우징(11B) 및 이것에 수납된 도시하지 않은 전자 제어 조립체로 구성되어 있다.
모터 하우징(11A)과 ECU 하우징(11B)은 그 대향 단부면에서 고정 볼트에 의해 일체적으로 고정되어 있다. ECU 하우징(11B)의 내부에 수납된 전자 제어 조립체는, 필요한 전원을 생성하는 전원 회로부나, 전동 모터부(8)의 전동 모터를 구동 제어하는 MOSFET을 갖는 전력 변환 회로부나, 이 MOSFET을 제어하는 제어 회로부로 이루어지고, MOSFET의 출력 단자와 전동 모터의 입력 단자는 버스바를 통해 전기 접속되어 있다.
ECU 하우징(11B)의 단부면에는 커넥터 단자 조립체를 겸용하는 합성 수지제의 덮개(12)가 고정 볼트에 의해 고정되어 있다. 덮개(12)에는 전력 공급용 커넥터 단자부(12A), 검출 센서용 커넥터 단자부(12B), 제어 상태를 외부 기기에 송출하는 제어 상태 송출용 커넥터 단자부(12C)가 구비되어 있다. 그리고, ECU 하우징(11B)에 수납된 전자 제어 조립체에는, 합성 수지로 만들어진 덮개(12)의 전력 공급용 커넥터 단자부(12A)를 통해 전원으로부터 전력이 공급되고, 또한 검출 센서류로부터 운전 상태 등의 검출 신호가 검출 센서용 커넥터 단자부(12B)를 통해 공급되며, 현재의 전동 파워 스티어링 장치의 제어 상태 신호가 제어 상태 송출용 커넥터 단자부(12C)를 통해 송출된다.
여기서, 덮개(12)는 ECU 하우징(11B)의 개구부 전체를 덮는 것과 같은 형상으로 되어 있으나, 각 커넥터 단자를 소형으로 형성하고, ECU 하우징(11B)에 형성된 삽입 구멍을 삽입 관통하여 전자 제어 조립체와 접속되는 구성으로 해도 좋은 것이다.
이상과 같은 구성의 전동 파워 스티어링 장치(6)에서는, 스티어링 휠이 조작됨으로써 스티어링 샤프트(2)가 어느 한쪽의 방향으로 회동 조작되면, 이 스티어링 샤프트(2)의 회동 방향과 회동 토크를 토크 센서(7)가 검출하고, 이 검출값에 기초하여 제어 회로부가 전동 모터의 구동 조작량을 연산한다. 이렇게 연산된 구동 조작량에 기초하여 전력 변환 회로부의 MOSFET에 의해 전동 모터가 구동되고, 전동 모터의 출력축은 스티어링 샤프트(2)를 조작 방향과 동일한 방향으로 구동하도록 회동되며, 출력축의 회동은, 도시하지 않은 피니언으로부터 기어(10)를 통해 도시하지 않은 랙에 전달되어, 자동차가 조타되는 것이다. 이들의 구성, 작용은 이미 잘 알려져 있기 때문에, 더 이상의 설명은 생략한다.
이러한 전동 파워 스티어링 장치에 있어서, 자동차의 엔진룸 내에는, 배기 가스 대책 기기나 안전 대책 기기 등의 보조 기계류가 많이 설치되는 경향에 있어, 전동 파워 스티어링 장치를 포함하여 각종 보조 기계류를 가능한 한 소형화하는 것이 요구되고 있다. 전동 파워 스티어링 장치에서는, 전동 모터를 제어하기 위해 필요한 전원 회로부, 전력 변환 회로부 및 제어 회로부를 구성하는 전기 부품의 부품 개수가 대략 결정되어 있다. 이 때문에, 특허문헌 1과 같이 2장의 기판에 이러한 부품 개수의 전기 부품을 실장하면, 전자 제어 장치를 수납하고 있는 하우징이 자연히 반경 방향으로 커진다.
전동 파워 스티어링 장치는 그 구조상 길이 방향으로는 축 길이의 제한이 비교적 적고, 반경 방향의 대형화는 제한되는 경향이 있다. 또한, 전원 회로나 전력 변환 회로는 발열량이 커서, 소형화하는 경우에는 이 열을 효율적으로 외부로 방열해 줄 필요가 있다.
이러한 배경으로부터, 본 실시예에서는 다음과 같은 구성의 전동 파워 스티어링 장치를 제안하는 것이다. 즉, 전자 제어 조립체를, 전원의 생성을 주된 기능으로 하는 금속 기판에 실장된 전원 회로부와, 전동 모터의 구동을 주된 기능으로 하는 금속 기판에 실장된 전력 변환 회로부와, 전력 변환 회로부의 제어를 주된 기능으로 하는 수지 기판에 실장된 제어 회로부로 분할한 것이다. 또한, 하우징과 열적으로 접촉하는 금속제의 방열 기체를 하우징 내에 배치하고, 전원 회로부와 전력 변환 회로부의 금속 기판을 방열 기체의 양면에 고정하여 전원 회로부와 전력 변환 회로부로부터의 열을 하우징에 방열하는 구성으로 한 것이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태가 되는 전동 파워 스티어링 장치의 구성에 대해 설명하는데, 이하의 도면에서는 도 2에 도시한 덮개(12)의 형상이 상이하다. 그러나, 그 기능은 동일하다.
도 3에 전동 파워 스티어링 장치(6)의 분해 사시도가 도시되어 있다. 한편, 모터 하우징(11A)에는 통상 전동 모터가 수납되어 있다. 그리고, 전술한 바와 같이 모터 하우징(11A)과 ECU 하우징(11B)은 별체(別體)의 알루미늄 합금으로 만들어져 있으나, 본 실시예에서 양 하우징은 동일한 것으로서 제시되어 있다.
전자 제어 장치부(9)는, 모터 하우징 내의 전동 모터의 도시하지 않은 출력축과 반대측에 바닥부가 결합된, 바닥이 있는 통 형상의 ECU 하우징(11B)과, 도시하지 않은 3개의 볼트에 의해 중간 통부(13)를 통해 ECU 하우징(11B)에 결합되는 덮개(12)와, ECU 하우징(11B), 중간 통부(13) 및 덮개(12)에 의해 구성되는 수용 공간에 수용된 전원 회로부(15), 전력 변환 회로부(21), 제어 회로부(25) 등으로 이루어지는 전자 제어 조립체로 구성되어 있다. 중간 통부(13)의 내부에는 알루미늄, 혹은 알루미늄 합금 등의 금속으로 만들어진 방열 기체(14)가 고정되어 있다.
한편, 중간 통부(13)는 합성 수지로 된 통부 본체의 내부에 방열 기체(14)를 몰드 성형하여 방열 기체(14)를 내포하도록 일체적으로 형성되어 있으나, 중간 통부(13)와 방열 기체(14)를 알루미늄 합금으로 일체적으로 형성해도 좋은 것이다. 방열 기체(14)는 후술하는 전원 회로부(15)와 전력 변환 회로부(21)로부터의 열을 ECU 하우징(11B)에 방열하는 기능을 구비하고 있고, 이 때문에, ECU 하우징(11B)의 내주측과 방열 기체(14)의 외주측은 열적으로 접촉하고 있는 구성으로 되어 있다.
덮개(12)와 중간 통부(13) 사이에는, 전원의 생성을 주된 기능으로 하는 전원 회로부(15)가 배치되어 있다. 도 6에 도시한 바와 같이 전원 회로부(15)는, 알루미늄 등의 금속으로 이루어지는 금속 기판(16) 상에, 커패시터(17), 코일(18), 스위칭 소자, 커넥터(20) 등의 전기 부품이 실장되어 있다. 금속 기판(16)은, 알루미늄 기판 위에 절연층을 형성하고, 이 절연층 위에 동박으로 이루어지는 배선 패턴을 인쇄함으로써 구성되어 있으며, 이 위에 전기 부품이 배치되어 전기적으로 접속되는 것이다.
금속 기판(16)은 도시하지 않은 고정 나사에 의해 열이 전달되기 쉽도록 방열 기체(14)와 밀착되어 고정된다. 또한 금속 기판(16)과 방열 기체(14) 사이에는 전열 성능이 높은 접착제, 혹은 젤형의 전열제가 도포되어 있다. 전원 회로부(15)에서는 커패시터(17)나 코일(18), 커넥터(20) 등의 비교적 형상이 큰 전기 부품이 사용되고 있다. 이 때문에, 전원 회로부(15)는 덮개(12)와 중간 통부(13) 사이에 배치되도록 하고 있다. 그 이유는 도 5에서 설명한다.
중간 통부(13)와 ECU 하우징(11B) 사이에는, 전동 모터의 구동을 주된 기능으로 하는 전력 변환 회로부(21)가 중간 통부(13)측으로부터 배치되어 있다. 전력 변환 회로부(21)는 도 7에 도시한 바와 같이, 알루미늄 등으로 이루어지는 금속 기판(22) 상에, 복수의 MOSFET(23) 및 이것의 입력/출력 신호용 커넥터(24) 등이 실장되어 있다. 이 금속 기판(22)도 전술한 금속 기판(16)과 동일한 구성으로 되어 있다. 금속 기판(22)은 도시하지 않은 고정 나사에 의해 열이 전달되기 쉽도록 방열 기체(14)와 밀착되어 고정된다. 또한 금속 기판(22)과 방열 기체(14) 사이에는, 전원 회로부(15)와 마찬가지로 전열 성능이 높은 접착제, 혹은 젤형의 전열제가 도포되어 있다.
전력 변환 회로부(21)와 ECU 하우징(11B) 사이에는, 전력 변환 회로부(21)의 MOSFET(23)의 스위칭 제어 등을 주된 기능으로 하는 제어 회로부(25)가 배치되어 있다. 제어 회로부(25)는 도 8에 도시한 바와 같이, 합성 수지 등으로 이루어지는 수지 기판(26) 상에, MOSFET(23)을 제어하는 마이크로 컴퓨터(27) 등이 실장되어 있다. 수지 기판(26)은 전력 변환 회로부(21)와 소정의 거리를 두고 배치되어 있다.
도 3으로 되돌아가서, 커넥터 단자가 형성된 덮개(12)는, ECU 하우징(11B)의 개구를 덮는 것이며, 외표면에 커넥터 단자부(12A∼12C)가 형성되어 있다. 이들 커넥터 단자부(12A∼12C)를 통해, 도시하지 않은 전원으로부터 전원 회로부(15), 전력 변환 회로부(21) 및 제어 회로부(25)에 전력이 공급된다. 마찬가지로 검출 센서의 신호 등이 입력된다. 덮개(12)의 구체적인 구성은 도 5에 도시되어 있다.
다음으로 도 4를 이용하여 ECU 하우징(11B)에 수납된 전자 제어 조립체의 구성의 상세와 그 작용 등에 대해 설명한다.
도 4에 있어서, ECU 하우징(11B)과 중간 통부(13)는 복수의 고정 볼트(28)에 의해 고정되어 있다. 도면 상에서 중간 통부(13)의 하단측에는 중간 통부(13)를 구성하는 합성 수지와의 몰드 성형에 의해 방열 기체(14)가 일체화되어 있다. 여기서, 중간 통부(13)와 방열 기체(14)는 전술한 바와 같이 알루미늄 합금 등으로 일체적으로 형성되어 있어도 좋은 것이다.
방열 기체(14)의 외주면은 원형 형상이며, ECU 하우징(11B)의 내주면에 밀착되어 있는데, 그 외주면에는 시일링(seal ring; 29)이 설치되어 있다. 이 시일링(29)에 의해, 중간 통부(13)와 ECU 하우징(11B) 사이로부터 물 등이 침입하는 것이 방지된다. 방열 기체(14)의 외주면(14A)과 ECU 하우징(11B)의 내주면이 밀착되어 있기 때문에, 방열 기체(14)로부터의 열을 ECU 하우징(11B)에 효율적으로 방열할 수 있다.
방열 기체(14)의 외주면과 ECU 하우징(11B)의 내주면의 접촉부에는, 열의 전달을 좋게 하기 위해서 전열성이 좋은 접착제나 전열제를 도포해도 좋은 것이다.
방열 기체(14)의 상측에는, 도 3에서 도시한 바와 같이, 열이 전달되기 쉽도록 전원 회로부(15)의 금속 기판(16)이 고정 나사에 의해 밀착되어 고정된다. 전원 회로부(15)는 커패시터(17)나 코일(18), 커넥터(20) 등의 비교적 형상이 큰 전기 부품이 금속 기판(16) 상에 편면(片面) 실장되어 있다. 이 때문에, 전원 회로부(15)는 덮개(12)와 중간 통부(13) 사이에 배치하도록 하고 있다. 이유는 이하와 같다.
중간 통부(13)의 방열 기체(14)와는 반대측에, 덮개(12)가 고정 볼트(30)에 의해 고정되어 있다. 전동 파워 스티어링 장치는 자동차의 엔진룸 내에 배치되기 때문에, 우천 주행이나 웅덩이가 있는 도로를 주행하는 경우, 빗물이나 웅덩이의 물에 의해, 전동 파워 스티어링 장치가 물을 뒤집어쓰는 경우가 종종 발생한다. 이 때문에, 중간 통부(13)와 덮개(12) 사이에서는 수밀성을 충분히 확보할 필요가 있어, 양자의 접촉 중첩 영역(31)을 길게 하여, 그 영역(31)에 2개의 시일링(32)을 배치하고 있다.
이와 같이, 2중으로 시일링(32)을 설치하고 있기 때문에 확실한 수밀성을 확보할 수 있고, 긴 접촉 중첩 영역(31)에 의해, 덮개(12)와 방열 기체(14) 사이에 큰 수용 공간이 형성되어, 큰 전기 부품으로 이루어지는 전원 회로부(15)를 용이하게 수납하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 수밀성을 확보하기 위해서 발생한 공간을 유효하게 이용하여, 큰 전기 부품으로 이루어지는 전원 회로부(15)를 수납하도록 하고 있다. 이에 의해, 축 길이를 가능한 한 짧게 하는 것이 가능해진다. 또한 전원과 연결되는 커넥터 단자부(12A)에 매설된 전원 커넥터(33)는 전원 회로부(15)에 설치한 커넥터(20)에 대향하여 직접 접속되는 구성을 취하고 있기 때문에, 조립 작업이 용이하다.
덮개(12)의 커넥터 단자부(12B)에는, 검출 센서 등의 신호가 입력되는 신호 커넥터(34)가 매설되어 있다. 이 신호 커넥터(34)는 수지 기판(26)에 직접적으로 접속되는데, 이 신호 커넥터(34)의 절연을 확보하여 안내하는 안내부(35)가 덮개(12)에 일체적으로 형성되어 있다. 안내부(35)는 방열 기체(14)에 형성된 안내 개구(36)를 삽입 관통하여, ECU 하우징(11B)과 방열 기체(14)로 형성되는 공간으로 돌출된다.
방열 기체(14)와 ECU 하우징(11B)으로 형성되는 공간에는 전력 변환 회로부(21)와 제어 회로부(25)가 수납되어 있다. 열이 전달되기 쉽도록 방열 기체(14)에는 전력 변환 회로부(21)의 금속 기판(22)이 고정 나사에 의해 밀착되어 고정된다. 전력 변환 회로부(21)는 MOSFET(23), 점퍼선(37) 등의 전기 부품이 금속 기판(22)에 편면 실장되어 있다. 여기서, 전원 회로부(15)와 전력 변환 회로부(21)는, 제어 회로부(25)에 비해 전류 용량이 큰 회로이다. 한편, 전력 변환 회로부(21)에서 생성된 전동 모터의 구동 신호는 도시하지 않은 버스바에 의해 직접적으로 전동 모터에 공급된다.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 방열 기체(14)의 양면에는 전원 회로부(15)의 금속 기판(16)과 전력 변환 회로부(21)의 금속 기판(22)이 열전달 가능하게 밀착 고정되어 있다. 이 때문에, 전원 회로부(15), 전력 변환 회로부(21)에서 발생한 열은 방열 기체(14)에 신속히 방열되고, 또한, 방열 기체(14)의 열은 ECU 하우징(11B)에 의해 방열되게 된다. 이와 같이, 편면 실장된 금속 기판(16, 22)으로부터 방열 기체(14)의 양면으로 열을 방출하기 때문에, 소형이며 효율적인 방열 구조로 하는 것이 가능해진다.
또한, 전력 변환 회로부(21)와 ECU 하우징(11B) 사이에는, 중간 통부(13)에 형성된 복수의 부착 돌기부(38)가 위치하고 있고, 이 부착 돌기부(38)에는 제어 회로부(25)의 수지 기판(26)이 고정 볼트에 의해 고정되어 있다. 한편, 수지 기판(26) 상의 마이크로 컴퓨터(27)는, 전력 변환 회로부(21)와는 반대측의 면에 실장되어 있다. 덮개(12)에 형성된 안내부(35)는, 전원 회로부(15), 전력 변환 회로부(21)를 회피하여 방열 기체(14)의 안내 개구(36)로 유도되고 있다. 이 때문에, 안내부(35)에 매설된 신호 커넥터(34)도, 전원 회로부(15), 전력 변환 회로부(21)와 간섭하지 않고, 수지 기판(26)에 접속된다. 따라서, 중계 부품 등을 생략할 수 있기 때문에 제조 가격을 절감시킬 수 있고, 더욱 소형화할 수 있는 것이다.
도 5에는 덮개(12)에 설치한 각종 커넥터가 도시되어 있다. 대표적으로는, 전원과 전원 회로부(15)를 접속하는 전원 커넥터(33), 검출 센서와 제어 회로부(25)를 접속하는 신호 커넥터(34), 전력 변환 회로부와 전원을 접속하는 구동 커넥터(39) 등이 덮개(12)에 일체적으로 몰드 성형되어 있다. 이들 각 커넥터류는 중계 부품 등을 이용하지 않고, 직접적으로 금속 기판(16, 22) 및 수지 기판(26)의 패턴 배선에 접속된다. 따라서, 여분의 중계 부품이 필요 없기 때문에, 더욱 소형화할 수 있는 것이다. 또한, 제조 가격을 인하하는 효과도 기대할 수 있다.
또한, 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에서는 전동 모터측에서 보아, 제어 회로부(25)의 수지 기판(26), 전력 변환 회로부(21)의 금속 기판(22), 전원 회로부(15)의 금속 기판(16)의 순서로 배치하고 있다. 이 때문에, 전동 모터측으로부터의 열은, 금속 기판(16, 22)보다 단열성이 높은 수지 기판(26)에 의해 차단되기 때문에, 전동 모터측으로부터의 받는 열을 줄일 수 있다는 효과가 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는, 전자 제어 조립체를, 전원의 생성을 주된 기능으로 하는 금속 기판(16)에 실장된 전원 회로부(15)와, 전동 모터의 구동을 주된 기능으로 하는 금속 기판(22)에 실장된 전력 변환 회로부(21)와, 전력 변환 회로부의 제어를 주된 기능으로 하는 수지 기판(26)에 실장된 제어 회로부(25)로 분할함으로써, 각 기판에 실은 전기 부품의 개수를 적게 할 수 있기 때문에, 각 기판의 반경 방향의 크기를 작게 하는 것이 가능해진다.
한편, 기판을 3장으로 한 만큼 축 길이가 연장되게 되지만, 전동 파워 스티어링 장치에서는 그 구조상의 관점에서 축 길이가 조금 연장되어도 허용되며, 축 길이가 연장되는 것보다 반경 방향의 전체 외관을 작게 하는 편이 제품 전체로 보아 장점이 큰 것이다.
또한, 전원 회로부(15)의 금속 기판(16)과 전력 변환 회로부(21)의 금속 기판(22)을 방열 기체(14)의 양면에 배치하는 구성으로 했기 때문에, 전류 용량이 큰 전원 회로부(15)와 전력 변환 회로부(21)로부터 발생하는 열을 효율적으로 ECU 하우징(11B)에 방열할 수 있다. 또한, 이러한 방열 구조이면, 방열 기체(14)의 양면을 사용하기 때문에 더욱 소형화를 도모할 수 있는 것이다.
또한, 형상이 큰 전기 부품을 사용하는 전원 회로부(15)를, 중간 통부(13)와 덮개(12)의 비교적 길이가 긴 중첩 영역(31)이 존재하는 수납 공간에 수용했기 때문에, 수납 공간을 유효하게 이용하여 축 길이를 가급적 짧게 하는 것이 가능해진다.
이상 서술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 전자 제어 조립체를, 전원의 생성을 주된 기능으로 하는 금속 기판에 실장된 전원 회로부와, 전동 모터의 구동을 주된 기능으로 하는 금속 기판에 실장된 전력 변환 회로부와, 전력 변환 회로부의 제어를 주된 기능으로 하는 수지 기판에 실장된 제어 회로부로 분할하고, 또한 하우징과 열적으로 접촉하는 금속제의 방열 기체를 하우징 내에 배치하며, 전원 회로부와 전력 변환 회로부의 금속 기판을 방열 기체의 양면에 고정하여 전원 회로부와 전력 변환 회로부로부터의 열을 하우징에 방열하는 구성으로 하였다.
이에 의하면, 전자 제어 장치를 구성하는 전기 부품을 기능별로 3개의 기판에 실장하여 기판의 반경 방향의 크기를 축소시키고, 또한, 발열량이 큰 전기 부품의 금속 기판을 방열 기체에 고정하여 하우징으로부터 효율적으로 방열할 수 있다.
한편, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 변형예를 포함한다. 예컨대, 전술한 실시예는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해서 상세히 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어떤 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 대체하는 것이 가능하며, 또한, 어떤 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대해, 다른 구성을 추가·삭제·치환하는 것이 가능하다.
6: 전동 파워 스티어링 장치 11A: 모터 하우징
11B: ECU 하우징 12: 덮개
12A∼12C: 커넥터 단자부 13: 중간 통부
14: 방열 기체 15: 전원 회로부
16: 금속 기판 17: 커패시터
18: 코일 21: 전력 변환 회로부
22: 금속 기판 23: MOSFET
25: 제어 회로부 26: 수지 기판
27: 마이크로 컴퓨터 31: 접촉 중첩 영역
32: 시일링 33: 전원 커넥터
34: 신호 커넥터 35: 안내부
36: 안내 개구 38: 부착 돌기부

Claims (14)

  1. 기계식 제어 요소를 구동하는 전동 모터와, 상기 전동 모터의 출력축과는 반대측에 배치되어 상기 전동 모터를 제어하는 전자 제어 장치에 의해 구성되고, 상기 전자 제어 장치는, 상기 전동 모터에 바닥부가 결합된, 바닥이 있는 통 형상의 ECU 하우징과, 상기 ECU 하우징의 내부에 수용되어 상기 전동 모터를 구동 제어하기 위한 전자 제어 조립체를 구비하고 있는 전동 구동 장치에 있어서,
    상기 전자 제어 조립체는, 전원의 생성을 주된 기능으로 하는 금속 기판에 실장된 전원 회로부와, 전동 모터의 구동을 주된 기능으로 하는 금속 기판에 실장된 전력 변환 회로부와, 전력 변환 회로부의 제어를 주된 기능으로 하는 수지 기판에 실장된 제어 회로부로 분할되어 있고, 상기 ECU 하우징의 내주와 열적으로 접촉하는 금속제의 방열 기체(放熱基體)를 상기 하우징 내에 배치하며, 상기 전원 회로부와 상기 전력 변환 회로부의 금속 기판을 상기 방열 기체의 양면에 고정하여 상기 전원 회로부와 상기 전력 변환 회로부로부터의 열을, 상기 방열 기체를 통해 상기 ECU 하우징에 방열하는 것을 특징으로 하는 전동 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 ECU 하우징에는 상기 방열 기체를 고정시킨 중간 통부가 고정되고, 상기 중간 통부의 개구를 덮기 위해 커넥터 단자를 구비한 덮개가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 중간 통부는 전체가 금속으로 만들어져 있거나, 혹은 상기 방열 기체를 포함하는 합성 수지로 만들어져 있는 것을 특징으로 하는 전동 구동 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 덮개와 상기 중간 통부로 형성되는 공간에 상기 전원 회로부가 배치되고, 상기 전원 회로부의 상기 금속 기판이 상기 방열 기체의 일면에 열전달 가능하게 고정되며, 상기 ECU 하우징과 상기 중간 통부로 형성되는 공간에 상기 전력 변환 회로부가 배치되고, 상기 전력 변환 회로부의 상기 금속 기판이 상기 방열 기체의 다른 면에 열전달 가능하게 고정되며, 상기 전력 변환 회로부와 상기 ECU 하우징의 상기 전동 모터가 위치하는 측의 공간에 상기 제어 회로부가 배치되는 것을 특징으로 하는 전동 구동 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 중간 통부와 상기 덮개의 접촉부인 접촉 중첩 영역에는 2개의 시일링(seal ring)이 개재되어 있고, 이에 의해 형성되는 길이가 긴 수납 공간에 형상이 큰 상기 전원 회로부의 전기 부품이 수납되는 것을 특징으로 하는 전동 구동 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 덮개에 설치된 커넥터는 중계 부품의 개재 없이 직접적으로 상기 기판 각각의 배선 패턴에 접속되는 것을 특징으로 하는 전동 구동 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전력 변환 회로부 및 상기 제어 회로부와 접속되는 커넥터는, 상기 덮개와 일체 형성된 안내부에 매설되어 있고, 상기 안내부는 상기 방열 기체에 형성된 안내 개구를 삽입 관통하여 상기 전력 변환 회로부 및 상기 제어 회로부로 연장되는 것을 특징으로 하는 전동 구동 장치.
  8. 스티어링 샤프트에 조타 보조력을 부여하는 전동 모터와, 상기 전동 모터의 출력축과는 반대측에 배치되어 상기 전동 모터를 제어하는 전자 제어 장치에 의해 구성되고, 상기 전자 제어 장치는, 상기 전동 모터에 바닥부가 결합된, 바닥이 있는 통 형상의 ECU 하우징과, 상기 ECU 하우징의 내부에 수용되어 상기 전동 모터를 구동 제어하기 위한 전자 제어 조립체를 구비하고 있는 전동 파워 스티어링 장치에 있어서,
    상기 전자 제어 조립체는, 전원의 생성을 주된 기능으로 하는 금속 기판에 실장된 전원 회로부와, 전동 모터의 구동을 주된 기능으로 하는 금속 기판에 실장된 전력 변환 회로부와, 전력 변환 회로부의 제어를 주된 기능으로 하는 수지 기판에 실장된 제어 회로부로 분할되어 있고, 상기 ECU 하우징의 내주와 열적으로 접촉하는 금속제의 방열 기체를 상기 하우징 내에 배치하며, 상기 전원 회로부와 상기 전력 변환 회로부의 금속 기판을 상기 방열 기체의 양면에 고정하여 상기 전원 회로부와 상기 전력 변환 회로부로부터의 열을, 상기 방열 기체를 통해 상기 ECU 하우징에 방열하는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 ECU 하우징에는 상기 방열 기체를 고정시킨 중간 통부가 고정되고, 상기 중간 통부의 개구를 덮기 위해 커넥터 단자를 구비한 덮개가 부착되는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 중간 통부는 전체가 금속으로 만들어져 있거나, 혹은 상기 방열 기체를 포함하는 합성 수지로 만들어지는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 덮개와 상기 중간 통부로 형성되는 공간에 상기 전원 회로부가 배치되고, 상기 전원 회로부의 상기 금속 기판이 상기 방열 기체의 일면에 열전달 가능하게 고정되며, 상기 ECU 하우징과 상기 중간 통부로 형성되는 공간에 상기 전력 변환 회로부가 배치되고, 상기 전력 변환 회로부의 상기 금속 기판이 상기 방열 기체의 다른 면에 열전달 가능하게 고정되며, 상기 전력 변환 회로부와 상기 ECU 하우징의 상기 전동 모터가 위치하는 측의 공간에 상기 제어 회로부가 배치되는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 중간 통부와 상기 덮개의 접촉부인 접촉 중첩 영역에는 2개의 시일링이 개재되어 있고, 이에 의해 형성되는 길이가 긴 수납 공간에 형상이 큰 상기 전원 회로부의 전기 부품이 수납되는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 덮개에 설치된 커넥터는 중계 부품의 개재 없이 직접적으로 상기 기판 각각의 배선 패턴에 접속되는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전력 변환 회로부 및 상기 제어 회로부와 접속되는 커넥터는, 상기 덮개와 일체 형성된 안내부에 매설되어 있고, 상기 안내부는 상기 방열 기체에 형성된 안내 개구를 삽입 관통하여 상기 전력 변환 회로부 및 상기 제어 회로부로 연장되는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
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