(57)【要約】【課題】  電動パワーステアリング装置の電動モータやＥＣＵにヒートパイプを配することで、電動モータやＥＣＵの内部に発生する熱を外部に放出し、フェールセーフ機能の不必要な作動を防ぎ、低速操舵時においても電動モータの出力を安定化させ、快適な操舵を行えるようにした電動パワーステアリング装置の冷却装置を低労力で提供する。【解決手段】  軸心方向に突出した複数のティースが形成されたステータと、ティースに巻きつけられた励磁コイルと、ステータに発生する回転磁界により回転するロータとを備えた電動モータを有する電動パワーステアリング装置おいて、電動モータの内部から外部に延びる１又は複数のヒートパイプを備え、ヒートパイプの吸熱部をステータ内に嵌挿させるとともに、ヒートパイプの放熱部を電動モータ外部に突出させ、ヒートパイプにより電動モータを冷却するようにした。【選択図】図１
2005198393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心方向に突出した複数のティースが形成されたステータと、
前記ティースに巻きつけられた励磁コイルと、
前記ステータに発生する回転磁界により回転するロータと
を備えた電動モータを有する電動パワーステアリング装置おいて、
前記電動モータの内部から外部に延びる１又は複数のヒートパイプを備え、前記ヒートパイプの吸熱部を前記ステータ内に嵌挿させるとともに、前記ヒートパイプの放熱部を前記電動モータ外部に突出させ、前記ヒートパイプにより前記電動モータを冷却するようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置の冷却装置。
【請求項２】
前記ヒートパイプの吸熱部は、前記ステータ内の前記ティースが形成されている基端部に嵌挿された請求項１記載の電動パワーステアリング装置の冷却装置。
【請求項３】
前記電動モータは、ブラシレスモータである請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置の冷却装置。
【請求項４】
ＥＣＵ内に制御基板を配し、該制御基板に１又は複数の発熱性素子を実装した電動パワーステアリング装置において、
前記ＥＣＵの内部から外部に延びる１又は複数のヒートパイプを備え、前記ヒートパイプの吸熱部を前記発熱性素子に近接して配するとともに、前記ヒートパイプの放熱部を前記ＥＣＵ外部に突出させ、前記ヒートパイプにより前記ＥＣＵを冷却するようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置の冷却装置。
【請求項５】
前記発熱性素子は、制御回路を構成するトランジスタを有する請求項４記載の電動パワーステアリング装置の冷却装置。
【請求項６】
前記トランジスタは、電圧駆動型素子（パワーＭＯＳ−ＦＥＴ）である請求項５記載の電動パワーステアリング装置の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本究明は、自動車に採用される電動パワーステアリング装置のブラシレスモータやＥＣＵを効率的に冷却し得る冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の駆動モータの冷却装置として、例えば特許文献１に開示され、図６に電動二輪車のパワーユニットの断面図を示す。同図において、パワーユニット１０１には、前部（図６上部）に走行駆動源となる電動モータ１０２が配され、後部（図６下部）に後輪車軸１０３を片持ち状に軸架されていて、電動モータ１０２と後輪車軸１０３との間に、電動モータ１０２の回転カを減速して後輪車軸１０３に伝動するための減速機構１０４が配されている。
【０００３】
また、電動モータ１０２は、車両本体に配されたコントローラユニット（図示せず）により制御され、モータケース１０５とミッションケース本体１０６の一部とからなるモータハウジング１０７内に回転子１０８と固定子１０９が収容されている。
【０００４】
そして、電動モータ１０２は、固定子１０９に発生する熱をモータハウジング１０７の外部に放出するための棒状のヒートパイプ１１０を備える。該ヒートパイプは、モータケース１０５を貫通して、モータハウジング１０７の内部から外部に延びるように配されている。また、ヒートパイプ１１０のモータハウジング１０７内部に位置する部分は、固定子１０９に対して、金属芯体１１１を貫通して直接的に接続されているとともに、ヒートパイプ１１０のモータハウジング１０７外部に突出した部分に５枚の放熱板１１２を有する。
【０００５】
このヒートパイプ１１０は、管の内壁にメッシュウィックやグルーブウィックのような毛細管構造を有する中空の金属パイプの内部を真空状態にして、その中に水やフロンなどの作動液を少量封入している。そして、その一部が加熱されると、加熱部で作動液が蒸発し、蒸気が低温部に移動し、該低温部で作動液が凝縮し、該作動液が毛細管現象により再び加熱部に還流されるということが連続的に行われ、加熱部から低温部に熱が迅速に伝えられるようになっている。
【０００６】
また、近年、電動パワーステアリング装置のＥＣＵは、大電流の制御が可能なパワーＦＥＴ（以下「ＦＥＴ」と略す）などの半導体素子を搭載している。しかし、このような大電流制御が可能な半導体素子は、発熱量が大きいため、例えば特許文献２に開示されるように、制御基板とハウジングとの間で電気絶縁性を保ちながらも熱を伝えやすくするために放熱膜を前記両部材の間に密着させ、ＦＥＴからの熱を制御基板及び放熱膜を介してハウジングに逃がして放熱させる必要があった。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１２３６４５号公報
【特許文献２】特開２００３−１０１２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前者のヒートパイプを用いた冷却装置では、ヒートパイプ１１０を金属芯体１１１に貫通して直接的に接続する構造になっているため、ヒートパイプ１１０の組み込み工程において、労力と時間を要した。
【０００９】
さらに、前者のヒートパイプを用いた冷却装置は、走行駆動源となる電動モータ１０２には採用されていたが、電動パワーステアリング装置の操舵補助用の電動モータやＥＣＵには採用されていなかった。従来の電動パワーステアリング装置では、車庫入れや縦列駐車などの低速でステアリングホイールを何回も操舵する際に、電動モータやＥＣＵに大量の電流が流れてしまい、電動モータやＥＣＵの発熱量が大きくなってしまった。これにより、電動パワーステアリング装置のフェールセーフ機能が不必要に作動し、供給される電流が遮断されることがあった。その結果、運転者は、電動モータの操舵補助なしでステアリングホイールを操舵しなければならず、快適な操舵を行うことができないという問題があった。
【００１０】
また、後者の放熱膜を用いた冷却装置では、放熱膜を制御基板とハウジングとの間に介装しなければならないため、ＥＣＵの構造設計が制約されてしまうという問題があった。
【００１１】
さらに、後者の放熱膜を用いた冷却装置では、電子部品に放熱膜を形成する工程において、基板の放熱膜を形成する部位周辺をマスク部材でマスクする第１の工程と、伝熱材料を基板の部位に塗布する第２の工程と、塗布された伝熱材料を硬化させる第３の工程と、前記マスク部材を基板から除去する第４の工程とを有するため、多大な時間と労力を要した。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、電動パワーステアリング装置の電動モータやＥＣＵにヒートパイプを配することで、電動モータやＥＣＵの内部に発生する熱を外部に放出し、フェールセーフ機能の不必要な作動を防ぎ、低速操舵時においても電動モータの出力を安定化させ、快適な操舵を行えるようにした電動パワーステアリング装置の冷却装置を低労力で提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の上記目的は、軸心方向に突出した複数のティースが形成されたステータと、前記ティースに巻きつけられた励磁コイルと、前記ステータに発生する回転磁界により回転するロータとを備えた電動モータを有する電動パワーステアリング装置おいて、前記電動モータの内部から外部に延びる１又は複数のヒートパイプを備え、前記ヒートパイプの吸熱部を前記ステータ内に嵌挿させるとともに、前記ヒートパイプの放熱部を前記電動モータ外部に突出させ、前記ヒートパイプにより前記電動モータを冷却するようにしたことにより、達成される。
【００１４】
また、上記目的は、前記ヒートパイプの吸熱部は、前記ステータ内の前記ティースが形成されている基端部に嵌挿されたことにより、効果的に達成される。
【００１５】
また、上記目的は、前記電動モータは、ブラシレスモータであることにより、効果的に達成される。
【００１６】
また、上記目的は、ＥＣＵ内に制御基板を配し、該制御基板に１又は複数の発熱性素子を実装した電動パワーステアリング装置において、前記ＥＣＵの内部から外部に延びる１又は複数のヒートパイプを備え、前記ヒートパイプの吸熱部を前記発熱性素子に近接して配するとともに、前記ヒートパイプの放熱部を前記ＥＣＵ外部に突出させ、前記ヒートパイプにより前記ＥＣＵを冷却するようにしたことにより、効果的に達成される。
【００１７】
また、上記目的は、前記発熱性素子は、制御回路を構成するトランジスタを有することにより、効果的に達成される。
【００１８】
さらに、上記目的は、前記トランジスタは、電圧駆動型素子（パワーＭＯＳ−ＦＥＴ）であることにより、効果的に達成される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る電動パワーステアリング装置の冷却装置によると、操舵補助用のブラシレスモータ若しくはＥＣＵにヒートパイプを備え、これらの内部で発生する熱を外部に放熱するようにした。これにより、低速操舵時に大量の電流が流れ、電動モータ若しくはＥＣＵにおける発熱量が大きくなっても、これらの温度上昇を抑え、フェールセーフ機能の不必要な作動を防ぐことができる。この結果、低速操舵時であっても、電動モータの出力は安定化し、快適な操舵を行うことができる。
【００２０】
また、より大きな電流を流すことができるため、電動モータの電流を大きくして、電動モータの出力を大きくすることができる。すなわち、同じ出力に対して電動モータを小型化することができる。
【００２１】
さらに、ヒートパイプの吸熱部を発熱部位である電動モータのステータ、若しくはＥＣＵの発熱性素子に近接して配するとともに、ヒートパイプの放熱部を電動モータ外部、若しくはＥＣＵ外部に突出させるという簡単な構造にすることによって、組み込み工程における労力及び時間を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照にしながら、本発明に係る電動パワーステアリング装置のステアリングシャフトを操舵補助するブラシレスモータの冷却装置、及びこのブラシレスモータを駆動制御するＥＣＵの冷却装置の実施形態を説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の実施例１に係るブラシレスモータの構成を示し、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図を示す。これらの図において、ブラシレスモータ１は、円筒形のハウジング２と、該ハウジング２の軸心に沿って配された軸受３，３によって回転自在に支持された回転軸４と、該回転軸に固定されたモータ駆動用の永久磁石５と、該永久磁石５を包囲するようにハウジング２内周面に固定され、且つ軸心方向に突出したティース６ａが形成されたステータ６と、ティース６ａに巻きつけられた励磁コイル７とから構成されている。また、ロータ８は、回転軸４と、永久磁石５とから構成され、ステータ６内に発生する回転磁界により回転するようになっている。このブラシレスモータ１の回転カは、回転軸４から減速機構を介してステアリングシャフトに伝達され、ステアリングシャフトを操舵補助するようになっている。
【００２４】
そして、符号９は、ブラシレスモータ１を冷却するために設けられた棒状のヒートパイプである。このヒートパイプ９は、ハウジング２を貫通して、ブラシレスモータ１の内部から外部に延びるように配されている。このヒートパイプ９の吸熱部９ａは、ステータ６の各ティース６ａの基端部６ｂに嵌挿され、一方、ヒートパイプ９の放熱部９ｂは、ハウジング２の外側に突出している。なお、図１では、ヒートパイプ９は２本しか図示されていないが、本実施例においては、図２に示すように、各ティース６ａの基端部６ｂには、ヒートパイプ９と同様のものが設けられている。
【００２５】
このヒートパイプ９は、例えば、アルミニウムのような高熱伝導率の金属材料から形成され、内壁にはメッシュウィックやグルーブウィックのような毛細管構造を有し、真空状態になっていて、水やフロンなどの作動液を少量封入している。
【００２６】
図３は、ブラシレスモータ１に使用されているヒートパイプ９の放熱原理の説明図である。同図において、ブロック矢印は、ヒートパイプ９に対する吸熱及び放熱を示している。励磁コイル７で発生した熱は、ステータ６を介して吸熱部９ａに伝達され、吸熱部９ａ内で作動液が蒸発して気体になる（蒸発潜熱の吸収）。この蒸発した気体は、放熱部９ｂ（矢印Ｇ方向）に移動し、放熱部９ｂで凝縮して液体になる（蒸発潜熱の放出）。この凝縮した液体は、毛細管現象により、再び吸熱部９ａ（矢印Ｌ方向）に還流されるということが連続的に行われる。このように、ヒートパイプ９は、ステータ６内で発生した熱を吸熱部９ａから吸収し、該吸熱部９ａから放熱部９ｂに迅速に伝達し、該放熱部９ｂからブラシレスモータ１の外部へ放出するようになっている。
【００２７】
上述したように、本実施例では、励磁コイル７が巻きつけられた各ティース６ａの基端部６ｂにヒートパイプ９の吸熱部９ａを嵌挿し、励磁コイル７及びステータ６で発生する熱をブラシレスモータ１の外部へ放熱するようにした。これにより、ブラシレスモータ１内の温度上昇を抑えることができ、電動パワーステアリング装置のフェールセーフ機能の不必要な作動を防ぐことができる。この結果、大電流を要する低速操舵時であっても、ブラシレスモータ１の出力は安定化し、快適な操舵を行うことができる。
【００２８】
また、より大きな電流を流すことができるため、ブラシレスモータ１の電流を大きくして、モータ出力を向上することができる。すなわち、同じ出力に対してブラシレスモータ１を小型化することができる。
【００２９】
なお、このヒートパイプ９自体は、既に公知のものであり、種々の産業分野において広く利用されているものである。また、本実施例に用いたヒートパイプ９は、これに限定されるものではなく、ヒートパイプであればどのようなものでもよく、例えば、放熱部９ｂに放熱フィン等を設けて放熱性を向上させるなど、適宜変更可能である。
【実施例２】
【００３０】
また、図４は、本発明の実施例２に係るＥＣＵの構成を示す断面図である。同図において、ＥＣＵ１０は、ハウジング１１内に、発熱素子であるパワートランジスタ（パワーＭＯＳ−ＦＥＴ）１２やマイクロコンピュータ１３などの電子部品が実装された制御基板１４を収納している。このハウジング１１の一側面（図４左側の面）には、コネクタ１５が設けられ、ハーネスを介して電動モータや各種センサなどに接続している。
【００３１】
また、図５は、冷却装置を具備しないＥＣＵにおける制御基板１４とパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１２の電流と温度の関係を示す相関図である。同図において、制御基板１４とパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１２の温度は、供に制御回路に流れる電流に応じて高くなっている。また、最大電流値付近では、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ１２の温度は、制御基板１４の温度より約１０℃高くなっている。このように、制御回路に流れる電流が大きい場合には、ＥＣＵ１０の温度上昇の最大要因となる部位は、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ１２である。
【００３２】
よって、本実施例では、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ１２を冷却するために棒状のヒートパイプ９′を用いた。このヒートパイプ９′は、ハウジング１１を貫通して、ＥＣＵ１０の内部から外部に延びるように設けられている。このヒートパイプ９´の吸熱部９′ａは、アルミニウム等の熱良導性からなる取付具１６を介してパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１２に接続し、一方、ヒートパイプ９′の放熱部９′ｂは、ハウジング１１を貫通して、該ハウジング１１の外側に突出している。なお、このヒートパイプ９′の構造及び放熱原理は、実施例１のヒートパイプ９と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００３３】
そして、上述したＥＣＵ１０の構成により、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ１２で発生した熱は、取付具１６を介してヒートパイプ９′の吸熱部９′ａに吸収され、吸熱部９′ｂから放熱部９′ｂに迅速に伝達され、放熱部９′ｂからＥＣＵ１０の外部へ放出されるようになっている。
【００３４】
要するに、本実施例では、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ１２を冷却するために棒状のヒートパイプ９′を用い、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ１２で発生する熱を取付具１６及びヒートパイプ９′を介して、ＥＣＵ１０の外部へ放出するようにした。これにより、ＥＣＵ１０内の温度上昇を抑えることができ、電動パワーステアリング装置のフェールセーフ機能の不必要な作動を防ぐことができる。この結果、大電流を要する低速操舵時であっても、ブラシレスモータ１の出力は安定化し、快適な操舵を行うことができる。
【００３５】
また、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ１２を十分に冷却して、温度が低い状態で使用できるため、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ１２により発生する導通損失の低減が図れ、ＥＣＵ１０の制御能力を向上することができる。
【００３６】
なお、本実施例に用いたヒートパイプ９′は、これに限定されず、ヒートパイプであればどのようなものでも良く、例えば、放熱部９′ｂに放熱フィン等を設けて放熱性を向上させるなど、適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例１に係るブラシレスモータの断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】上記ブラシレスモータの冷却構造に使用されているヒートパイプの放熱原理の説明図である。
【図４】本発明の実施例２に係るＥＣＵの断面図である。
【図５】冷却装置を具備しないＥＣＵにおける制御基板とパワーＭＯＳ−ＦＥＴの電流と温度の関係を示す相関図である。
【図６】従来の車両用電動モータの冷却構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    ブラシレスモータ
６    ステータ
６ａ  ティース
６ｂ  基端部
７    励磁コイル
８    ロータ
９    ヒートパイプ
１０  ＥＣＵ
１１  ハウジング
１２  パワートランジスタ（パワーＭＯＳ−ＦＥＴ）
１４  制御基板
【図１】
2005198393.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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