JP2018026509A - 電子回路装置およびそれを含んだ回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回路素子に与える電磁波の影響を低減することのできる小型の電子回路装置およびそれを含んだ回転電機の提供。【解決手段】電動モーターのモーターハウジング１１には、インバーター回路が形成された回路基板１２が取り付けられている。モーターハウジング１１には、導電性を有した板材により形成された構造部材１５が固定されている。構造部材１５は、底部１５ｂの下面が回路基板１２に実装された回路素子１４と対向するように、モーターハウジング１１に取り付けられている。構造部材１５の底部１５ｂの上面には、インバーター回路に含まれたノイズ低減用のチョークコイル２１が取り付けられており、底部１５ｂは回路基板１２とチョークコイル２１との間に配置されている。チョークコイル２１は、複数のコイル端子２１２が回路基板１２に形成されたスルーホールに挿入された後、半田付けによって、回路基板１２に対し電気的に接続されている。【選択図】図２

Description

本発明は、信号処理または電力変換を行う電子回路装置およびそれを含んだ回転電機に関する。

チョークコイルに取付板を取り付け、当該取付板の下端部を金属容器（以下、固定側部材と言う）に締結したチョークコイルの固定構造に関する下記の従来技術がある。当該固定構造によれば、固定側部材に対して、チョークコイルを簡単な構成によって強固に固定することができる。したがって、チョークコイルに振動が加わっても、取付板によってチョークコイルを所定の位置に堅固に保持することができる。また、チョークコイルを固定側部材から所定の間隔だけ離れて取り付けることができるため、チョークコイルと固定側部材との間に別の回路素子を取り付けることもできる。このため、固定側部材上におけるチョークコイルの実質的な占有面積を低減することができ、固定構造が設けられた装置全体を小型化することができる。

実公平６−４８８２０号公報

ところで、チョークコイルのように、ある種の回路素子に高周波の電圧が印加されることにより、当該回路素子が周囲に対し電磁波を放射することがある。回路素子から発生した電磁波が、周囲にある他の回路素子に到達することによって、電磁波を受けた回路素子の誤作動を誘引することがあった。上述した従来技術によるチョークコイルの固定構造においても、当該固定構造の近傍に回路基板が配置された場合には、回路基板上に電磁波が放射されるため、実装された多くの回路素子が誤作動を引き起こす恐れがある。これを避けるためには、電子回路装置において、電磁波の発生源から回路基板を引き離して取り付ける必要があり、電子回路装置の大型化を招いていた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路素子に与える電磁波の影響を低減することのできる小型の電子回路装置およびそれを含んだ回転電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明による電子回路装置は、ハウジングと、回路素子が設けられ、ハウジングに取り付けられる回路基板と、回路基板と電気的に接続された電磁波を発生し得る素子と、導電性を有する部材により形成され、電磁波を発生し得る素子が取り付けられるとともに、少なくとも一部が回路基板と電磁波を発生し得る素子との間に配置されるように、ハウジングに固定された構造部材と、を備えている。
また本発明による回転電機は、前記した電子回路装置を含んでおり、ハウジングとしてモーターハウジングを備えている。

上述した構成によれば、電子回路装置は、導電性を有する部材により形成された構造部材を備えている。構造部材は、電磁波を発生し得る素子が取り付けられるとともに、少なくとも一部が回路基板と電磁波を発生し得る素子との間に配置されるように、ハウジングに固定されている。これにより、構造部材が電磁シールドとなるため、電磁波を発生し得る素子から放射された電磁波が構造部材において渦電流を発生させ、ジュール熱となって消費される。したがって、電磁波を発生し得る素子から回路基板に到達する電磁波が低減され、回路基板に取り付けられた回路素子に与える電磁波の影響が減少するため、回路素子の誤作動を防止することができる。
また、電磁波を発生し得る素子を構造部材に取り付けたことにより、回路基板上において、他の回路素子の実装面積を確保することができ、電子回路装置全体を小型化することができる。
さらに、回転電機において構造部材が電磁シールドとなり、電磁波を発生し得る素子から放射された電磁波が、構造部材において渦電流となって消費される。したがって、回路基板に取り付けられた回路素子に与える電磁波の影響を低減でき、回転電機の誤作動を防止することができる。

本発明の実施形態１によるインバーター回路を含んだ電動モーターの回路図 図１に表された電動モーターに含まれた電子回路装置の断面図 実施形態２による電子回路装置の部分断面図

以下、本発明の実施形態１および実施形態２について説明する。以下、図２および図３における上方を電動モーター１の上方とし、図２および図３における下方を電動モーター１の下方とし、図２および図３における左右方向を電動モーター１の水平方向として説明するが、電動モーター１の実際の取付方向とは無関係である。電動モーター１は、回転電機に該当する。

＜実施形態１の構成＞
図１に基づき、本発明の実施形態１による電動モーター１の回路構成について説明する。本実施形態における電動モーター１は、ブラシレスＤＣモーターにより形成されているが、これに限られるものではなく、同期モーター、誘導モーター、その他の電動モーターであってもよい。
電動モーター１は、インバーター回路２、ステーター３、駆動回路４、マイクロコンピュータ５（以下、マイコン５と言う）および回転角センサ６を含んで形成されている。インバーター回路２は電力変換回路部に該当している。

インバーター回路２は、直流電源７の正極側に一端が接続されたチョークコイル２１と、直流電源７の負極側に一端が接続されたシャント抵抗２２とを含んでいる。また、チョークコイル２１の他端とシャント抵抗２２の他端との間には、平滑コンデンサ２３が接続されている。チョークコイル２１および平滑コンデンサ２３はノイズフィルタを構成し、電動モーター１へのノイズの流入および電動モーター１からのノイズの流出を低減している。また、チョークコイル２１および平滑コンデンサ２３は、直流電源７からの電圧を平滑化し、その脈動を低減している。チョークコイル２１は、電磁波を発生し得る素子に該当している。

チョークコイル２１の他端には、それぞれＭＯＳ−ＦＥＴ(Metal-oxide-semiconductor field effect-transistor)やＩＧＢＴ(Insulated gate bipolar transistor)などの半導体能動素子により形成された３相のイン側スイッチング素子２４ｉのドレイン端子が並列に接続されている。一方、シャント抵抗２２の他端には、それぞれイン側スイッチング素子２４ｉと同様の３相のアウト側スイッチング素子２４ｏのソース端子が並列に接続されている。イン側スイッチング素子２４ｉのソース端子と、対応するアウト側スイッチング素子２４ｏのドレイン端子とは互いに接続されている。以下、イン側スイッチング素子２４ｉおよびアウト側スイッチング素子２４ｏを包括してスイッチング素子２４と言う。

さらに、イン側スイッチング素子２４ｉに対しては、それぞれイン側還流ダイオード２５ｉが並列に接続されている。また、アウト側スイッチング素子２４ｏに対しては、それぞれアウト側還流ダイオード２５ｏが並列に接続されている。以下、イン側還流ダイオード２５ｉおよびアウト側還流ダイオード２５ｏを包括して還流ダイオード２５と言う。

ステーター３は、３相のステーターコイル３ｕ、３ｖ、３ｗを有している。ステーターコイル３ｕ、３ｖ、３ｗの一端は、それぞれ対応するイン側スイッチング素子２４ｉのソース端子に接続されており、他端は互いに接続されている。さらに、電動モーター１は、ステーター３と半径方向に対向するように、図示しないローターを備えている。
駆動回路４は、スイッチング素子２４の各々のゲート端子に接続されている。また、駆動回路４にはマイコン５が接続されている。

マイコン５には、エンコーダーまたはレゾルバあるいはホールＩＣにより形成された回転角センサ６が接続されており、マイコン５は、回転角センサ６による検出値およびシャント抵抗２２を流れる電流に基づいて制御信号を形成し、駆動回路４へと送信する。駆動回路４は、マイコン５からの制御信号に基づいてＰＷＭ(Pulse Width Modulation)信号を形成し、各々のスイッチング素子２４のゲート端子へと送信する。スイッチング素子２４は、ＰＷＭ信号によってスイッチング動作し、直流電源７の電圧を要求される交流電圧に変換して、ステーターコイル３ｕ、３ｖ、３ｗに供給する。これにより、電動モーター１のローターは、マイコン５によって回転制御される。

電動モーター１は、図２に示した電子回路装置１０を含んでいる。電子回路装置１０は、アルミニウム合金のような導電性を有する金属製の筺体によって形成されたモーターハウジング１１を含んでいる。モーターハウジング１１は、ハウジングに該当している。モーターハウジング１１の内部には、回路部品収容部１１ａが形成されている。モーターハウジング１１の下方にある取付面１１ｂには、回路部品収容部１１ａと対向するように回路基板１２が固定されている。回路基板１２は、貫通した複数の締付ボルト１３がモーターハウジング１１に締め付けられることによって、取付面１１ｂに取り付けられている。図２に示すように、回路基板１２の上面１２ａには、前述したインバーター回路２に含まれた複数の回路素子１４が実装されている。また、回路基板１２の下面１２ｂには、駆動回路４およびマイコン５が取り付けられている（図示せず）。

回路部品収容部１１ａの天井面１１ａ１には、導電性を有する複数のスクリュー１６によって、構造部材１５が固定されている。構造部材１５は、アルミニウム板のような導電性を有した板材により略コの字状に形成されている。構造部材１５は、導電性を有する材質であれば、鉄、銅等のあらゆるものが使用可能である。構造部材１５は、上端部にあるフランジ部１５ａに貫通させたスクリュー１６をモーターハウジング１１に締め付けることにより、天井面１１ａ１に当接している。これにより構造部材１５は、モーターハウジング１１に対して電気的に接続されている。構造部材１５の底部１５ｂの上面には、前述したチョークコイル２１が取り付けられ、下面は回路基板１２と対向している。これにより、構造部材１５の少なくとも底部１５ｂは、チョークコイル２１と回路基板１２との間に配置されている。構造部材１５は、図２における左右方向についてはチョークコイル２１を囲んでいるが、図２において紙面に垂直な方向については開放されている。構造部材１５は、チョークコイル２１を四方から囲むように形成されていてもよい。

チョークコイル２１は、コア２１１の回りに巻線（図示せず）が巻回されて形成されている。また、チョークコイル２１は、複数のコイル端子２１２が回路基板１２に形成されたスルーホール（図示せず）に挿入された後、先端部が半田付けされることによって、回路基板１２に対し電気的に接続されている。各々のコイル端子２１２は、構造部材１５に対して絶縁された状態で貫通している。仮にチョークコイル２１を回路基板１２上に取り付けた場合、チョークコイル２１による回路基板１２上の占有面積は、１個の回路素子１４による回路基板１２上の占有面積よりも大きくなるように形成されている。
上述した構成において、チョークコイル２１に対して高周波の電圧が印加されると、チョークコイル２１から周囲に対し電磁波が放射される。しかしながら、放射された電磁波は、構造部材１５において渦電流となって消費され、回路基板１２に到達することはほとんどない。

＜実施形態１の作用効果＞
本実施形態によれば、電動モーター１は、導電性を有する板材により形成された構造部材１５を備えている。構造部材１５は、その底部１５ｂの上面にチョークコイル２１が取り付けられ、底部１５ｂがチョークコイル２１と回路基板１２との間に配置されるようにモーターハウジング１１に固定されている。これにより、構造部材１５が電磁シールドとなるため、チョークコイル２１から放射された電磁波が構造部材１５において渦電流を発生させ、ジュール熱となって消費される。したがって、チョークコイル２１から回路基板１２に到達する電磁波が低減され、図２に示したように、チョークコイル２１と回路基板１２との間の空間を利用して、回路素子１４を回路基板１２上に実装したとしても、回路素子１４に与える電磁波の影響を減少させることができる。このため、回路素子１４を正常に作動させることができ、延いては電動モーター１が正常に動作することができる。本実施形態による構造部材１５は、コア２１１がギャップを有することにより電磁波の放射の多いチョークコイル２１が取り付けられた場合において、より大きな効果を発生させることができる。

構造部材１５は、導電性を有したモーターハウジング１１に対し電気的に接続されている。これにより、構造部材１５において渦電流がより発生しやすくなるため、回路素子１４への電磁波の影響をよりいっそう低減することができる。
チョークコイル２１を回路基板１２上に取り付けた場合における、その占有面積は、回路素子１４による回路基板１２上の占有面積よりも大きくなるように形成されている。これに対し、本実施形態においてはチョークコイル２１を構造部材１５に取り付けているため、チョークコイル２１によって回路基板１２上における実装面積が減少することを防止することができる。したがって、回路基板１２上において回路素子１４の実装面積を確保することができ、電子回路装置１０全体を小型化することができる。
図２に示したように、構造部材１５は、チョークコイル２１の周囲の一部を囲むように形成されている。このように、チョークコイル２１の必要な部位のみを囲むことにより、チョークコイル２１から放射された電磁波が、回路基板１２に到達することを防止することができる。したがって、回路素子１４への電磁波の影響を低減することができるとともに、構造部材１５を形成する板材を節約でき、低コストの電子回路装置１０にすることができる。

電子回路装置１０はインバーター回路２を有しており、インバーター回路２に含まれたノイズ防止用のチョークコイル２１が構造部材１５に取り付けられている。これにより、インバーター回路２において、チョークコイル２１による回路基板１２上の実装面積の減少を防ぐことができ、回路基板１２上に多くの回路素子１４を実装することができる。また、チョークコイル２１から放射された電磁波が、構造部材１５において渦電流となって消費される。したがって、インバーター回路２においてチョークコイル２１からの電磁波の影響を排除して、インバーター回路２自体を正常に作動させることができる。

＜実施形態２の構成＞
図３に基づき、本発明の実施形態２による構造部材１５Ａについて説明する。本実施形態による構造部材１５Ａは、絶縁性の合成樹脂材料によって形成された基部１５１と、基部１５１における回路素子１４と対向する側の外周面に被覆された導電部１５２とを有している。導電部１５２は、アルミニウムのような導電性を有する金属製の板材によって形成され、基部１５１の一側の外周面の全体を覆っている。一方、チョークコイル２１Ａのコア２１１は、内部に鉄心２１３を含んでいる。鉄心２１３の周囲は、合成樹脂材料によって形成された被覆部２１４により覆われている。被覆部２１４は、コアの一部に該当している。前述した基部１５１は、被覆部２１４と一体的に形成されている。導電性を有する金属によって形成された複数のスクリュー１６が、導電部１５２の上端にある導電フランジ１５２ａを基部１５１とともに貫通した後、天井面１１ａ１に締め付けられることにより、構造部材１５Ａはモーターハウジング１１に固定されている。これにより導電部１５２は、スクリュー１６を介してモーターハウジング１１に電気的に接続されている。

チョークコイル２１から放射された電磁波は、構造部材１５Ａの基部１５１を透過した後、導電部１５２において渦電流となって消費される。したがって、回路基板１２上の回路素子１４に電磁波の影響を与えることがないため、回路素子１４を正常に作動させることができ、延いては電動モーター１が正常に動作することができる。構造部材１５Ａにおいて、その他の構成については、実施形態１による構造部材１５と同様であるため、これ以上の説明は省略する。

＜実施形態２の作用効果＞
本実施形態によれば、構造部材１５Ａは、絶縁材料によってコア２１１の被覆部２１４と一体的に形成された基部１５１と、基部１５１の外周面を被覆した導電部１５２とを有している。これにより、構造部材１５Ａの基部１５１を、コア２１１の被覆部２１４とともに容易に形成することができる。また、導電部１５２は、モーターハウジング１１に対し電気的に接続されている。これにより、導電部１５２において渦電流がより発生しやすくなるため、回路素子１４への電磁波の影響をよりいっそう低減することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
本発明は、ローターが回転されることにより、ステーター３において電力を発生させる発電機にも適用可能である。
また、本発明は、発電機と電動機の２つの機能を併せ持つ電動発電機にも適用可能である。
構造部材１５、１５Ａの底部１５ｂの上面に対し、チョークコイル２１、２１Ａの代わりに平滑コンデンサ２３またはスイッチング素子２４あるいは電磁リレーのうちの少なくとも一つを取り付けて、これらから発生される電磁波が回路基板１２に到達することを防止してもよい。この場合、平滑コンデンサ２３、スイッチング素子２４および電磁リレーは、電磁波を発生し得る素子に該当している。
構造部材１５、１５Ａは、チョークコイル２１、２１Ａおよび回路基板１２に対する位置関係に応じて、チョークコイル２１、２１Ａの全部または一部を囲むことができるような高さおよび幅を有するように形成されていればよい。また、構造部材１５、１５Ａは、回路素子１４への電磁波の影響を防ぐために、少なくともチョークコイル２１、２１Ａを囲むことが必要な部位のみに導電性を有する部材が使用されていればよい。
本発明における構造部材１５、１５Ａは、モーターハウジング１１に対して直接的に固定されるものと、モーターハウジング１１に対して間接的に固定されるものとを含んでいる。
また、回路基板１２および構造部材１５、１５Ａはモーターハウジング１１ではなく、電子制御装置の筺型のハウジングに取り付けられていてもよい。

図面中、１は電動モーター（回転電機）、２はインバーター回路（電力変換回路部）、１０は電子回路装置、１１はモーターハウジング（ハウジング）、１２は回路基板、１４は回路素子、１５，１５Ａは構造部材、２１，２１Ａはチョークコイル（電磁波を発生し得る素子）、２３は平滑コンデンサ（電磁波を発生し得る素子）、２４はスイッチング素子（ＭＯＳ−ＦＥＴ、電磁波を発生し得る素子）、１５１は基部、１５２は導電部、２１１はコア、２１４は被覆部（コアの一部）を示している。

Claims (7)

1. ハウジング（１１）と、
   回路素子（１４）が設けられ、前記ハウジングに取り付けられる回路基板（１２）と、
   前記回路基板と電気的に接続された電磁波を発生し得る素子（２１、２１Ａ、２３、２４）と、
   導電性を有する部材により形成され、前記電磁波を発生し得る素子が取り付けられるとともに、少なくとも一部が前記回路基板と前記電磁波を発生し得る素子との間に配置されるように、前記ハウジングに固定された構造部材（１５、１５Ａ）と、
   を備えた電子回路装置（１０）。
2. 前記ハウジングは、導電性を有しており、
   前記構造部材は、前記ハウジングに対し電気的に接続されている請求項１記載の電子回路装置。
3. 前記電磁波を発生し得る素子を前記回路基板上に取り付けた場合における前記回路基板上の占有面積は、前記回路素子による前記回路基板上の占有面積よりも大きくなるように形成されている請求項１または２に記載の電子回路装置。
4. 前記構造部材は、前記電磁波を発生し得る素子の周囲の少なくとも一部を囲むように形成されている請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の電子回路装置。
5. 電力変換回路部（２）を備えており、前記電磁波を発生し得る素子は前記電力変換回路部に含まれたノイズ低減用のチョークコイル（２１、２１Ａ）、ＭＯＳ−ＦＥＴ（２４）および平滑コンデンサ（２３）のうちの一つである請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の電子回路装置。
6. 前記チョークコイル（２１Ａ）は、巻線が巻回されたコア（２１１）を有し、
   前記構造部材（１５Ａ）は、絶縁材料によって前記コアの少なくとも一部（２１４）と一体的に形成された基部（１５１）と、該基部の外周面を被覆した導電部（１５２）とを有しており、
   前記導電部は、前記ハウジングに対し電気的に接続されている請求項５記載の電子回路装置。
7. 請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の電子回路装置を含んだ回転電機（１）であって、前記ハウジングはモーターハウジング（１１）である回転電機。

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