JP2018078675A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配線パターンを介して発生するノイズの影響を、電子部品の数を増大させることなく抑制する。【解決手段】オープンスタブ５５は、ホールＩＣ５２と制御ＩＣ５３とを接続する配線パターン５４の途中から分岐し、その先端が開放端となるようにプリント基板５１上に形成される。ここで、配線パターン５４の配線長やその両端に接続されたホールＩＣ５２および制御ＩＣ５３の各インピーダンスによって決まる共振周波数における波長をλとする。オープンスタブ５５は、その長さがλ／４以下となるように形成されている。【選択図】図４

Description

本開示は、アウターロータ型ブラシレスモータを制御するモータ制御装置に関する。

アウターロータ型ブラシレスモータでは、ロータの回転を検出するセンサとしてホールＩＣ等が用いられている。ホールＩＣは、ロータの周壁に固定された磁石の磁気を検出するため、ロータの周壁に沿って複数配置される。また、ホールＩＣからの検出信号に従ってモータの駆動状態を制御する制御ＩＣは、例えば、複数のホールＩＣから略等距離となる位置に配置される。このような配置の制約から、制御ＩＣとホールＩＣとを接続する配線パターン長さ（以下、配線長）を、制約で決まる一定の長さ以下に短くすることができない。例えば、車両のエンジンを冷却するラジエータに使用されるクーリングファンを駆動するために使用されるアウターロータ型ブラシレスモータでは、数ｃｍ〜十数ｃｍもの配線長が必要となる。

ところで、配線パターンは、その配線長と、その両端に接続された機器のインピーダンスとによって決まる共振周波数を有する。そして、配線パターンは、この共振周波数近傍の周波数を有する高周波ノイズに対してアンテナとして作用し、ノイズの干渉を受けたり輻射したりすることにより、誤作動を引き起こす等、他の回路素子に影響を与えてしまう。

これに対して特許文献１には、ＩＣと入力端子の間に、抵抗を挿入したり、一端が固定電位に接続され他端が信号線に接続された逆バイアスのダイオードを設けたりすることによって、信号線を伝搬するノイズを吸収する技術が提案されている。

特開平８−１３９２０２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、ノイズ対策のために抵抗やダイオード等の別部品が必要となるという問題や、プリント基板上に電子部品等を実装する際の制約が増加してしまうという問題があった。

本開示は、配線パターンを介して発生するノイズの影響を、電子部品の数を増大させることなく抑制する技術を提供する。

本開示のモータ制御装置は、アウターロータ型ブラシレスモータ（３）のロータ（３１）が回転する面に対して平行に配置されるプリント基板（５１，５１ａ）を有し、該プリント基板に実装される。そして、モータ制御装置は、磁気検出部（５２）と、制御部（５３）と、オープンスタブ（５５，５５ａ）とを備える。

磁気検出部は、少なくとも一つ備え、前記ロータに取り付けられた磁石の移動経路に沿って配置される。制御部は、前記検出部での検出結果に従って、前記モータの回転状態を制御する。オープンスタブは、少なくとも一つ備え、前記磁気検出部と前記制御部とを接続する配線パターン（５４）から分岐するように形成されている。

このような構成されたモータ制御装置によれば、オープンスタブを設けたことで、配線パターンの長さや、磁気検出部および制御部の各インピーダンスによって決まる共振周波数を、抵抗やダイオード等の回路素子を別途追加することなく変化させることができる。その結果、配線パターンがアンテナとして作用してノイズを拾い易くなる共振周波数を中心とした周波数帯を、オープンスタブによって適宜調整することができ、制御部５ひいてはクーリングファン駆動装置１のノイズへの耐性を向上させることができる。

また、モータ制御装置によれば、上述したように回路素子を別途追加する必要がなく、プリント基板上の回路素子数が削減される。このため、プリント基板上の実装制約を減少させることができ、換言すれば、設計の自由度を高めることができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

クーリングファン駆動装置の構成を示す断面図である。 クーリングファン駆動装置を構成するプリント基板上における部品の配置を示す説明図である。 プリント基板上に実装される駆動回路の電気的な接続関係を示す回路図である。 駆動回路を構成する制御ＩＣとホールＩＣとの間の信号線パターンを示す模式図である。 配線パターンの周波数特性に対するスタブの影響を示したグラフである。 オープンスタブについて、他の構成例を示す説明図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．構成］
本開示に係るクーリングファン駆動装置は１、車両のエンジンを冷却するラジエータに使用されるクーリングファンを駆動するための装置である。

クーリングファン駆動装置１は、図１に示すように、モータ３と、制御部５とを備える。なお、制御部５がモータ制御装置に相当する。
［１−１．モータ］
モータ３は、周知のアウターロータ型ブラシレスモータであり、ハウジング１０と、ステータ部２０と、ロータ部３０とを備える。

ハウジング１０は、金属板により構成され、その一方の面にステータ部２０が固定されている。また、金属板には、後述する複数のホールＩＣ５２と対向する位置のそれぞれに、磁気を通過させるための孔１１が形成されている。

ステータ部２０は、ステータコア２１と、突極２２と、コイル２３とを備える。ステータコア２１は、モータシャフトを兼ねる円筒状の部材であり、その一端がハウジング１０に固定されている。以下では、ステータコア２１のハウジング１０に固定された側を固定端、固定端とは反対側の端部を非固定端という。突極２２は複数存在し、それぞれがステータコア２１から放射状に突出し、且つステータコア２１と一体に形成されている。

コイル２３は、突極２２のそれぞれに巻回された銅製の導電線により構成されている。
ロータ部３０は、ロータヨーク３１と、ベアリング３２と、磁石３３とを備える。ロータヨーク３１は、金属材料により構成され、有底円筒形状を有する。また、ロータヨーク３１を形成する円筒状の周壁の内周面には、周方向に沿ってＳ極とＮ極とが交互に並ぶように配置された磁石３３が固定されている。そして、ロータヨーク３１は、ステータコア２１の非固定端に、ベアリング３２を介して回転自在に取り付けられている。なお、このように取り付けられたロータヨーク３１は、有底円筒形状の開口側がハウジング１０で覆われ、ロータヨーク３１とハウジング１０とが形成する空間に、ステータ部２０が収納され、更に、突極２２の先端部と磁石３３とが対向配置される位置関係となるように構成されている。なお、ロータヨーク３１には、図示を省略するが、クーリングファンが一体に設けられている。

このように構成されたモータ３は、突極２２のそれぞれに設けられたコイル２３への通電を適宜切り替えることにより、ロータヨーク３１、ひいてはクーリングファンが回転する。

［１−２．制御部］
制御部５は、ハウジング１０においてモータ３を配置した側とは反対側の面に、スペーサ７を介して固定されたプリント基板５１を有する。以下では、プリント基板５１において、ハウジング１０と対向する面を部品面とする。

プリント基板５１の部品面には、複数のホールＩＣ５２と、一つの制御ＩＣ５３とが実装されている。
ホールＩＣ５２は、ホール素子が内蔵された１チップのＩＣであり、電源端子、グランド端子、検出信号を出力する出力端子を備える。各ホールＩＣ５２は、図２に示すように、ロータヨーク３１の周壁に沿った円周上の位置、より詳しくは、外周壁の内壁に固定された磁石と対向し、且つ、円周を３等分する３箇所の地点にそれぞれ設けられている。

制御ＩＣ５３は、ホールＩＣ５２からの検出信号に従って、モータ３の回転状態を制御するための駆動信号を出力する周知の１チップのＩＣである。制御ＩＣ５３は、電源端子、グランド端子、各ホールＩＣ５２からの検出信号を入力する複数の入力端子、駆動信号を出力する出力端子を備える。制御ＩＣ５３は、いずれのホールＩＣ５２からも略等距離となる位置、例えば、ロータヨーク３１の中心に位置するステータコア２１と対向する位置に配置されている。

各ホールＩＣ５２と制御ＩＣ５３とは、図３に示すように、電源線、グランド線、信号線によって接続されている。これら各線は、プリント基板５１上に形成された複数の配線パターン５４によって形成されている。また、各配線パターン５４には、該配線パターン５４のインピーダンスを調整するためのオープンスタブ５５がそれぞれ形成されている。

なお、オープンスタブ５５は、図４に示すように、配線パターン５４の途中から分岐し、その先端が開放端となるようにプリント基板５１上に形成された線路である。ここで、配線パターン５４の配線長や配線パターン５４の両端に接続されたホールＩＣ５２および制御ＩＣ５３の各インピーダンスによって決まる、配線パターン５４の共振周波数の波長をλとする。オープンスタブ５５は、その配線長がλ／４以下となるように形成されている。

このようにλ／４以下の長さに設定されたオープンスタブ５５は、インダクタとして機能し、上記共振周波数の周波数を低下させる作用を有する。つまり、オープンスタブ５５の配線長を適宜調整することによって、共振周波数を変化させることができる。

［２．設計］
ＩＳＯ１１４５２に代表される車載機器のＥＭＣ試験では、指定された周波数範囲での電波照射において誤作動しないことが求められている。配線パターン５４に電波照射した場合に、誤作動が生じる照射波の電界強度の上限値（以下、限界強度）を、予め設定された実耐量を上限として周波数毎に測定した結果を、図５に示す。なお、実線がオープンスタブ５５を設けた発明品の場合であり、点線がオープンスタブ５５を省略した従来品の場合である。図示されているように、限界強度は、共振周波数で大きく低下する。また、その共振周波数は、オープンスタブ５５の存在により変化する。そして、限界強度は、車両毎に決められた必要耐量を上回っている必要がある。つまり、指定された周波数範囲から共振周波数が外れるように、オープンスタブ５５の長さを設計することで、ＥＭＣ試験をクリアする車載機器が得られる。

なお、図では、オープンスタブ５５が省略されている場合の共振周波数がｆ０＝９００ＭＨｚ、必要耐量が１００Ｖ／ｍ、指定された周波数範囲が２００ＭＨｚ〜３．２ＧＨｚとした。そして、８．３ｃｍのオープンスタブ５５を設けることで、共振周波数が指定された周波数範囲外の値、ここでは２００ＭＨｚより小さな値になったことを示している。

［３．効果］
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（３ａ）本実施形態では、制御部５にオープンスタブ５５を設けることで、抵抗やダイオード等の回路素子を別途追加することなく、配線パターン５４の共振周波数を変化させている。このため、配線パターン５４がアンテナとして作用することでノイズを拾い易くなる共振周波数を中心とした周波数帯を、オープンスタブ５５によって適宜調整することができる。その結果、制御部５ひいてはクーリングファン駆動装置１におけるノイズへの耐性を向上させることができる。

（３ｂ）本実施形態では、上述したように回路素子を別途追加する必要がないため、プリント基板５１に実装する素子を削減することができ、プリント基板５１上における実装制約を減少させること、換言すれば、設計の自由度を高めることができる。

（３ｃ）本実施形態では、オープンスタブ５５の長さをλ／４以下としているため、同様の効果が得られるλ／４より大きくした場合と比較して、より小さなスペースで、上述の効果を得ることができる。

［４．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（４ａ）上記実施形態では、一つの配線パターン５４に対して一つのオープンスタブ５５を設けたが、これに限定されるものではなく、一つ配線パターン５４に対して複数のオープンスタブ５５を設けてもよい。

（４ｂ）上記実施形態では、オープンスタブ５５の長さを、λ／４以下に設定しているが、これに限定されるものではなく、λ／４より大きくしてもよい。
（４ｃ）上記実施形態では、配線パターン５４にオープンスタブ５５のみを設けたが、これに限定されるものではない。例えば、オープンスタブ５５に加えて、配線パターン５４中に、直流抵抗成分となる素子（例えば、チップ抵抗／チップビーズ）を挿入してもよい。この場合、配線パターン５４の共振周波数のピーク値（即ち、Ｑ値）、ひいてはアンテナとしての受信効率が低下するため、配線パターン５４がノイズの干渉を受けることをより一層抑制することができる。

（４ｄ）上記実施形態では、オープンスタブ５５を、配線パターン５４と同じプリント基板５１の部品面に設けたが、これに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、プリント基板５１ａが多層基板である場合、配線パターン５４を部品面に形成し、オープンスタブ５５ａを、基板内層であり、かつ、配線パターン５４と対向する位置に形成してもよい。この場合、配線パターン５４がシールドとして機能し、オープンスタブ５５ａ自体がノイズの干渉を受けることを抑制すること、即ち、ＥＭＩに対する耐量を向上させることができる。更に、プリント基板５１ａの部品面とは反対側の面をベタグランドとしてもよい。この場合、ベタグランドにより静電遮蔽されるため、オープンスタブ５５ａがノイズの干渉を受けることをより一層抑制することができる。

（４ｅ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（４ｆ）上述したモータ制御装置（即ち、制御部５）の他、当該モータ制御装置を構成要素とするシステムなど、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…クーリングファン駆動装置、３…モータ、５…制御部、１０…ハウジング、２０…ステータ部、２１…ステータコア、２２…突極、２３…コイル、３０…ロータ部、３１…ロータヨーク、３２…ベアリング、３３…磁石、５１，５１ａ…プリント基板、５２…ホールＩＣ、５３…制御ＩＣ、５４…配線パターン、５５，５５ａ…オープンスタブ。

Claims (3)

1. アウターロータ型ブラシレスモータ（３）のロータ（３０）が回転する面に対して平行に配置されるプリント基板（５１，５１ａ）を有し、該プリント基板に実装されるモータ制御装置（５）であって、
   前記ロータに取り付けられた磁石の移動経路に沿って配置された少なくとも一つの磁気検出部（５２）と、
   前記検出部での検出結果に従って、前記モータの回転状態を制御する制御部（５３）と、
   前記磁気検出部と前記制御部とを接続する配線パターン（５４）から分岐するように形成された少なくとも一つのオープンスタブ（５５，５５ａ）と、
   を備える、モータ制御装置。
2. 前記オープンスタブの長さは、前記オープンスタブを省略した場合の前記配線パターンの共振周波数での波長の１／４以下に設定されている、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記プリント基板は、多層基板（５１ａ）であり、
   前記オープンスタブ（５５ａ）は、前記多層基板の内層、かつ前記配線パターンと対向する位置に、該配線パターンに沿って設けられている、
   請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置。