JP5289697B2

JP5289697B2 - スイッチング電源および電動バルブアクチュエータ

Info

Publication number: JP5289697B2
Application number: JP2006271795A
Authority: JP
Inventors: 仁唐沢
Original assignee: Kitz Corp
Current assignee: Kitz Corp
Priority date: 2006-10-03
Filing date: 2006-10-03
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2026-10-03
Also published as: JP2008092694A

Description

本発明は、スイッチング電源および電動バルブアクチュエータに係り、特に、スイッチングトランスの一次側と二次側との間にＹコンデンサが装着されるスイッチング電源およびそれを用いた電動バルブアクチュエータに関する。

例えば空調用の配管中を流れる冷水や温水、高温の蒸気等の流れを配管に装着されたボール弁やバタフライ弁等をモータ等の回転により開閉動作させて制御する装置として、電動バルブアクチュエータが知られている（例えば特許文献１〜３等参照）。

電動バルブアクチュエータの電源としては、従来から、種々の電子機器で交流電源を直流電源に変換する電源として広く用いられているスイッチング電源が用いられることが多い。スイッチング電源では、感電防止のため、基板上の配線パターンを分断して絶縁するとともに、それらをスイッチングトランスで結ぶことで電圧変換等を行うようになっている。

しかし、このようなスイッチング電源では、通常、スイッチングトランスでノイズすなわちコモンモードノイズが発生する。そして、このノイズを低減するためにスイッチングトランスの一次側と二次側との間にＹキャパシタとも呼ばれるＹコンデンサを装着することが一般的に行われている（例えば特許文献４〜６等参照）。
特開２００６−１１２５０１号公報特開２００６−１１２５０８号公報特開２００６−１１５６１０号公報特開平１１−２６６５３０号公報特開２０００−２４４２７１号公報特開２００１−２３８４３９号公報

しかしながら、このようなＹコンデンサを基板上に実装するために、配線パターンを基板上で引き回す場合、配線パターンを長くして、他の配線パターンとの干渉を防ぐために配線パターンを細くすると、配線パターンの抵抗が大きくなり、結局、配線パターンを含むＹコンデンサのインピーダンスが大きくなってスイッチングトランスの二次側のノイズが一次側に流れ難くなる。また、インピーダンスは周波数に依存して高くなるため、特にノイズの高調波成分はスイッチングトランスの一次側に逃げなくなってしまう。

また、インピーダンスが高くなると、配線パターン自体がアンテナとして電波を出し易くなり、ノイズの発生源となる場合もある。そのため、Ｙコンデンサの配線パターンは極力短くし、かつ、できるだけ幅広にすることが求められる。

一方、例えば電動バルブアクチュエータを空調設備に用いる場合、ビル等の建造物内でフロアを広く取りたいという要請から空調設備が建造物内で使用できる空間部分が非常に狭い空間に限られるようになっており、電動バルブアクチュエータに対してさらなる小型化を図ることが要求されている。

このような場合に、電動バルブアクチュエータのスイッチング電源の配線基板を拡大してＹコンデンサの装着部分を設けることは期待できず、少なくとも現状の基板面積、或いはより小型化された基板面積の制限の中でＹコンデンサを配置せざるを得ないため、上記の問題点が顕著に現れる。

さらに、スイッチング電源を電動バルブアクチュエータに用いた場合の特有の問題点として、配管中を流れる冷水や温水が配管中に装着されたボール弁やバタフライ弁等を通過する際にキャビテーションにより細かい気泡が発生する。その際、弁を介して電動バルブアクチュエータ全体に５０〜１５０Ｈｚ程度の低い周波数の振動が生じる。また、配管中を蒸気が流れる際にも同様の振動が発生する。

そのため、スイッチング電源の配線基板上に立設されるように装着されたＹコンデンサがこの低周波の振動で揺振し、足の部分が金属疲労を起こして折れてしまい、ノイズ低減の用をなさなくなるという問題があった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、スイッチングトランスで発生するコモンモードノイズを効率よく低減することが可能なスイッチング電源およびそれを用いた電動バルブアクチュエータを提供することを目的とする。また、スイッチング電源の基板面積を拡大することなくＹコンデンサを配置することが可能で、キャビテーション等により振動が生じても基板上からＹコンデンサが外れることを防止可能なスイッチング電源およびそれを用いた電動バルブアクチュエータを提供することを目的とする。

前記の問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
交流電源を直流電源に変換するスイッチング電源において、
入力側の配線と出力側の配線とを絶縁し電圧変換を行うスイッチングトランスと、
前記入力側の配線と出力側の配線との間に装着されるＹコンデンサと
を配線基板上に備え、
前記Ｙコンデンサは、その足が前記配線基板に近い位置で折り曲げられ、その本体部分が前記配線基板に接する状態に横臥された状態で、かつ、前記スイッチングトランスの樹脂ボビンと前記基板面とで挟持されるようにして前記配線基板の基板面と前記スイッチングトランスとの間に配置されるとともに、前記Ｙコンデンサの２本の足はそれぞれ前記スイッチングトランスの一次側のピンおよび二次側のピンにそれぞれ接続されており、前記Ｙコンデンサは、前記一次側のピンおよび前記二次側のピンの間隙に配置されており、
前記Ｙコンデンサの一方の足と前記スイッチングトランスの一次側のピンとを接続する配線が、金属製のヒートシンクに接続されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、配線基板の基板面とスイッチングトランスとの間に配置されたＹコンデンサを介してスイッチングトランスの二次側すなわち回路の出力側に発生したコモンモードノイズが一次側すなわち回路の入力側に戻される。

また、例えばキャビテーション等によって電動バルブアクチュエータやスイッチング電源に振動が生じ、スイッチング電源の配線基板が振動することがあるが、Ｙコンデンサをスイッチングトランスの樹脂ボビンと配線基板の基板面とで挟持するように構成すれば、Ｙコンデンサが配線基板等に対して相対的に揺動することを防止される。

請求項２に記載の発明は、電動バルブアクチュエータであって、請求項１に記載のスイッチング電源を用い、前記スイッチング電源により交流電源が直流電源に変換されて動作することを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、前記請求項１に記載のスイッチング電源を電動バルブアクチュエータに適用すれば、電動バルブアクチュエータにおいて前記スイッチング電源の有用な機能がすべて有効に発揮される。

請求項１に記載の発明によれば、Ｙコンデンサを配線基板の基板面とスイッチングトランスとの間に配置したことで、Ｙコンデンサの配線パターンを最短距離に形成することが可能となる。

そのため、Ｙコンデンサの配線パターンのインピーダンスのＬ成分が非常に低減されてインピーダンスが小さくなり、Ｙコンデンサを介してスイッチングトランスの二次側に発生した高調波のコモンモードノイズをスイッチングトランスの一次側に効率よく戻すことができる。このようにして、請求項１に記載のスイッチング電源によれば、後述する図９（Ａ）に示されるように、スイッチングトランスで発生するコモンモードノイズを効率よく低減することが可能となる。

また、Ｙコンデンサを配線基板の基板面とスイッチングトランスとの間に配置すれば、Ｙコンデンサを収容可能な分だけスイッチングトランスをスイッチング電源の配線基板から離間させればよいので、配線基板を拡大してＹコンデンサの装着部分を新たに設ける必要がなくなり、スイッチング電源の基板面積を拡大することなくＹコンデンサを配置することが可能となる。また、そのために少なくともスイッチング電源の現状の基板面積を維持し、或いはスイッチング電源をより小型化することが可能となる。

また、Ｙコンデンサをスイッチングトランスの樹脂ボビンと配線基板の基板面とで挟持するように構成すれば、キャビテーション等が生じてもＹコンデンサが配線基板等に対して相対的に揺動することを防止される。そのため、前記発明の効果に加え、Ｙコンデンサが配線基板上で揺動してその足が金属疲労を起こし配線基板上から外れることを有効に防止することが可能となる。

また、スイッチングトランスの樹脂ボビンとＹコンデンサとの間などに接着剤を注入して固定すれば、Ｙコンデンサが配線基板から外れることをより確実に防止することが可能となる。

また、スイッチングトランスの一次側のスイッチング電流をヒートシンクにも流すようにしたため、ヒートシンクが大きな面積を有することから回路の入力側のインピーダンスが低減され、出力側のみならず入力側で発生した高調波のノイズをＥＭＩフィルタに効率よく伝達して放射ノイズを低減することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、前記請求項１に記載のスイッチング電源を電動バルブアクチュエータに適用すれば、電動バルブアクチュエータにおいて前記スイッチング電源の有用な機能や効果がすべて有効に発揮される。また、電動バルブアクチュエータの小型化を図ることが可能となるため、ビル等の建造物内の空調設備等に用いられる場合にその設置箇所が空間的に狭くても本発明に係る電動バルブアクチュエータであれば十分に設置可能で、かつ、発生するノイズも低減される。

以下、本発明に係るスイッチング電源および電動バルブアクチュエータの実施の形態について、図面を参照して説明する。

まず、本実施形態に係る電動バルブアクチュエータの構成について説明する。電動バルブアクチュエータ１は、図１〜図３に示すように、主に電源駆動部２とバルブ本体３とで構成されている。なお、電動バルブアクチュエータ１は必ずしも電動駆動部２の下方にバルブ本体３が配置されるように配管Ｔに取り付けられるとは限らないが、以下では図１、２中における上下方向を電動バルブアクチュエータ１における上下方向として説明する。また、図３は上カバー体が取り外された状態での電動駆動部の上面図を表す。

電源駆動部２には、内部の部材を保護するための略筐型のカバー体４が配置されており、カバー体４は、上カバー体４ａが下カバー体４ｂにガスケット４ｃを介して例えばネジ止め等により固定されて形成されている。

カバー体４の内部には、上部支持板５および下部支持板６がそれぞれ水平方向に配設されている。下部支持板６は、カバー体４の底面から立設されたリブ状の支持体７上に載置されるように固定されており、下部支持板６に立設された円筒状のスペーサ８にネジ９等を介して上部支持板５が固定されることにより、上部支持板５が下部支持板６に対して一定距離上方に配設されるようになっている。また、上部支持板５は、カバー体４の内面に形成されたリブ状の押圧体１０からカバー体４の内部に向かう向きに押圧を受けるようになっており、キャビテーション等による振動の影響を受けることなく固定されるようになっている。

カバー体４内部の一端側には、励磁電流により回転が制御されるステッピングモータ等からなる電動モータ１１が上部支持板５の上面側に取り付けられており、電動モータ１１の出力軸１２は上部支持板５を貫通して上部支持板５の下方に突出されるように配置されている。

電動モータ１１の出力軸１２が突出された上部支持板５と下部支持板６との間の領域には、互いに噛合しあう回転自在に軸支された複数のギヤからなるギヤ機構１３が設けられており、ギヤ機構１３は、電動モータ１１の出力軸１２の回転を減速しながらバルブ本体３への出力軸１４のギヤ１５に伝達して出力軸１４を回動させるようになっている。

なお、ギヤ機構１３において、中間ギヤ１３ａは下部支持板６と中間ギヤ１３ａとの間に配設されたバネ１３ｂにより上方に付勢されている。また、この中間ギヤ１３ａは、その上面にクラッチロッド１６が摺接されている。クラッチロッド１６は、上部支持板５を貫通し、その上端がカバー体４の上面から垂設されたクラッチ挿通孔１７に挿通されている。また、クラッチロッド１６の上方には、環状輪１８やスプリング１９等を介してクラッチボタン２０が上下方向に移動可能に取り付けられており、クラッチボタン２０を押し下げてクラッチロッド１６を介して中間ギヤ１３ａの噛合を解除することにより、ギヤ機構１３が電動モータ１１から切り離された状態となり、電源駆動部２を手動で操作することが可能となる。

また、バルブ本体３への出力軸１４は、上部支持板５と下部支持板６とにそれぞれ取り付けられた上軸受２１と下軸受２２とにより上部支持板５と下部支持板６とに回動自在に支持されている。また、カバー体４の出力軸１４の上方には、出力軸１４の挿通孔２３が設けられており、挿通孔２３には出力軸１４が挿通されていて、その上側２４が出力軸１４の手動操作部とされている。

バルブ本体３への出力軸１４のギヤ１５の上面の一端部には、ストッパピン２５が上向きに立設されており、ストッパピン２５の上端部が上部支持板５に円弧状に形成された円弧孔２６に遊嵌されるようになっている。出力軸１４は、このように円弧孔２６に遊嵌されたストッパピン２５によりその回動角度が規制されるようになっている。バルブ本体３内に設けられた図示しないボール弁やバラフライ弁等の回転弁を開閉動作させるには、出力軸１４がそれを中心として９０°回動可能とすることが必要であるが、本実施形態では、回転弁の開閉方向にそれぞれ５°ずつ余裕を持たせて出力軸１４が１００°回動できるように円弧孔２６が形成されている。

また、出力軸１４の下端は、カバー体４の前記下軸受２２に対応する位置に設けられた挿通孔２７に挿通されており、バルブ本体３の支軸２８に挿通された回転弁を開閉動作させるための開閉軸２９に連結されている。カバー体４の下面および下部支持板６の所定の位置には、バルブ本体３の支軸２８と一体成形された取付片３０を固定するためにバルブ接続ナット３１が挿通されており、それとボルト３２とを螺合させてカバー体４の下面と取付片３０とを共締めすることでバルブ本体３が電動駆動部２に取り付けられるようになっている。

出力軸１４上端側の上部支持板５とカバー体４の上面との間の領域には、スイッチング電源３３の配線基板３３ａが、上部支持板５の上面に立設されたスペーサ３４に支持されて上部指示板５に略平行に配設されている。スイッチング電源３３の配線基板３３ａには、出力軸１４が挿通される孔３５が形成されている。

配線基板３３ａ上方の出力軸１４の周囲には、１８０°の範囲でＳ極とＮ極に磁極分けされた環状マグネット３６が装着されており、その内側の配線基板３３ａ上には、環状マグネット３６と対向する位置に環状マグネット３６の磁性を検出する磁気素子３７が設けられている。磁気素子３７は、出力軸１４の回動による回転弁の開動作や閉動作に伴って変化する環状マグネット３６の磁性を検出して電動バルブアクチュエータ１の動作を制御する図示しない制御手段にその情報を送信するようになっている。

配線基板３３ａには、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等で構成される発光部材３８が実装されている。本実施形態では、それぞれ発光色が異なる２機の発光部材３８が取り付けられており、バルブ本体３の回転弁の開状態や閉状態等にあわせてそのいずれかが発光するようになっている。発光部材３８の発光は、その上方のカバー体４に設けられた導光リブ３９を伝って視認カバー４０全体に伝達されるようになっており、視認カバー４０の発光色により外部からバルブ本体３の回転弁の開閉等の状況を把握できるようになっている。

また、本実施形態では、カバー体４の一側面には、外部から電動駆動部２に接続する電源線や信号線等の電線を挿通させるための電線管口４１が設けられている。また、本実施形態では省略したが、冷房・冷凍用の低温流体を供給するような場合に電動駆動部２やバルブ本体３に結露が発生することを防止するために、電動駆動部２やバルブ本体３に保温材やヒータ等を備えるように構成することも可能である。

次に、本発明に係るスイッチング電源３３の構成について説明する。

本実施形態に係るスイッチング電源３３の回路には、いわゆる絶縁型フライバック方式が用いられている。図４は、本実施形態に係るスイッチング電源の回路図である。回路の略中央には、入力側Ａの配線と出力側Ｂの配線とを絶縁するスイッチングトランス５０が設けられている。なお、図４では、図３の上面図に示されたスイッチング電源３３の配線基板３３ａの向きにあわせて図の右側が入力側Ａ、左側が出力側Ｂとされている。

回路の入力側Ａすなわちスイッチングトランス５０の一次側には、５０／６０Ｈｚ、９０〜２４０Ｖ程度の商用交流電源が入力される入力端子５１、ノーマルモードノイズ低減用のＸコンデンサ５２、コモンモードノイズ低減用のコモンモードチョークコイル５３、商用電源整流ブリッジダイオード５４、平滑用コンデンサ５５、スイッチング電源用制御ＩＣ５６等が設けられている。

スイッチング電源用制御ＩＣ５６は、入力される商用交流電源が前述したような９０〜２４０Ｖ程度の入力範囲内で変動しても、出力側Ｂの直流電圧が一定に保たれるようにスイッチングトランス５０にＰＷＭ変調をかけた電流を流すような制御を行うように構成されている。

回路の出力側Ｂすなわちスイッチングトランス５０の二次側には、整流ダイオード５７、平滑用コンデンサ５８、制御基準電圧ＩＣ５９、コイル６０、出力端子６１等が設けられている。

また、回路には、入力側Ａおよび出力側Ｂすなわちスイッチングトランス５０の一次側および二次側との間に装着されるＹコンデンサ６２と、図示しない光透過性の絶縁物を介して一次側の受光素子６３ａと二次側の発光素子６３ｂとが光学的に結合されたフォトカプラ６３とが設けられている。

ここで、スイッチングトランス５０およびＹコンデンサ６２は配線基板３３ａ上に設けられるが、本実施形態では、図５に示すように、それぞれがスイッチング電源３３の配線基板３３ａの下面側に実装されるようになっている。なお、以下の図５等では、説明に必要な部品や配線以外の部品等の図示を省略する。

スイッチングトランス５０は、鉄芯５０ａの周りに一次コイル５０ｂ、一次バイアスコイル５０ｃ、二次コイル５０ｄが絶縁体を介して巻きつけられて構成されており、スイッチングトランス５０の底部すなわち配線基板３３ａ側には樹脂ボビン５０ｅが形成されている。また、一次バイアスコイル５０ｃおよび二次コイル５０ｄは導線５０ｆ、５０ｇを介して一次側のピン５０ｈおよび二次側のピン５０ｉにそれぞれ接続されており、一次バイアスコイル５０ｃおよび二次コイル５０ｄにはそれぞれ導線５０ｆ、５０ｇを介して基準電位である０Ｖが供給されるようになっている。

Ｙコンデンサ６２は、配線基板３３ａの基板面とスイッチングトランス５０の樹脂ボビン５０ｅとの間に配設されており、Ｙコンデンサ６２の２本の足６２ａ、６２ｂはそれぞれスイッチングトランス５０の一次側のピン５０ｈおよび二次側のピン５０ｉにそれぞれ入力側Ａの配線６４および出力側Ｂの配線６５を介して接続されている。

本実施形態では、Ｙコンデンサ６２は、図６に示すように、その足６２ａ、６２ｂが配線基板３３ａに近い位置で折り曲げられて横臥され、その本体部分が配線基板３３ａに接する状態とされている。また、その状態のＹコンデンサ６２の本体部分を配線基板３３ａの基板面とスイッチングトランス５０の樹脂ボビン５０ｅが挟持するようにスイッチングトランス５０およびＹコンデンサ６２が配線基板３３ａ上に配置されている。

なお、Ｙコンデンサ６２は必ずしも配線基板３３ａの基板面とスイッチングトランス５０の樹脂ボビン５０ｅとで挟持されていなくてもよい。また、本実施形態では、スイッチングトランス５０や樹脂ボビン５０ｅ、Ｙコンデンサ６２、図５、６では図示が省略されているスイッチング電源用制御ＩＣ等が配線基板３３ａ上で近接した位置に存在するため、それらの相互の空間距離や縁面距離が確保されるようにそれらの間隙部分に接着剤を注入することで、接着剤によりそれらが一括して固定されるようになっている。

その際、配線基板３３ａ上の入力側Ａの配線６４および出力側Ｂの配線６５は、図７に示すようにそれぞれ太い配線パターンとされており、本実施形態では、２つの配線６４、６５はそれぞれ配線基板３３ａ上の他の配線よりも幅広に形成されている。

また、本実施形態では、入力側Ａの配線６４は、図７および図８に示すようにスイッチング電源用制御ＩＣ５６のアース線５６ａに接続されるとともに配線基板３３ａの下面側に設けられた金属製の取付ブロック６６を介して取付ブロック６６に取り付けられたアルミニウム等の金属製のヒートシンク（放熱板）６７にも接続されている。

ヒートシンク６７は、取付ブロック６６に取り付けられるとともに、スイッチング電源用制御ＩＣ５６の背面に真鍮やアルミニウム等の導電性のハトメ６８で締結されており、配線基板３３ａの周縁部でその下面に対して略垂直下方に延設されている。なお、ハトメの代わりにリベットやクリップ、ネジ等で固定することも可能である。

次に、本実施形態に係るスイッチング電源３３および電動バルブアクチュエータ１の作用について説明する。

本実施形態に係る電動バルブアクチュエータ１の作用については前記構成で述べたとおりであり、ここでは説明を省略する。

本実施形態に係るスイッチング電源３３の作用について説明する。

まず、図４に示した回路図において、入力端子５１に５０／６０Ｈｚ、９０〜２４０Ｖの商用交流電源が印加されると、交流電源は、Ｘコンデンサ５２とコモンモードコイル５３で構成されるＥＭＩフィルタを経由し商用電源整流ブリッジダイオード５４と平滑用コンデンサ５５で入力側Ａすなわちスイッチングトランス５０の一次側の直流電源に変換される。

この一次側の直流電源は、スイッチングトランス５０を経由しスイッチング電源用制御ＩＣ５６のドレインに接続される。スイッチング電源用制御ＩＣ５６は、入力される商用交流電源が前述したような９０〜２４０Ｖ程度の入力範囲内で変動しても、出力側Ｂの直流電圧が一定に保たれるようにスイッチングトランス５０にＰＷＭ変調をかけた電流を流す。

スイッチングトランス５０の一次コイル５０ｂには負荷に応じた数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚのパルス状の電流が流れる。スイッチングトランス５０の二次コイル５０ｄには一次コイルとの巻き数比に応じたパルス状の電圧が誘起される。このように、スイッチングトランス５０は、前述したように回路の入力側Ａの配線と出力側Ｂの配線とを絶縁するだけでなく、エネルギを蓄積し電圧を変換する複数の役割を果たしている。

回路の出力側Ｂすなわちスイッチングトランス５０の二次側に設けられた整流ダイオード５７および平滑用コンデンサ５８は、スイッチングトランス５０の二次コイル５０ｄに誘起されたパルス状の電圧を整流して直流電源を得る。コイル６０は、出力端子６１を介してスイッチング電源３３の外部から流入してくるノイズを遮断する。

制御基準電圧ＩＣ５９は直流電圧を安定して出力できるように、フォトカプラ６３と組み合わされ、回路の入力側Ａ、出力側Ｂを絶縁しつつフィードバック信号をスイッチング電源用制御ＩＣ５６に伝達する。

以上のようにして、本実施形態に係るスイッチング電源３３では、入力端子５１に印加される商用交流電源が例えば９０〜２４０Ｖの入力範囲で変動しても、出力端子６１からは常に一定の直流電圧が出力される。

一方、Ｙコンデンサ６２は、回路の出力側Ｂすなわちスイッチングトランス５０の二次側に発生したパルス状の電圧に重畳する高調波のコモンモードノイズを回路の入力側Ａすなわちスイッチングトランス５０の一次側に戻す。Ｙコンデンサ６２は、このようにして回路の出力側Ｂから有害な放射電磁波が周囲に放射されることを防止している。

また、Ｙコンデンサ６２は、配線基板３３ａの基板面とスイッチングトランス５０の樹脂ボビン５０ｅとの間に配置されている。そのため、Ｙコンデンサ６２を、足６２ａと配線６４とでスイッチングトランス５０の一次側に接続し、足６２ｂと配線６５とでスイッチングトランス５０の二次側に接続することができ、Ｙコンデンサ６２の配線パターンを考え得る最短距離におさめることが可能となる。

その結果、Ｙコンデンサ６２の配線パターンのインピーダンスのＬ成分が非常に低減されてインピーダンスが小さくなり、Ｙコンデンサ６２を介してスイッチングトランス５０の二次側に発生した高調波のコモンモードノイズをスイッチングトランス５０の一次側に効率よく戻すことが可能となる。

また、本実施形態のようにＹコンデンサ６２の足６２ａ、６２ｂが接続される配線６４、６５が配線基板３３ａ上の他の配線よりも幅広に形成されていれば、配線パターンのインピーダンスのＲ成分も低減されるため、インピーダンスがより低減されてＹコンデンサ６２を介するスイッチングトランス５０の二次側から一次側への高調波のコモンモードノイズの伝達がさらに効率よく行われる。

特に、本実施形態では、Ｙコンデンサ６２の足６２ａと接続された配線６４がさらにスイッチング電源用制御ＩＣ５６のヒートシンク６７に接続され、また、図４の回路図に示したようにスイッチング電源用制御ＩＣ５６のドレインから流入してソースから流出するスイッチングトランス５０の一次側のスイッチング電流をヒートシンク６７にも流すようにしたため、ヒートシンク６７が大きな面積を有することから回路の入力側Ａのインピーダンスが低減され、出力側Ｂのみならず入力側Ａで発生した高調波のノイズをＥＭＩフィルタに効率よく伝達して放射ノイズを低減することが可能となる。

以上のように、本実施形態に係るスイッチング電源３３および電動バルブアクチュエータ１によれば、Ｙコンデンサ６２を、配線基板３３ａの基板面とスイッチングトランス５０との間に配置したことで、Ｙコンデンサ６２の配線パターンを最短距離に形成することが可能となる。

そのため、Ｙコンデンサ６２の配線パターンのインピーダンスのＬ成分が非常に低減されてインピーダンスが小さくなり、Ｙコンデンサ６２を介してスイッチングトランス５０の二次側に発生した高調波のコモンモードノイズをスイッチングトランス５０の一次側に効率よく戻すことができる。このようにして、本実施形態に係るスイッチング電源３３ではスイッチングトランス５０で発生するコモンモードノイズを効率よく低減することが可能となる。

ここで、スイッチング電源からの放射ノイズの測定結果を図９に示す。図９（Ａ）は本実施形態に係るスイッチング電源の結果を示し、図９（Ｂ）はＹコンデンサを配線基板上のスイッチングトランスと基板面との間ではない位置に配置したスイッチング電源の結果を示す。なお、図９中の一点鎖線は、放射ノイズレベルに関する情報処理装置等電波障害自主規制協会（ＶＣＣＩ）のクラスＢの適合基準を表す。

図９（Ｂ）に示すように、Ｙコンデンサ６２を配線基板３３ａ上のスイッチングトランス５０と基板面との間ではない位置に配置した場合には、スイッチング電源は高調波のコモンモードノイズを十分に低減できず、前記クラスＢの適合基準を上回る周波数帯があるのに対し、図９（Ａ）に示すように、本実施形態に係るスイッチング電源３３では、発生するコモンモードノイズが前記クラスＢの適合基準を大きく下回る程度まで効率よく低減されていることが分かる。

また、本実施形態のように、Ｙコンデンサ６２が装着される入力側Ａの配線６４や出力側Ｂの配線６５を配線基板３３ａ上の他の配線よりも幅広に形成することで、配線パターンのインピーダンスのＲ成分も低減されてインピーダンスがより低減される。そのため、Ｙコンデンサ６２を介するスイッチングトランス５０の二次側から一次側への高調波のコモンモードノイズの伝達をさらに効率よく行うことが可能となり、スイッチングトランス５０で発生するコモンモードノイズをさらに効率よく低減することが可能となる。

さらに、本実施形態のようにＹコンデンサ６２の足６２ａと接続された配線６４がさらにスイッチング電源用制御ＩＣ５６のヒートシンク６７に接続され、また、スイッチング電源用制御ＩＣ５６のソースから流出するスイッチングトランス５０の一次側のスイッチング電流をヒートシンク６７にも流すようにすれば、ヒートシンク６７が大きな面積を有することから回路の入力側Ａのインピーダンスが低減され、出力側Ｂのみならず入力側Ａで発生した高調波のノイズをＥＭＩフィルタに効率よく伝達して放射ノイズを低減することが可能となる。

また、上記のようにＹコンデンサ６２を配線基板３３ａの基板面とスイッチングトランス５０との間に配置すれば、Ｙコンデンサ６２を収容可能な分だけスイッチングトランス５０をスイッチング電源３３の配線基板３３ａから離間させるようにすれば足りるので、配線基板３３ａを拡大してＹコンデンサ６２の装着部分を新たに設ける必要がなくなり、スイッチング電源３３の基板面積を拡大することなくＹコンデンサ６２を配置することが可能となる。また、そのために少なくともスイッチング電源３３の現状の基板面積を維持し、或いはスイッチング電源３３をより小型化することが可能となる。

その際、キャビテーション等によって電動バルブアクチュエータ１やスイッチング電源３３に振動が生じ、スイッチング電源３３の配線基板３３ａが振動することがあるが、Ｙコンデンサ６２をスイッチングトランス５０の樹脂ボビン５０ｅと配線基板３３ａの基板面とで挟持するように構成すれば、Ｙコンデンサ６２が配線基板３３ａ等に対して相対的に揺動することを防止することが可能となる。そのため、Ｙコンデンサ６２が配線基板３３ａ上で揺動してその足６２ａ、６２ｂが金属疲労を起こし配線基板３３ａ上から外れることを有効に防止することが可能となる。

また、スイッチングトランス５０の樹脂ボビン５０ｅとＹコンデンサ６２との間などに接着剤を注入して固定すれば、Ｙコンデンサ６２の配線基板３３ａからの外れをより確実に防止することが可能となる。

また、以上のようなスイッチング電源３３を電動バルブアクチュエータ１に適用すれば、電動バルブアクチュエータ１において前記スイッチング電源３３の効果がすべて有効に発揮される。また、電動バルブアクチュエータ１の小型化を図ることが可能となるため、ビル等の建造物内の空調設備等に用いられる場合にその設置箇所が空間的に狭くても本実施形態に係る電動バルブアクチュエータ１であれば十分に設置可能で、かつ、発生するノイズも低減される。

なお、本実施形態のようにヒートシンク６７をＹコンデンサ６２の一次側の足６２ａと接続し、スイッチング電源用制御ＩＣ５６のソース端子回路の一部とすることにより、スイッチング電源用制御ＩＣ５６のドレインから流入してソースから流出する入力側Ａのスイッチング電流の一部をヒートシンク６７にも流すことができる。

そのため、回路の入力側Ａの配線パターンが多少長くなり或いは細くなっても、ヒートシンク６７が幅広の配線として機能することにより、回路のインピーダンスの上昇を防止することが可能となり、出力側Ｂのみならず入力側Ａで発生した高調波のノイズをＥＭＩフィルタに効率よく伝達して放射ノイズを低減することが可能となる。また、ヒートシンク６７を配線基板３３ａの周縁部で配線基板３３ａに対して立設させることで、回路を立体的に構成して実装密度を向上させてスイッチング電源３３の小型化を図ることが可能となる。

また、ヒートシンク６７を配線基板３３ａの周縁部で配線基板３３ａに対して立設させることで、ヒートシンク６７にトランス側面を覆うシールド機能を持たせて静電気ノイズに対する強度を向上させることが可能となる。

さらに、スイッチング電源用制御ＩＣ５６とヒートシンク６７とを締結する部材として真鍮製やアルミニウム製のハトメ６８を用いることで、シリコンゴムやシリコンオイル等の絶縁材の影響を受けずに電気的接続を確実にすることが可能となり、しかも容易かつ安価に締結固定することが可能となる。なお、ヒートシンク６７は、スイッチング電源用制御ＩＣ５６等の電装部品の放熱板としても機能する。

また、ヒートシンク６７を配線基板３３ａの周縁部のスイッチングトランス５０の近傍に配置すれば、ヒートシンク６７を、スイッチングトランス５０や樹脂ボビン５０ｅ、Ｙコンデンサ６２、スイッチング電源用制御ＩＣ５６等と相互の空間距離や縁面距離が確保された状態で接着剤で一括して固定することが可能となる。また、その際、電解コンデンサのリード部やモールド部等を同時に接着剤で固定すれば、それらの折損や破損を防止することが可能となり、スイッチング電源３３やそれを用いた電動バルブアクチュエータ１の製品としての信頼性を向上させ、事故を未然に防止することが可能となる。

本実施形態に係る電動バルブアクチュエータの構成を示す正面一部断面図である。図１の電動バルブアクチュエータの構成を示す側面一部断面図である。図１の電動バルブアクチュエータの上カバー体を取り外した状態での電動駆動部の上面図である。本実施形態に係るスイッチング電源の回路図である。本実施形態に係るスイッチング電源に実装されたスイッチングトランスとＹコンデンサとの断面図である。図５のＹコンデンサとスイッチングトランスの樹脂ボビンの側面一部断面図である。図５のスイッチング電源の配線基板のＹコンデンサ部分の上面図である。配線基板の周縁部に取り付けられたヒートシンク等を示す斜視図である。スイッチング電源からの放射ノイズの測定結果を示すグラフであり、（Ａ）は本実施形態に係るスイッチング電源の結果、（Ｂ）はＹコンデンサの配置を変えたスイッチング電源の結果を示す。

符号の説明

１電動バルブアクチュエータ
３３スイッチング電源
３３ａ配線基板
５０スイッチングトランス
５０ｅ樹脂ボビン
５０ｈ一次側のピン
５０ｉ二次側のピン
６２Ｙコンデンサ
６２ａ、６２ｂＹコンデンサの足
６４入力側の配線
６５出力側の配線
６７ヒートシンク
Ａ入力側
Ｂ出力側

Claims

交流電源を直流電源に変換するスイッチング電源において、
入力側の配線と出力側の配線とを絶縁し電圧変換を行うスイッチングトランスと、
前記入力側の配線と出力側の配線との間に装着されるＹコンデンサと
を配線基板上に備え、
前記Ｙコンデンサは、その足が前記配線基板に近い位置で折り曲げられ、その本体部分が前記配線基板に接する状態に横臥された状態で、かつ、前記スイッチングトランスの樹脂ボビンと前記基板面とで挟持されるようにして前記配線基板の基板面と前記スイッチングトランスとの間に配置されるとともに、前記Ｙコンデンサの２本の足はそれぞれ前記スイッチングトランスの一次側のピンおよび二次側のピンにそれぞれ接続されており、前記Ｙコンデンサは、前記一次側のピンおよび前記二次側のピンの間隙に配置されており、
前記Ｙコンデンサの一方の足と前記スイッチングトランスの一次側のピンとを接続する配線が、金属製のヒートシンクに接続されていることを特徴とするスイッチング電源。
請求項１に記載のスイッチング電源を用い、前記スイッチング電源により交流電源が直流電源に変換されて動作することを特徴とする電動バルブアクチュエータ。