JP6182486B2 - 電動モータの電子回路装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば自動車の電動パワーステアリング装置などに用いられる電動モータの電子回路装置に関する。

例えば、自動車の電動パワーステアリング装置は、一般にアクチュエータとして３相交流モータを用いており、その駆動・制御のために、パワー系電子部品を含む電子回路装置（コントローラ）が必要となるが、近年では、構成の簡素化の要求から、この電子回路装置を別置きとはせずに、電動モータと一体化することが一般的である。

特許文献１には、電動モータの一端部に設けたハウジングの内部に、マイクロプロセッサを含む制御系電子部品を備えた制御基板と、インバータを構成するパワー系電子部品を備えたパワー系基板と、を互いに重ねて配置した電子回路装置が開示されている。ここで、特許文献１の装置では、電動モータの回転を検出するセンサとして、回転軸端部に設けたマグネット部と組み合わされる磁気式回転センサが用いられており、比較的小型のパッケージを有する回転センサが制御基板の表面、詳しくは、電動モータの回転軸端部に対向する側の面に取り付けられている。

特開２０１３−９０５３２号公報

上記特許文献１の装置では、磁気式回転センサの背部（つまり制御基板を挟んで電動モータとは反対側）にパワー系基板が存在し、このパワー系基板の回路を比較的大きな電流が流れるので、この電流によって生じた磁界が磁気式回転センサへ影響する、という問題がある。そして、この磁界の影響を抑制するために、特許文献１の装置では、制御基板とパワー系基板との間の距離を比較的大きく確保しており、装置の小型化の点でなお改善の余地があった。

この発明は、電動モータの一端部に設けられたハウジング内に、制御系電子部品を備えた制御基板と、パワー系電子部品を備えたパワー系基板と、が互いに重ねて配置され、かつ、上記制御基板が上記電動モータと上記パワー系基板との間に位置する電動モータの電子回路装置において、
上記制御基板の上記電動モータ側となる第１の面に、回転センサが取り付けられており、
上記制御基板の第２の面には、平坦な頂面を有するパッケージを備えた制御系電子部品が少なくとも１つ実装されており、上記回転センサの投影領域を覆う磁気シールドが、上記電子部品の上記頂面に支持されている、ことを特徴としている。

このように上記制御基板の第２の面つまり磁気式回転センサが取り付けられる第１の面の裏側となる面に磁気シールドを設けることで、パワー系基板を流れる電流により磁界が発生しても、磁束は磁気シールドを通って流れることとなり、回転センサへの影響が抑制される。

この発明によれば、パワー系基板を流れる電流による磁界の回転センサへの影響が効果的に抑制される。従って、制御基板とパワー系基板とを比較的近付けて配置することが可能となり、電子回路装置の小型化に寄与する。しかも、磁気シールドが制御系電子部品のパッケージに支持されるので、磁気シールドの設置のための面積を制御基板の第２の面に大きく確保する必要がなく、第２の面における電子部品の実装密度が高く得られる。

この発明の一実施例を電動モータとともに示す断面図。 同じく分解斜視図。 異なる方向から示した分解斜視図。 要部を拡大して示す断面図。 制御基板の第２の面を示す斜視図。 磁気シールドの斜視図。 磁気シールドの形状を変更した他の実施例を示す制御基板の斜視図。 磁気シールドの形状を変更したさらに他の実施例を示す制御基板の斜視図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係る電子回路装置を一体に備えた電動アクチュエータの断面図であり、図２，図３は、その分解斜視図である。この電動アクチュエータは、例えば、自動車の電動パワーステアリング装置に適用されるものであって、アルミニウム合金のダイキャスト等からなる円筒状のハウジング１と、このハウジング１の一端の開口部に取り付けられる同じくアルミニウム合金のダイキャスト等からなる円盤状のベース部材２と、このベース部材２の背面を覆うように取り付けられる合成樹脂製のカバー３と、を備えている。

図１に示すように、上記ハウジング１の内部には、円筒状のステータ５とロータ６とを主体として３相交流ブラシレスモータとして構成された電動モータ４が収容されており、２つのベアリング７，８によって支持されたロータ６の回転軸９の一端部９ａがハウジング１の先端面から突出している。回転軸９の他端部９ｂは、ハウジング１の開口部を覆うエンドプレート１０の中心部からベース部材２側へ臨んでおり、この回転軸９の他端部９ｂに、磁気式回転検出装置を構成するマグネット部１２を備えている。詳しくは、有底円筒状をなすキャップ状部材１１が回転軸９の他端部９ｂに取り付けられており、このキャップ状部材１１の端面に、回転軸９と同心の円盤状をなすマグネット部１２が設けられている。上記マグネット部１２は、Ｎ極とＳ極とがそれぞれ半円形に分かれた形に構成されている。

電子回路装置を構成するベース部材２と電動モータ４との間には、偏平な円形の空間が形成されており、この空間に、２枚の回路基板つまり制御基板１５とパワー系基板１６とが収容されている。これらの制御基板１５およびパワー系基板１６は、ハウジング１の内周円に対応した外形状をなし、互いに重ね合わせた形に配置されている。詳しくは、制御基板１５は、ベース部材２から電動モータ４へ向かって突出形成された複数のボス部１７の先端にそれぞれネジ１８によって固定されている。他方、パワー系基板１６は、ボス部１７に対応する部分が切り欠かれた外形状をなし、ベース部材２の前面（電動モータ４に向かう面）に複数本のネジ１９によって固定されている。従って、制御基板１５は、電動モータ４とパワー系基板１６との間に位置している。制御基板１５とパワー系基板１６との間にはボス部１７によって適宜な間隔が与えられており、両者は基本的に互いに平行となっている。また、これら２つの基板１５，１６は、回転軸９の中心線に対し直交する平面に沿って配置されている。

ベース部材２とその背面側を覆うカバー３との間には、やはり偏平な円形の空間が形成されており、この空間に、さらに別の回路基板つまりフィルタ系基板２１が収容されている。このフィルタ系基板２１は、複数本のネジ２２によってベース部材２の背面に固定されている。カバー３は、合成樹脂材料にて成形された複数個のコネクタ部２３を一体に備えており、このカバー３は、複数本のネジ２４によってベース部材２の外周部に固定されている。

上記制御基板１５は、エポキシ樹脂基材等の非金属基材を用いたプリント配線基板からなり、図４および図５に示すように、相対的に小さな電流が流れるマイクロプロセッサ２５やプリドライバ２６等の多数の制御系電子部品が両面に実装されている。ここで、図３には、電動モータ４側に向かう制御基板１５の第１の面１５Ａが示されており、図２および図５には、パワー系基板１６側に向かう第２の面１５Ｂが示されている。なお、これらの図では、マイクロプロセッサ２５およびプリドライバ２６以外の比較的小さな制御系電子部品は図示省略されている。

パワー系基板１６は、熱伝達性に優れた金属回路基板を用いたもので、インバータ回路を構成する図示しない６個の半導体スイッチング素子（例えばＭＯＳ−ＦＥＴ）などの相対的に大きな電流が流れるパワー系電子部品が片面（つまり制御基板１５の第２の面１５Ｂと対向する面）に実装されている。また、このパワー系基板１６においては、インバータ回路の配線の一部として、比較的厚肉の帯状金属導体をブリッジ状に折り曲げてなる２個のジャンパ２８を備えており、各ジャンパ２８が、図示しない一部の電子部品を跨ぐ形で大電流の回路を構成している。２個のジャンパ２８は、互いに平行に並んで位置している。より詳しくは、パワー系基板１６上において、回転軸９の中心線を挟んで両側に配置されている。

フィルタ系基板２１は、パワー系基板１６と同じく熱伝達性に優れた金属回路基板を用いたもので、複数個の電解コンデンサ２９等のフィルタ系電子部品が片面（つまりカバー３に向かう側の面）に実装されている。このフィルタ系基板２１の回路には、パワー系基板１６と同じく、制御基板１５に比較して相対的に大きな電流が流れる。

図３，図４に示すように、制御基板１５の第１の面１５Ａに、前述したマグネット部１２とともに磁気式回転検出装置を構成する回転センサ３１が取り付けられている。この回転センサ３１は、例えば磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）ないし巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を用いたもので、偏平な矩形の樹脂パッケージを備えており、他の制御系電子部品とともに制御基板１５の第１の面１５Ａの上に実装されている。この回転センサ３１は、図１，図４に示すように、電動モータ４の回転軸９の中心線上つまりマグネット部１２に対向する位置に配設されている。前述したようにマグネット部１２は半円形にＮ極とＳ極とに分かれており、電動モータ４の回転時に、回転センサ３１からロータ６（マグネット部１２）の回転角ならびに回転速度を示す信号が得られる。

上記の回転センサ３１に対し、制御基板１５の第２の面１５Ｂには、透磁率の高い材料からなる比較的薄い金属板を折り曲げ形成してなる磁気シールド３３が取り付けられている。この磁気シールド３３は、少なくとも上記回転センサ３１のパッケージの投影領域（第１の面１５Ａにある回転センサ３１のパッケージを第２の面１５Ｂに投影したときの領域）３１Ａ（図５参照）を覆い得る大きさを有している。

具体的には、本実施例の磁気シールド３３は、図６にも示すように、細長く延びた台形状をなす本体部３３ａと、この本体部３３ａの４辺の中の平行な２辺の端縁３３ａａ，３３ａｂからそれぞれ延長形成された２つの脚部３３ｂ，３３ｃと、残りの２辺の端縁３３ａｃ，３３ａｄからそれぞれ延長形成された側壁部３３ｄ，３３ｅと、を有する。

脚部３３ｂ，３３ｃは、図４に示すように、略９０°ずつ２回折り曲げることでステップ状に形成されたものであり、各々の先端部が本体部３３ａと平行な接合面３３ｆ，３３ｇを構成している。また、側壁部３３ｄ，３３ｅは、本体部３３ａから脚部３３ｂ，３３ｃの基部と同様に略９０°折り曲げられたものであり、脚部３３ｂ，３３ｃとともに本体部３３ａの周囲を囲っている。つまり、本体部３３ａと脚部３３ｂ，３３ｃと側壁部３３ｄ，３３ｅとによって、磁気シールド３３は、底面のみが開口した偏平な箱状に構成されている。上記脚部３３ｂ，３３ｃの接合面３３ｆ，３３ｇの部分には、それぞれ円形の開口部３３ｈ，３３ｉが設けられている（図６参照）。上記本体部３３ａは、上述した回転センサ３１の投影領域３１Ａよりも大きな形状を有し、投影領域３１Ａの全体を覆っている。

上記のように構成された磁気シールド３３は、制御基板１５の第２の面１５Ｂに実装された制御系電子部品の上に取り付けられる。具体的には、前述したマイクロプロセッサ２５およびプリドライバ２６が、第２の面１５Ｂにおいて回転軸９の中心線を挟んで両側に位置するように配置されている。これらのマイクロプロセッサ２５およびプリドライバ２６は、それぞれ平坦な頂面２５ａ，２６ａを有する偏平な矩形の樹脂パッケージを備えており、磁気シールド３３の相対的に大きな方の脚部３３ｂがマイクロプロセッサ２５の頂面２５ａに接着剤でもって接着されているとともに、相対的に小さな方の脚部３３ｃがプリドライバ２６の頂面２６ａに接着剤でもって接着されている。マイクロプロセッサ２５およびプリドライバ２６は、前述した回転センサ３１の投影領域３１Ａとは重ならないように配置されており、両者に跨って支持された磁気シールド３３が回転軸９の中心線を横切り、かつ該磁気シールド３３の本体部３３ａが回転センサ３１の投影領域３１Ａを覆っている。

図示例では、マイクロプロセッサ２５は第２の面１５Ｂに実装される電子部品の中で最も大きなパッケージを有する電子部品であり、プリドライバ２６は、２番目に大きなパッケージを有する電子部品である。脚部３３ｂ，３３ｃの接合面３３ｆ，３３ｇ部分は、各々のパッケージの頂面２５ａ，２６ａからはみ出すことがない大きさに設定されている（図５参照）。

なお、図示例では、マイクロプロセッサ２５のパッケージの高さとプリドライバ２６のパッケージの高さとがほぼ等しいものとなっているが、本発明は必ずしも等しい高さのパッケージでなくてもよく、各々のパッケージの高さが多少異なっていてもよい。

上記磁気シールド３３は、一実施例では、透磁率が高い鉄系金属板からなる。表面の腐食防止や接着強度の確保などのために表面に適当な表面処理を施すようにしてもよい。なお、磁気シールド３３を構成する材料としては、少なくとも大気よりも相対的に透磁率が高いものであればよく、銅などからなる他の配線類よりも透磁率が高いものがさらに望ましい。

上記のように構成された制御基板１５およびパワー系基板１６をハウジング１内に収容した状態では、図１および図４に示すように、回転センサ３１の背部にインバータ回路のジャンパ２８が位置し、このジャンパ２８から回転センサ３１を覆い隠すように磁気シールド３３が両者間に介在している。パワー系基板１６のインバータ回路などには比較的大きな電流が流れ、これによって磁界が発生する。特にジャンパ２８は物理的に回転センサ３１に近い位置にあるので、仮に磁気シールド３３がないと、ジャンパ２８で発生した磁界が磁気式回転センサ３１に影響を与え得る。これに対し、上記実施例では、透磁率の高い金属からなる磁気シールド３３が回転センサ３１の投影領域３１Ａ全体を覆っているので、磁束線が磁気シールド３３に沿って迂回し、回転センサ３１への影響が抑制される。特に、上記磁気シールド３３は、回転センサ３１に近い位置で該回転センサ３１を覆っており、しかも周囲を脚部３３ｂ，３３ｃと側壁部３３ｄ，３３ｅとによって囲った形状となっているため、比較的小型の磁気シールド３３でもって効果的な磁界の遮断が可能である。

また、ジャンパ２８で生じる磁界の磁束線は、基本的にジャンパ２８に直交する方向に膨らむ形となるが、図４に示すように、全体としては帯状に細長い形状をなす磁気シールド３３が、この磁束線の方向に沿って配置されているため、磁気シールド３３を不必要に大型化することなく磁界の影響を効果的に抑制できる。

そして、磁気シールド３３は、絶縁されているパッケージに支持されているため、電位的に他の配線回路から独立しており、ハウジング１への接地などもなされていないので、磁気シールド３３が受けた磁界がさらに他の電子部品へ影響するような懸念がない。

このように、上記実施例では、制御基板１５に搭載した小型の磁気シールド３３でもってパワー系基板１６からの磁界の影響を抑制できるため、制御基板１５とパワー系基板１６とを比較的近接して配置することが可能となり、ジャンパ２８のレイアウトなどについても設計の自由度が高くなる。

特に、上記実施例では、制御基板１５に実装された制御系電子部品（マイクロプロセッサ２５およびプリドライバ２６）のパッケージに重ねて磁気シールド３３が配置されるので、制御基板１５の第２の面１５Ｂに磁気シールド３３取付のための面積を大きく確保する必要がなく、電子部品の実装密度を損なうことがない。なお、他の小型の制御系電子部品が磁気シールド３３により覆われた状態となっていてもよい。

ここで、上記磁気シールド３３は接着剤によって電子部品のパッケージに固定されているが、上記実施例の構成では、電子部品のパッケージに接着される脚部３３ｂ，３３ｃが本体部３３ａに対し弾性変形し得るので、組付後の熱膨張や振動による応力が緩和され、マイクロプロセッサ２５やプリドライバ２６のパッケージに過度の力を与えることがない。さらに、各脚部３３ｂ，３３ｃの接合面３３ｆ，３３ｇ部分がパッケージの頂面２５ａ，２６ａからはみ出ていないため、接着時に、接着剤がパッケージの頂面２５ａ，２６ａから垂れて制御基板１５表面に付着することが抑制される。また、接合面３３ｆ，３３ｇ部分に設けられた開口部３３ｈ，３３ｉから接着剤の一部が溢れ出た状態で固化するので、いわゆるアンカー効果が得られ、接着強度が高く得られる。

なお、磁気シールド３３は、小型の部品であるため、他の電子部品と同様に、吸着式のマウント装置を利用して取付を行うことが可能である。従って、例えば大型の金属板からなるシールド部材をハウジングにネジ止めするような構成に比べて、装置の小型化のみならず、組立工程の上で有利となる。

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。磁気シールド３３を支持する電子部品が上記のマイクロプロセッサ２５およびプリドライバ２６に限定されないことは勿論である。磁気シールド３３の形状や寸法等は、任意であり、制御基板１５の第２の面１５Ｂにおける電子部品のレイアウト等に応じて適宜に設定すればよい。

図７は、一例として、磁気シールド３３の本体部３３ａの形状を変更した実施例を示している。この実施例では、本体部３３ａの一方の長辺４１が直線をなすのに対し、他方の長辺４２が、長辺４１に平行な平行辺部分４２ａと、長辺４１に対し傾斜した傾斜辺部分４２ｂと、を有している。換言すれば、本体部３３ａが、長方形部分３３ａ１と台形部分３３ａ２とを連続させた五角形をなしている。制御基板１５の第１の面１５Ａに取り付けられている回転センサ３１の投影領域３１Ａは、長方形部分３３ａ１によって覆われている。なお、平行辺部分４２ａと傾斜辺部分４２ｂとの境界となる点４３は、長辺４２の長手方向の位置として、磁気シールド３３全体の重心位置Ｇよりも脚部３３ｃ（つまり相対的に幅の狭い方の脚部）寄りに位置している。

このような五角形をなす磁気シールド３３は、長方形部分３３ａ１が幅広に形成されることから、吸着式のマウント装置によって吸着しやすい形状となる。特に重心位置Ｇに近い位置で吸着保持されることになり、取付時の姿勢が安定する。

図８は、磁気シールド３３のさらに変形例を示している。この実施例では、２つの電子部品例えばマイクロプロセッサ２５とプリドライバ２６とが回転軸９の中心線（つまり回転センサ３１の配設位置）を挟んで両側に位置しておらず、例えば９０°の角度をなすように配置されている。磁気シールド３３は、これらの電子部品のレイアウトに対応して全体としてＬ字形をなすように構成されている。この例でも、磁気シールド３３の本体部３３ａが回転センサ３１の投影領域３１Ａを覆っている。

なお、図示は省略するが、１つの電子部品（例えばマイクロプロセッサ２５）のみに磁気シールド３３を片持ち状に支持させた構成も可能である。

また上記実施例では、回転軸９の端面にマグネット部１２を備えているが、本発明においては、回転センサ３１の被検出対象となるマグネット部の位置は必ずしも回転軸９の端面でなくてもよく、回転軸９の端部の適当な位置（例えば周面など）あるいはロータ６の回転軸９以外の箇所に配置することも可能である。この場合、回転センサ３１は、制御基板１５上において、このマグネット部に対応した位置に配置される。

１…ハウジング
２…ベース部材
４…電動モータ
１５…制御基板
１５Ａ…第１の面
１５Ｂ…第２の面２
１６…パワー系基板
２５…マイクロプロセッサ
２６…プリドライバ
２８…ジャンパ
３１…回転センサ
３３…磁気シールド

Claims (6)

1. 電動モータの一端部に設けられたハウジング内に、制御系電子部品を備えた制御基板と、パワー系電子部品を備えたパワー系基板と、が互いに重ねて配置され、かつ、上記制御基板が上記電動モータと上記パワー系基板との間に位置する電動モータの電子回路装置において、
   上記制御基板の上記電動モータ側となる第１の面に、回転センサが取り付けられており、
   上記制御基板の第２の面には、平坦な頂面を有するパッケージを備えた制御系電子部品が少なくとも１つ実装されており、上記回転センサの投影領域を覆う磁気シールドが、上記電子部品の上記頂面に支持されている、ことを特徴とする電動モータの電子回路装置。
2. 上記磁気シールドは、上記第２の面に実装された２つの電子部品に支持されている、ことを特徴とする請求項１に記載の電動モータの電子回路装置。
3. 上記回転センサは上記電動モータの中心線上に位置しており、
   上記第２の面には、上記中心線を挟んで２つの電子部品が配置されており、上記磁気シールドは、上記中心線を横切るようにこれら２つの電子部品に亘って配置されている、ことを特徴とする請求項２に記載の電動モータの電子回路装置。
4. 上記磁気シールドは、上記投影領域を覆う本体部と、この本体部の端縁から延び、かつステップ状に折曲形成された２つの脚部と、を備え、これらの脚部が２つの電子部品の頂面にそれぞれ接着されている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動モータの電子回路装置。
5. 上記脚部の接合面部分は、各々が接着される電子部品の頂面からはみ出さない大きさに形成されている、ことを特徴とする請求項４に記載の電動モータの電子回路装置。
6. 上記脚部の接合面部分に、開口部が形成されている、ことを特徴とする請求項４または５に記載の電動モータの電子回路装置。

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