WO2015177904A1 - 電動モータ用制御装置 - Google Patents

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electronic component
substrate
separation band
group electronic
electric motor
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怜 荒木
佑 川野
浅尾　淑人
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electric motor control device.
  • the electric motor control device includes a controller board on which a plurality of electronic components for controlling the driving of the electric motor are mounted.
  • the electric power steering apparatus disclosed in Patent Document 1 includes a controller board on which electronic components such as a microcomputer for driving and controlling an electric motor are mounted on a multilayer printed board by soldering.
  • a substantially rectangular controller board is provided with a hole through which the motor shaft passes in the center.
  • Patent Document 1 a hole is provided in the center of the controller board, but it is not a structure that can effectively block the propagation of heat and electrical noise between electronic components.
  • the present invention provides an electric circuit capable of suppressing the influence of heat and electrical noise between electronic components on a substrate on which a plurality of electronic components for controlling the driving of the electric motor are mounted.
  • An object of the present invention is to provide a motor control device.
  • An electric motor control device includes a substrate on which a plurality of electronic components for controlling driving of the electric motor are mounted, and is provided on the substrate in a region closer to the end than the center of the substrate.
  • a plurality of electronic components are classified into a first group electronic component and a second group electronic component according to function or characteristic, and include a separation band including one or both of a through hole and a notch.
  • the second group electronic component is disposed with a separation band.
  • the first group electronic component and the second group electronic component classified according to function or characteristic are arranged with a separation band therebetween, whereby the first group electronic component and the second group electronic component are separated from each other. It can effectively block the propagation of heat and electrical noise between the 2nd group electronic components and suppress the influence of thermal and electrical noise between the 1st group electronic components and the 2nd group electronic components. Is possible. Other objects, features, aspects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention with reference to the drawings.
  • FIG. 1 shows a configuration of a motor drive device provided with the electric motor control device according to the first embodiment
  • FIG. 2 shows a controller board of the electric motor control device according to the first embodiment.
  • the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
  • a plurality of electronic components for controlling driving of a motor 4 that is an electric motor are mounted on a controller board 1 (indicated by a dotted line in FIG. 1) of a control device for an electric motor.
  • the controller board 1 performs a control calculation for driving the motor 4 and drives an inverter 5 that drives the motor 4.
  • a three-phase brushless motor is employed as the motor 4.
  • the microcomputer 11 performs a control calculation for driving the motor 4.
  • the pre-driver 12 drives the inverter 5 based on the calculation result by the microcomputer 11.
  • the inverter 5 converts the DC power from the battery 6 into three-phase AC power necessary for driving the motor 4.
  • the power supply unit 13 transforms the DC voltage from the battery 6 into a desired DC voltage, and is not mounted on the electronic components such as the microcomputer 11 and the pre-driver 12 mounted on the controller board 1 or the controller board 1. Supplies the electronic components such as the rotation sensor 7 necessary for the motor drive device.
  • a DCDC switching power supply is adopted as the power supply unit 13.
  • a DCDC switching power supply generally generates switching noise due to a switching frequency.
  • the temperature sensor 21 detects the ambient temperature and the substrate temperature of the controller board 1.
  • the microcomputer 11 takes in temperature information detected by the temperature sensor 21 and adjusts a control amount related to driving of the motor 4 based on the temperature information.
  • a thermistor element is used as the temperature sensor 21.
  • the noise countermeasure component 22 absorbs or bypasses noise that may cause malfunction or destruction of the microcomputer 11 or the pre-driver 12, such as switching noise or surge noise generated in the inverter 5, for example.
  • a bypass capacitor, a Zener diode, or the like is used as the noise countermeasure component 22.
  • the rotation sensor 7 detects the rotation angle of the motor 4.
  • the microcomputer 11 drives and controls the motor 4 based on the rotation angle detected by the rotation sensor 7.
  • a resolver, a Hall element sensor, a magnetoresistive element sensor, or the like is used as the rotation sensor 7.
  • the rotation sensor 7 is arranged outside the controller board 1, but when the rotation sensor 7 is a packaged product that can be mounted on a board such as a Hall element sensor or a magnetoresistive element sensor, It may be arranged on the controller board 1.
  • a substrate 100 constituting the controller substrate 1 is a four-layer printed circuit board formed of, for example, a glass epoxy substrate.
  • the outer shape of the substrate 100 is a circle that matches the diameter of the motor 4, but the rectangular shape as shown in FIG. 3 and a complicated structure that takes into account the structure of other members such as the motor 4 and the inverter 5.
  • the outer shape may be sufficient.
  • the plurality of electronic components mounted on the substrate 100 are classified into a first group electronic component 10 and a second group electronic component 20 according to their functions or characteristics.
  • the first group electronic component 10 has a relatively large heat or electrical noise generated by its operation, and includes at least one component that is a source of heat or electrical noise.
  • the microcomputer 11, the pre-driver 12, and the power supply unit 13 are included in the first group electronic component 10.
  • the heat or electrical noise generated from the first group electronic component 10 is at least greater than the heat or electrical noise generated from the second group electronic component 20.
  • the second group electronic component 20 includes at least one component that needs to eliminate the influence of heat or electrical noise from other components as much as possible in order to achieve the performance of the component.
  • the temperature sensor 21 and the noise countermeasure component 22 are included in the second group electronic component 20.
  • the first group electronic component 10 and the second group electronic component 20 may include electronic components other than those described above.
  • the substrate 100 has a separation band 30 including one or both of a through hole and a notch provided in the substrate 100 in a region closer to the end than the center.
  • the separation band 30 is composed of one elongated through hole 31 arranged on a straight line.
  • the through hole 31 is a so-called bare hole that is not intended for electrical connection.
  • the first group electronic component 10 and the second group electronic component 20 are arranged with a separation band 30 therebetween.
  • the first group electronic component 10 is disposed in the first region 101 that is closer to the center than the separation band 30 of the substrate 100.
  • the second group electronic component 20 is disposed in the second region 102 on the end side of the separation band 30 of the substrate 100.
  • the ranges of the first region 101 and the second region 102 are indicated by dotted lines for convenience, but these ranges are not limited.
  • the first region 101 may be on the center side of the separation band 30 of the substrate 100, and the second region 102 may be on the end side of the separation band 30 of the substrate 100.
  • an area other than the substrate 100 is included in a dotted frame indicating the second area 102, but the second area 102 is actually only an area on the substrate 100.
  • the separation band 30 only needs to be able to effectively block the propagation of heat and electrical noise between the first region 101 and the second region 102, and the shape and arrangement thereof can be variously modified. is there.
  • the separation band 30 provided on the rectangular substrate 100 is constituted by a curved elongated through hole 31 a.
  • the separation band 30 is composed of one cutout 32.
  • the shape and arrangement of the separation band 30 can be appropriately changed according to the shape of the substrate 100 and the arrangement of electronic components to be mounted.
  • a part of the heat medium between the first region 101 and the second region 102 becomes air instead of the glass epoxy resin and the copper foil of each layer forming the substrate 100. Since the thermal conductivity of air is very low compared to the thermal conductivity of glass epoxy resin or copper foil, the thermal conductivity between the first region 101 and the second region 102 is lowered. Therefore, the second group electronic component 20 disposed in the second region 102 is not easily affected by the heat generated from the first group electronic component 10 disposed in the first region 101.
  • the thermistor element that is the temperature sensor 21 detects the ambient temperature around the controller board 1, but when it is affected by heat from other electronic components mounted on the board 100, accurate temperature information is obtained. It becomes difficult to detect. That is, the temperature sensor 21 needs to be arranged so as not to be affected by heat from surrounding electronic components in order to detect accurate temperature information.
  • the first group electronic component 10 having a relatively large calorific value is disposed in the first region 101, and the temperature sensor 21 is disposed in the second region 102.
  • the temperature sensor 21 is less susceptible to the heat generated from the first group electronic component 10. Thereby, the temperature sensor 21 can accurately measure the ambient temperature around the controller board 1.
  • the Zener diode as the noise countermeasure component 22 suppresses the surge noise when, for example, surge noise due to the switching operation of the inverter 5 occurs, and the integrated circuit such as the microcomputer 11 and the pre-driver 12 causes the surge noise. It has the effect of preventing destruction by EOS (Electrical Over Stress).
  • the first group electronic component 10 having a relatively large calorific value is disposed in the first region 101, and the noise countermeasure component 22 is disposed in the second region 102.
  • the noise countermeasure component 22 is less susceptible to the heat generated from the first group electronic component 10. . Thereby, the temperature of the noise countermeasure component 22 is stabilized, and the effect of suppressing surge noise can be maintained.
  • the second group electronic component 20 is less susceptible to the heat generated from the first group electronic component 10, so that the temperature of the component can be kept lower, and the characteristics or function as the component can be stabilized. Can be made. As a result, the reliability of the second group electronic component 20 is improved, and the failure rate as a motor drive device is also reduced.
  • the inner two layers are often used as a ground layer and a power supply layer. Since the separation band 30 partially divides the ground layer and the power supply layer disposed in the inner layer of the multilayer printed circuit board, the impedance of the first region 101 and the second region 102 can be increased, and the influence of mutual noise There is an effect to suppress.
  • the first group electronic component 10 includes a component that consumes a large amount of current and is a noise generation source for performing a switching operation.
  • noise generated from the first group electronic component 10 is secondly transmitted via the ground layer and the power supply layer. Propagation to the group electronic component 20 can be suppressed.
  • the second group electronic component 20 arranged in the second region 102 is not limited to the temperature sensor 21 or the noise countermeasure component 22.
  • the electronic component included in the second group electronic component 20 may be any component that generates a relatively small amount of heat and noise.
  • the first group electronic component 10 is arranged in the first region 101 and the second group electronic component 20 is arranged in the second region 102. However, this may be reversed.
  • the effect of the separation band 30 reducing the thermal conductivity between the first region 101 and the second region 102 and the effect of increasing the impedance constitute the separation band 30 with respect to the direction of the straight line where the separation band 30 is arranged.
  • the rate at which the through hole 31 or the notch 32 to divide the substrate 100 (in FIG. 2, when the length of the through hole 31 is L1 and the width of the substrate 100 in the linear direction in which the through hole 31 is arranged is L2, L1 / L2) is larger as it is larger.
  • the ratio (L1 / L2) at which the through holes 31 or the notches 32 constituting the separation band 30 divide the substrate 100 is 80% or more. As this ratio decreases, the effect of the separation band 30 decreases. As a result of experimental determination, the lower limit of the above-described ratio necessary for obtaining a significant suppression effect on heat and noise was about 40%.
  • the separation band 30 can be provided on the substrate 100 in the conventional manufacturing process, and the performance of the controller substrate 1 can be improved without causing an increase in cost and an increase in the size of the apparatus. Is possible.
  • the motor terminal wire, the power module terminal line, or other terminal wires constituting the motor driving device are arranged through the through hole 31 or the notch 32 constituting the separation band 30. Can do.
  • the lead terminal wire of the inverter 5 and the motor terminal wire of the motor 4 are arranged so as to bypass the controller board 1 when the controller board 1 does not have the through hole 31.
  • the controller board 1 can be passed from one side to the other side.
  • the separation band 30 also has an effect of efficiently arranging the components of the inverter 5 and the motor 4 and reducing the size of the motor driving device.
  • Another effect of the separation band 30 is that electronic components mounted on the controller board 1 and air whose temperature has risen due to heat generated from the motor 4, the inverter 5, and the like are transferred from the through hole 31 or the notch 32 to the outside. By discharging, the heat dissipation of the motor drive device can be improved.
  • the controller board 1 when the controller board 1 that does not have the separation band 30 is disposed on the motor drive apparatus, the controller board 1 Becomes like a lid, and heat convection becomes worse. In such a case, the heated air at the bottom of the controller board 1 cannot flow to the outside, and the heat dissipation of the motor drive device decreases.
  • the controller board 1 having the separation band 30 when the controller board 1 having the separation band 30 is arranged, the heated air below the controller board 1 flows out through the through hole 31 or the notch 32. For this reason, the heat convection property inside the motor driving device is improved, and the heat dissipation property is improved.
  • the heat generated from the first group electronic component 10 is obtained by arranging the first group electronic component 10 and the second group electronic component 20 across the separation band 30. And electrical noise can be effectively blocked from propagating to the second group electronic component 20.
  • the second group electronic component 20 is less susceptible to the heat and electrical noise generated from the first group electronic component 10, and the characteristics or functions of the second group electronic component 20 are stabilized, improving reliability. To do.
  • terminal wires such as motor terminal wires can be arranged through the through holes 31 or the notches 32, the components can be arranged efficiently. Further, by providing the controller board 1 with the through hole 31 or the notch 32, the heated air inside the apparatus is easily discharged to the outside, and the heat dissipation is improved. For these reasons, the motor drive device using the electric motor control device according to the first embodiment can reduce the failure rate, reduce the size of the device, and improve the reliability.
  • FIG. 5 to 7 show the separation band of the controller board according to the second embodiment of the present invention.
  • the separation band 30 includes a plurality of through holes 31 or notches 32 will be described. Since the configuration of the motor drive device according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, FIG. 1 is used and detailed description is omitted.
  • the separation band 30 has three through holes 31b, 31c, 31d having the same shape, and these are arranged on a straight line.
  • the number of through holes is not limited to three and may be two or four or more.
  • the three through holes 31b, 31c, and 31d have the same shape, but may not have the same shape.
  • FIG. it is desirable that the through holes 31b, 31c, and 31d are arranged on a straight line, if the effect of reducing the thermal conductivity between the first region 101 and the second region 102 can be obtained, FIG. As shown, it may be slightly off.
  • the separation band 30 has a notch 32a and a through hole 31d.
  • a plurality of notches and through holes may be mixed. Even in this case, it is desirable that the notch and the through hole are arranged on a straight line, but they may be slightly shifted.
  • the wiring pattern can be arranged on the substrate portion existing between the plurality of through holes 31b, 31c, 31d or the notches 32a.
  • the separation band 30 is composed of one elongated through-hole 31 (see FIG. 2), the first group electronic component 10 disposed in the first region 101 and the second group electrons disposed in the second region 102.
  • the wiring pattern becomes long because it bypasses the through hole 31.
  • the wiring pattern becomes long, there is a possibility that it may be affected by external noise and the inductance component of the wiring pattern may increase.
  • the microcomputer 11 adversely affects the signal for taking in the temperature information detected by the temperature sensor 21, the accuracy of the temperature information is lowered, and the performance of the controller board 1 is reduced. May decrease.
  • the separation band 30 in addition to the same effects as those of the first embodiment, by forming the separation band 30 with the plurality of through holes 31 or the notches 32, the plurality of through holes 31 or the notches 32 can be formed. Since the wiring pattern can be arranged on the substrate portion between them, an adverse effect due to the detouring of the wiring pattern can be avoided.
  • FIG. 8 and 9 show a separation band of the controller board according to the third embodiment of the present invention.
  • a case where a plurality of separation bands 30 are provided on the substrate 100 will be described as a modification of the separation band 30 described in the first embodiment. Since the configuration of the motor drive device according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment, FIG. 1 is used and the detailed description is omitted.
  • separation bands 30 composed of one elongated through hole 31 are arranged at two locations on the top and bottom of the substrate 100.
  • a separation band 30 composed of one elongated through hole 31 is disposed at the top of the substrate 100, and the separation band 30 having a notch 32 a and a through hole 31 d at the bottom of the substrate 100. Is arranged.
  • the substrate 100 has two second regions 102, and the second group electronic component 20 is disposed in each of the second regions 102.
  • the separation bands 30 are provided at two locations on the substrate 100, but may be three or more locations.
  • the shape and the number of through holes 31 or notches 32 in each separation band 30 are not limited.
  • the temperature sensor 21 and the noise countermeasure component 22 can be arranged close to each of the plurality of integrated circuits.
  • the separation band 30 is constituted by a plurality of through holes 31 or notches 32, and a wiring pattern is arranged on the substrate portion between them. be able to.
  • the second group electronic component 20 can be made more efficient by the substrate 100 having a plurality of second regions 102. It becomes possible to arrange.
  • FIG. 10 and 11 show a separation band of the controller board according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the separation band 30A of the controller board 1 according to Embodiment 4 includes a through hole 33 that is a through hole in which a conductor is formed.
  • the configuration of the motor drive device according to the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment, and therefore FIG. 1 is used and detailed description thereof is omitted.
  • the separation band 30A has a plurality of through holes 33, which are arranged on a straight line.
  • the plurality of through holes 33 are preferably arranged on a substantially straight line, but if the effect of reducing the thermal conductivity between the first region 101 and the second region 102 can be obtained, FIG. As shown, it may be slightly shifted.
  • the through hole 33 serves as a connector for connecting an input signal to the controller board 1 and an output signal from the controller board 1. Since the controller board 1 outputs a drive signal to the inverter 5 in order to drive the motor 4, the controller board 1 and the inverter 5 are connected by a bus bar, a cable, or the like. At this time, one end of the bus bar or cable is inserted into the through hole 33, and the stability of the electrical connection and the structural connection is ensured by solder.
  • the controller board 1 is connected to the motor 4, the rotation sensor 7, and the battery 6 in addition to the inverter 5, and the through hole 33 can also be used at that time.
  • the terminal 85, the power supply terminal 86 connected to the battery 6, the ground terminal 87, and the rotation angle signal terminal 88 of the rotation sensor 7 are connected using the through hole 33.
  • the semiconductor switching element which comprises the inverter 5 is not limited to MOSFET, Other semiconductor switching elements like IGBT and a bipolar transistor may be sufficient.
  • the effect of reducing the thermal conductivity between the first region 101 and the second region 102 and the effect of increasing the impedance are obtained. can get.
  • these effects are greater as the ratio of the through-holes 33 constituting the separation band 30A dividing the substrate 100 is larger with respect to the direction of the straight line in which the separation band 30A is arranged.
  • the ratio at which the through hole 33 constituting the separation band 30A divides the substrate 100 is 50% or more.
  • the effect of the separation band 30A is reduced.
  • the lower limit of the above-described ratio necessary for obtaining a significant suppression effect on heat and noise was about 40%.
  • the through hole 33 is closed with solder, the heat medium is not completely replaced with air from the glass epoxy resin or the copper foil, unlike the through hole 31 in the first to third embodiments.
  • the effect of lowering the thermal conductivity between the first region 101 and the second region 102 is obtained by replacing a part of the copper foil layer having high thermal conductivity such as the ground layer and the power source layer with the through hole 33. I can expect.
  • the separation band 30A may include a through hole 33 intended for electrical connection and a through hole 31 or a notch 32 not intended for electrical connection.
  • One substrate 100 may be provided with both the separation band 30 ⁇ / b> A having the through hole 33 and the separation band 30 having the through hole 31.
  • the through-hole 33 constituting the separation band 30A can be connected to the controller board 1 and other components such as the inverter 5. Since it can utilize for an electrical connection, the freedom degree of design of the controller board 1 improves. It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.

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Abstract

　基板（１００）は、その中心部よりも端部に近い領域に、１つの細長い貫通穴（３１）から構成される分離帯（３０）を有する。熱および電気的ノイズの発生源となる第１群電子部品（１０）は、基板（１００）の分離帯（３０）より中心部の側である第１領域（１０１）に配置される。また、他の部品からの熱または電気的ノイズの影響をできる限り排除する必要がある第２群電子部品（２０）は、基板（１００）の分離帯（３０）より端部の側である第２領域（１０２）に配置される。

Description

電動モータ用制御装置
　本発明は、電動モータ用制御装置に関するものである。
　電動モータ用制御装置は、電動モータの駆動を制御するための複数の電子部品が実装されたコントローラ基板を備えている。従来、電動モータ駆動用のインバータを構成する半導体スイッチング素子のオン、オフのタイミングを制御するコントローラ装置が知られている。
　例えば特許文献1に示された電動式パワーステアリング装置は、電動モータを駆動制御するマイクロコンピュータ等の電子部品が半田によって多層プリント基板上に実装されたコントローラ基板を備えている。この例では、略長方形のコントローラ基板は、その中央にモータのシャフトを通すための穴が設けられている。
特許第４８７７２６５号公報
　近年、電動モータの駆動制御の複雑化に伴い、コントローラ基板に実装されたマイクロコンピュータやプリドライバ等の半導体部品が発生する熱量が大きくなっており、これらの発熱部品から発生した熱が基板上の他の電子部品に及ぼす影響が大きくなるという問題がある。例えば温度センサのような電子部品は、本来の性能を達成するために、他の電子部品からの熱の影響をできる限り排除する必要がある。
　また、発熱の問題のみならず、マイクロコンピュータやプリドライバ等の消費電力が増大し動作周波数が高くなると、これらの半導体部品から発生する電気的ノイズが増大するという問題がある。例えばマイクロコンピュータから発生したスイッチングノイズが、プリント基板のグランド層や電源層を介して他の電子部品に伝わり、その電子部品の動作や性能に悪影響を及ぼすことがある。
　一方、電気機器に対する小型化および軽量化の要求は年々厳しさを増しており、コントローラ基板の高密度実装化が進んでいる。このため、電子部品相互間の熱や電気的ノイズの影響はさらに大きくなる傾向にあり、上記の問題は一層深刻化している。上記特許文献１では、コントローラ基板の中央に穴が設けられているが、電子部品相互間の熱や電気的ノイズの伝搬を効果的に遮ることが可能な構造とはなっていない。
　本発明は、上記問題点に鑑み、電動モータの駆動を制御するための複数の電子部品が実装された基板において、電子部品相互間の熱および電気的ノイズの影響を抑制することが可能な電動モータ用制御装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る電動モータ用制御装置は、電動モータの駆動を制御するための複数の電子部品が実装された基板を備え、基板の中心部よりも端部に近い領域に、基板に設けられた貫通穴および切り欠きのいずれか一方または両方を含む分離帯を有し、複数の電子部品は、機能または特性により第１群電子部品と第２群電子部品に分類され、第１群電子部品と第２群電子部品は分離帯を隔てて配置されるものである。
　本発明に係る電動モータ用制御装置によれば、機能または特性により分類された第１群電子部品と第２群電子部品とを分離帯を隔てて配置することにより、第１群電子部品と第２群電子部品との間の熱および電気的ノイズの伝搬を効果的に遮ることができ、第1群電子部品と第２群電子部品の相互間の熱および電気的ノイズの影響を抑制することが可能である。
　この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
本発明の実施の形態１に係るモータ駆動装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るコントローラ基板における分離帯を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るコントローラ基板における分離帯の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るコントローラ基板における分離帯の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るコントローラ基板における分離帯を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るコントローラ基板における分離帯の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るコントローラ基板における分離帯の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態３に係るコントローラ基板における分離帯を示す図である。 本発明の実施の形態３に係るコントローラ基板における分離帯の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態４に係るコントローラ基板における分離帯を示す図である。 本発明の実施の形態４に係るコントローラ基板における分離帯の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態４に係るコントローラ基板においてスルーホールにより接続される信号線を示す図である。
実施の形態１．
　以下に、本発明の実施の形態１に係る電動モータ用制御装置について、図面に基づいて説明する。図1は、本実施の形態１に係る電動モータ用制御装置を備えたモータ駆動装置の構成を示し、図２は、本実施の形態１に係る電動モータ用制御装置のコントローラ基板を示している。なお、各図において同一または相当部分には同一符号を付している。
　電動モータ用制御装置のコントローラ基板１（図１中、点線で示す）には、電動モータであるモータ４の駆動を制御するための複数の電子部品が実装されている。コントローラ基板１は、モータ４を駆動するための制御演算を行うと共に、モータ４を駆動するインバータ５を駆動する。なお、本実施の形態１では、モータ４として３相ブラシレスモータを採用している。
　マイクロコンピュータ１１は、モータ４を駆動するための制御演算を行う。プリドライバ１２は、マイクロコンピュータ１１による演算結果に基づいてインバータ５を駆動する。インバータ５は、バッテリ６からの直流電力を、モータ４の駆動に必要な３相交流電力に変換する。
　電源部１３は、バッテリ６からの直流電圧を所望の直流電圧に変圧し、コントローラ基板１に実装されているマイクロコンピュータ１１やプリドライバ１２等の電子部品や、コントローラ基板１には実装されていないがモータ駆動装置に必要な回転センサ７等の電子部品に供給する。本実施の形態１では、電源部１３としてＤＣＤＣスイッチング電源を採用している。ＤＣＤＣスイッチング電源は、一般的に、スイッチング周波数に起因するスイッチングノイズを発生する。
　温度センサ２１は、コントローラ基板１の雰囲気温度や基板温度を検出する。マイクロコンピュータ１１は、温度センサ２１が検知した温度情報を取り込み、この温度情報に基づいてモータ４の駆動に関する制御量を調整する。本実施の形態１では、温度センサ２１として、サーミスタ素子が用いられる。
　ノイズ対策部品２２は、例えばインバータ５において発生するスイッチングノイズやサージノイズ等、マイクロコンピュータ１１やプリドライバ１２の誤動作や破壊を招く恐れのあるノイズを吸収またはバイパスさせる。本実施の形態１では、ノイズ対策部品２２として、バイパスコンデンサやツェナーダイオード等が用いられる。
　回転センサ７は、モータ４の回転角度を検出する。マイクロコンピュータ１１は、回転センサ７が検出した回転角度に基づいてモータ４を駆動制御する。回転センサ７として、レゾルバ、ホール素子センサ、磁気抵抗素子センサ等が用いられる。なお、図１に示す例では、回転センサ７はコントローラ基板１の外部に配置されているが、回転センサ７がホール素子センサや磁気抵抗素子センサ等の基板に実装可能なパッケージ品である場合、コントローラ基板１上に配置しても良い。
　次に、コントローラ基板１における各電子部品の配置について、図２を用いて説明する。コントローラ基板１を構成する基板１００は、例えばガラスエポキシ基板により形成される４層のプリント基板である。なお、図２に示す例では、基板１００の外形はモータ４の径に合わせた円形であるが、図３に示すような長方形や、モータ４、インバータ５等の他部材の構造を考慮した複雑な外形であっても良い。
　基板１００に実装される複数の電子部品は、その機能または特性によって第１群電子部品１０と第２群電子部品２０に分類される。第１群電子部品１０は、その動作により発生する熱または電気的ノイズが比較的大きく、熱または電気的ノイズの発生源となる部品を少なくとも１つ含んでいる。本実施の形態１では、マイクロコンピュータ１１、プリドライバ１２、および電源部１３が第１群電子部品１０に含まれる。第１群電子部品１０から発生する熱または電気的ノイズは、少なくとも第２群電子部品２０から発生する熱または電気的ノイズよりも大きい。
　一方、第２群電子部品２０は、その部品の性能を達成するために他の部品からの熱または電気的ノイズの影響をできる限り排除する必要がある部品を少なくとも１つ含んでいる。本実施の形態１では、温度センサ２１およびノイズ対策部品２２が第２群電子部品２０に含まれる。なお、第１群電子部品１０および第２群電子部品２０には、上記以外の電子部品が含まれていても良い。
　基板１００は、その中心部よりも端部に近い領域に、基板１００に設けられた貫通穴および切り欠きのいずれか一方または両方を含む分離帯３０を有する。図２では、分離帯３０は、直線上に配置された１つの細長い貫通穴３１から構成されている。なお、貫通穴３１は電気的な接続を目的としない、いわゆる裸穴である。
　第１群電子部品１０と第２群電子部品２０は、分離帯３０を隔てて配置される。第１群電子部品１０は、基板１００の分離帯３０より中心部の側である第１領域１０１に配置される。また、第２群電子部品２０は、基板１００の分離帯３０より端部の側である第２領域１０２に配置される。
　なお、図２において、第１領域１０１および第２領域１０２の範囲を便宜的に点線で示しているが、これらの範囲は限定されるものではない。第１領域１０１は、基板１００の分離帯３０より中心部の側であれば良く、第２領域１０２は、基板１００の分離帯３０より端部の側であれば良い。また、図２では、第２領域１０２を示す点線の枠内に基板１００以外の領域を含んでいるが、実際には、第２領域１０２は基板１００上の領域のみである。
　分離帯３０は、第１領域１０１と第２領域１０２との間の熱および電気的ノイズの伝搬を効果的に遮ることができるものであれば良く、その形状や配置は様々な変形が可能である。図３に示す例では、矩形の基板１００に設けられた分離帯３０は、湾曲した細長い貫通穴３１ａから構成されている。また、図４に示す例では、分離帯３０は１つの切り欠き３２から構成されている。このように、分離帯３０の形状や配置は、基板１００の形状や実装される電子部品の配置に応じて適宜、変更することができる。
　本実施の形態１において、コントローラ基板１に分離帯３０を設けることにより得られる様々な作用および効果について、以下に説明する。モータ４を高精度で制御するために複雑な演算処理が行われる場合、マイクロコンピュータ１１の演算量が増大し、高速に演算処理を行うために動作周波数が高くなる。これに伴いマイクロコンピュータ１１の消費電力が増加し、発熱量が増加する。
　また、モータ４に求められる回転トルクや出力が大きくなると、インバータ５を流れる電流が増加する。これに伴い、インバータ５を駆動するプリドライバ１２の消費電力が増加し、発熱量が増加する。さらに、マイクロコンピュータ１１やプリドライバ１２の消費電力が増加すると、電源部１３で生成される電力が増加し、電源部１３の発熱量も増加する。
　その一方で、省資源、省エネルギーの観点から製品および部品の小型化、軽量化が求められており、放熱性の確保が困難になっている。このような事情から、近年、電子部品の使用温度の管理をより一層厳しく行うことが求められている。このような要求に対し、基板１００に貫通穴３１を含む分離帯３０を設けることが有効である。
　分離帯３０を設けた基板１００においては、第１領域１０１と第２領域１０２の間の熱媒体の一部が、基板１００を形成するガラスエポキシ樹脂や各層の銅箔に代わって空気となる。空気の熱伝導率は、ガラスエポキシ樹脂や銅箔の熱伝導率と比較して非常に低いため、第１領域１０１と第２領域１０２の間の熱伝導性が低下する。従って、第２領域１０２に配置された第２群電子部品２０は、第１領域１０１に配置された第１群電子部品１０から発生する熱の影響を受けにくくなる。
　例えば、温度センサ２１であるサーミスタ素子は、コントローラ基板１周辺の雰囲気温度を検出するものであるが、基板１００に実装されている他の電子部品から熱の影響を受けると、正確な温度情報を検出することが困難となる。すなわち、温度センサ２１は、正確な温度情報を検出するために、周囲の電子部品からの熱の影響を受けないように配置される必要がある。
　本実施の形態１では、発熱量が比較的大きい第１群電子部品１０は第１領域１０１に配置され、温度センサ２１は第２領域１０２に配置される。このように、温度センサ２１と第１群電子部品１０とを分離帯３０を隔てて配置することにより、温度センサ２１は、第１群電子部品１０から発生する熱の影響を受けにくくなる。これにより、温度センサ２１は、コントローラ基板１周辺の雰囲気温度を正確に測定することが可能となる。
　また、ノイズ対策部品２２であるツェナーダイオードは、例えばインバータ５のスイッチング動作に起因するサージノイズが発生した場合、そのサージノイズを抑制し、マイクロコンピュータ１１やプリドライバ１２等の集積回路が、サージノイズによるＥＯＳ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｏｖｅｒ　Ｓｔｒｅｓｓ）により破壊されるのを防止する効果がある。
　しかし、他の電子部品から発生する熱の影響によりツェナーダイオードの温度が上昇した場合、ツェナー電圧等の特性が変化することにより、サージノイズを抑制する効果が低下する恐れがある。サージノイズの抑制は、例えば数マイクロ秒（μｓ）の非常に短い時間に対して求められるため、ツェナーダイオードの特性の安定性は非常に重要である。
　本実施の形態１では、発熱量が比較的大きい第１群電子部品１０は第１領域１０１に配置され、ノイズ対策部品２２は第２領域１０２に配置される。このように、ノイズ対策部品２２と第１群電子部品１０とを分離帯３０を隔てて配置することにより、ノイズ対策部品２２は、第１群電子部品１０から発生する熱の影響を受けにくくなる。これにより、ノイズ対策部品２２の温度が安定し、サージノイズを抑制する効果を維持することができる。
　このように、第２群電子部品２０は、第１群電子部品１０から発生する熱の影響を受けにくくなることで、部品の温度をより低く保つことができ、部品としての特性または機能を安定させることができる。その結果、第２群電子部品２０の信頼性が向上し、モータ駆動装置としての故障率の低減にも効果を奏する。
　また、４層のプリント基板の場合、内側の２層をグランド層および電源層として用いることが多い。分離帯３０は、多層プリント基板の内層に配置されるグランド層や電源層を部分的に分断するため、第１領域１０１と第２領域１０２のインピーダンスを高くすることができ、相互のノイズの影響を抑制する効果がある。
　第１群電子部品１０には、消費電流が大きく、スイッチング動作をするためにノイズ発生源となる部品が含まれる。第１群電子部品１０と第２群電子部品２０とを、分離帯３０を隔てて配置することにより、第１群電子部品１０から発生したノイズが、グランド層や電源層を経由して第２群電子部品２０に伝搬するのを抑制することができる。
　ただし、第２領域１０２に配置される第２群電子部品２０は、温度センサ２１やノイズ対策部品２２に限定されるものではない。第２群電子部品２０に含まれる電子部品は、その部品自体の発熱量やノイズ発生量が比較的小さいものであれば良い。また、本実施の形態１では、第１群電子部品１０を第１領域１０１に配置し、第２群電子部品２０を第２領域１０２に配置したが、これを反対にしても良い。
　分離帯３０が第１領域１０１と第２領域１０２の間の熱伝導性を低下させる効果やインピーダンスを高くする効果は、分離帯３０が配置される直線の方向に対して、分離帯３０を構成する貫通穴３１または切り欠き３２が基板１００を分断する割合（図２中、貫通穴３１の長さをＬ１、貫通穴３１が配置された直線方向の基板１００の幅をＬ２とした時、Ｌ１／Ｌ２）が大きいほど大きい。
　図２～図４に示す例では、分離帯３０を構成する貫通穴３１または切り欠き３２が、基板１００を分断する割合（Ｌ１／Ｌ２）を、８０％以上としている。この割合が小さくなると、分離帯３０の効果が減少する。熱およびノイズに対して有意な抑制効果を得るために必要な上記割合の下限値は、実験的に求めた結果、約４０％であった。
　なお、コントローラ基板１に熱対策やノイズ対策のための新たな部品を追加する場合、コストの上昇や装置の大型化を伴うことになる。これに対し、基板１００に分離帯３０を設けることは、従来の製造工程の中で行うことができ、コストの上昇や装置の大型化を招くことなく、コントローラ基板１の性能を向上させることが可能である。
　また、分離帯３０の別の効果として、モータ駆動装置を構成するモータ端子線、パワーモジュール端子線、またはその他の端子線を、分離帯３０を構成する貫通穴３１または切り欠き３２を通して配置することができる。
　インバータ５のリード端子線や、モータ４のモータ端子線は、コントローラ基板１に貫通穴３１が無い場合には、コントローラ基板１を迂回するように配置されるが、これらを貫通穴３１に通すことで、コントローラ基板１の片側から反対側へ渡すことができる。このように、分離帯３０は、インバータ５やモータ４の部品を効率良く配置し、モータ駆動装置として小型化を図る効果もある。
　さらに、分離帯３０の別の効果として、コントローラ基板１に実装された電子部品や、モータ４、インバータ５等から発生した熱によって温度が上昇した空気を、貫通穴３１または切り欠き３２から外部へ排出することにより、モータ駆動装置の放熱性を向上させることができる。
　モータ４、インバータ５、およびコントローラ基板１を一体化した構造のモータ駆動装置を例に挙げると、分離帯３０を有していないコントローラ基板１をモータ駆動装置の上部に配置した場合、コントローラ基板１が蓋のようになり、熱対流性が悪くなる。このような場合、コントローラ基板１下部の熱せられた空気は外部へ流れ出ることができず、モータ駆動装置の放熱性が低下する。
　これに対し、分離帯３０を有するコントローラ基板１を配置した場合には、コントローラ基板１下部の熱せられた空気は、貫通穴３１または切り欠き３２を通って外部へ流れ出る。このため、モータ駆動装置内部の熱対流性が良くなり、放熱性が向上する。
　以上のように、本実施の形態１によれば、第１群電子部品１０と第２群電子部品２０とを分離帯３０を隔てて配置することにより、第１群電子部品１０から発生した熱や電気的ノイズが第２群電子部品２０に伝搬するのを効果的に遮ることができる。これにより、第２群電子部品２０は、第１群電子部品１０から発生した熱や電気的ノイズの影響を受けにくくなり、第２群電子部品２０の特性または機能が安定し、信頼性が向上する。
　また、モータ端子線等の端子線を貫通穴３１または切り欠き３２を通して配置することができるため、部品を効率的に配置することができる。さらに、コントローラ基板１に貫通穴３１または切り欠き３２を設けることにより、装置内部の熱せられた空気が外部に排出されやすくなり、放熱性が向上する。これらのことから、本実施の形態１に係る電動モータ用制御装置を用いたモータ駆動装置は、故障率の低減、装置の小型化、および信頼性の向上が図られる。
実施の形態２．
　図５～図７は、本発明の実施の形態２に係るコントローラ基板の分離帯を示している。本実施の形態２では、上記実施の形態１で説明した分離帯３０の変形例として、分離帯３０が貫通穴３１または切り欠き３２を複数含む場合について説明する。なお、本実施の形態２に係るモータ駆動装置の構成は、上記実施の形態１と同様であるので、図１を流用し、詳細な説明を省略する。
　図５に示す例では、分離帯３０は、同一形状の３個の貫通穴３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを有し、それらが直線上に配置されている。なお、貫通穴の数は３個に限らず、２個や４個以上であっても良い。また、図５では、３個の貫通穴３１ｂ、３１ｃ、３１ｄはそれぞれ同一形状であるが、同一形状でなくても良い。さらに、貫通穴３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは直線上に配置されることが望ましいが、第１領域１０１と第２領域１０２の間の熱伝導性を低下させる効果が得られるのであれば、図６に示すように、多少ずれていても良い。
　また、図７に示す例では、分離帯３０は、切り欠き３２ａと貫通穴３１ｄを有している。このように、複数の切り欠きと貫通穴が混在していても良い。その場合においても、切り欠きと貫通穴は直線上に配置されることが望ましいが、多少ずれていても良い。
　本実施の形態２では、図５～図７のいずれの場合においても、複数の貫通穴３１ｂ、３１ｃ、３１ｄまたは切り欠き３２ａの間に存在する基板部分に、配線パターンを配置することができる。分離帯３０が１つの細長い貫通穴３１から構成されている場合（図２参照）、第１領域１０１に配置された第１群電子部品１０と、第２領域１０２に配置された第２群電子部品２０とを結線する際、配線パターンは貫通穴３１を迂回するため長くなる。
　配線パターンが長くなると、外来ノイズの影響を受ける可能性や配線パターンのインダクタンス成分が増大する可能性がある。温度センサ２１が外来ノイズの影響を受けた場合、マイクロコンピュータ１１が温度センサ２１の検出した温度情報を取り込むための信号に悪影響を及ぼし、温度情報の正確性が低下し、コントローラ基板１の性能を低下させることがある。
　また、ノイズ対策部品２２に接続される配線パターンのインダクタンス成分が増大した場合、急峻なサージ電圧を抑制することができなくなり、ノイズ対策部品２２としての性能に悪影響を及ぼし、コントローラ基板１の性能を低下させることがある。
　本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、分離帯３０を複数の貫通穴３１または切り欠き３２で構成することにより、複数の貫通穴３１または切り欠き３２の間の基板部分に配線パターンを配置することができるため、配線パターンの迂回による悪影響を回避することができる。
実施の形態３．
　図８および図９は、本発明の実施の形態３に係るコントローラ基板の分離帯を示している。本実施の形態３では、上記実施の形態１で説明した分離帯３０の変形例として、基板１００に分離帯３０が複数設けられた場合について説明する。なお、本実施の形態３に係るモータ駆動装置の構成は、上記実施の形態１と同様であるので、図１を流用し、詳細な説明を省略する。
　図８に示す例では、基板１００の上下２箇所に、１つの細長い貫通穴３１から構成された分離帯３０が配置されている。また、図９に示す例では、基板１００の上部には１つの細長い貫通穴３１から構成された分離帯３０が配置され、基板１００の下部には切り欠き３２ａと貫通穴３１ｄを有する分離帯３０が配置されている。
　いずれの場合も、基板１００は、２つの第２領域１０２を有しており、それぞれに第２群電子部品２０が配置される。なお、図８および図９では、分離帯３０を基板１００の２箇所に設けているが、３箇所以上であっても良い。また、複数の分離帯３０を設ける場合、それぞれの分離帯３０における貫通穴３１または切り欠き３２の形状および個数は限定されるものではない。
　上記実施の形態１および実施の形態２のように第２領域１０２が１箇所しかない場合、第１領域１０１に配置されたマイクロコンピュータ１１やプリドライバ１２等の複数の集積回路の全てに対して、温度センサ２１やノイズ対策部品２２を近接して配置することは困難であり、配線パターンが長くなる。
　これに対し、本実施の形態２では、複数の集積回路のそれぞれに対して、温度センサ２１やノイズ対策部品２２を近接して配置することができる。また、本実施の形態３においても、上記実施の形態２と同様に、分離帯３０を複数の貫通穴３１または切り欠き３２で構成することにより、それらの間の基板部分に配線パターンを配置することができる。
　本実施の形態３によれば、上記実施の形態１および実施の形態２と同様の効果に加え、基板１００が第２領域１０２を複数有することにより、第２群電子部品２０をより効率的に配置することが可能となる。
実施の形態４．
　図１０および図１１は、本発明の実施の形態４に係るコントローラ基板の分離帯を示している。本実施の形態４に係るコントローラ基板１の分離帯３０Ａは、内側に導体が形成された貫通穴であるスルーホール３３を含んで構成される。なお、本実施の形態４に係るモータ駆動装置の構成は、上記実施の形態１と同様であるので、図１を流用し、詳細な説明を省略する。
　図１０に示す例では、分離帯３０Ａは、複数のスルーホール３３を有し、それらが直線上に配置されている。なお、複数のスルーホール３３は、ほぼ直線上に配置されることが望ましいが、第１領域１０１と第２領域１０２の間の熱伝導性を低下させる効果が得られるのであれば、図１１に示すように多少ずれていても良い。
　スルーホール３３は、コントローラ基板１への入力信号や、コントローラ基板１からの出力信号を接続するコネクタの役割を持つ。コントローラ基板１は、モータ４を駆動するためにインバータ５へ駆動信号を出力するため、コントローラ基板１とインバータ５は、バスバーやケーブル等で結線される。この時、バスバーやケーブルの一端は、スルーホール３３に挿入され、半田によって電気的接続および構造的接続の安定性が確保される。なお、コントローラ基板１は、インバータ５の他、モータ４、回転センサ７、およびバッテリ６とも接続されるが、その際にもスルーホール３３を利用することができる。
　本実施の形態４に係るコントローラ基板１において、スルーホール３３により接続される信号および電源について、図１２を用いて説明する。インバータ５を構成するＨｉｇｈ側ＭＯＳＦＥＴ５１のゲートに接続される端子８１、ドレインに接続される端子８２、ソースに接続される端子８３、Ｌｏｗ側ＭＯＳＦＥＴ５２のゲートに接続される端子８４、ソースに接続される端子８５、バッテリ６と接続される電源端子８６、グランド端子８７、および回転センサ７の回転角度信号用端子８８が、スルーホール３３を利用して接続される。
　なお、インバータ５を構成する半導体スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴに限定されるものではなく、ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタのような他の半導体スイッチング素子であってもよい。
　複数のスルーホール３３から構成された分離帯３０Ａにおいても、上記実施の形態１と同様に、第１領域１０１と第２領域１０２の間の熱伝導性を低下させる効果やインピーダンスを高くする効果が得られる。また、これらの効果は、分離帯３０Ａが配置される直線の方向に対して、分離帯３０Ａを構成するスルーホール３３が基板１００を分断する割合が大きいほど大きい。
　図１０および図１１に示す例では、分離帯３０Ａを構成するスルーホール３３が基板１００を分断する割合を、５０％以上としている。この割合が小さくなると、分離帯３０Ａの効果が減少する。熱およびノイズに対して有意な抑制効果を得るために必要な上記割合の下限値は、実験的に求めた結果、約４０％であった。
　なお、スルーホール３３は半田で塞がれるため、上記実施の形態１～実施の形態３における貫通穴３１のように、熱媒体が全てガラスエポキシ樹脂や銅箔から空気に置き替わるわけではない。ただし、グランド層や電源層等、熱伝導性が高い銅箔層の一部がスルーホール３３に置き替わることにより、第１領域１０１と第２領域１０２の間の熱伝導性を低下させる効果が期待できる。
　また、分離帯３０Ａは、電気的接続を目的としたスルーホール３３と、電気的接続を目的としない貫通穴３１または切り欠き３２とを含んでいても良い。また、１つの基板１００に、スルーホール３３を有する分離帯３０Ａと、貫通穴３１を有する分離帯３０の両方が設けられていても良い。
　本実施の形態４によれば、上記実施の形態１～実施の形態３と同様の効果に加え、分離帯３０Ａを構成するスルーホール３３を、コントローラ基板１とインバータ５等の他の部品との電気的接続に利用することができるため、コントローラ基板１の設計の自由度が向上する。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims (7)

  1. 　電動モータの駆動を制御するための複数の電子部品が実装された基板を備えた電動モータ用制御装置であって、
    前記基板の中心部よりも端部に近い領域に、前記基板に設けられた貫通穴および切り欠きのいずれか一方または両方を含む分離帯を有し、
    前記複数の電子部品は、機能または特性により第１群電子部品と第２群電子部品に分類され、前記第１群電子部品と前記第２群電子部品は、前記分離帯を隔てて配置されることを特徴とする電動モータ用制御装置。
  2. 　前記分離帯は、直線上に配置された複数の前記貫通穴を含むことを特徴とする請求項１記載の電動モータ用制御装置。
  3. 　前記貫通穴は、内側に導体が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電動モータ用制御装置。
  4. 　モータ端子線、パワーモジュール端子線、およびその他の端子線の少なくとも１つは、前記貫通穴または前記切り欠きを通って配置されることを特徴とする請求項１記載の電動モータ用制御装置。
  5. 　前記第１群電子部品は、その動作により発生する熱または電気的ノイズが前記第２群電子部品よりも大きく、熱または電気的ノイズの発生源となる部品を少なくとも１つ含み、前記第２群電子部品は、その性能を達成するために他の部品からの熱または電気的ノイズの影響を排除する必要がある部品を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項１記載の電動モータ用制御装置。
  6. 　前記第１群電子部品は、前記基板の前記分離帯より前記中心部の側である第１領域に配置され、前記第２群電子部品は、前記基板の前記分離帯より前記端部の側である第２領域に配置されることを特徴とする請求項５記載の電動モータ用制御装置。
  7. 　前記基板は、前記分離帯を複数有すると共に、前記第２領域を複数有することを特徴とする請求項６記載の電動モータ用制御装置。
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