WO2024070595A1 - モータ駆動用回路基板、モータおよびポンプ装置 - Google Patents
モータ駆動用回路基板、モータおよびポンプ装置 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2024070595A1 WO2024070595A1 PCT/JP2023/032879 JP2023032879W WO2024070595A1 WO 2024070595 A1 WO2024070595 A1 WO 2024070595A1 JP 2023032879 W JP2023032879 W JP 2023032879W WO 2024070595 A1 WO2024070595 A1 WO 2024070595A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- layer
- conductive layer
- circuit
- capacitor
- region
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 42
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 115
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 9
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 18
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 5
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 4
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
- H02K11/02—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for suppression of electromagnetic interference
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
- H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
- H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/46—Manufacturing multilayer circuits
Definitions
- the present invention relates to a motor drive circuit board, a motor, and a pump device.
- the motor drive circuit is equipped with a signal circuit including a control element, and a power circuit including a switching element that outputs a drive current.
- a signal circuit including a control element When mounting the signal circuit and the power circuit on a single board on which the motor drive circuit is mounted, it is required that the circuits be mounted densely on the board. For this reason, a multilayer board is used in which multiple layers on which wiring patterns and ground patterns that make up the circuit are provided are stacked with insulating layers interposed between them. This type of multilayer board is described in Patent Document 1.
- EMC Electromagnetic Compatibility
- EMI Electromagnetic Interference
- EMS Electromagnetic Susceptibility
- immunity immunity, the ability to operate without performance degradation or malfunction due to external electromagnetic energy
- a conductive shield is formed to cover the ends of the multilayer board in order to reduce noise radiation from the ends to the outside.
- the shield connects the ends of the ground layers that are arranged so as to sandwich the signal layer, power layer, and insulating layer.
- Patent Document 1 the layer on which the circuit pattern is formed and the ground layer are separated into completely separate layers, and a shield is formed to connect the ends of the ground layer, which increases the number of layers in the multilayer board and requires processes that are not included in conventional manufacturing processes. This results in higher costs compared to conventional multilayer boards.
- the drive circuit includes signal circuits and power circuits, and noise radiation is mostly emitted from the power circuits through which large currents flow, but Patent Document 1 does not take into account the arrangement of the signal circuits and power circuits within the multilayer board. Therefore, the shield arrangement cannot be said to be efficient, which is also a factor in increasing costs.
- the objective of the present invention is to improve the EMC performance and suppress cost increases in a motor drive circuit board that mounts signal circuits and power circuits on a single board.
- the present invention provides a motor drive circuit board in which a motor drive circuit including a power circuit having a switching element that outputs a drive current, and a signal circuit having a control element that supplies a signal to the switching element is provided on a multilayer board, wherein in the multilayer board, a ground pattern for the power circuit and a ground pattern for the signal circuit are configured as an integrated common ground pattern, the multilayer board includes four layers overlapping in the order of a first layer, a second layer, a third layer, and a fourth layer, and the common ground pattern includes a second conductive layer provided on the second layer, a third conductive layer provided on the third layer, and a fourth conductive layer provided on the fourth layer.
- the first layer includes at least the control element
- the second layer includes the second conductive layer formed over the entire substrate
- the third layer includes a third layer circuit including the power circuit
- the third conductive layer is formed to completely surround the periphery of the third layer circuit
- the fourth layer includes a fourth layer circuit including the power circuit
- the fourth conductive layer is formed to completely surround the periphery of the fourth layer circuit
- the third conductive layer includes a noise guard portion extending along the periphery of the power circuit, and the noise guard portion is connected to the second conductive layer and the fourth conductive layer by a plurality of through holes arranged to surround the power circuit.
- motor drive circuits can be mounted at high density on a multilayer board.
- a common ground pattern is formed in which the ground patterns for the signal system circuit and the power system circuit are integrated, so that the common ground pattern can be provided continuously and integrally over a wide range.
- the common ground pattern is provided over the entire board in the second layer of the multilayer board, surrounds the third layer circuit all around in the third layer, and is provided over a wide range in the fourth layer surrounding the fourth layer circuit all around. Therefore, noise radiation from the circuits provided on each layer to the outside can be shielded.
- the outer periphery of the power system circuit is surrounded by a common ground pattern (noise guard part) so that there are no gaps in the circumferential direction, and the power system circuit is connected to the common ground patterns of the upper and lower layers (second and fourth layers) by through holes arranged to surround the power system circuit, so that noise radiation from the power system circuit can be effectively suppressed. Therefore, the EMC performance is excellent. In addition, the noise radiation suppression effect is improved by the layout of the patterns and through holes on the board without adding components, so that costs can be suppressed.
- the power system circuit in the third layer circuit is arranged in a second region on the opposite side of the center of the multilayer board from the first region, the noise guard section extends along the outer edge of the board in the second region, and both ends of the noise guard section are connected to the portion of the third conductive layer formed in the first region, and the plurality of through holes are preferably arranged along the outer edge of the board in the second region.
- a common ground pattern can be provided over a wide area in the first region.
- the space on the outer periphery of the power system circuit in the second region is narrow, it is not possible to provide a wide common ground pattern, but a common ground pattern can be formed to surround the power system circuit, and the common ground patterns of the upper and lower layers can be connected by through holes. Therefore, noise radiation to the outside can be effectively suppressed.
- the multilayer board includes six layers, the first layer, the second layer, the third layer, the fourth layer, the fifth layer, and the sixth layer, which are stacked in this order, and the common ground pattern includes a fifth conductive layer provided on the fifth layer and a sixth conductive layer provided on the sixth layer, and the fifth conductive layer is formed over the entire board area on the fifth layer, and the sixth layer circuit including the power circuit is formed on the sixth layer, and the sixth conductive layer is formed so as to surround the outer periphery of the sixth layer circuit all around, and it is preferable that the fifth conductive layer and the sixth conductive layer are connected to the second conductive layer, the third conductive layer, and the fourth conductive layer by the through holes.
- the common ground pattern is provided over the entire board area on the fifth layer and surrounds the sixth layer circuit all around on the sixth layer, the ground pattern can effectively shield noise radiation from the power circuit to the outside. This improves EMC performance while minimizing cost increases.
- a plurality of terminal holes into which terminals for external connection fit are arranged along the outer edge of the board, and the power system circuits in each of the third layer circuit, the fourth layer circuit, and the sixth layer circuit are arranged in a second region on the opposite side of the center of the multilayer board from the first region, and in the third layer, the noise guard section extends along the outer edge of the board in the second region, and both ends of the noise guard section are connected to the portion of the third conductive layer formed in the first region, and in the fourth layer, the portion of the fourth conductive layer overlapping with the noise guard section extends along the outer edge of the board in the second region, and in the sixth layer, the portion of the sixth conductive layer overlapping with the noise guard section extends along the outer edge of the board in the second region, and the plurality of through holes are arranged along the outer edge of the board in the second region.
- a common ground pattern can be provided over a wide area in the first region in each layer in which a circuit is formed.
- the common ground pattern can be formed to surround the power circuitry, and can be connected to the common ground patterns on the upper and lower layers by through holes. This effectively suppresses noise radiation to the outside.
- the motor drive circuit is provided with an electronic element for noise suppression
- the electronic element for noise suppression includes an inductor
- the common ground pattern is preferably formed in an area of each layer of the multilayer board excluding the area overlapping with the inductor.
- the noise countermeasure electronic element includes a first capacitor and a second capacitor, and it is preferable that the first capacitor and the second capacitor connect the drive voltage line to which the inductor is connected in series to the common ground pattern at two points on the power supply side and the switching element side of the inductor.
- the inductor and the two capacitors placed before and after it function as a ⁇ -type low-pass filter, making it possible to cut high-frequency noise from the power supply side.
- the noise countermeasure electronic element includes a third capacitor having a smaller capacity than the first capacitor, the first capacitor is disposed on the power supply side relative to the inductor, and the third capacitor connects the driving voltage line to the common ground pattern on the power supply side relative to the first capacitor.
- the third capacitor can reduce high-frequency noise (e.g., MHz-class noise) before noise (e.g., KHz-class noise) that can be reduced by the first capacitor on the power supply side of the first capacitor.
- noise e.g., KHz-class noise
- reducing high-frequency noise first reduces the overall noise, so this arrangement can improve the noise reduction effect when noise comes from the power supply side.
- the noise countermeasure electronic element preferably includes a fourth capacitor having a smaller capacity than the second capacitor, the second capacitor being disposed on the switching element side relative to the inductor, and the fourth capacitor connecting the drive voltage line to the common ground pattern on the switching element side relative to the second capacitor.
- the fourth capacitor can reduce high frequency noise (e.g., MHz-class noise) first, compared to noise that can be reduced by the second capacitor (e.g., KHz-class noise).
- the second capacitor e.g., KHz-class noise
- the outer edge of the multilayer board is provided with a fixing portion where a fixing member for fixing the multilayer board is disposed, and a terminal soldering portion where a terminal for external connection is soldered, and it is preferable that a connector through hole for inserting and removing a connector pin is provided between the fixing portion and the terminal soldering portion at the outer edge of the multilayer board.
- a connector through hole for inserting and removing a connector pin is provided between the fixing portion and the terminal soldering portion at the outer edge of the multilayer board.
- the motor when the motor drive circuit board to which the present invention is applied is used in a motor, the motor is characterized by having the above-mentioned motor drive circuit board and a coil to which a drive current output from the motor drive circuit board is supplied.
- the pump device when a motor to which the present invention is applied is used in a pump device, the pump device is characterized by having an impeller that is rotated and driven by the above-mentioned motor.
- motor drive circuits can be mounted at high density on a multilayer board.
- a common ground pattern is formed in which the ground patterns for the signal system circuit and the power system circuit are integrated, so that the common ground pattern can be provided continuously and integrally over a wide range.
- the common ground pattern is provided over the entire board in the second layer of the multilayer board, surrounds the third layer circuit all around in the third layer, and is provided over a wide range in the fourth layer surrounding the fourth layer circuit all around. Therefore, noise radiation from the circuits provided on each layer to the outside can be shielded.
- the outer periphery of the power system circuit is surrounded by a common ground pattern (noise guard part) so that there are no gaps in the circumferential direction, and the power system circuit is connected to the common ground patterns of the upper and lower layers (second and fourth layers) by through holes arranged to surround the power system circuit, so that noise radiation from the power system circuit can be effectively suppressed. Therefore, the EMC performance is excellent. In addition, the noise radiation suppression effect is improved by the layout of the patterns and through holes on the board without adding components, so that costs can be suppressed.
- FIG. 1 is a perspective view of a pump device including a motor to which the present invention is applied;
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the pump device shown in FIG.
- FIG. 2 is an exploded perspective view showing a state in which a cover is removed from the pump device shown in FIG. 1 .
- 3 is an explanatory diagram of a motor drive circuit mounted on the motor drive circuit board of the first embodiment.
- FIG. FIG. 2 is a plan view of the motor drive circuit board of the first embodiment.
- 5 is an explanatory diagram of a common ground pattern formed on the motor drive circuit board of the first embodiment.
- FIG. 11 is a plan view of a first surface and a second surface of a motor drive circuit board according to a second embodiment of the present invention.
- FIG. 10 is an explanatory diagram of a motor drive circuit mounted on a motor drive circuit board according to a second embodiment.
- FIG. 10 is an explanatory diagram of a common ground pattern formed on a motor drive circuit board according to
- the axial direction means the direction in which the rotation axis L of the motor extends
- the radial direction on the radially inner side and the radially outer side means the radial direction centered on the rotation axis L
- the circumferential direction means the rotation direction centered on the rotation axis L.
- one side of the axial direction is defined as L1
- the other side of the axial direction is defined as L2.
- FIG. 1 is a perspective view of a pump device 1 including a motor 10 to which the present invention is applied.
- Fig. 2 is a cross-sectional view of the pump device 1 shown in Fig. 1.
- the pump device 1 has a case 2 including a suction pipe 21 and a discharge pipe 22, a motor 10 disposed on one side L1 in the axial direction of the case 2, and an impeller 25 disposed in a pump chamber 20 inside the case 2.
- the impeller 25 is driven to rotate about a rotation axis L by the motor 10.
- the pump chamber 20 is provided between the case 2 and the housing 6.
- the case 2 has a wall surface 23 on the other axial side L2 of the pump chamber 20, and a side wall 29 extending in the circumferential direction.
- the motor 10 has a cylindrical stator 3, a rotor 4 arranged inside the stator 3, a resin housing 6 that covers the stator 3, and a support shaft 5 that rotatably supports the rotor 4.
- the stator 3 has a stator core 31, insulators 32, 33 held by the stator core 31, and a coil 35 wound around the stator core 31 via the insulators 32, 33.
- the stator core 31 has an annular portion 311 centered on the rotation axis L, and a number of salient poles 312 protruding radially inward from the annular portion 311.
- the insulators 32, 33 each overlap the stator core 31 from both sides in the axial direction, and cover each of the multiple salient poles 312.
- the coil 35 is wound around the salient pole 312 via the insulators 32, 33.
- the motor 10 is a three-phase motor.
- the rotor 4 has a cylindrical portion 40 extending in the axial direction, and a cylindrical magnet 47 is held on the outer peripheral surface of the cylindrical portion 40 so as to face the stator 3 on the radially inner side.
- a disk-shaped flange portion 45 is formed on the end of the other axial side L2 of the cylindrical portion 40, and a disk 26 is connected to the flange portion 45 from the other axial side L2.
- a plurality of blade portions 261 are formed at equal angular intervals on the surface of the disk 26 facing the flange portion 45, and the disk 26 is fixed to the flange portion 45 via the blade portions 261.
- the flange portion 45 and the disk 26 form the impeller 25 connected to the cylindrical portion 40 of the rotor 4.
- a cylindrical radial bearing 11 is held on the radial inside of the cylindrical portion 40.
- the rotor 4 is rotatably supported on the support shaft 5 via the radial bearing 11.
- the end of one side L1 in the axial direction of the support shaft 5 is held non-rotatably on the bottom wall 63 of the housing 6.
- the case 2 has a tubular portion 28 located in the radial center of the pump chamber 20 and a support portion 27 that supports the tubular portion 28, and the end of the other side L2 in the axial direction of the support shaft 5 is supported on the tubular portion 28 of the case 2 via a thrust bearing 12.
- the housing 6 is a resin sealing member 60 that covers the stator 3 from both radial sides (i.e., the inner and outer circumferential sides) and both axial sides.
- the housing 6 therefore comprises a first partition 61 that constitutes part of the wall surface of the pump chamber 20, a second partition 62 that is interposed between the stator 3 and the magnet 47, and a cylindrical body 66 that covers the stator 3 from the outside in the radial direction.
- FIG. 3 is an exploded perspective view showing a state in which the cover 18 is removed from the pump device 1 shown in Fig. 1.
- the axial direction is upside down compared to Figs. 1 and 2, and one side L1 in the axial direction is the upper side in the drawing.
- the cover 18 is fixed to the end 64 of the axial side L1 of the housing 6 from the axial side L1.
- the motor drive circuit board 19 which is provided with a circuit for controlling the power supply to the coil 35, is arranged.
- a straight section 196 is cut out linearly on the outer periphery of the motor drive circuit board 19, and two notches 197 are provided on both sides of the circumferential direction of the straight section 196, which serve as fixing sections for fixing the motor drive circuit board 19 to the housing 6.
- the motor drive circuit board 19 is fixed to the housing 6 by a screw 91 made of a tapping screw that penetrates the two notches 197 (fixing sections).
- the motor drive circuit board 19 is positioned in the circumferential direction by fitting the protrusions 645 of the housing 6 into three notches 199 provided on the radially opposite side of the straight section 196.
- the motor drive circuit board 19 is provided with a number of terminal holes 190 in which metal winding terminals 71 are soldered and fitted, the terminals 71 penetrating the bottom wall 63 of the housing 6 from the stator 3 and protruding to one side L1 in the axial direction.
- the terminal holes 190 are provided in an area on the radially opposite side of the straight portion 196 on the outer periphery of the motor drive circuit board 19.
- a total of four winding terminals 71 protrude from the four terminal holes 190.
- each of three winding terminals 71 is connected to one end of the winding that constitutes the three coils 35 connected in series.
- the remaining winding terminal 71 is a common (C) terminal, and the other end of the winding is electrically connected to it.
- the motor drive circuit board 19 is provided with a number of terminal holes 195 into which metal connector terminals 75 held in the housing 6 are soldered.
- the terminal holes 195 are aligned in a row along a straight portion 196 of the motor drive circuit board 19.
- the motor drive circuit board 19 is provided with wiring and the like that electrically connects the motor drive circuit 150 (see FIG. 4) to the winding terminals 71 and the connector terminals 75.
- the housing 6 is formed with a cylindrical connector housing 69 that protrudes outward, and the ends of the connector terminals 75 are located inside the connector housing 69. Therefore, when a connector is connected to the connector housing 69 and a signal or the like is supplied, the signal is input to the motor drive circuit 150 via the connector terminals 75, and a drive current generated by the motor drive circuit 150 is supplied to each coil 35 via the winding terminals 71. As a result, the rotor 4 rotates around the rotation axis L. This causes the impeller 25 to rotate within the pump chamber 20, creating negative pressure inside the pump chamber 20, so that fluid is sucked into the pump chamber 20 from the suction pipe 21 and discharged from the discharge pipe 22.
- Fig. 4 is an explanatory diagram of the motor drive circuit 150 mounted on the motor drive circuit board 19 of the first embodiment.
- Fig. 4 shows a schematic configuration of the motor drive circuit 150.
- the motor 10 is a three-phase motor.
- the three-phase coils 35 may be described with U, V, and W indicating the respective phases, but when it is not necessary to specify the phase, they will be described as coils 35 without U, V, and W indicating the respective phases.
- the motor drive circuit board 19 is a motor drive circuit 150 shown in FIG. 4 mounted on a multi-layer board 110 (see FIGS. 5 and 6).
- the motor drive circuit 150 includes a signal system circuit 160 including a motor control unit 161 that controls the rotation of the motor 10 by a PWM signal, a power system circuit 170 including an inverter that supplies a drive current to the three-phase coils 35 based on the output signal from the motor control unit 161, a drive voltage line 135 that supplies a drive voltage to the power system circuit 170, and a common line 140 that is connected to the neutral point 165 of the three-phase coils 35U, 35V, and 35W.
- the drive voltage line 135 supplies a rated voltage of 12V to the motor control unit 161 and the power system circuit 170.
- the motor drive circuit 150 also includes a control signal line 133 for inputting a PWM signal from an external device to the motor control unit 161, and an FG output line 134 for transmitting a rotation speed signal corresponding to the rotation speed of the motor 10 to the external device.
- the motor drive circuit board 19 has four connector terminals 75 consisting of a constant voltage terminal 751, a first signal terminal 752, a second signal terminal 753, and a ground terminal 754, which are described below.
- the constant voltage terminal 751 is electrically connected to the drive voltage line 135, the first signal terminal 752 is electrically connected to the control signal line 133, and the second signal terminal 753 is electrically connected to the FG output line 134.
- the ground terminal 754 is electrically connected to the ground pattern 100 of the motor drive circuit board 19.
- the driving voltage line 135 branches into a first line 136 and a second line 137, and supplies power to the motor control unit 161 via the first line 136 and the second line 137.
- the second line 137 is electrically connected to the motor control unit 161 via a resistor R32.
- the capacitors 122 and 123 are electrically connected in series between the driving voltage line 135 and the ground pattern 100.
- the common line 140 is electrically connected between the capacitors 122 and 123.
- a ground terminal 754 to which a ground potential is applied is electrically connected between the capacitor 123 and the ground pattern 100.
- the motor drive circuit 150 includes a plurality of noise countermeasure electronic elements 180 electrically connected to the drive voltage line 135 in the rear stage of the capacitors 122 and 123.
- the noise countermeasure electronic element 180 of the first embodiment includes an inductor 181 connected in series to the drive voltage line 135, a diode 182 electrically connected between the drive voltage line 135 and the ground pattern 100 in the front stage of the inductor 181, and a plurality of capacitors electrically connected between the drive voltage line 135 and the ground pattern 100 in the front stage and rear stage of the inductor 181.
- the noise countermeasure electronic element 180 includes four capacitors, the first capacitor C1 and the second capacitor C2, which are electrolytic capacitors, and the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4.
- the diode 182 protects the elements in the motor drive circuit 150 from surge voltages.
- noise suppression electronic element 180 is not limited to these elements, and other elements may be used.
- ferrite beads may also be used.
- the number and arrangement of capacitors may also be changed.
- the inductor 181 is, for example, a choke coil.
- the first capacitor C1 is disposed immediately before the inductor 181.
- the second capacitor C2 is disposed immediately after the inductor 181.
- the three elements of the inductor 181, the first capacitor C1, and the second capacitor C2 function as a ⁇ -type low-pass filter.
- the diode 182 is disposed in front of the first capacitor C1, and the third capacitor C3 is disposed in front of the diode 182.
- the third capacitor C3 has a smaller capacitance than the first capacitor C1.
- the fourth capacitor C4 is disposed in the rear of the second capacitor C2.
- the fourth capacitor C4 has a smaller capacitance than the second capacitor C2.
- the capacitor 128, which is an electrolytic capacitor is electrically connected between the first line 136 and the ground pattern 100.
- the control signal line 133 transmits a PWM signal from an external device to the motor control unit 161.
- Resistor R3 is electrically connected in series to the control signal line 133.
- the portion of the control signal line 133 between resistor R3 and the motor control unit 161 is electrically connected to the ground pattern 100 via capacitor 124.
- the portion of the control signal line 133 between the first signal terminal 752 and resistor R3 may be electrically connected to the ground pattern 100 via capacitor 126.
- the portion between the connection position of capacitor 126 and resistor R3 is electrically connected to the first line 136 via third line 138.
- Resistor R2 is electrically connected in series to the third line 138.
- the FG output line 134 transmits the rotation speed signal of the motor 10 output from the motor control unit 161 to an external device.
- the FG output line 134 is connected to a capacitor 125, a resistor R1, and a NOT gate Q7.
- the capacitor 125 is electrically connected between the FG output line 134 and the ground pattern 100.
- the resistor R1 is electrically connected in series to the FG output line 134 between the connection position of the capacitor 125 and the motor control unit 161.
- the NOT gate Q7 is electrically connected in series to the FG output line 134 between the resistor R1 and the motor control unit 161.
- the motor control unit 161 is composed of a control element such as an IC chip mounted on the motor drive circuit board 19.
- the motor control unit 161 outputs an output signal for controlling the power system circuit 170 based on a PWM signal input from an external device.
- the motor control unit 161 also outputs a rotation speed signal corresponding to the rotation speed of the rotor 4 to the external device. Based on the rotation speed signal, the external device outputs a PWM signal to the motor control unit 161 to set the motor 10 to the desired rotation speed.
- the power circuit 170 includes switching elements Q1 and Q2 for the U-phase coil, switching elements Q3 and Q4 for the V-phase coil, and switching elements Q5 and Q6 for the W-phase coil.
- MOS type FETs are used for the switching elements Q1 to Q6.
- the drains of the switching elements Q1, Q3, and Q5 are connected to the drive voltage line 135, and the sources of the switching elements Q2, Q4, and Q6 are connected to the ground pattern 100 via a shunt resistor Rs. Both ends of the shunt resistor Rs are connected to the motor control unit 161 via output lines 131 and 132.
- Resistors R33 and R34 are electrically connected in series to the output lines 131 and 132.
- Capacitor 151 is connected to the source of switching element Q1 and the drain of switching element Q2, capacitor 152 is connected to the source of switching element Q3 and the drain of switching element Q4, and capacitor 153 is connected to the source of switching element Q5 and the drain of switching element Q6.
- Capacitors 151 to 153 serve as charging and discharging capacitors for the bootstrap circuit.
- Bootstrap diodes D31 to D33 are connected between capacitors 151 to 153 and motor control unit 161, respectively. Diodes D31 to D33 are connected to motor control unit 161 via resistor R31.
- Resistors R11 to R16 are connected between the gate and source of each of the switching elements Q1 to Q6.
- Resistors R21 to R26 are connected between the gate of each of the switching elements Q1 to Q6 and the motor control unit 161.
- Filters 141 to 146 are connected between the drain and source of each of the switching elements Q1 to Q6. Filters 141 to 146 are composed of resistors and capacitors connected in series.
- the switching elements Q1 to Q6 switch based on the output signal output by the motor control unit 161, and supply a three-phase AC drive current to the coil 35.
- FIG. 5 is a plan view of the motor drive circuit board 19 of the first embodiment.
- Fig. 6 is an explanatory diagram of a common ground pattern 100c formed on the motor drive circuit board 19 of the first embodiment.
- the motor drive circuit board 19 is a multilayer board 110 having a plurality of layers.
- a plurality of insulating layers are laminated on the board body to form a plurality of layers on which conductive layers such as wiring and electrodes are arranged, and the conductive layers formed on different layers are electrically connected by contact holes penetrating the insulating layers.
- the conductive layers such as wiring and electrodes are made of copper layers.
- the first region 101 on one side of the center O of the multilayer substrate 110 is provided with a plurality of terminal holes 195 into which the connector terminals 75 fit.
- the plurality of terminal holes 195 are arranged in a row along a straight portion 196 of the outer edge of the substrate.
- the plurality of terminal holes 195 include the first terminal hole 191, the second terminal hole 192, the third terminal hole 193, and the fourth terminal hole 194 into which the constant voltage terminal 751, the first signal terminal 752, the second signal terminal 753, and the ground terminal 754 shown in FIG. 4 fit, respectively. Therefore, of the plurality of terminal holes 195, the two located at both ends (the first terminal hole 191 and the fourth terminal hole 194) correspond to a constant voltage.
- the wiring extending from the first terminal hole 191 and the fourth terminal hole 194 corresponding to the constant voltage can be used as a shield wiring.
- switching elements Q1 to Q6 are mounted in the second region 102 on the opposite side of the first region 101 with respect to the center O of the multilayer substrate 110. If the two regions located on both sides of the direction intersecting with the imaginary line P that extends linearly through the first region 101, the center O, and the second region 102 are the third region 103 and the fourth region 104, the motor control unit 161 is disposed at a position on the third region 103 side with respect to the center O. In addition, an inductor 181 is disposed in the fourth region 104. By disposing the inductor 181 near the terminal hole 195 (the first terminal hole 191 or the fourth terminal hole 194) corresponding to the constant voltage, the EMC performance can be particularly improved.
- the ground pattern 100 includes a common ground pattern 100c that is electrically connected to both the signal system circuit 160 and the power system circuit 170.
- the common ground pattern 100c functions both as the ground pattern 100 for the signal system circuit 160 and as the ground pattern 100 for the power system circuit 170.
- the multilayer board 110 has four layers, a first layer 111, a second layer 112, a third layer 113, and a fourth layer 114, as shown in FIG. 6.
- the first layer 111 which is the uppermost layer, is formed with lands (not shown) on which electrical elements constituting the motor drive circuit 150 shown in FIG. 4 are mounted.
- the first layer 111, the second layer 112, the third layer 113, and the fourth layer 114 each have a conductive layer formed thereon that functions as a common ground pattern 100c.
- the common ground pattern 100c includes a first conductive layer G1 formed on the first layer 111, a second conductive layer G2 formed on the second layer 112, a third conductive layer G3 formed on the third layer 113, and a fourth conductive layer G4 formed on the fourth layer 114.
- the areas where these conductive layers are formed are shown as hatched areas.
- the motor drive circuit 150 shown in FIG. 4 includes a first layer circuit 111C provided on the first layer 111, a third layer circuit 113C provided on the third layer, and a fourth layer circuit 114C provided on the fourth layer, as shown in FIG. 6.
- the shapes of the circuits and conductive layers of each layer shown in FIG. 6 indicate the approximate layout areas of the electrical elements, wiring, conductive layers, etc. that make up the circuits, and fine wiring, contact holes, etc. are omitted from the illustration.
- the layout area of the wiring extending from the first layer circuit 111C to the terminal hole 195 on the outer edge of the substrate is omitted from the illustration.
- the conductive layers are not formed around the contact holes or around the wiring.
- the first layer circuit 111C, the third layer circuit 113C, and the fourth layer circuit 114C each include a part of the signal system circuit 160 and a part of the power system circuit 170.
- the first layer circuit 111C includes the signal system circuit 160 arranged around the central region of the substrate, and the power system circuit 170 arranged in a region extending from the second region 102 to the third region 103 and the fourth region 104.
- the first conductive layer G1 is formed around the first region 101 and extends to the third region 103 and parts of the fourth region 104.
- the second conductive layer G2 is formed over the entire substrate, and extends to the outer edge of the substrate.
- the third conductive layer G3 is formed so as to completely surround the outer periphery of the third layer circuit 113C.
- the fourth conductive layer G4 is formed so as to completely surround the outer periphery of the fourth layer circuit 114C.
- the third layer circuit 113C includes a signal circuit 160 arranged in the central region of the board, and a power circuit 170 arranged in a region extending from the second region 102 to the third region 103 and the fourth region 104.
- the power circuit 170 extends close to the outer edge of the board, and extends to the positions of four terminal holes 190 to which the winding terminals 71 are soldered.
- the third conductive layer G3 includes a third conductive layer body G31 formed to surround the third layer circuit 113C from the first region 101, the third region 103, and the fourth region 104 side, and a noise guard portion G32 extending to surround the outer periphery of the power circuit 170 along the outer edge of the board in the second region 102.
- the noise guard portion G32 extends in an arc shape, and both circumferential ends extend to the third region 103 and the fourth region 104 and connect to the third conductive layer body G31.
- the fourth layer circuit 114C includes a signal circuit 160 arranged in the central region of the substrate, and a power circuit 170 arranged in the second region 102.
- the layout area of the fourth layer circuit 114C is narrower overall than the layout area of the third layer circuit 113C.
- the fourth conductive layer G4 extends along the outer edge of the substrate in the second region 102 and includes a portion that overlaps with the noise guard portion G32 of the third conductive layer G3.
- one or both of the third layer circuit 113C and the fourth layer circuit 114C may be configured to include the power circuit 170 without including the signal circuit 160.
- the common ground pattern 100c is not formed in the portions of each layer of the multilayer substrate 110 that overlap with the inductor 181 mounted on the first layer 111.
- each of the second conductive layer G2, the third conductive layer G3, and the fourth conductive layer G4 has a hollowed-out shape in the portions that overlap with the inductor 181.
- the multilayer board 110 has a plurality of through holes H1 arranged along the outer edge of the board in the second region 102.
- the multilayer board 110 also has a plurality of connector through holes H2 arranged along the outer edge of the board between the notch 197 (fixing part for the housing 6) and the terminal hole 195 arranged in the third region 103.
- the through holes H1 provided on the outer edge of the board in the second region 102 are arranged so as to surround the outer periphery of the power system circuit 170 of the third layer circuit 113C.
- the through holes H1 are formed within the area of the noise guard part G32 of the third conductive layer G3.
- the noise guard part G32 is electrically connected to the second conductive layer G2 and the fourth conductive layer G4 by the through holes H1.
- the power system circuits 170 are concentrated in the layer (third layer 113) between two layers (second layer 112 and fourth layer 114) on which the common ground pattern 100c is provided over a wide area. Therefore, in the third layer circuit 113C, the placement area of the power system circuits 170 is expanded close to the outer edge of the board, thereby ensuring the placement area of the power system circuits 170. As a result, the space for forming the noise guard section G32 is narrowed.
- the pattern width of the narrowest part of the noise guard section G32 is about 0.5 mm.
- the inner diameter of the through hole H1 placed in the noise guard section G32 is about 0.3 mm, so the pattern width of the noise guard section G32 is larger than the inner diameter of the through hole H1.
- the noise guard section G32 is thin, it continuously surrounds the outer periphery of the power circuit 170 on the third layer 113, and is connected to the common ground pattern 100c (second conductive layer G2, fourth conductive layer G4) of the upper and lower layers by through holes H1, thereby reducing noise radiation from the power circuit 170 concentrated on the third layer 113 to the outside of the board.
- the pump device 1 of the first embodiment includes the motor 10 and the impeller 25 that is rotationally driven by the motor 10.
- the motor 10 includes a motor drive circuit board 19 on which a motor drive circuit 150 including a power system circuit 170 including switching elements Q1 to Q6 that output a drive current and a signal system circuit 160 including a motor control unit 161 (control element) that supplies a control signal to the switching elements Q1 to Q6 is provided on a multi-layer board 110.
- the ground pattern 100 for the power system circuit 170 and the ground pattern 100 for the signal system circuit 160 are integrated into a common ground pattern 100c.
- the multi-layer board 110 includes four layers, a first layer 111, a second layer 112, a third layer 113, and a fourth layer 114, which are stacked in this order.
- the common ground pattern 100c includes a second conductive layer G2 provided on the second layer 112, a third conductive layer G3 provided on the third layer 113, and a fourth conductive layer G4 provided on the fourth layer 114.
- the motor control unit 161 and the switching elements Q1 to Q6 are mounted on the first layer 111.
- the second conductive layer G2 is formed on the entire substrate on the second layer 112.
- the third layer 113 includes a third layer circuit 113C including a power circuit 170, and the third conductive layer G3 is formed so as to surround the entire periphery of the third layer circuit 113C.
- the fourth layer 114 includes a fourth layer circuit 114C including a power circuit 170, and the fourth conductive layer G4 is formed so as to surround the entire periphery of the fourth layer circuit 114C.
- the third conductive layer G3 includes a noise guard portion G32 extending along the periphery of the power circuit 170. The noise guard portion G32 is connected to the second conductive layer G2 and the fourth conductive layer G4 by a plurality of through holes H1 arranged so as to surround the power circuit 170.
- the multilayer board 110 is used as the motor drive circuit board 19, so that the motor drive circuit 150 can be mounted at a high density.
- the common ground pattern 100c can be provided continuously and integrally over a wide range.
- the common ground pattern 100c is provided over the entire board in the second layer 112 of the multilayer board 110, surrounds the third layer circuit 113C all around in the third layer 113, and is also provided over a wide range surrounding the fourth layer circuit 114C all around in the fourth layer 114. Therefore, noise radiation from the power system circuit 170 provided on each layer to the outside can be shielded.
- the outer periphery of the power system circuit 170 is surrounded by the noise guard part G32 so that there is no gap in the circumferential direction, and the power system circuit 170 is connected to the common ground pattern 100c of the upper and lower layers (the second layer 112 and the fourth layer 114) by the through hole H1 arranged to surround the power system circuit 170, so that noise radiation from the power system circuit 170 can be effectively suppressed. Therefore, it has excellent EMC performance.
- the noise radiation suppression effect is improved by the layout of the patterns on the board and the through holes H1 without adding any components, so costs can be kept down.
- a plurality of terminal holes 195 are arranged along the outer edge of the board in the first region 101 on one side of the center of the multilayer board 110.
- the power circuit 170 of the third layer 113 is arranged in the second region 102 on the opposite side of the center of the multilayer board 110 from the first region 101.
- the noise guard portion G32 extends along the outer edge of the board in the second region 102, and both ends of the noise guard portion G32 are connected to a portion of the third conductive layer G3 (third conductive layer main body G31) formed in the first region 101.
- a plurality of through holes H1 are arranged along the outer edge of the board in the second region 102.
- the common ground pattern 100c (third conductive layer body G31) can be provided over a wide area in the first region 101 of the third layer 113, and the power circuit 170 can be provided over a wide area in the second region 102.
- the power circuit 170 is provided over a wide area in the second region 102 (for example, when the power circuit 170 is concentrated on the third layer 113)
- the space on the outer periphery of the power circuit 170 becomes narrow, so the noise guard section G32 cannot be made wide.
- the noise guard section G32 is formed to completely surround the power circuit 170, and is connected to the common ground pattern 100c of the upper and lower layers by through holes H1, so that noise radiation to the outside can be suppressed.
- the motor drive circuit 150 has excellent EMC performance because it includes the noise countermeasure electronic element 180 in addition to the common ground pattern 100c.
- the noise countermeasure electronic element 180 includes an inductor 181, and the common ground pattern 100c is formed in an area of each layer of the multilayer substrate 110 excluding the area overlapping with the inductor 181. In this way, by arranging the pattern so that the inductor 181 and the common ground pattern 100c do not face each other, it is possible to suppress the generation of stray capacitance between the inductor 181 and the common ground pattern 100c.
- the noise countermeasure electronic element 180 includes a first capacitor C1 and a second capacitor C2.
- the first capacitor C1 and the second capacitor C2 connect the drive voltage line 135, to which the inductor 181 is connected in series, to the common ground pattern 100c at two points, on the power supply side and on the switching elements Q1 to Q6 side of the inductor 181.
- the inductor 181 and the two capacitors placed before and after it function as a ⁇ -type low-pass filter, making it possible to cut high-frequency noise from the power supply side.
- the noise countermeasure electronic element 180 includes a third capacitor C3 having a smaller capacitance than the first capacitor C1.
- the first capacitor C1 is disposed on the power supply side relative to the inductor 181, and the third capacitor C3 connects the drive voltage line 135 to the common ground pattern 100c on the power supply side relative to the first capacitor C1.
- the capacitances of the capacitors connected to the drive voltage line 135 are arranged in an order in which the capacitance increases from the power supply side toward the inductor 181 side.
- the third capacitor C3 allows the third capacitor C3 to reduce high-frequency noise (e.g., MHz-class noise) before noise that can be reduced by the first capacitor C1 (e.g., KHz-class noise) on the power supply side of the first capacitor C1.
- high-frequency noise e.g., MHz-class noise
- the first capacitor C1 e.g., KHz-class noise
- reducing high-frequency noise first reduces the overall noise, so this arrangement can enhance the noise reduction effect when noise comes from the power supply side.
- the noise countermeasure electronic element 180 includes a fourth capacitor C4 having a smaller capacity than the second capacitor C2.
- the second capacitor C2 is disposed on the switching elements Q1 to Q6 side with respect to the inductor 181, and the fourth capacitor C4 connects the drive voltage line 135 to the common ground pattern 100c on the switching elements Q1 to Q6 side with respect to the second capacitor C2.
- the capacitances of the capacitors connected to the drive voltage line 135 are arranged in an order in which the capacitance increases from the switching element side toward the inductor 181 side.
- the fourth capacitor C4 to reduce high-frequency noise (e.g., MHz-class noise) before noise that can be reduced by the second capacitor C2 (e.g., KHz-class noise) on the switching elements Q1 to Q6 side of the second capacitor C2.
- high-frequency noise e.g., MHz-class noise
- the second capacitor C2 e.g., KHz-class noise
- reducing high-frequency noise first reduces the overall noise, so this arrangement can enhance the noise reduction effect when noise comes from the switching elements Q1 to Q6 side.
- the outer edge of the multilayer board 110 is provided with a notch 197, which is a fixing portion where a fixing member (e.g., a screw) for fixing the multilayer board 110 is disposed, and a terminal hole 195, which is a terminal soldering portion where a terminal for external connection is soldered.
- a connector through hole H2 through which a connector pin is inserted and removed is provided.
- the motor drive circuit board 19 (multilayer board 110) fixed to the housing 6 of the motor 10 as shown in FIG. 3, a connector can be connected to the connector through hole H2 to write a program, etc., without removing the motor drive circuit board 19 from the housing 6.
- the fixing portion that fixes the motor drive circuit board 19 to the housing 6 may be a through hole instead of a notch shape.
- the fixing member may be a member other than a screw. For example, it may be a hook or a crimping portion that is integrally formed with the housing.
- Fig. 7 is a plan view of the first surface S1 and the second surface S2 of the motor drive circuit board 19A of the second embodiment.
- Fig. 8 is an explanatory diagram of a motor drive circuit 150 mounted on the motor drive circuit board 19A of the second embodiment.
- Fig. 9 is an explanatory diagram of a common ground pattern 100c formed on the motor drive circuit board 19A of the second embodiment. Since the basic configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are used for the common parts and their explanation will be omitted.
- the motor drive circuit board 19 in embodiment 1 was a multi-layer single-sided board
- the motor drive circuit board 19A in embodiment 2 is a double-sided mounted board.
- an inductor 181 is mounted on the third region 103 side of the first surface S1 of the motor drive circuit board 19A
- a motor control unit 161 is mounted at a position on the first region 101 side and on the fourth region 104 side with respect to the center O.
- switching elements Q1 to Q6 are mounted in the second region 102 on the second surface S2 of the motor drive circuit board 19A, which is the side opposite the first surface S1.
- the motor drive circuit 150A of the second embodiment differs from the first embodiment in that, in addition to the first capacitor C1 to the fourth capacitor C4, the motor drive circuit 150A of the second embodiment includes a fifth capacitor C5, which is an electrolytic capacitor, as the noise suppression electronic element 180.
- the fifth capacitor C5 is disposed between the second capacitor C2 and the fourth capacitor C4.
- the second capacitor C2, the fifth capacitor C5, and the fourth capacitor C4 are arranged in order of increasing capacitance from the switching element side toward the inductor 181 side.
- the motor drive circuit board 19A is a multi-layer board 110A and has six layers stacked in the order of a first layer 111, a second layer 112, a third layer 113, a fourth layer 114, a fifth layer 115, and a sixth layer 116.
- a conductive layer that functions as a common ground pattern 100c is formed in each layer.
- the common ground pattern 100c includes a first conductive layer G1 formed in the first layer 111, a second conductive layer G2 formed in the second layer 112, a third conductive layer G3 formed in the third layer 113, a fourth conductive layer G4 formed in the fourth layer 114, a fifth conductive layer G5 formed in the fifth layer 115, and a sixth conductive layer G6 formed in the sixth layer 116.
- the areas where these conductive layers are formed are shown as hatched areas.
- the motor drive circuit 150A includes a first layer circuit 111C provided on the first layer 111, a third layer circuit 113C provided on the third layer, a fourth layer circuit 114C provided on the fourth layer, and a sixth layer circuit 116C formed on the sixth layer.
- the first layer circuit 111C and the sixth layer circuit 116C each include a part of the signal system circuit 160 and a part of the power system circuit 170.
- the third layer circuit 113C and the fourth layer circuit 114C do not include the signal system circuit 160, but include a part of the power system circuit 170.
- the power system circuit 170 is mainly disposed in the second region 102 in each layer.
- the common ground pattern 100c is not formed in the portion that overlaps with the inductor 181 mounted on the first layer 111.
- each of the second conductive layer G2, the third conductive layer G3, the fourth conductive layer G4, the fifth conductive layer G5, and the sixth conductive layer G6 has a hollowed-out shape in the portion that overlaps with the inductor 181.
- the first conductive layer G1 is formed along the outer edge of the substrate in the first region 101, the fourth region 104, and the second region 102.
- the portion of the second region 102 that extends along the outer edge of the substrate is a noise guard portion G12 that surrounds the outer periphery of the power circuit 170.
- the second conductive layer G2 and the fifth conductive layer G5 are formed over the entire substrate, respectively.
- the third conductive layer G3 and the fourth conductive layer G4 are formed so as to surround the entire periphery of the power circuit 170 constituting the third layer circuit 113C and the fourth layer circuit 114C, respectively.
- the third conductive layer G3 includes a third conductive layer body G31 arranged on the first region 101 side, the third region 103 side, and the fourth region 104 side of the power circuit 170, and a noise guard portion G32 extending to surround the periphery of the power circuit 170 along the outer edge of the substrate of the second region 102.
- the fourth conductive layer G4 includes a noise guard portion G42 overlapping with the noise guard portion G32 of the third conductive layer G3.
- the noise guard portion G42 extends to surround the periphery of the power circuit 170 along the outer edge of the substrate of the second region 102 in the fourth layer 114.
- the multilayer substrate 110A of the second embodiment has a plurality of through holes H1 arranged along the outer edge of the substrate in the second region 102.
- the noise guard portion G32 of the third layer 113 and the noise guard portion G42 of the fourth layer 114 are electrically connected by the through holes H1.
- the noise guard portion G32 is electrically connected to the second conductive layer G2 by the through holes H1, and the noise guard portion G42 is electrically connected to the fifth conductive layer G5.
- the through holes H1 penetrate the regions in which the common ground pattern 100c is formed in each of the first layer 111, the second layer 112, the third layer 113, the fourth layer 114, the fifth layer 115, and the sixth layer 116.
- the multilayer substrate 110A includes six layers, which are the first layer 111, the second layer 112, the third layer 113, the fourth layer 114, the fifth layer 115, and the sixth layer 116, stacked in this order.
- the common ground pattern 100c includes the first conductive layer G1, the second conductive layer G2, the third conductive layer G3, and the fourth conductive layer, as in the first embodiment, and further includes a fifth conductive layer G5 provided on the fifth layer 115 and a sixth conductive layer G6 provided on the sixth layer 116.
- the fifth conductive layer G5 is formed over the entire substrate in the fifth layer 115.
- the sixth layer 116 includes a sixth layer circuit 116C including a power circuit 170, and the sixth conductive layer G6 is formed to surround the outer periphery of the sixth layer circuit 116C.
- the fifth conductive layer G5 and the sixth conductive layer G6 are connected to the second conductive layer G2, the third conductive layer G3, and the fourth conductive layer G4 by through holes H1.
- the multilayer board 110A of embodiment 2 has more layers than embodiment 1, and space for circuit placement can be secured on the sixth layer 116. Therefore, the motor drive circuit 150A can be mounted at high density, and the power circuit 170 can be provided in a wide area, making it possible to supply a large drive current. Furthermore, the common ground pattern 100c is provided over the entire board on the fifth layer 115, and surrounds the power circuit 170 all around on the fourth layer 114 and sixth layer 116, so that noise radiation from the power circuit 170 to the outside can be effectively shielded. Therefore, it is possible to suppress increases in costs while improving EMC performance.
- the power circuit 170 included in each of the third layer circuit 113C, the fourth layer circuit 114C, and the sixth layer circuit 116C is disposed in the second region 102 of the multilayer substrate 110.
- the noise guard portion G32 extends along the outer edge of the substrate in the second region 102, and both ends of the noise guard portion G32 are connected to the portion of the third conductive layer G3 (the third conductive layer main body G31) formed in the first region 101.
- the noise guard portion G42 of the fourth conductive layer G4 and the noise guard portion G62 of the sixth conductive layer G6 extend along the outer edge of the substrate in the second region 102 at positions overlapping with the noise guard portion G32.
- a plurality of through holes H1 are arranged along the outer edge of the substrate in the second region 102.
- the common ground pattern 100c can be provided over a wide area in the first region 101. Also, in the second region 102, since the space on the outer periphery side of the power circuit 170 is narrow, it is not possible to provide a wide common ground pattern 100c, but the common ground pattern 100c is formed to completely surround the power circuit 170, and is connected to the common ground patterns 100c on the upper and lower layers by through holes H1. Therefore, noise radiation to the outside can be effectively suppressed.
- Capacitor 160...signal circuit, 161...motor control unit, 165...neutral point, 170...power circuit, 180...electronic element for noise suppression, 181...inductor, 182...diode, 190...terminal hole, 191...first terminal hole, 192...second terminal hole, 193...third terminal hole, 194...fourth terminal hole, 195...terminal hole, 196...straight portion, 197...notch (screw fixing portion), 199...notch, 261...wing portion, 311...annular portion, 312...salient pole, 645...projection portion, 751...constant voltage terminal, 752...first signal terminal, 753...second signal terminal, 754...ground terminal, C1...first capacitor, C2...second capacitor, C3...third capacitor, C4...fourth capacitor, C5...fifth Capacitor, D31-D33...diode, G1...first conductive layer, G12...noise guard section, G2...second conductive layer, G3...third
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Compressor (AREA)
- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
- Structure Of Printed Boards (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
モータ駆動回路からのノイズ放射を抑制してEMC性能の向上を図り、コストアップを抑制する。 モータ駆動回路150が設けられた多層基板110において、第2層112には、共通グランドパターン100cである第2導電層G2が基板全域に形成される。第3層113には、パワー系回路170の外周を全周で囲むように共通グランドパターン100cである第3導電層G3が形成される。第4層114には、パワー系回路170の外周を全周で囲むように共通グランドパターン100cである第4導電層G4が形成される。第3導電層G3は、パワー系回路170の外周に沿って基板外縁に延びるノイズガード部G32を備える。ノイズガード部G32は、パワー系回路170を囲むように基板外縁に配列された複数のスルーホールH1により第2導電層G2および第4導電層G4に接続される。
Description
本発明は、モータ駆動用回路基板、モータおよびポンプ装置に関する。
モータの駆動回路は、制御素子を含む信号系回路と、駆動電流を出力するスイッチング素子を含むパワー系回路とを備えている。モータの駆動回路を実装する基板において、信号系回路とパワー系回路とを1枚の基板に搭載する場合は、基板上において高密度に回路を実装することが求められる。そのため、回路を構成する配線パターンおよびグランドパターンが設けられた複数の層を絶縁層を介して積層した多層基板が用いられる。特許文献1には、この種の多層基板が記載される。
近年、モータの駆動回路を実装する基板に対しては、EMC(Electromagnetic Compatibility;電磁両立性)が求められる。EMCとは、EMI(Electromagnetic Interference;エミッション、電磁エネルギーが放出する現象)とEMS(Electromagnetic Susceptibility;イミュニティ、外部からの電磁エネルギーによって性能低下や誤動作を起こさずに動作できる能力)との両立のことである。
モータ駆動用回路基板のEMC対策、特に、EMI(エミッション)対策として、モータの駆動回路にコモンモードコイルを追加することが提案されている。しかしながら、新たな部品の追加によりコストアップとなってしまう。
特許文献1では、EMI対策として、多層基板の基板端部から外部へのノイズ放射を低減させるため、基板端部を覆う導電性のシールドを形成する。シールドは、信号層、電源層、絶縁層を挟み込むように配置されたグランド層の端部を接続する。
しかしながら、特許文献1では、回路のパターンが形成される層とグランド層を完全に別の層に分けてグランド層の端部を接続するようにシールドを形成するため、多層基板の層数が増大する上、従来の製造工程にはない工程が必要となる。従って、従来の多層基板に対してコストアップとなってしまう。さらに、駆動回路には信号系回路とパワー系回路とが含まれており、ノイズ放射は大きな電流が流れるパワー系回路から多く放射されるが、特許文献1では多層基板内の信号系回路とパワー系回路の配置を考慮していない。従って、シールドの配置が効率的とはいえず、この点もコストアップ要因となっている。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、信号系回路とパワー系回路とを1枚の基板に搭載したモータ駆動用回路基板において、EMC性能の向上を図り、且つ、コストアップを抑制することにある。
上記課題を解決するために、本発明は、駆動電流を出力するスイッチング素子を備えるパワー系回路と、前記スイッチング素子に信号を供給する制御素子を備える信号系回路を含むモータ駆動回路が多層基板に設けられたモータ駆動用回路基板において、前記多層基板では、前記パワー系回路に対するグランドパターン、および前記信号系回路に対するグランドパターンが一体の共通グランドパターンとして構成され、前記多層基板は、第1層、第2層、第3層、および第4層の順で重なる4層を含み、前記共通グランドパターンは、前記第2層に設けられた第2導電層、前記第3層に設けられた第3導電層、および前記第4層に設けられた第4導電層を含み、前記第1層には、少なくとも前記制御素子が実装され、前記第2層には、前記第2導電層が基板全域に形成され、前記第3層には、前記パワー系回路を含む第3層回路が形成され、且つ、前記第3導電層が前記第3層回路の外周を全周で囲むように形成され、前記第4層には、前記パワー系回路を含む第4層回路が形成され、且つ、前記第4導電層が前記第4層回路の外周を全周で囲むように形成され、前記第3導電層は、前記パワー系回路の外周に沿って延びるノイズガード部を備え、前記ノイズガード部は、前記パワー系回路を囲むように配列された複数のスルーホールにより前記第2導電層および前記第4導電層に接続されることを特徴とする。
本発明では、多層基板に高密度にモータ駆動回路を実装できる。また、信号系回路およびパワー系回路に対するグランドパターンが一体化された共通グランドパターンを形成するので、広い範囲に連続して一体に共通グランドパターンを設けることができる。共通グランドパターンは、多層基板の第2層では基板全域に設けられ、第3層では第3層回路を全周で囲んでおり、第4層でも第4層回路を全周で囲む広い範囲に設けられている。従って、各層に設けた回路から外部へのノイズ放射を遮蔽できる。特に、第3層では、パワー系回路の外周を共通グランドパターン(ノイズガード部)により周方向の隙間ができないように囲んだ上、パワー系回路を囲むように配置したスルーホールによって上下の層(第2層、第4層)の共通グランドパターンに接続したので、パワー系回路からのノイズ放射を効果的に抑制できる。従って、EMC性能に優れている。また、部品を追加せずに基板上のパターンおよびスルーホールのレイアウトによりノイズ放射の抑制効果を高めているので、コストアップを抑制できる。
本発明において、前記多層基板の中心に対して一方側の第1領域には、外部接続用の端子が嵌まる複数の端子穴が基板外縁に沿って配列され、前記第3層回路における前記パワー系回路は、前記多層基板の中心に対して前記第1領域とは反対側の第2領域に配置され、前記ノイズガード部は、前記第2領域の基板外縁に沿って延びており、且つ、前記ノイズガード部の両端は、前記第1領域に形成される前記第3導電層の部分に接続され、前記複数のスルーホールは、前記第2領域の基板外縁に沿って配列されることが好ましい。このようにすると、第1領域には広い範囲に共通グランドパターンを設けることができる。また、第2領域ではパワー系回路の外周側のスペースは狭いため、幅広の共通グランドパターンを設けることはできないものの、パワー系回路を囲うように共通グランドパターンを形成でき、且つ、スルーホールにより上下の層の共通グランドパターンと接続できる。従って、外部へのノイズ放射を効果的に抑制できる。
本発明において、前記多層基板は、前記第1層、前記第2層、前記第3層、前記第4層、第5層、および第6層の順で重なる6層を含み、前記共通グランドパターンは、前記第5層に設けられた第5導電層、および前記第6層に設けられた第6導電層を含み、前記第5層には、前記第5導電層が基板全域に形成され、前記第6層には、前記パワー系回路を含む第6層回路が形成され、且つ、前記第6導電層が前記第6層回路の外周を全周で囲むように形成され、前記第5導電層および前記第6導電層は、前記スルーホールにより前記第2導電層、前記第3導電層、および前記第4導電層に接続されることが好ましい。このようにすると、第6層に回路の配置スペースを確保できるので、パワー系回路を広い領域に設けることができる。従って、大きな駆動電流を供給できる。また、共通グランドパターンは、第5層では基板全域に設けられ、第6層では第6層回路を全周で囲んでいるので、パワー系回路から外部へのノイズ放射をグランドパターンにより効果的に遮蔽できる。従って、EMC性能を向上させながら、コストアップを抑制できる。
本発明において、前記多層基板の中心に対して一方側の第1領域には、外部接続用の端子が嵌まる複数の端子穴が基板外縁に沿って配列され、前記第3層回路、前記第4層回路、および前記第6層回路のそれぞれにおける前記パワー系回路は、前記多層基板の中心に対して前記第1領域とは反対側の第2領域に配置され、前記第3層では、前記ノイズガード部が前記第2領域の基板外縁に沿って延びており、且つ、前記ノイズガード部の両端は、前記第1領域に形成される前記第3導電層の部分に接続され、前記第4層では、前記ノイズガード部と重なる前記第4導電層の部分が前記第2領域の基板外縁に沿って延びており、前記第6層では、前記ノイズガード部と重なる前記第6導電層の部分が前記第2領域の基板外縁に沿って延びており、前記複数のスルーホールは、前記第2領域の基板外縁に沿って配列されることが好ましい。このようにすると、回路が形成される各層において、第1領域には広い範囲に共通グランドパターンを設けることができる。また、第2領域ではパワー系回路の外周側のスペースは狭いため、幅広の共通グランドパターンを設けることはできないものの、パワー系回路を囲うように共通グランドパターンを形成でき、且つ、スルーホールにより上下の層の共通グランドパターンと接続できる。従って、外部へのノイズ放射を効果的に抑制できる。
本発明において、前記モータ駆動回路は、ノイズ対策用電子素子を備え、前記ノイズ対策用電子素子は、インダクタを含み、前記共通グランドパターンは、前記多層基板の各層において前記インダクタと重なる領域を除いた領域に形成されることが好ましい。このようにすると、インダクタと共通グランドパターンとの間に浮遊容量が発生することを抑制できる。従って、インダクタに電流が流れることによる磁力線の発生を抑制できるので、磁力線がモータ駆動回路を構成する導体を通過することによる渦電流を抑制でき、渦電流による回路動作の不具合やノイズを抑制できる。
本発明において、前記ノイズ対策用電子素子は、第1コンデンサおよび第2コンデンサを含み、前記第1コンデンサおよび第2コンデンサは、前記インダクタが直列に接続される駆動電圧線を前記インダクタに対して電源側および前記スイッチング素子側の2箇所で前記共通グランドパターンに接続することが好ましい。このようにすると、インダクタおよびその前後に配置した2個のコンデンサがπ型のローパスフィルタとして機能するので、電源側からの高周波ノイズをカットすることができる。
本発明において、前記ノイズ対策用電子素子は、前記第1コンデンサよりも容量が小さい第3コンデンサを含み、前記第1コンデンサは、前記インダクタに対して前記電源側に配置され、前記第3コンデンサは、前記第1コンデンサに対して前記電源側で前記駆動電圧線を前記共通グランドパターンに接続することが好ましい。このようにすると、第1コンデンサよりも電源側において、第1コンデンサで低減できるノイズ(例えば、KHz級のノイズ)よりも高周波のノイズ(例えば、MHz級のノイズ)を第3コンデンサによって先に低減させることができる。一般的に、高周波ノイズを先に低減させた方がノイズ全体を低減させることができるので、このような配置により、電源側からノイズが出た場合のノイズ低減効果を高めることができる。
本発明において、前記ノイズ対策用電子素子は、前記第2コンデンサよりも容量が小さい第4コンデンサを含み、前記第2コンデンサは、前記インダクタに対して前記スイッチング素子側に配置され、前記第4コンデンサは、前記第2コンデンサに対して前記スイッチング素子側で前記駆動電圧線を前記共通グランドパターンに接続することが好ましい。このようにすると、第2コンデンサよりもスイッチング素子側において、第2コンデンサで低減できるノイズ(例えば、KHz級のノイズ)よりも高周波のノイズ(例えば、MHz級のノイズ)を第4コンデンサによって先に低減させることができる。一般的に、高周波ノイズを先に低減させた方がノイズ全体を低減させることができるので、このような配置により、スイッチング素子側からノイズが出た場合のノイズ低減効果を高めることができる。
本発明において、前記多層基板の外縁には、前記多層基板を固定するための固定部材が配置される固定部、および、外部接続用の端子が半田付けされる端子半田付け部が設けられ、前記多層基板の外縁において前記固定部と前記端子半田付け部との間には、コネクタピンが挿抜されるコネクタ用スルーホールが設けられていることが好ましい。このように、スルーホールをコネクタピン挿抜用の孔として使用すれば、基板の表側および裏側のどちらの面からでもコネクタを接続することができる。従って、多層基板をモータのハウジングに固定した状態で、基板にコネクタを接続してプログラムの書き込みなどを行うことができる。また、端子に半田付けされる箇所とハウジングにねじ止めされる箇所(すなわち、基板が固定される箇所)の間にコネクタ用スルーホールを設けることにより、コネクタ挿抜時に基板の変形を抑制できる。したがって、半田に加わる応力を緩和できるので、半田クラックの発生を抑制でき、導通不良を抑制できる。
次に、本発明を適用したモータ駆動用回路基板をモータに用いる場合、モータは、上記のモータ駆動用回路基板と、前記モータ駆動用回路基板から出力される駆動電流が供給されるコイルと、を有することを特徴とする。
次に、本発明を適用したモータをポンプ装置に用いる場合、ポンプ装置は、上記のモータによって回転駆動されるインペラを有することを特徴とする。
本発明では、多層基板に高密度にモータ駆動回路を実装できる。また、信号系回路およびパワー系回路に対するグランドパターンが一体化された共通グランドパターンを形成するので、広い範囲に連続して一体に共通グランドパターンを設けることができる。共通グランドパターンは、多層基板の第2層では基板全域に設けられ、第3層では第3層回路を全周で囲んでおり、第4層でも第4層回路を全周で囲む広い範囲に設けられている。従って、各層に設けた回路から外部へのノイズ放射を遮蔽できる。特に、第3層では、パワー系回路の外周を共通グランドパターン(ノイズガード部)により周方向の隙間ができないように囲んだ上、パワー系回路を囲むように配置したスルーホールによって上下の層(第2層、第4層)の共通グランドパターンに接続したので、パワー系回路からのノイズ放射を効果的に抑制できる。従って、EMC性能に優れている。また、部品を追加せずに基板上のパターンおよびスルーホールのレイアウトによりノイズ放射の抑制効果を高めているので、コストアップを抑制できる。
以下、図面を参照して、本発明を適用したモータ駆動用回路基板、モータおよびポンプ装置の実施形態を説明する。以下の説明において、軸線方向とは、モータの回転軸線Lが延在している方向を意味し、径方向の内側および径方向の外側における径方向とは、回転軸線Lを中心とする半径方向を意味し、周方向とは、回転軸線Lを中心とする回転方向を意味する。また、回転軸線Lに沿う方向を軸線方向とするとき、軸線方向の一方側をL1とし、軸線方向の他方側をL2とする。
[実施形態1]
(ポンプ装置の全体構成)
図1は、本発明を適用したモータ10を備えるポンプ装置1の斜視図である。図2は、図1に示すポンプ装置1の断面図である。図1および図2において、ポンプ装置1は、吸入管21および吐出管22を備えるケース2と、ケース2に対して軸線方向の一方側L1に配置されるモータ10と、ケース2の内部のポンプ室20に配置されるインペラ25を有する。インペラ25は、モータ10によって回転軸線L周りに回転駆動される。
(ポンプ装置の全体構成)
図1は、本発明を適用したモータ10を備えるポンプ装置1の斜視図である。図2は、図1に示すポンプ装置1の断面図である。図1および図2において、ポンプ装置1は、吸入管21および吐出管22を備えるケース2と、ケース2に対して軸線方向の一方側L1に配置されるモータ10と、ケース2の内部のポンプ室20に配置されるインペラ25を有する。インペラ25は、モータ10によって回転軸線L周りに回転駆動される。
図2に示すように、ポンプ室20は、ケース2とハウジング6との間に設けられている。ケース2は、ポンプ室20の軸線方向の他方側L2の壁面23、および周方向に延在する側壁29を備える。モータ10は、円筒状のステータ3と、ステータ3の内側に配置されるロータ4と、ステータ3を覆う樹脂製のハウジング6と、ロータ4を回転可能に支持する支軸5を備える。
モータ10において、ステータ3は、ステータコア31と、ステータコア31に保持されるインシュレータ32、33と、ステータコア31にインシュレータ32、33を介して巻回されるコイル35とを有する。ステータコア31は、回転軸線Lを中心とする円環部311と、円環部311から径方向の内側へ突出する複数の突極312を備える。インシュレータ32、33は各々、ステータコア31に対して軸線方向の両側から重なり、複数の突極312の各々に被さっている。コイル35は、インシュレータ32、33を介して突極312に巻回される。モータ10は3相モータである。
ロータ4は、軸線方向に延在する円筒部40を備えており、円筒部40の外周面には、ステータ3に径方向の内側で対向するように円筒状の磁石47が保持される。円筒部40の軸線方向の他方側L2の端部には、円板状のフランジ部45が形成され、フランジ部45には、軸線方向の他方側L2から円板26が連結される。円板26のフランジ部45と対向する面には、複数の羽根部261が等角度間隔に形成されており、円板26は、羽根部261を介してフランジ部45に固定される。従って、フランジ部45と円板26とによって、ロータ4の円筒部40に接続されたインペラ25が構成される。
ロータ4において、円筒部40の径方向の内側には円筒状のラジアル軸受11が保持される。ロータ4は、ラジアル軸受11を介して支軸5に回転可能に支持される。支軸5の軸線方向の一方側L1の端部は、ハウジング6の底壁63に回転不能に保持される。ケース2は、ポンプ室20の径方向の中央に配置される筒部28と、筒部28を支持する支持部27とを備えており、支軸5の軸線方向の他方側L2の端部は、ケース2の筒部28にスラスト軸受12を介して支持される。
ハウジング6は、ステータ3を径方向の両側(すなわち、内周側および外周側)、および軸線方向の両側から覆う樹脂封止部材60である。従って、ハウジング6は、ポンプ室20の壁面の一部を構成する第1隔壁部61と、ステータ3と磁石47との間に介在する第2隔壁部62と、ステータ3を径方向の外側から覆う円筒状の胴部66とを備える。
(モータ駆動用回路基板)
図3は、図1に示すポンプ装置1からカバー18を外した状態を示す分解斜視図である。なお、図3は、図1および図2に対して軸線方向を上下反転してあり、軸線方向の一方側L1を図面の上側とする。
図3は、図1に示すポンプ装置1からカバー18を外した状態を示す分解斜視図である。なお、図3は、図1および図2に対して軸線方向を上下反転してあり、軸線方向の一方側L1を図面の上側とする。
図2および図3に示すように、ハウジング6の軸線方向の一方側L1の端部64には、軸線方向の一方側L1からカバー18が固定される。カバー18とハウジング6の底壁63との間には、コイル35に対する給電を制御する回路等が設けられたモータ駆動用回路基板19が配置される。モータ駆動用回路基板19の外周縁には、直線状に切り欠いた直線部196が設けられており、直線部196の周方向の両側には、ハウジング6に対して固定される固定部となる2箇所の切り欠き197が設けられている。モータ駆動用回路基板19は、2箇所の切り欠き197(固定部)を貫通するタッピングねじからなるねじ91によってハウジング6に固定される。また、モータ駆動用回路基板19は、直線部196に対して径方向で反対側に設けられた3箇所の切り欠き199にハウジング6の突部645を嵌合させることにより周方向で位置決めされる。
モータ駆動用回路基板19には、ステータ3からハウジング6の底壁63を貫通して軸線方向の一方側L1に突出した金属製の巻線端子71が嵌った状態でハンダ付けされた複数の端子穴190が設けられている。端子穴190は、モータ駆動用回路基板19の外周縁において直線部196に対して径方向で反対側の領域に設けられている。実施形態1では、計4つの巻線端子71が4つの端子穴190から突出している。4つの巻線端子71のうち、3つの巻線端子71の各々には、直列に接続された3つのコイル35を構成する巻線の一方の端部が接続されている。残りの1つの巻線端子71は、コモン(C)の端子であり、巻線の他方の端部が電気的に接続されている。
モータ駆動用回路基板19には、ハウジング6に保持された金属製のコネクタ端子75が嵌った状態でハンダ付けされた複数の端子穴195が設けられている。端子穴195は、モータ駆動用回路基板19の直線部196に沿って一列に並ぶ。モータ駆動用回路基板19には、モータ駆動回路150(図4参照)を巻線端子71およびコネクタ端子75と電気的に接続する配線等が形成される。
ハウジング6には、外周側へ突出する筒状のコネクタハウジング69が形成されており、コネクタハウジング69の内側にコネクタ端子75の端部が位置する。従って、コネクタハウジング69にコネクタを連結して信号等を供給すると、かかる信号がコネクタ端子75を介してモータ駆動回路150に入力され、モータ駆動回路150で生成された駆動電流が巻線端子71を介して各コイル35に供給される。その結果、ロータ4が回転軸線L周りに回転する。これにより、ポンプ室20内でインペラ25が回転してポンプ室20の内部が負圧となるため、流体は吸入管21からポンプ室20に吸い込まれて、吐出管22から吐出される。
(モータ駆動回路)
図4は、実施形態1のモータ駆動用回路基板19に実装されるモータ駆動回路150の説明図である。図4には、モータ駆動回路150の概略構成を示す。上記のように、モータ10は3相モータである。以下の説明において、3相のコイル35には、各相を示すU、V、Wを付して説明することがあるが、相を特定する必要がない場合、各相を示すU、V、Wを付さずに、コイル35として説明する。
図4は、実施形態1のモータ駆動用回路基板19に実装されるモータ駆動回路150の説明図である。図4には、モータ駆動回路150の概略構成を示す。上記のように、モータ10は3相モータである。以下の説明において、3相のコイル35には、各相を示すU、V、Wを付して説明することがあるが、相を特定する必要がない場合、各相を示すU、V、Wを付さずに、コイル35として説明する。
モータ駆動用回路基板19は、図4に示すモータ駆動回路150を多層基板110(図5、図6参照)に実装したものである。図4に示すように、モータ駆動回路150は、モータ10の回転をPWM信号により制御するモータ制御部161を含む信号系回路160と、モータ制御部161からの出力信号に基づいて3相のコイル35に駆動電流を供給するインバータを含むパワー系回路170と、駆動電圧をパワー系回路170に供給する駆動電圧線135と、3相のコイル35U、35V、35Wの中性点165に接続されるコモン線140とを備える。駆動電圧線135は、モータ制御部161およびパワー系回路170に定格12Vの電圧を供給する。
また、モータ駆動回路150は、外部機器からのPWM信号をモータ制御部161に入力するための制御信号線133と、モータ10の回転数に応じた回転数信号を外部機器に伝達するためのFG出力線134とを備える。
モータ駆動用回路基板19は、以下に説明する定電圧用端子751、第1信号端子752、第2信号端子753、およびグランド端子754からなる4つのコネクタ端子75を備える。定電圧用端子751は駆動電圧線135に電気的に接続され、第1信号端子752は制御信号線133に電気的に接続され、第2信号端子753はFG出力線134に電気的に接続される。グランド端子754は、モータ駆動用回路基板19のグランドパターン100に電気的に接続される。
駆動電圧線135は、第1線136と第2線137に分岐し、第1線136および第2線137を介してモータ制御部161に電力を供給する。第2線137は、抵抗R32を介してモータ制御部161と電気的に接続する。駆動電圧線135とグランドパターン100との間では、コンデンサ122、123が直列に電気的に接続する。コンデンサ122、123の間には、コモン線140が電気的に接続する。コンデンサ123とグランドパターン100との間には、グランド電位が印加されるグランド端子754が電気的に接続する。
モータ駆動回路150は、コンデンサ122、123の後段において駆動電圧線135に電気的に接続されるノイズ対策用電子素子180を複数備える。実施形態1のノイズ対策用電子素子180は、駆動電圧線135に直列に接続されるインダクタ181と、インダクタ181の前段において駆動電圧線135とグランドパターン100との間に電気的に接続されるダイオード182と、インダクタ181の前段および後段において駆動電圧線135とグランドパターン100との間に電気的に接続される複数のコンデンサを含む。実施形態1では、電解コンデンサである第1コンデンサC1および第2コンデンサC2と、第3コンデンサC3および第4コンデンサC4の4つのコンデンサを含む。ダイオード182は、サージ電圧からモータ駆動回路150内の素子を保護する。
なお、ノイズ対策用電子素子180は、これらの素子に限定されるものではなく、他の素子を用いてもよい。例えば、フェライトビーズを用いることもできる。また、コンデンサの数および配置を変更することもできる。
インダクタ181は、例えば、チョークコイルである。第1コンデンサC1は、インダクタ181の直前に配置される。第2コンデンサC2はインダクタ181の直後に配置される。インダクタ181、第1コンデンサC1、および第2コンデンサC2の3つの素子は、π型のローパスフィルタとして機能する。第1コンデンサC1の前段にはダイオード182が配置され、ダイオード182の前段に第3コンデンサC3が配置される。第3コンデンサC3は、第1コンデンサC1よりも容量が小さい。第4コンデンサC4は、第2コンデンサC2の後段に配置される。第4コンデンサC4は、第2コンデンサC2よりも容量が小さい。さらに、第4コンデンサC4の後段では、第1線136とグランドパターン100との間に電解コンデンサであるコンデンサ128が電気的に接続される。
制御信号線133は、外部機器からのPWM信号をモータ制御部161に伝達する。制御信号線133には、抵抗R3が直列に電気的に接続される。制御信号線133のうち、抵抗R3とモータ制御部161との間はコンデンサ124を介してグランドパターン100に電気的に接続される。制御信号線133のうち、第1信号端子752と抵抗R3との間をコンデンサ126を介してグランドパターン100に電気的に接続する場合があり、この場合、コンデンサ126の接続位置と抵抗R3との間は、第3線138を介して第1線136に電気的に接続される。第3線138には抵抗R2が直列に電気的に接続される。
FG出力線134は、モータ制御部161から出力されたモータ10の回転数信号を外部機器に伝達する。FG出力線134には、コンデンサ125、抵抗R1、およびNOTゲートQ7が接続されている。コンデンサ125は、FG出力線134とグランドパターン100との間に電気的に接続される。抵抗R1は、コンデンサ125の接続位置とモータ制御部161との間において、FG出力線134に直列に電気的に接続される。NOTゲートQ7は、抵抗R1とモータ制御部161との間において、FG出力線134に直列に電気的に接続される。
モータ制御部161は、モータ駆動用回路基板19に実装されたICチップ等の制御素子からなる。モータ制御部161は、外部機器から入力されるPWM信号に基づいて、パワー系回路170を制御するための出力信号を出力する。また、モータ制御部161は、ロータ4の回転数に応じた回転数信号を外部機器に出力する。外部機器は、回転数信号に基づいて、モータ10を所望の回転数にするために、PWM信号をモータ制御部161に出力する。
パワー系回路170は、U相のコイル用のスイッチング素子Q1、Q2と、V相のコイル用のスイッチング素子Q3、Q4と、W相のコイル用のスイッチング素子Q5、Q6とを備える。スイッチング素子Q1~Q6には、例えば、MOS型FETが使用される。スイッチング素子Q1、Q3、Q5のドレインは、駆動電圧線135と接続し、スイッチング素子Q2、Q4、Q6のソースは、シャント抵抗Rsを介してグランドパターン100と接続する。シャント抵抗Rsの両端は、出力線131、132を介してモータ制御部161に接続される。出力線131、132には、抵抗R33、R34が直列に電気的に接続される。
スイッチング素子Q1のソースとスイッチング素子Q2のドレインとにはコンデンサ151が接続され、スイッチング素子Q3のソースとスイッチング素子Q4のドレインとにはコンデンサ152が接続され、スイッチング素子Q5のソースとスイッチング素子Q6のドレインとにはコンデンサ153が接続される。コンデンサ151~153は、ブートストラップ回路の充放電用コンデンサとなる。コンデンサ151~153とモータ制御部161との間には、ブートストラップ用のダイオードD31~D33がそれぞれ接続される。ダイオードD31~D33は、抵抗R31を介して、モータ制御部161と接続する。
各スイッチング素子Q1~Q6のゲートとソースとの間には、抵抗R11~R16がそれぞれ接続されている。各スイッチング素子Q1~Q6のゲートとモータ制御部161との間には、抵抗R21~R26がそれぞれ接続されている。各スイッチング素子Q1~Q6のドレインとソースとの間には、フィルタ141~146がそれぞれ接続されている。フィルタ141~146は、直列接続された抵抗とコンデンサとから構成される。
かかるパワー系回路170において、スイッチング素子Q1~Q6は、モータ制御部161が出力した出力信号に基づいてスイッチングし、3相交流の駆動電流をコイル35に供給する。
(多層基板)
図5は、実施形態1のモータ駆動用回路基板19の平面図である。図6は、実施形態1のモータ駆動用回路基板19に形成される共通グランドパターン100cの説明図である。モータ駆動用回路基板19は、複数の層を有する多層基板110である。多層基板110では、基板本体に積層された複数の絶縁層によって、配線や電極等の導電層が配置される複数の層が構成され、異なる層に形成された導電層は、絶縁層を貫通するコンタクトホールによって電気的に接続される。配線や電極等の導電層は銅層からなる。
図5は、実施形態1のモータ駆動用回路基板19の平面図である。図6は、実施形態1のモータ駆動用回路基板19に形成される共通グランドパターン100cの説明図である。モータ駆動用回路基板19は、複数の層を有する多層基板110である。多層基板110では、基板本体に積層された複数の絶縁層によって、配線や電極等の導電層が配置される複数の層が構成され、異なる層に形成された導電層は、絶縁層を貫通するコンタクトホールによって電気的に接続される。配線や電極等の導電層は銅層からなる。
図5に示すように、多層基板110の中心Oに対して一方側の第1領域101には、コネクタ端子75が嵌る複数の端子穴195が設けられている。複数の端子穴195は、基板外縁の直線部196に沿って一列に配列される。複数の端子穴195は、コネクタ端子75のうち、図4に示す定電圧用端子751、第1信号端子752、第2信号端子753、およびグランド端子754が各々嵌る第1端子穴191、第2端子穴192、第3端子穴193、および第4端子穴194を含む。従って、複数の端子穴195のうち、両端に位置する2つ(第1端子穴191および第4端子穴194)は定電圧に対応する。定電圧に対応する第1端子穴191および第4端子穴194から延在する配線は、シールド配線として利用することができる。
図5に示すように、多層基板110の中心Oに対して第1領域101とは反対側の第2領域102には、スイッチング素子Q1~Q6が実装される。第1領域101、中心O、および第2領域102を通って直線的に延在する仮想線Pに対して交差する方向の両側に位置する2つの領域を第3領域103および第4領域104とするとき、中心Oに対して第3領域103の側の位置には、モータ制御部161が配置される。また、第4領域104にはインダクタ181が配置される。インダクタ181は、定電圧に対応する端子穴195(第1端子穴191、または第4端子穴194)の近くに配置することによって、EMC性能を特に向上することができる。
ここで、図4に示すように、モータ制御部161を含む回路を比較的低電圧の信号系回路160とし、駆動電流を出力するスイッチング素子Q1~Q6を含む回路を比較的高電圧のパワー系回路170としたとき、図6に示すように、グランドパターン100には、信号系回路160およびパワー系回路170の双方に電気的に接続する共通グランドパターン100cが含まれている。共通グランドパターン100cは、信号系回路160のグランドパターン100としての機能と、パワー系回路170に対するグランドパターン100としての機能の双方を担っている。
多層基板110は、図6に示す第1層111、第2層112、第3層113、第4層114の4つの層を備える。多層基板110の4つの層のうち、最も上層側の第1層111には、図4に示すモータ駆動回路150を構成する電気素子が実装されるランド等(図示せず)が形成される。第1層111、第2層112、第3層113、第4層114には、それぞれ、共通グランドパターン100cとして機能する導電層が形成される。共通グランドパターン100cは、第1層111に形成される第1導電層G1、第2層112に形成される第2導電層G2、第3層113に形成される第3導電層G3、第4層114に形成される第4導電層G4を含む。図6では、これらの導電層が形成される領域をハッチングを付した領域として表示する。
図4に示すモータ駆動回路150は、図6に示すように、第1層111に設けられた第1層回路111C、第3層に設けられた第3層回路113C、および第4層に設けられた第4層回路114Cを含む。ここで、図6に示す各層の回路および導電層の形状は、回路を構成する電気素子や配線、導電層などのおおよその配置領域を示すものであって、細かな配線やコンタクトホールなどは図示を省略している。例えば、第1層回路111Cから基板外縁の端子穴195まで延びる配線の配置領域は図示を省略している。導電層はコンタクトホールの周りや配線の周りには形成されない。
第1層回路111C、第3層回路113C、および第4層回路114Cは、それぞれ、信号系回路160の一部、および、パワー系回路170の一部を含む。図6に示すように、第1層回路111Cは、基板中央領域を中心に配置される信号系回路160、および、第2領域102を中心として第3領域103および第4領域104まで拡がる領域に配置されるパワー系回路170を含む。第1導電層G1は第1領域101を中心に形成され、第3領域103および第4領域104の一部に拡がる。
第2層112では、第2導電層G2が基板全域に形成されており、基板外縁まで第2導電層G2が広がる。第3層113では、第3層回路113Cの外周を全周で囲むように第3導電層G3が形成される。また、第4層114においても、第4層回路114Cの外周を全周で囲むように第4導電層G4が形成される。
図6に示すように、第3層回路113Cは、基板中央領域に配置される信号系回路160、および、第2領域102を中心として第3領域103および第4領域104まで拡がる領域に配置されるパワー系回路170を含む。パワー系回路170は基板外縁の近くまで拡がっており、巻線端子71が半田付けされる4箇所の端子穴190の位置まで拡がる。第3導電層G3は、第1領域101、第3領域103、および第4領域104の側から第3層回路113Cを囲むように形成される第3導電層本体G31と、第2領域102の基板外縁に沿ってパワー系回路170の外周を囲むように延びるノイズガード部G32を備える。ノイズガード部G32は円弧状に延びており、周方向の両端は、第3領域103および第4領域104まで延びて第3導電層本体G31に繋がる。
第4層回路114Cは、基板中央領域に配置される信号系回路160、および、第2領域102に配置されるパワー系回路170を含む。第4層回路114Cの配置領域は、全体として第3層回路113Cの配置領域よりも狭い。第4導電層G4は、第2領域102の基板外縁に沿って延びて第3導電層G3のノイズガード部G32と重なる部分を含む。
なお、第3層回路113Cおよび第4層回路114Cの一方もしくは両方は、信号系回路160を含まず、パワー系回路170を含む構成することもできる。
共通グランドパターン100cは、多層基板110の各層において、第1層111に実装されたインダクタ181と重なる部分には形成されない。図6に示すように、第2導電層G2、第3導電層G3、および第4導電層G4の各層は、インダクタ181と重なる部分をくりぬいた形状をしている。
図5、図6に示すように、多層基板110には、第2領域102の基板外縁に沿って配列される複数のスルーホールH1が設けられている。また、多層基板110には、第3領域103に配置される切り欠き197(ハウジング6に対する固定部)と端子穴195との間において基板外縁に沿って配列される複数のコネクタ用スルーホールH2が設けられている。第2領域102の基板外縁に設けられたスルーホールH1は、第3層回路113Cのパワー系回路170の外周を囲むように配置される。スルーホールH1は、第3導電層G3のノイズガード部G32の領域内に形成されている。ノイズガード部G32と第2導電層G2および第4導電層G4は、スルーホールH1によって電気的に接続されている。
実施形態1では、パワー系回路170の多くを、広範囲に共通グランドパターン100cが設けられた2層(第2層112および第4層114)の間の層(第3層113)に集約させている。そのため、第3層回路113Cではパワー系回路170の配置領域を基板外縁の近くまで拡げることにより、パワー系回路170の配置面積を確保している。その結果、ノイズガード部G32を形成するスペースが狭くなっている。ノイズガード部G32は、最も細い部分のパターン幅が0.5mm程度である。ノイズガード部G32に配置されるスルーホールH1の内径は、0.3mm程度であるから、ノイズガード部G32のパターン幅は、スルーホールH1の内径よりも大きい。ノイズガード部G32が細くても、第3層113のパワー系回路170の外周を連続して囲い、且つ、スルーホールH1によって上下の層の共通グランドパターン100c(第2導電層G2、第4導電層G4)と繋げたことにより、第3層113に集約したパワー系回路170から基板外部へのノイズ放射を低減させることができる。
(実施形態1の主な効果)
以上説明したように、実施形態1のポンプ装置1は、モータ10と、モータ10によって回転駆動されるインペラ25を備える。モータ10は、駆動電流を出力するスイッチング素子Q1~Q6を備えるパワー系回路170と、スイッチング素子Q1~Q6に制御信号を供給するモータ制御部161(制御素子)を備える信号系回路160を含むモータ駆動回路150が多層基板110に設けられたモータ駆動用回路基板19を備える。多層基板110では、パワー系回路170に対するグランドパターン100、および信号系回路160に対するグランドパターン100が一体の共通グランドパターン100cとして構成される。多層基板110は、第1層111、第2層112、第3層113、および第4層114の順で重なる4層を含む。共通グランドパターン100cは、第2層112に設けられた第2導電層G2、第3層113に設けられた第3導電層G3、および第4層114に設けられた第4導電層G4を含む。第1層111には、モータ制御部161およびスイッチング素子Q1~Q6が実装される。第2層112には、第2導電層G2が基板全域に形成される。第3層113には、パワー系回路170を含む第3層回路113Cが形成され、且つ、第3導電層G3が第3層回路113Cの外周を全周で囲むように形成される。第4層114には、パワー系回路170を含む第4層回路114Cが形成され、且つ、第4導電層G4が第4層回路114Cの外周を全周で囲むように形成される。第3導電層G3は、パワー系回路170の外周に沿って延びるノイズガード部G32を備える。ノイズガード部G32は、パワー系回路170を囲むように配列された複数のスルーホールH1により第2導電層G2および第4導電層G4に接続される。
以上説明したように、実施形態1のポンプ装置1は、モータ10と、モータ10によって回転駆動されるインペラ25を備える。モータ10は、駆動電流を出力するスイッチング素子Q1~Q6を備えるパワー系回路170と、スイッチング素子Q1~Q6に制御信号を供給するモータ制御部161(制御素子)を備える信号系回路160を含むモータ駆動回路150が多層基板110に設けられたモータ駆動用回路基板19を備える。多層基板110では、パワー系回路170に対するグランドパターン100、および信号系回路160に対するグランドパターン100が一体の共通グランドパターン100cとして構成される。多層基板110は、第1層111、第2層112、第3層113、および第4層114の順で重なる4層を含む。共通グランドパターン100cは、第2層112に設けられた第2導電層G2、第3層113に設けられた第3導電層G3、および第4層114に設けられた第4導電層G4を含む。第1層111には、モータ制御部161およびスイッチング素子Q1~Q6が実装される。第2層112には、第2導電層G2が基板全域に形成される。第3層113には、パワー系回路170を含む第3層回路113Cが形成され、且つ、第3導電層G3が第3層回路113Cの外周を全周で囲むように形成される。第4層114には、パワー系回路170を含む第4層回路114Cが形成され、且つ、第4導電層G4が第4層回路114Cの外周を全周で囲むように形成される。第3導電層G3は、パワー系回路170の外周に沿って延びるノイズガード部G32を備える。ノイズガード部G32は、パワー系回路170を囲むように配列された複数のスルーホールH1により第2導電層G2および第4導電層G4に接続される。
実施形態1では、モータ駆動用回路基板19として多層基板110を用いるので、高密度にモータ駆動回路150を実装できる。また、広い範囲に連続して一体に共通グランドパターン100cを設けることができる。共通グランドパターン100cは、多層基板110の第2層112では基板全域に設けられ、第3層113では第3層回路113Cを全周で囲んでおり、第4層114でも第4層回路114Cを全周で囲む広い範囲に設けられている。従って、各層に設けたパワー系回路170から外部へのノイズ放射を遮蔽できる。特に、第3層113では、パワー系回路170の外周をノイズガード部G32により周方向の隙間ができないように囲んだ上、パワー系回路170を囲むように配置したスルーホールH1によって上下の層(第2層112、第4層114)の共通グランドパターン100cに接続するため、パワー系回路170からのノイズ放射を効果的に抑制できる。従って、EMC性能に優れている。また、部品を追加せずに基板上のパターンおよびスルーホールH1のレイアウトによりノイズ放射の抑制効果を高めているので、コストアップを抑制することができる。
実施形態1では、多層基板110の中心に対して一方側の第1領域101には、複数の端子穴195が基板外縁に沿って配列される。第3層113のパワー系回路170は、多層基板110の中心に対して第1領域101とは反対側の第2領域102に配置される。ノイズガード部G32は、第2領域102において基板外縁に沿って延びており、ノイズガード部G32の両端は、第1領域101に形成される第3導電層G3の部分(第3導電層本体G31)に接続される。複数のスルーホールH1は、第2領域102の基板外縁に沿って配列される。
このようなパターン配置により、実施形態1では、第3層113の第1領域101には広い範囲に共通グランドパターン100c(第3導電層本体G31)を設けることができ、第2領域102には広い範囲にパワー系回路170を設けることができる。第2領域102において広い範囲にパワー系回路170を設ける場合(例えば、第3層113にパワー系回路170を集約する場合)には、パワー系回路170の外周側のスペースは狭くなるため、ノイズガード部G32を幅広にはできないものの、実施形態1では、パワー系回路170を全周で囲うようにノイズガード部G32を形成し、且つ、スルーホールH1により上下の層の共通グランドパターン100cと接続するので、外部へのノイズ放射を抑制することができる。
実施形態1では、モータ駆動回路150は、共通グランドパターン100cに加えて、ノイズ対策用電子素子180を備えているため、EMC性能に優れている。ノイズ対策用電子素子180はインダクタ181を含み、共通グランドパターン100cは、多層基板110の各層においてインダクタ181と重なる領域を除いた領域に形成される。このように、インダクタ181と共通グランドパターン100cとが対向しないパターン配置とすることにより、インダクタ181と共通グランドパターン100cとの間に浮遊容量が発生することを抑制できる。従って、インダクタ181に電流が流れることによる磁力線の発生を抑制できるので、磁力線がモータ駆動回路150を構成する導体を通過することによる渦電流を抑制でき、渦電流による回路動作の不具合やノイズを抑制できる。
実施形態1では、ノイズ対策用電子素子180は、第1コンデンサC1および第2コンデンサC2を含む。第1コンデンサC1および第2コンデンサC2は、インダクタ181が直列に接続される駆動電圧線135をインダクタ181に対して電源側およびスイッチング素子Q1~Q6側の2箇所で共通グランドパターン100cに接続する。これにより、インダクタ181およびその前後に配置した2個のコンデンサは、π型のローパスフィルタとして機能するので、電源側からの高周波ノイズをカットすることができる。
実施形態1では、ノイズ対策用電子素子180は、第1コンデンサC1よりも容量が小さい第3コンデンサC3を含む。第1コンデンサC1は、インダクタ181に対して電源側に配置され、第3コンデンサC3は、第1コンデンサC1に対して電源側で駆動電圧線135を共通グランドパターン100cに接続する。言い換えると、駆動電圧線135に接続するコンデンサの容量を、電源側からインダクタ181の側に向かって容量が大きくなる並び順としている。これにより、第1コンデンサC1よりも電源側において、第1コンデンサC1で低減できるノイズ(例えば、KHz級のノイズ)よりも高周波のノイズ(例えば、MHz級のノイズ)を第3コンデンサC3によって先に低減させることができる。一般的に、高周波ノイズを先に低減させた方がノイズ全体を低減させることができるので、このような並び順により、電源側からノイズが出る場合のノイズ低減効果を高めることができる。
実施形態1では、ノイズ対策用電子素子180は、第2コンデンサC2よりも容量が小さい第4コンデンサC4を含む。第2コンデンサC2は、インダクタ181に対してスイッチング素子Q1~Q6側に配置され、第4コンデンサC4は、第2コンデンサC2に対してスイッチング素子Q1~Q6側で駆動電圧線135を共通グランドパターン100cに接続する。言い換えると、駆動電圧線135に接続するコンデンサの容量を、スイッチング素子側からインダクタ181の側に向かって容量が大きくなる並び順としている。これにより、第2コンデンサC2よりもスイッチング素子Q1~Q6側において、第2コンデンサC2で低減できるノイズ(例えば、KHz級のノイズ)よりも高周波のノイズ(例えば、MHz級のノイズ)を第4コンデンサC4によって先に低減させることができる。一般的に、高周波ノイズを先に低減させた方がノイズ全体を低減させることができるので、このような配置により、スイッチング素子Q1~Q6側からノイズが出た場合のノイズ低減効果を高めることができる。
実施形態1では、多層基板110の外縁には、多層基板110を固定するための固定部材(例えば、ねじ)が配置される固定部である切り欠き197、および、外部接続用の端子が半田付けされる端子半田付け部である端子穴195が設けられている。多層基板110の外縁においてねじ固定部である切り欠き197と端子半田付け部(端子穴195)との間には、コネクタピンが挿抜されるコネクタ用スルーホールH2が設けられている。このように、スルーホールH1をコネクタピン挿抜用の孔として使用すれば、多層基板110の表側および裏側のどちらの面からでもコネクタを接続することができる。従って、モータ駆動用回路基板19(多層基板110)を図3に示すようにモータ10のハウジング6に固定した状態で、ハウジング6からモータ駆動用回路基板19を取り外すことなく、コネクタ用スルーホールH2にコネクタを接続してプログラムの書き込みなどを行うことができる。また、モータ駆動用回路基板19の端子半田付け部(端子穴195)とねじ固定部(切り欠き197)との間にコネクタ用スルーホールH2を設けることにより、コネクタ挿抜時にモータ駆動用回路基板19に加わる応力を緩和できる。したがって、応力による半田クラックの発生を抑制でき、導通不良を抑制できる。なお、モータ駆動用回路基板19をハウジング6に固定する固定部は、切り欠き形状でなく貫通穴であってもよい。また、固定部材は、ねじ以外の部材でもよい。例えば、ハウジングに一体に形成したフックやかしめ部であってもよい。
[実施形態2]
図7は、実施形態2のモータ駆動用回路基板19Aの第1面S1および第2面S2の平面図である。図8は、実施形態2のモータ駆動用回路基板19Aに実装されるモータ駆動回路150の説明図である。図9は、実施形態2のモータ駆動用回路基板19Aに形成される共通グランドパターン100cの説明図である。なお、実施形態2の基本的な構成は、実施形態1と同様であるため、共通する部分には、同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
図7は、実施形態2のモータ駆動用回路基板19Aの第1面S1および第2面S2の平面図である。図8は、実施形態2のモータ駆動用回路基板19Aに実装されるモータ駆動回路150の説明図である。図9は、実施形態2のモータ駆動用回路基板19Aに形成される共通グランドパターン100cの説明図である。なお、実施形態2の基本的な構成は、実施形態1と同様であるため、共通する部分には、同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
実施形態1のモータ駆動用回路基板19は、多層の片面基板であったが、実施形態2のモータ駆動用回路基板19Aは、両面実装基板である。図7(a)に示すように、モータ駆動用回路基板19Aの第1面S1には、第3領域103の側にインダクタ181が実装され、中心Oに対して第1領域101の側で且つ第4領域104の側の位置にモータ制御部161が実装される。図7(b)に示すように、モータ駆動用回路基板19Aにおいて第1面S1とは反対側の第2面S2には、第2領域102にスイッチング素子Q1~Q6が実装される。
図8に示すように、実施形態2のモータ駆動回路150Aは、ノイズ対策用電子素子180として、第1コンデンサC1~第4コンデンサC4に加えて、電解コンデンサである第5コンデンサC5を備えている点が実施形態1と異なる。第5コンデンサC5は、第2コンデンサC2と第4コンデンサC4との間に配置される。第2コンデンサC2、第5コンデンサC5、第4コンデンサC4は、スイッチング素子側からインダクタ181の側に向かって容量が大きくなる並び順である。
図9に示すように、モータ駆動用回路基板19Aは多層基板110Aであり、第1層111、第2層112、第3層113、第4層114、第5層115、第6層116の順で重なる6層を備える。各層には、共通グランドパターン100cとして機能する導電層が形成される。共通グランドパターン100cは、第1層111に形成される第1導電層G1、第2層112に形成される第2導電層G2、第3層113に形成される第3導電層G3、第4層114に形成される第4導電層G4、第5層115に形成される第5導電層G5、および第6層116に形成される第6導電層G6を含む。図9では、これらの導電層が形成される領域をハッチングを付した領域として表示する。
モータ駆動回路150Aは、第1層111に設けられた第1層回路111C、第3層に設けられた第3層回路113C、第4層に設けられた第4層回路114C、および第6層に形成された第6層回路116Cを含む。
実施形態2では、第1層回路111Cおよび第6層回路116Cは、それぞれ、信号系回路160の一部、および、パワー系回路170の一部を含む。一方、第3層回路113Cおよび第4層回路114Cは、信号系回路160を含まず、パワー系回路170の一部を含む。パワー系回路170は、各層において、主に第2領域102に配置される。
共通グランドパターン100cは、実施形態1と同様に、第1層111に実装されたインダクタ181と重なる部分には形成されない。図9に示すように、第2導電層G2、第3導電層G3、第4導電層G4、第5導電層G5、および第6導電層G6の各層は、インダクタ181と重なる部分をくりぬいた形状をしている。
図9に示すように、第1導電層G1は、第1領域101、第4領域104、および第2領域102の基板外縁に沿って形成されている。第2領域102の基板外縁に沿って延びる部分は、パワー系回路170の外周を囲むノイズガード部G12である。第2層112および第5層115では、第2導電層G2および第5導電層G5がそれぞれ基板全域に形成される。
第3層113および第4層114では、それぞれ、第3層回路113Cおよび第4層回路114Cを構成するパワー系回路170の外周を全周で囲むように第3導電層G3および第4導電層G4が形成される。第3導電層G3は、パワー系回路170に対して第1領域101の側、第3領域103の側、および第4領域104の側に配置される第3導電層本体G31と、第2領域102の基板外縁に沿ってパワー系回路170の外周を囲むように延びるノイズガード部G32を備える。第4導電層G4は、第3導電層G3のノイズガード部G32と重なるノイズガード部G42を備える。ノイズガード部G42は、第4層114における第2領域102の基板外縁に沿ってパワー系回路170の外周を囲むように延びている。
実施形態2の多層基板110Aには、第2領域102の基板外縁に沿って配列される複数のスルーホールH1が設けられている。第3層113のノイズガード部G32および第4層114のノイズガード部G42は、スルーホールH1によって電気的に接続される。また、ノイズガード部G32はスルーホールH1によって第2導電層G2に電気的に接続されるとともに、ノイズガード部G42は第5導電層G5と電気的に接続される。実施形態2の多層基板110Aでは、スルーホールH1は、第1層111、第2層112、第3層113、第4層114、第5層115、第6層116の各層において共通グランドパターン100cが形成された領域を貫通する。
(実施形態2の主な作用効果)
以上説明したように、実施形態2では、多層基板110Aは、第1層111、第2層112、第3層113、第4層114、第5層115、および第6層116の順で重なる6層を含む。共通グランドパターン100cは、実施形態1と同様に第1導電層G1、第2導電層G2、第3導電層G3、第4導電層を含み、さらに、第5層115に設けられた第5導電層G5、および第6層116に設けられた第6導電層G6を含む。第5層115には、第5導電層G5が基板全域に形成される。第6層116には、パワー系回路170を含む第6層回路116Cが形成され、且つ、第6導電層G6が第6層回路116Cの外周を囲むように形成される。第5導電層G5および第6導電層G6は、スルーホールH1により第2導電層G2、第3導電層G3、および第4導電層G4に接続される。
以上説明したように、実施形態2では、多層基板110Aは、第1層111、第2層112、第3層113、第4層114、第5層115、および第6層116の順で重なる6層を含む。共通グランドパターン100cは、実施形態1と同様に第1導電層G1、第2導電層G2、第3導電層G3、第4導電層を含み、さらに、第5層115に設けられた第5導電層G5、および第6層116に設けられた第6導電層G6を含む。第5層115には、第5導電層G5が基板全域に形成される。第6層116には、パワー系回路170を含む第6層回路116Cが形成され、且つ、第6導電層G6が第6層回路116Cの外周を囲むように形成される。第5導電層G5および第6導電層G6は、スルーホールH1により第2導電層G2、第3導電層G3、および第4導電層G4に接続される。
このように、実施形態2の多層基板110Aは、実施形態1よりも層数が多く、第6層116に回路の配置スペースを確保できる。従って、高密度にモータ駆動回路150Aを実装でき、パワー系回路170を広い領域に設けることができるので、大きな駆動電流を供給できる。また、共通グランドパターン100cは、第5層115では基板全域に設けられ、第4層114および第6層116ではパワー系回路170を全周で囲んでいるので、パワー系回路170から外部へのノイズ放射を効果的に遮蔽できる。従って、EMC性能を向上させながら、コストアップを抑制できる。
実施形態2では、第3層回路113C、第4層回路114C、および第6層回路116Cのそれぞれに含まれるパワー系回路170は、多層基板110の第2領域102に配置される。第3層113では、実施形態1と同様に、第2領域102の基板外縁に沿ってノイズガード部G32が延びており、且つ、ノイズガード部G32の両端は、第1領域101に形成される第3導電層G3の部分(第3導電層本体G31)に接続されている。第4層114および第6層116では、ノイズガード部G32と重なる位置において第4導電層G4のノイズガード部G42、および第6導電層G6のノイズガード部G62が第2領域102の基板外縁に沿って延びている。また、第2領域102の基板外縁に沿って配列される複数のスルーホールH1が設けられている。
このようなパターン配置により、モータ駆動回路150Aが形成される各層(第1層111、第3層113、第4層114、第6層116)において、第1領域101には広い範囲に共通グランドパターン100cを設けることができる。また、第2領域102ではパワー系回路170の外周側のスペースは狭いため、幅広の共通グランドパターン100cを設けることはできないものの、パワー系回路170を全周で囲うように共通グランドパターン100cを形成し、且つ、スルーホールH1により上下の層の共通グランドパターン100cと接続している。従って、外部へのノイズ放射を効果的に抑制できる。
[他の実施形態]
上記各実施形態では、ポンプ装置1に用いるモータ10を例示したが、他の機器に搭載されるモータに本発明を適用してもよい。
上記各実施形態では、ポンプ装置1に用いるモータ10を例示したが、他の機器に搭載されるモータに本発明を適用してもよい。
1…ポンプ装置、2…ケース、3…ステータ、4…ロータ、5…支軸、6…ハウジング、10…モータ、11…ラジアル軸受、12…スラスト軸受、18…カバー、19、19A…モータ駆動用回路基板、20…ポンプ室、21…吸入管、22…吐出管、23…壁面、25…インペラ、26…円板、27…支持部、28…筒部、29…側壁、31…ステータコア、32、33…インシュレータ、35…コイル、40…円筒部、45…フランジ部、47…磁石、60…樹脂封止部材、61…第1隔壁部、62…第2隔壁部、63…底壁、64…端部、66…胴部、69…コネクタハウジング、71…巻線端子、75…コネクタ端子、100…グランドパターン、100c…共通グランドパターン、101…第1領域、102…第2領域、103…第3領域、104…第4領域、110、110A…多層基板、111…第1層、111C…第1層回路、112…第2層、113…第3層、113C…第3層回路、114…第4層、114C…第4層回路、115…第5層、116…第6層、116C…第6層回路、122~126、128…コンデンサ、131、132…出力線、133…制御信号線、134…FG出力線、135…駆動電圧線、136…第1線、137…第2線、138…第3線、140…コモン線、141~146…フィルタ、150、150A…モータ駆動回路、151~153…コンデンサ、160…信号系回路、161…モータ制御部、165…中性点、170…パワー系回路、180…ノイズ対策用電子素子、181…インダクタ、182…ダイオード、190…端子穴、191…第1端子穴、192…第2端子穴、193…第3端子穴、194…第4端子穴、195…端子穴、196…直線部、197…切り欠き(ねじ固定部)、199…切り欠き、261…羽根部、311…円環部、312…突極、645…突部、751…定電圧用端子、752…第1信号端子、753…第2信号端子、754…グランド端子、C1…第1コンデンサ、C2…第2コンデンサ、C3…第3コンデンサ、C4…第4コンデンサ、C5…第5コンデンサ、D31~D33…ダイオード、G1…第1導電層、G12…ノイズガード部、G2…第2導電層、G3…第3導電層、G31…第3導電層本体、G32…ノイズガード部、G4…第4導電層、G42…ノイズガード部、G5…第5導電層、G6…第6導電層、G62…ノイズガード部、H1…スルーホール、H2…コネクタ用スルーホール、L…回転軸線、L1…軸線方向の一方側、L2…軸線方向の他方側、O…多層基板の中心、P…仮想線、Q1~Q6…スイッチング素子、Q7…NOTゲート、R1、R2、R3…抵抗、R11~R16、R21~R26、R31~R34…抵抗、Rs…シャント抵抗、S1…第1面、S2…第2面
Claims (11)
- 駆動電流を出力するスイッチング素子を備えるパワー系回路と、前記スイッチング素子に信号を供給する制御素子を備える信号系回路を含むモータ駆動回路が多層基板に設けられたモータ駆動用回路基板において、
前記多層基板では、前記パワー系回路に対するグランドパターン、および前記信号系回路に対するグランドパターンが一体の共通グランドパターンとして構成され、
前記多層基板は、第1層、第2層、第3層、および第4層の順で重なる4層を含み、
前記共通グランドパターンは、前記第2層に設けられた第2導電層、前記第3層に設けられた第3導電層、および前記第4層に設けられた第4導電層を含み、
前記第1層には、少なくとも前記制御素子が実装され、
前記第2層には、前記第2導電層が基板全域に形成され、
前記第3層には、前記パワー系回路を含む第3層回路が形成され、且つ、前記第3導電層が前記第3層回路の外周を全周で囲むように形成され、
前記第4層には、前記パワー系回路を含む第4層回路が形成され、且つ、前記第4導電層が前記第4層回路の外周を全周で囲むように形成され、
前記第3導電層は、前記パワー系回路の外周に沿って延びるノイズガード部を備え、
前記ノイズガード部は、前記パワー系回路を囲むように配列された複数のスルーホールにより前記第2導電層および前記第4導電層に接続されることを特徴とするモータ駆動用回路基板。 - 前記多層基板の中心に対して一方側の第1領域には、外部接続用の端子が嵌まる複数の端子穴が基板外縁に沿って配列され、
前記第3層回路における前記パワー系回路は、前記多層基板の中心に対して前記第1領域とは反対側の第2領域に配置され、
前記ノイズガード部は、前記第2領域の基板外縁に沿って延びており、且つ、前記ノイズガード部の両端は、前記第1領域に形成される前記第3導電層の部分に接続され、
前記複数のスルーホールは、前記第2領域の基板外縁に沿って配列されることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動用回路基板。 - 前記多層基板は、前記第1層、前記第2層、前記第3層、前記第4層、第5層、および第6層の順で重なる6層を含み、
前記共通グランドパターンは、前記第5層に設けられた第5導電層、および前記第6層に設けられた第6導電層を含み、
前記第5層には、前記第5導電層が基板全域に形成され、
前記第6層には、前記パワー系回路を含む第6層回路が形成され、且つ、前記第6導電層が前記第6層回路の外周を全周で囲むように形成され、
前記第5導電層および前記第6導電層は、前記スルーホールにより前記第2導電層、前記第3導電層、および前記第4導電層に接続されることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動用回路基板。 - 前記多層基板の中心に対して一方側の第1領域には、外部接続用の端子が嵌まる複数の端子穴が基板外縁に沿って配列され、
前記第3層回路、前記第4層回路、および前記第6層回路のそれぞれにおける前記パワー系回路は、前記多層基板の中心に対して前記第1領域とは反対側の第2領域に配置され、
前記第3層では、前記ノイズガード部が前記第2領域の基板外縁に沿って延びており、且つ、前記ノイズガード部の両端は、前記第1領域に形成される前記第3導電層の部分に接続され、
前記第4層では、前記ノイズガード部と重なる前記第4導電層の部分が前記第2領域の基板外縁に沿って延びており、
前記第6層では、前記ノイズガード部と重なる前記第6導電層の部分が前記第2領域の基板外縁に沿って延びており、
前記複数のスルーホールは、前記第2領域の基板外縁に沿って配列されることを特徴とする請求項3に記載のモータ駆動用回路基板。 - 前記モータ駆動回路は、ノイズ対策用電子素子を備え、
前記ノイズ対策用電子素子は、インダクタを含み、
前記共通グランドパターンは、前記多層基板の各層において前記インダクタと重なる領域を除いた領域に形成されることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動用回路基板。 - 前記ノイズ対策用電子素子は、第1コンデンサおよび第2コンデンサを含み、
前記第1コンデンサおよび第2コンデンサは、前記インダクタが直列に接続される駆動電圧線を前記インダクタに対して電源側および前記スイッチング素子側の2箇所で前記共通グランドパターンに接続することを特徴とする請求項5に記載のモータ駆動用回路基板。 - 前記ノイズ対策用電子素子は、前記第1コンデンサよりも容量が小さい第3コンデンサを含み、
前記第1コンデンサは、前記インダクタに対して前記電源側に配置され、
前記第3コンデンサは、前記第1コンデンサに対して前記電源側で前記駆動電圧線を前記共通グランドパターンに接続することを特徴とする請求項6に記載のモータ駆動用回路基板。 - 前記ノイズ対策用電子素子は、前記第2コンデンサよりも容量が小さい第4コンデンサを含み、
前記第2コンデンサは、前記インダクタに対して前記スイッチング素子側に配置され、
前記第4コンデンサは、前記第2コンデンサに対して前記スイッチング素子側で前記駆動電圧線を前記共通グランドパターンに接続することを特徴とする請求項6に記載のモータ駆動用回路基板。 - 前記多層基板の外縁には、前記多層基板を固定するための固定部材が配置される固定部、および、外部接続用の端子が半田付けされる端子半田付け部が設けられ、
前記多層基板の外縁において前記固定部と前記端子半田付け部との間には、コネクタピンが挿抜されるコネクタ用スルーホールが設けられていることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動用回路基板。 - 請求項1から9の何れか一項に記載のモータ駆動用回路基板と、
前記モータ駆動用回路基板から出力される駆動電流が供給されるコイルと、を有することを特徴とするモータ。 - 請求項10に記載のモータを備えるポンプ装置であって、
前記モータによって回転駆動されるインペラを有することを特徴とするポンプ装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022-158069 | 2022-09-30 | ||
JP2022158069A JP2024051753A (ja) | 2022-09-30 | 2022-09-30 | モータ駆動用回路基板、モータおよびポンプ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2024070595A1 true WO2024070595A1 (ja) | 2024-04-04 |
Family
ID=90477388
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2023/032879 WO2024070595A1 (ja) | 2022-09-30 | 2023-09-08 | モータ駆動用回路基板、モータおよびポンプ装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2024051753A (ja) |
WO (1) | WO2024070595A1 (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005101532A (ja) * | 2003-08-29 | 2005-04-14 | Denso Corp | 電子制御装置 |
JP2005322861A (ja) * | 2004-05-11 | 2005-11-17 | Seiko Epson Corp | 回路基板及び該回路基板におけるノイズの低減方法 |
JP2019080471A (ja) * | 2017-10-27 | 2019-05-23 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | 負荷駆動装置 |
-
2022
- 2022-09-30 JP JP2022158069A patent/JP2024051753A/ja active Pending
-
2023
- 2023-09-08 WO PCT/JP2023/032879 patent/WO2024070595A1/ja unknown
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005101532A (ja) * | 2003-08-29 | 2005-04-14 | Denso Corp | 電子制御装置 |
JP2005322861A (ja) * | 2004-05-11 | 2005-11-17 | Seiko Epson Corp | 回路基板及び該回路基板におけるノイズの低減方法 |
JP2019080471A (ja) * | 2017-10-27 | 2019-05-23 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | 負荷駆動装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2024051753A (ja) | 2024-04-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101256643B1 (ko) | 모터 고정자 | |
JP2019050719A (ja) | Emcフィルタ | |
KR20180073101A (ko) | 다층 기판을 이용한 적층형 스테이터, 이를 이용한 공기 정화 시스템용 모터와 블로워 | |
US8373317B2 (en) | RFI suppression system and method of mounting for DC cordless tools | |
US11404941B2 (en) | Power conversion device | |
US9960660B2 (en) | Brushless DC motor with reduced emissions | |
JP2017191902A (ja) | 電子装置 | |
JP6181639B2 (ja) | 電気モーターの接続を保証すべく意図された印刷回路及び印刷回路を含む電気モーター | |
WO2016063396A1 (ja) | 配線板、電動機、電気機器及び空気調和機 | |
WO2024070595A1 (ja) | モータ駆動用回路基板、モータおよびポンプ装置 | |
CN111971880B (zh) | 电动助力转向装置 | |
US11728713B2 (en) | Power conversion device | |
JPH08510114A (ja) | 無線周波放出の抑制 | |
US10917962B2 (en) | Electronic device | |
JP2008295223A (ja) | モータ | |
WO2023058722A1 (ja) | モータ駆動用回路基板、モータおよびポンプ装置 | |
JP2020195236A (ja) | 電動ステアリング装置 | |
JP6929820B2 (ja) | 回路基板、モータユニット、およびファン | |
JP7106043B1 (ja) | モータ | |
CN219754723U (zh) | 电动压缩机用控制基板及电动压缩机 | |
JP7423919B2 (ja) | 電子装置 | |
JP5381181B2 (ja) | 機電一体型駆動装置 | |
JP7302340B2 (ja) | 電子装置 | |
JP4155441B2 (ja) | 結線基板 | |
WO2023127380A1 (ja) | 電子制御装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 23871832 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |