JP2015180156A - 電動モータの電子回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パワー系基板を流れる電流により生じた磁界の回転センサ４１への影響を抑制し、装置の小型化を図る。
【解決手段】電動モータと一体に設けられる電子回路装置は、矩形のハウジングの内部に、制御系電子部品が両面に実装された制御基板２１と、インバータ回路等のパワー系電子部品が実装されたパワー系基板と、が重ねて配置される。制御基板２１の第１の面には、電動モータの回転軸端部のマグネット部に対向する回転センサが配置される。制御基板２１の第２の面２１Ｂには、回転センサの投影領域を覆うように透磁率の高い金属板からなる磁気シールド４３が、ランド部４５へのハンダ付けにより取り付けられる。小型の磁気シールド４３によって磁界の影響を効果的に抑制できる。
【選択図】図４

Description

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

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

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

特開２０１３−９０５３２号公報

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

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

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

この発明によれば、パワー系基板を流れる電流による磁界の回転センサへの影響が効果的に抑制される。従って、制御基板とパワー系基板とを比較的近付けて配置することが可能となり、電子回路装置の小型化に寄与する。

この発明の一実施例を電動モータとともに示す断面図。 この実施例の電子回路装置の分解斜視図。 制御基板の第１の面を示す斜視図。 制御基板の第２の面を示す斜視図。 磁気シールドの斜視図。 磁気シールドの側面図。 制御基板の第２の面に形成されたランド部の斜視図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係る電子回路装置を一体に備えた電動アクチュエータの断面図であり、図２は、その電子回路装置部分の分解斜視図である。この電動アクチュエータは、例えば、自動車の電動パワーステアリング装置に適用されるものであって、アルミニウム合金のダイキャスト等からなる略矩形の外形状を有するハウジング１と、このハウジング１の背面の開口部に取り付けられる同じくアルミニウム合金のダイキャスト等からなる略矩形のカバー２と、ハウジング１前面の円筒状開口部３に取り付けられる同じくアルミニウム合金のダイキャスト等からなる略円筒状のモータハウジング４と、ハウジング１前面の矩形状開口部５に取り付けられる合成樹脂製のコネクタ６と、を備えている。

図１に示すように、上記モータハウジング４の内部には、円筒状のステータ８とロータ９とを主体として３相交流ブラシレスモータとして構成された電動モータ７が収容されており、２つのベアリング１１，１２によって支持されたロータ９の回転軸１０の一端部１０ａがモータハウジング４の先端面から突出している。回転軸１０の他端部１０ｂは、モータハウジング４の基端開口部を覆うエンドプレート１３の中心部からハウジング１内部へ突出しており、この回転軸１０の他端部１０ｂに、磁気式回転検出装置を構成するマグネット部１５を備えている。詳しくは、有底円筒状をなすキャップ状部材１４が回転軸１０の他端部１０ｂに取り付けられており、このキャップ状部材１４の端面に、回転軸１０と同心の円盤状をなすマグネット部１５が設けられている。上記マグネット部１５は、Ｎ極とＳ極とがそれぞれ半円形に分かれた形に構成されている。

電子回路装置を構成するハウジング１とカバー２との間には、略矩形状の偏平な空間が形成されており、この空間に、２枚の回路基板つまり制御基板２１とパワー系基板２２とが収容されている。これらの制御基板２１およびパワー系基板２２は、ハウジング１およびカバー２の内部空間の形状に対応した互いに略等しい外形の矩形状をなし、互いに重ね合わせた形に配置されている。詳しくは、制御基板２１は、ハウジング１の内側面（カバー２に向かう面）に複数本のネジ２３によって固定されており、他方、パワー系基板２２は、カバー２の内側面（ハウジング１に向かう面）に複数本のネジ２４によって固定されている。従って、制御基板２１は、電動モータ７とパワー系基板２２との間に位置している。制御基板２１とパワー系基板２２との間には適宜な間隔が与えられており、基本的に互いに平行となっている。また、これら２つの基板２１，２２は、回転軸１０の中心線に対し直交する平面に沿って配置されている。なお、カバー２は、一対のネジ２５によってハウジング１に対し固定されている。

上記制御基板２１は、エポキシ樹脂基材等の非金属基材を用いたプリント配線基板からなり、図３および図４に示すように、相対的に小さな電流が流れるマイクロプロセッサ２７等の制御系電子部品が両面に実装されている。ここで、図３は、電動モータ７側に向かう制御基板２１の第１の面２１Ａの上の部品レイアウトを示し、図４は、パワー系基板２２側に向かう第２の面２１Ｂの上の部品レイアウトを示している。図示するように、制御基板２１は、長辺２１ａおよび短辺２１ｂを有する矩形状をなし、周囲の複数箇所に、前述したネジ２３が挿通される固定孔２６が形成されている。

パワー系基板２２は、熱伝達性に優れた金属回路基板を用いたもので、長辺２２ａおよび短辺２２ｂを有する矩形状をなし、インバータ回路を構成するように３×２の形に配置された６個の半導体スイッチング素子（ＭＯＳ−ＦＥＴ）２９、３個の相リレー３０、複数個の電解コンデンサ３１、等の相対的に大きな電流が流れるパワー系電子部品（図２参照）が片面に実装されている。パワー系基板２２は、さらに、電動モータ７端部から突出したＵ相，Ｖ相，Ｗ相それぞれの端子３２（図１参照）を挟持する金属コネクタ３３や、コネクタ６から延びる電源入力用の端子３４（図２参照）を挟持する金属コネクタ３５を、制御基板２１との接続のための多数の端子片とともに備えている。また、このパワー系基板２２においては、インバータ回路の配線の一部として、比較的厚肉の帯状金属導体をブリッジ状に折り曲げてなる３個のジャンパ３６を備えており、各ジャンパ３６が、各相の一対の半導体スイッチング素子２９を相リレー３０を跨いで接続している。これら３個のジャンパ３６は、半導体スイッチング素子２９の３×２の配置に対応して互いに平行に並んで位置している。より詳しくは、矩形をなすパワー系基板２２の長辺２２ａと平行をなす向きにそれぞれ配置されている。

図２，図３に示すように、制御基板２１の第１の面２１Ａに、前述したマグネット部１５とともに磁気式回転検出装置を構成する回転センサ４１が取り付けられている。この回転センサ４１は、例えば磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）ないし巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を用いたもので、偏平な矩形の樹脂パッケージを備えており、他の制御系電子部品とともに制御基板２１の第１の面２１Ａの上に実装されている。この回転センサ４１は、図１に示すように、電動モータ７の回転軸１０の中心線上つまりマグネット部１５に対向する位置に配設されている。前述したようにマグネット部１５は半円形にＮ極とＳ極とに分かれており、電動モータ７の回転時に、回転センサ４１からロータ９（マグネット部１５）の回転角ならびに回転速度を示す信号が得られる。

上記の回転センサ４１に対し、制御基板２１の第２の面２１Ｂには、透磁率の高い材料からなる比較的薄い金属板を折り曲げ形成してなる磁気シールド４３が取り付けられている。この磁気シールド４３は、少なくとも上記回転センサ４１のパッケージの投影領域（第１の面２１Ａにある回転センサ４１のパッケージを第２の面２１Ｂに投影したときの領域）４１Ａ（図５，図７参照）を覆い得る大きさを有している。

具体的には、本実施例の磁気シールド４３は、図５および図６にも示すように、正方形に近い矩形の本体部４３ａと、この本体部４３ａの４辺の中の短辺となる一対の端縁４３ａａからそれぞれ延長形成された一対の脚部４３ｂと、残りの２辺つまり本体部４３ａの長辺となる一対の端縁４３ａｂからそれぞれ延長形成された一対の側壁部４３ｃと、を有する。脚部４３ｂは、図６に示すように、略９０°ずつ２回折り曲げることでステップ状に形成されたものであり、各々の先端部が本体部４３ａと平行な接合面４３ｄを構成している。この一対の脚部４３ｂによって、本体部４３ａは、制御基板の第２の面２１Ｂから僅かに浮き上がった状態に支持される。また、側壁部４３ｃは、本体部４３ａから制御基板２１へ向かって略９０°折り曲げられたものであり、先端縁が制御基板２１の第２の面２１Ｂに接近するものの非接触状態を保つように、その寸法が設定されている。脚部４３ｂの側壁部分は、上記側壁部４３ｃを兼ねたものともいえ、これらの本体部４３ａと脚部４３ｂと側壁部４３ｃとによって、磁気シールド４３は、底面のみが開口した偏平な箱状に構成されている。

ここで、上記本体部４３ａは、上述した回転センサ４１の投影領域４１Ａよりも大きな形状を有し、投影領域４１Ａの全体を覆っている。また、脚部４３ｂを含む磁気シールド４３全体の寸法としては、脚部４３ｂの延長方向に沿った図５に示す長さ寸法Ｌ１がこれと直交する幅寸法Ｌ２よりも大きな矩形ないし長方形状となっているが、制御基板２１に取り付けた状態においては、図４に示すように、その長辺の方向（つまり図５の矢印Ｌ１に沿った方向）が制御基板２１の短辺２１ｂに沿った姿勢となっている。換言すれば、前述したジャンパ３６の長手方向（電流が流れる方向）に対し、長方形状の磁気シールド４３の長辺（図５の矢印Ｌ１方向）が直交した姿勢となっている。

上記のように一対の脚部４３ｂを有する磁気シールド４３に対して、本実施例では、プリント配線基板からなる制御基板２１の第２の面２１Ｂに、図７に示すように、金属面からなる一対のランド部４５が予め形成されており、磁気シールド４３は、脚部４３ｂを各々のランド部４５にハンダ付けすることによって制御基板２１に固定支持されている。上記ランド部４５は、他の電子部品の実装に必要なランド部や印刷配線と同様にかつ同時に形成されるものであり、脚部４３ｂの接合面４３ｄに対応した帯状にそれぞれ形成されている。特に、この実施例では、ランド部４５は他の印刷配線から分離独立しており、電位的に制御基板２１上の他の配線回路から独立している。従って、磁気シールド４３は、電位的に接地もされておらず、いわゆる浮島状態となっている。

磁気シールド４３のハンダ付けは、制御基板２１への他の電子部品のハンダ付けと同時に行うことができる。つまり、制御基板２１に実装される電子部品の一つとして自動化したマウント装置によって制御基板２１上に搭載した上で、他の電子部品とともにリフローハンダ付けすることが可能である。特に、ハンダ付けされる脚部４３ｂに対し平坦な本体部４３ａが上方に位置するので、吸着式のマウント装置などによって、偏平な矩形のパッケージを有する電子部品と同等に取り扱うことが可能である。さらに、上記実施例の磁気シールド４３では、ハンダ付けされる一対の脚部４３ｂが本体部４３ａに対し弾性変形し得るので、組付後の熱膨張や振動による応力が緩和される。

なお、制御基板２１に磁気シールド４３を取り付けた状態において、磁気シールド４３は、第２の面２１Ｂの上の他の電子部品と重なってはいない。図４に示すように、回転センサ４１のパッケージの投影領域４１Ａを覆うとともに磁束遮断の上で必要最小限の大きさに磁気シールド４３は構成されており、他の電子部品やその配線類は、磁気シールド４３と重なることなく該磁気シールド４３の周囲に配置されている。

上記磁気シールド４３は、一実施例では、透磁率が高い鉄系金属板からなり、ハンダ付けの接合強度の確保のために、その表面が、スズ、金、銅、もしくはニッケルによって表面処理されている。ハンダ付けされる脚部４３ｂの接合面４３ｄのみを表面処理するようにしてもよい。なお、磁気シールド４３を構成する材料としては、少なくとも大気よりも相対的に透磁率が高いものであればよく、銅などからなる他の配線類よりも透磁率が高いものがさらに望ましい。

上記のように構成された制御基板２１およびパワー系基板２２をハウジング１内に収容した状態では、図１に示すように、回転センサ４１の背部にインバータ回路のジャンパ３６が位置し、このジャンパ３６から回転センサ４１を覆い隠すように磁気シールド４３が両者間に介在している。パワー系基板２２のインバータ回路などには比較的大きな電流が流れ、これによって磁界が発生する。特にジャンパ３６は物理的に回転センサ４１に近い位置にあるので、仮に磁気シールド４３がないと、ジャンパ３６で発生した磁界が磁気式回転センサ４１に影響を与え得る。これに対し、上記実施例では、透磁率の高い金属からなる磁気シールド４３が回転センサ４１の投影領域４１Ａの全体を覆っているので、磁束線が磁気シールド４３に沿って迂回し、回転センサ４１への影響が抑制される。特に、上記磁気シールド４３は、制御基板２１自体に取り付けられているので、回転センサ４１に近い位置で該回転センサ４１を覆っており、しかも周囲を脚部４３ｂおよび側壁部４３ｃによって囲った形状となっているため、比較的小型の磁気シールド４３でもって効果的な磁界の遮断が可能である。

また、ジャンパ３６で生じる磁界の磁束線は、基本的にジャンパ３６に直交する方向に膨らむ形となるが、全体として長方形状をなす磁気シールド４３が、この磁束線の方向に沿って配置されているため、磁気シールド４３を不必要に大型化することなく磁界の影響を効果的に抑制できる。

そして、磁気シールド４３は、電位的に他の配線回路から独立しており、ハウジング１への接地などもなされていないので、磁気シールド４３が受けた磁界がさらに他の電子部品へ影響するような懸念がない。

なお、図４および図２から明らかなように、磁気シールド４３は、制御基板２１のハウジング１に対する固定部（ネジ２３ないし固定孔２６）から離れて位置しており、制御基板２１自体によって独立して支持されている。

このように、上記実施例では、制御基板２１に搭載した小型の磁気シールド４３でもってパワー系基板２２からの磁界の影響を抑制できるため、制御基板２１とパワー系基板２２とを比較的近接して配置することが可能となり、ジャンパ３６のレイアウトなどについても設計の自由度が高くなる。

しかも、上記実施例では、ランド部４５は他の印刷配線と同時に形成が可能であり、磁気シールド４３の取付は他の電子部品の実装と実質的に同時に行うことができるので、実質的な組立工程の増加ないし煩雑化を伴うことがない。例えば、大型の金属板からなるシールド部材をハウジングにネジ止めするような構成に比べて、装置の小型化のみならず、組立工程の上で有利となる。

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、磁気シールド４３は、ハンダ付けではなく適宜な接着剤を用いて制御基板２１に接合するようにしてもよい。電子部品を導電性接着剤によって固定するような場合には、同じ導電性接着剤によって磁気シールド４３を固定することが可能である。なお、接着の場合であっても、接着強度確保のためにランド部４５を形成するようにしてもよい。

磁気シールド４３の形状や寸法等は、任意であり、制御基板２１の第２の面２１Ｂに配置される他の電子部品の位置関係などから適宜に設定すればよい。脚部４３ｂの有無も任意であり、また、脚部４３ｂの位置は必ずしも本体部４３ａを挟んで対向する２辺でなくてもよい。

また上記実施例では、回転軸１０の端面にマグネット部１５を備えているが、本発明においては、回転センサ４１の被検出対象となるマグネット部の位置は必ずしも回転軸１０の端面でなくてもよく、回転軸１０の端部の適当な位置（例えば周面など）あるいはロータ９の回転軸１０以外の箇所に配置することも可能である。この場合、回転センサ４１は、制御基板２１上において、このマグネット部に対応した位置に配置される。

１…ハウジング
２…カバー
７…電動モータ
２１…制御基板
２１Ａ…第１の面
２１Ｂ…第２の面２
２２…パワー系基板
２９…半導体スイッチング素子
３６…ジャンパ
４１…回転センサ
４３…磁気シールド
４５…ランド部

Claims (10)

1. 電動モータの一端部に設けられたハウジング内に、制御系電子部品を備えた制御基板と、パワー系電子部品を備えたパワー系基板と、が互いに重ねて配置され、かつ、上記制御基板が上記電動モータと上記パワー系基板との間に位置する電動モータの電子回路装置において、
   上記制御基板の上記電動モータ側となる第１の面に、回転センサが取り付けられており、
   上記制御基板の第２の面には、上記回転センサの投影領域を覆う磁気シールドが取り付けられている、ことを特徴とする電動モータの電子回路装置。
2. 上記磁気シールドは、上記制御基板を上記ハウジングに取り付ける固定部から独立して上記制御基板自体に支持されている、ことを特徴とする請求項１に記載の電動モータの電子回路装置。
3. 上記制御基板の上記第２の面に、金属面からなるランド部が形成されており、このランド部に上記磁気シールドが接合されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動モータの電子回路装置。
4. 上記磁気シールドが上記ランド部にハンダ付けされている、ことを特徴とする請求項３に記載の電動モータの電子回路装置。
5. 上記ランド部は、他の配線回路から電位的に独立して形成されている、ことを特徴とする請求項３または４に記載の電動モータの電子回路装置。
6. 上記磁気シールドは長方形状をなしており、その長辺の方向が、上記パワー系基板により生じる上記回転センサ近傍における磁束線の方向に沿っている、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電動モータの電子回路装置。
7. 上記磁気シールドは、上記投影領域を覆う本体部と、この本体部の端縁から延び、かつステップ状に折曲形成された少なくとも一対の脚部と、を備え、上記脚部が上記制御基板の上記第２の面に支持されている、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電動モータの電子回路装置。
8. 上記磁気シールドは、上記本体部の上記脚部を具備しない第２の端縁から上記第２の面へ向かって延びた側壁部を有する、ことを特徴とする請求項７に記載の電動モータの電子回路装置。
9. 上記磁気シールドは、上記制御基板の第２の面に実装される他の電子部品と重ならない大きさに形成されている、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電動モータの電子回路装置。
10. 上記磁気シールドは、鉄系の金属板からなり、少なくとも上記第２の面との接触面が、スズ、金、銅、もしくはニッケルによって表面処理されている、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の電動モータの電子回路装置。

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