(57)【要約】【課題】回路素子から外部への放熱を良好に行うことのできる小型の電子回路装置およびそれを含んだ回転電機の提供。【解決手段】電動モーターのモーターハウジング１１には、インバーター回路が形成された回路基板１２が取り付けてある。モーターハウジング１１には、伝熱性を有した板材により形成された構造部材１５が固定されている。構造部材１５は、底部１５ｂの下面が回路基板１２に実装された回路素子１４と対向するように、モーターハウジング１１に取り付けられている。構造部材１５の底部１５ｂの上面には、インバーター回路に含まれたノイズ低減用のチョークコイル２１が取り付けられている。チョークコイル２１は、複数のコイル端子２１２が回路基板１２に形成されたスルーホールに挿入された後、半田付けされることによって、回路基板１２に対し電気的に接続されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（１１）と、
回路素子（１４）が設けられ、前記ハウジングに取り付けられる回路基板（１２）と、
前記回路基板と電気的に接続された第１発熱素子（２１、２１Ａ）と、
伝熱性を有する部材により形成され、前記第１発熱素子が取り付けられるとともに、少なくとも一部が前記回路基板と前記第１発熱素子との間に配置されるように、前記ハウジングに対し固定された構造部材（１５、１５Ａ、１５Ｂ）と、
を備えた電子回路装置（１０、１０Ａ）。
【請求項２】
前記第１発熱素子を前記回路基板上に取り付けた場合における前記回路基板上の占有面積は、前記回路素子による前記回路基板上の占有面積よりも大きくなるように形成されている請求項１記載の電子回路装置。
【請求項３】
前記回路素子は、前記構造部材と対向するように配置された第２発熱素子（２２、２４、２５）を含み、
前記第２発熱素子と前記構造部材との間には、熱伝導性部材（１７）が介装されている請求項１または２に記載の電子回路装置。
【請求項４】
前記第１発熱素子は、前記第２発熱素子に比較して発熱量が小さい、または、発熱速度が小さくなるように形成されている請求項３記載の電子回路装置。
【請求項５】
電力変換回路部（２）を備えており、前記第１発熱素子は前記電力変換回路部に含まれたノイズ低減用のチョークコイル（２１、２１Ａ）であり、
前記チョークコイル（２１Ａ）は、巻線が巻回されたコア（２１１）を有し、
前記構造部材（１５Ｂ）は、絶縁材料によって前記コアの少なくとも一部（２１４）と一体的に形成された基部（１５１）と、該基部における前記回路素子と対向する側の外周面を被覆した熱伝部（１５２）とを有しており、
前記熱伝部は、前記ハウジングに対し熱的に接続されている請求項３または４に記載の電子回路装置。
【請求項６】
前記第２発熱素子は、前記電力変換回路部に含まれた半導体能動素子（２４）、シャント抵抗（２２）および還流ダイオード（２５）のうちの少なくとも一つである請求項５記載の電子回路装置。
【請求項７】
前記構造部材（１５Ａ）の外周面には、放熱用フィン（１５ｄ）が立設されている請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の電子回路装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の電子回路装置を含んだ回転電機（１）であって、前記ハウジングはモーターハウジング（１１）である回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理または電力変換を行う電子回路装置およびそれを含んだ回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
各々絶縁材によって形成された支持棒を介して、チョークコイルに一対の取付板を取り付け、当該取付板の下端部を金属容器（以下、固定側部材と言う）に締結したチョークコイルの固定構造に関する従来技術があった（例えば、特許文献１参照）。当該固定構造によれば、固定側部材に対してチョークコイルを、簡単な構成によって強固に固定することができる。したがって、チョークコイルに振動が加わっても、取付板によってチョークコイルを所定の位置に堅固に保持することができる。また、チョークコイルを固定側部材から所定の間隔だけ離れて取り付けることができるため、チョークコイルと固定側部材との間に別の回路素子を取り付けることもできる。このため、固定側部材上におけるチョークコイルの実質的な占有面積を低減することができ、固定構造が設けられた装置全体を小型化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公平６−４８８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、チョークコイルのように、ある種の回路素子はその作動によって発熱することがある。これにより、発生した熱が電子回路装置に含まれる他の回路素子に対し、輻射もしくは回路基板内の金属を介して伝導することによって、当該回路素子の誤作動を誘引したり、自己発熱の許容値を下げたりすることがあった。したがって、電子回路装置において放熱経路を形成し、発熱源からの熱が他の回路素子に伝導することがないようにすることは、電子回路装置の重要な課題であった。さらに、チョークコイルのような高さ方向に大きな寸法を有した回路素子を回路基板上に取り付けた場合、必然的に回路基板を囲むハウジングと回路基板との間の距離が増大する。このため、回路基板上の他の回路素子からの発熱がハウジングに伝導しにくくなって、その放熱が困難になるという問題もあった。
【０００５】
上述した従来技術によるチョークコイルの固定構造においても、これらの課題については何ら考慮されていなかった。当該固定構造を回路基板上に設けた場合、チョークコイルによる発熱は取付板を介して回路基板に伝わるため、回路基板に設けられた他の回路素子への熱の影響は避けられなかった。また、回路基板上において回路素子の実装面積をかせぐために、チョークコイルと回路基板との間に回路素子を配置した場合、チョークコイルの直下にある回路素子が、まともに熱を受けることを余儀なくされていた。あるいは、当該回路素子の放熱先を設けることができなくなり、回路基板への放熱だけしかできなくなっていた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路素子から外部への放熱を良好に行うことのできる小型の電子回路装置およびそれを含んだ回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、請求項１に係る電子回路装置の発明は、ハウジングと、回路素子が設けられ、ハウジングに取り付けられる回路基板と、回路基板と電気的に接続された第１発熱素子と、伝熱性を有する部材により形成され、第１発熱素子が取り付けられるとともに、少なくとも一部が回路基板と第１発熱素子との間に配置されるように、ハウジングに対し固定された構造部材と、を備えている。
【０００７】
この構成によれば、電子回路装置は、伝熱性を有する部材により形成され、第１発熱素子が取り付けられるとともに、少なくとも一部が回路基板と第１発熱素子との間に配置されるように、ハウジングに対し固定された構造部材を備えている。これにより、第１発熱素子による発熱が、回路基板に直接伝導することなく構造部材を介してハウジングに放熱される。したがって、回路基板に取り付けられた回路素子に熱の影響を与えることを低減できるため、回路素子が正常に作動することができる自己発熱の許容値を増大させることができる。尚、本発明における構造部材は、ハウジングに対して直接的に固定されるものと、ハウジングに対して回路基板を介さずに間接的に固定されるものとを含んでいる。
また、第１発熱素子を構造部材に取り付けたことにより、回路基板上の構造部材下において、他の回路素子の実装面積を確保することができ、電子回路装置全体を小型化することができる。
【０００８】
上述した課題を解決するために、請求項８に係る回転電機の発明は、請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の電子回路装置を含んだ回転電機であって、ハウジングはモーターハウジングとしたことである。
【０００９】
この構成によれば、回転電機において、第１発熱素子による発熱が、回路基板に直接伝導することなく構造部材を介してモーターハウジングに放熱される。したがって、回路基板に取り付けられた回路素子に熱の影響を与えることを低減でき、回転電機は正常に作動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１によるインバーター回路を含んだ電動モーターの回路図
【図２】図１に表された電動モーターに含まれた電子回路装置の断面図
【図３】実施形態２による電子回路装置の断面図
【図４】実施形態３による電子回路装置の断面図
【図５】実施形態４による電子回路装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態１乃至実施形態４について説明する。以下、図２乃至図５における上方を電動モーター１の上方とし、図２乃至図５における下方を電動モーター１の下方とし、図２乃至図５における左右方向を電動モーター１の水平方向として説明するが、電動モーター１の実際の取付方向とは無関係である。電動モーター１は、回転電機に該当する。
【００１２】
＜実施形態１の構成＞
図１に基づき、本発明の実施形態１による電動モーター１の回路構成について説明する。本実施形態における電動モーター１は、ブラシレスＤＣモーターにより形成されているが、これに限られるものではなく、同期モーター、誘導モーター、その他の電動モーターであってもよい。
電動モーター１は、インバーター回路２、ステーター３、駆動回路４、マイクロコンピュータ５（以下、マイコン５と言う）および回転角センサ６を含んで形成されている。インバーター回路２は電力変換回路部に該当している。
【００１３】
インバーター回路２は、直流電源７の正極側に一端が接続されたチョークコイル２１と、直流電源７の負極側に一端が接続されたシャント抵抗２２とを含んでいる。チョークコイル２１は、第１発熱素子に該当している。また、チョークコイル２１の他端とシャント抵抗２２の他端との間には、平滑コンデンサ２３が接続されている。チョークコイル２１および平滑コンデンサ２３はノイズフィルタを構成し、電動モーター１へのノイズの流入および電動モーター１からのノイズの流出を低減している。また、チョークコイル２１および平滑コンデンサ２３は、直流電源７からの電圧を平滑化し、その脈動を低減している。
【００１４】
チョークコイル２１の他端には、それぞれＭＯＳ−ＦＥＴ(Metal-oxide-semiconductor field effect-transistor)やＩＧＢＴ(Insulated gate bipolar transistor)などの半導体能動素子により形成された３相のイン側スイッチング素子２４ｉのドレイン端子が並列に接続されている。一方、シャント抵抗２２の他端には、それぞれイン側スイッチング素子２４ｉと同様の３相のアウト側スイッチング素子２４ｏのソース端子が並列に接続されている。イン側スイッチング素子２４ｉのソース端子と、対応するアウト側スイッチング素子２４ｏのドレイン端子とは互いに接続されている。以下、イン側スイッチング素子２４ｉおよびアウト側スイッチング素子２４ｏを包括してスイッチング素子２４と言う。
【００１５】
さらに、イン側スイッチング素子２４ｉに対しては、それぞれイン側還流ダイオード２５ｉが並列に接続されている。また、アウト側スイッチング素子２４ｏに対しては、それぞれアウト側還流ダイオード２５ｏが並列に接続されている。以下、イン側還流ダイオード２５ｉおよびアウト側還流ダイオード２５ｏを包括して還流ダイオード２５と言う。
【００１６】
ステーター３は、３相のステーターコイル３ｕ、３ｖ、３ｗを有している。ステーターコイル３ｕ、３ｖ、３ｗの一端は、それぞれ対応するイン側スイッチング素子２４ｉのソース端子に接続されており、他端は互いに接続されている。さらに、電動モーター１は、ステーター３と半径方向に対向するように、図示しないローターを備えている。
駆動回路４は、スイッチング素子２４の各々のゲート端子に接続されている。また、駆動回路４にはマイコン５が接続されている。
【００１７】
マイコン５には、エンコーダーまたはレゾルバあるいはホールＩＣにより形成された回転角センサ６が接続されており、マイコン５は、回転角センサ６による検出値およびシャント抵抗２２を流れる電流に基づいて制御信号を形成し、駆動回路４へと送信する。駆動回路４は、マイコン５からの制御信号に基づいてＰＷＭ(Pulse Width Modulation)信号を形成し、各々のスイッチング素子２４のゲート端子へと送信する。スイッチング素子２４は、ＰＷＭ信号によってスイッチング動作し、直流電源７の電圧を要求される交流電圧に変換して、ステーターコイル３ｕ、３ｖ、３ｗに供給する。これにより、電動モーター１のローターは、マイコン５によって回転制御される。
【００１８】
電動モーター１は、図２に示した電子回路装置１０を含んでいる。電子回路装置１０は、アルミニウム合金のような熱伝導性に優れた金属製の筺体によって形成されたモーターハウジング１１を含んでいる。モーターハウジング１１は、ハウジングに該当している。モーターハウジング１１の内部には、回路部品収容部１１ａが形成されている。モーターハウジング１１の下方にある取付面１１ｂには、回路部品収容部１１ａと対向するように回路基板１２が固定されている。回路基板１２は、貫通した複数の締付ボルト１３がモーターハウジング１１に締め付けられることによって、取付面１１ｂに取り付けられている。図２に示すように、回路基板１２の上面１２ａには、複数の回路素子１４が実装されている。回路基板１２の上面１２ａには回路素子１４以外に、前述したインバーター回路２が実装され、回路基板１２の下面１２ｂには駆動回路４およびマイコン５が取り付けられている。
【００１９】
回路部品収容部１１ａの天井面１１ａ１には、複数のスクリュー１６によって、構造部材１５が固定されている。構造部材１５は、アルミニウム板のような伝熱性を有した板材により略コの字状に形成されている。構造部材１５は、上端部にあるフランジ部１５ａに貫通させたスクリュー１６をモーターハウジング１１に締め付けることにより、天井面１１ａ１に取り付けられている。構造部材１５の底部１５ｂの上面には、前述したチョークコイル２１が取り付けられ、下面は回路基板１２と対向している。これにより、構造部材１５の少なくとも底部１５ｂは、チョークコイル２１と回路基板１２との間に配置されている。構造部材１５は、図２における左右方向についてはチョークコイル２１を囲んでいるが、図２において紙面に垂直な方向については開放されている。構造部材１５は、チョークコイル２１を四方から囲むように形成されていてもよい。
【００２０】
チョークコイル２１は、コア２１１の回りに巻線（図示せず）が巻回されて形成されている。また、チョークコイル２１は、複数のコイル端子２１２が回路基板１２に形成されたスルーホール（図示せず）に挿入された後、先端部が半田付けされることによって、回路基板１２に対し電気的に接続されている。各々のコイル端子２１２は、構造部材１５に対して絶縁された状態で貫通している。仮にチョークコイル２１を回路基板１２上に取り付けた場合、チョークコイル２１による回路基板１２上の占有面積は、１個の回路素子１４による回路基板１２上の占有面積よりも大きくなるように形成されている。
上述した構成により、チョークコイル２１における発熱は、構造部材１５を介してモーターハウジング１１に伝導し、モーターハウジング１１を介して電動モーター１の外部へと放熱される。
【００２１】
＜実施形態１の作用効果＞
本実施形態によれば、電動モーター１は、伝熱性を有する板材により形成され、底部１５ｂの上面にチョークコイル２１が取り付けられ、底部１５ｂがチョークコイル２１と回路基板１２との間に配置されるようにモーターハウジング１１に固定された構造部材１５を備えている。これにより、チョークコイル２１による発熱が、回路基板１２に伝導することなく構造部材１５を介してモーターハウジング１１に放熱される。したがって、図２に示したように、チョークコイル２１と回路基板１２との間の空間を利用して、回路素子１４を回路基板１２上に実装したとしても、回路素子１４がチョークコイル２１から熱の影響を受けることがない。このため、回路素子１４が正常に作動することができ、延いては電動モーター１が正常に動作することができる。
【００２２】
チョークコイル２１は回路基板１２上に取り付けた場合、回路素子１４による回路基板１２上の占有面積よりも大きくなるように形成されている。これに対し、本実施形態においてはチョークコイル２１を構造部材１５に取り付けているため、チョークコイル２１によって回路基板１２上における実装面積が減少することを防止することができる。したがって、回路基板１２上において回路素子１４の実装面積を確保することができ、電子回路装置１０全体を小型化することができる。
回路基板１２に対して、モーターハウジング１１の内周面よりも構造部材１５の底部１５ｂを接近させることができるため、構造部材１５を介して、回路基板１２上の発熱をよりいっそう容易に放熱させることができる。
【００２３】
＜実施形態２の構成＞
図３に基づき、本発明の実施形態２による電子回路装置１０Ａについて説明する。電子回路装置１０Ａにおいて、回路素子１４は、前述したシャント抵抗２２、スイッチング素子２４および還流ダイオード２５のうちの少なくとも一つを含んでいる。回路素子１４は、第２発熱素子に該当している。回路素子１４は構造部材１５の底部１５ｂと対向しており、回路素子１４と構造部材１５との間には、絶縁性を有した熱伝導性部材１７が介装されている。熱伝導性部材１７は、放熱シートまたは放熱ゲルによって形成されている。放熱シートおよび放熱ゲルについては、公開特許公報である特開２００６−２４９３１４号および特開２０１４−１３８０３０号に開示されている。本実施形態によるチョークコイル２１は、回路素子１４に比較して発熱量が小さい、または、発熱速度が小さくなるように形成されているが、これに限られるものではない。
【００２４】
図３に示したように、回路素子１４における発熱は、熱伝導性部材１７を介して構造部材１５の底部１５ｂへと伝導する。底部１５ｂに伝わった熱は、構造部材１５のフランジ部１５ａまたはスクリュー１６を介して、モーターハウジング１１へと放熱される。上述した熱の伝導経路を、図３において破線にて示している。電子回路装置１０Ａにおいて、その他の構成については、実施形態１による電子回路装置１０と同様であるため、これ以上の説明は省略する。
【００２５】
＜実施形態２の作用効果＞
本実施形態によれば、回路素子１４は、構造部材１５と対向するように配置され、回路素子１４と構造部材１５との間には、熱伝導性部材１７が介装されている。これにより、回路素子１４による発熱が、熱伝導性部材１７を介して構造部材１５に伝導した後、モーターハウジング１１に放熱される。したがって、回路素子１４による発熱が、回路基板１２に取り付けられた他の部品に伝わることを低減することができ、それらを正常に作動させることができる。
【００２６】
電子回路装置１０Ａはインバーター回路２を有しており、インバーター回路２に含まれたノイズ防止用のチョークコイル２１が構造部材１５に取り付けられ、回路素子１４は、インバーター回路２に含まれたシャント抵抗２２、スイッチング素子２４および還流ダイオード２５のうちの少なくとも一つを含んでいる。これにより、インバーター回路２において、チョークコイル２１による回路基板１２上の面積の占有を防止でき、回路基板１２上に多くの回路素子１４を実装することができる。また、構造部材１５によって、チョークコイル２１および回路基板１２上の回路素子１４の発熱をモーターハウジング１１に放熱することができ、インバーター回路２において熱の影響を排除して、インバーター回路２を正常に作動させることができる。
【００２７】
本実施形態によるチョークコイル２１は、回路素子１４に比較して発熱量が小さい、または、発熱速度が小さくなるように形成されている。この場合には、熱伝導性部材１７上において、回路素子１４から構造部材１５への熱の伝導は多くなり、チョークコイル２１から回路素子１４への熱の伝導の影響は少ない。したがって、回路素子１４からの放熱が進行するとともに、チョークコイル２１から回路素子１４への熱の伝導の影響を低減することができ、回路素子１４を効果的に放熱させることができる。
【００２８】
＜実施形態３の構成＞
図４に基づき、本発明の実施形態３による構造部材１５Ａについて説明する。構造部材１５Ａにおいて、フランジ部１５ａの下方には一対の縦壁１５ｃが接続されている。各々の縦壁１５ｃの外周面には、複数の放熱用フィン１５ｄが立設されている。各々の放熱用フィン１５ｄは水平方向に延びることにより、構造部材１５Ａの外周面積を増大させており、チョークコイル２１および回路素子１４から伝導した熱を空気中に放熱可能に形成されている。構造部材１５Ａにおいて、その他の構成については、実施形態１による構造部材１５と同様であるため、これ以上の説明は省略する。
【００２９】
＜実施形態３の作用効果＞
本実施形態によれば、構造部材１５Ａの外周面には、放熱用フィン１５ｄが立設されていることにより、チョークコイル２１および回路素子１４からの放熱をいっそう増大させることができる。
【００３０】
＜実施形態４の構成＞
図５に基づき、本発明の実施形態４による構造部材１５Ｂについて説明する。本実施形態において、チョークコイル２１Ａのコア２１１は、鉄心２１３と、絶縁材料である合成樹脂材料によって形成され、鉄心２１３の周囲を覆った被覆部２１４とを備えている。被覆部２１４は、コアの一部に該当している。構造部材１５Ｂは、合成樹脂材料によって被覆部２１４と一体的に形成された基部１５１と、基部１５１における回路素子１４と対向する側の外周面を被覆した熱伝部１５２とを有している。熱伝部１５２は、アルミニウムのような伝熱性に優れた金属製の板材によって形成され、基部１５１の外周面の全体を覆っている。熱伝部１５２は、上端の伝熱フランジ１５２ａを貫通したスクリュー１６が天井面１１ａ１に締め付けられることにより、モーターハウジング１１に熱的に接続されている。
【００３１】
回路素子１４の発熱は、熱伝導性部材１７を介して熱伝部１５２に伝導し、伝熱フランジ１５２ａからスクリュー１６を介してモーターハウジング１１に放熱される。上述した熱の伝導経路を、図５において破線にて示している。構造部材１５Ｂにおいて、その他の構成については、実施形態１による構造部材１５と同様であるため、これ以上の説明は省略する。
【００３２】
＜実施形態４の作用効果＞
本実施形態によれば、構造部材１５Ｂは、絶縁材料によってコア２１１の被覆部２１４と一体的に形成された基部１５１と、基部１５１における回路素子１４と対向する側の外周面を被覆した熱伝部１５２とを有している。これにより、構造部材１５Ｂの基部１５１を、コア２１１の被覆部２１４とともに容易に形成することができる。また、熱伝部１５２は、モーターハウジング１１に対し熱的に接続されている。これにより、回路素子１４による発熱を、熱伝部１５２を介してモーターハウジング１１に放熱させることができる。
【００３３】
＜他の実施形態＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
本発明は、ローターが回転されることにより、ステーター３において電力を発生させる発電機にも適用可能である。
また、本発明は、発電機と電動機の２つの機能を併せ持つ電動発電機にも適用可能である。
本発明における構造部材１５、１５Ａ、１５Ｂは、モーターハウジング１１に対して直接的に固定されるものと、モーターハウジング１１に対して回路基板１２を介さずに間接的に固定されるものとを含んでいる。
また、回路基板１２および構造部材１５はモーターハウジング１１ではなく、電子制御装置の筺型のハウジングに取り付けられていてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
図面中、１は電動モーター（回転電機）、２はインバーター回路（電力変換回路部）、１０，１０Ａは電子回路装置、１１はモーターハウジング（ハウジング）、１２は回路基板、１４は回路素子、１５，１５Ａ，１５Ｂは構造部材、１５ｄは放熱用フィン、１７は熱伝導性部材、２１，２１Ａはチョークコイル（第１発熱素子）、２２はシャント抵抗（第２発熱素子）、２４はスイッチング素子（ＭＯＳ−ＦＥＴ、第２発熱素子、半導体能動素子）、２５は還流ダイオード（第２発熱素子）、１５１は基部、１５２は熱伝部、２１１はコア、２１４は被覆部（コアの一部）を示している。
【図１】
2018026508.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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