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公開番号2021009953
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210128
出願番号2019123831
出願日20190702
発明の名称電子装置
出願人株式会社デンソー
代理人個人,個人,個人
主分類H05K 1/16 20060101AFI20201225BHJP(他に分類されない電気技術)
要約【課題】ノイズ電流の影響を抑制しやすい電子装置を提供する。
【解決手段】電子装置は、電源側正極部61pと、電源側負極部61nと、負荷側正極部62pと、負荷側負極部62nとを備えている。電子装置は、負荷側負極部と電源側負極部とに導通して設けられ、相互インダクタンスを生じさせる第1コイル部65と第2コイル部75とを有するノイズ低減部105を備えている。電子装置1は、第1コイル部が設けられている第1コイル層と、第2コイル部が設けられている第2コイル層とを有し、絶縁層を挟んで第1コイル部と第2コイル部とが互いに対向した状態で積層されている多層基板を備えている。電子装置は、ノイズ低減部と導通して設けられ、負荷側負極部を流れるノイズ電流を電源側負極部以外の部分に導くノイズ導電部59とを備えている。このため、ノイズ電流の影響を抑制しやすい電子装置を得ることができる。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項1】
電気負荷(20)と、
外部電源と導通するための外部コネクタ(27)と、
前記外部コネクタと導通している電源側正極部(61p)と、
前記外部コネクタと導通している電源側負極部(61n)と、
前記電気負荷と導通している負荷側正極部(62p)と、
前記電気負荷と導通している負荷側負極部(62n)と、
前記負荷側負極部と前記電源側負極部とに導通して設けられ、磁気的結合によって相互インダクタンスを生じさせる第1コイル部(65)と第2コイル部(75)とを有するノイズ低減部(105)と、
前記第1コイル部が設けられている第1コイル層(60)と、前記第2コイル部が設けられている第2コイル層(70)とを有し、絶縁層(55)を挟んで前記第1コイル部と前記第2コイル部とが互いに対向した状態で積層されている多層基板(50)と、
前記ノイズ低減部と導通して設けられ、前記負荷側負極部を流れるノイズ電流を前記電源側負極部以外の部分に導くノイズ導電部(59、259)とを備えている電子装置。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
前記ノイズ低減部から前記外部コネクタまでの前記電源側負極部の長さは、前記電気負荷から前記ノイズ低減部までの前記負荷側負極部の長さよりも短い請求項1に記載の電子装置。
【請求項3】
前記ノイズ導電部は、接地コンデンサ(56)を備えている請求項1または請求項2に記載の電子装置。
【請求項4】
前記ノイズ低減部の相互インダクタンスは、前記接地コンデンサの等価直列インダクタンスよりも大きい請求項3に記載の電子装置。
【請求項5】
前記多層基板を収納している金属製の収納ケース(40)を備え、
前記ノイズ導電部は、前記負荷側負極部を流れるノイズ電流を前記収納ケースに導く請求項1から請求項4のいずれかに記載の電子装置。
【請求項6】
前記電気負荷は、前記電気負荷の一部を構成している金属製の負荷金属部(21、22、25)を備え、
前記ノイズ導電部は、前記負荷側負極部を流れるノイズ電流を前記負荷金属部に導く請求項1から請求項4のいずれかに記載の電子装置。
【請求項7】
前記多層基板は、前記負荷側負極部よりも大きな面積を有する大型負極部(82n)が設けられている大型負極層(80)を備え、
前記第1コイル層は、前記電源側正極部と前記電源側負極部と前記負荷側正極部と前記負荷側負極部とを備え、
前記大型負極部は、前記負荷側負極部と導通しており、前記電源側負極部とは導通していない請求項1から請求項6のいずれかに記載の電子装置。
【請求項8】
前記大型負極部は、前記多層基板の積層方向において、前記電源側正極部と重ならない位置に設けられている請求項7に記載の電子装置。
【請求項9】
前記第1コイル層は、
前記電源側正極部と前記負荷側正極部とに導通しているインダクタンス素子(53)と、
前記電源側正極部と前記電源側負極部とに導通している電源側コンデンサ(51)と、
前記負荷側正極部と前記負荷側負極部とに導通している負荷側コンデンサ(52)とを備えている請求項7または請求項8に記載の電子装置。
【請求項10】
前記多層基板は、信号線部(93)が設けられている信号線層(90)を有し、
前記信号線部は、前記多層基板の積層方向において、前記第1コイル部および前記第2コイル部に対して重ならない位置に設けられている請求項1から請求項9のいずれかに記載の電子装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
この明細書における開示は、電子装置に関する。
続きを表示(約 6,700 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1は、電源配線において磁気的結合により相互インダクタンスを形成することで、バイパス回路の性能劣化を抑制し、電磁ノイズを効果的に除去できるプリント基板を開示している。ここで、プリント基板は、複数の配線層を有する多層プリント基板である。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2017−34501号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
先行技術文献の構成では、電源配線において相互インダクタンスを形成する例を開示しているが、グランド配線において相互インダクタンスを形成する方法については開示されていない。このため、グランド側にノイズ電流が流れた場合に、外部電源や回路素子がノイズ電流の影響を受けてしまう場合があった。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、電子装置にはさらなる改良が求められている。
【0005】
開示される1つの目的は、ノイズ電流の影響を抑制しやすい電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
ここに開示された電子装置は、電気負荷(20)と、外部電源と導通するための外部コネクタ(27)と、外部コネクタと導通している電源側正極部(61p)と、外部コネクタと導通している電源側負極部(61n)と、電気負荷と導通している負荷側正極部(62p)と、電気負荷と導通している負荷側負極部(62n)と、負荷側負極部と電源側負極部とに導通して設けられ、磁気的結合によって相互インダクタンスを生じさせる第1コイル部(65)と第2コイル部(75)とを有するノイズ低減部(105)と、第1コイル部が設けられている第1コイル層(60)と、第2コイル部が設けられている第2コイル層(70)とを有し、絶縁層(55)を挟んで第1コイル部と第2コイル部とが互いに対向した状態で積層されている多層基板(50)と、ノイズ低減部と導通して設けられ、負荷側負極部を流れるノイズ電流を電源側負極部以外の部分に導くノイズ導電部(59、259)とを備えている。
【0007】
開示された電子装置によると、ノイズ低減部と導通して設けられ、負荷側負極部を流れるノイズ電流を電源側負極部以外の部分に導くノイズ導電部を備えている。このため、グランド側である負荷側負極部を流れるノイズ電流が電源側負極部に伝播して電源側に影響を及ぼすことを抑制できる。したがって、ノイズ電流の影響を抑制しやすい電子装置を提供できる。
【0008】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
電子装置の構成を示す分解斜視図である。
第1コイル層の構成を示す平面図である。
第2コイル層の構成を示す平面図である。
大型負極層の構成を示す平面図である。
信号線層の構成を示す平面図である。
多層基板の構成を示す側面図である。
多層基板の構成を示す分解斜視図である。
多層基板の等価回路を示す回路図である。
ノイズ電流の周波数に対するSパラメータの変化を示す図である。
第2実施形態における第1コイル層の構成を示す平面図である。
第2実施形態における多層基板の等価回路を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび/または構造的に対応する部分および/または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および/または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。以下においては、互いに直交する3方向をX方向、Y方向、Z方向と示す。
【0011】
第1実施形態
電子装置1は、負荷と負荷を電気的に制御するための回路とを備えている装置である。電子装置1は、例えば、駆動部品であるモータとこのモータを電気的に制御するための制御基板とが一体に構成されている機電一体型の回転電機装置である。以下では、電子装置1が機電一体型の回転電機装置である場合を例に説明を行う。
【0012】
図1において、電子装置1は、モータ装置20と、収納ケース40と、多層基板50とを備えている。モータ装置20は、回転子21と、固定子22と、シャフト23と、センターピース25とを備えたブラシレスモータである。回転子21は、複数の永久磁石と、この永久磁石を保持する磁石保持部とを備えている。回転子21は、少なくとも一部が金属製である。複数の永久磁石は、全体で略環状をなしている。固定子22は、固定子巻線と、固定子巻線を保持する巻線保持部とを備えている。固定子22は、少なくとも一部が金属製である。
【0013】
回転子21と固定子22とは、永久磁石と固定子巻線とが所定のエアギャップを挟んで互いに対向するように配置される。モータ装置20は、回転子21が固定子22の外側に位置しているアウターロータタイプのモータである。ただし、モータ装置20として、インナーロータタイプのモータを採用してもよい。回転子21は、負荷金属部の一例を提供する。固定子22は、負荷金属部の一例を提供する。モータ装置20は、電気負荷の一例を提供する。
【0014】
シャフト23は、回転子21が回転する際の回転軸をなす部品である。回転子21と固定子22とは、ともにシャフト23を軸とする互いに同軸な部品である。外部コネクタ27は、多層基板50と外部電源とを接続するための端子である。外部コネクタ27は、正極と負極との2つの端子を有している。外部コネクタ27は、コネクタターミナルとも呼ばれる。
【0015】
センターピース25は、金属製の板状部品である。ただし、センターピース25の全体を金属で構成するのではなく、一部を樹脂などの金属ではない材料で構成してもよい。センターピース25は、回転子21と固定子22とシャフト23と外部コネクタ27とを固定して、各部品の相対的な位置関係を決めるための部品である。センターピース25には、回転子21などのモータ装置20を構成する各部品だけでなく、収納ケース40と多層基板50との部品も固定される。言い換えると、電子装置1を構成する各部品は、センターピース25の適切な位置に固定されることで、センターピース25を基準として部品同士の相対的な位置を適切に保っている。センターピース25は、負荷金属部の一例を提供する。
【0016】
収納ケース40は、多層基板50を収納するためのケース部材である。収納ケース40は、ほこりや水などの異物や、外力による衝撃などから多層基板50を保護するための部品である。収納ケース40は、中央部分が周縁部分に比べて凹んだ箱型をなしている。収納ケース40は、例えばアルミなどの金属製である。ただし、収納ケース40の全体を金属で構成するのではなく、一部を樹脂などの金属ではない材料で構成してもよい。
【0017】
多層基板50は、モータ装置20の駆動を制御するための回路基板である。多層基板50は、1枚の基板に複数の層が形成されている。多層基板50を構成している複数の層には、様々な形状の電極パターンや電子部品が実装されている電極層と、絶縁性を有する絶縁層55とが含まれている。電極層の電極パターンは、例えば銅箔などの導電性部材によって構成されている。
【0018】
センターピース25において、固定子22などが固定される側とは反対側の面に多層基板50が固定される。さらに、センターピース25において、多層基板50が固定されている側と同じ側の面に収納ケース40が固定されることとなる。電子装置1において、多層基板50は、収納ケース40とセンターピース25とによって形成される収納空間の内部に収納されることとなる。言い換えると、多層基板50の一方の面は、センターピース25と対向し、多層基板50の他方の面は、収納ケース40と対向することとなる。
【0019】
図2において、第1コイル層60には、電源側正極部61pと電源側負極部61nと負荷側正極部62pと負荷側負極部62nとが設けられている。電源側正極部61pと電源側負極部61nと負荷側正極部62pと負荷側負極部62nとは、高い導電性を有する電極パターンである。電源側正極部61pと電源側負極部61nとは、外部コネクタ27を介して外部電源と接続している。負荷側正極部62pと負荷側負極部62nとは、モータ装置20と接続している。
【0020】
電源側正極部61pと電源側負極部61nとは、電源側コンデンサ51を介して接続している。負荷側正極部62pと負荷側負極部62nとは、負荷側コンデンサ52を介して接続している。電源側コンデンサ51と負荷側コンデンサ52は、電解コンデンサである。電源側正極部61pと負荷側正極部62pとは、インダクタンス素子53を介して接続している。
【0021】
第1コイル層60には、第1コイル部65が設けられている。第1コイル部65は、矩形環状をなすように形成された電極パターンである。ただし、第1コイル部65は、完全な環状をなしているのではなく、第1コイル部65の環状をなしている部分の始端部と終端部とは、互いにずれた位置に設けられている。言い換えると、第1コイル部65は、一部が途切れた環状の電極パターンである。
【0022】
第1コイル層60には、ノイズ導電パターン57が設けられている。ノイズ導電パターン57は、矩形状の多層基板50の角部に位置して設けられた電極パターンである。ノイズ導電パターン57が形成されている部分を貫通するように固定用ネジ58が設けられている。固定用ネジ58は、金属製であり、ノイズ導電パターン57と電気的に接続している。固定用ネジ58は、多層基板50をセンターピース25に対する適切な位置に固定するための部品である。固定用ネジ58は、矩形状の多層基板50の4箇所の角部のそれぞれに設けられている。
【0023】
第1コイル部65は、電源側負極部61nと接続している。第1コイル部65は、接地コンデンサ56を介してノイズ導電パターン57と接続している。接地コンデンサ56は、第1コイル部65を流れる電流のうち、周波数の高い成分をノイズ導電パターン57に流している。接地コンデンサ56とノイズ導電パターン57と固定用ネジ58とは、ノイズ電流を電源側負極部61n以外の部分に導くノイズ導電部59を構成している。
【0024】
図3において、第2コイル層70には、第2コイル部75が設けられている。第2コイル部75は、矩形環状をなすように形成されている。ただし、第2コイル部75は、完全な環状をなしているのではなく、第2コイル部75の環状をなしている部分の始端部と終端部とは、互いにずれた位置に設けられている。言い換えると、第2コイル部75は、一部が途切れた環状の電極パターンである。第2コイル部75は、多層基板50の各層の積層方向において、第1コイル部65と半分以上が重なる位置に設けられている。
【0025】
第2コイル部75の始端部は、ビアホールを介して第1コイル層60の負荷側負極部62nと接続している。第2コイル部75の終端部は、ビアホールを介して第1コイル層60の第1コイル部65の始端部と接続している。まとめると、負荷側負極部62nと電源側負極部61nとは、第2コイル部75と第1コイル部65とを介して電気的に接続している。
【0026】
第2コイル層70には、小型負極部72nが設けられている。小型負極部72nは、矩形状の電極パターンである。小型負極部72nは、複数のビアホールによって第1コイル層60の負荷側負極部62nと電気的に接続している。小型負極部72nの面積は、第1コイル層60の負荷側負極部62nの面積と等しい。小型負極部72nは、多層基板50の各層の積層方向において、負荷側負極部62nと重なる位置に設けられている。小型負極部72nは、多層基板50の各層の積層方向において、電源側負極部61nと第1コイル部65とに重ならない位置に設けられている。
【0027】
図4において、大型負極層80には、大型負極部82nが設けられている。大型負極部82nは、負荷側正極部62pと負荷側負極部62nとの2つの電極パターンを合わせた面積よりも大きな面積の電極パターンである。大型負極部82nは、多層基板50の各層の積層方向において、負荷側正極部62pと負荷側負極部62nとに半分以上重なる位置に設けられている。大型負極部82nは、多層基板50の各層の積層方向において、電源側正極部61pと電源側負極部61nとに重ならない位置に設けられている。大型負極部82nは、多層基板50の各層の積層方向において、第1コイル部65と第2コイル部75とに重ならない位置に設けられている。
【0028】
図5において、信号線層90には、信号線部93が設けられている。信号線部93には、例えば、トランジスタのスイッチング指令の信号を送るための信号線が含まれる。信号線部93には、例えば、電子装置1の制御に用いるセンサの信号出力を送るためのセンサ線が含まれる。信号線層90には、ビアホールが設けられていない。言い換えると、信号線層90は、第1コイル層60と第2コイル層70と大型負極層80との電極層には、接続していない。ただし、信号線層90は、他の電極層と接続するようにビアホールを設けてもよい。また、信号線層90以外の電極層に一部の信号線を形成してもよい。あるいは、信号線層90に、大型負極部82nのように負極として機能する電極パターンを形成してもよい。信号線部93は、多層基板50の各層の積層方向において、第1コイル部65と第2コイル部75とに重ならない位置に設けられている。
【0029】
図6において、多層基板50は、第1コイル層60と、第2コイル層70と大型負極層80と信号線層90との4つの電極層を備えている。多層基板50は、4つの電極層同士の間に絶縁層55を備えている。絶縁層55は、高い電気絶縁性を有する基材である。絶縁層55を構成する材料としては、エポキシ樹脂などの樹脂材料や、アルミナなどを採用することができる。
【0030】
多層基板50は、4つの電極層と3つの絶縁層55とを備える7層構造である。多層基板50の表面に位置している第1層目の電極層が第1コイル層60である。第2層目の電極層が第2コイル層70である。第1コイル層60と第2コイル層70とは、1つの絶縁層55を介して隣接している。第3層目の電極層が大型負極層80である。多層基板50の裏面に位置している第4層目の電極層が信号線層90である。言い換えると、信号線層90は、第1コイル層60から最も離れた位置に設けられた電極層である。第2層目の電極層である第2コイル層70と、第3層目の電極層である大型負極層80とは、多層基板50の内部に形成された内層である。
(【0031】以降は省略されています)

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