JP2016174105A - 電動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放射ノイズの抑制と低コスト化との両立に寄与する。
【解決手段】モータユニット１０では、複数の金属製のケース部品１４、１６が互いに締結されて構成された金属製ケース１２内に、ノイズの発生源となる回路素子３０が収容されている。また、この金属製ケース１２では、ケース部品１４、１６同士の継ぎ目部１８において変形された熱変形部３２が、ケース部品１４、１６同士を電気的に接続している。これにより、回路素子３０から発生する磁界によって継ぎ目部１８の隙間に発生する電流が低減される。その結果、当該電流に起因した継ぎ目部１８からのノイズの漏れが抑制されるので、放射ノイズの抑制に寄与する。しかも、複数のケース部品同士を多数の締結部材によって密着させる構成と比較して、組付工数を少なくすることができるので、低コスト化に寄与する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ノイズの発生源となる回路素子が金属製のケース内に収容された電動装置に関する。

下記特許文献１に記載されたモータユニットでは、上ケースと下ケースとからなるケース内に収容された回路基板に、電動モータの駆動を制御するための複数の回路素子が取り付けられている。これらの回路素子には、スイッチング素子等が含まれている。なお、下記特許文献２、３には、同様の技術が記載されている。

特開２０１４−５４０１７号公報 特開２００５−１９２３６４号公報 特開２０００−２３４０８号公報

上記のようなモータユニットでは、スイッチング素子等から発生する磁界によるノイズが、周辺装置に悪影響を及ぼすことがある。このため、ノイズの放射を抑制するため、回路基板を収容するケースを金属製にする場合がある。このような金属製ケースは、例えば複数の金属製のケース部品が、複数の締結部材（ネジ、ボルト等）によって締結されて構成されるが、ケース部品同士の継ぎ目部の微小な隙間から低周波のノイズが漏れることがある。このような低周波ノイズの漏れは、ケース部品同士を多数の締結部材によって密着させることにより抑制できる。しかしながら、組付工数が増えることにより、製造コストが高くなる原因となっていた。

本発明は上記事実を考慮し、放射ノイズの抑制と低コスト化との両立に寄与する電動装置を得ることを目的とする。

本発明の電動装置は、ノイズの発生源となる回路素子と、複数の金属製のケース部品が互いに締結されて構成され、内部に前記回路素子を収容した金属製ケースと、隣接した前記ケース部品同士の継ぎ目部において変形され、前記隣接したケース部品同士を電気的に接続した変形部と、を備えている。

上記構成の電動装置によれば、複数の金属製のケース部品が互いに締結されて構成された金属製ケース内に、ノイズの発生源となる回路素子が収容されている。また、この金属製ケースでは、隣接したケース部品同士の継ぎ目部において変形された変形部が、当該隣接したケース部品同士を電気的に接続している。つまり、この変形部は、隣接したケース部品同士の継ぎ目部に電気的な接続点（以下、接点と称する）を追加しているため、回路素子から発生する磁界によって継ぎ目部に発生する電流が低減される。その結果、当該電流に起因した上記継ぎ目部からのノイズの漏れが抑制されるので、放射ノイズの抑制に寄与する。しかも、複数のケース部品同士を多数の締結部材によって密着させる構成と比較して、組付工数を少なくすることができるので、低コスト化に寄与する。

また、本発明の電動装置は、上記構成に加えて、前記変形部は、前記隣接したケース部品同士が溶接された際に溶接熱で変形された熱変形部、又は、前記隣接したケース部品同士が凹部及び凸部において凹凸嵌合された際に塑性変形された塑性変形部である。

上記構成の電動装置によれば、上記の熱変形部又は塑性変形部によって、隣接したケース部品同士が継ぎ目部において電気的に接続されている。これらの熱変形部は又は塑性変形部は、ケース部品同士が溶接又は凹凸嵌合された際に形成されたものであるため、組付工数の増加を効果的に抑制又は防止することができる。

さらに、本発明の電動装置は、上記構成に加えて、前記変形部は、前記隣接したケース部品同士の間で圧縮変形された導電性を有するシール部材である。

上記構成の電動装置によれば、隣接したケース部品同士の間で圧縮変形された導電性を有するシール部材が、隣接したケース部品同士を継ぎ目部において電気的に接続している。これにより、放射ノイズの抑制と、上記継ぎ目部の防水シールとを両立することができる。

またさらに、本発明の電動装置は、上記構成に加えて、前記変形部は、前記継ぎ目部における少なくとも三箇所に設けられている。

上記構成の電動装置によれば、隣接したケース部品同士の継ぎ目部において、少なくとも三箇所に設けられた変形部が、それぞれ隣接したケース部品同士を電気的に接続している。このように、上記継ぎ目部において、少なくとも三箇所に変形部を設けることにより、上記継ぎ目部からのノイズの漏れを効果的に抑制することが可能になる。

また、本発明の電動装置は、上記構成に加えて、前記金属製ケースには、前記隣接したケース部品同士が締結部材によって締結された締結部と、前記変形部が設けられた非締結部とが交互にそれぞれ三箇所以上設けられている。

上記構成の電動装置によれば、金属製ケースには、締結部材による締結部と非締結部とが交互にそれぞれ三箇所以上設けられており、複数の非締結部にそれぞれ変形部が設けられている。これにより、締結部材の数を少なく設定しつつ、隣接したケース部品同士の電気的な接続箇所を効率的に増加させることができる。

また、本発明の電動装置は、上記構成に加えて、前記金属製ケース内には、前記回路素子を含んで構成された駆動回路と、当該駆動回路によって駆動を制御される電動モータとが収容されている。

上記構成の電動装置によれば、電動モータの駆動を制御する駆動回路が、ノイズの発生源となる回路素子を含んで構成されているが、この駆動回路は、電動モータと共に、前述した金属製ケース内に収容されている。これにより、放射ノイズの抑制と低コスト化との両立に寄与するモータユニットを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る電動装置としてのモータユニットを示す概略的な側面図である。 同モータユニットを示す概略的な平面図である。 図１のＦ３−Ｆ３線に沿った切断面を拡大して示す拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電動装置としてのモータユニットを示す概略的な平面図である。 図４のＦ５−Ｆ５線に沿った切断面を拡大して示す拡大断面図である。 本発明の第３実施形態に係る電動装置としてのモータユニットを示す概略的な平面図である。 図４のＦ７−Ｆ７線に沿った切断面を拡大して示す拡大断面図である。 ケース部品同士の継ぎ目部に接点が追加されていないモータユニットの放射ノイズをコンピュータシミュレーションによって解析した結果を示す斜視図である。 図８Ａに示されるシミュレーション結果を同モータユニットの上方側から見た平面図である。 ケース部品同士の継ぎ目部の三箇所に接点が追加されたモータユニットの放射ノイズをコンピュータシミュレーションによって解析した結果を示す斜視図である。 図９Ａに示されるシミュレーション結果を同モータユニットの上方側から見た平面図である。 ケース部品同士の継ぎ目部の五箇所に接点が追加されたモータユニットの放射ノイズをコンピュータシミュレーションによって解析した結果を示す斜視図である。 図１０Ａに示されるシミュレーション結果を同モータユニットの上方側から見た平面図である。 ケース部品同士の継ぎ目部における接点の追加の有無と、磁界強度との関係を示す線図である。

（第１の実施形態）
以下、図１〜図３を用いて、本発明の第１実施形態に係る電動装置としてのモータユニット１０について説明する。このモータユニット１０は、モータと電子回路とが一体のケース内に収容された所謂回路一体型モータであり、図１及び図２に示されるように、金属製ケース１２を備えている。この金属製ケース１２は、複数のケース部品としての第１ケース部品１４及び第２ケース部品１６が互いに締結（連結）されて構成されている。第１ケース部品１４及び第２ケース部品１６は、何れも金属製とされている。

第１ケース部品１４は、有底円筒状に形成されている。第２ケース部品１６は、第１ケース部品１４よりも小径で且つ軸線方向寸法が短い有底円筒状の本体部１６Ａと、該本体部１６Ａの開口側の端部（図１では下側の端部）から本体部１６Ａの半径方向外側へ延びたフランジ部１６Ｂとを有しており、略ハット状に形成されている。この第２ケース部品１６は、フランジ部１６Ｂが第１ケース部品１４の開口側の端部（図１では上側の端部）に重ね合わされており、第１ケース部品１４に対して同軸的に配置されている。

上記の第２ケース部品１６は、複数の締結部材としての複数（ここでは４つ）のネジ２０によって第１ケース部品１４に締結固定されている。複数のネジ２０は、第２ケース部品１６のフランジ部１６Ｂを貫通すると共に、第１ケース部品１４の開口側の端部に形成された図示しない雌ネジ部に螺合している。これにより、互いに隣接したケース部品同士である第１ケース部品１４と第２ケース部品１６とが締結により一体化されており、第１ケース部品１４の開口部が第２ケース部品１６によって閉塞されている。

上記複数のネジ２０は、金属製ケース１２の周方向に等間隔に並んで配置されている。つまり、この金属製ケース１２には、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６（すなわち互いに隣接したケース部品同士）がネジ２０によって締結された締結部２１と、ネジ２０によって締結されてない非締結部２２とが交互にそれぞれ三箇所以上（ここでは四箇所ずつ）設けられている。各締結部２１においては、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６とがネジ締結によって機械的に連結されると共に、互いに密着され、電気的に低抵抗で接続されている。なお、締結部２１及び非締結部２２の設定箇所は、四箇所に限らず適宜変更可能であるが、三箇所以上に設定することが好ましい。また、締結部材はネジ２０に限らず、ボルト等の他の種類の締結部材を用いてもよい。

上記構成の金属製ケース１２の内部には、図１に示されるように、電動モータ２４と、該電動モータ２４の駆動を制御する駆動回路２６を備えた回路基板２８とが収容されている。上記の駆動回路２６は、ノイズの発生源となる複数の回路素子３０を含んで構成されている。これらの回路素子３０には、例えばスイッチング素子であるＦＥＴが含まれている。

ここで、本実施形態では、金属製ケース１２における前述した複数の非締結部２２には、それぞれ変形部としての熱変形部３２（図３参照）が設けられている。これら複数（ここでは４つ）の熱変形部３２は、第２ケース部品１６のフランジ部１６Ｂの複数箇所（ここでは４箇所）が、第１ケース部品１４に対して溶接（ここではスポット溶接）によって接合された際に、溶接熱によって変形されたものであり、第１ケース部品１４及び第２ケース部品１６の一部によって構成されている。

つまり、複数の熱変形部３２は、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６とが、両者の継ぎ目部１８において部分的に溶融変形すると共に、その後に固化することで形成されたものである。これら複数の熱変形部３２は、金属製ケース１２の周方向に等間隔に並んで配置されており、複数の熱変形部３２と複数のネジ２０とが、金属製ケース１２の周方向に交互に等間隔に並んでいる。なお、図３において符号３４を付した部材は、スポット溶接ガンの電極である。

各熱変形部３２は、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６とを溶着により一体に結合すると共に、電気的に低抵抗で接続している。また、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６とが複数の熱変形部３２において溶着されているため、複数の非締結部２２において、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６とが密着した部分の面積が拡大されており、継ぎ目部１８の隙間が縮小されている。なお、本実施形態では、複数の非締結部２２にそれぞれ熱変形部３２が形成された構成にしたが、これに限らず、複数の非締結部２２の一部のみに熱変形部３２が形成された構成にしてもよい。

次に、第１実施形態の作用及び効果について説明する。

上記構成のモータユニット１０では、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６とが互いに締結されて構成された金属製ケース１２内に、電動モータ２４と駆動回路２６とが収容されている。この駆動回路２６は、スイッチング素子であるＦＥＴ等を含んだ複数の回路素子３０を有しており、通電されることによりＦＥＴ等から磁界が発生する。それにより、磁界がぶつかった金属製ケース１２の内部の表面に、磁界を打ち消す渦電流が発生する。この渦電流は、低周波のノイズ（磁界ノイズ）が発生する原因になる。

ここで、本実施形態では、上記の金属製ケース１２において、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６との継ぎ目部１８に複数の熱変形部３２が形成されており、これらの熱変形部３２によって、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６とが電気的に接続されている。これにより、上記の渦電流の一部が、継ぎ目部１８の隙間において継ぎ目部１８の表面に集中することを抑制できるので、当該渦電流に起因した継ぎ目部１８からの低周波ノイズの漏れが抑制される。

つまり、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６との継ぎ目部１８に複数の熱変形部３２が存在していない場合、金属製ケース１２内に発生する渦電流の一部が、非締結部２２における継ぎ目部１８の隙間において、継ぎ目部１８の表面に集中する。この渦電流の一部は、ノイズの発生源である回路素子３０に近いほど強度が大きくなる。そして、右ネジの法則に従い、継ぎ目部１８の表面に発生した渦電流を貫く方向に新たに磁界が発生し、当該磁界によって発生する低周波のノイズが継ぎ目部１８から漏出する。

これに対し、本実施形態では、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６とが、複数のネジ１８による締結部２１において電気的に低抵抗で接続されていることに加えて、複数の非締結部２２においても熱変形部３２によって電気的に低抵抗で接続されている。これにより、非締結部２２において、継ぎ目２０の隙間に集中する渦電流の流れが阻害される。その結果、継ぎ目部１８からのノイズの漏出が抑制されるので、放射ノイズの抑制に寄与する。しかも、本実施形態では、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６とを多数の締結部材による締結で密着させる構成と比較して、組付工数を少なくすることができるので、低コスト化に寄与する。

また、本実施形態では、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６とが複数の熱変形部３２において溶着されているため、複数の非締結部２２において、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６とが密着した部分（電気的に低抵抗で接続された部分）の面積が拡大されている。しかも、複数の熱変形部３２において、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６とが溶接熱により物理的に変形しており、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６との金属材料に歪みが生じている。これにより、継ぎ目部１８の表面に発生する渦電流の流れを効果的に阻害することができるので、放射ノイズの抑制に効果的に寄与する。

さらに、本実施形態では、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６とを、単にスポット溶接することにより複数の熱変形部３２を形成することができるため、組付工数の増加を効果的に抑制することができる。

またさらに、本実施形態では、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６との継ぎ目部１８において、三箇所以上（ここでは四箇所）に熱変形部３２が設けられているため、継ぎ目部１８からのノイズの漏れを効果的に抑制することが可能になる。

また、本実施形態では、金属製ケース１２には、ケース部品１４、１６同士がネジ２０によって締結された締結部２１と、熱変形部３２が設けられた非締結部２２とが交互にそれぞれ三箇所以上（ここでは四箇所）設けられている。これにより、ネジ２０の数を少なく設定しつつ、隣接したケース部品１４、１６同士の電気的な接続箇所を効率的に増加させることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、放射ノイズの抑制と低コスト化との両立に寄与するモータユニット１０を提供することができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、前記第１実施形態と基本的に同様の構成及び作用については、前記第１実施形態と同符号を付与しその説明を省略する。

（第２の実施形態）
図４には、本発明の第２実施形態に係る電動装置としてのモータユニット４０が図２に対応した平面図にて示されている。また、図５には、図４のＦ５−Ｆ５線に沿った切断面が拡大断面図にて示されている。このモータユニット４０は、前記第１実施形態に係るモータユニット１０と基本的に同様の構成とされているが、前記第１実施形態に係る複数の熱変形部３２の代わりに、複数の変形部としての複数（ここでは４つ）の塑性変形部４２を備えている。これら複数の塑性変形部４２は、複数の熱変形部３２と同様に、複数の非締結部２２にそれぞれ設けられている。

各塑性変形部４２は、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６とが、継ぎ目部１８において凹部４４及び凸部４６の凹凸嵌合により部分的に塑性変形されたものである。具体的には、一方のケース部品である第２ケース部品１６から突出した凸部４６が、他方のケース部品である第１ケース部品１４に形成された凹部４４に圧入されて嵌合される際に、凹部４４及び凸部４６の接触部分が塑性変形されることにより、各塑性変形部４２が形成されている。

各塑性変形部４２は、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６とを一体的に結合すると共に、電気的に低抵抗で接続している。また、複数の非締結部２２においては、凹部４４と凸部４６との嵌合（圧入）により、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６とが密着した部分の面積が拡大されており、継ぎ目部１８の隙間が縮小されている。上記以外の構成は、前記第１実施形態と同様とされている。

この実施形態においても、前記第１実施形態と同様に放射ノイズの抑制と低コスト化との両立に寄与する。しかも、第１ケース部品１４及び第２ケース部品１６に、凹部４４及び凸部４６を形成するだけでよいため、組付工数が増加しないようにすることができる。

（第３の実施形態）
図６には、本発明の第２実施形態に係る電動装置としてのモータユニット５０が図２に対応した平面図にて示されている。また、図７には、図６のＦ７−Ｆ７線に沿った切断面が拡大断面図にて示されている。このモータユニット５０は、前記第１実施形態に係るモータユニット１０と基本的に同様の構成とされているが、前記第１実施形態に係る複数の熱変形部３２の代わりに、導電性を有するメタルガスケット（シール部材：変形部）５２を備えている。

上記のメタルガスケット５２は、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６との間で圧縮変形されている。具体的には、第１ケース部品１４における第２ケース部品１６側の端面には、環状の溝部５４が第１ケース部品１４と同心状の形成されており、当該溝部５４内にメタルガスケット５２が配置されている。このメタルガスケット５２は、断面が円形に製造されたものであるが、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６とがネジ２０によって締結された際に、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６との間で圧縮変形（塑性変形）されることにより、断面が楕円状に変形している。このメタルガスケット５２を介して、第１ケース部品１４と第２ケース部品１６とが、電気的に低抵抗で接続されている。また、このメタルガスケット５２によって、継ぎ目部１８の隙間が防水シールされている。上記以外の構成は、前記第１実施形態と同様とされている。

この実施形態においても、前記第１実施形態と同様に放射ノイズの抑制と低コスト化との両立に寄与する。しかも、この実施形態では、継ぎ目部１８がメタルガスケット５２によって防水シールされているため、放射ノイズの抑制と継ぎ目部１８の防水シールとを両立することができる。

（コンピュータシミュレーションによる解析結果）
図８Ａ及び図８Ｂには、ケース部品同士の継ぎ目部に接点（電気的な接続点）が追加されていないモータユニット６０の放射ノイズを、コンピュータシミュレーションによって解析した結果が、斜視図及び平面図にて示されている。また、図９Ａ及び図９Ｂには、ケース部品同士の継ぎ目部の三箇所に接点が追加されたモータユニット６２の放射ノイズを、コンピュータシミュレーションによって解析した結果が、斜視図及び平面図にて示されている。さらに、図１０Ａ及び図１０Ｂには、ケース部品同士の継ぎ目部の五箇所に接点が追加されたモータユニット６４の放射ノイズを、コンピュータシミュレーションによって解析した結果が、斜視図及び平面図にて示されている。また、図１１には、ケース部品同士の継ぎ目部における接点追加の有無と、磁界強度との関係が線図にて示されている。

上記のモータユニット６０、６２、６４（シミュレーションモデル）では、金属製の第１ケース部品６６と金属製の第２ケース部品６８とが複数のネジ７２により締結されて構成された金属製ケース７４内に、図示しない電動モータと、当該電動モータの駆動を制御する図示しない駆動回路とが収容されている。この駆動回路には、ノイズの発生源となる回路素子（ＦＥＴ等）が含まれている。この点では、上記のモータユニット６０、６２、６４は、共通の構成とされている。

但し、モータユニット６０には、第１ケース部品６６と第２ケース部品６８との継ぎ目部７０に、電気的な接点が設けられていないが、モータユニット６２の継ぎ目部７０には、三箇所に接点（図９Ａの×印参照）が設定されており、モータユニット６４の継ぎ目部７０には、五箇所に接点（図１０Ａの×印参照）が設定されている。

これらのモータユニット６０、６２、６４に対して、コンピュータシミュレーションにより放射ノイズを解析した。図８Ａ〜図１０Ｂでは、ノイズが大きい箇所ほどドットを濃くしている。これらの図８Ａ〜図１０Ｂに示されるように、継ぎ目部７０に接点が増えるほど、継ぎ目部７０からのノイズの放射（漏出）が少なくなることが確認された。また、図１１に示されるように、接点が増えるほど、磁界強度が低下することが確認された。なお、図１１において矢印Ｚは、磁界強度の測定方向を示している。以上のことから、本発明の適用により、磁界ノイズの放射が抑制され、金属製ケースのシールド性が向上することが確認された。

なお、前記各実施形態では、金属製ケースを構成するケース部品が２つ（第１ケース部品１４及び第２ケース部品１６）の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、金属製ケース１２を構成するケース部品は、３つ以上であってもよい。

また、前記各実施形態では、回路一体型モータであるモータユニットに対して本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、本発明は、他の種類の電動装置に対しても適用することができる。

その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記各実施形態に限定されないことは勿論である。

１０・・・モータユニット（電動装置）、１２・・・金属製ケース、１４・・・第１ケース部品、１６・・・第２ケース部品、１８・・・継ぎ目部、２０・・・ネジ（締結部材）、２１・・・締結部、２２・・・非締結部、２４・・・電動モータ、２６・・・駆動回路、３０・・・回路素子、３２・・・熱変形部（変形部）、４０・・・モータユニット（電動装置）、４０・・・モータユニット（電動装置）、４２・・・塑性変形部（変形部）、４４・・・凹部、４６・・・凸部、５０・・・モータユニット（電動装置）、５２・・・メタルガスケット（シール部材：変形部）、６０・・・モータユニット（電動装置）、６２・・・モータユニット（電動装置）、６４・・・モータユニット（電動装置）、６６・・・第１ケース部品、６８・・・第２ケース部品、６９・・・継ぎ目部、７０・・・ネジ（締結部材）、７２・・・金属製ケース

Claims (6)

1. ノイズの発生源となる回路素子と、
   複数の金属製のケース部品が互いに締結されて構成され、内部に前記回路素子を収容した金属製ケースと、
   隣接した前記ケース部品同士の継ぎ目部において変形され、前記隣接したケース部品同士を電気的に接続した変形部と、
   を備えた電動装置。
2. 前記変形部は、前記隣接したケース部品同士が溶接された際に溶接熱で変形された熱変形部、又は、前記隣接したケース部品同士が凹部及び凸部において凹凸嵌合された際に塑性変形された塑性変形部である請求項１に記載の電動装置。
3. 前記変形部は、前記隣接したケース部品同士の間で圧縮変形された導電性を有するシール部材である請求項１に記載の電動装置。
4. 前記変形部は、前記継ぎ目部における少なくとも三箇所に設けられている請求項２に記載の電動装置。
5. 前記金属製ケースには、前記隣接したケース部品同士が締結部材によって締結された締結部と、前記変形部が設けられた非締結部とが交互にそれぞれ三箇所以上設けられている請求項４に記載の電動装置。
6. 前記金属製ケース内には、前記回路素子を含んで構成された駆動回路と、当該駆動回路によって駆動を制御される電動モータとが収容されている請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の電動装置。