JP7496791B2 - Electrical Equipment - Google Patents
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Description
本発明は電気機器に係り、例えば、電動機を備えた電気掃除機などに組み込まれ、静電気保護パターンを有する回路基板を備えているものに好適な電気機器に関するものである。 The present invention relates to an electric device , and more particularly to an electric device suitable for being incorporated in , for example, an electric vacuum cleaner having an electric motor , and having a circuit board with a static electricity protection pattern.
本技術分野の背景技術として、特許文献1、特許文献2および特許文献3を挙げることができる。特許文献1および特許文献2には、回路の周囲を静電気保護パターンで取り囲んだ回路基板が記載され、特許文献2および特許文献3には、静電気を放電させるための鋭角な導体部を設けた回路基板が記載されている。
Background art in this technical field can include
先行技術文献である特許文献1の図1および段落0011において、「基板1上における電子部品(図示略)が配置された内部回路2の周囲であって基板1の縁部近傍に、外部からの静電気から内部回路2の電子部品を保護するために、この静電気を放電させるための静電気保護パターン3 A が形成されている。」とあるように、静電気から回路基板を保護するための方法の一つとして、筐体の隙間等と回路基板の間に、樹脂やシートやテープなどの絶縁部品を追加して絶縁距離を確保する対策がある。しかし、この対策の場合、別途、樹脂やシートやテープを備える必要があり、コストアップや製品小型化が難しくなる。また、静電気から回路基板を保護するための他の方法として、回路基板上に静電気保護パターンを設けることで安価に保護対策ができることが知られている。しかしながら、このような静電気を放電させるためだけの静電気保護パターンを形成すると、回路基板上の部品配置およびパターン配線が可能な領域が減少するため回路基板および電子機器の小型化が難しくなるという課題があった。
In FIG. 1 and paragraph 0011 of
さらに、特許文献2の段落0018には「この領域212に丸い点状のランド部を密集させて配置し、そこに半田を盛ることで、より静電気放電を誘発するようにしてもよい。」との記載があり、特許文献3の段落0014には「筐体外部から進入した静電気を積極的に端面スルーホールの鋭角部分に放電させるようにしたものであり、他の電気回路への静電気の進入による電気部品の破壊や回路の誤動作を防止」との記載があるように、例えば回路基板の絶縁材料であるレジストに覆われた静電気保護パターンは放電しにくいため、ランドを設けて銅箔を露出させたり、半田フィレットやスルーホールの鋭角部を設けることで静電気が放電しやすくする工夫がされている。しかしながら、このような工夫を追加すると、静電気を放電させるためだけの静電気保護パターンに使う面積がさらに大きくなり、回路基板上の部品配置およびパターン配線が可能な領域が減少するため回路基板および電子機器の小型化が難しくなるという課題があった。
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、回路基板上の部品配置およびパターン配線が可能な領域を減少することなく静電気から回路基板を保護することができ、基板および電子機器の小型化が可能な電気機器を提供することにある。
Furthermore, in paragraph 0018 of
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned points, and an object of the present invention is to provide an electrical device that can protect a circuit board from static electricity without reducing the area on the circuit board where components can be arranged and pattern wiring can be performed, and that allows the board and electronic device to be miniaturized.
本発明の電気機器は、上記目的を達成するために、筐体と、該筐体に組み込まれた電動機と、前記筐体内に組み込まれた回路基板と、を備えた電気機器であって、前記筐体は開口部を備え、前記開口部の近傍に前記回路基板が配置され、前記回路基板は、前記電動機を駆動するための駆動素子と、該駆動素子を動作させるための制御回路と、を備え、前記回路基板上の前記駆動素子に電流を流すパターンから前記開口部までの絶縁距離は、前記制御回路から前記開口部までの絶縁距離よりも短いことを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the electrical device of the present invention is an electrical device comprising a housing, an electric motor incorporated in the housing, and a circuit board incorporated within the housing , wherein the housing has an opening, the circuit board is arranged in the vicinity of the opening , the circuit board comprises a drive element for driving the electric motor, and a control circuit for operating the drive element, and the insulation distance from a pattern on the circuit board that passes current through the drive element to the opening is shorter than the insulation distance from the control circuit to the opening .
本発明によれば、回路基板上の部品配置およびパターン配線が可能な領域を減少することなく静電気から回路基板を保護することができるので基板および電子機器の小型化をすることができる。 The present invention makes it possible to protect a circuit board from static electricity without reducing the area available for component placement and pattern wiring on the circuit board, thereby enabling the miniaturization of boards and electronic devices.
以下、本発明を実施するための形態(以下「実施形態」という)について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。 The following describes in detail the form for carrying out the present invention (hereinafter referred to as "embodiment") with reference to the drawings as appropriate.
図1は、電池2を電源とする電気掃除機1の斜視図である。電気掃除機1は、樹脂を材料とした外部筐体10の内部に電動機であるファンモータ5、同様に電動吸口4の内部に電動機である吸口モータ6を備えている。ファンモータ5は、例えば三相ブラシレスモータ、吸口モータ6は、例えば直流モータを搭載する。電池2は、例えばリチウムイオン電池を搭載することによって、充電して繰り返し使用でき、電源コードを必要としないため持ち運びやすくする。なお、本実施形態では、電池2を電源とする電気掃除機1を実施形態としたが、商用電源を電源とする電気掃除機であっても本発明を実施することが可能である。
FIG. 1 is a perspective view of a
図2は、図1に示す電気掃除機1の外部筐体10付近の側面図である。図2に示すように、回路基板20は外部筐体10の内部に組み込まれており、ファンモータ5および吸口モータ6を駆動することができる。また、外部筐体10は開口部12を排気口として備えており、ファンモータ5で吸気した風によりダストケース3にゴミを集塵したあと、フィルターを介して排気口である開口部12から排気を行う。回路基板20は風路内に配置されており、ゴミを集塵したあとの風で回路基板20や回路基板20上の駆動素子23(図5参照)の冷却を行っている。
Fig. 2 is a side view of the vicinity of the
図3は、図2に示す電気掃除機のA-A´線に沿った断面図である。図3に示すように、内部筐体11は回路基板20を支持している。外部筐体10と内部筐体11の突合せ面には、隙間13が作られている。この隙間13は、どんなに精度良く筐体同士を突き合わせても静電気からすれば通り道となる。そのため、静電気が回路基板20に飛ぶことによる動作不良や故障を妨げるために、通常は開口部12を設けないようにしたり、絶縁部品を追加したり、内部筐体11に壁を設けたりして、絶縁距離を確保するなどの各種対策を取る必要がある。しかしながら、電気掃除機1は、開口部12をモータの排気口として用いているため、開口部12を削除することはできない。また、製品を小型化、軽量化するにあたり、絶縁部品を追加したり、内部筐体11に壁を設けたりするなどして絶縁距離を確保することは難しい。そこで、本実施形態では、回路基板20上で各種工夫を行うようにした。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the vacuum cleaner taken along line A-A' in FIG. 2. As shown in FIG. 3, the
図4は本発明を実施していない回路基板20を組み込んだ電気掃除機断面の部分拡大図である。大気中で帯電した物体を別の物体に近づけた時に静電気放電が発生する絶縁距離は、物体間の電位差が1kVあたり1mmを目安の数値として使うことができる。開口部12から回路基板20までの沿面距離と空間距離の合計を約10mmとすると、10kV以上に帯電した物体を、0kVに帯電した回路基板20が組み込まれた電気掃除機の開口部12に近づけると、静電気放電経路50で静電気が放電して回路基板20上の制御回路21を誤動作または故障させる場合がある。
Figure 4 is a partially enlarged cross-section of a vacuum cleaner incorporating a
図5は、本発明の電気機器の一例である電気掃除機に採用される回路基板20の説明図である。図5に示すように、回路基板20は、電源である電池2に接続され、制御回路21、駆動素子23を備えている。駆動素子23は、電動機であるファンモータ5および吸口モータ6を駆動することができる。制御回路21は、マイコン、トランジスタ、抵抗、コンデンサ、インダクタなどがパターンによって配線接続されており、駆動素子23に電流を流し、駆動素子23の動作を制御することができる。なお、制御回路21を配置できる領域22内であれば、設計者は自由に設計することができる。駆動素子23は、MOSFET、トランジスタなどで構成され、電池2のプラス極に接続され駆動素子23に電流を流すパターン(第一のパターン)24、電池2のマイナス極に接続され駆動素子23に電流を流すパターン(第二のパターン)25によって配線接続されている。ここで、制御回路21は、第一のパターン24と第二のパターン25に囲まれた領域内に配置される。駆動素子23に電流を流す第一のパターン24または第二のパターン25は、大電流を流すためパターン幅を広くとっており、低インピーダンスとなっている。図4で説明したとおり、外部筐体10と内部筐体11は、その突合せ面が隙間13となるため、回路基板20に静電気が放電するおそれがある。そこで、隙間13と制御回路20の間に、駆動素子23に電流を流す第一のパターン24または第二のパターン25を配線して静電気保護パターン26として兼用する。すると、静電気放電経路50は、開口部12から制御回路21ではなく、開口部12から駆動素子23に電流を流す第一のパターン24または第二のパターン25までの経路を取るので、静電気放電による電流は、大地アース31に対して対地容量32が大きい電池2またはファンモータ5に流れていくので、制御回路21を誤動作や破壊から保護することができる。駆動素子23に静電気放電による電流が流れる可能性があるが、駆動素子23は大電流に耐える部品を選定しているので、静電気放電による電流に対しても耐力があり故障する可能性は小さい。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a
図6は、本発明の電気機器の一例である電気掃除機に採用される回路基板20を組み込んだ電気掃除機断面の部分拡大図である。図6に示すように、開口部12から制御回路21までの絶縁距離よりも、開口部12から駆動素子23に電流を流す第一のパターン24または第二のパターン25までの絶縁距離が短くなるように、駆動素子23に電流を流す第一のパターン24または第二のパターン25を配線しているので、静電気放電経路50は開口部12から制御回路21まではなく、開口部12から駆動素子23に電流を流す第一のパターン24または第二のパターン25までとなる。これにより、制御回路21を誤動作または故障から保護することができる。
Fig. 6 is a partially enlarged cross-sectional view of a vacuum cleaner incorporating a
図7は、本発明の電気機器の一例である電気掃除機に採用される回路基板20に、第一のランド40a、第二のランド40bを設けた説明図である。ここで、第一のランド40aは、制御回路21の回路に関するランドであり、制御回路21を配置できる領域22内にある。第一のランド40aは、部品を実装するためや検査用のテストピンを当てるために設ける。次に、第二のランド40bは、駆動素子23に電流を流す第一のパターン24および第二のパターン25上に設けたランドであり、隙間13から第一のランド40aまでの絶縁距離がd2の時、第二のランド40bを隙間13からの絶縁距離がd1となる位置に配置してd2>d1となるようにする。第一のランド40aおよび第二のランド40bは絶縁材料であるレジストで覆われてなく、銅箔が露出しているため静電気が放電しやすいが、このような位置関係で配置することで、静電気は隙間13から近い第二のランド40bに放電され、制御回路21を保護することができる。また、駆動素子23に電流を流す第一のパターン24および第二のパターン25は、元々大電流を流すパターンとして幅を広く設計されており、ランド40を追加するために幅を太くしたりする必要がない。第二のランド40bに半田を塗布することでさらに放電しやすくすることもできる。
7 is an explanatory diagram of a
図8は、本発明の電気機器の一例である電気掃除機に採用される回路基板20に、第一のスルーホール41a、第二のスルーホール41bを設けた説明図である。ここで、第一のスルーホール41aは、制御回路21の回路に関係するスルーホールであり、制御回路21を配置できる領域22内にあり、両面基板や多層基板を設計する際に回路基板20に穴をあけメッキを施すことで、層間のパターンを接続する目的に設ける。次に、第二のスルーホール41bは、駆動素子23に電流を流す第一のパターン24および第二のパターン25上に設けたスルーホールであり、基板の裏面側の駆動素子23に電流を流す第一のパターン24および第二のパターン25と接続しており、隙間13から第一のスルーホール41aまでの絶縁距離がd4の時、第二のスルーホール41bを隙間13からの絶縁距離がd3となる位置に配置してd4>d3となるようにする。第一のスルーホール41aおよび第二のスルーホール41bは、絶縁材料であるレジストで覆われてなく銅箔が露出しており、穴の部分が鋭角となっているため静電気が放電しやすいが、このような位置関係で配置することで、静電気は隙間13から近い第二のスルーホール41bに放電され、制御回路21を保護することができる。また、駆動素子23に電流を流す第一のパターン24および第二のパターン25は、元々大電流を流すパターンとして幅を広く設計されており、第二のスルーホール41bを追加するために幅を太くしたりする必要がない。第二のスルーホール41bに半田を流し込むと、穴によるパターン幅減少を補いつつパターンによる放熱性能を上げることができる。
8 is an explanatory diagram of a
説明は省略するが、第一のランド40aに対して第二のスルーホール41bを設けるか、または、第一のスルーホール41aに対して第二のランド40bを設けることで静電気保護をすることも可能である。
Although not described, it is also possible to provide static electricity protection by providing a second through
図7と図8について、従来技術との差異は、第二のランド40bまたは第二のスルーホール41bを静電気保護専用パターンではなく、元々必要でありパターン幅を広く取っている駆動素子23に電流を流すパターン上に設けたことであり、基板の実装面積を減少することなく静電気保護効果を上げることができる。
7 and 8, the difference from the prior art is that the second land 40b or the second through
1 電気掃除機
2 電池
3 ダストケース
4 電動吸口
5 ファンモータ
6 吸口モータ
10 外部筐体
11 内部筐体
12 排気口
13 隙間
20 回路基板
21 制御回路
22 制御回路を配置できる領域
23 駆動素子
24 駆動素子に電流を流す第一のパターン
25 駆動素子に電流を流す第二のパターン
26 静電気保護パターン
30 回路グラウンド
31 大地アース
32 対地容量
40a 第一のランド
40b 第二のランド
41a 第一のスルーホール
41b 第二のスルーホール
50 静電気放電経路
REFERENCE SIGNS
Claims (7)
前記筐体は開口部を備え、
前記開口部の近傍に前記回路基板が配置され、
前記回路基板は、前記電動機を駆動するための駆動素子と、該駆動素子を動作させるための制御回路と、を備え、
前記回路基板上の前記駆動素子に電流を流すパターンから前記開口部までの絶縁距離は、前記制御回路から前記開口部までの絶縁距離よりも短いことを特徴とする電気機器。 An electric device comprising a housing, an electric motor incorporated in the housing, and a circuit board incorporated in the housing ,
The housing has an opening,
The circuit board is disposed near the opening,
the circuit board includes a drive element for driving the electric motor and a control circuit for operating the drive element;
The electrical device according to claim 1, wherein an insulation distance from a pattern for passing a current to the drive element on the circuit board to the opening is shorter than an insulation distance from the control circuit to the opening.
前記回路基板は電池と接続され、
前記駆動素子に電流を流すパターンは、前記電池のプラス極に接続されて前記駆動素子に電流を流す第一のパターンと、前記電池のマイナス極に接続されて前記駆動素子に電流を流す第二のパターンと、があることを特徴とする電気機器。 2. The electrical device according to claim 1 ,
the circuit board is connected to a battery;
The electrical device is characterized in that the pattern for passing current through the driving element includes a first pattern connected to the positive terminal of the battery for passing current through the driving element , and a second pattern connected to the negative terminal of the battery for passing current through the driving element.
前記制御回路は、前記第一のパターンと前記第二のパターンに囲まれた領域内に配置されていることを特徴とする電気機器。 3. The electrical device according to claim 2,
The electrical device, wherein the control circuit is disposed within an area surrounded by the first pattern and the second pattern.
前記回路基板は、前記制御回路に関係する第一のランドと、前記駆動素子に電流を流すパターン上に配置された第二のランドと、を備え、
前記回路基板上の前記第二のランドから前記開口部までの絶縁距離は、前記第一のランドから前記開口部までの絶縁距離よりも短いことを特徴とする電気機器。 4. An electrical device according to claim 1,
the circuit board includes a first land associated with the control circuit and a second land arranged on a pattern for passing a current to the drive element;
an insulation distance from the second land on the circuit board to the opening is shorter than an insulation distance from the first land to the opening .
前記回路基板は、前記制御回路の関係する第一のスルーホールと、前記駆動素子に電流を流すパターン上に配置された第二のスルーホールと、を備え、
前記回路基板上の前記第二のスルーホールから前記開口部までの絶縁距離は、前記第一のスルーホールから前記開口部までの絶縁距離よりも短いことを特徴とする電気機器。 4. An electrical device according to claim 1,
the circuit board includes a first through hole associated with the control circuit and a second through hole arranged on a pattern for passing a current to the drive element;
An electrical device, wherein an insulation distance from the second through hole on the circuit board to the opening is shorter than an insulation distance from the first through hole to the opening.
前記電気機器は、電気掃除機であることを特徴とする電気機器。 The electrical device according to any one of claims 1 to 5,
The electrical appliance is characterized in that it is an electric vacuum cleaner.
前記電気掃除機は、前記開口部を前記電動機の排気口として用いていることを特徴とする電気機器。 7. The electrical device according to claim 6 ,
The vacuum cleaner is an electric appliance characterized in that the opening is used as an exhaust port for the electric motor .
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JP2018019905A (en) | 2016-08-03 | 2018-02-08 | 東芝ライフスタイル株式会社 | Electrical apparatus and vacuum cleaner |
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