JP2015202699A - 電動圧縮機制御システム及びこれを備えた車両空気調和装置用電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】マイコンなどが搭載された基板から発生する電磁ノイズを抑制することを目的とする。
【解決手段】電動圧縮機制御システムは、基板１００上に形成された複数のグランドパターンで分けられる領域１０、２０、３０を有している。基板１００上には、複数のグランドパターンで分けられる領域１０、２０、３０間を渡るように車両からの情報取得線５１が形成されており、この車両からの情報取得線５１は基板１００上に設けられたマイコン７０に接続されている。車両からの情報取得線５１において、異なるグランドパターンで分けられる領域１０と２０との間を渡る場所には、コイル４１が設けられている。このコイル４１によって車両からの情報取得線５１から発生するノイズが低減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動圧縮機の制御を行う電動圧縮機制御システム及びこれを備えた車両空気調和装置用電動圧縮機に関するものである。

車両用空調装置を構成する電動圧縮機を駆動する電動モータは、マイコンを含む電動圧縮機制御システムによりその動作が制御されている。電動圧縮機制御システムは、電動モータを駆動するために高電圧電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換する制御などを行っている。また、この電動圧縮機制御システムは、車両用空調装置の制御のために通信線を介してＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）と制御信号の通信を行っている。
電動圧縮機制御システムのマイコン等を含む車両の電装系統は、車載バッテリーから供給される電力によって動作している。車載バッテリーから供給される電圧は、電動モータを駆動するための高電圧電源の電圧とは値が大きく異なる。電動モータを駆動するための高電圧が車載バッテリーの系統など他の電装系統に印加されると故障につながるため、高電圧電源の系統である高電圧系統と、車載バッテリーの系統である低電圧系統とは絶縁されている。

ここで、高電圧系統は、電動モータの駆動に使用されるため、電圧および電流の変動が大きいことから制御回路におけるノイズ発生源となるという問題がある。
そこで、制御回路におけるノイズ電流を低減するため、筐体接地されているハウジングと、高電圧電源からの電力をインバータに供給するＰＮラインとの間に、それぞれ同容量のインピーダンスを挿入接続したものが特許文献１に開示されている。

特開２０１２−１７２６１１号公報

一般的に、マイコンに接続される配線は、マイコンに至るまでにおいて基板上に形成された同一のグランドパターンに接続されている。このため、基板上に複数の配線（電源線、通信線等）が複雑に配置されるような場合には、ノイズが発生しやすく、例えば、ＦＭ帯のノイズ源となっていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、マイコンなどが搭載された基板から発生する電磁ノイズを抑制することのできる電動圧縮機制御システム及びこれを備えた車両空気調和装置用電動圧縮機を提供することを目的とする。

本発明の第１態様は、車両空気調和装置を構成する電動圧縮機を駆動するための電動モータを制御するマイコンを備えた電動圧縮機制御システムであって、基板上に形成された複数のグランドパターンと、基板上に形成された複数のグランドパターンで分けられる領域と、複数の前記グランドパターンで分けられる領域間を渡るように前記基板上に形成されるとともに、前記マイコンに接続される配線パターンと、前記配線パターンにおいて、異なる前記グランドパターンで分けられる領域間を渡る場所に設けられた誘導性部品とを具備する電動圧縮機制御システムである。

本態様によれば、同一基板上に複数のグランドパターンが形成されている。このように、複数のグランドパターンを設けることにより、ノイズの発生経路を短くすることができ、ノイズの発生を抑制することが可能となる。また、基板上において、マイコンに接続される配線パターンが複数のグランドパターンで分けられる領域を渡るように形成されており、更に、配線パターンにおいて、異なるグランドパターン間で分けられる領域を渡る場所には誘導性部品が設けられているので、配線から発生するノイズを低減させることが可能となる。上記誘導性部品としては、典型的にはコイルが挙げられる。

上記電動圧縮機制御システムにおいて、前記配線パターンは、例えば、車両からの情報を取得するための車両からの情報取得線である。

これにより、マイコンは、車両からの情報取得線を通じて車両からの情報の取得を行うことが可能となる。

本発明の第２態様は、上記電動圧縮機制御システムを備える車両空気調和装置用電動圧縮機である。

本態様によれば、マイコンなどの基板内部から発生する電磁ノイズを低減することができる電動圧縮機制御システムを備えているため、車両の他の機器に及ぼす電磁ノイズに起因する影響を低減することができる。

本発明によれば、マイコンなどが搭載された基板から発生する電磁ノイズを抑制することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る電動圧縮機制御システムにおける基板の表面の一部の構成を概略的に示した図であり、（Ａ）は基板のグランドパターンの概略構成、（Ｂ）は基板のグランドパターンで分けられる領域の概略構成を示した図である。 本発明の一実施形態に係る電動圧縮機制御システムにおける基板の裏面の一部の構成を概略的に示した図であり、（Ａ）は基板のグランドパターンの概略構成、（Ｂ）は基板のグランドパターンで分けられる領域の概略構成を示した図である。 本発明の一実施形態に係る電動圧縮機制御システムの車両からの情報取得線に関する構成を模式的に示した回路図である。

以下に、本発明に係る電動圧縮機制御システム及びこれを備えた車両空気調和装置用電動圧縮機の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１及び図２は、本実施形態に係る電動圧縮機制御システム１における基板１００の一部の構成を概略的に示した図であり、図１は基板１００の表面の概略構成、図２は基板１００の裏面の概略構成を示している。なお、基板１００上に形成された配線パターンや搭載部品のランドの配置などの詳細については、図示を省略している。図３は、本実施形態に係る電動圧縮機制御システム１の車両からの情報取得線に関する構成を模式的に示した回路図である。
また、本実施形態では、基板１００は多層基板であるとし、例えばｎ層基板であるとすると、図１は基板１００の第１層、図２は基板１００の第ｎ層である。内層には、グランドパターンなども設けられ、表面（第１層）および裏面（第ｎ層）のグランドパターンと接続されている。

図１に示すように、基板１００の表面には、複数のグランドパターンで分けられる領域１０、２０、３０が形成され、図２に示すように、基板１００の裏面には、複数のグランドパターンで分けられる領域１１０、１２０、１３０が形成されている。これらのグランドパターンで分けられる領域１０、２０、３０、１１０、１２０、１３０は、それぞれグランドパターン１０ａ、２０ａ、３０ａ、１１０ａ、１２０ａ、１３０ａと回路構成パターン、部品などから構成されており、各グランドパターン１０ａ、２０ａ、３０ａ、１１０ａ、１２０ａ、１３０ａは基板１００上に搭載されている構成要素において適宜共有される場合もある。
グランドパターン１０ａ、２０ａ、３０ａ、１１０ａ、１２０ａ、１３０ａは、図１（Ｂ）及び図２（Ｂ）に示すグランドパターンで分けられる領域１０、２０、３０、１１０、１２０、１３０を、基板１００の表面（第１層）及び裏面（第ｎ層）に対してそれぞれ垂直な方向から見て基板１００の表面および裏面に投影した領域である。すなわち、グランドパターンで分けられる領域は、グランドパターン及び信号線、部品などが含まれた領域である。例えば、グランドパターンで分けられる領域１０には、グランドパターン１０ａと車両からの情報取得線５１とが含まれる。
また、グランドパターン１０ａ、２０ａ、３０ａ、１１０ａ、１２０ａ、１３０ａは、基板１００上においてそれぞれ独立して形成されている。そのうちビスなどによってシャーシ等に取り付けられることにより、接地されるパターンもある。

基板１００の表面には、図１に示すように、マイコン７０が搭載されるとともに、車両を制御するＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から情報を取得する車両からの情報取得線５１が形成されている。同様に、基板１００の裏面には、図２に示すように、車両を制御するＥＣＵから情報を取得する車両からの情報取得線５２が形成されている。車両からの情報の一例として、インバータ内の電源をＯＮ／ＯＦＦさせる情報などが挙げられる。本実施形態では、車両からの情報取得線５１、５２は同一の車両からの情報を伝送するものとして説明する。

マイコン７０は、不図示の車両空気調和装置を構成する電動圧縮機を駆動するための電動モータを制御するものである。マイコン７０には、上述した車両からの情報取得線５１、５２が接続される他、電源ラインや各種通信ラインが接続されている。これらの電源ライン、複数の通信ラインも基板１００上にパターン形成されていることから、基板１００上における配線パターンは複雑なものとなる。マイコン７０は、通信ラインを介して伝達される情報（例えば、電動モータを駆動するのに必要となる各センサ情報等）及び車両からの情報取得線５１、５２により伝達される情報に基づいて、電動モータを制御する。例えば、電動モータの駆動回路を構成するインバータ等に対して所定の制御指令を与えることで、電動モータを所望の回転数等に制御する。

図１に示すように、車両からの情報取得線５１は、基板１００上において、複数のグランドパターンで分けられる領域間、例えば、グランドパターンで分けられる領域１０と２０との間を渡るように形成されている。また、図２に示すように、車両からの情報取得線５２は、グランドパターンで分けられる領域１１０と１２０との間を渡るように形成されている。そして、車両からの情報取得線５１、５２において、異なるグランドパターンで分けられる領域を渡る場所には、コイル（誘導性部品）４１、４２が設けられている。このように、異なるグランドパターンで分けられる領域を渡る場所にコイル４１、４２を接続することにより、基板１００から発生するノイズを低減することが可能となる。すなわち、上述のように、基板１００上には、複数の配線が複雑に形成されているが、上記の如き場所にコイル４１、４２を配置することにより、車両からの情報取得線５１、５２から発生されるノイズを低減することが可能となる。コイル４１、４２については、事前に試験を行うことにより、低減させたいノイズの周波数帯に応じて適切な数値範囲のインダクタンスを有するものが用いられる。

図３に示すように、車両からの情報取得線５１には、フォトカプラ等のアイソレータ８０が設けられており、車両側からの信号は、アイソレータ８０を介してマイコン７０に伝達される。同様に、車両からの情報取得線５２には、アイソレータ１８０が設けられており、車両側からの信号は、アイソレータ１８０を介してマイコン７０に伝達される。アイソレータ８０、１８０の一次側回路の電源として、例えば、車両電源（例えば、１２Ｖ）から三端子レギュレータ（図示略）によって生成された所定電圧（例えば、５Ｖ）が供給される。また、アイソレータ８０の２次側回路の電源として、例えば、１次側の入力電圧を車両電源とする変圧器６０により生成された二次側電圧（例えば、５Ｖ）が供給される。

車両からの情報取得線５１、５２において、コイル４１、４２とアイソレータ８０、１８０の一次側回路との間には、分岐配線５３、５４が接続されている。分岐配線５３、５４は順方向のダイオード５６、５７をそれぞれ介して接続点Ｐで接続され、ＩＣチップ１５０の所定の入力端子に接続される。これにより、車両からの情報取得線５１、５２を伝送する信号がＩＣチップ１５０にも伝送される構成とされている。分岐配線５３、５４の接続点Ｐは、上述したアイソレータ８０、１８０とは別個に設けられたアイソレータ１６０の一次側とダイオード５８を介して接続される。このダイオード５８は、ダイオード５６、５７と逆向きに接続されている。
また、車両からの情報取得線５１において、コイル４１とアイソレータ８０の一次側回路との間には部品群２０１が設けられており、車両からの情報取得線５２において、コイル４２とアイソレータ１８０の一次側回路との間には部品群２０２が設けられている。部品群２０１及び２０２としては、例えばトランジスタ、コンデンサ及び抵抗などが設置されている。車両からの情報取得線５１及び５２上には部品群２０１及び２０２のような回路部品が数多く接続される場合が一般的だが、部品群２０１及び２０２以外の部品については図示を省略している。

車両からの情報取得線５１において、アイソレータ８０の一次側では、グランドとしてグランドパターン１０ａ、２０ａ（図１（Ａ）参照）が用いられ、アイソレータ８０の二次側では、グランドとしてグランドパターン３０ａ（図１（Ａ）参照）が用いられる。
車両からの情報取得線５２において、アイソレータ１８０の一次側では、グランドとしてグランドパターン１１０ａ、１２０ａ（図２（Ａ）参照）が用いられ、アイソレータ１８０の二次側では、グランドとしてグランドパターン１３０ａ（図２（Ａ）参照）が用いられる。これは、例えば、変圧器や三端子レギュレータ等についても同様であり、基板１００の表面に設けられている場合には、一次側回路のグランドとしてグランドパターン１０ａ、２０ａが、二次側回路のグランドとしてグランドパターン３０ａが用いられる。また、基板１００の裏面に設けられている場合には、一次側回路のグランドとしてグランドパターン１１０ａ、１２０ａが、二次側回路のグランドとしてグランドパターン１３０ａが用いられる。なお、図３では、変圧器６０、アイソレータ１６０がいずれも基板１００の表面に設けられている場合を例示している。

グランドパターン１０ａ、２０ａのどちらを用いるか、また、グランドパターン１１０ａ、１２０ａのどちらを用いるかについては、基板１００上における配線パターンとグランドパターンとの位置関係に応じて決定される。すなわち、配線パターンから最も近いグランドパターンがグランドとして用いられることとなる。

以上、説明してきたように、電動圧縮機制御システム及びこれを備えた車両空気調和装置用電動圧縮機によれば、一般的には、基板上に形成されるグランドパターンは一つであるのに対し、同一基板１００上に複数のグランドパターン１０ａ、２０ａ、３０ａ、１１０ａ、１２０ａ、１３０ａを形成している。このように、グランドパターンを分割して複数設けることにより、ノイズの伝達を防止できる。これにより、基板から発生するノイズを抑制することが可能となる。
更に、マイコン７０に接続される配線パターン（例えば、車両からの情報取得線５１、５２）が、複数のグランドパターンで分けられる領域を渡るように形成されている場合に、配線パターンにおいて、異なるグランドパターンで分けられる領域間を渡る場所に誘導性部品であるコイル４１、４２を設けている。これにより、配線から発生するノイズを低減させることが可能となる。

また、マイコン７０は、車両からの情報を取得する配線である車両からの情報取得線５１、５２とそれぞれ接続されていることから、マイコン７０は、車両からの情報取得線５１、５２を通じて車両からの情報（例えば、インバータ内の電源をＯＮ／ＯＦＦさせる情報等）を取得することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更なども含まれる。
例えば、コイルが設けられる配線パターンとして車両からの情報取得線５１、５２を例示して説明したが、他の配線パターンにおいて、異なるグランドパターンを渡る位置にコイルを配置することとしてもよい。
また、車両からの情報取得線５１、５２が、基板１００の表面及び裏面にそれぞれ形成されている場合について例示したが、いずれか一方にのみ形成されていてもよい。また、基板１００の表面にマイコン７０を設けているが、マイコンの設置数についても特に限定されない。
また、基板１００上に形成されるグランドパターンで分けられる領域の数についても特に限定されず、例えば、２つ以上設けられていればよい。この場合、配線パターンが異なるグランドパターンで分けられる領域間を渡る位置にそれぞれコイルを配置すると好適である。

１ 電動圧縮機制御システム
１０、２０、３０、１１０、１２０、１３０ グランドパターンで分けられる領域
１０ａ、２０ａ、３０ａ、１１０ａ、１２０ａ、１３０ａ グランドパターン
４１、４２ コイル（誘導性部品）
５１、５２ 車両からの情報取得線
６０ 変圧器
７０ マイコン

Claims (3)

1. 車両空気調和装置を構成する電動圧縮機を駆動するための電動モータを制御するマイコンを備えた電動圧縮機制御システムであって、
   基板上に形成された複数のグランドパターンと、
   前記基板上に形成された前記グランドパターンで分けられる領域と、
   複数の前記グランドパターンで分けられる領域間を渡るように前記基板上に形成されるとともに、前記マイコンに接続される配線パターンと、
   前記配線パターンにおいて、異なる前記グランドパターンで分けられる領域間を渡る場所に設けられた誘導性部品と
   を具備する電動圧縮機制御システム。
2. 前記配線パターンは、車両からの情報を取得するための車両からの情報取得線である請求項１に記載の電動圧縮機制御システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の電動圧縮機制御システムを備えた車両空気調和装置用電動圧縮機。
   

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