JP2016100929A - インバータ制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】インバータを実装してなる多層プリント回路基板のラミネート部分の短絡による過熱を抑制し得るインバータ制御装置を提供する。
【解決手段】インバータ（スイッチング素子２２）が実装された多層プリント回路基板（回路基板２０）において、半導体リレー２４の下流側であって電源供給を遮断可能な第２配線パターンＰ２とシャント抵抗２７の上流側であって過電流を検出可能な第３配線パターンＰ３のみを隣接層において対向するように配置したことで、これら両配線パターンＰ２，Ｐ３の対向部分（ラミネート部分）が短絡した場合でも、該短絡による過電流をシャント抵抗２７によって検出して半導体リレー２４により前記各スイッチング素子２２への電源供給を遮断することが可能となり、第２配線パターンＰ２及び第３配線パターンＰ３における過熱を回避することができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、ラミネート構造を有する多層プリント回路基板にインバータを実装してなるインバータ制御装置に関する。
従来のインバータ制御装置としては、例えば以下の特許文献１に記載されたものが知られている。
すなわち、このインバータ制御装置では、インバータとコンデンサとの間の配線を、ラミネートブスバー等を用いて並行して近接させることで、当該配線やアース線により形成される面積を縮小して、装置全体の小型化を図っている。
特開２００４−１８７４８４号公報
しかしながら、前記従来のインバータ制御装置では、ラミネートブスバーの短絡時の保護について何ら考慮されていないため、当該ラミネートブスバーによる構成をプリント回路基板に応用した場合に、ラミネート部分の短絡による過熱の問題を招来してしまうおそれがある。
本発明は、かかる技術的課題に鑑みて案出されたものであり、インバータを実装してなる多層プリント回路基板のラミネート部分の短絡による過熱を抑制し得るインバータ制御装置を提供することを目的としている。
本発明は、多層プリント回路基板にインバータが実装されてなるインバータ制御装置において、電源ラインにおける電源遮断手段の下流側の少なくとも一部の配線と、接地ラインにおける過電流検出手段の上流側の少なくとも一部の配線とを、多層プリント回路基板の積層方向の隣接層において対向するように配置したことを特徴としている。
また、上記構成のほか、電源ラインにおける過電流検出手段の下流側の少なくとも一部の配線と、接地ラインにおけるインバータの下流側の少なくとも一部の配線とを、多層プリント回路基板の積層方向の隣接層において対向するように配置してもよい。
本発明によれば、電源ラインにおける電源遮断手段の下流側の少なくとも一部の配線と、接地ラインにおける過電流検出手段の上流側の少なくとも一部の配線については、インバータに発生した過電流を検出して電源供給の遮断が可能であるため、当該配線の対向部分（ラミネート部分）における過熱の発生を抑制することができる。
本発明に係るインバータ制御装置を適用した自動車のブレーキ装置全体を現した斜視図である。 図１に示すブレーキ装置の縦断面図である。 図１に示すインバータ制御装置の分解斜視図である。 図１に示すインバータ制御装置のカバー部材を取り外した状態を現した正面図である。 図３に示す回路基板単体を表面側から見た斜視図である。 図３に示す回路基板単体を裏面側から見た斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る回路構成の概略図である。 同実施形態のうち図５に示す回路基板の第１層の配線パターンを現した斜視図である。 同実施形態のうち図５に示す回路基板の第２層の配線パターンを現した斜視図である。 同実施形態のうち図５に示す回路基板の第３層の配線パターンを現した斜視図である。 同実施形態のうち図５に示す回路基板の第４層の配線パターンを現した斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る回路構成の概略図である。
以下に、本発明に係るインバータ制御装置の各実施形態を、図面に基づいて詳述する。なお、以下に示す各実施形態では、当該装置を自動車に搭載される電動式ブレーキ倍力装置のモータ制御装置に適用したものを示している。
図１〜図１１は本発明に係るインバータ制御装置の第１実施形態を示し、図１は本発明に係るインバータ制御装置に相当するモータ制御装置１０を適用したブレーキ倍力装置１の全体を現した斜視図であり、図２はブレーキ倍力装置１の縦断面図である。
このブレーキ倍力装置１は、図１、図２に示すように、三相交流電力により駆動され、ブレーキ液の液圧制御に供する電動アクチュエータユニット２と、運転者によるブレーキ操作や車両運転状態に基づいて前記電動アクチュエータユニット２を構成する後述の電動モータ７を駆動制御するモータ制御装置１０と、から主として構成され、後述の電動アクチュエータユニット２の後端部に突設された複数のスタッドボルト４を介して車体のダッシュパネル（図示外）に取り付けられる。
前記電動アクチュエータユニット２は、アクチュエータハウジング５のうちシリンダ収容部５ａ内に摺動自在に設けられた図示外のピストン部材の軸方向移動に基づきブレーキ液圧を発生させる液圧発生手段であるマスターシリンダ６と、前記アクチュエータハウジング５において前記シリンダ収容部５ａに付設されるモータ収容部５ｂ内に設けられ、前記ピストン部材に対して移動力を付与する電動モータ７と、該電動モータ７の回転力を前記ピストン部材の直線移動力に変換して伝達する図示外の動力伝達手段と、前記液圧の発生に供するブレーキ液を貯留するリザーバタンク８と、から構成されている。
かかる構成から、前記ブレーキ倍力装置１は、運転者のブレーキ操作により図示外のブレーキペダルを介して前記ピストンの同軸上に延設されるプッシュロッド９が軸方向に押圧され、該プッシュロッド９のストローク量や車両運転状態を基にモータ制御装置１０により通電される励磁電流をもって電動モータ７が駆動制御されることで、ブレーキ液の液圧が制御されるようになっている。
図３はモータ制御装置１０の分解斜視図であり、図４はモータ制御装置１０のカバー１３を取り外した状態を現した正面図である。
前記モータ制御装置１０は、図３、図４に示すように、底壁１２ａの一部がアクチュエータハウジング５と一体的に設けられたＥＣＵハウジング１１内に、電動モータ７の駆動操作量の演算に供するマイコン２１や電動モータ７の駆動に供するインバータとしての複数のスイッチング素子２２など種々の電子部品が実装されてなる平板状の回路基板２０が収容されることによって構成されている。
前記ＥＣＵハウジング１１は、アクチュエータハウジング５と一体形成され、かつ該アクチュエータハウジング５の側方へと向けて開口形成された有底角筒状の金属製のケース１２と、該ケース１２の開口を閉塞するほぼ板状のカバー部材である金属製のカバー１３と、で構成される。前記カバー１３は、複数のビスＳ１をもって前記ケース１２に締結され、該両者１２，１３の接合部には、液状パッキンである周知のシール部材１４が介装されている。なお、ケース１２は、いわゆるアルミダイカスト法をもって型成形され、カバー１３は、金属板をプレス成形することによって形成されている。
また、前記ケース１２の内底面には、回路基板２０におけるマイコン２１の実装領域Ａ１や前記各スイッチング素子２２の実装領域Ａ２等と対向する位置に、それぞれ前記各電子部品２１，２２の放熱に供する矩形ブロック状の放熱用台座１５が突出形成され、該各放熱用台座１５の上面に伝熱物質１６が配置されている。そして、前記回路基板２０（裏面２０ｂ）の実装領域Ａ１，Ａ２（図６参照）をそれぞれ前記伝熱物質１６に接触配置することで、前記各電子部品２１，２２に発生した熱をケース１２や該ケース１２と一体に形成されたアクチュエータハウジング５に放熱させることが可能となっている。
なお、この際、前記ケース１２の外底面１２ｃには、複数の放熱フィン１７が設けられていて、該各放熱フィン１７をもって効果的な放熱が行えるようになっている。また、当該放熱にあたっては、前記伝熱物質１６を介在させず、前記各スイッチング素子２２を各放熱用台座１５に直接接触させる構成とすることも可能である。また、前記伝熱物質１６についても、例えばシリコン等を材料とした弾性を有するシート状のもののほか、液状のグリス等を採用してもよい。さらに、前記伝熱物質１６は、絶縁性を有することが望ましい。
図５は回路基板２０を表面２０ａ側（カバー１３側）から見た斜視図であり、図６は回路基板２０を裏面２０ｂ側（ケース１２の底壁１２ａ側）から見た斜視図である。
前記回路基板２０は、いわゆる多層プリント回路基板（本実施形態では４層）であって、図５、図６に示すように、ガラスエポキシ樹脂に代表されるような非導電性樹脂材料からなる基板の表裏面及び内部に複数の導体パターンである第１〜第４配線パターンＰ１〜Ｐ４（図８〜図１１参照）が積層状に配置され該各配線パターンＰ１〜Ｐ４によりインバータ回路が構成されたものであり、外周縁部や中央部に貫通形成された締結孔２０ｃに挿通した複数のビスＳ２がそれぞれケース１２に設けられた固定部１２ｂに螺着することで該ケース１２に収容固定されている。
そして、前記回路基板２０の部品実装面である表面２０ａには、図５に示すように、一端部に外部電子機器（図示外）との信号や電力の授受に供するコネクタ２３が設けられると共に、中間部にマイコン２１や電流遮断手段としての半導体リレー２４が、他端部に前記各スイッチング素子２２が、それぞれ実装されている。なお、前記コネクタ２３については、カバー１３に開口形成されたコネクタ挿通孔１３ａを介して外部へと臨むように構成されている。その他、図５中の２５はノイズフィルタ部品として機能するノーマルチョークコイル、２６は平滑コンデンサ、２７は過電流検出手段としてのシャント抵抗を示している。
前記シャント抵抗２７は、上流側となるスイッチング素子２２側と下流側となる接地側の各電圧に基づいて過電流を検出している。より具体的には、当該各電圧を図示外の増幅回路により増幅し、この増幅した信号に基づいて過電流検出部２８によって前記過電流を検出している。ここで、前記上流側及び下流側とは、電流の流れる方向に対しての上流及び下流を意味し、基本的に、電源に接続される側が上流側となり、接地に接続される側が下流側となる。
また、前記過電流検出部２８については、マイコン２１の有する一機能として構成される。なお、当該過電流検出部２８は、前記マイコン２１の一機能として構成するもののほか、例えば他の演算素子に当該機能を持たせてもよく、また、単一素子の機能としてではなく、回路基板２０に構成された検出回路として構成することも可能である。
こうして、前記回路基板２０は、電動モータ７の駆動操作量の演算に供するマイコン２１を含む制御回路要素と、電動モータ７の駆動に供するインバータとしての複数の前記各スイッチング素子２２を含む駆動回路要素と、ノーマルチョークコイル２５及び平滑コンデンサ２６を含むノイズフィルタ要素と、によって構成される。
また、前記回路基板２０の裏面２０ｂには、図６に示すように、電動モータ７と電気的に接続されるモータ接続部２９が設けられている。このモータ接続部２９は、ケース１２の底壁１２ａに貫通形成された連通孔１２ｄを挿通する図示外の配線を通じて電動モータ７と接続される構成となっている。その他、図６中のＡ１はマイコン２１の実装領域（表面２０ａにマイコン２１が実装される領域に対応する裏面２０ｂ側の領域）を、Ａ２は前記各スイッチング素子２２の実装領域（表面２０ａに各スイッチング素子２２が実装される領域に対応する裏面２０ｂ側の領域）をそれぞれ示しており、前述のように、該各実装領域Ａ１，Ａ２が伝熱物質１６を介してそれぞれ各放熱用台座１５に接触配置されることにより、マイコン２１や前記各スイッチング素子２２等に発生した熱が各放熱用台座１５へと伝達されて、ケース１２自体から外部に放散する、或いはケース１２からアクチュエータハウジング５へと伝達されて該アクチュエータハウジング５を介して外部に放散するようになっている。
図７は回路基板２０の回路構成を現した概略図である。なお、図中の太矢印によって表示された配線パターン（Ｐ２，Ｐ３）は、隣接したそれぞれ異なる配線層（隣接層）に互いに対抗する状態で配線されたラミネート部分を示している一方、同図中の細矢印によって表示された他の配線パターン（Ｐ１，Ｐ４）との関係では隣接層において非対向となる状態で配線された非ラミネート部分を示している。また、図８は回路基板２０の第１層（表層）の配線パターンを現した第１層の平面図、図９は回路基板２０の第２層の配線パターンを現した第２層の平面図、図１０は回路基板２０の第３層の配線パターンを現した第３層の平面図、図１１は回路基板２０の第４層（裏層）の配線パターンを現した第４層の平面図である。
前記回路基板２０は、図７、図８に示すように、電源端子２９ａから前記各スイッチング素子２２までの電源供給に係る電源ラインＬｐのうち、電源端子２９ａから半導体リレー２４までが第１配線パターンＰ１により構成され、半導体リレー２４から前記各スイッチング素子２２までが第２配線パターンＰ２により構成されている一方、前記各スイッチング素子２２から接地端子２９ｂまでの接地ラインＬｅのうち、前記各スイッチング素子２２からシャント抵抗２７までが第３配線パターンＰ３により構成され、シャント抵抗２７から接地端子２９ｂまでが第４配線パターンＰ４により構成されている。
そして、このような回路基板２０においては、図７〜図１１に示すように、前記各配線パターンＰ１〜Ｐ４のうち、第２配線パターンＰ２と第３配線パターンＰ３とが絶縁部材（図示外）を介して回路基板２０の積層方向の隣接層（本実施形態では第１層と第２層）において対向するように配置されている一方、第１配線パターンＰ１と第４配線パターンＰ４、第１配線パターンＰ１と第３配線パターンＰ３、及び第２配線パターンＰ２と第４配線パターンＰ４がそれぞれ回路基板２０の積層方向の隣接層において非対向となるように配置されている。
以上のことから、本実施形態に係るモータ制御装置１０によれば、前記回路基板２０において、半導体リレー２４の下流側となる第２配線パターンＰ２とシャント抵抗２７の上流側となる第３配線パターンＰ３を隣接層において対向するように配置したことにより、これら両配線パターンＰ２，Ｐ３の対向部分（ラミネート部分）が短絡した場合であっても、該短絡により生じた過電流をシャント抵抗２７により検出して半導体リレー２４により第２、第３配線パターンＰ２，Ｐ３及び前記各スイッチング素子２２への電源供給を遮断することが可能となり、第２配線パターンＰ２及び第３配線パターンＰ３における過熱を抑制又は回避することができる。
また、一方で、半導体リレー２４よりも上流側となって電源供給を遮断できない範囲に相当する第１配線パターンＰ１や、シャント抵抗２７よりも下流側となって過電流を検出できない範囲に相当する第４配線パターンＰ４については、他の配線パターンと非対向とすることにより、該第１、第４配線パターンＰ１，Ｐ４における前記短絡による過熱の発生を抑制又は回避することが可能となる。
このようにして、前記各スイッチング素子２２を実装してなる多層プリント回路基板である回路基板２０において、隣接対向部相互間の短絡による過熱を抑制又は回避しつつラミネート構造を採用することが可能となり、モータ制御装置１０の小型化を図ることができる。
また、前記ラミネート構造によって、該ラミネート構造によるノイズ低減を図ることができる。
図１２は本発明に係るインバータ制御装置の第２実施形態を示し、前記第１実施形態に係る回路基板２０における実装部品の配置や配線パターンの構成を変更してなる回路基板３０を採用したもので、図７と同様に、図中の太矢印によって表示された配線パターン（Ｐ２，Ｐ３）は隣接層において対向する状態で配線したラミネート部分を示し、図中の細矢印によって表示された他の配線パターン（Ｐ１，Ｐ４）との関係ではそれぞれ隣接層において非対向となる状態で配線した非ラミネート部分を示している。なお、以下では、前記第１実施形態と異なる構成についてのみ説明することとし、前記第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付すことで具体的な説明は省略する。
本実施形態に係る回路基板３０では、過電流検出手段としてのシャント抵抗２７が電源ラインＬｐ側に配置され、該電源ラインＬｐのうち、電源端子２９ａから半導体リレー２４までが第１配線パターンＰ１、半導体リレー２４からシャント抵抗２７までが第２配線パターンＰ２、シャント抵抗２７から前記各スイッチング素子２２までが第３配線パターンＰ３によってそれぞれ構成されている一方、接地ラインＬｅとなる前記各スイッチング素子２２から接地端子２９ｂまでが第４配線パターンＰ４により構成されている。
そして、図示のように、前記回路基板３０では、前記各配線パターンＰ１〜Ｐ４のうち、第３配線パターンＰ３と第４配線パターンＰ４とが絶縁部材（図示外）を介して回路基板３０の積層方向の隣接層において対向するように配置されている一方、第１配線パターンＰ１と第４配線パターンＰ４、及び第２配線パターンＰ２と第４配線パターンＰ４がそれぞれ回路基板３０の積層方向の隣接層において非対向となるように配置されている。
以上のように、本実施形態に係るモータ制御装置１０（回路基板３０）では、シャント抵抗２７の下流側であって、第３、第４配線パターンＰ３，Ｐ４で発生した過電流を検出して電源供給を遮断しうる範囲に相当する第３、第４配線パターンＰ３，Ｐ４を隣接層において対向するように配置したことから、これら両配線パターンＰ３，Ｐ４の対向部分（ラミネート部分）が短絡した場合でも、前記第３、第４配線パターンＰ３，Ｐ４で発生した過電流をシャント抵抗２７により検出して半導体リレー２４により前記各スイッチング素子２２への電源供給を遮断することが可能となって、第３配線パターンＰ３及び第４配線パターンＰ４における過熱を抑制又は回避することができる。
また、一方で、半導体リレー２４よりも上流側となって電源供給を遮断できない範囲に相当する第１配線パターンＰ１や、シャント抵抗２７よりも上流側となって過電流を検出できない範囲に相当する第２配線パターンＰ２については、他の配線パターンと非対向とすることにより、該第１、第２配線パターンＰ１，Ｐ２における前記短絡による過熱の発生を抑制又は回避することが可能となる。
このようにして、本実施形態に係るモータ制御装置１０（回路基板３０）によっても、前記第１実施形態と同様、前記各スイッチング素子２２を実装してなる多層プリント回路基板において隣接対向部相互間の短絡による過熱を抑制又は回避しつつラミネート構造を採用することが可能となり、モータ制御装置１０の小型化を図ることができる。
また、前記ラミネート構造によって、該ラミネート構造によるノイズ低減を図ることができる。
本発明は前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば回路基板２０，３０の積層数や配線パターンの数及び配置、回路基板２０，３０に実装する電子部品の配置など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内でモータ制御装置１０の仕様等に応じて自由に変更することができる。
また、前述の隣接対向配置（ラミネート）に際しても、前記第１実施形態においては、該第１実施形態にて例示したような、半導体リレー２４の下流側とシャント抵抗２７の上流側とが全域にわたって対向している必要はなく、一部の範囲のみが対向した構成であっても、ラミネート部分の短絡時における過熱回避といった本発明の特異な作用効果を奏しうる。同様に、前記第２実施形態においても、該第２実施形態にて例示したような、シャント抵抗２７の下流側と前記各スイッチング素子２２の下流側とが全域にわたって対向している必要はなく、一部の範囲のみが対向した構成であっても、ラミネート部分の短絡時における過熱の抑制又は回避といった本発明の特異な作用効果を奏しうる。
２０…回路基板（多層プリント回路基板）
２２…スイッチング素子（インバータ）
２４…半導体リレー（電源遮断手段）
２７…シャント抵抗（過電流検出手段）
Ｐ１〜Ｐ４…第１〜第４配線パターン（配線）

Claims (4)

  1. 多層プリント回路基板にインバータが実装されてなるインバータ制御装置であって、
    電源ラインに設けられ、インバータへの電源供給を遮断する電源遮断手段と、
    接地ラインに設けられ、前記インバータの過電流を検出する過電流検出手段と、
    を備え、
    前記電源ラインにおける前記電源遮断手段の下流側の少なくとも一部の配線と、前記接地ラインにおける前記過電流検出手段の上流側の少なくとも一部の配線とが、前記多層プリント回路基板の積層方向の隣接層において対向するように配置されていることを特徴とするインバータ制御装置。
  2. 前記電源ラインにおける前記電源遮断手段の上流側の配線と、前記接地ラインにおける前記過電流検出手段の下流側の配線とは、前記多層プリント回路基板の積層方向の隣接層において非対向となるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
  3. 多層プリント回路基板にインバータが実装されてなるインバータ制御装置であって、
    電源ラインに設けられ、インバータへの電源供給を遮断する電源遮断手段と、
    前記電源ラインの前記電流遮断手段の下流側に設けられ、前記インバータの過電流を検出する過電流検出手段と、
    を備え、
    前記電源ラインにおける前記過電流検出手段の下流側の少なくとも一部の配線と、前記接地ラインにおける前記インバータの下流側の少なくとも一部の配線とが、前記多層プリント回路基板の積層方向の隣接層において対向するように配置されていることを特徴とするインバータ制御装置。
  4. 前記電源ラインにおける前記過電流検出手段の上流側の配線と、前記接地ラインにおける前記インバータの下流側の配線とは、前記多層プリント回路基板の積層方向の隣接層において非対向となるように配置されていることを特徴とする請求項３に記載のインバータ制御装置。
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