JP2019067896A - 回路基板、および制御装置 - Google Patents

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一樹 原田
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Abstract

【課題】ノイズの低減に寄与すること。【解決手段】基板本体と、基板本体に形成され、モータに電力を供給する回路部と、基板本体に形成された正極側電源端子部であって、回路部の正極端子に接続された正極側電源端子部と、基板本体に形成された負極側電源端子部であって、回路部の負極端子に接続された負極側電源端子部と、を備え、回路部は、正極側電源端子部に接続された第1コンデンサと、負極側電源端子部に接続された第2コンデンサとを備え、第1コンデンサと第2コンデンサとが正極側電源端子部と負極側電源端子部との間で直列接続され、基板本体には、基板本体を厚さ方向に貫通する貫通孔が形成され、貫通孔の少なくとも一部が、第1コンデンサ、第2コンデンサ、正極側電源端子部、および負極側電源端子部のうち少なくとも2つに挟まれる位置に形成される。【選択図】図2

Description

本発明の一態様は、回路基板、および制御装置に関する。
自動車等の車両は、車載装置として、例えば、電動パワーステアリングシステムを備える。電動パワーステアリングシステムは、運転者のステアリングハンドル操作を受け付けた際に、ステアリング系の操舵トルクを補助するための補助トルクを発生させる。電動パワーステアリングシステムは、補助トルクを発生させることで、運転者の運転操作の負担を軽減することができる。補助トルクを発生させる補助トルク機構は、操舵トルクを検出し、検出信号に基づき駆動信号を発生し、駆動信号に基づき補助トルクをモータで発生させる。これにより、操舵トルクに応じた補助トルクが、減速機構を介してステアリング系に伝達される。
上述した技術において、例えば、特許文献1には、モータ駆動装置を備える電動パワーステアリングシステムが開示されている。この電導パワーステアリングシステムは、モータ駆動装置のコモンモードフィルタを備える。コモンモードフィルタは、コモンモードコイルとコンデンサとを含む。しかしながら、コモンモードコイルは、コモンモードフィルタを大型化してしまう。他方、コモンモードコイルを有しないコモンモードフィルタは、モータ駆動装置を小型化にすることが可能であるが、コモンモードノイズを十分に低減することができない。
特許第5777797号公報
本発明の1つの目的は、ノイズの低減に寄与することができる回路基板、および制御装置を提供することである。
上記の課題を解決するため、本発明の一態様の回路基板は、基板本体と、前記基板本体に形成され、モータに電力を供給する回路部と、前記基板本体に形成された正極側電源端子部であって、前記回路部の正極端子に接続された正極側電源端子部と、前記基板本体に形成された負極側電源端子部であって、前記回路部の負極端子に接続された負極側電源端子部と、を備え、前記回路部は、前記正極側電源端子部に接続された第1コンデンサと、前記負極側電源端子部に接続された第2コンデンサとを備え、前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとが前記正極側電源端子部と前記負極側電源端子部との間で直列接続され、前記基板本体には、前記基板本体を厚さ方向に貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔の少なくとも一部が、前記第1コンデンサ、前記第2コンデンサ、前記正極側電源端子部、および前記負極側電源端子部のうち少なくとも2つに挟まれる位置に形成される。
本発明の一態様によれば、ノイズの低減に寄与することができるができる。
図1は、実施形態の電動パワーステアリングシステムの構成例を示す概略図である。 図2は、電子制御ユニットの内部構成例を示す回路図である。 図3は、電子制御ユニットの分解斜視図の一例である。 図4Aは、カバーユニットの平面図である。 図4Bは、回路基板の平面図である。 図4Cは、基板取付ユニットの平面図である。 図5は、回路基板における導体パターンの一例を示す平面図である。 図6は、回路基板における層内構成の一例を示す断面図である。 図7は、回路基板200における層内構成の他の一例を示す断面図である。 図8は、他の回路基板の平面図である。 図9は、他の回路基板の平面図である。 図10は、貫通孔と、第一のコンデンサ、第二のコンデンサ、駆動電源取付孔、および駆動電源取付孔との位置関係の一例を示す概略図である。 図11は、貫通孔が形成されうる領域を説明するための図である。 図12は、貫通孔が形成されうる他の領域を説明するための図である。 図13は、変形例の基板取付ユニットの一例を示す斜視図である。
以下、本発明を適用した回路基板、および制御装置を、図面を参照して説明する。
<電動パワーステアリングシステムの構成>
図1は、実施形態の電動パワーステアリングシステム1の構成例を示す概略図である。電動パワーステアリングシステム1は、例えば、ステアリングシステム10と、補助トルク機構部30と、制御装置50と、バッテリ51とを備える。電動パワーステアリングシステム1は、ステアリングシステム10に、補助トルク機構部30により発生した補助トルクを伝達する。電動パワーステアリングシステム1は、補助トルクを発生させるため、後述するモータを駆動するモータ駆動装置として機能する。
ステアリングシステム10は、ステアリンホイール11と、ステアリングシャフト12と、自在軸継手13Aおよび13Bと、回転軸部14と、ラックアンドピニオン機構15と、ラック軸部16と、タイロッド17Aおよび17Bと、ナックル18Aおよび18Bと、操舵車輪19Aおよび19Bと、ボールジョイント20Aおよび20Bとを備える。
ステアリンホイール11は、車両の運転者により操舵される。ステアリンホイール11には、ステアリングシャフト12、自在軸継手13Aおよび13B、および回転軸部14(ピニオン軸、入力軸とも言う。)が、この順で連結される。回転軸部14には、ラックアンドピニオン機構15を介してラック軸部16が連結される。ラック軸部16両端には、左右のボールジョイント20Aおよび20B、左右のタイロッド17Aおよび17B、および左右のナックル18Aおよび18Bを介して、左右の操舵車輪19Aおよび19Bが連結される。ラックアンドピニオン機構15は、ピニオン15aと、ラック15bとを備える。ピニオン15aは、回転軸部14に連結される。ラック15bは、ラック軸部16に備えられる。
ステアリングシステム10によれば、運転者がステアリンホイール11を操舵した場合に、操舵トルクにより、ラックアンドピニオン機構15を介して操舵車輪19Aおよび19Bを操舵することができる。
補助トルク機構部30は、例えば、操舵トルク検出部31と、電子制御ユニット32と、モータ33と、減速機構部34とを備える。
操舵トルク検出部31は、例えば、操舵トルクセンサである。操舵トルク検出部31は、ステアリンホイール11に加えられた操舵トルクを検出し、トルク信号を生成する。
モータ33は、例えば、U相、V相、およびW相を含む3相のモータ電源端子を有するモータである。モータ33は、例えばブラシレスモータである。モータ33は、駆動信号に従って補助トルクを発生させる。補助トルクは、減速機構部34を介して回転軸部14に伝達される。
減速機構部34は、例えば、ウォームギヤ機構である。回転軸部14に伝達された補助トルクは、回転軸部14からラックアンドピニオン機構15に伝達される。
電子制御ユニット32は、例えば、電源回路、モータ電流(実電流)を検出する電流センサ、マイクロプロセッサ、FET(Field effect transistor)ブリッジ回路、および磁気センサ32aを備える。磁気センサ32aは、モータ33におけるロータの回転角を検出する。ロータは例えば永久磁石であり、磁気センサ32aは、永久磁石(N極、およびS極)の動きを検出することで、回転角を検出する。
電子制御ユニット32は、トルク信号だけでなく、例えば、外部信号として車速信号を入力する。電子制御ユニット32は、トルク信号により示される操舵トルクに対して、モータ33で発生するべき補助トルクを演算する。電子制御ユニット32は、演算した補助トルクをモータ33において発生させるように駆動信号を生成する。
制御装置50は、例えばCAN(Controller Area Network)等の車内ネットワークを介して他の電子制御ユニットと通信可能な、電子制御ユニットである。制御装置50は、例えば、車速信号に相当する車速パルスを出力可能な車速センサでもよい。外部信号は、トルク信号等の電動パワーステアリングシステム1の信号と、車速信号等の車両の信号(車体信号)とを含む。車体信号は、車速信号、エンジン回転数等の通信信号だけでなく、イグニッションスイッチのオンまたはオフを示す信号を含んでよい。
電子制御ユニット32のマイクロプロセッサは、例えばトルク信号、および車速信号等に基づいてFETブリッジ回路を動作させることで、モータ33をベクトル制御する。FETブリッジ回路は、例えば、モータ33に駆動電流(3相交流電流)を通電するインバータ回路INV(図2を参照)である。FETブリッジ回路は、例えば図2に示すように、FET1、FET2、FET3、FET4、FET5、およびFET6を含む。
電子制御ユニット32は、少なくとも操舵トルクを示すトルク信号に基づいて目標電流を設定する。電子制御ユニット32は、車両の車速およびロータの回転角も考慮して、目標電流を設定することが好ましい。電子制御ユニット32は、モータ電流(実電流)が目標電流に一致するように、モータ33の駆動電流(駆動信号)を制御する。
バッテリ51は、電子制御ユニット32に供給される電力を蓄積する蓄電池である。B+は、例えば車両に直流電源として設けられるバッテリ51の正極の電位を示し、B−は、バッテリ51の負極の電位を示す。負極の電位B−は、車両の車体に接地する。なお、電子制御ユニット32は、外部コネクタである電源コネクタPCNに、バッテリ51側の端子と接続又は接触する部分である端子(プラス端子T+、およびマイナス端子T−)を備える。正極の電位B+と負極の電位B−との差としての電源電圧は、モータ33の駆動電圧の元となる。
<回路基板BDに形成される回路>
図2は、電子制御ユニット32の内部構成例を示す回路図である。電子制御ユニット32は、操舵トルクに基づく補助トルクをモータ33で発生させるが、図2の電子制御ユニット32の用途は、これに限定されない。すなわち、図2の電子制御ユニット32は、3相交流モータを駆動できればよく、図2のマイクロプロセッサは、任意の信号に基づき3相交流モータの駆動電流を制御できればよい。
電子制御ユニット32は、回路基板BDに形成される。回路基板BDには、基板プラス接続部CN+および基板マイナス接続部CN−と、インバータ出力端子TU、TV、およびTWとが形成される。基板プラス接続部CN+および基板マイナス接続部CN−にはバッテリ51が接続される。インバータ出力端子TU、TV、およびTWにはモータ33が接続される。基板プラス接続部CN+および基板マイナス接続部CN−と、インバータ出力端子TU、TV、およびTWとの間には、パワー回路部PCが接続される。
基板プラス接続部CN+にはプラス端子T+が接続される。プラス端子T+は、バッテリ51の正極の電位B+を入力する入力端子に相当する。プラス端子T+には、バッテリ51の正極の電位B+が与えられる。電位B+は、基板プラス接続部CN+に伝わっている。
基板マイナス接続部CN−にはマイナス端子T−が接続される。マイナス端子T−は、バッテリ51の負極の電位B−を入力する入力端子に相当する。基板マイナス接続部CN−にはマイナス端子T−が接続される。マイナス端子T−には、バッテリ51の負極の電位B−が与えられる。電位B−は、基板マイナス接続部CN−に伝わっている。マイナス端子T−が車両の車体に接地される場合に、電位B−は、車体のGND電位と同電位である。
インバータ回路INVは、6個のFET1〜FET6を含む。6個のFET1〜FET6は、基板プラス接続部CN+に接続された電位B+の正極線と、基板マイナス接続部CN−に接続された電位B−の負極線との間に接続される。電界コンデンサC10は、正極線と負極線との間に、インバータ回路INVに並列して接続されている。電解コンデンサC10は、電源電圧(電位B+と電位B−との差)を平滑化する。
FET1、およびFET2は、正極線と負極線との間に直列に接続される。FET1およびFET2は、モータ33のU巻線にU相電流を供給する。FET2と負極線との間には、当該FET1およびFET2に直列して、シャント抵抗R1が接続されている。シャント抵抗R1に流れる電流は、U相電流を検出するための電流センサ(不図示)により検出される。FET1とFET2とを接続する線と、インバータ出力端子TUとの間には、FET7が接続される。FET7は、U相電流を遮断または通過させる。
FET3、およびFET4は、正極線と負極線との間に直列に接続される。FET3およびFET4は、モータ33のV巻線にV相電流を供給する。FET4と負極線との間には、当該FET3およびFET4に直列して、シャント抵抗R2が接続される。シャント抵抗R2に流れる電流は、V相電流を検出するための電流センサ(不図示)により検出される。FET3とFET4とを接続する線と、インバータ出力端子TVとの間には、FET8が接続される。FET8は、V相電流を遮断または通過させる。
FET5、およびFET6は、正極線と負極線との間に直列に接続される。FET5およびFET6は、モータ33のW巻線にW相電流を供給する。FET6と負極線との間には、当該FET5およびFET6に直列して、シャント抵抗R4が接続されている。シャント抵抗R3に流れる電流は、W相電流を検出するための電流センサ(不図示)により検出される。FET5とFET6とを接続する線と、インバータ出力端子TWとの間には、FET9が接続される。FET9は、W相電流を遮断または通過させる。
インバータ出力端子TUは、電源線部LNUを介して、モータ33のモータ電源端子T1に接続される。インバータ出力端子TVは、電源線部LNVを介して、モータ33のモータ電源端子T2に接続される。インバータ出力端子TWは、電源線部LNWを介して、モータ33のモータ電源端子T3に接続される。
FET1〜FET6は、それぞれがPWM制御されることで、U相電流、V相電流、およびW相電流をモータ33に供給する。インバータ回路INVおよびと電解コンデンサC10とが接続される正極線のノードND+の前段には、電力を遮断可能な半導体リレーとして、例えばFET10、およびFET11が接続される。さらに、FET10およびFET11の前段には、ノーマルモードフィルタNFが設けられる。ノーマルモードフィルタNFは、コイルCL1と、コンデンサC11とを含む。コイルCL1は、FET10と基板プラス接続部CN+との間に接続される。コンデンサC11は、電界コンデンサC10と並列して、正極線および負極線の間に接続される。ノーマルモードフィルタNFは、正極線に重畳するノーマルモードノイズを低減することができる。
ノーマルモードフィルタNFの前段には、コモンモードフィルタCFが接続される。コモンモードフィルタCFは、例えば、第一のコンデンサC1、および第二のコンデンサC2が、電解コンデンサC10と並列に接続される。第一のコンデンサC1および第二のコンデンサC2は、正極線と負極線との間に直列に接続される。
コモンモードフィルタCFは、基板プラス接続部CN+と基板マイナス接続部CN−との間に接続される。具体的には、第一のコンデンサC1の一端は、正極線を介して基板プラス接続部CN+に接続される。第二のコンデンサC2の一端は、負極線を介して基板マイナス接続部CN−に接続される。第一のコンデンサC1の他端は、導体部CONの位置P11に接続される。第二のコンデンサC2の他端は、導体部CONの位置P12に接続される。
導体部CONは、コモンモードノイズに起因する電流が流れることができる材料である。導体部CONは、貫通孔Hに形成される。貫通孔Hは、回路基板BDを、当該回路基板BDの厚さ方向に貫通する孔である。導体部CONは、第一のコンデンサC1の他端と接続する導体パターンに電気的に接続し、且つ、第二のコンデンサC2の他端と接続する導体パターンに電気的に接続する。また、導体部CONは、ケースCASEにおける導電性を有する部位P4に、電気的に接続する。これにより、導体部CONは、第一のコンデンサC1と第二のコンデンサC2との間に電流を流すことができ、且つ、第一のコンデンサC1および第二のコンデンサC2と、ケースCASEとの間に電流を流すことができる。
ケースCASEにおける部位P4の電位は、電位B−(GND電位)と異なるが、好ましくは、部位P4も車両の車体に接地される。ケースCASEにおける部位P4の電位が電位B−(GND電位)である場合に、導体部CONは、コモンモードノイズをより低減することができる。
回路基板BDには、制御回路部CCがさらに形成される。制御回路部CCは、目標電流に基づいて、FET1〜FET6に対応する6つの制御信号(ゲート信号)を生成する駆動回路を有し、FET1〜FET6は、6つの制御信号によってオン又はオフされることにより、電動モータ33に駆動信号(駆動電流)が供給される。制御回路部CCは、電源回路CC1と、マイクロプロセッサCC2と、駆動回路CC3とを含む。電源回路CC1は、例えばFET10とコイルCL1との接続点、およびND−で、パワー回路部PCの電源電圧(電位B+と電位B−(電位GND)との差)を取り込み、制御回路部CCの電源電圧(電位Vと電位GNDとの差)を生成する。マイクロプロセッサCC2は、モータ33の目標電流を設定する。駆動回路CC3は、インバータ回路INVにおける各FET1〜FET6をそれぞれオンオフする制御信号を生成して、FET1〜FET6に供給する。
マイクロプロセッサCC2は、FET7〜FET11を制御する。マイクロプロセッサCC2は、FET7〜FET11の各々についてオンまたはオフの状態を決定する。駆動回路CC3は、決定した結果に基づいて、FET7〜FET11に対応する5つの制御信号を生成して、FET7〜FET11に供給する。
<電子制御ユニット32>
図3は、電子制御ユニット32の分解斜視図の一例である。電子制御ユニット32は、例えば、カバーユニット100と、回路基板200と、基板取付ユニット300とを備える。電子制御ユニット32は、カバーユニット100と基板取付ユニット300とで回路基板200を挟み込んで構成される。
図4Aは、カバーユニット100の平面図である。図4Aは、カバーユニット100を図3における下方から見た図である。カバーユニット100は、例えば、金属製のカバーである。カバーユニット100は、回路基板200が外部に露出しない大きさで形成されている。また、カバーユニット100は、例えば、回路基板200に取り付けられる回路部品202に合わせて凸形状に形成される。さらに、カバーユニット100は、図4Aに示すように、ネジ留めされる位置に対応する位置が、凸形状に形成される。
図4Bは、回路基板200の平面図である。回路基板200は、上述した回路基板BDに相当する。回路基板200は、上述した電解コンデンサC10などの回路部品202が取り付けられる。回路基板200は、例えば、貫通孔204a、204b、204c、および204dと、駆動電源取付孔206aおよび206bと、制御信号取付孔208とが形成される。なお、貫通孔を他の貫通孔と区別しない場合、単に「貫通孔204」と記載する。なお、駆動電源取付孔を他の駆動電源取付孔と区別しない場合、単に「駆動電源取付孔206」と記載する。
貫通孔204a、204b、および204cは、回路基板200の外端部付近に形成される。貫通孔204dは、回路基板200の外端部よりも内側に形成される。貫通孔204dは、上述した貫通孔Hに相当する。貫通孔204dの形成された位置は、上述のP11およびP12に相当する。
貫通孔204aには、ネジ210aが挿入される。貫通孔204bには、ネジ210bが挿入される。貫通孔204cには、ネジ210cが挿入される。貫通孔204dには、ネジ210dが挿入される。ネジ210a、210b、210c、および210dは、貫通孔204a、204b、204c、および204dを介して、基板取付ユニット300のネジ穴302a、302b、302c、および302dに挿入される。ネジ210a、210b、210c、および210dは、ネジ留め工程により、回路基板200と基板取付ユニット300とをネジ留めする。
ネジ210a、ネジ210b、およびネジ210cは、導体であるが、これに限定されず、導体でなくてよい。ネジ210dは、導体である。ネジ210dは、上述の導体部CONに相当する。
駆動電源取付孔206aは、パワー回路部PCの取付面とは反対の面から電源ユニット400のプラス端子402が挿入される。駆動電源取付孔206aは、電源ユニット400のプラス端子402と機械的に接続することで、電源ユニット400と電気的に接続する。駆動電源取付孔206bは、パワー回路部PCの取付面とは反対の面から電源ユニット400のマイナス端子404が挿入される。駆動電源取付孔206bは、電源ユニット400のマイナス端子404と機械的に接続することで、電源ユニット400と電気的に接続する。
制御信号取付孔208は、パワー回路部PCの取付面とは反対の面から電源ユニット400の信号接続端子406および408が挿入される。制御信号取付孔208は、電源ユニット400の信号接続端子406および408と機械的に接続することで、電源ユニット400と電気的に接続する。
図4Cは、基板取付ユニット300の平面図である。基板取付ユニット300は、例えば、ヒートシンクであるが、これに限定されない。基板取付ユニット300は、例えば、ベアリングホルダーであってもよい。また、基板取付ユニット300は、ヒートシンクとベアリングホルダーとが一体化されたユニットであってよい。基板取付ユニット300は、回路基板200が取り付けられる面と反対の面に、モータケース(不図示)がネジ留めされる。モータケースは、モータ33を収容する筐体である。
基板取付ユニット300には、ネジ穴302a、302b、302c、および302dが形成されている。ネジ穴302a、302b、および302cは、基板取付ユニット300の外端部付近に形成される。ネジ穴302dは、基板取付ユニット300の外端部よりも内側に形成される。ネジ穴302dの形成された位置は、上述のP4に相当する。
ネジ穴302aには、貫通孔204aに挿入されたネジ210aが挿入される。ネジ穴302bには、貫通孔204bに挿入されたネジ210bが挿入される。ネジ穴302cには、貫通孔204cに挿入されたネジ210cが挿入される。ネジ穴302dには、貫通孔204dに挿入されたネジ210dが挿入される。
基板取付ユニット300の少なくとも一部は、導体で形成される。具体的に、ネジ穴302dを含む基板取付ユニット300の一部が、導体で形成される。ネジ穴302dを含む基板取付ユニット300の一部は、GND端子(不図示)に接続され、GND電位と同電位にされることが望ましい。
電源ユニット400は、例えば、プラス端子402と、マイナス端子404と、信号接続端子406および408とを備える。また、電源ユニット400は、当該電源ユニット400を基板取付ユニット300とネジ留めするためのネジ穴410が形成される。電源ユニット400は、ネジ留め工程において、ネジ412がネジ穴410に挿入され、基板取付ユニット300と機械的に接続される。この際に、プラス端子402は駆動電源取付孔206aに取り付けられ、マイナス端子404は駆動電源取付孔206bに取り付けられ、信号接続端子406および408は制御信号取付孔208に取り付けられる。プラス端子402は駆動電源取付孔206aに取り付けられた状態で、フロー半田工程で半田付けされる。これにより、プラス端子402は駆動電源取付孔206aと電気的に接続される。マイナス端子404は駆動電源取付孔206bに取り付けられた状態で、フロー半田工程で半田付けされる。これにより、マイナス端子404は駆動電源取付孔206bと電気的に接続される。
<回路基板200の導体パターン構成>
図5は、回路基板200における導体パターンの一例を示す平面図である。図6は、回路基板200における層内構成の一例を示す断面図であって、図5におけるA−A#線断面図である。
回路基板200は、例えば、図6に示すように、4層構造になっている。すなわち、回路基板200は、例えば、L1層200Aと、L2層200Bと、L3層200Cと、L4層200Dとを備える。これらの層は、基板取付ユニット300側から、L4層200D、L3層200C、L2層200B、L1層200Aの順で積層される。L1層200Aは、カバーユニット100側に配置される。L4層200Dは、基板取付ユニット300側、すなわち、モータ33側に配置される。
図5および図6に示すように、L1層200Aにおけるカバーユニット100側の面(以下、第1面200aと記載する。)には、第一のコンデンサC1と、導体パターン220aおよび220bと、貫通孔204dと、第二のコンデンサC2と、導体パターン222aおよび222bと、導体パターン224とが形成される。導体パターン220a上には、レジスト230aが形成される。導体パターン220b上には、レジスト230bが形成される。第一のコンデンサC1とL1層200Aと間にはレジスト230cが形成される。導体パターン222a上には、レジスト230dが形成される。導体パターン222b上には、レジスト230eが形成される。第二のコンデンサC2とL1層200Aと間にはレジスト230fが形成される。導体パターン220aは、プラス端子T+と電気的に接続する。第一のコンデンサC1と導体パターン220aとは電気的に接続される。第一のコンデンサC1と導体パターン220bとは電気的に接続される。導体パターン224は、第1面200aにおける貫通孔204dの周囲に形成される。導体パターン220bと導体パターン224とは電気的に接続する。導体パターン224は、図6に示すようにネジ210dがネジ留めされた状態で、当該ネジ210dと導通する。導体パターン224と導体パターン222aとは電気的に接続する。第二のコンデンサC2と導体パターン222aとは電気的に接続される。第二のコンデンサC2と導体パターン222bとは電気的に接続される。導体パターン222bは、マイナス端子T−と電気的に接続する。
なお、図5に示したように、導体パターン220bと導体パターン222aとが直接的に繋がっているが、これに限定されず、ネジ210dが取り付けられた場合に、第一のコンデンサC1と第二のコンデンサC2とが電気的に接続すると共に、第一のコンデンサC1および第二のコンデンサC2とが基板取付ユニット300に電気的に接続すればよい。すなわち、導体パターン220bおよび導体パターン222aは、互いに電気的に接続していなくても、それぞれ導体パターン224に接続されていてもよい。また、導体パターン220bおよび導体パターン222aは、それぞれ導体パターン224に接続されていなく、ネジ210dが取り付けられた場合に、ネジ210dを介して導体パターン224と電気的に接続してもよい。
図5に示すように、駆動電源取付孔206aの周囲には、導体パターン220cおよび220dが形成される。導体パターン220cおよび220dは、フロー半田工程により、プラス端子402と半田を介して接続する。駆動電源取付孔206bの周囲には、導体パターン222cおよび222dが形成される。導体パターン222cおよび222dは、フロー半田工程により、マイナス端子404と半田を介して接続する。なお、図5において、導体パターン222bのうち、導体パターン220bと導体パターン220aとに挟まれた領域の導体パターンは無くてもよい。また、図5において、第1面200aのうち導体パターンが形成されていない領域にはレジストが露出している。
L1層200A、L2層200B、L3層200C、およびL4層200Dには、L1層200AからL4層200Dを厚さ方向に貫通する貫通孔(不図示)に、インレイ(不図示)が形成される。インレイは、例えば、直径が数ミリの貫通孔に埋め込まれた銅などの熱伝達効率が良好な材料である。回路基板200のカバーユニット100側の面には、FET1〜FET6が実装される。インレイおよび貫通孔は、L1層200Aに実装されたFET1〜FET6の基板取付ユニット300側に配置される。インレイは、FET1〜FET6のスイッチングに起因する熱を、基板取付ユニット300に伝達することができる。
なお、図6に示した回路基板200は、L1層200Aに形成された導体パターンとプラス端子T+およびマイナス端子T−とが接続されていたが、これに限定されない。L2層200Bは、基板プラス接続部CN+を介してプラス端子T+と接続される電源層であってもよい。L3層200Cは、基板マイナス接続部CN−を介してマイナス端子T−と接続されるGND層であってもよい。
以上説明したように、実施形態の電子制御ユニット32において、ネジ210dは、ネジ穴302dにネジ留めされた状態において、第一のコンデンサC1と第二のコンデンサC2とを電気的に接続すると共に、導体パターン224および基板取付ユニット300と導通する。これにより、回路基板200によれば、コモンモードノイズを低減することができる。すなわち、回路基板200は、第一のコンデンサC1と第二のコンデンサC2と基板プラス接続部CN+と基板マイナス接続部CN−とに電気的に接続されると共に、少なくとも一部が導電体であり回路基板200が取り付けられる基板取付ユニット300に、電気的に接続可能である導体部(ネジ210d)が形成される。これにより、回路基板200によれば、モータ駆動時に発生するコモンモードノイズの少なくとも一部に起因して発生する電流を、導体部CONを介して基板取付ユニット300に流すことができ、この結果、コモンモードノイズを低減することができる。
また、回路基板200によれば、基板本体を厚さ方向に貫通する貫通孔H(貫通孔204d)が形成され、貫通孔の少なくとも一部が、第一のコンデンサC1、第二のコンデンサC2、基板プラス接続部CN+、および基板マイナス接続部CN−のうち少なくとも2つに挟まれる位置に形成される。これにより、回路基板200によれば、貫通孔を利用して回路基板200を基板取付ユニット300に取り付けることができる。この場合、回路基板200と基板取付ユニット300との位置決めのためにネジ210dを利用することで、モータ駆動時において発生するノイズに起因する電流を、当該ネジ210dを介してGNDに流すことができる。この結果、回路基板200によれば、コモンモードノイズの低減に寄与することができる。
コモンモードノイズは、モータ33のコイルに印加する電圧が変動することで発生する交流電流(AC成分を多く含む電流)である。このコモンモードノイズは、モータ33のコイルの浮遊容量を介して基板取付ユニット300に伝達し、当該基板取付ユニット300から車体等のGND導体を介して、バッテリ51のマイナス端子T−に伝達する。これにより、マイナス端子T−における電位(GND電位)が変動する。仮に、導体部CONがない場合、コモンモードノイズは、基板取付ユニット300、車体、マイナス端子T−を介して、基板マイナス接続部CN−に伝達し、大きなループを形成する。
これに対し、本実施形態のように導体部CONを第一のコンデンサC1と第二のコンデンサC2との間に形成することで、コモンモードノイズは、基板取付ユニット300に伝達しても、基板取付ユニット300から導体部CON、第一のコンデンサC1および第二のコンデンサC2、基板プラス接続部CN+および基板マイナス接続部CN−に伝達し、導体部CONがない場合のループよりも小さいループを形成する。また、コモンモードノイズは、AC成分を多く含むので、車体等よりもインピーダンスが低い第一のコンデンサC1および第二のコンデンサC2に流れ込む。これにより、回路基板200によれば、導体部CONがない場合と比較して、コモンモードノイズのループを小さくすることができ、コモンモードノイズを低減に寄与することができる。
なお、例えば、導体部CONを回路基板200のGND部(基板マイナス接続部CN−)に形成して、基板取付ユニット300に取り付けた場合には、DC成分による回路基板200への影響が懸念される。基板取付ユニット300と電気的に接続される、車体等のGND導体のインピーダンスは、導体間の締結部の機械的接触等によって変動する。車体等のGND導体のインピーダンスが変動するため、車体等のGND導体に流れる電流も変動する。結果として、導体部CONを回路基板200のGND部に形成して、基板取付ユニット300に取り付けた場合には、GNDレベルが不安定になり、モータ駆動装置(パワー回路部PC)の動作が安定しない可能性がある。本実施形態のように導体部CONを第一のコンデンサC1と第二のコンデンサC2との間に形成することで、DC成分による回路基板200への影響も回避することが可能となる。
また、回路基板200によれば、貫通孔Hをネジ穴とした場合、回路基板200と基板取付ユニット300とをネジ留めする工程だけで、新たな工程を追加することなく、コモンモードノイズを低減することができる。
さらに、回路基板200によれば、貫通孔204dの周囲に形成された第1の導体パターン(224)を備えるので、第一のコンデンサC1および第二のコンデンサC2とを導通するための導体パターン(220aなど)と同じ工程で導体パターン224を形成することができ、新たな工程を追加することがない。さらに、導体パターン224の面積を広くすることで、ノイズ低減の効果を高くすることができる。さらに、回路基板200によれば、貫通孔204d内の導体パターン220gおよび222gを設けることで、ネジ210dと導体パターンとの接触面積を広げることができ、さらにノイズ低減の効果を高くすることができる。
図7は、回路基板200における層内構成の他の一例を示す断面図であって、図5におけるA−A#線断面図である。上述した貫通孔204dは、第1面200aに導体パターン224が形成されているが、導体パターン224に代えて、または導体パターン224に加えて、内壁に導体部228を備えていてよい。導体部228は、L4層200Dの基板取付ユニット300側の面に形成された導体パターン226と電気的に接続される。さらに、導体部228の面積を広くすることで、ノイズ低減の効果をさらに高くすることができる。回路基板200によれば、貫通孔204d内の導体部228を設けることで、ネジ210dと導体との接触面積を広げることができ、ノイズ低減の効果を高くすることができる。さらに、回路基板200によれば、導体パターン224の面積を広くすることで、ノイズ低減の効果を更に高くすることができる。
<導体パターンの他の構成>
図8は、他の回路基板200の平面図である。導体パターンは、図8に示すように、図5とは相違する形状で形成されてよい。この導体パターンは、導体パターン220aと導体パターン222bとが、双方の隙間を中心として対称となる形状に形成している。また、導体パターン220aの切り欠き部220a#と、導体パターン222bの切り欠き部222b#とに挟まれる領域には、貫通孔204dが形成されている。
導体パターン220aの切り欠き部220a#内には第一のコンデンサC1の一端が設置されている。また、第一のコンデンサC1の他端側に導体パターン220bを形成し、第一のコンデンサC1の他端と導体パターン220bとを接続している。導体パターン220bは、導体パターン224に接続される。導体パターン222bの切り欠き部222b#には第二のコンデンサC2の他端が設置されている。また、第二のコンデンサC2の一端側に導体パターン222aを形成し、第二のコンデンサC2の一端と導体パターン222aとを接続している。導体パターン222aは、導体パターン224に接続される。
図9は、他の回路基板200の平面図である。導体パターン220aは、2つの切り欠き部220a#1および220a#2を有する。導体パターン222bは、切り欠き部222b#1と、凸部222b#2とを有する。貫通孔204d、導体パターン220b、および導体パターン222aは、切り欠き部220a#1、220a#2、222b#1、および凸部220b#2とに囲まれる領域に形成される。
図8または図9に示した導体パターンを有する回路基板200であっても、上述した実施形態と同様に、コモンモードノイズの低減に寄与することができる。
<貫通孔204dと、第一のコンデンサC1、第二のコンデンサC2、駆動電源取付孔206a(P2)、および駆動電源取付孔206b(P3)との位置関係>
図10は、貫通孔204dと、第一のコンデンサC1、第二のコンデンサC2、駆動電源取付孔206a(P2)、および駆動電源取付孔206b(P3)との位置関係の一例を示す概略図である。基板プラス接続部CN+の位置P2、すなわち、駆動電源取付孔206aの位置と、基板マイナス接続部CN−の位置P3、すなわち、駆動電源取付孔206bの位置と、の中点(1)と、第一のコンデンサC1と第二のコンデンサC2との中点(2)を通る第1の線L1を仮定した場合に、貫通孔204dの少なくとも一部は、第1の線L1が第一のコンデンサC1と第二のコンデンサC2とを結ぶ第2の線L2と交わる位置に形成される。
回路基板200は、カバーユニット100と基板取付ユニット300とがネジ留めされた場合に、貫通孔204dを含む電流ループを形成することができる。貫通孔204dがある場合における電流ループは、貫通孔204がない場合における電流ループよりも小さい。この結果、回路基板200によれば、モータ駆動時において発生するノイズに起因する電流を、貫通孔204d内の導体部CON、第一のコンデンサC1及び第二のコンデンサC2を介して基板プラス接続部CN+および基板マイナス接続部CN−に流すことができるので、コモンモードノイズを低減することに寄与することができる。
図10に示すように、回路基板200において、駆動電源取付孔206aが第1の方向における第1の位置に形成され、駆動電源取付孔206bが第1の方向における第2の位置に形成され、貫通孔204dの少なくとも一部は、第1の方向において第1の位置と第2の位置の間の位置に形成されてよい。第1の方向とは、駆動電源取付孔206aが形成された位置と、駆動電源取付孔206bが形成された位置とを結ぶ線が延びる方向である。第1の位置とは、駆動電源取付孔206aが形成可能な位置であって、プラス端子402が接続される位置である。第2の位置とは、駆動電源取付孔206bが形成可能な位置であって、マイナス端子404が接続される位置である。この場合であっても、回路基板200は、貫通孔204dを含む電流ループを形成することができる。貫通孔204dがある場合における電流ループは、貫通孔204がない場合における電流ループよりも小さい。
図10に示すように、回路基板200において、第一のコンデンサC1が第2の方向における第3の位置に形成され、第二のコンデンサC2が第2の方向における第4の位置に形成され、貫通孔204dの少なくとも一部は、第2の方向において第3の位置と第4の位置の間の位置に形成されてよい。第2の方向とは、第一のコンデンサC1が形成された位置と、第二のコンデンサC2が形成された位置とを結ぶ線が延びる方向である。第3の位置とは、第一のコンデンサC1が取り付け可能な位置であって、基板プラス接続部CN+から延びる導体パターンが第一のコンデンサC1に接続する位置である。第4の位置とは、第二のコンデンサC2が取り付け可能な位置であって、基板マイナス接続部CN−から延びる導体パターンが第二のコンデンサC2に接続する位置である。この場合であっても、回路基板200は、貫通孔204dを含む電流ループを形成することができる。貫通孔204dがある場合における電流ループは、貫通孔204がない場合における電流ループよりも小さい。
なお、図10において、駆動電源取付孔206aおよび206bとを結ぶ方向を第1の方向としたが、第一のコンデンサC1と第二のコンデンサC2とを結ぶ第2の方向は、第1の方向と異なる方向であってよい。
図11は、貫通孔204dが形成されうる領域を説明するための図である。貫通孔204dの少なくとも一部は、駆動電源取付孔206aの外端部206a#1および駆動電源取付孔206bの外端部206b#1と、第一のコンデンサC1の外端部C1#1と、第二のコンデンサC2の外端部C2#1とに囲まれる領域500Aに形成されてよい。この場合であっても、回路基板200は、貫通孔204dを含む電流ループを形成することができる。貫通孔204dがある場合における電流ループは、貫通孔204がない場合における電流ループよりも小さい。
図12は、貫通孔204dが形成されうる他の領域を説明するための図である。貫通孔204dの少なくとも一部は、駆動電源取付孔206aの内端部206a#2および駆動電源取付孔206bの内端部206b#2と、第一のコンデンサC1の内端部C1#2と、第二のコンデンサC2の内端部C2#2とに囲まれる領域500Bに形成されてよい。この場合であっても、回路基板200は、貫通孔204dを含む電流ループを形成することができる。貫通孔204dがある場合における電流ループは、貫通孔204がない場合における電流ループよりも小さい。
<変形例>
図13は、変形例の基板取付ユニット300の一例を示す斜視図である。基板取付ユニット300は、ネジ穴302dに代えて、凸部310を備える。凸部310は、導体で形成される。凸部310は、GND電位に接続されることが望ましい。凸部310は、例えば、ネジ穴302dを塞ぎ、塞がれたネジ穴302dの表面に取り付けられる。凸部310は、例えば、基板取付ユニット300に回路基板200が取り付けられた場合において、第一のコンデンサC1および第二のコンデンサC2と電気的に接続される。または、凸部310は、貫通孔204dの内壁に、第一のコンデンサC1および第二のコンデンサC2と電気的に接続する導体が形成された場合に、当該導体と電気的に接続してよい。この場合であっても、回路基板200は、貫通孔204dを含む電流ループを形成することができる。貫通孔204dがある場合における電流ループは、貫通孔204がない場合における電流ループよりも小さい。
1…電動パワーステアリングシステム、10…ステアリングシステム、11…ステアリンホイール、12…ステアリングシャフト、13A、13B…自在軸継手、14…回転軸部、15…ラックアンドピニオン機構、15a…ピニオン、15b…ピニオン、16…ラック軸部、17A、17B…タイロッド、18A…ナックル、19A、19B…操舵車輪、20A、20B…ボールジョイント、30…補助トルク機構部、31…操舵トルク検出部、32…電子制御ユニット、32a…磁気センサ、33…モータ、34…減速機構部、50…制御装置、51…バッテリ、100…カバーユニット、200…回路基板、200a…第1面、200b…第2面、200c…第3面、202…回路部品、204a、204b、204c、204d…貫通孔、206a、206b…駆動電源取付孔、208…制御信号取付孔、210a、210b、210c、210d…ネジ、220a、220b、220g…導体パターン、222b#2…凸部、222a、222b、222g、224…導体パターン、228…導体部、300…基板取付ユニット、302a、302b、302c、302d…ネジ穴、310…凸部、400…電源ユニット、402…プラス端子、404…マイナス端子、406…信号接続端子、408…信号接続端子、410…ネジ穴、500A、500B…領域

Claims (11)

  1. 基板本体と、
    前記基板本体に形成され、モータに電力を供給する回路部と、
    前記基板本体に形成された正極側電源端子部であって、前記回路部の正極端子に接続された正極側電源端子部と、
    前記基板本体に形成された負極側電源端子部であって、前記回路部の負極端子に接続された負極側電源端子部と、を備え、
    前記回路部は、前記正極側電源端子部に接続された第1コンデンサと、前記負極側電源端子部に接続された第2コンデンサとを備え、前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとが前記正極側電源端子部と前記負極側電源端子部との間で直列接続され、
    前記基板本体には、前記基板本体を厚さ方向に貫通する貫通孔が形成され、
    前記貫通孔の少なくとも一部が、前記第1コンデンサ、前記第2コンデンサ、前記正極側電源端子部、および前記負極側電源端子部のうち少なくとも2つに挟まれる位置に形成される、
    回路基板。
  2. 前記貫通孔の少なくとも一部に形成された導体部を更に備え、
    前記導体部は、前記第1コンデンサを介して前記正極側電源端子部と電気的に接続され、前記第2コンデンサを介して前記負極側電源端子部とに電気的に接続され、少なくとも一部が導電体であり前記基板本体が取り付けられるユニットに、電気的に接続可能である、
    請求項1に記載の回路基板。
  3. 前記導体部は、前記貫通孔の周囲に形成された第1の導体パターンである、
    請求項2に記載の回路基板。
  4. 前記導体部は、前記貫通孔の内壁に形成された第2の導体パターンである、
    請求項2に記載の回路基板。
  5. 前記正極側電源端子部が第1の方向における第1の位置に形成され、前記負極側電源端子部が前記第1の方向における第2の位置に形成され、
    前記貫通孔の少なくとも一部は、前記第1の方向において前記第1の位置と前記第2の位置の間の位置に形成される、
    請求項1から4のうちいずれか1項に記載の回路基板。
  6. 前記第1コンデンサが第2の方向における第3の位置に形成され、前記第2コンデンサが前記第2の方向における第4の位置に形成され、
    前記貫通孔の少なくとも一部は、前記第2の方向において前記第3の位置と前記第4の位置の間の位置に形成される、
    請求項1から4のうちいずれか1項に記載の回路基板。
  7. 前記貫通孔の少なくとも一部は、前記正極側電源端子部および前記負極側電源端子部の外端部と、前記第1コンデンサおよび前記第2コンデンサの外端部とに囲まれる領域に形成される、
    請求項1から4のうちいずれか1項に記載の回路基板。
  8. 前記貫通孔の少なくとも一部は、前記正極側電源端子部および前記負極側電源端子部の内端部と、前記第1コンデンサおよび前記第2コンデンサの内端部とに囲まれる領域に形成される、
    請求項1から4のうちいずれか1項に記載の回路基板。
  9. 前記正極側電源端子部と前記負極側電源端子部との中点および前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとの中点を通る第1の線を仮定した場合に、前記貫通孔の少なくとも一部は、前記第1の線が前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとを結ぶ第2の線と交わる位置に形成される、
    請求項1から4のうちいずれか1項に記載の回路基板。
  10. 請求項1から9のうちいずれか1項に記載の回路基板と、
    少なくとも一部に導電性を有する部位を含み、前記回路基板が取り付けられるユニットと、
    前記導電性を有する部位と、前記第1コンデンサと前記第2コンデンサと前記正極側電源端子部と前記負極側電源端子部とを電気的に接続する導電体と、
    を備える、制御装置。
  11. 前記導電体を有する部位には、ネジ穴が形成され、
    前記導電体は、前記貫通孔および前記ネジ穴を貫通する、導電性を有するネジである、
    請求項10に記載の制御装置。
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