JP2019096546A

JP2019096546A - 平型配線構造

Info

Publication number: JP2019096546A
Application number: JP2017226852A
Authority: JP
Inventors: 年男片貝; Toshio Katagai; 秀彦松井; Hidehiko Matsui; 慎史大下; Chikafumi Oshita; 篤幸若松; Atsuyuki Wakamatsu; 広紀川上; Hiroki Kawakami; 和昇高田; Kazunori Takata; 伸梅原; Shin Umehara; 古田　拓; Hiroshi Furuta; 拓古田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2019-06-20
Also published as: US10734796B2; US20190165558A1; CN109835275A

Abstract

【課題】導体に発生するノイズを抑制することができる、複数の層から構成される平型配線の構造を提供する。【解決手段】本実施形態に係る平型配線の構造は、電源層と、電源層を挟んで積層される第１のグランド層及び第２のグランド層と、を備えており、電源層は、積層方向に沿う方向から見た平面視において、第１のグランド層及び第２のグランド層よりも短手方向の幅が小さく、かつ、第１のグランド層と第２のグランド層とで覆われる位置に配設されている、ことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の層から構成される平型配線の構造に関する。

例えば、特許文献１に、電源層（電源用バスバー）とグランド層（アース用バスバー）とを厚み方向に重ね合わせて形成した帯状の平型配線が開示されている。

特開２０１７−１３６９２６号公報

例えば、図６に示すように、電源層１１０とグランド層１２０との２層構造である平型配線１００が導体２４０（例えば、車両のボディー板金など）に近接していると、平型配線１００に発生したノーマルモードノイズの一部が浮遊容量２３０を介して導体２４０に漏れてしまい、導体２４０にコモンモードノイズ（伝導ノイズ）が発生してしまうことがある。

また、上述した２層構造の平型配線１００が導体２４０に近接していると、図７に示すように、電源層１１０から放射される複数の電気力線３００の一部がグランド層１２０ではなく導体２４０と結合してしまい、導体２４０に放射ノイズが発生してしまうことがある。

従って、これらの導体に発生するコモンモードノイズや放射ノイズを抑えるために、平型配線の構造を改善する余地がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、導体に発生するノイズを抑制することができる平型配線の構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、複数の層から構成される平型配線構造であって、電源層と、電源層を挟んで積層される第１のグランド層及び第２のグランド層と、を備え、電源層は、積層方向に沿う方向から見た平面視において、第１のグランド層及び第２のグランド層よりも短手方向の幅が小さく、かつ、第１のグランド層と第２のグランド層とで覆われる位置に配設されている、ことを特徴とする。

この一態様の平型配線は、電源層を第１のグランド層と第２のグランド層とで挟み込んだ３層構造を有している。この３層構造により、例えば、平型配線に接続された機器から電源層を伝搬してくるノーマルモードノイズは、従来の２層構造に比べてグランド層を通って機器へ帰還し易くなる。よって、グランド層から浮遊容量などを介して平型配線に近接する導体（ボディー板金など）に漏れて流れるノイズ電流を、少なくすることができる。従って、導体に発生するコモンモードノイズを抑制することができる。

また、この一態様の平型配線は、短手方向において、第１のグランド層と第２のグランド層とで挟み込まれる電源層の幅を、第１のグランド層の幅及び第２のグランド層の幅よりも小さくした構造を有している。この構造により、電源層から放射される電気力線が、第１のグランド層又は第２のグランド層と結合し易くなる。よって、平型配線に近接する導体（ボディー板金など）と結合してしまう電気力線を、少なくすることができる。従って、導体に発生する放射ノイズを抑制することができる。

この一態様において、第１のグランド層の幅及び第２のグランド層の幅を、電源層の幅の２倍以上にそれぞれ設定することが好ましい。

このように電源層の幅を設定すれば、電源層から放射される電気力線が平型配線に近接する導体（ボディー板金など）と結合してしまうことを、さらに効果的に抑制することができる。

上記した本発明の平型配線の構造によれば、導体に発生するノイズを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る平型配線の構造を説明するための部分斜視図本実施形態の平型配線によるコモンモードノイズに関する作用を説明する図本実施形態の平型配線による放射ノイズに関する作用を説明する図本実施形態と平型配線と従来の平型配線とにおけるコモンモードノイズの比較例本実施形態と平型配線と従来の平型配線とにおける放射ノイズの比較例従来の平型配線によるコモンモードノイズに関する作用を説明する図従来の平型配線による放射ノイズに関する作用を説明する図

［概要］
本発明の平型配線は、電源層を２つのグランド層で挟み込むと共に、電源層の幅を各グランド層の幅よりも小さくした、３層構造を有している。この構造によって、電源層に生じたノーマルモードノイズがグランド層に流れ易くなるため、浮遊容量などを介して平型配線に近接する導体に漏れるノイズを抑制できる。また、この構造によって、電源層から放射される電気力線がグランド層と結合し易くなるため、平型配線から導体に放射されるノイズを抑制できる。

［構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る平型配線１０の構造を説明するための部分斜視図である。図１に示した本実施形態に係る平型配線１０は、電源層１１と、第１のグランド層１２と、第２のグランド層１３と、を含んで構成されている。この平型配線１０は、例えば、車両などに搭載されるワイヤーハーネスの電気配線ケーブルとして利用することができる。

電源層１１は、例えば鉄、銅、アルミニウムなどの導電性を有する金属材料で構成された、帯状の平板部材である。この電源層１１は、例えば、平型配線１０と電気的に接続された図示しない電子制御装置（ＥＣＵ）などの負荷へ電源を供給するための電気配線として利用される。

第１のグランド層１２は、例えば鉄、銅、アルミニウムなどの導電性を有する金属材料で構成された、帯状の平板部材である。この第１のグランド層１２は、例えば、平型配線１０と電気的に接続された図示しない電子制御装置などの負荷のグランド（ＧＮＤ）電位として利用される。

第２のグランド層１３は、第１のグランド層１２と同様に、例えば鉄、銅、アルミニウムなどの導電性を有する金属材料で構成された、帯状の平板部材である。この第２のグランド層１３も、例えば、平型配線１０と電気的に接続された図示しない電子制御装置などの負荷のグランド（ＧＮＤ）電位として利用される。

平型配線１０は、第１のグランド層１２、電源層１１、及び第２のグランド層１３の順に積層されて構成されている。すなわち、第１のグランド層１２と第２のグランド層１３とで電源層１１を挟み込んだ構造である。なお、第１のグランド層１２と電源層１１との間、及び電源層１１と第２のグランド層１３との間は、図示しない絶縁層又は絶縁膜などによって電気的に絶縁されている。

電源層１１の短手方向の幅Ｗ１は、図１に示すように、積層方向に沿う方向から見た平面視（図１のＡ矢視）において、第１のグランド層１２の短手方向の幅Ｗ２及び第２のグランド層１３の短手方向の幅Ｗ３よりも小さく（細く）なっている。本実施形態に係る平型配線１０の構造では、この幅関係を満足していれば有用な効果を発揮することができるが、より効果を大きくするためには第１のグランド層１２の幅Ｗ２及び第２のグランド層１３の幅Ｗ３を電源層１１の幅Ｗ１の２倍以上とすることが望ましい。なお、第１のグランド層１２の幅Ｗ２と第２のグランド層１３の幅Ｗ３とは、同じであっても異なっていてもよい。

また、電源層１１は、図１に示すように、積層方向に沿う方向から見た平面視において、第１のグランド層１２と第２のグランド層１３とで覆われる位置に配設されている。すなわち、電源層１１が、第１のグランド層１２の幅Ｗ２内に収まり、かつ、第２のグランド層１３の幅Ｗ３内に収まるように、配設されている。特に、電源層１１は、短手方向において、第１のグランド層１２の中央、かつ、第２のグランド層１３の中央となる位置に、配設されていることが好ましい。

なお、電源層１１、第１のグランド層１２、及び第２のグランド層１３は、積層方向の厚みが全て同じであってもよいし、全て異なっていてもよいし、いずれか１層だけが異なっていてもよい。

［作用］
図２及び図３を参照して、本実施形態に係る平型配線１０の構造によって得られる作用を説明する。図２は、図１におけるＢ方向矢視図であり、平型配線１０によるコモンモードノイズ（伝導ノイズ）に関する作用を説明する図である。図３は、図１におけるＣ方向矢視図であり、平型配線１０による放射ノイズに関する作用を説明する図である。

なお、図２及び図３では、作用を分かり易く説明するために、第１のグランド層１２と電源層１１との間、及び電源層１１と第２のグランド層１３との間に、それぞれ隙間を設けた図を記載している。

図２を参照する。ノイズ源２１で発生したノーマルモードノイズは、平型配線１０の中央の電源層１１をノイズ電流が流れることで負荷２２に入力される。負荷２２に入力されたノイズは、第１のグランド層１２及び第２のグランド層１３を通してノイズ電流を帰還させることでノイズ源２１に戻る。このとき、車両のボディー板金などの導体２４に近接する第１のグランド層１２を流れるノイズ電流の一部が、浮遊容量２３を介して導体２４に漏れて、導体２４にノイズ電流を流してしまう。これにより、導体２４にコモンモードノイズ（伝導ノイズ）が発生する。

本実施形態に係る平型配線１０の３層構造では、ノイズ電流が負荷２２からノイズ源２１に帰還する経路を、２層構造である従来の平型配線１００（図６を参照）の２倍に増やしている。これにより、本実施形態の平型配線１０では、第１のグランド層１２を流れるノイズ電流が従来の平型配線１００と比べて少なくなり、第１のグランド層１２から浮遊容量２３を介して導体２４に漏れて流れるノイズ電流も少なくなる。この作用により、導体２４に発生するコモンモードノイズが抑制される。

本願の発明者らが実施した実験結果を図４に示す。図４の実験結果では、３層構造である本実施形態に係る平型配線１０のノイズレベル（実線）は、２層構造である従来の平型配線１００のノイズレベル（一点鎖線）に比べて、１００〜１００００ｋＨｚの範囲において１０ｄＢほど改善することが確認された。

図３を参照する。電源層１１と第１のグランド層１２及び第２のグランド層１３との間に印加された電圧によって電源層１１から放射される複数の電気力線３０は、電源層１１よりも電位が低い第１のグランド層１２、第２のグランド層１３、及び車両のボディー板金などの導体２４とそれぞれ結合する。このとき、導体２４と結合する電気力線３０が放射ノイズとなる。

本実施形態に係る平型配線１０の構造では、電源層１１の幅Ｗ１を、第１のグランド層１２の幅Ｗ２及び第２のグランド層１３の幅Ｗ３よりも小さくしている。これにより、本実施形態の平型配線１０では、電源層１１の幅方向側端から放射される電気力線３０が、第１のグランド層１２又は第２のグランド層１３と結合し易くなる。この作用により、導体２４に発生する放射ノイズが抑制される。

本願の発明者らが実施したシミュレーション結果を図５に示す。図５のシミュレーション結果では、電源層１１の幅を小さくした構造である本実施形態に係る平型配線１０（図５（ｂ））は、電源層１１０の幅とグランド層１２０の幅とが同じ構造である従来の平型配線１００（図５（ａ））に比べて放射ノイズが少なくなることが確認された（図５の点線楕円箇所）。特に、第１のグランド層１２の幅及び第２のグランド層１３の幅を電源層１１の幅の２倍以上にそれぞれ設定した本実施形態に係る平型配線１０’（図５（ｃ））では、作用効果がより顕著に現れた。

［効果］
上述したように、本発明の一実施形態に係る平型配線１０によれば、電源層１１を第１のグランド層１２と第２のグランド層１３とで挟み込んだ３層構造によって、ノイズ源２１から電源層１１を流れてくるノーマルモードのノイズ電流を、第１のグランド層１２及び第２のグランド層１３の２つ経路を通ってノイズ源２１へ帰還し易くしている。これにより、浮遊容量２３などを介して第１のグランド層１２から導体２４に漏れて流れるノイズ電流を、少なくすることができる。従って、導体２４に発生するコモンモードノイズを抑制することができる。

また、本発明の一実施形態に係る平型配線１０によれば、第１のグランド層１２と第２のグランド層１３とで挟み込む電源層１１の幅Ｗ１を、第１のグランド層１２の幅Ｗ２及び第２のグランド層１３の幅Ｗ３よりも小さくした構造によって、電源層１１から放射される電気力線３０を、第１のグランド層１２又は第２のグランド層１３と結合し易くしている。これにより、平型配線１０に近接する導体２４と結合してしまう電気力線３０を、少なくすることができる。従って、導体２４に発生する放射ノイズを抑制することができる。

また、本実施形態に係る平型配線１０は、グランド層として第１のグランド層１２と第２のグランド層１３との２つ経路を冗長的に備えている。この冗長構成によって、例えば一方のグランド層が断線などによって不通になったとしても、残りのグランド層によって電源供給を継続することができるという効果も有している。

本発明は、複数の層から構成される平型配線に利用可能である。

１０、１００平型配線
１１、１１０電源層
１２、１３、１２０グランド層
２１ノイズ源
２２負荷
２３、２３０浮遊容量
２４、２４０導体
３０、３００電気力線

Claims

複数の層から構成される平型配線構造であって、
電源層と、
前記電源層を挟んで積層される第１のグランド層及び第２のグランド層と、を備え、
前記電源層は、積層方向に沿う方向から見た平面視において、前記第１のグランド層及び前記第２のグランド層よりも短手方向の幅が小さく、かつ、前記第１のグランド層と前記第２のグランド層とで覆われる位置に配設されている、
平型配線構造。
前記第１のグランド層の幅及び前記第２のグランド層の幅は、前記電源層の幅の２倍以上にそれぞれ設定されている、
請求項１に記載の平型配線構造。