JP2020178479A - インバータユニット - Google Patents

Abstract

【課題】制御基板に実装されたスイッチング素子によるノイズの影響を低減できる、直流電流を交流電流に変換してモータに供給するインバータユニットを提供する。【解決手段】インバータユニットは、インバータと、インバータを制御するとともに矩形状の平面形状を有する制御基板と、制御基板を収容するケースと、を備える。制御基板は、上層から下層に向かって積層された複数の導電層と、複数の導電層のうちの最上導電層に実装される第１スイッチング素子７４及び第２スイッチング素子７２と、ケースに接地される接地部３７と、を有している。最上導電層の１つ下層に設けられた第２導電層はベタ膜状のグランドパターンで構成され、制御基板を平面視した状態において、第１スイッチング素子７４から制御基板の１つの角部２１Ｒに設けられた接地部３７に向かう第１方向Ｄ１と、第２スイッチング素子７２から接地部３７に向かう第２方向Ｄ２とは、互いに交差する。【選択図】図４

Description

本発明は、インバータユニットに関する。

下記特許文献１には、インバータを構成するパワー基板に実装されているスイッチング素子から生じるノイズを低減する技術が記載されている。このようなインバータは、該インバータを制御する制御基板と組み合わせることでモータ制御用のインバータユニットとして用いられる。

特開２０１０−２５８１３５号公報

上記制御基板には、パワー基板と同様に、複数のスイッチング素子が実装されている。そのため、制御基板においてもスイッチング素子によってノイズが発生する。上記特許文献１には、制御基板で発生するノイズを想定していないため、制御基板のスイッチング素子で発生するノイズを低減できる新たな技術の提供が望まれている。

本発明は、上記事情に鑑みて、制御基板に実装されたスイッチング素子によるノイズの影響を低減できるインバータユニットを提供することを目的の一つとする。

本発明のインバータユニットの一つの態様は、直流電流を交流電流に変換してモータに供給するインバータユニットであって、インバータと、前記インバータを制御するとともに矩形状の平面形状を有する制御基板と、前記制御基板を収容するケースと、を備え、前記制御基板は、上層から下層に向かって積層された複数の導電層と、前記複数の導電層のうちの最上導電層に実装される第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、前記ケースに接地される接地部と、を有しており、前記最上導電層の１つ下層に設けられた第２導電層はベタ膜状のグランドパターンで構成され、前記制御基板を平面視した状態において、前記第１スイッチング素子から前記制御基板の１つの角部に設けられた前記接地部に向かう第１方向と、前記第２スイッチング素子から前記接地部に向かう第２方向とは、交差する。

本発明の一つの態様によれば、制御基板に実装されたスイッチング素子によるノイズの影響を低減できるインバータユニットが提供される。

図１は、実施形態のインバータユニットを備えるモータユニットの平面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ線矢視によるインバータユニットの断面模式図である。 図３は、第１のカバー及び第２のカバーを省略したインバータユニットの平面図である。 図４は、制御基板の平面構成を示す図である。 図５は、制御基板の断面模式図である。 図６は、実装パターンの要部構成を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るインバータユニットについて説明する。なお、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

以下の説明では、インバータユニット１が水平な路面上に位置する車両に搭載された場合の位置関係を基に、重力方向を規定して説明する。また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向は、鉛直方向（すなわち上下方向）を示し、＋Ｚ方向が上側（重力方向の反対側）であり、−Ｚ方向が下側（重力方向）である。また、Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向と直交する方向であってインバータユニット１が搭載される車両の前後方向を示す。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向とＺ軸方向との両方と直交する方向であって、車両の幅方向（左右方向）を示す。

以下、図面を基に本発明の例示的な一実施形態に係るインバータユニットについて説明する。本実施形態のインバータユニットはモータと組み合わされることでモータユニットを構成する。

図１は、本実施形態のインバータユニットを備えるモータユニットの平面図である。以下、上側から下側に向かってインバータユニットの各構成部材を視る状態を「平面視した状態」と称すこともある。

図１に示すように、インバータユニット１はモータユニット３に備えられる。モータユニット３は、インバータユニット１とモータ２とモータハウジング３ａとを有する。また、モータユニット３は、モータ２の回転を減速する減速装置（図示略）を備えていてもよい。

本実施形態のモータユニット３は、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等、モータを動力源とする車両に搭載され、その動力源として使用される。

モータハウジング３ａの内部は、モータ２を収容する収容空間が設けられる。モータハウジング３ａの収容空間には、モータ２が収容される。また、モータハウジング３ａの外周面には、インバータユニット１が固定される。

インバータユニット１は、直流電流を供給する外部電源装置９に接続されるとともに、モータ２に接続されて直流と複数相の交流（例えば、３相交流）との間で電力変換を行う。本実施形態において、外部電源装置９は、例えば車両に搭載された二次電池である。

モータ２は、インバータユニット１から供給される交流電流により動作する。モータ２は、水平方向に延びるモータ軸Ｊを中心として回転するロータ２ａと、ロータ２ａの径方向外側に位置するステータ２ｂと、を備える。ステータ２ｂのコイル線は、インバータユニット１に接続される。

図２は、図１のＡ−Ａ線矢視によるインバータユニット１の断面模式図である。図３は、第１のカバー及び第２のカバーを省略したインバータユニットの平面図である。

図２及び図３に示すように、インバータユニット１は、ケース１０と、制御基板２１と、インバータ２５と、配線部３０と、配線部ホルダ３３と、第１のカバー４０と、第２のカバー４２と、を備える。

ケース１０の内部には、収容空間１３が設けられる。収容空間１３には、制御基板２１、インバータ２５、配線部３０及び配線部ホルダ３３が収容される。

収容空間１３は、第１の収容室１１と第２の収容室１２とに区画される。すなわち、ケース１０には、第１の収容室１１及び第２の収容室１２が設けられる。第１の収容室１１及び第２の収容室１２は、外部に開口する。第１の収容室１１及び第２の収容室１２の開口は、上側を向く。すなわち、第１の収容室１１及び第２の収容室１２は、同方向に開口する。また、第１の収容室１１及び第２の収容室１２の開口方向は、上下方向と一致する。第１の収容室１１及び第２の収容室１２は、互いに隣接する。制御基板２１及びインバータ２５は第１の収容室（収容部）１１に収容される。

ケース１０は、第１の底壁部１０ａと第２の底壁部１０ｂと側壁部１０ｃと隔壁部１０ｄとを有する。収容空間１３は、第１の底壁部１０ａ、第２の底壁部１０ｂ及び側壁部１０ｃに囲まれた空間である。

側壁部１０ｃは、上下方向から見て略矩形の環状である。側壁部１０ｃは、収容空間１３を水平方向から囲む。側壁部１０ｃの上端面１０ｃａには、第１のカバー４０及び第２のカバー４２が固定される。

第１の底壁部１０ａ及び第２の底壁部１０ｂは、側壁部１０ｃの下端に位置する。第１の底壁部１０ａ及び第２の底壁部１０ｂは、収容空間１３の下側に位置する。第１の底壁部１０ａは、第１の収容室１１の下側に位置する。第２の底壁部１０ｂは、第２の収容室１２の下側に位置する。

隔壁部１０ｄは、収容空間１３を第１の収容室１１と第２の収容室１２とに区画する。
隔壁部１０ｄには、第１の収容室１１と第２の収容室１２とを互いに連通させる隔壁開口１０ｄａが設けられる。隔壁開口１０ｄａには、配線部３０が通過する。

制御基板２１は第１の収容室１１に配置され、インバータ２５を制御する。インバータ２５は、インバータ回路を含むパワー基板、コンデンサ及びスイッチング素子を含む。スイッチング素子はパワー基板に接続される。インバータ２５は配線部３０を介して外部電源装置９に接続される。

配線部３０は、外部電源装置９とインバータ２５とを繋ぐ。図３に示すように、配線部３０は一対のバスバー３０ａにより構成される。バスバー３０ａは導電性の板材から構成される。配線部３０は、第１の収容室１１と第２の収容室１２とに跨って設けられる。図２に示すように、配線部３０は配線部ホルダ３３を介してケース１０に固定される。

配線部３０には、外部電源装置９から延び出る電源ケーブル９ａに接続される。電源ケーブル９ａの先端には、接続端子９ｂが設けられる。配線部３０は、固定ねじ３０ｂにより電源ケーブル９ａの接続端子９ｂに固定される。これにより、配線部３０は、外部電源装置９に接続され、外部電源装置９から電源ケーブル９ａを介して供給される直流電流をインバータ２５に供給する。本実施形態の配線部３０は、板状のバスバー３０ａで構成されるため、外部電源装置９からインバータ２５に、大きな電流を安定的に供給することができる。

図２に示すように、第１のカバー４０は、第１の収容室１１の開口を覆う。第１のカバー４０は、板状である。第１のカバー４０は、プレス加工により成形される。第１のカバー４０の板厚方向は、第１の収容室１１の開口方向（本実施形態において上下方向）と一致する。

第１のカバー４０は、上面４０ａと下面４０ｂとを有する。下面４０ｂは、第１の収容室１１の内側面の一部を構成する。下面４０ｂの外縁部は、ケース１０の上端面１０ｃａと接触する。

第１のカバー４０は、第１の収容室１１と反対側（上側）に突出する第１の突出部（突出部）４１を有する。第１の突出部４１は、例えば、第１のカバー４０を構成する板材をプレスする際、絞り加工を行うことで構成される。図１に示すように、第１のカバー４０を平面視した状態において、矩形状の矩形部４１ａと、第１凸部４１ｂと、第２凸部４１ｃと、第３凸部４１ｄと、第４凸部４１ｅと、第５凸部４１ｆと、第６凸部４１ｇと、を有した形状を有する。

第１凸部４１ｂは、矩形部４１ａの左右方向一方（−Ｙ軸方向）に延びる部位である。第２凸部４１ｃは、矩形部４１ａの左右方向他方（＋Ｙ軸方向）に延びる部位である。第３凸部４１ｄは、矩形部４１ａの前後方向一方（＋Ｘ軸方向）に延びる部位である。第４凸部４１ｅは、第３凸部４１ｄの左右方向他方に位置して矩形部４１ａの前後方向一方（＋Ｘ軸方向）に延びる部位である。第５凸部４１ｆは、矩形部４１ａの前後方向他方（−Ｘ軸方向）に延びる部位である。第６凸部４１ｇは、第５凸部４１ｆの左右方向他方に位置して矩形部４１ａの前後方向他方（−Ｘ軸方向）に延びる部位である。

第１の突出部４１において、矩形部４１ａは最も上側に突出している。すなわち、第１の収容室１１は、第１の突出部４１のうち矩形部４１ａに平面的に重なる部分において、第１の収容室１１の開口方向における高さが最大となる。第１のカバー４０は、第１の突出部４１を設けることで、カバーの機械的強度を向上させつつ、第１の収容室１１のスペースを拡大することができる。

図１に示すように、第１のカバー４０は、周縁部において複数の固定ねじ１８によりケース１０に固定される。第１のカバー４０の周縁部には、第１のカバー４０を板厚方向に貫通する複数の貫通孔（図示略）が設けられる。固定ねじ１８は、第１のカバー４０の貫通孔に挿入されてケース１０にねじ止めされる。これにより、第１のカバー４０は、ケース１０に固定される。

図２に示すように、第２のカバー４２は、第２の収容室１２の開口を覆う。第２のカバー４２は、プレス加工により成形された板状の部材である。第２のカバー４２の板厚方向は、第２の収容室１２の開口方向（本実施形態において上下方向）と一致する。

図１に示すように、第２のカバー４２は、周縁部において複数の固定ねじ１８によりケース１０に固定される。第２のカバー４２の周縁部には板厚方向に貫通する複数の貫通孔（図示略）が設けられる。固定ねじ１８は、第２のカバー４２の貫通孔に挿入されてケース１０にねじ止めされる。これにより、第２のカバー４２は、ケース１０に固定される。第２のカバー４２は、第１のカバー４０の上面４０ａの一部を押さえる押さえ部４４を有する。図２に示すように、第１のカバー４０と第２のカバー４２とは、ケース１０の連続する１つの面（上端面１０ｃａ）に固定される。

第２のカバー４２は、上面４２ａと下面４２ｂとを有する。下面４２ｂは、第２の収容室１２の内側面の一部を構成する。下面４２ｂの外縁部は、ケース１０の上端面１０ｃａと接触する。第２のカバー４２は、第２の収容室１２と反対側（上側）に突出する第２の突出部４３を有する。第２の突出部４３は、例えば、第２のカバー４２を構成する板材をプレスする際、絞り加工を行うことで構成される。図１に示すように、第２のカバー４２を平面視した状態において、第２の突出部４３は略長円形状である。第２のカバー４２は、第２の突出部４３を設けることで、カバーの機械的強度を向上させつつ、第１の収容室１１のスペースを拡大することができる。

制御基板２１は、インバータ２５のインバータ回路に接続される。インバータ回路は、複数のスイッチング素子を有している。スイッチング素子には、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor：IGBT）などの高周波での動作が可能なパワー半導体素子が用いられる。

図４は、制御基板の平面構成を示す図である。
図４に示すように、制御基板２１は矩形状の平面形状を有し、複数のコネクタＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３，ＣＴ４，ＣＴ５，ＣＴ６を備えている。コネクタＣＴ１は、車両から電圧（例えば、１２Ｖ程度）が供給される電源供給用のコネクタである。コネクタＣＴ２及びコネクタＣＴ３は、インバータ２５に電圧を供給する電圧供給用のコネクタである。コネクタＣＴ４は、補器（例えば、オイルポンプ）からのフィードバック信号が供給される信号受信用のコネクタである。コネクタＣＴ５は、モータ２からのフィードバック信号（例えば、コイルを流れる電流の検出値）が供給される信号受信用のコネクタである。コネクタ（インバータ出力用コネクタ）ＣＴ６は、インバータ２５にＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ信号出力用のコネクタである。

制御基板２１は、トランス２７と、第１回路３５と、第２回路３６と、アース部（接地部）３７と、を有する。

第１回路３５は、逆接防止用ダイオード（発熱部品）３４と、電源回路部３５Ａと、マイコン７と、マイコン用電源部７０と、トランス用電源部７１と、を含む。第１回路３５は、トランス２７の入力側（１次側）に接続されている。トランス２７は比較的高さのある電子部品である。そのため、トランス２７は制御基板２１の基板表面から突出した状態に設けられる。本実施形態の制御基板２１は、トランス２７を制振性接着剤２８により固定している。制振性接着剤２８は、硬化後に所定の弾性を有することで接着した部材の振動を抑制する制振効果を得ることが可能である。比較的高さのある電子部品であるトランス２７は制振性接着剤２８を介して制御基板２１に固定されることで、振動の発生が抑制される。

マイコン７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリと、各種インターフェースとを備えるマイクロコンピュータである。

逆接防止用ダイオード３４は、コネクタＣＴ１に車両の電源が逆向きに接続された場合に制御基板２１上の回路を保護するための電子部品である。逆接防止用ダイオード３４は、第１層５０上に実装されている。逆接防止用ダイオード３４は、制御基板２１への電力供給時に発熱する。すなわち、逆接防止用ダイオード３４は、制御基板２１への電力供給時に発熱する発熱部品である。

電源回路部３５Ａは、コネクタＣＴ１を介して車両から供給される電圧からマイコン７に供給する電源とトランス２７に供給する電源とを生成する。電源回路部３５Ａは、複数のコンデンサ（第３コンデンサ）３７Ｃ１，３７Ｃ２，３７Ｃ３と、スイッチング素子（第３スイッチング素子）３８と、シャント抵抗（第３抵抗）３８Ｔと、を含む。スイッチング素子３８は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）で構成される。

コンデンサ３７Ｃ１，３７Ｃ２，３７Ｃ３は、トランス２７と同様、比較的高さのある電子部品である。そのため、コンデンサ３７Ｃ１，３７Ｃ２，３７Ｃ３は制御基板２１の基板表面から突出した状態に設けられる。本実施形態の制御基板２１は、これらコンデンサ３７Ｃ１，３７Ｃ２，３７Ｃ３を制振性接着剤２８により固定することで振動の発生を抑制できる。

電源回路部３５Ａはマイコン用電源部７０とトランス用電源部７１とに電源を供給する。
トランス用電源部７１はトランス２７に電流を供給する。トランス用電源部７１は、トランス２７の入力側に接続される。トランス用電源部７１は、スイッチング素子（第１のスイッチング素子）７４と、コンデンサ（第１コンデンサ）７５と、シャント抵抗（第１抵抗）７７と、を含む。スイッチング素子７４は、例えばＭＯＳＦＥＴで構成され、回路をオンオフすることでトランス２７に供給する電流を制御する。コンデンサ７５に蓄えられた電荷はトランス２７の入力側に供給された後、スイッチング素子７４がオン状態の場合にシャント抵抗７７に供給される。トランス用電源部７１は、シャント抵抗７７の検出値（電位差）に基づいてトランス２７への電源供給を制御する。

トランス用電源部７１のうちコンデンサ７５は比較的高さのある電子部品であるため、制御基板２１の基板表面から突出した状態に設けられる。本実施形態の制御基板２１は、コンデンサ７５を制振性接着剤２８により固定することで振動の発生を抑制できる。

マイコン用電源部７０は、マイコン７に電流を供給する。マイコン用電源部７０は、スイッチング素子（第２のスイッチング素子）７２と、コンデンサ（第２コンデンサ）７３と、シャント抵抗（第２抵抗）７６と、マイコン電源用ＩＣ７８と、電圧制御ＩＣ７９と、インダクタ８０と、を含む。スイッチング素子７２は、例えばＭＯＳＦＥＴで構成される。コンデンサ７３及びシャント抵抗７６はスイッチング素子７２に接続される。コンデンサ７３に蓄えられた電荷はスイッチング素子７２がオン状態の場合にインダクタ８０に供給される。マイコン用電源部７０は、マイコン７への供給電圧を昇圧する昇圧回路を含む。昇圧回路は、電圧制御ＩＣ７９の入力電圧が一定になるように昇圧電圧を制御する。マイコン電源用ＩＣ７８は昇圧回路からの昇圧電圧をマイコン７に供給する。

マイコン用電源部７０のうちコンデンサ７３は比較的高さのある電子部品であるため、制御基板２１の基板表面から突出した状態に設けられる。本実施形態の制御基板２１は、コンデンサ７３を制振性接着剤２８により固定することで振動の発生を抑制できる。

制御基板２１は、上述のように比較的高さのある電子部品であるトランス２７及びコンデンサ３７Ｃ１，３７Ｃ２，３７Ｃ３，７３，７５を有している。これらトランス２７及びコンデンサ３７Ｃ１，３７Ｃ２，３７Ｃ３，７３，７５は制御基板２１の上側に突出するため、第１のカバー４０に干渉するおそれがある。

これに対し、本実施形態によれば、図１に示すように、平面視した状態において、トランス２７及びコンデンサ３７Ｃ１，３７Ｃ２，３７Ｃ３，７３，７５が第１のカバー４０の第１の突出部４１と重なっている。より具体的にトランス２７及びコンデンサ３７Ｃ１，３７Ｃ２，３７Ｃ３，７３，７５は第１の突出部４１の矩形部４１ａと平面的に重なる位置に配置されている。

本実施形態のインバータユニット１によれば、比較的高さのあるトランス２７及びコンデンサ３７Ｃ１，３７Ｃ２，３７Ｃ３，７３，７５が第１の突出部４１のうち最も上側に突出する矩形部４１ａ内に収容されるので、第１のカバー４０との接触を防止することができる。

ここで、第１回路３５は、例えば車両（外部電源）から制御基板２１に供給された比較的低い電圧（例えば、１２Ｖ）で動作する回路である。つまり、第１回路３５の動作電圧は相対的に低く、トランス２７の入力側（１次側）に接続された第１回路３５が設けられる領域は、動作電圧が相対的に低い領域となる。以下、第１回路３５を含む領域を低圧領域（第１領域）２１Ｌと呼ぶ。このように制御基板２１は、トランス２７の入力側（１次側）に接続されて動作電圧が相対的に低い低圧領域２１Ｌを有する。本明細書において、低圧とは制御基板動作用の電圧を意味する。

マイコン７はインバータ２５をＰＷＭ（パルス幅変調：Pulse Width Modulation）制御するＰＷＭ信号をインバータ２５に出力する。制御基板２１は、マイコン７からのＰＷＭ信号を上記コネクタＣＴ６からインバータ２５に出力する。インバータ２５は、マイコン７からのＰＷＭ信号に基づいてモータ２を制御する。コネクタＣＴ６は、制御基板２１の外形をなす４つの端辺のうちマイコン７に最も近い短辺（端辺）２１ａに設けられている。これにより、マイコン７とコネクタＣＴ６とが最短で配置されるので、ノイズを低減できる。

第２回路３６は、インバータ２５のインバータ回路（パワー基板）を構成する複数のスイッチング素子の制御端子（例えばＩＧＢＴのゲート端子）に電圧を供給する回路である。スイッチング素子の動作電圧はマイコン７の動作電圧に比べて高い。

第２回路３６は、トランス２７の出力側に接続されている。トランス２７は、車両から供給された電圧を昇圧してインバータ駆動用の電圧を生成する。すなわち、第２回路３６にはトランス２７により昇圧された高い電圧が供給される。これにより、第２回路３６はマイコン７よりも動作電圧の高いスイッチング素子（ＩＧＢＴ）を駆動可能な高電圧を供給することができる。つまり、第２回路３６の動作電圧は相対的に高く、トランス２７の出力側（２次側）に接続された第２回路３６が設けられる領域は、動作電圧が相対的に高い領域となる。以下、第２回路３６を含む領域を高圧領域２１Ｈと呼ぶ。このように、制御基板２１は、トランス２７の出力側（２次側）に接続されて動作電圧が相対的に高い高圧領域２１Ｈを有する。本明細書において、高圧とはインバータ駆動用電圧を意味する。すなわち、高圧領域２１Ｈとは、インバータ回路のハイボルテージ側（例えば、各ＩＧＢＴのエミッタ電位である０〜３５０Ｖ）の電源電圧を基準として動作しており、常にエミッタ電位より高い電圧になるようにトランス２７によって電圧が調整されている領域である。

上述した低圧領域２１Ｌ及び高圧領域２１Ｈは絶縁されている。以下、低圧領域２１Ｌ及び高圧領域２１Ｈの境界に設けられる絶縁された領域を境界絶縁部２２と呼ぶ。
したがって、本実施形態の制御基板２１は、トランス２７の入力側に接続されて動作電圧が相対的に低い低圧領域２１Ｌと、トランス２７の出力側に接続されて動作電圧が相対的に高い高圧領域２１Ｈと、境界絶縁部２２と、を有している。

境界絶縁部２２は、低圧領域２１Ｌ及び高圧領域２１Ｈの境界に設けられている。制御基板２１を平面視した状態で、境界絶縁部２２はトランス２７と重なるように配置されている。トランス２７は、境界絶縁部２２を跨いだ状態で制御基板２１上に設けられている。

アース部３７は、制御基板２１をケース１０に接地（アース）させるための部位である。アース部３７は、矩形状の制御基板２１の４つの角部のうち１つの角部２１Ｒに設けられている。角部２１ＲはコネクタＣＴ１の近傍に位置する。アース部３７は金属材料からなるアース用バスバー３７Ｂを介してケース１０に接地される。すなわち、アース部３７は制御基板２１からノイズを外部に放出させるノイズ放出部として機能する。なお、本実施形態の制御基板２１では、ノイズ源で発生したノイズがコネクタＣＴ１側よりもアース部３７側に流れ込み易くなるようにノイズ経路のインピーダンスを調整している。

図２に示すように、制御基板２１は固定ねじ（固定部材）２６を介してインバータ２５に固定される。制御基板２１は、インバータ２５を構成するコンデンサを覆うコンデンサケース２５ａに固定ねじ２６で固定される。具体的に、制御基板２１は、コンデンサケース２５ａの上面２５ａ１に設けられた取付部２５ｂに取り付けられる。図２及び図３に示すように、アース用バスバー３７Ｂの一端側は固定ねじ２６によってコンデンサケース２５ａと制御基板２１との間に共締めされることでアース部３７に取り付けられる。アース用バスバー３７Ｂの他端側はケース１０に固定ねじ１９で固定される。

図４に示すように、制御基板２１は、複数（本実施系では９個）の固定ねじ２６で固定される。固定ねじ２６は矩形状の制御基板２１における長辺に沿って３個ずつ設けられている。また、３個の固定ねじ２６がトランス２７の周囲に設けられている。これにより、制御基板２１のうち比較的重量の大きいトランス２７を実装した部分がインバータ２５に強固に固定されるので、制御基板２１に生じる振動を抑制できる。
また、制御基板２１において、固定ねじ２６はコンデンサ７３，７４，３７Ｃ１，３７Ｃ２，３７Ｃ３の周囲に設けられている。これにより、制御基板２１のうち比較的重量の大きいコンデンサ７３，７４，３７Ｃ１，３７Ｃ２，３７Ｃ３を実装した部分がインバータ２５に強固に固定されるので、制御基板２１に生じる振動を抑制できる。

図５は、制御基板の断面模式図である。
図５に示すように、本実施形態の制御基板２１は、上側から下側に向かって、第１層（最上導電層）５０と、第１プリプレグ層５１と、第２層（第２導電層）５２と、第１コア材５３と、第３層５４と、第２プリプレグ層５５と、第４層５６と、第２コア材５７と、第５層５８と、第３プリプレグ層５９と、第６層（最下導電層）６０と、を備えている。制御基板２１は、６つの導電層を積層した６層構造を有している。

ここで、第１層５０とは、制御基板２１に設けられた複数の配線のうち最上層（第１プリプレグ層５１の表面）に設けられた配線を意味する。また、第２層５２とは、第１層５０の一つ下層（第１コア材５３の表面）に設けられた配線を意味する。また、第３層５４とは、第２層５２の一つ下層（第２プリプレグ層５５の表面）に設けられた配線を意味する。また、第４層５６とは、第３層５４の一つ下層（第２コア材５７の表面）に設けられた配線を意味する。また、第５層５８とは、第４層５６の一つ下層（第３プリプレグ層５９の表面）に設けられた配線を意味する。また、第６層６０とは、最も下側の層（第３プリプレグ層５９の裏面）に設けられた配線を意味する。

第１層５０は、低圧領域２１Ｌ及び高圧領域２１Ｈに設けられた所定形状のパターンを含む。第２層５２は低圧領域２１Ｌに設けられたベタ膜状のグランドパターンで構成される。すなわち、第２層５２はグランドプレーンを含む。第２層５２はビアを介して上記アース部３７に接続される。

第３層５４、第４層５６及び第６層６０は、低圧領域２１Ｌ及び高圧領域２１Ｈに設けられた所定形状のパターンをそれぞれ含む。第５層５８は、低圧領域２１Ｌ及び高圧領域２１Ｈに設けられたベタ膜状の電源パターンを含む。すなわち、第５層５８は電極プレーンを含む。第６層６０は、所望の回路を構成する配線パターンやグランドパターンに加え、上記アース部３７の一部を構成する導電膜を含む。

境界絶縁部２２は、制御基板２１の厚さ方向において、第１層５０、第２層５２、第３層５４、第４層５６、第５層５８及び第６層６０のいずれも含まない。すなわち、境界絶縁部２２は、制御基板２１の厚さ方向に配線パターンが設けられていない。

境界絶縁部２２は、絶縁材料で構成された第１プリプレグ層５１、第１コア材５３、第２プリプレグ層５５、第２コア材５７及び第３プリプレグ層５９のみを積層することで構成されている。そのため、境界絶縁部２２は絶縁材料のみで構成されている。絶縁材料のみで構成された境界絶縁部２２は低圧領域２１Ｌ及び高圧領域２１Ｈを良好に絶縁することができる。

マイコン用電源部７０を構成する各電子部品は第１層５０に実装されている。各電子部品は、スイッチング素子７２、コンデンサ７３、シャント抵抗７６、マイコン電源用ＩＣ７８、電圧制御ＩＣ７９及びインダクタ８０を含み、これらスイッチング素子７２、コンデンサ７３、シャント抵抗７６、マイコン電源用ＩＣ７８、電圧制御ＩＣ７９及びインダクタ８０は、制御基板２１の上面に配置されている。スイッチング素子７２、コンデンサ７３、シャント抵抗７６、マイコン電源用ＩＣ７８、電圧制御ＩＣ７９及びインダクタ８０は第１層５０を介して互いが電気的に接続されている。

また、トランス用電源部７１を構成する各電子部品は第１層５０に実装されている。各電子部品は、スイッチング素子７４、コンデンサ７５及びシャント抵抗７７を含み、これらスイッチング素子７４、コンデンサ７５及びシャント抵抗７７は制御基板２１の上面に配置されている。スイッチング素子７４、コンデンサ７５及びシャント抵抗７７は第１層５０を介して互いが電気的に接続されている。第１層５０は、上記アース部３７の一部を構成する導電膜を含む。

すなわち、本実施形態の制御基板２１は、上層から下層に向かって積層された複数の導電層（第１層５０、第２層５２、第３層５４、第４層５６、第５層５８及び第６層６０）と、複数の導電層のうちの最上導電層である第１層５０に実装されるスイッチング素子７４及びスイッチング素子７２と、ケース１０に接地されるアース部３７と、を有している。

本実施形態の制御基板２１上において、スイッチング素子７２及びスイッチング素子７４はノイズを発生させるノイズ源となる。スイッチング素子７２及びスイッチング素子７４で生成されたノイズは電源回路部３５Ａ及びコネクタＣＴ１を介して車両側に伝播することで不具合を生じさせるおそれがある。

これに対し、本実施形態の制御基板２１では、ノイズ源であるスイッチング素子７２及びスイッチング素子７４を実装する第１層５０の１つ下層（直下の層）にベタ膜状のグランドパターン（第２層５２）を設けている。

図４に示すように、制御基板２１を平面視した状態において、スイッチング素子７４から制御基板２１の１つの角部２１Ｒに設けられたアース部３７に向かう第１方向Ｄ１と、スイッチング素子７２からアース部３７に向かう第２方向Ｄ２とは、交差する。すなわち、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２は互いに異なる方向である。つまり、スイッチング素子７２及びスイッチング素子７４はノイズ放出部として機能するアース部３７に対して直線上に並んで配置されていない。そのため、例えば、スイッチング素子７２は、スイッチング素子７４から放出されてアース部３７に向かうノイズの伝播経路上に位置しない。同様に、スイッチング素子７４は、スイッチング素子７２から放出されてアース部３７に向かうノイズの伝播経路上に位置しない。

このように本実施形態のインバータユニット１によれば、スイッチング素子７２及びスイッチング素子７４で発生したノイズを第２層５２からアース部３７へと良好に伝播させ、アース部３７に接続されたアース用バスバー３７Ｂを介してケース１０に放出することができる。よって、スイッチング素子７２及びスイッチング素子７４で発生したノイズは制御基板２１からケース１０側に放出されるので、電源回路部３５Ａ及びコネクタＣＴ１を介して車両側に伝播することを防止できる。よって、本実施形態のインバータユニット１によれば、スイッチング素子７２及びスイッチング素子７４で発生したノイズによる不具合の発生を防止できる。

ここで、制御基板２１におけるノイズ対策としては、スイッチング素子７２及びスイッチング素子７４で発生するノイズ自体を小さくすることが有効である。スイッチング素子を含む回路内を流れる電流のループが大きいほど、発生するノイズが大きくなる。回路内を流れる電流のループを小さくできれば、ノイズを低減することができる。

本実施形態の制御基板２１は、ノイズ発生源となるスイッチング素子を含む回路のループを小さくするように、回路を構成する電子部品を配置している。以下、トランス用電源部７１を構成する各電子部品の配置を例に挙げて説明する。

図４に示すように、スイッチング素子（第１スイッチング素子）７４、コンデンサ（第１コンデンサ）７５及びシャント抵抗（第１抵抗）７７は互いに近接して配置されている。スイッチング素子７４とシャント抵抗７７とはＸ軸方向において互いに向き合って配置されている。コンデンサ７５はスイッチング素子７４の左隣（＋Ｙ側）に配置されている。

トランス用電源部７１を構成する回路では、コンデンサ７５に蓄えられた電荷がトランス２７に供給された後、スイッチング素子７４がオン状態の場合にシャント抵抗７７に供給される。すなわち、トランス用電源部７１の回路内において、コンデンサ７５及びトランス２７を経由した電流Ｉは、図４に示すように、スイッチング素子７４の低電位側出力端子（ソース端子）７４ｓからシャント抵抗７７を通ってコンデンサ７５の低電位側端子７５Ｌに戻る。シャント抵抗７７の低電位側端子及びコンデンサ７５の低電位側端子７５Ｌは第２層５２（グランドパターン）に接続される。

本実施形態のトランス用電源部７１において、スイッチング素子７４の低電位側出力端子７４ｓとコンデンサ７５の低電位側端子７５Ｌとは互いに同じ方向（Ｘ軸方向）を向いている。

この構成により、スイッチング素子７４の低電位側出力端子７４ｓからシャント抵抗７７を通ってコンデンサ７５の低電位側端子７５Ｌに戻る電流Ｉの経路が短くなる。したがって、本実施形態のトランス用電源部７１によれば、回路内を流れる電流Ｉのループを小さくすることができる。よって、トランス用電源部７１のスイッチング素子７４で発生するノイズ自体を低減することができる。

なお、マイコン用電源部７０を構成する各電子部品の配置についてもトランス用電源部７１と同様のことが言える。図４に示すように、スイッチング素子（第２スイッチング素子）７２、コンデンサ（第２コンデンサ）７３及びシャント抵抗（第２抵抗）７６は互いに近接して配置されている。

本実施形態のマイコン用電源部７０において、スイッチング素子７２の低電位側出力端子７２ｓとコンデンサ７３の低電位側端子７３Ｌとは互いに同じ方向（Ｘ軸方向）を向いている。

この構成によれば、スイッチング素子７２の低電位側出力端子７２ｓからシャント抵抗７６を通ってコンデンサ７３の低電位側端子７３Ｌに戻る電流の経路が短くなる。したがって、本実施形態のマイコン用電源部７０によれば、回路内を流れる電流のループを小さくしたので、スイッチング素子７２で発生するノイズ自体を低減できる。

本実施形態の制御基板２１において、電源回路部３５Ａに設けられたスイッチング素子３８もノイズ源となり得る。電源回路部３５Ａを構成する各電子部品は第１層５０上に実装されている。

図４に示すように、制御基板２１を平面視した状態において、スイッチング素子３８からアース部３７に向かう第３方向Ｄ３は上記第１方向Ｄ１及び上記第２方向Ｄ２と異なっている。すなわち、スイッチング素子３８はスイッチング素子７２又はスイッチング素子７４から放出されてアース部３７に向かうノイズの伝播経路上に位置していない。

本実施形態の制御基板２１によれば、スイッチング素子３８で発生したノイズを第２層５２からアース部３７へと良好に伝播し、アース部３７に接続されたアース用バスバー３７Ｂを介してケース１０に放出することができる。よって、スイッチング素子３８で発生したノイズは制御基板２１からケース１０側に放出されるので、電源回路部３５Ａ及びコネクタＣＴ１を介して車両側に伝播することを防止できる。よって、本実施形態のインバータユニット１によれば、スイッチング素子３８で発生したノイズによる不具合の発生も防止できる。

また、図４に示すように、電源回路部３５Ａを構成する各電子部品であるスイッチング素子３８、コンデンサ３７Ｃ１，３７Ｃ２，３７Ｃ３及びシャント抵抗３８Ｔは互いに近接して配置されている。

本実施形態の電源回路部３５Ａにおいて、スイッチング素子３８の低電位側出力端子３８ｓとコンデンサ３７Ｃ１，３７Ｃ２，３７Ｃ３の各低電位側端子３７Ｃ１Ｌ，３７Ｃ２Ｌ，３７Ｃ３Ｌとは互いに向き合っている。

この構成によれば、スイッチング素子３８の低電位側出力端子３８ｓからシャント抵抗３８Ｔを通ってコンデンサ３７Ｃ１，３７Ｃ２，３７Ｃ３の各低電位側端子３７Ｃ１Ｌ，３７Ｃ２Ｌ，３７Ｃ３Ｌに戻る電流の経路を短くできる。したがって、本実施形態の電源回路部３５Ａは回路内を流れる電流のループを小さくすることで、スイッチング素子３８で発生するノイズ自体を低減できる。

第１層５０上に実装される逆接防止用ダイオード３４は上述のように発熱部品である。
図４に示すように、第１層５０は、逆接防止用ダイオード３４を実装する実装パターン（発熱部品用実装パターン）５０Ｐを有している。発熱部品（逆接防止用ダイオード３４）で発生した熱は実装パターン５０Ｐに伝わる。実装パターン５０Ｐは、逆接防止用ダイオード３４の実装部分が高温となる。

本実施形態の制御基板２１は、実装パターン５０Ｐに隣接して設けられた境界絶縁部２２を有する。境界絶縁部２２は絶縁材料のみで構成されるため、熱が伝わり難い。そのため、実装パターン５０Ｐの熱は境界絶縁部２２側に伝わり難い。

本実施形態において、実装パターン５０Ｐは、制御基板２１への電力供給時に電流が流れないダミーパターン５０Ｐ１を含む。ダミーパターン５０Ｐ１は電流が流れないため、実装パターン５０Ｐの他の部分に比べて温度が相対的に低くなる。そのため、実装パターン５０Ｐの熱は相対的に温度の低いダミーパターン５０Ｐ１側に伝わることで放熱される。すなわち、ダミーパターン５０Ｐ１は実装パターン５０Ｐを放熱させる放熱パターンとして機能する。

本実施形態の制御基板２１によれば、発熱部品である逆接防止用ダイオード３４を実装する実装パターン５０Ｐがダミーパターン５０Ｐ１を含むので、逆接防止用ダイオード３４の熱を良好に放熱させることができる。これにより、逆接防止用ダイオード３４が高温となることによる故障を抑制できる。

実装パターン５０Ｐは、逆接防止用ダイオード３４の端子との接続部分以外、レジスト層Ｒで覆われている。すなわち、制御基板２１は、実装パターン５０Ｐを覆うレジスト層Ｒを有している。本実施形態において、ダミーパターン５０Ｐ１の一部はレジスト層Ｒに設けられた開口Ｒ１を介して露出する。ダミーパターン５０Ｐ１の露出部分は外気に触れている。

本実施形態の制御基板２１によれば、ダミーパターン５０Ｐ１の一部が開口Ｒ１を介して露出するので、外気に触れる露出部分によってダミーパターン５０Ｐ１の熱を効率良く放出することができる。よって、制御基板２１は、実装パターン５０Ｐによって逆接防止用ダイオード３４を効率良く放熱させることができる。

さらに本実施形態の実装パターン５０Ｐは、逆接防止用ダイオード３４の実装領域の近傍に設けられた複数のスルーホールビア２０Ｈを有する。複数のスルーホールビア２０Ｈは逆接防止用ダイオード３４の両側に設けられている。

図６は、実装パターンの要部構成を示す断面図である。
図６に示すように、実装パターン５０Ｐは、スルーホールビア２０Ｈを介して第６層６０と電気的に接続される。スルーホールビア２０Ｈは、グランドプレーンで構成された第２層５２を貫通した状態に設けられる。第２層５２はスルーホールビア２０Ｈを貫通させる貫通孔５２Ｈを有している。貫通孔５２Ｈの内径はスルーホールビア２０Ｈの外径よりも十分に大きい。すなわち、第２層５２とスルーホールビア２０Ｈとは絶縁されている。

本実施形態において、第６層６０は実装パターン５０Ｐと電気的に接続される放熱パッド部６１を含む。放熱パッド部６１は、第６層６０に含まれる他の導電パターン（例えば、グランドパターン）と絶縁されている。放熱パッド部６１は露出することで外気に触れている。

本実施形態の制御基板２１によれば、実装パターン５０Ｐのうちの逆接防止用ダイオード３４の実装領域の近傍の熱がスルーホールビア２０Ｈを介して放熱パッド部６１に伝わる。これにより、外気に触れる放熱パッド部６１によって実装パターン５０Ｐのうち最も温度が高くなる実装領域の近傍の温度を効率良く低下させることができる。よって、本実施形態の制御基板２１は、実装パターン５０Ｐによって逆接防止用ダイオード３４を効率良く放熱させることができる。

本実施形態の制御基板２１は、図４に示すように、高圧領域２１Ｈの絶縁部に設けられた切欠き３９を有する。本実施形態において、切欠き３９は制御基板２１の矩形状の外形をなす端辺のうちトランス２７に最も近い長辺２４に設けられている。インバータユニット１の組み立て工程において、切欠き３９には、組み立て用ラック（図示略）に設けられた凸部が挿入される。この凸部は、制御基板２１を組み立て用ラックに正しい向きでセットするために用いられる。

具体的に組み立て用ラックに制御基板２１が正しい向きでセットされた場合、凸部が切欠き３９に挿入することで制御基板２１はラック内に完全に収容される。一方、組み立て用ラックに制御基板２１が間違った向きでセットされた場合、凸部が切欠き３９に挿入されず制御基板２１の端面に接触することで制御基板２１はラックから少し飛び出した状態で収容される。

よって、インバータユニット１を組み立てる作業者は、組み立て用ラックを目視確認することでラックに収容された制御基板２１の向きを容易に認識することができる。したがって、組み立て作業者は制御基板２１の向きを正しく認識した状態で組み立て作業を行うことができるので、組み立て時に制御基板２１をユニット内に逆向きに取り付けてしまうといった問題の発生を抑制できる。

本実施形態のインバータユニット１において、制御基板２１は、平面視した状態において、スイッチング素子７４からアース部３７に向かう第１方向Ｄ１と、スイッチング素子７２からアース部３７に向かう第２方向Ｄ２とが交差する。よって、本実施形態の制御基板２１によれば、スイッチング素子７２，７４の一方が他方のノイズ伝播経路上に位置しないので、スイッチング素子７２及びスイッチング素子７４で発生したノイズを第２層５２からアース部３７へと良好に伝播させることができる。よって、本実施形態のインバータユニット１は、制御基板２１に実装されたスイッチング素子７２，７４によるノイズの影響を低減できる。

また、制御基板２１は、平面視した状態において、スイッチング素子３８からアース部３７に向かう第３方向Ｄ３が第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２と異なる。よって、本実施形態の制御基板２１によれば、スイッチング素子７２，７４がスイッチング素子３８で発生したノイズ伝播経路上に位置しないので、スイッチング素子３８で発生したノイズを第２層５２からアース部３７へと良好に伝播させることができる。よって、本実施形態のインバータユニット１は、制御基板２１に実装されたスイッチング素子３８によるノイズの影響を低減できる。

以上に、本発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。例えば、上記実施形態ではモータユニット３の用途として車両の動力源を例に挙げたが、モータユニットの用途はこれに限られない。また、上記実施形態では、制御基板２１として６層構造を例に挙げたが、制御基板２１の構成は６層に限定されない。

また、上記実施形態では、発熱部品として逆接防止用ダイオード３４を例に挙げたが、発熱部品はこれに限られない。すなわち、実装パターン５０Ｐの構造は制御基板２１上に実装される他の発熱部品（電子部品）を実装するパターン部分に適用可能である。

１…インバータユニット、２…モータ、１０…ケース、２０Ｈ…スルーホールビア、２１…制御基板、２１Ｒ…角部、２５…インバータ、３４…逆接防止用ダイオード（発熱部品）、３７…アース部（接地部）、３８…スイッチング素子（第３スイッチング素子）、３８ｓ，７２ｓ，７４ｓ…低電位側出力端子、３８Ｔ…シャント抵抗（第３抵抗）、５０…第１層（最上導電層）、５０Ｐ…実装パターン（発熱部品用実装パターン）、５２…第２層（第２導電層）、６０…第６層（最下導電層）、６１…放熱パッド部、７２…スイッチング素子（第２スイッチング素子）、７３…コンデンサ（第２コンデンサ）、７３Ｌ，７５Ｌ，３７Ｃ１Ｌ，３７Ｃ２Ｌ，３７Ｃ３Ｌ…低電位側端子、７４…スイッチング素子（第１スイッチング素子）、７５…コンデンサ（第１コンデンサ）、７６…シャント抵抗（第２抵抗）、７７…シャント抵抗（第１抵抗）、３７Ｃ１，３７Ｃ２，３７Ｃ３…コンデンサ（第３コンデンサ）、５０Ｐ１…ダミーパターン、Ｄ１…第１方向、Ｄ２…第２方向、Ｄ３…第３方向、Ｉ…電流、Ｒ…レジスト層、Ｒ１…開口。

Claims (9)

1. 直流電流を交流電流に変換してモータに供給するインバータユニットであって、
   インバータと、前記インバータを制御するとともに矩形状の平面形状を有する制御基板と、前記制御基板を収容するケースと、を備え、
   前記制御基板は、上層から下層に向かって積層された複数の導電層と、前記複数の導電層のうちの最上導電層に実装される第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、前記ケースに接地される接地部と、を有しており、
   前記最上導電層の１つ下層に設けられた第２導電層はベタ膜状のグランドパターンで構成され、
   前記制御基板を平面視した状態において、前記第１スイッチング素子から前記制御基板の１つの角部に設けられた前記接地部に向かう第１方向と、前記第２スイッチング素子から前記接地部に向かう第２方向とは、交差する
   インバータユニット。
2. 前記制御基板は、前記複数の導電層として６つの導電層を積層した６層構造を有する
   請求項１に記載のインバータユニット。
3. 前記制御基板は、前記最上導電層に実装されて前記制御基板への電力供給時に発熱する発熱部品と、を有し、
   前記最上導電層は、前記発熱部品を実装する発熱部品用実装パターンを有しており、
   前記発熱部品用実装パターンは、スルーホールビアを介して前記複数の導電層のうちの最下導電層と電気的に接続される
   請求項１又は２に記載のインバータユニット。
4. 前記発熱部品用実装パターンは、前記制御基板への電力供給時に電流が流れないダミーパターンを含む
   請求項３に記載のインバータユニット。
5. 前記制御基板は、前記発熱部品用実装パターンを覆うレジスト層を有し、
   前記ダミーパターンの少なくとも一部は、前記レジスト層に設けられた開口を介して露出する
   請求項４に記載のインバータユニット。
6. 前記最下導電層は、前記発熱部品用実装パターンと電気的に接続される放熱パッド部を含み、
   前記放熱パッド部は露出している
   請求項３から請求項５のいずれか一項に記載のインバータユニット。
7. 前記制御基板は、前記第１スイッチング素子に電気的に接続される第１コンデンサ及び第１抵抗を有し、前記第２スイッチング素子に電気的に接続される第２コンデンサ及び第２抵抗を有し、
   前記第１スイッチング素子の低電位側出力端子と前記第１コンデンサの低電位側端子とは同じ方向を向いており、
   前記第２スイッチング素子の低電位側出力端子と前記第２コンデンサの低電位側端子とは同じ方向を向いている
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のインバータユニット。
8. 前記制御基板は、前記最上導電層に実装される第３スイッチング素子を有しており、
   前記制御基板を平面視した状態において、前記第３スイッチング素子から前記接地部に向かう第３方向は、前記第１方向及び前記第２方向と異なっている
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のインバータユニット。
9. 前記制御基板は、前記第３スイッチング素子に電気的に接続される第３コンデンサ及び第３抵抗を有し、
   前記第３スイッチング素子の低電位側出力端子と前記第３コンデンサの低電位側端子とは互いに向き合っている
   請求項８に記載のインバータユニット。

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