JP2020188659A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インピーダンス低下と配線微細化の両立を実現可能にした電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置は、電力変換回路と、電力変換回路の作動を制御する制御回路と、基板３０と、ビア３５ａと、導電部材（中実ビア）と、を備える。基板３０は多層基板である。基板３０には、電力変換回路が有する電力配線パターンＰ１２ａ、Ｐ１２ｂ、Ｐ１３ａ、Ｐ１３ｂ、Ｐ１４ａ、Ｐ１４ｂと、制御回路が有する制御パターンが形成されている。ビア３５ａは、基板３０の異なる層に配置された各々の電力配線パターンに跨って延びる。中実ビア３５、３５１、３５２は、各々の電力配線パターンを電気接続するよう、ビア３５ａに設けられた中実形状である。【選択図】図６

Description

この明細書における開示は、供給される電力を変換して出力する電力変換装置に関する。

特許文献１には、電力変換回路としてのインバータ回路と、インバータ回路の作動を制御する制御回路と、を備える電力変換装置が記載されている。電力変換回路が有する電力配線パターン、および制御回路が有する制御配線パターンは、共通した１枚の基板に形成されている。これにより、基板の設置スペースを小さくして装置の小型化が図られている。

特開２０１７−１４３２０３号公報

さて、インバータ回路の配線（電力配線パターン）では、大電流を流すことによる発熱を低減させるべく、配線を厚くしてインピーダンスを低下させることが望ましい。しかし、配線を厚くすると、基板製造の制約により配線幅や配線ギャップが大きくなってしまい、微細な配線ができなくなる。そのため、高密度レイアウトが要求される制御回路の配線（制御配線パターン）には不向きである。したがって、電力変換回路と制御回路の両方を共通した１枚の基板に設けて小型化を図ろうとすると、インピーダンス低下と配線微細化の両立が課題となる。

開示される１つの目的は、インピーダンス低下と配線微細化の両立を実現可能にした電力変換装置を提供することである。

上記目的を達成するため、開示された１つの態様は、
供給される電力を変換して出力する電力変換回路（１２０、２２０）と、
電力変換回路の作動を制御する制御回路（１７０、１７６、２７０、２７６）と、
電力変換回路が有する電力配線パターン（Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３）、および制御回路が有する制御配線パターン（Ｐ１８、Ｐ１９）が形成された多層基板（３０）と、
多層基板の異なる層に配置された各々の電力配線パターンに跨って延びるビア（３５ａ）と、
各々の電力配線パターンを電気接続するよう、ビアに設けられた中実形状の導電部材（３５、３５２、３５３、３５４）と、
を備える電力変換装置とされる。

ここに開示された電力変換装置では、電力配線パターンおよび制御配線パターンの両方が設けられる基板に、多層基板が用いられる。そして、多層基板の異なる層に配置された各々の電力配線パターンが、ビアに設けられた中実形状の導電部材（中実ビア）で電気接続される。このような中実ビアの場合、ビアの内面に膜状に施されたメッキ（膜状ビア）の場合に比べて、層間の電気抵抗を小さくできる。

よって、多層基板の異なる層の各々に電力配線パターンを配置し、それらをビアで接続した上記開示によれば、複数層の電力配線パターンを、１層の厚い配線と同等のインピーダンスにできる。しかも、上記ビアを中実ビアにしているので、膜状ビアの場合に比べて、さらに低インピーダンスにできる。つまり、電力配線パターンを厚くすることなくインピーダンスを低下でき、大電流を流すことによる発熱を低減できる。それでいて、電力配線パターンが厚くなることを抑制できているので、制御配線パターンについては配線幅や配線ギャップを小さくでき、微細な配線が可能となる。

尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

第１実施形態に係るステアリングシステムを示す概略構成図である。 図１に示すステアリングシステムに適用された駆動装置の断面図である。 図２に示す駆動装置の回路図である。 図２に示す駆動装置に適用されたインバータを、モータの側から見た底面図である。 図２に示す駆動装置に適用されたインバータを、モータの反対側から見た上面図である。 第１実施形態に係るインバータの断面図である。 図６のＶＩＩ矢視図である。 第２実施形態に係るインバータの断面図である。 第３実施形態に係るインバータの断面図である。 図９のＸ矢視図である。

以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態による駆動装置１は、電動のモータ８０と、電力変換装置としての電子制御装置（ＥＣＵ１０）と、を備える。この駆動装置１は、車両のステアリング操作を補助するための電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ８）に適用される。図１は、ＥＰＳ８を備えるステアリングシステム９０の全体構成を示すものである。ステアリングシステム９０は、操舵部材であるステアリングホイール９１、ステアリングシャフト９２、ピニオンギア９６、ラック軸９７、車輪９８、および、ＥＰＳ８等を備える。

ステアリングホイール９１は、ステアリングシャフト９２と接続される。ステアリングシャフト９２には、操舵トルクを検出するトルクセンサ９４が設けられる。トルクセンサ９４は、系統毎に設けられる２つのトルク検出部９４１、９４２を有する。トルク検出部９４１、９４２の検出値は、対応するマイクロコンピュータ（図３参照）であるマイコン１７０、２７０に出力される。ステアリングシャフト９２の先端には、ピニオンギア９６が設けられる。ピニオンギア９６は、ラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が連結される。

運転者がステアリングホイール９１を回転させると、ステアリングホイール９１に接続されたステアリングシャフト９２が回転する。ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６によってラック軸９７の直線運動に変換される。一対の車輪９８は、ラック軸９７の変位量に応じた角度に操舵される。

ＥＰＳ８は、駆動装置１、ならびに、モータ８０の回転を減速してステアリングシャフト９２に伝える動力伝達部としての減速ギア８９等を備える。ステアリングシャフト９２がＥＰＳ８の駆動対象である。

図２および図３に示すように、モータ８０は、３相ブラシレスモータである。モータ８０は、操舵に要するトルクの一部または全部を出力するものであって、バッテリ１９９、２９９から電力が供給されることにより駆動され、減速ギア８９を正逆回転させる。

モータ８０は、巻線組としての第１巻線１８０および第２巻線２８０を有する。巻線１８０、２８０は、電気的特性が同等であり、共通のステータ８４０に、互いに電気角を３０［ｄｅｇ］ずらしてキャンセル巻きされる。これに応じて、巻線１８０、２８０には、位相φが３０［ｄｅｇ］ずれた相電流が通電されるように制御される。

以下、第１巻線１８０の通電制御に係る構成の組み合わせを第１系統Ｌ１、第２巻線２８０の通電制御に係る構成の組み合わせを第２系統Ｌ２とする。第１系統Ｌ１の構成を主に１００番台で付番し、第２系統Ｌ２の構成を主に２００番台で付番し、系統Ｌ１、Ｌ２にて実質的に同様の構成には下２桁が同じとなるように付番し、適宜説明を省略する。

図２に示すように、駆動装置１は、モータ８０の軸方向の一方側にＥＣＵ１０が一体的に設けられており、いわゆる「機電一体型」である。ＥＣＵ１０は、モータ８０に対して減速ギア８９の反対側に設けられている。ＥＣＵ１０は、回転軸８７０の中心線Ａｘに対して同軸に配置されている。機電一体型とすることで、搭載スペースに制約のある車両において、ＥＣＵ１０とモータ８０とを効率的に配置することができる。以下適宜、単に「軸方向」、「径方向」という場合、モータ８０における軸方向、径方向を意味するものとする。

モータ８０は、ステータ８４０、ロータ８６０、回転軸８７０および、これらを収容するハウジング８３０等を備える。ステータ８４０は、ハウジング８３０に固定されており、巻線１８０、２８０が巻回される。ロータ８６０は、ステータ８４０の径方向内側に設けられ、ステータ８４０に対して相対回転可能に設けられる。

回転軸８７０は、ロータ８６０に嵌入され、ロータ８６０と一体に回転する。回転軸８７０は、軸受８３５、８３６により、ハウジング８３０に回転可能に支持される。回転軸８７０のＥＣＵ１０側の端部は、ハウジング８３０からＥＣＵ１０側に突出する。回転軸８７０のＥＣＵ１０側の端部には、検出対象としてのマグネット８７５が設けられる。

ハウジング８３０は、筒状のケース８３４、ケース８３４の一端に設けられるリアフレームエンド８３７、および、ケース８３４の他端に設けられるフロントフレームエンド８３８を有する。

リアフレームエンド８３７には、回転軸８７０が挿通配置される開口部８３７ａが形成されている。また、リアフレームエンド８３７には、リード線挿通孔８３９が形成される。リード線挿通孔８３９には、巻線１８０、２８０の各相と接続されるリード線２８５が挿通される。リード線２８５は、リード線挿通孔８３９からＥＣＵ１０側に取り出される。リード線２８５は、モータ線接続部１８６、２８６（図４および図５参照）に挿通され、はんだ等により基板３０に接続される。

ＥＣＵ１０は、基板３０、および、基板３０に実装される各種電子部品を有する。基板３０は、基板接続部１５５、２５５に挿通されるボルト２５９（図２参照）にて、リアフレームエンド８３７のモータ８０とは反対側の面に固定される。ボルト２５９は、導電材料にて形成されている。基板３０のモータ８０側の面をモータ面３０１、モータ８０とは反対側の面をカバー面３０２とする。カバー４６０は、略有底筒状に形成され、リアフレームエンド８３７の径方向外側に嵌まり合う。カバー４６０は、基板３０を覆うように設けられ、外部の衝撃からＥＣＵ１０を保護したり、ＥＣＵ１０内への埃や水等の侵入を防止したりする。カバー４６０の側面には、開口４６１が設けられる。

コネクタ３５０は、第１電源端子、第１グランド端子、第１信号端子、第２電源端子、第２グランド端子、および、第２信号端子、といったコネクタ端子を有する。第１電源端子、第１グランド端子および第１信号端子の各々は、第１電源端子接続部１５１、第１グランド端子接続部１５２および第１信号端子接続部１５３に、基板３０のモータ面３０１側から挿入されて電気的に接続される（図４および図５参照）。第２電源端子、第２グランド端子および第２信号端子の各々は、第２電源端子接続部２５１、第２グランド端子接続部２５２および第２信号端子接続部２５３に、基板３０のモータ面３０１側から挿入されて電気的に接続される（図４および図５参照）。

図３に駆動装置１の回路構成を示す。ＥＣＵ１０は、第１巻線１８０に対応して設けられる第１インバータ１２０、第１モータリレー１２７〜１２９、第１電源リレー１３１、１３２、第１コンデンサ１３４および第１コイル１３５を有する。さらにＥＣＵ１０は、第２巻線２８０に対応して設けられる第２インバータ２２０、第２モータリレー２２７〜２２９、第２電源リレー２３１、２３２、第２コンデンサ２３４および第２コイル２３５を有する。

第１系統Ｌ１の第１インバータ１２０等には、第１バッテリ１９９から電力が供給される。第２系統Ｌ２の第２インバータ２２０等には、第２バッテリ２９９から電力が供給される。本実施形態では、グランドについても第１系統Ｌ１と第２系統Ｌ２とで分離している。また、第１巻線１８０の通電は、第１マイコン１７０により制御され、第２巻線２８０の通電は、第２マイコン２７０により制御される。すなわち本実施形態では、第１系統Ｌ１と第２系統Ｌ２とが独立して設けられる完全冗長構成をなしている。

第１インバータ１２０は、３相インバータであって、第１スイッチング素子１２１〜１２６がブリッジ接続されている。スイッチング素子１２１〜１２３は、高電位側に接続されて上アームＨを構成する。スイッチング素子１２４〜１２６は、低電位側に接続されて下アームＬを構成する。対になるＵ相のスイッチング素子１２１、１２４の接続点は第１Ｕ相コイル１８１の一端に接続される。対になるＶ相のスイッチング素子１２２、１２５の接続点は第１Ｖ相コイル１８２の一端に接続される。対になるＷ相のスイッチング素子１２３、１２６の接続点は第１Ｗ相コイル１８３の一端に接続される。コイル１８１〜１８３の他端は結線される。スイッチング素子１２４〜１２６の低電位側には、コイル１８１〜１８３の電流を検出する電流検出素子であるシャント抵抗１３７〜１３９が設けられる。

第２インバータ２２０は第１インバータ１２０と同様の構成である。すなわち、スイッチング素子２２１〜２２３は、高電位側に接続されて上アームＨを構成する。スイッチング素子２２４〜２２６は、低電位側に接続されて下アームＬを構成する。ＵＶＷ相各々の上下アーム回路の出力点はＵＶＷ相コイルの各々に結線される。スイッチング素子２２４〜２２６の低電位側には、コイル２８１〜２８３の電流を検出する電流検出素子であるシャント抵抗２３７〜２３９が設けられる。

第１モータリレー１２７〜１２９は、第１インバータ１２０と第１巻線１８０との間に設けられ、第１インバータ１２０と第１巻線１８０とを断接可能に設けられる。Ｕ相のモータリレー１２７はスイッチング素子１２１、１２４の接続点とＵ相コイル１８１との間に設けられる。Ｖ相のモータリレー１２８はスイッチング素子１２２、１２５の接続点とＶ相コイル１８２との間に設けられる。Ｗ相のモータリレー１２９はスイッチング素子１２３、１２６の接続点とＷ相コイル１８３との間に設けられる。第２モータリレー２２７〜２２９は、第１モータリレー１２７〜１２９と同様の構成であり、ＵＶＷ相各々について設けられている。

第１電源リレー１３１、１３２は、寄生ダイオードの向きが逆向きとなるように直列接続され、第１バッテリ１９９と第１インバータ１２０との間に設けられる。第２電源リレー２３１、２３２は、寄生ダイオードの向きが逆向きとなるように直列接続され、第２バッテリ２９９と第２インバータ２２０との間に設けられる。これにより、バッテリ１９９、２９９が誤って逆向きに接続された場合に逆向きの電流が流れるのを防ぎ、ＥＣＵ１０を保護する。

プリドライバ１７６は、第１マイコン１７０からの制御信号に基づいて駆動信号を出力する。この駆動信号により、第１スイッチング素子１２１〜１２６、第１モータリレー１２７〜１２９および第１電源リレー１３１、１３２は、オンオフ作動するように制御される。第２系統Ｌ２のプリドライバ２７６は、第１系統Ｌ１のプリドライバ１７６と同様に機能する。すなわち、第２スイッチング素子２２１〜２２６、第２モータリレー２２７〜２２９および第２電源リレー２３１、２３２は、プリドライバ２７６によりオンオフ制御される。なお、煩雑になることを避けるため、図３中において、モータリレーおよび電源リレーへの制御線は省略されている。

第１コンデンサ１３４は第１インバータ１２０と並列に接続され、第２コンデンサ２３４は第２インバータ２２０と並列に接続される。コンデンサ１３４、２３４は、例えばアルミ電解コンデンサである。第１コイル１３５は第１バッテリ１９９と第１電源リレー１３１との間に設けられ、第２コイル２３５は第２バッテリ２９９と第２電源リレー２３１との間に設けられる。

第１コンデンサ１３４および第１コイル１３５、ならびに、第２コンデンサ２３４および第２コイル２３５は、フィルタ回路を構成する。これらのフィルタ回路は、バッテリ１９９、２９９を共用する他の装置から伝わるノイズを低減する。さらにフィルタ回路は、駆動装置１からバッテリ１９９、２９９を共用する他の装置に伝わるノイズを低減する。また、コンデンサ１３４、２３４は、電荷を蓄えることで、インバータ１２０、２２０への電力供給を補助する。

系統間グランド接続コンデンサ４１は、第１系統グランドＧ１と、第２系統のグランドＧ２とを接続する。第１機電接続コンデンサ１４２は、第１系統グランドＧ１と、モータ８０のハウジング８３０とを接続する。第２機電接続コンデンサ２４２は、第２系統グランドＧ２と、ハウジング８３０とを接続する。コンデンサ４１、１４２、２４２は、例えばセラミックコンデンサである。

基板３０のモータ面３０１を図４、カバー面３０２を図５に示す。説明のため、カバー面３０２の配置を反転し、いずれも紙面左側が第１系統Ｌ１、右側が第２系統Ｌ２となるように記載した。

図４に示すように、基板３０のモータ面３０１には、スイッチング素子１２１〜１２６、２２１〜２２６とシャント抵抗１３７〜１３９、２３７〜２３９が実装される。さらにモータ面３０１には、モータリレー１２７〜１２９、２２７〜２２９と電源リレー１３１、１３２、２３１、２３２が実装される。さらにモータ面３０１には、統合ＩＣ１７５、２７５と回転角センサ２９（センサ素子）が実装される。統合ＩＣ１７５にはプリドライバ１７６が含まれ、統合ＩＣ２７５にはプリドライバ２７６が含まれる。回転角センサ２９は、回転軸８７０に設けられたマグネット８７５による磁界の変化を検出することで、回転軸８７０の回転角度に応じた検出信号を出力する。

図５に示すように、基板３０のカバー面３０２には、コンデンサ１３４、２３４とコイル１３５、２３５が実装される。さらにカバー面３０２には、系統間グランド接続コンデンサ４１、機電接続コンデンサ１４２、２４２（図３参照）とマイコン１７０、２７０が実装される。

図４および図５に示すように、基板３０は、スリット３０５にて電気的に２つに分離されている。一方の領域のモータ面３０１およびカバー面３０２に、第１系統Ｌ１に係る部品が実装される。他方の領域のモータ面３０１およびカバー面３０２に、第２系統Ｌ２に係る部品が実装される。

回転角センサ２９は、基板３０のうちリアフレームエンド８３７の開口部８３７ａに対向する領域（開口対向領域）に配置されている。回転角センサ２９は、モータ面３０１においてスリット３０５を跨いで実装される。系統間グランド接続コンデンサ４１はカバー面３０２においてスリット３０５を跨いで実装され、第１系統グランドＧ１と第２系統グランドＧ２とを接続する。

第１機電接続コンデンサ１４２は、第１系統Ｌ１のグランドパターンＰ１３（図５参照）と、ハウジング接続パターン１５７とを接続する。第２機電接続コンデンサ２４２は、第２系統Ｌ２のグランドパターンＰ２３（図５参照）と、ハウジング接続パターン２５７とを接続する。ハウジング８３０は、車両グランドと接続されている。すなわち、コンデンサ４１、１４２、２４２は、いずれもグランド間を接続するコンデンサである。また、系統間グランド接続コンデンサ４１は、系統Ｌ１、Ｌ２のパワー系回路のグランド間を接続している、とも言える。

本実施形態では、駆動装置１がＥＰＳ８に適用されており、短時間で大電流が通電されるため、スイッチングノイズやリンギングノイズが発生する。このようなノイズＮの発生源は、主にＥＣＵ１０の回路内であり、発生したノイズがコネクタ３５０およびモータ８０を経由して車両側へ伝搬する虞がある。そこで、ボルトを用いて基板３０のグランドとハウジング８３０とを電気的に接続し、モータ８０側からＥＣＵ１０側へのノイズ帰還経路を形成する。これにより、ＥＣＵ１０の回路内で発生したノイズは、ノイズ源に帰還し、車両側へのノイズ伝搬が抑制される。

図６に示すように、本実施形態に係る基板３０には多層基板が用いられている。基板３０には、複数の配線層、絶縁層３４、表面レジスト層３７およびビア等が形成されている。配線層には、導電性を有する配線が設けられている。配線層の各層の間には、電気絶縁性を有する絶縁層３４が配置されている。

配線層には、表層３１、３２および内層３３が含まれる。表層３１、３２は、全配線層のうちの最外部に位置する層である。内層３３は、全配線層のうちの内部に位置する層である。図６の例では内層３３が４層（複数層）である。表層３１、３２は、表面レジスト層３７で覆われている。表層３１を覆う表面レジスト層３７は、モータ面３０１を形成する。表層３２を覆う表面レジスト層３７は、カバー面３０２を形成する。

ビアには、スルーホールビア（図示せず）とインナービア３５ａ、３６ａが含まれる。スルーホールビアは、表層３１、３２および内層３３の全て（全配線層）を貫通する形状である。インナービア３５ａは、１つの表層３１、３２と、その隣の１つの内層３３に跨って延びる形状である。インナービア３６ａは、表層３１、３２を除き、全ての内層３３に跨って延びる形状である。インナービア３５ａはレーザ加工により形成され、インナービア３６ａはドリル加工により形成されている。

スルーホールビアとインナービア３６ａの内面には、導電部材としてのメッキ３６が施されている。なお、メッキ３６は内部に空間を形成する筒形状である。インナービア３６ａの筒内部には、図示しない非導電部材が詰め込まれている。その一方で、インナービア３５ａには導電部材が埋め込まれている。この導電部材は中実形状であり、以下の説明では中実ビア３５と記載する。中実ビア３５およびメッキ３６は、任意の配線層に形成されている配線パターンどうしを電気接続する。メッキ３６や中実ビア３５の材質の具体例としては銅が挙げられる。

配線層に形成されている配線パターンの一部は、図３に示す各電子部品を接続する配線として機能する。この配線パターンには、インバータ１２０、２２０が有する電力配線パターンと、制御回路が有する制御配線パターンＰ１８、Ｐ１９とが含まれている。電力配線パターンには、先述したグランドパターンＰ１３、Ｐ２３や電源パターンＰ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２が含まれている。さらに電力配線パターンには、図６に示す出力パターンＰ１４ａ、Ｐ１４ｂ等も含まれている。出力パターンＰ１４ａ、Ｐ１４ｂは、上アームＨと下アームＬとモータリレー１２７とを接続する配線パターンである。これらのパターンは、第１系統Ｌ１および第２系統Ｌ２各々に設けられている。

＜グランドパターンの詳細＞
グランドパターンＰ１３、Ｐ２３は、グランドＧ１、Ｇ２の一部を提供するものであり、先述したグランド端子接続部１５２、２５２に電気接続されている。また、グランドパターンＰ１３、Ｐ２３は、カバー面３０２側の表層３２において、機電接続コンデンサ１４２、２４２、および系統間グランド接続コンデンサ４１に電気接続される。グランドパターンＰ１３、Ｐ２３の各々は、モータ面３０１側の表層３１において、コンデンサ１３４、２３４の低電位側端子、およびシャント抵抗１３７〜１３９、２３７〜２３９に電気接続されている。

図４および図５に示すグランドパターンＰ１３、Ｐ２３は、全配線層の各々に設けられたグランドパターンの一部であり、他のグランドパターンは図示省略されている。図示されるグランドパターンＰ１３、Ｐ２３は、内層３３に設けられている。

異なる配線層に設けられた同一系統の電力配線パターン同士は、複数の中実ビア３５とメッキ３６によって接続されている。例えば図４および図５では、シャント抵抗１３７〜２３９の低電位側端子に接続される図示しない表層３１のグランドパターンと、内層３３のグランドパターンＰ１３、Ｐ２３とが、複数の中実ビア３５とメッキ３６によって接続されている。

加えて、図６に示すように、内層３３のグランドパターンＰ１３ｂと、表層３２に設けられたグランドパターンＰ１３ａとが、複数の中実ビア３５で接続されている。また、内層３３の電源パターンＰ１２ａと、表層３２に設けられた電源パターンＰ１２ｂとが、複数の中実ビア３５で接続されている。この中実ビア３５は、板面垂直方向から見て表層３２に形成されたランド３０Ｌと重ならないように配置されている。以下の説明では、このような中実ビア３５を、ランド外中実ビア３５２（ランド外導電部材）と記載する。

ランド外中実ビア３５２と接続されて内層３３どうしを接続するインナービア３６ａのメッキ３６は、以下の説明では内層ビアとも呼ばれる。内層ビアのうちランド外中実ビア３５２に接続される内層ビアは、板面垂直方向から見てランド３０Ｌと重なるように配置されている（図６参照）。

第１系統Ｌ１のグランドパターンＰ１３は、基板３０の板面に対して垂直な方向（板面垂直方向）から見て、電源リレー１３１、１３２、スイッチング素子１２１〜１２６およびシャント抵抗１３７〜１３９の全体を含む形状である。第２系統Ｌ２のグランドパターンＰ２３も同様にして、板面垂直方向から見て、電源リレー２３１、２３２、スイッチング素子２２１〜２２６およびシャント抵抗２３７〜２３９の全体を含む形状である。換言すれば、電源リレー２３１、２３２、スイッチング素子２２１〜２２６およびシャント抵抗２３７〜２３９等の部品の全体が、板面垂直方向から見てグランドパターンＰ１３、Ｐ２３に重畳する。

カバー面３０２に設けられたコイル１３５、２３５およびコンデンサ１３４、２３４についても、板面垂直方向から見て、グランドパターンＰ１３、Ｐ２３に全体が重畳する。表層３１、３２に設けられた部品のうちグランドパターンＰ１３、Ｐ２３に重畳する上記部品群を、グランドパターン重畳部品と呼ぶ。グランドパターン重畳部品に接続された中実ビア３５についても、グランドパターンＰ１３、Ｐ２３に重畳する。例えば、図４および図５に示すように、シャント抵抗２３７〜２３９に接続された中実ビア３５や、電源リレー１３１に接続された中実ビア３５についても、板面垂直方向から見て、グランドパターンＰ１３、Ｐ２３に全体が重畳する。

＜電源パターンの詳細＞
電源パターンＰ１１〜Ｐ２２は、インバータ１２０、２２０の高電位側に接続されて電力供給する。各系統の電源パターンＰ１１〜Ｐ２２は、モータ面３０１側の表層３１において、コンデンサ１３４、２３４の高電位側端子、および電源リレー１３２、２３２に電気接続されている。各系統の電源パターンＰ１１〜Ｐ２２は、スイッチング素子１２１〜１２３、２２１〜２２３の高電位側端子に電気接続されている。

図４および図５に示す電源パターンＰ１１〜Ｐ２２は、全配線層の各々に設けられた電源パターンの一部であり、他の電源パターンは図示省略されている。図示される電源パターンＰ１１、Ｐ２１は、カバー面３０２側の表層３２に設けられている。図示される電源パターンＰ１２、Ｐ２２は、モータ面３０１側の表層３１に設けられている。

異なる配線層に設けられた同一系統の電源パターン同士は、複数の中実ビア３５とメッキ３６によって接続されている。例えば図４および図５では、第１電源リレー１３１、２３１が接続される表層３１の電源パターンＰ１２、Ｐ２２と、表層３２の電源パターンＰ１１、Ｐ２１とが、複数の中実ビア３５とメッキ３６によって接続されている。

表層３２に設けられた第１系統Ｌ１の電源パターンＰ１１は、板面垂直方向から見て、電源端子接続部１５１およびコイル１３５の全体を含む形状である。表層３２に設けられた第２系統Ｌ２の電源パターンＰ２１も同様にして、板面垂直方向から見て、電源端子接続部２５１およびコイル２３５の全体を含む形状である。換言すれば、電源端子接続部１５１、２５１およびコイル１３５、２３５の全体が、板面垂直方向から見て電源パターンＰ１１、Ｐ２１に重畳する。

表層３１に設けられた第１系統Ｌ１の電源パターンＰ１２は、板面垂直方向から見て、スイッチング素子１２１〜１２３および電源リレー１３１、１３２の全体を含む形状である。表層３１に設けられた第２系統Ｌ２の電源パターンＰ２２も同様にして、板面垂直方向から見て、スイッチング素子２２１〜２２３および電源リレー２３１、２３２の全体を含む形状である。換言すれば、スイッチング素子１２１〜２２３および電源リレー１３１〜２３２の全体が、板面垂直方向から見て電源パターンＰ１２、Ｐ２２に重畳する。

表層３１に設けられた部品のうち電源パターンＰ１２、Ｐ２２に重畳する上記部品群を、電源パターン重畳部品と呼ぶ。電源パターン重畳部品に接続された中実ビア３５についても、電源パターンＰ１２、Ｐ２２に重畳する。例えば、図４および図５に示すように、電源リレー１３１、２３１に接続された中実ビア３５についても、板面垂直方向から見て電源パターンＰ１１〜Ｐ２２に重畳する。

第１系統Ｌ１のグランドパターンＰ１３は、板面垂直方向から見て、第１系統Ｌ１の電源パターンＰ１１、Ｐ１２の全体を含む形状である。第２系統Ｌ２のグランドパターンＰ２３も同様にして、板面垂直方向から見て、第２系統Ｌ２の電源パターンＰ２１、Ｐ２２の全体を含む形状である。換言すれば、電源パターンＰ１１〜Ｐ２２の全体が、板面垂直方向から見てグランドパターンＰ１３、Ｐ２３に重畳する。

先述した通り、回転角センサ２９は、基板３０のうち回転軸８７０が挿通配置される開口部８３７ａに対向する領域（開口対向領域）に配置されている。そして、電源パターンおよびグランドパターンは、板面垂直方向から見て、回転角センサ２９と重畳しない位置に配置されている。

＜中実ビアの配置＞
上述した複数の中実ビア３５には、板面垂直方向から見て、スイッチング素子１２１〜１２６、２２１〜２２６の外側に配置されたものが含まれている。以下の説明では、このような中実ビア３５を、外側中実ビア３５１（外側導電部材）と記載する。外側中実ビア３５１は、スイッチング素子が実装された表層３１、３２の電力配線パターンと、その隣に位置する内層３３の電力配線パターンとを接続する。

図６に示す例では、スイッチング素子１２１、１２４（電力用素子）が実装される表層３３に形成された出力パターンＰ１４ａと、その隣の内層３３に形成された出力パターンＰ１４ｂとが、外側中実ビア３５１により接続されている。

図７に示すように、板面垂直方向から見たスイッチング素子１２１、１２４の形状は矩形である。このような矩形の外形ラインに沿って、外側中実ビア３５１は複数並べて配置されている。複数の外側中実ビア３５１は、スイッチング素子１２１、１２４を取り囲むように環状に並べて配置されている。図７の例では、スイッチング素子１２１、１２４周りに１列に矩形に並べられた外側中実ビア３５１と、それらの外側中実ビア３５１のさらに外側に１列に矩形に並べられた外側中実ビア３５１とが設けられている。つまり、スイッチング素子１２１、１２４の周りに２列の外側中実ビア３５１が設けられている。

１列目の外側中実ビア３５１とスイッチング素子１２１、１２４との距離は、外側中実ビア３５１の最大径より小さい。１列目の外側中実ビア３５１と２列目の外側中実ビア３５１との距離は、外側中実ビア３５１の最大径より小さい。外側中実ビア３５１によって接続される出力パターンＰ１４ａ、Ｐ１４ｂは、上アームのスイッチング素子１２１と下アームのスイッチング素子１２４を接続する。

＜作用効果＞
ここで、電力配線パターンＰ１１〜Ｐ２３、Ｐ１２ａ、Ｐ１２ｂ、Ｐ１３ａ、Ｐ１３ｂ、Ｐ１４ａ、Ｐ１４ｂの配線では、大電流を流すことによる発熱を低減させるべく、配線を厚くしてインピーダンスを下げることが望ましい。しかし、配線を厚くすると、基板製造制約により配線幅や配線ギャップが大きくなってしまい、微細な配線ができなくなる。そのため、高密度レイアウトが要求される制御配線パターンＰ１２ａ、Ｐ１２ｂの配線には不向きである。したがって、電力変換回路と制御回路の両方を同一基板に設けて小型化を図ろうとすると、電力配線パターンと制御配線パターンが同一基板に混在することとなる。よって、インピーダンス低下と配線微細化の両立が課題となる。

この点を鑑み、本実施形態によれば、電力配線パターンＰ１１〜Ｐ２３、Ｐ１２ａ、Ｐ１２ｂ、Ｐ１３ａ、Ｐ１３ｂ、Ｐ１４ａ、Ｐ１４ｂおよび制御配線パターンＰ１８、Ｐ１９の両方が設けられる基板３０に、多層基板が用いられる。そして、多層基板の異なる層に配置された各々の電力配線パターンが、ビア３５ａに設けられた中実形状の導電部材（中実ビア３５）で電気接続される。

これによれば、複数層の電力配線パターンを、１層の厚い配線と同等のインピーダンスにできる。しかも、上記ビアを中実ビア３５にしているので、膜状ビアの場合に比べて、さらに低インピーダンスにできる。つまり、電力配線パターンを厚くすることなくインピーダンスを低下でき、電力配線パターンに大電流を流すことによる発熱を低減できる。それでいて、電力配線パターンが厚くなることを抑制できるので、制御配線パターンＰ１８、Ｐ１９については配線幅や配線ギャップを小さくでき、微細な配線が可能となる。

さらに本実施形態によれば、多層基板の表層３１、３２には、電力変換回路が有するスイッチング素子１２１、１２４（電力用素子）が実装されている。そして、中実ビア３５には、板面垂直方向から見て電力用素子の外側に配置され、電力用素子の外形ラインに沿って複数並べて配置された外側中実ビア３５１（外側導電部材）が含まれている。これによれば、電力用素子を流れる電流の通り道に外側中実ビア３５１が位置することになるので、インピーダンス低下の効果が顕著に発揮される。

さらに本実施形態によれば、複数の外側中実ビア３５１は、電力用素子を取り囲むように環状に並べて配置されている。そのため、上記インピーダンス低下の効果がより一層発揮される。加えて、電力用素子で生じた熱を、電力用素子から外側中実ビア３５１へ瞬時的に逃がして蓄えさせることができる。例えばＥＰＳ８の場合、瞬時的に大電流が流れるので、瞬時的に電力用素子が高温になることが懸念される。この懸念に対し、上述の如く外側中実ビア３５１へ瞬時的に熱を蓄えさせることで、電力用素子が高温になることを抑制できる。仮に放熱部材を備える場合であっても、電力用素子から放熱部材へ瞬時的に移動できる熱量には限界がある。そのような場合であっても、外側中実ビア３５１を放熱のバッファとして機能させることで、電力用素子の昇温を抑制できる。

さらに本実施形態では、電力変換回路は、車両の操舵力を発揮するＥＰＳ８のモータ８０へ電力を供給するものである。ＥＰＳ８用のモータ８０は、大電流が瞬時的に流れる特性があるため、上記インピーダンス低下の効果がより一層発揮される。

さらに本実施形態では、多層基板の内層３３どうしを接続する内層ビアのうち、ランド外中実ビア３５２（ランド外導電部材）に接続されている内層ビアは、板面垂直方向から見てランド３０Ｌと重ならないように配置されている。これによれば、中実ビア３５をランド３０Ｌの外に配置できるので、中実ビア３５をレーザで形成する際に、レーザ加工の熱がランド３０Ｌを損傷させるおそれを低減できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、板面垂直方向から見てランド３０Ｌと重ならないように配置されたランド外中実ビア３５２（ランド外導電部材）が、中実ビア３５に含まれている。これに対し本実施形態では、図８に示すように、板面垂直方向から見てランド３０Ｌと重なるように配置されたランド内中実ビア３５４（ランド内導電部材）が含まれている。なお、図８に例示するランド３０Ｌは、基板３０の表層３２に形成されてコンデンサ１３４に接続されるものである。ランド３０Ｌは図８の紙面垂直方向に延びる形状であり、ランド内中実ビア３５４も、ランド３０Ｌの形状に沿って、紙面垂直方向に複数並べて配置されている。

これによれば、板面垂直方向から見てランド３０Ｌと重なるようにランド内中実ビア３５４が配置されている。そのため、ランド３０Ｌ周辺に中実ビア３５を配置する場合に比べて、ランド３０Ｌ周辺に配線パターンや部品を配置するスペースを確保しやすくできる。

（第３実施形態）
本実施形態では、図９に示すように、ＥＣＵ１０は、金属製の放熱部材８５０とゲル８５１（変形伝熱材）を備える。放熱部材８５０は、基板３０周囲の空気と熱交換する空冷式の熱交換器であってもよいし、循環する冷却水と熱交換する水冷式の熱交換器であってもよい。

ゲル８５１は、電力用素子や基板３０の表面と、放熱部材８５０との間に、変形した状態で配置されている。ゲル８５１は、電力用素子、基板３０および放熱部材８５０に密着している。上記変形は塑性変形であるが、弾性変形して密着する変形伝熱材をゲル８５１に替えて用いてもよい。このようにゲル８５１が密着することで、電力用素子や基板３０の熱はゲル８５１を通じて放熱部材８５０に伝わり、空気や冷却水に放熱される。

中実ビア３５（導電部材）には、板面垂直方向から見て、基板３０のうちゲル８５１が密着する領域と重なるように配置された中実ビア３５３が含まれている。以下の説明では、このような中実ビア３５を、放熱中実ビア３５３（放熱導電部材）と記載する。なお、電力用素子の周囲に配置された外側中実ビア３５１は、放熱中実ビアとしても機能する。

図９および図１０の例では、基板３０のうち、２つのスイッチング素子１２１、１２４間の領域が、ゲル８５１が密着する領域に相当する。この領域の半分以上の面積が、放熱中実ビア３５３によって占められている。

以上により、本実施形態によれば、ゲル８５１が密着する領域に複数の放熱中実ビア３５３が設けられている。これらの放熱中実ビア３５３は、絶縁層３４に比べて熱伝導性に優れている。そのため、本実施形態によれば、出力パターンＰ１４ｂ等の内層３３に位置する電力配線パターンの熱が、放熱中実ビア３５３を通じてゲル８５１へ伝わりやすくなる。よって、内層３３に位置する電力配線パターンの放熱性を向上でき、ひいては基板３０の放熱性を向上できる。

（他の実施形態）
以上、本開示の複数の実施形態について説明したが、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。

上記各実施形態では、中実ビア３５は、隣り合う層に配置された電力配線パターンを接続しているが、離れた層の電力配線パターンを接続するものであってもよい。上記各実施形態に係る外側中実ビア３５１、ランド外中実ビア３５２、放熱中実ビア３５３およびランド内中実ビア３５４の全てが基板３０に形成されていてもよい。また、これらの中実ビアの少なくとも１つが形成されていてもよい。或いは、これらの中実ビアのいずれにも該当しない中実ビア３５を備え、他の中実ビアを廃止した構成であってもよい。

図８に示す実施形態では、電源パターンおよびグランドパターンの両方が、板面垂直方向から見て回転角センサ２９と重畳しない位置に配置されている。これに対し、電源パターンおよびグランドパターンの少なくとも一方が、回転角センサ２９と重なる配置であってもよい。

図２に示す例では、リアフレームエンド８３７に開口部８３７ａが形成され、その開口部８３７ａに回転軸８７０が挿通配置されている。そして、回転軸８７０の先端に取り付けられたマグネット８７５が、開口部８３７ａから露出して回転角センサ２９に対向している。これに対し、上記開口部８３７ａが廃止され、回転角センサ２９とマグネット８７５の間にリアフレームエンド８３７の一部が介在していてもよい。但し、この場合であっても、回転軸８７０の中心線Ａｘ上に回転角センサ２９を配置することが望ましい。

図１に示す実施形態では、電力変換装置は、ＥＰＳ８用のモータ８０を電力供給対象としている。これに対し、例えば車両走行用のモータ等、他のモータを電力供給対象としてもよい。また、上記第１実施形態では、基板３０に設けられる電力変換回路に、インバータ１２０、２２０を構成する回路が適用されているが、昇圧回路が適用されてもよい。

図３に示す実施形態では、駆動装置１のうち第１系統Ｌ１を構成する部品と第２系統Ｌ２を構成する部品とが、１枚の基板３０に実装されている。これに対し、これらの部品を複数の基板に分けて実装してもよい。第１系統Ｌ１を構成する部品には、第１インバータ１２０、第１モータリレー１２７〜１２９、第１電源リレー１３１、１３２、第１コンデンサ１３４および第１コイル１３５等が挙げられる。第２系統Ｌ２を構成する部品には、第２インバータ２２０、第２モータリレー２２７〜２２９、第２電源リレー２３１、２３２、第２コンデンサ２３４および第２コイル２３５等が挙げられる。

図３に示す実施形態では、スイッチング素子１２１〜１２６、モータリレー１２７〜１２９および電源リレー１３１、１３２は、いずれもＭＯＳＦＥＴである。これに対し、ＩＧＢＴやサイリスタ等であってもよい。また、電源リレー１３１、１３２はメカリレーであってもよい。また、第２系統Ｌ２についても第１系統Ｌ１と同様にして、ＭＯＳＦＥＴに替えてＩＧＢＴやサイリスタ、メカリレーであってもよい。

図３に示す実施形態では、系統間グランド接続コンデンサ４１を備えているが、この系統間グランド接続コンデンサ４１は廃止されていてもよい。図３に示す実施形態では、機電接続コンデンサ１４２、２４２を備えているが、これらの機電接続コンデンサ１４２、２４２は廃止されていてもよい。この場合、系統毎のグランドパターンまたは系統毎の電源パターンが、スリット３０５により分離された各領域に分けて配置されることを、廃止してもよい。

なお、系統間グランド接続コンデンサ４１は、基板３０に実装され、系統ごとのグランドを電気的に接続する。これにより、モータ巻線１８０、２８０等を経由して他系統側に伝搬したノイズを、基板３０上にて、自系統に帰還させる経路を形成することができる。また、機電接続コンデンサ１４２、２４２は、ハウジング接続パターン１５６、１５７、２５６、２５７と、基板３０のグランドパターンとを接続する。これにより、モータ８０側に伝搬したノイズを、インバータ１２０、２２０を含むＥＣＵ１０側に帰還させる低インピーダンスの経路を形成することができる。したがって、車両等、駆動装置１の外部へのノイズの伝搬を低減することができる。

上記第１実施形態では、１枚の共通した基板３０に、電力変換回路と、電力変換回路の作動を制御する制御回路とが設けられている。電力変換回路はインバータ１２０、２２０により提供され、制御回路は、マイコン１７０、２７０およびプリドライバ１７６、２７６により提供される。そして、基板３０に、電力変換回路が有する電力配線パターンと、制御回路が有する制御配線パターン（図示せず）の両方が形成されている。電力配線パターンの具体例としては、グランドパターンＰ１３、Ｐ２３や電源パターンＰ１１、Ｐ２１等が挙げられる。これに対し、電力変換回路と制御回路とを別々の基板に設けてもよい。但し、中実ビア３５が形成される基板３０は、電力配線パターンの少なくとも一部と、制御配線パターンの少なくとも一部とを有する。

上記第１実施形態では、２系統の電力変換回路の各々に対して制御回路が備えられており、制御回路についても２系統に構成されている。これに対し、２系統の電力変換回路の各々に対して制御回路が共通化されており、制御回路については１系統に構成されていてもよい。また、電力変換回路を含めて全て１系統の構成としてもよい。

１２０ 電力変換回路、 １２１、１２４、１２７、１３４、１３７ 電力用素子、 １７０、１７６ 制御回路、 ２２０ 電力変換回路、 ２７０、２７６ 制御回路、 ３０ 多層基板、 ３０Ｌ ランド、 ３１、３２ 表層、 ３５ 導電部材、 ３５１ 外側導電部材、 ３５２ ランド外導電部材、 ３５３ 放熱導電部材、 ３５４ ランド内導電部材、 ３５ａ ビア、 ３６ａ 内層ビア、 ８０ モータ、 ８５１ 変形伝熱材、 Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３ 電力配線パターン、 Ｐ１８、Ｐ１９ 制御配線パターン、 Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３ 電力配線パターン。

Claims (7)

1. 供給される電力を変換して出力する電力変換回路（１２０、２２０）と、
   前記電力変換回路の作動を制御する制御回路（１７０、１７６、２７０、２７６）と、
   前記電力変換回路が有する電力配線パターン（Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３）、および前記制御回路が有する制御配線パターン（Ｐ１８、Ｐ１９）が形成された多層基板（３０）と、
   前記多層基板の異なる層に配置された各々の前記電力配線パターンに跨って延びるビア（３５ａ）と、
   各々の前記電力配線パターンを電気接続するよう、前記ビアに設けられた中実形状の導電部材（３５、３５２、３５３、３５４）と、
   を備える電力変換装置。
2. 前記多層基板の表層（３１、３２）には、前記電力変換回路が有する電力用素子（１２１、１２４）が実装されており、
   前記導電部材には、前記多層基板の板面に対して垂直な方向から見て前記電力用素子の外側に配置され、かつ、前記電力用素子の外形ラインに沿って複数並べて配置された外側導電部材（３５１）が含まれている、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 複数の前記外側導電部材は、前記電力用素子を取り囲むように環状に並べて配置されている、請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記導電部材には、前記多層基板の板面に対して垂直な方向から見て前記多層基板の表層（３１、３２）に形成されたランド（３０Ｌ）と重なるように配置されて、前記ランドに接続されたランド内導電部材（３５４）が含まれている、請求項１〜３のいずれか１つに記載の電力変換装置。
5. 前記導電部材には、前記多層基板の板面に対して垂直な方向から見て前記多層基板の表層（３１、３２）に形成されたランド（３０Ｌ）と重ならないように配置されて、前記ランドに接続されたランド外導電部材（３５２）が含まれており、
   前記多層基板の内層どうしを接続する内層ビア（３６ａ）のうち、前記ランド外導電部材に接続された内層ビアは、前記多層基板の板面に対して垂直な方向から見て前記ランドと重なるように配置されている、請求項１〜４のいずれか１つに記載の電力変換装置。
6. 前記電力変換回路が有する電力用素子（１２１、１２４）に変形して密着するとともに、前記多層基板にも変形して密着する変形伝熱材（８５１）を備え、
   前記導電部材には、前記多層基板の板面に対して垂直な方向から見て、前記多層基板のうち前記変形伝熱材が密着する領域と重なるように配置された放熱導電部材（３５３）が含まれている、請求項１〜５のいずれか１つに記載の電力変換装置。
7. 前記電力変換回路は、車両の操舵力を発揮するモータ（８０）へ電力を供給するものである、請求項１〜６のいずれか１つに記載の電力変換装置。

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