JP6516357B2 - 電力変換用回路基板及び電動圧縮機 - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換用回路基板及び電動圧縮機に関する。
車載用空気調和機は、例えば、車両内の限られた空間に各種構成機器を収容する必要性から、高い省スペース性が要求されている。このため、近年、省スペース性を高める目的で、車載用空気調和機を構成する圧縮機と、圧縮機を駆動するためのモータと、圧縮機を制御するための回路基板と、が一体に構成された一体型電動圧縮機が提供されている（例えば、特許文献１、２参照）。
上述のような車載用電動圧縮機においては、圧縮機、モータ及び回路基板の各々が互いに密接した状態となる。したがって、運転時において、回路基板に伝わる振動の度合いが大きくなる。そのため、省スペース化が進められるにつれ、回路基板には一層高い振動耐性が求められる。
また、その一方で、電動圧縮機から生じ得る電磁ノイズの外部機器への影響に関しては、一層低減されることが望まれている。
また、その一方で、電動圧縮機から生じ得る電磁ノイズの外部機器への影響に関しては、一層低減されることが望まれている。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、電磁ノイズの外部機器への影響を低減可能とし、更に、振動耐性の向上を図ることができる電力変換用回路基板及び電動圧縮機を提供することにある。
本発明の一態様は、直流を交流に変換する電力変換用回路が搭載された基板であって、低電圧が印加される低電圧回路と、高電圧が印加される高電圧回路と、が同一の基板表面の異なるエリアにそれぞれ分かれて配置され、前記基板表面の少なくとも四隅及び当該四隅以外の箇所に、固定穴と、当該固定穴の縁に設けられた接地用のランドとが形成されており、前記高電圧回路は、電源配線と接地配線との間に直列接続された複数のコンデンサ素子からなる直列コンデンサ群を有し、前記高電圧回路における前記接地配線上において、前記固定穴の縁に設けられた接地用のランドを通じて接地される位置と、前記直列コンデンサ群が接続される位置とが近接する電力変換用回路基板である。
このようにすることで、他部品に固定（ねじ止め）される位置が増すため、電力変換用回路基板の、他部品の筐体に対する固定性能が向上する。また、接地用のランドを通じて接地される位置が基板表面全体に分布することから、接地配線における接地電位が一層安定化する。したがって、電磁ノイズの外部機器への影響を低減可能とし、更に、振動耐性の向上を図ることができる。
このようにすることで、他部品に固定（ねじ止め）される位置が増すため、電力変換用回路基板の、他部品の筐体に対する固定性能が向上する。また、接地用のランドを通じて接地される位置が基板表面全体に分布することから、接地配線における接地電位が一層安定化する。したがって、電磁ノイズの外部機器への影響を低減可能とし、更に、振動耐性の向上を図ることができる。
また、このようにすることで、一のコンデンサ素子ごとに印加される電圧が分圧されて低減されるので、高電圧回路としての耐圧性能を高めることができる。
また、このようにすることで、高電圧回路における接地配線上において、固定穴の縁に設けられたランドを通じて接地される位置と、直列コンデンサ群が接続される位置と、が近接する。これにより、高電圧回路の接地配線全体の接地電位が一層安定化するため、電磁ノイズの外部機器への影響を一層抑制することができる。
また、本発明の一態様によれば、前記直列コンデンサ群は、基板の表面側及び裏面側における同一の位置にそれぞれ実装され、前記表面側及び前記裏面側における同一の位置に実装される２組の前記直列コンデンサ群は、複数の前記コンデンサ素子の配置パターンが互いに同一となるように実装されている。
このようにすることで、表面側及び裏面側の直列コンデンサ群が有する容量値を、その配置パターンに応じた浮遊容量をも含めて同一化することができる。
このようにすることで、表面側及び裏面側の直列コンデンサ群が有する容量値を、その配置パターンに応じた浮遊容量をも含めて同一化することができる。
また、本発明の一態様は、上述の電力変換用回路基板において、前記高電圧回路のうち、高電圧入力端子からスイッチング素子までの配線が前記基板表面に形成されるとともに、前記スイッチング素子から高電圧出力端子までの配線が前記基板表面から所定距離だけ空けて設けられたバスバーで構成されている。
このような構成とすることで、スイッチング素子の駆動により生じる電磁ノイズが、基板表面に形成された配線と、基板表面から所定距離だけ空けて設けられたバスバーとの間で吸収され、電磁ノイズが外部に放射されることを抑制することができる。
このような構成とすることで、スイッチング素子の駆動により生じる電磁ノイズが、基板表面に形成された配線と、基板表面から所定距離だけ空けて設けられたバスバーとの間で吸収され、電磁ノイズが外部に放射されることを抑制することができる。
また、本発明の一態様は、上述の電力変換用回路基板において、前記高電圧入力端子から前記スイッチング素子までの配線と、前記スイッチング素子から高電圧出力端子までの配線と、が交差するように配置されている。
このような構成とすることで、スイッチング素子の駆動により生じる電磁ノイズが、各々が互いに交差する部分で効果的に吸収され、電磁ノイズが外部に放射されることを一層抑制することができる。また、両者が重なる領域を設けることで、電力変換用回路基板のうち高電圧回路が占める領域をコンパクトに一つにまとめることができる。したがって、電力変換用回路基板全体を一層省スペース化させることができる。
このような構成とすることで、スイッチング素子の駆動により生じる電磁ノイズが、各々が互いに交差する部分で効果的に吸収され、電磁ノイズが外部に放射されることを一層抑制することができる。また、両者が重なる領域を設けることで、電力変換用回路基板のうち高電圧回路が占める領域をコンパクトに一つにまとめることができる。したがって、電力変換用回路基板全体を一層省スペース化させることができる。
また、本発明の一態様は、上述の電力変換用回路基板と、前記電力変換用回路基板から供給される交流電力に基づいて動作するモータと、を備える電動圧縮機である。
上述の電力変換用回路基板及び電動圧縮機によれば、電磁ノイズの外部機器への影響を低減可能とし、更に、振動耐性の向上を図ることができる。
＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板について、図１〜図６を参照しながら説明する。
以下、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板について、図１〜図６を参照しながら説明する。
（全体構造）
図１は、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板の斜視図である。
また、図２は、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板の平面図である。
また、図３は、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板の底面図である。
また、図４は、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板の側面図である。
また、図５は、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板の正面図である。
第１の実施形態に係る電力変換用回路基板１は、入力端子（後述）を通じて外部から供給された直流電力を三相交流電力に変換するインバータを構成する回路基板である。ここで、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板１は、当該電力変換用回路基板１が出力する三相交流電力に基づいて動作する交流モータとともに、電動圧縮機に一体に搭載される。
この電動圧縮機は、例えば、車両に搭載される空気調和機（カーエアコン）に利用される。この場合、電動圧縮機（電力変換用回路基板１）は、車両に搭載されたバッテリー等から直流電力の入力を受け付ける。
図１は、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板の斜視図である。
また、図２は、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板の平面図である。
また、図３は、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板の底面図である。
また、図４は、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板の側面図である。
また、図５は、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板の正面図である。
第１の実施形態に係る電力変換用回路基板１は、入力端子（後述）を通じて外部から供給された直流電力を三相交流電力に変換するインバータを構成する回路基板である。ここで、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板１は、当該電力変換用回路基板１が出力する三相交流電力に基づいて動作する交流モータとともに、電動圧縮機に一体に搭載される。
この電動圧縮機は、例えば、車両に搭載される空気調和機（カーエアコン）に利用される。この場合、電動圧縮機（電力変換用回路基板１）は、車両に搭載されたバッテリー等から直流電力の入力を受け付ける。
図１〜図５に示すように、電力変換用回路基板１は、基板本体部１０と、バスバー支持部材２０と、を備えている。
基板本体部１０は、直流を交流に変換する電力変換用回路（インバータ）を構成するための種々の回路素子が実装された回路基板である。図１等に示すように、基板本体部１０の基板表面（＋Ｚ方向側の面及び−Ｚ方向側の面の両方を含む）には、高電圧が印加される高電圧回路１０ａの一部と、低電圧が印加される低電圧回路１０ｂと、が異なるエリアにそれぞれ分かれて配置されている。
高電圧回路１０ａは、図示しない交流モータを駆動させるために必要な高電圧が印加される大電力系の回路である。具体的には、高電圧回路１０ａには、車両に搭載されるバッテリー等から入力される直流高電圧が印加される。入力された直流高電圧は、スイッチング素子ＳＷを経て、交流モータを駆動するための三相交流電力に変換される。
各スイッチング素子ＳＷは、低電圧回路１０ｂ（後述）からの駆動信号（ゲート入力）に基づいて、電流を流すＯＮ状態、電流を遮断するＯＦＦ状態に切り替わる。スイッチング素子ＳＷは、三相交流をなすＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々に対応してそれぞれ２つずつ設けられる。したがって、基板本体部１０の基板表面には計６個のスイッチング素子ＳＷが実装される。各スイッチング素子ＳＷが規定されたタイミングでＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことで、交流モータに三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力が供給される。
なお、スイッチング素子ＳＷとしては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が代表的であるが、その他、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field effect transistor）等であってもよい。
各スイッチング素子ＳＷは、低電圧回路１０ｂ（後述）からの駆動信号（ゲート入力）に基づいて、電流を流すＯＮ状態、電流を遮断するＯＦＦ状態に切り替わる。スイッチング素子ＳＷは、三相交流をなすＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々に対応してそれぞれ２つずつ設けられる。したがって、基板本体部１０の基板表面には計６個のスイッチング素子ＳＷが実装される。各スイッチング素子ＳＷが規定されたタイミングでＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことで、交流モータに三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力が供給される。
なお、スイッチング素子ＳＷとしては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が代表的であるが、その他、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field effect transistor）等であってもよい。
一方、低電圧回路１０ｂは、高電圧回路１０ａよりも低電圧で動作する小信号系の回路である。具体的には、低電圧回路１０ｂには、マイコン等の制御用チップや電流センサ等の各種センサが実装され、直流低電圧が印加されることで動作する。低電圧回路１０ｂに実装されたマイコンは、例えば、各スイッチング素子ＳＷに対し、各種センサの検出結果に応じた所定の駆動信号を出力することで、状況に合わせた所望の三相交流電力が生成されるように制御する。
なお、第１の実施形態に係る基板本体部１０は、複数の層が積層されてなる多層配線基板とされる。基板本体部１０のうち高電圧回路１０ａが実装されたエリアでは、少なくとも、上記高電圧が印加される電源配線がパターニングされた電源パターン層と、接地される接地配線がパターニングされたＧＮＤ（グランド）パターン層とが積層されてなる。
（高電圧回路の構造）
次に、図１〜図５を参照しながら、高電圧回路１０ａの構造についてより詳細に説明する。
図１〜図５に示すように、高電圧回路１０ａは、高電圧入力端子１０ａ１と、ＲＣ回路１０ａ２と、スイッチング素子ＳＷと、バスバー支持部材２０と、キャパシタＣと、インダクタＬと、が電気的に接続されてなる。
なお、以下の説明においては、主に、電力変換用回路基板１を底面側（−Ｚ方向側）から見た図３を参照しながら説明する。ここで、図３における＋Ｘ方向側を左側（左端側）、−Ｘ方向側を右側（右端側）等と表記し、また、＋Ｙ方向側を上側（上端側）、−Ｙ方向側を下側（下端側）等と表記する。
次に、図１〜図５を参照しながら、高電圧回路１０ａの構造についてより詳細に説明する。
図１〜図５に示すように、高電圧回路１０ａは、高電圧入力端子１０ａ１と、ＲＣ回路１０ａ２と、スイッチング素子ＳＷと、バスバー支持部材２０と、キャパシタＣと、インダクタＬと、が電気的に接続されてなる。
なお、以下の説明においては、主に、電力変換用回路基板１を底面側（−Ｚ方向側）から見た図３を参照しながら説明する。ここで、図３における＋Ｘ方向側を左側（左端側）、−Ｘ方向側を右側（右端側）等と表記し、また、＋Ｙ方向側を上側（上端側）、−Ｙ方向側を下側（下端側）等と表記する。
高電圧入力端子１０ａ１は、基板本体部１０の裏面側（−Ｚ方向側）の基板表面であって、かつ、基板本体部１０の左端側（＋Ｘ方向側）に実装される（図３参照）。高電圧入力端子１０ａ１には別途搭載されたバッテリーが電気的に接続され、当該バッテリーから直流高電圧が印加される。なお、高電圧入力端子１０ａ１が実装される面の反対側（＋Ｚ方向側）の基板表面には、高電圧用のキャパシタＣとインダクタＬとが実装されている（図２参照）。高電圧用のキャパシタＣとインダクタＬによりバッテリーからの直流高電圧の安定化が図られている。
高電圧入力端子１０ａ１から入力された直流高電圧は、高電圧回路１０ａの右端側（−Ｘ方向側）に配置されたＲＣ回路１０ａ２を経て、同じく右端側に実装された６個のスイッチング素子ＳＷに入力される。
高電圧入力端子１０ａ１から入力された直流高電圧は、高電圧回路１０ａの右端側（−Ｘ方向側）に配置されたＲＣ回路１０ａ２を経て、同じく右端側に実装された６個のスイッチング素子ＳＷに入力される。
ＲＣ回路１０ａ２は、抵抗素子とキャパシタ素子とが電気的に接続されてなる回路であって、フィルタとして機能する。ＲＣ回路１０ａ２は、基板本体部１０の基板表面であって、少なくともその一部が、後述するバスバー支持部材２０と基板本体部１０との間の空間に実装されている（図３等参照）。
６個のスイッチング素子ＳＷは、基板本体部１０においてＲＣ回路１０ａ２の下側（−Ｙ方向側）に実装される。
バスバー支持部材２０は、基板本体部１０の裏面側（−Ｚ方向側）の基板表面であって、かつ、６個のスイッチング素子ＳＷが実装されたエリアの左側（＋Ｘ方向側）に隣接するように配置される。
バスバー支持部材２０は、基板本体部１０の裏面側の基板表面から所定距離だけ間隔を空けた位置に配置される（図４参照）。バスバー支持部材２０の内部には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各々に対応する３本のバスバーが実装されている。
バスバー支持部材２０の内部に実装される３本のバスバーは、基板本体部１０の基板表面から一定距離を保ちながら、バスバー支持部材２０の下端側（−Ｙ方向側）に位置するバスバー接続端子２０ａから、バスバー支持部材２０の上端側（＋Ｙ方向側）に位置する高電圧出力端子２０ｂにかけて延在する。その際、上記３本のバスバーは、基板本体部１０の基板表面における左端側から右端側にかけて実装された高電圧回路１０ａの上空を横切るように配置される。
バスバー支持部材２０は、基板本体部１０の裏面側の基板表面から所定距離だけ間隔を空けた位置に配置される（図４参照）。バスバー支持部材２０の内部には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各々に対応する３本のバスバーが実装されている。
バスバー支持部材２０の内部に実装される３本のバスバーは、基板本体部１０の基板表面から一定距離を保ちながら、バスバー支持部材２０の下端側（−Ｙ方向側）に位置するバスバー接続端子２０ａから、バスバー支持部材２０の上端側（＋Ｙ方向側）に位置する高電圧出力端子２０ｂにかけて延在する。その際、上記３本のバスバーは、基板本体部１０の基板表面における左端側から右端側にかけて実装された高電圧回路１０ａの上空を横切るように配置される。
バスバー支持部材２０の内部に実装される３本のバスバーは、バスバー接続端子２０ａにおいて基板本体部１０の基板表面に実装された配線と電気的に接続される。スイッチング素子ＳＷのＯＮ／ＯＦＦ駆動により生成された各相の交流電力は、バスバー接続端子２０ａを介して対応する各バスバーに入力される。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各々に対応する交流電力は、バスバー支持部材２０の下端側に位置するバスバー接続端子２０ａから上端側にかけて延在するバスバーを経て、各相の高電圧出力端子２０ｂから出力される。
このように、電力変換用回路基板１に実装される高電圧回路１０ａは、当該電力変換用回路基板１を底面側から見た場合に、高電圧回路１０ａのうち高電圧入力端子１０ａ１からスイッチング素子ＳＷまでの配線と、スイッチング素子ＳＷから高電圧出力端子２０ｂまでの配線と、が互いに交差するように配置される。
このように、電力変換用回路基板１に実装される高電圧回路１０ａは、当該電力変換用回路基板１を底面側から見た場合に、高電圧回路１０ａのうち高電圧入力端子１０ａ１からスイッチング素子ＳＷまでの配線と、スイッチング素子ＳＷから高電圧出力端子２０ｂまでの配線と、が互いに交差するように配置される。
また、第１の実施形態に係る基板本体部１０は、電磁ノイズの低減の目的で設けられたコンデンサ素子であって、高電圧回路１０ａにおける高電圧が印加される電源配線と、接地される接地配線と、の間に接続された複数の直列コンデンサ群１０ａ３を有している。直列コンデンサ群１０ａ３は、複数（例えば５個）のコンデンサ素子（１素子当たり、例えば数千ｐＦオーダ）が直列に接続されてなる（図２、図３参照）。各コンデンサ素子は、例えば、一般的なセラミックコンデンサ等であってよい。
図２、図３等に示すように、本実施形態において、直列コンデンサ群１０ａ３は、基板本体部１０の表面側（＋Ｚ方向側の面）及び基板本体部１０の裏面側（−Ｚ方向側の面）における同一の位置（＋Ｚ方向側又は−Ｚ方向側から見て互いに重なる位置）にそれぞれ実装されている。また、表面側及び裏面側の同一の位置に実装された２組の直列コンデンサ群１０ａ３は、複数のコンデンサ素子の配置パターンが互いに同一となるように実装されている。
また、第１の実施形態に係る基板本体部１０には、図示しない電動圧縮機の筐体に取り付けるための固定穴１１が設けられている。電力変換用回路基板１は、固定穴１１を通して電動圧縮機の筐体にねじ止めされる。
固定穴１１は、基板本体部１０の四隅の各々に一つずつの他、基板本体部１０の中央寄りにも複数設けられている（図２、図３参照）。固定穴１１の縁には、接地配線に接続された接地用のランドが設けられている。これにより、固定穴１１がねじ止めされることで、当該固定穴１１の縁に設けられた接地用のランドを通じて、電力変換用回路基板１が接地される。
また、上述の直列コンデンサ群１０ａ３は、固定穴１１の各々に対応して、当該固定穴１１の近傍に実装されている（図２、図３参照）。
固定穴１１は、基板本体部１０の四隅の各々に一つずつの他、基板本体部１０の中央寄りにも複数設けられている（図２、図３参照）。固定穴１１の縁には、接地配線に接続された接地用のランドが設けられている。これにより、固定穴１１がねじ止めされることで、当該固定穴１１の縁に設けられた接地用のランドを通じて、電力変換用回路基板１が接地される。
また、上述の直列コンデンサ群１０ａ３は、固定穴１１の各々に対応して、当該固定穴１１の近傍に実装されている（図２、図３参照）。
（直列コンデンサ群の特性）
図６は、第１の実施形態に係る直列コンデンサ群の特性を説明する図である。
図６（ａ）に示すグラフは、電力変換用回路基板１から生じる電磁ノイズの周波数特性の例を示している（縦軸はノイズ強度［ｄＢ］、横軸は周波数［Ｈｚ］）。また、図６（ｂ）に示すグラフは、直列コンデンサ群１０ａ３を構成する各コンデンサ素子のインピーダンスの周波数特性の例を示している（縦軸はインピーダンス［Ω］、横軸は周波数［Ｈｚ］）。
図６は、第１の実施形態に係る直列コンデンサ群の特性を説明する図である。
図６（ａ）に示すグラフは、電力変換用回路基板１から生じる電磁ノイズの周波数特性の例を示している（縦軸はノイズ強度［ｄＢ］、横軸は周波数［Ｈｚ］）。また、図６（ｂ）に示すグラフは、直列コンデンサ群１０ａ３を構成する各コンデンサ素子のインピーダンスの周波数特性の例を示している（縦軸はインピーダンス［Ω］、横軸は周波数［Ｈｚ］）。
ここで、電力変換用回路基板１から放射される電磁ノイズは、実装する素子の特性やその回路パターン、印加される電圧や動作周波数等に起因して、製品固有の周波数特性を有する。例えば、電力変換用回路基板１の電磁ノイズは、図６（ａ）に示すように、異なる複数の周波数ｆ１、ｆ２において既定値ＴＨよりも高い強度を示すものとなる。
この場合、直列コンデンサ群１０ａ３を構成する５個のコンデンサ素子は、電磁ノイズが規定値ＴＨ以上となる複数の周波数ｆ１、ｆ２に対応して、当該複数の周波数ｆ１、ｆ２における電磁ノイズをそれぞれ低減可能とするように選択される。
この場合、直列コンデンサ群１０ａ３を構成する５個のコンデンサ素子は、電磁ノイズが規定値ＴＨ以上となる複数の周波数ｆ１、ｆ２に対応して、当該複数の周波数ｆ１、ｆ２における電磁ノイズをそれぞれ低減可能とするように選択される。
具体的には、コンデンサ素子のインピーダンス（Ω）は、図６（ｂ）に示すような周波数特性を有する。即ち、共振特性により、インピーダンスが局所的に小さくなる周波数帯が存在する。
このようなコンデンサ素子のインピーダンスの周波数特性は、選択するコンデンサ素子の種類等に応じてそれぞれ異なるものとなる。そこで、直列コンデンサ群を構成する各コンデンサ素子のインピーダンスを、電磁ノイズが強い周波数ｆ１、ｆ２に対応して、それぞれ異なるインピーダンスの周波数特性を組み合わせることで、所望する周波数（周波数ｆ１、ｆ２等）の電磁ノイズを効果的に低減することができる。
このようなコンデンサ素子のインピーダンスの周波数特性は、選択するコンデンサ素子の種類等に応じてそれぞれ異なるものとなる。そこで、直列コンデンサ群を構成する各コンデンサ素子のインピーダンスを、電磁ノイズが強い周波数ｆ１、ｆ２に対応して、それぞれ異なるインピーダンスの周波数特性を組み合わせることで、所望する周波数（周波数ｆ１、ｆ２等）の電磁ノイズを効果的に低減することができる。
（作用効果）
図７は、第１の実施形態に係る高電圧回路の構造に基づく作用効果を説明する図である。
第１の実施形態に係る電力変換用回路基板１によれば、図７に示すように、低電圧が印加される低電圧回路１０ｂと、高電圧が印加される高電圧回路１０ａと、が同一の基板表面の異なるエリアにそれぞれ分かれて一つずつ配置されていることを特徴とする。
このようにすることで、高電圧回路１０ａと低電圧回路１０ｂとが分かれて配置されているので、高電圧回路１０ａから放射される電磁ノイズの、低電圧回路１０ｂへの干渉の度合いを低減することができる。また、高電圧回路１０ａと低電圧回路１０ｂとが同一の基板表面に配置されているため、省スペース化を図ることができる。
以上より、電力変換用回路基板１によれば、省スペース性を維持しながらも、電磁ノイズの影響を低減することができる。
図７は、第１の実施形態に係る高電圧回路の構造に基づく作用効果を説明する図である。
第１の実施形態に係る電力変換用回路基板１によれば、図７に示すように、低電圧が印加される低電圧回路１０ｂと、高電圧が印加される高電圧回路１０ａと、が同一の基板表面の異なるエリアにそれぞれ分かれて一つずつ配置されていることを特徴とする。
このようにすることで、高電圧回路１０ａと低電圧回路１０ｂとが分かれて配置されているので、高電圧回路１０ａから放射される電磁ノイズの、低電圧回路１０ｂへの干渉の度合いを低減することができる。また、高電圧回路１０ａと低電圧回路１０ｂとが同一の基板表面に配置されているため、省スペース化を図ることができる。
以上より、電力変換用回路基板１によれば、省スペース性を維持しながらも、電磁ノイズの影響を低減することができる。
また、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板１によれば、図７に示すように、高電圧回路１０ａのうち、高電圧入力端子１０ａ１からスイッチング素子ＳＷまでの配線（直流電流Ｉｄが流れる配線）が基板本体部１０の基板表面に形成されるとともに、スイッチング素子ＳＷから高電圧出力端子２０ｂまでの配線（交流電流Ｉａが流れる配線）が基板表面から所定距離だけ空けて設けられたバスバーで構成されている。
このようにすることで、スイッチング素子ＳＷの駆動により生じる電磁ノイズ（リンギングノイズ等）が、ＲＣ回路１０ａ２に加え、基板本体部１０の基板表面に形成された配線と、基板表面から所定距離だけ空けて設けられたバスバーとの間で吸収され、電磁ノイズが外部に放射されることを抑制することができる。
このようにすることで、スイッチング素子ＳＷの駆動により生じる電磁ノイズ（リンギングノイズ等）が、ＲＣ回路１０ａ２に加え、基板本体部１０の基板表面に形成された配線と、基板表面から所定距離だけ空けて設けられたバスバーとの間で吸収され、電磁ノイズが外部に放射されることを抑制することができる。
また、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板１によれば、高電圧入力端子１０ａ１からスイッチング素子ＳＷまでの配線と、スイッチング素子ＳＷから高電圧出力端子２０ｂまでの配線と、が交差するように配置されている。換言すると、高電圧回路１０ａのうち直流電流Ｉｄが流れる配線（基板本体部１０ａの基板表面に実装された配線）と、高電圧回路１０ａのうち交流電流Ｉｄが流れる配線（バスバー支持部材２０に支持されるバスバー）と、が立体的に交差する構造となる。
このようにすることで、スイッチング素子ＳＷの駆動により生じる電磁ノイズが、各々が互いに交差する部分で効果的に吸収され、電磁ノイズが外部に放射されることを一層抑制することができる。
また、上記立体的に交差する構造とすることで、電力変換用回路基板１のうち高電圧回路１０ａが占める領域をコンパクトに一つにまとめることができる。したがって、電力変換用回路基板１全体を一層小型化（省スペース化）させることができる。
このようにすることで、スイッチング素子ＳＷの駆動により生じる電磁ノイズが、各々が互いに交差する部分で効果的に吸収され、電磁ノイズが外部に放射されることを一層抑制することができる。
また、上記立体的に交差する構造とすることで、電力変換用回路基板１のうち高電圧回路１０ａが占める領域をコンパクトに一つにまとめることができる。したがって、電力変換用回路基板１全体を一層小型化（省スペース化）させることができる。
また、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板１によれば、高電圧入力端子１０ａ１からスイッチング素子ＳＷまでの配線と、スイッチング素子ＳＷから高電圧出力端子までの配線と、の間に設けられた空間にＲＣ回路１０ａ２の少なくとも一部が設けられている。
このようにすることで、ＲＣ回路１０ａ２のローパスフィルタとしての機能に基づいて、電磁ノイズの除去効果を得ることができる。また、ＲＣ回路１０ａ２を実装するために必要なスペースを確保する上で、高電圧入力端子１０ａ１からスイッチング素子ＳＷまでの配線と、スイッチング素子ＳＷから高電圧出力端子までの配線と、の間に設けられた空間を有効に活用することができる。したがって、電力変換用回路基板１の一層の省スペース化を図ることができる。
このようにすることで、ＲＣ回路１０ａ２のローパスフィルタとしての機能に基づいて、電磁ノイズの除去効果を得ることができる。また、ＲＣ回路１０ａ２を実装するために必要なスペースを確保する上で、高電圧入力端子１０ａ１からスイッチング素子ＳＷまでの配線と、スイッチング素子ＳＷから高電圧出力端子までの配線と、の間に設けられた空間を有効に活用することができる。したがって、電力変換用回路基板１の一層の省スペース化を図ることができる。
また、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板１によれば、高電圧回路１０ａは、電源配線と接地配線との間に直列接続された複数のコンデンサ素子からなる直列コンデンサ群１０ａ３を有することを特徴としている。
このようにすることで、一のコンデンサ素子ごとに印加される電圧が分圧されて低減されるので、高電圧回路１０ａとしての耐圧性能を高めることができる。また、仮にコンデンサ素子のいずれかが破壊されて短絡した場合であっても、直列に接続された他のコンデンサ素子により電源配線と接地配線とが短絡されることを防止することができる。
更に、このようにすることで、直列コンデンサ群１０ａ３を構成する各コンデンサ素子を所望に選択することができるようになるため、直列コンデンサ群１０ａ３全体としてのインピーダンス特性を、製品固有の電磁ノイズに合わせて適切にコントロールすることができる。
以上より、電磁ノイズの外部機器への影響を低減可能とし、更に高耐圧化を図ることができる。
このようにすることで、一のコンデンサ素子ごとに印加される電圧が分圧されて低減されるので、高電圧回路１０ａとしての耐圧性能を高めることができる。また、仮にコンデンサ素子のいずれかが破壊されて短絡した場合であっても、直列に接続された他のコンデンサ素子により電源配線と接地配線とが短絡されることを防止することができる。
更に、このようにすることで、直列コンデンサ群１０ａ３を構成する各コンデンサ素子を所望に選択することができるようになるため、直列コンデンサ群１０ａ３全体としてのインピーダンス特性を、製品固有の電磁ノイズに合わせて適切にコントロールすることができる。
以上より、電磁ノイズの外部機器への影響を低減可能とし、更に高耐圧化を図ることができる。
また、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板１によれば、直列コンデンサ群１０ａ３を構成する各コンデンサ素子は、電磁ノイズが規定値ＴＨ（図６）以上となる複数の周波数に対応して、当該複数の周波数における電磁ノイズをそれぞれ低減可能とする、それぞれ異なるインピーダンス特性（インピーダンスの周波数特性）を有している。
このようにすることで、電磁ノイズが強い周波数（図６の周波数ｆ１、ｆ２）に対応して、それぞれ異なるインピーダンスの周波数特性を組み合わせることで、所望する周波数の電磁ノイズを効果的に低減することができる。
このようにすることで、電磁ノイズが強い周波数（図６の周波数ｆ１、ｆ２）に対応して、それぞれ異なるインピーダンスの周波数特性を組み合わせることで、所望する周波数の電磁ノイズを効果的に低減することができる。
また、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板１によれば、直列コンデンサ群１０ａ３は、基板本体部１０の表面側及び裏面側における同一の位置にそれぞれ実装される。
また、そして、基板本体部１０の表面側及び裏面側における同一の位置に実装される２組の直列コンデンサ群１０ａ３は、複数のコンデンサ素子の配置パターンが互いに同一となるように実装されている。
コンデンサ素子間には、各々の位置関係に応じた浮遊容量が形成されることが想定される。したがって、配置パターンを同一とすることで、表面側及び裏面側の直列コンデンサ群１０ａ３が有する容量値を、その配置パターンに応じた浮遊容量をも含めて同一化することができる。
また、そして、基板本体部１０の表面側及び裏面側における同一の位置に実装される２組の直列コンデンサ群１０ａ３は、複数のコンデンサ素子の配置パターンが互いに同一となるように実装されている。
コンデンサ素子間には、各々の位置関係に応じた浮遊容量が形成されることが想定される。したがって、配置パターンを同一とすることで、表面側及び裏面側の直列コンデンサ群１０ａ３が有する容量値を、その配置パターンに応じた浮遊容量をも含めて同一化することができる。
また、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板１によれば、基板表面の少なくとも四隅及び当該四隅以外の箇所（中央近傍）に、固定穴１１と、当該固定穴１１の縁に設けられた接地用のランドとが形成されている。
このようにすることで、ねじ止めされる位置が増すため、電力変換用回路基板１の、電動圧縮機の筐体に対する固定性能が向上するばかりでなく、接地用のランドを通じて接地される位置が基板表面全体に分布することから、接地配線における接地電位が一層安定化する。したがって、電磁ノイズの外部機器への影響を低減可能とし、更に、振動耐性の向上を図ることができる。
このようにすることで、ねじ止めされる位置が増すため、電力変換用回路基板１の、電動圧縮機の筐体に対する固定性能が向上するばかりでなく、接地用のランドを通じて接地される位置が基板表面全体に分布することから、接地配線における接地電位が一層安定化する。したがって、電磁ノイズの外部機器への影響を低減可能とし、更に、振動耐性の向上を図ることができる。
また、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板１によれば、複数の直列コンデンサ群１０ａ３は、固定穴１１の近傍に実装されている。
このようにすることで、高電圧回路１０ａにおける接地配線上において、固定穴１１の縁に設けられたランドを通じて接地される位置と、直列コンデンサ群１０ａ３が接続される位置と、が近接する。これにより、高電圧回路１０ａの接地配線全体の接地電位が一層安定化するため、電磁ノイズの外部機器への影響を一層抑制することができる。
このようにすることで、高電圧回路１０ａにおける接地配線上において、固定穴１１の縁に設けられたランドを通じて接地される位置と、直列コンデンサ群１０ａ３が接続される位置と、が近接する。これにより、高電圧回路１０ａの接地配線全体の接地電位が一層安定化するため、電磁ノイズの外部機器への影響を一層抑制することができる。
＜第１の実施形態の変形例＞
以上、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板１について詳細に説明したが、電力変換用回路基板１の具体的な態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。
以上、第１の実施形態に係る電力変換用回路基板１について詳細に説明したが、電力変換用回路基板１の具体的な態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。
例えば、第１の実施形態に電力変換用回路基板１は、高電圧入力端子１０ａ１からスイッチング素子ＳＷまでの配線と、スイッチング素子ＳＷから高電圧出力端子２０ｂまでの配線と、が交差するように配置されているものとして説明したが、他の実施形態においてはこれに限定されない。
即ち、他の実施形態に係る電力変換用回路基板１は、高電圧入力端子１０ａ１からスイッチング素子ＳＷまでの配線と、スイッチング素子ＳＷから高電圧出力端子２０ｂまでの配線と、が必ずしも交差していなくともよく、例えば、両者の少なくとも一部が重なりながら延在する態様であってもよい。
即ち、他の実施形態に係る電力変換用回路基板１は、高電圧入力端子１０ａ１からスイッチング素子ＳＷまでの配線と、スイッチング素子ＳＷから高電圧出力端子２０ｂまでの配線と、が必ずしも交差していなくともよく、例えば、両者の少なくとも一部が重なりながら延在する態様であってもよい。
また、第１の実施形態に電力変換用回路基板１は、スイッチング素子ＳＷの駆動に応じた電磁ノイズを低減する目的でＲＣ回路１０ａ２が接続されるものとして説明したが、他の実施形態においてはこの態様に限定されない。
即ち、他の実施形態に係る電力変換用回路基板１は、ＲＣ回路１０ａ２を具備しない態様であってもよい。また、この場合において、当該他の実施形態に係る電力変換用回路基板１は、ＲＣ回路１０ａ２を実装可能なランドのみが形成された態様であってもよい。
このように、ＲＣ回路１０ａ２を実装するための領域のみを設けておくことで、顧客の要求（低減すべき電磁ノイズの度合い）に応じて、ＲＣ回路１０ａ２の搭載／非搭載を選択することができる。
即ち、他の実施形態に係る電力変換用回路基板１は、ＲＣ回路１０ａ２を具備しない態様であってもよい。また、この場合において、当該他の実施形態に係る電力変換用回路基板１は、ＲＣ回路１０ａ２を実装可能なランドのみが形成された態様であってもよい。
このように、ＲＣ回路１０ａ２を実装するための領域のみを設けておくことで、顧客の要求（低減すべき電磁ノイズの度合い）に応じて、ＲＣ回路１０ａ２の搭載／非搭載を選択することができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。
１ 電力変換用回路基板
１０ 基板本体部
１０ａ 高電圧回路
１０ａ１ 高電圧入力端子
１０ａ２ ＲＣ回路
１０ａ３ 直列コンデンサ群
１０ｂ 低電圧回路
１１ 固定穴
２０ バスバー支持部材
２０ａ バスバー接続端子
２０ｂ 高電圧出力端子
ＳＷ スイッチング素子
Ｃ キャパシタ
Ｌ インダクタ
１０ 基板本体部
１０ａ 高電圧回路
１０ａ１ 高電圧入力端子
１０ａ２ ＲＣ回路
１０ａ３ 直列コンデンサ群
１０ｂ 低電圧回路
１１ 固定穴
２０ バスバー支持部材
２０ａ バスバー接続端子
２０ｂ 高電圧出力端子
ＳＷ スイッチング素子
Ｃ キャパシタ
Ｌ インダクタ
Claims (5)
- 直流を交流に変換する電力変換用回路が搭載された基板であって、
低電圧が印加される低電圧回路と、高電圧が印加される高電圧回路と、が同一の基板表面の異なるエリアにそれぞれ分かれて配置され、
前記基板表面の少なくとも四隅及び当該四隅以外の箇所に、固定穴と、当該固定穴の縁に設けられた接地用のランドとが形成されており、
前記高電圧回路は、電源配線と接地配線との間に直列接続された複数のコンデンサ素子からなる直列コンデンサ群を有し、
前記高電圧回路における前記接地配線上において、前記固定穴の縁に設けられた接地用のランドを通じて接地される位置と、前記直列コンデンサ群が接続される位置とが近接する
電力変換用回路基板。 - 前記直列コンデンサ群は、基板の表面側及び裏面側における同一の位置にそれぞれ実装され、
前記表面側及び前記裏面側における同一の位置に実装される２組の前記直列コンデンサ群は、複数の前記コンデンサ素子の配置パターンが互いに同一となるように実装されている
請求項１に記載の電力変換用回路基板。 - 前記高電圧回路のうち、高電圧入力端子からスイッチング素子までの配線が前記基板表面に形成されるとともに、前記スイッチング素子から高電圧出力端子までの配線が前記基板表面から所定距離だけ空けて設けられたバスバーで構成されている
請求項１又は請求項２に記載の電力変換用回路基板。 - 前記高電圧入力端子から前記スイッチング素子までの配線と、前記スイッチング素子から高電圧出力端子までの配線と、が交差するように配置されている
請求項３に記載の電力変換用回路基板。 - 請求項１から請求項４の何れか一項に記載の電力変換用回路基板と、
前記電力変換用回路基板から供給される交流電力に基づいて動作するモータと、
を備える電動圧縮機。
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