JP7387064B2 - 多層回路基板、駆動制御装置および電動パワーステアリング用モータユニット - Google Patents
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Description
本開示は、多層回路基板、駆動制御装置および電動パワーステアリング用モータユニットに関する。
従来から、車両の操舵軸の操作に応じて操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置に、ブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング用モータユニットが開示されている(例えば、特許文献1参照)。この種のブラシレスモータは、複数のコイルが巻装されたステータと、このステータに対して回転自在に設けられたロータとを有しており、コイルへの給電を制御する駆動制御装置(コントロールユニット)によってロータの回転駆動が制御されている。
この駆動制御装置は、複数の電子部品が実装されている回路基板を有している。特許文献1では、電流を供給するためのスイッチング素子が実装されているパワー配線部(以下、パワー部と呼ぶ)と、スイッチング素子のオンとオフとに切り換える制御を行う制御部品が実装されている制御用配線部(以下、制御演算部と呼ぶ)とが形成され、パワー部の各層の導体パターン(以下、配線と呼ぶ)を同一形状とした回路基板が提案されている。この構成により、パワー部に大電流を通電するために断面積を増やした配線(以下、駆動電流用配線と呼ぶ)を形成することができ、回路基板にスイッチング素子や制御部品を実装した場合であっても大電流を供給することが可能になる。このように、特許文献1には、駆動用基板と制御用基板とを1枚の回路基板に統合することで、駆動制御装置を小型化することができるモータユニットが開示されている。
特許文献1では、大電流を供給可能とするために、パワー部に形成される駆動電流用配線の各層の配線を同一形状に形成している。また、モータ駆動制御装置において、パワー部のインバータ回路に実装されるスイッチング素子などのモータ駆動用部品を制御するための信号配線を、制御演算部の駆動回路からパワー部の駆動用部品の間に形成することが必要である。
このとき、駆動電流用配線の発熱を抑えるため、配線の同一形状を維持するために、駆動電流用配線を避けて信号配線を形成した場合、基板面積が大きくなるという課題がある。
基板面積を小さくするために、信号配線を避けずに駆動電流用配線を横断して信号配線を形成した場合、信号配線が横断した部分の駆動電流用配線の断面積が減少し配線抵抗が大きくなる。この結果、配線の発熱が増加してしまう。そのため、基板温度が上昇し、配線の発熱による断線破壊、さらには基板上に実装された部品の破壊に至るという問題がある。
本開示は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、配線に大電流を供給することが可能であるとともに、信号配線の形成に必要な基板面積を小さくすることが可能な多層回路基板および駆動制御装置および電動パワーステアリング用モータユニットを提供することを目的とする。
本開示に係る多層回路基板は、スイッチング素子が実装されたインバータ回路に電流通電を行うパワー部と、前記スイッチング素子を制御する制御装置が実装された制御演算部と、が前記多層回路基板上の異なる領域に配置され、前記パワー部は、電流通電を行う駆動電流用配線を有し、前記駆動電流用配線は、各前記導体層に同一形状に形成された同一形状部と、前記導体層のうち少なくともいずれか一層に前記駆動電流用配線の一部が切り欠かれた切欠部が形成された横断部とを有し、前記パワー部に実装されたインバータ回路の制御信号を伝達する信号配線が、前記切欠部を横断し、前記駆動電流用配線の長手方向に直交する方向における前記横断部の幅の寸法は、前記同一形状部の幅の寸法よりも大きい。
本開示によれば、スイッチング素子に大電流通電を行うための駆動電流用配線の断面積を確保しながら、パワー部に実装されたスイッチング素子の制御用の信号配線が駆動電流用配線を横断して形成された多層回路基板を提供することができる。このため、多層回路基板を備えた駆動制御装置の小型化、および駆動制御装置を備えた電動パワーステアリング用モータユニットを小型化することが可能になる。
実施の形態1.
以下、本開示の実施の形態1について図1~図7を用いて説明する。尚、各図において同一または同様の構成部分については同じ符号を付与している。
以下、本開示の実施の形態1について図1~図7を用いて説明する。尚、各図において同一または同様の構成部分については同じ符号を付与している。
図1は実施の形態1における多層回路基板、駆動制御装置および電動パワーステアリング用モータユニットを含む全体回路図を示す。図1に示すように、電動パワーステアリング用モータユニット600は、駆動制御装置1と、モータ5と、回転センサ6と、を備えている。電動パワーステアリング用モータユニット600には、イグニッションスイッチ7と、センサ8と、バッテリ9とが接続されている。
駆動制御装置1は、比較的消費電流の少ない制御演算部2と、パワー部3とを備えている。
制御演算部2は、CPU(制御装置)10と、駆動回路11と、入力回路12と、電源回路13とを有している。パワー部3は、モータ5の電流を供給及び遮断するインバータ回路4を有している。
駆動制御装置1は、比較的消費電流の少ない制御演算部2と、パワー部3とを備えている。
制御演算部2は、CPU(制御装置)10と、駆動回路11と、入力回路12と、電源回路13とを有している。パワー部3は、モータ5の電流を供給及び遮断するインバータ回路4を有している。
モータ5は、3相ブラシレスモータである。ブラシレスモータのために、モータ5の回転角を検出する回転センサ6が、図2に示すように、モータ5の出力軸21の近傍に配置されている。
図1に示すように、インバータ回路4は、ブリッジ回路と、モータリレー用スイッチング素子(スイッチング素子)34と、電流検出のためのシャント抵抗33と、コンデンサ30aとを有している。
ブリッジ回路は、3相のコイル群それぞれに電流を供給するためのハイサイドスイッチング素子31とローサイドスイッチング素子32とを有している。モータリレー用スイッチング素子34は、モータ5への電流を遮断することが可能である。
ブリッジ回路は、3相のコイル群それぞれに電流を供給するためのハイサイドスイッチング素子31とローサイドスイッチング素子32とを有している。モータリレー用スイッチング素子34は、モータ5への電流を遮断することが可能である。
ここでは、各相は同一回路のため、ハイサイドスイッチング素子31、ローサイドスイッチング素子32、シャント抵抗33、モータリレー用スイッチング素子34のそれぞれの素子には、コイル名称のU,V,Wが、符号の添字として付されている。すなわち、U相では、ハイサイドスイッチング素子31U、ローサイドスイッチング素子32U、シャント抵抗33U、モータリレー用スイッチング素子34Uとし、V相では、ハイサイドスイッチング素子31V、ローサイドスイッチング素子32V、シャント抵抗33V、モータリレー用スイッチング素子34Vとし
W相では、ハイサイドスイッチング素子31W、ローサイドスイッチング素子32W、シャント抵抗33W、モータリレー用スイッチング素子34Wとして図1に示す。
W相では、ハイサイドスイッチング素子31W、ローサイドスイッチング素子32W、シャント抵抗33W、モータリレー用スイッチング素子34Wとして図1に示す。
また、駆動制御装置1には、モータ5への電流供給自体を遮断できる電源用リレー35a、35bが設けられている。この電源用リレー35a、35bには、図1に一例として示したように、半導体スイッチング素子としてFET(Field Effect Transistor)が接続されている。さらに、駆動制御装置1には、ノイズ用コイル14aを含むノイズフィルタ14が設けられている。
駆動制御装置1には、車両に搭載されたバッテリ9と、イグニッションスイッチ7と、センサ8とが、図1に示すように接続されている。
制御演算部2は、入力回路12を備えている。この入力回路12は、車速センサ、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサ等のセンサ8からの情報と、インバータ回路4内の各部の電圧または電流の検出結果と、回転センサ6による回転角の検出結果等とを入力信号として受信する。
制御演算部2は、概略の動作として、入力回路12を介して取得したセンサ8からの入力情報に基づき、CPU10によってモータ5のコイルへ供給する電流を演算し、駆動回路11を介してインバータ回路4をスイッチング制御する。
各相のスイッチング素子31、32、34が、駆動回路11により駆動される。これにより、所望の電流がモータ巻線へ流れる。また、モータ5のコイルに供給された電流値は、シャント抵抗33を介して実電流値として入力回路12により検出される。CPU10は、演算値(目標値)と実電流値との偏差に応じてフィードバック制御を実行する。
また、CPU10は、回転センサ6の回転角情報を使用して、モータの回転位置または速度を算出する。算出されたモータの回転位置または速度は、モータ回転の制御に利用される。
以上の回路を有する駆動制御装置1と、モータ5とが一体化され、その一部を断面とした図2に基づき各構造について説明する。図2に示すように、回路基板16の上側にモータ5が配置され、回路基板16の下側に駆動制御装置1が配置されている。モータ5はモータケース25に内蔵された構造である。このモータケース25は金属製部材(例えば、鉄製)である。
図2に示すように、モータ5は、ロータ23と、ステータ22とを備えている。
ロータ23は、出力軸21の周囲に永久磁石が複数極対配置されている。ステータ22は、ロータ23に間隙を有して配置されている。また、ステータ22には巻線27が巻装されている。巻線27は、3相それぞれに巻かれている。各相の端部においては、接続のために環状の接続リング29が巻線27の対向する配置されている。3相の巻線の巻線端部28がそれぞれ(1相分のみ図示)駆動制御装置1側へ延びている。出力軸21の出力側付近には回転センサ用ロータ18が装着されている。
ロータ23は、出力軸21の周囲に永久磁石が複数極対配置されている。ステータ22は、ロータ23に間隙を有して配置されている。また、ステータ22には巻線27が巻装されている。巻線27は、3相それぞれに巻かれている。各相の端部においては、接続のために環状の接続リング29が巻線27の対向する配置されている。3相の巻線の巻線端部28がそれぞれ(1相分のみ図示)駆動制御装置1側へ延びている。出力軸21の出力側付近には回転センサ用ロータ18が装着されている。
また、モータケース25の最上部には、ロータ23の出力軸21に圧入されたベアリング(不図示)が嵌合されている。モータケース25の中に、出力軸21と、ロータ23と、ステータ22と、巻線27と、環状の接続リング29と、巻線端部28とが設けられている。
次に、駆動制御装置1について説明する。駆動制御装置1は前述のモータ5の出力軸21の延長方向に配置されている。駆動制御装置1の中央部には出力軸21が貫通されている。
駆動制御装置1のユニットケース17には、出力軸21が貫通可能な貫通孔39が形成されている。ユニットケース17の外周の一部は切り欠かれており、コネクタ15が装着されている。コネクタ15の内部には、車両に搭載されたバッテリ9と接続される電源系端子15aと、各種センサ類と接続される信号端子(不図示)とが内蔵されている。電源系端子15a及び信号端子は、ユニットケース17の内部空間に内蔵された回路基板16に接続されている。
駆動制御装置1のユニットケース17には、出力軸21が貫通可能な貫通孔39が形成されている。ユニットケース17の外周の一部は切り欠かれており、コネクタ15が装着されている。コネクタ15の内部には、車両に搭載されたバッテリ9と接続される電源系端子15aと、各種センサ類と接続される信号端子(不図示)とが内蔵されている。電源系端子15a及び信号端子は、ユニットケース17の内部空間に内蔵された回路基板16に接続されている。
ユニットケース17の外周縁には雌ネジ部(不図示)が形成されている。モータケース25の駆動制御装置1を接地する部分に孔(不図示)が設けられている。この孔にボルト50が挿通され、ユニットケース17の雌ネジ部(不図示)にボルト50が螺入されることによって、ユニットケース17にモータケース25が締結固定される。
また、ユニットケース17は金属製であり、放熱性、工作性を考慮してアルミニウム製である。また、図2において、出力軸21を回転自在に支持する一対の第一軸受(不図示)と第二軸受26bとが、ロータ23に対して図2の上方部と下方部にそれぞれ配置されている。ユニットケース17は、さらに減速機(不図示)との接続部(不図示)と、第二軸受26bの保持部と、出力軸21に装着された回転センサ用ロータを用いて出力軸の回転角を検出するためのセンサ8の保持部と、を有している。センサ8は例えばレゾルバであり、センサ8が内蔵するレゾルバコイルは、回路基板16に電気的に接続されている。
したがって、駆動制御装置1の外形は、金属製のユニットケース17とコネクタ15の樹脂部とで構成されている。以上の構造であるため、ユニットケース17は駆動制御装置1を覆う役目を担っており、ハウジングと呼ぶこともできる。
また、回路基板16は、ユニットケース17の外壁部17cに形成された雌ネジ部(不図示)にボルト20が螺入されることによって締結固定されている。図3Aに示すように、回路基板16の周囲の複数個所にボルト20a、20b、20cが設けられている。ボルト20a、20b、20cにより、回路基板16がユニットケース17に組み付けられている。これにより、回路基板16を組み付ける際に生じる基板の浮きを防ぐことができる。また、図2に示すように、ユニットケース17の外壁部17c以外の部分は、外壁部17cに対して低く形成されているため、ユニットケース17と回路基板16との間に空間を有している。
さらに、ユニットケース17の回路基板16のパワー部3と対向する突出部17aの上面は、回路基板16が固定されるユニットケース17の上面よりも低く、かつ制御演算部2との対向部よりも高く形成されている。これにより、回路基板16と突出部17aとの間に隙間が形成されている。この隙間には、高熱伝導率を有する放熱部材37が配置されている。放熱部材37により、回路基板16のパワー部3で発生する熱がユニットケース17に伝熱される。
また、ユニットケース17には凹部17bが形成されている。回路基板16と凹部17bとにより空間が形成されている。コンデンサ30は、回路基板16の下部に実装され、凹部17bに配置されている。前述の通り、この空間に放熱部材37を配置し、コンデンサ30の発熱をユニットケースに放熱することも可能である。
図3Dに示すように、回路基板16に貫通孔が形成され、この貫通孔に金属体38が埋め込まれている。貫通孔は、スイッチング素子31、32、34、35の下側に形成されている。本実施形態では、貫通孔はスイッチング素子31、32、34、35に対向する位置(直下)に形成されている。この構成により、本一実施形態では、パワー部3に実装されるスイッチング素子31、32、34、35の放熱性を高めることができる。
スイッチング素子31、32、34、35にヒートスプレッタが設けられている場合、ヒートスプレッタの下側(直下)に金属体38が設けられていてもよい。
上記構成に限らず、金属体38の位置は、スイッチング素子31、32、34、35の下側であればよいため、例えば、スイッチング素子31、32、34、35に対向する位置の周囲や、ヒートスプレッタ周囲に貫通孔を形成して放熱する構成であってもよい。
スイッチング素子31、32、34、35にヒートスプレッタが設けられている場合、ヒートスプレッタの下側(直下)に金属体38が設けられていてもよい。
上記構成に限らず、金属体38の位置は、スイッチング素子31、32、34、35の下側であればよいため、例えば、スイッチング素子31、32、34、35に対向する位置の周囲や、ヒートスプレッタ周囲に貫通孔を形成して放熱する構成であってもよい。
次に、多層回路基板16について説明する。多層回路基板16は、導体層と絶縁層とを交互に積層して形成されている。各導体層は図2の上側から順に第1層~第4層と呼称する。絶縁層109は、導体層間に設けられており(図4参照)、本実施の形態1では、絶縁層としてガラスエポキシ樹脂を使用した多層回路基板を用いる。多層回路基板16の層数は、4層に限らず、3層以下や5層以上であってもよい。また、各層は異なる材質の基板であってもよい。なお、本文で用いる層とは、上記導体層を示す。
図2に示すように、回路基板16は出力軸21を通すための貫通孔39および、導電部材を通すための貫通孔40を有する。本実施の形態1では、貫通孔40には、巻線端部28が挿通されている。また、巻線端部28は回路基板16にはんだ接続された中継部材19に接続されることで、回路基板16と電気的に接続される。
回路基板16は、図3A~図3Dに示すように、4層構造である。回路基板16は、図2の上側から順に第1層16a、第2層16b、第3層16c、第4層16dを有している。回路基板16の図3A~図3Dの上側には、比較的消費電流の少ない制御演算部2が配置されている。また、回路基板16の制御演算部2が対応する位置に、コネクタ15のセンサ8の信号端子が挿通されるスルーホール群41が形成されている。
また、回路基板16の図3A~図3Dの下側には、モータ5の電流を供給及び遮断するインバータ回路4を有するパワー部3が配置されている。このように、回路基板16上の異なる領域に制御演算部2とパワー部3とが設けられている。また、回路基板16のパワー部3が対応する位置に、コネクタ15の電源系端子が挿通されるスルーホール群42が形成されている。
また、回路基板16の図3A~図3Dの下側には、モータ5の電流を供給及び遮断するインバータ回路4を有するパワー部3が配置されている。このように、回路基板16上の異なる領域に制御演算部2とパワー部3とが設けられている。また、回路基板16のパワー部3が対応する位置に、コネクタ15の電源系端子が挿通されるスルーホール群42が形成されている。
制御演算部2は、CPU10と、駆動回路11と、入力回路12と、電源回路13と、を備えている。制御演算部2の扱うセンサ8の信号は、大電流通電を行うパワー部3から生じるノイズの影響を多分に受けるため、同一基板上に制御演算部2とパワー部3とを形成する場合には両者の距離を離すことが好ましい。実施の形態1では、制御演算部2及びパワー部3は、図3A~3Dに示すように、回路基板16の上側と下側とに分かれて配置されている。
パワー部3は、モータ5の電流を供給及び遮断するインバータ回路4が主な構成要素である。インバータ回路4はスイッチング素子31~32をオン/オフ制御することで、モータ5の各相に選択的に駆動電流を流し、モータ5を駆動している。
さらに、パワー部3は、駆動電流用配線100を有している。モータ5を駆動するため駆動電流の電流値は大きいため、駆動電流用配線100には、大電流が通電される。図1において、駆動電流用配線100は太線で示しており、パワー部3における外部のバッテリ9に接続された配線や、モータ5に接続された配線などが含まれる。図3A~図3Dに示すように、各層16a~16dの駆動電流用配線を第1層から順に配線101、配線102、配線103、配線104と呼称している。
実施の形態1において、図1に示すように、回路基板16と巻線端部28との接続部である中継部材19の直上に貫通孔40が形成されている。貫通孔40の周囲には、モータ組み付け時に生じる応力による電子部品の破損を避けるため、電子部品を実装しないことが好ましい。したがって、回路基板16の有効部品実装面積を向上させるために、貫通孔40は回路基板16の外周部に配置されている。
駆動電流用配線100は、図4~図6に示すように、同一形状部106と、横断部108とを有している。同一形状部106は、全層の配線が同一形状に形成された部分である。横断部108には、インバータ回路4を制御する信号配線105を横断させるために、いずれかの層に切欠部107が形成されている。本実施形態では、第3層の配線203,303に切欠部107が形成されている。実施の形態1では、信号配線105は、インバータ回路4のスイッチング素子31~32に接続された配線を含んでいる。また、信号配線105は、インバータ回路4に流れる電流を検出するシャント抵抗36の両端子に接続された配線を含んでいる。
駆動電流用配線100は、バッテリ9のGND電位の第1駆動電流用配線(第1駆動電流用配線)200と、バッテリ電圧電位の第2駆動電流用配線(第2駆動電流用配線)300とを有している。第1駆動電流用配線200及び第2駆動電流用配線300は、パワー部3側に、回路基板16の貫通孔39に沿って、平行に形成されている。第1駆動電流用配線200及び第2駆動電流用配線300のうち、第2駆動電流用配線300をパワー部3側に形成している。これにより、ハイサイドスイッチング素子31のドレイン端子にバッテリ電圧を第1層で直接接続することができ、回路基板16外周部のモータ接続部43Uまでの配線およびハイサイドスイッチング素子31、ローサイドスイッチング素子32およびモータリレー用スイッチング素子34の配置が容易である。第1駆動電流用配線200及び第2駆動電流用配線300の配置は、入れ替わってもよい。
また、インバータ回路4は、バッテリ9のGND電位に接続されるため、本実施の形態1の配置においては、インバータ回路4のシャント抵抗33の負側電極が接続された第1駆動電流用配線200が、第2駆動電流用配線300と交差する必要がある。
そのため、図3Aに示すように、ジャンパ部品36Uの一方の電極が、シャント抵抗33Uの負側電極に接続されて、第2駆動電流用配線300を立体交差している。ジャンパ部品36Uの他方の電極が、インバータ回路4の第1駆動電流用配線200に接続されている。ジャンパ部品36Uは、例えば銅製の導体であり、所望の電流を通電可能な厚み、導体幅に形成されている。
インバータ回路4のスイッチング素子31、32、34およびシャント抵抗33は、制御演算部2から駆動電流用配線100を挟んで実装されている。このため、シャント抵抗の両端電圧をモニタするためのモータ電流検出信号配線105やスイッチング素子の駆動信号配線(不図示)、また各相のモータ端子電圧を検出するための信号配線(不図示)などは、駆動電流用配線100を迂回、もしくは横断する必要がある。
図4及び図5は、図3Cの電流検出信号配線(信号配線)105が駆動電流用配線100を横断する周辺の領域ARにおける図である。図4は、第1駆動電流用配線200の各層の断面図および平面図であり、図5は、第1駆動電流用配線200の各層の断面図および断面図である。
駆動電流用配線100同様に、各層の配線を第1層から順に配線201、配線202、配線203、配線204と呼称している。各層の配線201~204は貫通孔500で電気的に接続されている。
また、図6は、第2駆動電流用配線300の各層の平面図である。まず、本実施の形態1の駆動電流用配線100の構成について、図4及び図5に示すように、領域ARにおける第1駆動電流用配線200を例に用いて詳細に説明する。
駆動電流用配線100同様に、各層の配線を第1層から順に配線201、配線202、配線203、配線204と呼称している。各層の配線201~204は貫通孔500で電気的に接続されている。
また、図6は、第2駆動電流用配線300の各層の平面図である。まず、本実施の形態1の駆動電流用配線100の構成について、図4及び図5に示すように、領域ARにおける第1駆動電流用配線200を例に用いて詳細に説明する。
第1層の配線201、第2層の配線202、第4層の配線204の形状は同一であるのに対して、第3層の配線203は、切欠部107が形成されており、切欠部107を挟んで、配線203aと配線203bとが形成されている。切り欠かれている領域を横断部108と称し、それ以外の領域を同一形状部106と称する。なお、本実施の形態1では、第3層の配線203を切り欠いているが、他の任意の層の配線に切欠部107が形成されていてもよく、切欠部107は、複数層の配線に形成されていてもよい。
図5の横断部108において、第1駆動電流用配線200の第3層の配線203が切り欠かれており、モータ電流検出信号配線105が第1駆動電流用配線200を横断するよう形成されている。このとき、横断部108において切り欠かれていない第1層の配線201、第2層の配線202、第4層の配線204の幅W1は、同一形状部106の第1層の配線201、第2層の配線202、第3層の配線203、第4層の配線204の幅W2よりも大きく形成されている。配線の幅は、配線の長手方向に直交する方向の幅の寸法である。
また、第2駆動電流用配線300においても、第1駆動電流用配線200と同様である。
図6に示すように、駆動電流用配線100同様に、各層の配線を第1層から順に配線301、配線302、配線303、配線304と呼称している。各層の配線301~304は貫通孔500で電気的に接続されている。
図6に示すように、駆動電流用配線100同様に、各層の配線を第1層から順に配線301、配線302、配線303、配線304と呼称している。各層の配線301~304は貫通孔500で電気的に接続されている。
第1層の配線301、第2層の配線302、第4層の配線304の形状は同一であるのに対して、第3層の配線303は、切欠部107が形成されており、切欠部107を挟んで、配線303aと配線303bとが形成されている。切り欠かれている領域を横断部108と称し、それ以外の領域を同一形状部106と称する。なお、本実施の形態1では、第3層の配線303を切り欠いているが、他の任意の層の配線に切欠部107が形成されていてもよく、切欠部107は、複数層の配線に形成されていてもよい。
図6の横断部108において、第2駆動電流用配線300の第3層の配線303が切り欠かれており、モータ電流検出信号配線105が第2駆動電流用配線300を横断するよう形成されている。このとき、横断部108において切り欠かれていない第1層の配線301、第2層の配線302、第4層の配線304の幅W3は、同一形状部106の第1層の配線301、第2層の配線302、第3層の配線303、第4層の配線304の幅W4よりも大きく形成されている。
本実施の形態1では、横断部108の第1層の配線201、第2層の配線202、第4層の配線204の幅W1は、同一形状部106の第1層の配線201、第2層の配線202、第3層の配線203、第4層の配線204の幅W2に対して、およそ4/3倍の幅で形成されている。ここで、同一形状部106の第1層の配線201~第4層の配線204の各層の配線抵抗は等しいためRとおくと、同一形状部106の全層の合成抵抗R106は、R/4となる。他方、横断部108の第1層の配線201、第2層の配線202、第4層の配線204の幅W1は、同一形状部106の4/3倍であるため、各層の抵抗値は(R×3)/4となり、横断部108の第3層を除く3層での合成抵抗R108はR/4となり、同一形状部106の合成抵抗R106と等しくなる。
第2駆動電流用配線300においても同様であり、横断部108の第1層の配線301、第2層の配線302、第4層の配線304の幅W3は、同一形状部106の第1層の配線301、第2層の配線302、第3層の配線303、第4層の配線304の幅W4に対して、およそ4/3倍の幅で形成されている。
第2駆動電流用配線300においても同様であり、横断部108の第1層の配線301、第2層の配線302、第4層の配線304の幅W3は、同一形状部106の第1層の配線301、第2層の配線302、第3層の配線303、第4層の配線304の幅W4に対して、およそ4/3倍の幅で形成されている。
ここで、駆動電流用配線100を全て全層同一形状に形成する場合、信号配線が駆動電流用配線100を迂回するための基板面積が必要となるため、回路基板の小型化が困難である。
一方で、駆動電流用配線100は全層を同一形状とすることで全層での配線抵抗値を小さくしている。このため、電流検出信号配線105がいずれかの層を切り欠いて横断する場合、切り欠いた部分の全層での配線抵抗値は同一形状部に対して増加し、局所的に配線の発熱が大きくなる。そのため、信号配線の迂回を避けることによる回路基板の小型化は実現できても、駆動電流用配線100に大電流を通電することが困難となる。
そこで、本実施の形態1では、駆動電流用配線100は、各導体層の配線201~204,301~304に同一形状に形成された同一形状部106と、導体層の配線201~204,301~304のうち少なくともいずれか一層に駆動電流用配線100の一部が切り欠かれた切欠部107が形成された横断部108とを有している。パワー部3に実装されたインバータ回路4の制御信号を伝達する信号配線105が、切欠部107を横断し駆動電流用配線100の長手方向に直交する方向における横断部108の幅W1の寸法は、同一形状部106の幅W2の寸法よりも大きい。
これにより、モータ5を駆動するため駆動電流の電流値は大きいため、駆動電流用配線100には、大電流が通電されるが、駆動電流用配線100に信号配線105を横断して形成しつつも、横断部の抵抗値増加による発熱増大を生じさせることなく、駆動電流用配線100に大電流を通電することができる。
これにより、モータ5を駆動するため駆動電流の電流値は大きいため、駆動電流用配線100には、大電流が通電されるが、駆動電流用配線100に信号配線105を横断して形成しつつも、横断部の抵抗値増加による発熱増大を生じさせることなく、駆動電流用配線100に大電流を通電することができる。
また、駆動電流用配線100に貫通孔を多く形成することで、各層の配線における発熱が、基板下部から放熱部材37を介してユニットケース17に伝達することによる放熱性が向上する。
このとき、貫通孔を駆動電流用配線100の全面に形成すると、各層の表面積が減少し抵抗値が増加するため、配線からの発熱が増大してしまう。本実施の形態1では、駆動電流用配線100の外縁部のみに沿って複数の貫通孔500が形成されているため、駆動電流用配線100の放熱性を確保しつつ、必要な配線面積を確保することができる。
また、図7に示すように、第4層の駆動電流用配線104上には、回路基板16と放熱部材37とが接触する接触部C以外に保護膜24が設けられている。すなわち、ユニットケース17の回路基板16のパワー部3と対向する突出部17aに接する第4層の駆動電流用配線104に対して、表面の保護膜24を選択的に形成しないことで、駆動電流用配線100からユニットケース17への放熱性をさらに高める構成としている。なお、本実施の形態1では、保護膜の材質は樹脂である。
以上、好ましい実施の形態を参照して本開示の内容を具体的に説明したが、本開示の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。
なお、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
1…駆動制御装置 2…制御演算部 3…パワー部 4…インバータ回路 5…モータ 10…CPU(制御装置) 11…駆動回路 12…入力回路 16…回路基板 31U、32U…スイッチング素子 33U…シャント抵抗 36U…ジャンパ部品 100…駆動電流用配線 105…電流検出信号配線(信号配線) 200…バッテリGND電位の駆動電流用配線 200…第1駆動電流用配線(第1駆動電流用配線) 300…第2駆動電流用配線(第2駆動電流用配線) 500…貫通孔 106…同一形状部 108…横断部 600…電動パワーステアリング用モータユニット
Claims (10)
- 導体層と絶縁層とが交互に積層された形成される多層回路基板であって、
スイッチング素子が実装されたインバータ回路に電流通電を行うパワー部と、前記スイッチング素子を制御する制御装置が実装された制御演算部と、が前記多層回路基板上の異なる領域に配置され、
前記パワー部は、電流通電を行う駆動電流用配線を有し、
前記駆動電流用配線は、各前記導体層に同一形状に形成された同一形状部と、前記導体層のうち少なくともいずれか一層に前記駆動電流用配線の一部が切り欠かれた切欠部が形成された横断部とを有し、
前記パワー部に実装されたインバータ回路の制御信号を伝達する信号配線が、前記切欠部を横断し、
前記駆動電流用配線の長手方向に直交する方向における前記横断部の幅の寸法は、前記同一形状部の幅の寸法よりも大きい、多層回路基板。 - 前記駆動電流用配線は、バッテリに接続されたバッテリ電圧電位の第1駆動電流用配線と、GND電位の第2駆動電流用配線とを有し、
前記第1駆動電流用配線と前記第2駆動電流用配線とが平行に形成されている、請求項1に記載の多層回路基板。 - 前記信号配線は、前記インバータ回路の前記スイッチング素子に接続された配線を含む、請求項1に記載の多層回路基板。
- 前記信号配線は、前記インバータ回路に流れる電流を検出するシャント抵抗の両端子に接続された配線を含む、請求項1に記載の多層回路基板。
- 前記駆動電流用配線は、前記多層回路基板の外縁部のみに複数の貫通孔を有することを特徴とする、請求項1に記載の多層回路基板。
- 前記多層回路基板は、前記インバータ回路の前記スイッチング素子の下側に金属体が埋め込まれている、請求項1に記載の多層回路基板。
- 前記多層回路基板の熱を放熱し、前記多層回路基板に接触された放熱部材が設けられ、
前記多層回路基板上には、前記多層回路基板と前記放熱部材とが接触する接触部以外に保護膜が設けられている、請求項1に記載の多層回路基板。 - 前記駆動電流用配線を立体交差して配線するためのジャンパ部品をさらに備える、請求項1に記載の多層回路基板。
- 請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の多層回路基板を備える、駆動制御装置。
- 請求項9に記載の駆動制御装置を備える、電動パワーステアリング用モータユニット。
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