CN112039406A - 电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力转换装置，其包括电力转换电路(120、220)以及包括电力转换电路并且具有布线图案的多层基板(30)。多层基板的布线图案包括电力供应图案和接地图案。多层基板包括第一层(31、32)和第二层(33)。电力供应图案包括在第一层(31、32)中的第一层电力供应图案部分(P12、P22)。接地图案包括第二层(33)中的第二层接地图案部分(P13、P23)。第一层电力供应图案部分和第二层接地图案部分在垂直于多层基板的板表面的方向上至少部分地彼此交叠。

Description

电力转换装置
技术领域
本文公开内容涉及电力转换装置，其用于转换供应的电力以输出经转换的电力。
背景技术
专利文献1描述了包括逆变器电路的电力转换装置。在逆变器电路的基板上形成的布线图案包括电力供应图案(power supply pattern)和接地图案(ground pattern)。电力供应图案连接电源的正极侧和逆变器电路的正极侧。接地图案连接电源的负极侧和逆变器电路的负极侧。
专利文献1：JP 2017-143203 A
发明内容
关于基板布局，专利文献1中公开的电力供应图案和接地图案被布置成当从垂直于基板的板表面的方向观看时不彼此干扰。利用这种配置，以这种方式设置的两个图案被布局成当从所述垂直方向观看时在基板上形成环(loop)。结果，两个环形图案用作天线，并且由逆变器电路的开关产生的噪声会作为发射噪声进行辐射，该发射噪声是电磁波。
本公开内容的目的是提供一种能够降低发射噪声的电力转换装置。
根据本公开内容的一方面，电力转换装置可以包括：电力转换电路，其被配置成转换供应的电力以输出经转换的电力；以及多层基板，其包括电力转换电路并且具有布线图案。多层基板的布线图案包括连接至电力转换电路的高电位侧以供应电力的电力供应图案和连接至电力转换电路的低电位侧的接地图案。多层基板包括第一层和第二层。电力供应图案包括第一层中的第一层电力供应图案部分。接地图案包括第二层中的第二层接地图案部分。第一层电力供应图案部分和第二层接地图案部分在垂直于多层基板的板表面的方向上至少部分地彼此交叠。
在电力供应图案和接地图案形成在单层基板上的情况下，如专利文献1中所公开的，两个图案形成环，并且可能产生发射噪声。根据本公开内容的电力转换装置，使用多层基板使得可以实现以下的基板布局。换句话说，第一层电力供应图案部分和第二层接地图案部分形成在彼此不同的层中。两个图案部分被布置成使得当从板表面垂直方向观看时，那些图案部分的至少一部分彼此交叠。出于该原因，由两个图案部分形成的环变小，使得由环引起的天线功能可以降低，并且从而可以降低发射噪声。
附图说明
根据参照附图做出的以下详细描述，本公开内容的目的、特征和优点将变得更加明显。在附图中：
图1是示出根据第一实施方式的转向***的示意性配置图；
图2是应用于图1所示转向***的驱动装置的剖视图；
图3是图2所示的驱动装置的电路图；
图4是应用于图2所示的驱动装置的逆变器在从电机观看的情况下的底视图；
图5是应用于图2所示的驱动装置的逆变器在从电机的对面观看的情况下的顶视图；
图6是根据第一实施方式的逆变器的剖视图；
图7是图4的放大视图，示出了电流从逆变器流向电源的负极侧的路径；以及
图8是图5的放大视图，示出了电流从电机流向逆变器的路径。
具体实施方式
将参照附图描述本公开内容的多个实施方式。顺便提及，相同的附图标记被分配给每个实施方式中的相应的部件，并且因此可以省略重复的描述。当在每个实施方式中仅描述了配置的一部分时，以上描述的其他实施方式的配置可以应用于该配置的其他部分。
(第一实施方式)
如图1所示，根据本实施方式的驱动装置1包括电机80和作为电力转换装置的电子控制单元(ECU)10。驱动装置1应用于用于辅助车辆的转向操作的电动助力转向装置(EPS)8。图1示出了包括EPS 8的转向***90的整体配置。转向***90包括作为转向构件的方向盘91、转向轴92、小齿轮96、齿条轴97、轮98、EPS 8等。
方向盘91连接至转向轴92。转向轴92设置有用于检测转向扭矩的扭矩传感器94。扭矩传感器94具有针对每个***设置的两个扭矩检测单元941和942。扭矩检测单元941、942的检测值被输出至微型计算机170、270，微型计算机170、270是相应的微型计算机(参见图3)。小齿轮96设置在转向轴92的端部处。小齿轮96与齿条轴97啮合。一对轮98通过拉杆等连接至齿条轴97的两端。
当驾驶员旋转方向盘91时，连接至方向盘91的转向轴92被旋转。转向轴92的旋转运动通过小齿轮96转换成齿条轴97的线性运动。一对轮98被转向至与齿条轴97的位移量相对应的角度。
EPS 8包括驱动装置1和作为动力传送部分的减速齿轮89，该减速齿轮89用于降低电机80的转速并且将该转速传送至转向轴92。转向轴92是EPS 8的驱动目标。
如图2和图3所示，电机80是三相无刷电机。电机80输出转向所需的部分或全部扭矩，并且由从电池199和299供应的电力驱动，以使减速齿轮89向前旋转和向后旋转。
电机80具有作为绕组集的第一绕组180和第二绕组280。绕组180和280具有等同的电特性，并且在公共定子840上以彼此偏移30°的电角度被抵消缠绕(cancel-wound)。响应于以上配置，绕组180和280被控制以用相位
Figure BDA0002494305950000031
偏移30°的相电流激励。
与第一绕组180的激励控制有关的配置的组合被称为第一***L1。与第二绕组280的激励控制有关的配置的组合被称为第二***L2。第一***L1的配置主要以100’s编号，第二***L2的配置主要以200’s编号，并且对***L1和L2中彼此基本类似的配置进行编号，使得最后两位数字相同，并且将适当地省略对那些配置的描述。
如图2所示，驱动装置1具有沿轴向方向集成地设置在电机80的一侧的ECU 10，这是所谓的“机电集成型”装置。机电集成型装置可以称为“机械/电子集成型”装置。ECU 10相对于电机80设置在减速齿轮89的另一侧。ECU 10与旋转轴870的中心线Ax同轴地布置。对于机电集成型，可以将ECU 10和电机80有效地安置在具有有限安装空间的车辆中。当适当地简称为“轴向方向”或“径向方向”时，意指电机80的轴向方向或径向方向。
电机80包括：定子840、转子860、旋转轴870和容纳定子840、转子860、旋转轴870等的壳体830。定子840被固定至壳体830，并且绕组180和280围绕定子840缠绕。转子860设置在定子840的径向内侧并且相对于定子840可旋转。
旋转轴870固定到转子860中，并与转子860一体地旋转。壳体830借助于轴承835和836来可旋转地支撑旋转轴870。旋转轴870在ECU 10侧的端部从壳体830朝ECU 10侧突出。作为检测目标的磁体875设置在旋转轴870在ECU 10侧的端部处。
壳体830具有圆筒形外壳834、设置在外壳834的一端处的后框架端837以及设置在外壳834的另一端处的前框架端838。
在后框架端837中设置有开口837a，通过该开口837a***并布置旋转轴870。在后框架端837中提供有引线***孔839。连接至绕组180和280的各相的引线285***到引线***孔839中。引线285从引线***孔839引出至ECU 10。引线285***通过电机布线连接部186和286(参见图4和图5)并且通过焊料等连接至基板30。
ECU 10包括基板30和安装在基板30上的各种电子部件。基板30由通过基板连接部155和255***的螺栓259(参见图2)固定至后框架端837的与电机80相反的表面。螺栓259由导电材料制成。基板30的在电机80侧的表面被定义为电机表面301，而基板30的在与电机80相反侧的表面被定义为盖表面302。盖460形成为大体上有底圆筒形状，并且在径向上固定在后框架端837外。设置盖460以便覆盖基板30，并且保护ECU 10免受外部冲击，以及防止灰尘、水等进入ECU 10。在盖460的侧表面上设置有开口461。
连接器350包括：基部351、连接器部355和连接器端子360。连接器350通过螺栓350a等固定至基板30，并且从开口461径向向外取出。应当注意，连接器350可以构造成沿轴向方向取出。开口461固定在设置在基部351的外壁上的法兰352的外部。
连接器部355位于盖460的外部，并且被设置成使得线束等(未示出)可以***到连接器部355中以及从该连接器部355移除。连接器部355被划分成连接至第一***L1侧的第一连接器部和连接至第二***L2侧的第二连接器部。
连接器端子360每个均从基部351的径向内侧突出。连接器端子360包括第一电力供应端子、第一接地端子、第一信号端子、第二电力供应端子、第二接地端子和第二信号端子。
第一电力供应端子、第一接地端子和第一信号端子中的每一个从基板30的电机表面301侧***，并且电连接至第一电力供应端子连接部151、第一接地端子连接部152和第一信号端子连接部153(参见图4和图5)。
第二电力供应端子、第二接地端子和第二信号端子中的每一个从基板30的电机表面301侧***，并且电连接至第二电力供应端子连接部251、第二接地端子连接部252和第二信号端子连接部253(参见图4和图5)。在图4和图5中，每个***的信号端子的数量是六个，但可以是任何数量的端子。
图3示出了驱动装置1的电路配置。ECU 10包括与第一绕组180对应地设置的第一逆变器120、第一电机继电器127至129、第一电力供应继电器131和132、第一电容器134以及第一线圈135。ECU 10还包括与第二绕组280对应地设置的第二逆变器220、第二电机继电器227至229、第二电力供应继电器231和232、第二电容器234以及第二线圈235。
向第一***L1的第一逆变器120等供应来自第一电池199的电力。向第二***L2的第二逆变器220等供应来自第二电池299的电力。在本实施方式中，地(ground)也被第一***L1和第二***L2分离。第一微型计算机170控制第一绕组180的激励，并且第二微型计算机270控制第二绕组280的激励。换句话说，在本实施方式中，以完全冗余的配置彼此独立地提供第一***L1和第二***L2。
第一逆变器120是三相逆变器，并且第一开关元件121至126以桥的方式连接。开关元件121至123连接至高电位侧以形成上臂H。开关元件124至126连接至低电位侧以形成下臂L。顺便提及，高电位侧(high potential side)可以被称为高电势侧(high electricpotential side)，低电位侧(low potential side)可以被称为低电势侧(low electricpotential side)。成对的U相开关元件121和124的连接点连接至第一U相线圈181的一端。成对的V相开关元件122和125的连接点连接至第一V相线圈182的一端。成对的W相开关元件123和126的连接点连接至第一W相线圈183的一端。线圈181至183的另一端彼此连接。在开关元件124至126的低电位侧分别设置有分流电阻器137至139，该分流电阻器(shuntresistor)137至139是用于检测在线圈181至183中流动的电流的电流检测元件。
第二逆变器220具有与第一逆变器120相同的配置。换句话说，开关元件221至223连接至高电位侧以形成上臂H。开关元件224至226连接至低电位侧以形成下臂L。各UVW相的上臂电路和下臂电路的输出点连接至各UVW相线圈。在开关元件224至226的低电位侧设置有分流电阻器237至239，该分流电阻器137至139是用于检测在线圈281至283中流动的电流的电流检测元件。
第一电机继电器127至129设置在第一逆变器120与第一绕组180之间，并且被设置成使得第一逆变器120与第一绕组180可以彼此断开连接和彼此连接。U相电机继电器127设置在开关元件121和124的连接点与U相线圈181之间。V相电机继电器128设置在开关元件122和125的连接点与V相线圈182之间。W相电机继电器129设置在开关元件123和126的连接点与W相线圈183之间。第二电机继电器227至229具有与第一电机继电器127至129相同的配置，并且被设置用于各UVW相。
第一电力供应继电器131和132彼此串联连接——使得寄生二极管的方向彼此相反——并且设置在第一电池199与第一逆变器120之间。第二电力供应继电器231和232彼此串联连接——使得寄生二极管的方向彼此相反——并且设置在第二电池299与第二逆变器220之间。这防止了电流反向流动，并且如果电池199和299被反向不正确地连接，则保护ECU10。
前置驱动器(pre-driver)176基于来自第一微型计算机170的控制信号输出驱动信号。第一开关元件121至126、第一电机继电器127至129以及第一电力供应继电器131和132被控制以根据驱动信号接通和断开。第二***L2的前置驱动器276以与第一***L1的前置驱动器176的方式相同的方式工作。换句话说，第二开关元件221至226、第二电机继电器227至229以及第二电力供应继电器231和232由前置驱动器276进行通断控制。为了避免复杂化，在图3中省略了到电机继电器和电力供应继电器的控制线。
第一电容器134与第一逆变器120并联连接，并且第二电容器234与第二逆变器220并联连接。例如，电容器134和234由铝电解电容器形成。第一线圈135设置在第一电池199与第一电力供应继电器131之间，并且第二线圈235设置在第二电池299与第二电力供应继电器231之间。
第一电容器134和第一线圈135以及第二电容器234和第二线圈235各自形成滤波器电路。那些滤波器电路降低从共享电池199和299的其他装置传输的噪声。另外，滤波器电路降低从驱动装置1传输到共享电池199和299的其他装置的噪声。另外，电容器134和234存储电荷，从而辅助对逆变器120和220的电力供应。
***间接地连接电容器41连接第一***地G1和第二***地G2。第一机电连接电容器142连接第一***地G1和电机80的壳体830。第二机电连接电容器242连接第二***地G2和壳体830。电容器41、142和242由例如陶瓷电容器形成。
在图4中示出基板30的电机表面301，并且在图5中示出盖表面302。为了描述，将盖表面302的布置颠倒，并且在纸面的左侧示出第一***L1，而在右侧示出第二***L2。
如图4所示，开关元件121至126和221至226以及分流电阻器137至139和237至239安装在基板30的电机表面301上。电机继电器127至129和227至229以及电力供应继电器131、132、231和232安装在电机表面301上。此外，集成IC 175和275以及旋转角传感器29(传感器元件)安装在电机表面301上。集成IC 175包括前置驱动器176，并且集成IC 275包括前置驱动器276。旋转角传感器29检测由设置在旋转轴870上的磁体875引起的磁场的变化，并且输出与旋转轴870的旋转角对应的检测信号。
如图5所示，电容器134和234以及线圈135和235安装在基板30的盖表面302上。此外，***间接地连接电容器41、机电连接电容器142和242(参见图3)以及微计算机170和270安装在盖表面302上。
如图4和图5所示，基板30由缝隙305电分离成两片。与第一***L1相关的部分安装在在一个区域中的电机表面301和盖表面302上。与第二***L2相关的部分安装在在另一区域中的电机表面301和盖表面302上。
旋转角传感器29布置在基板30的面向后框架端837的开口837a的区域(开口面向区域)中。旋转角传感器29跨电机表面301上的缝隙305安装。***间接地连接电容器41跨缝隙305安装在盖表面302上，并连接第一***地G1和第二***地G2。
在电机表面301侧，壳体连接图案156和256在基板连接部155和255的外边缘处从表面抗蚀剂层呈环状露出。在盖表面302侧，壳体连接图案157和257在基板连接部155和255的外边缘处从表面抗蚀剂层露出。
在同一位置处形成的壳体连接图案156和157通过在基板连接部155的内周表面上形成的贯通孔连接盘(through-hole lands)彼此电连接，并且具有相同的电位。类似地，壳体连接图案256和257中的每一个具有同相同的电位。壳体连接图案156、157、256和257通过例如螺栓(未示出)电连接至壳体830，并且具有相同的电位。此外，壳体连接图案156、157、256和257的外边缘在整个圆周上被切开，以不与基板30上的其他布线图案电连接，使得壳体连接图案156、157、256和257处于所谓的浮岛中。
第一机电连接电容器142连接第一***L1的接地图案P13(参见图5)和壳体连接图案157。第二机电连接电容器242连接第二***L2的接地图案P23(参见图5)和壳体连接图案257。壳体830连接至车辆地。换句话说，电容器41、142和242都是用于在各个地之间连接的电容器。此外，可以想到，***间接地连接电容器41连接在***L1和L2的电力***电路的地之间。
在本实施方式中，将驱动装置1应用于EPS 8，并且在短时间内供应大电流，使得会产生开关噪声和振铃噪声。噪声N可能主要在ECU 10的电路中产生，并且所产生的噪声可能通过连接器350和电机80传播至车辆侧。因此，基板30的地和壳体830通过使用螺栓彼此电连接，以形成从电机80朝向ECU 10的噪声反馈路径。结果，在ECU 10的电路中产生的噪声被反馈至噪声源，并且抑制了噪声传播至车辆侧。
如图6所示，根据本实施方式，多层基板被用作基板30。在基板30中形成多个布线层、多个绝缘层34、表面抗蚀剂层37、过孔等。在布线层中设置有导电布线。具有电绝缘性质的绝缘层34布置在相邻的布线层之间。
布线层包括表面层31和32以及内部层33。表面层31和32是所有布线层的最外层。内部层33是位于整个布线层内部的层。在图6的示例中，内部层33包括四层(多层)。表面层31和32覆盖有表面抗蚀剂层37。覆盖表面层31的表面抗蚀剂层37形成电机表面301。覆盖表面层32的表面抗蚀剂层37形成盖表面302。
过孔包括贯通过孔(未示出)以及内过孔35a和36a。贯通过孔被成形为穿透通过所有表面层31、32和内部层33(所有布线层)。内过孔35a被成形为延伸跨过表面层31和32中的一个以及与这一个表面层相邻的一个内部层33。内过孔36a被成形为延伸跨过除过表面层31和32之外的所有内部层33。内过孔35a通过激光加工提供，而内过孔36a通过钻孔提供。
贯通过孔和内过孔36a的内表面镀有作为导电构件的镀层36。镀层36成形为圆筒形以在内部提供空间。非导电构件(未示出)被封装在内过孔36a的圆筒内。另一方面，导电构件被埋置在每个内过孔35a中。该导电构件具有实心形状，并且被称为实心过孔35。实心过孔35和镀层36电连接在任意布线层中形成的布线图案。镀层36和实心过孔35的材料的具体示例包括铜。
在布线层中形成的布线图案的一部分用作用于连接图3中所示的电子部件的布线。布线图案包括接地图案P13和P23以及电力供应图案P11、P12、P21和P22。这些图案被设置在第一***L1和第二***L2中的每一个中。
(接地图案的细节)
接地图案P13和P23提供地G1和G2的一部分，并且电连接至上述接地端子连接部152和252。接地图案P13和P23在盖表面302侧的表面层32中电连接至机电连接电容器142和242以及***间接地连接电容器41。各个接地图案P13和P23在电机表面301侧的表面层31中电连接至电容器134和234以及分流电阻器137至139和237至239的低电位侧端子。
图7和图8中所示的接地图案P13和P23是设置在所有布线层中的接地图案的一部分，并且在附图中省略了其他接地图案。接地图案P13和P23设置在内部层33上。
同一***的设置在不同布线层中的接地图案通过多个实心过孔35和镀层36彼此连接。例如，在图6中，内部层33的接地图案P13和设置在表面层31上的接地图案P13a通过多个实心过孔35和镀层36彼此连接。例如，在图7和图8中，连接至分流电阻器137至239的低电位侧端子的表面层31(未示出)的接地图案和内部层33的接地图案P13和P23通过多个实心过孔35彼此连接。
当从垂直于基板30的板表面的方向(板表面垂直方向)观看时，第一***L1的接地图案P13成形为包括电力供应继电器131和132、开关元件121至126以及分流电阻器137至139的全部(即整个区域)。类似地，当从板表面垂直方向观看时，第二***L2的接地图案P23成形为包括电力供应继电器231和232、开关元件221至226以及分流电阻器237至239的全部。换句话说，当从板表面垂直方向观看时，所有部件诸如电力供应继电器231和232、开关元件221至226以及分流电阻器237至239都与接地图案P13和P23交叠。
当从板表面垂直方向观看时，设置在盖表面302上的线圈135和235以及电容器134和234也与接地图案P13和P23完全交叠。在表面层31和32上设置的部件中与接地图案P13和P23交叠的部件组被称为接地图案交叠部件。连接至接地图案交叠部件的实心过孔35也与接地图案P13和P23交叠。例如，如图7和图8所示，当从板表面垂直方向观看时，连接至分流电阻器237至239的实心过孔35和连接至电力供应继电器131的实心过孔35也与接地图案P13和P23完全交叠。
(电力供应图案的细节)
电力供应图案P11至P22连接至逆变器120和220的高电位侧以供应电力。各***的电力供应图案P11至P22在电机表面301侧的表面层31中电连接至电容器134和234以及电力供应继电器132和232的高电位侧端子。各***的电力供应图案P11至P22电连接至开关元件121至123以及221至223的高电位侧端子。
图7和图8中所示的电力供应图案P11至P22是设置在所有布线层的每一个中的电力供应图案的一部分，并且在附图中省略了其他电力供应图案。图示的电力供应图案P11和P21设置在盖表面302侧的表面层32上。图示的电力供应图案P12和P22设置在电机表面301侧的表面层31上。
设置在不同布线层中的同一***的电力供应图案通过多个实心过孔35和镀层36彼此连接。例如，在图7和图8中，与第一电力供应继电器131和231连接的表面层31的电力供应图案P12和P22以及表面层32的电力供应图案P11和P21通过多个实心过孔35和镀层36彼此连接。
当从板表面垂直方向观看时，设置在表面层32上的第一***L1的电力供应图案P11成形为包括电力供应端子连接部151和线圈135的全部。当从板表面垂直方向观看时，设置在表面层32上的第二***L2的电力供应图案P21被类似地成形为包括电力供应端子连接部251和线圈235的全部。换句话说，当从板表面垂直方向观看时，电力供应端子连接部151和251以及线圈135和235的全部与电力供应图案P11和P21交叠。
当从板表面垂直方向观看时，设置在表面层31上的第一***L1的电力供应图案P12成形为包括开关元件121至123以及电力供应继电器131和132的全部。以相同的方式，当从板表面垂直方向观看时，设置在表面层31上的第二***L2的电力供应图案P22成形为包括开关元件221至223以及电力供应继电器231和232的全部。换句话说，当从板表面垂直方向观看时，开关元件121至223和电力供应继电器131至232与电力供应图案P12和P22完全交叠。
在设置在表面层31上的元件中，与电力供应图案P12和P22交叠的部件组被称为电力供应图案交叠部件。连接至电力供应图案交叠部件的实心过孔35也与电力供应图案P12和P22交叠。例如，如图7和图8所示，当从板表面垂直方向观看时，连接至电力供应继电器131和231的实心过孔35也与电力供应图案P11至P22交叠。
(电流电机输出路径)
将参照图7和图8描述基板30上流经电力供应图案P11至P22以及接地图案P13和P23的电流路径。在第一***L1和第二***L2中，电流流经独立的电流路径。
首先，将通过使用附图中的第二***L2所附的箭头I1至I4来描述直到从第二电池299供应至ECU 10的电流被输出至电机80的电流路径。尽管在第一***L1中未示出箭头I1至I4，但是形成了与第二***L2的电流路径类似的电流路径。
如图7中的箭头I1所示，从电力供应端子连接部251供应的电流流经电力供应图案P21和线圈235。此后，如图8中的箭头I2所示，电流通过实心过孔35和镀层36流入电力供应图案P22。此后，将流经电力供应图案P22的电流分配至包括在各相的上臂H中的开关元件221至223。然后，如图8中的箭头I3所示，电流从各相的上臂H与下臂L之间的中点——即从开关元件221至223的低电位侧——流至电机继电器227至229。此后，如图8中的箭头I4所示，电流从电机继电器227至229流至电机布线连接部286，并且电流流到第二绕组280中。
简而言之，电力供应图案P21通常布置在靠近基板30的外周边缘的部分中。电力供应图案P22布置在比电力供应图案P21更靠近基板30的中心的部分中。流经电力供应图案P22的电流从靠近基板30的外周边缘的部分朝向中心部分流动(参见箭头I2)。
由箭头I2指示的电流通常以沿着缝隙305的方向并且平行于缝隙305流动。由箭头I3和I4指示的电流通常从基板30的中心部分流向靠近外周边缘的部分。由箭头I3和I4指示的电流的方向是垂直于缝隙305的方向。尽管箭头I3和I4指示三个相的电流，但是由箭头I3和I4指示的电流路径被控制为使得各相的电流不是同时流动，而是交替流动。
(电流的接地流入路径)
将通过使用附图中的第一***L1所附的箭头I5至I8来描述直到从电机80流入ECU10的电流流入地的电流路径。尽管虽然在第二***L2中没有示出箭头I5至I8，但是形成了与第一***L1的电流路径类似的电流路径。
如图8中的箭头I5所示，从第一绕组180流到电机布线连接部186的电流流到电机继电器127至129。此后，如图8中的箭头I6所示，电流从各相的电机继电器127至129流至下臂L的开关元件124至126。此后，如图8中的箭头I7所示，电流从各相的开关元件124至126流至分流电阻器137至139。此后，电流通过实心过孔35和镀层36流入接地图案P13中。从各相流到接地图案P13中的电流如图7中的箭头I8所示流入第一接地端子连接部152中。
简而言之，接地图案P13通常是布置在基板30的靠近缝隙305的部分中的并且在沿着缝隙305的方向上延伸的平坦形状。流经接地图案P13的电流沿着缝隙305从基板30的中心部分流向靠近外周边缘的部分(参见箭头I8)。换句话说，流经接地图案P13的电流与流经电力供应图案P12的电流相反地流动。
箭头I5和I6所示的电流通常从靠近基板30的外周边缘的部分流向中心部分。由箭头I5和I6指示的电流的方向是垂直于缝隙305的方向。尽管箭头I5和I6指示三个相的电流，但是由箭头I5和I6示出的电流路径被控制为使得各相的电流不是同时流动，而是交替流动。
(布线图案的位置关系)
当从板表面垂直方向观看时，第一***L1的接地图案P13成形为包括第一***L1的电力供应图案P11和P12的全部。以相同的方式，当从板表面垂直方向观看时，第二***L2的接地图案P23成形为包括第二***L2的电力供应图案P21和P22的全部。换句话说，当从板表面垂直方向观看时，电力供应图案P11至P22的全部与接地图案P13和P23交叠(overlap)。
在多个布线层中，当电机表面301侧的表面层31被定义为“第一层”并且与第一层相邻定位的内部层33被定义为“第二层”时，每个图案的面积(area)具有以下大小关系。在第一***L1中，作为设置在第二层中的接地图案P13的第二层接地图案部分的面积大于作为设置在第一层中的电力供应图案P12的第一层电力供应图案部分的面积。
当在盖表面302侧的表面层32被定义为“第一层”时，作为设置在第二层中的接地图案P13的第二层接地图案部分的面积大于作为设置在第一层中的电力供应图案P11的第一层电力供应图案部分的面积。
如上所述，旋转角传感器29布置在基板30的面向开口837a的区域(开口面向区域)中，通过该开口837a，旋转轴870被***并布置。电力供应图案和接地图案布置在当从板表面垂直方向观看时不与旋转角传感器29交叠的位置处。
(安装部件的位置关系)
将构成逆变器120、220的电路称为“电力转换电路”，并且将电力转换电路划分为“通断变动单元(on-off fluctuation unit)”、“电力供应单元”、“输出单元”。
通断变动单元是电力转换电路的进行变动使得切换电流的通和断的部分。通断变动单元包括构成上臂H的开关元件121至123和221至223、构成下臂L的开关元件124至126和224至226、分流电阻器137至239以及连接这些元件的布线。
电力供应单元是用于向通断变动单元供应电力的部分。电力供应单元包括用于将电力供应至各相的上臂H的布线(P布线)。P布线包括电力供应图案P12和P22。
电力从P布线不断地供应至各相的任何上臂H。出于该原因，流经P布线的电流不变动使得切换电流的通和断。从P布线分支出去并引入到开关元件121中的每一个的布线包括以与P布线相同的方式不执行通断变动(on-off fluctuation)的部分。例如，两个电力供应继电器131与132之间的部分以及电力供应继电器132与开关元件121之间的部分不执行通断变动。另一方面，两个开关元件121与122之间的部分以及两个开关元件122与123之间的部分执行通断变动，并且对应于通断变动单元。
输出单元是从通断变动单元输出的电流流经的部分。输出单元包括用于将上臂H和下臂L的中点连接至电机继电器127至229的布线(O布线)。输出单元还包括电机继电器127至229以及电机布线连接部186、286。此外，输出单元包括用于连接电机继电器127至229与电机布线连接部186和286的布线(O布线)。
从上臂H输出的电流和从下臂L输出的电流交替地流经O布线。出于该原因，尽管流经O布线的电流的方向周期性地变化，但是流经O布线的电流不变动使得电流接通时段和电流关断时段交替地切换。
当从板表面垂直方向观看时，通断变动单元布置在电力供应单元与输出单元之间。更具体地，通断变动单元中的三个相的下臂L的一部分(包括分流电阻器)布置在电力供应图案P11和P22与电机继电器127至229之间。
将详细描述那些布置。基板30被分为第一***L1的区域和第二***L2的区域。那些区域的边界是线性的，例如，线性缝隙305是隔室的边界。当从板表面垂直方向观看时，在与边界线(缝隙305)垂直的方向，电力供应单元、通断变动单元和输出单元沿按顺序排列。电力供应单元被布置在比输出单元更靠近边界线的一侧处。输出单元被布置成比电力供应部更靠近外周边缘。
当从板表面垂直方向观看时，分流电阻器137至239被布置在下臂L的开关元件124至226与输出单元之间的区域之外的位置处。更具体地，当从板表面垂直方向观看时，分流电阻器137至239被布置在上臂H的开关元件121至223与下臂L的开关元件124至226之间的区域之外的位置处。
根据本实施方式，在第一***L1中，对应于第一层电力供应图案部分的电力供应图案P11和P12以及对应于第二层接地图案部分的接地图案P13被布置为当从板表面垂直方向观看时彼此交叠。出于该原因，当从板表面垂直方向观看时，由电力供应图案P11和P12以及接地图案P13形成的环减小。出于该原因，当从板表面垂直方向观看时，由电力供应图案P11和P12以及接地图案P13形成的环减小。
以相同的方式，在第二***L2中，对应于第一层电力供应图案部分的电力供应图案P21和P22以及对应于第二层接地图案部分的接地图案P23被布置为当从板表面垂直方向观看时彼此交叠。出于该原因，当从板表面垂直方向观看时，由电力供应图案P21和P22以及接地图案P23形成的环减小。
因此，在每个***中，可以抑制两个环形图案用作天线。出于该原因，可以抑制由逆变器电路的开关产生的噪声作为发射噪声而被发射，该发射噪声为电磁波。除了上述开关噪声之外，由在两个图案中流动的大电流引起的电磁波噪声也通过环的减小而被抑制。
此外，在本实施方式中，提供了延伸跨过第一层和第二层的内过孔35a以及在设置在内过孔35a中的实心过孔35(导电构件)。接地图案P13包括形成在第一层中的第一层接地图案部分。图6所示的接地图案P13a对应于第一层接地图案部分。第二层的接地图案P13和第一层的接地图案P13a通过多个实心过孔35彼此电连接。
在电力转换电路的布线中，为了减少由大电流流动引起的发热，可能期望增加布线的厚度以降低阻抗。然而，当布线被加厚时，由于基板制造限制，布线宽度和布线间隙可能变大，并且不能形成精细的布线。因此，可能不适合布线需要高密度布局的控制电路。因此，如果将电力转换电路和控制电路二者都设置在同一基板上以实现小型化，则可能存在难以实现降低阻抗以及布线的小型化二者的情况。
在本实施方式中，如上所述，设置在各层中的接地图案P13和P13a通过多个实心过孔35彼此连接。出于该原因，电流可以在具有低阻抗的不同层的接地图案P13和P13a中流动。这使得可以在不加厚布线的情况下实现阻抗的减小，并且使得可以实现阻抗的减小和布线的小型化二者。
设置在各层中的接地图案P13和P13a通过实心过孔35彼此连接。出于该原因，与通过在内部设置空间的圆筒状镀层36进行连接的情况相比，能够促进阻抗降低。此外，由于可以以这种方式减小阻抗，因此可以在发热和电压方面减小接地图案P13和P13a。
此外，在本实施方式中，当从板表面垂直方向观看时，进行变动以接通和关断电流的通断变动单元布置在电力供应单元与输出单元之间。根据以上配置，由于易于产生噪声的通断变动单元布置在电压稳定的电力供应单元与输出单元之间，因此能够抑制在通断变动单元中产生的噪声作为发射噪声而被辐射。
分流电阻器137至239连接至接地图案P13和P23。出于该原因，随着分流电阻器137至239被布置得越靠近电力供应图案P12和P22，环变得越小。根据以上观点，根据本实施方式，当从板表面垂直方向观看时，分流电阻器137至239被布置在下臂L的开关元件124至226与输出单元之间的区域之外的位置处。出于该原因，与分流电阻器137至239被布置在上述区域中的情况相比，可以减小上述环，并且可以促进降低发射噪声的效果。
此外，在本实施方式中，旋转角传感器29(传感器元件)布置在基板30中的旋转轴870的中心线Ax上。更具体地，旋转角传感器29布置在基板30的面向开口837a的开口面向区域中，通过该开口837a，旋转轴870被***并布置。电力供应图案P11至P22以及接地图案P13和P23布置在当从板表面垂直方向观看时不与旋转角传感器29交叠的位置处。
根据以上配置，可以抑制磁体875的磁场的变化受到流经电力供应图案P11至P22以及接地图案P13和P23的大电流的影响。因此，可以抑制由旋转角传感器29引起的检测精度的降低。
此外，在本实施方式中，第二层接地图案部分的面积大于第一层电力供应图案部分的面积。具体地，在每个***中，接地图案P13和P23的面积大于电力供应图案P12和P22的面积。出于该原因，能够提高地电位的稳定性。此外，当从板表面垂直方向观看时，整个第一层电力供应图案部分与第二层接地图案部分交叠。出于该原因，与环被部分交叠的情况相比，可以进一步减小上述环。
由于各种电子部件安装在表面层上，所以与内部层相比，可能难以确保大面积的布线图案。考虑到以上观点，在本实施方式中，形成电力供应图案部分P12和P22的第一层是表面层，而形成接地图案部分P13和P23的第二层是内部层。这使得可以容易地确保接地图案部分P13和P23的大面积，并且使得可以提高地电位的稳定性。
此外，在本实施方式中，电力转换电路向呈现车辆的转向力的EPS 8的电机80供应电力。由于EPS 8的电机80具有瞬时流过大电流的特性，因此很可能产生发射噪声。出于该原因，适当地呈现根据本实施方式的抑制发射噪声的效果。
(其他实施方式)
尽管以上已经描述了本公开内容的多个实施方式，但是，特别地，如果组合中没有问题，则不仅每个实施方式的描述中明确示出的配置的组合而且多个实施方式的配置都可以被部分地组合，即使没有明确示出该组合。在以下描述中还公开了在多个实施方式和修改示例中描述的配置的未指定组合。
在图8示出的实施方式中，当从板表面垂直方向观看时，第一层电力供应图案部分的全部与第二层接地图案部分交叠。另一方面，第一层电力供应图案部分的一部分可以与第二层接地图案部分交叠。
在图6所示的实施方式中，第一层接地图案部分和第二层接地图案部分通过多个实心过孔35彼此连接，但是第一层接地图案部分和第二层接地图案部分可以通过一个实心过孔35彼此连接。实心导电构件(实心过孔35)可以用空心导电构件诸如镀层来代替。在图6示出的实施方式中，实心过孔35用于将两个布线层彼此连接，但是可以将三个或更多个布线层彼此连接，或者可以将所有布线层彼此连接。
在图8示出的实施方式中，当从板表面垂直方向观看时，通断变动单元布置在电力供应单元与输出单元之间。另一方面，通断变动单元的一些或全部可以布置在电力供应单元与输出单元之间的区域之外的位置处。在图8的示例中，电力供应单元布置在比输出单元更靠近边界线的一侧，并且输出单元布置在比电力供应单元更靠近外周边缘的一侧处。另一方面，电力供应单元和输出单元的布置可以颠倒。
在图8示出的实施方式中，分流电阻器137至239被置于下臂L的开关元件124至226与输出单元之间的区域之外的位置处。另一方面，分流电阻器137至239中的一些或全部可以位于上述区域中。
在图8示出的实施方式中，当从板表面垂直方向观看时，电力供应图案和接地图案二者均布置在不与旋转角传感器29交叠的位置处。另一方面，电力供应图案和接地图案中的至少之一可以与旋转角传感器29交叠。
在图8所示的实施方式中，要交叠的第一层电力供应图案部分被设置在表面层31和32上，但是设置在内部层33上的电力供应图案部分可以彼此交叠。要交叠的第二层接地图案部分不限于设置在内部层33上的接地图案部分，而可以是设置在表面层31和32上的接地图案部分。
在图8所示的实施方式中，电机表面301侧的第一层电力供应图案部分和盖表面302侧的第一层电力供应图案部分二者与第二层接地图案部分交叠。另一方面，电机表面301侧和盖表面302侧上的第一层电力供应图案部分中的任何之一可以被交叠。
在图8所示的实施方式中，第二层接地图案部分的面积大于第一层电力供应图案部分的面积。另一方面，面积大小关系可以颠倒。
在图2所示的示例中，开口837a设置在后框架端837中，并且旋转轴870***穿过该开口837a。附接至旋转轴870的端部的磁体875从开口837a中露出并且面向旋转角传感器29。另一方面，可以去除开口837a，并且后框架端837的一部分可以介于旋转角传感器29与磁体875之间。但是，即使在这种情况下，也希望将旋转角传感器29设置在旋转轴870的中心线Ax上。
在第一实施方式中，形成电力供应图案部分P12和P22的第一层是表面层，而形成接地图案部分P13和P23的第二层是内部层。另一方面，第一层可以是内部层。第二层可以是表面层。
在图1所示的实施方式中，电力转换装置包括EPS 8的电机80，电机80作为电力供应目标。另一方面，另一电机诸如用于车辆行驶的电机可以是电力供应目标。在第一实施方式中，将构成逆变器120和220的电路应用于设置在基板30上的电力转换电路，但是也可以应用升压电路。
在图3所示的实施方式中，驱动装置1中的构成第一***L1的部件和构成第二***L2的部件安装在单个基板30上。另一方面，那些部件可以分别安装在多个基板上。构成第一***L1的部件包括第一逆变器120、第一电机继电器127至129、第一电力供应继电器131和132、第一电容器134、第一线圈135等。构成第二***L2的部件包括第二逆变器220、第二电机继电器227至229、第二电力供应继电器231和232、第二电容器234和第二线圈235。
在图3所示的实施方式中，开关元件121至126、电机继电器127至129以及电力供应继电器131、132都是MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)。另一方面，可以使用IGBT、半导体闸流管等。电力供应继电器131和132可以是机械继电器。第二***L2可以是IGBT、半导体闸流管或机械继电器，而不是与第一***L1相同方式的MOSFET。
尽管图3所示的实施方式包括***间接地连接电容器41，但是可以去除***间接地连接电容器41。尽管图3所示的实施方式包括机电连接电容器142和242，但是可以去除那些机电连接电容器142和242。在这种情况下，可以省略将用于每个***的接地图案或用于每个***的电力供应图案划分并设置在由缝隙305分开的每个区域中。
***间接地连接电容器41安装在基板30上，并且电连接每个***的地。这使得可以在基板30上形成用于将通过电机绕组180和280等传播至其他***侧的噪声反馈至主***的路径。机电连接电容器142和242将壳体连接图案156、157、256和257连接至基板30的接地图案。这使得可以形成用于将传播至电机80侧的噪声反馈至包括逆变器120和220的ECU10的低阻抗路径。因此，能够减少噪声传播到驱动装置1的外部诸如车辆。
在第一实施方式中，电力转换电路和用于控制电力转换电路的操作的控制电路被设置在一个公共基板30上。电力转换电路由逆变器120和220提供，并且控制电路由微计算机170和270以及前置驱动器176和276提供。电力转换电路的电力布线图案和控制电路的控制布线图案(未示出)二者均形成在基板30上。电力布线图案的具体示例包括接地图案P13和P23、电力供应图案P11和P21等。替选地，电力转换电路和控制电路可以设置在分开的基板上。在这种情况下，电力布线图案和控制布线图案设置在不同的基板上。
在第一实施方式中，为两个***的电力转换电路中的每一个提供控制电路，并且控制电路也被配置在两个***中。另一方面，控制电路可以是两个***的电力转换电路中的每一个共用的，并且控制电路可以被配置成单个***。另外，所有电路——包括电力转换电路——可以被配置为一个***。
逆变器120对应于电力转换电路。逆变器220对应于电力转换电路。基板30对应于多层基板。表面层31和32对应于第一层。内部层33对应于第二层。实心过孔35对应于导电构件。内部过孔35a对应于过孔。电力供应图案P12对应于第一层电力供应图案部分。接地图案P13对应于第二层接地图案部分。接地图案P13a对应于第一层接地图案部分。电力供应图案P22对应于第一层电力供应图案部分。接地图案P23对应于第二层接地图案部分。
虽然已经例示了根据本公开内容的电力转换装置的各种实施方式、配置和各方面，但是本公开内容的实施方式、配置和各方面不限于以上描述的那些。例如，根据在不同实施方式、配置和各方面中公开的技术元素的适当组合获得的实施方式、配置和各方面也包括在本公开内容的实施方式、配置和各方面的范围内。

Claims (10)

1.一种电力转换装置，包括：
电力转换电路(120、220)，其被配置成转换供应的电力以输出经转换的电力；以及
多层基板(30)，其包括所述电力转换电路，并且具有布线图案，
其中：
所述多层基板的所述布线图案包括：
电力供应图案，其被连接至所述电力转换电路的高电位侧以供应电力，以及
接地图案，其被连接至所述电力转换电路的低电位侧；
所述多层基板包括第一层(31、32)和第二层(33)；
所述电力供应图案包括所述第一层(31、32)中的第一层电力供应图案部分(P12、P22)；
所述接地图案包括所述第二层(33)中的第二层接地图案部分(P13、P23)；以及
所述第一层电力供应图案部分和所述第二层接地图案部分在垂直于所述多层基板的板表面的方向上至少部分地彼此交叠。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，还包括：
过孔(35a、36a)，其被安装在所述多层基板中，并且跨所述第一层和所述第二层延伸；以及
导电构件(35、36)，其被安装在所述过孔中，
其中：
所述接地图案包括所述第一层中的第一层接地图案部分(P13a)；并且
所述第一层接地图案部分和所述第二层接地图案部分通过安装在所述过孔中的所述导电构件彼此电连接。
3.根据权利要求2所述的电力转换装置，其中：
所述导电构件嵌入所述过孔中以成为实心。
4.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中：
所述电力转换电路的通断变动单元进行变动以接通和关断电流；
所述电力转换电路的电力供应单元向所述通断变动单元供应电力；
所述电力转换电路的输出单元使从所述通断变动单元输出的电流流动；以及
所述通断变动单元在垂直于所述多层基板的所述板表面的方向上布置在所述电力供应单元与所述输出单元之间。
5.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中：
所述电力转换电路的通断变动单元进行变动以接通和关断电流；
所述电力转换电路的输出单元使从所述通断变动单元输出的电流流动；
所述通断变动单元包括开关元件(124、125、126、224、225、226)；
所述通断变动单元还包括分流电阻器(137、138、139、237、238、239)，所述分流电阻器(137、138、139、237、238、239)被配置成检测从所述开关元件流到地的电流的值；以及
所述分流电阻器在垂直于所述多层基板的所述板表面的方向上布置在离开所述开关元件与所述输出单元之间的区域的位置处。
6.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中：
所述电力转换电路将电力输出至电机(80)，所述电机(80)具有绕组(180、280)、定子(840)、转子(860)、旋转轴(870)和壳体(830)；
所述壳体容纳所述绕组、所述定子和所述转子；以及
所述壳体支承所述多层基板，
所述电力转换装置还包括传感器元件(29)，所述传感器元件(29)安装在所述多层基板上并位于所述旋转轴的中心线上，并且被配置成输出与所述旋转轴的旋转角相对应的检测信号，
其中，
所述电力供应图案和所述接地图案中的至少之一布置在所述电力供应图案和所述接地图案中的所述至少之一在垂直于所述多层基板的所述板表面的方向上不与所述传感器元件交叠的位置处。
7.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中：
所述第二层接地图案部分的面积大于所述第一层电力供应图案部分的面积。
8.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中：
所述第一层电力供应图案部分的整体在与所述多层基板的所述板表面垂直的方向上与所述第二层接地图案部分交叠。
9.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中：
所述第一层是位于所述多层基板的多个层中的最外层的表面层；并且
所述第二层是位于所述多层基板的多个层中的内层的内部层。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电力转换装置，其中，
所述电力转换电路向生成车辆的转向力的电机(80)供应电力。
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