JP2012192893A - 車両・船体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】特に電気自動車やハイブリッド車等において電源及び電装機器からの電磁波の放射をシールドまたは減衰させ、ペースメーカー使用者等の乗客等の健康・安全に配慮した構造を実現する。
【解決手段】直流電源２をシールド材料３０で被覆し、電源部及び／または電装機器と車内・船体内各部との間に高透磁率材料を設けることにより、車内・船体内を電磁波から保護することを特徴とする車両・船体構造。
【選択図】図２

Description

本発明は車両・船体の電磁波シールドまたは減衰構造に関し、特に、電源装置や電装機器等を有する車両において乗客を電磁波から保護するための車両・船体構造に関する。

近年、電池を動力源とする電気自動車、或いは電池とエンジンを組み合わせて動力源とする、ハイブリッド車の発達が著しい。これらの自動車は良好な燃費を示すが、比較的大きな電流が流れるため、電源部やモーター部等の電装機器からは少なからぬ電磁波が発生している。

従来の車両においても、車載の電装部品等の動作を制御する電気部品や制御基板を収容した電子制御基板ユニット（ＥＣＵ）では、電気部品や制御基板を収容する筐体に、収容空間を外部から電磁遮蔽する電磁遮蔽機能を備えたシールドケースが採用される。しかし、これらは、ＥＣＵを外部の電磁波から保護するためのものであり、一般にＥＣＵの誤作動の原因になる高周波電磁波からの保護を目的としている。そのため、電磁波シールド対策の必要な装置、機器等のハウジング、筐体等には、電磁波シールドを目的として、通常、鉄やアルミニウム等の金属が使用されている。最近では、車体軽量化のため、これらの金属を、カーボンファイバー、カーボン、黒鉛等を添加した導電樹脂で代替することが検討されている。

電装機器、特にスイッチングノイズの発生しやすいインバータ装置については機器からのノイズ放射をシールドすることも試みられているが、例えば、特許文献１（特開２００７−２６６５２７）では、シールド板として「電気伝導性の良好な金属製であり、例えば、アルミ製である」としており、高周波シールドを意図していることが明らかである。

特開２００７−２６６５２７号公報

本発明者が独自に調査検討したところ、車両の乗客着座部には大きな低周波電磁界が発生していることが判明した。しかしながら、現状においては乗客への低周波電磁界の影響は十分に考慮されているとはいいがたい。また、近年では自動車以外の船舶等においても環境への配慮等から電気的な駆動手段を用いる例が増えており、同様の問題が懸念される。
また、電気的な駆動手段を用いる場合、ペースメーカー使用者等に対する電磁波の影響や一般の者に対しても様々な影響が懸念される。従って、環境面と健康面の両方に配慮した車体・船体構造が望まれる。従って、本発明は、特に電気自動車やハイブリッド車において電源及び電装機器からの低周波帯域の電磁波の放射をシールドまたは減衰させ、よって、乗客の安全を図ることを課題とするとともに、は自動車のみならず、列車や電気的な駆動手段を有する船舶等にも適用し得る電磁波からの保護手段を提供することを課題とする。

本発明者は、鋭意検討した結果、電気自動車やハイブリッド車など、電源部やモーター部等の電装機器と車内・船体内各部との間に高透磁率材料を設けることにより、車内・船体内が電磁波から保護されることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は以下の車両構造を含む。
［１］電源部及び／または電装機器と車内・船体内各部との間に高透磁率材料を設けることにより、車内各部を電磁波から保護することを特徴とする車両・船体構造。
［２］高透磁率材料が、鉄、ニッケル、ケイ素、コバルト、マンガン、モリブデン、クロム、アルミニウム、銅、ホウ素、亜鉛の少なくとも１種を含む金属系高透磁率材料または炭素系高透磁率材料であることを特徴とする前記［１］に記載の車両・船体構造。
［３］前記高透磁率材料が電源部及び／または電装機器を収容する収容空間を画成する筐体として形成されている前記［１］または［２］に記載の車両・船体構造。
［４］前記筐体には、該筐体自体を車両・船体に固定するためのブラケット部が一体成形されていることを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の車両・船体構造。
［５］前記高透磁率材が、車両・船体に一体成形されていることを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の車両・船体構造。

本発明によれば、特に電気自動車やハイブリッド車において電源及び電装機器からの電磁波の放射をシールドまたは減衰させ、よって、乗客の安全を図ることができる。従って、本発明によれば、環境面と健康面の両方に配慮した車体・船体構造が提供される。

車両構造の一例を示す模式的断面図である。 本発明の車両構造の一例を示す模式図であり、対象物の一部を被覆する例（Ａ）と全体を被覆する例（Ｂ）である。 本発明の車両構造の別の例を示す模式図である。 本発明の車両構造のさらに別の例を示す模式図である。 本発明のシールド材料の構造の一例を示す模式図（Ａ）及びこれと対象部材との位置関係を示す断面図（Ｂ）である。 本発明の車両構造の実施例を示す模式的断面図である。 本発明の車両構造の実施例を示す模式的上面図である。

次に、本発明の実施形態についてより詳細に説明する。
本発明においては、電源部及び／または電装機器と車内・船体内各部との間に高透磁率材料を設ける。
すなわち、一般に電気自動車またはハイブリッド車は、図１に示すように、車両１（車体１ａとタイヤ１ｂから構成される）内に直流電源２、インバータ４、モータ６を備えており、また、冷却装置１０のように電源によって駆動される装置も装備している。これらは制御部８によって直接または間接的に制御されており、接続線３、５、７及び９により接続され、インバータ４は直流電源２を交流に変換し、この交流によりモータ６は駆動され、車両１は走行する。言うまでもなく、ハイブリッド車ではガソリンエンジンも搭載されるが、電力走行時の機構は上記と同じである。なお、図１では、インバータ４を介して車内各部が接続線で電気的に接続されているが、実際には、インバータ４とは別の中継部を介して接続するのが普通であり、直流電源から直接直流を配線する場合もあり得る。

電源部は、車両においてその用に供される電源であり、具体的には、現状では、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池が主流であるが、将来、これらにおいて実用に供され得るこの他の二次電池、キャパシタ及び／または電力発生装置も含む。例えば、燃料電池でもよい。

本発明において、電装機器は、上記のように走行用モータに電力を供給する電力変換器（インバータ、コンバータ等）、電源部及び／または電力変換器による電力によって駆動される各種の機器・配線を含む幅広い概念である。電力変換器以外の電装機器の例としては、走行用モータ、（ハイブリッド車における）エンジン始動装置、操舵装置、トランスミッション、ＥＣＵ等の各種制御装置、冷暖房装置、走行用以外の各種モータその他の駆動装置、車内外の照明装置及びランプ、音響装置、通信装置、表示装置、運転支援装置等並びにこれらに伴う配線等を含む。但し、これらは例示であって、これらに限定されるものではない。

また、本明細書では主として電気自動車やハイブリッド車について言及するが、本発明は、その他の車両、例えば、バイクや電気自転車等の車両、列車、モノレール、路面電車等の公共的車両についても適用できる。

高透磁率材料は、特に限定されるものではなく、例えば、無機材料、セラミック、炭素材料等を含み得るが、例えば、鉄、ニッケル、ケイ素、コバルト、マンガン、モリブデン、クロム、アルミニウム、銅、ホウ素、亜鉛の少なくとも１種を含む金属系高透磁率材料または炭素系高透磁率材料が挙げられる。このような金属系高透磁率材料の例としては、鉄−ニッケル系合金であるパーマロイ、スーパーマロイ、アモルファス金属箔等を挙げることができる。このようなものとしては市販されているものを使用することができ、例えば、ＭＥＴＧＬＡＳ
２７０５Ｍ（商品名）（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ−Ｓｉ系、日本非晶質金属社製）、ＭＥＴＧＬＡＳ ２７１４Ａ（商品名）（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｂ−Ｓｉ系、日本非晶質金属社製）、パーマロイ合金のタフパームＨＤ（商品名）（Ｎｉ−Ｆｅ系、日立金属社製）、ナノ結晶粒軟磁性材料のファインメットＦＴ−３Ｍ（商品名）（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系、日立金属社製）等を挙げることができる。金属系高透磁率材料と炭素系高透磁率材料とを含む複合材料も利用できる。

本発明の車両構造は、電源部及び／または電装機器と車内各部との間に高透磁率材料を設けることにより、車内各部を電磁波から保護することを特徴とする。車内各部を電磁波から保護するとは、車内各部における電磁波による影響をシールドすること全般を含む。例えば、一般に、上述の電装機器においては、他の電装機器からの電磁ノイズの影響を排除ないし軽減することが好ましく、本願もまた、そのような態様を含むが、本発明では特に車内に乗車している人体への影響がいちばん重要である。

なお、本発明において「シールド」とは、材料をはさんで電磁波放射側とその反対側とで、電磁波の強度に有意の差を生じさせる（反対側の方が電界／磁界の強度が小さい）状態を指す。このような電磁シールドは、一般意的には、電界が材料中で荷電粒子（すなわち電子）に力を生じ、材料中の荷電粒子の移動を引き起こし、荷電粒子の移動が加えられた電界を内部で打ち消したり、変動磁場が電流を発生させ、発生した電流が加えられた磁場を打ち消すように作用する等であるが、材料表面での反射、材料内部での減衰その他、その機構を問うものではない。

本発明においてシールド（上述の通り、本発明においては反射・減衰等を含む。）する電磁波は限定されないが、好ましくは低周波磁界を含み得る。低周波磁界とは概ね１００Ｈｚ以下の磁界をいう。但し、本発明でシールド（上述の通り、本発明においては反射・減衰等を含む。）の対象とする電磁波は低周波磁界に限定されず、人体等に影響を及ぼし得る電磁波全般を含む。

シールド材料は、通常、電源部及び／または電装機器を被覆する被覆材料として車内に設置する態様、電源部及び／または電装機器を収容する収容空間を画成する材料として車体と一体に形成配置する態様として用い得る。図１の例で言えば、直流電源２、インバータ４、モータ６等を個別に被覆してもよいし、これらの全部または一部を収容する空間をシールド材料として形成してもよい。

例えば、図２は、図１の例において、直流電源２をシールド材料３０で被覆した例である。同様に、インバータ４、モータ６、各種の配線のうち影響の大きい部材を同様に被覆する。被覆する場合、その目的にもよるが、対象物全体を被覆してもよいが（図２Ｂ）、車内各部を電磁波から保護する目的と被覆材の重量、コスト、放熱性等を考慮して可能な限り、車内側を部分的に設置するか、車内側のシールド効率を高めるように設置することが好ましい（図２Ａ）。図３は特にこのような効果の顕著な例であり、この例では直流電源２の上部のみをシールド材料３０で被覆している。

シールド材料３０は金属板等の板状材料として形成する場合は、箱型またはコの字型のシールド部材を、対象部材を被覆するようにビス等の器具で固定することが可能である。また、可撓性材料として設置する場合は、対象部材を覆うように被せビス等の剛性固定具の他、テープ等の柔軟な巻回し材料で固定してもよい。

図４は、図１の例において、電源部及び／または電装機器を収容する収容空間を画成する材料３２として車体と一体に形成配置した例である。この場合、直流電源２、インバータ４、モータ６、接続線３と５、及び接続線７と９の一部と車内との間にシールド材料３２が位置しており、これにより車内が電磁波から保護されている。

なお、以上の例では、直流電源２、インバータ４、モータ６が前後のタイヤ間に設置される態様を挙げたが、これらの装置の全部または一部は車両内の別の位置にあってもよい。例えば、直流電源２は後部タイヤの後方に位置してもよい（後述の実施例１参照）。

シールド材料は、材料単体のシートとして用いてもよいし、材料を別の支持材料に積層してもよい。また、効果を示す限りにおいて粉体として樹脂材料に練り込んだ材料シートとしてもよい。いずれにおいても、シールド材料は１種類を用いてもよいし複数を複合してもよい。

シールド材料は、材料単体のシートとして用いる場合、連続する材料として用いることができるが、所望の効果を実現する限りにおいて、ネット状にして用いたり、穿孔して用いたり、格子状にして用いるなど空隙部を設けてもよい。また、シート状材料としては、布状・テープ状・ベルト状の材料も含まれ、これを対象部位に巻きまわしてシールドを形成することも本発明に含まれる。またはコード状として用いてもよい。

特にシールド材料は、表面に突起を設けることが好ましい。突起の形状には半球状、角錐状、線状、円錐状等が含まれる。図５（Ａ）（上面図）及び（Ｂ）（断面図）に半球状の突起３４を設けた例を示す。このような突起を設けることにより機構の詳細は不明であるが、シールド効率が改善されることが確認された。突起の直径は通常、数百μｍ〜数ｍｍ程度（例えば、１００μｍ〜５ｍｍ）の範囲であるが、材料やその厚さ等によってはこれらの範囲外でもよい。

なお、図５（Ｂ）に示すように、シールド材料３０と対象部材（ここではインバータ４）の間には空隙ｇを設けてもよい。空隙ｇを設けることにより、部材間に空気を流通させて放熱路とすることができる。もっとも、シールド部材３０の伝熱性が高い場合は空隙を設けなくてもよい。

複数の材料を複合して用いる例としては、シールドする電磁波の周波数特性等が異なる材料を複合して用いることが挙げられる。材料の複合としては、箔状・板状にした材料を積層する、粉体状とした複数種類の材料を樹脂材料に練り込む、コード状・糸状にした複数種類の材料を撚ったり編んだりする態様も含まれる。

（実施例１）
本実施例によれば、前記高透磁率材料が電源部及び／または電装機器を被覆する被覆材料として形成される。

図６は後部座席２３の後方に配置された直流電源２とその周辺のシールド構成を示す概略断面図である。本実施例の車両後部構造では、二次電池２はリアクロスメンバ１５、１６の上部に配置した例を示している。通常、二次電池２の近傍にはＤＣ／ＤＣコンバータも設置されるが、この例では簡便のために図示していない。本実施例におけるシールド部材３０は、前端部３１がリアクロスメンバ１５の断面領域上に設置され、後端部３２
がリアクロスメンバ１６ の断面領域上に設置されている。このシールド部材３０は、図７の概略平面図に示すように、前端部３１と後端部３２の２箇所で車体に固定されている。シールド部材３０の取り付けに際しては、シールド部材３０の後端部３２に設けられた後端取り付け穴（図示していない）と後端用取付けブラケット５１
とをスタッドボルト等を嵌合させる。また、シールド部材３０の前端部３１に設けられた後端取り付け穴（図示していない）と前端用取付けブラケット４１とをスタッドボルト等を嵌合させる。シールド部材３０は、例えば、パーマロイ板である。

また、後部座席２３を設置するリアフロア２２に向けてパイプ状に構成された配線部２０が配置されている。これにより、リアサスペンション部材１７、１８を回避して前方への送電が行われる。配線部２０は好ましくは、パーマロイ管または、高透磁率材料を練り込んだ樹脂パイプである。
以上の構成により、シールド材を設けなかった場合と比べ、後部座席２３上の電磁波強度は大幅に低減された。特に低周波帯域での電磁波強度は５％を下回る強度となった。

（実施例２）
シールド部材３０の表面に直径１ｍｍの半球状突起を設けた他は実施例１と同様に構成したところ、電磁波強度の減衰率が波長により５０％以上改善された。

（実施例３）
図４に示すように、シールド材料を車体下部シャーシの一部に組み込んで成形し、電源部及び電装部材の一部を収容する収容空間を画成した。
以上の構成により、シールド材を設けなかった場合と比べ、車内各部の電磁波強度は大幅に低減された。

（実施例４）
シールド部材の表面に直径１ｍｍの半球状突起を設けた他は実施例３と同様に構成したところ、電磁波強度の減衰率が波長により５０％以上改善された。

本発明は電磁波を発生させる電源や電装部品を搭載した車両において、車内各部を電磁波から保護し、特に乗客等への電磁波による影響を最小限に食い止めることができるため、乗用車その他の車両に有効に利用できる。また、列車等や船舶にも利用できる。

１ 車両
１ａ 車体
１ｂ タイヤ
２ 直流電源
３，５，７，９ 接続線
４ インバータ
６ モータ
７ 制御部
１０ 電装部品（冷却装置）
３０ シールド部材

Claims (5)

1. 電源部及び／または電装機器と車内・船体内各部との間に高透磁率材料を設けることにより、車内・船体内各部を電磁波から保護することを特徴とする車両・船体構造。
2. 高透磁率材料が、鉄、ニッケル、ケイ素、コバルト、マンガン、モリブデン、クロム、アルミニウム、銅、ホウ素、亜鉛の少なくとも１種を含む金属系高透磁率材料または炭素系高透磁率材料であることを特徴とする請求項１に記載の車両・船体構造。
3. 前記高透磁率材料が電源部及び／または電装機器を収容する収容空間を画成する筐体として形成されている請求項１または２に記載の車両・船体構造。
4. 前記筐体には、該筐体自体を車両・船体に固定するためのブラケット部が一体成形されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両・船体構造。
5. 前記高透磁率材が、車両・船体に一体成形されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両・船体構造。