JP2015084370A - フィルムコンデンサの車載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサの振動による騒音の車室内への侵入を抑制する技術を提供する。【解決手段】本明細書で開示するコンデンサ２０の車載構造は、金属化フィルムを扁平形状に巻回した平坦な巻回面２０ａ、２０ｂのうち面積が他より広い巻回面２０ａをコンデンサケース３０の開口３０ａに向けて複数のコンデンサ２０をコンデンサケース３０に収容し、コンデンサケース３０とコンデンサ２０の間に充填したポッティング材５０が開口３０ａを被うとともに、この開口３０ａを車外方向に向けて電気自動車に搭載する。これにより、他よりも振動が発生し易い平坦な巻回面２０ａは、コンデンサケース３０の開口３０ａに向けられているため、振動による騒音をコンデンサケース３０の外に向けて放出する。そのため、放出された騒音は、車室方向ではなく車外方向に逃げる。したがって、コンデンサ２０の振動による騒音が車室内に侵入することを抑制する。【選択図】図１

Description

本明細書が開示する技術は、複数のフィルムコンデンサを車両に搭載するフィルムコンデンサの車載構造に関する。

複数のフィルムコンデンサに関する技術として、例えば、下記特許文献１に開示される技術がある。この技術では、ケース内に設けられた正極及び負極のバスプレートの間に円柱形状又は楕円柱形状のコンデンサを列状に並べて配置する。これらのコンデンサは、外部端子に近い方から遠い方に向けてコンデンサの体積が小さい順に並べられる。これにより、外部端子から離れるほど同端子からの総電路長が長くなる。そのため、総電路長の長さに従って減少するリプル電流の影響を体積が大きいコンデンサほど受け難くして、リプル電流に起因した振動を抑制する。

なお、振動の影響が無視し得ないほど大型（大容量）のコンデンサは、典型的には、電気自動車の走行用モータに供給する交流を出力する電力変換装置に用いられる。そのような電力変換装置では、バッテリの直流を交流に変換するインバータ回路、あるいは、バッテリの出力電圧を昇圧する昇圧コンバータ回路にスイッチング素子が用いられており、そのスイッチングにより生じる脈動を抑制する目的で大容量のコンデンサが用いられる。

特開２００９−２１８２８５号公報

ところで、このようなフィルムコンデンサのリプル電流に起因した振動は、交番電流（交流）がコンデンサに流れることによって、巻回されている金属化フィルム同士の間にクーロン力が生じることによりフィルム同士が接触するために発生する。特に、金属化フィルムが扁平形状に巻回されたコンデンサでは、平坦な巻回面が、円弧形状をなす両端部に比べて振動し易い。そのため、このようなフィルムコンデンサが車両の車室に近い位置に搭載されている場合には、フィルムコンデンサの振動音が車室内に騒音となって伝わることもある。このため、金属化フィルムが扁平形状に巻回されたコンデンサの場合には、たとえ特許文献１の技術のように大きさの順にケース内に並べたとしても、騒音の発生を十分に抑制することは難しい。本明細書は、車室内への騒音の侵入を抑制する技術を提供する。

本明細書が開示するフィルムコンデンサの車載構造は、金属化フィルムを扁平形状に巻回した平坦な巻回面のうち面積が他より広い巻回面をケースの開口に向けて複数のフィルムコンデンサをケースに収容し、ケースとフィルムコンデンサの間に充填した樹脂が開口を被うとともに、この開口を車外方向に向けて車両に搭載する。これにより、他よりも振動が発生し易い平坦な巻回面は、ケースの開口に向けられているため、振動による騒音をケースの外に向けて放出する。そして、このケースは、開口を車外方向に向けて車両に搭載されているので、放出された騒音が車室方向ではなく車外方向に逃げる。したがって、フィルムコンデンサの振動による騒音が車室内に侵入することを抑制する。なお、「車外方向に向けて」は、ケースの底面を車室（乗員の乗車スペース）に向け、ケースの開口を車室とは反対側に向けることを意味する。また、コンデンサの「巻回面」とは、巻回軸に直交する方向から視たときの側面を意味する。「平坦な巻回面のうち面積が他より広い巻回面」は、巻回軸に直交する方向のコンデンサの投影面に対応するコンデンサの側面であって最大面積を有する投影面に対応するコンデンサの側面を意味する。

本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。

コンデンサユニットの構成例を示す斜視図である。 コンデンサユニットの構成例を示す断面図である。 コンデンサの配置例を示す説明図である。 コンデンサユニットの車載例を示す説明図である。 図４に示すV−V線方向から見た断面に相当の説明図である。

図面を参照して実施例のフィルムコンデンサの車載構造を説明する。この実施例は、フィルムコンデンサの車載構造を電気自動車のインバータに適用したものである。電気自動車には、燃料電池車や、走行用のモータとエンジンを共に備えるハイブリッド車も含む。本実施例では、ハイブリッド車を例に挙げて説明する。

まず、ハイブリッド車の構成を簡単に説明する。ハイブリッド車は、走行用の駆動源として、モータとエンジンを備える。モータの出力トルクとエンジンの出力トルクは、動力分配機構で適宜に分配／合成され、自動変速機やプロペラシャフト等を介して駆動輪に伝達される。モータを駆動する電力は交流であり、バッテリの直流電力をインバータで交流電力に変換してモータに供給する。このようなインバータには、［背景技術］の欄で述べたように、スイッチング素子（ＩＧＢＴ等）が用いられる。またスイッチングによる脈流を抑制する目的で、大容量のコンデンサが用いられる。本実施例では、このコンデンサを複数のフィルムコンデンサ２０で構成して、コンデンサケース３０に収容する。

本明細書では、フィルムコンデンサ２０のことを単にコンデンサ２０と称する。図１にコンデンサユニット１０の構成例を表す斜視図を示す。また、図２にコンデンサユニット１０の構成例を表す断面図を示す。なお、コンデンサユニットは、コンデンサＡＳＳＹ（コンデンサアッシー）と称されることもある。

図１（Ａ）に示すように、コンデンサユニット１０は、複数個のコンデンサ２０、コンデンサケース３０及びポッティング材５０により構成されている。コンデンサ２０は、典型的には、金属化フィルムを扁平形状に巻回したフィルムコンデンサである。「扁平形状に巻回」とは、金属化フィルムの巻回軸の方向から見た場合のコンデンサ２０の形状、又は、金属化フィルムの巻回軸に直交する面でコンデンサ２０を切断した形状（以下「断面形状」と称する）が、角丸長方形若しくは小判形になるように金属化フィルムを巻回することを意味する。金属化フィルムは、例えば、帯状の絶縁フィルムの片面にアルミニウム等の金属を蒸着したものであり、電荷を蓄積する電極板として機能する。典型的には、これを２枚、重ね合わせてロール状に所定の回数巻き付けることによってコンデンサ２０の本体部を形成する。この本体部には、２枚の金属化フィルムのそれぞれに電気的に接続される接続端子２１、２２が設けられており、これらの端子がコンデンサ２０の電極として機能する。接続端子２１、２２は、バスバー（図示しない）に接続して、当該コンデンサ２０が他のコンデンサ２０と電気的に並列に接続される。コンデンサ２０の扁平形状は、巻回時又は巻回後のいずれの工程で形成してもよい。

コンデンサケース３０は、複数個のコンデンサ２０を収容可能な樹脂製の箱体であり、蓋のない開口タイプのケースである。コンデンサケース３０の幅、深さや奥行き等の寸法は、収容するコンデンサ２０のサイズと個数により主に定まる。例えば、本実施例では、３個のコンデンサ２０を巻回面２０ａが開口３０ａに対して平行になるように収容する。例えば、コンデンサ２０の断面形状が角丸長方形である場合には、長方形の長辺を含む巻回面２０ａをコンデンサケース３０の開口３０ａに向けてコンデンサ２０を収容する。そのため、図１に示すように、３個のコンデンサ２０を一列に並べて収容する場合には、開口３０ａの形状は、コンデンサ２０をその長手方向に３個並べたサイズの短冊形状をなす。図１（Ｂ）には、コンデンサ２０をコンデンサケース３０に収容する途中の工程が図示されており、開口３０ａ側に向く巻回面２０ａは、他の巻回面２０ｂよりも面積が広い。

図２にコンデンサユニット１０の構成例を表す断面図を示す。この断面図は、コンデンサケース３０の短手方向に、コンデンサ２０を除いてコンデンサユニット１０を切断した場合に現れる形状を示している。コンデンサケース３０の周壁３１は、短冊形状の開口３０ａを形成可能な角筒状に形成される板壁であり、本実施例では、開口３０ａに対向する底部３３とともに一体に形成されている。この底部３３は、周壁３１の板厚よりも肉厚に形成されている。これにより、後述するコンデンサ２０による振動騒音が底部３３側から漏れ出ることを抑制している。

ポッティング材５０は、コンデンサケース３０への充填前には流動性を有する絶縁樹脂材であり、例えば、シリコン樹脂がこれに相当する。ポッティング材５０は、時間の経過とともに硬化するものの他に、紫外線照射、加熱や薬剤添加により硬化するものがある。ポッティング材５０は、流動状態時にコンデンサ２０が収容されたコンデンサケース３０内に充填された後、ゲル状又はゲル状と同程度に硬化する。本実施例では、コンデンサケース３０の開口３０ａに達するまでポッティング材５０をコンデンサケース３０内に満たす。また、コンデンサケース３０は、蓋がなく開口３０ａ、つまりポッティング材５０が周囲空間に露出する。このポッティング材５０が満たされた開口３０ａのことを本明細書では、「ポッティング面」と称する。なお、図１（Ａ）及び図２には、ポッティング材５０が充填されたコンデンサユニット１０が図示されているのに対して、図１（Ｂ）にはポッティング材５０が充填される前の工程におけるコンデンサユニット１０が図示されている。

ポッティング材５０を充填する目的は、次の２つである。一つは、コンデンサ２０の電気的な絶縁特性を向上させることであり、もう一つは、コンデンサ２０の耐振動性能を向上させることである。コンデンサケース３０に収容されるコンデンサ２０は、インバータを構成するスイッチング素子のスイッチングによる脈流を抑制するために用いられる。この脈流は、周期的に流れる方向が切り替わる交番電流（交流）である。この交番電流により、巻回されているコンデンサ２０の金属化フィルム同士の間にクーロン力が生じる場合には、金属化フィルム同士が接触と離隔を繰り返すことにより平坦な巻回面２０ａ、２０ｂが振動し得る。本実施例では、このような振動によるコンデンサ２０の機械的な振動をポッティング材５０の充填によって抑制する。

図２に示すように、コンデンサケース３０は、底部３３に対向する一端側を閉塞することなく、周囲空間に対して開放可能な開口３０ａを有する。また、この開口３０ａには、ポッティング材５０が露出しており、ポッティング材５０はコンデンサ２０の周囲とコンデンサケース３０の内壁との間に充填されている。そのため、コンデンサ２０の金属化フィルムが振動することに起因する騒音（以下「振動騒音」と称する）が発生しても、それらの振動騒音の多くは、コンデンサケース３０の内壁に反射してポッティング面（開口３０ａ）に伝わる。このような振動によるエネルギは、ポッティング面に集中することから、ポッティング面の振動により、振動騒音がポッティング面から外部に放出される（図２に示す矢印が振動騒音の伝わる向きを表している）。コンデンサケース３０の底部３３は、周壁３１よりも肉厚に形成されているため、底部３３から漏れ出る騒音は少ない。したがって、金属化フィルムによる振動騒音は、その大半がポッティング面（開口３０ａ）から外部空間に逃げる。つまり、コンデンサケース３０の構造とポッティング材５０が、振動騒音を開口３０ａに向けて集めるような指向性を作る。

また、コンデンサ２０の断面形状が角丸長方形である場合には、平坦な巻回面として、面積の異なる巻回面２０ａ、２０ｂがコンデンサ２０に存在する。交番電流に起因する振動は、面積の広い巻回面の方が面積の狭い巻回面に比べて顕著に発生する。そのため、本実施例では、面積の広い巻回面（長方形の長辺を含む巻回面）２０ａをコンデンサケース３０の開口３０ａに向けて開口３０ａに対して平行にコンデンサ２０を収容している（図１、２参照）。なお、コンデンサ２０の断面形状が小判形である場合には、円弧形状をなす両端部には平坦な巻回面が形成されないため、円弧形状の両端部に挟まれる巻回面を開口３０ａに向けてコンデンサを収容する。これにより、いずれの場合においても、振動騒音が開口３０ａに向けて集められるので、振動騒音を開口３０ａから逃がすことを可能にする。

なお、上述したコンデンサユニット１０は、３個のコンデンサ２０を並べてコンデンサケース３０内に収容する。そのため、開口３０ａ側からコンデンサユニット１０を見た場合には、開口３０ａを満たすポッティング材５０の下にコンデンサ２０の巻回面２０ａが一列に並ぶ。その様子を図示すると、例えば、図３（Ａ）に示すように表される。図３（Ａ）、（Ｂ）には、開口３０ａ側から見たコンデンサ２０の配置例を示す説明図が図示されている。このようなコンデンサ２０の配置例は一例であり、例えば、図３（Ｂ）に示すように、４個のコンデンサ２０を２行２列に配置してもよい。この配置を採る場合には、コンデンサケース１３０の開口１３０ａの形状は、コンデンサ２０をその長手方向に２個及び短手方向に２個、それぞれ並べたサイズの矩形状をなす。

また、図３（Ｃ）に示すように、２段にコンデンサ２０を積み上げる配置にしてもよい。図３（Ｃ）には、図２に示す断面図相当におけるコンデンサ２０の配置例を示す説明図が図示されている。この配置を採る場合には、コンデンサケース２３０の開口２３０ａの形状は、コンデンサ２０をその長手方向に所定個並べたサイズの短冊状をなす。コンデンサケース２３０の深さは、コンデンサ２０を２個平積みした高さよりも大きく設定する。これら図３（Ａ）〜（Ｃ）のいずれの配置においても、他よりも面積の広い巻回面２０ａがコンデンサケース３０の開口３０ａに向けられている点と、コンデンサケースの開口がポッティング材５０で被われている点が共通する。

このように構成されるコンデンサケース３０は、その開口３０ａを車外方向に向けて実装する。図４にコンデンサユニット１０の車載例を表す説明図を図示し、また図５に、図４に表すV−V線方向から見た断面に相当の説明図を示す。図４及び図５は模式的な図であり、車両の構造を簡略化して表してあることに留意されたい。なお、図４及び図５において図示される座標は、Ｘ軸の先端方向がハイブリッド車２の前方（Ｘ軸の根元方向がハイブリッド車２の後方）を表し、Ｙ軸方向が車幅方向を表す。また、Ｚ軸の先端方向がハイブリッド車２の高さ方向を表す。

図４及び図５に示すように、コンデンサユニット１０は、ハイブリッド車２の後部座席５よりも後方に設けられる車両後部空間６に搭載する。この車両後部空間６には、走行用のモータ８とモータ８に交流電力を供給するインバータ７が搭載されており、このインバータ７の内部にコンデンサユニット１０が実装される。コンデンサユニット１０がインバータ７内に実装されるのは、インバータ７を構成するインバータ回路にコンデンサユニット１０のコンデンサ２０が接続されるためである。なお、符号４は、前部座席を示す。

図５に示すように、コンデンサユニット１０は、コンデンサケース３０の開口３０ａをハイブリッド車２の後方外部に向けてインバータ７内に実装される。即ち、コンデンサケース３０は、その底部３３を車室３（乗員室）に向け、コンデンサケース３０の開口３０ａを車室３とは反対側に向けて、インバータ７内に実装される。これにより、前述したように、コンデンサ２０に流れる交番電流に起因した振動騒音が発生しても、振動騒音は車外方向に向けて放出されるので、放出された振動騒音は、車室３の方向ではなく車外方向に逃げる。そのため、コンデンサ２０の振動騒音が車室３内に侵入することを抑制して、車室３内に入る振動騒音を低減する。なお、インバータ７が車両前方のエンジンコンパートメントに設けられている場合には、コンデンサケース３０の底部３３を車室３に向け、コンデンサケース３０の開口３０ａをハイブリッド車２の車外前方に向けてハイブリッド車２に実装してもよい。また、インバータ７が車両前方のエンジンコンパートメントや車両後部空間６のいずれに設けられている場合でも、コンデンサケース３０の底部３３を車室３に向け、コンデンサケース３０の開口３０ａをハイブリッド車２の車外側方に向けてもよい。これにより、いずれの構成の場合も、振動騒音は車外方向に逃げるため、車室３内に入る振動騒音を低減する。

以上説明したように、上述したコンデンサ２０の車載構造では、金属化フィルムを扁平形状に巻回した平坦な巻回面２０ａ、２０ｂのうち面積が他より広い巻回面２０ａをコンデンサケース３０の開口３０ａに向けて複数のコンデンサ２０をコンデンサケース３０に収容し、コンデンサケース３０とコンデンサ２０の間に充填したポッティング材５０が開口３０ａを被うとともに、この開口３０ａを車外方向に向けてハイブリッド車２に搭載する。これにより、他の面よりも振動が発生し易い平坦な巻回面２０ａは、コンデンサケース３０の開口３０ａに向けられているため、振動による騒音をコンデンサケース３０の外に向けて放出する。そのため、放出された騒音は、車室３の方向ではなく車外方向に逃げる。したがって、コンデンサ２０の振動による騒音が車室３内に侵入することを抑制する。

実施例技術に関する留意点を述べる。コンデンサ２０がフィルムコンデンサの一例に相当する。巻回面２０ａが「面積が他よりも広い巻回面」の一例に相当する。コンデンサケース３０がケースの一例に相当する。ポッティング材５０が樹脂の一例に相当する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：ハイブリッド車
３：車室
４：前部座席
５：後部座席
６：車両後部空間
７：インバータ
８：モータ
１０：コンデンサユニット
２０：コンデンサ
２０ａ、２０ｂ：巻回面巻回面
２１、２２：接続端子
３０：コンデンサケース
３０ａ：開口
３１：周壁
３３：底部
５０：ポッティング材

Claims (1)

1. フィルムコンデンサの車載構造であり、
   金属化フィルムを扁平形状に巻回した平坦な巻回面のうち面積が他より広い巻回面をケースの開口に向けて複数のフィルムコンデンサをケースに収容し、ケースとフィルムコンデンサの間に充填した樹脂が開口を被うとともに、この開口を車外方向に向けて車両に搭載することを特徴とするフィルムコンデンサの車載構造。

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