JP2015112965A - 車両用コンデンサ放電構造 - Google Patents

Abstract

【課題】衝突形態や衝突荷重のばらつきがあっても効果的に漏電を防止することができる車両用コンデンサ放電構造を提供する。【解決手段】車両用コンデンサ放電構造は回路基板１６を凹部１４Ｅに収納する収納容器１４を備えている。回路基板１６はコンデンサ２０を実装すると共に、コンデンサ２０の一対の電極に各々接続された一対の配線１６Ｆ、１６Ｇが回路基板１６の表面１６Ｘ上に延在されている。配線１６Ｆ、１６Ｇと対向する箇所において、収納容器１４に収納容器１４の導電体１４Ｂの一部を利用して形成された短絡用導体３０が配設されている。収納容器１４に変形が生じた場合、短絡用導体３０は配線１６Ｆ、１６Ｇ間を短絡させる。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用コンデンサ放電構造に関する。

ハイブリッド自動車、電気自動車及び燃料電池自動車等の車両では、電動コンプレッサ（圧縮機）のモータを制御するインバータが設けられている。インバータは、回路基板に実装されたコンデンサ及び他の電子部品を備えており、インバータケース内に収納されている。このインバータケースは電動コンプレッサのハウジングに取付けられている。

下記特許文献１には、漏電防止技術を備えた電動コンプレッサが開示されている。この電動コンプレッサはインバータケースの外周壁に尖端部を有する放電部材を備えている。車両が障害物に衝突した場合に、インバータケースの外周壁が破壊されて、この破壊に伴って放電部材の尖端部がコンデンサ内に突入し、コンデンサの一部が破壊される。これにより、放電部材が電気伝導体に接触し短絡する構成とされており、コンデンサに蓄積された大容量の電荷が即座に放電されて漏電が防止される。

特開２０１０−１４８２９６号公報

上記特許文献１に開示された電動コンプレッサでは、インバータケースが破壊されると共に放電部材がコンデンサに突入されないと、コンデンサに蓄積された電荷が放電されない。このため、衝突形態や衝突荷重のばらつきによっては放電部材がコンデンサに突入されない場合が生じるので、漏電防止対策として改善の余地があった。

本発明は上記事実を考慮し、衝突形態や衝突荷重のばらつきがあっても効果的に漏電を防止することができる車両用コンデンサ放電構造を得ることが目的である。

請求項１に記載された発明に係る車両用コンデンサ放電構造は、コンデンサが実装されると共に、コンデンサの一対の電極に各々接続された一対の配線が表面上に延在された回路基板と、回路基板と対向する部位が導電体と導電体よりも回路基板側に配置された樹脂層とにより構成されると共に、回路基板を内部に収納する収納容器と、収納容器における一対の配線と対向する箇所の樹脂層を貫通して設けられた短絡用窓と、短絡用窓から露出された導電体の一部により形成され、収納容器が回路基板側へ変形された際に一対の配線間を短絡させる短絡用導体と、を備えている。

請求項１に係る車両用コンデンサ放電構造では、収納容器の内部に回路基板が収納される。収納容器の回路基板と対向する部位は、導電体とそれよりも回路基板側に配置された樹脂層とにより構成される。回路基板にはコンデンサが実装されると共に、コンデンサの一対の電極に各々接続された一対の配線が回路基板の表面に延在される。

ここで、収納容器における一対の配線と対向する箇所に樹脂層を貫通して短絡用窓が設けられると共に、この短絡用窓から露出された導電体の一部により短絡用導体が形成されている。この短絡用導体は、収納容器が回路基板側へ変形された際に、一対の配線間を短絡させる。このため、コンデンサや回路基板が破壊される前に、又はコンデンサや回路基板が破壊に至らなくても、コンデンサに蓄積された電荷を放電することができる。

請求項１に記載された発明に係る車両用コンデンサ放電構造は、衝突形態や衝突荷重のばらつきがあっても効果的に漏電を防止することができるという優れた効果を有する。

本実施の形態に係る車両用コンデンサ放電構造が適用された収納容器の平断面図（図３のＡ−Ａ線で切った断面図）である。 図１に示される収納容器の要部拡大平断面図である。 図１に示される収納容器内部に収納された回路基板を車両側面視で見た側面図である。 車両部品との干渉直前の収納容器の図１に対応する平断面図である。 車両部品との干渉後の収納容器の図１に対応する平断面図である。

図１〜図５を用いて、本発明の一実施の形態に係る車両用コンデンサ放電構造を説明する。説明の便宜上、図に適宜示されている矢印ＦＲは車両前方向、矢印Ｕは車両上方向、矢印ＩＮは車両幅方向内側をそれぞれ示している。なお、自動車等の車体に対する車両用コンデンサ放電構造の適用方向が本実施の形態により限定されるものではない。

（車両用コンデンサ放電構造の構成）
図１に示されるように、本実施の形態に係る車両用コンデンサ放電構造１０は、コンデンサ２０が実装された回路基板１６及びこの回路基板１６を凹部１４Ｅ内に収納するインバータカバーとしての収納容器１４に適用されている。ハイブリッド自動車、電気自動車及び燃料電池自動車等の車両には電動コンプレッサが搭載されている。この電動コンプレッサを制御するインバータが、インバータカバーベースとしての容器基部１２に図示を省略した取付手段により取付けられ、収納容器１４で覆われた構成とされている。本実施の形態では、車両のフロント部のエンジンルーム内において、電動コンプレッサが図示を省略したエンジンよりも車両前方側かつ運転席側から見て車幅方向左側に設けられている。インバータは、電動コンプレッサの近傍であって、例えば電動コンプレッサのハウジングに配設されている。

容器基部１２は、車両平面視で車両幅方向内側へ突出されたハット状の断面形状により形成されており、車両幅方向外側へ開口された凹部１２Ａを備えている。容器基部１２は、例えばアルミニウム合金等の導電材料により形成されている。

収納容器１４は、車両平面視で車両幅方向外側へ突出されて周縁を周方向へフランジ１４Ｆとして折曲げた断面形状を有する有底角筒状により形成されている。この収納容器１４の凹部１４Ｅは車両幅方向内側へ開口されている。詳しく説明すると、図１及び図２に示されるように、収納容器１４は、凹部１４Ｅ側の内壁１４Ａと、外側の外壁１４Ｃと、内壁１４Ａと外壁１４Ｃとの間に挟込まれた導電体１４Ｂとの３層構造により構成されている。内壁１４Ａ及び外壁１４Ｃは樹脂材料により形成されており、収納容器１４の軽量化、低コスト化等が図られている。導電体１４Ｂは、少なくとも回路基板１６の周囲を覆い、ここでは収納容器１４の略全域に設けられている。この導電体１４Ｂは電磁ノイズをシールドする構成とされている。導電体１４Ｂとしては、例えば内壁１４Ａ又は外壁１４Ｃよりも厚さの薄い金属板、具体的には銅板、銅合金板、アルミニウム板、アルミニウム合金板等により形成されている。

また、収納容器１４の内壁１４Ａは、導電体１４Ｂの回路基板１６側に配設されると共に、絶縁体としても使用されている。すなわち、内壁１４Ａは、導電体１４Ｂと回路基板１６の導電性部位との間に生じる空気放電を防止する構成とされている。

回路基板１６は、図１及び図３に示されるように、車両側面視で矩形板状の回路基板本体１６Ａを備えている。回路基板本体１６Ａは、例えば絶縁樹脂材料、セラミックス材料等により形成されている。本実施の形態では、この回路基板本体１６Ａの車幅方向内側の裏面１６Ｙ上にインバータを構築するコンデンサ２０及び電力消費回路２２が少なくとも実装されている。詳しく説明すると、コンデンサ２０は、例えば電解コンデンサであり、内部に電解コンデンサ本体を封止した封止部２０Ａと、電解コンデンサ本体の一対の電極に各々電気的に接続された一対の端子（リード）２０Ｂ、２０Ｃとを備えている。端子２０Ｂ、２０Ｃは、封止部２０Ａの側面から外側へ裏面１６Ｙに沿って各々平行に引出されると共に、回路基板本体１６Ａの厚さ方向（車両幅方向外側）へ向かってＬ字状にベンドされている。

一方、電力消費回路２２は、ここではコイル、バリスタ、トランジスタ等のスイッチング素子を少なくとも含んで構成されている。電力消費回路２２は、上記コイル等を封止する封止部２２Ａと、コイル等に電気的に接続された一対の端子２２Ｂ、２２Ｃとを備えている。端子２２Ｂ、２２Ｃは封止部２２Ａの上面から回路基板本体１６Ａの厚さ方向（車両幅方向外側）へ向かって延在されている。

図３中、回路基板本体１６Ａの裏面１６Ｙと対向する表面１６Ｘには、一対の配線１６Ｆ、１６Ｇが、３辺に沿って略平行に延在されている。配線１６Ｆ、１６Ｇとしては、銅配線、銅合金配線、アルミニウム配線、アルミニウム合金配線等である。配線１６Ｆ、１６Ｇの表面には例えばニッケル膜等が形成されており、ニッケル膜等により半田との濡れ性が向上される。外周側に配置された一方の配線１６Ｆの一端はコンデンサ２０の一方の電極に電気的に接続されている。詳しく説明すると、配線１６Ｆの一端にランド端子１６Ｂが設けられており、このランド端子１６Ｂの中央部に貫通して形成されたビアホール１６Ｈ内に一方の端子２０Ｂが挿入されている。この端子２０Ｂはビアホール１６Ｈの内壁に形成された図示を省略したビアホール配線と半田を介して接続されている。内周側に配置された他方の配線１６Ｇの一端はコンデンサ２０の他方の電極に電気的に接続されている。端子２０Ｂの接続構造と同様に、他方の端子２０Ｃは、配線１６Ｇの一端のランド端子１６Ｃの中央部に形成されたビアホール１６Ｈ内に挿入され、ビアホール１６Ｈの内壁に形成されたビアホール配線と半田を介して接続されている。

また、配線１６Ｆの他端は電力消費回路２２の一方の端子２２Ｂに、配線１６Ｇの他端は電力消費回路２２の他方の端子２２Ｃに各々電気的に接続されている。端子２０Ｂ、２０Ｃの接続構造と同様に、端子２２Ｂは、配線１６Ｆの他端に設けられたランド端子１６Ｄの中央部に貫通して形成されたビアホール１６Ｈ内に挿入され、ビアホール１６Ｈの内壁に形成されたビアホール配線と半田を介して接続されている。端子２２Ｃは、配線１６Ｇの他端に設けられたランド端子２２Ｃの中央部に貫通して形成されたビアホール１６Ｈ内に挿入され、ビアホール１６Ｈの内壁に形成されたビアホール配線と半田を介して接続されている。

図１〜図３に示されるように、本実施の形態に係る車両用コンデンサ放電構造１０では、一対の配線１６Ｆ、１６Ｇの延在方向の中間部の少なくとも一部と対向する箇所において、収納容器１４内の凹部１４Ｅの底部に短絡用導体３０が配設されている。詳しく説明すると、短絡用導体３０は、収納容器１４の内壁１４Ａの一部を貫通して形成された短絡用窓３２から表面を露出させた導電体１４Ｂの一部により形成されている。つまり、短絡用導体３０は、既存の導電体１４Ｂの一部を利用して形成されている。短絡用導電体３０は、収納容器１４が回路基板１６側へ変形した際に、一対の配線１６Ｆ、１６Ｇ間を短絡する構成とされている。短絡用窓３２の窓形状は、図３に示されるように本実施の形態において矩形状とされている。なお、この窓形状は、矩形状に限定されるものではなく、配線１６Ｆ、１６Ｇ間の短絡が可能であれば、円形状、楕円形状、多角形状等の形状に変更可能である。

短絡用導体３０は、短絡用窓３２以外の領域であって本来のシールド効果のために設けられた導電体１４Ｂよりも寸法Ｌ１だけ車両幅方向外側に配設されている。これにより、短絡用導体３０は、導電体１４Ｂよりも回路基板１６の表面１６Ｘから距離Ｌ２だけ離れた位置に配設されている。

（本実施の形態の作用及び効果）
本実施の形態に係る車両用コンデンサ放電構造１０では、図１〜図３に示されるように、収納容器１４の内部（凹部１４Ｅ内）に回路基板１６が収納される。収納容器１４の回路基板１６と対向する部位は、導電体１４Ｂとそれよりも回路基板１６側に配置された内壁（樹脂層）１４Ａとにより構成される。回路基板１６にはインバータを構築するコンデンサ２０が実装されると共に、コンデンサ２０の一対の電極に各々接続された一対の配線１６Ｆ、１６Ｇが回路基板１６の表面１６Ｘに延在される。

ここで、特に図２に示されるように、収納容器１４における一対の配線１６Ｆ、１６Ｇと対向する箇所に内壁１４Ａを貫通して短絡用窓３２が設けられると共に、この短絡用窓３２から露出された導電体１４Ｂの一部により短絡用導体３０が形成されている。例えば、不慮のフルラップ前面衝突やオフセット前面衝突が生じた場合、収納容器１４を含めて図示を省略した電動コンプレッサが矢印Ｆで示される車両後方側へ移動する。収納容器１４の車両後方側の近傍には、例えばエンジン等の車両部品４０が配置されている。このため、車両部品４０に対して相対的に収納容器１４が移動されると、図４に示されるように、収納容器１４の外壁１４Ｃの表面１４Ｇに車両部品４０が干渉する。相対的な移動量が大きい場合には、図５に示されるように、収納容器１４の干渉された部位が車両部品４０により回路基板１６側へ変形される。この変形により、短絡用導体３０が一対の配線１６Ｆ及び１６Ｇの一部に接触されるので、一対の配線１６Ｆ、１６Ｇ間で即座に短絡が生じる。これにより、コンデンサ２０や回路基板１６が破壊される前に、又はコンデンサ２０や回路基板１６が破壊に至らなくても、コンデンサ２０に蓄積された電荷を放電することができる。

従って、本実施の形態に係る車両用コンデンサ放電構造１０によれば、衝突形態や衝突荷重のばらつきがあっても効果的に漏電を防止することができる。

また、本実施の形態に係る車両用コンデンサ放電構造１０では、収納容器１４の導電体１４Ｂの一部により短絡用導体３０が形成されている。このため、短絡用導体３０を設けるために、新たに部品を追加することなく、既存の収納容器１４を利用しつつ、部品点数を削減することができる。

更に、本実施の形態に係る車両用コンデンサ放電構造１０では、収納容器１４の導電体１４Ｂよりも回路基板１６から距離Ｌ２だけ離れた位置に短絡用導体３０が配設されている。このため、回路基板１６の導電性部位、例えば一対の配線１６Ｆ、１６Ｇと短絡用導体３０との離間距離を増加させることができるので、配線１６Ｆ、１６Ｇと短絡用導体３０との間の空気放電を効果的に抑制又は防止することができる。加えて、短絡用導体３０以外の電磁シールドとして使用される導電体１４Ｂは、絶縁体としての内壁１４Ａを備えているので、回路基板１６側へ近づけることができる。このため、収納容器１４の小型化が可能となる。

なお、本実施の形態に係る車両用コンデンサ放電構造１０では、図３に示される配線１６Ｆ、１６Ｇの一端から他端まで（ランド端子１６Ｂ、１６Ｄ間及びランド端子１６Ｃ、１６Ｅ間）の範囲内の一部又は全部の領域に対向する位置で短絡用導体３０が配設可能である。例えば、コンデンサ２０の端子２０Ｂ、２０Ｃに対向する位置に短絡用導体３０を配設して、この端子２０Ｂ、２０Ｃ間が短絡される構成としてもよい。また、電力消費回路２２の端子２２Ｂ、２２Ｃに対向する位置に短絡用導体３０を配設して、この端子２２Ｂ、２２Ｃ間が短絡される構成としてもよい。

［上記実施の形態の補足説明］
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では、同一の回路基板にコンデンサ及び電力消費回路が実装されているが、電力消費回路の少なくとも一部がコンデンサを実装した回路基板とは別の回路基板に実装されてもよい。また、電動コンプレッサ及びインバータが車両のリア部に設けられている場合でも、本発明に係る車両用コンデンサ放電構造が適用可能である。更に、本発明に係る車両用コンデンサ放電構造は、電動コンプレッサのインバータの収納容器に限定されるものではなく、大容量の電荷が蓄積されかつ漏電を防止する必要があるコンデンサを含む回路に適用可能である。また、本発明に係る車両用コンデンサ放電構造は、収納容器の導電体とは別部品として、若しくは収納容器に導電体が設けられていない場合に新たな部品として、短絡用導体を備えてもよい。

１０ 車両用コンデンサ放電構造
１２ 容器基部
１４ 収納容器
１４Ｂ 導電体
１４Ｅ 凹部
１６ 回路基板
１６Ｆ、１６Ｇ 配線
２０ コンデンサ
２２ 電力消費回路
３０ 短絡用導体
３２ 短絡用窓

Claims (1)

1. コンデンサが実装されると共に、当該コンデンサの一対の電極に各々接続された一対の配線が表面上に延在された回路基板と、
   当該回路基板と対向する部位が導電体と当該導電体よりも前記回路基板側に配置された樹脂層とにより構成されると共に、前記回路基板を内部に収納する収納容器と、
   当該収納容器における前記一対の配線と対向する箇所の前記樹脂層を貫通して設けられた短絡用窓と、
   当該短絡用窓から露出された前記導電体の一部により形成され、前記収納容器が前記回路基板側へ変形された際に前記一対の配線間を短絡させる短絡用導体と、
   を備えた車両用コンデンサ放電構造。

Images