JP2020103027A

JP2020103027A - 絶縁フィルムを備える電気装置

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Publication number: JP2020103027A
Application number: JP2019223337A
Authority: JP
Inventors: モルテンエロワ; Mortain Eloi; モセリアルウィン; Moceri Alwin; パリゴバティスト; Parigot Baptiste
Original assignee: Valeo Siemens eAutomotive France SAS
Current assignee: Valeo eAutomotive France SAS
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2020-07-02
Also published as: US20200194146A1; FR3090183A1; FR3090183B1; US10910134B2; CN111327209A; EP3668288A1

Abstract

【課題】電気装置に対して耐久性のある電気的絶縁ができるようにする。【解決手段】電子的構成要素を収容するキャビティ１１を備えるケーシング１０と、電子的構成要素に電力を供給するために電子的構成要素に接続される少なくとも１つの導電体と、を備える電気装置であって、電気装置は、第１の導電体の表面に対してこれを電気的に絶縁する第１の絶縁フィルムＦ１を備える。第１の絶縁フィルムＦ１は、少なくとも１つの保持部材Ｆ１−１を有し、少なくとも１つの保持部材Ｆ１−１は、第１の絶縁フィルムＦ１を、機械的要素に、とくに電気装置の機械要素に、取り付け可能とする。【選択図】図３

Description

本発明は、改良された電気的絶縁システムを有する電気装置と、そのような電気装置を備える電気機器（とくに電圧コンバータ、充電器またはパワーインバータ）に関する。

電気機器は、とくに、電気車両またはハイブリッド車両のためのものである。

本発明は、とくに、そのような電気装置に対して耐久性のある電気的絶縁ができるようにすることを目的とする。

［従来技術］
公知のように、電気自動車またはハイブリッド自動車において、車両走行を可能にする電動機システムの電力供給機能は、高電圧パワーバッテリが提供している。より正確には、車両の車輪を駆動する電気機械を制御するために、高電圧パワーバッテリが提供する直流電流を、パワーインバータを用いて１つ以上の交流（たとえば正弦波）制御電流に変換できるようにすることが知られている。

加えて、充電のために、高電圧パワーバッテリはたとえば外部の電源グリッドに（とくに、オンボード充電器であって、とくに少なくとも１つのＤＣ−ＤＣ電圧コンバータを備えるものを介して）接続される。

パワーインバータは、この機器専用のハウジングを備える。また、パワーインバータは、パワーインバータのハウジングに挿入されるよう構成されるケーシングを備える容量性ブロックを備える。容量性ブロックは、ケーシング内に配置されるキャビティと、ケーシングのキャビティに挿入されるよう構成される平滑コンデンサとを備える。パワーバッテリが提供する直流電流は、容量性ブロックによって平滑化することができ、その後、交流制御電流に変換される。このように、このコンデンサは、直流電流の残留性外乱を除去可能とし、フィルタリングして交流制御電流に変換できるようにする。

また、容量性ブロックは、少なくとも２つの導電体（とくに、コンデンサの負端子に接続される導電体と、コンデンサの正端子に接続される導電体）を備える。各導電体は、たとえば折り曲げられた銅フォイルの形態である。これらの導電体により、コンデンサをシステムの他の部分に簡単に接続するために、コンデンサの負端子および正端子に簡単にアクセスできるようにすることが可能となる。

しかしながら、各導電体は、別個の平行な平面に沿ってではあるが、互いに近接して配置される。したがって、パワーインバータの最適な動作を阻害し得る短絡リスクを回避するために、各導電体の間に、また、各導電体とハウジングとの間に、絶縁を提供してこれらの要素を互いに絶縁すべきである。

従来技術によれば、第１の解決策は、各導電体とハウジングとの間に配置される第１の絶縁フィルムと、各導電体の間に配置される第２の絶縁フィルムとを用いることを含む。この解決策によれば、第１および第２の絶縁フィルムは、とくに接着剤（グルー等）を用いて取り付けられることによって固定される。

しかしながら、接着材料の寿命は限られている場合があり、または、車両の寿命よりもはるかに短い場合がある。したがって、接着材料が経時的に劣化し、短絡の問題が発生する可能性がある。

したがって、電気機器の様々な要素（とくに容量性ブロック）の絶縁要素を取り付けるシステムの効率的かつ耐久性のある解決策が必要である。

［本発明の開示］
より正確には、本発明の対象は、
電子的構成要素を収容するキャビティを備えるケーシングと、
前記電子的構成要素に電力を供給するために前記電子的構成要素に接続される少なくとも１つの第１の導電体と、
を備える電気装置であって、
前記電気装置は、
前記第１の導電体の表面に対してこれを電気的に絶縁する第１の電気的絶縁フィルムを備え、
前記第１の絶縁フィルムは、少なくとも１つの保持部材を有し、
前記少なくとも１つの保持部材は、前記第１の絶縁フィルムを、（とくに前記電気装置の）機械要素に取り付け可能とする
ことにおいて注目に値する。

有利には、前記電気装置は、前記電子的構成要素に電力を供給するために前記電子的構成要素に接続される第２の導電体を備え、
前記第１および第２の導電体は、互いに重ねられ、２つの別個の平行な平面に沿って延び、
前記機械的要素は、第２の絶縁フィルムであり、
前記第２の絶縁フィルムは、各前記導電体の間に配置され、これによって、前記第１および第２の導電体を互いに絶縁する。

好ましくは、前記電気装置の前記第２の絶縁フィルムは、少なくとも１つの保持部材を備え、
前記少なくとも１つの保持部材は、前記第１の絶縁フィルムの前記保持部材に取り付けられるよう構成される。

好ましくは、前記電気装置の前記第２の絶縁フィルムは、少なくとも１つの突起を有し、
前記少なくとも１つの突起は、ケーシングのキャビティの充填材料内に埋め込むために、前記ケーシングの前記キャビティ内に挿入され、
前記突起は、前記保持部材に対して第２の絶縁フィルムの反対側の縁に配置される。

好ましくは、前記電気装置の前記第１の絶縁フィルムは、少なくとも１つの突起を有し、
前記少なくとも１つの突起は、ケーシングのキャビティの充填材料内に埋め込むために、前記ケーシングの前記キャビティ内に挿入され、
前記突起は、前記保持部材に関して前記第１の絶縁フィルムの反対側の縁に配置される。

有利には、前記電気装置の前記第１の絶縁フィルムはプラスチックから構成される。

一実施形態によれば、前記電気装置の前記第１の絶縁フィルムは、
前記第１の導電体の表面に対して、第１の機械的手段（たとえば接着材料）によって保持され、
前記機械的要素に対して、別の性質の第２の機械的手段（たとえば溶接）によって保持される。

別の実施形態によれば、前記電気装置の前記第１の絶縁フィルムは少なくとも１つの折曲部を有し、これによって第１の導電体の表面に適合し、前記第１の導電体の前記表面に対して前記第１の保持部材および前記第１の絶縁フィルムの前記突起によってのみ保持される、請求項５〜７のいずれか一項に記載の電気装置。

また、本発明は、
ハウジングと、
前記ハウジングに収容される電気装置と
を備える電気機器に関し、
前記電気機器において、前記第１の絶縁フィルムは、
‐前記電気機器の前記ハウジングの壁から、または、
‐前記電気機器の前記ハウジング内に配置される前記電気機器の他の構成要素から、
前記第１の導電体を電気的に絶縁するよう構成され、
前記第２の電気的絶縁フィルムは、各前記導電体を互いに絶縁するよう構成される。

有利には、前記電気機器は、車両に搭載されるよう構成され、
前記電気機器は、
‐バッテリから前記車両を駆動する電動機に供給するよう構成されるパワーインバータを形成するか、または、
‐高電圧パワーバッテリと低電圧パワーバッテリとの間で電圧を変換するよう構成されるＤＣ−ＤＣコンバータを形成するか、または、
‐前記車両の外部の電源グリッドと、前記車両のバッテリとの間で電圧を変換するよう構成される充電器を形成する。

本発明は、非限定的な例として与えられる添付図面を参照して、単なる例示として与えられる以下の説明を読むことによって、よりよく理解される。添付図面において、同一の参照符号は同様の対象物に対して与えられる。

本発明を説明する各図は、本発明を実施するために本発明をさらに詳細に示しているが、当然ながら、各図は必要に応じて本発明をよりよく定義するために用いることができるということに留意すべきである。

容量性ブロックの概略を示す図。図１に示す容量性ブロックの導電体の概略を概略的に示す図。図１による容量性ブロックのケーシングと、本発明の一実施形態による絶縁フィルムとの概略を表す図。図１に示す容量性ブロックの導電体と、本発明の一実施形態による絶縁フィルムとの概略を示す図。本発明の一実施形態による絶縁フィルムのみを表す図。本発明の一実施形態による電気機器の概略を示す図。図１に示す容量性ブロックの導電体の概略と、本発明の別の実施形態による絶縁フィルムの概略とを表す図。

以下の記述では、本発明を、とくに、電気自動車またはハイブリッド自動車のための電気機器（パワーインバータ等）のコンテキストにおいて説明するが、これは本発明の範囲を限定するものではない。

実際に、電気自動車またはハイブリッド自動車において、高電圧パワーバッテリが、とくにパワーインバータ（高電圧パワーバッテリが提供する直流電流を、１つ以上の交流（たとえば正弦波）制御電流に変換できるようにするもの）を介して、電動機システムの電力供給機能を提供し、車両走行を可能にする。

図１を参照して、電気機器は、専用のハウジングを備える。本例では、電気機器はパワーインバータである。パワーインバータは、ハウジングに挿入されるように構成されるケーシング１０を備える容量性ブロック１２を備える。また、容量性ブロック１２はキャビティ１１（ケーシング１０内に配置され、とくにハウジング１０によって画定される）を備える。さらに、容量性ブロック１２は、ケーシング１０のキャビティ１１に挿入されるよう構成される容量性要素１２１，１２２を備える。容量性ブロック１２により、パワーバッテリが提供する直流電流を平滑化した後に交流制御電流に変換できるようになる。容量性ブロック１２は正端子および負端子を備え、これによって、直流電流の残留性外乱を除去できるようにし、フィルタリングして、（とくにここに表されない電子的スイッチによって）交流制御電流に変換できるようにする。容量性要素１２１，１２２は、たとえばケミカルコンデンサまたはフィルムコンデンサまたは他の任意の種類の容量性要素である。

図１および図２を参照すると、容量性ブロック１２はまた、別個の平行な平面に沿ってではあるが、互いに近接して配置される、少なくとも２つの導電体Ｃ１，Ｃ２を備える。とくに、導電体Ｃ１，Ｃ２は互いに重ねられる。第１の導電体Ｃ１は、容量性ブロック１２の容量性要素１２１，１２２それぞれの負端子に接続される。第２の導電体Ｃ２は、容量性ブロック１２の容量性要素１２１，１２２それぞれの正端子に接続される。このようにするために、容量性ブロック１２は第１の溶接部Ｓ１を備えてもよく、これによって、第１の導電体Ｃ１と、容量性要素１２１，１２２それぞれの負端子とが接続可能となる。図１では、第１の導電体Ｃ１はたとえば第１の容量性要素１２１の表面に溶接される。第１の導電体Ｃ１の一部は、容量性要素１２１，１２２の間を通過し、第２の容量性要素１２２の反対側の表面に接続する。同様に、容量性ブロック１２は、第２の溶接部Ｓ２を備えてもよく、これによって、第２の導電体Ｃ２と、容量性要素１２１，１２２それぞれの正端子とが接続可能となる。図１では、第２の導電体Ｃ２はたとえば第２の容量性要素１２２の表面に溶接される。第２の導電体Ｃ２の一部は、容量性要素１２１，１２２の間を通過し、第１の容量性要素１２１の反対側の表面に接続する。

加えて、導電体Ｃ１，Ｃ２は、電気機器の前記ハウジングの壁Ｐ１の近傍に配置されるか、または、電気機器の前記ハウジング内に配置され得る他の構成要素の近傍に配置される。たとえば、図６に示すように、電気機器１（ここではパワーインバータ）は、とくに、冷却回路１４によって隔てられる容量性ブロック１２およびパワー電子モジュール１３を備える。さらに、第１の導電体Ｃ１は、ハウジング１００の壁Ｐ１の近傍にある。この壁Ｐ１は、とくに、電気機器１の構成要素（とくに容量性ブロック１２）を冷却するための冷却回路１４の表面に含まれる。

図２を参照すると、導電体Ｃ１，Ｃ２はそれぞれ少なくとも１つの接続端子Ｃ１０，Ｃ２０を備え、これによって、容量性ブロック１２の負端子および正端子が、（とくに、電動機システムに電力を供給するために）システムの他の部分に接続できるようになる。たとえば、導電体Ｃ１，Ｃ２の接続端子Ｃ１０，Ｃ２０は、パワー電子モジュール１３の各端子に接続される。

接続端子Ｃ１０，Ｃ２０は、たとえば導電体Ｃ１，Ｃ２の一部を表してもよい。電力を他の構成要素に供給するために、これらの部分は、たとえば１つ以上のポートで貫通され、このポートにコネクタが螺合する。これらの部分は、他の手段によって（たとえば溶接によって）コネクタに接続されてもよい。

図３および図４を参照すると、ハウジング１００の導電体Ｃ１，Ｃ２を電気的に絶縁するために、したがって短絡を回避するために、容量性ブロック１２は、第１の絶縁フィルムＦ１を備える。第１絶縁フィルムＦ１は、少なくとも２つの導電体Ｃ１，Ｃ２のうちハウジング１００に最も近い導電体に対して配置され、これによって、その導電体をハウジング１００の他の部分から電気的に絶縁する。図３および図４を参照して示される実施形態では、第１の絶縁フィルムＦ１は第１の導電体Ｃ１の壁に対して配置される。第１の絶縁フィルムＦ１は、少なくとも１つの突起Ｆ_１０と、少なくとも１つの保持部材Ｆ１−１とを含み、これによって、第１の絶縁フィルムＦ１が第１の導電体Ｃ１の表面に対して保持できるようになる。

この突起Ｆ_１０は、第１の絶縁フィルムＦ１から突出する部分を表す。この突起Ｆ_１０は、ケーシング１０のキャビティ１１の充填材料内に埋め込み取り付けるために、ケーシング１０のキャビティ１１内に延びるように構成される。加えて、少なくとも１つの保持部材Ｆ１−１は、第１の絶縁フィルムＦ１から突出する別の部分（たとえば少なくとも１つの突起Ｆ_１０に対して第１の絶縁フィルムＦ１の反対側の縁に配置される）を表す。保持部材Ｆ１−１は、容量性ブロック１２の機械的要素に取り付けられる。このように、第１の絶縁フィルムＦ１は、保持部材Ｆ１−１によって第１の縁に保持され、突起Ｆ_１０によってその反対側の縁に保持され、これによって機械的保持が改善される。とくに、第１の導電体Ｃ１の表面に対して第１の絶縁フィルムＦ１を保持するための接着材料は、省略可能である。この省略は、とくに、第１の絶縁フィルムＦ１が十分に剛性であり、第１の導電体Ｃ１に搭載する前に折り曲げて、第１の導電体Ｃ１に搭載された後にその形状を維持することができる場合に行われる。したがって、接着材料の有用時間は、容量性ブロック１２のサービス寿命に影響しない。

とくに、図３および図４を参照すると、機械的要素は、導電体Ｃ１，Ｃ２の間に挿入されてケーシング１０のキャビティ１１内に延びる第２の絶縁フィルムＦ２である。言い換えると、第２の絶縁フィルムＦ２は、容量性ブロック１２の導電体Ｃ１，Ｃ２双方に挟持されることにより保持される。第２の絶縁フィルムＦ２は、導電体Ｃ１，Ｃ２を互いに絶縁し、それらの間の短絡を回避するように構成される。さらに、この第２の絶縁フィルムＦ２は、第１の絶縁フィルムＦ１が取り付けられる機械的要素を形成する。また、第２の絶縁フィルムＦ２は、少なくとも１つの突起Ｆ_２０と、少なくとも１つの保持部材Ｆ２−１とを含む。

前記突起Ｆ_２０は、第２の絶縁フィルムＦ２から突出する部分を表す。この突起Ｆ_２０は、ケーシング１０のキャビティ１１の充填材料内に埋め込み取り付けるために、ケーシング１０のキャビティ１１内に延びるように構成される。加えて、少なくとも１つの保持部材Ｆ２−１は、第２の絶縁フィルムＦ２から突出する別の部分（第１の絶縁フィルムＦ１の保持部材Ｆ１−１に面して配置されるよう構成される）を表す。

第１の絶縁フィルムＦ１および第２の絶縁フィルムＦ２は、とくに、プラスチック材料から構成される。

とくに、前記充填材料は、ケーシング１０のキャビティ１１を充填する際には流体であり、重合工程の後には固体になる。とくに、充填材料は重合可能な物質（たとえば重合可能な樹脂等であり、とくにエポキシ樹脂）である。

第１の絶縁フィルムＦ１の少なくとも１つの保持部材Ｆ１−１と、第２の絶縁フィルムＦ２の少なくとも１つの保持部材Ｆ２−１とは、任意の適切なプラスチック溶接手段によって、また、とくに、超音波溶接処理を用いて、互いに取り付けられるよう構成される。

このように、第１の絶縁フィルムＦ１および第２の絶縁フィルムＦ２の取り付けおよび保持は、一方では充填材料内に延びる突起Ｆ_１０，Ｆ_２０によって、他方では保持部材Ｆ１−１，Ｆ１−２の間に形成される溶接部によって、確保される。

図５を参照すると、第１の絶縁フィルムＦ１および第２の絶縁フィルムＦ２のみが、それぞれの突起Ｆ_１０，Ｆ_２０およびそれぞれの保持部材Ｆ１−１，Ｆ２−１とともに、示される。

第１の絶縁フィルムＦ１は、第２の絶縁フィルムＦ２に取り付ける代わりに、（とくに電気機器１の）他の機械的要素に取り付けてもよい。したがって、機械的要素は、たとえば図７に例示されるハウジングの壁Ｐ２であってもよい。この壁Ｐ２は、代替的に、電気機器１の別の電子的構成要素の表面であってもよい。

Claims

電子的構成要素を収容するキャビティ（１１）を備えるケーシング（１０）と、
前記電子的構成要素に電力を供給するために前記電子的構成要素に接続される少なくとも１つの第１の導電体（Ｃ１）と、
を備える電気装置であって、
前記電気装置は、
前記第１の導電体（Ｃ１）の表面に対してこれを電気的に絶縁する第１の電気的絶縁フィルム（Ｆ１）を備え、
前記第１の絶縁フィルム（Ｆ１）は、少なくとも１つの保持部材（Ｆ１−１）を有し、
前記少なくとも１つの保持部材（Ｆ１−１）は、前記第１の絶縁フィルム（Ｆ１）を、（とくに前記電気装置の）機械要素に取り付け可能とする
ことを特徴とする、電気装置。
前記電子的構成要素に電力を供給するために前記電子的構成要素に接続される第２の導電体（Ｃ２）を備え、
前記第１および第２の導電体（Ｃ１，Ｃ２）は、互いに重ねられ、２つの別個の平行な平面に沿って延び、
前記機械的要素は、第２の絶縁フィルム（Ｆ２）であり、
前記第２の絶縁フィルム（Ｆ２）は、各前記導電体（Ｃ１，Ｃ２）の間に配置され、これによって、前記第１および第２の導電体（Ｃ１，Ｃ２）を互いに絶縁する、
請求項１に記載の電気装置。
前記第２の絶縁フィルム（Ｆ２）は、少なくとも１つの保持部材（Ｆ２−１）を備え、
前記少なくとも１つの保持部材（Ｆ２−１）は、前記第１の絶縁フィルム（Ｆ１）の前記保持部材（Ｆ１−１）に取り付けられるよう構成される、
請求項１または２に記載の電気装置。
前記第２の絶縁フィルム（Ｆ２）は、少なくとも１つの突起（Ｆ_２０）を有し、
前記少なくとも１つの突起（Ｆ_２０）は、ケーシング（１０）のキャビティ（１１）の充填材料内に埋め込むために、前記ケーシング（１０）の前記キャビティ（１１）内に挿入され、
前記突起（Ｆ_２０）は、前記保持部材（Ｆ２−１）に対して第２の絶縁フィルム（Ｆ２）の反対側の縁に配置される、
請求項２または３に記載の電気装置。
前記第１の絶縁フィルム（Ｆ１）は、少なくとも１つの突起（Ｆ_１０）を有し、
前記少なくとも１つの突起（Ｆ_１０）は、ケーシング（１０）のキャビティ（１１）の充填材料内に埋め込むために、前記ケーシング（１０）の前記キャビティ（１１）内に挿入され、
前記突起（Ｆ_１０）は、前記保持部材（Ｆ１−１）に関して前記第１の絶縁フィルム（Ｆ１）の反対側の縁に配置される、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気装置。
前記第１の絶縁フィルム（Ｆ１）はプラスチックから構成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気装置。
前記第１の絶縁フィルム（Ｆ１）は、
前記第１の導電体（Ｃ１）の表面に対して、第１の機械的手段（たとえば接着材料）によって保持され、
前記機械的要素に対して、別の性質の第２の機械的手段（たとえば溶接）によって保持される、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気装置。
前記第１の絶縁フィルム（Ｆ１）は少なくとも１つの折曲部を有し、これによって第１の導電体（Ｃ１）の表面に適合し、前記第１の導電体（Ｃ１）の前記表面に対して前記第１の保持部材（Ｆ１−１）および前記突起（Ｆ_１０）によってのみ保持される、請求項５〜７のいずれか一項に記載の電気装置。
ハウジング（１００）と、
前記ハウジング（１００）に収容される、請求項３〜８のいずれか一項に記載の電気装置と
を備える電気機器（１）であって、
前記電気機器（１）において、前記第１の絶縁フィルム（Ｆ１）は、
‐前記電気機器（１）の前記ハウジング（１００）の壁（Ｐ１）から、または、
‐前記電気機器（１）の前記ハウジング（１００）内に配置される前記電気機器（１）の他の構成要素から、
前記第１の導電体（Ｃ１）を電気的に絶縁するよう構成され、
前記第２の電気的絶縁フィルム（Ｆ２）は、各前記導電体（Ｃ１，Ｃ２）を互いに絶縁するよう構成される、
電気機器（１）。
前記電気機器（１）は、車両に搭載されるよう構成され、
前記電気機器（１）は、
‐バッテリから前記車両を駆動する電動機に供給するよう構成されるパワーインバータを形成するか、または、
‐高電圧パワーバッテリと低電圧パワーバッテリとの間で電圧を変換するよう構成されるＤＣ−ＤＣコンバータを形成するか、または、
‐前記車両の外部の電源グリッドと、前記車両のバッテリとの間で電圧を変換するよう構成される充電器を形成する、
請求項９に記載の電気機器（１）。