JP6516953B2

JP6516953B2 - 電磁干渉遮蔽シート成形組成物

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Publication number: JP6516953B2
Application number: JP2013083355A
Authority: JP
Inventors: ジェイジェイハーニーウィリアム
Original assignee: マグナインターナショナルインコーポレイテッド
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2019-05-22
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: JP2013211553A; US20130248241A1; JP2019071460A; US10420260B2

Description

本発明は、電気車両及びハイブリッド車両における電磁干渉の遮蔽に関する。本発明は、特に、車両のコンポーネントの電磁遮蔽に有用なシート成形組成物（ＳＭＣ）（なお、「シート状形成材料」ともいう）に関する。

車両内で生じる電界を管理し又は取り扱うことは、内燃エンジンを備えた車両を製造する場合に長年にわたり検討事項であった。電気系統に電流が流れるときはいつでも、電流発生に関連した結果として電界が生じる。これら電界は、車両中の他の電気コンポーネント及びシステムを妨害する場合がある。

或る特定の電気コンポーネントは、他のものよりも電界に対して敏感である。例えば、車両無線受信機をＡＭ又はＦＭバンドで動作させる際、スパークプラグによる干渉が起こることが時々ある。抵抗型スパークプラグを用いると共にバックグラウンド電気ノイズを減少させるよう設計されたスパークプラグ電線を用いて干渉をおさえ込む。

車両システム及び社会一般は、電気制御装置並びにモニタケージ及びシステムにますます依存するようになっているので、電磁干渉を一段と管理して制限する必要性が車両内又は車両に近接して位置する電気装置の正確な作動の保証にとって非常に重要になっており、それどころか絶対不可欠になっている。

電気ハイブリッド及び純電動式車両の出現により、このような車両で用いられる電流は、従来型車両で用いられる電流よりも桁違いに大きくなっている。用いられるモータ及びバッテリ、電線、リレーのソレノイド及び他のコンポーネントは、車両内のシステムに電力供給すると共に稼働させるのに必要な電気エネルギーを効果的に且つ確実に取り扱うために極めて頑丈でなければならない。したがって、これらシステムにより生じる電界が増強している。最新技術及び最新材料は、電界放出量のうちの幾分かを制御するのに役立ったが、計器、無線受信機、照明及び乗員を発生した電界から一段と制御すると共に／或いは遮蔽し又は隔離する必要が依然として存在する。

特に、大抵のＥＶバッテリ、バッテリ管理システム、トラクションモータコントローラ及びＤＣ‐ＤＣ変換器は、各種装置に接続され又は高周波（２０〜５０ｋＨｚ）の大電力（最高１００ｋＷ以上）を切り換える装置である。この結果、このような周波数及び高調波で電磁界が生じ、このような電磁界は、装置から放射され、これら放射線は、安全機器、通信機器及び娯楽機器を妨害する場合がある。これは、車両の内外両方で起こる場合がある。許容放出量レベルは、規則（例えば、ＦＣＣ）及び製品性能仕様によって規制されている。

エンクロージャ設計における標準的なやり方は、金属を用い或いはプラスチック又は複合材エンクロージャを金属で被覆することである。これら車両に用いられている半構造的バッテリハウジングは、遮蔽層、典型的には銅を備えたガラス繊維強化ＳＭＣを使用している。これは、頑丈ではあるが、これには高価であり且つ重いという課題がある。したがって、当該技術分野において、遮蔽特性を犠牲にしないで重く且つ高価な銅遮蔽設計例を費用効果が一層良く且つ軽量の材料で置き換える必要性が依然として存在する。

本発明によれば、電磁遮蔽組成物が提供される。本発明の広い観点による電磁遮蔽組成物は、少なくとも部分的に電気的に駆動される車両内の電気系統からの電磁放射線を遮蔽するための有効量の炭素繊維の入った約４０体積％〜６０体積％のシート成形組成物（ＳＭＣ）を含む。

また、本発明では、電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体を製作する方法が提供される。本発明の方法では、シートの形態の電磁遮蔽組成物を構成する。電磁遮蔽組成物は、少なくとも部分的に電気的に駆動される車両内の電気系統からの電磁放射線を遮蔽するための有効量の炭素繊維の入った約４０体積％〜６０体積％のシート成形組成物を含む。しかる後、電磁遮蔽組成物のシートを遮蔽されるべきコンポーネントの形態にならうのに有効な形状に形成すると共に硬化させることによって一部品のための電磁遮蔽体を製作する。

ガラスに代えて炭素繊維を補強材として用いることにより、炭素繊維の密度が低く且つその強度が高いことにより部品の質量が減少する。本発明は又、炭素繊維がＥＭＩを減衰させる潜在的可能性を利用することにより先行技術の設計例における銅被覆材をなくす。これにより、製造される部品の質量が一段と減少すると共に炭素繊維のコストが部分的に相殺される。

本発明の別の利用可能性分野は、以下に提供される詳細な説明から明らかになろう。理解されるべきこととして、詳細な説明及び特定の実施例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、例示目的であるに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。

本発明は、詳細な説明及び添付の図面から十分に理解されよう。

本発明の教示に従って製造された代表的な部品を示す図である。本発明の教示に従って作られたＳＭＣ組成物のＥＭＩ遮蔽効果を示すグラフ図である。

好ましい実施形態についての以下の説明は、性質上例示に過ぎず、本発明、その用途又は使用を何ら限定するものではない。

いま図面を参照すると、本発明によれば、図示していない車両の電気コンポーネントの遮蔽体１２を成形するための全体が符号１０で示された電磁遮蔽組成物が提供される。図１に示されている遮蔽体１２は、電気自動車のバッテリボックスのカバーである。本発明のシート成形組成物は、複雑な形状の用途部品の成形を可能にする。この材料は、局所補強用のエポキシ樹脂及びフォートマットと適合性がある。このような材料は又、長期間安定性を備えた状態でＥコート温度対応である。

本発明の広い観点による電磁遮蔽組成物は、少なくとも部分的に電気的に駆動される車両内の電気系統からの電磁放射線を遮蔽するための有効量の炭素繊維の入った約４０体積％〜６０体積％のシート成形組成物を含む。一般に、約６０体積％〜約４０体積％の遮蔽炭素繊維材料が使用される。代表的には、約４５体積％から約５５体積％までのＳＭＣと約５５体積％から約４５体積％までの炭素繊維を配合したものが用いられ、特に好ましくは約５０体積％ＳＭＣと５０体積％炭素繊維の比が用いられる。

図２に最も良く示されているように、本発明に従って製作された複合シートは、代表的には、望ましい遮蔽特性に応じて厚さ約０．５ｍｍ〜約１０ｍｍであり、好ましいシートは、厚さ１ｍｍ〜２ｍｍである。得られる遮蔽結果として、１０００ＭＨｚ〜２０００ＭＨｚの周波数範囲にわたり１〜２ｍｍ厚さに起因して約６５〜８５デシベルの低減が得られる。

特に好ましいＳＭＣ配合物は、ミシガン州ノビ所在のマグナ・インターナショナル（Magna International）から入手できるMagna EPIC Blend（商標）ＳＭＣ組成物である。ＳＭＣは、ビニルエステル系のシート成形組成物である。他の充填剤、添加剤及び成分が少量の状態で含まれる場合がある。ただし、これらが本発明の物理的特性及び特に電界遮蔽特性に悪影響を及ぼさないことを条件とする。

結果的に得られた組成物の特性が以下に表１に記載されている。
表１
本発明のＥＭＩ・ＳＭＣの特性
比重１．４１
炭素繊維５０％（重量で）
繊維長さ２５ｍｍ
繊維方位ランダム
引張り弾性率３０ＧＰａ
引張り強度２００ＭＰａ
曲げ弾性率２６ＧＰａ
曲げ強度４６０ＭＰａ
吸湿性＜０．２％
型縮み０．０００１ｍｍ／ｍｍ

本発明に関して選択される炭素繊維は、選択されたＳＭＣとの調合に適していると共に適当な遮蔽特性を提供する炭素繊維である。

本発明で用いられる特に好ましい材料は、ミズーリ州セントルイス所在のゾルテック・カンパニーズ・インコーポレイテッド（Zoltek Companies, Inc.）から入手できるPanex(circle R)35 continuous Tow(50K)35炭素繊維材料である。この材料は、ポリアクリロニトリル前駆体から作られた５０Ｋフィラメントファイバである。この材料は、６００ＫＳＩの引張り強度、３５ＭＳＩの引張り弾性率、０．０００６１オーム‐インチの電気抵抗、０．２８３ミルの繊維直径、９５％の炭素含有量及び４００フィート／ポンド（２６７．４ｍ／ｋｇ）の歩留りを呈する。

本発明の方法の観点によれば、電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体を製作する方法が提供される。第１ステップでは、シートの形態をした電磁遮蔽組成物を用意する。本発明では、ＳＭＣとチョップト（細断された）炭素繊維の配合物を用いる。上述したように、約４０体積％から６０体積％のシート成形組成物を含む電磁遮蔽組成物には少なくとも部分的に電動式の車両の電気系統からの電磁放射線を遮蔽するための有効量の炭素繊維を入れ、そして電磁遮蔽組成物をシートの状態に形成する。しかる後、シートを所定の形状に形作り、そして約１５０℃の金型温度で硬化させる。電磁遮蔽組成物のシートを遮蔽されるべきコンポーネントの形態にならうのに有効な形状に形成する。

遮蔽されるべきコンポーネントは、車両内に設置されるべき遮蔽されたハウジングを有する電気コンポーネント、例えば無線受信機、計器、制御ユニット等である。或いは、遮蔽体は、モータ、給電線、バッテリ、一群のバッテリ、電線、ワイヤリングハーネス又は他の大電流を用いるシステムを覆う形状に形成されるのが良い。電気車両内の制御ユニット、例えばエンジン制御ユニット、コンピュータ装置、変速機制御ユニット、充電制御ユニットのための異形遮蔽体を提供することが特に望ましい場合がある。

本発明の説明は、性質上例示に過ぎず、本発明の要旨から逸脱しない変形例は、本発明の範囲に含まれるものである。このような変形例は、本発明の思想及び範囲から逸脱したものとは見なされない。
好ましい実施形態は以下の通りである。
［実施形態１］
電磁遮蔽組成物であって、
少なくとも部分的に電気的に駆動される車両内の電気系統からの電磁放射線を遮蔽するための有効量の炭素繊維の入った約４０体積％〜６０体積％のシート成形組成物（ＳＭＣ）を含む、
ことを特徴とする電磁遮蔽組成物。
［実施形態２］
前記炭素繊維は、約６０体積％〜４０体積％の量で前記組成物中に使用されている、
実施形態１記載の電磁遮蔽組成物。
［実施形態３］
前記炭素繊維は、長さが約１インチ（２．５４ｃｍ）から約３インチ（７．６２ｃｍ）までであり、前記組成物中に無定形に整列している、
実施形態２記載の電磁遮蔽組成物。
［実施形態４］
前記有効量の遮蔽体は、１０００ＭＨｚ〜２０００ＭＨｚの周波数範囲にわたり１〜２ｍｍ厚さに起因して約６５〜８５デシベルの低減を可能にする、
実施形態３記載の電磁遮蔽組成物。
［実施形態５］
約５０体積％のＳＭＣには約５０体積％の炭素繊維が入っている、
実施形態１記載の電磁遮蔽組成物。
［実施形態６］
前記炭素繊維は、チョップト炭素繊維である、実施形態１記載の電磁遮蔽組成物。
［実施形態７］
電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体を製作する方法であって、
ａ．）シートの形態の電磁遮蔽組成物を用意するステップであって、前記電磁遮蔽組成物は、少なくとも部分的に電気的に駆動される車両内の電気系統からの電磁放射線を遮蔽するための有効量の炭素繊維の入った約４０体積％〜６０体積％のシート成形組成物を含むステップと、
ｂ．）前記電磁遮蔽組成物のシートを遮蔽されるべきコンポーネントの形態にならうのに有効な形状に形成すると共に硬化させるステップと、を備えている、
電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体の製作方法。
［実施形態８］
前記コンポーネントを前記車両に設置するステップを更に有する、
実施形態７記載の電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体の製作方法。
［実施形態９］
遮蔽されるべき前記コンポーネントは、バッテリ、一群のバッテリ、電線、ワイヤリングハーネス、車両計器、無線受信機、制御ユニット、遮蔽されることが必要な別のコンポーネントから成る群から選択される、
実施形態８記載の電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体の製作方法。
［実施形態１０］
電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体の製作方法であって、前記制御ユニットは、エンジン制御ユニット、コンピュータ装置、変速装置制御ユニット、充電制御ユニットである、
電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体の製作方法。
［実施形態１１］
電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体の製作方法であって、前記シートは、約１ｍｍ〜約２ｍｍの部分壁厚さが得られるよう形成されている、
ことを特徴とする電気車両のコンポーネント用の電気遮蔽体の製作方法。
［実施形態１２］
電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体の製作方法であって、約６０体積％〜約４０体積％の炭素繊維が前記シート成形組成物中に用いられている、
電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体の製作方法。
［実施形態１３］
電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体の製作方法であって、用いられる前記炭素繊維は、長さが約１インチ（２．５４ｃｍ）から約３インチ（７．６２ｃｍ）までであり、前記組成物中に無定形に整列している、
ことを特徴とする電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体の製作方法。
［実施形態１４］
約５０体積％のＳＭＣには約５０体積％の炭素繊維が入っている、
実施形態１０記載の電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体の製作方法。

Claims

電磁遮蔽組成物であって、
約４０体積％〜６０体積％のシート成形組成物（ＳＭＣ）を含み、残部が、少なくとも部分的に電気的に駆動される車両内の電気系統からの電磁放射線を遮蔽するための有効量の炭素繊維であり、
前記炭素繊維は、ポリアクリロニトリル前駆体から作られた５０Ｋフィラメントファイバであり、
前記炭素繊維は、６００ＫＳＩの引張り強度、３５ＭＳＩの引張り弾性率を呈し、
前記炭素繊維は、長さが約１インチ（２．５４ｃｍ）から約３インチ（７．６２ｃｍ）であり、かつ、前記組成物中に無定形に配置されている、
ことを特徴とする電磁遮蔽組成物。
前記炭素繊維は、約６０体積％〜４０体積％の量で前記電磁遮蔽組成物中に使用されている、
請求項１記載の電磁遮蔽組成物。
前記炭素繊維は、前記電磁遮蔽組成物中に非定形に整列している、
請求項２記載の電磁遮蔽組成物。
前記有効量の炭素繊維は、１０００ＭＨｚ〜２０００ＭＨｚの周波数範囲にわたり１〜２ｍｍ厚さに起因して約６５〜８５デシベルの低減を可能にする、
請求項３記載の電磁遮蔽組成物。
約５０体積％のＳＭＣと、約５０体積％の炭素繊維とが入っている、
請求項１記載の電磁遮蔽組成物。
前記炭素繊維は、チョップト炭素繊維である、
請求項１記載の電磁遮蔽組成物。
電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体を製作する方法であって、
ａ．）シートの形態の電磁遮蔽組成物を用意するステップであって、前記電磁遮蔽組成物は、約４０体積％〜６０体積％のシート成形組成物を含み、残部が、少なくとも部分的に電気的に駆動される車両内の電気系統からの電磁放射線を遮蔽するための有効量の炭素繊維であるステップと、
ｂ．）前記電磁遮蔽組成物のシートを遮蔽されるべきコンポーネントの形態にならうのに有効な形状に形成すると共に硬化させるステップと、を備え、
用いられる炭素繊維は、ポリアクリロニトリル前駆体から作られた５０Ｋフィラメントファイバであり、
前記炭素繊維は、６００ＫＳＩの引張り強度、３５ＭＳＩの引張り弾性率を呈し、
前記炭素繊維は、長さが約１インチ（２．５４ｃｍ）から約３インチ（７．６２ｃｍ）であり、かつ、前記組成物中に無定形に配置されている、
電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体の製作方法。
前記コンポーネントを前記車両に設置するステップを更に有する、
請求項７記載の電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体の製作方法。
遮蔽されるべき前記コンポーネントは、バッテリ、一群のバッテリ、電線、ワイヤリングハーネス、車両計器、無線受信機、制御ユニット、遮蔽されることが必要な別のコンポーネントから成る群から選択される、
請求項８記載の電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体の製作方法。
電気車両のコンポーネント用の炭素繊維を含む電磁遮蔽体の製作方法であって、前記コンポーネントは、エンジン制御ユニット、コンピュータ装置、変速装置制御ユニット、充電制御ユニットであり、
用いられる炭素繊維は、ポリアクリロニトリル前駆体から作られた５０Ｋフィラメントファイバであり、
前記炭素繊維は、６００ＫＳＩの引張り強度、３５ＭＳＩの引張り弾性率を呈し、
前記炭素繊維は、長さが約１インチ（２．５４ｃｍ）から約３インチ（７．６２ｃｍ）であり、かつ、前記組成物中に無定形に配置されている、
電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体の製作方法。
電気車両のコンポーネント用の炭素繊維を含む電磁遮蔽体の製作方法であって、前記電磁遮蔽体を構成するシートは、約１ｍｍ〜約２ｍｍの部分壁厚さが得られるよう形成され、
用いられる炭素繊維は、ポリアクリロニトリル前駆体から作られた５０Ｋフィラメントファイバであり、
前記炭素繊維は、６００ＫＳＩの引張り強度、３５ＭＳＩの引張り弾性率を呈し、
前記炭素繊維は、長さが約１インチ（２．５４ｃｍ）から約３インチ（７．６２ｃｍ）であり、かつ、前記組成物中に無定形に配置されている、
ことを特徴とする電気車両のコンポーネント用の電気遮蔽体の製作方法。
電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体の製作方法であって、約６０体積％〜約４０体積％の炭素繊維が、前記電磁遮蔽体に含まれるシート成形組成物中に用いられ、
用いられる炭素繊維は、ポリアクリロニトリル前駆体から作られた５０Ｋフィラメントファイバであり、
前記炭素繊維は、６００ＫＳＩの引張り強度、３５ＭＳＩの引張り弾性率を呈し、
前記炭素繊維は、長さが約１インチ（２．５４ｃｍ）から約３インチ（７．６２ｃｍ）であり、かつ、前記組成物中に無定形に配置されている、
電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体の製作方法。
電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体の製作方法であって、用いられる炭素繊維は、ポリアクリロニトリル前駆体から作られた５０Ｋフィラメントファイバであり、前記電磁遮蔽体に含まれるシート成形組成物中に非定形で整列しており、
前記炭素繊維は、６００ＫＳＩの引張り強度、３５ＭＳＩの引張り弾性率を呈し、
前記炭素繊維は、長さが約１インチ（２．５４ｃｍ）から約３インチ（７．６２ｃｍ）であり、かつ、前記組成物中に無定形に配置されている、
ことを特徴とする電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体の製作方法。
約５０体積％のＳＭＣと、約５０体積％の炭素繊維とが入っている、
請求項１０記載の電気車両のコンポーネント用の電磁遮蔽体の製作方法。