JP2009064802A - 電気機器の支持構造および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサ素子からケーシングに伝達された振動が車両本体に伝達されることを抑制することが可能な電気機器の支持構造および該構造を含む車両を提供する。
【解決手段】電気機器の支持構造は、筒状のコンデンサ素子および該コンデンサ素子を収納するケーシング７６０を含むＰＣＵ７００と、コンデンサ素子の軸方向（矢印ＤＲ１方向）からケーシング７６０を支持する支持部材７７０とを備える。換言すると、支持部材７７０は、ケーシング７６０におけるコンデンサ素子の外周面と対向する側面７６１を開放するようにケーシング７６０を支持する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、電気機器の支持構造および車両に関し、特に、筒状のコンデンサ素子を有するコンデンサモジュールを含む電気機器の支持構造および該構造を含む車両に関する。

特開２００４−２１５３５５号公報（特許文献１）には、電動機を備える駆動装置の制御ユニット部を駆動装置に取付けて一体化した電動駆動装置において、制御ユニットを防振支持手段を介して駆動装置に対して可動に支持することが記載されている。

また、特開２００１−１１９９６１号公報（特許文献２）には、インバータ一体型車両駆動装置において、平滑コンデンサを強度的に一番強い軸心方向で保持することが記載されている。

また、特開２００２−２２２９１７号公報（特許文献３）には、インバータモジュールと平滑コンデンサとの間にバスプレートを設けることにより、ノイズフィルタを構成することが記載されている。

また、特開平９−３０８２６５号公報（特許文献４）には、入力導体板に固定端子台を介して制御回路基板を取り付けることにより、自動車の振動に対する制御回路基板の耐久性を向上させることが記載されている。

また、特開２００５−１２４３４６号公報（特許文献５）には、高周波発生部と車体との間で高周波電流が流れることを抑制する高周波リアクトルを設けることにより、高周波電流に起因した放射ノイズの発生を抑制することができる自動車用モータ駆動ユニットが記載されている。
特開２００４−２１５３５５号公報 特開２００１−１１９９６１号公報 特開２００２−２２２９１７号公報 特開平９−３０８２６５号公報 特開２００５−１２４３４６号公報

コンデンサ素子を含む電気機器の動作時に、コンデンサ素子の膨張および収縮が発生する場合がある。コンデンサ素子の膨張および収縮は、当該コンデンサ素子を収納するケーシングに振動として伝達される。したがって、ケーシングの支持構造によっては、上記振動が車両本体に伝達され、車室内でのノイズの原因となる。

特許文献１〜５には、上記のような問題を十分に解決可能な構成は記載されていない。たとえば、特許文献１では、制御ユニットの耐震性を向上させることを意図しているだけであって、平滑コンデンサを収納するケースの振動が車両本体に伝達することを抑制する思想は、記載も示唆もなされていない。また、特許文献２では、平滑コンデンサをその軸方向から支持しているだけであって、当該コンデンサが収納されるケースの支持構造の詳細は記載されていない。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、コンデンサ素子からケーシングに伝達された振動が車両本体に伝達されることを抑制することが可能な電気機器の支持構造および該構造を含む車両を提供することにある。

本発明に係る電気機器の支持構造は、１つの局面では、車両に搭載される電気機器の支持構造であって、筒状のコンデンサ素子および該コンデンサ素子を収納するケーシングを含む電気機器と、コンデンサ素子の軸方向からケーシングを支持する支持部材とを備える。

本発明に係る電気機器の支持構造は、他の局面では、車両に搭載される電気機器の支持構造であって、筒状のコンデンサ素子および該コンデンサ素子を収納するケーシングを含む電気機器と、ケーシングにおけるコンデンサ素子の外周面と対向する側面を開放するようにケーシングを支持する支持部材とを備える。

上記構成によれば、コンデンサ素子からケーシングに伝達された振動が車両本体に伝達されることを抑制することができる。

上記電気機器の支持構造において、１つの実施態様では、電気機器は、車両を駆動、または、該車両に駆動される回転電機を制御する制御装置である。

上記電気機器の支持構造において、１つの実施態様では、ケーシング内に複数のコンデンサ素子が収納される。

上記電気機器の支持構造において、１つの実施態様では、電気機器は、複数のコンデンサ素子を有するコンデンサモジュールと、該コンデンサモジュールと電気的に接続される半導体モジュールと、該半導体モジュールを制御する制御装置とをさらに含み、コンデンサモジュールと、半導体モジュールと、制御装置とがコンデンサ素子の軸方向に積層されている。

本発明に係る車両は、上述した電気機器の支持構造を含む。これにより、コンデンサ素子に起因する振動が車両本体に伝達されることが抑制された車両が提供される。

本発明によれば、車両に搭載される電気機器に含まれるコンデンサ素子から該コンデンサ素子を収納するケーシングに伝達された振動が車両本体に伝達されることを抑制することができる。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の構成を適宜組合わせることは、当初から予定されている。

図１および図２は、本発明の１つの実施の形態に係る電気機器の支持構造を有するハイブリッド車両の構成を示す概略図である。なお、図２は、図１における矢印IIの方向からみた状態を示す。

図１，図２を参照して、ハイブリッド車両１は、エンジン１００と、モータジェネレータ２００と、動力分割機構３００と、ディファレンシャル機構４００と、ドライブシャフト５００と、前輪である駆動輪６００Ｌ，６００Ｒと、ＰＣＵ（Power Control Unit）７００と、ケーブル８００（８００Ａ，８００Ｂ）と、バッテリ９００とを含んで構成される。

図２に示すように、エンジン１００と、モータジェネレータ２００と、動力分割機構３００と、ＰＣＵ７００とは、エンジンルーム２内に配設される。モータジェネレータ２００とＰＣＵ７００とは、ケーブル８００Ａにより接続される。ＰＣＵ７００とバッテリ９００とは、ケーブル８００Ｂにより接続される。また、エンジン１００およびモータジェネレータ２００からなる動力出力装置は、動力分割機構３００を介してディファレンシャル機構４００に連結されている。ディファレンシャル機構４００は、ドライブシャフト５００を介して駆動輪６００Ｌ，６００Ｒに連結されている。

モータジェネレータ２００は、３相交流同期電動発電機であって、ＰＣＵ７００から受ける交流電力によって駆動力を発生する。また、モータジェネレータ２００は、ハイブリッド車両１の減速時等においては発電機としても使用され、その発電作用（回生発電）により交流電力を発電し、その発電した交流電力をＰＣＵ７００へ出力する。

ＰＣＵ７００は、バッテリ９００から受ける直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ２００を駆動制御する。また、ＰＣＵ７００は、モータジェネレータ２００が発電した交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ９００を充電する。

動力分割機構３００は、たとえばプラネタリギヤ（図示せず）を含んで構成される。
エンジン１００および／またはモータジェネレータ２００から出力された動力は、動力分割機構３００からディファレンシャル機構４００を介してドライブシャフト５００に伝達される。ドライブシャフト５００に伝達された駆動力は、駆動輪６００Ｌ，６００Ｒに回転力として伝達されて、車両を走行させる。このように、モータジェネレータ２００は
、電動機として作動する。

一方、車両の減速時等においては、駆動輪６００Ｌ，６００Ｒあるいはエンジン１００によってモータジェネレータ２００が駆動される。このとき、モータジェネレータ２００が発電機として作動する。モータジェネレータ２００により発電された電力は、ＰＣＵ７００内のインバータを介してバッテリ９００に蓄えられる。

図３は、ＰＣＵ７００の主要部の構成を示す回路図である。図３を参照して、ＰＣＵ７００は、コンデンサ７１１，７１２を含むコンデンサモジュール７１０と、コンバータ７２１およびインバータ７２２とを含むパワーモジュール７２０と、制御装置７３０と、電源ラインＰＬ１〜ＰＬ３と、出力ライン７４０Ｕ，７４０Ｖ，７４０Ｗとを含む。コンバータ７２１は、バッテリ９００とインバータ７２２との間に接続され、インバータ７２２は、出力ライン７４０Ｕ，７４０Ｖ，７４０Ｗを介してモータジェネレータ２００と接続される。

コンバータ７２１に接続されるバッテリ９００は、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池である。バッテリ９００は、発生した直流電圧をコンバータ７２１に供給し、また、コンバータ７２１から受ける直流電圧によって充電される。

コンバータ７２１は、パワートランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬとからなる。パワートランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に直列に接続され、制御装置７３０からの制御信号をベースに受ける。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれパワートランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。リアクトルＬは、バッテリ９００の正極と接続される電源ラインＰＬ１に一端が接続され、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に他端が接続される。

このコンバータ７２１は、リアクトルＬを用いてバッテリ９００から受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２に供給する。また、コンバータ７２１は、インバータ７２２から受ける直流電圧を降圧してバッテリ９００を充電する。

インバータ７２２は、Ｕ相アーム７５０Ｕ、Ｖ相アーム７５０ＶおよびＷ相アーム７５０Ｗからなる。各相アームは、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に並列に接続される。Ｕ相アーム７５０Ｕは、直列に接続されたパワートランジスタＱ３，Ｑ４を含み、Ｖ相アーム７５０Ｖは、直列に接続されたパワートランジスタＱ５，Ｑ６を含み、Ｗ相アーム７５０Ｗは、直列に接続されたパワートランジスタＱ７，Ｑ８を含む。ダイオードＤ３〜Ｄ８は、それぞれパワートランジスタＱ３〜Ｑ８のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、出力ライン７４０Ｕ，７４０Ｖ，７４０Ｗを介してモータジェネレータ２００の各相コイルの反中性点側にそれぞれ接続されている。

このインバータ７２２は、制御装置７３０からの制御信号に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ２００へ出力する。また、インバータ７２２は、モータジェネレータ２００によって発電された交流電圧を直流電圧に整流して電源ラインＰＬ２に供給する。

コンデンサ７１１は、電源ラインＰＬ１，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ１の電圧レベルを平滑化する。また、コンデンサ７１２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ２の電圧レベルを平滑化する。

制御装置７３０は、モータトルク指令値、モータジェネレータ２００の各相電流値、およびインバータ７２２の入力電圧に基づいてモータジェネレータ２００の各相コイル電圧を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成してインバータ７２２へ出力する。

また、制御装置７３０は、上述したモータトルク指令値およびモータ回転数に基づいてインバータ７２２の入力電圧を最適にするためのパワートランジスタＱ１，Ｑ２のデューティ比を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするＰＷＭ信号を生成してコンバータ７２１へ出力する。

さらに、制御装置７３０は、モータジェネレータ２００によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ９００を充電するため、コンバータ７２１およびインバータ７２２におけるパワートランジスタＱ１〜Ｑ８のスイッチング動作を制御する。

このＰＣＵ７００においては、コンバータ７２１は、制御装置７３０からの制御信号に基づいて、バッテリ９００から受ける直流電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２に供給する。そして、インバータ７２２は、コンデンサ７１２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ２００へ出力する。

また、インバータ７２２は、モータジェネレータ２００の回生動作によって発電された交流電圧を直流電圧に変換して電源ラインＰＬ２へ出力する。そして、コンバータ７２１は、コンデンサ７１２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を降圧してバッテリ９００を充電する。

図４は、ＰＣＵ７００の構造を示す斜視図である。図４を参照して、ＰＣＵ７００は、コンデンサ７１１，７１２を含むコンデンサモジュール７１０と、コンバータ７２１およびインバータ７２２を含むパワーモジュール７２０と、制御装置７３０とを矢印ＤＲ１方向に重ねた構造を有する。コンデンサモジュール７１０は、ケーシング７６０に収納されている。

図５は、ＰＣＵ７００に含まれるコンデンサモジュール７１０の構造を示す斜視図である。図５を参照して、コンデンサモジュール７１０は、ケーシング７６０に収納された複数のコンデンサ素子７１０Ａを有する。コンデンサ素子７１０Ａは、矢印ＤＲ１方向を軸方向とするフィルムコンデンサである。

図６は、コンデンサモジュール７１０に含まれるフィルムコンデンサの構造を説明する図である。図６を参照して、コンデンサ素子７１０Ａは、２枚のフィルム７１０Ａ１を含む。フィルム７１０Ａ１上には、金属蒸着部７１０Ａ２と非蒸着部７１０Ａ３とが形成される。非蒸着部７１０Ａ３は、フィルム７１０Ａ１の幅方向（矢印ＤＲ１方向に相当）の端部に形成される。そして、２枚のフィルム７１０Ａ１を、非蒸着部７１０Ａ３が互いに逆側に位置するように重ね、これらを巻回する。これにより、円筒形状を有するコンデンサ素子７１０Ａが形成される。

次に、図７，図８を用いて、フィルムコンデンサの変形によりノイズが発生する機構を説明する。図７に示すように、ＰＣＵ７００の動作時には、パワーモジュール７２０のスイッチング動作により、コンデンサ素子７１０Ａは、膨張（図７（ａ）参照）および収縮（図７（ｂ）参照）を繰り返す。そして、上記の膨張／収縮により、図８に示すように、コンデンサ素子７１０Ａを収納するケーシング７６０の側面７６１が振動する。ケーシング７６０に伝達された振動が車室内に達することで、運転者に聞こえるノイズとなる。

図９は、比較例に係る電気機器の支持構造を示す図である。図９を参照して、本比較例に係る支持構造では、ＰＣＵ７００のコンデンサモジュール７１０、パワーモジュール７２０および制御装置７３０を収納するケーシング７６０が支持部材７７０により支持されている。より具体的には、ケーシング７６０の一方の側面７６１が、支持部材７７２，７７３を介して支持部材７７１によって支持され、ケーシング７６０の他方の側面７６１が、支持部材７７４，７７５を介して支持部材７７１によって支持される。すなわち、本比較例では、ＰＣＵ７００を、ケーシング７６０の側方から挟み込むように支持している。換言すると、本比較例では、ＰＣＵ７００は、コンデンサ素子７１０Ａの軸方向（矢印ＤＲ１方向）と直交する方向から挟持されている。このような構造では、コンデンサ素子７１０Ａからケーシング７６０の側面７６１に伝達された振動が、支持部材７７０を介して車両本体に伝達されることになる（矢印ＤＲ７４０）。

図１０は、本実施の形態に係る電気機器の支持構造を示す図である。図１０を参照して、本実施の形態に係る支持構造でも、図９の例と同様に、ＰＣＵ７００のコンデンサモジュール７１０、パワーモジュール７２０および制御装置７３０を収納するケーシング７６０が支持部材７７０により支持されている。他方、図１０に示す構造は、ケーシング７６０の側面７６１を支持せず、ケーシング７６０の上面および底面を支持するようにしている。より具体的には、ケーシング７６０の底面が、支持部材７７２，７７３を介して支持部材７７１によって支持され、ケーシング７６０の上面が、支持部材７７４，７７５を介して支持部材７７１によって支持される。すなわち、本実施の形態では、ＰＣＵ７００を、ケーシング７６０の上下方向から挟み込むように支持している。換言すると、本実施の形態では、ＰＣＵ７００は、コンデンサ素子７１０Ａの軸方向（矢印ＤＲ１方向）から挟持されている。このような構造では、ケーシング７６０の側面７６１が開放された状態にあるため、コンデンサ素子７１０Ａからケーシング７６０の側面７６１に伝達された振動が、支持部材７７０を介して車両本体に伝達するのを抑制することができる。

図１１は、本実施の形態に係る電気機器の支持構造の変形例を示す図である。図１１を参照して、本変形例に係る支持構造は、ＰＣＵ７００を下方向からのみ支持していることを特徴としている。より具体的には、ケーシング７６０の底面が、支持部材７７２，７７３を介して支持部材７７１に支持されている。このような構造においても、図１０の例と同様に、ケーシング７６０の側面７６１が開放された状態にあるため、コンデンサ素子７１０Ａからケーシング７６０の側面７６１に伝達された振動が、支持部材７７０を介して車両本体に伝達するのを抑制することができる。

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る電気機器の支持構造は、筒状のコンデンサ素子７１０Ａおよび該コンデンサ素子７１０Ａを収納するケーシング７６０を含む「電気機器」としてのＰＣＵ７００と、コンデンサ素子７１０Ａの軸方向（矢印ＤＲ１方向）からケーシング７６０を支持する支持部材７７０とを備える。換言すると、支持部材７７０は、ケーシング７６０におけるコンデンサ素子７１０Ａの外周面と対向する側面７６１を開放するようにケーシング７６０を支持する。

なお、本実施の形態において、ＰＣＵ７００は、車両を駆動、または、該車両に駆動される「回転電機」としてのモータジェネレータ２００を制御する制御装置である。

より具体的には、ＰＣＵ７００は、複数のコンデンサ素子７１０Ａを有するコンデンサモジュール７１０と、コンデンサモジュール７１０と電気的に接続される「半導体モジュール」としてのパワーモジュール７２０と、パワーモジュール７２０を制御する制御装置７３０とを含む。コンデンサモジュール７１０と、パワーモジュール７２０と、制御装置７３０とは、コンデンサ素子７１０Ａの軸方向（矢印ＤＲ１方向）に積層されている。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の１つの実施の形態に係る電気機器の支持構造が適用されるハイブリッド車両の構成を示す概略図である。 図１における矢印IIの方向からみたハイブリッド車両の構成を示す概略図である。 図１，図２に示されるＰＣＵの主要部の構成を示す回路図である。 図１，図２に示されるＰＣＵの構造を示す斜視図である。 図４に示されるＰＣＵに含まれるコンデンサモジュールの構造を示す斜視図である。 図５に示されるコンデンサモジュールに含まれるフィルムコンデンサの構造を説明する図である。 フィルムコンデンサの変形を説明するための図である。 フィルムコンデンサの変形によりノイズが発生する機構を説明するための図である。 比較例に係る電気機器の支持構造を示す図である。 本発明の１つの実施の形態に係る電気機器の支持構造を示す図である。 本発明の１つの実施の形態に係る電気機器の支持構造の変形例を示す図である。

符号の説明

１ ハイブリッド車両、２ エンジンルーム、１００ エンジン、２００ モータジェネレータ、３００ 動力分割機構、４００ ディファレンシャル機構、５００ ドライブシャフト、６００Ｌ，６００Ｒ 駆動輪、７００ ＰＣＵ、７１０，７１１，７１２ コンデンサ、７１０Ａ コンデンサ素子、７１０Ａ１ フィルム、７１０Ａ２ 金属蒸着部、７１０Ａ３ 非蒸着部、７２０ パワーモジュール、７２１ コンバータ、７２２ インバータ、７３０ 制御装置、７４０Ｕ，７４０Ｖ，７４０Ｗ 出力ライン、７５０Ｕ Ｕ相アーム、７５０Ｖ Ｖ相アーム、７５０Ｗ Ｗ相アーム、７６０ ケーシング、７６１ 側面、７７０，７７１，７７２，７７３，７７４，７７５ 支持部材、８００，８００Ａ，８００Ｂ ケーブル、９００ バッテリ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ リアクトル、ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３ 電源ライン、Ｑ１〜Ｑ８ パワートランジスタ。

Claims (6)

1. 車両に搭載される電気機器の支持構造であって、
   筒状のコンデンサ素子および該コンデンサ素子を収納するケーシングを含む電気機器と、
   前記コンデンサ素子の軸方向から前記ケーシングを支持する支持部材とを備えた、電気機器の支持構造。
2. 車両に搭載される電気機器の支持構造であって、
   筒状のコンデンサ素子および該コンデンサ素子を収納するケーシングを含む電気機器と、
   前記ケーシングにおける前記コンデンサ素子の外周面と対向する側面を開放するように前記ケーシングを支持する支持部材とを備えた、電気機器の支持構造。
3. 前記電気機器は、車両を駆動、または、該車両に駆動される回転電機を制御する制御装置である、請求項１または請求項２に記載の電気機器の支持構造。
4. 前記ケーシング内に複数の前記コンデンサ素子が収納される、請求項１から請求項３のいずれかに記載の電気機器の支持構造。
5. 前記電気機器は、複数の前記コンデンサ素子を有するコンデンサモジュールと、該コンデンサモジュールと電気的に接続される半導体モジュールと、該半導体モジュールを制御する制御装置とをさらに含み、
   前記コンデンサモジュールと、前記半導体モジュールと、前記制御装置とが前記コンデンサ素子の軸方向に積層された、請求項１から請求項４のいずれかに記載の電気機器の支持構造。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の電気機器の支持構造を含む、車両。

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