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図面 (8)

課題

インバータコンバータを搭載している車両において、インバータやコンバータの動作に伴って発生する高周波ノイズを軽減するアースシステムを提供する。

解決手段

マフラあるいは排気管をボディ接地する。特に、マフラフック2およびボディフック3を連結しているマウントラバー4の孔部22に嵌合している分割カラー5をリード線7で接続することによって、マフラフック2およびボディフック3を電気的に接続し、マフラをボディに接地する。

概要

背景

ハイブリッド車などDC(Direct Current)−AC(Alternating Current)インバータ(以降、インバータと称する)や、DC−DCコンバータ、AC−DCコンバータ(以降、まとめてコンバータと称する)などの電力変換装置を搭載している車両において、高周波ノイズが発生し、その高周波ノイズがラジオアンテナ誘起して、音声信号騒音として出力されるという問題がある。

このような問題に対し、発明者は、IPU(Interigent Power Unit:インバータ)とモータとを接続している三相交流ケーブル三相線)を編組重シールド被覆することによって、三相線からの電磁波をシールドした結果、高周波ノイズの低減を確認した。

以上の結果を基に、このような高周波ノイズの原因を、ハイブリッド車における機器の概略のレイアウトを示す図7を参照して説明する。
図7に示すように、ハイブリッド車ではIPU12を有している。IPU12は、PCU(Power Control Unit)とバッテリをまとめたものであり、バッテリ(図示せず)の直流電流をモータ15に送る交流電流三相交流電流)に変換するためのインバータ(電力変換装置)13が設けられている。
インバータ13は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)によるスイッチングで直流電流を交流電流に変換している。
変換された交流電流は、三相交流ケーブル(三相線14)を通ってモータ15へ送られ、モータ15を駆動する。駆動しているモータ15は、エンジン11をアシストする。一方、エンジン11からは排気ガスが排出され、この排気ガスは排気管10を通って外部へ排出される。排気管10の後方には排気音消音するためのマフラ1が設けられている。

ここで、インバータ13(IPU12)と、モータ15間を流れるノーマルモード電流の他に、インバータ13側と、モータ15側との電位差や、浮遊容量などが原因で車体のボディ6を介して流れるコモンモード電流が発生する。浮遊容量としては、インバータ13の下部に設置されているヒートシンクと、インバータ13との間の絶縁層、三相線14のケーブル自体が有するもの、モータ15で発生するものなどが考えられる。
これに伴い、排気管10においても末端側と、モータ15側との間にも電位差が生じ、コモンモード電流と同期した高周波電流が排気管10にも流れる。
排気管10は、絶縁性マウントラバーを介してボディ6に固定されているため、ボディ6に接地していない状態となっている。このため、排気管10はアンテナと同様の状態となってしまい、コモンモード電流と同期した高周波電流による電磁波を放射してしまう。この電磁波が、高周波ノイズとなってラジオの音声信号の騒音となっているものと思われる。

なお、ここでは、インバータ13に起因する高周波ノイズの説明を行ったが、コンバータのスイッチング作用によっても同様に高周波ノイズが生じることが考えられる。

特許文献1では、モータジェネレータ(モータ)を駆動するための三相交流電流を生成する電装ユニットと、モータジェネレータとを接続する電力ケーブル金属製パイプ内挿通し、この金属製パイプを車両のボディアースに接続することによって、電力ケーブルによる高周波ノイズの影響を低減する車両の配線構造が開示されている。

概要

インバータやコンバータを搭載している車両において、インバータやコンバータの動作に伴って発生する高周波ノイズを軽減するアースシステムを提供する。マフラあるいは排気管をボディに接地する。特に、マフラフック2およびボディフック3を連結しているマウントラバー4の孔部22に嵌合している分割カラー5をリード線7で接続することによって、マフラフック2およびボディフック3を電気的に接続し、マフラをボディに接地する。

目的

本発明の課題は、高周波ノイズを低減するアースシステムを提供する

効果

実績

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牽制数
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請求項1

電力変換装置を搭載している車両において、前記車両のパワーユニットから延びる金属製部品を、前記車両のボディ接地することを特徴とするアースシステム

請求項2

前記電力変換装置は、インバータまたはコンバータであることを特徴とする請求項1に記載のアースシステム。

請求項3

前記車両とは、ハイブリッド車または燃料電池車であり、前記金属性部品とは、パワーユニットからの排気車外に導く排気管であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアースシステム。

請求項4

前記車両とは、ハイブリッド車または燃料電池車であり、前記金属性部品とは、パワーユニットからの排気音消音するマフラであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアースシステム。

請求項5

前記マフラは、該マフラに溶接しているマフラフックを有し、前記ボディは、該ボディに溶接しているボディフックを有し、前記マフラフックおよび前記ボディフックが、絶縁性を有するマウントラバーに設けられている孔部にそれぞれ貫装されることで、前記マフラはボディに支持されており、前記孔部のそれぞれには、導電体かつ筒状のカラーが、勘合しており、前記マフラフックおよびボディフックは、前記カラーに着接しており、前記マフラフックが着接している前記カラーと、前記ボディフックが着接している前記カラーとがリード線で接続されていることを特徴とする請求項4に記載のアースシステム。

技術分野

0001

本実施形態は、アースシステムの技術に関する。

背景技術

0002

ハイブリッド車などDC(Direct Current)−AC(Alternating Current)インバータ(以降、インバータと称する)や、DC−DCコンバータ、AC−DCコンバータ(以降、まとめてコンバータと称する)などの電力変換装置を搭載している車両において、高周波ノイズが発生し、その高周波ノイズがラジオアンテナ誘起して、音声信号騒音として出力されるという問題がある。

0003

このような問題に対し、発明者は、IPU(Interigent Power Unit:インバータ)とモータとを接続している三相交流ケーブル三相線)を編組重シールド被覆することによって、三相線からの電磁波をシールドした結果、高周波ノイズの低減を確認した。

0004

以上の結果を基に、このような高周波ノイズの原因を、ハイブリッド車における機器の概略のレイアウトを示す図7を参照して説明する。
図7に示すように、ハイブリッド車ではIPU12を有している。IPU12は、PCU(Power Control Unit)とバッテリをまとめたものであり、バッテリ(図示せず)の直流電流をモータ15に送る交流電流三相交流電流)に変換するためのインバータ(電力変換装置)13が設けられている。
インバータ13は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)によるスイッチングで直流電流を交流電流に変換している。
変換された交流電流は、三相交流ケーブル(三相線14)を通ってモータ15へ送られ、モータ15を駆動する。駆動しているモータ15は、エンジン11をアシストする。一方、エンジン11からは排気ガスが排出され、この排気ガスは排気管10を通って外部へ排出される。排気管10の後方には排気音消音するためのマフラ1が設けられている。

0005

ここで、インバータ13(IPU12)と、モータ15間を流れるノーマルモード電流の他に、インバータ13側と、モータ15側との電位差や、浮遊容量などが原因で車体のボディ6を介して流れるコモンモード電流が発生する。浮遊容量としては、インバータ13の下部に設置されているヒートシンクと、インバータ13との間の絶縁層、三相線14のケーブル自体が有するもの、モータ15で発生するものなどが考えられる。
これに伴い、排気管10においても末端側と、モータ15側との間にも電位差が生じ、コモンモード電流と同期した高周波電流が排気管10にも流れる。
排気管10は、絶縁性マウントラバーを介してボディ6に固定されているため、ボディ6に接地していない状態となっている。このため、排気管10はアンテナと同様の状態となってしまい、コモンモード電流と同期した高周波電流による電磁波を放射してしまう。この電磁波が、高周波ノイズとなってラジオの音声信号の騒音となっているものと思われる。

0006

なお、ここでは、インバータ13に起因する高周波ノイズの説明を行ったが、コンバータのスイッチング作用によっても同様に高周波ノイズが生じることが考えられる。

0007

特許文献1では、モータジェネレータ(モータ)を駆動するための三相交流電流を生成する電装ユニットと、モータジェネレータとを接続する電力ケーブル金属製パイプ内挿通し、この金属製パイプを車両のボディアースに接続することによって、電力ケーブルによる高周波ノイズの影響を低減する車両の配線構造が開示されている。

先行技術

0008

特開2010−143436号公報

発明が解決しようとする課題

0009

特許文献1に記載の技術では、コモンモード電流と同期した高周波電流に対する対策を講じていないため、前記したように排気管がアンテナとなって発生する高周波ノイズを低減する効果は期待できない。

0010

そこで、本発明の課題は、高周波ノイズを低減するアースシステムを提供することにある。

課題を解決するための手段

0011

前記課題を解決する本発明のうち請求項1に記載の発明は、電力変換装置を搭載している車両において、前記車両のパワーユニットから延びる金属製部品を、前記車両のボディに接地することを特徴とする。

0012

請求項1に係る発明によれば、車両のパワーユニットから延びる金属性部品がアンテナの機能を有することによって生じる高周波の電磁波の放射を防止することができるので、ラジオなどの高周波ノイズを低減することが可能となる。

0013

また、請求項2に係る発明は、請求項1に係るアースシステムにおいて、前記電力変換装置は、インバータまたはコンバータであることを特徴とする。

0014

請求項2に係る発明によれば、電力変換装置としてインバータまたはコンバータを使用することができる。

0015

また、請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2に係るアースシステムにおいて、前記車両とは、ハイブリッド車または燃料電池車であり、前記金属性部品とは、パワーユニットからの排気車外に導く排気管であることを特徴とする。

0016

そして、請求項4に係る発明は、請求項1または請求項2に係るアースシステムにおいて、前記車両とは、ハイブリッド車または燃料電池車であり、前記金属性部品とは、パワーユニットからの排気音を消音するマフラであることを特徴とする。

0017

請求項3および請求項4に係る発明によれば、ハイブリッド車または燃料電池車において本願のアースシステムを適用することができる。

0018

さらに、請求項5に係る発明は、請求項4に係るアースシステムにおいて、前記マフラは、該マフラに溶接しているマフラフックを有し、前記ボディは、該ボディに溶接しているボディフックを有し、前記マフラフックおよび前記ボディフックが、絶縁性を有するマウントラバーに設けられている孔部にそれぞれ貫装されることで、前記マフラはボディに支持されており、前記孔部のそれぞれには、導電体かつ筒状のカラーが、勘合しており、前記マフラフックおよびボディフックは、前記カラーに着接しており、前記マフラフックが着接している前記カラーと、前記ボディフックが着接している前記カラーとがリード線で接続されていることを特徴とする。

0019

そして、請求項5に係る発明によれば、これまでマフラの固定において、一般的に用いられているマウントラバーを交換するだけで、高周波ノイズを軽減することが可能となる。

発明の効果

0020

本発明によれば、高周波ノイズを低減するアースシステムを提供することができる。

図面の簡単な説明

0021

本実施形態に係るアースシステムの構成例を示す図である。
本実施形態に係るアースシステムに用いるマウントラバーの断面図である。
本実施形態に係るアースシステムに用いるマウントラバーの別の例を示す図である。
本実施形態に係るアースシステムの別の例を示す図である。
排気管における接地箇所を示す図である。
本実施形態にアースシステムの効果を示すグラフである。
ハイブリッド車における機器の概略のレイアウトを示す図である。

実施例

0022

次に、本発明を実施するための最良の形態(「実施形態」という)について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。以下、図7に示す構成を有するハイブリッド車に対して本願のアースシステムを適用した例を示す。

0023

図1は、本実施形態に係るアースシステムの構成例を示す図である。
パワーユニットから延びる金属性部品であるマフラ1の上部には、端部に拡径部21を有する2本のマフラフック2が下端をマフラ1に溶接され、上端が上部へ延びている。それぞれのマフラフック2の上端は、絶縁性かつ弾性体のマウントラバー4の孔部22(図2参照)に貫装されている。図1の例ではマウントラバー4は孔部22を3つ有し、その内2つを2本のマフラフック2が貫装している。残り1つの孔部22にはボディ6に接続されているボディフック3が貫装している。ボディフック3も端部に拡径部21を有している。
マウントラバー4におけるそれぞれの孔部には、カラーである分割カラー5が嵌合しているが、分割カラー5の詳細については図2を参照して後記する。

0024

図2は、本実施形態に係るアースシステムに用いるマウントラバーの断面図である。
図2は、図1におけるマウントラバーの断面図を示している。
前記したようにマウントラバー4は、3つの孔部22を有している。それぞれの孔部22には金属製の分割カラー5が嵌合している。分割カラー5は、半筒状の2つの部品から構成されており、該2つの部品を合わせることで筒状となる。
図1に示すようにマフラフック2およびボディフック3のそれぞれは、先端に拡径部21を有しており、マフラフック2およびボディフック3をマウントラバー4の孔部22に挿入すると、この拡径部21が分割カラー5の合わせ目23を押し広げる。そして、拡径部21が貫通すると、マウントラバー4の弾性力により分割カラー5が戻り、マフラフック2およびボディフック3に密着(着接)する。
マフラフック2に着接している分割カラー5のそれぞれと、ボディフック3に着接している分割カラー5とはリード線7で接続されている。
このような構成により、マフラフック2と、ボディフック3とが電気的に導通することとなり、マフラ1と、ボディ6とが導通し、マフラ1がボディ6に接地されることとなる。

0025

このように、マフラ1をボディ6に接地することで、インバータ13(図7)あるいはコンバータなどに由来するコモンモード電流が原因で生じた高周波電流を、マフラ1からボディ6へ流すことができ、マフラ1がアンテナの機能を有することを防止することができる。これにより、マフラ1から放射される高周波ノイズを低減することができる。

0026

(別の例)
図3は、本実施形態に係るアースシステムに用いるマウントラバーの別の例を示す図である。なお、図3において、図2と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
図3は、図2に相当する箇所を別の例で示した図であり、ボディフック3aが2つあり、さらにマウントラバー4aが2つある。それぞれのボディフック3aと、マウントラバー4aとは一対一に対応しており、それぞれのマフラフック2とも一対一に対応している。
それぞれのマウントラバー4aにおけるボディフック3aおよびマフラフック2は、図2と同様の構成により、リード線7を介して導通している。

0027

図1図3のような構成により、これまでマフラ1の固定において、一般的に用いられているマウントラバーを交換するだけで本実施形態に係るアースシステムを構築することができる。

0028

(別の例)
図4は、本実施形態に係るアースシステムの別の例を示す図である。ここで、図4において、図1と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
図1図3におけるアースシステムAはマウントラバー4,4a内のリード線7および分割カラー5を介してマフラ1のアースを行っているが、図4におけるアースシステムA1は直接マフラフック2をリード線7aでボディ6に接続することでマフラ1の接地を行っている。

0029

(効果)
以下、実験結果を用いて、本実施形態に係るアースシステムの効果を説明する。
ここまでは、図1図4に示すようにマフラ1をボディ6に接地する手法を説明してきたが、図5に示すように金属性部品である排気管10の各部を接地するようにしてもよい。
そこで、本実験では、図5に示すようにエンジン11からマフラ1へ排気を通す排気管10における3箇所を接地し、周囲の電磁波を測定した。接地した3箇所とは、マフラフック(符号501)、後輪前方(符号502)、排気管中央(符号503)である。なお、排気管10の接地箇所は、図5に示す3箇所に限らない。
なお、接地方法は、図4に示すようなリード線7a(図4)によってマフラフック2(図1図4)や、排気管10を直接ボディ6(図4)に接地する方法を用いた。

0030

図6は、本実施形態にアースシステムの効果を示すグラフである。
なお、図6におけるグラフは、横軸周波数MHz)、縦軸信号強度(dB)を示しており、また太線が接地を行ったときの信号強度、細線が接地を行っていないときの信号強度を示している。

0031

図6(a)における符号601の太線は、図5の位置501(つまりマフラフック2(図4))をボディ6に接地したときの周囲の電磁波を示すグラフであり、符号602の細線はボディ6への接地を行わなかったときの周囲の電磁波を示すグラフである。

0032

図6(b)における符号603の太線は、図5の位置502(つまり後輪前方)で排気管10(図5)をボディ6に接地したときの周囲の電磁波を示すグラフであり、符号602の細線はボディ6への接地を行わなかったときの電磁波を示すグラフである。
図6(c)における符号604の太線は、図5の位置503(つまり排気管中央)で排気管10(図5)をボディ6に接地したときの周囲の電磁波を示すグラフであり、符号602の細線はボディ6への接地を行わなかったときの電磁波を示すグラフである。

0033

図6(a)および図6(c)から、全体的に電磁波が低減する傾向にあることがわかる。つまり、高周波ノイズが低減していることがわかる。
また、図6(b)では、およそ10MHzから18MHz、および、およそ23MHzから26MHzのあたりにかけて、電磁波が低減する傾向にあることがわかる。

0034

(まとめ)
本実施形態に示すように、排気管の各所を設置することにより、インバータや、コンバータに由来する高周波の電磁波を低減することができ、ラジオの高周波ノイズを低減することができる。特に、マフラ1を接地すると、いわばアンテナの先端を接地するのと同様の効果が生じ、高周波ノイズの防止機能を高めることが期待できる。
なお、本実施形態では排気管10およびマフラ1を接地しているが、これにかぎらず、インバータを備えた車両において、ボディに直接接続していない金属製の筒状部品や、棒状部品などもアンテナの機能を有するおそれがあるため、これらの部品をボディに接地することで、ラジオの高周波ノイズを低減することができる。
また、このとき、排気管10などの接地対象において、ターゲットとなる電磁波の波長の1/2となる点を接地するようにしてもよい。

0035

[燃料電池車の場合]
燃料電池車では、パワーユニットである燃料電池において空気と水素とを供給されて発電した直流電流およびバッテリから供給される直流電流をPCUにおいて三相交流電流に変換し、モータを駆動している。そして、燃料電池から金属製部品である排気管とマフラを介して、オフガスを外部へ放出している。
従って、前記したハイブリッド車と同様の原因によるコモンモード電流に同期した高周波電流による高周波ノイズが発生することが考えられる。
従って、例えば、ステンレスなどの金属で構成されている排気管などが、ハイブリッド車における排気管およびマフラのようにアンテナとして動作してしまうことが考えられる。
従って、燃料電池の排気管などをボディに接地しても、高周波ノイズを低減できることが期待できる。

0036

A,A1アースシステム
1マフラ(金属製部品)
2マフラフック
3,3aボディフック
4,4aマウントラバー
5分割カラー(カラー)
6 ボディ
7,7aリード線
10排気管(金属製部品)
11エンジン
12 IPU
13インバータ
14三相線
15 モータ

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