JP2004080972A

JP2004080972A - バスバー

Info

Publication number: JP2004080972A
Application number: JP2002241511A
Authority: JP
Inventors: Tetsuhiro Ishikawa; 石川　哲浩; Hitoshi Sato; 佐藤　仁
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】管状のバスバー電流を流す際に、電気抵抗による発熱でバスバーが高温化するのを防ぐ。
【解決手段】バスバー１０の胴体部１２に、傾斜を有する傾斜部１７ａ、１７ｂを設ける。傾斜部１７ａの最下部近傍には通風孔１８ａを設け、最上部近傍には通風孔１８ｂを設ける。同様に、傾斜部１７ｂには通風孔１８ｃ、１８ｄを設ける。これにより、最下部近傍の通風孔１８ａ、１８ｄから空気が流入し、最上部近傍の通風孔１８ｂ、１８ｃから空気が流出する対流が起こり、バスバー１０は内部からも冷却される。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電経路として用いられるバスバー、特にその冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気回路における導電経路として、バスバーと呼ばれる細長い金属片がしばしば用いられる。特に高周波の交流回路に用いられる場合には、電流は表皮効果によって導体表面を流れるため、表面積を大きくとることのできる管状のバスバーが多く用いられる。
【０００３】
バスバーは電気回路を備えた様々な機器において広く用いられているが、その一つとして、最近普及しはじめた電気自動車やハイブリッド車が挙げられる。こうした自動車では、原動機としてのモータを駆動するため、電源が供給する電力をＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）を通じてモータに送り、モータを制御する電気回路が設けられている。図３は、この電気回路において、ＩＰＭとモータの間を接続するバスバーの従来の構成を示す正面図である。バスバー１０は、電気抵抗の小さい導体によって作られており、内部が中空である管状の胴体部１２と、その両端の締結部１４ａ、１４ｂとからなる。そして、この締結部１４ａがＩＰＭ２０と、締結部１４ｂがモータに繋がる出力ケーブル２２と電気的に接続されている。ＩＰＭ２０との接続はボルト２４ａによってなされ、出力ケーブル２２との接続は、その先端の金具２２ａをボルト２４ｂを用いて固定部２４ｃに固定することで行われる。
【０００４】
図４には、バスバー１０の先端部の拡大図を示した。外部の端子部と電気的に接続される締結部１４ａは、胴体部１２を押し潰して作られている。この構造のため、バスバー１０の内部の空気は、外部と交換されることなく、閉じこめられることになる。
【０００５】
バスバー１０では、電気抵抗に伴う熱が発生する。熱の発生量は、流れる電流の少ない通常の運転時には比較的少ないが、負荷が大きく大量の電流が流される際には非常に大きくなる。これに対し、バスバー１０の外壁からの放射や、外壁付近の空気の対流や、バスバー１０と接触した器具への熱伝導によって、冷却がなされる。しかし、熱が大量に発生する際には、冷却の効果が追いつかず、バスバー１０は非常に高い温度をもつようになる。
【０００６】
実開平２−６７５０９号公報には、このような高温を防ぐ手段が開示されている。図５は、その手段の概略を示した図である。ここでは、バスバー１０１の上面に孔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃなどからなる孔列が設けられており、下面には上面の孔と互い違いに孔１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃなどからなる孔列が設けられている。これにより、バスバー１０１による加熱を駆動源とする空気は、図中に矢印で模式的に示したような対流を起こす。例えば、下面の孔１０３ａから流入した空気は、その多くが両隣にある上面の孔１０２ａまたは１０２ｂから流出することになる。この過程で、バスバー１０１の内部を冷却するため、温度が低下する。なお、これらの孔は、バスバー１０１の軸方向に長く、周方向に短い形状をしており、電流が流れる経路を狭くしないように配慮されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、バスバーに前述のような孔を設けると、表面積が減少するため、電流に対する単位長さあたりの抵抗が増大する。したがって、上記実開平２−６７５０９号公報に記載された手段のように、孔を多く設けた場合には、バスバーの内部に空気が流れることによる温度低下効果だけでなく、電気抵抗による温度上昇効果も生じる。本発明の課題は、係る状況を鑑み、バスバー上に多くの孔を設けることなく、温度上昇を抑えることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のバスバーは、内部を中空とする管状の胴体部を有し、電気的に接続されて導電経路に用いられるバスバーであって、バスバーが取り付けられた際に、胴体部は所定の傾斜角をもった傾斜部を有し、傾斜部の最上部近傍と最下部近傍には内部に貫通する換気孔が設けられている。
【０００９】
また、好ましくは本発明のバスバーは、最上部近傍の換気孔は、胴体部の上面に設けられ、最下部近傍の換気孔は、胴体部の下面に設けられている。
【００１０】
また、好ましくは本発明のバスバーは、電気的に接続された少なくとも一つの箇所の近傍に、前記換気孔が設けられている。
【００１１】
また、好ましくは本発明のバスバーは、前記換気孔は、胴体部の屈曲部以外の箇所に設けられている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を、図面を用いて説明する。図中、同一部材には、同一符号を付して説明を省略する。
【００１３】
図１は、本実施形態の概要を示す、バスバー１０の正面図である。ここに示したバスバー１０は、従来例で示した図３のバスバー１０と同様の形状をしている。すなわち、胴体部１２は管の軸方向の曲率が大きな５つの屈曲部１６（それぞれを屈曲部１６ａ−１６ｅと呼ぶ）を含み、中央の屈曲部１６ｃを含む鉛直線に対し、ほぼ対称のアーチ状となっている。その傾きは、締結部１４ａから屈曲部１６ａまではほぼ水平だが、屈曲部１６ａから屈曲部１６ｂまでの直線状部分では水平面となす角度は８０度を超えて鉛直に近く、屈曲部１６ｂから屈曲部１６ｃまでの直線状部分では水平面となす角度は１５度程度とゆるやかである。これにより、屈曲部１６ａから屈曲部１６ｃにかけて、水平面に対し傾斜した胴体部１２をもつ傾斜部１７ａが形成される。屈曲部１６ｃを挟んだ反対側も同様であり、屈曲部１６ｃから屈曲部１６ｅにかけて傾斜部１７ｂが形成されている。なお、図１においては、管状の胴体部１２の断面を円形のように記しているが、この明細書において管状とはその断面が長円型であるものや、多角形であるものも含むものとする。
【００１４】
傾斜部１７ａには、外部から内部に貫通した２つの通風孔１８ａ、１８ｂが設けられている。通風孔１８ａは傾斜部１７ａの最下部近傍にあり、胴体部１２の軸方向に長く周方向に短い形状をしており、胴体部１２の側面に設けられている。また、通風孔１８ｂは傾斜部１７ａの最上部近傍にあり、やはり胴体部１２の軸方向に長く周方向に短い形状をしており、胴体部１２の上面に設けられている。同様にして、傾斜部１７ｂには通風孔１８ｃ、１８ｄが設けられている。なお、これらの通風孔１８ａ−１８ｄの形状を細長くしているのは、電流が流れる経路を、あまり狭めることなくバスバー１０に通風機能をもたせるためである。
【００１５】
電流を流す際には、抵抗によって熱が発生する。この熱が、バスバー１０の外表面から放射および対流によって奪われる様相は、従来例と基本的に変わらない。しかし、本実施形態においては、バスバー１０の内部において加熱された空気は、その密度の軽さのために浮力を受ける。これにより、図中に矢印で示したように、最下部近傍に位置する通風孔１８ａ、１８ｄからは外部の空気が流入し、最上部近傍に位置する通風孔１８ｂ、１８ｃからは内部の空気が流出する。内部に流入した空気は、高温の内壁によって加熱され、低密度化することで、浮力を受けるようになる。この過程を繰り返すことで、バスバー１０の外表面からだけでなく、内表面からも、対流によって熱エネルギーを奪うことになり、その結果、バスバー１０の温度は低下する。
【００１６】
ここで、バスバー１０内から効率良く熱エネルギーを奪うように、バスバー１０内の空気を効率良く流出させるための条件を考える。まず、流れを妨げる圧力のムラをなくすように、傾斜部１７は、あまり複雑な形状でないことが望ましい。図１に示した場合のように、実装の都合によっては複数の屈曲部１６をもつ必要がでてくるが、障害がない場合には不要な屈曲部１６を排し、直線的な構造をもたせることが重要である。また、通風孔１８ａ−１８ｄについては大きい方が良いが、電気抵抗を減らす観点からは、軸方向に長い形状とし、あまり大きすぎない方が好ましく、両者のバランスを勘案する必要がある。
【００１７】
また、浮力によって軸方向の運動を効率良く駆動するために、胴体部１２に所定の傾斜角αをもつ傾斜部１７ａ、１７ｂをもたせることが重要となる。傾斜角αは、大きな角度をもつ方が大きな浮力を得られるが、大きすぎる場合には、バスバーの全長が長くなる問題を考慮する必要がある。なお、図１に示した場合のように、途中に屈曲部１６を有する場合には、最下部近傍の通風孔１８ａ（１８ｄ）と最上部近傍の通風孔１８ｂ（１８ｃ）を結んだ直線が、水平面となす角度αをもって傾斜角に代替すればよい。現在、実際に使用している３種類のバスバーにおいては、このαはそれぞれ２６度、２９度、４２度としている。
【００１８】
通風孔１８ａ−１８ｄは、傾斜部１７ａ、１７ｂ全体の空気を駆動するために、傾斜部１７の最下部近傍と最上部近傍とに設けることが望ましい。また、浮力を十分に生かせるように、最下部近傍の通風孔１８ａ、１８ｄは胴体部１２の下面に設け、最上部近傍の通風孔１８ｂ、１８ｃは胴体部１２の上面に設けると良い。図１に示した例では、実装上の都合により、通風孔１８ａ、１８ｄは下面に設けることができなかったが、周囲の風通しに問題がない場合には、図２に示したように、最下部の通風孔を１８ｅ、１８ｇの位置にとることが好ましい。これは、電気的接続がなされて発熱量が非常に多い締結部１４を冷却する観点からも好都合である。なお、図２では、図１における最上部近傍の通風孔１８ｂ、１８ｃの代わりに、最上部の屈曲部１６ｃに通風孔１８ｆを設けている。ただし、このように浮力を有効に生かすことを最優先して通風孔１８ｆを設けることができるのは、屈曲部１６ｃが十分な強度を維持できる場合に限る。一般にバスバー１０に外力が加わると、屈曲部１６には大きな力が働くため、屈曲部１６を避けて通風孔１８を設けることが好ましい。
【００１９】
なお、本実施形態のバスバーは、自動車の電気回路だけでなく、一般の機器における電気回路中で用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】バスバーの形状及び通風孔を示す図である。
【図２】バスバーの形状及び別の通風孔を示す図である。
【図３】従来のバスバーの構成を示す図である。
【図４】バスバーの先端部分を示す図である。
【図５】バスバーの他の従来例を示す図である。
【符号の説明】
１０　バスバー、１２　胴体部、１４　締結部、１６　屈曲部、１７　傾斜部、１８　通気孔。

Claims

内部を中空とする管状の胴体部を有し、電気的に接続されて導電経路に用いられるバスバーであって、
バスバーが取り付けられた際に、胴体部は所定の傾斜角をもった傾斜部を有し、
傾斜部の最上部近傍と最下部近傍には内部に貫通する換気孔が設けられているバスバー。
請求項１記載のバスバーであって、
最上部近傍の換気孔は、胴体部の上面に設けられ、
最下部近傍の換気孔は、胴体部の下面に設けられているバスバー。
請求項１または２記載のバスバーであって、
電気的に接続された少なくとも一つの箇所の近傍に、前記換気孔が設けられているバスバー。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバスバーであって、
前記換気孔は、胴体部の屈曲部以外の箇所に設けられているバスバー。