JP2004147414A

JP2004147414A - 冷却孔付多層型バスバー

Info

Publication number: JP2004147414A
Application number: JP2002308675A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nishikawa; 西川　武志; Hitoshi Sato; 佐藤　仁
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】複数の板状のバスバーが多層化した多層型バスバーにおいて、放熱性を向上させる。
【解決手段】バスバー１６ａ−１６ｃおよび絶縁紙２４ａ，２４ｂを重ね合わせて固定した多層型バスバーにおいて、内部を貫く孔部２６ａ−２６ｅを設ける。中央のバスバー１６ｂの孔部２６ｃは、板面の長軸方向に長く、かつ、傾斜をもたせたものとすることで、孔部２６ａ−２６ｅの対流を促進し、冷却効率を向上させることができる。
【選択図】　　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気伝導に用いられるバスバー、特に複数のバスバーが多層化されたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
バスバーは、電気回路中で導電経路として用いられる導体であり、板状や管状に加工されたものが多く用いられている。これらの形状は、導体の表面積を大きくとることができるため、電気抵抗に伴い発生した熱を逃がす点で優れており、また、主として導体の表面付近を流れる高周波の交流電流の伝導経路としても望ましい。
【０００３】
例えば、電動モータを動力として用いる電気自動車やハイブリッド型の自動車においては、ＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）において生成した３相の交流電流をモータへと伝達する経路に、バスバーが用いられている。バスバーは、電気抵抗を最小にする観点から言えば、ＩＰＭとモータの端子間を最短経路となるように直線的に結ぶことが理想である。しかし、自動車の限られたスペースを有効に生かすためには、他の装置の搭載に支障を来さないような配置を要請される。
【０００４】
そこで、従来においては、３本のバスバーを絶縁体を介して重ね合わせた多層型バスバーとし、全体を一体化して周囲の装置を迂回する経路を通すことで、省スペース化が行われてきた。だが、多層型バスバーは、単独のバスバーに比べて、発生熱量あたりの表面積が小さく放熱効率が低いため、電気抵抗によって発生した熱により高温化してしまう問題があった。特に、ＩＰＭやモーターとの接続部から離れた箇所においては、熱伝導によってこれらの機器に熱を逃がすことができない。そのため、装置の大型化に伴う多層型バスバーの全長増加と、通電する電力の増大に伴い、この付近での温度の上昇が顕著となってきた。
【０００５】
ここで、以下に述べる本発明と若干の関連が認められる文献を二点挙げておく。まず、特許文献１には、多層型バスバーではないが、バスバーからの放熱を助けるため、バスバーに放熱孔を設ける手段が開示されている。また、特許文献２には、板状ではなく管状の３つのバスバーに冷却用の空気を送り込むため、共通ダクトを設ける手段が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２９００８５号公報
【特許文献２】
特開平９−１０７６１８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
多層型バスバーにおいては、特に内側のバスバーからの放熱効率を向上させることが重要となる。しかし、例えば、むやみにバスバーの面積を増大させるなどの手段を用いた場合には、多層型バスバーが大型化してしまい、搭載上の問題が生じる。本発明が解決しようとする課題は、多層型バスバーのコンパクトさを損なうことなく、特に中央のバスバーからの放熱効率を改善することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の冷却孔付多層型バスバーは、長い板状の導体からなる複数のバスバーが、経路途上で板面の長辺方向に沿って絶縁体を介して互いに隣接する隣接部を有し、固定手段によって絶縁体と共に多層化して固定された多層型バスバーであって、隣接部においては、多層型バスバーの一方の外側の板面から、他方の外側の板面へと貫通する孔部が、少なくとも一つ備えられている。
【０００９】
これにより、多層型バスバーを大型化することなく、冷却性能を向上させることが可能となる。
【００１０】
また、本発明の冷却孔付多層型バスバーは、隣接部においては、多層型バスバーの一方の外側の板面から同じ板面の別の箇所へ抜け、その途中で外側のバスバーを除く少なくとも一つのバスバーを貫く孔部を、少なくとも一つ有する態様であっても良い。
【００１１】
また、本発明の冷却孔付多層型バスバーにおいては、外側以外の各バスバーにおける板面の法線方向から見た孔部の面積は、外側のバスバーにおける個々の孔部の面積よりも大きくすることが可能である。
【００１２】
また、本発明の冷却孔付多層型バスバーは、両外側以外のバスバーにおいては、孔部は板面の長辺方向に細長く伸びた形状としてもよい。
【００１３】
また、本発明の冷却孔付多層型バスバーは、所定の場所に接続したときに、孔部が傾斜した経路をなす構成とすることができる。
【００１４】
また、本発明の冷却孔付多層型バスバーにおいては、前記孔部は、多層型バスバーの外側の板面に、前記孔部へと通じる孔部を、さらに複数備えることができる。
【００１５】
また、本発明の冷却孔付多層型バスバーは、長い板状の導体からなる３本のバスバーからなっていてもよく、多層型バスバーを所定の場所に設置したときに、隣接部は、板面の長辺方向がほぼ水平で、かつ、板面がほぼ垂直となる部分を有し、この部分において、多層型バスバーの一方の外側の板面から、他方の外側の板面へと貫通する孔部が少なくとも一つ設けられ、両外側のバスバーにおける孔部は、互いに高低差及び板面の長辺方向の水平離差を有する位置にあり、中央のバスバーにおける孔部は、両外側のバスバーにおける孔部を繋ぐ傾斜した細長い形状とすることができる。
【００１６】
【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。
【００１７】
図１の斜視図は、本実施形態に係る冷却孔付多層型バスバーが自動車に搭載される際の概略を示している。ＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）１０は、入力端子１２ａ，１２ｂを有しており、ここに繋がれた電気経路を通じて、図示していないバッテリから直流電流を受け取る。そして、内部において、互いに位相が１２０度ずつ異なる３相の交流電流を生成し、各々出力端子１４ａ−１４ｃを通じて出力する。出力端子１４ａ−１４ｃには、板状の長いバスバー１６ａ−１６ｃがその先端の接続部１８ａ−１８ｃを介してそれぞれ電気的に接続されている。そして、バスバー１６ａ−１６ｃは、図示していない他端において、モータに電気的に接続されて、３相の交流電流を供給している。
【００１８】
バスバー１６ａ−１６ｃは、自動車に搭載された他の装置との位置関係の都合により、モータとの間を最短経路で結ぶことができない。そこで、経路途上の隣接部２０において、互いの板面（板状のバスバーにおける最も広い面）を正対するように重ね合わされており、全体として多層化された多層型バスバーを形成している。この多層型バスバーには、次に示すように、冷却のための孔部が設けられているので、冷却孔付多層型バスバー２２と呼ぶことにする。
【００１９】
図２は、冷却孔付多層型バスバー２２の隣接部２０の一部分を説明するためのものである。板状のバスバー１６ａ−１６ｃは、この隣接部２０においては、板面の長辺方向がほぼ水平となるように配置され、また、板面は水平面に対してほぼ垂直（板面の法線がほぼ水平）となっている。３本のバスバーは１６ａ−１６ｃは、その間に絶縁紙２４ａ，２４ｂ、すなわち絶縁体を挟み、板面が正対（互いに板面の短辺方向に見た中心位置を一致させている）するように重ね合わされている。絶縁紙２４ａ，２４ｂは、その両面に接着剤を塗られて両面テープ状に加工されており、３つのバスバー１６ａ−１６ｃと共に一体となって固定された多層型バスバーを形成している。なお、図２においては、説明のためそれぞれを離して描いていることに注意されたい。この一体化する工程は、あらかじめ行うことも可能であるし、各バスバー１６ａ−１６ｃをこの箇所に設置する際に行っても構わない。
【００２０】
隣接部２０においては、冷却孔付多層型バスバー２２は、その一方の外側の板面、すなわちバスバー１６ａの外側の板面から、その他方の外側の板面、すなわちバスバー１６ｃの外側の板面へと貫く孔部２６ａ−２６ｅを備えている。一方の外側のバスバー１６ａの孔部２６ａは、板面の短辺方向にみて中心よりも上側に配置され、ほぼ円形の形状であり、他方の外側のバスバー１６ｃの孔部２６ｅは、やはりほぼ円形の形状であり、板面の短辺方向にみて中心よりも下側で、かつ、孔部２６ａとは板面の長辺方向にみて水平距離をもって配置されている。そして、中央のバスバー１６ｂの孔部２６ｃは、板面の長辺方向に長く板面の短辺方向に短いほぼ長方形の形状であり、若干水平面から傾斜して配置されることで、その両端近くにおいて孔部２６ａ、２６ｄとそれぞれ重なっている。孔部２６ａ，２６ｃ及び孔部２６ｃ，２６ｅが重なる部分においては、絶縁紙２４ａ，２４ｂ上にそれぞれ孔部２６ｂ、２６ｄが設けられており、全体として孔部２６ａ−２６ｅは、冷却孔付多層型バスバー２２を傾斜をもって貫く構成となっている。
【００２１】
ここで、絶縁紙２４ａ，２４ｂの配置に関する注意事項を、図３を用いて説明する。図３は、図２の孔部２６ｅの中心を通り、板面の長軸方向に直交する面内でみた冷却孔付多層型バスバー２２の断面図であり、説明の簡単のため、バスバー１６ｂ，１６ｃおよび絶縁紙２４ｂの範囲だけを図示している。この断面では、バスバー１６ｂ，１６ｃ、絶縁紙２４ｂは、それぞれ孔部２６ｃ−２６ｅによって二つに分割されており、バスバー１６ｂ_１，１６ｂ_２、１６ｃ_１，１６ｃ_２及び絶縁紙２４ｂ_１，２４ｂ_２として図示されている。なお、バスバー１６ｂ，１６ｃは、絶縁紙２４ｂと接着剤を用いて接着されているが、先に説明したとおり、説明の都合上、これらを離して描いている。
【００２２】
バスバー１６ｂ，１６ｃには、位相の異なる交流電流が流されるため、絶縁紙２４ｂを用いて、これらの電気的な直接の接続及び、相互作用を防いでいる。したがって、絶縁紙２４ｂは、バスバー１６ｂ、１６ｃの板面よりも若干大きく作られる必要がある。図示した場合においては、絶縁紙２４ｂは、その上部、下部および孔部２６ｄにおいて、周囲のバスバー１６ｂ、１６ｃの外縁よりも絶縁距離ｄだけ大きく作られている。絶縁距離ｄの大きさ（例えば５ｍｍ）は、流れる電流や絶縁体の特性等によって決められる。
【００２３】
さて、バスバー１６ａ−１６ｃに、交流電流が流される際には、電気抵抗にともない熱が発生する。この熱は、バスバー１６ａ−１６ｃの外表面からの放射過程、外表面からの空気への熱伝導過程および引き続いて起こる空気の対流過程、そして、バスバー１６ａ−１６ｃを通じての外部装置への熱伝導過程とによって放出される。単位時間あたりに放出可能な熱量は温度が上昇するほど増大するため、単位時間あたりに発生する熱量が多くなると、バスバー１６ａ−１６ｃは必然的に高温化してしまう。したがって、温度の上昇を抑制するためには、同じ温度において単位時間あたりに排出可能な熱量を増大させることが必要となる。特に、中央のバスバー１６ｂは、最も表面積の広い板面が外気と接触していないため、放射過程および対流過程に伴う熱放出の効率が著しく悪く、温度の上昇が顕著になる。そのため、特に中央のバスバー１６ｂからの熱放出効率の向上が、温度上昇の防止に効果的となる。
【００２４】
図２に示した構成は、冷却孔の役割を果たす孔部２６ａ−２６ｅを設けることで、特に中央のバスバー１６ｂからの熱放出効率を改善するものである。中央のバスバー１６ｂの孔部２６ｃでは、空気の温度がバスバー１６ｂよりも低ければ、接触によって熱はバスバー１６ｂから空気に渡される。この結果、空気は低密度化して浮力を受けるため、主として上側に位置する孔部２６ｂ，２６ａを経由して冷却孔付多層型バスバー２２の外部に抜ける。そして同時に、主として下側に位置する孔部２６ｅ，２６ｄからは、相対的に冷たい空気が孔部２６ｃへと入り込む。また、バスバー１６ｂの孔部２６ｃ付近においては、空気によって熱を奪われた結果生じる温度勾配を解消するように、周囲の高温部から熱伝導によって熱が供給される。この過程を絶えず繰り返すことによって、中央のバスバー１６ｂにおける熱排出効率が向上するため、温度上昇を防ぐことが可能となる。
【００２５】
一方で、電流をバスバーに流す観点から見れば、特に中央のバスバー１６ｂに孔部が設けられることは、導電経路を制限して抵抗を増やすことを意味する。特に傾斜を持って配置された孔部２６ｃの両端付近には、断面積および表面積の小さい部位、例えば図３のバスバー１６ｂ_１が存在する。孔部２６ｃの下側を通る電流は、全てこのバスバー１６ｂ_１を通過しなければならないから、この部位は、バスバー１６ｂ中においていわゆるボトルネックとなり、この付近において単位体積あたりに発生する熱量も増加する。孔部２６ｃの上側においても事情は同様である。
【００２６】
したがって、孔部２６ｃを設ける際には、電気抵抗を増大させる作用および付随した発生熱量を増大させる作用、並びに、対流によって熱を奪う効果とのバランスを取って、その大きさや傾斜角度を決定することが重要である。すなわち、対流効率を改善し放出熱量を増加させるためには、孔部２６ｃの断面積増加と傾斜角度増大を行えばよく、電気抵抗を減少させ熱発生量を抑制するためには、孔部２６ｃの断面積や傾斜角度を減らせばよい。
【００２７】
次に、以上の点を考慮に入れた上で、上に示した実施の形態を様々に変化させた態様について説明する。いずれの態様においても、その効果の大小は、電気抵抗に伴う熱発生量と、対流に伴う熱放出とのバランスに依存する。
【００２８】
中央のバスバー１６ｂの孔部２６ｃの形状については、必ずしも細長いものである必要はなく、様々に変化させることができる。例えば、単純な円形状として、その下部及び上部に、全体を貫通させるための孔部２６ａ，２６ｂ，２６ｄ，２６ｅを配置することも可能である。また、中央のバスバー１６ｂの孔部２６ｃの板面の法線方向から見た面積の大きさは、その役割からして、外側のバスバー１６ａ，１６ｃに設けられた孔部２６ａ，２６ｅよりも大きくする方が良いであろう。図２に図示した冷却孔付多層型バスバー２２はこの条件を満たしている。
【００２９】
外側のバスバー１６ａ，１６ｃの孔部２６ａ，２６ｅは、別々のバスバー上ではなく、同じバスバー上に設けることも可能である。図４は、この構成を示す概略図である。バスバー１６ａ−１６ｃのうち、一方の外側のバスバー１６ｃにおいて、二つの孔部２８ａ，２８ｂが、高度差および水平距離差を持つように設けられており、中央のバスバー１６ｂには、両者を繋ぐ孔部２８ｃが設けられている。また、隣り合うバスバー間には、図２に示したものと同様に絶縁体を置き、絶縁距離を持たせた孔部を設けているが、ここでは構成を明確にするため図示を省略している。したがって、全体として冷却孔付多層型バスバー２２は、一方の外側の板面（バスバー１６ｃの外側の板面）から、同じ板面の別の箇所へと抜け、その途中において中央のバスバー１６ｂを貫く孔部２８ａ−２８ｃを有している。周囲の通風環境のために、冷却孔付多層型バスバー２２の両側において空気の流れが異なる場合には、図４のように通風環境の良い側にのみこのように孔部を設けることで放熱効率を高められることがある。ただし、この構成においては、バスバー１６ｃの電気抵抗が、バスバー１６ａの電気抵抗に比べて大きくなるが、中央のバスバー１６ｂと比べればその量は一般に小さい。それでも、外側のバスバー１６ａ，１６ｃの電気抵抗を一層減らすために、孔部２８ａ，２８ｂの形状を、板面の長辺方向に長く短辺方向に短いものとすることも可能である。
【００３０】
上の例よりも、さらに通風効果を高める実施の形態を、図５に示した。図５は、バスバー１６ａ−１６ｃの構成が明確となるように、図４と同様に絶縁体を省略している。ここでは、中央のバスバー１６ｂにおける孔部２８ｃと、一方の外側のバスバーにおける孔部２８ａ，２８ｂに関しては図４と同様であるが、他方の外側のバスバー１６ａにおいても、これらの孔部２８ａ−２８ｃと繋がる孔部２８ｄ，２８ｅが設けられている。これにより、中央のバスバー１６ｂの孔部２８ｃへの空気の流入流出が容易となり、量も増加するため、中央のバスバー１６ｂを効率よく冷却することができる。なお、図５に示した構成は、図４の変形ではなく、図２の構成にさらに孔部を多く設ける変形を行ったものと言うこともできる。
【００３１】
さらに、隣接部２０全体にわたって冷却効果をもたらす工夫について述べる。この場合には、例えば、図２，４，５に示した孔部２６ａ−２６ｅや２８ａ−２８ｅを、複数、適当な間隔をもって繰り返し配置すればよい。また、中央のバスバー１６ｂにおける孔部２８ｃを、板面の長辺に平行な細長の形状とし、両側のバスバー１６ａ、１６ｃにそれぞれ多数の孔部を設けて換気能力を高めることで、隣接部２０全体に渡る冷却孔を実現することができる。あるいは、中央のバスバー１６ｂにおける孔部の形状を、板面の長辺方向に進むにつれ、上向きの傾斜と下向きの傾斜を繰り返すジグザグパターンとし、両側のバスバー１６ａ、１６ｃには、この中央のバスバー１６ｂの孔部の高度が高い部分および低い部分に孔部を設けることも可能である。これにより、対流の効果を効果的に生かしながら、隣接部２０全体の冷却を行うことができる冷却孔付多層型バスバー２２を得ることができる。
【００３２】
また、ここまでの説明においては、冷却孔付多層型バスバー２２は３本のバスバーからなることを前提としてきたが、本実施の形態は４本以上のバスバーに対しても拡張的に適用可能であることは言うまでもない。この場合においては、孔部の配置の方法には、非常に多くのものが考えられ、例えば、図２に説明した細長の孔部２６ｃと同じ形状のものを他の内側のバスバーに対して設けることができるだろう。また、内側のバスバーにおける孔部を、板面の長辺方向には長く短辺方向には短いほぼ水平に配置された構造とし、隣り合うバスバーとの間で一部重複させて、順次高度を上げて配置することも可能である。これにより、電気抵抗が小さく、かつ、傾斜が急な孔部を有する冷却孔付多層型バスバーが得られる。この他にも、一方の外側のバスバーの板面から同じバスバーの板面へと抜ける孔部を持たせる場合として、内側の全てのバスバーを貫く孔部とする手段や、内側の一部のバスバーのみを貫く孔部とする手段などが可能となる。
【００３３】
さらに、以上に挙げた様々な態様においては、冷却孔付多層型バスバー２２は、必ずしも、その板面の長辺方向がほぼ水平で、板面がほぼ垂直に配置されている必要はないことを述べておく。冷却孔付多層型バスバー２２の設置される角度に応じて、対流過程の効率や電気抵抗の大小等のバランスを考え、適宜、孔部の大きさ、形状、数などを変更することが可能である。また、本実施の形態は、隣接部２０において、冷却孔付多層型バスバー２２を形成する各バスバーの大きさ、特に板面の短辺方向の長さが異なっていても良い。そして、隣合うバスバーは、必ずしも正対した位置にある必要もない。なお、本発明の適用範囲は、自動車の電気系統のみならず、広く電気回路一般に渡るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】配置状況の概略を示す斜視図である。
【図２】本実施形態の態様を説明する概略図である。
【図３】本実施形態の態様を説明する断面図である。
【図４】本実施形態の別の態様を説明する概略図である。
【図５】本実施形態の別の態様を説明する概略図である。
【符号の説明】
１０　ＩＰＭ、１６ａ−１６ｃ　バスバー、２０　隣接部、２２　冷却孔付多層型バスバー、２４ａ，２４ｂ　絶縁紙、２６ａ−２６ｅ，２８ａ−２８ｅ　孔部。

Claims

長い板状の導体からなる複数のバスバーが、経路途上で板面の長辺方向に沿って絶縁体を介して互いに隣接する隣接部を有し、固定手段によって絶縁体と共に多層化して固定された多層型バスバーであって、
隣接部においては、多層型バスバーの一方の外側の板面から、他方の外側の板面へと貫通する孔部が、少なくとも一つ備えられている冷却孔付多層型バスバー。
長い板状の導体からなる複数のバスバーが、経路途上で板面の長辺方向に沿って絶縁体を介して互いに隣接する隣接部を有し、固定手段によって絶縁体と共に多層化して固定された多層型バスバーであって、
隣接部においては、多層型バスバーの一方の外側の板面から同じ板面の別の箇所へ抜け、その途中で外側のバスバーを除く少なくとも一つのバスバーを貫く孔部を、少なくとも一つ有する冷却孔付多層型バスバー。
請求項１または２に記載の冷却孔付多層型バスバーであって、
外側以外の各バスバーにおける板面の法線方向から見た孔部の面積は、外側のバスバーにおける個々の孔部の面積よりも大きい冷却孔付多層型バスバー。
請求項１または２に記載の冷却孔付多層型バスバーであって、
両外側以外のバスバーにおいては、孔部は板面の長辺方向に細長く伸びた形状である冷却孔付多層型バスバー。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の冷却孔付多層型バスバーであって、
冷却孔付多層型バスバーを所定の場所に接続したときに、孔部が傾斜した経路をなす冷却孔付多層型バスバー。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の冷却孔付多層型バスバーであって、
前記孔部は、多層型バスバーの外側の板面に、前記孔部へと通じる孔部を、さらに複数備えている冷却孔付多層型バスバー。
長い板状の導体からなる３本のバスバーが、経路途上で板面の長辺方向に沿って絶縁体を介して互いに隣接する隣接部を有し、固定手段によって絶縁体と共に多層化して固定された多層型バスバーであって、
多層型バスバーを所定の場所に設置したときに、隣接部は、板面の長辺方向がほぼ水平で、かつ、板面がほぼ垂直となる部分を有し、
この部分において、多層型バスバーの一方の外側の板面から、他方の外側の板面へと貫通する孔部が少なくとも一つ設けられ、
両外側のバスバーにおける孔部は、互いに高低差及び板面の長辺方向の水平離差を有する位置にあり、
中央のバスバーにおける孔部は、両外側のバスバーにおける孔部を繋ぐ傾斜した細長い形状である冷却孔付多層型バスバー。