JP2015033201A - バスバモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、パワーカードの端子に接続されるバスバモジュールであって電流センサが樹脂で複数のバスバと一体化されたバスバモジュールに関し、パワーカードの熱が電流センサに伝わり難い構造を提供する。【解決手段】本明細書が開示するバスバモジュール１０は、第１樹脂部１３と第２樹脂部１４により複数のバスバ１２が一体化されている。第１樹脂部１３は、夫々のバスバ１２に流れる電流を計測する複数の電流センサ１７と複数のバスバの一部を樹脂でモールドしている。第２樹脂部１４は、第１樹脂部１３よりもパワーカード２１に近い側で複数のバスバ１２の他の一部を樹脂でモールドしている。第２樹脂部１４の熱伝導率は、第１樹脂部１３の熱伝導率よりも高く、その第２樹脂部１４がインバータ５の筐体３０に固定されている。【選択図】図４

Description

本発明は、モータへ電力を供給する電力変換装置内に配置されるバスバモジュールに関する。バスバモジュールは、モータへ供給する電力を生成するパワートランジスタを封止した複数のパワーカードの端子の夫々に一端が接続されている複数のバスバを樹脂で一体化したものである。バスバとは、板状あるいは棒状の細長い金属製の導電部材であって内部抵抗が小さく、大電流を通す部材としてケーブルの代わりに用いられる。

モータに電力を供給する電力変換装置、特に、電気自動車やハイブリッド車の走行用モータに電力を供給するインバータは出力が大きい。それゆえ、パワートランジスタをモールドしたパワーカードの出力電力を伝達する導電部材には細いケーブルではなくバスバが用いられる。他方、モータは電流制御されることが多く、インバータでは出力電流を計測する電流センサがバスバに備えられることが多い。パワーカードの端子に接続されるバスバに電流センサが樹脂モールドで一体化されているバスバモジュールが例えば特許文献１、２に開示されている。

特開２０１１−２０９１５９号公報 特開２０１３−０２７２０３号公報

パワートランジスタは発熱量が多く、金属製のバスバは熱をよく伝達する。それゆえ、バスバに電流センサが備えられていると、バスバを通じてパワートランジスタの熱が電流センサに影響を与える。また、金属製のバスバは内部抵抗が小さいとはいえ、大電流を流すとバスバ自体も発熱する。断面積の大きいバスバを使用すれば内部抵抗が小さくなって発熱量も低減できるが、バスバの材料コストや重量が嵩む。本明細書は、パワーカードの端子に接続されるバスバモジュールであって電流センサが樹脂で複数のバスバと一体化されたバスバモジュールに関し、パワーカードやバスバの熱が電流センサに伝わり難い構造を提供する。

本明細書が開示するバスバモジュールは、モータへ電力を供給する電力変換装置内に配置され、バスバの一端がモータ駆動電流を出力するパワーカードの端子に接続される。各バスバには電流センサが備えられる。複数の電流センサと複数のバスバの一部が樹脂でモールドされている。その樹脂部分を第１樹脂部と称する。また、第１樹脂部よりもパワーカードに近い側で複数のバスバの他の一部が別の樹脂でモールドされている。その別の樹脂の部位を第２樹脂部と称する。第２樹脂部には、その熱伝導率が第１樹脂部の熱伝導率よりも高い素材が用いられる。そして、その第２樹脂部が電力変換装置の筐体に固定されている。

通常、電力変換装置の筐体はアルミニウムなどで作られており、樹脂よりも熱伝導率が高い。それゆえ、上記のバスバモジュールによれば、バスバを伝ってくるパワーカードの熱は、第２樹脂部から、電流センサをモールドしている第１樹脂部よりも筐体に多く伝わる。また、バスバ自体の発熱も第２樹脂部から筐体へ多く伝わる。それゆえ、電流センサへの熱害を抑えられる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

ハイブリッド車の駆動系のシステム図である。 積層冷却ユニットとバスバモジュールのアセンブリの斜視図である。 樹脂モールドを除外したバスバの斜視図である。 図４（Ａ）は、バスバモジュールの上面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。

バスバモジュールの説明の前に、バスバモジュールが使われる電力変換装置を含むハイブリッド車の駆動系システムについて、図１を参照して説明する。ハイブリッド車２は、走行用に一つのエンジン６４と一つのモータ６１を備える。エンジン６４の出力とモータ６１の出力は動力分配機構６２により合成されて車軸６３に伝達される。動力分配機構６２は、エンジン６４の出力を車軸６３とモータ６１に振り分ける場合もある。その場合、ハイブリッド車２は、エンジン６４の出力で走行しつつモータ６１を発電機として使って発電する。

ハイブリッド車２は、また、モータ６１を駆動する電力を蓄えるバッテリ３を備える。バッテリ３は、システムメインリレー４を介してインバータ５に接続されている。インバータ５は、バッテリ３の電流を平滑化する平滑化コンデンサ５１と、６個のパワートランジスタ（８ａ、８ｂ等）と６個のダイオード（９ａ、９ｂ等）で構成されている。なお、図では、２個のパワートランジスタと２個のダイオードのみに符号を付しており、他のパワートランジスタとダイオードには符号を省略している。また、インバータ５の内部には、上記した部品の他に、パワートランジスタ８ａ等を制御するコントローラ５３が内蔵されている。６個のパワートランジスタ（８ａ、８ｂ等）は、２個が一対で直列に接続され、さらにその直列接続の回路が３セット並列に接続されている。また、各パワートランジスタにはダイオードが逆並列に接続されている。２個一対の直列接続の中間から交流が出力される。即ち、パワートランジスタ（８ａ、８ｂ等）が、モータ６１に供給する電力を生成する素子である。インバータの回路構成は良く知られているので詳しい説明は省略する。

パワートランジスタ８ａと８ｂの直列回路を符号５２ａで表す。残り２つの直列回路を符号５２ｂ、５２ｃで表す。なお、３つの直列回路５２ａ、５２ｂ、５２ｃの夫々は、後述する複数のパワーカード２１に対応する。

３個の直列回路の夫々の中間点から位相が１２０度ずれた交流が出力される。出力電流はモータ６１に供給される。図１は回路図であるが、直列回路（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ）とコネクタ１９の間がバスバ１２で接続されることを表すために、バスバ１２を矩形で表している。コネクタ１９は、インバータ５の筐体に設けられており、モータ６１から伸びるパワーケーブルを接続するための端子台である。

バスバ１２の夫々には電流センサ１７が備えられている。電流センサ１７は、例えば、各バスバ１２を囲むＣ字型の磁性体コアと、Ｃ字のリングの切欠に配置されるホール素子で構成される。夫々のバスバに取り付けられたホール素子の出力はセンサ基板１６で処理され、インバータのコントローラ５３に送られる。コントローラ５３は、ＵＶＷ各相の電流が目標電流値に一致するように各パワートランジスタを制御する。

３本のバスバ１２は樹脂でモジュール化されている。図２に、バスバモジュール１０と積層冷却ユニット２０のアセンブリの斜視図を示す。積層冷却ユニット２０は、３個の平板型のパワーカード２１と４個の平板型の冷却プレート２５を交互に積層した構造体である。なお、図２では、バスバモジュール１０を見やすくするため、積層冷却ユニット２０を相対的に小さく描いてあることに留意されたい。

夫々のパワーカード２１は、前述したように２個のパワートランジスタと２個のダイオードを樹脂で封止したものである。冷却プレート２５には冷媒供給管２６ａが連結されており、各冷却プレート２５に冷媒を供給する。各パワーカード２１は両側を冷却プレート２５で挟まれており、両面から効率的に冷却される。夫々の冷却プレート２５の内部を流れた冷媒は冷媒排出管２６ｂを通じて外部に排出される。

各パワーカード２１からは３個の端子が伸びている。端子２３と端子２４は、パワートランジスタの直列回路の高電位側の端子と低電位側の端子に相当する。端子２３と端子２４にも別のバスバが接続されているが、それらは図示を省略している。端子２２は、直列回路の中間点に相当し、この端子から交流が出力される。その端子２２にバスバ１２の一端１２ａが接続している。

３個のパワーカード２１の夫々から端子２２が平行に伸びており、複数の端子２２の夫々にバスバ１２の一端１２ａが接続されている。３本のバスバは平行であり、他端には、モータ６１へ電力を供給するパワーケーブルを固定するための貫通孔１２ｂが設けられている。その他端は、前述したコネクタ１９（図１参照）に位置する。

３本のバスバ１２は樹脂で一体化されている。なお、図３に、樹脂を除外したバスバの斜視図を示すので図２とともに図３も参照されたい。夫々のバスバ１２の他端に近い位置には電流センサ１７が配置されている（図３参照）。電流センサ１７は、バスバを囲むＣ字型の磁性体のコアと、コアのＣ字リングの切れ目に配置されたホール素子で構成される。なお、図３にはコアだけが図示されており、ホール素子の図示は省略してある。また、図３において電流センサ１７（コア）の下方に描かれている矩形の板は電流センサのセンサ信号を処理するセンサ基板１６である。

バスバは２種類の異なる樹脂でモールドされて一体化されている。一つは、他端寄りで夫々のバスバに対して設けられている電流センサ１７とバスバの一部をモールドしている第１樹脂部１３である。図２に示すように、第１樹脂部１３は電流センサ１７を完全に覆っている。また、第１樹脂部１３はセンサ基板１６に対向するように形成される。

他の一つは、第１樹脂部１３よりもパワーカード２１に近い側で３本のバスバ１２の他の一部をモールドしている第２樹脂部１４である。図４に、バスバモジュール１０の上面図と断面図を示す。図４（Ａ）が上面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＢＢ線における断面図である。なお、図４（Ｂ）には、バスバモジュール１０を固定するインバータ筐体３０の一部も描いてある。

図４によく表れているように、バスバモジュール１０は、締結ボルト１５によって、第２樹脂部１４でインバータの筐体３０に固定されている。すなわち、第２樹脂部１４は筐体３０と接している。また、第２樹脂部１４は第１樹脂部１３とも接している。詳しい図示は省略するが、第１樹脂部１３は筐体３０からは離間している。

バスバモジュール１０を一体化する第１及び第２樹脂部の関係をまとめると次の通りである。第１樹脂部１３は、複数のバスバ１２の一部を覆ってそのバスバ群を一体化している。また第１樹脂部１３は電流センサ１７を覆っている。第２樹脂部１４は、第１樹脂部１３よりもパワーカード２１に近い側で複数のバスバ１２の別の一部を覆っている。第２樹脂部１４も複数のバスバ１２を一体化している。その第２樹脂部１４がインバータの筐体３０に固定されている。また、第２樹脂部１４は第１樹脂部１３と接している。さらに、構造の特徴以外に材料の特徴として、第２樹脂部１４を形成する樹脂の熱伝導率は、第１樹脂部１３を形成する樹脂の熱伝導率よりも高い。第１樹脂部１３、第２樹脂部１４はともに、射出成形でバスバの回りに形成される。

上記の特徴により、バスバモジュール１０は次の利点を有する。バスバの一端１２ａに接続されるパワーカード２１は、パワートランジスタを内蔵しており、発熱量が大きい。その熱の一部はバスバに伝達される。バスバは金属製であるため、熱を良く伝える。パワーカード２１の熱は、バスバ１２から第１樹脂部１３と第２樹脂部１４に伝わるが、次の２つの理由により第１樹脂部１３よりも第２樹脂部１４に良く伝わる。一つの理由は、第１樹脂部１３の熱伝導率よりも第２樹脂部１４の熱伝導率が高いことである。もう一つの理由は、第１樹脂部１３より第２樹脂部１４がパワーカード２１に近いことである。第２樹脂部１４に伝わった熱は、第２樹脂部１４よりもさらに熱伝導率が高いインバータ筐体３０に伝わる。こうして、パワーカード２１が発する熱は、第２樹脂部１４を通じて筐体３０に多く伝わり、第１樹脂部１３に伝わる熱量は比較的に少なくなる。また、バスバ１２自体の発熱もその多くは第２樹脂部１４からインバータ筐体３０へ伝わる。第１樹脂部１３は電流センサ１７を覆っているが、第１樹脂部１３に伝わる熱量は比較的に少ないので、パワーカード２１の熱の電流センサ１７への影響が抑えられる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例のインバータ５が、モータへ電力を供給する電力変換装置の一例に相当する。実施例では第１樹脂部１３と第２樹脂部１４は接していたが、第１樹脂部１３と第２樹脂部１４は接触していなくともよい。第２樹脂部１４の熱伝導率を第１樹脂部１３の熱伝導率より高める構造の一例は、樹脂に金属製のフィラーを混ぜることである。即ち、第１樹脂部１３と第２樹脂部１４の樹脂の材質は同じであっても、第２樹脂部１４に金属製のフィラーを混在させることにより、第２樹脂部１４の熱伝達率を第１樹脂部１３よりも高めることができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：ハイブリッド車
３：バッテリ
４：システムメインリレー
５：インバータ
８ａ、８ｂ：パワートランジスタ
１０：バスバモジュール
１２：バスバ
１３：第１樹脂部
１４：第２樹脂部
１５：締結ボルト
１６：センサ基板
１７：電流センサ
１９：コネクタ
２０：積層冷却ユニット
２１：パワーカード
２２、２３、２４：端子
２５：冷却プレート
３０：インバータ筐体
５１：平滑化コンデンサ
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ：直列回路
５３：コントローラ
６１：モータ
６２：動力分配機構
６４：エンジン

Claims (1)

1. モータへ電力を供給する電力変換装置内に配置されるバスバモジュールであって、モータへ供給する電力を生成するトランジスタを封止した複数のパワーカードの端子の夫々に一端が接続されている複数のバスバが樹脂で一体化されたバスバモジュールであり、
   夫々のバスバに流れる電流を計測する複数の電流センサと前記複数のバスバの一部を樹脂でモールドしている第１樹脂部と、
   第１樹脂部よりもパワーカードに近い側で前記複数のバスバの他の一部を樹脂でモールドしている第２樹脂部と、
   を備えており、
   第２樹脂部の熱伝導率が第１樹脂部の熱伝導率よりも高く、その第２樹脂部が電力変換装置の筐体に固定されている、
   ことを特徴とするバスバモジュール。

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