JP2016024940A

JP2016024940A - フィルター付き端子台

Info

Publication number: JP2016024940A
Application number: JP2014147787A
Authority: JP
Inventors: 良紀大橋; Yoshiaki Ohashi
Original assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Current assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2016-02-08

Abstract

【課題】複数のバスバーが存在する構成において、小型化を図りつつも、各相におけるフィルター特性を共通化することができるフィルター付き端子台を提供する。
【解決手段】実施形態のフィルター付き端子台は、内周側にバスバー２が貫通する中空部７を有する磁性体コア６と、両端側にそれぞれ端子部５が形成されているとともに、その中央側の少なくとも一部が平板状に形成され、中空部７を貫通する複数のバスバー２と、磁性体コア６およびバスバー２を、端子部５を露出した状態で一体にモールドするモールド部材３と、を備え、磁性体コア６の中空部７は、バスバー２の数以上の辺を有する形状に形成されており、複数のバスバー２は、中空部７の辺に１対１で、当該辺に沿ってそれぞれ配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ノイズフィルターを備えるフィルター付き端子台に関する。

バスバーは、比較的大きな電流が流れる電源経路に使用されることから、その電流に起因する高周波のノイズ成分を除去するために、バスバーと磁性体コアとを設け、ノイズフィルターとして機能するものがある（例えば、特許文献１参照）。このようなバスバーは、その端部に端子部を形成し、モールド部材により磁性体コアと一体成形することで、ノイズフィルター付きの端子台として用いられることもある。このような端子台は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車の走行用の三相交流モーターの電力供給部や該モーターの制御装置への電力供給部などに使用される。

特開２００５−９３５３６号公報

ところで、例えば三相交流モーターの場合、電力供給ラインが３本あることから、それぞれにノイズフィルター付き端子台を設けることがある。
しかしながら、ノイズフィルター付き端子台は、バスバー単体に比べると、磁性体コアやモールド部材の分だけその外形が大きくなる。そのため、複数の端子台を必要とする場合には、端子台を設置するための設置スペースが大きくなるという問題がある。また、例えば三相交流モーターのように各相が互いに関連して作動する場合には、各相の電源経路において共通のフィルター特性を備えていることが望ましい。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数のバスバーが存在する構成において、小型化を図りつつも、各相におけるフィルター特性を共通化することができるフィルター付き端子台を提供することにある。

請求項１記載の発明では、磁性材料により形成され、その内周側にバスバーが貫通する中空部を有する磁性体コアと、導電性材料により形成され、両端側にそれぞれ端子部が形成されているとともに、その中央側の少なくとも一部が平板状に形成され、中空部を貫通する複数のバスバーと、樹脂材料で形成され、磁性体コアおよびバスバーを、端子部５を露出した状態で一体にモールドするモールド部材と、を備えている。この場合、磁性体コアの中空部は、１つの平板状のバスバーの幅程度の大きさを備えていればよい。そのため、複数のバスバーを単純に横方向に並べる場合に比べて、磁性体コアを小型化することができる。

そして、磁性体コアの中空部は、バスバーの数以上の辺を有する形状に形成されており、複数のバスバーは、中空部の辺に１対１で、当該辺に沿ってそれぞれ配置されている。このとき、各バスバーにおけるノイズフィルターとしての機能は、バスバーと中空部の辺との対応関係、例えば対向している長さにより定められる。そして、各辺には、電源経路を形成する各相のバスバーがそれぞれ配置されることから、１つの辺におけるノイズフィルターとしての性能は、各バスバーにおいて共通となる。したがって、複数のバスバーが存在する構成において、小型化を図りつつも、各相におけるフィルター特性を共通化することができる。

この場合、バスバーと中空部の辺が「沿って配置されている」とは、バスバーの面と中空部の辺とが一定角度傾いても沿っていれば良いが、バスバーの面と中空部の辺とが平行であるとなおよい。
また、磁性体コアを小型化することができることから、製造コストを低減することができる。
また、フィルター付き端子台自体の大きさが小型化されることから、小型化や軽量化が求められ、また、設置場所に振動が生じたりする電気自動車やハイブリッド自動車等への適用に好適である。

請求項２記載の発明では、モールド部材は、成形収縮率が０．６％以下の樹脂材料で形成されている。モールド工程では、樹脂材料を加熱しながら、また圧力を加えながらモールドする。そのため、モールド工程が終了すると、モールド部材は、冷えることによって収縮する。このとき、成形収縮率が高いと、収縮により磁性体コアが損傷するおそれがある。そこで、モールド部材を成形収縮率が０．６％以下の樹脂材料で形成することにより、モールド工程の終了後にモールド部材が収縮した場合であっても、磁性体コアが損傷するおそれを抑制することができる。

請求項３記載の発明では、モールド部材は、線膨張係数が５×１０^−５／℃以下の範囲の樹脂材料で形成されている。モールド部材は、実使用時には、通電されることでバスバーに大電流が流れることで発熱して膨張する一方、通電が終わると冷えて収縮する。このため、フィルター付き端子台は、膨張および収縮を繰り返すことになる。このとき、膨張率が高いと、例えば中空部内に存在するモールド部材（後述する図８参照）が膨張して磁性体コアが損傷する可能性がある。また、バスバーに近いほど高温になると考えられるため、モールド部材の内部側と表面側とでその膨張や収縮の態様が異なるおそれがあり、線膨張係数が高いとやはり磁性体コアが損傷するおそれがある。そこで、モールド部材を線膨張係数が５×１０^−５／℃以下の範囲の樹脂材料で形成することにより、熱収縮による大きさの変動が低減され、実使用時に磁性体コアが損傷するおそれを抑制することができる。

一実施形態のノイズフィルター付き端子台の外観を概略的に示す図参考例として、最密配置したバスバーによる磁束の流れを概略的に示す図一実施形態の配置のバスバーによる磁束の流れを概略的に示す図

以下、本発明の一実施形態について、図１から図３を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態のノイズフィルター付き端子台（以下、単に端子台１と称する）は、本実施形態では３本のバスバー２Ａ〜２Ｃと、それらのバスバー２Ａ〜２Ｃを一体にモールドするモールド部材３とを備えている。バスバー２Ａ〜２Ｃは、導電性材料により形成されており、その両端に、貫通孔４が形成された端子部５が形成されている。以下、３本のバスバー２Ａ〜２Ｃについて総称する場合は、単にバスバー２と称して説明する。なお、貫通孔４は、ねじ溝を切ったねじ穴であってもよい。また、端子部５にナットを取り付けた構成や、そのナットごとモールド樹脂３により一体にモールドした構成であってもよい。

モールド部材３は、成形収縮率が０．６％以下、且つ、線膨張係数が５×１０^−５／℃以下の範囲の樹脂材料で形成されている。なお、例えば熱可塑性の樹脂材料で形成されたモールド部材３の成形収縮率および線膨張係数についての考察は後述する。このモールド部材３は、バスバー２Ａ〜２Ｃと、磁性体コア６（図３参照）とを一体にモールドしている。なお、バスバー２と磁性体コア６とによりノイズフィルターを構成できることは周知であるので、その説明は省略する。

さて、本実施形態では、端子台１を三相交流モーターの電力供給部や、三相交流モーターの制御装置への電力供給部に適用することを想定している。つまり、各バスバー２に流れる電流は、互いに１２０°位相がずれた関係を有しており、それによって負荷となる三相交流モーターが駆動される。このため、端子台１において、各相でフィルター特性が異なることは好ましくない。

まず、参考例として、図２を参照しながら説明する。
図２（Ａ）に示すように、磁性体コア６の中空部７は、概ね四角形に形成されており、４つの辺を有している。以下、便宜的に、図示上側の辺を上辺７ａ、図示右側の辺を右辺７ｂ、図示下側の辺を下辺７ｃ、図示左側の辺を左辺７ｄとして説明する。

この図２（Ａ）の場合、バスバー２は、３本も受けられており、中空部７内で平板状の部位を積層した状態で配置されている。この配置は、中空部７においてバスバー２を最も密に配置できる最密配置であると考えられる。つまり、この最密配置にすることで、バスバー２に必要な空間が小さくなり、もって、磁性体コア６ひいては端子台１を最も小型化できると考えられる。
しかし、この場合、バスバー２Ｂは、その幅方向において上辺７ａに沿って対向して配置されており、バスバー２Ｃは、その幅方向において下辺７ｃに沿って対向して配置されている。しかし、バスバー２Ａは、その厚み方向において、僅かに右辺７ｂおよび左辺７ｄに沿って対向して配置されているに過ぎない。

ここで、バスバー２Ａが三相交流モーターのＵ相、バスバー２Ｂが三相交流モーターのＶ相、バスバー２Ｃが三相交流モーターのＷ相に対応するものとする。このとき、磁性体コア６との対向配置が少ないＵ相のバスバー２Ａから生じて磁性体コア６の中を通る磁束は、Ｖ相のバスバー２ＢおよびＷ相のバスバー２Ｃから生じた磁束よりも小さくなる。その結果、図２（Ｂ）に示すように各相の作る磁界に差が生じ、図２（Ｃ）に示すように各相の磁界を合成した合成磁界に、揺らぎが生じる。
つまり、図２（Ａ）に示した配置では、Ｕ相のバスバー２Ａにおけるフィルター特性が、他の相のバスバー２Ｂおよびバスバー２Ｃと異なることになる。そして、フィルター特性が異なると、三相交流モーターの制御に影響を与えるおそれがある。

そこで、本実施形態では、図３（Ａ）に示すように、４つ、すなわち、バスバー２の数（本実施形態では３本）よりも多い４辺を有する形状に形成された中空部７において、各バスバー２Ａ〜２Ｃを、中空部７の辺に１対１で、当該辺に沿ってそれぞれ配置している。具体的には、バスバー２Ａは下辺７ｃに沿って配置されており、バスバー２Ｂは左辺７ｄに沿って配置されており、バスバー２Ｃは右辺７ｂに沿って配置されている。そして、各バスバー２は、中空部７の内周面との間の距離が一定となるように、即ち、バスバー２の面と中空部７の内周面とが平行に配置されている。また、各バスバー２は、貫通方向においても中空部７の内周面と平行に配置されている。なお、図３（Ａ）の配置は一例であり、例えば端子台１内でのバスバー２の全長（端子部５間の長さ）を共通化する等の目的があれば、バスバー２Ａを立体的に形成し、上辺７ａに沿うような配置とすることも考えられる。

この場合、バスバー２と中空部７の辺が沿って配置されているとは、必ずしも互いが平行である必要は無く、バスバー２の平板状の面と中空部の辺とが一定角度傾いても互いに沿っていればよい。一定角度の範囲については、互いのバスバー２から生じる各相の磁界を合成した合成磁界の揺らぎが、図２（Ａ）のような最密配置の場合に比べて小さくなる範囲であればよい。このとき、図３（Ａ）に示したように、バスバー２の面と中空部７の辺とが平行であるとなおよい。

また、実施形態のように複数のバスバー２が存在する場合には、各バスバー２が、中空部７の内周面に対して共通の態様で対向するようになることが望ましい。すなわち、図３（Ａ）を例とすると、例えばバスバー２Ａが辺７ａに対して若干傾いた状態で沿っている場合には、バスバー２Ｂは辺７ｂに対して、バスバー２Ｃは辺７ｃに対して、バスバー２Ａと辺７ａと共通の傾きで沿っていれば、各バスバー２のフィルター特性が共通となるのでなおよい。

また、磁性体コア６の貫通方向についても同様であり、バスバー２と内周面とが一定角度傾いて沿っていてもよいし、その場合には、各バスバー２が共通する態様で傾いているとよい。この配置によれば、各バスバー２Ａ〜２Ｃが磁性体コア６と対向する領域は共通化される。その結果、各バスバー２Ａ〜２Ｃから生じる磁界は、図３（Ｂ）に示すように、Ｖ相、Ｖ相およびＷ相において均等になる。そして、この配置であれば、図３（Ｃ）に示すように、各相の磁界を合成した合成磁界に揺らぎがない。つまり、図３（Ａ）に示した配置であれば、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相におけるフィルター特性が共通化される。したがって、三相交流モーターの制御に影響を与えるおそれがない。

以上説明した本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
端子台１は、中空部７を有する磁性体コア６と、両端側にそれぞれ端子部５が形成されているとともに、その中央側の少なくとも一部が平板状に形成され、中空部７を貫通する複数のバスバー２Ａ〜２Ｃと、磁性体コア６およびバスバー２Ａ〜２Ｃを、端子部５を露出した状態で一体にモールドするモールド部材３と、を備えている。この場合、磁性体コア６の中空部７は、１つの平板状のバスバー２の幅程度の大きさを備えていればよい。そのため、複数のバスバーを単純に横方向に並べる場合に比べて、磁性体コア６を小型化することができる。

そして、磁性体コア６の中空部７は、バスバー２の数以上の辺７ａ〜７ｄを有する形状に形成されており、複数のバスバー２Ａ〜２Ｃは、中空部７のいずれかの辺７ａ〜７ｄに１対１で、当該辺７ａ〜７ｄに沿ってそれぞれ配置されている。このとき、各バスバー２におけるノイズフィルターとしての機能は、バスバー２と中空部７の辺７ａ〜７ｄとの対応関係、例えば対向している長さにより定められる。そして、各辺７ａ〜７ｄには電源経路を形成する各相のバスバー２がそれぞれ配置されることから、１つの辺におけるノイズフィルターとしての性能は、各バスバー２Ａ〜２Ｃにおいて共通となる。したがって、複数のバスバー２ａ〜２Ｃが存在する構成において、小型化を図りつつも、各相におけるフィルター特性を共通化することができる。

また、磁性体コア６を小型化することができることから、製造コストを低減することができる。
また、端子台１自体の大きさが小型化されることから、小型化や軽量化が求められ、また、設置場所に振動が生じたりする電気自動車やハイブリッド自動車等への適用に好適である。

（その他の実施形態）
本発明は、上記した実施形態で例示した構成に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形又は拡張することができる。
モールド部材３を形成する樹脂材料は、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂のいずれも採用することができる。熱可塑性樹脂としては、例えば以下のようなものを採用することができる。

・ポリフェニレンサルファイド樹脂（Poly Phenylene Sulfide Resin：PPS）：融点が約280℃と高く、また、高い耐熱性、優れた耐薬品性を備え、難燃剤を添加せずに自己消火性を実現できる。
・ポリブチレンテレフタレート(Polybutylene terephthalate：PBT)：耐熱温度は60〜140℃と広く、電気特性をはじめ物性のバランスがよくとれたプラスチックであり、寸法安定性、熱安定性が良好で精密さが要求される部品によく利用される。また、耐酸性、耐アルカリ性などの耐薬品性も良好。

・アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（Acrylonitrile Butadiene Styrene：ABS）：軽量かつ強固で、メッキを施すことが。また、耐熱性、耐摩耗性、寸法安定性に優れ、電気的特性も良好であり溶接や溶着が容易。なお、折り曲げて白化したり、耐候性にやや劣る面もあるが、テレビ、ラジオ部品、車両部品、トランク、運道具、楽器ケース、スーツケース、ヘルメット、自動車内装用、ハンドル、計算機等に広く利用されている。
また、熱硬化性樹脂としては、例えば以下のようなものを採用することができる。
・フェノール系樹脂：機械的強度、電気絶縁性、耐酸性、耐水性、耐熱性等が高く、比較的安価に利用できる。耐アルカリ性にやや劣るものの、積層板、耐酸器具、電気絶縁材料、機械部品、塗料、食器、ボタン等に幅広く使われている。

・エポキシ系樹脂：電気絶縁性、接着性、耐熱性、耐薬品性等が良好。やや高価であるものの、ライニング、歯車、日用品の接着剤、金属接着剤、金属塗料等に幅広く使われている。
・不飽和ポリエステル系樹脂：電気絶縁性、耐熱性、耐薬品性等が良好で、低圧成形も可能。また、硝子繊維で強化したものは非常に強靭であり、絶縁テープ、自動車車体、録画テープ、タンクライニング、安全帽、強化プラスチック板、テーブル封入注型品、車両、自動車、船舶、建築材、軽金属代用構造材料に幅広く用いられている。

実施形態では閉環状の磁性体コア６を例示したが、環状の一部に不連続部を設けた磁性体コアを採用してもよい。また、一体の磁性体コア６を例示したが、分割型の磁性体コアを採用してもよい。
実施形態では３本のバスバーを例示したが、２本でも、４本でもよい。つまり、バスバーは複数であればよく、それに対応した辺を有する中空部７を形成すればよい。その場合、２本であれば、図３（Ａ）のバスバー２Ｂとバスバー２Ｃとのような配置とすることが望ましい。

図１に示した端子台１の形状や端子部５の配置は一例であり、これに限定されるものではない。
図１に示した形状や配置となるバスバー２は、曲げ加工や、立体加工、ねじり加工等により形成すればよい。その場合、図示左右に位置するバスバー２Ｂおよびバスバー２Ｃは、バスバー２Ａを中心として対称になっているため、バスバー２Ａと、バスバー２Ｂおよびバスバー２Ｃとの２種類で端子台１を構成することができる。それにより、バスバー２の種類が増えて製造や管理や煩雑になることを抑制することができる。また、バスバー２を２種類で構成すれば、モールド工程前の段階で仮に上下や左右を取り違えるミスが起きても、最終的な端子台１は同じものができあがる。つまり、人為的ミスに対する冗長性を備えることができる。

また、モールド工程では、樹脂材料を加熱しながら、また圧力を加えながらモールドする。そのため、モールド工程が終了すると、モールド部材３は、冷えることによって収縮する。このとき、成形収縮率が高いと、収縮により磁性体コア６が損傷するおそれがある。そこで、モールド部材３を、成形収縮率が０．６％以下の樹脂材料で形成することにより、モールド工程の終了後にモールド部材３が収縮した場合であっても、磁性体コア６が損傷するおそれを抑制することができる。

また、モールド部材３は、実使用時には、通電されることでバスバー２に大電流が流れることで発熱して膨張する一方、通電が終わると冷えて収縮する。このため、端子台１は、膨張および収縮を繰り返すことになる。このとき、膨張率が高いと、例えば中空部７内に存在するモールド部材３が膨張して磁性体コア６が損傷する可能性がある。また、バスバー２に近いほど高温になると考えられるため、モールド部材３の内部側と表面側とでその膨張や収縮の態様が異なるおそれがあり、線膨張係数が高いとやはり磁性体コア６が損傷するおそれがある。そこで、モールド部材３を線膨張係数が５×１０^−５／℃以下の範囲の樹脂材料で形成することにより、熱収縮による大きさの変動が低減され、実使用時に磁性体コア６が損傷するおそれを抑制することができる。

図面中、１は端子台（フィルター付き端子台）、２、２Ａ〜２Ｃはバスバー、３はモールド部材、５は端子部、６は磁性体コア、７は中空部を示す。

Claims

磁性材料により形成され、その内周側にバスバーが貫通する中空部を有する磁性体コアと、
導電性材料により形成され、両端側にそれぞれ端子部が形成されているとともに、その中央側の少なくとも一部が平板状に形成され、前記中空部を貫通する複数のバスバーと、
樹脂材料で形成され、前記磁性体コアおよび前記バスバーを、前記端子部を露出した状態で一体にモールドするモールド部材と、を備え、
前記磁性体コアの前記中空部は、前記バスバーの数以上の辺を有する形状に形成されており、
複数の前記バスバーは、前記中空部の辺に１対１で、当該辺に沿ってそれぞれ配置されていることを特徴とするフィルター付き端子台。
前記モールド部材は、成形収縮率が０．６％以下の樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載のフィルター付き端子台。
前記モールド部材は、線膨張係数が５×１０^−５／℃以下の範囲の樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のフィルター付き端子台。