JP2019087668A - バスバ− - Google Patents

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孝伸 原
Takanobu Hara
孝伸 原
さや香 田中
Sayaka Tanaka
さや香 田中
司 松浦
Tsukasa Matsuura
司 松浦
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Abstract

【課題】本明細書は、インダクタンスの増大を抑えつつ、接合対象に良く密着するバスバ−を提供する。【解決手段】正極バスバ−20は、本体部21からL字に屈曲している先端部22の接合面22aが接合対象に接合されるバスバ−である。正極バスバ−20の先端部22と本体部21の連結部分の屈曲している部分に、本体部21と先端部22にわたる孔23が設けられている。孔23によって先端部22は本体部21に対して良く曲がり、接合対象に密着する。また、孔23の両側の導体部分に電流が流れるとき、夫々の導体部分を流れる電流に起因する誘導磁界は、孔23にて相殺する。【選択図】図3

Description

本明細書が開示する技術は、バスバ−に関する。特に、先端部が本体部からL字に屈曲しており、先端部の接合面が接合対象に接合されるバスバ−に関する。
大電力を伝送するには、柔軟なワイヤ状のケーブルよりも内部抵抗の小さい金属板が用いられる。そのよう電力伝送用の金属板はバスバ−(Bus Bar)と呼ばれている。バスバ−とパワーモジュールなどの端子、あるいは、バスバ−と別のバスバ−とを接合することがある。以下、着目するバスバ−の接合相手(上記の端子あるいは別のバスバ−)を接合対象と称する。また、バスバ−の接合対象と接合する面を接合面と称する。
接合の際、バスバ−の先端の接合面と接合対象を密着させる必要がある。バスバ−と接合対象の位置がずれていると、バスバ−の先端の接合面と接合対象を密着させるのにはバスバ−の先端を変形させなければならない場合がある。バスバ−の先端の接合面と接合対象を密着させるのに、バスバ−の一部の剛性を下げることが望ましい。
特許文献1、2に、バスバ−と接合対象の密着性を高める技術が開示されている。特許文献1は、第1バスバ−と第2バスバ−を同一方向に屈曲させ、屈曲した先端の接合面同士を対向させて接合したバスバ−接合構造を開示している。特許文献1の技術では、少なくとも一方のバスバ−の接合面にバスバ−の厚みを薄くする切欠を設ける。切欠により接合面の剛性が下がり、接合面同士の密着性が向上する。特許文献2は、先端がL字に屈曲したパワーカードの平板端子に接合されるバスバ−を開示している。特許文献2のバスバ−は、平板の本体部から延びる突出部の先端の接合面が平板端子と接合される。突出部の根本の幅が狭められている。狭められた部分の剛性が低くなり、突出部と平板端子の密着性が向上する。
特開2016−178790号公報 特開2011−151992号公報
特許文献1の技術では、バスバ−の接合面に厚みを薄くする切欠を設ける。バスバ−の板厚は1−2[mm]程度であるので厚みを薄くする切欠を設ける加工はコストが嵩む。特許文献2の技術では、バスバ−の幅、即ち電流経路を狭めると、寄生インダクタンスが増大してしまう。本明細書は、先端がL字に屈曲したバスバ−に特有の構造に着目し、インダクタンスの増大を抑えつつ、低コストで接合対象に対して良く密着するバスバ−を提供する。
本明細書が開示する技術は、バスバ−の本体部からL字に屈曲している先端部の接合面が接合対象に接合されるバスバ−を対象とする。そのバスバ−は、バスバ−の屈曲している部分に、本体部と先端部にわたる孔が設けられている。孔を設けることで屈曲部の剛性が下がり、先端部の接合面が接合対象に対して良く密着する。ここで、「良く密着する」とは、バスバ−の接合面が接合対象の接合面に良く倣うように変形することを意味する。一方、電流は孔の両側の導体部分を流れる。孔の両側の夫々を流れる電流に起因して生じる誘導磁界は、孔において互いに反対方向を向くので相殺される。流れる電流に起因して生じる誘導磁界の大きさが大きいほど寄生インダクタンスは大きくなる。本明細書が開示するバスバ−は、誘導磁界の一部を相殺することができるので、電流経路が狭くなってもインダクタンスの増大が抑えられる。
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。
実施例のバスバ−を使った電力変換ユニットの斜視図である。 電力変換ユニットの分解斜視図である。 バスバ−の部分拡大図である。 バスバ−の先端部の断面図である。 変形例のバスバ−の部分拡大図である。
図面を参照して実施例のバスバ−を説明する。実施例のバスバ−は、電力変換ユニットに使用されている。電力変換ユニット2の斜視図を図1に示し、分解斜視図を図2に示す。電力変換ユニット2は、直流電力を昇圧し、さらに交流に変換する電力変換器の主要部品である。
電力変換ユニット2は、複数のパワーカード3と複数の冷却器4が1個ずつ交互に積層された積層体10と、コンデンサモジュール7と、それらを電気的に接続する正極バスバ−20と負極バスバ−30を備えている。
パワーカード3には、直列に接続された2個のパワートランジスタが組み込まれている。2個のパワートランジスタの直列接続の高電位端の端子(正極端子3a)と、低電位側の端子(負極端子3b)と、中点の端子(中点端子3c)が、パワーカード3の上面から延びている。複数の冷却器4は、夫々のパワーカード3を挟むように積層されている。なお、図1、図2では、図の左端のパワーカードにのみ、符号3を付し、残りのパワーカードには符号は省略した。また、図1、図2では、左端の2個の冷却器と右端の冷却器に符号4を付し、残りの冷却器には符号は省略した。
パワーカード3を挟んで隣接する冷却器4は、2個の連結管5で接続されている。なお、図では、一方の連結管は隠れて見えない。図中の右端の冷却器4には、冷媒供給口6aと冷媒排出口6bが設けられている。冷媒供給口6aと冷媒排出口6bには、不図示の冷媒循環装置が接続され、冷媒供給口6aを通じて冷媒循環装置から冷媒が供給される。冷媒は一方の連結管5を通じて全ての冷却器4に分配される。冷媒は冷却器4を通過する間に隣接するパワーカード3から熱を吸収する。熱を吸収した冷媒は他方の連結管5と冷媒排出口6bを通じて積層体10から排出され、冷媒循環装置に戻る。
コンデンサモジュール7は、コンデンサ素子70を樹脂で封止したモジュールである。
正極バスバ−20は、一枚の金属板(典型的には銅)で作られている。正極バスバ−20は、幅広板状の本体部21と、本体部21の縁から延びており、コンデンサ素子70の正極70aと接続される電極部25と、複数の先端部22を備えている。夫々の先端部22は、本体部21からL字に屈曲している。別言すれば、夫々の先端部22は、本体部21からほぼ直角に屈曲している。本体部21には一列に並ぶ複数の孔24が設けられており、図中の左端の先端部22を除く他の先端部22は、夫々の孔24の縁から延びている。正極バスバ−20を積層体10に組み付けると、孔24をパワーカード3の正極端子3aが通る。正極端子3aは平板状であり、正極バスバ−20の先端部22も平板状である。正極端子3aのX軸負方向を向く面と先端部22のX軸正方向を向く面がレーザ溶接で接合される。先端部22のX軸正方向を向く面が、正極端子3aと接合される接合面22aに相当する。正極バスバ−20の先端部22の付け根には、先端部22と本体部21にわたる孔23が設けられている。孔23については図3を参照して後述する。なお、図では、左端の先端部と孔のみに符号を付し、残りの先端部と孔には符号を省略した。
負極バスバ−30も、一枚の金属板(典型的には銅)で作られている。負極バスバ−30は、幅広板状の本体部31と、本体部31の縁から延びており、コンデンサ素子70の負極70bと接続される電極部35と、複数の先端部32を備えている。夫々の先端部32は、本体部31からL字に屈曲している。別言すれば、夫々の先端部32は、本体部31からほぼ直角に屈曲している。本体部31には一列に並ぶ複数の孔34が設けられており、図中の左端の先端部32を除く他の先端部32は、夫々の孔34の縁から延びている。また、一列に並んだ複数の孔34の列の横に、複数の別の孔39が一列に並んでいる。負極バスバ−30を積層体10に組み付けると、孔34をパワーカード3の負極端子3bが通り、孔39を正極端子3aが通る。正極端子3aは孔34の縁には接触せず、正極端子3aと負極バスバ−30は絶縁状態が保たれる。
負極端子3bは平板状であり、負極バスバ−30の先端部32も平板状である。負極端子3bのX軸負方向を向く面と先端部32のX軸正方向を向く面がレーザ溶接で接合される。先端部32のX軸正方向を向く面が、負極端子3bと接合される接合面32aに相当する。負極バスバ−30の先端部32の付け根には、先端部32と本体部31にわたる33孔が設けられている。孔33については、正極バスバ−20の先端部22の付け根に設けられた孔23と同様なので説明は省略する。図では、左端の先端部と孔のみに符号を付し、残りの先端部と孔には符号を省略した。
図3に正極バスバ−20の拡大図を示す。先に述べたように、正極バスバ−20の先端部22は、本体部21からほぼ直角に屈曲している。屈曲している部分、即ち、先端部22と本体部21の連結部分に、先端部22と本体部21にわたる孔23が設けられている。孔23を設けることによって、先端部22と本体部21の連結部分の剛性が低くなる。その結果、先端部22は、本体部21に対して曲り易くなっている。
先端部22は、パワーカード3の平板状の正極端子3aとともに治具で挟まれた状態でレーザ溶接により接合される。治具で挟むとき、先端部22と本体部21の剛性が高いと正極端子3aと先端部22の間に隙間が生じ易くなる。正極端子3aと先端部22の間に隙間がある状態で両者を接合すると、接合部の内部抵抗が大きくなったり、接合部の電流経路が狭くなることで寄生インダクタンスが高くなったりする可能性がある。実施例の正極バスバ−20は、先端部22と本体部21の連結部分に先端部22と本体部21の両方にわたる孔23を設けた。孔23により、本体部21に対して先端部22が曲り易くなり、治具で挟まれたときに正極端子3aと密着し易くなる。
一方、電流経路が狭くなると、寄生インダクタンスが増大する傾向にある。しかし、正極バスバ−20は、孔23を設けても寄生インダクタンスの増加を抑制できる。その原理を、図4を使って説明する。図4は、正極バスバ−20の先端部22を、図中の座標系のXY平面と平行な平面が孔23を横断するようにカットした断面図である。今、孔23の左右の導体部分(孔23の左側の先端部221と孔23の右側の先端部222)を図中の座標系のZ軸正方向に電流が流れる場合を想定する。流れる電流によって、左側の先端部221と右側の先端部222の夫々を囲むように誘導磁界が発生する。図中の矢印付の円が誘導磁界を模式的に表しており、矢印が磁界の方向を示している。図4に示されているように、左側の先端部221を囲む磁界と右側の先端部222を囲む磁界は、孔23において互いに逆向きとなり、相殺し合う。誘導磁界が大きいほど寄生インダクタンスも大きくなる傾向があり、誘導磁界が小さければ、寄生インダクタンスも小さくなる。孔23を有する正極バスバ−20は、孔23によって先端部21の電流経路が狭くなって電流密度が高くなり、寄生インダクタンスが増大する傾向にはあるが、孔23の両側の導体部分を流れる電流に起因する誘導磁界が互いに打ち消し合うので、寄生インダクタンスの増大が抑えられる。
負極バスバ−30についても、正極バスバ−20の孔23と同様の孔33(図2参照)が設けられており、負極バスバ−30も正極バスバ−20と同じ効果が期待できる。
図5に、変形例の正極バスバ−120の部分拡大図を示す。正極バスバ−120は、本体部121と先端部122の連結部分に、本体部121と先端部122の双方にわたる2個の孔123a、123bが設けられている。図5の正極バスバ−120のように、バスバ−の本体部と先端部の連結部分に複数の孔を設けてもよい。複数の孔の夫々において、孔の両側の導体部分を流れる電流に起因する誘導磁界が相殺される。誘導磁界が相殺される箇所が多くなるので、複数の孔を設けると、インダクタンス増大の抑制効果が高い。
実施例の説明に関する留意点を述べる。バスバ−は金属板で作られており、厚み方向が法線方向と一致する幅広面と厚み方向を幅とする側面を有する。実施例のバスバ−は、幅広面を起こすようにL字に屈曲されており、L字の屈曲部から先を先端部と称している。また先端部における幅広面が、接合面に相当する。
実施例のバスバ−(正極バスバ−20、負極バスバ−30)では、パワーカード3の正極端子3a、負極端子3bが接合対象である。本明細書が開示するバスバ−の接合対象は、他の導体であってもよい。
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:電力変換ユニット
3:パワーカード
4:冷却器
5:連結管
7:コンデンサモジュール
10:積層体
20、120:正極バスバ−
21、31、121:本体部
22、32、122、221、222:先端部
22a、32a:接合面
23、24、33、34、39、123a、123b:孔
25、35:電極部
30:負極バスバ−
35:電極部
70:コンデンサ素子

Claims (1)

  1. バスバ−の本体部からL字に屈曲している先端部の接合面が接合対象に接合されるバスバ−であり、前記バスバ−の屈曲している部分に、前記本体部と先端部にわたる孔が設けられている、バスバ−。
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