JP2020124029A - Relay conductor and electric power conversion device using the same - Google Patents
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Description
本発明は、三相モータ等の電気的負荷とインバータ等の電力源を中継する中継導体、および、それを用いた電力変換装置に関する。 The present invention relates to a relay conductor that relays an electric load such as a three-phase motor and a power source such as an inverter, and a power conversion device using the relay conductor.
特許文献1には、モータと電力変換装置を中継する中継導体が開示されている。例えば、同文献の段落0098には、「図14(a)は、交流端子ブロック760と交流リレーバスバー750とにより構成される交流側中継導体802の斜視図である。図14(b)は、交流端子ブロック760の斜視図である。図14(c)は、交流リレーバスバー750の斜視図である。」の記載があり、また、段落0100には、「図14(b)に示されるように、交流端子ブロック760は、交流バスバー763と樹脂製ブロック762が一体に形成される。図14(a)に示されるように、交流バスバー763は、その下部において交流リレーバスバー750と、ネジ等により機械的に接続される。」の記載があり、さらに、段落0102には、「図14(c)に示されるように、交流リレーバスバー750は、リレーバスバー753と絶縁部材752が一体に形成される。後述する図15に示されるように、リレーバスバー753の一端は、パワー半導体モジュール300a〜300c及びパワー半導体モジュール301a〜301cと溶接接続される。そのため、リレーバスバー753は、溶接性を有した材料を用いられる必要がある。また、リレーバスバー753と交流バスバー763は、リレーバスバー753に形成された貫通孔755を通る第1締結部材771によって接続される。」の記載がある。
すなわち、特許文献1には、リレーバスバーと交流バスバーが締結部材によって接続された構成の中継導体が開示されている。
That is,
特許文献1の中継導体は、同文献の図14(a)〜(c)に示されるように、交流バスバー763とリレーバスバー753が各相同等形状であるため、中継導体を介して応力が伝達される場合であっても、その応力は各バスバーに略均等に分担され、一部バスバーが過大な応力を担うという問題が生じることはない。
In the relay conductor of
しかしながら、バスバー形状や端子角度等が相毎に異なる中継導体もあり、この場合は、一部バスバーが過大な応力を担い、電気的接続が破断する可能性もある。 However, some relay conductors have different busbar shapes, terminal angles, and the like for each phase. In this case, some busbars bear excessive stress, and there is a possibility that electrical connection may be broken.
そこで、本発明は、バスバー形状や端子角度が相毎に異なる場合でも、各バスバーで発生する応力を抑制できる中継導体を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a relay conductor capable of suppressing the stress generated in each bus bar even when the bus bar shape and the terminal angle are different for each phase.
本発明の中継導体では、第1バスバーと、第2バスバーと、それらを固定する固定部材と、を備え、前記第1バスバーと前記第2バスバーは夫々、前記固定部材の一方側で他の導体と溶接する溶接端と、前記固定部材の他方側で他の導体と締結する締結端を有し、前記固定部材は、前記第1バスバーに締結された他の導体の力点から前記固定部材までの距離と、前記第2バスバーに締結された他の導体の力点から前記固定部材までの距離と、が等しくなるように、前記第1バスバーを覆う第1被覆部と、前記第2バスバーを覆う第2被覆部と、を設けた。 The relay conductor of the present invention includes a first bus bar, a second bus bar, and a fixing member that fixes them, and each of the first bus bar and the second bus bar has another conductor on one side of the fixing member. And a fastening end for fastening the other conductor on the other side of the fixing member, wherein the fixing member is from the force point of the other conductor fastened to the first bus bar to the fixing member. A first covering portion that covers the first bus bar and a first covering portion that covers the second bus bar such that the distance and the distance from the force point of the other conductor fastened to the second bus bar to the fixing member are equal. 2 coating portions were provided.
また、本発明の中継導体では、第1バスバーと、第2バスバーと、それらを固定する固定部材と、を備え、前記第1バスバーと前記第2バスバーは夫々、前記固定部材の一方側で他の導体と溶接する溶接端と、前記固定部材の他方側で他の導体と締結する締結端を有し、前記第1バスバーの締結端から当該第1バスバーに係る力の作用点を第1作用点とし、前記第2バスバーの締結端から当該第2バスバーに係る力の作用点を第2作用点としたとき、前記第1バスバーの締結端から前記第1作用点までの距離は、前記第2バスバーの締結端から前記第2作用点までの距離よりも長く、前記固定部材と前記第1バスバーの接触面積は、前記固定部材と前記第2バスバーの接触面積よりも小さいものとした。 In addition, the relay conductor of the present invention includes a first bus bar, a second bus bar, and a fixing member that fixes them, and the first bus bar and the second bus bar are different from each other on one side of the fixing member. Has a welding end for welding with the conductor and a fastening end for fastening with another conductor on the other side of the fixing member, and the action point of the force relating to the first bus bar from the fastening end of the first bus bar is the first action. When the point of action of the force relating to the second bus bar from the fastening end of the second bus bar is the second action point, the distance from the fastening end of the first bus bar to the first action point is It is longer than the distance from the fastening end of the two bus bars to the second point of action, and the contact area between the fixing member and the first bus bar is smaller than the contact area between the fixing member and the second bus bar.
本発明の中継導体によれば、バスバー形状や端子角度が相毎に異なる場合でも、各バスバーで発生する応力を抑制することができる。 According to the relay conductor of the present invention, it is possible to suppress the stress generated in each bus bar even when the bus bar shape and the terminal angle are different for each phase.
まず、図1を用いて、本発明の一実施例に係る中継導体1を用いた、車輪駆動システム10を説明する。この車輪駆動システム10は、電気自動車等に搭載されるものであり、直流電力を出力する直流電源11と、直流電源11が出力した直流電力を三相交流電力に変換するパワー半導体回路部を内蔵したインバータ12(電力変換装置)と、三相交流電力により駆動される三相モータ13と、ギアボックス14と、車輪15と、を備え、本実施例の中継導体1によって、インバータ12のパワー半導体回路部と電気的に接続された端子(交流リレー導体板、以下、「インバータ端子2」と称する)と、三相モータ13と電気的に接続された端子(以下、「モータ端子7」と称する)を接続している。なお、本実施例の車輪駆動システム10においては、中継導体1がインバータ12の筐体に固定されており、三相モータ13がギアボックス14の筐体に固定されているため、車両走行時のギアボックス14の振動は、三相モータ13のリード線とモータ端子7を介して、中継導体1やインバータ12にも伝達する。
First, a wheel drive system 10 using a
次に、図2の斜視図を用いて、中継導体1の具体的な構成を、インバータ端子2とモータ端子7の具体的な構成と合わせて説明する。ここに例示する中継導体1は、中継導体板(以下、「バスバー3」と称する)を相毎に備え、それらを樹脂製の固定部材4で一体成型したものである。また、固定部材4には、締結孔5が設けられており、ここを貫通させたネジ等により、インバータ12の筐体に中継導体1を固定することができる。また、固定部材4は、モータ端子7側に向けて延びる被覆部6を備えており、これによりバスバー3の一部を被覆している。この被覆部6の詳細は後述する。
Next, the specific configuration of the
この中継導体1において、インバータ端子2とバスバー3の一端(溶接端)は、溶接部8によって連結され、バスバー3の他端(締結端)とモータ端子7は、バスバー3の貫通穴を貫通させたネジ等の締結具9によって連結される。なお、車輪駆動システム10を組立時には、バスバー3の一端とインバータ端子2を溶接により連結した後、バスバー3の他端にモータ端子7を締結具9で締結する。このとき、モータ端子7の先端には三相モータ13からのリード線が予め連結されているので、このようなモータ端子7の締結作業がし易いように、各相のバスバー3の長さ(モータ端子7の位置を規定)や、モータ端子7の先端角度(リード線の向きを規定)は、相毎に異なる形態に設計されている。
In this
図2から明らかなように、本実施例の中継導体1においては、被覆部6の長さ(或いは、バスバー3と被覆部6の接触面積)は相毎に異なっている。以下、図3を用いて、被覆部6の長さ(接触面積)を相毎に異ならせた理由を説明する。
As is clear from FIG. 2, in the
図3は、図2に例示した中継導体1の断面図であり、左から順に、W相、V相、U相のバスバー3U、3V、3Wを含む位置での断面図である。図2からも明らかなように、本実施例の中継導体1では、バスバー3の長さを、3U>3V>3W としている。また、図3に示すように、断面が略コ字状のモータ端子7を、U相とW相のモータ端子7U、7Wでは上側が開放方向となるように、V相のモータ端子7Vでは下側が開放方向となるように、締結している。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
上述したように、本実施例の中継導体1のバスバー3や溶接部8には、三相モータ13、リード線、モータ端子7を介して、車両走行時のギアボックス14の振動が伝達される。また、モータ端子7の締結時には、バスバー3を介して締結荷重が溶接部8に伝達される。そして、溶接部8に応力が過度に集中すると、溶接部8が破断する惧れがあるため、本実施例の中継導体1では、各相のバスバー3に発生する応力を抑制することで、溶接部8での過度な応力集中を抑止する。
As described above, the vibration of the
ここで、図3のW相の断面図を例に、ギアボックス14の振動に起因する応力が、溶接部8Wに伝達される仕組みを説明する。ギアボックス14の振動は、三相モータ13のリード線を介して、モータ端子7Wの先端側(力点P1W)に伝達される。力点P1Wに伝わった振動は、モータ端子7Wの水平部とバスバー3Wが交差する支点P2Wを経由して、被覆部6Wの端部である作用点P3Wに伝達される。このため、力点P1Wと支点P2W間の距離L1Wと、支点P2Wと作用点P3W間の距離L2Wからなる経路が、バスバー3Wにおける応力伝達経路となる。バスバー3Wを被覆する被覆部6Wは、固定部材4と一体成型されているため、仮にバスバー3Wだけが振動した場合であっても、固定部材4を介して、各相の溶接部8U、8V、8Wに振動が伝達される。モータ端子7の振動は各相とも略等しいが、固定部材4に伝達される応力の大きさは、バスバー3の応力伝達経路の長さに依存するため、各相のバスバー3から固定部材4に伝わる応力を等しくするには、各相のバスバー3における応力伝達経路の距離を略等しくすれば良い。
Here, the mechanism in which the stress caused by the vibration of the
従って、本実施例の中継導体1では、長さの異なる被覆部6U、6V、6Wを設けることで、下記の式1のように各相の応力伝達経路の長さを略等しくし、バスバー3U、3V、3Wに発生する応力を抑制(均一化)できるようにするとともに、各相の溶接部8U、8V、8Wに過度な応力が発生する状況を回避できるようにした。
Accordingly, the
L1U+L2U = L1V+L2V = L1W+L2W … (式1)
すなわち、図3の例では、U相とW相の支点P2U、P2Wが締結具9よりも下方に位置することを考慮し、被覆部6U、6Wを長くした。一方、V相の支点P2Vが締結具9よりも上方に位置することを考慮し、被覆部6Vを短くした。また、バスバー3Uが他よりも長いことを考慮し、被覆部6Uを長くした。この結果、モータ端子7の厚さ(距離L1)が一定という条件下では、被覆部6の長さを、6U>6W>6Vとし、何れの相においても応力伝達経路の長さを略等しくした。なお、これにより、V相における作用点P3Vから端部までの距離は、U相やW相における作用点P3から端部までの距離よりも長くなっている。
L 1U +L 2U = L 1V +L 2V = L 1W +L 2W (Equation 1)
That is, in the example of FIG. 3, considering that the fulcrums P 2U and P 2W of the U phase and the W phase are located below the fastener 9, the covering portions 6 U and 6 W are made longer. On the other hand, considering that the fulcrum P2V of the V phase is located above the fastener 9, the covering portion 6V is shortened. Further, considering that the
さらに、図3に示したように、各相の支点P2と作用点P3の間には、バスバー3の一部を厚さ方向に撓ませた略S字断面形状の屈曲部を設けることが望ましい。これは、応力伝達経路の一部に屈曲部を設けることで、振動に起因する応力を吸収することができ、屈曲部を設けない構成に比べ、バスバー3を経由して溶接部8に伝達される応力をより小さくすることができるからである。
Further, as shown in FIG. 3, between the fulcrum P 2 and the action point P 3 of each phase, a bent portion having a substantially S-shaped cross section in which a part of the
以上で説明したように、本実施例の中継導体1によれば、バスバー形状や端子角度が相毎に異なる場合でも、各バスバーで発生する応力を抑制することができ、溶接部の破断を抑制することができる。
As described above, according to the
1 中継導体、
2、2U、2V、2W インバータ端子、
3、3U、3V、3W バスバー
4 固定部材
5 締結孔
6、6U、6V、6W 被覆部
7、7U、7V、7W モータ端子
8、8U、8V、8W 溶接部、
9、9U、9V、9W 締結具、
10 車輪駆動システム、
11 直流電源、
12 インバータ、
13 三相モータ、
14 ギアボックス、
15 車輪、
P1、P1U、P1V、P1W 力点
P2、P2U、P2V、P2W 支点
P3、P3U、P3V、P3W 作用点
1 relay conductor,
2, 2 U , 2 V , 2 W inverter terminals,
3, 3 U , 3 V , 3 W bus bar 4 fixing member 5 fastening hole 6, 6 U , 6 V , 6 W coating part 7, 7 U , 7 V , 7 W motor terminal 8, 8 U , 8 V , 8 W weld,
9, 9 U , 9 V , 9 W fasteners,
10 wheel drive system,
11 DC power supply,
12 inverters,
13 three-phase motor,
14 gearbox,
15 wheels,
P 1 , P 1U , P 1V , P 1W Power point P 2 , P 2U , P 2V , P 2W fulcrum P 3 , P 3U , P 3V , P 3W action point
Claims (4)
前記第1バスバーと前記第2バスバーは夫々、前記固定部材の一方側で他の導体と溶接する溶接端と、前記固定部材の他方側で他の導体と締結する締結端を有し、
前記固定部材は、前記第1バスバーに締結された他の導体の力点から前記固定部材までの距離と、前記第2バスバーに締結された他の導体の力点から前記固定部材までの距離と、が等しくなるように、前記第1バスバーを覆う第1被覆部と、前記第2バスバーを覆う第2被覆部と、を設けたことを特徴とする中継導体。 A relay conductor comprising a first bus bar, a second bus bar, and a fixing member for fixing them,
Each of the first bus bar and the second bus bar has a welding end for welding the other conductor on one side of the fixing member, and a fastening end for fastening the other conductor on the other side of the fixing member,
The fixing member has a distance from a force point of another conductor fastened to the first bus bar to the fixing member, and a distance from a force point of another conductor fastened to the second bus bar to the fixing member. A relay conductor comprising: a first coating portion that covers the first bus bar and a second coating portion that covers the second bus bar so as to be equal to each other.
前記第1バスバーと前記第2バスバーは夫々、前記固定部材の一方側で他の導体と溶接する溶接端と、前記固定部材の他方側で他の導体と締結する締結端を有し、
前記第1バスバーの締結端から当該第1バスバーに係る力の作用点を第1作用点とし、前記第2バスバーの締結端から当該第2バスバーに係る力の作用点を第2作用点としたとき、
前記第1バスバーの締結端から前記第1作用点までの距離は、前記第2バスバーの締結端から前記第2作用点までの距離よりも長く、
前記固定部材と前記第1バスバーの接触面積は、前記固定部材と前記第2バスバーの接触面積よりも小さいことを特徴とする中継導体。 A relay conductor comprising a first bus bar, a second bus bar, and a fixing member for fixing them,
Each of the first bus bar and the second bus bar has a welding end for welding the other conductor on one side of the fixing member, and a fastening end for fastening the other conductor on the other side of the fixing member,
The action point of the force related to the first bus bar from the fastening end of the first bus bar is the first action point, and the action point of the force related to the second bus bar from the fastening end of the second bus bar is the second action point. When
The distance from the fastening end of the first bus bar to the first action point is longer than the distance from the fastening end of the second bus bar to the second action point,
The contact area between the fixing member and the first bus bar is smaller than the contact area between the fixing member and the second bus bar.
前記第1バスバーと前記第2バスバーは、前記固定部材よりも締結端側に、厚さ方向に撓ませた屈曲部を設けたことを特徴とする中継導体。 The relay conductor according to claim 1 or 2, wherein
The relay conductor, wherein the first bus bar and the second bus bar are provided with a bent portion bent in a thickness direction on a fastening end side with respect to the fixing member.
前記第1バスバーと前記第2バスバーは、交流電力を伝達する交流電力用バスバーであり、
前記溶接端側の他の導体は、直流電力を交流電力に変換するパワー半導体回路部と接続されていることを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device comprising the relay conductor according to any one of claims 1 to 3,
The first bus bar and the second bus bar are AC power bus bars that transfer AC power,
The other conductor on the welding end side is connected to a power semiconductor circuit unit that converts DC power into AC power.
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