JP2020502975A - パワーエレクトロニクス機器を電気機械と接続するデカップリング要素 - Google Patents

Abstract

パワーエレクトロニクス機器（３）を電気機械（２）と接続するデカップリング要素（１）を提供する。デカップリング要素（１）は、絶縁材料製の少なくとも１つのホルダ（１２）と、ホルダ（１２）上に配置された少なくとも１つのバスバー（１１）と、を備える。少なくとも１つのバスバー（１１）が、第１領域（１１１）と、第１領域（１１１）と実質的に平行に配置されて第１領域（１１１）から離間する第２領域（１１２）と、屈曲されてばね要素として機能し、第１領域（１１１）を第２領域（１１２）と接続する第３領域（１１３）と、を備える。少なくとも１つのバスバー（１１）が、バスバー（１１）の第２領域（１１２）で、少なくとも１つの保持要素（１２１）を介してホルダ（１２）と接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の、パワーエレクトロニクス機器を電気機械と接続するデカップリング要素に関する。

特に、ハイブリッド車両の電気モータでは、通常、バスバーを用いて電気接続部が接続される。バスバーは、径方向外向きに、モータ開口部を通って電気接続箱の収容空間内に、軸方向で延在する。そこではバスバーが、更なる接続端子を用いて電源ケーブル又は相端子と接続される。今度はそれらが、外部のエネルギユニットへの電気接続を提供する。

ドイツ特許出願公開第１０２０１４２０１１９１Ａ１号からは、可撓性の中間要素を介して相互に接続された２つの領域から構成された、バスバー要素が既知である。このバスバー要素によって、モータとパワーエレクトロニクス機器との間に、モータが振動を引き起こす場合でさえも、確実な電気接続が保証される。振動による破損から保護する他の実施形態は、欧州特許出願公開第ＥＰ１０７９５０２Ａ１号において示される。この場合、同様に、曲げられた中間要素を用いて振動が吸収される。日本公開特許公報第２０１１０３５９８４Ａ号においては、更に、組立て時の構成部分の公差の差の問題が扱われている。多様なガイド要素及び挿入部の可能性を提供することによって、この問題が解決される。

ドイツ特許出願公開第１０２０１４２０１１９１号 欧州特許出願公開第１０７９５０２号 特開２０１１−０３５９８４号公報

上記の問題から、本発明の課題は、パワーエレクトロニクス機器を電気機械と接続する、改良されたデカップリング要素を提供することである。この課題は、本発明に従い、独立請求項に記載の特徴によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

パワーエレクトロニクス機器を電気機械と接続するデカップリング要素を提供する。デカップリング要素は、絶縁材料製の少なくとも１つのホルダと、ホルダ上に配置された少なくとも１つのバスバーと、を備える。少なくとも１つのバスバーが、第１領域と、第１領域と実質的に平行に配置されて第１領域から離間する第２領域と、屈曲されてばね要素として機能し、第１領域を第２領域と接続する第３領域と、を備える。少なくとも１つのバスバーが、バスバーの第２領域で、少なくとも１つの保持要素を介してホルダと接続されている。

バスバーにおいて、ばね要素として作用する屈曲された第３領域を介して、第１領域を第２領域と柔軟に接続することによって、電気機械とパワーエレクトロニクス機器との間の電気接続が破損に至りかねない、従来問題となっていた熱膨張又は振動負荷のような周囲条件及び作動条件を、回避することができる。さらに、製造に起因する、取り付けられた構成部分の機械的公差を、補償することもできる。

一実施形態において、第１領域及び第２領域は、実質的に同じ長さであり、相互に重なり合って配置されている。そのため、公差を補償できるが、バスバーが不安定にならないよう、主として、安定した屈曲された第３領域が負荷を受ける。

一実施形態において、少なくとも１つの保持要素は、ホルダの領域で、バスバーの第３領域への移行部に配置されている。保持要素を、負荷のもとで最大の力を受けなければならない第３領域の近傍において、より後ろの領域に配置することによって、装置の安定性が改善される。

更なる一発展形態において、少なくとも１つの保持要素は、スナップフックとして構成されている。スナップフックを用いた接続は、製造を単純化することが可能である。同時に、これによって、バスバーをホルダと堅固に接続することができる。

一実施形態において、２つの保持要素は、少なくとも１つのバスバーを、それぞれ、第２領域における平行する２つの側縁部でホルダと接続するように、ホルダに設けられている。２つの保持要素は、特に構成部分が重い又は幅広の場合に、接続を更に安定させるという利点を有する。特に、２つの保持要素によって、バスバーが正しくない位置にスリップすることが防止される。

一実施形態において、電気機械と接続する接続要素を受容するために、バスバーの第２領域の、第３領域から離れた領域に開口部が備わり、また、この領域に対応するホルダの領域に、対応する開口部が備わる。開口部を、屈曲領域から離れた領域で、ホルダ及びバスバーに配置することによって、より広いスペースが得られる。そのため、バスバーのホルダへの締結に影響を及ぼすことなく、ナット又はプッシュナットのような大型の接続要素を取り付けることができる。

一実施形態において、ホルダは少なくとも３つのバスバーを備える。これらのバスバーが、並んで相互に離間し、同一方向で配置されている。複数のバスバーを１つのホルダ上に同一の方向で配置すること、つまり、第３領域が同一方向を向くことによって、電気機械の全ての負荷端子を、１つのデカップリング要素を介してパワーエレクトロニクス機器と接続することができる。さらに、製造が単純化され、スペースが節約される。

一実施形態において、ホルダ及び少なくとも１つのバスバーの各々は、それぞれ、ワンピースで形成されている。そのため、製造は単純化され、より費用対効果に優れる。

さらに、電気機械と、パワーエレクトロニクス機器と、を備える装置を提供する。パワーエレクトロニクス機器が、上述のデカップリング要素を介して、電気機械の少なくとも１つの負荷端子と接続されている。デカップリング要素のホルダにおける、バスバーが配置されている側に対向する側は、電気機械の方向を向くように配置されている。

本発明の更なる特徴及び利点は、本発明の詳細を示す図面を参照する、本発明の実施形態に関する以下の記載から、及び請求項から明らかとなる。本発明の変形形態において、個々の特徴は、それ自体のために各々個々で実現されうる、又は随意の組み合わせで複数に関して実現されうる。

以下に、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳述する。

電気機械又はモータと、パワーエレクトロニクス機器との間に取り付けられた、本発明の一実施形態によるデカップリング要素の断面図である。 本発明の一実施形態によるデカップリング要素の図である。 本発明の一実施形態によるデカップリング要素用のホルダの図である。

図面に関する以下の記載において、同一の要素又は機能に関しては、同一の符号を付している。

本発明は、電気機械又はモータと、制御装置又は例えばハイブリッド駆動の一部であるパワーエレクトロニクス機器との間の電気接続が、脆弱箇所となりかねないという知見に基づく。電気接続は、接続の種類に左右されて、周囲条件、作動条件、取り付けられた構成部分の機械的な公差、作動温度範囲に亘る熱膨張、及び振動負荷によって、破損する可能性がある。電気機械又モータ、及びパワーエレクトロニクス機器を接続する既知の解決策は、例えば堅固に、直接にねじ留めすることがある。しかしながら、これによっては柔軟に補償することができない。そのため、振動に起因して早期に構成部分の故障が発生する可能性がある。さらに、ケーブルによる接続も使用される。ケーブルによる接続は、柔軟性があり費用対効果に優れてはいるが、極めて広い構造スペースを必要とする。したがって、電気機械又はモータの負荷端子の、関連する制御装置又はパワーエレクトロニクス機器との接続を、改良して提供する。

このために、図１乃至図３の実施形態に示すように、電気機械２又はモータ２と、関連する制御装置３又はパワーエレクトロニクス機器３との剛接合を、可撓性のデカップリング要素１で置き換える。デカップリング要素１が、電気機械２とパワーエレクトロニクス機器３との間に取り付けられている、又は取り付ける。図１に示す実施形態は、パワーエレクトロニクス機器３を備える装置の断面図を示す。パワーエレクトロニクス機器３が、以下に記載する本発明の実施形態によるデカップリング要素１を介して、電気機械２の対応する負荷端子と接続されている。図２は、以下に記載する、本発明の一実施形態によるデカップリング要素１の図を示す。図３は、以下に記載する、本発明の一実施形態によるデカップリング要素１のホルダ１２を示す。このホルダ１２に、１つ以上のバスバー１１が固定される。

デカップリング要素１は、１つ以上のバスバー１１を備える。バスバー１１は、電気絶縁性のホルダ１２と接続されている。図１に示すように、組み立てた後に、ホルダ１２は、電気機械２とパワーエレクトロニクス機器３との間で電気機械２の負荷端子の側に配置されている。

各バスバー１１は、第３湾曲領域又は第３屈曲領域を介して相互に接続された、２つの領域に分けることができる。図に示すように、第１領域１１１は、パワーエレクトロニクス機器３への接続領域である。第２領域１１２は、電気機械２への接続領域である。第３領域１１３は、屈曲されて、つまり丸みを帯びて又は半円形の断面で、又は湾曲されて実施されている。第３領域１１３は、第１領域１１１と第２領域１１２との間の接続領域として配置されている。好適には、バスバー１１はワンピースで構成されている。そのため、３つの領域１１１、１１２、１１３を、別個の接続片を介して相互に接続する必要がない。

図２に示すように、第２領域１１２は、例えば、好適にはプッシュナット１３として形成されたナット１３を介して、絶縁性のホルダ１２と、電気機械２と、又はそれらの対応する端子と接続されている。図２に示すように、絶縁性のホルダ１２は、ナット１３が配置されている位置、又は配置される位置に、対応する開口部又は孔を備える。バスバー１１の第２領域１１２も同様である。そのため、バスバー１１を、ホルダ１２を介して、例えばナットである接続要素１３を用いて、電気機械２と接続することができる。

さらに、ホルダ１２はそれぞれ、少なくとも１つの保持要素１２１を備え、少なくとも１つのバスバー１１をホルダ１２に固定する。保持要素１２１は、スナップフックとして構成されてよい。スナップフックは、クリックを介してバスバー１１をホルダ１２に保持するように、ホルダ１２に配置されている。図２及び図３に示すように、保持要素１２１は、バスバー１１の第２領域１１２における２つの外側の、好適には相互に平行する側部に、配置することができる。そのため、２つの保持要素１２１が、１つのバスバー用に設けられている。更に好適には、保持要素１２１が、バスバー１１の第３領域１１３に近接する、ホルダ１２の領域に配置される。なぜなら、この領域に、最大の力が作用する可能性があるためである。これによって、安定性が向上する。

保持要素１２１によって、隣接するバスバー１１から、一定の間隔又は各バスバーに対して個別に規定する間隔を決定できる。そのため、個々のバスバー１１の電気的なデカップリングが、相互に保証される。また、特に、バスバー１１の重量が重い実施形態又はサイズが大きい場合に、バスバー１１のスリップが良好に防止される。このために、図２及び図３に示すように、保持要素１２１を整列させて配置してよく、又は互いにオフセットさせて配置してよい。さらに、複数のバスバー１１が同一方向で配置されることが好適である。つまり図２に示すように、例えば、バスバー１１の第３領域１１３が、この場合に同一方向を示す。

さらに、保持要素１２１を、例えばスナップフックとして設けることによって、簡単に組み立て可能であり、接続が取り外し可能になる。保持要素１２１は、対応する機能を果たす限り、異なって構成されてもよい。保持要素１２１は、固定されるべきバスバー１１のそれぞれに対して、異なって構成されてよい。同様の実施形態である場合には、より簡単かつより費用対効果に優れて、保持要素１２１を製造可能である。

ホルダ１２は、絶縁性のホルダ、つまり電気絶縁効果を有する材料製である。ホルダ１２は、例えば鋳造工程又は印刷工程又は他の工程によって、ワンピースで製造されてよい。ホルダ１２は、複数の部分で構成されてもよい。個々の部分も、例えば鋳造工程又は印刷工程を介する、対応する方法を用いて製造されてよい。さらに、ホルダ１２が良好な耐熱性を有する材料製であることが有利である。この場合、良好とは、取り付けられた際に、発生する熱に起因して材料が破損しないような耐熱性であるべき、と理解される。つまり、モータに取り付けられた際に、例えば電気機械２によって発生する暖かさ又は熱によって、ホルダ１２が破損に至ってはならない。つまり、必要とされる耐熱性は、デカップリング要素１が取り付けられる用途に左右される。

デカップリング要素１は、基本的に、湾曲された可撓性ばねの作用原理に従って作動する。可撓性ばねは、弾性を有する（第３屈曲）領域１１３においてのみ負荷される。特に、これによって、結果的に耐用年数が延びる。さらに、ばねの作用により、個々の部品１、２、３の間の大きな公差補償の提供と、同時に高い安定性の提供が保証される。さらに、振動をデカップリングすることができる。これによって、耐振動性が改善される。加えて、屈曲されたバスバー１１の撓みが極めて大きいために、多様な膨張を、広い温度範囲に亘って補償することができる。図に見られるように、第１領域１１１及び第２領域１１２は、取り付けられていない状態又は負荷されていない状態において、ほぼ平行しており、相互に離間して配置されている。つまり、第３屈曲領域１１３は、ばね作用を発生させるために、対応して湾曲又は屈曲されている。この場合、曲げ又はカーブは、丸みを帯びている、つまり略半円形又はＵ字型の断面であることが好適である。つまり、長方形又は正方形の三辺を断面で形成するはずの、辺又は角がない。曲げの形状は、可撓性ばねを発生させるようなものとすべきである。

さらに、第１領域１１１及び第２領域１１２は、ほぼ同じ長さである。つまり、両方の領域が、相互に離間し、領域の面の大部分で相互に重なり合う。重なり合う長さ、つまり第１領域１１１、第２領域１１２のそれぞれの長さは、どのようなばねの作用を達成すべきかに応じて、当業者が決定することができる。

図２に示すように、バスバー１１の第２領域１１２は、例えばナットとして形成された接続要素１３を介してバスバーがホルダ１２と接続され、それによってバスバー１１が電気機械２又は電気機械２の負荷端子と接続される又は接続されている領域に、接続要素１３の形状に依存して対応する開口部又は孔を備える。この開口部は、位置的に、ホルダ１２の前述の開口部と対応する。

各バスバー１１は、例えば銅Ｃｕ又はアルミニウムＡｌ等、導電性の高い材料製である。

デカップリング要素１は、デカップリング要素１が取り付けられる構造スペースの幾何学的形状に適合された形状を有する。さらに、図２に示す実施形態では、３つのバスバー１１が、並んで又は相互に隣接して、同一方向で、つまり第３領域１１３が同様に整列して、それぞれ、１つのバスバー１１に関連する２つのスナップフックを保持要素１２１として用いて、ホルダ１２上に固定されている。これらの保持要素１２１は、各バスバー１１の第２領域１１２における、外側の平行する両側部で、屈曲された第３領域１１３に接続する端部に、配置されている。つまり、少なくとも１つの保持要素１２１は、ホルダ１２の領域で、バスバー１１の第２領域１１２から第３領域１１３への移行部の領域に配置されている。並んで配置されたバスバー１１の第３領域１１３は、同一方向を、図３においてはホルダ１２の後ろ側の方向を向く。各バスバー１１用のナット１３を締結するための開口部は、第２領域において、前側に、つまり屈曲領域１１３とは反対側に配置されている。１つのホルダ１２上に、より多くの又はより少ないバスバーを配置することもできる。さらにデカップリング要素は、二個の構成部品として射出成形によって実現することもできる。

２ 電気機械又はモータ
３ 制御装置又はパワーエレクトロニクス機器
１ デカップリング要素
１１ バスバー
１１１ バスバーの第１領域
１１２ バスバーの第２領域
１１３ バスバーの第３屈曲領域
１２ ホルダ
１２１ 例えばスナップフック等の保持要素
１３ 例えばナット、プッシュナット等の接続要素

Claims (9)

1. パワーエレクトロニクス機器（３）を電気機械（２）と接続するデカップリング要素（１）であって、
   絶縁材料製の少なくとも１つのホルダ（１２）と、
   前記ホルダ（１２）上に配置された少なくとも１つのバスバー（１１）と、を備え、前記少なくとも１つのバスバー（１１）が、第１領域（１１１）と、前記第１領域（１１１）と実質的に平行に配置されて前記第１領域（１１１）から離間する第２領域（１１２）と、屈曲されてばね要素として機能し、前記第１領域（１１１）を前記第２領域（１１２）と接続する第３領域（１１３）と、を備え、前記少なくとも１つのバスバー（１１）が、前記バスバー（１１）の前記第２領域（１１２）で、少なくとも１つの保持要素（１２１）を介して前記ホルダ（１２）と接続されているデカップリング要素（１）。
2. 請求項１に記載のデカップリング要素（１）であって、前記第１領域（１１１）及び前記第２領域（１１２）が、実質的に同じ長さであり、相互に重なり合って配置されているデカップリング要素（１）。
3. 請求項１又は２に記載のデカップリング要素（１）であって、前記少なくとも１つの保持要素（１２１）が、前記ホルダ（１２）の領域で、前記バスバー（１１）の前記第２領域（１１２）から前記第３領域（１１３）への移行部の領域に配置されているデカップリング要素（１）。
4. 請求項３に記載のデカップリング要素（１）であって、少なくとも１つの保持要素（１２１）は、スナップフックとして構成されているデカップリング要素（１）。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載のデカップリング要素（１）であって、２つの保持要素（１２１）は、少なくとも１つのバスバー（１１）を、それぞれ、前記第２領域（１１２）における平行する２つの側縁部で前記ホルダ（１２）と接続するように、前記ホルダ（１２）に設けられているデカップリング要素（１）。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載のデカップリング要素（１）であって、前記電気機械（２）と接続する接続要素（１３）を受容するために、前記バスバー（１１）の前記第２領域（１１２）の、前記第３領域（１１３）から離れた領域に開口部が備わり、また、前記領域に対応する前記ホルダ（１２）の領域に、対応する開口部が備わるデカップリング要素（１）。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載のデカップリング要素（１）であって、前記ホルダ（１２）が少なくとも３つのバスバー（１１）を備え、前記少なくとも３つのバスバー（１１）が、並んで相互に離間し、同一方向で配置されているデカップリング要素（１）。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載のデカップリング要素（１）であって、前記ホルダ（１２）及び前記少なくとも１つのバスバー（１１）の各々は、それぞれ、ワンピースで形成されているデカップリング要素（１）。
9. 電気機械（２）と、パワーエレクトロニクス機器（３）と、を備える装置であって、前記パワーエレクトロニクス機器（３）が、請求項１〜８の何れか一項に記載のデカップリング要素（１）を介して、前記電気機械（２）の少なくとも１つの負荷端子と接続され、前記デカップリング要素（１）のホルダ（１２）における、バスバー（１１）が配置されている側に対向する側は、前記電気機械（２）の方向を向くように配置されている装置。

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