JP3637846B2

JP3637846B2 - 配線構造

Info

Publication number: JP3637846B2
Application number: JP2000197607A
Authority: JP
Inventors: 善則村上
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2020-06-30
Also published as: JP2002017092A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバスバーと呼ばれる板状の電力用配線の配線構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は三相交流モータを、回転数制御しつつ直流電源によって駆動するためのＰＷＭインバータ回路の等価回路図である。図中、Ｐ、Ｎはバッテリー（電源）Ｂの陽極、陰極に接続された正電位線ならびに負電位線で、実際の装置における正電位線バスバーならびに負電位線バスバーに対応する。Ｌは負荷（三相交流モータ）、破線で囲んだ領域ｕ、ｖ、ｗは上下アームのトランジスタ（スイッチ）と環流ダイオードを内蔵した「２−ｉｎ−１」型のトランジスタモジュールを暗示するものである。Ｕ、Ｖ、Ｗは前記トランジスタモジュールｕ、ｖ、ｗの出力線で、実際の装置における出力線バスバーに対応するものである。
【０００３】
このようなＰＷＭインバータ回路においては、配線インダクタンスを低減するために、図９のように正電位線バスバーＰと負電位線バスバーＮとを積層した構成とするが、出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗはその先にさらに大きなインダクタンス負荷を有するため、出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗのインダクタンスについては特段の考慮はなされず、出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗは適宜互いに離れた配置で負荷Ｌまで伸びていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、実際には出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗを流れる出力電流にはＰＷＭスイッチングによる高周波ノイズが重畳しており、高周波ノイズが空間へ放出されてラジオノイズの原因となったり、あるいは、こうした強電ユニット内に存在する弱電系駆動回路に予期しない影響を及ぼしてしまうことがあり、別途対策が必要であった。
【０００５】
本発明はこのような問題に鑑み、出力線バスバーからの電磁波の発散を抑制し、高周波ノイズが少ない出力信号を提供する、簡便な配線構造を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するために、本発明では次のような構成をとる。すなわち、まず、前記特許請求の範囲の前記請求項１においては、端子部以外の至る所で正電位線バスバーと負電位線バスバーとに挟まれ積層状態をなす出力線バスバーを複数本を有し、前記出力線バスバー全数が併走する併走領域を有し、前記併走領域において、それぞれの前記出力線バスバーの中を流れる電流の、前記出力線バスバー全数に関するベクトル和は、それぞれの前記電流の大きさによらず常にゼロであり、前記出力線バスバーはそれぞれ、相補的に開閉する２つのスイッチを介して前記正電位線バスバーならびに前記負電位線バスバーと接続していて、前記併走領域では前記正電位線バスバーならびに前記負電位線バスバーは、前記それぞれの出力線バスバーに付随し積層構造をなす部分ばかりでなく、それぞれ一体化して前記出力線バスバー全数を挟んでいる構成とする。
【０００７】
次に前記請求項２においては、前記正電位線バスバーならびに前記負電位線バスバーは少なくとも前記併走領域において高透磁率材料よりなる構成とする。
【０００８】
次に前記請求項３においては、前記請求項１に対応する、より具体的な構成として、三相ＰＷＭインバータ装置の出力端子に接続されるべく、３本の出力線バスバーを有し、前記それぞれの出力線バスバーは端子部以外の至る所で、前記三相ＰＷＭインバータ装置の入力端子に接続される正電位線バスバーと負電位線バスバーとに挟まれ積層状態をなし、前記出力線バスバー３本が併走する併走領域を有し、前記併走領域では前記正電位線バスバーならびに前記負電位線バスバーは、前記それぞれの出力線バスバーに付随し積層構造をなす部分ばかりでなく、それぞれ一体化して前記出力線バスバー全数を挟んでいる構成とする。なお、これは後記図１に対応する。
【０００９】
次に前記請求項４においては、同じく前記請求項１に対応する、より具体的な構成として、直流モータを駆動するＨブリッジ型回路の出力端子と、前記直流モータの端子とを接続すべく、２本の出力線バスバーを有し、前記出力線バスバーは端子部以外の至る所で、前記Ｈブリッジ型回路の入力端子に接続される正電位線バスバーと負電位線バスバーとに挟まれ積層状態をなし、前記２本の出力線バスバーが併走する併走領域を有し、前記併走領域では前記正電位線バスバーならびに前記負電位線バスバーは、前記それぞれの出力線バスバーに付随し積層構造をなす部分ばかりでなく、それぞれ一体化して前記出力線バスバー全数を挟んでいる構成とする。なお、これは後記図２に対応する。
【００１０】
次に前記請求項５においては、第一と第二と第三の出力線バスバー（たとえばＵ、Ｖ、Ｗと呼ぶ）はそれぞれ、相補的に開閉する２つのスイッチを介して、直流電源につながる第一の電源線バスバー（たとえばＮと呼ぶ）ならびに第二の電源線バスバー（たとえばＰと呼ぶ）と接続していて、前記出力線バスバー３本が併走する併走領域を有し、前記併走領域において、それぞれの前記出力線バスバー（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の中を流れる電流の、前記出力線バスバー３本に関するベクトル和は、それぞれの前記電流の大きさによらず常にゼロであり、前記併走領域において前記第一の出力線バスバー（たとえばＵ）は、前記第三の出力線バスバー（たとえばＷ）と前記第一の電源線バスバー（Ｎ）とに挟まれた積層構造をなし、さらに前記併走領域において前記第二の出力線バスバー（Ｖ）は、前記第三の出力線バスバー（Ｗ）と前記第一の電源線バスバー（Ｎ）とに挟まれた積層構造をなし、前記併走領域以外では、前記第一と第二と第三の出力線バスバー（Ｕ、Ｖ、Ｗ）はそれぞれ端子領域を除き至る所で、前記第一の電源線バスバー（Ｎ）と前記第二の電源線バスバー（Ｐ）とに挟まれた積層構造をなす構成とする。なお、これは後記図４に対応する。
【００１１】
次に前記請求項６においては、第一と第二と第三の出力線バスバー（たとえばＵ、Ｖ、Ｗと呼ぶ）はそれぞれ、相補的に開閉する２つのスイッチを介して、直流電源につながる第一の電源線バスバー（たとえばＰと呼ぶ）ならびに第二の電源線バスバー（たとえばＮと呼ぶ）と接続していて、前記出力線バスバー３本が併走する併走領域を有し、前記併走領域において、それぞれの前記出力線バスバーの中を流れる電流の、前記出力線バスバー３本に関するベクトル和は、それぞれの前記電流の大きさによらず常にゼロであり、前記併走領域において前記第一の出力線バスバー（たとえばＵ）は、前記第三の出力線バスバー（たとえばＷ）と前記第一の電源線バスバー（Ｐ）とに挟まれた積層構造をなし、同じく前記併走領域において前記第二の出力線バスバー（Ｖ）は、前記第三の出力線バスバー（Ｗ）と前記第二の電源線バスバー（Ｎ）とに挟まれた積層構造をなし、前記併走領域以外では、前記第一と第二と第三の出力線バスバー（Ｕ、Ｖ、Ｗ）はそれぞれ端子領域を除き至る所で、前記第一の電源線バスバー（Ｐ）と前記第二の電源線バスバー（Ｎ）とに挟まれた積層構造をなす構成とする。なお、これは後記図６に対応する。
【００１２】
このような配線構造においては、複数の出力線バスバーが電源線バスバー（正電位線バスバー、負電位線バスバー）に挟まれた積層構造をなしているから、配線キャパシタンスが大きくなり、また複数の出力線バスバー全数が併走する併走領域を有するから、複数の出力線バスバーのうちいずれかに生じたスパイク状電流ノイズは、他の併走する出力線バスバーに分散して帰還する。
【００１３】
【発明の効果】
このような構成とすることにより、出力線バスバーを流れる出力電流に重畳する高周波ノイズをフィルタリングすることができ、出力線バスバーからの電磁波の発散を抑制し、さらに余分な配線インダクタンスを低減することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態を用いて詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施の形態を具体化したバスバー配線構造の一例を上から見た図である。なお、これは前記請求項１ならびに請求項３に対応するものである。図中、Ｐは正電位線バスバー、Ｎは負電位線バスバーで、正電位線バスバーＰ、負電位線バスバーＮは図１の紙面左側で積層状態になってそれぞれバッテリーＢの陽極、陰極へつながる。ｕ、ｖ、ｗは図８の等価回路におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の上アームと下アームのトランジスタを実装したトランジスタモジュールである。図１中、Ｕ、Ｖ、Ｗはトランジスタモジュールｕ、ｖ、ｗの出力線バスバーで、出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗは、相補的に開閉する２つのトランジスタ（スイッチ）を介してそれぞれ正電位線バスバーＰならびに負電位線バスバーＮと接続している。なお、図１では理解を容易にするために、積層されたバスバーは僅かにずらして描いてあるが、本発明の本質ではない。
【００１６】
全体で三相ＰＷＭインバータ回路を構成するこれらトランジスタモジュールｕ、ｖ、ｗ内の２つのトランジスタは相補的にオン、オフされるので、それぞれの出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗには瞬時的にはたとえばＰ−Ｕ間あるいはＵ−Ｎ間に対向電流が流れることになる。よって、配線インダクタンスを低減するために、バスバーは正電位線バスバー−出力線バスバー−負電位線バスバー（たとえばＰ−Ｕ−Ｎ）の順番で積層構造になっている。すなわち、出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗは端子部以外の至る所で正電位線バスバーＰと負電位線バスバーＮとに挟まれ積層状態をなしている。また、正電位線バスバーＰ、負電位線バスバーＮに挟まれた出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗの電位は、瞬時的には正電位線バスバーＰもしくは負電位線バスバーＮいずれかの電位をとる。よって、このように出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗと正電位線バスバーＰ、負電位線バスバーＮとを積層する構成にすると、配線キャパシタンスが大きくなり、これだけでもＰＷＭ駆動に起因する高周波ノイズのフィルタリング効果をもつ。しかし、この３本の出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗは集合していた方がさらにノイズをキャンセルしやすい。よって、本発明ではこの３本の出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗが併走して負荷Ｌ、あるいはその途中にあるインバータ回路の入ったユニットボックスの内部と外部とを連絡する接続端子へとつながる構成とする。すなわち、出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗが互いに隣接して併走する「併走領域Ａ」を有する。そして、併走領域Ａではそれぞれの出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗに付随する正電位線バスバーＰならびに負電位線バスバーＮは、それぞれ一体化して出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗすべてを挟んでいる。すなわち、併走領域Ａでは集合した出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗを挟み込む２枚の正電位線バスバーＰ、負電位線バスバーＮは融合して一体化して、３本の出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗを挟み込んで同様に併走する。この併走領域Ａにおいては正電位線バスバーＰ、負電位線バスバーＮには明らかに主電流は流れない。が、先の線間キャパシタンスが増える効果に加え、次のような効果がある。３本の出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗのうちいずれかに生じたスパイク状電流ノイズは、他の２本の併走する出力線バスバーのいずれかもしくは両方に分散して帰還する。たとえば、この電流ノイズがある瞬間に出力線バスバーＵと出力線バスバーＶとの間で流れたとすると、併走領域Ａにおいて出力線バスバーＵ、Ｖに隣接する正電位線バスバーＰ、負電位線バスバーＮには渦電流が誘起され、結果的に前記スパイク状電流に起因する電磁波の空間中への発散は抑制され、電流中の前記スパイク状電流も抑制される。このような構成にすれば、従来出力配線に取り付けられていたノイズフィルタは必要なくなるか、大幅に規模を低減できる。
【００１７】
また、上述のようにこの３本の出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗを挟む正電位線バスバーＰ、負電位線バスバーＮには大電流は流れないので、この部分の正電位線バスバーＰ、負電位線バスバーＮの厚さは出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗのノイズが表皮効果によって十分遮蔽される厚さが確保されていれば、他の大電流が流れる部分より薄くてよい。その方が全体の重量を軽減できる。また、これは前記請求項２に対応するものであるが、少なくとも正電位線バスバーＰ、負電位線バスバーＮの併走領域Ａにある部分のみ、導電性のある高透磁率材料か、前記薄いバスバーに積層した高透磁率材料で構成しておくことも有効で、この場合、さらに高いフィルタリング効果が期待できる。
【００１８】
次に図２は、本発明第二の実施の形態を具体化したバスバー配線構造の一例を上から見た図であり、前記請求項４に対応するものである。これは図３のような、直流モータを駆動するＨブリッジ回路を構成したもので、図中の記号は前記図１と同じである。すなわち、直流モータＬを駆動するＨブリッジ型回路の出力端子と、直流モータＬの端子とを接続すべく、２本の出力線バスバーＵ、Ｖを有し、出力線バスバーＵ、Ｖは端子部以外の至る所で、Ｈブリッジ型回路の入力端子に接続される正電位線バスバーＰと負電位線バスバーＮとに挟まれ積層状態をなし、２本の出力線バスバーＵ、Ｖが併走する併走領域Ａを有し、併走領域Ａでは正電位線バスバーＰならびに負電位線バスバーＮは、それぞれの出力線バスバーＵ、Ｖに付随し積層構造をなす部分ばかりでなく、それぞれ一体化して出力線バスバーＵ、Ｖの全数を挟んでいる構成となっている。このような構成でも併走領域Ａはノイズが外部空間へ出るのを抑制する効果をもつ。
【００１９】
次に図４は前記請求項５に対応するもので、図１同様、三相ＰＷＭインバータ装置からの３本の出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗが併走する構成図だが、併走領域Ａの幅を節約するために図のように出力線バスバーＷを幅広くし、出力線バスバーＵと出力線バスバーＶとは図のように隣接させ、出力線バスバーＵ、Ｖを負電位線バスバー（電源線バスバー）Ｎと出力線バスバーＷとで積層構造にしている。図４中、線分Ｋ−Ｋに沿ったバスバー構造の断面を矢印方向から眺めた様子を図５に示す。すなわち、併走領域Ａにおいて、それぞれの出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗの中を流れる電流の、出力線バスバー３本に関するベクトル和は、それぞれの電流の大きさによらず常にゼロであり、併走領域Ａにおいて出力線バスバーＵは、出力線バスバーＷと負電位線バスバーＮとに挟まれた積層構造をなし、併走領域Ａにおいて出力線バスバーＶは、出力線バスバーＷと負電位線バスバーＮとに挟まれた積層構造をなし、併走領域Ａ以外では、出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗはそれぞれ端子領域を除き至る所で、負電位線バスバーＮと正電位線バスバー（電源線バスバー）Ｐとに挟まれた積層構造をなしている。このようにすることにより、出力線バスバーＵと出力線バスバーＷとの間に流れる電流ノイズ、出力線バスバーＶと出力線バスバーＷとの間に流れる電流ノイズは直接キャンセルされ、出力線バスバーＵと出力線バスバーＶとの間に流れる電流ノイズは前述の渦電流によってキャンセルされ、図１の実施の形態とほぼ同じ効果をもつ。なお、図４中、正電位線バスバーＰは併走領域Ａに延在していても、していなくてもよく、また併走領域Ａで２つの出力線バスバーＵ、Ｖと負電位線バスバーＮとを隣接させたが、２つの出力線バスバーＵ、Ｖと正電位線バスバーＰとを隣接させた構造でもよい。
【００２０】
次に図６は前記請求項６に対応するもので、図４と同様に併走領域Ａの幅を節約できるバスバーの構成図だが、出力線バスバーＵと出力線バスバーＶとの配置関係が異なり、出力線バスバーＵ、Ｖは図のように出力線バスバーＷのそれぞれ別の主面に隣接して配置されている。図６中、線分Ｋ−Ｋに沿ったバスバー構造の断面を矢印方向から眺めた様子を図７に示す。すなわち、併走領域Ａにおいて、それぞれの出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗの中を流れる電流の、出力線バスバー３本に関するベクトル和は、それぞれの電流の大きさによらず常にゼロであり、併走領域Ａにおいて出力線バスバーＵは、出力線バスバーＷと正電位線バスバー（電源線バスバー）Ｐとに挟まれた積層構造をなし、同じく併走領域Ａにおいて電源線バスバーＶは、出力線バスバーＷと負電位線バスバー（電源線バスバー）Ｎとに挟まれた積層構造をなし、併走領域Ａ以外では、出力線バスバーＵ、Ｖ、Ｗはそれぞれ端子領域を除き至る所で、正電位線バスバーＰと負電位線バスバーＮとに挟まれた積層構造をなしている。効果は図４の実施の形態とほぼ同様であるが、このような構成にすることにより、出力線バスバーＵ、Ｖは３つの導体に渦電流を誘起することができ、高周波ノイズの抑制効果がさらに期待できる。この構成では正電位線バスバーＰと負電位線バスバーＮとはどちらも併走領域Ａに延在している。
【００２１】
なお、ここではＵ相、Ｖ相、Ｗ相のためのトランジスタモジュールが個別モジュールから構成される場合を例にとったが、もちろん、６ｉｎ１構造のトランジスタモジュールの内部バスバーの構造であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態を説明する構成図である。
【図２】本発明の第二の実施の形態を説明するバスバー配線の構成図である。
【図３】図２のバスバー配線の使われるＨブリッジ回路の等価回路図である。
【図４】本発明の第一の実施の形態を説明するバスバー配線の別の構成図である。
【図５】図４中の線分Ｋ−Ｋに沿った断面を、図４中の矢印方向から見た断面図である。
【図６】本発明の第一の実施の形態を説明するバスバー配線の別の構成図である。
【図７】図６中の線分Ｋ−Ｋに沿った断面を、図６中の矢印方向から見た断面図である。
【図８】三相交流モータを回転数制御しつつ直流電源によって駆動するためのＰＷＭインバータ回路（図１、図４、図６のバスバー配線の使われるＰＷＭインバータ回路）の等価回路図である。
【図９】従来例を示すバスバー配線の構成図である。
【符号の説明】
Ｐ…正電位線バスバー
Ｎ…負電位線バスバー
ｕ、ｖ、ｗ…トランジスタモジュール
Ｕ、Ｖ、Ｗ…出力線バスバー
Ａ…併走領域

Claims

端子部以外の至る所で正電位線バスバーと負電位線バスバーとに挟まれ積層状態をなす出力線バスバーを複数本を有し、前記出力線バスバー全数が併走する併走領域を有し、前記併走領域において、それぞれの前記出力線バスバーの中を流れる電流の、前記出力線バスバー全数に関するベクトル和は、それぞれの前記電流の大きさによらず常にゼロであり、前記出力線バスバーはそれぞれ、相補的に開閉する２つのスイッチを介して前記正電位線バスバーならびに前記負電位線バスバーと接続していて、前記併走領域では前記正電位線バスバーならびに前記負電位線バスバーは、前記それぞれの出力線バスバーに付随し積層構造をなす部分ばかりでなく、それぞれ一体化して前記出力線バスバー全数を挟んでいる、ことを特徴とする配線構造。
前記正電位線バスバーならびに前記負電位線バスバーは少なくとも前記併走領域において高透磁率材料よりなる、ことを特徴とする前記請求項１に記載の配線構造。
三相ＰＷＭインバータ装置の出力端子に接続されるべく、３本の出力線バスバーを有し、前記それぞれの出力線バスバーは端子部以外の至る所で、前記三相ＰＷＭインバータ装置の入力端子に接続される正電位線バスバーと負電位線バスバーとに挟まれ積層状態をなし、前記出力線バスバー３本が併走する併走領域を有し、前記併走領域では前記正電位線バスバーならびに前記負電位線バスバーは、前記それぞれの出力線バスバーに付随し積層構造をなす部分ばかりでなく、それぞれ一体化して前記出力線バスバー全数を挟んでいる、ことを特徴とする配線構造。
直流モータを駆動するＨブリッジ型回路の出力端子と、前記直流モータの端子とを接続すべく、２本の出力線バスバーを有し、前記出力線バスバーは端子部以外の至る所で、前記Ｈブリッジ型回路の入力端子に接続される正電位線バスバーと負電位線バスバーとに挟まれ積層状態をなし、前記２本の出力線バスバーが併走する併走領域を有し、前記併走領域では前記正電位線バスバーならびに前記負電位線バスバーは、前記それぞれの出力線バスバーに付随し積層構造をなす部分ばかりでなく、それぞれ一体化して前記出力線バスバー全数を挟んでいる、ことを特徴とする配線構造。
第一と第二と第三の出力線バスバーはそれぞれ、相補的に開閉する２つのスイッチを介して、直流電源につながる第一の電源線バスバーならびに第二の電源線バスバーと接続していて、前記出力線バスバー３本が併走する併走領域を有し、前記併走領域において、それぞれの前記出力線バスバーの中を流れる電流の、前記出力線バスバー３本に関するベクトル和は、それぞれの前記電流の大きさによらず常にゼロであり、前記併走領域において前記第一の出力線バスバーは、前記第三の出力線バスバーと前記第一の電源線バスバーとに挟まれた積層構造をなし、前記併走領域において前記第二の出力線バスバーは、前記第三の出力線バスバーと前記第一の電源線バスバーとに挟まれた積層構造をなし、前記併走領域以外では、前記第一と第二と第三の出力線バスバーはそれぞれ端子領域を除き至る所で、前記第一の電源線バスバーと前記第二の電源線バスバーとに挟まれた積層構造をなす、ことを特徴とする配線構造。
第一と第二と第三の出力線バスバーはそれぞれ、相補的に開閉する２つのスイッチを介して、直流電源につながる第一の電源線バスバーならびに第二の電源線バスバーと接続していて、前記出力線バスバー３本が併走する併走領域を有し、前記併走領域において、それぞれの前記出力線バスバーの中を流れる電流の、前記出力線バスバー３本に関するベクトル和は、それぞれの前記電流の大きさによらず常にゼロであり、前記併走領域において前記第一の出力線バスバーは、前記第三の出力線バスバーと前記第一の電源線バスバーとに挟まれた積層構造をなし、前記併走領域において前記第二の出力線バスバーは、前記第三の出力線バスバーと前記第二の電源線バスバーとに挟まれた積層構造をなし、前記併走領域以外では、前記第一と第二と第三の出力線バスバーはそれぞれ端子領域を除き至る所で、前記第一の電源線バスバーと前記第二の電源線バスバーとに挟まれた積層構造をなす、ことを特徴とする配線構造。