JP4432913B2 - 積層型ブスバーアセンブリ及びそのモールド装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のブスバーを薄い電気絶縁樹脂材を挟んで平行配置してなる積層型ブスバーアセンブリ及びそのモールド装置に関する。

たとえば車両用途などにおける近年のモータ技術分野において、モータ損失低減の要求からブラシレスＤＣモータやリラクタンスモータなどの使用が増大している。この種のモータの駆動にはＰＷＭ制御インバータ装置の使用が通常であるが、このＰＷＭ制御インバータ装置は大電流の高速スイッチングが必須であり、その結果としてブスバーのインダクタンス成分（以下、ブスバーインダクタンス又はラインインダクタンスとも呼ぶ）により大きなスイッチングサージ電圧が発生することが知られている。そこで、ブスバーインダクタンスの低減のために、スイッチング回路に給電するブスバーをたとえば接地用のブスバーにより覆うことや、ブスバーの幅を増大することなどの対策が公知となっている。

また、複数のブスバーを樹脂モールドすることにより、各ブスバー間の相対位置を強固に確保する樹脂モールド型ブスバーアセンブリは、たとえば耐振動性を要求される場合に採用されている（たとえば特許文献１〜３）。
特開平１１−２４３２８５号公報 特開２００２−２７６３６号公報 特開２００２−８４６２４号公報

近年のモータ制御の高速スイッチング化により、ブスバーインダクタンスによるスイッチングサージ電圧の低減がますます重要となっている。このブスバーインダクタンスの低減には、モータ制御用のスイッチング回路の一端へスイッチング電流を流すブスバーと、このスイッチング回路の他端からスイッチング電流が流出するブスバーとを薄い電気絶縁樹脂シートを通じて対面させる構造（以下、積層型ブスバーアセンブリ構造とも呼ぶ）を採用すること、及び、これらブスバーの幅をできるだけ広く形成することが有効である。

しかしながら、この積層型ブスバーアセンブリ構造では、電気絶縁樹脂シートの幅方向端縁を回っての沿面放電現象を防止するため、薄い電気絶縁樹脂シートの幅方向端縁をブスバーの幅方向端縁よりも相当な幅だけ外側へ延在させる必要がある。このことは、このブスバーアセンブリの小型化の障害となる。もちろん、ブスバーの幅方向端縁よりも飛び出た電気絶縁樹脂シートの幅方向端縁を下方へ垂れ下がらせることも可能であるが、この場合にはブスバーアセンブリの下方の電子部品の配置に悪影響を与えることになる。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、優れたブスバーインダクタンス低減効果を奏するとともに、組み付け性も改善されたコンパクトなブスバーアセンブリ構造を提供することをその目的としている。

上記課題を解決する本発明の積層型ブスバーアセンブリは、所定形状に形成された平板状導体によりそれぞれ形成されて互いに小間隔を隔てて対面しつつ延在するとともにスイッチング回路へのスイッチング電流の流入と流出とを行う複数のブスバーと、前記各ブスバーの間のブスバーギャップに設けられて前記各ブスバー間の電気絶縁ギャップを確保する電気絶縁樹脂材とを備える積層型ブスバーアセンブリにおいて、前記電気絶縁樹脂材が、その長手方向における少なくとも所定部位にて前記各ブスバーの幅方向及び厚さ方向における全周を被覆するとともに、前記各ブスバーの間の前記小間隔にも充填される樹脂モールド部により構成されており、前記各ブスバーアセンブリの少なくとも一枚に貫設されるとともに前記樹脂モールド部が埋設されたインジェクション圧逃がし孔を有する、ことを特徴としている。

すなわち、この発明の積層型ブスバーアセンブリは、互いに小間隔を隔てて対面しつつ延在する各ブスバーの周囲（幅方向及び厚さ方向）及びブスバー間のブスバーギャップの両方を樹脂モールド部により樹脂モールドする。

つまり、この樹脂モールド部は、各ブスバーの長手方向と直角の方向において各ブスバーを完全に囲覆して、従来の樹脂モールド型ブスバーアセンブリと同様に、各ブスバーを機械的に強固に支持できる。

また、この積層型ブスバーアセンブリでは、各ブスバーの間の小間隙（ブスバーギャップ）にも充填されるため、ブスバーギャップの幅が非常に小さくても均一かつ機械的に強固に維持することができる。したがって、この発明の樹脂モールド型積層式ブスバーアセンブリでは、大きなブスバー間静電容量と小さい等価ブスバーインダクタンスをもつことができ、スイッチングサージ電圧を大幅に低減することができる。

更に、この発明では、積層型ブスバーアセンブリのブスバーギャップにブスバーよりも幅広の絶縁シートを介在させる必要がないため、ブスバーアセンブリを小型化することができる。また更に、絶縁シートの幅方向端縁を回ってのブスバー間の沿面放電防止のためにブスバーの幅方向端縁から飛び出たあるいは垂れ下がった絶縁シートが、他の回路部品や回路素子に接触したりしてその熱放散を邪魔することがなく、回路部品の高密度実装が可能となる。

加えて、この積層型ブスバーアセンブリでは、前記各ブスバーアセンブリの少なくとも一枚に貫設されるとともに前記樹脂モールド部が埋設されたインジェクション圧逃がし孔を有する。

本発明者らは、上記した積層型ブスバーアセンブリを樹脂モールドにより製作することを試みたところ、金型内への樹脂射出時に、金型内にセットされたブスバーが暴れ、その結果としてブスバーの位置がずれたり、ブスバーギャップが許容範囲を超えてばらついたりすることを見いだした。検討したところ、その原因は、ブスバー間の小さいブスバーギャップへの樹脂の注入が容易ではなく、遅れることに起因することがわかった。金型各部からキャビティ内に射出された樹脂液は、強い圧力でブスバーを付勢する。ブスバーの背面にも等しい圧力が掛かればブスバーの一対の主面に掛かる射出圧力は相殺されて、その差は小さくなり、上記ブスバーの暴れは生じないはずである。それにはできるだけ早くブスバーの射出圧力を直接受ける表面の裏側へ樹脂液を回り込ませることが重要となる。ブスバーギャップに少しでも樹脂液が注入されれば、この樹脂液が両側のブスバーからの圧力に対抗する力を生み出すため、ブスバーに掛かる上記差圧が大幅に減少するはずである。

この観点から、発明者は、各ブスバーアセンブリの少なくとも一枚に厚さ方向へ貫設されたインジェクション圧逃がし孔を設けた。その結果、上記したキャビティ内でのブスバーの暴れによるブスバーの位置ずれを許容公差内に収めることができることがわかった。これは、キャビティ内に注入された樹脂液が、このインジェクション圧逃がし孔を通じてブスバーの背面すなわちブスバーギャップ側に速やかに回り込むため、ブスバーの射出圧力を直接受ける側の主面である表面側における圧力上昇が大幅に低減されるためと考えられる。

なお、インジェクション圧逃がし孔の個数や形状は自由であり必要に応じて選択すればよい。インジェクション圧逃がし孔の個数を増加したり、孔径を増大すれば、上記効果が相対的に向上することは明白である。また、インジェクション圧逃がし孔は、電流通電を阻害しないように電流通電方向に長い長孔としてもよい。

好適な態様において、前記インジェクション圧逃がし孔は、前記各ブスバーに設けられているので、ブスバーの暴れを更に抑止することができる。

好適な態様において、樹脂モールド部を整形するための金型は、前記金型のキャビティ内にセットされた前記ブスバーのインジェクション圧逃がし孔に近接して、前記キャビティ内に樹脂を注入する樹脂注入孔を有する。このようにすれば、ブスバーの射出圧力を直接受ける表面のうち、高い射出圧力を受ける樹脂注入孔近傍における圧力上昇を低減することができ、キャビティ内でのブスバーの暴れを更に良好に低減することができる。

本発明の積層型ブスバーアセンブリの好適な実施形態を図１及び図２を参照して説明する。ただし、本発明は、下記の実施形態に限定解釈されるべきものではないことはもちろんである。図１は、この実施形態の積層型ブスバーアセンブリの幅方向及び厚さ方向における断面図、図２はその斜視図である。ただし、図２において、積層型ブスバーアセンブリは所定部位にて幅方向及び厚さ方向に断面図示されている。

この積層型ブスバーアセンブリ１は、＋ブスバー２と、−ブスバー３と、＋ブスバー２及び−ブスバー３を所定厚さで囲覆する樹脂モールド部４とからなる。＋ブスバー２は、その幅方向中央部に位置してインジェクション圧逃がし孔５を有している。インジェクション圧逃がし孔５には、樹脂モールド部４が充填されている。

なお、＋ブスバー２は図示しない所定部位にて樹脂モールド部４から突出して＋接続端子を構成し、同じく−ブスバー３も図示しない所定部位にて樹脂モールド部４から突出して−接続端子を構成している。

＋ブスバー２及び−ブスバー３は、厚銅板をプレス加工してなり、その幅は約７０mm、厚さは約３．５mmとされている。インジェクション圧逃がし孔５の直径は約１mm、＋ブスバー２と−ブスバー３との間の隙間であるブスバーギャップgは約１mmとされている。樹脂モールド部４の被覆厚さは２〜４mmとされている。

この樹脂モールドされた積層型ブスバーアセンブリ１を用いたモータ制御装置の回路図を図２に示す。

５０は三相モータを駆動する三相インバータ回路、６はバッテリ、７は平滑コンデンサである。積層型ブスバーアセンブリ１は、三相インバータ回路５０が収容されたインバータケース内に収容され、このインバータケースに締結されて固定されている。＋ブスバー２はこの三相インバータ回路５０の高電位側の電源線を構成し、各相の上アーム側のIGBTのコレクタ電極に接続されている。同じく、−ブスバー３はこの三相インバータ回路５０の低電位側の電源線を構成し、各相の下アーム側のIGBTのエミッタ電極に接続されている。

８は三相インバータ回路５０の＋電源端子８であり、９は三相インバータ回路５０の−電源端子９である。１０は三相インバータ回路５０とバッテリ６とを接続する電源ケーブルである。電源ケーブル１０は、＋ライン２０と−ライン３０とをもつ。＋ライン２０は分岐突起２１をもち、−ライン３０は分岐突起３１をもつ。これら分岐突起２１、３１には平滑コンデンサ７の両端が接続されている。

（変形態様）
バッテリ６と三相インバータ回路５０とが近接している場合には、積層型ブスバーアセンブリ１をバッテリ６の両極まで延長してもよい。また、その時、＋ブスバー２及び−ブスバー３からそれぞれ分岐して平滑コンデンサ７の両極に個別に接続しても良い。その他、積層型ブスバーアセンブリ１を平滑コンデンサ７まで延長して、＋ブスバー２及び−ブスバー３を平滑コンデンサ７の両極に個別に接続しても良い。この時、平滑コンデンサの両極にバッテリ６からの電源ケーブルを接続しても良い。

（変形態様）
上記実施形態では、インジェクション圧逃がし孔５は＋ブスバー２に一つだけ設けたが、複数のインジェクション圧逃がし孔５を＋ブスバー２に設けても良く、インジェクション圧逃がし孔５を−ブスバー３に設けても良い。また、＋ブスバー２に設けたインジェクション圧逃がし孔５と−ブスバー３に設けたインジェクション圧逃がし孔５とを面方向同位置に配置すると、インジェクション時の圧力逃がしが容易となる。

（モールド工程）
樹脂モールド部４を製造するためのモールド工程を図４を参照して説明する。

１１、１２は金型であって、１１は下型、１２は上型である。１３は樹脂モールド部４を成形するためのキャビティ、１４〜１６は下型１１に設けられた樹脂注入孔、１７は上型１２に設けられた樹脂注入孔である。キャビティ１３には、＋ブスバー２及び−ブスバー３が収容され、固定されている。樹脂注入孔１７はインジェクション圧逃がし孔５に近接して配置されている。樹脂注入孔１４〜１７からキャビティ１３内に収容された樹脂液はインジェクション圧逃がし孔５から＋ブスバー２と−ブスバー３との間のブスバーギャップに注入される。

上記説明した積層型ブスバーアセンブリ１の効果は既述した通りであるが、樹脂液注入時に＋ブスバー２及び−ブスバー３に加えられる差圧を低減できるため、＋ブスバー２及び−ブスバー３の位置ずれを良好に防止することができるため仕上がり精度向上において特に有効である。

なお、インジェクション圧逃がし孔５は、キャビティ内にてできるだけ圧力が高くなる部位、好適には、＋ブスバー２及び−ブスバー３の主面方向において樹脂注入孔１７と重なる位置に配置することが好適であり、図４に示す部位に限定されないことは明白である。

実施形態の積層型ブスバーアセンブリの断面図である。 実施形態の積層型ブスバーアセンブリの斜視図である。 実施形態の積層型ブスバーアセンブリを用いたモータ制御装置を示す回路図である。 実施形態の積層型ブスバーアセンブリのモールドに用いる金型の断面図である。

符号の説明

１ 積層型ブスバーアセンブリ
２ ＋ブスバー
３ −ブスバー
４ 樹脂モールド部
５ インジェクション圧逃がし孔
６ バッテリ
７ 平滑コンデンサ
８ 電源端子
９ 電源端子
１０ 電源ケーブル
１１ 下型
１２ 上型
１３ キャビティ
１４〜１７ 樹脂注入孔
２０ ＋ライン
２１ 分岐突起
３０ −ライン
３１ 分岐突起
５０ 三相インバータ回路

Claims (3)

1. 所定形状に形成された平板状導体によりそれぞれ形成されて互いに小間隔を隔てて対面しつつ延在するとともにスイッチング回路へのスイッチング電流の流入と流出とを行う複数のブスバーと、
   前記各ブスバーの間のブスバーギャップに設けられて前記各ブスバー間の電気絶縁ギャップを確保する電気絶縁樹脂材と、
   を備える積層型ブスバーアセンブリにおいて、
   前記電気絶縁樹脂材は、
   その長手方向における少なくとも所定部位にて前記各ブスバーの幅方向及び厚さ方向における全周を被覆するとともに、前記各ブスバーの間の前記小間隔にも充填される樹脂モールド部により構成されており、
   前記各ブスバーアセンブリの少なくとも一枚に貫設されるとともに前記樹脂モールド部が埋設されたインジェクション圧逃がし孔を有する、
   ことを特徴とする積層型ブスバーアセンブリ。
2. 請求項１記載の積層型ブスバーアセンブリにおいて、
   前記インジェクション圧逃がし孔は、前記各ブスバーに設けられている積層型ブスバーアセンブリ。
3. 請求項１記載の積層型ブスバーアセンブリのモールド装置において、
   前記樹脂モールド部を整形するための金型は、前記金型のキャビティ内にセットされた前記ブスバーのインジェクション圧逃がし孔に近接して、前記キャビティ内に樹脂を注入する樹脂注入孔を有する積層型ブスバーアセンブリのモールド装置。

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