JP4935735B2 - バスバー及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、主に、アルミニウム材から形成されるバスバー及びその製造方法に関する。
従来から、樹脂成形構造物にインサートされたバスバーを備え、該バスバーに高容量電子部品を密着させて配設したことを特徴とする電子部品の取り付け構造が知られている(例えば、特許文献1参照)。この取り付け構造では、バスバーは、放熱用金属体としても機能する電子部品収容用のアルミダイキャスト製ハウジングに、絶縁シートを介して熱的に結合されている。
特開2002−50883号公報
ところで、従来では、バスバーは、銅にニッケルメッキを施して形成されるのが一般的であった。これに対して、銅は重量面で不利であるので、バスバーの軽量化を図るべく、バスバーをアルミニウム材で形成することが考えられる。
しかしながら、バスバーを、添加物の少ない(純度の高い)アルミニウム材で形成すると、アルミニウム材の硬度が低いためにボルト締結時に座屈が生じ易くなるので、硬度の高いアルミニウム材を使用する必要がある。ところが、硬度の高いアルミニウム材は、マグネシウム等を添加物として含んでいるので、アルミニウム材の表層上に酸化膜が形成され、例えばワイヤボンディングのような電線との接合強度が低下してしまうという問題が生ずる。
そこで、本発明は、硬度の高いアルミニウム材で形成されるがワイヤボンディングのような電線との接合強度が低下しないバスバー及びその製造方法等の提供を目的とする。
上記目的を達成するため、第1の発明は、アルミニウム材から形成され、電線が接合される電線接合部を備えるバスバーであって、
前記電線接合部は、前記アルミニウム材の表面層上の酸化膜が除去された部位であり、
前記アルミニウム材は、ISO規格のA6000系のアルミニウムからなり、
前記電線接合部には、前記電線が超音波接合されることを特徴とする。
第4の発明は、第1の発明に係るバスバーにおいて、
前記アルミニウム材の表面層上の酸化膜は、酸洗浄により除去されていることを特徴とする。
第5の発明は、第1の発明に係るバスバーにおいて、
ボルト締結部を備えることを特徴とする。
第6の発明は、第1の発明に係るバスバーにおいて、
前記電線は、ワイヤボンディング若しくはテープボンディングであることを特徴とする。
第7の発明は、第1の発明に係るバスバーにおいて、
パワーモジュールに実装されることを特徴とする。
第8の発明は、第1乃至7のいずれかの発明に係るバスバーをインサート材として、樹脂によりインサート成形してなるパワーモジュール用ハウジングに関する。
第9の発明は、インバータに関し、
ISO規格のA6000系のアルミニウムからなるアルミニウム材から形成され、ボルト締結部と電線接合部を備えるバスバーと、
前記バスバーの電線接合部に超音波溶接されるワイヤボンディング若しくはテープボンディングと、
前記ワイヤボンディング若しくはテープボンディングに電気的に接続されるパワー素子とを備え、
前記バスバーの電線接合部は、前記アルミニウム材の表面層上の酸化膜が除去された部位であることを特徴とする。
第10の発明は、車両用電気駆動システムに関し、
前記ボルト締結部を複数備える第9の発明に係るインバータと、
前記インバータ側のバスバーの第1のボルト締結部にボルト締結されるバッテリ側のバスバーを介して、前記インバータ側のバスバーに電気的に接続されるバッテリと、
前記インバータ側の第2のボルト締結部にボルト締結されるモータ側のバスバーを介して、前記インバータ側のバスバーに電気的に接続されるモータとを含むことを特徴とする。
本発明によれば、硬度の高いアルミニウム材で形成されるがワイヤボンディングのような電線との接合強度が低下しないバスバー及びその製造方法等が得られる。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
図1は、本発明による車両用電気駆動システム1の一実施例を示す構成図である。車両用電気駆動システム1は、ハイブリッド車や電気自動車で用いられるシステムであり、電池2と、インバータ10と、車輪に連結されるモータジェネレータ4とを備える。尚、モータジェネレータ4は、複数のモータジェネレータから構成されてもよい。
インバータ10は、ECU14と、昇圧コンバータ16と、パワーモジュール12とを内部に含む。パワーモジュール12は、ECU14からの駆動信号によりPWM制御でDC−AC間の変換を行う電力変換器である。ECU14は、パワーモジュール12を制御して、モータジェネレータ4の力行/回生動作を制御する。
図2は、パワーモジュール12のハウジング70の要部を上面視で示す図である。図3は、図2のA−A断面を示す図である。
ハウジング70は、バスバー80をインサート材として樹脂によりインサート成形される。ハウジング70の上面には、インバータ回路を構成するIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)50及びダイオード(Free Wheel Diode)52が設置される。尚、IGBT50に代えて、MOSFET(metal oxide semiconductor field−effect transistor)のような他のスイッチング素子が用いられてもよい。また、ハウジング70の上面には、インバータ回路を覆うように制御回路部(基板)が設けられてもよい。また、設置されるIGBT50及びダイオード52の数は、3相交流型のモータジェネレータ4に対応して、少なくともそれぞれ6個であるが、フェーズ数は任意である。
ハウジング70は、バスバー80により構成される入力端子82を備える。入力端子82は、ボルト締結部(ボルト締結面)を構成し、入力端子82には、電池2側の他のバスバー(図示せず)がボルト締結される。これにより、入力端子82に電池2が電気的に接続される。尚、入力端子82に電池2が直付けされる必要はなく、取り回しようの電線(上記の他のバスバーを端部に備える電線)や他の構成要素(例えば昇圧コンバータ16)を介して電池2が入力端子82に接続されてよい。
ハウジング70は、バスバー80により構成される出力端子84を備える。出力端子84は、ボルト締結部(ボルト締結面)を構成し、出力端子84には、モータジェネレータ4側の他のバスバー(図示せず)がボルト締結される。これにより、入力端子82にモータジェネレータ4が電気的に接続される。尚、出力端子84の数は、モータジェネレータ4の数に応じて決定されてよい。
バスバー80は、図2に示すように、上述の入力端子82及び出力端子84を提供すると共に、テープボンディング(T/B)90が接合されるT/B接合部86(図中では、6組の箇所のうちの1組の箇所のみを点線範囲にて指示)を提供する。T/B接合部86には、テープボンディング90の端部が超音波接合される。バスバー80は、複数ピースの部材から構成されてもよい。
テープボンディング90は、アルミニウムから形成されたテープ状の電線である。テープボンディング90は、バスバー80に接合されると共に、IGBT50及びダイオード52に接合される。尚、テープボンディング90に代えて、アルミニウムから形成されるワイヤ状のワイヤボンディングが使用されてもよい。
本実施例では、バスバー80は、ボルト締結部でのボルト締結時の座屈を防止するために、硬度の高いアルミニウム材から形成される。硬度の高いアルミニウム材は、好ましくはISO規格のA5000系のアルミニウム材であり、最も好ましくは、ISO規格のA6000系のアルミニウム材である。バスバー80は、例えばA6101−T6のアルミニウム材から形成される。
ところで、硬度の高いアルミニウム材には、マグネシウムなどの添加物が含まれているため、アルミニウム材の表層に、マグネシウムの酸化に起因した酸化膜が比較的厚い膜厚で形成されてしまう。アルミニウム材の表層の酸化膜は、T/B接合部86におけるテープボンディング90とバスバー80と間の超音波溶接の障害となり、超音波溶接による接合強度を低下させる原因となる。即ち、T/B接合部86にてアルミニウム材の表層に比較的厚い膜厚の酸化膜が存在すると、当該酸化膜の下層にあるアルミニウム表層に超音波溶接時の超音波振動が適切に作用せず、T/B接合部86においてテープボンディング90とバスバー80と間の必要な接合強度を確保することができなくなる。
そこで、本実施例では、バスバー80は、少なくともT/B接合部86において、アルミニウム材の表面層上の酸化膜が除去される。この酸化膜の除去は、バスバー80を形成するアルミニウム材を酸洗浄することで実現される。尚、酸洗浄の方法は任意であり、酸化膜を除去してアルミニウム表層を露出させる方法であればよい。
従って、本実施例によれば、バスバー80は、硬度の高いアルミニウム材から形成される一方、酸洗浄によりT/B接合部86における酸化膜が除去されているので、ボルト締結部の強度を維持しつつ、T/B接合部86におけるテープボンディング90とバスバー80と間の必要な接合強度を確保することができる。また、酸洗浄という比較的安価で工数の少ない処理を追加するだけでよいので、アルミニウム材にニッケルメッキを施してバスバーを形成する場合に比べて、バスバー80の製造コストを低減することができる。
次に、本実施例によるバスバー80を含むハウジング70の製造方法について説明する。
図4は、本実施例によるバスバー80を含むハウジング70の製造方法の主要工程の一例を示すフローチャートである。
ステップ001では、バスバー80の原料となる例えばA6000系のアルミニウム材を用意し、例えばプレス機により、バスバー80の形状にアルミニウム材を成形する。尚、この成形工程は、バスバー80のボルト締結部の穴の打ち抜き工程やバリの除去工程等を含んでよい。
ステップ002では、所定の形状に成形したアルミニウム材を酸洗浄する。これにより、アルミニウム材の表層に形成された酸化膜が除去される。以上のステップ001及び002の工程が終了すると、本実施例によるバスバー80が出来上がる。
ステップ003では、バスバー80をインサート材として、ハウジング70を樹脂でインサート成形する。
ステップ004では、必要な回路素子を実装し、T/B接合部86においてテープボンディング90とバスバー80を超音波溶接する。
図5は、本実施例によるバスバー80を含むハウジング70の製造方法の主要工程のその他の一例を示すフローチャートである。
ステップ011では、バスバー80の原料となる例えばA6000系のアルミニウム材を用意し、酸洗浄するこれにより、アルミニウム材の表層に形成された酸化膜が除去される。
ステップ012では、酸洗浄されたアルミニウム材を、例えばプレス機により、バスバー80の形状に成形する。尚、この成形工程は、バスバー80のボルト締結部の穴の打ち抜き工程等を含んでよい。以上のステップ011及び012の工程が終了すると、本実施例によるバスバー80が出来上がる。
ステップ013では、バスバー80をインサート材として、ハウジング70を樹脂でインサート成形する。
ステップ014では、必要な回路素子を実装し、T/B接合部86においてテープボンディング90とバスバー80を超音波溶接する。
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
本発明による車両用電気駆動システム1の一実施例を示す構成図である。 パワーモジュール12のハウジング70の要部を上面視で示す図である。 図2のA−A断面を示す図である。 本実施例によるバスバー80を含むハウジング70の製造方法の主要工程の一例を示すフローチャートである。 本実施例によるバスバー80を含むハウジング70の製造方法の主要工程のその他の一例を示すフローチャートである。
符号の説明
1 車両用電気駆動システム
2 電池
4 モータジェネレータ
10 インバータ
12 パワーモジュール
14 ECU
16 昇圧コンバータ
50 IGBT
52 ダイオード
70 ハウジング
80 バスバー
82 入力端子
84 出力端子
86 T/B接合部
90 テープボンディング

Claims (8)

  1. アルミニウム材から形成され、電線が接合される電線接合部を備えるバスバーであって、
    前記電線接合部は、前記アルミニウム材の表面層上の酸化膜が除去された部位であり、
    前記アルミニウム材は、ISO規格のA6000系のアルミニウムからなり、
    前記電線接合部には、前記電線が超音波接合されることを特徴とする、バスバー。
  2. 前記アルミニウム材の表面層上の酸化膜は、酸洗浄により除去されていることを特徴とする、請求項1に記載のバスバー。
  3. ボルト締結部を備えることを特徴とする、請求項1に記載のバスバー。
  4. 前記電線は、ワイヤボンディング若しくはテープボンディングであることを特徴とする、請求項1に記載のバスバー。
  5. パワーモジュールに実装されることを特徴とする、請求項1に記載のバスバー。
  6. 請求項1乃至のいずれか1項に記載のバスバーをインサート材として、樹脂によりインサート成形してなることを特徴とする、パワーモジュール用ハウジング。
  7. ISO規格のA6000系のアルミニウムからなるアルミニウム材から形成され、ボルト締結部と電線接合部を備えるバスバーと、
    前記バスバーの電線接合部に超音波溶接されるワイヤボンディング若しくはテープボンディングと、
    前記ワイヤボンディング若しくはテープボンディングに電気的に接続されるパワー素子とを備え、
    前記バスバーの電線接合部は、前記アルミニウム材の表面層上の酸化膜が除去された部位であることを特徴とする、インバータ。
  8. 前記ボルト締結部を複数備える請求項に記載のインバータと、
    前記インバータ側のバスバーの第1のボルト締結部にボルト締結されるバッテリ側のバスバーを介して、前記インバータ側のバスバーに電気的に接続されるバッテリと、
    前記インバータ側の第2のボルト締結部にボルト締結されるモータ側のバスバーを介して、前記インバータ側のバスバーに電気的に接続されるモータとを含むことを特徴とする、車両用電気駆動システム。
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