JP5738472B2 - 多層被覆積層バスバーシステムおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、バスバーなどの電力分配システムに絶縁誘電層を設ける改良されたシステムおよび方法に関するものであり、特に複数の導体要素を有するそうしたシステムに関するものである。

バスバーなどの電力分配システムは、例えば比較的小型で低電圧の、コンピュータシステムや、電気設備システムや、遠隔通信システムといったものから、電車や電気自動車のような、比較的大型で高電圧が輸送されるシステムまで、様々な用途に使用される。バスバーは、通常、例えば銅、真鍮、ニッケル、アルミニウム、および／または適当な合金などの導電材料で形成された、場合によってはメッキされた１つ以上の導体層、導体面、または導体要素と、各導体層に隣接して配置される１つ以上の誘電体層または絶縁体層と、で構成される。絶縁体は、当技術分野で知られているように、例えば、エポキシ製であったり、粉体塗装物であったり、および／または積層薄膜であったりとすることができ、加熱プレスを含む様々な方法で取り付けることができる。

図１Ａには、複数の導体層および絶縁体層を有する従来技術のバスバーが示されている。絶縁体層は、一つおきの導体層のそれぞれと近似した形状にカットされたシートとして示されている。図１Ａに示す開放型の積層構造は、バスバーがその使用目的どおり動作するよう通常要求される、導体要素の端部の絶縁を行っていない。

そのため、いくつかの先行技術による端部封止の方法として、図１Ｂに示すような、すぼめられたり、成型／封止されたりした構造などが開発されている。図１Ｂのバスバーでは、絶縁体層は角部になり得ず、余分な材料・コスト・作業・生産時間が必要であるほか、すぼめられた部分まで積層体が延びることによりバスバーのサイズが大きくなる。

図１Ｃ，図１Ｄに示すように、耐燃性グレード４（ＦＲ４）のガラス織布エポキシを始めとする（これに限らない）ガラスなどの絶縁材料を挿入することで端部封止を行うこともできる。図１Ｄでは、硬化したエポキシ樹脂が端部にある様子が示されている。エポキシによる端部封止の処理では、必要な材料が多くなり、エポキシを挿入するために相応の作業が必要となり、エポキシの養生のための時間も必要となる、従って、これは費用対効果の高いバスバー製造方法ではない。

図１Ｅには、粉体塗装された多層バスバーが示されている。当技術分野で知られているように、エポキシ粉体塗装は、１つ以上の導体層の表面と端部の両方を被覆するのに用いることができる。しかし、粉体塗装は、時間がかかり、複数回の塗布が必要となる場合があり、しかも絶縁体層の厚みが不均一になるという大きな欠点がある。

また、図１Ａ−Ｅに示すバスバーは、単純な互い違いの層構造であり、例えばフランジ導体や終端部などの、副次的な構造部を有していない。とりわけ、バスバーが多層であって、副次的な構造部を有する場合には特に、バスバーに１つ以上の絶縁体層を設けるにあたって、上記のいずれを使用することも困難である。

よって、当技術分野においては、製造コストと時間を低減しつつ、導体層間の誘電絶縁の効率を高められる、効率的なバスバーの製造方法が求められ、特に、多層の導体層に適用できるものが求められる。

本件明細書に開示されているのは、多層積層バスバー、およびその製造方法である。２つ以上の長尺導体が、それらの長辺および短辺の向きを揃えて互いに重ね合わされ、各導体の表面部が、絶縁体製の連続シートで覆われる。

本発明は、添付の図面を用いて開示される。
明確化のため、図面内の参照符号は、適切と思われる箇所で、対応する構造部を示すため繰り返し使用されていることを理解されたい。
端部が開放された、複数の交互の導体層および絶縁体層を有する、例示的な従来技術のバスバーの正面斜視図。 すぼめられるなどして１つ以上の端部が封止された、複数の交互の導体層および絶縁体層を有する、例示的な従来技術のバスバーの正面斜視図。 端部充填により１つ以上の端部が封止された、複数の交互の導体層および絶縁体層を有する、例示的な従来技術のバスバーの正面斜視図。 エポキシにより１つ以上の端部が封止された、複数の交互の導体層および絶縁体層を有する、例示的な従来技術のバスバーの正面斜視図。 粉体塗装で形成された、複数の交互の導体層および絶縁体層を有する、例示的な従来技術のバスバーの正面斜視図。 形成の第１段階における、本発明の一実施形態の組立部品を示す数通りの斜視図。 第１の組立部品のための絶縁体層の第１のシートを示す平面図および斜視図。 形成の第１段階における、本発明の一実施形態の第２の組立部品を示す斜視図。 第２の組立部品のための絶縁体層の第１のシートを示す平面図および斜視図。 第２の組立部品を示す斜視図。 互いに向かい合う２つの組立部品を示す図。 製造治具に近接した第１の組立部品の斜視図。 製造治具に近づけて配置された第２の組立部品の斜視図。 製造治具に置かれた２つの組立部品の斜視図。 本発明の一実施形態に係る多層バスバー組立機構の斜視図。

図２Ａ，２Ｂに示すように、第１の組立部品１００は、銅導体などによる導電性部材２を備えている。導電性部材２は、開口部１９．１のあるＬ字状端部２．１を有しており、絶縁体層６．１は、例えば熱可塑性樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、および／またはフッ化ビニル樹脂材料のような、任意の適切な薄膜誘電絶縁体製のロールまたはシートからなる。導電性部材２は、１つ以上のフランジ４．１などの副次的な構造部を有していてもよい。絶縁体層６．１を規定する絶縁体製の連続シートは、図２Ｂで詳細に示されている。絶縁体層６．１は、好ましくは、フランジ４．１などの１つ以上の副次的な構造部を受容するための、１つ以上の穴８またはスロット８ａを備える。従って、組立部品１００において、フランジ４．１は、絶縁体層６．１の穴８．１およびスロット８．１ａに通されており、ここで、穴は、積層材料の端部から、導電要素のほぼ全幅にかけて配置されている。

図２Ｃ，２Ｄには、真っすぐな端部１８．１と開口１９．２を有する導電性部材１８を含む第２の組立部品２００が示されている。別体の絶縁体層６．２は、この導体１８を覆っている。層６．２は、図２Ｄで詳細に示されており、これは任意の適切な長さまたは幅とすることができ、図２Ｃに示すように、後に導体の端部を閉鎖するための、導電性部材１８の１つ以上の端部３を越えて延びる部分６．２１を有するように構成するとよい。

被覆絶縁体による１つまたは複数の層を導電性部材が有するように、絶縁体層６．１，６．２を、各自の導電性部材２，１８上に１回または複数回巻き付けるとよい。絶縁体層６．１または６．２のシートは、二つ以上の導電性部材上に連続的に巻き付けることができる。例えば、１つの導電性部材１８を絶縁体層６．２のシートで始めに被覆するときに、被覆される導電性部材１８上に第２の導電性部材１８を置いて、シート６．２を第２の導電性部材にわたって巻き付けて、２つの導電性部材１８を同一の絶縁体層６．２のシートで被覆することができる。第１の導電性部材は、一方の側に２つの絶縁体層を有し、さらに、第２の導電性部材に面する単一の層を有することになる。同様にして連続的に被覆されたさらに多くの導電性部材を追加することができる。

図３に示すように、絶縁体層６．２は、導電性部材１８の長手方向端部の周りにしっかりと巻き付けられる。巻き付けの間に絶縁体層６．２の位置を一定に保つため、必要に応じて、適当な接着剤を塗布してもよい。

図４では、２つの組立部品１００，２００は、各導体２，１８上に配置された絶縁体層６．１および６．２と共に示されている。図５では、第１の組立部品１００は、製造治具５に配置され、１つ以上のクランプ１６によって適所に保持される。各クランプ１６は、被覆済みの導電性部材２とそのフランジ４．１を含む組立部品１００を受容するように構成することができる。導電性部材２上に絶縁体層６．１を固定するためには、単一の組立部品をオーブンに入れて、圧力と熱で処理するとよい。

図６に示すように、２つの組立部品は、連結されて複層の導体層の形態となる。導電性部材１８を有する第２の組立部材２００は、上記に示した手順に従って、絶縁体層６．２で被覆される。これはフランジ４．２などの副次的な構造部を有していてもよい。第２の組立部品２００は、第１の組立部品１００と近接して治具５に置かれる。第２の組立部品２００はまた、１つ以上のクランプ１６によって治具５に保持される。組立部品１００，２００はさらに、１つ以上のスライドブロック７によって治具５の適所に保持される。

図７に示すように、組立部品２００の上方に天板２８が配置される。天板２８は、１つまたは複数の治具突起１７と揃えて作られた１つまたは複数の開口１３を有する。さらに、バスバー組立部品１００，２００を適所に保持するため、図８に示すように、１つまたは複数のピン３０が、必要に応じて１つまたは複数の導電性部材２，１８にある開口１９．１，１９．２を通って延び、治具５に受容されるように設けられる。治具５は、適宜の加熱プレスにかけられる。天板２８は、加熱プレスによって圧力が絶縁体にかかって絶縁体同士を結合させることを可能にし、また、最上部の絶縁体層に熱を伝導して均等に熱が拡散することを補助する。絶縁体層６．１，６．２は、加熱および加圧の下で導体２，１８を結合する熱活性化樹脂を含む。与えられる温度と圧力は、バスバーのサイズおよび絶縁体層に用いられる材料の種類によって異なる。

そして、結合を完了させ、図８に示すような一体の多層バスバー機構４００を形成するために、バスバー組立部品１００，２００および治具５を含む組立物３００の全体を、絶縁体層６．１，６．２が軟化するように、適切な時間にわたって、加熱および加圧を行う加熱プレス（図示せず）にかけるとよい。最後に、多層バスバー機構４００を加熱プレスから取り出し、出荷する前に室温まで冷却する。

多層積層バスバー４００は、互いに重ね合わされた２つの長尺バスバー導体２，１８を有している。各バスバーには表面があり、２つの短辺でその両端が隔てられた２つの長辺によって規定されている。バスバー組立部品１００，２００は、各自の長さおよび幅に比べて相対的に薄い。導電性部材２，１８の表面はそれぞれ、絶縁体による連続シートまたは層６．１，６．２で覆われている。バスバー１００の端部３は、その短辺の一方に絶縁体層の一部６．２１を有している。

よって、本発明は、導電性部材２，１８の所定の表面周りに薄膜誘電絶縁体６．１，６．２を被覆した多層バスバー機構４００の、効率的で費用対効果の高い製造方法を提供するものであり、連結された組立物３００を加熱プレスにかけて、連結された組立物３００を加熱し、板２８に圧力をかけて絶縁体層６．１，６．２を結合することにより、端部の封止が最小限で済む、または封止の必要のない多層バスバー機構４００が得られるものである。

本発明の実施形態の例としては、バスバーの表面を覆っている絶縁体製の同一の連続シートでその一端部が被覆または封止されたバスバーおよびバスバー組立部材が挙げられる。特に、図２Ｃにあるように、絶縁体６．２の連続シートの端部３が、導電性部材１８の短辺を覆う。従って、本発明の実施形態の方法および構成は、例えば図１Ａに示す従来技術の開放型積層構造や、導電性部材がその両端において異なる複数の材料シートで覆われる図１Ｂの成形／封止構造とは違うものである。図１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ中の従来技術の例では、絶縁体やエポキシで多層バスバーの端部を充填したり、バスバーを粉体塗装したりする必要があるため、本発明の実施形態は、これらの従来技術の例とも違うものである。絶縁体製の単一の連続シートで被覆を行うことにより、絶縁体で端部を充填する工程をなくし、粉体塗装よりも安価となる。

以上、本発明の原理を説明したが、この説明はほんの一例としてなされたものであって、本発明の範囲を限定するものではないと当業者に理解されるべきである。本明細書に示され、説明された例示的な実施形態だけでなく、本発明の範囲に含まれるその他の実施形態も想定されている。当業者による変更や置換は、本発明の範囲内にあるものとみなされる。

Claims (6)

1. 多層積層バスバーを製造する方法であって、
   それぞれが２つの長辺によって規定された表面を有する２つ以上の長尺バスバー導体を用意する工程と、
   ２つ以上のバスバーを絶縁体製の同一の連続シートで被覆するように、各表面及び各長辺を絶縁体製の連続シートで被覆する工程と、
   複数の被覆済みバスバーを互いに重ね合わせる工程と、
   重ね合わされた被覆済みバスバーを加熱および加圧し、絶縁体をバスバーの表面及び長辺に固定して、多層積層バスバーを作る工程と、
   を備える、多層積層バスバーを製造する方法。
2. 少なくとも１つのバスバーが、２つの長辺と、２つの短辺と、長辺の一方から延びる１つ以上のフランジによって規定される長尺の矩形形状を有し、そして、
   絶縁体製のシートが、各フランジに対応する開口部またはスロットを有している、
   請求項１に記載の多層積層バスバーを製造する方法。
3. 少なくとも１つのバスバーが、２つの長辺と、２つの短辺によって規定される長尺の矩形形状を有し、そして、
   所定のバスバーの少なくとも一方の短辺を、当該バスバーの表面上の絶縁体製の連続シートの一部で覆う工程をさらに備える、
   請求項１に記載の多層積層バスバーを製造する方法。
4. 少なくとも１つのバスバーが、２つの長辺と、２つの短辺によって規定される長尺の矩形形状を有し、そして、
   所定のバスバーの少なくとも一方の短辺を、当該バスバー表面上の絶縁体製の連続シートの一部で覆わないままとする工程をさらに備える、
   請求項１に記載の多層積層バスバーを製造する方法。
5. ２つ以上の長尺バスバー導体が、その長辺と短辺の向きを揃えて互いに重ね合わされており、
   各バスバーは、その両端において２つの短辺で隔てられている２つの長辺によって規定された表面を有しており、前記バスバーは、各自の長さおよび幅に比べて相対的に薄くされており、
   各バスバーの各表面及び各長辺は、絶縁体製の連続シートで覆われており、２つ以上のバスバーが、絶縁体製の同一の連続シートで覆われている
   多層積層バスバー。
6. 少なくとも一つのバスバーの一方の短辺が、当該バスバー表面上の絶縁体の連続シートの一部で覆われている、請求項５に記載の多層積層バスバー。

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