JP5937177B2 - 可撓性溶接圧着部を備えるバスバーを有する電気デバイス - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年１１月１５日出願の米国仮特許出願第６１／９０４，６３０号明細書の利益を主張するものである。上記出願の開示全体を参照により本明細書に援用する。

本開示は、一般に、可撓性溶接圧着部を備えるバスバーを有する電気デバイスに関する。

本項は、必ずしも従来技術ではない本開示に関係する背景情報を提供する。

電気デバイスは、しばしば、溶接圧着部を備えるバスバーを有し、溶接圧着部は、導体、すなわち典型的には絶縁されたワイヤにバスバーを機械的および電気的に結合するために採用される。溶接圧着部の圧着部分は、導体を受け取り、導体をバスバーに機械的に固定するための一次手段を提供するように変形される。典型的には、圧着部分は、溶接圧着部に対して軸方向に（すなわち導体の長手方向軸に沿って）導体が移動するのを阻止するのに十分なクランプ力を圧着部分が導体に加えるように、絶縁材がかなり圧縮される程度まで変形される。ワイヤは、超音波溶接を含めた任意の所望の様式で、溶接圧着部の溶接部分に電気的に結合させることができる。

組立て作業中に、導体と溶接圧着部との接続は様々な力を受けることがある。これらの力が加わる方向に応じて、ワイヤと溶接圧着部の溶接部分との間の溶接接続部に比較的大きい応力が加えられることがある。さらに、いくつかの例では、電気構成要素の端子に接触するため、すなわちバスバーから電力を受け取るためおよび／またはバスバーに電力を供給するために使用されるバスバーの部分から、溶接圧着部を物理的に離すことが有益となり得る。

以上のことを踏まえて、可撓性溶接圧着部を備えるバスバーを有する改良された電気デバイスが当該技術分野で必要である。

本項は、本開示の全般的な概要を提供するものであり、本開示の完全な範囲またはその特徴全てを包括的に開示するものではない。

本開示の原理による電気デバイスは、フレームと、導電性要素、および導電性要素の少なくとも一部の周りに配置された電気絶縁カバーを有する導体と、フレームに取り付けられたバスバーとを含む。バスバーは、バスバー本体と、溶接圧着部とを含む。溶接圧着部は、バスバー本体から延在するベースと、ベースのバスバー本体とは反対側でベースに結合されたクロス部材とを有する。クロス部材は、溶接部分と、圧着部分とを有する。溶接部分は、ベースに交わる。圧着部分は、溶接部分に交わり、導体を受け取る圧着部材を有する。圧着部材は、導体にクランプ力を加えるように導体の周りで永久的に変形される。導電性要素は、溶接部分に溶接される。

一例では、圧着部分は、非軸方向力が導体に加えられるときに導電性要素と溶接部分との間の溶接部における応力を緩和するために、溶接部分に対して撓むように構成される。別の例では、溶接部分は、第１の交差部分でベースに交わり、圧着部分は、第２の交差部分で溶接部分に交わり、溶接圧着部は、第１の交差部分と第２の交差部分の少なくとも一方で撓むように構成されて、非軸方向力が導体に加えられるときに溶接部における応力を緩和する。この例の一実装形態では、応力緩和構造が、第１の交差部分および第２の交差部分で採用される。さらに別の例では、クロス部材は、ベースを介するバスバー本体への接続を除き、バスバー本体から物理的に離れており、溶接部分は、ベースの両側を越えて延在する。この例の一実装形態では、溶接圧着部は、概してＴ字形である。

さらなる適用分野は、本明細書で述べる説明から明らかになろう。この概要での説明および具体例は、単に例示のためのものと意図されており、本開示の範囲を限定するものとは意図されていない。

本明細書で説明する図面は、全ての可能な実装形態ではなく、選択された実施形態を例示する目的のものにすぎず、本開示の範囲を制限することは意図されない。

本開示が教示するところにより構成された電気デバイスの一部分の断面図である。 バスバーをより詳細に示す、図１の電気デバイスの一部分の斜視図である。 バスバーの溶接圧着部をより詳細に示す、図２の拡大部分図である。 導体に結合され、溶接圧着部に力が加わったことにより第１の方向に偏向されたバスバーの溶接圧着部を示す、図１の電気デバイスの一部分の斜視図である。 導体に結合され、溶接圧着部に力が加わったことにより第２の方向に偏向されたバスバーの溶接圧着部を示す、図１の電気デバイスの一部分の上面図である。

図面の複数の図を通じて、対応する参照番号は対応する部分を示す。

図面の図１を参照すると、本開示が教示するところにより構成された例示的な電気デバイスが、参照番号１０で全体を示されている。提示される特定の例では、電気デバイス１０はバッテリ相互接続モジュールであるが、本開示の教示を他のタイプの電気デバイスにも適用可能であることを当業者は理解されよう。電気デバイスは、フレーム１２と、バスバー１４と、導体１６とを含むことができる。フレーム１２は、ＡＢＳ樹脂など適切な電気絶縁構造材料から形成することができる。フレーム１２は、バスバーポケット２０と、導体ポート２２とを画定することができる。バスバーポケット２０は、内部にバスバー１４を受け取るように構成することができる。導体ポート２２は、導体１６を受け取るように構成することができ、バスバーポケット２０に交わることができる。様々な電気的構成要素の例としては、ワイヤ導体、ヒューズ、リレー、およびコンデンサが挙げられる。

導体１６は、従来型の構成でよく、ワイヤなど導電性要素３０と、導電性要素３０の周りに配置することができる絶縁カバー３２とを含むことができる。バスバー１４に結合すべき導電性要素３０の露出部分を形成するために、絶縁カバー３２の一部分を導体１６の一部分から引き剥がす、除去する、または他の方法を用いて取り除くことができる。

さらに図２を参照すると、バスバー１４は、本体部分４０と、溶接圧着部４４とを含むことができる。本体部分４０は、電気デバイス１０が組み立てられた後にフレーム１２に対してバスバー１４が移動するのを阻止するために、バスバーポケット２０と補完する様式で形状や大きさを定めることができる。

溶接圧着部４４は、本体部分４０に結合させることができ、本体部分４０から延在することができる。溶接圧着部４４は、概してＴ字形でよく、接続部材５０によって形成することができるベースと、溶接部分５２および圧着部分５４によって形成することができるクロス部材とを有する。接続部材５０は、本体部分４０の側部または縁部６０から延在することができる。接続部材５０を介するクロス部材と本体部分４０との間接的な接続を除き、クロス部材を本体部分４０から物理的に離すことができる。溶接部分５２は、接続部材５０と圧着部分５４との間に配置することができる。溶接部分５２は、接続部材５０の両側に張り出すことができる。このために、接続部材５０と溶接部分５２との交差部分は、圧着部分５４とは反対側の溶接部分５２の端部から圧着部分５４内の湾曲部６１までのクロス部材の長さＬ１に沿ったほぼ中央に位置させることができる。圧着部分５４は、圧着部材６２を含むことができ、圧着部材６２は、概してＵ字形でよく、溶接部分５２からわずかにずらされた側辺６４を有する。圧着部材６２は、内部に導体１６を受け取るように大きさが定められ、したがって、導電性要素３０を固着させることができる溶接部分５２の表面と一致する平面に導電性要素３０が位置するように導体１６を位置決めするために、側辺６４はずらされる。一例では、圧着部材６２が導電性要素３０の絶縁された部分を受け取るとき、導電性要素３０を固着させることができる溶接部分５２の表面と一致する平面に導電性要素３０の露出部分が位置するように、側辺６４を溶接部分５２からずらすことができる。別の例では、導電性要素３０を固着させることができる溶接部分５２の表面は、圧着部材６２の側辺６４の間のほぼ中央の平面内に位置することができる。

図２および図３を参照すると、電気デバイス１０の組立て中にバスバー１４内で発生し得る得る応力を減少させるために、いくつかの領域内で応力緩和構造が採用される。応力緩和構造は、例えば半径、例えば隅アールを有したり、または面取りを有することができ、バスバー１４が特定の負荷を受けるときにバスバー１４の望まれる領域における応力を減少させるために採用される。例えば、第１の応力緩和構造７０は、ベースの側縁部が本体部分４０の対応する縁部と交わる位置で採用される。このような構成は、溶接圧着部４４が、本体部分４０に対して接続部材５０を捩じる傾向がある力を受けるときに、ベースが本体部分４０に交わる領域における応力を減少させる。第２の応力緩和構造７２は、溶接圧着部４４の側縁部が接続部材５０の側縁部に交わる位置で採用される。このような構成は、溶接圧着部４４が、ベースの周りでクロス部材を捩る傾向がある力を受けるときに、クロス部材がベースに交わる領域における応力を減少させる。第３の応力緩和構造７４は、ベースに交わるクロス部材の側部で、溶接部分５２が圧着部分５４に交わる位置で採用される。このような構成は、圧着部分５４が溶接部分５２に対して撓むことができるようにし、溶接部分５２と接続部材５０との交差部分および／または接続部材５０と本体部分４０との交差部分に、この構成を採用しなければ生じるであろう応力を減少させる。図４および図５に示されるように、様々な応力緩和構造を備える溶接圧着部４４の構成は、本体部分４０に対して溶接圧着部４４を曲げるまたは捩る傾向がある力が溶接圧着部４４に加えられるときに発生される応力に対する溶接圧着部４４の耐性を高める。ここで、本体部分４０の平面内で作用するように力が加えられるか、または溶接圧着部４４の一部分を本体部分４０の平面外に偏向する傾向があるように力が加えられるかは問わない。

図１および図２に戻ると、バスバー１４は導電性シート材料の単一片から形成することができ、望みのずれの度合いを実現するためおよび圧着部材６２を形成するために、溶接圧着部４４の圧着部分５４を曲げたり折り畳んだりすることができることが理解されよう。

導体１６が圧着部材６２内に受け取られ、導電性要素３０の露出部分を溶接部分５２の表面に当接させることができるように、導体１６を溶接圧着部４４内に受け取ることができる。圧着部材６２は、絶縁カバー３２を圧縮し、導体１６を溶接圧着部４４に機械的に固定するクランプ力を導体１６に加えるように永久的に変形させることができる。導電性要素３０の露出部分は、溶接部８０によって溶接部分５２に機械的および電気的に固定することができ、溶接部８０は、超音波溶接を含めた任意の適切な手段によって形成することができる。

図３に戻ると、溶接圧着部４４は、非軸方向力が導体１６に加えられるときに溶接部８０における応力を緩和するために撓みが望まれる位置で、より小さい断面積を有することができる。例えば、溶接圧着部４４は、溶接部分５２が圧着部分５４に交わる位置８２で第１の断面積を有することができ、交差部分の両側でのクロス部材の残りの部分は、第２の断面積を有することができる。例えば、クロス部材は、位置８４および位置８６で第２の断面積を有することができる。第１の断面積を第２の断面積よりも小さくすることができ、それにより、本体部分４０が位置する平面に垂直な方向Ｄ１で圧着部分５４に負荷をかける力が導体１６に加えられるとき、圧着部分５４は、図４に示されるように溶接部分５２に対して撓み、溶接部８０における応力を緩和する。さらに、溶接圧着部４４の第１の断面積および／または材料は、位置８２での溶接圧着部４４の曲げ強度が溶接部８０の剥離強度よりも小さくなるように選択することができる。したがって、溶接圧着部４４は、非軸方向力が導体１６に加えられるとき、溶接部８０が剥離または破断する前に位置８２で撓むように構成することができる。

溶接圧着部４４は、ベースすなわち接続部材５０で第３の断面積を有することができる。第１の断面積と第３の断面積は、第２の断面積よりも小さくすることができ、それにより、本体部分４０に向かう、または本体部分４０から離れる方向Ｄ２で圧着部分５４に負荷をかける力が導体１６に加えられるとき、図５に示されるように、圧着部分５４が溶接部分５２に対して撓み、クロス部材全体がベースに対して撓み、溶接部８０における応力を緩和する。さらに、方向Ｄ２で圧着部分５４に負荷をかける力が導体１６に加えられるとき、ベースは、方向Ｄ３で本体部分４０に対して撓むことができる。さらに、溶接圧着部４４の第３の断面積および／または材料は、ベースでの溶接圧着部４４の曲げ強度が溶接部８０の剥離強度よりも小さくなるように選択することができる。したがって、溶接圧着部４４は、非軸方向力が導体１６に加えられるとき、溶接部８０が剥離または破断する前にベースで撓むように構成することができる。さらに、クロス部材は、接続部材５０の両側に張り出すので、方向Ｄ２に作用する力と溶接部８０との間のモーメントアームが最小にされ、これは、溶接部８０における応力をさらに緩和する。

実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的で提供されている。排他的なもの、または本開示を限定するものとは意図されていない。特定の実施形態の個々の要素または特徴は、一般に、その特定の実施形態に限定されず、適用可能な場合には交換可能であり、特に図示または説明されていない場合でさえ、選択された実施形態で使用することができる。同じ実施形態を、多くの様式で変形することもできる。そのような変形は、本開示からの逸脱とみなすべきではなく、すべてのそのような変形が本開示の範囲内に含まれるものと意図される。

Claims (17)

1. フレームと、
   導電性要素、および前記導電性要素の少なくとも一部の周りに配置された電気絶縁カバーを有する導体と、
   前記フレームに取り付けられたバスバーと
   を備える電気デバイスであって、
   前記バスバーが、バスバー本体と、溶接圧着部とを備え、
   前記溶接圧着部が、前記バスバー本体から突き出たベースと、前記ベースの、前記バスバー本体とは反対側で、前記ベースに結合されたクロス部材とを備え、
   前記クロス部材が、溶接部分と、圧着部分とを有し、
   前記溶接部分が、前記ベースに結合され、
   前記圧着部分が、前記溶接部分に結合され、前記導体を受け取る圧着部材を有し、
   前記圧着部材は、前記導体にクランプ力を加えるように前記導体の周りで変形可能であり、
   前記導電性要素が、前記溶接部分に溶接され、
   前記溶接圧着部が、前記溶接部分と前記圧着部分との結合部分で第１の断面積を有し、
   前記溶接圧着部の残りの部分が、前記第１の断面積よりも大きい第２の断面積を有する電気デバイス。
2. 前記溶接部分と前記圧着部分との結合部分での前記溶接圧着部の曲げ強度が、前記導電性要素と前記溶接部分との間の前記溶接部の剥離強度よりも小さい請求項１に記載の電気デバイス。
3. 前記ベースが、前記第２の断面積よりも小さい第３の断面積を有する請求項１又は２に記載の電気デバイス。
4. 前記バスバーは、前記ベースの側縁部が前記バスバー本体の対応する縁部と結合する位置で、隅アールを有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気デバイス。
5. 前記溶接圧着部は、前記溶接部分の側縁部が前記ベースの対応する縁部と結合する位置で、隅アールを有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気デバイス。
6. 前記溶接圧着部は、前記圧着部分の側縁部が前記溶接部分の対応する縁部と結合する位置で、隅アールを有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気デバイス。
7. フレームと、
   導電性要素、および前記導電性要素の少なくとも一部の周りに配置された電気絶縁カバーを有する導体と、
   前記フレームに取り付けられたバスバーと
   を備える電気デバイスであって、
   前記バスバーが、バスバー本体と、溶接圧着部とを備え、
   前記溶接圧着部が、前記バスバー本体から突き出たベースと、前記ベースの、前記バスバー本体とは反対側で、前記ベースに結合されたクロス部材とを備え、
   前記クロス部材が、溶接部分と、圧着部分とを有し、
   前記溶接部分が、第１の結合部分で前記ベースに結合され、
   前記圧着部分が、第２の結合部分で前記溶接部分に結合され、前記圧着部分が、内部に前記導体を受け取る圧着部材を有し、
   前記圧着部材は、前記導体にクランプ力を加えるように前記導体の周りで変形可能であり、
   前記導電性要素が、前記溶接部分に溶接され、
   前記溶接圧着部が、前記第２の結合部分で第１の断面積を有し、
   前記溶接圧着部の残りの部分が第２の断面積を有し、
   前記ベースが第３の断面積を有し、
   前記第２の断面積は、前記第１の断面積及び前記第３の断面積のうち少なくともいずれか１つより大きい電気デバイス。
8. 前記第２の断面積は、前記第１の断面積よりも大きく、かつ、前記第３の断面積よりも大きい請求項７に記載の電気デバイス。
9. 前記圧着部材が、概してＵ字形であり、前記絶縁カバーが周りに配置された前記導電性要素の部分を受け取るように、離隔された側辺を有する請求項７又は８に記載の電気デバイス。
10. 前記圧着部材が前記導電性要素の前記絶縁部分を受け取るときに、前記導電性要素が溶接される前記溶接部分の表面と一致する平面に前記導電性要素の露出部分が位置するように、前記圧着部材の前記側辺が前記溶接部分からずらされる請求項７〜９のいずれか一項に記載の電気デバイス。
11. 前記導電性要素が、前記圧着部材の前記側辺の間でほぼ中央の平面内に位置する前記溶接部分の表面に溶接される請求項７〜１０のいずれか一項に記載の電気デバイス。
12. フレームと、
    導電性要素、および前記導電性要素の少なくとも一部の周りに配置された電気絶縁カバーを有する導体と、
    前記フレームに取り付けられたバスバーと
    を備える電気デバイスであって、
    前記バスバーが、バスバー本体と、溶接圧着部とを備え、
    前記溶接圧着部が、前記バスバー本体から突き出たベースと、前記ベースの、前記バスバー本体とは反対側で、前記ベースに結合されたクロス部材とを備え、
    前記クロス部材が、前記ベースを介する前記バスバー本体への接続を除き、前記バスバー本体から物理的に離れており、
    前記クロス部材が、溶接部分と、圧着部分とを有し、
    前記溶接部分が、前記ベースに結合され、前記ベースの両側に張り出し、
    前記圧着部分が、前記溶接部分に結合され、
    前記圧着部分が、内部に前記導体を受け取る圧着部材を有する電気デバイス。
13. 前記溶接圧着部が、前記溶接部分と前記圧着部分との結合部分で第１の断面積を有し、
    前記溶接圧着部の残りの部分が、前記第１の断面積よりも大きい第２の断面積を有し、
    前記ベースが、前記第２の断面積よりも小さい第３の断面積を有する請求項１２に記載の電気デバイス。
14. 前記ベースと前記溶接部分との前記結合部分が、前記クロス部材の長さに沿って中央に位置される請求項１２または１３に記載の電気デバイス。
15. 前記溶接圧着部が、概してＴ字形である請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の電気デバイス。
16. 前記フレームが、前記バスバー本体を受け取るように構成されたバスバーポケットを確定し、
    前記バスバー本体は、前記電気デバイスが組み立てられた後に、前記フレームに対して前記バスバーが移動するのを阻止するように前記バスバーポケットと補完する様式で、形状及び大きさが定められ請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の電気デバイス。
17. 前記バスバーが、導電性シート材料の単一片から形成される請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の電気デバイス。

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