JP6296838B2

JP6296838B2 - バスバー

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Publication number: JP6296838B2
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Authority: JP
Inventors: 智彰田宮; 正志澤田
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2018-03-20
Anticipated expiration: 2034-03-07
Also published as: JP2015170755A

Description

本発明は、電力変換器における負荷電流の流路を構成するバスバーに関する。

近年、電気機器の製作において、部品間の接続にバスバーを利用することが多い。バスバーとは、銅やアルミ等の導電性材料を板状に加工したもので、配線用の部品として使用される。バスバーは、従来使用されてきたケーブルと比較して、配線のインダクタンスが低減する点、配線工数低減によるコスト低下が可能である点で優れている。

一方、交流用の導電路においては、いわゆる表皮効果により、導電路の表面付近に電流が集中して導電路のインピーダンスが増加することが知られている。この表皮効果を考慮した導電路として、例えば、特許文献１に、車両に搭載されたモータとインバータとの間の交流用の導電路が開示されており、その本体部は断面形状が矩形状を成し積層された複数のバスバーを有している。

特開２０１１−１４６２３７号公報

しかし、上記従来の導電路は、複数のバスバーが集合されてなる導電路の全体において表皮効果の影響により電流は内部を均一に流れず、表面付近に偏る傾向がある。特に、高周波数帯域ではその影響が大きく、ほぼ表面のみを流れる。この電流の偏りは導電路全体の交流抵抗を増加させ、損失が増加、温度上昇が大きくなるという課題がある。

このような課題は、電力変換器における負荷電流の流路を構成するバスバーで顕著である。

そこで、本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、複数の素導体が全体としてバスバー状の導体になるように形成され且つ集合されてなるバスバーの内部の電流の流れを改善し、電流路の損失及び発熱を抑制することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明のある態様に係るバスバーは、電力変換器における負荷電流の流路を構成するバスバーであって、一本のバスバーが通電方向に平行に延びる複数の素導体に分割された態様に形成された当該複数の素導体と、前記複数の素導体を互いに絶縁するように配置された絶縁体と、前記複数の素導体の各々の端部を互いにそれぞれ接続する一対の接続部と、を備え、前記複数の素導体は、それぞれ、自己の前記バスバー断面における位置を他の素導体の前記バスバー断面における位置に移すように転位して配置されている。ここで、本発明のある態様に係る「バスバー」は、複数の素導体が全体としてバスバー状の導体になるように形成され且つ集合されてなるバスバー状導体である。本発明では、便宜上、この「バスバー状導体」を「バスバー」と呼ぶ。

本発明者等は、上記課題を解決するための検討の一環として、一本のバスバーが通電方向に平行に延びる複数の素導体に分割された態様のバスバー状導体において、表皮効果による電流の分布をシミュレーションした。その結果、一本のバスバーを通電方向に平行に延びる複数の素導体に分割としても、表皮効果の影響により、電流は当該バスバー状導体の内部ではなく表面付近に偏る傾向があることが判明した。上記構成によれば、バスバーを通電方向に平行に延びる複数の素導体に分割された態様に形成することにより交流抵抗が低減するとともに、複数の素導体をバスバー断面における異なる位置間で転位して配置することによりバスバーの表面付近に偏る電流が内部を流れるので、バスバー内部の電流の流れが改善される。これにより、電流路の損失及び発熱を抑制することができる。また、上記構成は一本のバスバーを形成する部材から実現できる。よって、新たな部品を増設する必要がなく、従来のバスバーと比べて実質的に大きさ自体は変わることがない。更に発熱を小さくできるので熱的に最適な設計が可能となる。よって、機器の小型化が可能になる。また、同程度の損失を許容すれば従来のバスバーと比べてサイズを小さくすることができる。

前記バスバーは、矩形の断面を有し、前記素導体は矩形断面を有する板状部材である。上記構成により、例えば断面が円筒形状の場合と比べて、バスバーの表面積を大きくすることができる。よって、放熱しやすく温度上昇を抑制することができる。また、矩形断面を有する板状部材にすることにより電力変換器内部のバスバーの設置面積を小さくして、主要部品のためのスペースを確保することができ、設計の自由度が広がる。

前記複数の素導体は、前記バスバー断面における長手方向において分割された態様に形成され、前記バスバー断面の長手方向における外側に位置する第１の素導体が前記バスバー断面の長手方向において当該第１の素導体の内側に位置する第２の素導体の位置に転位するように配置されている。

上記構成により、矩形断面を有するバスバーの形状に応じた分割の態様を実現できる。特に、バスバーが矩形断面を有する場合は、短手方向に比べて長手方向において表皮効果が大きく発現するので電流路の損失及び発熱を好適に抑制することができる。

前記複数の素導体は、前記バスバー断面における短手方向において分割された態様に形成され、前記バスバー断面の短手方向における外側に位置する第３の素導体が前記バスバー断面の短手方向において当該第３の素導体の内側に位置する第４の素導体の位置に転位するように配置されている。

上記構成により、矩形断面を有するバスバーの形状に応じた分割の態様を実現できるので電流路の損失及び発熱を好適に抑制することができる。負荷電流の周波数が相対的に高くなると、短手方向における表皮効果が無視できなくなるので、そのような場合に、電流路の損失及び発熱を好適に抑制することができる。

前記電力変換器の仕様における前記負荷電流の周波数制御範囲の上限周波数が所定周波数より低い場合に、前記複数の素導体は、前記バスバー断面における長手方向において分割された態様に形成されるとともに、前記バスバー断面の長手方向における外側に位置する第１の素導体が前記バスバー断面の長手方向において当該第１の素導体の内側に位置する第２の素導体の位置に転位するように配置されており、前記上限周波数が所定周波数より高い場合に、前記複数の素導体は、更に、前記バスバー断面における短手方向において分割された態様に形成されるとともに前記バスバー断面の短手方向における外側に位置する第３の素導体が前記バスバー断面の短手方向において当該第３の素導体の内側に位置する第４の素導体の位置に転位するように配置されていてもよい。

表皮効果による電流の表皮深さは電流の周波数に依存する。上記構成により、電力変換器の仕様における負荷電流の周波数制御範囲の上限値に応じて、電流路の損失及び発熱を効果的に抑制することができる。

上記の課題を解決するために、本発明の他の態様に係るバスバーの設計方法は、電力変換器における負荷電流の流路を構成するバスバーの設計方法であって、前記バスバーは、一本のバスバーが通電方向に平行に延びる複数の素導体に分割された態様に形成され且つ集合された当該複数の素導体と、前記複数の素導体を互いに絶縁するように配置された絶縁体と、前記複数の素導体の各々の端部を互いにそれぞれ接続する一対の接続部と、を備え、前記複数の素導体は、それぞれ、自己の前記バスバー断面における位置を他の素導体の前記バスバー断面における位置に移すように転位して配置されており、且つ前記バスバーは、矩形の断面を有し、前記素導体は矩形断面を有する板状部材であり、前記電力変換器の仕様における前記負荷電流の周波数制御範囲の上限周波数が所定周波数より低い場合に、前記複数の素導体が、前記バスバー断面における長手方向において分割された態様に形成されるとともに前記バスバー断面の長手方向における外側に位置する第１の素導体が前記バスバー断面の長手方向において当該第１の素導体の内側に位置する第２の素導体の位置に転位するように配置されるよう設計し、
前記上限周波数が所定周波数より高い場合に、前記複数の素導体が、更に、前記バスバー断面における短手方向において分割された態様に形成されるとともに前記バスバー断面の短手方向における外側に位置する第３の素導体が前記バスバー断面の短手方向において当該第３の素導体の内側に位置する第４の素導体の位置に転位するように配置されるよう設計する。

上記構成により、電力変換器の仕様における負荷電流の周波数制御範囲の上限値に応じて、電流路の損失及び発熱を効果的に抑制することができる。

本発明によれば、複数の素導体が全体としてバスバー状の導体になるように形成され且つ集合されてなるバスバー内部の電流の流れを改善し、電流路の損失及び発熱を抑制することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施の形態に係るバスバーの斜視図である。図１のバスバーのII−II線断面図である。図１のバスバーのIII−III線断面図である。図１のバスバーのIV−IV線断面図である。図１のバスバーの製造工程を説明するための第１図である。図１のバスバーの製造工程を説明するための第２図である。図１のバスバーの製造方法を説明するための第３図である。本発明の第２の実施の形態に係るバスバーの斜視図である。図８のバスバーのIX−IX線断面図である。図８のバスバーのX−X線断面図である。図８のバスバーのXI−XI線断面図である。図８のバスバーの製造工程を説明するための第１図である。図８のバスバーの製造工程を説明するための第２図である。バスバー内部を流れる電流密度分布の解析結果を示す図である。上記バスバーが適用された電力変換装置の回路構成図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

（実施形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るバスバーの斜視図である。バスバー１は、図示しない電力変換器における負荷電流の流路を構成するものである。バスバー１は、例えば電動機駆動用又は系統連系用インバータ等の電力変換器内部に使用されてもよい。以下では、便宜上、三次元直交座標系におけるＸ軸方向をバスバーの長さ方向、Ｙ軸方向をバスバー１の長手方向、Ｚ軸方向をバスバー１の短手方向と定義する。しかし、バスバー１が、使用態様において、特に方向を限定されないことはいうまでもない。図１に示すように、バスバー１は、一本のバスバーが通電方向（図中の矢印方向）に平行に延びる複数の素導体に分割された態様に形成された当該複数の素導体２と、複数の素導体２を互いに絶縁するように配置された絶縁体３と、複数の素導体２の各々の端部を互いにそれぞれ接続する一対の接続部４と、を備える。尚、通電方向とはバスバー１内部を流れる負荷電流の向きである。図１では通電方向はバスバー１の長さ方向（Ｘ軸方向）に一致している。

複数の素導体２は、通電方向に平行に延びる２つの素導体２に分割された態様に形成されている。各素導体２は、板状に成形された本体部２ａと、本体部２ａの中央付近に形成された転位部２ｂとを備える。２つの素導体２の本体部２ａでは互いに主面同士が接合される。２つの素導体２の転位部２ｂでは、それぞれ、自己のバスバー１断面における位置を他の素導体２のバスバー１断面における位置に移すように転位して配置されている。

本実施の形態では、素導体２は銅やアルミ等の導電性材料で形成される。絶縁体３は、２つの素導体２を互いに絶縁するように配置される。本実施の形態では、絶縁体３は、絶縁性の合成樹脂膜（樹脂フィルム、樹脂被膜等）からなる。このように、２つの素導体２は通電方向と平行に且つ電気的に絶縁されるように分割される。

一対の接続部４は、２つの素導体２の各々の端部が互いにそれぞれ接続されて形成される。本実施の形態では接続部４は、溶接により接合される。

次に、バスバー１の転位構造について図２〜図４を用いて説明する。図２は、図１のバスバー１のII−II線断面図である。同図では中央分よりもやや電流上流側のバスバー１本体の断面を示している。図２に示すように、バスバー１は矩形の断面を有し、素導体２の本体部２ａは矩形断面を有する板状部材である。本実施の形態では、２つの素導体２は、バスバー１断面における短手方向（Ｚ方向）において分割された態様に形成されている。そして、２枚の板状の素導体２の本体部２ａが絶縁体３を介して配置されている。

図３は、図１のバスバー１のIII-III線断面図である。図３は中央付近のバスバー１本体断面を示している。図３に示すように、バスバー１本体中央付近では、２つの素導体２は、バスバー１断面における長手方向（Ｙ方向）において分割された態様に形成されている。具体的には、図２で示した矩形の短手方向（Ｚ方向）における右側の素導体２の本体部２ａが、矩形の長手方向（Ｙ方向）の上側の転位部２ｂに転じ、図２で示した矩形の短手方向（Ｚ方向）における左側の素導体２の本体部２ａが、矩形の長手方向（Ｙ方向）の下側の転位部２ｂに転じている。

図４は、図１のバスバー１のIV-IV線断面図である。図４は中央よりもやや電流下流側のバスバー１本体の断面を示している。図４に示すように、バスバー１本体中央よりも下流付近では、２つの素導体２は、再び、バスバー１断面における短手方向（Ｚ方向）において分割された態様に形成されている。具体的には、図３で示した矩形の長手方向（Ｙ方向）の上側の素導体２の転位部２ｂが、矩形の短手方向（Ｚ方向）における左側の素導体２の本体部２ａに転じ、図３で示した矩形の長手方向（Ｙ方向）の下側の素導体２の転位部２ｂが、矩形の短手方向（Ｚ方向）における右側の素導体２の本体部２ａに転じている。

図２〜図４に示すように、バスバー１断面の短手方向（Ｚ方向）における一端側に位置する素導体２がバスバー１断面の短手方向（Ｚ方向）において素導体２の他端側に位置する素導体２の位置に転位するように配置されている。

つまり、本実施の形態では、転位構造により、バスバー１内部を流れる電流が、上流側（図２）から本体中央（図３）を経て下流側（図４）へ至るに際し、一端側に流れる電流と他端側に流れる電流の流路が入れ替わるように構成されている。

次に、上記構成のバスバー１の製造方法について図５〜図７を用いて説明する。

まず、一本のバスバーが通電方向に平行に延びる２本の素導体２に分割された態様に形成する。具体的には主面が長方形の薄い板状部材１０を４本用意する。板部材１０は、導電性材料で形成される。そして、各板部材１０の一端の四隅のうちの二隅を直方体状に切り欠いて、残りの二隅を含むＬ字部分を突出部１１とする。

次に、図５に示すように、２枚の板部材１０を直列に配置し、２枚の板部材１０のそれぞれの突出部１１の内側を互いに対向させ、図６に示すように、２枚の板部材１０のそれぞれの一端の突出部１１の内側側面同士を溶接等により接続する。ここでは接合部５を破線で示している。このように２枚の板部材１０を溶接により接続して素導体２の本体部２ａを直線状に形成し、溶接により接続された２つの突出部１１を転位部２ｂとする。同様な手順で残りの２本の板部材１０から他方の素導体２を形成する。

次に、製造された一方の素導体２と他方の素導体２を互いに絶縁するように絶縁体３を形成する。図７に示すように、一方の素導体２の本体部２ａ及び転位部２ｂの内側側面に絶縁体３を形成する。

次に、２本の素導体２を、それぞれ、自己のバスバー１断面における位置を他の素導体２のバスバー１断面における位置に移すように転位して形成する。図１に示すように、絶縁体３を形成した素導体２と、同様な手順により製造した他方の素導体２とを組み合わせる。このとき、２つの素導体２の各々の端部を互いにそれぞれ接続する一対の接続部４を形成する。端部に対しては溶接等を行い接続する。これにより、従来のバスバーと比べて複雑な分割及び転位構造を有する上記バスバーを容易に製造できる。

以上のような構成のバスバー１によれば、バスバー１を通電方向に平行に延びる２本素導体２に分割された態様に形成することにより交流抵抗が低減するとともに、２本の素導体２を転位して配置することによりバスバー１の表面付近に偏る電流が内部を流れる。従来、バスバーに通電する際には、表皮効果の影響により、電流はバスバー内部ではなく表面付近に偏る傾向があるが、本実施の形態のバスバー１によれば、内部の電流の流れが改善される。よって、電流路の損失及び発熱を抑制することができる。

また、上記構成は一本のバスバーを形成する部材から実現できる。よって、新たな部品を増設する必要がなく、従来のバスバーと比べて大きさ自体は変わることがない。更に発熱を小さくできるので熱的に最適な設計が可能となる。よって、機器の小型化が可能になる。また、同程度の損失を許容すれば従来のバスバーと比べてサイズを小さくすることができる。

また、バスバー１は、矩形の断面を有し、素導体２は矩形断面を有する板状部材であるので、例えば断面が円筒形状の場合と比べて、バスバー１の表面積を大きくすることができる。よって、放熱しやすく温度上昇を抑制することができる。また、電力変換器内部のバスバー１の設置面積を小さくして、主要部品のためのスペースを確保することができ、設計の自由度が広がる。

また、２本の素導体２は、バスバー１断面における短手方向（Ｚ方向）において分割された態様に形成され、バスバー１断面の短手方向（Ｚ方向）における外側に位置する素導体２がバスバー１断面の短手方向（Ｚ方向）において素導体２の内側に位置する素導体２の位置に転位するように配置されていることにより、矩形断面を有するバスバーの形状に応じた分割の態様を実現できる。よって、電流路の損失及び発熱を好適に抑制することができる。

（実施形態２）
図８は、本発明の第２の実施の形態に係るバスバーの斜視図である。尚、実施の形態１と共通する構成については同一符号を付して説明は省略する。図８に示すように、本実施の形態では、２本の素導体２０は、バスバー１００断面における長手方向（Ｙ軸方向）において分割された態様に形成され、バスバー１００断面の長手方向（Ｙ軸方向）における一端側に位置する素導体２０がバスバー１００断面の長手方向において素導体２０の他端側に位置する素導体２０の位置に転位するように配置されている点が実施の形態１と異なる。

図９は、図８のバスバー１００のIX−IX線断面図である。同図では中央よりもやや電流上流側のバスバー１００本体の断面を示している。図９に示すように、バスバー１００は、実施の形態１同様に、矩形の断面を有し、素導体２０の本体部２０ａは矩形断面を有する板状部材である。本実施の形態では、２つの素導体２０は、バスバー１００断面における長手方向（Ｙ軸方向）において分割された態様に形成されている。

図１０は、図８のバスバー１００のX-X線断面図である。図１０ではバスバー１００本体中央付近の断面を示している。図１０に示すように、バスバー１００本体中央付近では、２つの素導体２０は、バスバー１００断面における短手方向（Ｚ方向）において分割された態様に形成されている。具体的には、図９で示した矩形の長手方向（Ｙ方向）における上側の素導体２０の本体部２０ａが、矩形の短手方向（Ｚ方向）の右側の転位部２０ｂに転じ、図９で示した矩形の長手方向（Ｙ方向）における下側の素導体２０の本体部２０ａが、矩形の短手方向（Ｚ方向）の左側の転位部２０ｂに転じている。

図１１は、図８のバスバー１００のXI-XI線断面図である。図１１では中央よりもやや電流下流側のバスバー１００本体の断面を示している。図１１に示すように、バスバー１００本体中央よりも下流付近では、２つの素導体２０は、再び、バスバー１００断面における長手方向（Ｙ方向）において分割された態様に形成されている。具体的には、図１０で示した矩形の短手方向（Ｚ方向）の右側の素導体２０の転位部２０ｂが、矩形の長手方向（Ｙ方向）における下側の素導体２０の本体部２０ａに転じ、図１０で示した矩形の短手方向（Ｚ方向）の左側の素導体２０の転位部２０ｂが、矩形の長手方向（Ｙ方向）における上側の素導体２０の本体部２０ａに転じている。

上記構成のバスバー１００の製造方法については実施形態１と同様であるので詳細な説明を省略する。例えば主面が長方形の板部材２００の一端の四隅のうちの二隅を直方体状に切り欠いて、残りの二隅を含むＬ字部分を突出部２１０とする。図１２に示すように、２本の板部材２００を直列に配置し、２本の板部材２００のそれぞれの突出部１１の底面と上面を互いに対向させ、図１３に示すように、２本の板部材２００のそれぞれの突出部２１０の底面と上面を溶接等により接続する。ここでは接合部５０を破線で示している。このように２枚の板部材２００を溶接により接続して素導体２０の本体部２０ａを直線状に形成し、溶接により接続された２つの突出部２１０を転位部２０ｂとする。

更に、絶縁体３を形成した素導体２０と、同様な手順により製造した他方の素導体２とを組み合わせる。図８に示すように、２つの素導体２０の各々の端部を互いにそれぞれ接続する一対の接続部４０を形成してバスバー１００を製造する。

以上のような構成によれば、バスバー１００の素導体２０は、バスバー１００断面における長手方向（Ｙ方向）において分割された態様に形成され、バスバー１００断面の長手方向（Ｙ方向）における一端側に位置する素導体２０がバスバー１００断面の長手方向において素導体２０の他端に位置する素導体２０の位置に転位するように配置されているので、矩形断面を有するバスバー１００の形状に応じた分割の態様を実現できる。よって、上記第１の実施形態と同様に、電流路の損失及び発熱を好適に抑制することができる。

尚、上記実施の形態１及び実施の形態２では、２つの素導体に分割したが、素導体を２以上に分割してもよい。

（比較例）
次に、上記実施の形態による効果を確認するために比較例を挙げて説明する。まず、第１の比較例として、単一の金属の板からなるバスバーを想定する。このようなバスバーに通電する際には、表皮効果の影響により内部を流れる電流の偏りが顕著である。このため、電力変換器内においては、整流器とインバータの間にある直流部のケーブルの発熱が想定すべき課題として挙げられる。例えば、インバータまたは整流器の近くに平滑用コンデンサを増設し、インバータとコンデンサをバスバーで接続した場合には、大きな電流がコンデンサに流れ、接続したバスバーが発熱し、支持材のがいしが融ける可能性、又はバスバーの損傷する場合が想定される。この想定ケースでは、バスバーにはインバータのキャリア周波数と同程度の数kHzの電流が通電すると考えられる。この高調波電流により、交流抵抗が増加し、温度が想定よりも上昇、支持材の損傷に至るものと推測される。

これに対し、第２の比較例として、交流抵抗の低減を目的として、従来の一本のバスバーが通電方向に平行に延びる複数の素導体に分割されたバスバーを想定する。第２の比較例のバスバーによれば交流抵抗が低減し、バスバー内部の電流の流れが改善される。しかし、単なる分割構造のみでは、電流路の損失及び発熱に対する抑制効果には改善の余地があった。

そこで、本発明者らは、第２の比較例のバスバーの分割の態様に更なる創意工夫を加え上記実施の形態に示したような転位構造を備えたバスバーを想到した。

（解析結果）
上記実施の形態のバスバーの分割、転位による効果を実証するためのシミュレーションにより電流密度分布の解析を行った。バスバー１の寸法は以下の数値として設定した。バスバーの通電方向の長さ寸法（同図のＸ方向の寸法）は１ｍとした。バスバーの長手方向の幅寸法（同図のＹ方向の寸法）は１０ｍｍとした。バスバーの短手方向の厚さ寸法（同図のＺ方向の寸法）は２ｍｍとした。そして、バスバーに通電する電源周波数には６０Ｈｚ，５８０Ｈｚを使用した。

図１４は、バスバー内部を流れる電流密度分布の解析結果を示す図である。ここでは、それぞれのバスバーの中央付近の断面における電流密度分布を示している。バスバー内部の電流密度Ｊ（Ａ／ｍ^２）の値は濃淡で示し、最大値と最小値は規格化して示している。

上段の解析結果は電源周波数が６０Ｈｚの場合の電流密度分布を示している。左から順に比較例として、従来の分割無しの場合、Ｚ方向に２分割した場合、Ｚ方向に４分割した場合、Ｙ方向に４分割した場合の解析結果をそれぞれ示した。そして、本発明の態様として、実施の形態１で示したＺ方向に２分割且つ転位有りの場合、その他の態様としてＺ方向に４分割且つ転位有りの場合、Ｙ方向に４分割且つ転位有りの場合の解析結果をそれぞれ示した。左端の従来の構造に比べて、バスバーを分割、更には転位を行う事でバスバー内部の電流の偏りが改善されていることがわかる。右端に示したＹ方向に４分割且つ転位有りの場合の電流密度分布が一様な値を示し、最も電流の流れが改善している。

一方、下段の解析結果は電源周波数が５８０Ｈｚの場合の電流密度分布を示している。上段と下段の結果を比較すると、分割及び転位による改善傾向は類似するが、バスバーの形状は同一にも関わらず、周波数を変動することにより電流密度分布が変化している。

ここで一般に、導体の電流密度Ｊは、深さσに対して、次式（１）のように減少することが知られている。
Ｊ＝ｅ^−σ／ｄ・・・（１）
また、ここでｄは表皮深さで、電流が表面電流の１／ｅ（約０．３７）になる深さであり次式（２）のように計算される。
ｄ＝√（２ρ／ωμ）・・・（２）
ρ＝導体の電気抵抗率、ω＝電流の角周波数＝２π×周波数、μ＝導体の絶対透磁率とする。つまり、表皮効果による電流の表皮深さｄは電流の周波数ωに依存する。発明者らはこのような事実を裏付ける今回の解析結果により、バスバーの分割の態様は、負荷電流の周波数に基づいて決定することにより、電力変換器における負荷電流の周波数に応じて、電流路の損失及び発熱を効果的に抑制することができることの可能性を示した。

尚、バスバーの周波数に応じた具体的な分割の態様（分割の数及び転位の形態）については本発明者らの今後の更なる解析及び検討によって明らかにされる。例えば、電力変換器の仕様における負荷電流の周波数制御範囲の上限周波数が所定周波数より低い場合に、複数の素導体は、バスバー断面における長手方向において分割された態様に形成されるとともに、バスバー断面の長手方向における外側に位置する第１の素導体がバスバー断面の長手方向において当該第１の素導体の内側に位置する第２の素導体の位置に転位するように配置されており、前記上限周波数が所定周波数より高い場合に、前記複数の素導体は、更に、前記バスバー断面における短手方向において分割された態様に形成されるとともに前記バスバー断面の短手方向における外側に位置する第３の素導体が前記バスバー断面の短手方向において当該第３の素導体の内側に位置する第４の素導体の位置に転位するように配置されていてもよい。上記構成により、電力変換器の仕様における負荷電流の周波数制御範囲の上限値に応じて、電流路の損失及び発熱を効果的に抑制することができる。

次に、上記実施の形態のバスバーの適用例について説明する。図１５は、本実施の形態のバスバーが適用された一般的な電力変換装置３００の回路構成図を示している。電力変換装置３００は、バッテリ４００、ＤＣ／ＤＣコンバータ５００、平滑コンデンサ６００、インバータ７００、および負荷として３相交流モータ８００を備える。図１５に示すように、上記実施の形態１のバスバー１は、インバータ７００の出力と三相交流モータ８００の入力を結ぶインバータ７００内部の配線に使用されている。これにより、上記各実施の形態で説明した効果が発揮される。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明のバスバーは、インバータ等の電力変換器における負荷電流の流路として有用である。

１バスバー
２素導体
２ａ本体部（素導体）
２ｂ転位部（素導体）
３絶縁層（絶縁体）
４接続部
５接合部
１０板部材
１１突出部

Claims

電力変換器における負荷電流の流路を構成するバスバーであって、
一本のバスバーが通電方向に平行に延びる複数の素導体に分割された態様に形成され且つ集合された当該複数の素導体と、
前記複数の素導体を互いに絶縁するように配置された絶縁体と、
前記複数の素導体の各々の端部を互いにそれぞれ接続する一対の接続部と、を備え、
前記複数の素導体は、それぞれ、自己の前記バスバー断面における位置を他の素導体の前記バスバー断面における位置に移すように転位して配置されている、バスバー。
前記バスバーは、矩形の断面を有し、前記素導体は矩形断面を有する板状部材である、請求項１に記載のバスバー。
前記複数の素導体は、前記バスバー断面における長手方向において分割された態様に形成され、
前記バスバー断面の長手方向における一端側に位置する第１の素導体が前記バスバー断面の長手方向における他端側に位置する第２の素導体の位置に転位するように配置されている、請求項２に記載のバスバー。
前記複数の素導体は、前記バスバー断面における短手方向において分割された態様に形成され、
前記バスバー断面の短手方向における一端側に位置する第３の素導体が前記バスバー断面の短手方向における他端側に位置する第４の素導体の位置に転位するように配置されている、請求項２に記載のバスバー。
前記電力変換器の仕様における前記負荷電流の周波数制御範囲の上限周波数が所定周波数より低い場合に、前記複数の素導体は、前記バスバー断面における長手方向において分割された態様に形成されるとともに、前記バスバー断面の長手方向における一端側に位置する第１の素導体が前記バスバー断面の長手方向における他端側に位置する第２の素導体の位置に転位するように配置されており、
前記上限周波数が所定周波数より高い場合に、前記複数の素導体は、更に、前記バスバー断面における短手方向において分割された態様に形成されるとともに前記バスバー断面の短手方向における一端側に位置する第３の素導体が前記バスバー断面の短手方向における他端側に位置する第４の素導体の位置に転位するように配置されている、請求項２に記載のバスバー。
電力変換器における負荷電流の流路を構成するバスバーの設計方法であって、
前記バスバーは、一本のバスバーが通電方向に平行に延びる複数の素導体に分割された態様に形成され且つ集合された当該複数の素導体と、前記複数の素導体を互いに絶縁するように配置された絶縁体と、前記複数の素導体の各々の端部を互いにそれぞれ接続する一対の接続部と、を備え、前記複数の素導体は、それぞれ、自己の前記バスバー断面における位置を他の素導体の前記バスバー断面における位置に移すように転位して配置されており、且つ前記バスバーは、矩形の断面を有し、前記素導体は矩形断面を有する板状部材であり、
前記電力変換器の仕様における前記負荷電流の周波数制御範囲の上限周波数が所定周波数より低い場合に、前記複数の素導体が、前記バスバー断面における長手方向において分割された態様に形成されるとともに前記バスバー断面の長手方向における一端側に位置する第１の素導体が前記バスバー断面の長手方向における他端側に位置する第２の素導体の位置に転位するように配置されるよう設計し、
前記上限周波数が所定周波数より高い場合に、前記複数の素導体が、更に、前記バスバー断面における短手方向において分割された態様に形成されるとともに前記バスバー断面の短手方向における一端側に位置する第３の素導体が前記バスバー断面の短手方向における他端側に位置する第４の素導体の位置に転位するように配置されるよう設計する、バスバーの設計方法。