JP6380836B2 - フィルター付き端子台 - Google Patents

Description

本発明は、ノイズフィルターを備えるフィルター付き端子台に関する。

バスバーは、比較的大きな電流が流れる経路に使用されることから、その電流に起因する高周波のノイズ成分を除去するために、バスバーと磁性体コアとを設け、ノイズフィルターとして機能するものがある（例えば、特許文献１参照）。このようなバスバーは、その端部に端子部を形成し、モールド部材により磁性体コアと一体成形することで、ノイズフィルター付きの端子台として用いられることもある。このような端子台は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車の走行用の三相交流モーターの電力供給部や該モーターの制御装置への電力供給部などに使用される。

特開２００５−９３５３６号公報

ところで、例えば三相交流モーターの場合、電力供給ラインが３本あることから、それぞれにノイズフィルター付き端子台を設けることがある。
しかしながら、ノイズフィルター付き端子台は、バスバー単体に比べると、磁性体コアやモールド部材の分だけその外形が大きくなる。そのため、複数の端子台を必要とする場合には、端子台を設置するための設置スペースが大きくなるという問題がある。この場合、複数の端子台を例えばモールドにより一体化したとしても、バスバーおよび磁性体コアの数は変わらないため、小型化に大きく寄与することはない。また、複数のバスバーと複数の磁性体コアを備えることで端子台単体としての重量が増大し、取り付け構造を強固にする必要がある等、自動車のような振動が生じるようなものに適用するには反って問題を引き起こす可能性がある。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数のバスバーが存在する構成において、ノイズフィルター機能を実現しつつも小型化を図ることができるフィルター付き端子台を提供することにある。

請求項１記載の発明では、バスバーは、両端側にそれぞれ端子部が形成されているとともに、その中央側の少なくとも一部が平板状に形成され、磁性体コアの中空部を、互いに所定の間隔を存して板厚方向に積層された状態で貫通する。このため、磁性体コアの中空部は、１つの平板状のバスバーの幅と、それを複数枚積層できるだけの大きさとを備えていればよい。そのため、複数のバスバーを単純に横方向に並べる場合に比べて、磁性体コアを小型化することができる。モールド部材で一体化した際にも、フィルター付き端子台の大きさを小型化することができる。したがって、複数のバスバーが存在する構成において、ノイズフィルター機能を実現しつつも小型化を図ることができる。

この場合、磁性体コアを小型化していることから、モールド工程時や実使用時においてモールド部材が熱収縮を起こした場合であっても、磁性体コアが破損するおそれを抑制することができる。
また、磁性体コアを小型化することができることから、製造コストを低減することができる。
また、フィルター付き端子台自体の大きさが小型化されることから、小型化や軽量化が求められ、また、設置場所に振動が生じたりする電気自動車やハイブリッド自動車等への適用に好適である。

請求項２記載の発明では、絶縁性材料により形成され、中空部を貫通する複数のバスバー間、およびバスバーと磁性体コアの内周面との間を絶縁するとともに、バスバー間、およびバスバーと磁性体コアの内周面との間の沿面距離を確保する絶縁ボビンを備える。中空部にバスバーを積層して配置する場合、互いのバスバーの距離、およびバスバーと中空部の内周面との間の距離が短くなることが想定される。その場合、例えばモールド工程において圧力が加えられると、互いに接触するおそれがある。そこで、絶縁ボビンを設けることにより、互いが接触するおそれを低減することができる。また、絶縁ボビンによって互いに絶縁されることから、積層する際の間隔をより小さくでき、より小型化を図ることができる。

請求項３記載の発明では、モールド部材は、成形収縮率が０．６％以下の樹脂材料で形成されている。モールド工程では、樹脂材料を加熱しながら、また圧力を加えながらモールドする。そのため、モールド工程が終了すると、モールド部材は、冷えることによって収縮する。このとき、成形収縮率が高いと、収縮により磁性体コアが損傷するおそれがある。そこで、モールド部材を成形収縮率が０．６％以下の樹脂材料で形成することにより、モールド工程の終了後にモールド部材が収縮した場合であっても、磁性体コアが損傷するおそれを抑制することができる。

請求項４記載の発明では、モールド部材は、線膨張係数が５×１０^−５／℃以下の範囲の樹脂材料で形成されている。モールド部材は、実使用時には、通電されることでバスバーに大電流が流れることで発熱して膨張する一方、通電が終わると冷えて収縮する。このため、フィルター付き端子台は、膨張および収縮を繰り返すことになる。このとき、膨張率が高いと、例えば中空部内に存在するモールド部材（後述する図８参照）が膨張して磁性体コアが損傷する可能性がある。また、バスバーに近いほど高温になると考えられるため、モールド部材の内部側と表面側とでその膨張や収縮の態様が異なるおそれがあり、線膨張係数が高いとやはり磁性体コアが損傷するおそれがある。そこで、モールド部材を線膨張係数が５×１０^−５／℃以下の範囲の樹脂材料で形成することにより、熱収縮による大きさの変動が低減され、実使用時に磁性体コアが損傷するおそれを抑制することができる。

一実施形態のノイズフィルター付き端子台の外観を概略的に示す図 一実施形態のノイズフィルター付き端子台のモールド態様を概略的に示す図 一実施形態のバスバーの外観を概略的に示す図 一実施形態のバスバーの積層態様を概略的に示す図 一実施形態の磁性体コアの外観を概略的に示す図 一実施形態の絶縁ボビンの外観を概略的に示す図 一実施形態のバスバー、磁性体コアおよび絶縁ボビンの組み付け態様を概略的に示す図 一実施形態のノイズフィルター付き端子台の断面を概略的に示す図

以下、本発明の一実施形態について、図１から図８を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態のノイズフィルター付き端子台（以下、単に端子台１と称する）は、本実施形態では３本のバスバー２Ａ〜２Ｃと、それらのバスバー２Ａ〜２Ｃを一体にモールドするモールド部材３とを備えている。バスバー２Ａ〜２Ｃは、導電性材料により形成されており、その両端に、貫通孔４が形成された端子部５が形成されている。以下、３本のバスバー２Ａ〜２Ｃについて総称する場合は、単にバスバー２と称して説明する。なお、貫通孔４は、ねじ溝を切ったねじ穴であってもよい。また、端子部５にナットを取り付けた構成や、そのナットごとモールド樹脂３により一体にモールドした構成であってもよい。

モールド部材３は、成形収縮率が０．６％以下、且つ、線膨張係数が５×１０^−５／℃以下の範囲の樹脂材料で形成されている。なお、例えば熱可塑性の樹脂材料で形成されたモールド部材３の成形収縮率および線膨張係数についての考察は後述する。このモールド部材３は、図２に示すように、バスバー２Ａ〜２Ｃと、磁性体コア６と、絶縁ボビン７とを一体にモールドしている。なお、バスバー２と磁性体コア６とによりノイズフィルターを構成できることは周知であるので、その説明は省略する。

バスバー２Ａ〜２Ｃは、図３に示すように、それぞれの端子部５が平行かつ面一となるように配置されているとともに、その中央部８において、互いに積層されている。これらバスバー２Ａ〜２Ｃのうち、バスバー２Ａは、平板状且つ板幅がＷの直線状に形成されている。一方、バスバー２Ｂおよびバスバー２Ｃは、その板幅はバスバー２Ａと同じくＷであるものの、図４（Ａ）に示すように、オフセットが形成されている。

具体的には、バスバー２Ｂは、中央部８において直線状のバスバー２Ａと平面視にて重なっている一方、端子部５に至る途中に、バスバー２Ａから図示左方に変形するオフセットが形成されている。また、積層順において図示最上側に位置するバスバー２Ｂは、図３および図４（Ｂ）に示すように、バスバー２Ａの端子部５と面一になるように、端子部５まで至る途中に、バスバー２Ａから図示下方に変形するオフセットが形成されている。

一方、バスバー２Ｃは、中央部８において直線状のバスバー２Ａと平面視にて重なっている一方、端子部５に至る途中に、バスバー２Ａから図示右方に変形するオフセットが形成されている。また、積層順において図示最下側に位置するバスバー２Ｃは、図３および図４（Ｂ）に示すように、バスバー２Ａの端子部５と面一になるように、端子部５に至る途中に、バスバー２Ａから図示上方に変形するオフセットが形成されている。なお、これらから分かるように、バスバー２Ｃは、実質的にバスバー２Ｂを逆さまにしたものである。つまり、本実施形態では、直線状に形成されたバスバー２（２Ａ）と、オフセットが形成されたバスバー２（２Ｂ、２Ｃ）との２種類で構成されている。

磁性体コア６は、図５に示すように、その内周側にバスバー２が貫通する中空部９を有している。本実施形態では、磁性体コア６は、断面視が概ね正方形となる四角筒状に形成されている。この中空部９は、角部が面取りされた概ね正方形に形成されており、幅がバスバー２の幅（Ｗ）よりも若干大きく、且つ、高さが３本のバスバー２を積層可能な大きさに形成されている。このため、バスバー２Ａ〜２Ｃをそれぞれ磁性体コア６に貫通させると、図２に示したように、バスバー２の中央部８に対応して中空部９が位置することになる。このとき、バスバー２Ａ〜２Ｃは中央部８において積層されていることから、磁性体コア６の中空部９の幅は、１つのバスバー２の幅（Ｗ）よりも若干大きい程度でよい。

ところで、各バスバー２Ａ〜２Ｃは、それぞれが異なる電流経路を形成することから、互いに接触することを防止する必要がある。また、上記したようにバスバー２Ａ〜２Ｃおよび磁性体コア６はモールド部材３により一体にモールドされることから、圧力が加えられるモールド工程において互いの接触を防止することも必要となる。

そのため、本実施形態では、図２に示したように絶縁ボビン７を設けている。この絶縁ボビン７は、絶縁性材料によって形成されており、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、バスバー２Ａが挿入される閉環状の挿入孔１０Ａ、バスバー２Ｂが挿入される挿入孔１０Ｂ、およびバスバー２Ｃが挿入される挿入孔１０Ｃを有している。このうち、挿入孔１０Ｂおよび挿入孔１０Ｃは、その一部に開口１１が形成されている。挿入孔１０Ｂおよび挿入孔１０Ｃに形成されている開口１１は、バスバー２Ｂおよびバスバー２Ｃに形成されているオフセットに対応できるように、オフセット方向に対応して設けられている。

この絶縁ボビン７は、磁性体コア６の中空部９にバスバー２Ｂ、２Ｃを貫通させた後、絶縁ボビン７の挿入孔１０Ａにバスバー２Ａが挿入され、その状態でバスバー２Ｂ、２Ｃに開口１１を合わせるように中空部９に挿入され、図７（Ａ）に示す状態となる。具体的には、バスバー２Ａ〜２Ｃは互いに積層された状態で中空部９を貫通しており、その貫通方向からみた場合には、上記した図４（Ｂ）に示したようにバスバー２Ｂがバスバー２Ａに対して図示左方に突出し、バスバー２Ｃが図示右方に突出している。この状態で、貫通方向のいずれから絶縁ボビン７を中空部９に挿入すると、直線状のバスバー２Ａは、そのまま閉環状の挿入孔１０Ａをそのまま貫通する。一方、オフセットが形成されたバスバー２Ｂおよびバスバー２Ｃは、閉鎖された挿入孔ではオフセット部分が引っかかるものの、オフセット方向に対応した開口１１が形成されていることから、引っかかることなく絶縁ボビン７に収まることになる。

その結果、図７（Ｂ）に示すように、各バスバー２Ａ〜２Ｃは、中空部９において、互いに所定間隔を存した状態で位置決めされる。そして、各バスバー２Ａ〜２Ｃ間が絶縁されるとともに、バスバー２Ａ〜２Ｃと磁性体コア６の内周面つまり中空部９の外縁との間が絶縁される。このとき、バスバー２Ａ〜２Ｃ間の距離つまり沿面距離が絶縁ボビン７により一定値で確保される。さらに、バスバー２Ａ〜２Ｃは互いの距離が一定値で確保されることから、いずれかのバスバー２を固定すれば、磁性体コア６の内周面との間の沿面距離も一定値で確保することができる。なお、バスバー２は、モールド工程では端子部５の接触面側（図４（Ｂ）参照。図示上面側）までモールドされないように接触面側で固定されるため、磁性体コア６の内周面との間の沿面距離を確保することができる。

また、絶縁ボビン７は、その長さが、概ねバスバー２Ｂおよびバスバー２Ｃに形成されている図示上下方向のオフセット部位（図４参照）を覆うように形成されている。つまり、絶縁ボビン７は、バスバー２間の互いの距離が近い部位、つまりは、概ね端子部５を除いた部位を覆う程度に貫通方向に長く形成されている。また、絶縁ボビン７は、磁性体コア６の貫通方向における長さよりも十分に長くなっている。そのため、絶縁ボビン７が多少貫通方向にずれたとしても、バスバー２間、および、バスバー２と磁性体コア６の内周面との間の接触を防止することができる。

この場合、バスバー２は、直線状に形成されたバスバー２Ａと、オフセットが形成されたバスバー２Ｂ、２Ｃとの２種類で構成されているため、仮に図７（Ｂ）の状態で上下や左右を取り違えても、最終的な端子台１は同じものができあがる。
そして、モールド工程においてモールド部材３によりモールドすることにより、図８に断面視にて示すように、磁性体コア６の中空部９には、バスバー２Ａ〜２Ｃ（より厳密には、各バスバー２の中央部８）が所定間隔を存して積層された状態、且つ、バスバー２間および磁性体コア６との間が絶縁された状態となる。

さて、モールド工程では、樹脂材料を加熱しながら、また圧力を加えながらモールドする。そのため、モールド工程が終了すると、モールド部材３は、冷えることによって収縮する。このとき、成形収縮率が高いと、収縮により磁性体コア６が損傷するおそれがある。そこで、モールド部材３を、成形収縮率が０．６％以下の樹脂材料で形成することにより、モールド工程の終了後にモールド部材３が収縮した場合であっても、磁性体コア６が損傷するおそれを抑制することができる。

また、モールド部材３は、線膨張係数が５×１０^−５／℃以下の範囲の樹脂材料で形成されている。モールド部材３は、実使用時には、通電されることでバスバー２に大電流が流れることで発熱して膨張する一方、通電が終わると冷えて収縮する。このため、端子台１は、膨張および収縮を繰り返すことになる。このとき、膨張率が高いと、例えば中空部９内に存在するモールド部材３（図８参照）が膨張して磁性体コア６が損傷する可能性がある。また、バスバー２に近いほど高温になると考えられるため、モールド部材３の内部側と表面側とでその膨張や収縮の態様が異なるおそれがあり、線膨張係数が高いとやはり磁性体コア６が損傷するおそれがある。そこで、モールド部材３を線膨張係数が５×１０^−５／℃以下の範囲の樹脂材料で形成することにより、熱収縮による大きさの変動が低減され、実使用時に磁性体コア６が損傷するおそれを抑制することができる。

以上説明した本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
端子台１では、バスバー２は、両端側にそれぞれ端子部５が形成されているとともに、その中央側（中央部８側）の少なくとも一部が平板状に形成され、磁性体コア６の中空部９を、互いに所定の間隔を存して板厚方向に積層された状態で貫通する。このため、磁性体コア６の中空部９は、１つの平板状のバスバー２の幅と、それを複数枚積層できるだけの大きさとを備えていればよい。そのため、複数のバスバー２を単純に横方向に並べる場合に比べて、磁性体コア６を小型化することができる。そして、磁性体コア６を小型化することができることから、モールド部材３で一体化した際にも、端子台１の大きさを小型化することができる。したがって、複数のバスバーが存在する構成において、ノイズフィルター機能を実現しつつも小型化を図ることができる。

この場合、磁性体コア６を小型化していることから、モールド工程時や実使用時においてモールド部材３が熱収縮を起こした場合であっても、例えば３本のバスバーを板幅方向に横に配置可能な断面視で長方形となるような磁性体コアに比べて、磁性体コア６が破損するおそれを抑制することができる。
このとき、絶縁ボビン７を設けることにより、互いが接触するおそれを低減している。これにより、中空部９に複数のバスバー２を積層して配置することで互いの距離や中空部９の内周面との間の距離が短くなる場合であっても、例えばモールド工程において圧力が加えられた際に接触する等のおそれを低減することができる。そして、絶縁ボビン７により絶縁されていることから、積層する際の間隔をより小さくでき、より小型化を図ることができる。

また、磁性体コア６を小型化することができることから、製造コストを低減することができる。
また、端子台１自体の大きさが小型化されることから、小型化や軽量化が求められ、また、設置場所に振動が生じたりする電気自動車やハイブリッド自動車等への適用に好適である。
また、モールド部材３を成形収縮率が０．６％以下の樹脂材料で形成したことにより、モールド工程の終了後にモールド部材３が収縮した場合であっても、磁性体コア６が損傷するおそれを抑制することができる。

また、モールド部材３を線膨張係数が５×１０^−５／℃以下の範囲の樹脂材料で形成することにより、実使用時における熱収縮による変動が抑えられ、磁性体コア６が損傷するおそれを抑制することができる。
また、本実施形態では、直線状に形成されたバスバー２（２Ａ）と、オフセットが形成されたバスバー２（２Ｂ、２Ｃ）との２種類で構成されている。このため、バスバー２の種類が増えて製造や管理や煩雑になることを抑制することができる。
また、バスバー２を２種類で構成していることから、モールド工程前の段階（図７（Ｂ）参照）で仮に上下や左右を取り違えるミスが起きても、最終的な端子台１は同じものができあがる。つまり、人為的ミスに対する冗長性を備えることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記した実施形態で例示した構成に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形又は拡張することができる。
モールド部材３を形成する樹脂材料は、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂のいずれも採用することができる。熱可塑性樹脂としては、例えば以下のようなものを採用することができる。
・ポリフェニレンサルファイド樹脂（Poly Phenylene Sulfide Resin：PPS）：融点が約280℃と高く、また、高い耐熱性、優れた耐薬品性を備え、難燃剤を添加せずに自己消火性を実現できる。

・ポリブチレンテレフタレート(Polybutylene terephthalate：PBT)：耐熱温度は60〜140℃と広く、電気特性をはじめ物性のバランスがよくとれたプラスチックであり、寸法安定性、熱安定性が良好で精密さが要求される部品によく利用される。また、耐酸性、耐アルカリ性などの耐薬品性も良好。
・アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（Acrylonitrile Butadiene Styrene：ABS）：軽量かつ強固で、メッキを施すことが。また、耐熱性、耐摩耗性、寸法安定性に優れ、電気的特性も良好であり溶接や溶着が容易。なお、折り曲げて白化したり、耐候性にやや劣る面もあるが、テレビ、ラジオ部品、車両部品、トランク、運道具、楽器ケース、スーツケース、ヘルメット、自動車内装用、ハンドル、計算機等に広く利用されている。

また、熱硬化性樹脂としては、例えば以下のようなものを採用することができる。
・フェノール系樹脂：機械的強度、電気絶縁性、耐酸性、耐水性、耐熱性等が高く、比較的安価 に利用できる。耐アルカリ性にやや劣るものの、積層板、耐酸器具、電気絶縁材料、機械部品、塗料、食器、ボタン等に幅広く使われている。
・エポキシ系樹脂：電気絶縁性、接着性、耐熱性、耐薬品性等が良好。やや高価であるものの、ライニング、歯車、日用品の接着剤、金属接着剤、金属塗料等に幅広く使われている。

・不飽和ポリエステル系樹脂：電気絶縁性、耐熱性、耐薬品性等が良好で、低圧成形も可能。また、硝子繊維で強化したものは非常に強靭であり、絶縁テープ、自動車車体、録画テープ、タンクライニング、安全帽、強化プラスチック板、テーブル封入注型品、車両、自動車、船舶、建築材、軽金属代用構造材料に幅広く用いられている。
実施形態では閉環状の磁性体コア６を例示したが、環状の一部に不連続部を設けた磁性体コアを採用してもよい。また、一体の磁性体コア６を例示したが、分割型の磁性体コアを採用してもよい。

実施形態では３本のバスバーを例示したが、２本でも、４本でもよい。つまり、バスバーは複数であればよい。ただし、小型化や磁性体コア６が損傷するおそれを低減すること、あるいは、実際には二相や三相での電源経路が主流であること等に鑑みると、３本までバスバー２を積層することが好ましい。

図面中、１は端子台（フィルター付き端子台）、２、２Ａ〜２Ｃはバスバー、３はモールド部材、５は端子部、６は磁性体コア、７は絶縁ボビン、９は中空部を示す。

Claims (4)

1. 磁性材料により形成され、その内周側にバスバーが貫通する中空部を有する磁性体コアと、
   導電性材料により形成され、両端側にそれぞれ端子部が形成されているとともに、その中央側の少なくとも一部が平板状に形成され、前記中空部を互いに所定の間隔を存して板厚方向に積層された状態で貫通する複数のバスバーと、
   樹脂材料で形成され、前記磁性体コアおよび前記バスバーを、前記端子部を露出した状態で一体にモールドするモールド部材と、
   絶縁性材料により形成され、前記中空部を貫通する複数の前記バスバー間および前記バスバーと前記磁性体コアの内周面との間を絶縁するとともに、前記バスバー間および前記バスバーと前記磁性体コアの内周面との間の沿面距離を確保する絶縁ボビンと、を備え、
   前記バスバーは、直線状に形成されたものと、両側の端子部が前記中空部に挿入されている部位から前記磁性体コアの外側までオフセットした形状に形成されたものとが設けられており、
   前記中空部に挿入される前記絶縁ボビンは、前記磁性体コアに前記バスバーを挿入した状態で取り付け可能なように、前記バスバーが貫通する貫通孔に、当該バスバーのオフセット方向に対応した開口が形成されていることを特徴とするフィルター付き端子台。
2. 前記磁性体コアの前記中空部は、前記バスバーの前記中空部に挿入される部位の幅よりも若干大きく形成されていることを特徴とする請求項１記載のフィルター付き端子台。
3. 前記モールド部材は、成形収縮率が０．６％以下の樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のフィルター付き端子台。
4. 前記モールド部材は、線膨張係数が５×１０^-5／℃以下の範囲の樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載のフィルター付き端子台。
   

Images