JP7194603B2

JP7194603B2 - 電気的接続体、および、それを用いた電力変換装置

Info

Publication number: JP7194603B2
Application number: JP2019013940A
Authority: JP
Inventors: 直哉須藤; 和志高橋; 雅浩植竹
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2022-12-22
Anticipated expiration: 2039-01-30
Also published as: JP2020124029A

Description

本発明は、三相モータ等の電気的負荷とインバータ等の電力源を中継する中継導体、および、それを用いた電力変換装置に関する。

特許文献１には、モータと電力変換装置を中継する中継導体が開示されている。例えば、同文献の段落００９８には、「図１４（ａ）は、交流端子ブロック７６０と交流リレーバスバー７５０とにより構成される交流側中継導体８０２の斜視図である。図１４（ｂ）は、交流端子ブロック７６０の斜視図である。図１４（ｃ）は、交流リレーバスバー７５０の斜視図である。」の記載があり、また、段落０１００には、「図１４（ｂ）に示されるように、交流端子ブロック７６０は、交流バスバー７６３と樹脂製ブロック７６２が一体に形成される。図１４（ａ）に示されるように、交流バスバー７６３は、その下部において交流リレーバスバー７５０と、ネジ等により機械的に接続される。」の記載があり、さらに、段落０１０２には、「図１４（ｃ）に示されるように、交流リレーバスバー７５０は、リレーバスバー７５３と絶縁部材７５２が一体に形成される。後述する図１５に示されるように、リレーバスバー７５３の一端は、パワー半導体モジュール３００ａ～３００ｃ及びパワー半導体モジュール３０１ａ～３０１ｃと溶接接続される。そのため、リレーバスバー７５３は、溶接性を有した材料を用いられる必要がある。また、リレーバスバー７５３と交流バスバー７６３は、リレーバスバー７５３に形成された貫通孔７５５を通る第１締結部材７７１によって接続される。」の記載がある。

すなわち、特許文献１には、リレーバスバーと交流バスバーが締結部材によって接続された構成の中継導体が開示されている。

特開２０１４－１７６２７１号公報

特許文献１の中継導体は、同文献の図１４（ａ）～（ｃ）に示されるように、交流バスバー７６３とリレーバスバー７５３が各相同等形状であるため、中継導体を介して応力が伝達される場合であっても、その応力は各バスバーに略均等に分担され、一部バスバーが過大な応力を担うという問題が生じることはない。

しかしながら、バスバー形状や端子角度等が相毎に異なる中継導体もあり、この場合は、一部バスバーが過大な応力を担い、電気的接続が破断する可能性もある。

そこで、本発明は、バスバー形状や端子角度が相毎に異なる場合でも、各バスバーで発生する応力を抑制できる電気的接続体を提供することを目的とする。

本発明の電気的接続体は、第１バスバーと、第２バスバーと、それらを固定する固定部材と、を備えた中継導体と、前記第１バスバーに締結された第１導体と、前記第２バスバーに締結された第２導体と、前記第１バスバーに溶接された第３導体と、前記第２バスバーに溶接された第４導体と、を具備する電気的接続体であって、前記第１バスバーは、前記固定部材の一方側で前記第３導体と溶接する溶接端と、前記固定部材の他方側で前記第１導体と締結する締結端を有し、前記第２バスバーは、前記固定部材の一方側で前記第４導体と溶接する溶接端と、前記固定部材の他方側で前記第２導体と締結する締結端を有し、前記固定部材は、前前記第１バスバーを覆う第１被覆部と、前記第２バスバーを覆う第２被覆部と、を設けており、前記第１バスバーは、前記第１被覆部における前記第１導体側の端部である第１被覆部先端部から前記第１導体に向かって延び、前記第１導体は、前記第１バスバーとの締結部から前記第１バスバーの延びる方向と交差する方向に延びる第１水平部を有し、前記第２バスバーは、前記第２被覆部における前記第２導体側の端部である第２被覆部先端部から前記第２導体に向かって延び、前記第２導体は、前記第２バスバーとの締結部から前記第２バスバーの延びる方向と交差する方向に延びる第２水平部を有し、前記第１水平部において前記第１バスバーと締結される側とは反対側の端部を第１力点、前記第１水平部と前記第１バスバーの交差点を第１支点、前記第１バスバーが前記第１被覆部から露出する起点となる前記第１被覆部先端部を第１作用点とし、前記第２水平部において前記第２バスバーと締結される側とは反対側の端部を第２力点、前記第２水平部と前記第２バスバーの交差点を第２支点、前記第２バスバーが前記第２被覆部から露出する起点となる前記第２被覆部先端部を第２作用点としたとき、前記第１力点と前記第１支点の距離と、前記第１支点と前記第１作用点の距離の和が、前記第２力点と前記第２支点の距離と、前記第２支点と前記第２作用点の距離の和と略等しい。

本発明の電気的接続体によれば、バスバー形状や端子角度が相毎に異なる場合でも、各バスバーで発生する応力を抑制することができる。

一実施例の中継導体を備えた車輪駆動システム一実施例の中継導体の斜視図一実施例の中継導体の断面図

まず、図１を用いて、本発明の一実施例に係る中継導体１を用いた、車輪駆動システム１０を説明する。この車輪駆動システム１０は、電気自動車等に搭載されるものであり、直流電力を出力する直流電源１１と、直流電源１１が出力した直流電力を三相交流電力に変換するパワー半導体回路部を内蔵したインバータ１２（電力変換装置）と、三相交流電力により駆動される三相モータ１３と、ギアボックス１４と、車輪１５と、を備え、本実施例の中継導体１によって、インバータ１２のパワー半導体回路部と電気的に接続された端子（交流リレー導体板、以下、「インバータ端子２」と称する）と、三相モータ１３と電気的に接続された端子（以下、「モータ端子７」と称する）を接続している。なお、本実施例の車輪駆動システム１０においては、中継導体１がインバータ１２の筐体に固定されており、三相モータ１３がギアボックス１４の筐体に固定されているため、車両走行時のギアボックス１４の振動は、三相モータ１３のリード線とモータ端子７を介して、中継導体１やインバータ１２にも伝達する。

次に、図２の斜視図を用いて、中継導体１の具体的な構成を、インバータ端子２とモータ端子７の具体的な構成と合わせて説明する。ここに例示する中継導体１は、中継導体板（以下、「バスバー３」と称する）を相毎に備え、それらを樹脂製の固定部材４で一体成型したものである。また、固定部材４には、締結孔５が設けられており、ここを貫通させたネジ等により、インバータ１２の筐体に中継導体１を固定することができる。また、固定部材４は、モータ端子７側に向けて延びる被覆部６を備えており、これによりバスバー３の一部を被覆している。この被覆部６の詳細は後述する。

この中継導体１において、インバータ端子２とバスバー３の一端（溶接端）は、溶接部８によって連結され、バスバー３の他端（締結端）とモータ端子７は、バスバー３の貫通穴を貫通させたネジ等の締結具９によって連結される。なお、車輪駆動システム１０を組立時には、バスバー３の一端とインバータ端子２を溶接により連結した後、バスバー３の他端にモータ端子７を締結具９で締結する。このとき、モータ端子７の先端には三相モータ１３からのリード線が予め連結されているので、このようなモータ端子７の締結作業がし易いように、各相のバスバー３の長さ（モータ端子７の位置を規定）や、モータ端子７の先端角度（リード線の向きを規定）は、相毎に異なる形態に設計されている。

図２から明らかなように、本実施例の中継導体１においては、被覆部６の長さ（或いは、バスバー３と被覆部６の接触面積）は相毎に異なっている。以下、図３を用いて、被覆部６の長さ（接触面積）を相毎に異ならせた理由を説明する。

図３は、図２に例示した中継導体１の断面図であり、左から順に、Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相のバスバー３_Ｕ、３_Ｖ、３_Ｗを含む位置での断面図である。図２からも明らかなように、本実施例の中継導体１では、バスバー３の長さを、３_Ｕ＞３_Ｖ＞３_Ｗとしている。また、図３に示すように、断面が略コ字状のモータ端子７を、Ｕ相とＷ相のモータ端子７_Ｕ、７_Ｗでは上側が開放方向となるように、Ｖ相のモータ端子７_Ｖでは下側が開放方向となるように、締結している。

上述したように、本実施例の中継導体１のバスバー３や溶接部８には、三相モータ１３、リード線、モータ端子７を介して、車両走行時のギアボックス１４の振動が伝達される。また、モータ端子７の締結時には、バスバー３を介して締結荷重が溶接部８に伝達される。そして、溶接部８に応力が過度に集中すると、溶接部８が破断する惧れがあるため、本実施例の中継導体１では、各相のバスバー３に発生する応力を抑制することで、溶接部８での過度な応力集中を抑止する。

ここで、図３のＷ相の断面図を例に、ギアボックス１４の振動に起因する応力が、溶接部８_Ｗに伝達される仕組みを説明する。ギアボックス１４の振動は、三相モータ１３のリード線を介して、モータ端子７_Ｗの先端側（力点Ｐ_１Ｗ）に伝達される。力点Ｐ_１Ｗに伝わった振動は、モータ端子７_Ｗの水平部とバスバー３_Ｗが交差する支点Ｐ_２Ｗを経由して、被覆部６_Ｗの端部である作用点Ｐ_３Ｗに伝達される。このため、力点Ｐ_１Ｗと支点Ｐ_２Ｗ間の距離Ｌ_１Ｗと、支点Ｐ_２Ｗと作用点Ｐ_３Ｗ間の距離Ｌ_２Ｗからなる経路が、バスバー３_Ｗにおける応力伝達経路となる。バスバー３_Ｗを被覆する被覆部６_Ｗは、固定部材４と一体成型されているため、仮にバスバー３_Ｗだけが振動した場合であっても、固定部材４を介して、各相の溶接部８_Ｕ、８_Ｖ、８_Ｗに振動が伝達される。モータ端子７の振動は各相とも略等しいが、固定部材４に伝達される応力の大きさは、バスバー３の応力伝達経路の長さに依存するため、各相のバスバー３から固定部材４に伝わる応力を等しくするには、各相のバスバー３における応力伝達経路の距離を略等しくすれば良い。

従って、本実施例の中継導体１では、長さの異なる被覆部６_Ｕ、６_Ｖ、６_Ｗを設けることで、下記の式１のように各相の応力伝達経路の長さを略等しくし、バスバー３_Ｕ、３_Ｖ、３_Ｗに発生する応力を抑制（均一化）できるようにするとともに、各相の溶接部８_Ｕ、８_Ｖ、８_Ｗに過度な応力が発生する状況を回避できるようにした。

Ｌ_１Ｕ＋Ｌ_２Ｕ＝Ｌ_１Ｖ＋Ｌ_２Ｖ＝Ｌ_１Ｗ＋Ｌ_２Ｗ … （式１）
すなわち、図３の例では、Ｕ相とＷ相の支点Ｐ_２Ｕ、Ｐ_２Ｗが締結具９よりも下方に位置することを考慮し、被覆部６_Ｕ、６_Ｗを長くした。一方、Ｖ相の支点Ｐ_２Ｖが締結具９よりも上方に位置することを考慮し、被覆部６_Ｖを短くした。また、バスバー３_Ｕが他よりも長いことを考慮し、被覆部６_Ｕを長くした。この結果、モータ端子７の厚さ（距離Ｌ_１）が一定という条件下では、被覆部６の長さを、６_Ｕ＞６_Ｗ＞６_Ｖとし、何れの相においても応力伝達経路の長さを略等しくした。なお、これにより、Ｖ相における作用点Ｐ_３Ｖから端部までの距離は、Ｕ相やＷ相における作用点Ｐ_３から端部までの距離よりも長くなっている。

さらに、図３に示したように、各相の支点Ｐ_２と作用点Ｐ_３の間には、バスバー３の一部を厚さ方向に撓ませた略Ｓ字断面形状の屈曲部を設けることが望ましい。これは、応力伝達経路の一部に屈曲部を設けることで、振動に起因する応力を吸収することができ、屈曲部を設けない構成に比べ、バスバー３を経由して溶接部８に伝達される応力をより小さくすることができるからである。

以上で説明したように、本実施例の中継導体１によれば、バスバー形状や端子角度が相毎に異なる場合でも、各バスバーで発生する応力を抑制することができ、溶接部の破断を抑制することができる。

１中継導体、
２、２_Ｕ、２_Ｖ、２_Ｗインバータ端子、
３、３_Ｕ、３_Ｖ、３_Ｗバスバー
４固定部材
５締結孔
６、６_Ｕ、６_Ｖ、６_Ｗ被覆部
７、７_Ｕ、７_Ｖ、７_Ｗモータ端子
８、８_Ｕ、８_Ｖ、８_Ｗ溶接部、
９、９_Ｕ、９_Ｖ、９_Ｗ締結具、
１０車輪駆動システム、
１１直流電源、
１２インバータ、
１３三相モータ、
１４ギアボックス、
１５車輪、
Ｐ_１、Ｐ_１Ｕ、Ｐ_１Ｖ、Ｐ_１Ｗ力点
Ｐ_２、Ｐ_２Ｕ、Ｐ_２Ｖ、Ｐ_２Ｗ支点
Ｐ_３、Ｐ_３Ｕ、Ｐ_３Ｖ、Ｐ_３Ｗ作用点

Claims

第１バスバーと、第２バスバーと、それらを固定する固定部材と、を備えた中継導体と、
前記第１バスバーに締結された第１導体と、
前記第２バスバーに締結された第２導体と、
前記第１バスバーに溶接された第３導体と、
前記第２バスバーに溶接された第４導体と、
を具備する電気的接続体であって、
前記第１バスバーは、前記固定部材の一方側で前記第３導体と溶接する溶接端と、前記固定部材の他方側で前記第１導体と締結する締結端を有し、
前記第２バスバーは、前記固定部材の一方側で前記第４導体と溶接する溶接端と、前記固定部材の他方側で前記第２導体と締結する締結端を有し、
前記固定部材は、前記第１バスバーを覆う第１被覆部と、前記第２バスバーを覆う第２被覆部と、を設けており、
前記第１バスバーは、前記第１被覆部における前記第１導体側の端部である第１被覆部先端部から前記第１導体に向かって延び、
前記第１導体は、前記第１バスバーとの締結部から前記第１バスバーの延びる方向と交差する方向に延びる第１水平部を有し、
前記第２バスバーは、前記第２被覆部における前記第２導体側の端部である第２被覆部先端部から前記第２導体に向かって延び、
前記第２導体は、前記第２バスバーとの締結部から前記第２バスバーの延びる方向と交差する方向に延びる第２水平部を有し、
前記第１水平部において前記第１バスバーと締結される側とは反対側の端部を第１力点、前記第１水平部と前記第１バスバーの交差点を第１支点、前記第１バスバーが前記第１被覆部から露出する起点となる前記第１被覆部先端部を第１作用点とし、
前記第２水平部において前記第２バスバーと締結される側とは反対側の端部を第２力点、前記第２水平部と前記第２バスバーの交差点を第２支点、前記第２バスバーが前記第２被覆部から露出する起点となる前記第２被覆部先端部を第２作用点としたとき、
前記第１力点と前記第１支点の距離と、前記第１支点と前記第１作用点の距離の和が、
前記第２力点と前記第２支点の距離と、前記第２支点と前記第２作用点の距離の和と略等しいことを特徴とする電気的接続体。
請求項１に記載の電気的接続体を有する電力変換装置であって、
前記第１バスバーと前記第２バスバーは、交流電力を伝達する交流電力用バスバーであり、
前記溶接端側の前記第３導体及び第４導体は、直流電力を交流電力に変換するパワー半導体回路部と接続されていることを特徴とする電力変換装置。