KR20150089050A - 버스 바 및 버스 바 모듈, 및 버스 바의 제조 방법 - Google Patents

버스 바 및 버스 바 모듈, 및 버스 바의 제조 방법 Download PDF

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KR20150089050A
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

버스 바(1)는, 띠 형상 도체(11, 12)를 폭 방향으로 인접시켜 나선 형상으로 권회하면서 내부의 대향하는 표면을 근접시킨 평판 형상의 제1 도체선(21)과, 제1 도체선(21)과는 역방향의 나선 형상으로 띠 형상 도체(11, 12)를 권회하면서 내부의 대향하는 표면을 근접시킨 평판 형상의 제2 도체선(22)을 길이 방향으로 병설하고, 각각의 폭 방향의 외부의 표면이 대향하도록 겹친 적층 도체선(20)과, 적층 도체선(20)의 양단부측에서 제1 도체선(21)과 제2 도체선(22)에 접합시킨 단자부(30)를 구비한다.

Description

버스 바 및 버스 바 모듈, 및 버스 바의 제조 방법 {BUS BAR, BUS BAR MODULE, AND METHOD OF MANUFACTURING BUS BAR}
본 발명은, 전기 접속에 사용되는 버스 바 및 버스 바 모듈, 및 버스 바의 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터, 버스 바나 버스 바 모듈이 전기 접속에 사용된다. 예를 들어, 버스 바나 버스 바 모듈은, 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서, 특히 고주파 전류를 수반하는 펄스폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation) 방식의 구동 제어가 행해지는 전기 접속에 사용된다.
여기서, 하이브리드 자동차의 시스템에 사용되는 버스 바의 일례를 특허문헌 1, 2에 기초하여 설명한다. 특허문헌 1, 2의 예에서는, 모터와 모터 인버터의 사이, 및 발전기와 발전기 인버터의 사이, 또한 인버터 유닛 내의 전력선의 전기 접속에, 버스 바가 사용된다.
일반적으로, 모터나 발전기와 인버터 사이에 흐르는 고주파 전류에는, 기본의 정현파나 직류 성분 이외에도, 스위칭에 수반되는 수 ㎑에 달하는 고주파 성분이 포함되어 있다. 이러한 고주파 성분은, 버스 바의 도체 내부에 와전류를 유기한다. 그리고, 특허문헌 1에 나타내는 예에서는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 표피 효과에 의해, 전류의 주파수 f와 평각선으로 구성된 버스 바(101)의 도체 재질에서 요구되는 표피 깊이 δ＝(ρ/πfμ)1/2의 깊이의 표면 피하에 전류가 집중하여 흐른다. 이에 의해, 도체 내부에 흐르는 전류 밀도가 낮아지므로, 도체의 실효 저항이 증대되고, 결과적으로 와전류손으로서 나타난다. 그리고, 와전류손은 전류의 주파수 f의 제곱에 비례하므로, PWM 방식에 의해 생성된 교류 전류는, 현저하게 고주파 성분이 큰 전류가 버스 바(101)에 흘러, 와전류손이 현저하게 되어 버린다. 여기서, 도 10은 각종 도체 재질에 대한 구동 전류의 주파수와 표피 깊이의 관계를 나타내는 그래프를 나타낸다.
상술한 고주파에 의한 와전류손을 억제하기 위해, 또한 방열을 위해, 특허문헌 1에 개시되는 바와 같은 고압 대전류를 사용하는 모터 등에 사용되는 버스 바로서는, 표면적이 큰 구리제의 평판 형상의 버스 바가 사용되고 있다. 그러나, 주요 전력인 비교적 주파수가 낮은 기본 정현파나 직류 성분도 버스 바에는 흐르고 있다. 그로 인해, 고주파 성분의 억제를 위해, 평판 형상으로 하여 단면적을 얇게 해 버리면, 주요 전력을 담당하는 전류에 대한 실효 저항이 커져, 이른바 구리손(재료가 철인 경우에는 철손)이 증가하게 된다. 또한, 평판 형상의 어느 정도의 두께가 있는 구리 등의 금속판은, 적지 않게 강성을 갖고, 그 성형 가공도 실장 배선도 용이하지 않다. 따라서, 저주파로부터 고주파가 혼재하는 전류를 전송하는 버스 바에 있어서, 종합적으로 전송 손실을 어떻게 저감시킬지가 과제로 되고 있다.
또한, PWM에 수반되는 고주파 성분은, 버스 바에 인덕턴스와 주파수의 곱에 비례한 무효 전압(V∝f·L)을 유기하기 위해, 스위칭이 빨라지면, 그 서지에서 인버터의 출력단 소자에 큰 내전압을 요구하지 않을 수 없게 된다. 그로 인해, 버스 바나 버스 바 모듈의 부유 인덕턴스는, 가능한 한 작은 쪽이 바람직하다.
한편, 특허문헌 2에서는, 복수의 비교적 가느다란 평각선을 병렬로 집합시킨 집합 평각선이, 버스 바를 구성하고 있다. 이에 의해 제조 비용이 저감되고, 복잡한 형상의 형성이 용이해지고, 또한 각 평각선에 분류(分流)시킴으로써 와전류손도 억제할 수 있다고, 특허문헌 2는 주장하고 있다. 특허문헌 2의 설명에 의하면, 버스 바를 복수의 평각선으로 구성하는 경우, 버스 바를 평판에 의해 구성하였을 때에 비해, 선 직경이 (1/코일선의 개수)로 저감된다. 이에 의해, 선 폭의 제곱에 비례한다고 일컬어지는 와전류손을 억제하고, 결과적으로 버스 바 전체에서 와전류손을 저감한다고 설명되어 있다. 또한, 선 수를 많게 하여 각 선 직경을 작게 하면, 단면을 흐르는 와전류의 루프를 작게 할 수 있어, 와전류손을 더욱 저감시킬 수 있다고 설명되어 있다.
그러나, 도 12a에 나타내는 바와 같이 평행하게 가로로 배열된 복수의 각선으로 버스 바(102)를 구성하였다고 해도, 표피 효과는 남게 되어 버린다. 즉, 도 12b에 나타내는 바와 같이, 버스 바(102)를 구성하는 각 각선에 균등하게 외부로부터 공급되는 고주파 전류가 분류된다고 가정하여, 그것에 의해 여자되는 고주파 자속선을 생각하면, 내측의 각선을 둘러싸는 자속선의 존재를 알 수 있다. 그 자속선을 끼운 양측의 2 각선은, 버스 바(102)의 양단부의 단자에 의해 접속되어 있으므로, 큰 폐루프를 형성하고, 그 루프에 교류 자속선이 관통하게 된다. 이 상황의 전자기 유도 작용에 의해, 폐루프에는 유도 기전력이 발생하여, 와전류가 흐르게 된다. 이 와전류와 앞서 가정한 외부로부터 공급되는 전류를 합산한 것이, 실제로 흐르는 전류라고 생각된다. 결국, 버스 바(102)를 복수의 각선으로 분할하였다고 해도, 전류는 내측의 각선을 피하여 흘러, 외측의 각선에 집중된다고 하는 편류가 발생해 버린다. 그 결과, 평행하게 가로로 배열된 복수의 각선을 일체로 한 평각선으로 구성한 도 11에 나타내는 버스 바(101)와 마찬가지의 표피 효과에 의한 전류 분포가, 여전히 존재한 상태로 된다. 이것은, 평각선으로 구성한 버스 바에 평행하게 슬릿을 형성하였다고 해도, 버스 바에 흐르는 와전류에는 전혀 작용하지 않는 것과 동일하다.
마찬가지로, 도 13a에 나타내는 바와 같이 평행하게 종횡 배열된 복수의 각선으로 버스 바(103)를 구성하였다고 해도, 표피 효과는 남게 되어 버린다. 도 12b와 마찬가지로 실 전류 분포를 구하면, 내측의 각선의 내부를 관통하는 자속선의 존재로부터, 역시, 표피 효과와 마찬가지의 전류 편류가 발생해 버린다. 결국, 평행하게 종횡 배열된 복수의 각선을 일체로 한 평각 형상으로 구성한 도 11에 나타내는 버스 바(101)와 마찬가지의 표피 효과에 의한 전류 분포가 여전히 존재한 상태로 되는 것을 알 수 있다.
이상에 의해, 특허문헌 2에 개시하는 버스 바의 구조에서는, 형상 가공성이나 실장 배선성은 개선되지만, 와전류손 억제에는 아무런 효과를 발휘하지 않는 것을 알 수 있다. 특허문헌 2에는, 복수의 평각선의 집합체 전체를 꼼으로써, 와전류 손실을 더욱 저감시키는 것은 가능하다고 기재되어 있다. 그러나, 당해 구성은, 도 12b나 도 13b에 나타내는 단면도에 있어서의 교류 자속선의 형상이나 분포에 아무런 영향을 미치는 것은 아니며, 교류 자속선이 유기하는 와전류 및 그것에 수반되는 전력 손실을 저감시키는 효과는 없는 것인 것을 알 수 있다. 또한, 복수의 평각선의 집합체 전체를 꼬는 것은, 솔레노이드 코일과 같이 내부 인덕턴스를 갖는 것과 등가이므로, 필요 이상의 인덕턴스의 증가를 초래해 버린다.
일본 특허 공개2006-81373호 공보 일본 특허 공개2010-246298호 공보
상술한 바와 같이, 종래와 같이 병렬되는 복수 도선으로 버스 바를 구성하였다고 해도, 버스 바 내부에 발생하는 고주파 자속선에 의해 유기되는 기전력에 의해, 버스 바 양단부의 단자를 경유한 폐루프에 와전류가 흐른다. 이에 의해, 각 도체에 흐르는 고주파 전류에 치우침이 발생한다. 그리고, 결국, 일체 도체의 버스 바의 표피 효과와 마찬가지의 전류 분포로 되어 버려 와전류 손실은 억제할 수 없다고 하는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 고주파 전류에 수반되는 와전류 손실을 저감시킬 수 있는 버스 바 및 버스 바 모듈, 및 버스 바의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 버스 바는, 전기 접속에 사용되는 버스 바이며, 절연막으로 피복된 1개 또는 복수의 띠 형상 도체를 당해 띠 형상 도체의 폭 방향에 있어서 인접하여 배열되도록 나선 형상으로 권회하면서, 권회한 내부의 대향하는 표면을 근접 또는 밀착시켜 평판 형상으로 구성한 2개의 도체선을 각각의 길이 방향으로 병설하고, 각각의 폭 방향의 외부의 표면이 서로 대향하도록 겹쳐 적층시킨 적층 도체선과, 상기 적층 도체선의 양단부측에 배치하고, 상기 2개의 도체선에 접합시킨 전기 접속하기 위한 단자부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이것에 의하면, 버스 바를 구성하는 적층 도체선의 길이 방향을 따라, 2개의 도체선의 각 띠 형상 도체가 적층 도체선의 외측인 적층 도체선의 표면과 적층 도체선의 내측인 적층 도체선의 내부에서 교체된다. 즉, 적층 도체선의 표면에 있었던 띠 형상 도체가, 나선 형상으로 권회되는 구조에 의해 다음 피치에서는 내부로 들어간다. 이로 인해, 각 띠 형상 도체에는 적층 도체선의 외측·내측의 구별없이 전류가 흘러, 실효 단면적을 확보할 수 있고, 와전류 손실을 작게 억제할 수 있어, 고주파 전류의 표피 효과를 효과적으로 억제할 수 있다. 이상에 의해, 와전류 손실을 억제하여 표피 효과를 피하여, 저주파 전류뿐만 아니라, 고주파 전류도 버스 바 내부에 흘러, 넓은 주파수 영역에 있어서 단면적 전체에 전류를 흘릴 수 있도록 함으로써, 저주파의 기본파로부터, 변조에 수반되는 고주파까지, 전송 손실을 효과적으로 억제할 수 있다.
여기서, 본 발명에 관한 버스 바는, 상기 2개의 도체선은, 절연막으로 피복된 1개 또는 복수의 띠 형상 도체를 당해 띠 형상 도체의 폭 방향에 있어서 인접하여 배열되도록 나선 형상으로 권회하면서, 권회한 내부의 대향하는 표면을 근접 또는 밀착시켜 평판 형상으로 구성한 제1 도체선과, 절연막으로 피복된 1개 또는 복수개의 띠 형상 도체를 당해 띠 형상 도체의 폭 방향에 있어서 인접하여 배열되도록 상기 제1 도체선과는 반대 방향의 나선 형상으로 권회하면서, 권회한 내부의 대향하는 표면을 근접 또는 밀착시켜 평판 형상으로 구성한 제2 도체선으로 이루어져도 된다.
이것에 의하면, 버스 바를 구성하는 제1 도체선 및 제2 도체선의 각 띠 형상 도체가 서로에 대해 반대 방향의 나선 형상으로 권회되어 있고, 코일과 같은 나선 전류가 흐름으로써 내부 인덕턴스가 증가한다. 그러나, 띠 형상 도체가 나선 형상으로 권회된 제1 도체선과 띠 형상 도체가 반대 방향의 나선 형상으로 권회된 제2 도체선이, 길이 방향으로 병설하여 적층되어 있으므로, 각각의 주위로 확대되는 발생하는 자속선이, 대역적으로 상쇄된다. 그로 인해, 버스 바 전체적인 내부 인덕턴스의 증가는 최소한으로 억제할 수 있다.
여기서, 본 발명에 관한 버스 바는, 상기 2개의 도체선의 각각을 구성하는 상기 띠 형상 도체의 수가 동등하고, 상기 2개의 도체선 각각을 구성하는 상기 띠 형상 도체가 동등한 폭을 갖고 있어도 된다. 또한, 상기 2개의 도체선 각각을 구성하는 상기 띠 형상 도체의 수가 2개여도 된다.
이것에 의하면, 버스 바의 길이 방향으로부터 보면, 제1 도체선과 제2 도체선을 서로 역방향의 선회 전류가 흐르는 동일한 권취수의 2개의 솔레노이드 코일로서 간주할 수 있다. 그리고, 이 2개의 솔레노이드 코일이 충분히 근접하여 배치되어 있고, 그들이 외부에 만드는 자속선은 각각 역방향에서, 겹치면 상쇄된다. 즉, 버스 바의 구조에 수반하여 발생하는 내부 인덕턴스는, 고주파 전류에 의해 발생하는 자속선의 확대(자속 밀도의 체적 적분)에 비례하므로, 서로 역권취의 동일한 권취수의 2쌍의 버스 바에서는, 자속선이 버스 바 외부로 확대되지 않는다. 그 때문에, 내부 인덕턴스는 최소한으로 억제된다고 하는 효과를 갖고 있다. 또한, 간이한 구조로, 성형 가공이나 실장 배선이 용이하다고 하는 효과를 갖고 있다. 또한, 2개의 도체선의 각각을 구성하는 띠 형상 도체의 수가 2개이고, 또한 띠 형상 도체가 동일한 폭을 갖는 경우는, 버스 바의 폭과 나선 피치를 적절하게 조합할 수 있는 간이한 구조이고, 또한 부품 개수가 최소이므로, 성형 가공이나 실장 배선에 있어서 가장 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 버스 바는, 상기 적층 도체선의 폭에 대한 두께의 어스펙트비가 1 이하여도 된다.
이것에 의하면, 적층 도체선의 폭 방향의 단면 형상이 정방형 내지 직방형의 대략 직사각형으로 된다. 적층 도체선의 폭에 대한 두께의 어스펙트비가 1로 되는 적층 도체선의 폭 방향의 단면 형상이 대략 정방형인 경우는, 종래의 평각선 구조의 버스 바에서는, 버스 바의 표면적이 최소로 되고, 와전류 손실이 최대로 된다. 그러나, 본 발명에 관한 버스 바는, 버스 바의 길이 방향을 따라 제1 도체선 및 제2 도체선의 각 띠 형상 도체가 버스 바의 외측과 버스 바의 내측에서 교체되고, 각 띠 형상 도체에는 버스 바의 외측·내측의 구별없이 전류가 흐르기 때문에, 실효 단면적을 확보할 수 있고, 와전류 손실을 작게 억제할 수 있어, 고주파 전류의 표피 효과를 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 버스 바는, 상기 적층 도체선의 폭을 W, 상기 적층 도체선의 두께를 T, 상기 띠 형상 도체의 폭을 ω, 상기 띠 형상 도체의 나선 피치의 절반을 λ로 하면, 상기 버스 바에 통전시키는 전류의 주파수 f와 상기 띠 형상 도체의 저항률 ρ 및 투자율 μ로부터 구해지는 표피 깊이 δ＝(ρ/πfμ)1/2에 대해 T/W 및 λ/W의 치수비의 조합이, 이하의 식(1)을 만족시켜도 된다.
Figure pct00001
식(1)에 기초하여 구한 기하 파라미터 T/W, λ/W를 조합하여 버스 바를 구성함으로써, 본 발명에 관한 버스 바의 교류 저항에 대한, 폭 방향의 단면 형상이 거의 동일한 치수인 종래의 평각선 구조의 버스 바의 교류 저항의 비의 값이 1 이하로 된다. 이에 의해, 교류 저항을 저감(개선)시킬 수 있다.
여기서, 본 발명에 관한 버스 바는, 상기 제1 도체선과 상기 제2 도체선의 간극을 δt, 상기 띠 형상 도체의 두께를 Tt로 하면, Tt에 대한 δt의 비율 δt/Tt가 1 이하로 되는 치수비를 가져도 된다.
이것에 의하면, 버스 바의 나선을 구성하고 있는 띠 형상 도체가 나선 형상으로 권회된 제1 도체선과 띠 형상 도체가 반대 방향의 나선 형상으로 권회된 제2 도체선의 간극이 좁아진다. 이에 의해, 제1 도체선 및 제2 도체선의 사이에 들어가는 자속선이 감쇠함으로써 버스 바 전체적인 내부 인덕턴스의 증가를 억제할 수 있다.
여기서, 본 발명에 관한 버스 바는, 펄스폭 변조된 전류를 통전시키는 전기 접속에 사용되어도 된다.
펄스폭 변조 방식에 의한 교류 전류는, 고주파 성분이 현저하게 큰 전류가 버스 바에 흘러, 종래의 평각선 구조의 버스 바에서는 와전류손이 현저해진다. 그러나, 본 발명에 관한 버스 바를 사용함으로써, 와전류손을 저감시킬 수 있다.
여기서, 본 발명에 관한 버스 바는, 전동기와 인버터 사이의 전기 접속에 사용되어도 된다.
인버터로부터 전동기에 공급되는 구동 전류에는, 펄스폭 변조에 수반되는 스위칭·노이즈, 즉 고조파 성분이 적지 않게 포함되어 있다. 본 발명에 관한 버스 바를 사용함으로써, 와전류손을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 버스 바 모듈은, 소정의 형상으로 형성한 복수의 본 발명에 관한 버스 바를, 폭 방향의 표면이 대향하도록 밀착 배치하여 일체화하여 조립하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
이것에 의하면, 버스 바를 예를 들어 3개를 일체화하여 조립하여 버스 바 모듈로 함으로써, 3상 모터 등의 구동에 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 버스 바의 제조 방법은, 전기 접속에 사용되는 버스 바를 제조하는 버스 바의 제조 방법이며, 절연막으로 피복된 1개 또는 복수의 띠 형상 도체를 당해 띠 형상 도체의 폭 방향에 있어서 인접하여 배열되도록 나선 형상으로 권회하여 2개의 도체선 권회체를 구성하는 도체선 권회 공정과, 압연 가공에 의해 상기 2개의 도체선 권회체를 평판 형상으로 형성하여 2개의 도체선을 구성하는 도체선 압연 가공 공정과, 상기 2개의 도체선을 각각의 길이 방향으로 병설하고, 각각의 폭 방향의 표면이 서로 대향하도록 겹쳐 적층하여 적층 도체선을 구성하는 적층 공정과, 전기 접속하기 위한 단자부를 상기 적층 도체선의 양단부측에 배치하고, 상기 2개의 도체선에 접합하는 단자부 접합 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이것에 의하면, 버스 바를 구성하는 적층 도체선의 길이 방향을 따라, 2개의 도체선의 각 띠 형상 도체가 적층 도체선의 외측인 적층 도체선의 표면과 적층 도체선의 내측인 적층 도체선의 내부에서 교체된다. 즉, 적층 도체선 표면에 있었던 띠 형상 도체가, 나선 형상으로 권회되는 구조에 의해 다음 피치에서는 내부로 들어간다. 그로 인해, 각 띠 형상 도체에는 적층 도체선의 외측·내측의 구별없이 전류가 흘러, 실효 단면적을 확보할 수 있고, 와전류 손실을 작게 억제할 수 있어, 고주파 전류의 표피 효과를 효과적으로 억제할 수 있다. 이상에 의해, 와전류 손실을 억제하여 표피 효과를 피하여, 저주파 전류뿐만 아니라, 고주파 전류도 버스 바 내부에 흐르고, 넓은 주파수 영역에 있어서 단면적 전체에 전류를 흘릴 수 있도록 함으로써, 저주파의 기본파로부터, 변조에 수반되는 고주파까지, 전송 손실을 효과적으로 억제할 수 있다.
여기서, 본 발명에 관한 버스 바의 제조 방법은, 상기 도체선 권회 공정은, 절연막으로 피복된 1개 또는 복수의 띠 형상 도체를 당해 띠 형상 도체의 폭 방향에 있어서 인접하여 배열되도록 나선 형상으로 권회하여 제1 도체선 권회체를 구성하는 제1 도체선 권회 공정과, 절연막으로 피복된 1개 또는 복수개의 띠 형상 도체를 당해 띠 형상 도체의 폭 방향에 있어서 인접하여 배열되도록 상기 제1 도체선과는 반대 방향의 나선 형상으로 권회하여 제2 도체선 권회체를 구성하는 제2 도체선 권회 공정으로 이루어지고, 상기 도체선 압연 가공 공정은, 압연 가공에 의해 상기 제1 도체선 권회체를 평판 형상으로 형성하여 제1 도체선을 구성함과 함께, 압연 가공에 의해 상기 제2 도체선 권회체를 평판 형상으로 형성하여 제2 도체선을 구성하고, 상기 적층 공정은, 상기 제1 도체선과 상기 제2 도체선을 각각의 길이 방향으로 병설하고, 각각의 폭 방향의 표면이 서로 대향하도록 겹쳐 적층하여 적층 도체선을 구성하고, 상기 단자부 접합 공정은, 전기 접속하기 위한 단자부를 상기 적층 도체선의 양단부측에 배치하고, 상기 제1 도체선과 상기 제2 도체선에 접합해도 된다.
이것에 의하면, 각 띠 형상 도체가 서로에 대해 반대 방향의 나선 형상으로 권회되어 있고, 코일과 같은 나선 전류가 흐름으로써 내부 인덕턴스가 증가하지만, 띠 형상 도체가 나선 형상으로 권회된 제1 도체선과 띠 형상 도체가 반대 방향의 나선 형상으로 권회된 제2 도체선이, 길이 방향으로 병설되어 적층되어 있다. 그로 인해, 각각의 주위로 확대되는 발생하는 자속선이, 대역적으로 상쇄되므로, 버스 바 전체적인 내부 인덕턴스의 증가는 최소한으로 억제할 수 있다.
본 발명의 버스 바 및 버스 바 모듈, 및 버스 바의 제조 방법에 의하면, 고주파 전류에 수반되는 와전류 손실을 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 버스 바를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 실시 형태에 관한 버스 바를 구성하는 적층 도체선의 일부를 도시하는 사시 단면도이다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 버스 바를 구성하는 적층 도체선의 길이 방향의 단면도이다.
도 4a는 본 실시 형태에 관한 버스 바를 구성하는 적층 도체선의 폭 방향의 단면도이다.
도 4b는 종래 기술에 관한 버스 바의 폭 방향의 단면도이다.
도 5는 본 실시 형태에 관한 버스 바를 구성하는 적층 도체선의 치수를 도시하는 상면도이다.
도 6은 본 실시 형태에 관한 버스 바에서 적용하는 기하 파라미터 T/W, λ/W의 조합을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 실시 형태에 관한 버스 바를 구성하는 적층 도체선의 치수를 도시하는 상면도이다.
도 8a는 본 실시 형태에 관한 버스 바 모듈을 도시하는 사시도이다.
도 8b는 본 실시 형태에 관한 버스 바 모듈을 도시하는 사시도이다.
도 9a는 본 실시 형태에 관한 버스 바의 제조 방법의 공정의 순서를 도시하는 사시도이다.
도 9b는 본 실시 형태에 관한 버스 바의 제조 방법의 공정의 순서를 도시하는 사시도이다.
도 9c는 본 실시 형태에 관한 버스 바의 제조 방법의 공정의 순서를 도시하는 사시도이다.
도 9d는 본 실시 형태에 관한 버스 바의 제조 방법의 공정의 순서를 도시하는 사시도이다.
도 10은 각종 도체 재질에 대한 구동 전류의 주파수와 표피 깊이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 종래 기술에 관한 평각선으로 구성된 버스 바를 도시하는 사시 단면도이다.
도 12a는 종래 기술에 관한 평행하게 가로로 배열된 복수의 각선으로 구성된 버스 바를 도시하는 사시 단면도이다.
도 12b는 종래 기술에 관한 평행하게 가로로 배열된 복수의 각선으로 구성된 버스 바를 도시하는 단면도이다.
도 13a는 종래 기술에 관한 평행하게 종횡 배열된 복수의 각선으로 구성된 버스 바를 도시하는 사시 단면도이다.
도 13b는 종래 기술에 관한 평행하게 종횡 배열된 복수의 각선으로 구성된 버스 바를 도시하는 단면도이다.
도 14는 제1 실시예에 관한 버스 바와, 벌크재 버스 바와, 4매 겹침 버스 바에 대해, 교류 저항의 주파수 의존성을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 15는 제2 실시예에 관한 버스 바와, 벌크재 버스 바와, 4매 겹침 버스 바와, 4매 겹침박 버스 바에 대해, 3차원 경계 요소법에 의한 준 정전 자계 해석에 의한 교류 저항 Rs의 주파수 의존성을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 16은 도 15에 나타내는 그래프의 스킨 뎁스 부근의 교류 저항 ACR의 주파수 특성을 확대한 그래프이다.
도 17은 제2 실시예에 관한 버스 바의 전류 밀도 분포를 도시하는 사시도이다.
도 18은 벌크재 버스 바의 전류 밀도 분포를 도시하는 사시도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명에 관한 버스 바 및 버스 바 모듈, 및 버스 바의 제조 방법을 실시하기 위한 형태에 대해, 구체적인 일례에 입각하여 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 것은, 예시에 불과하며, 본 발명에 관한 버스 바 및 버스 바 모듈, 및 버스 바의 제조 방법 적용 한계를 나타내는 것은 아니다. 즉, 본 발명에 관한 버스 바 및 버스 바 모듈, 및 버스 바의 제조 방법은, 하기의 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 청구범위에 기재한 한에 있어서 다양한 변경이 가능하다.
도 1에 도시하는 버스 바(1) 및 도 8에 도시하는 버스 바 모듈(2)은, 전기 접속에 사용되고, 특히 펄스폭 변조(PWM)된 전류를 통전시키는 전기 접속에 사용된다. 예를 들어, 전동기와 인버터의 전기 접속, 인버터 제어의 삼상 교류 모터와 인버터의 전기 접속, 전원과 인버터의 전기 접속, 인버터를 제어하는 교류 제어 장치와 인버터의 전기 접속, 각종 제어 장치와 전원의 전기 접속 및 각종 제어 장치끼리의 전기 접속 등, 각종 전기 기기 사이의 접속에, 버스 바 및 버스 바 모듈이 사용된다. 이하, 본 실시 형태에 관한 버스 바 및 버스 바 모듈, 및 버스 바의 제조 방법에 대해 설명한다.
[버스 바]
본 실시 형태에 관한 버스 바에 대해, 도 1∼도 7에 기초하여 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 관한 버스 바를 도시하는 사시도이다. 도 2는 본 실시 형태에 관한 버스 바를 구성하는 적층 도체선의 일부를 도시하는 사시 단면도이다. 도 3은 본 실시 형태에 관한 버스 바를 구성하는 적층 도체선의 길이 방향의 단면도이다. 도 4a는, 본 실시 형태에 관한 버스 바를 구성하는 적층 도체선의 폭 방향의 단면도이다. 도 4b는, 종래 기술에 관한 버스 바의 폭 방향의 단면도이다. 도 5는, 본 실시 형태에 관한 버스 바를 구성하는 적층 도체선의 치수를 도시하는 상면도이다. 도 6은 본 실시 형태에 관한 버스 바에서 적용하는 기하 파라미터 T/W, λ/W의 조합을 나타내는 그래프이다. 도 7은 본 실시 형태에 관한 버스 바를 구성하는 적층 도체선의 치수를 도시하는 상면도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 버스 바(1)는, 2개의 도체선인 제1 도체선(21)과 제2 도체선(22)으로 이루어지는 적층 도체선(20)과, 적층 도체선(20)의 양단부측에 배치된 단자부(30)로 구성된다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 단자부(30)는, 제1 도체선(21)과 제2 도체선(22)에 접합되어, 적층 도체선(20)의 양단부측에 배치된다. 그리고, 단자부(30)는, 전기 접속하는 인버터나 전원 등의 대응하는 각 단자부에 접속된다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 도체선(21)은, 절연막으로 피복된 동일한 폭 ω와 두께를 갖는 2개의 띠 형상 도체(11, 12)를 띠 형상 도체(11, 12)의 폭 방향에 있어서 인접하여 배열되도록, 2λ의 나선 피치로 나선 형상으로 권회되어 형성된다. 여기서, 나선 피치라 함은, 나선 1회전당 나선 축의 길이를 의미한다. 또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 도체선(21)은, 권회한 내부의 대향하는 표면을 근접 또는 밀착시켜 폭 W, 두께 T/2의 평판 형상으로 구성된다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 제2 도체선(22)은, 절연막으로 피복된 동일한 폭 ω와 두께를 갖는 2개의 띠 형상 도체(11, 12)가 띠 형상 도체(11, 12)의 폭 방향에 있어서 인접하여 배열되도록, 2λ의 나선 피치로, 제1 도체선(21)과는 반대 방향의 나선 형상으로 권회되어 형성된다. 또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제2 도체선(22)은, 권회한 내부의 대향하는 표면을 근접 또는 밀착시켜 폭 W, 두께 T/2의 평판 형상으로 구성된다.
여기서, 띠 형상 도체(11, 12)는, 알루미늄, 구리, 알루미늄 합금 및 구리 합금 중 어느 하나로 이루어지거나, 또는 이들이 주요한 재료인 것으로 이루어진다. 알루미늄으로서는, 예를 들어 1060(순 알루미늄) 등을 적용할 수 있다. 띠 형상 도체(11, 12)에 1060(순 알루미늄)을 사용하면, 한층 더 도전성이 우수하다. 알루미늄 합금으로서는, 예를 들어 6061(알루미늄에 미량의 망간 및 규소를 첨가한 것) 등을 적용할 수 있다. 도체에 알루미늄 합금을 사용하면, 한층 더 강도가 우수하다. 구리로서는, 예를 들어 무산소구리(OFC), 터프 피치 구리 등이 있다. 또한, 구리 합금으로서는, 예를 들어 구리에 미량의 철 및 인을 첨가한 석출형 구리 합금, 구체적으로는 예를 들어「KFC」(등록 상표)가 있다. 이「KFC」(등록 상표)를 띠 형상 도체(11, 12)에 사용하면, 띠 형상 도체(11, 12)와 절연막(도시하지 않음)의 밀착성을 높게 할 수 있어, 절연막을 박리되기 어렵게 할 수 있다(계면 박리 강도를 높게 할 수 있음). 절연막은, 유기 재료와 무기 재료의 혼합물, 또는 유기 재료로 이루어진다. 이 유기 재료는, 예를 들어 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 고무로부터 선택되는 1종 또는 복수 종으로 이루어지고, 구체적으로는, 예를 들어 폴리이미드, 폴리아미이미드, 폴리에스테르이미드 등으로 대표되는 이미드계 수지를 사용할 수 있다. 또한, 이 무기 재료는 예를 들어, 결정성 실리카 분말, 용융 실리카 분말, 유리 섬유, 탈크 분말, 마이카 분말, 산화알루미늄 분말, 산화마그네슘 분말, 질화알루미늄 분말, 질화붕소 분말, 질화규소 분말 및 탄화규소 분말로부터 선택되는 1종 또는 복수종으로 이루어진다. 절연막은, 반드시 부착이나 끼워넣기 필름재에 한정되는 것은 아니며, 도포와 그것에 이어지는 가열 등의 중합 처리에 의한, 에나멜이나 포말 피복막이어도 된다. 또한, 도체가 알루미늄계이면, 옥살산 처리나 양극 산화 처리에 의해 표면에 형성되는 산화막이어도 된다. 그리고, 버스 바(1)에 따라서 임의의 재료를 선택한다.
적층 도체선(20)은, 제1 도체선(21)과 제2 도체선(22)을 각각의 길이 방향으로 병설하고, 제1 도체선(21)과 제2 도체선(22) 각각의 폭 W 방향의 외부의 표면이 서로 대향하도록 겹쳐 적층됨으로써 형성된다. 그리고, 적층 도체선(20)은 폭 W, 두께 T의 평판 형상으로 구성된다.
여기서, 적층 도체선(20)의 폭 W에 대한 두께 T의 어스펙트비가 1 이하로 되도록(T≤W), 적층 도체선(20)이 구성된다. 즉, 적층 도체선(20)은 적층 도체선(20)의 폭 W에 대한 두께 T의 어스펙트비가 1이며, 폭 방향의 단면이 대략 정방형으로 되도록 구성되어 있어도 된다. 또는, 적층 도체선(20)은, 적층 도체선(20)의 폭 W에 대한 두께 T의 어스펙트비가 1 미만이며, 폭 방향의 단면이 가로로 편평한 대략 직방형으로 되도록 구성되어 있어도 된다.
또한, 도 7에 도시하는 바와 같이, 상술한 바와 같이, 적층 도체선(20)의 폭을 W, 적층 도체선(20)의 두께를 T, 띠 형상 도체(11, 12)의 폭을 ω, 띠 형상 도체(11, 12)의 나선 피치의 절반을 λ로 하면, 버스 바(1)에 통전시키는 전류의 주파수 f와 띠 형상 도체(11, 12)의 저항률 ρ 및 투자율 μ로부터 구해지는, 표피 깊이 δ＝(ρ/πfμ)1/2에 대해 T/W 및 λ/W의 치수비의 조합이 이하의 식(1)을 만족시키는 것이 바람직하다.
Figure pct00002
식(1)은, 본 실시 형태에 관한 버스 바(1)가, 종래 기술에 있어서의 버스 바와 비교하여, 교류 저항이 저감하고, 와전류 손실이 억제되기 위한 기하 형상의 조건을 나타내고 있다. 식(1)은, 도 7에 도시하는 본 실시 형태에 관한 버스 바의 교류 저항 RAC를, 폭 방향의 단면 형상이 거의 동일한 치수인 종래의 평각선 구조의 버스 바의 교류 저항 RAC bulk에 대한 비 η(f)가 1 이하로 되도록 전개 정리한 것이다. 그 계산 과정을, 하기의 식(2)로 나타낸다.
Figure pct00003
상술한 비 η(f)가 1보다 작으면, 본 실시 형태에 관한 버스 바(1)의 교류 저항 RAC가, 폭 방향의 단면 형상이 거의 동일한 치수인 종래의 평각선 구조의 버스 바의 교류 저항 RAC bulk보다 작다. 즉, 비 η(f)가 1보다 작은 것은, 와전류 손실이 저감되는 것을 의미한다. 본 실시 형태에 관한 버스 바(1)가, 식(1)을 만족시키는 T/W 및 λ/W의 치수비의 조합을 가짐으로써, 본 실시 형태에 관한 버스 바(1)는 종래 기술에 있어서의 버스 바와 비교하여, 교류 저항이 저감하고, 표기 효과가 억제되어, 와전류 손실이 억제된다.
또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 버스 바(1)에 있어서, 적층 도체선(20)의 폭과, 띠 형상 도체(11, 12)의 폭이 동일한(W＝ω) 경우에 대해 생각한다. 이 경우에는, 버스 바(1)에 통전시키는 전류의 주파수 f와 띠 형상 도체(11, 12)의 저항률 ρ 및 투자율 μ로부터 구해지는 표피 깊이 δ＝(ρ/πfμ)1/2에 대해 이하의 식(3)을 만족시키는 T/W 및 λ/W의 치수비의 조합을 갖는 것이 바람직하다.
Figure pct00004
식(3)은, 도 5에 도시하는 적층 도체선의 치수를 갖는 버스 바의 교류 저항 RAC를, 폭 방향의 단면 형상이 거의 동일한 치수인 종래의 평각선 구조의 버스 바의 교류 저항 RAC bulk에 대한 비 η(f)가 1 이하로 되도록 전개 정리한 것이다. 그 계산 과정을, 하기의 식(4)로 나타낸다.
Figure pct00005
또한, 식(4)에 의해 도출된 식(2)는, 본 실시 형태에 관한 버스 바(1)의 구조를 규정하는 무차원의 기하 파라미터 g(T/W, λ/W)와, [버스 바(1)의 두께 T로 나누어] 무차원화한 스킨 뎁스의 2배(2δ/T)의 곱으로서 나타내어진다. 여기서, 도 6은 기하 파라미터 g(T/W, λ/W)가 1.2∼2.0으로 되는 값을, (T/W)-(λ/W)의 2차원 평면의 등고선으로서 표현한 것을 나타낸다. 등고선의 값에, 2δ/T의 값을 곱한 값이 1 이하로 되는 측이, 본 실시 형태에 관한 버스 바(1)에 대해, 와전류손이 저감 개선되는 효과를 얻을 수 있는 기하 형상을 규정하고 있다. 또한, 도 6의 우측에는, 어스펙트비에 따른 형상의 예를 나타내고 있고, 어스펙트비 T/W가 0.1인 경우는 평판 형상으로 되고, 어스펙트비 T/W가 1인 경우는 평각 형상이나 원기둥 형상으로 된다.
또한, 제1 도체선(21)과 제2 도체선(22)의 간극을 δt, 띠 형상 도체(11, 12)의 두께를 Tt로 하면, Tt에 대한 δt의 비율 δt/Tt가 1 이하로 되는 치수비를 갖는 것이 바람직하다. 버스 바(1)의 나선을 구성하고 있는 띠 형상 도체가 서로에 대해 반대 방향으로 나선 형상으로 권회된 제1 도체선(21)과 제2 도체선(22)의 간극을 좁힘으로써, 제1 도체선(21) 및 제2 도체선(22)의 사이에 들어가는 자속선이 감쇠한다. 이것으로, 버스 바 전체적인 내부 인덕턴스의 증가를 억제할 수 있다.
여기서, 본 실시 형태에 관한 버스 바(1)를 구성하는 적층 도체선(20)의 폭 방향의 단면 및 길이 방향의 단면에 있어서의, 외부로부터 공급하는 고주파 전류의 방향과, 그것에 의해 유도되는 교류 자속선의 모습에 대해, 도 2∼도 4에 기초하여 설명한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 서로에 대해 반대 방향의 나선 형상으로 권회된 띠 형상 도체(11, 12) 각각에 흐르는 전류는, 적층 도체선(20)의 길이 방향에 대해 각도를 가지므로, 길이 성분과, 그것에 수직한 성분으로 나누어 생각할 수 있다. 도 4a에 도시하는 바와 같이, 적층 도체선(20)의 폭 방향의 단면에서 보면, 두께 방향의 상하로 배치되는 제1 도체선(21)과 제2 도체선(22)의 2개의 띠 형상 도체끼리(11, 11 및 12, 12)가, 적층 도체선(20)의 외측[적층 도체선(20)의 표면]·내측[적층 도체선(20)의 내부, 즉, 제1 도체선(21)과 제2 도체선(22)이 적층되는 적층면]을 교체하면서, 길이 방향으로 흐른다. 즉, 적층 도체선(20)의 표면에 있었던 띠 형상 도체(11, 12)는, 서로에 대해 반대 방향의 나선 형상으로 권회되는 구조에 의해, 다음 피치에서는 내부로 들어간다. 그로 인해, 표피 효과에 의한 편류가 발생하는 일 없이, 각 띠 형상 도체(11, 12)에는 동일한 전류가 흐른다. 즉, 도 2에 도시하는 바와 같이, 적층 도체선(20)[즉, 버스 바(1)]의 폭 방향의 단면에 평균적으로 균일하게 전류가 흐르게 된다. 또한, 도 4b는, 종래의 벌크재 버스 바(직사각형 및 원형)의 경우의 전류 분포를 나타낸다. 도 4b에 도시하는 바와 같이, 종래의 벌크재 버스 바에서는, 직사각형 및 원형의 양자 모두, 표피 효과에 의해, 표면 피하 δ의 박층에 고주파 전류는 집중되어 버린다.
한편, 도 3에 도시하는 바와 같이, 적층 도체선(20)[즉, 버스 바(1)]의 길이방향 단면에서 보면, 두께 방향의 상하로 배치되는 제1 도체선(21)과 제2 도체선(22)의 2쌍은, 마치, 서로 역방향의 선회 전류의 2개의 솔레노이드 코일로서 간주할 수 있다. 이 2개의 솔레노이드 코일이 충분히 근접하여 배치되어 있으면, 그들이 외부에 만드는 자속선은, 각각 역방향이며, 적층 도체선(20)으로서 제1 도체선(21)과 제2 도체선(22)의 2개를 겹치면 상쇄된다. 즉, 본 실시 형태에 관한 버스 바(1)의 구조에 수반하여 발생하는 내부 인덕턴스는, 고주파 전류에 의해 발생하는 자속선의 확대, 즉, 자속 밀도의 체적 적분에 비례한다. 그로 인해, 본 실시 형태에 관한 버스 바(1)에는, 자속선이 버스 바(1)의 외부로 확대되지 않고, 내부 인덕턴스는 최소한으로 억제된다고 하는 효과가 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 관한 버스 바(1)에 의하면, 버스 바(1)를 구성하는 적층 도체선(20)의 길이 방향을 따라, 제1 도체선(21) 및 제2 도체선(22)의 각 띠 형상 도체(11, 12)가, 외측인 적층 도체선(20)의 표면과, 내측인 적층 도체선(20)의 내부에서 교체된다. 그로 인해, 각 띠 형상 도체(11, 12)에는 적층 도체선(20)의 외측·내측의 구별없이 전류가 흐르기 때문에, 실효 단면적을 확보할 수 있고, 와전류 손실을 작게 억제할 수 있어, 고주파 전류의 표피 효과를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 각 띠 형상 도체(11, 12)가, 서로에 대해 반대 방향의 나선 형상으로 권회되어 있고, 코일과 같은 나선 전류가 흐름으로써 내부 인덕턴스가 증가한다. 그러나, 띠 형상 도체(11, 12)가 나선 형상으로 권회된 제1 도체선(21)과, 띠 형상 도체(11, 12)가 제1 도체선(21)과는 반대 방향의 나선 형상으로 권회된 제2 도체선(22)이 길이 방향으로 병설하여 적층되어 있으므로, 각각의 주위로 확대되는 발생하는 자속선이, 대역적으로 상쇄된다. 그로 인해, 버스 바(1)의 전체적인 내부 인덕턴스의 증가는 최소한으로 억제할 수 있다. 이상에 의해, 와전류 손실을 억제하여 표피 효과를 피하여, 저주파 전류뿐만 아니라, 고주파 전류도 버스 바(1)의 내부에 흘러, 넓은 주파수 영역에 있어서 단면적 전체에 전류를 흘릴 수 있게 된다. 이에 의해, 저주파의 기본파로부터, 변조에 수반되는 고주파까지, 전송 손실을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 버스 바(1)를 구성하는 적층 도체선(20)의 구조에 수반하여 발생하는 내부 인덕턴스는, 고주파 전류에 의해 발생하는 자속선의 확대, 즉, 자속 밀도의 체적 적분에 비례한다. 그로 인해, 서로에 대해 역권취이며 동일한 권취수의 제1 도체선(21) 및 제2 도체선(22)의 2쌍의 평판 형상의 도체선이 적층되어 구성되는 적층 도체선(20)의 버스 바에는, 자속선이 버스 바(1)의 외부로 확대되지 않고, 내부 인덕턴스는 최소한으로 억제된다고 하는 효과가 있다. 또한, 제1 도체선(21) 및 제2 도체선의 각각을 구성하는 띠 형상 도체(11, 12)의 수가 2개이며 폭이 동일하므로, 버스 바의 폭과 나선 피치를 적절하게 조합할 수 있는 간이한 구조이다. 또한, 부품 개수가 최소이므로, 성형 가공이나 실장 배선에 있어서 가장 바람직하다.
[버스 바 모듈]
본 실시 형태에 관한 버스 바 모듈에 대해, 도 8a 및 도 8b에 기초하여 설명한다. 도 8a 및 도 8b는, 본 실시 형태에 관한 버스 바 모듈을 도시하는 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는, 상술한 본 실시 형태에 관한 버스 바(1)를 3개 1세트로서 일체화한 버스 바 모듈(2)을 나타낸 것이다. 도 8a는 스트레이트 타입, 도 8b는 크랭크 타입을 나타낸다. 버스 바 모듈(2)은, 스트레이트 타입과 크랭크 타입을 조합함으로써, 임의의 실장 배선이 가능하다. 또한, 버스 바 모듈(2)의 직선부에 비틀림 변형을 가함으로써, 유연성과 접속 방향의 각도의 자유도를 확보할 수 있다. 또한, 버스 바 모듈(2)은, 버스 바(1)를 3개 1세트로서 일체화하고 있지만, 그것에 한정되지 않고, 복수개를 1세트로서 일체화해도 된다.
버스 바 모듈(2)의 실효 인덕턴스는, 각 버스 바(1) 단체의 내부 인덕턴스와, 3개의 버스 바(1)의 배치로 형성되는 공간적 회로에서 유래되는 외부 인덕턴스의 합계이다. 전자의 내부 인덕턴스는, 상술한 본 실시 형태에 관한 버스 바(1)의 구조에 의해 최소한으로 억제된다. 후자의 외부 인덕턴스는, 3개의 버스 바(1)의 간격에 비례하지만, 버스 바(1)의 단면을 평판 형상이며 또한 편평한 박판 형상으로 하고, 폭 방향의 표면을 대향시켜 간극없이 겹침으로써, 최소한으로 억제할 수 있다. 도 8a 및 도 8b에 나타내는 본 실시 형태에 관한 버스 바 모듈(2)의 실장 예에서는, 버스 바 모듈(2)의 직선부에 비틀림 변형을 가함으로써, 유연성·접속 각도의 자유도를 확보하면서도, 외부 인덕턴스를 최소로 할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 관한 버스 바 모듈(2)에 의하면, 3개의 버스 바(1)를 일체화하여 조립하여 버스 바 모듈(2)로 함으로써, 3상 모터 등의 구동에 사용할 수 있다.
[버스 바의 제조 방법]
본 실시 형태에 관한 버스 바의 제조 방법에 대해, 도 9a∼도 9d에 기초하여 설명한다. 도 9a∼도 9d는, 본 실시 형태에 관한 버스 바의 제조 방법의 공정의 순서를 도시하는 사시도이다.
우선, 도 9a에 도시하는 바와 같이, 제1 도체선 권회 공정(도체선 권회 공정)에서는, 절연막으로 피복된 2개의 띠 형상 도체(11, 12)를 띠 형상 도체(11, 12)의 폭 방향에 있어서 인접하여 배열하도록, 예를 들어 원기둥 형상의 철심에 권취함으로써, 나선 형상으로 권회한다. 이에 의해, 2개의 도체선 권회체 중 하나인 제1 도체선 권회체(21a)가 형성된다. 그리고, 도체선 압연 가공 공정에서는, 압연 가공에 의해 제1 도체선 권회체(21a)를 평판 형상으로 형성하여 제1 도체선(21)을 구성한다. 이 압연 가공에 의해, 제1 도체선 권회체(21a)의 권회된 내부의 대향하는 표면이 근접 또는 밀착되어, 평판 형상의 제1 도체선(21)이 형성된다.
다음으로, 도 9b에 도시하는 바와 같이, 제2 도체선 권회 공정(도체선 권회 공정)에서는, 절연막으로 피복된 2개의 띠 형상 도체(11, 12)를, 띠 형상 도체(11, 12)의 폭 방향에 있어서 인접하여 배열하도록, 예를 들어 원기둥의 철심에 권취함으로써, 제1 도체선(21)과는 반대 방향의 나선 형상으로 권회한다. 이에 의해, 2개의 도체선 권회체 중 하나인 제2 도체선 권회체(22a)가 형성된다. 그리고, 도체선 압연 가공 공정에서는, 압연 가공에 의해 제2 도체선 권회체(22a)를 평판 형상으로 형성하여 제2 도체선(22)을 구성한다. 이 압연 가공에 의해, 제2 도체선 권회체(22a)의 권회된 내부의 대향하는 표면이 근접 또는 밀착되어, 평판 형상의 제2 도체선(22)이 형성된다.
그리고, 도 9c에 도시하는 바와 같이, 적층 공정에서는, 제1 도체선(21)과 제2 도체선(22)을 각각의 길이 방향으로 병설하고, 각각의 폭 방향의 표면이 서로 대향하도록 겹쳐 적층하여, 적층 도체선(20)을 구성한다.
다음으로, 도 9d에 도시하는 바와 같이, 단자부 접합 공정에서는, 전기 접속하기 위한 단자부(30)를 적층 도체선(20)의 양단부측에 배치하고, 제1 도체선(21)과 제2 도체선(22)에 접합한다.
이와 같이, 본 실시 형태에 관한 버스 바의 제조 방법에 의하면, 버스 바(1)를 구성하는 적층 도체선(20)의 길이 방향을 따라, 제1 도체선(21) 및 제2 도체선(22)의 각 띠 형상 도체(11, 12)가, 적층 도체선(20)의 외측인 적층 도체선(20)의 표면과 적층 도체선(20)의 내측인 적층 도체선(20)의 내부에서 교체된다. 즉, 적층 도체선(20)의 표면에 있었던 띠 형상 도체(11, 12)가, 나선 형상 또는 역방향의 나선 형상으로 권회되는 구조에 의해, 다음 피치에서는 내부로 들어간다. 그로 인해, 각 띠 형상 도체(11, 12)에는 적층 도체선(20)의 외측·내측의 구별없이 전류가 흘러, 실효 단면적을 확보할 수 있고, 와전류 손실을 작게 억제할 수 있어, 고주파 전류의 표피 효과를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 각 띠 형상 도체(11, 12)가 나선 형상 또는 역방향의 나선 형상으로 권회되어 있고, 코일과 같은 나선 전류가 흐름으로써 내부 인덕턴스가 증가한다. 그러나, 띠 형상 도체(11, 12)가 나선 형상으로 권회된 제1 도체선(21)과, 띠 형상 도체(11, 12)가 제1 도체선(21)과는 역방향의 나선 형상으로 권회된 제2 도체선(22)이 길이 방향으로 병설하여 적층되어 있으므로, 각각의 주위로 확대되는 발생하는 자속선이, 대역적으로 상쇄된다. 그로 인해, 버스 바(1) 전체적인 내부 인덕턴스의 증가는 최소한으로 억제할 수 있다. 이상에 의해, 와전류 손실을 억제하여 표피 효과를 피하여, 저주파 전류뿐만 아니라, 고주파 전류도 버스 바 내부에 흘러, 넓은 주파수 영역에 있어서 단면적 전체에 전류를 흘릴 수 있게 된다. 이에 의해, 저주파의 기본파로부터, 변조에 수반되는 고주파까지, 전송 손실을 효과적으로 억제할 수 있다.
이상, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태나 실시예에 한정되는 것은 아니며, 청구범위에 기재한 한에 있어서 다양한 설계 변경이 가능하다.
상기 본 실시 형태에 관한 버스 바(1)는, 제1 도체선(21)과 제2 도체선(22)이 각각 서로에 대해 반대 방향의 나선 형상으로 권회되어 있지만, 그것에 한정되지 않는다. 즉, 와전류를 억제하여, 인덕턴스를 최소로 하기 위해서는, 버스 바(1)가, 각각 서로에 대해 반대 방향의 나선 형상으로 권회된 제1 도체선(21)과 제2 도체선(22)으로 구성되는 것이 필요하다. 그러나, 인덕턴스가 다소 커도 되면, 버스 바(1)가 동일한 방향의 나선 형상으로 권회된 동일한 2개의 도체선 중 어느 하나[즉, 제1 도체선(21) 또는 제2 도체선(22) 중 어느 하나]로 구성되어도 된다.
상기 본 실시 형태에 관한 버스 바(1)의 제조 방법에서는, 제1 도체선 권회 공정에서 나선 형상으로 띠 형상 도체(11, 12)를 권회한 제1 도체선 권회체(21a)를 제조하고, 제2 도체선 권회 공정에서 제1 도체선 권회체와는 역방향의 나선 형상으로 띠 형상 도체(11, 12)를 권회한 제2 도체선 권회체(22a)를 제조하고 있지만, 그것에 한정되지 않는다. 즉, 와전류를 억제하여, 인덕턴스를 최소로 하기 위해서는, 버스 바(1)가 각각 서로에 대해 반대 방향의 나선 형상으로 권회된 제1 도체선(21)과 제2 도체선(22)으로 구성되는 것이 필요하다. 그러나, 인덕턴스가 다소 커도 되면, 버스 바(1)가 동일한 방향의 나선 형상으로 권회된 동일한 2개의 도체선 중 어느 하나[제1 도체선(21) 또는 제2 도체선(22) 중 어느 하나]로 구성되어도 된다. 또한, 도체선 권회 공정으로서, 제1 도체선 권회 공정 또는 제2 도체선 권회 공정 중 어느 하나의 공정을 2번 행하여, 동일한 방향의 나선 형상으로 띠 형상 도체(11, 12)를 권회한 2개의 도체선 권회체[제1 도체선 권회체(21a) 또는 제2 도체선 권회체(22a)]를 제조하도록 해도 된다.
또한, 상기 본 실시 형태에 관한 버스 바(1)의 제조 방법에서는, 제1 도체선 권회 공정을 행하면서 제1 도체선 권회체(21a)에 대해 도체선 압연 가공 공정을 행하고, 제2 도체선 권회 공정을 행하면서 제2 도체선 권회체(22a)에 대해 도체선 압연 가공 공정을 행하고 있지만, 그것에 한정되지 않는다. 즉, 제1 도체선 권회 공정 및 제2 도체선 권회 공정을 행한 후에, 제1 도체선 권회체(21a) 및 제2 도체선 권회체(22a) 각각에 대해 도체선 압연 가공 공정을 행해도 된다.
상기 본 실시 형태에 관한 버스 바(1)는, 제1 도체선(21)과 제2 도체선(22)의 각각을 구성하는 띠 형상 도체의 수가 동일하고, 각각을 구성하는 띠 형상 도체가 동일한 폭인 2개의 띠 형상 도체(11, 12)에 의해 구성되지만, 그것에 한정되지 않는다. 즉, 제1 도체선(21)과 제2 도체선(22)은, 각각 띠 형상 도체가 폭 방향에 있어서 인접하여 배열되어 있으면 되고, 동일한 폭의 1개의 띠 형상 도체에 의해 구성되어도 되고, 3개 이상의 띠 형상 도체에 의해 구성되어도 된다. 또한, 제1 도체선(21)을 구성하는 띠 형상 도체의 수와 제2 도체선(22)의 수가 달라도 되고, 제1 도체선(21)을 구성하는 띠 형상 도체의 폭과 제2 도체선(22)의 폭이 달라도 된다. 단, 제1 도체선(21)과 제2 도체선(22)의 각각을 구성하는 띠 형상 도체의 수가 동일하고, 각각을 구성하는 띠 형상 도체가 동일한 폭인 경우는, 간이한 구조로, 성형 가공이나 실장 배선이 용이하다고 하는 효과가 있다. 또한, 제1 도체선(21)이나 제2 도체선(22) 중 어느 하나라도 1개의 띠 형상 도체로 구성되는 경우는, 버스 바(1)의 폭과 나선 피치의 조합이 일의적으로 정해져 버린다. 그로 인해, 버스 바(1)의 폭이 띠 형상 도체의 폭보다 가늘어지거나, 버스 바(1)의 길이 방향 길이가 필요 이상으로 되어 버려, 종래 기술의 버스 바(예를 들어, 벌크재 버스 바)보다 교류 저항이 작아지는 기하 형상은 매우 한정된 것으로 된다. 즉, 본 실시 형태에 관한 버스 바(1)는, 제1 도체선(21) 및 제2 도체선(2)이 2개 이상의 띠 형상 도체로 구성되는 것이 성형 가공이나 실장 배선의 점에서 바람직하다. 특히, 제1 도체선(21) 및 제2 도체선(2)이 2개인 경우가, 버스 바의 폭과 나선 피치를 적절하게 조합할 수 있는 간이한 구조이며, 또한 부품 개수가 최소이므로, 성형 가공이나 실장 배선에 있어서 가장 바람직하다.
또한, 상술한 버스 바 모듈(2)은, 스트레이트 타입과 크랭크 타입에 대해 기재하고 있지만, 그것에 한정되지 않는다. 버스 바 모듈을 설치하는 장소에 따라서 임의의 형상으로 형성해도 된다.
또한, 상기 본 실시 형태에 관한 버스 바(1)의 단자부(30)로서는, 도 1에 도시하는 형상의 것에 한정되지 않고, 다양한 형상의 단자부(30)를 사용할 수 있다.
실시예
(제1 실시예)
본 실시 형태에 관한 버스 바(1)의 제1 실시예에 대해, 교류 저항 해석을 행하였다. 그 결과에 대해, 이하, 도 14에 기초하여 구체적으로 설명한다.
제1 실시예에 있어서는, 실제로 버스 바(1)로서 사용되는 실용물의 두께인 1㎜∼수 ㎜보다도 얇은 총 두께 0.6㎜의 구리판을 사용하여, 교류 저항의 주파수 의존성을 측정하였다. 제1 실시예에서는, 상술한 실시 형태에 관한 버스 바(1)의 제조 방법에 기초하여, 두께 0.15㎜t×폭 19㎜W의 2개의 띠 형상 도체(11, 12)에 의해 제1 도체선(21) 및 제2 도체선(22)을 제조하였다. 그리고, 제1 도체선(21) 및 제2 도체선(22)을 밀착시켜, 두께 0.6㎜t×폭 19㎜W의 적층 도체선(20)을 제조하고, 단자부(30)를 접합하여 제조한 버스 바(1)를 사용하였다. 또한, 제1 실시예에 관한 버스 바(1)는, 전체 길이가 6mL로 되도록 제조하였다.
또한, 제1 실시예에 관한 버스 바(1)와 비교하기 위해, 두께 0.6㎜t×폭 19㎜W[제1 실시예에 관한 버스 바(1)와 동일한 폭]×전체 길이 6mL[제1 실시예에 관한 버스 바(1)와 동일한 전체 길이]의 벌크재 버스 바를 준비하였다. 이 벌크재 버스 바에 대해서도, 제1 실시예에 관한 버스 바(1)와 마찬가지로, 교류 저항의 주파수 의존성을 측정하였다. 또한, 종래 기술을 모의하여, 두께 0.15㎜t×폭 19㎜W[제1 실시예에 관한 버스 바(1)와 동일한 폭]×전체 길이 6mL[제1 실시예에 관한 버스 바(1)와 동일한 전체 길이]의 평각선을 병렬로 4매 집합시킨 집합 평각선에 의해 구성한 4매 겹침 버스 바를 준비하였다. 이 4매 겹침 버스 바에 대해서도, 제1 실시예에 관한 버스 바(1)와 마찬가지로, 교류 저항의 주파수 의존성을 측정하였다.
교류 저항의 주파수 의존성으로서, 모두 동일 조건에서, LCR 미터로, 인덕턴스 Ls 및 교류 저항 Rs의 주파수 특성을 측정하였다. 도 14는 제1 실시예 및 벌크 및 4매 겹침의 3개의 샘플에 대한 측정 결과를 나타낸다. 또한, 도 14에서는, 제1 실시예에 관한 버스 바(1)의 계측 결과를 「본 실시예」, 벌크재 버스 바의 계측 결과를 「벌크」, 4매 겹침 버스 바의 계측 결과를 「4매 겹침」으로서 기재하고 있다.
도 14에 있어서는, 저주파에 있어서의 3개의 샘플의 Ls, Rs값은, 대략 동일값을 나타낸다. 그러나, 개체의 치수에 대해 약간 오차가 있으므로, 대략 표피 깊이(스킨 뎁스) δ가 버스 바(1)의 총 두께 t(＝0.6mm)로 되는 주파수 부근의 특정 주파수(제1 실시예에서는 10㎑)를, 기준이 되는 규격화 주파수로 하고, 규격화 주파수의 L 및 Rs의 값의 비를, 규격화 인덕턴스 <L>, 규격화 교류 저항 <Rs>로 하여, 플롯되어 있다. 또한, 도 14의 상단에 있어서, 주파수에 대한 스킨 뎁스 δ와 버스 바의 총 두께 t의 비를 나타내는 눈금을 명기해 두었다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 규격화 인덕턴스 <L>은, 고정밀도로 주파수에 관계없이 일정값을 나타낸다. 한편, 규격화 교류 저항 <Rs>는, δ＝t로 되는 주파수 이상에 있어서, 대략 주파수의 1/2 이하의 기울기로 지수 함수적으로 증대되지만, 벌크 버스 바와 4매 겹침 버스 바에 유의한 차는 없다. 따라서, 4매 겹침 버스 바에는 고주파 전류에 수반되는 와전류 손실을 저감하는 효과는 없는 것을 알 수 있다.
한편, 제1 실시예에 관한 버스 바(1)는, 스킨 뎁스 δ가 버스 바 총 두께 t의 1/2∼1/10의 영역에 있어서, 벌크 버스 바와 4매 겹침 버스 바와 비교하여, 훨씬 작은 값으로 되는(저저항을 나타냄) 것이 현저하게 되어 있는 것을 알 수 있다. 이 효과의 상한으로서, 스킨 뎁스 δ가 버스 바 총 두께 t의 1/10보다 훨씬 작은 영역에 있어서는, 스킨 뎁스 δ가, 본 실시예에 관한 버스 바(1)를 구성하는 띠 형상 도체(11, 12)의 두께(여기서는 0.15㎜t) 이하로 된다. 이때, 구성 도체 내에 있어서의 고차의 표피 효과가 발생하여, 어느 정도, 고주파 전류에 수반되는 와전류 손실을 저감하는 효과는 감소할 것이라 예측된다. 단, ㎒ 이상의 주파수 영역에서는, 측정 조건의 정비(기생 L이나 기생 C의 배제)나, 통상의 LCR 미터에서의 정밀도 확보가 어려워, 측정이 곤란하다. 금회 측정한 도 14에 나타내는 그래프에 있어서의, 스킨 뎁스 δ가 버스 바 총 두께 t의 1/10 근방에 있어서의 고주파 전류에 수반되는 와전류 손실을 저감하는 효과의 열화는, 이 측정 기술이 원인이라고 생각된다. 따라서, 실제로는, 고주파 전류에 수반되는 와전류 손실을 저감하는 효과는 지속되어, 다소 열화되는 것으로 해도, 더 완만한 것을 기대할 수 있는 것이라고 생각된다.
(제2 실시예)
다음으로, 본 실시 형태에 관한 버스 바(1)의 제2 실시예에 대해, 교류 저항 해석과 전류 밀도 분포 해석을 행하였다. 그 결과에 대해, 이하, 도 15∼도 18에 기초하여 구체적으로 설명한다.
제2 실시예에 관한 버스 바(1)는, 다음의 순서로 제조하였다. 우선, 두께 0.3㎜의 띠 형상 도체(11, 12)를, 사이에 0.4㎜의 공간을 두고 나선 형상으로 권회하였다. 이에 의해, 두께 1.0㎜t×폭 19㎜W의 제1 도체선(21) 및 제2 도체선(22)을 형성하였다. 여기서, 띠 형상 도체(11, 12)의 사이의 공간이라 함은, 권회한 띠 형상 도체(11, 12)의 내부의 대향하는 표면의 간극, 즉, 제1 도체선(21) 및 제2 도체선(22)의 내부의 공간을 의미한다. 또한, 제1 도체선(21)에 대해, 제2 도체선(22)은 반대 방향의 나선 형상으로 권회하였다. 다음으로, 제1 도체선(21) 및 제2 도체선(22)을, 사이에 0.3㎜의 공간을 두고 밀착시켜, 두께 2.3㎜t×폭 19㎜W의 적층 도체선(20)을 제조하였다. 그리고, 두께 6㎜t×폭 19㎜W×길이 30㎜L의 구리제의 단자부(30) 사이에, 적층 도체선(20)을 15㎜ 끼워 넣어, 제2 실시예에 관한 버스 바(1)를 제조하였다. 또한, 제2 실시예에 관한 버스 바(1)는 전체 길이가 334㎜로 되도록 제조하였다.
또한, 제2 실시예에 관한 버스 바(1)와 비교하기 위해, 벌크재 버스 바에 대해서도, 제2 실시예에 관한 버스 바(1)와 마찬가지로 교류 저항의 주파수 의존성의 해석을 행하였다. 벌크재 버스 바는, 다음의 순서로 제조하였다. 우선, 제2 실시예에 관한 버스 바(1)와 동일한 단면적으로 되도록, 두께 1.2㎜t×폭 19㎜W×전체 길이 304㎜L의 도체선을 제조하였다. 다음으로, 두께 6㎜×폭 19㎜×길이 30㎜의 구리제의 단자부(30) 사이에 도체선을 15㎜ 끼워 넣어, 벌크재 버스 바를 제조하였다. 그리고, 제2 실시예에 관한 버스 바(1)와 마찬가지로, 벌크재 버스 바는 전체 길이가 334㎜로 되도록 제조하였다.
또한, 제2 실시예에 관한 버스 바(1)와 비교하기 위해, 4매 겹침 버스 바에 대해서도, 제2 실시예에 관한 버스 바(1)와 마찬가지로 교류 저항의 주파수 의존성의 해석을 행하였다. 4매 겹침 버스 바는, 다음의 순서로 제조하였다. 우선, 두께 0.3㎜t×폭 19㎜W[제2 실시예에 관한 버스 바(1)와 동일한 폭]×전체 길이 304㎜L[제2 실시예에 관한 버스 바(1)와 동일한 전체 길이]의 평각선을 병렬로 4매 집합시켰다. 다음으로, 버스 바(1)와 마찬가지로, 가장 외부의 평각선과 1개 내측의 인접한 평각선의 간극을 0.4㎜t, 내측의 평각선끼리의 간극을 0.3㎜t로 함으로써, 두께를 2.3㎜t로 하였다. 그리고, 두께 6㎜×폭 19㎜×길이 30㎜의 구리제의 단자부(30) 사이에, 상기 4매의 평각선을 15㎜ 끼워 넣은 집합 평각선에 의해, 4매 겹침 버스 바를 제조하였다. 제2 실시예에 관한 버스 바(1)와 마찬가지로, 4매 겹침 버스 바는 전체 길이가 334㎜로 되도록 제조하였다.
또한, 제2 실시예에 관한 버스 바(1)와 비교하기 위해, 4매 겹침박 버스 바에 대해서도, 제2 실시예에 관한 버스 바(1)와 마찬가지로 교류 저항의 주파수 의존성의 해석을 행하였다. 4매 겹침박 버스 바는, 상기 4매 겹침 버스 바에 있어서 평각선의 간극을 모두 0.1㎜t로 하여, 단자부(30)를 장착하여 제조하였다.
(교류 저항 해석)
제2 실시예에 관한 버스 바(1), 벌크재 버스 바, 4매 겹침 버스 바, 4매 겹침박 버스 바에 대해, 교류 저항의 주파수 의존성의 해석을 행하였다. 도 15 및 도 16은 그 결과를 나타낸다. 도 15는 3차원 경계 요소법에 의한 준 정전 자계 해석에 의한 교류 저항 Rs의 주파수 의존성에 대해 해석한 결과이고, 교류 저항 Rs의 주파수 의존성이 저항값으로서 계측되어 있다. 도 16은, 도 15에 나타내는 그래프의 스킨 뎁스 부근의 교류 저항 ACR의 주파수 특성을 확대한 그래프이다. 또한, 도 15 및 도 16에서는, 제2 실시예에 관한 버스 바(1)의 계측 결과를 「본 실시예」, 벌크재 버스 바의 계측 결과를 「벌크」, 4매 겹침 버스 바의 계측 결과를 「4매 겹침」, 4매 겹침박 버스 바의 계측 결과를 「4매 겹침박」으로서 기재하고 있다.
도 15에 도시하는 바와 같이, 제2 실시예에 관한 버스 바(1)에서는, 벌크 버스 바와 비교하여, 교류 저항 Rs가 작은 값으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 평각선끼리의 간극이 평각선의 두께 이상의 4매 겹침 버스 바와 비교하여, 평각선끼리의 간극이 평각선의 두께보다 작은 4매 겹침박 버스 바의 교류 저항 Rs가, 벌크재 버스 바와 동등 레벨로 되어 있다. 이상의 해석 결과에 기초하여, 평각선끼리의 간극을 줄임으로써, 즉, 평각선끼리의 간극을 평각선의 두께보다도 작게 함으로써, 내부 인덕턴스의 증가를 억제하는 효과를 확인할 수 있었다. 또한, 이 해석 결과에 기초하여, 띠 형상 도체(11, 12)의 사이의 간극을 줄임으로써, 즉, 제1 도체선(21)과 상기 제2 도체선(22)의 간극을 δt, 띠 형상 도체(11, 12)의 두께를 Tt로 하면, Tt에 대한 δt의 비율 δt/Tt를 1 이하로 함으로써 내부 인덕턴스의 증가를 억제하는 효과가 얻어진다고 예측할 수 있다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 제2 실시예에 관한 버스 바(1)에서는, 스킨 뎁스 δ가 1/2∼1/10의 영역에 있어서, 벌크재 버스 바와 4매 겹침 버스 바와 4매 겹침박 버스 바와 비교하여, 교류 저항 ACR이 작은 값으로 되어 있다. 이 해석 결과에 의해, 제2 실시예에 관한 버스 바(1)는, 고주파 전류에 수반되는 와전류 손실을 저감할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
(전류 밀도 분포 해석)
또한, 상기한 제2 실시예에 관한 버스 바(1) 및 벌크 버스 바에 대해, 30㎒의 고주파 전류를 흘렸을 때의 전류 밀도 분포의 해석을 행하였다. 그 결과를, 도 17 및 도 18에 나타낸다. 도 17은, 제2 실시예에 관한 버스 바(1)의 전류 밀도 분포를 나타낸다. 또한, 도 18은, 벌크 버스 바의 전류 밀도 분포를 나타낸다.
도 17 및 도 18에 나타내는 바와 같이, 제2 실시예에 관한 버스 바(1)에서는, 벌크 버스 바와 비교하여, 도체 표면의 전류 밀도가 넓게 평균적으로 분포되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 제2 실시예에 관한 버스 바(1)에서는, 30㎒의 고주파 전류가, 적층 도체선(20)의 내측에까지 흐르고 있으므로, 실효 단면적이 넓어져, 표층 전류 밀도가 저하된 것을 나타내고 있다.
본 출원은, 2012년 12월 28일에 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2012-286995호)에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.
1 : 버스 바
2 : 버스 바 모듈
11 : 띠 형상 도체
12 : 띠 형상 도체
20 : 적층 도체선
21 : 제1 도체선(2개의 도체선)
21a : 제1 도체선 권회체(2개의 도체선 권회체)
22 : 제2 도체선(2개의 도체선)
22a : 제2 도체선 권회체(2개의 도체선 권회체)
30 : 단자부

Claims (12)

  1. 전기 접속에 사용되는 버스 바이며,
    절연막으로 피복된 1개 또는 복수의 띠 형상 도체를 당해 띠 형상 도체의 폭 방향에 있어서 인접하여 배열되도록 나선 형상으로 권회하면서, 권회한 내부의 대향하는 표면을 근접 또는 밀착시켜 평판 형상으로 구성한 2개의 도체선을, 각각의 길이 방향으로 병설하고, 각각의 폭 방향의 외부의 표면이 서로 대향하도록 겹쳐 적층시킨 적층 도체선과,
    상기 적층 도체선의 양단부측에 배치하고, 상기 2개의 도체선에 접합시킨, 전기 접속하기 위한 단자부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 버스 바.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2개의 도체선은,
    절연막으로 피복된 1개 또는 복수의 띠 형상 도체를 당해 띠 형상 도체의 폭 방향에 있어서 인접하여 배열되도록 나선 형상으로 권회하면서, 권회한 내부의 대향하는 표면을 근접 또는 밀착시켜 평판 형상으로 구성한 제1 도체선과,
    절연막으로 피복된 1개 또는 복수개의 띠 형상 도체를 당해 띠 형상 도체의 폭 방향에 있어서 인접하여 배열되도록 상기 제1 도체선과는 반대 방향의 나선 형상으로 권회하면서, 권회한 내부의 대향하는 표면을 근접 또는 밀착시켜 평판 형상으로 구성한 제2 도체선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 버스 바.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 2개의 도체선 각각을 구성하는 상기 띠 형상 도체의 수가 동등하고, 상기 2개의 도체선 각각을 구성하는 상기 띠 형상 도체가 동등한 폭을 갖는 것을 특징으로 하는, 버스 바.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 2개의 도체선 각각을 구성하는 상기 띠 형상 도체의 수가 2개인 것을 특징으로 하는, 버스 바.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적층 도체선의 폭에 대한 두께의 어스펙트비가 1 이하인 것을 특징으로 하는, 버스 바.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적층 도체선의 폭을 W, 상기 적층 도체선의 두께를 T, 상기 띠 형상 도체의 폭을 ω, 상기 띠 형상 도체의 나선 피치의 절반을 λ로 하면, 상기 버스 바에 통전시키는 전류의 주파수 f와 상기 띠 형상 도체의 저항률 ρ 및 투자율 μ로부터 구해지는 표피 깊이 δ＝(ρ/πfμ)1/2에 대해, T/W 및 λ/W의 치수비의 조합이 이하의 식(1)을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 버스 바.
    [수학식 1]
    Figure pct00006
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 도체선과 상기 제2 도체선의 간극을 δt, 상기 띠 형상 도체의 두께를 Tt로 하면, Tt에 대한 δt의 비율 δt/Tt가 1 이하인 것을 특징으로 하는, 버스 바.
  8. 제1항에 있어서,
    펄스폭 변조된 전류를 통전시키는 전기 접속에 사용되는 것을 특징으로 하는, 버스 바.
  9. 제1항에 있어서,
    전동기와 인버터 사이의 전기 접속에 사용되는 것을 특징으로 하는, 버스 바.
  10. 소정의 형상으로 형성한 복수의 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 버스 바를, 폭 방향의 표면이 대향하도록 밀착 배치하여 일체화하여 조립하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 버스 바 모듈.
  11. 전기 접속에 사용되는 버스 바를 제조하는 버스 바의 제조 방법이며,
    절연막으로 피복된 1개 또는 복수의 띠 형상 도체를 당해 띠 형상 도체의 폭 방향에 있어서 인접하여 배열되도록 나선 형상으로 권회하여 2개의 도체선 권회체를 구성하는 도체선 권회 공정과,
    압연 가공에 의해 상기 2개의 도체선 권회체를 평판 형상으로 형성하여 2개의 도체선을 구성하는 도체선 압연 가공 공정과,
    상기 2개의 도체선을 각각의 길이 방향으로 병설하고, 각각의 폭 방향의 표면이 서로 대향하도록 겹쳐 적층하여 적층 도체선을 구성하는 적층 공정과,
    전기 접속하기 위한 단자부를 상기 적층 도체선의 양단부측에 배치하고, 상기 2개의 도체선에 접합하는 단자부 접합 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 버스 바의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 도체선 권회 공정은,
    절연막으로 피복된 1개 또는 복수의 띠 형상 도체를 당해 띠 형상 도체의 폭 방향에 있어서 인접하여 배열되도록 나선 형상으로 권회하여 제1 도체선 권회체를 구성하는 제1 도체선 권회 공정과,
    절연막으로 피복된 1개 또는 복수개의 띠 형상 도체를 당해 띠 형상 도체의 폭 방향에 있어서 인접하여 배열되도록 상기 제1 도체선과는 반대 방향의 나선 형상으로 권회하여 제2 도체선 권회체를 구성하는 제2 도체선 권회 공정으로 이루어지고,
    상기 도체선 압연 가공 공정은,
    압연 가공에 의해 상기 제1 도체선 권회체를 평판 형상으로 형성하여 제1 도체선을 구성함과 함께, 압연 가공에 의해 상기 제2 도체선 권회체를 평판 형상으로 형성하여 제2 도체선을 구성하고,
    상기 적층 공정은,
    상기 제1 도체선과 상기 제2 도체선을 각각의 길이 방향으로 병설하고, 각각의 폭 방향의 표면이 서로 대향하도록 겹쳐 적층하여 적층 도체선을 구성하고,
    상기 단자부 접합 공정은,
    전기 접속하기 위한 단자부를 상기 적층 도체선의 양단부측에 배치하고, 상기 제1 도체선과 상기 제2 도체선에 접합하는 것을 특징으로 하는, 버스 바의 제조 방법.
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