JP2004140933A

JP2004140933A - 層状型バスバー

Info

Publication number: JP2004140933A
Application number: JP2002303682A
Authority: JP
Inventors: Tetsuhiro Ishikawa; 石川　哲浩; Hitoshi Sato; 佐藤　仁; Takashi Hiyougo; 兵庫　隆
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】複数の板状のバスバーが層状化した層状型バスバーにおいて、放熱性を向上させる。
【解決手段】隣り合うバスバー１８ａ−１８ｃが隣接する隣接部２４において、隣り合うバスバーは、板面の正対位置から互いに板面の短辺方向にずらして配置する。ずらす方向は、順次、同一方向としても良いし、互い違いとしても良い。また、板面の大きさは、各バスバーによって異なっていてもよく、その一例として、中央のバスバーを外側のバスバーよりも広くする手段を提案する。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気伝達に用いられるバスバー、特に複数のバスバーが層状化されたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気回路における導電経路として、板状に加工されたバスバーと呼ばれる金属片がしばしば用いられる。例えば、原動機としてモータを用いる自動車においては、ＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）が出力する３相の高周波の交流電流をモータに伝達する経路として、３本のバスバーが使用されている。
【０００３】
こうしたバスバーに大容量の電流を流す場合には、電気抵抗に伴って大量の熱が発生するため、温度が上昇して様々な問題を引き起こしてしまう。そこで、従来より、熱の発生量を抑えるための様々な工夫がなされている。一例としては、電流密度に応じてバスバーの面積を変え、発熱量を均一化する手段が挙げられる（特許文献１）。
【０００４】
また、自動車のように搭載スペースが限られている場合には、バスバーを効率的に配置する必要性も生じてくる。そのため、前述の例で言えば、ＩＰＭの端子とモータの端子とを３本のバスバーを用いて直線的に結ぶことは難しく、絶縁体を挟んで重ね合わせることで、搭載スペースを小さくすることが要請される。このような層状に配置されたバスバーにおいても、発熱を抑制する工夫がなされており、特許文献２には、電流値の高いバスバーの幅を広くする従来技術の紹介、及び、電流値の高いバスバーに迂回路を溶接し、立体的に隙間を隔てて配置する手段の開示がなされている。さらに、特許文献３には、電流値の高いバスバーの厚みを増す手段が記述されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−６４７７１号公報（第２図）
【特許文献２】
特開平１１−２９９０５６号公報（第２，３頁、第１，２図）
【特許文献３】
特開２００１−３１４０１９号公報（第２頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明においては、前記特許文献１−３におけるものとは異なり、電流値の高低による発熱量の大小ではなく、主として空間配置の違いによる発熱量の大小を問題としている。これは、最近の高出力化した自動車においては、ＩＰＭの出力が増大するとともに、装置の大型化に伴いバスバーが長くなってきている事情による。そのため、熱伝導による周囲の装置への放熱が可能となる両端の接続部周辺とは異なり、中央付近においては、重ね合わされた内側のバスバーからの放熱を効率よく行い、高温化を防ぐことが求められているのである。
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１−３に記載されたように、ＩＰＭの出力の増大とともにバスバーを単純に厚く広くしたのでは、重量の増加を招いてしまい問題がある。また、特許文献２のように、溶接によって迂回路を設けたのでは、製造コストが高くなってしまう上、立体的な配置により搭載性にも不都合が生じる。
【０００８】
本発明の課題は、効率的な熱放出が可能で、搭載性にも優れたバスバーを得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の層状型バスバーは、長い板状の導体からなる複数のバスバーが、経路途上で板面の長辺方向に沿って絶縁体を介して互いに隣接する隣接部を有し、固定手段によって絶縁体と共に層状化して固定された層状型バスバーであって、隣接部においては、隣り合うバスバーは少なくとも互いの板面の短辺方向の一部が重なるように配置され、少なくとも一組の隣り合うバスバーの配置は正対位置からずれている。
【００１０】
この層状型バスバーは、層状化されコンパクトになることで得られる搭載性の良さと、正対していないバスバーからの熱放出効率が上昇する良さとを重ね持っている。
【００１１】
また、本発明の層状型バスバーにおいては、隣接部における隣り合うバスバーは、正対位置から短辺に平行な同一方向に順次ずれて配置することができる。
【００１２】
また、本発明の層状型バスバーにおいては、隣接部における隣り合うバスバーは、互いに板面の短辺方向の一部に重ならない部分を有するように隣接していても良い。
【００１３】
また、本発明の層状型バスバーは、長い板状の導体からなる３本のバスバーが、経路途上で板面の長辺方向に沿って絶縁体を介して互いに隣接する隣接部を有し、固定手段によって絶縁体と共に層状化して固定された層状型バスバーであっても良く、隣接部においては、中央のバスバーは両側のバスバーよりも板面の短辺が長く、両外側のバスバーの板面が、中央のバスバーの板面からはみ出ないように重ね合わせて配置されることが可能である。
【００１４】
また、本発明の層状型バスバーにおいては、中央のバスバーの板面に、両側のバスバーと重なる箇所内に孔部が設けられていても良い。
【００１５】
また、本発明の層状型バスバーは、長い板状の導体からなる複数のバスバーが、経路途上で板面の長辺方向に沿って絶縁体を介して互いに隣接する隣接部を有し、固定手段によって絶縁体と共に層状化して固定された層状型バスバーであっても良く、この場合、隣接部においては、隣り合うバスバーは、少なくとも互いの板面の短辺方向の一部が重なるように配置され、少なくとも隣接部においては、内側に配置されたバスバーは、両最外側に配置されたバスバーよりも電気抵抗の小さい材質からなることが可能である。
【００１６】
また、本発明の層状型バスバーにおいては、内側に配置されたバスバーは銅または銅系合金からなり、両最外側に配置されたバスバーはアルミまたはアルミ系合金からなることができる。
【００１７】
また、本発明の層状型バスバーにおいては、前記絶縁体の形状はシート状であり、前記固定手段は絶縁体とバスバーを接着剤によって接着することで実現することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を、図面を用いて説明する。図中、同一部材には同一の番号を割り当て説明を省略る。
【００１９】
図１は、本実施形態の概要を示す斜視図であり、モータを原動機とする自動車に搭載された状況を説明している。ここでは、図示していないバッテリからモータに、電力を直流から交流に変換して供給するＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）１０及びその周辺部の一部が描かれている。ＩＰＭ１０には、バッテリからの直流電流を入力するためのプラス入力端子１２ａとマイナス入力端子１２ｂ、及び、図示していない内部の回路によって生成した互いに位相が１２０度ずつ異なる三相の交流電流をモータに伝えるための出力端子１４ａ−１４ｃが設けられている。入力端子１２ａ，１２ｂは、バッテリの出力端子と接続部材１６ａ，１６ｂを介して電気的に接続されている。また、出力端子１４ａ−１４ｃには、それぞれ長い板状の導体からなるバスバー１８ａ−１８ｃが、その一端をボルト２０ａ−２０ｃで固定されて、電気的に接続されている。そして、バスバー１８ａ−１８ｃの他端は端子台２２に固定され、端子台２２から伸びる図示しないケーブルによってモータと電気的に接続されている。３本のバスバー１８ａ−１８ｃは、ＩＰＭ１０上の図示していない電解コンデンサを迂回するよう複数の屈曲部を有しており、また、経路途中にはバスバー１８ａ−１８ｃ同士がその板面（板状のバスバーの最も広い面）の長辺方向（バスバーが長く伸びている方向）に沿って隣接する隣接部２４を備えている。隣接部２４においては、バスバー１８ａ−１８ｃは、板面の長辺方向が互いにほぼ平行であり、かつ、板面が互いに部分的に重なる位置関係にある。そして、重ねられた箇所においては、バスバー１８ａ−１８ｃ間の電気的な接触や影響を避けるため、重ねられた箇所よりも若干大きい絶縁紙２６ａ，２６ｂが配置されている。絶縁紙２６ａ，２６ｂは、両面に接着剤を塗布された両面テープ状に加工されており、隣接部２４において、バスバー１８ａ−１８ｃと絶縁紙２６ａ，２６ｂとを一体的に固定した層状型バスバーを形成する固定手段の役割を果たしている。
【００２０】
図２は、図１の矢印Ａの方向から見たバスバー１８ａ−１８ｃおよび絶縁紙２６ａ，２６ｂの断面図、すなわちバスバー１８ａ−１８ｃの板面の長辺方向に垂直な平面で切った図である。各バスバー１８ａ−１８ｃの断面は、ほぼ同じ大きさの長方形的な形状をしており、長方形の長辺（板面の短辺）が互いに部分的に重なっている。この重なり方は、一方の最外側のバスバー１８ａから他方の最外側のバスバー１８ｃへと、順次、正対した位置（両者が互いにその中心を一致させて面した位置）から上方向にずれたものとなっている。そして、重なり方の程度は長方形の長辺の半分程度としており、中央のバスバー１８ｂは、両側のバスバー１８ａ，１８ｃによって完全に挟まれた部分をもたない構造となっている。これにより、絶縁紙２６ａ，２６ｂの存在があるものの、中央のバスバー１８ｂは、通電時に、周囲の空気の対流、あるいは、赤外線放射によって効率良く熱を逃がすことができる。なお、絶縁紙２６ａ，２６ｂは、バスバー１８ａ−１８ｃの重なり部分よりも、長さ３０で示した分だけ大きくとられている。これは、隣り合うバスバー１８ａ−１８ｃに流れる電流の影響を排除する理由によるものであり、その電流量や絶縁紙２６ａ，２６ｂの特性などによって、理論的あるいは実験的に適切な値が定められる。なお、図２においては、図示の都合により、バスバー１８ａ−１８ｃと絶縁紙２６ａ，２６ｂは離れているように描かれているが、実際は先に述べたように接着されており、この事情は後で説明する図３から図６までにおいても同様である。
【００２１】
上に示した構成では、隣接部２４において、バスバー１８ａ−１８ｃの板面はほぼ垂直に設置されているものとしたが、この角度は任意に変更可能であるし、経路途上で変化させることもできる。また、バスバー１８ａ−１８ｃは、隣接部２４においてほぼ水平に配置されているとしたが、この角度も任意に変化させることが可能である。いずれの場合においても重要なことは、最外側のバスバー１８ａから他方の最外側のバスバー１８ｃへと、正対した位置から順次、板面の短辺方向のうちの同一方向にずれた配置とすることである。なお、ずれの大きさについては、図２の例においては、板面の短辺方向の半分程度としたが、適宜変更可能であり、層状型バスバーの強度性能強化が必要であれば小さく、冷却性能強化が必要であれば大きくすればよい。
【００２２】
なお、層状型バスバーを形成する個々のバスバー１８ａ−１８ｃは３本である必要はなく、２本であっても良いし、４本以上でもあっても良い。このような複数のバスバー１８ａ−１８ｃを、前述のように接着剤により一体化する主な利点は、設置工程を簡便化できることにある。すなわち、あらかじめ、複数のバスバー１８ａ−１８ｃを一体化することにより、複雑な形状をもつバスバー１８ａ−１８ｃ及び絶縁紙２６ａ，２６ｂを一つずつ設置場所に取り付けていく作業工程に比べ、あらかじめ一体化した層状型バスバーを形成し所定の場所に設置する作業工程の方が、一般に効率等の点で優れている。しかし、時には、設置段階で個々のバスバー１８ａ−１８ｃを取り付け、完成段階において層状化するように配置する方が良いことがある。この場合にも、絶縁紙２６ａ，２６ｂを両面テープ状にすることで、絶縁紙２６ａ，２６ｂとバスバー１８ａ−１８ｃを層状化して固定する固定手段を実現できる。また、このように、設置段階において層状化を実施する場合には、各バスバー１８ａ−１８ｃを装置に取り付けるボルト２０ａ−２０ｃ等が、層状化して固定する固定手段の役割の一部を担っているとも言える。この場合には、絶縁紙２６ａ，２６ｂをピン等によりバスバー１８ａ−１８ｃに取り付けることをもって、固定手段の一部とみなすことも可能である。
【００２３】
以上に示した本実施の形態の別の態様として、隣り合うバスバー１８ａ−１８ｃを順次同一方向にずらすのではなく、適宜逆方向にずらすことも可能である。同一方向にずらす場合には、層状型バスバーは、板面の短辺方向の大きさが大きくなってしまうため、搭載が困難になる問題、及び、強度が弱まる問題が発生する。そこで、層状型バスバーが３本以上のバスバーから構成される場合には、各バスバーを互い違いにずらして配置しても良いし、もっと複雑なずらし方を実施することも可能である。また、一部に熱の発生が問題とならないバスバーがある場合には、それらのバスバーの重ね合わせは正対させることも可能である。
【００２４】
さらに、このような本実施の形態において、全てのバスバー１８ａ−１８ｃの断面の大きさ（板面の短辺の長さ）は異なっていても構わないことを述べておく。もちろん、バスバー１８ａ−１８ｃの断面を同程度の大きさにする場合には、バスバー１８ａ−１８ｃの製造コストを軽減できる利点が生じる。しかし、本実施の形態が意図する範囲はもっと広範であり、長方形の短辺の長さ（板状のバスバーの厚み）が異なる場合の他、長方形の長辺（板面の短辺、すなわち板面の幅）の長さが異なる場合にまで及んでいる。例としては、中央側のバスバーの板面の幅を、その外側のバスバーの板面に比べて広くしたり、あるいは、大量の電流が流されるバスバーの板面の幅をそれ以外のものよりも広くしたりすることが挙げられる。このような場合、隣り合うバスバーを正対せずに重ねる方法は、次の二つに分類できる。一つは、バスバーの幅の違いにかかわらず、隣り合うバスバーの板面の一部だけを互いに重ね合わせる配置である。別の言い方をすれば、互いに板面の短辺方向の一部に重ならない部分を有するようにずらされた配置ということになる。また、もう一つは、板面の幅の小さいバスバーが、板面の幅の大きなバスバーに完全に重なる範囲において、正対した位置よりもずらして配置される状況である。この二つを様々に組み合わせて、上で述べた実施の形態に適用することが可能である。
【００２５】
図３には、後者の重ね合わせ方の一例として、３本のバスバー３２ａ−３２ｃ、及び、絶縁紙３４ａ，３４ｂからなる層状型バスバーの断面図を示した。中央のバスバー３２ｂにおける板面の短辺の長さは、両外側のバスバー３２ａ，３２ｃにおける板面の短辺の長さの２倍程度である。そして、両外側のバスバー３２ａ，３２ｃの板面が、中央のバスバー３２ｂの板面に完全に重なる範囲において、隣り合うバスバーは、順次、同一方向にずれて配置されている。この配置の利点としては、中央のバスバー３２ｂの断面積が大きくなることによる抵抗の軽減と発熱量の減少に加え、中央のバスバー３２ｂからの放熱が効率よく行われること、そして、層状型バスバーを一体化するための固定が強固に行われること等が挙げられる。
【００２６】
図４に示した層状型バスバーの断面図は、図３と同様の形状をもつ各バスバー３６ａ−３６ｃと絶縁紙３８ａ，３８ｂの構成を示している。ただし、図３の層状型バスバーとは異なり、両外側のバスバー３６ａ，３６ｃは、中央のバスバー３６ｂの板面に対して面対称に配置されている。これは、中央のバスバー３６ｂの板面が大きく、十分な放熱量を確保できるため、層状型バスバーの強度を最優先事項として配置したものである。なお、図示した例において、全バスバー３６ａ−３６ｃを互いに正対した位置に配置した理由は、中央のバスバー３６ｂの上側部分と下側部分からの放熱が同程度となるように配慮したためであるが、必ずしも正対させる必要はない。また、中央のバスバー３６ｂは両外側のバスバー３６ａ，３６ｃに比べて十分大きな断面積を有しているので、その厚さ（断面図における長方形の短辺）を両外側のバスバー３６ａ，３６ｃに比べて若干薄くすることで軽量化を図ることもできる。
【００２７】
図５は、図４の層状型バスバーの変形例を示す断面図である。ここでは、図４に示した中央のバスバー３６ｂが、上下部に分割されてバスバー３６ｂ_１，３６ｂ_２として図示されている。これは、両外側のバスバー３６ａ，３６ｃによって挟まれた箇所内に孔部４０があけられているためである。この構成においては、バスバー３６ｂ_１，３６ｂ_２は全体として外側のバスバー３６ａ，３６ｃと同程度の断面積を確保されているため、電気抵抗が大きく増大する不利はないうえ、外気に直接晒される部分は図４の構成とかわらず、十分な放熱性が確保できる利点がある。また、孔部４０の分だけ全体として軽量化を図ることができる効果もある。さらに、両外側のバスバー３６ａ，３６ｃに覆われた部分をはみ出ないように孔を設けているため、強固な構造が維持できている。また、孔部４０の形状は様々なものが可能であり、軽量化を図るように隣接部２４全体に渡る大きなものにしても良く、強度を維持するように複数に分割しても良い。また、孔部４０の付近において、電流の相互作用が問題とならない場合には、絶縁紙３８ａ，３８ｂにも適宜孔を持たせることができる。
【００２８】
以上に説明した実施の形態は、全て、形状あるいは配置の観点から層状型バスバーの放熱性を向上させるものであったが、材質の観点からも放熱性を高めることが可能である。図６は、バスバー４２ａ−４２ｃと絶縁紙４４ａ，４４ｂからなる層状型バスバーの断面図である。３つのバスバー４２ａ−４２ｃはほぼ同じ大きさであり、各板面を正対させて重なりあっている。このため、通常であれば、中央のバスバー４２ｂは、放熱効率が悪く高温化する。しかし、この実施の形態においては、中央のバスバー４２ｂは、銅を主成分とする銅系合金によって作られており、アルミにメッキを施したアルミ系合金からなる両外側のバスバー４２ａ，４２ｃに比べ、電気抵抗が小さく、また、熱伝導性にも優れている。したがって、中央のバスバー４２ｂの高温化を防ぐことが出来る上、全てのバスバー４２ａ−４２ｃを正対させることによる強度向上および小型化の実現が可能となっている。これは、銅系合金がアルミ系合金に比べて重いという不利を補って余りある利点である。なお、内側のバスバー４２ｂの材質を、外側のバスバー４２ａ，４２ｃの材質よりも電気抵抗の小さいものとする構成は、これまでに説明した全ての実施の形態に適用可能であり、両者からの温度上昇防止の効果が期待できる。
【００２９】
以上の説明においては、隣接するバスバー間に備える絶縁体をシート状の絶縁紙としたが、他の素材からなる絶縁体であっても良いし、形状も厚みがあり、立体構造をもつようなものであっても良い。また、固定手段は、基本的には絶縁紙に接着剤を塗布することで実現できるとしてきたが、例えば、コの字状の固定具を用いて、重ね合わせた隣接部を周囲から圧縮して固定する等して代替可能である。さらに、本実施の形態は、電動の自動車に限らず、電気回路一般に広く応用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の構成を示す斜視図である。
【図２】本実施形態の構成を示す断面図である。
【図３】本実施形態の別の構成を示す断面図である。
【図４】本実施形態のまた別の構成を示す断面図である。
【図５】本実施形態のさらに別の構成を示す断面図である。
【図６】本実施形態のまたさらに別の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０　ＩＰＭ、１８ａ−１８ｃ　バスバー、２４　隣接部、２６ａ，２６ｂ　絶縁紙。

Claims

長い板状の導体からなる複数のバスバーが、経路途上で板面の長辺方向に沿って絶縁体を介して互いに隣接する隣接部を有し、固定手段によって絶縁体と共に層状化して固定された層状型バスバーであって、
隣接部においては、隣り合うバスバーは少なくとも互いの板面の短辺方向の一部が重なるように配置され、少なくとも一組の隣り合うバスバーの配置は正対位置からずれている層状型バスバー。
請求項１に記載の層状型バスバーであって、
隣接部における隣り合うバスバーは、正対位置から短辺に平行な同一方向に順次ずれて配置される層状型バスバー。
請求項１または２に記載の層状型バスバーであって、
隣接部における隣り合うバスバーは、互いに板面の短辺方向の一部に重ならない部分を有するように隣接する層状型バスバー。
長い板状の導体からなる３本のバスバーが、経路途上で板面の長辺方向に沿って絶縁体を介して互いに隣接する隣接部を有し、固定手段によって絶縁体と共に層状化して固定された層状型バスバーであって、
隣接部においては、中央のバスバーは両側のバスバーよりも板面の短辺が長く、両外側のバスバーの板面が、中央のバスバーの板面からはみ出ないように重ね合わせて配置されている層状型バスバー。
請求項４に記載の層状型バスバーであって、
中央のバスバーの板面には、両側のバスバーと重なる箇所内に孔部が設けられている層状型バスバー。
長い板状の導体からなる複数のバスバーが、経路途上で板面の長辺方向に沿って絶縁体を介して互いに隣接する隣接部を有し、固定手段によって絶縁体と共に層状化して固定された層状型バスバーであって、
隣接部においては、隣り合うバスバーは、少なくとも互いの板面の短辺方向の一部が重なるように配置され、
少なくとも隣接部においては、内側に配置されたバスバーは、両最外側に配置されたバスバーよりも電気抵抗の小さい材質からなる層状型バスバー。
請求項６記載の層状型バスバーであって、
内側に配置されたバスバーは銅または銅系合金からなり、両最外側に配置されたバスバーはアルミまたはアルミ系合金からなる層状型バスバー。
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の層状型バスバーであって、
前記絶縁体の形状はシート状であり、前記固定手段は絶縁体とバスバーを接着剤によって接着することで実現される層状型バスバー。