JP6443151B2 - バスバモジュール - Google Patents

Description

本発明は、バスバモジュールに関する。

従来、直流電力と交流電力との間で電力を変換する電力変換装置では、バスバを流れる電流を検出して、当該電力変換の制御に利用している。このようなバスバに流れる電流を検出する電流センサとして、磁気抵抗素子を有する電流センサが特許文献１に開示されている。

特開２０１４−６１１８号公報

電力変換装置には、複数のバスバが封止部材にモールドされてなるバスバモジュールを備えたものがある。そして、装置全体の小型化に伴って、バスバモジュールにおいてバスバ同士が近接して配置されやすくなっている。そのため、電流センサが近接するバスバの通電により生じた磁界の影響（外乱）を受けて、電流センサの検出精度が低下してしまう。そして、特許文献１に開示の構成では、隣り合うバスバからの磁界が電流センサに及ぼす影響を考慮した構成となっていない。そのため、隣り合うバスバからの磁界の電流センサへの影響を低減するには、隣り合うバスバとの距離を大きく確保したり、隣り合うバスバからの磁界を遮るために比較的大型の遮蔽板を設けたりする必要があり、バスバモジュールが大型化しやすい。その結果、電流センサにおける電流の検出精度を維持しつつ、バスバモジュールを小型化するには改善の余地がある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、電流センサの検出精度を向上できるとともに、小型化できるバスバモジュールを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、板状をなすとともに、厚さ方向に直交する方向へ延出する複数のバスバと、該複数のバスバを互いの延出方向が平行となるようにモールドする封止部材と、を備え、
上記複数のバスバは、第１バスバと、該第１バスバの厚さ方向に離間して積層された一対の積層バスバとを含んでおり、
上記一対の積層バスバは、上記第１バスバと、上記厚さ方向及び上記延出方向に直交する幅方向に隣り合うとともに、互いに反対方向の電流が流れるように構成されており、
上記一対の積層バスバから生じる磁界が互いに打ち消し合う位置には、磁界の変化から上記第１バスバに流れる電流の電流値を検出する第１電流センサが上記第１バスバに対向して配置されていることを特徴とするバスバモジュールにある。

上記バスバモジュールにおいては、一対の積層バスバには、互いに反対方向の電流が流れるように構成されている。そして、一対の積層バスバから生じる磁界が互いに打ち消し合う位置に第１電流センサが配置されている。一対の積層バスバに電流が流れることにより両者から生じる磁界の、第１電流センサへの影響が低減されるため、第１電流センサによる第１バスバの流れる電流の電流値の検出精度を向上することができる。さらに、第１電流センサの検出精度を向上することができるため、従来よりも、一対の積層バスバと第１バスバとの距離を小さくすることができる。これにより、バスバモジュールの小型化に寄与する。

以上のごとく、本発明によれば、電流センサの検出精度を向上できるとともに、小型化できるバスバモジュールを提供することができる。

実施例１における、バスバモジュールが備えられる電力変換装置の回路図。 実施例１における、蓋を取り外した状態のバスバモジュールの斜視図。 実施例１における、バスバモジュールの断面図。 実施例１における、バスバの位置関係を説明する模式図。 実施例１における、バスバの周囲の磁界を説明する模式図。 実施例２における、バスバの位置関係を説明する模式図。 実施例３における、バスバの位置関係を説明する模式図。

本発明のバスバモジュールは、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される電力変換装置に使用することができる。

（実施例１）
実施例に係るバスバモジュールにつき、図１〜図５を用いて説明する。
本例のバスバモジュール１は、複数のバスバ１０、封止部材２０及び電流センサ３０を備える。
複数のバスバ１０は、板状をなすとともに、厚さ方向Ｚに直交する方向Ｙへ延出している。
封止部材２０は、複数のバスバ１０を互いの延出方向Ｙが平行となるようにモールドしている。
複数のバスバ１０は、第１バスバ１１と、第１バスバ１１の厚さ方向Ｚに離間して積層された一対の積層バスバ１７とを含んでいる。
一対の積層バスバ１７は、第１バスバ１１と厚さ方向Ｚ及び延出方向Ｙに直交する幅方向Ｘに隣り合うとともに、互いに反対方向の電流Ａ１、Ａ２が流れるように構成されている。
一対の積層バスバ１７から生じる磁界が互いに打ち消し合う位置には、磁界の変化から第１バスバ１１に流れる電流の電流値を検出する第１電流センサ３１が第１バスバ１１に対向して配置されている。

以下、本例のバスバモジュール１について、詳述する。
バスバモジュール１は、図１に示すように、複数の半導体モジュール１０１を備える電力変換回路１００を構成する電力変換装置（図示せず）に備えられている。当該電力変換装置は、電力変換回路１００に接続された直流電源１０２の直流電力を昇降圧回路１０３で昇圧する。そして、当該高圧直流電力を複数の半導体モジュール１０１から構成されるインバータ回路１０４によって三相交流電力に変換することにより、交流負荷１０５に電力を供給するように構成されている。

バスバモジュール１は、図２、図３に示すように、複数のバスバ１０として、第１バスバ１１、第２バスバ１２、第３バスバ１３、第４バスバ１４、第５バスバ１５、第６バスバ１６及び一対の積層バスバ１７を備える。複数のバスバ１０は、いずれも板状を成しており、厚さ方向Ｚに直交する方向Ｙへ延出している。複数のバスバ１０のそれぞれの端部は、所定方向に折れ曲がって、後述の接続端子をそれぞれ形成している。

図３に示すように、第１〜第６バスバ１１〜１６は、半導体モジュール１０と交流負荷１０５とを電気的に接続する交流バスバである。図２に示すように、第１〜第６バスバ１１〜１６は、半導体モジュール１０に接続される半導体モジュール接続端子１１ａ〜１６ａと、交流負荷１０５に接続される交流負荷接続端子１１ｂ〜１６ｂとをそれぞれ備える。

一対の積層バスバ１７は、第１積層バスバ１７１と第２積層バスバ１７２とからなる。図１に示すように、
第１積層バスバ１７１は、図１、図２に示すように、リアクトル１０６の出力側に接続されるリアクトル出力側接続端子１７１ａと、半導体モジュール１０１に接続される半導体モジュール側接続端子１７１ｂとを備える。図１に示すように、第２積層バスバ１７２は、フィルタコンデンサ１０７の出力側に接続されるコンデンサ出力側接続端子１７２ａと、リアクトル１０６の入力側に接続されるリアクトル入力側接続端子１７２ｂと、を備える。

図２、図３及び図４に示すように、複数のバスバ１０は、互いの延出方向Ｙが平行となるように封止部材２０にモールドされている。図２、図３に示すように、封止部材２０はケース本体２１及びケース蓋２２を形成している。ケース本体２１には、第１〜第６バスバ１１〜１６及び第２積層バスバ１７２が幅方向Ｘに並ぶようにモールドされている。ケース蓋２２には、第１積層バスバ１７１がモールドされている。そして、ケース蓋２２をケース本体２１に取り付けた状態において、第１積層バスバ１７１は、第２積層バスバ１７２に互いの延出方向Ｙが平行となるとともに、厚さ方向Ｚに離間して並ぶように積層されている。

図２、図３に示すように、ケース本体２１には、電流センサ３０が収納される収納部２１ａが形成されている。電流センサ３０として、ケース本体２１にモールドされた各バスバ１１〜１６、１７２にそれぞれ対向するように、第１電流センサ３１、第２電流センサ３２、第３電流センサ３３、第４電流センサ３４、第５電流センサ３５、第６電流センサ３６及び第７電流センサ３７が備えられている。各電流センサ３１〜３７は、電流センサ搭載基板２５に搭載されている。電流センサ搭載基板２５は、電流センサ搭載基板２５は、ケース本体２１内側に形成されたボス２１１を介して、ねじ２１２によって固定されている。そして、図３に示すように、各電流センサ３１〜３７は、第１〜第６バスバ１１〜１６及び第１積層バスバ１７１とＺ方向において重なるように配設されている。

一方、図３に示すように、ケース蓋２２には、第１積層バスバ１７１がモールドされている。そして、第１積層バスバ１７１は、ケース蓋２２をケース本体２１に取り付けた状態において、第１積層バスバ１７１の延出方向Ｙと、第２積層バスバ１７２の延出方向Ｙとが平行となるように、Ｚ方向に積層されている。これにより、一対の積層バスバ１７が形成されている。第１積層バスバ１７１と第２積層バスバ１７２との間に電流センサ３０が位置している。また、図３に示すように、本例では、一対の積層バスバ１７は、複数のバスバ１０において、幅方向Ｘの最も端に位置している。

そして、図４に示すように、第１積層バスバ１７１における電流の流れる向きＡ１と、第２積層バスバ１７２における電流の流れる向きＡ２とが逆向きとなっている。また、図１に示すように、第１積層バスバ１７１はリアクトル１０６の出力側に接続され、第２積層バスバ１７２はリアクトル１０６の入力側に接続されている。そのため、両バスバ１７１、１７２に流れる電流値は同一となっている。

各電流センサ３１〜３７は磁気抵抗素子を有しており、周囲の磁界の変化から電流値を検出するＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）タイプの電流センサである。電流センサ搭載基板２５に図示しない配線パターンが形成されている。各電流センサ３１〜３７は、当該配線パターンに接続されて、図２、図３に示すように、ケース本体２１においてＺ方向上側に突出して設けられた制御基板接続端子２３と導通されている。制御基板接続端子２３は制御基板１８に接続されている。

図３に示すように、ケース本体２１及びケース蓋２２には、遮蔽板４０がモールドされている。遮蔽板４０は、一対の積層バスバ１７の少なくともいずれか一方を厚さ方向Ｚから挟む位置に設けられている。本例では、一対の積層バスバ１７の両方を厚さ方向Ｚから挟む位置に設けられている。遮蔽板４０は、一対の積層バスバ１７から生じる磁界を遮るものである。また、本例では、第１〜第６バスバ１１〜１６においても、厚さ方向Ｚから挟む位置に遮蔽板４１〜４６が設けられている。

次に、一対の積層バスバ１７の周囲の磁界について、説明する。図３に示すように、第１電流センサ３１は第１積層バスバ１７１から生じる第１磁界Ｂ１と第２積層バスバ１７２から生じる第２磁界Ｂ２とが打ち消し合う位置に配設されている。そして、本例では、図３に示すように、第１電流センサ３１と第１積層バスバ１７１との距離Ｌ１と、第１電流センサ３１と第２積層バスバ１７２との距離Ｌ２とは同一となっている。図５に示すように、一対の積層バスバ１７のうち、第１積層バスバ１７１は紙面奥方向へ電流Ａ１が流れ、第２積層バスバ１７２は紙面手前方向へ電流Ａ２が流れる。

このように、第１積層バスバ１７１から生じる第１磁界Ｂ１と、第２積層バスバ１７２から生じる第２磁界Ｂ２とは、逆向きとなる。そのため、一対の積層バスバ１７と隣り合う第１バスバ１１の第１電流センサ３１の周囲では、第１磁界Ｂ１と第２磁界Ｂ２とが互いに打ち消し合うこととなる。その結果、第１バスバ１１の第１電流センサ３１における一対の積層バスバ１７からの磁界Ｂ１、Ｂ２の影響（外乱）を抑制することができる。

一方、一対の積層バスバ１７の間に位置する第２積層バスバ１７２の第７電流センサ３７の周囲では、第１磁界Ｂ１と第２磁界Ｂ２との向きが平行に近くなるため、互いの磁界が強め合うこととなる。その結果、第２積層バスバ１７２の電流センサ３７におけるＳ／Ｎ比が高まり、検出精度が向上する。

次に、本例のバスバモジュール１における作用効果について、詳述する。
本例のバスバモジュール１においては、一対の積層バスバ１７には、互いに反対方向の電流Ａ１、Ａ２が流れるように構成されている。そして、一対の積層バスバ１７から生じる磁界が互いに打ち消し合う位置に第１電流センサ３１が配置されている。これにより、一対の積層バスバ１７に電流が流れることにより両者から生じる磁界の、第１電流センサ３１への影響が低減されるため、第１電流センサ３１による第１バスバ１１の流れる電流の電流値の検出精度を向上することができる。さらに、第１電流センサ３１の検出精度を向上することができるため、従来よりも、一対の積層バスバ１７と第１バスバ１１との距離Ｄ１を小さくすることができる。これにより、バスバモジュール１の小型化に寄与する。

また、本例では、第１電流センサ３１と第１積層バスバ１７１との距離Ｌ１と、第１電流センサ３１と第２積層バスバ１７２との距離Ｌ２とは同一となっている。すなわち、一対の積層バスバ１７に流れる電流の電流値Ａ１、Ａ２が互いに同一であるとともに、第１電流センサ３１が一対の積層バスバ１７の両方から等距離の位置に位置している。これにより、第１電流センサ３１の周囲において、一対の積層バスバ１７の磁界Ｂ１、Ｂ２が互いに確実に打ち消されることとなる。その結果、第１電流センサ３１の検出精度を一層向上することができる。

また、本例では、一対の積層バスバ１７の両方を厚さ方向Ｚから挟む位置に、積層バスバ１７から生じる磁界Ｂ１、Ｂ２を遮る一対の遮蔽板４０が備えられている。これにより、一対の遮蔽板４０が磁界Ｂ１、Ｂ２を遮るため、隣り合う第１バスバ１１における第１電流センサ３１への積層バスバ１７からの磁界Ｂ１、Ｂ２の影響（外乱）を抑制することができる。その結果、第１電流センサ３１の検出精度を向上することができる。

本例では、一対の遮蔽板４０は、一対の積層バスバ１７の両方を厚さ方向Ｚから挟む位置に設けているが、これに替えて、一対の積層バスバ１７のいずれか一方を厚さ方向Ｚから挟む位置に設けてもよい。例えば、図６に示す変形例では、一対の遮蔽板４０は、一対の積層バスバ１７のうち、第１積層バスバ１７１を厚さ方向Ｚから挟む位置に設けている。この場合においても、本例と同等の作用効果を奏する。

なお、複数のバスバ１０における一対の積層バスバ１７の配置は、一対の積層バスバ１７が接続される相手側部材（本例ではリアクトル１０６）の配置や、バスバの取り回しのしやすさなどに合わせて、適宜変更することができる。本例では、一対の積層バスバ１７は、複数のバスバ１０において、幅方向Ｘの最も端に位置している。これにより、複数のバスバ１０において、第２積層バスバ１７２が幅方向Ｘの最も端に位置した構成において、本例のように、第１積層バスバ１７１を上述の如く積層するだけで、隣り合う第１バスバ１１における第１電流センサ３１の検出精度を向上することができる。

また、複数のバスバ１０において、一対の積層バスバ１７の幅方向Ｘの両方に、複数のバスバ１０のうち少なくとも一つのバスバが位置していてもよい。例えば、図７に示す変形例では、一対の積層バスバ１７の幅方向Ｘの一方に第１バスバ１１が位置するとともに、他方に第２バスバ１２が位置する。この場合には、一対の積層バスバ１７に接続される部材の第２バスバ１２における電流センサ３２に対しても、一対の積層バスバ１７からの磁界Ｂ１、Ｂ２の影響（外乱）を抑制しうる。そのため、一対の積層バスバ１７と第１バスバ１１との幅方向Ｘにおける距離ｄ１を小さくすることができるとともに、一対の積層バスバ１７と第２バスバ１２との幅方向Ｘにおける距離ｄ３も小さくすることができる。このように、両方を小さくすることができるため、バスバモジュール１の小型化に一層寄与する。

また、本例では、一対の積層バスバ１７は、昇降圧回路１０３を構成するリアクトル１０６の入力端子及び出力端子にそれぞれ接続されている。これにより、第１積層バスバ１７１に流れる電流の電流値と第２積層バスバ１７２に流れる電流の電流値とが必ず同一の電流値となるとともに、両者は同一のリアクトル１０６に接続されているため、比較的近い位置に配設されやすい。そのため、第１積層バスバ１７１と第２積層バスバ１７２とを電流の流れる向きが互いに反対となるように積層して、一対の積層バスバ１７を容易に構成することができる。

なお、第１積層バスバ１７１及び第２積層バスバ１７２が接続される対象は、両バスバ１７１、１７２に流れる電流の電流値が同一で、流れる向きが反対とすることができるものであればよい。また、当該接続対象は、第１積層バスバ１７１と第２積層バスバ１７２とで同一であっても、異なっていてもよい。

以上のごとく、本例によれば、電流センサ３１の検出精度を向上できるとともに、小型化できるバスバモジュール１を提供することができる。

１ バスバモジュール
１０ 複数のバスバ
１１ 第１バスバ
１２ 第２バスバ
１７ 一対の積層バスバ
１７１ 第１積層バスバ
１７２ 第２積層バスバ
２０ 封止部材
２１ ケース本体
２２ ケース蓋
３０ 電流センサ
３１ 第１電流センサ
４０ 遮蔽板
１０６ リアクトル

Claims (6)

1. 板状をなすとともに、厚さ方向に直交する方向へ延出する複数のバスバ（１０）と、該複数のバスバ（１０）を互いの延出方向が平行となるようにモールドする封止部材（２０）と、を備え、
   上記複数のバスバ（１０）は、第１バスバ（１１）と、該第１バスバ（１１）の厚さ方向に離間して積層された一対の積層バスバ（１７）とを含んでおり、
   上記一対の積層バスバ（１７）は、上記第１バスバ（１１）と上記厚さ方向及び上記延出方向に直交する幅方向に隣り合うとともに、互いに反対方向の電流が流れるように構成されており、
   上記一対の積層バスバ（１７）から生じる磁界が互いに打ち消し合う位置には、磁界の変化から上記第１バスバ（１１）に流れる電流の電流値を検出する第１電流センサ（３１）が上記第１バスバ（１１）に対向して配置されていることを特徴とするバスバモジュール（１）。
2. 上記一対の積層バスバ（１７）に流れる電流の電流値が互いに同一であるとともに、上記第１電流センサ（３１）が上記一対の積層バスバ（１７）の両方から等距離の位置に位置していることを特徴とする請求項１に記載のバスバモジュール。
3. 上記一対の積層バスバ（１７）の少なくとも一方を厚さ方向から挟む位置には、該積層バスバ（１７）から生じる磁界を遮る一対の遮蔽板（４０）が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のバスバモジュール（１）。
4. 上記一対の積層バスバ（１７）は、上記複数のバスバ（１０）において、幅方向の最も端に位置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバスバモジュール（１）。
5. 上記一対の積層バスバ（１７）の幅方向の両方に、上記複数のバスバ（１０）のうち少なくとも一つのバスバ（１２）が位置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバスバモジュール（１）。
6. 上記一対の積層バスバ（１７）は昇降圧回路（１０３）を構成するリアクトル（１０６）の入力端子及び出力端子にそれぞれ接続されるように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のバスバモジュール（１）。

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