JP2009027778A

JP2009027778A - バスバー

Info

Publication number: JP2009027778A
Application number: JP2007185957A
Authority: JP
Inventors: Hideki Toshima; 秀樹戸嶋; Yoichi Murasawa; 陽一村澤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2009-02-05

Abstract

【課題】取り回しの際の配置自由度を向上することが可能なバスバーを提供する。
【解決手段】バスバー１０は、電源から電力を供給するＰバスバー１１及びＮバスバー１２を備える。Ｎバスバー１２は、Ｐバスバー１１の軸線方向に対して平行に延びるとともに、Ｐバスバー１１を囲むように配置される。Ｐバスバー１１とＮバスバー１２との間には、絶縁体１３が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力供給ラインに用いられるバスバーに関する。

従来から、電子機器の電力供給ラインには、配線用材料として、絶縁被覆が施されていない銅やアルミニウム等の板状または棒状等の導体、所謂バスバーが使用されている。このようなバスバーとして、対を成して平行に延伸する帯板状のバスバーの間に絶縁紙等からなる絶縁体を挟んだものが特許文献１に記載されている。
特開２００５−１２９０８号公報

特許文献１の記載によれば、該バスバーは、インバータケース内に収容されたスイッチング素子パワーモジュールの上部に載置された平滑コンデンサとインバータケース周壁との間で、平滑コンデンサに沿って引き回されている。しかしながら、該バスバーでは、絶縁を確保するためのスペースが必要であり、バスバーを取り回す際の配置自由度が制限されるおそれがある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、取り回しの際の配置自由度を向上することが可能なバスバーを提供することを目的とする。

本発明に係るバスバーは、電源から電力を供給する第１の導体と、第２の導体とを備えるバスバーであって、第２の導体が、第１の導体の軸線方向に対して平行に延びるとともに、第１の導体を囲むように配置されていることを特徴とする。

本発明に係るバスバーによれば、第１の導体を囲むように第２の導体を配置することにより、バスバーを、例えば一本の棒状に形成することができる。そのため、バスバーを小型化することができるとともに、その取り回しを簡素化することができる。その結果、バスバーを取り回す際の配置自由度を向上することが可能となる。

上記第１の導体の外周面及び第２の導体の内周面には、互いに噛み合うように凹凸が形成されていることが好ましい。

このようにすれば、互いに対向する第１の導体の外周面と第２の導体の内周面の表面積が増大するため、第１の導体と第２の導体との相互インダクタンスが増大し、バスバーの実効インダクタンスを低減することが可能となる。

また、上記第１の導体と第２の導体との間には、絶縁体が配置されていることが好ましい。

このようにすれば、第１の導体と第２の導体との短絡をより確実に防止することができるとともに、バスバーをより小型化することが可能となる。

本発明によれば、第１の導体の軸線方向に対して平行に延びるとともに、第１の導体を囲むように第２の導体を配置する構成とすることにより、バスバーを取り回す際の配置自由度を向上することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。

まず、図１を用いて、実施形態に係るバスバー１０の構成について説明する。図１は、バスバー１０の構成を示す図である。

バスバー１０は、例えば、インバータ等の電子機器において、電力用半導体デバイスであるＩＧＢＴ（ Insulated Gate Bipolar Transistor ）などのパワーモジュール２０に電力を供給するために用いられる配線用材料である。バスバー１０は、電源の正極とパワーモジュール２０とを接続するためのバスバー（以下「Ｐバスバー」という）１１と、電源の負極とパワーモジュール２０とを接続するためのバスバー（以下「Ｎバスバー」という）１２とを備えている。

Ｐバスバー１１は、例えば断面が矩形の棒状部材である。このＰバスバー１１には、例えば銅やアルミニウムなどの導体が用いられる。すなわち、Ｐバスバー１１は特許請求の範囲に記載の第１の導体に相当する。

Ｎバスバー１２は、例えば、その断面が口の字状をした中空の棒状部材である。Ｎバスバー１２は、Ｐバスバー１１の軸線方向に対して平行に延びるとともに、Ｐバスバー１１を囲むように配置されている。このＮバスバー１２にも、例えば銅やアルミニウムなどの導体が用いられる。すなわち、Ｎバスバー１２は特許請求の範囲に記載の第２の導体に相当する。

Ｎバスバー１１とＰバスバー１２とは、短絡しないように所定の間隔を空けて配置されている。また、Ｎバスバー１１の外周面とＰバスバー１２の内周面との間には絶縁体１３が設けられている。絶縁体１３としては、放熱性（熱伝導率）や耐熱性に優れ且つ電流を流しにくい素材、例えば、絶縁紙、セラミックやポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）などが用いられる。なお、空気を絶縁体として用いてもよい。絶縁体１３の厚さは、Ｐバスバー１１とＮバスバー１２との電位差（例えば、数百〜２０００Ｖ）を考慮して、絶縁破壊が起きない充分な厚さとなるように設定される。

絶縁体１３及びＮバスバー１２それぞれの側面には、Ｐバスバー１１とパワーモジュール２０とを接続する配線（ワイヤ）２１を取り出すための孔１３ａ及び孔１２ａが形成されている。Ｐバスバー１１とパワーモジュール２０の電極とは、孔１３ａ，孔１２ａを通してワイヤボンディングにより接続されている。一方、Ｎバスバー１２とパワーモジュール２０の電極も配線（ワイヤ）２２によって接続されている。

続いて、図２及び図３を参照しつつ、従来のバスバー及び本実施形態に係るバスバー１０それぞれの実効インダクタンスについて説明する。図２は、従来のバスバーの実効インダクタンスを説明するための図である。また、図３は、バスバー１０の実効インダクタンスを説明するための図である。

まず、図２に示されるように、一対の導体３０，３１が互いに平行に設けられた従来のバスバーの実効インダクタンスについて説明する。このバスバーの自己インダクタンスＬｓ（Ｈ）は次式（１）により求められる。
Ｌｓ＝μ_０×N^２×ｌ×Ｓ・・・（１）
ただし、μ_０は透磁率（Ｈ／ｍ）、Ｎは巻数、ｌは導体３０，３１の長さ（ｍ）、Ｓは導体３０，３１の断面積（ｍ^２）である。

また、導体間の相互インダクタンスＭ（Ｈ）は次式（２）により算出される。
Ｍ＝μ_０×ｌ×｛（ｌｎ（２ｌ／ｄ）−１）／２π ・・・（２）
ただし、ｄは導体間の距離（ｍ）である。

従来のバスバーの実効インダクタンスＬｏｐは、上記式（１）から得られた自己インダクタンスＬｓと上記式（２）から得られた相互インダクタンスＭを次式（３）に代入することにより求められる。
Ｌｏｐ＝Ｌｓ_１＋Ｌｓ_２−２Ｍ・・・（３）
ただし、Ｌｓ_１はバスバーを構成する一方の導体３０の自己インダクタンス、Ｌｓ_２は他方の導体３１の自己インダクタンスである。

一方、本実施形態に係るバスバー１０の実効インダクタンスＬｏｉは、上記式（１）から得られた自己インダクタンスＬｓと上記式（２）から得られた相互インダクタンスＭを次式（４）に代入することにより求められる。
Ｌｏｉ＝Ｌｓ_１＋Ｌｓ_２−２Ｍ_１−２Ｍ_２−２Ｍ_３−２Ｍ_４・・・（４）
ただし、Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４それぞれは、Ｐバスバー１１とＮバスバー１２の対向する４つの面についての相互インダクタンスである（図３参照）。

上記式（３）及び式（４）から明らかなように、本実施形態に係るバスバー１０によれば、Ｐバスバー１１とＮバスバー１２の対向する４つの面で相互インダクタンスが形成されることにより、従来のバスバーと比較して、Ｐバスバー１１とＮバスバー１２との間の相互インダクタンスが大きくなるため、バスバー１０の実効インダクタンスが低減される。その結果、スイッチング時にパワーモジュール２０に加わる電圧（サージ電圧）を低く抑えることができるため、パワーモジュール２０の耐久性や信頼性などを向上することができる。

ここで、互いに対向するＰバスバー１１の外周面とＮバスバー１２の内周面の表面積を増大させるため、Ｐバスバー１１の外周面及びＮバスバー１２の内周面に、互いに噛み合うように凹凸を形成してもよい。このようにすれば、対向するＰバスバー１１の外周面とＮバスバー１２の内周面の表面積がより増大されることによって、Ｐバスバー１１とＮバスバー１２との相互インダクタンスが増大するため、バスバー１０の実効インダクタンスをさらに低減することができる。なお、Ｐバスバー１１の外周面及びＮバスバー１２の内周面の表面形状は、例えば、正弦波形状や稲妻形状などであってもよい。

本実施形態によれば、Ｐバスバー１１を囲むようにＮバスバー１２を配置することにより、バスバー１０を一本の棒状に形成することができる。そのため、バスバー１０を小型化することができるとともに、その取り回しを簡素化することができる。その結果、バスバー１０を取り回す際の配置自由度を向上することが可能となる。

また、このような構造とすることによって、バスバー１０の強度を増大することができるため、振動耐久性や耐衝撃力を向上することが可能となる。

さらに、本実施形態によれば、Ｐバスバー１１の外周面を囲むように配置されているＮバスバー１２に形成された配線取り出し用の孔１２ａから配線を取り出す構造としているため、孔１２ａの形成場所を変更することによって、全方位的に配線を取り出すことができる。そのため、配線方法の自由度を向上することが可能となるとともに、パワーモジュール２０の実装位置や実装角度などの自由度を向上することが可能となる。

本実施形態によれば、Ｐバスバー１１とＮバスバー１２との間に絶縁体１３が配置されているため、Ｐバスバー１１とＮバスバー１２との短絡をより確実に防止することができるとともに、バスバー１０をより小型化することが可能となる。

また、絶縁体１３として熱伝導率が高い素材を使用することにより、Ｐバスバー１１の放熱を促進することができるため、バスバー１０の小型化、延いてはバスバー１０が用いられる電子機器の小型化を実現することができる。また、該電子機器の損失を低減することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、Ｐバスバー１１の断面は矩形に限られず、Ｐバスバー１１の形状は棒状に限られない。また、Ｎバスバー１２は、Ｐバスバー１１を囲むように配置されていればよく、その断面は口の字状に限られない。

上記実施形態では、Ｐバスバー１１を囲むようにＮバスバー１２を配置したが、Ｐバスバー１１とＮバスバー１２を入れ替え、Ｎバスバー１２を囲むようにＰバスバー１１を配置する構成としてもよい。

さらに、Ｎバスバー１２の外周面に放熱フィンや冷却部材を設けることによって、バスバー１０の放熱性をさらに向上することも可能である。

実施形態に係るバスバーの構成を示す図である。従来のバスバーの実効インダクタンスを説明するための図である。実施形態に係るバスバーの実効インダクタンスを説明するための図である。

符号の説明

１０…バスバー、１１…Ｐバスバー、１２…Ｎバスバー、１３…絶縁体。

Claims

電源から電力を供給する第１の導体と、第２の導体と、を備えるバスバーであって、
前記第２の導体は、前記第１の導体の軸線方向に対して平行に延びるとともに、前記第１の導体を囲むように配置されていることを特徴とするバスバー。
前記第１の導体の外周面及び前記第２の導体の内周面には、互いに噛み合うように凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバスバー。
前記第１の導体と前記第２の導体との間には、絶縁体が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のバスバー。