バスバを含む接続配線及び電力変換器
【課題】バスバを含む接続配線において、比較的簡単な構造で、バスバに電流が流れるときのインダクタンスを効果的に抑制することである。
【解決手段】電力変換器１０においてバスバを含む接続配線３０は、平滑用コンデンサモジュール１２とパワーモジュール１４の間を接続する正極側バスバ３２と、正極側バスバ３２と対をなして平滑用コンデンサモジュール１２とパワーモジュール１４の間を接続する負極側バスバ３４と、絶縁物４０を介して正極側バスバ３２の外周全体を被覆する正極側導体４２と、絶縁物４４を介して負極側バスバ３４の外周全体を被覆する負極側導体４６と、正極側導体４２と負極側導体４６とを相互に電気的に接続する接続導体５０，５２を備える。
【解決手段】電力変換器１０においてバスバを含む接続配線３０は、平滑用コンデンサモジュール１２とパワーモジュール１４の間を接続する正極側バスバ３２と、正極側バスバ３２と対をなして平滑用コンデンサモジュール１２とパワーモジュール１４の間を接続する負極側バスバ３４と、絶縁物４０を介して正極側バスバ３２の外周全体を被覆する正極側導体４２と、絶縁物４４を介して負極側バスバ３４の外周全体を被覆する負極側導体４６と、正極側導体４２と負極側導体４６とを相互に電気的に接続する接続導体５０，５２を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バスバを含む接続配線及びそれを用いた電力変換器に係り、特に、複数の回路構成部品の間において対をなして接続する正極側バスバと負極側バスバについて、配線のインダクタンスを低減するための接続配線及びそれを用いた電力変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
大電流、大電力が流れる回路構成部品の間を接続する配線として、バスバまたはバスバーと呼ばれる電流容量の大きな導電性板材が用いられる。例えば、特許文献１には、電力変換装置において、回路を構成する配線のインダクタンスを低減する方法として、配線導体でモジュールと電源とを接続し、配線導体と平行に誘導電流を流すための誘導導体を配置することが述べられている。誘導導体に流れる誘導電流を、配線導体を流れる電流と逆方向で大きさが等しくなるようにすることで、スパイク電圧、損失、ノイズを低減できると述べている。
【０００３】
同様に、特許文献２には、回路構成部品を接続する第１の導体に、ある一定の距離をおいて第２の導体を近接配置して、少なくとも１点で第１の導体と電気的に接続する構成が開示されている。ここでは、第１の導体の板厚方向に対する投影面と少なくとも一部で重なる部分と、重ならない部分ができるように、第２の導体を第１の導体よりも大きくすることが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１３５５６５号公報
【特許文献２】特開平１０−３０９０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術の方法によれば、バスバと平行に配線導体を配置することで、バスバを含む配線のインダクタンスを抑制できる。しかし、バスバの片面側にのみ配線導体を配置するだけでは、バスバのインダクタンスの抑制が不十分である。バスバの両面側に配線導体を配置すれば、バスバのインダクタンスをさらに抑制させることができるが、配線導体の配置が複雑になる。
【０００６】
本発明の目的は、比較的簡単な構造で、バスバに電流が流れるときのインダクタンスの効果的抑制が可能となるバスバを含む接続配線及びそれを用いる電力変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るバスバを含む接続配線は、複数の回路構成部品の間を接続する正極側バスバと、正極側バスバと対をなして複数の回路構成部品の間を接続する負極側バスバと、絶縁物を介して正極側バスバの外周全体を被覆する正極側導体と、絶縁物を介して負極側バスバの外周全体を被覆する負極側導体と、正極側導体と負極側導体とを相互に電気的に接続する接続導体と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るバスバを含む接続配線において、正極側バスバと負極側バスバを被覆する絶縁物はコーティング樹脂であり、正極側導体と負極側導体は、導電性塗料であり、接続導体は導電性テープまたは導電線材であることが好ましい。
【０００９】
本発明に係る電力変換器は、電力変換器を構成する複数の回路部品の間を接続する正極側バスバと、正極側バスバと対をなして複数の回路部品の間を接続する負極側バスバと、絶縁物を介して正極側バスバの外周全体を被覆する正極側導体と、絶縁物を介して負極側バスバの外周全体を被覆する負極側導体と、正極側導体と負極側導体とを相互に電気的に接続する接続導体と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る電力変換器において、正極側バスバと負極側バスバとは、電力変換器を構成するパワーモジュールと平滑用コンデンサモジュールとの間を接続することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成により、バスバを含む接続配線は、絶縁物を介して負極側バスバの外周全体を被覆する負極側導体と、正極側導体と負極側導体とを相互に電気的に接続する接続導体とを備える。バスバに電流が流れるとその磁束によって、その外周全体を被覆する導体に、バスバに流れる電流と反対側に流れる誘導電流が生じる。この誘導電流は、接続導体によって、環状電流となる。この環状誘導電流によって、バスバにより作られる磁束が低減する。被覆導体は、バスバの外周全体を被覆しているので、バスバの片側、あるいは両側に導体が配置される場合に比較して、バスバのインダクタンスのより一層の低減を図ることができる。このように、絶縁物を介してバスバを導体で包む簡単な構成で、バスバのインダクタンスを効果的に低減できる。
【００１２】
また、バスバを含む接続配線において、バスバを被覆する絶縁物はコーティング樹脂であり、絶縁物の上の導体は、導電性塗料であり、接続導体は導電性テープまたは導電線材である。このように、簡単な構成で、バスバのインダクタンスを効果的に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る実施の形態におけるバスバを含む接続配線が適用される電力変換器の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態におけるバスバを含む接続配線の詳細な構成図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】本発明に係る実施の形態におけるバスバを含む接続配線の効果を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態におけるバスバを含む接続配線が適用される平滑用コンデンサモジュールの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、バスバを含む接続配線が適用される対象として、電力変換器、平滑用コンデンサモジュールについて説明するが、これら以外であっても、複数の回路部品を接続するバスバを用いる装置等であればよい。以下では、電力変換器について、平滑用コンデンサモジュールとパワーモジュールを含む構成とし、パワーモジュールとしてインバータを説明するが、これら以外の回路部品を含むものとしてもよい。例えば、昇圧コンバータ、システムメインリレー等を含むものとしてもよい。
【００１５】
以下で述べる材質、寸法等は、説明のための例示であり、バスバを含む接続配線の仕様等に応じ、適宜変更が可能である。
【００１６】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１７】
図１は、バスバを含む接続配線３０が適用される電力変換器１０の構成を示す図である。ここでは、電力変換器１０の構成要素ではないが、蓄電装置４、三相同期型の回転電機６、制御ユニット８が図示されている。このように、図１全体としては、車両に搭載される回転電機６の制御を行う回転電機駆動制御システムの構成が示されている。
【００１８】
ここで、蓄電装置４は、充放電可能な２次電池またはコンデンサで構成される。２次電池としては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等を用いることができる。蓄電装置４の端子間電圧は、例えば約２００Ｖから約３００Ｖである。
【００１９】
回転電機６は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）であって、蓄電装置４から電力が供給されるときはモータとして機能し、制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。なお、図示されていないエンジンによって駆動されるときは発電機として機能する。
【００２０】
制御ユニット８は、車両の走行全体を制御する車両制御部からの回転電機動作指令に基づいて、電力変換器１０の動作を制御する機能を有する。具体的には、回転電機６に対する出力トルク指令等に基づき、後述するパワーモジュール１４を構成するスイッチング素子の動作を制御する機能を有する制御装置である。
【００２１】
電力変換器１０は、平滑用コンデンサモジュール１２と、パワーモジュール１４と、バスバを含む接続配線３０を含んで構成される。
【００２２】
平滑用コンデンサモジュール１２は、蓄電装置４とパワーモジュール１４との間の電力のやり取りによって生じる電圧、電流の変動を抑制する機能を有する。平滑用コンデンサモジュール１２は、仕様に応じて、複数個のコンデンサ素子を接続して用いられる。なお、図１には、平滑用コンデンサモジュール１２の正極側端子２０と負極側端子２２が示されている。
【００２３】
パワーモジュール１４は、回転電機６に接続されるインバータである。パワーモジュール１４は、複数のスイッチング素子と逆接続ダイオード等を含んで構成され、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う機能を有する。すなわち、パワーモジュール１４は、回転電機６をモータとして機能させるときは、蓄電装置４からの直流電力を交流三相駆動電力に変換し、回転電機６に交流駆動電力として供給する直交変換機能を有する。また、回転電機６を発電機として機能させるときは、回転電機６からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置４に充電電流として供給する交直変換機能を有する。なお、図１には、パワーモジュール１４の正極側端子２４と負極側端子２６が示されている。
【００２４】
バスバを含む接続配線３０は、大別して、３つの部分に分けて構成される。１つ目は、正極側端子２０，２４に関する部分で、正極側バスバ３２と、絶縁物４０を介して正極側バスバ３２の外周全体を被覆する正極側導体４２を含んで構成される。２つ目は、負極側端子２２，２６に関する部分で、負極側バスバ３４と、絶縁物４４を介して負極側バスバ３４の外周全体を被覆する負極側導体４６を含んで構成される。３つ目は、正極側導体４２と負極側導体４６を接続する接続導体５０，５２である。接続導体５０は、平滑用コンデンサモジュール１２の側に配置され、接続導体５２は、パワーモジュール１４の側に配置される。この構成によって、正極側導体４２と負極側導体４６と接続導体５０，５２によって、環状の導体配線が形成される。
【００２５】
図２は、電力変換器１０におけるバスバを含む接続配線３０の構造を示す図である。図３は、図２のＡ−Ａ線における断面図である。
【００２６】
図２に示されるように、平滑用コンデンサモジュール１２の正極側端子２０と、パワーモジュール１４の正極側端子２４とを接続して正極側バスバ３２が配置される。そして、正極側バスバ３２と対をなすように、正極側バスバ３２に平行に負極側バスバ３４が配置される。負極側バスバ３４は、平滑用コンデンサモジュール１２の負極側端子２２と、パワーモジュール１４の負極側端子２６とを接続する。
【００２７】
正極側バスバ３２と負極側バスバ３４は、矩形形状の板状導体である。具体的には、平滑用コンデンサモジュール１２とパワーモジュール１４との間の配置間隔に応じた板長さと、これらの間の電圧、これらの間に流れる電流および電力に応じた板厚と板幅とを有する金属板を用いることができる。金属板としては、銅板、アルミニウム板等を用いることができる。
【００２８】
絶縁物４０，４４は、それぞれ正極側バスバ３２と負極側バスバ３４の外周の全体の表面を覆うように配置される電気的絶縁層である。但し、絶縁物４０，４４は、正極側端子２０，２４、負極側端子２２，２６の部分には設けない。絶縁物４０，４４としては、塩化ビニール樹脂、ウレタン樹脂等のプラスチック層を用いることができる。具体的には、正極側バスバ３２と負極側バスバ３４の外周の全体の表面に、これらの樹脂をコーティングすることで、絶縁物４０，４４を得ることができる。
【００２９】
正極側導体４２は、正極側バスバ３２にコーティングされた絶縁物４０の外側を覆うように配置される導体層である。外側とは、外周の全体に渡る部分である。但し、正極側導体４２は、正極側バスバ３２と短絡しないように、コーティングされた絶縁物４０における正極側端子２０，２４の側の端部を除いて配置される。同様に、負極側導体４６は、負極側バスバ３４にコーティングされた絶縁物４４の外側、つまり、外周の全体を覆うように配置される。この場合も、負極側導体４６は、負極側バスバ３４と短絡しないように、コーティングされた絶縁物４４の負極側端子２２，２６の側の端部を除いて配置される。
【００３０】
正極側導体４２、負極側導体４６としては、金属箔等の導電性フィルムを用いることができる。例えば、絶縁物４０，４４の上に、正極側端子２０，２４側の端部、および負極側端子２２，２６の側の端部を除いて、アルミニウムフィルム、銅フィルムを巻くことで、正極側導体４２、負極側導体４６を得ることができる。
【００３１】
正極側導体４２、負極側導体４６を得る他の方法は、導電性塗料を絶縁物４０，４４の上に塗布することである。導電性塗料は、金属粒子等の導電性粒子を含む塗料である。塗布の後、必要に応じて適当な熱処理を行ってもよい。この場合も、絶縁物４０，４４の上に、正極側端子２０，２４側の端部、および負極側端子２２，２６の側の端部を除いて、導電性塗料を塗布することで、正極側導体４２、負極側導体４６を得ることができる。
【００３２】
接続導体５０，５２は、正極側導体４２と負極側導体４６を電気的に接続する機能を有する。接続導体５０，５２は、正極側導体４２、負極側導体４６の全面に渡って接続するのではなく、正極側導体４２と負極側導体４６との間に環状の電気的導通パスが形成されるように、正極側導体４２の平滑用コンデンサモジュール１２側と、負極側導体４６の平滑用コンデンサモジュール１２側とが接続導体５０で電気的に接続され、正極側導体４２のパワーモジュール１４側と、負極側導体４６のパワーモジュール１４側とが接続導体５０で電気的に接続される。
【００３３】
接続導体５０，５２としては、適当に幅の狭い導電性フィルムまたは導電性テープを用いることができる。例えば、正極側導体４２の平滑用コンデンサモジュール１２側の端部と、負極側導体４６の平滑用コンデンサモジュール１２側の端部とに渡って、アルミニウムテープまたは銅テープを巻くことで、接続導体５０を得ることができる。同様に、正極側導体４２のパワーモジュール１４側の端部と、負極側導体４６のパワーモジュール１４側の端部とに渡って、アルミニウムテープまたは銅テープを巻くことで、接続導体５２を得ることができる。導電性テープ等に代えて、金属線を用いることもできる。
【００３４】
このように、絶縁物４０，４４を樹脂のコーティングで形成し、正極側導体４２と負極側導体４６を導電性塗料の塗布または導電性フィルムを巻きつけることで形成し、接続導体５０，５２として導電性テープを用いることにすれば、僅かのコストアップで、バスバのインダクタンスを効果的に低減できる。
【００３５】
上記構成の作用効果を具体的に説明する。例えば、正極側バスバ３２に電流が流れると、電流によって生じる磁束によって、正極側バスバ３２の外周全体を被覆する正極側導体４２に誘導電流が流れる。誘導電流は正極側バスバ３２に流れる電流と反対方向に流れるので、正極側バスバ３２を流れる電流によって作られる磁束が低減される。これによって、正極側バスバ３２のインダクタンスが低減する。
【００３６】
同様に、負極側バスバ３４に電流が流れると、電流によって生じる磁束によって、負極側バスバ３４の外周全体を被覆する負極側導体４６に誘導電流が流れる。この誘導電流は負極側バスバ３４に流れる電流と反対方向に流れるので、負極側バスバ３４のインダクタンスが低減する。
【００３７】
さらに、正極側導体４２に流れる誘導電流と、負極側導体４６に流れる誘導電流は、接続導体５０，５２によって、環状の誘導電流となる。正極側バスバ３２に流れる電流と負極側バスバ３４に流れる電流とは、互いに流れる方向が逆であるが、環状の誘導電流は、この正極側バスバ３２に流れる電流と逆方向に流れ、また負極側バスバ３４に流れる電流と逆方向に流れる。このように、環状誘導電流によって、正極側バスバ３２のインダクタンスを低減でき、同時に負極側バスバ３４のインダクタンスを低減できる。
【００３８】
このように、上記構成によれば、バスバの外周全体を導電性物体で覆っているので、バスバとその外側の導電性物体との間の相互インダクタンスを大きくできる。これによって、バスバのインダクタンスを十分に小さくできる。
【００３９】
バスバのインダクタンスを抑制できると、サージ電圧、損失、ノイズを低減できる。図４は、図１に示すパワーモジュール１４の回路構成において、パワーモジュール１４のスイッチング素子がターンオンしたときの正極側端子２４と負極側端子２６との間に発生するサージ電圧を示す図である。横軸は時間、縦軸は電圧である。実線は、図１から図３で説明したバスバを含む接続配線３０の構造を用いたときの電圧波形である。破線は、図１から図３で説明したバスバを含む接続配線３０の構成を用いず、単に、正極側バスバ３２と負極側バスバ３４を用いて、平滑用コンデンサモジュール１２とパワーモジュール１４とを接続した場合の電圧波形である。実線の波形と破線の波形を比べると、バスバを含む接続配線３０の構成を用いることで、サージ電圧が半減することが分かる。
【００４０】
図５は、バスバを含む接続配線１３０を、平滑用コンデンサモジュール１２の内部の接続に用いる例を示す図である。ここで、平滑用コンデンサモジュール１２は、複数のコンデンサ素子１１を並列接続して構成されている。コンデンサ素子１１は、略円筒形で、円筒形の両端がそれぞれ正極側電極と負極側電極である。図５の場合は、紙面の手前側に負極側電極が揃えられ、紙面の奥側に正極側電極が揃えられる。複数のコンデンサ素子１１の各負極側電極は、それぞれ負極側バスバ１３４に接続され、各正極側電極は、それぞれ正極側バスバ１３２に接続される。
【００４１】
ここで、図１と対比しやすいように、図１の各要素に対応する要素の符号は、図１の符号に＋１００としてある。例えば、図１の正極側バスバ３２は、図５において正極側バスバ１３２であり、図１の負極側バスバ３４は、図５において負極側バスバ１３４である。正極側バスバ１３２において、斜線を付した部分が、絶縁物１４０と正極側導体１４２の積層を示している。同様に、負極側バスバ１３４において、斜線を付した部分が、絶縁物１４４と負極側導体１４６の積層を示している。また、二重斜線で示した部材が、接続導体１５０，１５２である。
【００４２】
このように、平滑用コンデンサモジュール１２の内部において、複数のコンデンサ素子１１の正極側電極同士を正極側バスバ１３２で接続し、また、負極側電極同士を負極側バスバ１３４で接続する場合でも、絶縁物１４０を介して正極側バスバ１３２の外周全体を正極側導体１４２で覆い、絶縁物１４４を介して負極側バスバ１３４の外周全体を負極側導体１４６で覆う。さらに、正極側導体１４２と負極側導体１４６とを接続導体１５０，１５２で接続して、環状の誘導電流が流れるパスを形成する。これによって、図４で説明したと同様の作用効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係るバスバを含む接続配線は、電力変換器、平滑用コンデンサモジュールの他、バスバを用いる機器、装置に利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
４ 蓄電装置、６ 回転電機、８ 制御ユニット、１０ 電力変換器、１１ コンデンサ素子、１２ 平滑用コンデンサモジュール、１４ パワーモジュール、２０，２４ 正極側端子、２２，２６ 負極側端子、３０，１３０ バスバを含む接続配線、３２，１３２ 正極側バスバ、３４，１３４ 負極側バスバ、４０，４４，１４０，１４４ 絶縁物、４２，１４２ 正極側導体、４６，１４６ 負極側導体、５０，５２，１５０，１５２ 接続導体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バスバを含む接続配線及びそれを用いた電力変換器に係り、特に、複数の回路構成部品の間において対をなして接続する正極側バスバと負極側バスバについて、配線のインダクタンスを低減するための接続配線及びそれを用いた電力変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
大電流、大電力が流れる回路構成部品の間を接続する配線として、バスバまたはバスバーと呼ばれる電流容量の大きな導電性板材が用いられる。例えば、特許文献１には、電力変換装置において、回路を構成する配線のインダクタンスを低減する方法として、配線導体でモジュールと電源とを接続し、配線導体と平行に誘導電流を流すための誘導導体を配置することが述べられている。誘導導体に流れる誘導電流を、配線導体を流れる電流と逆方向で大きさが等しくなるようにすることで、スパイク電圧、損失、ノイズを低減できると述べている。
【０００３】
同様に、特許文献２には、回路構成部品を接続する第１の導体に、ある一定の距離をおいて第２の導体を近接配置して、少なくとも１点で第１の導体と電気的に接続する構成が開示されている。ここでは、第１の導体の板厚方向に対する投影面と少なくとも一部で重なる部分と、重ならない部分ができるように、第２の導体を第１の導体よりも大きくすることが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１３５５６５号公報
【特許文献２】特開平１０−３０９０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術の方法によれば、バスバと平行に配線導体を配置することで、バスバを含む配線のインダクタンスを抑制できる。しかし、バスバの片面側にのみ配線導体を配置するだけでは、バスバのインダクタンスの抑制が不十分である。バスバの両面側に配線導体を配置すれば、バスバのインダクタンスをさらに抑制させることができるが、配線導体の配置が複雑になる。
【０００６】
本発明の目的は、比較的簡単な構造で、バスバに電流が流れるときのインダクタンスの効果的抑制が可能となるバスバを含む接続配線及びそれを用いる電力変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るバスバを含む接続配線は、複数の回路構成部品の間を接続する正極側バスバと、正極側バスバと対をなして複数の回路構成部品の間を接続する負極側バスバと、絶縁物を介して正極側バスバの外周全体を被覆する正極側導体と、絶縁物を介して負極側バスバの外周全体を被覆する負極側導体と、正極側導体と負極側導体とを相互に電気的に接続する接続導体と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るバスバを含む接続配線において、正極側バスバと負極側バスバを被覆する絶縁物はコーティング樹脂であり、正極側導体と負極側導体は、導電性塗料であり、接続導体は導電性テープまたは導電線材であることが好ましい。
【０００９】
本発明に係る電力変換器は、電力変換器を構成する複数の回路部品の間を接続する正極側バスバと、正極側バスバと対をなして複数の回路部品の間を接続する負極側バスバと、絶縁物を介して正極側バスバの外周全体を被覆する正極側導体と、絶縁物を介して負極側バスバの外周全体を被覆する負極側導体と、正極側導体と負極側導体とを相互に電気的に接続する接続導体と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る電力変換器において、正極側バスバと負極側バスバとは、電力変換器を構成するパワーモジュールと平滑用コンデンサモジュールとの間を接続することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成により、バスバを含む接続配線は、絶縁物を介して負極側バスバの外周全体を被覆する負極側導体と、正極側導体と負極側導体とを相互に電気的に接続する接続導体とを備える。バスバに電流が流れるとその磁束によって、その外周全体を被覆する導体に、バスバに流れる電流と反対側に流れる誘導電流が生じる。この誘導電流は、接続導体によって、環状電流となる。この環状誘導電流によって、バスバにより作られる磁束が低減する。被覆導体は、バスバの外周全体を被覆しているので、バスバの片側、あるいは両側に導体が配置される場合に比較して、バスバのインダクタンスのより一層の低減を図ることができる。このように、絶縁物を介してバスバを導体で包む簡単な構成で、バスバのインダクタンスを効果的に低減できる。
【００１２】
また、バスバを含む接続配線において、バスバを被覆する絶縁物はコーティング樹脂であり、絶縁物の上の導体は、導電性塗料であり、接続導体は導電性テープまたは導電線材である。このように、簡単な構成で、バスバのインダクタンスを効果的に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る実施の形態におけるバスバを含む接続配線が適用される電力変換器の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態におけるバスバを含む接続配線の詳細な構成図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】本発明に係る実施の形態におけるバスバを含む接続配線の効果を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態におけるバスバを含む接続配線が適用される平滑用コンデンサモジュールの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、バスバを含む接続配線が適用される対象として、電力変換器、平滑用コンデンサモジュールについて説明するが、これら以外であっても、複数の回路部品を接続するバスバを用いる装置等であればよい。以下では、電力変換器について、平滑用コンデンサモジュールとパワーモジュールを含む構成とし、パワーモジュールとしてインバータを説明するが、これら以外の回路部品を含むものとしてもよい。例えば、昇圧コンバータ、システムメインリレー等を含むものとしてもよい。
【００１５】
以下で述べる材質、寸法等は、説明のための例示であり、バスバを含む接続配線の仕様等に応じ、適宜変更が可能である。
【００１６】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１７】
図１は、バスバを含む接続配線３０が適用される電力変換器１０の構成を示す図である。ここでは、電力変換器１０の構成要素ではないが、蓄電装置４、三相同期型の回転電機６、制御ユニット８が図示されている。このように、図１全体としては、車両に搭載される回転電機６の制御を行う回転電機駆動制御システムの構成が示されている。
【００１８】
ここで、蓄電装置４は、充放電可能な２次電池またはコンデンサで構成される。２次電池としては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等を用いることができる。蓄電装置４の端子間電圧は、例えば約２００Ｖから約３００Ｖである。
【００１９】
回転電機６は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）であって、蓄電装置４から電力が供給されるときはモータとして機能し、制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。なお、図示されていないエンジンによって駆動されるときは発電機として機能する。
【００２０】
制御ユニット８は、車両の走行全体を制御する車両制御部からの回転電機動作指令に基づいて、電力変換器１０の動作を制御する機能を有する。具体的には、回転電機６に対する出力トルク指令等に基づき、後述するパワーモジュール１４を構成するスイッチング素子の動作を制御する機能を有する制御装置である。
【００２１】
電力変換器１０は、平滑用コンデンサモジュール１２と、パワーモジュール１４と、バスバを含む接続配線３０を含んで構成される。
【００２２】
平滑用コンデンサモジュール１２は、蓄電装置４とパワーモジュール１４との間の電力のやり取りによって生じる電圧、電流の変動を抑制する機能を有する。平滑用コンデンサモジュール１２は、仕様に応じて、複数個のコンデンサ素子を接続して用いられる。なお、図１には、平滑用コンデンサモジュール１２の正極側端子２０と負極側端子２２が示されている。
【００２３】
パワーモジュール１４は、回転電機６に接続されるインバータである。パワーモジュール１４は、複数のスイッチング素子と逆接続ダイオード等を含んで構成され、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う機能を有する。すなわち、パワーモジュール１４は、回転電機６をモータとして機能させるときは、蓄電装置４からの直流電力を交流三相駆動電力に変換し、回転電機６に交流駆動電力として供給する直交変換機能を有する。また、回転電機６を発電機として機能させるときは、回転電機６からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置４に充電電流として供給する交直変換機能を有する。なお、図１には、パワーモジュール１４の正極側端子２４と負極側端子２６が示されている。
【００２４】
バスバを含む接続配線３０は、大別して、３つの部分に分けて構成される。１つ目は、正極側端子２０，２４に関する部分で、正極側バスバ３２と、絶縁物４０を介して正極側バスバ３２の外周全体を被覆する正極側導体４２を含んで構成される。２つ目は、負極側端子２２，２６に関する部分で、負極側バスバ３４と、絶縁物４４を介して負極側バスバ３４の外周全体を被覆する負極側導体４６を含んで構成される。３つ目は、正極側導体４２と負極側導体４６を接続する接続導体５０，５２である。接続導体５０は、平滑用コンデンサモジュール１２の側に配置され、接続導体５２は、パワーモジュール１４の側に配置される。この構成によって、正極側導体４２と負極側導体４６と接続導体５０，５２によって、環状の導体配線が形成される。
【００２５】
図２は、電力変換器１０におけるバスバを含む接続配線３０の構造を示す図である。図３は、図２のＡ−Ａ線における断面図である。
【００２６】
図２に示されるように、平滑用コンデンサモジュール１２の正極側端子２０と、パワーモジュール１４の正極側端子２４とを接続して正極側バスバ３２が配置される。そして、正極側バスバ３２と対をなすように、正極側バスバ３２に平行に負極側バスバ３４が配置される。負極側バスバ３４は、平滑用コンデンサモジュール１２の負極側端子２２と、パワーモジュール１４の負極側端子２６とを接続する。
【００２７】
正極側バスバ３２と負極側バスバ３４は、矩形形状の板状導体である。具体的には、平滑用コンデンサモジュール１２とパワーモジュール１４との間の配置間隔に応じた板長さと、これらの間の電圧、これらの間に流れる電流および電力に応じた板厚と板幅とを有する金属板を用いることができる。金属板としては、銅板、アルミニウム板等を用いることができる。
【００２８】
絶縁物４０，４４は、それぞれ正極側バスバ３２と負極側バスバ３４の外周の全体の表面を覆うように配置される電気的絶縁層である。但し、絶縁物４０，４４は、正極側端子２０，２４、負極側端子２２，２６の部分には設けない。絶縁物４０，４４としては、塩化ビニール樹脂、ウレタン樹脂等のプラスチック層を用いることができる。具体的には、正極側バスバ３２と負極側バスバ３４の外周の全体の表面に、これらの樹脂をコーティングすることで、絶縁物４０，４４を得ることができる。
【００２９】
正極側導体４２は、正極側バスバ３２にコーティングされた絶縁物４０の外側を覆うように配置される導体層である。外側とは、外周の全体に渡る部分である。但し、正極側導体４２は、正極側バスバ３２と短絡しないように、コーティングされた絶縁物４０における正極側端子２０，２４の側の端部を除いて配置される。同様に、負極側導体４６は、負極側バスバ３４にコーティングされた絶縁物４４の外側、つまり、外周の全体を覆うように配置される。この場合も、負極側導体４６は、負極側バスバ３４と短絡しないように、コーティングされた絶縁物４４の負極側端子２２，２６の側の端部を除いて配置される。
【００３０】
正極側導体４２、負極側導体４６としては、金属箔等の導電性フィルムを用いることができる。例えば、絶縁物４０，４４の上に、正極側端子２０，２４側の端部、および負極側端子２２，２６の側の端部を除いて、アルミニウムフィルム、銅フィルムを巻くことで、正極側導体４２、負極側導体４６を得ることができる。
【００３１】
正極側導体４２、負極側導体４６を得る他の方法は、導電性塗料を絶縁物４０，４４の上に塗布することである。導電性塗料は、金属粒子等の導電性粒子を含む塗料である。塗布の後、必要に応じて適当な熱処理を行ってもよい。この場合も、絶縁物４０，４４の上に、正極側端子２０，２４側の端部、および負極側端子２２，２６の側の端部を除いて、導電性塗料を塗布することで、正極側導体４２、負極側導体４６を得ることができる。
【００３２】
接続導体５０，５２は、正極側導体４２と負極側導体４６を電気的に接続する機能を有する。接続導体５０，５２は、正極側導体４２、負極側導体４６の全面に渡って接続するのではなく、正極側導体４２と負極側導体４６との間に環状の電気的導通パスが形成されるように、正極側導体４２の平滑用コンデンサモジュール１２側と、負極側導体４６の平滑用コンデンサモジュール１２側とが接続導体５０で電気的に接続され、正極側導体４２のパワーモジュール１４側と、負極側導体４６のパワーモジュール１４側とが接続導体５０で電気的に接続される。
【００３３】
接続導体５０，５２としては、適当に幅の狭い導電性フィルムまたは導電性テープを用いることができる。例えば、正極側導体４２の平滑用コンデンサモジュール１２側の端部と、負極側導体４６の平滑用コンデンサモジュール１２側の端部とに渡って、アルミニウムテープまたは銅テープを巻くことで、接続導体５０を得ることができる。同様に、正極側導体４２のパワーモジュール１４側の端部と、負極側導体４６のパワーモジュール１４側の端部とに渡って、アルミニウムテープまたは銅テープを巻くことで、接続導体５２を得ることができる。導電性テープ等に代えて、金属線を用いることもできる。
【００３４】
このように、絶縁物４０，４４を樹脂のコーティングで形成し、正極側導体４２と負極側導体４６を導電性塗料の塗布または導電性フィルムを巻きつけることで形成し、接続導体５０，５２として導電性テープを用いることにすれば、僅かのコストアップで、バスバのインダクタンスを効果的に低減できる。
【００３５】
上記構成の作用効果を具体的に説明する。例えば、正極側バスバ３２に電流が流れると、電流によって生じる磁束によって、正極側バスバ３２の外周全体を被覆する正極側導体４２に誘導電流が流れる。誘導電流は正極側バスバ３２に流れる電流と反対方向に流れるので、正極側バスバ３２を流れる電流によって作られる磁束が低減される。これによって、正極側バスバ３２のインダクタンスが低減する。
【００３６】
同様に、負極側バスバ３４に電流が流れると、電流によって生じる磁束によって、負極側バスバ３４の外周全体を被覆する負極側導体４６に誘導電流が流れる。この誘導電流は負極側バスバ３４に流れる電流と反対方向に流れるので、負極側バスバ３４のインダクタンスが低減する。
【００３７】
さらに、正極側導体４２に流れる誘導電流と、負極側導体４６に流れる誘導電流は、接続導体５０，５２によって、環状の誘導電流となる。正極側バスバ３２に流れる電流と負極側バスバ３４に流れる電流とは、互いに流れる方向が逆であるが、環状の誘導電流は、この正極側バスバ３２に流れる電流と逆方向に流れ、また負極側バスバ３４に流れる電流と逆方向に流れる。このように、環状誘導電流によって、正極側バスバ３２のインダクタンスを低減でき、同時に負極側バスバ３４のインダクタンスを低減できる。
【００３８】
このように、上記構成によれば、バスバの外周全体を導電性物体で覆っているので、バスバとその外側の導電性物体との間の相互インダクタンスを大きくできる。これによって、バスバのインダクタンスを十分に小さくできる。
【００３９】
バスバのインダクタンスを抑制できると、サージ電圧、損失、ノイズを低減できる。図４は、図１に示すパワーモジュール１４の回路構成において、パワーモジュール１４のスイッチング素子がターンオンしたときの正極側端子２４と負極側端子２６との間に発生するサージ電圧を示す図である。横軸は時間、縦軸は電圧である。実線は、図１から図３で説明したバスバを含む接続配線３０の構造を用いたときの電圧波形である。破線は、図１から図３で説明したバスバを含む接続配線３０の構成を用いず、単に、正極側バスバ３２と負極側バスバ３４を用いて、平滑用コンデンサモジュール１２とパワーモジュール１４とを接続した場合の電圧波形である。実線の波形と破線の波形を比べると、バスバを含む接続配線３０の構成を用いることで、サージ電圧が半減することが分かる。
【００４０】
図５は、バスバを含む接続配線１３０を、平滑用コンデンサモジュール１２の内部の接続に用いる例を示す図である。ここで、平滑用コンデンサモジュール１２は、複数のコンデンサ素子１１を並列接続して構成されている。コンデンサ素子１１は、略円筒形で、円筒形の両端がそれぞれ正極側電極と負極側電極である。図５の場合は、紙面の手前側に負極側電極が揃えられ、紙面の奥側に正極側電極が揃えられる。複数のコンデンサ素子１１の各負極側電極は、それぞれ負極側バスバ１３４に接続され、各正極側電極は、それぞれ正極側バスバ１３２に接続される。
【００４１】
ここで、図１と対比しやすいように、図１の各要素に対応する要素の符号は、図１の符号に＋１００としてある。例えば、図１の正極側バスバ３２は、図５において正極側バスバ１３２であり、図１の負極側バスバ３４は、図５において負極側バスバ１３４である。正極側バスバ１３２において、斜線を付した部分が、絶縁物１４０と正極側導体１４２の積層を示している。同様に、負極側バスバ１３４において、斜線を付した部分が、絶縁物１４４と負極側導体１４６の積層を示している。また、二重斜線で示した部材が、接続導体１５０，１５２である。
【００４２】
このように、平滑用コンデンサモジュール１２の内部において、複数のコンデンサ素子１１の正極側電極同士を正極側バスバ１３２で接続し、また、負極側電極同士を負極側バスバ１３４で接続する場合でも、絶縁物１４０を介して正極側バスバ１３２の外周全体を正極側導体１４２で覆い、絶縁物１４４を介して負極側バスバ１３４の外周全体を負極側導体１４６で覆う。さらに、正極側導体１４２と負極側導体１４６とを接続導体１５０，１５２で接続して、環状の誘導電流が流れるパスを形成する。これによって、図４で説明したと同様の作用効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係るバスバを含む接続配線は、電力変換器、平滑用コンデンサモジュールの他、バスバを用いる機器、装置に利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
４ 蓄電装置、６ 回転電機、８ 制御ユニット、１０ 電力変換器、１１ コンデンサ素子、１２ 平滑用コンデンサモジュール、１４ パワーモジュール、２０，２４ 正極側端子、２２，２６ 負極側端子、３０，１３０ バスバを含む接続配線、３２，１３２ 正極側バスバ、３４，１３４ 負極側バスバ、４０，４４，１４０，１４４ 絶縁物、４２，１４２ 正極側導体、４６，１４６ 負極側導体、５０，５２，１５０，１５２ 接続導体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の回路構成部品の間を接続する正極側バスバと、
正極側バスバと対をなして複数の回路構成部品の間を接続する負極側バスバと、
絶縁物を介して正極側バスバの外周全体を被覆する正極側導体と、
絶縁物を介して負極側バスバの外周全体を被覆する負極側導体と、
正極側導体と負極側導体とを相互に電気的に接続する接続導体と、
を備えることを特徴とするバスバを含む接続配線。
【請求項２】
請求項１に記載のバスバを含む接続配線において、
正極側バスバと負極側バスバを被覆する絶縁物はコーティング樹脂であり、
正極側導体と負極側導体は、導電性塗料であり、
接続導体は導電性テープまたは導電線材であることを特徴とするバスバを含む接続配線。
【請求項３】
電力変換器を構成する複数の回路部品の間を接続する正極側バスバと、
正極側バスバと対をなして複数の回路構成部品の間を接続する負極側バスバと、
絶縁物を介して正極側バスバの外周全体を被覆する正極側導体と、
絶縁物を介して負極側バスバの外周全体を被覆する負極側導体と、
正極側導体と負極側導体とを相互に電気的に接続する接続導体と、
を備えることを特徴とする電力変換器。
【請求項４】
請求項３に記載の電力変換器において、
正極側バスバと負極側バスバとは、電力変換器を構成するパワーモジュールと平滑用コンデンサモジュールとの間を接続することを特徴とする電力変換器。
【請求項１】
複数の回路構成部品の間を接続する正極側バスバと、
正極側バスバと対をなして複数の回路構成部品の間を接続する負極側バスバと、
絶縁物を介して正極側バスバの外周全体を被覆する正極側導体と、
絶縁物を介して負極側バスバの外周全体を被覆する負極側導体と、
正極側導体と負極側導体とを相互に電気的に接続する接続導体と、
を備えることを特徴とするバスバを含む接続配線。
【請求項２】
請求項１に記載のバスバを含む接続配線において、
正極側バスバと負極側バスバを被覆する絶縁物はコーティング樹脂であり、
正極側導体と負極側導体は、導電性塗料であり、
接続導体は導電性テープまたは導電線材であることを特徴とするバスバを含む接続配線。
【請求項３】
電力変換器を構成する複数の回路部品の間を接続する正極側バスバと、
正極側バスバと対をなして複数の回路構成部品の間を接続する負極側バスバと、
絶縁物を介して正極側バスバの外周全体を被覆する正極側導体と、
絶縁物を介して負極側バスバの外周全体を被覆する負極側導体と、
正極側導体と負極側導体とを相互に電気的に接続する接続導体と、
を備えることを特徴とする電力変換器。
【請求項４】
請求項３に記載の電力変換器において、
正極側バスバと負極側バスバとは、電力変換器を構成するパワーモジュールと平滑用コンデンサモジュールとの間を接続することを特徴とする電力変換器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１７３５９（Ｐ２０１３−１７３５９Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５００１７（Ｐ２０１１−１５００１７）
【出願日】平成２３年７月６日（２０１１．７．６）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月６日（２０１１．７．６）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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