バスバー

【課題】装置全体小型化に寄与するバスバーを提供する。
【解決手段】２本の導体１０は、その長方形断面の長辺に相当する面が平行となるように隣接させて延在させた状態で、絶縁性樹脂からなる絶縁体２０でモールドされて全体が一体的に成型されている。隣り合って配設された各導体１０の間の空間にも絶縁体２０が充填されて成型されている。導体１０の両端には端子１１が形成されており、その端子１１は絶縁体２０から突出して露出している。絶縁体２０は、導体１０を絶縁するための絶縁性能の他に、導体１０から発生するジュール熱を外部に放出するための熱伝導性能に優れていることが必要とされるため、高熱伝導性を発現する樹脂を用いて成型される。これにより、バスバー１の周辺で絶縁のための空間を確保する必要がなくなるので、バスバー１が組み込まれる装置を小型化できる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極間の接続に用いられるバスバーの絶縁技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置などの大電流を取り扱う装置では、電極間の接続にバスバーが用いられる。複数のバスバーを近接させて配設する場合には、バスバー同士の間に絶縁物を介在させることで、絶縁性を確保させている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２９４０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、近接するバスバー同士の間には絶縁物を配置するが、その他の部分には絶縁が施されず、導体が露出した状態で使用されるのが一般的である。そのため、バスバーとの空間距離を保つことで、バスバーが組み込まれる装置の筐体部分や他の部品との絶縁性を確保するとともに、周囲雰囲気の対流によってバスバーのジュール熱を放熱している。そのため、バスバーが組み込まれる装置の小型化が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、導体の周囲を電気絶縁性の高い絶縁性樹脂で覆うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、導体の周囲を電気絶縁性の高い絶縁性樹脂で覆うように構成した。これにより、導体の周辺で絶縁のための空間を確保する必要がなくなるので、バスバーが組み込まれる装置を小型化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
−−−第１の実施の形態−−−
図１，２を参照して、本発明によるバスバーの第１の実施の形態を説明する。図１は、断面の様子が分かるように途中から切断したバスバーの斜視図である。バスバー１は、電気の良導体である銅などの金属からなる２本の導体１０を備えている。導体１０は、その延在方向に対して垂直な面が略長方形となる断面を有し、所定の電流を流すことができる棒状もしくは板状の部材である。
【０００８】
この２本の導体１０は、その長方形断面の長辺に相当する面が平行となるように隣接させて延在させた状態で、後述する絶縁性樹脂からなる絶縁体２０でモールドされて全体が一体的に成型されている。隣り合って配設された各導体１０の間の空間にも絶縁体２０が充填されて成型されている。
【０００９】
導体１０の両端には端子１１が形成されており、その端子１１は絶縁体２０から突出して露出している。端子１１には取付穴１２が設けられており、ボルトなどの締結部材によってバスバー１の取付先の電極（不図示）と締結されることで、バスバー１が電気的に接続されるとともに機械的に固定される。
【００１０】
−−−絶縁体２０の材質について−−−
絶縁体２０は、導体１０を絶縁するための絶縁性能の他に、導体１０から発生するジュール熱を外部に放出するための熱伝導性能に優れていることが必要とされる。すなわち、絶縁体２０には、熱伝導率の高い材料を使用することが好ましい。電気を絶縁し、かつ熱伝導率の高い材質として、近年、高熱伝導性を発現する樹脂が開発されている。絶縁体２０に、このような高熱伝導性の樹脂を用いることで、絶縁性能を確保しつつ、導体１０から発生するジュール熱を効率よく外部に発散することができる。
【００１１】
−−−絶縁体２０の成型について−−−
導体１０の周囲を絶縁体２０で覆うためには、絶縁体２０の成型用の金型に導体１０を入れた後、絶縁体２０の材料である絶縁性樹脂をその金型の中に充填することで、絶縁体２０を成型する。絶縁性樹脂が熱可塑性樹脂であれば、加熱した絶縁性樹脂を金型の中に射出した後、冷却することで絶縁体２０を成型できる。絶縁性樹脂が熱硬化性樹脂であれば、絶縁性樹脂を金型の中に注入した後、樹脂自身の反応熱や外部からの加熱によって樹脂を硬化させることで絶縁体２０を成型できる。
【００１２】
本実施の形態のバスバー１では、２本の導体１０が隣り合って延在しているため、導体１０の断面の縦横の長さの比やそれぞれの導体１０の間隔によっては、成型時にそれぞれの導体１０の間の空間へ絶縁性樹脂が充填され難くなる場合がある。たとえば、導体１０の長方形断面の短辺に対して長辺を長くしたり、双方の導体１０を接近させて配設する場合には、それぞれの導体１０の間の空間への絶縁性樹脂充填が不十分となる恐れがある。このようなときには、図２に示すように、一方の導体１０について、長方形断面の１つの長辺を覆うようにあらかじめ第１の絶縁体２１を成型する。そして、第１の絶縁体２１が成型された一方の導体１０と、他方の導体１０とを第２の絶縁体２２で一体成型する。これにより、それぞれの導体１０の間の空間に絶縁性樹脂を確実に充填できる。
【００１３】
上述した第１の実施の形態のバスバー１では、次の作用効果を奏する。
（１）バスバー１の導体１０を絶縁体２０で一体成型して、導体１０の周囲を絶縁体２０で覆った。これにより、バスバー１の周辺で絶縁のための空間を確保する必要がなくなるので、バスバー１が組み込まれる装置を小型化できる。
【００１４】
（２）たとえば、２本の導体１０を接近させて配設する場合には、一方の導体１０に対して、長方形断面の１つの長辺を覆うようにあらかじめ第１の絶縁体２１を成型し、第１の絶縁体２１が成型された一方の導体１０と、他方の導体１０とを第２の絶縁体２２で一体成型した。これにより、それぞれの導体１０の間の空間に絶縁性樹脂を確実に充填させることができるので、それぞれの導体１０の間で短絡することがなく、バスバー１の信頼性を向上できる。また、導体１０の断面形状や導体１０同士の間隔にかかわらず、それぞれの導体１０の間の空間に絶縁性樹脂を確実に充填させることができるので、バスバー１の設計の自由度を広げることができ、特にバスバー１の小型化に寄与できる。
【００１５】
（３）絶縁体２０の材料に高熱伝導性の樹脂を用いることで、導体１０から発生するジュール熱を効率よく外部に発散することができる。これにより、発熱量を下げるために導体１０の断面積を増やす必要がないので、バスバー１の大型化、および重量増を防止できる。
【００１６】
−−−第２の実施の形態−−−
図３を参照して、本発明によるバスバーの第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。図３は、導体１０の延在方向に対する垂直面におけるバスバーの断面構造を示す図である。バスバー２には、バスバー２を冷却器３０に取り付けるため、取付穴２３ａが設けられた取付部２３が絶縁体２０に形成されている。
【００１７】
双方の導体１０に流れる電流値が略等しい場合、双方の導体１０の断面積が等しければ、双方の導体１０から発生するジュール熱は略等しい。導体１０の電気抵抗値は導体１０の温度に比例するため、双方の導体１０に流れる電流値が略等しい場合、双方の導体１０からの発熱を等しく放熱させることが望ましい。そこで、冷却器３０が取り付けられる絶縁体２０の表面は、双方の導体１０からの距離が等しい面であることが望ましい。
【００１８】
本実施の形態では、２本の導体１０が、それぞれの長方形断面の長辺同士が平行に隣接するように配設されており、絶縁体２０の外側（雰囲気側）の各表面２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが導体１０の長方形断面の各辺に平行となるように形成されている。したがって、双方の導体１０からの距離が等しい絶縁体２０の表面は、導体１０の長方形断面の短辺に平行となる表面２０ｂおよび表面２０ｄである。そこで、本実施の形態では、表面２０ｄが冷却器３０の表面に接触して固定されるように、表面２０ｄと同一平面を有する取付部２３を絶縁体２０に形成している。なお、絶縁体２０の断面形状や取付部２３の位置および形状は、取付先である冷却器３０の形状にあわせて適宜変更してもよい。
【００１９】
冷却器３０に雌ねじが形成された取付部３１を設けることで、取付穴２３ａを通した取付ボルト５１でバスバー２を冷却器３０の表面３２に固定することができる。なお、バスバー２を冷却器３０に固定する際、絶縁体２０の表面２０ｄと冷却器３０の表面３２との間に伝熱グリースを塗布することや伝熱シートを敷くことなどによって、表面２０ｄと表面３２との熱接合性を向上させて、絶縁体２０から冷却器３０への熱伝達率を向上させることが望ましい。
【００２０】
第２の実施の形態のバスバー２では、第１の実施の形態の作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。
（１）絶縁体２０に取付部２３を一体的に形成したことにより、バスバー２を冷却器３０に固定できる。これにより、導体１０のジュール熱を積極的に抜熱できるので、導体１０の温度上昇を抑制できる。したがって、導体１０の断面積を小さくできるので、バスバー２の小型化、軽量化が実現でき、バスバー２が組み込まれる装置自体の小型化も図れる。
【００２１】
−−−第３の実施の形態−−−
図４〜７を参照して、本発明によるバスバーの第３の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１および第２の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１および第２の実施の形態と同じである。図４は、導体１０の延在方向に対する垂直面におけるバスバーの断面構造を示す図である。バスバー３は、２本の導体１０の間に冷却プレート４１を設けた点で、第２の実施の形態のバスバー２と相違する。
【００２２】
冷却プレート４１は、絶縁体２０よりも高い熱伝導率を有する材質からなる板状部材であり、２本の導体１０の間の空間に導体１０とは離間しつつ導体１０に沿った状態で、導体１０とともに絶縁体２０で一体的に成型されている。冷却プレート４１と導体１０との間の空間にも絶縁体２０が形成されている。冷却プレート４１の端部４１ａは、絶縁体２０の表面２０ｄから露出しており、バスバー３を冷却器３０に取り付けたときに冷却器３０の表面３２と接触する。
【００２３】
図４に示すように、導体１０は、その長方形断面の一方の短辺側が冷却器３０と近接し、他方の短辺が冷却器３０と離れるように配設されている。冷却プレート４１は、導体１０の他方の短辺近傍から冷却器３０の表面３２まで延在しているので、冷却器３０とは離れている導体１０の他方の短辺近傍で発生するジュール熱を効率よく冷却器３０に伝達できる。
【００２４】
冷却プレート４１の材質に、銅やアルミなどの熱伝導率が高い導電性材料を用いると、良導体である導体１０と冷却プレート４１との間の絶縁体２０が挟まれた状態となる。ここで、冷却器３０を導電性材料で構成し、冷却器３０を接地すると、冷却器３０に取り付けられたバスバー３は、図５に示した等価回路のように、導体１０と大地との間にキャパシターを挿入した状態と等しくなる。すなわち、バスバー３には、コモンモードノイズを除去するフィルタ機能が備わっている。
【００２５】
なお、バスバー３に用いる冷却プレート４１は、図４に示すような断面がＩ型の板形状に限らず、図６に示すようなＬ型断面を有する冷却プレート４２であってもよく、図７に示すようなＴ型断面を有する冷却プレート４３であってもよい。図６，７に示すように、冷却プレート４２，４３が冷却器３０の表面３２と接触する面４２ａ，４３ａの表面積を増やすことで、導体１０から冷却器３０への伝熱面積が増加するので、導体１０から発生するジュール熱を効率よく冷却器３０へ伝達することができる。
【００２６】
また、図６，７に示すように、冷却プレート４２，４３の面４２ａ，４３ａを絶縁体２０の取付部２３まで延在させるとともに、取付ボルト５１が貫通できるように穴４２ｂ，４３ｂを設けることで、取付部２３と冷却器３０の表面３２との間で冷却プレート４２，４３を挟持しながら取付ボルト５１で固定できる。これにより、冷却プレート４２，４３と冷却器３０とを機械的および電気的に確実に締結できるので、バスバー３の冷却効果およびノイズフィルタとしての効果を向上できる。
【００２７】
第３の実施の形態のバスバー３では、第１および第２の実施の形態の作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。
（１）２本の導体１０の間に冷却プレート４１〜４３を設けたので、導体１０の冷却器３０から離れた部分で発生するジュール熱を効率よく冷却器３０に伝達できる。これにより、バスバー３の冷却効率を向上できるので、導体１０の断面積をさらに小さくできる。したがって、バスバー３をさらに小型化、軽量化することができ、バスバー３が組み込まれる装置自体の小型化も図れる。
【００２８】
（２）冷却プレート４１〜４３を導電性材料で構成し、同じく導電性材料で構成した冷却器３０を接地することで、バスバー３のコモンモードノイズを除去できる。これにより、バスバー３が組み込まれる装置に対するコモンモードノイズの影響を防止して、バスバー３が組み込まれる装置を安定的に稼働できる。
【００２９】
−−−第４の実施の形態−−−
図８，９を参照して、本発明によるバスバーの第４の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１〜第３の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１〜第３の実施の形態と同じである。図８は、導体１０の延在方向に対する垂直面におけるバスバーの断面構造を示す図である。バスバー４は、２本の導体１０の外側を囲うように冷却プレート４４を構成した点で、第３の実施の形態のバスバー３と相違する。
【００３０】
冷却プレート４４は、銅やアルミなどの熱伝導率が高い導電性材料からなる板状部材が折り曲げられて矩形断面の管状に加工された部材である。２本の導体１０は、管状に加工された冷却プレート４４の内部に延在している。導体１０と冷却プレート４４との間の空間は、絶縁性樹脂が充填されて内部絶縁体２４が成型されている。
【００３１】
管状に加工された冷却プレート４４の外部には、矩形断面の外側の４面のうち、１面を除いた他の３面４４ａ，４４ｂ，４４ｃに、樹脂からなる外部成型体２５が成型されている。第２および第３の実施の形態のバスバー２，３と同様に、外部成型体２５には、冷却器３０に取り付けるため、取付穴２６ａを有する取付部２６が設けられている。管状に加工された冷却プレート４４の外側の４面のうち、外部成型体２５が成型されていない面４４ｄは露出しており、外部成型体２５の底面２５ａと同一平面を形成している。取付ボルト５１によってバスバー４が冷却器３０の表面３２に取り付けられると、冷却プレート４４の面４４ｄと冷却器３０の表面３２とが密着する。
【００３２】
このように、冷却プレート４４で導体１０の周囲を覆うことで、導体１０で発生するジュール熱を効率的に冷却器３０に伝達できるとともに、導体１０を流れる電流に重畳する電磁波ノイズを遮蔽することができる。なお、外部成型体２５は導体１０と直接接触しないため、電気絶縁性は特に必要ではない。そのため、熱伝導性や取付部２６の強度など、電気絶縁性以外の特性を重視して材質を選定してもよい。
【００３３】
バスバー４の製造方法の一例を以下に説明する。最初に、導体１０の周囲に内部絶縁体２４を一体的に成型する。その後、内部絶縁体２４の周囲に冷却プレート４４を巻き付けるように装着する。そして、射出成型によって冷却プレート４４の外部に外部成型体２５を射出成型する。外部成型体２５の成型時に、図８に示したゲート位置から金型の内部に樹脂を注入すれば、冷却プレート４４の端部が重なった継ぎ目４４ｅが開かないように注入される樹脂の流れや圧力によって冷却プレート４４の端部を圧接させた状態で成型できる。
【００３４】
なお、矩形形状に加工した冷却プレート４４の代わりに、図９に示すように、矩形断面を有する冷却管４５を用いてもよい。すなわち、内部絶縁体２４の周囲を囲うように冷却管４５を配設し、冷却管４５の外側の４面のうち、１面４５ｄを除いた他の３面４５ａ，４５ｂ，４５ｃに外部成型体２５を成型することとしてもよい。
【００３５】
第４の実施の形態のバスバー４では、第１〜第３の実施の形態の作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。
（１）冷却プレート４４または冷却管４５で導体１０の周囲を覆い、その１面４４ｄ，４５ｄが冷却器３０の表面３２に密着できるように構成した。これにより、導体１０を効率的に冷却できるとともに、導体１０を流れる電流に重畳する電磁波ノイズを遮蔽することができるので、導体１０からのノイズ輻射を抑制できる小型のバスバー４を実現できる。
【００３６】
−−−第５の実施の形態−−−
図１０，１１を参照して、本発明によるバスバーの第５の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１〜第４の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１〜第４の実施の形態と同じである。第５の実施の形態のバスバーは、導体１０の端子１１の部分にまで絶縁体２０を成型している点で、第１〜第４の実施の形態のバスバー１〜４と異なる。なお、以下に説明する第５の実施の形態の端子１１の近傍の構成は、上述した第１〜第４の実施の形態のバスバー１〜４にも適用できる。
【００３７】
図１０は、導体１０の端子１１の近傍を拡大した断面図である。上述のように、バスバー５は、バスバー５の取付先の電極と締結される端子面１１ａを除き、導体１０の全体が絶縁体２０で覆われている。端子１１の取付穴１２にはボルト６１が挿入された状態で絶縁体２０が成型され、ボルト６１の頭部６１ａが絶縁体２０で固定された状態となっている。すなわち、導体１０とボルト６１とが絶縁体２０によって一体的に成型されている。
【００３８】
なお、図１１に示すように、ボルト６１の代わりにナット７１を用いてもよい。この場合、バスバー５の取付先の電極と端子１１とをボルトで締結するとナット７１からボルトの先端が突出するので、ナット座面近傍の絶縁体２０に空間２７を設ける必要がある。
【００３９】
第５の実施の形態のバスバー５では、第１〜第４の実施の形態の作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。
（１）端子面１１ａを除き、導体１０の全体を絶縁体２０で覆うように構成したので、端子面１１ａを除いてバスバー５の導体１０が露出する部分がなくなり、絶縁性を確保できる。これにより、バスバー５の周辺の絶縁距離をさらに小さくできるため、バスバー５が組み込まれる装置をさらに小型化できる。
（２）ボルト６１やナット７１が絶縁体２０で導体１０に固定された状態となるので、バスバー５を取付先の電極に締結する際にボルト６１やナット７１を固定する必要がなく、組み立て作業が容易となり、作業性が向上する。
【００４０】
−−−変形例−−−
（１）上述の説明では、各バスバーの導体１０は２本であったが、１本でもよく、３本以上であってもよい。
（２）上述の説明では、導体１０の断面形状は略長方形であったが、本発明はこれに限定されない。たとえば、導体１０の断面形状は、長方形以外の多角形でもよく、円形もしくは楕円形であってもよい。
【００４１】
（３）上述の説明では、導体１０の断面は中実であったが、本発明はこれに限定され
ず、導体の断面に空間を有する中空材を導体として用いることもできる。導体に中空材を用いて、その内部空間に冷却流体を流すこともできる。
（４）上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。
【００４２】
以上の実施の形態およびその変形例において、たとえば、取付部材は取付部２３に、伝熱部材は冷却プレート４１〜４４および冷却管４５に、締結部材はボルト６１およびナット７１にそれぞれ対応する。さらに、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態における機器構成に何ら限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】断面の様子が分かるように途中から切断した第１の実施の形態のバスバーの斜視図である。
【図２】導体１０の延在方向に対する垂直面における第１の実施の形態のバスバーの断面構造を示す図である。
【図３】導体１０の延在方向に対する垂直面における第２の実施の形態のバスバーの断面構造を示す図である。
【図４】導体１０の延在方向に対する垂直面における第３の実施の形態のバスバーの断面構造を示す図である。
【図５】冷却器３０に取り付けられたバスバー３の等価回路図である。
【図６】バスバー３にＬ型断面を有する冷却プレート４２を用いた場合の断面構造を示す図である。
【図７】バスバー３にＴ型断面を有する冷却プレート４３を用いた場合の断面構造を示す図である。
【図８】導体１０の延在方向に対する垂直面における第４の実施の形態のバスバーの断面構造を示す図である。
【図９】バスバー４に冷却管４５を用いた場合の断面構造を示す図である。
【図１０】第５の実施の形態のバスバーの導体１０の端子１１の近傍を拡大した断面図である。
【図１１】図１０のボルト６１の代わりにナット７１を用いた場合について説明する図である。
【符号の説明】
【００４４】
１〜５バスバー１０導体
１１端子２０絶縁体
２３取付部３０冷却器
４１〜４４冷却プレート４５冷却管
６１ボルト７１ナット

【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が入出力する端子と、前記端子間で電流を流すことができる導体とを備えるバスバーにおいて、
前記導体の周囲は電気絶縁性の高い絶縁性樹脂で覆われていることを特徴とするバスバー。
【請求項２】
請求項１に記載のバスバーにおいて、
前記導体の周囲を覆う絶縁性樹脂を介して前記導体が発する熱を奪う冷却器に固定するための取付部材をさらに備えることを特徴とするバスバー。
【請求項３】
請求項２に記載のバスバーにおいて、
前記絶縁性樹脂は、熱伝導率が高い樹脂であることを特徴とするバスバー。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載のバスバーにおいて、
前記絶縁性樹脂の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有し、前記導体とともに前記絶縁性樹脂で覆われて、前記導体が発する熱を前記冷却器に伝達する伝熱部材をさらに備えることを特徴とするバスバー。
【請求項５】
請求項４に記載のバスバーにおいて、
前記伝熱部材は、前記導体に沿って延在するように配設された金属板であり、前記冷却器と電気的および熱的に接続されることを特徴とするバスバー。
【請求項６】
請求項５に記載のバスバーにおいて、
前記金属板は、延在する前記導体の外周を囲うとともに前記導体に沿って延在することを特徴とするバスバー。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかの項に記載のバスバーにおいて、
前記端子には、前記端子を相手の電極と接続して固定するための締結部材が前記絶縁性樹脂によって固定され、
前記絶縁性樹脂は、前記端子が前記電極に接続される部分、および前記締結部材が前記電極と締結される部分を除き、前記導体全体を被覆していることを特徴とするバスバー。
【請求項８】
電流を入出力する端子間で電流を流すことができ、互いに絶縁されている少なくとも２本の導体の周囲を電気絶縁性の高い絶縁性樹脂で覆ったことを特徴とするバスバー。

【図１】