通電電力出力装置

【課題】車載されている走行用モータに電気的に接続して用いるとともにモータ電流を調整する半導体モジュールの複数個を備えている通電電力出力装置において、バスバーとバスバーの接続状態を解除して半導体モジュール単位で交換することを可能とする。
【解決手段】複数枚のバスバー同士をクリップ９０でとめる。一方のバスバー９２の接触面に複数個の凸部Ｐ１〜Ｐ４を形成しておく。クリップの押圧部Ｒ１，Ｒ２がバスバー９２に当接する位置に複数個の凸部が形成しておく。他方のバスバー９４の接触面は平坦にしておく。各々の凸部の頂部を湾曲形状にしておくと、クリップでとめるだけで、バスバー９２とバスバー９４間の導電性を確実に確保することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、車載されている走行用モータに電気的に接続して用い、走行用モータに通電する電力を出力する装置を開示する。ここでいう走行用モータは、走行専用のモータに限られず、走行用に用いられることがあるモータを意味しており、例えば発電機として作動する状態があっても走行用に用いられる状態があれば、走行用モータに含まれる。また、走行用モータのみで走行するものに限られず、エンジン等を併用して走行する状態があっても、走行用モータに含まれる。
【背景技術】
【０００２】
車載されている走行用モータに通電する場合、一般にはバッテリから供給される直流をパワー半導体装置でスイッチングして交流に変換し、交流に変換した電流を走行用モータに通電する。パワー半導体装置で大電流をスイッチングすることから、パワー半導体装置の電極部にバスバー（導電材料で形成された長尺の板をいう。金属の帯を用いることが多い）を固定し、バスバーとバスバーを接続することによって複数個のパワー半導体装置を組み合わせた回路を構成する。パワー半導体装置の電極部にバスバーを固定したものを本明細書では、半導体モジュールという。その定義によれば、バスバーも半導体モジュールの一部であるが、外観上は半導体モジュールからバスバーが伸びているように見える。
【０００３】
現状では、バスバーとバスバーを溶接して接続しており、故障時には複数個の半導体モジュールを組み合わせた回路の全体を交換する必要がある。
特許文献１に、バスバーとバスバーをクリップで挟みつけることで、バスバーとバスバーを機械的に固定するとともに、導電性を確保する技術が記載されている。バスバーとバスバーをクリップで挟みつけることで導電性を確保することができれば、故障時には、故障した半導体モジュールの単位で交換することが可能となる。交換時の部品代を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−６２０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術によって、バスバーとバスバー間の導電性を確実に確保することができれば、問題はない。しかしながら実際に量産してみると、バスバーとバスバーをクリップで挟みつけるだけでは、バスバーとバスバーの接触圧や接触面積が安定せず、接触抵抗が安定しない。また振動などによってクリップの位置がずれてしまう可能性がある。本明細書では、バスバーとバスバーをクリップで挟んで密着させることによって、バスバーとバスバー間の接触抵抗を安定させることができるクリップとめ技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書では、バスバーとバスバーがクリップで固定されており、半導体モジュールの単位で交換することができる通電電力出力装置を開示する。その通電電力出力装置は、車載されている走行用モータに電気的に接続して用いる。
本明細書で開示する通電電力出力装置は、モータに通電するモータ電流を調整する半導体装置が組込まれている半導体モジュールの複数個を備えている。各々の半導体モジュールからバスバーが伸びており、複数枚のバスバー同士がクリップによってとめられてバスバーとバスバー間の導電性が確保されている。一方のバスバーの接触面（他方のバスバーと接触する面）に、複数個の凸部が形成されている。その複数個の凸部は、クリップの押圧部がバスバーに当接する位置に形成されている。正確にいうと、クリップの押圧部はバスバーの非接触面に当接することから、当接位置に表裏を隔てて対向する位置に複数個の凸部が形成されている。各々の凸部は、湾曲した頂部を備えている。ここでいう湾曲は、かまぼこ型のように、１方向に湾曲している形状であってもよいし、半球形状のように、直交する２方向に湾曲している形状であってもよい。また、ラグビーボールのように、湾曲部の極率半径が、方向によって相違する形状であってもよい。複数個の凸部に接触する他方のバスバーの接触面は平坦である。
【０００７】
一方のバスバーの接触面に複数個の凸部を形成しておいて平坦な他方のバスバーに密着させると、湾曲した頂部が平坦なバスバーに倣うように変形し、バスバーの表面に自然に形成されている酸化膜が破壊され、バスバーとバスバーが酸化膜を介さないで直接に接触する関係を得ることができる。凸部を平坦面に密着させると、接触形状と接触圧力が安定し、量産したときに接触不良となる製品が出現する可能性を確実に減少させることができる。一方のバスバーの接触面に複数個の凸部を形成しておくと、バスバーとバスバーをクリップで挟むだけで、バスバーとバスバー間の導電性を確実に確保することができる。
【０００８】
クリップの基部の内側から押圧部までの距離と、パスバーの先端から凸部までの距離を等しくしておくことが好ましい。
この場合、クリップの基部の内側がパスバーの先端に当接するまでクリップを差し込むと、クリップの押圧部がバスバーの非接触面に当接する位置の反対面側（接触面側）の位置に、複数個の凸部が形成されている関係を得ることができる。クリップの押圧力が直接的に凸部に作用し、凸部の頂部を相手側のバスバーに倣わせることができる。
【０００９】
バスバーを走行用モータの通電電流が流れる場合、２個の凸部で接触させると接触抵抗が十分に下がらないことがある。そのために３個以上の凸部が必要とされることがある。３個以上の凸部を直線上に設ける場合、凸部の高さが不揃いとなって頂部が直線上に並ばないことがある。複数個の凸部の頂部が直線上に並んでいないと、クリップで押圧しても相手側に十分に密着しない凸部が残ってしまうことがある。
そこで、バスバーの幅方向に４個の凸部を配列しておくとともに、クリップに、片側の２個の凸部を押圧する部分と、反対側の２個の凸部を押圧する部分に分離するスリットを形成しておくことが好ましい。
【００１０】
この場合、スリットによって分離された部分が独立に変形することが可能となり、それぞれが２個の凸部を押圧する。２個の凸部を押圧する場合、２個の凸部の双方を確実に押圧する。３個の凸部を押圧する場合には、その頂部が直線上に揃っていない場合に、２個の凸部のみを押圧して残った凸部が押圧されない場合が生じるのに対し、２個の凸部を押圧する場合には、押圧されない凸部が残る可能性がない。スリットによって４個の凸部を押圧する部分を２分して独立に変形できるようにすると、４個の凸部の全部を確実に押圧することができる。
【００１１】
重ねられた複数枚のバスバーと、クリップの位置関係を安定させるためには、位置決め用の補助部材を加えることが好ましい。すなわち、クリップの基部に内側から当接するとともにクリップの外側に向けて伸びる一対の係止爪が形成されている内側補助部材と、各係止爪が通過する孔を備えている外側補助部材を付加する。外側補助部材に設けられている孔は、係止爪が通過すると係止爪が孔の周囲に係止して係止爪が逆方向に通過することを禁止する形状としておく。その場合、半導体モジュールの位置決め基準となっているケーシングを基準にして外側補助部材を位置決する。
【００１２】
上記によると、半導体モジュールの位置決め基準となっているケーシングに対して、外側補助部材が位置決めされ、それに係止する内側補助部材が位置決めされ、外側補助部材と内側補助部材によってクリップが位置決めされる。バスバーも半導体モジュールを介してケーシングに対して位置決めされている。結局、バスバーとクリップの双方がケーシングに対して位置決めされ、バスバーとクリップの相対的位置関係が安定する。
【００１３】
一つの外側補助部材が、複数個のクリップに亘っていると、一つの外側補助部材を取り付けることで複数個所の接続作業が完了する。
【発明の効果】
【００１４】
本明細書に記載されている発明によると、バスバーとバスバーをクリップでとめるだけで、バスバーとバスバー間の導電性を確実に確保することができる。クリップは取り外せることから、半導体モジュール単位で交換することが可能となる。通電電力出力装置の全体を交換する場合に比して、交換作業に必要な部品を限定することができ、無駄の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】通電電力出力装置の回路構成と、モジュールの単位を示す。
【図２】バスバーとバスバーをクリップで接続している部分の分解斜視図を示す。
【図３】凸部の形状を例示する。
【図４】第２実施例のクリップどめを説明する。
【図５】異なる方向に伸びるバスバーをグリップどめする様子を説明する。
【図６】３枚のバスバーをグリップどめする様子を説明する。
【図７】補助部材を付加してクリップとバスバーの位置関係を安定させる様子を示す。
【図８】バスバーとクリップと補助部材の断面を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
下記に示す実施例の主要な特徴を列記する。
（特徴１）板厚が厚い側のバスバーは平坦にしておく。板厚が薄い側のバスバーに凸部を形成する。
（特徴２）各凸部の形成範囲内に、クリップの押圧部がバスバーに当接する位置が存在している。
（特徴３）クリップの押圧部がバスバーに当接する範囲内に、複数個の凸部が形成されている。この場合も、各凸部の形成範囲内に、クリップの押圧部がバスバーに当接する位置が存在している。
【実施例】
【００１７】
図１は、通電電力出力装置６０の回路構成と、モジュールの単位を示す。通電電力出力装置６０は、車載されているバッテリ２と、車載されているモータジェネレータ５２に接続して用いる。モータジェネレータ５２は、モータとして機能して自動車を走行させる状態と、発電機として機能する状態がある。通電電力出力装置６０は、バッテリ２の直流電圧を昇圧する部分と、昇圧した直流電圧を３相の交流に変換する部分を備えており、変換した３相の交流をモータジェネレータ５２に供給してモータジェネレータ５２をモータとして機能させる。制動時にはモータジェネレータ５２が発電機として機能し、３相の交流を発生する。この状態では、通電電力出力装置６０が３相交流を直流電圧に変換し、バッテリ２の電圧に降圧してバッテリ２を充電する。
【００１８】
通電電力出力装置６０は、コネクター４，５によってバッテリ２に接続される。通電電力出力装置６０は、コンデンサ６とリアクトル８と昇圧用トランジスタ１４とダイオード１６を備えており、昇圧用トランジスタ１４を断続的にオン・オフすることによってコンデンサ６の電圧を昇圧した電圧をダイオード１２を介してコンデンサ２０に印加する。通電電力出力装置６０は、降圧用トランジスタ１０を備えており、降圧用トランジスタ１０を断続的にオン・オフすることによってコンデンサ２０の電圧を降圧した電圧をコンデンサ６に印加する。
通電電力出力装置６０は、上段トランジスタ２２と下段トランジスタ２６を直列に接続した回路と、上段トランジスタ３０と下段トランジスタ３４を直列に接続した回路と、上段トランジスタ３８と下段トランジスタ４２を直列に接続した回路を並列に接続した部分を備えており、コネクター４６，４８,５０に３相の交流を出力する。２４，２８，３２，３６，４０，４４は、環流ダイオードである。
【００１９】
通電電力出力装置６０は、第１モジュール６２、第２モジュール６４、第３モジュール６６、第４モジュール６８、第５モジュール７０、第６モジュール７２を接続することで形成されている。第１モジュール６２は、コンデンサ６とリアクトル８を備えており、２本のバスバーが伸びている。第２モジュール６４は、トランジスタ１０，１４と、ダイオード１２,１６を備えている半導体モジュールであり、３本のバスバーが伸びている。第３モジュール６６は、抵抗１８とコンデンサ２０を備えており、図示の接続関係を実現する複数枚のバスバーが伸びている。第４モジュール６８は、トランジスタ２２，２６と、ダイオード２４,２８を備えている半導体モジュールであり、第４モジュール６８から３本のバスバーが伸びている。第４モジュール６８から伸びる一枚のバスバーは、コネクタ４６に伸びている。第５モジュール７０は、トランジスタ３０，３４と、ダイオード３２,３６を備えている半導体モジュールであり、第５モジュール７０から３本のバスバーが伸びている。第５モジュール７０から伸びる一枚のバスバーは、コネクタ４８に伸びている。第６モジュール７２は、トランジスタ３８，４２と、ダイオード４０,４４を備えている半導体モジュールであり、第６モジュール７２から３本のバスバーが伸びている。第６モジュール７２から伸びる一枚のバスバーは、コネクタ５０に伸びている。
図示の８０は、モジュールから伸びているバスバーとバスバーをクリップどめして接続している箇所を示している。
【００２０】
図２は、２枚のバスバー９２，９４をクリップ９０でとめる様子を説明している。一方のバスバー９２の接触面（バスバー９４側の面）に複数個の凸部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が形成されている。他方のバスバー９４の接触面は平坦である。クリップ９０は、ばね性のある板を折り曲げて形成されており、基部Ｓから両サイドに延びる部分が相互に接近する姿勢となっており、最も接近する部分が押圧部Ｒ１，Ｒ２となっている。両先端は外側に開いており、クリップ９０の内側にバスバー９２,９４を取り込みやすくなっている。クリップ９０の基部Ｓの内側から押圧部Ｒ１，Ｒ２までの距離Ａと、パスバー９２，９４の先端から凸部Ｐ１〜Ｐ４までの距離Ｂは、等しい。クリップ９０は、パスバー９２，９４の先端がクリップ９０の基部Ｓの内側に当接するまで押し込む。凸部Ｐ１〜Ｐ４は、押圧部Ｒ１，Ｒ２がバスバー９２に当接する位置に形成されている。正確にいうと、凸部Ｐ１〜Ｐ４は、押圧部Ｒ１，Ｒ２がバスバー９２に当接する位置の裏面（接触面側）に形成されている。凸部Ｐ１〜Ｐ４の各々は、半球状であり、湾曲した頂部を備えている。バスバー９２，９４の板厚が相違する場合には、薄い方のバスバーに凸部を形成する。
各々の凸部の形成範囲内に、クリップの押圧部がバスバーに当接する位置が存在している。そのために、クリップの各々が凸部を直接的に押圧する。クリップの押圧部がバスバーに当接する範囲が直線状でなく、広がりを持っていてもよい。その場合は、クリップの押圧部がバスバーに当接する範囲内に複数個の凸部を形成する。この場合も、各々の凸部の形成範囲内に、クリップの押圧部がバスバーに当接する位置が存在することになる。
【００２１】
図３は、凸部形状の変形例を示している。（１）は、凸部Ｐ５〜Ｐ８の各々が、ラグビーボールの半分に相当する形状である場合を例示している。（２）は、凸部Ｐ９〜Ｐ１１の各々が、かまぼこ形状である場合を例示している。凸部形成方法によって、凸部の頂部が直線上に揃う場合には、かまぼこ形状（一方向に湾曲している形状）であってもよい。
【００２２】
図４は、接触抵抗を下げるために３個以上の凸部が必要とされ、凸部の頂部を直線上に揃えることが難しい場合を例示している。この場合、バスバーの片側に配置されている２個の凸部Ｐ１２，Ｐ１３と、反対側に配置されている２個の凸部Ｐ１４，Ｐ１５を分けて扱うと、それぞれの頂部が直線上に揃う。凸部Ｐ１２，Ｐ１３の頂部は直線Ｃ１上にあり、凸部Ｐ１４，Ｐ１６の頂部は直線Ｃ２上にある。
そこで、クリップの凸部を押す側に、スリット１０２を設け、片側の２個の凸部Ｐ１２，Ｐ１３を押圧する部分１０６と、反対側の２個の凸部Ｐ１４，Ｐ１５を押圧する部分１０４に分離し、部分１０４と部分１０６が独立に変形できるようにする。すると、（３）に示すように、部分１０６は片側の２個の凸部Ｐ１２，Ｐ１３を反対側のバスバー１０８に確実に押圧し、部分１０４は反対側の２個の凸部Ｐ１４，Ｐ１５を反対側のバスバー１０８に確実に押圧する。４個の凸部Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ１５の全部が確実に反対側のバスバー１０８に押圧され、バスバーとバスバーの接触抵抗を確実に低下させる。
【００２３】
図５は、異なる方向に伸びているバスバー２０２とバスバー２０４をクリップ２０６でとめる場合を例示している。図６は、３枚のバスバー２１０，２１２，２１４をクリップどめする場合を例示している。この場合、中央のバスバーを平坦とし、外側のバスバーの内側に凸部を形成する。図示の２１６は、凸部の背面に形成された凹部を示し、２１８はバスバー２１４の接触面に形成された凸部を示している。
【００２４】
図７は、バスバー１２８ａと１３０ａに対してクリップ１１０ａを位置決めし、バスバー１２８ｂと１３０ｂに対してクリップ１１０ｂを位置決めするために、補助部材を付加した例を示している。ケーシング１２６は、バスバー１２８ａと１３０ａが伸びている半導体モジュールと、バスバー１２８ｂと１３０ｂが伸びている半導体モジュールを固定している。結局、バスバー１２８ａ，１３０ａ，１２８ｂ，１３０ｂは、ケーシング１２６に対して位置決めされている。
【００２５】
内側補助部材１１２ａは、クリップ１１０ａの基部Ｓに内側から当接する部分１１４ａと、クリップ１１０ａの外側に伸びる一対の係止爪１１６ａ，１１８ａを備えている。クリップ１１０ａの基部Ｓの内側には、内側補助部材１１２ａの当接面１１４ａに密着する平坦面を形成しておく。クリップ１１０ａの基部Ｓの外側側には、外側補助部材に密着する平坦面を形成しておく。
外側補助部材１２４には、係止爪１１６ａが通過する貫通孔１２０ａと、係止爪１１８ａが通過する貫通孔１２２ａが形成されている。係止爪１１６ａが貫通孔１２０ａを通過すると、貫通孔１２０ａの周囲に係止爪１１６ａが係止して係止爪１１６ａが逆方向に通過して抜けることを禁止する。同様に、係止爪１１８ａが貫通孔１２２ａを通過すると、貫通孔１２２ａの周囲に係止爪１１８ａが係止して係止爪１１８ａが逆方向に通過して抜けることを禁止する。係止爪１１６ａを貫通孔１２０ａに通過させ、係止爪１１８ａを貫通孔１２２ａに通過させると、クリップ１１０ａの基部の平坦面が外側補助部材１２４と内側補助部材１１２ａの間に挟みつけられる。その結果、クリップ１１０ａが外側補助部材１２４に対して位置決めされる。その状態が図８に示されている。クリップ１１０ｂにも、上記と同じ補助部材を用いる。外側補助部材１２４は、複数個のクリップ１１０ａと１１０ｂに対して共通化されている。複数個のクリップ１１０ａと１１０ｂが、外側補助部材１２４に対して位置決めされる。外側補助部材１２４は、ケーシング１２６に対して位置決めされる。そのために、バスバー１２８ａと１３０ａとクリップ１１０ａの位置関係が一定に調整される。同様に、バスバー１２８ｂと１３０ｂとクリップ１１０ｂの位置関係が一定に調整される。
【００２６】
バスバーとバスバーの接続箇所が複数個所である場合、複数個のクリップ１１０ａ，１１０ｂ・・を、複数個の内側補助部材１１２ａ，１１２ｂ・・を使って、共通に用いる外側補助部材１２４に位置決めしておくと、共通に用いる外側補助部材１２４をケーシング１２６に位置決めすることで、複数個所の接続作業が同時に完成する。補助部材を用いることで一方のバスバーと他方のバスバーとクリップの位置関係が安定し、安定した導電性が確保される。複数の接続箇所に共通に用いられる補助部材を用いると、複数箇所の接続作業が簡単化される。
【００２７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２８】
９０：クリップ
９２：一方のバスバー
９４：他方のバスバー
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４：凸部
Ｒ１，Ｒ２：押圧部
Ｓ：基部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載されている走行用モータに電気的に接続して用いる通電電力出力装置であり、
モータ電流を調整する半導体装置が組込まれている半導体モジュールの複数個を備えており、
各々の半導体モジュールからバスバーが伸びており、
複数枚のバスバー同士がクリップによってとめられており、
一方のバスバーの接触面のうちの、クリップの押圧部がバスバーに当接する位置に表裏を隔てて対向する位置に、複数個の凸部が形成されており、
他方のバスバーの接触面は平坦であり、
各々の凸部が、湾曲した頂部を備えていることを特徴とする通電電力出力装置。
【請求項２】
クリップの基部の内側から押圧部までの距離と、パスバーの先端から凸部までの距離が等しいことを特徴とする請求項１に記載の通電電力出力装置。
【請求項３】
バスバーの幅方向に４個の凸部が配列されており、
クリップに、片側の２個の凸部を押圧する部分と、反対側の２個の凸部を押圧する部分に分離するスリットが形成されていることを特徴とする請求項２に記載の通電電力出力装置。
【請求項４】
クリップの基部に内側から当接するとともに、クリップの外側に伸びる一対の係止爪が形成されている内側補助部材と、
各係止爪が通過する孔を備えており、各係止爪が通過すると係止爪が孔の周囲に係止して係止爪が逆方向に通過することを禁止する外側補助部材が付加されており、
その外側補助部材が、半導体モジュールの位置決め基準となっているケーシングを基準にして位置決めされていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの１項に記載の通電電力出力装置。
【請求項５】
一つの外側補助部材が、複数個のクリップに亘っていることを特徴とする請求項４の通電電力出力装置。

【図１】