(57)【要約】【課題】管型バスバーにおいて、電気抵抗が増加する要因を減らし、電気抵抗に伴う熱発生量を減少させる。【解決手段】屈曲部が存在する場合、屈曲部において管型バスバーの内部に絶縁体を配置する。これにより、管型バスバーの内壁同士の絶縁が保たれ、表皮効果により表面を流れる交流電流に対し、電気抵抗の増大を防止することができる。また、管型バスバーを端子に接続する際に、管型バスバーの曲率半径よりも大きな曲率半径を有する座金を端子との間に設置し、管型バスバーを軸力で扁平させて座金に密着させる手段も提案する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電経路として用いられる管型バスバーであって、
屈曲部においては、バスバーの内側に絶縁体が配置された管型バスバー。
【請求項２】
請求項１に記載の管型バスバーであって、
絶縁体はその外壁がバスバー内壁に密着する円筒形である管型バスバー。
【請求項３】
管の軸にほぼ直交して貫通するボルト孔が設けられた請求項１または２に記載の管型バスバーを、電気回路中の端子とボルト締めにより接続する際に、管型バスバーと端子の間に配置され、両者と接触して両者を電気的に接続させる座金であって、
端子と接する面から管型バスバーと接する面へと貫通するボルト孔が設けられ、
管型バスバーと接する面は、管の軸に直交する方向には内側ほど凹み、管よりも大きい曲率半径をもつ弧状であり、管の軸に平行な方向には一様な形状であり、ボルトの軸力によって圧迫した管型バスバーを密着して保持する座金。
【請求項４】
請求項３に記載の管型バスバーまたは座金であって、
ボルト孔の直径は、管型バスバーの寸法公差の吸収量だけボルトの直径よりも大きい管型バスバーまたは座金。
【請求項５】
管の軸にほぼ直交して貫通するボルト孔が設けられた管型バスバーを、電気回路中の端子とボルト締めにより接続する際に、管型バスバーと端子の間に配置され、両者と接触して両者を電気的に接続させる座金であって、
端子と接する面から管型バスバーと接する面へと貫通するボルト孔が設けられ、
管型バスバーと接する面は、管の軸に直交する方向には内側ほど凹み、管よりも大きい曲率半径をもつ弧状であり、管の軸に平行な方向には一様な形状であり、ボルトの軸力によって圧迫した管型バスバーを密着して保持する座金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通電経路として用いられる管型バスバー、特に管型バスバーにおける通電時の熱発生量を抑制する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バスバーは、通電経路として、さまざまな電気回路において用いられている。特に、高周波電流を扱う回路にあっては、いわゆる表皮効果により導体表面の通電量が増大するため、導体の表面積を大きくとることができる管形状の管型バスバーが多用されている。これにより、電気抵抗が小さくなり、電気エネルギーの損失を減らすことができる他、抵抗に伴う熱発生量も抑制し温度上昇を防止する利点も生じる。
【０００３】
しかしながら、管型バスバーを実際に電気回路中に配置する場合には、実装上の制約によって、大量の熱の発生を招いてしまうことがしばしばある。一例として、モータ駆動される電気自動車やハイブリッド車における実装上の問題点を指摘する。このような自動車では、バッテリの供給する直流電流は、インバータを含むパワーモジュールによって高周波の交流電流に変換され、管型バスバーを通じてモータに伝えられる。この時、管型バスバーは、これらの装置の端子間を直線的に結ぶことが望ましいが、自動車の限られた空間においては、搭載された装置を迂回するように配置されるので、場合によっては、その途中部分が屈曲されることもある。この屈曲部においては内壁同士が接してしまい、その部分において表皮効果に有効な表面積が減少するため、電気抵抗が増大する。したがって、管型バスバーは、電気抵抗に伴い発生する大量の熱によって高温化するので、周辺機器に好ましく無い影響を与える他、管型バスバー自体の熱膨張によって端子との接続箇所に無理な力を及ぼしてしまう。
【０００４】
また、この接続箇所における端子と管型バスバーの接触不良も、大量の熱の発生を招く一因である。管状のバスバーは、周辺機器等の端子に取り付けられる際に、予め押し潰された端部をボルト締めして、回路の接続面に接触させられる。図９には、従来技術として、管型バスバー１０を、パワーモジュールのバスバーの端子１２に接続した状態を正面からみた断面図を示した。端子１２は絶縁体からなる固定部１４上に設置されている。管型バスバー１０は、大部分が管状部１６からなるが、その端の一部は押し潰された押潰部１８となっており、ここには押潰部１８を貫くバスバーのボルト孔２０が設けられている。また、端子１２にも端子のボルト孔２２が設けられ、その下には固定部１４に埋め込まれた埋込ナット２４が設置されている。そして、図示していないボルトが、バスバーのボルト孔２０と端子のボルト孔２２を渡され、埋込ナット２４に締め付けられることで、管型バスバー１０と端子１２が電気的に接続して固定される。しかし、押潰部１８においては、管状部１６を押し潰した際にプレス皺２６が生じているため、端子１２と密着することができない。したがって、電流が流れることのできる接触面積が減少し、電気抵抗が増大することにより、大量の熱が発生してしまう。また、ボルトの軸力を強化して押潰部１８の面剛性に対抗して密着させるためには、部品の外形を大型化せねばならず、搭載および費用の点から好ましくない。
【０００５】
さらに、図１０に示すように、この接続箇所においては、別の接続不良の要因がある。図１０は、図９と同様に接続箇所の断面図であり、説明を簡単化するため、プレス皺２６は省略している。管型バスバー１０は、板状のバスバーに比べねじり剛性が高いため、ねじり方向に加工上のわずかな寸法公差が生じた場合に、この寸法公差を接続箇所において吸収することが難しい。図１０に示した例では、他端が固定された管型バスバー１０の押潰部１８と端子１２とは互いの接続面が角度αだけ傾いてしまっている。この寸法公差をボルトの軸力を強化して吸収し、両面を密着させることは一般に困難である。したがって、やはり、電流が流れることのできる接触面積が減少し、電気抵抗が増大することにより、大量の熱が発生してしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、管型バスバーにおいて、実装問題上生じる電気抵抗増大の要素を排し、熱発生量を抑制することを目指すものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の管型バスバーは、通電経路として用いられる管型バスバーであって、屈曲部においては、バスバーの内側に絶縁体が配置されている。
【０００８】
これにより、屈曲部における管型バスバー内壁同士の絶縁が可能となり、管型バスバーの非接触部の面積減少を食い止めることで、特に表皮効果が重要となる交流電流に対しての電気抵抗の増大を防ぐことが可能となる。
【０００９】
また、本発明の管型バスバーの内側に配置する絶縁体は、その外壁がバスバー内壁に密着する円筒形であってもよい。
【００１０】
また、本発明の座金は、管型バスバーと端子の間に配置され、両者と接触して両者を電気的に接続させるためのものであり、端子と接する面から管型バスバーと接する面へと貫通するボルト孔が設けられ、管型バスバーと接する面は、管の軸に直交する方向には内側ほど凹み、管よりも大きい曲率半径をもつ弧状であり、管の軸に平行な方向には一様な形状であり、管型バスバーに管の軸にほぼ直交して貫通するボルト孔を設けてボルト締めにより接続する際に、ボルトの軸力によって管型バスバーを密着して保持することができる。
【００１１】
これにより、管型バスバーと座金、そして座金と端子間において、接触面積を十分大きく確保できるので、電気抵抗を減らし、同時に電気抵抗に伴う熱発生量を減らすことができる。この効果は、電流が交流であっても直流でも同様に有効である。また、この座金を用いて管型バスバーを固定する場合には、管を押し潰さないため、管内部に空気を流入させることが可能となり、管内部を冷却できる効果が生じる。
【００１２】
また、本発明の管型バスバーまたは座金に設けられたボルト孔の直径は、管型バスバーの寸法公差の吸収量だけボルトの直径よりも大きくすることができる。
【００１３】
これにより、さまざまな寸法公差がある場合にも、管型バスバーと座金との寸法公差を吸収し、両者の接触面積の減少を食い止めることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を、図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は、管型バスバー３０の屈曲部の断面図であり、絶縁体３２を設置する一連の工程（ａ）−（ｃ）を示している。工程（ａ）は、まだ屈曲されていない管型バスバー３０であり、工程（ｂ）は、ここに筒状の絶縁体３２を設置した様子である。筒状の絶縁体３２の大きさは、その外壁が管型バスバー３０の内壁と密着する程度としている。工程（ｃ）は、管型バスバー３０を屈曲加工した際の様子を示している。管型バスバー３０は、この屈曲部において押し潰されて平面状に変形しており、同時に筒状の絶縁体３２も管型バスバー３０の内壁に挟まれて変形し平面形状となっている。この結果、管型バスバー３０の内壁は互いに接触する事態を免れており、工程（ｃ）においても工程（ａ）とほぼ同じ表面積を維持している。したがって、屈曲部においては、電気抵抗およびそれに伴う熱発生量は、屈曲していない部分とほとんど変わることがない。
【００１６】
図２は、図１における工程（ｃ）の状態の管型バスバー３０を、管の軸を含む面で切断した断面図である。管型バスバー３０は、ほぼ直角に曲げられた屈曲部３４を有しており、その付近に筒状の絶縁体３２を備え、内壁同士を接触させない構造となっている。
【００１７】
したがって、筒状の絶縁体３２の長さは、絶縁体３２の設置位置の誤差及び管型バスバー３０の屈曲加工の誤差があっても、確実に管型バスバー３０の内壁同士の接触を防止し、表皮効果による通電を可能とする程度以上とすることが必要である。この観点からすれば、絶縁体３２は屈曲部３４以外の箇所にまで長く伸びるものであっても構わない。ただし、管型バスバー３０が、その経路途上に通風孔を有する場合などには、空気によって効率良く熱が奪われるように、絶縁体３２の長さは、屈曲部３４以外の箇所にまで広がらない方が望ましい。この構成は、軽量化および絶縁体３２の材料の節約の点でも効果がある。また、筒状の絶縁体３２は、屈曲部３４の形状に容易に変形する材料によって作られるのが望ましい。
【００１８】
なお、ここまでの説明においては、絶縁体３２を筒状であるとしたが、屈曲時に管型バスバー３０の内壁の絶縁を達成できるのであれば、他の形状であっても良い。例えば、スポンジ等の圧縮性を有する材料を用いる場合や、ゴム等の弾性変形が容易な材料を用いる場合には、円柱状としても良いし、また、多角柱状であってもよい。もちろん、これらの形状の一部に適宜複数の孔部を設けて変形を助けることも可能である。また、管型バスバー３０自体も、断面が多角形である多角形管状の管型バスバーであってもよいことは言うまでもない。
【００１９】
次に、図３を用いて、管型バスバー４０を電気回路の端子に接続する際に、熱の発生量を抑制する手段について説明する。図３（ａ）は管型バスバーを前面から、図３（ｂ）は側面から見た断面図である。管型バスバー４０は、座金４２を介して電気回路中の端子４４に接続されており、端子４４は絶縁体の固定部４６に埋め込まれた埋込ナット４８上に設置されている。そして、管型バスバー４０には、バスバーのボルト孔５０ａ，５０ｂが設けられ、これらは管の軸にほぼ直交して貫通する孔となっている。また、座金４２には、バスバーと接する面から端子４４と接する面へ貫通する座金のボルト孔５２が設けられており、さらに端子４４にも同様にボルト孔があけられている。そして、これらの各ボルト孔に図示していないボルトを渡し、埋込ナット４８を用いて締め付け、管型バスバー４０は座金４２と、そして座金４２は端子４４と確実に結合することで、管型バスバー４０を電気回路の端子４４と確実に電気接続させることができる。なお、座金４２の端子４４と接する面の形状は、広い面積で接触可能となるように端子４４の形状とほぼ同様としており、今の場合には平面である。また、座金４２はの管型バスバー４０と接する面の形状は、図３（ｂ）に示すように管の軸に平行な方向には一様な形状であるが、図３（ａ）に示すように管の軸に直交する方向には、内側ほど凹んだ弧状となっている。この様子を、図３（ａ）の主要部を拡大した図４によって説明する。この図に示すように、管型バスバー４０は曲率半径がＲ１であるほぼ円形の断面を有しており、座金４２の管型バスバー４０と接する部分の曲率半径はＲ２の弧状であり、Ｒ２はＲ１よりも大きく作られている。なお、管型バスバー４０は、円形の断面以外にも可能であり、楕円形などであってもよい。ただし、多角形管からなる管型バスバー４０を用いる場合には、接続部において円形や楕円形などの滑らかな形状にすることが必要である。同様に、座金４２の弧の形状も、円形だけでなく楕円のような滑らかな形状を広く用いることが可能である。このような様々な滑らかな形状を用いた場合には、管型バスバー４０の曲率半径Ｒ１及び座金４２の曲率半径Ｒ２は位置によって異なる値となるが、このような場合には、互いが接する部分において、Ｒ１よりもＲ２が大きい値をとるようにすれば良い。
【００２０】
図５は、この曲率半径が生み出す作用を説明する図であり、図５（ａ）は図３の主要部を表し、図５（ｂ）はボルト締めをおこなったあとの状態を表している。ボルト締めを行う前の図５（ａ）では、管型バスバー４０は、ほぼ円形の断面形状を有しているが、バスバーのボルト孔５０ａ，５０ｂにボルトを通してボルト締めすることで、管型バスバー４０は、ボルトの軸力によって上下方向に潰された楕円状に変形する。したがって、座金４２と接する面においては、特にその中心部ほど曲率半径Ｒ１が大きくなる。一方の座金は、前述したように、当初の管型バスバー４０の曲率半径Ｒ１よりも大きな曲率半径Ｒ２を有している。したがって、管型バスバー４０の外表面は容易に座金４２の形状に変形することが可能であり、両者は密接に接触することができる。この結果、管型バスバー４０は、座金４２と広い範囲に渡って接触することになり、この付近の電気抵抗の増大を避けることができる。また、座金４２と端子４４との接触面積も十分に大きくとることができるので、結局、管型バスバー４０と端子４４との電気的接続を、電気抵抗を小さくして行うことができ、また、電気抵抗に伴う熱発生量を抑制することが可能となる。
【００２１】
以上の説明では、管型バスバー４０と端子４４との電気的接続は、理想的な状況で行われるものとしてきた。すなわち、多くの場合に２箇所の電気的接続箇所をもつ管型バスバー４０と、電気回路の端子４４との間には、寸法公差がなく、設計において意図した箇所に確実に固定できることを仮定した。しかし、実際には、製造上の誤差、および、熱膨張などによる変形により、管型バスバー４０と端子４４の位置は、理想位置から若干のずれを持つことが多い。本実施形態は、こうした状況下においても、十分な接触面積をもって両者を接続できる特徴をもつ。これを可能とするように、管型バスバー４０に設けられたバスバーのボルト孔５０ａ，５０ｂ、あるいは、座金４２に設けられた座金のボルト孔５２の直径は、例えば図３に示すように、端子のボルト孔５４や埋込ナット４８から示唆されるボルトの直径よりも大きくとられている。この大きさは、次の図６に示す様々な寸法公差を吸収するために必要な量に基づいて決定されている。
【００２２】
図６は、理想位置から（ａ）左右、（ｂ）ねじれ、（ｃ），（ｄ）傾き、（ｅ）回転の各方向にずれた場合に、座金４２を用いた接続が変形を受ける様子を示している。それぞれの場合において、埋込ナット４８の中心から鉛直に伸びる直線は、図示していないボルト中心軸５６の目安を表している。実際には、ボルト自体も若干傾くなどの変形を受けるが、ここでは、それにともなう影響は本質的でないとして無視している。
【００２３】
図６（ａ）は、図の左方向に管型バスバー４０がずれて位置した様子を表している。この場合には、管型バスバー４０と座金４２は、両者が密着する相対的な位置関係を保ったまま、端子４４に対して左側にずれることになる。ずれることのできる距離は、バスバーのボルト孔５０ａ，５０ｂ及び座金のボルト孔５２の直径と、図示していないボルトの直径との違いによって決定される。したがって、大きな移動距離を必要とする場合には、これらのボルト孔の直径を、しかるべく大きなものとすれば良い。図６（ｂ）は、管型バスバー４０の管中心に対し右回転にねじれた状態を示している。この場合には、バスバーのボルト孔５０ａ，５０ｂがねじれを吸収する。そして、同時に管型バスバー４０の壁面の弾性とボルトの軸力によって、管型バスバー４０は新たな変形を受けて座金４２と密着することが可能になる。このねじれへの対応は、図１０で説明した押潰部１８で接続する従来技術ではねじり剛性が大きく対処不可能であり、本実施形態の有効性を表すものである。図６（ｃ），（ｄ）は、管型バスバー４０が軸方向に沿って次第に傾いた場合を示している。この場合には、管型の形状がもつ弾性変形の容易性と、バスバーのボルト孔５０ａ，５０ｂの効果によって、管型バスバー４０は座金４２との密着を維持することができる。なお、この変形にあたっては弾性変形だけでなく塑性変形が起こることもあり得るが、いずれにしても、押潰部１８を設けた従来技術においては曲げ剛性は大きく柔軟に変形できないため、本実施形態に固有の利点となっている。図６（ｅ）は、ボルト中心軸５６に対し、管型バスバー４０が回転した状況を示している。管型バスバー４０と座金４２については、斜視的に示している。この場合には、座金４２も管型バスバー４０と同様に回転するため、両者の密着が維持されることになる。なお、図６（ａ）−（ｅ）に示した各ずれに対する対処は、複数のものを組み合わせても機能するので、複雑なずれに対しても対応することが可能である。
【００２４】
上で示した本実施の形態の有効性について、実験において確認した結果を示す。図７と図８は、実験結果の一部を模式的に表示したものである。図７は、寸法公差がほとんど無い条件下で、適当な半径をもつ円形の管型バスバーを適当なボルト軸力で接続した場合の接触面積を、本実施形態（左）と従来技術（右）とで比較した結果を表している。縦軸の接触面積は、接触圧力の測定結果から算出したものであり、棒グラフは平均値を、エラーバーでその最大値と最小値を示している。これによれば、従来技術では、特別の状況においては良い結果が得られるが、一般には小さな接触面積にしかならないことがわかる。この結果は、図９に示した状況が生じていることを示唆している。一方の本実施形態は、安定してかなり大きな接触面積を得ることができており、図５（ｂ）に示した効果が生じていることが確かめられた。
【００２５】
図８は、図７の（ｂ）に示したねじれの角度（横軸）を変えていくと、接触面積（縦軸）がどのように変化するかを、本実施形態（四角）と従来技術（丸）、及び、それぞれの回帰曲線で示したものである。従来技術においては、ねじれの角度が大きくなるにつれ、急激に接触面積が減少しており、図１０に図示した現象が発生していることがわかる。これに対し、本実施形態ではねじれ角度にかかわらず、ほぼ一定の接触面積が得られており、図６（ｂ）の作用が実現していることを示している。
【００２６】
以上に示したように、本実施形態により、管型バスバーに屈曲部を持たせる場合や、端子に接続する場合に、熱の発生量を抑制することが可能となる。屈曲部に関する本実施の形態と、端子への接続に関する本実施の形態は、同時に実施することも可能であるし、もちろん、どちらか一方だけを利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の実装工程を示す断面図である。
【図２】本実施の形態を示す断面図である。
【図３】本実施の形態の別の態様を示す断面図である。
【図４】図３の態様の主要部である。
【図５】図３の態様の実装工程を示す図である。
【図６】図３の態様を複数の状況に適用した結果を示す図である。
【図７】図３の態様の実験結果を示す図である。
【図８】図６の態様の実験結果を示す図である。
【図９】従来技術の問題点を示す図である。
【図１０】従来技術の別の問題点を示す図である。
【符号の説明】
３０，４０  管型バスバー、３２  絶縁体、３４  屈曲部、４２  座金、４４端子、４６  固定部、４８  埋込ナット、５０ａ，５０ｂ  バスバーのボルト孔、５２  座金のボルト孔、５４  端子のボルト孔、５６  ボルト中心軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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