(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム材から形成され、電線が接合される電線接合部を備えるバスバーであって、
前記電線接合部は、前記アルミニウム材の表面層上の酸化膜が除去された部位であり、
前記アルミニウム材は、ＩＳＯ規格のＡ６０００系のアルミニウムからなり、
前記電線接合部には、前記電線が超音波接合されることを特徴とする、バスバー。
【請求項２】
前記アルミニウム材の表面層上の酸化膜は、酸洗浄により除去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。
【請求項３】
ボルト締結部を備えることを特徴とする、請求項１に記載のバスバー。
【請求項４】
前記電線は、ワイヤボンディング若しくはテープボンディングであることを特徴とする、請求項１に記載のバスバー。
【請求項５】
パワーモジュールに実装されることを特徴とする、請求項１に記載のバスバー。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のバスバーをインサート材として、樹脂によりインサート成形してなることを特徴とする、パワーモジュール用ハウジング。
【請求項７】
ＩＳＯ規格のＡ６０００系のアルミニウムからなるアルミニウム材から形成され、ボルト締結部と電線接合部を備えるバスバーと、
前記バスバーの電線接合部に超音波溶接されるワイヤボンディング若しくはテープボンディングと、
前記ワイヤボンディング若しくはテープボンディングに電気的に接続されるパワー素子とを備え、
前記バスバーの電線接合部は、前記アルミニウム材の表面層上の酸化膜が除去された部位であることを特徴とする、インバータ。
【請求項８】
前記ボルト締結部を複数備える請求項７に記載のインバータと、
前記インバータ側のバスバーの第１のボルト締結部にボルト締結されるバッテリ側のバスバーを介して、前記インバータ側のバスバーに電気的に接続されるバッテリと、
前記インバータ側の第２のボルト締結部にボルト締結されるモータ側のバスバーを介して、前記インバータ側のバスバーに電気的に接続されるモータとを含むことを特徴とする、車両用電気駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、アルミニウム材から形成されるバスバー及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、樹脂成形構造物にインサートされたバスバーを備え、該バスバーに高容量電子部品を密着させて配設したことを特徴とする電子部品の取り付け構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。この取り付け構造では、バスバーは、放熱用金属体としても機能する電子部品収容用のアルミダイキャスト製ハウジングに、絶縁シートを介して熱的に結合されている。
【特許文献１】特開２００２−５０８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来では、バスバーは、銅にニッケルメッキを施して形成されるのが一般的であった。これに対して、銅は重量面で不利であるので、バスバーの軽量化を図るべく、バスバーをアルミニウム材で形成することが考えられる。
【０００４】
しかしながら、バスバーを、添加物の少ない（純度の高い）アルミニウム材で形成すると、アルミニウム材の硬度が低いためにボルト締結時に座屈が生じ易くなるので、硬度の高いアルミニウム材を使用する必要がある。ところが、硬度の高いアルミニウム材は、マグネシウム等を添加物として含んでいるので、アルミニウム材の表層上に酸化膜が形成され、例えばワイヤボンディングのような電線との接合強度が低下してしまうという問題が生ずる。
【０００５】
そこで、本発明は、硬度の高いアルミニウム材で形成されるがワイヤボンディングのような電線との接合強度が低下しないバスバー及びその製造方法等の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、第１の発明は、アルミニウム材から形成され、電線が接合される電線接合部を備えるバスバーであって、
前記電線接合部は、前記アルミニウム材の表面層上の酸化膜が除去された部位であり、
前記アルミニウム材は、ＩＳＯ規格のＡ６０００系のアルミニウムからなり、
前記電線接合部には、前記電線が超音波接合されることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、第１の発明に係るバスバーにおいて、
前記アルミニウム材の表面層上の酸化膜は、酸洗浄により除去されていることを特徴とする。
【００１０】
第５の発明は、第１の発明に係るバスバーにおいて、
ボルト締結部を備えることを特徴とする。
【００１１】
第６の発明は、第１の発明に係るバスバーにおいて、
前記電線は、ワイヤボンディング若しくはテープボンディングであることを特徴とする。
【００１２】
第７の発明は、第１の発明に係るバスバーにおいて、
パワーモジュールに実装されることを特徴とする。
【００１３】
第８の発明は、第１乃至７のいずれかの発明に係るバスバーをインサート材として、樹脂によりインサート成形してなるパワーモジュール用ハウジングに関する。
【００１４】
第９の発明は、インバータに関し、
ＩＳＯ規格のＡ６０００系のアルミニウムからなるアルミニウム材から形成され、ボルト締結部と電線接合部を備えるバスバーと、
前記バスバーの電線接合部に超音波溶接されるワイヤボンディング若しくはテープボンディングと、
前記ワイヤボンディング若しくはテープボンディングに電気的に接続されるパワー素子とを備え、
前記バスバーの電線接合部は、前記アルミニウム材の表面層上の酸化膜が除去された部位であることを特徴とする。
【００１５】
第１０の発明は、車両用電気駆動システムに関し、
前記ボルト締結部を複数備える第９の発明に係るインバータと、
前記インバータ側のバスバーの第１のボルト締結部にボルト締結されるバッテリ側のバスバーを介して、前記インバータ側のバスバーに電気的に接続されるバッテリと、
前記インバータ側の第２のボルト締結部にボルト締結されるモータ側のバスバーを介して、前記インバータ側のバスバーに電気的に接続されるモータとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、硬度の高いアルミニウム材で形成されるがワイヤボンディングのような電線との接合強度が低下しないバスバー及びその製造方法等が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００２０】
図１は、本発明による車両用電気駆動システム１の一実施例を示す構成図である。車両用電気駆動システム１は、ハイブリッド車や電気自動車で用いられるシステムであり、電池２と、インバータ１０と、車輪に連結されるモータジェネレータ４とを備える。尚、モータジェネレータ４は、複数のモータジェネレータから構成されてもよい。
【００２１】
インバータ１０は、ＥＣＵ１４と、昇圧コンバータ１６と、パワーモジュール１２とを内部に含む。パワーモジュール１２は、ＥＣＵ１４からの駆動信号によりＰＷＭ制御でＤＣ−ＡＣ間の変換を行う電力変換器である。ＥＣＵ１４は、パワーモジュール１２を制御して、モータジェネレータ４の力行／回生動作を制御する。
【００２２】
図２は、パワーモジュール１２のハウジング７０の要部を上面視で示す図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面を示す図である。
【００２３】
ハウジング７０は、バスバー８０をインサート材として樹脂によりインサート成形される。ハウジング７０の上面には、インバータ回路を構成するＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）５０及びダイオード（Free  Wheel  Diode）５２が設置される。尚、ＩＧＢＴ５０に代えて、ＭＯＳＦＥＴ（metal  oxide  semiconductor  field−effect  transistor）のような他のスイッチング素子が用いられてもよい。また、ハウジング７０の上面には、インバータ回路を覆うように制御回路部（基板）が設けられてもよい。また、設置されるＩＧＢＴ５０及びダイオード５２の数は、３相交流型のモータジェネレータ４に対応して、少なくともそれぞれ６個であるが、フェーズ数は任意である。
【００２４】
ハウジング７０は、バスバー８０により構成される入力端子８２を備える。入力端子８２は、ボルト締結部（ボルト締結面）を構成し、入力端子８２には、電池２側の他のバスバー（図示せず）がボルト締結される。これにより、入力端子８２に電池２が電気的に接続される。尚、入力端子８２に電池２が直付けされる必要はなく、取り回しようの電線（上記の他のバスバーを端部に備える電線）や他の構成要素（例えば昇圧コンバータ１６）を介して電池２が入力端子８２に接続されてよい。
【００２５】
ハウジング７０は、バスバー８０により構成される出力端子８４を備える。出力端子８４は、ボルト締結部（ボルト締結面）を構成し、出力端子８４には、モータジェネレータ４側の他のバスバー（図示せず）がボルト締結される。これにより、入力端子８２にモータジェネレータ４が電気的に接続される。尚、出力端子８４の数は、モータジェネレータ４の数に応じて決定されてよい。
【００２６】
バスバー８０は、図２に示すように、上述の入力端子８２及び出力端子８４を提供すると共に、テープボンディング（Ｔ／Ｂ）９０が接合されるＴ／Ｂ接合部８６（図中では、６組の箇所のうちの１組の箇所のみを点線範囲にて指示）を提供する。Ｔ／Ｂ接合部８６には、テープボンディング９０の端部が超音波接合される。バスバー８０は、複数ピースの部材から構成されてもよい。
【００２７】
テープボンディング９０は、アルミニウムから形成されたテープ状の電線である。テープボンディング９０は、バスバー８０に接合されると共に、ＩＧＢＴ５０及びダイオード５２に接合される。尚、テープボンディング９０に代えて、アルミニウムから形成されるワイヤ状のワイヤボンディングが使用されてもよい。
【００２８】
本実施例では、バスバー８０は、ボルト締結部でのボルト締結時の座屈を防止するために、硬度の高いアルミニウム材から形成される。硬度の高いアルミニウム材は、好ましくはＩＳＯ規格のＡ５０００系のアルミニウム材であり、最も好ましくは、ＩＳＯ規格のＡ６０００系のアルミニウム材である。バスバー８０は、例えばＡ６１０１−Ｔ６のアルミニウム材から形成される。
【００２９】
ところで、硬度の高いアルミニウム材には、マグネシウムなどの添加物が含まれているため、アルミニウム材の表層に、マグネシウムの酸化に起因した酸化膜が比較的厚い膜厚で形成されてしまう。アルミニウム材の表層の酸化膜は、Ｔ／Ｂ接合部８６におけるテープボンディング９０とバスバー８０と間の超音波溶接の障害となり、超音波溶接による接合強度を低下させる原因となる。即ち、Ｔ／Ｂ接合部８６にてアルミニウム材の表層に比較的厚い膜厚の酸化膜が存在すると、当該酸化膜の下層にあるアルミニウム表層に超音波溶接時の超音波振動が適切に作用せず、Ｔ／Ｂ接合部８６においてテープボンディング９０とバスバー８０と間の必要な接合強度を確保することができなくなる。
【００３０】
そこで、本実施例では、バスバー８０は、少なくともＴ／Ｂ接合部８６において、アルミニウム材の表面層上の酸化膜が除去される。この酸化膜の除去は、バスバー８０を形成するアルミニウム材を酸洗浄することで実現される。尚、酸洗浄の方法は任意であり、酸化膜を除去してアルミニウム表層を露出させる方法であればよい。
【００３１】
従って、本実施例によれば、バスバー８０は、硬度の高いアルミニウム材から形成される一方、酸洗浄によりＴ／Ｂ接合部８６における酸化膜が除去されているので、ボルト締結部の強度を維持しつつ、Ｔ／Ｂ接合部８６におけるテープボンディング９０とバスバー８０と間の必要な接合強度を確保することができる。また、酸洗浄という比較的安価で工数の少ない処理を追加するだけでよいので、アルミニウム材にニッケルメッキを施してバスバーを形成する場合に比べて、バスバー８０の製造コストを低減することができる。
【００３２】
次に、本実施例によるバスバー８０を含むハウジング７０の製造方法について説明する。
【００３３】
図４は、本実施例によるバスバー８０を含むハウジング７０の製造方法の主要工程の一例を示すフローチャートである。
【００３４】
ステップ００１では、バスバー８０の原料となる例えばＡ６０００系のアルミニウム材を用意し、例えばプレス機により、バスバー８０の形状にアルミニウム材を成形する。尚、この成形工程は、バスバー８０のボルト締結部の穴の打ち抜き工程やバリの除去工程等を含んでよい。
【００３５】
ステップ００２では、所定の形状に成形したアルミニウム材を酸洗浄する。これにより、アルミニウム材の表層に形成された酸化膜が除去される。以上のステップ００１及び００２の工程が終了すると、本実施例によるバスバー８０が出来上がる。
【００３６】
ステップ００３では、バスバー８０をインサート材として、ハウジング７０を樹脂でインサート成形する。
【００３７】
ステップ００４では、必要な回路素子を実装し、Ｔ／Ｂ接合部８６においてテープボンディング９０とバスバー８０を超音波溶接する。
【００３８】
図５は、本実施例によるバスバー８０を含むハウジング７０の製造方法の主要工程のその他の一例を示すフローチャートである。
【００３９】
ステップ０１１では、バスバー８０の原料となる例えばＡ６０００系のアルミニウム材を用意し、酸洗浄するこれにより、アルミニウム材の表層に形成された酸化膜が除去される。
【００４０】
ステップ０１２では、酸洗浄されたアルミニウム材を、例えばプレス機により、バスバー８０の形状に成形する。尚、この成形工程は、バスバー８０のボルト締結部の穴の打ち抜き工程等を含んでよい。以上のステップ０１１及び０１２の工程が終了すると、本実施例によるバスバー８０が出来上がる。
【００４１】
ステップ０１３では、バスバー８０をインサート材として、ハウジング７０を樹脂でインサート成形する。
【００４２】
ステップ０１４では、必要な回路素子を実装し、Ｔ／Ｂ接合部８６においてテープボンディング９０とバスバー８０を超音波溶接する。
【００４３】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による車両用電気駆動システム１の一実施例を示す構成図である。
【図２】パワーモジュール１２のハウジング７０の要部を上面視で示す図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図４】本実施例によるバスバー８０を含むハウジング７０の製造方法の主要工程の一例を示すフローチャートである。
【図５】本実施例によるバスバー８０を含むハウジング７０の製造方法の主要工程のその他の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１    車両用電気駆動システム
２    電池
４    モータジェネレータ
１０    インバータ
１２    パワーモジュール
１４    ＥＣＵ
１６    昇圧コンバータ
５０    ＩＧＢＴ
５２    ダイオード
７０    ハウジング
８０    バスバー
８２    入力端子
８４    出力端子
８６    Ｔ／Ｂ接合部
９０    テープボンディング
【図１】
0004935735.tif 000002
【図２】
0004935735.tif 000003
【図３】
0004935735.tif 000004
【図４】
0004935735.tif 000005
【図５】
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