母線、母線模塊以及母線的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于電連接的母線、母線模塊以及母線的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] -直以來，母線和母線模塊被用于電連接中。例如，母線或母線模塊被用于在 混合動力汽車、電動汽車中尤其是進(jìn)行伴隨著高頻電流的脈寬調(diào)制（PWM :Pulse Width Modulation)方式的驅(qū)動控制的電連接中。
[0003] 在此，基于專利文獻(xiàn)1、2來說明用于混合動力汽車系統(tǒng)中的母線的一例。在專利 文獻(xiàn)1、2的例子中，在電動機(jī)與電動機(jī)變換器之間、發(fā)電機(jī)與發(fā)電機(jī)變換器之間以及變換 器單元內(nèi)的電力線的電連接中使用母線。
[0004] 一般來說，在電動機(jī)或發(fā)電機(jī)與變換器之間流動的高頻電流中，除了基本的正弦 波和直流分量以外，還包括伴隨著開關(guān)動作的數(shù)kHz的高頻分量。這種高頻分量在母線的 導(dǎo)體內(nèi)部感應(yīng)出渦電流。而且，在專利文獻(xiàn)1所示的例子中，如圖11所示，由于趨膚效應(yīng)， 電流集中流過基于電流的頻率f和由扁平線構(gòu)成的母線101的導(dǎo)體材料求出的趨膚深度S =(p/jify)" 2的深度的表面皮下。由此，由于在導(dǎo)體內(nèi)部流動的電流密度降低，因此導(dǎo) 體的有效電阻增大，結(jié)果出現(xiàn)渦電流損耗。而且，由于渦電流損耗與電流的頻率f?的平方成 正比，因此通過PWM方式生成的交流電流中，高頻分量明顯大的電流流到母線101，渦電流 損耗變得顯著。在此，圖10表示針對各種導(dǎo)體材料的驅(qū)動電流的頻率和趨膚深度的關(guān)系的 圖表。
[0005] 為了抑制上述的高頻所引起的渦電流損耗，并且還為了散熱，作為在專利文獻(xiàn)1 所示那樣的使用高壓大電流的電動機(jī)等中所采用的母線，采用表面積大的銅制平板狀的母 線。但是，作為主要電力的頻率較低的基本正弦波或直流分量都流過母線。因此，為了抑制 高頻分量，如果設(shè)為平板形狀而使截面積變小，則相對于承擔(dān)主要電力的電流，有效電阻變 大，所謂的銅損（材料為鐵的情況下是鐵損）增加。進(jìn)而，具有平板形狀的某一程度厚度的 銅等金屬板帶有不小的剛性，其成形加工、安裝布線都不容易。因而，在傳輸混合有低頻到 高頻的電流的母線中，如何綜合地減小傳輸損耗成為課題。
[0006] 此外，由于伴隨著PWM的高頻分量在母線中感應(yīng)出與電感和頻率之積成正比的無 效電壓（V f *L)，因而如果開關(guān)動作加快，則由于該浪涌而不得不對變換器的輸出級元件 要求大的耐壓。因此，優(yōu)選母線和母線模塊的寄生電感盡可能小。
[0007] 另一方面，在專利文獻(xiàn)2中，并列地集合多條較細(xì)的扁平線的集合扁平線構(gòu)成了 母線。專利文獻(xiàn)2中主張了通過如上這樣的結(jié)構(gòu)，能夠降低制造成本，形成復(fù)雜的形成變得 容易，并且通過使電流分流到各扁平線，從而能抑制渦電流損耗。根據(jù)專利文獻(xiàn)2的說明， 在由多個扁平線構(gòu)成母線的情況下，與通過平板構(gòu)成母線時相比，線徑降低到（1/線圈線 的條數(shù)）。由此，說明了可抑制稱作與線寬的平方成正比的渦電流損耗，結(jié)果上，在母線整體 中降低渦電流損耗。此外，說明了如果增大線數(shù)目并減小各線徑，則流過截面的渦電流的圈 也能變小，進(jìn)而能夠減小禍電流損耗。
[0008] 但是，即使如圖12A所示那樣采用并列橫向排列的多個角線構(gòu)成母線102,也會殘 留趨膚效應(yīng)。即，如果如圖12B所示那樣假設(shè)在構(gòu)成母線102的各角線中均等地分流從外 部提供的高頻電流，并考慮由此被勵磁的高頻磁感應(yīng)線，則判斷存在包括內(nèi)側(cè)的角線這樣 的磁感應(yīng)線。夾住該磁感應(yīng)線的兩側(cè)的2個角線被母線102兩端的端子連接著，因而形成 大的閉環(huán)，在該閉環(huán)中貫通交流磁感應(yīng)線。通過該狀況下的電磁感應(yīng)作用，閉環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng) 電動勢，流過渦電流。認(rèn)為將該渦電流與之前假定的從外部提供的電流相加而得到的電流 才是實(shí)際流動的電流。結(jié)果，即使將母線102分割為多個角線，電流也能避開內(nèi)側(cè)的角線而 流動，產(chǎn)生在外側(cè)的角線中集中的偏流。其結(jié)果，與由將并列橫向排列的多個角線設(shè)為一體 的扁平線構(gòu)成的圖11所示的母線101相同的趨膚效應(yīng)引起的電流分布依然存在著。這一 點(diǎn)即使在由扁平線構(gòu)成的母線中并列地加入縫隙也不會對在母線中流動的渦電流產(chǎn)生任 何作用是相同的。
[0009] 同樣地，如圖13A所示那樣即使由并行地縱橫排列的多個角線構(gòu)成了母線103,也 會殘留趨膚效應(yīng)。如果與圖12B同樣地求出實(shí)際電流分布，則由于存在貫通內(nèi)側(cè)角線的內(nèi) 部的磁感應(yīng)線，因此仍然會產(chǎn)生與趨膚效應(yīng)同樣的電流偏流。結(jié)果可知，與由將并列地橫向 排列的多個角線設(shè)為一體的扁平線構(gòu)成的圖11所示的母線101同樣的趨膚效應(yīng)所引起的 電流分布依然存在著。
[0010] 如上所述，在專利文獻(xiàn)2所示的母線的結(jié)構(gòu)中，雖然形狀加工性和安裝布線性都 被改善，但對于渦電流損耗抑制并沒有發(fā)揮任何效果。專利文獻(xiàn)2中，記載有通過將多個扁 平線的集合體整體擰在一起，從而能進(jìn)一步減小過電流損耗。但是，該結(jié)構(gòu)不會對圖12B和 圖13B所示的截面圖中的交流磁感應(yīng)線的形狀或分布帶來任何影響，不存在降低交流磁感 應(yīng)線所感應(yīng)出的渦電流以及與此相伴的電力損耗的效果。此外，將多個扁平線的集合體整 體擰在一起的情況與如螺線管線圈那樣具有內(nèi)部電感的情況等效，因而會導(dǎo)致所需以上的 電感的增加。
[0011] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0012] 專利文獻(xiàn)
[0013] 專利文獻(xiàn)1 :日本國特開2006-81373號公報
[0014] 專利文獻(xiàn)2 :日本國特開2010-246298號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 發(fā)明要解決的課題
[0016] 如上所述，即使如現(xiàn)有技術(shù)那樣采用并列的多個導(dǎo)線構(gòu)成母線，因由母線內(nèi)部產(chǎn) 生的高頻磁感應(yīng)線感應(yīng)到的電動勢，渦電流在經(jīng)由母線兩端的端子的閉環(huán)中流動。由此，在 各導(dǎo)體中流動的高頻電流產(chǎn)生偏差。而且，其結(jié)果，變成與一體導(dǎo)體的母線的趨膚效應(yīng)相同 的電流分布，產(chǎn)生不能抑制渦電流損耗的問題。
[0017] 因而，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠減小伴隨著高頻電流的渦電流損耗的母 線、母線模塊以及母線的制造方法。
[0018] 用于解決課題的手段
[0019] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的母線用于電連接，其特征在于，具備：層疊導(dǎo)體線，將 構(gòu)成為平板狀的兩個導(dǎo)體線并設(shè)在各自的長邊方向上，且將上述兩個導(dǎo)體線重合并層疊成 各自寬度方向上的外部的表面互相對置，上述兩個導(dǎo)體線以螺旋狀被卷繞成使由絕緣膜覆 蓋的1個或者多個帶狀導(dǎo)體在該帶狀導(dǎo)體的寬度方向上相鄰排列，并且使卷繞后的內(nèi)部的 相對置的表面相靠近或者緊挨著，由此構(gòu)成上述平板狀；和端子部，配置在上述層疊導(dǎo)體線 的兩端側(cè)，用于與上述兩個導(dǎo)體線相接合并進(jìn)行電連接。
[0020] 由此，沿著構(gòu)成母線的層疊導(dǎo)體線的長邊方向，兩個導(dǎo)體線的各帶狀導(dǎo)體中，作為 層疊導(dǎo)體線的外側(cè)的層疊導(dǎo)體線的表面和作為層疊導(dǎo)體線的內(nèi)側(cè)的層疊導(dǎo)體線的內(nèi)部交 替。即，處于層疊導(dǎo)體線的表面的帶狀導(dǎo)體通過卷繞成螺旋狀的結(jié)構(gòu)而在下一間距中進(jìn)入 內(nèi)部。因此，在各帶狀導(dǎo)體中電流無層疊導(dǎo)體線的外側(cè)、內(nèi)側(cè)的區(qū)別地流動著，能夠確保有 效截面積，能將渦電流損耗抑制得較小，能夠有效地抑制高頻電流的趨膚效應(yīng)。通過以上， 抑制渦電流損耗來避免趨膚效應(yīng)，在母線內(nèi)部不僅有低頻電流流動，而且還有高頻電流流 動，通過使電流在寬頻帶內(nèi)在截面積整體中流動，從而從低頻的基波到伴隨調(diào)制的高頻為 止，能有效地抑制傳輸損耗。
[0021] 在此，本發(fā)明的母線中，上述兩個導(dǎo)體線可包括：第1導(dǎo)體線，以螺旋狀被卷繞成 使由絕緣膜覆蓋的1個或者多個帶狀導(dǎo)體在該帶狀導(dǎo)體的寬度方向上相鄰排列，并且使卷 繞后的內(nèi)部的相對置的表面相靠近或者緊挨著，由此構(gòu)成平板狀；和第2導(dǎo)體線，以與上述 第1導(dǎo)體線相反的方向上的螺旋狀被卷繞成使由絕緣膜覆蓋的1個或者多個帶狀導(dǎo)體在 該帶狀導(dǎo)體的寬度方向上相鄰排列，并且使卷繞后的內(nèi)部的相對置的表面相靠近或者緊挨 著，由此構(gòu)成平板狀。
[0022] 由此，構(gòu)成母線的第1導(dǎo)體線以及第2導(dǎo)體線的各帶狀導(dǎo)體相對于彼此卷繞成相 反方向的螺旋狀，流過線圈那樣的螺旋電流，從而內(nèi)部電感增加。但是，沿著長邊方向并設(shè) 并層疊將帶狀導(dǎo)體卷繞成螺旋狀的第1導(dǎo)體線和將帶狀導(dǎo)體卷繞成相反方向的螺旋狀的 第2導(dǎo)體線，從而在各自周圍擴(kuò)散產(chǎn)生的磁感應(yīng)線被大范圍相抵消。因此，能夠?qū)⒆鳛槟妇€ 整體的內(nèi)部電感的增加抑制到最小限度。
[0023] 在此，本發(fā)明的母線中，分別構(gòu)成上述兩個導(dǎo)體線的上述帶狀導(dǎo)體的數(shù)目相等，分 別構(gòu)成上述兩個導(dǎo)體線的上述帶狀導(dǎo)體具有相等的寬度。另外，分別構(gòu)成上述兩個導(dǎo)體線 的上述帶狀導(dǎo)體的數(shù)目為兩個。
[0024] 由此，如果從母線的長邊方向觀察，可將第1導(dǎo)體線和第2導(dǎo)體線看作流過互相相 反方向的旋轉(zhuǎn)電流的、相同卷繞數(shù)目的兩個螺線管。而且，充分靠近地配置該兩個螺線管， 它們在外部產(chǎn)生的磁感應(yīng)線的朝向分別相反，如果重疊則會相抵消。即，伴隨著母線的結(jié)構(gòu) 而產(chǎn)生的內(nèi)部電感與因高頻電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)線的空間分布（磁通量密度的體積積分）成 正比，因此在互相反向卷繞的相同卷繞數(shù)目的兩對母線中，磁感應(yīng)線不會擴(kuò)散到母線外部。 因此，具有內(nèi)部電感被抑制到最小限度的效果。此外，具有以簡易的結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)成形加 工、安裝布線的效果。進(jìn)而，在分別構(gòu)成兩個導(dǎo)體線的帶狀導(dǎo)體的數(shù)目為兩個，且?guī)顚?dǎo)體 具有相同的寬度的情況下，成為能夠適當(dāng)組合母線的寬度與螺旋間距的簡易的結(jié)構(gòu)，并且 由于部件個數(shù)最少，因此在成形加工、安裝布線方面是最優(yōu)選的。
[0025] 此外，本發(fā)明的母線中，上述層疊導(dǎo)體線的厚度相對于寬度的縱橫比為1以下。
[0026] 由此，層疊導(dǎo)體線的寬度方向的截面形狀成為從正方形到長方形的大致的矩形。 在層疊導(dǎo)體線的厚度相對于寬度的縱橫比為1的層疊導(dǎo)體線的寬度方向上的截面形狀為 大致正方形的情況下，現(xiàn)有技術(shù)中的扁平線結(jié)構(gòu)的母線中，母線的表面積變得最小，渦電流 損耗變得最大。但是，本發(fā)明的母線中，沿著母線的長邊方向，第1導(dǎo)體線以及第2導(dǎo)體線 的各帶狀導(dǎo)體在母線的外側(cè)和母線的內(nèi)側(cè)交替著，電流在各帶狀導(dǎo)體中無母線的外側(cè)、內(nèi) 側(cè)的區(qū)別地流動著，因此能夠確保有效截面積，能夠?qū)u電流損耗抑制得較小，能夠有效抑 制高頻電流的趨膚效應(yīng)。
[0027] 此外，本發(fā)明的母線中，如果將上述層疊導(dǎo)體線的寬度設(shè)為W、上述層疊導(dǎo)體線的 厚度設(shè)為T、上述帶狀導(dǎo)體的寬度設(shè)為《、上述帶狀導(dǎo)體的螺旋間距的一半設(shè)為X，則T/W 以及A/W的尺寸比的組合相對于根據(jù)向上述母線通電的電流的頻率f、上述帶狀導(dǎo)體的電 阻率P以及磁導(dǎo)率U求得的趨膚深度S = (p/31 fy)1/2滿足以下的式⑴：
[0028] [數(shù)學(xué)式1]
[0029]
[0030] 通過組合基于式（1)求得的幾何參數(shù)T/W、X/W來構(gòu)成母線，從而相對于本發(fā)明的 母線的交流電阻的、寬度方向的截面形狀大致為