JP4756012B2 - 配電装置 - Google Patents

Description

本発明は、配電装置に関する。詳しくは、例えば、モータとインバータとを備える配電装置、インバータとＤＣ／ＤＣコンバータとを備える配電装置、および、ＤＣ／ＤＣコンバータとバッテリとを備える配電装置に関する。

従来より、電気自動車には、蓄電池から供給された直流電力を交流電力に変換するインバータと、このインバータにより変換された交流電力で駆動するモータと、これらインバータおよびモータを冷却する冷却装置と、を備える駆動装置が設けられる。

このような電気自動車の駆動装置として、例えば特許文献１には、インバータが設けられるインバータ装着室と、モータが設けられるケーシングと、これらインバータおよびモータを冷却する冷却装置とが一体に組み込まれた駆動装置が示されている。この駆動装置によれば、インバータ、モータ、および冷却装置を一体に組み込むことにより、駆動装置を小型なものにしつつ、モータおよびインバータを冷却できる。
特開平７−２８８９４９号公報

ところで、インバータは電子回路を備えており、モータよりも耐熱性が劣る。一方、モータとインバータとは、バスバー等の導電部材により電気的に接続されており、モータで発生した熱の一部は、導電部材を介してインバータに伝わる。
特に、特許文献１に示された駆動装置のように、モータとインバータとを一体に組み込むと、導電部材を外部に露出させることが困難となり、モータで発生した熱が導電部材を介してインバータに伝わってしまい、インバータの温度が上昇してしまうおそれがある。

本発明は、２つの電気機器を導電部材により電気的に接続した場合に、この導電部材を介して一方の電気機器から他方の電気機器に熱が伝わるのを抑制できる配電装置を提供することを目的とする。

本発明の配電装置は、第１の電気機器（例えば、後述のモータ１０）と、第２の電気機器（例えば、後述のインバータ２０）と、前記第１の電気機器と前記第２の電気機器とを電気的に接続する導電部材（例えば、後述の丸棒バスバー５１，５２，５３）と、前記第２の電気機器を冷却する放熱板（例えば、後述のヒートシンクパネル４１）と、前記導電部材を被覆し、前記第１の電気機器から前記導電部材に伝導した熱の一部を前記放熱板に伝える熱伝導部（例えば、後述の樹脂成形部５７およびインサートカラー５４）と、を備え、前記熱伝導部は、前記導電部材を被覆する絶縁性の絶縁部（例えば、後述の樹脂成形部５７）と、前記導電部材に対して離れて配置されて前記絶縁部より熱抵抗が小さい熱伝導促進部（例えば、後述のインサートカラー５４）と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、導電部材を被覆し、第１の電気機器から導電部材に伝導した熱の一部を放熱板に伝える熱伝導部を設けた。これにより、第１の電気機器が発熱し導電部材を介して第２の電気機器へ伝導した熱の一部を、熱伝導部により放熱板に伝えることができる。また、この熱伝導部を、導電部材を覆う絶縁性の絶縁部と、この絶縁部よりも熱抵抗の小さい熱伝導促進部とで構成した。このような熱抵抗の小さい熱伝導促進部を設けることにより、導電部材を単に絶縁性の材料で被覆した場合と比較して、より多くの導電部材の熱を放熱板に伝導させることができる。これにより、第１の電気機器から第２の電気機器への、導電部材を介した熱の伝導を抑制し、第２の電気機器の温度が上昇するのを防止できる。

この場合、前記熱伝導部は、前記放熱板に当接することが好ましい。
この発明によれば、熱伝導部と放熱板との間の熱抵抗をより小さくできる。これにより、導電部材から熱伝導部に伝導した熱を効率よく放熱板に伝えることができる。

この場合、前記導電部材は、略棒状であり、前記熱伝導促進部は、前記導電部材の軸方向に沿って延びる吸熱部（例えば、後述のカラー本体５５）と、前記放熱板の面内方向に沿って延びる放熱部（例えば、後述の鍔部５６）と、を備えることが好ましい。
この発明によれば、導電部材と吸熱部との間、並びに、放熱部と放熱板との間において熱交換される領域をより広げることができる。これにより、導電部材の熱を、吸熱部および放熱部を介して、さらに効率よく放熱板に伝えることができる。

この場合、前記放熱部は、前記放熱板に当接することが好ましい。
この発明によれば、放熱部と放熱板との間の熱抵抗をより小さくできる。これにより、導電部材から吸熱部および放熱部に伝導した熱を効率よく放熱板に伝えることができる。

この場合、前記導電部材の表面のうち前記熱伝導部により被覆された部分には、少なくとも１つの凸部（例えば、後述の凸部６５）が形成され、前記吸熱部は、前記凸部が形成された部分を覆うことが好ましい。
この発明によれば、導電部材に少なくとも１つの凸部を設けることにより、導電部材と熱伝導部との間で熱交換される領域をより広げることができる。これにより、導電部材の熱を、効率よく熱伝導部に伝えることができる。

この場合、前記吸熱部は、電流の流れる方向を中心として前記導電部材の少なくとも一部を囲繞することが好ましい。
この発明によれば、吸熱部を略棒状の導電部材の少なくとも一部を囲繞するように設けることにより、導電部材から周囲に拡散した熱を効率よく吸熱部に伝えることができる。

この場合、前記第１の電気機器は、三相交流モータであり、前記第２の電気機器は、電力を変換する電力変換器であり、前記導電部材は、互いに位相の異なる電流が流れる複数の三相線であり、前記吸熱部は、電流の流れる方向を中心として前記複数の三相線のそれぞれを囲繞することが好ましい。
この発明によれば、吸熱部を複数の三相線の各々を囲繞するように設けることにより、各三相線から周囲に拡散した熱を効率よく吸熱部に伝えることができる。

この場合、前記第１の電気機器は、車両を駆動するモータであり、前記放熱部は、前記絶縁部よりも強度が高く、締結部材（例えば、後述の端子台固定ボルト５８，５９）により前記放熱板に締結されることが好ましい。
この発明によれば、放熱部を放熱板に締結部材により締結することにより、放熱部と放熱板とを密着させて、放熱部と放熱板との間の熱抵抗をより小さくできる。これにより、導電部材の熱を、吸熱部および放熱部を介して効率よく放熱板に伝えることができる。またさらに、放熱部の強度を絶縁部よりも高くすることで、車両の振動により放熱部が放熱板から脱落するのを防止できる。

この場合、前記放熱部と前記吸熱部とは一体に形成されていることが好ましい。
この発明によれば、放熱部と吸熱部を一体に形成することにより、吸熱部から放熱部へ熱を効率よく伝えることができる。

この発明によれば、第１の電気機器が発熱し導電部材を介して第２の電気機器へ伝導した熱の一部を、熱伝導部により放熱板に伝えることができる。また、熱抵抗の小さい熱伝導促進部を設けることにより、導電部材を単に絶縁性の材料で被覆した場合と比較して、より多くの導電部材の熱を放熱板に伝導させることができる。これにより、第１の電気機器から第２の電気機器への、導電部材を介した熱の伝導を抑制し、第２の電気機器の温度が上昇するのを防止できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る配電装置１構成を示すブロック図である。
配電装置１は、車両を駆動する第１の電気機器としてのモータ１０と、電力を変換する第２の電気機器としてのインバータ２０と、これらモータ１０およびインバータ２０を冷却する冷却システム３０とを備え、電気自動車に搭載される。

モータ１０は、三相ブラシレスモータで構成され、その出力軸は電気自動車の車輪に機械的に連結されている。モータ１０は、三相の給電線１１，１２，１３を介してインバータ２０と接続されている。また、このモータ１０には、冷却システム３０の冷媒が流通する冷媒流路（図示せず）が設けられている。

インバータ２０は、図示しないバッテリから供給された直流電力を三相交流電力に変換してモータ１０に供給するとともに、モータ１０の回生動作によって発電された交流を直流に変換してバッテリに供給する。このインバータ２０は、インバータケース４０内に収納されている。

冷却システム３０は、冷媒との熱交換により冷却する所謂水冷式であり、冷媒が循環する冷媒循環路３１と、この冷媒循環路３１の循環経路上に設けられたラジエタ３６およびウォータポンプ３９とを備える。

冷媒循環路３１は、ラジエタ３６の冷媒流出口からインバータケース４０に至る第１冷媒流路３２と、インバータケース４０からモータ１０に至る第２冷媒流路３３と、モータ１０からラジエタ３６の冷媒流入口に至る第３冷媒流路３４と、を含んで構成される。

ウォータポンプ３９は、第１冷媒流路３２上に設けられ、冷媒循環路３１内の冷媒を圧送する。ウォータポンプ３９により圧送された冷媒は、第１冷媒流路３２、ヒートシンクパネル４１、第２冷媒流路３３、モータ１０の冷媒流路、第３冷媒流路、およびラジエタ３６の順で流通する。ラジエタ３６は、熱交換器であり、冷媒を熱交換により冷却する。これにより、冷却システム３０は、モータ１０、インバータ２０、およびインバータケース４０を冷却する。

インバータケース４０は、インバータ２０を冷却する放熱板としてのヒートシンクパネル４１と、このヒートシンクパネル４１とともにインバータ２０を覆うカバー４２と、モータ１０とインバータ２０とを電気的に接続する端子台５０と、を含んで構成される。

ヒートシンクパネル４１には、冷却システム３０の冷媒が流通する冷媒流路が設けられている（図示せず）。インバータ２０は、このヒートシンクパネル４１に接して設けられており、これによりインバータ２０を冷却してその耐熱温度以下に保つことができる。

端子台５０は、インバータケース４０の内外を貫通して設けられ、そのインバータケース４０内側は給電バスバー２１を介してインバータ２０と接続され、端子台５０のインバータケース４０外側は給電線１１〜１３を介してモータ１０と接続されている。このように端子台５０によりモータ１０とインバータ２０とを接続することにより、コネクタの形状が複雑なケーブルで接続した場合と比較してコストを低減できる。

以下、図２から図４を参照して、端子台５０の構成について説明する。
図２は、端子台５０の構成を示す斜視図である。
端子台５０は、導電部材としての３つの丸棒バスバー５１，５２，５３と、熱伝導促進部としてのインサートカラー５４と、これら丸棒バスバー５１，５２，５３およびインサートカラー５４を被覆する絶縁性の絶縁部としての樹脂成形部５７と、を含んで構成される。より具体的には、端子台５０は、これら丸棒バスバー５１，５２，５３およびインサートカラー５４を、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）や、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）などの樹脂でインサート成形することにより一体に形成される。

図３は、丸棒バスバー５１〜５３およびインサートカラー５４の構成を示す分解斜視図である。図４は、丸棒バスバー５１〜５３およびインサートカラー５４の構成を示す正面図である。

丸棒バスバー５１〜５３は、それぞれ、導電性の材料で略棒状に形成される。これら丸棒バスバー５１〜５３の両端には、それぞれ、給電バスバー２１が接続される円柱状の端子接続部６１、およびモータ１０の給電線１１が接続される円柱状の端子接続部６２が形成されている。これら端子接続部６１，６２には、それぞれ、ボルトが螺合するねじ穴６３，６４が形成されている。また、丸棒バスバー５１〜５３の中央部には、３つの環状の凸部６５が形成されている。

また、図３に示すように、丸棒バスバー５３は、他の丸棒バスバー５１，５２よりも長くなっている。

インサートカラー５４は、丸棒バスバー５１〜５３の軸方向に沿って延びる筒状の吸熱部としてのカラー本体５５と、これらカラー本体５５同士を連結する放熱部としての板状の鍔部５６とで構成される。このインサートカラー５４は、上述の樹脂成形部５７より熱抵抗が小さくかつ強度が高い金属などの材料で一体に形成される。

カラー本体５５には、丸棒バスバー５１，５２，５３に沿って延びる吸熱孔５５１，５５２，５５３が列状に配置されている。これら吸熱孔５５１〜５５３の内径は、それぞれ、丸棒バスバー５１〜５３の外径よりも大きく形成されている。これにより、丸棒バスバー５１〜５３を、それぞれ、吸熱孔５５１〜５５３に挿通することが可能となる。

鍔部５６の両端側の部分は、他の部分よりも板厚に形成された補強部５６１，５６２となっている。また、これら補強部５６１，５６２には、それぞれ、後述の端子台固定ボルト５８，５９（後述の図５参照）が挿通する取付孔５６３，５６４が形成されている。

以上の丸棒バスバー５１〜５３を、吸熱孔５５１〜５５３に挿通すると、各丸棒バスバー５１〜５３のうち凸部６５が形成された領域は、カラー本体５５により囲繞された状態となる。

図２に戻って、端子台５０は、このようにインサートカラー５４で丸棒バスバー５１〜５３を覆い、かつ、丸棒バスバー５１〜５３とインサートカラー５４とを離れて配置した状態で、上述の樹脂でインサート成形することにより形成される。つまり、丸棒バスバー５１，５２，５３とインサートカラー５４との間には樹脂が充填されて互いに絶縁される。

このように形成された端子台５０では、丸棒バスバー５１〜５３の両端側に形成された各端子接続部、およびインサートカラー５４の補強部５６１，５６２のみが露出した状態となり、他の部分は樹脂成形部５７により被覆された状態となる。このように、丸棒バスバー５１〜５３とともにインサートカラー５４を樹脂内に埋め込むことにより、端子台５０を補強できる。また、樹脂成形部５７のうちインサートカラー５４を覆う部分は、補強部５６１，５６２の表面と面一になるように形成された取付フランジ５７１となっている。

図５から図７を参照して、端子台５０とヒートシンクパネル４１およびモータ１０との接続部分について説明する。

図５は、端子台５０とヒートシンクパネル４１との接続部分を示す分解斜視図である。この図５では、モータ１０を省略している。図６は、端子台５０とヒートシンクパネル４１およびモータ１０との接続部分を示す断面図である。図７は、図６中のＺ方向から視た図である。

ヒートシンクパネル４１には、端子台貫通孔４１１およびねじ穴４１２，４１３が形成されている。取付フランジ５７１がヒートシンクパネル４１に係止するまで端子台５０を端子台貫通孔４１１に挿入し、締結部材としての２つの端子台固定ボルト５８，５９をそれぞれねじ穴４１２，４１３に螺合することで、端子台５０は、端子台固定ボルト５８，５９によりヒートシンクパネル４１に締結される。これにより、端子台５０の先端部は、ヒートシンクパネル４１内側に突出し、インサートカラー５４の鍔部５６は、ヒートシンクパネル４１に当接する。

給電バスバー２１は、ボルト２１１（図６参照）により、丸棒バスバー５３の端子接続部６１に接続される。

図７に示すように、三相の給電線１１〜１３は、それぞれ、モータ１０の外形に沿って円弧状に等間隔に配置されている。これら給電線１１〜１３の先端には、モータ端子１１１，１１２，１１３が設けられている。
モータ端子１１１〜１１３は、ボルト１１６，１１７，１１８により、丸棒バスバー５１〜５３の端子接続部６２に接続される。これにより、インバータ２０とモータ１０とを電気的に接続し、インバータ２０で変換された三相交流電力を、丸棒バスバー５１〜５３を介して、モータ１０に供給できる。
ここで、上述のように、丸棒バスバー５３は、丸棒バスバー５１，５２と比較して長くなっている。これにより、図７に示すように、給電線１１〜１３を不要に曲げることなく、端子台の端子接続部６２に接続できる。

以上のような端子台５０において、モータ１０で発生した熱の伝達経路について、図６を参照して説明する。
モータ１０を駆動することで発生した熱は、給電線１３を介して丸棒バスバー５３に伝わり、丸棒バスバー５３を加熱する。丸棒バスバー５３の熱は、その一部が給電バスバー２１を介してインバータ２０に伝わり、残りは丸棒バスバー５３を覆う樹脂成形部５７およびインサートカラー５４を介してヒートシンクパネル４１に伝わる。

ここで、丸棒バスバー５３と樹脂成形部５７との間では、複数の凸部６５が形成された領域において、他の領域と比較して多くの熱交換が行われる。樹脂成形部５７に伝わった熱は、樹脂成形部５７よりも熱抵抗が小さいカラー本体５５に伝わる。カラー本体５５に伝わった熱は、鍔部５６に伝わり、この鍔部５６と当接するヒートシンクパネル４１に伝わる。また、その図示および説明を省略するが、丸棒バスバー５１，５２の熱も同様にヒートシンクパネル４１に伝わる。

本実施形態によれば、以下のような作用効果がある。
（１）丸棒バスバー５１，５２，５３を被覆し、モータ１０から丸棒バスバー５１〜５３に伝導した熱の一部をヒートシンクパネル４１に伝える樹脂成形部５７およびインサートカラー５４を設けた。これにより、モータ１０が発熱し丸棒バスバーを介してインバータ２０へ伝導した熱の一部を、樹脂成形部５７およびインサートカラー５４によりヒートシンクパネル４１に伝えることができる。また、絶縁材よりも熱抵抗の小さい素材で形成されたインサートカラー５４と、丸棒バスバー５１〜５３およびインサートカラーをする樹脂成形部５７とを設けた。このような熱抵抗の小さいインサートカラー５４を設けることにより、丸棒バスバー５１〜５３を単に絶縁材で被覆した場合と比較して、より多くの丸棒バスバー５１〜５３の熱をヒートシンクパネル４１に伝導させることができる。これにより、モータ１０からインバータ２０への、丸棒バスバー５１〜５３を介した熱の伝導を抑制し、インバータ２０の温度が上昇するのを防止できる。

（２）樹脂成形部５７およびインサートカラー５４と、ヒートシンクパネル４１とを当接させることで、これら樹脂成形部５７およびインサートカラー５４と、ヒートシンクパネル４１との間の熱抵抗をより小さくできる。これにより、丸棒バスバー５１〜５３から樹脂成形部５７およびインサートカラー５４に伝導した熱を効率よくヒートシンクパネル４１に伝えることができる。

（３）略棒状の丸棒バスバー５１〜５３の軸方向に沿って延びるカラー本体５５、および、ヒートシンクパネル４１の面内方向に延びる鍔部５６を設けることにより、丸棒バスバー５１〜５３とカラー本体５５との間、並びに、鍔部５６とヒートシンクパネル４１との間において熱交換される領域をより広げることができる。これにより、丸棒バスバー５１〜５３の熱を、カラー本体５５および鍔部５６を介して、さらに効率よくヒートシンクパネル４１に伝えることができる。

（４）鍔部５６をヒートシンクパネル４１に当接させることにより、鍔部５６とヒートシンクパネル４１との間の熱抵抗をより小さくできる。これにより、丸棒バスバー５１〜５３からカラー本体５５および鍔部５６に伝導した熱を効率よくヒートシンクパネル４１に伝えることができる。

（５）丸棒バスバー５１〜５３に、それぞれ、少なくとも１つの凸部６５を設けることにより、丸棒バスバー５１〜５３と樹脂成形部５７との間で熱交換される領域をより広げることができる。これにより、丸棒バスバー５１〜５３の熱を、効率よく樹脂成形部５７に伝えることができる。

（６）カラー本体５５を略棒状の丸棒バスバー５１〜５３の少なくとも一部を囲繞するように設けることにより、丸棒バスバー５１〜５３から周囲に拡散した熱を効率よくカラー本体５５に伝えることができる。
（７）カラー本体５５を丸棒バスバー５１〜５３の各々を囲繞するように設けることにより、各丸棒バスバー５１〜５３から周囲に拡散した熱を効率よく吸熱部に伝えることができる。

（８）鍔部５６をヒートシンクパネル４１に端子台固定ボルト５８，５９により締結することにより、鍔部５６とヒートシンクパネル４１とを密着させて、鍔部５６とヒートシンクパネル４１との間の熱抵抗をより小さくできる。これにより、丸棒バスバー５１〜５３の熱を、カラー本体５５および鍔部５６を介して効率よくヒートシンクパネル４１に伝えることができる。またさらに、鍔部５６の強度を樹脂成形部５７よりも高くすることで、電気自動車の振動により鍔部５６がヒートシンクパネル４１から脱落するのを防止できる。
（９）カラー本体５５と鍔部５６を、インサートカラー５４として一体に形成することにより、カラー本体５５から鍔部５６へ熱を効率よく伝えることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

上記実施形態では、第１の電気機器をモータ１０とし、第２の電気機器をインバータ２０とし、これらモータ１０およびインバータ２０を端子台５０で接続したが、これに限らない。例えば、これら電気機器をインバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータとし、これらインバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータを端子台で接続してもよい。または、これら電気機器をＤＣ／ＤＣコンバータおよびバッテリとし、これらＤＣ／ＤＣコンバータおよびバッテリを端子台で接続してもよい。

上記実施形態では、電力変換器としてインバータ２０を設けたがこれに限らない。電力変換器としては、インバータに限らず、ＤＣ／ＤＣコンバータなどであってもよい。

また、上記実施形態では、冷媒を流通させる所謂水冷の冷却システム３０を設けたがこれに限らない。例えば、空冷の冷却システムを設けてもよい。

本発明の一実施形態に係る配電装置の構成を示すブロック図である。 前記実施形態に係る端子台の構成を示す斜視図である。 前記実施形態に係る端子台のインサートカラーおよび丸棒バスバーの構成を示す分解斜視図である。 前記実施形態に係る端子台のインサートカラーおよび丸棒バスバーの構成を示す正面図である。 前記実施形態に係る端子台とヒートシンクパネルとの接続部分を示す分解斜視図である。 前記実施形態に係る端子台とヒートシンクパネルおよびモータとの接続部分を示す断面図である。 図６中のＺ方向から視た図である。

符号の説明

１ 配電装置
１０ モータ（第１の電気機器）
２０ インバータ（第２の電気機器、電力変換器）
４１ ヒートシンクパネル（放熱板）
５０ 端子台
５１，５２，５３ 丸棒バスバー（導電部材）
５４ インサートカラー（熱伝導促進部）
５５ カラー本体（吸熱部）
５６ 鍔部（放熱部）
５７ 樹脂成形部（絶縁部）
５８，５９ 端子台固定ボルト（締結部材）
６５ 凸部

Claims (8)

1. 第１の電気機器と、
   第２の電気機器と、
   前記第１の電気機器と前記第２の電気機器とを電気的に接続する略棒状の導電部材と、
   前記第２の電気機器を冷却する放熱板と、
   前記導電部材を被覆し、前記第１の電気機器から前記導電部材に伝導した熱の一部を前記放熱板に伝える熱伝導部と、を備え、
   前記熱伝導部は、
   前記導電部材を被覆する絶縁性の絶縁部と、
   前記導電部材に対して離れて配置されて前記絶縁部より熱抵抗が小さい熱伝導促進部と、を備え、
   前記熱伝導促進部は、前記導電部材の軸方向に沿って延びる吸熱部と、前記放熱板の面内方向に沿って延びる放熱部と、を備えることを特徴とする配電装置。
2. 前記熱伝導部は、前記放熱板に当接することを特徴とする請求項１に記載の配電装置。
3. 前記放熱部は、前記放熱板に当接することを特徴とする請求項１又は２に記載の配電装置。
4. 前記導電部材の表面のうち前記熱伝導部により被覆された部分には、少なくとも１つの凸部が形成され、
   前記吸熱部は、前記凸部が形成された部分を覆うことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の配電装置。
5. 前記吸熱部は、電流の流れる方向を中心として前記導電部材の少なくとも一部を囲繞することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の配電装置。
6. 前記第１の電気機器は、三相交流モータであり、
   前記第２の電気機器は、電力を変換する電力変換器であり、
   前記導電部材は、互いに位相の異なる電流が流れる複数の三相線であり、
   前記吸熱部は、電流の流れる方向を中心として前記複数の三相線のそれぞれを囲繞することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の配電装置。
7. 前記第１の電気機器は、車両を駆動するモータであり、
   前記放熱部は、前記絶縁部よりも強度が高く、締結部材により前記放熱板に締結されることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の配電装置。
8. 前記放熱部と前記吸熱部とは一体に形成されていることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の配電装置。

Images