JPWO2011093239A1 - 配電実装部品及びそれを用いたインバータ装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、高電圧の配電実装部品であって、絶縁層と、前記絶縁層を挟持して積層され配電を主に担う複数の第1導電部材と、前記第1導電部材と前記絶縁層との間に形成される第2導電部材とを具備する。このとき、前記第2導電部材は、前記絶縁層の少なくとも一方の面上に設けられており、その厚さが前記第1導電部材の厚さよりも薄いことを特徴とする。前記第1導電部材よりも十分薄い第2導電部材が、主伝送路となる前記第1導電部材と前記絶縁層との間で前記絶縁層に密着して形成されることで、部分放電開始電圧を高くすることができ、絶縁信頼性の向上が図られる。
Description
本発明は、高電圧に対応できる配電実装部品、及び該配電実装部品を用いたインバータ装置に関する。
現在、インバータ装置は、ハイブリット自動車(HEV)、電気自動車(EV)等を始めとする各種電気機器に応用展開されている。近年の環境問題、省エネルギー化推進の観点から、これら各アプリケーションでのインバータ装置の使用が年々拡大傾向にある。また、これらのインバータ装置には、大電力化・省エネルギー化・小型化が求められ、内部回路の高電圧化や部品の高密度実装化が進められている。
インバータ装置は、主に、パワー半導体素子(例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)等)を内蔵したパワーモジュール、コンデンサ、コイルなどの他、装置内で大電流を伝送するための配電実装部品(しばしば、バスバー又はブスバーと呼ばれる)で構成されている。図10、図11は、インバータ装置に用いられている従来の配電実装部品の例を示す断面模式図である。
図10に示すように、従来の配電実装部品(以下、バスバーと称す)112は、金属製(例えば、銅やアルミニウムなど)の複数の厚肉導体100の間に、絶縁層102(例えば、絶縁板、絶縁紙、又は絶縁フィルム)を挿入することにより、厚肉導体100間が絶縁された構成とされている。また、図11に示すように、絶縁層102の少なくとも一方の面に接着剤層103が形成され、その接着剤層103を介して厚肉導体100と絶縁層102とを接着することにより、複数の厚肉導体100間を絶縁しているものが一般的である(例えば、特許文献1参照)。
前述したように、インバータ装置の省エネルギー化及び大電力化のため、内部回路には数100V以上の高電圧が印加されるようになってきた。また、インバータ装置の高効率化やサージ電圧の抑制のため、近年では、バスバーに低インダクタンス化が求められており、厚肉導体間に挿入される絶縁層の薄肉化が進められている。現在、例えば400V級のインバータ装置に用いられるバスバーの厚肉導体間の絶縁層の厚さとしては、300μm程度のものがある。
しかしながら、このように薄肉化された絶縁層を用いた従来のバスバー(図10,11参照)の厚肉導体間に更に高い電圧(例えば500V以上)を印加すると、比較的短時間で絶縁破壊が発生するという問題があった。言い換えると、インバータ装置全体の長期信頼性が低下するという問題があった。
一方、バスバーの耐圧性を確保するために、絶縁層102や接着剤層103を厚くすることは、低インダクタンス化の要求に相反することになるため好ましくない。すなわち、低インダクタンス化と高耐圧性とを両立させられるバスバーが強く求められていた。
したがって、本発明の目的は、インバータ装置の大電力化・省エネルギー化・高効率化・小型化を達成するため、高耐圧性と低インダクタンスとを兼ね備えた配電実装部品(バスバー)を提供することにある。また、その配電実装部品を用いることにより、長寿命化が図られた信頼性の高いインバータ装置を提供することにある。
(I)上記課題を解決し本発明の目的を達成するため、本発明は、高電圧の配電実装部品であって、
絶縁層と、前記絶縁層を挟持して積層され配電を主に担う複数の第1導電部材と、前記絶縁層と前記第1導電部材との間で前記絶縁層の少なくとも一方の面上に設けられた第2導電部材とを具備し、前記第2導電部材の厚さが前記第1導電部材の厚さよりも薄いことを特徴とする配電実装部品を提供する。
絶縁層と、前記絶縁層を挟持して積層され配電を主に担う複数の第1導電部材と、前記絶縁層と前記第1導電部材との間で前記絶縁層の少なくとも一方の面上に設けられた第2導電部材とを具備し、前記第2導電部材の厚さが前記第1導電部材の厚さよりも薄いことを特徴とする配電実装部品を提供する。
(II)また、本発明は、高電圧の配電実装部品であって、
絶縁層の少なくとも一方の面に接着剤層が形成された接着剤層付き絶縁層と、前記接着剤層付き絶縁層を挟持して積層され配電を主に担う複数の第1導電部材と、前記接着剤層付き絶縁層と前記第1導電部材との間で前記接着剤層付き絶縁層の少なくとも一方の面上に設けられた第2導電部材とを具備し、前記第2導電部材の厚さが前記第1導電部材の厚さよりも薄いことを特徴とする配電実装部品を提供する。
絶縁層の少なくとも一方の面に接着剤層が形成された接着剤層付き絶縁層と、前記接着剤層付き絶縁層を挟持して積層され配電を主に担う複数の第1導電部材と、前記接着剤層付き絶縁層と前記第1導電部材との間で前記接着剤層付き絶縁層の少なくとも一方の面上に設けられた第2導電部材とを具備し、前記第2導電部材の厚さが前記第1導電部材の厚さよりも薄いことを特徴とする配電実装部品を提供する。
(III)また、本発明は、複数のパワー半導体素子を有するパワーモジュールと、前記パワーモジュールに接続される配電実装部品と、前記パワー半導体のスイッチング動作を駆動する駆動回路が構成された制御基板とを有するインバータ装置であって、
前記配電実装部品は、絶縁層と、前記絶縁層を挟持して積層され配電を主に担う複数の第1導電部材と、前記絶縁層と前記第1導電部材との間で前記絶縁層の少なくとも一方の面上に設けられた第2導電部材とを具備し、前記第2導電部材の厚さが前記第1導電部材の厚さよりも薄いことを特徴とするインバータ装置を提供する。
前記配電実装部品は、絶縁層と、前記絶縁層を挟持して積層され配電を主に担う複数の第1導電部材と、前記絶縁層と前記第1導電部材との間で前記絶縁層の少なくとも一方の面上に設けられた第2導電部材とを具備し、前記第2導電部材の厚さが前記第1導電部材の厚さよりも薄いことを特徴とするインバータ装置を提供する。
(IV)また、本発明は、複数のパワー半導体素子を有するパワーモジュールと、前記パワーモジュールに接続される配電実装部品と、前記パワー半導体のスイッチング動作を駆動する駆動回路が構成された制御基板とを有するインバータ装置であって、
前記配電実装部品は、絶縁層の少なくとも一方の面に接着剤層が設けられた接着剤層付き絶縁層と、前記接着剤層付き絶縁層を挟持して積層され配電を主に担う複数の第1導電部材と、前記接着剤層付き絶縁層と前記第1導電部材との間で前記接着剤層付き絶縁層の少なくとも一方の面上に設けられた第2導電部材とを具備し、前記第2導電部材の厚さが前記第1導電部材の厚さよりも薄いことを特徴とするインバータ装置を提供する。
前記配電実装部品は、絶縁層の少なくとも一方の面に接着剤層が設けられた接着剤層付き絶縁層と、前記接着剤層付き絶縁層を挟持して積層され配電を主に担う複数の第1導電部材と、前記接着剤層付き絶縁層と前記第1導電部材との間で前記接着剤層付き絶縁層の少なくとも一方の面上に設けられた第2導電部材とを具備し、前記第2導電部材の厚さが前記第1導電部材の厚さよりも薄いことを特徴とするインバータ装置を提供する。
また、本発明は、上記の本発明に係る配電実装部品(I),(II)および上記のインバータ装置(III),(IV)において、次のような改良や変更を加えることができる。
(i)前記第2導電部材の厚さが、1μm以上500μm未満の範囲である。
(ii)前記第1導電部材の厚さが、0.5mm以上10mm以下の範囲である。
(i)前記第2導電部材の厚さが、1μm以上500μm未満の範囲である。
(ii)前記第1導電部材の厚さが、0.5mm以上10mm以下の範囲である。
なお、本発明において、前記第2導電部材や前記第1導電部材の厚さとは、それぞれ該導電部材の積層方向の長さを意味する。また、本発明のインバータ装置では、前記パワーモジュール間に流れる大電流は、前記配電実装部品を介して伝送される。
本発明によれば、高耐圧性と低インダクタンスとを兼ね備えた配電実装部品を提供することができる。また、その配電実装部品を用いることにより、インバータ装置の大電力化・省エネルギー化・高効率化・小型化に貢献すると共に、長寿命化が図られた信頼性の高いインバータ装置を提供することができる。
(絶縁破壊の原因調査)
本発明者等は、発明に先立って、従来の配電実装部品(図10,11参照)に高電圧を印加した場合の絶縁破壊の原因について鋭意検討した。その結果、絶縁層の絶縁破壊には以下のような原因があることが判った。
本発明者等は、発明に先立って、従来の配電実装部品(図10,11参照)に高電圧を印加した場合の絶縁破壊の原因について鋭意検討した。その結果、絶縁層の絶縁破壊には以下のような原因があることが判った。
バスバーに用いられる厚肉導体は、通常、良導電性金属(例えば、銅)の平板をプレス機等で打ち抜いて作製されることから、反りや歪み、傷等の微小な表面凹凸部の存在が避けがたい。そのため、厚肉導体100を絶縁層102と積層した場合、それらの表面凹凸部106に起因した空間部(空隙部)105が、厚肉導体100と絶縁層102との間に形成され易い。
特に、図10,11に示したような薄肉の絶縁層102を有するバスバー112,113では、厚肉導体100間に高電圧を印加すると、厚肉導体100と絶縁層102の間に形成された空間部(空隙部)105で、厚肉導体100と絶縁層102との電位差に起因した部分放電が発生する。そして発生した部分放電が絶縁層102を徐々に劣化させていくことにより、絶縁破壊に至ることが判った。
なお、図11に示すように、厚肉導体100間と絶縁層102とが接着剤層103を介して接着されている場合においては、接着剤層103の厚さを厚くすることで空間部105の形成を抑制することが考えられる。しかしながら、前述したように、接着剤層103を厚くすることは、低インダクタンス化の要求に相反することになるため好ましくない。
また、図12は、従来の配電実装部品をL字型に屈曲させて使用した場合の断面模式図である。例えば、バスバー112をL字型に屈曲させた場合、図12に示したように、L字の角部において厚肉導体100が湾曲することによって空間部105が大きくなるため、部分放電による絶縁層102の劣化がより大きくなり易いことが判った。
以上説明したように、従来のブスバーでは、厚肉導体に不可避的に存在する表面凹凸部のために厚肉導体と絶縁層との間の空間部を完全に無くすことは困難である。このため、該空間部において厚肉導体と絶縁層との電位差に起因した部分放電が発生しやすく、絶縁破壊に至ることが判った。
以下に、本発明に係る配電実装部品(バスバー)とその製造方法、及び該バスバーを有するインバータ装置の例を、図1〜図9を参照しながら説明する。本発明の実施形態は以下の順で説明する。なお、同義の部材・部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。また、本発明は以下の例に限定されるものではない。
1.第1の実施形態:バスバー
2.第2の実施形態:バスバー
3.本発明のバスバーと従来例のバスバーとの比較
3−1 実施例1
3−2 実施例2
3−3 比較例1
3−4 比較例2
3−5 比較実験結果
3−5−1 部分放電試験
3−5−2 課電劣化寿命試験
4.第3の実施形態:インバータ装置。
1.第1の実施形態:バスバー
2.第2の実施形態:バスバー
3.本発明のバスバーと従来例のバスバーとの比較
3−1 実施例1
3−2 実施例2
3−3 比較例1
3−4 比較例2
3−5 比較実験結果
3−5−1 部分放電試験
3−5−2 課電劣化寿命試験
4.第3の実施形態:インバータ装置。
〈1.第1の実施形態:バスバー〉
図1は、本発明の第1の実施形態に係るバスバーの例を示す断面模式図である。図1に示したように、本実施形態のバスバー12は、絶縁層2と、絶縁層2を挟持して積層され配電を主に担う1対の第1導電部材1と、絶縁層2と第1導電部材1との間に設けられた第2導電部材4とから構成されている。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るバスバーの例を示す断面模式図である。図1に示したように、本実施形態のバスバー12は、絶縁層2と、絶縁層2を挟持して積層され配電を主に担う1対の第1導電部材1と、絶縁層2と第1導電部材1との間に設けられた第2導電部材4とから構成されている。
絶縁層2は、膜状に加工された絶縁紙又は絶縁シートで構成される。絶縁層2の素材としては、例えば、木材等のセルロースから形成された絶縁紙、アラミドポリマーから形成されたアラミド紙、ポリアミド等で形成された絶縁紙を用いることができる。また、例えばポリアミド、ポリイミド、エポキシ、フェノール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレン、塩化ビニール、シリコーン、フッ素樹脂、アクリル、ポリエーテル・エーテル・ケトン、ポリエーテルイミド、ABS樹脂、ポリフェニレンサルファイド等の樹脂で形成された絶縁シートを用いることができる。絶縁層2は、複数の導体間を電気的に絶縁する目的であるため、電気絶縁性を有するものであれば上記に挙げた種類の絶縁紙及び絶縁シート以外のものでも良い。
第1導電部材1は、上述した膜状の絶縁層2を挟持して積層されている。第1導電部材1は、例えば、銅やアルミニウム等の金属材料で構成される。また、第1導電部材1は、バスバー12の主伝送路となる厚肉導体を構成するものであり、第1導電部材1の厚さ(積層方向の長さ、図中の上下方向の長さ)は、好ましくは、0.5mm以上10mm以下の範囲とされる。厚肉導体である第1導電部材1は大電流を伝送するため0.5mm以上であることが好ましく、それより薄いと大電流が流せない。一方、第1導電部材1の厚さを10mmよりも厚くするとバスバー12が大型化し、その結果、バスバー12を用いるインバータ装置も大型化してしまうという問題が生じる。10mm以下であれば、インバータ装置に適用した場合でも使用上問題なく大電流を流すことができるため、10mm以下とするのが好ましい。
第2導電部材4は、絶縁層2における第1導電部材1に隣接する面上であって、絶縁層2と第1導電部材1との間に設けられている。本実施形態では、絶縁層2の両面に第2導電部材4が設けられている。第2導電部材4も、第1導電部材1と同様、銅やアルミニウム等の金属材料で構成されている。また、第2導電部材4は、バスバー12の主伝送路を構成する厚肉導体となる第1導電部材1と絶縁層2との間の空間部(空隙部)5の悪影響を抑制する導体箔を構成するものであり、第1導電部材1の厚さよりも薄く構成されている。
第2導電部材4を第1導電部材1よりも十分薄く形成することにより、第2導電部材4を絶縁層2に密着させて形成することができる。すなわち、第2導電部材4と絶縁層2とを密着させて形成することにより、第2導電部材4と絶縁層2との電位差に起因する部分放電が発生することがない。
加えて、第1導電部材1と第2導電部材4とは、共に金属材料で構成されるため同電位となるので、第1導電部材1と第2導電部材4との間に、第1導電部材1の表面凹凸部6に起因する空隙部5が形成された場合でもその空隙部5では部分放電は発生しない。これにより、絶縁層2の劣化を防ぐことができる。
第2導電部材4の厚さ(積層方向の長さ、図中の上下方向の長さ)は、好ましくは、1μm以上500μm未満の範囲とされる。1μmよりも薄い場合には、第2導電部材4を絶縁層2上に形成した際、第2導電部材4が島状になって部分的に形成されない箇所が生じたり、第2導電部材4に傷が付いて容易に剥がれたりすることがある。第2導電部材4が欠損した部分ができると、絶縁層2と第1導電部材1との間に空隙部5が形成され部分放電が発生してしまう。このため、第2導電部材4の厚さは1μm以上であることが好ましい。
一方、第2導電部材4が500μm以上の厚みである場合には、従来の厚肉導体と絶縁層との間に空間部ができる理由と同じ理由により、第2導電部材4と絶縁層2との間に空間部ができてしまい、該空間部において部分放電が発生してしまう。言い換えると、第2導電部材4の厚さが500μm以上である場合には絶縁層2に密着して形成することが難しく、期待される役割を果たすことができない。このため、第2導電部材4の厚さは、500μm未満であることが好ましい。
このように、本実施形態のバスバー12によれば、絶縁層2と第2導電部材4とが密着して形成されるため、厚肉導体である第1導電部材1と絶縁層2との間で発生する部分放電を防止でき、絶縁層2の劣化を防ぐことができる。また、主伝送路となる第1導電部材1は、従来と同様の厚みに形成することができるので、大電流を伝送することも可能である。
図2は、本発明の第1の実施形態に係るバスバーをL字型に屈曲させて使用した場合の断面模式図である。図2に示したように、本実施形態のバスバー12では、湾曲させた場合にも箔導体である第2導電部材4が絶縁層2に密着した状態で湾曲するため、第2導電部材4と絶縁層2との間に空間部ができることがない。また、L字型の角部において第1導電部材1と第2導電部材4との間に空隙部5ができてしまった場合にも、第1導電部材1と第2導電部材4とは同電位であるため部分放電が発生することがなく、絶縁層2を劣化させることもない。このように、本実施形態例のバスバー12では、L字型として使用することにより厚肉導体である第1導電部材1と絶縁層2との間に空隙部5ができやすい場合にも、絶縁層2が劣化することを防ぐことができる。
本実施形態のバスバー12は、絶縁層2の表面に箔導体である第2導電部材4を密着するように形成し、第2導電部材4が形成された絶縁層2を1対の第1導電部材1で挟持することにより形成することができる。絶縁層2の表面に第2導電部材4を密着して形成する方法としては、銅箔等からなる第2導電部材4と絶縁シートや絶縁紙からなる絶縁層2とを熱圧着などで密着接合する方法がある。また、有機樹脂中に金属微粉末やカーボンブラックなどの導電材が分散された導電性塗料を用い、絶縁層2表面に塗布して第2導電部材4を形成する方法でもよい。また、絶縁層2表面に、蒸着やスパッタリングなどの技術を利用して第2導電部材4となる箔導体を形成する方法でもよい。
本実施形態では、第2導電部材4を絶縁層2に密着して形成することにより、絶縁層2と主伝送導体とを直接つなぐ空間部の形成を防止するのが目的である。よって、製造方法は、上記いずれの方法を用いてもよく、また、上記以外の方法で第2導電部材4を絶縁層2に密着して形成する方法でもよい。
上記に例示した本実施形態のバスバー12では、絶縁層2の両表面上に第2導電部材4を形成し、該第2導電部材4が形成された絶縁層2を一対の第1導電部材1で挟持したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、絶縁層2の少なくとも一方の表面上に第2導電部材4が形成することによっても、従来のバスバーに比較して、絶縁層2の劣化を効果的に低減することが可能となる。
〈2.第2の実施形態:バスバー〉
図3は、本発明の第2の実施形態に係るバスバーの例を示す断面模式図である。図3に示すように、本実施形態のバスバー13は、絶縁層2の表面に接着剤層3が形成された接着剤層付き絶縁層7と、接着剤層付き絶縁層7を挟持して積層された1対の第1導電部材1と、接着剤層付き絶縁層7と第1導電部材1との間に設けられた第2導電部材4とから構成されている。
図3は、本発明の第2の実施形態に係るバスバーの例を示す断面模式図である。図3に示すように、本実施形態のバスバー13は、絶縁層2の表面に接着剤層3が形成された接着剤層付き絶縁層7と、接着剤層付き絶縁層7を挟持して積層された1対の第1導電部材1と、接着剤層付き絶縁層7と第1導電部材1との間に設けられた第2導電部材4とから構成されている。
第1導電部材1は、接着剤層3が形成された面に垂直な方向に積層されている。第1導電部材1、第2導電部材4、及び絶縁層2は、第1の実施形態の構成と同様の構成とされる。接着剤層3は、絶縁層2と第1導電部材1間に形成される第2導電部材4を絶縁層2に接着するための層である。
接着剤層3を構成する材料としては、例えば、エポキシ樹脂系接着剤、フェノール樹脂系接着剤、シリコーン樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、ポリイミド樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤等を用いることができる。接着剤層3は、絶縁紙又は絶縁シートからなる絶縁層2と導体(主に第2導電部材4)との接着が目的であるため、接着性を有するものであれば、上記に挙げた接着剤以外のものでもよい。
本実施形態のバスバー13は、絶縁層2の表面に接着剤層3を形成することにより接着剤層付き絶縁層7を形成した後、接着剤層付き絶縁層7の表面に第2導電部材4を形成し、第2導電部材4が形成された接着剤層付き絶縁層7を一対の第1導電部材1で挟持することにより形成することができる。
第2の実施形態においても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態においても、第2導電部材4として薄い導体箔を用いることにより、第2導電部材4を接着剤層3に密着して形成することができる。このため、従来のバスバーように、導体と絶縁層間の空間部を埋めるために接着剤層を厚く形成する必要がなく、低インダクタンス化が可能である。
図3に例示した本実施形態のバスバー13では、絶縁層2の両表面上に接着剤層3を形成したが、本発明はそれに限定されず、片方の表面のみに接着剤層3を形成してもよい。また、接着剤層付き絶縁層7の両表面上に第2導電部材4を形成する例としたが、少なくとも一方の表面上に形成することによっても、従来のバスバーに比較して、絶縁層2の劣化を効果的に低減することが可能となる。
また、本実施形態のバスバー13によれば、第1導電部材1の再利用が容易となる。図4は、第2の実施形態に係るバスバーのリサイクル性を説明するための断面模式図である。図4に示すように、バスバー13では、第1導電部材1と第2導電部材4との間は、接着剤等を用いていないため、厚肉導体である第1導電部材1と第2導電部材4との分離が容易であり、第1導電部材1を再利用することができる。すなわち、本実施形態によれば、リサイクル性に優れたバスバー13を得ることができる。また、リサイクル性については、第1の実施形態に係るバスバー12においても同様の効果を得ることができる。
以上説明したように、本発明に係るバスバー(配電実装部品)では、絶縁層2又は接着剤層3付き絶縁層7の少なくとも一方の面上に形成される第2導電部材4は、第1導電部材1よりも十分薄く形成されるので、絶縁層2又は接着剤層3付き絶縁層7に密着して形成することができる。絶縁層2,7と第2導電部材4との間に空隙部5が形成されないことにより、部分放電が発生せず絶縁層2,7を劣化させることがない。
〈3.本発明の配電実装部品と従来例の配電実装部品との比較〉
次に、本発明の第1の実施形態及び第2の実施形態に係るバスバー(実施例)と、従来のバスバー(比較例)とを用いた比較試験について、図5〜図8を用いて説明する。
次に、本発明の第1の実施形態及び第2の実施形態に係るバスバー(実施例)と、従来のバスバー(比較例)とを用いた比較試験について、図5〜図8を用いて説明する。
[3−1 実施例1]
実施例1のバスバーは、上述した第1の実施形態に係るバスバー12に対応するものである。絶縁層2としては、厚さ0.25mmのポリイミドシートを用いた。また、第2導電部材4としては、厚さ35μmの銅箔を用いた。また、第1導電部材1としては、厚さ2mmの銅製厚肉導体を用いた。
実施例1のバスバーは、上述した第1の実施形態に係るバスバー12に対応するものである。絶縁層2としては、厚さ0.25mmのポリイミドシートを用いた。また、第2導電部材4としては、厚さ35μmの銅箔を用いた。また、第1導電部材1としては、厚さ2mmの銅製厚肉導体を用いた。
まず、絶縁層2となるポリイミドシートの両面に熱融着で銅箔からなる第2導電部材4を形成した。次に、第2導電部材4を形成した絶縁層2の両面を2枚の第1導電部材1で挟持することで、実施例1のバスバーを作製した。
[3−2 実施例2]
実施例2のバスバーは、上述した第2の実施形態に係るバスバー13に対応するものである。絶縁層2としては、厚さ0.25mmのアラミド絶縁紙を用いた。また、接着剤層3としては、エポキシ樹脂系接着剤を用いた。また、第2導電部材4としては、厚さ35μmの銅箔を用いた。また、第1導電部材1としては、厚さ3mmのアルミニウム製厚肉導体を用いた。
実施例2のバスバーは、上述した第2の実施形態に係るバスバー13に対応するものである。絶縁層2としては、厚さ0.25mmのアラミド絶縁紙を用いた。また、接着剤層3としては、エポキシ樹脂系接着剤を用いた。また、第2導電部材4としては、厚さ35μmの銅箔を用いた。また、第1導電部材1としては、厚さ3mmのアルミニウム製厚肉導体を用いた。
まず、絶縁層2となるアラミド絶縁紙の両面にエポキシ樹脂系接着剤を塗布厚約30μmとなるように形成し、接着剤層付き絶縁層7を形成した。次に、接着剤上面に、銅箔からなる第2導電部材4を真空プレスで形成した。その後、第2導電部材4が形成された接着剤層付き絶縁層7を2枚の第1導電部材1で挟持することで、実施例2のバスバーを作製した。
[3−3 比較例1]
比較例1のバスバーは、図10に示した従来のバスバー112に対応するものである。厚肉導体100としては、厚さ2mmの銅製厚肉導体を用い、絶縁層102としては、厚さ0.25mmのポリイミドシートを用いた。絶縁層102を2枚の厚肉導体100で直接挟持することで、比較例1のバスバーを作製した。
比較例1のバスバーは、図10に示した従来のバスバー112に対応するものである。厚肉導体100としては、厚さ2mmの銅製厚肉導体を用い、絶縁層102としては、厚さ0.25mmのポリイミドシートを用いた。絶縁層102を2枚の厚肉導体100で直接挟持することで、比較例1のバスバーを作製した。
[3−4 比較例2]
比較例2のバスバーは、図11に示した従来のバスバー113に対応するものである。厚肉導体100としては、厚さ3mmのアルミニウム製厚肉導体を用い、絶縁層102としては、厚さ0.25mmのアラミド絶縁紙を用いた。また、接着剤層103としては、エポキシ樹脂系接着剤を用いた。
比較例2のバスバーは、図11に示した従来のバスバー113に対応するものである。厚肉導体100としては、厚さ3mmのアルミニウム製厚肉導体を用い、絶縁層102としては、厚さ0.25mmのアラミド絶縁紙を用いた。また、接着剤層103としては、エポキシ樹脂系接着剤を用いた。
まず、アラミド絶縁紙からなる絶縁層102の両面にエポキシ樹脂系接着剤を塗布厚約30μmとなるように形成して接着剤層付き絶縁層104を形成した。その後、接着剤層付き絶縁層104の両面に厚肉導体100を配置して真空プレスすることにより、比較例2のバスバーを作製した。
[3−5 比較実験結果]
実施例1,2及び比較例1,2に対し、本発明の効果を検証するために、下記の部分放電試験と課電劣化寿命試験を実施した。
実施例1,2及び比較例1,2に対し、本発明の効果を検証するために、下記の部分放電試験と課電劣化寿命試験を実施した。
[3−5−1 部分放電試験]
実施例1,2及び比較例1,2の各試験用バスバーを、外来ノイズによる部分放電測定への影響を防止するためシールドルーム内に置き、部分放電開始電圧を測定した。ここでは、部分放電測定システムを用いて、試験用バスバーの厚肉導体間に、交流電圧を0Vから印加し、電圧を100V/秒の速度で上昇させ、部分放電が開始する電圧を測定した。ここで、部分放電開始の閾値は、2pCとした。
実施例1,2及び比較例1,2の各試験用バスバーを、外来ノイズによる部分放電測定への影響を防止するためシールドルーム内に置き、部分放電開始電圧を測定した。ここでは、部分放電測定システムを用いて、試験用バスバーの厚肉導体間に、交流電圧を0Vから印加し、電圧を100V/秒の速度で上昇させ、部分放電が開始する電圧を測定した。ここで、部分放電開始の閾値は、2pCとした。
図5は、実施例1及び比較例1における部分放電試験結果を示すチャートである。図6は、実施例2及び比較例2における部分放電試験結果を示すチャートである。図5及び図6では、横軸は電圧(Vrms)を示し、縦軸は放電電荷量(pC)を示す。
図5から判るように、接着剤層を形成しない絶縁層を用いた実施例1のバスバーの部分放電開始電圧(以下、PDIV)は1260V、部分放電消滅電圧(以下、PDEV)は1120Vであった。また、接着剤層を形成しない絶縁層を用いた比較例1のバスバーのPDIVは600V、PDEVは480Vであった。実施例1は、比較例1と比較して部分放電開始電圧及び部分放電消滅電圧が高くなることが確認された。
また、図6から判るように、接着剤層付き絶縁層を用いた実施例2のバスバーのPDIVは1560V、PDEVは1460Vであった。また、接着剤層付き絶縁層を用いた比較例2のPDIVは840V、PDEVは720Vであった。実施例2は、比較例2と比較して部分放電開始電圧及び部分放電消滅電圧が高くなることが確認された。
[3−5−2 課電劣化寿命試験]
実施例1,2及び比較例1,2の各試験用バスバーを125℃の恒温層内に置き、各試験用バスバーの厚肉導体(実施例1、2では第1導電部材に相当)間に50Hz商用周波電圧を印加し、絶縁破壊するまでの時間を計測した。
実施例1,2及び比較例1,2の各試験用バスバーを125℃の恒温層内に置き、各試験用バスバーの厚肉導体(実施例1、2では第1導電部材に相当)間に50Hz商用周波電圧を印加し、絶縁破壊するまでの時間を計測した。
図7は、実施例1及び比較例1における課電劣化寿命試験結果を示すグラフである。図8は、実施例2及び比較例2における課電劣化寿命試験結果を示すグラフである。図7及び図8では、縦軸は試験電圧(kV)を示し、横軸は時間(h)を示す。
図7に示したように、実施例1のバスバーの課電劣化寿命は、比較例1のバスバーよりも約10倍長くなることが確認された。また、図8に示したように、実施例2のバスバーの課電劣化寿命は、比較例2のバスバーよりも約8度長くなることが確認された。実施例1、実施例2ともに、それぞれ比較例1及び比較例2よりも課電劣化寿命が長く、絶縁信頼性が高いと言える。
上述した試験結果により、本発明のバスバーは、従来のバスバーに比較して部分放電に起因する絶縁層の劣化を低減でき、部分放電開始電圧が高く、絶縁信頼性の高い高電圧部品を得られることが実証された。
〈4.第3の実施形態:インバータ装置〉
次に、本発明に係るインバータ装置について説明する。図9は、本発明の第3の実施形態に係るインバータ装置の例を示す断面模式図である。本実施形態のインバータ装置18は、第1の実施形態に係るバスバー12を用いたものである。
次に、本発明に係るインバータ装置について説明する。図9は、本発明の第3の実施形態に係るインバータ装置の例を示す断面模式図である。本実施形態のインバータ装置18は、第1の実施形態に係るバスバー12を用いたものである。
図9に示したように、本実施形態のインバータ装置18は、複数のパワーモジュール15と、パワーモジュール15を電気的に接続するバスバー12と、パワーモジュール15を制御するための駆動回路が設けられている制御基板14とが筐体11内に配置された構成とされている。パワーモジュール15は、内部に複数のパワー半導体素子を有し、筐体11内においてモジュール放熱板16上に配置されている。また、パワーモジュール15のDC入力電源の正極に接続される電極は、バスバー12を構成する一対の第1導電部材1のうちの、正極側第1導電部材1aに固定ネジ17により固定されている。また、パワーモジュール15のDC入力電源の負極に接続される電極は、バスバー12を構成する一対の第1導電部材1のうちの負極側第1導電部材1bに、固定ネジ17により固定されている。制御基板14では、パワーモジュール15に内蔵されたパワー半導体素子のスイッチング動作を制御する。
本実施形態によると、大電流を伝送するバスバー12において、部分放電の発生が防止され、絶縁層2の劣化が低減されるので、インバータ装置18においても長期信頼性の向上が図られる。言い換えると、インバータ装置18として長寿命化が図られる。なお、上記では、インバータ装置18に第1の実施形態に係るバスバー12を適用した例を示したが、第2の実施形態に係るバスバー13を用いてもよく、同様の効果を得ることができる。
以上の説明から明らかなように、本発明によると、伝送導体と絶縁層との間に発生する部分放電が防止されるため、絶縁層の劣化が低減され、部分放電開始電圧が高く、絶縁信頼性の高い配電実装部品(バスバー)が得られる。また、そのバスバーを用いることにより、長寿命化が図られたインバータ装置が得られる。さらに、本発明によれば、厚肉導体と絶縁層との分離が容易でリサイクル性に優れたバスバー及びそれを用いたインバータ装置を得ることができる。
1…第1導電部材、2…絶縁層、3…接着剤層、4…第2導電部材、5…空間部(空隙部)、6…表面凹凸部、7…接着剤層付き絶縁層、11…筐体、12…バスバー、13…バスバー、14…制御基板、15…パワージュール、16…モジュール放熱板、18…インバータ装置、100…厚肉導体、102…絶縁層、103…接着剤層、104…接着剤層付き絶縁層、105…空間部(空隙部)、106…表面凹凸部、112…バスバー、113…バスバー。
Claims (12)
- 高電圧の配電実装部品であって、
絶縁層と、
前記絶縁層を挟持して積層され配電を主に担う複数の第1導電部材と、
前記絶縁層と前記第1導電部材との間で前記絶縁層の少なくとも一方の面上に設けられた第2導電部材とを具備し、
前記第2導電部材の厚さが前記第1導電部材の厚さよりも薄いことを特徴とする配電実装部品。 - 請求項1に記載の配電実装部品において、
前記第2導電部材の厚さが、1μm以上500μm未満の範囲であることを特徴とする配電実装部品。 - 請求項1又は請求項2に記載の配電実装部品において、
前記第1導電部材の厚さが、0.5mm以上10mm以下の範囲であることを特徴とする配電実装部品。 - 高電圧の配電実装部品であって、
絶縁層の少なくとも一方の面に接着剤層が設けられた接着剤層付き絶縁層と、
前記接着剤層付き絶縁層を挟持して積層され配電を主に担う複数の第1導電部材と、
前記接着剤層付き絶縁層と前記第1導電部材との間で前記接着剤層付き絶縁層の少なくとも一方の面上に設けられた第2導電部材とを具備し、
前記第2導電部材の厚さが前記第1導電部材の厚さよりも薄いことを特徴とする配電実装部品。 - 請求項4に記載の配電実装部品において、
前記第2導電部材の厚さが、1μm以上500μm未満の範囲であることを特徴とする配電実装部品。 - 請求項4又は請求項5に記載の配電実装部品において、
前記第1導電部材の厚さが、0.5mm以上10mm以下の範囲であることを特徴とする配電実装部品。 - 複数のパワー半導体素子を有するパワーモジュールと、
前記パワーモジュールに接続される配電実装部品と、
前記パワー半導体のスイッチング動作を駆動する駆動回路が構成された制御基板とを有するインバータ装置であって、
前記配電実装部品は、絶縁層と、前記絶縁層を挟持して積層され配電を主に担う複数の第1導電部材と、前記絶縁層と前記第1導電部材との間で前記絶縁層の少なくとも一方の面上に設けられた第2導電部材とを具備し、
前記第2導電部材の厚さが前記第1導電部材の厚さよりも薄いことを特徴とするインバータ装置。 - 請求項7に記載のインバータ装置において、
前記第2導電部材の厚さが、1μm以上500μm未満の範囲であることを特徴とするインバータ装置。 - 請求項7又は請求項8に記載のインバータ装置において、
前記第1導電部材の厚さが、0.5mm以上10mm以下の範囲であることを特徴とするインバータ装置。 - 複数のパワー半導体素子を有するパワーモジュールと、
前記パワーモジュールに接続される配電実装部品と、
前記パワー半導体のスイッチング動作を駆動する駆動回路が構成された制御基板とを有するインバータ装置であって、
前記配電実装部品は、絶縁層の少なくとも一方の面に接着剤層が設けられた接着剤層付き絶縁層と、前記接着剤層付き絶縁層を挟持して積層され配電を主に担う複数の第1導電部材と、前記接着剤層付き絶縁層と前記第1導電部材との間で前記接着剤層付き絶縁層の少なくとも一方の面上に設けられた第2導電部材とを具備し、
前記第2導電部材の厚さが前記第1導電部材の厚さよりも薄いことを特徴とするインバータ装置。 - 請求項10に記載のインバータ装置において、
前記第2導電部材の厚さが、1μm以上500μm未満の範囲であることを特徴とするインバータ装置。 - 請求項10又は請求項11に記載のインバータ装置において、
前記第1導電部材の厚さが、0.5mm以上10mm以下の範囲であることを特徴とするインバータ装置。
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