特開 2024-6349 バスバーモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024006349

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】バスバーモジュール

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/50 20060101AFI20240110BHJP

   H05K 7/06 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

H02K3/50 A

H05K7/06 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022107155

(22)【出願日】2022-07-01

(71)【出願人】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】青山 拡立

(72)【発明者】

【氏名】松崎 博和

【テーマコード（参考）】

5H604

【Ｆターム（参考）】

5H604AA02

5H604AA08

5H604BB01

5H604BB08

5H604BB14

5H604CC01

5H604CC05

5H604CC11

5H604QB04

5H604QB12

(57)【要約】

【課題】サイズを大きくすることなく、溶接時の熱による絶縁性の低下を防止できるバスバーモジュールを提供する。
【解決手段】
回転電機１と電気部品２０との間を電気的に接続するバスバー１５を有し、複数のバスバー１５が一体に樹脂モールドされるバスバーモジュール１０であって、バスバー１５は、電気部品２０との接続部１５２を有する基部１５１と、基部１５１から回転電機１へと延設すると共に、回転電機１に接続される先端部１５４を有する延設部１５３と、から構成され、延設部１５３の途中部位の周囲をモールドする第１の樹脂部材４１と、複数のバスバー１５の基部１５１を一体にモールドすると共に、延設部１５３及び第１の樹脂部材４１の周囲を覆うようにモールドする第２の樹脂部材４２と、を備え、第１の樹脂部材４１の融点は、第２の樹脂部材４２の融点よりも低い。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転電機と電気部品との間を電気的に接続するバスバーを有し、複数の前記バスバーが一体に樹脂モールドされるバスバーモジュールであって、
前記バスバーは、前記電気部品との接続部を有する基部と、前記基部から前記回転電機へと延設すると共に、前記回転電機に接続される先端部を有する延設部と、から構成され、
前記延設部の途中部位の周囲をモールドする第１の樹脂部材と、
複数の前記バスバーの前記基部を一体にモールドすると共に、前記延設部及び前記第１の樹脂部材の周囲を覆うようにモールドする第２の樹脂部材と、
を備え、
前記第１の樹脂部材の融点は、前記第２の樹脂部材の融点よりも低い、
バスバーモジュール。

【請求項2】

請求項１に記載のバスバーモジュールであって、
前記第２の樹脂部材は、前記延設部を覆う部位において、上側ケースと下側ケースとにより構成され、
前記上側ケースと前記下側ケースとにより構成される内部空間に、前記延設部及び前記第１の樹脂部材が収容され、
前記上側ケースと前記下側ケースとは、それぞれ側壁を有し、前記側壁同士が幅方向で重なり合うことで、前記内部空間の外側と内側との間にラビリンス構造が構成され、
前記下側ケースの底面には、前記第１の樹脂部材の側方で起立する一対の起立壁を有する、
バスバーモジュール。

【請求項3】

請求項２に記載のバスバーモジュールであって、
前記起立壁は、その上端面が、前記延設部の上面よりも高い位置に位置するように形成される、
バスバーモジュール。

【請求項4】

請求項１に記載のバスバーモジュールであって、
前記延設部は、前記基部に接続される第１の延設部と、前記第１の延設部から上側に屈曲した後、内径方向へと屈曲するクランク部とを有し、前記クランク部の先端に前記先端部が備えられる、
バスバーモジュール。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一つに記載のバスバーモジュールであって、
前記第１の樹脂部材と、前記第１の樹脂部材を覆う前記第２の樹脂部材との間には、間隙が設けられる、
バスバーモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機に用いられるバスバーモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

回転電機は、パワーモジュールと巻線のコイルエンドとの間の結線を行うためにバスバーが用いられる。バスバーは、複数の相を樹脂製の部材により一体に保持されたバスバーモジュールとして構成されることが一般的である。バスバーモジュールは、パワーモジュール及びコイルエンドのいずれか又は双方に、溶接により接続される。

【0003】

特許文献１には、複数のバスバーが樹脂製の部材により一体に保持され、バスバーの溶接部と樹脂製の封止部材とが遠い距離となるように配置し、溶接時の熱を放熱しやすくすることで、熱による樹脂製の封止部材に影響を与えて絶縁性が低下することを防止する構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２－０３４５６６号公報

【発明の概要】

【0005】

従来技術のように、バスバーモジュールの溶接部と樹脂製の部材との間の距離を大きくする構成では、バスバーモジュールのサイズや重量が大きくなるという問題がある。これに対して、バスバーモジュールを小型化しようとすると、熱による影響により絶縁性が低下するという問題が発生する。

【0006】

そこで、本発明は、サイズを大きくすることなく、溶接時の熱による絶縁性の低下を防止できるバスバーモジュールを提供することを目的とする。

【0007】

本発明のある態様は、回転電機と電気部品との間を電気的に接続するバスバーを有し、複数のバスバーが一体に樹脂モールドされるバスバーモジュールに適用される。バスバーは、電気部品との接続部を有する基部と、基部から回転電機へと延設すると共に、回転電機に接続される先端部を有する延設部と、から構成され、延設部の途中部位の周囲をモールドする第１の樹脂部材と、複数のバスバーの基部を一体にモールドすると共に、延設部及び第１の樹脂部材の周囲を覆うようにモールドする第２の樹脂部材と、を備え、第１の樹脂部材の融点は、第２の樹脂部材の融点よりも低い。

【0008】

本発明によれば、バスバーの延設部の周囲を第１の樹脂でモールドし、その周囲を覆うように第２の樹脂でモールドする構成である。このような構成により、バスバーモジュールのサイズを大きくすることなく、バスバーに溶接が行われた場合に、溶接の熱により融点の低い第１の樹脂が融解することによる融解熱により、溶接の熱が吸収されるので、その周囲を覆う第２の樹脂では、熱による絶縁性の低下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本実施形態のバスバーモジュールを中心とした回転電機のコイルエンド斜視図である。

【図2】図２は、バスバーモジュールの上面図である。

【図3】図３は、バスバーモジュールの断面図である。

【図4】図４は、本実施形態の変形例のバスバーモジュールの断面図である。

【図5】図５は、本実施形態の変形例のバスバーモジュールの断面図である。

【図6】図６は、本実施形態の別の変形例のバスバーモジュールの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

【0011】

図１は、本実施形態に係るバスバーモジュール１０が取り付けられた回転電機１の説明図であり、回転電機１の軸方向の一端側の斜視図である。図２は、バスバーモジュール１０を回転電機１の軸方向から見た説明図である。

【0012】

回転電機１は、図示しないステータ及びロータを備え、図１に示すように、ステータの軸方向の端部がコイルエンド１１として構成される。コイルエンド１１は、回転電機１との間で電力を授受する電気部品であるパワーモジュール２０に電気的に接続される。コイルエンド１１とパワーモジュール２０との間には、これらの間を電気的に接続する複数のバスバー１５を有するバスバーモジュール１０が備えられる。

【0013】

バスバーモジュール１０は、Ｕ、Ｖ、Ｗの三相に対応する三つのバスバー１５が樹脂モールドにより一体に構成される。それぞれのバスバー１５は、一端が回転電機１のコイルエンド１１に接続され、他端がパワーモジュール２０に接続される。バスバー１５は、銅などの導電性の高い金属の平板により構成される。

【0014】

バスバーモジュール１０は、円弧状に形成された本体部１０ａと、本体部１０ａの内径側に枝状に延設される複数の枝部１０ｂとを有する。本体部１０ａにおいては、三つのバスバー１５が上下方向に積層された状態で、互いに絶縁性を保ったまま樹脂モールドされている。枝部１０ｂの先端からは、バスバー１５の先端部１５４が軸方向に向かって突出するように構成される。図１では省略されているが、本体部１０ａの外径側には、図２に示すように、バスバー１５の接続部１５２が突出する。

【0015】

コイルエンド１１は、銅などの導電性の高い金属の平角線が巻回されて構成される。コイルエンド１１には、図２に示すように、軸方向に突設する複数の接続端子１１１が備えられる。

【0016】

接続端子１１１は、バスバーモジュール１０が回転電機１及びパワーモジュール２０に固定された状態で、各バスバー１５の先端部１５４に接するような位置に配置される。先端部１５４は二股に分岐して軸方向に延設しており、分岐した先端部１５４のそれぞれ接続端子１１１が接する。すなわち、一つの先端部１５４に二つの接続端子１１１が接する。

【0017】

接続端子１１１とバスバー１５の先端部１５４とは、溶接によって接続されることで、バスバー１５とコイルエンド１１とが電気的に接続される。

【0018】

パワーモジュール２０は三相の端子を有する端子台２１を備える。端子台２１にはボルト穴２１１が形成される。図２に示すように、バスバー１５の外径側には、三つの接続部１５２が突設する。接続部１５２にはボルト穴１５２ａが形成されている。

【0019】

バスバーモジュール１０を回転電機１に固定する際に、接続部１５２をそれぞれ端子台２１にボルト留めにより固定することで、バスバー１５とパワーモジュール２０の端子第２１とが電気的に接続される。

【0020】

図２に示すように、バスバーモジュール１０は、円弧状に形成された本体部１０ａと、本体部１０ａの内径側に枝状に延設される複数の枝部１０ｂとを有する。

【0021】

バスバー１５は、円弧状に形成された基部１５１と、基部１５１の外径側からパワーモジュール２０側に延設される接続部１５２と、基部１５１の内径側から回転電機１のコイルエンド１１側に延設される延設部１５３と、延設部１５３の先端に形成される先端部１５４と、を有する。バスバーモジュール１０は、その全体が樹脂モールドされ、接続部１５２と先端部１５４とが、バスバーモジュール１０の樹脂モールドから露出する。本実施形態では、Ｕ、Ｖ、Ｗの三相に対応する三つのバスバー（１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗ）が、本体部１０ａにおいて上下方向にその一部が積層された状態で、互いに絶縁性を保ったまま、樹脂モールドされる。

【0022】

各バスバー１５の基部１５１は、一つの接続部１５２と二つの延設部１５３とを有する。このような構成により、バスバーモジュール１０は、パワーモジュール２０の三つの相を、コイルエンド１１に配置された六つの相に電気的に接続する。

【0023】

バスバーモジュール１０が回転電機１に対して固定された状態で、バスバー１５の先端部１５４が、その内径側で回転電機１のコイルエンド１１から軸方向に突設する接続端子１１１に接する。先端部１５４と接続端子１１１とは、電気溶接やレーザ溶接等による溶接により接続される。

【0024】

次に、このように構成されたバスバーモジュール１０の先端部１５４とコイルエンド１１の接続端子１１１との溶接について説明する。

【0025】

先端部１５４と接続端子１１１とを溶接する際に、溶接による発生する熱がバスバー１５に加わる。バスバー１５は熱伝導性が高い金属により構成されるので、溶接の熱がバスバー１５の先端部１５４から、延設部１５３を経由して基部１５１へと伝達する。

【0026】

延設部１５３及び基部１５１は、その周囲が樹脂モールドされている。そのため、バスバー１５に伝達した熱が、樹脂モールドの融点を上回る場合は、樹脂モールドが融解する。このような場合には、バスバー１５同士やバスバー１５と樹脂モールドの外部との間に空隙が発生するなどして、バスバーモジュール１０の絶縁性に問題が発生する可能性がある。

【0027】

このことを抑制するため、熱が加わるバスバーの先端部を樹脂モールド部分から離間させるように延長させて構成することもできる。しかし、このように構成した場合には、バスバーが大きくなり、コイルエンドとパワーモジュールとの距離を大きく構成する必要があり、回転電機が大型化するという問題が新たに発生する。

【0028】

そこで本実施形態では、次に説明するような構成により、バスバーモジュール１０の絶縁性を確保できるよう構成した。

【0029】

図３は、バスバーモジュール１０の枝部１０ｂの縦断面図であり、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図を示す。

【0030】

バスバーモジュール１０の枝部１０ｂにおいては、外径から内径に向かって、バスバー１５の基部１５１から突設する延設部１５３と、延設部１５３から軸方向に突設する先端部１５４とが設けられている。

【0031】

延設部１５３の途中部位Ａ（基部１５１から位置ａまでの間）の周囲は、第１の樹脂部材４１により樹脂モールドされる。そして、延設部１５３の途中部位Ａでは、第１の樹脂部材４１のさらに周囲を覆うように、第１の樹脂部材４１とは若干の隙間をもって、第２の樹脂部材４２により樹脂モールドされる。第２の樹脂部材４２は、基部１５１の周囲において、複数のバスバー１５が上下方向に積層された状態で、一体に樹脂モールドするように構成されている。

【0032】

延設部１５３の位置ａにおいては、第２の樹脂部材４２は延設部１５３が突出する挿通口４２ａを有する。この挿通口４２ａにおいては、延設部１５３の表面と挿通口４２ａとの間に、若干の隙間が形成される。

【0033】

第１の樹脂部材４１及び第２の樹脂部材４２は、絶縁性の熱硬化性樹脂等により構成される。第１の樹脂部材４１及び第２の樹脂部材４２は、耐熱温度を超えた場合に融解するが、第１の樹脂部材４１の融点は、第２の樹脂部材４２の融点よりも低い材料で構成される。

【0034】

延設部１５３は、位置ａよりも先端側では樹脂モールドされていない。そして、延設部１５３から上側に延設する先端部１５４には、その内径側でコイルエンド１１から延設する接続端子１１１が接する。

【0035】

バスバー１５の先端部１５４と接続端子１１１とを溶接する際に、先端部１５４に溶接による熱が加わる。この熱は、先端部１５４から延設部１５３を介して基部１５１へと伝達する。

【0036】

延設部１５３の周囲には第１の樹脂部材４１が配置されているので、延設部１５３に伝達した熱が第１の樹脂部材４１へと伝達し、第１の樹脂部材４１の耐熱温度を超えたとき第１の樹脂部材４１が融解する。このときの融解熱により、延設部１５３に伝達した熱が奪われ、延設部１５３の温度が低下する。

【0037】

さらに、第１の樹脂部材４１を覆う第２の樹脂部材４２は第１の樹脂部材４１よりも融点が高いので、第１の樹脂部材４１が融解する温度では、その周囲を覆う第２の樹脂部材４２が融解することが防止される。

【0038】

また、第１の樹脂部材４１の融解により延設部１５３の温度が低下することで、延設部１５３から基部１５１へと伝達する熱も低下し、基部１５１の周囲を覆う第２の樹脂部材４２についても、融解することが防止される。

【0039】

なお、熱により第１の樹脂部材４１が融解した場合に、その体積が膨張するが、第１の樹脂部材４１と第２の樹脂部材４２との間には間隙を有するので、体積変化を吸収することができる。これにより、融解した第１の樹脂部材４１が第２の樹脂部材４２の外部に漏出することが防止できる。

【0040】

このような構成により、先端部１５４と接続端子１１１との溶接により発生する熱が、延設部１５３に伝達した際に、第１の樹脂部材４１を融解させることで低下する。これにより、延設部１５３における第１の樹脂部材４１の周囲と、基部１５１の周囲とを覆う第２の樹脂部材４２が融解することが防止されるので、バスバーモジュール１０の絶縁性に影響を及ぼすことが防止される。

【0041】

なお、融解した第１の樹脂部材４１は、溶接の終了後、温度が低下することで再び凝固し、延設部１５３の周囲を覆う樹脂モールドとなり得る。

【0042】

以上説明したように、本実施形態のバスバーモジュール１０は、回転電機１と電気部品であるパワーモジュール２０との間を電気的に接続するバスバー１５を有し、複数のバスバー１５が一体に樹脂モールドされて構成される。バスバー１５は、パワーモジュール２０との接続部１５２を有する基部１５１と、基部１５１から回転電機１のコイルエンド１１へと延設すると共に、コイルエンド１１に接続される先端部１５４を有する延設部１５３と、から構成される。このバスバーモジュール１０は、延設部１５３の途中部位Ａの周囲をモールドする第１の樹脂部材４１と、複数のバスバー１５の基部１５１を一体にモールドすると共に、延設部１５３及び第１の樹脂部材４１の周囲を覆うようにモールドする第２の樹脂部材４２と、を備える。第１の樹脂部材４１の融点は、第２の樹脂部材４２の融点よりも低い。

【0043】

この構成では、バスバーモジュール１０のサイズを大きくすることなく、バスバー１５の先端部１５４に溶接が行われた場合に、溶接の熱により、延設部１５３の周囲で融点が低い第１の樹脂部材４１が融解することによる融解熱により、延設部１５３での溶接の熱が吸収されるので、その周囲を覆う第２の樹脂部材４２及び基部１５１には、熱による影響が抑制される。

【0044】

また、本実施形態では、第１の樹脂部材４１と、第１の樹脂部材４１を覆う第２の樹脂部材４２との間には、間隙が設けられる。この構成では、熱により第１の樹脂部材４１が融解してその体積が膨張した場合にも、この間隙により体積変化を吸収することができ、融解した第１の樹脂部材４１が第２の樹脂部材４２の外部に漏出することが防止できる。

【0045】

次に、本実施形態の変形例について説明する。

【0046】

図４は、本実施形態の変形例のバスバーモジュール１０の枝部１０ｂの横断面図であり、図２のＩＶ－ＩＶ断面図を示す。図４に示す構成は、図３に示す構成の変形例である。

【0047】

図４に示すように、延設部１５３の周囲には、第１の樹脂部材４１が樹脂モールドされている。その周囲は、第２の樹脂部材４２により覆われている。

【0048】

第２の樹脂部材４２は、延設部１５３を覆う部位において、上側ケース４２１と下側ケース４２２とにより構成される。上側ケース４２１は、天板部４２１ａと、一組の側壁４２１ｂとを有する。下側ケース４２２は、底部４２２ａと、一組の側壁４２２ｂと、底部４２２ａの底面から起立する一組の起立壁４２２ｃと、を有する。

【0049】

上側ケース４２１と下側ケース４２２とにより内部空間Ｂが構成される。より具体的には、第２の樹脂部材４２と一体に形成された下側ケース４２２に、第１の樹脂部材４１が樹脂モールドされた延設部１５３を配置し、その上部から上側ケース４２１を覆い被さるように取り付ける。これにより、延設部１５３が、上側ケース４２１と下側ケース４２２とにより構成される内部空間Ｂに収容される。

【0050】

上側ケース４２１の側壁４２１ｂは、下側ケース４２２の側壁４２２ｂよりも外側に、若干の隙間を有して、幅方向で重なり合うように配置される。側壁４２１ｂと側壁４２２ｂとの間には形成される隙間により、内部空間Ｂの外側と内側との間にラビリンス構造が構成される。

【0051】

下側ケース４２２の底面に起立する一対の起立壁４２２ｃは、第１の樹脂部材４１の側方に配置される。

【0052】

図４に示す変形例では、このような構成により、溶接時に、延設部１５３に伝達した熱により第１の樹脂部材４１が融解した際に、第１の樹脂部材４１の側方に配置された起立壁４２２ｃにより、融解した第１の樹脂部材４１を受け止めて、延設部１５３の周囲を覆ったままにすることができる。

【0053】

さらに、内部空間Ｂは、外部との間でラビリンス構造を有するので、融解して体積が膨張した第１の樹脂部材４１が、起立壁４２２ｃを乗り越えた場合に、ラビリンス構造の微細な間隙に入り込むことで、内部空間Ｂのから外側に漏出することが防止される。

【0054】

なお、融解した第１の樹脂部材４１を延設部１５３の周囲に留めておくために、図５に示すように、起立壁４２２ｃの上端面が、延設部１５３の上面よりも高い位置に位置するように形成されることがより望ましい。

【0055】

図６は、本実施形態の別の変形例のバスバーモジュール１０の枝部１０ｂの縦断面図であり、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図を示す。図６に示す構成は、図３に示す構成の変形例である。

【0056】

図６に示す変形例では、バスバー１５の延設部１５３が、基部１５１に接続される第１の延設部１５３ａと、第１の延設部１５３ａから上側に屈曲した後、回転電機１の内径方向に屈曲するクランク部１５３ｂとを有する。クランク部１５３ｂの先端に先端部１５４が備えられる。

【0057】

第１の延設部１５３ａ及びクランク部１５３ｂの周囲には、第１の樹脂部材４１が樹脂モールディングされる。なお、第１の延設部１５３ａは、前述の図３で示す構成と比較して、枝部１０ｂの低い位置（回転電機１の軸方向で、よりコイルエンド１１側）に配置される。

【0058】

図６に示す変形例では、第２の樹脂部材４２で囲まれる空間のより低い位置に第１の延設部１５３ａが配置されることで、溶接時に、第１の延設部１５３ａが、液状となり空間の底部へと流れ落ちる第１の樹脂部材４１に常に覆われる状態とすることができる。これにより、より長く融解熱を第１の樹脂部材４１へと伝えるので、第１の延設部１５３ａの温度をより低下させることができる。さらに、このように構成することにより、図４に示すような仕切壁を形成することなく融解した第１の樹脂部材４１を延設部１５３の周囲に留まらせることができる。

【0059】

なお、延設部１５３の途中部位Ａでは、第１の樹脂部材４１の周囲を覆うように、第１の樹脂部材４１とは若干の隙間をもって、第２の樹脂部材４２により樹脂モールドされる。このような構成により、図３で前述したように、熱により第１の樹脂部材４１が融解した場合に、その体積が膨張するが、これらの間に間隙を有することで、体積変化を吸収することができる。これにより、融解した第１の樹脂部材４１が第２の樹脂部材４２の外部に漏出することが防止できる。

【0060】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態及び各変形例で説明した構成は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を限定する趣旨ではない。

【0061】

上述した実施形態では、先端部１５４と接続端子１１１とを溶接により接続する構成を説明したが、これに限られず、先端部１５４と接続端子１１１とが、ろう付けや半田付けにより接続されるものであってもよい。

【0062】

また、本実施形態では、バスバーモジュール１０を三相に対応する三つのバスバー１５を備えて構成したが、回転電機１のコイルエンド１１の構成に対応して、さらに多くの相のバスバー１５を備えるように構成してもよい。

【符号の説明】

【0063】

１：回転電機、１０：バスバーモジュール、１１：コイルエンド、１５：バスバー、２０：パワーモジュール、４１：第１の樹脂部材、４２：第２の樹脂部材、１１１：接続端子、１５１：基部、１５２：接続部、１５３：延設部、１５３ａ：第１の延設部、１５３ｂ：クランク部、１５４：先端部、４２１：上側ケース、４２１ｂ：側壁、４２２：下側ケース、４２２ｂ：側壁、４２２ｃ：起立壁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】