母線、母線模塊以及母線的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發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】
[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行伴隨著高頻電流的脈寬調制（PWM :Pulse Width Modulation)方式的驅動控制的電連接中。
[0003] 在此，基于專利文獻1、2來說明用于混合動力汽車系統中的母線的一例。在專利 文獻1、2的例子中，在電動機與電動機變換器之間、發電機與發電機變換器之間以及變換 器單元內的電力線的電連接中使用母線。
[0004] 一般來說，在電動機或發電機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，還包括伴隨著開關動作的數kHz的高頻分量。這種高頻分量在母線的 導體內部感應出渦電流。而且，在專利文獻1所示的例子中，如圖11所示，由于趨膚效應， 電流集中流過基于電流的頻率f和由扁平線構成的母線101的導體材料求出的趨膚深度S =(p/jify)" 2的深度的表面皮下。由此，由于在導體內部流動的電流密度降低，因此導 體的有效電阻增大，結果出現渦電流損耗。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表示針對各種導體材料的驅動電流的頻率和趨膚深度的關系的 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1 所示那樣的使用高壓大電流的電動機等中所采用的母線，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，如果設為平板形狀而使截面積變小，則相對于承擔主要電力的電流，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2中，并列地集合多條較細的扁平線的集合扁平線構成了 母線。專利文獻2中主張了通過如上這樣的結構，能夠降低制造成本，形成復雜的形成變得 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。根據專利文獻2的說明， 在由多個扁平線構成母線的情況下，與通過平板構成母線時相比，線徑降低到（1/線圈線 的條數）。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目并減小各線徑，則流過截面的渦電流的圈 也能變小，進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成母線102,也會殘 留趨膚效應。即，如果如圖12B所示那樣假設在構成母線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線，則判斷存在包括內側的角線這樣 的磁感應線。夾住該磁感應線的兩側的2個角線被母線102兩端的端子連接著，因而形成 大的閉環，在該閉環中貫通交流磁感應線。通過該狀況下的電磁感應作用，閉環中產生感應 電動勢，流過渦電流。認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 才是實際流動的電流。結果，即使將母線102分割為多個角線，電流也能避開內側的角線而 流動，產生在外側的角線中集中的偏流。其結果，與由將并列橫向排列的多個角線設為一體 的扁平線構成的圖11所示的母線101相同的趨膚效應引起的電流分布依然存在著。這一 點即使在由扁平線構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成了母線103,也 會殘留趨膚效應。如果與圖12B同樣地求出實際電流分布，則由于存在貫通內側角線的內 部的磁感應線，因此仍然會產生與趨膚效應同樣的電流偏流。結果可知，與由將并列地橫向 排列的多個角線設為一體的扁平線構成的圖11所示的母線101同樣的趨膚效應所引起的 電流分布依然存在著。
[0010] 如上所述，在專利文獻2所示的母線的結構中，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揮任何效果。專利文獻2中，記載有通過將多個扁 平線的集合體整體擰在一起，從而能進一步減小過電流損耗。但是，該結構不會對圖12B和 圖13B所示的截面圖中的交流磁感應線的形狀或分布帶來任何影響，不存在降低交流磁感 應線所感應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部電感的情況等效，因而會導致所需以上的 電感的增加。
[0011] 現有技術文獻
[0012] 專利文獻
[0013] 專利文獻1 :日本國特開2006-81373號公報
[0014] 專利文獻2 :日本國特開2010-246298號公報
【發明內容】
[0015] 發明要解決的課題
[0016] 如上所述，即使如現有技術那樣采用并列的多個導線構成母線，因由母線內部產 生的高頻磁感應線感應到的電動勢，渦電流在經由母線兩端的端子的閉環中流動。由此，在 各導體中流動的高頻電流產生偏差。而且，其結果，變成與一體導體的母線的趨膚效應相同 的電流分布，產生不能抑制渦電流損耗的問題。
[0017] 因而，本發明的目的在于，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] 為了實現上述目的，本發明的母線用于電連接，其特征在于，具備：層疊導體線，將 構成為平板狀的兩個導體線并設在各自的長邊方向上，且將上述兩個導體線重合并層疊成 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個或者多個帶狀導體在該帶狀導體的寬度方向上相鄰排列，并且使卷繞后的內部的 相對置的表面相靠近或者緊挨著，由此構成上述平板狀；和端子部，配置在上述層疊導體線 的兩端側，用于與上述兩個導體線相接合并進行電連接。
[0020] 由此，沿著構成母線的層疊導體線的長邊方向，兩個導體線的各帶狀導體中，作為 層疊導體線的外側的層疊導體線的表面和作為層疊導體線的內側的層疊導體線的內部交 替。即，處于層疊導體線的表面的帶狀導體通過卷繞成螺旋狀的結構而在下一間距中進入 內部。因此，在各帶狀導體中電流無層疊導體線的外側、內側的區別地流動著，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。通過以上， 抑制渦電流損耗來避免趨膚效應，在母線內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在截面積整體中流動，從而從低頻的基波到伴隨調制的高頻為 止，能有效地抑制傳輸損耗。
[0021] 在此，本發明的母線中，上述兩個導體線可包括：第1導體線，以螺旋狀被卷繞成 使由絕緣膜覆蓋的1個或者多個帶狀導體在該帶狀導體的寬度方向上相鄰排列，并且使卷 繞后的內部的相對置的表面相靠近或者緊挨著，由此構成平板狀；和第2導體線，以與上述 第1導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個或者多個帶狀導體在 該帶狀導體的寬度方向上相鄰排列，并且使卷繞后的內部的相對置的表面相靠近或者緊挨 著，由此構成平板狀。
[0022] 由此，構成母線的第1導體線以及第2導體線的各帶狀導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，從而內部電感增加。但是，沿著長邊方向并設 并層疊將帶狀導體卷繞成螺旋狀的第1導體線和將帶狀導體卷繞成相反方向的螺旋狀的 第2導體線，從而在各自周圍擴散產生的磁感應線被大范圍相抵消。因此，能夠將作為母線 整體的內部電感的增加抑制到最小限度。
[0023] 在此，本發明的母線中，分別構成上述兩個導體線的上述帶狀導體的數目相等，分 別構成上述兩個導體線的上述帶狀導體具有相等的寬度。另外，分別構成上述兩個導體線 的上述帶狀導體的數目為兩個。
[0024] 由此，如果從母線的長邊方向觀察，可將第1導體線和第2導體線看作流過互相相 反方向的旋轉電流的、相同卷繞數目的兩個螺線管。而且，充分靠近地配置該兩個螺線管， 它們在外部產生的磁感應線的朝向分別相反，如果重疊則會相抵消。即，伴隨著母線的結構 而產生的內部電感與因高頻電流產生的磁感應線的空間分布（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目的兩對母線中，磁感應線不會擴散到母線外部。 因此，具有內部電感被抑制到最小限度的效果。此外，具有以簡易的結構容易實現成形加 工、安裝布線的效果。進而，在分別構成兩個導體線的帶狀導體的數目為兩個，且帶狀導體 具有相同的寬度的情況下，成為能夠適當組合母線的寬度與螺旋間距的簡易的結構，并且 由于部件個數最少，因此在成形加工、安裝布線方面是最優選的。
[0025] 此外，本發明的母線中，上述層疊導體線的厚度相對于寬度的縱橫比為1以下。
[0026] 由此，層疊導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。 在層疊導體線的厚度相對于寬度的縱橫比為1的層疊導體線的寬度方向上的截面形狀為 大致正方形的情況下，現有技術中的扁平線結構的母線中，母線的表面積變得最小，渦電流 損耗變得最大。但是，本發明的母線中，沿著母線的長邊方向，第1導體線以及第2導體線 的各帶狀導體在母線的外側和母線的內側交替著，電流在各帶狀導體中無母線的外側、內 側的區別地流動著，因此能夠確保有效截面積，能夠將渦電流損耗抑制得較小，能夠有效抑 制高頻電流的趨膚效應。
[0027] 此外，本發明的母線中，如果將上述層疊導體線的寬度設為W、上述層疊導體線的 厚度設為T、上述帶狀導體的寬度設為《、上述帶狀導體的螺旋間距的一半設為X，則T/W 以及A/W的尺寸比的組合相對于根據向上述母線通電的電流的頻率f、上述帶狀導體的電 阻率P以及磁導率U求得的趨膚深度S = (p/31 fy)1/2滿足以下的式⑴：
[0028] [數學式1]
[0029]
[0030] 通過組合基于式（1)求得的幾何參數T/W、X/W來構成母線，從而相對于本發明的 母線的交流電阻的、寬度方向的截面形狀大致為