[發(fā)明專利]母線、母線模塊以及母線的制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380068034.8
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN104885319A
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 井上憲一;藤井秀夫;一原主稅;小川徹也
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社神戶制鋼所
• 主分類號: H02G5/02
• 分類號: H02G5/02
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 樊建中

技術(shù)領(lǐng)域

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)

一直以來，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。

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，在電動機與電動機變換器之間、發(fā)電機與發(fā)電機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。

一般來說，在電動機或發(fā)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(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δ＝(ρ/πfμ)^1/2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。

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。

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。

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)而能夠減小渦電流損耗。

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。

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。