母线、母线模块以及母线的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于电连接的母线、母线模块以及母线的制造方法。
【背景技术】
[0002] -直以来，母线和母线模块被用于电连接中。例如，母线或母线模块被用于在 混合动力汽车、电动汽车中尤其是进行伴随着高频电流的脉宽调制（PWM :Pulse Width Modulation)方式的驱动控制的电连接中。
[0003] 在此，基于专利文献1、2来说明用于混合动力汽车系统中的母线的一例。在专利 文献1、2的例子中，在电动机与电动机变换器之间、发电机与发电机变换器之间以及变换 器单元内的电力线的电连接中使用母线。
[0004] 一般来说，在电动机或发电机与变换器之间流动的高频电流中，除了基本的正弦 波和直流分量以外，还包括伴随着开关动作的数kHz的高频分量。这种高频分量在母线的 导体内部感应出涡电流。而且，在专利文献1所示的例子中，如图11所示，由于趋肤效应， 电流集中流过基于电流的频率f和由扁平线构成的母线101的导体材料求出的趋肤深度S =(p/jify)" 2的深度的表面皮下。由此，由于在导体内部流动的电流密度降低，因此导 体的有效电阻增大，结果出现涡电流损耗。而且，由于涡电流损耗与电流的频率f?的平方成 正比，因此通过PWM方式生成的交流电流中，高频分量明显大的电流流到母线101，涡电流 损耗变得显著。在此，图10表示针对各种导体材料的驱动电流的频率和趋肤深度的关系的 图表。
[0005] 为了抑制上述的高频所引起的涡电流损耗，并且还为了散热，作为在专利文献1 所示那样的使用高压大电流的电动机等中所采用的母线，采用表面积大的铜制平板状的母 线。但是，作为主要电力的频率较低的基本正弦波或直流分量都流过母线。因此，为了抑制 高频分量，如果设为平板形状而使截面积变小，则相对于承担主要电力的电流，有效电阻变 大，所谓的铜损（材料为铁的情况下是铁损）增加。进而，具有平板形状的某一程度厚度的 铜等金属板带有不小的刚性，其成形加工、安装布线都不容易。因而，在传输混合有低频到 高频的电流的母线中，如何综合地减小传输损耗成为课题。
[0006] 此外，由于伴随着PWM的高频分量在母线中感应出与电感和频率之积成正比的无 效电压（V f *L)，因而如果开关动作加快，则由于该浪涌而不得不对变换器的输出级元件 要求大的耐压。因此，优选母线和母线模块的寄生电感尽可能小。
[0007] 另一方面，在专利文献2中，并列地集合多条较细的扁平线的集合扁平线构成了 母线。专利文献2中主张了通过如上这样的结构，能够降低制造成本，形成复杂的形成变得 容易，并且通过使电流分流到各扁平线，从而能抑制涡电流损耗。根据专利文献2的说明， 在由多个扁平线构成母线的情况下，与通过平板构成母线时相比，线径降低到（1/线圈线 的条数）。由此，说明了可抑制称作与线宽的平方成正比的涡电流损耗，结果上，在母线整体 中降低涡电流损耗。此外，说明了如果增大线数目并减小各线径，则流过截面的涡电流的圈 也能变小，进而能够减小祸电流损耗。
[0008] 但是，即使如图12A所示那样采用并列横向排列的多个角线构成母线102,也会残 留趋肤效应。即，如果如图12B所示那样假设在构成母线102的各角线中均等地分流从外 部提供的高频电流，并考虑由此被励磁的高频磁感应线，则判断存在包括内侧的角线这样 的磁感应线。夹住该磁感应线的两侧的2个角线被母线102两端的端子连接着，因而形成 大的闭环，在该闭环中贯通交流磁感应线。通过该状况下的电磁感应作用，闭环中产生感应 电动势，流过涡电流。认为将该涡电流与之前假定的从外部提供的电流相加而得到的电流 才是实际流动的电流。结果，即使将母线102分割为多个角线，电流也能避开内侧的角线而 流动，产生在外侧的角线中集中的偏流。其结果，与由将并列横向排列的多个角线设为一体 的扁平线构成的图11所示的母线101相同的趋肤效应引起的电流分布依然存在着。这一 点即使在由扁平线构成的母线中并列地加入缝隙也不会对在母线中流动的涡电流产生任 何作用是相同的。
[0009] 同样地，如图13A所示那样即使由并行地纵横排列的多个角线构成了母线103,也 会残留趋肤效应。如果与图12B同样地求出实际电流分布，则由于存在贯通内侧角线的内 部的磁感应线，因此仍然会产生与趋肤效应同样的电流偏流。结果可知，与由将并列地横向 排列的多个角线设为一体的扁平线构成的图11所示的母线101同样的趋肤效应所引起的 电流分布依然存在着。
[0010] 如上所述，在专利文献2所示的母线的结构中，虽然形状加工性和安装布线性都 被改善，但对于涡电流损耗抑制并没有发挥任何效果。专利文献2中，记载有通过将多个扁 平线的集合体整体拧在一起，从而能进一步减小过电流损耗。但是，该结构不会对图12B和 图13B所示的截面图中的交流磁感应线的形状或分布带来任何影响，不存在降低交流磁感 应线所感应出的涡电流以及与此相伴的电力损耗的效果。此外，将多个扁平线的集合体整 体拧在一起的情况与如螺线管线圈那样具有内部电感的情况等效，因而会导致所需以上的 电感的增加。
[0011] 现有技术文献
[0012] 专利文献
[0013] 专利文献1 :日本国特开2006-81373号公报
[0014] 专利文献2 :日本国特开2010-246298号公报
【发明内容】
[0015] 发明要解决的课题
[0016] 如上所述，即使如现有技术那样采用并列的多个导线构成母线，因由母线内部产 生的高频磁感应线感应到的电动势，涡电流在经由母线两端的端子的闭环中流动。由此，在 各导体中流动的高频电流产生偏差。而且，其结果，变成与一体导体的母线的趋肤效应相同 的电流分布，产生不能抑制涡电流损耗的问题。
[0017] 因而，本发明的目的在于，提供一种能够减小伴随着高频电流的涡电流损耗的母 线、母线模块以及母线的制造方法。
[0018] 用于解决课题的手段
[0019] 为了实现上述目的，本发明的母线用于电连接，其特征在于，具备：层叠导体线，将 构成为平板状的两个导体线并设在各自的长边方向上，且将上述两个导体线重合并层叠成 各自宽度方向上的外部的表面互相对置，上述两个导体线以螺旋状被卷绕成使由绝缘膜覆 盖的1个或者多个带状导体在该带状导体的宽度方向上相邻排列，并且使卷绕后的内部的 相对置的表面相靠近或者紧挨着，由此构成上述平板状；和端子部，配置在上述层叠导体线 的两端侧，用于与上述两个导体线相接合并进行电连接。
[0020] 由此，沿着构成母线的层叠导体线的长边方向，两个导体线的各带状导体中，作为 层叠导体线的外侧的层叠导体线的表面和作为层叠导体线的内侧的层叠导体线的内部交 替。即，处于层叠导体线的表面的带状导体通过卷绕成螺旋状的结构而在下一间距中进入 内部。因此，在各带状导体中电流无层叠导体线的外侧、内侧的区别地流动着，能够确保有 效截面积，能将涡电流损耗抑制得较小，能够有效地抑制高频电流的趋肤效应。通过以上， 抑制涡电流损耗来避免趋肤效应，在母线内部不仅有低频电流流动，而且还有高频电流流 动，通过使电流在宽频带内在截面积整体中流动，从而从低频的基波到伴随调制的高频为 止，能有效地抑制传输损耗。
[0021] 在此，本发明的母线中，上述两个导体线可包括：第1导体线，以螺旋状被卷绕成 使由绝缘膜覆盖的1个或者多个带状导体在该带状导体的宽度方向上相邻排列，并且使卷 绕后的内部的相对置的表面相靠近或者紧挨着，由此构成平板状；和第2导体线，以与上述 第1导体线相反的方向上的螺旋状被卷绕成使由绝缘膜覆盖的1个或者多个带状导体在 该带状导体的宽度方向上相邻排列，并且使卷绕后的内部的相对置的表面相靠近或者紧挨 着，由此构成平板状。
[0022] 由此，构成母线的第1导体线以及第2导体线的各带状导体相对于彼此卷绕成相 反方向的螺旋状，流过线圈那样的螺旋电流，从而内部电感增加。但是，沿着长边方向并设 并层叠将带状导体卷绕成螺旋状的第1导体线和将带状导体卷绕成相反方向的螺旋状的 第2导体线，从而在各自周围扩散产生的磁感应线被大范围相抵消。因此，能够将作为母线 整体的内部电感的增加抑制到最小限度。
[0023] 在此，本发明的母线中，分别构成上述两个导体线的上述带状导体的数目相等，分 别构成上述两个导体线的上述带状导体具有相等的宽度。另外，分别构成上述两个导体线 的上述带状导体的数目为两个。
[0024] 由此，如果从母线的长边方向观察，可将第1导体线和第2导体线看作流过互相相 反方向的旋转电流的、相同卷绕数目的两个螺线管。而且，充分靠近地配置该两个螺线管， 它们在外部产生的磁感应线的朝向分别相反，如果重叠则会相抵消。即，伴随着母线的结构 而产生的内部电感与因高频电流产生的磁感应线的空间分布（磁通量密度的体积积分）成 正比，因此在互相反向卷绕的相同卷绕数目的两对母线中，磁感应线不会扩散到母线外部。 因此，具有内部电感被抑制到最小限度的效果。此外，具有以简易的结构容易实现成形加 工、安装布线的效果。进而，在分别构成两个导体线的带状导体的数目为两个，且带状导体 具有相同的宽度的情况下，成为能够适当组合母线的宽度与螺旋间距的简易的结构，并且 由于部件个数最少，因此在成形加工、安装布线方面是最优选的。
[0025] 此外，本发明的母线中，上述层叠导体线的厚度相对于宽度的纵横比为1以下。
[0026] 由此，层叠导体线的宽度方向的截面形状成为从正方形到长方形的大致的矩形。 在层叠导体线的厚度相对于宽度的纵横比为1的层叠导体线的宽度方向上的截面形状为 大致正方形的情况下，现有技术中的扁平线结构的母线中，母线的表面积变得最小，涡电流 损耗变得最大。但是，本发明的母线中，沿着母线的长边方向，第1导体线以及第2导体线 的各带状导体在母线的外侧和母线的内侧交替着，电流在各带状导体中无母线的外侧、内 侧的区别地流动着，因此能够确保有效截面积，能够将涡电流损耗抑制得较小，能够有效抑 制高频电流的趋肤效应。
[0027] 此外，本发明的母线中，如果将上述层叠导体线的宽度设为W、上述层叠导体线的 厚度设为T、上述带状导体的宽度设为《、上述带状导体的螺旋间距的一半设为X，则T/W 以及A/W的尺寸比的组合相对于根据向上述母线通电的电流的频率f、上述带状导体的电 阻率P以及磁导率U求得的趋肤深度S = (p/31 fy)1/2满足以下的式⑴：
[0028] [数学式1]
[0029]
[0030] 通过组合基于式（1)求得的几何参数T/W、X/W来构成母线，从而相对于本发明的 母线的交流电阻的、宽度方向的截面形状大致为