最新の洗濯機のインバーター、冷蔵庫のコンプレッサー ドライブ、電気自動車のモーター コントローラーの内部では、静かな変革が起こっています。 IGBT モジュール、DC バス コンデンサ、出力端子間で大電流を伝送するために使用されていた束ねられたワイヤ ハーネスは、単一の打ち抜かれた銅バー - のバスバーに置き換えられています。 10 年以上稼働する必要がある機器の配電を指定するエンジニアにとって、バスバーとワイヤー ハーネスのどちらを選択するかはもはや自明ではありません。このガイドでは、エンジニアリングのトレードオフについて説明します。-
打ち抜き銅バスバーとは何ですか?
バスバーは、硬い金属導体 - で、通常は銅 - で、正確な形状に打ち抜きまたはレーザー切断され、耐食性のためにメッキされ、多くの場合絶縁層でコーティングされています。-単一の事前成形部品内のパワー コンポーネント間で大電流を伝送します。-多数の個別のケーブル、端子、コネクタのアセンブリであるワイヤー ハーネスとは異なり、バスバーは 1 つの部品です。
家電製品のインバータードライブでは、家電用バスバー整流器の出力を DC リンク コンデンサに接続し、コンデンサを IGBT ブリッジに接続し、IGBT 出力をモータ端子に接続します。 EV モーター コントローラーでは、積層バスバーが、コンパクトな低インダクタンス スタック内のバッテリー パック コンタクター、インバーター モジュール、電流センサーを接続します。-。
電気的性能: バスバーが大電流で優れている理由
バスバーの最も基本的な利点は、インダクタンスが低いことです。ワイヤー ハーネスには、通常、ケーブル長 1 センチメートルあたり 50 ～ 100 nH の大きなループ インダクタンス - があります。 IGBT がオフになると、そのインダクタンスによって電圧スパイク (V=L・di/dt) が発生し、半導体にストレスを与える可能性があります。対照的に、打ち抜き銅バーは幅広で平らな断面を持ち、抵抗とループ インダクタンスの両方が低減されます。- -適切に設計されたバスバーは、DC リンク全体で 5 ～ 15 nH の浮遊インダクタンスを達成できます -。これは、同等のケーブル配線と比べて 5 ～ 10 倍の改善です。
これは次の理由から重要です。
- スイッチング電圧スパイクの低減つまり、IGBT はディレーティングなしでより高い DC バス電圧で動作できるため、インバータ効率が向上します。
- EMIの低減高速過渡電流から保護するため、EMC 準拠テストが容易になります。
- 抵抗損失の低減- 平らな銅棒は、丸いワイヤの束よりも断面全体での電流分布が優れており、大電流での I²R の発熱が軽減されます。-
ほとんどのインバーター化家電製品、コンプレッサードライブ、EV トラクションインバーターをカバーする 500W を超えるモータードライブ - の場合、多くの場合、電気的な利点だけでバスバーが正当化されます。
機械的信頼性と振動
ワイヤー ハーネスは、振動による端子の緩み、鋭いエッジによる絶縁体の擦れ、終端点での個々のワイヤーの疲労など、予測可能な理由で現場で故障します。あモーターバスバーこれは電源端子に直接ボルトで固定された剛性の高い一体型コンポーネントであるため、これらの故障モードのほとんどを排除します。-バスバー自体の内部には圧着接続はありません - 唯一の接続部は、標準的なトルク制御された留め具である IGBT とコンデンサへのボルト締めされたインターフェースです-。
これは、振動、温度サイクル、湿度が厳しい自動車および屋外機器の用途では特に重要です。バスバーの絶縁コーティング - は通常、PET パウダー コート、ナイロン スリーブ、またはエポキシ樹脂 - で、電気的絶縁と摩耗に対する機械的保護の両方を提供します。
コストの比較: 工具と部品ごとの費用-
バスバーの最大の欠点は、初期の工具コストです。複雑なプレス加工されたバスバー用の順送金型のコストは形状に応じて 3,000 ～ 15,000 ドルですが、ワイヤー ハーネスの工具はほぼ無料です。ただし、単位当たりの経済性は、量が増えると急速に変化します。-
- ワイヤーハーネス:材料費 (銅線ケーブル + 端子 + コネクタ) に加えて、結束、ラベル貼り、最終組み立てにかかる労力がかかります。労働力は量に直接比例します。
- スタンプバスバー:高額な工具は生産期間中に償却されますが、部品あたりの労力はほぼゼロです。{0}バーはダイプレスから出てきてコーティングされ、そのまま組み立てに入ります。
年間生産量が 50,000 ユニットを超える場合、バスバーは通常、ユニットあたりの価格が安くなります。それ以下ではワイヤー ハーネスが勝つ可能性があります-が、エンジニアリング チームは信頼性と組み立て時間の節約のために、生産量が少なくてもバスバーを選択することが増えています。-
バスバーの設計: 主要なパラメータ
ワイヤー ハーネスからバスバーに移行する場合は、初期段階で固定する必要があるパラメーターが 4 つあります。
- 定格電流と連続電流:1.8 A/mm² (自然対流) ～ 5 A/mm² (強制空気) の銅により、必要な断面積が決まります。-。 30A の家電用インバーターには、およそ 20 mm² の銅断面積が必要です。-。
- 電圧と沿面距離:230V 家電製品の場合、沿面距離は 4mm、空間距離は 3mm が一般的です。 400V EV システムの場合、これらはそれぞれ 8mm と 5.5mm に増加します。
- ボルト穴パターン:IGBT モジュールとコンデンサの設置面積を正確に一致させます。ほとんどの標準的な 62mm および EconoDUAL パッケージには、バスバー メーカーが参照できる定義された穴パターンがあります。
- 断熱材:動作温度 130 度の場合は PET パウダーコート、動作温度 180 度の場合はエポキシ、200 度以上の環境ではポリイミドフィルム。選択はインバータの熱設計によって異なります。
低電流アプリケーションの場合、エンジニアはバスバーとバスバーを組み合わせることがあります。{0}ダイカット電気絶縁シート-バスバー層の間に、絶縁機能を備えたコンパクトな積層バスバー スタックを作成します。-
ワイヤーハーネスを使い続ける場合
バスバーが常に正しい選択であるとは限りません。次の場合でもワイヤー ハーネスが最適です。
- デザインはまだプロトタイピング中であり、数量は 5,000 ユニット未満です
- 電源接続は大きなエンクロージャ全体に分散されており、硬いバーの配線は困難です。
- 電流が十分に低いため (10A 未満)、バスバーのインダクタンスと抵抗の利点は無関係です。
- この製品には、保守性を高めるために現場で交換可能なケーブルが必要です。{0}
このような場合には、ハイブリッド アプローチが効果的です。つまり、大電流の DC リンクにはバスバーを使用し、低電流の制御と信号の接続にはワイヤー ハーネスを使用します。-最新のインバータ設計の多くは、- パワーステージのスタンプバスバーとフレキシブルなバスバーの両方を組み合わせています。FPCまたはゲート駆動信号用のワイヤーハーネス。
品質と認証に関する考慮事項
規制市場向けにバスバーを調達する場合は、IATF 16949 (自動車)、UL 94 V-0 (可燃性)、および RoHS 準拠を文書化したメーカーを探してください。バスバーのメッキ - は通常、銅の上に錫またはニッケル - を施したものには、塩水噴霧試験レポートが必要です。医療および産業用途の場合は、IEC 60664-1 規格に準拠した寸法検査レポートと絶縁抵抗テストをリクエストしてください。
SUNAURA は、家電インバーター、モータードライブ、EV バッテリー相互接続システム用のプレス加工された銅およびアルミニウムのバスバーを製造しています。当社の青島施設では、材料の選択、スタンピング、めっき、絶縁コーティング、最終組み立てを社内で行っており、自動車および医療プログラム向けの PPAP ドキュメントを利用できます。-当社のエンジニアリングチームを通じてサンプルまたは設計に関するコンサルティングをリクエストしてください。
SUNAURA（山陽精密電子）について：中国の青島に拠点を置く SUNAURA は、IATF 16949 および ISO 13485 の認定を受けたメーカーであり、30+ 国の OEM 向けにメタル ドーム、ドーム アレイ、バスバー、FPC、シリコン キーパッド、メンブレン スイッチを製造しています。当社のバスバーラインは、家電製品のインバーター、EV モータードライブ、産業用配電の顧客にサービスを提供しています。
