[发明专利]母线用板状导体及包括该板状导体的母线

说明书

本申请基于2012年1月11日提交的日本专利申请2012-002792，将其内容引入此处以作参考。

技术领域

本发明大体上涉及母线(busbar)用板状导体和包括该板状导体的母线，更具体地涉及适合用于例如高速列车(新干线)机车、直线电动机车和混合动力机车所采用的动力控制单元(PCU)的母线用导体。

背景技术

由具有较高程度导电性的铜材料如无氧铜、韧铜(tough pitch copper)和磷脱氧铜(phosphorus-deoxidized copper)制成的板材常规上用于高速列车(新干线)机车、直线电动机车和混合动力机车所采用的母线用导电体。当导电体需要具有较高程度的强度时，使用由具有较高程度导电性的铜合金材料制成并经过Ni电镀的板材。然而，铜和铜合金材料具有相对重的重量，而这对于需要减轻重量以改善车辆燃料经济性的车辆部件来说并不优选。因此，期望作为替代的轻质导电体用材料。另外，Ni电镀具有潜在的高成本问题。

鉴于上述问题，由于铝的成本低且有利于重量减轻，因而其作为用于作为替代的母线用导电体的材料已引起注意。在具有工业纯度的铝材料中，JIS A1060铝材料被认为对于获得61%的IACS导电率特别有效，而当需要较高程度的强度时，使用JISA6101铝合金材料。然而，当将上述铝和铝合金材料用于母线用导体时，遇到如下问题。铝和铝合金(下文中统称为“铝”)必然具有比铜和铜合金程度低的导电率。因此，必须用昂贵的Ni借助镀覆或热喷镀来涂布铝材料的表面。当由铝材料制成的板材涂布有Ni时，在其端面露出铝材料。因此，当在高温和高湿条件下使用铝材料时，铝和Ni之间的电位差倾向于引起材料腐蚀，导致不充分的耐腐蚀性的问题。

因此，JP-A-7-102356、JP-A-8-47793和JP-A-11-302855中提出了表面涂布有Zn膜、Cu镀层或者Sn或Ag层的铝导体作为如上所述的涂布有Ni的铝导体的替代选择。然而，当涂布有Zn、Cu、Sn或Ag的铝导体以板材的形式制造时，使得导体由于在其铝基材和涂布金属Zn、Cu、Sn或Ag之间的电位差而形成电池，导致潜在的快速腐蚀问题。

发明内容

鉴于上述背景技术而进行本发明。本发明的第一目的为提供具有较高程度的耐腐蚀性且经济化生产的母线用板状导体。本发明的第二目的为提供包括该板状导体的母线。本发明的第三目的为提供有利生产母线用板状导体的方法。

通常已知在母线用板状导体中，表面电流流经具有相对大的面积的导体的相对主表面。发现特别是在高速列车(新干线)机车、直线电动机车和混合动力机车用PCU中，在主表面下方约10-400μm处流过高频电流。因此，本发明的发明人考虑生产具有如下基本结构的板状导体，所述基本结构由减轻生产成本和导体重量的由铝或铝合金材料所制成的基体，以及具有较高程度导电性的铜材料如无氧铜、韧铜和磷脱氧铜的层(这些层设置在所述导体的相对主表面上)组成。然而，发现上述板状导体不能解决常规遇到的不充分耐腐蚀性的问题。

鉴于上述发现，本发明的发明人对于在铝板的相对主表面上设置铜材料的各种方法进行了进一步研究。研究揭示了：当通过将其包覆面已经通过脱脂法或其他清洁处理清洁的铝板和铜板彼此叠置，并通过使所述板材的层叠体在加热至200-450℃的温度的同时进行包覆压延(clad-rolling)操作，而不是如常规方法通过将铜板接合或镀覆至铝板的相对主表面或其上来获得期望的导体时，由于包覆压延操作而使存在于铝和铜材料之间的边界区域的氧化物膜损坏，铝和铜材料在高压下彼此直接结合，以致在边界区域形成具有优异性质的合金层。因而，完成了本发明。

上述第一目的可根据本发明的第一方面来实现，所述本发明的第一方面提供了一种母线用板状导体，所述母线用板状导体为由源自各自包覆在铝板的各相对主表面上的两个铜板的两层铜层、源自所述铝板并与所述铜层一体化形成的铝层和由铝和铜组成并形成于所述铝层与所述两层铜层各铜层之间的两层合金层组成的包覆构件。

根据本发明的第一方面的优选形式，所述两层铜层各铜层具有0.01-0.8mm的厚度，所述铝层具有0.2-2mm的厚度，而所述两层合金层各合金层具有0.01-0.4mm的厚度，所述包覆构件具有0.25-4mm的总厚度。

根据本发明的第一方面的优选形式，所述包覆构件通过将所述两个铜板叠置在所述铝板的各相对主表面上，从而形成所述两个铜板和所述铝板的层叠体，并在加热的同时包覆压延所述层叠体来形成。

根据本发明的第一方面的优选形式，所述铜板由铜材料或铜合金材料制成。