S2 · シミュレーション

バスバーのジュール発熱解析

L1 ハーフブリッジの P 層、AC 接続板、N 層の直流通電と定常熱伝導

個人プロジェクト（自主制作） · 公開資料に基づく一般的な構造の模式図 · いずれの雇用主の製品とも無関係

導体最高温度 T_max

114.6°C

ホットスポット: AC 接続板 · 温度上昇 44.6 K

温度°C

70.0114.6

FEM サロゲートの分布（POD 再構成）を表示用格子に補間。

形状は実寸（1:1）。断面は積層平板の下側の水平断面で、AC 接続板と N 層の立ち上がりストラップが見える。

ドラッグ／矢印キーで回転 · ホイール／+/- で拡大縮小 · Home でリセット · クリックで導体を選択1 本指で回転 · 2 本指で拡大縮小 · タップで導体を選択

損失の構成

10.24 W

スライダーで電流、導体寸法、材料を変え、最高温度と損失の変化を確認する。

電流は直流または低周波の実効値。T_sub ははんだ付けピン部の基板温度で、対流の基準温度を兼ねる。

電流 I200

50A400

基板温度 T_sub70

40°C100

現在のスイッチ状態と連動

DC+ → P 層 → S_H → AC 接続板 → AC

AC → AC 接続板 → 基板 2 → S_L → N 層 → DC−

上下アーム短絡（P→N の貫通）は計算対象外。

I / (b·t) = 83.3 A/mm²

電気：端子ボルトの座面を電流流入側の等電位面、導通側スイッチのはんだ付けピンまたはソースクリップの接触面を帰路側の等電位面とし、その他の面は電気的に絶縁とする。
熱：すべてのはんだ付けピンとクリップの接触面を T = T_sub とし、その他の露出面は熱伝達係数 h、基準温度 T∞ = T_sub の対流とする。端子に接続する外部ケーブルへの熱伝導は考慮しない。
3 導体は個別に解き、絶縁フィルムや空気を介した導体間の伝熱は考慮しない。チップ損失は含めないため、クリップの接触面も T_sub とする。
形状は L1 のパラメータファイルから読み込む。t を大きくすると、各層は L1 の層間ギャップを保ったまま順に上へ移動する。

R = R_g(t, b) / σP = I² RT − T_sub = I² R_g² Θ(t, b, h/k) / (σ k)

R_g と Θ は FEM で学習したサロゲートモデルから得る。物性一定の仮定の下で、電流、σ、k に対しては厳密にスケーリングできる。

役割: 上アームのソース、下アームのドレイン、AC 端子をつなぎ、ハーフブリッジの中点を構成する。
特徴: 集電バーを上アームの 4 つのソースクリップに重ね、細幅のブリッジストラップで基板 2 のドレイン銅パターンへ渡す。いずれのスイッチ状態でも負荷電流が流れる。
主な材料: 銅ストラップまたは銅合金のプレス加工品、ニッケルめっき

モデルと検証

問い: ハーフブリッジの導通時、P 層、AC 接続板、N 層のどこにジュール発熱が最も集中するか。
手法: numpy/scipy で自作した 3 次元 FEM（電位場を解いた後、ジュール発熱を熱源として定常熱伝導を解く）でガウス過程サロゲートと POD 分布モデルを学習し、直線導体の R = ρL/A と 1 次元熱伝導の解析解で照合した。
結果: 既定条件（200 A、T_sub 70 °C、銅導体 t = 0.8 mm、b = 3 mm）で S_H 導通時の総損失は 10.2 W。AC 接続板が 73% を占めてホットスポットとなり（114.6 °C、温度上昇 44.6 K）、細幅ストラップの平均電流密度は 83 A/mm² に達する。