CN104620333A - 电流检测用电阻器 - Google Patents

Abstract

提供一种小型且抑制了高频电流所致的表皮效应的影响的电流检测用电阻器。一种电流检测用电阻器，具备电阻体(11)和至少一对电极(12)，其中，在电极之间，电阻体(11)构成为直径是4mm以下的柱状。电极(12)的各个在电极配置方向上长，比夹着电阻体的电极间距离的2倍更长。另外，电极(12)的各个是多角柱状，在电极的剖面中的大致中心，固定有电阻体。

Description

电流检测用电阻器

技术领域

本发明涉及电流检测用电阻器，特别涉及适合于高频电流检测的电流检测用电阻器。

背景技术

为了电子设备中的电源管理、特别是直流电力的测定，使用电流检测用电阻器。电流检测用电阻器其电流检测精度优良，温度漂移小，即使施加了大电流也不会引起过剩的发热，特别在要求低的电阻值的领域中利用，提出有由例如板状的形状构成的电流检测用电阻器(参照日本特开2002-57009号公报)。

另外，近年来，在电子设备中，为了节能化、高效化，进行使用了逆变器等的复杂的电力控制，在电源管理等中，期望高频电流的高精度的检测。在高频电流的检测中使用了由上述板状的形状构成的电阻器的情况下，从比较低的频率的阶段，出现表皮效应，所以不适合于正确的电流的检测。即，通过因表皮效应而在电阻体中产生电流分布，电流流过的实效面积减少，从而电阻值变动。因此，关于包含高频的电流，在上述文献中示出了的电阻器中，正确的电流检测变得困难。

另一方面，在高频电流的测定中，一般使用霍尔传感器等。但是，期望设备的小型化，存在在利用霍尔传感器等的电流检测中，无法充分地对应于设备的小型化的要求这样的问题。

发明内容

本发明是基于上述事情而完成的，其目的在于提供一种小型且抑制了高频电流所致的表皮效应的影响的电流检测用电阻器。

本发明的电流检测用电阻器具备电阻体和至少一对电极，其特征在于，在电极之间，电阻体构成为直径是4mm以下的柱状。电极的各个在电极配置方向上长，比夹着电阻体的电极间距离的2倍更长。另外，电极的各个是多角柱状，在电极的剖面中的大致中心固定了电阻体。

根据本发明，通过使电阻体成为细径，检测高频电流时的表皮效应所致的电阻值变动被抑制，能够针对包含高频的电流进行高精度的电流检测。另外，电极的各个是多角柱状，在电极配置方向上长，所以面安装容易，并且，能够确保与电路图案的安装面积，能够提高散热。

附图说明

图1是本发明的第1实施例的电阻器的图，(a)是立体图，(b)是沿着(c)的AA线的剖面图，(c)是平面(底面)图，(d)是左右的侧面图。

图2是本发明的第2实施例的电阻器的剖面图。

图3是本发明的第3实施例的电阻器的图，(a)是立体图，(b)是剖面图。

图4是本发明的第4实施例的电阻器的图，(a)是立体图，(b)是左右的侧面图，(c)是平面(底面)图，(d)是沿着(c)的BB线的剖面图，(e)是正面(背面)图，(f)是(e)的CC面的矢向剖面图。

图5是示出本发明的第1实施例的电流检测用电阻器的制造工序的立体图。

图6A是上述制造工序的变形例的立体图。

图6B是示出图6A中的电阻体的形成方法以及焊接方法的变形例的图。

图7是示出本发明的第2实施例的电阻器的制造工序的立体图。

图8是上述制造工序的变形例的立体图。

图9是示出本发明的第3实施例的电阻器的制造工序的立体图。

图10是上述制造工序的变形例的立体图。

图11是示出本发明的第4实施例的电阻器的制造工序的立体图。

图12是示出本发明的电阻器的安装例的立体图。

图13是示出图12中的电压检测端子的配置例的图。

图14是示出关于本发明的电阻器的电阻值的频率特性的图形。

图15是示出关于本发明的电阻器的电感变化率的频率特性的图形。

具体实施方式

以下，参照图1至图15，说明本发明的实施方式。另外，在各图中，对同一或者相当的部件或者要素，附加同一符号而说明。

图1示出本发明的第1实施例的电阻器的构造。该电阻器具备电阻体11和至少一对电极12。在电阻体11中，能够利用Cu-Mn-Ni系合金、Cu-Ni系合金等、一般在电流检测用电阻器中使用的电阻合金材料。在电极12中，使用作为高导电率金属材料的Cu等。

在电极12之间，电阻体11构成为直径是4mm以下的圆柱状。通过使电阻体11成为细径，检测高频电流的情况的表皮效应所致的电阻值变动被抑制，能够针对包含高频的电流进行高精度的电流检测。即，在以直流电流的检测为基本的电流检测用电阻器中，针对直至某种程度的高频电流，不会引起表皮效应所致的实效的电流流路的减少，能够与直流电流同样地，进行高精度的电流检测。另外，关于电阻体，只要是本申请的线径，则能够采用多角柱状的例子，但为了抑制表皮效应，优选为圆柱状。

如图所示，在电阻体11和电极12的接合部分中具有阶梯。由此，能够在配置了电阻体11的一侧的电极12的端面，固定电压检测端子，所以能够根据实效的电阻值，进行更高精度的电流检测。电极12的各个是多角柱状，在电极12的剖面中的大致中心，固定了电阻体11。通过采用多角柱状的电极，面安装容易，并且，在安装时无上下的方向性，所以易于处置。

电极12的各个在电极配置方向上长，比夹着电阻体11的电极12之间的距离的2倍更长。由此，能够确保与电路图案的安装面积，能够提高散热。电阻体11的直径小，所以为了确保耐久性，电阻体11的散热变得重要。另外，电极12具有比电阻体11的剖面积更大的剖面积。由此，成为向布线图案、电极12、电阻体11，电流路径逐渐变窄的结构，所以即使在测定大电流的情况下，也能够抑制向电阻体的过度的负载集中。

另外，电阻体11的长度小于电阻体的直径的1.5倍。即，使电阻体的直径细到4mm以下，并且缩短其长度。由此，适合于高频的大电流检测，电阻值低，并且能够实现小型化。另外，电阻体11的直径小，这是因为如果过长则导致强度不足。

接下来，说明电阻器的电阻值以及尺寸的具体例。在产品设计上，电阻值被设定为0.1mΩ、0.2mΩ。在使用剖面圆形的Cu-Mn-Ni系合金线而成为0.2mΩ的电阻值的情况下，相对直径成为1mm，长度N成为0.36mm，相对直径成为2mm，长度N成为1.42mm，相对直径成为3mm，长度N成为3.2mm。即，电阻体的长度N成为比直径的1.5倍短的长度。

在相对电阻体的直径成为2mm，长度N成为1.42mm的情况(电阻值0.2mΩ的情况)下，电极12的电极配置方向长度M成为5mm，电极宽度P成为3mm。通过采用这些尺寸，能够平衡性良好地实现良好的电阻值的频率特性、散热性等。

图2示出本发明的第2实施例的电阻器。与第1实施例的相异点在于，在电极12a的与电阻体的抵接面中具备凹部Q，在该凹部Q中嵌入而固定了电阻体11的端部。由此，电阻体的定位作业变得容易，并且，能够更容易地形成电阻体和电极的接合。

图3示出本发明的第3实施例的电阻器。在该实施例中，成为电极12b成为管状，细长的电阻体11的两端部贯通了电极12b的构造。在该实施例中，也能够通过使电阻体11的直径变细，来抑制流过了高频电流时的表皮效应所致的电阻值变动。另外，成为电阻体贯通了电极12b的内部的构造，所以如后所述能够应用型锻(swaging)加工，并且，还能够应用利用热压配合的方法。热压配合是指：使管状的电极加热膨胀而扩大孔，在该孔中插入电阻体之后冷却，管状的电极收缩，从而使电极和电阻体紧贴固定的方法。

图4示出本发明的第4实施例的电阻器。在该实施例中，电阻体由中央的圆柱状电阻体11和其两端的扁平状电阻体11a构成。另外，在扁平状电阻体11a的上下两面，具备板状的电极12c。因此，在中央具备细径的圆柱状的电阻体且在其两端具备多角柱状的电极的构造与上述各实施例共同。在该例子中，也具备多角柱状的电极12c，所以面安装容易，散热性提高等优点也与上述各实施例相同。

图5示出上述第1实施例的电阻器的制造方法。首先，如(a)所示，准备对长尺寸的电极带材料20a、电阻带材料20b、电极带材料20a进行了包层接合的带材料20。带材料20也可以通过个别地准备电极带材料20a、电阻带材料20b、电极带材料20a，并利用激光焊接等焊接来形成。然后，将带材料20通过冲压等，切断为与电阻器1个量相当的方材21。

接下来，如(b)(c)所示，将切断了的方材21的两端部分用工具夹持，使其旋转，使切削工具22抵接到电阻带材料20b部分，从而将其切削，形成剖面成为圆的电阻体11。关于方材21的电极带材料20a部分，在长尺寸状带材料21的切断时，与电极尺寸符合，从而能够原样地形成电极12。另外，关于在电阻带材料20b部分的切削加工时产生的金属加工形变，能够通过在200至600℃下进行热处理而去掉。另外，根据需要，进行电阻值调整。

图6A示出上述第1实施例的电阻器的制造方法的变形例。首先，如(a)所示，准备长尺寸的剖面矩形的电极带材料23、和剖面圆形的电阻线材24。然后，通过冲压加工等，与电极12的尺寸符合地，切出上述带材料23，形成电极芯片23c。同样地，与电阻体11的尺寸符合地切出上述线材24，形成电阻体芯片23c。

接下来，如(b)所示，用2个电极芯片23c夹入1个电阻体芯片24c。此时，在电极芯片23c与电阻体芯片24c的界面中介有钎料25。然后，通过与钎料符合地加热到600至900℃，利用钎料形成接合。由此，(c)所示的本发明的第1实施例的电阻器完成。另外，根据需要，进行电阻值调节。

图6B的(a)示出电阻体芯片24c的形成方法的变形例。准备与电阻体11的轴方向(电极配置方向)长度相当的厚度的电阻材料片27。然后，通过用冲压进行穿孔，能够得到所需的直径以及轴方向长度的电阻体芯片24c。

图6B的(c)示出使用了钎料的接合方法的变形例。在该例子中，使用激光波束照射装置28，通过激光焊接，固定电阻体芯片24c和电极芯片23c。另外，不限于激光焊接，而还能够采用电子波束焊接等各种焊接方法。

图7示出上述第2实施例的电阻器的制造方法。如(a)所示，在由电极带材料形成了的电极芯片23c(参照图6A)的电阻体接合部分中，形成电阻体芯片24c嵌合的凹部Q。然后，如(b)所示，在凹部Q中嵌入电阻体芯片24c。也可以通过压接固定电极芯片23c和电阻体芯片24c、或者通过激光焊接固定、或者预先在凹部Q内配置钎料并通过钎焊接合固定。由此，(c)所示的本发明的第2实施例的电阻器(参照图2)完成。

图8示出上述第2实施例的电阻器的制造方法的变形例。该实施例涉及获得多个的制造方法。如(a)所示，准备具有电极12的其配置方向长度M(参照图1(c))的厚度的电极片材30。在电极片材30中，规则性地形成凹部Q。然后，在下侧的电极片材30的凹部Q中嵌合多个电阻体芯片24c的一端，将另一端嵌合到上侧的电极片材30的凹部Q而通过压接等固定。

然后，如(b)所示，以使电阻体芯片24c位于中央的方式、并且以成为电极宽度P(参照图1(d))的方式，沿着切断线C，切断电极片材30。由此，形成本发明的第2实施例的电阻器(参照图2)。

图9示出上述第3实施例的电阻器的制造方法。首先，如(a)所示，准备具有制作的电阻器电阻体的直径的长尺寸的电阻线材24、和在剖面中具备半圆状的凹部的矩形形状电极部件31。此处，半圆状的凹部的直径与电阻线材24的直径一致。然后，如(b)所示，在2个电极部件31之间夹入电阻线材24。然后，通过利用铆接等压接，将2个电极部件31彼此、以及电极部件31和电阻线材24接合。此时，通过加热，能够使接合稳定化。

然后，将2个电极部件31作为1组，将嵌入了长尺寸的电阻线材24的组形成多组。此处，重要的是组间的间隔L。通过该间隔L，决定电阻器的电阻值。然后，如(c)所示，沿着切断线C切断。由此，如(d)所示，本发明的第3实施例的电阻器(参照图3)完成。

图10示出上述第3实施例的电阻器的制造方法的变形例。首先，如(a)所示，准备长尺寸的电阻线材24、和长尺寸的管状的电极材32。然后，如(b)所示，经由电阻线材24b从外周向管状的电极材36的内部施加压力(用所谓型锻加工)，从而将电阻线材24和电极材32接合。接下来，沿着切断线C切断，分离为与1个电阻器对应的个片32c。

然后，如(c)所示，将与切断了的1个电阻器对应的个片32c的两端部分用工具夹持，使其旋转，使切削工具22抵接到个片32c的中央部分，从而将其切削，使电阻体层露出而形成剖面成为圆的电阻体11(参照(d))。进而，如(e)所示，通过冲压或者锻造，在电极的表面，形成平坦面，本发明的第3实施例的电阻器(参照图3)完成。另外，也可以在将电极部分加工为方形之后，进行使电阻体露出的切削加工。

进而，也可以如(f)所示，在按照多角柱状锻造电极12b时，形成成为电压检测端子的取出位置的凸部13。

图11示出上述第4实施例的电阻器的制造方法。首先，如(a)所示，准备在2层的电极材片33a之间嵌入了电阻材料片33b的长尺寸的包层材33。接下来，如(b)所示，在包层材33的中央部，切削电极材片33a，形成电阻材料片33b露出的槽34。由此，包层材33的电极材片33a在中央部被左右切断分离。在包层材33的背面侧，也同样地形成槽34。然后，通过冲压等，切断分离为与1个电阻器对应的个片33c。

接下来，如(c)所示，将与切断了的1个电阻器对应的个片33c的两端部分用工具夹持，使其旋转，使切削工具22抵接到电阻材料的露出部分34，从而将其切削，形成剖面成为圆的电阻体11。由此，能够形成如(d)所示，电阻体由中央的圆柱状电阻体11和其两端的扁平状电阻体11a构成，在扁平状电阻体11a的上下两面具备板状的电极12c的、本发明的第4实施例的电阻器(参照图4)。

图12示出本发明的电阻器的安装例。例如，在铝基板40上，配置电路图案41，通过面安装，在电路图案41上，用焊锡，固定在长方体状的电极12之间具备圆柱状的电阻体11的电阻器。从与电极的电阻体的接合面附近，取出电压检测端子14。

图13示出上述安装例中的电压检测端子的引出位置。在(a)中，在电阻体11和电极12的外周面中有阶梯，所以使电压检测端子14的引出位置成为作为夹着电极12的电阻体11的一侧的面X。由此，几乎不会包含电极的电阻量的影响，而能够尽可能接近基于实际的电阻体的电阻分量的电流检测，能够进行高精度的电流检测。

在(b)中，使电压检测端子14的引出位置成为固定了电极12的电阻体11的面和外周面的角附近的外周面侧的位置Y。由此，也同样地几乎不包含电极的电阻量的影响，能够实现高精度的电流检测。

图14示出关于本发明的电阻器的电阻值的频率特性。针对从(电阻体直径是8mm)到(电阻体直径是1mm)的各种线径的电阻体，讨论了频率特性。其结果，在粗为(电阻体直径是8mm)的尺寸的电阻器中，在频率10KHz以上时，开始出现表皮效应的影响，电阻值升上。在比较细为(电阻体直径是4mm)的尺寸的电阻器中，在频率100KHz以上时，开始出现表皮效应的影响，电阻值升上。在最细为(电阻体直径是1mm)的尺寸的电阻器中，在频率1000KHz以上时，开始出现表皮效应的影响，电阻值升上。根据这些结果认识到，通过(电阻体直径是4mm)以下的细径的电阻体的电阻器，能够抑制高频电流所致的表皮效应所致的影响。

图15示出关于本发明的电阻器的电感变化率的频率特性。当电感上升后，特别在高频电流的测量中产生大的误差。与电阻值同样地，关于电感变化率也可以认为电阻体的直径越细，越能够直至高频区域用作电流检测用电阻器。

至此，说明了本发明的一个实施方式，但本发明不限于上述实施例，当然能够在该技术的思想的范围内，按照各种不同的方式实施。

产业上的可利用性

本发明适用于电流检测用电阻器、特别是测量高频电流的电流检测用电阻器。

Claims (5)

1.一种电流检测用电阻器，具备电阻体和至少一对电极，其特征在于：在所述电极之间，所述电阻体构成为直径是4mm以下的柱状。

2.根据权利要求1所述的电流检测用电阻器，其特征在于：在所述电阻体与所述电极的接合部分具有阶梯。

3.根据权利要求1所述的电流检测用电阻器，其特征在于：所述电极的各个在电极配置方向上长，比夹着所述电阻体的电极间距离的2倍更长。

4.根据权利要求1所述的电流检测用电阻器，其特征在于：所述电极的各个是多角柱状，在所述电极的剖面中的大致中心固定有所述电阻体。

5.根据权利要求1所述的电流检测用电阻器，其特征在于：所述电阻体的长度小于所述电阻体的直径的1.5倍。