DE102022213247A1

DE102022213247A1 - Shunt-Widerstand und Stromdetektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102022213247A1
Application number: DE102022213247.5A
Authority: DE
Inventors: Ryou Osawa
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2022-12-08
Publication date: 2023-06-15
Also published as: JP2023087730A; US20230187105A1; CN116264120A

Abstract

Es ist ein Shunt-Widerstand offenbart, der in der Lage ist, einen Absolutwert eines Temperaturkoeffizienten des Widerstands zu reduzieren. Der Shunt-Widerstand weist Folgendes auf: eine Basisstruktur mit einem Widerstandselement und einem Paar von Elektroden; eine Brückenstruktur, die konfiguriert ist zum Überbrücken des Paars von Elektroden, und aus einem Leiter hergestellt ist; und Verbindungen, die konfiguriert sind zum Koppeln des Paars von Elektroden mit der Brückenstruktur. Die Brückenstruktur hat einen höheren Widerstand als ein Widerstand der Basisstruktur an den Anschlüssen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Shunt-Widerstand, auch Nebenschlusswiderstand genannt, und eine Stromdetektionsvorrichtung.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik:
Ein Shunt-Widerstand wird häufig in Stromdetektionsanwendungen eingesetzt. Ein solcher Shunt-Widerstand weist ein Widerstandselement und Elektroden, die mit beiden Enden des Widerstandselements verbunden sind, auf. Im Allgemeinen besteht das Widerstandselement aus einer Widerstandslegierung, z. B. einer Kupfer-Nickel-Legierung, einer Kupfer-Mangan-Legierung, einer Eisen-Chrom-Legierung oder einer Nickel-Chrom-Legierung. Die Elektroden sind aus hochleitfähigem Metall, wie z. B. Kupfer hergestellt. In den Elektroden sind Spannungsdetektionsabschnitte vorgesehen, und leitende Drähte (z. B. Aluminiumdrähte) sind mit den Spannungsdetektionsabschnitten verbunden, so dass eine Spannung zwischen den Spannungsdetektionsabschnitten detektiert wird.
Zitierliste
Patentliteratur

Patentschrift 1: Japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2007- 329421
Patentschrift 2: Japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2013- 504213
Patentschrift 3: Japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2020- 102626

Eigenschaften des Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR) sind für den Shunt-Widerstand wichtig, um eine Stromdetektion unter Bedingungen zu ermöglichen, bei denen die Auswirkungen von Temperaturschwankungen gering sind. Der Temperaturkoeffizient des Widerstands ist ein Index, der die Änderungsrate des Widerstands aufgrund von Temperaturänderungen angibt, und je kleiner sein absoluter Wert ist, desto kleiner ist die Änderung des Widerstands.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Shunt-Widerstand und eine Stromdetektionsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind, den Absolutwert eines Temperaturkoeffizienten des Widerstands zu reduzieren.
In einer Ausführungsform wird ein Shunt-Widerstand zur Verwendung bei der Stromdetektion bereitgestellt. Der Shunt-Widerstand weist Folgendes auf: eine Basisstruktur mit einem Widerstandselement und einem Paar von Elektroden, die mit beiden Enden des Widerstandselements verbunden sind; eine Brückenstruktur, die konfiguriert ist zum Überbrücken des Paars von Elektroden und aus einem Leiter hergestellt ist; und Verbindungen, die konfiguriert ist zum Verbinden des Paars von Elektroden mit der Brückenstruktur. Die Brückenstruktur hat einen höheren Widerstand als ein Widerstand der Basisstruktur an den Anschlüssen.
In einer Ausführungsform hat die Brückenstruktur eine geringere Größe als die der Basisstruktur.
In einer Ausführungsform sind die Verbindungen entlang von Verbindungsabschnitten zwischen dem Elektrodenpaar und dem Widerstandselement angeordnet.
In einer Ausführungsform weist die Brückenstruktur Spannungsdetektionsabschnitte auf, die an beiden Endabschnittsseiten der Brückenstruktur angeordnet sind.
In einer Ausführungsform weist die Brückenstruktur Schlitzabschnitte auf, die zwischen den Verbindungen und den Spannungsdetektionsabschnitten angeordnet sind.
In einer Ausführungsform weist der Shunt-Widerstand Spannungsdetektionsabschnitte auf, die neben den Anschlüssen angeordnet sind.
In einer Ausführungsform hat die Brückenstruktur die Form einer Platte und ist in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung des Widerstandselements gebogen.
In einer Ausführungsform wird eine Stromdetektionsvorrichtung bereitgestellt, die Folgendes aufweist: den oben beschriebenen Shunt-Widerstand; und eine Stromdetektionsleiterplatte mit einem Spannungssignaldraht, der konfiguriert ist zum Übertragen eines Spannungssignals von dem Shunt-Widerstand. Die Brückenstruktur weist Spannungsdetektionsabschnitte auf, die an beiden Endabschnittsseiten der Brückenstruktur angeordnet sind, und die Stromdetektionsleiterplatte enthält Spannungsanschlussflächen, die mit den Spannungsdetektionsabschnitte verbunden sind.
Der Shunt-Widerstand weist die Basisstruktur mit dem Widerstandselement und dem Elektrodenpaar und die Brückenstruktur mit einem höheren Widerstand als der Widerstand der Basisstruktur an den Anschlüssen auf. Der Shunt-Widerstand mit einer solchen Struktur kann den absoluten Wert des Temperaturkoeffizienten des Widerstands reduzieren.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform eines Shunt-Widerstands zeigt;
2 ist ein Graph, der als Vergleichsbeispiel die Widerstandsänderungsrate eines Shunt-Widerstands ohne Brückenstruktur bei einer Temperaturänderung zeigt;
3 ist ein Graph, der die Widerstandsänderungsrate des Shunt-Widerstands gemäß der Ausführungsform bei einer Temperaturänderung zeigt;
4 ist eine schematische Darstellung, die eine andere Ausführungsform der Brückenstruktur zeigt;
5 ist eine schematische Darstellung, die eine andere Ausführungsform des Shunt-Widerstands mit der Brückenstruktur zeigt;
6 ist eine schematische Darstellung, die eine andere Ausführungsform des Shunt-Widerstands mit der Brückenstruktur zeigt;
7 ist eine schematische Darstellung, die eine andere Ausführungsform des Shunt-Widerstands mit der Brückenstruktur zeigt;
8A ist eine schematische Darstellung, die eine Brückenstruktur mit einer linearen Form zeigt, und 8B ist eine schematische Darstellung, die eine Brückenstruktur mit einer Bogenform zeigt;
9 ist eine schematische Darstellung, die eine andere Ausführungsform der Brückenstruktur zeigt;
10 ist eine Seitenansicht der in 9 dargestellten Brückenkonstruktion;
11A bis 11C sind schematische Darstellungen, die Beispiele für Verfahren zur Bestimmung eines detektierten Spannungswertes zeigen;
12 ist eine schematische Darstellung, die die Abmessungen der in der Brückenstruktur ausgebildeten Schlitzabschnitte zeigt;
13 ist ein Graph, der die Temperaturkoeffizienten des Widerstands zeigt, die durch Änderung der Abmessungen der Schlitzabschnitte eingestellt werden;
14A ist eine schematische Darstellung, die eine Stromdetektionsvorrichtung zeigt, und 14B ist eine Seitenansicht der in 14A gezeigten Stromdetektionsvorrichtung;
15 ist eine schematische Darstellung, die eine Stromdetektionsleiterplatte mit Spannungssignaldrähten zeigt;
16A ist eine schematische Darstellung, die eine Stromdetektionsleiterplatte zeigt, die über die Brückenstruktur an dem Shunt-Widerstand befestigt ist, und 16B ist eine schematische Darstellung, die eine Biegeposition der Brückenstruktur zeigt;
17 zeigt eine Stromdetektionsleiterplatte, die über zwei Brückenstrukturen an dem Shunt-Widerstand befestigt ist; und
18 ist eine schematische Darstellung, die eine Stromdetektionsleiterplatte zeigt, die über eine U-förmig gebogene Brückenstruktur an dem Shunt-Widerstand befestigt ist.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den nachfolgend beschriebenen Zeichnungen werden identische oder korrespondierende Komponenten durch identische Bezugsziffern gekennzeichnet, und wiederholte Beschreibungen werden weggelassen. In den nachfolgend beschriebenen mehreren Ausführungsformen sind Konfigurationen einer Ausführungsform, die nicht näher beschrieben werden, die gleichen wie die anderer Ausführungsformen, und doppelte Beschreibungen werden weggelassen.
1 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform eines Shunt-Widerstands zeigt. Wie in 1 gezeigt, weist der Shunt-Widerstand 1 ein Widerstandselement 5 aus einem Widerstandslegierungsplattenmaterial mit einer vorbestimmten Dicke und einer vorbestimmten Breite und ein Paar von Elektroden 6 und 7 auf, die mit beiden Enden (d.h. beiden seitlichen Verbindungsflächen) 5a und 5b des Widerstandselements 5 in einer ersten Richtung verbunden sind und aus hochleitfähigem Metall bestehen. Das Widerstandselement 5 und das Paar von Elektroden 6 und 7 bilden eine Basisstruktur 9.
Die Elektrode 6 hat eine Kontaktfläche 6a, die ein Ende (eine Anschlussfläche) 5a des Widerstandselements 5 berührt, und die Elektrode 7 hat eine Kontaktfläche 7a, die das andere Ende (andere Anschlussfläche) 5b des Widerstandselements 5 berührt. In den Elektroden 6 bzw. 7 sind Schraubenlöcher (nicht dargestellt) zur Verbindung des Shunt-Widerstandes 1 mit nicht dargestellten Verdrahtungselementen (z.B. Stromschienen) mit Schrauben oder dergleichen ausgebildet.
Wie in 1 dargestellt, ist die erste Richtung eine Längsrichtung des Widerstandselements 5 und entspricht einer Längsrichtung des Shunt-Widerstands 1. Die Längsrichtung des Shunt-Widerstands 1 ist eine Richtung, in der die Elektrode 6, das Widerstandselement 5 und die Elektrode 7 in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Eine Richtung senkrecht zu dieser ersten Richtung ist eine zweite Richtung. Die zweite Richtung ist eine Breitenrichtung des Shunt-Widerstands 1. Wie in 1 dargestellt, haben die Elektroden 6 und 7 die gleiche Struktur und sind symmetrisch zum Widerstandselement 5 angeordnet.
Jedes der Enden 5a und 5b des Widerstandselements 5 ist mit jeder der Elektroden 6 und 7 durch Schweißen (z. B. Elektronenstrahlschweißen, Laserstrahlschweißen, Hartlöten oder Löten) gekoppelt (verbunden). Ein Beispiel für das Material des Widerstandselements 5 ist eine Legierung mit geringem Widerstand, z. B. eine Cu-Mn-Legierung. Ein Beispiel für das Material der Elektroden 6 und 7 ist Kupfer (Cu). Das Widerstandselement 5 hat einen höheren spezifischen Widerstand als die Elektroden 6 und 7.
Der Shunt-Widerstand 1 weist ferner eine Brückenstruktur 70 auf, die konfiguriert ist zum Überbrücken des Paars von Elektroden 6 und 7. Die Brückenstruktur 70 ist aus einem Leiter gefertigt. Der Shunt-Widerstand 1 weist ferner Verbindungen 71 und 72 auf, die das Elektrodenpaar 6 und 7 mit der Brückenstruktur 70 verbinden. Die Verbindung 71 verbindet die Elektrode 6 mit der Brückenstruktur 70 durch Schweißen (z. B. Elektronenstrahlschweißen, Laserstrahlschweißen, Hartlöten oder Löten). In ähnlicher Weise verbindet die Verbindung 72 die Elektrode 7 mit der Brückenstruktur 70 durch Schweißen (z. B. Elektronenstrahlschweißen, Laserstrahlschweißen, Hartlöten oder Löten).
Die Brückenstruktur 70 ist oberhalb des Widerstandselements 5 so angeordnet, dass sie die Elektroden 6 und 7 überspannt. Der Shunt-Widerstand 1 mit der Brückenstruktur 70 ist konfiguriert zum Nebenschluss eines Teils eines durch den Shunt-Widerstand 1 fließenden Hauptstroms (siehe 1).
Die Brückenstruktur 70 hat einen höheren Widerstand als der Widerstand der Basisstruktur 9 an den Verbindungen 71 und 72 (d. h. der Widerstand der Brückenstruktur 70 an den Verbindungen 71 und 72 > der Widerstand der Basisstruktur 9 an den Verbindungen 71 und 72). Die Brückenstruktur 70 hat eine geringere Größe als die Grundstruktur 9. In der in 1 gezeigten Ausführungsform weist die Brückenstruktur 70 einen Widerstandsabschnitt 75 aus demselben Material wie das Widerstandselement 5 (z. B. eine Legierung mit niedrigem Widerstand) und ein Paar von Elektrodenabschnitten 76 und 77 auf, die mit beiden Enden des Widerstandsabschnitts 75 verbunden sind. Die Elektrodenabschnitte 76 und 77 sind aus demselben Material wie die Elektroden 6 und 7 (z. B. Kupfer) hergestellt. Der Widerstandsabschnitt 75 hat einen höheren spezifischen Widerstand als die Elektrodenabschnitte 76 und 77. In einer Ausführungsform kann die Brückenstruktur 70 aus einem einzigen Leiter, z. B. Kupfer, hergestellt sein. Der Widerstandsabschnitt 75 kann aus einem anderen Material bestehen als das Widerstandselement 5, und die Elektrodenabschnitte 76 und 77 können aus einem anderen Material bestehen als die Elektroden 6 und 7.
Der Elektrodenabschnitt 76, der Widerstandsabschnitt 75 und der Elektrodenabschnitt 77 sind in dieser Reihenfolge in der ersten Richtung des Shunt-Widerstands 1 angeordnet. Der Widerstandsabschnitt 75 ist mit jedem der Elektrodenabschnitte 76 und 77 durch Schweißen (z. B. Elektronenstrahlschweißen, Laserstrahlschweißen, Hartlöten oder Löten) gekoppelt (verbunden).
In der in 1 dargestellten Ausführungsform entsprechen die Elektrodenabschnitte 76 und 77 Spannungsdetektionsabschnitten zum Detektieren einer Spannung zwischen dem Paar von Elektrodenabschnitten 76 und 77. Mit anderen Worten, die Elektrodenabschnitte 76 und 77 weisen Spannungsdetektionsabschnitte auf. In einer Ausführungsform können die Verbindungen 71 und 72 Spannungsdetektionsabschnitten entsprechen. In einer Ausführungsform können die Elektroden 6 und 7 neben den Verbindungen 71 und 72 Spannungsdetektionsabschnitten entsprechen.
2 ist ein Graph, der als Vergleichsbeispiel die Widerstandsänderungsrate eines Shunt-Widerstands ohne Brückenstruktur i bei einer Temperaturänderung zeigt. 3 ist ein Graph, der die Widerstandsänderungsrate des Shunt-Widerstands gemäß dieser Ausführungsform bei einer Temperaturänderung zeigt. In jeder der und stellt die horizontale Achse die Temperatur des Shunt-Widerstandes dar, und die vertikale Achse stellt die Änderungsrate des Widerstands des Shunt-Widerstandes dar.
Wie aus dem Vergleich zwischen der Widerstandsänderungsrate des Shunt-Widerstands 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und der Widerstandsänderungsrate des Shunt-Widerstands als Vergleichsbeispiel klar ersichtlich ist, kann der Shunt-Widerstand 1 der vorliegenden Ausführungsform die Widerstandsänderungsrate aufgrund von Temperaturänderungen verringern. Somit kann der Shunt-Widerstand 1 mit der Brückenstruktur 70 einen absoluten Wert eines Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR = temperature coefficient of resistance) reduzieren.
4 ist eine schematische Darstellung, die eine andere Ausführungsform der Brückenstruktur zeigt. Wie in 4 gezeigt, kann die Brückenstruktur 70 eine breite Form haben, deren Größe in der zweiten Richtung verlängert ist. Mit einer solchen Konfiguration kann jeder der Elektrodenabschnitte 76 und 77 der Brückenstruktur 70 eine Vielzahl von Spannungsdetektionsabschnitten aufweisen.
In der in 4 gezeigten Ausführungsform weist der Elektrodenabschnitt 76 Spannungsdetektionsabschnitte 78A, 78B und 78C auf, die entlang der Verbindungsabschnitte (d.h. der Kontaktflächen 6a und 7a) der Elektroden 6 und 7 mit dem Widerstandselement 5 angeordnet sind. In ähnlicher Weise weist der Elektrodenabschnitt 77 Spannungsdetektionsabschnitte 79A, 79B und 79C auf, die entlang der Verbindungsabschnitte (d. h. der Kontaktflächen 6a und 7a) der Elektroden 6 und 7 mit dem Widerstandselement 5 angeordnet sind. Somit sind die Spannungsdetektionsabschnitte 78A bis 78C und die Spannungsdetektionsabschnitte 79A bis 79C entlang der zweiten Richtung des Shunt-Widerstands 1 angeordnet.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform sind die Verbindungen 71 und 72 der Brückenstruktur 70 in einem mittleren Abschnitt des Widerstandselements 5 in der zweiten Richtung des Shunt-Widerstands 1 angeordnet. Bei einer Ausführungsform können die Verbindungen 71 und 72 entlang der Verbindungsabschnitte (d. h. der Kontaktflächen 6a und 7a) des Elektrodenpaars 6 und 7 mit dem Widerstandselement 5 angeordnet sein. Mit anderen Worten, die Brückenstruktur 70 kann in der zweiten Richtung des Shunt-Widerstands 1 benachbart zum Widerstandselement 5 angeordnet sein. Nachfolgend werden weitere Anordnungsbeispiele der Brückenstruktur 70 unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
5 bis 7 sind schematische Darstellungen, die andere Ausführungsformen des Shunt-Widerstands mit der Brückenstruktur zeigen. Wie in 5 dargestellt, kann die Brückenstruktur 70 mit den Seitenflächen 6c und 7c der Elektroden 6 und 7 in der zweiten Richtung gekoppelt sein. In der in 5 gezeigten Ausführungsform ist die Brückenstruktur 70, die mit den Seitenflächen 6c und 7c in der zweiten Richtung gekoppelt ist, oberhalb des Widerstandselements 5 angeordnet.
In der in 6 dargestellten Ausführungsform weist der Shunt-Widerstand 1 eine Brückenstruktur 70A auf, die mit den Seitenflächen 6c und 7c der Elektroden 6 und 7 in der zweiten Richtung gekoppelt ist, und eine Brückenstruktur 70B, die mit den Seitenflächen 6b und 7b der Elektroden 6 und 7 in der zweiten Richtung gekoppelt ist. Die Brückenstrukturen 70A und 70B sind oberhalb des Widerstandselements 5 angeordnet.
Die Brückenstruktur 70A weist einen Widerstandsabschnitt 75A und ein Paar von Elektrodenabschnitten 76A und 77A auf und ist mit dem Paar von Elektroden 6 und 7 durch Verbindungen 71A und 72A gekoppelt. In ähnlicher Weise weist die Brückenstruktur 70B einen Widerstandsabschnitt 75B und ein Paar von Elektrodenabschnitten 76B und 77B auf und ist durch Verbindungen 71 B und 72B mit dem Paar von Elektroden 6 und 7 gekoppelt. In der in 6 gezeigten Ausführungsform haben die Brückenstrukturen 70A und 70B also die gleiche Struktur.
Bei der in 7 dargestellten Ausführungsform ist die mit den Seitenflächen 6b und 7b der Elektroden 6 und 7 gekoppelte Brückenstruktur 70 seitlich des Widerstandselements 5 angeordnet. Zwischen dem Widerstandsabschnitt 75 der Brückenstruktur 70 und dem Widerstandselement 5 wird ein Spalt gebildet. Obwohl nicht dargestellt, kann die Brückenstruktur 70 mit den Seitenflächen 6c und 7c der Elektroden 6 und 7 verbunden sein. Obwohl nicht dargestellt, kann die in 7 gezeigte Ausführungsform mit der in 5 gezeigten Ausführungsform und/oder der in 6 gezeigten Ausführungsform kombiniert werden.
In den in 1 bis 6 dargestellten Ausführungsformen ist die Brückenstruktur 70 an einer Vorderseite des Widerstandselements 5 angeordnet, während in einer Ausführungsform die Brückenstruktur 70 an einer Rückseite des Widerstandselements 5 angeordnet sein kann.
8A ist eine schematische Darstellung, die eine Brückenkonstruktion mit einer linearen Form zeigt, und 8B ist eine schematische Darstellung, die eine Brückenkonstruktion mit einer Bogenform zeigt. Die Brückenstruktur 70 gemäß der in 8A dargestellten Ausführungsform entspricht der Brückenstruktur 70 gemäß den in 1 bis 7 dargestellten Ausführungsformen. In der in 8A dargestellten Ausführungsform hat die Brückenstruktur 70 eine lineare Form. Eine obere Fläche 5c des Widerstandselements 5 liegt tiefer als die oberen Flächen 6d und 7d der Elektroden 6 und 7. Daher ist die linienförmige Brückenstruktur 70 oberhalb der oberen Fläche 5c des Widerstandselements 5 angeordnet. Infolgedessen wird ein Spalt zwischen dem Widerstandsabschnitt 75 der Brückenstruktur 70 und dem Widerstandselement 5 gebildet, und die Brückenstruktur 70 ist nicht in Kontakt mit dem Widerstandselement 5.
Wie in 8B gezeigt, ist die obere Fläche 5c des Widerstandselements 5 auf der gleichen Höhe wie die oberen Flächen 6d und 7d der Elektroden 6 und 7 angeordnet. Die Brückenstruktur 70 hat die Form einer Platte und ist brückenförmig gebogen. Genauer gesagt hat die Brückenstruktur 70 eine Bogenform, die sich von der oberen Fläche 5c des Widerstandselements 5 weg wölbt. Daher ist die Brückenstruktur 70 oberhalb der oberen Fläche 5c des Widerstandselements 5 angeordnet, und zwischen dem Widerstandsabschnitt 75 der Brückenstruktur 70 und dem Widerstandselement 5 wird ein Spalt gebildet.
9 ist eine schematische Darstellung, die eine andere Ausführungsform der Brückenstruktur zeigt. Wie in 9 gezeigt, weist die Brückenstruktur 70 Spannungsdetektionsabschnitte 81a, 81b, 82a und 82b auf, die konfiguriert sind zum Detektieren einer Spannung zwischen den Elektrodenabschnitten 76 und 77, und ferner Verbindungsanschlüsse 83 und 84, die mit den Elektroden 6 und 7 gekoppelt sind. Die Spannungsdetektionsabschnitte 81a, 81b, 82a und 82b sind an beiden Endabschnittsseiten der Brückenstruktur 70 angeordnet. In der in 9 gezeigten Ausführungsform sind die Spannungsdetektionsabschnitte 81a und 81 b und der Verbindungsanschluss 83 in dem Elektrodenabschnitt 76 ausgebildet, und die Spannungsdetektionsabschnitte 82a und 82b und der Verbindungsanschluss 84 sind in dem Elektrodenabschnitt 77 ausgebildet.
Die Spannungsdetektionsabschnitte 81a, 81b, 82a und 82b können Spannungsdetektionsanschlüsse sein. Die Spannung wird detektiert durch Kopplung eines Leiters (z.B. Aluminiumdraht) mit jedem dieser Spannungsdetektionsabschnitte 81a, 81b, 82a und 82b oder durch Einsetzen der Spannungsdetektionsabschnitte 81a, 81b, 82a und 82b als Spannungsdetektionsanschlüsse in Durchgangslöcher, die in einer Leiterplatte ausgebildet sind, um eine elektrische Verbindung mit auf der Leiterplatte ausgebildeten Drähten herzustellen.
Wie in 9 gezeigt, weist die Brückenstruktur 70 Schlitzabschnitte 95, 96, 97 und 98 auf. Der Schlitzabschnitt 95 ist zwischen dem Spannungsdetektionsabschnitt 81a und dem Verbindungsanschluss 83 ausgebildet, und der Schlitzabschnitt 96 ist zwischen dem Spannungsdetektionsabschnitt 81b und dem Verbindungsanschluss 83 ausgebildet. Der Schlitzabschnitt 97 ist zwischen dem Spannungsdetektionsabschnitt 82a und dem Verbindungsanschluss 84 ausgebildet, und der Schlitzabschnitt 98 ist zwischen dem Spannungsdetektionsabschnitt 82b und dem Verbindungsanschluss 84 ausgebildet.
10 ist eine Seitenansicht der in 9 dargestellten Brückenstruktur. Wie in 10 gezeigt, sind der Spannungsdetektionsabschnitt 81a (81 b) und der Spannungsdetektionsabschnitt 82a (82b) in einer Richtung weg von den Elektroden 6 und 7 angeordnet und nicht in Kontakt mit den Elektroden 6 und 7. In einer Ausführungsform müssen der Spannungsdetektionsabschnitt 81a (81b) und der Spannungsdetektionsabschnitt 82a (82b) nicht unbedingt in der Richtung weg von den Elektroden 6 und 7 angeordnet sein, solange der Spannungsdetektionsabschnitt 81a (81b) und der Spannungsdetektionsabschnitt 82a (82b) nicht in Kontakt mit den Elektroden 6 und 7 stehen. Zum Beispiel können sich der Spannungsdetektionsabschnitt 81a (81b) und der Spannungsdetektionsabschnitt 82a (82b) in horizontaler Richtung erstrecken.
In der in den 9 und 10 gezeigten Ausführungsform haben die Elektrodenabschnitte 76 und 77 Basisendabschnitte 85 und 86 neben dem Widerstandsabschnitt 75. Die Spannungsdetektionsabschnitte 81a, 81b, 82a und 82b und die Verbindungsanschlüsse 83 und 84 sind mit den Basisendabschnitten 85 und 86 gekoppelt. In einer Ausführungsform können die Spannungsdetektionsabschnitte 81a, 81b, 82a und 82b einzelne Elemente sein, die sich von den Elektrodenabschnitten 76 und 77 unterscheiden. In diesem Fall können die Spannungsdetektionsabschnitte 81a, 81b, 82a und 82b neben den Verbindungsanschlüssen 83 und 84 angeordnet sein.
In dieser Ausführungsform weist der Elektrodenabschnitt 76 zwei Spannungsdetektionsabschnitte 81a und 81b auf, und der Elektrodenabschnitt 77 weist zwei Spannungsdetektionsabschnitte 82a und 82b auf. In einer Ausführungsform kann jeder der Elektrodenabschnitte 76 und 77 einen einzelnen Anschlussabschnitt aufweisen.
11A bis 11C sind schematische Darstellungen, die Beispiele für Verfahren zur Bestimmung eines detektierten Spannungswertes zeigen. Wie in 11A gezeigt, können, wenn der Elektrodenabschnitt 76 die Spannungsdetektionsabschnitte 81a und 81b aufweist und der Elektrodenabschnitt 77 die Spannungsdetektionsabschnitte 82a und 82b aufweist, Spannungswerte, die eine Kombination sind aus einem Spannungswert V1, der zwischen dem Spannungsdetektionsabschnitt 81a und dem Spannungsdetektionsabschnitt 82a detektiert wird, und einem Spannungswert V2, der zwischen dem Spannungsdetektionsabschnitt 81b und dem Spannungsdetektionsabschnitt 82b detektiert wird, gemittelt werden, und der gemittelte Spannungswert Vav kann als ein detektierter Spannungswert bestimmt werden. Auf diese Weise können die Spannungswerte der Spannungsdetektionsabschnitte, die entlang der zweiten Richtung des Shunt-Widerstands 1 angeordnet sind, detektiert werden, und der Durchschnittswert der detektierten Spannungswerte kann als der detektierte Spannungswert bestimmt werden.
In einer Ausführungsform, wie in 11B gezeigt, können Spannungswerte, die eine Kombination sind aus einem zwischen dem Spannungsdetektionsabschnitt 81a und dem Spannungsdetektionsabschnitt 82b detektierten Spannungswert V1 und einem zwischen dem Spannungsdetektionsabschnitt 82a und dem Spannungsdetektionsabschnitt 81b detektierten Spannungswert V2, gemittelt werden, und der gemittelte Spannungswert Vav kann als ein detektierter Spannungswert bestimmt werden. Auf diese Weise können die Spannungswerte der Spannungsdetektionsabschnitte, die diagonal in der zweiten Richtung des Shunt-Widerstands 1 angeordnet sind, detektiert werden, und der Durchschnittswert der detektierten Spannungswerte kann als der detektierte Spannungswert bestimmt werden.
In einer Ausführungsform, wie in 11C gezeigt, können der Spannungsdetektionsabschnitt 81a und der Spannungsdetektionsabschnitt 81b elektrisch verbunden sein, und der Spannungsdetektionsabschnitt 82a und der Spannungsdetektionsabschnitt 82b können elektrisch verbunden sein. Ein Spannungswert V1, der zwischen den miteinander gekoppelten Spannungsdetektionsabschnitten 81a und 81b und den miteinander gekoppelten Spannungsdetektionsabschnitten 82a und 82b detektiert wird, kann als ein detektierter Spannungswert bestimmt werden.
Gemäß den in 11A bis 11C dargestellten Verfahren zur Bestimmung des detektierten Spannungswerts detektiert der Shunt-Widerstand 1 die Spannungen an einer Vielzahl von Punkten derselben Elektrodenseite, so dass der Shunt-Widerstand 1 Redundanz hat. Der Shunt-Widerstand 1 ändert die Potenzialverteilung der Elektroden 6 und 7 in Abhängigkeit von der Richtung (Strompfad), in der die Verdrahtungselemente (z. B. Stromschienen) gekoppelt sind. Die in den 11A bis 11C gezeigten Verfahren zur Bestimmung des detektierten Spannungswertes können die Auswirkungen von Änderungen in der Potenzialverteilung auf den Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR) verringern, und die Verdrahtungselemente (z. B. Stromschienen) können ohne Einschränkung der Verbindungsverfahren gekoppelt werden.
Obwohl nicht dargestellt, kann der Shunt-Widerstand 1 gemäß den in den 4 und 6 gezeigten Ausführungsformen Spannungen an einer Vielzahl von Punkten von derselben Elektrodenseite aus detektieren, wie bei den in den 11A bis 11C gezeigten Ausführungsformen. Die in den 4 und 6 gezeigten Ausführungsformen können auch den gleichen Effekt erzielen wie die in den 11A bis 11C gezeigten Ausführungsformen.
Wenn jeder der Elektrodenabschnitte 76 und 77 einen einzelnen Spannungsdetektionsabschnitt hat, kann ein zwischen diesen Spannungsdetektionsabschnitten detektierter Spannungswert als ein detektierter Spannungswert bestimmt werden.
12 ist eine schematische Darstellung, die die Abmessungen der in der Brückenstruktur ausgebildeten Schlitzabschnitte zeigt. 13 ist ein Graph, der die Temperaturkoeffizienten des Widerstands zeigt, der durch Änderung der Abmessungen der Schlitzabschnitte eingestellt wird. Wie in 12 und 13 gezeigt, kann der Temperaturkoeffizient des Widerstands des Shunt-Widerstands 1 durch Änderung der Größe(n) des Schlitzabschnitts 96 (und der Schlitzabschnitte 95, 97 und 98) eingestellt werden.
Die Schlitzabschnitte 95, 96, 97 und 98 haben die gleiche Struktur, und die Abmessungen aller Schlitzabschnitte 95, 96, 97 und 98 können geändert werden. Daher wird im Folgenden die Konfiguration zum Ändern des Schlitzabschnitts 96 beschrieben. Wie in 12 dargestellt, kann die Länge des Schlitzabschnitts 96 in der ersten Richtung durch Ändern des Abstands bzw. der Erstreckung Da des Basisendabschnitts 85 in der ersten Richtung geändert werden. Eine Länge des Schlitzabschnitts 96 in der zweiten Richtung kann durch Ändern eines Abstands Db zwischen dem Spannungsdetektionsabschnitt 81b und dem Verbindungsanschluss 83 geändert werden. Der Abstand Da bezieht sich auf die Tiefe des Schlitzabschnitts und stellt den Abstand zwischen der Unterseite des Schlitzabschnitts und dem Widerstandsabschnitt 75 dar.
Der in 13 gezeigte Graph zeigt die Temperaturkoeffizienten des Widerstands des Shunt-Widerstands 1, wenn der Abstand Da geändert wird. Wie in 13 gezeigt, wenn der Abstand Da groß ist (die Tiefe des Schlitzabschnitts ist flach), wird eine Beziehung zwischen einer Temperatur und einer Änderungsrate durch eine nach oben geneigte Kurve (d. h. einen positiven Temperaturkoeffizient des Widerstands) dargestellt. Wenn der Abstand Da klein ist (die Tiefe des Schlitzabschnitts ist tief), wird die Beziehung zwischen der Temperatur und der Änderungsrate durch eine abwärts geneigte Kurve (d. h. einen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstands) dargestellt. Daher kann die Neigung der Kurve, die den Temperaturkoeffizienten des Widerstands darstellt, durch Änderung des Abstands Da (Tiefe des Schlitzabschnitts) eingestellt werden. Die Neigung der Kurve, die den Temperaturkoeffizienten des Widerstands darstellt, kann auch durch Änderung des Abstands Db (Breite des Schlitzabschnitts) eingestellt werden. Wenn der Abstand Db verringert wird, kann der Temperaturkoeffizient des Widerstands zur positiven Seite eingestellt werden, und wenn der Abstand Db erhöht wird, kann der Temperaturkoeffizient des Widerstands zur negativen Seite eingestellt werden.
In der in 12 gezeigten Ausführungsform wurden die Konfigurationen zum Einstellen des Temperaturkoeffizienten des Widerstands des Shunt-Widerstands 1 durch Ändern der Größe des Schlitzabschnitts 96 beschrieben, wobei in einer Ausführungsform der Temperaturkoeffizient des Widerstands des Shunt-Widerstands 1 auch durch Ändern einer Montageposition der Brückenstruktur 70, einer Form des Shunt-Widerstands 1 (z.B., Längen, Breiten, Dicken usw. der Elektroden 6 und 7 und des Widerstandselements 5), oder das Material des Widerstandselements 5 eingestellt werden kann.
14A ist eine schematische Darstellung, die eine Stromdetektionsvorrichtung zeigt, und 14B ist eine Seitenansicht der in 14A gezeigten Stromdetektionsvorrichtung. 15 ist eine schematische Darstellung, die eine Stromdetektionsleiterplatte mit Spannungssignaldrähten zeigt. Wie in den 14A, 14B und 15 gezeigt, weist die Stromdetektionsvorrichtung 30 den Shunt-Widerstand 1 und eine Stromdetektionsleiterplatte 34 auf. Die Stromdetektionsleiterplatte 34 ist auf dem Shunt-Widerstand 1 angeordnet.
Wie in 15 gezeigt, weist die Stromdetektionsleiterplatte 34 Spannungssignaldrähte 46 und 47, die konfiguriert sind zum Übertragen eines Spannungssignals vom Shunt-Widerstand 1 an einen Ausgangsverbinder (Ausgangsanschluss) 35, einen Erdungsdraht 50 und Spannungsanschlussflächen (genauer gesagt Kupferfolienabschnitte) 36 und 37 auf.
Ein Ende des Spannungssignaldrahtes 46 ist mit der Spannungsanschlussfläche 36 gekoppelt, und das andere Ende des Spannungssignaldrahtes 46 ist mit dem Ausgangsverbinder 35 gekoppelt. Der Ausgangsverbinder 35 ist ein Ausgangsanschluss zum Ausgeben des Spannungssignals vom Shunt-Widerstand 1. Ein Ende des Spannungssignaldrahtes 47 ist mit der Spannungsanschlussfläche 37 gekoppelt und das andere Ende des Spannungssignaldrahtes 47 ist mit dem Ausgangsanschluss 35 gekoppelt. Ein Ende des Erdungsdrahtes 50 ist mit der Spannungsanschlussfläche 36 gekoppelt und das andere Ende des Erdungsdrahtes 50 ist mit dem Ausgangsverbinder 35 gekoppelt. In einer Ausführungsform kann ein Ende des Erdungsdrahtes 50 mit der Spannungsanschlussfläche 37 gekoppelt sein und das andere Ende des Erdungsdrahtes 50 kann mit dem Ausgangsverbinder 35 gekoppelt sein.
Die Spannungsanschlussfläche 36 ist elektrisch mit dem Elektrodenabschnitt (d.h. dem Spannungsdetektionsabschnitt) 76 über einen internen Draht (nicht dargestellt) der Stromdetektionsleiterplatte 34 verbunden. Die Spannungsanschlussfläche 37 ist elektrisch mit dem Elektrodenabschnitt (d.h. dem Spannungsdetektionsabschnitt) 77 über einen internen Draht (nicht dargestellt) der Stromdetektionsleiterplatte 34 verbunden.
Die internen Drähte und die Elektrodenabschnitte (d.h. die Spannungsdetektionsabschnitte) 76 und 77 sind durch Löten oder andere Mittel gekoppelt. In einer Ausführungsform sind an den Elektrodenabschnitten (d.h. den Spannungsdetektionsabschnitten) 76 und 77 durch Löten oder andere Mittel Spannungsdetektionsanschlüsse (sich vertikal erstreckende leitende Stifte) vorgesehen, und die internen Drähte und die Elektrodenabschnitte 76 und 77 sind gekoppelt durch Koppeln von leitenden Drähten (z.B. Aluminiumdrähten) mit den Spannungsdetektionsanschlüssen oder durch Einsetzen der Spannungsdetektionsanschlüsse in in der Leiterplatte ausgebildete Durchgangslöcher.
Ein Bediener schließt ein Kabel mit einem Stecker an, der in den Ausgangsverbinder 35 passt, und misst eine Spannung zwischen den Elektrodenabschnitten (d. h. den Spannungsdetektionsabschnitten) 76 und 77. Mit einer solchen Konfiguration kann die Spannung zwischen den Elektrodenabschnitten (d. h. den Spannungsdetektionsabschnitten) 76 und 77 leicht gemessen werden. In einer Ausführungsform kann ein Operationsverstärker (Verstärker) zur Verstärkung des Spannungssignals vom Shunt-Widerstand 1, ein A/D-Wandler und/oder ein Temperatursensor usw. auf der Stromdetektionsleiterplatte 34 angebracht sein.
16A ist eine schematische Darstellung, die eine Stromdetektionsleiterplatte zeigt, die über die Brückenstruktur an dem Shunt-Widerstand befestigt ist, und 16B ist eine schematische Darstellung, die eine Biegeposition der Brückenstruktur zeigt. In dieser Ausführungsform ist die Brückenstruktur 70 in ihrem mittleren Teil in der zweiten Richtung des Shunt-Widerstand 1 gebogen und hat eine L-Form. Die Brückenstruktur 70 weist Verbindungsanschlüsse 83 und 84 auf, die mit den Elektroden 6 und 7 gekoppelt sind, und Spannungsdetektionsabschnitte 91 und 92, die mit der Stromdetektionsleiterplatte 34 gekoppelt sind. Der Spannungsdetektionsabschnitt 91 ist im Elektrodenabschnitt 76 und der Spannungsdetektionsabschnitt 92 ist im Elektrodenabschnitt 77 ausgebildet.
Wie in 16A gezeigt, ist, da die Brückenstruktur 70 im rechten Winkel gebogen ist, der mit den Verbindungsanschlüssen 83 und 84 gekoppelte Shunt-Widerstand 1 senkrecht zu der mit den Spannungsdetektionsabschnitten 91 und 92 gekoppelten Stromdetektionsleiterplatte 34. Die Spannungsdetektionsabschnitte 91 und 92 und die auf der Stromdetektionsleiterplatte 34 vorgesehenen Spannungsanschlussflächen (nicht dargestellt) sind durch Löten oder andere Mittel verbunden.
17 ist eine schematische Darstellung, die eine Stromdetektionsleiterplatte zeigt, die über zwei Brückenstrukturen mit dem Shunt-Widerstand verbunden ist. Wie in 17 gezeigt, weist der Shunt-Widerstand 1 Brückenstrukturen 70A und 70B auf, und die Stromdetektionsleiterplatte 34 ist so am Shunt-Widerstand 1 befestigt, dass die Stromdetektionsleiterplatte 34 zwischen den zueinander weisenden Brückenstrukturen 70A und 70B aufgenommen ist. In diesem Zustand stehen die Stromdetektionsleiterplatte 34 und der Shunt-Widerstand 1 senkrecht zueinander.
Wie in 17 gezeigt, weist die Brückenstruktur 70A einen Widerstandsabschnitt 75A, Elektrodenabschnitte 76A und 77A, Verbindungsanschlüsse 83A und 84A, die mit dem Shunt-Widerstand 1 gekoppelt sind, und Spannungsdetektionsabschnitte 91A und 92A auf, die mit der Stromdetektionsleiterplatte 34 gekoppelt sind. In ähnlicher Weise weist die Brückenstruktur 70B einen Widerstandsabschnitt 75B, Elektrodenabschnitte 76B und 77B, Verbindungsanschlüsse 83B und 84B, die mit dem Shunt-Widerstand 1 gekoppelt sind, und Spannungsdetektionsabschnitte 91B und 92B auf, die mit der Stromdetektionsleiterplatte 34 gekoppelt sind. Die Spannungsdetektionsabschnitte 91A, 91 B, 92A und 92B und die auf der Leiterplatte 34 vorgesehenen Spannungsanschlussflächen (nicht dargestellt) sind durch Löten oder andere Mittel gekoppelt.
18 ist eine schematische Darstellung, die eine Stromdetektionsleiterplatte zeigt, die über eine U-förmig gebogene Brückenstruktur mit dem Shunt-Widerstand verbunden ist. Wie in 18 dargestellt, ist die Brückenstruktur 70 in eine U-Form gebogen, und die Stromdetektionsleiterplatte 34, die mit den Spannungsdetektionsabschnitten 91 und 92 der Brückenstruktur 70 gekoppelt ist, ist oberhalb des Shunt-Widerstands 1 angeordnet. Die Spannungsdetektionsabschnitte 91 und 92 und die auf der Stromdetektionsleiterplatte 34 vorgesehenen Spannungsanschlussflächen (nicht dargestellt) sind durch Löten oder andere Mittel gekoppelt.
Gemäß den in den 16 bis 18 gezeigten Ausführungsformen kann ein Freiheitsgrad beim Layout der Stromdetektionsleiterplatte 34 verbessert werden durch Biegen der plattenförmigen Brückenstruktur 70 in der zweiten Richtung (d.h. einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung des Widerstandselements 5) und Befestigen der Stromdetektionsleiterplatte 34 oder durch Anordnen der Vielzahl von Brückenstrukturen 70 und Befestigen der Stromdetektionsleiterplatte 34. In einer Ausführungsform kann die plattenförmige Brückenstruktur 70 in der ersten Richtung (d.h. in der Längsrichtung des Widerstandselements 5) gebogen sein.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen soll den Fachmann in die Lage versetzen, die vorliegende Erfindung herzustellen und zu verwenden. Darüber hinaus sind für den Fachmann verschiedene Modifikationen dieser Ausführungsformen leicht ersichtlich, und die hierin definierten allgemeinen Grundsätze und spezifischen Beispiele können auf andere Ausführungsformen angewendet werden. Daher soll die vorliegende Erfindung nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein, sondern soll den breitesten Umfang bekommen, der durch die Ansprüche definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007329421 [0002]
JP 2013504213 [0002]
JP 2020102626 [0002]

Claims

Shunt-Widerstand zur Verwendung bei der Stromdetektion, der Folgendes aufweist: eine Basisstruktur mit einem Widerstandselement und einem Paar von Elektroden, die mit beiden Enden des Widerstandselements verbunden sind eine Brückenstruktur, die konfiguriert ist zum Überbrücken des Elektrodenpaars und aus einem Leiter hergestellt ist; und Verbindungen, die konfiguriert ist zum Koppeln des Elektrodenpaars mit der Brückenstruktur, wobei die Brückenstruktur einen höheren Widerstand als ein Widerstand der Basisstruktur an den Verbindungen aufweist.
Shunt-Widerstand nach Anspruch 1, wobei die Brückenstruktur eine geringere Größe als die Basisstruktur aufweist.
Shunt-Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbindungen entlang von Verbindungsabschnitten zwischen dem Elektrodenpaar und dem Widerstandselement angeordnet sind.
Shunt-Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Brückenstruktur Spannungsdetektionsabschnitte aufweist, die an beiden Endabschnittsseiten der Brückenstruktur angeordnet sind.
Shunt-Widerstand nach Anspruch 4, wobei die Brückenstruktur Schlitzabschnitte aufweist, die zwischen den Verbindungen und den Spannungsdetektionsabschnitten angeordnet sind.
Shunt-Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der ferner neben den Verbindungen angeordnete Spannungsdetektionsabschnitte aufweist.
Shunt-Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Brückenstruktur eine Plattenform aufweist und in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Widerstandselements gebogen ist.
Stromdetektionsvorrichtung, aufweisend: den Shunt-Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und eine Stromdetektionsleiterplatte mit einem Spannungssignaldraht, der konfiguriert ist zum Übertragen eines Spannungssignals von dem Shunt-Widerstand, wobei die Brückenstruktur Spannungsdetektionsabschnitte aufweist, die an beiden Endabschnittsseiten der Brückenstruktur angeordnet sind, und die Stromdetektionsleiterplatte Spannungsanschlussflächen aufweist, die mit den Spannungsdetektionsabschnitten gekoppelt sind.