JP2012220249A - シャント抵抗式電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】熱膨張差による耐久性の問題を改善すると共にコスト面においても改善を図ることが可能なシャント抵抗式電流センサを提供する。
【解決手段】シャント抵抗式電流センサ１は、略平板形状のバスバ１０と、バスバ１０上に設置された回路基板２０と、バスバ１０のうち回路基板２０の搭載箇所においてバスバ１０から延在され、回路基板２０と電気接続される接続端子部４０と、回路基板２０上に設置され、バスバ１０に流れる被測定電流の大きさを検出するために接続端子部４０を介して回路基板２０に印加される電圧値を検出する電圧検出ＩＣ３０と、を備え、接続端子部４０は、対となって突き合わされて形成される共に、それぞれがバスバ１０の平板部よりも立ち上げられて片持ち状となっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、シャント抵抗式電流センサに関する。

従来、パルス電流や交流大電流等を測定するため、抵抗値が既知なシャント抵抗に被測定電流を流し、このシャント抵抗に生じる電圧降下を測定するシャント抵抗式電流センサが提案されている。このようなシャント抵抗式電流センサは、電圧降下を測定する際、電圧降下を測定するための電圧検出ＩＣ等が搭載される回路基板とシャント抵抗とを接続する必要がある。シャント抵抗がバスバである場合、バスバと回路基板とを接続する必要がある。

しかし、バスバと回路基板とはそれぞれ熱膨張率が異なるため、熱膨張差によりバスバと回路基板とに応力が掛かってしまい、耐久性に問題が生じてしまう。そこで、熱膨張差による耐久性問題を改善するシャント抵抗式電流センサが提案されている（特許文献１及び２参照）。

特開２００５−１８８９７２号公報 特開２００５−１８８９７３号公報

しかし、特許文献１及び２に記載のシャント抵抗式電流センサは、可とう性が高い高価なフレキシブル配線板（回路基板）を使用したり、ピン状の接続部材が必要となったりするため、コスト面で改善の余地があった。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、熱膨張差による耐久性の問題を改善すると共にコスト面においても改善を図ることが可能なシャント抵抗式電流センサを提供することにある。

本発明のシャント抵抗式電流センサは、略平板形状のバスバと、バスバ上に設置された回路基板と、バスバから延在され、回路基板と電気接続される接続端子部と、回路基板上に設置され、バスバに流れる被測定電流の大きさを検出するために接続端子部を介して回路基板に印加される電圧値を検出する電圧検出手段と、を備え、接続端子部は、対となって突き合わされて形成される共に、それぞれがバスバの平板部よりも立ち上げられて片持ち状となっていることを特徴とする。

本発明のシャント抵抗式電流センサによれば、接続端子部は、バスバから延在され、回路基板と電気接続される。また、接続端子部は、それぞれがバスバの平板部よりも立ち上げられて片持ち状となっている。このため、仮にバスバと回路基板との熱膨張差により応力が発生したとしても、その応力が片持ち状に形成される接続端子部の弾性力により緩和される。また、接続端子部は、対となって突き合わされて形成されているため、応力が発生する距離を短くすることができ、応力を小さくすることができる。よって、熱膨張差による耐久性の問題を改善することができる。また、回路基板を可とう性が高く高価なフレキシブル回路基板等にする必要がなく、しかも、接続端子部はバスバの平板部から、その一部が立ち上げられて形成されているため、ピン状の接続部材も必要がない。よって、コスト面で改善を図ることができる。

また、本発明のシャント抵抗式電流センサにおいて、接続端子部それぞれは、幅方向の大きさが長さ方向の大きさよりも小さくされていることが好ましい。

このシャント抵抗式電流センサによれば、接続端子部それぞれは、幅方向の大きさが長さ方向の大きさよりも小さくされているため、接続端子部が細くなって撓みやすくなり、応力の緩和をし易くすることができる。また、接続端子部が細いことから半田付けにより回路基板との電気接続を行う際に、熱が逃げ難く半田付けし易くすることができる。

また、本発明のシャント抵抗式電流センサにおいて、バスバ近傍の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、電圧検出手段は、温度検出手段による検出結果に応じて、電圧補正を行うことが好ましい。

このシャント抵抗式電流センサによれば、バスバ近傍の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、電圧検出手段は、温度検出手段による検出結果に応じて、電圧補正を行う。このため、温度の影響による抵抗変化によって誤った結果を得てしまうことを防止することができる。

また、本発明のシャント抵抗式電流センサにおいて、バスバは、バッテリターミナルであることが好ましい。

このシャント抵抗式電流センサによれば、バスバはバッテリターミナルである。ここでバッテリターミナルは銅合金などが使用され、温度変化が小さいシャント抵抗用の材料（例えばマンガニン）と比べると温度による抵抗変化が大きい。しかし、温度補正を行うため、バッテリターミナル用のシャント抵抗式電流センサとして、より効果的な温度補正を行うことができる。

本発明によれば、熱膨張差による耐久性の問題を改善すると共にコスト面においても改善を図ることが可能なシャント抵抗式電流センサを提供することができる。

従来のシャント抵抗式電流センサの一例を示す上面図である。 本発明の実施形態に係る本発明の実施形態に係るシャント抵抗式電流センサのバスバを示す上面図である。 本発明の実施形態に係る本発明の実施形態に係るシャント抵抗式電流センサのバスバを示すＡ−Ａ断面図である。 本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサの上面図である。 本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサの側面図である。 本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサの使用状態図である。 本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサの作用を示すバスバの上面図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明するのに先立って、シャント式電流センサの熱膨張差について詳細に説明する。図１は、従来のシャント抵抗式電流センサの一例を示す上面図である。図１に示すシャント抵抗式電流センサ１０１は、バッテリターミナルとして用いられるものであって、バスバ１１０と、回路基板１２０と、電圧検出ＩＣ１３０とを備えている。

バスバ１１０は、略平板形状の導電部材であって、例えば銅マンガン合金や銅ニッケル合金などにより構成されている。このバスバ１１０は、平板形状の鋼材からプレス成形により所望の形状に形成される。また、バスバ１１０はシャント抵抗の役割を果たし、被測定電流が流れるようになっている。

より詳細にバスバ１１０は、略Ｌ字状に形成され、Ｌ字のそれぞれの先端部に貫通孔１１１，１１２が形成されている。このうち一方の貫通孔１１１は、バッテリポスト用の孔として機能すると共に、他方の貫通孔１１２はワイヤーハーネス固定ネジ用の孔として機能する。

回路基板１２０は、バスバ１１０の中間部に搭載され、バスバ１１０と接続ピン等により電気接続されている。電圧検出ＩＣ１３０は、バスバ１１０に流れる被測定電流の大きさを検出するために回路基板１２０に印加される電圧値を検出するものである。この電圧検出ＩＣ１３０による電圧値の検出により、バスバ１１０に生じる電圧降下が測定される。

ここで、バスバ１１０と回路基板１２０とは素材が異なっている。このため、熱膨張率が異なってしまう。一例を挙げると、２０℃におけるバスバ１１０の線膨張率は１６．５×１０^−６〔１／Ｋ〕であり、回路基板１２０の線膨張率は１６．０×１０^−６〔１／Ｋ〕であるとすると、温度が上昇するとバスバ１１０の方が長くなってしまい、バスバ１１０と回路基板１２０との電気接続部である接続ピン等に応力が発生し、破損等してしまう可能性がある。

図２は、本発明の実施形態に係る本発明の実施形態に係るシャント抵抗式電流センサのバスバを示す上面図であり、図３は、本発明の実施形態に係る本発明の実施形態に係るシャント抵抗式電流センサのバスバを示すＡ−Ａ断面図である。これらの図に示すシャント抵抗式電流センサ１は、接続端子部４０を備えている。なお、バスバ１０、回路基板２０、及び電圧検出ＩＣ３０は、図１に示したものと同様であるため、以下において重複する説明を省略する。

接続端子部４０は、バスバ１０から延在されて形成され、バスバ１０と同一部材にて形成されたものである。すなわち、バスバ１０及び接続端子部４０は、平板形状の鋼材からプレス成形により同時的に形成される。この接続端子部４０は、バスバ１０のうち回路基板２０の搭載箇所の内方に向かって、バスバ１０から延在されて形成されている。

また、本実施形態において接続端子部４０は、対となって突き合わされて形成される共に、それぞれがバスバ１０の平板部よりも立ち上げられて片持ち状となっている。接続端子部４０は、その自由端側が回路基板２０と半田付けにより電気接続される構成となっている。また、図２に示すように、接続端子部４０それぞれは、幅方向の大きさが長さ方向の大きさよりも小さくされている。

図４は、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１の上面図である。図４に示すように、回路基板２０は回路パターン２１が形成されている。電圧検出ＩＣ３０は回路パターン２１上に搭載されている。また、回路パターン２１の端部は、上記した接続端子部４０の自由端側に電気接続されている。これにより、電圧検出ＩＣ３０は、回路基板２０に印加される電圧値を検出し、電圧降下からバスバ１０に流れる被測定電流の大きさを検出する。

図５は、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１の側面図である。図５に示すように、シャント抵抗式電流センサ１は、スペーサ５０と温度センサ（温度検出手段）６０とをさらに備えている。

スペーサ５０は、バスバ１０と回路基板２０との間に介在される部材である。回路基板２０は、接続端子部４０がバスバ１０の平板部よりも立ち上げられているため、バスバ１０よりもやや高くなっている。このため、回路基板２０の搭載箇所のうち接続端子部４０の反対側領域にスペーサ５０を介在させることで、高さ分を補っている。

温度センサ６０は、回路基板２０のうち電圧検出ＩＣ３０の搭載面と反対側の面に設けられ、バスバ１０と近接するように配置されている。このため、温度センサ６０は、バスバ１０近傍の温度を検出することとなる。

また、本実施形態において電圧検出ＩＣ３０は、温度センサ６０による検出結果に応じて、電圧補正を行う。すなわち、電圧検出ＩＣ３０は、温度変化による抵抗変化の影響を受けて、誤った電流値を検出しないように温度結果に応じた電圧補正を行う。

図６は、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１の使用状態図である。図６に示すように本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１のバスバ１０はバッテリターミナルとして用いられる。このため、バスバ１０の貫通孔１１はバッテリ７０のバッテリポスト７１に接続され、他方の貫通孔１２にはワイヤーハーネス固定ネジ７２を介してワイヤーハーネスＷに接続される。

ここで、バスバ１０がバッテリターミナルとして用いられる場合、バスバ１０には銅合金などが使用され、温度変化が小さい他のシャント抵抗用の材料（例えばマンガニン）と比べると温度による抵抗変化が大きい。しかし、温度補正を行うため、バッテリターミナル用のシャント抵抗式電流センサ１として、より効果的な温度補正を行うことができる。

次に、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１の作用を説明する。まず、熱の影響によりバスバ１０及び回路基板２０の双方が熱膨張したとする。このとき、バスバ１０と回路基板２０との素材が異なることから、熱膨張率も異なることとなる。このため、膨張率差により応力が発生し、バスバ１０と回路基板２０とを電気的接続する接合部（すなわち半田部位）が破損して、電気的な接続がとれなくなってしまう可能性がある。

しかし、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１は接続端子部４０を備えている。この接続端子部４０はそれぞれがバスバ１０の平板部よりも立ち上げられて片持ち状となっている。このため、接続端子部４０の弾性力により応力が緩和されることとなる。これにより、接合部が応力により破損してしまう事態が抑制されることとなる。

特に、接続端子部４０は対となって突き合わされて形成されている。図７は、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１の作用を示すバスバ１０の上面図である。接続端子部４０を備えない構成の場合、シャント抵抗部の長さｂに応じた応力が発生してしまう。これに対してそれぞれの接続端子部４０の長さがｃであるとすると、対となって突き合わされている間の距離ｄ＝ｂ−２ｃに応じて応力が発生することとなる。すなわち、応力が発生する距離を短くすることで、応力自体を小さくすることができる。

よって、接合部の破損を防止することができる。また、接合部の破損を防止することができることから、回路基板２０を可とう性が高く高価なフレキシブル回路基板等にする必要がなく、しかも、接続端子部４０はバスバ１０の平板部から立ち上げられて形成されているため、ピン状の接続部材も必要がない。

さらに、接続端子部４０は幅方向の大きさが長さ方向の大きさよりも小さくされていることから、接続端子部４０が細くなり、より応力を緩和しやすくされており、一層接合部の破損を防止することができる。また、接続端子部４０が細いことから半田付けにより回路基板２０との電気接続を行う際に、熱が逃げ難く半田付けし易くすることができる。

加えて、接続端子部４０をバスバ１０の平面部よりも高くしているため、バスバ１０と回路基板２０との接触も避けることとなる。

このようにして、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１によれば、接続端子部４０は、バスバ１０のうち回路基板２０の搭載箇所においてバスバ１０から延在され、回路基板２０と電気接続される。また、接続端子部４０は、それぞれがバスバ１０の平板部よりも立ち上げられて片持ち状となっている。このため、仮にバスバ１０と回路基板２０との熱膨張差により応力が発生したとしても、その応力が片持ち状に形成される接続端子部４０の弾性力により緩和される。また、接続端子部４０は、対となって突き合わされて形成されているため、応力が発生する距離を短くすることができ、応力を小さくすることができる。よって、熱膨張差による耐久性の問題を改善することができる。また、回路基板２０を可とう性が高く高価なフレキシブル回路基板等にする必要がなく、しかも、接続端子部４０はバスバ１０の平板部から、その一部が立ち上げられて形成されているため、ピン状の接続部材も必要がない。よって、コスト面で改善を図ることができる。

また、接続端子部４０それぞれは、幅方向の大きさが長さ方向の大きさよりも小さくされているため、接続端子部４０が細くなって撓みやすくなり、応力の緩和をし易くすることができる。また、接続端子部４０が細いことから半田付けにより回路基板２０との電気接続を行う際に、熱が逃げ難く半田付けし易くすることができる。

また、バスバ１０近傍の温度を検出する温度センサ６０をさらに備え、電圧検出ＩＣ３０は、温度センサ６０による検出結果に応じて、電圧補正を行う。このため、温度の影響による抵抗変化によって誤った結果を得てしまうことを防止することができる。

また、バスバ１０はバッテリターミナルである。ここでバッテリターミナルは銅合金などが使用され、温度変化が小さいシャント抵抗用の材料（例えばマンガニン）と比べると温度による抵抗変化が大きい。しかし、温度補正を行うため、バッテリターミナル用のシャント抵抗式電流センサ１として、より効果的な温度補正を行うことができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。

例えば、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１において、接続端子部４０は上記実施形態に係る形状に限定されるものではない。例えば本実施形態において接続端子部４０は直線状であるが、これに限らず、曲線状等であってもよい。また、直線状や曲線状等の接続端子部４０の一部に切り欠きが形成されていてもよい。また、接続端子部４０の幅は一定でなくともよい。

１…シャント抵抗式電流センサ
１０…バスバ
１１，１２…貫通孔
２０…回路基板
２１…回路パターン
３０…電圧検出ＩＣ（電圧検出手段）
４０…接続端子部
５０…スペーサ
６０…温度センサ（温度検出手段）

Claims (4)

1. 略平板形状のバスバと、
   前記バスバ上に設置された回路基板と、
   前記バスバから延在され、前記回路基板と電気接続される接続端子部と、
   前記回路基板上に設置され、前記バスバに流れる被測定電流の大きさを検出するために前記接続端子部を介して回路基板に印加される電圧値を検出する電圧検出手段と、を備え、
   前記接続端子部は、対となって突き合わされて形成される共に、それぞれが前記バスバの平板部よりも立ち上げられて片持ち状となっている
   ことを特徴とするシャント抵抗式電流センサ。
2. 前記接続端子部それぞれは、幅方向の大きさが長さ方向の大きさよりも小さくされている
   ことを特徴とする請求項１に記載のシャント抵抗式電流センサ。
3. 前記バスバ近傍の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
   前記電圧検出手段は、前記温度検出手段による検出結果に応じて、電圧補正を行う
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のシャント抵抗式電流センサ。
4. 前記バスバは、バッテリターミナルである
   ことを特徴とする請求項３に記載のシャント抵抗式電流センサ。

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