JP2014016298A

JP2014016298A - シャント抵抗式電流センサ

Info

Publication number: JP2014016298A
Application number: JP2012155190A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sato; 孝佐藤
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2014-01-30
Also published as: EP2872909A1; CN104471416A; KR20150023704A; US20150108965A1; WO2014010410A1

Abstract

【課題】
シャント抵抗式電流センサにおいて、コストアップを招くことなく、バスバと回路基板と熱膨張係数差に起因して両者の接続部分に作用する応力を有効に緩和する。
【解決手段】
シャント抵抗式電流センサ１において、一対の接続端子部４０は、バスバ１０の辺縁部からその一部が延出して形成され、バスバ１０から延出した一対の接続端子部４０は、回路基板２０の下方において立ち上げられて回路基板２０を貫通する。これにより、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、その応力を接続端子部４０の弾性力によって緩和することができる。また、バスバ１０と回路基板２０との間の熱膨張差が影響する距離を短くすることができるので、バスバ１０と回路基板２０との接続部分に作用する応力を有効に緩和することができる。
【選択図】図１

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検出するため抵抗値が既知なシャント抵抗部に被測定電流を流し、このシャント抵抗部に生じる電圧降下を検出することで被測定電流の大きさを検出するシャント抵抗式電流センサが提案されている。例えば、自動車などの車両では配電にバスバと呼ばれる金属片が使用されることがあり、電流の経路に相当するバスバの一部をシャント抵抗部として利用している。このバスバ上には回路基板が配置されており、当該回路基板には、バスバに流れる被測定電流の大きさを検出するために、電圧値を検出する電圧検出手段が搭載される。バスバと回路基板とは接続端子部によって電気的に接続されるが、バスバと回路基板との熱膨張係数の差によってそれらの接続部分に応力が作用することとなり、耐久性の低下を招くという点が懸念されている。

例えば特許文献１，２には、バスバとこれに取付けられる配線材との間で、それらの接続部分での応力を緩和できる電流センサが開示されている。特許文献１における電流センサは、測定対象となる電流経路に介挿されるバスバと、電流測定用回路が組込まれたフレキシブル配線板とを備えている。フレキシブル配線板は、バスバと重ね合うように配設されており、フレキシブル配線板において電流測定用回路を構成する配線パターンがバスバに半田付け等で電気的、機械的に接続されている。

また、特許文献２における電流センサは、測定対象となる電流経路に介装されたバスバと、電流測定用の回路が組込まれた回路基板とを備えており、バスバと回路基板とは、直線形状のピン状接続部材を介して電気的、機械的に接続されている。

特開２００５−１８８９７２号公報特開２００５−１８８９７３号公報

しかしながら、特許文献１，２に開示された手法によれば、高価なフレキシブル配線板が必要となったり、ピン状接続部材が別途必要となったりするため、コストアップを招来するという問題がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、シャント抵抗式電流センサにおいて、コストアップを招くことなく、バスバと回路基板と熱膨張係数差に起因して両者の接続部分に作用する応力を有効に緩和することにある。

かかる課題を解決するために、本発明は、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、回路基板とバスバとを電気的に接続する一対の接続端子部と、回路基板上に搭載され、バスバに流れる被測定電流の大きさを検出するために一対の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、を有するシャント抵抗式電流センサを提供する。この場合、一対の接続端子部は、それぞれがバスバの辺縁部より延出するとともに回路基板の下方において立ち上げられて回路基板を貫通する。

ここで、本発明において、一対の接続端子部は、互い違いとなる向きにそれぞれ延出して、互いに平行に並んで配置されることが好ましい。

また、本発明において、一対の接続端子部は、延出方向の長さがこれと直交する幅方向の長さよりも大きい関係となる細長形状を有することが好ましい。

本発明によれば、コストアップを招くことなく、バスバと回路基板と熱膨張係数差に起因して両者の接続部分に作用する応力を有効に緩和することができる。

実施形態に係るシャント抵抗式電流センサを模式的に示す上面図図１に示すシャント抵抗式電流センサを模式的に示す側面図図１に示すシャント抵抗式電流センサのバスバを模式的に示す上面図シャント抵抗式電流センサの使用状態を模式的に示す説明図変形例としてのシャント抵抗式電流センサを模式的に示す側面図図５に示すシャント抵抗式電流センサのバスバを模式的に示す上面図

図１は、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１を模式的に示す上面図であり、図２は、図１に示すシャント抵抗式電流センサ１を模式的に示す側面図である。本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１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１０と、回路基板２０とを主体に構成されている。

バスバ１０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１０は、その一部にシャント抵抗部ＳＲを含んで構成されており、被測定電流が流れるようになっている。バスバ１０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。

図３（ａ）は、シャント抵抗式電流センサ１のバスバ１０を模式的に示す上面図である。本実施形態において、バスバ１０は、例えば略Ｌ字状に形成され、それぞれの先端部に貫通孔１１，１２が形成されている。一方の貫通孔１１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１２は、ワイヤーハーネス固定ネジ用の孔として機能する。

また、シャント抵抗式電流センサ１は、一対の接続端子部４０を備えている。接続端子部４０は、シャント抵抗部ＳＲの両端部に対応するようにそれぞれ設けられており、回路基板２０とバスバ１０とを電気的に接続する。本実施形態において、一対の接続端子部４０は、延出方向の長さがこれと直交する幅方向の長さよりも大きい関係となる細長形状を有している。これらの接続端子部４０は、例えば、平板形状の鋼材からプレス成形によりバスバ１０と同時的に形成され、バスバ１０と同一部材にて構成されている。

一対の接続端子部４０は、それぞれがバスバ１０の辺縁部より延出するとともに、後述する回路基板２０の下方において９０度で折り曲げられて、上方（回路基板側）に立ち上げられている。立ち上げられた一対の接続端子部４０は、そのまま延在して回路基板２０を貫通している（図２参照）。

ここで、図３（ｂ）は、接続端子部４０を立ち上げる立ち上げ位置４１を示す説明図であり、立ち上げ前のフラットな状態を便宜的に示している。略Ｌ字形状の接続端子部４０は、回路基板２０を貫通する形状となっているため、立ち上げ位置４１から自由端までの間にある程度の長さが必要とされる。そこで、バスバ１０の全体形状のコンパクト化を図りつつ、立ち上げ前の状態において一対の接続端子部４０同士がオーバーラップすることが無いように、一対の接続端子部４０は、バスバ１０において互いに向き合う辺縁部より互い違いとなる向きにそれぞれ延出して、互いに平行に並んで配置されている。

再び図１，２を参照するに、回路基板２０は、バスバ１０上に、これと向き合うようにスペースを隔てて設置されている。回路基板２０には、回路パターン２１が形成されている。回路パターン２１の端部は、回路基板２０を貫通して当該回路基板２０の上面側へと突きだした接続端子部４０の自由端側に接続・支持されている。個々の接続端子部４０と回路パターン２１とは、例えば半田付けにより電気的に接続される。

電圧検出ＩＣ３０は、回路基板２０上に搭載されており、当該基板２０上に形成された回路パターン２１と接続されている。電圧検出ＩＣ３０は、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、回路基板２０に印加される電圧値を検出する（電圧検出手段）。すなわち、電圧検出ＩＣ３０は、バスバ１０のシャント抵抗部ＳＲに生じる電圧降下を検出し、その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４は、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１の使用状態を模式的に示す説明図である。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。例えば、バスバ１０の貫通孔１１は、バッテリ７０の負極側のバッテリポスト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。この場合、シャント抵抗式電流センサ１において、回路基板２０等は図示しない外装ケースによって収容されている。

このように本実施形態のシャント抵抗式電流センサ１において、一対の接続端子部４０は、バスバ１０の辺縁部からその一部が延出して形成され、バスバ１０から延出した一対の接続端子部４０は、回路基板２０の下方において立ち上げられて回路基板２０を貫通する。

かかる構成によれば、バスバ１０と回路基板２０との熱膨張係数差により応力が発生したとしても、その応力を接続端子部４０の弾性力によって緩和することができる。また、バスバ１０と回路基板２０との間の熱膨張係数差が影響する距離を短くすることができるので、バスバ１０と回路基板２０との接続部分に作用する応力を有効に緩和することができる。そして、接続端子部４０は、バスバ１０から延出して形成されているため、フレキシブル配線板やピン状接続部材を用いるといったコストアップを招くこともない。これにより、耐久性の低下を有効に抑制することができる。さらに、本実施形態によれば、一対の接続端子部４０が下面から上面にかけて回路基板２０を貫通することで、回路基板２０の上面側に設けられた回路パターン２１と接続端子部４０との接続を容易に行うことができる。これにより、接続端子部４０と回路基板２０との電気的接合の信頼性の向上を図ることができる。

また、一対の接続端子部４０は、互い違いとなる向きにそれぞれ延出して互いに平行に並んで配置されている。

例えば、一対の接続端子部４０が、正面において相対するように向き合って延出している場合には、互いの先端部が干渉しない程度でしか、その長さを確保することができない。しかしながら、本実施形態によれば、平行な状態で並んでいるので、立ち上げ前のフラットな状態においても一対の接続端子部４０同士がオーバーラップすることなく、その長さを十分に確保することができる。これにより、バスバ１０の全体形状のコンパクト化を図りつつ、回路基板２０を貫通するために必要となる、立ち上げ位置４１から自由端までの間の長さを有効に確保することができる。

また、本実施形態において、一対の接続端子部４０は、延出方向の長さがこれと直交する幅方向の長さよりも大きい関係となる細長形状を有している。

個々の接続端子部４０は、電圧を検出するだけの端子で電流が殆ど流れないことから、その幅方向の長さを極力小さくすることができる。このような長細形状では、熱が逃げにくくなるため、回路パターン２１とのはんだ付けが行い易くなるというメリットを奏する。

なお、このような接続端子部４０を備えるバスバ１０の形態は、上述した実施形態に限定されない。例えば、図５及び図６に示すように、例えば略Ｕ字状のバスバ１０Ａを採用することもできる。図６（ａ）は、図５に示すシャント抵抗式電流センサ１のバスバ１０Ａを模式的に示す上面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示すバスバ１０Ａの接続端子部４０を立ち上げる立ち上げ位置４１を示す説明図であり、立ち上げ前のフラットな状態を便宜的に示している。

具体的には、一対の接続端子部４０は、シャント抵抗部ＳＲの両端部に対応するようにそれぞれ設けられており、バスバ１０において互いに向き合う辺縁部よりそれぞれ延出している。これらの接続端子部４０は、回路基板２０の下方において９０度で折り曲げられて、上方（回路基板側）に立ち上げられ、回路基板２０を貫通している。また、一対の接続端子部４０は、互い違いとなる向きにそれぞれ延出して、互いに平行に並んで配置されている。

このような形態であっても、前述のバスバ１０と同様な効果を奏することができる。

以上、本実施形態にかかるシャント抵抗式電流センサについて説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることなく、その発明の範囲において種々の変更が可能である。例えば、バスバは、その一部をシャント抵抗部として含む形態であるが、これに限らず、その全部をシャント抵抗部として利用してもよい。

１シャント抵抗式電流センサ
１０バスバ
１１貫通孔
１２貫通孔
２０回路基板
２１回路パターン
３０電圧検出ＩＣ
４０接続端子部
４１立ち上げ位置
７０バッテリ
７１バッテリポスト
７２固定ネジ
ＳＲシャント抵抗部
Ｗワイヤーハーネス

Claims

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、
前記回路基板と前記バスバとを電気的に接続する一対の接続端子部と、
前記回路基板上に搭載され、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一対の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、を有し、
前記一対の接続端子部は、それぞれが前記バスバの辺縁部より延出するとともに前記回路基板の下方において立ち上げられて前記回路基板を貫通することを特徴とするシャント抵抗式電流センサ。
前記一対の接続端子部は、互い違いとなる向きにそれぞれ延出して、互いに平行に並んで配置されることを特徴とする請求項１に記載されたシャント抵抗式電流センサ。
前記一対の接続端子部は、延出方向の長さがこれと直交する幅方向の長さよりも大きい関係となる細長形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載されたシャント抵抗式電流センサ。