JP2016225440A

JP2016225440A - 抵抗器

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Publication number: JP2016225440A
Application number: JP2015109745A
Authority: JP
Inventors: 周一郎堀; Shuichiro Hori; 良司種田; Ryoji Taneda
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2035-05-29
Also published as: JP6551834B2

Abstract

【課題】抵抗器に関し、コストを抑制し、温度を正確に監視する。【解決手段】絶縁体で形成され、内部に孔部１ｃを有する芯材１と、芯材１の外周に設けられ、導体で形成された通電可能な巻線２と、孔部１ｃに内蔵され、芯材１の内部の温度を検出するセンサ５と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、電気回路上に設けられて温度監視される抵抗器に関するものであり、特にその温度に応じて電気回路を流れる電流を制御するシステムに用いられる抵抗器に関する。

従来、電気回路上に設けられる抵抗器として、コンデンサに大きな突入電流が流れることを防止するための抵抗器（プリチャージ抵抗器）が知られている。抵抗器は通電されると発熱することから、回路設計ではこの発熱量が考慮される。しかし、電気回路のショートや回路部品の故障といった外部要因によって想定以上の電流量が抵抗器に流れた場合、抵抗器が異常発熱して焼損するおそれがある。

これに対し、抵抗器の周辺に温度センサを配置して直接的に温度を監視する手法や、抵抗器への通電電流や通電時間から温度を推定することで間接的に温度を監視する手法が知られている。これらの手法によれば、監視している温度が所定値を超えたときに電気回路を遮断するようなスイッチ等を設けることで、抵抗器を保護しうる。また、温度を監視する代わりに温度ヒューズを設け、抵抗器の異常発熱を感知した場合に電気回路を遮断することで、抵抗器を保護するようにした技術も存在する（例えば特許文献１参照）。

特表2014-501435号公報

しかしながら、上述のように抵抗器の周辺に温度センサを設ける手法では、温度センサが抵抗器の使用環境（例えば抵抗器周辺の空気の流れや他部材の温度等）の影響を受けやすいという課題がある。そのため、温度センサで検出された測定値と実際の温度とにずれが生じ、抵抗器の温度を適切に監視できないおそれがある。また、抵抗器の温度を推定する手法では、推定精度を高めるために複雑な制御が必要となる。さらに、使用環境ごとのチューニングや電流値をモニタするための高応答センサを設ける必要があるため、コストがかかるという課題もある。一方で、温度を監視する代わりに温度ヒューズを設けた場合は、温度ヒューズが作動する度にその交換が必要となるため、手間がかかるとともにコストが嵩む。

本件は、上記のような課題に鑑み創案されたものであり、コストを抑制し、温度を正確に監視することができるようにした、抵抗器を提供することを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。

（１）ここで開示する抵抗器は、絶縁体で形成され、内部に孔部を有する芯材と、前記芯材の外周に設けられ、導体で形成された通電可能な抵抗体と、前記孔部に内蔵され、前記芯材の内部の温度を検出するセンサと、を備える。
（２）前記芯材が、柱状に形成されることが好ましい。この場合、前記孔部は、前記芯材の軸方向の一端から中央部まで穿設されることが好ましい。またこの場合、前記センサが、前記孔部の底部に設置されることが好ましい。

（３）前記抵抗体は、前記芯材に巻回された螺旋状の巻線であり、前記巻線のピッチが前記センサに近い部位ほど狭くされることが好ましい。

開示の抵抗器によれば、芯材に内蔵されたセンサによって芯材の内部の温度が検出されるため、温度を正確に監視することができる。また、温度ヒューズのような交換が不要であることから、コストを抑制できる。さらに、温度を高精度に推定するための高応答センサや複雑な制御構成も不要であることからも、コストを抑制できる。

一実施形態に係る抵抗器が設けられた電気回路及びその制御構成の模式図である。ケースに収容された図１の抵抗器を示す模式的な上面図である。図１の抵抗器の模式的な斜視図である。一変形例に係る孔部の底部を示す模式的な断面図（孔部の軸方向の断面を示す図）である。

図面を参照して、実施形態としての抵抗器について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。

［１．構成］
［１−１．回路構成］
本実施形態に係る抵抗器１０は、図１に示す電気回路２０に設けられる。この電気回路２０には、電動車両（電気自動車やハイブリッド電気自動車）に搭載された電源３０とインバータ負荷４０とが設けられる。電源３０は、例えば高電圧の車載バッテリであり、蓄電された電力をインバータ負荷４０に供給する。一方、インバータ負荷４０は、電源３０から供給される直流電力を交流電力に変換し、車両駆動用のモータ（図示略）に送給するものである。インバータ負荷４０は、電源３０から出力される電圧，電流の変動を平滑化するためのコンデンサ（図示略）を有する。

電源３０とインバータ負荷４０との間には、これらを電気的に接続，遮断するためのリレー５０が介装される。リレー５０は、電気回路２０上に配設された三つのスイッチ５１〜５３を有する。各スイッチ５１〜５３のオン（閉），オフ（開）の切り替えは、車載の制御装置６０によって制御される。以下、三つのスイッチ５１〜５３を区別する場合にはそれぞれ、Ｐ側スイッチ５１，Ｎ側スイッチ５２，プリチャージスイッチ５３という。

Ｐ側スイッチ５１は、電源３０の正極端子とインバータ負荷４０とを接続するＰ側接続線２１上に設けられる。また、Ｎ側スイッチ５２は、電源３０の負極端子とインバータ負荷４０とを接続するＮ側接続線２２上に設けられる。さらに、プリチャージスイッチ５３は、Ｐ側スイッチ５１を迂回するようにＰ側接続線２１に接続されたプリチャージ接続線２３上に設けられる。すなわちプリチャージスイッチ５３は、Ｐ側スイッチ５１と並列に設けられる。

本実施形態に係る抵抗器１０は、プリチャージ接続線２３上においてプリチャージスイッチ５３と直列に設けられる。抵抗器１０は、プリチャージスイッチ５３及びＮ側スイッチ５２が何れもオンとされたときに、インバータ負荷４０に大きな突入電流が流れることを防止するためのプリチャージ抵抗器である。すなわち、抵抗器１０は電源３０からインバータ負荷４０へ流れる電流を制限するものである。抵抗器１０の詳細な構成は後述する。

制御装置６０は、マイクロコンピュータで構成された電子制御装置（ECU）であり、例えば周知のマイクロプロセッサやROM，RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成され、車載ネットワークの通信ラインに接続される。制御装置６０には、車両のメインスイッチのオン，オフ情報や、電源３０の充電開始，終了の情報や、アクセル開度，車速といった車両状態に関する情報などが入力される。さらに、制御装置６０には、後述するセンサ５で検出された抵抗器１０の温度情報が入力される。制御装置６０は、これらの情報に基づいてリレー５０を制御し、電気回路２０の接続，遮断を切り替える。

具体的には、制御装置６０は、電気回路２０を接続するときにはＮ側スイッチ５２をオンに制御するとともに、Ｐ側スイッチ５１及びプリチャージスイッチ５３の何れか一方をオンに制御する。また、制御装置６０は、電気回路２０を遮断するときには、Ｎ側スイッチ５２をオフに制御するか、Ｐ側スイッチ５１及びプリチャージスイッチ５３を何れもオフに制御するか、あるいは三つのスイッチ５１〜５３の全てをオフに制御する。

プリチャージスイッチ５３がオンに制御されるのは、プリチャージを実施する場合である。すなわち、電源３０からインバータ負荷４０に大きな突入電流が流れるのを防止するために、プリチャージスイッチ５３をオンに制御して電気回路２０を接続し、抵抗器１０に通電する。これにより、電源３０から流れる電流が抵抗器１０によって制限された上でインバータ負荷４０に送給される。

制御装置６０は、プリチャージ中に所定の条件が成立したらプリチャージスイッチ５３をオフに制御するとともにＰ側スイッチ５１をオンに制御して、プリチャージ接続線２３からＰ側接続線２１に切り替える。これにより、電源３０から流れる電流が抵抗器１０を通らずに（抵抗器１０によって制限されることなく）インバータ負荷４０に送給される。なお、上記の所定の条件としては、例えばインバータ負荷４０に含まれるコンデンサの充電量が所定量に達することが挙げられる。

ところで、電気回路２０のショートやインバータ負荷４０の故障といった外部要因によって想定以上の電流量が抵抗器１０に流れた場合、抵抗器１０が異常発熱するおそれがある。そこで、本実施形態の制御装置６０は、抵抗器１０の温度を直接的に監視して、抵抗器１０の温度が所定値以上となったらプリチャージスイッチ５３をオフに制御する。すなわち、抵抗器１０の発熱量が大きくなった場合にはプリチャージ接続線２３を遮断する。これにより、抵抗器１０の異常発熱を防止して抵抗器１０の保護を図る。

［１−２．抵抗器］
図２及び図３に示すように、抵抗器１０は、絶縁体（例えばセラミックス）で形成された略円柱状の芯材１と、導体（例えば金属）で形成された巻線２（抵抗体）及びキャップ３，４とを備える。巻線２は芯材１の外周に設けられ、キャップ３，４は芯材１の軸方向の両端１ａ，１ｂにそれぞれ取り付けられる。

芯材１は、その軸方向に細長い形状とされる。巻線２は、螺旋状に形成され、芯材１の外周に巻回される。巻線２は、その両端２ａ，２ｂがキャップ３，４をそれぞれ介して電気回路２０に接続され、電源３０からの電流が通電可能に設けられる。巻線２は、通電されると電気回路２０に電気抵抗を与えるとともに発熱する。

キャップ３，４は、巻線２の両端２ａ，２ｂと端子１２，１３とをそれぞれ電気的に接続するものであり、芯材１の両端１ａ，１ｂにそれぞれ固定される。以下、これらのキャップ３，４を互いに区別する場合には、芯材１の一端１ａに固定される一方を第一キャップ３といい、芯材１の他端１ｂに固定される他方を第二キャップ４という。なお、端子１２，１３は、プリチャージ接続線２３上におけるターミナル（接続箇所）である。

第一キャップ３は、円筒状の筒部３ａと、筒部３ａの一方の開口を閉鎖する円板状の板部３ｂとを有する。第二キャップ４も同様に、円筒状の筒部４ａと、筒部４ａの一方の開口を閉鎖する円板状の板部４ｂとを有する。ただし、第一キャップ３の板部３ｂは、後述の貫通孔３ｃを有する点で第二キャップ４の板部４ｂと異なる。
キャップ３，４は、それぞれの筒部３ａ，４ａが芯材１に外嵌されることによって芯材１に固定される。また、キャップ３，４の板部３ｂ，４ｂは、キャップ３，４が芯材１に固定された状態では芯材１の一端１ａ，他端１ｂをそれぞれ覆う。

また、筒部３ａ，４ａの外周面には、巻線２の一端２ａ，他端２ｂがそれぞれ溶接によって接続される。さらに、筒部３ａ，４ａは、端子１２，１３をそれぞれ介して電気回路２０と接続される。なお、巻線２の一端２ａ，他端２ｂ及び端子１２，１３の接続先は、筒部３ａ，４ａではなく板部３ｂ，４ｂであってもよい。

本実施形態の抵抗器１０は、コストを抑制し、且つ、巻線２の発熱に伴う芯材１の温度上昇を適切に監視するために、芯材１の内部の温度を検出するセンサ５を更に備える。このセンサ５は、芯材１に内蔵される。つまり、センサ５は、芯材１の内部に設置され、芯材１の内部の温度を直接的に検出するものである。センサ５は、検出した温度の情報を、配線１４を通じて制御装置６０に伝達する。

本実施形態の芯材１には、センサ５を適切な位置に内蔵するための孔部１ｃが穿設されている。また、本実施形態の第一キャップ３には、センサ５を孔部１ｃに設置しやすくするための貫通孔３ｃが形成されている。

孔部１ｃは、センサ５が設置される中空状の部位であり、芯材１の内部に設けられる。本実施形態の孔部１ｃは、芯材１の軸方向の一端１ａから中央部（芯材１の一端１ａと他端１ｂとの中間部）まで穿設されている。すなわち芯材１は貫通されておらず、芯材１の中央部の内部には孔部１ｃの底部（端部）に相当する壁面１ｄが設けられる。

この壁面１ｄは、平坦であり、センサ５の位置を規定する機能を有する。つまり、センサ５を芯材１の一端１ａから孔部１ｃに挿入し、壁面１ｄと当接するところまで進入させることでセンサ５の位置決めを行うことができる。これにより、センサ５の位置が芯材１の軸方向の中央部に規定され、センサ５が芯材１の軸方向の中央部（孔部１ｃ）に内蔵される。このとき、センサ５は、孔部１ｃの壁面１ｄに接触していることが好ましい。これによれば、芯材１の中央部においてセンサ５の精度の良い位置決めが容易となる。ひいては、芯材１の最大温度をより正確に監視することができるようになる。

孔部１ｃは、芯材１の軸中心上に形成され、芯材１の一端１ａで円形に開口する。孔部１ｃの孔径は、センサ５を孔部１ｃに設置しうる大きさに設定される。なお、芯材１は、円柱状に形成されてから部分的にくり貫かれることによって孔部１ｃを有する形状とされてもよいし、予め孔部１ｃを有する形状に形成されてもよい。

貫通孔３ｃは、孔部１ｃと同軸上で同形状に開口するように、第一キャップ３の板部３ｂに貫設される。貫通孔３ｃは、第一キャップ３が芯材１に取り付けられた状態では、芯材１の孔部１ｃと連通する。センサ５は、貫通孔３ｃを通じて芯材１の孔部１ｃに挿入される。また、センサ５の配線１４は、貫通孔３ｃを通じて抵抗器１０の外部に引き出される。

さらに、本実施形態の抵抗器１０は、抵抗器１０の温度をより正確に監視するために、巻線２の螺旋のピッチが一定ではなく、軸方向に異なって設けられる。ピッチとは、巻線２に沿って芯材１の外周を一回転したときに、芯材１の軸方向に進む距離（すなわち、抵抗器１０を径方向外側から見たときに、隣り合う巻線２の間隔）を意味する。具体的には、巻線２は、軸方向（芯材１の軸方向）の中央部におけるピッチが、両端部におけるピッチよりも狭くされている。すなわち、巻線２のピッチは、センサ５に近い部位ほど狭くなるように形成されている。なお、図２及び図３では、抵抗器１０の構成をわかりやすくするために、巻線２の巻き数を少なくしてピッチを大きく示している。

図２に示すように、抵抗器１０は、横長なケース１１に収容された状態で電気回路２０上に設けられる。抵抗器１０は、ケース１１の内部に設置された後、図示しない絶縁材（例えば不燃性絶縁塗料）がケース１１に流し込まれて固化することにより、ケース１１の内部に固定される。また、センサ５は、ケース１１に流し込まれた絶縁材が第一キャップ３の貫通孔３ｃを通じて芯材１の孔部１ｃに流れ込んで固化することにより、芯材１の内部に固定される。

［２．作用，効果］
（１）上述の抵抗器１０は、センサ５が芯材１の孔部１ｃに内蔵されるため、抵抗器１０の周辺環境の影響を受けることなくセンサ５によって芯材１の内部の温度をダイレクトに検出することができる。つまり、抵抗器１０の周辺にセンサを設けて温度を監視する場合と比べて、センサ５が抵抗器１０の使用環境の影響を受けなくなることから、抵抗器１０の温度を精度よく検出することができる。したがって、上述の抵抗器１０によれば、温度を正確に監視することができる。これにより、例えば上述のように、抵抗器１０の温度が所定値以上となったらプリチャージスイッチ５３をオフに制御するように構成することで、抵抗器１０の異常発熱を防止して抵抗器１０を保護することができる。

また、上述の抵抗器１０は、センサ５によって芯材１の内部の温度を直接的に検出するため、抵抗器１０の温度を推定するための制御構成や、高応答センサが不要となる。このため、上述の抵抗器１０によればコストを抑制することができる。さらに、上述の抵抗器１０は、センサ５で温度を正確に監視することができるため、温度ヒューズが不要となる。また、温度ヒューズのような交換も不要となるため、これによってもコストを抑制することができる。また、芯材１に穿設された孔部１ｃにセンサ５を設置することによって、センサ５を芯材１に容易に内蔵させることができる。

（２）上述の抵抗器１０では、センサ５が芯材１の軸方向の中央部に内蔵される。芯材１の軸方向の中央部は、巻線２の通電中、他部に比べて温度が高くなりやすい部位である。つまり、上述のセンサ５は、芯材１において温度が最も高くなりやすい部位に内蔵される。そのため、上述の抵抗器１０によれば、芯材１における最大温度をセンサ５で監視することができる。これにより、例えば上述のように、センサ５で検出された温度が所定値以上となったらプリチャージスイッチ５３をオフに制御するように構成することで、抵抗器１０の異常発熱をより確実に防止し、抵抗器１０を保護することができる。

また、上述の抵抗器１０では、孔部１ｃが芯材１の軸方向の一端１ａから中央部まで穿設される。このように孔部１ｃの底部（壁面１ｄ）が芯材１の軸方向の中央部に設けられることにより、センサ５を孔部１ｃの壁面１ｄに当接させることで、センサ５を芯材１の軸方向の中央部に精度よく位置決めすることができる。そのため、芯材１の最大温度をより正確に監視することができる。

（３）上述の抵抗器１０では、巻線２が、センサ５に近い部位ほどその螺旋のピッチが狭くされるため、芯材１はセンサ５に近い部位ほど発熱量が大きくなる。これにより、センサ５は芯材１の温度上昇をより敏感に検出することができる。そのため、例えば上述のように、センサ５で検出された抵抗器１０の温度が所定値以上となったらプリチャージスイッチ５３をオフに制御するように構成することで、抵抗器１０の異常発熱をより確実に、且つ、いち早く防止して抵抗器１０を保護することができる。

（４）上述の抵抗器１０では、芯材１の一端１ａを覆う第一キャップ３に、芯材１の孔部１ｃと連通する貫通孔３ｃが設けられる。そのため、第一キャップ３が芯材１に取り付けられた状態でも、貫通孔３ｃを通じてセンサ５を孔部１ｃに容易に挿入することができる。また、例えば上述のように絶縁材を用いて抵抗器１０を固定する場合に、この絶縁材が貫通孔３ｃを通じて孔部１ｃに流入するため、抵抗器１０を固定するのと同時にセンサ５をも固定することができる。さらに、貫通孔３ｃを利用してセンサ５の配線１４を抵抗器１０の外部に容易に引き出すことができる。

［３．変形例］
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。

上述の実施形態では、抵抗器１０が車両に設けられたプリチャージ抵抗器である場合を例示したが、抵抗器１０の用途はこれに限定されない。抵抗器１０は、例えば、家電製品やＩＴ通信機器などに設けられるものであってもよいし、プリチャージ以外の用途で使用されるものであってもよい。何れの用途であっても、上述の抵抗器１０によれば上述と同様の作用，効果を得ることができる。

また、上述の実施形態で示した巻線２は、抵抗器１０に設けられる抵抗体の一例である。抵抗器１０に設けられる抵抗体は、少なくとも導体で形成されて芯材１の外周に設けられ、通電可能なものであればよく、例えば金属皮膜であってもよい。すなわち、上述のセンサ５を芯材１に内蔵する構造は、巻線２を備えた巻線抵抗器に限らず、芯材１の両端部に電極を設けてこれら一対の電極間に金属皮膜が設けられてなる金属皮膜抵抗器にも適用可能である。

また、上述の実施形態では、センサ５が芯材１の軸方向の中央部であって、軸中心上に内蔵される場合を例示したが、センサ５の位置はこれに限定されない。センサ５は、少なくとも芯材１に内蔵されていれば上述のように芯材１の内部の温度を直接的に検出することができる。したがって、抵抗器１０の温度を正確に監視することができる。

また、上述の実施形態で示したキャップ３，４を省略し、巻線２の両端２ａ，２ｂと端子１２，１３とを直接的に接続してもよい。すなわち上述のキャップ３，４は抵抗器１０に必須の構成ではない。
また、上述の実施形態で示した巻線２の形状は一例であり、そのピッチや巻き数は、適宜設定されうる。なお、図２及び図３では、芯材１の軸方向の中央部においても、隣接する巻線２（抵抗器１０を径方向外側から見たときに、隣り合う巻線２）が離間する（接触しない）場合を示したが、巻線２の形状はこれに限定されるものではなく、隣接する巻線同士を接触させてもよい。

また、上述の実施形態では、孔部１ｃが芯材１の軸方向の一端１ａから中央部まで穿設される場合を例示したが、孔部１ｃは少なくともセンサ５を内蔵することができる形状であればよく、上述の形状のものに限定されない。また、上述の実施形態では、芯材１に設けられた孔部１ｃの底部（壁面１ｄ）を平坦としたが、これを図４に示すような形状に変更してもよい。すなわち、孔部１ｃの底部に窪みＫを設けて、その窪みＫの内部に図中二点鎖線で示すセンサ５の一部が収容されるように変更してもよい。窪みＫの位置によってセンサ５の位置を設定することができる。また、窪みＫの大きさや深さによって窪みＫに収容されるセンサ５の割合を変更することができる。このように窪みＫを設けることで、センサ５を芯材１の軸方向の中央部により一層精度よく位置決めすることが可能となり、ひいては、芯材１の最大温度をより正確に監視することが容易となる。

１芯材
１ａ一端
１ｃ孔部
１ｄ壁面（底部）
２巻線（抵抗体）
５センサ
１０抵抗器

Claims

絶縁体で形成され、内部に孔部を有する芯材と、
前記芯材の外周に設けられ、導体で形成された通電可能な抵抗体と、
前記孔部に内蔵され、前記芯材の内部の温度を検出するセンサと、
を備えたことを特徴とする、抵抗器。
前記芯材が、柱状に形成され、且つ、
前記孔部は、前記芯材の軸方向の一端から中央部まで穿設されており、
前記センサが、前記孔部の底部に設置される
ことを特徴とする、請求項１記載の抵抗器。
前記抵抗体は、前記芯材に巻回された螺旋状の巻線であり、前記巻線のピッチが前記センサに近い部位ほど狭くされる
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の抵抗器。