JP2019091823A

JP2019091823A - シャント抵抗器

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Publication number: JP2019091823A
Application number: JP2017220342A
Authority: JP
Inventors: 建二村上; Kenji Murakami
Original assignee: Suncall Corp
Current assignee: Suncall Corp
Priority date: 2017-11-15
Filing date: 2017-11-15
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2037-11-15
Also published as: WO2019097924A1; EP3648122A4; CN111418033A; EP3648122A1; CN111418033B; JP6967431B2

Abstract

【課題】十分な接合強度を得ることができるシャント抵抗器を提供することを目的としている。【解決手段】抵抗体１０と、抵抗体１０を挟んで当該抵抗体１０に一体的に形成された一対の母材１１と、母材１１上に固定される測定端子１２と、を有し、測定端子１２は、軸部１２ａと、軸部１２ａの先端側から一体的に突出している突部と、を有し、突部は、電気抵抗溶接機を用いることにより、溶解し、もって、溶接材１２ｂａとなるものである。これにより、母材１１上に測定端子１２が固定されることとなる。【選択図】図１

Description

本発明は、シャント抵抗器に関し、特に、電気自動車（ＥＶ車）、ハイブリット車（ＨＶ車）、プラグインハイブリット車（ＰＨＶ車）等で使用される高電圧用途のバッテリーからモータ回路へ大電流が流れる電流経路の電流値を計測する際に用いられるシャント抵抗器に関する。

従来のシャント抵抗器として、特許文献１に記載のようなシャント抵抗器が知られている。このシャント抵抗器は、抵抗体を挟んで抵抗体に一体的に形成された二つの板状の母材それぞれに貫通孔を形成し、その貫通孔内に第１端子部が挿入され、第２端子部が貫通孔内より突出する電圧検出端子が設けられているものである。

特開２０１７−００９４１９号公報

しかしながら、上記従来のシャント抵抗器の電圧検出端子は、母材に対して十分な接合強度を得ることができていないという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、十分な接合強度を得ることができるシャント抵抗器を提供することを目的としている。

上記本発明の目的は、以下の手段によって達成される。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１の発明によれば、抵抗体（１０）と、
前記抵抗体（１０）を挟んで当該抵抗体（１０）に一体的に形成された一対の母材（１１）と、
前記母材（１１）上に固定される測定端子（１２）と、を有し、
前記測定端子（１２）は、
軸部（１２ａ）と、
前記軸部（１２ａ）の先端側から一体的に突出している突部（１２ｂ）と、を有し、
前記突部（１２ｂ）は、電気抵抗溶接機を用いて溶解可能に形成されてなることを特徴としている。

また、請求項２の発明によれば、上記請求項１に記載のシャント抵抗器において、前記突部（１２ｂ）は、先細り形状に形成されてなることを特徴としている。

さらに、請求項３の発明によれば、上記請求項１又は２に記載のシャント抵抗器において、前記電気抵抗溶接機は、前記母材（１１）を銅で形成し、前記測定端子（１２）を銅で形成し、該母材（１１）と該測定端子（１２）を接合する際、該接合する部分の組織が破壊されることがないよう短時間で接合可能であることを特徴としている。

次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１に係る発明によれば、軸部（１２ａ）の先端側から一体的に突出している突部（１２ｂ）は、電気抵抗溶接機を用いて溶解可能に形成されているから、母材（１１）上に測定端子（１２）を立設固定する際、電気抵抗溶接機を用いて、突部（１２ｂ）を溶解するようにすれば、母材（１１）上に立設固定される測定端子（１２）、すなわち、軸部（１２ａ）に密着した状態で、溶接することができる。これにより、母材（１１）に対する軸部（１２ａ）の軸方向（上方向）、スラスト方向（左右方向）の耐荷重を向上させることができ、もって、十分な接合強度を得ることができる。

また、請求項２に係る発明によれば、突部（１２ｂ）は、先細り形状に形成されているから、電気抵抗溶接機の電極（Ｉ）に軸部（１２ａ）を差し込み、この状態で電流を流した際、突部（１２ｂ）の先端面（１２ｂ２）側に電流が集中し易くなる。これにより、突部（１２ｂ）が、溶解し易くなり、もって、母材（１１）上に軸部（１２ａ）をより強固に溶接することができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、電気抵抗溶接機は、母材（１１）を銅で形成し、測定端子（１２）を銅で形成し、該母材（１１）と該測定端子（１２）を接合する際、該接合する部分の組織が破壊されることがないよう短時間で接合可能であるから、接合部分の組織が破壊されることによって、抵抗値が上昇してしまうことがないため、もって、正確に電流値を計測することができることとなる。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係るシャント抵抗器の斜視図、（ｂ）は、同実施形態に係るシャント抵抗器の断面図である。（ａ）は、同実施形態に係る測定端子の正面図、（ｂ）は、（ａ）に示すＸ部分の拡大図である。同実施形態に係るシャント抵抗器の製造工程を示し、（ａ）は、電気抵抗溶接機の電極に軸部を差し込んだ状態の測定端子の突部の先端面を母材の上面に接触させている状態を示す一部半断面図、（ｂ）は、（ａ）に示す状態で電極に電流を流すことによって、突部が溶解し、もって、母材と軸部の側周面が溶接される状態を示す一部半断面図である。他の実施形態に係るシャント抵抗器の製造工程を示し、（ａ）は、同実施形態に係る母材に凹孔を形成し、電気抵抗溶接機の電極に軸部を差し込んだ状態の測定端子の突部の先端面を凹孔内に挿入し接触させている状態を示す一部半断面図、（ｂ）は、（ａ）に示す状態で電極に電流を流すことによって、突部が溶解し、もって、母材と軸部の側周面が溶接される状態を示す一部半断面図である。

以下、本発明に係るシャント抵抗器の一実施形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明において、上下左右の方向を示す場合は、図示正面から見た場合の上下左右をいうものとする。

本実施形態に係るシャント抵抗器は、特に、電気自動車（ＥＶ車）、ハイブリット車（ＨＶ車）、プラグインハイブリット車（ＰＨＶ車）等で使用される高電圧用途のバッテリーからモータ回路へ大電流が流れる電流経路の電流値を計測する際に用いられるもので、図１（ａ），（ｂ）に示すように、シャント抵抗器１は、抵抗体１０と、抵抗体１０を挟むように抵抗体１０と一体的に形成された一対の母材１１と、一対の母材１１上にそれぞれ立設固定されている測定端子１２とで構成されている。抵抗体１０は、図１（ａ）に示すように、例えば、厚み約３ｍｍ〜５ｍｍの厚板状で短尺の矩形状に形成されており、例えば、Ｃｕ−Ｍｎ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、等で形成されていることが好ましく、５０μΩから２００μΩ程度の抵抗体である。このように形成される抵抗体１０の両側面１０ａ，１０ｂには、図１（ａ），（ｂ）に示すように、図示左に位置する母材１１が抵抗体１０の一方の側面１０ａに溶接により接合され、図示右に位置する母材１１が抵抗体１０の他方の側面１０ｂに溶接により接合されている。これにより、一対の母材１１が、抵抗体１０を挟むように抵抗体１０と一体的に形成されることとなる。

一方、母材１１は、所謂バスパーと呼ばれるもので、銅等の金属からなり、図１（ａ）に示すように、例えば、厚み約３ｍｍ〜５ｍｍの厚板状で、長尺の矩形状に形成されている。

他方、測定端子１２は、電流検出用のプリント基板を実装可能なもので、銅，錫メッキ等で形成されており、図２（ａ）に示すように、長さＨ１（例えば、約１５．５ｍｍ）からなるもので、棒状の軸部１２ａと、軸部１２ａの先端から一体的に突出して設けられている略逆円錐形状の突部１２ｂとで構成されている。この軸部１２ａは、電流値を測定する際に用いられる電流測定端子であって、その直径Φ１は、例えば、約１．５ｍｍに形成され、長さＨ２は、例えば、約１４．５ｍｍに形成されている。

一方、突部１２ｂは、図２（ｂ）に示すように、略逆円錐形状からなり、長さＨ１―Ｈ２は、例えば、約１．０ｍｍに形成され、基端面１２ｂ１の直径は、軸部１２ａの直径Φ１と同一で、例えば、約１．５ｍｍに形成され、先端面１２ｂ２の直径Φ２は、例えば、約０．３ｍｍに形成されている。すなわち、突部１２ｂは、基端面１２ｂ１から先端面１２ｂ２に向って先細り形状となっている。そして、図２（ｂ）に示すように、基端面１２ｂ１から先端面１２ｂ２に向って先細り形状となっている突部１２ｂの先端面１２ｂ２側の角度θは、例えば、約９０度に形成されている。

かくして、このように形成されている突部１２ｂは、図３（ａ）に示すように、電気抵抗溶接機の電極Ｉに軸部１２ａを差し込み、この状態で電流を流すことにより、溶解し、図１，図３（ｂ）に示すように、溶接材１２ｂａとなり、もって、母材１１と軸部１２ａの側周面を溶接するものである。これにより、図１に示すように、母材１１上に測定端子１２（軸部１２ａ）が立設固定されることとなる。

しかして、このように、軸部１２ａの先端から一体的に突出している略逆円錐形状の突部１２ｂは、電気抵抗溶接機の電極Ｉに軸部１２ａを差し込み、この状態で電流を流すことにより、溶解し、溶接材１２ｂａとなる。そしてこの溶接材１２ｂａは、軸部１２ａの先端から一体的に突出している突部１２ｂが溶解したものであるから、母材１１上に立設固定される軸部１２ａに密着した状態で、溶接することができることとなる。これにより、母材１１に対する軸部１２ａの軸方向（上方向）、スラスト方向（左右方向）の耐荷重を向上させることができ、もって、十分な接合強度を得ることができる。

また、突部１２ｂを、基端面１２ｂ１から先端面１２ｂ２に向って先細り形状とすることにより、電気抵抗溶接機の電極Ｉに軸部１２ａを差し込み、この状態で電流を流した際、突部１２ｂの先端面１２ｂ２側に電流が集中し易くなる。これにより、突部１２ｂが、溶解し易くなり、もって、母材１１上に軸部１２ａをより強固に溶接することができる。すなわち、突部１２ｂを、基端面１２ｂ１から先端面１２ｂ２に向って先細り形状とせず、単なる平坦、つまり、突部１２ｂを矩形状にすると、流した電流が分散し易くなり、もって、突部１２ｂが溶解し難くなる。それゆえ、突部１２ｂを、基端面１２ｂ１から先端面１２ｂ２に向って先細り形状とするのが好ましく、好適には、突部１２ｂの先端面１２ｂ２側の角度θを、９０度とするのが好ましい。

さらに、電気抵抗溶接機としては、短時間で大電流を出力することができる電気抵抗溶接機を用いるのが好ましい。すなわち、母材１１を銅で形成し、測定端子１２を銅で形成した際、銅は電気が伝わり易く熱が逃げやすい性質があるため、銅同士を接合するにあたっては、短時間で大電流が必要となる。そのため、短時間で大電流を出力することができる電気抵抗溶接機を用いるのが好ましい。仮に、短時間で大電流を出力することができない電気抵抗溶接機を用いた場合、母材１１と測定端子１２を接合（測定端子１２の突部１２ｂを溶解させ母材１１上に軸部１２ａを接合）する際、非常に時間がかかってしまい、もって、接合部分の組織が破壊される可能性がある。接合部分の組織が破壊されると、その組織破壊によって、抵抗値が上昇し、もって、正確に電流値を計測することができないという問題がある。それゆえ、電気抵抗溶接機としては、短時間で大電流を出力することができる電気抵抗溶接機を用いるのが好ましい。例えば、このような電気抵抗溶接機として、インバータ式電気抵抗溶接機、コンデンサ式電気抵抗溶接機等が例示される。

ここで、上記のように構成されるシャント抵抗器１の製造方法を、図３を参照して具体的に説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、抵抗体１０を挟むように抵抗体１０と一体的に形成された一対の母材１１の抵抗体１０の近傍に、測定端子１２を立設させる。すなわち、電気抵抗溶接機の電極Ｉに軸部１２ａを差し込んだ状態の測定端子１２の突部１２ｂの先端面１２ｂ２を、母材１１の上面に接触させることにより、一対の母材１１の抵抗体１０の近傍に、測定端子１２を立設させる。

この状態で、電極Ｉに電流を流すことにより、突部１２ｂの先端面１２ｂ２側に電流が集中し、もって、突部１２ｂが溶解し、図３（ｂ）に示すように、溶接材１２ｂａとなる。これにより、母材１１と軸部１２ａの側周面が溶接され、一対の母材１１上に、それぞれ測定端子１２が立設固定され、もって、図１（ａ）に示すような、シャント抵抗器１が製造されることとなる。

しかして、以上説明した本実施形態によれば、軸部１２ａの先端から一体的に突出している突部１２ｂは、電気抵抗溶接機の電極Ｉに軸部１２ａを差し込み、この状態で電流を流すことにより、溶解し、溶接材１２ｂａとなる。そしてこの溶接材１２ｂａは、軸部１２ａの先端から一体的に突出している突部１２ｂが溶解したものであるから、母材１１上に立設固定される軸部１２ａに密着した状態で、溶接することができる。これにより、母材１１に対して軸部１２ａの軸方向（上方向）、スラスト方向（左右方向）の耐荷重を向上させることができ、もって、十分な接合強度を得ることができる。

また、本実施形態によれば、従来のように貫通孔を設ける必要がないため、母材１１の厚みに関係なく、一対の母材１１上にそれぞれ、測定端子１２を立設固定させることができる。それゆえ、特に、電気自動車（ＥＶ車）、ハイブリット車（ＨＶ車）、プラグインハイブリット車（ＰＨＶ車）等で使用される高電圧用途のバッテリーからモータ回路へ大電流を流す際、母材１１の厚みを厚くする必要があるものの電流測定の検出精度を低下させないように、軸部１２ａの径を細くする必要があるが、そのようなものにも対応することが可能となる。

また、一般に、母材１１の厚み以下の直径の貫通孔を母材１１に明けようとすると、ドリル加工をした際、貫通孔を形成途中、或いは、形成後ドリルを貫通孔より抜出する際、ドリルが折れてしまい、もって、貫通孔にバリが発生し、正確な位置に貫通孔を明けることができないといった問題があるが、本実施形態によれば、従来のように貫通孔を設ける必要がないため、このような問題が生じることがない。

ところで、測定端子１２は、図１に示すように、抵抗体１０の近傍に設けられている。これは、抵抗体１０の近傍に測定端子１２を設けるようにすれば、電流測定時のノイズ等を軽減でき、もって、電流測定の検出精度を向上させることができるためである。それゆえ、測定端子１２は、抵抗体１０の近傍に設けられている。ただし、測定端子１２が抵抗体１０に接触してしまうと、電流測定の検出精度が低下してしまうこととなるため、接触しないように、抵抗体１０の近傍に測定端子１２を設ける必要がある。それゆえ、測定端子１２の位置は重要である。

この点、本実施形態においては、従来のように貫通孔を設ける必要がないため、一対の母材１１上にそれぞれ、測定端子１２を立設固定させる際、その位置を自由に変更することができる。それゆえ、測定端子１２が抵抗体１０に接触しないように、抵抗体１０の近傍に測定端子１２を設けることが可能となる。

一方で、測定端子１２が抵抗体１０に接触しないように、抵抗体１０の近傍に測定端子１２をより正確に立設固定する必要がある場合、図４（ａ）に示すように、母材１１の上面、すなわち、抵抗体１０の両側面１０ａ，１０ｂの近傍に、例えば、直径約１．０ｍｍ、深さ約０．５ｍｍの凹孔１１ａを形成するようにしても良い。このようにすれば、測定端子１２が抵抗体１０に接触しないように、抵抗体１０の近傍に測定端子１２を立設固定する際、この凹孔１１ａを目印に立設固定することができるため、位置決め精度が向上することとなる。

すなわち、このような凹孔１１ａを形成するにあたっては、図４（ａ）に示すように、抵抗体１０を挟むように抵抗体１０と一体的に形成された一対の母材１１の抵抗体１０の近傍に、パンチプレス加工により、それぞれ、凹孔１１ａを形成する。このように、凹孔１１ａをパンチプレス加工により形成するようにすれば、位置決め精度が高くなると共に、高速での連続生産が可能となる。より詳しく説明すると、特に、電気自動車（ＥＶ車）、ハイブリット車（ＨＶ車）、プラグインハイブリット車（ＰＨＶ車）等で使用される高電圧用途のバッテリーからモータ回路へ大電流を流す際、母材１１の厚みを厚くする必要があるものの電流測定の検出精度を低下させないように、軸部１２ａの径を細くする必要がある。そのため、凹孔１１ａではなく、母材１１の厚み（例えば約３ｍｍ〜５ｍｍ）以下の直径（例えば、約１．０ｍｍ）の貫通孔を母材１１に明けようとすると、ドリル加工をした際、貫通孔を形成途中、或いは、形成後ドリルを貫通孔より抜出する際、ドリルが折れてしまい、もって、貫通孔にバリが発生し、正確な位置に貫通孔を明けることができないといった問題がある。さらには、パンチプレス加工にて上記のような貫通孔を明けようとすると、パンチの摩耗を招き、もって、加工性が低下し、正確な位置に貫通孔を明けることができず高速での連続生産に適さないといった問題もある。

そこで、本実施形態においては、貫通孔ではなく、パンチプレス加工により凹孔１１ａを形成することで、上記問題を解決するようにしている。すなわち、貫通孔ではなく、凹孔１１ａをパンチプレス加工により形成するようにすれば、母材１１を貫通させる必要がないため、パンチが摩耗してしまう事態を低減させることができ、もって、加工性の低下を低減させることができる。それゆえ、正確な位置に凹孔１１ａを明けることができ、高速での連続生産が可能となる。しかして、本実施形態においては、パンチプレス加工により凹孔１１ａを形成しているから、位置決め精度が高くなると共に、高速での連続生産が可能となる。なお、凹孔１１ａを形成するにあたって、ドリル加工で形成するようにしても良いが、位置ずれが生じる可能性があり、正確な位置に凹孔１１ａを形成することができない可能性があるため、パンチプレス加工により凹孔１１ａを形成するのが好ましい。

かくして、上記のような位置決め精度の高い凹孔１１ａを一対の母材１１の抵抗体１０の近傍に、パンチプレス加工により形成した後、図４（ａ）に示すように、電気抵抗溶接機の電極Ｉに軸部１２ａを差し込んだ状態の測定端子１２の突部１２ｂの先端面１２ｂ２を凹孔１１ａ内に挿入し接触させることにより、一対の母材１１の抵抗体１０の近傍に、測定端子１２を立設させる。

そしてこの状態で、電極Ｉに電流を流すことにより、突部１２ｂの先端面１２ｂ２側に電流が集中し、もって、突部１２ｂが溶解し、図４（ｂ）に示すように、溶接材１２ｂａとなる。これにより、溶接材１２ｂａが凹孔１１ａ内を埋め、さらに凹孔１１ａ内に収まりきらなかった溶接材１２ｂが外に漏れ出し、この外に漏れ出した溶接材１２ｂが母材１１と軸部１２ａの側周面を溶接することとなる。しかして、このようにして、一対の母材１１上に、それぞれ測定端子１２が立設固定され、もって、図１（ａ）に示すような、シャント抵抗器１が製造されることとなる。

かくして、このように、母材１１の上面、すなわち、抵抗体１０の両側面１０ａ，１０ｂの近傍に、凹孔１１ａを形成するようにすれば、位置決め精度が向上することとなる。

なお、本実施形態において例示したシャント抵抗器１、抵抗体１０、母材１１、測定端子１２の形状はあくまで一例であり、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において種々の変形・変更が可能である。

本実施形態において例示したシャント抵抗器１は、特に、電気自動車（ＥＶ車）、ハイブリット車（ＨＶ車）、プラグインハイブリット車（ＰＨＶ車）等で使用される高電圧用途のバッテリーからモータ回路へ大電流が流れる電流経路の電流値を計測する際に用いるのが有用である。

１シャント抵抗器
１０抵抗体
１１母材
１１ａ凹孔
１２測定端子
１２ａ軸部
１２ｂ突部
１２ｂ１基端面
１２ｂ２先端面
１２ｂａ溶接材
Ｉ（電気抵抗溶接機の）電極

Claims

抵抗体と、
前記抵抗体を挟んで当該抵抗体に一体的に形成された一対の母材と、
前記母材上に固定される測定端子と、を有し、
前記測定端子は、
軸部と、
前記軸部の先端側から一体的に突出している突部と、を有し、
前記突部は、電気抵抗溶接機を用いて溶解可能に形成されてなるシャント抵抗器。
前記突部は、先細り形状に形成されてなる請求項１に記載のシャント抵抗器。
前記電気抵抗溶接機は、前記母材を銅で形成し、前記測定端子を銅で形成し、該母材と該測定端子を接合する際、該接合する部分の組織が破壊されることがないよう短時間で接合可能である請求項１又は２に記載のシャント抵抗器。