JP6010468B2 - シャント抵抗式電流センサ - Google Patents

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、シャント抵抗部に印加される電圧値を検出する電圧検出ＩＣが搭載される。

また、この類のシャント抵抗式電流センサでは、シャント抵抗部の抵抗値が温度に依存して変化することがあるため、シャント抵抗部の温度を検出し、この温度に応じて抵抗値の補正を行っている。特に、シャント抵抗部に関する温度依存係数が大きい場合には、シャント抵抗部の温度を正確に検出する必要がある。このため、電圧降下を検出するための電圧検出ＩＣ等が搭載される回路基板には、温度センサも搭載されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１２−７８３２８号公報

ところで、温度センサが搭載された回路基板と、バスバとの間の距離が遠い場合には、温度センサの検出精度が低下するという問題がある。また、回路基板とバスバとの間を電圧検出端子やグランド端子などで接続する場合に、これらの端子をバスバと一体形成して作成する手法があるが、端子の態様によっては、回路基板とバスバとの距離が遠くになってしまうという問題がある。

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、温度センサが搭載される回路基板とバスバと近接させて配置することができるシャント抵抗式電流センサを提供する。

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、バスバと向き合って配置される回路基板と、バスバと一体形成されて当該バスバの辺縁部より延出した延出片として構成され、バスバと回路基板とを電気的に接続する一対の電圧検出端子と、回路基板に搭載され、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電圧検出端子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、回路基板に搭載され、電圧検出手段が補正を行うためにバスバの温度を検出する温度検出手段と、を有するシャント抵抗式電流センサを提供する。ここで、電圧検出端子のそれぞれは、バスバの辺縁部から延出した後に、回路基板から遠ざかる方向へと折り曲がる第１の折り曲げ部と、第１の折り曲げ部を経た後に、回路基板側へ向けて曲がる第２の折り曲げ部と、第２の折り曲げ部から直線状に延在し、板厚を減少させる減厚加工が先端領域に施された接続部と、を備える。そして、電圧検出端子のそれぞれは、接続部の先端領域を回路基板に貫通することで当該回路基板と接続する。

ここで、本発明は、バスバと一体形成されて当該バスバの辺縁部より延出した延出片として構成され、バスバと回路基板とを電気的に接続するグランド端子をさらに有していてもよい。この場合、グランド端子は、バスバの辺縁部から延出した後に、回路基板から遠ざかる方向へと折り曲がる第１の折り曲げ部と、第１の折り曲げ部を経た後に、回路基板側へ向けて折り曲がる第２の折り曲げ部と、第２の折り曲げ部より直線状に延在し、板厚を減少させる減厚加工が先端領域に施された接続部と、を備え、接続部の先端領域を回路基板に貫通することで当該回路基板と接続することが好ましい。

本発明によれば、電圧検出端子は、バスバから延出した後に、回路基板から遠ざかる方向へと折り曲がる第１の折り曲げ部を備えている。これにより、第１の折り曲げ部を備えない構成と比較して、第２の折り曲げ部を、バスバを基準として回路基板から遠ざかる位置に設定することができる。その結果、バスバと、回路基板との間に形成されるクリアランスを縮小することができるので、温度センサが搭載される回路基板とバスバと近接させて配置することができる。

第１の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 第１の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下面図 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 バスバを模式的に示す断面図 バスバを模式的に示す側面図 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 第１の折り曲げ部を備えない形状の端子を備えるバスバを説明する説明図 図７に示すバスバ１０を含むシャント抵抗式電流センサを示す説明図 第２の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９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断面図

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、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１を模式的に示す下面図である。図３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り、図１に示すシャント抵抗式電流センサ１を紙面に対して下方側から眺めた状態を示している。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。

本実施形態において、バスバ１０は、例えば略Ｕ字状に形成され、中央に位置するシャント抵抗部ＳＲのそれぞれの両側に貫通孔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用の孔として機能する。

図４は、シャント抵抗式電流センサ１のバスバ１０を模式的に示す断面図であり、図５は、シャント抵抗式電流センサ１のバスバ１０を模式的に示す側面図である。また、シャント抵抗式電流センサ１は、正極及び負極に対応した一対の電圧検出端子４１，４２を備えており、個々の電圧検出端子４１，４２は、回路基板２０とバスバ１０とを電気的に接続する。シャント抵抗式電流センサ１がバッテリターミナルとして用いられてバッテリ７０に配設された負極側のバッテリポスト７１に取り付けられる場合、一方の電圧検出端子４１は正極側の電圧検出端子に相当し、他方の電圧検出端子４２は負極側の電圧検出端子に相当する。個々の電圧検出端子４１，４２は、シャント抵抗部ＳＲの両端と対応する位置に設けられている。本実施形態において、一対の電圧検出端子４１，４２は、バスバ１０と一体的に形成され、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ている。

個々の電圧検出端子４１，４２は、バスバ１０の辺縁部より延出した延出片として構成されている。具体的には、図４に示すように、電圧検出端子４２は、第１の折り曲げ部４２ａを備え、バスバ１０の辺縁部から延出した後に、回路基板２０から遠ざかる方向へと折り曲がっている。本実施形態では、第１の折り曲げ部４２ａは、バスバ１０から延出した直後の位置に形成されている。電圧検出端子４２は、この第１の折り曲げ部４２ａの後に、バスバ１０と平行するように再度の折り曲げがなされている。また、電圧検出端子４２は、第２の折り曲げ部４２ｂを備えており、回路基板２０と対応する位置において、回路基板２０側へ向けて約９０度の角度で折り曲がっている。第２の折り曲げ部４２ｂ以降の部分は、接続部４２ｃとして機能するものであり、直線状に延在し、回路基板２０を貫通している（図２参照）。この接続部４２ｃの先端領域には、板厚を減少させる減厚加工が施されている。この減圧加工は、電圧検出端子４２による回路基板２０の貫通を小孔にて実現するための前処理であり、少なくとも第２の折り曲げ部４２ｂにおける曲げ加工に先立ち行われている。

なお、残余の電圧検出端子４１についても、前述の電圧検出端子４２と同様な形態が採用されており、その詳細については省略する。これらの電圧検出端子４１，４２は、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。

また、シャント抵抗式電流センサ１は、グランド端子４３をさらに備えており、グランド端子４３は、バスバ１０と回路基板２０とを電気的に接続する。このグランド端子４３は、バスバ１０に流れる被測定電流の電流経路ＣＲを基準として、一対の電圧検出端子４１，４２よりも外側に配置されている。換言すれば、グランド端子４３は、シャント抵抗部ＳＲよりも外側に配置されている。本実施形態において、グランド端子４３は、他方の電圧検出端子４２とバッテリポスト用の貫通孔１１との間に設けられている。

グランド端子４３は、バスバ１０の辺縁部より延出した延出片として構成されている。グランド端子４３も、電圧検出端子４１，４２と同様な形態が採用されており、接続部における先端領域において回路基板２０を貫通している（図２参照）。

再び図１乃至図３を参照するに、回路基板２０は、バスバ１０と向き合うように所定のスペースを隔てて設置されている。回路基板２０には、一対の回路パターンが形成されている。一対の回路パターンの端部は、回路基板２０を貫通した電圧検出端子４１，４２の接続部４２ｃに接続されている。個々の電圧検出端子４１，４２と回路パターンとは、例えば半田付けにより電気的に接続される。同様に、回路基板２０には、グランドパターンが形成されている。グランドパターンの端部は、回路基板２０を貫通して上面側へと突きだしたグランド端子４３の接続部に接続されている。

電圧検出ＩＣ３０は、回路基板２０上に搭載されており、当該回路基板２０上に形成された回路パターンと接続されている。電圧検出ＩＣ３０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。この電圧検出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、一対の電圧検出端子４１，４２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。

また、電圧検出ＩＣ３０は、後述する温度センサ３５による検出結果に応じて補正を行う。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、温度結果に応じてシャント抵抗部ＳＲにおける抵抗値の補正を行う。

温度センサ３５は、回路基板２０において、バスバ１０のシャント抵抗部ＳＲと対向する面に設けられており、本実施形態では、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ている。このため、温度センサ３５は、自身と向き合う位置にあるバスバ１０（シャント抵抗部ＳＲ）の温度を検出する。また、例えば、温度センサ３５は、バスバ１０におけるシャント抵抗部ＳＲの中央部、具体的には、電流が流れる方向を基準とするシャント抵抗部ＳＲの中央部と位置的に対応して配置されている。

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、ボルト７２を利用してバッテリ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７３を介してワイヤーハーネスＷに接続される。

このように本実施形態において、シャント抵抗式電流センサ１に係る電圧検出端子４１，４２は、バスバ１０の辺縁部より延出した延出片として構成されている。例えば、図４に示すように、電圧検出端子４２は、バスバ１０の辺縁部から延出した後に、回路基板２０から遠ざかる方向へと折り曲がる第１の折り曲げ部４２ａと、第１の折り曲げ部４２ａを経た後に、回路基板２０側へ向けて折り曲がる第２の折り曲げ部４２ｂと、第２の折り曲げ部４２ｂから直線状に延在し、板厚を減少させる減厚加工が先端領域に施された接続部４２ｃと、を備え、接続部４２ｃの先端領域を回路基板２０に貫通することで回路基板２０と接続する。

ここで、図７は、第１の折り曲げ部４２ａを備えない形状の端子を備えるバスバ１０を説明する説明図であり、図８は、図７に示すバスバ１０を含むシャント抵抗式電流センサ１を示す説明図である。図７，図８では、上述した一対の電圧検出端子４１，４２及びグランド端子４３に代えて、一対の電圧検出端子５１，５２及びグランド端子５３が用いられている。これらの端子５１，５２，５３は、互いに対応する形状が採用されており、以下、ある電圧検出端子５２を例示して説明を行う。

電圧検出端子５２は、バスバ１０の辺縁部より延出した延出片として構成されている。具体的には、図７に示すように、電圧検出端子５２は、バスバ１０の辺縁部から延出すると、回路基板２０と対応する位置において、回路基板２０側へ向けて約９０度の角度で折り曲がる第２の折り曲げ部５２ｂを備えている。また、電圧検出端子４２は、第２の折り曲げ部５２ｂから直線状に延在する接続部５２ｃをさらに備え、その接続部５２ｃの先端領域が回路基板２０を貫通している。ここで、接続部５２ｃは、その先端領域を細くするために、プレス加工によりその板厚を減少させる減厚加工が施されている。

接続部５２ｃの先端領域を減厚加工した場合、この加工部分は加工硬化しているので、当該部分を曲げ加工することは困難となる。そのため、第２の折り曲げ部４２ｂについての曲げ加工を行う際には、減厚加工がなされていない位置にて曲げ加工を行う必要がある。したがって、接続部５２ｃにおいて、先端領域（減厚加工が施された領域）と第２の折り曲げ部５２ｂとの間には、減厚加工が施されていない幅広部分が残留することとなる。この場合、接続部５２ｃを貫通させた回路基板２０は、接続部５２ｃのうち減厚加工が施されていない幅厚な部分まで接近することができる。しかしながら、図８に示すように、回路基板２０とバスバ１０との間には、減厚加工が施された部分を避けた位置にて曲げ加工を行った分、接続部５２ｃの幅広部分の高さに相当するクリアランスが形成されることとなり、ひいては、バスバ１０と温度センサ３５との間の距離が離れることとなる。

この点、本実施形態によれば、電圧検出端子４２は、バスバ１０から延出した後に、回路基板２０から遠ざかる方向へと折り曲がる第１の折り曲げ部４２ａを備えている。これにより、第１の折り曲げ部４２ａを備えない構成と比較して、第２の折り曲げ部４２ｂを、バスバ１０を基準として回路基板２０から遠ざかる位置に設定することができる。その結果、バスバ１０と、回路基板２０との間に形成されるクリアランスを縮小することができるので、温度センサ３５が搭載される回路基板２０とバスバ１０とを近接させて配置することができる。その結果、温度センサ３５による温度の検出精度の向上を図ることができる。

また、接続部４２ｃのうち減厚加工される部分、すなわち、先端領域の高さは、回路基板２０との間で貫通するだけの精度が確保されているならば、回路基板２０とバスバ１０との間の距離に影響を与えない。そのため、先端領域を長く確保することもできる。この場合、加工分の細い形状により、熱が逃げにくくなり、ハンダ付けが行い易くなる。これにより、作業性の向上を図ることができるので、製造時間の短縮化、ひいては、製造コストの削減を行うことができる。さらに、バスバ１０と回路基板２０との間に熱膨張差が生じた場合、細い先端領域の変形することで、接続部分に作用する応力を緩和することができる。このため、ハンダ部の信頼性の向上を図ることができる。

なお、このような端子形状は、残余の電圧検出端子４１及びグランド端子４３にそれぞれ採用されており、これらの端子４１，４３でも、電圧検出端子４２と同様の作用及び効果を期待することができる。

（第２の実施形態）
図９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１０は、図９に示すシャント抵抗式電流センサ１のバスバ１０を模式的に示す断面図である。第２の実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１が、第１の実施形態と相違する点は、各端子４１，４２，４３の形状である。なお、第１の実施形態と共通する点については説明を省略することとし、以下相違点を中心に説明を行う。また、各端子４１，４２，４３は、互いに対応する形状が採用されており、以下、電圧検出端子４２を例示して説明を行う。

本実施形態に係る電圧検出端子４２は、第１の折り曲げ部４２ａを備え、バスバ１０の辺縁部から延出した後に、回路基板２０から遠ざかる方向へと折り曲っている。第１の折り曲げ部４２ａにおける曲げの程度は、第１の実施形態と比べると緩やかとなっており、電圧検出端子４２は、この第１の折り曲げ部４２ａの後、バスバ１０から次第に離れるように傾斜しながら延在している。電圧検出端子４２は、第２の折り曲げ部４２ｂを備えており、回路基板２０と対応する位置において、回路基板２０側へ向けて約９０度の角度で折り曲げられている。第２の折り曲げ部４２ｂ以降の部分は、接続部４２ｃとして直線状に延在しおり、回路基板２０を貫通している（図２参照）。この接続部４２ｃの一部（先端側の部位）に、板厚を減少させる減厚加工が施されている。

この点、本実施形態によれば、電圧検出端子４２は、バスバ１０から延出した後に、回路基板２０から遠ざかる方向へと折り曲がる第１の折り曲げ部４２ａを備えている。これにより、第１の折り曲げ部４２ａを備えない構成と比較して、第２の折り曲げ部４２ｂを、バスバ１０を基準として回路基板２０から遠ざかる位置に設定することができる。その結果、バスバ１０と、回路基板２０との間に形成されるクリアランスを縮小することができるので、温度センサ３５が搭載される回路基板２０とバスバ１０とを近接させて配置することができる。その結果、温度センサ３５による温度の検出精度の向上を図ることができる。

また、接続部４２ｃのうち減厚加工される部分、すなわち、先端領域の高さは、回路基板２０との間で貫通するだけの精度が確保されているならば、回路基板２０とバスバ１０との間の距離に影響を与えない。そのため、先端領域を長く確保することもできる。この場合、加工分の細い形状により、熱が逃げにくくなり、ハンダ付けが行い易くなる。これにより、作業性の向上を図ることができるので、製造時間の短縮化、ひいては、製造コストの削減を行うことができる。さらに、バスバ１０と回路基板２０との間に熱膨張差が生じた場合、細い先端領域の変形することで、接続部分に作用する応力を緩和することができる。このため、ハンダ部の信頼性の向上を図ることができる。

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。

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
３０ 電圧検出ＩＣ
４１ 電圧検出端子
４２ 電圧検出端子
４２ａ 第１の折り曲げ部
４２ｂ 第２の折り曲げ部
４２ｃ 接続部
４３ グランド端子
７０ バッテリ
７１ バッテリポスト
７２ ボルト
７３ ワイヤーハーネス固定ネジ
ＳＲ シャント抵抗部
Ｗ ワイヤーハーネス

Claims (2)

1. 略平板形状のバスバと、
   前記バスバと向き合って配置される回路基板と、
   前記バスバと一体形成されて当該バスバの辺縁部より延出した延出片として構成され、前記バスバと前記回路基板とを電気的に接続する一対の電圧検出端子と、
   前記回路基板に搭載され、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電圧検出端子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、
   前記回路基板に搭載され、前記電圧検出手段が補正を行うために前記バスバの温度を検出する温度検出手段と、を有し、
   前記電圧検出端子のそれぞれは、
   前記バスバの辺縁部から延出した後に、前記回路基板から遠ざかる方向へと折り曲がる第１の折り曲げ部と、
   前記第１の折り曲げ部を経た後に、前記回路基板側へ向けて折り曲がる第２の折り曲げ部と、
   前記第２の折り曲げ部から直線状に延在し、板厚を減少させる減厚加工が先端領域に施された接続部と、を備え、
   前記接続部の先端領域を前記回路基板に貫通することで当該回路基板と接続することを特徴とするシャント抵抗式電流センサ。
2. 前記バスバと一体形成されて当該バスバの辺縁部より延出した延出片として構成され、前記バスバと前記回路基板とを電気的に接続するグランド端子をさらに有し、
   前記グランド端子は、
   前記バスバの辺縁部から延出した後に、前記回路基板から遠ざかる方向へと折り曲がる第１の折り曲げ部と、
   前記第１の折り曲げ部を経た後に、前記回路基板側へ向けて折り曲がる第２の折り曲げ部と、
   前記第２の折り曲げ部より直線状に延在し、板厚を減少させる減厚加工が先端領域に施された接続部と、を備え、
   前記接続部の先端領域を前記回路基板に貫通することで当該回路基板と接続す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。

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