JP6400051B2 - シャント抵抗式電流検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、電流配線として用いながら精度の高い電流測定が可能なシャント抵抗式電流検出装置に関する。

バッテリの充放電電流の検出、電気自動車やハイブリッド自動車などを駆動するモータ電流の検出、エアコン等の電気機器、太陽電池等による発電設備などの電流検出において、シャント抵抗器を用いて、抵抗体への通電によって生じる電位差を計測することにより、電流が検出されている。

特に、バッテリ等の電源から各種電装機器に電流を流すための経路としてバスバー（Ｂｕｓｂａｒ）が使用され、バスバーにシャント抵抗器を接続して電流検出を行うことがある。このような場合、電流配線であるバスバーとシャント抵抗器は、シャント抵抗器の電極とバスバーをネジ止めにより固定するか、半田実装等の方法により接続することが行われている（特許文献１−２参照）。

しかしながら、このようなバスバーとシャント抵抗器の接続方法では、接続部分が増えることになるため、発熱の要因となり、また、接続信頼性の確保において問題がある。そこで、大電流を検出する用途に高い信頼性で使用できる電流検出装置が望まれている。

なお、バスバーの一部に長孔を形成することによって、バスバーの一部にシャント抵抗を構成することが提案されている（特許文献３参照）。しかしながら、バスバーは一般にＣｕなどの体積抵抗率は低いが抵抗温度係数が高い金属が用いられる。このため、バスバーの一部に、その材質（Ｃｕ）を変えることなく抵抗部を構成しても、高精度の電流検出は困難である。

特開２０１１−３６９４号公報 特開平６−２２４０１４号公報 特開２００１−３４９９０７号公報

本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、バスバーに流れる電流を高精度且つ高信頼性で測定することができるシャント抵抗を用いたシャント抵抗式電流検出装置を提供することを目的とする。

本発明のシャント抵抗式電流検出装置は、高導電性の金属材からなる第１の配線部材と、高導電性の金属材からなり、第１の配線部材よりも長尺の第２の配線部材と、これらの配線部材に用いられる金属材よりも抵抗温度係数の小さい金属材からなり、第１の配線部材と第２の配線部材が固定された抵抗体と、を備え、前記第１の配線部材と前記第２の配線部材は、それぞれ前記抵抗体との接続部と反対側の端部を有し、前記第１の配線部材の端部から、前記第２の配線部材の端部までにおいて複数の曲げ部により迂回路を構成し、複数の曲げ部は、前記第２の配線部材に形成され、且つ、水平方向および垂直方向への曲げ部を含み、前記第１の配線部材と前記第２の配線部材のそれぞれの端部は、向きおよび高さが異なり、且つ対象機器間に接続できるようにした、ことを特徴とする。

本発明によれば、複数の曲げ部により迂回路を構成し、配線部材の端部の向きと高さを異ならせることで、複雑な曲げ形状に対応でき、ユーザー側で機器の小型コンパクト化とカスタム性を向上させることができる。そして、部品点数を減らすことができ且つ接続信頼性を高めることができる。

そして、第２の配線部材を長尺とすることで、配線部材を複雑な曲げ形状に対応することが可能となり、ユーザーの仕様に合わせた構造とすることができる。さらに、曲げ部を複数形成することで、抵抗体と配線部材の溶接部分への応力を緩和することが可能となる。

本発明の第１実施例のシャント抵抗式電流検出装置の斜視図である。 上段は図１の平面図であり、下段左図は図１の正面図であり、下段右図は図１の側面図である。 本発明の第２実施例のシャント抵抗式電流検出装置の斜視図である。 上段は図３の平面図であり、下段は図３の正面図である。 本発明の第３実施例のシャント抵抗式電流検出装置の斜視図である。 本発明の第４実施例のシャント抵抗式電流検出装置の斜視図である。 本発明の第５実施例のシャント抵抗式電流検出装置の斜視図である。 電圧検出端子の他の実施例の斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図１乃至図８を参照して説明する。なお、各図中、同一または相当する部材または要素には、同一の符号を付して説明する。

図１乃至図２はバスバーに流れる電流を測定する第１実施例のシャント抵抗式電流検出装置を示す。第１の配線部材１１と第２の配線部材１２の間に抵抗体１３を溶接した構造であり、第２の配線部材１２は第１の配線部材１１よりも長尺としている。すなわち、この電流検出装置は、配線部材１１と１２の間にシャント抵抗１３を組み込み、全体がバスバーを構成した構造である。

第１の配線部材１１と第２の配線部材１２はＣｕ、Ｃｕ系合金、Ａｌ等の高導電性の金属材である高導電材料で構成された、帯状の材料である。高導電とは金属一般において導電性が高いこと、また、抵抗体１３よりも導電性が高いことを意味する。抵抗体１３はＣｕ−Ｍｎ系、Ｃｕ−Ｎｉ系、Ｎｉ−Ｃｒ系等の抵抗温度係数がＣｕ等の金属材よりも格段に小さい抵抗合金材からなる金属材で構成されている。そして、抵抗体１３の両端面は配線部材１１の端面と配線部材１２の端面に、端面同士を突き合わせて溶接され、強固な接合面が形成されている。溶接には、電子ビーム溶接、レーザービーム溶接、ろう接、等が用いられる。なお、抵抗体の端部と配線部材を重ねて、圧接する等の構造でもよい。

抵抗体１３の両側の配線部材１１，１２には、抵抗体１３の近傍に電圧検出端子１４，１５が設けられている。配線部材１１，１２に流れる電流は、抵抗体１３を通過し、その両端の電位差が電圧検出端子１４，１５で検出される。従って、この電流検出装置の抵抗体１３とその周辺の構造はシャント抵抗器と同様であり（例えば、特許文献２参照）、同等の高い電流検出精度が得られる。そして、配線部材が電極の機能を果たし、バスバーの機能とシャント抵抗の機能を一体にすることで、大電流が流れる接続部分が不要となり、部品点数を減らすことができ、バスバーに流れる電流を高精度且つ高信頼性で測定することが可能となる。

第２の配線部材１２は第１の配線部材１１よりも長尺である。そして、第２の配線部材に複数の曲げ部を有する。この実施例では、曲げ部１６は面方向（水平方向）への曲げ部であり、曲げ部１７は面方向（水平方向）から垂直方向への曲げ部であり、曲げ部１８は垂直方向から面方向（水平方向）への曲げ部である。

長尺の配線部材１２に複数の曲げ部１６，１７，１８を備えることで、ユーザーの仕様に対応したカスタムデザインの曲げ形状とすることができ、装着する機器の小型コンパクト化が可能となる。また、複数の曲げ部を備えることで、バスバーに印加される応力を分散させることができ、抵抗体１３と配線部材１１，１２の接合面に印加される応力を低減することができる。

配線部材１１，１２の両端部には、孔１９，２０を備え、ボルト締め等により、シャント抵抗機能を備えたバスバーを対象機器間に接続することができる。なお、孔１９，２０を設けず、溶接等により対象機器間に接続することもできる。

第１の配線部材１１を短尺とすることで、抵抗体１３の部分を含めて規格化することができ、量産化が容易である。そして、第２の配線部材１２を長尺とすることで、複雑な曲げ形状に対応することが可能で、この部分をユーザーの仕様に合わせた構造とすることができ、量産性とカスタム性を兼ね備えた電流検出装置とすることができる。

図３乃至図４はバスバーに流れる電流を測定する第２実施例の電流検出装置を示す。この例も、第１の配線部材１１と長尺の第２の配線部材１２の間に抵抗体１３を溶接した構造である点で、第１実施例と共通する。この例では、孔１９から孔２０まで、直線的な配線部材でも接続可能であるが、ユーザーの仕様に対応させ、曲げ部２１，２２，２３，２４を設けて配線部材１２を下側に迂回させている。これにより、ユーザー側で機器の小型コンパクト化が可能となり、且つ部品点数を削減できる。

図５はバスバーに流れる電流を測定する第３実施例の電流検出装置を示す。この例も、ユーザーの仕様に対応させ、曲げ部２５，２６，２７，２８を設けて、配線部材１２を水平面内で横側に迂回させている。これにより、ユーザー側で機器の小型コンパクト化が可能となり、且つ部品点数を削減できる。

図６はバスバーに流れる電流を測定する第４実施例の電流検出装置を示す。この例も、ユーザーの仕様に対応させ、曲げ部２９，３０，３１，３２，３３を設けて、配線部材１２を抵抗体１３側から垂直方向に下方に曲げ（曲げ部２９）、下側に迂回させ、水平方向に曲げ（曲げ部３０）、水平面内で垂直方向に曲げ（曲げ部３１）、横側に迂回させ、さらに垂直方向に曲げ（曲げ部３２）、さらに水平方向に曲げている（曲げ部３３）。これにより、ユーザー側で機器の小型コンパクト化が可能となり、部品点数を削減できる。

図７はバスバーに流れる電流を測定する第５実施例の電流検出装置を示す。この構造例では、孔１９，２０の周辺を除き配線部材１１，１２および抵抗体１３の全面を保護膜３５で被覆し、電圧検出端子１４，１５のみが保護膜３５から突出している。また、保護膜に被覆されていない孔１９，２０の周辺はＳｎ、Ｎｉ等のメッキ膜３６，３７で表面処理されている。保護膜３５およびメッキ膜３６，３７を被覆することで、バスバー全体の酸化を防ぐことが出来る。保護膜３５としては、ガラス、セラミック等の無機材料によるコート、アルマイト処理により形成された不導体酸化膜等が用いられる。

電圧検出端子１４，１５は上記実施例では、配線部材の表面に垂直方向に立設されている。しかしながら、電圧検出端子１４，１５は配線部材の抵抗体との接合面近傍に設ければ良いのであり、図８に示す構成も可能である。すなわち、図８左図は、電圧検出端子１４ａ，１５ａを配線部材の側面に水平方向に立設している。また、図８右図は、配線部材の抵抗体との接合面近傍に切込み３８，３９を設け、該切込みと接合面の間を電圧検出端子１４ｂ、１５ｂとして用いている。

これまで本発明の実施例について説明してきたが、本発明は上述の実施例に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

本発明は、大電流配線において電流を測定するシャント抵抗を用いたシャント抵抗式電流検出装置に好適に利用可能である。

Claims (2)

1. 高導電性の金属材からなる第１の配線部材と、
   高導電性の金属材からなり、第１の配線部材よりも長尺の第２の配線部材と、
   これらの配線部材に用いられる金属材よりも抵抗温度係数の小さい金属材からなり、第１の配線部材と第２の配線部材が固定された抵抗体と、を備え、
   前記第１の配線部材と前記第２の配線部材は、それぞれ前記抵抗体との接続部と反対側の端部を有し、
   前記第１の配線部材の端部から、前記第２の配線部材の端部までにおいて複数の曲げ部により迂回路を構成し、
   複数の曲げ部は、前記第２の配線部材に形成され、且つ、水平方向および垂直方向への曲げ部を含み、
   前記第１の配線部材と前記第２の配線部材のそれぞれの端部は、向きおよび高さが異なり、且つ対象機器間に接続できるようにした、シャント抵抗式電流検出装置。
2. 前記第１および第２の配線部材における前記抵抗体の近傍に、電圧検出端子が形成されている、請求項１に記載のシャント抵抗式電流検出装置。

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