JP6637250B2 - 電流検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、バスバーに流れる電流を測定する電流検出装置に係り、特にバスバーを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等を駆動するモータ電流の検出、エアコン等の電気機器や太陽電池等による発電設備等の電流の検出等において、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従来から行われている（特許文献１参照）。

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、接触抵抗による発熱の要因となり、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て、特許文献２には、長尺の第１端子および第２端子と、それら各端子の間に溶接固定されたシャント抵抗から構成されるバスバーが開示されている（図６など参照）。

特開２０１１−００３６９４号公報 特開２００８−０３９５７１号公報

しかしながら、電流経路であるバスバーと、シャント抵抗として構成されたバスバーとを固定部材（ボルト）の回転固着（ねじ止め）により接続固定するときに、固定部材の回転固着によって、シャント抵抗として構成されたバスバーに回転力が作用し、これによって端子材と抵抗体との接合状態が影響を受け、電流検出精度を大きく損なうこととなる問題がある。

本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、シャント抵抗として構成されたバスバーに電流経路であるバスバーを固定部材により回転固着するに際して、抵抗体との接合面に負荷がかからないようにした電流検出装置を提供することを目的とする。

本発明のシャント式電流検出装置は、導電性の金属材からなる第１配線部材および第２配線部材と、これらの配線部材よりも抵抗温度係数の小さい金属材からなり、第１配線部材および第２配線部材と接合された抵抗体と、を備え、配線部材には、回転固着する固定部材を挿通する貫通部と、固定部材の回転固着による配線部材の回転を防止するための位置決め部を備え、前記位置決め部は、前記配線部材に形成された貫通孔であり、電流経路を構成する導電性の金属材からなり、前記第１配線部材と面の一部において重なる配線部材であって、前記貫通部に対応し前記固定部材が挿通され回転固着される貫通部を備えた第３配線部材を備え、該第３配線部材には、前記貫通孔に対応した孔を備え、当該孔及び前記貫通孔にボルトを挿通固定することで回転を防止し、前記位置決め部は、前記貫通部を間において前記抵抗体との接合部と反対の端部側に形成される、ことを特徴とする。

本発明によれば、第１配線部材の貫通部に第３配線部材の貫通部が位置合わせされ、第１配線部材と第３配線部材はそれらの面の一部において重なり、位置決め部で第１配線部材と第３配線部材とが位置決めされ、固定部材により回転固着される。従って、固定部材の回転固着により、第１配線部材に回転力が作用しても、第１配線部材の回転を防止するための位置決め部を備えるので、第１配線部材は回転が阻止される。よって、配線部材と抵抗体の接合面には、回転力は作用せず、負荷がかからないようにすることができ、電流検出精度の劣化を防止できる。

本発明の実施例１のシャント式電流検出装置の斜視図である。 本発明の実施例２のシャント式電流検出装置の斜視図である。 本発明の実施例３のシャント式電流検出装置の斜視図である。 本発明の実施例４のシャント式電流検出装置の斜視図である。 本発明の実施例５のシャント式電流検出装置の斜視図である。 本発明の実施例６のシャント式電流検出装置の平面図である。 本発明の実施例７のシャント式電流検出装置の平面図である。 本発明の実施例８のシャント式電流検出装置の平面図である。 本発明の実施例９のシャント式電流検出装置の平面図である。

以下、本発明の実施形態について、図１乃至図９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は本発明の実施例１の電流検出装置を示す。この装置は、Ｃｕ、Ｃｕ系合金、Ａｌ等の高導電性の金属材からなる長尺の第１配線部材１１および第２配線部材１２と、これらの配線部材よりも抵抗温度係数の小さい金属材からなり、第１配線部材および第２配線部材と接合された抵抗体１３とを備える。長尺の第１配線部材１１および第２配線部材１２は電流経路となるバスバーであり、抵抗体１３に接合する端子材でもある。第１配線部材１１と第２配線部材１２は、長さや形状が同一でもよく、また、異なっていてもよい。

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、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。なお、抵抗体１３の周辺部分には、電圧検出端子による検出信号から電流測定信号を生成する処理手段（マイコン）や信号の出力手段を搭載してもよい。

従って、第１配線部材１１と第２配線部材１２と抵抗体１３からなるバスバー１０はシャント抵抗として構成されたバスバー（電流検出装置）である。バスバー１０は、抵抗体１３に接続固定される配線部材１１，１２の双方又はいずれか一方が長尺であり、通常のシャント抵抗器よりも長尺である。そして、このバスバー１０は、第１配線部材１１に、回転固着する固定部材（ボルト）２０を挿通する貫通部（貫通孔）１８と、固定部材（ボルトおよびナット）２０の回転固着による第１配線部材１１の回転を防止するための位置決め部１９を備える。

このバスバー１０を、電流経路であるバスバー（第３配線部材）１６に組み付ける。まず、貫通部１８に、電流経路を構成し導電性の金属材からなる第３配線部材１６の貫通部を位置合わせする。第１配線部材１１と第３配線部材１６はそれらの面の一部において重なり、第１配線部材１１からの突出部である位置決め部１９で第１配線部材１１と第３配線部材１６とが位置決めされる。ここで、位置決め部１９は、貫通部１８を間において抵抗体１３との接合部と反対の端部側に形成されることが好ましい。これにより、接合部に影響しないようにすることができる。

そして、電流経路であるバスバー（第３配線部材）１６と、シャント抵抗として構成されたバスバー１０を、固定部材（ボルト２０およびナット２３）の回転固着（ねじ止め）により、ワッシャ２１，２２を介して接続して固定する。このとき、固定部材（ボルト２０）の回転力により、第１配線部材１１にはボルト２０を中心とした同一方向の回転力Ｆθが加わる（図５参照）。

しかしながら、ボルト２０の回転方向に対して、第１配線部材１１の回転を阻止する位置に突出部である位置決め部１９を備える。これにより、第３配線部材１６に対する第１配線部材１１の回転が阻止され、第１配線部材１１は第３配線部材１６の延長方向に位置決めされる。配線部材１１，１２のような長尺のバスバーを抵抗体１３の両端に溶接した場合、抵抗体１３や、配線部材１１，１２との接合面に応力が生じ易い。また、前述のように突合せて溶接した場合は、接合面が小さく、強度不足の懸念がある。本発明によれば、抵抗体１３やその接合面への負荷を低減することができる。

そして、第１配線部材１１の回転が、位置決め部１９により阻止されるので、バスバー１０に回転力が作用せず、抵抗体１３と配線部材１１、１２の接合部界面には、上記回転力は影響を及ぼさない。よって、従来の構造では、ボルト２０の回転固着（ねじ止め）によって、抵抗体との溶接部分に負荷がかかるという問題があるが、この問題を回避でき、電流検出精度の劣化を防止できる。なお、位置決め部１９は第３配線部材１６に形成してもよい。即ち、第３配線部材１６の一部であって、ボルト２０の回転方向に対して第１配線部材１１の回転を阻止する位置に、突出片を形成してもよい。また、配線部材１２にも位置決め部１９に相当する突出部を形成してもよい。

図２は実施例２の電流検出装置を示す。この実施例２は、位置決め部を孔と凸部で形成した例である。すなわち、第３配線部材１６に凸部１９ａを形成しておいて、第１配線部材１１に設けた位置決め孔１９ｂに嵌るようにする。第１配線部材１１のほうに凸部を形成し、第３配線部材１６のほうに孔を形成して、嵌め合せるようにしてもよい。

これにより、固定部材２０の回転固着による第１配線部材１１の回転が、位置決め部１９ａ，１９ｂにより阻止されるので、バスバー１０に回転力が作用せず、抵抗体１３と配線部材１１、１２の接合部界面には、上記回転力は影響を及ぼさない、という作用効果は実施例１と同様である。

図３は実施例３の電流検出装置を示す。この実施例３は、位置決め部を、孔で形成し、固定部材（ボルト、ワッシャ、ナット）を用いて、回転固着した例である。すなわち、第３配線部材１６に孔１９ｃを形成し、第１配線部材１１に孔１９ｄを形成し、ボルト１９ｅをこれらの孔に挿通し、ワッシャ１９ｆ、１９ｇを介して、ナット１９ｈに回転固着している。

これにより、固定部材２０の回転固着による第１配線部材１１の回転が、位置決め部１９ｃ，１９ｄ，１９ｅ，１９ｆ，１９ｇ，１９ｈにより阻止されるので、バスバー１０の抵抗体１３と配線部材１１、１２の接合部界面には、回転力が影響を及ぼさない、という作用効果は上記実施例と同様である。

図４は実施例４の電流検出装置を示す。この実施例４は、位置決め用ボルトを受けるナットを、予め、第１配線部材に固定しておく例である。すなわち、第３配線部材１６に孔１９ｉを形成し、第１配線部材１１にも対応する孔を形成し、ナット１９ｌを固定する。ナット１９ｌは第１配線部材１１に、圧入、ＥＢ溶接、ＬＢ溶接などの方法により予め固定しておく。そして、ボルト１９ｊをこれらの孔に挿通し、ワッシャ１９ｋを介して、ナット１９ｌに回転固着している。なお、第１配線部材１１の貫通孔および第３配線部材１６の貫通孔にねじ溝を形成してもよいが、ナット１９ｌを第１配線部材１１の面に設けることで、締め付け強度を高く保てる。

これにより、固定部材２０の回転固着による第１配線部材１１の回転が、位置決め部１９ｉ，１９ｊ，１９ｋ，１９ｌ等により阻止されるので、バスバー１０に回転力が作用せず、抵抗体１３と第１配線部材１１の接合部界面には、上記回転力が影響を及ぼさない、という作用効果は上記実施例と同様である。

図５は実施例５の電流検出装置を示す。実施例５は、バスバー１０を電流経路となるバスバー１６に組み付け加工する治具等に、回転を阻止する部材である位置決め部１９ｍを備えた例である。位置決め部１９ｍは、固定部材２０の回転による第１配線部材１１の回転を防止するためのもので、位置決め部１９ｍで第１配線部材１１と第３配線部材１６とが位置決めされ、固定部材（ボルト２０およびナット２３）の回転固着により固定される。このように、位置決め部１９ｍはバスバー１０の外部に設けても良い。

これにより、固定部材２０の回転固着による第１配線部材１１の回転が、位置決め部１９ｍにより阻止されるので、バスバー１０に回転力が作用せず、抵抗体１３と第１配線部材１１の接合部界面には、上記回転力が影響を及ぼさない、という作用効果は上記実施例と同様である。

図６は実施例６の電流検出装置を示す。この実施例６は、バスバー１０の貫通部１８に、電流経路を構成し導電性の金属材からなる第３配線部材１６の貫通部１８が位置合わせされ、且つ第４配線部材１７の貫通部１８が位置合わせされている。同様に、第１配線部材１１の位置決め部である貫通孔１９ｎが第３配線部材１６の貫通孔１９ｎに、第１配線部材１１の位置決め部である貫通孔１９ｏが第３配線部材１６の貫通孔１９ｏに、第２配線部材１２の位置決め部である貫通孔１９ｐが第４配線部材１７の貫通孔１９ｐに、それぞれ位置合わせされている。

そして、第１配線部材１１と第３配線部材１６はそれらの面の一部において重なり、第２配線部材１２と第４配線部材１７もそれらの面の一部において重なり、重なった貫通孔１９ｐ、１９ｎ、１９ｏにはそれぞれ位置決め用ボルトが挿通され、ナットにより回転固着される。これにより、位置決め部が形成され、第１配線部材１１と第３配線部材１６、第２配線部材１２と第４配線部材１７とがそれぞれ位置決めされる。

そして、第１配線部材１１と第３配線部材１６の貫通孔１８、および第２配線部材１２と第４配線部材１７の貫通孔１８に、ボルト２０を挿通し、反対面側に設けたナット２３に回転固着する。これにより、固定部材（ボルトおよびナット）の回転固着による第１配線部材１１の回転および第２配線部材１２の回転が、位置決め部１９ｐ、１９ｎ、１９ｏにより阻止される。よって、抵抗体１３と第１配線部材１１および第２配線部材１２の接合部界面には、上記回転力が影響を及ぼさない、という作用効果は上記実施例と同様である。

なお、この実施例は第３配線部材１６のＬ字状の部分に、第１配線部材１１を接続する例である。Ｌ字状の部分の複数個所での位置決めにより、より強固な接続と正確な位置合わせが可能となる。

図７は実施例７の電流検出装置を示す。この実施例７は、第３配線部材１６の直線状部分からバスバー１０をＴ字型に分岐した構成例である。固定部材で回転固着用の貫通孔１８の側部に、位置決め用孔１９ｑを両側に形成する。そして、第１配線部材１１と第３配線部材１６の位置決め用孔１９ｑにボルトを挿通し、ナットに回転固着し、位置決め部を貫通孔１８の両側に形成する。

これにより、貫通孔１８への固定部材の回転固着による第１配線部材１１の回転が、両側の位置決め部１９ｑにより阻止される。よって、抵抗体１３と第１配線部材１１および第２配線部材１２の接合部界面には、上記回転力が影響を及ぼさない、ことは上記実施例と同様である。本実施例においても、複数の位置決め部を設けることで、より強固な接続と正確な位置合わせが可能となる。

図８は実施例８の電流検出装置を示す。この実施例８は、第１配線部材１１が、分離した２つの第３配線部材１６，１６Ａを連結する機能を有し、且つ、それぞれの第３配線部材との位置決めをすることができる。すなわち、第３配線部材１６の貫通孔１９ｓと第１配線部材１１の貫通孔１９ｓを位置合わせし、第３配線部材１６Ａの貫通孔１９ｒと第１配線部材１６の貫通孔１９ｒを位置合わせし、それぞれ固定部材の回転固着により位置決め部を形成する。

そして、２ヶ所の貫通孔１８に固定部材の回転固着により、第１配線部材１１を第３配線部材１６および１６Ａに締め付け固定する。これにより、貫通孔１８への固定部材の回転固着による第１配線部材１１の回転が、位置決め部１９ｓおよび位置決め部１９ｒにより阻止される。よって、抵抗体１３と第１配線部材１１および第２配線部材１２の接合部界面には、上記回転力が影響を及ぼさない、ことは上記実施例と同様である。

図９は実施例９の電流検出装置を示す。この実施例９は、第１配線部材１１が、分離した三つの第３配線部材１６，１６Ａ，１６Ｂを連結する機能を有し、且つ、それぞれの第３配線部材との位置決めをすることができる。すなわち、第３配線部材１６の貫通孔１９ｓと第１配線部材１１の貫通孔１９ｓを位置合わせし、第３配線部材１６Ａの貫通孔１９ｒと第１配線部材１１の貫通孔１９ｒを位置合わせし、第３配線部材１６Ｂの貫通孔１９ｔと第１配線部材１１の貫通孔１９ｔを位置合わせし、それぞれ固定部材の回転固着により位置決め部を形成する。

そして、３ヶ所の貫通孔１８に固定部材の回転固着により、第１配線部材１１を第３配線部材１６、１６Ａ、１６Ｂに締め付け固定する。この際、貫通孔１８への固定部材の回転固着による第１配線部材１１の回転が、位置決め部１９ｓ、１９ｒ、１９ｔにより阻止される。よって、抵抗体１３と第１配線部材１１および第２配線部材１２の接合部界面には、固定部材の回転固着による回転力が影響を及ぼさない、ことは上記実施例と同様である。

実施例として、通常のシャント抵抗器よりも長尺のバスバー型の電流検出装置について説明したが、抵抗体１３に接続固定される配線部材１１，１２が短い通常のシャント抵抗器であっても本発明を適用することができる。これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、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、バスバーに流れる電流を測定する電流検出装置に好適に利用可能である。

Claims (2)

1. 導電性の金属材からなる第１配線部材および第２配線部材と、
   これらの配線部材よりも抵抗温度係数の小さい金属材からなり、前記第１配線部材および前記第２配線部材と接合された抵抗体と、を備え、
   前記配線部材には、回転固着する固定部材を挿通する貫通部と、
   前記固定部材の回転固着による前記配線部材の回転を防止するための位置決め部を備え、
   前記位置決め部は、前記配線部材に形成された貫通孔であり、
   電流経路を構成する導電性の金属材からなり、前記第１配線部材と面の一部において重なる配線部材であって、前記貫通部に対応し前記固定部材が挿通され回転固着される貫通部を備えた第３配線部材を備え、
   該第３配線部材には、前記貫通孔に対応した孔を備え、当該孔及び前記貫通孔にボルトを挿通固定することで回転を防止し、
   前記位置決め部は、前記貫通部を間において前記抵抗体との接合部と反対の端部側に形成される、シャント式電流検出装置。
2. 前記第１配線部材の端部はＬ字状またはＴ字状に形成され、前記貫通部の側部に位置決め部が形成された、請求項１に記載のシャント式電流検出装置。

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