JP6687462B2 - シャント抵抗器およびシャント式電流検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、抵抗体に流れる電流を検出するシャント抵抗器および該シャント抵抗器を用いた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の検出において、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、配線部材であるバスバーとシャント抵抗器は、シャント抵抗器の端子とバスバーをネジ止め（ボルト締め）により固定することがある（特許文献１参照）。

しかしながら、配線部材であるバスバーの端部と、シャント抵抗器の端子とをボルト締めにより接続固定するときに、ボルトの締め付けによって、バスバーの端部とシャント抵抗器の端子が正しい位置（例えば直線状）に固定されず、バスバーとシャント抵抗器が位置ずれを起こす（例えば斜めに固定される）ことがある。

そして、シャント抵抗器において、長尺の端子と抵抗体とを溶接で接合した構造のものがあり、溶接で接合した部分の強度が他所に比べて劣る場合がある。

このようなシャント抵抗器を、ボルト締めにより他のバスバー（配線部材）に接続固定しようとすると、ボルト締めの回転力によってシャント抵抗器の端子と抵抗体の溶接部分に応力が加わることがある。これによってシャント抵抗器の端子と抵抗体との接合状態が影響を受け、電流検出の精度を損なうという問題がある。

特開２０１１−３６９４号公報

本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、シャント抵抗器の端子をバスバー（配線部材）にボルト締めで接続固定するに際して、ボルト締めによる抵抗体と端子の接合面への影響を排除し、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器および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一対の端子と、該端子よりも抵抗温度係数の小さい金属材からなり、前記端子に固定された抵抗体と、前記端子は、その厚み方向に貫通する孔部を有するとともに、該孔部の周囲の前記端子の厚みを異ならせて凹んだ領域を設け、該領域の長手方向に沿って少なくとも一方に側壁を備えたシャント抵抗器と、導電性の金属材からなる配線部材と、を備え、前記配線部材は、前記孔部の周囲に形成され前記端子の厚み方向に凹んだ領域に嵌合して固定されてなる、ことを特徴とする。

本発明によれば、シャント抵抗器の端子をバスバー（配線部材）にボルト締めで接続固定するに際して、バスバー（配線部材）の端部を端子に形成した凹んだ領域に嵌合し、孔部を貫通したボルトで、締め付けにより固定するので、ボルトを強く締め付けても、バスバー（配線部材）の端部は側壁によって動きが規制される。これにより、バスバー（配線部材）の端部とシャント抵抗器の端子が正しい位置に固定され、シャント抵抗器の端子と抵抗体との接合状態が影響を受け、電流検出の精度を損なうという問題が解決される。

本発明の実施例１のシャント抵抗器の表面側の斜視図である。 本発明の実施例１のシャント抵抗器の裏面側の斜視図である。 上記シャント抵抗器を他のバスバーに接続する分解斜視図である。 図２のＡＡ線に沿った断面図である。 本発明の実施例２のシャント抵抗器の表面側の斜視図である。 本発明の実施例２のシャント抵抗器の裏面側の斜視図である。 上記シャント抵抗器を他のバスバーに接続する分解斜視図である。 図５のＡＡ線に沿った断面図である。 本発明の実施例３のシャント抵抗器の表面側の斜視図である。 上記シャント抵抗器を他のバスバーに接続した斜視図である。 本発明の実施例４のシャント抵抗器の表面側の斜視図である。 上記シャント抵抗器を他のバスバーに接続した斜視図である。 本発明の実施例５のシャント抵抗器と他のバスバーの分解斜視図である。 上記シャント抵抗器を他のバスバーに接続した斜視図である。 図１２のＢＢ線に沿った断面図である。 本発明の実施例６のシャント抵抗器と他のバスバーの分解斜視図である。 上記シャント抵抗器を他のバスバーに接続した斜視図である。 図１５のＢＢ線に沿った断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図１Ａ乃至図１６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１Ａ及び図１Ｂは本発明の実施例１のシャント抵抗器を示す。このシャント抵抗器１は、Ｃｕ等の高導電性の金属材からなる一対の端子１１Ａ，１１Ｂと、この端子よりも抵抗温度係数の小さい金属材からなり、端子１１Ａ，１１Ｂ間に固定された抵抗体１２を備える。抵抗体１２は、Ｃｕ−Ｍｎ−Ｎｉ系、Ｃｕ−Ｎｉ系、Ｎｉ−Ｃｒ系等の抵抗温度係数がＣｕ等の金属材よりも小さい金属材で構成されていることが好ましい。

抵抗体１２の両端面は、端子１１Ａの端面と端子１１Ｂ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、抵抗体の端面と配線部材の端面を重ねて、圧接して接合面を形成する等の構造もしくは製造方法でもよい。

抵抗体１２の両側の端子１１Ａ，１１Ｂには、抵抗体１２の近傍に電圧端子１３Ａ、１３Ｂが設けられている。よって、端子１１Ａ，１１Ｂに流れる電流は、抵抗体１２を通過し、その両端の電位差が電圧端子１３Ａ、１３Ｂで検出される。端子１１Ａ，１１Ｂは、長尺状であり、このシャント抵抗器１は端子１１Ａ，１１Ｂ間に抵抗体１２が組み込まれた所定の長さを有するシャント抵抗器である。

従って、長尺の端子１１Ａ，１１Ｂが電極の機能を果たし、バスバーの機能とシャント抵抗器の機能を一体にすることで、端子１１Ａ，１１Ｂ間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。

抵抗体１２の両側の端子１１Ａ，１１Ｂの両端部には、他のバスバー（配線部材）や、バッテリその他の機器との接続部を備える。接続部は、図示するように、孔部１５Ａ，１５Ｂと、裏面に凹んだ領域１６Ａ，１６Ｂを備える。凹んだ領域１６Ａ，１６Ｂはその周囲に側壁１７を備える。側壁１７は、領域１６Ａ，１６Ｂの長手方向（端子の長手方向にも一致している）に沿って形成されている。また本実施例においては、領域１６Ａ，１６Ｂの内側の終端部分も側壁１７が形成されている。そして、凹んだ領域１６Ａ，１６Ｂは端子１１Ａ，１１Ｂの端部において、開放部１８を有する。本実施例では、領域１６Ａ，１６Ｂの両側部に側壁１７が形成したが、いずれか一方に側壁１７が形成されていれば、本発明の効果が得られる。

凹んだ領域１６Ａ，１６Ｂは、切削、プレス等で形成する。本例では、電圧端子１３Ａ、１３Ｂを形成した面とは反対側となる裏面に形成したが、電圧端子１３Ａ、１３Ｂを形成した表面と同じ面に形成してもよい。

図２は、シャント抵抗器１を配線部材（バスバー）２０Ａ，２０Ｂ間に接続する状態を示し、図３は図２のＡＡ断面を示す。図示するように、一対の導電性の金属材からなる配線部材（バスバー）２０Ａ，２０Ｂの先端は端子１１Ａ，１１Ｂの凹んだ領域１６Ａ，１６Ｂに嵌合し、凹んだ領域の底面と三方の側壁１７に接触して固定される。

そして、ボルト２１が孔部１５Ｂ，１５ｂ等を貫通し、ナット２２の締め付けにより、端子１１Ａ，１１Ｂの所定位置（凹んだ領域１６Ａ，１６Ｂ）に配線部材（バスバー）２０Ａ，２０Ｂの先端部分が嵌合して固定される。

すなわち、配線部材（バスバー）２０Ａ，２０Ｂの端部が、厚み方向においてその一部が凹んだ領域１６Ａ，１６Ｂの側壁１７内に嵌合する。そして、配線部材（バスバー）２０Ａ，２０Ｂの端部の一面は、凹んだ領域１６Ａ，１６Ｂの底面に当接する。そして、配線部材（バスバー）２０Ａ，２０Ｂの端部の三面が、それぞれ側壁１７に当接し位置決めされる。

このため、シャント抵抗器の端子をバスバー（配線部材）にボルト締めで接続固定するとき、ボルトを強く締め付けても、バスバー（配線部材）の端部は端子の側壁で動きが規制される。これにより、バスバー（配線部材）の端部とシャント抵抗器の端子が正しい位置に接続固定され、バスバー（配線部材）とシャント抵抗器が位置ずれを起こすという問題が解決される。

すなわち、従来の凹んだ領域が存在しない場合において、ボルトの締め付けによって、バスバーとシャント抵抗器が位置ずれを起こすことがあり、また、シャント抵抗器の端子と抵抗体の溶接部分に応力が加わることがある。これによって端子と抵抗体との接合状態が影響を受け、電流検出の精度を損なうという問題が存在したが、端子に設けた凹んだ領域で配線部材の動きを規制することで、上記問題が解決される。

図４Ａと図４Ｂは実施例２のシャント抵抗器の表裏面を示し、図５はシャント抵抗器２の端部を他のバスバー２０Ａ、２０Ｂに接続した状態を示す。実施例１との違いは、図４Ａと図４Ｂに示すとおり、端子１１Ａ，１１Ｂの全長に亘って凹んだ領域１６Ａ，１６Ｂが形成されている点にある。

この全長に亘って凹んだ領域１６Ａ，１６Ｂが形成されている端子１１Ａ，１１Ｂは異形伸線技術により形成される。異形伸線技術とは、ダイスやロールを使って、断面形状を異形とした長尺材を伸線加工する技術である。図示のように凹んだ領域１６Ａ，１６Ｂが形成された長尺材を連続的に製造でき、これを適宜の寸法に切断することで端子１１Ａ，１１Ｂを製造できる。

実施例１と比べると、凹んだ領域を形成するためのプレスによる２次加工等が不要となり、凹んだ領域１６Ａ，１６Ｂを備えた端子１１Ａ，１１Ｂを容易に量産できる。そして、図６に示すように、配線部材（バスバー）２０Ａの端部が、厚み方向においてその一部が凹んだ領域１６Ａの側壁１７内に嵌合する。

これにより、実施例１と同様に、配線部材（バスバー）２０Ａ，２０Ｂの側部が、それぞれ側壁１７に当接し、端子の厚み方向に凹んだ領域１６Ａ，１６Ｂに嵌合して固定される。領域１６Ａ，１６Ｂの長手方向に沿って形成された側壁１７によって配線部材が位置決めされるため、ボルトの締め付けにより、配線部材（バスバー）とシャント抵抗器が位置ずれを起こすという問題が解決される。本実施例では、領域１６Ａ，１６Ｂの両側に側壁１７を形成したが、片方のみに側壁１７を形成してもよい。また、端子１１Ａ，１１Ｂと配線部材２０Ａ，２０Ｂとが重なる面積を長さ方向に大きくした場合において、位置ずれを防止することができる。例えば、端子１１Ａや１１Ｂの全面に、配線部材２０Ａ，２０Ｂを、位置ずれすること無く重ねることが容易となる。これにより、シャント抵抗器の熱容量が大きくなり、発熱を抑えることができる。

図７は本発明の実施例３のシャント抵抗器を示す。シャント抵抗器３は抵抗体１２に対する端子１１Ａ，１１Ｂの配置方向と、略直交するように凹んだ領域１６Ｂを形成した例である。一方の端子１１Ｂにのみ凹んだ領域１６Ｂを形成した例を示しているが、他方の端子１１Ａも同様の形状にしてもよい。この実施例では、端子１１Ｂを幅広の形状にしており、凹んだ領域１６Ｂを長く形成している。なお、凹んだ領域は、実施例１と同様に、切削、プレス等により形成する。

図８はシャント抵抗器３をバスバー２０Ｂに接続したシャント式電流検出装置の例を示す。この例においても、導電性の金属材からなる配線部材（バスバー）２０Ｂは凹んだ領域１６Ｂに嵌合し、領域１６Ｂの長手方向に沿って形成した側壁１７により配線部材２０Ｂの両側を挟んで位置決めし、ボルト２１と図示しないナットの締め付けにより固定されている。

この例では、端子１１Ｂを幅広の形状にしており、凹んだ領域１６Ｂを長く形成している。従って、バスバー２０Ｂの端子１１Ｂへの組み付けにおいて、ボルト２１の締め付けに対して、より好適に位置決めすることができる。そして、端子１１Ｂが幅広のため、放熱も良好である。

図９は本発明の実施例４のシャント抵抗器を示す。シャント抵抗器４は抵抗体１２に対する端子１１Ａ，１１Ｂの配置方向と、略直交するように凹んだ領域１６Ｂを形成した例である点は実施例３と同様である。しかしながら、実施例３では側壁１７が凹んだ領域１６Ｂの両側にあるのに対し、実施例４では側壁１７が凹んだ領域１６Ｂの片側のみである点で相違する。また、実施例４では、端子１１Ｂを折り曲げ加工することで凹んだ領域１６Ｂを形成した点で相違する。なお、実施例３、実施例４では、凹部１６もしくは側壁１７の方向が、端子１１Ａ，１１Ｂの配置方向と略直角となるようにしたが、この角度は任意に変えてもよい。側壁１７により、シャント抵抗器と、バスバーとの取付角度を予め定めた角度にて固定することができる。

図１０はシャント抵抗器４をバスバー２０Ｂに接続したシャント式電流検出装置の例を示す。この例においては、導電性の金属材からなる配線部材（バスバー）２０Ｂは凹んだ領域１６Ｂの一方の側壁１７とその底面に嵌合して、ボルト２１と図示しないナットの締め付けにより固定されている。この例においても、ボルト２１の回転に対して、一方の側壁１７のみでも、締め付け回転力によって位置ずれを生じることなく、バスバー２０を端子１１Ｂに固定できる。

図１１は本発明の実施例５のシャント抵抗器と、これに対応したバスバー先端部の構成例を示す。シャント抵抗器５は、端子１１Ａの端部の孔部１５Ａの周囲に、鋸歯状の凹凸部１９を備え、端子１１Ｂの端部の孔部１５Ｂの周囲にも、鋸歯状の凹凸部１９を備える。そして、バスバー２０Ａ側には、鋸歯状の凹凸部１９に嵌りあう鋸歯状の凹凸部１９ｘを、バスバー２０Ｂ側にも、鋸歯状の凹凸部１９に嵌りあう鋸歯状の凹凸部１９ｘを、それぞれ形成している。鋸歯状の凹凸部１９，１９ｘは切削やプレス加工等で形成される。

図１２はシャント抵抗器５をバスバー２０Ｂに接続したシャント式電流検出装置の例を示す。この例においては、端子１１Ａ，１１Ｂの鋸歯状の凹凸部１９に、配線部材２０Ａ，２０Ｂの鋸歯状の凹凸部１９ｘをそれぞれ嵌め合せて（図１３参照）、ボルト２１と図示しないナット２２で締め付け固定する。

実施例５においては、鋸歯状の凹凸部１９の、鋸歯状の凸部が他の実施例に開示する側壁に相当し、凸部と凸部の間の底部が凹んだ領域に相当する。よって、ボルト２１の締め付け回転力によって、位置ずれを生じることなく、バスバー２０Ａ，２０Ｂを端子１１Ａ，１１Ｂに固定できる。これにより、電流を高精度および高信頼性で測定することができることは他の実施例と同様である。

図１４は本発明の実施例６のシャント抵抗器と、これに対応したバスバー先端部の構成例を示す。シャント抵抗器６の端子１１Ａ、１１Ｂはその一面の全面に鋸歯状の凹凸部１９を備える。その他の構成は実施例５のシャント抵抗器と同様である。そして、バスバー２０Ａ、２０Ｂ側にも、鋸歯状の凹凸部１９に嵌りあう鋸歯状の凹凸部１９ｘを備える。実施例６においても、鋸歯状の凹凸部１９の、鋸歯状の凸部が他の実施例に開示する側壁に相当し、凸部と凸部の間の底部が凹んだ領域に相当する。該領域は、端子１１Ａ，１１Ｂの長手方向に沿って形成されており、また、該領域の長手方向に沿って凸部１９（側壁）が形成されている。

図１５はシャント抵抗器６をバスバー２０Ａ、２０Ｂに接続したシャント式電流検出装置の例を示す。この例においても、端子１１Ａ，１１Ｂの鋸歯状の凹凸部１９に、配線部材２０Ａ，２０Ｂの鋸歯状の凹凸部１９ｘをそれぞれ嵌め合せて（図１６参照）、ボルト２１と図示しないナット２２で締め付け固定する。

実施例６においては、鋸歯状の凹凸部１９を備えた端子１１Ａ、１１Ｂを実施例２と同様に異形伸線技術により形成する。この例においては、図１６に示すように、端子１１Ａの全面とバスバー２０Ａの全面で、凹凸部１９と１９ｘが噛み合うこととなる。よって、ボルト２１の締め付け回転力によって、位置ずれを生じることなく、バスバー２０Ａ，２０Ｂを端子１１Ａ，１１Ｂに固定できる。また、端子１１Ａ，１１Ｂとバスバー２０Ａ，２０Ｂとのそれぞれの重なり部分を長くしても、位置ずれを生じることがない。

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、電流を高精度および高信頼性で測定するシャント抵抗器を用いた電流検出装置に好適に利用可能である。

Claims (3)

1. 導電性の金属材からなる一対の端子と、該端子よりも抵抗温度係数の小さい金属材からなり、前記端子に固定された抵抗体と、前記端子は、その厚み方向に貫通する孔部を有するとともに、該孔部の周囲の前記端子の厚みを異ならせて凹んだ領域を設け、該領域の長手方向に沿って少なくとも一方に側壁を備えたシャント抵抗器と、
   導電性の金属材からなる配線部材と、を備え、
   前記配線部材は、前記孔部の周囲に形成され前記端子の厚み方向に凹んだ領域に嵌合して固定されてなる、シャント式電流検出装置。
2. 凹んだ領域は端子の全長に渡って形成されている、請求項１に記載のシャント式電流検出装置。
3. 凹んだ領域は端子の端部において開放部を有する、請求項１または２に記載のシャント式電流検出装置。

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