JP6764692B2 - シャント抵抗器およびシャント抵抗器の実装構造 - Google Patents

Description

本発明は、シャント抵抗器およびシャント抵抗器の実装構造に関する。

例えば、電気自動車に搭載されている半導体パワーモジュール等における電流を検出するため、シャント抵抗器が用いられる。

このような目的で用いられるシャント抵抗器に関する先行文献として以下の文献がある。

下記特許文献１は、シャント抵抗器の電極部をボルト状にして、ブスバー（電流端子）の孔に挿通してナットで締め付ける構造を開示する。

下記特許文献２は、バッテリーターミナルに、ワッシャ状のシャント抵抗器を挿通して固定する構造を開示する。

特開２０１２−１０９４７４号公報 特開２００８−０４７５７１号公報

上記特許文献１に記載のシャント抵抗器では、電極部の加工や、取付け作業が煩雑であるという問題がある。

上記特許文献２に記載のシャント抵抗器では、抵抗体の抵抗値の制御が難しいという問題がある。

本発明は、取付け作業が簡便で、過大な取付けスペースも必要とせず、高精度の電流検出が可能なシャント抵抗器およびその実装構造を提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、導電性の金属材からなり、第１平面および第２平面と、その周囲の外周面を、それぞれ備える第１端子および第２端子と、前記第１端子と前記第２端子とのそれぞれの第１平面が対向しており、それぞれの第１平面に接続されて、前記第１端子と前記第２端子とを接続した抵抗体と、前記抵抗体と、それぞれの前記第１平面との接合面積は、前記第１平面の面積よりも小さく、かつ、前記第１端子と前記第２端子とには、前記第１平面から前記第２平面へ貫通する孔部が形成されている、シャント抵抗器が提供される。

対向する第１端子および第２端子間の空間に抵抗体を配置するため、スペース効率が良い。

前記抵抗体を複数備え、前記抵抗体は、前記第１端子と前記第２端子との間に並列して配置されることが好ましい。前記第１端子又は前記第２端子の少なくともいずれか一方に、前記抵抗体を挿通する貫通孔が設けられていても良い。前記抵抗体は、前記孔部の周囲に配置されていることが好ましい。

また、本発明は、電流経路を構成する第１配線材、第２配線材、および、前記第１配線材と前記第２配線材とを短絡する上記のいずれか１に記載のシャント抵抗器の実装構造であって、前記第１配線材は、前記第１端子の前記第２平面に接続され、前記第２配線材は、前記第２端子の前記第２平面に接続されている、シャント抵抗器の実装構造である。

前記孔部を貫通し前記第１端子と前記第２端子とを固定する固定手段を備えることが好ましい。

前記固定手段と、前記第１配線材および前記第１端子、または、前記第２配線材および前記第２端子とを、電気的に絶縁する絶縁手段を備えることが好ましい。

本発明によれば、シャント抵抗器およびその実装構造において、取付け作業を簡便にすることができる。また、過大な取付けスペースも必要とせず、高精度の電流検出が可能となる。

本発明の第１の実施の形態によるシャント抵抗器の一構成例を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態によるシャント抵抗器の一構成例を示す分解斜視図である。 本発明の第２の実施の形態によるシャント抵抗器の一構成例を示す分解斜視図である。 本発明の第３の実施の形態によるシャント抵抗器の一構成例を示す斜視図である。 本発明の第４の実施の形態によるシャント抵抗器の一構成例を示す斜視図である。 本発明の第４の実施の形態によるシャント抵抗器の一構成例を示す分解斜視図である。 本発明の第５の実施の形態によるシャント抵抗器の一構成例を示す斜視図である。 本発明の第５の実施の形態によるシャント抵抗器の一構成例を示す分解斜視図である。 上記の各実施の形態において説明したシャント抵抗器の実装構造の一例を示す分解斜視図である。 上記の各実施の形態において説明したシャント抵抗器の実装構造の一例を示す斜視図である。 組み付け例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態によるシャント抵抗器およびその実装構造について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１Ａは、本実施の形態によるシャント抵抗器の一構成例を示す斜視図である。図１Ｂは、その分解斜視図である。

本実施の形態によるシャント抵抗器Ａは、Ｃｕなどの導電性の金属材からなり、第１平面１１ａおよびその裏面側の第２平面１１ｂと、その周囲の外周面（側面）１１ｃを、それぞれ備える第１端子（電極）１と、Ｃｕなどの導電性の金属材からなり、第１平面１３ａおよび第２平面１３ｂと、その周囲の外周面（側面）１３ｃを、それぞれ備える第２端子（電極）３と、を有する。

さらに、第１端子１と第２端子３とには、第１平面１１ａ、１３ａから第２平面１１ｂ、１３ｂまで貫通する孔部１ａ、３ａが形成されている。

第１端子１と第２端子３のそれぞれの第１平面１１ａ、１３ａが対向しており、それぞれの第１平面１１ａ、１３ａにおいて、第１端子１と第２端子３とを並列して接続する複数の抵抗体５が設けられている。抵抗体５の材料としては、Ｃｕ−Ｎｉ系、Ｃｕ−Ｍｎ系、Ｎｉ−Ｃｒ系などの金属材料を用いることができる。抵抗体５の上面５ａ、下面５ｂは、それぞれ、第１平面１１ａ、１３ａと接続される。

抵抗体５の上面５ａ、下面５ｂと、それぞれの第１平面１１ａ、１３ａとの接合面積は、第１平面１１ａ、１３ａの面積よりも小さい。すなわち、図１Ａ、図１Ｂの例では、複数の抵抗体５が、第１平面１１ａ、１１ｂのそれぞれにおける抵抗体５との当接領域１１ｄ、１１ｄ…、１３ｄ、１３ｄ…において、例えば溶接により固着されている。その他、はんだ等を用いて固着してもよい。本実施例では、第１端子１、第２端子３のそれぞれに形成した孔部１ａ、３ａを中心に、複数の抵抗体５を同心円状に、例えば周方向に沿って等間隔で配置した。

シャント抵抗器Ａの組み立て方法について簡単に説明すると、第１端子１、第２端子３、抵抗体（例えば円柱状の抵抗体）５を準備し、抵抗体５を第１端子１と第２端子３との間に配置し、例えば、溶接により接続する。このようにすると、第１端子１、第２端子３のそれぞれの第１平面１１ａ、１３ａ同士を対向配置し、第１平面１１ａ−１３ａ間を抵抗体５で接続した構造とすることができる。

シャント抵抗器Ａの抵抗値は、抵抗体５の本数、太さ、第１端子１、第２端子３間の距離等により調整することができる。

第１端子１、第２端子３のそれぞれの外側の第２平面１１ｂ、１３ｂでブスバー等の配線部材と接続することができる。従って、大電流に必要な接続面積を第２平面１１ｂ、１３ｂにおいて確保することができる。

一方で、抵抗体５を例えば柱状として、第１平面１１ａ、１３ａの面積よりも小さい面積で接合することで、シャント抵抗器の抵抗値が低くなり過ぎず、抵抗値設計が容易となる。また、シャント抵抗器の低背化にも寄与する。

尚、第１端子１、第２端子３のそれぞれに形成した孔部１ａ、３ａを中心に、その周囲に複数の抵抗体を同心円状に配置すると、シャント抵抗器Ａ全体として、機械的に安定した構造とすることができる上に、周波数の変化に対して安定した検出精度に寄与する。

尚、第１端子１および第２端子３は、四角形の他に、三角形等の多角形でもよく、また、円形でもよい。また孔部１ａ、３ａは、円形の他に、四角形等の多角形にしてもよい。他の実施例においても同様である。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図２は、図１Ｂに対応する、シャント抵抗器の分解斜視図である。

図２に示すシャント抵抗器Ｂにおいては、第１平面１１ａ又は１３ａの少なくともいずれか一方の面の抵抗体５との当接部分に予め窪み１７を形成しておく。この窪み１７により、抵抗体５を固定する際の位置決めができる。また、抵抗体５の固定がより強固になる。抵抗体５と第１，第２端子との固定は、溶接の他、圧入による固定も可能である。

シャント抵抗器Ｂの抵抗値も、抵抗体５の本数及び太さ、窪みの深さを考慮した第１端子１、第２端子３間の距離等により調整することができる。

尚、第１端子１と第２端子３との双方に窪み１７を形成しておいてもよいが、第１端子１と第２端子３とのいずれか一方のみに窪み１７を形成しておいてもよい。第１端子１と第２端子３との双方に窪み１７を形成する場合において、同じ対向位置に窪みを形成しても良いし、異なる対向位置に形成しても良い。

また、窪みの形態は、抵抗体５の位置決めが可能であれば良く、例えば、第１平面１１ａ又は１３ａから突出し、抵抗体を外側から把持するようなリング状の固定用構造であっても良い。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図３は、図１Ａに対応する、シャント抵抗器の斜視図である。

図３に示すシャント抵抗器Ｃにおいては、第１端子１に、抵抗体５を挿通する貫通孔２１を形成している。貫通孔２１を形成することにより、第２平面１１ｂにおいて抵抗体５の端面５ａが露出している。この露出面５ａから、レーザービームや電子ビームを照射することで抵抗体５と第１端子１とを溶接するようにしてもよい。

シャント抵抗器Ｃの抵抗値は、抵抗体５の本数及び太さ、第１端子１、第２端子３間の距離等により調整することができる。

尚、第１端子１と第２端子３との双方に抵抗体５を挿通してもよいが、第１端子１と第２端子３のいずれか一方のみに挿通するようにしても良い。一方を貫通孔、他方を第２の実施の形態の窪みとしても良い。或いは、第１の抵抗体については第１端子１側、それに隣接する第２の抵抗体については第２端子３側というように、交互に貫通孔を設けても良い。

このような構成にすると、抵抗体の位置決めが簡単かつ精度良くできるととともに、固定構造を強固にすることができる。

（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図４Ａ、図４Ｂは、図１Ａ、図１Ｂに対応する、シャント抵抗器の斜視図および分解斜視図である。

図４Ａ、図４Ｂに示すシャント抵抗器Ｄにおいては、抵抗体３５が貫通孔３６を有する円筒状の形状を有する。第１端子１と第２端子３の孔部１ａ、３ａによって、図におけるシャント抵抗器Ｄの上下方向に貫通した孔部（貫通孔）３６を構成している。

尚、円筒状の抵抗体３５は、図４Ｂに示すように、例えば第２端子３の第１平面１３ａにおける、抵抗体３５の下端面３５ｂとの当接領域４１が、第２端子３の面積よりも小さい面積で抵抗体３５と接合している。第１の端子１と抵抗体３５の上端面３５ａとの当接部分も同様である。貫通孔３６は、孔部３ａと同心円状に配置されており、好ましくは、抵抗体３５と第１平面１３ａとの当接領域４１は、孔部３ａよりも外側の領域となっている。従って、抵抗体３５は、孔部３ａを塞がない。
従って、シャント抵抗器の抵抗値が低くなり過ぎず、抵抗値設計が容易となる。また、シャント抵抗器の低背化にも寄与する。

シャント抵抗器Ｄの抵抗値は、抵抗体３５の厚さ及び径、第１端子１、第２端子３間の距離等により調整することができる。

また、本実施の形態においては、簡単な構造で形成できる円筒状の抵抗体を用いているため、製造工程が簡単になるという利点がある。
尚、抵抗体３５は、円筒状でなくても中空の四角柱状等であっても良い。

（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。図５Ａ、図５Ｂは、図１Ａ、図１Ｂに対応する、シャント抵抗器Ｅの斜視図および分解斜視図である。

本実施の形態では、抵抗体を板状にした例であり、例えば、図の例では、第１端子１の一辺に沿って形成される板状の第１の抵抗体４５ａと、それと平行に形成された板状の第２の抵抗体４５ｂとを有している。これらの抵抗体４５ａ、４５ｂにおいて、第１端子１と第２端子３の孔部１ａ、３ａを避けた外側の位置に接合領域４７ａ、４７ｂ、５１ａ、５１ｂが設けられている。

シャント抵抗器Ｅの抵抗値は、抵抗体４５の厚さ及び幅、第１端子１、第２端子３間の距離等により調整することができる。

本実施の形態においては、簡単な構造で形成できる板状の抵抗体を用いているため、製造工程が簡単になるという利点がある。

（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。図６Ａ、図６Ｂは、上記の各実施の形態において説明したシャント抵抗器Ａ〜Ｅのいずれかのシャント抵抗器の実装構造の一例を示す分解斜視図および斜視図である。図７は、組み付け例を示す断面図である。

図６Ａ、図６Ｂ、図７に示すように、インバータ等の半導体パワーデバイス８５上に上記の各実施の形態において説明したシャント抵抗器（例として、第１の実施の形態によるシャント抵抗器Ａを用いた場合について説明する。）を実装している。

シャント抵抗器Ａの第１端子１、第２端子３には、それぞれに接続した電圧検出端子６１ａ、６１ｂが図示しない電流検出回路までに延びている。これにより、シャント抵抗器を利用した電流検出を行うことができる。

より詳細には、半導体パワーデバイス８５上に、貫通孔８３を備えた半導体パワーデバイスの端子８１が形成されている。そして、その貫通孔８３にシャント抵抗器Ａの孔部３ａを合わせて、シャント抵抗器Ａが配置される。

シャント抵抗器Ａの上には、ブスバーなどの配線部材７１（対応する貫通孔７３が形成されている）が配置される。

半導体パワーデバイス８５には、固定手段の一例であるボルト１０１と、それを固定するためのナット８７が設けられている。

さらに、配線部材７１の上方から貫通孔７３内に挿入される絶縁部材９１が設けられている。絶縁部材９１は、頭部９３とそれに続く軸部９５とを有する。

絶縁部材９１は、絶縁手段の一例であり、ボルト１０１と、配線部材７１や第１端子１、第２端子３とが接触することを防止する形状を有している。例えば、ボルト１０１のネジの頭部１０３と軸部１０５とが、絶縁部材９１の扁平な頭部９３により、配線部材７１等と接触しないように構成されている。そして、絶縁部材の軸部９５は、ボルト１０１の軸部１０５の外周を覆うような円筒状の形状となっている。なお、絶縁部材９１は、第１端子１と第２端子３を貫通していなくてもよく、ボルト１０１と配線部材７１および第１端子１との間にのみ設けられていてもよい。この場合、ボルト１０１と第２端子３や配線部材７１が接触することもあるが、ボルト１０１と配線部材７１および第１端子１とは電気的に絶縁しているため、短絡する問題はない。ただし、図７の構造にすると、ボルト１０１と抵抗体５との電気的絶縁が確保でき、埃などによってボルト１０１と抵抗体５が導通することを防止できるため、好ましい構造である。

また、ナット８７と一連の貫通孔Ｈとの間には、絶縁部材９１が配置されている。
尚、ボルト１０１自体を絶縁体にしても良く、ボルト１０１に絶縁被膜を形成しても良い。

図６Ｂは、ボルト１０１により、シャント抵抗器Ａを半導体パワーデバイス８５上に固定した例を示す図である。

本実施の形態においては、元々組み付ける予定の配線部材（ブスバー）７１と、半導体パワーデバイス８５の端子８１との間にシャント抵抗器Ａが配置される。

このため、従来よりも組付け工数の低減を図ることができる。また、設置スペースも少なくすることができる。

図６Ａに示すように、図６Ａの下方の部材から順番に配置し、ネジ止めすれば図６Ｂの実装構造とすることができる。

尚、固定構造は、図６，図７に示すネジ止め構造に限定されず、例えばカシメ等による固定も可能である。

上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。

本発明は、シャント抵抗器に利用可能である。

Ａ〜Ｅ…シャント抵抗器
１…第１端子
１ａ…孔部
３…第２端子
３ａ…孔部
５…抵抗体
１１ａ、１３ａ…第１平面
１１ｂ、１３ｂ…第２平面
６１ａ、６１ｂ…電圧検出端子
７１…配線部材
８５…半導体パワーデバイス
８７…ナット
９１…絶縁部材
１０１…ボルト

Claims (5)

1. 導電性の金属材からなり、第１平面および第２平面と、その周囲の外周面を、それぞれ備える第１端子および第２端子と、
   前記第１端子と前記第２端子とのそれぞれの第１平面が対向しており、それぞれの第１平面に接続されて、前記第１端子と前記第２端子との間に並列して配置される複数の抵抗体と、
   前記抵抗体と、それぞれの前記第１平面との接合面積は、前記第１平面の面積よりも小さく、かつ、前記第１端子と前記第２端子とには、前記第１平面から前記第２平面へ貫通する孔部が形成されており、前記抵抗体は、前記孔部の周囲に配置されており、前記孔部を貫通し前記第１端子と前記第２端子とを固定する単一の固定手段を備えるシャント抵抗器。
2. 前記第１端子又は前記第２端子の少なくともいずれか一方に、前記抵抗体を挿通する貫通孔が設けられている
   請求項１に記載のシャント抵抗器。
3. 前記複数の抵抗体が前記第１端子と前記第２端子と当接する前記第１端子と前記第２端子の少なくともいずれか一方の当接位置に、 前記複数の抵抗体の端部を収容する窪みが形成されている
   請求項１に記載のシャント抵抗器。
4. 電流経路を構成する第１配線材、第２配線材、および、前記第１配線材と前記第２配線材とを短絡する請求項１から３までのいずれか１項に記載のシャント抵抗器の実装構造であって、
   前記第１配線材は、前記第１端子の前記第２平面に接続され、
   前記第２配線材は、前記第２端子の前記第２平面に接続されている、
   シャント抵抗器の実装構造。
5. 前記固定手段と、前記第１配線材および前記第１端子、または、前記第２配線材および前記第２端子とを、電気的に絶縁する絶縁手段を備える
   請求項４に記載のシャント抵抗器の実装構造。

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