JP7249455B2

JP7249455B2 - シャント抵抗器

Info

Publication number: JP7249455B2
Application number: JP2022099310A
Authority: JP
Inventors: 尚也芦田; 建二村上
Original assignee: SANCALL CORPORATION
Current assignee: SANCALL CORPORATION
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2022-06-21
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2039-04-17
Also published as: JP2022123082A

Description

本発明は、シャント抵抗器に関する。

従来のシャント抵抗器として、特許文献１に記載のようなシャント抵抗器が知られている。図７に示すように、このシャント抵抗器１００は、抵抗体１０１を挟んで抵抗体１０１を溶接１０１ａすることにより抵抗体１０１と接合された二つの板状の母材１０２と、母材１０２のそれぞれに溶接１０３ａにより接合された測定端子部１０３とを備えるものである。なお、符号１０２ａは、図示しないボルトの軸部を通過させるための円形状のボルト孔である。

特開２００９－２４４０６５号公報

ところで、上記のようなシャント抵抗器１００に電流が流れると抵抗体１０１が発熱し、もって、その発熱温度に依存して抵抗体１０１の抵抗値が変化することとなる。そのため、発熱温度を上昇させないようにするため、抵抗体１０１の抵抗値を低くする必要がある。例えば、シャント抵抗器１００に４００Ａの大電流が流れる際、抵抗体１０１の抵抗値は、１００μΩぐらいが好ましいとされ、シャント抵抗器１００に１０００Ａの大電流が流れる際、抵抗体１０１の抵抗値は、３０μΩ～５０μΩぐらいが好ましいとされている。

そこで、抵抗体１０１の抵抗値を低くするため、抵抗体１０１の幅Ｗ１０（図７（ｂ）参照）を狭くすることが考えられる。例えば、抵抗体１０１の抵抗値を１００μΩとするには、抵抗体１０１の幅Ｗ１０（図７（ｂ）参照）を８ｍｍ程度にし、抵抗体１０１の抵抗値を３０μΩ～５０μΩとするには、抵抗体１０１の幅Ｗ１０（図７（ｂ）参照）を３ｍｍ程度にする必要がある。

しかしながら、上記のように抵抗体１０１の幅Ｗ１０（図７（ｂ）参照）を狭くすると、二つの母材１０２で抵抗体１０１を挟んだ状態で、抵抗体１０１を溶接１０１ａして、抵抗体１０１と二つの母材１０２とを接合するのが非常に困難であるといった問題があった。それゆえ、抵抗値を低くすることは、非常に困難であるといった問題があった。

一方、抵抗体１０１の抵抗値は、抵抗体１０１自体の体積によって変わることが知られているため、図７に示すように、抵抗体１０１に凹形状からなる切欠部１０１ｂを設け、抵抗体１０１自体の体積を減少させることによって、抵抗体１０１の抵抗値を調整する手法が一般的に知られている。

しかしながら、上記のような手法では、抵抗値を高めることはできても、抵抗値を低くすることはできず、これによっても、抵抗値を低くすることができないといった問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、簡単容易に抵抗値を低くすることができるシャント抵抗器を提供することを目的としている。

上記本発明の目的は、以下の手段によって達成される。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１の発明によれば、矩形状の第１の抵抗体（１０）と、
前記第１の抵抗体（１０）を挟んで当該第１の抵抗体（１０）に溶接（Ｙ１）にて接合された矩形状の二つの母材（１１）と、
前記第１の抵抗体（１０）と異なる位置に、前記二つの母材（１１）に溶接（Ｙ２Ｄ）にて接合された第２の抵抗体（１２Ｄ）と、を有し、
前記第２の抵抗体（１２Ｄ）は、平面視、下向きコ字状に形成され、該第２の抵抗体（１２Ｄ）の上面（１２Ｄａ）と、前記二つの母材（１１）の上面（１１ａ）とが面一となり、該第２の抵抗体（１２Ｄ）の下側面（１２Ｄｂ）が前記二つの母材（１１）の上側面（１１ｃ）に溶接（Ｙ２Ｄ）により接合されることによって、当該第２の抵抗体（１２Ｄ）は、前記第１の抵抗体（１０）に近接する位置で、且つ、前記第１の抵抗体（１０）と非接触で、前記二つの母材（１１）に接合されてなることを特徴としている。

次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１に係る発明によれば、第２の抵抗体（１２Ｄ）は、平面視、下向きコ字状に形成され、該第２の抵抗体（１２Ｄ）の上面（１２Ｄａ）と、二つの母材（１１）の上面（１１ａ）とが面一となり、該第２の抵抗体（１２Ｄ）の下側面（１２Ｄｂ）が二つの母材（１１）の上側面（１１ｃ）に溶接（Ｙ２Ｄ）により接合されることによって、当該第２の抵抗体（１２Ｄ）は、第１の抵抗体（１０）に近接する位置で、且つ、第１の抵抗体（１０）と非接触で、二つの母材（１１）に接合されている。これにより、二つの母材（１１）に接合されている抵抗体（第１の抵抗体１０、第２の抵抗体１２Ｄ）の接合面積が増加することとなるから、抵抗値を低くすることが可能となる。

しかして、本発明によれば、抵抗値を低くすることが可能となり、もって、簡単容易に抵抗値を低くすることができる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係るシャント抵抗器の斜視図、（ｂ）は同実施形態に係るシャント抵抗器の平面図である。他の実施形態に係るシャント抵抗器の平面図である。他の実施形態に係るシャント抵抗器の平面図である。他の実施形態に係るシャント抵抗器の底面図である。他の実施形態に係るシャント抵抗器の平面図である。（ａ）は実施例に係る母材の平面図、（ｂ）は実施例に係る第１の抵抗体及び第２の抵抗体の平面図、（ｃ）は実施例に係るシャント抵抗器の実験条件を示した平面図である。（ａ)は従来のシャント抵抗器の斜視図、（ｂ）は従来のシャント抵抗器の平面図である。

以下、本発明に係るシャント抵抗器の一実施形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明において、上下左右の方向を示す場合は、図示正面から見た場合の上下左右をいうものとする。

本実施形態に係るシャント抵抗器は、電気自動車（ＥＶ車）、ハイブリット車（ＨＶ車）、プラグインハイブリット車（ＰＨＶ車）等で使用される高電圧用途のバッテリー、又は、インバータからモータ回路へ大電流が流れる電流経路の電流値を計測する際に用いられるもので、図１に示すように、シャント抵抗器１は、第１の抵抗体１０と、第１の抵抗体１０を挟んで溶接Ｙ１により第１の抵抗体１０と一体的に形成された二つの母材１１と、第１の抵抗体１０と異なる位置に、二つの母材１１に溶接Ｙ２にて接合された第２の抵抗体１２と、二つの母材１１の上面１１ａにそれぞれ溶接Ｙ３により立設固定されている測定端子１３と、で構成されている。

第１の抵抗体１０は、図７に示す抵抗体１０１と同一のものであって、図１（ｂ）に示すように、例えば、厚み約３ｍｍ～５ｍｍの厚板状で、上面１０ａ、下面１０ｂ、上側面１０ｃ、下側面１０ｄ、左側面１０ｅ、右側面１０ｆからなる短尺の矩形状に形成されており、図７（ｂ）に示す幅Ｗ１０と同一の幅Ｗ１０で形成されている。そしてさらに、この第１の抵抗体１０は、例えば、Ｃｕ－Ｍｎ系合金、Ｃｕ－Ｎｉ系合金、Ｎｉ－Ｃｒ系合金、等で形成されている。

かくして、このように形成される第１の抵抗体１０は、図１に示すように、図示左に位置する母材１１が第１の抵抗体１０の左側面１０ｅに溶接Ｙ１により接合され、図示右に位置する母材１１が第１の抵抗体１０の右側面１０ｆに溶接Ｙ１により接合されている。これにより、一対の母材１１が、第１の抵抗体１０を挟むように第１の抵抗体１０と一体的に形成されることとなる。

母材１１は、図７に示す母材１０２と同一のものであって、所謂バスパーと呼ばれるもので、銅等の金属からなり、図１に示すように、例えば、厚み約３ｍｍ～５ｍｍの厚板状で、上面１１ａ、下面１１ｂ、上側面１１ｃ、下側面１１ｄ、一側面１１ｅ、他側面１１ｆからなる長尺の矩形状に形成されている。そしてこの母材１１の幅方向に沿う他側面１１ｆ側（第１の抵抗体１０の接合部と反対側）には、図示しないボルトの軸部を通過させるための円形状のボルト孔１１ｇが上下方向に貫通して形成されている。

かくして、このように形成される母材１１は、図１に示すように、図示左に位置する母材１１の一側面１１ｅが、第１の抵抗体１０の左側面１０ｅに溶接Ｙ１により接合され、図示右に位置する母材１１の一側面１１ｅが、第１の抵抗体１０の右側面１０ｆに溶接Ｙ１により接合されることとなる。これにより、一対の母材１１と、第１の抵抗体１０とが溶接Ｙ１により一体的に形成されることとなる。

第２の抵抗体１２は、図１に示すように、例えば、厚み約３ｍｍ～５ｍｍの厚板状で短尺の矩形状に形成されており、例えば、Ｃｕ－Ｍｎ系合金、Ｃｕ－Ｎｉ系合金、Ｎｉ－Ｃｒ系合金、等で形成されている。

かくして、このように形成される第２の抵抗体１２は、図１（ｂ）に示すように、第２の抵抗体１２の上面１２ａと、第１の抵抗体１０の上面１０ａとが面一となり、第２の抵抗体１２の下側面１２ｂと、第１の抵抗体１０の上側面１０ｃとが接触するように、第２の抵抗体１２の下側面１２ｂが一対の母材１１の上側面１１ｃに溶接Ｙ２により接合されることとなる。これにより、一対の母材１１と、第２の抵抗体１２とが溶接Ｙ２により一体的に形成されることとなる。

測定端子１３は、図７に示す測定端子部１０３と同一のものであって、電流検出用のプリント基板を実装可能なもので、銅，錫メッキ等で形成されており、図１に示すように、二つの母材１１上にそれぞれ溶接Ｙ３により立設固定されるものである。

しかして、以上説明した本実施形態によれば、第１の抵抗体１０を挟んで溶接Ｙ１により第１の抵抗体１０と一体的に形成された二つの母材１１に、第２の抵抗体１２を、第１の抵抗体１０と異なる位置に溶接Ｙ２にて接合することによって、二つの母材１１に接合されている抵抗体（第１の抵抗体１０、第２の抵抗体１２）の接合面積が増加することとなる。これにより、抵抗値を低くすることが可能となる。

すなわち、高電圧用途のバッテリー、又は、インバータからモータ回路へ大電流が流れる電流経路の電流値を計測する際、二つの母材１１に、電流が流れることとなるが、抵抗体（第１の抵抗体１０、第２の抵抗体１２）の接合面積が増加すると、それに伴い電流経路が増大することとなる。しかるに、電流経路が増大すると、従来に比べ、抵抗体（第１の抵抗体１０、第２の抵抗体１２）に流れる電流が流れやすくなり、もって、抵抗体（第１の抵抗体１０、第２の抵抗体１２）の発熱温度を従来よりも低くすることができる。これにより、抵抗値を低くすることが可能となる。

しかして、本実施形態によれば、第１の抵抗体１０の幅Ｗ１０（図１（ｂ）参照）を狭くせずとも、すなわち、従来と同一の幅Ｗ１０（図１（ｂ），図７（ｂ）参照）のままで、第１の抵抗体１０と異なる位置に、第２の抵抗体１２を二つの母材１１に溶接Ｙ２にて接合させるだけで、抵抗値を低くすることが可能となるため、簡単容易に抵抗値を低くすることができる。

また、本実施形態によれば、抵抗値を調整するにあたって、抵抗値を高くしようとすれば、図７に示すような手法を用い、第１の抵抗体１０及び／又は第２の抵抗体１２に凹形状からなる切欠部を設け、第１の抵抗体１０及び／又は第２の抵抗体１２自体の体積を減少させることによって、抵抗値を高くすれば良い。一方、抵抗値を低くしようとすれば、第２の抵抗体１２よりも長尺にする等面積の大きい新たな第２の抵抗体を、二つの母材１１に溶接Ｙ２にて接合すれば良い。

しかして、本実施形態によれば、簡単容易に抵抗値を調整することができる。

またさらに、抵抗値を低くすれば、抵抗体（第１の抵抗体１０、第２の抵抗体１２）の発熱温度を従来よりも低くすることができるため、発熱ロスを低減させることができる。

そしてさらに、測定端子１３に電流検出用のプリント基板を実装した際、放熱フィンが必要となるが、抵抗値を低くすれば、抵抗体（第１の抵抗体１０、第２の抵抗体１２）の発熱温度を従来よりも低くすることができるため、放熱フィンを小型化、又は、不要にすることができる。

ところで、本実施形態において示したシャント抵抗器１の形状はあくまで一例であり、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において種々の変形・変更が可能である。例えば、本実施形態において、第１の抵抗体１０と第２の抵抗体１２を別々に設ける例を示したが、それに限らず、一体化させても良い。しかしながら、別々に設けた方が、抵抗値を調整するにあたって、抵抗値を低くする際、第２の抵抗体１２だけ変更すれば良いため、好ましい。

一方、第２の抵抗体１２の形状はどのような形状でも良く、二つの母材１１に接合する位置は、図１に示すものに限らず、どのような位置でも良い。例えば、図２に示すようなシャント抵抗器１Ａのようにすることもできる。この点、図２を参照して具体的に説明する。なお、図１に示すシャント抵抗器１と同一の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略することとする。

図２に示すシャント抵抗器１Ａと、図１に示すシャント抵抗器１との相違は、新たにもう一つ第２の抵抗体１２を接合している点が相違するだけでそれ以外は同一である。すなわち、図２に示すように、新たなもう一つの第２の抵抗体１２は、第２の抵抗体１２の上面１２ａと、第１の抵抗体１０の上面１０ａとが面一となり、第２の抵抗体１２の上側面１２ｃと、第１の抵抗体１０の下側面１０ｄとが接触するように、第２の抵抗体１２の上側面１２ｃが一対の母材１１の下側面１１ｄに溶接Ｙ２により接合されることによって、一対の母材１１に接合されることとなる。これにより、一対の母材１１と、一対の第２の抵抗体１２とが溶接Ｙ２により一体的に形成されることとなる。

しかして、このようにしても、電流経路が増大することとなり、従来に比べ、抵抗体（第１の抵抗体１０、第２の抵抗体１２）に流れる電流が流れやすくなる。それゆえ、抵抗体（第１の抵抗体１０、第２の抵抗体１２）の発熱温度を従来よりも低くすることができ、もって、抵抗値を低くすることが可能となる。なお、抵抗値を調整するにあたって、抵抗値を低くする際、第２の抵抗体１２自体を取り替えるのではなく、図２に示すように、別の第２の抵抗体１２を二つの母材１１に溶接Ｙ２にて新たに接合しても良い。

また、図３に示すようにシャント抵抗器１Ｂのようにすることもできる。この点、図３を参照して具体的に説明する。なお、図１に示すシャント抵抗器１と同一の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略することとする。

図３に示すシャント抵抗器１Ｂと、図１に示すシャント抵抗器１との相違は、第２の抵抗体の形状と、接合位置が異なるだけでそれ以外は同一である。すなわち、図３に示すように、第２の抵抗体１２Ｂは、平面視、略矩形状に形成され、左側面１２Ｂａ側に、平面視コ字状の第１の切欠部１２Ｂａ１が設けられ、右側面１２Ｂｂ側に、平面視右向きコ字状の第２の切欠部１２Ｂｂ１が設けられている。そしてこのように形成される第２の抵抗体１２Ｂは、第１の抵抗体１０と直交するように、第１の抵抗体１０の上面１０ａに載置され、一対の母材１１と接触している部分（第２の抵抗体１２Ｂの左側面１２Ｂａ側、及び、右側面１２Ｂｂ側）が溶接Ｙ２Ｂにより接合されることとなる。これにより、一対の母材１１と、第２の抵抗体１２Ｂとが溶接Ｙ２Ｂにより一体的に形成されることとなる。なお、この際、第２の抵抗体１２Ｂと測定端子１３が接触し、測定端子１３が誤った電流値を測定しないように、第１の切欠部１２Ｂａ１、第２の切欠部１２Ｂｂ１内に一対の測定端子１３がそれぞれ位置するようにしている。

しかして、このようにしても、電流経路が増大することとなり、従来に比べ、抵抗体（第１の抵抗体１０、第２の抵抗体１２Ｂ）に流れる電流が流れやすくなる。それゆえ、抵抗体（第１の抵抗体１０、第２の抵抗体１２Ｂ）の発熱温度を従来よりも低くすることができ、もって、抵抗値を低くすることが可能となる。

また一方、図４に示すようなシャント抵抗器１Ｃのようにすることもできる。この点、図４を参照して具体的に説明する。なお、図１に示すシャント抵抗器１と同一の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略することとする。

図４に示すシャント抵抗器１Ｃと、図１に示すシャント抵抗器１との相違は、第２の抵抗体の形状と、接合位置が異なるだけでそれ以外は同一である。すなわち、図４に示すように、第２の抵抗体１２Ｃは、平面視、略矩形状に形成されている。そしてこのように形成される第２の抵抗体１２Ｃは、第１の抵抗体１０と直交するように、第１の抵抗体１０の下面１０ｂに載置され、一対の母材１１と接触している部分（第２の抵抗体１２Ｃの左側面１２Ｃａ側、及び、右側面１２Ｃｂ側）が溶接Ｙ２Ｃにより接合されることとなる。これにより、一対の母材１１と、第２の抵抗体１２Ｃとが溶接Ｙ２Ｃにより一体的に形成されることとなる。

しかして、このようにしても、電流経路が増大することとなり、従来に比べ、抵抗体（第１の抵抗体１０、第２の抵抗体１２Ｃ）に流れる電流が流れやすくなる。それゆえ、抵抗体（第１の抵抗体１０、第２の抵抗体１２Ｃ）の発熱温度を従来よりも低くすることができ、もって、抵抗値を低くすることが可能となる。

ところで、図１に示すシャント抵抗器１、図２に示すシャント抵抗器１Ａ、図３に示すシャント抵抗器１Ｂ、図４に示すシャント抵抗器１Ｃの何れも、第１の抵抗体１０と、第２の抵抗体１２，１２Ｂ，１２Ｃが接触している例を示したが、図５に示すシャント抵抗器１Ｄに示すように、接触してなくとも良い。この点、図５を参照して具体的に説明する。なお、図１に示すシャント抵抗器１と同一の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略することとする。

図５に示すシャント抵抗器１Ｄと、図１に示すシャント抵抗器１との相違は、第２の抵抗体の形状と、接合位置が異なるだけでそれ以外は同一である。すなわち、図３に示すように、第２の抵抗体１２Ｄは、平面視、下向きコ字状に形成され、第２の抵抗体１２Ｄの上面１２Ｄａと、一対の母材１１の上面１１ａとが面一となり、第２の抵抗体１２Ｄの下側面１２Ｄｂが一対の母材１１の上側面１１ｃに溶接Ｙ２Ｄにより接合されることとなる。これにより、一対の母材１１と、第２の抵抗体１２Ｄとが溶接Ｙ２Ｄにより一体的に形成されることとなる。なお、この際、第１の抵抗体１０と、第２の抵抗体１２Ｄとは、近接する位置に位置しているが、非接触の状態となっている。

しかして、このようにしても、電流経路が増大することとなり、従来に比べ、抵抗体（第１の抵抗体１０、第２の抵抗体１２Ｄ）に流れる電流が流れやすくなる。それゆえ、抵抗体（第１の抵抗体１０、第２の抵抗体１２Ｄ）の発熱温度を従来よりも低くすることができ、もって、抵抗値を低くすることが可能となる。

なお、上記例示したシャント抵抗器１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄは、低抵抗が要求されるヒューズ用のシャント抵抗器としても適用可能である。

＜実施例＞
次に、実施例を用いて、本発明を更に詳しく説明する。

図１に示すシャント抵抗器１と従来のシャント抵抗器をそれぞれ１０個用いて、抵抗値の測定を行った。

シャント抵抗器１のサイズとして、母材１１は、図６（ａ）に示すように、母材１１の横幅３８ｍｍ（母材１１の他側面１１ｆから一側面１１ｅまでの距離）、母材１１の縦幅１８ｍｍ（母材１１の上側面１１ｃから下側面１１ｄまでの距離）、母材１１の上側面１１ｃから母材１１のボルト孔１１ｇの中心点までの距離９ｍｍ、母材１１の他側面１１ｆから母材１１のボルト孔１１ｇの中心点までの距離１２ｍｍ、母材１１のボルト孔１１ｇの直径８．０ｍｍである、厚み３．０ｍｍのものを使用した。

また、第１の抵抗体１０は、図６（ｂ）に示すように、横幅８．０ｍｍ、縦幅１８ｍｍである、厚み２．０ｍｍのものを使用した。そして、第２の抵抗体１２は、図６（ｂ）に示すように、横幅１６ｍｍ、縦幅２．０ｍｍである、厚み２．０ｍｍのものを使用した。

なお、従来のシャント抵抗器は、第２の抵抗体１２がないだけで、それ以外は、母材１１及び第１の抵抗体１０と同一である。

かくして、このようなサイズに形成されたシャント抵抗器１に対して、図６（ｃ）に示すように、電流が図示右側から左側に流れるように、母材１１の他側面１１ｆ側（図示黒丸参照）に、電流を印加し、電圧検出ピッチが１２ｍｍとなるように、測定端子１３を配置した。なお、従来のシャント抵抗器も同一の条件で実験を行った。

このような条件の元、シャント抵抗器１、従来のシャント抵抗器をそれぞれ、サンコール株式会社製の抵抗測定治具に載置し、ＨＩＯＫＩ社製ＲＭ３５４３ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥＨｉＴＥＳＴＥＲの抵抗測定機を用いて、抵抗値の測定を行った。その結果が、表１に示すものである。

上記表１の結果に示すように、シャント抵抗器１の抵抗値は、何れも、従来のシャント抵抗器の抵抗値よりも低いことが分かる。そしてさらに、従来のシャント抵抗器の抵抗値の平均値を取ると、０．０９９４９ｍΩであるのに対し、シャント抵抗器１の抵抗値の平均値は、０．０８４４６ｍΩであることから、従来のシャント抵抗器に比べシャント抵抗器１は、約１５％抵抗値が低くなっていることが分かる。

してみると、本実施形態に係るシャント抵抗器を使用すれば、抵抗値を低くすることが可能となることが分かった。それゆえ、本実施形態によれば、簡単容易に抵抗値を低くすることができる

１Ｄシャント抵抗器
１０第１の抵抗体
１１母材
１１ａ（母材の）上面
１１ｃ（母材の）上側面
１２Ｄ第２の抵抗体
１２Ｄａ（第２の抵抗体の）上面
１２Ｄｂ（第２の抵抗体の）下側面
１３測定端子
Ｙ２Ｄ溶接

Claims

矩形状の第１の抵抗体と、
前記第１の抵抗体を挟んで当該第１の抵抗体に溶接にて接合された矩形状の二つの母材と、
前記第１の抵抗体と異なる位置に、前記二つの母材に溶接にて接合された第２の抵抗体と、を有し、
前記第２の抵抗体は、平面視、下向きコ字状に形成され、該第２の抵抗体の上面と、前記二つの母材の上面とが面一となり、該第２の抵抗体の下側面が前記二つの母材の上側面に溶接により接合されることによって、当該第２の抵抗体は、前記第１の抵抗体に近接する位置で、且つ、前記第１の抵抗体と非接触で、前記二つの母材に接合されてなるシャント抵抗器。