JP7491723B2

JP7491723B2 - シャント抵抗器

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Publication number: JP7491723B2
Application number: JP2020074778A
Authority: JP
Inventors: 保遠藤
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2024-05-28
Anticipated expiration: 2040-04-20
Also published as: WO2021215229A1; CN115398567A; EP4141895A4; CN115398567B; JP2021174802A; EP4141895A1; US20230162894A1

Description

本発明は、電流検出用のシャント抵抗器に関する。

従来から、シャント抵抗器は、電流検出用途に広く用いられている。このようなシャント抵抗器は、板状の抵抗体と、抵抗体の両端に接合された板状の電極とを備えている。このような抵抗体は、銅・ニッケル系合金、銅・マンガン系合金、鉄・クロム系合金、ニッケル・クロム系合金等の合金で構成されており、このような電極は、銅等の高導電性金属から構成されている。

このようなシャント抵抗器では、温度変動の少ない電流検出をするために、抵抗温度係数（ＴＣＲ）が小さいことが要請されている。抵抗温度係数（ＴＣＲ）とは、温度変化による抵抗値の変化の割合を示す指標である。シャント抵抗器のＴＣＲを改善するために、例えば、マンガニン（登録商標）などのＴＣＲが小さい合金を抵抗体の材料として使用することが行われている。

特開２００７－３２９４２１号公報

しかしながら、抵抗体材料の選定によるＴＣＲの調整（改善）には限界がある。そこで、本発明は、抵抗体の材料によらずＴＣＲを容易に調整することができる、すなわち所望のＴＣＲを満たすことができるシャント抵抗器を提供することを目的とする。

一態様では、板状の抵抗体と、前記抵抗体の両端面に接続された電極を有するシャント抵抗器であって、前記電極は、前記抵抗体と前記電極との接合部にそれぞれ平行に延びる切り欠き部を有しており、前記切り欠き部のそれぞれは、前記接合部から前記切り欠き部までの距離をＹとし、前記電極の幅方向における前記接合部の長さをＸとしたとき、Ｙ≦０．８０Ｘ－１．３６の関係が成り立つ位置にある、シャント抵抗器が提供される。

一態様では、前記接合部と、前記切り欠き部に挟まれた電圧検出部に電圧検出端子が設けられている。
一態様では、前記切り欠き部が形成されている位置における前記電極の幅は、前記電極の幅方向における前記接合部の長さの１／２以上である。

切り欠き部は、接合部から切り欠き部までの距離をＹとし、電極の幅方向における接合部の長さをＸとしたとき、Ｙ≦０．８０Ｘ－１．３６の関係が成り立つ位置に形成されており、かつ接合部に平行に延びている。その結果、簡単な構成で所望のＴＣＲを満たすことができる。また切り欠き部の長さを調整することで、シャント抵抗器のＴＣＲを容易に調整することができる。

シャント抵抗器の一実施形態を模式的に示す斜視図である。図１に示すシャント抵抗器の平面図である。温度変化によるシャント抵抗器の抵抗値の変化率を示すグラフである。シャント抵抗器の他の実施形態を示す平面図である。シャント抵抗器のさらに他の実施形態を示す平面図である。シャント抵抗器のさらに他の実施形態を模式的に示す斜視図である。図６のシャント抵抗器の分解斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、シャント抵抗器１の一実施形態を模式的に示す斜視図であり、図２は、図１に示すシャント抵抗器１の平面図である。図２に示す白抜き矢印はシャント抵抗器１を流れる電流の方向を表している。図１および図２に示すように、シャント抵抗器１は、所定の厚みと幅を有する板状の合金からなる抵抗体５と、前記抵抗体５の両端面５ａ，５ｂに接続された高導電性金属からなる電極６，７とを備えている。具体的には、電極６は、端面５ａに接続されており、電極７は、端面５ｂに接続されている。特に説明しない電極７の構成は、電極６の構成と同じであり、電極６と電極７は抵抗体５に関して対称に配置されている。電極６の幅と、電極７の幅は等しく、共に幅Ｗ２で表される。電極６，７の幅方向は、電流方向に垂直な方向である。抵抗体５を構成する合金の一例として、ニッケルクロム系合金が挙げられる。電極６，７を構成する高導電性金属の一例として、銅が挙げられる。

具体的には、電極６，７のそれぞれの内側端面６ａ，７ａは、抵抗体５の両端面５ａ，５ｂのそれぞれに溶接（例えば、電子ビーム溶接、レーザービーム溶接、または、ろう接）などの手段によって接合されている。内側端面６ａ，７ａは、抵抗体５との接合面である。以下、本明細書では、内側端面６ａ，７ａを接合面６ａ，７ａと呼ぶことがある。

電極６の内側端面６ａおよび抵抗体５の端面５ａは、抵抗体５と電極６との接合部８を構成しており、電極７の内側端面７ａおよび抵抗体５の端面５ｂは、抵抗体５と電極７との接合部９を構成している。

電極６，７は、切り欠き部１１，１２をそれぞれ有している。切り欠き部１１，１２は、接合部８，９（接合面６ａ，７ａおよび両端面５ａ，５ｂ）にそれぞれ平行に延びている。本実施形態の切り欠き部１１，１２は、直線上に延びるスリット状の形状を有している。切り欠き部１１は、電極６の側面６ｂから、電極６の中心部に向けて直線状に延びており、切り欠き部１２は、電極７の側面７ｂから、電極７の中心部に向けて直線状に延びている。

特に説明しない切り欠き部１２の構成は、切り欠き部１１と同じである。切り欠き部１１と、切り欠き部１２は、抵抗体５に関して対称に配置されている。本実施形態では、切り欠き部１２は、切り欠き部１１と同様の幅Ｗ１を有している。電極６，７の幅方向（接合面６ａ，７ａに平行な方向であり、電流方向に垂直な方向）における切り欠き部１１の長さは、電極６，７の幅方向における切り欠き部１２の長さに等しく、共に長さｔ１で表される。

電極６，７に切り欠き部１１，１２を形成することによって、シャント抵抗器１を流れる電流は、切り欠き部１１，１２を避けて流れる。その結果、シャント抵抗器１を流れる電流の状態は、切り欠き部を有さないシャント抵抗器を流れる電流の状態とは異なる。その結果、シャント抵抗器１のＴＣＲ（抵抗温度係数）は、電極に切り欠き部を形成しない場合のシャント抵抗器のＴＣＲ（抵抗温度係数）とは異なる。

本実施形態では、電極６の幅方向における接合部８（接合面６ａおよび端面５ａ）の長さは、電極７の幅方向における接合部９（接合面７ａおよび端面５ｂ）の長さに等しく、接合部８（接合面６ａ）から切り欠き部１１までの距離は、接合部９（接合面７ａ）から切り欠き部１２までの距離に等しい。本実施形態では、切り欠き部１１，１２は、接合部８，９のそれぞれから切り欠き部１１，１２のそれぞれまでの距離をＹとし、電極６，７の幅方向における接合部８，９の長さをＸとしたき、以下の（１）式の関係が成り立つ位置にある。
Ｙ≦０．８０Ｘ－１．３６（１）

切り欠き部１１，１２を、上記（１）式の関係が成り立つ位置に形成することにより、シャント抵抗器１のＴＣＲの調整が可能となる。具体的には、切り欠き部１１，１２が上記（１）式の関係が成り立つ位置に形成される場合において、切り欠き部１１，１２の長さｔ１を変化させることによって、シャント抵抗器１のＴＣＲを調整することができる。言い換えれば、切り欠き部１１，１２を、長さｔ１を調整して、上記（１）式の関係が成り立つ位置に形成することで、シャント抵抗器１の抵抗温度係数を調整できることができる。

電極６，７の表面には、電圧検出端子１６，１７がそれぞれ設けられている。電圧検出端子１６，１７は、抵抗体５の両端（両端面５ａ，５ｂ間）に発生する電圧を測定するための端子である。例えば、電圧検出端子１６，１７にアルミワイヤーを接続することにより抵抗体５の両端に発生した電圧を検出する。電圧検出端子１６は、電極６上の電圧検出部２０に設けられており、電圧検出端子１７は、電極７上の電圧検出部２１に設けられている。電圧検出部２０は、接合部８と、切り欠き部１１に挟まれており、電圧検出部２１は、接合部９と、切り欠き部１２に挟まれている。

電圧検出端子１６，１７を電圧検出部２０，２１のそれぞれに設けること、すなわち、電圧検出部２０，２１を電圧の検出位置とすることで、調整されたＴＣＲが反映された電圧を測定することができる。すなわち、シャント抵抗器１のＴＣＲが切り欠き部１１，１２の影響を受けた状態で、抵抗体５の電圧を測定することができる。電圧検出端子１６，１７を抵抗体５に隣接して配置することで、調整されたＴＣＲがより反映された電圧を測定することができる。

図３は、温度変化によるシャント抵抗器１の抵抗値の変化率を示すグラフである。図３は、抵抗体５にニッケルクロム系合金を使用し、電極６，７に銅を使用した場合の温度変化によるシャント抵抗器１の抵抗値の変化率を示している。切り欠き部１１，１２は、上記（１）式の関係が成り立つ位置に形成されている。図３において、切り欠き部１１，１２の幅Ｗ１（図２参照）は０．１ｍｍであり、電極６，７の幅Ｗ２（図２参照）は１５ｍｍであり、抵抗体５の幅Ｗ３（図２参照）は７ｍｍであり、接合部８，９（接合面６ａ，７ａ）のそれぞれから切り欠き部１１，１２のそれぞれまでの距離Ｙ（図２参照）は３ｍｍである。

図３は、切り欠き部１１，１２の長さｔ１が２ｍｍ、２．５ｍｍ、３ｍｍ、および３．５ｍｍのときのそれぞれのシャント抵抗器１の温度変化による抵抗値の変化率を示している。図３には、比較のため、切り欠き部１１，１２が形成されていないシャント抵抗器の抵抗値の変化率も図示されている。切り欠き部１１，１２が形成されていないシャント抵抗器のその他の構成は、シャント抵抗器１と同じである。

図３は、電極６，７に幅Ｗ１が０．１ｍｍの切り欠き部１１，１２を形成することで、シャント抵抗器１の温度の変化量に対する抵抗値の変化率の割合が低減することを示している。シャント抵抗器１の温度の変化量に対する抵抗値の変化率の割合は、シャント抵抗器１の抵抗温度係数（ＴＣＲ）に相当する。さらに図３は、シャント抵抗器１の抵抗温度係数は、切り欠き部１１，１２の長さｔ１に依存することを示している。すなわち、図３は、上記（１）式の関係が成り立つ位置に切り欠き部１１，１２を形成した場合において、切り欠き部１１，１２の長さｔ１を調整すること、すなわち、切り欠き部１１，１２を、長さｔ１を調整して、上記（１）式の関係が成り立つ位置に形成することで、シャント抵抗器１の抵抗温度係数（ＴＣＲ）を調整することができることを示している。

図３に示すように、切り欠き部１１，１２の長さｔ１を大きくすることで、シャント抵抗器１の抵抗温度係数が小さくなる。長さｔ１が３ｍｍのとき、シャント抵抗器１の抵抗温度係数の絶対値が最も小さくなり、長さｔ１を３．５ｍｍにすると、シャント抵抗器１の抵抗温度係数は、負の傾きを有する。したがって、切り欠き部１１，１２の長さｔ１を調整すること、すなわち、切り欠き部１１，１２を、長さｔ１を調整して、上記（１）式の関係が成り立つ位置に形成することによって、シャント抵抗器１の抵抗温度係数（ＴＣＲ）を広範囲に調整することができる（すなわち、所望のＴＣＲを満たすことができる）。結果として、抵抗体５にニッケルクロム系合金を使用した場合に限らず、抵抗体５に種々の合金を使用した場合において、最適なＴＣＲ調整を行うことができる。結果として、本実施形態によれば、切り欠き部１１，１２を、長さｔ１を調整して上記（１）式が成り立つ位置に形成するだけの簡単な構造で、所望の抵抗温度係数を満たすことができる。

本実施形態では、抵抗体５の幅Ｗ３は７ｍｍであり、切り欠き部１１，１２の幅Ｗ１は０．１ｍｍであるが、幅Ｗ３および幅Ｗ１は本実施形態に限定されない。幅Ｗ３および幅Ｗ１の大きさにかかわらず、切り欠き部１１，１２の長さｔ１を調整することで、シャント抵抗器１のＴＣＲを調整することができる。上記（１）式の関係が成り立つ位置に切り欠き部１１，１２を形成し、かつ切り欠き部１１，１２が接合部８，９に平行に延びている場合において、切り欠き部１１，１２の長さｔ１を調整すること、すなわち、切り欠き部１１，１２を、長さｔ１を調整して、上記（１）式の関係が成り立つ位置に形成することで、シャント抵抗器１のＴＣＲを容易に調整することができる（すなわち、所望のＴＣＲを満たすことができる）。

図２に示すように、切り欠き部１１（切り欠き部１２）を形成したことによって狭まった電極６（電極７）の幅Ｗ４は、接合部８，９の長さＸの１／２以上であることが好ましい。言い換えれば、電極６，７の幅Ｗ４は、電極６，７の幅方向に垂直な方向に関して切り欠き部１１，１２が形成されている位置における電極６，７の幅である。幅Ｗ４を長さＸの１／２以上とすることで、電極６，７は、十分な機械的強度を有することができ、幅Ｗ４が狭くなることによるシャント抵抗器１の高周波特性の低下を防止することができる。図３の結果は、切り欠き部１１，１２を上記（１）式の関係が成り立つ位置に形成した場合、幅Ｗ４の大きさが長さＸの１／２以上となる範囲内で、ＴＣＲが広範囲に変化することを示している。

図４は、シャント抵抗器１の他の実施形態を示す平面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１および図２を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、切り欠き部１２は、電極７の側面７ｃから、電極７の中心部に向けて延びている。図４に示す側面６ｃ，７ｃは、側面６ｂ，７ｂの反対側の面である。

本実施形態でも、上記（１）式の関係が成り立つ位置に切り欠き部１１，１２を形成した場合において、切り欠き部１１，１２の長さｔ１を調整すること、すなわち、切り欠き部１１，１２を、長さｔ１を調整して、上記（１）式の関係が成り立つ位置に形成することで、シャント抵抗器１のＴＣＲを調整することができる（すなわち、所望のＴＣＲを満たすことができる）。一実施形態では、切り欠き部１１を電極６の側面６ｃから、電極６の中心部に向けて延びるように形成し、かつ切り欠き部１２を電極７の側面７ｂから、電極７の中心部に向けて延びるように形成してもよい。

図５は、シャント抵抗器１のさらに他の実施形態を示す平面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１および図２を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、電極６は切り欠き部１３をさらに有し、電極７は切り欠き部１４をさらに有している。

切り欠き部１３，１４は、接合部８，９（接合面６ａ，７ａおよび両端面５ａ，５ｂ）にそれぞれ平行に延びている。本実施形態の切り欠き部１３，１４は、直線上に延びるスリット状の形状を有している。切り欠き部１３は、電極６の側面６ｃから、電極６の中心部に向けて直線状に延びており、切り欠き部１４は、電極７の側面７ｃから、電極７の中心部に向けて直線状に延びている。切り欠き部１３は、切り欠き部１１の延長線上に形成されており、切り欠き部１４は、切り欠き部１２の延長線上に形成されている。すなわち、切り欠き部１３，１４は、電極６，７の幅方向と垂直な方向において切り欠き部１１，１２と同じ位置にそれぞれ配置されている。

特に説明しない切り欠き部１４の構成は、切り欠き部１３と同じである。切り欠き部１３と、切り欠き部１４は、抵抗体５に関して対称に配置されている。本実施形態では、切り欠き部１４は、切り欠き部１３と同様の幅Ｗ５を有している。電極６，７の幅方向における切り欠き部１３の長さは、電極６，７の幅方向における切り欠き部１４の長さに等しく、共に長さｔ２で表される。

本実施形態の電極６，７の表面には、電圧検出端子１８，１９がそれぞれ設けられている。電圧検出端子１８は、電極６上の電圧検出部２２に設けられており、電圧検出端子１９は、電極７上の電圧検出部２３に設けられている。電圧検出部２２は、接合部８と、切り欠き部１３に挟まれており、電圧検出部２３は、接合部９と、切り欠き部１４に挟まれている。特に説明しない電圧検出端子１８，１９および電圧検出部２２，２３の構成は、電圧検出端子１６，１７、および電圧検出部２０，２１と同じである。

本実施形態においても、上記（１）式の関係が成り立つ位置に切り欠き部１１，１２，１３，１４を形成した場合において、切り欠き部１１，１２の長さｔ１および切り欠き部１３，１４の長さｔ２を調整すること、すなわち、切り欠き部１１，１２，１３，１４を、長さｔ１および長さｔ２を調整して、上記（１）式の関係が成り立つ位置に形成することで、シャント抵抗器１のＴＣＲを調整することができる（すなわち、所望のＴＣＲを満たすことができる）。長さｔ１と長さｔ２は、同じでもよく異なっていてもよい。幅Ｗ１と幅Ｗ５は、同じでもよく異なっていてもよい。本実施形態においても、切り欠き部１１，１２，１３，１４を形成したことによって狭まった電極６，７の幅Ｗ４は、接合部８，９の長さＸの１／２以上であることが好ましい。

図６は、シャント抵抗器１のさらに他の実施形態を模式的に示す斜視図であり、図７は図６のシャント抵抗器１の分解斜視図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１および図２を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態のシャント抵抗器１は、絶縁体の基板４０と、台座３５をさらに備えている。基板４０の表面には導体４１，４２および電圧検出端子４６，４７が形成されている。図６に示す白抜き矢印はシャント抵抗器１を流れる電流の方向を表している。台座３５はその表面に電気接点３６，３７を有している。

図６および図７に示すように、本実施形態の切り欠き部１１は、接合部８に平行に延びる第１の面１１ａと、第１の面１１ａに垂直な方向に延びる第２の面１１ｂを有しており、切り欠き部１２は、接合部９に平行に延びる第１の面１２ａと、第１の面１２ａに垂直な方向に延びる第２の面１２ｂを有している。電極６の外側端面６ｄと、第１の面１１ａは、第２の面１１ｂによって接続されており、電極７の外側端面７ｄと、第１の面１２ａは、第２の面１２ｂによって接続されている。

電極６は、第１の面１１ａと接合面６ａの間で折り曲げられており、電極７は、第１の面１２ａと接合面７ａの間で折り曲げられている。電極６，７は、抵抗体５に関して対称に折り曲げられている。外側端面６ｄ，７ｄは、導体４１，４２にそれぞれ接触している。このような構成により、導体４１から電極６、抵抗体５、および電極７を通って導体４２に電流が流れる。

第１の面１１ａ，１２ａは電気接点３６，３７にそれぞれ接触している。台座３５は図示しない複数の導線をさらに備えている。電気接点３６は、複数の導線のうちの１つを介して電圧検出端子４６に接続されており、電気接点３７は、他の導線を介して電圧検出端子４７に接続されている。このような構成により、電圧検出端子４６，４７を介して抵抗体５の両端（両端面５ａ，５ｂ間）に発生する電圧を測定することができる。例えば、電圧検出端子４６，４７にアルミワイヤーを接続することにより抵抗体５の両端に発生した電圧を検出する。

本実施形態においても、電流は、切り欠き部１１，１２を避けて、導体４１から導体４２に流れる。したがって、図１および図２を参照して説明した実施形態と同様に、本実施形態においても、電極６，７の幅方向における切り欠き部１１，１２の長さｔ１を調整すること、すなわち、切り欠き部１１，１２を、長さｔ１を調整して、上記（１）式の関係が成り立つ位置に形成することで、シャント抵抗器１の抵抗温度係数（ＴＣＲ）を調整することができる（すなわち所望のＴＣＲを満たすことができる）。本実施形態においても、切り欠き部１１（切り欠き部１２）を形成したことによって狭まった電極６（電極７）の幅Ｗ４は、接合部８，９の長さＸの１／２以上であることが好ましい。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１シャント抵抗器
６，７電極
６ａ，７ａ内側端面（接合面）
６ｂ，７ｂ側面
６ｃ，７ｃ側面
６ｄ，７ｄ外側端面
８，９接合部
１１，１２，１３，１４切り欠き部
１１ａ，１２ａ第１の面
１１ｂ，１２ｂ第２の面
１６，１７，１８，１９電圧検出端子
２０，２１，２２，２３電圧検出部
３５台座
３６，３７電気接点
４０基板
４１，４２導体
４６，４７電圧検出端子

Claims

板状の抵抗体と、前記抵抗体の両端面に接続された電極を有するシャント抵抗器であって、
前記電極は、前記抵抗体と前記電極との接合部にそれぞれ平行に延びる切り欠き部を有しており、
前記接合部と、前記切り欠き部に挟まれた電圧検出部に電圧検出端子が設けられ、
前記電圧検出端子は、前記切り欠き部から離間して配置され、
前記切り欠き部のそれぞれは、前記接合部から前記切り欠き部までの距離をＹとし、前記電極の幅方向における前記接合部の長さをＸとしたとき、Ｙ≦０．８０Ｘ－１．３６の関係が成り立つ位置にある、シャント抵抗器。
前記切り欠き部が形成されている位置における前記電極の幅は、前記電極の幅方向における前記接合部の長さの１／２以上である、請求項１に記載のシャント抵抗器。