JP7491727B2 - シャント抵抗器 - Google Patents

Description

本発明は、シャント抵抗器に関する。

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、抵抗体と、抵抗体の両端に接合された電極と、を備えている。シャント抵抗器において、温度変動による影響が小さい条件下での電流の検出を可能にするために、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の特性は、重要である。なお、抵抗温度係数は、温度による抵抗値の変化の割合を示す指標である。

特表２０１３－５０４２１３号公報 特開２０１７－９４１９号公報

特許文献１は、電圧検出端子が設けられた抵抗器を開示している。特許文献１に係る発明は、抵抗器の幅方向における中央に配置された電圧検出端子の幅や長さを調整することによって、抵抗温度係数を減少する。また、特許文献１に開示された構成は、電極にＬ字形状を有する穴を形成することによって、抵抗温度係数を減少する。しかしながら、特許文献１に開示された構成では、抵抗温度係数を減少するために、複雑な切削などの作業が必要になる。

そこで、本発明は、簡単な構造で、抵抗温度係数を減少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する。

一態様では、抵抗体と、前記抵抗体の第１方向における前記抵抗体の両端に接続された一対の電極と、を備えるシャント抵抗器が提供される。前記一対の電極のそれぞれは、前記第１方向と垂直な第２方向における前記抵抗体の両側に配置された第１突起部および第２突起部と、前記第１突起部および前記第２突起部の少なくとも１つに形成された電圧検出端子と、を備えている。

一態様では、前記第１突起部は、前記電極の四隅の一角を構成する第１角部を有しており、前記電圧検出端子は、前記第１角部に形成されている。
一態様では、前記第２突起部は、前記電極の四隅の一角を構成する第２角部を有しており、前記電圧検出端子は、前記第２角部に形成されている。
一態様では、前記抵抗体の両端は、鈍角から形成された多角形状を有する。

一態様では、前記抵抗体の両端は、鈍角および鋭角から形成された多角形状を有する。
一態様では、前記抵抗体の両端は、丸みを帯びた形状を有している。

抵抗体をはめ込むための第１突起部および第２突起部の少なくとも１つに電圧検出端子を形成するだけの簡単な構造で、抵抗温度係数を減少することができる。

シャント抵抗器の一実施形態を示す斜視図である。 シャント抵抗器の一実施形態を示す斜視図である。 抵抗器の他の実施形態を示す図である。 本実施形態に係る抵抗器の効果を説明するための図である。 本実施形態に係る抵抗器の効果を説明するためのグラフである。 第２突起部の拡大図である。 温度変化による抵抗変化率の変動幅を示すグラフである。 抵抗器のさらに他の実施形態を示す図である。 抵抗器のさらに他の実施形態を示す図である。 抵抗器のさらに他の実施形態を示す図である。 抵抗器のさらに他の実施形態を示す図である。 抵抗器のさらに他の実施形態を示す図である。 抵抗器のさらに他の実施形態を示す図である。

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。なお、以下で説明する図面において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。以下で説明する複数の実施形態において、特に説明しない一実施形態の構成は、他の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。

図１および図２は、シャント抵抗器１の一実施形態を示す斜視図である。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抵抗合金板材からなる抵抗体５と、抵抗体５の第１方向における抵抗体５の両端（すなわち、両側接続面）５ａ，５ｂに接合された高導電率金属からなる一対の電極６，７と、を備えている。電極６は、抵抗体５の一端（一方の接続面）５ａに接触する接触面６ａを有しており、電極７は、抵抗体５の他端（他方の接続面）５ｂに接触する接触面７ａを有している。以下、本明細書において、シャント抵抗器１を単に抵抗器１と呼ぶことがある。

抵抗体５の両端５ａ，５ｂのそれぞれは、電極６，７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続（接合）されている。抵抗体５の材質の一例として、Ｃｕ－Ｍｇ－Ｎｉ系合金などの低抵抗合金材を挙げることができる。電極６，７の材質の一例として、銅（Ｃｕ）を挙げることができる。

抵抗体５の第１方向は、抵抗体５の長さ方向であり、抵抗器１の長さ方向に相当する。抵抗器１の長さ方向は、電極６、抵抗体５、および電極７がこの順に配置される方向である。この第１方向に垂直な方向は、抵抗体５の第２方向である。抵抗体５の第２方向は、抵抗器１の幅方向である。

図１に示すように、電極６，７は、同一の構造を有しており、抵抗体５に関して対称的に配置されている。したがって、以下、主に、電極６の構造について説明する。

電極６は、第２方向（すなわち、幅方向）における抵抗体５の両側に配置された第１突起部１０および第２突起部１１を備えている。第１突起部１０および第２突起部１１は、電極６の接触面６ａから抵抗体５に向かって外側に延びている。抵抗体５は、第１突起部１０と第２突起部１１との間に挟まれる（図２参照）。電極７は電極６と同様の構成を有している。図２に示すように、電極７の第１突起部１２および第２突起部１３は、電極７の接触面７ａから抵抗体５に向かって外側に延びており、抵抗体５は、電極７の第１突起部１２と第２突起部１３との間に挟まれる。

電極６，７のそれぞれの厚さは、抵抗体５の厚さと同じであり、電極６，７のそれぞれの幅方向の長さは、抵抗体５の幅方向の長さよりも大きい。電極６，７のそれぞれは、抵抗体５がはめ込まれる凹形状を有している。したがって、抵抗体５および電極６，７の相対位置は、容易に決定可能である。

電極６は、第１突起部１０および第２突起部１１の少なくとも１つに形成された電圧検出端子１５を備えている。同様に、電極７は、第１突起部１２および第２突起部１３の少なくとも１つに形成された電圧検出端子１５を備えている。図１および図２に示す実施形態では、電圧検出端子１５は、第１突起部１０および第２突起部１１と、第１突起部１２および第２突起部１３と、に形成されている。

図３は、抵抗器１の他の実施形態を示す図である。図３に示すように、電圧検出端子１５は、電極６の第１突起部１０（または第２突起部１１）にのみ形成されてもよい。同様に、電圧検出端子１５は、電極７の第１突起部１２（または第２突起部１３）にのみ形成されてもよい。このような構成により、より簡易的に、抵抗体５の電圧を測定することができる。

電圧検出端子１５は、抵抗体５の両端５ａ，５ｂに発生する電圧を測定するための端子である。電圧検出端子１５に導線（例えば、アルミワイヤー）を接続して、抵抗体５の両端に発生した電圧を測定する。図２に示す実施形態では、電圧検出端子１５は、電極６の第１突起部１０および第２突起部１１と、電極７の第１突起部１２および第２突起部１３と、に形成されている（すなわち、２対４か所）。第１突起部１０および第２突起部１１は同電位であり、第１突起部１２および第２突起部１３は同電位である。したがって、電極６の第１突起部１０および第２突起部１１に導線１６Ａを接続し、電極７の第１突起部１２および第２突起部１３に導線１６Ｂを接続した状態で、抵抗体５の電圧を測定する。

第１突起部１０は、電極６の四隅の一角を構成する第１角部２０を有しており、電圧検出端子１５は、第１角部２０に形成されている。同様に、第１突起部１２は、電極７の四隅の一角を構成する第１角部２０を有している。第２突起部１１は、電極６の四隅の一角を構成する第２角部２１を有しており、電圧検出端子１５は、第２角部２１に形成されている。同様に、第２突起部１３は、電極７の四隅の一角を構成する第２角部２１を有しており、電圧検出端子１５は、第２角部２１に形成されている。

図３に示す実施形態では、電圧検出端子１５は、第１角部２０にのみ形成されているが、図１および図２に示す実施形態では、電圧検出端子１５は、第１角部２０および第２角部２１の両方に形成されている。図２に示すように、第１角部２０および第２角部２１に形成された２つの電圧検出端子１５を導線１６Ａ（および導線１６Ｂ）で接続し、導線１６Ａおよび導線１６Ｂを用いて、抵抗体５の電圧を測定する。このような測定により、電流の流れる経路による電位の変動を抑制することができ、精度の高い電圧測定（電流測定）を実現することができる。

図４は、本実施形態に係る抵抗器１の効果を説明するための図である。図５は、本実施形態に係る抵抗器１の効果を説明するためのグラフである。図４では、電圧の測定位置Ａ，Ｂ，Ｃが示されている。測定位置Ａは、幅方向における電極６，７のそれぞれの中央部分の位置である。測定位置Ｂは、幅方向における抵抗体５の端部に隣接する電極６，７のそれぞれの位置である。測定位置Ｃは、電極６，７のそれぞれの第１角部２０の位置である。

図５は、図４に示す測定位置Ａ，Ｂ，Ｃで電圧を測定したときにおける、温度変化による抵抗器１の抵抗値の変化率を示すグラフである。図５の横軸は、材料温度［℃］を示しており、図５の縦軸は、抵抗変化率ΔＲ［％］を示している。図５に示す結果では、抵抗体５として、マンガニン（登録商標）が使用されている。

測定位置Ａ，Ｂで測定された電圧から算出された抵抗変化率の変動幅と、測定位置Ｃで測定された電圧から算出された抵抗変化率の変動幅と、の比較から明らかなように、電圧検出端子１５を測定位置Ｃに設けることにより、抵抗変化率の変動幅を減少することができる。本実施形態によれば、抵抗体５がはめ込まれる第１突起部１０（および第１突起部１２）および第２突起部１１（および第２突起部１３）の少なくとも１つに電圧検出端子１５を形成するだけの簡単な構造で、抵抗温度係数を減少することができる。

図５に示す実験結果では、図５の太線で示す抵抗変化率の曲線は、抵抗変化率の負数まで傾いている。なお、図５の太線で示す抵抗変化率の曲線は、一例であり、本実施形態の構成を採用することにより、抵抗温度係数は、容易に変更可能である。

図６は、第２突起部１１の拡大図である。図６に示す実施形態では、第２突起部１１のサイズを変更することによって、抵抗温度係数を変更することが可能である。しかしながら、第２突起部１１のみならず、第１突起部１０，１２および第２突起部１３のいずれのサイズを変更しても抵抗温度係数を変更することが可能である。

図６に示すように、第２突起部１１の基端面１１ａと先端面１１ｂとの間の距離ＳＬと、第２突起部１１の外側端面１１ｃと内側端面１１ｄとの間の距離ＳＷと、を変更することによって、抵抗温度係数を変更することが可能である。ここで、基端面１１ａは、電極６の接触面６ａに接続された面であり、先端面１１ｂは、基端面１１ａの反対側の面である。内側端面１１ｄは、抵抗体５に接触する面であり、外側端面１１ｃは、内側端面１１ｄの反対側の面である。

距離ＳＷおよび距離ＳＬの少なくとも１つを変更することにより、抵抗温度係数を変更することができる。距離ＳＬの変更は、距離ＳＷの変更よりも抵抗温度係数に大きな影響を与えるため、距離ＳＬを大きく変更し、距離ＳＷを小さく変更することにより、抵抗温度係数を最適な値に決定することができる。

図７は、温度変化による抵抗変化率の変動幅を示すグラフである。図７では、特許文献２で開示された抵抗器（すなわち、従来の抵抗器）と、本実施形態に係る抵抗器１と、の比較結果が示されている。なお、図７の横軸は、材料温度［℃］を示しており、図７の縦軸は、抵抗変化率ΔＲ［％］を示している。

図７のグラフから明らかなように、本実施形態に係る抵抗器１の、温度変化における抵抗変化率の変動幅（図７の変動幅Ａ参照）は、従来の抵抗器の、温度変化における抵抗変化率の変動幅（図７の変動幅Ｂ参照）よりも非常に小さい。さらに、本実施形態に係る抵抗器１を採用した場合、－５０℃から１２５℃までの温度範囲における抵抗変化率の変動幅を、同じ温度範囲における従来の抵抗器の、抵抗変化率の変動幅よりも大幅に小さくすることができる。

図８乃至図１３は、抵抗器１のさらに他の実施形態を示す図である。図８乃至図１３では、電圧検出端子１５の図示は省略されている。図８および図９に示すように、抵抗体５の両端５ａ，５ｂのそれぞれは、鈍角から形成された多角形状を有している。図８に示す実施形態では、両端５ａ，５ｂのそれぞれには、３つの鈍角が形成されており、図９に示す実施形態では、両端５ａ，５ｂのそれぞれには、４つの鈍角が形成されている。図示しないが、両端５ａ，５ｂのそれぞれには、５つ以上の鈍角が形成されてもよい。

図１０および図１１に示すように、抵抗体５の両端５ａ，５ｂのそれぞれは、丸みを帯びた形状を有してもよい。図１０に示す実施形態では、抵抗体５は、その角部が丸みを帯びた形状を有しており、図１１に示す実施形態では、抵抗体５は楕円形状を有している。

図１２および図１３に示すように、抵抗体５の両端５ａ，５ｂのそれぞれは、鈍角および鋭角から形成された多角形状を有してもよい。図１２に示す実施形態では、抵抗体５は、上から見たとき、リボン形状を有しており、図１３に示す実施形態では、抵抗体５は、図１２に示す実施形態に係る抵抗体５よりも、幅方向において大きなサイズを有している。

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
５ 抵抗体
５ａ，５ｂ 両端（両側接続面）
６ 電極
６ａ 接触面
７ 電極
７ａ 接触面
１０ 第１突起部
１１ 第２突起部
１１ａ 基端面
１１ｂ 先端面
１１ｃ 外側端面
１１ｄ 内側端面
１２ 第１突起部
１３ 第２突起部
１５ 電圧検出端子
１６Ａ 導線
１６Ｂ 導線
２０ 第１角部
２１ 第２角部

Claims (6)

1. 抵抗体と、
   前記抵抗体の第１方向における前記抵抗体の両端に接続された一対の電極と、を備え、
   前記一対の電極のそれぞれは、
   前記第１方向と垂直な第２方向における前記抵抗体の両側に配置された第１突起部および第２突起部と、
   前記第１突起部および前記第２突起部の少なくとも１つに形成された電圧検出端子と、を備えている、シャント抵抗器。
2. 前記第１突起部は、前記電極の四隅の一角を構成する第１角部を有しており、
   前記電圧検出端子は、前記第１角部に形成されている、請求項１に記載のシャント抵抗器。
3. 前記第２突起部は、前記電極の四隅の一角を構成する第２角部を有しており、
   前記電圧検出端子は、前記第２角部に形成されている、請求項２に記載のシャント抵抗器。
4. 前記抵抗体の両端は、鈍角から形成された多角形状を有する、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載のシャント抵抗器。
5. 前記抵抗体の両端は、鈍角および鋭角から形成された多角形状を有する、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載のシャント抵抗器。
6. 前記抵抗体の両端は、丸みを帯びた形状を有している、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載のシャント抵抗器。

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