JPWO2013121872A1 - 抵抗器の端子接続構造 - Google Patents

Abstract

狭小なモジュール内で、シャント抵抗器の電極に接続する電流検出のための引出線を、容易に且つコンパクトに当該電極に接続することができるシャント抵抗器の検出端子の接続構造を提供する。抵抗体（１１）の両端に電極（１２）を形成したシャント抵抗器の前記電極に検出端子を接続する抵抗器の端子接続構造であって、絶縁材からなるコネクタ基体（１４）と、該コネクタ基体に形成された導電部（１５ａ）と、を備え、コネクタ基体（１４）をシャント抵抗器（１３）に嵌めることで、導電部（１５ａ）が電極（１２）と電気的に導通するようにした。コネクタ基体（１４）は、抵抗体（１１）に嵌め込み可能な嵌合部（Ｃ）を備える。抵抗体（１１）と電極（１２）には段差が設けられ、コネクタ基体（１４）は電極（１２，１２）間に嵌め込まれる。

Description

本発明は、抵抗器に係り、特にシャント抵抗器の抵抗体に流れる監視対象電流により、該抵抗体の両端に形成される電圧を取り出す検出端子の接続構造に関する。

電気回路の電流を監視する目的でシャント抵抗器が使用される。シャント抵抗器は、監視対象電流の経路に挿入され、該電流によってシャント抵抗器両端に生じる電圧を検出し、既知の抵抗値から電流を検出する。例えば特開２００９−２１６６２０号公報には柱状の抵抗体の両端に電極を固定したシャント抵抗器が開示されている。このシャント抵抗器では、抵抗体の両端に形成される電圧を取り出す検出端子として、電極に引出線の先端を溶接により直接接続する構造が記載されている（図１及び図２参照）。

シャント抵抗器は、例えばモーター駆動制御等で用いられるインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）等に搭載される。このような場合、特に１ｍΩ以下の低抵抗値の抵抗器の場合、電子機器の微小化によって、電圧検出のための引出線を直接電極へ溶接することが困難な場合がある。また、電子機器の微少化により狭小なモジュール内で、電圧検出のための引出線の配線の引き回しが困難になるという問題がある。

本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、狭小なモジュール内で、シャント抵抗器の電極に接続する電圧検出のための引出線を、容易に且つコンパクトに当該電極に接続することができるシャント抵抗器の検出端子の接続構造を提供することを目的とする。

本発明は、抵抗体と該抵抗体の両端に形成した一対の電極とを備えたシャント抵抗器の前記電極に検出端子を接続する抵抗器の端子接続構造であって、絶縁材からなるコネクタ基体と、該コネクタ基体に形成された導電部と、を備え、コネクタ基体をシャント抵抗器に嵌めることで、導電部が電極と電気的に導通するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、コネクタ基体を抵抗器の両電極間に嵌めることだけで、検出端子を電極に接続できるので、従来の溶接作業を不要とし、狭小なモジュール内で、シャント抵抗器の電極に接続する電圧検出のための引出線の端子を、容易に且つコンパクトに当該電極に接続することができる。

本発明の第１実施例のシャント抵抗器の端子接続構造を示す分解斜視図である。 図１のコネクタ基体の軸方向に垂直な面の断面図である。 完成段階の前記抵抗器の端子接続構造を示す斜視図である。 本発明の第２実施例のシャント抵抗器の端子接続構造を示す分解斜視図である。 完成段階の前記抵抗器の端子接続構造を示す斜視図である。 本発明の第３実施例のシャント抵抗器の端子接続構造を示す分解斜視図である。 完成段階の前記抵抗器の端子接続構造を示す斜視図である。 前記抵抗器の抵抗体径に対応したインダクタンス変化率の周波数特性を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、図１乃至図８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１−３は本発明の第１実施例のシャント抵抗器の端子接続構造を示す。この端子接続構造は、シャント抵抗器１３の電極１２に接続する電圧検出のための検出端子を絶縁材からなり弾性を有するコネクタ基体１４に備え、このコネクタ基体１４を抵抗体１１の外周面に弾性により嵌めることで、検出端子を構成する先端導電部１５ａを電極１２に接続させ、電気的に導通させる。

シャント抵抗器１３は数ｍΩ以下、より具体的には０．１ｍΩ〜１ｍΩの低抵抗値を得るのに好適な構造である。係る抵抗器では抵抗体軸方向長さ（両電極間距離）が抵抗体断面積に対して小さくなるが、コネクタ基体１４はこの抵抗体１１の外周に嵌め込み可能な嵌合部Ｃを備える。以下にこれらの構造について具体的に説明する。

抵抗器１３は抵抗体１１として円柱または円筒に加工された銅ニッケル合金、ニッケルクロム合金、銅ニッケルマンガン合金等の金属抵抗材料を使用し、銅等の電極１２（形状は図のように円柱の他、角柱にしてもよい）で挟み込み、抵抗体１１の端面と電極１２の端面を突き合わせて接合した構造としている。

ここで、電極１２の直径が抵抗体１１の直径より大きく段差ができるように形成している。例えば、電極１２の直径を、抵抗体１１の直径よりも１ｍｍ程度太いものを用いて、０．５ｍｍ程度の段差を作ることが好ましい。そして、電極１２の抵抗体１１との接合面の段差部分において、電極１２の内側（抵抗体側）端面１２ｓは平坦な面を有している。

図２に示すように、コネクタ基体１４は抵抗体１１の外周に嵌め込み可能な嵌合部Ｃを備え、一側が開放した筒状の形状であり、ある程度の弾性を有するプラスチック等の絶縁素材で形成されている。コネクタ基体１４は抵抗体１１の外径と同じ径の内径を有することが好ましい。嵌合部Ｃはコネクタ基体１４を抵抗体１１の外周に嵌め込む際に弾性力により開き、嵌めた後は弾性力により閉じて、嵌着状態を安定に保持できる程度の大きさが好ましい。嵌合部Ｃを備えることで、弾性を有する絶縁素材１４を円柱または円筒状の抵抗体１１の外周に簡単に嵌め込み且つ簡単に外れないように固定することが出来る。

コネクタ基体１４の嵌合部Ｃの肉厚は０．５〜１ｍｍ程度とする。コネクタ基体１４の長さは嵌め込む抵抗体１１の長さと同程度の長さとする。これにより、段差となっている電極の端面１２ｓに、コネクタ基体１４の軸方向両端面が接触し、コネクタ基体１４が抵抗体１１と電極１２により形成される段差に略埋め込まれた状態となる（図３参照）。

コネクタ基体１４の軸方向両端面には導電部１５ａが導電材のめっき、浸漬、印刷等により形成されている（図１参照）。同様に、コネクタ基体１４の外周面には導電部１５ａに接続し軸方向に延びる導電部１５ｂが導電材のめっき、印刷等により形成されている。導電部１５ａと導電部１５ｂとにより検出端子が構成されている。そして、導電部１５ｂにはより線からなる引出線１６の端部がはんだ付けや溶接等により固定されている。なお、導電部１５ａと抵抗体とが接触しないように、抵抗体１１とコネクタ基体１４との間に絶縁膜を形成してもよい。

また、引出線１６を構成する２つのリード線が分かれる部位と、導電部材１５ａ、１５ｂと引出線１６のそれぞれの接続部位により形成される空間Ｓは、可能な限り一定の面積になるようにし、またその面積は可能な限り小さくしておくことが好ましい。言い換えると、引出線１６の二つに分かれた各リード線を、なるべくコネクタ基体１４に近接するように引き回すことが好ましい。このようにすることで、抵抗器１３に発生する磁束の影響による電流検出のバラツキを抑えることができる。この点は第２実施例、第３実施例においても同様である。また、引出線１６は、外部からの磁束の影響を軽減するため、上述のとおり、より線や、シールド線を用いることが好ましい。

図３に示すように、コネクタ基体１４が抵抗体１１と電極１２により形成される段差に嵌め込まれた状態となることで、導電部１５ａが電極１２の端面１２ｓと電気的に導通する。そして、電極の両端面１２ｓ、１２ｓ間の電圧が導電部１５ｂと引出線１６を介して図示しない電圧検出装置に伝達され、抵抗体１１の軸方向両端面間の電圧が検出され、既知の抵抗値から抵抗体１１に流れる電流が検出される。

コネクタ基体の導電部１５ａは、電極同士が対向する面１２ｓにおいて抵抗器１３と接続し、電極１２の内側端面の電位（抵抗体軸方向両端面間の電圧）を検出することで、精度よく監視対象電流により抵抗体に形成される電圧を検出することが可能となる。また、コネクタ基体１４を抵抗体１１の外周面に嵌めることだけで、検出端子を電極に接続できるので、従来の溶接作業を不要とし、狭小なモジュール内で、シャント抵抗器の電極に接続する端子を、容易に且つコンパクトに当該電極に接続することができる。また、抵抗器１３へのコネクタ基体１４の固定位置もバラツキが無く安定する。

なお、図示の例では、抵抗体と電極に段差を設けて、コネクタ基体両端面の導電部と電極の内側両端面が当接するようにしたが、このような段差を設けず、コネクタ基体を抵抗体両側の電極部分に嵌めることで、コネクタ基体の導電部を電極の周面に接続する構造にしてもよい。但し、この場合には、コネクタ基体１４の両端部内周面に引出線１６に接続する導電部を設ける必要がある。

また、シャント抵抗器を用いて、時間的に変化する電流を検出する場合、表皮効果により僅かなインダクタンス成分が検出値に大きな誤差をもたらすが、後述するように、抵抗体を細径にすることによって、そのような誤差を抑制することができる。係る観点からは、抵抗体と電極に段差を設けず同径とするよりも、抵抗体を電極よりも細径とし段差を設けた方が有利である。

図４−５は本発明の第２実施例の抵抗器の端子接続構造を示す。表面実装したシャント抵抗器２３に対しても、電極２２の内側端面２２ｓを利用しコネクタ基体２４に設けた導電部２５ａにより電流を検出することが可能である。すなわち、面実装型のシャント抵抗器２３は板状の抵抗体２１の両端部下面に電極２２を備え、該電極２２が実装基板の電流配線２０に接続される。

コネクタ基体２４はある程度の弾性をするプラスチック等の絶縁素材からなり、両側の端面に導電部２５ａを備える。導電部２５ａは本例において検出端子を構成する。導電部２５ａはコネクタ基体２４の内部配線により引出線２６に接続されている。図５に示すように、コネクタ基体２４をシャント抵抗器の両電極２２，２２間に挿入すると、コネクタ基体２４の両側の端面に設けた導電部２５ａがシャント抵抗器の電極２２の端面２２ｓに接続し、電気的に導通する。

これにより、電極の両端面２２ｓ、２２ｓ間の電圧が導電部２５ｂと引出線２６を介して図示しない電圧検出装置に伝達され、抵抗体２１の両電極２２，２２間の電圧が検出され、抵抗体２１に流れる電流が検出される。この実施例においても、電極２２の内側端面の電位（抵抗体の両電極間の電圧）を検出することで、精度よく監視対象電流により抵抗体２１に形成される電圧を検出することが可能となる。

図６−７は本発明の第３実施例の抵抗器の端子接続構造を示す。表面実装されたシャント抵抗器１３ａに対して、コネクタ基体１４ａを嵌めることで、電極１２ａの内側端面１２ｓにコネクタ基体１４ａに設けた端子部（導電部）１５ｃ、１５ｄが電気的に導通し、抵抗体１１ａに流れる電流を検出することが可能である。端子部１５ｃ、１５ｄは本例において検出端子を構成する。ここで、面実装型のシャント抵抗器１３ａは円柱または円筒状の抵抗体１１ａの両端部端面に角柱状の電極１２ａを備え、該電極１２ａの底面が実装基板のランドパターンに表面実装により接続される。

コネクタ基体１４ａは樹脂などのある程度の弾性を有する絶縁素材が好適であり、本実施例ではガラスエポキシ板等を採用しており、抵抗体１１ａの外周に嵌め込み可能な嵌合部Ｃを備え、そして両側の端面に銅などの金属の端子部１５ｃ、１５ｄを備える。端子部１５ｃ、１５ｄは引出線１６と接続されている。引出線１６としては、外部からの磁束の影響を軽減するために、より線やシールド線を用いる。なお、コネクタ基体１４ａの製造方法の一例として、両面に銅箔を備えたガラスエポキシ板を用い、これを切断し、打抜くこと等により形成することができる。

図７はコネクタ基体１４ａを抵抗体１１ａに嵌めた状態を示す。端子部１５ｃ、１５ｄはそれぞれ電極１２ａ、１２ａの端面（当接部１２ｓ）に接続される。コネクタ基体の嵌合部Ｃと抵抗体１１ａとは接着剤により固定してもよい。また、端子部１５ｃ、１５ｄを含めたコネクタ基体１４ａの厚みを、電極１２ａ，１２ａ間の距離よりも同程度かやや厚めにしておく。電極１２ａ，１２ａ間へコネクタ基体１４ａを圧入することが好ましく、これにより各電極１２ａと端子部１５ｃ、１５ｄとの接続状態が良好となる。また、他の例として、ガラスエポキシ板は一般に線膨張係数が非常に高いことを利用し、ガラスエポキシ板からなるコネクタ基体１４ａを常温よりも低い低温状態にしてコネクタ基体１４ａの厚みを減少させてから各電極１２ａ間に嵌め込み、常温に戻すことで、強固に組付けることができる。また、コネクタ基体１４ａを常温とするか、それよりも低い低温状態に保持しつつ、抵抗器１３ａを加熱して、熱膨張により電極間距離を広げた状態でコネクタ基体１４を嵌め込み、その後常温に戻すことで組み付けてもよい。

これにより、電極の両端面１２ｓ、１２ｓ間の電圧が端子部１５ｃ、１５ｄと引出線１６を介して図示しない電圧検出装置に伝達され、抵抗体１１ａの両電極１２ａ，１２ａ間の電圧が検出され、抵抗体１１ａに流れる電流が検出される。

この実施例においては、細い径の抵抗体１１ａを使用し、電極１２ａの内側端面の電位（抵抗体の両電極間の電圧）を検出することで、ある程度の高周波数成分を含む監視対象電流を精度よく検出することが可能となる。すなわち、電極１２ａ間において抵抗体１１ａは、直径が４ｍｍ以下の細い径に形成されている。具体的には、直径が１ｍｍから４ｍｍのものが用いられ、抵抗値に応じてその長さも適宜調整される。一例として、断面円形のＣｕ−Ｍｎ−Ｎｉ系合金線を用いて、０．２ｍΩの抵抗値を得る場合、直径φが２ｍｍに対して長さ（電極間距離）を１．４２ｍｍとすればよい。本発明の検出端子接続構造によれば、電極間距離が数ｍｍ（例えば５ｍｍ以下）であっても、好適に検出端子を接続することが可能である。なお、抵抗体の表面を削る等により抵抗値を微調整してもよい。抵抗体１１ａを細い径にすることによって、直流電流の検出を基本とするシャント抵抗器において、ある程度迄の高周波電流に対して表皮効果による実効的な電流流路の減少を起こさず、直流電流と同様に高精度の電流検出が可能となる。

図８は、断面を円形とした抵抗体の直径（φ１−φ８）に対応したインダクタンス変化率についての周波数特性を示す。インダクタンスが上昇すると、特に高周波電流の計測では大きな誤差が生じることになる。抵抗値と同様にインダクタンス変化率も、抵抗体の径が細い程、ある程度の高周波数領域までシャント抵抗器として使用可能であることが分かる。従って、上述のとおり、断面を円形とし、直径４ｍｍ（φ４）以下の径の抵抗体を用いることで、高周波電流の測定に好適な抵抗器を構成することができる。なお、抵抗体の断面は円形が好ましいが、多角形であっても径を細くすることで同様の効果が得られる。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、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、シャント抵抗器に流れる監視対象電流により抵抗器両端に生じる電圧を検出する検出端子の接続構造に利用可能である。

Claims (4)

1. 抵抗体と一対の電極を備えたシャント抵抗器の前記電極に検出端子を接続する抵抗器の端子接続構造であって、
   絶縁材からなるコネクタ基体と、
   該コネクタ基体に形成された導電部と、を備え、
   前記コネクタ基体を前記シャント抵抗器に嵌めることで、前記導電部が前記電極と電気的に導通するようにしたことを特徴とする抵抗器の端子接続構造。
2. 前記コネクタ基体は、前記抵抗体に嵌め込み可能な嵌合部を備えることを特徴とする請求項１に記載の抵抗器の端子接続構造。
3. 前記抵抗体と前記電極には段差が設けられ、前記コネクタ基体は前記電極間に嵌め込まれることを特徴とする請求項１に記載の抵抗器の端子接続構造。
4. 前記シャント抵抗器は円柱または円筒状の前記抵抗体を備え、前記抵抗体は直径が４ｍｍ以下の細い径に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の抵抗器の端子接続構造。

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