WO2021100084A1

WO2021100084A1 - シャント抵抗器

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Publication number: WO2021100084A1
Application number: PCT/JP2019/045079
Authority: WO
Inventors: 愉右森山; 建二村上; 昭夫麦島
Original assignee: サンコール株式会社
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2021-05-27
Also published as: EP4036939A4; US20220254551A1; EP4036939A1; JPWO2021100084A1; JP6956263B1

Abstract

温度特性を改善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。　抵抗体１０と、　抵抗体１０を挟んで当該抵抗体１０に一体的に形成された一対の母材１１と、　母材１１上に固定される測定端子１２と、を有し、　母材１１には、複数の切欠部（第１切欠部１３ａ，第２切欠部１３ｂ）が、該母材１１の長手方向に沿って設けられており、　複数の切欠部（第１切欠部１３ａ，第２切欠部１３ｂ）は、互いに連通せず、階段状となるように設けられている。

Description

シャント抵抗器

　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。このシャント抵抗器は、抵抗体を挟んで抵抗体に一体的に形成された二つの板状の母材それぞれに貫通孔を形成し、その貫通孔内に第１端子部が挿入され、第２端子部が貫通孔内より突出する電圧検出端子が設けられているものである。

特開２０１７－００９４１９号公報

　ところで、上記のようなシャント抵抗器は、抵抗体の温度特性と母材の温度特性を合成した温度特性が表れる。この温度特性は、高精度電流センサの精度に影響を与える要因の一つである。そのため、市場の要求として、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値を５０ｐｐｍ以下にするよう温度特性の改善が求められている。

　そこで、本発明は、上記問題に鑑み、温度特性を改善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、抵抗体（１０）と、
　前記抵抗体（１０）を挟んで当該抵抗体（１０）に一体的に形成された一対の母材（１１）と、
　前記母材（１１）上に固定される測定端子（１２）と、を有し、
　前記母材（１１）には、複数の切欠部（第１切欠部１３ａ，第２切欠部１３ｂ）が、該母材（１１）の長手方向に沿って設けられており、
　前記複数の切欠部（第１切欠部１３ａ，第２切欠部１３ｂ）は、互いに連通せず、階段状となるように設けられてなることを特徴としている。

　また、請求項２の発明によれば、上記請求項１に記載のシャント抵抗器において、前記複数の切欠部（第１切欠部１３ａ，第２切欠部１３ｂ）のうち、前記抵抗体（１０）から最も離れた位置にある切欠部（第２切欠部１３ｂ）は、他の切欠部（第１切欠部１３ａ）の深さ（Ｄ１）と比べて最も深さ（Ｄ２）が深くなるように形成されてなることを特徴としている。

　さらに、請求項３の発明によれば、上記請求項２に記載のシャント抵抗器において、前記測定端子（１２）は、前記母材（１１）上に固定されるにあたって、前記抵抗体（１０）から最も離れた位置にある切欠部（第２切欠部１３ｂ）の深さ（Ｄ１）の底部（１３ｂ１）よりも上方側で、且つ、前記抵抗体（１０）に最も近い位置にある切欠部（第１切欠部１３ａ）の一側部（１３ａ１）よりも内側に位置するように固定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、母材（１１）には、複数の切欠部（第１切欠部１３ａ，第２切欠部１３ｂ）が、該母材（１１）の長手方向に沿って設けられており、複数の切欠部（第１切欠部１３ａ，第２切欠部１３ｂ）は、互いに連通せず、階段状となるように設けられている。これにより、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値を５０ｐｐｍ以下にすることが可能となり、もって、温度特性を改善することができる。

　また、請求項２に係る発明によれば、複数の切欠部（第１切欠部１３ａ，第２切欠部１３ｂ）のうち、抵抗体（１０）から最も離れた位置にある切欠部（第２切欠部１３ｂ）は、他の切欠部（第１切欠部１３ａ）の深さ（Ｄ１）と比べて最も深さ（Ｄ２）が深くなるように形成されているから、抵抗体１０の温度特性に影響がでないように、切欠部の深さを調整することができ、もって、温度特性をより改善することができる。

　さらに、請求項３に係る発明によれば、抵抗体（１０）から最も離れた位置にある切欠部（第２切欠部１３ｂ）の深さ（Ｄ１）の底部（１３ｂ１）よりも上方側で、且つ、抵抗体（１０）に最も近い位置にある切欠部（第１切欠部１３ａ）の一側部（１３ａ１）よりも内側に位置するように、測定端子（１２）を、母材（１１）上に固定しているから、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値を５０ｐｐｍ以下にし易くなり、もって、温度特性を改善し易くすることができる。

は本発明の一実施形態に係るシャント抵抗器の平面図である。（ａ）は、同実施形態に係るシャント抵抗器の測定端子を上面側に設けた際の平面図、（ｂ）は、同実施形態に係るシャント抵抗器の測定端子を下面側に設けた際の平面図である。同実施形態に係る第１切欠部及び第２切欠部を母材に設けていないシャント抵抗器であって、（ａ）は、そのシャント抵抗器の測定端子を上面側に設けた際の平面図、（ｂ）は、そのシャント抵抗器の測定端子を下面側に設けた際の平面図である。同実施形態に係る母材に１つの切欠部のみを設けたシャント抵抗器であって、（ａ）は、そのシャント抵抗器の測定端子を上面側に設けた際の平面図、（ｂ）は、そのシャント抵抗器の測定端子を下面側に設けた際の平面図である。

　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、特に、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、抵抗体１０と、抵抗体１０を挟んで溶接Ｙ１により抵抗体１０と一体的に形成された二つの母材１１と、二つの母材１１上にそれぞれ溶接Ｙ２により立設固定されている測定端子１２とで構成されている。なお、測定端子１２は、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いる。

　抵抗体１０は、Ｃｕ－Ｍｎ系合金、Ｃｕ－Ｎｉ系合金、Ｎｉ－Ｃｒ系合金、等で形成され、例えば、１０００Ａの大電流が流れても対応可能なように、抵抗値が３０μΩ～５０μΩ程度の抵抗体となっており、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いる。

　母材１１は、所謂バスバ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２ｍｍ～５ｍｍの厚板状で、長尺の矩形状に形成されている。そしてこの母材１１には、図１に示すように、長手方向に沿って、第１切欠部１３ａと、第２切欠部１３ｂが設けられている。この第１切欠部１３ａは、抵抗体１０に近い位置に設けられており、母材１１の上面１１ａから下面１１ｂに向かって、平面視矩形状に母材１１を切り欠くことによって形成されている。そして、このように形成されている第１切欠部１３ａの幅Ｗ１は、例えば、２ｍｍに形成されており、深さＤ１は、例えば、４ｍｍに形成されている。

　一方、第２切欠部１３ｂは、図１に示すように、第１切欠部１３ａよりも抵抗体１０から離れた位置に設けられており、母材１１の上面１１ａから下面１１ｂに向かって、平面視矩形状に母材１１を切り欠くことによって形成されている。そして、このように形成されている第２切欠部１３ｂの幅Ｗ２は、例えば、２ｍｍに形成されており、深さＤ２は、例えば、６ｍｍに形成されている。そしてさらに、第２切欠部１３ｂは、第１切欠部１３ａと連通しないように、距離ｔ（例えば、２ｍｍ）離れた位置に形成されている。またさらに、第２切欠部１３ｂの深さＤ２は、第１切欠部１３ａの深さＤ１より深くなるよう、すなわち、高低差ｓ（例えば２ｍｍ）が出るように形成されている。それゆえ、第１切欠部１３ａと、第２切欠部１３ｂとは、階段状に形成されることとなる。

　ところで、この第１切欠部１３ａと、第２切欠部１３ｂとは、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値を５０ｐｐｍ以下にするように設けられている。すなわち、上記説明したように、シャント抵抗器１は、抵抗体１０の温度特性と母材１１の温度特性を合成した温度特性が表れる。そのため、本実施形態においては、温度特性を改善、すなわち、市場で要求される抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値を５０ｐｐｍ以下にするため、図１に示すような第１切欠部１３ａと、第２切欠部１３ｂとが設けられている。

　より詳しく説明すると、図１に示すような第１切欠部１３ａと、第２切欠部１３ｂとを設けるにあたって、まず、母材１１に第１切欠部１３ａのみを設けるか、又は、第１切欠部１３ａと第２切欠部１３ｂを同程度の深さ（例えば、第１切欠部１３ａと第２切欠部１３ｂの深さを、図１に示す深さＤ１とする）として母材１１に第１切欠部１３ａと第２切欠部１３ｂを設ける。そして、その状態で、測定端子１２を母材１１上に溶接Ｙ２により立設固定し、抵抗温度係数（ＴＣＲ）を測定する。次いで、その測定した抵抗温度係数（ＴＣＲ）の測定結果に基づいて、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値を５０ｐｐｍ以下にするように、母材１１に、図１に示すような第２切欠部１３ｂを設けるか、又は、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値を５０ｐｐｍ以下にするように、第１切欠部１３ａと同程度の深さとしている第２切欠部１３ｂの深さをさらに深くしていき、深さを調整する。これにより、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値を５０ｐｐｍ以下にするようにすることができる。

　かくして、このようにすることにより、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値を５０ｐｐｍ以下にするようにすることができ、もって、温度特性を改善することができる。なお、この際、第１切欠部１３ａの深さを調整するようにし、第２切欠部１３ｂの深さＤ２よりも、第１切欠部１３ａの深さＤ１の方が深くなるようにし、高低差ｓが出るようにしても良いが、第２切欠部１３ｂの深さを調整し、第１切欠部１３ａの深さＤ１よりも、第２切欠部１３ｂの深さＤ２の方が深くなるようにし、高低差ｓが出るようにするのが好ましい。抵抗温度係数（ＴＣＲ）には、抵抗体１０の温度特性も影響することから、抵抗体１０に近い位置に設けられている第１切欠部１３ａの深さを調整した際、抵抗体１０に何らかの影響を及ぼしてしまい、もって、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値を５０ｐｐｍ以下にすることが困難となる可能性もある。そのため、そのような事態を避けるべく、第１切欠部１３ａよりも抵抗体１０から離れた位置に設けられている第２切欠部１３ｂの深さを調整するのが好ましい。

　ところで、母材１１上に溶接Ｙ２により立設固定される測定端子１２の位置は、母材１１に設けられた第１切欠部１３ａ及び第２切欠部１３ｂの影響を受けられるように、図１に示す領域Ｒ１の位置に立設固定されるのが好ましい。この領域Ｒ１は、第２切欠部１３ｂの底部１３ｂ１よりも上側で、且つ、第１切欠部１３ａの一側部１３ａ１（抵抗体１０に近い位置にある側面）の内側にある領域を示している。この領域Ｒ１内に、測定端子１２を立設固定することにより、母材１１に設けられた第１切欠部１３ａ及び第２切欠部１３ｂの影響を受けることができる。これにより、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値を５０ｐｐｍ以下にし易くなり、もって、温度特性を改善し易くすることができる。

　しかして、以上説明した本実施形態によれば、温度特性を改善することができる。

　なお、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は、第１切欠部１３ａ、第２切欠部１３ｂの２つしか設けていないが、それ以上の切欠部を設けても良い。この際、切欠部は、抵抗体１０から離れていくに従って、段々と深さが深くなるように形成するのが好ましい。

　また、本実施形態において示した第１切欠部１３ａの幅Ｗ１、第２切欠部１３ｂの幅Ｗ２は、どのような値でも良いが、母材１１の厚みと同じ値とするのが好ましい。このようにすれば、プレス加工にて形成することが可能となり、もって、量産性に対応することが可能となる。

　さらに、本実施形態において示した第１切欠部１３ａと第２切欠部１３ｂとの間の距離ｔは、どのような値でも良いが、母材１１の厚みと同じ値とするのが好ましい。さらに、このようにすれば、プレス加工にて形成することがより可能となり、もって、より量産性に対応することが可能となる。

　またさらに、第１切欠部１３ａ、第２切欠部１３ｂの形状として、本実施形態においては、平面視矩形状の例を示したが、それに限らず、どのような形状のものでも良い。

＜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２に示すシャント抵抗器１を１０個用いて、温度を変化させ、抵抗値の測定を行った。図２に示すように、母材１１に、幅２ｍｍ（図１に示す幅Ｗ１参照）、深さ４ｍｍ（図１に示す深さＤ１参照）の第１切欠部１３ａを設け、第１切欠部１３ａよりも抵抗体１０から離れる方向に２ｍｍ間隔（図１に示す距離ｔ参照）をあけ、幅２ｍｍ（図１に示す幅Ｗ２参照）、深さ６ｍｍ（図１に示す深さＤ２参照）の第２切欠部１３ｂを設けた。そして、図２（ａ）に示すように、測定端子１２を領域Ｒ１の上側（母材１１の上面１１ａ側）に配置した。

　かくして、このようなシャント抵抗器１を、サンコール株式会社製の抵抗測定治具に載置し、ＨＩＯＫＩ社製ＲＭ３５４３　ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ　ＨｉＴＥＳＴＥＲの抵抗測定機を用いて、温度を変化させ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。なお、以下で示す抵抗温度係数（ＴＣＲ）の値は、２５℃の基準温度からの抵抗値変化率と温度差から一般式を用いて算出したものである。

　上記表１の結果に示すように、抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、－４２１．５ｐｐｍであるため、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値が５０ｐｐｍ以下でないことから、これでは市場の要求を満たしていることとならない。そこで、測定端子１２を、図２（ａ）に示す位置から、３ｍｍ程、母材１１の下面１１ｂ側に配置し、改めて、抵抗値の測定を行った。その結果が、表２に示すものである。

　上記表２の結果に示すように、抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、２５．３ｐｐｍであるため、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値が５０ｐｐｍ以下であることから、市場の要求を満たすこととなる。

　次いで、図２（ｂ）に示すように、領域Ｒ１外となるように、測定端子１２を母材１１の下面１１ｂ側に配置し、改めて、抵抗値の測定を行った。その結果が、表３に示すものである。

　上記表３の結果に示すように、抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、２１１．９ｐｐｍであるため、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値が５０ｐｐｍ以下でないことから、市場の要求を満たさないこととなる。

　しかして、上記の実験結果により、領域Ｒ１内で測定端子１２を配置するようにすれば、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値を５０ｐｐｍ以下に調整し易いということが分かった。

　次に、母材１１に、第１切欠部１３ａ及び第２切欠部１３ｂを設けたことによる効果を検証すべく、以下のような実験を行った。

　まず、図３に示すように、第１切欠部１３ａ及び第２切欠部１３ｂを母材１１に形成せず、図３（ａ）に示すように、測定端子１２を母材１１の上面１１ａ側に配置したシャント抵抗器を１０個、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ＲＭ３５４３　ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ　ＨｉＴＥＳＴＥＲの抵抗測定機を用いて、温度を変化させ抵抗値の測定を行った。その結果が、表４に示すものである。

　上記表４の結果に示すように、抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、－４２１．４６７ｐｐｍであるため、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値が５０ｐｐｍ以下でないことから、これでは市場の要求を満たしていることとならない。次いで、測定端子１２を、図３（ｂ）に示すように、母材１１の下面１１ｂ側に配置し、改めて、抵抗値の測定を行った。その結果が、表５に示すものである。

　上記表５の結果に示すように、抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、８１．２０４９３ｐｐｍであるため、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値が５０ｐｐｍ以下でないことから、これも、市場の要求を満たさないこととなる。

　しかして、第１切欠部１３ａ及び第２切欠部１３ｂを母材１１に形成してないシャント抵抗器では、測定端子１２の位置を変化させただけでは、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値を５０ｐｐｍ以下とできないことが分かった。

　次に、図４に示すように、母材１１に幅８ｍｍ（図４に示す母材１１の長手方向側参照）、深さ４ｍｍ（図４に示す母材１１の短手方向側参照）の切欠部１３０を一箇所だけ設け、図４（ａ）に示すように、測定端子１２を母材１１の上面１１ａ側に配置したシャント抵抗器を１０個、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ＲＭ３５４３　ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ　ＨｉＴＥＳＴＥＲの抵抗測定機を用いて、温度を変化させ抵抗値の測定を行った。その結果が、表６に示すものである。

　上記表６の結果に示すように、抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、－３２８．８ｐｐｍであるため、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値が５０ｐｐｍ以下でないことから、市場の要求を満たさないこととなる。次いで、測定端子１２を、図４（ｂ）に示すように、母材１１の下面１１ｂ側に配置し、改めて、抵抗値の測定を行った。その結果が、表７に示すものである。

　上記表７の結果に示すように、抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、１５７．６ｐｐｍであるため、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値が５０ｐｐｍ以下でないことから、市場の要求を満たさないこととなる。

　しかして、切欠部を母材１１に１つだけ形成したシャント抵抗器では、測定端子１２の位置を変化させても、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値を５０ｐｐｍ以下とできないことが分かった。

　したがって、第１切欠部１３ａ及び第２切欠部１３ｂを母材１１に形成しなければ、測定端子１２の位置を変化させたとしても、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値を５０ｐｐｍ以下とできないことが分かった。

　しかして、以上の実験結果により、母材１１に、第１切欠部１３ａ及び第２切欠部１３ｂを設けることにより、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値を５０ｐｐｍ以下とできることが分かった。

１　　　　　シャント抵抗器
１０　　　　抵抗体
１１　　　　母材
１２　　　　測定端子
１３ａ　　　第１切欠部（切欠部、抵抗体に最も近い位置にある切欠部）
１３ａ１　　一側部
１３ｂ　　　第２切欠部（切欠部、抵抗体から最も離れた位置にある切欠部）
１３ｂ１　　底部
Ｄ１　　　（第１切欠き部の）深さ
Ｄ２　　　（第２切欠き部の）深さ

Claims

　抵抗体と、
　前記抵抗体を挟んで当該抵抗体に一体的に形成された一対の母材と、
　前記母材上に固定される測定端子と、を有し、
　前記母材には、複数の切欠部が、該母材の長手方向に沿って設けられており、
　前記複数の切欠部は、互いに連通せず、階段状となるように設けられてなるシャント抵抗器。
　前記複数の切欠部のうち、前記抵抗体から最も離れた位置にある切欠部は、他の切欠部の深さと比べて最も深さが深くなるように形成されてなる請求項１に記載のシャント抵抗器。
　前記測定端子は、前記母材上に固定されるにあたって、前記抵抗体から最も離れた位置にある切欠部の深さの底部よりも上方側で、且つ、前記抵抗体に最も近い位置にある切欠部の一側部よりも内側に位置するように固定されてなる請求項２に記載のシャント抵抗器。