JP2022177468A - 電流検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構造で、抵抗温度係数を低減することができるシャント抵抗器を用いた電流検出装置を提供する【解決手段】電流検出装置30は、抵抗体5と、一対の電極6,7と、を備えている。電流検出装置30には、一対の第1スリット16,17と一対の第2スリット26,27が形成されており、第1スリット16,17は、第1方向に沿って電極6,7および抵抗体5に掛かるように形成されており、第2スリット26,27は、第2方向に沿って電極6,7に形成されている。電極6,7には、第1スリット16,17、第2スリット26,27、および少なくとも一部が抵抗体5に接触する接触面6a,7aによって検出領域24a,25aが区画されており、電極6,7は、検出領域24a,25aに配置された電圧検出部20,21をさらに有している。【選択図】図1
Description
本発明は、電流検出装置、特にシャント抵抗器を用いた電流検出装置に関する。
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。一般に、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・クロム系合金等の抵抗合金で構成されており、電極は、銅等の高導電性金属から構成されている。電極には電圧検出部が設けられており、電圧検出部に導線(例えば、アルミワイヤー)を接続することにより抵抗体の両端部で発生した電圧を検出する。
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。そこで、本発明は、簡単な構造で、抵抗温度係数を低減することができるシャント抵抗器を用いた電流検出装置を提供することを目的とする。
一態様では、電流検出に用いられる電流検出装置であって、抵抗体と、前記抵抗体の両端に接続された一対の電極と、を備え、前記電流検出装置には、一対の第1スリットと前記一対の第1スリットに接続された一対の第2スリットが形成されており、各第1スリットは、前記一対の電極の配置方向である第1方向に沿って各電極および前記抵抗体に掛かるように形成されており、各第2スリットは、前記第1方向に垂直な方向である第2方向に沿って前記各電極に形成されており、前記各電極には、前記各第1スリット、前記各第2スリット、および少なくとも一部が前記抵抗体に接触する接触面によって検出領域が区画されており、前記各電極は、前記検出領域に配置された電圧検出部をさらに有している、電流検出装置が提供される。
一態様では、前記電圧検出部は、前記検出領域の中心よりも前記抵抗体に近い側に配置されている。
一態様では、前記検出領域は、前記電流検出装置の厚さ方向において前記抵抗体よりも突出している。
一態様では、前記電圧検出部は、前記接触面および前記各第1スリットに隣接して配置されている。
一態様では、前記電流検出装置は、配線基板をさらに備え、前記配線基板は、前記電圧検出部に接続される検出部材を備えている。
一態様では、前記一対の第1スリットは繋がっている。
一態様では、前記検出領域は、前記電流検出装置の厚さ方向において前記抵抗体よりも突出している。
一態様では、前記電圧検出部は、前記接触面および前記各第1スリットに隣接して配置されている。
一態様では、前記電流検出装置は、配線基板をさらに備え、前記配線基板は、前記電圧検出部に接続される検出部材を備えている。
一態様では、前記一対の第1スリットは繋がっている。
第1スリット、第2スリット、および少なくとも一部が抵抗体に接触する接触面によって区画された検出領域に電圧検出部を配置することで抵抗温度係数を低減することができる。
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は、シャント式電流検出装置としての電流検出装置30の一実施形態を示す斜視図であり、図2は図1に示す電流検出装置30の側面図である。図2では電流検出装置30の一部の図示は省略されている。本実施形態では、電流検出装置30は、シャント抵抗器1を備えている。言い換えれば、本実施形態の電流検出装置30は、シャント抵抗器1そのものである。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、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に接続された高導電性金属からなる一対の電極6,7と、を備えている。電極6は、少なくとも一部が抵抗体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、少なくとも一部が抵抗体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。電極6,7には、シャント抵抗器1をねじなどで固定するための締結穴8,9がそれぞれ形成されている。
上記第1方向は、電流検出装置30の長さ方向、すなわちシャント抵抗器1の長さ方向であり、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。言い換えれば第1方向は電流が流れる方向である。この第1方向に垂直な方向は、第2方向である。第2方向は、電流検出装置30の幅方向、すなわちシャント抵抗器1の幅方向である。図1および図2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に関して対称に配置されている。
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の材質の例として、Cu-Mn系合金や、Ni-Cr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。Cu-Mn系合金や、Ni-Cr系合金は銅よりも高い抵抗率を有する。
図1および図2に示すように、本実施形態では、電極6,7の厚さは、抵抗体5の厚さよりも厚い。図2に示すように、電極6,7の裏面と抵抗体5の裏面は同一平面上にある。電極6,7の表面6b,7bは、電流検出装置30(シャント抵抗器1)の厚さ方向において、抵抗体5の表面5cよりも高い位置にある。電流検出装置30(シャント抵抗器1)の厚さ方向とは、第1方向と第2方向の両方に垂直な方向である。電極6の表面6bと、接触面6aと、抵抗体5の表面5cによって段差18が形成されており、電極7の表面7bと、接触面7aと、抵抗体5の表面5cによって段差19が形成されている。段差18,19と、表面5cによって空間SPが形成されている。
図1に示すように、電流検出装置30のシャント抵抗器1には、一対のスリット12,13が形成されている。スリット12は、第1スリット16と、第2スリット26を含み、スリット13は、第1スリット17と、第2スリット27を含んでいる。すなわち、電流検出装置30のシャント抵抗器1には、一対の第1スリット16,17と一対の第2スリット26,27が形成されている。
図3は、シャント抵抗器1の部分拡大図であり、シャント抵抗器1を上から見た図である。図3に示すように、第1スリット16は、第1方向に沿って電極6および抵抗体5に掛かるように形成されており、第2スリット26は、第2方向に沿って電極6に形成されている。第1スリット17は、第1方向に沿って電極7および抵抗体5に掛かるように形成されており、第2スリット27は、第2方向に沿って電極7に形成されている。具体的には、第1スリット16は、第1方向に沿って電極6から抵抗体5の一部にかけて形成されており、第1スリット17は、第1方向に沿って電極7から抵抗体5の一部にかけて形成されている。
第2スリット26,27は、第1スリット16,17にそれぞれ接続されている。具体的には、第1スリット16,17の一端は、第2スリット26,27の中央部にそれぞれ接続されている。スリット12,13は、シャント抵抗器1の厚さ方向に貫通しており、シャント抵抗器1を上から見たとき、抵抗体5に向かって凸型の形状を有している。
図3に示すように、電極6には、第1スリット16、第2スリット26、および接触面6aによって検出領域24a,24bが区画されており、電極7には、第1スリット17、第2スリット27、および接触面7aによって検出領域25a,25bが区画されている。検出領域24a,24bは、電極6の表面6b上に形成されており、検出領域25a,25bは、電極7の表面7b上に形成されている。検出領域24a,24b,25a,25bは、電流検出装置30の厚さ方向(シャント抵抗器1の厚さ方向)において抵抗体5よりも突出している。
図3に示すように、電極6,7は、抵抗体5の両端5a,5bに発生する電圧(抵抗体5の電圧)を測定するための電圧検出部20,21をそれぞれ有している。電圧検出部20は、検出領域24a上に配置されており、電圧検出部21は、検出領域25a上に配置されている。一実施形態では、電圧検出部20,21は、検出領域24b,25b上にそれぞれ配置されていてもよい。
電流は、スリット12,13を避けてシャント抵抗器1を流れる。このため、検出領域24a,24b,25a,25bでは、電位分布が起きにくくなる。したがって、検出領域24a,25a(または検出領域24b,25b)に電圧検出部20,21を配置することで、シャント抵抗器1の抵抗温度係数を低減することができる。言い換えれば、検出領域24a,25a(または検出領域24b,25b)に配置された電圧検出部20,21から電圧を取り出すことで、抵抗温度係数が小さい電圧測定を行うことができ、安定した電流検出を行うことができる。
仮に、第1スリット16,17が抵抗体5との間に隙間を空けて電極6,7のみに形成されるとすると、第1スリット16,17と抵抗体5との隙間に電流が集中し、第1スリット16,17と抵抗体5の近傍の領域では、電位分布が大きくなる。そのため、本実施形態のような電位分布が起きにくい領域を作ることができなくなる。また、このような電流の集中を避けるため、抵抗体5から遠ざかる場所にスリット12,13を形成したとすると、検出領域は抵抗体5から遠ざかり、電圧測定の際に、電極6,7の材料(電極材料)の抵抗値の温度特性の影響を受けてしまう。電極材料の温度特性の影響を少なくして抵抗体5の電圧を測定するためには、抵抗体5に近い位置から電圧を取り出すことが望ましい。
一方、本実施形態では、第1スリット16は、電極6および抵抗体5に掛かるように形成されており、第1スリット17は、電極7および抵抗体5に掛かるように形成されている。これにより、上述した電流の集中を避けることができ、電位分布が大きくなる領域を無くすことができる。また、抵抗体5に近い位置を電圧検出位置(電圧検出部20,21の位置)とすることができるため、電極材料の温度特性の影響が少ない電圧測定が可能となる。結果として、シャント抵抗器1の抵抗温度係数を低減することができる。
また、第1スリット16,17と接触面6a,7aにより、エッジ部が形成されるため、このエッジ部を基点として電圧検出位置(電圧検出部20,21の位置)の位置合わせを行うことができる。これにより、電圧検出位置による電圧の測定誤差の低減や、温度特性が良好な電圧検出位置を特定することができ、安定した電圧測定を行うことができる。また、電圧検出位置(電圧検出部20,21の位置)を制御することで材料特性や製造ばらつきに対して温度特性の補正が可能となる。
本実施形態では、スリット12,13は凸型の形状を有しているが、一実施形態では、スリット12,13の角は、R面やC面を有していてもよい。
本実施形態では、電圧検出部20,21は、第1方向において、検出領域24a,25aの中心(中心線CL1,CL2)よりも抵抗体5に近い側に配置されている。一実施形態では、電圧検出部20,21は、第1方向において、検出領域24b,25bの中心(中心線CL1,CL2)よりも抵抗体5に近い側に配置されていてもよい。これにより、より電極材料の抵抗値の温度特性の影響を小さくすることができ、より精度良く抵抗体5の電圧を測定することができる。
より具体的には、電圧検出部20は、接触面6aおよび第1スリット16の側壁16aに隣接して配置されており、電圧検出部21は、接触面7aおよび第1スリット17の側壁17aに隣接して配置されている。一実施形態では、電圧検出部20は、接触面6aおよび第1スリット16の側壁16bに隣接して配置されていてもよく、電圧検出部21は、接触面7aおよび第1スリット17の側壁17bに隣接して配置されていてもよい。これにより、さらに電極材料の抵抗値の温度特性の影響を小さくすることができ、より精度良く抵抗体5の電圧を測定することができる。
さらに一実施形態では、図4に示すように、電極6,7は、抵抗体5の電圧を測定するための電圧検出部22,23をさらに有していてもよい。電圧検出部22は、検出領域24b上に配置されており、電圧検出部23は、検出領域25b上に配置されている。具体的には、電圧検出部22,23は、第1方向において、検出領域24b,25bの中心(中心線CL1,CL2)よりも抵抗体5に近い側に配置されている。より具体的には、電圧検出部22は、接触面6aおよび第1スリット16の側壁16bに隣接して配置されており、電圧検出部23は、接触面7aおよび第1スリット17の側壁17bに隣接して配置されている。
電圧検出部20と電圧検出部22とは、同電位であり、電圧検出部21と電圧検出部23とは同電位である。二対の電圧検出部から電圧を取り出すことで、シャント抵抗器1から電圧が取り出された後の電流の経路による電位の変動を抑えることができる。
一実施形態では、シャント抵抗器1は、板状の抵抗体と、上記抵抗体の両端に接合された複数の銅板から成る長尺接合材に、金型やワイヤーカット等により形状加工を施すことにより形成される。一実施形態では、スリット12,13は、シャント抵抗器1を金型で打ち抜く、もしくはワイヤーカットによる形状加工を施すことで形成される。さらに一実施形態では、スリット12,13の形状を調整することで、TCR特性機能を制御することが出来る。
図5は、電流検出装置30の他の実施形態を示す模式図である。図5では電流検出装置30の一部の図示は省略されている。特に説明しない本実施形態の構成は、図1乃至図4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。図5に示すように、本実施形態の電流検出装置30は、シャント抵抗器1と配線基板31を備えている。配線基板31は、検出部材36a,36bを備えている。配線基板31の基板本体33の表面には、シャント抵抗器1からの電圧信号(抵抗体5の電圧)を伝達するための配線40,41が形成されており、検出部材36a,36bは、ビアホール38a,38bを介して配線40,41に接続されている。
検出部材36a,36bは、電圧検出部20,21にそれぞれ接続されている。検出部材36a,36bの一例として銅箔をパターニングして形成された金属のパッドが挙げられる。検出部材36a,36bは、段差18,19に跨がって(接触面6a,7aを覆うように)電圧検出部20,21に接続されている。電圧検出部20,21と配線基板31の配線40,41との接続は、検出部材36a,36bに替えて、金属のリードフレーム(板状の導電材)や、ワイヤーを用いてもよい。
上述のように、本実施形態のシャント抵抗器1は、段差18,19を有しており、検出領域24a,24b,25a,25bは、シャント抵抗器1の厚さ方向において抵抗体5よりも突出している。これにより、検出部材36a,36bを、段差18,19に跨がって配置することができる。このような構成により、電圧の検出位置をより抵抗体5に近付けることができる。結果として、より精度良く抵抗体5の電圧を測定することができる。また、段差18,19により、検出部材36a,36bが抵抗体5に接触することを防ぐことができる。
上述のように、抵抗体5は、電極6,7に溶接などの手段によって接続される。そのため、抵抗体5と電極6,7との接合部には溶接痕により凹凸が生じるが、本実施形態では、シャント抵抗器1は、段差18,19を有しているので、上記溶接痕の影響を受けずに検出部材36a,36bを段差18,19に跨がって接続することができる。また、抵抗体5の上部に空間SPが形成されるため、抵抗体5の発熱が配線基板31に直接伝わることを避けることができる。
一実施形態では、図6に示すように、配線基板31は、電圧検出部20,21,22,23(図4参照)にそれぞれ接続される4つの検出部材36a,36b,36c,36dを備えていてもよい。4つの検出部材36a,36b,36c,36dには、図示しない配線に接続されるビアホール38a,38b,38c,38dがそれぞれ接続される。図6では、基板本体33の図示は省略されている。本実施形態でも、検出部材36a,36b,36c,36dは、段差18,19に跨がって配置される。
図7は、電流検出装置30のさらに他の実施形態を示す斜視図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図1乃至図4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、第1スリット16,17の一端は、第2スリット26,27の一端にそれぞれ接続されている。言い換えれば、スリット12,13は、シャント抵抗器1を上から見たとき、L字型の形状を有している。
電極6には、第1スリット16、第2スリット26、および接触面6aによって検出領域24aが区画されており、電極7には、第1スリット17、第2スリット27、および接触面7aによって検出領域25aが区画されている。本実施形態においても図1乃至図4を参照して説明した効果を奏することができ、図5および図6を参照して説明した実施形態は、本実施形態にも適用することができる。
図8は、電流検出装置30のさらに他の実施形態を示す斜視図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図7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、第1スリット16の第2方向における位置と、第1スリット17の第2方向における位置は、異なっており、第2スリット26,27は互いに反対方向に延びている。すなわち、スリット12,13のL字型形状の向きは、シャント抵抗器1を上から見たとき、上下左右に反転している。本実施形態においても図1乃至図4を参照して説明した効果を奏することができ、図5および図6を参照して説明した実施形態は、本実施形態にも適用することができる。
図9は、電流検出装置30のさらに他の実施形態を示す斜視図である。図9では電流検出装置30の一部の図示は省略されている。特に説明しない本実施形態の構成は図4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。本実施形態の電流検出装置30は、シャント抵抗器1と、電圧検出端子50,51,52,53を備えている。本実施形態のシャント抵抗器1は、段差18,19を有していない点で図4のシャント抵抗器1と異なっている。すなわち、本実施形態では、電極6,7および抵抗体5の厚さは同じである。
電圧検出端子50,51,52,53は、電圧検出部20,21,22,23上にそれぞれ設けられている。電圧検出端子50,51,52,53の一例として、ピン端子が挙げられる。本実施形態においても図1乃至図4を参照して説明した効果を奏することができ、図7および図8を参照して説明した実施形態は、本実施形態にも適用することができる。
図10は、電流検出装置30のさらに他の実施形態を示す斜視図であり、図11は、電流検出装置30の部分拡大図である。図11は、電流検出装置30を上から見た図である。
特に説明しない本実施形態の構成は、図1乃至図3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。図10および図11では、電流検出装置30の一部の図示は省略されている。
特に説明しない本実施形態の構成は、図1乃至図3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。図10および図11では、電流検出装置30の一部の図示は省略されている。
本実施形態では、第1スリット16と第1スリット17は繋がっている。すなわち、第1スリット16と第1スリット17とは互いに接続されている。言い換えれば、第1スリット16は、電極6から電極7にかけて形成されており、第2スリット26,27は第1スリット16の両端に接続されているともいうことができる。また、第1スリット17は、電極7から電極6にかけて形成されており、第2スリット26,27は第1スリット17の両端に接続されているともいうことができる。
一実施形態では、図12に示すように、電極6は、検出領域24b上に配置された電圧検出部22をさらに有していてもよく、電極7は、検出領域25b上に配置された電圧検出部23をさらに有していてもよい。本実施形態では、二対の電圧検出部から電圧が検出される。さらに一実施形態では、図13に示すように、電極6は、検出領域24a上に配置された電圧検出部20を有し、電極7は、検出領域25b上に配置された電圧検出部23を有していてもよい。本実施形態では、第1スリット16,17を挟んで対角線上で抵抗体5の電圧が測定される。
図10乃至図13を参照して説明した実施形態においても、図1乃至図4を参照して説明した上述の効果と同様の効果を奏することができる。図5および図6を参照して説明した実施形態および図9を参照して説明した電圧検出端子50,51,52,53は、図10乃至図13を参照して説明した実施形態にも適用することができる。
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)
5c 表面
6,7 電極
6a,7a 接触面
6b,7b 表面
8,9 締結穴
12,13 スリット
16,17 第1スリット
16a,16b,17a,17b 側壁
18,19 段差
20,21,22,23 電圧検出部
24a,24b,25a,25b 検出領域
26,27 第2スリット
30 電流検出装置
31 配線基板
33 基板本体
36a,36b,36c,36d 検出部材
38a,38b,38c,38d ビアホール
40,41 配線
50,51,52,53 電圧検出端子
5 抵抗体
5a,5b 両端(両側接続面)
5c 表面
6,7 電極
6a,7a 接触面
6b,7b 表面
8,9 締結穴
12,13 スリット
16,17 第1スリット
16a,16b,17a,17b 側壁
18,19 段差
20,21,22,23 電圧検出部
24a,24b,25a,25b 検出領域
26,27 第2スリット
30 電流検出装置
31 配線基板
33 基板本体
36a,36b,36c,36d 検出部材
38a,38b,38c,38d ビアホール
40,41 配線
50,51,52,53 電圧検出端子
Claims (6)
- 電流検出に用いられる電流検出装置であって、
抵抗体と、
前記抵抗体の両端に接続された一対の電極と、を備え、
前記電流検出装置には、一対の第1スリットと前記一対の第1スリットに接続された一対の第2スリットが形成されており、
各第1スリットは、前記一対の電極の配置方向である第1方向に沿って各電極および前記抵抗体に掛かるように形成されており、
各第2スリットは、前記第1方向に垂直な方向である第2方向に沿って前記各電極に形成されており、
前記各電極には、前記各第1スリット、前記各第2スリット、および少なくとも一部が前記抵抗体に接触する接触面によって検出領域が区画されており、
前記各電極は、前記検出領域に配置された電圧検出部をさらに有している、電流検出装置。 - 前記電圧検出部は、前記検出領域の中心よりも前記抵抗体に近い側に配置されている、請求項1に記載の電流検出装置。
- 前記検出領域は、前記電流検出装置の厚さ方向において前記抵抗体よりも突出している、請求項1または2に記載の電流検出装置。
- 前記電圧検出部は、前記接触面および前記各第1スリットに隣接して配置されている、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電流検出装置。
- 配線基板をさらに備え、
前記配線基板は、前記電圧検出部に接続される検出部材を備えている、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の電流検出装置。 - 前記一対の第1スリットは繋がっている、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の電流検出装置。
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KR101537169B1 (ko) * | 2013-11-26 | 2015-07-22 | 스마트전자 주식회사 | 전류측정소자 어셈블리 |
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- 2022-04-22 CN CN202280035456.4A patent/CN117378018A/zh active Pending
- 2022-04-22 US US18/559,922 patent/US20240248119A1/en active Pending
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