JP6832103B2 - 電流測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、電流測定装置に関する。

例えば、特許文献１には、シャント抵抗器と温度検出回路を内蔵する回路基板とを、ケース内に配置した構造が記載されている。この構造により、例えば、バッテリ（電池）に流れる電流を検出してバッテリの充電状態を検出することができる。

特開２０１３−１７４５５５号公報

例えば、上記のような温度検出回路を内蔵する回路基板にマイコンやアンプなどの、検出信号を処理するための電子部品を搭載したい場合がある。

しかしながら、従来の構造では、回路基板に電子部品を搭載すると、装置全体が大きくなってしまうという問題がある。

本発明は、電流測定装置を小型にすることを目的とする。また、電流測定装置に電子部品を搭載しやすくすることを目的とする。

本発明の一観点によれば、電流を測定するための電流測定装置であって、電流を流す導体と、前記導体から電圧信号を取り出すための配線を備えた回路基板と、を備え、前記回路基板は、前記導体に対して立設されている電流測定装置が提供される。

前記回路基板の長さ方向と前記導体の長さ方向とが平行となるように配置されるのが好ましい。平面視において、導体（シャント抵抗器）の幅内に回路基板を収めることができ、小型化、狭小部位への電流測定装置の搭載が可能となる。

前記回路基板は、前記導体の面内に収まっているようにすると良い。これにより、実装時の専有面積を小さくすることができる。

前記回路基板には、電子部品が搭載され、前記電子部品は、前記導体から離れて配置されていることが好ましい。
これにより、電子部品への熱の影響を緩和することができる。

前記電子部品のうち、温度検出素子を前記導体の近傍に配置し、前記温度検出素子からの検出信号を処理するための電子部品を、前記温度検出素子の配置位置よりも前記導体から離れた位置に配置することが好ましい。

さらに、本発明の電流測定装置は、前記回路基板を収容するケースを有する。
また、前記ケースの収容空間における深さを前記回路基板の長さと同等にすることが好ましい。これにより、実装時の専有面積を小さくすることができる。

本発明の第１の実施の形態による電流測定装置の外観構成例を示す斜視図である。 図１の電流測定装置において、ケースから本体部を取り外した際の外観構成例を示す斜視図である。 シャント抵抗器の詳細な構成例を示す斜視図である。 シャント抵抗器と回路基板とを固定した構造の詳細な例を示す斜視図である。 電流検出装置（電流検出モジュール）の一構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の第２の実施の形態による電流検出装置の外観構成例を示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態による電流検出装置の外観構成例を示す斜視図である。 本発明の第４の実施の形態による電流検出装置、特にそのコネクタ構造の一例を示す斜視図である。 本発明の第５の実施の形態であって、第１から第３までの各実施の形態による電流測定装置において、電流測定装置を電流配線と接続する様子を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態による電流測定装置について、抵抗体と電極（端子部）との端面同士を突き合わせた突き合わせ構造の抵抗器を用いて構成した場合を例にして、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、抵抗器は、抵抗体と電極とが表面で接続されている構造に適用することも可能である。抵抗器と回路基板とを併せて本体部と称し、本体部をケースに取り付けることで、電流測定装置を形成することができる。

尚、本明細書において、抵抗器の電極−抵抗体−電極が配置される方向を長さ方向と称し、それと交差する方向を幅方向と称する。また、抵抗器の面と垂直の方向を垂直方向と称する。回路基板等に関しても同様に定義する。

まず、本発明の第１の実施の形態による電流測定装置について説明する。
図１は、本実施の形態による電流測定装置の外観構成例を示す斜視図である。図２は、図１の電流測定装置において、ケースから本体部を取り外した際の外観構成例を示す斜視図である。

図１、図２に示すように、本実施の形態による電流測定装置Ａは、ケース２１の上方に設けられた開口部２１ａをシャント抵抗器１の底面で塞ぐように固定した構造を有している。シャント抵抗器１は、抵抗体３と、その両側に設けられた第１および第２の電極（一対の端子部）５ａ、５ｂとを有している。後述する回路基板３１は、シャント抵抗器１から電圧信号を取り出すための配線を備えている。

ケース２１とシャント抵抗器１との固定は、例えば第１および第２の電極５ａ、５ｂの一部に貫通孔を形成しておき、ケース２１にネジ等で固定する構造にしてもよく、任意に構造を採用することができる。

シャント抵抗器１は、例えば、抵抗体３と、第１および第２の電極５ａ、５ｂとの端面を突き合わせた突き合わせ構造を有する。抵抗体３は、Ｃｕ−Ｎｉ系、Ｎｉ−Ｃｒ系、Ｃｕ−Ｍｎ系などの抵抗材料を用いることができる。第１および第２の電極５ａ、５ｂは、Ｃｕなどの材料を用いることができる。抵抗体３と第１および第２の電極５ａ、５ｂとの接合は、電子ビーム、レーザービームなどの溶接の他、クラッド接合、金属ナノペーストによるろう付け等を用いて形成することができる。

第１および第２の電極５ａ、５ｂには、垂直方向であって、回路基板３１が立設する方向と反対側に延びる、例えば、それぞれ、１本のボルト１１ａ、１１ｂが突出して配置されている。

シャント抵抗器１の長さ方向の寸法は、回路基板３１の長さ方向の寸法よりも両端でそれぞれＷ１だけ短くなっている。これにより、本体部のケース２１への収容時に、シャント抵抗器１の両端部を破損する可能性を少なくしている。

尚、シャント抵抗器１は、抵抗体３が無い導体、例えば銅のみからなるバスバーなどを用いても良い。

また、ボルト１１ａ、１１ｂの他にも、ナットを固定しておくなどの、固定手段を用いることができる。

図２に示すように、回路基板３１は、例えばシャント抵抗器１に対して垂直方向に立設されて本体部を形成している。シャント抵抗器１を、回路基板３１が開口部２１ａを通過するように移動させることで、シャント抵抗器１の底面により開口部２１ａを塞ぐとともに、回路基板３１をケース２１内に収容することができる。

ケース２１は、例えば、略直方体の形状であり、上方に開口部２１ａを有し、内部に本体部を収容できる収容空間を有している。ケース２１の収容空間の回路基板３１挿入方向の深さを回路基板３１の挿入方向の長さと同等にすることで、電流測定装置Ａの占める実装面積を小さくすることができる。

なお、上方に開口部２１ａを設けた例を示したが、ケース２１の側面に開口部を形成し、回路基板３１を挿入して、側面の開口部を蓋体で閉塞する構造でもよい。

また、回路基板３１の長さ方向と、シャント抵抗器１の長さ方向が平行となるように配置される。従って、平面視において、シャント抵抗器１の幅内に回路基板３１を収めることができ、小型化、狭小部位への電流測定装置の搭載が可能となる。

尚、ケースの形状は、使用する装置や設置する箇所などにより、任意の形状とすることができる。

例えば、ケース２１の開口部２１ａ側と反対側に位置するケースの底部に回路基板３１の下端部が入る溝を形成しておけば、回路基板３１の下端において、ケース２１と本体部との固定構造を強固なものとすることができる。

符号２３は、図示しないボルトなどの固定具を挿入するための孔であり、これを利用して、バッテリなどの筐体等に電流測定装置Ａを固定することができる。

上記の電流測定装置Ａは、例えば、バッテリ（電池）に流れる電流を検出してバッテリの充電状態等を検出する。シャント抵抗器１は、測定対象の電流を流すために電流経路と接続する第１および第２の電極５ａ、５ｂを有し、電流の変化に応じた電位差を生じる。そして、シャント抵抗器１に生じる電圧降下によってバッテリの状態を検出する。

図３は、シャント抵抗器１の詳細な構成例を示す斜視図である。
第１および第２の電極５ａ、５ｂ部分には、それぞれ孔７ａ、７ｂが形成されている。そして、別部材のボルト１１ａ、１１ｂが孔７ａ、７ｂに挿通され、ボルト１１ａ、１１ｂの頭部１２ａ、１２ｂのフランジ部分が孔７ａ、７ｂの外周縁部に当椄する。ボルト１１ａ、１１ｂのシャント抵抗器１への固定方法は、圧入であったり、溶接であったりしても良い。

本実施の形態によるシャント抵抗器１においては、板状の第１および第２の電極５ａ、５ｂのそれぞれから立ち上がる電圧検出端子１７ａ、１７ｂが設けられており、この例では、第１および第２の電極５ａ、５ｂにそれぞれ１本ずつ、抵抗体３との境界に近い位置に、抵抗体３に近接して立設して形成されている。図３のように、電圧検出端子１７ａ、１７ｂは、幅方向に折り曲げられた形状としている。

図４は、シャント抵抗器１と回路基板３１とを固定した構造の詳細な例を示す斜視図である。図５は、電流検出装置（電流検出モジュールＢ）の一構成例を示す機能ブロック図である。

図４、図５に示すように、回路基板３１（図５には図示しない）には、アンプ５３、Ａ／Ｄ変換器５５、マイコン５７などが搭載され、配線パターン４５ａ、４５ｂ、４７ａ、４７ｂ等を備える。

シャント抵抗器１の電圧検出端子１７ａ、１７ｂは、その先端部が幅方向のうちの一方を向くように、カギ状に折り曲げられている。そして、回路基板３１に形成された孔４２ａ、４２ｂにカギ状に折り曲げられた部分がそれぞれ挿通している。このため回路基板３１を立設した状態であっても、電圧検出端子１７ａ、１７ｂと回路基板３１の配線パターン４７ａ、４７ｂとが確実に接続される。

さらに、回路基板３１には、温度検出素子４１が、例えば抵抗体３の近傍に配置されている。温度検出素子４１は、マイコン５７に温度信号を送り、マイコン５７は温度に応じて電圧信号を補正（ＴＣＲ補正）し、適切な電流検出信号を出力する。

回路基板３１はケース２１の底面に立てた状態で設置されている。従って、回路基板３１の上部にＩＣ等の電子部品（５３，５５、５７）などの、熱に弱い、又は、熱の影響を受けやすい電子部品等を配置することで、発熱する抵抗体３部分から電子部品等を離すことができる。従って、発熱による電流検出の精度の低下を抑制することができる。

熱の影響を受けにくいその他の部品は、回路基板３１の上部以外に配置することで、回路基板３１の実装面積を有効活用することができる。また、回路基板３１を収容するのに必要なケース２１の幅を狭くすることができるため、全体として、電流検出装置の小型化が可能である。

尚、回路基板３１の下端部両端に高さｈ_１をもって形成された、切り欠け部３１ａ、３１ｂは、ボルトの頭部１２ａ、１２ｂを収容できるようにしたものである。

次に、本発明の第２の実施の形態による電流検出装置について説明する。
図６は、本実施の形態による電流検出装置の外観構成例を示す斜視図であり、第１の実施の形態の図４に対応する図である。

図６に示す構造では、シャント抵抗器１と回路基板３１とを回路基板３１の一部で固定している。すなわち、回路基板３１を、立設した部分３１ｃとシャント抵抗器１の表面に設置しシャント抵抗器１と回路基板３１とを固定する底面部分３１ｄとを含む構造にした例である。底面部分３１ｄに、シャント抵抗器１の電圧検出端子１７ａ、１７ｂが挿通される孔３３ａ、３３ｂを設けることでシャント抵抗器１と回路基板３１とを固定することができる。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態における図３のような電圧検出端子１７ａ、１７ｂの折り曲げが不要であり、折り曲げに伴う工程を省くとともに、構造を簡単にすることができるという利点がある。

次に、本発明の第３の実施の形態による電流検出装置について説明する。
図７は、本実施の形態による電流検出装置の外観構成例を示す斜視図であり、第１の実施の形態の図４、第２の実施の形態による図６に対応する図である。

図７に示すように、電圧検出端子１７ａ−１、１７ｂ−１を、図３のような電圧検出端子１７ａ、１７ｂの折り曲げがない直立した構造にし、回路基板３１面に近づけて、回路基板３１の配線４７ａ、４７ｂに対して、電圧検出端子１７ａ−１、１７ｂ−１をはんだ等で固定し電気的に接続している。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態における図３のような電圧検出端子の折り曲げが不要であり、構造を簡単にすることができるという利点がある。

次に、本発明の第４の実施の形態による電流検出装置について説明する。
本実施の形態による電流検出装置は、第１から第３までの各実施の形態による電流測定装置において、外部機器に信号を送るための配線やコネクタ端子を備える。

図８は、本実施の形態による電流検出装置のコネクタ構造の一例を示す斜視図である。
回路基板３１に電圧信号を出力する端子６１ａを備えている。端子６１ａに外部機器から延出されたケーブル６３を接続して電圧信号を取り出すことができる。

また、回路基板３１に設けられた端子６５からは、電流を示す信号をＣＡＮ（Controller Area Network）に対応したデジタル信号で出力する。配線６７を端子６５に接続して自動車等に搭載される各種制御機器へ電流信号を出力できるようにしている。

このように、本実施の形態による電流検出装置においては、回路基板３１に設けられた電圧信号を出力する端子を設けているため、外部への信号の取り出しが容易であるという利点がある。

次に、本発明の第５の実施の形態による電流検出装置について説明する。
本実施の形態による電流検出装置においては、第１から第３までの各実施の形態による電流測定装置において、電流測定装置を電流配線と接続する構成として、以下に説明する構成を有しても良い。

図９に示すように、バスバーやケーブルなどの端子部分７１ａ、７１ｂと、ボルト１１ａ、１１ｂが、ナット７３ａ、７３ｂなどにより接続されている。この際、バスバーやケーブル７１が、ボルト１１ａ、１１ｂに挿通され、ナット７３ａ、７３ｂで締め付け固定される。

このように、ボルト−ナットの固定構造により、電流測定装置と電流配線とを強固に接続することができる。

上記の実施の形態においては、抵抗器１を用いた。抵抗器の代わりにバスバーを用いても良い。すなわち、回路基板３１に取り付ける対象は、電位差を検出できる導体であれば良く、例えば、シャント抵抗器１の代わりに、導体、例えばバスバーを用いても良い。

以上に説明したように、本実施の形態による電流検出装置によれば、電流測定装置を小型にすることができる。従って、バッテリに取り付けても、邪魔になりにくい。また、電流測定装置に電子部品を搭載しやすくなる。ケースにより保護されているため、衝撃にも強く、自動車などにも取り付けが可能である。

上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

本発明は、電流検出装置に利用可能である。

Ａ…電流測定装置
１…抵抗器（導体）
３…抵抗体
５ａ、５ｂ…第１および第２の電極（一対の端子部）
１１ａ、１１ｂ…ボルト
１７ａ、１７ｂ…電圧検出端子
３１…回路基板
４１…温度検出素子
４５、４７…配線
５３、５５、５７…電子部品

Claims (6)

1. 電流を測定するための電流測定装置であって、
   電流を流す導体と、
   前記導体から電圧信号を取り出すための配線を備えた回路基板と、
   前記回路基板を収容するケースと、を備え、
   前記回路基板は、前記導体に対して立設された状態でケース内に収容され、
   前記導体と測定対象の電流経路とを接続するための固定手段を備え、
   前記導体は前記ケースの開口部を塞ぎ、
   前記固定手段は前記開口部に位置する導体に配置される、
   電流測定装置。
2. 前記回路基板の長さ方向と前記導体の長さ方向とが平行となるように配置される
   請求項１に記載の電流測定装置。
3. 前記回路基板は、前記導体の面内に収まっている
   請求項１又は２に記載の電流測定装置。
4. 前記回路基板には、電子部品が搭載され、
   前記電子部品は、前記導体から離れて配置される
   請求項１から３までのいずれか１項に記載の電流測定装置。
5. 前記電子部品のうち、
   温度検出素子を前記導体の近傍に配置し、
   前記温度検出素子からの検出信号を処理するための電子部品を、前記温度検出素子の配置位置よりも前記導体から離れた位置に配置する
   請求項４に記載の電流測定装置。
6. 前記ケースの収容空間における深さが、前記回路基板の長さと同等である
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の電流測定装置。

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