JP7490351B2 - シャント抵抗モジュール及び、シャント抵抗モジュールの実装構造 - Google Patents
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Description
例えば、パワー半導体モジュールに取り付けた電流検出用のシャント抵抗器に電流が流れると、右ねじの法則により磁束が生じる。このとき、シャント抵抗器には大電流が流れることで、大きな磁束が発生し、この磁束が、シャント抵抗器の電極間の電圧値を変動させる。その結果、精度良く電流値を検出できない不具合が生じる。そこで本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、シャント抵抗器に電流が流れた際に生じる磁束をキャンセル可能な構造を開発するに至った。
(1)抵抗体5と、抵抗体5の一方の端部に設けられた第1の電極6と、抵抗体5の他方の端部に設けられた第2の電極7と、を備えたシャント抵抗器2を備えること。
(2)第1の電極6に電気的に接続されるとともに、第2の電極7及び抵抗体5との間に間隔を空けて配置され、シャント抵抗器2に流れる電流経路C1と逆向きの電流経路C2を構成する導電板4を備えること。
以下、本実施の形態のシャント抵抗モジュール1の構造を具体的に説明する。
図2及び図4に示すように、シャント抵抗器2は、X1-X2方向の幅寸法よりもY1-Y2方向に長い平板状であり、抵抗体5と、抵抗体5の一方の端部(Y1側端部)に設けられる第1の電極6と、抵抗体5の他方の端部(Y2側端部)に設けられる第2の電極7を有して構成される。第1の電極6及び第2の電極7は、抵抗体5より電気抵抗値が低い。材質を限定するものではないが、例えば、抵抗体5は、Cu-Ni系、Cu-Mn系、或いは、Ni―Cr系等の金属であり、電極6、7は、Cu等の金属である。
図2及び図4に示すように、平板状のシャント抵抗器2上に重ねて、絶縁シート3が配置される。「シート」とは、薄い板状であることを意味しており、絶縁シート3の材質やシート構造は、第2の電極7及び抵抗体5と、導電板4とが電気的に絶縁されることを条件に、特に限定されるものではない。一例であるが、絶縁シート3は、ポリエチレン系等の絶縁性高分子からなるシートである。また、絶縁シート3は、一枚でなく、複数に分離等されてもよい。また、絶縁シート3は、可撓性の有無を問わない。
図2及び図4に示すように、絶縁シート3上に重ねて導電板4が配置される。この実施の形態では、導電板4は、シャント抵抗器2と同程度の長さ寸法L5を有している。導電板4は、シャント抵抗器2よりY1-Y2方向に長く形成されてもよい。このとき、導電板4は、シャント抵抗器2の第2の電極7のY2側端部からY2方向に延出される。導電板4の材質を限定するものではないが、導電性に優れた材質であることが好ましく、例えば、導電板4には、電極6、7と同じ材料、或いは、主成分を同じとした材料を選択でき、具体的には、導電板4を、Cu板で形成することができる。
上記したシャント抵抗器2、絶縁シート3及び導電板4を厚み方向に重ね合わせ、このとき、各貫通孔2a、3a、4aが厚み方向に連続するように位置を合わせつつ、導電板4のY1側端部4bと第1の電極6を溶接等で接合する。これにより、導電板4と第1の電極6は電気的に接続されるとともに、第2の電極7及び抵抗体5と導電板4の間には、絶縁シート3が介在し、電気的に絶縁された状態とされる。接合方法は、溶接に限定するものでなく、導電性接着剤の使用や、はんだ接合等であってもよい。また、後述する他の実施の形態で示すように、第1の電極6と導電板4間を、ねじ止めすることも可能である。上記接合により、導電板4のY1側端部4bと第1の電極6を、確実に電気的接続することができる。シャント抵抗モジュール1の第2の電極7から導電板4にかけて貫通する貫通孔1a(以下、連続する各貫通孔2a、3a、4aを一つの貫通孔と見做して記載する)は、シャント抵抗器2、絶縁シート3及び導電板4を重ね合わせ、導電板4のY1側端部4bと第1の電極6を接合した後に、一度に形成することもできる。
図3は、本実施の形態のシャント抵抗モジュール1のパワー半導体モジュール10への接続構造を拡大して示した分解斜視図である。図3に示すように、本実施の形態のシャント抵抗モジュール1は、例えば、パワー半導体モジュール10の外部接続端子10aに取り付けられる。
本実施の形態のシャント抵抗モジュール1によれば、シャント抵抗器2の厚み方向に間隔を空けて導電板4を配置するとともに、シャント抵抗器2の第1の電極6と導電板4を電気的に接続した。これにより、図1のように、シャント抵抗モジュール1を、パワー半導体モジュール10に取り付けて電流計測を行うと、シャント抵抗モジュール1に流れる電流経路は、シャント抵抗器2と導電板4とで折り返される。このため、図4に示すように、シャント抵抗器2に形成される電流経路C1と、導電板4に形成される電流経路C2は、逆向きとなる。このとき、シャント抵抗器2及び導電板4には、右ねじの法則により、磁束(磁場)が生じるが、電流経路C1、C2が互いに逆向きであるため、シャント抵抗器2及び導電板4にて生じる磁束は逆回りとなり、磁束を互いに打ち消す(キャンセルする)ことができる。その結果、第1の電極6及び第2の電極7に設けられた電圧検出端子8a、8bに対する磁束の影響を抑制することができ、電流検出を精度良く行うことが可能になる。
図5は、別の実施の形態を示すシャント抵抗モジュール30の断面図である。図5に示すシャント抵抗モジュール30は、シャント抵抗器31と導電板32とを具備するが、図2及び図4に示す絶縁シート3は設けられていない。なお、図2や図4と同じ符号の部分は、実質的に同じ構成である。図5に示すように、導電板32のY1側端部32bを、シャント抵抗器31の方向(図示した方向)に突出する凸部状として、第2の電極7と導電板32との間に所定の間隔を空けている。
以上のように、本実施の形態及び変形例を説明したが、他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。
下記に、上記実施の形態における特徴点を整理する。
1a、30a :貫通孔
2、31 :シャント抵抗器
3 :絶縁シート
4、32 :導電板
5 :抵抗体
6 :第1の電極
7 :第2の電極
8a、8b :電圧検出端子
10 :パワー半導体モジュール
10a :外部接続端子
11 :バスバー
15 :筐体
16 :ドライブ基板
16a、16b :接続穴
18 :固定部材
22 :導電リング
26 :絶縁チューブ
27a、27b :接続部
33 :第1の固定部材
34 :第2の固定部材
C1、C2 :電流経路
Claims (7)
- 抵抗体と、前記抵抗体の一方の端部に設けられた第1の電極と、前記抵抗体の他方の端部に設けられた第2の電極と、を備えた平板状のシャント抵抗器と、
前記第1の電極に電気的に接続されるとともに、前記第2の電極及び前記抵抗体との間に間隔を空けて配置され、前記シャント抵抗器に流れる電流経路と逆向きの電流経路を構成する板状の導電部材と、を具備し、
前記導電部材により形成された、前記第1の電極、前記第2の電極および前記抵抗体と並列した前記電流経路において、前記第1の電極及び前記第2の電極と並列する距離よりも、前記抵抗体と並列する距離が短く、
前記抵抗体の両側部に電圧検出端子が形成され、
前記電圧検出端子が形成された面に電流計測回路に接続する基板が配置された、
ことを特徴とするシャント抵抗モジュール。 - 前記第2の電極及び前記抵抗体と、前記導電部材との間に、絶縁部材が介在していることを特徴とする請求項1に記載のシャント抵抗モジュール。
- 前記第2の電極から前記第2の電極と対向する位置の前記導電部材にかけて、貫通孔が形成されており、前記貫通孔に、絶縁された固定部材が挿通されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシャント抵抗モジュール。
- 前記導電部材は、バスバーを兼ねることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のシャント抵抗モジュール。
- 前記第2の電極の端部と前記導電部材の端部にそれぞれ貫通した貫通孔が形成され、且つ、前記第2の電極の端部と前記導電部材の端部とが近接して構成されたことを特徴とする請求項1に記載のシャント抵抗モジュール。
- シャント抵抗モジュールと電流計測回路とパワー半導体モジュールを有し、前記シャント抵抗モジュールと前記電流計測回路と前記パワー半導体モジュールを接続したシャント抵抗モジュールの実装構造であって、
前記シャント抵抗モジュールは、抵抗体と、前記抵抗体の一方の端部に設けられた第1の電極と、前記抵抗体の他方の端部に設けられた第2の電極と、を備えた平板状のシャント抵抗器と、前記第1の電極に電気的に接続されるとともに、前記第2の電極及び前記抵抗体との間に間隔を空けて配置され、前記シャント抵抗器に流れる電流経路と逆向きの電流経路を構成する板状の導電部材と、を具備し、
前記第1の電極、前記第2の電極および前記抵抗体と並列した前記導電部材による前記電流経路において、前記第1の電極及び前記第2の電極と並列する距離よりも、前記抵抗体と並列する距離が短く、
前記第2の電極の端部には貫通孔が形成され、
前記シャント抵抗モジュールの前記第2の電極と対向する位置に前記パワー半導体モジュールの外部接続端子が配置され、
前記貫通孔に、前記シャント抵抗モジュールを前記外部接続端子に固定する固定部材が挿通されて、前記第2の電極が前記外部接続端子に電気的に接続固定されることを特徴とするシャント抵抗モジュールの実装構造。 - 前記抵抗体の両側部に電圧検出端子が形成され、前記電圧検出端子が形成された面に前記電流計測回路に接続する基板が配置されたことを特徴とする請求項6に記載のシャント抵抗モジュールの実装構造。
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