特許 5918023 シャント抵抗式電流センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5918023

(24)【登録日】2016年4月15日

(45)【発行日】2016年5月18日

(54)【発明の名称】シャント抵抗式電流センサ

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/00 20060101AFI20160428BHJP

【ＦＩ】

   G01R15/00 500

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-116152(P2012-116152)

(22)【出願日】2012年5月22日

(65)【公開番号】特開2013-242240(P2013-242240A)

(43)【公開日】2013年12月5日

【審査請求日】2015年4月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006895

【氏名又は名称】矢崎総業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100145908

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 信雄

(74)【代理人】

【識別番号】100136711

【弁理士】

【氏名又は名称】益頭 正一

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 孝

【審査官】 荒井 誠

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１８８９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５７−１９７６０１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００４−３４２６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５１９２５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０８３１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２０１３６９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ １５／００

Ｇ０１Ｒ １９／００−１９／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

略平板形状のバスバと、
前記バスバ上に配置された回路基板と、
前記バスバと前記回路基板とを電気的に接続するとともに、前記バスバ上に回路基板を支持する接続部材と、
前記回路基板に搭載され、前記バスバに流れる被測定電流の大きさを検出するために前記接続部材を介して回路基板に印加される電圧値を検出する電圧検出手段と、を有し、
前記接続部材は、前記バスバにおいて前記回路基板と対峙しない下面側に接続され、当該バスバの縁部から外側へと延出するとともに、前記バスバの厚み方向に折り曲げられると当該厚み方向に延在して前記回路基板に接続されることを特徴とするシャント抵抗式電流センサ。

【請求項2】

前記接続部材は、前記バスバの縁部から延出すると、ミアンダ形状からなる折り返し部を経て前記バスバの厚み方向に折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載されたシャント抵抗式電流センサ。

【請求項3】

前記折り返し部は、前記バスバと垂直な平面内でミアンダ形状が形成されることを特徴とする請求項２に記載されたシャント抵抗式電流センサ。

【請求項4】

前記折り返し部は、前記バスバと平行な平面内でミアンダ形状が形成されることを特徴とする請求項２に記載されたシャント抵抗式電流センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シャント抵抗式電流センサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、パルス電流や交流大電流等を検出するため抵抗値が既知なシャント抵抗部に被測定電流を流し、このシャント抵抗部に生じる電圧降下を検出することで被測定電流の大きさを検出するシャント抵抗式電流センサが提案されている。例えば、自動車などの車両では配電にバスバと呼ばれる金属片が使用されることがあり、電流の経路に相当するバスバの一部をシャント抵抗部として利用している。このバスバ上には回路基板が配置されており、当該回路基板には、バスバに流れる被測定電流の大きさを検出するために、電圧値を検出する電圧検出手段が搭載される。バスバと回路基板とは接続部材によって電気的に接続され、また接続部材によって回路基板がバスバ上に支持されることとなるが、バスバと回路基板との熱膨張係数の差などによって、それらの接続部分に応力が作用することとなり、耐久性の低下を招くという点が懸念されている。

【0003】

例えば特許文献１には、電流計測装置が開示されている。この電流計測装置は、測定対象となる電流経路に介装されたバスバと、電流測定用の回路が組込まれた回路基板とを備えており、バスバと回路基板とは、直線形状のピン状接続部材を介して電気的、機械的に接続されている。この場合、バスバと回路基板との熱膨張率の相違に基づく形状変化のずれは、ピン状接続部材の傾きによる弾性作用を通じて吸収し、これにより、接続部分に作用する応力を緩和することとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−１８８９７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１に開示された手法において、ピン状接続部材はバスバと接続する一端部がいわゆるプレスフィット端子形状に形成されており、その一端部がバスバに形成された接続孔に圧入されることで、ピン状接続部材とバスバとが接続固定される。また、回路基板にはスルーホールが形成され、またその周囲にはランドが形成されており、ピン状接続部材の他端部がスルーホールに挿入されると、ハンダを用いてランドとピン状接続部材とが接続固定される。

【0006】

このような構成において、ピン状接続部材による弾性作用は、バスバと回路基板との間を繋ぐ部分から得られることになるが、ピン状接続部材が直線形状であるため、弾性作用を得るための部分がバスバと回路基板との間の距離に相当する長さでしか得られず、応力の緩和には限りがあるという問題がある。

【0007】

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、シャント抵抗式電流センサにおいて、バスバと回路基板との接続部分に作用する応力を効果的に緩和することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

かかる課題を解決するために、本発明は、略平板形状のバスバと、バスバ上に配置された回路基板と、バスバと回路基板とを電気的に接続するとともに、バスバ上に回路基板を支持する接続部材と、回路基板に搭載され、バスバに流れる被測定電流の大きさを検出するために接続部材を介して回路基板に印加される電圧値を検出する電圧検出手段と、を有するシャント抵抗式電流センサを提供する。この場合、接続部材は、バスバにおいて回路基板と対峙しない下面側に接続され、当該バスバの縁部から外側へと延出するとともに、バスバの厚み方向に折り曲げられると当該厚み方向に延在して回路基板に接続される。

【0009】

ここで、本発明において、接続部材は、バスバの縁部から延出すると、ミアンダ形状からなる折り返し部を経てバスバの厚み方向に折り曲げられていることが好ましい。

【0010】

また、本発明において、折り返し部は、バスバと垂直な平面内でミアンダ形状が形成されることが好ましい。

【0011】

また、本発明において、折り返し部は、バスバと平行な平面内でミアンダ形状が形成されることが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、接続部材が、バスバの下面側に接続されているので、接続部材には、バスバと回路基板との間の距離に加え、バスバの厚み分がその長さに含まれることとなる。これにより、接続部材において弾性作用を得るための部分（長さ）が、バスバと回路基板との間の距離以上に拡張されることとなるので、弾性作用を有効に得ることができる。その結果、バスバと回路基板との接続部分に作用する応力を効果的に緩和することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１の実施形態に係るシャント抵抗式電流センサを模式的に示す上面図

【図2】図１に示すシャント抵抗式電流センサを模式的に示す側面図

【図3】図１に示すシャント抵抗式電流センサにおけるバスバを模式的に示す上面図

【図4】シャント抵抗式電流センサの使用状態を模式的に示す説明図

【図5】接続部材の他の用途を模式的に示す説明図

【図6】第２の実施形態に係るシャント抵抗式電流センサを模式的に示す側面図

【図7】図６に示すシャント抵抗式電流センサにおけるバスバを模式的に示す上面図

【発明を実施するための形態】

【0014】

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１を模式的に示す上面図であり、図２は、図１に示すシャント抵抗式電流センサ１を模式的に示す側面図である。図３は、図１に示すシャント抵抗式電流センサ１におけるバスバ１０を模式的に示す上面図である。本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１は、例えばバッテリターミナルとして用いられるものであって、バスバ１０と、回路基板２０と、電圧検出ＩＣ３０とを備えている。

【0015】

バスバ１０は、略平板形状の導電部材であって、例えば銅マンガン合金や銅ニッケル合金などにより構成されている。このバスバ１０は、測定対象となる電流経路に介装されて被測定電流が流れるようになっており、本実施形態では、その一部にシャント抵抗部ＳＲを含んで構成されている。

【0016】

バスバ１０は、平板形状の鋼材からプレス成形により所望の形状に形成されている。バスバ１０は、例えば略Ｌ字状に形成され、それぞれの先端部に貫通孔１１，１２が形成されている。一方の貫通孔１１は、バッテリポスト用の孔として機能すると共に、他方の貫通孔１２はワイヤーハーネス固定ネジ用の孔として機能している。

【0017】

回路基板２０は、バスバ１０上に配置されており、所定の距離を隔ててバスバ１０の上面１０ａと向き合うように配置されている。回路基板２０は、後述する接続部材４０によりバスバ１０上に支持されている。この回路基板２０には、回路パターン２１が形成されており、回路パターン２１における接続部２２は、接続部材４０を介して、バスバ１０と電気的に接続されている。

【0018】

電圧検出ＩＣ３０は、回路基板２０に形成された回路パターン２１上に搭載されている。電圧検出ＩＣ３０は、バスバ１０に流れる被測定電流の大きさを検出するために、回路基板２０に印加される電圧値を検出する（電圧検出手段）。すなわち、電圧検出ＩＣ３０は、回路パターン２１、接続部材４０を介して、バスバ１０のシャント抵抗部ＳＲに印加される電圧を検する。これにより、電圧検出ＩＣ３０は、バスバ１０のシャント抵抗部ＳＲに生じる電圧降下を検出し、そして、電圧降下からバスバ１０に流れる被測定電流の大きさを検出する。

【0019】

なお、回路基板２０のバスバ１０と対向する面に温度センサを搭載し、電圧検出ＩＣ３０は、温度センサによる検出結果に応じて補正を行ってもよい。すなわち、電圧検出ＩＣ３０は、温度変化による抵抗変化の影響を受けて誤った電流値を検出しないように、温度結果に応じてシャント抵抗部ＳＲにおける抵抗値の補正を行ってもよい。

【0020】

バスバ１０と回路基板２０とは、一対の接続部材４０を介して電気的に接続されている。接続部材４０は、導電性を有する線状部材であり、例えば銅又は銅合金により形成されて後述するような所定の形状を備えている。

【0021】

接続部材４０において、一方の端部は、回路基板２０における接続部２２に接続されている。例えば、回路基板２０には、接続部２２に対応してスルーホールが形成され、接続部材４０の一方の端部はスルーホールに挿入されて、ハンダ付けなどされる。これにより、接続部材４０は、接続部２２を介して回路基板２０（回路パターン２１）と電気的に接続されるとともに、回路基板２０と機械的に接続される。

【0022】

また、接続部材４０の他方の端部は、バスバ１０の所定位置に接続され、これにより、シャント抵抗部ＳＲの両端部分に一対の接続部材４０が接続される。なお、バスバ１０に対する接続部材４０の接続位置は、シャント抵抗部ＳＲについての電圧降下が測定できる範囲であればどこでもよい。バスバ１０と接続部材４０の他方の端部との接続方法は、溶接や圧入等、バスバ１０と電気的な接続を可能にするものであれば広く適用することができる。

【0023】

本実施形態の特徴の一つとして、個々の接続部材４０は、バスバ１０の下面１０ｂ側、すなわち、回路基板２０と対峙しない面側に接続されている。そして、接続部材４０は、バスバ１０の縁部から外側へと延出するとともに、バスバ１０の厚み方向に折り曲げられると当該厚み方向に延在して回路基板２０に接続されることとなる。

【0024】

また、本実施形態では、個々の接続部材４０は、バスバ１０の縁部から外側へと延出した後に単に折り曲げられるのではなく、ミアンダ形状からなる折り返し部４１を経てバスバ１０の厚み方向に折り曲げられている。この折り返し部４１は、バスバ１０と垂直な平面内においてミアンダ形状が形成されており、その結果、接続部材４０の全体形状も当該平面内に含まれる２次元的な形状で構成されている。

【0025】

図４は、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１の使用状態を模式的に示す説明図である。本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１のバスバ１０はバッテリターミナルとして用いられる。例えば、バスバ１０の貫通孔１１は、バッテリ７０の負極側のバッテリポスト７１に接続され、他方の貫通孔１２にはワイヤーハーネス固定ネジ７２を介してワイヤーハーネスＷに接続される。

【0026】

このように本実施形態のシャント抵抗式電流センサ１は、バスバ１０と回路基板２０とを電気的に接続する接続部材４０を備えている。この接続部材４０は、バスバ１０の下面１０ｂ側に接続され、バスバ１０の縁部から外側へと延出するとともに、バスバ１０の厚み方向に折り曲げられると当該厚み方向に延在して回路基板２０に接続されている。

【0027】

かかる構成によれば、接続部材４０が、バスバ１０の下面１０ｂ側に接続されているので、接続部材４０には、バスバ１０と回路基板２０との間の距離に加え、バスバ１０の厚み分がその長さに含まれることとなる。これにより、接続部材４０において弾性作用を得るための部分（長さ）が、バスバ１０と回路基板２０との間の距離以上に拡張されることとなるので、弾性作用を有効に得ることができる。その結果、バスバ１０と回路基板２０との接続部分に作用する応力を効果的に緩和することができる。

【0028】

ここで、接続部材４０をバスバ１０の上面１０ａ側に接続したとすると、本実施形態と同様の弾性作用を得るためには、バスバ１０と回路基板２０との間の距離も同等に拡張する必要があり、装置の大型化に繋がり得る。この点、本実施形態によれば、接続部材４０をバスバ１０の下面１０ｂ側に接続していることで、接続部材４０の長さの拡張を、バスバ１０の厚みを利用して達成することができる。これにより、装置の小型化というメリットを得つつ、バスバ１０と回路基板２０との接続部分に作用する応力を効果的に緩和することができる。

【0029】

また、本実施形態において、接続部材４０は、バスバ１０の縁部から延出すると、ミアンダ形状からなる折り返し部４１を経てバスバ１０の厚み方向に折り曲げられている。

【0030】

かかる構成によれば、バスバ１０と回路基板２０との間の距離に加え、バスバ１０の厚みに相当する距離が含まれることで、接続部材４０に折り返し部４１を形成するだけのスペースが生じ得る。接続部材４０が単純な直線形状のみで構成される場合には、傾きによる応力緩和にはある程度の限度が生じ得るが、折り返し部４１を含むことで弾性作用を更に得ることができるので、バスバ１０と回路基板２０との接続部分に作用する応力を効果的に緩和することができる。また、接続部材４０がミアンダ形状からなる折り返し部４１を備えるような形態であっても、バスバ１０の厚みを利用して、このような形状を含めることができるので、装置の小型化を有効に図ることができる。

【0031】

なお、上述した実施形態では、接続部材４０の折り返し部４１は、回路基板２０と接触しない範囲で形状が設定されている。しかしながら、図５に示すように、回路基板２０を接続部材４０の折り返し部４１と接触するように取り付けることで、バスバ１０に対する回路基板２０の高さを、接続部材４０の折り返し部４１を利用して調節するようにしてもよい。

【0032】

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１を模式的に示す側面図であり、図７は、図６に示すシャント抵抗式電流センサ１におけるバスバ１０を模式的に示す上面図である。本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１が、第１の実施形態のそれと相違する点は、接続部材４０の形態である。以下、第１の実施形態と重複する構成についての説明は省略することとし、相違点を中心に説明を行うこととする。

【0033】

個々の接続部材４０は、第１に実施形態と同様、バスバ１０の下面１０ｂ側に接続されている。この接続部材４０には、バスバ１０の縁部から外側へと延出した後に、ミアンダ形状からなる折り返し部４２が形成される。そして、接続部材４０は、この折り返し部４２を経た後に、バスバ１０の厚み方向に折り曲げられると当該厚み方向に延在して回路基板２０に接続される。

【0034】

ここで、本実施形態に係る折り返し部４２は、バスバ１０と平行な平面内でミアンダ形状が形成されており、その結果、接続部材４０の全体の形状は、バスバ１０と平行な平面と、バスバ１０と垂直な平面とに含まれる３次元的な形状で構成されている。

【0035】

このように本実施形態によれば、接続部材４０は、折り返し部４２を含むことにより、第１の実施形態と同様、弾性作用を効果的に得ることができるので、バスバ１０と回路基板２０との接続部分に作用する応力を効果的に緩和することができる。また、弾性作用を担保する折り返し部４２が、バスバ１０と平行な平面内に形成されているので、折り返し部４２の形成スペースをバスバ１０の厚み方向に求める必要がなくなり、これをもって、バスバ１０の厚み方向に折り曲げた後の接続部材４０の長さを縮小することができるので、装置の小型化を有効に図ることができる。

【0036】

以上、本実施形態にかかるシャント抵抗式電流センサについて説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることなく、その発明の範囲において種々の変更が可能である。例えば、バスバは、その一部をシャント抵抗部として含む形態であるが、これに限らず、その全部をシャント抵抗部として利用してもよい。

【符号の説明】

【0037】

１ シャント抵抗式電流センサ
１０ バスバ
１１，１２ 貫通孔
２０ 回路基板
２１ 回路パターン
２２ 接続部
３０ 電圧検出ＩＣ
４０ 接続部材
４１，４２ 折り返し部
７０ バッテリ
７１ バッテリポスト
７２ 固定ネジ
ＳＲ シャント抵抗部
Ｗ ワイヤーハーネス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】