特許 7446798 シャント抵抗モジュール

(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】

(24)【登録日】2024-03-01

(45)【発行日】2024-03-11

(54)【発明の名称】シャント抵抗モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01C 13/00 20060101AFI20240304BHJP

   G01R 15/00 20060101ALI20240304BHJP

   H01C 1/084 20060101ALI20240304BHJP

   H01C 1/01 20060101ALI20240304BHJP

【ＦＩ】

H01C13/00 J

G01R15/00 500

H01C1/084

H01C1/01 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019220331

(22)【出願日】2019-12-05

(65)【公開番号】P2021090002

(43)【公開日】2021-06-10

【審査請求日】2022-11-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000105350

【氏名又は名称】ＫＯＡ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100121049

【弁理士】

【氏名又は名称】三輪 正義

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 保

【審査官】小林 大介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０８６１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０５３５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０５６３１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－１３３５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６１－０９６５６７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００４－１２８０００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｃ １３／００

Ｇ０１Ｒ １５／００

Ｈ０１Ｃ １／０８４

Ｈ０１Ｃ １／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

抵抗体と、前記抵抗体の両端に設けられた電極と、を備えたシャント抵抗器と、
各電極と接続されるバスバーと、を有し、
前記電極及び前記バスバーには、固定穴が設けられており、
前記バスバーの固定穴から、各バスバーが対向する側の端面までの長さが、前記電極の固定穴から、前記抵抗体に接する側の端面までの長さよりも長くなるように、前記固定穴の位置が定められており、
各バスバー間に、第２の放熱部材が介在し、
前記固定穴に固定部材を挿通して、前記電極と前記バスバーとを固定するとともに、前記バスバーは、接続する前記電極と前記抵抗体との接合部よりも前記抵抗体側へ延出し、平面視において、前記バスバーの一部が、前記抵抗体に重なっていることを特徴とするシャント抵抗モジュール。

【請求項2】

前記バスバーと前記抵抗体とは、非接触であ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。

【請求項3】

前記電極は、前記抵抗体よりも前記バスバー側に突出してい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。

【請求項4】

前記バスバーと前記抵抗体との間に、第１の放熱部材が介在してい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。

【請求項5】

前記第１の放熱部材と、前記第２の放熱部材とが、一体的に形成されることを特徴とする請求項４に記載のシャント抵抗モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、シャント抵抗器を備えたシャント抵抗モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、パワー半導体装置等の電流を検出するために、シャント抵抗器が用いられる。

【0003】

特許文献１には、抵抗体とその両側に電極を備えたシャント抵抗器の構造が開示されており、電極にはバスバー（配線部材）が接続されている。また、シャント抵抗器には、電極間の電圧値を測定するための電圧検出端子が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－２１７８２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

シャント抵抗器に電流が流れることで、抵抗体が発熱し、正確に電流値を計測することができない問題があった。特に、パワー半導体装置等の高電圧用途（電流検出）においては、シャント抵抗器に大電流が流れるため、抵抗体の発熱量が非常に大きくなるが、従来では、十分な放熱対策が施されていなかった。

【0006】

そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、抵抗体の放熱性を向上させることが可能なシャント抵抗モジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様のシャント抵抗モジュールは、抵抗体と、前記抵抗体の両端に設けられた電極と、を備えたシャント抵抗器と、各電極と接続されるバスバーと、を有し、前記電極及び前記バスバーには、固定穴が設けられており、前記バスバーの固定穴から、各バスバーが対向する側の端面までの長さが、前記電極の固定穴から、前記抵抗体に接する側の端面までの長さよりも長くなるように、前記固定穴の位置が定められており、各バスバー間に、第２の放熱部材が介在し、前記固定穴に固定部材を挿通して、前記電極と前記バスバーとを固定するとともに、前記バスバーは、接続する前記電極と前記抵抗体との接合部よりも前記抵抗体側へ延出し、平面視において、前記バスバーの一部が、前記抵抗体に重なっていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明のシャント抵抗モジュールによれば、平面視において、配線部材の一部が、抵抗体に重なるように配置したことで、抵抗体の熱を、配線部材側に放熱しやすくできる。したがって、抵抗体の放熱性を向上させることができ、電流計測を高精度に行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１Ａは、本実施の形態のシャント抵抗モジュールの斜視図であり、図１Ｂは、シャント抵抗モジュールの側面図である。

【図2】図１Ｂのシャント抵抗モジュールを拡大した部分拡大側面図である。

【図3】本実施の形態のシャント抵抗モジュールの分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係るシャント抵抗モジュールについて説明する。

【0011】

＜本実施の形態のシャント抵抗モジュール１＞
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、抵抗体の熱を、シャント抵抗器と接続される配線部材側に、放熱させやすい構造とすべく、本発明を開発するに至った。

【0012】

すなわち、本実施の形態のシャント抵抗モジュール１は、以下の特徴点を有している。
（１）抵抗体５と、抵抗体の両端に設けられた電極６、７と、を備えたシャント抵抗器２と、
（２）各電極６、７と接続される配線部材８、９と、を有し、
（３）平面視Ａにおいて、配線部材８、９の一部が、抵抗体５に重なっていることを特徴とする。
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。

【0013】

図１Ａは、本実施の形態のシャント抵抗モジュールの斜視図であり、図１Ｂは、シャント抵抗モジュールの側面図である。図２は、図１Ｂのシャント抵抗モジュールを拡大した部分拡大側面図である。図３は、本実施の形態のシャント抵抗モジュールの分解斜視図である。

【0014】

図１～図３に示すように、本実施の形態におけるシャント抵抗モジュール１は、シャント抵抗器２と、配線部材８、９と、放熱部材１０と、シャント抵抗器２と配線部材３とを固定する固定部材１１と、を有して構成される。なお、以下では、「上面」「下面」「上方」「下方」との表現を使用するが、「上面」及び「上方」は、図示上側の面や方向を指し、シャント抵抗器２から見て、配線部材８、９の配置側とは反対側を指す。また、「下面」及び「下方」は、図示下側の面や方向を指し、シャント抵抗器２から見て、配線部材８、９の配置側を指す。

【0015】

（シャント抵抗器２）
図１～図３に示すように、シャント抵抗器２は、抵抗体５と、抵抗体５の一方の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。

【0016】

シャント抵抗器２は、略平板状であるが、本実施の形態では、電極６、７の厚さｔ１が、抵抗体５の厚さｔ２よりも厚く形成されており、シャント抵抗器２の上面２ａは略平坦面である一方、シャント抵抗器２の下面２ｂは、電極６、７が、抵抗体５よりも下方に突出している。このため、シャント抵抗器２の下面２ｂ側には、抵抗体５の部分が、電極６、７よりも凹んだ凹部２ｃが設けられている。

【0017】

図３に示すように、各電極６、７には固定穴６ａ、７ａが形成されている。図１～図３に示すように、第１の電極６及び第２の電極７の各上面には、電圧検出端子１２ａ、１２ｂが形成されている。これら電圧検出端子１２ａ、１２ｂは、例えば、上方に突き出すピン形状である。電圧検出端子１２ａ、１２ｂを、第１の電極６及び第２の電極７の上面に溶接などにより取り付けることができる。

【0018】

（配線部材８、９）
配線部材８、９は、例えば、バスバーであり、図１、図２に示すように、各電極６、７の下面に夫々接続される。配線部材８、９の形状を限定するものではないが、図１や図３に示すように、平板状であることが好ましい。配線部材８、９には、各電極６、７に設けられた固定穴６ａ、７ａに連通する固定穴８ａ、９ａが形成されている。図示は省略するが、例えば、配線部材８又は配線部材９の一方がバッテリーに接続され、もう一方がバッテリーにより駆動されるか各種デバイスが接続される。

【0019】

図２に示すように、各電極６、７に接続される各配線部材８、９の一部は、抵抗体５の真下で対向している。すなわち、各配線部材８、９の対向する各端部８ｂ、９ｂは、平面視Ａ（図２に示すシャント抵抗器２の上面２ａ方向に向く矢視）において、抵抗体５と重なっている。各配線部材８、９の端部８ｂ、９ｂと、抵抗体５とを、平面視Ａにて重ならせるために、各配線部材８、９の固定穴８ａ、９ａから端面８ｃ、９ｃまでの長さＬ１が、電極６、７の固定穴６ａ、７ａから、抵抗体５に接する側の端面６ｃ、７ｃまでの長さよりも長くなるように形成する。

【0020】

（放熱部材１０）
図１～図３に示すように、本実施の形態では、放熱部材１０が、抵抗体５の下面と各配線部材８、９の端部８ｂ、９ｂの上面との間に挟持されている。「放熱部材」とは、抵抗体５から発せられた熱を受け取り、配線部材８、９へ放散する部材を指す。

【0021】

本実施の形態では、放熱部材１０は、電気的に絶縁性の放熱シートである。これにより、抵抗体５と各配線部材８、９間、及び各配線部材８、９間を電気的に絶縁することができる。放熱部材１０の材質を問うものでないが、熱伝導率は、少なくとも空気より高い材質である。放熱部材１０には、市販の放熱シートを使用することができる。本実施の形態では、放熱部材１０は、配線部材８、９と抵抗体５との間に介在する第１の放熱部材１０ａと、配線部材８、９間に介在する第２の放熱部材１０ｂとが一体的に形成された略Ｔ字状の形態である。

【0022】

本実施の形態では、シャント抵抗器２の下面２ｂ側には、シャント抵抗器２の抵抗体５の部分が、電極６、７よりも凹んだ凹部２ｃが設けられており、したがって、図２に示すように、抵抗体５の下面と配線部材８、９の上面の間には、隙間が形成される。したがって、この隙間に、第１の放熱部材１０ａを介在させることができる。また、配線部材８、９の端部８ｂ、９ｂ間には、所定の間隔が空いているため、各配線部材８、９間に形成された隙間に、第２の放熱部材１０ｂを介在させることができる。

【0023】

図１Ｂに示すように、第２の放熱部材１０ｂは、各配線部材８、９の下面よりも下方に延出する長さで形成されることが、放熱効果を更に高めるうえで好ましい。

【0024】

（シャント抵抗モジュール１の組み立て）
図３に示すように、シャント抵抗器２の下面２ｂに設けられた、抵抗体５と対向する凹部２ｃに、放熱部材１０を構成する第１の放熱部材１０ａを配置するとともに、第２の放熱部材１０ｂを間に挟んだ状態で、各配線部材８、９を、各電極６、７の下面に各固定穴６ａ、７ａ、８ａ、９ａの位置を合わせて配置する。

【0025】

そして、シャント抵抗器２の各電極６、７に、配線部材８、９を固定部材１１により固定支持する。この実施の形態では、固定部材１１は、ボルトとナットの組み合わせであるが、これに限定するものではない。

【0026】

電流計測の際には、シャント抵抗器２を介して配線部材８、９間に電流を流す。このとき、電圧検出端子１２ａ、１２ｂ間の電圧値、すなわちシャント抵抗器２の電極６、７間の電圧値を計測する。シャント抵抗器２の抵抗体５の抵抗値は既知であるため、オームの法則により、電流値を検出することができる。

【0027】

＜本実施の形態の効果について＞
シャント抵抗器２に電流が流れると、主に、抵抗値の大きい抵抗体５から発熱するが、本実施の形態では、各配線部材８、９の端部８ｂ、９ｂと抵抗体５とを、平面視Ａにおいて、重ねて配置したため、抵抗体５の熱を、配線部材８、９側に放熱させることができる。このとき、配線部材８、９は、金属製であり、熱伝導率が高いため、抵抗体５の放熱性を効果的に高めることができる。この結果、電流計測を高精度に行うことができる。加えて本実施の形態では、放熱効果を簡単な構造で得ることができる。すなわち、本実施の形態は、配線部材８、９の端部８ｂ、９ｂが、抵抗体５と平面視Ａにおいて重なるように配置を改良したものであり、このように、既存の部品の配置を改良して最適な放熱構造を得ることができるとともに、部品点数を最小限に抑えることができる。

【0028】

本実施の形態では、図２等に示すように、シャント抵抗器２の下面２ｂ側にて、電極６、７を、抵抗体５よりも下方に突出させ、抵抗体５の下面側に凹部２ｃを設けた。この結果、シャント抵抗器２の電極６、７に配線部材８、９を固定した際、抵抗体５と配線部材８、９との間には凹部２ｃに基づく隙間が介在し、抵抗体５と配線部材８、９が接触しないようにすることができる。これにより、電流を、シャント抵抗器２の電極６、７と配線部材８、９間に適切に流すことができる。

【0029】

また、本実施の形態では、シャント抵抗器２の抵抗体５と配線部材８、９との間の隙間に、第１の放熱部材１０ａを配置した。第１の放熱部材１０ａは、電気的絶縁部材であり、抵抗体５と配線部材８、９との間を、より確実に、電気的に絶縁することができるとともに、抵抗体５が発する熱を、第１の放熱部材１０ａを介して、配線部材８、９側へ効果的に放熱することができる。

【0030】

更に、本実施の形態では、配線部材８、９間に第２の放熱部材１０ｂを設けた。これにより、抵抗体５からの熱を、第２の放熱部材１０ｂを介して配線部材８、９の下方へも放熱しやすくできる。特に、シャント抵抗器２に大電流が流れるパワー半導体装置等の高電圧用途（電流検出）に効果的に適用することができる。

【0031】

本実施の形態では、第１の放熱部材１０ａと第２の放熱部材１０ｂを別体として設けることもできるが、図３等に示すように、第１の放熱部材１０ａと第２の放熱部材１０ｂを一体的に形成することが、放熱効果を高めることができるとともに、シャント抵抗モジュール１の組み立てを容易にでき、好ましい。

【0032】

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。

【0033】

また、本実施の形態は上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらに、技術の進歩又は派生する別技術によって、技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。

【0034】

例えば、本実施の形態では、放熱部材１０を配置せず、抵抗体５と配線部材８、９との間に、空気層としての隙間を介在させた構成とすることができる。この構成によれば、抵抗体５から発せられた熱を、空気層を介して配線部材８、９に放熱することができる。本実施の形態では、抵抗体５と配線部材８、９が接触しない程度に、これら部材の間に隙間を空ければよいため、抵抗体５と配線部材８、９との間の隙間を、できる限り狭くすることで放熱効果を高めることができる。ただし、抵抗体５と配線部材８、９との間の隙間に、第１の放熱部材１０ａを介在させることが、より一層、放熱効果を高めることができ好適である。

【0035】

また、シャント抵抗器２を構成する抵抗体５及び電極６、７の各下面が略同一位置にあり、シャント抵抗器２の下面２ｂが略平坦面であってもよい。かかる構成では、シャント抵抗器２の抵抗体５と配線部材８、９との間に隙間が空くように、シャント抵抗器２と配線部材８、９とを間隔を空けて配置するとともに、電極６、７と配線部材８、９とを、電気的に接続することが必要である。このとき、抵抗体５と配線部材８、９との間に設けられた隙間には、第１の放熱部材１０ａを介在させることが好ましい。また、固定部材１１を導通部材とすることで、各電極６、７と各配線部材８、９間を固定支持することができるとともに、導通させることができる。

【0036】

また、放熱部材１０は、シャント抵抗器２の抵抗体５と配線部材８、９との間に介在する第１の放熱部材１０ａのみで構成されてもよいが、放熱効果をより高めるには、各配線部材８、９間に第２の放熱部材１０ｂを配置し、更に、第１の放熱部材１０ａと第２の放熱部材１０ｂとを一体的に形成することが好ましい。
下記に、上記実施の形態における特徴点を整理する。

【0037】

上記実施の形態に記載のシャント抵抗モジュールは、抵抗体と、前記抵抗体の両端に設けられた電極と、を備えたシャント抵抗器と、各電極と接続される配線部材と、を有し、平面視において、前記配線部材の一部が、前記抵抗体に重なっていることを特徴とする。

【0038】

また、本実施の形態のシャント抵抗モジュールでは、前記配線部材と前記抵抗体とは、非接触であることが好ましい。

【0039】

また、本実施の形態のシャント抵抗モジュールでは、前記電極は、前記抵抗体よりも前記配線部材側に突出していることが好ましい。

【0040】

また、本実施の形態のシャント抵抗モジュールでは、前記配線部材と前記抵抗体との間に、第１の放熱部材が介在していることが好ましい。

【0041】

また、本実施の形態のシャント抵抗モジュールでは、各配線部材間に、第２の放熱部材が介在していることが好ましい。

【0042】

また、本実施の形態のシャント抵抗モジュールでは、前記第１の放熱部材と、各配線部材間に介在する第２の放熱部材とが、一体的に形成されることが好ましい。

【産業上の利用可能性】

【0043】

以上説明したように、本発明のシャント抵抗モジュールは、放熱性に優れ、精度良く電流検出を行うことができ、例えば、パワー半導体装置等の制御用途の電流検出、バッテリーのエネルギーマネジメントに適用することができる。

【符号の説明】

【0044】

１ ：シャント抵抗モジュール
２ ：シャント抵抗器
２ａ ：上面
２ｂ ：下面
２ｃ ：凹部
３ ：配線部材
５ ：抵抗体
６ ：第１の電極
７ ：第２の電極
８、９ ：配線部材
１０ ：放熱部材
１０ａ ：第１の放熱部材
１０ｂ ：第２の放熱部材
１１ ：固定部材
１２ａ、１２ｂ ：電圧検出端子
１２ｂ ：電圧検出端子
Ａ ：平面視

【図1】

【図2】

【図3】