JP5144577B2 - シャント抵抗装置 - Google Patents

Description

本発明は、シャント抵抗装置に関し、特に自動車電池等の大電流が流れる電流経路の電流値を計測するのに用いられるシャント抵抗装置に関する。

シャント抵抗装置は、例えば自動車電池等の大電流が流れる電流経路の電流値を計測する電流監視ユニットに設けられる。シャント抵抗装置は、特許文献１と特許文献２に開示されている。
特許文献１に開示されているシャント抵抗装置では、平板状のシャント抵抗器の上に回路基板が搭載されている。特許文献２に開示されているシャント抵抗を有する電子部品ユニットは、プリント基板と、シャント抵抗と、プリント基板を覆う蓋ケースを有し、シャント抵抗は電流経路と平行方向の端部がコ字状に折り曲げられている。そして、シャント抵抗を蓋ケースに取り付け、蓋ケースをプリント基板に装着することで、シャント抵抗の両端部がそれぞれプリント基板のスルーホールに半田付けされている。

特表２００３−５１３５９６号公報 特開平１１−３０７３０１号公報

ところが、特許文献１に開示されているシャント抵抗装置では、回路基板に搭載された電子部品は、シャント抵抗器に電流が流れた際の磁場の影響を受けやすく、電子部品の誤動作や電流測定等の精度が悪化する原因となりやすい。また、シャント抵抗器と回路基板が向かい合う面には、背の高い部品を載せることができない。もし、このように背の高い部品を載せると、シャント抵抗器と回路基板との距離が広がり、シャント抵抗器を電流監視ユニットに接続する導体の長さを最小限に抑えることができず。電磁妨害（ＥＭＩ）の影響が出る。

特許文献２に開示されているシャント抵抗を有する電子部品ユニットでは、プリント基板に搭載された電子部品が、シャント抵抗に流れる電流によって発生する磁場の影響を受けやすく、電子部品の誤動作や電流測定等の精度が悪化する原因となりやすい。また、大電流に対応するためにシャント抵抗を太くすると、プリント基板と半田付けする際に熱容量の大きなシャント抵抗への熱逃げ現象が発生して、取り付け効率が悪くなる。
そこで、本発明は上記課題を解消するために、シャント抵抗と回路基板を電気的にかつ機械的に接続するための部品の点数を減らし、シャント抵抗と回路基板との電気接続間距離を最小にすることで外来ノイズの影響を受けにくいシャント抵抗装置を提供することを目的とする。

上記課題を解消するために、本発明のシャント抵抗装置は、電子部品を搭載している回路基板と、第１導電性部材と第２導電性部材と、前記第１導電性部材と前記第２導電性部材の間に配置されたシャント抵抗と、により形成されている中空体であって、前記第１導電性部材と前記第２導電性部材と前記シャント抵抗により形成されている収容空間部内に前記回路基板を挿入して保持するためのガイド溝が形成されている前記中空体と、を備え、前記回路基板の端部には、前記第１導電性部材と前記第２導電性部材に対して前記ガイド溝を通じて前記回路基板を電気的に接続する複数の電気接続部材が設けられていることを特徴とする。これにより、シャント抵抗と回路基板を電気的にかつ機械的に接続するための部品の点数を減らし、シャント抵抗と回路基板との電気接続間距離を最小にすることで外来ノイズの影響を受けにくくすることができる。すなわち、シャント抵抗を電流監視ユニットに接続するための導体の長さを最小限に抑えることができ、電磁妨害（ＥＭＩ）の影響を少なくすることができる。

本発明のシャント抵抗装置は、前記第１導電性部材と前記第２導電性部材には、前記回路基板の前記電気接続部材と前記中空体の前記ガイド溝とを電気的に接続するための導電性接続剤を注入するための貫通穴が形成されていることを特徴とする。これにより、回路基板は、電気接続部材と導電性接着剤を用いてガイド溝を通じて第１導電性部材と第２導電性部材に対して電気的に確実に直接接続できる。
本発明のシャント抵抗装置では、前記中空体の前記ガイド溝は、前記回路基板の第１端部を挿入する第１ガイド溝と、前記回路基板の第２端部を挿入する第２ガイド溝であり、前記第１ガイド溝と前記第２ガイド溝は、前記中空体の内側において、前記第１導電性部材と前記シャント抵抗と前記第２導電性部材を配置している方向に沿って形成されていることを特徴とする。これにより、回路基板は、第１導電性部材とシャント抵抗と第２導電性部材を配置している方向に沿って中空体内に挿入して固定できる。

本発明のシャント抵抗装置では、前記中空体の前記収容空間部は断面矩形状であり、前記中空体は、第１側面部、第２側面部、第３側面部、そして第４側面部により形成されていることを特徴とする。これにより、中空体は、回路基板を４方から囲んで収容できるので、回路基板に搭載された電子部品が、シャント抵抗に流れる電流によって発生する磁場の影響を受けにくい。

本発明のシャント抵抗装置では、前記中空体は、断面Ｕ字型に形成されていることを特徴とする。これにより、中空体は、回路基板を３方から囲んで収容できるので、回路基板に搭載された電子部品が、シャント抵抗に流れる電流によって発生する磁場の影響を受けにくい。

本発明のシャント抵抗装置では、前記中空体の前記収容空間部は、断面円形形状であることを特徴とする。これにより、中空体は、回路基板を囲んで収容できるので、回路基板に搭載された電子部品が、シャント抵抗に流れる電流によって発生する磁場の影響を受けにくい。

本発明のシャント抵抗装置は、前記回路基板には、前記シャント抵抗の電圧降下を検出する前記電子部品が搭載されていることを特徴とする。これにより、シャント抵抗の電圧降下を検出できる。

本発明によれば、シャント抵抗と回路基板を電気的にかつ機械的に接続するための部品の点数を減らし、シャント抵抗と回路基板との電気接続間距離を最小にすることで外来ノイズの影響を受けにくいシャント抵抗装置を提供することができる。

本発明のシャント抵抗装置の好ましい実施形態を示し、中空体と、回路基板を分離した状態を示す斜視図である。 図１に示す中空体内に回路基板を収容した状態を示す斜視図である。 本発明のシャント抵抗装置の別の実施形態を示す斜視図である。 図３に示す中空体内に回路基板を収容した状態を示す斜視図である。 図４に示すシャント抵抗装置を示す側面図である。 本発明のシャント抵抗装置の別の実施形態を示す斜視図である。 本発明のシャント抵抗装置の別の実施形態を示す斜視図である。 本発明のシャント抵抗装置の別の実施形態を示す斜視図である。 本発明のシャント抵抗装置の別の実施形態を示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明のシャント抵抗装置の好ましい実施形態を示し、中空体２と、回路基板２０を分離した状態を示す斜視図である。図２は、図１に示す中空体２の収容空間部６内に回路基板２０を挿入して収容した状態を示す斜視図である。
図１と図２に示すシャント抵抗装置１の中空体２は、２つのバスバー３，４と、１つのシャント抵抗５を有している。バスバー３は第１導電性部材であり、バスバー４は第２導電性部材である。

図１に示すバスバー３，４は、導電性を有する金属、例えば銅やアルミニウム等で作られており、同じ大きさを有する断面矩形の中空部を有する部材である。バスバー３は、第１側面部３Ａ、第２側面部３Ｂ、第３側面部３Ｃ、第４側面部３Ｄを有しており、第１側面部３Ａ、第２側面部３Ｂ、第３側面部３Ｃ、第４側面部３Ｄは断面矩形の中空部３Ｓを形成している。
同様にして、バスバー４は、第１側面部４Ａ、第２側面部４Ｂ、第４側面部４Ｃ、第４側面部４Ｄを有しており、第１側面部４Ａ、第２側面部４Ｂ、第４側面部４Ｃ、第４側面部４Ｄは断面矩形の中空部４Ｓを形成している。

図１に示すシャント抵抗５は、バスバー３，４の間に設けられている。シャント抵抗５は、予め定めた所定の抵抗値を有するように金属材料の断面積、長さを調整して形成されている。シャント抵抗５は、第１側面部５Ａ、第２側面部５Ｂ、第５側面部５Ｃ、第４側面部５Ｄを有しており、第１側面部５Ａ、第２側面部５Ｂ、第５側面部５Ｃ、第４側面部５Ｄは断面矩形の中空部５Ｓを形成している。

図１に示すように、シャント抵抗５の第１端面部５Ｒが、バスバー３の第１端面部３Ｒに対して接着もしくは溶接により電気的に接続して固定されている。同様にして、シャント抵抗５の第２端面部５Ｔが、バスバー４の第１端面部４Ｒに対して接着もしくは溶接により電気的に接続して固定されている。これにより、中空体２は、軸方向ＣＬに沿ってバスバー３、シャント抵抗５、そしてバスバー４の順番に配列されている。中空体２の内部は、回路基板２０を収容する断面矩形の収容空間部６であり、この収容空間部６は、バスバー３の中空部３Ｓとバスバー４の中空部４Ｓとシャント抵抗５の中空部５Ｓにより形成されている。

図１に示すように、中空体２の第２側面部３Ｂ、５Ｂ、４Ｂの内壁には、第１ガイド溝７が軸方向ＣＬに平行に形成されている。また、中空体２の第４側面部３Ｄ、５Ｄ、４Ｄの内壁には、第２ガイド溝８が軸方向ＣＬに平行に形成されている。これらの第１ガイド溝７と第２ガイド溝８は、回路基板２０を軸方向ＣＬに沿って挿入および離脱可能に案内して固定するためのガイド溝である。

図１と図２に示すように、第１ガイド溝７と第２ガイド溝８は対面しており、中空体２の高さ方向Ｚに関して、所定の位置に形成されている。高さ方向Ｚと軸方向ＣＬは直交している。第１ガイド溝７と第２ガイド溝８は、バスバー３の第２端面部３Ｔからバスバー４の第２端面部４Ｔまで連続して形成されている。

次に、図１を参照して、回路基板２０を説明する。
回路基板２０は、例えば長方形の回路基板であり、中空体２の収容空間部６内に挿入可能な大きさである。回路基板２０の第１面２８上には、電圧降下検出素子（例えばＩＣ）３０やその他の電子部品３１，３２，３３，３４，３５，３６が搭載されている。電圧降下検出素子３０は、回路基板２０においてその入力端子と電気接続パッド２３，２４とを結ぶ経路が最短になるように配置されており、シャント抵抗装置１の中空体２のシャント抵抗５に流れる電流によって生じる電圧降下を検出する。

図１に例示するように、回路基板２０の第１端部２１には、２つの電気接続パッド２３，２４が配置され、回路基板２０の第２端部２２には、２つの電気接続パッド２５，２６が配置されている。第２端部２２は第１端部２１の反対側である。２つの電気接続パッド２３，２５がＸ方向に関して対向した位置に配置され、２つの電気接続パッド２４，２６がＸ方向に関して対向した位置に配置されている。Ｘ方向、Ｚ方向、軸方向ＣＬは互いに直交している。

電気接続パッド２３，２５は、回路基板２０の電気配線部をバスバー４に対して電気的に接続するために設けられ、銅等の導電性金属により形成されている。電気接続パッド２３，２５は、バスバー４の第１ガイド溝７と第２ガイド溝８にそれぞれ挿入され第１ガイド溝７の内面と第２ガイド溝８バスバー４の内面に対して密着されることでバスバー４に対して電気的に接続される。
ここで、図１では、各電気接続パッド２３〜２６は、回路基板２０の第１面２８と、第１面２８とは反対側の第２面２９にわたって形成されているが、バスバー４との電気的な接続を得られればよく、例えば、回路基板２０の第1面２８のみに形成されていてもよい。

また、電気接続パッド２４，２６は、回路基板２０の電気配線部をバスバー３に対して電気的に接続するために設けられ、電気接続パッド２４，２６は、バスバー３の第１ガイド溝７と第２ガイド溝８にそれぞれ挿入され第１ガイド溝７の内面と第２ガイド溝８バスバー４の内面に対して密着されることでバスバー３に対して電気的に接続される。
このように、１対の電気接続パッド２３，２５は、回路基板２０の電気配線部をバスバー４に対して電気的に直接接続し、もう一対の電気接続パッド２４，２６は、回路基板２０の電気配線部をバスバー３に対して電気的に直接接続する。このために、電気接続パッド２３，２４の配置間隔Ｍと電気接続パッド２５，２６の配置間隔Ｍは、シャント抵抗５の軸方向ＣＬの幅Ｎに比べて大きく設定されている。

次に、上述したシャント抵抗装置１の使用例を、図１と図２を参照して説明する。
回路基板２０の第１端部２１と第２端部２２は、シャント抵抗装置１の中空体２の第１ガイド溝７と第２ガイド溝８内に、軸方向ＣＬに沿って挿入する。これにより、回路基板２０の全体が中空体２の収容空間部６内に確実に収容できる。回路基板２０が中空体２の収容空間部６内に収容された状態では、回路基板２０の電気配線部は、２つの電気接続パッド２３，２４と第１ガイド溝７を介して、中空体２のバスバー４，３側に電気的に直接接続されるとともに、回路基板２０の電気配線部は、２つの電気接続パッド２５，２６と第２ガイド溝８を介して中空体２のバスバー４，３側に電気的に直接接続される。

このように、回路基板２０の電気配線部は、４つの電気接続パッド２３〜２６を通じて、中空体２のバスバー４，３に対して電気的に直接接続できるので、回路基板２０の電気配線部と中空体２のバスバー４，３に対して電気的に接続するために別途部品を用意する必要がないので、部品点数を削減して、低コスト化を図ることができる。

しかも、回路基板２０は中空体２内に収容でき、回路基板２０の電気配線部は電気接続パッド２３〜２６を用いて電気的に直接接続できるので、回路基板２０と中空体２のバスバー４，３との電気接続間距離を最小にすることができる。これにより、回路基板２０とシャント抵抗装置１の中空体２との電気接続部における外来ノイズ等の影響を受けにくくすることができる。

図１に示す回路基板２０は、中空体２の内壁の第１ガイド溝７と第２ガイド溝８に対して差し込むだけで、中空体２の収容空間部６内に収容して固定できるので、回路基板２０の組み付け工程を簡略化できる。矩形状の中空体２の内側に回路基板２を配置することにより、回路基板２が金属体である中空体２により４方が囲まれており、回路基板２に搭載された電圧降下検出素子３０やその他の電子部品３１，３２，３３，３４，３５，３６が、シャント抵抗５に流れる電流によって発生する磁場の影響を受けにくい。すなわち、磁場による電子部品の誤動作や電流測定精度の悪化を防ぐことができる。
また、シャント抵抗装置１の中空体２の収容空間部６内に回路基板２０を収容することができるので、外部からの電磁波に対しても回路基板２０の耐電磁波性能を高めることができる。

シャント抵抗装置１の中空体２は、軸方向ＣＬに直交する面における断面積を大きく確保できるので、中空体２には大電流を流すことができる。また、中空体２は、軸方向ＣＬに直交する面における断面積を大きく確保できるので、放熱効果が得られ、通電時の中空体２や回路基板２０の温度上昇を防げる。

シャント抵抗装置１の中空体２が収容空間部６を有する断面矩形形状に形成されているので、中空体２は、折れや曲がりに対して機械的強度が大きく、板状の部材に比べて強固な構造体とすることができる。従って、回路基板２０は強固な構造体である中空体２により外力から保護できる。中空体２と回路基板２０によって形成されるシャント抵抗装置１は、単純な四角柱とみなせるので、中空体２と回路基板２０を外包するパッケージの形状を単純にすることができる。

次に、図３〜図５を参照して、本発明のシャント抵抗装置の別の実施形態を説明する。
図３は、本発明のシャント抵抗装置の別の実施形態を示す斜視図である。図４は、図３に示す中空体２の収容空間部６内に回路基板２０を収容した状態を示す斜視図である。図５は、図４に示すシャント抵抗装置を示す側面図である。図３〜図５に示すシャント抵抗装置１Ａは、図１と図２に示すシャント抵抗装置１とほぼ同じであるが、微小な４つの円形状の貫通穴４０が追加して形成されていることが異なる。

図３に示す４つの貫通穴４０は、第１側面部３Ｂと第３側面部３Ｄと、第１側面部４Ｂと第２側面部４Ｄにおいて、回路基板２０の電気接続パッド２３〜２６の付近にそれぞれ形成されている。各貫通穴４０内には、例えば導電性接着剤４２が注入される。これにより、回路基板２０の電気配線部は、電気接続パッド２３，２４と導電性接着剤４２を用いて第１ガイド溝７の内面を通じてバスバー４，３に対して電気的に確実に直接接続でき、回路基板２０は、電気接続パッド２５，２６と導電性接着剤４２を用いて第２ガイド溝７の内面を通じてバスバー４，３に対して電気的に確実に直接接続できる。

次に、図６を参照して、本発明のシャント抵抗装置の別の実施形態を説明する。
図６は、本発明のシャント抵抗装置の別の実施形態を示す斜視図である。図６に示すように、シャント抵抗装置１またはシャント抵抗装置１Ａが電流経路に電気的に接続される例を示している。バスバー４の第１側面部４Ａには、ハーネス５０が金属圧着端子５１を用いてネジ止めにより電気的にかつ機械的に固定されている。同様にして、バスバー３の第１側面部３Ａには、ハーネス５２が金属圧着端子５３を用いてネジ止めにより電気的にかつ機械的に固定されている。

次に、図７を参照して、本発明のシャント抵抗装置のさらに別の実施形態を説明する。
図７は、本発明のシャント抵抗装置の別の実施形態を示す斜視図である。図７に示すように、シャント抵抗装置１Ｂの中空体２のシャント抵抗５５は、バスバー５３，５４の間に配置されている。図７の実施形態が図１の実施形態と異なるのは、図１に示す第３側面部５Ｃ、３Ｃ、４Ｃが省略されており、シャント抵抗５５とバスバー５３，５４は、共に断面Ｕ字型を有していることである。シャント抵抗５５とバスバー５３，５４の内壁には、第１ガイド溝７と第２ガイド溝８が形成されている。このようなシャント抵抗装置１Ｂの中空体２の構造を採用することで、軽量化を図ることができる。中空体２は、回路基板を３方から囲んで収容できるので、回路基板２０に搭載された電子部品が、シャント抵抗５５に流れる電流によって発生する磁場の影響を受けにくい。

次に、図８を参照して、本発明のシャント抵抗装置のさらに別の実施形態を説明する。
図８は、本発明のシャント抵抗装置の別の実施形態を示す斜視図である。図８に示すように、シャント抵抗装置１Ｃの中空体２のシャント抵抗６５は、バスバー６３，６４の間に設けられている。図７の実施形態が図１の実施形態と異なるのは、シャント抵抗６５とバスバー６３，６４は、共に円筒部材であることである。従って、中空体２の収容空間部６６は断面円形状を有する。シャント抵抗６５とバスバー６３，６４の内側には、第１ガイド溝７と第２ガイド溝８が形成されている。中空体２は、回路基板２０を囲んで収容できるので、回路基板２０に搭載された電子部品が、シャント抵抗６５に流れる電流によって発生する磁場の影響を受けにくい。

次に、図９を参照して、本発明のシャント抵抗装置のさらに別の実施形態を説明する。
図９は、本発明のシャント抵抗装置の別の実施形態を示す斜視図であり、中空部２の上部の一部を切り欠いて示している。図９に示すシャント抵抗装置１Ｄは、図１に示すシャント抵抗装置１と基本的には同じであるが、シャント抵抗装置１Ｄでは、第１ガイド溝７と第２ガイド溝８はバスバー３の第２端面部３Ｔからバスバー４の第２端面部４Ｔの手前の部分まで連続して形成されている。

つまり、第１ガイド溝７と第２ガイド溝８がバスバー４の第２端面部４Ｔまでは形成されておらず、間隔Ｗの位置決め部７７だけ残している。このように、第１ガイド溝７と第２ガイド溝８の軸方向ＣＬの長さを中空体２の軸方向ＣＬの長さよりも短くすることで、回路基板２０を第１ガイド溝７と第２ガイド溝８に沿って挿入する際に、中空体２に対する回路基板２０の軸方向ＣＬに関する位置決めと固定作業を容易にしかも確実に行うことができる。このような位置決め部７７を有する第１ガイド溝７と第２ガイド溝８を設定することは、すでに説明した各実施形態にも適用できる。
また、図３から図９に示す上述した本発明の各実施形態は、図１と図２に示す本発明の実施形態と同様の作用効果を発揮する。

ところで、本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形例を採用できる。また、各実施形態は、相互に組み合わせることができる。
例えば、ハーネス５０，５２は、それぞれバスバー４，３に対してネジ止めを用いて電気的にかつ機械的に接続されている。しかし、これに限らず、ハーネス５０，５２は、バスバー４，３に対して溶接により電気的にしかも機械的に接続することもできる。また、４つの電気接続パッド２３〜２６が回路基板２０に配置されているが、これに限らず回路基板２０には、各バスバー３，４に対して１つずつ以上であれば３つあるいは５つ以上必要に応じて配置することができる。

１ シャント抵抗装置
２ 中空体
３ バスバー（第１導電性部材）
４ バスバー（第２導電性部材）
５ シャント抵抗（シャント抵抗材ともいう）
６ 収容空間部
７ 第１ガイド溝
８ 第２ガイド溝
２０ 回路基板
２３〜２６ 電気接続パッド（電気接続部材の一例）
３０ 電圧降下検出素子
３１〜３６ 電子部品

Claims (8)

1. 電子部品を搭載している回路基板と、
   第１導電性部材と第２導電性部材と、前記第１導電性部材と前記第２導電性部材の間に配置されたシャント抵抗と、により形成され、内部に前記回路基板を挿入して保持するためのガイド溝を有する中空体と、
   を備えていることを特徴とするシャント抵抗装置。
2. 前記回路基板は、端部に、前記第１導電性部材と前記第２導電性部材の前記ガイド溝に電気的に接続される複数の電気接続部材を備えることを特徴とする請求項１に記載のシャント抵抗装置。
3. 前記第１導電性部材と前記第２導電性部材は、前記回路基板の前記電気接続部材に対応する部分に、前記電気接続部材と第１導電性部材又は前記第２導電性部材を電気的に接続するための導電性接続剤を注入するための貫通穴を備えていることを特徴とする請求項２に記載のシャント抵抗装置。
4. 前記中空体の前記ガイド溝は、前記回路基板の第１端部を挿入する第１ガイド溝と、前記回路基板の第２端部を挿入する第２ガイド溝であり、
   前記第１ガイド溝と前記第２ガイド溝は、前記中空体の内側において、前記第１導電性部材と前記シャント抵抗と前記第２導電性部材を配置している方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシャント抵抗装置。
5. 前記中空体の収容空間部は断面矩形状であることを特徴とする請求項３に記載のシャント抵抗装置。
6. 前記中空体は、断面Ｕ字型に形成され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装置。
7. 前記中空体の収容空間部は、断面円形形状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装置。
8. 前記回路基板には、前記シャント抵抗の電圧降下を検出する前記電子部品が搭載され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装置。

Images