JP6714974B2 - 電流検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、電流配線として用いながら精度の高い電流測定が可能な電流検出装置に関する。

バッテリの充放電電流の検出、電気自動車やハイブリッド自動車等を駆動するモータ電流の検出、エアコン等の電気機器や太陽電池等による発電設備等の電流の検出等において、シャント抵抗器を用いて、抵抗体への通電によって生じる電位差を計測することにより、電流が検出されている。

従来、シャント抵抗器とバスバーを接続する方法として、シャント抵抗器の電極部とバスバーに孔を形成しておき、この孔を介してボルトとナットで固定する方法が知られている。また、シャント抵抗器の電極部をボルト状に形成し、この電極部にナットを用いてバスバーを固定する方法が知られている（特許文献１参照）。

しかしながら、このようなバスバーとシャント抵抗器の接続方法では、接続部分が増えることになるため、接触抵抗による発熱の要因となり、また、接続信頼性の確保において問題がある。そこで、大電流を検出する用途に高い信頼性で使用できる電流検出装置が望まれていて、特許文献２には、長尺の第１端子および第２端子と、それら各端子の間に溶接固定されたシャント抵抗から構成されるバスバーが開示されている（図６など参照）。

再公表特許ＷＯ２０１１−６８２０５号公報 特開２００８−３９５７１号公報

しかしながら、シャント抵抗として構成されたバスバーは、他のバスバー等にボルトとナット等で接続固定される。その際、ボルトまたはナットが自由に動き、固定作業が煩雑になることがある。例えば、自動車のエンジンルーム等の狭い空間等において、ボルトまたはナットの一方を固定しつつ、他方を回転締着することは必ずしも容易でない。

本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、シャント抵抗として構成されたバスバーに、他の部材をネジ止め部材の回転締着により容易に接続固定できる電流検出装置を提供することを目的とする。

本発明の電流検出装置は、導電性の金属材からなる一対の配線部材と、これらの配線部材よりも抵抗温度係数の小さい金属材であって、配線部材と接合された抵抗体と、少なくともいずれかの配線部材に固定された、該配線部材とは別部材のネジ止め部材と、を備え、ネジ止め部材は、平坦部分と雌ネジ部と突出部を備えたナットであり、配線部材に孔部を備え、突出部を孔部内に浅く圧入することにより、ネジ止め部材の平坦部分は、孔部の周囲の配線部材の表面に当接しており、且つ、ネジ止め部材の突出部は、孔部の内周面に当接していて、一対の配線部材は、いずれか一方または双方に屈曲部を備え、配線部材の一面に前記ネジ止め部材が固定され、配線部材の他面にバスバーを配置し、これを挟んで他のネジ止め部材が前記ネジ止め部材に回転締着され、配線部材の抵抗体との接合面と、前記ネジ止め部材の固着部との中間に静止体への固定部を設けた、ことを特徴とする。

すなわち、バスバー状のシャント式電流検出装置であって、配線部材に、該配線部材とは別部材のネジ止め部材（ボルトまたはナット）の一方が固定された構造である。従って、配線部材の一面に一方のネジ止め部材を固定し、該配線部材の他面に配置した他の部材を挟み、他方のネジ止め部材を上記一方のネジ止め部材に回転締着する。これにより、一方のネジ止め部材の固定作業が不要となり、他方のネジ止め部材の回転締着作業のみで、配線部材の他面への他の部材の固定作業が容易に行える。特に、他方のネジ止め部材側のみからしか回転締着作業が行えない場合に有用である。

そして、ネジ止め部材が配線部材とは別部材なので、強度を有するネジ止め部材を選択できる。また、配線部材自体の加工が最低限で済む。また、バスバーの配線機能と、シャント式の電流検出機能を一体化したバスバー状の電流検出装置であるため、部品点数を少なくでき、接点数が少なく、高精度の電流検出が可能となる。

本発明の実施例１の電流検出装置の斜視図である。 図１におけるナット（一方のネジ止め部材）の組み付け構造を示す、左図は分解斜視図であり、右図は断面図である。 他の形状のナット（一方のネジ止め部材）の組み付け構造を示す、左図は分解斜視図であり、右図は断面図である。 実施例１の電流検出装置に他のバスバーを固定する分解斜視図である。 実施例２の電流検出装置の上面側の分解斜視図である。 実施例２の電流検出装置の下面側の斜視図である。 実施例３の電流検出装置の上面側の斜視図である。 実施例３の電流検出装置の下面側の斜視図である。 実施例４の電流検出装置に他のバスバーを固定する分解斜視図である。 実施例５の電流検出装置に他のバスバーを固定する分解斜視図である。 実施例６の電流検出装置の斜視図である。 図９Ａのボルト（一方のネジ止め部材）の組み付け構造を示す断面図である。 実施例６の電流検出装置に他のバスバーを固定する分解斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図１乃至図１０を参照して説明する。なお、各図中、同一または相当する部材または要素には、同一の符号を付して説明する。

図１は本発明の実施例１の電流検出装置１０を示す。この装置は、Ｃｕ、Ｃｕ系合金、Ａｌ等の高導電性の金属材からなる長尺の第１配線部材１１および第２配線部材１２と、これらの配線部材よりも抵抗温度係数の小さい金属材であって、第１配線部材および第２配線部材と接合された抵抗体１３とを備える。長尺の第１配線部材１１および第２配線部材１２は電流経路となるバスバーであり、抵抗体１３に接合する端子材でもある。第１配線部材１１と第２配線部材１２は、長さや形状が同一でもよく、また、異なっていてもよい。

抵抗体１３はＣｕ−Ｍｎ系、Ｃｕ−Ｎｉ系、Ｎｉ−Ｃｒ系等の抵抗温度係数がＣｕ等の金属材よりも格段に小さい抵抗合金材からなる金属材で構成されている。そして、抵抗体１３の両端面は配線部材１１の端面と配線部材１２の端面に、端面同士を突き合わせて溶接され、接合面が形成されている。溶接には、電子ビーム溶接、レーザービーム溶接、ろう接、等が用いられる。なお、抵抗体の端部と配線部材の端部を重ねて、圧接する等の構造でもよい。従って、この電流検出装置１０は全体としてバスバー状である。

抵抗体１３の両側の配線部材１１，１２には、抵抗体１３の近傍に電圧検出端子１４，１５が設けられている。配線部材１１，１２に流れる電流は、抵抗体１３を通過し、その両端の電位差が電圧検出端子１４，１５で検出される。従って、この電流検出装置１０の抵抗体１３とその周辺の構造により高い電流検出精度が得られる。

そして、配線部材１１，１２が電極（端子材）の機能を果たし、バスバーの機能とシャント抵抗の機能を一体にすることで、大電流が流れる接続部分が不要となり、部品点数を減らすことができ、バスバーに流れる電流を高精度且つ高信頼性で測定することが可能となる。なお、一対の配線部材１１，１２は、屈曲部Ｃを備えている。これにより、バスバーとしての配線配置の自由度が確保される。

抵抗体１３の両側の配線部材１１，１２の両端部には、少なくともいずれかの配線部材の一面に固定された、該配線部材とは別部材のネジ止め部材（ナット）１６を備える。ナット１６は雌ネジ部１６ａを備え、突出部分１６ｃが配線部材１１の孔部１１ｃに圧入されて固定されている（図２参照）。なお、配線部材１１の孔部１１ｃは突出部１６ｃよりもやや径が小さい。

従って、配線部材１１に孔部１１ｃを備え、ナット１６の平坦部分１６ｂは孔部１１ｃの周囲の配線部材１１の表面に当接している。そして、ナット１６の突出部１６ｃの外周面は孔部１１ａの内周面に当接している。これら当接面を溶接により固定してもよい。一般に配線部材１１，１２は柔らかい銅を用いているが、ナット１６の平坦部分（面）１６ｂが配線部材１１，１２の表面と当接する。このため、多少強く締め付けても配線部材１１，１２を破損させることがない。

図３はネジ止め部材（ナット）１６の変形例を示す。このナット１６Ａは外周が六角形の面１６ｄによって構成されている。このため、配線部材１１には、浅い六角形状の段部１１ｂとその中央に設けた円形の貫通孔１１ｃを備える。ナット１６Ａには、雌ネジ部１６ａを備え、六角形の面１６ｄが浅い六角形状の段部１１ｂに圧入されて固定されている。従って、ナット１６Ａの底面は貫通孔１１ｃの周囲の浅い段部１１ｂの表面に当接し、ナット１６Ａの側面である面１６ｄは浅い段部１１ｂの内周面に当接していて、これらの当接面を溶接により固定してもよい。

図４は実施例１のシャント式電流検出装置の端部を他のバスバーに接続固定する例を示す。配線部材１１の端部の貫通孔（不図示）と他の配線部材１８の端部の貫通孔１８ｃを位置合わせし、両孔にボルト１７を挿通し、その雄ネジ部１７ａをナット１６の雌ネジ部１６ａに回転締着（ネジ止め）する。

すなわち、配線部材１１，１２の一面に一方のネジ止め部材（ナット）１６が固定され、配線部材１１，１２の他面に他の配線部材１８，１９を配置して挟み、他方のネジ止め部材（ボルト）１７を上記一方のネジ止め部材（ナット）１６に回転締着する。ナット１６は配線部材１１，１２とは別部材であり、配線部材１１，１２に固定されているので、ナット１６の固定作業を要せず、ボルト１７のみをナット１６に回転締着することで、配線部材１８，１９を配線部材１１，１２に接続固定することができる。

従って、バスバー端部を他のバスバー等へ接続固定する作業が容易になる。すなわち、ボルトをナットに締着固定するに際して、どちらか一方を固定し、他方を回転締着するのが一般的であるが、電流検出装置１０においては、他の配線部材１８、１９を挟んで、ボルト１７の回転締着作業のみで、配線部材１１と１８および配線部材１２と１９の接続固定が可能となる。これは、例えばエンジンルーム等の狭い空間等において、ボルト側のみからしか回転締着作業が行えない場合に特に有用である。

また、ネジ止め部材が配線部材とは別部材なので、強度を有するネジ止め部材を選択できる。また、配線部材自体の加工が最低限で済む。そして、バスバーの配線機能と、シャント式の電流検出機能を一体化したバスバー状の電流検出装置に適用するので、部品点数を少なくでき、また、接続点数が少なく、高精度な電流検出が可能となる。

図５Ａ−５Ｂは実施例２の電流検出装置１０Ａを示し、電圧検出端子１４Ａ，１４Ｂの配線部材１１，１２への固定に、別部材のネジ止め部材の一方（ナット）１６を固定した配線部材１１，１２を用い、別部材のボルト１７で締着固定した例である。すなわち、配線部材１１には孔部１１ｃに位置合わせしたナット１６が溶接等により固定されている。

そして、電圧検出端子１４Ａ，１４Ｂには扁平な接続部１４ａを備え、該接続部には貫通孔１４ｃを備える。そして、電圧検出端子の貫通孔１４ｃを配線部材の孔部１１ｃに位置合わせし、ボルト１７の雄ネジ部１７ａを挿入し、ナット１６の雌ネジ部１６ａに回転締着（ネジ止め）する。従って、ナット１６の固定作業は不要で、ボルト１７の回転締着作業のみで、電圧検出端子１４Ａ，１４Ｂの配線部材１１，１２への接続固定が可能となる。特に、ボルト側のみからしか回転締着作業が行えない場合に有用である。

図６Ａ−６Ｂは実施例３の電流検出装置１０Ｂを示し、配線部材１１，１２に設けた電圧検出端子１４，１５に接続する回路基板２０を固定する例である。この実施例においても、配線部材１１，１２には図示しない貫通孔を備え、該貫通孔に位置合わせして固定したネジ止め部材（ナット）１６を、配線部材１１，１２の下面側に備える。

配線部材の上面側には、図示しない貫通孔を備えた回路基板２０が配置され、ボルト１７が該貫通孔および配線部材の貫通孔を挿通し、ナット１６に回転締着（ネジ止め）する。回路基板２０には、配線パターンが形成され、増幅回路、マイコン、信号出力端子、等が搭載される（図示省略）。これにより、電圧検出端子１４，１５に接続した配線パターンから取り出された検出電圧信号が増幅され、図示しない電圧検出装置に送出される。

この装置においても、ナット１６の固定作業は不要で、ボルト１７の回転締着作業のみで、電圧検出端子１４，１５に接続する回路基板２０を配線部材１１，１２に容易に固定できる。

図７は実施例４の電流検出装置１０Ｃに他のバスバー１８，１９を接続固定する例を示す。この実施例でも、配線部材１１，１２の一面（本例では電圧検出端子１４，１５と反対側の面）にナット１６が固定され、配線部材１１、１２の他面に他のバスバー１８，１９を配置して挟み、それぞれの貫通孔（例えば配線部材１８の貫通孔１８ｃ）に挿通してボルト１７をナット１６に回転締着し、他のバスバー１８，１９を接続固定することは上記実施例と同様である。

しかし、シャント抵抗として構成されたバスバーを、他のバスバー等に接続固定するときに、ネジ止め部材の回転締着によって、シャント抵抗として構成されたバスバーに回転力が作用し、これによって端子材と抵抗体との接合面に応力が加わり、電流検出に誤差が生じるおそれがある。

また、シャント抵抗として構成されたバスバーは長尺であるため、例えば、エンジンその他の振動によって、シャント抵抗として構成されたバスバーに振動が生じると、抵抗体は端子材に接合されているので、その界面に振動による応力が印加され、電流検出に誤差が生じるおそれがある。

そこで、この実施例では、配線部材１１，１２に固定したナット２１と配線部材１１，１２の貫通孔および配線部材１８，１９の貫通孔に挿通して、配線部材１１、１２および１８、１９を挟み、ボルト２２をナット２１に回転締着した位置決め部を備える。

この回転締着を先に行うことで、ボルト１７の回転締着に際して、一方の配線部材１１，１２に対する他方の配線部材１８，１９の相対的な回転が阻止され、配線部材１１，１２と１８，１９を正確に位置合わせし、同一位置に両者を配置して、接続して固定することができる。これにより、抵抗体１３と配線部材１１，１２の接合界面に応力が印加されることを防止でき、電流検出精度の劣化を防止できる。

さらに、この実施例では、ボルト２３で配線部材１２を固定部２４に固定している。配線部材１１，１２はバスバー状で長尺である。従って、例えばエンジンルーム等に配置すると、エンジンの振動によりバスバー状の電流検出装置に振動が生じる場合がある。そうすると、抵抗体１３と配線部材１１，１２の界面に振動が加わり、電流検出精度の劣化が生じる可能性がある。そこで、長尺の配線部材１１，１２の中間に静止体への固定部２４を設けることで、振動が抵抗体１３と配線部材１１，１２の界面に印加されることを防止でき、電流検出精度の劣化を防止できる。

図８は実施例５の電流検出装置１０Ｄを示す。この実施例は、上述の振動防止のための固定部の変形例である。すなわち、配線部材１１に固定したナット２５に、配線部材１１および固定板材２７を挟んでボルト２６を回転締着することで、配線部材１１の中間部分を静止体である固定板材２７に固定した例である。

この例においても、バスバー状の電流検出装置１０Ｄに生じる振動を抑制でき、高精度の電流検出を行える。配線部材１１の一面に一方のネジ止め部材１６，２１が固定され、配線部材１１の他面に他の配線部材１８を配置して挟み、他方のネジ止め部材１７，２２を上記一方のネジ止め部材１６，２１に回転締着することは上記実施例と同様である。

図９Ａと図９Ｂは実施例６の電流検出装置１０Ｅを示し、図１０はその端部を他方のネジ止め部材（ナット）により他のバスバー１８，１９に接続固定する例である。上述のボルト１７とナット１６からなるネジ止め部材は、すべてナット１６を配線部材１１，１２に固定したものであった。しかし、実施例６に示すように、ボルト１７を配線部材１１，１２に固定し、他のバスバー１８，１９を配置して挟み、ナット１６の回転締着（ネジ止め）により、他のバスバー１８，１９を固定するようにしてもよい。

図９Ｂに示すように、ボルト１７は雄ネジ部１７ａを備え、ナット１６の雌ネジ部１６ａ（不図示）が雄ネジ部１７ａに回転締着する。そして、ボルト１７は突出部１７ｃを備え、配線部材１１，１２に設けた孔部に嵌着し、ボルト１７の外周面が配線部材１１，１２に設けた孔部の内周面に当接する。また、ボルトの平坦面１７ｂは配線部材１１，１２に設けた孔部の周囲の表面に当接し、これらの当接面を溶接により固定してもよい。

従って、この実施例の電流検出装置１０Ｅにおいては、配線部材１１，１２の一面に一方のネジ止め部材（ボルト）１７が固定され、配線部材１１，１２の他面に他の配線部材１８，１９を配置して挟み、他方のネジ止め部材（ナット）１６を上記一方のネジ止め部材（ボルト）１７に回転締着する。これにより、バスバー（配線部材１１，１２）端部を他のバスバー（配線部材１８，１９）端部等へ接続固定する作業が容易になることは上記各実施例と同様である。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

本発明は、バスバー状のシャント式電流検出装置に好適に利用可能である。

Claims (1)

1. 導電性の金属材からなる一対の配線部材と、
   これらの配線部材よりも抵抗温度係数の小さい金属材であって、配線部材と接合された抵抗体と、
   少なくともいずれかの配線部材に固定された、該配線部材とは別部材のネジ止め部材と、を備え、
   ネジ止め部材は、平坦部分と雌ネジ部と突出部を備えたナットであり、
   配線部材に孔部を備え、突出部を孔部内に浅く圧入することにより、ネジ止め部材の平坦部分は、孔部の周囲の配線部材の表面に当接しており、且つ、ネジ止め部材の突出部は、孔部の内周面に当接していて、
   一対の配線部材は、いずれか一方または双方に屈曲部を備え、
   配線部材の一面に前記ネジ止め部材が固定され、配線部材の他面にバスバーを配置し、これを挟んで他のネジ止め部材が前記ネジ止め部材に回転締着され、
   配線部材の抵抗体との接合面と、前記ネジ止め部材の固着部との中間に静止体への固定部を設けた、シャント式電流検出装置。

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