JP2009098079A - Shunt resistor, current monitor, and current monitoring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電流計測用に用いられるシャント抵抗器に係る技術に関する。 The present invention relates to a technique related to a shunt resistor used for current measurement.
従来より、比較的大きな電流が流れる回路の電流計測用に用いられる高精度な抵抗器としてシャント抵抗器が知られている。一般に、シャント抵抗器は、計測対象となる回路に挿入されて利用され、一対のセンシング用端子間の電圧と、そのセンシング用端子間の抵抗値とに基づいて、シャント抵抗に流れる電流、すなわち、回路に流れる電流が導出されるようになっている。図１は、第１の従来技術に係るシャント抵抗器１の斜視図およびシャント抵抗器１の等価回路図である。図１（ａ）は、斜視図であり、図１（ｂ）は、等価回路図である。第１の従来技術に係るシャント抵抗器１は、シャント抵抗器１を流れる電流の入出力に用いられる一対の電流用端子２を有している。この電流用端子２は、シャント抵抗器１に流れる電流の電流値を測定するためのセンシング用にも共用される。すなわち、シャント抵抗器１では、電流用端子とセンシング用端子とが共通化されている。
Conventionally, a shunt resistor is known as a highly accurate resistor used for current measurement of a circuit through which a relatively large current flows. In general, a shunt resistor is used by being inserted into a circuit to be measured, and based on a voltage between a pair of sensing terminals and a resistance value between the sensing terminals, a current flowing through the shunt resistor, that is, The current flowing through the circuit is derived. FIG. 1 is a perspective view of a
図２は、第２の従来技術に係るシャント抵抗器である四端子シャント抵抗器３の斜視図および等価回路図である。図２（ａ）は、斜視図であり、図２（ｂ）は、等価回路図である。四端子シャント抵抗３は、電流の通電方向における両端が、電流の通電方向に切り込まれたスリットによって２分割され、二対の脚部を有する形状に一体成形される。二対の脚部のうち一対の脚部を測定対象電流の入口および出口用端子４となし、他の一対の脚部を高入力インピーダンスの電流測定回路に印加する電流検出信号の取出し部５となす（たとえば特許文献１参照）。
FIG. 2 is a perspective view and an equivalent circuit diagram of a four-
上記第１および第２の従来技術に係るシャント抵抗器においては、電流計測用に用いる抵抗値は１つのみであり、回路を流れる様々な電流値に対して汎用的に利用できなかった。異なる抵抗値を実現する抵抗器としては可変抵抗器が周知であるが、可変抵抗器は稼動する接点を有していることから抵抗値の決定精度が低くなるため、高精度な抵抗値が要求されるシャント抵抗器の代替品として用いることはできない。 In the shunt resistors according to the first and second prior arts, only one resistance value is used for current measurement, and cannot be used for various current values flowing through the circuit. Variable resistors are well known as resistors that realize different resistance values. However, since variable resistors have contacts that operate, the accuracy of determining resistance values is low, so high-precision resistance values are required. It cannot be used as a substitute for a shunt resistor.
本発明の目的は、複数の抵抗値を利用可能な汎用性の高いシャント抵抗器を実現する技術を提供することである。 An object of the present invention is to provide a technique for realizing a highly versatile shunt resistor that can use a plurality of resistance values.
本発明に従えば、シャント抵抗器は、電流を入出力するための一対の電流用端子と、前記一対の電流用端子間に接続され、予め抵抗値が設定される抵抗部と、前記抵抗部の、該抵抗部を流れる電流の向きに沿って互いに離れて形成される３つ以上の所定部分にそれぞれ接続され、自身が接続された前記所定部分の電位を出力する３つ以上のセンシング用端子とを含んで構成される。 According to the present invention, the shunt resistor includes a pair of current terminals for inputting and outputting a current, a resistance unit connected between the pair of current terminals and having a resistance value set in advance, and the resistance unit The three or more sensing terminals that are connected to three or more predetermined portions formed apart from each other along the direction of the current flowing through the resistance portion and output the potential of the predetermined portion to which they are connected. It is comprised including.
本発明によれば、シャント抵抗器が備える３つ以上のセンシング用端子のうちから任意に選択される２つのセンシング用端子を、実際の計測に用いる一対のセンシング用端子として利用することで、一つのシャント抵抗器の抵抗値として複数の抵抗値を利用することができる。これによって、汎用性の高いシャント抵抗器を提供することができる。 According to the present invention, two sensing terminals arbitrarily selected from three or more sensing terminals included in the shunt resistor are used as a pair of sensing terminals used for actual measurement. A plurality of resistance values can be used as the resistance value of one shunt resistor. Thereby, a highly versatile shunt resistor can be provided.
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。以下の説明においては、各形態に先行する形態ですでに説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。 Hereinafter, a plurality of embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, parts corresponding to matters already described in the forms preceding each form may be denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions may be omitted. When only a part of the configuration is described, the other parts of the configuration are the same as those described in the preceding section. Not only the combination of the parts specifically described in each embodiment, but also the embodiments can be partially combined as long as the combination does not hinder.
＜第１実施形態＞
図３は、本発明の第１実施形態に係るシャント抵抗器３０の斜視図である。図４は、本発明の第１実施形態に係るシャント抵抗器３０１の等価回路図である。図５は、本発明の第１実施形態に係る電流監視装置３１の構成を表すブロック図である。第１実施形態に係るシャント抵抗器３０１は、回路３２に含まれ、電気を導通し、回路３２の予め定める部位の電流を測定するための電気部品である。予め定める部位とは、回路３２においてシャント抵抗器３０１が設置される部位であり、測定される電流値は、シャント抵抗器３０１を流れる電流の電流値である。
<First Embodiment>
FIG. 3 is a perspective view of the shunt resistor 30 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the
シャント抵抗器３０１は、一対の電流用端子３３と、抵抗部３４と、４つのセンシング用端子３６とを含んで構成される。電流用端子３３は、シャント抵抗器３０１を流れる電流の入出力に用いられる端子である。抵抗部３４は、前記一対の電流用端子３３に接続され、予め抵抗値が設定される。センシング用端子３６は、電流用端子３３間の前記抵抗部３４の、電流用端子３３間の抵抗部３４を流れる電流の向きに沿って互いに離れて形成される４つの所定部分に接続され、自身が接続された所定部分の電位を出力する端子であり、一対の電流用端子３３とは別に独立して設けられる。センシング用端子３６が接続される、抵抗部３４の所定部分を「接続部分」と称する。シャント抵抗器３０１の４つのセンシング用端子３６は、電流監視装置３１の電圧測定部４８に対し、導通可能に接続される。これにより、電圧測定部４８は、複数の区間部分の電圧を測定可能である。区間部分は、前記接続部分３８に挟まれて抵抗部３４の一部として形成される部分である。
The
第１実施形態において、シャント抵抗器３０１を含む回路３２は、負荷としてのモータ５２を含んで構成される回路である。また、電流監視装置３１は、負荷としてのモータ５２の駆動電流を監視する装置であり、たとえば自動車などの車両に搭載される電子制御ユニット（ＥＣＵ）として構成される。電流監視装置３１がＥＣＵとして構成される場合、モータ５２としてはたとえば電動パワーステアリング（ＥＰＳ）用のアシストモータなどである。図５において図示した構成のうち、モータ５２以外の部分が電流監視装置３１に相当する。
In the first embodiment, the
まず、図３および図４を主に参照して、シャント抵抗器３０１の構成を説明する。抵抗部３４は、離反平板部５４と、２つの立脚部５６とを含んで構成される。離反平板部５４は、シャント抵抗器３０１が基板に実装された状態で基板から離れて設置される平板状の部分である。離反平板部５４は、離反平板部５４の厚み方向に見て長方形に形成され、基板に実装された状態でシャント抵抗器３０１に電流が発生するときには、離反平板部５４の長辺に平行な方向に電流が流れる。離反平板部５４に発生する電流の方向を、単に「電流方向」と称する。離反平板部５４が基板に実装された状態において、離反平板部５４の厚み方向と基板の厚み方向とは、ほぼ一致する。換言すれば、シャント抵抗器３０１が基板に実装された状態において、離反平板部５４は、シャント抵抗器３０１が実装される基板の表面にほぼ平行である。離反平板部５４に垂直な方向、すなわち離反平板部５４の厚み方向を「垂直方向」と称する。
First, the configuration of the
離反平板部５４の電流方向Ｘ両方の端部からは、垂直方向一方Ｚ１に突出して立脚部５６が形成される。１つのシャント抵抗器３０１に立脚部５６は、２つ形成され、各立脚部５６は、平板状の部分として形成される。各立脚部５６は、垂直方向Ｚを一辺とする長方形または正方形に形成され、各立脚部５６の厚み方向は、電流方向Ｘに一致する。各立脚部５６を流れる電流の方向は、垂直方向Ｚに一致する。
From both ends in the current direction X of the separation
電流用端子３３は、立脚部５６の垂直方向一方Ｚ１の端部から、電流方向Ｘに平行に突出して形成される。離反平板部５４の電流方向一方Ｘ１の端部に接続される立脚部５６に接続して設けられる電流用端子３３は、立脚部５６から電流方向一方Ｘ１に突出して形成される。離反平板部５４の電流方向他方Ｘ２の端部に接続される立脚部５６に接続して設けられる電流用端子３３は、立脚部５６から電流方向他方Ｘ２に突出して形成される。電流用端子３３は、２つ形成され、平板状の部分として形成される。各電流用端子３３は、電流方向Ｘおよび垂直方向Ｚに延びる辺を有する長方形または正方形に形成され、各電流用端子３３の厚み方向は、垂直方向Ｚに一致する。電流用端子３３は、半田によって基板上に接続して実装される。
The
離反平板部５４と、各立脚部５６とは、電流方向Ｘおよび垂直方向Ｚに直交する方向に同一の幅寸法に形成される。各電流用端子３３の幅寸法は、離反平板部５４および各立脚部５６の幅寸法の半分よりも小さい幅寸法として形成され、電流の最も上流側のセンシング用端子３６および電流の最も下流側のセンシング用端子３６の幅寸法と同一に形成される。電流方向Ｘおよび垂直方向Ｚに直交する方向を「幅方向」と称する。離反平板部５４の垂直方向Ｚの厚みと、立脚部５６の電流方向Ｘの厚みと、電流用端子３３の垂直方向Ｚの厚みとは、同一の厚みに形成される。離反平板部５４の電流方向両端部と、立脚部５６との接合部分は、曲面状に形成され、離反平板部５４の厚み方向と立脚部５６の厚み方向とが滑らかに変化する。これによって、離反平板部５４の厚み方向と立脚部５６の厚みが、その接合部において変化することを防止する。
The separation
センシング用端子３６は、抵抗部３４の一部分に接続される端子であり、抵抗部３４の少なくとも一部の電圧降下量を測定する電圧測定部４８の端子と、導通可能に接続される。センシング用端子３６と抵抗部３４との接続部分を、単に「接続部分」と称する。接続部分３８は離反平板部５４および立脚部５６のいずれに形成されてもよい。
The
第１実施形態において、離反平板部５４を流れる電流は、電流方向一方Ｘ１から電流方向他方Ｘ２に流れるものとする。シャント抵抗器３０１を流れる電流は、離反平板部５４の電流方向一方Ｘ１の電流用端子３３から、離反平板部５４の電流方向一方Ｘ１の立脚部５６を通り、離反平板部５４の電流方向一方Ｘ１の端部、離反平板部５４の電流方向他方Ｘ２の端部、離反平板部５４の電流方向他方Ｘ２の立脚部５６、離反平板部５４の電流方向他方Ｘ２の電流用端子３３を、この順序で通る。電流用端子３３は、離反平板部５４よりも垂直方向一方Ｚ１に形成され、シャント抵抗器３０１は、電流用端子３３が基板の表面に接触し、離反平板部５４が基板の表面から離反する姿勢で、基板に設置される。
In the first embodiment, it is assumed that the current flowing through the separation
垂直方向他方Ｚ２から垂直方向一方Ｚ１を見て、電流方向一方Ｘ１を１２時方向としたとき、３時方向を「幅方向一方」Ｙ１と称する。換言すれば、幅方向Ｙに軸線を有する仮想的な右ねじの雄ねじの垂直方向一方Ｚ１の側端部を、軸線を中心に回転させて、電流方向一方Ｘ１に向けたとき、前記仮想的な右ねじの雄ねじが進む方向を「幅方向一方」Ｙ１と称する。 When viewing the vertical direction one Z1 from the other vertical direction Z2, and assuming that the current direction one X1 is the 12 o'clock direction, the 3 o'clock direction is referred to as “width direction one” Y1. In other words, when the side end portion of the vertical one Z1 of the virtual right-handed male screw having an axis in the width direction Y is rotated around the axis and directed in the current direction X1, the virtual The direction in which the right-hand male screw advances is referred to as “one in the width direction” Y1.
第１実施形態においてセンシング用端子３６は４つ形成され、センシング用端子３６に接続される抵抗部３４の接続部分３８は４つ形成される。抵抗部３４に形成される接続部分３８のうち、シャント抵抗器３０１を流れる電流の上流側に位置する接続部分３８を「第１接続部分」６１と称し、第１接続部分の次に電流の上流側に位置する接続部分３８を「第２接続部分」６２と称する。第２接続部分の次に電流の上流側に位置する接続部分３８を「第３接続部分」６３と称し、最も電流の下流側に位置する接続部分３８を「第４接続部分」６４と称する。
In the first embodiment, four
第１接続部分６１〜第４接続部分６４の、電流の向きに沿った位置はそれぞれ互いに異なる。したがって、第１接続部分６１から第２接続部分６２までの電圧降下量と、第１接続部分６１から第３接続部分６３までの電圧降下量と、第１接続部分６１から第３接続部分６３までの電圧降下量とは、それぞれ互いに異なる。２つの接続部分３８間の「電圧降下量」は、２つの接続部分３８間の「電位差」であり、２つの接続部分３８間の「電圧」と称することもある。第１接続部分６１に接続されるセンシング用端子３６を、「第１センシング用端子」６７と称し、第２接続部分６２に接続されるセンシング用端子３６を、「第２センシング用端子」６８と称する。第３接続部分６３に接続されるセンシング用端子３６を、「第３センシング用端子」６９と称し、第４接続部分６４に接続されるセンシング用端子３６を、「第４センシング用端子」７０と称する。
The positions of the
第１接続部分６１は、抵抗部３４の最も電流の上流側端部に形成され、電流用端子３３に直接接続されることはなく、第１センシング用端子６７は、電流の上流側の電流用端子３３の幅方向一方Ｙ１に形成される。第２接続部分６２は、離反平板部５４の幅方向一方Ｙ１の端部の一部として形成され、第２センシング用端子６８は、離反平板部５４から幅方向一方Ｙ１に突出して設けられる。第３接続部分６３は、離反平板部５４の幅方向他方Ｙ２の端部の一部として形成され、第３センシング用端子６９は、離反平板部５４から幅方向他方Ｙ２に突出して設けられる。第４接続部分６４は、抵抗部３４の最も電流の下流側端部に形成され、電流用端子３３に直接接続されることはなく、第４センシング用端子７０は、電流の下流側の電流用端子３３の幅方向一方Ｙ１に形成される。
The
第１センシング用端子６７〜第４センシング用端子７０は、図５に示す選択手段４４の４つの端子にそれぞれ接続される。選択手段４４は、第１センシング用端子６７〜第４センシング用端子７０のうちの２つのセンシング用端子３６を選択して、増幅手段７４に電気的に接続する。換言すれば、選択手段４４は、複数の区間部分のうち、１つの区間部分を選択し、選択した区間部分の電流の向きに沿う方向の両端の電圧を出力する。選択手段４４は、選択手段４４を駆動する電源に接続され、この電源から供給される電力によって駆動される。
The
増幅手段７４には、選択手段４４が選択した２つのセンシング用端子３６の電位が入力され、増幅手段７４は、２つのセンシング用端子３６の電位差を増幅して出力する。増幅手段７４は、基準電位に保たれる基準電位部７５に接続され、２つのセンシング用端子３６間の電位差を、基準電位との電位差として電圧測定部４８に対して出力する。増幅手段７４が選択手段４４から出力される電位差を増幅する増幅率は、予め定められる。増幅手段７４は、増幅手段７４を駆動する電源に接続され、この電源から供給される電力によって駆動される。基準電位部７５は、接地されている部分であってもよいし、回路３２を含む筐体に電気的に接続される部分であってもよい。
The amplifying means 74 receives the potentials of the two
具体的には、増幅手段７４は、２つのセンシング用端子３６間の電位差を、測定部３９内の電圧測定部４８に対して出力する。電圧測定部４８の内部のインピーダンスは、抵抗部３４のインピーダンスに比べて大きく設定され、センシング用端子３６を介して電圧測定部４８を流れる電流の電流値は、抵抗部３４を流れる電流の電流値に比べて無視できるほど小さい。
Specifically, the amplifying
第１接続部分６１と第２接続部分６２との間に位置する抵抗部３４の区間部分を「第１区間部分」７６と称し、第１接続部分６１と第３接続部分６３との間に位置する抵抗部３４の区間部分を「第２区間部分」７７と称し、第１接続部分６１と第４接続部分６４との間に位置する抵抗部３４の区間部分を「第３区間部分」７８と称する。電圧測定部４８は、選択手段４４に接続される４つのセンシング用端子３６のうち、増幅手段７４を介して入力されたいずれか２つのセンシング用端子３６間の電圧を測定することによって、第１区間部分７６〜第３区間部分７８の電圧を測定可能である。選択手段４４の設定が切換えられることによって、電圧測定部４８は、第１区間部分７６〜第３区間部分７８のいずれか１つの区間部分の電圧を測定する。
A section portion of the
シャント抵抗器３０１に電流が発生している状態において、センシング用端子３６を流れる電流を無視することができるので、電圧測定部４８が第１センシング用端子６７と第２センシング用端子６８との間の電位差を、増幅手段７４を介して測定することによって、電圧測定部４８は、第１区間部分７６の電位差Ｖ１を測定することができる。電圧測定部４８が第１センシング用端子６７と第３センシング用端子６９との間の電位差を、増幅手段７４を介して測定することによって、電圧測定部４８は、第２区間部分７７の電位差Ｖ２を測定することができる。電圧測定部４８が第１センシング用端子６７と第４センシング用端子７０との間の電位差を、増幅手段７４を介して測定することによって、電圧測定部４８は、第３区間部分７８の電位差Ｖ３を測定することができる。
Since the current flowing through the
センシング用端子３６のうちの少なくとも１つは、抵抗部３４の幅方向一方Ｙ１の端部または幅方向他方Ｙ２の端部に形成される接続部分３８から、幅方向Ｙに突出して形成される。抵抗部３４の幅方向一方Ｙ１の接続部分３８に接続されるセンシング用端子３６は、抵抗部３４から幅方向一方Ｙ１に突出して形成され、抵抗部３４の幅方向他方Ｙ２の接続部分３８に接続されるセンシング用端子３６は、抵抗部３４から幅方向他方Ｙ２に突出して形成される。幅方向一方Ｙ１に突出するセンシング用端子３６、すなわち、第２センシング用端子６８のうち、接続部分３８に接続される基端部８１は、まず幅方向一方Ｙ１に延び、電圧測定部４８の端子側の先端部８２に向かうにつれて曲がり、垂直方向一方Ｚ１に延び、先端部８２に向かうにつれて再び曲がり、先端部８２は、幅方向一方Ｙ１に延びて形成される。幅方向他方Ｙ２に突出するセンシング用端子３６、すなわち、第３センシング用端子６９のうち、接続部分３８に接続される基端部８１は、まず幅方向他方Ｙ２に延び、電圧測定部４８の端子側の先端部８２に向かうにつれて曲がり、垂直方向一方Ｚ１に延び、先端部８２に向かうにつれて再び曲がり、先端部８２は、幅方向他方Ｙ２に延びて形成される。
At least one of the
第１センシング用端子６７と第４センシング用端子７０とは、電流用端子３３の幅方向一方Ｙ１に隣接して、電流用端子３３と同様の形状として形成される。第１センシング用端子６７とその幅方向他方Ｙ２に隣接する電流用端子３３とを含む幅方向Ｙの幅寸法は、立脚部５６および離反平板部５４の幅方向Ｙの幅寸法と同一に形成される。第２センシング用端子６８および第３センシング用端子６９の先端部８２は、垂直方向Ｚに関して、電流用端子３３、第１センシング用端子６７および第４センシング用端子７０と同じ位置に形成される。したがって、２つの電流用端子３３の垂直方向一方Ｚ１の端面と４つのセンシング用端子３６の垂直方向一方Ｚ１の端面とは、面一状に形成される。換言すれば、一対の電流用端子３３および４つのセンシング用端子３６それぞれの所定方向Ｚの一方端（垂直方向一方Ｚ１側の端）となる部分は、その所定方向Ｚに直交する同一面（ＸＹ平面）に沿って延びるように形成されることになる。ここにおける同一面は、シャント抵抗器３０１が実装される基板の表面が想定される。つまり、シャント抵抗器３０１を基板に配置すると、一対の電流用端子３３および４つのセンシング用端子３６の全てが基板の表面に沿って延びた状態で接触する。ここで、一対の電流用端子３３および各センシング用端子３６について、基板の表面に接触する部分に注目する。一対の電流用端子３３、第１，第４センシング用端子６７，７０については、その略全体が電流方向Ｘに沿って延びて基板の表面に接触する。一方、第２，第３センシング用端子６８，６９については、その先端部８２が、幅方向Ｙに沿って延びた状態で基板表面に接触することになる。したがって、一対の電流用端子３３および４つのセンシング用端子３６を含む複数の端子のうちの一部と、他の一部とで、同一面に沿う部分（基板表面に沿う部分）が延びる方向が異なる（第１実施形態では直交する）ことになる。
The
センシング用端子３６に印加される電圧は、基端部８１から先端部８２に向けて電位勾配が形成される。センシング用端子３６の各部分において、基端部８１から先端部８２に向かう向きに垂直なセンシング用端子３６の断面形状は、離反平板部５４の厚みを一辺の長さとする正方形である。但し、他の実施形態において基端部から先端部に向かう向きに垂直なセンシング用端子の断面形状は、長方形であってもよく、または円形であってもよい。センシング用端子３６の垂直方向他方Ｚ２の端部は、基端部８１の垂直方向他方Ｚ２の端部であって、離反平板部５４と面一状に形成される。
The voltage applied to the
抵抗部３４、電流用端子３３およびセンシング用端子３６は、いずれも均一な、同一の材質から成り、１つの部材として一体に成形される。抵抗部３４、電流用端子３３およびセンシング用端子３６の材質は、たとえば、銅およそ８４％、マンガンおよそ１２％およびニッケルおよそ４％を含む「マンガニン」と称される合金である。本発明において、抵抗部３４、電流用端子３３およびセンシング用端子３６の材質については、規定しないけれども、マンガニンは、銅などの材質に比べて抵抗の温度依存性が小さいので、抵抗部３４、電流用端子３３およびセンシング用端子３６の材質として好ましい。
The
抵抗部３４の電流方向Ｘの長さは、たとえば１センチメートル（centimeters, 略号「ｃｍ」）以上５ｃｍ以下であることが好ましい場合が多く、そのうちでも、たとえば２ｃｍ程度であることが好ましい場合が多いけれども、抵抗部３４の電流方向Ｘの長さについては、基板に実装して使用するときの条件に応じた値に設定されるべきであって、特定の値の範囲としては、規定しない。離反平板部５４、立脚部５６および電流用端子３３の厚みは、たとえば０．５ミリメートル（millimeters, 略号「ｍｍ」）以上１ｍｍ以下であることが好ましい場合が多いけれども、離反平板部５４、立脚部５６および電流用端子３３の厚みについては、基板に実装して使用するときの条件に応じた値に設定されるべきであって、特定の値の範囲としては、規定しない。抵抗部３４が有する抵抗の抵抗値としては、たとえば３ミリオーム（milliohm, 略号「ｍΩ」）程度であることが好ましい場合が多いけれども、抵抗部３４が有する抵抗の抵抗値としては、基板に実装して使用するときの条件に応じた値に設定されるべきであって、特定の値の範囲としては、規定しない。
The length of the
シャント抵抗器３０１に電流が発生している状態において、抵抗部３４の各部分は、電流の向きに垂直な方向に位置が異なっても同じ電位を有する。一般に、抵抗器における抵抗値は、流れる電流の向きに沿う長さに比例し、電流の向きに垂直な断面積に反比例する。第１実施形態に係るシャント抵抗器３０１においては、抵抗部３４の材質は均一であり、抵抗部３４の電流の向きに垂直な断面積は、電流の向きに位置が異なっても同じである。このため、シャント抵抗器３０１に一定の電流値の電流が発生している状態において、区間部分の電位降下量は、区間部分の電流の向きに沿う長さに比例する。
In a state where a current is generated in the
シャント抵抗器３０１に一定の電流が発生しているときの、シャント抵抗器３０１の電流の電流値をＩとし、複数のうちの１つの区間部分の抵抗の抵抗値をＲとし、この区間部分の電圧をＶとすると、
Ｖ＝ＩＲ …（１）
式（１）に示される関係が成立つ。Ｉ、ＲおよびＶは、いずれもスカラー量である。
When a constant current is generated in the
V = IR (1)
The relationship shown in Formula (1) is established. I, R, and V are all scalar quantities.
シャント抵抗器３０１を設計するときには、区間部分の抵抗の抵抗値として、適切な値を予め定め、シャント抵抗器３０１の材質、幅方向Ｙの長さ、電流の向きに沿う長さを決める。各区間部分の電流方向Ｘに沿う長さも計算によって算出できるけれども、第１センシング用端子６７を設置し、第２接続部分６２の位置を決めるときには、導通試験器のプローブを抵抗部３４の一部に接触させながら抵抗値を測定し、予め定める抵抗値が示されるときの導通試験器のプローブの接触位置を第２接続部分６２と決める。第３接続部分６３および第４接続部分６４の位置の決定においても同様の測定を行い、その結果に応じて決定することが好ましい。
When designing the
第１実施形態によれば、シャント抵抗器３０１は、一対の電流用端子３３と、電流用端子３３間を接続する抵抗部３４と、電流用端子３３間の前記抵抗部３４の、電流の向きにそって互いに離れて形成される４つの接続部分３８に接続される４つのセンシング用端子３６とを含んで構成される。したがって、シャント抵抗器３０１が備える４つのセンシング用端子３６のうちから任意に選択される２つのセンシング用端子３６を、実際の計測に用いる一対のセンシング用端子として利用することで、一つのシャント抵抗器３０１の抵抗値として複数の抵抗値を利用することができる。たとえば、抵抗部３４のうち一方の電流用端子３３に最も近い接続部分３８から、他の接続部分３８までの部分（たとえば第１区間部分７６）の抵抗の抵抗値と、一方の電流用端子３３に最も近い接続部分３８から、さらに他の接続部分３８までの部分（たとえば第２区間部分７７）の抵抗の抵抗値とは、互いに異なる。したがって、シャント抵抗器３０１に電流が生じている場合、一方の電流用端子３３から１つの接続部分３８までの部分（たとえば第１区間部分７６）にかかる電圧と、一方の電流用端子３３から他の接続部分３８までの部分（たとえば第２区間部分７７）にかかる電圧とは、互いに異なる。したがって、測定する範囲の抵抗の抵抗値として、複数の抵抗値を利用することができる。
According to the first embodiment, the
一般に、電気回路および電子回路においてシャント抵抗器を用いる場合、測定対象となる部分（シャント抵抗器が設置される部分）の設計電流値に応じてシャント抵抗器の抵抗値が決定される。たとえば、設計電流値が大きく設定される場合には比較的小さい抵抗値を有するシャント抵抗器が設置され、設計電流値が小さく設定される場合には比較的大きい抵抗値を有するシャント抵抗器が設置される。逆に、設計電流値が小さく設定される場合には比較的小さい抵抗値を有するシャント抵抗器が設置され、設計電流値が大きく設定される場合には比較的大きい抵抗値を有するシャント抵抗器が設置される場合もある。第１実施形態に係るシャント抵抗器３０１においては、センシングに用いる抵抗値として複数の抵抗値を利用することができるので、様々な電流値に対応可能な汎用性の高いシャント抵抗器３０１を提供することができる。
In general, when a shunt resistor is used in an electric circuit and an electronic circuit, the resistance value of the shunt resistor is determined according to a design current value of a portion to be measured (a portion where the shunt resistor is installed). For example, a shunt resistor having a relatively small resistance value is installed when the design current value is set large, and a shunt resistor having a relatively large resistance value is installed when the design current value is set small. Is done. Conversely, a shunt resistor having a relatively small resistance value is installed when the design current value is set small, and a shunt resistor having a relatively large resistance value is set when the design current value is set large. Sometimes installed. In the
また、シャント抵抗器３０１は、一対の電流用端子３３と４つのセンシング用端子３６とを含んで構成されるので、シャント抵抗器３０１は、図１および図２などに示したシャント抵抗器２，３と比較して基板に対して多くの端子によって接続される。これによって、シャント抵抗器３０１を基板に対して強固に固定することができる。したがって、振動によってシャント抵抗器３０１が基板から外れる可能性が、比較的高いことが予想される基板に、第１実施形態のシャント抵抗器３０１を実装することで、振動によってシャント抵抗器３０１が基板から外れる可能性を低減することができる。また、シャント抵抗器３０１では、一対の電流用端子３３および４つのセンシング用端子３６それぞれの所定方向Ｚの一方端（垂直方向一方Ｚ１側の端）となる部分は、その所定方向Ｚに直交する同一面（ＸＹ平面）に沿って延びるように形成される。このため、全てのセンシング用端子３６を基板表面に接触させることができることから、さらに高い耐振動性を実現することができる。さらに、一対の電流用端子３３および４つのセンシング用端子３６を含む複数の端子のうちの一部と、他の一部とで、同一面に沿う部分（基板表面に沿う部分）が延びる方向が異なることから、延びる方向を同一方向とした場合と比較してさらに高い耐振動性を実現することができる。したがって、自動車などの車両に搭載される電子制御ユニット（ＥＣＵ）の基板にこのようなシャント抵抗器３０１を利用すれば、車両の移動により電子制御ユニットが振動したとしても電子制御ユニットが故障しにくいため、車両において高い安全性を確保することができる。
Since the
またシャント抵抗器３０１が、図１および図２などに示したシャント抵抗器２，３と比較して、多くの端子を備えて表面積が大きいことや基板に対して多くの端子によって接続されることから、シャント抵抗器３０１から放熱される熱量や基板に移動する熱量を多くすることができる。したがって、シャント抵抗器３０１からの放熱の効率を高くすることができる。したがって、電子制御ユニット（ＥＣＵ）の基板にこのようなシャント抵抗器３０１を利用すれば、電子制御ユニットの熱暴走などの熱による不具合を防止できる。
Also, the
電気回路および電子回路において使用される複数種類の抵抗器のうちでは、シャント抵抗器３０１は、大きな電流が流れることを前提として設定されることが多く、高い精度であることが望ましい。摺動接点を有する可変抵抗器は、抵抗の抵抗値の決定の精度が低いので、シャント抵抗器３０１の代替品として用いることができない。これに対して、シャント抵抗器３０１では、実現可能な複数の抵抗値を規定することになる、複数のセンシング用端子３６がそれぞれ接続される複数の接続部分３８は全て固定されていることから、いずれの抵抗値も高精度に規定することが可能である。なお、図１に示す２端子シャント抵抗器１は、センシング用端子が独立して設けられておらず、電流用端子２をセンシング用端子としても利用するので、電流用端子と半田との接触抵抗が、測定する範囲の抵抗に影響する可能性がある。このため、シャント抵抗器３０１のように、一対の電流用端子３３と複数のセンシング用端子３６とを個別に独立して設けた方が精度が高い測定を行うことが可能である。
Among a plurality of types of resistors used in electric circuits and electronic circuits, the
次に、図５を参照して上述したシャント抵抗器３０１を利用する電流監視装置３１について説明する。電流監視装置３１は、前記シャント抵抗器３０１と、電圧測定部４８と、選択手段４４と、選択制御部４６とを含んで構成される。選択制御部４６は、選択手段４４を制御し、選択手段４４に前記複数の区間部分のうちのいずれを選択させるかを決定する。電流監視装置３１は、電流値算出部４９と、電流制御部５１とをさらに含んで構成される。電流値算出部４９は、電圧測定部４８が測定した電圧と、この電圧を示した区間部分の抵抗値とから、シャント抵抗器３０１を流れる電流の電流値を算出する。電流制御部５１は、電流値算出部４９の算出結果から、電流の異常を検出するとともに、検出した電流の異常に応じてシャント抵抗器３０１を含む回路３２の導通を遮断する。電圧測定部４８と、電流値算出部４９とを含んで「測定部」３９と称する。
Next, the
第１実施形態に係る電流監視装置３１は、シャント抵抗器３０１を流れる電流を監視する装置である。電流監視装置３１は、シャント抵抗器３０１を流れる電流の電流値の変化に伴い、電圧測定部４８の測定の精度の変化を抑制する。また電流監視装置３１は、シャント抵抗器３０１を流れる電流に異常が生じたときに、シャント抵抗器３０１を含む回路３２に電力が供給されることを停止させる。
The
一定の抵抗値を有する抵抗の両端にかかる電圧は、抵抗を流れる電流の電流値に比例して変化するので、シャント抵抗器３０１を流れる電流の電流値が変化すると、一定の増幅率に設定される増幅手段７４を介して電圧測定部４８に入力される電圧は、変化する。シャント抵抗器３０１を流れる電流の電流値の変化の範囲に対して、電圧測定部４８に入力される電圧の変化の範囲を小さくするには、増幅手段７４に入力される電圧に対する増幅率を変化させる必要がある。そのための１つの技術としては、増幅手段７４を複数設け、電圧測定部４８に入力される電圧に基づいて、複数の増幅手段７４のうちのいずれかを選択する技術もある。本発明の実施形態の一つとして、この技術を否定しないけれども、選択手段４４が、複数の区間部分のいずれかの区間部分を選択し、増幅手段７４に入力される電位差を変化させるならば、増幅手段７４およびその増幅率は、１つでよい。
Since the voltage applied to both ends of the resistor having a constant resistance value changes in proportion to the current value of the current flowing through the resistor, when the current value of the current flowing through the
測定部３９は、電圧測定部４８と、電流値算出部４９とを含んで構成される。電圧測定部４８は、基準電位部７５に接続され、増幅手段７４から、選択手段４４が選択した区間部分の両端にかかる電圧を、基準電位に対する電位として取得する。この情報は、電流値算出部４９に対して出力される。測定部３９は、選択手段４４を制御する選択制御部４６に接続される。具体的には、電流値算出部４９と選択制御部４６とが接続される。
The
電流値算出部４９には、区間部分の各抵抗値と、増幅手段７４の増幅率とが記憶される。選択制御部４６は、選択手段４４にいずれの区間部分を選択させるかを決定し、選択手段４４に対して制御信号を出力することによって、選択手段４４を制御する。電流値算出部４９は、選択制御部４６から、選択手段４４がいずれの区間部分を選択しているかという情報を取得し、選択手段４４によって選択された区間部分の抵抗値と、増幅手段７４の増幅率と、電圧測定部４８から出力される電圧とから、シャント抵抗器３０１を流れる電流の電流値を算出する。電流値算出部４９は、算出した電流値を選択制御部４６に対して出力し、選択制御部４６は、電流値算出部４９から入力される電流値に基づいて、選択手段４４が選択する区間部分を決定する。
The current
選択制御部４６は、電流値算出部４９から出力される電流値の絶対値が予め定める第１電流値よりも小さい場合には、選択手段４４に、複数の区間部分のうち抵抗の抵抗値が大きい区間部分を選択させる。第１実施形態では第３区間部分７８を選択させる。選択制御手段は、電流値算出部４９から出力される電流値の絶対値が予め定める第１電流値よりも大きく、予め定める第２電流値よりも小さい場合には、選択手段４４に、複数の区間部分のうち抵抗の抵抗値が中程度の区間部分を選択させる。第１実施形態では第２区間部分７７を選択させる。
When the absolute value of the current value output from the current
選択制御手段は、電流値算出部４９から出力される電流値の絶対値が予め定める第２電流値よりも大きい場合には、選択手段４４に、複数の区間部分のうち抵抗の抵抗値が小さい区間部分を選択させる。第１実施形態では第１区間部分７６を選択させる。第１電流値と第２電流値とはいずれも正の値であり、第２電流値は第１電流値よりも大きい。シャント抵抗器３０１を流れる電流の電流値が０アンペア（ampere, 略号「Ａ」）で、電流監視装置３１が停止した状態から、電流監視装置３１が始動するときには、選択制御部４６は、選択手段４４に、まずは最も区間部分の抵抗の抵抗値が最も小さい第１区間部分７６を選択させ、その結果として電流値算出部４９から出力される電流値に応じて、選択制御部４６は、選択手段４４の制御を行う。
When the absolute value of the current value output from the current
電流値算出部４９からは、前記算出した電流値を、電流制御部５１に対しても出力する。電流制御部５１は、電流値算出部４９と、モータ５２とに接続され、制御処理部８４と、モータ５２の駆動電流が流れる回路３２の開閉を行うスイッチ８６とを含んで構成される。制御処理部８４は、電流値算出部４９から、前記算出された電流値を取得し、モータ５２から、モータ５２の駆動状態を検出する信号を取得し、電流値算出部４９からの電流値とモータ５２の駆動状態を表す信号とに基づいて、スイッチ８６の開閉を制御する。制御処理部８４は、電流値算出部４９と、モータ５２と、前記スイッチ８６とに接続される。
The current
電流監視装置３１は、モータ５２の稼動が停止された場合、シャント抵抗器３０１を流れる電流が停止されることを前提に、シャント抵抗器３０１とモータ５２とを含む回路３２の電流を監視する。モータ５２を含む回路３２が正常に稼動するとき、前記スイッチ８６は、常時閉じており、スイッチ８６は導通状態にある。モータ５２の稼動が停止されたとき、このことを示す信号がモータ５２から制御処理部８４に入力される。このとき、電流値算出部４９が算出する電流値が０Ａであるならば、制御処理部８４は、スイッチ８６に対して制御信号を出力することなく、スイッチ８６は閉じた状態に保たれる。これは、電流監視装置３１が、シャント抵抗器３０１とモータ５２とを含む回路３２の電流を正常と判断している場合である。
The
モータ５２の稼動が停止し、このことを示す信号がモータ５２から制御処理部８４に入力されたとき、電流値算出部４９が算出する電流値が０Ａ以外の値であるときは、制御処理部８４は、スイッチ８６に対して、スイッチ８６を開く制御信号を出力し、スイッチ８６を開く。これによって、シャント抵抗器３０１およびモータ５２を含む回路３２に異常が発生したときには、この回路３２への電力供給を停止させることができる。
When the operation of the
モータ５２の回転方向が逆になればシャント抵抗器３０１を流れる電流が逆になる回路３２を前提とするときには、制御処理部８４がモータ５２の回転方向の情報を取得し、電流値算出部４９から算出される電流値の正負とモータ５２の回転方向の情報とを比較し、シャント抵抗器３０１とモータ５２とを含む回路３２の正常異常を判断する構成も可能である。モータ５２の種類については、規定しない。たとえば、ステッピングモータ、直流モータ、直流サーボモータ、ブラシレスモータなどのいずれであってもよい。
When it is assumed that the
第１実施形態において、電圧測定部４８および電流値算出部４９とを含む測定部３９と、選択制御部４６と、制御処理部８４とは、一体に形成されたマイクロコンピュータと、このマイクロコンピュータの制御を行うソフトウェアとによって実現される。マイクロコンピュータは、マイクロコンピュータを駆動する電源に接続され、この電源から供給される電力によって駆動される。ただし他の実施形態において、電圧測定部、電流値算出部、選択制御部および制御処理部うちの一部のみが一体に形成されてもよく、それぞれ別体に形成されてもよい。またマイクロコンピュータおよびこのマイクロコンピュータの制御を行うソフトウェアではなく、回路によって構成されてもよい。この場合、電圧測定部、電流値算出部、選択制御部および制御処理部の、一体に形成された部品は、それぞれの部品を駆動する電源に接続され、この電源から供給される電力によって駆動される。
In the first embodiment, the
シャント抵抗器３０１の両端にかかる電圧は、１ミリボルト（millivolts, 略号「ｍＶ」）〜数ｍＶである場合が多い。これに対し、マイクロコンピュータが読取ることのできる電圧の電圧は、１ボルト（volts, 略号「Ｖ」）以上であることが多い。このため、選択された区間部分の両端にかかる電圧を、増幅手段７４によって増幅する。第１実施形態では、増幅手段７４を含むので、少なくとも電圧測定部４８をマイクロコンピュータとこのマイクロコンピュータの制御を行うソフトウェアとによって実現することができる。
The voltage applied to both ends of the
第１実施形態によれば、４つのセンシング用端子３６は、複数の区間部分の電圧を測定可能な測定部３９に対し、導通可能に接続される。これによって、１つの電圧計で複数の区間部分の電圧を検出することができる。複数の区間部分の抵抗の抵抗値は、互いに異なる２種類以上の抵抗値である。したがって、シャント抵抗器３０１を流れる電流の電流値が変化したときに、測定部３９が測定する区間部分は変更することができる。同じ抵抗値の抵抗を有する区間部分を測定部３９によって測定するとき、シャント抵抗器３０１を流れる電流の電流値が大きくなれば、測定部３９が測定する電圧は大きくなり、シャント抵抗器３０１を流れる電流の電流値が小さくなれば、測定部３９が測定する電圧は小さくなる。
According to the first embodiment, the four
シャント抵抗器３０１に一定の電流値の電流が生じており、区間部分の抵抗の、互いに異なる２種類以上の抵抗値のうち、小さい抵抗値に対応する区間部分の電圧を測定部３９によって測定している状態から、シャント抵抗器３０１を流れる電流が小さくなることによって、測定部３９が測定する電圧が小さくなり、これによって、測定部３９による測定の精度が下がる場合には、測定部３９が測定する区間部分を、前記互いに異なる２種類以上の抵抗値のうち、大きい抵抗値に対応する区間部分に切換えることによって、測定部３９が測定する電圧を大きくすることができる。これによって、測定部３９による測定の精度の低下を防止することができる。
A current having a constant current value is generated in the
シャント抵抗器３０１に一定の電流値の電流が生じており、区間部分の抵抗の、互いに異なる２種類以上の抵抗値のうち、大きい抵抗値に対応する区間部分の電圧を測定部３９によって測定している状態から、シャント抵抗器３０１を流れる電流が大きくなることによって、測定部３９が測定する電圧が大きくなり、これによって、測定部３９による測定ができなくなる場合には、測定部３９が測定する区間部分を、前記互いに異なる２種類以上の抵抗値のうち、小さい抵抗値に対応する区間部分に切換えることによって、測定部３９が測定する電圧を小さくすることができる。これによって、測定する抵抗を変更できない場合に比べて、測定部３９による測定の範囲を大きくすることができる。
A current having a constant current value is generated in the
また第１実施形態によれば、電流監視装置３１は、シャント抵抗器３０１と、選択手段４４と、測定部３９と、選択制御部４６とを備える。シャント抵抗器３０１は、一対の電流用端子３３と、電流用端子３３間を接続する抵抗部３４と、電流用端子３３間の前記抵抗部３４の、電流の向きにそって互いに離れて形成される４つの接続部分３８に接続される４つのセンシング用端子３６とを含んで構成される。これによって、抵抗部３４のうち、たとえば一方の電流用端子３３に最も近い接続部分３８から、他の接続部分３８までの部分の抵抗の抵抗値と、一方の電流用端子３３に最も近い接続部分３８から、さらに他の接続部分３８までの部分の抵抗の抵抗値とは、互いに異なる。したがって、シャント抵抗器３０１に電流が生じている場合、一方の電流用端子３３から１つの接続部分３８までの部分にかかる電圧と、一方の電流用端子３３から他の接続部分３８までの部分にかかる電圧とは、互いに異なる。したがって、シャント抵抗器３０１を、測定する範囲の抵抗の抵抗値として、複数の抵抗値を利用することができる。
Further, according to the first embodiment, the
電流監視装置３１の選択手段４４は、４つのセンシング用端子３６に接続され、４つの接続部分３８のいずれか２つに挟まれて抵抗部３４の一部として形成される３つの区間部分７６〜７８のうちからいずれかを選択する。そして、測定部３９は、選択手段４４によって選択された区間部分に接続された２つのセンシング用端子３６の出力に基づいて、該区間部分の電圧を導出する。さらに、測定部３９は、その導出した電圧と、選択された区間部分の抵抗値とからシャント抵抗器３０１を流れる電流の電流値を導出する。したがって、このようにして汎用性の高いシャント抵抗器３０１を利用する電流監視装置３１は、抵抗値が一定のシャント抵抗器を利用する場合と比較して様々な電流値を測定することができ、電流監視装置３１が測定可能な電流値の範囲を大きく広げることができ、電流監視装置３１自体の汎用性も向上できる。また、選択制御部４６は、測定部３９が測定した測定結果に応じて選択手段４４を制御し、選択手段４４に、接続部分３８に挟まれて抵抗部３４の一部として形成される複数の区間部分のうちのいずれを選択させるかを決定する。同じ抵抗値の抵抗を有する区間部分を測定部３９によって測定するとき、シャント抵抗器３０１を流れる電流の電流値が大きくなれば、測定部３９が測定する電圧は大きくなり、シャント抵抗器３０１を流れる電流の電流値が小さくなれば、測定部３９が測定する電圧は小さくなる。
The selection means 44 of the
シャント抵抗器３０１に一定の電流値の電流が生じており、区間部分の抵抗の、互いに異なる２種類以上の抵抗値のうち、小さい抵抗値に対応する区間部分の電圧を測定部３９によって測定している状態から、シャント抵抗器３０１を流れる電流が小さくなることによって、測定部３９が測定する電圧が小さくなり、これによって、測定部３９による測定の精度が下がる場合には、選択制御部４６が、選択手段４４が選択する区間部分を、前記互いに異なる２種類以上の抵抗値のうち、大きい抵抗値に対応する区間部分に切換えることによって、測定部３９が測定する電圧を大きくすることができる。これによって、測定部３９による測定の精度の低下を防止することができる。
A current having a constant current value is generated in the
シャント抵抗器３０１に一定の電流値の電流が生じており、区間部分の抵抗の、互いに異なる２種類以上の抵抗値のうち、大きい抵抗値に対応する区間部分の電圧を測定部３９によって測定している状態から、シャント抵抗器３０１を流れる電流が大きくなることによって、測定部３９が測定する電圧が大きくなり、これによって、測定部３９による測定ができなくなる場合には、選択制御部４６が、選択手段４４が選択する区間部分を、前記互いに異なる２種類以上の抵抗値のうち、小さい抵抗値に対応する区間部分に切換えることによって、測定部３９が測定する電圧を小さくすることができる。これによって、測定する抵抗を変更できない場合に比べて、測定部３９による測定の範囲を大きくすることができる。
A current having a constant current value is generated in the
また第１実施形態によれば、選択手段４４によって選択された区間部分の電圧を増幅する増幅手段７４をさらに含み、選択手段４４は、選択した区間部分の電圧を増幅手段７４に対して出力し、増幅手段７４は、選択手段４４から入力される電圧を予め定める増幅率で増幅して測定部３９に対して出力する。予め定める増幅率とは、選択された区間部分の電圧を、測定部３９が読取り可能な範囲の電圧に増幅するための増幅率である。
The first embodiment further includes an amplifying
これによって、測定部３９が読取り可能な範囲の電圧に対して、区間部分の電圧が小さい場合においても、増幅手段７４で増幅することによって、選択手段４４によって選択された区間部分の電圧を測定部３９で測定することができる。また、選択手段４４は、複数の区間部分のうちから測定を行う区間部分の選択を行うので、増幅手段７４を複数設ける必要がなく、設置する増幅手段７４を１つにすることができる。また増幅手段７４が電圧を増幅するときの増幅率は予め定めるので、測定部３９をマイクロコンピュータで実現することができる。したがって、測定部３９としてアナログ電気回路を用いる場合に比べて、測定部３９を小形化することができ、また測定部３９による測定の速度を向上させることができる。
As a result, even when the voltage in the section portion is smaller than the voltage in the range that can be read by the
また第１実施形態によれば、電流監視装置３１は、電圧測定部４８と、電流値算出部４９と、電流制御部５１とを備える。電圧測定部４８は、選択手段４４によって選択された区間部分の電圧を測定する。電流値算出部４９は、電圧測定部４８が測定する電圧と、この電圧を示した区間部分の抵抗値とからシャント抵抗器３０１を流れる電流の電流値を算出する。電流制御部５１は、電流値算出部４９の算出結果から電流の異常を検出するとともに、検出した電流の異常に応じて、シャント抵抗器３０１を含む回路３２の導通を遮断する。電流監視装置３１は、検出した電流の異常の有無に応じて、シャント抵抗器３０１を含む回路３２の導通および遮断を決定することができる。これによって、シャント抵抗器３０１を含む回路３２の異常な状態が継続されることを防止することができる。
In addition, according to the first embodiment, the
＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態に係るシャント抵抗器３０２を、幅方向Ｙに垂直な平面で切断して見た断面図である。この第２実施形態に係るシャント抵抗器３０２の構造は、第１実施形態に係るシャント抵抗器３０１の構造と近似しているが、電流用端子３３間の抵抗部３４を流れる電流の向きに沿って抵抗部３４の電流の向きに垂直な断面の面積が変化することや、センシング用端子３６が接続される接続部分６１〜６４の位置などの点で相違している。以下では、このような第１実施形態との相違点を中心に説明する。
Second Embodiment
FIG. 6 is a cross-sectional view of the
第２実施形態における離反平板部５４のうち、電流方向一方Ｘ１側の３分の１の部分の厚みはたとえば１ｍｍである。離反平板部５４のうち、電流方向Ｘ中央の３分の１の部分の厚みはたとえば０．５ｍｍである。離反平板部５４のうち、電流方向他方Ｘ２側の３分の１の部分の厚みはたとえば１ｍｍである。離反平板部５４のうち、一定の厚みとして形成される電流方向一方Ｘ１側の部分を「一方部分」９１と称し、一定の厚みとして形成される電流方向Ｘ中央の部分を「中央部分」９２と称し、一定の厚みとして形勢される電流方向他方Ｘ２側の部分を「他方部分」９３と称する。一方部分９１と中央部分９２と他方部分９３とは、電流方向Ｘに同じ長さを有して形成される。
Of the separating
第１接続部分６１は、一方部分９１の電流方向一方Ｘ１の端部近傍に形成され、第１センシング用端子６７は、一方部分９１の電流方向一方Ｘ１の端部近傍に接続される。第２接続部分６２は、一方部分９１の電流方向他方Ｘ２の端部に形成され、第２センシング用端子６８は、一方部分９１の電流方向他方Ｘ２の端部近傍に接続される。第３接続部分６３は、他方部分９３の電流方向一方Ｘ１の端部に形成され、第３センシング用端子６９は、他方部分９３の電流方向一方Ｘ１の端部近傍に接続される。第４接続部分６４は、他方部分９３の電流方向他方Ｘ２の端部近傍に形成され、第４センシング用端子７０は、他方部分９３の電流方向他方Ｘ２の端部近傍に接続される。
The
２つの電流用端子３３のうちの１つは、電流方向一方Ｘ１の立脚部５６の垂直方向一方Ｚ１の端部から電流方向一方Ｘ１に延びて形成され、電流用端子３３の残る１つは、電流方向他方Ｘ２の立脚部５６の垂直方向一方Ｚ１の端部から電流方向他方Ｘ２に延びて形成される。
One of the two
図７は、本発明の第２実施形態におけるシャント抵抗器３０２を利用する電流監視装置の一部である電流測定部９４の構成を表すブロック図である。電流測定部９４は、シャント抵抗器３０２と、第１増幅手段９５と、第２増幅手段９６と、電圧測定部４８と、電流値算出部４９と、増幅手段切換部９７とを含んで構成される。シャント抵抗器３０２のセンシング用端子３６のうち、第１センシング用端子６７と第２センシング用端子６８は、第１増幅手段９５および第２増幅手段９６のそれぞれに接続される。第３センシング用端子６９と第４センシング用端子７０は、基板に配置されるダミー導体９０に接続される。ただし、これら４つのセンシング用端子６７〜７０の接続手法はこれに限定されるものではなく、４つのセンシング用端子６７〜７０から選択される任意の２つが第１増幅手段９５および第２増幅手段９６に接続され、残りの２つがダミー導体９０に接続されればよい。たとえば第１センシング用端子６７と第３センシング用端子６９とが、第１増幅手段９５および第２増幅手段９６のそれぞれに接続されてもよい。さらにたとえば第２センシング用端子６８と第４センシング用端子７０とが、第１増幅手段９５および第２増幅手段９６のそれぞれに接続されてもよい。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of a
ダミー導体９０は、基板に配置される回路と同様に、基板を製造するときにパターンとしてプリントされて形成される導体であるけれども、ダミー導体９０は、シャント抵抗器３０２以外の電気素子に接続されておらず、シャント抵抗器３０２から伝達される熱を、基板近傍の外気に伝達し、放熱する。ダミー導体９０は、基板の表面から外気に露出して形成される。
Although the
第１増幅手段９５および第２増幅手段９６は、シャント抵抗器３０２から入力される電位差を増幅する手段である。第１増幅手段９５と第２増幅手段９６が行う増幅の増幅率は、予め定められる。第１増幅手段９５と第２増幅手段９６が行う増幅の増幅率は、互いに異なる。第１増幅手段９５および第２増幅手段９６には、第１センシング用端子６７と第２センシング用端子６８との間の電位差が入力され、第１増幅手段９５および第２増幅手段９６は、入力された電位差を増幅し、増幅した電位差を、基準電位との電位差として電圧測定部４８に対して出力する。第１増幅手段９５と第２増幅手段９６と電圧測定部４８とは、基準電位に保たれる基準電位部７５にそれぞれ接続される。
The first amplifying means 95 and the second amplifying means 96 are means for amplifying the potential difference input from the
第１増幅手段９５または第２増幅手段９６から、入力される電圧は、電圧測定部４８によって測定され、電圧測定部４８は、測定した電圧の電圧を電流値算出部４９に対して出力する。電流値算出部４９には、各増幅手段７４に接続される２つの接続部分３８間の抵抗値と、各増幅手段７４の増幅率とが記憶される。第１増幅手段９５と第２増幅手段９６とは、増幅手段切換部９７によって切換えられる。増幅手段切換部９７は、複数の増幅手段７４のうちいずれの増幅手段７４を用いるかを切換える部分である。増幅手段切換部９７は、第１増幅手段９５と第２増幅手段９６のいずれを用いるかを決定し、第１増幅手段９５と第２増幅手段９６に対して切換信号を出力することによって、第１増幅手段９５と第２増幅手段９６との切換を行う。
The voltage input from the
電流値算出部４９は、増幅手段切換部９７から、いずれの増幅手段７４が用いられているかという情報を取得し、第１センシング用端子６７と第２センシング用端子６８との間の抵抗値と、用いられる増幅手段７４の増幅率と、電圧測定部４８から入力される電圧とから、シャント抵抗器３０２を流れる電流の電流値を算出する。電流値算出部４９は、算出した電流値を増幅手段切換部９７に対して出力し、増幅手段切換部９７は、電流値算出部４９から入力される電流値に基づいて、いずれの増幅手段７４を用いるかを決定する。
The current
図８は、本発明の第２実施形態における、上述した電流測定部９４を含む電流監視装置４１の構成を表すブロック図である。第２実施形態における電流監視装置４１は、３つのそれぞれ互いに異なるモータ５２に接続される。この電流監視装置４１も、たとえば自動車などの車両に搭載される電子制御ユニット（ＥＣＵ）として構成される。図８において図示した構成のうち、負荷としての３つのモータ５２以外の部分が電流監視装置４１に相当する。３つのモータ５２のうちの１つを「第１モータ」９８と称し、他の１つを「第２モータ」９９と称し、残る１つを「第３モータ」１００と称する。第１モータ９８〜第３モータ１００の各モータ５２は、各モータ５２を制御するための金属酸化物半導体電界効果トランジスタ１０２（metal oxide semiconductor field effect transistor, 略称「ＭＯＳＦＥＴ」）によって制御される。
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the
第１モータ９８〜第３モータ１００は、モータ５２の定格出力、定格回転速度、構造形式、界磁、時間定格、トルク特性、最大トルク、最大電流、機械的時定数、負荷との連結形式などの性質のいずれか１つまたは複数が異なるモータ５２である。第１モータ９８〜第３モータ１００の種類については、規定しない。たとえば、ステッピングモータ、直流モータ、直流サーボモータ、ブラシレスモータなどのいずれであってもよい。
The first motor 98 to the third motor 100 are the rated output of the
複数のモータ５２を含む回路４２では、各モータ５２に対応して、モータ５２と同数の電流測定部９４（図７参照。）が設置される。各電流測定部９４において、第１増幅手段９５および第２増幅手段９６に接続されるセンシング用端子３６は、第１センシング用端子６７〜第４センシング用端子７０のうちいずれか２つであるものとし、いずれのセンシング用端子３６が各増幅手段７４に接続されるかは、各モータ５２に応じて予め定められる。いずれの２つのセンシング用端子３６を増幅手段７４に接続するかは、各モータ５２と、前記２つのセンシング用端子３６に対応する区間部分の抵抗の抵抗値とが、適切に対応するか、に応じて決定される。
In the
第２実施形態によれば、電流用端子３３間の抵抗部３４を流れる電流の向きに沿って、電流の向きに垂直な断面の面積は、変化する。したがって、シャント抵抗器３０２の電流方向Ｘの一部の抵抗値は、前記電流の向きに沿って変化する。区間部分の、シャント抵抗器３０２を流れる電流の向きに沿った長さが異なれば、区間部分の抵抗の抵抗値は異なる。これに加えて、区間部分の抵抗の抵抗値を、シャント抵抗器３０２の電流方向Ｘの一部の抵抗値が前記電流の向きに沿って変化することによっても、異なる抵抗値として設定することができる。したがって、複数の区間部分の抵抗の抵抗値の互いの差を、複数の区間部分の電流の向きに沿った長さの互いの差よりも大きくすることが可能となる。
According to the second embodiment, the area of the cross section perpendicular to the current direction changes along the direction of the current flowing through the
また第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、１つのシャント抵抗器３０２には、抵抗部３４の一部分にかかる電圧を外部に出力するセンシング用端子３６が４つ形成されるので、１つのシャント抵抗器３０２を複数種類の抵抗値を有する抵抗器として利用することができる。したがって、回路４２の中で、必要な抵抗の抵抗値が互いに異なる複数の部位に同一のシャント抵抗器３０２を実装することができる。したがって、汎用性の高いシャント抵抗器３０２を実現することができ、抵抗の抵抗値が異なる複数種類のシャント抵抗器を製造する必要性を解消することができる。
Further, according to the second embodiment, as in the first embodiment, since one
＜他の実施形態＞
第１実施形態に係る電流監視装置３１において第２実施形態に係るシャント抵抗器３０２を利用してもよく、第２実施形態に係る電流監視装置４１において第１実施形態に係るシャント抵抗器３０１を利用してもよい。なお、第１および第２実施形態に係るシャント抵抗器３０１，３０２の形状について、「長方形」は正方形を含むものとする。この場合、「長辺」は正方形の４つの辺のうちの、いずれか１つの辺を表すものとする。
<Other embodiments>
The
第１および第２実施形態において、センシング用端子３６は、抵抗部３４および電流用端子３３と同一の材質から成り、抵抗部３４および電流用端子３３と一体に成形されるものとしたけれども、他の実施形態において、センシング用端子は、抵抗部および電流用端子とは異なる部材として形成されてもよい。たとえば抵抗部および電流用端子は、マンガニンで形成され、センシング用端子は、銅で形成されてもよい。また、１つのシャント抵抗器に設けられるセンシング用端子の個数、すなわち、接続部分の個数は、上述した実施形態では４つであったが、一つのシャント抵抗器の抵抗値として２種類以上の抵抗値を実現できればよい（すなわち、一対のセンシング用端子の異なる組み合わせが２つ以上できればよい）ことから、３つ以上であればよい。したがって、１つのシャント抵抗器に設けられるセンシング用端子の個数、すなわち、接続部分の個数は、たとえば５つ以上でも６つ以上でも８つ以上であってもよい。いずれの場合でも、上述した実施形態と同様の効果を奏することが可能であり、センシング用端子の個数、すなわち、接続部分の個数を増やすほどその効果は向上することになる。また、１つのシャント抵抗器に設けられるセンシング用端子の個数が４つ以上の場合には、それら全てのセンシング用端子を電圧あるいは電流を測定する測定装置に対して導通可能に接続されなくてもよい。すなわち、複数のセンシング用端子のうち少なくとも３つのセンシング用端子が測定装置に導通可能に接続されれば、上述した第１実施形態と同様の効果を奏することが可能である。
In the first and second embodiments, the
第１実施形態において、第３区間部分７８は、第１区間部分７６および第２区間部分７７を含み、第２区間部分７７は第１区間部分７６を含むものとしたけれども、他の実施形態において、複数の区間部分は複数の接続部分３８から任意に選択される２つの接続部分の相互間として任意に設定されてよい。たとえば、複数の区間部分が互いに包含することがないように設定されてもよい。また、シャント抵抗器において、複数の接続部分の隣接するもの同士間の電流の向きに沿った距離を一定とせず、少なくとも一部が異なっているようにすることで、一つのシャント抵抗器の抵抗値としてより多くの種類の抵抗値を実現することが可能である。
In the first embodiment, the
第１および第２実施形態において、接続部分３８は、離反平板部５４に形成されるものとしたけれども、他の実施形態において接続部分は、立脚部に形成されてもよい。この場合、シャント抵抗器は、離反平板部を含まず、２つの立脚部と２つの電流用端子を含み、電流用端子に接続される各立脚部の端部から遠い位置の端部が、２つの立脚部同士で互いに接続される形状であってもよい。
In the first and second embodiments, the
第１実施形態において、選択制御部４６は、電流値算出部４９から出力される電流値に基づいて、選択手段４４を制御するけれども、他の実施形態において選択制御部は、選択手段４４によって選択された区間部分の電圧に応じて選択手段４４を制御し、選択手段４４に複数の区間部分のうちのいずれを選択させるかを決定するようにしてもよい。この場合にはたとえば、選択制御部は電圧測定部に接続され、電圧測定部から出力される電圧が予め定める範囲よりも大きい場合、選択手段に、その時点で選択している区間部分よりも抵抗値が小さい区間部分を選択するように切換えさせ、電圧測定部から出力される電圧が予め定める範囲よりも小さい場合、選択手段に、その時点で選択している区間部分よりも抵抗値が大きい区間部分を選択させるように切換えさせる構成などが考えられる。
In the first embodiment, the
この構成の場合、抵抗値が最大の区間部分を選択しているときに、選択制御部から、より大きい抵抗値を有する区間部分を選択するように切換えさせる制御信号を受取っても、この制御信号には応じない。抵抗値が最小の区間部分を選択しているときに、選択制御部から、より小さい抵抗値を有する区間部分を選択するように切換えさせる制御信号を受取っても、この制御信号には応じない。 In the case of this configuration, even when a section signal having the maximum resistance value is selected, even if a control signal for switching to select a section section having a larger resistance value is received from the selection control unit, this control signal Does not respond to. Even when a control signal for switching to select a section portion having a smaller resistance value is received from the selection control unit when the section portion having the minimum resistance value is selected, this control signal is not responded.
第１実施形態においてシャント抵抗器３０１を含む回路４２は負荷として１つのモータ５２を含む回路３２であるものとし、第２実施形態において電流測定部９４を含む回路４２は負荷としてモータ５２を含む回路であるものとしたけれども、本発明においてシャント抵抗器３０１または電流測定部９４を含む回路は、電気回路であれば、足りる。たとえば他の実施形態において、液晶などの表示装置などの他の種類の負荷を含む回路であってもよい。
In the first embodiment, the
第１および第２実施形態において、シャント抵抗器３０１または電流測定部９４を含む回路３２，４２は、増幅手段７４を含む回路であるものとしたけれども、区間部分の電流の向きに沿う方向の両端にかかる電圧が、測定部３９が読取り可能な範囲の電圧であるならば、増幅装置は必ずしも必要ない。第１実施形態および第２実施形態において、測定部３９に入力される電圧は、基準電圧と区間部分の両端の電圧であったけれども、増幅装置を省略する場合、測定する区間部分の両端の各電圧２つを測定部に入力する構成としてもよい。
In the first and second embodiments, the
シャント抵抗器において抵抗部３４に形成される接続部分３８を、幅方向Ｙのいずれの側に接続部を形成するかについては、規定しない。形成される接続部分が幅方向一方および他方のいずれか一方にのみ形成され、抵抗部に接続されるセンシング用端子が幅方向一方および他方のいずれか一方にのみ接続されてもよい。
It is not defined on which side of the width direction Y the
第２実施形態において、電流の向きに沿った抵抗部３４の厚みの変化は、電流の向きに沿って不連続的に変化するけれども、他の実施形態において抵抗部の厚みは、前記電流の向きに沿って連続的に変化してもよい。この場合、抵抗部の厚み方向に垂直な表面の少なくともいずれか一方の表面の一部または全部を、他方の表面に対して傾斜して形成する構成であってもよい。
In the second embodiment, the change in the thickness of the
第２実施形態において離反平板部５４の一方部分９１と中央部分９２と他方部分９３とは、電流方向Ｘに同じ長さを有して形成されるけれども、他の実施形態において、一方部分と中央部分と他方部分とは、離反平板部の電流方向の長さに対してどのような割合で形成されてもよい。また第２実施形態において抵抗部３４の厚みは、２種類としたけれども、他の実施形態において抵抗部の厚みの種類は、３種類以上であっても、４種類以上であってもよい。
In the second embodiment, the one
第２実施形態において、第１増幅手段９５と第２増幅手段９６とに接続されるセンシング用端子３６は同じであるものとしたけれども、他の実施形態において、複数の増幅手段の各増幅手段に接続される２つの端子のうちの１つまたは２つは、増幅手段毎に異なってもよい。
In the second embodiment, the
第２実施形態において設置された電流測定部９４の代わりに、第１実施形態における電流監視装置３１を設置してもよい。この場合には、第１モータ９８〜第３モータ１００と制御処理部８４とを電気的に接続し、かつモータ５２を駆動する電源とモータ５２とを、通電の遮断可能に電気的に接続するスイッチ８６を設ける。
Instead of the
他の実施形態において、シャント抵抗器を含む回路が複数のモータを含んで構成され、電流監視装置が設置される場合には、モータと同数の電流監視装置が、各モータに対応して設置されてもよい。また複数のモータを含む回路において、複数のモータが同時に稼動することがなく、ある時間に稼動する可能性のあるモータが１つである場合には、設置される電流監視装置を１つとすることも可能である。電流監視装置に含まれる選択制御部が、いずれのモータが稼動しているかという情報を取得し、選択手段に選択させる区間部分を、稼動する可能性のあるモータに応じて決定してもよい。 In another embodiment, when a circuit including a shunt resistor includes a plurality of motors and current monitoring devices are installed, the same number of current monitoring devices as the motors are installed corresponding to each motor. May be. In addition, in a circuit including a plurality of motors, when a plurality of motors do not operate simultaneously and there is one motor that may operate at a certain time, one current monitoring device should be installed. Is also possible. The selection control unit included in the current monitoring device may acquire information indicating which motor is operating, and may determine a section portion to be selected by the selection unit according to a motor that may be operated.
第１実施形態において、制御処理部８４は、モータ５２の稼動状態と電流値算出部４９から入力される電流値とを比較して電流の異常を判断する構成としたけれども、他の実施形態において、制御処理部は、予め定められるシャント抵抗器の電流値の絶対値の最大値を記憶しておき、電流値算出部から入力される電流値の絶対値が、前記最大値を超えた場合に、スイッチを開かせてモータへの通電を遮断する構成であってもよい。
また、上述した実施形態において、一対の電流用端子および３以上のセンシング用端子３６を含む複数の端子のうちの一部と、他の一部とで、同一面に沿う部分（基板表面に沿う部分）が延びる方向が直交していたが、異なる方向であれば直交していなくてもよい。
In the first embodiment, the
Further, in the above-described embodiment, a portion along the same plane (along the substrate surface) between a part of the plurality of terminals including the pair of current terminals and the three or
３０１，３０２ シャント抵抗器
３１，４１ 電流監視装置
３２，４２ 回路
３３ 電流用端子
３４ 抵抗部
３６ センシング用端子
３８ 接続部分
３９ 測定部
４４ 選択手段
４６ 選択制御部
301, 302
Claims (10)
前記一対の電流用端子間に接続され、予め抵抗値が設定される抵抗部と、
前記抵抗部の、該抵抗部を流れる電流の向きに沿って互いに離れて形成される３つ以上の所定部分にそれぞれ接続され、自身が接続された前記所定部分の電位を出力する３つ以上のセンシング用端子とを含むことを特徴とするシャント抵抗器。 A pair of current terminals for inputting and outputting current;
A resistance portion connected between the pair of current terminals and having a resistance value set in advance;
Three or more of the resistance portions connected to three or more predetermined portions formed apart from each other along the direction of the current flowing through the resistance portion, and output the potential of the predetermined portions to which they are connected. A shunt resistor comprising a sensing terminal.
前記３つ以上のセンシング用端子のうちのいずれか２つのセンシング用端子の出力に基づいて得られる電圧と、該２つのセンシング用端子が接続される前記所定部分同士に挟まれて前記抵抗部の一部として形成される区間部分の抵抗値とに基づいて前記シャント抵抗器を流れる電流の電流値を導出する導出手段と、
を含むことを特徴とする電流監視装置。 A shunt resistor according to any one of claims 1 to 5,
The voltage obtained based on the output of any two sensing terminals of the three or more sensing terminals and the predetermined portion to which the two sensing terminals are connected are sandwiched between the two resistance terminals. Derivation means for deriving a current value of a current flowing through the shunt resistor based on a resistance value of a section portion formed as a part;
A current monitoring device.
をさらに含み、
前記導出手段は、前記選択手段によって選択された区間部分の電圧と、前記選択された区間部分の抵抗値とから前記シャント抵抗器を流れる電流の電流値を導出することを特徴とする請求項６に記載の電流監視装置。 Among a plurality of section portions connected to at least three of the three or more sensing terminals and sandwiched between any two of the three or more predetermined portions and formed as a part of the resistance portion. A selection means for selecting one,
Further including
The derivation means derives a current value of a current flowing through the shunt resistor from the voltage of the section selected by the selection means and the resistance value of the selected section. The current monitoring device described in 1.
をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の電流監視装置。 The selection unit is controlled in accordance with the voltage of the section portion selected by the selection unit or the current value derived by the derivation unit, and the selection unit selects which of the plurality of section portions to select. A selection control unit to determine,
The current monitoring device according to claim 7, further comprising:
をさらに含むことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の電流監視装置。 A current control unit that detects a current abnormality from the current value derived to the deriving unit and interrupts conduction of the circuit including the shunt resistor according to the detected current abnormality,
The current monitoring device according to claim 6, further comprising:
導出された前記電圧と、前記２つのセンシング用端子が接続される前記所定部分同士に挟まれて前記抵抗部の一部として形成される区間部分の抵抗値とに基づいて前記シャント抵抗器を流れる電流の電流値を導出する工程と、
を含むことを特徴とする電流監視方法。 A step of deriving a voltage based on outputs of any two sensing terminals of the three or more sensing terminals of the shunt resistor according to any one of claims 1 to 5;
The shunt resistor flows based on the derived voltage and a resistance value of a section portion formed as a part of the resistance portion sandwiched between the predetermined portions to which the two sensing terminals are connected. Deriving a current value of the current;
A current monitoring method comprising:
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