JP7757011B2

JP7757011B2 - 電流センサ

Info

Publication number: JP7757011B2
Application number: JP2023067033A
Authority: JP
Inventors: 泰典川口; 真太郎中嶋
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2023-04-17
Filing date: 2023-04-17
Publication date: 2025-10-21
Anticipated expiration: 2043-04-17
Also published as: US20240345139A1; CN118818122A; JP2024153253A; DE102024110458A1

Description

本発明は、電流センサに関する。

シャント抵抗器一体型バスバを用いたシャント式電流センサが開発されている（例えば、特許文献１）。シャント抵抗器一体型バスバは、図２に示すように、２つのバスバ部分１２１の間に、シャント抵抗器部分１２２が接続されたバスバである。

特開２０２０－３０１５４号公報

特許文献１に開示されたシャント式電流センサでは、シャント抵抗器一体型バスバは、ボルトとナットを用いて、基板に固定されている。このため、製造コストが高く、組み立ても複雑である。

そこで、本発明は、簡易で安価な構成でバスバと基板を固定することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る一実施形態に係る電流センサは、基板と、２つのバスバ部分、および当該２つのバスバ部分の間に接続されたシャント抵抗器部分を有するシャント抵抗器一体型バスバと、前記基板に配置された配線と前記バスバ部分とを電気的に接続するための電気接続部と、前記基板を前記シャント抵抗器一体型バスバに固定するための固定部と、を有し、前記シャント抵抗器一体型バスバの長手方向をＸ軸方向とし、前記シャント抵抗器一体型バスバの幅方向をＹ軸方向としたときに、前記固定部は、前記２つのバスバ部の各々において、前記Ｙ軸方向に延びる第１の部分と、前記第１の部分の前記Ｙ軸方向の両端からシャント抵抗器部分に向けて延びる一対の第２の部分と、を有し、前記電気接続部は、前記一対の第２の部分の間に配置されている。

本発明によれば、簡易で安価な構成でバスバと基板を固定することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る電流センサ１００を示す図である。シャント抵抗器一体型バスバ１２０を示す図である。電気接続部１３０と固定部１４０を説明する図である。シャント抵抗器一体型１２０と電気接続部１３０と固定部１４０との位置関係を説明する図である。基板１１０と固定部１４０との位置関係を説明する図である。電流センサ１００の別例を説明する図である。貫通孔１１１と固定部１４０の関係の一例を説明する図である。貫通孔１１１と固定部１４０の関係の一例を説明する図である。電流センサ１００の別例を説明する図である。電流センサ１００の別例を説明する図である。電流センサ１００の別例を説明する図である。

＜電流センサ１００＞
図１は、本発明の一実施形態に係る電流センサ１００を示す図である。電流センサ１００は、基板１１０と、シャント抵抗器一体型バスバ１２０と、を有する。本実施形態では、シャント抵抗器一体型バスバ１２０の長手方向を、Ｘ軸方向とし、シャント抵抗器一体型バスバ１２０の幅方向を、Ｙ軸方向とし、シャント抵抗器一体型バスバ１２０の長手方向および幅方向に垂直な方向を、Ｚ軸方向とする。

基板１１０は、例えば、絶縁体で構成される。基板１１０には、配線および電子部品が配置される。配線および電子部品は、基板１１０の両面に配置されるようにしても良いし、基板１１０の片面のみに配置されるようにしても良い。図１では、電子部品や配線の図示は省略されている。

図２は、シャント抵抗器一体型バスバ１２０を示す図である。シャント抵抗器一体型１２０は、２つのバスバ部分１２１と、シャント抵抗器部分１２２と、を有している。シャント抵抗器部分１１２は、２つのバスバ部分１２１の間に接続されている。基板１１０は、例えば、図１に示すように、２つのバスバ部分１２１の一部とシャント抵抗器部分１２２を覆うように配置される。本実施形態では、基板１１０の２つの面のうち、シャント抵抗器一体型バスバ１２０側の面を下面とし、他方の面を上面とする。

バスバ部分１２１は、例えば、電気導電体で構成される。シャント抵抗器部分１２２は、シャント抵抗器である。

電流センサ１００は、図３に示すように、基板１１０に配置された配線および電子部品とシャント抵抗器一体型バスバ１２０のバスバ部分１２１と電気的に接続するための電気接続部１３０をさらに有する。電気接続部１３０は、基板１１０の下面に配置された配線（不図示）と、シャント抵抗器一体型バスバ１２０のバスバ部分１２１と、の間に配置され、基板１１０に配置された配線および電子部品と、シャント抵抗器一体型バスバ１２０のバスバ部分１２１と、を電気的に接続する。図３に示した例において、電気接続部１３０の数は、バスバ部分１２１ごとに１つであるが、バスバ部分１２１ごとに複数であっても良い。

電流センサ１００は、図３に示すように、基板１１０をシャント抵抗器一体型バスバ１２０に固定するための固定部１４０をさらに有する。固定部１４０は、基板１１０と、シャント抵抗器一体型バスバ１２０（特に、バスバ部分１２１）と、の間に配置され、基板１１０にシャント抵抗器一体型１２０のバスバ部分１２１を固定する。固定部１４０の材料は、例えば、はんだである。このとき、基板１１０は、固定部１４０を構成するはんだが付くための固定用パターンを有するようにすると良い。固定用パターンは、基板１１０の下面に配置される。そして、この基板１１０の固定用パターンとシャント一体型バスバ１２０のバスバ部分１２１とをはんだ付けすることにより、基板１１０にシャント抵抗器一体型１２０を固定するようにすると良い。

図４は、シャント抵抗器一体型１２０と電気接続部１３０と固定部１４０との位置関係を説明する図である。シャント抵抗器一体型１２０の２つのバスバ１２１の各々に、電気接続部１３０と固定部１４０が配置されている。

固定部１４０は、図４に示すように、２つのバスバ部１２１の各々において、第１の部分１４１と、一対の第２の部分１４２と、を有する。第１の部分１４１は、図４の示すように、Ｙ軸方向に延びる部分である。第２の部分１４２は、第１の部分１４１のＹ軸方向の両端からシャント抵抗器部分１２２に向けて延びる部分である。第２の部分１４２は、例えば、図４に示すように、Ｘ軸方向に平行に延びるようにすると良い。図４に示した例において、固定部１４０は、２つのバスバ部１２１の各々において、Ｕ形状をしている。固定部１４０は、例えば、図３に示すように、基板１１０とシャント抵抗器一体型バスバ１２０が重なる領域の外周に沿って配置される。図３、４に示した例では、固定部１４０は、２つのバスバ部１２１の各々において、一体の部材で構成されているが、分割された複数の部分により構成されるようにしても良い。

電気接続部１３０は、図４に示すように、２つのバスバ部１２１の各々において、固定部１４０の一対の第２の部分１４２の間に配置される。つまり、電気接続部１３０は、固定部（つまり、第１の部分１４１と一対の第２の部分）よりに囲まれる領域Ａの内側に配置される。

このため、本実施形態では、電気接続部１３０を囲むように配置された固定部１４０に応力が集中し、電気接続部１３０に応力がほとんどかからず、電気接続部１３０がバスバ１１０から剥離する可能性が低い。結果、本実施形態では、電気接続異常が発生する可能性が低い。つまり、本実施形態では、ボルトやナットなどを使用することなく、バスバと基板との間の導通信頼性が高い状態で、バスバと基板を固定することが可能である。よって、本実施形態では、簡易で安価な構成でバスバと基板を固定することが可能である。

また、本実施形態では、電気接続部１３０より先に固定部１４０の剥離が生じる。つまり、本実施形態では、電気接続部１３０の接続不良が生じる前に、固定部１４０の剥離が生じる。このため、本実施形態では、固定部１４０とバスバ１１０との間の接触抵抗を測定することで、電気接続部１３０の接続不良が生じる前に、電流センサ１００の異常を検知することが可能である。

固定部１４０とバスバ１２０との接触面積を大きくすることで、固定部１４０にかかる応力がより分散される。そこで、シャント抵抗器一体型バスバ１２０のバスバ部分１２１のＹ軸方向の長さ（つまり、シャント抵抗器一体型バスバ１２０のバスバ部分１２１の幅）Ｌ１と固定部１４０のＹ軸方向の長さＬ２との間の差を第１の距離以下にすると良い。このようにすることで、固定部１４０とバスバ１２０との接触面積を大きくなり、固定部１４０にかかる応力をより分散することが可能になる。結果、固定部１４０の剥離の可能性を低減することが可能になる。

図５は、基板１１０と固定部１４０との位置関係を説明する図である。固定部１４０と基板１１０との接触面積を大きくすることで、固定部１４０にかかる応力がより分散される。そこで、基板１１０のＸ軸方向の長さ（つまり、基板１１０の幅）Ｌ３と２つの固定部１４０全体のＸ軸方向の長さＬ４との間の差を第２の距離以下にすると良い。と良い。このようにすることで、固定部１４０と基板１１０との接触面積を大きくなり、固定部１４０にかかる応力をより分散することが可能になる。結果、固定部１４０の剥離の可能性を低減することが可能になる。

＜貫通孔１１１＞
基板１１０は、図６に示すように、固定部１４０の少なくとも一部が入り込むための貫通孔１１１を有するようにしても良い。このようにすることで、固定部１４０と基板１１０との接触面積が増加し、固定部１４０にかかる応力がより分散される。また、貫通孔１１１からガスを逃がすことが可能になり、固定部１４０にボイドが発生する可能性を低減することが可能になる。また、基板１１０の上面側から固定部１４０の材料（はんだ）の吸い上がりの状態を確認することが可能になり、固定状態の良否を判断することが容易になる。

このとき、図６、７に示すように、貫通孔１１１の全体が固定部１４０により塞がれるようにしても良いし、図８に示すように、貫通孔１１１の一部のみが固定部１４０が塞がれるように良い。このとき、貫通孔１１１の内面全体に上述した固定用パターンを配置するようにしても良いし、貫通孔１１１の内面の一部のみに上述した固定用パターンを配置するようにしても良い。

また、貫通孔１１１の全体が固定部１４０により塞がれる場合、図６、７に示すように、基板１１０の上面に固定部１４０のランドが形成されるようにしても良い。このようにすることで、固定部１４０がリベットのような形状になり、基板１１０が固定部１４０の間に挟まれることになる。結果、アンカー効果により固定部１４０の引張強度が向上し、固定部１４０の剥離の可能性をより低減することが可能になる。このとき、基板１１０の上面において貫通孔１１１のまわりに上述した固定用パターンを配置するようにすると良い。

固定部１４０の材料がはんだである場合、はんだの量やフロー条件（温度、時間）を調整することで、はんだは貫通孔１１１を通って基板１１０の上面まで吸い上がらせ、ランドを形成することが可能である。

貫通孔１１１は、２つの固定部１４０に対して、１つであっても良いし、図６に示すように、複数であって良い。固定部１４０の各々に対して貫通孔１１１が複数である場合、複数の貫通孔１１１は、例えば、図６に示すように、固定部１４０の第１の部分１４１に対応する箇所と固定部１４０の第２の部分１４２に対応する箇所の両方に配置されるようにすると良い。つまり、複数の貫通孔１１１は、図６に示すように、固定部１４０と同様に、Ｕ字状に配置されるようにすると良い。このようにすることで、固定部１４０と基板１１０との接触面積がより増加し、固定部１４０にかかる応力がより分散される。

また、固定部１４０の各々に対して貫通孔１１１が複数である場合、固定部１４０は、図９に示すように、複数の貫通孔１１１と一対一対応になるように、複数に分割されるようにしても良い。このようにすることで、基板１１０の下面においてもガスを逃がすことが可能になり、固定部１４０にボイドが発生する可能性をより低減することが可能になる。

このとき、２つのバスバ部１２１の各々において、図１０に示すように、複数の固定部１４０のうちの１つが基準電圧に接続されるようにし、他の固定部１４０が、抵抗器Ｒを介して電圧源Ｖｉｎに接続されるようにすると良い。このようにすることで、固定部１４０とバスバ１１０との間の接触抵抗を測定することが可能になり、結果、この接触抵抗の測定に基づいて、固定部１４０の剥離を検知することが可能になる。抵抗器Ｒを介して電圧源Ｖｉｎに接続された固定部１４０の各々において、当該固定部１４０が剥離するにつれ、つまり、当該固定部１４０とバスバ部１２１との間の接触面積が小さくになるにつれ、当該固定部１４０とバスバ１１０との間の接触抵抗が大きくなり、当該固定部１４０と抵抗器Ｒとの間における電圧値Ｖｏｕｔが大きくなる。

図１０に示した例では、基準電圧に接続される固定部１４０が２つのバスバ部１２１の両方に存在するが、図１１に示すように、基準電圧に接続される固定部１４０が２つのバスバ部１２１の一方のみに存在するようにしても良い。このようにすることでも、固定部１４０とバスバ１１０との間の接触抵抗を測定することが可能になる。

以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に記載した本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更が可能である。

１００電流センサ
１１０基板
１１１貫通孔
１２０シャント抵抗器一体型バスバ
１２１バスバ部分
１２２シャント抵抗器部分
１３０電気接続部
１４０固定部
１４１固定部１４０の第１の部分
１４２固定部１４０の第２の部分

Claims

配線が配置された基板と、
２つのバスバ部分、および当該２つのバスバ部分の間に接続されたシャント抵抗器部分を有するシャント抵抗器一体型バスバと、
前記配線と前記バスバ部分とを電気的に接続するための電気接続部と、
前記基板を前記シャント抵抗器一体型バスバに固定するための固定部と、を有し、
前記シャント抵抗器一体型バスバの長手方向をＸ軸方向とし、前記シャント抵抗器一体型バスバの幅方向をＹ軸方向としたときに、
前記固定部は、前記２つのバスバ部分の各々において、
前記Ｙ軸方向に延びる第１の部分と、
前記第１の部分の前記Ｙ軸方向の両端からシャント抵抗器部分に向けて延びる一対の第２の部分と、を有し、
前記電気接続部は、前記一対の第２の部分の間に配置されている、電流センサ。
前記バスバ部分の前記Ｙ軸方向の長さと前記固定部のＹ軸方向の長さとの間の差は、第１の距離以下である、請求項１に記載の電流センサ。
前記基板の前記Ｘ軸方向の長さと前記固定部全体の前記Ｘ軸方向の長さとの間の差を第２の距離以下である、請求項１に記載の電流センサ。
前記基板は、前記固定部の少なくとも一部が入り込むための貫通孔をさらに有する、請求項１に記載の電流センサ。
前記固定部は、前記貫通孔の全体を塞いでいる、請求項４に記載の電流センサ。
前記基板の面のうちの、前記シャント抵抗器一体型バスバと対向する面の反対側の面に前記固定部のランドが形成されている、請求項５に記載の電流センサ。
前記固定部は、前記貫通孔の一部を塞いでいる、請求項４に記載の電流センサ。
前記貫通孔は、複数であり、
前記複数の貫通孔は、前記固定部の第１の部分に対応する箇所と前記固定部の第２の部分に対応する箇所の両方に配置されている、請求項４に記載の電流センサ。
前記貫通孔は、複数であり、
前記固定部は、前記複数の貫通孔と一対一対応になるように、複数に分割されている、請求項４に記載の電流センサ。
前記複数の固定部のうちの少なくとも１つは、基準電位に接続され、他の固定部は、抵抗器を介して電圧源に接続されている、請求項９に記載の電流センサ。