(57)【要約】【課題】回路基板に搭載される温度検出手段とバスバとの熱的な接続関係を良好に確保することができるシャント抵抗式電流センサを提供する。【解決手段】シャント抵抗式電流センサ１は、バスバ１０と、バスバ１０と向き合って配置される回路基板２０と、バスバ１０と回路基板２０とを電気的に接続するとともにバスバ１０に対して回路基板２０を隔てて保持する接続端子と、回路基板２０に搭載されて回路基板２０に印加される電圧値を検出する電圧検出ＩＣ３０と、回路基板２０においてバスバ１０と対向する面に搭載されて電圧検出ＩＣ３０が補正を行うためにバスバ１０の温度を検出する温度センサ３５と、を有している。このバスバは１０、温度センサ３５と対応する位置に、回路基板２０側に向けて突き出した凸部１３を備えている。【選択図】図３
2015021816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略平板形状のバスバと、
前記バスバと向き合って配置される回路基板と、
前記バスバと前記回路基板とを電気的に接続するとともに、前記バスバに対して前記回路基板を隔てて保持する接続端子と、
前記回路基板に搭載され、前記バスバに流れる被測定電流の大きさを検出するために当該バスバに印加される電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記回路基板において前記バスバと対向する面に搭載され、前記電圧検出手段が補正を行うために前記バスバの温度を検出する温度検出手段と、を有し、
前記バスバは、前記温度検出手段と対応する位置に、前記回路基板側に向けて突き出した凸部を備えることを特徴とするシャント抵抗式電流センサ。
【請求項２】
前記接続端子は、前記バスバの辺縁部から延出する帯状の延出片を前記回路基板側に折り曲げて形成されており、当該延出片の先端領域を前記回路基板に貫通させていることを特徴とする請求項１に記載されたシャント抵抗式電流センサ。
【請求項３】
前記接続端子は、
前記バスバと同じ板厚に設定される基端部と、
前記バスバよりも薄い板厚に設定される先端部とで構成されており、
前記基端部の途中で前記回路基板側に折り曲げられるとともに、前記先端部が前記回路基板を貫通することを特徴とする請求項１又は２に記載されたシャント抵抗式電流センサ。
【請求項４】
前記凸部と前記温度検出手段との間の空隙を満たすように配置された熱伝導部材をさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載されたシャント抵抗式電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャント抵抗式電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パルス電流や交流大電流等を検出するため抵抗値が既知なシャント抵抗部に被測定電流を流し、このシャント抵抗部に生じる電圧降下を検出することで被測定電流の大きさを検出するシャント抵抗式電流センサが提案されている。例えば、自動車などの車両では配電にバスバと呼ばれる金属片が使用されることがあり、電流の経路に相当するバスバの一部をシャント抵抗部として利用している。このバスバ上には回路基板が配置されており、当該回路基板には、バスバに流れる被測定電流の大きさを検出するために、シャント抵抗部に印加される電圧値を検出する電圧検出ＩＣが搭載される。
【０００３】
また、この類のシャント抵抗式電流センサでは、シャント抵抗部の抵抗値が温度に依存して変化することがあるため、シャント抵抗部の温度を検出し、この温度に応じて抵抗値の補正を行っている。特に、シャント抵抗部に関する温度依存係数が大きい場合には、シャント抵抗部の温度を正確に検出する必要がある。このため、電圧降下を検出するための電圧検出ＩＣ等が搭載される回路基板には、温度センサも搭載されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−７８３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電圧検出端子やグランド端子といった接続端子は回路基板とバスバとの間の電気的な接続のみならず機械的な接続も行っているが、この接続端子がバスバに対して回路基板を隔てて保持しているため、回路基板とバスバとの間に空隙が生じてしまうという問題がある。この場合、バスバと回路基板との隙間により回路基板上の温度センサとバスバとの距離も離間し、これにより、温度検出精度の低下する虞がある。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路基板に搭載される温度検出手段に対してバスバの熱状態を効率的に伝えることで、電流検出精度の向上を図ることができるシャント抵抗式電流センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するために、本発明は、略平板形状のバスバと、バスバと向き合って配置される回路基板と、バスバと回路基板とを電気的に接続するとともに、バスバに対して回路基板を隔てて保持する接続端子と、回路基板に搭載され、バスバに流れる被測定電流の大きさを検出するために当該バスバに印加される電圧値を検出する電圧検出手段と、回路基板においてバスバと対向する面に搭載され、電圧検出手段が補正を行うためにバスバの温度を検出する温度検出手段と、を有し、バスバは、温度検出手段と対応する位置に、回路基板側に向けて突き出した凸部を備えることを特徴とするシャント抵抗式電流センサを提供する。
【０００８】
ここで、本発明において、接続端子は、バスバの辺縁部から延出する帯状の延出片を回路基板側に折り曲げて形成されており、当該延出片の先端領域を回路基板に貫通させていることが好ましい。
【０００９】
また、本発明において、接続端子は、バスバと同じ板厚に設定される基端部と、バスバよりも薄い板厚に設定される先端部とで構成されており、基端部の途中で回路基板側に折り曲げられるとともに、先端部が回路基板を貫通することが好ましい。
【００１０】
また、本実施形態において、凸部と温度検出手段との間の空隙を満たすように配置された熱伝導部材をさらに有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、凸部の存在によりバスバの表面上の高さが部分的に嵩上げされることになるので、バスバと回路基板上の温度検出手段と近接させることができる。これにより、温度検出手段に対してバスバの熱状態を効率的に伝えることができ、電流検出精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係るシャント抵抗式電流センサを模式的に示す上面図
【図２】第１の実施形態に係るシャント抵抗式電流センサを模式的に示す下面図
【図３】図１に示すシャント抵抗式電流センサを模式的に示す側面図
【図４】バスバを模式的に示す断面図
【図５】シャント抵抗式電流センサの使用状態を模式的に示す説明図
【図６】第２の実施形態に係るシャント抵抗式電流センサを模式的に示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１を模式的に示す上面図であり、図２は、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１を模式的に示す下面図である。図３は、図１に示すシャント抵抗式電流センサ１を模式的に示す側面図であり、図１に示すシャント抵抗式電流センサ１を紙面に対して下方側から眺めた状態を示している。本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１は、バッテリターミナルとして用いられるものであって、バスバ１０と、回路基板２０とを主体に構成されている。
【００１４】
バスバ１０は、略平板形状の導電部材であって、例えば銅マンガン合金や銅ニッケル合金などにより構成されている。このバスバ１０はその一部をシャント抵抗部ＳＲとして機能させることができ、バスバ１０に電流が流れることで、シャント抵抗部ＳＲに被測定電流が流れるようになっている。バスバ１０は、平板形状の鋼材からプレス成形により所望の形状に形成される。
【００１５】
本実施形態において、バスバ１０は、例えば略Ｕ字状に形成され、中央に位置するシャント抵抗部ＳＲの両側に貫通孔１１，１２が形成されている。一方の貫通孔１１は、バッテリポスト用の孔として機能すると共に、他方の貫通孔１２は、ワイヤーハーネス固定用の孔として機能する。
【００１６】
また、シャント抵抗式電流センサ１は、正極及び負極に対応した一対の電圧検出端子４１，４２を備えている。個々の電圧検出端子４１，４２は、回路基板２０とバスバ１０とを電気的に接続するとともに、バスバ１０に対して回路基板２０を保持するものである。シャント抵抗式電流センサ１がバッテリターミナルとして用いられてバッテリの負極側のバッテリポストに取り付けられる場合、一方の電圧検出端子４１は正極側の電圧検出端子に相当し、他方の電圧検出端子４２は負極側の電圧検出端子に相当する。電圧検出端子４１，４２は、シャント抵抗部ＳＲの両端と対応する位置にそれぞれ設けられている。
【００１７】
本実施形態において、個々の電圧検出端子４１，４２は、バスバ１０の辺縁部から延出された帯状の延出片として構成されている。個々の電圧検出端子４１，４２は、互いに向き合う辺縁部から互い違いとなる向きに延出されており、平行に並んで配置されている。本実施形態において、これらの電圧検出端子４１，４２はバスバ１０と一体的に形成され、例えば平板形状の鋼材からプレス加工によりバスバ１０と同時的に形成されている。個々の電圧検出端子４１，４２は互いに対応する形態を備えており、電圧検出端子４２を例示してその説明を行う。
【００１８】
図４は、図１に示すバスバ１０のＡＡ断面を模式的に示す説明図である。電圧検出端子４２は、略Ｌ字形状に、すなわち、バスバ１０の辺縁部から延出した後に回路基板２０側へと折り曲げた形状に形成されている。電圧検出端子４２において折り曲げ位置よりも先端側の部位は直線状に延在しており、その先端領域が回路基板２０を貫通している（図２参照）。
【００１９】
電圧検出端子４２は、バスバ１０と接続する基端部４２ａと、基端部４２ａの先端側に位置づけられる先端部４２ｂとで構成されている。基端部４２ａは、バスバ１０と同じ板厚に設定されており、その途中で回路基板２０側に折り曲げられている。一方、先端部４２ｂは、バスバよりも薄い板厚かつ幅狭に設定されており、回路基板２０を貫通している。先端部４２ｂは、例えば、板厚を減少させる減厚加工により形成されている。この減厚加工は、回路基板２０の貫通を小孔にて実現するための前処理であり、基端部４２ａにおける曲げ加工に先立ち行われている。
【００２０】
ここで、回路基板２０に形成されたスルーホールの内径は、先端部４２ｂの外径と対応しており、基端部４２ａが当該スルーホールに進入することはできない。このため、バスバ１０と回路基板２０との間には、折り曲げ位置から先端部４２ｂに至る長さに相当する隔たりが存在することとなる。このように、電圧検出端子４２は、バスバ１０に対して回路基板２０を隔てて保持することとなる。
【００２１】
また、シャント抵抗式電流センサ１は、グランド端子４３をさらに備えている。グランド端子４３は、バスバ１０と回路基板２０とを電気的に接続するとともに、一対の電圧検出端子４１，４２と同様、バスバ１０に対して回路基板２０を保持している。このグランド端子４３は、バスバ１０に流れる被測定電流の電流経路を基準として、一対の電圧検出端子４１，４２よりも外側に配置されている。換言すれば、グランド端子４３は、シャント抵抗部ＳＲよりも外側に配置されている。本実施形態において、グランド端子４３は、他方の電圧検出端子４２とバッテリポスト用の貫通孔１１との間に設けられている。
【００２２】
グランド端子４３は、バスバ１０の辺縁部から延出された帯状の延出片として構成されており、バスバ１０の辺縁部から延出した後に回路基板２０側へと折り曲げられ、その先端領域が回路基板２０を貫通している（図２参照）。なお、グランド端子４３の具体的な形態は、電圧検出端子４１，４２と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【００２３】
再び図１乃至図３を参照するに、回路基板２０は、バスバ１０と向き合うように所定のスペースを隔てて設置されている。回路基板２０には、一対の回路パターン（図示せず）が形成されている。一対の回路パターンの一方の端部は、回路基板２０を貫通した電圧検出端子４１，４２にそれぞれ接続され、他方の端部は、後述する電圧検出ＩＣ３０にそれぞれ接続されている。また、回路基板２０には、グランドパターン（図示せず）が形成されている。グランドパターンの一方の端部は、回路基板２０を貫通したグランド端子４３に接続され、他方の端部は、電圧検出ＩＣ３０に接続されている。個々の電圧検出端子４１，４２と回路パターンとの接続、及びグランド端子４３とグランドパターンとの接続は、例えば半田付けにより行われる。
【００２４】
電圧検出ＩＣ３０は、回路基板２０上に搭載されており、当該回路基板２０上に形成された回路パターン及びグランドパターンと接続されている。電圧検出ＩＣ３０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。この電圧検出ＩＣ３０は、バスバ１０に流れる被測定電流の大きさを検出するために、一対の電圧検出端子４１，４２を介して回路基板２０に印加される電圧値を検出する（電圧検出手段）。すなわち、電圧検出ＩＣ３０は、バスバ１０のシャント抵抗部ＳＲに生じる電圧降下を検出し、その電圧降下からバスバ１０に流れる被測定電流の大きさを検出する。
【００２５】
また、電圧検出ＩＣ３０は、後述する温度センサ３５による検出結果に応じて補正を行う。すなわち、電圧検出ＩＣ３０は、温度変化による抵抗変化の影響を受けて誤った電流値を検出しないように、温度結果に応じてシャント抵抗部ＳＲにおける抵抗値の補正を行う。
【００２６】
温度センサ３５は、回路基板２０において、バスバ１０のシャント抵抗部ＳＲと対向する面に設けられており、本実施形態では、回路基板２０のうち電圧検出ＩＣ３０の搭載面と反対側の面に設けられている。このため、温度センサ３５は、自身と向き合う位置にあるバスバ１０（シャント抵抗部ＳＲ）の温度を検出する（温度検出手段）。
【００２７】
本実施形態の特徴の一つとして、バスバ１０は、温度センサ３５と対応する位置に、回路基板２０側に向けて突き出した凸部１３を備えている。この凸部１３は、自身が備える高さを利用して、バスバ１０と温度センサ３５との熱的な接続を高める機能を担っている。凸部１３による突き出し高さは、バスバ１０と回路基板２０（温度センサ３５）との間の距離に基づいて、凸部１３と温度センサ３５とが極力近づくような関係に設定されることとなる。
【００２８】
凸部１３は、プレス加工によりバスバ１０の成形と同時に形成してもよいし、バスバ１０の成形後に追加的に形成してもよい。また、凸部１３は、バスバ１０と一体的に形成するのみならず、独立した部材により形成してもよい。この凸部１３は、温度センサ３５とバスバ１０との熱的な接続を高めるためのものであり、バスバ１０と同等以上の熱伝導性を備えることが望ましい。
【００２９】
図６は、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１の使用状態を模式的に示す説明図である。本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１のバスバ１０は、バッテリ７０に対して利用可能なバッテリターミナルとして用いられる。例えば、バスバ１０の一方の貫通孔１１は、ボルト１４及びナット１５（図１参照）を利用してバッテリポスト７１の負極側に接続される。また、他方の貫通孔１２にはワイヤーハーネス固定ネジ７３を介してワイヤーハーネスＷに接続される。
【００３０】
このように本実施形態において、シャント抵抗式電流センサ１は、バスバ１０と、バスバ１０と向き合って配置される回路基板２０と、バスバ１０と回路基板２０とを電気的に接続するとともにバスバ１０に対して回路基板２０を隔てて保持する接続端子と、回路基板２０に搭載されてバスバ１０に流れる被測定電流の大きさを検出するために当該バスバ１０に印加される電圧値を検出する電圧検出ＩＣ３０と、回路基板２０においてバスバ１０と対向する面に搭載されて電圧検出ＩＣ３０が補正を行うためにバスバ１０の温度を検出する温度センサ３５と、を有している。このバスバ１０、温度センサ３５と対応する位置に、回路基板２０側に向けて突き出した凸部１３を備えている。本実施形態において、一対の電圧検出端子４１，４２及びグランド端子４３が接続端子にそれぞれ該当している。
【００３１】
凸部１３の存在によりバスバ１０の表面上の高さが部分的に嵩上げされることになるので、バスバ１０と回路基板２０上の温度センサ３５と近接させることができる。これにより、回路基板２０に搭載される温度センサに対してバスバ１０の熱状態を効率的に伝えることで、電流検出精度の向上を図ることができる。
【００３２】
また、この凸部１３をプレス加工を通じたバスバ１０自身の形状変形により同時的に形成することで、前述の効果とともに、生産効率の向上を図ることができる。
【００３３】
また、本実施形態において、接続端子は、バスバ１０の辺縁部から延出する帯状の延出片を回路基板１０側に折り曲げて形成されており、延出片の先端領域を回路基板２０に貫通させている。
【００３４】
かかる構成によれば、接続端子における折り曲げ位置と回路基板２０の保持位置との間の長さに応じて、バスバ１０と回路基板２０との間に隔たりが生じてしまう。このような形態を接続端子に採用する場合であっても、凸部１３の存在によりバスバ１０の表面上の高さが部分的に嵩上げされることになるので、バスバ１０と回路基板２０上の温度センサ３５と近接させることができる。これにより、回路基板２０に搭載される温度センサに対してバスバ１０の熱状態を効率的に伝えることで、電流検出精度の向上を図ることができる。
【００３５】
また、本実施形態において、接続端子は、バスバ１０と同じ板厚に設定される基端部と、バスバよりも薄い板厚に設定される先端部とで構成されており、基端部の途中で回路基板２０側に折り曲げられるとともに、先端部が回路基板２０を貫通する構成となっている。
【００３６】
減厚加工を施して先端部を形成した場合、当該先端部において生じる加工硬化の影響を考慮して、接続端子の折り曲げは基端部において行うことが好ましい。回路基板２０について貫通するのは先端部のみであるため、バスバ１０と回路基板２０との間には、折り曲げ位置から先端部までに至る長さに相当する隔たりが存在することとなる。すなわち、接続端子を基端部と先端部との二段構成にした場合には、バスバ１０と回路基板２０との間に必然的に隔たりが生じてしまう。しかしながら、本実施形態によれば、凸部１３の存在によりバスバ１０の表面上の高さが部分的に嵩上げされることになるので、バスバ１０と回路基板２０上の温度センサ３５と近接させることができる。これにより、回路基板２０に搭載される温度センサに対してバスバ１０の熱状態を効率的に伝えることで、電流検出精度の向上を図ることができる。
【００３７】
（第２の実施形態）
図６は、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１を模式的に示す説明図である。第２の実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１が、第１の実施形態と相違する点は、バスバ１０と温度センサ３５との熱的な接続をさらに改善させたたことにある。なお、第１の実施形態と重複する構成についての説明は省略することとし、以下相違点を中心に説明を行う。
【００３８】
凸部１３を設けることで、バスバ１０と温度センサ３５とを近接させることができるが、部品の加工精度や個体差に応じて、凸部１３と温度センサ３５との間に隙間が生じることも考えられる。そこで、本実施形態では、熱伝導部材３６を設けることでこれを解消することとする。すなわち、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１は、凸部１３と温度センサ３５との間の空隙を満たすように配置された熱伝導部材３６をさらに有している。熱伝導部材３６としては、例えば、熱伝導樹脂や樹脂に高熱伝導性のフィラーを添加した高熱伝導樹脂を用いることができる。
【００３９】
これにより、バスバ１０の温度が高熱伝導部材３６を介して温度センサ４０に速やかに熱伝導するので、凸部１３と温度センサ３５との間に隙間が生じるような場合でも、温度センサ３５とバスバ１０との熱的な接続関係を良好に確保することができる。
【００４０】
また、本実施形態によれば、凸部１３が存在することを前提に、温度センサ３５との距離が短くなった状態で熱伝導部材３６を配設している。そのため、部品の加工精度や個体差に応じて、凸部１３と温度センサ３５との間に隙間が生じない場合には、熱伝導部材３６を省略することも可能であり、また、これを配設する場合であっても、熱伝導部材３６の使用量を抑えたり、これを設けるための作業効率を向上させたりすることができる。
【００４１】
以上、本実施形態にかかるシャント抵抗式電流センサについて説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることなく、その発明の範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１    シャント抵抗式電流センサ
１０    バスバ
１３    凸部
２０    回路基板
３０    電圧検出ＩＣ
３５    温度センサ
３６    熱伝導部材
４１    電圧検出端子
４２    電圧検出端子
４２ａ  基端部
４２ｂ  先端部
４３    グランド端子
７０    バッテリ
７１    バッテリポスト
ＳＲ    シャント抵抗部
Ｗ    ワイヤーハーネス
【図１】
2015021816.tif 000003
【図２】
2015021816.tif 000004
【図３】
2015021816.tif 000005
【図４】
2015021816.tif 000006
【図５】
2015021816.tif 000007
【図６】
2015021816.tif 000008