分流电阻器以及使用该分流电阻器的电流检测装置的制作方法

本发明涉及分流电阻器等。

背景技术

近年来，电子设备中使用的电流例如朝1kA左右的大电流方向发展。在该情形中，为了确保电路短路时的安全性，需要控制短路电流。当以分流电阻器实现此类控制时，在电路短路时能够承受大电流的结构成为重要一环，而且由于短路电流瞬时发生，因此电流的瞬时检测也是重要一环。

因此，此类用途中使用的分流电阻器需要具有较低的电阻值，如100μΩ以下的电阻值。在此类情形中，可考虑的措施为，尽可能地消除电极与电阻元件之间的连接，或者尽可能地缩短电阻元件的长度。此外，作为消除电极和电阻元件间连接的结构，可考虑的措施为，以同一材料，如锰铜(Manganin)制成电极和电阻元件(例如，参见专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：公开号为2001-116771的日本专利申请

技术实现要素：

本发明待解决的问题

然而，当以同一材料(如电阻率较小的铜)制成分流电阻器的电极和电阻元件时，虽然能够减小电阻，但是同时存在TCR(电阻温度系数)变大的问题。

另外，当以同一材料，如TCR较小的锗拉宁(Manganin、Zeranin)制成分流电阻器的电极和电阻元件时，虽然可以降低TCR，但是存在剩余电阻(电压测量端子外侧部分的电阻值)变大且功耗变大的问题。

此外，当电极和电阻元件由不同材料制成时，存在电极与电阻元件连接处(如焊接点)的机械强度变差的问题。

本发明的目的在于，使电阻元件和电极由同一材料制成的分流电阻器具有较低的电阻和较低的TCR。

此外，本发明的目的还在于，提供一种使用上述分流电阻器且适于检测较大短路电流的电流检测装置。

解决问题的技术手段

根据本发明的一个方面，提供一种将以铜为主成分且含有镍和锌的Cu-Ni-Zn合金作为电阻元件材料的由单一材料电阻元件构成的分流电阻器。

优选地，所述Cu-Ni-Zn合金的Ni含量为1.5～10wt％，Zn含量为0.1～12wt％，其余为Cu。

优选地，还含有0.3～0.9wt％的Si。所述Cu-Ni-Zn合金可进一步含有0.1～1wt％的Sn、Mg当中的至少一种金属。

所述Cu-Ni-Zn合金可进一步含有0.1～1wt％的Si、Sn、Mg、Ti当中的至少一种金属。

根据本发明，在上述任何一项所述的分流电阻器中，通过将所述由单一材料电阻元件构成的板状物的一部分朝正面一侧扳起的方式形成一对电压检测端子。

本发明还提供一种电流测定装置，包括：以上所述分流电阻器；以及电流测定电路，该电流测定电路根据由与所述一对电压检测端子分别连接的第一和第二电压信号线路构成的一对电压信号线路的信号测定电流。

本说明书包含作为本申请优先权基础的申请号为2018-140647的日本专利申请的公开内容。

发明效果

根据本发明，可以使电阻元件和电极由同一材料制成的分流电阻器具有较低的电阻和较低的TCR。

附图说明

图1为本发明第一实施方式分流电阻器的一种例示结构斜视图。

图2为使用本发明第二实施方式分流电阻器的电流检测装置的一种例示结构斜视图，该图为将分流电阻器安装于电路板之前的例示结构斜视图。

图3为使用本发明第二实施方式分流电阻器的电流检测装置的一种例示结构斜视图，该图为将分流电阻器安装于电路板之后的例示结构斜视图。

图4为将分流电阻器安装于电路板之后的图3例示结构沿IIIa-IIIb一线的截面图。

图5为使用本实施方式分流电阻器的电流检测装置的一种例示结构电路图(框图)。

图6所示为本发明第三实施方式的分流电阻器，该图为将Cu-Ni-Zn合金用作板状物(电阻元件)材料的分流电阻器斜视图。

具体实施方式

以下，参考附图，详细说明本发明实施方式的分流电阻器以及使用该分流电阻器的电流检测装置。

(第一实施方式)

首先，对本发明第一实施方式进行说明。图1为本实施方式分流电阻器的一种例示结构斜视图。

如图1所示，本实施方式分流电阻器A为例如具有下述组成的平板状的长条板状物1构成的分流电阻器。当平板状的板状物1为单一材料电阻元件时，分流电阻器A中形成沿板状物1长度方向相互分隔开的一对电压检测端子11a，11b。所述一对电压检测端子11a，11b可通过如下方式简单形成：在板状物1的相对两处，在保留第一边的同时，将其他三边切通，然后以此两处的第一边为基准，朝正面一侧扳起。

通过上述方式，在板状物1中，第一边内侧的区域(以附图标记L1，L2表示)在电流检测中作为有效电阻元件3，其外侧至两端的区域作为有效电极5a，5b。

如图1所示，通过切通板状物1后随即弯曲扳起而形成电压检测端子，易于缩短间隔，并获得长度较短的电压检测端子。此外，还能减小分流电阻器的电感值。

此外，在图1示例之外，还可通过将作为单独部件的销状端子竖立设置于板状物1上的方式形成电压检测端子。销状端子在板状物1上的固定可采用将销状端子焊接于板状物1表面或将销状端子插入板状物1上形成的孔中的方式。

另外，在图1所示分流电阻器中，还形成沿板状物1长度方向相互隔开的一对开孔7a，7b，此两开孔设置为使得通过螺栓等将其固定至汇流排、布线电路板(未示出)等上。

以下，对单一材料电阻元件构成的板状物1的形成材料的组成进行说明。

当例如以具有常用组成的铜(100％)为板状物1的材料时，固有阻值(μΩ/cm)低至约1.72左右，但TCR(ppm/℃)高至约3970左右。

另外，当以锰铜(注册商标)为板状物1的材料时，TCR(ppm/℃)低至约±50左右，但固有阻值(μΩ/cm)高至约44左右。此外，当采用Zeranin30(注册商标)时，TCR(ppm/℃)低至约±29左右，但固有阻值(μΩ/cm)较高至约29左右。

在本实施方式中，采用下表所示的板状物1材料。根据本实施方式，板状物的固有阻值为4～5，TCR为1000～2000。也就是说，与锰铜相比，固有阻值为1/10左右。1000～2000的TCR虽然高于锰铜，但是低于铜。

表1

表1为本实施方式板状物1材料的一例。如表1所示，单一材料电阻元件构成的板状物1的形成材料(合金材料)的主成分为铜，记为D1，含量例如为77～98.4wt％。在主成分铜之外，在本实施方式中，还含有以B1表示的锌(Zn)以及以A1表示的Ni。除此之外，还含有Si、Sn、Mg、Ti当中的至少一种，记为C1，含量为0～1wt％。锌(Zn)的含量为0.1～12wt％，Ni的含量为1.5～10wt％(加总至100wt％)。此外，本发明合金材料中可能含有无以避免的杂质。

考虑到锰铜也例如含有2wt％左右的Ni，因此使固有阻值能够得以降低的原因推测为Zn的加入和合金化。根据发明人的推测，Zn易于氧化而形成氧化膜ZnO。在以Cu为主成分的合金中，通过加入少量的Zn，不但能够使形成板状物1的合金表面的ZnO氧化膜对基质低电阻金属铜起到表面保护膜的作用，还能与锰铜等一样，因含有Ni而获得降低TCR的效果。以下，将本实施方式板状物所使用的加有一定量的Zn的合金称为Cu-Ni-Zn合金。

此外，在该Cu-Ni-Zn合金中，可以以0～1wt％的含量加入Si、Sn、Mg、Ti当中的至少一种金属。此类合金同样称为Cu-Ni-Zn合金。

本实施方式的Cu-Ni-Zn合金在使用时，不但具有良好的高温耐用性，而且特性较为稳定。例如，在175℃高温下的1000小时静置实验中，阻值变化仅呈现±0.5％以内的较小波动。

由于本实施方式之外的铜和铜合金通常高温稳定性较低且在发生氧化时呈现大于±1％的阻值波动，因此本实施方式的Cu-Ni-Zn合金可谓具有稳定的特性和良好的耐用性。

(第二实施方式)

以下，对本发明第二实施方式进行说明。图2和图3为使用本实施方式分流电阻器的电流检测装置的一种例示结构斜视图，其中，图2为将分流电阻器安装于电路板之前的例示结构斜视图，图3为将分流电阻器安装于电路板之后的例示结构斜视图。图4为将分流电阻器安装于电路板之后的图3例示结构沿IIIa-IIIb一线的截面图。图5为使用本实施方式分流电阻器的电流检测装置的一种例示结构电路图(框图)。

如图2和图3所示，电流测定装置X通过将以第一实施方式Cu-Ni-Zn合金为板状物(电阻元件)1材料的分流电阻器A与电流测定电路(如含放大电路B的电路)连接的方式形成。放大电路B为用于将分流电阻器A输出信号放大的电路。

分流电阻器A与放大电路B的连接通过将竖立设置于分流电阻器A上的电压检测端子11a，11a插入形成于放大电路B的电路板21中的通孔(贯通开孔)23a，23b内的方式实现。形成有放大电路B的电路板21为印刷电路板等，其上设有用于放大分流电阻器A输出信号的放大电路(电路板)。其中，附图标记35为用于将信号从放大电路B输出至其他控制设备等的端子部件。

利用电路板21的通孔23a，23b，并通过以焊料连接电压检测端子11a，11b，可以实现使电路板21上的放大器等电路部件与分流电阻器A相互邻近的连接方式。

此外，根据图4的电流检测电路截面图，通过将分流电阻器A的板状物1切通后随即弯曲扳起的方式形成电压检测端子11a，11b，可以缩短该对电压检测端子11a、11b之间的间隔距离，并使得所形成的端子长度较短。此外，还能减小分流器的电感值，并确保耐用性。

如图5所示，放大电路B例如包括基于光电耦合器、静电耦合电容器C等的ΔΣ转换模拟绝缘放大器25。模数转换器27经由线路L13设置在ΔΣ转换模拟绝缘放大器25的输出一侧。分流电阻器A的第一信号输出端子11a和第二信号输出端子11b分别通过线路L11，L12与放大电路的两个输入端子连接。

放大电路B具有输入端子，这些输入端子分别经电阻等与ΔΣ转换模拟绝缘放大器25连接。此外，连至输入端子的线路L11，L12之间设有电容器C。如此，可以减小进入ΔΣ转换模拟绝缘放大器25的常态噪声等。ΔΣ转换模拟绝缘放大器25的正相输入端与Vcc连接，反相输入端与GND 31连接。

通过使用基于光电耦合器、静电耦合电容器等的ΔΣ转换模拟绝缘放大器25，可以实现输入一侧和输出一侧的电绝缘。如此，可以减小噪声对与用于信号放大的电流测定装置X中设置的放大电路连接的一对电压信号线路(线路L11，L12)的影响。

此外，根据本实施方式，输出信号可以以数字方式输出。由于分流电阻器A的TCR特性使得其不适合需要高精度电流检测的用途，因此优选将输出信号作为数字信号，以减轻控制设备一侧的处理负担。

当电流值超出预定值时，输出高(High)电平，而当电流值处于预定值以内时，输出低(Low)电平。所使用的数字电路可以为采用比较器等的简单电路。此外，电路的绝缘功能可通过以上所述的光电耦合器等简单部件实现。

另外，本实施方式电流检测电路可以添加至其他检测电路。例如，可通过设置电压检测电路等，应用于电压检测等用途。

(第三实施方式)

以下，对本发明第三实施方式进行说明。本实施方式包含分流电阻器的其他实现形式。图6所示为本实施方式的分流电阻器，该图为将Cu-Ni-Zn合金用作板状物(电阻元件)1材料的分流电阻器斜视图。

与第一实施方式一致，本实施方式分流电阻器D也使用Cu-Ni-Zn合金的长条板状物1，但其具有例如通过对中央附近进行冲压加工而使得中央电阻元件3区域向上隆起的结构。其他结构与图1相同。具有该弯曲结构的分流电阻器D可通过在电路上进行表面安装而得到使用。

与第一实施方式相比，本实施方式分流电阻器能够实现进一步的小型化。

(第四实施方式)

以下，对本发明第四实施方式分流电阻器进行说明。该分流电阻器的基本结构可以与第一至第三实施方式中的任一实施方式相同。

表2所示为表1所示各金属材料的组成比例的更具体一例。

表2

在表2所示Cu-Ni-Zn合金当中，实施例1-1例如含1.5～4.0wt％的Ni，0.1～0.5wt％的Zn，0.3～0.9wt％的Si，0.1～1wt％的Sn、Mg中至少一种金属，其余为Cu(93.6～98wt％)(总计100wt％)。

在该例中，固有阻值为4～5μΩ·cm，TCR为1000～2000左右。

另外，实施例1-2例如含1.6wt％的Ni，0.4wt％的Zn，0.4wt％的Si，0.5wt％的Sn，其余部分为Cu(约97.1wt％)。

在该例中，固有阻值为4.3μΩ·cm，TCR为1500左右。

也就是说，由于与表1中Cu占比较高的情形相对应，因此固有阻值比锰铜、Zeranin30均低，而且同时TCR值高于锰铜、Zeranin30。因此，对降低固有阻值的需求较高的情形较为有效。

(第五实施方式)

以下，对本发明第五实施方式分流电阻器进行说明。该分流电阻器的基本结构可以与第一实施方式相同。

表3所示为表1所示各金属材料的组成比例的更具体一例。

表3

在表3所示Cu-Ni-Zn合金当中，实施例2-1例如含5～10wt％的Ni，5～12wt％的Zn，0～1wt％的Si和/或Ti，其余为Cu(约77～90wt％)。

在该例中，固有阻值为10～15μΩ·cm，TCR为200～1000左右。

另外，实施例2-2例如含6wt％的Ni，11wt％的Zn，其余为Cu(约83wt％)。

在该例中，固有阻值为11.5μΩ·cm，TCR为600左右。

也就是说，由于与表1中Cu占比较低的情形相对应，因此固有阻值低于锰铜、Zeranin30，但高于表2所示情形。与此同时，TCR高于锰铜、Zeranin30，但低于表2所示情形。因此，对需要降低电阻值但不希望过分增大TCR的情形较为有效。

如上所述，通过在合金中加入锰铜、Zeranin30中不含的Zn，可以实现更低的电阻以及更低的TCR。

根据第四和第五实施方式，可以实现TCR低于铜且电阻低于锰铜的分流电阻器。

因此，根据本实施方式，在电阻元件和电极由同一材料制成的分流电阻器中，不但可以实现低电阻，而且可以获得良好的TCR特性。

此外，比较表2和表3后可以看出，通过调节所添加元素的比例，可以在一定程度上制造出具有所需特性值的分流电阻器。

另外，根据本实施方式，通过确定相应的材料组成，可以提供最适合于短路电流检测的分流器结构。

除此之外，通过连接电流检测装置，可以实现能够检测短路电流的系统。

上述实施方式并不局限于附图所示的各种结构，在能够实现本发明效果的范围内还可进行适当改变。此外，只要不脱离本发明目的的范围，还可在适当变更后实施。

另外，本发明的各组成要素可以进行任意的取舍和选择，所有具备通过此等取舍和选择而获得的结构的发明同样涵盖于本发明中。

工业实用性

本发明可用于分流电阻器。

附图标记

A 分流电阻器

B 放大电路

X 电流测定装置

1 板状物

3 电阻元件

5a，5b 电极

11a，11b 电压检测端子

21 电路板

23a，23b 通孔(贯通开孔)

25 ΔΣ转换模拟绝缘放大器

27 模数转换器

本说明书中引用的所有出版物、专利及专利申请皆因该引用而完整并入本说明书中。