CN103765229B - 电流检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电流检测装置，能够基于多个无芯电流传感器的输出信号来高精度地检测流过各导体的电流。该电流检测装置是根据N个无芯电流传感器来检测电流的总和为零的电路中的N根导体的电流的电流检测装置，取得对N个无芯电流传感器各自的输出信号与流过N根导体每一根的电流之间的相关关系进行表示的信号电流相关关系，使用信号电流相关关系，基于N个所有无芯电流传感器的输出信号来计算流过N根导体每一根的电流。

Description

电流检测装置

技术领域

本发明涉及基于N个（N为3以上的自然数）无芯电流传感器的输出信号来对连接成流过N根导体的电流的总和为零的电路中的分别流过该N根导体的电流进行检测的电流检测装置。

背景技术

关于上述那样的电流检测装置，例如已知有如下述的专利文献1所记载那样，基于电流传感器的输出信号来检测电流的技术。可认为在该专利文献1所记载的技术中，构成为各电流传感器成为具备对检测对象的导体进行围绕的集磁芯的电流传感器，仅能够检测安装有各电流传感器的对象导体的磁场的磁通密度，能够计算出对象导体的电流。

专利文献1：日本特开2008-22645号公报

但是，在如本发明那样基于不具备对导体进行围绕的集磁芯的无芯电流传感器的输出信号来检测电流的装置中，由于流过各导体的电流对所有的无芯电流传感器的输出信号造成影响，所以各无芯电流传感器的输出信号成为流过各导体的所有电流相互影响的输出信号，不能基于无芯电流传感器的输出信号，简单且精度良好地检测流过各导体的电流。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种能够基于多个无芯电流传感器的输出信号，来高精度地检测流过各导体的电流的电流检测装置。

本发明所涉及的电流检测装置基于N个（N为3以上的自然数）无芯电流传感器的输出信号来对连接成流过N根导体的电流的总和为零的电路中的分别流过该N根导体每一根的电流进行检测，其特征结构是具备：信号电流相关关系取得部，取得对上述N个无芯电流传感器的输出信号的每一个与流过上述N根导体每一根的电流之间的相关关系进行表示的信号电流相关关系；和电流计算部，使用上述信号电流相关关系，基于上述N个所有无芯电流传感器的输出信号，来计算流过上述N根导体每一根的电流。

根据上述那样的特征结构，能够使用N个无芯电流传感器的输出信号的每一个与流过N根导体每一根的电流之间的信号电流相关关系，基于N个所有无芯电流传感器的输出信号，来计算出流过N根导体每一根的电流。即，能够基于与导体相同数量的无芯电流传感器的输出信号，高精度地计算出各导体的电流。

这里，优选上述信号电流相关关系是对上述N个无芯电流传感器各自的输出信号分别乘以预先设定为零以外的N个信号灵敏度系数来计算流过一根上述导体的电流的关系式针对上述N根导体每一根设定的相关关系。

根据该结构，能够使用针对各导体设定的电流计算关系式，计算出流过各导体的电流。这里，由于对N个无芯电流传感器的输出信号的每一个乘以的各信号灵敏度系数被设定成零以外，所以能够使各导体的电流对无芯电流传感器的输出信号的每一个造成的影响反映到各导体的电流的计算中。因此，能够高精度地计算各导体的电流。

这里，优选上述信号电流相关关系是对流过上述N根导体每一根的电流分别乘以零以外的N个电流灵敏度系数来计算一个上述无芯电流传感器的输出信号的关系式针对上述N个所有无芯电流传感器的每一个设定的相关关系即电流信号相关关系的逆特性；上述电流灵敏度系数是表示上述无芯电流传感器各自的输出信号针对流过上述N根导体每一根的电流的灵敏度的系数。

根据该结构，由于信号电流相关关系被设为使用了对无芯电流传感器各自的输出信号相对于流过N根导体每一根的电流的灵敏度进行表示的系数即电流灵敏度系数的电流信号相关关系的逆特性，所以能够高精度地计算出各导体的电流。

这里，优选还具备：信号间相关关系取得部，取得基于流过上述N根导体的电流的总和为零的关系和上述信号电流相关关系而导出的、对（N-1）个上述无芯电流传感器各自的输出信号与剩余1个上述无芯电流传感器的输出信号之间的相关关系进行表示的信号间相关关系；以及异常判定部，判定上述N个无芯电流传感器各自的输出信号是正常还是异常，在判定为上述N个无芯电流传感器中任意一个的输出信号异常时，上述电流计算部使用上述信号间相关关系，基于正常的（N-1）个所有上述无芯电流传感器的输出信号，来推定被判定为异常的上述无芯电流传感器的输出信号，并且使用上述信号电流相关关系，基于该推定出的输出信号与正常的（N-1）个所有上述无芯电流传感器的输出信号，来计算出流过上述N根导体每一根的电流。

如上述那样，在基于无芯电流传感器的输出信号来检测电流的装置中，由于流过各导体的电流对所有无芯电流传感器的输出信号造成影响，所以若1个输出信号异常，则不能进行使用了信号电流相关关系的计算，从而无法计算出所有导体的电流。

但是，根据上述结构，构成为信号间相关关系取得部取得基于流过N根导体的电流的总和为零的关系和信号电流相关关系而导出的、对（N-1）个输出信号的每一个与剩余1个输出信号之间的相关关系进行表示的信号间相关关系。因此，当判定为任意一个输出信号异常时，能够使用所取得的信号间相关关系，基于正常的（N-1）个输出信号来推定被判定为异常的传感器的正确的输出信号。即，即使在1个传感器的输出信号异常时，通过使用信号间相关关系推定该传感器的输出信号，也能够集齐使用了信号电流相关关系的计算所必须的所有输出信号，从而能够计算出所有导体的电流。

这里，优选上述信号间相关关系是对（N-1）个上述无芯电流传感器各自的输出信号分别乘以预先设定为零以外的（N-1）个信号间系数来计算剩余1个上述无芯电流传感器的输出信号的关系式针对上述N个无芯电流传感器的每一个设定的相关关系。

根据该结构，能够使用基于流过N根导体的电流的总和为零的关系和信号电流相关关系而导出的关系式，来推定被判定为异常的无芯电流传感器的输出信号。

这里，优选当上述N个无芯电流传感器的输出信号中的任意一个变为规定的阈值以上时，上述异常判定部使向上述N根导体所有的通电停止，当变为上述阈值以上的上述无芯电流传感器的输出信号在通电停止后没有变得比上述阈值小时，判定为该无芯电流传感器的输出信号异常。

如上述那样，在基于无芯电流传感器的输出信号来检测电流的装置中，流过各导体的电流对所有无芯电流传感器的输出信号造成影响。根据上述结构，由于在输出信号中的任意一个变为阈值以上的情况下，使向所有导体的通电停止，所以能够在完全消除了流过各导体的电流对各无芯电流传感器的输出信号造成的影响的状态下判定异常。因此，能够提高异常判定的精度。

这里，优选上述N根导体的每一根与N相交流旋转电机的各相线圈连接。

根据该结构，能够利用上述电流检测装置，在无芯电流传感器的输出信号正常时及异常时双方，检测流过N相交流旋转电机的各相线圈的电流，可提高交流旋转电机的控制的可靠性。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的电流检测装置的结构的框图。

图2是用于对本发明的实施方式所涉及的电路的结构进行说明的图。

图3是用于对本发明的实施方式所涉及的交流旋转电机的电源装置及电流检测装置进行说明的图。

图4是用于对本发明的实施方式所涉及的无芯电流传感器与导体的配置关系进行说明的立体图。

图5是用于对本发明的实施方式所涉及的无芯电流传感器与导体的配置关系进行说明的图。

图6是用于对本发明的实施方式所涉及的多个无芯电流传感器与导体的配置关系进行说明的立体图。

图7是用于对本发明的实施方式所涉及的多个无芯电流传感器与导体的配置关系进行说明的图。

图8是用于对本发明的实施方式所涉及的电流检测装置的处理进行说明的流程图。

图9是用于对本发明的其他实施方式所涉及的电路的结构进行说明的图。

图10是用于对本发明的其他实施方式所涉及的电路的结构进行说明的图。

图11是用于对本发明的其他实施方式所涉及的多个无芯电流传感器与导体的配置关系进行说明的图。

图12是表示具有集磁芯的电流传感器的例子的立体图。

具体实施方式

基于附图对本发明的实施方式进行说明。图1是示意地表示本实施方式所涉及的电流检测装置1的结构的框图。电流检测装置1是基于N个（N为3以上的自然数）无芯电流传感器S的输出信号V来对例如图2所示那样的、连接成流过N根导体L的电流I的总和为零的电路CI中的流过N根导体L每一根的电流I进行检测的装置。

如图1所示，电流检测装置1具备：信号电流相关关系取得部30、信号间相关关系取得部31、异常判定部32、正常时电流计算部33及异常时电流计算部34。其中，正常时电流计算部33及异常时电流计算部34相当于本发明中的“电流计算部”。

信号电流相关关系取得部30取得对N个无芯电流传感器S各自的输出信号V与流过N根导体L每一根的电流I之间的相关关系进行表示的信号电流相关关系F1。信号间相关关系取得部31取得基于流过N根导体L的电流I的总和为零的关系和信号电流相关关系F1而导出的、对（N-1）个无芯电流传感器S各自的输出信号V与剩余1个无芯电流传感器S的输出信号V之间的相关关系进行表示的信号间相关关系F2。

异常判定部32判定N个无芯电流传感器S各自的输出信号V是正常还是异常。

当判定为N个无芯电流传感器S所有的输出信号V均正常时，正常时电流计算部33使用信号电流相关关系F1，基于所有N个无芯电流传感器S的输出信号V，来计算流过N根导体L每一根的电流I。

当判定为N个无芯电流传感器S中的任意一个输出信号V异常时，异常时电流计算部34使用信号间相关关系F2，基于正常的（N-1）个所有无芯电流传感器S的输出信号V，来推定被判定为异常的无芯电流传感器Sm（以下称为异常的无芯电流传感器Sm）的输出信号，并且使用信号电流相关关系F1，基于推定出的输出信号（以下称为异常信号推定值Vme）和正常的（N-1）个无芯电流传感器S的输出信号Vc（以下称为正常信号Vc），来计算流过N根导体L每一根的电流I。

1．电路CI

电路CI被连接成流过N根导体L的电流I的总和为零。在本实施方式所涉及的电路CI中，以N根导体L分别与N相交流旋转电机MG的各相线圈C连接的情况为例进行说明。在本实施方式中，如图2所示，N被设定为3，具备3根导体L1、L2、L3、3个无芯电流传感器S1、S2、S3、三相的线圈C1、C2、C3。

在本实施方式中，三相线圈C1、C2、C3被星形接线。即，三相线圈C1、C2、C3各自的一端连接至中性点O，另一端与各导体L1、L2、L3连接。中性点O不与电源装置20等三相线圈C1、C2、C3以外的部件连接。

各导体L1、L2、L3在与三相线圈C1、C2、C3的连接侧的相反侧和电源装置20连接。其中，对于流过各导体L1、L2、L3的电流I1、I2、I3，设从电源装置20向3相线圈C1、C2、C3侧（电路CI侧）流动的方向为正侧，其相反方向为负侧。

流过与星形接线的三相线圈C1、C2、C3连接的3根导体L1、L2、L3的电流I1、I2、I3的总和为零。例如，如图2所示，从第一导体L1流向第一线圈C1的电流D1在中性点O向第二线圈C2及第三线圈C3分流，从中性点O流向第二线圈C2的电流D2和从中性点O流向第三线圈C3的电流D3的合计与原来的电流D1相等（D1＝D2＋D3）。这时，在配置有无芯电流传感器S1、S2、S3的导体L1、L2、L3中，第二电流I2成为电流D2的负的值，第三电流I3成为电流D3的负的值，第一电流I1成为电流D1的正的值（I1＝D1、I2＝-D2、I3＝-D3）。因此，I1＝-I2-I3，电流I1、I2、I3的总和为零（I1＋I2＋I3＝0）。无芯电流传感器S1、S2、S3被设置在将三相线圈C1、C2、C3与电源装置20连接的导体L1、L2、L3的附近。

2．电源装置20

如图3所示，在本实施方式中，电流检测装置1被组装至用于控制交流旋转电机MG的控制单元11内，构成控制单元11的一部分。控制单元11构成交流旋转电机MG的电源装置20的一部分，电源装置20除了控制单元11之外，还具备驱动电路12、旋转检测装置13、直流电源14、平滑电容器15、逆变器16。直流电源14是蓄电池等可充电的二次电池。电源装置20将直流电源14的直流电力转换成规定频率的三相交流并向交流旋转电机MG供给。另外，电源装置20将由交流旋转电机MG发出的交流电力转换成直流并向直流电源14供给。旋转检测装置13由解析器等构成，将交流旋转电机MG的转速及转子的旋转位置的检测信号向控制单元11输出。平滑电容器15并联连接在直流电源14的正极端子与负极端子之间，将直流电源14的电压平滑化。

逆变器16构成为具有多个开关元件。优选开关元件应用IGBT（绝缘栅双极晶体管：insulatedgatebipolartransistor）或MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管：metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor）。如图3所示，在本实施方式中，使用IGBT作为开关元件。逆变器16具备与交流旋转电机MG的各相（第一相、第二相、第三相这三相）分别对应的第一引脚（leg）17U、第二引脚17V及第三引脚17W。各引脚17U、17V、17W分别具备由串联连接的上段侧臂IGBT18A和下段侧臂IGBT18B构成的1组2个开关元件。各IGBT18A、18B分别与续流二极管19并联连接。

第一引脚17U经由第一导体L1与交流旋转电机MG的第一线圈C1连接，第二引脚17V经由第二导体L2与交流旋转电机MG的第二线圈C2连接，第三引脚17W经由第三导体L3与交流旋转电机MG的第三线圈C3连接。这时，各导体L1、L2、L3将各引脚17U、17V、17W的上段侧臂IGBT18A的发射极和下段侧臂IGBT18B的集电极之间与交流旋转电机MG的各相线圈之间电连接。各引脚17U、17V、17W的上段侧臂IGBT18A的集电极与直流电源14的正极端子连接，各引脚17U、17V、17W的下段侧臂IGBT18B的发射极与直流电源14的负极端子连接。

逆变器16经由驱动电路12与控制单元11连接，根据控制单元11的逆变器控制部生成的控制信号进行开关动作。控制单元11构成为以未图示的微型计算机等逻辑电路为核心的ECU（电子控制单元：electroniccontrolunit）。

当交流旋转电机MG作为电动机发挥功能时（进行牵引动作时），逆变器16将来自直流电源14的直流电力转换成规定频率及电流的三相交流电力并向交流旋转电机MG供给。另外，当交流旋转电机MG作为发电机发挥功能时（进行再生动作时），逆变器16将由交流旋转电机MG发出的三相交流电力转换成直流电力并向直流电源14供给。交流旋转电机MG被控制单元11控制成规定的输出转矩及转速。这时，流向交流旋转电机MG的定子线圈（第一线圈C1、第二线圈C2、第三线圈C3）的电流的值被反馈至控制单元11。而且，控制单元11根据与目标电流的偏差来执行PI控制（比例积分控制）、PID控制（比例积分微分控制）从而控制交流旋转电机MG。因此，流过在逆变器16的各引脚17U、17V、17W与交流旋转电机MG的各相线圈之间设置的各导体L1、L2、L3电流被构成控制单元11的一部分的电流检测装置1检测出。

3．无芯电流传感器S

在本实施方式中，为了检测流过3根导体L1、L2、L3的电流I1、I2、I3，电源装置20具备与导体L相同数量的3个无芯电流传感器S1、S2、S3。各无芯电流传感器S1、S2、S3检测由流向检测对象的各导体L1、L2、L3的电流而产生的磁场的磁通密度，输出与该检测出的磁通密度相对应的检测信号。

一般当在导体L中流过电流I时，距该导体L距离为r的位置处的磁通密度B用式（1）表示。这里，μ0为导磁率。

[式1]

$B=\frac{\mathrm{\μ}0}{2\mathrm{\π}}\frac{I}{r}...\left(1\right)$

由流向导体L的电流I产生的磁场中的规定位置的磁通密度B与流向该导体L的电流I的大小成正比。因此，利用各无芯电流传感器S1、S2、S3，能够检测出流向各导体L1、L2、L3的电流。

本实施方式所涉及的无芯电流传感器S中没有设置图12所示那样的集磁芯50、即围绕导体L等导体L来汇集磁通的磁性材料的集磁芯50。该集磁芯50是具有间隙的截面为C字状的磁性体芯，用于使由流过导体L的电流产生的磁通聚集并导向设置在间隙之间的电流传感器S。在本实施方式中，无芯电流传感器S是被设置成不具备围绕导体L的集磁芯50的所谓无芯型电流传感器。此外，将改变磁通的方向或使磁通局部集中的磁性材料与霍尔元件等一体化的传感器设备也正被实用化。但是，即使在将这样的传感器设备作为无芯电流传感器S而使用的情况下，如果没有使用围绕导体L的集磁芯50，则在这里也作为无芯型电流传感器处理。

无芯电流传感器S由不具备集磁芯的无芯型磁场检测传感器构成。这样的磁场检测传感器例如可使用霍尔元件、MR（磁阻效应）元件、MI（磁阻抗）元件等各种磁检测元件构成。如图4所示，这些磁检测元件以在周边不具备集磁芯的状态被配置在导体L的附近。另外，各无芯电流传感器S除了这样的集磁芯以外，还不具备针对各导体L产生的磁场的屏蔽体。在本实施方式中，无芯电流传感器S构成为将霍尔元件和对该霍尔元件的输出至少进行阻抗变换的缓冲放大器集成而成的集成电路（IC）芯片。如图4所示，由IC芯片构成的无芯电流传感器S被安装于基板Sa并设置在导体L的附近。在图4及图5中省略了图示，但基板Sa和控制单元11（电流检测装置1）通过驱动无芯电流传感器S的电源线及传递无芯电流传感器S的输出信号V的信号线而连接。

本实施方式所涉及的无芯电流传感器S被设为能够检测1个方向的磁通密度分量的种类的传感器。在本实施方式中，被配置无芯电流传感器S1、S2、S3的部分的导体L1、L2、L3成为截面形成为长方形的板状的母线（busbar）。如图4及图5所示，无芯电流传感器S的磁通检测方向Q被配置成与导体L的截面的长边方向平行。

如图4及图5所示，磁通检测方向Q包括相互逆向的2个方向。即，磁通检测方向Q包括与一根直线平行的方向中朝向该直线的一端侧的方向和朝向另一端侧的方向双方。因此，能够检测由正的电流I产生的磁通密度和由负的电流I产生的磁通密度双方。

在图5中，为了易于理解，例示了电流I从纸的表面朝向背面的情况下的磁力线H，并例示了该情况下的磁通密度B。这样，由于无芯电流传感器S检测规定的磁通检测方向Q的磁通密度B，所以在导体L的检测部位LS的附近被配置成磁通检测方向Q与作为检测部位LS处的导体L的延伸方向的检测部位延伸方向J成为正交状态。其中，将与检测部位延伸方向J平行且包括磁通检测方向Q的平面称为磁通检测平面P。

如上述那样，为了检测出流向导体L的电流I，无芯电流传感器S检测因电流I流动而产生的磁场H的磁通密度B。当然，由于越靠近导体L磁场越强，磁通密度B也越大，所以无芯电流传感器S被配置在导体L的附近。如果满足耐温性能、耐振动性能等，则无芯电流传感器S也可以以与导体L相接的状态来设置。在本实施方式中，如图4及图5所示，无芯电流传感器S以距导体L规定距离（h）的状态，被配置成检测中心位置与导体L的截面的长边侧的中央大致一致。另外，无芯电流传感器S被配置成磁通检测方向Q与检测部位延伸方向J成为正交状态。由于导体L的延伸方向J相当于电流I的流通方向，所以能够在无芯电流传感器S中获得强的磁通。

如此将无芯电流传感器S相对于截面为长方形的导体L进行配置时的、无芯电流传感器S中的磁通密度B被表示为式（2）那样。这里，如图5所示，h是导体L的中心（电流I的中心）与无芯电流传感器S的中心（霍尔元件的中心）之间的距离，W是导体L的截面的长边的长度。

[式2]

$B=\frac{\mathrm{\μ}0I}{2(W+2h)}...\left(2\right)$

与式（1）同样，无芯电流传感器S能够检测的磁通密度B大致与无芯电流传感器S和导体L之间的距离h成反比，与导体L的电流I成正比。

如上述那样，在导体L1、L2、L3及无芯电流传感器S1、S2、S3之间没有配置屏蔽件等，另外，被相互接近配置。因此，一个无芯电流传感器S所检测的磁通密度中不仅包括由最近的导体L产生的磁场H的磁通密度，还包括由其他导体L产生的磁场的磁通密度。例如，图6及图7中表示了在第一导体L1与第三导体L3之间配置第二导体L2，各无芯电流传感器S1、S2、S3接近于相互不同的导体L1、L2、L3进行配置的情况。该情况下，第一无芯电流传感器S1检测的磁通密度中不仅包括由流过最近的第一导体L1的第一电流I1产生的磁场H1的磁通密度，还包括由流过第二导体L2及第三导体L3各自的电流I2、I3产生的磁场H2、H3的磁通密度。因此，第一无芯电流传感器S1的输出信号V1中不仅包括与由第一导体L1产生的磁场H1的磁通密度相对应的分量，还包括与由第二导体L2及第三导体L3分别产生的磁场H2、H3的磁通密度相对应的分量。同样，第二无芯电流传感器S2的输出信号V2中不仅包括与最近的第二导体L2相对应的分量，还包括与第一导体L1及第三导体L3相对应的分量，第三无芯电流传感器S3的输出信号V3中不仅包括与最近的第三导体L3相对应的分量，还包括与第一导体L1及第二导体L2相对应的分量。

4．信号电流相关关系F1

作为流过各导体的电流I1、I2、I3与各无芯电流传感器的输出信号V1、V2、V3之间的相关关系的电流信号相关关系可用式（3）表示。

[式3]

$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}V1\\ V2\\ V3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}a11& a12& a13\\ a21& a22& a23\\ a31& a32& a33\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}I1\\ I2\\ I3\end{array}\right]\\ \mathrm{Am}=\left[\begin{array}{ccc}a11& a12& a13\\ a21& a22& a23\\ a31& a32& a33\end{array}\right]\end{array}...\left(3\right)$

这里，a11、a12……是表示各输出信号V1、V2、V3相对于各电流I1、I2、I3的灵敏度的系数（以下称为电流灵敏度系数a），用3行3列的矩阵（以下称为电流灵敏度系数矩阵Am）表示。如上述那样，因为电流I1、I2、I3的每一个对所有的无芯电流传感器的输出信号V1、V2、V3造成影响，所以各电流灵敏度系数a为零以外的值。

即，电流信号相关关系是对流过3根导体L1、L2、L3各自的电流I1、I2、I3分别乘以零以外的3个电流灵敏度系数aj1、aj2、aj3来计算无芯电流传感器的输出信号的一个Vj的关系式针对所有3个无芯电流传感器S1、S2、S3的每一个设定的相关关系。这里，电流灵敏度系数aj1、aj2、aj3是表示无芯电流传感器各自的输出信号Vj相对于流过3根导体L1、L2、L3各自的电流I1、I2、I3的灵敏度的系数。其中，j＝1、2、3。

在如本实施方式那样，多根导体L相互平行配置且多个无芯电流传感器S的磁通检测方向Q相互平行的情况下，各电流灵敏度系数a与相对应的无芯电流传感器S和导体L之间的距离大致成反比。例如，电流灵敏度系数a12表示第一无芯电流传感器S1的输出信号V1相对于第二导体L2的第二电流I2的灵敏度，与第一无芯电流传感器S1和第二导体L2之间的距离大致成反比。其中，各电流灵敏度系数a能够通过计测在各导体L中流过规定电流时的各无芯电流传感器的输出信号V，来实验性地确定。

<信号电流相关关系>

若对式（3）的两边乘以电流灵敏度系数矩阵Am的逆矩阵，则得到式（4）。式（4）是本发明所涉及的信号电流相关关系F1，表示各无芯电流传感器的输出信号V1、V2、V3与流过各导体的电流I1、I2、I3之间的相关关系。

[式4]

$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}I1\\ I2\\ I3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}b11& b12& b13\\ b21& b22& b23\\ b31& b32& b33\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}V1\\ V2\\ V3\end{array}\right]\\ \mathrm{Bm}={\mathrm{Am}}^{-1}=\left[\begin{array}{ccc}b11& b12& b13\\ b21& b22& b23\\ b31& b32& b33\end{array}\right]\end{array}...\left(4\right)$

这里，b11、b12……是表示各电流I1、I2、I3相对于各输出信号V1、V2、V3的灵敏度的系数（以下称为信号灵敏度系数b），用3行3列的矩阵（以下称为输出灵敏度系数矩阵Bm）表示。这里，各信号灵敏度系数b是零以外的值，各电流I1、I2、I3受到所有输出信号V1、V2、V3的影响而确定。换言之，按照能够计算出电流灵敏度系数矩阵Am的逆矩阵且各信号灵敏度系数b为零以外的值的方式来配置3根导体L1、L2、L3及3个无芯电流传感器S1、S2、S3。

即，信号电流相关关系是对3个无芯电流传感器S1、S2、S3各自的输出信号V1、V2、V3分别乘以预先设定为零以外的3个信号灵敏度系数bj1、bj2、bj3来计算流过1根导体的电流Ij的关系式针对3根导体L1、L2、L3的每一根分别设定的相关关系。而且，信号电流相关关系是上述的电流信号相关关系的逆特性。其中，j＝1、2、3。

5．信号间相关关系F2

在式（4）中，由于各信号灵敏度系数b为零以外的值，所以为了计算出电流I1、I2、I3的每一个，需要所有的输出信号V1、V2、V3的值。

因此，若输出信号V1、V2、V3的任意一个异常，则不仅不能计算出式（4）的信号电流相关关系F1，也不能计算出电流I1、I2、I3。

鉴于此，使用上述的所有电流I1、I2、I3的总和为零的关系。由此，由于针对各电流I1、I2、I3及1个异常的输出信号这4个未知数，能够使用式（4）的关于各电流I1、I2、I3的3个公式及总和为零的关系式这4个公式，所以能够计算出4个未知数。

即，若将式（4）的关于各电流I1、I2、I3的3个公式代入到总和为零的关系式（5）并进行整理，则得到式（6）。

[式5]

I1+I2+I3＝0...(5)

[式6]

(b11+b21+b31)V1+(b12+b22+b32)V2+(b13+b23+b33)V3＝0...(6)

而且，若针对各输出信号V1、V2、V3整理式（6）则得到式（7）。式（7）是本发明所涉及的信号间相关关系F2，是基于流过3根导体的电流I1、I2、I3的总和为零的关系和信号电流相关关系F1而导出的、表示作为2个无芯电流传感器的输出信号与剩余1个无芯电流传感器的输出信号之间的相关关系的信号间相关关系。

[式7]

$V1=-\frac{(b12+b22+b32)V2+(b13+b23+b33)V3}{(b11+b21+b31)}$

$V2=-\frac{(b11+b21+b31)V1+(b13+b23+b33)V3}{(b12+b22+b32)}...\left(7\right)$

$V3=-\frac{(b11+b21+b31)V1+(b12+b22+b32)V2}{(b13+b23+b33)}$

式（7）的第一式表示第二输出信号V2及第三输出信号V3与剩余的第一输出信号V1之间的相关关系，式（7）的第二式表示第一输出信号V1及第三输出信号V3与剩余的第二输出信号V2之间的相关关系，式（7）的第三式表示第一输出信号V1及第二输出信号V2与剩余的第三输出信号V3之间的相关关系。

这里，按照式（7）的第一式、第二式及第三式的分母、即在信号电流相关关系F1中对各输出信号V1、V2、V2乘以的信号灵敏度系数b的总和（b11＋b21＋b31）、（b12＋b22＋b32）、（b13＋b23＋b33）为零以外的值的方式，来配置导体L1、L2、L3及无芯电流传感器S1、S2、S3。

若对式（7）进行整理则如式（8）所示。

[式8]

V1＝c11V2+c12V3

$c11=-\frac{b12+b22+b32}{b11+b21+b31},$ $c12=-\frac{b13+b23+b33}{b11+b21+b31}$

V2＝c21V1+c22V3

$c21=-\frac{b11+b21+b31}{b12+b22+b32},$ $c22=-\frac{b13+b23+b33}{b12+b22+b32}...\left(8\right)$

V3＝c31V1+c32V2

$c31=-\frac{b11+b21+b31}{b13+b23+b33},$ $c32=-\frac{b12+b22+b32}{b13+b23+b33}$

即，信号间相关关系是对（3-1）个无芯电流传感器各自的输出信号（V1、V2、V3内除Vj之外）分别乘以预先设定为零以外的（3-1）个信号间系数cj1、cj2来计算出剩余1个无芯电流传感器的输出信号Vj的关系式针对3个无芯电流传感器S1、S2、S3的每一个分别设定的相关关系。其中，j＝1、2、3。

6．电流检测装置1的结构

接下来，对电流检测装置1的结构进行说明。

电流检测装置1具备CPU等运算处理装置作为核心部件，并且具有构成为能够从该运算处理装置读出和写入数据的RAM（随机存取存储器）、构成为能够从运算处理装置读出数据的ROM（只读存储器）等存储装置等。而且，由电流检测装置1的ROM等中存储的软件（程序）或另外设置的运算电路等硬件或者双方构成图1所示那样的电流检测装置1的功能部31～34等。

6-1．异常判定部32

异常判定部32是对3个无芯电流传感器S1、S2、S3各自的输出信号V1、V2、V3是正常还是异常进行判定的功能部。当判定为异常时，异常判定部32向各部输出判定为异常的无芯电流传感器Sm的输出信号Vm的信息即异常信号信息Ev。

在本实施方式中，如图8的流程图所示，当3个无芯电流传感器的输出信号V1、V2、V3中的任意一个变为规定阈值以上时（步骤#01：是），异常判定部32使向所有3根导体L1、L2、L3的通电停止（步骤#02）。此外，在任何一个输出信号V1、V2、V3都不为阈值以上时（步骤#01：否），判定为所有的输出信号V1、V2、V3均正常，执行由正常时电流计算部33进行的电流计算（步骤#08）

在本实施方式中，阈值被设定成用于判定过电流的过电流判定值。当输出信号V1、V2、V3中的任意一个为过电流判定值以上时，异常判定部32将通电停止信号Es输出至控制单元11所具备的逆变器控制部，将逆变器16所具备的所有开关元件18A、18B控制成断开状态。由此，向3根导体L1、L2、L3的所有通电停止。

然后，当变为阈值以上的无芯电流传感器Sm的输出信号Vm在通电停止后没有变得比阈值小时（步骤#03：否），异常判定部32判定为该无芯电流传感器Sm的输出信号Vm异常（步骤#04）。然后，异常判定部32使向3根导体L1、L2、L3的通电再开始（步骤#05），并执行由异常时电流计算部34进行的电流计算（步骤#06）。

另一方面，当在通电停止后变得比阈值小时（步骤#03：是），也使向3根导体L1、L2、L3的通电再开始（步骤#07）。然后，执行由正常时电流计算部33进行的电流计算（步骤#06）。

6-2．信号电流相关关系取得部30

信号电流相关关系取得部30是取得式（4）所示的、对3个无芯电流传感器各自的输出信号V1、V2、V3与流过3根导体每一根的电流I1、I2、I3之间的相关关系进行表示的信号电流相关关系F1的功能部。信号电流相关关系取得部30取得电流检测装置1的ROM等存储装置中存储的式（4）的计算公式及作为该计算公式中的系数的信号灵敏度系数b的值。然后，将取得的信号电流相关关系F1输出至正常时电流计算部33及异常时电流计算部34。或者，信号电流相关关系取得部30也可以构成为从存储装置仅取得信号灵敏度系数b的值，在正常时电流计算部33及异常时电流计算部34中预先具备式（4）的计算公式。

6-3．信号间相关关系取得部31

信号间相关关系取得部31是取得基于流过3根导体的电流I1、I2、I3的总和为零的关系和信号电流相关关系F1而导出的、对式（7）所示的2个无芯电流传感器各自的输出信号与剩余1个无芯电流传感器的输出信号之间的相关关系进行表示的信号间相关关系F2的功能部。信号间相关关系取得部31取得电流检测装置1的ROM等存储装置中存储的式（7）的计算公式及作为计算公式中的系数的信号灵敏度系数b的值。然后，将取得的信号间相关关系F2输出至异常时电流计算部34。或者信号间相关关系取得部31也可以构成为从存储装置仅取得信号灵敏度系数b的值，在异常时电流计算部34中预先具备式（7）的计算公式。

6-4．正常时电流计算部33

正常时电流计算部33是当判定为3个无芯电流传感器所有的输出信号V1、V2、V3均正常时，使用信号电流相关关系F1，基于所有3个无芯电流传感器的输出信号V1、V2、V3来计算流过3根导体每一根的电流I1、I2、I3的功能部。

6-5．异常时电流计算部34

当判定为3个无芯电流传感器中任意一个的输出信号异常时，异常时电流计算部34使用信号间相关关系F2，基于正常的2个所有无芯电流传感器的输出信号Vc，来推定异常的无芯电流传感器Sm的输出信号Vme。而且，异常时电流计算部34是使用信号电流相关关系F1，基于推定出的异常信号推定值Vme与正常的2个所有无芯电流传感器的输出信号Vc，来计算流过3根导体每一根的电流I1、I2、I3的功能部。

在本实施方式中，构成为正常信号选择部40基于与异常的无芯电流传感器Sm相关的异常信号信息Ev，来从3个无芯电流传感器的输出信号V1、V2、V3中选择正常的2个无芯电流传感器的输出信号Vc。另外，异常时电流计算部34基于异常信号信息Ev，来决定使用式（7）所示的信号间相关关系F2中的哪个公式来计算异常信号推定值Vme。

即，当第一输出信号V1异常时，使用式（7）第一式的信号间相关关系F2，基于正常的第二输出信号V2及第三输出信号V3，来推定第一输出信号V1。当第二输出信号V2异常时，使用式（7）第二式的信号间相关关系F2，基于正常的第一输出信号V1及第三输出信号V3，来推定第二输出信号V2。当第三输出信号V3异常时，使用式（7）第三式的信号间相关关系F2，基于正常的第一输出信号V1及第二输出信号V2，来推定第三输出信号V3。

[其他实施方式]

最后，对本发明的其他实施方式进行说明。其中，以下说明的各实施方式的结构并不局限于被分别单独应用，只要不产生矛盾，也可以与其他实施方式的结构组合应用。

（1）在上述实施方式中，如图2所示，以构成为N被设定为3，3根导体L1、L2、L3的每一根分别与星形接线的三相线圈C1、C2、C3连接，基于3个无芯电流传感器S1、S2、S3的输出信号来检测流过3根导体L1、L2、L3各自的电流I1、I2、I3的情况为例进行了说明。但是，本发明的实施方式并不限定于此。即，N只要被设定为3以上的自然数即可，如果构成为基于N个无芯电流传感器S的输出信号V来检测连结成流过N根导体L的电流I的总和为零的电路CI中的流过N根导体L每一根的电流I，则可以是任意的结构。

或者，也可以构成为如图9所示，即使在N被设定为3的情况下，3根导体L1、L2、L3的每一根也与Δ形接线的三相线圈C1、C2、C3各自的连接部连接。其中，图9所示的电路CI也是流过3根导体L1、L2、L3的电流I1、I2、I3的总和为零。

例如，也可以构成为如图10所示，N被设定为6，6根导体L1、L2、L3、L4、L5、L6的每一根分别与星形接线的六相线圈C1、C2、C3、C4、C5、C6连接，基于6个无芯电流传感器S1、S2、S3、S4、S5、S6的输出信号来检测流过6根导体每一根的电流I1、I2、I3、I4、I5、I6。其中，图10所示的电路CI也是流过6根导体的电流I1、I2、I3、I4、I5、I6的总和为零。

（2）在上述实施方式中，如图7所示，以在第一导体L1与第三导体L3之间配置第二导体L2，各无芯电流传感器S1、S2、S3接近于相互不同的导体L1、L2、L3进行配置的情况为例进行了说明。但是，本发明的实施方式并不限定于此。即，只要按照信号电流相关关系F1的各信号灵敏度系数b成为零以外的值，在信号电流相关关系F1中对各输出信号V1、V2、V2乘以的信号灵敏度系数b的总和（b11＋b21＋b31）、（b12＋b22＋b32）、（b13＋b23＋b33）成为零以外的值的方式来配置导体L1、L2、L3及无芯电流传感器S1、S2、S3即可。例如，能够如图11（a）、（b）、（c）中表示导体的截面方向的配置那样，配置导体L1、L2、L3及无芯电流传感器S1、S2、S3。

（3）在上述实施方式中，以当输出信号V1、V2、V3中的任意一个变为规定阈值以上时，异常判定部32使向3根导体L1、L2、L3所有的通电停止，当输出信号在通电停止后没有变得比阈值小时，判定为该输出信号异常的情况为例进行了说明。但是，本发明的实施方式并不限定于此。即，异常判定部32只要是检测输出信号V1、V2、V3的异常的方法即可，可使用任意方法，例如，也可以构成为监视输出信号V1、V2、V3的时间变化，将不随时间变化的输出信号判定为异常。或者，也可以构成为使用式（7）的信号间相关关系F2，基于2个输出信号推定剩余的各输出信号，通过将推定出的各输出信号与实际的输出信号进行比较来判定异常。

（4）在上述实施方式中，以被配置无芯电流传感器S1、S2、S3的部分的导体L1、L2、L3是截面为长方形的板状母线的情况为例进行了说明。但是，本发明的实施方式并不限定于此。即，导体L1、L2、L3的截面可以是任意的截面，例如也可以是圆形、正方形、椭圆形等。

（5）在上述实施方式中，以无芯电流传感器S是能够检测1个方向的磁通密度分量的种类的传感器的情况为例进行了说明。但是，本发明的实施方式并不限定于此。即，无芯电流传感器S也可以是能够检测多个方向的磁通密度分量的种类的传感器。

（6）在上述实施方式中，以构成为当判定为3个无芯电流传感器所有的输出信号均正常时，由正常时电流计算部33计算出电流I1、I2、I3，当判定为3个无芯电流传感器中的任意一个输出信号异常时，由异常时电流计算部34计算出电流I1、I2、I3的情况为例进行了说明。但是，本发明的实施方式并不限定于此。即，也可以构成为在电流检测装置1中不设置异常时电流计算部34及信号间相关关系取得部31等，而仅由正常时电流计算部33来计算电流I1、I2、I3。

产业上的可利用性

本发明能够适当地应用于基于N（N为3以上的自然数）个无芯电流传感器的输出信号来对连接成流过N根导体的电流的总和为零的电路中的流过该N根导体每一根的电流进行检测的电流检测装置。

附图标记说明：1…电流检测装置；11…控制单元；12…驱动电路；13…旋转检测装置；14…直流电源；15…平滑电容器；16…逆变器；18A、18B…开关元件；19…续流二极管；20…电源装置；30…信号电流相关关系取得部；31…信号间相关关系取得部；32…异常判定部；33…正常时电流计算部（电流计算部）；34…异常时电流计算部（电流计算部）；40…正常信号选择部；50…集磁芯；B…磁通密度；C1…第一线圈；C2…第二线圈；C3…第三线圈；CI…电路；Es…通电停止信号；Ev…异常信号信息；F1…信号电流相关关系；F2…信号间相关关系；Am…电流灵敏度系数矩阵；Bm…输出灵敏度系数矩阵；a…电流灵敏度系数；b…信号灵敏度系数；I1…第一电流；I2…第二电流；I3…第三电流；L1…第一导体；L2…第二导体；L3…第三导体；MG…交流旋转电机；O…中性点；Q…磁通检测方向；S1…第一无芯电流传感器；S2…第二无芯电流传感器；S3…第三无芯电流传感器；V1…第一输出信号；V2…第二输出信号；V3…第三输出信号；Vc…正常信号；Vme…异常信号推定值。

Claims (7)

1.一种电流检测装置，基于N个无芯电流传感器的输出信号来对连接成流过N根导体的电流的总和为零的电路中的流过该N根导体每一根的电流进行检测，其中，具备：

信号电流相关关系取得部，取得对所述N个无芯电流传感器各自的输出信号与流过所述N根导体每一根的电流之间的相关关系进行表示的信号电流相关关系；

电流计算部，使用所述信号电流相关关系，基于所述N个所有无芯电流传感器的输出信号，来计算流过所述N根导体每一根的电流；

信号间相关关系取得部，取得基于流过所述N根导体的电流的总和为零的关系和所述信号电流相关关系而导出的、对N－1个所述无芯电流传感器各自的输出信号与剩余1个所述无芯电流传感器的输出信号之间的相关关系进行表示的信号间相关关系；以及

异常判定部，判定所述N个无芯电流传感器各自的输出信号是正常还是异常，

当判定为所述N个无芯电流传感器中任意一个的输出信号异常时，所述电流计算部使用所述信号间相关关系，基于正常的N－1个所有所述无芯电流传感器的输出信号，来推定被判定为异常的所述无芯电流传感器的输出信号，并且使用所述信号电流相关关系，基于该推定出的输出信号与正常的N－1个所有所述无芯电流传感器的输出信号，来计算出流过所述N根导体每一根的电流，

其中，N为3以上的自然数。

2.根据权利要求1所述的电流检测装置，其中，

所述信号电流相关关系是对所述N个无芯电流传感器各自的输出信号分别乘以预先设定为零以外的N个信号灵敏度系数来计算流过一根所述导体的电流的关系式针对所述N根导体的每一根设定的相关关系。

3.根据权利要求2所述的电流检测装置，其中，

所述信号电流相关关系是对流过所述N根导体每一根的电流分别乘以零以外的N个电流灵敏度系数来计算一个所述无芯电流传感器的输出信号的关系式针对所述N个所有无芯电流传感器的每一个设定的相关关系即电流信号相关关系的逆特性；所述电流灵敏度系数是表示所述无芯电流传感器各自的输出信号相对于流过所述N根导体每一根的电流的灵敏度的系数。

4.根据权利要求1所述的电流检测装置，其中，

所述信号间相关关系是对N－1个所述无芯电流传感器各自的输出信号分别乘以预先设定为零以外的N－1个信号间系数来计算剩余1个所述无芯电流传感器的输出信号的关系式针对所述N个无芯电流传感器的每一个设定的相关关系。

5.根据权利要求1所述的电流检测装置，其中，

当所述N个无芯电流传感器的输出信号中的任意一个变为规定的阈值以上时，所述异常判定部使向所述N根导体所有的通电停止，当变为所述阈值以上的所述无芯电流传感器的输出信号在通电停止后没有变得比所述阈值小时，所述异常判定部判定为该无芯电流传感器的输出信号异常。

6.根据权利要求4所述的电流检测装置，其中，

当所述N个无芯电流传感器的输出信号中的任意一个变为规定的阈值以上时，所述异常判定部使向所述N根导体所有的通电停止，当变为所述阈值以上的所述无芯电流传感器的输出信号在通电停止后没有变得比所述阈值小时，所述异常判定部判定为该无芯电流传感器的输出信号异常。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的电流检测装置，其中，

所述N根导体每一根与N相交流旋转电机的各相线圈连接。