JP2006145426A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 故障を判別しつつコストの低減を図ることができるとともに、磁性体コアを小型化することができる電流センサを提供する。
【解決手段】 コア３のエアギャップ２にホール素子４を配置しコア３を貫通する導線６の電流値を測定する電流センサにおいて、コア３に磁束発生用のコイル５を巻装し、制御装置９から制御可能な電流源を前記コイル５に接続し、導線６への通電停止時に、制御装置９を介して前記コイル５に検査電流を流し、この時に前記ホール素子４により検出された電流値に基づいて故障を判定することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、導線に流れる電流を検出する電流センサに関するものである。

従来から、導線の通電電流を非接触状態で検出することができる電流センサが知られている。この種の電流センサの中には、環状の磁性体コアに形成されたエアギャップに磁束検出素子を配置して磁性体コアの内側の空間を貫通する電流を検出するものがある。前記電流センサでは、一般に、１つの磁性体コアに対して検出回路が一系統しか設けられていないため、前記電流センサの上位システムで電流センサが故障したのか実際の電流が変化したのかを判別することができないという問題があった。そこで近年、前記エアギャップに２つ以上の磁束検出素子を配置し、これらの検出信号を比較して前記電流センサの故障を判別するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２７５２７９号公報

しかしながら、上記電流センサでは、磁束検出素子を２つ以上設けているため、コストが増大するという問題がある。
また、前記エアギャップにおいて、磁束検出素子を２つ以上配置しているため、この磁束検出素子の設置スペースが個数分必要となり、前記電流センサが大型化してしまうという問題がある。

そこで、この発明は、故障を判別しつつコストの低減を図ることが可能になるとともに、磁性体コアを小型化することができる電流センサを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、集磁コア（例えば、実施の形態におけるコア３）のエアギャップ（例えば、実施の形態におけるエアギャップ２）に磁束検出素子（例えば、実施の形態におけるホール素子４）を配置し集磁コアを貫通する１次導体（例えば、実施の形態における導線６）の電流値を測定する電流センサにおいて、集磁コアに磁束発生用のコイル（例えば、実施の形態におけるコイル５）を巻装し、制御装置（例えば、実施の形態における制御装置９）から制御可能な電流源（例えば、実施の形態における電流源８）を前記コイルに接続し、１次導体への通電停止時に、制御装置を介して前記コイルに検査電流を流し、この時に前記磁束検出素子により検出された電流値に基づいて故障を判定することを特徴とする。
このように構成することで、集磁コアのエアギャップに１つの磁束検出素子を配置するだけで故障の判定を行うことができ、集磁コアを小型化することができる。

請求項２に記載した発明は、前記１次導体は車両用のモータ（例えば、実施の形態におけるモータＭ）の駆動電流を通電する導線であって、エンジン始動前又はアイドルストップ時に故障の判定を行うことを特徴とする。
このように構成することで、車両用のモータの通電電流を監視する電流センサの故障を車両の走行前に判定することができる。

請求項３に記載した発明は、前記モータと該モータへ電力供給するバッテリ（例えば、実施の形態におけるバッテリＢ）との間に設けられた開閉器（例えば、実施の形態におけるコンタクタＣ）が開放状態の時に故障の判定を行うことを特徴とする。
このように構成することで、前記モータとバッテリとが接続されていない状態で故障を判定することができる。

請求項４に記載した発明は、１次導体近傍に磁束検出素子を配置して１次導体の電流値を測定する電流センサにおいて、１次導体に監視用のコイルを巻装し、前記１次導体の電流の変化を監視用のコイル（例えば、実施の形態におけるコイル５）で検出した際に、磁束検出素子の検出電流に変化がない場合に故障と判定することを特徴とする。
このように構成することで、１次導体の近傍に磁束検出素子を１つだけ配置した状態で磁束検出素子の故障判定を行うことができる。

請求項５に記載した発明は、集磁コアのエアギャップに磁束検出素子を配置し集磁コアを貫通する１次導体の電流値を測定する電流センサにおいて、集磁コアに監視用のコイルを巻装し、前記１次導体の電流の変化を監視用のコイルで検出した際に、磁束検出素子の検出電流に変化がない場合に故障と判定することを特徴とする。
このように構成することで、複数の磁束検出素子を用いずに、前記磁束検出素子にいわゆる固着状態や無信号状態等の故障が発生しているか否かを判定することができる。

請求項６に記載した発明は、監視電流の変化量と磁束検出素子による電流変化量の差が所定値以上の時に故障と判定することを特徴とする。
このように構成することで、前記電流変化量の差が所定値以上である場合に磁束検出素子の検出値が、例えば、出力低下などの異常値であることを検出することができる。

請求項７に記載した発明は、１次導体に監視用のコイルを巻装し、前記１次導体の電流の変化を監視用のコイルで検出した際に、磁束検出素子の検出電流に変化がない場合に故障と判定することを特徴とする。
このように構成することで、１次導体が通電状態であっても、前記監視用のコイルを用いて故障の判定を行うことができるため、１次導体の通電の有無に関わらず故障判別することができる。

請求項８に記載した発明は、前記集磁コアに監視用のコイルを巻装し、前記１次導体の電流の変化を監視用のコイルで検出した際に、磁束検出素子の検出電流に変化がない場合に故障と判定することを特徴とする。
このように構成することで、１次導体が通電状態であっても、前記監視用のコイルを用いて故障の判定を行うことができるため、１次導体の通電の有無に関わらず故障判別することができる。

請求項１に記載した発明によれば、集磁コアのエアギャップに１つの磁束検出素子を配置するだけで故障の判定を行うことができ、集磁コアを小型化することができるため、設置自由度が向上するとともに、コストの低減を図ることができる効果がある。

請求項２に記載した発明によれば、車両用モータの通電電流を監視する電流センサの故障を車両の走行前に判定することができるため、車両用モータへ通電する前に故障を判定することができ、したがって、モータ制御の信頼性を向上させることができる効果がある。

請求項３に記載した発明によれば、前記モータとバッテリとが接続されていない状態で故障を判定することができるため、確実、且つ、正確に前記故障判定を行うことができる効果がある。

請求項４に記載した発明によれば、１次導体の近傍に磁束検出素子を１つだけ配置した状態で磁束検出素子の故障判定を行うことができるため、磁束検出素子２つ用いて故障判定を行う場合よりもコストの低減を図ることができる。

請求項５に記載した発明によれば、複数の磁束検出素子を用いずに、前記磁束検出素子にいわゆる固着状態や無信号状態等の故障が発生しているか否かを判定することができるため、磁束検出素子の個数を低減してコストを低減することができる効果がある。
また、前記１次導体の電流が変化している時であればいつでも故障判定を行うことができるため、瞬時に正確な故障判定を行うことができる効果がある。

請求項６に記載した発明によれば、前記電流変化量の差が所定値以上である場合に磁束検出素子の検出値が、例えば、出力低下などの異常値であることを検出することができるため、確実に故障の判断を行うことができる効果がある。

請求項７に記載した発明によれば、請求項１の効果に加え、１次導体が通電状態であっても、前記監視用のコイルを用いて故障の判定を行うことができるため、１次導体の通電の有無に関わらず故障判別することができ、したがって、信頼性を向上することが出来る効果がある。

請求項８に記載した発明によれば、請求項１の効果に加え、１次導体が通電状態であっても、前記監視用のコイルを用いて故障の判定を行うことができるため、１次導体の通電の有無に関わらず故障判別することができ、したがって、信頼性を向上することが出来る効果がある。

この発明の第一の実施の形態を図面に基づいて説明する。以下、各実施の形態は駆動源としてエンジンとモータとを備えたハイブリッド車両に本発明の電流センサを適用したものである。
図１はモータＭの駆動・回生電流を検出する電流センサの全体構成を示すものである。同図において１はセンサ部を示しており、前記センサ部１はエアギャップ２を備えた略Ｃ字状のコア（集磁コア）３と、このエアギャップ２に配置されたホール素子（磁束検出素子）４と、前記ホール素子４と対称位置の前記コア３に巻装されたコイル５とで構成されている。

前記コア３は磁性体で形成されたものであり、このコア３の内側の空間に電流が貫通するとコア３の内部とエアギャップ２とに磁束が発生することとなる。具体的には、モータＭの駆動・回生電流（被測定電流）が流れる導線（１次導体）６が前記コア３の内側の空間を貫通するような位置にコア３が配置されている。前記モータＭには前記導線６を介して前記モータＭのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行うインバータ（ＩＮＶ）７が接続され、さらに、このインバータ７には後述する制御装置９によって開閉動作が制御されるコンタクタ（開閉器）Ｃを介して電源であるバッテリＢが接続されている。

前記コイル５は前記コア３の内部とエアギャップ２とに磁束を発生させるためのものである。このコイル５には電流源８が接続され、この電流源８は制御装置（ＥＣＵ）９の制御信号（図中、信号１で示す）に基づいて前記コイル５に通電（図中、信号２で示す）を行う。一方、前記ホール素子４は前記エアギャップ２に発生した磁束に比例する電圧（図中信号３で示す）を出力するものであり、前記電流源８と同様に、制御装置９に接続されている。つまり、前記ホール素子４によって前記コア３の内部の空間に貫通した電流の大きさを検出することが可能となる。ここで、前記電流源８の周波数は、前記コイル５がｎターンの時、電流センサの測定レンジＩｒに対してＩｒ／ｎ以上流すことができれば適宜選択して用いても良い。

前記制御装置９は、前記導線６の通電停止状態において、前記ホール素子４の検出信号に基づいて故障判定処理を行うものである。ここで、前記停止状態とは、ハイブリッド車両（エンジンとモータとが直結しているような形式）におけるモータ停止モードであればエンジン始動前やアイドル停止時、バッテリ制御モードであればバッテリとインバータとの間に設けられたコンタクタＣが解放の時である。すなわち、モータＭを駆動・回生動作させる前に、前記コイル５に前記導線６に流れる電流に相当する電流を流して前記センサ部１の故障を検出しているのである。

次に、図２、図３に基づいて各信号の波形が正常状態と異常状態の場合の一例を説明する。まず、図２は縦軸を電圧、横軸を時間とした場合の図１の回路中の信号１〜信号３を示し、前記センサ部１が正常状態の場合である。制御装置９から信号１が出力されると、電流源８は正弦波である信号２を出力する。そして、前記ホール素子は信号２に応じた正弦波である信号３を出力することとなる。一方、図３は前記図２と同様の縦軸、横軸とした場合のセンサ部１が異常状態の場合を示している。図２と同様に制御装置９から信号１が出力されると電流源は正弦波の信号２を出力する。しかしながら、ホール素子４の検出信号はピーク値に達することなく一定の値となる異常（サチュレーション）状態になっている。

上記故障判定処理を図４のフローチャートに基づいて説明する。このフローチャートではモータＭが停止している状態の一例としてモータ停止モード時に故障の判定を行っている。
まず、ステップＳ１ではモータ（ＭＯＴ）停止モードか否かを判定する。判定結果が「ＹＥＳ」（モータ停止モード）である場合はステップＳ２に進み、判定結果が「ＮＯ」（モータ停止モードではない）である場合は処理を終了する。ここで、モータ停止モードではインバータとバッテリとの間に設けられたコンタクタが解放状態となる。

次に、ステップＳ２では初期化のためにセンサ故障フラグを「０」に設定する。ステップＳ３ではタイマー値Ｔを「０」に設定する。ステップＳ４では制御装置から電流源に対してＯＮ信号を出力する（信号１＝ＯＮ）。ステップＳ５ではタイマー値Ｔが設定値ｔｓと等しいか否かを判定する。判定結果が「ＹＥＳ」（等しい）である場合はステップＳ８に進み、判定結果が「ＮＯ」（等しくない）である場合はステップＳ６に進む。ここで、前記センサ故障フラグは、「０」が非故障状態、「１」が故障状態を示している。

ステップＳ６ではホール素子の出力信号（信号３）と想定値とを減算した絶対値が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する。判定結果が「ＹＥＳ」（大きい）である場合はステップＳ７に進み、判定結果が「ＮＯ」（閾値を含み小さい）である場合はステップＳ９に進む。ステップＳ９ではタイマー値Ｔに加算処理を行いステップＳ５に戻り上述の処理を繰り返す。一方、ステップＳ７ではセンサ故障フラグを「１」に設定し、ステップＳ８で電流源に対してＯＦＦ信号（信号１＝ＯＦＦ）を出力して処理を終了する。ここで、前記想定値とは、電流源を用いてコイルに通電した時に、故障していないホール素子から出力される信号のレベルを予め制御装置で記憶したものである。

したがって、上述した第一の実施の形態によれば、前記コア３のエアギャップ２に１つのホール素子４を配置するだけで故障の判定を行うことができ、前記コア３を小型化することができるため、設置自由度を向上させるとともに、コストの低減を図ることができる。

さらに、センサ部１の故障を車両の走行前に判定することができるため、モータ制御の信頼性を向上させることができる。
そして、コンタクタＣがＯＦＦ状態、つまり、前記モータＭとインバータ７とが接続されていない無通電状態で故障を判定することができるため、確実、且つ、正確に前記故障判定を行うことができる。

次に、第二の実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、この第二の実施の形態は、前述した第一の実施の形態の電流源８を制御装置９と一体的に形成したものであるため、同一部分に同一符号を付して説明する。
図５に示すように、センサ部１にはこれを制御する制御装置（ＥＣＵ）９が接続されている。前記センサ部１は、前述した第一の実施の形態と同様に、磁性体で形成されエアギャップ２を備えた略Ｃ字状のコア３と、前記エアギャップ２に配置されたホール素子４と、前記コア３に巻回されたコイル５とで構成されている。前記コア３の内側の空間には被測定電流Ｉａが貫通するように導線６が配置されている。

前記制御装置９は種々の処理を行う演算装置（ＣＰＵ）１０を備えている。この演算装置１０にはローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１が接続され、さらに、このローパスフィルタ１１には増幅回路１２が接続されている。前記増幅回路１２には前記コイル５の入力端１３が接続され、さらに、前記コイル５の出力端１４には抵抗Ｒと減算器１５とが分岐して接続されている。そして、前記抵抗ＲにはアースＥが接続されている。

ところで、前述したホール素子４には前記減算器１５が接続されている。この減算器には閾値判定回路１６が接続され、さらに、前記閾値判定回路１６には前述した演算装置１０が接続されている。ここで、前記減算器１５は前記ホール素子４からの出力信号と、抵抗Ｒのコイル５側の電圧信号との差分を演算して出力するものである。また、前記閾値判定回路１６は予め設定されている閾値と入力信号とを比較して入力信号が閾値よりも大きい時に演算装置に向けてＯＮ信号を出力するようになっている。

すなわち、前記コイル５に通電するために前記演算装置１０からローパスフィルタ１１に対してＰＷＭ信号が出力されると、ローパスフィルタ１１でＰＷＭ信号の高周波成分がカットされたものが前記増幅回路１２で増幅され、増幅回路１２から前記コイル５に向けて電流Ｉ２が出力されることとなり、この電流Ｉ２がコイル５に流れて前記コア３とエアギャップ２とに磁束が発生する。さらに、前記電流Ｉ２が抵抗Ｒを流れることで抵抗Ｒの端子間に電圧が発生し、この電圧信号が前記減算器１５のマイナス端子に入力される。

一方、前記ホール素子４はコア３の磁束に応じた検出信号を出力し、この検出信号が前記減算器１５のプラス端子に入力される。この減算器１５ではホール素子４の検出信号から前記電圧信号分を減算し、この演算結果を前記閾値判定回路１６に対して出力する。そして、閾値判定回路１６で所定の閾値を超えたか否かを判定し、演算結果が閾値を超えている場合には前記演算装置１０に対してＯＮ信号を出力し、これにより前記演算装置１０で前記センサ部が故障状態であることを判定する。尚、前記ホール素子４の検出信号は電圧信号である。

ここで、前記ホール素子４で決まる係数をｋ、前記コイル５に通電する電流をＩ２、前記電流Ｉ２をコイル５に生じさせる導線６の電流をＩａ、前記コイル５のターン数をｎとすると、前記ホール素子４からの検出信号である電圧信号Ｖ３はＶ３＝ｋ×Ｉａ＝ｋ×ｎ×Ｉ２となる。そして、抵抗Ｒの抵抗値をｒとすると前記減算器１５のマイナス端子に入力される電圧信号Ｖ２はＶ２＝ｒ×Ｉ２となる。ここで、抵抗Ｒの抵抗値ｒはｒ＝ｎ×ｋに設定されている。つまり、前記コイル５とホール素子４とが正常状態であれば、電流Ｉａが変化しているときにＶ２＝Ｖ３となり、前記減算器１５からの出力は常に「０」となる。

次に、図６のフローチャートに基づいて第二の実施の形態における故障判定処理を説明する。尚、図６のフローチャートは前述した図４のフローチャートのステップＳ４とステップＳ６とステップＳ８とをステップＳ１０とステップＳ１１とステップＳ１２に置き換えたものであるため、同一ステップに同一符号を付して説明する。
まず、ステップＳ１〜ステップＳ３では、第一の実施の形態と同じ処理を行う。次に、ステップＳ１０では比較信号であるＰＷＭ信号をＯＮにして前記コイルに通電を行う。

ステップＳ５ではタイマー値Ｔが設定値ｔｓと等しいか否かを判定する。判定結果が「ＹＥＳ」（等しい）である場合はステップＳ１２に進み、判定結果が「ＮＯ」（等しくない）である場合はステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では閾値判定回路の出力がＯＮか否かを判定する。判定結果が「ＹＥＳ」（ＯＮ）である場合はステップＳ７に進み、判定結果が「ＮＯ」（ＯＮではない）である場合はステップＳ９に進む。ステップＳ９ではタイマー値Ｔを加算処理してステップＳ５に戻り上述の処理を繰り返す。ステップＳ７ではセンサ故障フラグに「１」を設定してステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では比較信号をＯＦＦつまり前記コイルへの通電を終了してこの処理を終了する。

したがって、上述した第二の実施の形態によれば、とりわけ、コイル５に通電するための電流源を必要としないため、部品点数を削減してコストの低減を図ることができる点で有利となる。また、前記コイル５の電流Ｉ２を直接的に電圧信号として検出して、前記ホール素子４の検出信号と比較することができるため、故障の検出精度を向上させることができる。

次に、第三の実施の形態を図面に基づいて説明する。この第三の実施の形態は、第一の実施の形態で用いたコイル５を前記コア３の内側空間に貫通する被測定電流の変化量を検出する検出用コイルとして用いたものである。尚、第一の実施の形態と同一部分に同一符号を付して説明する。
図７に示すように、センサ部１は磁性体でエアギャップ２を有した略Ｃ字状に形成されたコア３と、前記エアギャップ３の磁束を検出するホール素子４と、前記コア３の内側の空間を貫通する電流の変化量を検出するコイル５とで構成されている。前記ホール素子４と前記コイル５とは、様々な入力信号に基づいて各種判定を行う信号処理回路１７に接続されている。前記コア３の内側の空間には被測定電流が貫通するようにインバータ（図示略）７とモータ（図示略）Ｍとを接続する導線６が配置されている。

図８に示すように、前記信号処理回路１７はセンサ基板１８を有しており、このセンサ基板１８上には第一入力回路１９と第二入力回路２０と、これら第一、第二入力回路１９，２０に接続された比較回路２１とが実装されている。そして、前記第一入力回路１９にはホール素子４が接続され、第二入力回路２０にはコイル５が接続されている。前記比較回路２１は第一入力回路１９と第二入力回路２０の出力信号を比較して故障判定を行うものである。以下、具体的なコイルの検出信号とホール素子の検出信号との比較判断波形を図９、図１０に示す。尚、図９、図１０では被測定電流の立ち下がり時に検出可能な各異常状態を示し、立ち上がり時に正常状態を示している。

図９（ａ）〜（ｃ）において各々横軸を時間とし、図９（ａ）は縦軸を電流とした場合の被測定電流の波形を２サイクル分示し、図９（ｂ）と図９（ｃ）とは縦軸を電圧とした場合のコイル５の検出信号の波形と、ホール素子４の検出信号の波形とをそれぞれ２サイクル分示している。図９（ａ）に示すように、前記被測定電流は電流値が０から所定の角度で上昇し、立ち上がり時間ｔ１後に電流の上限値Ｉｍ１に至り一定値となる。そして、所定時間後、立ち上がり時と前後対象の角度で下降して立ち下がり時間ｔ２後に電流値が０となる。また、上述した被測定電流の一連の波形を１サイクル目とした場合、所定時間後に１サイクル目の波形と同様の２サイクル目の波形が立ち上がる。尚、２サイクル目の波形については後述する。

図９（ｂ）に示すように、被測定電流の１サイクル目に対応するコイルの検出信号は、前記被測定電流が変化している立ち上がり時間ｔ１と立ち下がり時間ｔ２の間にだけ電圧値が上昇する矩形波となるが、ここでは立ち下がり時に前記矩形波が出力されていない異常状態となっている。この時、図９（ｃ）に示すように、前記ホール素子４の検出信号は被測定電流に応じた波形となっており、このホール素子４の検出信号によって被測定電流が変化していることを判定することができる。すなわち、立ち下がり時間ｔ２では前記ホール素子４の検出信号が出力されている時に、同時に出力されているはずのコイル５の検出信号が出力されていないため、センサ部１の診断異常判定がなされることとなる。

次に、図９に示す２サイクル目の波形について説明する。この２サイクル目の波形は立ち下がり時に前記ホール素子４の出力信号が固着する異常状態の一例を示している。図９（ｂ）に示すように、被測定電流が変化する立ち上がり時間ｔ１と立ち下がり時間ｔ２とにおいて、前記コイル５の検出信号の波形が前記被測定電流の変化量に応じた矩形波となっている。

一方、前記ホール素子４の検出信号は、立ち上がり時間ｔ１において前記被測定電流に応じて上昇する波形となっているが、立ち下がり時間ｔ２では前記被測定電流が減少しているにも関わらず出力が維持されている。すなわち、前記コイル５の検出信号によって被測定電流が変化していることを検出しているにも関わらず、ホール素子４の検出信号が変化せずに一定値を示している場合には、センサ部１の固着判定がなされることとなる。

次に、この判定を行う処理を図１１のフローチャートに基づいて具体的に説明する。
まず、ステップＳ１３ではコイルの検出信号に変化が有るか否かを判定する。判定結果が「ＹＥＳ」（変化あり）である場合はステップＳ１４に進み、判定結果が「ＮＯ」（変化なし）である場合はステップＳ１７に進む。

ステップＳ１４ではホール素子の検出信号に変化があるか否かを判定する。判定結果が「ＹＥＳ」（変化あり）である場合はステップＳ１５に進み正常状態と判定し、判定結果が「ＮＯ」である場合はステップＳ１６に進み異常状態と判定する。一方、ステップＳ１７では、ホール素子の検出信号に変化があるか否かを判定する。判定結果が「ＹＥＳ」（変化あり）である場合はステップＳ１８に進み異常状態と判定し、判定結果が「ＮＯ」（変化なし）である場合はステップＳ１９に進み正常状態と判定する。

すなわち、上述の故障判定処理を行うことで前記コイル５又は前記ホール素子４の検出信号が固着状態又は無信号状態であることを検出することができる。
しかしながら、前記検出信号の電圧値が変化していても、この電圧値が正常値でないような故障モードでは上述の故障判定処理を用いて故障状態を判定することができず、その結果、故障判定の精度が低くなってしまう。そこで、上述の故障判定処理に加え、前記コイル５と前記ホール素子４との各々の検出信号から被測定電流の電流変化量を算出し、これらの変化量を比較することで検出信号の異常状態を判定する故障判定処理を行っている。これを図１０と図１２に基づいて具体的に説明する。

前述した図９と同様に、図１０（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ横軸を時間とし、図１０（ａ）は縦軸を電流とした場合の被測定電流の波形を２サイクル分示し、図１０（ｂ）と図１０（ｃ）とは縦軸を電圧とした場合のコイルの検出信号の波形とホール素子４の検出信号の波形とを２サイクル分示している。図１０（ａ）に示すように、被測定電流は電流値が０から徐々に時間変化量が大きくなるように立ち上がり、時間ｔ３経過後に被測定電流の上限値Ｉｍ２に至る。そして、所定時間経過するまで前記上限値Ｉｍ２で一定となり、所定時間が経過すると、前記立ち上がり時と前後対称の傾斜で減少し、立ち下がり時間ｔ４後に前記被測定電流の電流値が０に至る。前述した図９と同様に、この一連の電流値の変化を１サイクルとすると、所定時間経過後に１サイクル目と同様の２サイクル目の波形が立ち上がる。尚、２サイクル目の波形については後述する。

図１０（ｂ）に示すように、被測定電流の１サイクル目に対応するコイルの検出信号は、前記被測定電流が変化している立ち上がり時間ｔ３と立ち下がり時間ｔ４の時にだけ電圧値が上昇する。このコイルの検出信号は、被測定電流の立ち上がり時間ｔ３での電流変化量によって決まる角度で上昇し、前記被測定電流が上限値Ｉｍ２に達して電流の変化がなくなる時点、つまり、上昇開始から時間ｔ３が経過した時点で電圧値はピーク値Ｖｐに至ると同時に０となり、この時の電圧波形は直角三角形状を呈することとなる。

一方、被測定電流の立ち下がり時には、立ち下がり時間ｔ４での電流変化量によって決まる角度、すなわち前記立ち上がり時の電圧波形と前後対象となる角度で電圧値が減少する直角三角形状の電圧波形となるが、ここでは前記直角三角形状の電圧波形のピーク値Ｖｐ２が正常時のピーク値Ｖｐ１よりも低く異常状態となっている。

図１０（ｃ）に示すように、前記ホール素子４の検出信号は被測定電流に応じた電圧波形となっている。ここで、前記コイル５の検出信号に基づいて前記被測定電流の電流変化量を算出し、さらに、前記ホール素子４の検出信号に基づいて被測定電流の電流変化量を算出して各電流変化量の算出結果を比較している。ここでは、前記コイル５の検出信号に基づいて算出した電流変化量がホール素子４の検出信号に基づいて算出した電流変化量よりも低い値となるため、センサ部１の診断異常と判定することができる。

次に、図１０に示す２サイクル目の波形について説明する。この２サイクル目の波形はこの波形の立ち下がり時に前記ホール素子４の検出信号が０に戻らない出力異常状態の一例を示している。図１０（ｂ）に示すように、被測定電流が変化する立ち上がり時間ｔ３と立ち下がり時間ｔ４において、前記被測定電流の変化量に応じて前記コイル５の検出信号は直角三角形状の波形となる。ここで、前述した１サイクル目の波形では立ち下がり時のピーク値が低下した状態の直角三角形状の波形であったが、２サイクル目の波形では立ち上がり、立ち下がり時ともに正常なピーク値Ｖｐ１の直角三角形状の波形となっている。

一方、図１０（ｃ）に示すように、ホール素子４の検出信号は、前記被測定電流の立ち上がり時間ｔ３ではこの被測定電流に応じた立ち上がりとなっているが、立ち下がり時間ｔ４では前記被測定電流の電流値が０になってもホール素子４の検出信号が０とならず一定の電圧値を示している。この場合、前記ホール素子４の検出信号に基づいて算出する被測定電流の変化量は、前記コイル５の検出信号に基づいて算出する被測定電流の変化量よりも低くなるため、センサ部１の出力異常と判定することができる。

次に、この判定処理を図１２のフローチャートに基づいて具体的に説明する。
まず、ステップＳ２０ではコイルの検出信号に基づいて被測定電流の電流変化量を算出する。ステップＳ２１ではホール素子の検出信号に基づいて被測定電流の電流変化量を算出する。ステップＳ２２では算出された各電流変化量が等しいか否かを判定する。判定結果が「ＹＥＳ」（等しい）である場合はステップＳ２３に進み正常状態と判定し処理を終了する。一方、判定結果が「ＮＯ」（等しくない）である場合はステップＳ２４に進み異常状態と判定し処理を終了する。

したがって、上述した第三の実施の形態によれば、複数のホール素子４を用いることなしに、センサ部１における固着状態や無信号状態等の異常状態を判定してセンサ部１の故障判定を行うことができるため、前記ホール素子４の数量を低減してコストの低減を図ることが可能となる。

さらに、前記導体６の被測定電流が変化している時であればいつでも故障判定を行うことができるため、瞬時に正確な故障の判別を行うことができる。
また、コイル５の検出信号に基づいて算出された電流変化量とホール素子４の検出信号に基づいて算出された電流変化量との差が所定値以上である場合に異常状態であることを判定することができるため、各検出信号は変化しているが、この値が異常であるような状態であっても、確実に故障と判定することができる。

尚、この発明は上述した各実施の形態に限られるものではない。例えば、図１３に示すように信号処理回路から制御装置に対して故障判断信号を出力するようにして電流センサ２２の故障判定を行っても良い。
また、上記第一、第二の実施の形態ではモータ制御モード時に故障判定を行っているが、電流が流れていないモードであればモータ制御モード以外のモードで故障判定を行ってもよい。また、ハイブリッド車両のモータに限られるものではなく、例えば、電気自動車のモータ等、種々のモータに用いることができる。
さらに、上述した各実施の形態のコアを省略して、ホール素子を直接１次導体近傍に配置するタイプの電流センサに用いてもよく、被測定電流の変化量を検出する検出用のコイルを１次導体に巻装してもよい。また、第一、第二の実施の形態のコア又は１次導体に第三の実施の形態の被測定電流の変化量を検出する検出用のコイルを巻装して故障を判定しても良い。

本発明の第一の実施の形態における電流センサのシステム構成図である。 本発明の第一の実施の形態における正常状態のホール素子の検出信号を示すグラフである。 本発明の第一の実施の形態における異常状態のホール素子の検出信号を示すグラフである。 本発明の第一の実施の形態における故障判定処理のフローチャートである。 本発明の第二の実施の形態における図１に相当するシステム構成図である。 本発明の第二の実施の形態における図２に相当するフローチャートである。 本発明の第三の実施の形態における図１に相当するシステム構成図である。 本発明の第三の実施の形態における図５の部分詳細図である。 本発明の第三の実施の形態における各検出信号のグラフである。 本発明の第三の実施の形態における各検出信号のグラフである。 本発明の第三の実施の形態における故障判定処理のフローチャートである。 本発明の第三の実施の形態における故障判定処理のフローチャートである。 本発明の第三の実施の形態における他の態様のシステム構成図である。

符号の説明

２ エアギャップ
３ コア（集磁コア）
４ ホール素子（磁束検出素子）
５ コイル
６ 導線（１次導体）
８ 電流源
９ 制御装置
Ｍ モータ
Ｂ バッテリ
Ｃ コンタクタ（開閉器）

Claims (8)

1. 集磁コアのエアギャップに磁束検出素子を配置し集磁コアを貫通する１次導体の電流値を測定する電流センサにおいて、集磁コアに磁束発生用のコイルを巻装し、制御装置から制御可能な電流源を前記コイルに接続し、１次導体への通電停止時に、制御装置を介して前記コイルに検査電流を流し、この時に前記磁束検出素子により検出された電流値に基づいて故障を判定することを特徴とする電流センサ。
2. 前記１次導体は車両用のモータの駆動電流を通電する導線であって、エンジン始動前又はアイドルストップ時に故障の判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記モータと該モータへ電力供給するバッテリとの間に設けられた開閉器が開放状態の時に故障の判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
4. １次導体近傍に磁束検出素子を配置して１次導体の電流値を測定する電流センサにおいて、１次導体に監視用のコイルを巻装し、前記１次導体の電流の変化を監視用のコイルで検出した際に、磁束検出素子の検出電流に変化がない場合に故障と判定することを特徴とする電流センサ。
5. 集磁コアのエアギャップに磁束検出素子を配置し集磁コアを貫通する１次導体の電流値を測定する電流センサにおいて、集磁コアに監視用のコイルを巻装し、前記１次導体の電流の変化を監視用のコイルで検出した際に、磁束検出素子の検出電流に変化がない場合に故障と判定することを特徴とする電流センサ。
6. 監視電流の変化量と磁束検出素子による電流変化量の差が所定値以上の時に故障と判定することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電流センサ。
7. １次導体に監視用のコイルを巻装し、前記１次導体の電流の変化を監視用のコイルで検出した際に、磁束検出素子の検出電流に変化がない場合に故障と判定することを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
8. 前記集磁コアに監視用のコイルを巻装し、前記１次導体の電流の変化を監視用のコイルで検出した際に、磁束検出素子の検出電流に変化がない場合に故障と判定することを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
   

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